KR100352576B1 - 가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너 - Google Patents

가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각종 통신 시스템의 기지국에 사용되는 스위처블 콤바이너에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 합성 경로수에 따른 가변형 임피던스 정합 선로를 구비하여 완전한 임피던스 정합이 이루어지도록 하는 가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너에 관한 것이다.
종래 기술에 따른 스위처블 콤바이너는 합성시에 평균정합 방식을 사용하고있어 임피던스 정합이 불안정하다고 하는 문제점이 있었으나, 본 발명은 결합 경로수에 가변형 임피던스 정합 선로를 구비함으로써 시스템의 변경 또는 사용중인 임의의 송신기에 이상이 발생한 경우 이를 검출하여 제어 신호에 의해 합성 경로수가 변화하더라도 완전한 임피던스 정합이 이루어지도록 하는 가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너를 제공한다.

Description

가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너{Impedance matched switchable combiner by using variable matching section}
본 발명은 각종 통신 시스템의 기지국에 사용되는 스위처블 콤바이너에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 가변 정합부를 구비함으로써 합성되는 경로수에 따라 최적의 임피던스 정합이 이루어지도록 하는 가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너에 관한 것이다.
일반적으로 스위처블 콤바이너는 기지국 전력 증폭기의 출력단에 사용되는데, 최근 다채널 전력 증폭기(MCPA;Multi Carrier Power Amplifier)의 사용이 증가하면서 기존의 채널 합성기 또는 리던던시(Redundancy)를 갖는 4:3이나 5:4 스위치 시스템을 대체하는 스위칭 콤바이너/디바이더 시스템이 기지국에 많이 사용되고 있다. 스위칭 콤바이너/디바이더 시스템은 기존의 분배기능과 합성기능, 그리고 N:N-1 시스템의 동작이상에 대비한 예비기능을 동시에 수행한다.
종래의 스위처블 콤바이너는 도 1과 같은 평균정합 방식을 사용하거나, 또는1경로 전송선로와 평균정합 전송선로를 혼용하여 사용하는 방식을 택하고 있다. 도 1의 구성은 종래의 윌킨슨(Wilkinson) 분배기의 구조를 이용하면서 스위칭 기능을 추가한 것으로서 평균 임피던스에 의해서 정해지며 그 값은 78.7Ω에 해당한다. 이와같이 평균정합 방식을 이용할 경우 2경로와 3경로는 입출력 반사손실 특성이 어느 정도 만족하나 1경로에 대해서는 반사손실 특성이 열화되므로 사용될 수 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 1경로 전송선로와 2, 3경로 평균정합 전송선로를 혼용하여 사용하는 경우가 있으나 이 방식도 평균정합 전송선로를 사용하므로 2, 3경로에서 정합특성은 성능이 떨어지게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같이 종래 기술에 따른 스위처블 콤바이너가 합성시에 평균정합 방식을 사용하고 있어 임피던스 정합이 불안정하다고 하는 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 합성된 선로의 임피던스를 변화시킬 수 있는 가변형 임피던스 정합부를 구비함으로써 합성 경로수에 따라 적절한 선로 임피던스를 갖도록 하는 가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너를 제공함을 그 기술적 과제로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 평균 정합 3경로 스위처블 콤바이너의 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너의 블록도.
도 3a는 본 발명에 따른 가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너의 가변 정합부의 내부 구성도.
도 3b는 도 3a의 배면도.
도 3c는 도 3a의 일측면도.
도 4는 도 2의 일실시예를 나타내는 외관 사시도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
Pi1. 입력 포트 1 Pi2. 입력 포트 2
Pi3. 입력 포트 3 Po, 42. 출력 포트
11. 평균정합 선로(Mean Impedance:)
12. 아이솔레이션 저항 21, 23. 50Ω선로
22. 제 1 스위치부 24. 제 2 스위치부
25. 1경로 선로 26. 가변 정합부 1(Zm2:70.7Ω)
27, 43. 가변 정합부 2(Zm3:86.6Ω) 28, 44. 제 3 스위치부
31. 정합 선로 32. 임피던스 조정용 원판
33. 지지용 유전체 34, 45. 튜닝봉
41. 입력 포트 46. 제어신호 단자
본 발명에 따른 가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너는 신호가 입력되는 다수개의 입력 포트; 상기 다수개의 입력 포트중 임의의 개수의 포트를 선택하기 위한 제 1 스위치부; 합성된 신호를 전달하기 위한 선로 1; 1경로 신호 전달을 위한 정합선로; 합성되는 경로수에 따라 선택적으로 접속되는 2경로용가변 정합부 1과 3경로용 가변 정합부 2; 상기 가변 정합부 1 또는 가변 정합부 2를 각각 선택하여 접속하기 위해 동일 경로상에서 연동하는 제 2 스위치부와 제 3 스위치부; 및 상기 제 1 스위치부 내지 제 3 스위치부를 제어하기 위한 제어신호 단자를 포함한다.
일반적인 고정경로를 갖는 윌킨슨(Wilkinson) 콤바이너/디바이더는 사용하고자 하는 경로의 수에 따라 임피던스 정합부의 임피던스가 결정된다. 예를 들어, 2경로의 경우는, 3경로의 경우는이며 여기서Z o 는 특성임피던스로서 그 값은 50Ω이다. 따라서, 2경로의 경우에는 임피던스 정합부의 임피던스가 70.7Ω이고 3경로의 경우에는 임피던스 정합부의 임피던스가 86.6Ω이 되는데, 기존의 평균 정합 스위처블 콤바이너는 상기 70.7Ω과 86.6Ω의 중간값인의 임피던스를 갖는 임피던스 정합부를 사용하여 2경로 또는 3경로로 동작할때 어느 정도 정합이 이루어지는 결과를 이용한 것이다. 그러나 이것은 평균값을 취한 것이기 때문에 원래의 윌킨슨 분배기보다 특성이 열화된다고 하는 단점이 있다.
이하 첨부된 도면에 따라 본 발명의 각부 특성 및 동작 원리를 상세히 설명한다. 도 1은 종래 기술에 따른 평균 정합 3경로 스위처블 콤바이너의 블록도로서 고정 경로를 갖는 3경로 콤바이너에 스위칭 기능을 부가한 것이다. 도 1과 같이 종래의 콤바이너/디바이더는 평균정합 방식이거나 1경로 전송선로와 평균정합 전송선로를 혼용하여 사용하는 방식을 택하고 있다. 도 1에서 다수개의 입력 포트를 통해 입력된 신호는 스위치 S11 내지 S13과 스위치 S21 내지 S23에 의해 동작시키고자하는 선로가 선택되고, 평균정합 선로(11)를 거쳐 출력 포트 Po로 출력된다(상기 도 1에서 스위치 S21 내지 S23는 각각 동일 경로상의 스위치 S11 내지 S13과 연동한다). 이때 상기 평균정합 선로의 임피던스는 2경로와 3경로의 중간값인에 의해서 정해지며 그 값은 78.7이 되는데, 이와같이 평균정합 방식을 이용할 경우 2경로와 3경로는 입출력 반사손실 특성이 어느 정도 만족하나 1경로에 대해서는 반사손실 특성이 열화되므로 사용될 수 없다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 1경로 전송선로와 2, 3경로 평균정합 전송선로를 혼용하여 사용하는 경우가 있으나 이 방식도 평균정합 전송선로를 사용하므로 2, 3경로에서 정합특성은 성능이 떨어지게 된다.
상기 도 1의 동작을 좀 더 상세히 설명하면 상기 입력 포트들(Pi1, Pi2, Pi3)로 입력된 신호는 평균정합 선로(11)를 거쳐 출력 포트 Po로 출력되는데, 이때 입력된 신호는 시스템에서 전력 증폭기를 몇 개 동작시킬 것인지 제어 신호를 받아 앰프수에 따라 1경로, 2경로 또는 3경로로 동작하게 된다. 따라서, 시스템에서 전력 증폭기 2개가 동작한다고 하면 일예로써 동시에 스위칭 분배기의 스위치 S11과 S21, 그리고 S12와 S22가 각각 연동하여 ON되고 나머지 스위치는 OFF되어 2경로 콤바이너로 동작하게 된다.
본 발명에서는 이러한 기존의 평균정합 스위처블 콤바이너의 단점인 불완전 정합 현상을 해결하기 위한 것이다. 일반적으로 동일한 크기와 위상을 갖는 다수의 입력 신호를 하나의 경로로 합성하는 방법으로서 주로 윌킨슨 콤바이너/디바이더를사용하는데, 상기 윌킨슨 콤바이너/디바이더는 합성 경로수가 고정된 경우에 적합한 방법이다. 본 발명에서는 합성 경로수를 가변할 경우에도 사용할 수 있도록 각 합성 경로수에 맞는 가변 정합부를 구비하여 2경로 합성의 경우에는의 가변 정합부 1(26), 3경로 분배의 경우는의 임피던스를 갖는 임피던스 정합부 2(27)를 사용한다. 도 2는 본 발명에 따른 가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너의 블록도로서 다수개의 입력 포트(본 발명의 실시예에서는 3개의 입력 포트로서 Pil, Pi2, Pi3)로 입력된 신호는 시스템에서 사용하고자 하는 전력 증폭기의 개수만큼 합성되어 출력 포트 Po로 출력된다.
예를 들어, 1경로로 동작하며 Pi2에 연결된 전력 증폭기가 동작할 경우에는 제 1 스위치부(22)의 스위치 S12가 ON되며, 1경로를 선택하기 위해 제 2 스위치부(24)의 스위치 S21과 제 3 스위치부(28)의 스위치 S31이 ON된다. 또한, 도 2에서 명백히 알 수 있는 바와 같이 동작하지 않는 경로에 구비된 스위치들(제 1 스위치부의 스위치 S11과 S13, 제 2 스위치부의 스위치 S22와 S23, 그리고 제 3 스위치부의 스위치 S32와 S33)은 OFF되며, 이때 제 2 스위치부와 제 3 스위치부에서 동일 경로상에 각각 대응되는 스위치들(S21과 S31, S22와 S32, 그리고 S23와 S33)은 연동하게 된다. 다른 예로써 2경로로 동작하며 Pi2와 Pi3에 연결된 전력 증폭기가 동작할 경우에는 각각의 경로를 접속하기 위해 제 1 스위치부(22)의 스위치 S12와 S13가 ON되고, 이와함께 2경로 합성에 정합되는 가변 정합부 1(26)을 선택하기 위해 제 2 스위치부(24)의 스위치 S22와 제 3 스위치부의 스위치 S32가 ON된다. 그리고 전술한 바와 같이 나머지 스위치들은 OFF된다.
이와같은 스위칭 동작이 이루어지는 일련의 과정은 제어신호에 의해 이루어지는데 동작하는 경로를 선택하기 위해서는 상기 제 1 스위치부에 제어신호가 입력되어 선택하고자 하는 경로의 스위치는 ON으로 하고 나머지 스위치는 OFF로 한다. 또한, 선택된 경로가 몇개인가에 따라 제 2 스위치부와 제 3 스위치부의 해당 스위치가 ON되는데, 예로써 2경로인 경우 2경로 합성에 정합되는 가변 정합부 1(26)을 선택하기 위해 제 2 스위치부(24)의 스위치 S22와 제 3 스위치부의 스위치 S32가 ON되고 전술한 바와 같이 나머지 스위치들은 OFF된다.
도 3a 내지 도 3c는 각각 본 발명에 따른 가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너의 가변 정합부의 내부 구성도, 배면도 및 일측면도이다. 도 3a에서 금속재인 하우징 내에 소정의 공동(空泂)이 형성되어 있는데 전송선로의 유전체로서 비유전율=1인 공기층을 유전체로 하고 상기 유전체 중앙에 정합 선로(31)를 갖는 스트립라인 구조이다. 이와같은 구조에서는 상기 정합 선로의 폭과 그라운드(Ground)면으로부터의 높이에 따라서 임피던스가 변화하게 되는데, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 폭을 고정한 상태에서 높이를 2개의 튜닝봉(34)을 사용하여 상기 정합 선로와 임피던스 조정용 원판(32) 사이의 간격을 미세 조정함으로써 임피던스를 변화시켜 완전 정합이 이루어지도록 한 것이다. 도 4는 도 2의 일실시예를 나타내는 외관 사시도이다.
상기와 같은 가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너는 본 발명에서는 일실시예로써 3경로 스위처블 콤바이너에 대하여 기술하였으나, 본 발명의 범위는 3경로에만 한정되는 것은 아니고 그 기술적 사상에 근거하여 N경로 스위처블 콤바이너로 확장, 응용할 수 있음은 명백한 것이다.
이동통신 서비스는 점차 음성 위주의 통신에서 데이터 통신으로 바뀌어 가고 있으며 이에 따라서 많은 양의 데이터를 실시간에 전달하기 위해서 높은 주파수대와 넓은 대역폭을 사용하고 있다. 따라서, 기존의 알에프 종단부(RF Front-end)의 송신 신호 전달 방식인 단일채널 전력 증폭기(SCPA;Single Carrier Power Amplifier)와 전력 합성기가 점차 다채널 전력 증폭기(MCPA;Multi Carrier Power Amplifier)와 스위칭 전력분배기/합성기로 바뀌어 가고 있으며, 본 발명은 기존의 스위처블 콤바이너가 평균정합 방식을 사용하므로 임피던스 특성이 열화된다고 하는 문제점을 해결하기 위하여 합성 경로수에 따른 가변 임피던스 정합 선로를 구비함으로써 시스템의 변경 또는 사용중인 임의의 송신기에 이상이 발생한 경우 이를 검출하여 제어 신호에 의해 합성 경로수가 변화하더라도 완전한 임피던스 정합이 이루어진다고 하는 효과를 가진다.

Claims (2)

  1. 통신 시스템의 기지국에 사용되어 신호를 합성하는 스위처블 콤바이너에 있어서, 신호가 입력되는 다수개의 입력 포트;
    상기 다수개의 입력 포트중 임의의 개수의 포트를 선택하기 위한 제 1 스위치부; 합성된 신호를 전달하기 위한 선로 1; 1경로 신호 전달을 위한 정합선로;
    합성되는 경로수에 따라 선택적으로 접속되는 가변 정합부 1 내지 가변 정합부 N; 상기 가변 정합부 1 내지 가변 정합부 N을 각각 선택하여 접속하기 위해 동일 경로상에서 연동하는 제 2 스위치부와 제 3 스위치부; 및
    상기 제 1 스위치부 내지 제 3 스위치부를 제어하기 위한 제어신호 단자를 갖는 가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가변 정합부는,
    금속재인 하우징 내에 소정의 공동(空洞)을 형성하여 공기층을 전송선로의 유전체로 하고 상기 유전체 중앙에 정합 선로를 구비하여 결합 경로수에 따른 임피던스를 갖도록 하며,
    상기 임피던스의 미세 조정을 위해 정합 선로상의 소정 위치에 하나 이상의 임피던스 조정용 원판과 튜닝봉을 구비하여 상기 정합 선로와 임피던스 조정용 원판 사이의 간격을 미세 조정함으로써 임피던스를 변화시켜 완전 정합이 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 가변 정합부를 이용한 임피던스 정합형 스위처블 콤바이너.
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