KR100526239B1

KR100526239B1 - 3 라인 발룬 트랜스포머

Info

Publication number: KR100526239B1
Application number: KR10-2002-0058748A
Authority: KR
Inventors: 박동석; 김남철; 윤정호; 이병화; 박상수
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2005-11-08
Also published as: CN1485947A; TW200405366A; US6914512B2; KR20040027039A; TWI224796B; JP2004119959A; CN1276542C; US20040061581A1; JP3784782B2

Abstract

본 발명은 구조가 단순하고 설계 및 제조가 용이한 3 라인 발룬 트랜스포머를 제공하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명에 의한 발룬 트랜스포머는 불평형신호가 입력 또는 출력되는 불평형포트와, 서로 크기가 같고 180도의 위상 차를 갖는 평형신호들이 출력 또는 입력되는 제1, 2평형포트와, 상기 불평형포트에 접속되는 제1단부와 접지되는 제2단부를 구비하는 제1라인과, 상기 제1라인과 소정 간격을 갖으며 평행하게 배치되고, 제1,2단부를 구비하고, 상기 제2단부가 상기 제1평형포트에 연결되는 제2라인과, 상기 제2라인과 소정 간격으로 평행하게 배치되고, 상기 제2라인의 제1단부에 연결되는 제1단부와, 상기 제2평형포트에 연결되는 제2단부를 구비한 제3라인으로 구성된다.

Description

3 라인 발룬 트랜스포머{3-LINE BALUN TRANSFORMER}

본 발명은 평형신호를 불평형신호로 또는 불평형신호를 평형신호로 변환하는 발룬 트랜스포머에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조가 단순하고 설계 및 제조가 용이한 3 라인 발룬 트랜스포머에 관한 것이다.

일반적으로, 발룬(Balun)이란 Balance to Unbalance의 약자로서, 평형신호(balanced signal)를 불평형신호(unbalanced signal)로 변환하거나, 반대로 불평형신호를 평형신호로 변환하는 회로 또는 구조물을 통칭한다.

예를 들어, 무선통신에서 평형라인으로 만들어진 혼합기(mixer), 증폭기(amplifier) 등을 불평형라인으로 이루어진 부품과 연결하는 경우, 상기 발룬 트랜스포머가 필요하다.

발룬 트랜스포머는 전송선(transmission line)의 조합으로 구성할 수도 있고, 집중 상수 회로를 통해 구현될 수 있으며, 안테나 분야에서 이용되는 경우에는 공진도파관 형태로 구현될 수도 있다.

도 1은 Marchand가 제안한 발룬 트랜스포머의 구성을 보인 등가 회로도로서, λ/4(여기서, λ는 '1/fc(fc는 입출력신호의 중심주파수)'이다.) 길이를 갖는 4개의 전송라인(11~14)으로 구성되는데, 상기에서 제1라인(11)과 제3라인(13), 제2라인(12)과 제4라인(14)이 각각 커플러(coupler)를 구성하고, 상기 제1라인(11)의 일단을 소정 주파수의 불평형신호가 입력 또는 출력되는 불평형포트(15)에 연결하고, 상기 제1라인(11)의 타단과 상기 제2라인(12)의 일단을 연결하고, 상기 제2라인(12)의 타단은 오픈시키며, 상기 제1,2라인(11,12)에 커플링 결합하는 제3,4라인(13,14)의 일단은 접지시키고, 타단은 두 평형신호가 입력 또는 출력되는 평형포트(16,17)에 각각 연결하여 구성한다.

상기 구조에서, 불평형포트(15)로 소정 주파수의 신호를 인가하면, 각 라인간에 전자기적 결합이 발생하여, 평형포트(16,17)를 통해 서로 크기가 같고 180도의 위상 차를 갖는 신호가 출력된다.

반대로 서로 크기가 갖고 180도의 위상 차를 갖는 신호들을 평형포트(16,17)에 인가하면, 불평형포트(15)로부터 불평형신호가 출력된다.

도 2는 다른 형태의 발룬 트랜스포머를 도시한 것으로서, 도 1의 경우와 마찬가지로 제1~제4라인(21~24)으로 2개의 커플러를 형성하는데, 여기서 제3라인(23)의 일단을 불평형포트(27)에 연결하고, 서로 연결된 제1라인(21)의 일단과 제2라인(22)의 일단을 평형포트(25,26)에 연결하며, 나머지 제3라인(23)의 타단과 제4라인(24)의 양단을 접지시켜 구성한다는데 차이가 있다. 이때, 상기 두 개의 커플러는 동일한 구조를 가지면, 대칭구조여야 한다.

그런데 상기 도 1 및 도 2에 보인 발룬 트랜스포머는 λ/4 길이의 라인 4개로 구현하기 때문에, 좀더 구성의 단순화가 요구되고, 도 2의 발룬 트랜스포머의 경우 두 커플러가 대칭구조를 이루도록 제안되고 있기 때문에, 제조에 어려움이 많다.

이에, 도 3의 발룬 트랜스포머는 라인을 3개 사용하여 구성을 단순화시킨 것으로서, 상기 도 2의 구조에서 우측의 커플러를 등가의 제2라인(32)으로 대체한 구조이다. 이때, 좌측의 커플러는 대칭구조로 이루어진다.

도 4는 3 개의 라인으로 이루어진 발룬 트랜스포머의 또 다른 구조를 보인 것으로서, 제1~제3라인(41~43)이 서로 커플링을 형성하도록 평행하게 배치하고, 상기 제1,2라인(41,42)의 일단을 동시에 불평형포트(44)에 연결하고, 상기 제1라인(41)의 타단과 제3라인(43)의 일단을 평형포트(45,46)에 각각 연결하고, 중간에 위치한 제2라인(42)의 타단 및 상기 제3라인(43)의 타단을 접지시켜 구현한다.

상기 발룬 트랜스포머(40)는 4라인 발룬트랜스포머에 비하여 구조는 단순화되지만, 불평형포트(44)에 분기점(44a)을 형성하여야 하기 때문에, 상기 분기점으로 인해 고주파신호인 경우 불필요한 반사가 발생할 수 있는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 구조가 단순하고 설계 및 제조가 용이한 3 라인 발룬 트랜스포머를 제공하는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 3 라인 발룬 트랜스포머에 있어서,

불평형신호가 입력 또는 출력되는 불평형포트;

크기가 같고 180도의 위상차를 갖는 평형신호를 출력 또는 입력하는 제1,2평형포트;

상기 불평형포트에 접속되는 제1단부와 접지되는 제2단부를 구비하는 제1라인;

상기 제1라인과 소정 간격을 갖도록 평행하게 배치되며, 제1,2단부를 구비하고, 상기 제2단부가 상기 제1평형포트에 연결되는 제2라인; 및,

상기 제2라인과 소정 간격을 갖도록 평행하게 배치되며, 상기 제2라인의 제1단부에 연결되는 제1단부와 상기 제2평형포트에 연결되는 제2단부를 구비한 제3라인;

으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 발룬 트랜스포머의 제1,2,3라인은 λ/4 (λ는 입출력신호의 중심 주파수에 대한 파장이다) 길이인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 3 라인 발룬 트랜스포머는 3 라인을 사용함으로서 소형화가 가능하다.

또한, 본 발명에 의한 발룬 트랜스포머는 (여기에서, Z_mn (m,n =1,2,3)은 제m라인과 제n라인간의 특성임피던스이고, Z_0u는 불평형포트의 종단임피던스이고, Z_0b는 제1,2평형포트의 종단 임피던스이다.)의 임피던스 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.

더하여, 본 발명은 상기 발룬트랜스포머에 있어서, 발룬으로 동작하기 위해 3 3 라인간과, 그라운드와 라인가에 커플링이 모두 존재하여야 하는 것은 아니며, 일부 커플링이 없는 경우에도 발룬으로써 동작할 수 있는 조건을 찾을 수 있다. 이 경우, 설계변수가 감소하고, 그 결과, 설계가 간단해지는 효과가 있다.

예를 들어, 제1라인과 제3라인간에, 그리고, 제2라인과 제3라인간에 커플링이 일어나지 않는다면, 상기 발룬트랜스포머는 (여기에서, Z_mn (m,n =1,2,3)은 제m라인과 제n라인간의 특성임피던스이고, Z_0u는 불평형포트의 종단임피던스이고, Z_0b는 제1,2평형포트의 종단 임피던스이다.)의 특성임피던스 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.

더하여, 상기 발룬트랜스포머는 발룬의 조건에 직접적으로 영향을 미치지 않는 변수, 즉 제1라인과 그라운드 간의 특성임피던스(Z₁₁)나, 제2라인과 제3라인간의 특성임피던스(Z₂₃)를 변화시켜, 대역폭 특성을 조정할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 3 라인 발룬 트랜스포머의 구성 및 작용에 대하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명에 의한 3 라인 발룬 트랜스포머의 등가회로도로서, 발룬 트랜스포머(50)는 각각 제1,2단부를 갖는 제1~제3라인(51~53)을 상호 전자기적으로 결합하도록 배치하고, 상기 제1라인(51)의 제1단부를 불평형신호가 입력 또는 출력되는 불평형포트(54)에 연결하고 제2단부는 접지에 연결한다. 그리고 상기 제2라인(52)과 제3라인(53)의 제1단부를 서로 연결하고, 제2단부들을 서로 크기가 갖고 180도의 위상차를 갖는 평형신호를 출력 또는 입력하는 제1,2평형포트(55,56)에 각각 연결하여 구성한다.

상기 제1 내지 제3라인(51~53)은 서로 평행하게 배열되어, 상호 전자기적인 결합이 일어난다. 즉, 상기 제1 내지 제3 라인(51~53)에 의해 상호 간에 커플러가 구현된다.

상기 불평형포트(54)로 소정 주파수의 불평형신호를 인가하면, 상기 신호에 의해 제1,2,3라인(51~53)간에 전자기적인 결합과 반사작용이 일어나, 제1,2평형포트(55,56)로 서로 크기가 같고 180도의 위상 차가 있는 신호들이 각각 출력되는 것으로, 상기 발룬트랜스포머(50)는 불평형신호를 평형신호로 변환한다.

역으로, 서로 크기가 같고 180도의 위상차를 갖는 신호를 각각 제1,2평형포트(55,56)로 입력하면, 불평형포트(54)를 통해 불평형신호가 출력된다. 즉, 평형신호를 불평형신호로 변환한다.

상기와 같이 구성된 발룬 트랜스포머의 작용을 도 6a 내지 도 6e의 도면을 참조하여 수학적으로 설명하면 다음과 같다.

도 6a와 같이 3개의 라인 L1, L2, L3에 상호 커플링이 이루어지는 경우, 각 라인에서의 전압 및 전류는 다음의 수학식 1과 같이 위치 Z에 대한 함수로 표현된다. 여기서, 전류의 기준방향은 +z방향으로 한다.

상기에서, A₁, A₂, A₃ 및 B₁, B₂, B₃ 는 상기 라인 L1, L2, L3의 길이와 폭 경계조건 등에 의해 결정되는 임의의 상수이고, j는 허수 단위로 j²=-1이다. 그리고 β는 전파정수(propagation constant)로, 파장 λ와는 β=2π/λ의 관계에 있다.

또한, 상기 수학식에서, V_Li(z)(여기에서, i는 1,2,3이다)는 위치 z에서의 라인 L_i 의 전압을 나타내고, I_Li(z)(여기에서, i는 1,2,3이다)는 위치 z에서의 라인 L_i 의 전류를 표시한다.

마지막으로, 상기 y₁₁, y₁₂, y₁₃, y₂₁, y₂₂, y₂₃, y₃₁, y₃₂, y₃₃ 각각은 다음과 같다.

상기에서, z_mn (여기에서, m,n=1,2,3이고, m≠n)은 두 라인 Lm과 Ln 간의 커플링에 의해 형성되는 특성임피던스이고, z_mm (여기서, m=1,2,3)은 라인 Lm과 그라운드간의 커플링에 의해 형성되는 특성임피던스이다.

상기 도 6a와 같이 배치에서, 상기 각 라인이 모두 중심주파수에서 파장의 1/4의 길이를 가지고, 도 6b와 같이 포트를 구성하면, 좌측의 포트 Port1', Port3', Port5'에서의 포트전압 V₁', V₃', V₅' 및 포트유입전류 I₁', I₃', I₅'는 위치 z=0에서의 각 라인의 전압 및 전류와 같으면, 이는 다음의 수학식 2 및 수학식 3과 같이 정의된다.

그리고 우측의 포트 Port2', Port4', Port6'에서의 포트전압 V₂', V₄', V₆'은 위치 z=λ/4 에서의 각 라인의 전압과 같고, 포트 유입전류 I₂', I₄', I₆' 는 z=λ/4 에서의 각 라인의 전류와 크기는 같으나 방향은 반대가 된다. 이를 정리하면 다음의 수학식 4 및 수학식 5와 같이 정의된다.

상기, 수학식 4를 간략화하면 이 되며, 이에 수학식 3을 대입하면 다음의 수학식 6과 같이 정리된다.

상기와 마찬가지로, 상기 수학식 5를 변형하면, 으로 되고, 이에 수학식 2를 대입하면 다음의 수학식 7가 같이 간략화된다.

그 다음, 상기 도 6b의 구조에서, 라인 L1의 우측포트 Port2'를 그라운드에 연결하여 쇼트 시키고, 나머지 라인 L2, L3의 좌측 포트 Port3', Port5'를 연결하면, 도 6c와 같이 된다.

상기 도 6c와 같은 구조에서는 각 포트의 전압과 전류 간에, V₂'=0, V₃'=V₅', I₃'+I₅'=0 이라는 경계조건이 성립된다.

이러한 조건을 상기 수학식 6 및 수학식 7에 대입하면 다음의 수학식 8이 된다.

,

상기 도 6c의 그림에서, 각 포트를 재정리하여, 도 6d와 같이 Port1'를 불평형포트(54)로, Port4'를 제1평형포트(55)로, Port6'를 제2평형포트(5^)로 정정하고, 전류 I3'와 V3'를 소거하여 각 포트에서의 전류 I₁, I₂, I₃ 및 전압 V₁, V₂, V₃의 관계식으로 정리하면 다음의 수학식 9와 같이 된다.

상기에서, 이고, 이다.

일반적으로, 포트에서의 전압과 전류의 관계를 나타내는 임피던스 파라미터 매트릭스 (impedance parameter matrix) [Z]를 입사전력과 반사전력과의 관계를 의미하는 Scattering Parameter matrix [S]로 변환하는 식은 다음의 수학식 10과 같다.

상기에서, Z₀₁ 은 불평형포트(54)의 종단 임피던스(termination impedance)이고, Z₀₂ 는 제1평형포트(55)의 종단 임피던스이고, Z₀₃ 은 제2평형포트(56)의 종단 임피던스이다.

따라서, Z₀₁=Z_0u, Z₀₂=Z₀₃=Z_0b 라 하고, 상기 수학식 10 및 수학식 9를 이용하여 [S]를 구하면 다음과 같이 나타난다.

,

상기에서, 발룬으로 동작하기 위해서는 S₁₁=0, S₂₁=-S₃₁ 을 만족하여야 한다.

이를 만족하는 조건은 G₁₂ = -G₁₃, G₁₂ ² + G₁₃ ² = -Z_0inZ_0out 이다.

따라서, 상기 수학식 9에서 상기 조건을 만족하는 경우를 구하면, 이 되며, 이 조건을 만족하는 특성 임피던스 조건은 다음의 수학식 11과 같이 나타난다.

즉, 도 6d와 같이 구성된 λ/4 길이의 3 라인(51~53)은 라인의 특성 임피던스가 상기 수학식 11을 만족하는 경우에 발룬으로서 동작할 수 있다.

상기 수학식 11에서 증명되는 바와 같이, 상기 발룬트랜스포머(50)는 설계시 조절 가능한 변수가 많으며, 이는 설계자의 입장에서 더욱 다양한 설계가 가능해진다는 의미이다.

그리고 발룬으로 동작하기 위해서는 3개의 라인(51~53)간의 커플링과 라인(51~53)과 그라운드 간의 커플링이 모두 존재해야 하는 것은 아니며, 일부 부분에서 커플링이 없는 경우에도 발룬으로써 동작할 수 있는 조건을 찾을 수 있다.

상기에서, 커플링이 존재하지 않는다는 것은 그에 대응하는 특성임피던스의 값이 무한대라는 것을 의미한다.

일 예로서, 상기 발룬트랜스포머는 제1라인(51)과 그라운드 사이의 특성임피던스 Z₁₁를 무한대로 하여, 제1라인(51)과 그라운드 사이에 커플링이 일어나지 않도록 할 수 있다. 또는, 제2라인(52)과 제3라인(53)사이의 특성임피던스 Z₂₃를 무한대로 할 수도 있고, 또한, 제1라인(51)과 그라운드 간 및 제2라인(52)과 제3라인(53)간의 특성임피던스를 Z₁₁→∞, Z₂₃→∞로 하여 구성할 수도 있다. 이 경우, 발룬으로서 기능을 하기 위한 임피던스 조건을 상기 수학식 11과 동일하며, 통과대역폭의 크기가 달라진다.

또한, 제1라인(51)과 제2라인(52)간의 특성임피던스 Z₁₂를 무한대로 하여, 제1,2라인(51,52)간에는 커플링이 일어나지 않도록 하거나, 제1라인(51)과 제2라인(52) 간의 특성임피던스 Z₁₂와, 함께 제1라인(51)과 그라운드 간의 특성임피던스도 Z₁₁→∞로 하여 제1라인(51)과 제2라인(52)간 및 제1라인(51)과 그라운드 간에 커플링이 일어나지 않도록 하거나, 제1라인(51)과 제2라인간, 제2라인과 제3라인간의 특성임피던스를 Z₁₂→∞, Z₂₃→∞로 하거나, 제1라인(51)과 제2라인(52)간과, 제1라인(51)과 그라운드 간과 제2라인(52)과 제3라인(53)간의 특성임피던스를 Z₁₂→∞, Z₁₁→∞, Z₂₃→∞로 할 수 있으며, 이 경우, 발룬트랜스포머의 임피던스 조건은 가 된다.

또한, 상기 발룬트랜스포머는 제1라인(51)과 제3라인(53)간의 특성임피던스 Z₁₃, 제1라인(51)과 그라운드 간의 특성임피던스 Z₁₁, 제2라인(52)과 제3라인(53) 간의 특성임피던스 Z₂₃중 하나 이상을 무한대로 할 수 있다. 이 경우, 발룬트랜스포머의 임피던스 조건은 로 변형된다.

또 다른 실시 예로서, 상기 발룬 트랜스포머는 제2라인(52)과 그라운드 간의 특성임피던스 Z₂₂, 제1라인(51)과 그라운드 간의 특성임피던스 Z₁₁, 제2라인(52)과 제3라인(53) 간의 특성임피던스 Z₂₃ 중 하나 이상을 무한대로 설정할 수 있다. 이 경우의 발룬트랜스포머로 되기 위한 임피던스 조건은 가 된다.

또 다른 실시 예로서, 상기 발룬 트랜스포머는 제3라인(53)과 그라운드 간의 특성임피던스 Z₃₃, 제1라인(51)과 그라운드 간의 특성임피던스 Z₁₁, 제2라인(52)과 제3라인(53) 간의 특성임피던스 Z₂₃중 하나 이상을 무한대로 설정하여도 된다.

이때, 발룬 트랜스포머로 동작하기 위한 임피던스조건은 가 된다.

또한, 상기 제1라인(51)과 제2라인(52)간의 특성임피던스 Z₁₂와, 제3라인(53)과 그라운드 간의 특성임피던스 Z₃₃을 무한대로 하여, 제1라인(51)과 제2라인(52)간 및 제3라인(53)과 그라운드 간의 커플링을 제거하여도 발룬 트랜스포머로서 동작할 수 있다. 이때, 임피던스조건은 이 된다. 이때, 상기에 더하여, 제1라인(51)과 그라운드 간의 특성임피던스 Z₁₁, 제2라인(52)과 제3라인(53)사이의 특성임피던스 Z₂₃을 무한대로 할 수 있으며, 이 경우, 임피던스조건은 변화되지 않고, 단지 통과대역폭 특성만이 달라진다.

또한, 상기 발룬트랜스포머는 제1라인(51)과 제3라인(53) 간의 특성임피던스 Z₁₃, 제2라인(52)과 그라운드 간의 특성임피던스 Z₂₂를 무한대로 하여, 제1라인(51)과 제3라인(53) 및 제2라인(52)과 그라운드 간의 커플링을 제거하여도 된다. 이때, 발룬으로서 동작하는 임피던스조건은 이 되며, 이 임피던스 조건을 만족시키면 발룬트랜스포머로서 동작하게 된다. 뿐만 아니라, 상기에 더하여, 제1라인(51)과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₁₁와, 제2라인(52)과 제3라인(53)사이의 특성임피던스 Z₂₃을 무한대로 하여도 되며, 이는 발룬조건에 영향을 미치지 않고, 통과대역폭만을 조정한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 일부분에 커플링이 존재하지 않도록 함으로서, 수학식 11의 특성임피던스 조건에서 변수를 줄여 설계가 용이하도록 할 수 있다.

도 6e는 앞서 설명한 실시 예들 중, 제1라인(51)과 제3라인(53), 제2라인(52)과 제3라인(53)간의 커플링이 없는 발룬 트랜스포머를 도시한 것으로서, 차폐(Shield)를 이용하여 제1,2라인(51,53)과 제3라인(53)간에 커플링이 일어나지 않도록 한 것이다. 본 예에서는 커플링을 제거하기 위하여 차폐(shield)를 이용하였으나, 꼭 이것에 한정되는 것만은 아니며, 그 외에 여러 가지 방법이 이용될 수 있다.

도 7은 상기 도 6d의 구조에서 특성 임피던스를 Z₁₁=50Ω, Z₂₂=50Ω, Z₃₃=20.71Ω, Z₁₂=20.71Ω, Z₁₃=50Ω, Z₂₃=50Ω로한 발룬트랜스포머에 대한 시뮬레이션 결과를 보인 그래프이다.

이어서, 도 8은 도 6d와 같은 형상의 발룬트랜스포머(즉, 제1라인(51)과 제3라인(53), 제2라인(52)과 제3라인(53)간의 커플링이 없는 경우)에서, 특성임피던스 조건을 Z₁₁=50Ω, Z₂₂=50Ω, Z₃₃=20.71Ω, Z₁₂=35.36Ω로 한 경우의 시뮬레이션 결과를 보인 것이다.

상기 도 7과 도 8의 시뮬레이션 결과로부터, 제1~제3라인(51~53)의 일부 커플링을 제거하더라도 발룬으로서 요구되는 특성이 만족하는 것을 알 수 있다.

상기 특성임피던스조건을 살펴보면, Z₁₁=Z₂₂ 이므로, 상기 커플러는 대칭형이다.

더하여, 도 9는 상기 도 8의 경우에서, 다른 임피던스 조건은 동일하게 하고, 제1라인(51)과 그라운드 간의 특성임피던스를 Z₁₁=50Ω, Z₁₁=150Ω로 다르게 한 경우의 시뮬레이션 결과를 비교한 것으로서, 이로부터, 상기 구성의 발룬트랜스포머는, 커플러를 대칭형에 국한하지 않고 비대칭형으로 할 경우, 발룬조건에 영향을 미치는 Z₂₂, Z₃₃, Z₁₂ 는 고정하고, 직접적인 영향을 미치지 않는 변수 Z₁₁ 을 변화시킴으로써, 신호대역폭 특성을 개선할 수 있다는 것을 알 수 있다.

도 10은 발룬조건에 영향을 미치지 않는 변수 Z₁₁을 변화시켰을 때의 발룬특성변화를 보인 것으로서, Z₁₁=50Ω, Z₂₂=50Ω, Z₃₃=20.71Ω, Z₁₂=20.71Ω, Z₁₃=50Ω, Z₂₃=50Ω인 발룬트랜스포머와, Z₁₁=200Ω, Z₂₂=50Ω, Z₃₃=20.71Ω, Z₁₂=20.71Ω, Z₁₃=50Ω, Z₂₃=50Ω인 발룬트랜스포머의 또는 의 형상을 보인 그래프이다.

다음으로, 도 11은 제2라인(52)과 제3라인(53)간의 특성임피던스 Z₂₃을 변화시킨 경우를 비교한 것으로서, Z₁₁=50Ω, Z₂₂=50Ω, Z₃₃=20.71Ω, Z₁₂=20.71Ω, Z₁₃=50Ω, Z₂₃=50Ω인 발룬트랜스포머와, Z₁₁=50Ω, Z₂₂=50Ω, Z₃₃=20.71Ω, Z₁₂=20.71Ω, Z₁₃=50Ω, Z₂₃=200Ω인 발룬트랜스포머의 또는 의 형상을 보인 그래프이다.

상기 도 10 및 도 11의 결과를 비교하여 보면, 발룬조건을 영향을 미치지 않는 변수 Z₁₁ 또는 Z₂₃을 변화시킴으로써, 해당 발룬트랜스포머의 통과대역폭을 변화시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.

본 발명은 상술한 바와 같이, λ/4 길이의 라인 3개로 발룬트랜스포머를 구현하고, 그라운드 포트의 수를 감소시켜, 구조를 단순화시켜 소형화에 유리한 효과가 있다.

더하여, 종래와 같이 3라인으로 발룬트랜스포머를 구현하는 데 있어 입출력신호에 대한 분기점이 없어짐으로써, 전체적인 구조가 더 단순화되며, 제조가 쉬워지는 우수한 효과가 있다.

또한, 커플러가 대칭형이나 비대칭으로 국한되지 않음으로써, 설계에 유리하고, 특히 비대칭형으로 할 경우 발룬조건에 영향을 미치지 않으면서 발룬트랜스포머의 대역폭 특성을 개선할 수 있는 우수한 효과가 있다.

도 1은 Marchand가 제안한 종래 발룬 트랜스포머의 등가회로도이다.

도 2는 종래 다른 발룬 트랜스포머의 등가회로도이다.

도 3은 종래 또 다른 발룬 트랜스포머의 등가회로도이다.

도 4는 종래 또 다른 발룬 트랜스포머의 등가회로도이다.

도 5는 본 발명에 의한 3 라인 발룬 트랜스포머를 나타낸 등가회로도이다.

도 6a~도 6e는 본 발명에 의한 3 라인 발룬 트랜스포머의 작용원리를 설명하는 도면이다.

도 7은 본 발명에 의한 발룬 트랜스포머의 시뮬레이션도이다.

도 8은 본 발명에 의한 발룬 트랜스포머의 다른 시뮬레이션도이다.

도 9는 도 8의 경우에서 다른 특성임피던스 조건을 갖는 경우를 비교한 본 발명에 의한 발룬트랜스포머의 시뮬레이션도이다.

도 10은 도 7의 경우에서 다른 특성임피던스 조건을 갖는 경우를 비교한 본 발명에 의한 발룬트랜스포머의 시뮬레이션도이다.

도 11도 도 7의 경우에서 다른 특성임피던스 조건을 갖는 경우를 비교한 본 발명에 의한 발룬트랜스포머의 시뮬레이션도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

50: 3 라인 발룬 트랜스포머

51 ~ 53: 제1~제3 라인

54: 불평형 포트(unbalance terminal)

55, 56: 제1, 2 평형 포트(balance terminal)

Claims

불평형신호가 입력 또는 출력되는 불평형포트;

서로 크기가 같고 180도의 위상차를 갖는 평형신호를 출력 또는 입력하는 제1, 2평형포트;

상기 불평형포트에 접속되는 제1단부와 접지되는 제2단부를 구비하는 제1라인;

상기 제1라인과 평행하게 배치되며, 그 양단에 각각 제1,2단부를 구비하고, 그중에서 제2단부가 상기 제1평형포트에 전기적으로 연결되는 제2라인; 및,

상기 제2라인과 평행하게 배치되며, 그 양단에 각각 제1,2단부를 구비하고, 그중에서 상기 제1단부는 상기 제2라인의 제1단부와 전기적으로 연결되고, 제2단부는 상기 제2평형포트와 전기적으로 연결되는 제3라인을 구비하는 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 1 항에 있어서,

상기 제1,2,3라인은 λ/4 (λ는 입출력신호의 중심주파수에 대한 파장이다) 길이인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 1 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

(여기에서, Z_mn (m,n =1,2,3)은 제m라인과 제n라인간의 특성임피던스이고, Z_0u는 불평형포트의 종단임피던스이고, Z_0b는 제1,2평형포트의 종단 임피던스이다.)

의 임피던스 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬트랜스포머는

제1라인과 그라운드 사이의 특성임피던스가 Z₁₁→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제2라인과 제3라인사이의 특성임피던스가 Z₂₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제1라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₁₁→∞이고, 제2라인과 제3라인사이의 특성임피던스가 Z₂₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제1라인과 제2라인간의 특성임피던스가 Z₁₂→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제1라인과 제2라인간의 특성임피던스가 Z₁₂→∞이고, 제1라인과 그라운드간의 특성임피던스가 Z₁₁→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제1라인과 제2라인간의 특성임피던스가 Z₁₂→∞이고, 제2라인과 제3라인사이의 특성임피던스가 Z₂₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제1라인과 제2라인간의 특성임피던스가 Z₁₂→∞이고, 제1라인과 그라운드간의 특성임피던스가 Z₁₁→∞고, 제2라인과 제3라인사이의 특성임피던스가 Z₂₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬트랜스포머는

제1라인과 제3라인간의 특성임피던스가 Z₁₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬트랜스포머는

제1라인과 제3라인간의 특성임피던스가 Z₁₃→∞이고, 제1라인과 그라운드간의 특성임피던스가 Z₁₁→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제1라인과 제3라인간의 특성임피던스가 Z₁₃→∞이고, 제2라인과 제3라인사이의 특성임피던스가 Z₂₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제1라인과 제3라인간의 특성임피던스가 Z₁₃→∞이고, 제1라인과 그라운드간의 특성임피던스가 Z₁₁→∞이고, 제2라인과 제3라인사이의 특성임피던스가 Z₂₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬트랜스포머는

제2라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₂₂→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제2라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₂₂→∞이고, 제1라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₁₁→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제2라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₂₂→∞이고, 제2라인과 제3라인 간의 특성임피던스가 Z₂₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제2라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₂₂→∞이고, 제1라인과 그라운드간의 특성임피던스가 Z₁₁→∞이고, 제2라인과 제3라인사이의 특성임피던스가 Z₂₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬트랜스포머는

제3라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₃₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제3라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₃₃→∞이고, 제1라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₁₁→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제3라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₃₃→∞이고, 제2라인과 제3라인 간의 특성임피던스가 Z₂₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제3라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₃₃→∞이고, 제1라인과 그라운드간의 특성임피던스가 Z₁₁→∞이고, 제2라인과 제3라인사이의 특성임피던스가 Z₂₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬트랜스포머는

제1라인과 제2라인간의 특성임피던스 Z₁₂→∞이고, 제3라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₃₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제1라인과 제2라인간의 특성임피던스 Z₁₂→∞이고, 제3라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₃₃→∞이고, 제1라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₁₁→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제1라인과 제2라인간의 특성임피던스 Z₁₂→∞이고, 제3라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₃₃→∞이고, 제2라인과 제3라인 간의 특성임피던스가 Z₂₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제1라인과 제2라인간의 특성임피던스 Z₁₂→∞이고, 제3라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₃₃→∞이고, 제1라인과 그라운드간의 특성임피던스가 Z₁₁→∞이고, 제2라인과 제3라인사이의 특성임피던스가 Z₂₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬트랜스포머는

제1라인과 제3라인 간의 특성임피던스가 Z₁₃→∞이고, 제2라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₂₂→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제1라인과 제3라인 간의 특성임피던스가 Z₁₃→∞이고, 제2라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₂₂→∞이고, 제1라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₁₁→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제1라인과 제3라인 간의 특성임피던스가 Z₁₃→∞이고, 제2라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₂₂→∞이고, 제2라인과 제3라인 간의 특성임피던스가 Z₂₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

제1라인과 제3라인 간의 특성임피던스가 Z₁₃→∞이고, 제2라인과 그라운드 간의 특성임피던스가 Z₂₂→∞이고, 제1라인과 그라운드간의 특성임피던스가 Z₁₁→∞이고, 제2라인과 제3라인사이의 특성임피던스가 Z₂₃→∞인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 3 항에 있어서, 상기 발룬트랜스포머는

제1라인과 그라운드간의 특성임피던스(Z₁₁) 또는 제2라인과 제3라인간의 특성임피던스(Z₂₃)를 변화시켜, 대역폭 특성을 조정하는 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
불평형신호가 입력 또는 출력되는 불평형포트;

서로 크기가 같고 180도의 위상차를 갖는 평형신호를 출력 또는 입력하는 제1,2평형포트;

상호 전자기적으로 커플링되도록 배치되는 제1,제2,제3라인을 구비하고,

상기 제1라인의 제1단부는 불평형포트에 접속되고, 제2단부는 접지에 연결되고, 상기 제2라인의 제1단부와 제3라인의 제1단부는 서로 연결되며, 제2,3라인의 제2단부는 각각 제1,2평형포트에 연결되는 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 32 항에 있어서,

상기 제1,2,3라인은 λ/4 (λ는 입출력신호의 중심주파수에 대한 파장이다) 길이인 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.
제 32 항에 있어서, 상기 발룬 트랜스포머는

(여기에서, Z_mn (m,n =1,2,3)은 제m라인과 제n라인간의 특성임피던스이고, Z_0u는 불평형포트의 종단임피던스이고, Z_0b는 제1,2평형포트의 종단 임피던스이다.)

의 임피던스 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 3 라인 발룬 트랜스포머.