KR100529581B1 - 초고주파 윌켄슨 전력분배기 - Google Patents

초고주파 윌켄슨 전력분배기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초고주파 윌켄슨 전력분배기(Wilkinson Power Divider)에 관한 것으로, 소정 임피던스(impedance) 값을 갖는 입력 선로(input line), 입력 선로에서 적어도 두 개 이상으로 나누어지는 제 1 및 제 2 트랜스포머 선로(transformer line), 제 1 및 제 2 트랜스포머 선로의 종단에 연결된 제 1 및 제 2 출력 선로(output line), 제 1 및 제 2 출력 선로들간에 연결되는 격리저항(isolation resistor)을 갖는 윌켄슨 전력분배기에 있어서, 윌켄슨 전력분배기의 상부 및 하부에 배치되며, 적어도 일종(一種) 이상의 복합 재료로 이루어진 상부/하부 유전체층과, 격리저항과 제 1 출력 선로간에 직렬로 연결되는 제 1 보상 인덕터(compensation inductor)와, 제 1 보상 인덕터, 격리저항 및 제 2 출력 선로간에 직렬로 연결되는 제 1 보상 캐패시터(compensation capacitor)와, 격리저항 양단에 병렬로 연결되는 제 2 보상 인덕터와, 격리저항 양단과 제 2 보상 인덕터간에 병렬로 연결되는 제 2 보상 캐패시터를 포함한다. 본 발명에 의하면, 격리저항에 병렬 또는 직렬로 단독 또는 복합적으로 연결되는 보상 인덕터 및 보상 캐패시터를 구비함으로써, 초고주파대역에서 사용 가능한 초고주파 전력분배기의 회로구성 과정에서 발생하는 기생 성분(기생 인덕턴스, 기생 저항과 기생 캐패시턴스)을 상쇄하여 전력분배기의 성능 및 입출력 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

초고주파 윌켄슨 전력분배기{WILKINSON POWER DIVIDER WITH COMPENSATION CAPACITOR/INDUCTOR}
본 발명은 전력 분배기에 관한 것으로, 특히, 동작 주파수 증가에 따른 기생 인덕턴스 및 기생 캐패시턴스 성분을 상쇄시키는데 적합한 초고주파 윌켄슨 전력분배기(Wilkinson Power Divider)에 관한 것이다.
윌켄슨 전력 분배기는 하나의 입력 전력을 적어도 두 개 이상의 출력 단자로 전력을 분배하는 장치로서, 종래에는 집중소자 및 분포소자를 이용하여 구현 하였으나, 무선통신 주파수의 증가에 따른 관련 소자의 소형화로 인해 그 크기가 점점 소형화되고 있는 추세이다.
도 1은 이러한 윌켄슨 전력분배기의 회로도로서, 통상 50오옴(Ω)의 임피던스 값을 갖는 입력 선로(100), 입력 선로(100)에서 70.7오옴의 임피던스 값으로 양분되는 각각의 트랜스포머 선로(101), 각각의 트랜스포머 선로(101)의 종단에 연결되는 각각의 50오옴 출력 선로(102)가 구비된다.
또한, 윌켄슨 전력분배기의 출력 선로(102) 사이에는 100오옴의 격리저항(103)이 연결되는데, 이 격리저항(103)은 출력단자간의 격리도를 향상시키는 역할을 수행한다. 이때, 각 선로(100)(101)(102)는 도전성이 우수한 재료를 이용하며, 격리저항(103)에는 칩저항 또는 박막저항이 일반적으로 이용된다.
그런데, 이러한 윌켄슨 전력분배기의 제조 과정에서는 도 2에 도시한 바와 같이, 기생 캐패시턴스 성분(201)과 기생 인덕턴스 성분(202)이 필연적으로 수반될 수 있다. 즉, 칩저항 또는 박막저항으로 이루어진 100오옴의 격리 저항(200)을 50오옴의 입력 선로(100)에 연결하는 과정에서 제작자의 의도와는 무관하게 기생 성분(201)(202)이 발생된다는 문제가 있었다.
이러한 기생 성분의 존재는 전력분배기의 성능저하에 영향을 미치며, 그 영향은 동작 주파수가 증가함에 따라 현저히 증가하게 된다.
본 발명은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출한 것으로, 격리저항(isolation resistor) 주변에 보상 인덕터(compensation inductor)와 보상 캐패시터(compensation capacitor)를 단독 혹은 복합적으로 연결하여 전력분배기의 성능과 입출력 특성을 향상시키도록 한 초고주파 윌켄슨 전력분배기를 제공하는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 소정 임피던스 값을 갖는 입력 선로와, 입력 선로에서 양분되는 제 1 및 제 2 트랜스포머 선로와, 제 1 및 제 2 트랜스포머 선로의 종단에 연결된 제 1 및 제 2 출력 선로와, 제 1 및 제 2 출력 선로들 간에 연결되는 격리저항을 갖는 윌켄슨 전력분배기로서, 윌켄슨 전력분배기의 상부 및 하부에 배치되며, 적어도 일종 이상의 복합 재료로 이루어진 상부/하부 유전체층과, 격리저항과 제 1 출력 선로간에 직렬로 연결되는 제 1 보상 인덕터와, 제 1 보상 인덕터, 격리저항 및 제 2 출력 선로간에 직렬로 연결되는 제 1 보상 캐패시터와, 격리저항 양단에 병렬로 연결되는 제 2 보상 인덕터와, 격리저항 양단과 제 2 보상 인덕터간에 병렬로 연결되는 제 2 보상 캐패시터를 포함하는 초고주파 윌켄슨 전력분배기를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
설명에 앞서, 본 발명에 따른 윌켄슨 전력분배기는, 캐패시터/인덕터를 이용한 보상형 초고주파 전력분배기로서, 유전체층 상부 또는 유전체층 사이에 도전성이 양호한 입력 단자를 구비하며, 이 입력 단자에서 두갈래 또는 그 이상의 개수로 나누어지는 트랜스포머 선로가 존재하고, 이 트랜스포머 선로는 출력 선로를 통해 출력단을 형성한다.
특히, 본 발명은, 출력선로 사이에 격리저항이 칩형 또는 박막형으로 존재 하며, 보상용 캐패시터 혹은 인덕터가 단독 또는 복합적으로 존재하는 것을 특징으로 한다. 이러한 보상용 캐패시터 또는 인덕터는 칩형 또는 일괄공정에 의해 제작될 수 있으며, 각 소자의 재료와 크기에는 제한이 없다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 캐패시터/인덕터를 이용한 보상형 초고주파 윌켄슨 전력분배기의 회로 구성도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 분배기는, 하부 유전체층(300)과 상부 유전체층(301), 도전성 입력 선로(302), 트랜스포머 선로(303), 출력 선로(304), 연결 선로(305), 격리저항(306), 보상 인덕터(307), 보상 캐패시터(308)로 이루어진다.
하부 유전체층(300)과 상부 유전체층(301)은 공기 또는 진공을 포함할 수 있으며, 세라믹, 유전체, 자성체, 반도체들 중 적어도 하나 이상의 재료를 복합적으로 사용하여 제조된다.
도전성 입력 선로(302)의 일단은 적어도 두 개 이상으로 나누어지면서 트랜스포머 선로(303)를 형성한다.
그리고, 각각의 트랜스포머 선로(303)의 종단은 출력 선로(304)와 각각 연결된다.
이러한 각각의 출력 선로(304) 사이에는 100오옴 또는 100오옴보다 크거나 작은 격리저항(306)이 연결된다. 이때, 이 격리저항(306)은 출력 선로(304)간의 커플링 방지나 출력 포트간 일정 간격을 확보하기 위하여 출력 선로(304)와 직접 연결되지 않고 고임피던스 연결 선로(305)를 통해 연결될 수도 있다.
본 발명에 따른 보상 인덕터(307) 및 보상 캐패시터(308)는 도 3에 도시한 바와 같이, 격리저항(305)에 직렬 또는 병렬로 연결된다. 즉, 보상 인덕터(307) 및 보상 캐패시터(308)는 단독 또는 복합적으로 사용될 수 있는 바, 격리저항(305)과 직렬로 연결되는 경우와 격리저항(305)과 직렬 및 병렬로 연결되는 경우를 모두 고려해 볼 수 있다.
한편, 보상 인덕터(307) 및 보상 캐패시터(308)의 인덕턴스 및 캐패시턴스 값은 동작 주파수에 따라 달라지며 이들 소자의 구현 방법에는 제한이 없다.
본 발명에 의하면, 보상 캐패시터 또는 보상 인덕터를 이용하여 격리저항 또는 전력 선로에 의해 발생하는 기생성분을 상쇄함으로써, 동작 주파수가 MHz대역에서 GHz대역 또는 THz대역으로 증가함에 따라 부각되는 초고주파에서의 출력 단자간의 격리도를 향상시키고, 전력 분배기의 성능 및 입출력 특성을 향상시킬 수 있다. 게다가, 본 발명은 두 개의 분배회로에서 유기될 수 있는 작은 인덕터와 캐패시터의 등가회로를 고려하여 유전체층으로 저항과 인덕터, 캐패시터를 병렬로 부가하여 고 임피던스 효과를 가져옴으로서 두 개의 분배회로를 전기적으로 차단시키는 효과가 있다. 이와 같은 유전체층의 재료 종류에 따라 간단한 구조로 저주파수에서 고주파수까지 적용이 가능하다.
이상, 본 발명을 실시예에 근거하여 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 후술하는 특허청구범위의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 변형이 가능한 것은 물론이다.
도 1은 종래의 전형적인 윌켄슨 전력분배기의 회로 구성도,
도 2는 기생 성분을 갖는 윌켄슨 전력분배기의 회로 구성도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 보상 인덕터 및 보상 캐패시터가 적용된 초고주파 윌켄슨 전력분배기의 회로 구성도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
300 : 하부 유전체층 301 : 상부 유전체층
302 : 입력 선로 303 : 트랜스포머 선로
304 : 출력 선로 305 : 연결선로
306 : 격리저항 307 : 보상 인덕터
308 : 보상 캐패시터

Claims (5)

  1. 소정 임피던스 값을 갖는 입력 선로와, 상기 입력 선로에서 양분되는 제 1 및 제 2 트랜스포머 선로와, 상기 제 1 및 제 2 트랜스포머 선로의 종단에 연결된 제 1 및 제 2 출력 선로와, 상기 제 1 및 제 2 출력 선로들 간에 연결되는 격리저항을 갖는 윌켄슨 전력분배기로서,
    상기 윌켄슨 전력분배기의 상부 및 하부에 배치되며, 적어도 일종 이상의 복합 재료로 이루어진 상부/하부 유전체층과,
    상기 격리저항과 상기 제 1 출력 선로간에 직렬로 연결되는 제 1 보상 인덕터와,
    상기 제 1 보상 인덕터, 상기 격리저항 및 상기 제 2 출력 선로간에 직렬로 연결되는 제 1 보상 캐패시터와,
    상기 격리저항 양단에 병렬로 연결되는 제 2 보상 인덕터와,
    상기 격리저항 양단과 상기 제 2 보상 인덕터간에 병렬로 연결되는 제 2 보상 캐패시터
    를 포함하는 초고주파 윌켄슨 전력분배기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 상부/하부 유전체층은 세라믹, 유전체, 자성체, 반도체 중 적어도 하나 이상의 재료와 복합되는 것을 특징으로 하는 초고주파 윌켄슨 전력분배기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력분배기는 일괄공정에 의해 구현되거나 단위소자를 결합한 형태로 구현되는 것을 특징으로 하는 초고주파 윌켄슨 전력분배기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 격리저항은 고임피던스 연결 선로를 통해 상기 제 1 및 제 2 출력 선로와 연결되거나, 상기 제 1 및 제 2 출력 선로와 직접 연결되는 것을 특징으로 하는 초고주파 윌켄슨 전력분배기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 보상 인덕터, 상기 제 1 및 제 2 보상 캐패시터의 인덕턴스 및 캐패시턴스 값은 동작 주파수에 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 초고주파 윌켄슨 전력분배기.
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