KR100793149B1 - 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기 - Google Patents

가변 임피던스 변환비 전송선 변압기 Download PDF

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Abstract

가변 임피던스 변환비 전송선 변압기에 대해 개시한다. 본 발명의 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기는 전송선 변압기의 선로에 다수 개의 스위치를 삽입하고 이 스위치를 열고 닫음에 따라 전송선의 권선(turn)비와 구조가 바뀌게 함으로써 임피던스를 가변시킨다는 특징을 갖는다. 따라서, 하나의 전송선 변압기로 여러 임피던스 변환비를 구현할 수 있어서, 부하 가변형 전력 증폭기의 출력단, 멀티모드(multi-mode), 멀티 펑션(multi-function)을 지원하는 RF 송수신단, 전력 전자의 다기능 컨버터 등에 적용할 수 있다.
전송선 변압기, 임피던스, 가변, 스위치, 변환비, 단권형 변압기

Description

가변 임피던스 변환비 전송선 변압기 {VARIABLE IMPEDANCE TRANSFORMATION RATIO TRANSMISSION LINE TRANSFORMER}
도 1은 종래의 1:4 전송선 변압기의 개략적 구성도;
도 2는 종래의 1:4 전송선 변압기의 등가회로를 나타낸 회로 구성도;
도 3은 종래의 1:(N+1)2 전송선 변압기의 등가회로를 나타낸 회로 구성도;
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기의 등가회로를 나타낸 회로 구성도;
도 5는 도 4에 도시된 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기에서의 임피던스 변환비의 실제 예를 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기의 등가회로를 나타낸 회로 구성도;
도 7은 도 6에 도시된 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기에서의 임피던스 변환비의 실제 예를 나타낸 도면; 및
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기의 등가회로를 나타낸 회로 구성도이다.
* 도면 중의 주요부분에 대한 부호 설명 *
1: 전송선 변압기의 1번 포트
2: 전송선 변압기의 2번 포트
3: 전송선 변압기의 1차측 전송선
4: 전송선 변압기의 2차측 전송선
11, 21: 1:4 전송선 변압기의 등가회로의 1번 포트
12, 22: 1:4 전송선 변압기의 등가회로의 2번 포트
13, 23: 1:4 전송선 변압기의 등가회로의 1차측 인덕턴스
14, 24: 1:4 전송선 변압기의 등가회로의 2차측 인덕턴스
31, 41, 51: 1:(N+1)2 전송선 변압기의 등가회로의 1번 포트
32, 42, 52: 1:(N+1)2 전송선 변압기의 등가회로의 2번 포트
33, 43, 53: 1:(N+1)2 전송선 변압기의 등가회로의 1차측 인덕턴스
34, 44, 54: 1:(N+1)2 전송선 변압기의 등가회로의 2차측 인덕턴스
101, 111: 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기의 1번 포트
102, 112: 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기의 2번 포트
103, 113: 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기의 1차측 전송선
104, 114: 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기의 2차측 전송선
본 발명은 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기에 관한 것으로서, 특히 전송선 변압기의 선로 또는 권선에 다수개의 스위치를 삽입하고, 이 스위치의 동작에 따라 임피던스 변환비를 바꾸어주어 하나의 전송선 변압기로 여러 임피던스 변환비를 구현할 수 있는 임피던스 가변 전송선 변압기에 관한 것이다.
전송선 변압기는 광대역 특성의 임피던스 변환비를 갖는 것을 목적으로 하는 장치이다. 어떤 경우에는 고정된 임피던스 변환보다, 기능에 따라 가변 가능한 임피던스 변환 기능이 유용할 경우가 있다. 예를 들면, 단말기에 들어가는 전력 증폭기는 기지국과의 거리에 따라 전력의 크기를 변환시켜 주어야 하기 때문에, 고출력 모드와 저출력 모드를 갖고 있다. 이것을 효과적으로 지원하기 위한 방법 중의 하나는 증폭기의 부하 임피던스를 변화시켜 주는 것인데, 현재 사용되는 전송선 변압기는 이러한 요구를 충족시켜 주지 못하는 문제가 있었다.
도 1은 종래의 1:4 전송선 변압기의 개략적 구성을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 전송선 변압기는 1번 포트(1), 2번 포트(2), 1차측 전송선(3) 및 2차측 전송선(4)을 포함하여 이루어진다.
이러한 1:4 전송선 변압기는 도 2와 같은 단권형 변압기(auto-transformer)의 등가 회로로 도시할 수 있다. 이때 1:4 전송선 변압기는 1:4의 고정된 임피던스 변환비를 갖고 동작한다. 도 2에서, 참조번호 11, 21은 전송선 변압기의 등가회로 의 1번 포트, 참조번호 12, 22는 전송선 변압기의 등가회로의 2번 포트, 참조번호 13, 23은 전송선 변압기의 등가회로의 1차측 인덕턴스, 참조번호 14, 24는 전송선 변압기의 등가회로의 2차측 인덕턴스를 각각 나타낸다.
또한, 1:(N+1)2의 전송선 변압기를 도 3처럼 구현할 수 있으나, 이 역시 고정된 임피던스 변환비를 갖는다. 도 3의 (a)는 종래의 1:(N+1)2 전송선 변압기의 구조도이며, (b)는 그 등가회로를 나타낸 회로 구성도이며, (c)는 2차측 인덕턴스의 구성을 상세히 나타내기 위한 도면이다. 도 3에서, 참조번호 31, 41, 51은 1:(N+1)2 전송선 변압기의 1번 포트, 참조번호 32, 42, 52는 1:(N+1)2 전송선 변압기의 2번 포트, 참조번호 33, 43, 53은 1:(N+1)2 전송선 변압기의 1차측 인덕턴스, 참조번호 34, 44, 54는 1:(N+1)2 전송선 변압기의 2차측 인덕턴스를 각각 나타낸다. 도 3의 (c)를 참조하면, 전송선 변압기의 2차측 인덕턴스를 구성하는 선로 또는 권선이 끊어짐 없이 연결되어 있음을 알 수 있다.
그런데, 이상에 설명한 바와 같은 종래의 전송선 변압기는 임피던스 변환비를 가변할 수 없다는 문제점을 가진다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 임피던스 변환비를 가변하여 동작 중에 임피던스의 변환이 필요한 응용에서 효율적으로 대처할 수 있는 전송선 변압기를 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 일 예에 따른 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기는: 1차측 전송선 및 2차측 전송선을 포함하는 전송선 변압기와; 상기 1차측 전송선 및 2차측 전송선 중의 적어도 어느 하나의 사이, 상기 1차측 전송선 및 2차측 전송선 사이 및 상기 1차측 전송선과 접지부 사이에 각각 삽입 설치되는 스위치들; 이 포함되어, 임피던스 변환비를 가변시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 상기 전송선 변압기로서, 루트로프(Ruthroff) 전송선 변압기, 구아넬라(Guanella) 전송선 변압기, N:M 전송선 변압기로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 변압기를 사용하여도 좋다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 다른 예에 따른 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기는: 1차측 인덕턴스 및 2차측 인덕턴스를 포함하는 단권선 변압기와; 상기 1차측 인덕턴스 및 2차측 인덕턴스 중의 적어도 어느 하나의 사이, 상기 1차측 인덕턴스 및 2차측 인덕턴스 사이 및 상기 1차측 인덕턴스와 접지부 사이에 각각 삽입 설치되는 스위치들; 이 포함되어, 임피던스 변환비를 가변시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
삭제
또한, 상기 단권선 변압기로서, 루트로프(Ruthroff) 전송선 변압기, 구아넬 라(Guanella) 전송선 변압기, N:M 전송선 변압기로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 변압기를 사용하여도 좋다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 또 다른 예에 따른 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기는, 2개 이상의 전송선 변압기를 직렬로 연결하되, 그 각각의 전송선 변압기에 다수의 스위치를 삽입하여 임피던스 변환비를 가변시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 또 다른 예에 따른 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기는, 2개 이상의 단권선 변압기를 직렬로 연결하되, 그 각각의 단권선 변압기에 다수의 스위치를 삽입하여 임피던스 변환비를 가변시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
이하에서, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 아래의 실시예들은 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예들에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다. 또한, 전송선로와 단권선을 이용한 변압기는 동일한 원리로 해석될 수 있으므로 이를 하나의 도면에 의해 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기의 등가회로를 나타낸 회로 구성도이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예의 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기가, 서로 자기적으로 결합되어 있는 1차측 전송선(103)과 2차 측 전송선(104)을 포함하고 있으며, 다수의 스위치가 삽입 설치된 것을 알 수 있다. 도 4에서, 2차측 전송선(104) 사이에 삽입 설치된 스위치들을 참조번호 SA1, …, SA(N-1), SAN으로, 2차측 전송선(104) 중의 최하단의 것과 다른 위치에 있는 것 사이에 삽입 설치된 스위치들을 참조번호 SB1, …, SB(N-1), SBN으로, 1차측 전송선(103)과 2차측 전송선(104) 사이에 삽입 설치된 스위치를 S2, 1차측 전송선(103)과 접지부 사이에 삽입 설치된 스위치를 S1으로 각각 나타내었다. 여기서 참조번호 101은 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기의 1번 포트, 참조번호 102는 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기의 2번 포트를 각각 나타낸다. 2차측 전송선(104) 사이에 삽입 설치된 스위치들에 의해 나누어지는 전송선로들의 각각의 임피던스는 전송선 변압기의 임피던스 변환비에 따라 자유롭게 설정할 수 있지만, 본 실시예에서는 1차측 전송선(103)의 임피던스와 동일하게 되도록 설정하였다.
이와 같은 구성을 가진 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기에서 임피던스 변환비의 실제 예를 도 5에 나타내었다.
도 5의 (a)를 참조하면, 2차측 전송선(104) 사이에 삽입 설치된 스위치들을 모두 개방하여 연결을 끊고, 2차측 전송선(104) 중의 최하단의 것과 다른 위치에 있는 것 사이에 삽입 설치된 스위치들 중에 SBN만을 연결하고 나머지 스위치들인 SB1, …, SB(N-1)을 개방하여 연결을 끊는다. 또한, 1차측 전송선(103)과 2차측 전송선(104) 사이에 삽입 설치된 스위치 S2와, 1차측 전송선(103)과 접지부 사이에 삽입 설치된 스위치 S1을 모두 개방하여 연결을 끊으면, 1:1 임피던스 변환비의 전송선 변압기가 구현된다.
또한, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 2차측 전송선(104) 사이에 삽입 설치된 스위치들을 모두 개방하여 연결을 끊고, 2차측 전송선(104) 중의 최하단의 것과 다른 위치에 있는 것 사이에 삽입 설치된 스위치들 중에 SBN만을 연결하고 나머지 스위치들인 SB1, …, SB(N-1)을 개방하여 연결을 끊는다. 또한, 1차측 전송선(103)과 2차측 전송선(104) 사이에 삽입 설치된 스위치 S2와, 1차측 전송선(103)과 접지부 사이에 삽입 설치된 스위치 S1을 모두 연결하면, 1:4 임피던스 변환비의 전송선 변압기가 구현된다.
그리고, 도 5의 (c)에 도시한 바와 같이, 2차측 전송선(104) 사이에 삽입 설치된 스위치들 중에 SAN만을 연결하고 나머지 스위치들인 SA1, …, SA(N-1)을 모두 개방하여 연결을 끊고, 2차측 전송선(104) 중의 최하단의 것과 다른 위치에 있는 것 사이에 삽입 설치된 스위치들 중에 SB(N-1)만을 연결하고 나머지 스위치들인 SB1, …, SBN을 개방하여 연결을 끊는다. 또한, 1차측 전송선(103)과 2차측 전송선(104) 사이에 삽입 설치된 스위치 S2와, 1차측 전송선(103)과 접지부 사이에 삽입 설치된 스위치 S1을 모두 연결하면, 1:9 임피던스 변환비의 전송선 변압기가 구현된다.
이와 같은 방법으로, 도 5의 (d)에 도시한 바와 같이, 2차측 전송선(104) 사이에 삽입 설치된 모든 스위치들인 SA1, …, SA(N-1), SAN을 연결하고, 2차측 전송선(104) 중의 최하단의 것과 다른 위치에 있는 것 사이에 삽입 설치된 스위치들인 SB1, …, SB(N-1), SBN을 모두 개방하여 연결을 끊고, 1차측 전송선(103)과 2차측 전송선(104) 사이에 삽입 설치된 스위치 S2와 1차측 전송선(103)과 접지부 사이에 삽입 설치된 스위치 S1을 모두 연결하면, 1:(N+1)2 임피던스 변환비의 전송선 변압기가 구현된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기의 등가회로를 나타낸 회로 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기가, 도4에 도시된 것과 마찬가지로 서로 자기적으로 결합되어 있는 1차측 전송선(113)과 2차측 전송선(114)을 포함하고 있으며, 다수의 스위치가 삽입 설치된 것을 알 수 있다. 도 6에서, 2차측 전송선(104)의 양단에 설치된 스위치들을 참조번호 SA1, …, SA(N-1), SAN 및 SC1, …, SC(N-1), SCN으로, 2차측 전송선(114) 중의 하단의 것과 그 바로 위에 있는 것 사이에 삽입 설치된 스위치들을 참조번호 SB1, …, SB(N-1), SBN으로, 2차측 전송선(114) 중의 최하단의 것과 1차측 전송선(113)의 일단의 사이에 설치된 스위치들을 S2 및 S4로, 2차측 전송선(114) 중의 최하단의 것과 1차측 전송선(113)의 타단 사이에 설치된 스위치를 S3로, 1차측 전송선(113)과 접지부 사이에 삽입 설치된 스위치를 S1으로 각각 나타내었다. 여기서 참조번호 111은 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기의 1번 포트, 참조번호 112는 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기의 2번 포트를 각각 나타낸다. 2차측 전송선(114) 사이에 삽입 설치된 스위치들에 의해 나누어지는 전송선로들의 각각의 임피던스는 전송선 변압기의 임피던스 변환비에 따라 자유롭게 설정할 수 있지만, 본 실시예에서도 1차측 전송선(113)의 임피던스와 동일하게 되도록 설정하였다.
이와 같은 구성을 가진 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기에서 임피던스 변환비의 실제 예를 도 7에 나타내었다.
도 7의 (a)를 참조하면, 스위치 SB1, …, SB(N-1), SBN 및 SC1, …, SC(N-1), SCN, S3, S4를 연결하고, SA1, …, SA(N-1), SAN 및 S1, S2를 개방하면 1:1 임피던스 변환비의 전송선 변압기가 구현된다.
도 7의 (b)를 참조하면, 스위치 SB1, …, SB(N-1), SBN 및 SC1, …, SC(N-1), SCN, S1, S2를 연결하고, SA1, …, SA(N-1), SAN 및 S3, S4를 개방하면 1:4 임피던스 변환비의 전송선 변압기가 구현된다.
도 7의 (c)를 참조하면, 스위치 SB2, …, SB(N-1), SBN 및 SC2, …, SC(N-1), SCN, SA1, S1, S2를 연결하고, SA2, …, SA(N-1), SAN 및 SB1, SC1, S3, S4를 개방하면 1:9 임피던스 변환비의 전송선 변압기가 구현된다.
도 7의 (d)를 참조하면, 스위치 SA1, …, SA(N-1), SAN 및 S1, S2를 연결하고, SB1, …, SB(N-1), SBN 및 SC1, …, SC(N-1), SCN, S3, S4를 개방하면 1:(N+1)2 임피던스 변환비의 전송선 변압기가 구현된다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기의 등가회로를 나타낸 회로 구성도이다. 도 8을 참조하면, 도 4에 도시된 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기 2개를 직렬로 연결하여도 또 다른 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기를 구성할 수 있음을 알 수 있다. 이 때, 직렬 연결되는 전송선 변압기의 개수는 2개 이상 임의로 정할 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 가변 임 피던스 변환비 전송선 변압기를 2개 이상 직렬로 연결하여도 또 다른 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기를 구성할 수 있음(미도시)은 물론이다.
상기한 본 발명에 따르면, 하나의 전송선 변압기로 여러 임피던스 변환비를 구현할 수 있어서, 부하 가변형 전력 증폭기의 출력단, 멀티모드(multi-mode), 멀티 펑션(multi-function)을 지원하는 RF 송수신단, 전력 전자의 다기능 컨버터 등에 적용할 수 있다.

Claims (7)

1차측 전송선 및 2차측 전송선을 포함하는 전송선 변압기와;
상기 1차측 전송선 및 2차측 전송선 중의 적어도 어느 하나의 사이, 상기 1차측 전송선 및 2차측 전송선 사이 및 상기 1차측 전송선과 접지부 사이에 각각 삽입 설치되는 스위치들; 이 포함되어,
임피던스 변환비를 가변시킬 수 있는 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기.
삭제
제1항에 있어서, 상기 전송선 변압기가, 루트로프(Ruthroff) 전송선 변압기, 구아넬라(Guanella) 전송선 변압기, N:M 전송선 변압기로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 변압기인 것을 특징으로 하는 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기.
1차측 인덕턴스 및 2차측 인덕턴스를 포함하는 단권선 변압기와;
상기 1차측 인덕턴스 및 2차측 인덕턴스 중의 적어도 어느 하나의 사이, 상기 1차측 인덕턴스 및 2차측 인덕턴스 사이 및 상기 1차측 인덕턴스와 접지부 사이에 각각 삽입 설치되는 스위치들; 이 포함되어,
임피던스 변환비를 가변시킬 수 있는 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기.
삭제
제4항에 있어서, 상기 단권선 변압기가, 루트로프(Ruthroff) 전송선 변압기, 구아넬라(Guanella) 전송선 변압기, N:M 전송선 변압기로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나의 변압기인 것을 특징으로 하는 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기.
제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기를 직렬로 2개 이상 연결한 것을 특징으로 하는 가변 임피던스 변환비 전송선 변압기.
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