KR101473647B1 - Coaxial Waveguide for Spatial Combiner - Google Patents

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Abstract

According to the present invention, the coaxial waveguide spatial combiner comprises: an input connector part to receive electromagnetic signals from a coaxial connector; an output connector part to deliver electromagnetic signals to a coaxial connector; an input impedance conversion part to convert the impedance of an electromagnetic signal inputted through the input connector part; an output impedance conversion part to convert the impedance of an electromagnetic signal delivered to the output connector; and a sector combining part formed between the input impedance conversion part and the output impedance conversion part, combining the sectors of the input impedance conversion part and output impedance conversion part, and delivering the electromagnetic signal converted at the input impedance conversion part to the output impedance conversion part with minimum reflection loss. As a result, the present invention enables input/output impedance converters, a coaxial waveguide, and input/output center conductors connected to coaxial connectors to be integrally formed and therefore matches the impedance of an electromagnetic wave, thereby improving reflection loss characteristics of the electromagnetic wave; enables the impedance converters of an internal conductor to be formed in a Dolph-chevyshev taper shape and therefore reduces the length of a module as much as possible, thereby minimizing the overall size of the coaxial waveguide spatial combiner and improving reflection characteristics; and uses water-cooling channels in an external conductor, thereby improving heat release and efficiency.

Description

동축도파관 공간결합기{Coaxial Waveguide for Spatial Combiner}Coaxial Waveguide for Spatial Combiner}

본 발명은 동축도파관의 TEM모드 축방향으로 흐르는 RF 전류를 제거하여 동축도파관 내의 전자기 에너지를 공간적으로 결합 또는 분배하기 위한 발명으로서, 보다 상세하게는 전자기 에너지의 공간 결합(Spatial combine)을 위하여 PCB 기판(인쇄회로기판) 상에 형성되는 마이크로스트립라인(Microstrip line)의 테이퍼 핀-라인, 동축도파관 및 입력/출력 임피던스변환기를 일체형으로 형성한 동축도파관 공간결합기에 관한 것이다. 따라서, 차단주파수가 없는 TEM모드로 상기 동축도파관(본 발명의 일체화된 동축도파관 공간결합기)이 동작되는 경우에 축방향으로 흐르는 RF전류의 방해요소를 효과적으로 제거할 수 있으며, 또한 본 발명에 의한 일체화된 동축도파관 공간결합기는 높은 결합효율을 갖는 고출력 광대역 증폭기에도 적용이 가능한 효과가 있다.The present invention relates to an invention for spatially coupling or distributing electromagnetic energy in a coaxial waveguide by removing an RF current flowing in a direction of a TEM mode axis of a coaxial waveguide. More particularly, the present invention relates to a method for spatially combining electromagnetic energy, Line coaxial waveguide and an input / output impedance converter of a microstrip line formed on a substrate (printed circuit board) of a coaxial waveguide. Therefore, when the coaxial waveguide (integrated coaxial waveguide spatial coupler of the present invention) is operated in a TEM mode having no cut-off frequency, interference elements of the RF current flowing in the axial direction can be effectively removed, The coaxial waveguide spatial coupler can be applied to a high output wideband amplifier having a high coupling efficiency.

현재의 시스템은 기술의 발전에 따라서 저전력 저효율의 시스템이 고전력 고효율의 시스템으로 전환되어지고 있는 추세이며, 이와 같은 고전력 및 고효율 특성을 얻기 위해서는 결합기(Combiner)가 필수적으로 사용되어야 한다. Current systems are being transformed into low-power, low-efficiency systems with high-power, high-efficiency systems as technology advances. In order to achieve such high-power and high-efficiency characteristics, a combiner must be used.

상기 결합기는 1960년대 윌킨스에 의해 처음으로 하나의 입력신호가 두 개의 동일한 위상과 크기를 갖는 분배기 및 결합기가 개발되면서 기술이 더욱 발전하게 되었다. 이 후 이러한 분배기 및 결합기는 더욱 발전되어 현재 시스템에는 Wilkinson 분배기 및 결합기, branch-line 커플러, Lange 커플러, rat-race 커플러 등과 같은 다양한 구조가 적용되어 사용되고 있는 중이다. The coupler was first developed by Wilkins in the 1960s as a divider and combiner with two identical phases and magnitudes of one input signal was developed to further advance the technology. Since then, these distributors and couplers have been developed more and more, and various systems such as Wilkinson distributor and coupler, branch-line coupler, Lange coupler, rat-race coupler, etc. are being applied to the present system.

상기 결합기는 크게 평면결합방식과 공간결합방식으로 구분되며, 상기 평면결합방식은 PCB(인쇄회로기판)상에 회로패턴 또는 케이블을 이용하여 전자기 에너지를 결합하는 방법으로서, 이론적으로는 N-way 결합(N은 1보다 큰 상수)방식이 가능한 반면에, 공간상의 제약으로 실제로는 제작이 불가능하여 주로 2개의 전력소자를 결합할 수 있는 2-way 전력결합기의 형태로 구성된다. The coupler is roughly divided into a planar coupling method and a space coupling method. The planar coupling method is a method of coupling electromagnetic energy using a circuit pattern or a cable on a printed circuit board (PCB) (N is a constant greater than 1), while it is constructed in the form of a 2-way power combiner, which can not be fabricated due to space limitations and can mainly combine two power devices.

그러나 최근의 큰 전력을 필요로 하는 고출력시스템의 필요성이 증대되면서 기존의 평면결합방식으로는 기술적인 한계가 나타나고 있는데, 그 이유는 큰 전력을 얻기 위해서는 2-way 전력결합기에 의한 평면결합구조는 다단으로 연결되어 하나의 큰 전력을 결합하는 경우 결합되는 개수가 증가할수록 출력 손실(Loss)이 증대되어 시스템의 출력전력과 효율이 감소하게 된다. 또한, 결합하고자 하는 전력소자의 개수가 늘어날수록 이를 분배 및 결합하기 위한 마이크로스트립라인(microstrip line)의 길이가 늘어나고 크기가 비례적으로 증가하여 제작이 불가능한 단점이 있다.However, as the need for a high-power system requiring a large power is increased, the conventional planar coupling method has a technical limitation because the planar coupling structure by the 2-way power combiner is a multi- The output power and the efficiency of the system are reduced as the number of coupled circuits increases. Also, as the number of power devices to be coupled increases, the length of the microstrip line for distributing and coupling the power devices increases, and the size of the microstrip line increases proportionally, making fabrication impossible.

상기와 같은 평면결합방식의 단점을 극복하기 위하여 공간결합방식이 개발되었는데, 공간결합방식은 도파관(Waveguide)을 이용하여 전력을 결합하는 방식으로서, 결합되는 전력소자의 수에 무관하게 손실이 일정한 장점이 있다. 즉 2-way 결합을 위한 공간결합방식 및 4-way, 8-way, 16-way ... n-way 결합을 위한 공간결합방식 모두는 출력 손실이 모두 동일하여 큰 전력이 필요한 시스템에 적용할 경우 손실을 크게 줄일 수 있고 반면 효율은 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다.In order to overcome the disadvantage of the above-described planar coupling method, a space coupling method has been developed. In the space coupling method, a power is coupled using a waveguide, and a loss is constant regardless of the number of coupled power devices. . That is, space coupling method for 2-way coupling and space coupling method for 4-way, 8-way, 16-way ... n-way coupling are applied to a system requiring a large power due to the same output loss The loss can be greatly reduced while the efficiency can be greatly improved.

상기 공간결합방식은 2차 세계대전 전에 일본 도호쿠 (Tohoku)대학의 유다(Uda)교수에 의해 진공관으로 만들어진 600MHz 오실레이터와 다이폴 안테나 및 반사거울(reflecting mirror)로 이루어진 실험에서 9개의 진공관과 여덟 개의 다이폴 안테나를 통해 대기 상에서 전력을 송수신하는 기술이 처음으로 연구되었다. In the space-combining method, before the Second World War, experiments were conducted by Professor Uda of the University of Tohoku in Japan using a 600-MHz oscillator, a dipole antenna, and a reflecting mirror made of a vacuum tube. In the experiment, nine tubes and eight dipoles The technology to transmit and receive power over the air through the antenna was studied for the first time.

그리고 현재의 준광학적인 공간전력결합방식은 1960년대 초반 U.S. Army's Fort Monmouth 연구실의 Georg Goubua 와 Felix Schwering에 의해 이루어졌으며, 1963년에 Purdue 대학의 Roscoe George 와 E. M. Sabbaugh가 “An efficient means of converting microwave energy to DC using semiconductor diodes" 논문의 발표와 함께 2.45GHz에서 680개의 다이오드와 30W의 입력전력을 이용하여 20W의 DC 출력전력을 얻는데 성공하였다. And the current quasi-optical spatial power coupling scheme was developed in the early 1960s by U.S. Georg Goubua and Felix Schwering of the Army's Fort Monmouth Laboratory, Roscoe George and EM Sabbaugh of Purdue University in 1963 published a paper entitled "An efficient means of converting microwave energy to DC using semiconductor diodes" Of diodes and 30W of input power to achieve 20W of DC output power.

상기 준광학적인 공간전력결합방식은 1993년부터 더욱 활발히 연구되었으며, 그 중에서 도파관을 이용한 방법은 주로 Caltech의 Rutledge group과 UCSB의 Microwave group에 의하여, 초기에는 직사각형 도파관을 이용한 공간전력결합기가 개발되었는데 X-band 20W, 40W, 80W, 120W, Ka-band 1.6W, 3.3W, K-band 10W, 16W의 논문이 발표되었다. 최근에는 동축도파관을 이용한 공간전력결합기가 연구되어지고 있으며, 3.5GHz부터 14GHz까지 1W, 6GHz부터 17GHz까지 45W, X-대역 80W의 논문이 발표되었다. The quasi-optical spatial power coupling method has been studied more actively since 1993. Among them, a waveguide-based method is mainly developed by Caltech's Rutledge group and UCSB's microwave group. In the beginning, a spatial power combiner using a rectangular waveguide has been developed. -band 20W, 40W, 80W, 120W, Ka-band 1.6W, 3.3W, K-band 10W, 16W have been published. Recently, a space power combiner using a coaxial waveguide has been studied. A paper of 1W from 3.5GHz to 14GHz, 45W from 6GHz to 17GHz, and an 80W X-band have been published.

상기 공간결합방식은 도파관의 종류에 따라 직사각형 도파관(Rectangular waveguide)을 이용한 공간전력결합방식과 동축도파관(Coaxial waveguide)을 이용한 공간전력결합방식으로 구분된다. The spatial coupling scheme is classified into a spatial power coupling scheme using a rectangular waveguide and a spatial power combining scheme using a coaxial waveguide depending on the type of the waveguide.

상기 직사각형 도파관의 주모드(Dominant mode)는 모드이다. 모드란 전자파가 지나가는 매질과 금속성분의 매질과의 경계면에서 경계조건을 만족해야 하는데 이러한 경계조건을 만족하는 어떤 특정한 전기장과 자기장의 형태를 말한다. The dominant mode of the rectangular waveguide is a mode. Mode refers to the form of a specific electric field and magnetic field satisfying the boundary condition at the interface between the medium passing the electromagnetic wave and the medium of the metal component.

상기 경계조건을 만족하는 모드는 무한대인데, 여기서 주모드(dominant mode)라 함은 차단주파수(cutoff frequency)가 제일 낮으며 모드변환(mode conversion)의 염려가 없고 단일모드로 전송이 가능한 모드를 의미한다. 모드변환을 염려하는 이유는 서로의 전송모드끼리 영향을 줌으로써 전송되는 신호간에 간섭이 발생하기 때문이다.The mode satisfying the boundary condition is infinite. Here, the dominant mode refers to a mode in which the cutoff frequency is the lowest, there is no fear of mode conversion, and the mode can be transmitted in a single mode do. The reason for worrying about mode conversion is that interference occurs between signals transmitted by influencing each other's transmission modes.

또한, 상기 TE(Trsnsverse Electric field) 모드는 전자파가 진행할 때에 전기장이 진행방향에 수직으로 형성되는 모드를 의미하며, 상기 직사각형 도파관의 모드 전력 분포는 가운데를 중심으로 곡선을 그리기 때문에 필드가 균일하지 않다는 단점이 있다. 이는 도파관 내부에 여러 개의 PCB(인쇄회로기판)와 마이크로스트립(microstrip line)형태의 테이퍼 슬롯 임피던스 변환 입출력 안테나를 삽입할 경우에 위치에 따라서 필드 분포가 불균형하게 되어 결합효율이 떨어지게 된다. In addition, the TE (Trsnsverse Electric field) mode means a mode in which an electric field is formed perpendicular to a traveling direction when an electromagnetic wave propagates, and a mode power distribution of the rectangular waveguide forms a curve around the center, There are disadvantages. This is because when several PCBs (printed circuit boards) and microstrip line tapered slot impedance-converted input / output antennas are inserted into the waveguide, the field distribution becomes unbalanced depending on positions, and coupling efficiency is lowered.

또한, 상기 직사각형 도파관을 이용한 공간전력결합방식에서 반도체 소자를 이용하여 전력을 결합할 경우, 도파관의 가장자리에 위치한 안테나에 삽입된 전력 증폭기들이 포화전력에 도달했을 때 중앙에 위치한 증폭기는 이미 과구동되어 선형성 저하의 문제를 야기 시킨다. 이를 보완하기 위해서 도파관 양쪽에 유전체를 삽입하여 필드의 분포를 균일하게 해주는 방법이 연구되었으나 근본적인 해결책은 아니다.Also, when power is coupled using a semiconductor device in a space power coupling scheme using the rectangular waveguide, when the power amplifiers inserted in the antenna located at the edge of the waveguide reach the saturated power, the amplifier located at the center is already driven Causing a problem of linearity degradation. To compensate for this, a method of inserting a dielectric on both sides of the waveguide to uniform the field distribution has been studied but is not a fundamental solution.

한편, 상기 동축도파관(Coaxial waveguide)을 이용한 공간전력결합방식은 상기 직사각형 도파관처럼 단일 금속관으로 이루어져 있지 않고 중앙에 있는 도체(Inner conductor)와 바깥쪽의 도체주위를 싸고 있는 원기둥 도체(Outer Conductor)로 이루어져 있으며, 동축도파관을 이용한 공간결합기는 전자기파의 진행방향에 대해서 전계분포와 자계분포 모두 수직의 형태로 구성되어지는 TEM모드(Transverse Electro Magnetic field)를 이용하는데, 상기 TEM모드는 신호의 흐름을 억제하는 차단 주파수가 없기 때문에 광대역 특성을 얻을 수 있다. Meanwhile, the space power coupling method using the coaxial waveguide is not composed of a single metal tube like the rectangular waveguide but is composed of a center conductor and an outer conductor surrounding the outer conductor And a spatial coupler using a coaxial waveguide uses a TEM mode (Transverse Electro Magnetic field) in which both the electric field distribution and the magnetic field distribution are vertically arranged with respect to the traveling direction of the electromagnetic wave. The TEM mode suppresses the signal flow It is possible to obtain a broadband characteristic.

따라서, 광대역 특성을 요구하는 광대역 시스템에 적용 시에 유리하며, 전기장과 자기장의 분포가 안쪽 도체를 중심으로 원형으로 균일하게 분포되어 있기 때문에 공간상의 어느 지점에서나 동일한 특성을 보여서 임의의 N-way 결합기로 사용할 시 결합 효율을 높일 수 있는 일체화된 동축도파관에 의한 공간결합기를 확보하기 위한 현실적이고도 활용도가 높은 기술이 절실히 요구되는 실정이다.Therefore, it is advantageous in application to a broadband system requiring broadband characteristics, and since the distribution of the electric field and the magnetic field is uniformly distributed in a circle around the inner conductor, the same characteristics are exhibited at any point in space, A practical and highly utilizable technique for securing a space coupler by an integrated coaxial waveguide capable of increasing the coupling efficiency when using the coaxial waveguide is desperately needed.

미국특허공보 US 7,385,462(B1), 2008. 01. 10, 1쪽 요약, 도 1, 9쪽 특허청구범위 제1항 ~ 제13항.U.S. Patent Publication No. 7,385,462 (B1), 2008. 01. 10, page 1, Summary, Figures 1 and 9 Claims 1 to 13. 미국특허공보 US 7,113,056(B2), 2006. 09. 26, 1쪽 요약, 도 3b, 도 3c, 7쪽 특허청구범위 제1항 ~ 제16항.U.S. Patent Publication No. 7,113,056 (B2), 2006. 09. 26, page 1, Summary, Fig. 3b, Fig. 3c, page 7 Claims 1 to 16

본 발명은 입력 임피던스변환기, 동축도파관, 출력임피던스 변환부과 동축커넥터와 연결되는 입/출력중심도체를 일체형으로 형성하여 전자기파의 임피던스를 정합하여 전자기파의 반사손실을 최소로 하는 것을 목적으로 한다.An input impedance transformer, a coaxial waveguide, an output impedance transformer, and an input / output center conductor connected to a coaxial connector are integrally formed to match impedances of electromagnetic waves to minimize return loss of electromagnetic waves.

본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기는 N개의 섹터로 이루어진 외부도체와 내부도체의 양측에 고정용볼트홀을 통해서 고정 결합하는 얇은 원판형상의 동축커넥터홀더에 의하여 얼라인먼트(Alignment)를 맞추어 조립시 정확성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.The coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention is a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention, in which an outer conductor made of N sectors and a thin disk-shaped coaxial connector holder fixedly connected to both sides of the inner conductor through fixing bolt holes are aligned, .

아울러, 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기는 내부도체의 임피던스변환부를 Dolph-chevyshev 테이퍼 방식으로 형성하여 최대한 모듈의 길이를 줄여 동축도파관 공간결합기의 전체적인 사이즈의 소형화는 물론 반사특성을 향상시키며, 외부도체의 내부에 수냉식 냉각채널을 이용하여 방열과 효율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.In addition, the coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention reduces the overall length of the coaxial waveguide space combiner by reducing the length of the module as much as possible by forming the impedance conversion unit of the internal conductor by a Dolph-chevyshev taper method, And a cooling water channel cooling channel is used to improve heat dissipation and efficiency.

본 발명의 일실시예에 따른 동축도파관 공간결합기는, 동축도파관 내의 전자기파를 결합 또는 분배하는 동축도파관 공간결합기에 있어서, N개의 섹터(S)로 이루어지며, 수직단면부가 부채꼴 형상으로 사각형 형상으로 소정의 길이로 형성되는 바디부와, 상기 사각형 바디부의 양쪽으로 사디리꼴 형상으로 형성되는 입력 및 출력 임피던스 변환 경사부로 이루어져서 동축도파관 공간결합기의 수평인 중심축을 중심으로 동심원으로 N개로 배열되어 형성되는 외부도체와; 동축커넥터로부터 전자기파 신호를 공급받는 입력커넥터와, 동축커넥터로 전자기파 신호를 전달하는 출력커넥터와, 상기 입력커넥터를 통하여 입력되는 전자기파 신호의 임피던스를 변환하는 원추형 테이퍼 형상으로 형성되는 입력임피던스 변환기와, 상기 출력커넥터로 전달되는 전자기파 신호의 임피던스를 변환하는 원추형 테이퍼 형상으로 형성되는 출력임피던스 변환기 및 상기 입력임피던스 변환기와 상기 출력임피던스 변환기 사이에 형성되어 상기 입력임피던스 변환기와 상기 출력임피던스 변환기를 섹터 결합하고, 상기 입력임피던스 변환기로부터 변환된 전자기파 신호를 상기 출력임피던스 변환기로 반사손실을 최소로 하여 전달하는 원통형 바디부를 포함하여 형성되는 내부도체; 및 상기 외부도체의 바디부 하부에는 접촉부 및 끼움부를 형성하며, 상기 내부도체의 바디부의 원통형 외경 지름에 연결되는 상기 입력 및 출력임피던스 변환기의 외경 지름이 보다 크게 형성되도록 단턱을 갖는 걸림부를 형성하여, 상기 외부도체에 형성되는 접촉부의 끼움부가 상기 내부도체에 형성되는 걸림부에 끼워져서 상기 내부도체의 원통형 바디부 외주면 표면과 외부도체의 접촉부가 상호 접촉되는 것을 특징으로 한다.A coaxial waveguide spatial coupler according to an embodiment of the present invention is a coaxial waveguide spatial coupler for coupling or distributing electromagnetic waves in a coaxial waveguide. The coaxial waveguide spatial coupler includes N sectors S, And an input / output impedance conversion slope formed in a sideways shape on both sides of the quadrangular body portion, and arranged in N concentric circles around a horizontal central axis of the coaxial waveguide spatial coupler, Wow; An input connector for receiving an electromagnetic wave signal from the coaxial connector, an output connector for transmitting an electromagnetic wave signal to the coaxial connector, an input impedance converter formed in a conical taper shape for converting an impedance of an electromagnetic wave signal inputted through the input connector, An output impedance converter formed in a conical taper shape for converting an impedance of an electromagnetic wave signal transmitted to an output connector, and a sector formed between the input impedance converter and the output impedance converter, the input impedance converter and the output impedance converter being sector- An internal conductor formed to include a cylindrical body portion that transmits the electromagnetic wave signal converted from the input impedance converter to the output impedance converter with a minimum reflection loss; And an engaging portion formed at a lower portion of a body portion of the outer conductor and having a stepped portion so that an outer diameter of the input and output impedance transducer connected to a cylindrical outer diameter of the body portion of the inner conductor is larger, The fitting portion of the contact portion formed on the outer conductor is fitted in the engagement portion formed on the inner conductor so that the outer peripheral surface of the cylindrical body of the inner conductor and the contact portion of the outer conductor come into contact with each other.

본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 동축도파관 공간결합기는, 동축커넥터로부터 전자기파 신호를 공급받는 입력커넥터부와; 동축커넥터로 전자기파 신호를 전달하는 출력커넥터부와; 상기 입력커넥터부를 통하여 입력되는 전자기파 신호의 임피던스를 변환하는 입력임피던스 변환부와; 상기 출력커넥터부로 전달되는 전자기파 신호의 임피던스를 변환하는 출력임피던스 변환부; 및 상기 입력임피던스 변환부와 상기 출력임피던스 변환부 사이에 형성되어 상기 입력임피던스 변환부와 상기 출력임피던스 변환부를 섹터 결합하고, 상기 입력임피던스 변환부로부터 변환된 전자기파 신호를 상기 출력임피던스 변환부로 반사손실을 최소로 하여 전달하는 섹터결합부; 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a coaxial waveguide spatial coupler comprising: an input connector unit receiving an electromagnetic wave signal from a coaxial connector; An output connector portion for transmitting an electromagnetic wave signal to the coaxial connector; An input impedance conversion unit for converting an impedance of an electromagnetic wave signal input through the input connector unit; An output impedance converting unit for converting an impedance of an electromagnetic wave signal transmitted to the output connector unit; And converting the electromagnetic wave signal converted from the input impedance converting unit into the output impedance converting unit to generate a return loss, wherein the input impedance converting unit and the output impedance converting unit are formed between the input impedance converting unit and the output impedance converting unit, A sector coupling unit for transferring the sector to the minimum; And is formed to include a plurality of protrusions.

본 발명에 따르면, 동축도파관 공간결합기를 통하여 전송되는 TEM모드는 진행방향에 대해서 전기장과 자기장이 수직방향으로 발생하는 특성을 갖으며, 전자기파의 전기장과 자기장의 상호작용에 의해 흐르는 RF전류는 동축도파관 내의 진행방향으로 흐르게 되는데 동축도파관을 이용한 공간결합기를 일체형으로 제작하면 경계조건에서 불연속지점을 제거하여 이를 통하여 전자기파가 진행하는 축방향으로 흐르는 RF전류의 방해요소를 최소화하여 결합 효율을 높일 수 있으며, 전자기파의 임피던스 정합에 의하여 전자기파의 반사손실 특성이 향상되는 효과가 있다. According to the present invention, a TEM mode transmitted through a coaxial waveguide spatial coupler has a characteristic in which an electric field and a magnetic field are generated in a vertical direction with respect to a traveling direction, and an RF current flowing due to an interaction between an electric field and a magnetic field of the electromagnetic wave, The spatial coupler using the coaxial waveguide is integrally formed to remove the discontinuity in the boundary condition, thereby minimizing the disturbance factor of the RF current flowing in the axial direction through which the electromagnetic wave travels, thereby increasing the coupling efficiency, There is an effect that the reflection loss characteristic of the electromagnetic wave is improved by the impedance matching of the electromagnetic wave.

본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기는 N개의 섹터로 이루어진 외부도체와 내부도체의 양측에 고정용볼트홀을 통해서 고정 결합하는 얇은 원판형상의 동축커넥터홀더에 의하여 얼라인먼트(Alignment)를 맞추어 조립시 정확성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention is a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention, in which an outer conductor made of N sectors and a thin disk-shaped coaxial connector holder fixedly connected to both sides of the inner conductor through fixing bolt holes are aligned, There is an effect that can be improved.

또한, 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기는 내부도체의 임피던스변환부를 Dolph-chevyshev 테이퍼 방식으로 형성하여 최대한 모듈의 길이를 줄여 동축도파관 공간결합기의 전체적인 사이즈의 소형화는 물론 반사특성이 향상되는 효과가 있다. In addition, the coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention has the effect of reducing the overall length of the coaxial waveguide spatial coupler by reducing the length of the module as much as possible by forming the impedance conversion unit of the internal conductor by the Dolph-chevyshev taper method, .

아울러, 본 발명에 따르면, 전자기파 신호를 고출력으로 전송할 경우에 일정 부분의 손실이 열로 방출하게 되는데, 이와 같이 고출력 시스템에서 발생되는 방열로 인한 온도가 시스템에 영향을 주면 효율이 감소하게 되기 때문에 전자기파가 진행하는 방향으로 동축도파관 공간결합기의 외부도체 내부에 형성되는 냉각채널의 냉각채널통로를 통하여 급수되는 냉각수에 의하여 방열되는 온도를 저감할 수 있는 효과가 있다. In addition, according to the present invention, when an electromagnetic wave signal is transmitted at a high output, a certain portion of loss is emitted as heat. If the temperature due to the heat radiation generated in the high output system affects the system, It is possible to reduce the temperature at which heat is dissipated by the cooling water supplied through the cooling channel passage of the cooling channel formed inside the outer conductor of the coaxial waveguide space combiner in the advancing direction.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 공간 결합 방식인 동축도파관 공간결합기를 이용하면 손실을 감소시켜서 출력증대, 효율증대, 열방출감소의 특성을 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, by using a coaxial waveguide spatial coupler that is a spatial coupling type, loss can be reduced, and output power, efficiency, and heat emission reduction characteristics can be obtained.

도 1a는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 사시도를 나타낸 것이다.
도 1b는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 투시도를 나타낸 것이다.
도 1c는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 내부도를 나타낸 것이다.
도 1d는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 분해도를 나타낸 것이다.
도 2a는 본 발명에 따른 도 1c의 동축도파관 공간결합기의 정면도를 나타낸 것이다.
도 2b는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기에서 외부도체의 정면도 및 수직단면도를 나타낸 것이다.
도 3a는 본 발명에 따른 외부도체의 사시도를 나타낸 것이다.
도 3b는 본 발명에 따른 외부도체의 정면도 및 수직단면도를 나나낸 것이다.
도 3c는 본 발명에 따른 외부도체에 테이퍼 핀-라인이 부착된 구조의 정면도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 내부도체의 정면도 및 수직단면도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 외부도체와 내부도체가 결합되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 동축커넥터홀더 정면도 및 측면단면도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 냉각채널 정면도 및 측단면도를 나타낸 것이다.
도 8a는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 테이퍼 핀-라인의 정면도를 나타낸 것이다.
도 8b는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 테이퍼 핀-라인의 실물 정면도를 나타낸 것이다.
도 8c는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 테이퍼 핀-라인의 전자기 결합을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기를 기능적으로 구분하여 동작과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 테이퍼 핀-라인을 기능적으로 구분하여 동작과정을 설명하기 위한 도면이다.1A is a perspective view of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.
1B is a perspective view of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.
1C shows an internal view of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.
1D shows an exploded view of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.
Figure 2a shows a front view of the coaxial waveguide spatial coupler of Figure 1c according to the present invention.
2B is a front view and a vertical cross-sectional view of an outer conductor in a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.
3A shows a perspective view of an outer conductor according to the present invention.
3B is a front view and a vertical sectional view of the outer conductor according to the present invention.
3C shows a front view of a structure in which a taper pin-line is attached to an external conductor according to the present invention.
4 is a front view and a vertical cross-sectional view of an inner conductor of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.
5 is a view illustrating a structure in which an outer conductor and an inner conductor of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention are coupled.
6 is a front view and a side sectional view of a coaxial connector holder of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.
7 is a front view and a side sectional view of a cooling channel of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.
8A shows a front view of a taper pin-line of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.
8B is a front view of a taper pin-line of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.
8C is a view for explaining the electromagnetic coupling of the taper pin-line of the coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.
9 is a view for explaining the operation of the coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.
FIG. 10 is a view for explaining the operation of the taper pin-line of the coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, the same reference numerals are used for the same components, and repeated descriptions and known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will not be described in detail. Embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Thus, the shape and size of the elements in the figures may be exaggerated for clarity.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 동축도파관 공간결합기의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1a는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 사시도이고, 도 1b는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 투시도이며, 도 1c는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 내부도이며, 도 1d는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 분해도를 나타낸 것이다.1B is a perspective view of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention, FIG. 1C is an internal view of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention, FIG. 1D is a perspective view of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention, FIG. 3 is an exploded view of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 동축도파관 공간결합기(10)는 구조적으로 외부도체(100), 내부도체(200), 동축커넥터홀더(300), 냉각채널홀더(400), 테이퍼 핀-라인(5)으로 구성된다.As shown, the coaxial waveguide spatial coupler 10 according to the present invention is structurally comprised of an outer conductor 100, an inner conductor 200, a coaxial connector holder 300, a cooling channel holder 400, a taper pin- ).

N개의 섹터(S)로 이루어진 외부도체(100)는 수직단면부가 부채꼴 형상으로 중심부인 바디부(110)는 사각형 형상으로 소정의 길이로 형성되며, 상기 사각형 바디부(11)의 양쪽으로는 사디리꼴 형상으로 이루어지는 입력 및 출력 임피던스 변환 경사부(121, 122)로 형성되어 동축도파관 공간결합기(10)의 수평인 중심축을 중심으로 동심원으로 N개로 배열되어 형성되며, 상기 외부도체(100)의 하부 끝단면이 내부도체의 외주면에 접촉되어 결합되며, 상기 외부도체(100)의 하부에 상기 테이퍼 핀-라인 삽입부(150)를 형성하여 상기 외부도체(100)에 상기 테이퍼 핀-라인 삽입부(150)가 밀착 결합되어 볼트로 결합 고정된다. The outer conductor 100 made up of N sectors S has a rectangular cross section with a vertical cross section and a central body section 110. The body section 110 has a rectangular shape and has a predetermined length. The input and output impedance conversion slopes 121 and 122 are formed in the shape of a rectangle and are arranged in N concentric circles about the horizontal central axis of the coaxial waveguide spatial coupler 10, And the tapered pin-line inserting portion 150 is formed at a lower portion of the outer conductor 100. The taper pin-line inserting portion 150 is formed in the outer conductor 100, 150 are tightly coupled and fixed by bolts.

또한, 상기 외부도체(100)의 양쪽 끝단에는 상기 동축커넥터홀더(400)와 상기 냉각채널홀더(400)가 각각 구비되어 상기 외부도체(100)가 상기 동축커넥터홀더(400) 및 상기 냉각채널홀더(400)와 접촉한 상태에서 볼트로 결합되어 고정된다.The coaxial connector holder 400 and the cooling channel holder 400 are provided at both ends of the outer conductor 100 so that the outer conductor 100 is connected to the coaxial connector holder 400 and the cooling channel holder 400. [ (Not shown).

도 2a는 본 발명에 따른 도 1c의 동축도파관 공간결합기의 정면도이고, 도 2b는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기에서 외부도체의 정면도 및 수직단면도를 나타낸 것이다.FIG. 2A is a front view of the coaxial waveguide spatial coupler of FIG. 1C according to the present invention, and FIG. 2B is a front view and a vertical cross-sectional view of the outer conductor in the coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기(10)는, N개의 섹터(S)로 이루어진 상기 외부도체(100)가 상기 내부도체(200)와 측면 공간을 두고 밀착 고정되어 결합되어 있으며, 상기 내부도체(200)의 입력 및 출력중심도체(231, 232)는 얇은 원판형상의 동축커넥터홀더(300)와 결합되는 동축커넥터로부터 입력되어지는 전자기파 신호를 전송받아 상기 외부도체(100)의 하부와 상기 내부도체(200)의 테이퍼 원추형 외곽부 사이의 공간인 전자기파 진행통로(P1) 및 임피던스 변환 전자기파 진행통로(P2)로 전파된다. 또한 상기 임피던스 변환 전자기파 진행통로(P2)를 통과한 전자기파 신호는 N개의 섹터(S)로 이루어진 외부도체(100)의 하부에 결합된 테이퍼 핀-라인(500)에 의하여 최소한의 손실로 출력된다. The coaxial waveguide spatial coupler 10 according to the present invention includes the coaxial waveguide spatial coupler 10 according to the present invention in which the outer conductor 100 formed of N sectors S is closely fixed to the inner conductor 200 And the input and output central conductors 231 and 232 of the inner conductor 200 receive the electromagnetic wave signals inputted from the coaxial connector coupled with the thin disk shaped coaxial connector holder 300, To the electromagnetic wave propagating path (P1) and the impedance-converted electromagnetic wave propagating path (P2) which are spaces between the lower portion of the inner conductor (200) and the tapered conical outer portion of the inner conductor (200). The electromagnetic wave signal that has passed through the impedance conversion electromagnetic wave propagation path P2 is output with a minimum loss by the taper pin-line 500 coupled to the lower portion of the outer conductor 100 made up of N sectors (S).

도 2b를 참조하면, 도 2b는 내부도체(200)가 탈착한 구조로서, 즉 N개의 섹터(S)로 이루어진 상기 외부도체(100)의 하부에 테이퍼 핀-라인 삽입부(150)에 결합된 상기 테이퍼 핀-라인(500)과 상기 외부도체(100)의 하부에 형성되는 끼움부(152)에 결합된 내부도체(200)가 제외된 구조로서, 상기 상부의 외부도체(100)와 하부의 외부도체(100) 사이에는 공기로 채워진 공간부(160)가 형성되며, 상기 공간부(160) 영역에 N개의 섹터(S) 각각의 외부도체(100)에 상기 내부도체(200)와 N개의 테이퍼 핀-라인(500)이 결합되어 형성하고 있다.Referring to FIG. 2B, FIG. 2B illustrates a structure in which the inner conductor 200 is detached, that is, the inner conductor 200 is connected to the taper pin-line inserting portion 150 at a lower portion of the outer conductor 100, The taper pin-line 500 and the inner conductor 200 coupled to the fitting portion 152 formed at the lower portion of the outer conductor 100 are excluded. The upper outer conductor 100 and the lower portion A space 160 filled with air is formed between the outer conductors 100 and the inner conductor 200 and the N conductors 100 are connected to the outer conductors 100 of N sectors S in the space 160, And a taper pin-line 500 are coupled to each other.

또한, N개의 섹터(S)로 이루어진 상기 외부도체(100)의 측면에는 얼라인먼트홀(132)을 형성하여 동축커넥터홀더(300)의 측면 외주면에 형성되는 원주형의 얼라인먼트 돌기부(320)에 각각 끼워져서 정렬된다.An alignment hole 132 is formed in the side surface of the outer conductor 100 formed of N sectors S and is inserted into a columnar alignment protrusion 320 formed on the outer peripheral surface of the coaxial connector holder 300 .

한편, 상기 냉각채널홀더(400)에는 동축커넥터홀더삽입부(450)를 형성하여 상기 동축커넥터홀더(300)가 상기 냉각채널홀더(400)에 삽입되어지고, 상기 외부도체(100)의 측면에 형성되는 고정용볼트홀(131)과 상기 동축커넥터홀더(300)에 형성되는 고정용볼트홀(310) 및 냉각채널홀더(400)에 형성되는 고정용볼트홀(430)을 볼트로 연결하여 결합 고정한다. The coaxial connector holder 300 is inserted into the cooling channel holder 400 and the coaxial connector holder 300 is inserted into the cooling channel holder 400. The coaxial connector holder 300 is inserted into the cooling channel holder 400, The fixing bolt hole 131 formed in the coaxial connector holder 300 and the fixing bolt hole 430 formed in the cooling channel holder 400 are bolted to each other, Fixed.

도 3a는 본 발명에 따른 외부도체의 사시도이고, 도 3b는 본 발명에 따른 외부도체의 정면도 및 수직단면도를 나나낸 것이며, 도 3c는 본 발명에 따른 외부도체에 테이퍼 핀-라인이 부착된 구조의 정면도를 나타낸 것이다.FIG. 3A is a perspective view of an outer conductor according to the present invention, FIG. 3B is a front view and a vertical sectional view of an outer conductor according to the present invention, FIG. 3C is a cross- And a front view of the structure.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기(10)의 상기 외부도체(100)는, 동축도파관 공간결합기(10)의 외각 도체부분으로서 N개의 섹터(S)의 결합으로 구성이 된다. As shown in the figure, the outer conductor 100 of the coaxial waveguide spatial coupler 10 according to the present invention comprises a combination of N sectors S as the outer conductor portion of the coaxial waveguide spatial coupler 10 do.

상기 외부도체(100)는, N개의 섹터(S)로 이루어지며, 수직단면부가 부채꼴 형상으로 중심부인 바디부(110)가 사각형 형상으로 소정의 길이로 형성되며, 상기 사각형 바디부(110)의 양쪽으로는 사디리꼴 형상으로 이루어지는 입력 및 출력 임피던스 변환 경사부(121, 122)로 형성되어 동축도파관 공간결합기(10)의 수평인 중심축을 중심으로 동심원으로 N개로 배열되어 형성된다. The outer conductor 100 is formed of N sectors S and has a body section 110 having a rectangular cross section with a vertical cross section and a central part. The outer conductor 100 has a predetermined length, And input and output impedance conversion slopes 121 and 122 formed in a sidymetrical shape on both sides and are arranged in N concentric circles about the horizontal central axis of the coaxial waveguide spatial coupler 10. [

상기 외부도체(100)는, N개의 섹터(S)를 상기 동축커넥터홀더(300) 및 냉각채널홀더(400)에 고정하여 결합하기 위한 고정용볼트홀(131)과, 동축커넥터홀더(300)와 체결시 조립성을 높이기 위한 얼라인먼트홀(132)을 형성한다.The outer conductor 100 includes a fixing bolt hole 131 for fixing the N sectors S to the coaxial connector holder 300 and the cooling channel holder 400 and a coaxial connector holder 300, And an alignment hole 132 for enhancing assemblability at the time of fastening.

상기 외부도체(100)는, 온도를 저감하기 위한 수냉식 냉각채널(140)을 수직단면부가 부채꼴로 이루어진 상부의 내부에 형성하며, 냉각채널(140)의 원통형 구조의 냉각채널통로(141)를 통하여 흐르는 냉각수의 누수를 방지하기 위한 오링홀(142)을 냉각채널통로의 양쪽 끝단면부에 각각 형성한다.The external conductor 100 has a water-cooled cooling channel 140 for reducing the temperature thereof formed inside a top portion of a vertical cross section with a fan, and is connected to the cooling channel 140 through a cooling channel passage 141 having a cylindrical structure O-ring holes 142 for preventing leakage of the flowing cooling water are formed on both end surface portions of the cooling channel passage.

상기 외부도체(100)는, 테이퍼 핀-라인(500)을 삽입하여 결합할 경우에 지지대 및 그라운드 역할을 해주기 위한 테이퍼 핀-라인 삽입부(150)를 테이퍼 핀-라인(500)의 폭과 두께에 해당되는 단차를 갖도록 단턱부(160)를 형성하여 상기 테이퍼 핀-라인(500)이 삽입 결합되어 기구적으로 일체화되며, 테이퍼 핀-라인(500)을 결합 고정하기 위한 테이퍼 핀-라인 고정용볼트홀(151)을 형성한다.When the taper pin-line 500 is inserted into the external conductor 100, the taper pin-line inserting portion 150 serves as a support and a ground, The tapered pin-line 500 is inserted and coupled mechanically to form a tapered pin-line 500 having a stepped portion corresponding to the tapered pin-line 500, And a bolt hole 151 is formed.

상기 외부도체(100)는, 하부에 내부도체(200)를 끼워서 접촉하기 위한 끼움부(152)와 접촉부(170)를 형성하여 내부도체(200)의 원통형 바디부(210) 표면과 외부도체(100)의 접촉부(170)가 접촉된다.The outer conductor 100 includes a fitting portion 152 and a contact portion 170 for contacting the inner conductor 200 with the lower portion of the outer conductor 100. The surface of the cylindrical body 210 of the inner conductor 200 and the outer conductor 100 contact with each other.

또한, 상기 외부도체(100)는 내부도체(100)의 입력중심도체(231)를 통해 들어는 신호의 임피던스를 원하는 임피던스로 정합시켜주기 위한 입력임피던스 변환 경사부(121)와 내부도체의 출력중심도체(232)의 임피던스로 정합시켜주기 위한 출력임피던스 변환 경사부(122)로 구성되며, 상기 외부도체(100)는 끼움부(152)를 형성하여 상기 내부도체(200)의 걸림부(211)에 견고하게 끼워져서 내부도체(200)의 원통형 바디부(210) 외주면 표면과 외부도체의 접촉부가(170)가 상호 접촉된다.The external conductor 100 includes an input impedance conversion slope part 121 for matching the impedance of a signal received through the input central conductor 231 of the internal conductor 100 to a desired impedance, And an output impedance conversion slope part 122 for matching the impedance of the conductor 232 with the impedance of the conductor 232. The external conductor 100 forms the fitting part 152 to fix the coupling part 211 of the internal conductor 200, So that the outer circumferential surface of the cylindrical body portion 210 of the inner conductor 200 and the contact portion 170 of the outer conductor are in contact with each other.

도 4는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 내부도체의 정면도 및 수직단면도를 나타낸 것이다.4 is a front view and a vertical cross-sectional view of an inner conductor of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기(10)의 내부도체(200)는, 동축도파관 공간결합기(10)의 내부에 위치하는 도체로서, 바디부(210)와, 입력임피던스 변환기(221), 입력중심도체(231), 출력임피던스 변환기(222), 출력중심도체(232)가 일체형으로 구성된다.The inner conductor 200 of the coaxial waveguide spatial coupler 10 according to the present invention is a conductor located inside the coaxial waveguide space coupler 10 and includes a body 210, A converter 221, an input center conductor 231, an output impedance converter 222, and an output center conductor 232 are integrally formed.

상기 내부도체(200)는 동축커넥터로부터 전자기파 신호를 공급받는 입력중심도체(231)와, 동축커넥터로 전자기파 신호를 전달하는 출력중심도체(232)와, 상기 입력중심도체(231)를 통하여 입력되는 전자기파 신호의 임피던스를 변환하는 입력임피던스 변환기(221)와, 상기 출력중심도체(222)로 전달되는 전자기파 신호의 임피던스를 변환하는 출력임피던스 변환기(222) 및 상기 입력임피던스 변환기(221)와 상기 출력임피던스 변환기(222) 사이에 형성되어 상기 입력임피던스 변환기(221)와 상기 출력임피던스 변환기(222)를 섹터 결합하고 상기 입력임피던스 변환기(221)로부터 변환된 전자기파 신호를 상기 출력임피던스 변환기(222)로 반사손실을 최소로 하여 전달하는 바디부(210)로 형성된다. The internal conductor 200 includes an input central conductor 231 receiving an electromagnetic wave signal from the coaxial connector, an output center conductor 232 transmitting an electromagnetic wave signal to the coaxial connector, An input impedance converter 221 for converting an impedance of an electromagnetic wave signal, an output impedance converter 222 for converting an impedance of an electromagnetic wave signal transmitted to the output center conductor 222, Converter 222 so as to sector-couple the input impedance converter 221 and the output impedance converter 222 and to convert the electromagnetic wave signal converted from the input impedance converter 221 to the output impedance converter 222, And a body part 210 that transmits the body part 210 with a minimum size.

상기 내부도체(200)의 바디부(210)는, 상기 N개의 섹터(S)로 이루어진 외부도체(100)와 접촉되는 부분으로서 원통형상으로 형성된다.The body 210 of the inner conductor 200 is formed in a cylindrical shape as a portion contacting the outer conductor 100 made up of the N sectors S,

상기 입력임피던스 변환기(221) 및 상기 출력임피던스 변환기(222)는, 원추형의 테이퍼 형상으로 상기 입력중심도체(231)로부터의 전자기파 신호의 임피던스를 원하는 임피던스로 변환하며, 또한 상기 출력중심도체(231)의 임피던스로 변환한다.The input impedance transformer 221 and the output impedance transformer 222 convert the impedance of the electromagnetic wave signal from the input center conductor 231 into a desired impedance in a tapered conical shape, .

보다 상세하게는 상기 입력임피던스 변환기(221) 및 출력임피던스 변환기(222)는 전자기파의 손실특성이 우수하도록 즉, 입력단에 들어간 전자기파가 반사되어 발생한 손실인 반사손실율이 최소화되는 최소반사이론이 적용 가능한 linear 테이퍼, exponential 테이퍼, triangular 테이퍼, Dolph-chevyshev 테이퍼 중에서 길이가 제일 짧고 반사특성 성능이 가장 좋은 Dolph-chevyshev 테이퍼 방식을 이용하였다. More specifically, the input impedance transformer 221 and the output impedance transformer 222 may be configured to have a linear reflection coefficient that minimizes the reflection loss ratio, that is, a loss caused by reflection of an electromagnetic wave entering the input end, Taper, exponential taper, triangular taper, and Dolph-chevyshev taper were used, which have the shortest length and the best reflection performance.

또한, 상기 테이퍼 형상의 입력임피던스 변환기(221) 및 상기 출력임피던스 변환기(222) 끝단에는 상기 입력중심도체(231) 및 출력중심도체(232)가 일체형으로 연결되도록 형성하며, 상기 입력중심도체(231) 및 출력중심도체(232) 각각은 동축커넥터와 연결되어 전자기파 신호를 입력 받거나 또는 출력한다. The input central conductor 231 and the output central conductor 232 are integrally connected to the ends of the tapered input impedance transformer 221 and the output impedance transformer 222. The input central conductor 231 And the output center conductor 232 are connected to the coaxial connector to receive or output the electromagnetic wave signal.

즉, 상기 내부도체(200) 끝단에 형성되는 입력중심도체(231)와 출력중심도체(232)는 동축커넥터와 직접 연결되는 중심도체로서, 상기 입력임피던스 변환기(221)와 출력임피던스 변환기(232)의 끝단에 형성하여 내부도체(200)에 일체형으로 형성함으로써 상기 입력 및 출력임피던스 변환기(231, 232)와 외부의 동축커넥터가 연결되는 불연속지점을 제거하여 상기 입력중심도체(231)와 출력중심도체(232)를 통하여 RF 전자기파 전류의 흐름을 방해하는 성분을 없애서 전자기파의 손실을 줄일 수 있는 효과가 있다. That is, the input center conductor 231 and the output center conductor 232 formed at the ends of the inner conductor 200 are directly connected to the coaxial connector. The input impedance transformer 221 and the output impedance transformer 232, The output center conductor 231 and the output center conductor 231 are formed integrally with the inner conductor 200 by removing the discontinuity point where the input and output impedance converters 231 and 232 and the external coaxial connector are connected, It is possible to eliminate the component that interrupts the flow of the RF electromagnetic wave current through the antenna 232, thereby reducing the loss of the electromagnetic wave.

도 5는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 외부도체와 내부도체가 결합되는 구조를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view illustrating a structure in which an outer conductor and an inner conductor of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention are coupled.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 외부도체(100)와 상기 내부도체(200)가 접촉된다.As shown in the drawing, the outer conductor 100 of the coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention and the inner conductor 200 are in contact with each other.

상기 외부도체(100) 하부에는 끼움부(152)와 접촉부(170)를 형성하여 상기 내부도체(200)의 원통형 바디부(210) 표면과 상기 외부도체의 접촉부가(170)가 접촉되며, 상기 외부도체(100)에 형성되는 끼움부(152)와 상기 내부도체(200)에 형성되는 걸림부(211)가 상호 견고하게 걸려서 내부도체(200)의 원통형 바디부(210) 외주면 표면과 외부도체(100)의 접촉부(170)가 상호 접촉되는 구조이다.A fitting portion 152 and a contact portion 170 are formed under the outer conductor 100 so that the surface of the cylindrical body 210 of the inner conductor 200 is in contact with the contact portion of the outer conductor 170, The fitting portion 152 formed on the outer conductor 100 and the fitting portion 211 formed on the inner conductor 200 are firmly engaged with each other so that the outer peripheral surface of the cylindrical body 210 of the inner conductor 200 and the outer conductor The contact portions 170 of the contact member 100 contact each other.

도 6은 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 동축커넥터홀더 정면도 및 측면단면도를 나타낸 것이다.6 is a front view and a side sectional view of a coaxial connector holder of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 동축커넥터홀더(300)는, 얇은 원판형상으로 형성되어 상기 외부도체(100)의 양쪽 끝단에 결합되도록 양쪽에 각각 위치하여 상기 외부도체(100)와 상기 냉각채널홀더(400) 및 내부도체의 입력 및 출력중심도체(231, 232)를 고정시켜주는 역할을 한다. As shown in the drawing, the coaxial connector holder 300 of the coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention is formed in a thin disc shape and is positioned on both sides so as to be coupled to both ends of the outer conductor 100, And the input and output center conductors 231 and 232 of the cooling channel holder 400 and the inner conductor.

또한, 동축커넥터홀더(300)는, 고정용볼트홀(310)을 다수 개 형성하여 상기 외부도체(100)의 각 섹터(S)를 체결하여 고정시키고, 얼라인먼트 돌기부(320)를 형성하여 상기 외부도체(100)의 얼라인먼트홀(132)과 결합되어 체결시 조립성을 향상시키는 효과가 있다.The coaxial connector holder 300 includes a plurality of fastening bolt holes 310 to fasten and fix the sectors S of the external conductor 100 to form an alignment protrusion 320, And it is combined with the alignment hole 132 of the conductor 100 to improve the assembling property at the time of fastening.

또한, 동축커넥터홀더(300)는, 커넥터 고정용볼트홀(310)을 형성하여 동축커넥터를 체결하여 고정시키고, 커넥터삽입부(340)를 통하여 상기 내부도체(200)의 입력 및 출력 중심도체(231, 232)가 외부의 동축커넥터와 연결되도록 하며, 상기 동축커넥터홀더(300)에 형성되는 접촉부(350)와 상기 외부도체(100)의 측면부가 견고하게 밀착되어 고정용볼트홀(131, 310)을 통하여 볼트로 체결된다.The coaxial connector holder 300 includes a bolt hole 310 for fixing the connector and fastening and fixing the coaxial connector so that the input and output center conductors of the internal conductor 200 The contact portion 350 formed on the coaxial connector holder 300 and the side surface portion of the external conductor 100 are tightly adhered to each other by the fastening bolt holes 131 and 310 As shown in FIG.

도 7은 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 냉각채널 정면도 및 측단면도를 나타낸 것이다. 7 is a front view and a side sectional view of a cooling channel of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 냉각채널홀더(400)는, 얇은 원판의 원형고리 형상으로 형성되며, 냉각채널통로(410), 오링을 넣어 고정시키기 위한 오링홀(420), N개의 섹터(S)를 고정하기 위한 고정용볼트홀(430), 냉각수를 공급하기 위한 냉각수급수부(440), 동축커넥터홀더삽입부(450) 및 접촉부(460)로 구성된다.As shown in the figure, the cooling channel holder 400 of the coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention is formed in a circular ring shape of a thin disk, and includes a cooling channel passage 410, an o- A fixing bolt hole 430 for fixing the N sectors S, a cooling water supply portion 440 for supplying cooling water, a coaxial connector holder inserting portion 450 and a contact portion 460.

상기 냉각채널통로(410)는, 상기 N개의 섹터(S)로 이루어진 외부도체(100)와 일대일로 대응 결합되며, 상기 외부도체(100)의 냉각채널 입력부(143)와 결합되어 상기 외부도체(100)의 냉각채널통로(141)로 냉각수가 급수되어 상기 외부도체(100)의 온도를 저감시킨다. The cooling channel passage 410 is coupled to the outer conductor 100 formed of the N sectors S in a one-to-one correspondence with the cooling channel input part 143 of the outer conductor 100, The cooling water is supplied to the cooling channel passage 141 of the outer conductor 100 to reduce the temperature of the outer conductor 100.

상기 오링홀(420)은, 상기 냉각채널통로(410)와 상기 외부도체(100)의 냉각채널 입력부(143)가 결합할 경우에, 상기 냉각채널홀더(400)에 형성되는 오링홀(420)과 상기 외부도체(100)에 형성되는 오링홀(142) 사이에 오링이 끼워져서 긴밀하게 밀착 결합되어 상기 냉각채널홀더(400)로부터 상기 외부도체(100)로 급수되어지는 냉각수의 누수를 방지할 수 있다.The O-ring hole 420 is formed in the O-ring hole 420 formed in the cooling channel holder 400 when the cooling channel passage 410 and the cooling channel input part 143 of the outer conductor 100 are coupled. And an O-ring (142) formed in the outer conductor (100), an O-ring is inserted and tightly coupled with the O-ring, thereby preventing leakage of cooling water supplied from the cooling channel holder (400) to the outer conductor .

또한, 상기 냉각채널홀더(400)는 동축커넥터홀더삽입부(450)를 형성하여 상기 동축커넥터홀더(300)를 삽입하여 각각에 형성되는 고정용볼트홀(310, 430)을 통하여 상기 N개의 섹터(S)로 이루어진 외부도체(100) 각각과 볼트를 통하여 결합 고정된다. 이때 상기 냉각채널홀더(400)의 접촉부(460)에 외부도체의 측면이 견고하게 밀착되어 상기 고정용볼트홀(430)을 통하여 볼트 체결된다.The cooling channel holder 400 includes a coaxial connector holder inserting unit 450 to insert the coaxial connector holder 300 and to fix the N sectors of the coaxial connector holder 300 through fixing bolt holes 310, (S), respectively, through bolts. At this time, the side surface of the outer conductor is closely adhered to the contact portion 460 of the cooling channel holder 400 and is bolted to the fixing bolt hole 430.

아울러, 상기 냉각채널홀더(400)는 외부로부터 냉각수를 급수하기 위한 냉각수급수부(440)를 형성하여 각각의 냉각채널통로(410)를 통하여 외부로부터 공급되는 냉각수를 외부도체(100)에 급수한다. The cooling channel holder 400 is formed with a cooling water supply unit 440 for supplying cooling water from the outside to supply the cooling water supplied from the outside to the external conductor 100 through each cooling channel passage 410 .

도 8a는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 테이퍼 핀-라인의 정면도이고, 도 8b는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 테이퍼 핀-라인의 실물정면도이다.FIG. 8A is a front view of a taper pin-line of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention, and FIG. 8B is a physical front view of a taper pin-line of a coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 테이퍼 핀-라인(500)은, N개의 섹터(S)로 이루어진 각각의 외부도체(100)의 테이퍼 핀-라인 삽입부(150)에 형성되는 테이퍼 핀-라인 고정용볼트홀(151)과 고정용볼트홀(501)을 통하여 볼트에 의해 견고하게 외부도체(100)에 결합 고정된다.The taper pin-line 500 of the coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention includes a taper pin-line inserting portion 150 of each outer conductor 100 of N sectors S, Line fixing bolt hole 151 and fixing bolt hole 501 formed on the outer conductor 100 by bolts.

이때, 상기 외부도체(100)에는 테이퍼 핀-라인 삽입부(150)에 테이퍼 핀-라인(500)의 두께에 해당되는 단턱부(160)를 갖도록 형성하여 상기 테이퍼 핀-라인(500)이 삽입되어 테이퍼 핀-라인 고정용볼트홀(151)과 고정용볼트홀(501)을 통해 볼트로 체결되어 기구적으로 일체화된다. In this case, the outer conductor 100 is formed in the taper pin-line inserting portion 150 with a step portion 160 corresponding to the thickness of the taper pin-line 500, so that the taper pin- And is fastened with a bolt through a taper pin-line fixing bolt hole 151 and a fixing bolt hole 501 to be mechanically integrated.

상기 테이퍼 핀-라인(500)은, 전방 핀-라인(510)과 후방 핀-라인(520)으로 구성되어 상호 전자기적인 작용이 이루어진다. 상기 전방 핀-라인(510)과 후방 핀-라인(520) 각각에는 임피던스를 변환하기 위한 입력임피던스 변환라인(512, 522)과 출력임피던스 변환라인(514, 524)이 형성되며, 또한 상기 전방 핀-라인(510)의 입력임피던스 변환라인(512)과 출력임피던스 변환라인(514) 사이에는 50옴의 마이크로스트립 선로(513)가 형성되며, 상기 전방 핀-라인(510)과 후방 핀-라인(520) 사이에 PCB기판(530)이 삽입되어 형성된다.The taper pin-line 500 is composed of a front pin-line 510 and a rear pin-line 520, so that the taper pin- Input impedance conversion lines 512 and 522 and impedance conversion conversion lines 514 and 524 for converting impedance are formed in each of the front pin line 510 and the rear pin line 520, A 50-ohm microstrip line 513 is formed between the input impedance conversion line 512 and the output impedance conversion line 514 of the line 510 and the front pin-line 510 and the rear pin- 520 are formed by inserting a PCB substrate 530 therebetween.

도 9는 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기를 기능적으로 구분하여 동작과정을 설명하기 위한 도면이다.9 is a view for explaining the operation of the coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기(10)는, 기능적으로 입력커넥터부(810), 입력임피던스 변환부(820), 섹터결합부(830), 출력임피던스 변환부(840), 출력커넥터부(850)로 세분화 할 수 있다.The coaxial waveguide spatial coupler 10 according to the present invention includes an input connector 810, an input impedance transformer 820, a sector coupler 830, an output impedance transformer 840 And an output connector 850, as shown in Fig.

상기 입력커넥터부(810)는, 입력되는 전자기파 신호를 공급받기 위한 구조로서 기본적인 임피던스인 50옴을 갖는다. 커넥터삽입부(340)에 외부 동축커넥터의 유전체가 삽입 결합되어 상기 입력커넥터부(810)를 형성하는 상기 내부도체(200)의 입력중심도체(231)를 기구적으로 견고하게 고정한다.The input connector unit 810 has a basic impedance of 50 ohms as a structure for receiving electromagnetic wave signals to be input. The dielectric of the external coaxial connector is inserted into the connector inserting portion 340 to firmly fix the input center conductor 231 of the internal conductor 200 forming the input connector portion 810 mechanically.

상기 입력임피던스 변환부(820)는, 상기 입력커넥터부(810)를 통하여 입력되는 50옴의 임피던스를 갖는 전자기파를 섹터결합부(830)로 손실이 없이 전달하는 역할을 한다. 이때 섹터결합부(830) 내에 전자기파 진행통로(P1)의 임피던스는 에너지 전력 전송 특성상 가장 성능이 좋은 30옴이다. The input impedance conversion unit 820 transmits the electromagnetic wave having the impedance of 50 ohm inputted through the input connector unit 810 to the sector coupling unit 830 without loss. At this time, the impedance of the electromagnetic wave propagating path P1 in the sector coupling portion 830 is 30 ohms, which is the best performance in terms of energy transfer characteristics.

상기 입력임피던스 변환부(820)는 전자기파의 임피던스를 50옴에서 30옴으로 변환해 주기 위한 동축도파관 공간결합기(10) 내의 임피던스는 내부도체(200)와 외부도체(100)의 사이에 있는 공기로 채워진 내부 빈 공간의 비율로 결정된다. The impedance of the coaxial waveguide space coupler 10 for converting the impedance of the electromagnetic wave from 50 ohms to 30 ohms is input to the input impedance transformer 820 through the air between the inner conductor 200 and the outer conductor 100 Is determined by the ratio of the filled empty space.

또한, 상기 입력임피던스 변환부(820)는 전자기파의 손실특성이 우수하도록 즉, 입력단에 들어간 전자기파가 반사되어 발생한 손실인 반사손실을 최소화 하도록 최소반사이론의 수식을 적용하였으며, 상기 최소반사이론이 적용 가능한 linear 테이퍼, exponential 테이퍼, triangular 테이퍼, Dolph-chevyshev 테이퍼 중에서 길이가 제일 짧고 반사특성 성능이 가장 좋은 Dolph-chevyshev 테이퍼 방식을 이용하였다. In addition, the input impedance converting unit 820 applies a formula of the minimum reflection theory so as to minimize the reflection loss, which is caused by the reflection of the electromagnetic wave entering the input end, so that the loss characteristic of the electromagnetic wave is excellent. We used the Dolph-chevyshev taper method, which has the shortest length and the best reflection characteristic among the possible tapered, exponential, triangular and Dolph-chevyshev tapers.

상기 섹터결합부(830)는, 상기 입력임피던스 변환부(820)와 상기 출력임피던스 변환부(840) 사이에 형성되어 상기 입력임피던스 변환부(820)와 상기 출력임피던스 변환부(840)를 섹터 결합하고, 상기 입력임피던스 변환부(820)로부터 변환된 전자기파 신호를 상기 출력임피던스 변환부(840)로 반사손실을 최소로 하여 전달하는 역할을 한다.The sector coupling unit 830 is formed between the input impedance conversion unit 820 and the output impedance conversion unit 840 and connects the input impedance conversion unit 820 and the output impedance conversion unit 840 to each other through a sector combination And transmits the electromagnetic wave signal converted from the input impedance converting unit 820 to the output impedance converting unit 840 with the minimum reflection loss.

즉, 상기 섹터결합부(830)는, 상기 입력임피던스 변환부(820)를 통해 전달되는 전자기파를 N개의 외부도체(100) 섹터(S)내에 삽입된 테이퍼 핀-라인(500)을 이용하여 최소한의 손실로 출력임피던스 변환부(400)로 전달해주는 기능을 한다.That is, the sector coupling unit 830 connects the electromagnetic wave transmitted through the input impedance conversion unit 820 to the external conductor 100 using the taper pin-line 500 inserted in the N external conductor 100 sectors S To the output impedance converting unit 400 in the loss of the output impedance.

또한, 상기 섹터결합부(830)는, 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기(10)의 하나의 입력커넥터부(810)와 결합하기 위한 N-way 결합기를 구성함에 있어서, N-way 결합기는 N개의 섹터(S)인 외부도체(100)로 형성되며, 또한 각각의 섹터(S)는 금속성분의 도체로 이루어져 있다. N-way 결합을 위하여 N-개의 테이퍼 핀-라인(500)은 동일한 크기를 갖는 N개의 섹터(S) 각각에 테이퍼 핀-라인 고정용볼트홀(151)을 통해 N개의 외부도체(100) 섹터(S)에 볼트로 고정된다.In addition, the sector coupling unit 830 constitutes an N-way coupler for coupling with one input connector unit 810 of the coaxial waveguide spatial coupler 10 according to the present invention. The N-way coupler includes N Each of the sectors S is formed of a conductor of a metal component. N-taper pin-line 500 for N-way coupling is connected to each of N sectors S of the same size through N taper pin-line fixing bolt holes 151 to N outer conductor 100 sectors (S).

상기 출력임피던스 변환부(840)는, 상기 섹터결합부(830) 내에 임피던스 변환 전자기파 진행통로(P2)의 임피던스인 30옴을 갖는 전자기파를 출력 임피던스인 50옴으로 변환하면서 손실이 없이 전달하는 역할을 한다. 이때 출력임피던스 변환부(840)는 상기 입력임피던스 변환부(820)와 동일하게 Dolph-chevyshev 테이퍼 방식을 이용하였다. The output impedance converting unit 840 converts the electromagnetic wave having the impedance of 30 ohm, which is the impedance of the impedance conversion electromagnetic wave propagating path P2, into the sector combining unit 830 to transmit the lossless electromagnetic wave to the output impedance of 50 ohms do. At this time, the output impedance transforming unit 840 uses the Dolph-chevyshev tapering method in the same manner as the input impedance transforming unit 820.

상기 출력커넥터부(850)는, 상기와 같이 결합된 전자기파를 외부에 연결된 다른 시스템으로 전달하기 위한 구성으로서, 기본적인 임피던스인 50옴을 갖고, 상기 커넥터삽입부(340)에 상기 커넥터삽입부(340)에 외부 동축커넥터의 유전체가 삽입 결합되어 상기 출력커넥터부(850)를 형성하는 상기 내부도체(200)의 출력중심도체(232)를 기구적으로 견고하게 고정한다.The output connector unit 850 has a basic impedance of 50 ohms and is connected to the connector insertion unit 340 through the connector insertion unit 340 A dielectric of the external coaxial connector is inserted and fixed to mechanically and firmly fix the output center conductor 232 of the internal conductor 200 forming the output connector portion 850.

상기 입력임피던스 변환부(820)와 출력임피던스 변환부(840)의 내부도체(200) 끝단에 형성되는 입력중심도체(231)와 출력중심도체(232)를 내부도체에 일체형으로 형성한다. 이는 상기 입력 및 출력임피던스 변환부(820, 840)와 동축커넥터가 연결되는 불연속지점을 없애주기 위한 것으로서 이를 통하여 RF 전자기파 전류의 흐름을 방해하는 성분을 없애서 손실을 줄일 수 있다. An input center conductor 231 and an output center conductor 232 formed at the ends of the internal conductor 200 of the input impedance converting unit 820 and the output impedance converting unit 840 are integrally formed in the internal conductor. This eliminates the discontinuity point where the input and output impedance converters 820 and 840 are connected to the coaxial connector, thereby eliminating components that interfere with the flow of the RF electromagnetic wave current, thereby reducing losses.

본 발명에 따르면, 상기 동축도파관 공간결합기(10)를 통하여 전송되는 TEM모드는 진행방향에 대해서 전기장과 자기장이 수직방향으로 발생하는 특성을 갖으며, 전자기파의 전기장과 자기장의 상호 작용에 의해 흐르는 RF 전류는 동축도파관 내의 진행방향으로 흐르게 되는데 동축도파관을 이용한 공간결합기를 일체형으로 제작하면 경계조건에서 불연속지점을 제거하여 이를 통하여 전자기파가 진행하는 축방향으로 흐르는 RF전류의 방해요소를 최소화하여 결합 효율을 높일 수 있다.According to the present invention, the TEM mode transmitted through the coaxial waveguide spatial coupler 10 has a characteristic that an electric field and a magnetic field are generated in the vertical direction with respect to the traveling direction, and the RF mode, which is caused by the interaction of the electric field and the magnetic field, The current flows in the direction of propagation in the coaxial waveguide. If the coaxial waveguide-based spatial coupler is integrally formed, the discontinuity in the boundary condition is eliminated, thereby minimizing the interference of the RF current flowing in the axial direction through the electromagnetic wave. .

아울러, 본 발명에 따르면, 전자기파의 축에 대한 전달방향에 있어서 동축도파관 공간결합기(10)내의 전송모드와 마이크로스트립 라인의 전송모드는 서로 다르기 때문에 전기장 및 자기장의 필드가 서로 일치하지 않으므로 두 개의 필드가 만나는 지점인 입력 전자기파 입사면(511)과 출력 전자기파 방사면(515)에서는 반사와 함께 손실이 존재하게 된다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기(10)는 마이크로스트립라인 대신에 테이퍼 핀-라인(500)을 적용하여 필드의 손실이 없도록 임피던스를 변환하여 전자기파의 반사손실을 최소화할 수 있다.According to the present invention, since the transmission mode in the coaxial waveguide spatial coupler 10 and the transmission mode of the microstrip line are different from each other in the transmission direction to the axis of the electromagnetic wave, the fields of the electric field and the magnetic field do not coincide with each other, The incident electromagnetic wave incident surface 511 and the output electromagnetic wave radiation surface 515 have a loss and a reflection. In order to solve such a problem, the coaxial waveguide spatial coupler 10 according to the present invention applies a taper pin-line 500 instead of a microstrip line to convert impedance so as to avoid field loss, thereby minimizing the return loss of electromagnetic waves .

도 10은 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 테이퍼 핀-라인을 기능적으로 구분하여 동작과정을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 10 is a view for explaining the operation of the taper pin-line of the coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기의 테이퍼 핀-라인(500)은 기능적으로 입력임피던스/필드 변환부(860)와 마이크로스트립라인(870), 출력임피던스/필드 변환부(880)로 세분화 할 수 있다.As shown in the figure, the taper pin-line 500 of the coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention is functionally equivalent to the input impedance / field converter 860, the microstrip line 870, the output impedance / 880).

상기 입력임피던스/필드 변환부(860)는 전자기파 진행통로(P1)의 임피던스를 입력임피던스 변환라인(512)을 이용하여 50옴으로 정합하고 필드는 Quasi-TEM모드로 변환하는 역할을 한다. 이 경우의 임피던스는 30옴에 섹터(S)의 개수 N을 곱한 값이 된다. 왜냐하면 N개의 섹터(S)는 구조적으로 병렬로 연결되어 있기 때문에 N개의 섹터(S) 합의 임피던스가 30옴이 되어야 하기 때문이다.The input impedance / field converter 860 converts the impedance of the electromagnetic wave propagation path P1 to 50 ohms using the input impedance conversion line 512 and converts the field to a quasi-TEM mode. The impedance in this case is a value obtained by multiplying the number N of sectors S by 30 ohms. This is because the N sectors S are structurally connected in parallel so that the impedance of the sum of N sectors S must be 30 ohms.

상기 마이크로스트립라인(870)은 상기 입력임피던스/필드 변환부(860)에서 출력되는 50옴의 임피던스를 갖는 전자기파를 출력임피던스/필드 변환부(880)로 전달하는 역할을 한다. 즉, 상기 테이퍼 핀-라인(500)은 상기 전방 핀-라인(510)의 50옴 선로인 마이크로스트립 라인(513과 후방 핀-라인(520)이 결합된 구조로 되어 있으며, 상기 후방 핀-라인(520)은 도체성분으로서 N개의 섹터(S)인 외부도체(100) 각각과 연결되어 그라운드의 역할을 하며 Quasi-TEM모드를 갖는다.The microstrip line 870 transmits an electromagnetic wave having an impedance of 50 ohms output from the input impedance / field converter 860 to the output impedance / field converter 880. That is, the taper pin-line 500 has a structure in which a microstrip line 513 and a rear fin-line 520, which are 50 ohm lines of the front fin-line 510, (520) is connected to each of the external conductors (100) which are N sectors (S) as a conductor component and serves as a ground and has a Quasi-TEM mode.

상기 출력임피던스/필드 변환부(880)는 상기 마이크로스트립라인(870)에서 전달받은 50옴의 임피던스를 갖는 전자기파를 전자기파 진행통로(P1)의 임피던스에 섹터(S) 개수인 N을 곱한 임피던스로 정합하고 필드는 TEM모드로 변환하는 역할을 한다. The output impedance / field converting unit 880 converts the electromagnetic wave having the impedance of 50 ohms received from the microstrip line 870 into an impedance obtained by multiplying the impedance of the electromagnetic wave propagating path P1 by N, which is the number of sectors S, And the field serves to convert to TEM mode.

또한, 상기 테이퍼 핀-라인(500)에 의하여 상기 동축도파관 공간결합기(10)는 광대역 특성을 갖는 효과가 있으며, 또한, PCB기판(530)을 이용하기 때문에 비용이 절감되는 효과가 있다.Also, the coaxial waveguide spatial coupler 10 has a broadband characteristic by the taper pin-line 500, and the cost is reduced because the PCB substrate 530 is used.

특히, 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기(10)는 기능적으로 구분된 상기 입력커넥터부(810), 입력임피던스 변환부(820), 섹터결합부(830), 출력임피던스 변환부(840), 및 출력커넥터부(850)를 일체형으로 형성함으로써 전자기파의 손실을 크게 감소시킬 수 있다. 이는 전자기파의 전송모드와 밀접한 관계가 있으며, 즉 동축도파관 공간결합기에서 사용하는 TEM모드의 경우, RF전류가 도파관의 진행방향으로 흐르며 상기 RF전류는 주파수 성분을 갖고 있는 교류전류(Alternating current, AC)이다. 상기 RF전류는 진행방향에 수평한 불연속지점에서는 손실이 없지만, RF전류의 진행방향에 수직인 불연속지점에서는 손실이 발생하는 특성이 있다. 따라서 상기와 같이 본 발명에 따른 동축도파관 공간결합기는 각 구성을 일체형으로 형성하여 RF 전류의 진행방향에 수직인 불연속지점을 제거함으로써 손실을 감소할 수 있는 효과가 있다.In particular, the coaxial waveguide spatial coupler 10 according to the present invention includes the function of the input connector 810, the input impedance transformer 820, the sector coupling unit 830, the output impedance transformer 840, By integrally forming the output connector portion 850, the loss of the electromagnetic wave can be greatly reduced. That is, in the TEM mode used in the coaxial waveguide spatial coupler, the RF current flows in the traveling direction of the waveguide, and the RF current has an alternating current (AC) having a frequency component, to be. The RF current has no loss at a discontinuous point horizontal to the traveling direction, but a loss occurs at a discontinuous point perpendicular to the traveling direction of the RF current. Therefore, as described above, the coaxial waveguide spatial coupler according to the present invention has the effect of reducing losses by eliminating the discontinuity point perpendicular to the traveling direction of the RF current by integrally forming the respective components.

또한, 본 발명에 따르면, 전자기파 신호를 고출력으로 전송할 경우에 일정 부분의 손실이 열로 방출하게 되는데, 이와 같이 고출력 시스템에서 발생되는 방열로 인한 온도가 시스템에 영향을 주면 효율이 감소하게 되기 때문에 본 발명에 따르면 전자기파가 진행하는 방향으로 외부도체(100)에 형성되는 냉각채널의 냉각채널통로(141)를 통하여 급수되는 냉각수에 의하여 방열되는 온도를 저감할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, when an electromagnetic wave signal is transmitted at a high output, a certain portion of loss is emitted as heat. As the temperature due to the heat generated in the high output system affects the system, It is possible to reduce the temperature of heat dissipated by the cooling water supplied through the cooling channel passage 141 of the cooling channel formed in the outer conductor 100 in the direction in which the electromagnetic wave travels.

10 : 동축도파관 공간결합기
100 : 외부도체 110 : 바디부
121 : 입력임피던스 변환 경사부 122 : 출력임피던스 변환 경사부
131 : 고정용볼트홀 132 : 얼라인먼트홀
140 : 냉각채널 141 : 냉각채널통로 142 : 오링홀 143 : 냉각채널 입력부
150 : 삽입부 151 : 테이퍼 핀-라인 고정용볼트홀 152 : 끼움부 160 : 단턱부
170 : 접촉부 180 : 공간부
200 : 내부도체 210 : 바디부
211 : 걸림부
221 : 입력임피던스 변환기 222 : 출력임피던스 변환기
231 : 입력중심도체 232 : 출력중심도체
300 : 동축커넥터홀더 310 : 고정용볼트홀
320 : 얼라인먼트 돌기부 330 : 커넥터 고정용볼트홀
340 : 커넥터삽입부 350 : 접촉부
400 : 냉각채널홀더 410 : 냉각채널통로
420 : 오링홀 430 : 고정용볼트홀
440 : 냉각수급수부 450 : 동축커넥터홀더삽입부
460 : 접촉부
500 :　테이퍼 핀-라인 501 : 고정용볼트홀
510 : 전방 핀-라인 520 : 후방 핀-라인
511 : 입력전자기파 입사면 512, 522 : 입력임피던스 변환라인
513 : 50옴 마이크로스트립라인 514, 524 : 출력임피던스 변환라인
515 : 출력전자기파 방사면 530 : PCB기판
810 : 입력커넥터부 820 : 입력임피던스 변환부
830 : 섹터결합부 840 : 출력임피던스 변환부
850 : 출력커넥터부 860 : 입력임피던스/필드 변환부
870 : 마이크로스트립라인 880 : 출력임피던스/필드 변환부
P1 : 전자기파 진행통로 P2 : 임피던스변환 전자기파 진행통로
S : 섹터10: coaxial waveguide space combiner
100: outer conductor 110:
121: input impedance conversion slope section 122: output impedance conversion slope section
131: Fixing bolt hole 132: Alignment hole
140: cooling channel 141: cooling channel passage 142: o-ring hole 143: cooling channel input part
150: insertion portion 151: taper pin-line fixing bolt hole 152: fitting portion 160:
170: contact portion 180:
200: inner conductor 210:
211:
221: Input Impedance Transducer 222: Output Impedance Transducer
231: input center conductor 232: output center conductor
300: Coaxial connector holder 310: Fixing bolt hole
320: alignment protrusion 330: bolt hole for fixing the connector
340: connector insertion portion 350: contact portion
400: cooling channel holder 410: cooling channel passage
420: O-ring hole 430: Fixing bolt hole
440: Cooling water supply part 450: Coaxial connector holder insertion part
460:
500: Taper pin-line 501: Fixing bolt hole
510: front pin-line 520: rear pin-line
511: input electromagnetic wave incident surface 512, 522: input impedance conversion line
513: 50 ohm microstrip line 514, 524: output impedance conversion line
515: output electromagnetic wave radiation surface 530: PCB substrate
810: Input connector unit 820: Input impedance conversion unit
830: sector coupling unit 840: output impedance conversion unit
850: Output connector section 860: Input impedance / field conversion section
870: Microstrip line 880: Output Impedance / Field Conversion Unit
P1: Electromagnetic wave propagation path P2: Impedance-converted electromagnetic wave propagation path
S: Sector

Claims (9)

동축도파관 내의 전자기파를 결합 또는 분배하는 동축도파관 공간결합기에 있어서,
N개의 섹터로 이루어지며, 수직단면부가 부채꼴 형상으로 사각형 형상으로 소정의 길이로 형성되는 바디부와, 상기 사각형 바디부의 양쪽으로 사디리꼴 형상으로 형성되는 입력 및 출력 임피던스 변환 경사부로 이루어져서 동축도파관 공간결합기의 수평인 중심축을 중심으로 동심원으로 N개로 배열되어 형성되는 외부도체와;
동축커넥터로부터 전자기파 신호를 공급받는 입력커넥터와, 동축커넥터로 전자기파 신호를 전달하는 출력커넥터와, 상기 입력커넥터를 통하여 입력되는 전자기파 신호의 임피던스를 변환하는 원추형 테이퍼 형상으로 형성되는 입력임피던스 변환기와, 상기 출력커넥터로 전달되는 전자기파 신호의 임피던스를 변환하는 원추형 테이퍼 형상으로 형성되는 출력임피던스 변환기 및 상기 입력임피던스 변환기와 상기 출력임피던스 변환기 사이에 형성되어 상기 입력임피던스 변환기와 상기 출력임피던스 변환기를 섹터 결합하고, 상기 입력임피던스 변환기로부터 변환된 전자기파 신호를 상기 출력임피던스 변환기로 반사손실을 최소로 하여 전달하는 원통형 바디부를 포함하여 형성되는 내부도체; 및
상기 외부도체의 바디부 하부에는 접촉부 및 끼움부를 형성하며, 상기 내부도체의 바디부의 원통형 외경 지름에 연결되는 상기 입력 및 출력임피던스 변환기의 외경 지름이 보다 크게 형성되도록 단턱을 갖는 걸림부를 형성하여, 상기 외부도체에 형성되는 접촉부의 끼움부가 상기 내부도체에 형성되는 걸림부에 끼워져서 상기 내부도체의 원통형 바디부 외주면 표면과 외부도체의 접촉부가 상호 접촉되는 것을 특징으로 하는 동축도파관 공간결합기.
A coaxial waveguide space coupler for coupling or distributing electromagnetic waves in a coaxial waveguide,
A body portion formed of N sectors and having a vertical cross section with a fan shape and having a predetermined length in a rectangular shape and an input and output impedance conversion inclined portion formed in a sidewise shape on both sides of the rectangular body portion, An outer conductor formed by arranging N concentric circles about horizontal central axes of the outer conductor;
An input connector for receiving an electromagnetic wave signal from the coaxial connector, an output connector for transmitting an electromagnetic wave signal to the coaxial connector, an input impedance converter formed in a conical taper shape for converting an impedance of an electromagnetic wave signal inputted through the input connector, An output impedance converter formed in a conical taper shape for converting an impedance of an electromagnetic wave signal transmitted to an output connector, and a sector formed between the input impedance converter and the output impedance converter, the input impedance converter and the output impedance converter being sector- An internal conductor formed to include a cylindrical body portion that transmits the electromagnetic wave signal converted from the input impedance converter to the output impedance converter with a minimum reflection loss; And
Wherein the inner conductor has a contact portion and a fitting portion at a lower portion of a body portion of the outer conductor and a coupling portion having a step is formed such that an outer diameter of the input and output impedance transducer connected to a cylindrical outer diameter of the body portion of the inner conductor is larger, Wherein the fitting portion of the contact portion formed on the outer conductor is fitted in the coupling portion formed on the inner conductor so that the outer circumferential surface of the cylindrical body of the inner conductor contacts the contact portion of the outer conductor with each other.
청구항 1에 있어서,
상기 외부도체의 바디부의 하부와 상기 외부도체의 접촉부 사이에는 소정길이를 갖고 소정의 두께를 갖도록 파여진 단턱부를 갖는 삽입부를 형성하고, 상기 삽입부에 상기 내부도체의 입력커넥터로 입력되는 전자기파의 임피던스와 필드를 변환하는 테이퍼 핀-라인이 결합 고정되는 것을 특징으로 하는 동축도파관 공간결합기.
The method according to claim 1,
Wherein an insertion portion having a stepped portion having a predetermined length and having a predetermined length is formed between a lower portion of the body portion of the external conductor and a contact portion of the external conductor and an impedance of an electromagnetic wave inputted to the input connector of the internal conductor And a taper pin-line for converting a field are coupled and fixed.
청구항 1에 있어서,
상기 테이퍼 핀-라인은, 전방 핀-라인과 후방 핀-라인으로 이루어지며, 상기 전방 및 후방 핀-라인은 임피던스를 변환하기 위한 입력임피던스 변환라인과 출력임피던스 변환라인을 형성하고, 상기 전방 핀-라인의 입력임피던스 변환라인과 출력임피던스 변환라인 사이에는 마이크로스트립 선로가 형성되며, 상기 전방 핀-라인과 후방 핀-라인 사이에는 PCB기판이 삽입되어 형성되는 것을 특징으로 하는 동축도파관 공간결합기.
The method according to claim 1,
Wherein the taper pin-line comprises a front pin-line and a rear pin-line, the front and rear pin-lines forming an input impedance conversion line and an output impedance conversion line for converting impedance, Wherein a microstrip line is formed between the input impedance conversion line and the output impedance conversion line of the line, and a PCB substrate is inserted between the front fin-line and the rear fin-line.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 N개로 배열되어 형성되는 외부도체의 양측 측면부와 상기 외부도체의 접촉부와 접촉되는 상기 내부도체의 입력 및 출력커넥터 양측에는 얼라인먼트를 위하여 외부도체의 양측 측면부에 얼라인먼트홀을 더 포함하고, 상기 외부도체의 얼라인먼트홀과 결합되는 얼라인먼트 돌기부를 구비하고 동축커넥터를 수용하는 동축커넥터홀더를 더 포함하여 상기 외부도체와 상기 동축커넥터홀더가 볼트로 체결되어 결합되는 것을 특징으로 하는 동축도파관 공간결합기.
The method according to any one of claims 1 to 3,
Both side portions of the outer conductor formed by N numbers and both sides of the input and output connectors of the inner conductor contacting the contact portions of the outer conductor further include alignment holes at both side portions of the outer conductor for alignment, Further comprising a coaxial connector holder having an alignment protrusion coupled to an alignment hole of the coaxial connector holder and receiving the coaxial connector, wherein the outer conductor and the coaxial connector holder are fastened together by bolts.
청구항 4에 있어서,
상기 수직단면부가 부채꼴 형상인 외부도체 상부의 내부에는, 냉각수가 유입되는 원통형 구조로 형성되는 냉각채널통로와, 상기 냉각채널통로의 양쪽 끝단면부에는 상기 냉각수의 누수를 방지하기 위하여 오링이 삽입되는 오링홀로 이루어지는 냉각채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동축도파관 공간결합기.
The method of claim 4,
A cooling channel channel formed in a cylindrical structure in which cooling water flows in an upper portion of the outer conductor in which the vertical end face section has a fan shape, and an O-ring inserted into both end face portions of the cooling channel passage for preventing leakage of the cooling water. Further comprising a cooling channel formed in the hollow portion of the coaxial waveguide space coupler.
청구항 5에 있어서,
상기 외부도체의 냉각채널통로와 연결되는 냉각채널통로와, 상기 외부도체의 오링홀과 대응되어 오링을 삽입하여 상기 외부도체와 밀착 결합하는 오링홀과, N개의 외부도체 섹터를 고정하기 위한 고정용볼트홀과, 냉각수를 공급하여 상기 외부도체로 급수하는 냉각수급수부 및 상기 동축커넥터홀더를 삽입하는 동축커넥터홀더삽입부로 이루어지는 냉각채널홀더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동축도파관 공간결합기.
The method of claim 5,
A cooling channel passage connected to the cooling channel passage of the outer conductor; an O-ring hole corresponding to the O-ring hole of the outer conductor and inserted into the outer conductor by inserting an O-ring; Further comprising: a cooling channel holder including a bolt hole and a coaxial connector holder inserting portion for inserting the coaxial connector holder and a cooling water supply portion for supplying cooling water to the outer conductor and supplying water to the outer conductor.
동축커넥터로부터 전자기파 신호를 공급받는 입력커넥터부와;
동축커넥터로 전자기파 신호를 전달하는 출력커넥터부와;
상기 입력커넥터부를 통하여 입력되는 전자기파 신호의 임피던스를 변환하는 입력임피던스 변환부와;
상기 출력커넥터부로 전달되는 전자기파 신호의 임피던스를 변환하는 출력임피던스 변환부; 및
상기 입력임피던스 변환부와 상기 출력임피던스 변환부 사이에 형성되어 상기 입력임피던스 변환부와 상기 출력임피던스 변환부를 섹터 결합하고, 상기 입력임피던스 변환부로부터 변환된 전자기파 신호를 상기 출력임피던스 변환부로 반사손실을 최소로 하여 전달하는 섹터결합부; 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 동축도파관 공간결합기.
An input connector unit for receiving an electromagnetic wave signal from the coaxial connector;
An output connector portion for transmitting an electromagnetic wave signal to the coaxial connector;
An input impedance conversion unit for converting an impedance of an electromagnetic wave signal input through the input connector unit;
An output impedance converting unit for converting an impedance of an electromagnetic wave signal transmitted to the output connector unit; And
Wherein the input impedance conversion unit is formed between the input impedance conversion unit and the output impedance conversion unit and sector-couples the input impedance conversion unit and the output impedance conversion unit, and the electromagnetic wave signal converted from the input impedance conversion unit is converted to the output impedance conversion unit A sector combining unit for transferring the sector information; And wherein the coaxial waveguide space coupler is formed to include a plurality of coaxial waveguide spacers.
청구항 7에 있어서,
상기 입력임피던스 변환부와 상기 출력임피던스 변환부와 상기 동축커넥터를 연결하는 상기 입력커넥터부와 상기 출력커넥터부가 상기 입력임피던스 변환부와 상기 출력임피던스 변환부 각각에 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 동축도파관 공간결합기.
The method of claim 7,
And the input connector section and the output connector section connecting the input impedance conversion section, the output impedance conversion section, and the coaxial connector are integrally formed in the input impedance conversion section and the output impedance conversion section, respectively. Space Coupler.
청구항 7에 있어서,
상기 입력임피던스 변환부 및 상기 출력임피던스 변환부는, Dolph-chevyshev 테이퍼인 것을 특징으로 하는 동축도파관 공간결합기.The method of claim 7,
Wherein the input impedance transforming unit and the output impedance transforming unit are Dolph-chevyshev tapers.
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