KR101691179B1 - 블루투스 응용을 위한 소형 윌킨슨 전력 분배기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블루투스 응용을 위한 소형 윌킨슨 전력 분배기에 관한 것으로서, 일단은 접지 연결되고 타단은 상호 이격 배치되는 두 개의 분기 선로와; 상기 분기 선로에 각각 결합되는 복수 개의 결합 선로와; 상기 분기 선로 또는 상기 결합 선로 각각의 양측에 소정 간격만큼 평행하게 이격 배치되어, 상기 분기 선로 또는 상기 결합 선로와 용량성 또는 유도성 결합되는 복수 개의 추가 선로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 기생 커패시터가 발생하도록 전송선로를 추가함으로써 전체적인 선로 파장이 축소되어 소형화된 윌킨슨 전력 분배기를 구현할 수 있게 된다.

Description

블루투스 응용을 위한 소형 윌킨슨 전력 분배기{COMPACT WILKINSON POWER DIVIDER FOR APPLICATION TO BLUETOOTH}

본 발명은 블루투스의 주파수 대역 내에서 회로의 전력 분배 특성에 영향을 주지 않도록 소형화된 윌킨슨 전력 분배기에 관한 것이다.

일반적으로 윌킨슨 전력 분배기(Wilkinson power divider)는 입력된 전력을 2개 이상의 출력 포트로 나누어주는 회로로써, 특성 임피던스가 Z₀인 전송선로와 실제 전력이 분배되는 특성 임피던스가

인 전송선로로 이루어진다.

이러한 윌킨슨 전력 분배기는 증폭회로 혹은 주파수 체배, 분배회로 등과는 달리 각 부분에 대한 임피던스의 매칭은 필요 없으나 특성 임피던스가 Z₀인 전송선로와 실제 전력이 분배되는 특성 임피던스가

인 전송선로의 폭과 길이 조정 등의 세밀한 조정이 필요하다. 특히, 블루투스 주파수 대역인 2.4 ~ 2.5 GHz에서 사용되는 윌킨슨 전력 분배기의 경우, 그 크기가 341mm²로 사이즈가 크므로 블루투스 모듈의 크기를 상대적으로 크게 해야 하는 문제점이 있었다.

KR 10-0863392 B1 KR 10-2005-0011072 A

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 안정적으로 전력을 분배할 수 있는 소형화된 윌킨슨 전력 분배기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일면에 따른 윌킨슨 전력 분배기는, 일단은 접지 연결되고 타단은 상호 이격 배치되는 두 개의 분기 선로와; 상기 분기 선로에 각각 결합되는 복수 개의 결합 선로와; 상기 분기 선로 또는 상기 결합 선로 각각의 양측에 소정 간격만큼 평행하게 이격 배치되어, 상기 분기 선로 또는 상기 결합 선로와 용량성 또는 유도성 결합되는 복수 개의 추가 선로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 기생 커패시터가 발생하도록 전송선로를 추가함으로써 전체적인 선로 파장이 축소되어 소형화된 윌킨슨 전력 분배기를 구현할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 윌킨슨 전력 분배기의 구조도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소형 윌킨슨 전력 분배기의 구조도이고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형 윌킨슨 전력 분배기의 전송선로의 길이 축소의 개념도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소형 윌킨슨 전력 분배기의 출력 전력 분배 특성, 출력 포트 간의 격리 특성을 나타내는 그래프이다.

이상과 같은 본 발명에 대한 해결하려는 과제, 과제의 해결수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소형 윌킨슨 전력 분배기의 구조도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형 윌킨슨 전력 분배기의 전송선로의 길이 축소의 개념도이다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 윌킨슨 전력 분배기를 설명하도록 한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 소형 윌킨슨 전력 분배기는, 두 개의 분기 선로(100)와, 상기 분기 선로(100)에 각각 결합되는 복수 개의 결합 선로(200)와, 상기 분기 선로(100) 또는 상기 결합 선로(200) 각각의 양측에 소정 간격만큼 평행하게 이격 배치되는 복수 개의 추가 선로(300)를 포함한다.

먼저, 분기 선로(100)는 두 개로 마련되어, 일단은 접지 연결되고 타단은 상호 이격 배치되며, 결합 선로(200)는 상기 분기 선로(100)에 각각 결합된다.

구체적으로, 상기 분기 선로(100)는 상호 대칭되는 구조로 형성되는 제1 분기 선로(110)와 제2 분기 선로(120)로 구성되어 일단은 접지 연결되고 타단은 상호 이격 배치될 수 있고, 상기 결합 선로(200)는 결합된 상기 분기 선로(100)의 각 단에 수평으로 결합될 수 있다. 이때, 상기 제1 분기 선로(110) 및 제2 분기 선로(120)의 특성 임피던스는

이고, 상기 결합 선로(200)의 특성 임피던스는 Z₀이 된다.

여기서, 상기 분기 선로(100)는 입력된 전력을 분배하기 위한 것으로 상기 결합 선로(200)에 의해 입력 포트(P1) 또는 출력 포트(P2,P3)와 연결될 수 있다.

예컨대, 도 2를 참조하면, 입력 포트(P1)에 연결된 결합 선로(200)를 통해 입력된 전력은, 상기 분기 선로(100)에 의해 분배된 후 출력 포트(P2,P3)에 연결된 결합 선로(200)를 통해 출력하게 된다.

다음으로, 복수 개의 추가 선로(300)는 상기 분기 선로(100) 또는 상기 결합 선로(200) 각각의 양측에 소정 간격만큼 평행하게 이격 배치되어, 상기 분기 선로(100) 또는 상기 결합 선로(200)와 용량성 또는 유도성 결합된다.

구체적으로, 상기 추가 선로(300)는 결합된 상기 분기 선로와 상기 결합 선로의 상하 바깥쪽에 평행하게 배치되어 상호 대칭되는 구조로 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 추가 선로(300)는 상기 분기 선로(100) 또는 상기 결합 선로(200) 각각의 양측에 0.5mm 내지 1mm 간격만큼 평행하게 이격 배치될 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 소형 윌킨슨 전력 분배기의 전송 선로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 분기 선로(100)와 결합 선로(200) 중 어느 하나가 중심부에 위치하고 상기 중심부의 양옆으로 추가 선로(300)가 배치되는 구조로 나타낼 수 있다.

이때, 상기 전송 선로의 파장은 아래의 수학식 1에 따라 계산될 수 있다. 여기서,

도 3을 참조하면, 중심부에 위치하는 선로(분기 선로(100)와 결합 선로(200) 중 어느 하나)의 용량성 성분이 C_a이고, 상기 선로로부터 양옆으로 동일 간격만큼 이격되어 배치되는 추가 선로(300)의 용량성 성분이 C_b일 때, 전체 전송 선로의 용량성 성분(C)은 'C_a+2C_b'일 수 있다.

즉, 상기 수학식 1의 용량성 성분(C)은 파장 길이(λ_g)와 반비례 관계에 있으므로, 기존의 전송 선로의 양쪽에 추가로 발생한 용량성 성분(2Cb)에 의해 전체 전송 선로의 파장 길이는 축소되고 이에 따라 전체 크기 또한 줄어들게 된다.

한편, 이러한 추가 선로가 부가된 본 발명의 실시예에 따른 소형 윌킨슨 전력 분배기는 기능에 따라 입력 연결부(20), 전력 분배부(40) 및 출력 분배부(60)로 구분할 수 있다.

먼저, 입력 연결부(20)는, 입력포트(P1)와 전력 분배부(40)를 연결하기 위한 것으로서, 하나의 결합 선로(200)와 상기 결합 선로(200)의 양쪽에 배치되는 추가 선로(300)를 포함한다.

다음으로, 전력 분배부(40)는, 입력포트(P1)로부터 입력된 전력을 분배하여 출력포트(P2,P3)로 출력하기 위한 것으로서, 복수의 분기 선로(100)와, 상기 분기 선로(100)의 양쪽에 배치되는 추가 선로(300)를 포함한다.

다음으로, 출력 분배부(60)는 상기 전력 분배부(40)와 출력 포트(P2,P3)를 연결하기 위한 것으로서, 두 개의 결합 선로(200)와 상기 결합 선로(200)의 양쪽에 배치되는 추가 선로를 포함한다. 이때, 각 출력 포트(P2,P3)로 출력되는 출력 신호들은 동위상을 가지게 된다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 분기 선로(100)의 일측에 결합되는 하나의 결합 선로(200)는 입력 포트(P1)와 연결되어 입력 연결부(20)로서 동작하고, 상기 분기 선로(100)는 입력된 전력을 분배하는 전력 분배부(40)로서 동작하고, 상기 분기 선로(100)의 타측에 결합되는 한 쌍의 결합 선로(200)는 출력 포트(P2,P3)와 각각 연결되어 출력 분배부(50)로서 동작하게 된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 소형 윌킨슨 전력 분배기의 출력 전력 분배 특성(S21,S31) 및 출력 포트 간의 격리 특성(S23)을 나타내는 그래프이다. 여기서, S21 및 S31은 입력포트(P1)와 각각의 출력포트(P2,P3) 간의 선로 특성을 나타내고, S23은 출력포트(P2,P3) 간의 선로 특성을 나타낸다.

먼저, 도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명에 따른 소형 윌킨슨 전력 분배기의 출력 포트에서의 분배 특성을 나타내는 그래프로서, 가로축은 동작 주파수 대역을 나타내고, 세로축은 각 주파수 대역에서의 손실 특성을 나타낸다. 이러한 분배 특성은 2개의 출력 포트 간에 동일한 전력을 분배하고자 하는 목적에 의한 것이고, 블루투스 분야에 응용되기 위해선, 블루투스 주파수 대역인 2.4 ~ 2.5 GHz에서 -3.0dB에 가까운 값을 나타내야 할 필요성이 있다.

도 4(a) 및 도 4(b)를 참조하면, 본 발명에 따른 소형 윌킨슨 전력 분배기의 전력 분배 특성은 S21이 -3.01dB, S31이 -3.01dB로 양호한 분배 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

다음으로, 도 4(c)는 본 발명에 따른 소형 윌킨슨 전력 분배기의 출력 포트 간의 격리 특성을 도시한 그래프이다. 만일 출력 포트 간에 이러한 격리 특성이 이루어지지 않으면 출력 포트에 입력된 각 전력이 상대 포트로 흘러들어가 간섭을 하게 되므로 성능이 떨어지는 결과를 나타내게 된다.

도 4(c)를 참조하면, 본 발명에 따른 소형 윌킨슨 전력 분배기에서 출력 포트 간의 격리 특성(S23)은 블루투스 주파수 대역 2.4 ~ 2.5 GHz에서 -15dB 이하로 양호한 격리 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 소형 윌킨슨 전력 분배기는 전송 선로 축소의 기법을 이용하여 그 크기가 축소됨에도 불구하고, 안정된 RF 특성을 나타내게 된다.

이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 특허청구범위 내에서 다양하게 실시될 수 있다.

20: 입력 연결부 40: 전력 분배부
60: 출력 분배부 100: 분기 선로
110: 제1 분기 선로 120: 제2 분기 선로
200: 결합 선로 300: 추가 선로
310: 제1 추가 선로 320: 제2 추가 선로

Claims (3)

1. 일단은 소정 길이만큼 상호 연결되고, 일단에서 타단으로 갈수록 제1 곡률에 따라 내측 방향으로 만곡지게 형성되어 상호 이격하도록 배치되는 두 개의 분기 선로(100);
   일단은 입력포트(P1)에 연결되고 타단은 상기 연결된 두 개의 분기 선로의 일단에 연결되는 제1 결합 선로와, 일단은 상기 상호 이격된 두 개의 분기 선로의 타단에 각각 연결되고 타단은 두 개의 출력포트(P2,P3)에 각각 연결되는 제2 결합 선로를 포함하는 복수 개의 결합 선로(200); 및
   상기 결합된 분기 선로 및 결합 선로의 일단에서 타단까지 연장 형성되어 상기 제1 곡률보다 더 큰 제2 곡률에 따라 내측 방향으로 만곡지게 형성되되, 상기 결합된 분기 선로 및 결합 선로에 대하여 상하로 상호 평행하게 이격 배치되며, 상기 결합된 분기 선로 및 결합 선로와 용량성 또는 유도성 결합되는 복수 개의 추가 선로(300)를 포함하며,
   상기 추가 선로는 양단이 각각 접지 연결되는 구조로 마련되어, 상기 두 개의 출력포트(P2,P3) 간의 격리 특성은 블루투스 주파수 대역에서 -15dB 이하의 값을 가지는 양호한 격리 특성을 나타내는 것을 특징으로 하는 블루투스 응용을 위한 소형 윌킨슨 전력 분배기.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 추가 선로는,
   상기 분기 선로 또는 상기 결합 선로 각각의 양측에 0.5mm 내지 1.5mm 만큼 평행하게 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 블루투스 응용을 위한 소형 윌킨슨 전력 분배기.

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