KR101967426B1 - 대전력용 Gysel 전력 결합기 - Google Patents

대전력용 Gysel 전력 결합기 Download PDF

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KR101967426B1 KR1020180111098A KR20180111098A KR101967426B1 KR 101967426 B1 KR101967426 B1 KR 101967426B1 KR 1020180111098 A KR1020180111098 A KR 1020180111098A KR 20180111098 A KR20180111098 A KR 20180111098A KR 101967426 B1 KR101967426 B1 KR 101967426B1
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김병철
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(주)엑소더스커뮤니케이션스
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Abstract

본 발명은 개선된 대전력 Gysel 전력 결합기에 관한 것이다. 상기 대전력 Gysel 전력 결합기는, 출력 포트; 제1 및 제2 입력 포트; 상기 출력 포트와 제1 입력 포트를 연결하는 제1-1 전송선로; 상기 출력 포트와 제2 입력 포트를 연결하는 제1-2 전송선로; 상기 제1-1 및 제1-2 전송선로로부터 수직으로 연결된 제2-1 및 제2-2 전송선로; 일단은 상기 제2-1 및 제2-2 전송선로의 종단에 각각 연결되고 타단은 접지층에 연결된 제1 및 제2 격리용 저항; 제2-1 전송선로의 종단과 제2-2 전송선로의 종단을 연결하는 제3 전송선로; 상기 제3 전송선로의 양단으로부터 각각 연장되어 구성되고 단부는 접지층에 연결된 제1 및 제2 스터브; 를 구비하여, 상기 제1 및 제2 입력 포트로 입력된 신호를 결합하여 출력 포트로 출력하거나, 출력 포트로 입력된 신호를 나누어 제1 및 제2 입력 포트로 분배하여 출력한다. 본 발명에 따른 개선된 대전력 Gysel 전력 결합기는 종래의 구리판 선로를 갖는 Gysel 전력 결합기에 중심주파수의 λ/4의 길이를 갖는 제1 및 제2 스터브를 추가하고, 이를 하우징과 연결된 접지층에 연결시킴으로써, 전력 증폭기와 결합시에 발생되는 열을 하우징으로 방출할 수 있게 되어, 높은 출력에도 격리용 저항들이 타는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 두 출력단 사이의 격리(Isolation) 특성을 개선시킬 수 있게 된다.

Description

대전력용 Gysel 전력 결합기{Gysel power combiner for high power}
본 발명은 Gysel 전력 결합기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 대전력에서도 성능이 우수하고, 특히 방열 특성이 우수하도록 설계되어 S-band에서 1kW 정도의 전력을 결합해도 열에 견디면서 삽입 손실과 격리 특성이 변하지 않도록 설계된 전력 결합기에 관한 것이다.
전력 결합기는 전력 증폭기 1개의 출력 전력만으로는 원하는 출력이 부족한 RADAR 및 마이크로파 통신시스템에서 사용된다. 즉, RF 및 마이크로파 분야에 있어서, 전력 증폭기의 출력 신호를 합쳐서 더 큰 전력을 내기 위하여 2개 이상의 전력 증폭기의 출력을 결합해서 사용하게 된다.
이러한 전력 결합기로는 T-접합 전력 결합기, 윌킨슨 전력 결합기(Wilkinson Power Combiner), Gysel 전력 결합기 등 다양하게 있는데, 이러한 전력 결합기들 중에서 Gysel 전력 결합기는 윌킨슨 전력 결합기에 비해 더 큰 소모 전력을 갖는 저항을 사용할 수 있기 때문에 보편적으로 많이 사용되고 있다. Gysel 전력 결합기는 낮은 반사 손실, 입력 포트간의 격리도, 각 포트에서의 Z0 정합 성능, 구현이 쉬운 구조, 그리고 비대칭 모니터링 등의 시스템을 가지고 있다.
그러나, PCB로 제작한 Gysel 전력 결합기는 약 100W 이상의 전력을 사용할 경우 라인이 견디지 못하고 타게 되므로, 100W 이상의 전력을 결합하기 위해서는 일정 두께를 갖는 구리판으로 제작된 Gysel 전력 결합기를 제작하여 사용하게 된다. 이와 같이, 수 백W 이상의 마이크로파 전력 증폭기를 결합시키기 위한 전력 결합기로는 일정 두께를 가진 구리판으로 제작된 Gysel 전력 결합기가 사용될 수 있다.
도 1은 종래의 Gysel 전력 결합기를 도시한 회로도이며, 도 2는 도 1의 종래의 Gysel 전력 결합기를 구리판을 이용하여 실제로 제작된 것을 도시한 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 Gysel 전력 결합기는, P1, P2가 입력 포트이며, P3는 출력 포트이다. 특성 임피던스가 Z1인 제1 전송선로(TL1-1, TL1-2)가 입력 포트와 출력 포트의 사이에 연결되어 있으며, 특성 임피던스가 Z2인 제2 전송선로(TL2-1, TL2-2)가 입력 포트와 제1 및 제2 저항 (R1, R2)의 사이에 연결되어 있으며, 특성 임피던스가 Z3인 제3 전송선로(TL3)가 연결되어 있다.
하지만, 종래의 구리판으로 제작된 Gysel 전력 결합기는 열이 빠지는 경로가 커넥터와 연결되는 부분밖에 없기 때문에, 수 백 W 이상의 전력을 결합할 경우 5분 정도의 시간이 지나면 저항이 타버리거나 코넥터 부분이 많은 열을 받아 전력 결합기의 성능이 급격하게 나빠지게 되어 수백 W 이상의 마이크로파 전력 증폭기의 결합에 적용하지 못하고 있는 실정이다.
이러한 문제점들로 인하여, 일정 두께를 갖는 구리판으로 제작된 Gysel 전력 결합기를 수 백 W 이상의 마이크로파 전력 증폭기 결합에 적용하지 못하고 있는 실정이다.
따라서, 수 백 W 이상의 고출력 전력 증폭기를 결합시킬 때 발생하는 열을 적절하게 발산시키면서도 특성이 변하지 않는 Gysel 전력 결합기의 개발이 절실하게 요구되고 있는 실정이다.
한국공개특허공보 제 10-2015-0129684호 한국공개특허공보 제 10-2018-0057093호
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 방열 특성이 우수하면서도 삽입 손실 및 격리 특성이 변하지 않도록 구성하여 대전력에서도 성능이 우수한 Gysel 전력 결합기를 제공하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따른 개선된 대전력 Gysel 전력 결합기는, 출력 포트; 제1 및 제2 입력 포트; 상기 출력 포트와 제1 입력 포트를 연결하는 제1-1 전송선로; 상기 출력 포트와 제2 입력 포트를 연결하는 제1-2 전송선로; 상기 제1-1 전송선로로부터 수직으로 연결된 제2-1 전송선로; 상기 제1-2 전송선로로부터 수직으로 연결된 제2-2 전송선로; 일단은 상기 제2-1 전송선로의 종단에 연결되고 타단은 접지층에 연결된 제1 격리용 저항; 일단은 상기 제2-2 전송선로의 종단에 연결되고 타단은 접지층에 연결된 제2 격리용 저항; 제2-1 전송선로의 종단과 제2-2 전송선로의 종단을 연결하는 제3 전송선로; 상기 제3 전송선로의 양단으로부터 각각 연장되어 구성되고 단부는 접지층에 연결된 제1 및 제2 스터브; 를 구비하고, 제2-1 전송선로는 제1-1 전송선로와 제1 격리용 저항의 사이에 연결되고, 제2-2 전송선로는 제2-1 전송선로와 제2 격리용 저항의 사이에 연결된 것을 특징으로 하며, 상기 제1 및 제2 입력 포트로 입력된 신호를 결합하여 출력 포트로 출력하거나, 출력 포트로 입력된 신호를 나누어 제1 및 제2 입력 포트로 분배하여 출력한다.
전술한 제1 특징에 따른 Gysel 전력 결합기에 있어서, 상기 출력 포트, 제1 및 제2 입력 포트는 구리판 층에 형성되고, 제1-1, 제1-2, 제2-1, 제2-2, 제3 전송선로 및 제1 및 제2 스터브는 구리판 선로로 제작된 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징에 따른 Gysel 전력 결합기에 있어서, 상기 제1 및 제2 스터브는 중심 주파수의 λ/4의 길이로 이루어진 것이 바람직하며,
상기 제1 스터브의 일단은 상기 제2-1 전송선로에서 제1-1 전송선로로부터 λ/4 만큼 이격된 위치에 연결되고 타단은 접지층과 연결되고, 상기 제2 스터브의 일단은 상기 제2-2 전송선로에서 제1-2 전송선로로부터 λ/4 만큼 이격된 위치에 연결되고 타단은 접지층과 연결된 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징에 따른 Gysel 전력 결합기에 있어서, 상기 제1-1, 제1-2 전송선로의 특성 임피던스는 제2-1 및 제2-2 전송선로의 특성 임피던스와 서로 다르며, 상기 제1-1, 제1-2 전송선로와 제2-1 및 제2-2 전송선로의 특성 임피던스는 제3 전송선로의 특성 임피던스와는 서로 다르며, 상기 제1 스터브 및 제2 스터브의 특성 임피던스는 제3 전송선로의 특성 임피던스와 동일한 것이 바람직하다.
전술한 제1 특징에 따른 Gysel 전력 결합기에 있어서, 상기 Gysel 전력 결합기는 하우징 내의 공중에 떠있는 상태로 배치된 것을 특징으로 하며,
상기 하우징은 본체에 3개의 커넥터를 구비하고, 상기 3개의 커넥터에는 상기 출력 포트, 상기 제1 및 제2 입력 포트가 각각 연결되고, 상기 접지층과 연결된 제1 및 제2 저항의 일단은 하우징의 본체의 일면에 연결되어 접지되고, 상기 접지층과 연결된 제1 및 제2 스터브의 일단은 하우징의 본체의 일면에 연결되어 접지된 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 대전력 Gysel 전력 결합기는 종래의 구리판 선로를 갖는 Gysel 전력 결합기에 접지층과 연결된 제1 및 제2 스터브를 더 추가 연결시킴으로써, Gysel 전력 결합기의 자체에서 발생되는 손실(Loss)로 인한 열을 외부로 방출할 수 있게 되어 삽입 손실을 유지할 수 있을 뿐만 아니라 격리용 저항들로 가는 열도 외부로 방출시킬 수 있게 되어 격리 특성을 유지할 수 있게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 대전력 Gysel 전력 결합기는 S-band 에서 1kW 정도의 대전력에서도 열에 견디면서 삽입 손실과 격리 특성이 변하지 않는 성능이 우수한 Gysel 전력 결합기를 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 Gysel 전력 결합기는 접지층과 연결된 추가의 제1 및 제2 스터브를 하우징에 연결시킴으로써, 전력 증폭기를 결합시에 발생되는 열을 하우징으로 원할하게 전달할 수 있게 되고, 그 결과 하우징의 커넥터 쪽으로 방출되는 열을 대폭 감소시켜 전력 결합기의 출력 특성을 손실이 작도록 유지시킬 수 있을 뿐만 아니라, 높은 출력 신호에 대해서도 격리용 저항들이 타지 않고 신호를 결합(Combine)할 수 있게 된다.
도 1은 종래의 Gysel 전력 결합기를 도시한 회로도이며, 도 2는 도 1의 종래의 Gysel 전력 결합기를 구리판을 이용하여 실제로 제작된 것을 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Gysel 전력 결합기를 도시한 구성도이며, 도 4는 도 3의 Gysel 전력 결합기에 대한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Gysel 전력 결합기에 있어서, 특성을 조정하고 커넥터에 연결시키기 위한 하우징을 도시한 정면도이며, 도 6은 도 5의 하우징에 대한 평면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 Gysel 전력 결합기에 있어서, 주파수에 따른 전달 특성 및 격리 특성을 시뮬레이션하기 위한 회로도이며, 도 8은 도 7의 회로도에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Gysel 전력 결합기에 있어서, 실제로 제작된 Gysel 전력 결합기에 대한 실험 결과를 도시한 그래프이다.
본 발명에 따른 개선된 대전력 Gysel 전력 결합기는 종래의 구리판 선로를 갖는 Gysel 전력 결합기에 중심주파수의 λ/4의 길이를 갖는 제1 및 제2 스터브를 추가하고, 이를 하우징과 연결된 접지층과 연결시킴으로써, 전력 증폭기와 결합시에 발생되는 열을 하우징으로 방출할 수 있게 되어, 높은 출력에도 격리용 저항들이 타는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 두 출력단 사이의 격리(Isolation) 특성을 개선시킬 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Gysel 전력 결합기의 구성 및 동작에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Gysel 전력 결합기를 도시한 구성도이며, 도 4는 도 3의 Gysel 전력 결합기에 대한 회로도이다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Gysel 전력 결합기(20)는 제1 및 제2 입력 포트(201, 202), 출력 포트(203), 제1-1 및 제1-2 전송선로(210, 212), 제2-1 및 제2-2 전송선로(220, 222), 제3 전송선로(230), 제1 및 제2 저항(250, 252), 제1 및 제2 스터브(240, 242) 및 하우징(30)을 구비한다.
제1 및 제2 입력 포트(201, 202) 및 출력 포트(203)은 구리판 층에 구성되며, 상기 제1-1 및 제1-2 전송선로에 의해 서로 연결된다.
상기 제1-1 전송선로(210)는 상기 출력 포트와 제1 입력 포트를 연결하며, 상기 제1-2 전송선로(212)는 상기 출력 포트와 제2 입력 포트를 연결한다. 상기 제1-1 및 제1-2 전송선로는 구리판 선로로 이루어지며 특성 임피던스가 70.7Ω인 것이 바람직하다.
상기 제2-1 전송선로(220)는 제1-1 전송선로로부터 수직으로 연결되되, 종단에는 제1 저항이 연결되어, 제1-1 전송선로와 상기 제1 저항의 일단의 사이를 연결하도록 구성된다. 상기 제2-2 전송선로(222)는 제1-2 전송선로로부터 수직으로 연결되되, 종단에는 제2 저항이 연결되어, 제1-2 전송선로와 상기 제2 저항의 일단의 사이를 연결하도록 구성된다. 상기 제2-1 및 제2-2 전송선로는 구리판 선로로 이루어지며 특성 임피던스가 50Ω인 것이 바람직하다.
상기 제1-1 및 제1-2 전송선로와 제2-1 및 제2-2 전송선로는 1.5mm 두께를 갖는 구리판으로 구성되며, 상기 제1-1 및 제1-2 전송선로와 제2-1 및 제2-2 전송선로는 서로 수직 방향으로 배치된 것이 바람직하다.
상기 제1 저항(250)은 격리형 저항으로서, 일단은 제2-1 전송선로의 종단에 연결되며, 타단은 접지층에 연결된다. 상기 제2 저항(252)도 격리형 저항으로서, 일단은 제2-2 전송선로의 종단에 연결되며, 타단은 접지층에 연결된다. 상기 제1 및 제2 저항은 각각 50Ω으로 구성된 것이 바람직하다.
상기 제3 전송선로(230)는 제2-1 전송선로와 제2-2 전송선로의 사이를 연결한다. 상기 제3 전송선로는 구리판 선로로 이루어지며 특성 임피던스가 25Ω인 것이 바람직하다.
상기 제1-1, 제1-2 전송선로의 임피던스는 제2-1 및 제2-2 전송선로의 임피던스와 다른 값을 가지며, 상기 제1-1, 제1-2 전송선로와 제2-1 및 제2-2 전송선로의 임피던스는 제3 전송선로의 임피던스와는 서로 다른 것이 바람직하다.
상기 제1 스터브(stub)(240)는 제3 전송선로의 일단으로부터 연장되고, 상기 제2 스터브(242)는 제3 전송선로의 타단으로부터 연장된다. 상기 제1 및 제2 스터브들은 25Ω의 특성 임피던스를 갖는 구리판 선로로 구성되며 중심 주파수의 λ/4의 길이로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 제1 스터브의 일단은 상기 제2-1 전송선로에서 제1-1 전송선로로부터 λ/4 만큼 이격된 위치에 연결되고 타단은 접지층과 연결된다. 상기 제2 스터브의 일단은 상기 제2-2 전송선로에서 제1-2 전송선로로부터 λ/4 만큼 이격된 위치에 연결되고 타단은 접지층과 연결된다.
상기 출력 포트, 제1 및 제2 입력 포트는 구리판 층에 형성되고, 제1-1, 제1-2, 제2-1, 제2-2, 제3 전송선로 및 제1 및 제2 스터브는 구리판 선로로 제작된다.
전술한 구성을 갖는 Gysel 전력 결합기는 제1 및 제2 입력 포트로 입력된 신호를 결합하여 출력 포트로 출력하거나, 출력 포트로 입력된 신호를 나누어 제1 및 제2 입력 포트로 분배하여 출력한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 Gysel 전력 결합기에 있어서, 특성을 조정하고 커넥터에 연결시키기 위한 하우징을 도시한 정면도이며, 도 6은 도 5의 하우징에 대한 평면도이다.
상기 Gysel 전력 결합기는 하우징 내의 공중에 떠있는 상태로 배치되며, 상기 하우징은 본체(310)를 중심으로 윗면(320)과 아랫면(330)에 각각 뚜껑을 두어 하우징을 밀폐하는 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 상기 하우징(30)은 본체에 3개의 커넥터(301, 302, 303)를 구비하고, 상기 3개의 커넥터에는 각각 상기 출력 포트(203), 상기 제1 및 제2 입력 포트(201, 202)가 연결된다. 상기 접지층과 연결된 제1 및 제2 저항의 일단은 하우징의 본체의 일면에 연결되어 접지되도록 구성된 것이 바람직하며, 상기 접지층과 연결된 제1 및 제2 스터브의 일단은 하우징의 본체의 일면에 연결되어 접지되도록 구성된 것이 바람직하다.
전술한 Gysel 전력 결합기(20)는 제1 및 제2 저항(250, 252)을 먼저 부착하고 상기 하우징(30)의 커넥터를 장착할 수 있는 부분과 연결하고, 하우징의 아랫면(330)에 제1 및 제2 저항을 고정시키고, 접지층과 연결된 제1 및 제2 스터브(240, 242)를 하우징과 나사로 고정시키고, 윗면 뚜껑을 고정하여 구성하는 것이 바람직하다.
전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 Gysel 전력 결합기는 전력 증폭기와 결합시에 발생되는 열을 하우징으로 전달할 수 있게 되어, 하우징의 커넥터 쪽으로 방출되는 열을 대폭 감소시킬 수 있게 된다. 그 결과, 본 발명에 따른 전력 결합기는 출력 특성을 손실이 작도록 유지시킬 뿐만 아니라 높은 출력에도 격리용 저항이 타는 것을 방지하여, 두 입력단 사이의 격리(Isolation) 특성을 개선시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 Gysel 전력 결합기는 2개의 입력단에 고출력 증폭기를 연결하여 출력을 결합하는 경우, 발생되는 열을 접지를 통해 하우징으로 방출되도록 하기 위하여 제3 전송선로의 양단에 접지와 연결되는 제1 및 제2 스터브들을 추가함에 따라 출력 특성이 나빠지는 것을 방지하기 위하여, 제1 및 제2 스터브의 길이를 중심주파수의 λ/4가 되도록 해줌으로써, 삽입 손실, 반사 손실 등 Gysel 전력 결합기의 전체적인 출력 특성은 영향을 받지 않고 열만 외부로 방출될 수 있게 된다.
이하, 전술한 구성을 갖는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개선된 대전력 Gysel 전력 결합기의 동작에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개선된 대전력 Gysel 전력 결합기는 종래의 구리판 선로를 갖는 Gysel 전력 결합기에 25Ω의 특성 임피던스를 갖는 제1 및 제2 스터브를 추가하되, 상기 제1 및 제2 스터브의 일단은 제1-1 및 제1-2 전송선로로부터 λ/4 만큼 이격된 위치의 제2-1 및 제2-2 전송선로에 각각 연결시키고, 타단은 하우징과 연결된 접지층에 연결시키며, 그 길이는 중심주파수의 λ/4의 길이로 구성하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 본 발명에 따른 대전력 Gysel 전력 결합기는 종래의 제1 및 제2 스터브가 없는 Gysel 전력 결합기와 동일한 삽입 손실을 가지게 된다.
즉, 전술한 본 발명에 따른 개선된 Gysel 전력 결합기는 구리판으로 제작된 종래의 Gysel 전력 결합기의 25Ω 전송라인에 λ/4의 길이를 갖는 제1 및 제2 스터브를 추가하고, 이를 하우징과 연결된 접지층에 연결시킴으로써, 전력 증폭기와 결합시에 발생되는 열을 하우징으로 전달할 수 있게 된다. 그 결과, 높은 출력에도 격리용 저항들이 타는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 두 출력단 사이의 격리(Isolation) 특성을 개선시킬 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 개선된 대전력 Gysel 전력 결합기는 제1 및 제2 입력 포트에 전력 증폭기가 연결되면 두 입력 포트로 입력되는 신호의 크기는 완전히 동일할 수가 없고 두 라인에 인가된 크기가 다른 신호는 크기가 동일한 부분을 Even Mode로, 크기가 차이가 나는 부분을 Odd Mode로 생각할 수 있다. Even Mode 일 때는 출력 포트를 중심으로 Open 상태가 됨으로써 두 입력 포트사이에 전류가 흐르지 않기 때문에, 제2-1 및 제2-2 전송선로에 각각 연결된 50Ω의 제1 및 제2 격리용 저항에서는 전력 소모가 없다. 한편, Odd Mode 일때에는 제1 및 제2 입력 포트에 연결된 두 전력 증폭기의 차이만큼의 전력이 제2-1 및 제2-2 전송선로에 각각 연결된 50Ω의 제1 및 제2 격리용 저항에서 소모된다.
예를 들면, 종래의 Gysel 전력 결합기의 제1 및 제2 입력 포트에 연결된 두개의 전력 증폭기의 출력이 각각 500W와 540W 인 경우, 500W와 540W를 520-20W와 520+20W로 표현할 수 있으며, 이때 Even Power는 520W이며, Odd Power는 20W가 된다. Odd Power 20W가 50Ω의 제1 및 제2 격리용 저항에서 지속적으로 소모되며 열을 발생시키게 되고, 구리판 선로로 구성된 Gysel 전력 결합기 자체에서 발생되는 손실(Loss)은 훨씬 더 큰 열로 바뀌게 되고, 이 열은 지속적으로 50Ω의 제1 및 제2 격리용 저항으로 전달된다. 이와 같이, 저항으로 열이 전달되면 열에 의해 저항값이 변하게 되고, 이는 삽입 손실을 크게 하고 격리 특성을 나쁘게 만드는 역할을 하게 된다. 시간이 지남에 따라 저항이 타버리게 되는 경우, 삽입 손실이 급격하게 증가하여 출력이 절반 이하로 감소하게 되며 격리특성도 거의 0dB 근처로 나빠지게 되고, 감소된 출력의 나머지 출력은 제1 및 제2 입력 포트에 연결된 두개의 전력 증폭기의 출력단으로 유입되어 전력 증폭기의 TR에 손상을 주거나 전송선로를 태우게 된다.
하지만, 전술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 개선된 대전력 Gysel 전력 결합기는, 일단이 접지층과 연결된 제1 및 제2 스터브를 추가함으로써, Gysel 전력 결합기 자체에서 발생되는 Loss로 인한 열을 외부로 방출시킬 수 있도록 하여 삽입 손실을 유지하게 되고, 제1 및 제2 격리용 저항들로 가는 열도 외부로 방출시킬 수 있게 되어 격리 특성도 유지시킬 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Gysel 전력 결합기에 있어서, 주파수에 따른 전달 특성 및 격리 특성을 시뮬레이션하기 위한 회로도이며, 도 8은 도 7의 회로도에 대한 시뮬레이션 결과를 도시한 그래프이다.
도 8을 참조하면, 사용 주파수 대역인 2.5~3.5 GHz 에서 0.038~0.178 dB의 Loss를 가지며 Return Loss도 -16 ~ -30dB, Isolation도 -12 ~ -40 dB 의 특성을 보이는 것을 알 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Gysel 전력 결합기에 있어서, 실제로 제작된 Gysel 전력 결합기에 대한 실험 결과를 도시한 그래프이다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 사용주파수 범위에서 사용 주파수에 따라 0.2249 ~ 0.601 dB의 Loss를 가지며, Return Loss는 -9.47 ~ -15dB, Isolation은 -10.1 ~ -19 dB의 특성을 보임을 알 수 있다.
본 발명에 따른 개선된 Gysel 전력 결합기는 종래의 Gysel 전력 결합기를 변형 설계하여 열을 적절하게 발산시키면서도 특성이 변하지 않도록 구성함으로써, 1KW 이상의 출력을 갖는 전력 증폭기가 되도록 결합시키기 위하여 사용될 수 있을 뿐만 아니라, X-밴드나 Ku-밴드등 높은 주파수에서도 사용될 수 있게 된다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 개선된 대전력 Gysel 전력 결합기는 간편한 방벙으로 다양한 주파수 대역에서 다양한 종류의 전류 증폭기에 적용하여 높은 출력을 가진 전력 증폭기를 설계 및 제작하는데 사용할 수 있으며, 4 Way, 8 Way, Power Divider/Combiner 등으로 확장하여 사용할 수 있다.
20 : Gysel 전력 결합기
201 : 제1 입력 포트
202 : 제2 입력 포트
203 : 출력 포트
210 : 제1-1 전송선로
212 : 제1-2 전송선로
220 : 제2-1 전송선로
222 : 제2-2 전송선로
230 : 제3 전송선로
250 : 제1 저항
252 : 제2 저항
240 : 제1 스터브
242 : 제2 스터브
30 : 하우징

Claims (8)

  1. 출력 포트;
    제1 및 제2 입력 포트;
    상기 출력 포트와 제1 입력 포트를 연결하는 제1-1 전송선로;
    상기 출력 포트와 제2 입력 포트를 연결하는 제1-2 전송선로;
    상기 제1-1 전송선로로부터 수직으로 연결된 제2-1 전송선로;
    상기 제1-2 전송선로로부터 수직으로 연결된 제2-2 전송선로;
    일단은 상기 제2-1 전송선로의 종단에 연결되고 타단은 접지층에 연결된 제1 격리용 저항;
    일단은 상기 제2-2 전송선로의 종단에 연결되고 타단은 접지층에 연결된 제2 격리용 저항;
    제2-1 전송선로의 종단과 제2-2 전송선로의 종단을 연결하는 제3 전송선로;
    상기 제3 전송선로의 양단으로부터 각각 연장되어 구성되고 단부는 접지층에 연결된 제1 및 제2 스터브;
    를 구비하고, 제2-1 전송선로는 제1-1 전송선로와 제1 격리용 저항의 사이에 연결되고, 제2-2 전송선로는 제2-1 전송선로와 제2 격리용 저항의 사이에 연결된 것을 특징으로 하며,
    상기 제1 및 제2 입력 포트로 입력된 신호를 결합하여 출력 포트로 출력하거나, 출력 포트로 입력된 신호를 나누어 제1 및 제2 입력 포트로 분배하여 출력하는 것을 특징으로 하는 Gysel 전력 결합기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 출력 포트, 제1 및 제2 입력 포트는 구리판 층에 형성되고,
    제1-1, 제1-2, 제2-1, 제2-2, 제3 전송선로 및 제1 및 제2 스터브는 구리판 선로로 제작된 것을 특징으로 하는 Gysel 전력 결합기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 스터브는 중심 주파수의 λ/4의 길이로 이루어진 것을 특징으로 하는 Gysel 전력 결합기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스터브의 일단은 상기 제2-1 전송선로에서 제1-1 전송선로로부터 λ/4 만큼 이격된 위치에 연결되고 타단은 접지층과 연결되고,
    상기 제2 스터브의 일단은 상기 제2-2 전송선로에서 제1-2 전송선로로부터 λ/4 만큼 이격된 위치에 연결되고 타단은 접지층과 연결된 것을 특징으로 하는 Gysel 전력 결합기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1-1, 제1-2 전송선로의 특성 임피던스는 제2-1 및 제2-2 전송선로의 특성 임피던스와 서로 다르며,
    상기 제1-1, 제1-2 전송선로와 제2-1 및 제2-2 전송선로의 특성 임피던스는 제3 전송선로의 특성 임피던스와는 서로 다른 것을 특징으로 하는 Gysel 전력 결합기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 스터브 및 제2 스터브의 특성 임피던스는 제3 전송선로의 특성 임피던스와 동일한 것을 특징으로 하는 Gysel 전력 결합기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 Gysel 전력 결합기는 하우징 내의 공중에 떠있는 상태로 배치된 것을 특징으로 하며,
    상기 하우징은 본체에 3개의 커넥터를 구비하고,
    상기 3개의 커넥터에는 상기 출력 포트, 상기 제1 및 제2 입력 포트가 각각 연결된 것을 특징으로 하는 Gysel 전력 결합기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 접지층과 연결된 제1 및 제2 저항의 일단은 하우징의 본체의 일면에 연결되어 접지된 것을 특징으로 하며,
    상기 접지층과 연결된 제1 및 제2 스터브의 일단은 하우징의 본체의 일면에 연결되어 접지된 것을 특징으로 하는 Gysel 전력 결합기.
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