KR102013124B1 - 제어-통합 알에프 분배 네트워크들을 위한 다중-도체 전송라인들 - Google Patents

제어-통합 알에프 분배 네트워크들을 위한 다중-도체 전송라인들 Download PDF

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Abstract

복수의 전도성 트레이스들, 입력 포트, 및 적어도 하나의 출력 포트를 포함하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인이 공개된다. 입력 포트는, 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 일반적으로 정렬되고 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 부분적으로 또는 완전히 겹치는 관계로 배치되는 무선-주파수 신호 입력라인을 포함하고, 무선-주파수 신호 입력라인은 입력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓다. 출력 포트는, 적어도 하나의 출력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들 중의 적어도 하나와 일반적으로 정렬되고 적어도 하나의 출력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들 중의 적어도 하나와 부분적으로 또는 완전히 겹치는 관계로 배치되는 무선-주파수 신호 출력라인을 포함하고, 무선-주파수 신호 출력라인은 출력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들 중의 적어도 하나만큼 넓다. 위상 어레이 레이더들 및 무선 통신 시스템들과 같은 시스템들에서, 입력 및 출력 포트들은 입력 포트로부터 하나 이상의 출력 포트들로 프라이머리 무선-주파수 신호들 및 세컨더리 제어 신호들을 동시에 분배할 수 있는 용량적으로 결합된 다중 도체 구조를 제공한다.

Description

제어-통합 알에프 분배 네트워크들을 위한 다중-도체 전송라인들{MULTI-CONDUCTOR TRANSMISSION LINES FOR CONTROL-INTEGRATED RF DISTRIBUTION NETWORKS}
본 발명은 예를 들어 위상 어레이(phased array) 안테나 시스템들에서 이용되는 네트워크들에서 무선-주파수(radio-frequency: RF) 에너지의 분배를 위한 전송라인(transmission line)들에 관한 것이고, 더욱 구체적으로는, 세컨더리(secondary) 제어 신호들 및, 선택적으로, DC 전력을 운반하는 복수의 전도성 트레이스(conductive trace)들에 프라이머리(primary) 무선-주파수 신호를 용량적으로 결합하도록 적용된 입력 포트(input port)를 포함하는 다중 도체(multiple conductor) 무선-주파수 전송라인에 관한 것이다.
항공기, 해양 선박들, 및 비히클에 설치되거나(vehicle-mounted) 비히클에 견인되는(vehicle-towed) 시스템들을 포함하는 모바일 센싱 플랫폼(mobile sensing platform)들의 복수의 타입들은 원격 센싱 및 통신을 위한 위상 어레이 안테나들을 이용한다. 현대의 AESA(active electrically scanned array) 시스템들은 전형적으로 프라이머리 고주파수(마이크로파(microwave) 또는 "RF") 신호들, 세컨더리 저주파수 제어 신호들, 및 DC 전력을 어레이의 개별 안테나 엘리먼트(element)들로 분배하기 위하여 복수의 격리된(isolated) 무선-주파수, 제어 신호, 및 전력 전송라인들을 이용한다. 복수의 격리된 전송라인들 또는 "매니폴드들(manifolds)"에 대한 필요성은 전형적으로, 공통된(common) 평면 또는 층에서 상이한 풋프린트(footprint)들을 점유하는 상이한 전도성 경로들을 제공함으로써, (전형적으로 금속화된 유전체 물질(dielectric material)의 층에 의해 서로 분리된) 상이한 평면들 또는 층들에서 공통 풋프린트를 공유하는 상이한 전도성 경로들을 제공함으로써, 또는 이러한 특징들의 조합에 의해서 충족된다. 서로 분리된(separate) 매니폴드들의 이용은 현재의 AESA 기술의 무게 및 프로파일(profile)에 영향을 주는 중요한 요소(factor)이다. 만일, AESA 시스템의 무게 및 사이즈, 특히 프로파일 또는 두께가 감소될 수 있다면, 이러한 시스템들은 UAV(unmanned aerial vehicle)들과 같은 패이로드(payload) 제한 센싱 플랫폼들뿐 아니라 기존 센싱 플랫폼들의 향상된 버전들에서 더욱 즉각적으로 채용될 수 있을 것이다. 본 명세서에서 공개되는 다중-도체 전송라인 구조들은 상술한 서로 분리된 매니폴드들을 실질적으로 대체하기 위해 이용될 수 있을 뿐 아니라 원거리 통신을 위한 고주파수 RF 에너지의 조합, 내부 시그널링(signaling) 및/또는 제어를 위한 저주파수 에너지, 및 구성요소를 이루는 서브시스템들의 전력공급을 위한 DC 전력 분배의 조합을 채용하는 무선 통신 시스템들을 향상시키기 위해 이용될 수 있다.
본 발명은 다중 도체 무선-주파수 전송라인(multiple conductor radio-frequency transmission line)을 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 태양에 따라서, 다중 도체 무선-주파수 전송라인은 복수의 전도성 트레이스들, 입력 포트, 및 적어도 하나의 출력 포트를 포함한다. 입력 포트는, 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 일반적으로 정렬되고 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 부분적으로 겹치는 관계로 배치되는 무선-주파수 신호 입력라인(input line)을 포함하고, 무선-주파수 신호 입력라인은 입력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓다. 출력 포트는, 적어도 하나의 출력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들 중의 적어도 하나와 일반적으로 정렬되고 적어도 하나의 출력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들 중의 적어도 하나와 부분적으로 겹치는 관계로 배치되는 무선-주파수 신호 출력라인을 포함하고, 무선-주파수 신호 출력라인은 출력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들 중의 적어도 하나만큼 넓다. 그래서, 입력 및 출력 포트들은 입력 포트로부터 하나 이상의 출력 포트들로 프라이머리 무선-주파수 신호들 및 세컨더리 제어 신호들을 동시에 분배할 수 있는 용량적으로 결합된(capacitively coupled) 다중-도체 구조를 제공한다.
다른 태양에 따라서, 다중 도체 무선-주파수 전송라인은, 전기적으로 독립적인 경로들을 따라서 고주파수 무선 신호의 전송을 위하여 임피던스 매칭된 전선관(impedance matched conduit)을 형성하는 복수의 전도성 트레이스들, 용량적으로 결합된 입력 포트, 및 용량적으로 결합된 출력 포트를 포함한다. 용량적으로 결합된 입력 포트는 복수의 전도성 트레이스들과 무선-주파수 신호 입력라인 간의 고주파수 무선 신호의 고역-통과 결합(high-pass coupling)을 제공한다. 용량적으로 결합된 출력 포트는 복수의 전도성 트레이스들과 무선-주파수 신호 출력라인 간의 고주파수 무선 신호의 고역-통과 결합을 제공한다. 무선-주파수 신호 입력라인은 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 일반적으로 정렬되고, 입력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓고; 무선-주파수 신호 출력라인은 출력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 일반적으로 정렬되고, 출력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓다.
도 1a는 두 개의 도체 무선-주파수 전송라인의 도면이다.
도 1b는 다섯 개의 도체 무선-주파수 전송라인의 도면이다.
도 1c는 여덟 개의 도체 무선-주파수 전송라인의 도면이다.
도 2는 중간의 유전체 층들(도시되지 않음)에 의해 격리된 도체들의 네 개의 적층(stack)들을 포함하는 열여섯 개의 도체 무선-주파수 전송라인의 도면이다.
도 3은 열한 개의 도체 무선-주파수 전송라인을 가지고 부분적으로 겹치는 관계로 배치된 무선 주파수 입력라인을 포함하는 입력 포트의 도면이다.
도 4는 여덟 개의 도체 무선-주파수 전송라인을 가지고 완전히 겹치는 관계로 배치된 무선 주파수 입력라인을 포함하는 입력 포트의 도면이다.
도 5는 제1 예시적인 구성의 S-파라미터들(S-Parameters)의 그래프이다.
도 6은 제2 예시적인 구성의 S-파라미터들(S-Parameters)의 그래프이다.
도 7은 제3 예시적인 구성의 S-파라미터들(S-Parameters)의 그래프이다.
도 8은 제4 예시적인 구성의 S-파라미터들(S-Parameters)의 그래프이다.
도 9는 제5 예시적인 구성의 S-파라미터들(S-Parameters)의 그래프이다.
도 10은 제6 예시적인 구성의 S-파라미터들(S-Parameters)의 그래프이다.
도 11은 제7 예시적인 구성의 S-파라미터들(S-Parameters)의 그래프이다.
도 12는 제8 예시적인 구성의 S-파라미터들(S-Parameters)의 그래프이다.
도 1a를 우선 참조하면, 액티브한 전기적으로 스캔되는 위상 어레이 안테나(active electrically scanned phase array antenna) 시스템 또는 "AESA" 시스템과 같은 복합(complex) 무선-주파수 방출 시스템 내의 제어 라인(control line)은 일반적으로 유전체(20x) 상에 배치된 전도성 트레이스(conductive trace, 10x)를 구성한다. 복수의 제어 라인들(10a, 10b, 10c 등)은, 저주파수 제어 신호들, 즉, 1 GHz 보다 작은 그리고 전형적으로는 500 MHz 보다 작은 주파수를 갖는 신호들의 전도(conduction)를 위한 전기적으로 독립적인 경로들을 제공하기 위하여 유전체(20a) 층의 표면에 평행한 관계로 배열될 수 있다. 이러한 제어 신호들은, 예컨대, AESA에서의 무선-주파수 안테나 엘리먼트들과 연관이 있는 위상 가변(phase varying) 전자장치들을 제어하기 위해 이용될 수 있다. 제어 신호들은 공통 컨트롤러(controller)에서 시작되어, 궁극적으로는 안테나 어레이(도시되지 않음)에서의 개별 안테나 엘리먼트들로까지 전개될 수 있다. 전형적으로, 도시된 전도성 트레이스(10x)로부터 물리적으로 분리된, 유사한 전도성 트레이스들은 고주파수 RF 신호 소스, 즉 AESA가 구현될 수 있는 임의의 주파수에서의 변조된 마이크로파 에너지의 제어 소스(controlled source)로부터 시작해서 안테나 어레이에서의 RF 이미터(emitter)들까지의 저손실 RF 전송 경로로서 기능할 것이다. 전도성 트레이스들은 가장 전형적으로는 유전체 층 상에 배치된 스트립라인(stripline)들 또는 마이크로스트립(microstrip)들로서 제공될 것이다. 하지만, 전도성 트레이스(10x) 그 자체가 스트립라인 또는 마이크로스트립으로 구성된다면, 그 전도성 트레이스는 동시적인 단일 채널(single channel) RF 및 단일 채널 제어 신호 전송을 지원할 수 있다. 게다가, 선택적이지만, 제어 신호가 실질적인 전압 바이어스(bias)를 가지고 DC 신호로서 제공된다면, 제어 시스템 또는 다른 유사한 전자장치들은 스트립라인 또는 마이크로스트립 구성의 그라운드 평면(ground plane)과 전도성 트레이스(10x) 간의 전압 차이를 통해서 DC 전력을 가지고 공급될 수 있다.
본 발명의 장치들에 있어서, 전도성 트레이스(10x)는 단일한 유전체(20x) 층 상에 배치된 복수의 전도성 트레이스들(10a, 10b, 10c 등)(총괄해서, 10y)로 세분된다. 복수의 전도성 트레이스들(10y)은 (명확성을 위해서 도시되지 않은 그라운드 평면의 존재시에) RF 도파관(waveguide)으로서 기능하고, 그 결과 다중-도체 전송라인은 동시적인 단일 채널 RF 및 다중 채널(multiple channel) 제어 신호 전송을 지원한다. 도 1a는 동시적인(simultaneous) 단일 채널 RF 및 두 채널 제어 신호 전송을 위해 적합한 두 개의 도체 무선-주파수 전송라인을 포함하는 실시 예를 도시하고, 도 1b 및 1c는 동시적인 단일 채널 RF 및 4 또는 8 채널 제어 신호 전송에 각각 적합한 다섯 개 및 여덟 개의 도체 무선-주파수 전송라인들을 포함하는 실시 예들을 도시한다. 도 1a에서 도시된 실시 예는 예컨대 2 mil의 라인간 갭(inter-line gap)과 함께 11.5 mil의 멤버 라인 폭(member line width)을 가질 수 있다. 한편, 도 1b 및 1c에 도시된 실시 예들은 예컨대 1 mil의 라인간 갭과 함께, 각각 4 mil 및 2 mil의 멤버 라인 폭을 가질 수 있다. 현재는, 약 1.5 내지 2 mil의 최소 멤버 라인 폭들 및 약 0.5 내지 1 mil의 최소 갭 폭(gap width)들이 이용되어야 하고, 그래서 복수의 전도성 트레이스들(10y)에서 멤버들의 수가 증가함에 따라 다중-도체 전송라인의 전체 라인 폭 또는 풋프린트가 증가하기 시작할 것이다. 이러한 라인 폭의 증가는 전송라인 및 전송라인 멤버 도체들의 임피던스 특성들을 유지하기 위하여 유전체 두께의 증가를 요할 수 있다.
다중-도체 전송라인의 전체 라인 폭 또는 풋프린트를 제한하기 위하여, 전도성 트레이스(10x)는 유전체(20a) 층의 평면으로부터 복수의 전도성 트레이스들 (10a, 10i, 10q 등)(총괄해서, 10z)로 세분될 수 있어서, 서로 분리된 유전체(20a, 20b, 20c 등) 층들에 배치된 복수의 전도성 트레이스들(10z)은 적층된(stacked) 다중-도체 전송라인을 형성한다. 도 2는 실시 예를 도시하고, 이 실시 예에서의 배열은 도면에 도시된 16개의 도체 무선-주파수 전송라인과 같이 매우 컴팩트한(compact) 다중-도체 전송라인을 생성하기 위하여 앞 단락에서 언급된 대체로 평면인 배열들과 결합된다. 도 2에 도시된 실시 예는 4 mil의 멤버 라인 폭, 2 mil의 라인간 갭 폭, 및 4 mil의 "z" 이격(separation)을 가질 수 있다. 약 1 mil의 전도성 트레이스들 사이에서 최소 "z" 이격이 이용되어야 하지만, 10 mil 또는 20 mil과 같은 더 큰 "z" 이격들은 전송라인 및 전송라인 멤버 도체들의 임피던스 특성들을 유지하면서 각각의 유전체(20x) 층에 배치된 전도성 트레이스들의 멤버들의 수 및/또는 멤버 라인 폭의 증가를 가능하게 할 것이다.
동시적인 RF 및 제어 신호 전송을 제공하기 위하여, 다중-도체 전송라인으로의 입력 포트(input port, 100)는 무선-주파수 신호 입력라인(input line, 30)의 세그먼트 및 복수의 전도성 트레이스들(10y 및/또는 10z)(이하, 10y/z)의 세그먼트를 포함한다. 무선-주파수 신호 입력라인(30)은 입력 포트(100)에서 복수의 전도성 트레이스들(10 y/z)에 대한 용량적 결합(capacitive coupling)을 제공하기 위하여 입력 포트(100)에서 복수의 전도성 트레이스들(10y/z)과 일반적으로 정렬되고(aligned) 입력 포트(100)에서 복수의 전도성 트레이스들(10y/z)과 부분적으로 겹치는 관계로 배치된다. 명확성을 위해서, "부분적으로 겹치는(partially overlapping)"라는 용어는 완전히 겹치는 관계(completely overlapping relationship)를 포함하고 이를 제외하는 것이 아니며, 이하에서 더욱 상세하게 설명되는 인터디지테이티드 관계(interdigitated relationship)를 포함한다. 통상의 기술자는 복수의 전도성 트레이스들(10y/z)이 이와 달리 RF 도파관으로서의 기능과 일치하는 임의의 방식으로 라우팅될(routed) 수 있다는 점을 인식할 것이다.
도 3에 도시된 제1 구현에서, 복수의 전도성 트레이스들(10y)은 무선-주파수 신호 입력라인(30)과 인터디지테이티드(interdigitated)되도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 무선-주파수 신호 입력라인(30)은 번갈아 배치되는(alternating) 돌출(projection)들 및 함몰(recess)들(30a(돌출), 30b(함몰), 30c(돌출), 30d(함몰) 등)을 가지고 제공될 수 있고, 복수의 전도성 트레이스들(10y)의 번갈아 배치되는 엘리먼트들은 무선-주파수 신호 입력라인(30)의 번갈아 배치되는 구조들과 근사적으로(approximately) 접할(abut) 수 있다. 통상의 기술자는 각각의 라인(line)들 간에 전도성 결합이 아닌 용량적 결합을 제공할 필요성으로 인하여 무선-주파수 신호 입력라인(30) 및 복수의 전도성 트레이스들(10y)이 서로 접촉하도록(contactingly) 접하지 않을 것이라는 점을 인식할 것이다. 이러한 용량적 결합은 무선-주파수 에너지가 각각의 라인들 사이에서 결합되는 것을 허용하되, 제어 신호들 및/또는 DC 전력이 각각의 라인들 사이에서 지나가는 것을 방지하기 위하여, 고역-통과 필터(high-pass filter)로서 구성된다. 통상의 기술자는 또한 무선-주파수 신호 입력라인(30)과 복수의 전도성 트레이스들(10z), 즉, 적층된 다중-도체 전송라인뿐 아니라 도 2에서 도시된 것과 유사한 컴바인드 배열(combined arrangement)들을 갖는 적층된 다중-도체 전송라인들을 결합시키기 위하여 인터디지테이티드 구성이 이용될 수 있다는 점을 인식할 것이다. 이 구성들에서 무선-주파수 신호 입력라인(30)은 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓어야 하는데, 즉 적어도 동일한 전체 라인 폭 또는 풋프린트를 가져야 한다.
도 4에서 도시된 제2 구현에서, 복수의 전도성 트레이스들(10y)은 무선-주파수 신호 입력라인(30)에 의해 완전히 오버랩될 수 있다. 통상의 기술자는 물론 각각의 라인들 간에 전도성 결합이 아닌 용량적 결합을 제공할 필요성으로 인하여 무선-주파수 신호 입력라인(30) 및 복수의 전도성 트레이스들(10y)이 서로 접촉하도록 겹치지(overlap) 않을 것이라는 점을 인식할 것이다. 다시 언급하지만, 이러한 용량적 결합은 무선-주파수 에너지가 각각의 라인들 사이에서 결합되는 것을 허용하되, 제어 신호들 및/또는 DC 전력이 각각의 라인들 사이에서 지나가는 것을 방지하기 위하여, 고역-통과 필터로서 구성된다. 통상의 기술자는 또한 무선-주파수 신호 입력라인(30)이 복수의 전도성 트레이스들(10z), 즉, 적층된 다중-도체 전송라인뿐 아니라 도 2에서 도시된 것과 유사한 컴바인드 배열들을 갖는 적층된 다중-도체 전송라인들과 완전히 겹칠 수 있다는 점을 인식할 것이다. 다시 언급하지만, 이 구성에서 무선-주파수 신호 입력라인(30)은 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓어야 한다.
각각의 구현에 있어서, 무선-주파수 신호 입력라인(30)과 복수의 전도성 트레이스들(10y/z) 간의 용량적 결합은 입력 포트에서부터 하나 이상의 출력 포트(output port, 150)들까지 프라이머리 무선-주파수 신호들 및 세컨더리 제어 신호들을 동시에 분배할 수 있는 다중-도체 구조를 생성한다. 만일 단지 하나의 출력 포트(150)만이 이용된다면, 복수의 전도성 트레이스들(10y/z)의 모든 멤버는 출력 포트(150)로 라우팅되어야 하고, 이것은 상술한 입력 포트(100)들과 유사하게 구성될 것이고, 바람직하게는 특정한 구성의 입력 포트(100)와 기본적으로(essentially) 동일하게 구성될 것이다. 만일 복수의 출력 포트(150)들이 일-대-다(one-to-many) RF 분배 네트워크를 제공하기 위해 이용된다면, 복수의 전도성 트레이스들(10y/z) 중의 적어도 하나의 멤버는 각각의 출력 포트(150)로 라우팅될 수 있되, 복수의 전도성 트레이스들(10y/z)의 서브셋(subset)만을 포함할 수 있을 것이며, 각각의 출력 포트는 상술한 입력 포트(100)들과 유사하게 구성된다. 명확성을 위해서, 다중 도체 무선-주파수 전송라인은 일-대-일(1-to-1), 일-대-다(1-to-many), 다-대-일(many-to-1), 또는 다-대-다(many-to-many) RF 분배 네트워크를 제공하기 위하여 입력 포트(100)들과 출력 포트(150)들의 다양한 조합들을 포함할 수 있다.
복수의 전도성 트레이스들(10y/z)의 터미널 단부(terminal end)들, 즉, 입력 포트(100)와 출력 포트(150) 내에 또는 사이에 배치되지 않은 세그먼트들은 이들이 통합되지 않은(non-integrated) 네트워크에 있을 때 저주파수 제어 신호들, 및, 선택적으로는, DC 전력을 계속해서 전도한다(conduct). 바람직하게는, 터미널 단부들은 고주파수 RF 신호들이 그 구성을 지나 컨트롤러들 또는 안테나 제어 엘리먼트들로 전파되는(propagate) 것을 막으면서 제어 신호들 및/또는 DC 전력이 복수의 전도성 트레이스들(10y/z)을 따라서 전도되는 것을 가능하게 하도록 구성된, RF 초크(choke)로 이어지는(leading) 90도 밴드(ninety degree bend)와 같은, 저역-통과 필터 구조(low-pass filter structure)들을 포함한다. 통상의 기술자는 설계의 필요 또는 설계자의 선호에 따라서 당해 기술분야에서 알려진 다른 저역-통과 필터 구조들이 이 예시적인 필터 구조를 위해 대체될 수 있다는 점을 인식할 것이다.
다수의 예시적인 구성들의 전송 특성들은 미국 펜실바니아(Pennsylvania) 주 피츠버그(Pittsburgh)에 소재한 안소프트 엘엘씨(Ansoft LLC)에 의해 발표된 HFSS에서 시뮬레이션되었다(simulated). 독자는 다음의 예들이 본 발명의 공개된 장치들을 나타내되, 본 명세서에서 논의되는 이와 다른 태양들, 실시 예들, 및 구현들의 예상 범위를 구성하거나 제한하는 것은 아니라는 점을 이해할 것이다.
예 1
1.75 mil의 멤버 라인 폭 및 0.5 mil의 라인간 갭을 가진 11개의 전도성 트레이스들로 이루어진 다중 도체 무선-주파수 전송라인은 24 mil의 동등한 전체 라인 폭을 갖는 무선-주파수 신호 입력라인과 부분적으로 겹치는 인터디지테이티드 연결로 이루어진 입력 포트(p1) 및 24 mil의 동등한 전체 라인 폭을 갖는 무선-주파수 신호 출력라인(output line)과 기본적으로 동일한 인터디지테이티드 연결로 이루어진 출력 포트(p2)를 가지고 시뮬레이션되었다. 50 ohm의 전송라인 임피던스를 유지하기 위해서 10 mil 두께의 유전체 층이 이용되었다. 라인 m1으로 그려진 무선 주파수 전송 효율(radio frequency transmission efficiency) 및 라인 m2로 그려진 반사율(reflection)은 1 GHz에서부터 11 GHz까지 계산되었다. 이 시뮬레이션(simulation) 결과들은 도 5에서 보인다. 20 mil의 인터디지테이션 길이(interdigitation length)에 있어서, 피크(peak) 전송 효율은 약 0.3 dB의 손실을 가지고 9.78 GHz에서 일어났고, 최소 반사율은 약 -29.5 dB의 리턴(return)을 가지고 기본적으로 동일한 주파수에서 일어났다.
예 2
예 1의 다중 도체 무선-주파수 전송라인이 40 mil의 인터디지테이션 길이를 가지도록 변경되었다. 라인 m1으로 그려진 무선 주파수 전송 효율 및 라인 m2로 그려진 반사율은 1 GHz에서부터 11 GHz까지 계산되었다. 이 시뮬레이션 결과들은 도 6에서 보인다. 40 mil의 인터디지테이션 길이에 있어서, 피크 전송 효율은 약 0.2 dB의 손실을 가지고 8.86 GHz에서 일어났고, 최소 반사율은 약 -40.3 dB의 리턴을 가지고 기본적으로 동일한 주파수에서 일어났다. 예 1 및 2에 의해서 도시된 바와 같이, 타겟(target) 주파수에서의 용량적 결합 효율은 인터디지테이션 길이와 같은 파라미터들을 변경함으로써 조정될 수 있다.
예 3
2 mil의 멤버 라인 폭 및 1 mil의 라인간 갭을 가진 8개의 전도성 트레이스들로 이루어진 다중 도체 무선-주파수 전송라인은 23 mil의 동등한 전체 라인 폭을 갖는 무선-주파수 신호 입력라인과 완전히 겹치는 논-인터디지테이티드(non-interdigitated) 연결로 이루어진 입력 포트(p1) 및 23 mil의 동등한 전체 라인 폭을 갖는 무선-주파수 신호 출력라인과 기본적으로 동일한 논-인터디지테이티드 연결로 이루어진 출력 포트(p2)를 가지고 시뮬레이션되었다. 50 ohm의 전송라인 임피던스를 유지하기 위해서 10 mil 두께의 유전체 층이 이용되었다. 라인 m1으로 그려진 무선 주파수 전송 효율 및 라인 m2로 그려진 반사율은 1 GHz에서부터 11 GHz까지 계산되었다. 이 시뮬레이션 결과들은 도 7에서 보인다. 40 mil의 겹치는 길이(overlap length)에 있어서, 피크 전송 효율은 약 0.2 dB의 손실을 가지고 8.95 GHz에서 일어났고, 최소 반사율은 약 -40.8 dB의 리턴을 가지고 기본적으로 동일한 주파수에서 일어났다.
예 4
예 3의 다중 도체 무선-주파수 전송라인은 80 mil의 겹치는 길이를 갖도록 변경되었다. 라인 m1으로 그려진 무선 주파수 전송 효율 및 라인 m2로 그려진 반사율은 1 GHz에서부터 11 GHz까지 계산되었다. 이 시뮬레이션 결과들은 도 8에서 보인다. 80 mil의 겹치는 길이에 있어서, 피크 전송 효율은 약 0.2 dB의 손실을 가지고 9.55 GHz에서 일어났고, 최소 반사율은 약 -46.3 dB의 리턴을 가지고 기본적으로 동일한 주파수에서 일어났다. 예 3 및 4에 의해서 도시된 바와 같이, 타겟 주파수에서의 용량적 결합 효율은 겹치는 길이(overlap length)와 같은 파라미터들을 변경함으로써 또한 조절될 수 있다.
예 5
예 3의 다중 도체 무선-주파수 전송라인은 2 mil의 "z" 이격을 가진 8개의 전도성 트레이스들의 두 개의 층을 포함하는 적층된 다중-도체 전송라인을 가지도록 변경되었다. 라인 m1으로 그려진 무선 주파수 전송 효율 및 라인 m2로 그려진 반사율은 1 GHz에서부터 11 GHz까지 계산되었다. 이 시뮬레이션 결과들은 도 9에서 보인다. 40 mil의 겹치는 길이에 있어서, 피크 전송 효율은 약 0.2 dB의 손실을 가지고 8.86 GHz에서 일어났고, 최소 반사율은 약 -46.3 dB의 리턴을 가지고 기본적으로 동일한 주파수에서 일어났다. 예 3과 비교하여, 제어 신호 용량(control signal capacity)은 최적 주파수, 피크 전송 효율, 및 최소 반사율에 대한 단지 경미한 변화들만으로 두 배가 된다. S-파라미터들에서의 단지 경미한 변화(minor change)들은 관련 주파수 스펙트럼(spectrum) 전체에 걸쳐서 전체로서 보인다.
예 6
예 5의 다중 도체 무선-주파수 전송라인이 80 mil의 겹치는 길이를 갖도록 변경되었다. 라인 m1으로 그려진 무선 주파수 전송 효율 및 라인 m2로 그려진 반사율은 1 GHz에서부터 11 GHz까지 계산되었다. 이 시뮬레이션 결과들은 도 10에서 보인다. 80 mil의 겹치는 길이에 있어서, 피크 전송 효율은 약 0.2 dB의 손실을 가지고 9.00 GHz에서 일어났고, 최소 반사율은 약 -46.0 dB의 리턴을 가지고 기본적으로 동일한 주파수에서 일어났다. 예 4와 비교하여, 최적 주파수, 피크 전송 효율, 및 최소 반사율에 대한 단지 경미한 변화들만으로 제어 신호 용량이 다시 두 배가 된다. S-파라미터들에서의 단지 경미한 변화들은 관련 주파수 스펙트럼 전체에 걸쳐서 전체로서 보인다.
예 7
층마다 5개의 전도성 트레이스들을 가진 전도성 트레이스들의 4개의 층들 및 2 mil의 "z" 이격으로 배열된, 4 mil의 멤버 라인 폭 및 2 mil의 라인간 갭을 가진 20개의 전도성 트레이스들로 이루어진 다중 도체 무선-주파수 전송라인은 28 mil의 동등한 전체 라인 폭을 갖는 무선-주파수 신호 입력라인과 완전히 겹치는 논-인터디지테이티드 연결로 이루어진 입력 포트(p1) 및 28 mil의 동등한 전체 라인 폭을 갖는 무선-주파수 신호 출력라인과 기본적으로 동일한 논-인터디지테이티드 연결로 이루어진 출력 포트(p2)를 가지고 시뮬레이션되었다. 라인 m1으로 그려진 무선 주파수 전송 효율 및 라인 m2로 그려진 반사율은 1 GHz에서부터 11 GHz까지 계산되었다. 이 시뮬레이션 결과들은 도 11에서 보인다. 40 mil의 겹치는 길이에 있어서, 피크 전송 효율은 약 0.2 dB의 손실을 가지고 8.30 GHz에서 일어났고, 최소 반사율은 약 -37.4 dB의 리턴을 가지고 기본적으로 동일한 주파수에서 일어났다. 전송라인의 최적 주파수는 예 1 내지 6에서 발견될 것들보다 적당히(moderately) 더 낮지만, 제어 신호 용량은 이 예들의 다중 도체 무선-주파수 전송라인들과 비교하여 전체 라인 폭 또는 풋프린트에 대한 작은 변화로도 크게 증가된다.
예 8 - 제어 신호 특성들
4 mil의 멤버 라인 폭 및 4 mil의 라인간 갭을 갖는 4개의 전도성 트레이스들로 이루어진 2인치(inch) 길이의 다중 도체 무선-주파수 전송라인 세그먼트는 다중 도체 무선-주파수 전송라인으로서 구성된 트레이스들에서 제어 신호들의 S-파라미터들을 특징짓도록 시뮬레이션되었다. 라인 m1로 그려진 제어 신호 전송 효율; 라인들 m2 및 m3으로 각각 그려진 안쪽 및 바깥쪽 전도성 트레이스 내의 반사율; 라인 m6, m5, 및 m4로 각각 그려진 바깥쪽 전도성 트레이스와 (인접한 순으로) 다른 전도성 트레이스들 간의 크로스토크(cross-talk); 및 라인 m7로서 그려진 안쪽 전도성 트레이스들 간의 크로스토크;는 5 MHz에서부터 500 MHz까지 계산되었다. 이 값들은 상술한 2인치 세그먼트에 특정되지만, 이들은 또한 다중-도체 전송라인의 관련 길이들 간의 제어 신호들의 커플링(coupling)에 대한 자릿수(order of magnitude) 정보를 제공한다.
상술한 다양한 태양들, 실시 예들, 구현들, 및 예시적인 구성들은 본질적으로 예시적인 것으로 의도되는 것이며, 본 발명의 범위를 제한하고자 의도된 것이 아니다. 본 발명에 대한 임의의 제한은 본 명세서에서 분명하게 정의되는 용어의 관점에서 허용되는 바와 같이 청구항들에서 보일 것이다.

Claims (30)

  1. 다중 도체 무선-주파수 전송라인(transmission line)으로서,
    복수의 전도성 트레이스(conductive trace)들;
    입력 포트(input port); 및
    적어도 하나의 출력 포트(output port);를 포함하고,
    입력 포트는, 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 일반적으로 정렬되고(aligned) 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 부분적으로 겹치는 관계로 배치되는 무선-주파수 신호 입력라인(input line)을 포함하고,
    무선-주파수 신호 입력라인은 입력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓고,
    적어도 하나의 출력 포트는, 적어도 하나의 출력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들 중의 적어도 하나와 일반적으로 정렬되고 적어도 하나의 출력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들 중의 적어도 하나와 부분적으로 겹치는 관계로 배치되는 무선-주파수 신호 출력라인(output line)을 포함하고,
    무선-주파수 신호 출력라인은 출력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들 중의 적어도 하나만큼 넓고,
    입력 및 출력 포트들은 입력 포트로부터 하나 이상의 출력 포트들로 프라이머리(primary) 무선-주파수 신호들 및 세컨더리(secondary) 제어 신호들을 동시에 분배할 수 있는 용량적으로 결합된(capacitively coupled) 다중 도체 구조를 제공하는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  2. 제 1 항에 있어서,
    복수의 전도성 트레이스들은 공통된(common) 유전체 물질(dielectric material) 층에 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  3. 제 1 항에 있어서,
    복수의 전도성 트레이스들은 적층된(stacked) 다중 도체 무선-주파수 전송라인을 형성하도록 서로 분리된(separate) 유전체 물질 층들에 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  4. 제 1 항에 있어서,
    복수의 전도성 트레이스들은 부분적으로는 공통된 유전체 물질 층에 배치되고, 부분적으로는 층마다 다중 전도성 트레이스들을 갖는 적층된 다중 도체 무선-주파수 전송라인을 형성하도록 서로 분리된 유전체 물질 층들에 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  5. 제 1 항에 있어서,
    입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 무선-주파수 신호 입력라인은 인터디지테이티드 관계(interdigitated relationship)로 부분적으로 겹치는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  6. 제 1 항에 있어서,
    입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 무선-주파수 신호 입력라인은 완전히 겹치는 관계(completely overlapping relationship)로 부분적으로 겹치는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  7. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 출력 포트는 유일한 출력 포트이고,
    무선-주파수 신호 출력라인은 적어도 하나의 출력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 일반적으로 정렬되고 적어도 하나의 출력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 부분적으로 겹치는 관계로 배치되고,
    입력 포트와 출력 포트는 기본적으로 동일하게 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  8. 제 1 항에 있어서,
    복수의 전도성 트레이스들의 터미널 단부(terminal end)는 저역-통과 필터 구조(low-pass filter structure)를 포함하고, 저역-통과 필터 구조는 프라이머리 무선-주파수 신호들이 저역-통과 필터 구조를 넘어가서 전파되는(propagate) 것을 막으면서 세컨더리 제어 신호들이 복수의 전도성 트레이스들을 따라서 전도되는(conduct) 것을 가능하게 하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  9. 제 8 항에 있어서,
    저역-통과 필터 구조는 무선-주파수 초크(choke)로 이어지는 90도 밴드(ninety degree bend)를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  10. 다중 도체 무선-주파수 전송라인으로서,
    전기적으로 독립적인 경로들을 따라서 고주파수 무선 신호의 전송을 위하여 임피던스 매칭된 전선관(impedance matched conduit)을 형성하는 복수의 전도성 트레이스들;
    입력 포트에서 무선-주파수 신호 입력라인과 복수의 전도성 트레이스들 간의 고주파수 무선 신호의 고역-통과 결합(high-pass coupling)을 제공하는 용량적으로 결합된 입력 포트; 및
    출력 포트에서 무선-주파수 신호 출력라인과 복수의 전도성 트레이스들 간의 고주파수 무선 신호의 고역-통과 결합을 제공하는 용량적으로 결합된 출력 포트를 포함하고,
    무선-주파수 신호 입력라인은 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 일반적으로 정렬되고, 입력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓고,
    무선-주파수 신호 출력라인은 출력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 일반적으로 정렬되고, 출력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓고,
    복수의 전도성 트레이스들의 터미널 단부는 고주파 무선-주파수 신호들이 저역-통과 필터 구조를 넘어가서 전파되는 것을 막으면서 세컨더리 제어 신호들이 복수의 전도성 트레이스들을 따라서 전도되는 것을 가능하게 하도록 구성된 저역-통과 필터 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  11. 제 10 항에 있어서,
    복수의 전도성 트레이스들은 공통된 유전체 물질 층에 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  12. 제 10 항에 있어서,
    복수의 전도성 트레이스들은 적층된 다중 도체 무선-주파수 전송라인을 형성하도록 서로 분리된 유전체 물질 층들에 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  13. 제 10 항에 있어서,
    복수의 전도성 트레이스들은 부분적으로는 공통된 유전체 물질 층에 배치되고, 부분적으로는 층마다 다중 전도성 트레이스들을 갖는 적층된 다중 도체 무선-주파수 전송라인을 형성하도록 서로 분리된 유전체 물질 층들에 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  14. 제 10 항에 있어서,
    입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 무선-주파수 신호 입력라인은 인터디지테이티드 관계를 통해서 용량적으로 결합된 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  15. 제 10 항에 있어서,
    입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 무선-주파수 신호 입력라인은 적어도 부분적으로 겹치는 관계를 통해서 용량적으로 결합된 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  16. 제 10 항에 있어서,
    입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 무선-주파수 신호 입력라인은 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들의 멤버(member)들과 무선-주파수 신호 입력라인 간의 완전히 겹치는 관계를 통해서 용량적으로 결합된 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  17. 제 10 항에 있어서,
    입력 포트와 출력 포트는 기본적으로 동일하게 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  18. 제 10 항에 있어서,
    저역-통과 필터 구조는 RF 초크로 이어지는 90도 밴드를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  19. 다중 도체 무선-주파수 전송라인으로서,
    전기적으로 독립적인 경로들을 따라서 고주파수 무선 신호의 전송을 위하여 임피던스 매칭된 전선관(impedance matched conduit)을 형성하는 복수의 전도성 트레이스들;
    입력 포트에서 무선-주파수 신호 입력라인과 복수의 전도성 트레이스들 간의 고주파수 무선 신호의 고역-통과 결합(high-pass coupling)을 제공하는 용량적으로 결합된 입력 포트; 및
    출력 포트에서 무선-주파수 신호 출력라인과 복수의 전도성 트레이스들 간의 고주파수 무선 신호의 고역-통과 결합을 제공하는 용량적으로 결합된 출력 포트를 포함하고,
    무선-주파수 신호 입력라인은 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 일반적으로 정렬되고, 입력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓고,
    무선-주파수 신호 출력라인은 출력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 일반적으로 정렬되고, 출력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓고,
    복수의 전도성 트레이스들은 적층된 다중 도체 무선-주파수 전송라인을 형성하도록 서로 분리된 유전체 물질 층들에 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  20. 제 19 항에 있어서,
    입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 무선-주파수 신호 입력라인은 인터디지테이티드 관계를 통해서 용량적으로 결합된 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  21. 제 19 항에 있어서,
    입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 무선-주파수 신호 입력라인은 적어도 부분적으로 겹치는 관계를 통해서 용량적으로 결합된 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  22. 제 19 항에 있어서,
    입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 무선-주파수 신호 입력라인은 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들의 멤버(member)들과 무선-주파수 신호 입력라인 간의 완전히 겹치는 관계를 통해서 용량적으로 결합된 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  23. 제 19 항에 있어서,
    입력 포트와 출력 포트는 기본적으로 동일하게 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  24. 다중 도체 무선-주파수 전송라인으로서,
    전기적으로 독립적인 경로들을 따라서 고주파수 무선 신호의 전송을 위하여 임피던스 매칭된 전선관(impedance matched conduit)을 형성하는 복수의 전도성 트레이스들;
    입력 포트에서 무선-주파수 신호 입력라인과 복수의 전도성 트레이스들 간의 고주파수 무선 신호의 고역-통과 결합(high-pass coupling)을 제공하는 용량적으로 결합된 입력 포트; 및
    출력 포트에서 무선-주파수 신호 출력라인과 복수의 전도성 트레이스들 간의 고주파수 무선 신호의 고역-통과 결합을 제공하는 용량적으로 결합된 출력 포트를 포함하고,
    무선-주파수 신호 입력라인은 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 일반적으로 정렬되고, 입력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓고,
    무선-주파수 신호 출력라인은 출력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 일반적으로 정렬되고, 출력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓고,
    복수의 전도성 트레이스들은 부분적으로는 공통된 유전체 물질 층에 배치되고, 부분적으로는 층마다 다중 전도성 트레이스들을 갖는 적층된 다중 도체 무선-주파수 전송라인을 형성하도록 서로 분리된 유전체 물질 층들에 배치되는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  25. 제 24 항에 있어서,
    입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 무선-주파수 신호 입력라인은 인터디지테이티드 관계를 통해서 용량적으로 결합된 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  26. 제 24 항에 있어서,
    입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 무선-주파수 신호 입력라인은 적어도 부분적으로 겹치는 관계를 통해서 용량적으로 결합된 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  27. 제 24 항에 있어서,
    입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 무선-주파수 신호 입력라인은 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들의 멤버(member)들과 무선-주파수 신호 입력라인 간의 완전히 겹치는 관계를 통해서 용량적으로 결합된 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  28. 제 24 항에 있어서,
    입력 포트와 출력 포트는 기본적으로 동일하게 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  29. 다중 도체 무선-주파수 전송라인으로서,
    전기적으로 독립적인 경로들을 따라서 고주파수 무선 신호의 전송을 위하여 임피던스 매칭된 전선관(impedance matched conduit)을 형성하는 복수의 전도성 트레이스들;
    입력 포트에서 무선-주파수 신호 입력라인과 복수의 전도성 트레이스들 간의 고주파수 무선 신호의 고역-통과 결합(high-pass coupling)을 제공하는 용량적으로 결합된 입력 포트; 및
    출력 포트에서 무선-주파수 신호 출력라인과 복수의 전도성 트레이스들 간의 고주파수 무선 신호의 고역-통과 결합을 제공하는 용량적으로 결합된 출력 포트를 포함하고,
    무선-주파수 신호 입력라인은 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 일반적으로 정렬되고, 입력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓고,
    무선-주파수 신호 출력라인은 출력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 일반적으로 정렬되고, 출력 포트에서 적어도, 복수의 전도성 트레이스들만큼 넓고,
    입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들과 무선-주파수 신호 입력라인은 입력 포트에서 복수의 전도성 트레이스들의 멤버(member)들과 무선-주파수 신호 입력라인 간의 완전히 겹치는 관계를 통해서 용량적으로 결합된 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
  30. 제 29 항에 있어서,
    입력 포트와 출력 포트는 기본적으로 동일하게 구성되는 것을 특징으로 하는 다중 도체 무선-주파수 전송라인.
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