KR102186801B1 - 사용 포트 수를 변경할 수 있는 전력 합성기 - Google Patents

사용 포트 수를 변경할 수 있는 전력 합성기 Download PDF

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임채호
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Abstract

본 발명에 따른, 고주파 신호의 전력을 합성하거나 분배하기 위한 장치는, 가상의 평면 상에서 여러번 구부러진 형태의 선로를 이루고, 양측 종단에는, 커넥터가 각기 연결되어 있는 주(main) 스트립 라인과, 상기 주 스트립 라인과 각기 평행하도록 배치되고, 일측 종단에는 커넥터가 각기 연결되어 있는 N( N은 4이상 )개의 부(sub) 스트립 라인과, 상기 N개의 부 스트립 라인들 중 적어도 일부애 대해서, 접지된 케이스에 전기적으로 단락시킬 수 있는 하나 이상의 단락용 부재를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 N개의 부 스트립 라인들은, 상기 주 스트립 라인의 서로 다른 구간에서 상기 주 스트립 라인과 대향하면서, 상기 주 스트립 라인에 대향하는 선로에서의 상기 주 스트립 라인과의 전력 분배비율이 각기 'N-k':1 ( k는 1부터 'N-1'까지의 수 )이 되게 하는 서로 다른 간극으로써 배치되어 있으며, 상기 주 스트립 라인에 따른 경로 상에서 상기 제 1커넥터에 더 가까이 배치된 부 스트립 라인일수록 상기 주 스트립 라인과 더 큰 간극을 이루고 있다.

Description

사용 포트 수를 변경할 수 있는 전력 합성기 {Power synthesizer capable of changing the number of ports to be used}
본 발명은, 고주파 전력을 합성하여 출력하거나 또는 분배하여 출력하기 위한 장치에 관한 것이다.
고주파 전력 합성기는, 일반적으로 증폭된 고주파 신호를 합성하여 더 높은 전력을 얻을 때 사용된다. 이러한 용도의 기존 합성기들은, 입력 수에 따라 2-Way, 3-Way 또는 4-Way 제품으로 구별되어 상용화되어 있다. 따라서, 상용화된 고주파 전력 합성기들에서, 합성할 증폭 신호의 수에 맞는 포트를 구비하고 있는 하나를 선택하여 사용해야 한다.
그런데, 전력 합성기가 설치된 장치나 설비 등에 대한 변경이 필요할 때, 합성해야 할 증폭 신호의 수가 달라질 수 있다. 예를 들어, 2-Way 전력 합성기를 설치한 장치나 장비에 대해 송출 전력을 증대시킬 수도 있고, 4-Way 전력 합성기를 설치한 장치 등에 대해 송출 전력을 감소시킬 수도 있다. 전자의 경우는, 증폭 신호를 추가적으로 합성하여여 하고, 후자의 경우는, 합성되는 증폭 신호가 제거되어야 한다.
만약, 위 2가지 경우에서 각각 1개의 증폭 신호가 합성에 추가되거나 합성에서 제거되어야 하는 경우라면, 2-Way의 기존 합성기의 경우는, 3-Way 전력 합성기로 교체하여야 하고, 4-Way의 기존 합성기의 경우도 마찬가지로 3-Way 전력 합성기로 교체하여야 한다. 후자의 경우에, 구비된 4개의 입력 포트에서 하나의 포트를 사용하지 않고, 3개의 포트에 대해서만 증폭 신호를 입력한다고 하여, 합성 전력이 3개의 입력 전력의 합이 되지 않는다. 그 이유는, 4-Way 합성기는, 4개의 동위상의 고주파 신호가 입력될 때, 그 4개의 입력 전력이 합성 출력되도록 설계되어 있기 때문이다.
따라서, 장치, 장비 또는 설비 등에 대해서, 이후의 성능 향상이나 증설을 위해, 4-Way 전력 합성기를 미리 설치하여 일부 포트만 사용하다가, 이후에 필요한 포트를 추가로 사용하는 방식으로는 원하는 대로 전력 합성을 할 수가 없다. 즉, 현재는, 포트 수의 다른 전력 합성기로 대체하거나, 또 다른 전력 합성기를 추가하는 것 이외에는, 합성해야 하는 증폭 신호의 수의 변경에 대응할 수 있는 방법이 없다.
본 발명은, 물리적으로 구비된 포트들의 전부 또는 일부의 사용에 대응하여 전력을 합성하여 출력할 수 있는 전력 합성기를 제공하는 데 일 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 구비된 포트들에서 전력 합성에 사용하는 포트 수의 변경이 매우 용이하게 이루어질 수 있는 전력 합성기를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 상기 명시적으로 서술된 목적에 국한되는 것은 아니며, 본 발명에 대한 구체적이고 예시적인 하기의 설명에서 도출될 수 있는 효과를 달성하는 것을 그 목적에 당연히 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른, 고주파 신호의 전력을 합성하거나 분배하기 위한 장치는, 가상의 평면 상에서 여러번 구부러진 형태의 선로를 이루고, 양측 종단에는, 합성된 전력이 출력되는 것으로( 또는 분배할 전력을 입력하도록 ) 지정된 제 1커넥터와 합성할 전력을 입력하도록( 또는 분배된 전력이 출력되는 것으로 ) 지정된 제 2커넥터가 각기 연결되어 있는 주(main) 스트립(strip) 라인과, 상기 주 스트립 라인과 각기 평행하도록 배치되고, 일측 종단에는 제 3커넥터가 각기 연결되어 있는 N( N은 4이상 )개의 부(sub) 스트립 라인과, 상기 N개의 부 스트립 라인들 중 적어도 일부애 대해서, 접지된 케이스에 전기적으로 단락시킬 수 있는 하나 이상의 단락용 부재를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 N개의 부 스트립 라인들은, 상기 주 스트립 라인의 서로 다른 구간에서 상기 주 스트립 라인과 대향하면서, 상기 주 스트립 라인에 대향하는 선로에서의 상기 주 스트립 라인과의 전력 분배비율이 각기 'N-k':1 ( k는 1부터 'N-1'까지의 수 )이 되게 하는 서로 다른 간극으로써 배치되어 있으며, 상기 주 스트립 라인에 따른 경로 상에서 상기 제 1커넥터에 더 가까이 배치된 부 스트립 라인일수록 상기 주 스트립 라인과 더 큰 간극을 이루고 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 하나 이상의 단락용 부재가 각기 도전성의 재질로 구성되어 있다. 그리고, 상기 케이스에는, 상기 하나 이상의 단락용 부재의 각각이 상기 케이스의 외부에서 삽입되어, 상기 N개의 부 스트립 라인들 중 적어도 일부애 각기 전기적으로 접촉하면서 동시에 상기 케이스에도 전기적으로 연결될 수 있도록 관통홈이 복수개 형성되어 있다.
본 발명에 따른 다른 일 실시예에서는, 상기 하나 이상의 단락용 부재가 각기, 상기 제 3커넥터에 결합될 수 있는 구조를 가지면서, 상기 제 3커넥터에 결합되었을 때는 그 제 3커넥터의 접지단과 신호단자 간을 서로 전기적으로 단락시키는 도전체를 구비하고 있다. 여기서, 상기 제 3커넥터의 모두는 그 접지단이 상기 케이스에 접촉되어 있게 된다.
본 발명에 따른 일 실시예에서는, 전력 합성이나 분배를 위해 사용하지 않는 하나 이상의 상기 제 3커넥터가 각기 연결된 하나 이상의 상기 부 스트립 라인의 각각에 대해서, 적어도 그 양측 종단에 상기 단락용 부재가 각각 연결된다. 그리고, 상기 단락용 부재가 연결된 상기 하나 이상의 부 스트립 라인은, 상기 N개의 부 스트립 라인들에서, 전력 분배비율에서의 비균등 비율이 가장 높은 순서부터 선택된 라인이다.
본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 N개의 부 스트립 라인들의 각각이, 상기 주 스트립 라인과 대향함으로써 고주파 신호가 커플링(coupling)되는 선로의 길이가, 상기 고주파 신호의 파장의 1/4보다 짧도록 형성된다. 또한, 상기 N개의 부 스트립 라인들 중 적어도 하나는, 다른 부 스트립 라인들에 비해 구부러진 지점이 적은 형태를 가질 수 있는데, 이 경우에는, 상기 적어도 하나의 부 스트립 라인이, 상기 주 스트립 라인과 대향하는 커플링 선로의 길이가 상기 다른 부 스트립 라인들의 커플링 선로의 길이보다 더 짧도록 형성된다.
전술한 본 발명 또는, 하기에서 첨부된 도면과 함께 상세히 설명되는 본 발명의 적어도 일 실시예는, 구비된 포트들에 대해서 필요한 수만큼 임의적으로 사용하여도 그 수에 맞는 전력을 합성하여 출력할 수 있다. 따라서, 전력 합성이 필요한 증폭 신호의 수를 확대하거나 축소하는 등의 변경을 해야 하는 경우에, 기존의 전력 합성기를 교체하거나 추가로 구비할 필요없이 사용 포트 수의 조정만으로써 그 변경 내용을 수용할 수 있다. 이는, 전력 합성기가 포함되는 장치나 장비, 또는 설비를 운용하는 입장에서 볼 때, 관리가 매우 편리해지고, 시설 투자나 유지 보수에 있어서의 비용을 절감할 수 있게 한다.
도 1과 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 사용 포트 수를 변경할 수 있는 전력 합성기의 구성에 대하여 분해된 상태와 결합된 상태를 각기 나타낸 것이고,
도 3은, 도 2에 도시된 전력 합성기의 블록도이고,
도 4는, 본 발명에 일 실시예에 따른 전력 합성기에 대해서, 구비된 포트들에서 2개만 사용할 때의 구성을 도시한 것이고,
도 5는, 도 4에 도시된 전력 합성기의 블록도이고,
도 6은, 본 발명에 따른 전력 합성기에 대해서, 구비된 포트들에서 3개만 사용할 때의 전력 합성기에 대한 블록도이고,
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력 합성기의 구성에 대해서, 각각의 부(sub) 스트립 라인이 전력 커플링되는 선로 구간의 길이에 있어서의 상대적 관계를 나타낸 것이고,
도 8은, 스트립 라인에 연결되어 포트를 형성하는 커넥터에 대한, 임의의 스트립 라인과의 결합된 상태도와 횡단면도이고,
도 9는, 도 8의 커넥터와 연결되어, 커넥터와 연결된 임의의 부 스트립 라인을 접지에 단락시키는, 본 발명의 일 실시예에 따른 구조를 갖는 단락용 부재를 부분 단면의 형태로 예시한 것이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 실시예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 실시예들의 설명과 첨부된 도면에 있어서, 부기된 동일 번호는 특별한 사정이 없는 한 동일한 구성요소를 지칭한다. 물론, 본 발명에 대한 설명의 편의와 이해에 도움을 위해, 필요에 따라서는 동일한 구성요소에 대해서도 서로 다른 번호로 부기될 수도 있다.
도 1과 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 사용 포트 수를 변경할 수 있는 전력 합성기의 구성에 대하여 분해된 상태와 결합된 상태를 각기 나타낸 것으로서, 본 발명에 따른 전력 합성기는, 가상의 평면 상에서 여러 번 구부러진 형태의 긴 선로(line)를 이루는 1개의 주(main) 스트립(strip) 라인(10)과, 그 주 스트립 라인(10)과 각기 평행하게 배치되는 3개의 부(sub) 스트립 라인(21,22,23)을 주 구성요소써 포함하여 구성된다.
상기 주 스트립 라인(10)과 부 스트립 라인(21,22,23)은 모두, 소정의 두께과 폭을 갖는 띠의 형태를 가지며, 구리와 같은 도전성 재질로 구성된다.
상기 주 스트립 라인(10)은 반드시 도시된 바와 같이 구부러진 형태일 필요는 없으며, 전력 합성기를 하우징(housing)하는 케이스의 한정된 공간 내에 수납이 용이하게 하는 적절한 다른 구부러진 형태를 가질 수 있다.
그리고, 상기 3개의 부 스트립 라인들(21,22,23) 각각은, 상기 주 스트립 라인(10)과 평행하게 배치하였을 때, 그 평행하게 배치되는 주 스트립 라인의 구간에서 선로의 거의 대부분이 서로 정확히 겹칠 수 있는( 다른 방식으로 표현하면, 정확히 서로 대향하게 되는 ) 구부러진 형태를 갖는다. 본 명세서에서는, 주 스트립 라인(10)과 각각의 부 스트립 라인(21,22,23)이 서로 겹치는, 즉 서로 대향하는 면의 선로 구간을 '커플링(coupling) 선로'라 칭한다.
그리고, 주 스트립 라인(10)의 각 종단에는, 커넥터(Cn4,Cn5)가 연결될 수 있는 홈이 수평과 수직으로 형성되어 있고, 각각의 부 스트립 라인(21,22,23)의 일측 종단에도 커넥터(Cni, i=2,3,4)가 연결될 수 있는 홈이 수평으로 형성되어 있어서, 이들 홈에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 커넥터들(Cni, i=1,..,5)이 각기 삽입되어 전기적으로 스트립 라인과 연결되면서 각각의 포트(COM,Pi, i=1,..,4)를 제공한다. 이들 커넥터(Cni, i=1,..,5)의 후면에는, 전도성 박막이 내주면에 형성된 수용구가 구비되어 있어서, 이 수용구에 고주파 신호를 전송하는 케이블 종단의 RF 잭(jack)의 핀이 삽입됨으로써, 각 스트립 라인과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 대해서는 이후에 보다 구체적으로 설명한다.
상기 부 스트립 라인들(21,22,23)에는, 커넥터가 연결되는 측의 반대측 종단에, 고주파의 반사를 방지하기 위한 공지의 종단 터미널(terminal)이 연결될 수 있는 홈이 구비되어 있고, 이들 홈에는, 종단 터미널(Tmi, i=1,2,3)이 각기 삽입되어 해당 부 스트립 라인과 전기적으로 연결된다. 또한, 상기 부 스트립 라인들(21,22,23)의 각각에는, 도시된 바와 같이, 양측 종단에 각각 인접하여, 즉, 커넥터와 종단 터미널이 연결되는 각 지점과 바로 인접하여 홈이 형성될 수 있다(211,212,221,222,231,232). 이들 홈에 대해서는, 전력 합성기에서 몇 개의 포트를 전력 합성에 사용할 것인 지에 따라 전부 또는 일부에, 단락용 부재인 수나사와 같은 핀( 이하, '쇼트(short) 핀'이라 칭한다. )이 선택적으로 삽입된다.
본 발명에 따른 다른 일 실시예에서는, 쇼트 핀이 해당 부 스트립 라인과 밀착하면서 접촉하는 방식으로 해당 부 스트립 라인을 접지와 단락시킬 수 있다. 이러한 실시예에서는, 각 부 스트립 라인에 쇼트 핀의 삽입 결합을 위한 홈이 형성될 필요가 없다.
주 스트립 라인과 부 스트립 라인들이 도 2에서와 같이 결합 구성된 실시예에서는, 쇼트 핀에 의해 접지와 단락되는 부 스트립 라인이 하나도 없다. 따라서, 도 2에 예시된 바와 같이 결합 구성된 스트립 라인들로 이루어진 전력 합성기는 입력 포트 4개(P1,P2,P3,P4)를 모두 사용하는 4-Way 전력 합성기로 기능한다.
그리고, 4-Way 전력 합성기로 기능하기 위해서, 각각의 부 스트립 라인들(21,22,23)은 주 스트립 라인(10)에 대응하여, 1:1 균등 분배와 2:1과 3:1의 비균등 분배가 혼합되는 방식으로 배치되어 결합된다. 이러한 분배 비율의 혼합은, 도 2에 도시된 바와 같이, 주 스트립 라인(10)과 각각의 부 스트립 라인(21,22,23) 간의 간극(dg1,dg2,dg3)이 서로 다르도록 배치하여 결합함에 의해 달성된다. 도면에 도시되어 있지 않지만, 고정 또는 지지하는 결착수단들이 이러한 간극을 유지한 채로 각 스트립 라인을 케이스에 고정시키게 된다.
상기 주 스트립 라인(10)과 각 보조 스트립 라인(21,22,23) 간의 간극은, 주 스트립 라인에 따른 경로 상에서, 합성된 전력이 출력되는 포트(COM)와 가까운 순서부터 차례대로 좁아지는데, 바람직하게는, 이들 간의 비율, 즉, dg1:dg2:dg3이, 약 2.2:1.9:1로 되게 한다. 이러한 비율을 유지시키면, 상기 주 스트립 라인(10)과 제 1부 스트립 라인(21) 간에는 3:1의 비균등 분배 비율로 선로 간에 커플링이 이루어지고, 상기 주 스트립 라인(10)과 제 2부 스트립 라인(22) 간에는 2:1의 비균등 분배 비율로 선로 간에 커플링이 이루어지며, 상기 주 스트립 라인(10)과 제 3부 스트립 라인(23) 간에는 1:1의 균등 분배 비율로 선로 간에 커플링이 이루어진다. 각 간극의 절대 수치는, 스트립 라인의 폭이나 각 간극에 채워지는 유전체의 유전율에 따라 정해진다.
도 3은, 도 2에 도시된 바와 같이 결합 구성된 전력 합성기의 블록도이다. 앞서 설명한 바와 같이 상기 주 스트립 라인(10)과 상기 제 1부 스트립 라인(21)이 커플링 선로에서 3:1의 비균등 비율로 전력분배가 이루어지게 배치되어 있으므로, 만약, 주 스트립 라인(10)의 출력 포트(COM)에 P0의 전력을 인가한다면, 상기 제 1부 스트립 라인(21)에는 P0/4 (-6.0dB)의 전력이 커플링되어 분배되면서 전력 손실되고, 남은 3P0/4 (-1.2dB)의 전력이, 주 스트립 라인과 상기 제 2부 스트립 라인(22)의 커플링 선로에서 다시 2:1의 비균등 비율로 분배될 것이다. 즉, 상기 제 2부 스트립 라인(22)에는 P0/4 (=(1/3)×(3P0/4), -6.0dB)의 전력이 분배되며, 그 분배 손실되고 남은 주 스트립 라인(10)의 전력 P0/2 (=3P0/4 - P0/4, -3.0dB)이 다시 제 3부 스트립 라인(23)과의 커플링 선로에서 1:1로 균등 분배될 것이다.
따라서, 최종적으로 상기 제 3부 스트립 라인(23)에 P0/4 (-6.0dB)의 전력이 분배되고, 남은 전력 P0/4 (-6.0dB)가 커넥터(Cn4)가 상기 주 스트립 라인(12)에 연결된 포트(P4)를 통해 출력될 것이다.
이상에서 설명한 바와 같은 비균등과 균등 분배의 혼합 분배를 통한 전력 커플링 작용에 의해, 출력 포트(COM)에 P0의 전력을 인가한다면, 각 입력 포트(Pi, i=1,..,4)는 모두 P0/4, 즉 -6.0dB의 전력이 분배되어 출력될 것이다. 이는, 역으로, 각 입력 포트(Pi, i=1,..,4)에 동위상의 고주파 전력 PIn0/4을 인가하면, 이들 전력은 모두 각 커플링 선로를 통해 주 스트립 라인으로 합성되어 출력 포트(COM)에 PIn0의 고주파 전력이 출력되는 것을 의미한다. 즉, 도 2에 예시된 바와 같이 결합 구성된 전력 합성기는 4-Way의 전력 합성기로 정상적으로 기능한다.
도 1과 2에 예시된 바와 같이 결합 구성된 전력 합성기는, 4개의 입력 포트(Pi, i=1,..,4)를 구비하고 있지만, 일부 포트를 사용하지 않고 입력 전력을 합성할 수 있다. 즉, 사용 포트 수를 가변할 수가 있다. 도 4는, 2개의 포트(P3,P4)만을 사용하여 고주파 전력을 합성하도록 설정된, 즉 2-Way로 변경된 전력 합성기의 구성을 보여주는 것이며, 도 5는, 도 4와 같이 설정된 전력 합성기에 대한 블록도이다.
도 4에 예시된 바와 같이, 구비된 포트들(Pi, i=1,..,4)을 일부 사용하지 않을 때는, 비균등 분배 비율이 높은 쪽부터 차례대로 해당 부 스트립 선로를 단락시키게 된다. 즉, 2-Way 전력 합성기로 사용하기 위해서는, 비균등 분배 비율이 3:1인 부 스트립 라인(21)과 2:1인 부 스트립 라인(22)에 대해서 단락시키게 된다.
해당 부 스트립 라인을 단락시키는 방법은, 도 4에 예시된 바와 같이, 접지된 케이스(100)에 형성된 관통홈을 통해 전도성의 쇼트 핀(sp11,sp12,sp21,sp22)을 삽입시켜, 해당 부 스트립 라인의 양측 종단에 최근접하여 형성된 홈에 삽입되게 하여 전기적으로 연결되게 한다. 전술하였던 바와 같이, 케이스(100)를 관통하여 삽입된 쇼트 핀이 부 스트립 라인의 홈에 삽입되지 않고 면에 밀착되는 방식으로 전기적 접촉을 이루게 할 수도 있다.
상기 쇼트 핀들(sp11,sp12,sp21,sp22)은 도체로 이루어져, 전기적으로 연결되는 부 스트립 라인(21,22)을 접지된 케이스와 전기적으로 연결시킴으로써, 해당 부 스트립 라인을 전기적으로 접지시키게 된다. 이렇게 접지된 부 스트립 라인(21,22)에서는, 도 5에 예시된 바와 같이 전력 배분이 일어나지 않게 되므로, 해당 부 스트립 라인들과의 커플링 선로에서 전력손실이 발생되지 않는다. 그리고, 마지막의 제 3부 스트립 라인(23)과의 균등 분배비율에 의해 전력이 각기 1/2로 배분된다.
따라서, 도 4와 5에 예시된 구성의 전력 합성기에 대해서, 2개의 포트(P3,P4)에 동위상의 고주파 전력 PIn0/2를 각각 인가하면, 이들 전력은 상기 주 스트립 라인(10)으로 합성되어 출력 포트(COM)에 PIn0의 고주파 전력을 출력하게 된다. 즉, 쇼프 핀의 삽입 연결만으로써 간단히 4-Way에서 2-Way의 전력 합성기를 변경사용할 수 있게 된다.
사용하지 않는 포트를 제공하는 커넥터가 연결된 부 스트립 라인에 대해서 쇼트 핀을 연결하여 접지와 단락시킬 때, 양측 종단에 각각 쇼트 핀을 연결시키는 것은 최소한이다. 즉, 양측 종단이 접지와 단락된 부 스트립 라인의 중앙부에서 약한 커플링에 의한 전력 손실을 방지하기 위해서, 쇼트 핀을 해당 부 스트립 라인에 더 연결시켜서 단락 지점을 3곳 이상으로 증가시킬 수도 있다.
만약, 도 1 및 2에 예시된 구성의 전력 합성기를 3-Way로 사용하고자 하면, 도 4에 예시된 구성에서, 제 2부 스트립 라인(22)에 결착시킨 한쌍의 쇼프 핀(sp21,sp22)만 제거하면 된다. 도 6은, 이때의 구성에 대한 블록도이다. 이러힌 구성에서는, 제 1부 스트립 라인(21)에서는 분배 손실이 없고, 제 2부 스트립 라인(22)에서는 2:1 비균등 분배가, 그리고 제 3스트립 라인(23)에서는 1:1 균등 분배가 이루어질 것이므로, 주 스트립 라인(10) 상의 전력은, 도시된 바와 같이, 3개의 포트(P2,P3,P4)로 각기 1/3의 전력, 즉 -4.8dB가 분배 출력될 것이다. 따라서, 역으로, 상기 3개의 포트(P2,P3,P4)로 각각 동위상의 고주파 전력 PIn0/3를 각각 인가하면, 이들 전력은 커플링 선로에서 주 스트립 라인(10)으로 합성되어 출력 포트(COM)에서 PIn0의 고주파 전력이 출력된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 구성된 전력 합성기는, 구비된 포트를 고주파 전력 합성에 모두 사용하거나, 아니면, 비균등 분배비율이 높은 부 스트립 라인부터 간단한 방법으로 접지시킴으로써, 구비된 포트에서 원하는 만큼의 포트만 사용하여 고주파 전력을 합성출력할 수 있다.
그리고, 설명의 구체적이고 직관적인 예시를 위해, 4개의 포트가 구비된 전력 합성기를 예시하고, 그 전력 합성기에 대해서, 구비된 포트들을 모두 사용하는 경우와 일부 포트만을 사용하여 전력합성하는 경우를 설명하였다. 하지만, 본 발명은, 포트 수가 반드시 4개에 국한되어 사용 포트 수를 가변하는 경우에만 적용되는 것은 아니다. 4보다 큰 Np 개의 포트들을 구비한 전력 합성기를 구성하여, 전술한 바와 같은 방식으로, 구비된 포트들의 전부 또는 그 중 일부만을 선택적으로 사용하는 방법도 얼마든지 가능하다.
본 발명의 원리와 기술적 사상을 그대로 적용하여, Np (>4) 개의 입력 포트들을 구비한, 즉, Np-Way 전력 합성기를 구성할 때는, 'Np-1'개의 부 스트립 라인들이 구비되어야 하고, 이들의 각각에 대한 배분비율은, 합성 출력 포트(COM)에서 가까운 측부터 'Np-1':1, 'Np-2':1,…, 1:1이 되도록 주 스트립 라인에 대해 평행하게 배치된다. 그리고, 구비된 Np개의 포트들 중에서 일부만 사용할 때는, 전술하였던 바와 같이, 비균등 분배비율이 높은 부 스트립 라인부터 시작하여 사용하지 않은 포트들의 수에 해당하는 만큼 부 스트립 라인을 쇼트 핀으로써 단락시키면 된다.
한편, 부 스트립 라인은, 그 길이의 거의 대부분은( 커넥터의 연결 등과 같은 용도의 말단부를 제외한 부분 ) 전력이 분배되는 커플링 선로가 된다. 주 스트립 선로와 넓은 면적이 중첩되어야, 즉 대향되어야, 주 스트립 라인과의 간극을 최대한 좁힐 수 있어 스트립 라인들이 수납되는 케이스의 크기를 줄일 수 있기 때문이다. 그리고, 효율적인 전력 합성을 위해, 도 7에 예시된 바의 각 부 스트립 라인의 커플링 선로(eLSSL1, eLSSL2, eLSSL3)는, 입력 고주파 신호의 파장 λ의 1/4이 되는 것이 바람직하다.
그런데, 실제 고주파 전력 합성기를 구현함에 있어서는, 각 스트립 라인을 고정 또는 지지하기 위한 결착수단 들이 각 스트립 라인에 한 곳 이상 연결되어야 하고, 이들 또한 유전율이 있기 때문에, 간극에 의한 커패시턴스의 값에 영향을 미친다. 따라서, 각 스트립 라인에서의 커플링 선로가 λ/4에 해당하는 길이를 가져야 하는 것이 이상적이지만, 실제는 이보다 미세하게 짧은 길이를 갖는 것이 의도하는 전력 분배비율에 맞는 특성을 보인다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 동일 형태로 구부러진 제 2부 스트립 라인(22)과 제 3부 스트립 라인(23)은, 커플링 선로가 λ/4에 해당하는 길이보다 약 0.2% 이내로 짧은 동일한 길이(eLSSL2,eLSSL3)가 되도록 구현된다. 그리고, 이 부 스트립 라인들(22,23)보다 굽어진 지점의 수가 1/2인 제 1부 스트립 라인(21)은, 그들의 커플링 선로 길이(eLSSL2,eLSSL3)보다 더 짧은 길이(eLSSL1), 보다 구체적으로는, 제 2 및 제 3부 스트립 라인의 커플링 선로 길이(eLSSL2,eLSSL3)보다 약 0.3% 이내에서 더 짧은 길이가 되도록 구현된다. 이는, 굽어진 부분이 적으면 적을수록, 동일 스트립 라인에서 굽어져 이웃하고 있는 부분 간에 서로 유기되는 신호에 의한 전력손실이 더 적어지는 영향을 반영하기 위함이다.
전술한 실시예에서는, 사용하지 않는 포트가 형성된 부 스트립 라인에 대해서 접지와 단락시킬 때, 쇼트 핀을 케이스에 형성된 관통홈을 통해 삽입하여 해당 부 스트립 라인과 전기적으로 접촉시키는 방법이 적용되었다. 이를 위해서는, 케이스에 쇼트 핀이 삽입될 수 있는 지점에 모두 관통홈이 형성되어 있어야 하고, 쇼트 핀이 삽입되지 않은 상태에서는, 밀폐용 부재가 끼워져 있어야 한다. 따라서, 쇼트 핀을 삽입할 지점이 많으면 많을수록 전력 합성기의 제작과 유지보수가 번거로워지게 된다.
본 발명에 따른 다른 일 실시예에서는, 쇼트 핀 삽입용 관통홈을 가능한 적게 형성할 수 있도록, 부 스트립 라인에 미리 연결되어 있는 커넥터(Cni, i=1,2,3)를, 부 스트립 라인의 단락을 위한 용도로 사용할 수 있다.
스트립 라인에 연결되어 포트를 형성하는 커넥터들(Cni, i=1,2,..,5)은, 일반적으로, 도 8에 예시된 바와 같은 구조를 가질 수 있다. 예시된 커넥터(Cnk)는, 케이블에 결착된 RF 잭(jack)이 삽입될 수 있는 공간인 수용부(32)가 형성된 헤드(30)와, 그 헤드(30)에서 일방으로 돌출된 도전성 재질의 핀 단자(31)로 구성되어 있다. 상기 수용부(32)의 내주면에는 도전성 재질의 박막(31a)이 구비되어 있으며, 이 박막(31a)은 상기 핀 단자(31)와 일체를 이루거나 또는 서로 체결되는 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기 박막(31a)과 절연성 재질을 사이에 두고 접지용 링(33)이 상기 헤드(30)에 구비되어 있다.
도 8의 (a)에 예시된 바와 같이, 상기 커넥터(Cnk)가 임의의 스트립 라인(200)과 핀 단자(31)로써 전기적으로 연결될 때는, 전력 합성기의 케이스(100)에 형성된 관통홈을 통해 삽입되어 결착된다. 이 관통홈에는, 삽입되는 핀 단자(31)와, 접지된 케이스(100)와의 전기적 연결을 차단하기 위해 절연용 링(101)이 끼워져 있다. 다르게는, 상기 커넥터(Cnk)가, 핀 단자(31)와 소정 간극을 두고서 그 주위를 둘러싸는 환턱을 구비하고 있어서, 상기 커넥터(Cnk)를 케이스(100)에 형성된 관통홈을 통해 임의 스트립 라인(200)과 연결될 때, 핀 단자(31)가 케이스(100)와 전기적으로 접촉되지 않게 할 수도 있다.
전술한 바와 같은 구조를 갖는 커넥터(Cnk)가, 도 8의 (a)에서와 같이 임의 스트립 라인(200)에 연결되어 결착되면, 헤드(30)내의 접지용 링(33)의 저면부(33a)는 케이스(100)와 전기적으로 접촉된 상태가 된다. 이런 연결 상태에 있는 상기 커넥터(Cnk)에, RF 잭이 삽입 연결되면, 그 잭의 접지단은 상기 접지용 링(32)의 상부 홈에 삽입되어 전기적으로 접지되고, 그 잭의 핀은 상기 수용부(32)내로 삽입되어 박막(31a)과 접촉됨으로써 상기 핀 단자(31)와 전기적으로 연결된다.
그런데, 전술하였던 바와 같이, 본 발명에 따른 전력 합성기에 구비된 포트들에 대해서 그 일부만 사용하여 전력합성하고자 하면, 사용하지 않을 포트를 제공하는 커넥터에는, 개방된 상태로 두지 않고, 도 9에 예시된 바와 같은 구조를 갖는 커넥터 체결형 단락용 부재(110)를 결합시키게 된다.
상기 단락용 부재(110)는, 도시된 바와 같이, 상기 커넥터(Cnk)의 수용부에 삽입되어 신호단자인 핀 단자(31)와 전기적으로 연결되는 삽입구(112)와 상기 접지용 링(33)의 홈에 삽입되어 그와 전기적으로 연결되는 환턱(113)이 몸체(111)에 결합된 채로 구비되어 있으며, 이 환턱(113)과 상기 삽입구(111)는 도전성 재질로서 일체로, 또는 서로 결합된 채로 상기 몸체(111)에 도전체로서 고정된다.
따라서, 상기 단락용 부재(110)를, 사용하지 않을 포트를 제공하고 있는 커넥터에 연결시키게 되면, 그 커넥터와 핀 단자를 통해 전기적으로 연결되어 있는 부 스트립 라인은, 커넥터의 핀 단자(31), 단락용 부재(110)의 삽입구(112), 단락용 부재(110)의 환턱(113), 커넥터의 접지용 링(33), 그리고 접지된 케이스에 이르는 전기적 경로를 통해 최종적으로 접지와 단락된다.
도 9에 예시된 바와 같이, 단락용 부재(110)를 기 구비된 커넥터에 연결하는 방식으로 부 스트립 라인의 일측단을 단락시키게 되면, 쇼트 핀을 삽입하여 단락시켜야 하는 지점이 그 수만큼 줄어들게 되므로, 포트 사용 수를 축소하는 경우, 또는 축소된 포트 수를 다시 확장하는 경우에 작업이 보다 간편해 진다.
또한, 임의의 부 스트립 라인에 대해서 단락시킬 때, 그 부 스트립 라인의 일측 종단에 연결되어 있는 종단 터미널을 제거하고, 그 자리에 쇼트 핀을 삽입하여 연결하는 방식으로 해당 부 스트립 라인을 접지시킬 수도 있다. 이와 같이, 커넥터에 단락용 부재를 연결하고, 종단 터미널을 대체하여 쇼트 핀을 삽입하는 실시예를 적용하면, 케이스에는 쇼트 핀 삽입을 위한 관통홈을 별도로 천공할 필요가 없다.
지금까지 설명한 본 발명에 따른 전력 합성기는, 당연히 전력 분배기로도 사용할 수 있다. 즉, 포트 수를 가변할 수 있는 전력 분배기로 사용할 수 있다. 따라서, 청구범위에서 명시적으로 배제하지 않는 한, 전력의 합성 뿐만 아니라 전력의 분배를 위한 장치도 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 보아야 한다.
지금까지 본 발명에 대해 설명한 다양한 실시예들과 그 실시예에서 설명한 구조와 작용 등은 서로 양립할 수 없는 경우가 아니라면, 상호 다양한 방식으로 선택적으로 결합되어 실시 가능하다.
이상, 전술한 본 발명의 실시예들은, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또 다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
Cni: 커넥터 spij: 쇼트 핀
Tmi: 종단 터미널 10: 주 스트립 라인
21,22,23: 부 스트립 라인 30: 헤드
31: 핀 단자 31a: 박막
32: 수용부 33: 접지용 링
100: 케이스 101: 절연용 링
110: 단락용 부재 111: 몸체
112: 삽입구 113: 환턱
200: (주 또는 부) 스트립 라인 211,212,221,222,231,232: 홈

Claims (6)

  1. 고주파 신호의 전력을 합성하거나 분배하기 위한 장치에 있어서,
    가상의 평면 상에서 여러번 구부러진 형태의 선로를 이루고, 양측 종단에는, 합성된 전력이 출력되는 것으로 또는 분배할 전력을 입력하도록 지정된 제 1커넥터와 합성할 전력을 입력하도록 또는 분배된 전력이 출력되는 것으로 지정된 제 2커넥터가 각기 연결되어 있는 주(main) 스트립(strip) 라인과,
    상기 주 스트립 라인과 각기 평행하도록 배치되고, 일측 종단에는 제 3커넥터가 각기 연결되어 있는 N( N은 4이상 )개의 부(sub) 스트립 라인과,
    상기 N개의 부 스트립 라인들 중 적어도 일부애 대해서, 접지된 케이스에 전기적으로 단락시킬 수 있는 하나 이상의 단락용 부재를 포함하여 구성되되,
    상기 N개의 부 스트립 라인들은, 상기 주 스트립 라인의 서로 다른 구간에서 상기 주 스트립 라인과 대향하면서, 상기 주 스트립 라인에 대향하는 선로에서의 상기 주 스트립 라인과의 전력 분배비율이 각기 'N-k':1 ( k는 1부터 'N-1'까지의 수 )이 되게 하는 서로 다른 간극으로써 배치되어 있으며, 상기 주 스트립 라인에 따른 경로 상에서 상기 제 1커넥터에 더 가까이 배치된 부 스트립 라인일수록 상기 주 스트립 라인과 더 큰 간극을 이루고 있는 것인 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 단락용 부재의 각각은 도전성의 재질로 구성되어 있되, 상기 케이스에는, 상기 하나 이상의 단락용 부재의 각각이 상기 케이스의 외부에서 삽입되어, 상기 N개의 부 스트립 라인들 중 적어도 일부애 각기 전기적으로 접촉하면서 동시에 상기 케이스에도 전기적으로 연결될 수 있도록 관통홈이 복수개 형성되어 있는 것인 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 단락용 부재는 각기, 상기 제 3커넥터에 결합될 수 있는 구조를 가지면서, 상기 제 3커넥터에 결합되었을 때는 그 제 3커넥터의 접지단과 신호단자 간을 서로 전기적으로 단락시키는 도전체를 구비하고 있되,
    상기 제 3커넥터의 모두는 그 접지단이 상기 케이스에 접촉되어 있는 것인 장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    전력 합성이나 분배를 위해 사용하지 않는 하나 이상의 상기 제 3커넥터가 각기 연결된 하나 이상의 상기 부 스트립 라인의 각각에 대해서는, 적어도 그 양측 종단에 상기 단락용 부재가 각각 연결되어 있되,
    상기 단락용 부재가 연결된 상기 하나 이상의 부 스트립 라인은, 상기 N개의 부 스트립 라인들에서, 전력 분배비율에서의 비균등 비율이 가장 높은 순서부터 선택된 라인인 것인 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 N개의 부 스트립 라인들의 각각은, 상기 주 스트립 라인과 대향함으로써 고주파 신호가 커플링(coupling)되는 선로의 길이가, 상기 고주파 신호의 파장의 1/4보다 짧도록 형성된 것인 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 N개의 부 스트립 라인들 중 적어도 하나는, 다른 부 스트립 라인들에 비해 구부러진 지점이 적은 형태를 갖되, 상기 적어도 하나의 부 스트립 라인은, 상기 주 스트립 라인과 대향하는 커플링 선로의 길이가 상기 다른 부 스트립 라인들의 커플링 선로의 길이보다 더 짧은 것인 장치.
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