KR102381469B1 - RF resonator power combiner - Google Patents

RF resonator power combiner Download PDF

Info

Publication number
KR102381469B1
KR102381469B1 KR1020210081925A KR20210081925A KR102381469B1 KR 102381469 B1 KR102381469 B1 KR 102381469B1 KR 1020210081925 A KR1020210081925 A KR 1020210081925A KR 20210081925 A KR20210081925 A KR 20210081925A KR 102381469 B1 KR102381469 B1 KR 102381469B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
resonator
input
inner conductor
signal
coupling
Prior art date
Application number
KR1020210081925A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
최진주
허예림
Original Assignee
광운대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광운대학교 산학협력단 filed Critical 광운대학교 산학협력단
Priority to KR1020210081925A priority Critical patent/KR102381469B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102381469B1 publication Critical patent/KR102381469B1/en
Priority to PCT/KR2022/008004 priority patent/WO2022270796A1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/181Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being hollow waveguides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/18Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01RELECTRICALLY-CONDUCTIVE CONNECTIONS; STRUCTURAL ASSOCIATIONS OF A PLURALITY OF MUTUALLY-INSULATED ELECTRICAL CONNECTING ELEMENTS; COUPLING DEVICES; CURRENT COLLECTORS
    • H01R24/00Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure
    • H01R24/38Two-part coupling devices, or either of their cooperating parts, characterised by their overall structure having concentrically or coaxially arranged contacts

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

A RF resonator power combiner is disclosed. The RF resonator power combiner comprises: an input unit including N input terminals and N loop antennas using the magnetic coupling of a resonator, and for inputting a signal, input to an input connector element, into the resonator; the resonator for coupling an input signal input through the input unit; and an output unit for outputting a coupled signal generated by the resonator. The input unit includes: N input terminals for transmitting the input signal; and N loop antennas enabling magnetic field coupling of the N input terminals and the resonator. The input terminals are connected with an input coaxial connector or a microstrip structure. The cylindrical resonator has a high-order mode in which the magnetic field rotates in an axial direction and has m magnetic field peaks in a radial direction. A metal cylinder is added to an opposite side of the center pin of the coaxial line of an output unit inside the resonator to adjust the height in a vertical direction, so that the resonant frequency of the resonator is controlled. The output unit includes: a first inner conductor for adjusting the degree of the coupling; a second inner conductor for inputting the signal of the coaxial line into the inside of a waveguide; and a third inner conductor for cooling the heat of the coaxial line. Therefore, high-output electromagnetic waves of 10 kW or more can be obtained with high efficiency.

Description

RF 공진기 전력 결합기{RF resonator power combiner}RF resonator power combiner

본 발명은 RF 공진기 전력 결합기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밀리미터파 및 마이크로파 대역(1~100GHz)에서 RF 공진기 전력 결합기의 공진기(resonator)를 고차원 모드(

Figure 112021072687030-pat00001
, m>1)로 동작하면 공진기의 크기가 커지게 되고, 전력 손실이 감소하며 많은 개수의 입력부를 연결할 수 있기 때문에 고출력 전자파를 얻기 위해 고효율 전력 결합을 제공하는, RF 공진기 전력 결합기 에 관한 것이다.The present invention relates to an RF resonator power combiner, and more particularly, a high-dimensional mode (resonator) of the RF resonator power combiner in millimeter wave and microwave bands (1-100 GHz)
Figure 112021072687030-pat00001
, m>1) increases the size of the resonator, reduces power loss, and provides high-efficiency power coupling to obtain high-output electromagnetic waves because a large number of inputs can be connected.

밀리미터파 및 마이크로파 대역(1~100GHz)에서의 전력 결합 기술은 크게 평면(planar) 결합 방식 또는 공간(spatial) 결합 방식이 사용된다.In the millimeter wave and microwave bands (1 to 100 GHz), a power coupling technique is largely a planar coupling method or a spatial coupling method.

평면 결합 방식은 전력 소자의 개수가 늘어날수록 전력 분배 및/또는 결합을 위한 전송선의 길이가 늘어나 전력 손실 및/또는 복잡도가 증가하여 밀리미터파 대역 이상의 주파수에서 고출력, 고효율의 전력 결합기를 설계하는데 어려움이 존재한다.In the planar coupling method, as the number of power elements increases, the length of the transmission line for power distribution and/or coupling increases, which increases power loss and/or complexity. exist.

이에 비하여, 공간 결합 방식은 평면 결합 방식과 같이 전력 소자의 증가에 비례하여 전력 손실이 증가하지 않는 장점이 있다. 공간 결합 방식은 자유 공간에서 전력을 결합하는 방식과 도파관 내에서 결합하는 방식으로 구분될 수 있다. 이 중 도파관 내에서 결합하는 방식은 도파관이 방열판 역할을 수행함으로써 높은 결합 효율을 얻을 수 있어 고출력, 고효율의 전력 결합기 설계에 많이 활용되고 있다.On the other hand, the spatial coupling method has an advantage in that power loss does not increase in proportion to the increase of the power element like the planar coupling method. The spatial coupling method may be divided into a method of coupling power in free space and a method of coupling within a waveguide. Among these, the coupling method within the waveguide is widely used in designing high-output and high-efficiency power couplers because high coupling efficiency can be obtained because the waveguide acts as a heat sink.

필드 분포가 균일하지 않은 구형 도파관에 비하여 동축 도파관은 필드 분포가 내부 도체를 중심으로 균일하게 분포되므로 전력 결합시 증폭기의 위치에 따른 구동 전력의 차이의 문제가 발생하지 않는 장점이 있다.Compared to a spherical waveguide having a non-uniform field distribution, the coaxial waveguide has the advantage that the field distribution is uniformly distributed around the inner conductor, so that the difference in driving power according to the position of the amplifier does not occur when power is combined.

종래의 동축 도파관 기반의 전력 결합기 구조를 살펴보면, 다수의 핀라인(finline) 안테나 소자가 내부 도체와 외부 도체 사이에 방사상으로 배치되는 형태를 취한다. 이때, 핀라인 안테나 소자는 유전체 기판의 양면에 핀라인 금속 패터닝(patterning)을 수행하여 형성된다.Looking at the conventional coaxial waveguide-based power combiner structure, a plurality of finline antenna elements are radially disposed between the inner conductor and the outer conductor. In this case, the pinline antenna element is formed by performing pinline metal patterning on both surfaces of the dielectric substrate.

이와 관련된 선행기술1로써, 특허공개번호 10-2018-0057093에서는 "고주파 전력 결합기"가 공개되어 있다. As a related prior art 1, Patent Publication No. 10-2018-0057093 discloses a "high frequency power combiner".

평면형 윌킨슨 2-way 방식의 고주파 전력 결합기는The planar Wilkinson 2-way high-frequency power combiner is

고주파 신호가 입력되는 제1 입력단 및 제2 입력단;a first input terminal and a second input terminal to which a high frequency signal is input;

제1 입력단 및 제2 입력단을 통해 입력된 고주파 신호들이 동일한 위상을 가지는 경우, 상기 고주파 신호들 간의 합 신호가 출력되는 제1 출력단; 및a first output terminal outputting a sum signal between the high frequency signals when the high frequency signals input through the first input terminal and the second input terminal have the same phase; and

제1 입력단 및 제2 입력단을 통해 입력된 고주파 신호들이 서로 다른 위상을 가지는 경우, 상기 고주파 신호들간의 차 신호가 출력되는 제2 출력단을 포함하고,a second output terminal outputting a difference signal between the high frequency signals when the high frequency signals input through the first input terminal and the second input terminal have different phases;

상기 제1 입력단, 제2 입력단, 제1 출력단, 제2 출력단은 공기층 사이에 배치된 유전체층에 위치한 도체 선로를 포함하는 서스펜디드 선로로 연결되며,The first input end, the second input end, the first output end, and the second output end are connected to a suspended line including a conductor line located in a dielectric layer disposed between the air layers,

상기 서스펜디드 선로는 마이크로스트립 선로와 연결되는 구간의 상기 도체 선로에서 천이가 발생되는 2-way 방식의 고주파 전력 결합기를 제공한다. The suspended line provides a 2-way high-frequency power combiner in which a transition occurs in the conductor line in a section connected to the microstrip line.

그러나, 마이크로파 및 밀리미터파 대역(1~100GHz)에서 고출력 전자파원을 구현하기 매우 어렵다. 고출력 전자파원을 얻기 위해 전력 결합을 해야 하는데, 기존의 전력 결합기는 전력 결합 효율이 떨어질 뿐만아니라, 전력 결합을 하는 입력 포트의 개수가 제한되어 있다. However, it is very difficult to implement a high-power electromagnetic wave source in the microwave and millimeter wave bands (1-100 GHz). In order to obtain a high-output electromagnetic wave source, power must be combined. In the conventional power combiner, power combining efficiency is lowered, and the number of input ports for power combining is limited.

기존 RF 공진기 전력 결합기는 공진기 특성 상 주파수가 올라가면 크기가 줄어들고, 결합할 수 있는 입력 포트의 개수가 줄어들기 때문에 고출력 전력 결합을 얻는데 한계가 있다. 또한, RF 공진기 전력 결합기는 공진기의 주파수가 올라가면 공진기 내부에서 전력 손실이 커지기 때문에 전력 결합 효율이 감소하는 문제점이 있었다. The existing RF resonator power coupler has a limitation in obtaining high output power coupling because the size of the existing RF resonator power coupler decreases as the frequency increases and the number of input ports that can be coupled decreases due to the characteristics of the resonator. In addition, the RF resonator power coupler has a problem in that the power coupling efficiency decreases because the power loss inside the resonator increases when the frequency of the resonator increases.

특허공개번호 10-2018-0057093 (공개일자 2018년 05월 30일), "고주파 전력 결합기", 한국전자통신연구원Patent Publication No. 10-2018-0057093 (published on May 30, 2018), "High-frequency power combiner", Korea Electronics and Telecommunications Research Institute

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 밀리미터파 및 마이크로파 대역(1~100GHz)에서 RF 공진기 전력 결합기의 공진기를 고차원 모드(

Figure 112021072687030-pat00002
, m>1)로 동작하면 공진기의 크기가 커지게 되고, 전력 손실이 감소하며 많은 개수의 입력부를 연결할 수 있기 때문에 고출력 전자파를 고효율 전력 결합을 얻을 수 있는, RF 공진기 전력 결합기를 제공한다. It is an object of the present invention to solve the above problems in a high-dimensional mode (
Figure 112021072687030-pat00002
, m>1) increases the size of the resonator, reduces power loss, and allows a large number of inputs to be connected, thereby providing an RF resonator power combiner capable of obtaining high-efficiency power coupling of high-output electromagnetic waves.

본 발명의 목적을 달성하기 위해, 제1 실시예에 따른 RF 공진기 전력 결합기는, N개의 입력단과 공진기의 자기장 커플링(magnetic coupling)을 사용하는 N개의 루프 안테나로 구성되며, 입력 커넥터 소자로 입력되는 신호를 공진기 내부로 입력시켜주는 입력부; 상기 입력부와 연결되며, 상기 입력부를 통해 입력되는 입력 신호를 결합하는 공진기; 및 상기 공진기에서 생성된 결합 신호를 출력하는 출력부를 포함하며,
상기 입력부는 입력 신호를 전송시켜주는 N개의 입력단; 및 상기 N개의 입력단과 공진기의 자기장 커플링(magnetic coupling)을 사용하는 N개의 루프 안테나로 구성되고,
상기 입력단은 입력 동축 커넥터 또는 마이크로스트립 구조와 연결되며,
상기 N개의 루프 안테나는 구부림 없이 3개의 원통 금속으로 제작된 루프 안테나 피스1, 루프 안테나 피스2, 루프 안테나 피스3를 구비하며, 입력단의 동축커넥터에 연결된 상기 루프 안테나 피스1와 상기 루프 안테나 피스3에 각각 동축 커넥터 센터핀에 탭홀을 가공하여 나사로 서로 연결되며, 상기 루프 안테나 피스1와 상기 루프 안테나 피스3과 직교 방향으로 상기 루프 안테나 피스2가 결착되어 연결된다.
In order to achieve the object of the present invention, the RF resonator power coupler according to the first embodiment is composed of N loop antennas using N input terminals and magnetic coupling of the resonator, and is input as an input connector element. an input unit for inputting a signal to be generated into the resonator; a resonator connected to the input unit and coupling an input signal input through the input unit; and an output unit for outputting the combined signal generated by the resonator,
The input unit includes N input terminals for transmitting an input signal; and N loop antennas using magnetic coupling between the N input terminals and the resonator,
The input terminal is connected to an input coaxial connector or a microstrip structure,
The N loop antennas include a loop antenna piece 1, a loop antenna piece 2, and a loop antenna piece 3 made of three cylindrical metals without bending, and the loop antenna piece 1 and the loop antenna piece 3 connected to the coaxial connector of the input terminal Each is connected to each other with screws by machining a tap hole in the center pin of the coaxial connector, and the loop antenna piece 1 and the loop antenna piece 2 are coupled and connected in a direction orthogonal to the loop antenna piece 3 .

본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 제2 실시예에 따른 RF 공진기 전력 결합기는, 입력 커넥터 소자로 입력되는 신호를 공진기 내부로 입력시켜주는 원둘레 가장자리 형성되는 N개의 입력부; 상기 N개의 입력부와 연결되며, 상기 N개의 입력부를 통해 입력되는 입력 신호를 결합하는 공진기; 및 상기 공진기에서 생성된 결합 신호를 출력하는 출력부를 포함하고, In order to achieve another object of the present invention, the RF resonator power coupler according to the second embodiment includes: N input units formed around the circumference for inputting a signal input to an input connector element into the resonator; a resonator connected to the N input units and configured to couple input signals input through the N input units; and an output unit for outputting the combined signal generated by the resonator,

상기 공진기는 원통형 공진기를 사용하며,The resonator uses a cylindrical resonator,

상기 입력부와 상기 공진기의 전기장 커플링(electric coupling)을 이용하여 입력 신호를 공진기 내로 입력하며, 상기 N개의 입력부와 공진기가 자기장 커플링(magnetic coupling)이 발생하고, 이를 통해 상기 입력부로 입력된 입력신호는 공진기 내부에서 고차원

Figure 112022003236631-pat00003
모드를 형성하며 결합되며, 결합된 신호는 상기 출력부와 상기 공진기 사이의 전기장 커플링(electric coupling)을 통해 출력되고,
상기 N개의 입력부와 공진기의 전기장 커플링(electric coupling)을 위한 입력단 구조는 동축선로의 센터핀을 공진기 안쪽으로 삽입하는 구조 또는 마이크로스트립라인을 공진기 안쪽으로 삽입하는 구조로 구성된다. An input signal is input into the resonator by using electric field coupling between the input unit and the resonator, and magnetic coupling occurs between the N input units and the resonator, and the input input to the input unit through this Signals are high-dimensional inside the resonator
Figure 112022003236631-pat00003
are combined to form a mode, and the combined signal is output through electric field coupling between the output unit and the resonator,
The structure of the input end for electric coupling between the N input units and the resonator has a structure in which a center pin of a coaxial line is inserted into the resonator or a structure in which a microstrip line is inserted into the resonator.

본 발명의 밀리미터파 및 마이크로파 대역(1~100GHz)에서 전력 결합 기술이 사용된 RF 공진기 전력 결합기를 제시하였다. An RF resonator power coupler using power combining technology in millimeter wave and microwave bands (1-100 GHz) of the present invention is presented.

기존 RF 공진기 전력 결합기는 공진기 특성 상 주파수가 올라가면 크기가 줄어들고, 결합할 수 있는 입력 포트의 개수가 줄어들기 때문에 고출력 전력 결합을 얻는데 한계가 있다. 또한, RF 공진기 전력 결합기는 공진기의 주파수가 올라가면 공진기 내부에서 전력 손실이 커지기 때문에 전력 결합 효율이 감소하는 문제점이 있었다. The existing RF resonator power coupler has a limitation in obtaining high output power coupling because the size of the existing RF resonator power coupler decreases as the frequency increases and the number of input ports that can be coupled decreases due to the characteristics of the resonator. In addition, the RF resonator power coupler has a problem in that the power coupling efficiency decreases because the power loss inside the resonator increases when the frequency of the resonator increases.

이러한 단점을 극복하기 위해, 밀리미터파 및 마이크로파 대역(1~100GHz)에서, RF 공진기 전력 결합기의 공진기를 고차원 모드(

Figure 112021072687030-pat00004
, m>1)로 동작하면 공진기의 크기가 커지게 되고, 전력 손실이 감소하며 많은 개수의 입력부를 연결할 수 있기 때문에 10kW 이상의 고출력 전자파를 고효율로 얻을 수 있다. RF 공진기 전력 결합기는 10kW 이상의 고출력 전자 장치에 사용된다. To overcome these shortcomings, in the millimeter wave and microwave bands (1-100 GHz), the resonator of the RF resonator power combiner is set to a higher-order mode (
Figure 112021072687030-pat00004
, m>1) increases the size of the resonator, reduces power loss, and allows a large number of input units to be connected, so high-output electromagnetic waves of 10kW or more can be obtained with high efficiency. RF resonator power couplers are used in high-power electronic devices of 10 kW or more.

본 발명의 RF 공진기 전력 결합기는 밀리미터파 및 마이크로파 대역(1~100GHz)에서, 공진기를 이용하여 많은 개수의 입력 포트(N개, N>20)들을 사용하여 10kW 이상의 높은 전력(>10kW)을 얻을 수 있으며, 전력 결합기가 하나만 필요하여 부피를 현저하게 감소시킬 수 있다. 또한, 전력 손실이 입력 포트의 개수에 상관없이 일정하여 높은 결합 효율(>95%)을 얻을 수 있다.The RF resonator power combiner of the present invention uses a large number of input ports (N, N>20) using a resonator in millimeter wave and microwave bands (1-100GHz) to obtain high power (>10kW) of 10kW or more. and only one power combiner is required, which can significantly reduce the volume. In addition, a high coupling efficiency (>95%) can be obtained since the power loss is constant regardless of the number of input ports.

도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 고차원

Figure 112021072687030-pat00005
모드를 이용한 원통형 RF 전력 결합기의 전단면도이다.
도 2는 도 1의 고차원
Figure 112021072687030-pat00006
모드를 이용한 원통형 RF 전력 결합기의 입력부의 구성도이다.
도 3은 고차원
Figure 112021072687030-pat00007
모드를 이용한 RF 전력 결합기의 E-field 전기장 모습의 예, 도 4는 고차원
Figure 112021072687030-pat00008
모드를 이용한 RF 전력 결합기의 H-field 자기장 모습의 예이다.
도 5a는 본 발명의 실시예2에 따른 고차원
Figure 112021072687030-pat00009
모드를 이용한 원통형 공진기를 사용하는 RF 공진기 전력 결합기의 다른 예시의 도면, 도 5b는 도 5a에서 마이크로스트립라인을 공진기 안쪽으로 삽입하는 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 고차원
Figure 112021072687030-pat00010
모드를 이용한 RF 전력 결합기의 E-field 전기장 모습의 예, 도 7은 고차원
Figure 112021072687030-pat00011
모드를 이용한 RF 전력 결합기의 H-field 자기장 모습의 예이다. 1 is a high-dimensional view according to Embodiment 1 of the present invention;
Figure 112021072687030-pat00005
It is a front cross-sectional view of a cylindrical RF power coupler using a mode.
Figure 2 is a higher dimension of Figure 1
Figure 112021072687030-pat00006
It is a block diagram of the input part of the cylindrical RF power combiner using the mode.
3 is a high-dimensional
Figure 112021072687030-pat00007
An example of the E-field electric field of an RF power combiner using a mode, FIG. 4 is a high-dimensional
Figure 112021072687030-pat00008
This is an example of H-field magnetic field of RF power coupler using mode.
5A is a high-dimensional diagram according to Embodiment 2 of the present invention;
Figure 112021072687030-pat00009
A diagram of another example of an RF resonator power combiner using a cylindrical resonator using a mode, FIG. 5B is a view showing a structure for inserting the microstrip line into the resonator in FIG. 5A.
6 is a high-dimensional
Figure 112021072687030-pat00010
An example of the E-field electric field of an RF power combiner using a mode, FIG. 7 is a high-dimensional
Figure 112021072687030-pat00011
This is an example of H-field magnetic field of RF power coupler using mode.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다. 본 발명의 설명에 있어서 관련된 공지의 기술 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 자세한 설명을 생략한다. 또한, 도면 번호는 동일한 구성을 표기할 때에 다른 도면에서 동일한 도면번호를 부여한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the invention. In the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology or a known configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, when the drawing numbers indicate the same configuration, the same reference numbers are assigned in different drawings.

(실시예1)(Example 1)

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고차원

Figure 112021072687030-pat00012
모드를 이용한 원통형 RF 전력 결합기의 전단면도이다. 도 2는 도 1의 고차원
Figure 112021072687030-pat00013
모드를 이용한 원통형 RF 전력 결합기의 입력부의 구성도이다. 1 is a high-dimensional diagram according to an embodiment of the present invention;
Figure 112021072687030-pat00012
It is a front cross-sectional view of a cylindrical RF power coupler using a mode. Figure 2 is a higher dimension of Figure 1
Figure 112021072687030-pat00013
It is a block diagram of the input part of the cylindrical RF power combiner using the mode.

본 발명의 밀리미터파 및 마이크로파 대역(1~100GHz)에서, 10kW 이상의 고출력 전력을 얻기 위한 고효율 RF 전력 결합기는, N개의 입력단과 공진기의 자기장 커플링(magnetic coupling)을 사용하는 N개의 루프 안테나로 구성되며, 입력 커넥터 소자로 입력되는 신호를 공진기 내부로 입력하는 입력부(10); 상기 입력부(10)와 연결되며, 상기 입력부를 통해 입력되는 입력 신호를 결합하는 공진기(20); 및 상기 공진기(20)에서 생성된 결합 신호를 출력하는 출력부(30)를 포함하며,
상기 입력부는 입력 신호를 전송시켜주는 N개의 입력단; 및 상기 N개의 입력단과 공진기의 자기장 커플링(magnetic coupling)을 사용하는 N개의 루프 안테나로 구성되고,
상기 입력단은 입력 동축 커넥터 또는 마이크로스트립 구조와 연결되며,
상기 N개의 루프 안테나는 구부림 없이 3개의 원통 금속으로 제작된 루프 안테나 피스1, 루프 안테나 피스2, 루프 안테나 피스3를 구비하며, 입력단의 동축커넥터에 연결된 상기 루프 안테나 피스1와 상기 루프 안테나 피스3에 각각 동축 커넥터 센터핀에 탭홀을 가공하여 나사로 서로 연결되며, 상기 루프 안테나 피스1와 상기 루프 안테나 피스3과 직교 방향으로 상기 루프 안테나 피스2가 결착되어 연결된다.
In the millimeter wave and microwave bands (1 to 100 GHz) of the present invention, the high-efficiency RF power coupler for obtaining high output power of 10 kW or more is composed of N loop antennas using N input terminals and magnetic coupling of the resonator. and an input unit 10 for inputting a signal input to the input connector element into the resonator; a resonator 20 connected to the input unit 10 and coupling an input signal input through the input unit; and an output unit 30 for outputting the combined signal generated by the resonator 20,
The input unit includes N input terminals for transmitting an input signal; and N loop antennas using magnetic coupling between the N input terminals and the resonator,
The input terminal is connected to an input coaxial connector or a microstrip structure,
The N loop antennas include a loop antenna piece 1, a loop antenna piece 2, and a loop antenna piece 3 made of three cylindrical metals without bending, and the loop antenna piece 1 and the loop antenna piece 3 connected to the coaxial connector of the input terminal Each is connected to each other with screws by machining a tap hole in the center pin of the coaxial connector, and the loop antenna piece 1 and the loop antenna piece 2 are coupled and connected in a direction orthogonal to the loop antenna piece 3 .

입력부(10)는 N개의 입력단과 N개의 루프 안테나로 구성되고, 입력단은 입력 동축 커넥터 또는 마이크로스트립 구조와 연결된다.The input unit 10 includes N input terminals and N loop antennas, and the input terminal is connected to an input coaxial connector or a microstrip structure.

입력부(10)는 입력 신호를 전송하는 N개의 입력단; 및 상기 N개의 입력단과 공진기의 자기장 커플링(magnetic coupling)을 사용하는 N개의 루프 안테나로 구성된다. 입력단은 입력 동축 커넥터 또는 마이크로스트립 구조와 연결된다. The input unit 10 includes N input terminals for transmitting an input signal; and N loop antennas using magnetic coupling between the N input terminals and the resonator. The input stage is connected to an input coaxial connector or microstrip structure.

입력부(10)의 구성을 상세하게 보면, 도 2에 도시된 바와 같이, N개의 루프 안테나는 구부림 없이 작은 사이즈도 제작할 수 있도록 3개의 원통 금속(루프 안테나 피스1,3, 루프 안테나 피스2)과 동축 커넥터 센터핀에 탭홀을 가공하여 나사로 서로 연결되는 구조이다.Looking at the configuration of the input unit 10 in detail, as shown in FIG. 2, the N loop antennas are made of three cylindrical metals (loop antenna pieces 1 and 3, loop antenna piece 2) so that a small size can be manufactured without bending. It has a structure in which a tap hole is machined in the center pin of a coaxial connector and connected to each other with a screw.

실시예에서는, N개의 루프 안테나는 3개의 원통 금속으로 제작된 루프 안테나 피스1(11), 루프 안테나 피스2(12), 루프 안테나 피스3(13)를 구비하며, In the embodiment, the N loop antennas include a loop antenna piece 1 (11), a loop antenna piece 2 (12), and a loop antenna piece 3 (13) made of three cylindrical metals,

입력단의 동축 커넥터(17)에 연결된 루프 안테나 피스1(11)와 루프 안테나 피스3(13)에 각각 동축 커넥터 센터핀에 탭홀을 가공하여 나사로 서로 연결되며, 상루프 안테나 피스1(11)와 루프 안테나 피스3(13)과 직교 방향으로 상기 루프 안테나 피스2(12)가 결착되어 연결된다. The loop antenna piece 1 (11) and the loop antenna piece 3 (13) connected to the coaxial connector 17 of the input end are connected to each other with screws by processing a tap hole in the center pin of the coaxial connector, respectively, and the upper loop antenna piece 1 (11) and the loop The loop antenna piece 2 (12) is coupled and connected in a direction perpendicular to the antenna piece 3 (13).

공진기는 공동 공진기(cavity resonator)를 사용한다. The resonator uses a cavity resonator.

공진기(20)는 원통형 공진기를 사용하며, 상기 원통형 공진기는 자기장이 축(axial)방향으로 돌고, 반경(radial)방향으로 m개의 자기장 피크를 갖는 고차원

Figure 112021072687030-pat00014
모드를 갖는다.The resonator 20 uses a cylindrical resonator, in which a magnetic field rotates in an axial direction and has m magnetic field peaks in a radial direction.
Figure 112021072687030-pat00014
have a mode

공진기(20) 내부에서 출력부(30)의 동축선로 센터 핀 맞은편에 금속 원기둥을 추가하여 수직 방향으로 높이를 조절함으로써 공진기의 공진주파수를 조절할 수 있다.The resonant frequency of the resonator can be adjusted by adjusting the height in the vertical direction by adding a metal cylinder opposite the center pin of the coaxial line of the output unit 30 inside the resonator 20 .

출력부(30)는 출력단과 공진기의 전기장 커플링(electric coupling)을 이용하여 공진기(20)에서 결합된 신호를 출력단(도파관 load)으로 출력한다. 출력부(30)는 도 1에 도시된 바와 같이 커플링의 정도를 조절하는 제 1 내부 도체(31), 동축선로의 신호를 도파관 내부로 입력시켜주는 제 2 내부 도체(32), 동축선로의 열 냉각을 위한 제 3 내부 도체(33)로 구현될 수 있다. 제 1 내부 도체(31), 제 2 내부 도체(32), 및 제 3 내부 도체(33)는 금속 원기둥으로 제작된다. 제 1 내부 도체(31)의 금속 원기둥의 반지름은 상단부의 제 2 내부 도체(32)의 금속 원기둥과 이격되어 분리된 하단부의 제 3 내부 도체(33)의 금속 원기둥의 반지름 보다 크며, 상단부의 제 2 내부 도체(32)의 금속 원기둥과 이격되어 분리된 하단부의 제 3 내부 도체(33)의 금속 원기둥을 구비한다. The output unit 30 outputs a signal coupled from the resonator 20 to an output terminal (waveguide load) using electric field coupling between the output terminal and the resonator. As shown in FIG. 1 , the output unit 30 includes a first inner conductor 31 for controlling the degree of coupling, a second inner conductor 32 for inputting a signal of a coaxial line into the waveguide, and a coaxial line. It may be implemented as the third inner conductor 33 for thermal cooling. The first inner conductor 31 , the second inner conductor 32 , and the third inner conductor 33 are made of a metal cylinder. The radius of the metal cylinder of the first inner conductor 31 is greater than the radius of the metal cylinder of the third inner conductor 33 at the lower end separated by being spaced apart from the metal cylinder of the second inner conductor 32 at the upper end, 2 and the metal cylinder of the third inner conductor 33 at the lower end separated from the metal cylinder of the inner conductor 32 is provided.

제 1 내부 도체(31)는 제 2 내부 도체와 분리되어 동축선로 센터핀의 높이를 조절할 수 있다. 제 2 내부 도체(32)는 도어납 모드 변환기로써, 동축선로로 전력 결합된 전자파가 제 2 내부 도체(32)를 거쳐 구형 도파관으로 전송된다. 제 3 내부 도체(33)는 내부가 비어 있고, 위쪽에 슬랏(slot)이 뚫려 있는 구조이다. 제 3 내부 도체(33)를 통해 들어온 물은 슬랏(slot)을 통해 제 2 내부 도체(32) 내부로 빠져나감으로써 순환한다. 제 3 내부 도체(33)는 고출력 전자파에 의한 제 2 내부 도체(32)에서 발생된 열을 냉각시키기 위한 것이다. 출력단은 도파관 로드와 연결될 수 있다. The first inner conductor 31 may be separated from the second inner conductor to adjust the height of the coaxial line center pin. The second inner conductor 32 is a door lead mode converter, and electromagnetic waves power-coupled to the coaxial line are transmitted to the spherical waveguide through the second inner conductor 32 . The third inner conductor 33 is hollow inside and has a structure in which a slot is drilled in the upper part. Water entering through the third inner conductor 33 circulates by exiting into the second inner conductor 32 through a slot. The third inner conductor 33 is for cooling heat generated in the second inner conductor 32 by high-output electromagnetic waves. The output stage may be connected to the waveguide rod.

위와 같이, 입력부(10), 공진기(20), 출력부(30)의 세 부분으로 구분되는 RF 공진기 전력 결합기를 통해 신호가 결합되는 과정을 살펴보면, 먼저, N개의 입력단과 공진기가 N개의 루프 안테나를 통해 자기장 커플링(magnetic coupling)이 일어난다. 자기장 커플링(magnetic coupling)을 이용하여 N개의 루프 안테나로부터 신호가 공진기 내부로 커플링된다. 이를 통해 입력단으로 입력된 입력신호는 공진기 내부에서 고차원

Figure 112021072687030-pat00015
모드를 형성하며 결합된다. 결합된 신호는 출력부의 제 1 내부 도체(31)와 공진기(20) 사이의 전기장 커플링을 통해 출력된다. 제 2 내부 도체(32)는 커플링된 결합 신호가 동축선에서 도파관으로 출력된다. 이 과정에서, 고출력 전자파에 의해 제 2 내부 도체(32)에서 열이 발생하며, 제 2 내부 도체(32)에서 발생된 열을 제 3 내부 도체(33)롤 이용하여 냉각시킨다.As described above, looking at the process of combining signals through the RF resonator power combiner divided into three parts of the input unit 10, the resonator 20, and the output unit 30, first, N input terminals and resonators are N loop antennas. Magnetic coupling occurs through Signals from the N loop antennas are coupled into the resonator using magnetic coupling. Through this, the input signal input to the input stage is
Figure 112021072687030-pat00015
form and combine. The combined signal is output through electric field coupling between the first inner conductor 31 of the output and the resonator 20 . The second inner conductor 32 outputs the coupled coupled signal to the waveguide in a coaxial line. In this process, heat is generated in the second inner conductor 32 by the high-output electromagnetic wave, and the heat generated in the second inner conductor 32 is cooled using the third inner conductor 33 roll.

도 3은 고차원

Figure 112021072687030-pat00016
모드를 이용한 RF 전력 결합기의 E-field 전기장 모습의 예, 도 4는 고차원
Figure 112021072687030-pat00017
모드를 이용한 RF 전력 결합기의 H-field 자기장 모습의 예이다. 루프 안테나가 E-field에 영향을 주지 않는 위치에 있고, H-field의 피크에 위치한 모습을 확인할 수 있다.3 is a high-dimensional
Figure 112021072687030-pat00016
An example of the E-field electric field of an RF power combiner using a mode, FIG. 4 is a high-dimensional
Figure 112021072687030-pat00017
This is an example of H-field magnetic field of RF power coupler using mode. It can be seen that the loop antenna is located at a position that does not affect the E-field and is located at the peak of the H-field.

*

Figure 112021072687030-pat00018
mode*
Figure 112021072687030-pat00018
mode

TM(Transverse Magnetic) mode는 전자파가 진행하는 방향에 자기장만 수직인 경우를 의미한다. 공진기의 경우 경계 조건을 만족하는 특정 자기장 형태를 갖는 전자파만 공진이 가능하다. 원형 공진기는 모드 차수 n, m, p를 사용하여 TMnmp과 같이 표현한다. 이 때 n은 θ-축 방향(반경 방향과 수직)으로 자기장의 피크(최고치)가 몇 개 있는지를 나타내고, m은 r-축(반경 방향) 방향으로 자기장의 피크(최고치)가 몇 개 있는지, p는 z-축 방향으로 자기장의 피크(최고치)가 몇 개 있는지를 나타낸다.The TM (Transverse Magnetic) mode refers to a case where only the magnetic field is perpendicular to the direction in which the electromagnetic wave travels. In the case of a resonator, resonance is possible only with electromagnetic waves having a specific magnetic field shape that satisfies the boundary condition. A circular resonator is expressed as TMnmp using mode orders n, m, and p. In this case, n represents how many peaks (maximum values) of the magnetic field in the θ-axis direction (perpendicular to the radial direction), and m represents how many peaks (maximum values) of the magnetic field in the r-axis (radial direction) direction, p represents the number of peaks (maximum values) of the magnetic field in the z-axis direction.

즉,

Figure 112021072687030-pat00019
mode는 θ-축 방향으로는 자기장의 피크가 0개이고, r-축 방향으로 자기장의 피크는 m개, z-축 방향으로 자기장의 피크는 0개를 갖는 전자파의 진행 방향과 수직인 자기장 형태를 띄는 에너지 구조를 의미한다.in other words,
Figure 112021072687030-pat00019
mode is a magnetic field that has 0 peaks in the θ-axis direction, m peaks in the r-axis direction, and 0 peaks in the z-axis direction. It means a striking energy structure.

Figure 112021072687030-pat00020
모드는 m>1을 임의의 정수라고 가정하며, 뒷 부분의
Figure 112021072687030-pat00021
,
Figure 112021072687030-pat00022
을 설명하였다.
Figure 112021072687030-pat00020
The mode assumes that m>1 is an arbitrary integer, and
Figure 112021072687030-pat00021
,
Figure 112021072687030-pat00022
has been explained.

(실시예2)(Example 2)

도 5a는 본 발명의 다른 실시예2에 따른 고차원

Figure 112021072687030-pat00023
모드를 이용한 원통형 공진기를 사용하는 RF 공진기 전력 결합기의 다른 예시의 도면이다. 도 5b는 도 5a에서 마이크로스트립라인을 공진기 안쪽으로 삽입하는 구조를 나타낸 도면이다. 5a is a high-dimensional view according to another embodiment 2 of the present invention;
Figure 112021072687030-pat00023
A diagram of another example of an RF resonator power coupler using a cylindrical resonator using mode. FIG. 5B is a view showing a structure in which the microstrip line is inserted into the resonator in FIG. 5A.

도 1과 마찬가지로, 실시예2에 따른 고차원

Figure 112021072687030-pat00024
모드를 이용한 RF 전력 결합기는 공진기, 입력부, 출력부로 구성된다. As in Fig. 1, the high-dimensional according to Example 2
Figure 112021072687030-pat00024
The RF power combiner using the mode consists of a resonator, an input part, and an output part.

실시예2에 따른 고차원

Figure 112021072687030-pat00025
모드를 이용한 RF 전력 결합기는 입력 커넥터 소자로 입력되는 신호를 공진기 내부로 입력시켜주는 원둘레 가장자리 형성되는 N개의 입력부; 상기 N개의 입력부와 연결되며, 상기 N개의 입력부를 통해 입력되는 입력 신호를 결합하는 공진기; 및 상기 공진기에서 생성된 결합 신호를 출력하는 출력부를 포함하고, Higher Dimension according to Example 2
Figure 112021072687030-pat00025
The RF power coupler using the mode includes: N input units formed around the circumference for inputting a signal input to the input connector element into the resonator; a resonator connected to the N input units and configured to couple input signals input through the N input units; and an output unit for outputting the combined signal generated by the resonator,

상기 공진기는 원통형 공진기를 사용하며, The resonator uses a cylindrical resonator,

상기 입력부와 상기 공진기의 전기장 커플링(electric coupling)을 이용하여 입력 신호를 공진기 내로 입력하며, 상기 N개의 입력부와 공진기가 자기장 커플링(magnetic coupling)이 발생하고, 이를 통해 상기 입력부로 입력된 입력신호는 공진기 내부에서 고차원

Figure 112022003236631-pat00026
모드를 형성하며 결합되며, 결합된 신호는 상기 출력부와 상기 공진기 사이의 전기장 커플링을 통해 출력되고,
상기 N개의 입력부와 공진기의 전기장 커플링(electric coupling)을 위한 입력단 구조는 동축선로의 센터핀을 공진기 안쪽으로 삽입하는 구조 또는 마이크로스트립라인을 공진기 안쪽으로 삽입하는 구조로 구성된다. An input signal is input into the resonator by using electric field coupling between the input unit and the resonator, and magnetic coupling occurs between the N input units and the resonator, and the input input to the input unit through this Signals are high-dimensional inside the resonator
Figure 112022003236631-pat00026
are combined to form a mode, and the combined signal is output through electric field coupling between the output unit and the resonator,
The structure of the input end for electric coupling between the N input units and the resonator has a structure in which a center pin of a coaxial line is inserted into the resonator or a structure in which a microstrip line is inserted into the resonator.

도 1의 실시예1과 실시예2의 다른 점은, 실시예2(도 5a, 5b)는 입력부와 공진기의 전기장 커플링(electric coupling)을 이용하여 입력 신호를 공진기 내로 입력하는 점이다. 전기장 커플링(electric coupling)을 위한 입력단 구조는 도 5a와 같이 동축선로의 센터핀을 공진기 안쪽으로 삽입하는 구조 또는 도 5b와 같이 마이크로스트립라인을 공진기 안쪽으로 삽입하는 구조로 구성된다.The difference between Example 1 and Example 2 of FIG. 1 is that, in Example 2 ( FIGS. 5A and 5B ), an input signal is input into the resonator by using electric field coupling between the input unit and the resonator. The input terminal structure for electric coupling is configured to insert a center pin of a coaxial line into the resonator as shown in FIG. 5A or a structure to insert a microstrip line into the resonator as shown in FIG. 5B.

위와 같이, 입력부, 공진기, 출력부 세 부분으로 구분되는 RF 공진기 전력 결합기를 통해 신호가 결합되는 과정을 살펴보면, 먼저, N개의 입력부와 공진기가 자기장 커플링(magnetic coupling)이 일어난다. 이를 통해 입력부로 입력된 입력신호는 공진기 내부에서 고차원

Figure 112021072687030-pat00027
모드를 형성하며 결합된다. 결합된 신호는 출력부와 공진기 사이의 전기장 커플링(electric coupling)을 통해 출력된다.As described above, when a signal is coupled through an RF resonator power coupler divided into three parts, an input unit, a resonator, and an output unit, first, magnetic coupling occurs between the N input units and the resonator. Through this, the input signal input to the input unit is converted into a high-dimensional
Figure 112021072687030-pat00027
form and combine. The combined signal is output through electric coupling between the output unit and the resonator.

도 6은 고차원

Figure 112021072687030-pat00028
모드를 이용한 RF 전력 결합기의 E-field 전기장 모습의 예, 도 7은 고차원
Figure 112021072687030-pat00029
모드를 이용한 RF 전력 결합기의 H-field 자기장 모습의 예이다. 가장 외곽에 형성된 E-field 피크에 입력부가 위치한 모습을 확인할 수 있다. 6 is a high-dimensional
Figure 112021072687030-pat00028
An example of the E-field electric field of an RF power combiner using a mode, FIG. 7 is a high-dimensional
Figure 112021072687030-pat00029
This is an example of H-field magnetic field of RF power coupler using mode. It can be seen that the input part is located at the E-field peak formed at the outermost part.

결과적으로, 기존 RF 공진기 전력 결합기는 공진기 특성 상 주파수가 올라가면 크기가 줄어들고, 결합할 수 있는 입력 포트의 개수가 줄어들기 때문에 고출력 전력 결합을 얻는데 한계가 있으며, RF 공진기 전력 결합기는 공진기의 주파수가 올라가면 공진기 내부에서 전력 손실이 커지기 때문에 전력 결합 효율이 감소하는 문제점을 해결하기 위해, 밀리미터파 및 마이크로파 대역(1~100GHz)에서, RF 공진기 전력 결합기의 공진기를 고차원 모드(

Figure 112021072687030-pat00030
, m>1)로 동작하면 공진기의 크기가 커지게 되고, 전력 손실이 감소하며 많은 개수의 입력부를 연결할 수 있기 때문에 10kW 이상의 고출력 전자파를 고효율로 얻을 수 있다. RF 공진기 전력 결합기는 10kW 이상의 고출력 전자 장치에 사용된다. As a result, the conventional RF resonator power combiner has a limitation in obtaining high output power coupling because the size of the existing RF resonator power coupler decreases as the frequency increases due to the characteristics of the resonator, and the number of input ports that can be coupled decreases. In order to solve the problem that the power coupling efficiency decreases due to the large power loss inside the resonator, the resonator of the RF resonator power coupler is placed in a high-dimensional mode (
Figure 112021072687030-pat00030
, m>1) increases the size of the resonator, reduces power loss, and allows a large number of input units to be connected, so high-output electromagnetic waves of 10kW or more can be obtained with high efficiency. RF resonator power couplers are used in high-power electronic devices of 10 kW or more.

본 발명의 RF 공진기 전력 결합기는 밀리미터파 및 마이크로파 대역(1~100GHz)에서, 공진기를 이용하여 많은 개수의 입력 포트(N개, N>20)들을 사용하여 10kW 이상의 높은 전력(>10kW)을 얻을 수 있으며, 전력 결합기가 하나만 필요하여 부피를 현저하게 감소시킬 수 있다. 또한, 전력 손실이 입력 포트의 개수에 상관없이 일정하여 높은 결합 효율(>95%)을 얻을 수 있다.The RF resonator power combiner of the present invention uses a large number of input ports (N, N>20) using a resonator in millimeter wave and microwave bands (1-100GHz) to obtain high power (>10kW) of 10kW or more. and only one power combiner is required, which can significantly reduce the volume. In addition, a high coupling efficiency (>95%) can be obtained since the power loss is constant regardless of the number of input ports.

본 발명의 구체적인 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상기와 같이 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변형하여 실시될 수 있으며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.Although described with reference to a specific embodiment of the present invention, the present invention is not limited to the same configuration and operation as the specific embodiment in order to illustrate the technical idea as described above, and within the limit that does not depart from the technical spirit and scope of the present invention It can be implemented with various modifications, and the scope of the present invention should be determined by the claims to be described later.

10: 입력부 11: 루프 안테나 피스1
12: 루프 안테나 피스2 13: 루프 안테나 피스3
17: 동축 커넥터 20: 공진기
30: 출력부 31: 제1 내부 도체
32: 제2 내부 도체 33: 제3 내부 도체
10: input unit 11: loop antenna piece 1
12: loop antenna piece 2 13: loop antenna piece 3
17: coaxial connector 20: resonator
30: output unit 31: first inner conductor
32: second inner conductor 33: third inner conductor

Claims (10)

RF 공진기 전력 결합기에 있어서,
N개의 입력단과 공진기의 자기장 커플링(magnetic coupling)을 사용하는 N개의 루프 안테나로 구성되며, 입력 커넥터 소자로 입력되는 신호를 공진기 내부로 입력하는 입력부;
상기 입력부와 연결되며, 상기 입력부를 통해 입력되는 입력 신호를 결합하는 공진기; 및
상기 공진기에서 생성된 결합 신호를 출력하는 출력부를 포함하며,
상기 입력부는 입력 신호를 전송시켜주는 N개의 입력단; 및 상기 N개의 입력단과 공진기의 자기장 커플링(magnetic coupling)을 사용하는 N개의 루프 안테나로 구성되고,
상기 입력단은 입력 동축 커넥터 또는 마이크로스트립 구조와 연결되며,
상기 N개의 루프 안테나는 구부림 없이 3개의 원통 금속으로 제작된 루프 안테나 피스1, 루프 안테나 피스2, 루프 안테나 피스3를 구비하며, 입력단의 동축커넥터에 연결된 상기 루프 안테나 피스1와 상기 루프 안테나 피스3에 각각 동축 커넥터 센터핀에 탭홀을 가공하여 나사로 서로 연결되며, 상기 루프 안테나 피스1와 상기 루프 안테나 피스3과 직교 방향으로 상기 루프 안테나 피스2가 결착되어 연결되는, RF 공진기 전력 결합기.
An RF resonator power combiner comprising:
an input unit comprising N input terminals and N loop antennas using magnetic coupling of the resonator, the input unit for inputting a signal input to the input connector element into the resonator;
a resonator connected to the input unit and coupling an input signal input through the input unit; and
An output unit for outputting the combined signal generated by the resonator,
The input unit includes N input terminals for transmitting an input signal; and N loop antennas using magnetic coupling between the N input terminals and the resonator,
The input terminal is connected to an input coaxial connector or a microstrip structure,
The N loop antennas include a loop antenna piece 1, a loop antenna piece 2, and a loop antenna piece 3 made of three cylindrical metals without bending, and the loop antenna piece 1 and the loop antenna piece 3 connected to the coaxial connector of the input terminal In each of the coaxial connector center pins are connected to each other with screws by machining a tap hole, and the loop antenna piece 1 and the loop antenna piece 3 are coupled and connected in a direction orthogonal to the loop antenna piece 2, the RF resonator power combiner.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 공진기는 공동 공진기(cavity resonator)를 사용하는, RF 공진기 전력 결합기.
According to claim 1,
wherein the resonator uses a cavity resonator.
제1항에 있어서,
상기 공진기는 원통형 공진기를 사용하며, 상기 원통형 공진기는 자기장이 축(axial)방향으로 돌고, 반경(radial) 방향으로 m개의 자기장 피크를 갖는 고차원
Figure 112021072687030-pat00031
모드를 가지며, 공진기 내부에서 출력부의 동축선로 센터 핀 맞은편에 금속 원기둥을 추가하여 수직방향으로 높이를 조절함으로써 공진기의 공진주파수를 조절하는, RF 공진기 전력 결합기.
According to claim 1,
The resonator uses a cylindrical resonator. In the cylindrical resonator, a magnetic field rotates in an axial direction and a high-dimensional magnetic field having m magnetic field peaks in a radial direction.
Figure 112021072687030-pat00031
RF resonator power combiner that has a mode, and adjusts the resonant frequency of the resonator by adjusting the height in the vertical direction by adding a metal cylinder opposite the coaxial line center pin of the output part inside the resonator.
제1항에 있어서,
상기 출력부는 출력단과 상기 공진기의 전기장 커플링을 이용하여 상기 공진기에서 결합된 신호를 출력단으로 출력하고, 상기 출력부는 커플링의 정도를 조절해주는 제 1 내부 도체, 동축선로의 신호를 도파관 내부로 입력시켜주는 제 2 내부 도체, 동축선로의 열 냉각을 위한 제 3 내부 도체로 구현되며, 상기 제 1 내부 도체, 상기 제 2 내부 도체, 및 상기 제 3 내부 도체는 금속 원기둥으로 제작되고,
상기 제 1 내부 도체의 금속 원기둥의 반지름은 상단부의 제 2 내부 도체의 금속 원기둥과 이격되어 분리된 하단부의 상기 제 3 내부 도체의 금속 원기둥의 반지름 보다 크며, 상단부의 제 2 내부 도체의 금속 원기둥과 이격되어 분리된 하단부의 제 3 내부 도체의 금속 원기둥을 구비하는 RF 공진기 전력 결합기.
According to claim 1,
The output unit outputs the signal coupled from the resonator to the output terminal using the electric field coupling between the output terminal and the resonator, and the output unit inputs the signal of the first inner conductor and coaxial line that adjusts the degree of coupling into the waveguide. It is implemented as a second inner conductor for heating and a third inner conductor for thermal cooling of a coaxial line, wherein the first inner conductor, the second inner conductor, and the third inner conductor are made of a metal cylinder,
The radius of the metal cylinder of the first inner conductor is larger than the radius of the metal cylinder of the third inner conductor at the lower end separated by being spaced apart from the metal cylinder of the second inner conductor at the upper end, and the metal cylinder of the second inner conductor at the upper end and RF resonator power coupler having a metal cylinder of the third inner conductor of the lower end separated by being spaced apart.
제5항에 있어서,
상기 제 1 내부 도체는 상기 제 2 내부 도체와 분리되어 동축선로 센터핀의 높이를 조절할 수 있으며,
상기 제 2 내부 도체는 도어납 모드 변환기로써, 동축선로로 전력 결합된 전자파가 상기 제 2 내부 도체를 거쳐 구형 도파관으로 전송되고,
상기 제 3 내부 도체는 내부가 비어 있고, 위쪽에 슬랏이 뚫려 있는 구조이며, 상기 제 3 내부 도체를 통해 들어온 물은 슬랏을 통해 상기 제 2 내부 도체 내부로 빠져나감으로써 순환하며, 상기 제 3 내부 도체는 고출력 전자파에 의한 제 2 내부 도체에서 발생된 열을 냉각하며, 상기 출력부의 말단은 도파관 로드와 연결되는, RF 공진기 전력 결합기.
6. The method of claim 5,
The first inner conductor may be separated from the second inner conductor to adjust the height of the coaxial line center pin,
The second inner conductor is a door lead mode converter, and electromagnetic waves power-coupled to the coaxial line are transmitted to the spherical waveguide through the second inner conductor,
The third inner conductor has an empty inside and a slot is formed at the top thereof, and the water entering through the third inner conductor circulates by flowing out into the second inner conductor through the slot, and the third inner conductor The conductor cools the heat generated in the second inner conductor by the high-power electromagnetic wave, and the end of the output unit is connected to the waveguide rod.
제6항에 있어서,
상기 입력부, 상기 공진기, 상기 출력부의 세 부분으로 구성되는 RF 공진기 전력 결합기를 통해 신호가 결합되는 과정은, 먼저, N개의 입력단과 공진기가 N개의 루프 안테나를 통해 자기장 커플링이 일어나며, 상기 자기장 커플링을 이용하여 N개의 루프 안테나로부터 신호가 공진기 내부로 커플링되고, 이를 통해 입력단으로 입력된 입력신호는 공진기 내부에서 고차원
Figure 112022500685158-pat00032
모드를 형성하며 결합되며, 결합된 신호는 상기 출력부의 제 1 내부 도체와 상기 공진기 사이의 전기장 커플링을 통해 출력되고, 상기 제 2 내부 도체는 커플링된 결합 신호가 동축선에서 도파관으로 출력되며, 이 과정에서, 고출력 전자파에 의해 상기 제 2 내부 도체에서 열이 발생하고 이를 제 3 내부 도체롤 이용하여 냉각시키는, RF 공진기 전력 결합기.
7. The method of claim 6,
In the process of combining signals through an RF resonator power combiner composed of three parts of the input unit, the resonator, and the output unit, first, magnetic field coupling occurs between N input terminals and the resonator through N loop antennas, and the magnetic field couple Signals from the N loop antennas are coupled into the resonator using a ring, and the input signal input to the input terminal through this is high-dimensional inside the resonator.
Figure 112022500685158-pat00032
coupled to form a mode, and the combined signal is output through electric field coupling between the first inner conductor of the output unit and the resonator, and the second inner conductor is the coupled signal is outputted from the coaxial line to the waveguide, , In this process, heat is generated in the second inner conductor by high-output electromagnetic waves and cooled using a third inner conductor roll, RF resonator power combiner.
RF 공진기 전력 결합기에 있어서,
입력 커넥터 소자로 입력되는 신호를 공진기 내부로 입력시켜주는 원둘레 가장자리 형성되는 N개의 입력부;
상기 N개의 입력부와 연결되며, 상기 N개의 입력부를 통해 입력되는 입력 신호를 결합하는 공진기; 및
상기 공진기에서 생성된 결합 신호를 출력하는 출력부를 포함하고,
상기 공진기는 원통형 공진기를 사용하며,
상기 입력부와 상기 공진기의 전기장 커플링(electric coupling)을 이용하여 입력 신호를 공진기 내로 입력하며, 상기 N개의 입력부와 공진기가 자기장 커플링(magnetic coupling)이 발생하고, 이를 통해 상기 입력부로 입력된 입력신호는 공진기 내부에서 고차원
Figure 112022003236631-pat00033
모드를 형성하며 결합되며, 결합된 신호는 상기 출력부와 상기 공진기 사이의 전기장 커플링(electric coupling)을 통해 출력되고,
상기 N개의 입력부와 공진기의 전기장 커플링(electric coupling)을 위한 입력단 구조는 동축선로의 센터핀을 공진기 안쪽으로 삽입하는 구조 또는 마이크로스트립라인을 공진기 안쪽으로 삽입하는 구조로 구성되는, RF 공진기 전력 결합기.
An RF resonator power combiner comprising:
N input units formed around the circumference for inputting a signal input to the input connector element into the resonator;
a resonator connected to the N input units and configured to couple input signals input through the N input units; and
An output unit for outputting the combined signal generated by the resonator,
The resonator uses a cylindrical resonator,
An input signal is input into the resonator by using electric field coupling between the input unit and the resonator, and magnetic coupling occurs between the N input units and the resonator, and the input input to the input unit through this Signals are high-dimensional inside the resonator
Figure 112022003236631-pat00033
are combined to form a mode, and the combined signal is output through electric field coupling between the output unit and the resonator,
An input end structure for electric field coupling of the N input units and the resonator is a structure in which a center pin of a coaxial line is inserted into the resonator or a microstrip line is inserted into the resonator. RF resonator power coupler .
삭제delete 제8항에 있어서,
상기 입력부, 상기 공진기, 상기 출력부 세 부분으로 구분되는 RF 공진기 전력 결합기를 통해 신호가 결합되는 과정을 살펴보면, 먼저, N개의 입력부와 공진기가 자기장 커플링(magnetic coupling)이 발생하며, 이를 통해 입력부로 입력된 입력신호는 공진기 내부에서 고차원
Figure 112021072687030-pat00034
모드를 형성하며 결합되고, 결합된 신호는 출력부와 공진기 사이의 전기장 커플링(electric coupling)을 통해 출력되는 RF 공진기 전력 결합기.
9. The method of claim 8,
Looking at the process in which signals are coupled through the RF resonator power coupler divided into the input unit, the resonator, and the output unit, magnetic coupling occurs between the N input units and the resonator. The negative input signal is high-dimensional inside the resonator.
Figure 112021072687030-pat00034
RF resonator power coupler that is coupled to form a mode, and the coupled signal is output through electric field coupling between the output and the resonator.
KR1020210081925A 2021-06-23 2021-06-23 RF resonator power combiner KR102381469B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210081925A KR102381469B1 (en) 2021-06-23 2021-06-23 RF resonator power combiner
PCT/KR2022/008004 WO2022270796A1 (en) 2021-06-23 2022-06-07 Rf resonator power coupler

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210081925A KR102381469B1 (en) 2021-06-23 2021-06-23 RF resonator power combiner

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102381469B1 true KR102381469B1 (en) 2022-03-30

Family

ID=80947946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210081925A KR102381469B1 (en) 2021-06-23 2021-06-23 RF resonator power combiner

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR102381469B1 (en)
WO (1) WO2022270796A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022270796A1 (en) * 2021-06-23 2022-12-29 광운대학교 산학협력단 Rf resonator power coupler

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200241903Y1 (en) * 2001-04-18 2001-10-11 윤종원 Coaxial-type RF power combiner
JP2017005333A (en) * 2015-06-05 2017-01-05 Necネットワーク・センサ株式会社 Radial track type electric power combiner
KR20180057093A (en) 2016-11-21 2018-05-30 한국전자통신연구원 Microwave power combiner
JP2019057912A (en) * 2017-09-20 2019-04-11 株式会社東芝 High-frequency power combiner

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10270915A (en) * 1997-03-21 1998-10-09 Mitsubishi Electric Corp Electric power synthesizer
KR102381469B1 (en) * 2021-06-23 2022-03-30 광운대학교 산학협력단 RF resonator power combiner

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200241903Y1 (en) * 2001-04-18 2001-10-11 윤종원 Coaxial-type RF power combiner
JP2017005333A (en) * 2015-06-05 2017-01-05 Necネットワーク・センサ株式会社 Radial track type electric power combiner
KR20180057093A (en) 2016-11-21 2018-05-30 한국전자통신연구원 Microwave power combiner
JP2019057912A (en) * 2017-09-20 2019-04-11 株式会社東芝 High-frequency power combiner

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Vinay Ravindra et al, ‘Cylindrical cavity microwave power combiner with microstrip line inputs and rectangular waveguide output’ , 2015 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, 2015.05.17 *
Vinay Ravindra et al, ‘Cylindrical cavity microwave power combiner with microstrip line inputs and rectangular waveguide output’ , 2015 IEEE MTT-S International Microwave Symposium, 2015.05.17 1부.*

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022270796A1 (en) * 2021-06-23 2022-12-29 광운대학교 산학협력단 Rf resonator power coupler

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022270796A1 (en) 2022-12-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5142253A (en) Spatial field power combiner having offset coaxial to planar transmission line transitions
US6542662B2 (en) Mode translating waveguide adapter for a quasi-optic grid array
US8441405B2 (en) Slot antenna device including a transmission line to waveguide transformer having differential feed pins
Amjadi et al. Design of a broadband eight-way coaxial waveguide power combiner
CN113270705B (en) Microstrip line probe conversion structure of millimeter wave transceiver antenna
WO2022147389A1 (en) Substrate integrated waveguide transition
US20100164655A1 (en) Heat insulating transmission line, vacuum insulating chamber, wireless communication system
KR102381469B1 (en) RF resonator power combiner
Dong et al. Broadband millimeter-wave power combiner using compact SIW to waveguide transition
Malherbe et al. A Transition from Rectangular to Nonradiating Dielectric Waveguide (Short Paper)
Denis et al. Compact dual-band bandpass filter using open stub-loaded stepped impedance resonator with cross-slots
Orfanidis et al. A mode-matching technique for the study of circular and coaxial waveguide discontinuities based on closed-form coupling integrals
Zhu et al. Quasi-elliptic waveguide dual-band bandpass filters
CA3063189C (en) Resonant cavity combined solid state amplifier system
CN105552483A (en) TE<0>0n/TE<0>1n mode exciter
CN112103606A (en) Adjustable coaxial line type power divider and using method
US9196944B2 (en) Apparatus for combining high frequency electrical energy from a plurality of sources
Abdolahi et al. Broadband eight-way coaxial waveguide high power combiner/divider
Song et al. Broadband millimetre-wave passive spatial combiner based on coaxial waveguide
Roev et al. Wide-band spatially distributed TE10 substrate integrated waveguide transition for high-power generation at mm-wave frequencies
Park et al. Experiments on a 80 kW power combiner using RF LDMOS power transistors
Ikeuchi et al. A novel TE 10-TE 20 mode transducer utilizing vertical cross-excitation
KR102425030B1 (en) High power radial combiner
Song et al. Wide-stopband bandpass-filtering power divider with high-frequency selectivity
He et al. Miniaturized tri-band filtering-response power divider with short-and open-stub-loaded resonators

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant