KR102532985B1 - 매직 티 구조의 도파관 - Google Patents

매직 티 구조의 도파관 Download PDF

Info

Publication number
KR102532985B1
KR102532985B1 KR1020210082322A KR20210082322A KR102532985B1 KR 102532985 B1 KR102532985 B1 KR 102532985B1 KR 1020210082322 A KR1020210082322 A KR 1020210082322A KR 20210082322 A KR20210082322 A KR 20210082322A KR 102532985 B1 KR102532985 B1 KR 102532985B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
waveguide
matching unit
stage
magic tee
magic
Prior art date
Application number
KR1020210082322A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20230000205A (ko
Inventor
이만희
안세환
Original Assignee
엘아이지넥스원 주식회사
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 엘아이지넥스원 주식회사 filed Critical 엘아이지넥스원 주식회사
Priority to KR1020210082322A priority Critical patent/KR102532985B1/ko
Publication of KR20230000205A publication Critical patent/KR20230000205A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102532985B1 publication Critical patent/KR102532985B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port
    • H01P5/19—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port of the junction type
    • H01P5/20—Magic-T junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12—Hollow waveguides

Landscapes

  • Waveguides (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예들에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관 및 복수의 격벽이 설치된 매직 티 구조의 도파관은, 우수한 대역폭(Bandwidth)을 형성할 수 있고, 도파관 결합기의 소형화, 경량화 및 원가 절감할 수 있고, 도파관의 격리 특성 확보 및 우수한 결합 효율을 확보할 수 있다. 이 외에 다양한 실시예들이 가능할 수 있다.

Description

매직 티 구조의 도파관 {MAGIC T STRUCTURE WAVEGUIDE}
본 발명은 매직 티 구조의 도파관에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
결합기 또는 분배기에 매직 티 구조의 도파관이 주로 사용된다. 매직 티 구조의 도파관은 결합 포트간에 낮은 격리도와 결합 효율을 갖는다. 격리도는 초고주파 대역에서 상대적으로 낮은 GaN MMIC(질화갈륨 마이크로파 집적회로)의 절연 파괴가 발생하지 않도록 보호하며 이상동작 발생 시 GaN MMIC(질화갈륨 마이크로파 집적회로)의 생존률을 높여준다. 결합효율은 입력 대비 출력 효율을 나타내는 것으로 낮은 결합 효율은 손실을 증가시켜 고출력을 얻을 수 없게 된다는 문제점이 있다.
특정 주파수의 공진을 최적화 하기 위해 다단 임피던스 변환기와 도파관 아이리스가 사용된다. 다단 임피던스 변환기와 도파관 아이리스는 임피던스 변환 및 아이리스를 구현하기 위한 별도의 공간이 필요하다. 그래서 여러 개의 매직 티 구조의 도파관을 연결하여 구현하는 바이너리(Binary) 결합기에 경우 크기가 많이 커지게 되어 크기와 무게에 제약이 있는 시스템에 적용이 어렵다는 문제가 있다.
기구 가공은 3축 가공으로 평면에서 가공하게 된다. 그래서 다단 임피던스 변환기와 같은 입체적인 구조는 가공이 어렵고 도파관 아이리스의 경우 초고주파 대역에서 두께 및 길이가 1mm 이하의 치수에서 구현이 되기 때문에 역시 가공이 어렵다는 문제점이 있다.
KR 10-0967153호
본 발명이 이루고자 하는 목적은, 우수한 대역폭(Bandwidth)을 형성하고, 도파관 결합기의 소형화, 경량화, 및 원가 절감하고 그리고 도파관의 격리 특성 확보 및 우수한 결합 효율을 확보하기 위하여 매칭유닛이 도파관 하우징 내부에 위치한 매직 티 구조의 도파관 및 복수의 격벽이 설치된 매직 티 구조의 도파관을 제공하는데 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매칭유닛은 광대역의 주파수 대역폭을 얻기 위한 임피던스 변환기의 구조에 있어서, 하나의 임피던스를 다른 임피던스로 변환시키는 1단 임피던스 변환기, 상기 1단 임피던스 변환기 위에 중심이 일치하도록 위치하는 2단 임피던스 변환기 및 상기 1단 임피던스 변환기와 상기 2단 임피던스 변환기 사이에서 불연속면을 최소화하는 사선의 테이퍼 라인(Taper line)을 포함한다.
여기서, 상기 매칭유닛은, 매직 티 구조의 도파관의 도파관 하우징에 내부에 결합할 경우, 주파수 대역폭에 두개의 공진폴이 존재하여 광대역을 구현하는 것을 특징으로 한다.
상기 1단 임피던스 변환기는, 하단에 체결부가 위치하여 체결 볼트로 도파관 하우징 내부에 조립 및 고정할 수 있는 구조인 것을 특징으로 한다.
상기 매칭유닛은 금속으로 구현된 것을 특징으로 한다.
상기 매칭유닛은 전도성 도금이 가능한 복합체로 구현된 것을 특징으로 한다.
상기 2단 임피던스 변환기는, 상기 1단 임피던스 변환기보다 크기가 더 작고, 상기 테이퍼 라인(Taper line)은, 위로 갈수록 점차 가늘어지는 것을 특징으로 한다.
상기 체결부는, 사각 구조이며, 두 개의 체결볼트로 도파관 하우징 내부에 조립 및 고정할 수 있는 구조인 것을 특징으로 한다.
상기 체결부는, 원형 구조이며, 한 개의 체결볼트로 도파관 하우징 내부에 조립 및 고정할 수 있는 구조인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은 하나의 임피던스를 다른 임피던스로 변환시키는 1단 임피던스 변환기, 상기 1단 임피던스 변환기 위에 중심이 일치하도록 위치하며 상기 1단 임피던스 변환기보다 크기가 작은 2단 임피던스 변환기 및 상기 1단 임피던스 변환기와 상기 2단 임피던스 변환기 사이에서 불연속면을 최소화하는 사선의 테이퍼 라인(Taper line)으로 이루어지는 매칭유닛이 도파관 하우징 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 매칭유닛은, 상기 도파관 하우징에서 일체형으로 가공되어 있는 격벽 위에 위치하는 것을 특징으로 한다.
상기 격벽은, 상기 도파관 하우징에서 일체형으로 가공되어 있으며, 두개의 모서리는 밖으로 볼록하게 구현되고, 두개의 모서리는 안으로 오목하게 도파관 하우징의 벽면과 이어지도록 구현되는 사각 격벽인 것을 특징으로 한다.
상기 매칭유닛은, 알루미늄(Al), 황동(BsB), 철(SUM24L), 인바(Invar)중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 격벽은, 알루미늄(Al)과 황동(BsB)중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매직 티 구조의 도파관은 도파관 하우징에서 일체형으로 가공되어 있으며, 두개의 모서리는 밖으로 볼록하게 구현되고, 두개의 모서리는 안으로 오목하게 도파관 하우징의 벽면과 이어지도록 구현되는 사각의 1단 격벽 및 상기 1단 격벽 상부에 위치하며 상기 1단 격벽보다 크기가 작고 같은 형상으로 구현되어 있는 2단 격벽을 포함하고, 상기 1단 격벽 및 상기 2단 격벽은 도파관 하우징 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관 및 복수의 격벽이 설치된 매직 티 구조의 도파관을 적용함으로써 우수한 대역폭(Bandwidth)을 형성할 수 있고, 도파관 결합기의 소형화, 경량화 및 원가 절감할 수 있고, 도파관의 격리 특성 확보 및 우수한 결합 효율을 확보할 수 있다.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.
도 1은 종래 기술로서 매직 티 구조의 도파관을 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 기술로서 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래 기술로서 다단 임피던스 변환기를 나타내는 도면이다.
도 4는 종래 기술로서 도파관 아이리스를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 매직 티 구조의 도파관으로서 매칭유닛이 도파관 하우징 내부에 위치하는 것을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛의 체결부가 사각 구조로서, 두 개의 체결볼트로 조립 및 고정할 수 있는 구조인 것을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛의 체결부가 원형 구조로서, 한 개의 체결볼트로 조립 및 고정할 수 있는 구조인 것을 나타내는 도면이다.
도 9a는 다단 임피던스 변환기로 이루어진 도파관 결합기를 도시한 도면이고, 도 9b는 도파관 아이리스로 이루어진 도파관 결합기를 도시한 도면이고, 도 9c는 본 발의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관으로 이루어진 도파관 결합기를 도시한 도면이다.
도 10은 종래 기술로서 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관의 반사 손실을 나타내는 그래프에 한 개의 공진폴이 형성됨을 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 반사 손실을 나타내는 그래프에 두 개의 공진폴이 형성됨을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 반사손실과 종래기술의 반사손실을 비교하기 위한 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 반사손실과 종래 기술인 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관의 반사손실을 비교하기 위한 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 격리도를 나타내는 그래프이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 결합효율을 나타내는 그래프이다.
도 16은 종래 기술로서 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관의 삽입 손실을 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 삽입손실을 나타내는 그래프이다.
도 18은본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 삽입손실과 종래 기술로서 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관의 삽입손실을 비교하기 위한 그래프이다.
도 19a는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 사시도이고, 도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 사시도이고, 도 19c는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 측면사시도이고, 도 19d는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 저면사시도이고, 도 19e는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 정면사시도이다.
도 20a는 본 발명의 일 실시예에 따라 알루미늄을 통해 매칭유닛을 구현하고, 알루미늄을 통해 격벽구조를 구현한 경우 진동수 대역폭의 변동을 나타내는 그래프이다. 도 20b는 본 발명의 일 실시예에 따라 철을 통해 매칭유닛을 구현하고, 알루미늄을 통해 격벽구조를 구현한 경우 진동수 대역폭의 변동을 나타내는 그래프이다. 도 20c는 본 발명의 일 실시예에 따라 황동을 통해 매칭유닛을 구현하고, 알루미늄을 통해 격벽구조를 구현한 경우 진동수 대역폭의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 21a는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 격벽이 1단 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 사시도이고, 도 21b는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 격벽이 1단 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 저면도이고, 도 21c는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 격벽이 1단 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 측면도이다. 도 21d는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 격벽이 1단 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 단면도이고, 도 21e는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 격벽이 1단 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 단면도이다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 반사손실과 종래기술의 반사손실을 비교하기 위한 그래프이다.
도 23은 다중 임피던스 변환 구조(Multi-section impedance transformer)의 회로도를 나타낸 도면이다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수개의 격벽을 위치시켰을 때 산출되는 체리셰프 다항식을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 발명은 매직 티 구조의 도파관에 관한 것이다.
도 1은 종래 기술로서 매직 티 구조의 도파관을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 매직 티 구조의 도파관(10)은 결합 분배기에 사용되는 일반적인 구조로 다음의 특성을 갖는다.
H-ARM(포트 3)(13)에 신호 인가시 포트 1(11)과 포트 2(12)으로 출력 신호 분배가 이루어진다. 포트 1(11)과 포트 2(12)에 신호 인가시 H-ARM(포트 3)(13)에 출력 신호 결합이 이루어진다. H-ARM(포트 3)(13) 입력 신호가 E-ARM(포트 4)(14)로 이동할 수 없다. 포트 1(11)과 포트 2(12)사이에 낮은 격리 특성을 갖는다(10dB 이내). 비교적 낮은 결합 효율을 갖는다(60 ~ 70% 이하).
상기에서 언급하였듯이 일반적인 매직 티 구조의 도파관은 포트 1(11)과 포트 2(12)간 낮은 격리도와 결합 효율을 갖는다. 격리도는 초고주파 대역에서 상대적으로 낮은 GaN MMIC(질화갈륨 마이크로파집적회로)의 절연 파괴가 발생하지 않도록 보호하며 이상동작 발생 시 GaN MMIC(질화갈륨 마이크로파집적회로)의 생존률을 높여준다. 결합효율은 입력 대비 출력 효율을 나타내는 것으로 낮은 결합효율은 손실을 증가시켜 고출력을 얻을 수 없게 된다.
도 2는 종래 기술로서 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관을 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관(20)은 다음의 특성을 갖는다.
커플러, 서큘레이터(Circulator), OMT(Orthomode Transducer) 및 매직 티(Magic T)와 같은 도파관 접합부(Waveguide Junction Component)는 통신 및 레이더 시스템에서 광범위하게 이용된다. 제시하고자 하는 본 발명도 이와 같은 분야에서 산업상 이용될 수 있으며 특히, 제시하고자 하는 본 발명은 고출력 SSPA(Solid State Power Amplifier)를 사용하는 탐색기, 레이더, 위성 등의 분야에서, 결합기와 분배기를 사용하기 위한 하드웨어로서 활용 가능하다.
특히, 매직 티 구조의 도파관은 모노펄스(Monopulse) 추적 시스템에서 타겟의 위치 및 움직임을 감지하기 위한, 합 차 채널 네트워크를 제공하기 위해서 많이 이용된다.
마이크로웨이브의 전송 통로로는 도파관이 이용되는데, 도파관은 마이크로웨이브의 전송에 쓰이는 금속 파이프로서, 무선 송신기에서 송출된 전파를 안테나로 유도할 때, 금속도체를 이용하면 그 표면에서 전파가 공중으로 발산되는 경우가 있어 금속의 파이프 속으로 전파를 유도시키는 방법을 사용한 것이다.
도파관 하우징 내부에 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관(20)에서는 입력 임피던스 매칭뿐만 아니라, 이용가능한 주파수 대역을 확장하기 위해서 임피던스 정합부(25)를 매직 티 구조의 도파관(23) 내부에 설치하였다. 임피던스 정합부(25)는 복수의 도체층이 적층되어 형성되고, 각 도체층은 하부층에서 상부층으로 갈수록 외경이 감소하고, 각 층의 외주면은 상부 및 하부에 위치한 층의 외주면과 서로 불연속하도록 적층된다. 공지기술인 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관의 각 층은 원뿔에서 일부를 절단한 것처럼, 하부에서 상부로 갈수록 외경이 감소하는 구조로 형성되고, 최상부에 위치한 층은 원뿔형으로 형성되는 것으로 한정하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관, 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 격벽이 설치된 매직 티 구조의 도파관 및 매칭유닛이 격벽 위에 위치한 매직 티 구조의 도파관은 그 구조 및 형상이 공지기술인 매직 티 구조의 도파관 또는 도 2에 도시된 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관과 차이가 있고, 시뮬레이션 결과 제안 발명은 대역폭, 격리도, 결합효율이 공지기술 구조들과 비교하여 현저한 수치 향상을 나타내며, 공지기술과 달리 주파수 대역폭에 복수의 공진폴이 나타나 광대역이 형성되는 현저한 차이를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은 TE모드를 사용하는 매직 티 구조의 바이너리 도파관 분배기 및 결합기에 관한 것으로 세부적으로는 내부에 특수 매칭유닛을 구비하여 특정 주파수에 공진을 최적화 하여 높은 결합효율과 격리 특성을 확보하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 성능은 초고주파 대역에서 낮은 절연파괴 성능을 갖는 GaN MMIC(질화갈륨 마이크로파집적회로)를 이용한 증폭기에도 적용이 가능한 효과가 있다.
TE모드(Transverse Electric Field/Wave, 횡방향 전계)는 도파관에서 파가 유도되는 방향으로 자계성분은 있으나 전계성분이 없는 모드를 의미하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
GaN MMIC(Gallium nitride Monolithic Microwave Integrated Circuit)은 질화갈륨 마이크로파집적회로를 의미하는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
일반적인 매직 티 구조의 도파관(10)을 추가로 살펴보면, 이론적으로 높은 격리 특성과 결합 효율을 얻기 위해서는 E-ARM(포트 4)(14)과 H-ARM(포트 3)(13)을 완전 매칭을 이루어 사용 주파수 대역의 공진을 최적화하여 얻을 수 있다. 설계 이론은 다음과 같다. 고 격리 특성을 얻기 위해서는 포트 3(13)과 포트4(14)의 완전 정합이 필요하다. 다음의 Scattering matrix 계산을 통해 확인할 수 있다. 이상적인 매직 티 구조의 도파관 무손실의 상호 4-port Network이며 구조의 대칭성과 격리 특성에 의해 다음을 만족한다.
S14 = S24, S14 = -S24, S11 = S22 (관계식 1)
상호성을 고려한 산란행렬은 다음과 같다.
Figure 112021073009466-pat00001
포트 3(13)과 포트 4(14)는 매칭 유닛을 추가하여 완전 정합을 구현할 수 있다.
S33 = S44 (관계식 3)
위 수식을 적용한 산란 행렬은 다음과 같다.
Figure 112021073009466-pat00002
Unitary matrix에 의해 [S][S*]=[I]로 다음과 같다.
Figure 112021073009466-pat00003
R1C1: |S11|2 +|S12|2 +|S13|2 +|S14|2 =1 (관계식 6)
R2C2: |S11|2 +|S22|2 +|S13|2 +|S14|2 =1 (관계식 7)
R3C3: |S13|2 +|S13|2 =1 (관계식 8)
R4C4: |S14|2 +|S14|2 =1 (관계식 9)
R3C1: |S13 X S11|+|-S13 X S 12| =0 (관계식 10)
관계식 (1)을 통해 다음 결과를 확인할 수 있다.
Figure 112021073009466-pat00004
(관계식 11)
관계식 (8), (9)를 통해 다음을 확인할 수 있다.
Figure 112021073009466-pat00005
(관계식 12)
관계식(6), (7), (12)을 통해 다음을 계산할 수 있다.
Figure 112021073009466-pat00006
(관계식 13)
최종 산란행렬의 표현은 다음과 같다.
Figure 112021073009466-pat00007
상기 산란 행렬을 통해 포트 3(13), 포트 4(14)가 완벽히 일치할 경우 포트 1(11)과 포트 2(12)는 자동으로 매칭을 이루며 양호한 격리 특성을 확보할 수 있다. S31 과 S32 는 동위상, S14 과 S24 는 90도의 위상차가 발생함을 알 수 있다.
특정 주파수의 공진을 최적화 하기 위한 종래 기술은 다음과 같다.
도 3은 종래 기술로서 다단 임피던스 변환기를 나타내는 도면이다.
다단 임피던스 변환기(Multi-section impedance transfomer)는 도파관 내부 회로에 인위적으로 폭 또는 높이가 계단형으로 조정된 날개부(30)를 통해 임피던스를 변화시켜 매칭을 이루는 방식을 활용한다.
도 4는 종래 기술로서 도파관 아이리스를 나타내는 도면이다.
도파관 아이리스(Waveguide Iris)(40)는 도파관(42) 내부의 특정 위치(41)에 요철 또는 격벽을 세워 인위적인 캐패시턴스(Capacitance) 또는 인덕턴스(Inductance)를 형성하여 매칭을 이루는 방식을 활용한다.
한편, 종래의 기술인 다단 임피던스 변환기(Multi-section impedance transfomer)와 도파관 아이리스는 임피던스 변환 및 아이리스를 구현하기 위한 별도의 공간이 필요하다. 그래서 여러 개의 매직 티 구조의 도파관(Magic T)을 연결하여 구현하는 바이너리(Binary) 결합기에 경우 크기가 많이 커지게 되어 크기와 무게에 제약이 있는 시스템에 적용이 어렵다.
가공 어렵고 구현이 까다롭다는 문제가 있다. 일반적인 기구 가공은 3축 가공으로 평면에서 가공하게 된다. 그래서 다단 임피던스 변환기와 같은 입체적인 구조는 가공이 어렵다. 그리고 도파관 아이리스에 경우 초고주파 대역에서 두께 및 길이가 1mm 이하의 치수에서 구현이 되기 때문에 역시 가공이 어렵다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매칭유닛은, 광대역의 주파수 대역폭을 얻기 위한 임피던스 변환기의 구조에 있어서, 하나의 임피던스를 다른 임피던스로 변환시키는 1단 임피던스 변환기, 1단 임피던스 변환기 위에 중심이 일치하도록 위치하는 2단 임피던스 변환기 및 1단 임피던스 변환기와 2단 임피던스 변환기 사이에서 불연속면을 최소화하는 사선의 테이퍼 라인(Taper line)을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매칭유닛(50)에서, 2단 임피던스 변환기(52)는 1단 임피던스 변환기(51)보다 크기가 더 작고, 테이퍼 라인(Taper line)(53)은 위로 갈수록 점차 가늘어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 매직 티 구조의 도파관으로서 매칭유닛이 도파관 하우징 내부에 위치하는 것을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은, 하나의 임피던스를 다른 임피던스로 변환시키는 1단 임피던스 변환기(61), 1단 임피던스 변환기 위에 중심이 일치하도록 위치하고, 1단 임피던스 변환기보다 크기가 작은 2단 임피던스 변환기(62) 및 1단 임피던스 변환기와 2단 임피던스 변환기 사이에서 불연속면을 최소화하는 사선의 테이퍼 라인(Taper line)(63)으로 이루어진 매칭유닛(60)이 매직 티 구조의 도파관의 도파관 하우징(600)에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매칭유닛의 1단 임피던스 변환기는, 하단에 체결부가 위치하여 체결 볼트로 도파관 하우징 내부에 조립 및 고정할 수 있는 구조인 것을 특징으로 할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛의 체결부가 사각 구조로서, 두 개의 체결볼트로 조립 및 고정할 수 있는 구조인 것을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 매칭유닛(700)의 1단 임피던스 변환기 하단에 위치하는 사각 구조의 체결부(710)는, 제1 체결볼트(730)와 제2 체결볼트(740)로 도파관 하우징 내부(720)에 조립 및 고정할 수 있는 구조인 것을 특징으로 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛의 체결부가 원형 구조로서, 한 개의 체결볼트로 조립 및 고정할 수 있는 구조인 것을 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 매칭유닛(800)의 1단 임피던스 변환기 하단에 위치하는 원형 구조의 체결부(810)는, 한 개의 체결볼트(830)로 도파관 하우징 내부(820)에 조립 및 고정할 수 있는 구조인 것을 특징으로 할 수 있다.
체결부는 사각 구조, 원형 구조에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현 가능하다. 체결볼트의 개수도 한 개 또는 두개로 한정되는 것이 아니라 더 많은 수의 체결볼트로 구현될 수 있다. 체결부와 체결볼트를 이용하여 매칭유닛을 도파관 하우징 내부에 강하게 고정시키는 효과를 낼 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 매칭유닛은 금속으로 구현하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 매칭유닛은 전도성 도금이 가능한 복합체로 구현하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 매칭 유닛은 금속(황동, 알루미늄, 철 등) 또는 전도성 도금이 가능한 복합체로 구현할 수 있다. 도금은 전도성 도금, 도전율이 높은 도금을 사용하여 삽입손실을 개선할 수 있다.
도 9a는 다단 임피던스 변환기로 이루어진 도파관 결합기를 도시한 도면이고, 도 9b는 도파관 아이리스로 이루어진 도파관 결합기를 도시한 도면이고, 도 9c는 본 발의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관으로 이루어진 도파관 결합기를 도시한 도면이다.
도 9a, 도 9b 및 도9c는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 분배기의 크기가 공지기술인 다단 임피던스 변환기 또는 공지기술인 도파관 아이리스로 이루어진 도파관 분배기의 크기보다 작음을 설명하기 위한 도면을 나타낸 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 소형화 및 경량화라는 효과를 얻을 수 있다. 고출력 SSPA(Solid State Power Amplifier) 시스템의 50% 이상의 크기를 차지하고 있는 분배기와 결합기의 크기 및 무게를 줄여 항공, 위성 및 방산 등 다양한 시스템에 적용할 수 있다.
아래의 표 1을 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 결합기의 크기가 공지기술인 다단 임피던스 변환기 및 공지기술인 도파관 아이리스로 이루어진 도파관 결합기의 크기보다 작음을 알 수 있다. 본 발명의 대역폭 성능이 상술한 종래 기술에 비하여 매우 뛰어남을 알 수 있다.
Figure 112021073009466-pat00008
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관으로 이루어진 도파관 결합기는 다단 임피던스 변환기로 이루어진 도파관 결합기 대비 약 50%, 도파관 아이리스로 이루어진 도파관 결합기 대비 20% 크기 및 무게를 줄일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관으로 이루어진 도파관 결합기는 상술한 종래 기술에 비하여 크기와 무게에 있어서 소형화 및 경량화 면에서 매우 뛰어남을 알 수 있다.
금속 기구 가공을 통해 회로를 구현하는 도파관의 경우 가공 시간 및 난이도에 의해 MC(Material Cost)가 결정된다. 다단 임피던스 변환기 및 도파관 아이리스는 도파관의 전기적 성능을 결정하는 중요한 회로로써 도파관 내부에 구현하기 때문에 가공 난이도가 올라가고 가공 시간이 길어져 가공 비용이 상승하게 된다. 하지만 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은 중요한 회로를 별도의 부품으로 분리하여 가공 및 조립하는 구조로 가공 난이도 및 가공 시간을 대폭 개선하여 MC(Material Cost)를 절감할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은 상술한 종래 기술에 비하여 가공 난이도와 가공 시간에 있어서 매우 뛰어남을 알 수 있다.
도 10은 종래 기술로서 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관의 반사 손실을 나타내는 그래프에 한 개의 공진폴이 형성됨을 나타내는 그래프이다.
종래 기술로서 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관을 살펴보면 5단의 임피던스 변환기를 사용했으므로 최대 5개의 공진폴이 존재하여 광대역을 이루어야 하나, 실제 결과에는 1개의 공진폴 밖에 존재하지 않음을 그래프를 통하여 확인할 수 있다. 결국 적층되어 있는 5개의 임피던스 변환기 각각은 9.5GHz에 집중하여 매칭을 시키기 위한 것으로 판단된다. 따라서 종래 기술은 광대역 매칭을 제공하는 것을 목적으로 했으나, 광대역 구현이 아닌 특정 주파수에서 매우 낮은 수준의 반사 손실을 얻기 위한 것에 그친것으로 판단된다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 반사 손실을 나타내는 그래프에 두 개의 공진폴이 형성됨을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매칭유닛은 매직 티 구조의 도파관의 도파관 하우징에 내부에 결합할 경우, 주파수 대역폭에 두개의 공진폴이 존재하여 광대역을 구현하는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 11의 그래프를 통하여 제안 기술은 2개의 공진폴이 존재하여 광대역을 이루는 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매치유닛은 1단 임피던스 변환기와 2단 임피던스 변환기 중간에 사선의 Taper Line을 추가하여 불연속면을 최소화 하고 급격한 임피던스 변화에 따른 미스 매칭을 완화하여 광대역을 구현할 수 있다.
따라서, 종래 기술인 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관 대비 우수한 대역폭(Bandwidth)을 확보하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매칭 유닛을 하나의 임피던스를 다른 임피던스로 변환시키는 1단 임피던스 변환기, 1단 임피던스 변환기 위에 중심이 일치하도록 위치하고, 1단 임피던스 변환기보다 크기가 작은 2단 임피던스 변환기 및 1단 임피던스 변환기와 2단 임피던스 변환기 사이에서 불연속면을 최소화하는 사선의 테이퍼 라인(Taper line)으로 이루어는 구조 즉, 2중 임피던스 변환 구조를 적용하여 반사손실에 있어서 주파수 대역폭이 종래 기술 대비 대역폭을 향상시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 반사손실과 종래기술의 반사손실을 비교하기 위한 그래프이다.
도 12를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은 종래 기술과 비교하여 반사손실에 있어서 주파수 대역폭이 2.5배 상승하는 효과가 있다는 것을 확인할 수 있다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 반사손실과 종래 기술인 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관의 반사손실을 비교하기 위한 그래프이다.
도 13을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은 종래 기술인 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관과 비교하여 반사손실에 있어서 주파수 대역폭이 1.75배 상승하는 효과가 있다는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은 상술한 종래 기술에 비하여 넓은 주파수 대역폭 확보에 있어서 매우 뛰어남을 알 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 격리도를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은 종래기술에 비해 20dB 이상의 격리특성을 확보하는 것을 도14의 그래프를 통해 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은 상술한 종래 기술에 비하여 격리 특성 확보에 있어서 매우 뛰어남을 알 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 결합효율을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은 종래기술에 비해 우수한 결합효율(사용대역에서 84% 이상)을 확보하는 것을 도15의 그래프를 통해 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은 상술한 종래 기술에 비하여 결합 효율 확보에 있어서 매우 뛰어남을 알 수 있다.
도 16은 종래 기술로서 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관의 삽입 손실을 나타내는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 삽입손실을 나타내는 그래프이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 삽입손실과 종래 기술로서 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관의 삽입손실을 비교하기 위한 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛을 전도성 도금, 도전율이 높은 도금을 이용하여 구현함으로써 삽입손실을 개선 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은 매칭유닛이 상기 도파관 하우징에서 일체형으로 가공되어 있는 격벽 위에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 19a는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 사시도이고, 도 19b는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 사시도이고, 도 19c는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 측면사시도이고, 도 19d는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 저면사시도이고, 도 19e는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 정면사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관에서 매칭유닛은 격벽 위에 위치할 수 있는데, 격벽은 도파관 하우징(1900)에서 일체형으로 가공되어 있으며, 두개의 모서리는 밖으로 볼록하게 구현되고, 두개의 모서리는 안으로 오목하게 도파관 하우징의 벽면과 이어지도록 구현되는 사각 격벽(1910)인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은 하나의 임피던스를 다른 임피던스로 변환시키는 격벽(1910), 격벽(1910) 상부에 위치하고 격벽(1910)보다 크기가 작은 2단 임피던스 변환기 및 격벽과 2단 임피던스 변환기 사이에서 불연속면을 최소화하는 사선의 테이퍼라인(Taper Line)으로 이루어진 매칭유닛(1920)이 격벽 위에 위치할 수 있는데, 격벽은 도파관 하우징(1900)에서 일체형으로 가공되어 있으며, 두개의 모서리는 밖으로 볼록하게 구현되고, 두개의 모서리는 안으로 오목하게 도파관 하우징의 벽면과 이어지도록 구현되는 사각 격벽(1910)인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관에 있어서, 매칭유닛은 알루미늄(Al), 황동(BsB), 철(SUM24L), 인바(Invar)중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관에 있어서, 사각 격벽은, 알루미늄(Al)과 황동(BsB)중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관에 있어서, 격벽 위에 매칭유닛이 결합되는 구조는 최소 2개 이상의 재질을 조합하여 동작 온도에서의 성능 변화를 최소화 할 수 있다는 장점이 있다.
도 20a는 본 발명의 일 실시예에 따라 알루미늄을 통해 매칭유닛를 구현하고, 알루미늄을 통해 격벽구조를 구현한 경우 진동수 대역폭의 변동을 나타내는 그래프이다. 도 20b는 본 발명의 일 실시예에 따라 철을 통해 매칭유닛을 구현하고, 알루미늄을 통해 격벽구조를 구현한 경우 진동수 대역폭의 변동을 나타내는 그래프이다. 도 20c는 본 발명의 일 실시예에 따라 황동을 통해 매칭유닛을 구현하고, 알루미늄을 통해 격벽구조를 구현한 경우 진동수 대역폭의 변동을 나타내는 그래프이다.
격벽구조와 매칭유닛을 구성하는 재질에 따른 동작 온도에서의 성능 변화를 확인하기 위한 시뮬레이션 조건은 동작온도를 -25℃ ~ +80℃ 에서 델타 온도(Delta T) -50 ~ +55로 한다.
도 20a는 본 발명의 일 실시예에 따라 알루미늄을 통해 매칭유닛을 구현하고, 알루미늄을 통해 격벽구조를 구현한 경우 진동수 대역폭의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 20a의 그래프를 통해 y축인 주파수(Frequency)의 변동은 XX.8533GHz~XX.8629GHz로 적은 변화량인 9.6MHz만큼 변동한 것을 확인할 수 있다.
도 20b는 본 발명의 일 실시예에 따라 철을 통해 매칭유닛을 구현하고, 알루미늄을 통해 격벽구조를 구현한 경우 진동수 대역폭의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 20b의 그래프를 통해 y축인 주파수(Frequency)의 변동은 XX.85928GHz~XX.85698GHz로 적은 변화량인 2.3MHz만큼 변동한 것을 확인할 수 있다.
도 20c는 본 발명의 일 실시예에 따라 황동을 통해 매칭유닛을 구현하고, 알루미늄을 통해 격벽구조를 구현한 경우 진동수 대역폭의 변동을 나타내는 그래프이다.
도 20c의 그래프를 통해 y축인 주파수(Frequency)의 변동은 XX.85597GHz~XX.86022GHz로 적은 변화량인 4.25MHz만큼 변동한 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 도파관 하우징 내부에 도파관 하우징과 일체로서 설치된 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관은 도파관 하우징과 매칭유닛의 재질을 다양한 재질로 바꿈으로써 동작 온도에서의 성능 변화를 최소화 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매직 티 구조의 도파관에 있어서, 도파관 하우징의 벽면과 일체형으로 이어지도록 구현된 1단 격벽, 1단 격벽 상부에 위치하며 1단 격벽보다 크기가 작고 형상이 같은 2단 격벽, 그리고 1단 격벽 및 2단 격벽은 도파관 하우징 내부에 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 21a는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 격벽이 1단 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 사시도이고, 도 21b는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 격벽이 1단 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 저면도이고, 도 21c는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 격벽이 1단 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 측면도이다. 도 21d는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 격벽이 1단 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 단면도이고, 도 21e는 본 발명의 일 실시예에 따른 2단 격벽이 1단 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매직 티 구조의 도파관에 있어서, 도파관 하우징에서 일체형으로 가공되어 있으며, 두개의 모서리는 밖으로 볼록하게 구현되고, 두개의 모서리는 안으로 오목하게 도파관 하우징의 벽면과 이어지도록 구현되는 사각의 1단 격벽(2110) 및 1단 격벽 상부에 위치하며 1단 격벽보다 크기가 작고 같은 형상으로 구현되어 있는 2단 격벽(2120)을 포함하고 1단 격벽 및 2단 격벽은 도파관 하우징(2100) 내부에 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 매직 티 구조의 도파관에 있어서, 도파관 하우징에서 일체형으로 가공되어 있으며, 두개의 모서리는 밖으로 볼록하게 구현되고, 두개의 모서리는 안으로 오목하게 도파관 하우징의 벽면과 이어지도록 구현되는 사각의 1단 격벽 및 1단 격벽 상부에 위치하며 위에 적층된 격벽일수록 크기가 작고 1단 격벽과 같은 형상으로 구현되어 있는 복수의 격벽을 포함하고, 1단 격벽 및 복수의 격벽은 도파관 내부에 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 효과로서 반사손실과 종래기술의 반사손실을 비교하기 위한 그래프이다.
도 22의 그래프에서 제안기술_1은 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관을 의미한다. 제안기술_2는 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 격벽위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관과 1단 격벽보다 크기가 작고 형상이 같은 2단 격벽이 1단 격벽 상부에 위치하는 매직 티 구조의 도파관을 의미한다.
도 22의 그래프를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관은 종래 기술인 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관과 비교하여 반사 손실에 있어서 대역폭이 2.1배 향상되는 것을 확인할 수 있다.
도 22의 그래프를 통하여 본 발명의 일 실시예에 따른 매칭유닛이 격벽 위에 위치하는 매직 티 구조의 도파관과 1단 격벽보다 크기가 작고 형상이 같은 2단 격벽이 1단 격벽 상부에 위치하는 매직 티 구조의 도파관은 종래 기술인 도체층이 적층된 매직 티 구조의 도파관과 비교하여 반사 손실에 있어서 대역폭이 2.25배 향상되는 것을 확인할 수 있다.
도 23은 다중 임피던스 변환 구조(Multi-section impedance transformer)의 회로도를 나타낸 도면이다.
다중 임피던스 변환 구조(Multi-section impedance transformer)에 있어서
다단 임피던스 변환기를 통해 광대역 구현이 가능하며 Chevyshev 다항식에 의해 계산할 수 있다. 다단 임피던스 변환기의 반사계수는 다음과 같다.
Figure 112021073009466-pat00009
수학식 1에서
Figure 112021073009466-pat00010
는 반사계수를 의미하고,
Figure 112021073009466-pat00011
는 위상을 의미하고, N은 다단 임피던스 변환기의 차수를 의미하고, Tn은 n차 쳬비쇼프 다항식을 의미하고, A는 최대 반사계수값을 결정하는 변수를 의미하고,
Figure 112021073009466-pat00012
는 임피던스를 의미하고, f는 주파수를 의미하고, fo는 정합주파수 또는 초기주파수를 의미할 수 있다.
도 24는 본 발명의 일 실시예에 따라 복수개의 격벽을 위치시켰을 때 산출되는 체리셰프 다항식을 나타낸 그래프이다.
오일러 공식을 적용하여 계산된 Chevyshev 다항식은 도 24와 같이 표현 할 수 있다. 다단 임피던스 변환기의 N 차수에 의해 N개의 공진폴이 형성되어 광대역을 구현하는데 종래 기술은 1차의 공진폴이 형성되어 있는 것으로 보아 광대역 구현 보다는 특정 주파수에서 매우 낮은 수준의 반사 손실을 얻는데 적합한 것으로 판단된다. 제안 구조는 2-차수를 사용하여 2개의 공진폴이 형성되었고 반사손실 -20.0dB 기준 종래 기술 대비 2배 이상의 광대역 형성됨을 확인할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
50: 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매칭유닛
600: 매직 티 구조의 도파관의 도파관 하우징
1910: 도파관 하우징의 벽면과 이어지도록 구현되는 사각 격벽
2120: 1단 격벽 상부에 위치하며 1단 격벽보다 크기가 작고 같은 형상으로 구현되어 있는 2단 격벽

Claims (14)

  1. 광대역의 주파수 대역폭을 얻기 위한 임피던스 변환기의 구조로 기능하는 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매칭유닛에 있어서,
    하나의 임피던스를 다른 임피던스로 변환시키는 1단 임피던스 변환기;
    상기 1단 임피던스 변환기 위에 중심이 일치하도록 위치하는 2단 임피던스 변환기; 및
    상기 1단 임피던스 변환기와 상기 2단 임피던스 변환기 사이에서 불연속면을 최소화하는 사선의 테이퍼 라인(Taper line);을 포함하고,
    상기 1단 임피던스 변환기는,
    하단에 체결부가 위치하여, 체결 볼트로 상기 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 조립 및 고정가능하도록 마련되거나,
    상기 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 일체형으로 가공되어 있는 격벽 상부에 위치하도록 마련되고,
    상기 격벽은, 4개의 면으로 이루어져 있고, 상기 4개의 면 중에서 상부면은 상기 매칭유닛이 위치하도록 마련되고, 상기 4개의 면 중에서 하부면은 상기 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부의 바닥부와 접촉하도록 마련되고,
    상기 상부면과 상기 하부면을 잇는 2개의 면들 중에서 하나의 면은 상기 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부의 측벽부와 맞닿도록 마련되고, 다른 하나의 면은 안으로 오목하게 마련되는 두 개의 곡면 구간과 밖으로 볼록하게 구현되는 두 개의 곡면 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매칭유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 매칭유닛은,
    매직 티 구조의 도파관의 도파관 하우징에 내부에 결합할 경우, 주파수 대역폭에 두개의 공진폴이 존재하여 광대역을 구현하는 것을 특징으로 하는 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매칭유닛.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 매칭유닛은 금속으로 구현된 것을 특징으로 하는 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매칭유닛.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 매칭유닛은 전도성 도금이 가능한 복합체로 구현된 것을 특징으로 하는 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매칭유닛.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 2단 임피던스 변환기는,
    상기 1단 임피던스 변환기보다 크기가 더 작고,
    상기 테이퍼 라인(Taper line)은,
    위로 갈수록 점차 가늘어지는 것을 특징으로 하는 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매칭유닛.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 체결부는,
    사각 구조이며,
    두 개의 체결볼트로 도파관 하우징 내부에 조립 및 고정할 수 있는 구조인 것을 특징으로 하는 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매칭유닛.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 체결부는,
    원형 구조이며,
    한 개의 체결볼트로 도파관 하우징 내부에 조립 및 고정할 수 있는 구조인 것을 특징으로 하는 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 결합 가능한 매칭유닛.
  9. 광대역의 주파수 대역폭을 얻기 위한 임피던스 변환기의 구조로 기능하는 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관에 있어서,
    하나의 임피던스를 다른 임피던스로 변환시키는 1단 임피던스 변환기, 상기 1단 임피던스 변환기 위에 중심이 일치하도록 위치하는 2단 임피던스 변환기 및 상기 1단 임피던스 변환기와 상기 2단 임피던스 변환기 사이에서 불연속면을 최소화하는 사선의 테이퍼 라인(Taper line);을 포함하고,
    상기 1단 임피던스 변환기는,
    하단에 체결부가 위치하여, 체결 볼트로 상기 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 조립 및 고정가능하도록 마련되거나,
    상기 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부에 일체형으로 가공되어 있는 격벽 상부에 위치하도록 마련되는 매칭유닛; 및
    상기 격벽을 포함하고, 상기 매칭유닛이 위치하도록 내부에 빈 공간을 포함하는 매직 티 구조의 도파관;을 포함하고,
    상기 격벽은, 4개의 면으로 이루어져 있고, 상기 4개의 면 중에서 상부면은 상기 매칭유닛이 위치하도록 마련되고, 상기 4개의 면 중에서 하부면은 상기 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부의 바닥부와 접촉하도록 마련되고,
    상기 상부면과 상기 하부면을 잇는 2개의 면들 중에서 하나의 면은 상기 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부의 측벽부와 맞닿도록 마련되고, 다른 하나의 면은 안으로 오목하게 마련되는 두 개의 곡면 구간과 밖으로 볼록하게 구현되는 두 개의 곡면 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는, 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서,
    상기 매칭유닛은,
    알루미늄(Al), 황동(BsB), 철(SUM24L), 인바(Invar)중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 격벽은,
    알루미늄(Al)과 황동(BsB)중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 매칭유닛이 결합된 매직 티 구조의 도파관.
  14. 1단 격벽 및 2단 격벽을 포함하는 매직 티 구조의 도파관에 있어서,
    상기 매직 티 구조의 도파관 하우징에서 일체형으로 가공되어 있으며,
    4개의 면으로 이루어져 있고, 상기 4개의 면 중에서 상부면은 상기 2단 격벽이 위치하도록 마련되고, 상기 4개의 면 중에서 하부면은 상기 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부의 바닥부와 접촉하도록 마련되고,
    상기 상부면과 상기 하부면을 잇는 2개의 면들 중에서 하나의 면은 상기 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부의 측벽부와 맞닿도록 마련되고, 다른 하나의 면은 안으로 오목하게 마련되는 두 개의 곡면 구간과 밖으로 볼록하게 구현되는 두 개의 곡면 구간을 포함하는 1단 격벽; 및
    상기 1단 격벽 상부에 위치하며 상기 1단 격벽보다 크기가 작고, 형상이 같도록 구현되고, 하부면이 상기 1단 격벽의 상부면과 맞닿도록 마련되고, 하나의 면은 상기 매직 티 구조의 도파관 하우징 내부의 측벽부와 맞닿도록 마련되는 2단 격벽;을 포함하는, 매직 티 구조의 도파관.
KR1020210082322A 2021-06-24 2021-06-24 매직 티 구조의 도파관 KR102532985B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210082322A KR102532985B1 (ko) 2021-06-24 2021-06-24 매직 티 구조의 도파관

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210082322A KR102532985B1 (ko) 2021-06-24 2021-06-24 매직 티 구조의 도파관

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230000205A KR20230000205A (ko) 2023-01-02
KR102532985B1 true KR102532985B1 (ko) 2023-05-16

Family

ID=84925444

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210082322A KR102532985B1 (ko) 2021-06-24 2021-06-24 매직 티 구조의 도파관

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102532985B1 (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100967153B1 (ko) * 2009-04-15 2010-07-05 동국대학교 산학협력단 매직 ｔ 구조의 도파관

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0746011A (ja) * 1993-07-29 1995-02-14 Nec Corp 電力分配器
KR20110120168A (ko) * 2010-04-28 2011-11-03 동국대학교 산학협력단 도파관 전력 분배기 및 이를 이용한 ｒｆ 송수신 모듈
KR101187362B1 (ko) * 2010-12-20 2012-10-02 한국항공우주연구원 발사체 우주환경으로의 적용을 위한 코로나 없는 다이플렉서
KR20200004551A (ko) * 2018-07-04 2020-01-14 (주)웨이브텍 고주파 필터의 부품간 결합구조 및 그러한 결합구조를 포함하는 고주파 필터

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100967153B1 (ko) * 2009-04-15 2010-07-05 동국대학교 산학협력단 매직 ｔ 구조의 도파관

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230000205A (ko) 2023-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3516024A (en) Interdigitated strip line coupler
US9979067B2 (en) N-way, ridged waveguide, radial power combiner/divider
Cheng et al. Compact substrate-integrated waveguide bandpass rat-race coupler and its microwave applications
US10297917B2 (en) Dual KA band compact high efficiency CP antenna cluster with dual band compact diplexer-polarizers for aeronautical satellite communications
US7432780B2 (en) Rectangular-to-circular mode power combiner/divider
US8878623B2 (en) Switching ferrite circulator with an electronically selectable operating frequency band
CN110289483B (zh) 双频双圆极化导航测控天线馈源
US10720711B2 (en) Antenna structures for spatial power-combining devices
EP2899803B1 (en) Circuit comprising balun and impedance transforming elements
US20170279174A1 (en) Ultra wide band digital phase shifter
CN106532215B (zh) 一种高隔离度多路径向功率分配/合成器
Keshavarz et al. Compact active duplexer based on CSRR and interdigital loaded microstrip coupled lines for LTE application
US7332982B2 (en) Waveguide diplexer of electric plane T-junction structure with resonant iris
US6198912B1 (en) Frequency converter for the application on millimetric radio waves
KR102532985B1 (ko) 매직 티 구조의 도파관
CN107221747B (zh) 一种层叠式腔体滤波天线
CN113193322A (zh) 一种改进型威尔金森功分器
KR100471049B1 (ko) 링 하이브리드 결합기를 이용한 비방사 유전체 도파관혼합기
CN108365317B (zh) 一种超宽带多路微波功率合成器
US9923258B2 (en) Waveguide combiner apparatus and method
CN113488769B (zh) 一种平行板波导功率分配器及cts天线
CN114944544A (zh) 一种基于波导魔t的紧凑型一分四功分器
Cifola et al. Common-mode rejection in a connected array of dipoles with inherent frequency selectivity properties
CN210272627U (zh) 一种花瓣状1分4波导功分器
Sieganschin et al. A compact low-noise frontend for interleaved Rx/Tx arrays at K-/Ka-Band

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant