KR102671024B1 - Structure for generating high power microwave signals - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산업용의 고출력 마이크로파 신호 생성 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은, 상기 마이크로파 신호를 발생하는, 동일 형상을 가진 3개 이상의 고상 전력 증폭기(SSPA; solid state power amplifier)들; 상기 고상 전력 증폭기들 각각에 결합되는 2개 이상의 입력 포트들, 및 상기 입력 포트들에 입력되는 신호들을 결합한 출력 신호를 출력하는 1개의 출력부를 포함하는 전력 결합기; 및 상기 출력부에 결합되어 신호를 출력하는 출력 도파관을 포함한다. 상기 전력 결합기에 대하여, 상기 고상 전력 증폭기들이 결합된 방향과 같은 방향으로 상기 출력부 및 상기 출력 도파관의 개구부가 향하도록 배치된다.The present invention relates to a high-power microwave signal generation device for industrial use. More specifically, the present invention includes three or more solid state power amplifiers (SSPA) having the same shape, which generate the microwave signal; a power combiner including two or more input ports coupled to each of the solid-state power amplifiers, and one output unit that outputs an output signal combining signals input to the input ports; and an output waveguide coupled to the output unit to output a signal. With respect to the power combiner, the output unit and the opening of the output waveguide are arranged to face in the same direction as the direction in which the solid-state power amplifiers are coupled.
Description
본 발명은 산업용의 고출력 마이크로파 신호 생성 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 마이크로파 신호 생성 장치는, 예를 들어 음식, 플라스틱 등과 같은 특정 물품을 가열하거나 건조하는 데 이용될 수 있다.The present invention relates to a high-power microwave signal generation device for industrial use. The microwave signal generating device according to the present invention can be used, for example, to heat or dry certain items such as food, plastics, etc.
마이크로파(microwave)는 그 파장이 매우 짧고 그 특성이 빛과 유사하여 다중 통신에 유리하며 작은 출력으로도 장거리 통신이 가능하여 TV나 전화 등의 중계 회선과 레이더 등에 사용되고 있다. 또한, 마이크로파는 음식, 플라스틱 등과 같은 특정 물품을 가열하거나 건조하는 데 이용되는 등 다양한 산업적 용례를 가진다.Microwaves have a very short wavelength and their characteristics are similar to light, so they are advantageous for multiple communications. They enable long-distance communications even with small output, so they are used in relay lines such as TVs and telephones and radars. Additionally, microwaves have various industrial uses, such as being used to heat or dry certain items such as food, plastic, etc.
마이크로파의 송수신을 위한 레이더, 통신 및 위성 시스템 등은 필수적으로 안테나를 통하여 신호를 방사하고 되돌아오는 신호를 수신하게 된다. 낮은 주파수 대역에서는 안테나를 기판 형태의 패치로 제작이 가능하며, 송수신기와 동일한 기판으로 제작되기도 한다. 그러나 주파수가 높아짐에 따라 기판의 손실은 점점 증가하게 되므로 저손실 및 고출력을 위하여 도파관(waveguide)이 이용된다.Radar, communication, and satellite systems for transmitting and receiving microwaves essentially radiate signals and receive returning signals through antennas. In the low frequency band, the antenna can be manufactured as a patch in the form of a board, and it can also be manufactured on the same board as the transceiver. However, as the frequency increases, the loss of the substrate gradually increases, so a waveguide is used for low loss and high output.
마이크로파의 전송 선로로서 도파관을 이용하면 도체에 의한 저항 손실과 전파 중 전파 에너지의 손실 그리고 유전체의 손실이 적으며, 방사 손실이 없고 취급할 수 있는 전력이 큰 장점이 있다.Using a waveguide as a microwave transmission line has the advantage of low resistance loss due to the conductor, loss of radio wave energy during propagation, and low dielectric loss, no radiation loss, and large power that can be handled.
종래의 고출력 마이크로파 장비들을 예시한 도 1a 및 도 1b를 참조하면, 종래의 고출력 마이크로파 장비들은 대개 중앙집중식으로 되어 있어, 부피가 매우 큰 마그네트론 시스템 및 이를 수납하는 아이솔레이터(isolator)(110)로부터 생성된 마이크로파 신호는 여러 개의 방향성 결합기(130), 도파관(140), 결합기(150), 그리고 또 다시 도파관을 거쳐 안테나(160)에서 방사되어 두 안테나 사이에 있는 표적 위치(170)에 도달하여 음식, 플라스틱 등의 대상물을 건조하는 등의 산업적 기능을 수행하는바, 그 대상물의 지속적인 공급을 위하여 예를 들어 컨베이어 벨트(180)와 같은 운송 장비가 이용될 수 있다.Referring to FIGS. 1A and 1B illustrating conventional high-power microwave equipment, conventional high-power microwave equipment is usually centralized, generating energy from a very bulky magnetron system and an isolator 110 that houses it. The microwave signal is radiated from the antenna 160 through several directional couplers 130, the waveguide 140, the coupler 150, and again through the waveguide, and reaches the target location 170 between the two antennas to reach the target location 170, such as food or plastic. It performs industrial functions such as drying objects, and for example, transportation equipment such as a conveyor belt 180 can be used to continuously supply the objects.
이와 같이 중앙집중식 고출력 마이크로파 장비들은 수십 kW에 달하는 대전력 전원공급기(120), 마이크로파를 격리하기 위한 대전력 아이솔레이터, 대전력 분배기뿐만 아니라 전력전달을 위한 도파관, 대전력 방향성 결합기, 모드 매칭을 위한 대전력 도파관 튜너를 필요로 하였다.In this way, centralized high-power microwave equipment includes not only a high-power power supply (120) of several tens of kW, a high-power isolator for isolating microwaves, and a high-power distributor, but also a waveguide for power transmission, a high-power directional coupler, and a stand for mode matching. A power waveguide tuner was required.
본 발명은 고상 전력 증폭기(SSPA; solid-state power amplifier)를 이용하여 대전력 분배기, 전력전달용 도파관, 대전력 방향성 결합기, 대전력 아이솔레이터, 매칭용 대전력 도파관 튜너를 필요로 하지 않아 구조적으로 간단하면서도 공간 활용도를 높이는 마이크로파 신호 생성 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention uses a solid-state power amplifier (SSPA) and is structurally simple as it does not require a high-power divider, a waveguide for power transmission, a high-power directional coupler, a high-power isolator, or a high-power waveguide tuner for matching. The purpose is to provide a microwave signal generation structure that improves space utilization while improving space utilization.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.The characteristic configuration of the present invention for achieving the purpose of the present invention as described above and realizing the characteristic effects of the present invention described later is as follows.
본 발명의 일 태양에 따르면, 고출력 마이크로파 신호를 생성하는 구조체가 제공되는바, 그 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체는, 상기 마이크로파 신호를 발생하는, 동일 형상을 가진 2개 이상의 고상 전력 증폭기(SSPA; solid state power amplifier)들; 상기 고상 전력 증폭기들 각각에 결합되는 2개 이상의 입력 포트들, 및 상기 입력 포트들에 입력되는 신호들을 결합한 출력 신호를 출력하는 1개의 출력부를 포함하는 전력 결합기; 및 상기 출력부에 결합되어 신호를 출력하는 출력 도파관을 포함하고, 상기 전력 결합기에 대하여, 상기 고상 전력 증폭기들이 결합된 방향과 같은 방향으로 상기 출력부 및 상기 출력 도파관의 개구부가 향하도록 배치된다.According to one aspect of the present invention, a structure for generating a high-output microwave signal is provided, the high-output microwave signal generating structure comprising two or more solid state power amplifiers (SSPA) having the same shape, which generate the microwave signal. power amplifiers; a power combiner including two or more input ports coupled to each of the solid-state power amplifiers, and one output unit that outputs an output signal combining signals input to the input ports; and an output waveguide coupled to the output unit to output a signal, and arranged so that the openings of the output unit and the output waveguide face in the same direction as the direction in which the solid-state power amplifiers are coupled with respect to the power combiner.
유리하게는 상기 입력 포트들 각각은 상기 출력 도파관을 향하는 상기 전력 결합기의 일면 상에서 상기 각각의 축이 서로 평행하도록 형성되거나 상기 전력 결합기의 측면에 형성되고, 상기 출력부는 상기 일면 상에 형성되며, 상기 출력부가 형성된 상기 일면 상의 지점은 상기 일면 상에서 상기 입력 포트들에 의하여 둘러싸인 지점에 위치한다.Advantageously, each of the input ports is formed such that the respective axes are parallel to each other on one side of the power combiner facing the output waveguide or is formed on a side of the power combiner, and the output portion is formed on the one side, The point on the one surface where the output unit is formed is located at a point surrounded by the input ports on the one surface.
더 유리하게는 상기 입력 포트들은 전력 결합기의 일면 상에 각각의 축이 서로 평행하도록 형성되고, 상기 출력부는 상기 일면 상에 형성되며, 상기 출력부가 형성된 상기 일면 상의 지점은 상기 입력 포트들이 형성된 상기 일면 상의 지점들을 이은 폐곡선의 내부에 위치한다.More advantageously, the input ports are formed on one side of the power combiner such that their respective axes are parallel to each other, the output portion is formed on the one side, and the point on the one side where the output portion is formed is the one side where the input ports are formed. It is located inside the closed curve connecting the above points.
바람직하게는 상기 고상 전력 증폭기들 및 상기 입력 포트들은 상기 출력부의 관축에 대하여 점 대칭성 또는 회전 대칭성을 구비한 위치에 동일 형상으로 배치된다.Preferably, the solid-state power amplifiers and the input ports are arranged in the same shape at positions with point symmetry or rotational symmetry with respect to the tube axis of the output unit.
상기 고상 전력 증폭기들의 수는 2n개이고, 상기 입력 포트들의 수는 2n개일 수 있다(n은 자연수임).The number of solid-state power amplifiers may be 2n, and the number of input ports may be 2n (n is a natural number).
실시 예에 따라, 상기 출력 도파관은, 상기 출력부에 대향하는 일 측면에 개구부가 형성될 수 있고, 상기 출력부로부터 전달된 신호를 정합하도록 상기 출력부로부터 연장되는 여러 단차를 가지는 스텝 구조(step structure)의 전이부(transition)를 포함할 수 있으며, 정합된 상기 신호를 상기 개구부를 통하여 출력할 수 있다.Depending on the embodiment, the output waveguide may have an opening formed on one side opposite the output unit, and has a step structure (step structure) having several steps extending from the output unit to match the signal transmitted from the output unit. It may include a transition of the structure, and the matched signal may be output through the opening.
실시 예에 따라, 상기 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체는 상기 전력 결합기에 일체화되거나 분리되도록 구성되어 상기 전력 결합기를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.Depending on the embodiment, the high-output microwave signal generation structure may be configured to be integrated with or separate from the power coupler and may further include a control unit that controls the power coupler.
실시 예에 따라, 상기 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체는 상기 고상 전력 증폭기들 중 적어도 하나와 상기 출력 도파관 사이에 배치된 적어도 하나의 방열부를 더 포함할 수 있는바, 상기 방열부는 상기 고상 전력 증폭기들 중 적어도 하나에 열적으로 소통하도록 접촉되거나 상기 고상 전력 증폭기들 중 적어도 하나 및 상기 출력 도파관에 열적으로 소통하도록 접촉된다.Depending on the embodiment, the high-output microwave signal generation structure may further include at least one heat dissipation portion disposed between at least one of the solid-state power amplifiers and the output waveguide, wherein the heat dissipation portion is disposed between at least one of the solid-state power amplifiers. in thermal communication with one or in thermal communication with at least one of the solid-state power amplifiers and the output waveguide.
본 발명에 따르면, 대전력 전원공급기가 불필요해져 감전 사고가 방지되는 등 안전성이 제고되는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of improving safety, such as preventing electric shock accidents by eliminating the need for a high-power power supply.
또한 본 발명에 따르면, 전력 전달의 경로가 짧아져 전력 전달에 이용되던 도파관의 길이도 줄일 수 있어 앞서 언급된 대전력 전원공급기의 제거와 함께 공간 활용도가 높아지는 효과가 있다. 즉, 마이크로파 신호 생성 구조체의 부품들이 최소화하여 장비 설치에 소요되는 시간도 최소화한다.In addition, according to the present invention, the path of power transmission is shortened and the length of the waveguide used for power transmission can be reduced, which has the effect of increasing space utilization along with eliminating the previously mentioned high-power power supply. In other words, the parts of the microwave signal generating structure are minimized, minimizing the time required to install the equipment.
그리고 본 발명에 따르면 비교적 짧은 교체 주기를 가진 마그네트론(대략 1년 미만)을 10년 이상의 교체 주기를 가진 고상 전력 증폭기로 대체할 수 있어 그 운용 및 관리에 있어서도 효율성이 배가되는 효과도 있다.In addition, according to the present invention, a magnetron with a relatively short replacement cycle (approximately less than one year) can be replaced with a solid-state power amplifier with a replacement cycle of more than 10 years, which also has the effect of doubling the efficiency in its operation and management.
본 발명의 실시 예의 설명에 이용되기 위하여 첨부된 아래 도면들은 본 발명의 실시 예들 중 단지 일부일 뿐이며, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람(이하 "통상의 기술자"라 함)에게 있어서는 발명에 이르는 노력 없이 이 도면들에 기초하여 다른 도면들이 얻어질 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 예시적으로 종래의 고출력 마이크로파 장비들을 상이한 각도에서 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체의 예시적 사시도이다.
도 3은 도 2에 나타난 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체의 정면도이다.
도 4는 도 2에 나타난 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체의 배면도이다.
도 5는 도 2에 나타난 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체의 평면도이다.
도 6은 도 2에 나타난 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체의 우측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체에 일체화된 전력 결합기 및 도파관의 내부 구조를 투시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체에 방열부가 포함된 경우를 도시한 예시적 사시도이다.The following drawings attached for use in explaining embodiments of the present invention are only some of the embodiments of the present invention, and are of interest to a person skilled in the art (hereinafter referred to as a "person skilled in the art") in the technical field to which the present invention pertains. Other drawings may be obtained based on these drawings without inventive effort.
1A and 1B are diagrams illustrating conventional high-power microwave equipment from different angles.
Figure 2 is an exemplary perspective view of a high-power microwave signal generation structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a front view of the high-power microwave signal generating structure shown in FIG. 2.
FIG. 4 is a rear view of the high-power microwave signal generating structure shown in FIG. 2.
FIG. 5 is a plan view of the high-power microwave signal generating structure shown in FIG. 2.
FIG. 6 is a right side view of the high-power microwave signal generation structure shown in FIG. 2.
Figure 7 is a perspective view of the internal structure of the power coupler and waveguide integrated into the high-output microwave signal generation structure according to an embodiment of the present invention.
Figure 8 is an exemplary perspective view showing a case where a heat dissipation part is included in a high-output microwave signal generating structure according to an embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명의 목적들, 기술적 해법들 및 장점들을 분명하게 하기 위하여 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 예는 통상의 기술자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.The detailed description of the present invention described below refers to the accompanying drawings, which show by way of example specific embodiments in which the present invention may be practiced to make clear the objectives, technical solutions and advantages of the present invention. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention.
본 발명의 상세한 설명 및 청구항들에 걸쳐, '포함하다'라는 단어 및 그 변형은 다른 기술적 특징들, 부가물들, 구성요소들 또는 단계들을 제외하는 것으로 의도된 것이 아니다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결'되어 있다 거나 '접속'되어 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결'되어 있다 거나 '직접 접속'되어 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 '~ 사이에'와 '바로 ~ 사이에' 또는 '~에 이웃하는'과 '~에 직접 이웃하는' 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.Throughout the description and claims of the present invention, the word 'comprise' and its variations are not intended to exclude other technical features, attachments, components or steps. When a component is said to be 'connected' or 'connected' to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is 'directly connected' or 'directly connected' to another component, it should be understood that there are no other components in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as 'between' and 'immediately between' or 'neighboring' and 'directly neighboring to', should be interpreted similarly.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component, for example, without departing from the scope according to the concept of the present invention, a first component may be named a second component and similarly a second component. The component may also be named a first component.
통상의 기술자에게 본 발명의 다른 목적들, 장점들 및 특성들이 일부는 본 설명서로부터, 그리고 일부는 본 발명의 실시로부터 드러날 것이다. 아래의 예시 및 도면은 실례로서 제공되며, 본 발명을 한정하는 것으로 의도된 것이 아니다. 더욱이 본 발명은 본 명세서에 표시된 실시 예들의 모든 가능한 조합들을 망라한다. 본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다. Other objects, advantages and features of the invention will appear to those skilled in the art, partly from this description and partly from practice of the invention. The examples and drawings below are provided by way of example and are not intended to limit the invention. Moreover, the present invention encompasses all possible combinations of the embodiments presented herein. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different from one another but are not necessarily mutually exclusive. For example, specific shapes, structures and characteristics described herein with respect to one embodiment may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention. Additionally, it should be understood that the location or arrangement of individual components within each disclosed embodiment may be changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Accordingly, the detailed description that follows is not intended to be taken in a limiting sense, and the scope of the invention is limited only by the appended claims, together with all equivalents to what those claims assert, if properly described. Similar reference numbers in the drawings refer to identical or similar functions across various aspects.
본 명세서에서 달리 표시되거나 분명히 문맥에 모순되지 않는 한, 단수로 지칭된 항목은, 그 문맥에서 달리 요구되지 않는 한, 복수의 것을 아우른다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In this specification, unless otherwise indicated or clearly contradictory to the context, items referred to in the singular include plural unless the context otherwise requires. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
이하, 통상의 기술자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, in order to enable those skilled in the art to easily practice the present invention, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체의 예시적 사시도이다. 도 3, 도 4, 도 5 및 도 6은 각각 그 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체의 정면도, 배면도, 평면도 및 우측면도이다. 저면도와 좌측면도는 각각 평면도와 우측면도에 대한 대칭성을 가지므로 그 도시를 생략하였다.Figure 2 is an exemplary perspective view of a high-power microwave signal generating structure according to an embodiment of the present invention. 3, 4, 5, and 6 are a front view, a back view, a top view, and a right side view of the high-output microwave signal generating structure, respectively. The bottom view and left side view are omitted because they have symmetry with respect to the top view and right side view, respectively.
도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체는 상기 마이크로파 신호를 발생하는, 동일 형상을 가진 2개 이상의 고상 전력 증폭기(SSPA; solid state power amplifier; 200)들을 포함한다.2 to 6, the high-output microwave signal generating structure of the present invention includes two or more solid state power amplifiers (SSPA) 200 having the same shape and generating the microwave signal.
또한, 본 발명의 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체는 고상 전력 증폭기들(200) 각각에 결합되는 2개 이상의 입력 포트들(320), 및 입력 포트들(320)에 입력되는 신호들을 결합한 출력 신호를 출력하는 1개의 출력부(340)를 포함하는 전력 결합기(300)를 더 포함한다.In addition, the high-output microwave signal generation structure of the present invention has two or more input ports 320 coupled to each of the solid-state power amplifiers 200, and outputs an output signal combining signals input to the input ports 320. It further includes a power combiner 300 including one output unit 340.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체에 일체화된 전력 결합기(300) 및 도파관(400)의 내부 구조를 투시한 도면이다.Figure 7 is a perspective view of the internal structure of the power coupler 300 and the waveguide 400 integrated into the high-output microwave signal generation structure according to an embodiment of the present invention.
일 실시 예에서, 입력 포트들(320)은 전력 결합기(300)의 일면 상에 각각의 축이 서로 평행하도록 형성되고, 출력부(340)는 상기 일면 상에 형성되며, 출력부(340)가 형성된 상기 일면 상의 지점은 상기 일면 상에서 상기 입력 포트들(320)에 의하여 둘러싸인 지점에 위치한다. 구체적으로, 상기 입력 포트들(320)이 형성된 상기 일면 상의 지점들을 이은 폐곡선의 내부에 위치할 수 있다.In one embodiment, the input ports 320 are formed on one side of the power combiner 300 so that their respective axes are parallel to each other, and the output portion 340 is formed on the one side, and the output portion 340 The formed point on the one surface is located at a point surrounded by the input ports 320 on the one surface. Specifically, the input ports 320 may be located inside a closed curve connecting points on the surface.
대안으로서, 도 2에 예시된 바와 같이, 입력 포트들(320')은 전력 결합기(300)의 측면에 형성될 수도 있다. 이 경우, 고상 전력 증폭기들(200)은 직각 N 커넥터(right angle n type connector)와 같은 각진 커넥터(angle connector)를 이용하여 입력 포트들(320')을 통하여 전력 결합기(300)와 연결될 수 있다. 따라서 측면에 형성된 입력 포트들(320')에 연결된 고상 전력 증폭기들(200)도 출력 도파관(400)의 개구부(410)가 향하는 방향과 나란하게 배치될 수 있다.Alternatively, as illustrated in FIG. 2, input ports 320' may be formed on a side of power combiner 300. In this case, the solid-state power amplifiers 200 may be connected to the power combiner 300 through the input ports 320' using an angle connector such as a right angle n type connector. . Accordingly, the solid-state power amplifiers 200 connected to the input ports 320' formed on the side may also be arranged parallel to the direction in which the opening 410 of the output waveguide 400 faces.
구체적으로, 고상 전력 증폭기들(200) 및 상기 입력 포트들(320)은, 상기 출력부(340)의 관축으로서 상기 일면의 법선에 평행한 축에 대하여 점 대칭성 또는 회전 대칭성을 구비한 위치에 동일 형상으로 배치될 수 있다. 그 예시는 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같은바, 상기 고상 전력 증폭기들의 수는 2n개, 상기 입력 포트들의 수는 2n개일 수 있다(n은 자연수임).Specifically, the solid-state power amplifiers 200 and the input ports 320 are at the same position with point symmetry or rotational symmetry with respect to an axis parallel to the normal line of the one surface as the tube axis of the output unit 340. It can be arranged in a shape. For example, as shown in FIGS. 2 to 6, the number of solid-state power amplifiers may be 2n and the number of input ports may be 2n (n is a natural number).
도 7에 나타난 실시 예에서는, 고상 전력 증폭기들(200)뿐만 아니라 이에 대응되는 입력 포트들(320)의 개수가 4개이므로 전력 결합기(300)는 4 웨이 방사형 결합기(4-way radial combiner)라고 지칭할 수 있다. 이 형태의 전력 결합기(300)는 T자 형 구조를 가지는 2 웨이 전력 결합기에 대비할 때 그 격리도가 2배 이상 향상되는 장점이 있다. 본 개시서에 따라 4 웨이 방사형 결합기로 구성된 전력 결합기(300)는 일반적으로 약 6dB의 격리도를 가질 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 7, the number of solid-state power amplifiers 200 as well as the corresponding input ports 320 is four, so the power combiner 300 is called a 4-way radial combiner. It can be referred to. This type of power combiner 300 has the advantage of improving its isolation by more than two times compared to a 2-way power combiner having a T-shaped structure. Power combiner 300 configured as a 4-way radial coupler according to the present disclosure may typically have an isolation degree of about 6 dB.
고상 전력 증폭기들(200)과 전력 결합기의 입력 포트들(320) 간의 결합에는 RF 커넥터(radio frequency connector)가 이용될 수 있다. 예를 들어, N 커넥터가 이용될 수 있다. 고상 전력 증폭기들(200) 각각과 입력 포트들(320) 각각이 RF 커넥터의 암수 조합을 통하여 서로 직접 체결될 수도 있고, 케이블로 매개하여 서로 연결될 수도 있다.An RF connector (radio frequency connector) may be used for coupling between the solid-state power amplifiers 200 and the input ports 320 of the power combiner. For example, an N connector may be used. Each of the solid-state power amplifiers 200 and each of the input ports 320 may be directly coupled to each other through a combination of male and female RF connectors, or may be connected to each other through a cable.
그리고 본 발명의 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체는 출력부(340)에 결합되어 신호를 출력하는 출력 도파관(400)을 더 포함하는바, 전술된 구성요소들은, 전력 결합기(300)에 대하여, 고상 전력 증폭기들(200)이 결합된 방향과 동일한 방향으로 상기 출력부(340) 및 상기 출력 도파관(400)의 개구부(410)가 향하도록 배치된다.And the high-output microwave signal generation structure of the present invention further includes an output waveguide 400 coupled to the output unit 340 to output a signal. The above-described components include a solid-state power amplifier for the power combiner 300. The output unit 340 and the opening 410 of the output waveguide 400 are arranged to face in the same direction as the direction in which the fields 200 are combined.
도 7을 참조하면, 출력 도파관(400)에는 출력부(340)에 대향하는 일 측면, 즉 반대쪽에 개구부(410)가 형성될 수 있고, 출력부(340)로부터 전달된 신호를 정합하도록 출력부(340)로부터 연장되는 여러 단차를 가지는 스텝 구조(step structure)로 된 전이부(transition; 420)를 포함할 수 있으며, 정합된 상기 신호를 개구부(410)를 통하여 출력할 수 있다.Referring to FIG. 7, the output waveguide 400 may have an opening 410 formed on one side opposite the output unit 340, that is, on the opposite side, and the output unit 400 may be formed to match the signal transmitted from the output unit 340. It may include a transition 420 with a step structure having several steps extending from 340, and the matched signal can be output through the opening 410.
고상 전력 증폭기(200) 및 이에 연결된 입력 포트(320)로부터 연장되는 선로의 내부 도체, 출력부(340)와 도파관(400) 간의 전기적 접촉은 정확하게 구현되어야 하는데, 그 구현성 문제 및 이로 인한 정밀한 가공의 필요성으로 인하여 고비용의 문제점이 생긴다. 따라서 마이크로파 대역에서 출력부의 선로(340)와 도파관 간의 전이 구조가 필요하게 되었다.The internal conductor of the line extending from the solid-state power amplifier 200 and the input port 320 connected thereto, the electrical contact between the output unit 340 and the waveguide 400 must be accurately implemented, but there are problems in its implementation and precise processing due to this. The problem of high costs arises due to the need for . Therefore, a transition structure between the line 340 of the output unit and the waveguide in the microwave band is needed.
본 개시서에 따른 전이부(420)는 그러한 전이 구조로서, 서로 다른 종류의 진행파를 모드 변환하는바, 도파관(400)의 임피던스와 출력부(340)의 임피던스를 정합(match)하는 역할을 수행한다. 전이부(420)의 주된 목적은 서로 다른 임피던스를 가지는 두 구조물, 즉, 전력 결합기(300)의 출력부(340)와 도파관(400)의 임피던스를 정합하여 낮은 손실로 신호를 전달해주는 것이다. 그렇기 때문에 임피던스의 차이는 전이부(420)의 설계에 반영된다. 전이부(420)는 엔드론치(end launch) 전이부에 해당하며, 본 발명에서와 같이 엔드론치로서 직각 구조를 채용하는 경우에는 도파관(400)의 신호 출력의 방향이 90도만큼 꺾이므로 구성이 더 복잡해진다. 이와 같은 엔드론치 전이부에 있어서 광대역 특성을 구현하기 위하여 여러 단차를 가진 구조, 즉, 스텝 구조의 임피던스 전송선로를 가지는 것이 바람직하다.The transition unit 420 according to the present disclosure is such a transition structure, converts different types of traveling waves into modes, and plays the role of matching the impedance of the waveguide 400 and the impedance of the output unit 340. do. The main purpose of the transition unit 420 is to match the impedances of two structures with different impedances, that is, the output unit 340 of the power combiner 300 and the waveguide 400, to transmit signals with low loss. Therefore, the difference in impedance is reflected in the design of the transition unit 420. The transition portion 420 corresponds to an end launch transition portion, and when a right-angled structure is adopted as an end launch as in the present invention, the direction of the signal output of the waveguide 400 is bent by 90 degrees, so the configuration is It gets more complicated. In order to implement broadband characteristics in such an end launch transition unit, it is desirable to have an impedance transmission line with several steps, that is, a step structure.
한편, 개구부(410)는 도파관(400)이 안테나의 역할을 수행할 수 있도록 원기둥, 각기둥, 원뿔, 각뿔, 원뿔대, 각뿔대 및 이들을 사영 변환한 형태로 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 개구부(410)는 소정의 길이로 연장된 림(rim)과 같이 부가적인 구조를 가질 수도 있다.Meanwhile, the opening 410 may be formed in the form of a cylinder, prism, cone, pyramid, truncated cone, truncated pyramid, or a projective transformation thereof so that the waveguide 400 can function as an antenna, but is not limited thereto. The opening 410 may have an additional structure, such as a rim extending to a predetermined length.
다음으로, 본 발명의 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체는 실시 예에 따라 전력 결합기(200)에 일체화되거나, 분리되어 전기적으로 연결되도록 구성되어 전력 결합기(200)를 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.Next, the high-output microwave signal generation structure of the present invention may be integrated with the power coupler 200, or be separated and electrically connected, depending on the embodiment, and may further include a control unit (not shown) that controls the power coupler 200. You can.
상기 제어부는 원하는 대역의 주파수 신호를 고상 전력 증폭기(200)로 하여금 발생하도록 제어하는 기능을 한다. 예를 들어, 원하는 대역의 주파수는 900Mhz 내지 930Mhz일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 종래의 대형 마그네트론을 본 발명에 따라 고상 전력 증폭기(200)로 대체하면 편리한 사용자 인터페이스(예컨대, 그래픽 사용자 인터페이스)를 통하여 주파수를 용이하게 변경할 수 있는 장점이 있다. 또한 상기 제어부는 고상 전력 증폭기(200)가 발생하는 신호의 모드를 제어할 수도 있는데, 예를 들어, 연속파(CW) 모드뿐만 아니라 펄스 듀티(pulse duty)가 1%에 달하는 펄스 폭 모드에 이르는 제어도 가능하다. 그리고 고상 전력 증폭기(200)가 여러 개이므로 발생하는 신호들의 위상을 제어하여 최고 효율을 낼 수 있도록 상기 제어부는 위상 천이기(phase shifter)를 포함할 수도 있다. 상기 제어부는 그 내부에 디지털 감쇠기(digital attenuator)를 포함함으로써 고상 전력 증폭기(200)에 대해 원하는 출력을 얻을 수 있도록 제어하는 역할도 수행할 수 있다.The control unit functions to control the solid-state power amplifier 200 to generate a frequency signal in a desired band. For example, the frequency of the desired band may be 900Mhz to 930Mhz, but is not limited thereto. Replacing the conventional large magnetron with the solid-state power amplifier 200 according to the present invention has the advantage of easily changing the frequency through a convenient user interface (eg, graphical user interface). In addition, the control unit may control the mode of the signal generated by the solid-state power amplifier 200, for example, not only the continuous wave (CW) mode but also the pulse width mode with a pulse duty of up to 1%. It is also possible. In addition, since there are multiple solid-state power amplifiers 200, the control unit may include a phase shifter to control the phases of the generated signals to achieve the highest efficiency. The control unit may also serve to control the solid-state power amplifier 200 to obtain a desired output by including a digital attenuator therein.
제어부는 본 발명에 따른 마이크로파 신호 생성 구조체의 전원 온오프 기능뿐만 아니라 과온도 차단, 과출력 셧다운 등의 보호 기능을 수행할 수도 있는바, 이와 같은 제어부의 기능들은 마그네트론을 고상 전력 증폭기로 대체함으로써 취할 수 있는 장점이다.The control unit may perform not only the power on/off function of the microwave signal generation structure according to the present invention, but also protection functions such as over-temperature blocking and over-output shutdown. These functions of the control unit can be achieved by replacing the magnetron with a solid-state power amplifier. This is an advantage.
전력 공급에 있어서 고상 전력 증폭기들(200)에는 제어부(미도시)로부터 전력이 공급될 수도 있고, 외부의 전력 공급 장치(미도시)로부터 전력이 공급될 수도 있다.In power supply, power may be supplied to the solid-state power amplifiers 200 from a control unit (not shown) or from an external power supply device (not shown).
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체에 방열부가 포함된 경우를 도시한 예시적 사시도이다.Figure 8 is an exemplary perspective view showing a case where a heat dissipation part is included in a high-output microwave signal generating structure according to an embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체는 고상 전력 증폭기들(200)과 출력 도파관(400) 사이에 배치된 적어도 하나의 방열부(500)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the high-output microwave signal generation structure according to the present invention may further include at least one heat dissipation unit 500 disposed between the solid-state power amplifiers 200 and the output waveguide 400.
방열부(500)는 고상 전력 증폭기들(200) 중 적어도 하나에 열적으로 소통하도록 접촉되거나 고상 전력 증폭기들(200) 중 적어도 하나 및 출력 도파관(400)에 열적으로 소통하도록 접촉된다. 이는 고상 전력 증폭기(200)와 출력 도파관(400)에서 발생하는 열을 냉각하기 위함인데, 방열부(500)는 예를 들어 수냉식으로 작동될 수 있다.The heat dissipation unit 500 is in thermal communication with at least one of the solid-state power amplifiers 200 or in thermal communication with at least one of the solid-state power amplifiers 200 and the output waveguide 400. This is to cool the heat generated from the solid-state power amplifier 200 and the output waveguide 400, and the heat dissipation unit 500 may be operated in a water-cooled manner, for example.
방열부(500)는 그 일면에서 도파관(400)과 일체로 형성될 수 있다.The heat dissipation unit 500 may be formed integrally with the waveguide 400 on one surface thereof.
이상, 본 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 기재된 모든 실시 예들에 걸쳐, 대전력 전원공급기가 불필요해져 감전 사고가 방지되는 등 안전성이 제고되고, 전력 전달의 경로가 짧아져 전력 전달에 이용되던 도파관의 길이를 줄이면서 종래 기술에 따른 다수의 연결 구조물을 제거함으로써 공간 활용도가 높아지는 장점이 있으며, 마이크로파 신호 생성 구조체의 부품들이 최소화하여 장비 설치에 소요되는 시간도 최소화하는 한편, 비교적 짧은 교체 주기를 가진 마그네트론(대략 1년 미만)을 10년 이상의 교체 주기를 가진 고상 전력 증폭기로 대체하여 그 운용 및 관리에 있어서도 효율성이 배가되는 효과도 있다.Above, throughout all the embodiments described in the detailed description, claims, and drawings of the present invention, safety is improved, such as preventing electric shock accidents by eliminating the need for a high-power power supply, and the power transmission path is shortened, eliminating the need for a high-power power supply to be used for power transmission. By reducing the length of the waveguide and eliminating a number of connection structures according to the prior art, there is an advantage of increasing space utilization. By minimizing the parts of the microwave signal generation structure, the time required to install the equipment is also minimized, and a relatively short replacement cycle is achieved. There is also the effect of doubling the efficiency in operation and management by replacing the magnetron (approximately less than a year old) with a solid-state power amplifier with a replacement cycle of more than 10 years.
본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 사람이라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.Although the present invention has been described with specific details such as specific components and limited embodiments and drawings, these are provided only to facilitate a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. Anyone with ordinary knowledge in this technical field can make various modifications and transformations from this description.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 실용신안등록청구범위뿐만 아니라 이 실용신안등록청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, and the scope of the utility model registration claims described later as well as any modifications equivalent to or equivalent to the scope of the utility model registration claims are within the spirit of the present invention. It would be said to fall into the category of.
110: 마그네트론 및 아이솔레이터 120: 전력 공급 장치(PSU)
130: 방향성 결합기 140: 도파관
150: 결합기 160: 안테나
170: 표적 위치 180: 컨베이어 벨트
200: 고상 전력 증폭기 300: 전력 결합기
320, 320': 입력 포트 340: 출력부
400: 출력 도파관 410: 개구부
420: 전이부 500: 방열부110: Magnetron and isolator 120: Power supply unit (PSU)
130: Directional coupler 140: Waveguide
150: Combiner 160: Antenna
170: target position 180: conveyor belt
200: solid-state power amplifier 300: power combiner
320, 320': input port 340: output unit
400: output waveguide 410: opening
420: transition part 500: heat dissipation part
Claims (6)
상기 마이크로파 신호를 발생하는, 동일 형상을 가진 2개 이상의 고상 전력 증폭기(SSPA; solid state power amplifier)들;
상기 고상 전력 증폭기들 각각에 결합되는 2개 이상의 입력 포트들, 및 상기 입력 포트들에 입력되는 신호들을 결합한 출력 신호를 출력하는 1개의 출력부를 포함하는 전력 결합기;
상기 출력부에 결합되어 신호를 출력하는 출력 도파관; 및
상기 전력 결합기에 일체화되거나 분리되도록 구성되어 상기 전력 결합기를 제어하는 제어부
를 포함하되,
상기 전력 결합기에 대하여, 상기 고상 전력 증폭기들이 결합된 방향과 같은 방향으로 상기 출력부 및 상기 출력 도파관의 개구부가 향하도록 배치되며,
상기 입력 포트들 각각은 상기 출력 도파관을 향하는 상기 전력 결합기의 일면 상에서 상기 각각의 축이 서로 평행하도록 형성되거나 상기 전력 결합기의 측면에 형성되고, 상기 출력부는 상기 일면 상에 형성되며, 상기 출력부가 형성된 상기 일면 상의 지점은 상기 일면 상에서 상기 입력 포트들에 의하여 둘러싸인 지점에 위치하고,
상기 2개 이상의 고상 전력 증폭기들의 길이 방향이 서로 평행하도록 상기 고상 전력 증폭기들이 각진 커넥터를 이용하여 상기 입력 포트들에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는, 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체.A structure that generates a high-power microwave signal,
Two or more solid state power amplifiers (SSPA) having the same shape that generate the microwave signal;
a power combiner including two or more input ports coupled to each of the solid-state power amplifiers, and one output unit outputting an output signal combining signals input to the input ports;
An output waveguide coupled to the output unit to output a signal; and
A control unit configured to be integrated with or separated from the power combiner to control the power combiner
Including,
With respect to the power combiner, the output unit and the opening of the output waveguide are arranged to face in the same direction as the direction in which the solid-state power amplifiers are combined,
Each of the input ports is formed so that the respective axes are parallel to each other on one side of the power combiner facing the output waveguide or is formed on a side of the power combiner, the output portion is formed on the one side, and the output portion is formed The point on the one side is located at a point surrounded by the input ports on the one side,
A high-output microwave signal generation structure, characterized in that the solid-state power amplifiers are respectively connected to the input ports using angled connectors so that the longitudinal directions of the two or more solid-state power amplifiers are parallel to each other.
상기 고상 전력 증폭기들 및 상기 입력 포트들은 상기 출력부의 관축에 대하여 점 대칭성 또는 회전 대칭성을 구비한 위치에 동일 형상으로 배치되는, 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체.According to paragraph 1,
The solid-state power amplifiers and the input ports are arranged in the same shape at positions with point symmetry or rotational symmetry with respect to the tube axis of the output unit.
상기 고상 전력 증폭기들의 수는 2n개(n은 자연수)이고, 상기 입력 포트들의 수는 2n개인, 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체.According to paragraph 2,
A high-output microwave signal generation structure wherein the number of solid-state power amplifiers is 2n (n is a natural number), and the number of input ports is 2n.
상기 출력 도파관은,
상기 출력부에 대향하는 일 측면에 개구부가 형성되고,
상기 출력부로부터 전달된 신호를 정합하도록 상기 출력부로부터 연장되는 여러 단차를 가지는 스텝 구조(step structure)의 전이부(transition)를 포함하며,
정합된 상기 신호를 상기 개구부를 통하여 출력하는, 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체.According to paragraph 1,
The output waveguide is,
An opening is formed on one side opposite the output unit,
It includes a transition of a step structure having several steps extending from the output unit to match the signal transmitted from the output unit,
A high-output microwave signal generating structure that outputs the matched signal through the opening.
상기 제어부는 상기 고상 전력 증폭기들로 하여금 원하는 대역의 주파수, 출력 및 위상을 가진 신호를 발생하도록 제어하는, 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체.According to paragraph 1,
A high-output microwave signal generation structure wherein the control unit controls the solid-state power amplifiers to generate signals with a frequency, output, and phase of a desired band.
상기 고상 전력 증폭기들 중 적어도 하나와 상기 출력 도파관 사이에 배치된 적어도 하나의 방열부를 더 포함하고,
상기 방열부는 상기 고상 전력 증폭기들 중 적어도 하나에 열적으로 소통하도록 접촉되거나 상기 고상 전력 증폭기들 중 적어도 하나 및 상기 출력 도파관에 열적으로 소통하도록 접촉된, 고출력 마이크로파 신호 생성 구조체.According to paragraph 1,
Further comprising at least one heat dissipation portion disposed between at least one of the solid-state power amplifiers and the output waveguide,
The heat dissipation portion is in thermal communication with at least one of the solid-state power amplifiers, or is in thermal communication with at least one of the solid-state power amplifiers and the output waveguide.
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |