KR19980042923A - 아이솔레이터 - Google Patents

Abstract

입력 포트에 접속된 중심도체 및 출력 포트에 접속된 중심도체에 의해 형성된 교차각도는 120°보다 크게 설정되고, 바람직하게는 130~150°이며, 예를 들어, 140°이다. 바람직하게는, 종단 포트(terminating port)에 접속된 중심도체는 상술한 교차각도를 이등분하며, 예를 들어, 110°이거나 또는 70°로 설정될 수 있다. 종단 포트에 접속된 종단 저항체의 저항치는 200~500Ω으로 설정되며, 예를 들어, 300Ω이다.

Description

아이솔레이터

본 발명은 휴대전화 등의 휴대용 이동통신기기에 사용되는 아이솔레이터에 관한 것이다.

아이솔레이터는, 감쇠량이 신호의 운송방향으로는 극히 작으며, 역방향으로는 극히 큰 특성을 갖는다. 이들은 휴대전화 등의 기기의 송수신 회로부 등에 채용된다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 이런 아이솔레이터에서는, 3 체의 중심도체 30이 전기적으로 절연 상태에서 나타내는 각도에서 서로 교차하도록 배치된다. 한쪽 말단에서, 각각의 중심도체 30은 포트 P1, 포트 P2 또는 포트 P3에 접속된다. 각각의 포트는 정합용 커패시터 C에 접속되며, 이것의 다른쪽 말단은 접지에 접속된다. 페라이트체 31은 중심도체 30의 교차부분에 인접하며, 직류 자장이 교차부분에 인가된다. 종단 저항체가 포트 중의 하나, 이런 경우에는 포트 P3에 접속되도록 형성된다.

아이솔레이터에서, 어느 2 체의 중심도체 30에 의해 형성된 각도가 설계에서 120°(실제 가공공차는 ± 1°)으로 설정되며, 종단 포트 P3에 접속된 종단 저항체의 저항치는 50Ω으로 설정된다.

소형이면서 긴 연속통화시간을 얻기 위해서, 낮은 소비전력을 갖는 휴대용 전화에 대한 강한 요구가 있다. 또한, 아이솔레이터의 삽입손실을 감소시키는 것(낮은 레벨로)에 대한 강한 요구가 있어왔다.

종래의 아이솔레이터는 비선형 전력 증폭기를 사용하는 아날로그(analog) 휴대전화용으로 설계되었으며, 양호한 아이솔레이션(역방향으로의 고감쇠)이 요구되었다. 아이솔레이션은 10~15 ㏈이 필요하며, 그의 삽입손실은 약 0.5 ㏈이다. 그러므로, 가장 적절한 아이솔레이션 특성을 얻기 위해서, 3 체의 중심각도가 종래의 아이솔레이터에서 120°의 교차각도로 배치된다. 그러나, 교차각도의 이런 설정은 삽입 손실 감소의 관점에서는 큰 부담이 된다.

디지털 휴대전화에서는, 직선 전력 증폭기(linear power amplifier)가 사용된다. 외부의 신호에 의해 야기되는 상호조외(intermodulation distortion)가 발생하지 않을 수 있기 때문에, 아이솔레이션이 종래의 아이솔레이터에 비하여 작지만, 저소비전력을 얻기 위해, 작은 삽입손실을 갖는 아이솔레이터로 충분하다.

따라서, 본 발명은 감소된 삽입손실을 갖는 아이솔레이터를 제공한다.

도 1은 첫 번째 구현예에 따른 아이솔레이터를 나타내는 개략 사시도이다.

도 2는 첫 번째 구현예에 따른 아이솔레이터의 중심도체의 교차각도를 나타내는 평면도이다.

도 3은 첫 번째 구현예에 따른 아이솔레이터와 종래의 아이솔레이터의 삽입 손실의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.

도 4는 첫 번째 구현예에 따른 아이솔레이터와 종래의 아이솔레이터의 아이솔레이션의 주파수 특성을 나타내는 도면이다.

도 5는 두 번째 구현예에 따른 아이솔레이터의 중심도체의 교차각도를 나타내는 평면도이다.

도 6은 종래의 아이솔레이터를 나타내는 평면도이다.

(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)

2~4: 중심도체

5: 페라이트체(자성체)

P1: 입력 포트

P2: 출력 포트

P3: 종단 포트

C1~C3: 정합용 용량

R: 종단 저항체

θ1~θ3: 교차각도

이것은 본 발명의 구현예에 따라서 달성되며, 본 발명의 아이솔레이터는, 자성체(magnetic substance) 위에 3 체의 중심도체가 전기적으로 절연상태에서 소정의 각도로 서로 교차하도록 배치되며; 직류 자장(DC magnetic field)이 교차부분에 인가되며; 각각의 중심도체의 한쪽 말단이 대응하는 포트에 접속되며, 다른쪽 말단이 접지에 접속되며; 정합용 용량이 각각의 포트와 접지간에 접속되며; 종단 저항체가 하나의 포트에 접속되며,

입력 포트에 접속된 중심 도체 및 출력 포트에 접속된 중심도체에 의해 형성된 교차각도가 130°~150°로 설정되고, 종단 포트에 접속된 중심도체와 상기한 2 체의 중심도체에 의해 형성된 교차각도는 동일한 값으로 설정되며, 종단 포트에 접속된 종단 저항체의 저항치가 200Ω~500Ω으로 설정됨을 특징으로 한다.

이 아이솔레이터에서는, 2 체의 중심도체들에 의해 형성된 교차각도가 직류 바이어스 자장에 의해 야기된 고주파수 자장의 회전각도에 따라서 설정된다. 그러므로, 2 체의 중심도체에 의해 형성된 교차각도가 증가됨에 따라서, 아이솔레이션 특성은 저하하지만 삽입손실은 감소된다.

바꾸어 말하면, 상기한 구조에 따라서, 입력 포트에 접속된 중심도체 및 출력 포트에 접속된 중심도체에 의해 형성된 교차각도는 120°보다 크게 설정되며, 신호의 운송방향의 감쇠량, 즉, 삽입손실은 대폭으로 감소된다.

이 경우, 종단 포트에 접속된 중심도체가 상기한 2 체의 중심도체에 의해 형성된 교차각도를 이등분하도록 배치되는 경우, 삽입손실과 아이솔레이션이 최적이 된다. 입출력 포트에 접속된 2 체의 중심도체에 의해 형성된 교차각도에 따르면, 최량의 아이솔레이션이 얻어지도록, 종단 저항체의 저항치는 200Ω~500Ω의 큰 값으로 설정된다.

입출력 포트에 접속된 2 체의 중심도체에 의해 형성된 교차각도가 130°미만으로 설정되는 경우, 삽입손실이 약간만 향상된다. 교차각도가 150°초과(more than)로 설정되는 경우, 임의의 아이솔레이션이 얻어지지 않는다. 게다가, 2 체의 중심도체의 접지부들은 자성체의 외주에서 중복할 수 있다. 그러므로, 입출력 포트에 접속된 2 체의 중심도체에 의해 형성된 교차각도는 130°~150°의 범위로 설정된다.

종단 포트에 접속된 중심도체의 포트측은 자성체의 양측중 한측, 즉, 다른 중심도체들에 근접측 또는 대향측으로 도출될 수 있다.

본 발명의 구현예는 첨부한 도면들을 참조하여 하기에 설명된다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 첫 번째 구현예에 따른 아이솔레이터를 나타내는 도면이다. 도 1은 아이솔레이터의 개략 사시도이다. 도 2는 3 체의 중심도체의 교차각도를 나타내는 평면도이다.

본 발명에 따른 아이솔레이터는, 3 체의 중심도체 2, 3 및 4가 전기적으로 절연상태에서 서로 교차하도록 배치된 채로 형성된다. 페라이트체 5의 한쪽 주면이 중심도체 2, 3 및 4의 교차부분에 인접하며, 직류 바이어스 자장 Hex가 (도시하지 않은)영구자석(permanent magnet)에 의해 교차부분에 인가된다. 중심도체 2, 3 및 4와, 페라이트체 5, 및 영구자석은, 자기 폐회로(closed magnetic circuit; 도시하지 않았음)를 구성하는 자성체 요크(yoke)에 수용된다.

각각의 중심도체 2, 3, 및 4의 한쪽 말단은 접지에 접속되며, 다른쪽 말단, 2a, 3a, 또는 4a는 각각 입력 포트 P1과, 출력 포트 P2, 또는 종단 포트 P3에 접속된다. 정합용 용량 C1, C2, 및 C3은 포트 P1, P2 및 P3에 병렬로 접속되며, 종단 저항체 R은 종단 포트 P3에 병렬로 접속된다.

특히, 3 체의 중심도체 2, 3, 및 4는 박막의 금속판으로 구성되며, 이들의 접지부는 원판상의 페라이트체 5의 저면에 인접한다. 중심도체 2, 3 및 4의 주요부는, 페라이트체 5의 상면에 배치된 절연 시트(도시하지 않았음) 위로 접힌다. 중심도체 2, 3 및 4의 첨단(tips)은 페라이트체 5의 외주로부터 외부로 향하여 돌출하며, 포트 P1, P2, 및 P3로서 작용한다. 중심도체의 주요부는, 삽입 손실을 저감시키기 위하여, 두 개의 분리된 좁은 스트립(strip)으로 성형된 부분으로 구성된다.

입력 포트 P1에 접속된 중심도체 2와, 출력 포트 P2에 접속된 중심도체 3에 의해 형성된 교차각도 θ1은 140°로 설정된다. 종단 포트 P3에 접속된 중심도체 4와 상술한 두 개의 중심도체 2, 3에 의해 형성된 교차각도 θ2, θ3은 모두 110°로 설정된다. 종단 포트 P3에 접속된 종단 저항체 R의 저항치는 300Ω으로 설정된다.

본 발명에서와 같이, 두 개의 중심도체에 의해 형성된 각도가 120°보다 크게 설정되는 경우, 종래의 아이솔레이터에서 보다 더 높은 직류 바이어스 자장 Hex가 일반적으로 인가된다. 바꾸어 말하면, 페라이트체의 자성체 손실을 저감시키기 위해, 페라이트체 5에 인가된 직류 바이어스 자장 Hex는 교차각도에 따라 적절하게 설정된다.

본 구현예에서는, 입력과 출력 포트에 대응하는 두 개의 중심도체 2와 3 간에 형성된 교차각도 θ1이 종래의 각도인 120°보다 더 큰 140°로 설정되기 때문에, 입력 포트 P1에서 출력 포트 P2까지 전달된 신호의 감쇠, 즉, 삽입손실은 대폭으로 감소된다. 종단 포트 P3에 대응하는 중심도체 4는 상기한 두 개의 중심도체 2와 3 간에 형성된 교차각도를 이등분하도록 배치되어, 최적의 절연(isolation)을 달성한다. 본 발명에서는, 종단 저항체 R의 저항치가 300Ω으로 설정되는 경우, 아이솔레이션은 최량이 된다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 아이솔레이터와 종래의 아이솔레이터(교차각도 120°이고, 종단 저항체가 50Ω이다)에서 삽입손실과 아이솔레이션의 주파수 특성을 나타내는 도면이다. 두께가 0.5㎜이고 직경이 3.6㎜인 페라이트체와, 두께가 0.05㎜이고 0.35㎜의 폭으로 스트립 성형된 두 부분을 각각 구비한 중심도체들로 구성된 940 MHz의 중심 주파수를 갖는 아이솔레이터를 사용하여, 값(value)이 측정된다.

도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 예를 들어, ±17.5 MHz등의 임의의 주파수 대역에서의 아이솔레이션은 본 발명에 따른 아이솔레이터에서는 10 ㏈이며, 이것은 종래의 아이솔레이터의 것(20 ㏈의 아이솔레이션)보다 악화된 것인 반면, 본 발명에 따른 아이솔레이터에 대한 삽입손실은 0.25 ㏈이며, 이것은 종래의 아이솔레이터의 것(0.45 ㏈의 삽입손실)과 비교하여 대폭으로 감소된 것이다.

상술한 바와 같이, 본 구현예에 따른 아이솔레이터는 저하된 아이솔레이션 특성을 갖지만, 대폭으로 감소된 삽입손실을 갖기 때문에, 이것은 아이솔레이터가 사용되는 휴대전화의 소비전력을 대폭으로 감소시킬 수 있으며, 전지운용시에 전화의 연속전화시간을 연장시킬 수 있다. 특히, 아이솔레이터는 정도(程度)의 아이솔레이션 특성만을 요구하는 디지털 휴대전화에 적합하다.

상기한 구현예에서는, 입출력 포트에 대응하는 2 체의 중심도체간의 교차각도가 140°로 설정된다. 교차각도는 이 값에 한정되지 않는다. 2 체의 중심도체간의 교차각도는 필요한 특성에 따라 130°~150°의 범위로 설정될 수 있다.

교차각도의 범위가 한정되는 이유는, 교차각도가 130°미만으로 설정되는 경우에는 삽입손실이 약간만 향상되고, 교차각도가 150°초과로 설정되는 경우에는 필요한 아이솔레이션이 얻어지지 않기 때문이다. 게다가, 이 설정범위는 자성체의 외부에서 2 체의 중심도체의 접지부의 중복을 방지한다.

종단 포트에 접속된 종단 저항체의 저항치는, 가능한한 최량치의 아이솔레이션이 얻어지도록, 소정의 교차각도에 따라서 200Ω~500Ω으로 설정된다. 교차각도가 더 커짐에 따라, 저항치가 보통 더 큰 값으로 설정된다.

종단 포트 P3에 접속된 중심도체 4의 포트측(핫 앤드)은 상기한 구현예에서와 같이, 보통 중심도체 2와 3의 입출력 포트로부터 떨어져, 자성체의 대향측에 도출된다. 그러나, 도 5에 나타낸 바와 같이, 예를 들어, 중심도체 4의 포트측은 중심도체 2, 3의 포트측과 동일한 측에 도출된 수 있다. 도 5에서, 중심도체 2와 3간의 삽입각도 θ1은 140°로 설정되며, 중심도체 4와 중심도체 2, 3간의 교차각도 θ2와 θ3은 각각 70°로 설정된다.

중심도체가 도 5에 나타낸 바와 같이 배치되는 경우, 아이솔레이터는 더욱 소형화 될 수 있다. 도 5에 나타낸 구조에 의해, 첫 번째 구현에에서와 동일한 효과가 얻어진다.

상기한 구현예에서는, 금속 도체가 페라이트체의 양면들 주위에 감겨진다. 또한, 본 발명은, 유전체 기판의 양면들에 에칭함으로써 중심전극이 패턴 형성되고, 각각의 면들 위의 전극이 스루 홀(through hole)에 의해 접속되도록 구성된 아이솔레이터에 인가될 수 있다. 이것은 또한, 유전체 또는 자성체 세라믹 시트에 중심전극이 패턴 형성되고, 시트가 적층된 후 일체적으로 소결되도록 구성된 아이솔레이터에 인가될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 아이솔레이터에 따르면, 입출력 포트에 접속된 2 체의 중심도체들에 의해 형성된 교차각도는 130°~150°로 설정되기 때문에, 삽입손실이 감소된다. 본 발명에 따른 아이솔레이터의 사용에 의해, 휴대전화 등의 휴대용 이동통신기기의 소비전력이 감소될 수 있다.

Claims (10)

1. 자성체(magnetic body)에 근접하여, 전기적으로 절연상태에서 소정의 교차각도로 서로 교차하도록 배치되고, 이 교차부분에 직류 자계(DC magnetic field)가 인가되는 3체의 중심도체들;

   상기한 중심도체들의 한쪽 말단이 각각 대응하여 접속되어 있는 입력 포트, 출력 포트 및 종단 포트;

   상기한 중심도체들의 다른쪽 말단은 접지에 접속되며, 이 접지와 상기한 각각의 포트와의 사이에 접속된 정합용 커패시터(matching capacitor); 및

   상기한 종단 포트와 접지와의 사이에 접속된 종단 저항체를 포함하는 아이솔레이터(isolator)로서,

   입력 포트에 접속된 중심 도체 및 출력 포트에 접속된 중심도체에 의해 형성되는 교차각도는 130°~150°로 설정되며,

   종단 포트에 접속된 중심도체와 다른 2체의 중심도체들에 의해 형성되는 교차각도들은 거의 동일하며,

   상기한 종단 포트에 접속된 상기한 종단 저항체의 저항치는 200Ω~500Ω으로 설정됨을 특징으로 하는 아이솔레이터.
2. 제 1항에 있어서, 종단 포트에 접속된 중심도체 및 다른 2체의 중심도체들에 의해 형성되는 상기한 교차각도들이 약 110°로 설정됨을 특징으로 하는 아이솔레이터.
3. 제 1항에 있어서, 종단 포트에 접속된 중심도체 및 다른 2체의 중심도체들에 의해 형성되는 상기한 교차각도들이 약 70°임을 특징으로 하는 아이솔레이터.
4. 제 1항에 있어서, 상기한 입출력 포트들에 접속된 상기한 중심도체들간의 교차각도는 약 140°로 설정됨을 특징으로 하는 아이솔레이터.
5. 제 4항에 있어서, 상기한 저항치가 약 300Ω으로 설정됨을 특징으로 하는 아이솔레이터.
6. 제 1항에 있어서, 상기한 저항치가 약 300Ω으로 설정됨을 특징으로 하는 아이솔레이터.
7. 전기적으로 절연상태에서 각각의 교차각도들로 서로 교차하도록 배치되고, 이 교차부분에 직류자계가 인가되는 제 1, 제 2 및 제 3 중심도체들;

   상기한 제 1, 제 2 및 제 3 중심도체들에 인접한 자성체;

   상기한 제 1, 제 2 및 제 3 중심도체들이 각각 접속된 제 1, 제 2 및 제 3 포트들;

   상기한 제 1, 제 2 및 제 3 포트들에 각각 병렬로 접속된 제 1, 제 2 및 제 3 커패시터들; 및

   상기한 제 3 포트에 병렬로 접속된 저항치를 갖는 저항체(resistor)를 포함하는 아이솔레이터로서,

   상기한 제 3 포트에 접속된 상기한 제 3 중심도체는 상기한 제 1 중심도체와 제 2 중심도체간의 교차각도를 이등분하도록 배치됨을 특징으로 하는 아이솔레이터.
8. 제 7항에 있어서, 상기한 제 1 중심도체와 제 2 중심도체간의 교차각도는 130~150°의 범위에서 설정됨을 특징으로 하는 아이솔레이터.
9. 제 8항에 있어서, 상기한 제 1 중심도체와 제 2 중심도체간의 교차각도는 140°로 설정됨을 특징으로 하는 아이솔레이터.
10. 제 8항에 있어서, 상기한 저항체의 저항치는 300Ω으로 설정됨을 특징으로 하는 아이솔레이터.