KR20000076777A - 고전력 콤바이너 장치 - Google Patents

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Abstract

고전력 콤바이너 장치는 고전력 애플리케이션용 입력 포트들 사이에 개선된 아이솔레이션을 갖는다. 특히, 고전력 콤바이너 장치에 따라, 전력 결합 논리는 적어도 하나의 아이솔레이터가 각 전력원, 즉 신호원과 전력 결합 논리에 대응하는 입력 포트 사이에 삽입되도록 일련의 아이솔레이터들과 결합된다. 삽입된 아이솔레이터들의 수는 전체 애플리케이션의 아이솔레이션 요구물 함수로서 결정된다. 바람직하게도, 고전력 콤바이너에 의해 성취된 아이솔레이션의 정도는 각 전력원 사이에 놓인 삽입된 아이솔레이터들의 수에 직접적으로 비례한다. 더욱이, 각 전력원 및 전력 결합 논리 사이에 다수의 고전력 서큘레이터를 삽입함으로써, 신호 특성에서 최소 열화를 갖는 전력원들 사이의 보다 높은 아이솔레이션을 쉽게 이루게 하여준다.

Description

고전력 콤바이너 장치{HIGH POWER COMBINER APPARATUS}
본 발명은 전력 콤바이너 네트워크에 관한 것으로, 특히 전력 콤바이너를 이용하여 다수의 전력 레벨들을 선택하는 것에 관한 것이다.
전력 콤바이너는 전자기 에너지를 다수의 입력 포트로부터 하나의 출력 포트로 규정된 방식으로 연결하는 공지된 장치이다. 공지된 것처럼, 고전력 콤바이너는 (ⅰ) 공통 안테나로 전송하기 위해 동일한 또는 상이한 주파수를 갖는 2개 이상의 신호를 결합하는, (ⅱ) 공통 안테나로 전송하기 위해, 예컨대 디지탈 텔레비전 및/또는 디지탈 오디오 방송 애플리케이션을 위해 아날로그 신호 및 디지탈 신호를 결합하는, 및 (ⅲ) 다수의 전력 증폭기들의 출력을 결합하는 등의 다수의 애플리케이션에 이용된다.
이 기술은 특히 전술된 애플리케이션에 이용하기 위해 전력 콤바이너 장치를 구비한다. 예를 들면, 1982년 2월 8일 A.Saleh가 발표한 미국 특허 번호 4,315,222는 모든 목적들에 대한 인용참조로서 여기에 통합되며, 입력부의 고장난 증폭기들을 식별하여 마이크로파 전력 증폭기의 열화 성능을 개선하는 콤바이너에 대한 입력부에 일련의 감지 장치를 사용하는 마이크로파 전력 증폭기용 전력 콤바이너 장치를 개시한다. 1987년 9월 29일 R.T. Clark가 발표한 미국 특허 번호 4,697,160은 모든 목적들에 대한 인용참조로서 여기에 통합되며, 감소된 삽입 손실을 갖는 개선된 보다 정교한 진폭 제어부를 가지고 전력을 결합하기 위해 하이브리드(hybrid) 전력 콤바이너 및 제어기를 개시한다. 또한, 1993년 6월 22일 H.J. Wolkstein이 발표한 미국 특허 번호 5,222,246은 모든 목적들에 대한 인용참조로서 여기에 통합되며, 증폭하기 위해 입력 신호를 똑같은 진폭 성분들로 분할하는 위상 판별 전력 콤바이너를 사용하는 전력 증폭기 장치를 개시한다. 인식되는 것처럼, 이러한 전력 콤바이너의 성능 명세서는 새로운 및/또는 확장된 애플리케이션들이 나타남에 따라 계속해서 변하며, 까다로와질 것이다.
예를 들면, 미국 AM/FM 무선 방송 시장에서, 디지탈 오디오 방송("DAB") 기술, 예컨대 이른바 In-Band On-Channel("IBOC")은 광범위한 애플리케이션에 대해 고려중이다. 디지탈 오디오 방송 애플리케이션들은, 예컨대 Carl-Erik Sundberg, "Digital Audio Broadcasting in the FM Band", Proceedings of the IEEE Symposium on Industrial Electronics, Portugal, June 1-11, 1997, 및 Carl-Erik Sundberg, "Digital Audio Broadcasting: An Overview of Some Recent Activities in th U.S.", Proceedings of Norsig-97, Norwegian Signal Processing Symposium, Tromso, Norway, May 23-24, 1997에 개시되며, 이들 각각은 모든 목적들에 대한 인용참조로서 여기에 통합된다. 또한 IBOC는, 예컨대 Carl-Erik Sundberg 등, "Technology Advances Enabling In-Band-On-Channel DSB Systems", Proceedings of Broadcast Asia, June 1998, Suren Pai, "In-Band-On-Channel: The Choice of U.S. Broadcasters", Proceedings of Broadcast Asia, June 1998, 및 B.W.Kroeger 등, "Improved IBOC DAB Technology for AM and FM Broadcasting", SBE Engineering Conference, pp.1-10, 1996에 개시되며, 이들 각각은 모든 목적들에 대한 인용참조로서 여기에 통합된다. IBOC 방송 시스템은 디지탈 오디오 내용을 전달하기 위해 현 FM 아날로그 방송 대역에서의 디지탈 오버레이(overlay)를 이용한다. IBOC에 따라, 보다 낮은 전력의 디지탈 신호들, 예컨대 아날로그 신호 레벨 아래의 20 내지 30dB은 현행 FCC 규정이 요구하는 것처럼 (중심 주파수로부터) ±200kHz 내의 아날로그 신호 전송의 어느 한 측상에 2개의 측파대로서 삽입된다. 디지탈 측파대는 아날로그와 디지탈 신호 주파수 사이의 실제로 충분한 간격도 없는 아날로그 대역에 바로 인접한다. 따라서, 아날로그와 디지탈 신호들 간의 호환성 정도를 성취하기 위해서, 아날로그 신호 전송기와 디지탈 신호 전송기 간이 충분한 아이솔레이션이 이루어져야 한다. 특히, 2 신호들 간의 전력 레벨이 상대적으로 큰 차이(예컨대 20 내지 50dB)가 나기때문에, 디지탈 전송기로부터 아날로그 전송기로보다는 아날로그 전송기로부터 디지탈 전송기로 보다 높은 아이솔레이션이 요구된다.
본 발명은 고전력 애플리케이션용 입력 포트들 간의 개선된 아이솔레이션을 갖는 고전력 콤바이너 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 전력 결합 논리는 적어도 하나의 아이솔레이터가 적어도 하나의 전력원, 즉 신호원과 전력 결합 논리에 대응하는 입력 포트 사이에 삽입되도록 일련의 아이솔레이터들과 결합된다. 삽입된 아이솔레이터들의 수와 위치는 전체 애플리케이션의 아이솔레이션 요구물 함수로서 결정된다. 바람직한 실시예에 따라, 적어도 하나의 아이솔레이터는 자계로 바이어스된 페라이트(ferrite) 물질에 연결된 대칭형 접합 전송 선로에 의해 형성된 3 포트 접합 서큘레이터(circulator) 장치다. 더욱이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 적어도 하나의 서큘레이터는, 서큘레이터의 3개의 포트들 중 하나가 정합 로드로 종결될 시, 서큘레이터가 입사 및 반사 신호를 나머지 2개의 포트들로 분리하는 아이솔레이터가 되도록 저항 정합 로드로 종결된 적어도 하나의 포트를 갖는다.
바람직하게도, 본 발명에 따라, 고전력 콤바이너가 이룬 아이솔레이션의 정도는 각 전력원 사이에 놓인 아이솔레이터들의 수에 직접적으로 비례한다. 더욱이, 각 전력원과 전력 결합 논리 사이에 다수의 고전력 서큘레이터를 삽입함으로써, 신호 특성에서 제한된 열화를 갖는 전력원들 사이에서 보다 높은 아이솔레이션을 갖게 하여준다.
본 발명의 또다른 실시예에 따라, 전력 결합 논리는 적어도 하나의 서큘레이터가 전력원과 하이브리드 커플러에 대응하는 입력 포트 사이에 삽입되도록 일련의 서큘레이터와 결합된 하이브리드 커플러다. 전술된 것처럼, 삽입된 서큘레이터들의 수는 전체 애플리케이션의 아이솔레이션 요구물 함수로서 결정된다.
본 발명은 고전력 애플리케이션용 입력 포트들 간의 개선된 아이솔레이션을 갖는 고전력 콤바이너에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 전력 결합 논리는 적어도 하나의 아이솔레이터가 적어도 하나의 전력원, 즉 신호원과 전력 결합 논리에 대응하는 입력 포트 사이에 삽입되도록 일련의 아이솔레이터와 결합된다. 삽입된 아이솔레이터들의 수는 전체 애플리케이션의 아이솔레이션 요구물 함수로서 결정된다. 바람직한 실시예에 따라, 적어도 하나의 아이솔레이터는 자계 바이어스된 페라이트 물질에 연결된 대칭형 접합 전송 선로에 의해 형성된 3 포트 접합 서큘레이터 장치다. 본 발명에 따라, 고전력 콤바이너에 의해 성취된 아이솔레이션 정도는 전력원과 대응하는 입력 포트 사이에 놓인 삽입된 아이솔레이터들의 수에 직접적으로 비례한다. 더욱이, 전력원과 전력 결합 논리 사이에 다수의 고전력 서큘레이터를 삽입함으로써, 신호 특성에서 최소 열화를 갖는 전력원들 사이에서 보다 높은 아이솔레이션을 갖게하여 준다.
간략하게 설명하기 위해, 여기에 개시된 예시적인 실시예들은 개별적인 함수 블록들 또는 함수 블록들의 결합을 포함하는 것으로 제공된다. 이들 블록들이 나타내는 함수들은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어에 제한되는 것이 아니라 이것을 포함하는 공유 또는 전용 하드웨어를 이용하여 제공될 수 있다. 예시적인 실시예들은 디지탈 신호 프로세서("DSP") 하드웨어 및/또는 아래에서 토론되는 동작을 수행하는 소프트웨어를 포함할 수 있다. 또한, 이것의 청구항에서, 특정 함수를 수행하는 수단으로 표현된 어떤 소자는 예컨대 a) 이 함수를 수행하는 회로 소자들의 결합, 또는 b) 이 함수를 수행할 소프트웨어를 실행하기 위해 적절한 회로와 결합되는 (펌웨어(firmware), 객체 코드, 마이크로 코드 등을 포함하는) 어떤 형태의 소프트웨어를 포함하며, 이 함수를 수행하는 어떤 방법을 포함하는 것에 관한 것이다. 청구항으로 정의되는 본 발명은, 인용된 여러가지 수단들에 의해 제공된 함수들이 청구항이 요구한 방식으로 결합된다는 사실에 기인한다. 따라서, 출원인들은 이들 기능들을 제공할 수 있는 임의의 수단을 여기에 도시된 것들과 등가물로 간주한다.
IBOC와 같은 애플리케이션에서, 60 내지 80dB로 보다 높은 아이솔레이션, 즉 적어도 하나의 소스가 다른 소스보다 훨씬 높은 전력원들 간의 아이솔레이션을 달성하려는 시도는 삽입 손실 및 그룹 지연 변동에서 최소 열화에 필수적인 아이솔레이션을 제공하는 것이다. 이해할 수 있는 것처럼, 용어 "고전력"은 특정 애플리케이션에 따라 상이한 의미를 가질 것이다. 예를 들면, 셀룰러 애플리케이션에서, 고전력은 통상 100W 이상을 의미한다. 또한, 주파수 근접 요구물은 애플리케이션마다 변하며, 그러한 고전력 애플리케이션들을 충돌시킨다. 특히, 중복하는 또는 거의 중복하는 스펙트럼 점유 특성을 갖는 신호에 대해 많은 높은 아이솔레이션이 요구될 시, 고전력 결합에 문제가 발생한다. 신호가 스펙트럼적으로 근접하지만 중복하지 않는 경우에, 종래의 고전력 콤바이너는 통상 아이솔레이션을 증가시키기 위해서 전력 결합과 함께 필터링을 사용한다. 그러나, 대부분의 근접하는 경우에, 엄격한 필터 전이에 대한 필요성은 종종 신호가 결합 과정을 경험할 시 바람직하지 않은 신호 왜곡을 야기한다. 더욱이, 중복하는 스펙트럼을 점유하도록 결합될 이들 신호들은 아이솔레이션을 증가시키기 위해 이들 필터링 구조들로부터 이득을 볼 수 있는 것이 아니라, 코어(core) 콤바이너 본래의 아이솔레이션에만 의존해야 한다.
따라서, 신호 특성, 예컨대 삽입 손실 및/또는 그룹 지연 변화에서 최소 열화를 갖는 고전력 애플리케이션들을 위한 입력 포트들 간의 개선된 아이솔레이션을 갖는 고전력 콤바이너에 대한 필요성이 존재한다.
도 1은 종래의 전력 콤바이너,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 전력 콤바이너,
도 3은 도2에 도시된 본 발명의 전력 콤바이너 장치를 이용하여 성취된 전체 아이솔레이션 결과의 그래픽 결과,
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따라 구성된 예시적인 하이브리드 전력 콤바이너를 도시한다.
도면에서 달리 언급되지 않는 경우, 이 발표 내내, 동일한 소자, 블록, 부품 또는 구역은 동일 인용 부호로 나타내어진다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 하이브리드 커플러 130,120,210,215 : 전력원
190,220 : 안테나 205 : 전력 결합 네트워크
본 발명의 정황과 이해를 돕기위해서, 종래 기술의 예시적인 전력 콤바이너가 간략하게 토론될 것이다. 특히, 도1은 전자기 에너지를 입력 포트로부터 규정된 방식으로 출력 포트로 연결하는 공지된 멀티포트 장치로서 종래 기술의 전력 콤바이너(100)를 도시한다. 특히, 하이브리드 커플러(110)는 4개의 포트들, 즉 포트들(140-170)을 각각 갖는 장치다. 하이브리드 커플러(110)의 포트들은 전력원(120), 즉 제1 신호원이 포트(170)에 접속되며, 전력원(130), 즉 제2 신호원이 포트(150)에 접속되며, 안테나(190)가 포트(140)에 접속되며, 밸런싱(balancing) 로드(180)가 포트(160)에 접속되도록 구성된다. 포트(170)에 있는 전력원(120)으로부터 오는 신호의 부분이 공지된 방식으로 포트(150,160)로 각각 누출되며, 포트(150)에 있는 전력원(130)으로부터 오는 신호의 일부분이 포트(160,170)로 각각 누출된다. 또한, 포트(160)에서의 누출은 밸런싱 로드(180)에서 방산된다.
전력 콤바이너(100)와 같은 어떤 전력 결합 장치의 한가지 목적은, 주 출력 포트, 예컨대 하이브리드 커플러(110)의 포트(140)을 제외한 어떤 포트로의 신호 누출이 최소화되어 소스원들 사이의 간섭을 방지하는 것이다. 포트(150,170) 사이의 누출 레벨은 이들 2개의 포트들 간의 아이솔레이션으로 각각 정의된다. 통상의 상업용 하이브리드 커플러 장치, 예컨대 하이브리드 커플러(110)의 경우에, 이 아이솔레이션 값은 통상 15 내지 35dB 범위다. 다수의 전력원들을 결합하는 데는, 이들 신호들이 적절한 위상 및 진폭 관계를 가지고 연결될 것을 요구하며, 이 관계는 공지된 것처럼, 모든 신호 조건 하의 모든 포트들에서 좋은 정합을 요구함으로써 하이브리드 커플러(110)에서 이루어진다. 그럼에도 불구하고, 전력 콤바이너(100)에 의해 이루어지는 하나의 전력원으로부터 또다른 전력원으로의 아이솔레이션은 하이브리드 커플러(110)의 함수, 즉 20 내지 35dB의 아이솔레이션으로서 제공되는 아이솔레이션과 직접적인 관계가 있다.
통상적으로, 고전력 결합 애플리케이션(예컨대, IBOC DAB 애플리케이션에서 고전력은 100W에서 100KW 범위인)에 전력 콤바이너(100)를 적용하기 위해서, 필터 네트워크, 예컨대 대역 통과, 대역 소거, 저역 통과 및/또는 고역 통과 필터가 다수의 전력원들, 예컨대 전력원(120,130) 사이의 부가적인 아이솔레이션을 이루는데 각각 이용되왔다. 이러한 필터 네트워크는 전력원(120 또는 130) 다음의 포트(170 또는 150)에 있는 전력 콤바이너(100)에 각각 공지된 방식으로 삽입된다. 그러나, 전력 콤바이너의 통상적인 구조는 결합될 신호 주파수가 가까이 있을 시, 과도한 삽입 손실 및/또는 그룹 지연 변화를 겪는 등의 어떤 결점들로부터 손상을 입는다.
대조적으로, 고전력 애플리케이션용 입력 포트들 사이에서 상당히 개선된 아이솔레이션을 갖는 고전력 콤바이너 장치를 발견하였다. 특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 전력 결합 논리는 적어도 하나의 아이솔레이터가 전력원 및 전력 결합 논리에 대응하는 입력 포트 사이에 삽입되도록 일련의 아이솔레이터와 결합된다. 삽입된 아이솔레이터들의 수는 특정 애플리케이션에 대한 아이솔레이션 요구물 함수로서 결정된다. 바람직한 실시예에 따라, 적어도 하나의 아이솔레이터는 자계 바이어스된 페라이트 물질에 연결된 대칭형 접합 전송 선로에 의해 형성된 3 포트 접합 서큘레이터 장치다. 바람직하게도, 본 발명에 따라, 고전력 콤바이너에 의해 이루어진 아이솔레이션 정도는 전력원 및 대응하는 입력 포트 사이에 놓인 삽입된 아이솔레이터들의 수에 직접적으로 비례한다. 더욱이, 전력원 및 전력 결합 논리 사이에 다수의 고전력 아이솔레이터를 삽입함으로써, 신호 특성에서 최소 열화를 갖는 전력원들 사이에 보다 높은 아이솔레이션을 갖게 하여준다.
특히, 도2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 예시적인 전력 콤바이너(200)를 보여준다. 전력 콤바이너(200)는 전력 결합 네트워크(205) 및 포트들(225-235)을 각각 포함하며, 이 포트들은 특히 제1 전력원(210), 제2 전력원(215), 안테나(220)에 대한 접속을 제공한다. 전력 결합기(200)는 포트(235)를 통한 안테나(220)로의 출력을 위해 전력원들(210,215) 각각으로부터의 2개의 신호들을 효과적으로 결합하는데 이용된다. 예를 들면, 전력 콤바이너(200)를 이용함으로써, 전력원들(210,215)로부터 오는 2개의 신호들은 동일 안테나, 즉 안테나(220)에 의해 전송되는 동일한 또는 상이한 주파수를 갖는 신호일 수 있다. 또한, 전력 콤바이너(200)를 이용함으로써, 전력원들(210,215)로부터 오는 2개의 신호들은 상이한 신호 형태를 갖을 수 있다. 예를 들면, 전력원들로부터 오는 신호들은 디지탈 텔레비전 또는 디지탈 오디오 방송 애플리케이션 등의 공통 안테나, 즉 안테나(220) 위로 전송되어야하는 아날로그 신호와 디지탈 신호들의 어떤 결합일 수 있다.
예를 들면, IBOC 애플리케이션에서, 이러한 애플리케이션들의 아날로그와 디지탈 신호 주파수들 사이는 전혀 분리되지 않는다. 따라서, 최소 신호 열화를 갖는 IBOC 시스템에서 아날로그와 디지탈 신호를 동일한 안테나를 통해 전송하기 위해서, 이들 신호들 사이의 아이솔레이션은 소스 신호들 간의 상호작용을 억압하여, 결합 신호가 이른바 FCC 마스크에서 상술되는 기결정된 요구물을 만족시키고 따르게 해야한다. 이러한 아이솔레이션 요구물은 주로 디지탈 오디오 방송 시스템에 배치된 전송기 스테이션 군의 함수이다. 본 발명에 따라, 고전력 콤바이너에 의해 이루어진 아이솔레이션 정도는 각 전력원 사이에 놓인 삽입된 아이솔레이터들의 수에 직접적으로 비례한다. 더욱이, 각 전력원과 전력 결합 논리 사이에 다수의 고전력 서큘레이터를 삽입함으로써, 신호 특성에서 제한된 열화를 갖는 전력원들 사이에서 보다 높은 아이솔레이션을 갖게한다.
특히, 본 발명에 따라, 포트들(225-235)의 임피던스 정합을 향상시키기 위해 전력 콤바이너 장치에 아이솔레이터들이 사용된다. 특히, 도2는 일련의 아이솔레이터들(N1에서 Nj까지)을 각각 보여주며, 예컨대 아이솔레이터(240에서 245 까지)는 전력원(210)과 전력 결합 네트워크(205)의 포트(225) 사이에 각각 배치된다. 본 발명의 여러 실시예에 따라, 전력 결합 네트워크(205)는 하이브리드 커플러, 이른바 Wilkinson 분할기/콤바이너, 또는 전력 결합 네트워크(205)의 특정 입력 포트들의 필터 네트워크와 함께 개별적으로 또는 어떤 결합으로 취해진, 집중되거나 분산된 부품(예컨대 저항, 캐피시터, 인덕터 등)들로 이루어진 유사한 콤바이너 회로일 수 있다. 또한, 전력 콤바이너(200)는 일련의 아이솔레이터들(M1에서 Mk까지)을 예시적으로 보여주며, 예컨대 아이솔레이터(250에서 255까지)는 전력원(215)과 포트(230) 사이에 각각 배치된다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 아이솔레이트들(240-260)은 전력 콤바이너(200)에서 공지된 서큘레이터 장치로 도시된다. 서큘레이터는 그것의 신호 듀플렉싱 장치 특성을 이용하여 신호를 특정 로드로 보내는데 통상 이용된다. 또한, 아이솔레이터는 전자 장치에서 입사 및 반사되는 신호들의 아이솔레이션을 위해 이용된다. 이러한 서큘레이터 장치는 본발명에 따라 아래에서 더 토론될 신호 특성의 최소 열화를 갖는 고전력 애플리케이션용 입력 포트들 사이에서 상당히 개선된 아이솔레이션을 갖는 전력 콤바이너를 전달하는데 효과적으로 이용될 수 있다.
게다가, 바람직한 실시예에 따라, 아이솔레이터(260)는 안테나(220) 및 최종 출력, 즉 전력 결합 네트워크(205)의 포트(235) 사이에 삽입되어, 전력 콤바이너(200)가 공지된 방식으로 온도, 주파수 및 에이징(aging) 등의 조건들로 인한 잠재적으로 빈약한 안테나 임피던스에 종속됨에도 불구하고 충분한 임피던스 값과 정합되게 하여준다. 즉, 전력 결합 네트워크(205)의 포트(235)와 안테나(220) 사이에 아이솔레이터를 사용함으로써, 안테나(220)에 강력한 인터페이스를 제공하며, 안테나(220)로부터 반사된 RF 전력을 최소화하여 전력 콤바이너(200) 및/또는 전력원들(210,215) 각각에서의 방산을 방지한다. 게다가, 강한 종단 임피던스를 제공함으로서, 콤바이너(200)에 대한 아이솔레이션 성능이 최적화된다.
특히, 아이솔레이터들(240-260) 각각은 자계 바이어스된 페라이트 물질에 연결된 대칭형 "Y" 접합 전송 선로에 의해 형성된 3 포트 접합 서큘레이터 장치다. 페라이트 물질, 자계 바이어스 및 전송 선로의 결합를 실현하여, 서큘레이터의 실제 전력 운용 능력을 결정한다. 즉, 서큘레이터의 3개의 포트들 중 하나가 정합 로드로 종결될 시, 서큘레이터는 입사 및 반사된 신호들을 나머지 2개의 포트들에 분리시키는 아이솔레이터가 된다. 예를 들면, 서큘레이터(240)에 관해, 포트(201)에 입사된 신호는 서큘레이터(240)의 포트(202)로 향한다. 정합 로드, 예컨대 정합 로드(280)가 존재하는 경우, 포트(202)에 있는 로드의 소위 반환 손실에 비례하는 전력의 커다란 백분율이 포트(202)에 있는 정합 로드(280)에서 방산된다. 포트(202)에 있는 로드가 예컨대 -20dB 또는 보다 좋은 반환 손실을 가지고 정합될 시, 포트(202)에 입사하는 전력의 특정 비율만이 포트(203)로 반사되거나 향하게 되며, 포트(203)에 있는 정합 로드에서 방산될 것이다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 전력 콤바이너(200)는 각각의 로드가 특정 아이솔레이터에 정합되는, 정합 로드들(265-285)을 포함한다. 통상의 정합 로드는 입사 전자기 에너지를 흡수하여 이러한 에너지를 방산을 위한열로 전환할 수 있는, 순수한 저항 50 Ohm의 임피던수를 갖는 하나의 포트 장치다. 예를 들면, 아이솔레이터(240)는 정합 로드(275)와 정합되며, 아이솔레이터(250)는 정합 로드(265)와 정합된다. 본 발명에 따라, 아이솔레이터들, 예컨대 특정 전력원과 대응하는 입력 포트 사이에 위치한 서큘레이터들의 수는 애플리케이션 자체의 아이솔레이션 요구물 함수다. 더욱이, 도2의 구성에서 처럼, 서큘레이터 당 실현된 통상의 아이솔레이션은 1dB 이하의 삽입 손실을 겪는 대략 20dB이다. 즉, 애플리케이션의 아이솔레이션 요구물이 높을수록, 삽입 손실이 증가하리라 기대된다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 아이솔레이션 요구물의 견지에서 아이솔레이터들의 수를 선택하는 것은 각각의 아이솔레이터로 인한 삽입 손실과 요구되는 총 아이솔레이션 값 간의 트레이드-오프(trade-off)를 포함한다.
본 발명의 이러한 면을 더 예시하기 위해서, 도3은 본 발명의 전력 콤바이너 장치에 제공된 서큘레이터들의 수에 대하여 이루어질 수 있는 총 아이솔레이션의 예시적인 그래픽 결과(300)를 보여준다. 특히, 총 아이솔레이션(dB)(350)은 직선 플롯들(310에서 340까지)로 도시된 다양한 dB/서큘레이터 비율(비율 범례(365) 참조)에 대한 경로(360) 당 서큘레이터 수에 대해 플롯된다. 예시적인 그래픽 결과(300)로부터 명백해지는 것처럼, 본 발명의 전력 콤바이너 장치는 통상의 고전력 콤바이너들 보다 전력원들 사이에서 충분히 높은 아이솔레이션을 성취한다.
도4는 본 발명의 또다른 실시예에 따라 구성된 예시적인 전력 콤바이너(400)를 보여준다. 특히, 전력 콤바이너(400)는 4개의 입력 포트들, 즉 포트들(410-425)을 각각 갖는 하이브리드 커플러(405)를 포함한다. 전술된 것처럼, 하이브리드 커플러는 공지된 장치로서, 전자기 에너지를 입력 소스로부터 규정된 방식으로 다수의 출력 프트로 연결한다. 따라서, 하이브리드 커플러(405)는 콤바이너(400)를 이용하여 전자기 에너지를 전달하기 위해 전력원(430,435)과 함께 효과적으로 이용된다. 즉, 하이브리드 커플러(405)는 포트(410)를 통해 안테나(465)로 출력하기 위해, 전력원들(430,435) 각각으로부터 오는 2개의 신호를 효과적으로 결합하는데 이용된다. 그러나, 고전력 애플리케이션에서 하이브리드 커플러(405)의 성능은 커플러와 함께 일련의 서큘레이터를 이용하여 상당히 개선될 수 있다.
특히, 본 발명의 이러한 실시예에 따라, 서큘레이터는 입력 포트들(410-425)이 임피던스 정합을 향상시키기 위해 사용된다. 특히, 도4는 일련의 서큘레이터들(N1내지 Nj)을 보여주며, 예컨대 서큘레이터(450에서 455까지)는 하이브리드 커플러(405)의 전력원(430)과 포트(425) 사이에 각각 배치된다. 도4의 예시적인 실시예를 따라, 서큘레이터들(440-460) 각각은 자계 바이어스된 페라이트 물질에 연결된 대칭형 "Y" 접합 전송 선로에 의해 형성되는 3 포트 접합 서큘레이터 장치다. 전술된 것처럼, 서큘레이터(예컨대 포트들(401,402,403)을 각각 갖는 서큘레이터(440)을 참조)의 3개의 포트들 중 하나가 정합 로드로 종결될 시, 서큘레이터는 입사 및 반사된 신호들을 나머지 2개의 포트들에 분리시키는 아이솔레이터가 된다. 또한 전술된 것처럼, 페라이트 물질, 자계 바이어스 및 전송 선로의 결합을 실현함으로써, 서큘레이터의 실제 전력 운용 능력을 결정한다. 즉, 서큘레이터의 3개의 포트들 중 하나가 정합 로드로 종결될 시, 서큘레이터는 입사 및 반사된 신호를 나머지 2개의 포트에 분리시키는 아이솔레이터가 된다. 따라서, 본 발명의 또다른 실시예에 따라, 전력 콤바이너(400)는 각 로드가 특정 서큘레이터에 정합되는 정합 로드들(475-495)을 포함한다. 예를 들면, 서큘레이터(450)는 정합 로드(475)와 정합되며, 서큘레이터(445)는 정합 로드(490)와 정합된다.
전술된 것처럼, 본 실시예는 안테나(465)와 하이브리드 커플러(405)의 포트(410) 사이에 삽입된 서큘레이터(460)를 포함하여, 전력 콤바이너(400)가 충분한 임피던스 값과 정합되게 한다. 즉, 최종 출력, 즉 하이브리드 커플러(405)의 포트(410)와 안테나(465) 사이의 서큘레이터(460)를 이용함으로써, 안테나(465)에 대한 강력한 인터페이스를 제공하며, 안테나(465)로부터 반사된 RF 전력을 최소화하여 전력 콤바이너(400) 및/또는 전력원들(430,435) 각각에서 방산되지 못하게 한다. 또한, 포트(420)에서의 누출은 공지된 방식으로 밸런싱 로드(470)에서 방산된다.
여러 실시예에서 전술된 것처럼, 본 발명은 고전력 애플리케이션용 입력 포트들 사이의 개선된 아이솔레이션을 갖는 고전력 콤바이너 장치에 관한 것이다. 고전력 콤바이너는 (ⅰ) 공통 안테나로 전송하기 위해 동일한 또는 상이한 주파수를 갖는 2개 이상의 신호들을 결합하는, (ⅱ) 공통 안테나 전송, 예컨대 디지탈 텔레비전 및/또는 디지탈 오디오 방송 애플리케이션을 위해 아날로그 신호 및/또는 디지탈 신호를 여러가지 방식으로 결합하는, (ⅲ) 다수의 전력 증폭기들의 출력을 결합하는 것 등의 어떤 수의 고전력 애플리케이션들에 효과적으로 이용된다.
앞서 말한 것은 본 발명의 원리를 설명한다. 따라서, 보다 넓은 측면에서, 본 발명은 여기에 도시되며 개시된 특정 사항들에 제한되는 것이 아니다. 당업자들은 여기에 명백히 도시되거나 개시되진 않았지만, 이들 원리를 구현하며 본 발명의 정신과 범주 내에 있는 다수의 장치를 수정할 수 있을 것이다.
본 발명은 전력원 및 전력 결합 논리 사이에 다수의 고전력 아이솔레이터를 삽입함으로써, 신호 특성에서 최소 열화를 갖는 전력원들 사이에 보다 높은 아이솔레이션을 갖게 하여준다.

Claims (38)

  1. 적어도 2개의 신호를 결합하는 장치에 있어서,
    제1 신호원에 의해 제공된 제1 신호와 제2 신호원에 의해 제공된 제2 신호를 결합하며, 다수의 포트 - 상기 다수의 포트들 중 제1 포트는 상기 제1 신호원으로부터 상기 제1 신호를 수신하며, 상기 다수의 포트들 중 제2 포트는 상기 제2 신호원으로부터 상기 제2 신호를 수신한다 - 들을 갖는 신호 결합 네트워크와,
    다수의 아이솔레이터들 - 이들 중 적어도 하나의 아이솔레이터가 상기 제1 신호를 수신하는 상기 제1 포트와 상기 제1 신호원 사이에 위치한다 - 을 포함하는 신호 결합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 포트들 중 제3 포트와 상기 신호 결합 네트워크로부터 결합 신호를 수신 및 전송하는 안테나 사이에 접속부를 더 포함하는 신호 결합 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 신호가 상기 제2 신호와는 상이한 유형을 갖는 신호 결합 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    적어도 하나의 아이솔레이터가 상기 안테나와 상기 제3 포트 사이에 배치되는 신호 결합 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 아이솔레이터가 3 포트 접합 서큘레이터인 신호 결합 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    다수의 로드들을 더 포함하며, 상기 다수의 로드들에서 각 로드가 상기 다수의 아이솔레이터들 중 특정한 하나와 정합되는 신호 결합 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 서큘레이터가 자계 바이어스된 페라이트 물질에 연결된 대칭형 "Y" 접합 전송 선로를 포함하는 신호 결합 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    적어도 하나의 아이솔레이터가 상기 제2 신호를 수신하는 상기 제2 포트와 상기 제2 신호원 사이에 배치되는 신호 결합 장치.
  9. 적어도 2개의 신호를 결합하는 전력 콤바이너에 있어서,
    제1 전력원에 의해 제공된 제1 신호와 제2 전력원에 의해 제공된 제2 신호를 결합하며, 다수의 포트들 - 상기 다수의 포트들 중 제1 포트는 상기 제1 전력원으로부터 상기 제1 신호를 수신하며, 상기 다수의 포트들 중 제2 포트는 상기 제2 전력원으로부터 상기 제2 신호를 수신한다 - 을 갖는 전력 결합 네트워크와,
    다수의 아이솔레이터들 - 적어도 하나의 아이솔레이터가 상기 제1 신호를 수신하는 상기 제1 포트와 상기 제1 전력원 사이에 배치되며, 적어도 하나의 아이솔레이터가 상기 제2 신호를 수신하는 상기 제2 포트와 상기 제2 전력원 사이에 배치된다 - 을 포함하는 신호 결합 전력 콤바이너.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전력 콤바이너에 대한 신호의 아이솔레이션 정도가 상기 전력 결합 네트워크 및 상기 제1 전력원 및 상기 제2 전력원 사이에 배치된 상기 다수의 아이솔레이터들의 함수로서 결정되는 신호 결합 전력 콤바이너.
  11. 제 10 항에 있어서,
    신호의 아이솔레이션 정도가 15dB 보다 큰 신호 결합 전력 콤바이너.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 전력 결합 네트워크로부터, 상기 제1 신호의 적어도 일부분과 상기 제2 신호의 적어도 일부분의 함수인 결합 신호를 수신 및 전송하는 안테나를 더 포함하는 신호 결합 전력 콤바이너.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 안테나가 상기 전력 결합 네트워크로부터 상기 결합 신호를 수신하는 상기 다수의 포트들 중 제3 포트에 접속되는 신호 결합 전력 콤바이너.
  14. 제 10 항에 있어서,
    적어도 하나의 아이솔레이터가 자계 바이어스된 페라이트 물질에 연결된 대칭형 "Y" 접합 전송 선로를 갖는 3 포트 접합 서큘레이터인 신호 결합 전력 콤바이너.
  15. 제 10 항에 있어서,
    다수의 로드들을 더 포함하며, 상기 다수의 로드들에서 각각의 로드가 상기 다수의 아이솔레이터들 중 특정 하나의 아이솔에이터와 정합되는 신호 결합 전력 콤바이너.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제1 신호는 상기 제2 신호와는 상이한 유형을 갖는 신호 결합 전력 콤바이너.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 결합 신호가 상기 안테나로부터 디지탈 오디오 방송 네트워크를 통해 전송되는 신호 결합 전력 콤바이너.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 제1 전력원이 전력 증폭기인 신호 결합 전력 콤바이너.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 디지탈 오디오 방송 네트워크가 IBOC 신호 방식을 사용하는 신호 결합 전려 콤바이너.
  20. 다수의 전력원들 - 각 전력원은 다수의 신호들 중 각각 하나의 신호를 제공한다 - 에 의해 제공된 다수의 신호들을 결합하는 하이브리드 전력 콤바이너에 있어서,
    다수의 포트들 - 상기 다수의 포트들의 각 포트가 상기 다수의 신호들 중 각각의 상이한 신호를 수신한다 - 을 갖는 하이브리드 커플러와,
    적어도 하나의 서큘레이터가 상기 다수의 포트들 중 적어도 하나의 포트와 이 포트에서 수신되는 상기 신호를 제공하는 상기 각각의 전력원 사이에 접속되며, 적어도 또다른 하나의 서큘레이터가 상기 다수의 포트들 중 적어오 하나의 다른 포트와 이 다른 포트에서 수신되는 상기 신호를 제공하는 상기 각각의 전력원 사이에 위치하는, 다수의 서큘레이터를 포함하는 하이브리드 전력 콤바이너.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 전력 결합 네트워크로부터, 상기 제1 신호의 적어도 일부분과 상기 제2 신호의 적어도 일부분의 함수인 결합 신호를 수신 및 전송하는 안테나를 더 포함하는 하이브리드 전력 콤바이너.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 하이브리드 전력 콤바이너가 디지탈 텔레비전 장치의 부분인 하이브리드 전력 콤바이너.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 하이브리드 전력 콤바이너용 신호의 아이솔레이션 정도가 상기 다수의 서큘레이터들의 함수로서 결정되는 하이브리드 전력 콤바이너.
  24. 제 23 항에 있어서,
    신호의 아이솔레이션 정도가 15dB 이상인 하이브리드 전력 콤바이너.
  25. 제 20 항에 있어서,
    적어도 하나의 서큘레이터가 자계 바이어스된 페라이트 물질에 연결된 대칭형 "Y" 접합 전송 선로을 갖는 3 포트 접합 서큘레이터인 하이브리드 전력 콤바이너.
  26. 디지탈 오디오 방송 시스템으로서,
    제1 신호를 제공하는 제1 전력원과 제2 신호를 제공하는 제2 전력원과,
    상기 제1 신호 및 제2 신호를 결합 신호로 결합하며, 다수의 포트들 - 상기 다수의 신호들 중 제1 포트가 상기 제1 전력원으로부터 상기 제1 신호를 수신하며, 상기 다수의 신호들 중 제2 포트가 상기 제2 전력원으로부터 상기 제2 신호를 수신한다 - 을 갖는 전력 결합 네트워크와,
    적어도 하나의 아이솔레이터가 상기 제1 신호을 수신하는 상기 제1 포트와 상기 제1 전력원 사이에 위치하며, 적어도 하나의 아이솔레이터가 상기 제2 신호를 수신하는 상기 제2 포트와 상기 제2 전력원 사이에 위치하는 다수의 아이솔레이터와,
    상기 결합 신호를 전송하는 안테나를 포함하는 디지탈 오디오 방송 시스템.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 하이브리드 콤바이너에 대한 신호의 아이솔레이션 정도가 상기 다수의 아이솔레이터들의 함수로서 결정되는 디지탈 오디오 방송 시스템.
  28. 제 27 항에 있어서,
    신호의 아이솔레이션 정도가 15dB 이상인 디지탈 오디오 방송 시스템.
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 제1 신호가 상기 제2 신호와는 상이한 유형인 디지탈 오디오 방송 시스템.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 안테나가 상기 다수의 포트들 중 제3 포트에 접속되며, 상기 결합 신호전송시 IBOC 신호 방식을 사용하는 디지탈 오디오 방송 시스템.
  31. 제 28 항에 있어서,
    적어도 하나의 아이솔레이터가 자계 바이어스된 페라이트 물질에 연결된 대칭형 "Y" 접합 전송 선로를 갖는 3 포트 접합 서큘레이터인 디지탈 오디오 방송 시스템.
  32. 제 31 항에 있어서,
    다수의 로드 - 상기 다수의 로드들에서 각 로드는 상기 다수의 아이솔레이터 중 특정 하나의 아이솔레이터와 정합된다 - 를 더 포함하는 디지탈 오디오 방송 시스템.
  33. 제 29 항에 있어서,
    상기 제1 신호가 아날로그 신호이며, 상기 제2 신호가 디지탈 신호인 디지탈 오디오 방송 시스템.
  34. 적어도 2개의 신호를 결합하는 장치에 있어서,
    제1 신호원에 의해 제공된 제1 신호와 제2 신호원에 의해 제공된 제2 신호원을 결합하며, 다수의 포트들 - 상기 다수의 포트들 중 제1 포트는 상기 제1 신호원으로부터 상기 제1 신호를 수신하며, 상기 다수의 포트들 중 제2 포트는 상기 제2 신호원으로부터 상기 제2 신호를 수신한다 - 를 갖는 신호 결합 수단과,
    상기 제2 신호로부터 상기 제1 신호를 분리하며, 상기 제1 신호를 수신하는 상기 제1 포트와 상기 제1 신호원 사이에 배치된 적어도 하나의 아이솔레이터를 사용하는 분리 수단을 포함하는 신호 결합 장치.
  35. 제 34 항에 있어서,
    상기 신호 결합 수단으로부터 오는 결합 신호를 수신 및 전송하는 수단을 더 포함하는 신호 결합 장치.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 제1 신호가 상기 제2 신호와는 상이한 유형을 갖는 신호 결합 장치.
  37. 제 34 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 아이솔레이터가 3 포트 접합 서큘레이터인 신호 결합 장치.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 수신 및 전송 수단은 상기 다수의 포트들 중 제3 포트에 접속되는 안테나인 신호 결합 장치.
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