KR20010037266A - Ｎ-웨이 하이 아이솔레이션 전력 분배기/합성기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동 통신장비에 사용되는 통신 부품으로서 하나의 고주파 신호를 다수의 경로로 분배하거나 다수의 경로로부터 입력되는 고주파 신호를 하나의 고주파 신호로 결합하는 N-웨이 하이 아이솔레이션 전력 분배기/합성기에 관한 것으로, 인접포트 간의 격리도를 향상 시키기 위한 것이다.

본 발명은 N-웨이 하이 아이솔레이션 전력 분배기/합성기에 있어서,

입력포트에 접속된 소정길이의 제1전송선로와, 제1전송선로의 타측에 일측이 접속된 N개의 제2전송선로, 상기 N개의 제2전송선로 타측의 일측에 접속된 상기 N개의 짝수승 개의 제3전송선로, 상기 제3전송선로 타측의 일측에 격리도를 높이기 위해 직렬로 결합된 N개의 아이솔레이터,

상기 N개의 아이솔레이터 타측의 일측에 분배된 신호를 출력하는 출력포트들, 상기 제2전송선로 타측의 일측 양단 및 상기 제3전송선로 타측의 일측 양단 사이에 두 선로를 격리시키기 위하여 반사전력을 소모하는 평형용 차동저항이 각각접속되는 것을 특징으로하는 N-웨이 하이 아이 솔레이션 전력분배기/합성기를 제시한다

Description

Ｎ-웨이 하이 아이솔레이션 전력 분배기/합성기 { N-Way High Isolation Power Splitter / Combiner }

본 발명은 고주파 시스템(Micro wave system)에 관한 것으로, 특히 N-웨이 하이 아이솔레이션 전력 분배기/합성기에 관한 것이다.

통상적으로 초고주파 시스템에는 하나의 고주파 신호를 다수의 경로로 분배하는 전력 분배기(Power Splitter)와 다수의 신호를 하나의 경로로 합성하는 합성

기(Power Combiner)가 이용되고 있다.

예를 들면, 전력 분배기는 한 개의 신호원으로 부터 출력되는 초고주파 신호 (Micro Wave)를 여러 개의 출력포트에 일정한 비율로 분배하는데 이용되며, 합성기는 여러개의 신호원으로 부터 입력되는 초고주파 신호를 하나의 출력포트로 합성하는데 이용된다.

상기와 관련한 전력 분배기/합성기의 일 예로서는 윌킨슨(Wilkinson)에 의해 제안된 N-Way divider(여기서 N은 1보다 큰 정수)를 들수 있다. N-웨이 윌킨슨 전력분배기의 기본적인 구성은 적어도 하나의 고주파 신호를 입력 하기 위한 입력포트와, 상기 입력포트로 입력되는 고주파 신호를 분배 출력하기 위한 하나 이상의 출력포트를 갖는다. 이러한 구성은 여러 형태로 제작이 가능하나, 통상 마이크로 스트립(Micro strip)라인으로 구성되거나, 스트립 기판상에 구성되는 예가 그 대표적인 예이다.

도 1은 종래의 기술에 의한 N-웨이 전력 분배기/합성기의 구조를 도시한 것으로, 이는 윌킨슨에 의해 제안되어 N웨이 균등 윌킨슨 전력 분배기로 명명된 것이다.

상기 도 1과 같이 구성된 N-웨이 균등 윌킨슨 전력 분배기의 구성 및 동작을 간략히 설명하면 하기와 같다.

지금, 포트 1로 고주파 신호 RF가 입력되면, 상기의 고주파 신호 RF는 전송라인(transmission line) 20, 22, 24 및 26들의 일측노드 N1들로 입력된다. 이때, 상기 전송라인 20, 22, 24 및 26들 각각의 길이는/4(는 입력고주파신호의 파장을 의미한다.)를 가지며, 각각의 타측노드 N2들은 공통노드 CN에 일측이 공통 접속된 아이솔레이션(Isolation)저항 50, 52, 54 및 56들의 타측에 접속되어 있다. 그리고, 상기 복수의 아이솔레이션 저항 50, 52, 54 및 56들의 타측과 상기 전송라인 20, 22, 24 및 26들의 타측노드들 N2에는 분배된 신호를 출력하기위한 포트 4, 6, 8 및 10들이 구비된다.

상기 포트 1은 공통 입출력 포트로 사용되며, 포트 4, 6, 8 및 10들은 개별적으로 신호를 입출력하는 포트들로 사용된다. 이들 다수의 포트 4, 6, 8 및 10들 각각에는 고주파 신호를 출력하는 송신기, 수신기 혹은 고주파 신호를 증폭하는 고주파 전력 증폭회로가 접속된다.

따라서 상기와 같이 포트 1로 고주파 신호 RF가 입력되면, 상기 입력되는 고주파 신호 RF의 전력은 동일한 위상 및 진폭을 갖는 신호로 나뉘어져 N개포트(도1의 구성에서는 4개의 포트 4, 6, 8 및 10)로 분리 출력된다. 이때, 각 포트 4, 6, 8 및 10들의 로드(load)가 매칭되면, 각 전송라인 20, 22, 24 및 26들의 타측노드 N2에 접속된 아이솔레이션 저항 50, 52, 54 및 56들로는 전력(POWER)이 손실되지 않는다.

따라서, 출력단자로 이용되는 포트 4, 6, 8 및 10들로만 고주파 신호가 분배되어 전달된다.

이때, 상기 도 1의 구성에서/4의 길이를 가지고 포트 1과 다수의 아이솔레이션 저항 50, 52, 54 및 56들 사이에 접속된 전송라인 20, 22, 24 및 26들은 포트 4, 6, 8 및 10들로부터 반사신호의 위상을 동일하게 만들어주기 위한것이다.

이러한 전송선로 20, 22, 24 및 26들의 특성 임피던스를 Z라 하면 하기 수학식 1과 같다.

= √ n x R

상기 수학식 1에서, N은 0이 아닌 자연수이며, R는 전송선로 20, 22, 24 및 26의 선로저항이다. 이때, 1과 같은 N-웨이 윌킨슨 전력 분배기의 입력 임피던스 Zin은 Z가 된다.

도 1과 같은 전력 분배기/합성기를 설계할 때는 아이솔레이션 저항 50, 52, 54 및 56들의 저항 값과 포트 4, 6, 8 및 10들의 출력 저항이 매칭되도록 하는 것이 매우 중요하다.

특히 분배기는 통상적으로 하나의 회로로서 구현되는 것이 일반적이다.상기 공지된 N-웨이 전력 분배기/합성기에 관련된 종래의 또다른 실시예가 특허공개 1998-014459에 계시되어 있다. 상기 공개된 발명은 공통된 로드와, 입출력포트에 일측이 접속된 소정 길이의 제1전송선로와, 상기 제1전송선로의 일측에 접속된 아이솔레이션 저항 및 상기 소정길이 보다도 더 긴 길이를 가지고 상기 저항의 타측에 일측이 접속된 제2 전송선로를 포함하여 가지는 N개의 신호전달패스와; 공통 입출력 포트와 상기 N개의 신호 전달패스내 제2전송선로들의 사이에 각각 쌍으로 접속된 N개의 스위치를 포함한 구성이 계시되어 있다.

상기 종래의 N-웨이 전력 분배기/ 합성기는 하나의 고주파 신호를 다수의 경로로 분배하는 과정에서 출력포트 상호간의 격리도(Isolation)가 현재 기지국에서 사용하고자 하는 N-웨이 전력 분배기/합성기의 격리도 보다 낮음으로 인해 인접포트간에 간섭에 따라 통화시 노이즈와 그로인해 통화의 질이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 인접 포트들 간의 격리도를 높여 주파수간의 상호간섭을 제거하고 통화의 품질을 향상 시킬수 있는 N-웨이 하이 아이솔레이션 전력 분배기/합성기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 고안의 목적을 달성하기 위한 기술사상은 N-웨이 하이 아이솔레이션 전력 분배기/합성기에 있어서,

입력포트에 접속된 소정길이의 제1전송선로와, 제1전송선로의 타측에 일측이 접속된 N개의 제2전송선로, 상기 N개의 제2전송선로 타측의 일측에 접속된 상기 N의 짝수승개의 제3전송선로, 상기 제3전송선로 타측의 일측에 격리도를 높이기 위해 직렬로 결합된 N개의 아이솔레이터,

상기 N개의 아이솔레이터 타측의 일측에 분배된 신호를 출력하는 N개의 출력포트들,

상기 제2전송선로 타측의 일측 양단 및 상기 제3전송선로 타측의 일측 양단 사이에 두 선로를 격리시키기 위하여 반사전력을 소모하는 평형용 차동저항이 각각접속되는 것을 특징으로하는 N-웨이 하이 아이솔레이션 전력 분배기/합성기가 제시된다.

제 1도는 종래의 기술에 의한 N-웨이 전력분배기 구조를 도시한 도면이다.

제 2도는 종래의 또다른 기술에 의한 N-웨이 전력분배기 구조를 도시한 도면이다.

제 3도는 본 발명의 실시예에 의한 N-웨이 아이솔레이션 전력 분배기/합성기의 구조를 도시한 도면이다.

〈도면의주요부분에대한부호의설명〉

1, 2, 3 :입력포트 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 :출력포트

20, 22, 24, 26, 28 :제1전송라인 30, 32, 34, 36, 38, 40 :제2전송라인

42, 44, 46, 48 :제3전송라인 50, 52, 54, 56 :아이솔레이션 저항

60, 62, 64 :차동저항 70, 72, 74, 76 :아이솔레이터

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 4-웨이 하이 아이솔레이션 전력 분배기/합성기의 구조를 도시한 도면이다.

상기 도 3의 각 전송라인(Transmission line) 28, 38, 40 및 42, 44, 46, 48들의 각각 길이는 λ/4(λ는 입력고주파 신호의 파장을 의미한다.)가진다.

공통으로 신호가 입력 또는 출력되는 포트 3에 고주파의 RF신호가 입력되면입력된 신호는 제1전송선로 28을 거쳐 신호의 크기와 위상이 동일하게 두 부분으로 분배되도록 제1전송선로에 접속된 제2전송선로 38과 40으로 분배되며, 상기 제2전송선로 38과 40사이에 부정합이 발생시 상기 제2전송선로 38과 40을 격리시키기 위하여 상기 제2전송선로 38과 40의 타측 사이에 반사전력을 소모하는 평형용 차동저항 60을 접속한다.

상기 제2전송선로 38과 40의 두전송선로를 다시 전력의 크기와 위상이 동일하게 각각 두부분으로 분배되도록 제2전송선로에 접속된 제3전송선로 42와 44 및 46과 48에는 상기 제2전송선로와 마찬가지로 부정합이 발생시 반사전력을 소모하는 평형용 차동저항 62, 64를 상기 전송선로 42와 44사이 및 46과 48사이의 타측에 각각 접속시킨다. 또한 상기 제3전송선로 42와 44 및 46과 48에는 순방향으로는 거의 감쇠없이 전파를 통하나, 역방향으로는 흡수하여 거의 전파를 통하지 않게 하여 인접포트와의 간섭을 줄이기 위한 아이솔레이터 70, 72, 74 및 76들을 각각 직렬로 접속시킴으로서 인접포트간의 격리도를 높여줄수 있다.

접속된 상기 아이솔레이터 70, 72, 74 및 76들의 타측의 일측에는 각각 전압의 크기가 같고 동위상 전력을 분배하여 출력하는 출력포트 12, 14, 16 및 18들이 구성되어 있다.

도 3에 도시된 4-웨이 전력분배기 합성기의 전력분배(혹은 합성)작용을 간략히 설명하면 하기와 같다

도 3의 입력포트 3에 고주파 신호가 들어오면 제1전송선로 28를 거쳐서 크기와 위상이 동일하게 제2전송선로 38, 40의 두 부분으로 분배된다.

이때 두부분으로 분배된 상기 제2전송선로 38과 40는 동일전압과, 위상일때는 상기 제2전송선로 38과 40사이에는 전류가 흐르지 않는다. 그러므로 제2전송선로 38과 전송선로 40사이는 격리되고, 상기전송선로 38과 40이 부정합일때는 평형조건이 성립되지 않으므로 두 포트를 격리시키기 위하여 평형용 차동저항(60)에 의하여 반사전력이 소모된다.

또한 제3전송선로 42와 44의 양 타측의 일측에 사이에 접속된 차동저항 62와 제3전송선로 46과 48의 양 타측의 일측사이에 접속된 차동저항 64 역시 상기 제3전송선로 42, 44, 46 및 48들의 출력포트에 접속된 회로 중에서 어느하나의 회로가 고장으로 인해 상기 제3전송선로가 부정합일때는 평형조건이 성립되지 않으므로 두 선로를 격리시키기 위하여 반사전력을 소모하는 작용을 한다.

즉, 제2전송선로 및 3전송선로 단계별로 상기 N개의 출력포트중 어느 한쪽 출력포트에 접속된 회로에 의해 쇼트나 기타원인에 의해 부정합이 발생할시 상기 각 차동저항 60 및 62, 64에 의해 반사전력을 소모함으로써 한쪽으로 집중되는 전력공급을 방지할수 있다.

또한 상기 출력포트 12, 14, 16 및 18들과 제 3전송선로 42, 44, 46 및 48들에 각각 직렬로 접속된 아이솔레이터 70, 72, 74 및 76들은 페라이트(MO.Fe₂O₃, M은 2가의 금속)라는 직진성이 우수한 자성체를 사용할수 있다.

따라서 전자파가 페라이트를 통과할 때 그 진행 방향으로 자계를 가하면 전자계의 방향이 어느각도 만큼 회전하는 현상(페러데이 효과)을 이용한 것으로 순방향으로로는 거의 감쇠없이 전파를 통하나, 역방향으로는 거의 전파를 통하지 않으므로 인접포트에 주파수 간섭의 영향을 주지 않는다.

따라서 아이솔레이터 70, 72, 74 및 76에 예를 들어 직진성이 우수한 페라이트 소재등을 사용함에 따라 입력포트 3에 입력되는 고주파 신호를 출력방향으로 감쇠없이 신호를 통과 시키며, 역방향의 신호는 대부분 흡수하여 인접포트에 영향을 주지 않는다.

상기와 같이 작용되는 N-웨이 하이 아이솔레이션 전력 분배기의 입력과 출력을 바꾸면 고주파 신호의 전력을 합성(Combine)할수 있는 N-웨이 전력 합성기(N-way power combiner)로도 응용이 가능하다. 예를들어 포트 12, 14, 16 및 18들을 고주파 신호를 입력하는 입력포트로 사용하고, 포트 3을 합성된 고주파 신호를 출력하는 출력포트로 이용하면 N-웨이 전력 합성기로 응용이 가능하며, 그 작용을 살펴보면 하기와 같다.

상기 출력포트 12, 14, 16 및 18들을 입력포트로 하고, 상기 입력포트3을 출력포트로 하면 각각으로 고주파 신호 출력장치들 혹은 다수의 증폭기로부터 증폭출력된 고주파 신호 RF2, RF3, RF4 및 RF5들의 전력이 상기 상기 출력포트 12, 13, 16 및 18로 입력되면 입력된 신호는 아이솔레이터 70, 72, 74 및 76을 거쳐 제3전송로 42, 44 및 46과 48을 통과하여 제2전송선로 38과 40으로 합성된다.

상기 제2전송선로 38과 40으로 합성된 고주파신호는 제1전송선 28로 최종 합성되어 상기 입력포트 3을 통해 동일전압 및 위상으로 출력되어 진다.

특히 상기 입력되는 고주파 신호 RF2, RF3, RF4 및 RF5들는 상기 아이솔레이터 70, 72, 74 및 76들에 의해 인접포트간의 주파수 간섭이 없이 입력되는 고주파 신호를 출력방향으로 감쇠없이 신호를 통과 시키며, 역방향의 신호는 대부분 흡수하므로 인접포트에 영향을 받지않는 신호를 합성하여 출력할수 있다.

본 발명은 이동 통신에 사용하고 있는 모든 장비에 사용되는 통신 부품으로서 하나의 고주파 신호를 다수의 경로로 분배하거나 다수의 경로로 부터 입력되는 고주파 신호를 하나의 고주파 신호로 결합하는 N-웨이 하이 아이솔레이션 전력 분배기/합성기 구성을 토대로 N개의 전송선로에 직렬로 구성한 아이솔레이터에 의해 인접포트와의 격리도를 향상 시킬수 있으며, 또한 각 전송선로에 구성한 차동저항에 의해 출력포트에 접속된 회로의 쇼트나 기타 원인에 의해 한쪽 포트로 전력이 집중되는 것을 방지할수 있으며, 본 발명의 구성을 토대로 통신 사용자에게 인접포트와 간섭이 없는 품질이 우수한 통화써비스를 제공할수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명의 구성을 토대로 합성기로도 응용이 가능하다.

Claims (3)

1. N-웨이 하이 아이솔레이션 전력 분배기/합성기에 있어서,

   입력포트에 접속된 소정길이의 제1전송선로와, 제1전송선로의 타측에 일측이 접속된 N개의 제2전송선로,

   상기 N개의 제2전송선로 타측의 일측에 접속된 상기 N개의 짝수승개의 제3전송선로,

   상기 제3전송선로 타측의 일측에 격리도를 높이기 위해 직렬로 결합된 N개의 아이솔레이터,

   상기 아이솔레이터 타측의 일측에 분배된 신호를 출력하는 N개의 출력포트들,

   상기 제2전송선로 타측의 일측 양단 및 상기 제3전송선로 타측의 일측 양단 사이에 두 선로를 격리시키기 위하여 반사전력을 소모하는 평형용 차동저항이 각각접속되는 것을 특징으로하는 N-웨이 하이 아이 솔레이션 전력분배기/합성기
2. 청구항 1에 있어서, 제3 전송선로 타측과 출력포트 일측에 접속되는 아이솔레이터는 페라이트를 이용한 것을 특징으로 하는 N-웨이 하이 아이솔레이션 전력분배기/합성기.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 N-웨이 하이 아이솔레이션 전력분배기의 구성을 합성기로 이용하기 위하여, 출력포트를 다수의 신호 입력포트로 이용하고,

   상기 전력분배기의 입력포트를 상기 다수의 신호를 합성하여 출력하는 출력포트로 이용하는 것을 특징으로하는 하이 아이솔레이션 전력분배기/합성기.