KR20010039098A - 저항회로 방향성 결합기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이동통신 기지국 장비에서 전송되는 출력을 확인할 수 있는 방향성 결합기에 관한 것으로, 특히, 출력단의 부정합에 의한 반사전력의 영향을 최소화하는 저항회로 방향성 결합기에 관한 것이며, 입력단으로부터 인가되는 출력신호의 전송선로이며 1/4 파장의 전기적 길이를 갖는 제1 마이크로 스트립 라인과, 상기 제1 마이크로 스트립 라인으로부터 인가되는 출력신호의 전송선로이며 1/4 파장의 전기적 길이를 갖는 제2 마이크로 스트립 라인과, 상기 제2 마이크로 스트립 라인으로부터 인가되는 출력신호의 전송선로이며 1/4 파장의 전기적 길이를 갖고 출력단에 연결되는 제3 마이크로 스트립 라인과, 상기 제1 및 제2 마이크로 스트립 라인의 접속점에 연결되어 전송되는 전력의 일부를 추출하는 제1 검출 저항과, 상기 제2 및 제3 마이크로 스트립 라인의 접속점에 연결되어 전송되는 전력의 일부를 추출하는 제2 검출 저항과, 상기 각각의 제1 및 제2 검출저항과 접지 사이에 각각 연결되어 결합단의 임피던스를 정합 하는 제1 및 제2 정합 저항과, 상기 제1 및 제2 검출저항 사이에 연결되며 상기 제1 내지 제3 마이크로 스트립 라인의 임피던스보다 2배의 임피던스를 갖는 제4 마이크로 스트립 라인으로 구성되는 저항회로 방향성 결합기 장치를 특징으로 한다.

Description

저항회로 방향성 결합기 장치{A DEVICE OF DIRECTIONAL COUPLER WITH RESISTER CIRCUIT}

본 발명은 이동통신 기지국 장비에서 전송되는 출력을 확인할 수 있는 방향성 결합기에 관한 것으로, 특히, 출력단의 부정합(Mis Matching)에 의한 반사전력의 영향을 최소화하는 저항회로 방향성 결합기에 관한 것이다.

이동통신 장비에서의 기지국 장비는 해당 중앙제어부의 제어에 의하여 소정의 출력을 정확하게 출력하여야 하며, 상기 출력되는 송신전력의 일부 신호를 방향성 결합기를 이용하여 검출 및 필요한 처리를 하므로써, 정확하게 전력이 제어된 송신 신호가 출력되도록 한다.

상기와 같이 출력되는 송신 전력을 정확하게 제어하기 위하여는 상기 방향성 결합기에서 송신되는 전력을 정확하게 검출할 수 있어야 하며, 저항회로 방향성 결합기에 전송선로로 사용되는 마이크로 스트립 라인(Micro Strip Line)의 길이는 주파수에 비례하는 파장과 관련된 것이고, 이동통신에서 사용되는 주파수는 일정한 대역폭(Band Width)을 가지고 있으며, 상기 주파수의 대역폭을 다수개로 분할하여 각각을 다수의 통신 채널로 사용하고 있다.

상기 저항회로 방향성 결합기에 사용되는 마이크로 스트립 라인은 상기 대역폭의 중간 주파수를 기준으로 설계를 하게 되고, 상기 중간 대역의 주파수를 기준으로 상부 대역 및 하부 대역의 주파수에 의한 신호가 출력되는 경우, 출력단의 임피던스 부정합(Mis Matching) 및 외부에 연결되는 안테나의 임피던스 부정합 등에 의하여 반사(Reflect) 전력이 발생하는 문제가 있었다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래 기술에 의한 저항회로 방향성 결합기를 설명한다.

도1 은 종래 기술에 의한 저항회로 방향성 결합기의 회로도이고, 도2 는 종래 기술에 의한 방향성 결합기의 특성을 측정한 디지털 사진이다.

상기의 첨부된 도면을 참조하면, 종래 기술에 의한 방향성 결합기는 이동통신용 주파수 대역에서의 중간 주파수를 기준으로 하여 1/4 파장의 전기적 길이(Electrical Length)를 갖고 50 오옴(Ohm)의 임피던스를 갖으며 입력단(Input Port)에 접속되는 제1 마이크로 스트립 라인(5)과,

상기와 동일하게 이동통신용 주파수 대역에서의 중간 주파수를 기준으로 하여 1/4 파장의 전기적 길이(Electrical Length)를 갖고 50 오옴(Ohm)의 임피던스를 갖으며 출력단(Out Port)에 접속되는 제2 마이크로 스트립 라인(7)과,

상기 제1 및 제2 마이크로 스트립 라인(5,7)의 연결점에 접속되고, 전송되는 출력 신호의 일부를 저항 값에 반비례하여 추출하며 결합단(Coupling Port)에 출력하는 검출저항(R1)(30)과,

상기 결합단의 임피던스 정합(Matching)용으로 사용되며, 결합단(Coupling Port)과 접지 사이에 연결되는 매칭저항(R2)(40)으로 구성된다.

이하, 상기와 같은 구성의 종래 기술에 의한 저항회로 방향성 결합기를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이동통신 시스템의 통신용 주파수 대역 중에서 중간주파수의 1/4 파장으로 전기적 길이(Electrical Length)를 갖는 상기 임피던스 50 오옴의 제1 마이크로 스트립 라인(5)이 연결된 입력단(Input Port)에, 임피던스(Impedance)를, 일 실시예로서 50 오옴으로 정합(Matching)시켜 일정한 출력으로 인가하면, 상기와 동일한 1/4 파장의 전기적 길이(Electrical Length)를 갖고 임피던스 50 오옴을 갖는 상기 제2 마이크로 스트립 라인(7)을 거치고, 출력단(Output Port)에 인가된다.

상기 출력단에는 상기 제1 및 제2 마이크로 스트립 라인(5,7)을 설계한 주파수를 기준으로 50오옴의 임피던스(Impedance)에 정합(Matching)되어 상기 입력단으로 인가된 전력이 출력된다.

상기 제1 및 제2 마이크로 스트립 라인(5,7)의 연결점에, 일 실시예로서 750 오옴으로 연결된 검출저항(R1)(30)은 그 저항 값에 반비례하여 상기 입력단에 인가된 전력의 일부를 추출 및 상기 결합단(Coupling Port)에 출력한다.

상기 결합단의 임피던스를 매칭 시키기 위한 매칭저항(R2)(40)이 일 실시예로서 50오옴의 임피던스를 갖고, 상기 결합단과 접지(Ground) 사이에 연결된다.

그러나, 상기와 같이 종래 기술에 의한 저항회로 방향성 결합기 장치는 이동통신용 주파수의 중간주파수에 의하여 제1 및 제2 마이크로 스트립 라인(5,7)이 설계되고, 입력단 및 출력단의 임피던스가 결정되었으므로, 주파수의 함수인 임피던스는 주파수의 변동에 의하여 변동하게 되며, 특히, 상기 출력단에 연결되는 안테나는 주변 환경의 영향으로 선로의 길이 등이 각각 다르게 되어, 임피던스를 정합(Matching) 시키기 어려운 문제가 함께 존재한다.

즉, 마이크로 스트립 라인의 임피던스는 주파수에 비례하므로, 설계된 주파수보다 높은 주파수가 인가되면, 상기 제1 및 제2 마이크로 스트립 라인(5,7)의 임피던스는 50 오옴 보다 크게 되고, 상기 입력단과 출력단의 정합용 임피던스는 부정합(Mis Matching)이 되며, 특히, 송신용 안테나와 연결되는 출력단은 부정합이 발생하면, 출력단에 인가된 출력신호가 부정합이 발생되는 크기에 비례하여 반사(Reflect)된다.

따라서, 상기 결합단(Coupling Port)은 상기 출력단(Output Port)의 부정합에 의하여 반사된 전력의 신호까지 검출하게 되지만, 입력단(Input Port)으로부터 인가되어 검출된 신호와 위상(Phase)이 같을 경우는 결합단자가 추출하여 검출하는 신호의 출력이 상대적으로 커지게 되고, 상기 두 신호의 위상(Phase)이 서로 다를 경우에는 상기 결합단자의 출력은 상대적으로 낮아지게 된다.

상기 첨부된 도2는 출력단자의 임피던스가 50 오옴, 30 오옴 및 70오옴으로 정합 되었을 경우의 결합단자에서 검출되는 전력신호의 값을 스펙트럼 아날라이저로 측정하고 디지털로 촬영한 사진으로서, 최대 및 최소의 전력신호 값 차이가 일 실시예로서, 약 2dB의 오차가 있음을 확인할 수 있다.

따라서, 종래의 기술에 의한 저항회로 방향성 결합기 장치는 주파수의 변경 및 외부 환경 변화에 의한 출력 임피던스가 부정합(Mis Matching) 되는 경우, 결합단에서 검출(Sampling)되는 전력신호는 정확성이 떨어지는 문제가 있었다.

본 발명은 출력단 임피던스 부정합으로 인하여 출력단으로부터 반사되는 전력신호를 180도의 위상 차이가 있는 두 개의 선로를 통하게 하여 서로 상쇄되도록 하고, 입력단으로부터 인가되어 결합단으로 검출되는 신호에 영향을 미치지 않도록 하는 저항회로 방향성 결합기 장치를 제공하는 것이 그 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출한 본 발명은, 입력단으로부터 인가되는 출력신호의 전송선로이며 1/4 파장의 전기적 길이를 갖는 제1 마이크로 스트립 라인과, 상기 제1 마이크로 스트립 라인으로부터 인가되는 출력신호의 전송선로이며 1/4 파장의 전기적 길이를 갖는 제2 마이크로 스트립 라인과, 상기 제2 마이크로 스트립 라인으로부터 인가되는 출력신호의 전송선로이며 1/4 파장의 전기적 길이를 갖고 출력단에 연결되는 제3 마이크로 스트립 라인과, 상기 제1 및 제2 마이크로 스트립 라인의 접속점에 연결되어 전송되는 전력의 일부를 추출하는 제1 검출 저항과, 상기 제2 및 제3 마이크로 스트립 라인의 접속점에 연결되어 전송되는 전력의 일부를 추출하는 제2 검출 저항과, 상기 각각의 제1 및 제2 검출저항과 접지 사이에 각각 연결되어 결합단의 임피던스를 정합하는 제1 및 제2 정합 저항과, 상기 제1 및 제2 검출저항 사이에 연결되며 상기 제1 내지 제3 마이크로 스트립 라인의 임피던스보다 2배의 임피던스를 갖는 제4 마이크로 스트립 라인으로 구성되는 저항회로 방향성 결합기 장치를 특징으로 한다.

도1 은 종래 기술에 의한 저항회로 방향성 결합기의 회로도 이고,

도2 는 종래 기술에 의한 방향성 결합기의 특성을 측정한 디지털 사진이고,

도3 은 본 발명의 일 실시예에 의한 저항회로 방향성 결합기의 회로도 이고,

도4 는 본 발명의 일 실시예에 의한 저항회로 방향성 결합기의 특성을 측정한 디지털 사진이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

5,10 : 제1 마이크로 스트립 라인 7,50 : 제2 마이크로 스트립 라인

20 : 제3 마이크로 스트립 라인 30 : 검출저항

40 : 매칭저항 60 : 제4 마이크로 스트립 라인

70 : 제1 검출 저항 75 : 제2 검출 저항

80 : 제1 정합 저항 85 : 제2 정합 저항

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 저항회로 방향성 결합기 장치를 설명한다.

도3 은 본 발명의 일 실시예에 의한 저항회로 방향성 결합기의 회로도이고, 도4 는 본 발명의 일 실시예에 의한 저항회로 방향성 결합기의 특성을 측정한 디지털 사진이다.

상기의 첨부된 도면을 찬조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 저항회로 방향성 결합기 장치는, 입력단(Input Port)으로부터 인가되는 출력신호를 인가 받고, 상기 인가 받는 신호의 주파수에 의한 파장의 1/4 파장에 해당하는 전기적 길이(Electrical Length)를 갖으며 50 오옴의 임피던스를 갖는 전송선로의 제1 마이크로 스트립 라인(Micro Strip Line)(10)과,

상기 제1 마이크로 스트립 라인(10)으로부터 출력신호를 인가 받으며 상기와 동일하게 인가 받는 신호의 주파수에 의한 파장의 1/4 파장에 해당하는 전기적 길이(Electrical Length)를 갖으며 50 오옴의 임피던스를 갖는 전송선로의 제2 마이크로 스트립 라인(50)과,

상기 제2 마이크로 스트립 라인(50)으로부터 출력신호를 인가 받으며 상기와 동일하게 인가 받는 신호의 주파수에 의한 파장의 1/4 파장에 해당하는 전기적 길이(Electrical Length)를 갖으며 50 오옴의 임피던스를 갖고 출력단(Output Port)에 연결되는 제3 마이크로 스트립 라인(20)과,

상기 제1 및 제2 마이크로 스트립 라인(10,50)의 접속점에 연결되고 상기 제1 및 제2 마이크로 스트립 라인(10,50)을 통하여 전송되는 전력신호의 일부를 추출하는 제1 검출 저항(R3)(70)과,

상기 제2 및 제3 마이크로 스트립 라인(50,20)의 접속점에 연결되고 상기 제2 및 제3 마이크로 스트립 라인(50,20)을 통하여 전송되는 전력신호의 일부를 추출하는 제2 검출 저항(R5)(75)과,

상기 제1 및 제2 검출저항(70,75)에 각각 연결되고 접지(Ground) 사이에 각각 연결되어 결합단(Coupling Port)의 임피던스를 정합(Matching)하는 제1 및 제2 정합 저항(80,85)과,

상기 제1 및 제2 검출저항(70,75) 사이에 연결되며 상기 제1 내지 제3 마이크로 스트립 라인(10,50,20)의 임피던스(Impedance)보다 2배의 임피던스를 갖고, 상기와 동일하게 인가 받는 주파수 신호의 1/4 파장에 해당하는 전기적 길이(Electrical Length)를 갖는 제4 마이크로 스트립 라인(60)으로 구성된다.

이하, 상기와 같은 구성의 본 발명에 의한 저항회로 방향성 결합기 장치를 상세히 설명한다.

상기 제1 내지 제4 마이크로 스트립 라인(10,20,50,60)은 인가되는 주파수 대역의 중간 주파수에 의하여 임피던스가 계산 된 것으로써, 제1 내지 제3 마이크로 스트립 라인(10,50,20)은 일 실시예로서 50 오옴(Ohm)의 임피던스를 갖도록 하고, 제4 마이크로 스트립 라인(60)은 일 실시예로서 100 오옴의 임피던스를 갖도록 한다.

또한, 상기 제1 및 제2 검출저항(70,75)은 일 실시예로서, 1,500 오옴의 저항 성분을 갖으며, 제1 및 제2 정합저항(80,85)은 일 실시예로서, 100 오옴의 저항 성분을 갖는다.

상기 제1 마이크로 스트립 라인(10)과 연결된 입력단(Input Port)을 통하여 송신출력의 신호가 인가되면, 상기 제1 마이크로 스트립 라인(10)을 통과하면서 해당 주파수 신호의 1/4 파장에 대한 지연(Delay)을 나타내며 다시 제2 마이크로 스트립 라인(50)에 인가되어 통과되면서, 또다시 해당 주파수 신호의 1/4 파장 만큼 지연(Delay)을 하게 되고, 다시 제3 마이크로 스트립 라인(20)에 인가되어 통과되면서, 또다시 해당 주파수 신호의 1/4 파장 만큼 지연(Delay)을 한 후, 출력단(Output Port)을 통하여 도면에 도시되지 않은 안테나로 출력 된다.

상기 입력단으로 인가된 출력신호의 세기를 일부 추출 및 검출하여 입력단에 인가된 출력신호의 세기를 정확하게 측정하고자 하는 결합단(Coupling Port)은, 상기 제1 및 제2 마이크로 스트립 라인(10,50)의 접합점에 연결된 제1 검출저항(70)을 통하여, 상기 입력단에 인가된 출력신호가 상기 제1 마이크로 스트립 라인(10)에 의하여 1/4 파장 지연되며, 상기 제1 검출저항(70)의 크기에 반비례하여 일부의 출력신호가 추출 및 검출되고, 상기 검출 신호는 다시 제4 마이크로 스트립 라인(60)에 인가되면서, 1/4 파장이 다시 지연(Delay) 되므로써, 모두 1/2 파장이 지연되어 상기 결합단에 인가되게 된다.

이때, 상기 입력단에 인가되어 상기 제1 마이크로 스트립 라인(10)을 통과하면서 1/4 파장이 지연되고, 상기 제1 검출저항(70)에 의하여 일부의 출력신호가 추출된 출력신호는 상기 제2 마이크로 스트립 라인(50)을 통과하면서 1/4 파장이 지연되어, 총 1/2 파장 지연된 출력신호는, 상기 제2 검출저항(75)에 의하여 일부의 출력신호가 추출 및 검출되어 상기 결합단에 인가된다.

따라서, 상기 결합단은 제1 및 제4 마이크로 스트립 라인(10,60)에 의하여 1/2 파장이 지연되고, 제1 검출저항(70)에 의하여 검출된 신호와, 제1 및 제2 마이크로 스트립 라인(10,50)에 의하여 1/2 파장이 지연되고, 제2 검출저항(75)에 의하여 검출된 신호를 동시에 모두 인가 받게 되고, 상기 두 신호는 동일한 위상(Phase)이므로, 더하여져서 3dB 높은 2배의 신호가 되어 결합단으로 출력되게 된다.

따라서, 상기 결합단으로 검출하고자 하는 출력신호는 상기 제1 및 제2 검출 저항의 병렬 결합에 의한 저항 성분에 반비례하여 검출된다.

또한, 상기 결합단의 임피던스는 병렬로 연결된 제1 및 제2 정합저항의 병렬결합 저항성분에 의하여 정합(Matching) 되므로, 결합단은 50 오옴의 임피던스를 갖게되고, 상기 제4 마이크로 스트립 라인(60)은 상기 제1 및 제2 정합저항과 정합(Matching) 되기 위하여 100 오옴의 특성 임피던스(Characteristic Impedance)를 갖는다.

상기 결합단에 의하여 추출된 출력신호를 제외한 나머지 출력신호는 상기 제3 마이크로 스트립 라인(20)을 통하여 다시 1/4 파장 만큼 지연된 후, 출력단에 인가된다.

상기 출력단이 도면에 도시되지 않은 안테나(Antenna)와 완전하게 정합(Matching)되는 경우, 출력신호는 모두 도시되지 않은 안테나로 출력되지만, 상기 결합단에 연결되고, 외부에 설치되는 안테나의 외부환경 변화 그리고, 주파수 함수인 임피던스가 주파수의 변경에 의한 임피던스 값 변경 등에 의하여 부정합(Mis Matching)이 발생한다.

상기 부정합에 의하여 출력단에서 반사(Reflect)되는 출력신호는 결합단에서 검출되지 않아야 상기 결합단은 입력단으로 인가되는 실제의 출력신호 세기를 정확하게 측정할 수 있게 된다.

상기 출력단으로부터 반사된 신호는 상기 제3 마이크로 스트립 라인(20)에 의하여 1/4 파장 지연(Delay) 되고, 상기 제2 검출 저항(75)에 의하여 추출 및 검출되어 상기 결합단에 인가된다.

또한, 상기 반사된 신호의 일부는 상기 제3 마이크로 스트립 라인(20)을 거치고, 제2 마이크로 스트립 라인(50)에 인가되어 모두 2/4 파장 즉, 1/2 파장이 지연(Delay)된 상태에서, 상기 제1 검출저항(70)에 의하여 추출 및 검출되고, 다시 제4 마이크로 스트립 라인(60)에 인가되면서, 추가로 1/4 파장이 지연(Delay) 되어 모두 3/4 파장이 지연된 상태로 상기 결합단에 인가된다.

상기 제3 마이크로 스트립 라인(20)을 통과하여 1/4 파장 지연되고 검출된 신호와, 제3 및 제2 그리고 제4 마이크로 스트립 라인(20,50,60)을 차례로 통과하면서, 3/4 파장 지연된 신호는 위상(Phase)이 180 도 차이가 발생하게 되고, 상기 두 신호는 상기 결합단에서 서로 상쇄되어 반사신호는 검출되지 않게 된다.

상기 첨부된 도4 는 상기 본 발명의 구성에 의하여 출력단의 임피던스 부정합이 발생하여도, 결합단을 통하여 입력단에 인가되는 출력신호의 전력을 완전하게 정합된 상태와 거의 동일하게 검출하는 상태를 스펙트럼 아날라이저를 사용하여 디지털 촬영한 사진이다.

따라서, 상기와 같은 구성의 본 발명은 출력단의 임피던스 정합에 관계없이 입력단으로 인가된 출력신호를 결합단에서 정확하게 측정할 수 있으며, 상기와 같은 본 발명의 구성이 대칭적 구성임을 이용하여 필요한 경우, 반사되는 전력을 정확하게 측정할 수 있다.

본 발명의 구성을 이용하면, 입력단으로 인가되는 출력신호의 전력을 출력단의 부정합에 의한 반사신호에 영향을 받지 않으면서, 정확하게 측정할 수 있고, 또한, 대칭적 구조를 이용하여 반사전력을 정확하게 측정할 수 있는 공업적 이용 효과가 있으며, 상기와 같은 본 발명의 기술을 사용하는 이동통신 장비는 실제로 송신안테나에 인가되는 출력 신호의 전력 세기를 정확하게 측정하고, 상기 측정값에 의하여 필요하고 정확한 제어를 할 수 있으므로, 이동통신 장비의 신뢰도를 향상시키는 공업적 이용효과가 있다.

Claims (1)

1. 입력단으로부터 인가되는 출력신호의 전송선로이며 1/4 파장의 전기적 길이를 갖는 제1 마이크로 스트립 라인과,

   상기 제1 마이크로 스트립 라인으로부터 인가되는 출력신호의 전송선로이며 1/4 파장의 전기적 길이를 갖는 제2 마이크로 스트립 라인과,

   상기 제2 마이크로 스트립 라인으로부터 인가되는 출력신호의 전송선로이며 1/4 파장의 전기적 길이를 갖고 출력단에 연결되는 제3 마이크로 스트립 라인과,

   상기 제1 및 제2 마이크로 스트립 라인의 접속점에 연결되어 전송되는 전력의 일부를 추출하는 제1 검출 저항과,

   상기 제2 및 제3 마이크로 스트립 라인의 접속점에 연결되어 전송되는 전력의 일부를 추출하는 제2 검출 저항과,

   상기 각각의 제1 및 제2 검출저항과 접지 사이에 각각 연결되어 결합단의 임피던스를 정합 하는 제1 및 제2 정합 저항과,

   상기 제1 및 제2 검출저항 사이에 연결되며 상기 제1 내지 제3 마이크로 스트립 라인의 임피던스보다 2배의 임피던스를 갖는 제4 마이크로 스트립 라인으로 구성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 저항회로 방향성 결합기 장치.