KR200387688Y1 - 광대역 방향성 결합기 - Google Patents

광대역 방향성 결합기 Download PDF

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Abstract

본 고안은 주전송선로 근방에 함체커버와 함체바디를 연결시켜 주는 정합도체를 삽입하여 광대역의 주파수 범위에서도 결합도를 안정시키고 격리도 및 전압정재파비(VSWR)를 향상시킨 광대역 방향성 결합기에 관한 것이다.
이러한 본 고안의 방향성 결합기는 내부에 캐비티가 형성된 함체; 상기 함체에 설치된 입출력 단자들; 상기 캐비티에 설치되어 입력단자를 통해 전송된 신호를 출력단자로 전송하는 주전송선로; 상기 주전송선로와 인접설치되어 주전송선로를 통과하는 신호를 커플링하여 상기 단자를 통해 제공하는 부전송선로; 및 상기 주전송선로 근방에 삽입되어 넓은 주파수 범위에서 결합도를 안정화시키고 격리도 및 전압정재파비를 향상시키기 위한 정합도체로 구성된다. 따라서 본 고안에 따르면 주전송선로와 부전송선로를 3단으로 하여 광대역 주파수 특성을 제공할 수 있고, 주전송선로 근방에 함체커버와 함체바디를 연결시켜 주는 정합도체를 삽입하여 광대역의 주파수 범위에서 결합도를 안정화시킴과 아울러 격리도와 전압정재파비를 개선하여 방향성 결합기의 전반적인 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

광대역 방향성 결합기{Wide-band directional coupler}
본 고안은 방향성 결합기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 주전송선로 근방에 함체커버와 함체바디를 연결시켜 주는 정합도체를 삽입하여 광대역의 주파수 범위에서도 결합도를 안정화시키고 격리도와 전압정재파비를 향상시킨 광대역 방향성 결합기에 관한 것이다.
일반적으로, 무선통신 네트워크 또는 시스템에서 사용되는 방향성 결합기는 마이크로 고주파(RF)신호를 분리하거나 결합하는 소자로서, 혼합기(Mixer)내에서 고주파(RF) 전력(Power)을 분기 또는 결합하거나, 제어를 위하여 소스(Source)의 전력(Power)을 샘플링하거나, 회로망 분석기 등에서 입력신호와 반사신호를 분리하거나 다수의 부하에 대해 전력(RF Power)을 분배하는 등, 다양한 기능을 위해 광범위하게 사용되는 소자이다.
이러한 방향성 결합기는 크게 도파관형, 브랜치라인(Branch-Line)형, 결합 전송선로(Coupled-Transmission-Line)형 등으로 분류할 수 있으며, 그 용도에 따라 다양한 형태로 구현되어 사용된다.
특히, 결합 전송선로형 방향성 결합기는 통상 입력포트, 출력포트, 결합포트, 및 격리포트의 4단자 포트와, 입력포트를 통해 입사되는 마이크로 전자파를 출력포트를 통해 통과시키는 주전송선로와, 주전송선로와의 결합 현상을 통해 전자파에 대한 소정의 전력을 분기하고 이를 결합포트를 통해 출력하는 부전송선로로 구성되어 있다. 예컨대, 등록실용신안 20-0231487호로 등록된 불균형적인 결합구조를 통해 길이 축소 및 높은 지향성을 갖는 방향성 결합기는 앞서의 설명에서와 같이 4단자가 설치된 함체와, 함체에 내장되는 주전송선로, 주전송선로의 신호를 결합하기 위한 부전송선로로 이루어져 있다.
그런데 이와 같은 구조의 방향성 결합기를 800MHz에서 2700MHz에 이르는 광대역 특성을 제공할 수 있는 광대역 방향성 결합기로 사용할 경우에 주어진 사용주파수 대역에서 결합도가 일정하지 않고, 주파수에 따라 변화하므로 입력단자로부터 입력되어 주전송선로를 거쳐 출력단자로 출력되는 신호전력도 변화하게 되고 정재파비도 열화되는 문제점이 있다.
본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 주전송선로 근방에 함체커버와 함체바디를 연결시켜 주는 정합도체를 삽입하여 광대역의 주파수 범위에서 결합도를 안정화시키고, 격리도와 전압정재파비를 개선하는 등 전체적인 특성을 향상시킨 광대역 방향성 결합기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 장치는 내부에 캐비티가 형성된 함체; 상기 함체에 설치된 입출력 단자들; 상기 캐비티에 설치되어 입력단자를 통해 전송된 신호를 출력단자로 전송하는 주전송선로; 상기 주전송선로와 인접설치되어 주전송선로를 통과하는 신호를 커플링하여 상기 단자를 통해 제공하는 부전송선로; 및 상기 주전송선로 근방에 함체커버와 함체바디를 연결시켜 주기 위해 삽입되어 넓은 주파수 범위에서 결합도를 안정화시키고 격리도와 전압정재파비를 개선하기 위한 정합도체를 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 함체는 함체 커버와, 함체 바디로 구성되고, 상기 함체에 형성된 캐비티는 전기적으로 3개의 영역으로 구분되며, 상기 주전송선로와 부전송선로는 상기 3개의 영역에 대응하여 3개의 부분으로 이루어져 광대역 특성을 제공하도록 된 것이고, 상기 정합도체는 상기 주전송선로 근방에 함체커버와 함체바디를 연결시켜 주는 2개의 도체판으로 되어 있고, 상기 도체판의 두께, 길이, 위치를 조정해 주파수에 따른 결합도를 안정화시키고 격리도와 전압정재파비를 개선하도록 된 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 고안에 따른 광대역 방향성 결합기를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 고안에 따른 광대역 방향성 결합기의 함체 커버를 도시한 도면이며, 도 3은 본 고안에 따른 광대역 방향성 결합기의 함체 바디를 도시한 도면이다.
본 고안에 따른 광대역 방향성 결합기는 공기 유전체를 사용하는 에어라인형(Air Line Type) 방향성 결합기로서 도 1에 도시된 바와 같이, 접지체 역할을 하는 함체(1)와, 함체 내의 빈공간(캐비티)에 실장되는 주전송선로(A) 및 부전송선로(B)와, 접속을 위해 함체(1)에 설치된 단자(P1~P4)로 구성된다. 그리고 함체(1)는 캐비티(도3의 C1~C3)가 형성된 함체 바디(20)와, 함체 바디(20)를 덮기 위한 함체 커버(10)로 구성된다.
함체 커버(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 함체 커버판(11)의 중앙 양 부분에 내측으로 향하는 2개의 돌부(12,13)가 형성되어 있고, 함체 커버판(11)의 주변에는 함체 바디(20)와 결합하기 위한 결합홀들(14)이 형성되어 있다.
함체 몸체(20)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 전기적으로 3개의 영역으로 구분되는 캐비티(C1,C2,C3)가 형성되어 있고, 캐비티(C1,C2,C3)에 실장되는 주전송선로(A)와 부전송선로(B)도 3개의 캐비티 영역에 대응하여 3부분(22A/B, 23A/B, 24A/B)으로 구분되어 전체적으로 광대역 특성을 제공하도록 되어 있다. 주전송선로(22A)의 일단에는 신호를 입력받기 위한 입력단자(P1)가 연결되어 커넥터를 통해 신호를 입력할 수 있도록 되어 있고, 주전송선로(24A)의 타단에는 신호를 출력하기 위한 출력단자(P2)가 연결되어 커넥터를 통해 신호를 출력할 수 있도록 되어 있다.
그리고 주전송선로(A)와 나란히 배열된 부전송선로(B)는 주전송선로(A)를 통해 전송되는 신호를 커플링하여 결합단자(P3)나 격리단자(P4)로 전달하도록 되어 있는데, 부전송선로(22B)의 일단에 연결된 결합단자(P3)를 통해 결합된 부전송선로(B)의 커플링 신호가 대부분 전달되고, 부전송선로(24B)의 타단에 연결된 격리단자(P4)에서는 부전송선로(B)의 커플링신호가 거의 나타나지 않도록 되어 있다. 여기서, 주전송선로(A)와 부전송선로(B)는 도체 바(bar)로 되어 있고, 방향성 결합기가 원하는 결합량을 갖도록 두 선로(A,B)간의 이격거리와 주전송선로(A)와 부전송선로(B)의 길이, 단면직경 등을 설계할 필요가 있다.
또한 주전송선로(A) 근방에서 함체커버(10)와 함체바디(20)를 연결시켜 주는 2개의 정합도체(25-1,25-2)는 주파수에 따른 결합도(입력단자 P1에 신호를 인가하면 결합단자 P3에 신호가 나타나는데, 입력단자 P1의 신호전력에 대한 결합단자 P3에 나타나는 신호전력의 비)와 삽입손실의 변화를 안정화시키고 격리도와 전압정재파비를 개선하기 위한 것이다. 즉, 광대역에서 동작하는 방향성 결합기는 통상 주어진 사용주파수 대역에서 결합도가 일정하지 않고 주파수에 따른 격리도 및 전압정재파비 변화가 심하다. 따라서 입력단자(P1)로부터 입력되어 주전송선로(A)를 거쳐 출력단자(P2)로 출력되는 전력도 변화하게 된다.
본 고안에서는 도 3에 도시된 바와 같이 주전송선로(A) 근방에 함체커버(10)와 함체바디(20)를 연결시켜 주는 2개의 정합도체(25-1,25-2)를 삽입하고, 정합도체(25-1,25-2)의 두께, 길이, 위치를 조정해 주면 주파수에 따른 결합도의 변화가 작아지고 격리도와 전압정재파비 특성도 개선된다. 예컨대, 방향성 결합기의 동작 주파수 대역이 800MHz ~2700MHz이고 5dB 에어라인형 방향성 결합기의 경우, 각 정합도체(25-1,25-2)의 크기는 길이 6mm, 폭 1.3mm, 높이 8.4mm 인 것이 바람직하다.
그리고 부전송선로(B)를 결합단자(P3)측으로 연결하기 위한 접속부분과, 격리단자(P4)측으로 연결하기 위한 접속부분에서 연결을 스텝(단층)으로 한 후, 스텝(27) 크기를 조정하면 정재파비 특성을 개선할 수 있다.
이어서, 상기와 같이 구성되는 광대역 방향성 결합기의 동작을 설명하면 다음과 같다.
방향성 결합기를 필요로 하는 시스템(예컨대, CDMA 824~894MHz; PCS 1750~1870MHz; WCDMA 1875~2170MHz; 무선인터넷 2300~2400MHz; 위성 DMB 2605~2655MHz 등)에 본 고안에 따른 광대역 방향성 결합기를 설치하면 입력단자(P1)를 통해 800MHz~2700MHz 대역 내의 해당 RF신호가 입력되고, 이 신호는 제1 캐비티 영역(C1)의 주전송선로(22A)와 제2 캐비티 영역(C2)의 주전송선로(23A), 제3 캐비티 영역(C3)의 주전송선로(24A)를 거쳐 출력단자(P2)를 통해 출력된다. 이때 주전송선로(A)를 통해 전송된 고주파신호의 일부가 부전송선로(B)측으로 커플링되어 대부분의 신호가 결합단자(P3)로 전달되고, 극히 일부의 신호가 격리단자(P4)로 전달된다.
이와 같은 본 고안에 따른 광대역 방향성 결합기의 입력단자(P1)에 측정신호를 인가한 후 자신의 단자(P1)와 다른 출력단자(P2~P4)에 나타나는 신호를 측정하여 나타낸 전압정재파비와 삽입손실, 결합도, 격리도는 도 4 내지 도 7에 도시된 그래프와 같다.
도 4는 본 고안에 따른 5dB 광대역 방향성 결합기의 전압정재파비(VSWR)를 도시한 특성 그래프로서, 입력단자(P1)에 기준신호를 인가한 후 자신의 단자(P1)로 반사되는 신호레벨을 측정한 것이다. 도 4를 참조하면, 횡축은 800MHz에서 2700MHz까지의 주파수(단위: GHz)를 나타낸 것이고, 종축은 VSWR을 나타낸다. 도시된 그래프에 따르면 측정된 VSWR은 사용주파수 전대역에서 약 1.1 이하의 우수한 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 고안에 따른 5dB 광대역 방향성 결합기의 삽입손실을 도시한 특성 그래프로서, 입력단자(P1)에 기준신호를 인가한 후 출력단자(P2)에서 출력되는 신호레벨을 측정한 것이다. 도 5를 참조하면, 횡축은 800MHz에서 2700MHz까지의 주파수(단위: GHz)를 나타낸 것이고, 종축은 삽입손실(단위 dB)을 나타낸다. 도시된 그래프에 따르면 측정된 삽입손실은 사용주파수 전대역에서 약 2dB 이하의 우수한 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 고안에 따른 5dB 광대역 방향성 결합기의 결합도를 도시한 특성 그래프로서, 입력단자(P1)에 기준신호를 인가한 후 P3단자에서 출력된 신호레벨을 측정한 것이다. 도 6을 참조하면, 횡축은 800MHz에서 2700MHz까지의 주파수(단위: GHz)를 나타낸 것이고, 종축은 결합도(단위 dB)를 나타낸다. 도시된 그래프에 따르면 결합도는 사용주파수 범위에서 약 5dB ± 1dB의 범위에서 비교적 평탄한 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 고안에 따른 5dB 광대역 방향성 결합기의 격리도를 도시한 특성 그래프로서, 입력단자(P1)에 기준신호를 인가한 후 P4단자에서 출력된 신호레벨을 측정한 것이다. 도 7을 참조하면, 횡축은 800MHz에서 2700MHz까지의 주파수(단위: GHz)를 나타낸 것이고, 종축은 격리도(단위 dB)를 나타낸다. 도시된 그래프에 따르면 격리도는 사용주파수 범위에서 30dB 이하의 우수한 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안에 따르면 주전송선로와 부전송선로를 3단으로 하여 광대역 특성을 제공할 수 있고, 주전송선로 근방에 함체커버와 함체바디를 연결시켜 주는 정합도체를 삽입하여 광대역의 주파수 범위에서 결합도를 안정화시킴과 아울러 격리도와 전압정재파비를 개선하여 방향성 결합기의 전반적인 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 고안은 상기한 실시예에 한정되지 않으며, 본 고안이 속한 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 많은 변형이 가능함은 명백하다.
도 1은 본 고안에 따른 광대역 방향성 결합기를 도시한 분해 사시도,
도 2는 본 고안에 따른 광대역 방향성 결합기의 함체 커버를 도시한 도면,
도 3은 본 고안에 따른 광대역 방향성 결합기의 함체 바디를 도시한 도면,
도 4는 본 고안에 따른 광대역 방향성 결합기의 정재파비 특성을 도시한 그래프,
도 5는 본 고안에 따른 광대역 방향성 결합기의 삽입손실 특성을 도시한 그래프,
도 6는 본 고안에 따른 광대역 방향성 결합기의 결합도 특성을 도시한 그래프,
도 7은 본 고안에 따른 광대역 방향성 결합기의 격리도 특성을 도시한 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 함체 커버 11: 커버판
12,13: 커버 돌출부 14,26: 결합홀
20:함체 바디 21: 바디 하우징
A,22A,23A,24A: 주전송선로 B,22B,23B,24B: 부전송선로
25-1,25-2: 정합도체 P1~P4: 입출력단자

Claims (4)

  1. 내부에 캐비티가 형성된 함체;
    상기 함체에 설치된 입출력 단자들;
    상기 캐비티에 설치되어 입력단자를 통해 전송된 신호를 출력단자로 전송하는 주전송선로;
    상기 주전송선로와 인접설치되어 주전송선로를 통과하는 신호를 커플링하여 상기 단자를 통해 제공하는 부전송선로; 및
    상기 주전송선로 근방에 함체커버와 함체바디를 연결시켜 주도록 삽입되어 넓은 주파수 범위에서 결합도를 안정화시키고 격리도와 전압정재파비를 개선하기위한 정합도체를 구비한 것을 특징으로 하는 광대역 방향성 결합기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 함체는 함체 커버와, 함체 바디로 구성되고, 상기 함체에 형성된 캐비티는 전기적으로 3개의 영역으로 구분되며, 상기 주전송선로와 부전송선로는 상기 3개의 영역에 대응하여 3개의 부분으로 이루어져 광대역 특성을 제공하도록 된 것을 특징으로 하는 광대역 방향성 결합기.
  3. 제1항에 있어서, 상기 정합도체는
    상기 주전송선로 근방에 함체커버와 함체바디를 연결시켜 주는 소정 폭의 넓이를 갖는 2개의 도체판으로 되어 있고, 상기 도체판의 두께, 길이, 위치를 조정해 주파수에 따른 결합도를 안정화시키고 격리도와 전압정재파비를 개선하도록 된 것을 특징으로 하는 광대역 방향성 결합기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 정합도체는
    상기 도체판의 크기는 길이 6mm, 폭 1.3mm, 높이 8.4mm 인 것을 특징으로 하는 광대역 방향성 결합기.
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KR20170129495A (ko) * 2016-05-17 2017-11-27 상신정보통신 주식회사 하이브리드 커플러

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