KR200432149Y1 - 집중소자 방식을 이용한 고주파 선로용 광대역 분배기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 고주파 선로의 전력 분배기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 이동통신 기지국이나 중계기 송신단의 신호 분배에 사용되는 광대역 T-형 전력 분배기에 있어서 집중소자 방식을 이용하여 제품의 크기를 줄이고 전기적 특성을 개선한 전력 분배기에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 전력 분배기는 λ/4 방식의 다단 구조를 이용하는데, 이와 같은 종래의 방식은 사용 주파수 대역이 넓어질수록 더 많은 단수를 필요로 하므로 제품의 길이가 길어지는 단점이 있다. 또한, 종래의 기술은 트랜스포머 방식이므로 사용 주파수 대역외에서 불요파가 많이 발생된다고 하는 또다른 문제점이 있다.

고주파, 광대역, 전력, 분배기, 집중소자

Description

집중소자 방식을 이용한 고주파 선로용 광대역 분배기{Wideband divider using lumped element method for RF and microwave}

도 1은 종래 기술에 따른 전력 분배기의 일반적인 설계 회로망을 나타내는 도면.

도 2는 종래 기술에 따른 체비세프 방식을 이용한 4단 트랜스포머의 설계값을 나타내는 도면.

도 3은 종래 기술에 따른 광대역 T 전력 분배기의 사시도.

도 4는 종래 기술에 따른 광대역 T 전력 분배기의 전기적 특성을 나타내는 도면.

도 5는 본 고안에 따른 집중소자 방식을 이용한 트랜스포머의 설계값을 나타내는 도면.

도 6은 본 고안에 따른 집중소자 방식을 이용한 광대역 T-형 전력 분배기의 사시도.

도 7은 본 고안에 따른 집중소자 방식을 이용한 광대역 T-형 전력 분배기의 전기적 특성을 나타내는 도면.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100, 200 : 분배기 101, 201 : 입력포트

102 : 트랜스포머 선로 103, 203 : T-정션

104, 204 : 제 1 출력포트 105, 205 : 제 2 출력포트

본 고안은 고주파 선로의 전력 분배기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 이동통신 기지국이나 중계기 송신단의 신호 분배에 사용되는 광대역 T-형 전력 분배기에 있어서 집중소자 방식을 이용하여 제품의 크기를 줄이고 전기적 특성을 개선한 전력 분배기에 관한 것이다.

종래 기술에 따른 전력 분배기는 λ/4 방식의 다단 구조를 이용하는데, 이와 같은 종래의 방식은 사용 주파수 대역이 넓어질수록 더 많은 단수를 필요로 하므로 제품의 길이가 길어지는 단점이 있다. 또한, 종래의 기술은 트랜스포머 방식이므로 사용 주파수 대역외에서 불요파가 많이 발생된다고 하는 또다른 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 본 고안은 이동통신 기지국이나 중계기 송신단의 신호 분배에 사용되는 광대역 T-형 전력 분배기에 있어서 집중소자 방식을 이용하여 제품의 크기를 줄이고 전기적 특성을 개선한 전력 분배기를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 고안에 따른 집중소자 방식을 이용한 광대역 T-형 전력 분배기(200)는, 고주파 신호가 입력되는 입력포트(201);와 상기 입력된 고주파 신호를 전달하는 집중소자 선로(202);와 상기 집중소자 선 로로부터 고주파 신호를 받아 적어도 2개 이상의 경로로 분배하는 T-정션(203);과 상기 T-정션으로부터 분배된 고주파 신호가 출력되는 제 1 및 제 2 출력포트(204, 205);를 포함하여 구성된다.

이하, 본 고안의 바람직한 실시예를 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 이하의 설명에서 동일하거나 대응하는 부재는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

일반적인 T-형 전력 분배기에 있어서 입력단의 소스와 출력단의 부하 임피던스는 50Ω이다. 도 1은 종래 기술에 따른 전력 분배기의 일반적인 설계 회로망을 나타내는 도면으로서, 출력 2단자 T-형 전력 분배기를 예로써 도시하였다. 도 1에서 출력 단자를 바라보는 입력 임피던스(Z_in)는 50Ω이지만 입력 단자를 바라보는 출력 임피던스(Z_out)는 25Ω이다. 이와 같이 서로 다른 입력 임피던스와 출력 임피던스를 정합하기 위해서는 트랜스포머(transformer) 방식을 이용해야 하는데, 현재 널리 사용되는 방식은 체비세프(Chebyshev) 방식이다.

상기 체비세프 방식을 이용하면 서로 다른 입출력 임피던스를 정합할 수 있는데 이는 도 2에 도시하였다. 도 2는 종래 기술에 따른 체비세프 방식을 이용한 4단 트랜스포머의 설계값을 나타내는 도면으로서, 입력 임피던스가 50Ω이고 출력 임피던스가 25Ω일때 4단 트랜스포머로 정합한 설계값이다.

상기 도 2에서 각 단의 임피던스값으로 선로의 직경이 결정되고 선로의 길이는 사용 주파수 대역에서 중심 주파수의 λ/4 길이로 결정된다. 도 3과 도 4는 각 각 종래 기술에 따른 전력 분배기의 사시도와 전기적 특성을 나타내는 도면이다. 상기 도 2의 설계값을 참조하여, 예로써 800~2500MHz용 T-형 전력 분배기의 각 단의 길이를 계산하면 사용 주파수의 중심 주파수는 1650MHz이고 중심 주파수의 λ/4는 대략 45mm이다. 이때, 서로 이웃한 단끼리는 커플링이 발생되므로 실제 길이는 상기 계산된 길이보다 단축되어 도 3에서 전체길이 D₁은 약 170mm이다. 이와 같은 제품의 일예로써 미국 JQL Electronics사의 제품 안내서에 따르면 2경로 전력 분배기의 경우 전체 길이가 178mm로 제시되어 있다.

상기와 같은 계산값에 따르면 10GHz 이상의 주파수는 파장이 짧으므로 종래의 방식이 적합한 설계 방식으로 사용될 수 있지만, 5GHz 이하의 주파수에서는 크기면에서 종래의 방식이 부적합함을 알 수 있다.

또한, 도 4에서 종래 기술에 따른 전력 분배기의 전기적 특성을 보면 종래의 방식은 λ/4에서 공진하여 하모닉(harmonic) 주파수인 3λ/4, 5λ/4, 7λ/4, … 등에서도 공진하므로 넓은 주파수 대역에 걸쳐서 불요파가 발생됨을 알 수 있다. 이러한 불요파를 제거하기 위해서는 필연적으로 고역 차단 필터를 사용해야 하는데 이는 시스템의 원가를 상승시키는 요인으로서 단점이 아닐 수 없다.

본 고안은 집중소자 방식을 이용하여 상기와 같은 불요파가 발생되지 않으면서도 종래의 방식보다 크기가 1/2 미만인 제품을 제공하고자 한다.

도 5는 본 고안에 따른 집중소자 방식을 이용한 트랜스포머의 설계값을 나타내는 도면으로서, 입력 임피던스가 50Ω이고 출력 임피던스가 25Ω이 되도록 하여 상기 도 2와 동일한 조건으로 설계하였다. 도 5에서 본 고안에 따른 트랜스포머는 인덕터들 L₁ 내지 L₃와 커패시터들 C₁ 내지 C₄가 연속적인 "ㅠ" 형태로 결합된 집중소자 방식을 이용한 것으로서, 본 고안의 실시예에 따르면 L₁ 내지 L₃는 그 값이 각각 3.91nH, 3.57nH, 1.61nH이고, C₁ 내지 C₄는 각각 1.29pF, 2.86pF, 3.13pF, 6.62pF이었다.

도 6은 본 고안에 따른 집중소자 방식을 이용한 광대역 T-형 전력 분배기의 사시도로서 상기 도 5의 설계에 의해 제작된 제품을 나타내며, 도 7은 도 6에 따른 집중소자 방식을 이용한 광대역 T-형 전력 분배기의 전기적 특성을 나타낸다.

도 6에 도시된 바와 같이 본 고안에 따른 집중소자 방식을 이용한 광대역 T-형 전력 분배기(200)는, 고주파 신호가 입력되는 입력포트(201)와, 상기 입력된 고주파 신호를 전달하는 집중소자 선로(202)와, 상기 집중소자 선로로부터 고주파 신호를 받아 적어도 2개 이상의 경로로 분배하는 T-정션(203)과, 상기 T-정션으로부터 분배된 고주파 신호가 출력되는 제 1 및 제 2 출력포트(204, 205)로 구성된다.

상기 입력포트(201)로 고전력 고주파 신호가 입력되면 상기 입력된 고주파 신호가 집중소자 선로(202)로 전달된다. 상기 집중소자 선로(202)는 상기 입력포트로부터 고주파 신호를 받아 필요로 하는 주파수 대역에서 평탄한 광대역 특성을 얻도록 하는 기능을 하는 것으로서 소정 폭과 길이를 갖는 도전성 금속이 다단으로 배치되어 상기 도 5에서와 같은 L₁ 내지 L₃와 C₁ 내지 C₄가 구성되며, 집중소자 선로로부터 출력되는 고주파 신호는 T-정션(203)에 의해 적어도 2개 이상의 경로로 분 배되어 제 1 및 제 2 출력포트(204, 205)로 출력된다.

한편, 본 고안의 실시예에서는 2개의 출력포트로 구성된 것을 도시하였으나 본 고안이 이에 한정되지는 않는다. 또한, 상기와 같은 도 5의 설계값을 참조하여 제작된 도 6의 분배기의 전체길이 D₂는 약 54mm로서 상기 도 3에서와 같은 종래의 기술에 비해 1/3 이하의 크기만으로 구현될 수 있다. 그리고, 도 7에서 알 수 있는 바와 같이 본 고안에 따른 분배기는 고조파 대역에서 불요파가 발생되지 않음을 확인할 수 있다.

이와 같이 본 고안은 바람직한 실시예에 대하여 도시하여 설명하였으나 상기의 실시예만으로 한정되는 것은 아니며 본 고안의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있다.

상기와 같은 구성에 의해 본 고안은, 이동통신 기지국이나 중계기 송신단의 신호 분배에 사용되는 광대역 T-형 전력 분배기에 있어서 집중소자 방식을 이용하여 제품의 크기를 줄이고 불요파를 제거하여 전기적 특성을 개선함으로써 그 후단에 접속되는 시스템의 성능을 안정화시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.

Claims (6)

1. 고전력 고주파 선로의 신호를 분배하는 장치에 있어서,

   고주파 신호가 입력되는 입력포트;

   상기 입력된 고주파 신호를 전달하는 집중소자 선로;

   상기 집중소자 선로로부터 고주파 신호를 받아 2개의 경로로 분배하는 T-정션;

   상기 T-정션으로부터 분배된 고주파 신호가 출력되는 제 1 및 제 2 출력포트;를 포함하는 집중소자 방식을 이용한 고주파 선로용 광대역 전력 분배기.
2. 고전력 고주파 선로의 신호를 분배하는 장치에 있어서,

   고주파 신호가 입력되는 입력포트;

   상기 입력된 고주파 신호를 전달하는 집중소자 선로;

   상기 집중소자 선로로부터 고주파 신호를 받아 적어도 2개 이상의 경로로 분배하는 T-정션;

   상기 T-정션으로부터 분배된 고주파 신호가 출력되되, 상기 분배된 경로수만큼 구비되는 출력포트들;을 포함하는 집중소자 방식을 이용한 고주파 선로용 광대역 전력 분배기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분배기는,

   상기 집중소자 선로를 인덕터들 L₁ 내지 L₃와 커패시터들 C₁ 내지 C₄가 연속적인"??"형태로 결합된 집중소자 방식에 의해 구성하는 것을 특징으로 하는 집중소자 방식을 이용한 고주파 선로용 광대역 전력 분배기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 분배기의 입력 임피던스가 50Ω이고 출력 임피던스가 25Ω이 되도록 하기 위하여,

   상기 인덕터들은 각각 그 값이 L₁=3.91nH, L₂=3.57nH, L₃=1.61nH이고, 상기 커패시터들은 각각 그 값이 C₁=1.29pF, C₂=2.86pF, C₃=3.13pF, C₄=6.62pF인 것을 특징으로 하는 집중소자 방식을 이용한 고주파 선로용 광대역 전력 분배기.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 분배기는,

   상기 집중소자 선로를 N개의 인덕터들과 (N+1)개의 커패시터들이 연속적인 "ㅠ" 형태로 결합된 집중소자 방식에 의해 구성하는 것을 특징으로 하는 집중소자 방식을 이용한 고주파 선로용 광대역 전력 분배기.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 집중소자 선로는,

   상기 입력포트로부터 고주파 신호를 받아 통과시키되, 소정 폭과 길이를 갖는 도전성 금속이 다단으로 배치되어 인덕터들과 커패시터들을 구성하는 것을 특징으로 하는 집중소자 방식을 이용한 고주파 선로용 광대역 전력 분배기.

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