KR20080027054A

KR20080027054A - 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한큐에이치에이 피더

Info

Publication number: KR20080027054A
Application number: KR1020060092475A
Authority: KR
Inventors: 민상보; 송영옥; 이세희
Original assignee: 민상보; 송영옥; 이세희
Priority date: 2006-09-22
Filing date: 2006-09-22
Publication date: 2008-03-26
Also published as: KR100886511B1

Abstract

본 발명은 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더를 제공하기 위한 것으로, 신호가 인가되는 입력포트와; 상기 입력포트의 신호가 인가되면 0도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 1 출력포트와; 상기 입력포트로 신호가 인가되면 λ/4 전송선로에 의해 90도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 2 출력포트와; 상기 제 1 출력포트 및 상기 제 2 출력포트와 연결된 λ/2 전송선로와; 상기 입력포트로 신호가 인가되면 상기 λ/2 전송선로에 의해 180도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 3 출력포트; 및 상기 입력포트로 신호가 인가되면 상기 λ/2 전송선로에 의해 270도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 2 출력포트;를 포함하여 구성함으로서, QHA를 휴대용 위성통신기기에 적용하기 위해서 비교적 간단하고 작은 크기로 설계가 가능한 급전회로를 제안할 수 있게 되는 것이다.

QHA, 급전 회로, 직교신호, 윌킨슨 전력분배기, 정합회로

Description

90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 큐에이치에이 피더{QHA feeder using wilkinson power divider with 90 degree shifted phase}

도 1은 종래 위성 통신용 패치 안테나의 구조도이다.

도 2는 종래 헬리컬 안테나의 구조도이다.

도 3은 종래 QHA 안테나의 구조도이다.

도 4는 종래 QHA 안테나의 개략도이다.

도 5는 종래 QHA 안테나의 구성을 보인 사시도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더의 개략도이다.

도 7은 도 6의 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더에서 윌킨슨 전력분배기의 동상신호 출력단에 λ/4 단락 스터브를 연결하여 직교신호의 위상특성을 보상하도록 응용한 예를 나타낸 개략도이다.

도 8은 도 6의 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더에서 윌킨슨 전력분배기의 출력단과 안테나가 연결되는 부분 사이에 안테나 정합을 위한 별도의 정합부를 추가하여 구성한 예를 나타낸 개략도이다.

도 9는 도 7의 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더에 서, 네 출력포트에 나타나는 직교신호들의 전력분배특성을 나타낸 그래프이다.

도 10은 도 7의 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더에서, 출력되는 직교신호의 네 가지 위상 차이를 주파수에 따라 나타낸 그래프이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 입력포트 2 : 제 1 출력포트(0도)

3 : 제 2 출력포트(90도) 4 : 제 3 출력포트(180도)

5 : 제 4 출력포트(270도) 6 : λ/2 전송선로

7 : λ/4 스터브 8 : 제 1 정합부

9 : 제 2 정합부

[1] Kilgus, C.C, "Multielement Fractional Turn Helices", IEEE Trans. Antennas and Propagation, Vol. AP-16, No. 4, July PP.400-501 (1968)

[2] Kilgus, C.C, "Resonant Quadrifilar Helix", IEEE Trans. Antennas and Propagation, Vol. AP-17, No. 3, May PP. 349-351 (1969)

[3] Bricker, R.W., "A Shaped Beam Antenna for Satellite Data Communication", IEEE AP-S Int. Symp. Digest, October pp. 121-126 (1976)

[4] Patton, W.T., "The Backfire Bifilar Helical Antenna", Antenna Laboratory Resort 61, AD289084, Univ. of Illinois, Urbana, IL, September 1962

[5] Kilgus, C.C, "Resonant Quadrifilar Helix Design", Microwave Journal, Vol. 13, No. 12, December pp. 49-54 (1970)

[6] Adam, A.T, R.K. Greenough, R.F. Wallenberg, A. Mendlovics, and C. Lumjiak, "The Quadrifilar Helix Antenna", IEEE Trans. Antennas and Propagation, Vol. Ap-22, No. 2, March pp. 173-178 (1974)

[7] 대한민국 특허청 출원번호 제 20-2006-0003127 호 (출원일 : 2006년 02월 03일), "휴대 무선 통신 장치에서의 위성 통신용 안테나 모듈"

[8] 대한민국 특허청 출원번호 제 10-2004-0014926 호 (출원일 : 2004년 03월 05일), "휴대 무선통신 장치용 안테나"

[9] 대한민국 특허청 출원번호 제 10-2000-7008943 호 (출원일 : 2000년 08월 16일), "적응성 멀티필라 안테나"

[10] 대한민국 특허청 출원번호 제 10-2002-7003119 호 (출원일 : 2002년 03월 08일), "적응형 멀티필라 안테나"

[11] 대한민국 특허청 출원번호 제 10-2005-0067681 호 (출원일 : 2005년 07월 26일), "핸드셋 쿼드리파일러 나선형 안테나 기계적 구조들"

[12] 대한민국 특허청 출원번호 제 10-2005-0022253 호 (출원일 : 2005년 03월 17일), "네 개의 나선형 방사체 구조를 가진 안테나"

본 발명은 QHA(Quadrifilar Helix Antenna, 쿼드러필라 헬리컬 안테나)에 관한 것으로, 특히 QHA를 휴대용 위성통신기기에 적용하기 위해서 비교적 간단하고 작은 크기로 설계가 가능한 급전회로를 제안하기에 적당하도록 한 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더에 관한 것이다.

일반적으로 위성을 활용한 방송, 통신, 인터넷 산업이 폭발적으로 성장하고 있으며 이는 21세기 정보화 사회의 핵심 매체로 자리 잡아가고 있다. 이미 위성 안테나를 비롯하여 위성방송 수신 설비 산업이 발달하여 왔고, 이는 특히 최근의 GPS(Global Positioning System, 전지구 측위 시스템) 분야 및 위성 DMB(Digital Multimedia Broadcasting, 디지털 멀티미디어 브로드캐스팅) 분야에서 두드러지게 발전하고 있다. 또한 반도체의 발달과 통신 기술의 발달로 점차 소형화, 경량화 되어감에 따라 그 응용 범위가 광범위해져 차량용은 물론이고 개인 휴대용 장비에서의 GPS 및 DMB 수신 기능 등 그 사용이 일반화되어 가고 있는 추세이다.

도 1은 종래 위성 통신용 패치 안테나의 구조도이다.

그래서 종래의 위성 신호 수신을 위한 안테나의 대표적인 예로서 패치 안테나는 도 1에 도시된 바와 같이 평면 형상을 한 안테나를 말하며, 평면 속에 안테나 회로를 구성하고 있었다.

이러한 종래 방식은 작고, 가벼우며 가격이 저렴하고 집적이 쉽다는 장점이 있으나 지향성 안테나의 특성상 위성 신호 수신을 위해서는 안테나의 정면이 늘 위쪽을 향하도록 설치해야 하며 그에 따라 자동차의 경우 루프 또는 대쉬 보드 등에 장착되어야 하는 등과 같이 설치에 제약이 많다는 단점이 있었다. 이러한 설치의 제한은 디자인 적용시 한계를 가지며, 휴대할 경우 마찰이나 액세서리 및 장착 위치 등에 의하여 수신 레벨이 떨어질 수 있다는 문제점을 가진다.

이러한 문제점을 보완하기 위한 안테나로 등장한 것이 종래의 헬리컬 안테나(helix antenna)를 응용한 QHA(Quadrifilar Helix Antenna)이다.

도 2는 종래 헬리컬 안테나의 구조도이다.

도시된 바와 같이 헬리컬 안테나는 전기적으로 λ/4 파장의 길이를 갖는 스프링 형태로 된 코일(21)을 감고 있는 안테나를 말하는 것으로 동축 급전선의 중심 도체에 나선형의 도체를 연결하고 동축 케이블(23)의 외부 도체는 접지 평면(25)과 연결한 형태의 안테나이다. 헬리컬 안테나는 같은 주파수에서 다이폴 안테나 및 모노폴 안테나 등에 비해 훨씬 작은 크기로 구현될 수 있다는 장점을 가진다.

도 3은 종래 QHA 안테나의 구조도이다.

QHA 타입 안테나는 이동통신 단말기나 GPS 수신기와 같은 휴대 무선 통신 장치에서 위성 통신을 위해 사용되는 안테나의 한 형태이다. 안테나는 원형으로 편파되는 방사를 제공하며 단부가 단락된 1/4 파장 구조나 반파장 구조를 가지는 것으로 설계될 수 있다. 도면을 참조하여 설명하면, QHA는 급전부(31)와 단락부(37)를 형성하고 그 사이를 전기적으로 연결하기 위해 접지부(35)를 구성한다. 급전부와 단락부의 일면에 전기적으로 연결된 4개의 방사 소자(33)들을 포함하여 구성하며 급전부는 4개의 방사 소자에 90도의 위상차를 가지고 급전할 수 있도록 배열되어 원형으로 편파된 방사 패턴을 제공하게 된다.

이러한 도 1 내지 도 3은 종래기술의 문헌 정보 [7](이하에서는 문헌 번호만 을 기재함)에 기재된 내용이다.

쿼드러필라 안테나는 브로드 각 영역(Broad Angular Region)에서 원편파를 제공하기 위한 전기적인 미소 안테나이다. 안테나는 일반적으로 네 개의 헬리스(Helice)로 구성되며, 각 헬릭스(Helix)는 유전체 실린더 또는 어떤 유전체 디스크 지지대의 원주 표면상에 동일하게 놓여지고, 네 개의 위상이 인가된 같은 진폭의 신호가 각각 급전된다. 또한 쿼드러필라는 네 개의 위상으로 급전된 두 개의 orthogonal bifilars로 설명될 수 있는데, 여기서 바이필라(bifilar)는 two-element 헬리컬 안테나이다.

쿼드러필라 안테나는 많은 연구자들에 의해 발전되어 왔는데, Kilgus는 halt-turn의 전류분포를 제시하였고, half-wavelength quadrifilar는 루프 다이폴 안테나의 전류분포와 유사함을 보였다.([1], [2]) 이 해석으로부터 Kilgus는 정규화된 방사 필드를 설명하는 식을 유도하고, sphere 외부에 존재하는 원편파를 제시하였다.([2])

그리고 QHA에서는 dielectric support piece가 중요한데, 헬리컬 소자들을 지지하기 위해 cylindrical foam, hollow dielectric tube, 또는 periodic dielectric spacer가 사용된다. 이들 유전체 물질들은 방사에 요구되는 위상 속도를 만족시키기 위해 low loss tangent와 low permittivity를 가져야 한다.([3])

쿼드러필라 헬릭스는 1) top에서와 2) bottom에서 급전(Feeder)된다. 1)의 경우에서 helix 소자는 top에서 급전되고, 이 소자들은 ground plane 위의 bottom에서 단락된다. 전자기파는 급전점을 향하여 방사하고, 이러한 배열을 backfire quadrifilar helix라 한다. Patton은 backfire bifilar가 conical 형태의 빔을 만들고 안테나의 크기가 증가함에 따라 빔이 backfire에서 broadside로 주사되는 것과 turn 수가 1로 감소할 때 front-to-back ratio가 unity로 떨어지는 것을 보였다.([4]) Kilgus는 short backfire quadrifilar helice에 대한 설계 기술을 제공했다.([5]) 2) bottom에서 급전될 경우, 쿼드러필라 헬리컬 안테나는 ground plane을 향하여 급전하며, forward 방향으로 방사되어 이를 forward-fire quadrifilar helix라 부른다. Adam은 이를 위한 설계 데이터를 제공했다.([6])

이러한 QHA 안테나에 대해 출원된 기술을 중심으로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 [8]의 "휴대 무선통신 장치용 안테나"에서 제안된 쿼드러필라 헬릭스 안테나의 구조를 보인 것이다.

그래서 1/4파장 쿼드러필라 헬릭스 구조를 형성하기 위한 4개의 방사 소자(33)들을 포함하되, 상기 방사 소자(33)들의 각각은 휴대무선통신 장치의 무선회로에의 전기적 연결을 위해 배열된 제 1 단부에 존재하며, 상기 방사 소자(33)들의 각각은 다른 3개의 방사 소자들의 대응하는 제 2 단부에 전기적으로 연결된 상기 제 1 단부와 마주한 제 2 단부에 존재하여, 4개의 방사 소자(33)들에 대한 단락부(37)를 형성하는 휴대 무선통신 장치용 안테나부로서, 상기 휴대 무선통신 장치에의 전기적 연결을 위한 접지와 상기 단락부(37) 사이에 배열되되, 상기 쿼드러필라 헬릭스 구조의 내부를 따라 동축으로 배열되는 접지부(35)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 4는 종래 QHA 안테나의 개략도로서, [9]의 "적응성 멀티필라 안테나"와 [10]의 "적응형 멀티필라 안테나"에 기재된 내용이다.

그래서 QHA는 4개의 나선형 필라멘트(10 ~ 40)와 8개의 방사상 필라멘트(50 ~ 120)를 포함한다. (다른 실시예에서는 6개의 각을 이루도록 스페이싱된 나선형 필라멘트를 사용할 수 있으며, 또한 짝수 개의 각을 이루도록 스페이싱된 나선형 필라멘트를 사용할 수 있다.) 나선형 필라멘트는 도 4에 도시된 바와 같이 꼬여져(intertwined) 있으며, 서로에 대해 90도로 안테나의 세로축 주위에 배치된다. 4개의 방사상 필라멘트(50 ~ 80)는 상부에 배치되고 90 ~ 120은 나선형의 하부에 배치되어 나선형 필라멘트와 접속되며 두 개의 바이필라(bifilar) 루프를 형성한다. 안테나는 두 개의 피드들 사이에서 90도 위상차로 일 세트의 방사상 필라멘트(90, 110)에 공급된다. 피드에 대한 안테나의 상단부에서의 방사상 필라멘트(50 ~ 80)는 나선형 필라멘트의 공진 길이와 필요한 응답에 따라 부분적으로 쇼트되거나 오픈된 회로일 수 있다.

도 5는 종래 QHA 안테나의 구성을 보인 사시도로서, [11]의 "핸드셋 쿼드리파일러 나선형 안테나 기계적 구조들"과 [12]의 "네 개의 나선형 방사체 구조를 가진 안테나"에 기재된 내용이다.

그래서 실린더 형상을 가진 QHA(10)의 하부(20)에서 상부(22)로 퍼져 있는 필러 와인딩(Winding)(12, 14, 16, 18)을 포함한다. 도 5는 반대 위치에 배치된 필러들(12, 16)이 전도성 브리지(23)에 의해 전기가 통하도록 연결되고, 필러들(14, 18)이 전도성 브리지(24)에 의해 전기가 통하도록 연결되어 있는 QHA를 나타낸다. 필러(12/16)를 통하여 전파하는 신호는 원하는 원형 신호 분극을 만들기 위해 필 러(14/18)를 통하여 전파하는 신호와 직각 위상 관계가 있다. 각각의 필러들(12, 14, 16, 18)은 원형 또는 직사각형의 단면을 가지는 도선 또는 유전체 상에 전도성 줄 또는 선을 가진 전선과 같은 전도성 요소를 포함한다.

전도성 브리지들은 동작 주파수에서 1/4 파장의 짝수 배에 해당하는 필러 길이를 가지는 QHA와 함께 사용되지만, 필러의 길이가 1/4 파장의 홀수 배를 포함하는 경우에는 일반적으로 사용되지 않는다. 각각의 전도성 브리지(23, 24)(또한, 크로스바로 지칭됨)는 전도성 테이프 스트립(Strip)을 포함한다.

이처럼 종래의 QHA는 물리적으로 작고 가벼워서 휴대용 위성통신기기에 응용이 용이하고, 가격이 저렴하여 위성 라디오나 위성 모바일 폰 시스템 등의 분야에서 각광을 받고 있다.

QHA는 위성이 천정에서 지평선 사이에 있을 때 더 높은 안테나 이득을 가지는 방사패턴을 보이기 때문에 특히 위성 통신 시스템에 유리하다.

QHA가 우수한 원형편파를 방사하기 위해서는 비교적 정확한 직교신호를 인가해 주어야 하며, 이를 위해서 우수한 성능을 갖는 피딩 네트워크(feeding network)가 필요하다.

그러나 QHA가 동작하기 위해 필요한 피딩 네트워크, 즉 급전 회로는 보통 삽입손실 및 반사손실을 줄이고, 각 출력포트간의 격리특성을 좋게 하기 위해 링 하이브리드, 90도 하이브리드, 윌킨슨 전력분배기 등의 회로를 응용하는데, 이러한 종래의 회로들은 비교적 넓은 면적을 필요로 하기 때문에 휴대용 위성통신기기에 적용하기 곤란한 문제점이 있었다.

또한 종래의 급전회로에서 출력되는 직교신호들 간의 전력비가 주파수의 변화에 따라 크게 변하게 되면, QHA가 안정적인 원형편파(circular polarization)를 방사하지 못하게 되는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 QHA를 휴대용 위성통신기기에 적용하기 위해서 비교적 간단하고 작은 크기로 설계가 가능한 급전회로를 제안할 수 있는 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더는, 신호가 인가되는 입력포트와; 상기 입력포트의 신호가 인가되면 0도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 1 출력포트와; 상기 입력포트로 신호가 인가되면 λ/4 전송선로에 의해 90도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 2 출력포트와; 상기 제 1 출력포트 및 상기 제 2 출력포트와 연결된 λ/2 전송선로와; 상기 입력포트로 신호가 인가되면 상기 λ/2 전송선로에 의해 180도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 3 출력포트; 및 상기 입력포트로 신호가 인가되면 상기 λ/2 전송선로에 의해 270도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 2 출력포트;를 포함하여 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

이하, 상기와 같은 본 발명, 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더의 개략도이고, 도 7은 도 6의 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더에서 윌킨슨 전력분배기의 동상신호 출력단에 λ/4 단락 스터브를 연결하여 직교신호의 위상특성을 보상하도록 응용한 예를 나타낸 개략도이며, 도 8은 도 6의 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더에서 윌킨슨 전력분배기의 출력단과 안테나가 연결되는 부분 사이에 안테나 정합을 위한 별도의 정합부를 추가하여 구성한 예를 나타낸 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이, 신호가 인가되는 입력포트(1)와; 상기 입력포트(1)로 신호가 인가되면 0도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 1 출력포트(2)와; 상기 입력포트(1)로 신호가 인가되면 λ/4 전송선로에 의해 90도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 2 출력포트(3)와; 상기 제 1 출력포트(2) 및 상기 제 2 출력포트(3)와 연결된 λ/2 전송선로(6)와; 상기 입력포트(1)로 신호가 인가되면 상기 λ/2 전송선로(6)에 의해 180도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 3 출력포트(4)와; 상기 입력포트(1)로 신호가 인가되면 상기 λ/2 전송선로(6)에 의해 270도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 2 출력포트(5);로 구성된다.

상기 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더는, 윌킨슨 전력분배기의 동상신호 출력단에 λ/4 스터브(7)를 연결하여 구성된다.

상기 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더는, 윌킨슨 전력분배기의 출력단과 안테나가 연결되는 부분 사이에 안테나 정합을 위한 별도의 정합부를 연결하여 구성된다.

상기 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더는, 임피던스가

이 되도록 하여 출력되는 직교신호의 위상오차가 최소화 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있으며, 이에 따라 각 용어의 의미는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 해석되어야 할 것이다.

먼저 본 발명은 QHA를 휴대용 위성통신기기에 적용하기 위해서 비교적 간단 하고 작은 크기로 설계가 가능한 급전회로(Feeder)를 제안하고자 한 것이다.

또한 본 발명에 의해 간단하고 구현이 쉬운 구성을 하고 있어서, 각종 소형화 기기에의 적용이 용이하다.

또한 간단히 λ/4 스터브만을 추가하여 넓은 주파수 대역에 걸쳐서 보다 정확한 직교신호를 얻을 수 있도록 응용이 가능하다.

또한 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기의 출력단과 안테나 연결부 사이에 정합부를 삽입하여, 연결되는 임의의 안테나 임피던스에 대해 삽입손실 및 반사손실을 최소화 할 수 있는 구조로도 응용이 가능하다.

본 발명에서의 급전구조는 1차적으로 90도 위상차를 갖는 2개의 출력을 만들기 위해 윌킨슨 전력분배기를 사용하고, 그 출력단에 λ/2 전송선로를 각각 연결하여 추가로 180도, 270도의 위상차를 갖는 신호를 얻어 총 4개의 위상을 갖는 직교신호를 발생시키는 구조이다.

도 6은 발명의 일 실시예에 의한 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 급전 회로를 개략적으로 나타낸 도면이다.

그래서 입력포트(1)로 신호가 인가되면, 90도 위상차를 갖는 전력분배기의 출력단으로 0도, 90도의 위상을 갖는 직교신호가 나타나고, 각 출력단에 연결된 λ/2 전송선로(6)를 통하여 180도, 270도의 위상을 갖는 직교신호를 추가로 얻는다.

도 6에서 제1 출력포트(2), 제2 출력포트(3), 제3 출력포트(4), 제4 출력포트(5)에 각각 QHA의 네 입력포트가 연결된다.

임의의 임피던스를 λ/2 전송선로를 통해서 바라보면 동일한 임피던스로 보 이기 때문에, 만약 안테나의 네 입력 포트 모두 동일한 입력 임피던스를 갖는다고 가정하면, 90도 하이브리드의 출력단에서는 안테나의 두 입력포트의 동일한 임피던스가 서로 병렬로 보이게 되어, 실제 안테나 포트 임피던스의 절반만큼이 보이게 된다.

도 7에 나타난 것과 같은 본 발명의 다른 응용사례를 보면, 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력 분배기의 동상신호 출력단에 소정의 특성 임피던스를 갖는 λ/4 단락 스터브를 연결하여, 윌킨슨 전력분배기에서 출력되는 신호의 위상오차를 보상하게 된다.

90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기에서, 90도 위상 차이를 주기 위해 덧붙인 λ/4 전송선로에서의 주파수에 따른 위상 변화율을 계산하면 하기 수학식 1과 같다.

여기서

는 전송선로의 전기적인 길이이고, f₀는 중심주파수이다.

윌킨슨 전력분배기의 다른 출력단에는 λ/4 단락 스터브를 연결하여 주파수에 따른 위상변화율이 중심주파수에서 수학식 1과 동일하게 나타나도록 스터브의 특성임피던스를 정해야 한다.

병렬로 연결된 λ/4 단락 스터브에서의 전파산란계수(S₂₁)는 하기 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.

여기서, Y₀는 회로의 특성 임피던스, Y₁은 추가되는 λ/4 단락 스터브의 특성임피던스, f₀는 중심주파수, f는 인가되는 실제 주파수를 나타낸다.

수학식 2로부터 λ/4 단락 스터브에 의한 전달산란계수의 주파수에 따른 위상변화율을 계산하면 중심 주파수에서 하기 수학식 3으로 표현된다.

여기서 Z는 임피던스이다.

λ/4 단락 스터브에 의한 위상변화율과 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기의 λ/2 전송선로에 의한 위상변화율이 중심주파수에서 동일하게 나타나야 직교신호의 위상오차가 최소가 되므로, 수학식 1과 수학식 3의 등식으로부터 하기 수학식 4와 같은 조건이 만들어 진다.

이로서, 출력되는 직교신호의 위상오차를 최소화 할 수 있게 된다.

도 9는 도 7의 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더에서, 네 출력포트에 나타나는 직교신호들의 전력분배특성을 나타낸 그래프이다.

그래서 1 GHz 범위에 걸쳐 1 dB 이하의 직교신호출력의 크기 오차가 발생하여, 매우 넓은 주파수 대역에서 안정적인 전력분배특성을 보이고 있음을 알 수 있다.

그래서 주파수의 변화에 따른 위상차의 기울기가 비교적 완만하여 넓은 주파수 대역에 걸쳐 위상오차를 보이는 것을 알 수 있다.

도 8의 구성에서와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예로서 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기의 출력단과 안테나 연결부 사이에 정합회로를 추가하여 급전회로의 삽입손실이 최소화 되도록 응용하는 것이 가능하다.

이처럼 본 발명은 QHA를 휴대용 위성통신기기에 적용하기 위해서 비교적 간단하고 작은 크기로 설계가 가능한 급전회로를 제안하게 되는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더는 QHA를 휴대용 위성통신기기에 적용하기 위해서 비교적 간단하고 작은 크기로 설계가 가능한 급전회로를 제안할 수 있는 효과가 있게 된다.

또한 본 발명은 구성이 간단하고 구현이 용이한 특징을 갖고 있어서, 각종 소형화 기기에 적용할 경우 작은 면적에 구현이 가능한 장점이 있다.

더불어 본 발명은 λ/4 단락 스터브를 추가하여 윌킨슨 전력분배기의 출력위상특성을 보상함으로써, 주파수에 따른 직교신호의 위상오차를 최소한으로 줄일 수 있게 된다.

나아가 본 발명은 출력되는 직교신호의 전력분배특성이 우수하여 QHA의 방사특성을 개선하는데 용이한 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 한정하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 따라서 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 응용할 수 있고, 이러한 응용도 하기 특허청구범위에 기재된 기술적 사상을 바탕으로 하는 한 본 발명의 권리범위에 속하게 됨은 당연하다 할 것이다.

Claims

신호가 인가되는 입력포트와;

상기 입력포트의 신호가 인가되면 0도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 1 출력포트와;

상기 입력포트로 신호가 인가되면 λ/4 전송선로에 의해 90도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 2 출력포트와;

상기 제 1 출력포트 및 상기 제 2 출력포트와 연결된 λ/2 전송선로와;

상기 입력포트로 신호가 인가되면 상기 λ/2 전송선로에 의해 180도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 3 출력포트; 및 상기 입력포트로 신호가 인가되면 상기 λ/2 전송선로에 의해 270도 위상차를 갖는 신호를 출력하는 제 2 출력포트;

로 구성되는 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더.
청구항 1에 있어서,

상기 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더는,

윌킨슨 전력분배기의 동상신호 출력단에 λ/4 스터브를 연결하여 구성되는 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더.
청구항 1 또는 2 에 있어서,

상기 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더는,

윌킨슨 전력분배기의 출력단과 안테나가 연결되는 부분 사이에 안테나 정합을 위한 별도의 정합부를 연결하여 구성되는 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더.
청구항 1에 있어서,

상기 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더는,

임피던스가

이 되도록 하여 출력되는 직교신호의 위상오차가 최소화 되도록 하는 것을 특징으로 하는 90도 위상차를 갖는 윌킨슨 전력분배기를 이용한 QHA 피더.