KR20090053916A - 고역 통과 및 저역 통과 필터부들을 사용하는 광대역 임피던스 정합 회로 - Google Patents

고역 통과 및 저역 통과 필터부들을 사용하는 광대역 임피던스 정합 회로 Download PDF

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Abstract

광대역 임피던스 정합 회로는 두 개의 고역 통과부들 또는 두 개의 저역 통과부들보다 상당히 넓은 대역 정합을 산출하기 위해 함께 교호적으로 종속 접속되는 고역 통과 필터부 및 저역 통과 필터부를 사용한다. 고역 통과 필터부들을 저역 통과 필터부들과 교호함에 의해, 선행 기술의 교호되지 않게 종속 접속된 필터부들보다 상당히 적은 요소들이 소정의 결과를 위해 필요로 된다. 본 발명에 의한 필터부들의 교호(alternating)는 증가한 대역폭에서의 반사손실을 상당히 개선한다.
Figure P1020097005518
반사손실, 통과 대역, 교호, 종속 접속(cascade), 필터

Description

고역 통과 및 저역 통과 필터부들을 사용하는 광대역 임피던스 정합 회로{BROADBAND IMPEDANCE MATCHING CIRCUIT USING HIGH PASS AND LOW PASS FILTER SECTIONS}
본 발명은 임피던스 정합에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 고역 통과 필터 및 저역 통과 필터를 사용하는 광대역 임피던스 정합에 관한 것이다.
부하 임피던스가 소스 임피던스의 복소 공액(complex conjugate)과 같을 때, 소스로부터 그의 부하로의 최대 전력 전달이 발생한다. 더 상세하게는, 부하 임피던스가 소스 임피던스의 복소 공액과 같을 때, 소스 리액턴스(source reactance)가 동등물로 공진되지만, 반대하는 부하 리액턴스는 소스 및 부하 임피던스들에 대한 동일한 저항값들만을 남긴다. 따라서, 소스 저항이 부하 저항과 같기 때문에 소스로부터 부하로 최대 전력이 전달된다.
두 개의 실수 임피던스들(real impedances)을 정합하는 가장 단순한 정합 회로는 두 개의 요소들, "L" 네트워크에 연결되는 - 인덕터 및 캐패시터로 구성된 네트워크이다. 분로 요소가 캐패시터인 경우, L 네트워크는 저 주파수들이 직렬 인덕터를 유통하고, 반면 고 주파수들이 지상으로 분로(shunt)하기 때문에 저역 통과 필터로서 작용한다. 분로 요소가 인덕터인 경우, L 네트워크는 고 주파수들이 캐패 시터를 유통하고, 저 주파수들이 지상으로 분로하기 때문에 고역 통과 필터로서 작용한다. 상기 분로 요소가 대량의 임피던스를 다른 종단 임피던스의 실수부와 동일한 실수부를 가지는 작은 값으로 하향 변환하기 때문에 임피던스 정합이 달성된다. 상기 직렬 요소는 이어서 반응 성분들로 공진하거나 또는 상쇄되며, 따라서 소스가 최적 전력 전달을 위해 명백하게 동일한 부하를 구동하는 상태가 되게 한다.
단순한 L 네트워크는 전송선, 혼합기(mixer) 및 안테나와 같은 저항성 및 용량성 반응 성분들 모두를 포함하는 두 개의 복합 임피던스들을 정합하는데 사용될 수도 있다. 복합 임피던스들을 정합하는 하나의 접근 방식은 부유 리액턴스(stray reactance)를 임피던스 정합 네트워크 그자체 내로 흡수시키는 것을 포함한다. 흡수는 전형적으로 부유 정전용량들과 평행하게 배치되는 캐패시터 요소들 및 부유 인덕턴스들로 직렬 배치되는 인덕터 요소들에 의해 이루어진다.
3개 요소 정합 네트워크들은 각각이 두 개의 복합 임피던스들을 정합하기 위한 저역 또는 고역 통과 정합 네트워크의 멀티 섹션을 제공하기 위해 함께 종속 접속된(cascaded) 두 개의 연속적인 L 네트워크들을 포함하는 Pi 네트워크 및 T 네트워크로서 일반적으로 알려진다. Pi 네트워크 및 T 네트워크는 L 네트워크를 통해, 선택된 회로(Q)가 L 네트워크에서 가용되는 것보다 큰 한, 소스 및 부하 임피던스들에 독립적인 회로(Q)를 선택할 수 있다는 이점을 제공한다. 안타깝게도, 그러나, Pi 및 T 네트워크는 협소 대역이며, 이에 따라 광대역 임피던스 정합에 적절하지 않다. 또한 Pi 및 T 네트워크들은 소정의 설계 기준들을 위해 많은 구성 성분들을 사용한다.
Pi 또는 T 네트워크 형태의 연속적인 L 네트워크들과는 다르게, 직렬 연결된 L 네트워크들은 증가한 대역폭을 제공한다. 한층 넓어진 대역폭이 각 네트워크 사이에 가상 저항들로 추가 L 네트워크들을 캐스캐이딩함에 의해 획득될 수 있다. 예를 들어, 도 1은 각 네트워크 사이의 가상 저항들로 캐스케이드된 3개의 네트워크들에 대한 도식도이다. 두 개의 후속 저항들 각각의 비율들이 동일할 때 최적 대역폭이 획득된다: Rl/R더 작은 = R2/R1 = R3/R2 ... = R더 큰/Rn, 상기 R더 작은 = 최소 종단 저항, 상기 R더 큰 = 최대 종단 저항, 및 R1, R2, ...Rn = 정합될 두 임피던스들의 기하 평균과 같은 가상 저항기(즉, R = √(RSRL)). ADS를 사용하는 컴퓨터 프로그램은 특정한 삽입손실, 대역폭 및 반사손실에 대한 네트워크 요소들의 선택을 용이하게 한다.
현재, 넓은 대역폭들을 획득하는 임피던스 정합 종속 접속된(impedance-matching cascaded) L 및 다른 네트워크들의 많은 변화가 존재한다. 예를 들어, 여기에 참조로서 병합된 기재의 미국특허 제4,003,005호는 저역 통과 필더부들 사이를 격리함으로 필터들에 의해 야기되는 임피던스 변동을 제거하도록 일정한 입력/출력 임피던스를 제공하는 그 사이에 삽입되는 대칭적인 전역 통과 네트워크를 가지는 저역 통과 필터 형태의 연속 계단식의 두 개의 L 네트워크들을 개시한다. 고역 통과 필터를 사용하는 유사한 실시형태가 또한 개시된다. 여기에 참조로서 병합된 기재의 미국특허번호 제4,612,571호는 균일한 입력 임피던스를 제공하기 위한 구성의 저역 통과 필터, 고역 통과 필터 및 대역통과 필터를 개시한다. 마지막으 로, 여기에 참조로서 병합된 기재의 미국특허번호 제6,608,536호는 저역 통과 필터, 고역 통과 필터 또는 내부가 필터 통과대역이고 외부가 필터 통과대역인 주파수들에 대한 일정한 입력 임피던스를 유지하는 대역통과 필터 형태의 일정한 임피던스 필터를 개시한다.
안타깝게도, 전술한 선행 기술의 임피던스 정합 회로는 설계가 복잡하고, 반사손실 반사작용을 적절히 증가시키는 많은 요소들을 필요로 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 선행기술 장치들의 전술한 결점들을 극복하는 개선을 제공하고, 광대역 임피던스 정합 기술의 이점에 상당히 기여하는 개선을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 약 2 GHz 또는 그 이상에 이르는 광대역 주파수들을 가로질러 개선된 반사 손실을 획득하면서, 필요한 요소들의 수를 최소화하기 위해 다함께 교호적으로 종속 접속되는 고역 통과 필터부와 저역 통과 필터부를 사용하는 광대역 임피던스 정합 회로를 제공하는 것이다.
앞서 설명한 것은 본 발명의 일부 관련 목적들을 요약하여 설명한 것이다. 이들 목적들은 단지 더욱 현저한 일부 특징들 및 의도한 발명의 적용을 도시하기 위한 것으로 해석되어야 한다. 상이한 방식으로 개시된 본 발명을 적용하거나 또는 상기 개시의 범위내에서 본 발명을 변형함에 의해 다수의 다른 유익한 결과들이 획득될 수 있다. 이에 따라, 첨부도면과 관련하여 첨부된 청구항들에 정의된 본 발명의 범위 외에 바람직한 실시형태의 상세한 설명 및 본 발명의 요약을 참조함에 의해 본 발명의 다른 목적들 및 완전히 이해할 수 있다.
본 발명을 요약하면, 본 발명은 요구 출력을 생성하기 위해 RF 전력 증폭기에 의해 요구되는 부하 임피던스에 50 옴을 정합하는 것과 같은 다양한 응용예들에서 50 옴(ohm) 내지 25 옴과 같은 주파수 범위에 걸쳐 상이한 임피던스들을 정합하기 위해 함께 교호적으로 종속 접속된 고역 통과 필터부 및 저역 통과 필터부를 사용하는 광대역 임피던스 정합 회로를 포함한다. 회로의 제1요소가 분로 요소이고 임피던스들이 저항성이면, 그때 상기 회로는 고 임피던스에서 저 임피던스로 변경하고 반면에 상기 회로의 제1요소가 직렬 요소인 경우, 그때 상기 변경은 저 임피던스에서 고 임피던스일 것이다.
더 상세하게는, 고역 통과 필터부에 이어서 저역 통과 필터부가 두 개의 고역 통과부들 또는 두 개의 저역 통과부들보다 상당히 넓은 대역 정합을 산출한다. 또한, 고역 통과 필터부들을 저역 통과 필터부들과 교호함에 의해, 선행 기술의 교호되지 않게 종속 접속된 필터부들보다 상당히 적은 요소들이 소정의 결과를 위해 필요로 된다. 결과적으로, 본 발명에 의한 필터부들의 교호(alternating)는 증가한 대역폭에서의 반사손실을 상당히 개선한다.
앞서 말한 것은 뒤따르는 본 발명의 상세한 설명으로 더 나은 이해를 할 수 있고, 상기 기술에 대한 현재 기고가 더 높이 평가될 수 있게 본 발명의 더욱 현저하고 중요한 특징들을 다소 광범위하게 개요한다. 본 발명의 청구항 주제를 이루는 본 발명의 추가 특징들은 이후에 기술될 것이다. 본 기술의 당업자에 의해 개시된 특정 실시형태 및 개념이 본 발명의 동일한 목적을 수행하는 다른 회로들 및 어셈블리들을 변형하거나 또는 설계하기 위한 기초로서 용이하게 이용될 수 있다는 것이 이해되어야만 한다. 본 발명의 당업자에 의해 상기 상응하는 회로들 및 어셈블리들은 첨부 청구항들에 설명된 본 발명의 범위와 사상을 벗어나지 않는다는 것을 인지해야만 한다.
본 발명의 특성 및 목적들의 충분한 이해를 위해, 참조로 첨부 도면과 관련한 바람직한 실시형태의 상세한 설명이 뒤따른다.
도 1은 종속 접속된 L 네트워크들로 구성된 선행기술에 있어서의 임피던스 정합 회로의 도식도이며,
도 2A 및 2B는 본 발명에 의하여 저역 통과 필터부와 고역 통과 필터부를 교호함으로 구성된 광대역 임피던스 정합 회로의 블록도이다.
도면 전반에 걸쳐 동일 부재에 대해서는 동일 부호로 나타내었다.
도 2를 참조하여, 광대역 임피던스 정합 회로(10)의 바람직한 실시형태는 부하(L) 임피던스로 임피던스가 정합되는 소스(S) 사이에 함께 교호적으로 종속 접속되는 복수의 저역 통과 필터들(12) 및 복수의 고역 통과 필터들(14)을 포함한다. 교호적으로 종속 접속된 시퀀스(alternating cascaded sequence)는 저역 통과 필터 또는 고역 통과 필터(도 2A는 저역 통과부에 이어서 고역 통과부로 시작하는 시퀀스를 나타내며, 반면에 도 2B는 고역 통과부에 이어서 저역 통과부로 시작하는 시퀀스를 나타낸다)로 시작하거나 종료할 수 있다.
더 상세하게는, 도 2A에서 제1 저역 통과 필터(12a)의 출력은 제1 고역 통과 필터(12b)의 입력에 연결된다. 그때, 제1 저역 통과 필터(12a)의 출력은 제2 고역 통과 필터(14b)의 입력에 연결되는 출력을 가지는 제2 저역 통과 필터(12b)의 입력에 연결된다. 마찬가지로, 제2 고역 통과 필터(14b)의 출력은 제3 고역 통과 필터(14c)의 입력에 연결되는 출력을 가지는 제3 저역 통과 필터(12c)의 입력에 연결된다. 이러한 교호 시퀀스는 각 쌍의 고역 통과 필터들(12N) 및 저역 통과 필터들(14N)에 대해 자체 반복한다.
저역 통과 필터들(12) 및 고역 통과 필터들(14)은 바람직하게는 각 각에 대해 필요한 요소들의 수를 최소화하는 네트워크 토폴로지를 포함한다. 상기 최소화는 우선 첫째로 소수의 요소들을 구비하는 단순한 네트워크 토폴로지 및/또는 인접 네트워크들과 요소들을 공유하는 네트워크 토폴로지에서 생길 수 있다.
제한하지 않는 도시를 위한 목적으로, 20dB보다 큰 반사손실로 0.2 GHz로부터 5GHz까지 50 옴 내지 25 옴을 정합(match)하는 8개 요소 회로(10)에 있어서, 저역 통과 필터(12) 및 고역 통과 필터(14)는 다음의 8개 요소들을 포함할 수 있다:
Cl 분로-1.42 pfs
Ll 직렬-4.99nh
L2 분로-36.28nh
C2 직렬-14.44pfs
C3 분로-3.39pfs
L3 직렬-2.35nh
L4 분로-16.11nh
C4 직렬-32.82pfs
본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는 한, 소스(S) 및 부하(L)는 전송선, 혼합기(mixer) 및 안테나와 같은 다양한 장치들을 포함할 수 있다. 또한, 그의 광범위한 대역폭으로 인해, 본 발명의 정합 네트워크는 전력 진폭기의 여러 단계들을 결합하는데 특히 적합하다.
본 기재는 앞서 말한 기재뿐 아니라 청구항들에 내포된 것을 포함한다. 이 발명이 어느 정도의 특수성을 가지는 바람직한 형태로 기술되었음에도 불구하고, 상기 바람직한 형태의 본 기재는 단지 실시예의 방식으로 만들어졌으며, 본 발명의 사상 및 범위를 이탈함 없이 구성의 상세사항 및 부품들의 조합 및 배치에 있어서 다수의 변경들이 재구성될 수 있다는 것이 이해된다.

Claims (5)

  1. 광대역 임피던스 정합 회로로서,
    복수의 저역 통과 필터들;
    복수의 고역 통과 필터들을 조합하여 포함하며,
    상기 저역 통과 필터들 및 고역 통과 필터들은 부하 임피던스에 정합되는 임피던스를 가지는 일 소스 사이에 교호적으로 종속 접속된 시퀀스에 의해 직렬 연결되는 광대역 임피던스 정합 회로.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 교호적으로 종속 접속된 시퀀스는 제1 저역 통과 필터의 출력을 제1 고역 통과 필터의 입력에 연결하는 것을 포함하며, 상기 제1 고역 통과 필터의 출력은 제2 고역 통과 필터의 입력에 연결되는 출력을 가지는 제2 저역 통과 필터의 입력에 연결되고, 제2 고역 통과 필터의 출력은 제3 고역 통과 필터의 입력에 연결되는 출력을 가지는 제3 저역 통과 필터의 입력에 연결되는 광대역 임피던스 정합 회로.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 교호적으로 종속 접속된 시퀀스는 N 회의 시퀀스 동안 반복하는 광대역 임피던스 정합 회로.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 교호적으로 종속 접속된 시퀀스는 제1 고역 통과 필터의 출력을 제1 저역 통과 필터의 입력에 연결하는 것을 포함하며, 상기 제1 저역 통과 필터의 출력은 제2 저역 통과 필터의 입력에 연결되는 출력을 가지는 제2 고역 통과 필터의 입력에 연결되고, 제2 저역 통과 필터의 출력은 제3 저역 통과 필터의 입력에 연결되는 출력을 가지는 제3 고역 통과 필터의 입력에 연결되는 광대역 임피던스 정합 회로.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 교호적으로 종속 접속된 시퀀스는 N회의 시퀀스 동안 반복하는 광대역 임피던스 정합 회로.
KR1020097005518A 2006-08-21 2007-08-21 고역 통과 및 저역 통과 필터부들을 사용하는 광대역 임피던스 정합 회로 KR20090053916A (ko)

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