KR20100095600A - 증폭 경로의 위상 분산 보상을 이용하는 방사상 전력 증폭 디바이스 - Google Patents

Abstract

방사상 전력 결합 시스템은,
■ 외연상에 직사각형 도파관 (16) 형태의 포트를 포함하는 방사상 분할기 (10);
■ 방사상 분할기상에 중첩되고, 외연상에 직사각형 도파관 (16') 형태의 포트를 포함하는 방사상 결합기 (10');
■ 방사상 분할기의 중심으로 제 1 신호를 송신하는 제 1 입력 트랜지션 (11);
■ 방사상 결합기 (10') 의 출력부에 대해 증폭된 제 1 신호를 캡처하는 제 2 출력 트랜지션 (11'); 및
■ 적어도 2개의 증폭 채널 (15) 을 포함하며,
상기 적어도 2개의 증폭 채널은,
○ 도파관들 (16) 과 상호작용할 수 있는 제 3 입력 트랜지션 (22),
○ 도파관들 (16') 과 상호작용할 수 있는 제 4 출력 트랜지션 (23), 및
○ 적어도 하나의 증폭기 (24) 를 포함한다.
본 발명에 따른 시스템은, 증폭 채널의 포지셔닝을 조절하는 수단을 포함하여서, 다양한 채널의 위상 시프트를 조절할 수 있게 한다.

Description

증폭 경로의 위상 분산 보상을 이용하는 방사상 전력 증폭 디바이스{RADIAL POWER AMPLIFICATION DEVICE WITH PHASE DISPERSION COMPENSATION OF THE AMPLIFICATION PATHS}

본 발명은 반도체를 이용한 마이크로파 증폭기의 분야에 관한 것으로, 특히, 전력 결합 시스템에 관한 것이다. 다양한 결합 기술 중에서, 본 발명의 분야는 방사상 전력 결합 시스템에 있다.

반도체 엘리먼트의 출력 전력은 동작 주파수가 증가함에 따라 감소하기 때문에, 예를 들어, 위성의 높은 비트 레이트 기구의 텔레메트리 (telemetry) 송신기와 같은 특정한 애플리케이션에 의해 요구되는 출력 전력을 달성하기 위해 여러 개별 반도체 증폭기의 결합을 필요로 한다.

요즘, 공간 필드에서 사용되는 전력 결합 시스템은 밀리미터 주파수에서 5개 이상의 개별 증폭기를 실제로 효율적으로 결합하는데 적합하지 않다. 때때로, 이러한 제한의 결과는, 추가된 전력 수율의 손상 및 설계의 임계에 대해 출력 전력을 강조하는 반도체 컴포넌트의 설계를 발생시킨다.

또한, 이들 결합은 때때로 애플리케이션의 실제 요건을 충족시키기 위해 요구되는 "고체 상태 전력 증폭기" 를 의미하는 SSPAS 의 출력 전력을 획득하는데 불충분하고 이를 제한한다.

일반적으로, 전력 결합 시스템은, 입력 신호로부터 증폭된 출력 신호를 전달할 수 있게 하는 분배기, 증폭기 및 결합기를 포함한다. 이들 시스템은 일반적으로, 예를 들어, 평면 구조로부터 직사각형 도파관 또는 동축 도파관으로와 같은 전파 구조를 변경시킬 수 있게 하는 트랜지션 (transition) 을 포함한다.

오늘날, 주요 전력 결합 기술은, 수지상 (arborescent) 으로 불리는 제 1 전력 결합 카테고리, 공간으로 불리는 제 2 전력 결합 카테고리 및 방사상으로 불리는 제 2 전력 결합 카테고리로 분할된다.

평면 수지상 결합 기술은, 2개 또는 4개의 증폭기를 효율적으로 결합할 수 있게 한다. 그러나, 이들 기술은, 결합기의 가산기들 사이의 링크 라인의 연장 및 결합 스테이지의 수의 증가가 결합 손실을 통해 신호를 상당히 열화시키기 때문에 다수의 증폭기를 결합하는데 적합하지 않다.

이들 결합 손실을 최소화하기 위해, 평면 전파 라인 대신에 금속 도파관이 사용될 수 있다. 이러한 상황에서, 그 후, 개별 증폭기의 평면 라인과 결합기의 금속 도파관 사이에 신호를 전파하기 위해 결합기와 개별 증폭기 사이에 트랜지션을 추가할 필요가 있다. 이들 트랜지션의 추가 및 특히 사용된 금속 도파관의 사이즈는 이러한 타입의 결합기에 대해 상당한 공간 요구를 발생시킨다. 따라서, 이것은 다수의 증폭기를 결합하는데 적합하지 못하다.

일반적으로, 도 1 에 도시된 바와 같은 수지상 결합은 입력 신호 (5) 를 다양한 증폭 채널 (2) 로 분할할 수 있게 하는 분할기 (1) 를 포함한다. 증폭 채널을 떠나는 다양한 증폭된 신호는 트랜지션 (3) 으로부터의 직사각형 도파관 (4, 4', 4") 에서의 다양한 이진 가산기 스테이지에서 전파되고 결합될 수 있다. 그 후, 증폭되고 결합된 신호 (6) 는 하향 프로세싱될 수 있다.

특허 US5736908 에서 개발된 솔루션과 같은 공간 결합 기술은, 증폭 디바이스가, 중첩되는 일반적으로 플레이트 형상의 여러 증폭 채널을 포함하는 것을 특징으로 한다. 입력 신호는 신호의 에너지의 공간 분포에 의해 증폭 채널을 통해 확산되고, 동일한 원리에 따라 증폭되면 출력에서 재결합된다. 이들 기술은 여러 결점을 갖는다.

제 1 결점은, 이러한 기술을 이용한 다수의 증폭기의 결합의 결과이다. 그 후, 모든 증폭 채널을 균일하게 여기하고 결합할 수 있도록 보충 디바이스를 추가할 필요가 있다. 이들 보충 디바이스가 손실을 추가하기 때문에, 이러한 타입의 결합기의 결합 효율성은 열화된다.

제 2 결점은, 다양한 중첩된 증폭 채널에 의해 소산된 효율적으로 없애는 어려움이다. 이것의 결과는, 이러한 타입의 결합 기술을 이용하여, 다수의 증폭기가 결합될 때, 초과되지 않아야 하는 반도체와 컴포넌트를 조인하는 최대 온도에 대해 공간 필드에 의해 부과된 요건에 따르는 것을 어렵게 한다.

마지막으로, 하나의 결점은, 증폭 채널 중 하나에서 발생하는 실패가 증폭 디바이스의 일반 동작을 매우 방해할 수 있기 때문에 증폭 채널의 상대적 의존성이다.

특허 US4700145, US4641106 및 US4931747 에 제안된 솔루션과 같은 방사상 결합 기술은, 증폭 디바이스가 여러 증폭 채널을 포함하는 것을 특징으로 하고, 이들 증폭 채널 각각은 2개의 방사상 도파관의 종단에 접속되고, 종단은 분할기 및 결합기 사이에 위치되며, 2개의 방사상 도파관은 중첩된다. 이러한 접속은, 제 1 방사상 도파관의 포트 중 하나로부터 발생하는 제 1 신호를 증폭할 수 있게 하고 이것은 결합기의 방사상 도파관의 다른 포트로부터 발생하는 다른 신호와 재결합되도록 제 2 방사상 도파관의 포트 중 하나로 재주입할 수 있게 한다.

이들 기술은 직사각형 도파관을 갖는 수지상 구조를 이용하는 결합 기술과 비교하여 다수의 이점, 특히, 증폭 디바이스의 감소된 공간 요건을 갖는다. 또한, 방사상 도파관의 벽에 배치된 소산 수단 또는 흡수 재료에 의해 증폭 채널 사이의 아이솔레이션을 개선시킴으로써 하나 이상의 증폭 채널의 실패에 의해 유도된 출력 전력 감소에 대한 개선된 제어의 가능성이 다른 이점이다.

또한, 방사상 증폭 디바이스는 단일 단계에서 여러 개별 증폭기를 결합할 수 있게 한다. 따라서, 결합 손실이 방사상 결합 기술에 비하여 감소된다.

한편, 이들 솔루션의 현재의 제한은, 출력 신호의 재결합시에 다양한 결합된 증폭 채널의 위상 분산을 보상하는 단순하고 효율적인 시스템이 없다는 사실에서 발생한다. 이러한 결점은, 송신 계수의 위상에 기초하여 증폭 채널을 분류할 필요가 있게 하거나 증폭 채널의 위상 분산을 보상하기 위해 증폭 채널에 대해 가변 위상 시프터를 추가할 필요가 있게 한다. 후자의 솔루션은 적용하는데 복잡하고, 다루기 힘들고, 새로운 손실을 도입하며, 추가의 전력을 옵션으로 소모한다.

본 발명의 일 목적은 상기 언급한 결점들을 완화하는 것이다.

본 발명은, 출력 신호를 동위상으로 결합할 수 있게 하는 다양한 채널의 위상 시프트를 조절하기 위해 증폭 채널의 포지셔닝을 조절하는 수단을 포함하는 방사상 증폭 디바이스를 제안한다.

바람직하게는, 마이크로파 필드에서 위상 분산 보상을 이용하는 방사상 전력 결합 시스템은,

■ 중심에서 입력부 및 외연에서 복수의 출력부를 갖는 방사상 분할기라 불리는 제 1 방사상 도파관으로서, 상기 복수의 출력부 각각은 금속 도파관이고, 상기 제 1 방사상 도파관은 하나의 입력 신호를 여러 출력 신호로 분할할 수 있게 하는, 상기 제 1 방사상 도파관;

■ 상기 방사상 분할기상에 중첩되고, 중심에서 출력부 및 외연에서 복수의 입력부를 갖는 방사상 결합기라 불리는 제 2 방사상 도파관으로서, 상기 복수의 입력부 각각은 금속 도파관이고, 상기 제 2 방사상 도파관은 복수의 입력 신호를 하나의 출력 신호로 결합할 수 있게 하는, 상기 제 2 방사상 도파관;

■ 상기 방사상 분할기에서 제 1 신호를 송신하는 제 1 입력 트랜지션;

■ 상기 방사상 결합기의 출력부에 대해 증폭된 제 1 신호를 캡처하는 제 2 출력 트랜지션; 및

■ 복수의 증폭 채널을 포함하며,

상기 복수의 증폭 채널 각각은,

○ 상기 방사상 분할기의 금속 도파관 중 하나와 상호작용할 수 있는 제 3 입력 트랜지션,

○ 상기 방사상 결합기의 금속 도파관 중 하나와 상호작용할 수 있는 제 4 출력 트랜지션, 및

○ 상기 제 3 및 제 4 트랜지션에 고정된 적어도 하나의 증폭기를 포함한다.

바람직하게는, 시스템은 금속 도파관에서 적어도 하나의 증폭 채널의 포지셔닝을 조절하는 수단을 포함한다.

바람직하게는, 조절 수단은 스페이서의 세트를 포함한다.

바람직하게는, 각 증폭 채널은 각 증폭 채널을 스페이서로 결합기 및 분할기에 고정할 수 있게 하는 픽싱 (fixing) 수단을 포함한다.

바람직하게는, 스페이서의 세트는 증폭 채널과 방사상 도파관 사이의 열의 전달에 기여한다.

바람직하게는, 셸 (shell) 이 증폭 채널을 커버하며 증폭기와 시스템의 외부 사이의 열 교환을 촉진한다.

바람직하게는, 분할기의 출력부 및 결합기의 입력부의 금속 도파관은, 증폭 채널의 접속이 방사축에서 수행되도록 직선이다.

바람직하게는, 분할기의 출력부 및 결합기의 입력부의 금속 도파관은, 증폭 채널의 접속이 방사축에 대해 수직으로 수행되도록 굴곡된다.

바람직하게는, 방사상 분할기 및 방사상 결합기는 채널들 사이의 아이솔레이션을 위한 소산 수단 또는 흡수 재료를 포함한다.

바람직하게는, 2개의 방사상 도파관의 외연의 금속 도파관은 직사각형 도파관이다.

바람직하게는, 분할기의 입력부 및/또는 결합기의 출력부는 원통형 도파관이다.

바람직하게는, 분할기의 입력부 및/또는 결합기의 출력부는 동축 도파관이다.

바람직하게는, 적어도 하나의 트랜지션은, 방사상 도파관의 하위 부분과 접촉하는 중심 코어를 포함한다.

바람직하게는, 방사상 도파관상에 중심이 있는 동축 도파관의 적어도 하나의 포트는, 동축 커넥터, 중심 링, 중심 코어를 수용하도록 설계되고, 이러한 포트는 상부 캡 (cap) 에서 직접 머시닝된 (machined) 콘 (cone) 형태의 외부 도체에 의해 방사상 도파관으로 부분적으로 연장된다.

바람직하게는, 직사각형 도파관 전파 모드와 마이크로파 스트립퍼 전파 모드 사이의 트랜지션은,

■ 트랜지션의 직사각형 도파관 단부에서 제로 기울기와 코사인을 이루는 프로파일의 금속배선 (metallization), 및

■ 트랜지션의 반사 계수를 최소화하기 위해 금속배선의 코사인 프로파일에 따른 기판 컷팅 (cut) 을 포함한다.

본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부한 도면을 참조하여 제공된 아래의 설명에서 명백해질 것이다.
도 1 은, 종래 기술에 따른 수지상 구조를 갖는 증폭 디바이스이다.
도 2a 는, 방사상 증폭 디바이스의 표현이다.
도 2b 는, 스페이서의 세트를 포함하는 방사상 증폭 디바이스의 표현이다.
도 2c 는, 스페이서의 세트를 포함하는 굴곡된 방사상 증폭 디바이스의 표현이다.
도 3a 는, 본 발명에 따른 방사상 증폭 디바이스의 평면도이다.
도 3b 는, 도 3a 의 방사상 증폭 디바이스의 단면도이다.
도 4a 는, 위치를 조절하는 수단 및 증폭 채널의 제 1 변형예이다.
도 4b 는, 위치를 조절하는 수단 및 증폭 채널의 제 2 변형예이다.
도 4c 는, 위치를 조절하는 수단 및 증폭 채널의 제 3 변형예이다.
도 5a 는, 동축 도파관과 방사상 도파관 사이의 트랜지션의 예의 단면도이다.
도 5b 는, 동축 도파관과 방사상 도파관 사이의 트랜지션의 실시형태의 단면도 및 평면도이다.
도 6a 및 도 6b 는, 직사각형 도파관과 마이크로파 스트립 라인 사이의 트랜지션의 실시형태이다.
도 6c 는, 직사각형 도파관과 마이크로파 스트립 라인 사이의 트랜지션을 달성하기 위해 여러 회로를 포함하는 트랜지션의 실시형태이다.

아래의 설명에서, "트랜지션" 은 예를 들어, 동축 라인으로부터 방사상 도파관으로, 또는 직사각형 도파관으로부터 마이크로파 스트립 타입, 공면, 슬롯, 또는 임의의 다른 매체의 하나 이상의 평면 라인으로와 같은 최소의 전송 손실을 갖는 하나의 전파 구조로부터 다른 전파 구조로의 전자기파의 트랜지션을 허용하는 임의의 디바이스이다.

도 2a 및 도 2b 는, 본 발명에 따른 증폭 디바이스 및 종래 기술의 디바이스 각각을 통한 단면의 블록 형태의 표현을 예시한다.

디바이스는, 예를 들어, 동축 도파관, 원통형 도파관 또는 직사각형 도파관 타입의 포트 (28) 와 방사상 도파관 (10) 사이에서 신호를 전파하는 트랜지션 (11) 에 의해 입력 신호가 진입하는 제 1 방사상 도파관 (10) 을 포함하는 분할기를 포함한다.

도 2b 의 예에서, 증폭 디바이스의 분할기는 외연상에 직사각형 도파관 (16) 형태의 포트를 갖는 방사상 도파관 (10) 을 포함한다. 분할된 신호는, 고정되도록 제조 방법에 의존하여, 직사각형 도파관에 플러그 인되거나 접속된 증폭 채널 (15) 의 입력 트랜지션에 도달하기 위해 직사각형 도파관 (16) 각각에서 전파된다. 증폭 채널 (15) 은 직사각형 도파관 (16) 으로부터 발생한 신호를 캡처할 수 있게 하여, 신호를 증폭기 (24) 에 의해 증폭하고 신호를 직사각형 도파관 (16') 으로 송신하여, 신호가 결합기 (10') 에서 재결합된다. 결합된 신호는 예를 들어, 동축 도파관, 원통형 도파관 또는 직사각형 도파관 타입의 제 2 포트 (28') 와 방사상 도파관 (10') 사이에서 신호를 전파하는 트랜지션 (11') 을 통해 디바이스의 외부로 송신된다.

증폭 채널 (15) 은 도 3a 에서 특정된 방향 (17) 에서 픽싱 디바이스에 의해 직사각형 도파관 (16 및 16') 에 플러그 인되거나 고정될 수 있다.

예를 들어, 스페이서 (29) 가 도 2b 에 예시된 바와 같이, 증폭 채널 (15) 과 직사각형 도파관 (16, 16') 사이에 추가될 수 있다. 후자는 바람직하게는, 각 증폭 채널 (15) 에 특정된 위상 시프트에 적응하기 위해 직사각형 도파관 (16, 16') 의 채널에 의존하여 상이한 두께이다.

도 2c 에 도시된 다른 실시형태에서, 직사각형 도파관 (16, 16') 은 예를 들어, 90°굴곡될 수 있어서, 증폭 채널 (15) 의 접속은 트랜지션 (11, 11') 의 축 방향에서 발생한다.

나머지 설명에서, 적어도 하나의 송신 트랜지션, 하나의 수신 송신 및 적어도 하나의 증폭기를 포함하는 채널을 증폭 채널이라 칭한다.

본 발명은 방사상 도파관의 외연상의 금속 도파관 형태의 포트에, 설명된 실시형태를 초과하여 더욱 일반적으로 적용된다.

도 3a 는, 입력 신호가 포트 (28) 로부터 발생하는 신호를 송신하는 트랜지션 (미도시) 을 통해 진입하는 제 1 방사상 도파관 (10) 을 포함하는 분할기를 포함하는 본 발명에 따른 디바이스의 평면도를 표현한다.

증폭 디바이스의 분할기는, 도 3a 의 예에서, 외연상에 직사각형 도파관 (16) 형태의 포트를 갖는 방사상 도파관 (10) 을 포함한다. 이러한 실시형태에서, 본 발명에 따른 디바이스는 방사상 도파관 (10) 의 외연에서 대칭적으로 배치된 8개의 직사각형 도파관을 갖는다. 분할된 신호는 직사각형 도파관에 플러그 인되고 접속된 증폭 채널 (15) 의 입력 트랜지션에 도달하기 위해 직사각형 도파관 각각에서 전파된다.

본 발명에 따른 증폭 디바이스는, 직사각형 도파관 (16) 에서 트랜지션 각각의 위치를 조절하는 수단 (29) 을 갖게 할 수 있다. 도 3a 에 도시된 실시형태에서의 이들 조절 수단 (29) 은 적응형 직사각형 도파관 (29) 에 의해 제조될 수 있는 스페이서의 세트이다.

바람직하게는, 2개의 직사각형 도파관 (16) 의 교점에서 각을 형성하는 부분 (14) 은 신호가 금속 도파관 형태의 다양한 포트로 완전하게 분배될 수 있게 한다.

본 발명에 따른 디바이스는, 직사각형 도파관 형태의 포트를 갖는 방사상 도파관을 포함하는 분할기상에 중첩된 결합기를 포함하지만, 도 3a 의 평면도에 도시되지는 않는다.

도 3b 는 축 (21) 을 따른 단면에서 도 3a 의 증폭 디바이스를 도시한다. 후자는 외연상에 배치된 직사각형 도파관 (16 및 16') 각각과 상호작용하는 2개의 중첩된 방사상 도파관 (10, 10') 을 포함한다.

트랜지션 (11) 은 방사상 도파관 (10) 에서의 포트 (28) 로부터 발생하는 신호를 송신한다. 포트 (28) 는 본 발명의 실시형태에 따라, 원통형 도파관, 동축 도파관 또는 직사각형 도파관일 수 있다. 방사상 도파관 (10) 의 지오메트리 및 직사각형 도파관 (16) 의 지오메트리는, 송신된 신호를 직사각형 도파관 (16) 각각으로 분배할 수 있게 한다.

디바이스는 또한, 실시형태에 따라 픽싱 수단에 의해 고정되고 플러그 인되거나 접속되는 증폭 채널 (15) 을 포함한다. 증폭 채널 (15) 각각은, 예를 들어, 마이크로파 스트립 타입의, 직사각형 도파관으로부터 평면 전파 라인으로 신호를 전파하는 수신된 트랜지션 (22) 를 포함한다. 또한, 각 증폭 채널 (15) 은 증폭된 신호를 송신하는 트랜지션 (23) 및 적어도 하나의 증폭기 (24) 를 포함한다. 수신 트랜지션과 동일한 방식으로, 송신 트랜지션 (23) 은 직사각형 도파관에서 예를 들어, 마이크로파 스트립 타입의 평면 전파 라인의 단순한 트랜지션일 수 있다.

결합기는 외연상에서 직사각형 도파관 형태의 포트를 갖는 방사상 결합기라 불릴 수 있는 방사상 도파관 (10') 을 포함한다. 방사상 도파관 (10') 은 직사각형 도파관 (16') 에 의해 전파되는 각 증폭 채널 (15) 로부터 발생하는 각 신호를 수신한다. 방사상 도파관 (10') 은, 트랜지션 (11') 을 통해 포트 (28') 로 결합된 출력 신호를 송신할 수 있게 한다.

본 발명의 솔루션의 주요 이점은, 방사상 도파관 (10') 에서 재결합되는 직사각형 도파관 (16') 으로부터 발생하는 다양한 신호의 위상을 조절할 수 있게 한다는 것이다. 이러한 조절은, 증폭 채널 (15) 이 직사각형 도파관 (16 및 16') 에 배치되는 깊이를 조절하는 수단에 의해 이루어진다.

변형예에서, 이들 수단은 도 4c 에 도시된 바와 같은 직사각형 적응형 도파관 형태의 직사각형 도파관 (16 및 16') 과 상호작용하는 접촉부 (abutment) 의 스페이서 (29) 일 수 있다.

스페이서는 증폭 채널 (15) 에 의해 도입된 위상 시프트의 기능으로서 선택될 수 있다.

다른 이점은, 증폭 디바이스에 인스톨되기 이전에 그 특징을 확인하기 위해 2개의 중첩된 직사각형 도파관에서 증폭 채널 (15) 을 개별적으로 테스트하는 능력이다.

증폭 채널에 의해 도입된 위상 시프트를 측정하는 것은, 모든 증폭 채널이 동위상으로 재결합되도록 직사각형 도파관 (16, 16') 에서 각 증폭 채널의 위치를 결정할 수 있게 한다.

바람직하게는, 셸 (26) 이 도 3b 에서 접촉부에 의해 표현된 픽싱 수단 (25) 및 증폭 채널을 커버할 수 있다.

바람직하게는, 증폭기 (24) 는 증폭기와 시스템 외부 사이의 열 교환을 촉진하기 위해 셸 (26) 과 접촉할 수 있다.

다른 실시형태에서, 본 발명에 따른 디바이스는 결합된 증폭기의 수를 증가시킬 수 있게 한다. 3개의 솔루션이 동시에 또는 독립적으로 이용될 수 있다.

제 1 솔루션은 직사각형 도파관 형태의 포트의 수를 증가시키는 것으로 구성된다. 제 2 솔루션은 각 증폭 채널에 대한 증폭기의 수를 증가시키는 것이다. 마지막으로, 제 3 솔루션은 각 직사각형 도파관으로 플러그될 수 있는 증폭 채널의 수를 증가시키는 것으로 구성된다.

본 발명에 따른 디바이스는, 예를 들어, 특허 US4263568 에 설명된 바와 같은 흡수 재료 또는 소산 수단을 결합기 및 분할기에 바람직하게 배치함으로써 결합기의 채널과 분할기의 채널 사이의 아이솔레이션을 개선시키는 것을 제안한다. 이러한 개선은 증폭 채널을 더욱 독립적이게 한다.

본 발명의 따른 디바이스 및 특히 설명된 실시형태의 이점들은, 패시브 부분의 낮은 위상 분산을 갖는다는 것과, 낮은 결합 손실을 도입한다는 것과, 센티미터 대역으로부터 밀리미터 대역까지 연장할 수 있는 사용 범위를 허용한다는 것이다.

또한, 증폭기 채널이 용이하게 제거가능하고, 이들은 증폭기와 트랜지션 양자를 포함하며, 마지막으로 이들이 특히 증폭기 채널에 의해 도입된 위상 시프트의 고유 파라미터에 의해 용이하게 특징화될 수 있다는 이점이 있다.

또한, 디바이스의 조밀성 (compactness) 은 열 제약의 효율적 관리를 유지하면서 작은 풋프린트 (footprint) 를 갖는 어셈블리를 제조할 수 있게 한다.

도 4a, 도 4b 및 도 4c 는, 기판 (50) 상에 금속 라인에 의해 송신 및 수신 트랜지션을 제조할 수 있게 하고 증폭기 (24) 를 통합할 수 있게 하는 증폭 채널 (15) 의 다양한 실시형태를 예시한다. 증폭 채널 (15) 은 도 4a 및 도 4b 에 예시된 바와 같이 도파관 (16, 16') 에 접속될 수 있거나 도 4c 에 예시된 바와 같이 직사각형 도파관으로 플러그될 수 있다.

이들 변형예에서, 스페이서 (29) 의 세트는 도 4c 에 예시된 바와 같이 단순한 접촉부 스페이서일 수 있거나 도 4a 에 도시된 바와 같이 적응형 직사각형 도파관일 수 있다.

바람직한 실시형태에서, 이들 스페이서의 세트는 큰 표면적을 통해 열을 소산할 수 있는 방사상 도파관의 포트와 증폭 채널 사이의 효율적 열 교환을 허용한다. 또한, 구조의 외연상의 증폭 채널의 포지셔닝은 외연을 통해 소산된 전력을 또한 없애는 것을 고찰할 수 있게 한다.

도 4a 는, 증폭기와 시스템의 외부 사이의 열 교환 (30) 을 촉진하기 위한 셸 (26) 의 바람직한 사용을 예시한다.

도 5a 는, 동축 커넥터라 또한 불리는 동축 포트 (28) 와 방사상 도파관 (10) 사이의 트랜지션 (11) 의 예의 단면도를 예시한다.

도 5b 는 도 5a 의 트랜지션과 유사한 트랜지션의 예시적인 실시형태이다.

동축 포트와 방사상 도파관 사이의 트랜지션은, 방사상 도파관 (10) 을 형성하는 2개의 금속 부분, 즉, 상부 캡 (100) 및 하부 캡 (103) 으로 구성된다. 방사상 구조에 중심이 있는 동축 도파관은 상부 캡 (100) 에서 직접 머시닝된 콘 형태의 외부 도체 (101) 에 의해 방사상 도파관 (10) 에서 부분적으로 연장된다. 이렇게 형성된 동축 도파관은 상부 캡 (100) 에 고정된 동축 커넥터 (28) 와 동일한 내부 치수를 갖는다. 연장된 동축 커넥터의 중심 코어 (110) 는 한편으로는, 동축 커넥터 (28) 의 암부 (female portion) 라 불리는 부분 (110), 및 다른 한편으로는 방사상 도파관 (10) 의 하부 캡 (103) 에 제공된 리셉터클 (102) 로 삽입된 금속 스템 (112) 으로 이루어진다. 금속 스템 (112) 의 직경은 또한, 커넥터 (28) 의 코어 (110) 의 직경과 동일해야 한다. 따라서, 커넥터 (28) 로부터 방사상 도파관 (10) 으로 연장하는 동축 도파관까지의 패시지 (passage) 동안 동축 부분의 치수에서의 변화는 없다. 치수의 이러한 연속성은 트랜지션의 최적의 적응 성능을 보장할 수 있게 한다.

구조의 중심에서의 코어의 정밀한 포지셔닝은, 한편으로는 하부 캡 (103) 에서 리셉터클 (102) 의해 그리고 다른 한편으로는 콘 (101) 에 삽입된 유전체 링 (111) 에 의해 보장된다. 그러나, 이러한 링이 유전율이 공기 또는 진공의 유전율과 상이한 유전체 또는 트랜지션에 포함된 재료로 이루어진 경우에, 외부 도체의 직경 및/또는 동축 도파관의 중심 코어의 직경에서의 불연속성이 유전율에서의 이러한 차이를 보상하기 위해 도입될 수도 있다.

커넥터 (28) 의 암부 (110) 로의 삽입을 위한 코어라 또한 불리는 금속 스템 (112) 상의 충분한 수직 압력이, 하부 캡 (103) 의 홀 (102) 에 스프링 또는 압축가능 재료를 삽입함으로써 유지될 수 있다.

도 5b 에 예시된 이러한 트랜지션은,

■ 중앙 코어의 머시닝을 단순화시키고 기하학적 치수의 정확도를 개선시킬 수 있게 하여, 커넥터로부터 구조로의 파의 패시지 동안 부적응 (misadaptation) 을 감소시킬 수 있게 하고;

■ 상부 캡 (100) 상에서 머시닝된 콘 (101) 에 의해 달성된 점진적 적응에 의해 넓은 주파수 대역상에서 양호한 적응을 획득할 수 있게 하고;

■ 직선 콘의 사용에 의해 동축의 외부 도체상의 복잡한 형상의 프로파일의 머시닝과 관련된 제약을 완화시킬 수 있게 하고;

■ 중앙 코어 및 커넥터 (110) 를 포지셔닝하는 시스템에 의해 회전 (revolution) 의 완벽한 대칭을 획득할 수 있게 하고;

■ 콘의 2개의 기하학적 치수, 즉, 베이스의 높이 및 폭을 다시 최적화함으로써 동축으로부터 임의의 높이의 방사상 도파관으로의 트랜지션을 생성할 수 있게 하며;

■ 동축의 중심 코어가 구조의 바닥 (하부 캡 (103)) 과 접촉하고 있는, 디바이스의 양호한 전력 동작을 획득할 수 있게 한다.

분할기 및/또는 결합기로의 이러한 트랜지션의 통합은,

■ 도파관이 하부 캡 (103) 에서 머시닝되고 콘 (101) 이 상부 부분 (100) 에서 머시닝되는, 머시닝과 관련된 제약을 완화시킬 수 있게 하며;

■ 콘 (101) 의 감소된 풋프린트를 갖는 트랜지션으로, 높이가 구조의 외연상에 존재하는 직사각형 도파관의 높이에 대응하는 동축과 방사상 도파관 사이의 적응을 달성할 수 있게 한다.

본 발명에 따른 증폭 채널은 트랜지션 (22) 에 의해 캡처된 신호를 증폭할 수 있게 하며, 트랜지션 (23) 을 통해 직사각형 도파관 (16) 으로 증폭 이후에 이들을 재주입할 수 있게 한다. 이들 트랜지션은 본 발명에 따른 디바이스에서 바람직한 특징들을 가지며, 예를 들어, 도 6a 및 도 6b 에 따라 제조될 수 있다.

도 6a 및 도 6b 의 다른 도면에 도시된 마이크로파 스트립 라인 (64) 으로의 직사각형 도파관 (16) 의 트랜지션은, 직사각형 도파관의 내부에 배치되고 우세한 모드의 전계의 전파에 평행한 회로로 구성된다. 이러한 회로에 대한 지지부는, 금속면 (60) 및 금속 라인 (63) 이 어느 측에 조각되는 임의의 유전율의 기판 (61) 이다. 금속면 (60) 은 트랜지션 (22) 의 직사각형 도파관 (16) 종단에서 제로 기울기의 코사인의 형상으로 트레이스된다. 코사인의 높이는 직사각형 도파관 (16) 의 높이에 대응하고, 그것의 길이는 최적화에 의해 결정될 것이다. 다른 면상에서 트레이스된 금속 라인 (63) 이 또한 코사인 부분을 포함한다. 후자 부분의 길이는 또한 최적화에 의해 결정된다. 금속면 (60) 및 금속 라인 (63) 의 코사인을 트레이스하는데 사용된 파라미터, 특히, "주기" 및 "높이"는 동일하다. 마이크로파 스트립 라인 (64) 을 트랜지션 (22) 의 상부 부분에 링크하는 세그먼트 (62) 가 직선으로 생성되지만 원, 코사인 또는 다른 것의 아크로 생성될 수도 있다. 라인의 위치 및 이러한 세그먼트 (62) 의 기하학적 값은 최적화에 의해 결정될 것이다. 기판 (61) 의 컷팅은 가능한한 금속배선에 근접하여, 라인 및 금속면 (60) 의 코사인 프로파일에 따름으로써 달성된다.

여러 회로를 포함하는 일 실시형태에서, 트랜지션은 도파관 (16) 으로부터 여러 마이크로파 스트립 라인으로의 트랜지션을 달성하기 위해 직사각형 도파관에서 서로 평행하게 위치될 수 있다.

도 6c 는, 3개의 마이크로파 스트립 라인으로부터 평행하게 위치된 3개의 회로 (220, 221 및 222) 로 구성된 직사각형 도파관으로의 트랜지션의 경우를 도시한다.

이러한 타입의 트랜지션은,

■ 직사각형 도파관에서의 전파 모드로부터 마이크로파 스트립 타입의 전파 모드로 직접적으로 패스할 수 있게 하고;

■ 중간 트랜지션을 제거함으로써 손실을 최소화하여 제조의 복잡성의 감소를 허용할 수 있게 하고;

■ 트랜지션의 직사각형 도파관 종단에서 제로 기울기를 갖는 금속면 및 라인상의 코사인 프로파일의 사용을 통해 감소된 풋프린트를 획득할 수 있게 하고;

■ 넓은 대역폭 및 적응의 양호한 레벨을 획득할 수 있게 하며;

■ 여러 회로가 도파관에 존재할 때에도 직사각형 도파관으로부터 보아서, 구조의 입력부에서 매우 낮은 반사 계수를 획득할 수 있게 한다.

완전한 결합기로의 이러한 구조의 통합은,

■ 그것의 풋프린트를 감소할 수 있게 하며;

■ 그것의 성능을 최대화할 수 있게 한다.

Claims (14)

1. 마이크로파 필드에서 위상 분산 보상을 이용하는 방사상 전력 결합 시스템으로서,
   ■ 중심에서 입력부 및 외연에서 복수의 출력부를 갖는 방사상 분할기라 불리는 제 1 방사상 도파관 (10) 으로서, 상기 복수의 출력부 각각은 금속 도파관 (16) 이고, 상기 제 1 방사상 도파관은 하나의 입력 신호를 여러 출력 신호들로 분할할 수 있게 하는, 상기 제 1 방사상 도파관 (10);
   ■ 상기 방사상 분할기 (10) 상에 중첩되고, 중심에서 출력부 및 외연에서 복수의 입력부를 갖는 방사상 결합기라 불리는 제 2 방사상 도파관 (10') 으로서, 상기 복수의 입력부 각각은 금속 도파관 (16) 이고, 상기 제 2 방사상 도파관 (10') 은 복수의 입력 신호를 하나의 출력 신호로 결합할 수 있게 하는, 상기 제 2 방사상 도파관 (10');
   ■ 상기 방사상 분할기 (10) 에서 제 1 신호를 송신하는 제 1 입력 트랜지션 (11);
   ■ 상기 방사상 결합기의 출력부에 대해 증폭된 상기 제 1 신호를 캡처하는 제 2 출력 트랜지션 (11'); 및
   ■ 복수의 증폭 채널 (15) 을 포함하며,
   상기 복수의 증폭 채널 각각은,
   ○ 상기 방사상 분할기 (10) 의 금속 도파관들 (16) 중 하나와 상호작용할 수 있는 제 3 입력 트랜지션 (22),
   ○ 상기 방사상 결합기 (10') 의 금속 도파관들 (16') 중 하나와 상호작용할 수 있는 제 4 출력 트랜지션 (23), 및
   ○ 상기 제 3 및 제 4 트랜지션들 (22, 23) 에 고정된 적어도 하나의 증폭기 (24) 를 포함하고,
   상기 방사상 전력 결합 시스템은, 상기 금속 도파관들 (16, 16') 에서 적어도 하나의 증폭 채널 (15) 의 포지셔닝을 조절하는 수단 (29) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방사상 전력 결합 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상지 조절 수단 (29) 은 스페이서들의 세트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방사상 전력 결합 시스템.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   각 증폭 채널은, 각 증폭 채널 (15) 을 스페이서 (29) 로 상기 결합기 및 상기 분할기에 고정할 수 있게 하는 픽싱 수단 (25) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방사상 전력 결합 시스템.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 스페이서들의 세트는, 상기 증폭 채널들과 상기 방사상 도파관들 사이의 열의 전달에 기여하는 것을 특징으로 하는, 방사상 전력 결합 시스템.
5. 제 1 항에 있어서,
   셸들 (26) 이 상기 증폭 채널들을 커버하며, 상기 증폭기들과 상기 시스템의 외부 사이의 열 교환을 촉진하는 것을 특징으로 하는, 방사상 전력 결합 시스템.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 분할기의 상기 출력부들 및 상기 결합기의 상기 입력부들의 상기 금속 도파관들은, 상기 증폭 채널들의 접속이 방사축에서 수행되도록 직선인 것을 특징으로 하는, 방사상 전력 결합 시스템.
7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 분할기의 상기 출력부들 및 상기 분할기의 상기 입력부들의 상기 금속 도파관들은, 상기 증폭 채널들의 접속이 방사축에 수직으로 수행되도록 굴곡되는 것을 특징으로 하는, 방사상 전력 결합 시스템.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방사상 분할기 및 상기 방사상 결합기는, 상기 증폭 채널들 사이의 아이솔레이션을 위한 흡수 재료 또는 소산 (dissipating) 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방사상 전력 결합 시스템.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   2개의 방사상 도파관 (10, 10') 의 외연상의 상기 금속 도파관들 (16, 16') 은 직사각형 도파관들인 것을 특징으로 하는, 방사상 전력 결합 시스템.
10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분할기의 입력부 (28) 및/또는 상기 결합기의 출력부 (28') 는 원통형 도파관들인 것을 특징으로 하는, 방사상 전력 결합 시스템.
11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 한에 있어서,
    상기 분할기의 입력부 (28) 및/또는 상기 결합기의 출력부 (28') 는 동축 도파관들인 것을 특징으로 하는, 방사상 전력 결합 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,
    적어도 하나의 트랜지션 (11, 11') 이, 방사상 도파관 (10, 10') 의 하위 부분 (103) 과 접촉하는 중심 코어 (112) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방사상 전력 결합 시스템.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 방사상 도파관에 중심이 있는 동축 도파관의 적어도 하나의 포트가, 동축 커넥터 (28), 중심 링 (111), 중심 코어 (112) 를 수용하도록 설계되며, 이러한 포트가 상부 캡 (100) 에서 직접 머시닝된 콘 형태의 외부 도체 (101) 에 의해 상기 방사상 도파관 (10, 10') 으로 부분적으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 방사상 전력 결합 시스템.
14. 제 9 항에 있어서,
    직사각형 도파관 전파 모드 (16) 와 마이크로파 스트립퍼 전파 모드 (63) 사이의 상기 트랜지션 (22, 23) 은,
    ■ 상기 트랜지션의 직사각형 도파관 단부에서 제로 기울기와 코사인을 이루는 프로파일의 금속배선들 (63), 및
    ■ 상기 트랜지션의 반사 계수를 최소화하기 위해 상기 금속배선들의 코사인 프로파일에 따른 기판 (61) 컷팅을 포함하는 것을 특징으로 하는, 방사상 전력 결합 시스템.

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