KR20130143722A - 고립된 영도 반응성의 무선 주파수 고전력 결합기 - Google Patents

고립된 영도 반응성의 무선 주파수 고전력 결합기 Download PDF

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KR20130143722A
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Abstract

예시적인 통신 디바이스는 제1 증폭기(24)와 연결되도록 구성된 제1 전송선(22)을 갖는 결합기를 포함한다. 제2 전송선(26)은 제2 증폭기(28)와 연결되도록 구성된다. 제3 전송선(30)은 제1 및 제2 전송선(22, 26)과 연결된다. 고립 모듈(32)은 제1 및 제2 전송선(22, 26)과 연결된다. 고립 모듈(32)은 증폭기들(24, 28) 중 하나가 작동 불능인 경우 제1 증폭기(24)를 제2 증폭기(28)로부터 고립시키고 제1 및 제2 전송선(22, 26)을 위한 RF 정합을 제공하도록 구성된 저항, 커패시턴스 및 인덕턴스를 갖는다.

Description

고립된 영도 반응성의 무선 주파수 고전력 결합기{ISOLATED ZERO DEGREE REACTIVE RADIO FREQUENCY HIGH POWER COMBINER}
본 발명은 일반적으로 통신에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 통신을 위해 신호들을 결합하는 것에 관한 것이다.
통신 시스템 내에는, 신호들을 결합하기 위한 다양한 용법들이 있다. 예를 들어, MCPA(multi-carrier power amplifier) 및 밸런스드 PA(balanced power amplifier) 또는 LNA(low noise amplifier) 구성을 실현하기 위해, 영도 반응성 결합(zero degree reactive combining) 및 90도 하이브리드(ninety degree hybrid) 체계가 이용되어 왔다. 알려진 접근방식들에 관련된 트레이드오프 및 한계가 존재한다. 예를 들어, 제조성(manufacturability)을 위한 다층 광측 구조(multi-layer broad side structure)를 갖는 90도 하이브리드 체계는 포트 고립(port isolation)을 제공하지만, 낮은 피크 전력 처리 및 비교적 높은 비용으로 어려움을 겪는다. 그러므로, 90도 하이브리드 체계는 프레임 레벨의 응용에서는 유리한 선택안이 아니다. 한편, 반응성 결합기(reactive combiner)는 제한된 포트 고립을 갖는다. 그러므로, MCPA 구성에서 이용될 때, 그러한 결합기들은 하나의 증폭기의 고장이 다른 증폭기에 문제를 야기할 가능성을 도입한다. 즉, 하나의 증폭기가 작동 불능일 때의 나머지 RF 전력은 증폭기들 중 하나가 고장난 때의 반응성 결합기의 불일치 상태의 결과로서 부분적으로 손실된다.
포트 교차형 저항기(port cross over resistor)를 포함하는 윌킨슨(Wilkinson) 타입의 무선 주파수 결합기는 포트 고립 쟁점을 다룰 수 있다. 그러나, 윌킨슨 타입 결합기는 교차형 저항기의 접지에 대한 커패시턴스(capacitance)로 인해 추가의 무선 주파수 손실 및 포트 간격 제약을 도입한다. 그러므로, 윌킨슨 타입의 결합기들은 프레임 레벨의 고전력 응용에 대해서는 유용하다고 생각되지 않는다. 브랜치 라인 결합기 및 광측 결합기와 같은 다른 유형의 알려진 결합기들은 양호한 포트 고립을 제공하지만, 레이아웃 및 제조가 어렵고 RF 손실이 비교적 높으며 비용이 비교적 높다는 단점을 갖는다.
예시적인 통신 디바이스는 제1 통신 컴포넌트와 연결되도록 구성된 제1 전송선을 갖는 결합기를 포함한다. 제2 전송선은 제2 통신 컴포넌트와 연결되도록 구성된다. 제3 전송선은 제1 및 제2 전송선과 연결된다. 고립 모듈(isolation module)은 제1 및 제2 전송선과 연결된다. 고립 모듈은 컴포넌트들 중 하나가 작동 불능인 경우 제1 통신 컴포넌트를 제2 통신 컴포넌트로부터 고립시키도록 구성된 저항, 커패시턴스 및 인덕턴스를 갖는다. 고립 모듈 컴포넌트들은 또한 컴포넌트들 중 하나가 작동 불능인 경우 제1 및 제2 전송선을 위한 RF 정합을 제공하도록 구성된다.
본 기술분야의 숙련된 자들은 이하의 상세한 설명을 보면 개시된 예시의 다양한 특징 및 이점을 분명히 알게 될 것이다. 상세한 설명에 수반되는 도면은 아래와 같이 간략하게 기술될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 설계된 예시적인 통신 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 1은 결합기(20)를 포함하는 통신 디바이스를 개략적으로 보여준다. 제1 전송선(22)은 제1 통신 컴포넌트(24)와 연결되도록 구성된다. 제2 전송선(26)은 제2 통신 컴포넌트(28)와 연결되도록 구성된다.
제3 전송선(30)은 제1 전송선(22) 및 제2 전송선(26)과 연결된다. 통신 컴포넌트들(24 및 28)로부터의 신호들이 결합되어, 제3 전송선(30)을 따라 전파되는 결합된 신호로 된다.
일례에서, 통신 컴포넌트들(24, 28)은 증폭기들을 포함하고, 결합기(20)는 MCPA(multiple carrier power amplifier) 결합을 위해 이용된다. 일례에서, 통신 컴포넌트들(24, 28)은 무선 통신 시스템 마크로셀 기지국의 증폭기들을 포함한다. 예시적인 결합기(20)는 그러한 증폭기들로부터의 신호들을 고전력 및 저손실로 결합할 수 있다.
통신 컴포넌트들(24 및 28) 둘 다가 허용가능한 방식으로 작동하고 있을 때, 제3 전송선(30) 상에서의 결과적인 결합된 신호는 원하는 특성을 갖는다. 일부 상황들에서는, 통신 컴포넌트들(24 또는 28) 중 하나가 오작동하거나, 다르게는 원하는 대로 동작하는 데에 실패하는 것(즉, 적어도 일시적으로 작동 불능으로 되는 것)이 가능하다. 도시된 예는 통신 컴포넌트들(24 및 28)을 서로로부터 고립시켜, 그들 중 하나가 작동 불능일 때, 그것이 다른 컴포넌트의 성능에 부정적인 영향을 주지 않게 하는 고립 모듈(32)을 포함한다. 고립 모듈(32)은 통신 컴포넌트들(24 및 28) 중 하나가 작동 불능으로 된 경우에 그들을 서로로부터 고립시키기 위한 저항, 커패시턴스 및 인덕턴스를 포함한다. 고립 모듈(32)은 또한 컴포넌트들(24 또는 28) 중 하나가 작동 불능으로 된 경우, 제1 전송선(22)과 제2 전송선(26) 간에 정합을 제공한다.
예시적인 고립 모듈(32)은 제4 전송선(34)을 포함한다. 제1 저항기(36)는 제4 전송선(34)과 접지 사이에 연결된다. 고립 모듈(32)은 또한 제2 전송선(26)에 연결된 제5 전송선(38)을 포함한다. 제2 저항기(40)는 제5 전송선(38)과 접지 사이에 연결된다. 제1 커패시터(42)는 제1 저항기(36)와 병렬이며, 제4 전송선(34)과 접지 사이에 연결된다. 제2 커패시터(44)는 제2 저항기(40)와 병렬이며, 제5 전송선(38)과 접지 사이에 연결된다. 제3 커패시터(46)는 제1 커패시터(42) 및 제2 커패시터(44)와 병렬이다.
제1 인덕터(48)는 제1 커패시터(42) 및 제1 저항기(36)와 병렬이다. 제1 인덕터(48)는 제4 전송선(34)과 제3 커패시터(46) 사이에 연결된다. 제1 인덕터(48)는 제1 인덕터(48)와 접지 사이의 제3 커패시터(46)와 직렬이다. 제2 인덕터(50)는 제2 커패시터(44) 및 제2 저항기(40)와 병렬이다. 제2 인덕터(50)는 제5 전송선(38)과 제3 커패시터(46) 사이에 연결된다. 제2 인덕터(50)는 제3 커패시터(46)와 직렬이다.
일례에서, 도시된 예시와 일치하는 고립 모듈을 실현하기 위해, 저비용의 마이크로-스트라이프 라인 또는 스트라이프 라인 제조 기법들이 이용될 수 있다. 고립 모듈 컴포넌트들의 예시적인 구성은 입력들 간에 비교적 큰 간격이 요구될 수 있는 상황들에서 그것이 유용하게 한다.
고립 모듈(32)의 컴포넌트들은 수동(passive)으로 생각될 수 있다. 통신 컴포넌트들(24 및 28) 둘 다가 예상되거나 원하는 대로 작동하고 있을 때에는, 제1 전송선(22)과 제2 전송선(26) 각각에 동일한 전압, 위상 및 진폭이 존재한다. 그러한 조건들 하에서, 고립 모듈(32)의 수동 구성요소들은 결합기(20) 또는 통신 컴포넌트들(24 및 28)의 성능에 어떠한 영향도 미치지 않는다.
통신 컴포넌트들(24 또는 28) 중 하나가 작동 불능으로 되는 경우, 수동 컴포넌트들은 고립 모듈과 전송선들(22 및 26) 사이의 접합부에서 각각 RF 정합을 제공한다. 한편에서의 제4 전송선(34)과 제1 전송선(22)의 연결과, 다른 편에서의 제2 전송선(26)과 제5 전송선(38)의 연결 사이의 RF 정합은, 하나의 연결이 다른 편에서의 입력에 무관하게 정합될 것을 보장한다. 예를 들어, 저항기(36), 커패시터들(42 및 46) 및 인덕터(48)는 제1 전송선(22)(50 오옴) 및 제1 통신 컴포넌트(24)(50 오옴)에 대해 정합된다. 마찬가지로, 저항기(40), 커패시터들(44 및 46) 및 인덕터(50)는 제2 전송선(26)(50 오옴) 및 제2 통신 컴포넌트(28)(50 오옴)에 대해 정합된다. RF 정합은 통신 컴포넌트들(24 및 28)의 서로로부터의 RF 고립을 야기하여, 그들 중 하나가 작동 불능으로 된 경우에, 그것이 다른 것에 부정적인 영향을 주지 않게 한다.
도시된 예시는 예를 들어 제1 전송선(22)과 제4 전송선(34) 사이의 접합부에서 원하지 않는 커패시턴스가 나타나는 것을 피하기 위해, 고립 모듈(32)의 컴포넌트들이 제1 및 제2 전송선의 동작 주파수에서 공진하도록 동조되게 함으로써 손실을 최소화한다. 이것은 교차형 저항기로 인해 원하지 않는 커패시턴스가 회피될 수 없는 윌킨슨 결합기와 같은 기타 결합기들과는 다른 것이다. 고립 모듈(32)의 컴포넌트들의 고유한 구성 및 조합은 그러한 원하지 않는 커패시턴스를 회피하여, 손실을 최소화하면서도 원하는 정합 및 고립을 제공한다.
고립 모듈(32)의 저항은, 그것이 없었더라면 컴포넌트들(24 또는 28) 중 하나가 원하는 대로 기능하는 데에 실패한 경우에 문제가 되었을 전력을 흡수한다. 고립 모듈(32)의 인덕턴스 및 커패시턴스는 동작 주파수에서 공진하여 RF 정합을 제공한다. 전력 흡수 및 RF 정합은 감소된 전력 손실로 고립을 제공한다.
일례에서, 결합기(20)는 800 MHz 셀룰러 무선 통신용으로 이용된다. 그 예에서, 제1 통신 컴포넌트(24)는 50 오옴 시스템 또는 컴포넌트라고 생각될 수 있는 증폭기이다. 제2 통신 컴포넌트(28)도 50 오옴 시스템 또는 컴포넌트라고 생각될 수 있는 증폭기이다. 그러한 일례에서, 제1 전송선(22) 및 제2 전송선(26)은 각각 50 오옴의 90도 전송선이다. 제3 전송선(30)은 35 오옴의 90도 전송선이고, 제3 전송선(30)으로부터의 결합된 신호는 50 오옴 시스템에 정합된다.
제4 전송선(34) 및 제5 전송선(38)은 각각 35 오옴의 90도 전송선이다. 제1 저항기(36)는 제2 저항기(40)의 저항과 동일한 저항을 갖는다. 일례에서, 그러한 저항기들 각각은 25 오옴 저항을 갖는다. 그 저항은 1/4파 정합을 달성하는 능력을 제공한다 (예를 들어, 35 오옴 = SQRT (50 오옴 x 25 오옴)).
그러한 일례에서, 제1 커패시터(42)는 제2 커패시터(44)의 커패시턴스와 동일한 커패시턴스를 갖는다. 일례에서, 그 커패시턴스는 7.96pF이다. 제1 인덕터(48)는 제2 인덕터(50)의 인덕턴스와 동일한 인덕턴스를 갖는다. 800MHz 통신 신호에 유용한 일례에서, 그 인덕턴스는 4.975nH와 동일하다. 그러한 일례에서의 제3 커패시터(46)의 커패시턴스는 15.92pF이다.
50 오옴 통신 컴포넌트들 및 800 MHz의 셀룰러 통신 신호를 포함하는 구성에 대해 예시적인 값들이 제공되지만, 다른 컴포넌트 값들이 주어진 상황에 대해 유용함이 입증될 것이다. 본 명세서로부터 혜택을 받는 본 기술분야의 숙련된 자들은 그들의 특정한 상황의 필요를 충족시키기 위해 고립 모듈(32) 내의 컴포넌트들의 값을 어떻게 최적화할지를 알 것이다.
도시된 예는 고전력 응용들을 수용하고, RF 고립을 제공하며, 전송 손실을 최소화한다. 추가로, 도시된 예는 비교적 낮은 비용의 해법을 허용하는 실현가능한 설계 구현을 제공한다. 도시된 예는 한 증폭기가 작동 불능으로 된 경우에 다른 증폭기에서의 RF 전력 전송을 보장하기 위해, 입력 포트들(예를 들어, 통신 컴포넌트들(24 및 28)과 전송선들(22 및 26) 각각 사이에서의 연결들)의 충분한 고립을 제공한다. 추가로, 그러한 고립은 최소한의 주경로(main path) RF 손실과 함께 이용가능하다. 일례에서, 도시된 구성은 고립을 제공하는 다른 알려진 결합기들에 비교하여, 0.15 내지 0.2dB 정도의 주경로 손실 이익을 제공한다. 무선 통신에서, 예를 들어 주경로 손실에서의 임의의 감소가 가치있도록 하는 데에 0.5dB 손실이면 상당하다고 생각된다. 예를 들어, 주경로 손실을 약 0.2dB 감소시키면, 마크로셀 기지국 송수신기(BTS)에 대해 수백 와트의 DC 절약이 얻어진다. 그러므로, 도시된 예는, 이전 결합기들의 단점 및 결점을 회피하면서도, 마크로셀 BTS에서 MCPA를 구현하는 것을 가능하게 한다.
상술한 설명은 실질적으로 제한하는 것이 아니라 예시적인 것이다. 본 기술분야의 숙련된 자들에게는, 반드시 본 발명의 본질을 벗어나지 않는 개시된 예시들에 대한 변경 및 수정이 분명해질 수 있다. 본 발명에 주어지는 법적 보호 범위는 이하의 청구항들을 숙지하는 것에 의해서만 결정될 수 있다.

Claims (10)

  1. 통신 디바이스로서,
    결합기(combiner)
    를 포함하고,
    상기 결합기는,
    제1 통신 컴포넌트와 연결되도록 구성된 제1 전송선;
    제2 통신 컴포넌트와 연결되도록 구성된 제2 전송선;
    상기 제1 전송선 및 상기 제2 전송선과 연결된 제3 전송선; 및
    상기 제1 전송선 및 상기 제2 전송선과 연결된 고립 모듈(isolation module) - 상기 고립 모듈은, 상기 컴포넌트들 중 하나가 작동 불능인 경우에 상기 제1 통신 컴포넌트를 상기 제2 통신 컴포넌트로부터 고립시키고, 상기 컴포넌트들 중 하나가 작동 불능인 경우에 상기 제1 전송선 및 상기 제2 전송선에 대해 RF 정합을 제공하도록 구성된 저항, 커패시턴스 및 인덕턴스를 가짐 -
    을 포함하는 통신 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고립 모듈은,
    상기 제1 전송선과 연결된 제4 전송선;
    상기 제4 전송선과 접지 사이에 연결된 제1 저항기;
    상기 제2 전송선과 연결된 제5 전송선; 및
    상기 제5 전송선과 접지 사이에 연결된 제2 저항기
    를 포함하는 통신 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 고립 모듈은,
    상기 제4 전송선과 접지 사이에서 상기 제1 저항기와 병렬인 제1 커패시터;
    상기 제5 전송선과 접지 사이에서 상기 제2 저항기와 병렬인 제2 커패시터;
    상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터와 병렬인 제3 커패시터; 및
    상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터와 상기 제3 커패시터 사이에서 상기 제3 커패시터와 직렬인 적어도 하나의 인덕터
    를 포함하는 통신 디바이스.
  4. 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 인덕터는,
    상기 제1 커패시터와 상기 제3 커패시터 사이에서 상기 제1 커패시터와 병렬인 제1 인덕터; 및
    상기 제2 커패시터와 상기 제3 커패시터 사이에서 상기 제2 커패시터와 병렬인 제2 인덕터
    를 포함하는 통신 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 고립 모듈은,
    상기 제1 전송선과 연결된 제4 전송선;
    상기 제4 전송선과 접지 사이에 연결된 제1 저항기;
    상기 제2 전송선과 연결된 제5 전송선;
    상기 제5 전송선과 접지 사이에 연결된 제2 저항기;
    상기 제4 전송선과 접지 사이에서 상기 제1 저항기와 병렬인 제1 커패시터;
    상기 제5 전송선과 접지 사이에서 상기 제2 저항기와 병렬인 제2 커패시터;
    상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터와 병렬인 제3 커패시터;
    상기 제1 커패시터와 상기 제3 커패시터 사이에서 상기 제1 커패시터와 병렬인 제1 인덕터; 및
    상기 제2 커패시터와 상기 제3 커패시터 사이에서 상기 제2 커패시터와 병렬인 제2 인덕터
    를 포함하는 통신 디바이스.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 저항기의 저항은 상기 제2 저항기의 저항과 동일하고,
    상기 제1 인덕터의 인덕턴스는 상기 제2 인덕터의 인덕턴스와 동일하며,
    상기 제1 커패시터의 커패시턴스는 상기 제2 커패시터의 커패시턴스와 동일한 통신 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 고립 모듈은, 상기 고립 모듈과 상기 제1 전송선 사이의 연결 및 상기 고립 모듈과 상기 제2 전송선 사이의 연결에서 커패시턴스를 도입하지 않고, 상기 제1 통신 컴포넌트를 상기 제2 통신 컴포넌트로부터 고립시키고 상기 제1 전송선 및 상기 제2 전송선에 대해 RF 정합을 제공하는 통신 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1 전송선과 상기 고립 모듈 사이의 연결에서 원하지 않는 커패시턴스가 나타나는 것을 회피하기 위해서, 상기 고립 모듈의 커패시턴스 및 인덕턴스는 상기 제1 전송선의 동작 주파수에서 공진하는 통신 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 고립 모듈은,
    상기 제1 전송선의 동작 주파수에서 공진하도록 동조된 제1 커패시터 및 제1 인덕터; 및
    상기 제2 전송선의 동작 주파수에서 공진하도록 동조된 제2 커패시터 및 제2 인덕터
    를 포함하는 통신 디바이스.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제2 전송선과 상기 고립 모듈 사이의 연결에서 원하지 않는 커패시턴스가 나타나는 것을 회피하기 위해서, 상기 고립 모듈의 커패시턴스 및 인덕턴스는 상기 제2 전송선의 동작 주파수에서 공진하는 통신 디바이스.
KR1020137027948A 2011-04-27 2012-04-23 고립된 영도 반응성의 무선 주파수 고전력 결합기 KR101507260B1 (ko)

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