KR20190020652A - 증폭 장치 - Google Patents

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Abstract

입력된 고주파 신호를 분배하여 출력하는 분배기와, 대략 원통 형상을 구성하도록 환상으로 배치되고, 분배기에 의해 출력된 고주파 신호를 증폭하는 복수의 증폭기(210)와, 복수의 증폭기(210)를 냉각수에 의해 냉각하도록 복수의 증폭기(210)의 각각에 대응하여 환상으로 배치된 복수의 수냉 히트 싱크(211)와, 복수의 증폭기(210)의 각각에 의해 출력된 고주파 신호를 합성하여 출력하는 합성기를 구비한다.

Description

증폭 장치
본 발명은 RF 신호를 증폭하는 기술에 관한 것이다.
RF 신호 (Radio Frequency)를 발진 증폭 소자로서의 마그네트론 발진기에 의한 증폭 기능의 대안으로서 고체화 전력 증폭기(SSPA: Solid State Power Amplifier)를 이용한 증폭 장치가 알려져 있다. 이와 같은 증폭 장치에 의하면, 증폭기 단독으로 실현할 수 있는 출력이 작기 때문에 커다란 출력을 얻기 위해서 RF 신호를 분배한 후에 복수의 증폭기에 의해 증폭된 신호를 합성기에 의해 합성할 필요가 있는데, 마그네트론 발진기와 비교하여 긴 수명이고, 보수가 용이하다는 이점이 있다.
또한 관련 기술로서 전력 분배기 및 전력 합성기를 대향시켜, 대향시킨 전력 분배기와 전력 합성기 사이에 복수의 증폭기를 삽입한 전력 증폭 장치가 알려져 있다 (특허 문헌 1 참조).
일본 특허 공개 평6-152278호 공보
그러나 종래의 복수의 증폭기를 이용한 증폭 장치에 의하면, 합성기로 입력되는 RF 신호를 서로 동일하게 증폭하기 위해 복수의 증폭기를 균등하게 냉각할 필요가 있다. 특히 이 냉각을 냉각수에 의해 실시하는 경우, 냉각 구조가 차지하는 비중이 커지기 때문에 증폭 장치를 소형화하기가 곤란하였다는 문제가 있다.
본 발명의 실시 형태는 상술한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 보다 작은 냉각 구조에 의해 복수의 증폭기를 냉각 할 수 있는 증폭 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위해, 본 실시 형태의 증폭 장치는 입력된 고주파 신호를 분배하여 출력하는 분배기와 대략 원통 형상을 구성하도록 환상으로 배치되고, 상기 분배기에 의해 출력된 고주파 신호를 증폭하는 복수의 증폭기와, 상기 복수의 증폭기를 냉각수에 의해 냉각하도록 상기 복수의 증폭기의 각각에 대응하여 환상으로 배치된 복수의 수냉 히트 싱크와 상기 복수의 증폭기의 각각에 의해 출력된 고주파 신호를 합성하여 출력하는 합성기를 구비한다.
본 발명의 실시 형태에 의하면, 보다 작은 냉각 구조에 의해 복수의 증폭기를 냉각할 수 있다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 증폭 장치의 구성을 나타내는 개략 사시도이다.
도 2는, 내장 유닛의 구성을 나타내는 개략 사시도이다.
도 3은, 중앙 모듈 저면을 나타내는 개략 저면도이다.
도 4는, 합성기의 저면을 나타내는 개략 저면도이다.
도 5는, 원통상 모듈의 구성을 나타내는 개략 평면도이다.
도 6은, 원통상 모듈의 구성을 나타내는 개략 측면도이다.
도 7은, 원통상 모듈에서의 냉각 구조를 나타내는 개략 측면도이다.
도 8은, 증폭 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.
우선, 본 실시 형태에 따른 증폭 장치 및 내장 유닛의 개략에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 따른 증폭 장치의 구성을 나타내는 개략 사시도이다. 도 2는 내장 유닛의 구성을 나타내는 개략 사시도이다. 도 3은 중앙 모듈 저면을 나타내는 개략 저면도이다. 도 4는 합성기의 저면을 나타내는 개략 저면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 증폭 장치(1)는 하우징(10), 내장 유닛(20), 중공 도파관(30)을 구비하고, 하우징(10)의 내부와 외부는 냉각수를 공급하는 공급관(212a)과 냉각수를 배출하는 배출관(213a)에 의해 내장 유닛(20)에 대하여 냉각수를 공급 및 배출 가능하게 연통된다. 또한, 냉각수의 공급 및 배출에 대해서는 ㅎ후술한다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 내장 유닛(20)은 중공부를 가진 대략 원통형으로 구성된 원통상 모듈(21)과 원통상 모듈(21)의 상부에 배치되고, 원통상 모듈(21)의 상면에 대응하여 원형으로 구성되는 합성기(22)와 원통상 모듈(21)의 중공부에 수용되는 대략 원통상의 중앙 모듈(23)을 구비한다. 중공 도파관(30)은 그 개구가 측방을 향하도록 합성기(22) 위에 설치된다.
중앙 모듈(23)은 상면측에 제어 단자(231) 및 RF 입력 단자(232)를 구비함과 함께, 도 3에 나타낸 바와 같이 저면측에 원주 방향을 따라 등간격으로 배치된 16 개의 RF 출력 단자(233)를 구비하고, RF 입력 단자(232)에 입력된 RF 신호를 분배하고 RF 출력 단자(233)의 각각으로부터 원통상 모듈(21)로 출력한다.
원통상 모듈(21)은 RF 출력 단자(233)의 각각으로부터 출력된 RF 신호를 증폭하여 합성기(22)로 출력한다. 또한, 원통상 모듈(21)의 구성 요소에 대해서는 나중에 상세히 설명한다.
합성기(22)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 저면측에 원주 방향을 따라 등간격으로 배치된 16 개의 RF 입력 단자(222)를 구비하고, 원통상 모듈(21)로부터 출력되어 RF 입력 단자(222) 각각으로부터 입력된 RF 신호를 합성하여 중공 도파관(30)으로 출력한다.
다음으로, 원통상 모듈의 구성에 대하여 설명한다. 도 5는 원통상 모듈의 구성을 나타내는 개략 평면도이다. 도 6은 원통상 모듈의 구성을 나타내는 개략 측면도이다. 도 7은 원통상 모듈에서의 냉각 구조를 나타내는 개략 측면도이다. 또한, 설명상, 도 5에서는 공급관 및 배출관이 생략되어 있고, 도 6에서는 냉각수의 경로가 일부 생략되어 있다.
도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 원통상 모듈(21)은 원주 방향을 따라 환상으로 배치되고, 서로 동등하게 구성된 16 개의 증폭기(210)와, 증폭기(210)의 각각에 대응하여 설치되고, 서로 동등하게 구성된 16 개의 수냉 히트 싱크(211)와, 환상의 관으로서 형성된 공급 림(212) 및 배출 림(213)을 구비한다.
증폭기(210)의 각각은 장척의 대략 직육면체로 구성되어 있고, 그 길이 방향이 원통상 모듈(21)의 높이 방향을 향하도록, 또한 길이 방향으로 직교하는 짧은 방향이 원통상 모듈(21)의 직경 방향을 향하도록 설치된다. 또한, 직경 방향을 향하는 증폭기(210)의 짧은 방향은 원통상 모듈(21)의 반경보다 짧아져 있고, 이에 따라 16 개의 증폭기(210)가 전체적으로 순환을 구성하여 원통상 모듈(21)의 축심으로부터 소정 반경을 갖는 원주상의 중앙 공간을 형성할 수 있다. 또한 증폭기(210)의 각각은 상면에 설치되어 RF 신호를 합성기(22)로 출력하는 RF 출력 단자(210a)와 하면에 설치되어 RF 신호를 중앙 모듈(23)로부터 입력하는 RF 입력 단자(210b)를 구비한다. RF 출력 단자(210a) 각각은 합성기(22)에서의 대응하는 RF 입력 단자(222)와 직접적으로 접속되고, RF 입력 단자(210b)의 각각은 중앙 모듈(23)에서의 대응하는 RF 출력 단자(233)와 케이블을 통하여 접속된다.
수냉 히트 싱크(211)의 각각은 내부에 물을 수용 가능한 탱크를 가진 대략 직육면체로 구성되어 있고, 대응하는 증폭기(210)에서 원통상 모듈(21)의 원주 방향으로 수직인 2 개의 측면 중 한쪽 면에 접촉하도록 설치된다. 또한 수냉 히트 싱크(211)의 각각은 공급 림(212)으로부터 수냉 히트 싱크(211)에 냉각수를 유입시키는 유입관(211a)과 수냉 히트 싱크(211)로부터 배출 림(213)으로 냉각수를 유출시키는 유출관(211b)을 구비한다. 또한, 도 5 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 유입관(211a)의 일단 및 유출관(211b)의 일단은 모두 수냉 히트 싱크(211) 저부의 개구에 접속된다.
공급 림(212)은 환상으로 배치된 16 개의 증폭기(210)에 의해 형성된 원통 중공부의 직경보다도 작은 직경을 갖는 환상으로 형성된 관이고, 도 7에 나타낸 바와 같이, 공급관(212a)의 일단이 접속됨과 함께 유입관(211a)의 타단이 접속된다. 유입관(211a)의 타단이 접속되는 개구는 증폭기(210)의 배치와 마찬가지로 원주 방향으로 서로 등간격으로 설치되어 있다. 이에 따라 공급관(212a)으로부터 공급된 냉각수를 16 개의 수냉 히트 싱크(211)에 대하여 서로 동일한 조건으로 유입시킬 수 있다. 또한 공급 림(212)은 원통상 모듈(21)에 중앙 모듈(23)이 수용된 상태에서 중공부 내에서 중앙 모듈(23)보다 하방이 되는 위치에 설치된다.
배출 림(213)은 적어도 공급 림(212)보다 커다란 직경을 갖는 환상으로 형성된 관이고, 도 7에 나타낸 바와 같이, 배출관(213a)의 일단이 접속됨과 함께 유출관(211b)의 타단이 접속된다. 유출관(211b)의 타단이 접속되는 개구는 증폭기(210)의 배치 및 공급 림(212)의 개구 위치와 마찬가지로 원주 방향으로 서로 등간격으로 설치되어 있다. 이에 따라 16 개의 수냉 히트 싱크(211)로부터 서로 동일한 조건에서 냉각수를 유출시킬 수 있으며, 유출된 냉각수는 배출관(213a)을 통하여 증폭 장치(1)의 외부로 배출된다. 또한, 배출 림(213)은 증폭기(210)보다 하방이 되는 위치에 설치된다.
이러한 복수의 수냉 히트 싱크, 공급 림, 배출 림에 의한 냉각 구조에 의하면, 냉각 구조가 중앙 공간을 차지하는 비중을 줄이면서 복수의 증폭기를 동일하게 냉각할 수 있으며, 나아가서는 중앙 공간에 중앙 모듈을 배치하여 장치 전체를 소형화 할 수 있다.
다음으로 증폭 장치의 하드웨어 구성, 구체적으로는 중앙 모듈 및 증폭기의 하드웨어 구성에 대하여 설명한다. 도 8은 증폭 장치의 하드웨어 구성을 나타내는 블록도이다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 중앙 모듈(23)은 상술한 제어 단자(231), RF 입력 단자(232) 및 16 개의 RF 출력 단자(233)에 더하여, 입력 전력 감시부(801), RF 스위치(802), 가변 감쇠기(803), 고정 감쇠기(804), 앰프(805), 분배기(806), 16 개의 조정부(807)를 구비한다.
입력 전력 감시부(801)는 RF 입력 단자(232)로부터 입력된 RF 신호의 전력이 적정한지 여부를 판정하고, 적정하면 RF 신호를 RF 스위치(802)로 출력한다. RF 스위치(802)는 제어 단자(231)에 의해 입력되는 제어 신호에 기초하여 ON 또는 OFF로 설정되고, ON으로 설정된 경우에만 가변 감쇠기(803)로 RF 신호를 출력한다. 가변 감쇠기(803)는 감쇠량을 가변으로 조정 가능한 감쇠기이며, 제어 단자(231)에 의해 입력되는 제어 신호에 기초하여, 입력된 RF 신호를 감쇠시켜 고정 감쇠기(804)로 출력한다. 고정 감쇠기(804)는 감쇠량이 고정된 감쇠기이며, 입력된 RF 신호를 감쇠시켜 앰프(805)로 출력한다. 앰프(805)는 입력된 RF 신호를 증폭 분배기(806)로 출력한다. 분배기(806)는 입력된 RF 신호를 분배하여 16 개의 조정부(807)의 각각으로 출력한다.
각 조정부(807)는 진폭 위상 조정부(808)와 프리 드라이버 앰프(809)을 가지며, 분배기(806)로부터 출력된 RF 신호의 진폭 및 위상을 조정하여 RF 출력 단자(233)를 통하여 대응하는 증폭기(210)로 출력한다. 진폭 위상 조정부(808)는 예를 들어 가변 감쇠기와 이상기로 구성되고, 입력된 RF 신호의 진폭과 위상을 조정하여 프리 드라이버 앰프(809)로 출력한다. 프리 드라이버 앰프(809)는 입력된 RF 신호를 증폭하여 대응하는 증폭기(210)로 출력한다. 또한 각 조정부(807)에 의한 진폭의 조정량 및 위상의 조정량은 개별적으로 조정 가능하게 되어 있고, 이러한 조정량은 예를 들어 증폭 장치(1)의 출하 전에 각 조정부(807)로부터 출력되는 RF 신호의 진폭 및 위상이 서로 동등해지도록 조정된다.
각 증폭기(210)는 RF 출력 단자(210a)와 RF 입력(210b)에 더하여 반도체 소자인 드라이버 앰프(901) 및 파이널 앰프(902)를 갖는다. 드라이버 앰프(901)는 RF 입력(210b)으로부터 입력된 RF 신호를 증폭하여 파이널 앰프(902)로 출력한다. 파이널 앰프(902)는 드라이브 앰프(901)에 의해 출력된 RF 신호를 증폭하여 RF 출력 단자(210a)를 통하여 합성기(22)로 출력한다.
합성기(22)에서의 16 개의 RF 입력 단자(222)의 각각에 RF 출력 단자(210a)가 접속된 증폭기(210)로부터 입력된 RF 신호는 합성기(22)에 의해 합성되어 중공 도파관(30)으로 출력된다.
상술한 바와 같이, 복수의 증폭기(210)를 환상으로 배치하여 대략 원통상으로 구성하고, 각 증폭기(210)의 각각에 대하여 냉각수가 균등하게 유입되는 수냉 히트 싱크(211)를 설치함으로써 각 증폭기(210)를 동일하게 냉각할 수 있다. 또한 이와 같이 구성함으로써, 복수의 증폭기(210) 및 복수의 수냉 히트 싱크(211)에 의해 구성되는 원통의 중공 부분에 RF 신호의 증폭에 따른 다른 구성을 수용할 수 있고, 균등한 냉각에 의한 신뢰성을 유지하면서 증폭 장치(1)를 소형화할 수 있다.
본 발명의 실시 형태는 예시로 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이러한 신규한 실시 형태는 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 할 수 있다. 이러한 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.
1 증폭 장치
22 합성기
210 증폭기
211 수냉 히트 싱크
806 분배기

Claims (6)

  1. 입력된 고주파 신호를 분배하여 출력하는 분배기와
    대략 원통 형상을 구성하도록 환상으로 배치되고, 상기 분배기에 의해 출력된 고주파 신호를 증폭하는 복수의 증폭기와
    상기 복수의 증폭기를 냉각수에 의해 냉각하도록 상기 복수의 증폭기의 각각에 대응하여 환상으로 배치된 복수의 수냉 히트 싱크와,
    상기 복수의 증폭기의 각각에 의해 출력된 고주파 신호를 합성하여 출력하는 합성기
    를 구비하는 증폭 장치.
  2. 제1항에 있어서,　상기 복수의 수냉 히트 싱크에 공급되는 냉각수가 유입되는 환상으로 형성된 관인 공급 림을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 증폭 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,　상기 복수의 수냉 히트 싱크로부터 배출되는 냉각수가 유입되는 환상으로 형성된 관인 배출 림을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 증폭 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,　상기 분배기는 상기 대략 원통 형상의 중공부에 수용되는 것을 특징으로 하는 증폭 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,　상기 복수의 증폭기는 각각 복수의 반도체 앰프를 갖는 것을 특징으로 하는 증폭 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,　상기 분배기에 입력되는 고주파 신호의 전력이 적정한지 여부를 판정하는 입력 전력 감시부와, 상기 분배기로부터 출력되는 고주파 신호의 진폭 위상을 조정하는 진폭 위상 조정부를 추가로 구비하고,
    상기 입력 전력 감시부 및 상기 진폭 위상 조정부는 상기 대략 원통 형상의 중공부에 수용되는 것을 특징으로 하는 증폭 장치.
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