KR20190081077A - 다채널 멀티플렉서 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서는 다중 채널화 필터 초단에 위치하는 입력필터; ka대역(19.0~20.0GHz)의 통과대역 100MHz를 갖는 기저대역 특성을 갖는 복수의 채널필터로 구성된 출력 멀티플렉서; 상기 입력필터와 상기 출력 멀티플렉서 사이에 배치되어 홀수 채널필터와 짝수 채널필터를 분리하는 하이브리드 커플러; 및 상기 출력 멀티플렉서의 후단에 배치되어 데이터, 또는 전력이 한 방향으로는 감쇠 없이 전달되도록 하고, 반대 방향으로는 거의 전달되지 않도록 하는 아이솔레이터;를 포함하여, 위성에 대한 데이터의 업링크 및 다운링크 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있고, 채널간 신호의 간섭을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Description

다채널 멀티플렉서{MULTI CHANNEL MULTIPLEXER}

본 발명은 다채널 멀티플렉서에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 우주용에 적합한 8채널 이상을 갖는 Ka대역(19.0~20.0GHz)의 다채널 멀티플렉서에 관한 것이다.

종래 멀티플렉서는 맞물린(interdigitated) 입력 및 출력 통과대역(passband)에 관련된 것으로, 입력 통과대역 중 적어도 몇 개는 양쪽의 출력 통과대역을 겹칠 수 있을 만큼 충분한 넓이를 갖는 광대역 스위치 멀티플렉서(broadband switched multiplexer)에 관한 것으로써, 복수의 채널을 홀수채널과 짝수채널을 별도로 분리시켜 연결시키지 않음으로 인해 채널간 신호의 간섭을 막을 수 없다는 문제점이 있었다.

또한, 종래 다채널 멀티플렉서는 삽입손실이 너무 크고, 단일모드 대역통과필터를 이용한 다채널 멀티플렉서는 대역통과필터의 채널수가 늘어날수록 임피던스 매칭 및 조정이 어려우며, 크기가 너무 커서 다채널 멀티플렉서로 구현하기 힘들어서 우주용 제품에 부적합한 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1396481호(2014.05.12)

상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 복수의 Channel Filter를 연결시킬 때, Hybrid Coupler가 홀수채널과 짝수채널을 분리시켜 연결시킴으로써 채널 간 신호의 간섭을 최소화시킬 수 있고, Ka 대역 멀티 플렉서 제작을 위한 Input Filter 사용 및 Hybrid Coupler를 도파관 형태의 Coupler로 사용함으로 인한 향상된작동 특성을 갖는 Ka대역(19.0~20.0GHz)의 다채널 멀티플렉서의 제공을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서는 다중 채널화 필터 초단에 위치하는 입력필터; ka대역(19.0~20.0GHz)의 통과대역 100MHz를 갖는 기저대역 특성을 갖는 복수의 채널필터로 구성된 출력 멀티플렉서; 상기 입력필터와 상기 출력 멀티플렉서 사이에 배치되어 홀수 채널필터와 짝수 채널필터를 분리하는 하이브리드 커플러; 및 상기 출력 멀티플렉서의 후단에 배치되어 데이터, 또는 전력이 한 방향으로는 감쇠 없이 전달되도록 하고, 반대 방향으로는 거의 전달되지 않도록 하는 아이솔레이터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서는 8채널을 사용함으로 인해 4채널을 사용하는 일반반송통신 위성에 비해 위성에 대한 데이터의 업링크 및 다운링크 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서는 하이브리드 커플러가 복수의 채널필터들을 홀수 채널필터 및 짝수 채널필터로 분리시킴으로써 채널간 신호의 간섭을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서는 단일모드 캐비티형 구조가 아닌, 멀티모드 방식 중의 하나인, 이중모드 캐비티형 구조의 8채널 이상의 대역통과필터, 커플러 및 통과 대역 외 저지특성을 지닌 대역통과 여파기를 연결한 구조의 멀티플렉서 설계방식으로 높은 차단 특성을 보장하고, 단일 모드 보다 작게 설계할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서의 구조도,
도 2는 본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서의 입력필터 디자인과 시뮬레이션 결과를 도시한 도면,
도 3은 본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서의 하이브리드 커플러 디자인과 시뮬레이션 결과를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서의 채널필터 디자인과 시뮬레이션 결과 및 실제 이미지를 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 실제 다채널 멀티플렉서의 구조도,
도 6은 본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서의 채널필터 스펙을 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서의 하이브리드 커플러 스펙을 도시한 도면, 및
도 8은 본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서의 입력필터 스펙을 도시한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

또한, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가 장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서의 구조도 이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서는 입력필터(I nput Filter:100), 하이브리드 커플러(Hybrid Coupler:200), 서큘레이터(Circulator:300), 출력 멀티플렉서(400), 및 아이솔레이터(Isolator:500)를 포함한다.

본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서는 위성에 탑재되어 위성에 데이터를 업 링크 또는 다운 링크하는 용도로 사용된다.

상기 입력필터(100)는 다중 채널화 필터 초단에 위치하여 우수한 주파수 선택 특성을 갖도록 높은 품질계수(Q)를 갖는 원형 도파관 공동(cavity)으로 제작이된다.

상기 입력필터(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 구조로 이루어져 시뮬레이션 결과를 갖는다.

보다 구체적으로, 상기 입력필터(100)는 다중 채널화필터 초단에 위치하여 8채널의 전 대역을 통과하고 대역 외 저지특성을 갖는 대역통과 여파기로써, 물리적인 구조는 도파관형 필터(5 Pole)구조이고 연결방법은 WR51 도파관 연결방법이다.

한편, 도 2의 상단그림은 Ka 대역 Input Filter 개발모델 3차원 모델링 설계 도면이고, 하단그림은 Ka 대역 Input Filter 삽입손실(Insertion Loss) & 반사손실(Return Loss) 특성을 나타낸다.

상기 하이브리드 커플러(200)는 도파관 형태의 고주파로 다중 채널화 필터의 연결시 채널간 신호의 간섭을 최소화하기 위해 홀수 채널과 짝수 채널을 분리하는 역활을 수행한다.

상기 하이브리드 커플러(200)는 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 채널필터들을 홀수 채널필터(410) 및 짝수 채널필터(420)로 용이하게 분리할 수 있는 X구조의 도파관 형태로 구성되어 있으며, 시뮬레이션 결과는 도시된 바와 같다.

즉, 다중 채널화필터의 연결시 채널간 신호의 간섭을 최소화하기 위해 홀수채널과 짝수채널을 분리하는 역할을 수행하는 도파관 형태의 고주파 하이브리드 커플러(200)의 물리적 구조는 Riblet Short-Slot (리블렛 쇼트-슬롯)구조이고, 연결방법은 WR51 도파관 연결방법이다.

한편, 도 3의 상단그림은 Ka 대역 3dB 방향성 결합기 개발모델 3차원 모델링 설계도면이고, 하단그림은 Ka 대역 3dB 방향성 결합기 삽입손실(Insertion Loss) & 반사손실(Return Loss) 특성을 나타낸다.

상기 하이브리드 커플러(200)의 출력단에 배치된, 상기 서큘레이터(300)는 한쪽 방향으로 신호가 회전하듯이 방향성을 갖고 전달되도록 하며, 기호에서의 회전방향은 곧 포트별 전력 전달 방향을 의미합니다.

상기 서큘레이터(300)의 동작원리를 간단히 설명하면, 서큘레이터 port 1에 입사된 전력은 port 2에서만 추출되고 port3에서는 검출되지 않으며, port 2, port 3의 모든 포트에서 각각 입사되더라도 이와 같이 바로 옆 어느 한쪽 포트로만 전력이 추출되고 나머지 포트로는 전력이 차단되도록 동작한다.

상기 출력 멀티플렉서(400)는 채널필터 8개로 구성되고, 각 채널필터는 19.0~21.0 GHz내 채널폭 100MHz를 갖는 홀수 채널필터(410) 4개와 짝수 채널필터(420) 4개로 구성된다.

또한, 상기 채널필터는 우수한 기저대역의 특성을 갖는 이중 ELLiptic 필터로 설계되고, Tuning을 고려하여 Center 주파수를 20MHz 상향 조정한 19.07GHz로 설계된다.

상기 채널필터는 각 채널의 삽입손실 9dB이하 및 채널 내 삽입손실변화 0.8dBpp이하이고, 각 채널 내 80MHz 대역에서의 정재파비가 1.5:1 이하이며, 각 채널 내 80MHz대역에서의 군지연 변화 10nspp이하이다.

상기 출력 멀티플렉서(400)를 구성하는 하나의 채널필터는 도 4에 도시된 바와 같이, 캐비티 내에 복수의 철판이 등간격으로 개재되어 있고, 이웃하는 내부의 철판간에는 서로 직교하는 홀이 형성되어 있으며, 시뮬레이션 결과는 도시된 바와 같다.

상기 채널필터의 물리적구조는 이중모드 캐비티형(4 캐비티) 구조이고, 이때, 캐비티 직경 17.24mm(품질계수 Qu : 11000~11500)인 것이 바람직하면, 연결방법은 WR51 도파관 연결방법이다.

한편, 도 4의 상단그림은 Ka 대역 Channel Filter #1 개발모델 3차원 모델링설계 하단그림은 Ka 대역 Channel Filter #1 삽입손실(Insertion Loss) 및 반사손실(Return Loss) 특성을 나타낸다.

상기 출력 멀티플렉서(400)의 후단에 배치되는 상기 아이솔레이터(500)는 한 방향으로는 감쇠 없이 전달되고 반대 방향으로는 거의 전달되지 않는 일방통행 비가역 2단자 수동 회로 소자로, 어떤 신호경로 중간에 위치하면 한쪽 방향으로는 전력이 전달되고, 반대방향으로는 전력이 전달되지 않아 역방향으로 유입되는 반사파 신호를 차단시켜 전송 일그러짐을 줄어들게 함으로써, 동작을 안정화시킨다.

특히, 본 발명에서 상기 아이솔레이터(500)는 상기 입력필터(100)와 상기 출력 멀티플렉서(400)를 구성하는 채널필터 간에 임피던스 정합 특성을 높여주기 위해서 사용된다.

상술한 바와 같은 구성들 결합된 본 발명에 따른 실제 다채널 멀티플렉서는 도 5에 도시된 바와 같다.

이들 구성에 대한 스펙에 대해서 구체적으로 살펴보면, 먼저, 상기 출력 멀티플렉서(400)를 구성하는 채널필트는 도 6에 도시된 바와 같이 전체길이 167.24mm이고, 26.00mm, 28.02mm, 28.35mm의 구성이 좌우대칭되게 결합되어 있다.

또한, 상기 하이브리드 커플러(200)는 도 7에 도시된 바와 같이, 너비가 95.1mm이고 , 높이는 51.8mm이며 상기 채널필터와 결합하는 접촉면에 대한 한 변의 길이는 30.2mm이다.

마지막으로, 상기 입력필터(100)는 도 8에 도시된 바와 같이, 전체 가로길이가 69.30mm이고, 일면이 상기 하이브리드 커플러(200)와 4개의 지점에서 볼트결합되는데, 볼트결합이 이루어지는 수직거리는 20.6mm이고 수평거리는 22.5mm이다.

본 발명에 따른 다채널 멀티플렉서 구성의 보다 구체적인 스펙에 대한 설명은 생략하고, 도면에 도시된 내용으로 대신한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 입력필터
200 : 하이브리드 커플러
300 : 서큘레이터
400 : 출력 멀티플렉서
500 : 아이솔레이터

Claims (5)

1. 다중 채널화 필터 초단에 위치하는 입력필터(100);
   ka대역(19.0~20.0GHz)의 통과대역 100MHz를 갖는 기저대역 특성을 갖는 복수의 채널필터로 구성된 출력 멀티플렉서(400): 및
   상기 입력필터(100)와 상기 출력 멀티플렉서(400) 사이에 배치되어 채널간 신호의 간섭을 최소화하기 위해 홀수 채널필터(410)와 짝수 채널필터(420)를 분리하는 하이브리드 커플러(200);를 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 멀티플렉서.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 출력 멀티플렉서(400)의 후단에 배치되어 데이터, 또는 전력이 한 방향으로는 감쇠 없이 전달되도록 하고, 반대 방향으로는 거의 전달되지 않도록 하는 아이솔레이터(500);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다채널 멀티플렉서.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 하이브리드 커플러(200)는
   복수의 채널필터들을 홀수 채널필터(410) 및 짝수 채널필터(420)로 용이하게 분리할 수 있는 X구조의 도파관 형태로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 다채널 멀티플렉서.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 홀수 채널필터(410) 또는 상기 짝수 채널필터(420)는
   삽입손실이 9dB이하이고 및 채널 내 삽입손실변화 0.8dBpp이하이며, 각 채널 내 80MHz 대역에서의 정재파비가 1.5:1 이하인 것을 특징으로 하는 다채널 멀티플렉서.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 아이솔레이터(500)는
   상기 입력필터(100)와 상기 출력 멀티플렉서(400)를 구성하는 채널필터 간에 임피던스를 정합시키는 것을 특징으로 하는 다채널 멀티플렉서.

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