KR20200060139A - Multi-Band Power Divider - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다중 대역 전력 분배기(Multi-Band Power Divider)에 관한 것으로, 새로운 다중 대역 Gysel 전력 분배기(tri-band Gysel Power Divider)를 제안하였다. 기존의 Gysel PD와 비교했을 때, 트렁크 전송 라인(trunk transmission lines, TLs)과 단락 된 오픈-엔드 스터브(shunted open-end stubs)로 구성된 2개의 추가적인 다중 대역 바이어싱 네트워크(multi-band biasing networks)는 2개의 절연 저항(isolation resistors) 사이에 위상 인버터들(phase inverters)이 부착된다. 여러 개의 통과 대역(multiple passbands) 외에, 이 구성은 부가적인 비아홀(via holes) 또는 럼프드 소자(lumped elements, 저항, 인버터, 커패시터 등의 개별 소자) 없이 단순한 구조를 갖는다. The present invention relates to a multi-band power divider, and proposed a new multi-band Gysel power divider. Compared to the existing Gysel PD, two additional multi-band biasing networks consisting of trunk transmission lines (TLs) and shunted open-end stubs. Phase inverters are attached between two isolation resistors. In addition to multiple passbands, this configuration has a simple structure without additional via holes or lumped elements (individual elements such as resistors, inverters, capacitors, etc.).
또한, 전통적인 Gysel PD와 마찬가지로 제안된 다중대역 전력 분배기(PD)는 5G 이동 통신의 응용에 적합한 Wilkinson PD보다 고출력 처리 기능(high-power handling capability)을 제공하며, Wilkinson PD보다 작동 주파수가 더 높다. 실시예에서는, 상세한 폐쇄 형 설계 방정식은 전력 분배기의 2.0 GHz, 2.5 GHz 및 3.0 GHz 중심 주파수에서 동작하는 tri-band Gysel power divider를 설계하고 입증하였다. In addition, like the traditional Gysel PD, the proposed multiband power divider (PD) provides higher power handling capability than Wilkinson PD suitable for 5G mobile communication applications, and has a higher operating frequency than Wilkinson PD. In the examples, detailed closed design equations were designed and verified for tri-band Gysel power dividers operating at 2.0 GHz, 2.5 GHz and 3.0 GHz center frequencies of the power divider.
본 과제는 한국 연구 재단(KRF-2016R1D1A1B03935640) 연구비를 지원받았습니다. This project was funded by the Korea Research Foundation (KRF-2016R1D1A1B03935640).
전력 분배기는 입력 포트에 입력 전압을 1/2 전력씩 분배하여 출력 포트1,2로 각각 1/2 전력을 출력한다. The power divider divides the input voltage by 1/2 power to the input port and
전력 분배기(PD, Power Divider)와 관련된 선행기술1로써, 특허 등록번호 10-10700090000에서는 "격리도를 향상시킨 1:2 초광대역 전력 분배기/결합기"가 공개되어 있으며, 전송선로와 용량성으로 결합되는 단락 선로를 이용하여 입력 또는 출력되는 신호의 대역폭을 초광대역으로 조절할 수 있으며, 출력되는 전송 선로를 서로 격리시켜 안정성이 향상된 초광대역 전력 분배기/결합기를 제공한다.As a
초광대역 전력 분배기는 전송 선로와 단락 선로 사이의 용량성 결합의 크기를 조절하여 입력/출력되는 신호의 대역폭을 원하는 초광대역으로 정확하게 설정할 수 있다. 또한, 이 초광대역 전력 분배기는 신호가 출력되는 전송 선로 사이에 격리 저항을 삽입함으로써, 신호가 출력되는 전송 선로 사이의 격리도를 향상시킨다.The ultra-wideband power divider can accurately set the bandwidth of the input / output signal to the desired ultra-wideband by adjusting the size of the capacitive coupling between the transmission line and the short circuit line. In addition, this ultra-wideband power divider improves the isolation between transmission lines through which signals are output by inserting isolation resistors between transmission lines through which signals are output.
이와 관련된 선행기술2로써, 특허 등록번호 10-10700350000에서는 "초광대역 전력 분배기/결합기"가 공개되어 있으며, λ/4 길이의 전송 선로를 가지는 T자형 전송 선로부 2개를 서로 용량성 결합시키고, 전송 선로부 각각의 전송 선로에 대역폭 및 감쇄극을 조절할 수 있도록 전송 선로와 용량성으로 결합되는 λ/2 길이의 단락 선로를 이용하여 출력되는 신호의 크기를 분배하거나 입력되는 신호를 결합하는 초광대역 전력 분배기/결합기를 제공한다.As related
초광대역 전력 분배기는 전송 선로와 단락 선로 사이의 용량성 결합의 크기를 조절하여 입력/출력되는 신호의 대역폭을 원하는 초광대역으로 정확하게 설정할 수 있다. 또한, 초광대역 전력 분배기는 2개의 T자형 전송선로부를 용량성으로 결합함과 동시에 각 T자형 전송 선로부의 전송 선로와 단락 선로를 용량성으로 결합시킴으로써, T자형 전송 선로부의 용량성 결합의 크기 또는 각 T자형 전송 선로부의 전송 선로와 단락 선로의 용량성 결합의 크기를 서로 다르게 조절함으로써 출력되는 신호의 크기를 균등하게 또는 차등으로 다양하게 조절할 수 있다.The ultra-wideband power divider can accurately set the bandwidth of the input / output signal to the desired ultra-wideband by adjusting the size of the capacitive coupling between the transmission line and the short circuit line. In addition, the ultra-wideband power divider capacitively couples the two T-shaped transmission line portions and capacitively couples the transmission line and the short-circuit line of each T-shaped transmission line portion, so that the size of the capacitive coupling of the T-shaped transmission line portion or By adjusting the size of the capacitive coupling between the transmission line and the short circuit line of each T-shaped transmission line part, the size of the output signal can be adjusted equally or differentially.
월킨슨 전력분배기(Wilkinson PD)와 비교하면, 지젤 전력분배기(Gysel PD)는 절연 저항(isolation resistors)은 2 개의 포트에 사용되는 구성에 의해 고출력 처리 기능을 갖추고 있다. 윌킨슨 PD에서는, 절연 저항은 네트워크에 내재되고, 절연 저항의 기생 위상 응답(parasitic phase response of the isolation resistor)은 거의 제로가 되어야 한다. 파장이 매우 짧기 때문에 고주파에서 무시할 수 없는 내재된 절연 저항의 기생 위상 응답 때문에 고주파 시스템에서 Wilkinson PD용 애플리케이션들을 제한할 수 있다.Compared to the Walkinson PD, the Gysel PD is equipped with high-power processing by a configuration in which isolation resistors are used for two ports. In Wilkinson PD, the insulation resistance is inherent in the network, and the parasitic phase response of the isolation resistor should be almost zero. Due to the very short wavelength, the parasitic phase response of the inherent insulation resistance, which cannot be neglected at high frequencies, can limit applications for Wilkinson PD in high frequency systems.
월킨슨 전력분배기(Wilkinson PD)와 지젤 전력분배기(Gysel PD)는 무선통신 시스템 및 다른 마이크로웨이브 시스템에서 2가지 타입의 전력 분배기가 널리 사용된다. 월킨슨 전력분배기(Wilkinson PD)와 지젤 전력분배기(Gysel PD)를 비교할 때, 2개의 접지된 분리 저항(isolation resistor) 때문에 고전력 처리 성능을 갖는다. 더욱이, 분리 저항들은 월킨슨 전력분배기(Wilkinson PD) 보다 더 높은 주파수에서 동작할 수 있는 전력 분배기들(PD)의 타입을 의미하는 네트워크에 내재되지 않는다. 최근, 많은 다중대역 지젤 전력분배기(multi-bnad Gysel PD)는 다중 대역 응용들을 위해 증가하는 수요에 대처하기 위해 사용한다. 그러나, 대부분의 설계는 아직도 2중 대역(dual-band) 설계에 관련되어 있으며 [1]-[5], 3중 대역 Gysel 전력 분배기(tri-band Gysel PD) [6]에 관한 논문은 하나 있다. 더욱이, 저자들의 지식의 현재 단계에서, quad-, 또는 quad- 이상의 다중대역 Gysel PD에 관한 연구는 아직 보고되지 않았다. Two types of power dividers are widely used in the wireless communication system and other microwave systems, such as the Walkinson PD and the Gisele PD. When comparing the Walkinson PD and the Gysel PD, it has high power handling performance due to the two grounded isolation resistors. Moreover, the separation resistors are not inherent in the network, meaning the type of power dividers PD that can operate at higher frequencies than the Walkinson PD. Recently, many multi-band Giesel PDs are used to cope with the increasing demand for multi-band applications. However, most designs are still related to dual-band design [1]-[5], and there is one paper on tri-band Gysel PD [6]. . Moreover, at the present stage of the author's knowledge, studies of quad-, or quad- or higher, multi-band Gysel PD have not been reported.
선행 연구에서, Π-shaped composite right-/left-handed TL [1], 단락-/개방-종단 스터브(short-/open-ended stub) [2]-[4], 또는 결합 선로들(coupled lines) [5]은 듀얼 통과대역(dual passbands)을 구현하는 일반적인 방법이다. 참조문헌 [6]에서, 3중 대역 Gysel 전력 분배기(tri-band Gysel PD)에 관해 말하면, 3중 대역 전송라인 변압기(tri-band TL transformers) 및 평행 단락- 및 개방-종단 공진기들(parallel short- and open-ended resonators)을 사용하여 이중 대역 회로(dual band circuit) 기반으로 설계되었다. 그러나, 추가적인 비아-홀들은 유도되었고, 전력 분배기(PD)의 대역폭은 각 통과 대역(passband)에서 단지 2.4%, 0.8% 및 3.1%와 같이 작았다. In previous studies, Π-shaped composite right- / left-handed TL [1], short- / open-ended stub [2]-[4], or coupled lines ) [5] is a general way to implement dual passbands. In reference [6], referring to the tri-band Gysel PD, tri-band TL transformers and parallel short- and open-terminal resonators (parallel short) It is designed based on dual band circuit using-and open-ended resonators. However, additional via-holes were induced and the bandwidth of the power divider (PD) was as small as 2.4%, 0.8% and 3.1% in each passband.
본 고에서는 새로운 다중 대역 지젤 전력분배기를 제안하였다. 제안된 구조는 다중 대역 위상 인버터(multi-band phase inverter)를 갖는 기존 이퀄-분리 지젤 전압분배기(equal-split Gysel PD)의 1/4 파장 위상 인버터(quarter wave length phase inverter)를 대체하여 구성하였다. 폐쇄형 설계 방정식들은 3중 대역 Gysel 전력 분배기(tri-band Gysel PD)에 의해 유도되고 입증되었으며, 측정 결과들은 시뮬레이션 측정 결과와 함께 양호한 일치를 보였다. In this paper, a new multi-band Giselle power divider is proposed. The proposed structure is constructed by replacing the existing quarter-wave length phase inverter of the equal-split Gysel PD with a multi-band phase inverter. . The closed design equations were derived and verified by a tri-band Gysel power divider (tri-band Gysel PD), and the measurement results showed good agreement with the simulation measurement results.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 새로운 다중 대역 Gysel 전력 분배기(tri-band Gysel Power Divider)를 제공하였다. An object of the present invention for solving the above problems was to provide a new multi-band Gysel power divider (tri-band Gysel Power Divider).
기존의 Gysel PD와 비교했을 때, 트렁크 전송 라인(trunk transmission lines, TLs)과 단락 된 오픈-엔드 스터브(shunted open-end stubs)로 구성된 2개의 추가적인 다중 대역 바이어싱 네트워크(multi-band biasing networks)는 2개의 절연 저항(isolation resistors) 사이에 위상 인버터들(phase inverters)이 부착된다. 여러 개의 통과 대역(multiple passbands) 외에, 이 구성은 부가적인 비아홀(via holes) 또는 럼프드 소자(lumped elements, 저항, 인버터, 커패시터 등의 개별 소자) 없이 단순한 구조를 갖는다. Compared to the existing Gysel PD, two additional multi-band biasing networks consisting of trunk transmission lines (TLs) and shunted open-end stubs. Phase inverters are attached between two isolation resistors. Besides multiple passbands, this configuration has a simple structure without additional via holes or lumped elements (individual elements such as resistors, inverters, capacitors, etc.).
또한, 전통적인 Gysel PD와 마찬가지로 제안된 다중대역 전력 분배기(PD)는 5G 이동 통신의 응용에 적합한 Wilkinson PD보다 고출력 처리 기능(high-power handling capability)을 제공하며, Wilkinson PD보다 작동 주파수가 더 높다. 실시예에서는, 상세한 폐쇄 형 설계 방정식은 2.0 GHz, 2.5 GHz 및 3.0 GHz 동작 주파수에서 작동하는 tri-band Gysel power divider를 설계하고 입증하였다.In addition, like the traditional Gysel PD, the proposed multiband power divider (PD) provides higher power handling capability than Wilkinson PD suitable for 5G mobile communication applications, and has a higher operating frequency than Wilkinson PD. In the examples, detailed closed design equations were designed and verified for tri-band Gysel power dividers operating at 2.0 GHz, 2.5 GHz and 3.0 GHz operating frequencies.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 다중 대역 전력 분배기는, 다중 대역 전력 분배기의 입력 port 1; 상기 다중 대역 전력 분배기의 출력 port 2,3; 입력 port에 직사각형 구조의 전송 라인을 통해 출력 포트 2,3으로 분기되고, 각각의 출력 port 2,3에 형성되는 출력 port 2의 임피던스 변환기와 출력 port 3의 임피던스 변환기; 상기 출력 port 2의 임피던스 변환기와 상기 출력 port 3의 임피던스 변환기에 직사각형 구조의 트렁크 전송 라인을 통해 상하 방향으로 각각 연결되는 출력 port 2의 위상 인버터와 출력 port 3의 위상 인버터; 상기 출력 port 2의 위상 인버터의 좌우에 형성된 출력 port 2의 open stub들; 및 상기 출력 port 3의 위상 인버터의 좌우에 형성된 출력 port 3의 open stub들; 상기 출력 port 2의 위상 인버터와 상기 출력 port 3의 위상 인버터의 직사 각형 내부에 구비된 비아 홀; 및 상기 비아 홀의 상측과 하측에 구비되며 럼프드 소자의 격리용 저항으로 사용되는 각각의 럼프드 절연 저항(R)을 포함한다. In order to achieve the object of the present invention, the multi-band power divider comprises:
본 발명의 다중 대역 전력 분배기(multi band power divider, tri-band Gysel power divider)는 기존의 Gysel PD와 비교했을 때, 트렁크 전송 라인(trunk transmission lines, TLs)과 단락 된 오픈-엔드 스터브(shunted open-end stubs)로 구성된 2개의 추가적인 다중 대역 바이어싱 네트워크(multi-band biasing networks)는 2개의 절연 저항(isolation resistors) 사이에 위상 인버터들(phase inverters)이 부착된다. 여러 개의 통과 대역(multiple passbands) 외에, 이 구성은 부가적인 비아홀(via holes) 또는 럼프드 소자(lumped elements, 저항, 인버터, 커패시터 등의 개별 소자) 없이 단순한 구조를 갖는다. The multi-band power divider (tri-band Gysel power divider) of the present invention, compared to the conventional Gysel PD, the trunk transmission lines (trunk transmission lines, TLs) and short-circuit open-ended stub (shunted open) Two additional multi-band biasing networks, consisting of -end stubs, have phase inverters attached between the two isolation resistors. Besides multiple passbands, this configuration has a simple structure without additional via holes or lumped elements (individual elements such as resistors, inverters, capacitors, etc.).
또한, 전통적인 Gysel PD와 마찬가지로 제안된 다중대역 전력 분배기는 5G 이동 통신의 응용에 적합한 Wilkinson PD보다 고출력 처리 기능을 제공하며, Wilkinson PD보다 작동 주파수가 더 높다. 실시예에서는, 상세한 폐쇄 형 설계 방정식은 2.0 GHz, 2.5 GHz 및 3.0 GHz 동작 주파수에서 작동하는 tri-band Gysel power divider를 설계하고 입증하였다. In addition, like the traditional Gysel PD, the proposed multi-band power divider provides higher power handling than Wilkinson PD suitable for 5G mobile communication applications, and has a higher operating frequency than Wilkinson PD. In the examples, detailed closed design equations were designed and verified for tri-band Gysel power dividers operating at 2.0 GHz, 2.5 GHz and 3.0 GHz operating frequencies.
다중 대역 전력 분배기(multi-band power divider)는 LTE 4G/5G 이동통신의 마이로웨이브 응용, 또는 파워 앰프(PA) 시스템의 전력분배기로써 안정적으로 전력 분배를 제공한다. The multi-band power divider provides stable power distribution as a power divider of a power amplifier (PA) system or an application of LTE 4G / 5G mobile communication.
도 1은 이고 모든 전송라인들의 전기적인 길이(electrical length)가 90° 인 기존 1/2 Gysel 전력 분배기(Gysel Power Divider)의 구조를 보인 도면이다.
도 2는 본 발명에서 제안된 다중 대역 위상 인버터(multi-band phase inverter)의 개념도이다.
도 3은 본 발명에서 설계된 다중 대역 전력 분배기(multi band power divider, tri-band Gysel power divider)의 패턴과 물리적인 크기를 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 다중 대역 전력 분배기(tri-band Gysel power divider)의 측정도니 결과와 시뮬레이션 결과를 나타내며, (a) 입력 port 1에서의 반사 손실(), 입력 port 1의 입력 신호에 대한 출력 port 2의 삽입 손실()을 갖는 출력 전달 특성; (b) 다중 대역 전력 분배기의 2.0 GHz, 2.5 GHz 및 3.0 GHz 중심 주파수에서 출력 port 2,3들의 isolation 특성; (c) 출력 port 2,3의 출력 신호의 세기(intensity)와 위상(phase)이 주파수에 따라 일정한 정도를 보인 출력 전달 특성을 보인 도면이다. Figure 1 It is a diagram showing the structure of the existing 1/2 Gysel Power Divider with the electrical length of all transmission lines being 90 °.
2 is a conceptual diagram of a multi-band phase inverter proposed in the present invention.
3 is a view showing a pattern and a physical size of a multi-band power divider (tri-band Gysel power divider) designed in the present invention.
4 shows measurement results and simulation results of a multi-band Gysel power divider of the present invention, (a) return loss at input port 1 ( ), Insertion loss of
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described in detail the configuration and operation of the invention.
본 발명은 다중 대역 전력 분배기(Multi-Band Power Divider)에 관한 것으로, 새로운 다중 대역 전력 분배기는 3중 대역 지젤 전력 분배기(tri-band Gysel Power Divider)를 제안하였다. 기존의 Gysel PD와 비교했을 때, 트렁크 전송 라인(trunk transmission lines, TLs)과 단락 된 오픈-엔드 스터브(shunted open-end stubs)로 구성된 2개의 추가적인 다중 대역 바이어싱 네트워크(multi-band biasing networks)는 2개의 절연 저항(isolation resistors) 사이에 위상 인버터들(phase inverters)이 부착된다. 여러 개의 통과 대역(multiple passbands) 외에, 이 구성은 부가적인 비아홀(via holes) 또는 럼프드 소자(lumped elements, 저항, 인버터, 커패시터 등의 개별 소자) 없이 단순한 구조를 갖는다. The present invention relates to a multi-band power divider, and a new multi-band power divider proposed a tri-band Gysel Power Divider. Compared to the existing Gysel PD, two additional multi-band biasing networks consisting of trunk transmission lines (TLs) and shunted open-end stubs. Phase inverters are attached between two isolation resistors. Besides multiple passbands, this configuration has a simple structure without additional via holes or lumped elements (individual elements such as resistors, inverters, capacitors, etc.).
다중 대역 전력 분배기(Multi-Band Power Divider)는 전력분배기(Power Divider, PD)의 중심 주파수가 2개, 3개, 4개, 또는 5개로 구현될 수 있으며, 전력분배기의 중심 주파수가 2개 이상인 전력 분배기를 의미하며, In the multi-band power divider, the center frequency of the power divider (PD) can be implemented as 2, 3, 4, or 5, and the center frequency of the power divider is 2 or more. Means power divider,
실시예에서는, 다중 대역 전력 분배기는 중심주파수가 3개 인 것을 예시로 2.0 GHz, 2.5 GHz 및 3.0 GHz 중심 주파수에서 동작하는 tri-band Gysel Power Divider를 설계 및 구현하였으며, 이에 한정하지 않고 다양하게 구현될 수 있다. In an embodiment, the multi-band power divider is designed and implemented as a tri-band Gysel Power Divider operating at 2.0 GHz, 2.5 GHz and 3.0 GHz center frequencies, for example, having three center frequencies, and is not limited thereto. Can be.
포트 임피던스(port impedance)는 이며, 모든 시뮬레이션 및 제조는 테프론 기판 상에 = 2.54의 상대 유전율(relative dielectric constant), h = 0.54 mm의 두께, T = 0.018 mm 도체 높이로 제조되었다. The port impedance is And all simulations and manufacturing are performed on a Teflon substrate. = 2.54 relative dielectric constant, h = 0.54 mm thick, T = 0.018 mm conductor height.
실시예에서는, 새로운 다중 대역 전력 분배기는 트리-밴드 Gysel 전력 분배기(tri-band Gysel Power Divider, PD)를 제시하였으며, 폐쇄형 설계 방정식은 2.0 GHz, 2.5 GHz 및 3.0 GHz 동작 주파수에서 작동하는 tri-band Gysel Power Divider를 설계하고 입증하였다.In an embodiment, the new multi-band power divider presented a tri-band Gysel Power Divider (PD), and the closed design equation was tri- operating at 2.0 GHz, 2.5 GHz and 3.0 GHz operating frequencies. The band Gysel Power Divider was designed and proven.
또한, 전통적인 Gysel PD(Gysel Power Divider)와 마찬가지로 제안된 다중대역 전력 분배기(Multi-band Power Divider)는 5G 이동 통신의 응용에 적합한 Wilkinson PD보다 고출력 처리 기능(high-power handling capability)을 제공하며, Wilkinson PD보다 작동 주파수가 더 높다. In addition, like the traditional Gysel PD (Gysel Power Divider), the proposed multi-band power divider (Multi-band Power Divider) provides higher power handling capability (high-power handling capability) than Wilkinson PD suitable for 5G mobile communication applications. It has a higher operating frequency than Wilkinson PD.
II. 분석 II. analysis
도 1은 이고 모든 전송라인들의 전기적인 길이(electrical length)가 90° 인 기존 1/2 Gysel 전력 분배기(Gysel Power Divider)의 구조를 보인 도면이다. Figure 1 It is a diagram showing the structure of the existing 1/2 Gysel Power Divider with the electrical length of all transmission lines being 90 °.
기존 1/2 Gysel 전력 분배기는 예를들면, 입력 port 1에 100W 전력이 인가되면, 1/2 전력이 분배되어 출력 port 2, port 3로 각각 50W 전력이 출력된다. Existing 1/2 Gysel power dividers, for example, when 100W power is applied to input
port 1은 입력 포트이며, port 2와 port 3은 출력 포트이다.
θ는 전기적인 길이, 는 전송라인 특성 임피던스(port 1-2 전송라인, port 1-3 전송라인 특성 임피던스), , 는 다중 대역 위상 인버터(multi-band phase inverter)의 특성 임피던스, R은 럼프드 소자의 격리용 저항(lumped isolation resistor)이다. 럼프드 소자(lumped element)는 저항, 인버터, 커패시터 등의 개별 소자를 의미한다. θ is the electrical length, Is the transmission line characteristic impedance (port 1-2 transmission line, port 1-3 transmission line characteristic impedance), , Is the characteristic impedance of the multi-band phase inverter, R is the lumped isolation resistor of the lumped device. A lumped element refers to individual elements such as resistors, inverters, and capacitors.
이전 연구 [1]-[4]에 의하면, 다중 대역 Gysel 전력 분배기(multi-band Gysel PD)는 위상 인버터(,θ)를 재설계하였으며, 다중 대역 Gysel 전력 분배기는 특성 임퍼던스 및 (2N-1), N= 1,2,3인 각각의 통과대역(passband)에서 90°phase response를 갖는 다중 대역 위상 인버터(multi-band phase inverter)의 설계로 간주될 수 있다. According to previous studies [1]-[4], a multi-band Gysel PD is a phase inverter ( , θ), and multi-band Gysel power divider It can be considered the design of a multi-band phase inverter with characteristic impedance and 90 ° phase response in each passband with (2N-1), N = 1,2,3. .
도 2는 본 발명에서 제안된 다중 대역 위상 인버터(multi-band phase inverter)의 개념도이다. 2 is a conceptual diagram of a multi-band phase inverter proposed in the present invention.
다중 대역 위상 인버터는 2개의 임피던스 매칭 선로()과 직사각형으로 표시된 멀티-밴드 바이어싱 네트워크(multi-band biasing network)로 구성된다. 는 임피던스 매칭 라인(impedance matching line)의 특성 임피던스, 는 임피던스 매칭 라인의 전기적인 길이(electrical length), λ는 전력분배기(PD)에서 동작 주파수에서의 파장이다.Multi-band phase inverter has two impedance matching lines ( ) And a rectangular multi-band biasing network. Is the characteristic impedance of the impedance matching line, Is the electrical length of the impedance matching line, and λ is the wavelength at the operating frequency in the power divider (PD).
전력분배기(PD)의 n번째 동작 주파수의 파장이 이고 오픈 스터브의 분기된 길이가 각각 일 때, 2 오픈 스터브 사이의 길이는 이다.The wavelength of the nth operating frequency of the power divider (PD) And the branch length of the open stub is Is the length between 2 open stubs to be.
위상 인버터(phase inverter)에 대하여 ABCD 매트릭스 이론(ABCD matrix theory)에 적용한 후에, 다음과 같이 식 (1)을 얻을 수 있다. After applying the phase inverter to the ABCD matrix theory, Equation (1) can be obtained as follows.
식(1)은 다중 대역 위상 인버터(multi-band phase inverter)의 ABCD 매트릭스 방정식이다. Equation (1) is the ABCD matrix equation of a multi-band phase inverter.
(1) (One)
여기서, 은 다중 대역 위상 인버터의 등가 임피던스(equivalent impedance), 은 port 1로부터 각각의 open-end stub로 보여진 바와 같이 멀티-밴드 바이어싱 네트워크의 등가 어드미턴스(equivalent admittance)이다. 멀티-밴드 바이어싱 네트워크의 등가 어드미턴스 이 무한대 인 [7]-[8] 합리적인 설계를 위해, 메커니즘은 의 중심주파수에서 1st 통과대역(1st passband)이 존재하고, point 1은 트렁크 라인( trunk line)의 영향에 의해 단락 된 오픈-엔드 스터브(shunted open-end stubs) 때문에 단락(shorted)될 것이다, 단락된 점(shorted point)은 point 0에서 open하도록 변환될 것이다. 다른 통과대역들(passbands)은 동일한 원리를 갖는다. here, Is the equivalent impedance of a multi-band phase inverter, Is the equivalent admittance of a multi-band biasing network, as shown by each open-end stub from
바이어싱 네트워크는 설계 방정식들은 전력 분배기(PD)의 n번째 동작 주파수 파장 이고 두 open stub 사이의 거리 이며, n번째 동작 주파수 비율()이 (n번째 중심주파수 , n-1번째 중심주파수 ) 일 때, In the biasing network, the design equations are for the nth operating frequency wavelength of the power divider (PD). Is the distance between two open stubs Is, nth operating frequency ratio ( )this (nth center frequency , n-1th center frequency ) when,
n번째와 n-1번째의 오픈 스터브(open stub)의 길이는 다음과 같이 표시된다. The lengths of the nth and n-1th open stubs are indicated as follows.
(2) (2)
여기서, ln은 n 번째 길이, 은 n-1 번째 길이 이다. Where ln is the nth length, Is the n-1th length.
각각의 통과대역(passband)의 각각의 중심주파수는 >> .... > , (n은 1보다 큰 자연수)이다.Each center frequency of each passband is > > .... > , (n is a natural number greater than 1).
n = 1, 인 특별한 경우, 식(1)에서 로 대체한 후에 다음 식을 얻을 수 있다. n = 1, In the special case, Eq. (1) After replacing with, we can get the following equation.
(3a) (3a)
(3b) (3b)
(3c) (3c)
여기서, 는 임피던스 매칭 라인(impedance matching line)의 특성 임피던스, 는 임피던스 매칭 라인의 전기적인 길이(electrical length) 이다.here, Is the characteristic impedance of the impedance matching line, Is the electrical length of the impedance matching line.
상기 식 3a,b,c에서, 멀티 밴드 위상 인버터(multi-band phase inverter)의 위상 응답(phase response) 및 특성 임피던스(characteristic impedance)는 임피던스 매칭 라인들에 의해 주로 영향을 받는다. 이 설계를 위해, 요구된 특성 임피던스는 이며, 식 3a, 3b, 3c에 의해 다음 관계식을 얻게 된다. In equations 3a, b, c, the phase response and characteristic impedance of the multi-band phase inverter are mainly affected by impedance matching lines. For this design, the required characteristic impedance is Is, and the following relational expression is obtained by expressions 3a, 3b, and 3c.
(4) (4)
표 1은 사용된 tri-band phase inverter의 파라미터들에 따라 계산된 값과 HFSS 필드 시뮬레이터에 의해 최적화 된 값[단위 mm]을 보인다. Table 1 shows the calculated values according to the parameters of the tri-band phase inverter used and the values optimized by the HFSS field simulator [unit mm].
도 3은 본 발명에서 설계된 다중 대역 전력 분배기(multi band power divider, tri-band Gysel power divider)의 패턴과 물리적인 크기를 보인 도면이다. 3 is a view showing a pattern and a physical size of a multi-band power divider (tri-band Gysel power divider) designed in the present invention.
본 발명의 다중 대역 전력 분배기는 tri-band Gysel power divider를 구현하였으며, The multi-band power divider of the present invention implements a tri-band Gysel power divider,
다중 대역 전력 분배기의 입력 port 1;
상기 다중 대역 전력 분배기의 출력 port 2,3;
입력 port에 직사각형 구조의 전송라인을 통해 상방향과 하방향으로 각각 출력 포트 2, 출력 포트3으로 분기되고, 각각의 출력 port 2,3에 형성되는 출력 port 2의 임피던스 변환기와 출력 port 3의 임피던스 변환기(impedance transformer); Impedance of
상기 출력 port 2의 임피던스 변환기와 상기 출력 port 3의 임피던스 변환기에 굵은 직사각형 구조의 트렁크 전송 라인(trunk line, TL)을 통해 상하 방향으로 각각 연결되는 출력 port 2의 위상 인버터와 출력 port 3의 위상 인버터(phase inverter)(굵은 부분); The phase inverter of the
상기 출력 port 2의 위상 인버터의 좌우에 형성된 출력 port 2의 단락 된 오픈-엔드 스터브(shunted open-end stub)들; 및 상기 출력 port 3의 위상 인버터의 좌우에 형성된 출력 port 3의 단락 된 오픈-엔드 스터브(shunted open-end stub)들; Shorted open-end stubs of the
상기 출력 port 2의 위상 인버터와 상기 출력 port 3의 위상 인버터의 직사 각형 내부에 구비된 비아 홀(via hole); 상기 비아 홀(via hole)의 상측과 하측에 구비되며 럼프드 소자의 격리용 저항으로 사용되는 2개의 럼프드 절연 저항(lumped isolation R)(빗금친 2 부분);를 포함한다.A via hole provided inside a rectangular shape of the phase inverter of the
다중 대역 전력 분배기의 포트 임피던스(port impedance)는 이며, 테프론 기판 상에 = 2.54의 상대 유전율(relative dielectric constant), h = 0.54 mm의 두께, T = 0.018 mm 도체 높이로 제조된다. The port impedance of a multi-band power divider is Is, on the Teflon substrate = 2.54 relative dielectric constant, h = 0.54 mm thick, T = 0.018 mm conductor height.
상기 다중 대역 전력 분배기는 실시예에서는, 2.0 GHz, 2.5 GHz 및 3.0 GHz 중심 주파수에서 동작하는 트리-밴드 Gysel 전력 분배기(tri-band Gysel Power Divider) 사용한다. In the embodiment, the multi-band power divider uses a tri-band Gysel Power Divider operating at 2.0 GHz, 2.5 GHz and 3.0 GHz center frequencies.
상기 다중 대역 전력 분배기(multi band power divider)는 적어도 2개 이상의 중심주파수에서 동작될 수 있다.The multi-band power divider may be operated at least two or more center frequencies.
상기 트렁크 전송 라인(trunk line) 및 모든 open-end stubs의 각각의 특성 임피던스들(characteristic impedances)은 50Ω 및 100Ω 이다.The characteristic impedances of the trunk transmission line and all open-end stubs are 50 Ω and 100 Ω, respectively.
tri-band Gysel Power Divider 실시예에서는, 다중 대역 전력 분배기의 각 출력 포트2,3의 오픈-엔드 스터브(open-end stub)의 수는 각 출력 포트2,3마다 동일한 통과 대역(passband)들이 존재하는 3개의 오픈-엔드 스터브(open-end stub)를 구비한다. In the tri-band Gysel Power Divider embodiment, the number of open-end stubs of each
III. 시뮬레이션과 측정 결과 III. Simulation and measurement results
제안된 설계 방법을 입증하기 위해, 다중 대역 전력 분배기는 실시예에서는 2.0 GHz, 2.5 GHz 및 3.0 GHz 중심 주파수에서 동작하는 트리-밴드 Gysel 전력 분배기(tri-band Gysel Power Divider)가 설계되고 시뮬레이션하고 제조되었다.To demonstrate the proposed design method, a multi-band power divider is designed, simulated and manufactured in an embodiment with a tri-band Gysel Power Divider operating at 2.0 GHz, 2.5 GHz and 3.0 GHz center frequencies. Became.
도 2에 도시된 구조에 의하면, 이 경우, 트렁크 전송 라인(trunk line) 및 모든 open-end stubs의 의 각각의 특성 임피던스들(characteristic impedances)은 50Ω 및 100Ω이다. 각 출력 포트2,3의 오픈-엔드 스터브(open-end stub)의 수는 각 포트당 동일한 통과 대역(passbands)들이 존재하는 3개의 오픈-엔드 스터브(open-end stub)를 구비한다. According to the structure shown in Fig. 2, in this case, the characteristic impedances of the trunk transmission line and all open-end stubs are 50 Ω and 100 Ω, respectively. The number of open-end stubs of each
식 (2) 및 (4)를 통해 트리-밴드 위상 인버터(tri-band phase inverter)의 파라미터들은 또한, 최적화 값이 주어진 표1에 표시된 바와 같이 계산되었다. Through the equations (2) and (4), the parameters of the tri-band phase inverter were also calculated as indicated in Table 1 given the optimization values.
도 3의 도시된 바와 같이, 설계 패턴과 물리적인 크기를 도시하였다. 테프론 기판 상에 하나의 비아 홀이 전개되고, 2개의 럼프드 절연 저항들이 표준 실장 기술(surface mount technology, SMT)에 의해 구비되었다. As shown in FIG. 3, the design pattern and physical size are illustrated. One via hole was deployed on the Teflon substrate, and two lumped insulation resistors were equipped by standard mount technology (SMT).
도 4는 본 발명의 다중 대역 전력 분배기(tri-band Gysel power divider)의 측정도니 결과와 시뮬레이션 결과를 나타내며, (a) 입력 port 1에서의 반사 손실(), 입력 port 1의 입력 신호에 대한 출력 port 2의 삽입 손실()을 갖는 출력 전달 특성; (b) 다중 대역 전력 분배기의 2.0 GHz, 2.5 GHz 및 3.0 GHz 중심 주파수에서 출력 port 2,3들의 isolation 특성; (c) 출력 port 2,3의 출력 신호의 세기(intensity)와 위상(phase)이 주파수에 따라 일정한 정도를 보인 출력 전달 특성을 보인 도면이다. 4 shows measurement results and simulation results of a multi-band Gysel power divider of the present invention, (a) return loss at input port 1 ( ), Insertion loss of
는 입력 port 1에서의 반사 손실(return loss)이다. Is the return loss at
은 입력 port 1의 입력 신호에 대한 출력 port 2의 삽입 손실(insertion loss)이다. Is the insertion loss of
는 출력 port2의 입력 신호에 대한 반사 손실이다. Is the return loss for the input signal at output port2.
는 출력 port2의 입력 신호에 대한 출력 port3의 삽입 손실을 나타낸 전달 특성이며, 가 작으면 분기된 1/2 전력이 passband로 통과되며, 가 상대적으로 크면 passband로 분기된 전력이 통과되지 않는다. Is a transfer characteristic showing the insertion loss of the output port3 to the input signal of the output port2, If is smaller, 1/2 branch power is passed through the passband, If is relatively large, power branched to the passband is not passed.
도 4(a)를 참조하면, 3개의 측정된 통과 대역들(passbands)은 각각 13.2%, 13.6%, 및 10.4%의 3dB bandwidth를 갖는 3.07GHz, 2.47 GHz 및 1.93 GHz에서 중심 주파수를 갖는다. Referring to FIG. 4 (a), the three measured passbands have center frequencies at 3.07 GHz, 2.47 GHz, and 1.93 GHz with 3 dB bandwidths of 13.2%, 13.6%, and 10.4%, respectively.
다중 대역 전력 분배기의 각 통과 대역(passband)에서, 입력 port 1의 입력 신호에 대한 출력 port 2의 최대 삽입 손실(maximum insertion loss, ) 및 입력 port 1에서의 최소 반사 손실(minimum return loss, )은 각각 -18.53 dB/-3.19 dB와, -20.60 dB/-3.27 dB와 그리고 -21.28 dB/-3.11 dB이다.In each passband of the multi-band power divider, the maximum insertion loss of the
도 4(b)에 도시된 바와 같이, 격리 성능(isolation performance)은 각각의 최대 손실(respective maximum loss, )는 -23.18 dB, -28.44 dB 및 -20.30 dB이다. As shown in Figure 4 (b), the isolation performance (isolation performance) is the respective maximum loss (respective maximum loss, ) Are -23.18 dB, -28.44 dB and -20.30 dB.
다중 대역 전력 분배기의 진폭과 위상 불균형(amplitude and phase imbalance)은 0.5dB 및 5.0 각도(deg) 보다 작은 것을 도 4(c)에 도시하였다. The amplitude and phase imbalance of the multi-band power divider is smaller than 0.5 dB and 5.0 angle (deg) is shown in Figure 4 (c).
출력 port 2,3의 출력 신호의 진폭(amplitude)와 위상(phase)이 GHz 대역의 주파수에 따라 거의 일정하였다. The amplitudes and phases of the output signals of the
IV. 결론 IV. conclusion
본 연구에서, 새로운 다중 대역 전력 분배기(multi band power divider)는 실시예에서 tri-band Gysel power divider의 구체적인 설계 방정식을 유도하고 제시하였다. 멀티-밴드 바이어싱 네트워크(multi-band biasing network)는 트렁크 전송 라인(trunk line)과 오픈-엔드 스터브(open-end stubs)들로 구성된다. In this study, a new multi-band power divider is derived and presented a specific design equation of a tri-band Gysel power divider in the embodiment. A multi-band biasing network consists of a trunk line and open-end stubs.
제시한 설계를 입증하기 위해, tri-band Gysel power divider는 다중 대역 전력 분배기의 2.0 GHz, 2.5 GHz 및 3.0 GHz 중심 주파수에서 동작되도록 설계되고 제조되고 특성화되었다.To demonstrate the proposed design, the tri-band Gysel power divider was designed, manufactured and characterized to operate at the 2.0 GHz, 2.5 GHz and 3.0 GHz center frequencies of multi-band power dividers.
측정 결과는 시뮬레이션 결과와 양호한 일치를 보였다. 또한, 이전에 설명한 바와 같이, 새로운 Gysel PD는 5세대 이동통신 등과 같은 이동통신 기지국과 중계기의 송신기의 HPA(High Power Amplifier) 등의 마이크로웨이브 적용을 위한 더 적합하며, 고-저력 처리 능력(high-power handling capability) 뿐만아니라 Wilkimson PD 보다 더 높은 주파수에서 동작할 수 있다. The measurement results showed good agreement with the simulation results. In addition, as previously described, the new Gysel PD is more suitable for microwave applications such as High Power Amplifier (HPA) of mobile communication base stations and repeaters, such as 5th generation mobile communication, and high-power processing capability (high -power handling capability) as well as higher frequencies than Wilkimson PD.
다중 대역 전력 분배기(multi-band power divider)는 LTE 4G/5G 이동통신의 마이로웨이브 응용, 또는 파워 앰프(PA) 시스템의 전력분배기로써 안정적으로 전력 분배를 제공하게 되었다. Multi-band power divider (multi-band power divider) is to provide a stable power distribution as a power divider of the power amplifier (PA) system, or the application of LTE 4G / 5G mobile communication.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, but the present invention is within the scope not departing from the technical spirit and scope of the present invention described in the following claims by those of ordinary skill in the art. It will be understood that various modifications or variations can be carried out.
port 1: 전력분배기의 입력 포트
port 2, port 3: 전력 분배기의 출력 포트
θ: 전기적인 길이,
: 전송라인 특성 임피던스(port 1-2 전송라인, port 1-3 전송라인 특성 임피던스),
, : 다중 대역 위상 인버터(multi-band phase inverter)의 특성 임피던스
R: 럼프드 소자의 격리용 저항(lumped isolation resistor)
: 임피던스 매칭 라인의 특성 임피던스
: 임피던스 매칭 라인의 전기적인 길이(electrical length) port 1: Input port of the power distributor
θ: electrical length,
: Transmission line characteristic impedance (port 1-2 transmission line, port 1-3 transmission line characteristic impedance),
, : Characteristic impedance of multi-band phase inverter
R: Lumped isolation resistor
: Characteristic impedance of impedance matching line
: Electrical length of impedance matching line
Claims (9)
상기 다중 대역 전력 분배기의 출력 port 2,3;
입력 port에 직사각형 구조의 전송 라인을 통해 출력 포트 2,3으로 분기되고, 각각의 출력 port 2,3에 형성되는 출력 port 2의 임피던스 변환기와 출력 port 3의 임피던스 변환기;
상기 출력 port 2의 임피던스 변환기와 상기 출력 port 3의 임피던스 변환기에 직사각형 구조의 트렁크 전송 라인을 통해 상하 방향으로 각각 연결되는 출력 port 2의 위상 인버터와 출력 port 3의 위상 인버터;
상기 출력 port 2의 위상 인버터의 좌우에 형성된 출력 port 2의 오픈-엔드 스터브들; 및 상기 출력 port 3의 위상 인버터의 좌우에 형성된 출력 port 3의 단락 된 오픈-엔드 스터브들;
상기 출력 port 2의 위상 인버터와 상기 출력 port 3의 위상 인버터의 직사 각형 내부에 구비된 비아 홀; 및 상기 비아 홀의 상측과 하측에 구비되며 럼프드 소자의 격리용 저항으로 사용되는 각각의 럼프드 절연 저항(R);
을 포함하는 다중 대역 전력 분배기.Input port 1 of the multi-band power divider;
Output ports 2 and 3 of the multi-band power divider;
An impedance converter of the output port 2 and an impedance converter of the output port 3, which are branched to the output ports 2 and 3 through a transmission line having a rectangular structure to the input port;
A phase inverter of the output port 2 and a phase inverter of the output port 3 respectively connected to the impedance converter of the output port 2 and the impedance converter of the output port 3 in a vertical direction through a trunk transmission line having a rectangular structure;
Open-end stubs of the output port 2 formed on the left and right sides of the phase inverter of the output port 2; And short-circuited open-end stubs of output port 3 formed on the left and right sides of the phase inverter of the output port 3;
A via hole provided in a rectangular shape of the phase inverter of the output port 2 and the phase inverter of the output port 3; And respective lumped insulation resistors (R) provided on the upper and lower sides of the via hole and used as isolation resistors for the lumped elements;
Multi-band power divider comprising a.
상기 다중 대역 전력 분배기의 포트 임피던스(port impedance)는 이며, 테프론 기판 상에 = 2.54의 상대 유전율(relative dielectric constant), h = 0.54 mm의 두께, T = 0.018 mm 도체 높이로 제조되는, 다중 대역 전력 분배기.According to claim 1,
The port impedance of the multi-band power divider is Is, on the Teflon substrate = A multiband power divider made of a relative dielectric constant of 2.54, a thickness of h = 0.54 mm, and a conductor height of T = 0.018 mm.
상기 다중 대역 전력 분배기는 2.0 GHz, 2.5 GHz 및 3.0 GHz 중심 주파수에서 동작하는 트리-밴드 Gysel 전력 분배기(tri-band Gysel Power Divider) 인 것을 특징으로 하는 다중 대역 전력 분배기.According to claim 1,
The multi-band power divider is a multi-band power divider, characterized in that the tri-band Gysel power divider (tri-band Gysel Power Divider) operating at 2.0 GHz, 2.5 GHz and 3.0 GHz center frequency.
상기 다중 대역 전력 분배기는 적어도 2개 이상의 중심주파수에서 동작하는 다중 대역 전력 분배기.According to claim 1,
The multi-band power divider is a multi-band power divider operating at least two or more center frequencies.
상기 트렁크 전송 라인 및 모든 오픈-엔드 스터브(open-end stubs)들의 각각의 특성 임피던스들은 50Ω 및 100Ω 인 것을 특징으로 하는 다중 대역 전력 분배기.According to claim 1,
Multi-band power divider, characterized in that the characteristic impedances of the trunk transmission line and all open-end stubs are 50 Ω and 100 Ω.
각 출력 포트2,3의 오픈-엔드 스터브의 수는 각 포트당 3개의 오픈-엔드 스터브를 구비하는, 다중 대역 전력 분배기.According to claim 1,
A multi-band power divider, wherein the number of open-end stubs of each output port 2, 3 is provided with 3 open-end stubs per port.
상기 출력 port 2의 위상 인버터와 상기 출력 port 3의 위상 인버터는 다중 대역 위상 인버터로써 상기 다중 대역 위상 인버터는 2개의 임피던스 매칭 선로()과 직사각형으로 표시된 멀티-밴드 바이어싱 네트워크(multi-band biasing network)로 구성되며, 는 임피던스 매칭 라인의 특성 임피던스, 는 임피던스 매칭 라인의 전기적인 길이(electrical length) 이며,
위상 인버터(phase inverter)에 대하여 ABCD 매트릭스 이론(ABCD matrix theory)에 적용한 후에, 다중 대역 위상 인버터(multi-band phase inverter)의 ABCD 매트릭스 방정식은 식(1)과 같이 표시되며,
(1)
여기서, 은 다중 대역 위상 인버터의 등가 임피던스(equivalent impedance), 은 port 1로부터 각각의 open-end stub로 멀티-밴드 바이어싱 네트워크의 등가 어드미턴스(equivalent admittance)이며, 멀티-밴드 바이어싱 네트워크의 등가 어드미턴스 이 무한대 인 [7]-[8] 합리적인 설계를 위해, 메커니즘은 의 중심주파수에서 1st 통과대역(1st passband)이 존재하고, point 1은 트렁크 라인( trunk line)의 영향에 의해 단락 된 오픈-엔드 스터브(shunted open-end stubs) 때문에 단락(shorted)되며,
바이어싱 네트워크는 설계 방정식들은 전력 분배기(PD)의 n번째 동작 주파수 파장 이고 두 open stub 사이의 거리 이며, n번째 동작 주파수 비율()이 (n번째 중심주파수 , n-1번째 중심주파수 ) 일 때,
n번째와 n-1번째의 오픈 스터브의 길이는 다음과 같이 표시되고
(2)
여기서, ln은 n 번째 길이, 은 n-1 번째 길이,
각각의 통과대역(passband)의 각각의 중심주파수는 >> .... > , n은 1보다 큰 자연수 이며,
n = 1, 인 특별한 경우, 식(1)에서 로 대체한 후에 다음 식을 얻을 수 있으며,
(3a)
(3b)
(3c)
여기서, 는 임피던스 매칭 라인의 특성 임피던스, 는 임피던스 매칭 라인의 전기적인 길이 이고
상기 식 3a,b,c에서, 멀티 밴드 위상 인버터(multi-band phase inverter)의 위상 응답(phase response) 및 특성 임피던스(characteristic impedance)는 임피던스 매칭 라인들에 의해 주로 영향을 받으며, 특성 임피던스는 이며, 식 3a, 3b, 3c에 의해 (4)의 식이 계산되는, 다중 대역 전력 분배기.According to claim 1,
The phase inverter of the output port 2 and the phase inverter of the output port 3 are multi-band phase inverters, and the multi-band phase inverter has two impedance matching lines ( ) And a multi-band biasing network indicated by a rectangle, Is the characteristic impedance of the impedance matching line, Is the electrical length of the impedance matching line,
After applying to the ABCD matrix theory for the phase inverter, the ABCD matrix equation of the multi-band phase inverter is expressed as Equation (1),
(One)
here, Is the equivalent impedance of a multi-band phase inverter, Is the equivalent admittance of the multi-band biasing network from port 1 to each open-end stub, and is the equivalent admittance of the multi-band biasing network. For this infinite [7]-[8] rational design, the mechanism is 1st passband exists at the center frequency of and point 1 is Trunk line ( trunk line) Open-ended stub shorted due to open-end stubs),
In the biasing network, the design equations are for the nth operating frequency wavelength of the power divider (PD). Is the distance between two open stubs Is, nth operating frequency ratio ( )this (nth center frequency , n-1th center frequency ) when,
The length of the nth and n-1th open stubs is indicated as follows
(2)
Where ln is the nth length, Is the n-1th length,
Each center frequency of each passband is > > .... > , n is a natural number greater than 1,
n = 1, In the special case, Eq. (1) After replacing with
(3a)
(3b)
(3c)
here, Is the characteristic impedance of the impedance matching line, Is the electrical length of the impedance matching line
In equations 3a, b, c, the phase response and characteristic impedance of the multi-band phase inverter are mainly affected by the impedance matching lines, and the characteristic impedance is Is, by equations 3a, 3b, 3c The multi-band power divider from which the equation (4) is calculated.
상기 다중 대역 전력 분배기의 3개의 측정된 통과 대역들(passbands)은 각각 13.2%, 13.6%, 및 10.4%의 3dB bandwidth를 갖는 3.07GHz, 2.47 GHz 및 1.93 GHz에서 중심 주파수를 가지며,
각 통과 대역(passband)에서, 입력 port 1의 입력 신호에 대한 출력 port 2의 최대 삽입 손실(maximum insertion loss, ) 및 입력 port 1에서의 최소 반사 손실(minimum return loss, )은 각각 -18.53 dB/-3.19 dB와, -20.60 dB/-3.27 dB와 그리고 -21.28 dB/-3.11 dB이며,
격리 성능(isolation performance)은 각각의 최대 손실(respective maximum loss, )는 -23.18 dB, -28.44 dB 및 -20.30 dB 인 것을 특징으로 하는 다중 대역 전력 분배기.According to claim 1,
The three measured passbands of the multi-band power divider have center frequencies at 3.07 GHz, 2.47 GHz and 1.93 GHz with 3 dB bandwidths of 13.2%, 13.6%, and 10.4%, respectively,
In each passband, the maximum insertion loss of output port 2 to the input signal of input port 1 (maximum insertion loss, ) And minimum return loss at input port 1 ) Are -18.53 dB / -3.19 dB, -20.60 dB / -3.27 dB and -21.28 dB / -3.11 dB, respectively,
The isolation performance is the respective maximum loss, ) Is -23.18 dB, -28.44 dB and -20.30 dB multi-band power divider, characterized in that.
상기 다중 대역 전력 분배기는 LTE 4G/5G 이동통신의 마이로웨이브 응용, 또는 파워 앰프(PA) 시스템의 전력분배기로써 안정적으로 전력 분배를 제공하는, 다중 대역 전력 분배기.According to claim 1,
The multi-band power divider is a multi-band power divider that stably provides power distribution as a power divider of a power amplifier (PA) system or a MyWave application of LTE 4G / 5G mobile communication.
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