KR20220129204A - 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기 - Google Patents

광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선주파수 전력을 비균등한 비율로 분배하거나 결합하기 위한 전력분배기에 관한 것으로, 제조 공정과 광대역 주파수 대역에서 전기적 특성을 효율적으로 개선하기 위한 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기에 관한 것이다. 입력 커넥터(11)와 출력 커넥터(12)는 제1내부도체(20)의 양쪽 방향으로 구성되고, 커플드 커넥터(13)는 제2커플링도체(23)방향으로 구성되며, 하우징(10)내부는 U자 형태로 드릴링된 천공(18) 구조이며, 제1내부도체(20)와 제2내부도체(21)는 동심원점을 기준으로 균등하게 배치되어야 하며, 이를 고정하기 위한 별도의 지지 절연체를 삽입하지 않고 입력 또는 출력커넥터(11, 12)안에 구비되는 유전성 절연체인 제1 또는 제2절연체 (14, 15)를 이용하여 제2내부도체(21) 외경 크기로 제1 또는 제2절연체(14, 15) 내부에 오목하게 홈을 파서 거치하여 고정하는 제1 또는 제2절연체(14. 15) 구조인 것으로, 주파수는 350MHz에서 6GHz까지 커버하는 광대역 주파수 범위이다. 제1커플링도체(22)와 제2내부도체(21)간의 임피던스 매칭이 잘되어야 광대역 주파수범위에서 허용 가능한 평탄도를 달성할 수 있다. 이를 위하여 임피던스 매칭을 보상하도록 제1 또는 제2내부도체(20, 21)의 중앙에서 상한주파수의 λ/2보다 작고 λ/4보다 큰 간격으로 직경크기를 다단계로 조절할 수 있도록 한 것이다.

Description

광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기{BROADBAND NON-DIRECTION RF POWER DIVIDER}
본 발명은 무선주파수 전력을 비균등한 비율로 분배하거나 결합하기 위한 전력분배기에 관한 것으로, 제조 공정과 광대역 주파수 대역에서 전기적 특성을 효율적으로 개선하기 위한 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기에 관한 것이다.
무선 통신은 송신장치에서 전파신호를 송출하고, 수신장치에서 이를 받아들여 통신하게 된다. 기지국 또는 송신국에서 송출하는 전력이 일정한 영역을 서비스하기 위하여 여러 방향으로 지향성을 갖는 안테나를 통하여 신호를 송출하게 되며, 신호가 약한 지하건물이나 터널 같은 음영지역은 중계장치를 통하여 무선주파수의 신호를 증폭하여 여러 방향 또는 다단으로 신호를 공급하거나 안테나에 원하는 전력을 최소의 손실로 전달하도록 네트워크를 구성하여 최상의 통신품질을 제공하는데 사용되고 있다. 이때 신호를 분배하거나 추출하기 위하여 방향성결합기(Directional Coupler)나 전력분배기(Power Splitter), 무방향성분배기(Tappers) 등의 수동소자(Passive Components)를 사용하여 무선주파수 출력신호를 확장하여 공급하는데 이용된다.
무방향성 전력을 분배하기 위한 총칭적인 RF회로는 "고주파 기술 매뉴얼", (Taschenbuch der Hochfrequenztechnik," H. Meinke, F. W. Gundlach, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York, 1968),373쪽 및 374쪽에 공지되어 있다.
본 발명과 관련된 선행기술로서, 특허문헌1의 방향성 결합기의 하우징은, 커플러의 출력포트와 동일한 방향으로 평행하게 커플링포트를 구성하는 돌출부를 갖는 구조이며, 커플링포트에 접속된 급전선의 설치를 용이하게 하고 급전선의 휨을 방지하기 위하여 격리도포트 체결부분을 움푹파인 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 음각구조의 방향성 결합기에 관한 것으로, 커플링선로와 커플링포트를 연결하기 위한 연장선로와 전기적 특성을 유지하도록 연장선로를 지지 하도록 하는 테프론 물질의 지지대를 포함하는 것이 개시되어 있다.
또한 특허문헌2의 무방향성 무선 주파수 출력 분할기는 외부 도전체(1) 및/또는 외부 도전체 하우징(1')을 구비하고, 제1 내부 도전체(11)를 구비하며, 상기 제1 내부 도전체(11)는 외부 도전체(1) 또는 외부도전체 하우징(1') 내에서 연장하고, 제2 내부 도전체(13)를 구비하며, 상기 제2 내부 도전체(13)가 제1 내부 도전체(11)와 외부 도전체(1) 또는 외부 도전체 하우징(1') 사이에 형성된 공간(15) 내에서 연장하고, 상기 제2 내부 도전체(13)에 이로부터 연장하는 분기 도전체(17)가 마련되거나 상기 제2 내부 도전체가 상기 분기 도전체에 전기적으로 연결되고, 상기 제2 내부 도전체(13)가, 가변 출력 분배가 가능하도록, 제1 내부 도전체(11)로부터의 상기 제2 내부 도전체의 거리 및/또는 외부 도전체(1) 또는 외부 도전체 하우징(1')으로부터의 상기 제2 내부 도전체의 거리의 관점에서, 상대적으로 조정 및/또는 위치 가능한 것이 개시되어 있다.
특허문헌3은 다양한 규격의 이동통신서비스를 위한 RF 고출력을 요구하는 통신장비에서 양방향성 입출력과 더불어 열화의 신뢰성과 저손실 조건을 만족하는 최적의 RF 분배 효율성을 제공하는 양방향성 광대역 무선주파수 신호분배기에 관한 것으로, 복수의 통공(11-14)이 형성된 하우징(10)에 제1커넥터(20) 내지 제3커넥터(26)가 결합되고, 하우징(10)과 제1커넥터(20) 내지 제3커넥터(26) 내부에 제1핀(30) 내지 제4핀(60)이 절연 결합된 구조이다. 더욱이 제1핀(30) 중심부에 DC차단 절연체(35)가 결합되어 제1핀(30)을 통해 흐르는 DC성분을 차단하여 절연시키는 구조로, 라인 커플링의 안정적인 설계로 400~800W의 대전력 전송 및 5G이동통신 시스템에 적합하고, 무선주파수 전력의 높은 분배비율과 입출력 구분 없이 적용할 수 있으며, -155dBc ~ 165dBc 이하의 안정적인 PIMD(Passive Inter Modulation Distortion, 수동소자 상호변조왜곡) 특성 값을 유지하는 신뢰성과, 7 ~ 30dB, 40dB의 고출력의 커플링으로 적용할 수 있으며, 고주파수에서 장기적인 열화를 해소할 수 있도록 한 것이 개시되어 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0145516호(2014.12.23. 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0038541호( 2014.03.28. 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0147315호(2019.11.18. 공개)
본 발명은 일반적인 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 무방향성 전력 분배기의 제조공정을 개선하여 생산성향상과 원가절감을 이루고자 하며, 또한 광대역 무선주파수 대역에서 전기적 특성을 개선하는데 목적이 있다.
본 발명은 특허청구범위의 청구항의 특징들에 의해 상기 목적이 달성된다. 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기에 있어서, 입력 커넥터와 출력 커넥터는 제1내부도체 양방향으로 구성되고, 커플드 커넥터는 제2커플링도체와 출력 커넥터 방향으로 구성되며, 3개의 동축커넥터로 형성하는 하우징이다. 하우징 안에는 천공된 구멍을 U자 형태로 뚫어 구비되고; 천공된 구멍 안에 제2내부도체가 위치하며, 제2내부도체 안에 제1내부도체가 동심원 형태로 삽입되어 구비되며; 제1 또는 제2내부도체의 양쪽 끝에서 제1 또는 제2절연체가 삽입되어 거치되고, 입력 또는 출력커넥터 내부에 배치되며; 제2내부도체 중심부에 수직으로 제1커플링도체가 연결되고, 제2커플링도체는 제2내부도체와 평행한 구조로 제1커플링도체 끝에 연결되며, 제2커플링도체 끝에 제3절연체가 삽입되어 커플드커넥터 내부에 배치되는 구조로 구비되며; 제1 또는 제2내부도체의 양쪽 끝부분에 제1 또는 제2절연체를 끼워서 구성하는 방식으로 부품 수를 줄여 간단하게 제조할 수 있도록 하는 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기를 제공한 것이 특징이다.
또한, 제1내부도체는 제2내부도체 안에 동심원으로 삽입되어 구성되며, 제1내부도체의 양쪽 끝에 제1 및 제2잭핀이 연결되며, 제1내부도체와 제2내부도체는 동심원점을 기준으로 균등하게 배치되어야 하며, 이를 고정하기 위한 별도의 지지 절연체를 삽입하지 않고 입력 또는 출력 커넥터 내부에 구비되는 유전성 절연체인 제1 및 제2절연체를 이용하여 제2내부도체 외경 크기로 제1 또는 제2절연체 내부에 오목하게 홈을 파서 거치하여 고정하는 제1 및 제2절연체 구조로 형성된다.
이 경우, 제1 및 제2핀 과 제3핀은 제1 및 제2절연체와 제3절연체의 중심 구멍을 통하여 삽입되고, 입력 및 출력커넥터와 커플드커넥터 내부에 배치되며, 유전성절연체가 수축이나 팽창으로 인하여 변화가 발생되어 움직이는 것을 방지하기 위하여, 제1 및 제2핀과 제3핀의 끝에서 일정한 간격을 두고 수직으로 구멍을 뚫어 관통하며, 제1 및 제2절연체와 제3절연체 또한 일정한 간격을 두고 수직으로 관통하되, 핀과 절연체가 일치되도록 간격을 맞추어 구멍을 뚫어야 한다. 제1 및 제2지지폴과 제3지지폴을 유전성 절연체와 핀에 끼워서 고정함으로써 전기적 특성을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
또한, 제1내부도체는 입력 또는 출력커넥터에 직선적으로 연결되며, 제1커플링도체 는 제2내부도체 중앙에 수직으로 연결되며, 제2커플링도체는 제1커플링도체 끝에 직각 구조로 연결되어 커플드커넥터 내부에 배치된다. 입력 또는 출력커넥터 방향과 커플드 커넥터 방향이 U자 형태로써 평행한 구조이다.
따라서, 본 발명에서 사용되는 동축커넥터는 N, DIN, 4.3.10 타입이고, 주파수는 350MHz 에서 6GHz까지 커버하는 광대역 주파수 범위이다. 광대역 주파수의 임피던스 매칭을 보상하도록 제1 및 제2내부도체의 중앙을 기준으로 상한주파수의 λ/2보다 작고 λ/4보다 큰 간격의 길이 정도로 직경크기를 조절하여 광대역 주파수에서 전기적 특성을 개선할 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래의 기술과 대조적으로 부품 수를 줄여 작업공정을 개선하며, 간편하게 제작함으로써 생산성 향상과 저가의 제품을 만들 수 있어 경쟁력 우위를 확보할 수 있게 될 뿐만 아니라, 향후에 하한 주파수 쪽이나 상한 주파수 쪽으로 주파수가 확장될 때에도 이미 설치된 상태에서 교체하지 않고 사용할 수 있는 장점이 있기 때문에 본 발명 제품 사용자에게는 비용절감 효과를 가져올 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광대역 무방향성 전력 분배기를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 광대역 무방향성 전력 분배기를 나타낸 분해도이다.
도 3는 본 발명에 따른 광대역 무방향성 전력 분배기를 나타낸 단면도이다.
도 4은 본 발명에 따른 광대역 무방향성 전력 분배기의 내부도체 및 절연체와 핀의 결합 방법을 나타낸 상세한 분해도이다.
본 발명에 따른 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기에 관한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1에서, 본 발명에 따른 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기(1)는 하우징(10)과 입력, 출력커넥터(11, 12) 및 커플드커넥터(13)을 포함한다.
도 2 및 도 3에서, 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기는 입력커넥터(11)와 출력커넥터(12)가 일직선으로 배치되며, 커플드커넥터(13)는 이들과의 방향을 U자 형태로 배치한다. 제1내부도체(20)는 제2내부도체(21)안에서 동심원으로 배치되고 유전성의 제1 및 제2절연체(14. 15)에 의해 양쪽에서 지지된다. 이것들 또한 하우징(10)에서 드릴링된 천공(18)안에 동심원으로 배치된다. 제1커플링도체(22)는 제2내부도체(21) 중앙에서 수직으로 연결되며, 제2커플링도체(23)는 제1커플링도체(22) 끝에서 직각구조로 연결된다. 이것들 또한 U자 형태의 구조로 천공(18)된 내부에 동심원으로 배치되며, 제1커플링도체(22)에 제4절연체(17)를 삽입하여 동심원 형태로 지지한다. 하우징(10)의 드릴링된 천공(18) 내부에 상기 부품들을 배치하고 조립하기 위하여 뚫어 놓은 구멍을 최종적으로 마감 처리하기 위하여 캡(24)을 박아서 밀폐시킨다. 하우징(10)안에 있는 천공(18)의 공간은 공기, 가스와 같은 유전 절연 물질이나 진공으로 채워진다. 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기에 있어서, 외부와 접속을 위한 동축 커넥터는 N, DIN , 4.3.10 타입이고, 주파수는 350MHz에서 6GHz까지 커버하는 광대역 주파수 범위이다. 제1커플링도체(22)와 제2내부도체(21)간의 임피던스 매칭이 잘되어야 광대역 주파수범위에서 허용 가능한 평탄도를 달성할 수 있다. 이를 위하여 임피던스 매칭을 보상하고 조절하도록 제1 및 제2내부도체(20, 21)의 중앙에서 상한주파수의 λ/2보다 작고 λ/4보다 큰 간격으로 직경크기를 조절할 수 있도록 하는 다단계 구조인 것이 특징이다.
또한 예시적 실시 예에 있어서 하우징 (10)은 알루미늄 재질로 제조된 반면, 내부도체 (20, 21) 및 커플링도체(22, 23)는 동으로 만든다. 핀(30, 31, 32)은 커넥터의 중앙 도체이며 접촉이 자주 일어나기 때문에 내구성이 강한 베릴륨동을 사용한다. 이에 반하여, 커넥터 (11), (12) 및 (13)의 본체는 동재질을 사용한다. 이러한 커넥터에서 이용된 절연체(14, 15, 16, 17)는 PTFE 유전체이다.
이상에서 사용되는 전도성 물질은 동, 알루미늄, 베릴륨동 기타 등등을 포함할 수 있고, 전도성 플레이팅 (예를 들어, 은 도금) 또는 화성 피막 (크로메이트)은 전기적으로 이용하는 부식에 대하여 보호받을 수 있다. 은도금은 손실 특성이 좋고 수동적 간섭 변조 (PIMD) 특성이 우수하여 은도금 플레이팅이 권장된다.
도 4에서, 제1내부도체(20)는 제2내부도체(21) 안에 동심원으로 삽입되어 구성되며, 제1내부도체(20)의 양쪽 끝에 제1 및 제2잭핀(30, 31)이 연결되며, 제1내부도체(20)와 제2내부도체(21)는 동심원점을 기준으로 균등하게 배치되어야 하며, 이를 고정하기 위한 별도의 지지 절연체를 삽입하지 않고 입력 및 출력커넥터(11, 12)안에 구비되는 유전성 절연체인 제1 및 제2절연체 (14, 15)를 이용하여 제2내부도체(21) 외경 크기로 제1 및 제2절연체(14, 15) 내부에 오목하게 홈을 파서 거치하여 고정하는 제1 및 제2절연체(14. 15) 구조인 것으로, 종래는 내부도체를 지지하기 위하여 중간 중간에 6개의 절연체를 사용하여 지지하는 구조인 반면, 본 발명에서는 내부도체를 2개의 절연체만으로 지지할 수 있는 구조로, 부품 수를 현저하게 줄여서 제조비용을 낮추고 생산시간을 단축하여 경쟁력 있는 제품을 생산할 수 있는 것이 특징이다.
또한 제1 및 제2핀(30, 31)과 제3핀(32)은 제1 및 제2절연체(14, 15)와 제3절연체(16)의 중심 구멍을 통하여 삽입되고, 입력 및 출력커넥터(11, 12)와 커플드커넥터(13)안에 배치되며, 유전성절연체가 수축이나 팽창으로 인하여 변화가 발생되어 움직이는 것을 방지하기 위하여, 제1 및 제2핀(30, 31) 그리고 제3핀(32)과 제1 및 제2절연체(14, 15)와 제3절연체(16)끝에서 일정한 간격을 두고 수직으로 관통하여, 제1 및 제2지지폴(33, 34)과 제3지지폴(35)을 끼워서 고정하는 구조이다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
1: 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기 10: 하우징 11: 입력커넥터 12: 출력커넥터 13: 커플드커넥터 14: 제1절연체 15: 제2절연체 16: 제3절연체 17: 제4절연체 18: 천공 20: 제1내부도체 21: 제2내부도체 22: 제1커플링도체 23: 제2커플링도체 24: 캡 30: 제1핀 31: 제2핀 32: 제3핀 33: 제1지지폴 34: 제2지지폴 34: 제5지지폴

Claims (5)

  1. 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기에 있어서,

    입력 커넥터(11)와 출력 커넥터(12)는 제1내부도체(20)의 양쪽 방향으로 구성되고, 커플드 커넥터(13)는 제2커플링도체(23)방향으로 구성되며, 3개의 동축커넥터로 형성하는 하우징(10);

    상기 하우징(10)안에는 천공된 구멍(18)을 U자 형태의 구조로 뚫어 구비되고;

    상기 천공(18)안에 제2내부도체(21)가 위치하고, 제2내부도체(21)안에 제1내부도체(20)가 동심원 형태로 삽입되어 구비되며;

    상기 제1 및 제2내부도체(20, 21)의 양쪽 끝에서 제1 및 제2절연체(14, 15)가 삽입되어 거치되고, 입력 또는 출력커넥터(11, 12)안에 배치되며;

    상기 제2내부도체(21) 중심부에 수직으로 제1커플링도체(22)가 연결되고, 제2커플링도체(23)는 제2내부도체(21)와 평행한 구조로 제1커플링도체(22) 끝단에 연결되며, 제2커플링도체(23) 끝단에 제3절연체(16)가 삽입되어 커플드커넥터(13) 안에 배치되는 구조로 구비되며;
    상기 제1 및 제2내부도체(20, 21)의 양쪽 끝부분에 제1 및 제2절연체(14, 15)를 끼워서 구성하는 방식으로 부품 수를 줄여 간단하게 제조할 수 있도록 하는 것임을 특징으로 하는 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기.
  2. 제1항에 있어서, 제1내부도체(20)는 제2내부도체(21)안에 동심원으로 삽입되어 구성되며, 제1내부도체(20)의 양쪽 끝부분에 제1 및 제2잭핀(30, 31)이 연결되며, 제1내부도체(20)와 제2내부도체(21)는 동심원점을 기준으로 균등하게 배치되어야 하며, 이를 고정하기 위한 별도의 지지 절연체를 삽입하지 않고 입력 및 출력커넥터(11, 12)안에 구비되는 유전성 절연체인 제1 및 제2절연체 (14, 15)를 이용하여 제2내부도체(21)의 외경 크기로 제1 및 제2절연체(14, 15) 내부에 오목하게 홈을 파서 거치하여 고정하는 제1 및 제2절연체(14. 15) 구조인 것임을 특징으로 하는 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기.
  3. 제1항에 있어서, 제1 및 제2핀(30, 31)과 제3핀(32)은 제1 및 제2절연체(14, 15) 와 제3절연체(16)의 중심 구멍을 통하여 삽입되고, 입력 및 출력컨넥터(11, 12)와 커플드컨넥터(13)안에 배치되며, 유전성절연체가 수축이나 팽창으로 인하여 변화가 발생되어 움직이는 것을 방지하기 위하여, 제1 및 제2핀(30, 31)과 제3핀(32)은 제1 및 제2 절연체 (14, 15)와 제3절연체 (16)의 끝에서 일정한 간격을 두고 수직으로 관통하여, 제1 및 제2지지폴(33, 34)과 제3지지폴(35)을 끼워서 고정하는 구조인 것임을 특징으로 하는 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기.
  4. 제1항에 있어서, 제1내부도체(20)는 입력 또는 출력커넥터(11, 12)에 직선적으로 연결되며, 제2내부도체(21) 중앙에 수직으로 연결된 제1커플링도체(22)는 제2커플링도체(23)와 직각 구조로 연결되어 커플드커넥터(13)안에 배치되며, 입력 또는 출력커넥터(11, 12) 방향과 커플드커넥터(13) 방향이 U자 형태의 평행한 구조인 것임을 특징으로 하는 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기.
  5. 제1항에 있어서, 동축커넥터는 N, DIN , 4.3.10 타입이고, 주파수는 350MHz에서 6GHz 까지 커버하는 광대역 주파수 범위이며, 광대역 주파수의 임피던스 매칭을 보상하고 조절하도록 제1 및 제2내부도체(20, 21)의 중앙에서 상한주파수의 λ/2보다 작고 λ/4보다 큰 간격의 길이 정도로 직경크기를 조절할 수 있도록 하는 다단계 구조인 것임을 특징으로 하는 광대역 무방향성 무선주파수 전력분배기.

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