KR20230071284A - 가변 부하를 가진 이중 방향성 결합기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 가변 부하를 가진 이중 방향성 결합기는, 순방향 입력전력을 모니터링하기 위한 제1 결합 포트(11); 순방향 출력측에서 반사된 전력을 종단시키는 제1 격리 포트(15); 역방향 반사전력을 모니터링하기 위한 제2 결합 포트(13) 및 역방향 입력측에서 반사된 전력을 종단시키는 제2 격리 포트(16)를 포함하고, 상기 제1 격리 포트와 제2 격리 포트는 가변 부하로 종단 처리되는 것을 특징으로 한다.

Description

가변 부하를 가진 이중 방향성 결합기{Dual directional coupler with variable load}

본 발명은 가변 부하를 가진 이중 방향성 결합기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 격리 포트에 가변 부하를 달아 임피던스 매칭을 통해 방향성(directivity)을 향상시킨 결합기에 관한 것이다.

마이크로파 플라즈마 시스템은 반도체 및 디스플레이 등의 박막 제조, 나노물질 합성, 바이오 디젤 합성 및 신약 합성, 에너지 생성 및 대용량 조명장치, 해수, 담수, 유해가스 처리 및 가정, 산업의 페기물 처리 등에 광범위하게 활용되고 있다.

마이크로파 플라즈마 시스템용 RFEU(RF front end unit) 기술은 마이크로파 발생기에서 생성된 고주파 전력을 플라즈마 챔버로 최대한 전달하는 RF 종단장치로 아이솔레이터 기술, stub tuner 기술, 커플러 및 모니터링 기술, water load 기술 및 지능제어 RFEU 기술이 적용된다.

커플러 및 모니터링 기술은 플라즈마 챔버로 전달하는 RF 전력과 반사되는 RF 전력을 모니터링하여 최대 전력이 전달되도록 스터브 튜너를 조정한다.

도 1은 종래의 이중 방향성 결합기의 구조로 입력전력은 제1 결합 포트(11)를 통해 모니터링하고 제1 격리 포트(12)는 루프 공진판을 통해 50Ω 저항으로 종단처리되고, 반사전력은 제2 결합 포트(14)를 통해 모니터링하고 제2 격리 포트(13)는 루프 공진판을 통해 50Ω 저항으로 종단처리된다. 그러나 종래 기술은 격리 포트가 외부로 돌출되어 있고 종단 저항이 50Ω으로 고정되어 있어 방향성(directivity)이 떨어지는 단점이 있다.

5kW 이상의 고출력 마이크로파 플라즈마 시스템은 고출력 신호입력에 의한 주파수 전이가 발생하고 열적 온도 상승으로 주파수 특성이 악화되어 마그네트론 등의 핵심 부품 교체 작업을 할 때 전량 수입에 의존하여 신호모듈 전체를 교체해야 하는 등 유지보수 비용에 부담이 되는 문제점이 있다.

열적 온도 상승은 부정합 시에 전력의 반사손실에 기인하므로 입력전력과 반사전력을 정확하게 모니터링할 수 있는 방향성 결합기가 필요하고, 방향성 결합기는 삽입손실과 방향성이 주요 성능지표이고 전력 손실이 되지 않도록 전/후단과의 정합이 중요하다.

한국공개특허 제10-2017-0050009호

상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 이중 방향성 결합기의 방향성을 향상시키기 위하여 종단저항을 가변적으로 조정할 수 있는 결합기를 제공하고자 한다.

상기의 해결하고자 하는 과제를 위한 본 발명에 따른 가변 부하를 가진 이중 방향성 결합기는, 순방향 입력전력을 모니터링하기 위한 제1 결합 포트(11); 순방향 출력측에서 반사된 전력을 종단시키는 제1 격리 포트(15); 역방향 반사전력을 모니터링하기 위한 제2 결합 포트(13) 및 역방향 입력측에서 반사된 전력을 종단시키는 제2 격리 포트(16)를 포함하고, 상기 제1 격리 포트와 제2 격리 포트는 가변 부하로 종단 처리되는 것을 특징으로 한다.

상기 가변 부하는 바리스타인 것을 특징으로 한다.

상기 가변 부하는 회전식 튜닝 바리스타인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가변 부하를 가진 이중 방향성 결합기는 부하를 가변 조정함으로써 임피던스 정합을 통하여 방향성(directivity)를 개선할 수 있다.

또한, 격리 포트를 표면 실장하여 컴팩트한 이중 방향성 결합기를 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 이중 방향성 결합기의 정면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 가변 부하를 가진 이중 방향성 결합기의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 가변 부하를 가진 이중 방향성 결합기의 평면도이다.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예와 도면을 참고하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 하나의 발명을 설명하기 위한 것으로서 권리범위는 예시된 실시예에 한정되지 아니하고, 예시된 도면은 발명의 명확성을 위하여 핵심적인 내용만 확대 도시하고 부수적인 것을 생략하였으므로 도면에 한정하여 해석하여서는 아니 된다.

일반적인 방향성 커플러(directional coupler)는 4포트 네트워크이다. 포트 1은 입력 포트, 포트 2는 출력 포트, 포트 3은 결합 포트, 포트 4는 격리/종단 포트입니다. 주도파관에서 전력은 입력 포트(포트 1)에서 출력 포트(포트 2)로 전달되고, 부도파관에서 전력의 일부는 주도파관과 결합되며 결합된 전력의 양은 특정 커플러의 결합값에 따라 달라진다. 이 결합 전력이 포트 3(결합 포트)의 출력이 되고 포트 4는 일반적으로 시스템 내 반사를 최소화하기 위해 50Ω으로 종단처리된다.

이중 방향성 커플러(dual directional coupler)는 각 커플러의 절연 포트가 모두 50Ω(또는 시스템 임피던스)으로 종단된 상태에서 연속적으로 배치된 두 개의 방향성 커플러로 볼 수 있다. 이중 방향성 커플러는 결합 포트를 지향성 또는 다른 연결된 포트에 영향을 주지 않고 부정합되는 부하에 연결할 수 있다. 이중 방향성 커플러는 시스템의 순방향 및 역방향 전력을 동시에 모니터링하는 데 사용할 수도 있다.

도 2는 본 발명에 따른 가변 부하를 가진 이중 방향성 결합기의 정면도로서, 컴팩트한 디자인을 위하여 격리 포트(isolation port)를 표면 실장한다.

가변 부하를 가진 이중 방향성 결합기는 순방향 입력전력을 모니터링하기 위한 제1 결합 포트(11), 순방향 출력측에서 반사된 전력을 종단시키는 제1 격리 포트(15), 역방향 반사전력을 모니터링하기 위한 제2 결합 포트(13) 및 역방향 입력측에서 반사된 전력을 종단시키는 제2 격리 포트(16)를 포함하고, 상기 제1 격리 포트와 제2 격리 포트는 가변 부하로 종단 처리되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 이중 방향성 커플러는 시스템의 순방향 및 역방향 전력을 동시에 모니터링하는 데 사용할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 가변 부하를 가진 이중 방향성 결합기의 평면도로서, 순방향 입력전력을 모니터링하기 위한 제1 결합 포트(11), 순방향 출력측에서 반사된 전력을 종단시키는 제1 격리 포트(15), 역방향 반사전력을 모니터링하기 위한 제2 결합 포트(13) 및 역방향 입력측에서 반사된 전력을 종단시키는 제2 격리 포트(16)를 포함한다.

본 발명은 WR340 도파관을 사용하여 2.4~2.5GHz에서 커플링 계수가 40dB이상이고 20dB 이상의 방향성(directivity)을 갖는다.

상기 가변 부하는 이산적인 저항을 사용하여 부착할 수 있고, 50Ω 저항을 가변할 수 있는 것으로 47~52.5Ω의 바리스타(varistor)일 수 있다.

또한, 상기 바리스타는 수동으로 조정할 수 있는 회전식 튜닝 바리스타일 수 있다.

11: 제1 결합 포트 13: 제2 결합 포트
15: 제1 격리 포트 16: 제2 격리 포트

Claims (3)

1. 순방향 입력전력을 모니터링하기 위한 제1 결합 포트(11);
   순방향 출력측에서 반사된 전력을 종단시키는 제1 격리 포트(15);
   역방향 반사전력을 모니터링하기 위한 제2 결합 포트(13) 및
   역방향 입력측에서 반사된 전력을 종단시키는 제2 격리 포트(16)를 포함하고,
   상기 제1 격리 포트와 제2 격리 포트는 가변 부하로 종단 처리되는 것을 특징으로 하는 이중 방향성 결합기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가변 부하는 바리스타인 것을 특징으로 하는 이중 방향성 결합기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가변 부하는 회전식 튜닝 바리스타인 것을 특징으로 하는 이중 방향성 결합기.

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