KR950005168B1 - 고출력 신호 증폭 장치 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명에 따라 단일 피드(feed) 및 증폭기 어레이를 구비하는 안테나 장치의 투시도.
제2도는 제1도의 피드를 위한 성형 피드 어레이를 포함하기 위하여 제1도의 대체 장치 투시도.
제3도는 제1도 또는 2도의 증폭기 어레이에서 사용하기 위한 고체 증폭기 및 등가 회로의 전형적인 장치.
제4도는 본 발명에 따라 입력 및 출력 도파관 사이에 고체 증폭기의 장착을 도시하는 제1도 또는 2도의 증폭기 어레이의 횡단면도.
제5도는 제4도의 도파관 부분의 공동(48)에 장착된 바와 같이 제3도의 증폭기 장치의 횡단면도.
제6도는 제4도에서 고체 증폭기의 6-6의 절개도.
제7도는 도파관 어레이의 횡단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 고체 증폭기 어레이 12 : 피드 혼(feed horn)
13 : 도파관 20 : 기판
23,24 : 마이크로스트립 라인 48 : 공동
본 발명은 다수의 고체 증폭기를 구비하는 도파관 어레이를 포함하는 고출력 공간 증폭기에 관한 것으로, 특히, 증폭기 어레이는 안테나의 구멍에 배치되고, 유출이 없게 어레이상에 일정한 분배를 이루기 위해 안테나의 피드 또는, 피드 어레이의 영상 표면에 배치된다.
증폭은 인공위성 또는 지구상의 마이크로웨이브 시스템에서 멀리 떨어진 위치까지 전송될 신호의 출력을 증가시키기 위해 다양한 시스템으로 사용된다. 종래의 기술로 공지된 공간 지향 마이크로웨이브 출력 전송시스템이 미합중국 특허 제3,989,994호에 기재되어 있다. 솔라 파우어 스테이숀을 위한 결합 활성 위상차 안테나 어레이는 솔라 에너지 변환 수단의 시스템에 의해 발생된 dc 파우어가 지구로 다시 전송되도록 마이크로웨이브 에너지로 변환하기 위하여 다수의 일직선으로 결합된 마이크로웨이브 에너지 발생기를 갖는다. 상기 장치에 있어서, 저 출력 빔이 대지 스테이숀으로부터 수신되고, 증폭후 대지 스테이숀으로 다시 전송된다. 증폭기를 위해 고체 디자인을 사용하는 이와 비슷한 장치가 1980년 11월 30일로부터 12월 4일까지 텍샤스주 휴스톤에서 열린 NTC '80에서 엘. 레오폴드의 논문 72.1.1 내지 72.1.5면에 기재되어 있다.
미합중국 특허 제4,415,901호는 주사가능한 피드 어레이의 푸리에 변환 수송에서 주 반사기에 증폭 어레이를 구비하는 저 출력 빔 스위치 가능 안테나 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 피드 어레이로부터 소정의 방향으로 방사된 신호를 안테나의 구멍에서 적합하게 증폭되고, 피드 어레이에 의해 방사된 빔과 동일한 상대적인 위상 시프트로 재방사 되도록 한다. 포텐셜 증폭을 하는 감소된 수의 위상 시프터를 안테나에 제공하기 위하여 안테나의 구멍에 어레이를 포함하는 또다른 장치가 미합중국 특허 제4,388,626호에 공지되어 있다.
일반적으로, 고출력의 증폭기 요구될때, 진행파관 및 이와 유사한 다른 관 같은 소자가 사용될 수 있도록 상기 단일 소자는 필요한 고출력이 충분한 증폭을 제공할 수 있다. 고체 소자가(예를들어, 신뢰도, 경량, 저 전압 공급을)고려할때, 어레이에서 많은 상기 소자는 필요한 출력을 제공하기 위해 요구된다. 상기와 같은 어레이를 형성할때 문제점은 디바이더 회로망이 입력을 필요한 모든 고체 소자에 인가하는데 필요하다는 것이다. 그러나, 상기 디바이더는 증폭기 어레이에 의해 얻어진 많은 출력이 디바이더 회로망에서 손실되는한 비능률적이다. 증폭기 어레이가 결합기를 요구하는 역방향에서 이와 유사한 손실이 발생한다. 종래의 기술에서 문제점은 결합된 디바이더 또는 결합기에서 발견된 파우어의 손실을 피하는 고체 증폭기 어레이를 포함하는 기술을 제공하는데 있다.
종래 기술에서의 상기 문제점을 도파관 어레이에 장착된 다수의 고체 증폭기를 구비하는 하이 파우어 고체 공간 증폭기에 관한 본 발명에 따라 해결되었다. 도파관 어레이는 실질적으로 유출없이 어레이상에 일정한 분배를 수신하기 위해 안테나 피드의 영상면에서 안테나 장치의 구멍에 장착된다.
본 발명의 목적은 다수의 고체 증폭기 어레이를 구비하는 고출력 고체 공간 증폭기를 제공하는 것으로, 각 어레이 섹숀은 도파관대 증폭기의 광대역 매칭과 피드백을 방지하기 위해 도파관 필터링을 제공하는 하나이상의 도파관이 장착된 증폭기 장치를 포함한다.
이하 도면을 참조하면서 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다.
제1도는 디바이더 회로를 사용하지 않고 어레이의 각 증폭기로 입력 신호를 일정하게 분배하기 위해 안테나 장치의 반사기(11)의 구멍에 양호하게 장착되는 고체 증폭기 어레이(10)를 구비하는 본 발명을 따라 고체 증폭기 장치를 도시한다. 제1도의 안테나 장치는 반사기(11)를 비추는 단일 피드 혼(12)을 갖는다. 증폭기 어레이(10)의 적어도 소정의 축이 피드 혼의 구멍의 상을 실질적으로 덮는 증폭기 어레이를 가지는 피드 혼(12)의 상 평면(∑)에 위치되도록 증폭기 어레이가 배치된다. 증폭기 어레이(10)는 제1도에 도시된 바와 같이 서로가 인접하게 배치된 다수의 도파관(13)을 구비한다. 상세히 후술되는 바와 같이, 다수의 도파관(13)내에 고체 증폭기가 동일하거나 또는 더 많이 장착된다. 제2도에 도시된 바와 같이, 상기 증폭기 장치가 또한 선형 또는 2차원의 피드 어레이(15) 및 이와 연관된 부반사기(16)를 사용하여 이루어질 수 있으며, 제1도 또는 2도에 파면 접촉 증폭기 어레이(10)가 평면 파면, 구형 파면 또는 다른 형태의 파면이 될 수 있는 것을 이해할 수 있다. 또한, 입력 신호를 증폭기 어레이(10)의 각 증폭기로 분배하기 위한 회로를 피하기 위하여 오직 전송 장치에만 연관되며, 그러나, 본 장치는 또한 어레이(10)의 증폭기에 의해 증폭된 신호를 결합하기 위한 수단을 피하기 위하여 수신 장치에 적용될 수 있는 것을 이해할 수 있다.
제3도는 제1도 또는 2도의 증폭기 어레이(10)에서 사용하기 위하여 고체 증폭기(19)를 위한 전형적인 장치를 도시한다. 특히, 고체 증폭기 장치(19)는 기판(20)의 제1주표면상에 배치된 기저 평면(21)을 가지는 기판(20)을 구비한다. 전도성 물질의 패턴이 각각 제1 및 제2마이크로스트립 라인(23,24)을 구비하는 기판(20)의 제2주 표면(22)상에 장착된다. 기판(20)상에 형성된 필드 효과 트랜지스터(FET)는 제1마이크로스트립 라인(23)의 단부로부터 두개의 이격 돌출부(25)에 의해 형성된 ＂게이트＂를 가지고, ＂드레인＂은 제2마이크로스트립 라인(24)으로부터 돌출부(25)사이에 장착된 돌출부(26)에 의해 형성되며, ＂소스＂는 게이트 돌출부(25)를 향하여 대향 엣지로 돌출하는 패드(27)로부터 형성된다.
각 리드(29a,29b)에 의해 각각 제1 및 제2마이크로스트립 라인(23,24)에 결합되는 바이어스 패드(28a,28b)를 거쳐 바이어스가 적합하게 제공된다. 리드(29a,29b)는 dc가 적당히 FET를 바이어스동안 전원 공급으로 고주파(RF)가 누출되는 것을 방지하기 위한 얇은 리드이다. 마이크로스트립 라인(23,24)의 단부는 장치가 도파관내에 장착될때 증폭기로 각각 입력 및 출력 프로브(probe)를 형성하기 위해 소폭부(30,31)에 의해 기판(20)의 엣지에서 종단된다. 소폭부(30,31)가 프로브를 형성하기 위해 기판(22)의 단부에서 직접 종단되지 않고 인접하여 종단될 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 마이크로스트립 라인(23,24) 및 리드(29a,29b)가 1/4파장 길이이며 양호하다. 상기 장치의 등가 회로 다이어그램이 또한 기판(20)상의 소자와 동일한 참조번호로 된 여러 회로소자를 가지는 제3도에 제공된다. 어떤 적합한 증폭기 장치가 대체될 수 있기 때문에, 제3도의 증폭기 장치(19)가 오직 도시되는 것만을 위해서이고, 제한하는 것은 아닌것을 이해할 수 있다. 예를들어, 1983년 5월 31일부터 6월 3일까지 메사츄세츠의 보스턴에서 1983년 IEEE MTT-S DIGEST의 이. 티. 워트킨 등이 쓴 145 내지 147면의 ＂60 GHZ GaAs FET 증폭기＂의 제1도 및 제4도에 이와 유사한 고체 증폭기 장치가 도시된다.
제3도의 각 증폭기 장치(19)가 제4도에 도시된 방식으로 도파관 어레이(10)에 양호하게 장착된다. 특히, 증폭기 어레이(10)의 일부분을 형성하는 각 도파관부(40)는 헐로우(hollow) 입력 도파관부(41) 및 헐로우 출력 도파관부(42)를 구비한다. 입력 도파관부(41)는 구멍으로부터 짧은 평행벽부(44)까지 내향으로 테이퍼되는 혼부(43)를 구비한다. 입력 도파관부(41)에서 스텝(45)은 입력 도파관부(41) 및 증폭기 장치(19)의 구멍간에 광대역 임피던스 매칭 장치를 제공하기 위해 감폭 도파관부(46)에서 끝난다. 감폭 도파관부(46)의 짧은 약 1/4파장부(47)는 종래에 공지된 바와같이 반사를 피하기 위해 증폭기 장치(19) 너머로 펼쳐진다. 출력 도파관부(42)는 입력 도파관부(41)의 역 장치이며, 소폭부(47)를 가지는 소폭 도파관부, 스텝(45), 평행벽부(44) 및 혼부(43)를 포함한다. 증폭기 장치(19)는 도파관부(49)에 전기적으로 접촉하여 대지면(21)과 함께 입력 및 출력 도파관부(41,42)의 감폭 도파관부(46)간의 공동(48)에 장착된다. 공동(48)내에 증폭기 장치(19)의 장착은 오직 도시만을 위한 것이며, 어떤 다른 장착 장치가 프로브(30,31)를 펼치도록 사용될 수 있으며, 증폭기에 적합한 바이어스가 제공되는 것을 이해할 수 있다.
제5도는 제4도의 공동(48)에 장착된 바와 같이 소스 패드(27)에서 제3도의 증폭기 장치(19)의 중심을 횡단한 횡단면도이다. 제5도에 도시된 바와 같이, 제3도의 증폭기 장치(9)는 공동(48)의 인접 코너의 두곳에 형성된 홈(51)내에 긴 엣지를 따라 장착된다. 게다가, 대지면(21)은 소스 패드(27)가 홈(50)의 엣지에 전기적으로 접촉하여 위치되는 동안 도파관 벽(49)에 전기적으로 접촉하여 위치된다. 공동(48)를 형성하는 벽이 증폭기(19)를 장착하므로서 그 사이에 전기적으로 접촉을 제공하기 위해 도파관벽(49)에 결합되기 때문에, 소스 패드(27)는 증폭기(19)가 홈(50)에 안전하게 제위치에 있을때 벽(49,51)을 거쳐 대지면(21)에 전기적으로 결합된다.
제6도는 정극성 및 부극성 바이어스 전압을 증폭기 장치(19)의 바이어스 패드(28a,28b)에 제공하기 위하여 전형적인 기술을 도시하는 제4도의 6-6의 횡단면도이다. 제6도에 도시된 바와 같이, 입력 및 출력 소폭 도파관부(46)은 공동(48)에 장착된 증폭기 수단(19)으로 된 제6도의 상부 및 하부에 도시된다. FET에 적합한 바이어스를 제공하기 위해, 장치내에 들어간 채널(60,61)이 제공되며, 기계적으로 프리트된 정극성 및 부극성 바이어스 라인(62,63)이 각각 그 안에 형성된다. 바이어스 라인(62,63)이 채널내에 형성되어, 바이어스 패드(28b,28a)에 전기적으로 접촉하여 자동적으로 라인이 위치하고, 그때 증폭기 장치(19)는 제5도의 장치에서 홈(50)내에 장착된다. 특히, 벽(51)은 각 채널(61,60)의 머쉰닝(machining)으로 인하여 바이어스 패드(28a,28b)에 접촉되지 않는다. 도파관 벽(49,51)에 전기적인 접촉으로부터 절연 확실히 하는 면에서 바이어스 라인(62,63)이 채널(60,61)내에 형성되는 것을 이해할 수 있다.
다수의 증폭기 장치(19)를 도파관 어레이(10)의 각 부분에 연속적으로 접속하기 위하여 제4도 내지 6도에 도시된 바와 같이 제7도는 본 발명의 확장된 횡단면도이다. 제7도의 전형적인 장치에 있어서, 입력 신호는 입력 도파관부(41)의 평행벽 도파관부(44)를 따라 전파되며, 제4도의 장치에서 상술된 바와 같이 스텝(45)를 거쳐 제1증폭기 장치(19a)에 매치된 광대역 임피던스이다. 제1증폭기 장치(19a)로부터 출력은 소폭부(47)와 함께 제1감폭 중간 도파관부(70)의 제1단부로 들어간다. 제2증폭기 장치(19b)는 반사된 파로부터 나쁜 영향을 피하기 위해 소폭부(47)를 포함하는 제1중간 도파관부(70)의 제2단부에서 제2증폭기 장치(19a)로부터 출력 신호를 차단한다.
제2증폭기 수단(19b)으로부터 출력은 제2중간 도파관부(71)의 제2단부에서 제3증폭기 장치(19c)로 전달하기 위하여 71의 제1단부에서 제2중간 감폭 도파관부(71)로 방사된다. 또다시 소폭부(47)는 제2중간 도파관부(71)로 방사된다. 또다시 소폭부(47)는 제2중간 도파관부(71)의 제2단부에 배치된다. 제3증폭기 장치(19c)로부터 출력은 제4도의 출력 도파관부(42)를 위해 상술된 바와 같이 전달 및 전파하기 위해 출력 도파관부(42)로 방사된다. 감폭 도파관부인 제1 및 제2중간 도파관부(70,71)가 저주파 신호를 위한 필터로서 작용하며, 다단 증폭기에서 불필요한 발진, 즉, 밀리미터 파장을 야기할 수 있는 상기 신호의 피드 백을 차단하는 것을 이해할 수 있다.
상기 실시예가 단순히 본 발명의 원리를 서술하는 것을 이해할 수 있다. 다양한 다른 수정 및 변화가 본 발명의 원리를 실시하고, 본 발명의 정신 및 범위내에 있도록 숙련된 기술자에 의해 행해질 수 있다. 예를 들어, 제7도와 유사한 장치는 소정의 증폭도를 이루기 위해 증폭기 어레이(10)의 각 부분에 두개 이상의 증폭기 장치(19)를 연속적으로 결합하도록 사용될 수 있다. 특히, 본 발명은 고출력레벨에서 저 출력 신호를 포함하는 빔의 전파를 허용하는 회로망을 분리하기 위한 필요함이 없이, 피드 소자가 어레이에 형성된 다수의 증폭기 수단에 불규칙하게 분배되는 저 출력 신호를 전파하도록 한다.
Claims (9)
- 소정의 구멍을 구비하고, 신호를 전파하거나 수신할 수 있는 안테나 피드장치 및 ; 안테나 피드 장치의 소정 구멍 및 주 반사기의 소정 구멍사이에서 신호를 양방향으로 반사할 수 있는 소정의 구멍을 구비하는 주 반사기를 포함하는 안테나 장치를 구비하는 고출력 신호 증폭 장치에 있어서, 안테나 피드 장치의 구멍의 상 표면에 배치된 증폭기 어레이의 적어도 소정의 축을 가지면서 주 반사기의 소정 구멍에 배치되어, 실질적으로 피드 장치의 구멍의 전체 상을 커버하는 증폭기 어레이가, 다수의 평행으로 장착되어 일치하는 도파관부를 구비하며, 어레이의 각 도파관부가 (가) 고체 증폭기 장치, (나) 안테나 피드 장치의 구멍에서 수신된 신호를 고체 증폭기 장치의 입력으로 송신하기 위한 제1도파관부 및 (다) 고체 증폭기 장치의 출력에서 증폭된 신호를 증폭기 어레이로부터 전파하기 위한 제2도파관부의 구멍으로 송신하기 위한 제2도파관부를 포함하며, 제1 및 제2도파관부의 각각이 안테나 피드 장치의 구멍 및 고체 증폭기 장치 사이에서 임피던스 정합을 제공하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 신호 증폭장치.
- 제1항에 있어서, 고체 증폭기 장치가 제1도파관부에 배치된 입력 프로브 및 제2도파관부에 배치된 출력 프로브를 포함하는 것을 특징으로 하는 고출력 신호 증폭장치.
- 제1항에 있어서, 고체 증폭기 장치가 다수의 N개로 분리되어 연속적으로 배치된 고체 증폭기, 제1도파관부로부터 입력 신호를 수신하기 위해 배치되는 제1증폭기 및, 출력 신호를 제2증폭기로 전송하기 위하여 배치되는 마지막 증폭기를 구비하며, 각 도파관부가 또한 다수의 N-1개 중간 도파관부를 구비하며, 각 중간 도파관부가 다수의 N개 증폭기중 분리된 하나의 증폭기로부터 출력 신호를 수신하고 상기 출력 신호를 연속적으로 배치된 N개 증폭기중 다음 증폭기의 입력에 송신하기 위해 배치되는 것을 특징으로 하는 고출력 신호 증폭장치.
- 제2항 또는 3항에 있어서, 각 고체 증폭기가 어레이의 각 도파관부를 형성하는 순차적인 도파관부의 분리된 감폭 도파관부분사이에서 분리된 공동에 배치되는 것을 특징으로 하는 고출력 신호 증폭장치.
- 제1항, 2항 또는 3항에 있어서, 제1 및 제2도파관부의 구멍 및 이와 연관된 고체 증폭기 장치간에 임피던스 정합을 제공하기 위한 수단이 도파관부의 높이를 도파관부의 구멍으로부터 멀어지는 방향으로 소정의 양만큼 순차적으로 줄이기 위하여 도파관부내에 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 고출력 신호 증폭장치.
- 제1항, 2항 또는 3항에 있어서, 각 도파관부가 도파관부를 통해 전파하는 수신된 신호로 소정의 증폭양을 제공하기 위해 적합한 바이어스를 고체 증폭기 장치에 도입하기 위한 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 고출력 신호 증폭장치.
- 제1항, 2항 또는 3항에 있어서, 안테나 피드 장치가 안테나 피드 장치의 전체 소정 구멍을 형성하고 신호를 전파 또는 수신할 수 있는 단일 피드혼 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 고출력 신호 증폭장치.
- 제1항, 2항 또는 3항에 있어서, 안테나 피드 장치가 안테나 피드 장치의 전체 소정 구멍을 형성하는 결합된 구멍을 포함하는 피드 어레이에 형성된 다수의 피드 혼과, 피드 어레이 및 주 반사기 사이에서 파면을 반사하기 위해 배치된 부 반사기를 구비하는 것을 특징으로 하는 고출력 신호 증폭장치.
- 제1항, 2항 또는 3항에 있어서, 증폭기 어레이가 주 반사기로부터 방사된 빔과 소정의 각도로 배치되는 것을 특징으로 하는 고출력 신호 증폭장치.
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