WO2020145586A1 - 위상 어레이 시스템을 위한 4방향 전력 분배기 및 결합기 - Google Patents

위상 어레이 시스템을 위한 4방향 전력 분배기 및 결합기 Download PDF

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WO2020145586A1
WO2020145586A1 PCT/KR2020/000166 KR2020000166W WO2020145586A1 WO 2020145586 A1 WO2020145586 A1 WO 2020145586A1 KR 2020000166 W KR2020000166 W KR 2020000166W WO 2020145586 A1 WO2020145586 A1 WO 2020145586A1
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WO
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node
inductor
input port
power divider
capacitor
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PCT/KR2020/000166
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French (fr)
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윤영창
안규환
서보희
이상호
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삼성전자 주식회사
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/04—Coupling devices of the waveguide type with variable factor of coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/38—Transceivers, i.e. devices in which transmitter and receiver form a structural unit and in which at least one part is used for functions of transmitting and receiving
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12—Coupling devices having more than two ports
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    • H01P5/18—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers
    • H01P5/181—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being hollow waveguides
    • H01P5/182—Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port consisting of two coupled guides, e.g. directional couplers the guides being hollow waveguides the waveguides being arranged in parallel

Definitions

  • the present invention relates to a technique for miniaturizing a 4-way power divider and combiner for a phased array system.
  • a 5G communication system or a pre-5G communication system is called a 4G network (Beyond 4G Network) communication system or an LTE system (Post LTE) or later system.
  • 4G network Beyond 4G Network
  • LTE Post LTE
  • 5G communication systems are contemplated for implementation in the ultra-high frequency (mmWave) band (eg, 60 gigabit (60 GHz) band).
  • mmWave ultra-high frequency
  • ACM Advanced Coding Modulation
  • FQAM Hybrid FSK and QAM Modulation
  • SSC Extended Window Superposition Coding
  • SWB Advanced Coding Modulation, Filter Bank Multi Carrier
  • NOMA non orthogonal multiple access
  • SCMA sparse code multiple access
  • IoT Internet, of Things
  • IoE Internet of Everything
  • sensing technology wired/wireless communication and network infrastructure, service interface technology, and security technology
  • M2M Machine to Machine
  • MTC Machine Type Communication
  • IoT Internet Technology
  • IoT is a field of smart home, smart building, smart city, smart car or connected car, smart grid, health care, smart home appliance, high-tech medical service through convergence and complex between existing IT (information technology) technology and various industries. It can be applied to.
  • a phased array system that separates and transmits a single signal into a plurality of signals having different directions or receives a plurality of signals with different directions and combines them into one signal Can be applied.
  • a power divider and a power combiner that separates one signal or combines multiple signals into one may be used.
  • the power divider is a circuit that divides input power in a predetermined ratio and distributes it to an output port in a radio frequency (RF) circuit such as a mobile communication terminal, and distributes power according to a desired ratio without loss of power, and between output ports. Isolation can reduce the influence between the two ports, preventing changes in circuit characteristics. In addition, it can be used as a power combiner when converting the input/output port of the power divider.
  • RF radio frequency
  • the power divider or combiner may be implemented with devices such as an inductor or a capacitor so as to distribute power without loss of power and reduce influence between ports.
  • devices such as an inductor or a capacitor so as to distribute power without loss of power and reduce influence between ports.
  • the size of the inductor is large, when implementing an array system that transmits/receives signals in multiple directions in a phased array system, since it occupies a large space, there is a problem that a power divider and a power combiner cannot be implemented compactly. .
  • one object of the present invention is to provide a structure of a power divider and a coupler in four directions that can be implemented in a smaller size.
  • the power divider including one input port and four output ports according to an embodiment of the present invention for achieving the above object, one end is connected to the input port, the other end is connected to the ground, the input inductor, It includes an inductor group including four output terminal inductors and four connections connecting the input port and the inductor group, and the four secondary inductors have four nodes between the four connections and the inductor group. It is connected to each of the four connections so as to be formed, and the output ports may be disposed in each of the four connections between the input port and the inductor group.
  • a wireless communication unit including a phase array antenna and a power divider including one input port and four output ports, and a control unit controlling the wireless communication unit Including, the power divider, one end is connected to the input port, the other end is connected to ground, an inductor group including four output terminal inductors and four connecting parts connecting between the input port and the inductor group Including, the four secondary inductors are connected to each of the four connecting portions such that four nodes are formed between the four connecting portions and the inductor group, and the output ports are between the input port and the inductor group.
  • the four connecting portions In may be disposed in each of the four connecting portions.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a phased array system to which a power divider according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a view showing the structure of a power divider that can be used in a phased array system.
  • FIG. 3 is a view showing an example of implementing a 4-way power divider by continuously arranging the 2-way power dividers.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of implementing a 4-way power divider such that an output port is arranged in 4 directions from an input port.
  • FIG. 5 is a view showing a connection relationship between components included in a four-way power distributor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing the structure of the power distributor shown in FIG. 5.
  • FIG. 7 is a circuit diagram illustrating an implementation example of a power divider according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a circuit diagram illustrating an implementation example of a power divider according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing the structure of a power divider according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a view showing the results of comparing the performance of a power divider and an existing power divider according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of an electronic device including a power divider or a combiner according to an embodiment of the present invention.
  • each block of the process flow chart diagrams and combinations of the flow chart diagrams can be performed by computer program instructions.
  • These computer program instructions may be mounted on a processor of a general purpose computer, special purpose computer, or other programmable data processing equipment, so that instructions performed through a processor of a computer or other programmable data processing equipment are described in flowchart block(s). It creates a means to perform functions.
  • Computer program instructions can also be mounted on a computer or other programmable data processing equipment, so a series of operational steps are performed on a computer or other programmable data processing equipment to create a process that is executed by the computer to generate a computer or other programmable data. It is also possible for instructions to perform processing equipment to provide steps for executing the functions described in the flowchart block(s).
  • each block may represent a module, segment, or portion of code that includes one or more executable instructions for executing the specified logical function(s). It should also be noted that in some alternative implementations, it is also possible that the functions mentioned in the blocks occur out of sequence. For example, two blocks shown in succession may in fact be executed substantially simultaneously, or it is also possible that the blocks are sometimes executed in reverse order according to a corresponding function.
  • the term' ⁇ unit' used in this embodiment means a hardware component such as software or an FPGA or an ASIC, and' ⁇ unit' performs certain roles. However,' ⁇ wealth' is not limited to software or hardware.
  • The' ⁇ unit' may be configured to be in an addressable storage medium or may be configured to reproduce one or more processors.
  • ' ⁇ unit' refers to components such as software components, object-oriented software components, class components and task components, processes, functions, attributes, and procedures. , Subroutines, segments of program code, drivers, firmware, microcode, circuitry, data, database, data structures, tables, arrays, and variables.
  • the functions provided within components and' ⁇ units' may be combined into a smaller number of components and' ⁇ units', or further separated into additional components and' ⁇ units'.
  • the components and' ⁇ unit' may be implemented to play one or more CPUs in the device or secure multimedia card.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a phased array system to which a power divider according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the phased array system divides one signal into a plurality of signals, and transmits antenna arrays each having a different phase or directionality, or combines and processes a plurality of signals having different directionality into a single signal.
  • a system including an antenna array For example, in 5G, which is a next-generation mobile communication system, the present phased array system can be used to perform operations such as beamforming.
  • the phased array system includes an RF source 10 for generating and outputting an RF signal, and a power divider 100 for distributing and outputting power to convert signals received from the RF source into different phases. ), a phase converter 11 for converting the phase of each signal using each output from the power divider 100, an amplifier 12 for amplifying the output from the phase converter 11, and an antenna for outputting each of the amplified signals Element 13 may be included.
  • the power divider 100 distributes the input power to a signal output from the RF source 10 according to a predetermined ratio, and outputs the same. Signals should be operated so as not to affect each other.
  • a power divider that can be implemented in a small and integrated area, including various configurations that operate so that signals do not affect each other. .
  • FIG. 2 is a view showing the structure of a power divider that can be used in a phased array system.
  • the total when the 2-way power divider is used Need two power dividers. For example, in a phased array system where 16 antenna arrays are used, 15 power dividers are required. At this time, as the number of power distributors increases, the space occupied by the power distributors becomes very wide.
  • the two-way power distributors may be serially arranged and implemented as shown in FIG. 2A.
  • the two-way power distributor may use a Wilkinson power distributor as shown in FIG. 2(b).
  • Wilkinson (Wilkinson) power divider is a 2-way power divider having one input port (P1) and two output ports (P2, P3), the input port (P1) and each The output ports P2 and P3 are connected to the transmission lines TLM1 and TLM2, and a resistor R is disposed between the two transmission lines.
  • the length of each transmission line (TLM1, TLM2) is determined as ⁇ /4 when the operating frequency of the circuit is ⁇ , and the resistance (R) is implemented as 50 ohm as impedance matching to reduce the loss generated when transmitting the signal. Can be.
  • the isolation between the two transmission lines is excellent, but there is a problem in that the circuit size becomes very large for low-frequency signals by using a ⁇ /4-length transmission line.
  • FIG. 3 is a view showing an example of implementing a 4-way power divider by continuously arranging a 2-way power divider
  • FIG. 4 shows a 4-way power divider so that an output port is arranged in 4 directions from an input port. It is a diagram showing an example.
  • CLC capacitor-inductor-capacitor
  • LCL inductor-capacitor-inductor
  • a 2-way power divider 301 is included in an input port, and two 2-way power dividers may be continuously connected to each output terminal of the 2-way power divider 301. That is, the two-way power distributor 301 is connected to the input port P1, and the two-way power distributor 302 is connected to one output terminal of the connected two-way power distributor 301, and the other direction is connected to the other output terminal.
  • the power dividers 303 can be connected continuously.
  • each of the two-way power dividers 301, 302, and 303 has a CLC structure including capacitors, inductors, and capacitor elements.
  • resistors R1, R2, and R3 are connected to separate the lines in the two directions.
  • the size of the inductors included in each line becomes very large.
  • the four-way power divider is implemented by three two-way power dividers, a total of six inductors are included, and the size thereof may be very large.
  • the four-way power divider is implemented so that the four output ports P2, P3, P4, and P5 are directly connected to one input port P1 without using the two-way power dividers.
  • the power divider of FIG. 4 is also implemented as a CLC structure including a capacitor, an inductor, and a capacitor in each line connecting the input terminal and the output terminal as in FIG. 3.
  • the power divider When implemented as in FIG. 4, since the number of inductors included in the power divider is reduced than in FIG. 3, it may be implemented in a smaller size than the power divider implemented in FIG. 3, but considering isolation between lines. However, since the inductors are arranged in parallel, the power divider has a problem that it is difficult to implement a size smaller than a predetermined size.
  • each output port is converted to an input port in a power splitter, and it can be used as a power combiner when converting an input port to an output port, it is preferable that the structure proposed in the present invention is also applied to a power combiner.
  • FIG. 5 is a diagram showing a connection relationship between components included in a four-way power divider according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing the structure of the power divider shown in FIG. 5.
  • a four-way power divider 500 configured to include one input port P1 and four output ports P4 includes one input terminal. It may be composed of an inductor L1 and an inductor group 510 including four inductors L2-a, L2-b, L2-c, and L2-d arranged in a specific structure at the output terminal.
  • the four inductors L2-a, L2-b, L2-c, and L2-d included in the inductor group 510 are configured such that one closed circuit is formed as shown in FIG. 5(b). It can be connected cyclically. That is, the four inductors (L2-a, L2-b, L2-c, L2-d) are arranged such that both ends of one inductor are connected to one end of each of the other inductors to form a total of four nodes. It can have a structure.
  • the power divider 500 includes an inductor L1 of an input terminal connected to an input port P1 at one end and a ground at the other end.
  • An inductor group 510 including four inductors L2-a, L2-b, L2-c, and L2-d arranged in one structure, and connecting between the input port P1 and the inductor group 510 It may include four connections (521, 522, 523, 524).
  • the four inductors L2-a, L2-b, L2-c, and L2-d having the above-described structure are formed between the inductor group 510 and the four connecting parts 521, 522, 523, 524.
  • Nodes 511, 512, 513, and 514 may be connected to each of the four connecting portions 521, 522, 523, and 524.
  • the four output ports P2, P3, P4, and P5 may be disposed in each of the four connections 521, 522, 523, and 524 between the input port P1 and the inductor group 510.
  • the power splitter 600 includes a first connection part in which the first output port P2 is disposed between the input port P1 and the inductor group 610. (621), the second connection between the input port (P1) and the inductor group 610, the second output port (P3) 622 is arranged, the input port (P1) and the third output between the inductor group (610) It may include a third connector 623 where the port P4 is disposed and a fourth connector 624 where the fourth output port P5 is disposed between the input port P1 and the inductor group 610.
  • the four inductors (L2-a, L2-b, L2-c, L2-d) included in the inductor group 610 according to an embodiment of the present invention, the inductor group 610 and the first to Between the fourth connections 621, 622, 623, and 624, four nodes 611, 6112, 613, and 614 can be connected to each connection to form.
  • the four inductors L2-a, L2-b, L2-c, and L2-d are the first inductor L2-a, the second inductor L2-b, the third inductor L2-c, and the Speaking of 4 inductors L2-d, as illustrated in FIG. 6,
  • the first inductor L2-a includes a first node 611 and a second between the first connector 621 and the inductor group 610. Each end of the second node 612 between the connector 622 and the inductor group 610 may be connected to be connected.
  • the second inductor L2-b may be connected to both ends of the second node 612 and the third connection unit 623 and the third node 613 between the inductor group 610 so as to be connected to both ends.
  • the third inductor L2-c may be connected so that both ends are connected to each of the third node 613 and the fourth node 614 between the fourth connector 624 and the inductor group 610.
  • the fourth inductor L2-d may be connected to both ends of the fourth node 614 and the first node 611.
  • capacitors and resistors for power distribution may be respectively disposed in each of the four connecting portions 621, 622, 623, and 624 of the power divider according to an embodiment of the present invention. More specifically, a first capacitor C1 may be disposed in the first connection unit 621, and the first resistor R1 may include a first capacitor C1 and a first node 611 in the first connection unit 621. ). A second capacitor C2 may be disposed on the second connection portion 622, and the second resistor R2 may be disposed between the second capacitor C2 and the second node 612 in the second connection portion 622. Can be. Similarly, the third resistor R3 may be disposed between the third capacitor C3 and the third node 613 at the third connector 623, and the fourth resistor R4 may be the fourth connector 624 ) Between the fourth capacitor C4 and the fourth node 614.
  • the power splitter according to an embodiment of the present invention may have a more compact structure.
  • each of the inductors disposed at the input terminal and the four inductors disposed at the output terminal may be implemented according to different quality factors (Q).
  • Q quality factors
  • the Q values of the four inductors arranged on the output terminal side may be implemented to be smaller than the Q values of the inductors arranged on the input terminal side.
  • the inductors on the output end side may be implemented to have a Q value of about 10, which is smaller than that.
  • the four inductors on the output side of the power divider according to an embodiment of the present invention have similar performance to that of the existing power divider by being arranged according to the above-described specific structure.
  • the power divider according to an embodiment of the present invention described above has a structure in which four inductors on the output side are interconnected and arranged so that four nodes are formed. There is an effect that the efficiency of utilization can be increased.
  • FIG. 7 and 8 are circuit diagrams showing an example of implementation of a power divider according to an embodiment of the present invention.
  • inductor groups 710 and 810 may be disposed in a power divider as illustrated in the drawing.
  • the circuit diagrams shown in FIGS. 7 and 8 have the same structure as that of the power divider described with reference to FIG. 6, and thus redundant description will be omitted.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing the structure of a power divider according to an embodiment of the present invention.
  • circuit diagram shown in FIG. 9 has a structure similar to that of the power dividers shown in FIGS. 6 to 8, descriptions of overlapping structures will be omitted.
  • a power divider includes an inductor group 910 including four inductors L2-a, L2-b, L2-c, and L2-d at the output terminal. can do.
  • the four inductors L2-a, L2-b, L2-c, and L2-d included in the inductor group 910 are, for example, the first inductor L2-a and the second inductor L2-b ), the third inductor (L2-c) and the fourth inductor (L2-d), four inductors (L2-a, L2-b, L2-c, L2-d) as in the above-mentioned drawings
  • Each of the connecting portions can be connected to form these four nodes.
  • the first inductor L2-a is connected to connect the first node 911 and the third node 913
  • the second inductor L2-b is the second node ( 912 is connected to connect the fourth node 914
  • the third inductor (L2-c) is connected to connect the third node 913 and the second node 912
  • the fourth inductor (L2-d) ) May be connected to connect the fourth node 914 and the first node 911.
  • the power divider can be implemented with a reduced size.
  • FIG. 10 is a view showing the results of comparing the performance of a power divider and an existing power divider according to an embodiment of the present invention.
  • results of various performances of the power divider are shown based on the frequency domain used.
  • the frequency domain used is illustrated as 24 GHz
  • the solid line represents the result of the power divider according to an embodiment of the present invention
  • the dotted line represents the result of the conventional power divider (for example, the power divider shown in FIG. 4). Values are shown.
  • 10(a) shows a result of measuring loss through an output signal for an input signal. 10(a), it can be seen that the loss value of the present invention and the conventional power divider is the same in the frequency domain used.
  • FIG. 10B is a result value indicating how well isolation between each line connecting the input port and the output port is achieved. Referring to (b) of FIG. 10, it can be seen that although there are some differences in a region near the frequency of use, the result is the same in the frequency region of use.
  • FIG. 10(c) is a diagram showing a loss value according to the return of the input signal. 10(c), it can be seen that in the frequency domain of use, the loss of the power divider according to the present invention is less.
  • FIG. 10(d) is a diagram illustrating a loss value according to the return of an input signal when implemented as a power combiner by switching input/output ports of a power divider.
  • the performance of the power combiner according to the present invention in the frequency domain of use is slightly lower than that of the existing one, but it is a value smaller than -10 dB, which is a criterion for deteriorating performance, so that a great difference in performance with the existing power combiner It can be confirmed that does not show.
  • a power divider or a power combiner can be more compactly implemented and performance can be secured by implementing a circuit through a specific arrangement structure between inductors. It has an effect.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of an electronic device including a power divider or a combiner according to an embodiment of the present invention.
  • an electronic device may include a transmitting/receiving unit 1110, a control unit 1120, and a storage unit 1130.
  • a portable terminal capable of performing wireless communication, a vehicle, a base station, and the like may correspond to this.
  • the transmitting and receiving unit 1110 includes a phase array antenna according to an embodiment of the present invention, and a power divider that distributes power to enable transmission and reception of signals using the phase array antennas. It can contain.
  • the power distributor may have a structure according to the above-described examples.
  • the controller 1120 may control the transceiver 1110 to transmit and receive signals to and from an external device through wireless communication.
  • the controller 1120 may process signals transmitted and received through the transceiver 1110 and control respective components included in the electronic device to perform a corresponding operation.
  • the storage unit 1130 may store information transmitted or received through the transmission/reception unit 1110 or information generated by the control unit 1120.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Transmitters (AREA)

Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 발명은 위상 어레이 시스템을 위한 4-way 전력 분배기 및 결합기를 소형으로구현하는 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따라 1개의 입력 포트 및 4개의 출력 포트들을 포함하는 전력 분배기는, 일단은 입력 포트에 연결되고, 타단은 접지에 연결되는 입력단 인덕터, 4개의 출력단 인덕터를 포함하는 인덕터 그룹 및 상기 입력 포트와 상기 인덕터 그룹 사이를 연결하는 4개의 연결부를 포함하고, 상기 4개의 2차 인덕터는, 상기 4개의 연결부와 상기 인덕터 그룹 사이에 4개의 노드가 형성되도록 상기 4개의 연결부 각각에 접속하고, 상기 출력 포트들은, 상기 입력 포트와 상기 인덕터 그룹 사이에서 상기 4개의 연결부 각각에 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

위상 어레이 시스템을 위한 4방향 전력 분배기 및 결합기
본 발명은 위상 어레이 시스템을 위한 4-way 전력 분배기 및 결합기를 소형으로구현하는 기술에 관한 것이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet, of Things, 사물인터넷)망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다.
또한, IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
상기와 같은 다양한 이동통신 서비스의 제공을 위하여, 하나의 신호를 서로 다른 방향성을 갖는 복수의 신호로 분리하여 전송하거나 서로 다른 방향성을 갖는 복수의 신호를 수신하여 하나의 신호로 합치는 위상 어레이 시스템이 적용될 수 있다. 이와 같은 위상 어레이 시스템에서는, 하나의 신호를 분리하거나, 복수의 신호를 하나로 합치는 전력 분배기 및 전력 결합기가 이용될 수 있다.
전력 분배기는, 이동통신 단말기 등의 RF(Radio Frequency) 회로에서, 입력된 전력을 소정의 비율로 나누어 출력 포트로 분배하는 회로로, 전력 손실 없이 원하는 비율에 따라 전력을 분배하고, 출력 포트 사이를 격리시켜 양 포트 상호 간의 영향성을 줄임으로써 회로 특성 변화를 방지할 수 있다. 또한, 전력 분배기의 입출력 포트를 변환할 경우 전력 결합기로 사용 가능하다.
이와 같이, 전력 분배기 또는 결합기는, 전력 손실 없이 전력을 분배하고, 각 포트 간의 영향을 줄일 수 있도록 인덕터나 커패시터와 같은 소자로 구현될 수 있다. 다만, 인덕터의 경우 그 크기가 커서, 위상 배열 시스템에서 다 방향으로 신호를 송수신하는 어레이 시스템을 구현하는 경우 넓은 공간을 차지하게 되기 때문에, 전력 분배기 및 전력 결합기가 compact하게 구현될 수 없는 문제가 있었다.
이에 본 발명의 일 목적은, 보다 소형으로 구현 가능한 4 방향의 전력 분배기 및 결합기의 구조를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 1개의 입력 포트 및 4개의 출력 포트들을 포함하는 전력 분배기에 있어서, 일단은 입력 포트에 연결되고, 타단은 접지에 연결되는 입력단 인덕터, 4개의 출력단 인덕터를 포함하는 인덕터 그룹 및 상기 입력 포트와 상기 인덕터 그룹 사이를 연결하는 4개의 연결부를 포함하고, 상기 4개의 2차 인덕터는, 상기 4개의 연결부와 상기 인덕터 그룹 사이에 4개의 노드가 형성되도록 상기 4개의 연결부 각각에 접속하고, 상기 출력 포트들은, 상기 입력 포트와 상기 인덕터 그룹 사이에서 상기 4개의 연결부 각각에 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 전자 장치에 있어서, 위상 어레이 안테나 및 1개의 입력 포트와 4개의 출력 포트들을 포함하는 전력 분배기를 포함하는 무선통신부 및 상기 무선통신부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 전력 분배기는, 일단은 입력 포트에 연결되고, 타단은 접지에 연결되는 입력단 인덕터, 4개의 출력단 인덕터를 포함하는 인덕터 그룹 및 상기 입력 포트와 상기 인덕터 그룹 사이를 연결하는 4개의 연결부를 포함하고, 상기 4개의 2차 인덕터는, 상기 4개의 연결부와 상기 인덕터 그룹 사이에 4개의 노드가 형성되도록 상기 4개의 연결부 각각에 접속하고, 상기 출력 포트들은, 상기 입력 포트와 상기 인덕터 그룹 사이에서 상기 4개의 연결부 각각에 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 인덕터들에 의하여 차지하는 공간을 줄일 수 있는 회로 구조를 제공함으로써, 기존과 유사한 성능을 가지면서도, 보다 작은 크기로 전력 분배기 및 결합기를 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기가 적용되는 위상 어레이 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 위상 어레이 시스템에서 사용될 수 있는 전력 분배기의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 2 방향의 전력 분배기를 연속적으로 배치하여 4 방향의 전력 분배기를 구현한 예시를 도시한 도면이다.
도 4는 입력 포트에서 4 방향으로 출력 포트가 배치되도록 4방향의 전력 분배기를 구현한 예시를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 4방향 전력 분배기에 포함된 구성들의 연결관계를 도시한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 전력 분배기의 구조를 도시한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기의 구현 예시를 도시한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기의 구현 예시를 도시한 회로도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기의 구조를 도시한 회로도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기와 기존 전력 분배기의 성능을비교한 결과들을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기 또는 결합기를 포함하는 전자 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명함에 있어서, 본 발명의 주요한 요지는 유사한 기술적 배경 및 채널형태를 가지는 여타의 통신 시스템에도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 약간의 변형으로 적용 가능하며, 이는 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다.
컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다.
따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기가 적용되는 위상 어레이 시스템을 도시한 도면이다.
위상 어레이 시스템이란, 1개의 신호를 복수 개의 신호로 분할하여, 각각이 다른 위상(phase)나 방향성을 갖도록 전송하는 안테나 어레이, 또는 서로 다른 방향성을 갖는 복수의 신호를 하나의 신호로 결합하여 처리하는 안테나 어레이를 포함하는 시스템을 말한다. 예를 들어, 차세대 이동 통신 시스템인 5G에서, 빔포밍(beamforming)과 같은 동작을 수행함에 있어 본 위상 어레이 시스템을 이용할 수 있다.
도 1을 참조하면, 전력 분배기를 포함하는 위상 어레이 시스템의 일 예를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 위상 어레이 시스템은, RF 신호를 생성 및 출력하는 RF 소스(10), RF 소스로부터 수신된 신호를 서로 다른 위상으로 변환하기 위하여 전력을 분배하여 출력하는 전력 분배기(100), 전력 분배기(100)로부터 각 출력을 이용하여 각 신호의 위상을 변환하는 위상 변환기(11), 위상 변환기(11)로부터의 출력을 증폭하는 증폭기(12) 및 증폭된 신호 각각을 출력하는 안테나 엘리먼트(13)가 포함될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 복수의 RF 경로가 형성되는 위상 어레이 시스템에서 전력 분배기(100)는, RF 소스(10)로부터 출력되는 신호에, 입력된 전력을 소정의 비율에 따라 분배하여 출력하되, 신호 서로 간의 영향을 주지 않도록 동작 하여야 한다. 특히, 밀리미터 파장(millimeter wave) 범위에서 통신하는 위상 어레이 시스템에서는, 신호 서로 간의 영향을 주지 않도록 동작하는 다양한 구성들을 포함하면서도, 소형의 집적화된 영역에서 구현될 수 있는 전력 분배기의 필요성이 대두되고 있다.
도 2는 위상 어레이 시스템에서 사용될 수 있는 전력 분배기의 구조를 도시한 도면이다.
위상 어레이 시스템에서 n개의 안테나 어레이를 사용하는 경우, 2 방향의 전력 분배기가 사용될 때 총
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개의 전력 분배기가 필요하다. 예를 들어, 16개의 안테나 어레이가 이용되는 위상 어레이 시스템에서는 15개의 전력 분배기가 필요하다. 이때, 전력 분배기의 개수가 늘어남에 따라 전력 분배기가 차지하는 공간은 매우 넓어지게 된다.
예를 들어, n개의 안테나 어레이를 위하여 2 방향의 전력 분배기들을 사용할 때, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 2 방향의 전력 분배기를 연쇄적으로 배치하여 구현할 수 있다. 일 예로, 2방향의 전력 분배기는, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 윌킨슨 전력 분배기를 이용할 수 있다.
도 2의 (b)에 따르면, 윌킨슨(Wilkinson) 전력 분배기는, 1개의 입력 포트(P1)와 2개의 출력 포트(P2, P3)를 갖는 2-way 전력 분배기로, 입력포트(P1)와 각 출력포트들(P2, P3) 사이가 전송 라인(TLM1, TLM2)으로 연결되어 있고, 두 전송라인 간에는 저항(R)을 배치하였다. 각 전송 라인(TLM1, TLM2)의 길이는, 회로의 동작 주파수가 λ인 경우, λ/4로 결정되며, 저항(R)은 신호의 전송 시 발생되는 손실을 줄이기 위한 임피던스 매칭으로써 50옴으로 구현될 수 있다.
윌킨슨 전력 분배기의 경우, 두 전송 라인간의 격리(isolation)는 우수하나, λ/4 길이의 전송 라인을 사용함에 따라 저주파 신호에 대해서는 회로의 크기가 매우 커지는 문제가 있었다.
도 3은 2 방향의 전력 분배기를 연속적으로 배치하여 4 방향의 전력 분배기를 구현한 예시를 도시한 도면이고, 도 4는 입력 포트에서 4 방향으로 출력 포트가 배치되도록 4방향의 전력 분배기를 구현한 예시를 도시한 도면이다.
상기 윌킨슨 전력 분배기보다 더 compact한 구조를 구현하기 위하여, 커패시터-인덕터-커패시터(CLC) 또는 인덕터-커패시터-인덕터(LCL)의 소자 배치를 통하여 전력 분배기를 구현하는 기술이 도입되었다. CLC 또는 LCL의 소자 배치를 통하여 4방향 전력 분배기를 구현하는 방법은 다음과 같다.
도 3을 참조하면, 입력 포트에 2방향의 전력 분배기(301)가 포함되고, 2방향 전력 분배기(301)의 각 출력단에, 2방향의 전력 분배기 2개가 연속적으로 연결될 수 있다. 즉, 입력 포트(P1)에 2 방향의 전력 분배기(301)가 연결되고, 연결된 2방향 전력 분배기(301)의 하나의 출력단에 2 방향의 전력 분배기(302)가, 또 다른 출력단에 2방향의 전력 분배기(303)가 연속적으로 연결될 수 있다. 또한, 2방향의 전력 분배기들(301, 302, 303) 각각은, 모두 커패시터, 인덕터 및 커패시터의 소자들을 포함하는 CLC 구조로 이루어져있다. 그리고 2방향의 전력 분배기들(301, 302, 303) 각각은, 2 방향의 라인들을 서로 분리할 수 있도록 저항들(R1, R2, R3)이 연결되어 있다.
이와 같이 4방향의 전력 분배기를 형성하는 경우, 각 라인에 포함된 인덕터들의 사이즈로 인하여 그 크기가 매우 커지게 된다. 특히, 도 3에 도시된 바와 같이 4방향의 전력 분배기가 2방향의 전력 분배기 3개에 의하여 구현되는 경우, 총 6개의 인덕터를 포함하게 되어, 그 크기가 매우 커질 수 있다.
도 4를 참조하면, 4방향의 전력 분배기는, 2방향의 전력 분배기들을 이용하지 않고 하나의 입력 포트(P1)에 4개의 출력 포트(P2, P3, P4, P5)들이 바로 연결되도록 구현되었다. 도 4의 전력 분배기도 도 3에서와 마찬가지로, 입력단과 출력단을 연결하는 각 라인에 커패시터, 인덕터 및 커패시터가 포함되는 CLC 구조로 구현되었다.
도 4에서와 같이 구현할 경우, 전력 분배기에 포함되는 인덕터의 개수가 도 3에서보다 줄어들기 때문에, 도 3에서 구현된 전력 분배기보다는 더 작은 사이즈로 구현될 수는 있으나, 각 라인들 간의 isolation을 고려하면서 인덕터들이 평행하게 배치되기 때문에 전력 분배기는 소정의 크기보다 작은 사이즈로 구현되기는 어렵다는 문제가 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에서는, 인덕터들 간의 특정 배치 구조를 제안함으로써, 보다 작은 사이즈로 구현될 수 있는 전력 분배기 및 전력 결합기를 제안하고자 한다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 전력 분배기에 초점을 두고 그 구조를 설명하기로 한다. 다만, 전력 분배기에서 각 출력 포트를 입력 포트로 전환하고, 입력 포트를 출력 포트로 전환하는 경우 전력 결합기로 사용하는 것이 가능한 바, 본 발명에서 제안하는 구조는 전력 결합기에도 적용된다고 봄이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 4방향 전력 분배기에 포함된 구성들의 연결관계를 도시한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시된 전력 분배기의 구조를 도시한 회로도이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따라 1개의 입력 포트(P1)와 4개의 출력 포트(P4)를 포함하도록 구성된 4방향 전력 분배기(500)는, 입력단에 1개의 인덕터(L1)와, 출력단에 특정 구조로 배치된 4개의 인덕터들(L2-a, L2-b, L2-c, L2-d)을 포함하는 인덕터 그룹(510)으로 구성될 수 있다.
여기에서, 인덕터 그룹(510)에 포함된 4개의 인덕터들(L2-a, L2-b, L2-c, L2-d)은 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 하나의 폐회로가 구성되도록 cyclic 하게 연결될 수 있다. 즉, 4개의 인덕터들(L2-a, L2-b, L2-c, L2-d)은, 하나의 인덕터의 양단이 다른 인덕터들 각각의 일단과 연결되어, 총 4개의 마디가 형성되도록 배치되는 구조를 가질 수 있다.
다시 도 5의 (a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기(500)는, 일단은 입력포트(P1)에, 다른 일단은 접지에 연결된 입력단의 인덕터(L1)와, 상술한 구조로 배치된 4개의 인덕터들(L2-a, L2-b, L2-c, L2-d)을 포함하는 인덕터 그룹(510) 및 입력 포트(P1)와 인덕터 그룹(510) 사이를 연결하는 4개의 연결부(521, 522, 523, 524)를 포함할 수 있다.
상술한 구조를 갖는 4개의 인덕터들(L2-a, L2-b, L2-c, L2-d)은, 인덕터 그룹(510)과 4개의 연결부(521, 522, 523, 524) 사이에 4개의 노드(511, 512, 513, 514)가 형성되도록 4개의 연결부(521, 522, 523, 524) 각각에 접속할 수 있다. 또한, 4개의 출력 포트(P2, P3, P4, P5)는, 입력 포트(P1)와 인덕터 그룹(510) 사이에서 4개의 연결부(521, 522, 523, 524) 각각에 배치될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기(600)는 입력 포트(P1)와 인덕터 그룹(610) 사이에서 제1 출력 포트(P2)가 배치된 제1 연결부(621), 입력 포트(P1)와 인덕터 그룹(610) 사이에서 제2 출력 포트(P3)가 배치된 제2 연결부(622), 입력 포트(P1)와 인덕터 그룹(610) 사이에서 제3 출력 포트(P4)가 배치된 제3 연결부(623) 및 입력 포트(P1)와 인덕터 그룹(610) 사이에서 제4 출력 포트(P5)가 배치된 제4 연결부(624)를 포함할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 인덕터 그룹(610)에 포함된 4개의 인덕터들(L2-a, L2-b, L2-c, L2-d)은, 인덕터 그룹(610)과 제1 내지 제4 연결부(621, 622, 623, 624) 사이에, 4개의 노드(611, 6112, 613, 614)가 형성되도록 각 연결부에 접속할 수 있다.
4개의 인덕터들(L2-a, L2-b, L2-c, L2-d)을 제1 인덕터(L2-a), 제2 인덕터(L2-b), 제3 인덕터(L2-c) 및 제4 인덕터(L2-d)라 하면, 도 6에 도시된 바와 같이 제1 인덕터(L2-a)는, 제1 연결부(621)와 인덕터 그룹(610) 사이의 제1 노드(611) 및 제2 연결부(622)와 인덕터 그룹(610) 사이의 제2 노드(612) 각각에 양단이 연결되도록 접속될 수 있다. 또한, 제2 인덕터(L2-b)는, 상기 제2 노드(612) 및 제3 연결부(623)와 인덕터 그룹(610) 사이의 제3 노드(613) 각각에 양단이 연결되도록 접속할 수 있다. 또한, 제3 인덕터(L2-c)는, 상기 제3 노드(613) 및 제4 연결부(624)와 인덕터 그룹(610) 사이의 제4 노드(614) 각각에 양단이 연결되도록 접속할 수 있다. 또한, 제4 인덕터((L2-d)는, 제4 노드(614) 및 제1 노드(611) 각각에 양단이 접속하도록 연결될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기의 4개의 연결부(621, 622, 623, 624) 각각에는, 전력 분배를 위한 커패시터 및 저항이 각각 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 연결부(621)에는 제1 커패시터(C1)가 배치될 수 있으며, 제1 저항(R1)은, 제1 연결부(621)에서 제1 커패시터(C1)와 제1 노드(611) 사이에 배치될 수 있다. 제2 연결부(622)에는 제2 커패시터(C2)가 배치될 수 있으며, 제2 저항(R2)은, 제2 연결부(622)에서 제2 커패시터(C2)와 제2 노드(612) 사이에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 제3 저항(R3)은, 제3 연결부(623)에서 제3 커패시터(C3)와 제3 노드(613) 사이에 배치될 수 있고, 제4 저항(R4)은, 제4 연결부(624)에서 제4 커패시터(C4)와 제4 노드(614) 사이에 배치될 수 있다.
이와 같이, 출력단에 배치된 4개의 인덕터를 상술한 배치 방법에 따라 구현할 경우, 인덕터들이 각 연결부에 독립적으로 배치되는 경우보다 차지하는 공간이 크게 줄어들게 된다. 즉, 이와 같은 배치방법으로 인하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기는 보다 compact한 구조를 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기에는, 입력단에 배치되는 인덕터와 출력단 측에 배치되는 4개의 인덕터 각각이 서로 다른 품질 인자(Quality factor, Q)에 따라 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기에서, 출력단 측에 배치되는 4개의 인덕터들의 Q값은 입력단 측에 배치되는 인덕터의 Q 값보다 작은 값으로 구현될 수 있다. 보다 구체적인 예로, 20~30 GHz 파장 대역에서 입력단 인덕터의 경우 약 15의 Q값에 따라 구현된다면, 출력단 측의 인덕터들은, 그것보다 작은 값인 10 정도의 Q값을 갖도록 구현될 수 있다.
이와 같이 낮은 Q 값을 갖는 인덕터들을 사용하더라도, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기에서의 출력단 측의 4개의 인덕터들은, 상술한 특정 구조에 따라 배치되는 것에 의하여 기존 전력 분배기의 성능과 유사한 성능을 가질 수 있다. 일 실시 예로, 4개의 인덕터들은 모두 동일한 Q값을 갖거나, 서로 상이한 Q 값을 가질 수도 있다. 다만, 본 발명의 목적을 고려할 때, 본 명세서에서 설명하는 실시예는, 4개의 인덕터들이 모두 동일한 Q 값을 갖는 것을 전제로 한다.
상술한 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기는, 출력단 측의 4개의 인덕터를 4개의 마디가 형성되도록 상호 연결하여 배치하는 구조를 가짐으로써, 인덕터 각각이 독립적으로 배치되는 기존의 배치 방법보다 공간 활용의 효율성이 높아질 수 있는 효과가 있다.
또한, 종래 인덕터의 성능을 보장하기 위하여, Q 인자는 높으나 그 크기가 큰 인덕터를 사용함에 따라 전력 분배기의 사이즈가 커지는 문제가 있었으나, 본원발명의 경우 출력단의 4개의 인덕터는 낮은 Q 인자를 갖는 인덕터들로 배치함으로써, 보다 compact한 구조의 구현이 가능하다는 장점이 있다.
도 7 및 도 8은, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기의 구현 예시를 도시한 회로도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 도면에 도시된 바와 같이 인덕터 그룹(710, 810)을 전력 분배기에 배치할 수 있다. 도 7 및 도 8에 도시된 회로도는, 도 6에서 설명한 전력 분배기의 구조와 동일한 구조이므로, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기의 구조를 도시한 회로도이다.
도 9에 도시된 회로도는, 도 6 내지 8에 도시된 전력 분배기와 유사한 구조를 가지므로, 중복되는 구조에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기는, 출력단에 4개의 인덕터들(L2-a, L2-b, L2-c, L2-d)을 포함하는 인덕터 그룹(910)을 포함할 수 있다. 인덕터 그룹(910)에 포함된 4개의 인덕터들(L2-a, L2-b, L2-c, L2-d)을 예를 들어, 제1 인덕터(L2-a), 제2 인덕터(L2-b), 제3 인덕터(L2-c) 및 제4 인덕터(L2-d)라고 하면, 상술한 도면들에서와 마찬가지로 4개의 인덕터들(L2-a, L2-b, L2-c, L2-d)이 4개의 마디를 형성하도록 각 연결부에 접속할 수 있다.
다만, 도 9의 실시 예에서는, 제1 인덕터(L2-a)는 제1 마디(911)와 제3 마디(913)를 연결하도록 접속되고, 제2 인덕터(L2-b)는 제2 마디(912)와 제4 마디(914)를 연결하도록 접속되며, 제3 인덕터(L2-c)는 제3 마디(913)와 제2 마디(912)를 연결하도록 접속되고, 제4 인덕터(L2-d)는 제4 마디(914)와 제1 마디(911)를 연결하도록 접속될 수 있다.
이와 같이 접속하더라도, 인덕터들의 상술한 특정 배치에 따라, 전력 분배기는 보다 줄어든 사이즈로 구현될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기와 기존 전력 분배기의 성능을비교한 결과들을 도시한 도면이다.
도 10에서는, 사용 주파수 영역을 기준으로, 전력 분배기의 다양한 성능에 대한 결과값을 도시하였다. 여기에서 사용 주파수 영역은, 24GHz를 예시하였으며, 실선은 본원발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기의 결과값을, 점선은 기존의 전력 분배기(예를 들어, 도 4에서 도시된 전력 분배기)의 결과값을 도시하였다.
도 10의 (a)는 입력 신호에 대한 출력 신호를 통하여 손실을 측정한 결과값을 도시하였다. 도 10의 (a)에서 도시된 바와 같이, 사용 주파수 영역에서는 본원발명과 종래의 전력 분배기의 손실값이 동일함을 알 수 있다.
도 10의 (b)는 입력 포트와 출력 포트를 연결하는 각 라인 간 isolation이 얼마나 잘 이루어졌는지를 나타내는 결과 값이다. 도 10의 (b)를 참조하면, 사용 주파수 근방의 영역에서 약간의 차이가 있으나, 해당 사용 주파수 영역에서는 그 결과값이 동일함을 알 수 있다.
도 10의 (c)는, 입력된 신호가 return하는 것에 따른 손실 값을 도시한 도면이다. 도 10의 (c)에서와 같이, 사용 주파수 영역에서, 오히려 본원발명에 따른 전력 분배기의 손실이 더 적음을 확인할 수 있다.
도 10의 (d)는, 전력 분배기의 입 출력 포트를 전환하여 전력 결합기로 구현하였을 때 입력된 신호의 return에 따른 손실 값을 도시한 도면이다. 도 10의 (d)에 따르면 사용 주파수 영역에서 본원발명에 따른 전력 결합기의 성능이 기존 보다 약간 떨어지나, 성능 악화 판단의 기준이 되는 -10dB보다 작은 값이라는 점에서 기존 전력 결합기와 성능 면에서 큰 차이를 보이지 않음을 확인할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, Q 인자가 낮은 인덕터들을 사용하더라도 인덕터들 간의 특정 배치 구조를 통해 회로를 구현함으로써 전력 분배기 또는 전력 결합기를 보다 compact하게 구현할 수 있고, 성능을 확보할 수 있는 효과가 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전력 분배기 또는 결합기를 포함하는 전자 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 전자 장치는, 송수신부(1110), 제어부(1120) 및 저장부(1130)를 포함할 수 있다. 전자 장치의 일 예로써, 무선 통신을 수행할 수 있는 휴대용 단말, 차량, 기지국 등이 이에 해당할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 송수신부(1110)는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 위상 어레이 안테나들을 포함하고, 상기 위상 어레이 안테나들을 이용하여 신호의 송수신이 가능하도록 전력을 분배하는 전력 분배기를 포함할 수 있다. 여기에서 전력 분배기는, 상술한 예시들에 따른 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예예 따른 제어부(1120)는, 무선 통신을 통하여 외부 장치와 신호를 송수신하도록 상기 송수신부(1110)를 제어할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제어부(1120)는, 송수신부(1110)를 통하여 송수신된 신호를 처리하고, 대응되는 동작을 수행하도록 전자 장치에 포함된 각 구성들을 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 저장부(1130)는, 송수신부(1110)를 통하여 송수신된 정보나 제어부(1120)에 의하여 생성된 정보를 저장할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
한편, 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (14)

1개의 입력 포트 및 4개의 출력 포트들을 포함하는 전력 분배기에 있어서,
일단은 입력 포트에 연결되고, 타단은 접지에 연결되는 입력단 인덕터;
4개의 출력단 인덕터를 포함하는 인덕터 그룹; 및
상기 입력 포트와 상기 인덕터 그룹 사이를 연결하는 4개의 연결부를 포함하고,
상기 4개의 2차 인덕터는, 상기 4개의 연결부와 상기 인덕터 그룹 사이에 4개의 노드가 형성되도록 상기 4개의 연결부 각각에 접속하고,
상기 출력 포트들은, 상기 입력 포트와 상기 인덕터 그룹 사이에서 상기 4개의 연결부 각각에 배치되는 것을 특징으로 하는 전력 분배기.
제1항에 있어서,
상기 4개의 연결부는 제1 연결부, 제2 연결부, 제3 연결부 및 제4 연결부를 포함하고,
상기 4개의 노드는, 상기 제1 연결부에 형성되는 제1 노드, 상기 제2 연결부에 형성되는 제2 노드, 상기 제3 연결부에 형성되는 제3 노드 및 상기 제4 연결부에 형성되는 제4 노드를 포함하며,
상기 입력포트와 상기 제1 노드 사이에서 상기 제1 연결부에 배치된 제1 커패시터, 상기 입력 포트와 상기 제2 노드 사이에서 상기 제2 연결부에 배치된 제2 커패시터, 상기 입력 포트와 상기 제3 노드 사이에서 상기 제3 연결부에 배치된 제3 커패시터 및 상기 입력 포트와 상기 제4 노드 사이에서 형성된 제4 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배기.
제2항에 있어서,
상기 4개의 출력단 인덕터는, 제1 인덕터, 제2 인덕터, 제3 인덕터 및 제4 인덕터를 포함하고,
상기 제1 인덕터는, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이를 연결하고,
상기 제2 인덕터는, 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이를 연결하며,
상기 제3 인덕터는, 상기 제3 노드와 상기 제4 노드 사이를 연결하고,
상기 제4 인덕터는, 상기 제4 노드와 상기 제1 노드를 연결하는 것을 특징으로 하는 전력 분배기.
제2항에 있어서,
상기 4개의 출력단 인덕터는, 제1 인덕터, 제2 인덕터, 제3 인덕터 및 제4 인덕터를 포함하고,
상기 제1 인덕터는, 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이를 연결하고,
상기 제2 인덕터는, 상기 제2 노드와 상기 제4 노드 사이를 연결하며,
상기 제3 인덕터는, 상기 제3 노드와 상기 제2 노드 사이를 연결하고,
상기 제4 인덕터는, 상기 제4 노드와 상기 제1 노드를 연결하는 것을 특징으로 하는 전력 분배기.
제2항에 있어서,
상기 제1 커패시터와 상기 제1 노드 사이에 배치된 제1 저항, 상기 제2 커패시터와 상기 제2 노드 사이 배치된 제2 저항, 상기 제3 커패시터와 상기 제3 노드 사이에 배치된 제3 저항 및 상기 제4 커패시터와 상기 제4 노드 사이에 배치된 제4 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 분배기.
제1항에 있어서,
상기 입력단 인덕터의 품질 인자(Quality factor)는 상기 출력단 인덕터들 각각의 Quality factor보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 분배기.
제6항에 있어서,
상기 입력단 인덕터의 Quality factor는 15의 값을 가지고,
상기 출력단 인덕터들의 Quality factor는 10의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 전력 분배기.
무선 통신 시스템에서, 전자 장치에 있어서,
위상 어레이 안테나 및 1개의 입력 포트와 4개의 출력 포트들을 포함하는 전력 분배기를 포함하는 송수신부; 및
상기 송수신부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 전력 분배기는,
일단은 입력 포트에 연결되고, 타단은 접지에 연결되는 입력단 인덕터;
4개의 출력단 인덕터를 포함하는 인덕터 그룹; 및
상기 입력 포트와 상기 인덕터 그룹 사이를 연결하는 4개의 연결부를 포함하고,
상기 4개의 2차 인덕터는, 상기 4개의 연결부와 상기 인덕터 그룹 사이에 4개의 노드가 형성되도록 상기 4개의 연결부 각각에 접속하고,
상기 출력 포트들은, 상기 입력 포트와 상기 인덕터 그룹 사이에서 상기 4개의 연결부 각각에 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제8항에 있어서,
상기 4개의 연결부는 제1 연결부, 제2 연결부, 제3 연결부 및 제4 연결부를 포함하고,
상기 4개의 노드는, 상기 제1 연결부에 형성되는 제1 노드, 상기 제2 연결부에 형성되는 제2 노드, 상기 제3 연결부에 형성되는 제3 노드 및 상기 제4 연결부에 형성되는 제4 노드를 포함하며,
상기 입력포트와 상기 제1 노드 사이에서 상기 제1 연결부에 배치된 제1 커패시터, 상기 입력 포트와 상기 제2 노드 사이에서 상기 제2 연결부에 배치된 제2 커패시터, 상기 입력 포트와 상기 제3 노드 사이에서 상기 제3 연결부에 배치된 제3 커패시터 및 상기 입력 포트와 상기 제4 노드 사이에서 형성된 제4 커패시터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제9항에 있어서,
상기 4개의 출력단 인덕터는, 제1 인덕터, 제2 인덕터, 제3 인덕터 및 제4 인덕터를 포함하고,
상기 제1 인덕터는, 상기 제1 노드와 상기 제2 노드 사이를 연결하고,
상기 제2 인덕터는, 상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이를 연결하며,
상기 제3 인덕터는, 상기 제3 노드와 상기 제4 노드 사이를 연결하고,
상기 제4 인덕터는, 상기 제4 노드와 상기 제1 노드를 연결하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제9항에 있어서,
상기 4개의 출력단 인덕터는, 제1 인덕터, 제2 인덕터, 제3 인덕터 및 제4 인덕터를 포함하고,
상기 제1 인덕터는, 상기 제1 노드와 상기 제3 노드 사이를 연결하고,
상기 제2 인덕터는, 상기 제2 노드와 상기 제4 노드 사이를 연결하며,
상기 제3 인덕터는, 상기 제3 노드와 상기 제2 노드 사이를 연결하고,
상기 제4 인덕터는, 상기 제4 노드와 상기 제1 노드를 연결하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 커패시터와 상기 제1 노드 사이에 배치된 제1 저항, 상기 제2 커패시터와 상기 제2 노드 사이 배치된 제2 저항, 상기 제3 커패시터와 상기 제3 노드 사이에 배치된 제3 저항 및 상기 제4 커패시터와 상기 제4 노드 사이에 배치된 제4 저항을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제8항에 있어서,
상기 입력단 인덕터의 품질 인자(Quality factor)는 상기 출력단 인덕터들 각각의 Quality factor보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
제13항에 있어서,
상기 입력단 인덕터의 Quality factor는 15의 값을 가지고,
상기 출력단 인덕터들의 Quality factor는 10의 값을 갖는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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