KR101390982B1 - 전력분배용 전송선로 구조체 - Google Patents

전력분배용 전송선로 구조체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력분배용 전송선로 구조체에 관한 것으로서, 본 발명의 일면에 따른 전력분배용 전송선로 구조체는 소정의 신호를 입력 받는 입력단과, 일단이 입력단과 연결되며 신호의 전송 경로를 제공하여 타단에서 신호를 출력하는 도전성의 선로로 이루어지는 제1 전송 선로부와, 일단이 입력단과 연결되며 타단에서 신호를 출력하되 전송 경로와는 다른 신호의 전송 경로를 제공하는 제2 전송 선로부와, 일단이 제1 전송 선로부의 타단과 연결되는 제1 저항과, 일단이 제1 저항의 타단과 직렬로 연결되는 커패시터와, 일단이 커패시터의 타단과 연결되며 타단이 제2 전송 선로부의 타단과 연결되는 제2 저항으로 이루어지는 RCR회로부를 포함한다.

Description

전력분배용 전송선로 구조체{TRANSMISSION LINE STRUCTURE FOR DIVIDING POWER}
본 발명은 전력분배용 전송선로 구조체에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 단일 입력 다중 출력을 가지는 전력분배용 전송선로에 있어서 전송선로간의 절연특성을 향상시킨 전력분배용 전송선로 구조체에 관한 것이다.
최근 반도체 공정기술의 발달에 의해 고주파 성능이 향상됨에 따라, 고주파용 소자는 모두 반도체 집적회로인 MMIC (monolithic microwave integrated circuit)상에 집적 가능하게 되었다. 그러나, 결합기 및 분배기등의 RF 수동소자들은 1/4 파장의 길이를 가지는 선로에 의해 구현되므로, 반도체 기판상에 큰 점유면적을 차지하며, 이로인해 MMIC 내부에 집적되지 못하고, MMIC 외부의 프린트 기판 상에 설계 및 제작되고있는 실정이다.
전술한 결합기 및 분배기의 대표적인 예로서 윌킨슨 전력분배기가 있다. 윌킨슨 전력분배기와 관련하여서는 대한민국 등록특허 특1997-0004463,"파우어 디바이더/콤바이너"등에 구체적으로 개시되어 있다.
도 3은 종래 기술에 따른 윌킨슨 전력분배기를 설명하는 도면이다. 도 3에 따른 윌킨슨 전력분배기는 입력단(Port 1)과 제1 출력단(Port 2) 및 제2 출력단(Port 3), 입력단과 제1 출력단 및 입력단과 제2 출력단 사이를 각각 연결하는 전송선로를 포함한다.
윌킨슨 전력분배기에 있어서 제1 출력단과 제2 출력단 사이의 등가 어드미턴스를 구하면 하기의 수학식과 같이 정리될 수 있다.
(수학식 1)
Figure 112012044136140-pat00001
Y23 은 제1 출력단과 제2 출력단 사이의 등가 어드미턴스이며, λ는 파장, ℓ은 전송 선로의 길이, Z는 전송 선로의 임피던스, ZC는 입력에서 바라본 등가 임피던이다.
윌킨슨 전력분배기에서는 상기 수학식에 있어서 실수부만 존재하고 허수부는 존재하지 않도록 전송선로의 길이를 1/4 파장(λ/4)의 길이를 가지도록 설계하는 것이 일반적이였다.
하지만, 종래기술에 따른 윌킨슨 전력분배기는 전송선로의 길이가 1/4 파장(λ/4)의 길이 보다 짧은 경우 허수부가 존재하게 되어 등가 어드미턴스의 값은 커지게 되고 제1 출력단과 제2 출력단 사이의 절연특성이 나빠진다는 한계가 있다.
따라서, 결합기 및 분배기등의 RF 수동소자들을 MMIC 내부에 집적하기 위하여서는 전송 선로의 길이를 축소하여 설계하는 것이 요구되지만, 전송 선로의 길이를 축소하면 전송선로간의 절연특성이 나빠지는 문제로 인하여 선로길이의 축소가 사실상 불가능하다는 문제가 있다.
전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 단일 입력 다중 출력을 가지는 전력분배용 전송선로에 있어서 전송선로간의 절연특성을 향상시킨 전력분배용 전송선로 구조체를 제공하는데 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일면에 따른 전력분배용 전송선로 구조체는 소정의 신호를 입력 받는 입력단과, 일단이 입력단과 연결되며 신호의 전송 경로를 제공하여 타단에서 신호를 출력하는 도전성의 선로로 이루어지는 제1 전송 선로부와, 일단이 입력단과 연결되며 타단에서 신호를 출력하되 전송 경로와는 다른 신호의 전송 경로를 제공하는 제2 전송 선로부와, 일단이 제1 전송 선로부의 타단과 연결되는 제1 저항과, 일단이 제1 저항의 타단과 직렬로 연결되는 커패시터와, 일단이 커패시터의 타단과 연결되며 타단이 제2 전송 선로부의 타단과 연결되는 제2 저항으로 이루어지는 RCR회로부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 단일 입력 다중 출력을 가지는 전력분배용 전송선로에 있어서 전송선로간의 절연특성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 전력분배용 전송선로는 전송선로의 길이가 1/4 파장(λ/4)의 길이보다 짧게 설계될 수 있어 MMIC 내부에 집적될 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력분배용 전송선로 구조체를 나타내는 회로도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력분배용 전송선로 구조체를 나타내는 회로도.
도 3은 종래 기술에 따른 윌킨슨 전력분배기를 나타내는 회로도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전력분배용 전송선로 구조체를 설명한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전력분배용 전송선로 구조체를 나타내는 회로도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력분배용 전송선로 구조체(10)는 입력단(100)과, 제1 전송 선로부(210)와, 제2 전송 선로부(220)와, RCR회로부(300)를 포함한다.
여기서, 입력단(100)은 소정의 신호를 입력 받는다.
제1 전송 선로부(210)는 일단이 입력단(100)과 연결되며 신호의 전송 경로를 제공하여 타단에서 신호를 출력하는 도전성의 선로로 이루어진다.
제2 전송 선로부(220)는 일단이 입력단(100)과 연결되며 타단에서 신호를 출력하되 전송 경로와는 다른 신호의 전송 경로를 제공한다.
RCR회로부(300)는 일단이 제1 전송 선로부(210)의 타단과 연결되는 제1 저항(R31)과, 일단이 제1 저항(R31)의 타단과 직렬로 연결되는 커패시터와, 일단이 커패시터의 타단과 연결되며 타단이 제2 전송 선로부(220)의 타단과 연결되는 제2 저항(R32)으로 이루어진다.
RCR회로부(300)는 커패시터를 기준으로 좌우로 저항이 연결되어 대칭을 이루는 것을 특징으로 한다.
여기서, RCR회로부(300)는, 제1 전송 선로부(210)의 타단과 제2 전송 선로부(220)의 타단 사이의 등가 어드미턴스가 0이 되도록 한다. 이 때, 등가 임피던스는 무한대가 되며, 제1 전송 선로부(210)의 타단과 제2 전송 선로부(220)의 타단 사이는 완전히 절연되게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전력분배용 전송선로 구조체(10)에 있어서, 제1 전송 선로부(210)의 타단과 제1 저항(R31)의 일단이 연결된 노드가 제1 출력 단자(310)가 되며, 제2 전송 선로부(220)의 타단과 제2 저항(R32)의 타단이 연결된 노드가 제2 출력 단자(320)가 된다.
제1 저항(R31)과 제2 저항(R32)의 값이 일치되는 경우, 즉, 완전히 대칭을 이루는 경우에 있어서의 제1 저항(R31)과 제2 저항(R32)의 합성 저항을 2R로 나타내면, RCR회로부(300)의 등가 어드미턴스(Y)는 하기의 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
(수학식 2)
Figure 112012044136140-pat00002
여기서, C는 커패시터(C3)의 커패시턴스, ω는 중심주파수이다.
수학식 1에서의 Y23과 수학식 2에서의 Y를 등가로 가정하여 연립 방정식을 풀면, RCR회로부(300)의 제1 저항(R31) 및 제2 저항(R32) 중 적어도 하나의 저항값은 하기의 수학식 3에 따라 선택될 수 있다.
(수학식 3)
Figure 112012044136140-pat00003
여기서, R은 제1 저항(R31) 또는 제2 저항(R32)의 저항값, λ는 파장, ℓ은 제1 전송 선로부(210)의 길이 또는 제2 전송 선로부(220)의 길이, Z는 제1 전송 선로부(210)의 임피던스 또는 제2 전송 선로부(220)의 임피던스, ZC는 입력단(100)에서 바라본 등가 임피던스이다.
또한, 커패시터(C3)의 커패시턴스는 하기의 수학식 4에 따라 선택될 수 있다.
(수학식 4)
Figure 112012044136140-pat00004
여기서, C는 커패시터(C3)의 커패시턴스, λ는 파장, ℓ은 제1 전송 선로부(210)의 길이 또는 제2 전송 선로부(220)의 길이, ω는 중심주파수, Z는 제1 전송 선로부의 임피던스 또는 제2 전송 선로부(220)의 임피던스, ZC는 입력단(100)에서 바라본 등가 임피던스이다.
한편, 제1 출력 단자(310)와 제2 출력 단자(320)간의 전력분배를 동일하게 유지하기 위해서 좌우 대칭을 이룰수 있도록 제1 저항(R31)과 제2 저항(R32)의 저항값은 서로 일치되도록 선택될 수 있다.
한편, 입력 단자(100)와 제1 전송 선로부(210) 또는 제2 전송 선로부(220)가 연결되는 노드는 접지를 위한 커패시터(CI)와 연결될 수 있다. 또한, 제1 출력 단자(310)와 제1 전송 선로부(210)가 연결되는 노드 또는 제2 출력 단자(320)와 제2 전송 선로부(220)가 연결되는 노드는 각각 접지를 위한 커패시터(CO)와 연결될 수 있다.
이하, 도 2를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력분배용 전송선로 구조체를 설명한다. 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력분배용 전송선로 구조체를 나타내는 회로도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전력분배용 전송선로 구조체(11)는 본 발명의 일 실시예에 따른 전력분배용 전송선로 구조체(10)와 제1 전송 선로부(210) 및 제2 전송 선로부(220)를 제외한 나머지 구성요소가 실질적으로 동일하다.
따라서, 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 전력분배용 전송선로 구조체(10)와 대비하여 차이점이 있는 제1 전송 선로부(210) 및 제2 전송 선로부(220)를 중심으로 설명한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 전력분배용 전송선로 구조체(11)는 입력단(100)과, 제1 전송 선로부(210)와, 제2 전송 선로부(220)와, RCR회로부(300)를 포함한다.
여기서, 제1 전송 선로부(210)와, 제2 전송 선로부(220)는 파이(
Figure 112012044136140-pat00005
)형의 형태로 결합한 마이크로 스트립들(211, 212, 213, 214, 221, 222, 223, 224)로 이루어지는 다중결합선로로 이루어진다.
이 때, 다중결합선로(211 내지 214 또는 221 내지 224)를 구성하는 마이크로스트립들의 각각의 길이를 모두 합한 길이을 상기 수학식 3 및 수학식 4에 있어서 ℓ로 하여 제1 저항(R31) 또는 제2 저항(R32)의 저항값과 커패시터(C3)의 커패시턴스를 선택하는 것이 바람직하다.
따라서, 전술한 구성에 의해 입출력 포트 사이의 제1 전송 선로부(210)와, 제2 전송 선로부(220)의 길이를 축소하여 설계하는 것이 가능하며, 제1 전송 선로부(210)와, 제2 전송 선로부(220)가 다중결합선로(211 내지 214 또는 221 내지 224)로 이루어지는 경우에 있어서도 절연 특성을 양호하게 유지할 수 있어, 다중결합선로 자체의 커플링 커패시턴스로 인한 절연 특성 악화의 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 전술한 구성에 의해 전송선로의 길이가 1/4 파장(λ/4)의 길이보다 짧게 설계될 수 있어 본 발명의 다른 실시예에 따른 전력분배용 전송선로 구조체(11)의 전체 구성이 MMIC (monolithic microwave integrated circuit)상에 집적될 수 있다는 장점이 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 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10, 11: 전력분배용 전송선로 구조체
100: 입력단
210: 제1 전송 선로부, 220: 제2 전송 선로부
211, 212, 213, 214, 221, 222, 223, 224: 마이크로 스트립
300: RCR회로부
R31: 제1 저항, R32: 제2 저항, C3: 커패시터
310: 제1 출력 단자, 320: 제2 출력 단자

Claims (5)

  1. 소정의 신호를 입력 받는 입력단;
    일단이 상기 입력단과 연결되며 상기 신호의 전송 경로를 제공하여 타단에서 상기 신호를 출력하는 도전성의 선로로 이루어지는 제1 전송 선로부와, 일단이 상기 입력단과 연결되며 타단에서 상기 신호를 출력하되 상기 전송 경로와는 다른 상기 신호의 전송 경로를 제공하는 제2 전송 선로부; 및
    일단이 상기 제1 전송 선로부의 타단과 연결되는 제1 저항과, 일단이 상기 제1 저항의 타단과 직렬로 연결되는 커패시터와, 일단이 상기 커패시터의 타단과 연결되며 타단이 상기 제2 전송 선로부의 타단과 연결되는 제2 저항으로 이루어지는 RCR회로부;를 포함하되,
    상기 제1 저항 및 제2 저항 중 적어도 하나의 저항값은 하기의 수학식 I에 따라 선택되는 것
    인 전력분배용 전송선로 구조체.
    (수학식 I)
    Figure 112013108286531-pat00012

    여기서, R은 저항값, λ는 파장, ℓ은 상기 제1 전송 선로부의 길이 또는 상기 제2 전송 선로부의 길이, Z는 상기 제1 전송 선로부의 임피던스 또는 상기 제2 전송 선로부의 임피던스, ZC는 상기 입력단에서 바라본 등가 임피던스이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 RCR회로부는,
    상기 제1 전송 선로부의 타단과 상기 제2 전송 선로부의 타단 사이의 등가 어드미턴스가 0이 되도록 하는 것
    인 전력분배용 전송선로 구조체.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 커패시터의 커패시턴스는 하기의 수학식 II에 따라 선택되는 것
    인 전력분배용 전송선로 구조체.
    (수학식 II)
    Figure 112012044136140-pat00007

    여기서, C는 커패시턴스, λ는 파장, ℓ은 상기 제1 전송 선로부의 길이 또는 상기 제2 전송 선로부의 길이, ω는 중심주파수, Z는 상기 제1 전송 선로부의 임피던스 또는 상기 제2 전송 선로부의 임피던스, ZC는 상기 입력단에서 바라본 등가 임피던스이다.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전송 선로부 및 상기 제2 전송 선로부는,
    파이(
    Figure 112012044136140-pat00008
    )형의 형태로 결합한 마이크로 스트립들로 이루어지는 다중결합선로인 것
    인 전력분배용 전송선로 구조체.

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Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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이동환 외4인, "해상통신 시스템 응용을 위한 초소형 RF수동소자의 개발",2005년 한국마린엔지니어링학회 후기학술대회 논문집, 페이지64-65.

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