KR101713769B1 - Spatial power combiner based on coaxial waveguide - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전력 결합기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 동축 도파관 내에서 공간 결합 방식에 따라 전력 결합을 수행하는 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power combiner, and more particularly, to a coaxial waveguide-based spatial power combiner that performs power coupling according to a spatial coupling scheme in a coaxial waveguide.

Description

동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기{SPATIAL POWER COMBINER BASED ON COAXIAL WAVEGUIDE}[0001] SPATIAL POWER COMBINER BASED ON COAXIAL WAVEGUIDE [0002]

본 발명은 전력 결합기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 동축 도파관 내에서 공간 결합 방식에 따라 전력 결합을 수행하는 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power combiner, and more particularly, to a coaxial waveguide-based spatial power combiner that performs power coupling according to a spatial coupling scheme in a coaxial waveguide.

밀리미터파 및 마이크로파 대역에서의 전력 결합 기술은 크게 평면(planar) 결합 방식과 공간(spatial) 결합 방식으로 나뉠 수 있다. The power coupling techniques in the millimeter wave and the microwave band can be largely divided into a planar coupling method and a spatial coupling method.

평면 결합 방식은 전력 소자의 개수가 늘어날수록 전력 분배 및/또는 결합을 위한 전송선의 길이가 늘어나 전력 손실 및/또는 복잡도가 증가하여 밀리미터파 대역 이상의 주파수에서 고출력, 고효율의 전력 결합기를 설계하는데 어려움이 존재한다.As the number of power devices increases, the length of the transmission line for power distribution and / or coupling increases and power loss and / or complexity increases. Therefore, it is difficult to design a high power, high efficiency power combiner at a frequency higher than a millimeter wave band exist.

이에 비하여, 공간 결합 방식은 평면 결합 방식과 같이 전력 소자의 증가에 비례하여 전력 손실이 증가하지 않는 장점이 있다. 공간 결합 방식은 자유 공간에서 전력을 결합하는 방식과 도파관 내에서 결합하는 방식으로 구분될 수 있다. 이 중 도파관 내에서 결합하는 방식은 도파관이 방열판 역할을 수행함으로써 높은 결합 효율을 얻을 수 있어 고출력, 고효율의 전력 결합기 설계에 많이 활용되고 있다.On the other hand, the space coupling method is advantageous in that the power loss is not increased in proportion to the increase of the power device like the planar coupling method. The space coupling method can be divided into a method of coupling power in a free space and a method of coupling in a wave guide. Among them, the waveguide coupling in the waveguide can be used as a heat sink to obtain a high coupling efficiency, which is widely used for designing a high power, high efficiency power combiner.

필드 분포가 균일하지 않은 구형 도파관에 비하여 동축 도파관은 필드 분포가 내부 도체를 중심으로 균일하게 분포되므로 전력 결합시 증폭기의 위치에 따른 구동 전력의 차이의 문제가 발생하지 않는 장점이 있다.Compared to a spherical waveguide whose field distribution is not uniform, the field distribution of the coaxial waveguide is uniformly distributed around the inner conductor, so that there is no problem of difference in driving power depending on the position of the amplifier in power coupling.

종래의 동축 도파관 기반의 전력 결합기 구조를 살펴보면, 다수의 핀라인(finline) 안테나 소자가 내부 도체와 외부 도체 사이에 방사상으로 배치되는 형태를 취한다. 이때, 핀라인 안테나 소자는 유전체 기판의 양면에 핀라인 금속 패터닝(patterning)을 수행하여 형성된다.A conventional coaxial waveguide-based power combiner structure takes the form of a plurality of finline antenna elements radially disposed between an inner conductor and an outer conductor. At this time, the pin-line antenna element is formed by performing pin-line metal patterning on both sides of the dielectric substrate.

이와 같이, 종래의 동축 도파관 기반의 전력 결합기는 유전체 기판을 기반으로 하는 안테나 소자를 이용함으로써 내·외부 도체에 부착하는데 어려움이 존재하며, 견고성이나 내구성이 떨어지는 문제점이 있었다. As described above, the conventional coaxial waveguide-based power combiner has difficulties in attaching to internal and external conductors by using an antenna element based on a dielectric substrate, and has a problem of poor robustness and durability.

또한, 유전체 기판을 접지선과 연결하기 어렵고, 유전체 기판의 낮은 열전도율로 말미암아 전력 결합 성능과 방열성이 저하되는 단점이 존재하였다. 더불어, 유전체 기판상의 금속 패터닝 작업으로 인하여 제작을 위한 시간 및/또는 비용이 증대된다.In addition, it is difficult to connect the dielectric substrate to the ground line, and there is a disadvantage that the power coupling performance and the heat dissipation performance are deteriorated due to the low thermal conductivity of the dielectric substrate. In addition, the time and / or cost for fabrication is increased due to the metal patterning operation on the dielectric substrate.

뿐만 아니라, 유전체 기판의 사용으로 인하여 마이크로스트립 라인(microstrip line)과 슬롯라인(slotline)의 원치않는 공진 모드(resonance mode)가 형성되어 반사손실이 발생하고 이는 곧 전력 결합 성능을 떨어뜨리는 요인으로 작용하는 문제점이 있었다. 이를 방지하기 위하여 다수의 비아홀(via hole)을 형성하는 방법을 생각할 수 있으나, 이는 곧 제작에 번거로움을 야기하게 된다.In addition, due to the use of a dielectric substrate, an undesired resonance mode of a microstrip line and a slot line is formed, resulting in loss of reflection, which is a factor that deteriorates the power coupling performance . To prevent this, a method of forming a plurality of via holes is conceivable, but this leads to troublesome manufacturing.

따라서, 유전체 기판을 이용하여 제작되는 종래의 동축 도파관 기반의 전력 결합기에 비하여 우수한 전력 결합 성능을 얻을 수 있고, 제작이 더욱 용이한 전력 결합기가 요구되고 있다.Accordingly, there is a demand for a power combiner which can obtain excellent power coupling performance and is easier to fabricate than a conventional coaxial waveguide-based power combiner manufactured using a dielectric substrate.

1. 한국등록특허번호 제10-1473647호(2014.12.11)1. Korean Registered Patent No. 10-1473647 (Dec. 12, 2014)

1. 이수현, "동축선로 도파관을 이용한 공간 전력 결합기에 관한 연구"광운대학교 학위논문, 2011년1. Lee, Soo Hyun, "A Study on Spatial Power Coupler Using Coaxial Line Waveguide" Kwangwoon University Dissertation, 2011 2. 김보기외, "핀라인-마이크로스트립 변환을 이용한 동축선로 도파관 형태의 공간 결합기"한국ITS학회논문지 제10권 제5호 통권37호 (2011. 10) pp.79-86 2. Kim et al., "Spatial Couplers in the form of Coaxial Line Waveguide Using Finline-Microstrip Transformation", Proc. Of the Korean Institute of ITS, Vol. 10, No. 5 (2011. 10) pp.79-86

본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 더욱 우수한 전력 결합 성능을 얻을 수 있는 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기를 제공하는데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a coaxial waveguide-based spatial power combiner capable of achieving superior power coupling performance.

또한, 본 발명은 제작 비용 절감 및/또는 더욱 용이한 제작이 가능한 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기를 제공하는데 다른 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide a coaxial waveguide-based spatial power combiner capable of reducing fabrication costs and / or making fabrication easier.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 더욱 우수한 전력 결합 성능을 얻을 수 있는 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기를 제공한다.The present invention provides a coaxial waveguide-based spatial power combiner capable of achieving superior power coupling performance in order to achieve the above-described problems.

상기 공간 전력 결합기는,Wherein the spatial power combiner comprises:

일단이 입력 커넥터 소자와 연결되며 상기 커넥터 소자를 통해 입력되는 입력 신호를 분배하는 입력부;An input part connected to the input connector element at one time and distributing an input signal inputted through the connector element;

상기 입력부의 타단과 연결되며, 분배된 입력 신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성하는 원통형 중심부; 및A cylindrical center portion connected to the other end of the input portion and amplifying the divided input signal to generate an amplified signal; And

상기 원통형 중심부의 일단과 연결되고 타단이 출력 커넥터 소자와 연결되며, 상기 증폭 신호를 결합하여 출력 신호를 생성하는 출력부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.And an output part connected to one end of the cylindrical center part and connected to the output connector element at the other end, and for coupling the amplified signal to generate an output signal.

이때, 상기 원통형 중심부는 내부에 방사상(radially)으로 고정 배치되며, 상기 분배된 입력 신호에 대하여 슬롯라인-마이크로스트립 천이(slotline-microstrip transition)를 제공하며, 동축 도파관의 진행방향에 수직인 중심축을 기준으로 대칭적 구조를 가지는 금속 기반의 다수의 슬롯라인 소자를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.At this time, the cylindrical center portion is fixed radially inside, and provides a slotline-microstrip transition to the distributed input signal, and a center axis perpendicular to the traveling direction of the coaxial waveguide And a plurality of metal-based slot line elements having a symmetric structure as a reference.

또한, 상기 다수의 슬롯라인 소자에는 상기 중심축으로 근접할수록 간격이 좁아지게 테이퍼드 슬롯라인(tapered slotline)이 형성되고, 상기 테이퍼드 슬롯라인의 말단에 스터브(stub) 구조가 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.A tapered slot line is formed in the plurality of slot line elements such that a gap is narrower toward the central axis, and a stub structure is connected to a terminal end of the tapered slot line. can do.

또한, 상기 원통형 중심부는, 마이크로스트립 라인을 통해 상기 다수의 슬롯라인 소자 각각과 연결되어 상기 분배된 입력신호의 증폭을 수행하는 다수의 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 증폭소자를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The cylindrical center portion may further include a plurality of MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) amplifiers connected to the plurality of slot line elements through a microstrip line to amplify the divided input signals, can do.

또한, 상기 원통형 중심부는, 상기 다수의 슬롯라인 소자가 각각 개재된 다수의 금속 트레이를 결합하여 조립되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the cylindrical center portion may be assembled by coupling a plurality of metal trays each having the plurality of slot line elements interposed therebetween.

또한, 상기 금속 트레이는, 상기 원통형 중심부의 내부 도체에 접촉되며 상기 슬롯라인의 일단과 고정 결합되는 제 1 금속 트레이층; 및 상기 슬롯라인의 타단과 고정 결합되며, 상기 원통형 중심부의 외부 도체를 구성하는 제 2 금속 트레이층;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The metal tray further includes: a first metal tray layer contacting the inner conductor of the cylindrical center portion and fixedly coupled to one end of the slot line; And a second metal tray layer fixedly coupled to the other end of the slot line and constituting an outer conductor of the cylindrical center portion.

또한, 상기 제 1 금속 트레이층에는 접지를 위한 개스킷(gasket)이 삽입되는 다수의 개스킷 홈이 일정간격으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the first metal tray layer may have a plurality of gasket grooves formed therein at regular intervals to which a gasket for grounding is inserted.

또한, 상기 제 1 금속 트레이층 및 상기 제 2 금속 트레이층에는 상기 원통형 중심부의 위치를 상기 입력부 및 상기 출력부의 위치와 정합하기 위한 가이드 핀이 삽입되는 다수의 가이드 홀이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.The first metal tray layer and the second metal tray layer may have a plurality of guide holes into which guide pins for aligning the positions of the cylindrical center portions with the positions of the input portion and the output portion are formed. have.

또한, 상기 제 2 금속 트레이층에는 상기 원통형 중심부를 상기 입력부 및 상기 출력부와 결합시키기 위한 연결 부재가 고정되는 다수의 나사 홀이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.The second metal tray layer may have a plurality of screw holes to which a connecting member for coupling the cylindrical center portion with the input portion and the output portion is fixed.

또한, 상기 MMIC 증폭소자는 상기 제 2 금속 트레이층의 일측에 위치되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the MMIC amplifying device may be located at one side of the second metal tray layer.

또한, 상기 슬롯라인 소자가 고정되지 않는 상기 제 2 금속 트레이층의 타측에는 인접하여 결합되는 상기 제 2 금속 트레이층에 고정되는 상기 MMIC 증폭소자를 덮기 위한 다수의 커버홈이 일정간격으로 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, a plurality of cover grooves for covering the MMIC amplifying elements fixed to the second metal tray layer adjoining to the other side of the second metal tray layer where the slot line elements are not fixed are formed at regular intervals .

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 금속 기반의 소자를 활용하여 전력 결합기를 구현함으로써 의도치 않은 공진 모드의 발생을 효과적으로 방지할 수 있고, 쉽게 그라운딩(grounding)을 달성할 수 있어 전력 결합 성능을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, since the power combiner is implemented by utilizing the metal-based element, it is possible to effectively prevent the occurrence of the unintended resonance mode and to easily achieve the grounding, There is an effect that can be made.

또한, 본 발명의 다른 효과로서는 프레스 가공을 통하여 제작할 수 있어 제작 시간 및/또는 비용이 단축된다는 점을 들 수 있다.Further, another effect of the present invention is that it can be produced through press working, thereby shortening the manufacturing time and / or the cost.

또한, 본 발명의 또 다른 효과로서는 금속의 높은 열전도율을 통하여 방열 성능을 개선할 수 있고, 내구성 및 견고성을 획득할 수 있다는 점을 들 수 있다.Another advantage of the present invention is that the heat radiation performance can be improved through the high thermal conductivity of the metal, and durability and robustness can be obtained.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기(100)에 대한 전단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기(100)에서 슬롯라인 소자(140)가 개재된 금속 트레이(T)의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 원통형 중심부(120)의 단면도이다.
도 4는 원통형 중심부의 중심이 절단된 원통형 중심부의 단면도로서, 슬롯라인 소자가 고정되지 않은 단면이다.1 is a front cross-sectional view of a coaxial waveguide-based spatial power combiner 100 according to an embodiment of the present invention.
2 is a side view of a metal tray T in which a slot line element 140 is interposed in the coaxial waveguide-based spatial power combiner 100 shown in FIG.
3 is a cross-sectional view of the cylindrical center portion 120 shown in FIG.
Fig. 4 is a cross-sectional view of a cylindrical center portion with the center of the cylindrical center portion cut away, which is a cross section in which the slot line elements are not fixed.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 다수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 다수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of the plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기를 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, a coaxial waveguide-based spatial power combiner according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기(100)에 대한 전단면도이다. 도 1을 참조하면, 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기(100)는 크게 입력부(110), 원통형 중심부(120), 및 출력부(130)로 구분될 수 있다.1 is a front cross-sectional view of a coaxial waveguide-based spatial power combiner 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a coaxial waveguide-based spatial power combiner 100 may be roughly divided into an input unit 110, a cylindrical center unit 120, and an output unit 130.

입력부(110)는 공간 전력 결합기(100)의 입력단(111)을 통하여 입력된 입력 신호를 분배하는 역할을 수행하는 부분이다. 이 입력부(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 입력단(101)에서부터 멀어질수록 폭이 넓어지는 나팔형태의 원뿔형상(conical)을 가지는 제 1 내부 도체(112)와 제 1 외부 도체(114)를 포함하여 구현될 수 있다. 입력부(110)의 일단은 후술되는 원통형 중심부(120)에 연결되며, 타단은 N형 커넥터(connector)를 비롯한 입력 커넥터 소자(미도시)와 연결될 수 있다.The input unit 110 serves to distribute the input signal input through the input terminal 111 of the spatial power combiner 100. As shown in FIG. 1, the input unit 110 includes a first internal conductor 112 and a first external conductor 114 having a truncated conical conical shape that widens from the input terminal 101, May be implemented. One end of the input unit 110 may be connected to a cylindrical center 120, which will be described later, and the other end may be connected to an input connector device (not shown) including an N-type connector.

원통형(cylinderical) 중심부(120)는 입력부(110)와 물리적, 전기적으로 연결되어 공간 전력 결합기(100)의 중앙에 해당하는 부분으로, 내부에 존재하는 다수의 슬롯라인(slotline) 소자(140)와 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 증폭소자(150)를 통하여 분배된 입력 신호의 증폭이 수행된다.The cylindrical center portion 120 is physically and electrically connected to the input portion 110 to correspond to the center of the spatial power combiner 100 and includes a plurality of slotline elements 140 The amplification of the input signal distributed through the MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) amplifying device 150 is performed.

출력부(130)는 원통형 중심부(120)와 물리적, 전기적으로 연결되어 원통형 중심부(120)의 다수의 슬롯라인 소자(140)로부터 전달되는 증폭 신호를 결합하여 출력단으로 출력한다. 출력부(130)는 입력부(110)와 마찬가지로 도 1에 도시된 바와 같이 원통형 중심부(120)로부터 출력단 방향으로 폭이 점차 좁아지는 나팔형태의 원뿔형상을 가지는 제 3 내부 도체(132)와 제 3 외부 도체(134)를 포함하여 구현될 수 있다. 한편, 출력부(130)의 말단 역시 출력 커넥터 소자(미도시)와 연결될 수 있다.The output unit 130 is physically and electrically connected to the cylindrical center portion 120 to combine the amplified signals transmitted from the plurality of slot line elements 140 of the cylindrical center portion 120 and output the amplified signals to the output terminal. 1, the output unit 130 includes a third internal conductor 132 having a trumpet-shaped conical shape whose width is gradually narrowed from the cylindrical center portion 120 toward the output terminal, External conductors 134 may be included. Meanwhile, the terminal of the output unit 130 may be connected to an output connector element (not shown).

위와 같이 세 부분으로 구획되는 결합기(100)를 통해 신호가 결합되는 과정을 간단히 살펴보면, 먼저, 입력부(10)로부터 전달되는 입력 신호는 원통형 중심부(120)의 다수의 슬롯라인 소자(140)에 분배된다. 분배된 입력신호는 슬롯라인-마이크로스트립 천이(slotline-microstrip transition)를 위한 마이크로스트립 라인(152)과 MMIC 증폭소자(150)에 의한 증폭을 거쳐 증폭신호가 생성된다. 이러한 증폭 신호는 다수의 슬롯라인 소자(140)로부터 결합되어 출력 신호가 생성되고, 출력부(130)를 거쳐 출력된다. The input signal transmitted from the input unit 10 is distributed to the plurality of slot line elements 140 of the cylindrical center 120. The input signal transmitted from the input unit 10 is divided into a plurality of sub- do. The distributed input signal is amplified by the microstrip line 152 for slotline-microstrip transition and the MMIC amplification element 150 to generate an amplified signal. The amplified signal is coupled from the plurality of slot line devices 140 to generate an output signal, and is output through the output unit 130.

또한, 원통형 중심부(120)는 입력부(110)의 제 1 내부 도체(112)와 출력부(130)의 제 3 내부 도체(132)에 양단이 각각 연결되는 제 2 내부 도체(122), 입력부(110)의 제 1 외부 도체(114)와 출력부(130)의 제 3 외부 도체(134)에 양단이 각각 연결되는 원통형 중심부(120)의 제 2 외부 도체(124), 원통형 중심부(120)의 제 2 내부 도체(122)와 제 2 외부 도체(124) 사이에 방사상(radially)으로 고정 배치되는 금속 기반의 다수의 슬롯라인(slotline) 소자(140), 및 각각의 슬롯라인 소자(140)와 마이크로스트립 라인(microstrip line)(152)을 통해 연결되어 신호의 증폭을 수행하는 다수의 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 증폭소자(150)를 포함한다.The cylindrical center portion 120 includes a second internal conductor 122 having both ends connected to the first internal conductor 112 of the input unit 110 and the third internal conductor 132 of the output unit 130, A second outer conductor 124 of a cylindrical center portion 120 having both ends connected to a third outer conductor 134 of the output portion 130 and a second outer conductor 124 of the cylindrical center portion 120, A plurality of metal-based slotline elements 140 radially fixedly disposed between the second inner conductor 122 and the second outer conductor 124, and a plurality of slot- And a plurality of MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) amplifying devices 150 connected through a microstrip line 152 to perform amplification of signals.

도 1에 도시된 구성을 포함하는 원통형 중심부(120)는 제 2 내부 도체(122)에 슬롯(slot)을 형성하고, 슬롯 사이에 슬롯라인 소자(40)를 방사상으로 끼워 형성하는 방법 등 공지된 다양한 방법으로 제조할 수 있으나, 본명의 일실시예에서는 원통형 중심부(120)의 제조방법의 일예로서 다수의 금속 트레이(metal tray)의 조립을 통한 제조방법을 설명하기로 한다.The cylindrical center portion 120 including the configuration shown in FIG. 1 is formed by forming a slot in the second internal conductor 122 and forming a slot line element 40 radially between the slots. In an embodiment of the present invention, a method of manufacturing the cylindrical center 120 by assembling a plurality of metal trays will be described.

이하에서는 도 2 내지 도 4를 함께 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원통형 중심부(120)의 구성을 좀 더 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, the configuration of the cylindrical center portion 120 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 4. FIG.

도 2는 도 1에 도시된 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기(100)에서 슬롯라인 소자(140)가 개재된 금속 트레이(T)의 측면도이다. 도 2를 참조하면, 원통형 중심부(도 1의 120)는 다수의 금속 트레이(T)를 원통형 중심부(120)의 제 2 내부 도체(도 1의 122)를 중심으로 원형으로 결합하여 형성될 수 있다.2 is a side view of a metal tray T in which a slot line element 140 is interposed in the coaxial waveguide-based spatial power combiner 100 shown in FIG. Referring to FIG. 2, the cylindrical center portion 120 (FIG. 1) may be formed by circularly coupling a plurality of metal trays T about a second inner conductor (122 in FIG. 1) of the cylindrical center portion 120 .

금속 트레이(T)에는 제 1 금속 트레이층(260), 제 2 금속 트레이층(270), 슬롯라인 소자(140), 및 MMIC 증폭소자(150)가 포함된다. 여기서, 제 1 금속 트레이층(260) 및 제 2 금속 트레이층(270)은 제 2 외부도체(124)가 된다.The metal tray T includes a first metal tray layer 260, a second metal tray layer 270, a slot line element 140, and an MMIC amplification element 150. Here, the first metal tray layer 260 and the second metal tray layer 270 become the second outer conductor 124.

제 1 금속 트레이층(260)은 원통형 중심부(120)의 제 2 내부 도체(122)에 접촉되는 부분이다. 제 2 금속 트레이층(270)은 결합을 통하여 원통형 중심부(120)의 제 2 외부 도체(도 1의 124)를 구성한다. The first metal tray layer 260 is a portion that contacts the second inner conductor 122 of the cylindrical center portion 120. The second metal tray layer 270 forms a second outer conductor (124 in FIG. 1) of the cylindrical center portion 120 through engagement.

슬롯라인 소자(140)는 원통형 중심부(120) 내부에 방사상으로 고정 배치되어 슬롯라인-마이크로스트립 천이(slotline-microstrip transition)를 제공하는 금속 기반의 소자이다. 참고로, 슬롯라인-마이크로스트립 천이는 마그네틱 커플링(magnetic coupling)을 이용하는 이미 알려져 있는 변환으로서, 설명의 간략화를 위하여 상세한 설명은 생략하기로 한다.The slot-line element 140 is a metal-based element that is radially fixedly disposed within the cylindrical center portion 120 to provide slotline-microstrip transitions. For reference, the slot line-microstrip transition is a known transformation using magnetic coupling, and a detailed description thereof will be omitted for the sake of simplicity.

도 2를 계속 참조하면, 슬롯라인 소자(140)는 입력부(도 1의 110의 점선부분) 쪽에 대응하는 부분과 출력부(도 1의 130의 점선부분) 쪽에 대응하는 부분이 동축 도파관 진행방향과 수직인 원통 중심부(도 1의 120)의 세로 중심축을 기준으로 서로 대칭적인 구조를 가지도록 형성된다. 이에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 슬롯라인 소자(140)는 동축 도파관의 진행방향에 수직인 금속 트레이(T)의 중심축(A)을 기준으로 대칭적인 형상을 갖게 된다. 2, the slot line element 140 has a portion corresponding to the input portion (dotted line portion of 110 in FIG. 1) and a portion corresponding to the output portion (dotted line portion of 130 in FIG. 1) Are formed symmetrically with respect to each other with respect to the vertical central axis of the vertical cylindrical center portion (120 in Fig. 1). 2, the slot line device 140 has a symmetrical shape with respect to the center axis A of the metal tray T perpendicular to the traveling direction of the coaxial waveguide.

또한, 슬롯라인 소자(140)는 동축 도파관 내에 입사되는 신호의 슬롯라인-마이크로스트립 천이를 위한 슬롯라인-마이크로스트립 천이구조를 가진다. 즉, 슬롯라인 소자(140)에는 중심축(A)으로 근접할수록 간격이 좁아지는 테이퍼드 슬롯라인(tapered slotline)(244)이 형성되고, 테이퍼드 슬롯라인(44) 말단에 연결되는 스터브(stub)(246) 구조가 마련된다. 스터브(stub)(246) 구조는 슬롯라인 소자(140)에 서로의 신호의 크기가 같으며 180도 차이의 역위상을 갖는 평형 형태(balanced) 신호를 급전하고, 반면에 마이크로 스트립 라인(152)에는 불평형(unbalanced) 형태의 신호를 급전하는 역할을 한다. 이러한 스터브(stub)(246) 구조를 밸룬(balun: balanced to unbalanced transmission line) 이라하며, 전기적 신호를 슬롯(slot)라인에서 마이크로 스트립라인으로 변환하는 일종의 임피던스 변환기 역할을 한다. In addition, the slot line element 140 has a slot line-microstrip transition structure for slot line-microstrip transition of a signal incident on the coaxial waveguide. That is, a tapered slot line 244 is formed in the slot line device 140 so that the distance between the slot line device 140 and the tapered slot line 44 becomes narrower toward the center axis A, ) 246 structure is provided. The stub 246 structure feeds balanced signals having the same magnitude of signals to each other in the slot line device 140 and having a phase difference of 180 degrees from each other, And serves to feed an unbalanced signal. This stub 246 structure is called balun (balanced to unbalanced transmission line) and serves as a kind of impedance converter for converting electrical signals from a slot line to a microstrip line.

스터브(stub)(246)구조는 일반적으로 원형 형태의 쇼트(short) 스터브(stub)로 이루어지며, 스터브(stub)(246)구조의 크기는 슬롯라인 소자(140)와 마이크로 스트립 라인(152)간의 광대역 임피던스 정합에 의해서 결정된다.The structure of the stub 246 consists of a short stub of generally circular shape and the size of the stub 246 structure is the same as that of the slot line element 140 and the microstrip line 152. [ Is determined by the wide-band impedance matching between the electrodes.

MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 증폭소자(150)는 마이크로스트립 라인(152)을 통하여 각각의 슬롯라인 소자(140)와 연결되어 동축 도파관에 입사되는 분배된 입력 신호의 증폭을 수행하여 증폭 신호를 생성한다. 이를 위하여, MMIC 증폭소자(150)의 일단은 금속 트레이(T)의 중심축(A)을 중심으로 입력부(110)에 가까운 슬롯라인 소자(140) 부분과 연결되고, 타단은 출력부(130)에 가까운 슬롯라인 소자(140) 부분에 각각 연결된다.The monolithic microwave integrated circuit (MMIC) amplifying device 150 is connected to each slot line device 140 through the microstrip line 152 to amplify a distributed input signal incident on the coaxial waveguide to generate an amplified signal do. One end of the MMIC amplifying device 150 is connected to the slot line device 140 part near the input part 110 about the central axis A of the metal tray T and the other end is connected to the output part 130, And the slot line device 140 is connected to the slot line device 140. [

한편, MMIC 증폭소자(150)는 슬롯라인 소자(140) 내부에 존재할 수도 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이, 제 2 금속 트레이층(170)에 위치할 수도 있다. 이 경우, 제 2 금속 트레이층(170)에는 일측에 고정되는 슬롯라인 소자(140)와 MMIC 증폭소자(150)의 높이 균형을 맞추기 위하여 MMIC 증폭소자(150)의 삽입을 위한 홈이 형성될 수 있다. On the other hand, the MMIC amplification device 150 may be in the slot line device 140, but may be located in the second metal tray layer 170, as shown in FIG. In this case, a groove for inserting the MMIC amplifying device 150 may be formed in the second metal tray layer 170 to balance the height of the slot line device 140 and the MMIC amplifying device 150, have.

도 3은 도 1에 도시된 원통형 중심부(120)의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 원통형 중심부(도 1의 120)는 이상에서 설명된 다수의 금속 트레이(도 2의 T)가 원통형 중심부(120)의 제 2 내부 도체(122)를 중심으로 원형으로 결합되어 형성된다. 즉, 원통형 중심부(120)의 제 2 내부 도체(122)에 제 1 금속 트레이층(260)이 접하도록 조립되며, 이에 따라, 슬롯라인 소자(140)가 원통형 중심부(120)의 제 2 내부 도체(122)를 중심으로 방사상으로 배치된다.3 is a cross-sectional view of the cylindrical center portion 120 shown in FIG. Referring to Figure 3, the cylindrical center portion (120 in Figure 1) includes a plurality of metal trays (T in Figure 2) as described above joined circularly about a second inner conductor 122 in the cylindrical center portion 120 . That is, the first metal tray layer 260 is assembled to abut the second inner conductor 122 of the cylindrical center portion 120 so that the slot line element 140 is in contact with the second inner conductor 122 of the cylindrical center portion 120, (122).

이때, 슬롯라인 소자(140)의 구체적 길이, 폭, 구조 등은 입력부(110) 및/또는 출력부(130) 및/또는 원통형 중심부(120)의 임피던스 매칭(impedance matching)의 최적화, 반사(reflection) 계수의 최소화, 공간 전력 결합기(100)의 광대역 특성 등을 종합적으로 고려하여 설계될 수 있다. 그리고, 슬롯라인 소자(40)의 개수 및 슬롯라인 소자(40) 간의 각도는 결합기(100)의 사이즈, 요구되는 출력전력의 크기 등을 고려하여 결정된다.The specific length, width, and structure of the slot line device 140 may be optimized by impedance matching of the input unit 110 and / or the output unit 130 and / or the cylindrical center 120, Minimizing the coefficients, and the wide band characteristics of the spatial power combiner 100. [0064] The number of the slot line elements 40 and the angle between the slot line elements 40 are determined in consideration of the size of the combiner 100, the magnitude of the required output power, and the like.

또한, 제 1 금속 트레이층(260)에는 접지를 위하여 제 2 내부 도체(122)에 접촉되는 부분에 개스킷(gasket)이 삽입되기 되기 위한 다수의 개스킷 홈(groove)(362)이 일정간격으로 형성된다. 이때, 개스킷은 스파이럴 스프링 개스킷(spiral spring gasket)을 비롯하여 탄성력이 있는 다양한 종류의 개스킷이 적용될 수 있다. A plurality of gasket grooves 362 are formed in the first metal tray layer 260 at predetermined intervals so that the gasket is inserted into the first metal tray layer 260 in contact with the second internal conductor 122 for grounding. do. At this time, the gasket can be applied to various types of elastic gaskets including spiral spring gasket.

또한, 제 1 금속 트레이층(260)에는 원통형 중심부(120)의 위치를 입력부(110)와 출력부(130)의 위치와 정합(aligning)하기 위한 가이드 핀(guide pin)이 삽입되는 다수의 가이드 홀(364)이 일정간경으로 형성된다.The first metal tray layer 260 is provided with a plurality of guide pins for inserting a guide pin for aligning the position of the cylindrical center portion 120 with the positions of the input portion 110 and the output portion 130. [ The hole 364 is formed with a certain diameter.

또한, 제 2 금속 트레이층(270)에는 제 1 금속 트레이층(260)에서와 마찬가지로, 원통형 중심부(120)의 위치를 입력부(110)와 출력부(130)의 위치와 정합하기 위한 가이드 핀이 삽입되는 가이드 홀(372)과 가이드 핀에 의하여 정합된 위치에 원통형 중심부(120)를 입력부(110) 및 출력부(130)와 결합시키기 위한 나사 등의 연결 부재가 고정되는 다수의 나사 홀(374)이 일정간격으로 형성된다.A guide pin for aligning the position of the cylindrical center portion 120 with the position of the input portion 110 and the output portion 130 is formed in the second metal tray layer 270 as in the first metal tray layer 260 A plurality of screw holes 374 to which a connecting member such as a screw for coupling the cylindrical center portion 120 with the input portion 110 and the output portion 130 is fixed at a position matched by the guide hole 372 and the guide pin. Are formed at regular intervals.

도 4는 원통형 중심부의 중심이 절단된 원통형 중심부의 단면도로서, 슬롯라인 소자가 고정되지 않은 단면이다. 도 4를 참조하면, 슬롯라인 소자(140)가 고정되지 않는 제 2 금속 트레이층(170)의 타측에는 인접한 금속 트레이(T)의 MMIC 증폭소자(150)를 커버(cover)하기 위한 커버 홈(476)이 형성된다. Fig. 4 is a cross-sectional view of a cylindrical center portion with the center of the cylindrical center portion cut away, which is a cross section in which the slot line elements are not fixed. 4, a cover groove for covering the MMIC amplifying element 150 of the adjacent metal tray T is formed on the other side of the second metal tray layer 170 where the slot line element 140 is not fixed. 476 are formed.

한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 슬롯라인 소자(140)는 제 1 금속 트레이층(160)의 일측과 제 2 금속 트레이층(170)의 일측 사이에 고정된다. 이때, 슬롯라인 소자(140)는 나사 등의 연결 부재를 이용하여 고정될 수 있다. 이와 같이, 하나의 금속 트레이(T)에는 하나의 슬롯라인 소자(140)가 포함되는 것으로, 결과적으로 금속 트레이(T)는 슬롯라인 소자(140)가 결합되지 않는 타측이 개방된 웨지(wedge) 형상을 가지게 된다. 3 and 4, the slot line element 140 is fixed between one side of the first metal tray layer 160 and one side of the second metal tray layer 170. As shown in FIG. At this time, the slot line element 140 may be fixed using a connecting member such as a screw. As described above, one metal tray T includes one slot line device 140, and as a result, the metal tray T has a wedge with the other side to which the slot line device 140 is not coupled, Shape.

전술된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 동축 도파관 기반 공간 전력 결합기(100)에 의하면, 금속 기반의 소자를 활용함으로써 종래 유전체 기판을 기반으로 하는 안테나 소자를 이용하던 종래기술의 문제점을 해결할 수 있다. 또한, 의도치 않은 공진 모드의 발생을 방지하여 전력 결합 성능의 증대를 도모할 수 있음과 동시에 프레스 금속 가공을 통한 간편한 제작이 가능하므로 제작 시간 및 비용을 효과적으로 단축할 수 있다.As described above, according to the coaxial waveguide-based spatial power combiner 100 according to the embodiment of the present invention, by using a metal-based element, it is possible to solve the problems of the prior art using an antenna element based on a conventional dielectric substrate have. In addition, it is possible to prevent an unintentional resonance mode from occurring and to increase the power coupling performance, and at the same time, it is possible to easily manufacture through press metal working, thereby effectively shortening the manufacturing time and cost.

100: 공간 전력 결합기
101: 입력단 102: 출력단
110: 입력부
112: 제 1 내부 도체 114: 제 1 외부 도체
122: 제 2 내부 도체 124: 제 2 외부 도체
132: 제 3 내부 도체 134: 제 3 외부 도체
120: 원통형 중심부 130: 출력부
140: 슬롯라인 소자
150: MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 증폭소자
152: 마이크로스트립 라인
T: 금속 트레이 260: 제 1 금속 트레이 층
270: 제 2 금속 트레이 층
244: 테이퍼드 슬롯 라인
246: 스터브
100: Space power combiner
101: input 102: output
110: input unit
112: first inner conductor 114: first outer conductor
122: second inner conductor 124: second outer conductor
132: third inner conductor 134: third outer conductor
120: cylindrical center portion 130: output portion
140: Slot line element
150: Monolithic Microwave Integrated Circuit (MMIC) amplification device
152: Microstrip line
T: metal tray 260: first metal tray layer
270: second metal tray layer
244: Tapered slot line
246: stub

Claims (10)

동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기에 있어서,
일단이 입력 커넥터 소자와 연결되며 상기 커넥터 소자를 통해 입력되는 입력 신호를 분배하는 입력부;
상기 입력부의 타단과 연결되며, 분배된 입력 신호를 증폭하여 증폭 신호를 생성하는 원통형 중심부; 및
상기 원통형 중심부의 일단과 연결되고 타단이 출력 커넥터 소자와 연결되며, 상기 증폭 신호를 결합하여 출력 신호를 생성하는 출력부;를 포함하고,
상기 원통형 중심부는 내부에 방사상(radially)으로 고정 배치되며, 상기 분배된 입력 신호에 대하여 슬롯라인-마이크로스트립 천이(slotline-microstrip transition)를 제공하며, 동축 도파관의 진행방향에 수직인 중심축을 기준으로 대칭적 구조를 가지는 금속 기반의 다수의 슬롯라인 소자를 포함하며,
상기 다수의 슬롯라인 소자에는 상기 중심축으로 근접할수록 간격이 좁아지게 테이퍼드 슬롯라인(tapered slotline)이 형성되고, 상기 테이퍼드 슬롯라인의 말단에 스터브(stub) 구조가 연결되는 것을 특징으로 하는 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기.
In a coaxial waveguide-based spatial power combiner,
An input part connected to the input connector element at one time and distributing an input signal inputted through the connector element;
A cylindrical center portion connected to the other end of the input portion and amplifying the divided input signal to generate an amplified signal; And
And an output part connected to one end of the cylindrical center part and connected to the output connector element at the other end, and to combine the amplified signals to generate an output signal,
Wherein the cylindrical center portion is radially fixedly disposed therein and provides slotline-microstrip transitions for the distributed input signal and is characterized in that the center axis is perpendicular to the direction of travel of the coaxial waveguide A plurality of metal-based slot line elements having a symmetric structure,
Wherein a plurality of slot line elements are formed with a tapered slot line so that a distance is narrower toward the central axis and a stub structure is connected to a terminal end of the tapered slot line. Waveguide - based spatial power combiner.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 원통형 중심부는, 마이크로스트립 라인을 통해 상기 다수의 슬롯라인 소자 각각과 연결되어 상기 분배된 입력신호의 증폭을 수행하는 다수의 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 증폭소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기.
The method according to claim 1,
Wherein the cylindrical center portion further comprises a plurality of MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) amplification elements connected to each of the plurality of slot line elements through a microstrip line to perform amplification of the distributed input signal. Waveguide - based spatial power combiner.
제3항에 있어서,
상기 원통형 중심부는, 상기 다수의 슬롯라인 소자가 각각 개재된 다수의 금속 트레이를 결합하여 조립되는 것을 특징으로 하는 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기.
The method of claim 3,
Wherein the cylindrical center portion is assembled by assembling a plurality of metal trays each having the plurality of slot line elements.
제4항에 있어서,
상기 금속 트레이는,
상기 원통형 중심부의 내부 도체에 접촉되며 상기 슬롯라인의 일단과 고정 결합되는 제 1 금속 트레이층; 및
상기 슬롯라인의 타단과 고정 결합되며, 상기 원통형 중심부의 외부 도체를 구성하는 제 2 금속 트레이층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기.
5. The method of claim 4,
Wherein the metal tray comprises:
A first metal tray layer in contact with the inner conductor of the cylindrical center portion and fixedly coupled to one end of the slot line; And
And a second metal tray layer fixedly coupled to the other end of the slot line and forming an outer conductor of the cylindrical center portion.
제5항에 있어서,
상기 제 1 금속 트레이층에는 접지를 위한 개스킷(gasket)이 삽입되는 다수의 개스킷 홈이 일정간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기.
6. The method of claim 5,
And a plurality of gasket grooves into which a gasket for grounding is inserted are formed at regular intervals in the first metal tray layer.
제5항에 있어서,
상기 제 1 금속 트레이층 및 상기 제 2 금속 트레이층에는 상기 원통형 중심부의 위치를 상기 입력부 및 상기 출력부의 위치와 정합하기 위한 가이드 핀이 삽입되는 다수의 가이드 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기.
6. The method of claim 5,
Wherein the first metal tray layer and the second metal tray layer are formed with a plurality of guide holes into which guide pins for matching the positions of the cylindrical center portions with the positions of the input section and the output section are formed. Of space power combiner.
제5항에 있어서,
상기 제 2 금속 트레이층에는 상기 원통형 중심부를 상기 입력부 및 상기 출력부와 결합시키기 위한 연결 부재가 고정되는 다수의 나사 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기.
6. The method of claim 5,
Wherein the second metal tray layer is formed with a plurality of threaded holes to which a coupling member for coupling the cylindrical center portion with the input portion and the output portion is fixed.
제5항에 있어서,
상기 MMIC 증폭소자는 상기 제 2 금속 트레이층의 일측에 위치되는 것을 특징으로 하는 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기.
6. The method of claim 5,
Wherein the MMIC amplifying element is located at one side of the second metal tray layer.
제5항에 있어서,
상기 슬롯라인 소자가 고정되지 않는 상기 제 2 금속 트레이층의 타측에는 인접하여 결합되는 상기 제 2 금속 트레이층에 고정되는 상기 MMIC 증폭소자를 덮기 위한 다수의 커버홈이 일정간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 동축 도파관 기반의 공간 전력 결합기.6. The method of claim 5,
And a plurality of cover grooves for covering the MMIC amplifying elements fixed to the second metal tray layer adjoining to the other side of the second metal tray layer where the slot line elements are not fixed are formed at regular intervals. A coaxial waveguide - based spatial power combiner.
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