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핀라인-마이크로스트립 변환을 이용한 동축선로 도파관 형태의 공간 결합기
A Coaxial Waveguide-based Spatial Combiner Using Finline-to-Microstrip Transitions 원문보기

韓國ITS學會 論文誌 = The journal of the Korea Institute of Intelligent Transportation Systems, v.10 no.5, 2011년, pp.79 - 86  

김보기 (광운대학교 전파공학과) ,  이수현 (광운대학교 전파공학과) ,  김형종 (광운대학교 전파공학과) ,  신석우 (광운대학교 전파공학과) ,  김상훈 (광운대학교 전파공학과) ,  김재덕 (광운대학교 전파공학과) ,  최진주 (광운대학교 전자융합공학과) ,  김선주 (국방과학연구소)

초록
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본 논문에서는 S-대역에서 동작하는 동축선로 도파관 형태의 공간 결합기 구조를 제안하였다. 제안된 결합기는 동축 선로 도파관, 임피던스 변환기, 핀라인-마이크로스트립 변환기로 구성되어 있다. 동축선로 도파관은 구형 도파관과는 달리 균일한 전자기장 분포를 얻을 수가 있기 때문에 전력을 균일하게 공급할 수 있는 장점을 가진다. 핀라인-마이크로스트립 변환기는 Antipodal 안테나를 이용하여 설계 하였으며, 소반사(small reflection) 이론을 적용하여 낮은 반사계수를 얻었다. Back-to-back으로 연결된 공간 결합기를 측정한 결과 최대 95%의 결합 효율을 얻었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a S-band coaxial waveguide-based spatial combiner is proposed. The proposed combiner consists of coaxial waveguide, impedance transformer, and finline-to-microstrip transformer. The coaxial waveguide is used as the host of the combining circuits for higher output power and better unif...

주제어

#Spatial combiner   #combining efficiency   #coaxial waveguide   #finline-to-microstrip transitions   #small reflection  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 도파관 형태의 공간 결합기는 마이크로스트립 라인과 같은 전송선로와는 달리 전력을 전송할 때 손실이 매우 적어 결합 효율을 높일 수 있으므로 고출력을 전송할 때 많이 이용된다[4]. 도파관 형태로는 구형 도파관과 동축선로 도파관이 있는데 본 논문에서는 동축선로 도파관 형태의 공간 결합기를 제안한다.
  • 본 논문에서는 전력 결합 효율을 향상시키기 위한 방법으로 S-대역에서 동작 가능한 동축선로 도파관을 이용하여 공간 결합기를 설계 및 제작하였다. 수 watt 급 이상의 고출력 전력 증폭 모듈을 제작할 시에는 특히 많은 열이 발생하여 전력 결합도를 저하 시킬 것으로 예상되는 바, 본 논문의 연구에서 제안한 형태의 공간 결합기는 이를 극복할 것이라고 예상된다.
  • 따라서, 수치해석에 의한 최적화가 이루어 져야 한다. 본 논문에서는 전자기장 시뮬레이션 코드인 HFSS를 이용하여 수치 해석하였다. <그림 5>는 HFSS로 설계한 그림이고, 핀라인-마이크로스트립 변환기의 길이는 동축선로 도파관의 크기에 맞춰 120 mm로 결정하였다.

가설 설정

  • 동축선로 도파관 내부에 존재하는 핀라인들은 상호 병렬로 연결되기 때문에, 각 핀라인들의 입력임피던스는 특성임피던스에 배열되는 수만큼 곱한 임피던스가 된다. 즉, 본 논문에서 동축선로 도파관의 특성임피던스는 110 ohm이고 핀라인 배열의 수는 8개로 정하였다. 따라서 각각의 핀라인 입력임피던스는 880 ohm이 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전력 결합기는 어떻게 구분되는가? 전력 결합기는 형태적으로 크게 평면 결합기와 공간 결합기 두 가지로 나눌 수 있다. 평면 결합 방식에는 보통 2-way 결합기를 사용한 corporate 전력 결합 방식이 많이 사용되고 있다[2].
Wilkinson 결합기에 쓰이는 결합은 어떤 결합인가? 대표적으로 Wilkinson 결합기가 있다. Wilkinson 결합기는 이론적으로 동시에 결합할 수 있는 소자의 수에 제한이 없는 N-way 결합이다. 하지만 격리 저항의 연결이 필요하기 때문에 N-way 결합기의 경우 3차원적인 구조가 불가피하게 된다.
corporate 전력 결합 방식에 대표적인 결합기는 무엇인가? 평면 결합 방식에는 보통 2-way 결합기를 사용한 corporate 전력 결합 방식이 많이 사용되고 있다[2]. 대표적으로 Wilkinson 결합기가 있다. Wilkinson 결합기는 이론적으로 동시에 결합할 수 있는 소자의 수에 제한이 없는 N-way 결합이다.
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참고문헌 (13)

  1. K. Chang and C. Sun, "Millimeter-wave power-combining techniques," IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 31, no. 2, pp.91-107, February 1983. 

  2. K. J. Russell, "Microwave power combining techniques," IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 27, no. 5, pp.472-478, May 1979. 

    상세보기

  3. 이수현, 최길웅, 김형종, 신석우, 김상훈, 김재덕, 김보기, 최진주, "S 대역 동축선로 도파관을 이용한 공간 전력 결합기에 관한 연구," 2010 한국통신학회 추계종합학술발표회, pp.197, 2010.11. 

  4. A. Alexanian and R. A. York, "Broadband spatially combined amplifier array using tapered slot transitions in waveguide," IEEE Microwave and Guided Wave Letters, vol. 7, no. 2, pp.42-44, February 1997. 

    상세보기

  5. M. A. Ali, S. Ortiz, T. Ivanov and A. Mortazawi, "Analysis and measurement of hard horn feeds for the excitation of quasi-optical amplifiers," 1998 IEEE MTT-S Digest, vol. 3, pp.1469-1472, June 1998. 

  6. M. Kim, J. B. Hacker, A. L. Sailer, S. Kim, D. Sievenpiper and J. A. Higgins, "A rectangular TEM waveguide with photonic crystal walls for excitation of quasi-optical amplifiers," 1999 IEEE MTT-S Digest, pp.543-546, 1999. 

  7. D. M. Pozar, Microwave Engineering, Wiley House & Son, Inc. 1998. 

  8. J. D. S. Langley, P. S. Hall and P. Newham, "Balanced antipodal vivaldi antenna for wide bandwidth phased arrays," IEEE Proc-Micro Antennas Propag, vol. 143, no. 2, pp.97-102, April 1996. 

  9. E. P. Li, H. San and J. M. Cai, "The conformal finite-difference time-domain analysis of the antipodal vivaldi antenna for UWB applications," Antennas, Propagation & EM Theory, 2006. SAPE '06. 7th International Symposium on, pp.1-4, October 2006. 

  10. S. Wang, X. D. Chen and C. G. Parini, "Analysis of ultra wideband antipodal vivaldi antenna design," 2007 Loughborough Antennas and Propagation Conference, pp.129-132, April 2007. 

  11. Jinho Jeong, Youngwoo Kwon, Sunyoung Lee, Changyul Cheon and E. A. Sovero, "1.6- and 3.3-W Power Amplifier Modules at 24 GHz Using Waveguide-based Power Combining Structures," IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 48, no. 12, pp.2700-2708, Dec. 2000. 

  12. 정진호, 권영우, 장영춘, 천창율 "Ka-band에서 의 구형 도파관-마이크로스트립 변환구조의 설계 및 제작에 관한 연구," 한국통신학회논문지, pp.1770-1776, 1998. 7. 

  13. Pengcheng Jia, Lee-Yin Chen, Nai-Shuo Cheng and Robert A. York "Design of Waveguide Finline Arrays for Spatial Power Combining," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 49, no. 4, pp.609-614, April 2001. 

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