KR100830131B1

KR100830131B1 - 소형화에 적합한 전송선 변압기

Info

Publication number: KR100830131B1
Application number: KR1020060038027A
Authority: KR
Inventors: 홍성철; 이동호; 이경애
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2006-04-27
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2008-05-20
Anticipated expiration: 2026-04-27
Also published as: KR20070105633A

Abstract

본 발명에 따른 전송선 변압기는, 1차측 전송선과 2차측 전송선을 포함하며, 상기 1차측 전송선 및 2차측 전송선 중의 적어도 어느 하나에 커패시터가 병렬되거나 인덕터가 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 기존의 전송선보다 짧은 길이를 갖는 전송선에 직렬로 인덕터를 연결하거나 병렬로 커패시터를 연결하여 전체 면적을 줄일 수 있으므로 주파수 특성을 만족시키면서도 소형화된 전송선 변압기를 얻을 수 있으며, 짧은 전송선을 사용하므로 기생저항이 줄어드는 장점이 있다.

소형화, 전송선 변압기, 단권형 변압기, 임피던스 변환, 광대역, 정합,

Description

소형화에 적합한 전송선 변압기 {transmission line transformer suitable for miniaturization }

도 1은 종래의 1:4 전송선 변압기의 개략적 구성을 나타낸 도면;

도 2는 도 1의 전송선 변압기의 등가회로를 나타낸 회로구성도;

도 3은 본 발명에 따른 전송선 변압기를 나타낸 회로구성도;

도 4는 도 3의 전송선 변압기에 적용될 수 있는 여러 가지 변형 전송선들을 설명하기 위한 도면;

도 5는 본 발명에 의한 소형화된 전송선 변압기를 직렬로 연결한 실시예를 나타낸 회로구성도이다.

삭제

* 도면 중의 주요 부분에 대한 부호 설명 *

1: 1:4 전송선 변압기의 1번 포트

2: 1:4 전송선 변압기의 2번 포트

3: 1:4 전송선 변압기의 1차측 전송선

4: 1:4 전송선 변압기의 2차측 전송선

11, 21: 1:4 전송선 변압기의 등가회로의 1번 포트

12, 22: 1:4 전송선 변압기의 등기회로의 2번 포트

13, 23: 1:4 전송선 변압기의 등가회로의 1차측 인덕턴스

14, 24: 1:4 전송선 변압기의 등기회로의 2차측 인덕턴스

101: 본 발명의 실시예에 따른 전송선 변압기의 1번 포트

102: 본 발명의 실시예에 따른 전송선 변압기의 2번 포트

103: 본 발명의 실시예에 따른 전송선 변압기의 1차측 전송선

104: 본 발명의 실시예에 따른 전송선 변압기의 2차측 전송선

120, 130, 140, 150:

본 발명의 실시예에 따른 전송선 변압기의 전송선의 실 예

121, 142, 152: 커패시터

131, 141, 151: 인덕터

122, 132, 143, 153: 전송선

삭제

501: 전송선 변압기의 1번 포트
502: 전송선 변압기의 2번 포트

503: 1번 단위 전송선 변압기의 1차측 전송선

504: 1번 단위 전송선 변압기의 2차측 전송선

505: 2번 단위 전송선 변압기의 1차측 전송선

506: 2번 단위 전송선 변압기의 2차측 전송선

507: 1번 단위 전송선 변압기와 2번 단위 전송선 변압기를 연결하는 수동소자

본 발명은 전송선 변압기에 관한 것으로서, 특히 1차측 전송선이나 2차측 전송선 중의 적어도 하나에 커패시터 또는 인덕터를 연결하여 전송선의 길이를 짧게 함으로써 변압기의 전체 크기를 소형화시킬 수 있는 전송선 변압기에 관한 것이다.

전송선 변압기는 광대역 특성을 유지하면서 임피던스를 변환하는 것을 목적으로 하고 있다. 그런데, 전송선 변압기의 주파수 특성은 전송선의 길이에 의존한다. 특히, 저주파 동작 특성을 만족시키기 위해서는 그 길이가 파장의 길이에 따라 길어져야 하는 데, 이 때문에 전송선 변압기의 크기가 커지게 된다.

도 1은 종래의 1:4 전송선 변압기의 개략적 구성을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 전송선 변압기는 1번 포트(1), 2번 포트(2), 1차측 전송선(3) 및 2차측 전송선(4)을 포함하여 이루어진다.

이러한 1:4 전송선 변압기는 도 2와 같은 단권형 변압기(auto-transformer)의 등가 회로로 도시할 수 있다. 더욱 상세하게는, 도 2의 (a)는 1:4 전송선 변압기의 구조도이며, (b)는 그 등가회로를 나타낸 것이다. 여기서, 1:4 전송선 변압기는 1:4의 고정된 임피던스 변환비를 갖고 동작한다. 도 2에서, 참조번호 11, 21은 전송선 변압기의 등가회로의 1번 포트, 참조번호 12, 22는 전송선 변압기의 등가회로의 2번 포트, 참조번호 13, 23은 전송선 변압기의 등가회로의 1차측 인덕턴스, 참조번호 14, 24는 전송선 변압기의 등가회로의 2차측 인덕턴스를 각각 나타낸다.

이러한 전송선 변압기가 저주파 동작을 하기 위해서는 변압기의 전송선의 길이가 길어야 하기 때문에 종래기술에 따른 전송선 변압기는 크기가 커지고 손실 성분이 증가하는 문제점이 있었다. 또한 높은 임피던스 변환비를 얻기 위해서는 이러한 1:4 전송선 변압기와 같은 것을 직렬로 연결하여야 했는데 이 경우 전체 크기가 커지는 것을 피할 수 없었다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전송선의 길이를 길게 하지 않고서도 저주파 특성을 만족시킬 수 있는 전송선 변압기를 제공하는 데 있다.

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상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일예에 따른 전송선 변압기는, 1차측 전송선과 2차측 전송선을 포함하며, 상기 1차측 전송선 및 2차측 전송선 중의 적어도 어느 하나에 커패시터가 병렬로 연결되되, 상기 커패시터와 상기 커패시터가 연결되는 1차측 전송선 또는 2차측 전송선에 직렬로 인덕터가 삽입 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 예에 따른 전송선 변압기는, 1차측 전송선과 2차측 전송선을 포함하며, 상기 1차측 전송선 및 2차측 전송선 중의 적어도 어느 하나에 인덕터가 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 인덕터가 직렬로 연결되는 1차측 전송선 또는 2차측 전송선의 양단에 커패시터가 병렬 연결될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 예에 따른 전송선 변압기는, 1차측 전송선과 2차측 전송선을 포함하는 복수개의 단위 전송선 변압기가 수동소자를 통하여 직렬연결되고, 상기 1차측 전송선 및 2차측 전송선 중의 적어도 어느 하나에 커패시터가 병렬로 연결되거나 인덕터가 직렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 수동소자는 커패시터, 인덕터, 전송선 및 저항으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나일 수 있다.

삭제

이하에서, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다. 아래의 실시예들은 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형화된 1:4 전송선 변압기를 나타낸 회로구성도이다. 도 3을 참조하면, 본 실시예의 전송선 변압기는 1번 포트(101), 2번 포트(102), 1차측 변형 전송선(103) 및 2차측 변형 전송선(104)을 포함하여 이루어진다.

도 4는 도 3의 1차측 변형 전송선(103) 및 2차측 변형 전송선(104)의 여러가지 구체적 형태를 설명하기 위한 도면이다. 도 3에는 1차측 전송선과 2차측 전송선이 모두 변형된 경우가 도시되었으나, 1차측 전송선이나 2차측 전송선 중 적어도 어느 하나만 변형된 경우에도 본 발명에 해당 되므로, 이하에서는 설명의 편의상 1차측 변형 전송선(103)과 2차측 전송선(104)을 구분하지 않고 변형 전송선(103, 104)이라 칭하여 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이 변형 전송선(103, 104)은 전송선(122)에 병렬 커패시터나 직렬 인덕터가 추가되어 이루어진다. 구체적으로, 제1 변형 전송선(120)은 전송선(122)에 커패시터(121)가 병렬로 연결되는 경우를 나타낸 것이고, 제2 변형 전송선(130)은 전송선(132)에 인덕터(131)가 직렬로 연결되는 경우를 나타낸 것이다. 그리고, 제3 변형 전송선(140)은 전송선(143)에 인덕터(141)가 직렬로 연결되고 전송선(143)의 양단에 커패시터(142)가 병렬 연결되는 경우를 나타낸 것이다. 제4 변형 전송선(150)은 전송선(153)에 커패시터(152)가 병렬로 연결되고 커패시터(152)와 전송선(153)의 사이에 인덕터(151)가 삽입 연결되는 경우를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 전송선 변압기의 변형 전송선(103, 104)은 변압기의 주파수 특성에 맞도록 제1 변형 전송선(120), 제2변형 전송선(130), 제3변형 전송선(140), 및 제4 변형 전송선(150) 중에서 적절히 선택될 수 있으며, 1차측 변형 전송선(103)과 2차측 변형 전송선(104)이 같은 형태를 할 필요는 없다. 예컨대 1차측 변형 전송선(103)은 제1 변형 전송선(120)의 형태를 하고 2차측 변형 전송선(104)은 제2 변형 전송선(130)의 형태를 할 수 있다. 또한, 제1 변형 전송선(120), 제2변형 전송선(130), 제3변형 전송선(140), 및 제4 변형 전송선(150) 중의 적어도 2개 이상을 조합하여 직렬 또는 병렬로 연결한 것을 1차측 변형 전송선(103)이나 2차측 변형 전송선(104)으로 이용할 수도 있다.

앞서 언급한 바와 같이 전송선 변압기의 주파수 특성은 전송선의 길이에 의존한다. 저주파 동작 특성을 만족시키기 위해서는 전송선의 길이를 길게 해야 하는데, 이 경우 변압기의 전체 크기가 증가하게 된다. 그러나 전송선의 길이를 길게 하지 않고 대신에 도 4와 같이 인덕터와 커패시터를 설치하면 전송선의 길이 증가에 해당하는 인덕턴스값이 보상될 수 있기 때문에 전송선의 길이를 길게 하지 않고서도 저주파 동작 특성을 향상시킬 수 있다.
전송선 변압기의 크기는 대부분 전송선이 차지하고 인덕터나 커패시터는 이러한 전송선에 비하여 그 크기가 작다. 따라서 본 발명에 의하면 종래의 전송선 변압기(도 1)보다 작은 크기로 전송선 변압기를 구현하더라도 특정 동작 주파수에서 유사한 성능을 발휘하는 전송선 변압기를 얻을 수 있게 된다. 또한 전송선이 길어짐으로써 발생하는 기생저항을 줄여 손실을 줄일 수 있다.

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도 5는 본 발명에 따른 전송선 변압기를 직렬로 연결한 실시예를 나타낸 회로구성도이다. 도 5를 참조하면, 1번 단위 전송선 변압기는 1차측 변형 전송선(503)과 2차측 변형 전송선(504)으로 구성되며, 2번 단위 전송선 변압기는 1차측 변형 전송선(505)과 2차측 변형 전송선(506)으로 구성된다. 상기 1번 단위 전송선 변압기와 2번 단위 전송선 변압기는 본 발명에서 제안된 전송선 변압기를 의미하며, 양자가 동일한 구조일 필요는 없다. 상기 1번 단위 전송선 변압기와 2번 단위 전송선 변압기는 수동소자(507)를 통해 연결되며, 수동소자(507)는 커패시터, 인덕터, 전송선, 저항 또는 짧은 도선이 될 수 있다. 도 5에서 참조번호 501은 1번 포트, 502는 2번 포트를 각각 나타낸다.

이상과 같이 본 발명의 실시예들에 대해 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능함은 물론이다. 따라서, 위의 실시예들의 각각에 해당 되는 전송선 변압기를 2개 이상 직렬로 연결하여 새로운 전송선 변압기를 구현하는 것도 가능하다.

상기한 본 발명에 따르면, 기존의 전송선보다 짧은 길이를 갖는 전송선에 직렬로 인덕터를 연결하거나 병렬로 커패시터를 연결하여 전체 면적을 줄일 수 있으므로 주파수 특성을 만족시키면서도 소형화된 전송선 변압기를 얻을 수 있으며, 짧은 전송선을 사용하므로 기생저항이 줄어드는 장점이 있다.

삭제

Claims

1차측 전송선과 2차측 전송선을 포함하며, 상기 1차측 전송선 및 2차측 전송선 중의 적어도 어느 하나에 커패시터가 병렬로 연결되되,

상기 커패시터와 상기 커패시터가 연결되는 1차측 전송선 또는 2차측 전송선에 직렬로 인덕터가 삽입 연결된 것을 특징으로 하는 전송선 변압기.

삭제

1차측 전송선과 2차측 전송선을 포함하며, 상기 1차측 전송선 및 2차측 전송선 중의 적어도 어느 하나에 인덕터가 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전송선 변압기.

제3항에 있어서, 상기 인덕터가 직렬로 연결되는 1차측 전송선 또는 2차측 전송선의 양단에 커패시터가 병렬 연결되는 것을 특징으로 하는 전송선 변압기.

1차측 전송선과 2차측 전송선을 포함하는 복수개의 단위 전송선 변압기가 수동소자를 통하여 직렬연결되고, 상기 1차측 전송선 및 2차측 전송선 중의 적어도 어느 하나에 커패시터가 병렬로 연결되거나 인덕터가 직렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 전송선 변압기.

제5항에 있어서, 상기 수동소자가 커패시터, 인덕터, 전송선 및 저항으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전송선 변압기.

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