A Coaxial Waveguide-based Spatial Combiner Using Finline-to-Microstrip Transitions

핀라인-마이크로스트립 변환을 이용한 동축선로 도파관 형태의 공간 결합기

  • Received : 2011.06.27
  • Accepted : 2011.09.10
  • Published : 2011.10.31

Abstract

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 uniformity by equally distributing the input power to each element. The finline-to-microstrip transformer is designed by using antipodal antenna, and obtained low reflection coefficient by applying the small reflection theorem. The measurement results show the coaxial waveguide combiner has a maximum combining efficiency of 95%.

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.

Keywords

Acknowledgement

Supported by : 국방과학연구소

References

  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. https://doi.org/10.1109/TMTT.1979.1129651
  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. https://doi.org/10.1109/75.553053
  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. https://doi.org/10.1049/ip-map:19960260
  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. https://doi.org/10.1109/22.899033
  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. https://doi.org/10.1109/22.915433