Full-Wave Analysis, Design and Fabrication of Duplexer by Mode Matching Method for Ka-Band Transponder

모드정합법에 의한 Ka-밴드 위성중계기용 듀플렉서의 Full-Wave 분석 및 설계${\cdot}$제작에 관한 연구

This paper presents the design and fabrication of the duplexer for a Ka-band satellite transponder which is analyzed transmission characteristics by calculating the generalized scattering matrix using mode matching method. It is composed of 2 bandpass filters, coupled with H-plane T-junction having symmetrical inductive iris and E-plane metal insert structures. Compared with the size and weight of the Rx and Tx filter loaded with a transponders respectively, those of the duplexer can be effectively reduced. In a high power transmission, the variation of the filter characteristics is minimized by the scheme that irises are extended to the exterior of H-plane of the waveguide. This scheme needs no extra heat sinks for dissipating high power. The duplexer is designed to improve the simplification, durability and reliability by eliminating tuning screws, which have been used to compensate for the characteristics of fabricated filters. The bandpass filters of the duplexer show the insertion loss of less than 1.2 dB and the return loss in excess of 15 dB. The isolations of more than 65 dB have been achieved between Rx and Tx filter.

본 논문에서는 Ka-밴드 위성중계기용 듀플렉서의 설계를 위해 모드정합법에 의해 산란행렬을 계산하여 설계한 필터의 전달특성을 분석하고, 설계 방법의 타당성 여부 검증을 위해 대칭적 유도성 아이리스 구조와 전계면 금속삽입 구조로 설계된 2개의 대역통과 필터를 자계면 T-접합에 의한 합성방법으로 Ka-밴드 위성 중계기용 듀플렉서를 설계, 제작하였다. 제작된 듀플렉서는 위성체에서 송${\cdot}$수신 필터의 개별 사용에 따른 크기 및 두께의 증가를 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 송신필터의 경우 아이리스를 도파관 자계면 외벽으로 돌출시키는 구조로 설계함으로써 필터 자체가 방열판 구실을 하여 고전력 전송에 따른 필터의 특성 변화를 최소화하였다. 또한 대부분의 도파관 필터에서 동작특성을 보정하기 위해 사용되는 미세 보정 나사의 사용을 배제함으로써 제작의 단순화와 위성중계기용으로서의 내구성과 신뢰도를 향상시켰다. 제작된 ,Ka-밴드 위성중계기용 듀플렉서는 2개의 필터(Rx : 30.485 ${\pm}$ 0.4 GHz, Tx : 20.755 ${\pm}$ 0.4 GHz) 모두 통과대역에서 1.2dB 미만의 삽입손실(insertion loss)과 15 dB 보다 좋은 반사손실(return loss) 특성을 얻었고, 송${\cdot}$수신 필터간 65 dB 이상의 분리도(isolation)를 나타내었다.