I-Laboratory
고주파회로교실 ~ RFDH version ~ 2. 분배기/합성기 (Divider/Combiner) (1) 2 분배선로 하나의 신호입력을 두개 이상으로 나누는 경우, 또는 역으로 두 개 이상의 신호입력을 하나로 합치는 경우, 마이크로파 회로에서는 어떻게 하면 될까요? 예를 들어 나누는 경우에는, <그림 4-3>과 같이 단지 선로만 두 개로 분기하면 될런지? 그렇다면 먼저 <그림 4-3>의 회로가 어떤 특성을 갖고 있는지 살펴보도록 하겠습니다. <그림 4-4>에는 이 회로의 시뮬레이션 회로와 그 결과를 나타내었습니다.
(a) 시뮬레이션 회로 (b) S11 (port 1 입력임피던스) (c) S22 (port 2 입력임피던스) (d) S21 (loss : port 1 → port 2) (e) S32 (Isolation : port 2 → port 3) <그림 4-4> 시뮬레이션 결과 (2 분배선로) 먼저 (b)의 S11을 보도록 하지요. 1 GHz (마커 찍힌 곳) 에서는 Zin = 100Ω 이고, (c)의 S22 역시 1GHz에서는 Zin = 100Ω입니다. 다음으로 (d)의 S21을 보면, -3.5dB로 loss가 있는 것으로 나옵니다. 그런데 port 1의 입력이 port 2 와 port 3 에 두갈래로 분배되었다면, S21 은 전력이 반반으로 나뉘었을테니 -3dB ( = 10 log 0.5 )가 나와야지만 됩니다. 그렇다면 추가로 발생한 -0.5 dB는 대체 무엇이며 이 0.5dB의 전력손실은 어디로 새 버린 걸까요? 잠깐 여기서, port 1 의 입력 임피던스가 50Ω 에 매칭되어 있지 않습니다. 그래서 입력전력의 일부 (약 1.1%)가 입력단으로 반사되어 버렸기 때문입니다!!!
(port 2 와 port 3 은 완전히 동일한 특성을 가지기 때문에, port 3 의 시뮬레이션 결과는 생략되었습니다) 그렇다면 port 1 의 입력
임피던스를 50Ω에 매칭시켜주면, 이러한 단순 2 divider는 완성될까요?
즉 port 1에서 port 2 와 port 3으로만 전력이 나뉘어지길 바라는데, 엉뚱하게 port 2 와 port 3 끼리 둘이서만 서로 신호가 오가서는 안되겠죠. 이렇게 서로 상관있어선 안될 port간은 최대한 격리(isolation)시켜주어야 하는 것이지요. 이 경우라면 S23 나 S32가 매우 작은 값이어야 서로간의 격리가 잘 된 것이라 평가할 수 있을 것입니다. 이것이 왜 문제가되느냐면.. port 2 와 port 3 에 접속될 회로가 완전히 50Ω에 매칭되어 있을지는 알 수 없다는 점 때문입니다. 만약 이 격리도가 충분히 확보되지 않으면 port 2,3 에 접속되는 회로의 미스매칭에 의해 분배비율 자체가 변해 버리는 등의 악영향이 나타납니다. <그림 4-4>의 회로의 port 3에 75Ω의 부하를 연결한 경우의 S11과 S21을 <그림 4-5>에 나타내었습니다. (a) S11 (port 1 입력임피던스) (b) S21 (loss : port 1 → port 2) <그림 4-5> Isolation의 영향 S11, S21 양쪽 모두 port 3에 접속된 부하에 의해 변하고 있습니다. 특히 S21이 크게 변하고 있습니다. 이것을 보면서 isolation이 얼마나 중요한지 이해가 가시지요? 그러면 다음 (2) 절에서는 분배기/합성기로 가장 애용되는 회로를 소개하도록 하겠습니다. 다음 >> 2. 분배기/합성기 (2) Wilkinson Coupler Copyright by I-laboratory & RF designhouse. All rights reserved. |