본 논문에서는 출력단 전력의 위상과 크기가 모두 대칭인 새로운 구조의 3-way 전력 분배기를 제안한다. 종래의 일반적인 Wilkinson 전력 분배기의 경우, 3-way 이상의 전력 분배시 격리 특성을 결정하는 저항 소자의 crossover로 인하여 평면형 구조로의 구현이 어려웠다. 반면, 본 논문에서 제안하는 회로는 평면형이면서 격리 저항을 쉽게 장착할 수 있는 장점을 가지고 있다. 그리고 대칭 구조이면서 선로 간 전기적 길이가 동일하므로 출력단 위상차를 위한 별도의 보상 선로가 불필요하다. 제작된 2.4 GHz 대 3-way 전력 분배기는 종래의 구조에 비하여 160% 만큼 개선된 $S_{11}$대역폭, 최하22.4 dB의 격리 특성, 그리고 출력 단자간 동일한 위상 특성을 보인다.
본 논문에서는 출력단 전력의 위상과 크기가 모두 대칭인 새로운 구조의 3-way 전력 분배기를 제안한다. 종래의 일반적인 Wilkinson 전력 분배기의 경우, 3-way 이상의 전력 분배시 격리 특성을 결정하는 저항 소자의 crossover로 인하여 평면형 구조로의 구현이 어려웠다. 반면, 본 논문에서 제안하는 회로는 평면형이면서 격리 저항을 쉽게 장착할 수 있는 장점을 가지고 있다. 그리고 대칭 구조이면서 선로 간 전기적 길이가 동일하므로 출력단 위상차를 위한 별도의 보상 선로가 불필요하다. 제작된 2.4 GHz 대 3-way 전력 분배기는 종래의 구조에 비하여 160% 만큼 개선된 $S_{11}$ 대역폭, 최하22.4 dB의 격리 특성, 그리고 출력 단자간 동일한 위상 특성을 보인다.
This paper presents an equal 3-way planar-type power divider. In conventional 3-way Wilkinson dividers, it has been difficult to realize the circuit because of the crossover of isolation resistors. In the proposed divider, the isolation resistors can be easily attached to the planar structure of the...
This paper presents an equal 3-way planar-type power divider. In conventional 3-way Wilkinson dividers, it has been difficult to realize the circuit because of the crossover of isolation resistors. In the proposed divider, the isolation resistors can be easily attached to the planar structure of the divider. In addition, no phase difference is observed at output ports without extra line compensation because of its symmetric structure. The fabricated 3-way divider has a greatly improved bandwidth by 160 % in $S_{11}$, 22.4 dB, min of isolation, and in phase characteristics between output ports at 2.4 GHz of center frequency from measurement.
This paper presents an equal 3-way planar-type power divider. In conventional 3-way Wilkinson dividers, it has been difficult to realize the circuit because of the crossover of isolation resistors. In the proposed divider, the isolation resistors can be easily attached to the planar structure of the divider. In addition, no phase difference is observed at output ports without extra line compensation because of its symmetric structure. The fabricated 3-way divider has a greatly improved bandwidth by 160 % in $S_{11}$, 22.4 dB, min of isolation, and in phase characteristics between output ports at 2.4 GHz of center frequency from measurement.
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문제 정의
이와 같은 경우, 저 전력의 신호 흐름에는 상관이 없지만 고 전력이 통과 시 선로의 손실 특성에 따라 한 쪽 선로의 손실을 증가시켜 화로 특성을 저하시키는 문제가 있다. 본 논문에서는 3-way 전력 분배시의 경우에 출력 단에 전력의 대칭이 유지되도록 설계된 회로를 제안하고자 한다. 이 회로는 평면형 구조인 동시에, 격리 특성을 결정하는 저항 소자도 평면형 구조에 쉽게 삽입할 수 있는 장점이 있다.
본 논문에서는 새로운 구조의 3-way 전력 분배기를 제안하였다. 제안한 설계 방법에 의해 설계된 3-way 전력 분배기는 우수한 정합 특성과 격리 특성, 위상 특성을 가진다는 것을 시뮬레이션을 통해 확인하였으며, 실제 제작하여 제시한 설계 방법의 타당성과 유용성을 보였다.
제안 방법
회로이다. 제시한 설계 방법의 타당성을 보이기 위하여 2.4 GHz 대역 3-way 전력 분배기를 설계하여 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 Toole Ansoft사의 Designer V2를 사용하였다.
대상 데이터
4 GHz 대역 3-way 전력 분배기를 설계하여 시뮬레이션하였다. 시뮬레이션 Toole Ansoft사의 Designer V2를 사용하였다. 그림 4는 회로 시뮬레이션 결과이다.
그림 6은 실제 제작에 앞서 EM 시뮬레이션을 통하여 제안한 구조의 전자기적 특성을 알아본 그림이다. 시뮬레이션에 사용된 기판은 비유전율 e =2.5 에 두께는 62 mil의 기판을 사용하였고, 중심 주파수는 2.4 GHz 대역에서 설계하였다. 시뮬레이션 toole AnsoR사의 HFSS V10을 사용하였다.
이론/모형
4 GHz 대역에서 설계하였다. 시뮬레이션 toole AnsoR사의 HFSS V10을 사용하였다.
성능/효과
1) 3-way 전력 분배시에도 저항 소자를 crossover 없이 쉽게 삽입할 수 있어 평면형 구조로의 구현이용이 하다. 2) 기존의 구조에 비하여 약 160 % 개선된 S” 대역폭을 가짐으로써 보다 향상된 성능을 가진다.
2) 기존의 구조에 비하여 약 160 % 개선된 S” 대역폭을 가짐으로써 보다 향상된 성능을 가진다. 3) 대칭 구조와 동일한 전기적 길이를 유지함으로써 추가적인 매칭 선로 없이 출력 단에서 위상차가 생기지 않는다.
2) 기존의 구조에 비하여 약 160 % 개선된 S” 대역폭을 가짐으로써 보다 향상된 성능을 가진다. 3) 대칭 구조와 동일한 전기적 길이를 유지함으로써 추가적인 매칭 선로 없이 출력 단에서 위상차가 생기지 않는다. 이러한 우수한 특성을 가진 새로운 구조의 3-way 전력 분배기는 매우 응용가치가 높으며 초고주파 회로에서의 많은 활용이 기대된다.
1 dB 이하의 격리 특성을 보였다. 또한, 각 출력 단자에서의 전력이동 위상 특성을 보였으며, -20 dB를 기준으로 한 S”의 대역폭은 1.78 GHz에서 2.92 GHz까지 약 1.14 GHz의 넓은 대역폭 특성을 보였다.
제안한 설계 방법에 의해 설계된 3-way 전력 분배기는 우수한 정합 특성과 격리 특성, 위상 특성을 가진다는 것을 시뮬레이션을 통해 확인하였으며, 실제 제작하여 제시한 설계 방법의 타당성과 유용성을 보였다. 또한, 기존의 전력 분배기가 가지는 문제점들을 개선해 줄 수 있는 장점을 보였다. 제시한 설계 방법을 이용한 전력 분배기의 특징을 요약하면 다음과 같다.
것이다. 반면, 본 논문에서 제안하는 3-way 전력분배기의 경우, 기존의 구조에 비하여 -20 dB를 기준으로 한 S u의 대역폭이 더욱 넓은 것을 볼 수 있다. 그림 6은 실제 제작에 앞서 EM 시뮬레이션을 통하여 제안한 구조의 전자기적 특성을 알아본 그림이다.
시뮬레 이션 결과를 살펴보면 중심 주파수 2.4 GHz에서 각 포트로 전달되는 전력이 1/3로 균일하며 -38.2 dB의 정합 특성과 -32.1 dB 이하의 격리 특성을 보였다. 또한, 각 출력 단자에서의 전력이동 위상 특성을 보였으며, -20 dB를 기준으로 한 S”의 대역폭은 1.
제안하였다. 제안한 설계 방법에 의해 설계된 3-way 전력 분배기는 우수한 정합 특성과 격리 특성, 위상 특성을 가진다는 것을 시뮬레이션을 통해 확인하였으며, 실제 제작하여 제시한 설계 방법의 타당성과 유용성을 보였다. 또한, 기존의 전력 분배기가 가지는 문제점들을 개선해 줄 수 있는 장점을 보였다.
전력 분배기의 측정 결과이다. 측정 결과 중심주파수 2.4 GHz에서 전력의 균등 분배가 이뤄지고 있으며 -22.4 dB 이하의 격 리 특성과 각 출력 단에서 동 위상의 특성을 보였다. 특히, -20 dB를 기준으로 한 Sn의 대역폭은 1.
4 dB 이하의 격 리 특성과 각 출력 단에서 동 위상의 특성을 보였다. 특히, -20 dB를 기준으로 한 Sn의 대역폭은 1.64 GHz에서 2.86 GHz까지 약 1.22 GHz의 대역폭을 가짐으로써, 회로 시뮬레이션에서 보인 일반적인 3-way 전력 분배기의 S” 대역폭에 비하여 약 160 % 개선된 대역폭 특성을 나타내었다.
그림 4는 회로 시뮬레이션 결과이다. 회로 시뮬레이션 결과는 제안한 새로운 구조의 3-way 전력 분배기의 정합 특성과 단자 간 격리 특성, 위상 특성이 매우 우수함을 보여주고 있다. 그림 5는 정합 특성을 나타내는 S h 특성을 기존 구조와 비교하여 나타낸 그림이다.
후속연구
3) 대칭 구조와 동일한 전기적 길이를 유지함으로써 추가적인 매칭 선로 없이 출력 단에서 위상차가 생기지 않는다. 이러한 우수한 특성을 가진 새로운 구조의 3-way 전력 분배기는 매우 응용가치가 높으며 초고주파 회로에서의 많은 활용이 기대된다.
참고문헌 (7)
E. J. Wilkinson, 'An n-way hybrid power divider', IRE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-8, pp. 116-118, Jan. 1960
A. A. M. Saleh, 'Planar electrically symmetricn-way hybrid power dividers/combiners', IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-28, no. 6, pp. 555-563, Jun. 1980
S. B. Cohn, 'A class of broadband three-port TEMmode hybrids', IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-16, no. 2, pp. 110-116, Feb. 1968
L. I. Parad, R. L. Moynihan, 'Split-tee power divider', IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-8, pp. 116-118, Jan. 1965
R. B. Ekinge, 'A new method of synthesizing matched broad-band TEM-mode three-ports', IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT- 19, pp. 81-88, Jan. 1971
S. Rosloniec, 'Three-port hybrid power dividers terminated in complex frequency-dependent impedances', IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-44, no. 8, pp. 1490- 1493, Aug. 1996
D. M. Pozar, Microwave Engineering, Wesley Publishing Company, pp. 363-368, 1993
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