[논문]가변 분배 비율 비대칭 전력 분배기

임종식; 오성민; 구재진; 정용채; 안달

doi:10.5515/kjkiees.2007.18.5.478

가변 분배 비율 비대칭 전력 분배기
An Unequal Power Divider with Adjustable Dividing Ratio 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.18 no.5 = no.120, 2007년, pp.478 - 485

임종식 (순천향대학교 전기통신시스템공학과) , 오성민 (순천향대학교 전기통신시스템공학과) , 구재진 (순천향대학교 전기통신시스템공학과) , 정용채 (전북대학교 전자정보공학부) , 안달 (순천향대학교 전기통신시스템공학과)

초록
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본 논문에서는 분배 비율을 조절할 수 있는 1:N 비대칭 월킨슨 전력 분배기를 제안한다. 제안된 비대칭 전력분배기는 월킨슨 구조에 기인하고 있다. 제안한 분배기는 사각형 형태의 결함 접지 구조와 결함 접지 구조 안에 위치한 격리 패턴 구조, 그리고 바이어스 전압에 따라 캐패시턴스가 변하는 버랙터 다이오드를 지니고 있다. 결함 접지 구조를 지니는 마이크로스트립 전송 선로의 특성 임피던스는 버랙터 다이오드에 인가된 전압에 따라서 값이 변화하고, 이로 인하여 비대칭 전력 분배 비율도 변한다. 측정에서 얻은 비대칭 전력 분배 비율(N)은 $2.59{\sim}10.4$로써 매우 다양한 전력 분배 비율을 보여준다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, an unequal 1:N Wilkinson power divider with adjustable dividing ratio is proposed. The proposed unequal power divider is composed of basic Wilkinson structure. It consists of rectangular-shaped defected ground structure (DGS), isolated island pattern in DGS, and varactor diodes of which capacitance depends on bias voltage. The characteristic impedance value of microstrip line having DGS goes up and down by controlling bias voltage for diodes, and consequently the power dividing ratio(N) is adjusted. The obtained N from measurement is $2.59{\sim}10.4$ which mean the proposed divider has adjustable unequal dividing ratio.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 가변 커패시턴스를 얻기 위하여 버랙터 다이오드를 DGS에 결합하고자 하는 기술적 목표를 얻기 위하여 그림 4와 같이 DGS 내부에 격리된 아일랜드(island)를 갖는 구조(DGSD: DGS with Inner Island)를 제안한다. 그림 4는 DGSU 구조를 보여주고 있다.
본 논문에서는 단순한 사각 형태의 DGS에 아일랜드 구조를 적용한 마이크로스트립 선로를 제안하였다. 또한 여기에 버랙터 다이오드를 결합하여 선로의 특성 임피던스를 가변하고, 이를 이용하여 비대칭 분배 비율이 가변되는 비대칭 윌킨슨 전력 분배기를 제안하고, 실제로 제작하여 그 측정 결과를 제시하였다.
이에 본 논문에서는 두 출력 단자간의 전력 분배 비율을 변화시키기 위하여, 가변 커패시턴스를 갖는 버랙터(var actor) 다이오드를 접지면에 존재하는 결함 접지 구조에 결합시키는 방법을 제안한다. 이를 통하여 가변 임피던스를 갖는 마이크로스트립 전송선로를 구현하고, 가변 분배 비율 비대칭 윌킨슨 전력분배기를 설계, 제작한다.

제안 방법

2이고 두께가 31 mils인 기판을 선택하였다. 그 다음에 다이오드를 연결하기 전에 1:6의 고정 비율을 갖는 비대칭 윌킨슨 분배기를 참고문헌 [8]에 소개된 바와 같은 종래의 방법으로 설계하였다.
또한 여기에 버랙터 다이오드를 결합하여 선로의 특성 임피던스를 가변하고, 이를 이용하여 비대칭 분배 비율이 가변되는 비대칭 윌킨슨 전력 분배기를 제안하고, 실제로 제작하여 그 측정 결과를 제시하였다.
임피던스를 얻어 내었다问侦】. 예로써 참고문헌 [기에서는 미앤더 라인 형태의 DGS로 158 Q의 특성 임피던스 값을 갖는 DGS 마이크로스트립 선로를 설계하였고, 참고문헌 [8]에서는 단순한 직사각형 형태의 DGS를 이용하여 207 Q 의 마이크로스트립 선로를 구현하였다.
이를 통하여 가변 임피던스를 갖는 마이크로스트립 전송선로를 구현하고, 가변 분배 비율 비대칭 윌킨슨 전력분배기를 설계, 제작한다.
구조를 보여주고 있다. 커패시터의 가변특성이 마이크로스트립 전송 선로와 잘 결합될 수 있도록 전송 선로의 바로 아랫면 DGS와 아일랜드패턴 사이에 다이오드를 연결하였다.
하지만 집중 소자형 칩 저항(lumped element type chip resistor)을 사용하는데 있어서 모든 임의의 저항 값을 실제적으로 가용할 수 있는 것은 아니므로, 본 논문에서는 가장 가까운 150 Q의 칩 저항을 사용하였다. 그림 6의 구조를 보면 아일랜드를 삽입하더라도 종래의 결함 접지 구조와 마찬가지로 마이크로 스트립 라인 아래에 식각되는 구조이므로 때문에, 제작 과정에 있어서나 제작된 회로의 크기에 있어서 기존 구조와 완전하게 동일한 용이성을 가지고 있다.

대상 데이터

그림 4와 그림 5의 구조를 이용하여 비대칭 윌킨슨 분배기를 제작 및 측정하기 위하여 비유전율이 2.2이고 두께가 31 mils인 기판을 선택하였다. 그 다음에 다이오드를 연결하기 전에 1:6의 고정 비율을 갖는 비대칭 윌킨슨 분배기를 참고문헌 [8]에 소개된 바와 같은 종래의 방법으로 설계하였다.
사용한 버 랙터 다이오드는 Skywork사의 SMV 1233-011 LF의 제품이다. 다양한 바이어스 전압을 인가한 상태에서 그 특성을 측정한 결과, 전력 분배비가 가변됨을 확인하였다.

성능/효과

사용한 버 랙터 다이오드는 Skywork사의 SMV 1233-011 LF의 제품이다. 다양한 바이어스 전압을 인가한 상태에서 그 특성을 측정한 결과, 전력 분배비가 가변됨을 확인하였다. 측정의 편의를 위하여 가변 전압은 1 V 간격으로 하였다.
다이오드를 결합하기 이전에 DGS와 아일랜드만을 삽입한 고정 비율 1:6 비대칭 분배기를 제작하여 측정한 결과, 1:6 분배기로서의 우수한 성능 특성을 보였다. 이어서 실제로 다이오드를 결합하여 다양한 바이어스 전압을 인가하여 성능을 측정한 결과 다양한 가변 비율을 갖는 비대칭 윌킨슨 전력 분배기 임을 확인하였다.
그림 8은 그림 7에 보인 고정 비율 1:6 비대칭 윌킨슨 전력 분배기에 대한 특성을 보여주고 있다. 먼저 ADS에서 이상적인 전송 선로 소자들만 이용하여 구성한 1:6 분배기의 이론적인 특성을 보였고, 이어서 HFSS를 이용한 EM 시뮬레이션 결과, 그리고 실제로 측정한 성능을 보여주고 있다. 측정된 성능은 예측 성능과 유사하며, 각 단자에서의 반사계수와 격리도(&2)값이 동작 중심 주파수에서 -20 dB 이하로 우수한 특성을 보이고 있다.
본 논문에서 제안하는 가변 비대칭 윌킨슨 전력분배기는 기존의 DGS를 적용한 비대칭 윌킨슨 분배기와 비교하여 동일한 크기를 가지면서 고비율의 분배 비율을 더욱 개선시킨 특징을 갖는다. 본 논문에서 제시한 가변 비대칭 분배 비율을 얻는 방법은 가변 전력 분배가 필요한 타 회로나 시스템에서도 적용이 가능하리라 사료되어, 본 연구팀은 이와 관련된 추가적인 연구를 지속할 예정이다.
선행 연구에 의한 DGS 비대칭 윌킨슨 분배기에서는 일단 제작되면 임피던스 가변이 불가능하였으나, 본 논문에서는 제안하는 구조에서는 결함 접지 구조에 커패시터를 가변할 수 있는 버랙터 다이오드를 결합하므로 전압 제어를 통하여 특성 임피던스를 변화시켜 결과적으로 윌킨슨 분배기의 비대칭 분배 비율을 조절할 수 있는 특징을 가진다.
이어서 실제로 다이오드를 결합하여 다양한 바이어스 전압을 인가하여 성능을 측정한 결과 다양한 가변 비율을 갖는 비대칭 윌킨슨 전력 분배기 임을 확인하였다.
먼저 ADS에서 이상적인 전송 선로 소자들만 이용하여 구성한 1:6 분배기의 이론적인 특성을 보였고, 이어서 HFSS를 이용한 EM 시뮬레이션 결과, 그리고 실제로 측정한 성능을 보여주고 있다. 측정된 성능은 예측 성능과 유사하며, 각 단자에서의 반사계수와 격리도(&2)값이 동작 중심 주파수에서 -20 dB 이하로 우수한 특성을 보이고 있다.

후속연구

비율을 더욱 개선시킨 특징을 갖는다. 본 논문에서 제시한 가변 비대칭 분배 비율을 얻는 방법은 가변 전력 분배가 필요한 타 회로나 시스템에서도 적용이 가능하리라 사료되어, 본 연구팀은 이와 관련된 추가적인 연구를 지속할 예정이다.
0 V일 때에 비하여 4 V일 때 비대칭 분배 비율이 크게 변할 때 약간의 주파수 이동 현상과 수반되어 그 특성이 약간 열화되었음을 알 수 있다. 이것은 처음 1:6의 기본적 패턴을 제작한 결과에 의하여 고정된 Z& Rint, Z4, Z5 값이, Z3 와 N값이 달라짐에 따라서 같이 연동되어 변하지 못하고, 이로 인하여 이상적인특성으로부터 약간 멀어지기 때문에 발생한 것으로, 추가적인 연구를 통하여 해결되어야 할 문제로 여겨진다. 그러나 분배기의 실제 측정된 동작 중심 주파수(1.

참고문헌 (8)

E. J. Wilkinson, 'An N-way hybrid power divider', IRE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 8, pp. 116-118, Jan. 1960

상세보기
D. M. Pozar, Microwave Engineering, Third edition, John Wiely and Sons, Inc., pp. 318-322, 2003
L. Young, 'Tables for cascaded homogeneous quarter-wave transformers', IRE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-7, no. 4, pp. 233-328, Apr. 1959
Seymour B. Cohn, 'A class of broadband three-port TEM-mode hybrids', IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. MTT-16, no. 2, pp. 110-116, Feb. 1968
K. C. Gupta, et al., Microstrip Lines and Slotlines, Norwood, MA, Artech House, 1996
J. -S. Lim, C. -S. Kim, J. -S. Park, D. Ahn, and S. Nam, 'Design of 10 dB $90^{\circ}$ branch line coupler using microstrip line with defected ground structure', IEE Electronics Letters, vol. 36, no. 21, pp. 1784-1785, Oct. 2000

상세보기
J. -S. Lim, S. -W. Lee, C. -S. Kim, J. -S. Park, D. Ahn, and S.-W. Nam, 'A 4:1 unequal Wilkinson power divider', IEEE Microwave and Wiless Components Letters, vol. 11, no. 3, pp. 124-126, Mar. 2001

상세보기
J. -S Lim, G. -Y. Lee, Y. -C. Jeong, D. Ahn, and K. -S. Choi, 'A 1:6 unequal Wilkinson power divider', 36th European Microwave Conference Proceedings, Manchester, pp. 200-203, Sep. 2006

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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