[논문]결함접지구조를 이용한 초고주파 비대칭 전력 분배기 설계

임종식; 구재진; 오성민; 안달; 최관순

[국내논문] 결함접지구조를 이용한 초고주파 비대칭 전력 분배기 설계
Design of Microwave Unequal Power Dividers Using Defected Ground Structure 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.56 no.6, 2007년, pp.1099 - 1104

임종식 (순천향대 전기통신시스템공학과) , 구재진 (순천향대 전기통신시스템공학과) , 오성민 (순천향대 전기통신시스템공학과) , 안달 (순천향대 전기통신시스템공학과) , 최관순 (순천향대 전기통신시스템공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

A 1:6 Unequal 2-way Wilkinson power divider is proposed. The required microstrip line with $207{\Omega}$ characteristic impedance for 1:6 power divider is realized by adding defected ground structure (DGS) to the standard microstrip line. The adopted DGS has the rectangular geometry which results in the increased characteristic impedance. The rectangular-shaped DGS produces the transmission line having much higher characteristic impedance due to the increased equivalent inductance. The measured performances of the fabricated 1:6 power divider show the expected S-parameters with a good agreement with the predicted ones.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 이런 마이크로스트립선로의 특성 임피던스의 구현한계를 극복해보기 위하여, 종래의 DGS 구조에 비하여 등가의 커패시턴스가 상대적으로 줄어들고 등가의 인덕턴스가 증가한 단순한 사각형 구조의 DGS를 삽입한 전송선로를 제안한다. 이를 통하여 200Q 이상의 특성 임피던스를 갖는 마이크로스트립 전송선로를 구현하고, 이를 이용하여 1：6 비대칭 전력 분배기를 설계, 제작 및 측정한 결과에 대하여 기술하고자 한다.
본 논문에서는 이런 마이크로스트립선로의 특성 임피던스의 구현한계를 극복해보기 위하여, 종래의 DGS 구조에 비하여 등가의 커패시턴스가 상대적으로 줄어들고 등가의 인덕턴스가 증가한 단순한 사각형 구조의 DGS를 삽입한 전송선로를 제안한다. 이를 통하여 200Q 이상의 특성 임피던스를 갖는 마이크로스트립 전송선로를 구현하고, 이를 이용하여 1：6 비대칭 전력 분배기를 설계, 제작 및 측정한 결과에 대하여 기술하고자 한다.
본 논문에서는 단순한 사각형 DGS를 마이크로스트립선로의 바닥 접지면에 삽입하여 특성 임피던스를 크게 키우는 방법을 제시하고, 이 선로를 활용하여 1：6 비대칭 윌킨슨 전력 분배기를 설계, 제작하여 그 측정 결과를 제시하였다. 먼저 DGS선로의 특성만을 따로 측정한 결과 207Q의 특성 임피던스에 해당하는 S₁₁을 얻어서 제안한 방법의 타당성을 검증하였다.

제안 방법

기존의 미앤더 형 DGS나 또는 다른 형태의 복잡한 기하학적 구조를 갖는 DGS는 등가L의 증가에 따라 등가 C도 일정량 증가한다는 문제가 있었다. 그러나 본 논문에서는 이를 해결하기 위하여 등가L이 증가하더라도 등가C의 증가를 억제할 수 있는 단순한 형태의 사각형 DGS를 사용한다. 그리고 이를 통하여 200Q 이상의 특성 임피던스를 갖는 마이크로스트립 전송선로를 구현한다.
이제 그림 2의 마이크로스트립선로가 207Q의 특성 임피던스를 갖는지 확인하기로 하겠다. 이를 위하여 본 논문에서는 유전율(ε_r)이 2.2이고 두께(H)가 31mils 인기판을 먼저 선택하였다. 그리고 그림 2에서 Wl=22mm, W2=12mm로 DGS 크기를 정하고, WM=0.
1：6 분 배비를 위한 이상적인 격리 저항(Rmt)값은 143Q이다. 하지만 실제로는 임의의 모든 저항값에 대하여 칩 저항이 가용할 수 있는(available) 것이 아니므로, 본 논문에서는 가장 가까운 150Q의 칩 저항을 사용하였다. 그림8은 본 논문에서 제안된 1：6 비대칭 전력 분배기의 제작사진을 보여주고 있다.

데이터처리

본 논문에서는 단순한 사각형 DGS를 마이크로스트립선로의 바닥 접지면에 삽입하여 특성 임피던스를 크게 키우는 방법을 제시하고, 이 선로를 활용하여 1：6 비대칭 윌킨슨 전력 분배기를 설계, 제작하여 그 측정 결과를 제시하였다. 먼저 DGS선로의 특성만을 따로 측정한 결과 207Q의 특성 임피던스에 해당하는 S₁₁을 얻어서 제안한 방법의 타당성을 검증하였다. 이어서 실제로 제작한 1：6 전력 분배기의 성능을 측정하여 제시하였다.

성능/효과

1：6 비대칭 전력 분배기에 필요한 200Q 이상의 특성 임피던스를 얻기 위해서는 등가의 L이 매우 커지거나 등가의 C가 아주 작아져야 한다. 물론 두 조건을 동시 만족하면 더욱 좋다.
물론 두 조건을 동시 만족하면 더욱 좋다. 기존의 미앤더 형 DGS나 또는 다른 형태의 복잡한 기하학적 구조를 갖는 DGS는 등가L의 증가에 따라 등가 C도 일정량 증가한다는 문제가 있었다. 그러나 본 논문에서는 이를 해결하기 위하여 등가L이 증가하더라도 등가C의 증가를 억제할 수 있는 단순한 형태의 사각형 DGS를 사용한다.
이제 207Q 특성 임피던스를 갖는 전송선로를 구현하였으므로 제안하는 1：6 비대칭 윌킨슨 전력 분배기를 쉽게 설계할 수 있다. 그림7은 설계가 완료된 1：6 비대칭 전력 분배기의 레이아웃이다.
그림 9(c)는 제작하여 측정한 1：6 분 배기의 성능을 보여주고 있다. 실제 측정 결과와 이상적인 조건 하에서의 예측 결과를 비교해보면 비록 사소한 불일치점들이 보이고 있으나, 제안한 1：6 비대칭 분배기의 측정된 특성이 이상적인 특성과 매우 유사함을 알 수 있다. F。를 중심으로 각 단자에서의 정합(matching, Sil, S22, S33), 두 출력 단자 간 격리(isolation, S32), 그리고 두 출력 전력 간의 분배비(, S3LS21)가 1：6으로 측정되었음을 알 수 있다.

후속연구

측정된 1：6 비대칭 분배기의 특성은 이상적인 소자로만 구성된 1：6 비대칭 분배기의 이상적인 특성과 매우 유사하였다. 본 논문에서 제안한 회로 구조는 비대칭 분배기를 필요로 하는 다수의 회로 및 시스템에서 다양하게 웅용될 수 있을 것으로 기대된다.

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