[논문]다중결합 Power divider 와 Coupler를 이용한 Six-port 위상 상관기 제작

유재두; 김영완

doi:10.6109/jkiice.2009.13.1.23

다중결합 Power divider 와 Coupler를 이용한 Six-port 위상 상관기 제작
Fabrication of Six-port Phase Correlator using Multi-section Power Divider and Coupler 원문보기

한국해양정보통신학회논문지 = The journal of the Korea Institute of Maritime Information & Communication Sciences, v.13 no.1, 2009년, pp.23 - 28

유재두 (군산대학교 전자정보공학부) , 김영완 (군산대학교 전자정보공학부)

초록
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기존의 six-port 위상 상관기는 한 개의 Wilkinson power divider와 세 개의 $90^{\circ}$ Hybrid coupler로 구성된다. 일반적으로 Wilkinson power divider의 대역폭은 최대 18%이고 $90^{\circ}$ hybrid coupler의 대역폭은 최대 10%이기 때문에 기존 six-port 제작시 10% 미만의 대역 특성을 갖는다. 본 논문에서는 대역폭이 33 %인 2 단 Wilkinson power divider와 15 % 대역폭 향상을 갖는 정합된 $90^{\circ}$ hybrid coupler를 이용하여 six-port 위상 상관기를 중심 주파수 2.5 GHz에서 설계 및 제작하였다. ADS를 이용한 시뮬레이션 결과 제안된 six-port 위상 상관기의 RF port와 LO port에서의 대역폭이 약 14% 증가하였으며, 실제 제작한 six-port 위상 상관기의 대역폭은 시뮬레이션 결과와 비슷하게 약 12% 이었다. 또한 대역폭내의 최대 위상 오차와 삽입 손실은 각각 $6^{\circ}$와 2.5 dB를 얻을 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

The general six-port phase correlator is comprised of a Wilkinson power divider and three $90^{\circ}$ hybrid coupler, which has less than 10 % bandwidth. In this paper, the six-port phase correlator using two section power divider has 33 % bandwidth and external matching $90^{\circ}$ hybrid coupler with 15 % bandwidth was designed at the center frequency of 2.5 GHz. The simulation result by ADS2003A indicates that RF port and LO port of proposed six-port phase correlator got wide frequency bandwidth of 14 % for VSWR of 1.5. The fabricated six-port phase correlator has a bandwidth of 12 % similar to the simulation result. The maximum phase discrepancy and insertion loss are $6^{\circ}$ and 2.5 dB over a bandwidth, respectively.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

ABCD 파라미 터 를 이 용해 정 재 파 값이 1.5 이 하인 대역폭은 최대 15 %까지 얻을 수 있다, 본 논문에서는 크기를 줄이기 위해 그림 1과 같이 구부러진 A/2 길이의 open stub를 구성 하였다.
본 논문에서 제안한 six-port 위상 상관기는 그림 3과 같이 한 개의 2단 Wilkinson power divider와과 세 개의 외부 매칭 90° hybrid coupler를 갖는 두 개의 입 력단과 네개의 출력단으로 구성된다.
기수 모드 해석에 의해 대역폭은 약 18 % 이다. 본 논문에서는 成x-port 위상 상관기를 좀 더 넓은 대역폭에서 사용하기 위 해 그림 2와 같은 광대 역 특성 의 2단 Wilkinson power divider를 이용하여 설계하였다.
본 논문에서는 대역폭 향상을 위하여 중심 주파수 2.5 GHz에서 광대 역 특성이 있는 2단 power divider (33 %)와 외부 매칭 hybrid coupler (15 %)를 이용하여 넓은대 역 특성을 갖는 six-port 위 상 상관기 를 설계 하고 제 작하였다. 설계 및 제작한 광대역성 six-port 위상 상관기는 2.
본 논문에서는 중심 주파수 2.5 GHz에서 33 % 대역폭을 갖는 2단 Wilkinson power divider와 15 % 대역폭을 갖는 외부 매 칭 90° hybrid coupler를 결 합하여 six-port 위 상상관기를 설계 및 제작하여 성능을 측정하였다. 제작된 six-port 위 상 상관기 의 정 재 파 값에 관한 주파수 대역폭을 1.
설계를 위한 시뮬레 이션은 ADS2003A를 사용하였고, 중심 주파수가2.5 G田 위상 상관기를 설계하였다. 기판으로는 유전율이 10.

대상 데이터

5 G田 위상 상관기를 설계하였다. 기판으로는 유전율이 10.2이 고, 두께가 1.27 mm, 그리고 동판두께가 0.035 mm 인 RO₃₂10 을 사용하였다.
제 작한 six-port 위 상 상관기 이다. 실제 제작한 크기 는 121 mm * 93 mm이다.

성능/효과

5 明의 손실이 증가하였다. 대 역폭 내에서 port 5와 port 6에 대한 출력 단자 간 손실 특성은 그림 5와 같이 각각 -6.5 ~ -6.9 dB 그리고 -6.5 ~ -7.5 dB로 양호한 특성을 얻을 수 있었다. Six-port 위상상관기 의 위상 특성은 그림 6과 같이 port5(LO)에 대해 port 1과 2 그리고 port 3과 4가 동위 상이 고, 각각 90°의 위상차가 발생하며, port 6(RFB에 대해서는port 1과 4가동위 상이 고, port 2와 port 3은 각각 90°, 270°의 위 상차가 발생한다.
5 GHz에서 광대 역 특성이 있는 2단 power divider (33 %)와 외부 매칭 hybrid coupler (15 %)를 이용하여 넓은대 역 특성을 갖는 six-port 위 상 상관기 를 설계 하고 제 작하였다. 설계 및 제작한 광대역성 six-port 위상 상관기는 2.5 GHz 중심 주파수에서 약 600MHz 대역폭을 얻을수 있었다.
손실 특성은 중심 주파수 2.5 G田에서 두 개의 입 력 port 모두 -6.5 dB로 -0.5 明의 손실이 증가하였다. 대 역폭 내에서 port 5와 port 6에 대한 출력 단자 간 손실 특성은 그림 5와 같이 각각 -6.
5이하로설정하였을 경우, 약 12%의 대역폭을 얻을수 있었다. 이는 이론값 15 %와 시뮬레이션값 14 % 보다 작지 만 기존의 1단 Wilkinson power divide!와 90° hybrid coupler를 이용하여 제 작된 six-port 위 상 상관기 보다 향상된 대역폭을 얻을 수 있었다.
5 GHz에서 33 % 대역폭을 갖는 2단 Wilkinson power divider와 15 % 대역폭을 갖는 외부 매 칭 90° hybrid coupler를 결 합하여 six-port 위 상상관기를 설계 및 제작하여 성능을 측정하였다. 제작된 six-port 위 상 상관기 의 정 재 파 값에 관한 주파수 대역폭을 1.5이하로설정하였을 경우, 약 12%의 대역폭을 얻을수 있었다. 이는 이론값 15 %와 시뮬레이션값 14 % 보다 작지 만 기존의 1단 Wilkinson power divide!와 90° hybrid coupler를 이용하여 제 작된 six-port 위 상 상관기 보다 향상된 대역폭을 얻을 수 있었다.
그러므로 six-port 위상 상관기의 전체 대역폭은 약 12%(&X)M任z)로 시뮬레이션 대역폭보다 약간 감소하였다. 제작된 six-port 위상 상관기의 손실 특성은 그림 9에 나타나듯이 대역폭 내에서 port 5 는 -6.1 ~-7.4 dB 이 고, port 6은 -6.2 ~ -8.5 dB로 시뮬레이션 값보다 IdB 증가하였다.
8과 같다. 측정 결과port5와port6에서의 반사손실과 정재파 특성은 그림에 나타난 바와 같이 port 5에 대한 대역폭은 시뮬레 이 션 특성 과 비 슷하지 만, port 6에서의 대역폭은 2.15 ~ 2.75 G 田대역으로약 0.5 G田낮은 대 역으로 이동하였다. 그러므로 six-port 위상 상관기의 전체 대역폭은 약 12%(&X)M任z)로 시뮬레이션 대역폭보다 약간 감소하였다.

참고문헌 (6)

T. Hentschel, "A simple IQ-regeneration technique for six-port communication receivers". Communications, Control and Singnal Processing Symposium , 2004 IEEE, pp.311-314, 2004
J. Hyrylainen, L. Bogod, S. Kangasmaa, H. O. Scheck, and T. Yamurto, "Six-port direct conversion receiver," in Proc. of 27th Eur. Wireless Technol. Conf., pp. 139-142, 2000
S. O. Tatu, E. Moldovan, Ke Wu, R. G. bosisio, T. A. Denidni, "Ka-band analog front-end for softwave-defined direct conversion receiver", IEEE Trans. on MTT, vol.53, no.9, pp. 2768-2776, Sep. 2005

상세보기
E. H. Fooks, R. A. Zakarevicius, Microwave Engineering using Microstrip Circuits. Prentice hall, 1990
Cohn, S.B., "A class of broadband three-port TEM- mode hybrids", IEEE Trans. on MTT, vol. 16, no. 2, pp.110-116, Feb. 1968
D. M. Pozar, Microwave Engineering, John Wiley & Sons, Inc. 1998

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