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[국내논문] 메타 물질을 이용한 초소형, 광대역 90° 커플러
Compact and Broadband 90° Coupler Using a Metamaterial 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.23 no.7, 2012년, pp.844 - 847  

김홍준 (경북대학교 전기공학과)

초록
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메타 물질의 한 형태인 LHTL(Left-Handed Transmission Line)과 기존의 전송 선로 형태인 RHTL(Right-Handed Transmission Line)을 이용하여 광대역 I-Q 벡터 신호 생성을 위한 $90^{\circ}$ 커플러를 설계, 제작하고 측정을 하였다. LHTL과 RHTL 모두 커패시터와 인덕터를 이용하여 합성 전송 선로 형태로 구성함으로써, 그 크기를 최소화 하였다. 또한, 제안된 커플러 제작에 필요한 Wilkinson 전력 분배기를 합성 RHTL을 이용하여 간단하게 구현함으로써 전체 회로의 크기를 $11mm{\times}12mm$로 만들 수 있었다. 주파수 범위 0.8~1.25 GHz에 대해 출력의 위상 차이가 $90^{\circ}{\pm}5^{\circ}$를 유지함으로써 광대역 $90^{\circ}$ 커플러를 작은 크기로 만들 수 있었다. 동 주파수 범위에 대해 삽입 손실을 1.6 dB 이하로, 반사 손실을 10.1 dB 이상으로 유지 가능했다. 필자가 아는 한 이는 그 주파수 대에서 가장 작은 광대역 $90^{\circ}$ 커플러이며, MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)로 만들 경우 그 크기를 훨씬 더 줄일 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

By using LHTL(Left-Handed Transmission Line) which is a form of a metamaterial and conventional RHTL (Right-Handed Transmission Line), we designed, fabricated and tested a broadband $90^{\circ}$ coupler which is a basic circuit for I-Q vector signal generation. Synthetic LHTL and RHTL wer...

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

  • 합성 RHTL과 LHTL에 대한 이론은 참고문헌 [7]에서 자세하게 소개되어 있으므로 여기서는 광대역 90° 커플러를 이해하기 위한 간단한 이론만을 제시한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
LHTL의 위상 전파 방향은? 최근 메타 물질의 한 형태인 LHTL(Left-Handed Transmission Line)의 특성을 이용하여 광대역 180° 위상차를 가지는 발룬(balun)을 소개하는 연구들이 진행되었다[1]~[4]. 이 LHTL은 기존의 RHTL(Right-Handed Transmission Line)과 달리, 위상의 전파 방향이 poynting 벡터의 반대방향으로 일어난다. 이러한 발 룬들은 대부분의 경우, 많은 면적을 차지하는 Wilkinson분배기를 이용하였고, 긴 마이크로스트립(microstrip)라인을 이용하여서[1]~[3] 회로의 크기가 너무 커지는 단점들이 있었다.
LHTL 특성을 이용한 광대역 180° 위상차를 가지는 발룬의 단점은? 이 LHTL은 기존의 RHTL(Right-Handed Transmission Line)과 달리, 위상의 전파 방향이 poynting 벡터의 반대방향으로 일어난다. 이러한 발 룬들은 대부분의 경우, 많은 면적을 차지하는 Wilkinson분배기를 이용하였고, 긴 마이크로스트립(microstrip)라인을 이용하여서[1]~[3] 회로의 크기가 너무 커지는 단점들이 있었다. 참고문헌 [4]에서는 이러한 광대역 발룬을 Lumped 소자로 구성하여 회로 크기를 줄이려 하였다.
3 dB 동등 전력분배기 중 출력 위상이 같은 경우 어떤 것을 사용하는가? 3 dB 동등 전력분배기 종류 중에서 출력의 위상이 같은 경우, Wilkinson 분배기를, 90° 위상차를 위해서는 Quadrature Hybrid를, 180° 위상차를 가지기 위해서는 Ring Hybrid 회로를 많이 이용해 왔다.
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참고문헌 (7)

  1. M. Antoniades, G. Eleftheriades, "A broadband Wilkinson balun using microstrip metamaterial lines", IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 4, pp. 209-212, 2005. 

  2. Y. Ryu, J. Park, J. Lee, and H. Tae, "Broadband Wilkinson balun using pure left-handed transmission line", Microwave and Optical Technology Letters, vol. 52, pp. 1665-1668, Apr. 2010. 

  3. C. Tseng, C. Chang, "Wide-band balun using composite right/left-handed transmission line", Electronics Letters, vol. 43, no. 21, pp. 1154-1155, Oct. 2007. 

  4. H. Yoo, S. Lee, and H. Kim, "Broadband balun for monolithic microwave integrated circuit application", Microwave and Optical Technology Letters, vol. 54, pp. 203-206, Nov. 2011. 

  5. D. Andrews, C. Aitchison, "Wide-band lumped-element quadrature 3-dB couplers in microstrip", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 48, no. 12, pp. 2424-2431, Dec. 2000. 

  6. Z. Liu, R. Weikle II, "A compact quadrature coupler based on coupled artificial transmission lines", IEEE Microwave and Wireless Components Letters, vol. 15, no. 12, pp. 889-891, Dec. 2005. 

  7. H. Kim, S. Ho, M. Choi, A. Kozyrev, and D. van der Weide, "Combined left- and right-handed tunable transmission lines with tunable passband and 0 phase shift", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 54, no. 12, pp. 4178- 4184, Dec. 2006. 

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