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[국내논문] 슬롯-결합 선로를 이용한 광대역 90° 쉬프만 위상천이기
Broadband 90° Schiffman Phase Shifter Using Slot-Coupled Lines 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.23 no.10, 2012년, pp.1145 - 1150  

이승엽 (전남대학교 전자통신공학과)

초록
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본 논문에서는 슬롯-결합 선로를 이용한 개선된 쉬프만 위상천이기를 제안하고자 한다. 제안된 쉬프만 위상천이기는 일반적인 결합 선로와 결합 선로 바로 밑에 단순한 직사각형 모양의 슬롯으로 이루어졌다. 슬롯과 결합된 결합 선로의 두 독립적인 전송 모드인 우 모드와 기 모드의 임피던스와 위상 특성을 계산하여 제안된 쉬프만 위상천이기의 위상 특성을 해석하였다. 본 논문에서는 일반 결합 선로로는 구현이 어려운 높은 임피던스 비를 갖는 $90^{\circ}$ 쉬프만 위상천이기를 제작하였다. 동작 중심 주파수는 2.4 GHz로 하였다. 실험 결과, 대역폭위상 오차 ${\pm}5^{\circ}$의 위상천이기에서 약 74.2 %의 밴드폭을 얻었다. 또한, 측정 반사 특성은 동작 대역에서 15.0 dB 이하이며, 삽입 손실은 1.5 dB 이하로 측정되었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, an improved Schiffman phase shifter is proposed using slot-coupled lines. It consists of the typical coupled lines and a simple rectangular slot which is placed in the ground plane underneath the coupled lines. Phase responses of the slot-coupled Schiffman phase shifter are analyzed i...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 쉬프만 위상천이기가 갖는 이러한 문제점을 해결하기 위해 결합 선로 바로 밑의 접지 면에 단순한 직각사각형의 슬롯을 만들어 결합 선로의 임피던스 비를 높이는 방법을 제안하고자 한다. 접지 면에 위치한 슬롯에 의해 결합 선로가 가지고 있는 두 독립적인 전송 모드인 우(even) 모드와 기(odd) 모드의 특성 임피던스와 위상 속도의 변화를 크게 변화시킬 수 있다.
  • 이러한 단점을 극복하기 위해 임피던스 비를 높일 수 있는 선로가 필요하다. 본 논문에서는 슬롯-결합 선로로 이러한 단점을 극복할 수 있음을 보이고자 한다.
  • 이러한 결과로부터 슬롯폭의 치수를 변화시키면 일반적인 결합 선로로는 어려운 임피던스 비를 구현할 수 있다[6],[7] . 본 논문은 이러한 슬롯-결합 선로의 성질을 쉬프만 위상천이기를 설계에 적용하여, 유전율에 대한 선택 및 위상 오차에 대한 설계의 폭을 넓힐 수 있음을 확인하고자 한다.
  • 본 논문은 접지 면에 슬롯과 결합된 결합 선로의 임피던스 비가 일반 결합 선로보다 높아진다는 특성을 이용하여 쉬프만 위상천이기의 대역 특성을 개선할 수 있는 위상천이기를 제안하였다. 이에 대한 수치 해석 결과를 보면 슬롯-결합 선로는 접지면의 슬롯의 폭을 변화시키면 일반적인 결합 선로로는 어려운 임피던스 비를 구현할 수 있어, 쉬프만 위상천이 기를 설계할 때 유전율에 대한 선택 및 위상 오차에 대한 설계의 폭을 넓힐 수 있음을 확인할 수 있었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
위상천이기는 무엇인가? 위상천이기는 기본적인 마이크로파 소자이며, 레이다 및 위상 배열 안테나의 중요한 소자이기 때문에 현재에도 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 위상천이기 중에 쉬프만 위상천이기에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있는 데, 그 이유는 쉬프만 위상천이기 구조가 다른 위상천이기보다 간단하고 제작이 간편하다는 장점을 가지고 있기 때문이다.
쉬프만 위상천이기의 단점은 무엇인가? 그러나 쉬프만 위상천이기는 광대역의 특성을 얻기 위하여 결합 선로의 결합계수 즉 임피던스 비가 높아야 한다[1] . 이 때 쉬프만 위상천이기는 결합 선로 간의 간격이 너무 좁아져 일반 기판 제작 공정상의 한계로 인해 실제로 제작이 어려워지는 단점을 갖는다.
쉬프만 위상천이기의 단점을 극복하기 위한 연구 중 대표적인 것은? 이런 쉬프만 위상천이기의 단점을 극복하기 위해 많은 연구가 최근까지도 진행되고 있다[1]~[5] . 이들 연구 중 대표적인 것으로 2011년 Z. Zang 등이 이빨 모양의 마이크로스트립 선로와 특정 모양이 있는 접지 면을 이용하여 광대역 특성을 얻었다[4] . 또한 2006년 Y.
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참고문헌 (8)

  1. J. L. R. Quirarte, J. P. Starski, "Synthesis of Schiffman phase shifters", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 39, pp. 1885-1889, Nov. 1991. 

  2. J. L. R. Quirarte, J. P. Starski, "Novel Schiffman phase shifters", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 41, pp. 9-14, Jan. 1993. 

  3. C. E. Free, C. S. Aitchison, "Improved analysis and design of coupled-line phase shifters", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 43, pp. 2126-2131, Sep. 1995. 

  4. Z. Zhang, Y. -C. Jiao, S.-F. Cao, X.-M. Wang, and F. -S. Zhnag, "Modified broadband Schiffman phase shifter using dentate microstrip and patterned ground plane", Progress in Electromagnetics Research Letters, vol. 24, pp. 9-16, 2011. 

  5. Y. -X. Guo, Z. -Y. Zhang, and L. C. Ong, "Improved wide-band Schiffman phase shifter", IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 54, no. 3, pp. 1196- 1200, Mar. 2006. 

  6. T. Itoh, A. S. Hebert, "A generalized spectral domain analysis for coupled suspended micostriplines with tuning septums", IEEE Trans. Microw. Theory Tech., vol. 26, no. 10, pp. 820-826, Oct. 1978. 

  7. M. Aikawa, "Microstrip line directional coupler with tight coupting and high directivity", Electronics and Communications in Japan, vol. J60-B, no. 4, pp. 253- 259, Apr. 1977. 

  8. IE3D manual, Zealand software. 

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