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소형화된 5.3 GHz 대역 360° 아날로그 위상천이기 설계
Design of a Miniaturized 5.3 GHz 360° Analog Phase Shifter 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.24 no.6, 2013년, pp.602 - 612  

정해창 (충남대학교 전파공학과) ,  손범익 (충남대학교 전파공학과) ,  이동현 (충남대학교 전파공학과) ,  압둘 라흐만 (충남대학교 전파공학과) ,  염경환 (충남대학교 전파공학과)

초록
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본 논문에서는 주파수 5.3 GHz에서 소형화된 branch line 커플러와 $360^{\circ}$ 이상의 위상천이를 보일 수 있는 가변 리액턴스 부하를 결합하여 소형화된 위상천이기의 설계를 보였다. 위상천이기의 소형화를 위하여, branch line 커플러의 새로운 구조를 제안하였다. 새로운 branch line 커플러는 전송선의 T 및 ${\pi}$형 등가회로 변환 방법을 이용하여 소형화하였다. 소형화된 branch line 커플러는 일반적인 구조에 비해 50 % 이상 소형의 크기를 가진다. 넓은 위상천이량을 갖기 위하여 전송선에 버렉터 다이오드 두 개를 입력과 출력에 연결한 부하 구조를 채택하였다. 특히, 조정 전압에 대한 위상천이량이 완만하도록 임피던스 변환기 역할을 하는 전송선을 설계된 부하 구조에 추가하여 구조를 보완하였다. 추가된 임피던스 변환기에 사용된 전송선 및 선정된 부하 구조의 전송선은 소형화에 장애가 되기 때문에 이를 집중 소자로 등가하여 소형화하였다. 제작된 위상천이기는 $15{\times}15mm^2$의 소형의 크기를 가지며, 조정 전압 0~10 V 범위의 경우, 중심 주파수 5.3 GHz에서 삽입 손실은 약 -4~-6 dB, 반사 손실은 -20 dB 이하, 약 $480^{\circ}$의 넓은 위상천이를 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, a design and fabrication of miniaturized 5.3 GHz reflection type $360^{\circ}$ analog phase shifter with branch line coupler and $360^{\circ}$ variable reactance load. In order to miniaturize phase shifter, novel branch line coupler is proposed. The novel branch ...

주제어

#Analog Phase Shifter   #Reflection Type Phase Shifter   #Branch Line Coupler   #Variable Reactance Load  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
ADS EM co-시뮬레이션이 요구되는 이유는? 이때 최종 치수는 ADS EM co-시뮬레이션을 통해 최적화 되었다. 이와 같은 소형화된 90° branch line coupler의 경우, 전송선 간의 간격이 좁아, 스터브 간의 커플링이 발생할 수 있어, 설계 주파수 대역에서 사용 가능한지 여부를 판단하기 위하여, EM 시뮬레이션이 필수적으로 요구된다. EM 시뮬레이션 결과로부터 일반적인 coupler의 특성과는 다르게 설계 주파수보다 높은 상측 주파수 대역에서 주기적인 특성을 보이지 않음을 확인하였으나, 설계 주파수 대역에서 충분히 사용 가능할 것으로 판단하였다.
아날로그 위상천이기는 어디에 응용되고있나? 최근 아날로그 위상천이기는 배열 안테나의 빔 조향을 위한 송수신 시스템[2]이나 발진주파수 조정을 위한 폐루프형 전압 제어 발진기의 구성 부품으로[3],[4] 주로 응용되고 있다. 이러한 응용을 위한 위상천이기는 위상천이량은 360° 이상이 되어야 하며, 소형의 크기, 저손실의 특성이 요구되고 있다.
위상천이기란? 위상천이기는 원하는 주파수 대역에서 통과 위상을 변화시키는 회로이다. 아날로그 위상천이기는 주로 버렉터(Varactor) 다이오드를 이용하며, 연속적인 위상천이를 가진다[1].
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참고문헌 (17)

  1. 오현석, 최재홍, 정해창, 허윤성, 염경환, "2 GHz 선형 위상 천이 특성을 갖는 소형 아날로그 위상 천이기", 한국전자파학회논문지, 22(1), pp. 114-124, 2011년 1월. 

    원문보기 상세보기 crossref

  2. 오현석, 염경환, 정민길, 나형기, 이상주, 이기원, 남병창, "퀘드팩을 이용한 소형 Ka 대역 송수신 (T/R) 모듈의 설계 및 제작", 한국전자파학회논문지, 22(3), pp. 389-398, 2011년 3월. 

    원문보기 상세보기 crossref

  3. 정해창, 오현석, 양승식, 염경환, "개루프 방법에 의한 확장된 전기적 주파수 조정 범위를 갖는 유전체공진기발진기의 설계 및 제작", 한국전자파학회논문지, 20(6), pp. 570-579, 2009년 6월. 

    원문보기 상세보기 crossref

  4. 허윤성, 오현석, 정해창, 염경환, "LTCC 의사 유전체 공진기를 이용한 초소형 전압제어발진기 설계", 한국전자파학회논문지, 23(5), pp. 613-623, 2012년 5월. 

    원문보기 상세보기 crossref

  5. A. S. Nagra, R. A. York, "Distributed analog phase shifters with low insertion loss", IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., vol. 47, no. 9, pp. 1705-1711, Sep. 1999. 

    상세보기 crossref

  6. J. I. Upshur, B. D. Geller, "Low-loss $360^{\circ}$ analogue phase shifter", IEEE MTT-S Digest International, pp. 487-490, 1990. 

  7. T. W. Yoo, J. H. Song, and M. S. Park, " $360^{\circ}$ reflection-type analogue phase shifter implemented with a single $90^{\circ}$ branch line coupler", Electronics Letters, vol. 33, no. 3, pp. 224-226, Jan. 1997. 

    상세보기 crossref

  8. Thomas Lambard, "A novel analog $360^{\circ}$ phase shifter design in Ku and Ka bands", 4th EuCAP Proc., Apr. 2010. 

  9. A. E. Mohammed, M. R. Gabriel, "C-band low-loss phase shifter $360^{\circ}$ for WLAN applications", European Microwave Conference, pp. 1503-1506, Oct. 2007. 

  10. M. X. Xias, S. W. Cheung, and T. I. Yuk, "A wideband $360^{\circ}$ analog phase shifter design", Canadian Conference on Electrical and Computer Engineering, pp. 524-527, 2009. 

  11. F. Ellinger, R. Vogt, and W. Bachtold, "Ultracompact reflective-type phase shifter MMIC at C-band with $360^{\circ}$ phase-control range for smart antenna combining", IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 37, no. 4, pp. 481-486, Apr. 2002. 

    상세보기 crossref

  12. V. K. Velidim, A. Bhattacharya, "Miniaturized planar $90^{\circ}$ hybrid coupler with unchanged bandwidth", China-Japan Joint Microwave Conference, pp. 396-399, 2008. 

  13. S. C. Jung, R. Negra, and F. M. Ghannouchi, "A miniaturized double-stage 3 dB broadband branch line hybrid coupler using distributed capacitors", Asia Pacific Microwave Conference, pp. 1323-1326, 2009. 

  14. K. Y. Tsai, H. S. Yang, J. H. Chen, and Y. J. Emery Chen, "A miniaturized 3 dB branch line hybrid couper", IEEE Microwave and Wireless Compenents Letters, vol. 21, no. 10, pp. 537-539, Oct. 2011. 

    상세보기 crossref

  15. F. Ellinger, H. Jackel, and W. Bachtold, "Varactor-loaded transmission-line phase shifter at C-band using lumped elements", IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., vol. 51, no. 4, pp. 1135-1140, Apr. 2003. 

    상세보기 crossref

  16. SMV1231-079, Hyperabrupt tuning varactors, Skyworks, Available: http://skyworksinc.com/ 

  17. D. M. Pozar, Microwave Engineering 3rd, Wiley, 2005. 

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