[논문]원형 부채꼴 모양의 2 GHz 대역 전력 분배기-결합기

김영

doi:10.12673/jant.2020.24.4.299

원형 부채꼴 모양의 2 GHz 대역 전력 분배기-결합기
Circular Sector-Shaped 2 GHz Band Power Divider-Combiner 원문보기

한국항행학회논문지 = Journal of advanced navigation technology, v.24 no.4, 2020년, pp.299 - 304

초록
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본 논문은 평면형 구조를 갖는 원형 부채꼴 모양의 전력 분배기-결합기 설계에 대한 것이다. 이 구조는 직렬형으로 구성할 수 있으며 원형 부채꼴 모양으로 인하여 간단한 회로 구성과 출력의 크기와 위상 발란스 특성을 개선할 수 있으며, 이것은 단순한 입력 정합회로를 갖고 있으며 출력 포트 사이에 RC 병렬 회로를 삽입하여 출력의 반사계수와 고립도를 개선하였다. 설계된 분배기와 결합기는 구조적으로 부채꼴 모양의 대칭적으로 설계되었기 때문에 출력 포트를 2개 또는 4개로 구성하였을 때 출력 사이의 크기 발란스 ± 0.1 dB 와 위상 발란스 ± 1o를 갖는 우수한 특성을 갖고 있다. 이러한 전기적 특성을 확인하기 위해서 동작주파수 2 GHz에서 제작된 평면형 전력 분배기-결합기는 시뮬레이션과 특성이 잘 일치함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes the design of circular sector shaped power divider-combiner with a planar structure. This structure can be constructed in series, and due to the circular sector shape, it is possible to simplify circuit configuration and improve the amplitude and phase balanced characteristics of the output. It has a simple input matching circuit and an RC parallel circuit was inserted between the output ports to improve the reflection coefficient and isolation of the output. Since the designed divider-combiner are structurally designed in a symmetrical shape of a sector, even if the output ports are composed of two or four output ports, they have excellent characteristics with an amplitude balance of ± 0.1 dB and a phase balance of ± 1o between outputs. To prove these characteristics, it was confirmed that the characteristics of the planar power divider-combiner fabricated at an operating frequency of 2 GHz are in good agreement with the simulation.

주제어

표/그림 (9)

그림 그림 1. 원형 부채꼴 전력 분배기-결합기 구성도 Fig. 1. Block-diagram of circular shaped power divider-combiner.
그림 그림 2. 출력이 2개인 원형 부채꼴 전력 분배기-결합기의 (a) 등가회로 (b) 전기적 특성 Fig. 2. Circular shaped power divider- combiner with two output ports (a) equivalent circuit (b) ports characteristics.
그림 그림 3. 2개의 출력 포트를 갖은 원형 부채꼴 전력 분배기-결합기의 부하 임피던스의 저항과 리액턴스 값 Fig. 3. Resistance and reactance values of load impedance for circular shaped power divider-combiner
그림 그림 4. 출력포트가 2개인 원형 부채꼴 분배기-결합기 사진 Fig. 4. Photographs of circular sector-shaped power divider-combiner with two output ports.
그림 그림 5. 출력포트가 2개인 분배기-결합기 시뮬레이션과 측정결과 Fig. 5. Measured and simulated results of divider-combiner with two output ports.
그림 그림 6. 출력포트가 3개인 원형 부채꼴 분배기-결합기 사진 Fig. 6. Photographs of circular sector-shaped power divider-combiner with three output ports.
그림 그림 7. 출력포트가 3개인 분배기-결합기 시뮬레이션과 측정결과 Fig. 7. Measured and simulated results of divider-combiner with three output ports.
그림 그림 8. 직렬 연결한 원형 부채꼴 분배기-결합기 사진 Fig. 8. Photographs of series connected circular sector-shaped power divider-combiner
그림 그림 9. 직렬 연결한 원형 부채꼴 분배기-결합기 시뮬레이션과 측정결과 (a) |S₁₁|, |S₂₁|, |S₃₁|, |S₄₁|, |S₅₁|, |S₂₂|, |S₃₃|, |S₄₄|, |S₅₅| ,위상차이(∠ S₂₁ − ∠ S₃₁) (b) |S₃₂|, |S₄₂|, |S₅₂|, |S₄₃|, |S₅₃|, |S₅₄| Fig. 9. Measured and simulated results of series connected circular sector –shaped divider-combiner (a) (a) |S₁₁|, |S₂₁|, |S₃₁|, |S₄₁|, |S₅₁|, |S₂₂|, |S₃₃|, and Phasediff(∠ S₂₁ − ∠ S₃₁) (b) |S₃₂|, |S₄₂|, |S₅₂|, |S₄₃|, |S₅₃|, |S₅₄|

AI 본문요약
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문제 정의

그림 1은 출력 포트가 n 개인 원형 부채꼴 모양의 분배기-결합기 구조를 나타낸 것으로 출력 포트는 부채꼴의 형태에서 대칭적으로 배열된 구조이다. 출력 포트 사이의 병렬 RC 회로는 출력의 정합과 고립도 특성을 개선하기 위해서 설계되었다.

제안 방법

본 논문에서는 그림 2(a)와 같은 조건을 만들어 두고, Microwave Office 소프트웨어를 이용하여 P₁ 에서 입력 반사계수 S₁₁을 구하여 이것으로부터 수학적 연산을 통하여 부하 임피던스를 구하였다. 이때 그림 2(a)의 전력 분배기-결합기에 사용된 PCB는 FR-4로 유전율 4.
이러한 원형 부채꼴 형태의 분배기-결합기는 출력 포트가 2개와 3개를 갖고 있는 구조의 입출력 포트 사이의 손실과 포트사이의 고립도 그리고 크기 및 위상 발란스 특성이 시뮬레이션 결과와 유사함을 확인하였다. 또한, 출력 포트가 2개짜리 분배기-결합기를 직렬로 연결하여 출력 포트가 4개로 만들어 전기적 특성을 확인하였다.
또한, 출력 포트가 3개인 원형 부채꼴 모양의 전력 분배기-결합기 설계는 반지름이 15 mm, 각도가 90^o인 구조로 설계를 하고 출력 포트 위치는 부채꼴을 22.5^o 간격으로 나누어서 그 중심이 출력 포트가 되도록 설계하였다. 또한 출력 포트의 정합과 고립도를 만족시키기 위한 병렬 RC회로는 R = 270 Ω 그리고 캐패시터는 0.
마지막으로, 출력 포트 2개짜리 전력 분배기-결합기 3개를 직렬 연결하여 출력 포트가 4개인 회로를 설계하였다.
먼저 출력 포트가 2개인 원형 부채꼴 모양의 전력 분배기-결합기 설계는 반지름이 15 mm, 각도가 90^o 인 구조로 설계를 하고 출력 포트 위치는 부채꼴을 30^o 간격으로 나누어서 그 중심이 출력 포트가 되도록 설계하였다. 또한 출력 포트의 정합과 고립도를 만족시키기 위한 병렬 RC회로는 R = 390 Ω 그리고 캐패시터는 0.
본 논문에서 제시한 설계 방법의 타당성을 확인하기 위하여 중심주파수 2 GHz에서 원형 부채꼴 모양의 전력 분배기-결합기를 출력 포트가 2개, 3개 그리고 출력 포트 2개짜리를 직렬 연결한 구조등 3종류의 분배기-결합기를 설계하였다.
본 논문에서는 대용량의 분배기-결합기를 평면형으로 만들면서 출력사이의 크기와 위상 발란스 특성이 우수하고 구성이 간단한 구조로 원형 부채꼴 형태의 구조[6]-[8]를 선택하여 분배기-결합기를 설계하였다. 이 구조의 분배기-결합기는 특정 주파수에서 정합시킬 수 있는 간단한 입력 정합회로와 출력 포트 사이의 고립도와 정합 특성을 만족하기 위해 병렬 RC 회로 [9],[10]를 삽입하였다.
본 논문에서는 평면 형태의 원형 부채꼴 전력 분배기-결합기에 설계에 대한 내용으로 출력 포트가 2개 그리고 3개인 것을 설계 제작하였고, 또 출력 포트가 2개인 것을 이용하여 출력이 4개인 회로의 특성을 확인하였다. 여기서 구성된 전력 분배기-결합기는 간단한 입력 정합회로 그리고 고립도 및 출력 반사계수 개선을 위한 병렬 RC회로로 구성되어 있으며, 대칭적 구조로 설계되어 있기 때문에 출력 크기와 위상 발란스 특성이 좋은 결과를 얻었다.
여기서 사용된 병렬 RC회로에서 저항 값은 R = 270 Ω과 0.5 pF 캐패시터 3개를 직렬로 연결하여 그 값을 구현하였다.

대상 데이터

을 구하여 이것으로부터 수학적 연산을 통하여 부하 임피던스를 구하였다. 이때 그림 2(a)의 전력 분배기-결합기에 사용된 PCB는 FR-4로 유전율 4.4, 유전체 두께 1.574 mm 그리고 도체 두께는 0.035 mm이다. 또한, 전력 분배기-결합기 반지름은 15 mm, 각도는 90^o인 원형 부채꼴 형태로 구성하였다.
이 실험에 사용된 PCB는 FR-4로 유전율 상수 εr = 4.4, 유전체 두께 h = 1.574 mm, 동박 두께 t = 0.035 mm)를 사용하였다.

이론/모형

035 mm)를 사용하였다. 또한, 동작 확인을 위하여 실시한 시뮬레이션은 Cadence사의 Microwave Office ver13을 사용하였다.

성능/효과

또한, 측정된 결과로부터 출력 포트사이의 크기 발란스는 ± 0.1 dB와 위상 발란스는 ± 1o 이내가 되는 것을 확인하였으며 이것은 전력 분배기-결합기가 대칭적 구조를 갖고 있기 때문으로 판단된다.
본 논문에서는 평면 형태의 원형 부채꼴 전력 분배기-결합기에 설계에 대한 내용으로 출력 포트가 2개 그리고 3개인 것을 설계 제작하였고, 또 출력 포트가 2개인 것을 이용하여 출력이 4개인 회로의 특성을 확인하였다. 여기서 구성된 전력 분배기-결합기는 간단한 입력 정합회로 그리고 고립도 및 출력 반사계수 개선을 위한 병렬 RC회로로 구성되어 있으며, 대칭적 구조로 설계되어 있기 때문에 출력 크기와 위상 발란스 특성이 좋은 결과를 얻었다. 여기서 구현된 원형 부채꼴 모양의 전력 분배기-결합기는 많은 포트가 필요한 응용분야에 다양하게 사용될 것으로 판단된다.
6 dB를 얻었다. 이 결과는 3개의 분배기 특성이 중심주파수 2 GHz에서 동일하지 않아서 반사계수 특성이 시뮬레이션 결과와 상이하게 측정되었다. 측정된 결과로부터 출력 포트사이의 크기 발란스는 ± 0.
이 구조의 분배기-결합기는 특정 주파수에서 정합시킬 수 있는 간단한 입력 정합회로와 출력 포트 사이의 고립도와 정합 특성을 만족하기 위해 병렬 RC 회로 [9],[10]를 삽입하였다. 이러한 원형 부채꼴 형태의 분배기-결합기는 출력 포트가 2개와 3개를 갖고 있는 구조의 입출력 포트 사이의 손실과 포트사이의 고립도 그리고 크기 및 위상 발란스 특성이 시뮬레이션 결과와 유사함을 확인하였다. 또한, 출력 포트가 2개짜리 분배기-결합기를 직렬로 연결하여 출력 포트가 4개로 만들어 전기적 특성을 확인하였다.
측정된 결과로부터 출력 포트사이의 크기 발란스는 ± 0.1 dB와 위상 발란스는 ± 1o 이내가 되는 것을 확인하였으며 이것은 전력 분배기-결합기가 대칭적 구조를 갖고 있기 때문으로 판단된다.

후속연구

여기서 구성된 전력 분배기-결합기는 간단한 입력 정합회로 그리고 고립도 및 출력 반사계수 개선을 위한 병렬 RC회로로 구성되어 있으며, 대칭적 구조로 설계되어 있기 때문에 출력 크기와 위상 발란스 특성이 좋은 결과를 얻었다. 여기서 구현된 원형 부채꼴 모양의 전력 분배기-결합기는 많은 포트가 필요한 응용분야에 다양하게 사용될 것으로 판단된다.

참고문헌 (10)

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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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