목차
1. Open Stub＆Short Stub
2. 분배기/합성기
3. 방향성 결합기   (1) 결합선로 (Coupled Line)

3. 방향성 결합기(Directional Coupler)

(2) 방향성

(1)절의 시뮬레이션 결과를 보셨다면, Coupled Line의 커플링 출력 신호(전력)의 흐름에는 일정한 방향성이 있는 듯한 느낌을 받으셨을지도 모릅니다. 여기서는 그러한 방향성이 발생하는 원리를 알아보도록 하겠습니다.

이 문제를 제대로 언급하려면 사실 microstrip coupled line의 이론과 원리부터 설명해야 하지만, 이 이론은 전자기학적 수식에 기초한 내용들이다보니 초심자가 이해하기가 더 어려운 경향이 있습니다. (수식만 죽 나열하면 눈돌아가죠? @.@;) 고로 그림만 봐도 이해가 쉬운, 도파관(waveguide)를 이용한 방향성 결합기 (Directional Coupler)의 원리를 통해 '방향성'이란 접두어가 붙은 이유를 설명해보도록 하겠습니다.

<그림 4-15>에 2공형 도파관 방향성 결합기의 단면도를 나타내었습니다. (이것은 beth-hole Coupler라고도 부릅니다) 두 개의 사각형(rectangular) 도파관을 E면(전계에 평행한 면)을 공통으로 하도록 평행하게 붙이고, 그 사이에 2개의 같은 크기의 구멍을 λ/4 간격으로 뚫은 형태입니다.

<그림 4－15> 도파관 2공형 방향성 결합기

설명을 간단하게 하기 위해 두 도파관간의 커플링은 작은 양으로 가정하겠습니다. port 1에 입력된 대부분의 신호는 port 2 로 그대로 흘러갑니다. 이때, 입력신호의 일부는 도파관 사이에 뚤린 2개의 구멍을 통해 건너편 도파관으로 빠져나오려고 할 것입니다.

여기서 port 4 방향으로 흘러가는 신호를 관찰해보면, 구멍 1을 통과한 신호(①)와 구멍 2를 통과한 신호(②)의 경로길이가 똑같습니다. 고로 구멍을 통과해서 건너간 두 신호 ①과 ②의 위상이 같기 때문에 합산되어 port 4로 출력됩니다. 한편 port 3방향으로 흘러가는 신호를 관찰해보면, 구멍 1을 통과한 신호(③)와 구멍 2를 통과한 신호(④) 의 경로길이는  λ/4 + λ/4 = λ/2 의 차이가 있습니다. 따라서 ③과 ④는 역상이되어 서로 상쇄시키므로, port 3에는 출력신호가 전혀 검출되지 않게 됩니다.

이것을 뒤집어서, port 2 에 신호를 입력한 경우는 반대로 port 3에서는 신호가 출력되지만, port 4에서는 아무것도 나타나지 않는 정 반대의 특성을 가지게 됩니다. 이렇듯 입력되는 신호의 방향에 따라 어떤 port에서 커플링된 신호가 출력되는지의 방향이 함께 결정되기 때문에, '방향성(directional)' 이란 단어가 앞에 붙는 것입니다.

<그림 4－16> 위상 관계

전 절에서 본 마이크로스트립 평행선로를 이용한 방향성 결합기의 경우에는, 평행한 선로 부분 전체가 커플링을 유발하고 있기 때문에, 위의 도파관처럼 일정하게 떨어진 구멍 2개에만 의존한 커플링으로는 완벽히 설명할 수가 없습니다. 이부분은 electromagnetic 관점에서의 분석과 약간 복잡한 수식이 동반되므로, 마이크로스트립의 커플링 부분을 정확히 이해하고 싶으신 분들은 관련 초고주파 도서들을 참고하시기 바랍니다.

다음 >> 3. 분배기/합성기    (3) 특성

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