목차
1. Pin Diode
2. Switch
3. 위상천이기 (Phase Shifter)    (1) 위상천이(Phase Shift)란?
                                                (2) 반사를 이용하여 위상 바꾸기
                                                (3) Loaded Line Type Phase Shifter 

3. 위상천이기 (Phase Shifter)

(4) Hybrid Coupled Type Phase Shifter

1GHz 에서 90° 의 위상천이값을 가지는 위상천이기의 예를 <그림 5-39>에, 시뮬레이션 결과를 <그림 5-40>에 나타내었습니다. 그래프 중 P_ON은 PIN 다이오드가 ON일 때의 특성을, P_OFF는 OFF일 때의 특성을 나타냅니다. 위상 그래프 중 ANG[PS]의 특성은 ON과 OFF 시의 (OFF시를 기준으로 한) 위상차이, 즉 위상천이값을 나타냅니다.

  <그림 5－39>　Hybrid Coupled 형 위상천이기

  <그림 5－40>　Hybrid Coupled 형 위상천이기의 특성

우선 Hybrid의 동작에 대해 간단하게 알아보겠습니다. <그림 5-41>과 같이, 구성된 각 선로의 길이가
λ/4  인 경우 90°  Hybrid라고 부르는데, 이러한 Hybrid는 Branch-Line 이라고도 불리웁니다. 이 Hybrid의 삽입손실, 위상 특성을 <그림 5-42>에 나타내었습니다. Port 1으로부터 입력된 신호는 port 2와 3에 각각 반씩 분할 출력되며, port 4 에서는 출력되지 않습니다. 또한 port 2와 port 3의 출력에는 90° 의 위상차가 존재합니다. (이 때문에 Hybrid는 3dB coupler로 애용되기도 하죠)

  <그림 5－41>　Hybrid

  <그림 5－42>　Hybrid의 특성 (1)

만약 port 2, 3 을 모두 open 또는 short로 하면 어떻게 될까요? <그림 5-43>에 삽입손실과 위상 특성을 나타내었습니다. port 2,3을 둘 다 Open을 한 경우와 short를 한 경우 모두 port 4 에 신호가 전달되고 있고, 특히 중심주파수에서는 손실없이 거의 전 에너지가 전달되고 있습니다. 이렇게 Open인 경우와 Short인 경우의 전달특성은 둘다 비슷하지만,180° 의 위상 차이가 존재합니다.

  <그림 5－43>　Hybrid의 특성 (2)

아하 그렇다면!!  그렇습니다. 4port의 Hybrid에서 Port 2, 3에 연결되는 리액턴스값을 변화시켜주면 위상차를 조정할 수 있습니다. 원래 port 2, 3 으로 전력이 균등분배되고 port 4로는 전력이 검출되지 않는 hybrid coupler 특성에서, 출력인 2,3 번 port에 큰 임피던스를 걸어서 출구를 막아버리면 결국 port 4로 신호가 몰려서 나갈 수밖에 없겠지요. 그러면서 port 4로 나가는 신호는 위상이 가변된채 나가고 있습니다. 이를 이용하면 위상천이 특성을 만들어 낼 수 있겠죠?

그럼 여기서, <그림 5-39>의 위상천이기의 Hybrid에 연결된 PIN 다이오드 + 선로로 구성된 회로의 특성을 보겠습니다. <그림 5-44>에 나타낸 1port 회로로서 그 반사 특성을 시뮬레이션 한 결과를 <그림 5-45>에 나타내었습니다. 명확하진 않지만, 중심주파수 1GHz를 중심으로 양쪽이 대략 정반대의 경향을 갖고 있습니다. 위상 특성을 보면 그 특징을 쉽게 알 수 있는데, ON일 때의 반사위상은 -135° , OFF 일때는 약 +135°  가 되어있습니다. 앞절에서 설명한 Loaded Line의 경우와 마찬가지로 위상이 큰 차이로 반전되어 있음에도 불구하고, ON/OFF의 변환으로 위상을 바꾸어도 중심주파수에서의 삽입손실과 임피던스 특성이 악화되지 않습니다. 그렇게 손실이 최소화되면서도 위상값은 크게 바뀜으로써, 쓸만한 위상천이기로 동작하고 있습니다.

  <그림 5－44>　Hybrid Coupled 형 위상천이기의 부분해석

  <그림 5－45>　Hybrid Coupled 형 위상천이기의 부분특성

Hybrid coupled 형태의 위상천이기에 대해 좀더 자세히 알고 싶은 분은 초고주파 공학 관련 서적을 참고하시기 바라며, Hybrid에 대해선 다음번에 더 자세히 설명하도록 하겠습니다. 다음 편에는 마지막으로 두 신호를 합성하는 형태의 위상천이기에 대해 설명하도록 합니다.

다음 >> 3. 위상천이기 (Phase Shifter)    (5) 두 신호를 합성하여 위상 바꾸기

 Copyright by I-laboratory & RF designhouse. All rights reserved.