I-Laboratory 고주파회로교실 ~ RFDH version ~
[ V. Control Circuit ]


목차
1. Pin Diode
2. Switch
3. 위상천이기 (Phase Shifter)

4. 감쇠기 (Attenuator)

(1) 고정 감쇠기

Control circuit 개념으로써의 감쇠기는 고정된 형태의 감쇠기가 아닌 가변 감쇠기가 맞습니다. 가변 감쇠기는 형태에 따라 2가지로 나눌 수 있는데, 하나는 반도체 소자의 바이어스를 조정하여 아날로그적으로 연속하여 감쇠량을 제어하는 방식과, 또 하나는 고정 감쇠기회로와 통과회로(through circuit)를 스위치로 바꾸는 방식이 있습니다.

우선 가변 감쇠기를 설명하기 전에 고정된 감쇠량을 가지는 고정 감쇠기에 대해 먼저 알아보도록 하겠습니다. 회로내에서 고정 감쇠기의 용도는 (a) 레벨 조정 , (b) 안정성 개선 , (c) 매칭 개선 의 3가지가 흔히 거론됩니다. 여기서 (b),(c)는 둘중 한가지를 개선하면 나머지가 함께 개선되는 경향이 있습니다.

전력 레벨을 조정하는 용도 이외로 고정 감쇠기가 사용되는 경우는 발진회로의 출력단, 믹서의 LO 입력단이나 IF 출력단, 증폭기 출력단 등이 있습니다.

☞  발진회로는 그 출력에 연결되는 부하의 영향을 많든 적든 받게 됩니다. 여기서 부하의 영향을 덜 받도록 발진회로의 안정성(주파수, 출력레벨)을 개선하기 위해 감쇠기가 사용됩니다. 일반적으로는 수dB 정도의 감쇠기가 애용됩니다. (단, 감쇠기를 삽입하기 위해서는 출력 전력 레벨에 여유가 있어야 합니다)

☞ 믹서에서는 LO(국부발진회로), IF(중간주파회로)와의 매칭을 개선하기 위해 사용됩니다. 예를 들어 반사손실이 6dB밖에 안되는 포트에 3dB의 감쇠기를 연결하면, 반사손실은 6dB 개선되어 12dB가 됩니다.  (일반적으로는 3dB짜리가 많이 사용됩니다)

☞ 증폭기의 경우 입출력을 동시에 매칭하는게 쉽지 않습니다. 출력 전력레벨과 P1dB 등에 여유가 있는 경우라면, 출력에 감쇠기를 연결하여 출력임피던스를 개선하는 경우가 있습니다. 이 경우 감쇠기를 PAD(패드)라고 부르기도 합니다. (사실 출력에 여유가 있는 경우는 별루 없지만.. -.-;)

그럼 고정 감쇠기의 회로를 보도록 하겠습니다. 회로구성은 아래 <그림 5-49>에 나타내었듯이 T형과 π형이 있습니다. (Y↔Δ  변환에 의해 T형과 π형이 변환됩니다)

<그림 5-49> π형, T형 감쇠기

감쇠기의 감쇠량을 L(dB)로 했을 때의 각 저항값은 아래 식에서 구할 수 있습니다. 이 식은 각 회로에 대해 연립방정식을 세워서 풀면 나오게 됩니다.

π

T 형

예를 들어 3dB 감쇠기는 아래와 같이 게산됩니다. (Zo = 50Ω)

   ☞  π 형 : R1 = R2 = 296.5 Ω  , R3 = 17.6 Ω
   ☞  T 형 : R1 = R2 = 8.6 Ω , R3 = 141.9 Ω

마지막으로 감쇠기 삽입에 의한 반사손실(Return loss)의 개선에 대해 알아보겠습니다. <그림 5-50(a)> 에 나타낸 1 포트 회로의 반사손실이 3dB 감쇠기 삽입(b)에 의해 어떻게 바뀌는지 그 시뮬레이션 결과를 <그림 5-51>에 나타내었습니다.

캐패시터만 연결한 경우는 전반사가 되어 반사손실은 0dB가 되는데, 3dB 감쇠기를 삽입하면 약 6dB가 개선되는 것을 알 수 있습니다. 상기 계산치와 같은 어지중간한 저항값은 없기 때문에, 시뮬레이션에서는 일반적으로 사용가능한 비슷한 소자값으로 대치하여 사용하였습니다.

<그림 5-50> 감쇠기의 특성 검증회로

<그림 5-49> 감쇠기 특성의 시뮬레이션 결과

왜 3dB 감쇠기 삽입으로 왜 반사손실이 6dB 개선될까요? 차근차근 순서대로 생각해보지요.

1. (b)의 회로에 입력된 신호는 감쇠기에 의해 3dB 감쇠합니다.
2. 캐패시터에 도달한 신호는 전반사됩니다.
3. 반사된 신호는 다시 감쇠기를 통과하며 3dB 감쇠합니다.
4. 이런 과정을 거쳐 도합 6dB가 감쇠됩니다.
5. 결국 반사손실은 입력 전력과 반사전력의 비율이기 때문에, 6dB가 됩니다.
6. (a)가 전반사로 0dB였기 때문에 (b)는 6dB가 개선된 것이 됩니다.

다음 >> 4. 감쇠기 (Attenuator)    (2) 가변 감쇠기

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