목차
1. 90° Hybrid (Branch-Line Coupler)
2. Rat-Race (Magic Tee)
3. λ/4 transformer
4. Bias Circuit   (1) 집중 정수로 구성 

(2) 분포 정수로 구성

집중정수 회로에 이어 분포정수로 구성한 바이어스 회로에 대해 알아보겠습니다.

◇ 바이어스 회로 5

우선 아래 <그림 7-27>에 나타낸 회로는, 직류~저주파에서는 접지회로로서 동작하기 때문에 바이어스 전류의 리턴회로, 0V 바이어스 회로, 정전기방지(ESD) 회로로써 사용됩니다.

 <그림 7－27> 바이어스 회로 5

아마 여러분들도 경험적으로 λ/4 길이에 높은 특성임피던스를 가지는 (즉 선로 폭이 가늘게) 전송선로로 DC를 연결하면, RF choke로써 동작하여 RF는 유출이 안된다는 것을 알고 계실 것입니다. 그런데 이 경우 선로입장에서 어떤  특성 임피던스가 최적이며 , 또는 특성임피던스가 높을수록 좋은 것인가에 대해 고민해보신 적 있으신가요?

그림에 나타낸 회로 모양대로 선로의 특성 임피던스를 15Ω, 50Ω, 150Ω 으로 바꾸어가면서 시뮬레이션한 결과를 <그림 7-28>에 나타내었습니다. 각 전송선로는 이상적인 것으로 가정하고 시뮬레이션하였습니다. 시뮬레이션에서 왜 하필 15Ω, 150Ω 과 같은 값을 사용하였냐면, 그 값들이 마이크로스트립 선로에서 일반적으로 구현가능한 최소/최대 특성 임피던스 값이기 때문입니다.

시뮬레이션 결과로부터, 특성임피던스가 높으면 높을수록 광대역 특성을 가지기 때문에 언뜻 보면 더 좋아 보입니다. 다만, 특성 임피던스가 높다는 말은 선로의 폭이 좁다는 의미가 되기도 합니다. 그렇기 때문에 흘릴 수 있는 전류의 양도 줄어들 수 있다는 점을 고려해야만 합니다.

글래스에폭시나 테플론, FR4 등의 기판에서는 금속패턴의 두께를 18um (half Oz.)나 36um (1 Oz.)로 할 수 있고, 세라믹 기판등의 박막 패턴에서는 수um 정도의 금속패턴 두께를 사용하게 됩니다. 금속패턴의 두께가 얇을수록 단면적이 줄어들어서 수용가능한 전류량도 줄어들 게 되므로, 선로의 폭 (즉 특성 임피던스) 역시 이러한 패턴 두께와 함께 최대전류를 소화할 수 있도록 신중하게 결정되어야만 합니다. 이러한 Short Stub에 대해서는 IV-1. Open Stub＆Short Stub 절을 참조하시기 바랍니다.

 <그림 7－28> 바이어스 회로 5의 영향

◇ 바이어스 회로 6

<그림 7-29>과 같이 λ/4 선로를 이용하여 바이어스를 공급하는 경우에 선로의 특성임피던스를 바꾸어가며 시뮬레이션 한 결과를 <그림 7-30>에 나타내었습니다. 각 전송선로는 이상적인 선로로 가정하고 시뮬레이션하였으며, 특성임피던스가 낮을수록 캐패시터의 영향이 점점 더 나타나고 있습니다.

 <그림 7－29> 바이어스 회로 6

 <그림 7－30> 바이어스 회로 6의 영향

◇ 바이어스 회로 7

마지막으로, <그림 7-31>과 같이 바이어스 회로 6의 캐패시터 대신에 λ/4 의 open stub을 연결한 회로의 영향을 알아보도록 하겠습니다. 결국 이 open stub은 마치 병렬로 캐패시터를 접지시킨 것과 같은 특성을 가지게 됩니다. 이러한 형태는 마이크로파의 마이크로스트립 회로에서 자주 발견할 수 있는 형태의 DC 바이어스 선로 패턴이기도 합니다.

주 전송선로에 연결된 선로의 특성 임피던스는 150Ω 으로써, 거기에 연결되는 open stub의 특성임피던스를 15Ω, 50Ω, 150Ω 으로 바꾸어가면서 시뮬레이션한 결과를 <그림 7-32>에 나타내었습니다. 각 전송선로는 이상적인 선로로 가정하여 시뮬레이션하였으며, 특성임피던스가 낮을수록 광대역화되는 경향이 보이고 있습니다.

<그림 7－31> 바이어스 회로 7

 <그림 7－32> 바이어스 회로 7의 영향

그렇다면 위의 회로가 어째서 short stub과 같은 특성이 되는지 생각해볼까요?

생각1 : λ/4 open stub의 밑은 중심주파수에 대해 고주파적으로 접지되어 있다고 가정할 수 있으므로, Z1의 선로는 고주파적으로 short stub과 같다고 볼 수 있다.

생각2 : Z1, Z2의 선로를 합치면 길이는 λ/2 가 된다. open stub의 끝은 전압진폭이 최대가 될 것이므로, 거기에서 λ/2 떨어진 전송선로와의 연결점에서도 전압진폭은 최대가 된다.

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