I-Laboratory 고주파회로교실 [Ⅴ. Control Circuit] 3. 위상천이기 (Phase Shifter) (1) 위상천이(Phase Shift)란?

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[ V. Control Circuit ]

3. 위상천이기 (Phase Shifter)

(1) 위상천이(Phase Shift)란?

RF에서 "위상(Phase)"이라는 단어는 자주 볼 수 있습니다만, "위상천이(Phase Shift)" 라는 말은 그다지 자주 볼 수 있는 단어는 아닙니다. "위상천이" 란, 위상을 이동시킨다는 의미입니다. 즉 신호의 위상을 전기적 혹은 기계적인 방법으로 변화시키는 방법을 말합니다. 그렇다면 어떤 곳에서 위상을 바꾸는 control이 필요한 것일까요? Phase Array Antenna의 빔 제어와 위상변조 등등, RF 아날로그 신호처리단의 여러곳에서 사용됩니다.

그렇다면 위상을 바꾸는 구체적인 방법을 알아보겠습니다. 제일 간단한 방법은, 신호가 통과하는 전송선로의 물리적인 길이를 바꾸는 방법입니다. 물리적 길이가 바뀌면 그 선로를 통과한 신호의 위상이 당연히 변화하게 되며, 이것을 <그림 5-21>에 나타내었습니다.

<그림 5－21>　위상 바꾸기

기계적으로 선로 길이를 바꾸는 방법을 <그림 5-22>에 나타내었습니다. 그림에 나타낸 것 같이 두 개의 금속 동축선로가 겹쳐진 구조에서, 한쪽의 동축 파이프를 넣었다 뺐다 하면서 신축시키면 위상을 자유롭게 바꿀 수가 있습니다.

☞ 장점 : 연속적으로 위상을 바꿀 수 있음. 저손실
☞ 단점 : 기계적이라서 위상을 바꾸는데 시간이 걸림. 크기가 큼 (수동식과 자동모터식의 제품이 있음)

<그림 5－22>　기계식 위상천이기

전기적으로 길이를 바꾸는 위상천이 방법을 그림 <5-23>에 나타내었습니다. 길이가 다른 복수의 전송선로를 배치하고, 스위치로 경로를 바꾸면 신호 경로의 위상을 바꿀 수가 있습니다. (선로 변환방식)

☞ 장점 : 소형화가 가능. 위상변환 시간이 매우 짦음
☞ 단점 : 연속적인 위상값의 변화가 불가능 (디지털), 기계식에 비해 손실이 큼

<그림 5－23>　선로 변환방식 위상천이기

<그림 5-24>에 선로변환 방식의 4비트 위상천이기의 구성을 나타내었습니다. 0° ~ 337.5° 까지, 22.5° 의 단위로 위상을 변화시킬 수 있습니다. 주의해야할 것은, 여기서 말하는 위상 천이는, 그 위상천이기의 삽입위상(input phase)에 대한 출력위상(output phase)의 차이를 의미한다는 것입니다. 위상 변화량이 0° 라고 해서 그 위상천이기에 입력되는 삽입위상이 0° 가 아니란 것이죠. 삽입위상과 위상천이량의 관계를 <그림 5-25>에 나타내었습니다. (위상 변화량이 커지는 방향으로 했을 경우)

<그림 5－24>　4비트 위상천이기의 구성사례

<그림 5－25>　삽입위상과 위상변화량

그렇다면, 전기적으로 위상을 바꾸는 여러 가지 위상천이기에 대해 알아보도록 하겠습니다.

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