목차
1. Pin Diode
2. Switch
3. 위상천이기 (Phase Shifter)    (1) 위상천이(Phase Shift)란?

3. 위상천이기 (Phase Shifter)

(2) 반사를 이용하여 위상 바꾸기

전기적으로 위상을 바꾸는 방법에는 앞에서 설명한 선로 변환 방식 외에도, 반사에 의한 위상의 변화를 이용하는 방식과 두 신호의 합성에 의한 방식이 있습니다. 여기서는 반사에 의한 위상변화방식에 대해 알아보도록 하겠습니다.

반사에 의해서 어떻게 위상을 바꾼다는 것일까요? 그런 의문이 드신다면, 고등학교의 물리 교과서를 한번 펼쳐보세요! "빛의 반사와 굴절"로 반사에 의한 위상변화 설명이 있을 것입니다. 빛 역시 높은 주파수의 전자기파동이기 때문에, 어딘가에 부딪치면 반사되어 위상도 바뀌게 됩니다. 빛의 경우는 매질의 경계면에서 반사를 일으키는데, 전기신호는 어떠할까요?

전기신호 역시 마찬가지로 임피던스가 변화하는 지점에서 반사를 일으키게 됩니다. 그래서 신호경로 중간에서 임피던스의 차이가 발생하도록 만든다면, 신호의 반사가 발생하면서 위상이 변하게 됩니다. 우선 아래 그림처럼 특성 임피던스 50Ω 의 전송선로 중간에 다양한 소자를 연결하여 고의적인 반사를 일으킨 경우, 위상이 어떻게 변화하는지 관찰해보도록 하지요.

  <그림 5－26>　위상변화를 조사하기 위한 회로

전송선로의 전기적 길이는 90° (at 1GHz)로 합니다. 아무것도 달려있지 않을 때의 통과 위상특성은 <그림 5-27>과 같이 됩니다. 전기적 길이가 90° 이기 때문에, 1GHz에서 -90°의 위상차가 기록되고 있습니다. (삽입위상 = 90° )

  <그림 5－27>　전송 선로만의 통과 위상 특성

○ 캐패시터(C)를 접속 (전송선로의 중앙부에)
0 pF, 1 pF, 2 pF, 3 pF, 4 pF, 5 pF 로 값을 변화시켰을 때의 위상천이와 손실의 변화를 아래 그림에 나타내었습니다. C값을 크게 하면 위상천이값과 삽입손실 모두가 커지고 있습니다.

  <그림 5－28>　전송 선로 + C

○ 인덕터(L)를 접속 (전송선로의 중앙부에)
100 nH, 30 nH, 10 nH, 5 nH, 3 nH 로 값을 변화시켰을 때의 위상천이와 손실의 변화를 아래 그림에 나타내었습니다. L값을 작게 하면 위상천이값은 작아지고 삽입손실은 커지고 있습니다.

  <그림 5－29>　전송 선로 + L

○ Short Stub을 접속 (전송선로의 중앙부에)
Short Stub의 전기적 길이를 90°, 80°, 70°, 60°, 50° 로 변화시켰을 때의 위상천이와 손실의 변화를 아래 그림에 나타내었습니다. 길이를 길게할수록 위상천이값은 작아지고 삽입손실은 커지고 있습니다.

  <그림 5－30>　전송 선로 + Short Stub

○ Open Stub을 접속 (전송선로의 중앙부에)
Open Stub의 전기적 길이를 0°, 10°, 20°, 30°, 40° 로 변화시켰을 때의 위상천이와 손실의 변화를 아래 그림에 나타내었습니다. 길이를 길게할수록 위상천이값과 삽입손실 모두 커지고 있습니다.

  <그림 5－31>　전송 선로 + Open Stub

이 결과들이 의미하는 것이 무엇일까요?
바로 전송선로 중간에 연결한 소자값에 따라 삽입위상을 조절할 수 있다는 점입니다. 선로중간에 소자를 연결하여, 임피던스 매칭된 상태를 고의로 약간 망가뜨리면서 반사된 신호들을 이용해 위상의 변화를 꾀하는 것입니다. 그러다보니 큰 문제가 한가지 있습니다. 그것은 삽입손실이 악화된다는 점입니다. 전송선로에 L, C, Stub과 같은 리액턴스 소자를 연결한 경우, 부정합(mismatch)에 의한 반사로 인해 손실이 커지고 있습니다. 물론 입출력 임피던스 특성도 악화되었습니다.

삽입손실이나 입출력 임피던스를 악화시키지 않고 위상을 바꾸려면 어떻게 해야할지, 그 해결책을 다음 절에 설명하도록 하겠습니다.

다음 >> 3. 위상천이기 (Phase Shifter)    (3) Loaded Line Type Phase Shifter

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