목차
1. 90° Hybrid (Branch-Line Coupler)

Rat Race라.. 쥐들의 경주?? 사전에서 Rat Race를 찾아보면 "쓸데없는 경쟁, 악순환"이라는 생뚱맞은 뜻으로 실려있습니다. 이런 이상얄딱꾸리한 이름의 회로가 대체 어떤 물건일까요? 우선 <그림 7-8>에 이 회로의 외형(Microstrip과 같은 전송선로 형태의 경우)을 나타내었습니다.

<그림 7-8> Rat-Race (Magic Tee)

그림에 나타난 것처럼, 포트 A-B, B-C, C-D간의 간격은 λ/4 떨어져 있으며, 포트 A-D 간의 간격만
3λ/4 떨어져 있습니다. 이러한 배치에 의해 각 포트간의 입출력관계가 어떻게 정의되는지 알아보도록 하지요. (이후로 포트 A, 포트 B 등등은 '포트' 란 말을 생략하고 그냥 A, B로 지칭하겠습니다.)

☞ 우선 B에는, C로부터 시계방향으로 5λ/4 정도 링을 진행한 파동과 C로부터 반시계방향으로 λ/4 진행된 파동이 도달하게 됩니다. 이렇게 도달한 두 개의파동은 같은 위상이기 때문에 합쳐진 채 B에 출력됩니다.

☞ D도 B처럼, 시계방향과 반시계방향의 파동이 합쳐져서 출력됩니다.

☞ 그렇다면 A는 어떨까요? A에는 C로부터 시계방향으로 λ 진행된 파동과 C로부터 반시계방향으로 λ/2 진행된 파동이 도달합니다. 이 두 파동은 서로 위상이 정 반대이기 때문에 상쇄되어, A는 아무런 출력이 검출되지 않는 격리포트(isolation)가 됩니다.

따라서 A는 전혀 관계없는 포트가 되어, C에서 보면 B와 D 2개의 포트가 대칭되어 배치된 회로처럼 됩니다. 즉 C에 입력된 전력은 B와 D에 반반씩 동위상으로 균등분배됩니다.

☞ 우선 B에는, A로부터 시계방향으로 5λ/4 정도 링을 진행한 파동과 A로부터 반시계방향으로 λ/4 진행된 파동이 도달하게 됩니다. 이렇게 도달한 두 개의파동은 같은 위상이기 때문에 합쳐진 채 B에 출력됩니다.

☞ D의 위치는 A에서 바라볼 때 시계방향과 반시계방향 모두 3λ/4의 위치에 있으므로, 동위상의 파동이 합쳐져서 출력됩니다.

☞ 그렇다면 C는 어떨까요? C에는 A로부터 시계방향으로 λ/2 진행된 파동과 C로부터 반시계방향으로 λ 진행된 파동이 도달합니다. 이 두 파동은 서로 위상이 정 반대이기 때문에 상쇄되어, C는 A로부터 격리(isolation)된 형태가 됩니다.

따라서 C는 전혀 관계없는 포트가 되어, A에서 보면 B와 D 2개의 포트가 대칭되어 배치된 회로처럼 됩니다. 단, 여기서는 A의 입력전력이 B와 D에 균등하게 분배되긴 하지만, B와 D는 역상(위상차 : 180°)이 됩니다.

전부 같은 도체로 연결되어 있는데도 어디는 신호가 나오기도 하다가 안나오기도 하고.. 고주파 회로의 세계는 참 재미있다는 생각이 들지 않으시나요? ^^; 포트 C, 포트 A에 신호를 입력한 경우의 특성을 시뮬레이션한 결과를 <그림 7-9> ~ <그림 7-12>에 나타내었습니다.

<그림 7-9> 포트 C 입력
C→A：S21, C→B：S31, C→D：S41

<그림 7-10> 포트 C 입력 (Phase)

<그림 7-11> 포트 A 입력
A→B：S21, A→C：S31, A→D：S41

<그림 7-12> 포트 A 입력 (Phase)

다음 >> 3. λ/4 transformer

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