MWAVE-LABORATORY ~ RFDH version ~

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임피던스 변환기 (Matching Pad)

마이크로파와 같은 고주파 회로에서는, 회로의 입출력 전력 흐름을 원활하게 하기 위한 매칭회로의 중요성이 매우 큽니다. 임피던스 매칭회로란 결국 서로 다른 임피던스를 가진 두 단을 매끄럽게 연결해주는 것이므로, 임피던스를 서로 변환해주는 “임피던스 변환기”로 부를 수도 있습니다.

여기서는 서로 다른 특성임피던스를 가진 회로끼리 매칭을 시켜주는, 임피던스 변환기에 대해 설명할 것입니다. 현재 일반적으로 이용되고 있는 고주파 회로의 특성 임피던스는 50 Ω 과 75 Ω 이 있는데, 여기서 간단하게 한쪽이 50 Ω, 다른 한쪽이 75 Ω인 두 단간을 매칭하는 방법에 대해 몇 가지 예를 들어보도록 하겠습니다.

아래의 임피던스 변환의 기본은, 마이크로파 회로 설계시 다양하게 응용할 수 있기 때문에 잘 기억해두시면 유용할 것입니다. ^^

(1) 저항형 임피던스 변환기

왼쪽 그림은 저항을 이용한 입출력 매칭 회로의 예입니다.

이것은 서로 다른 임피던스 단 사이에 감쇠기를 삽입하여, 적당한 매칭이 이루어지는 최소한의 감쇠량을 구현한 회로로 가정할 수 있습니다. 이 방법의 특징은, DC에서부터 초고주파대까지 매우 광대역으로 매칭이 가능합니다. 그 때문에 넓은 주파수대역을 사용해야 하는 계측기의 액세서리로 애용됩니다. 하지만 광대역이 가능한 반면, 저항을 이용한 매칭이기 때문에 삽입손실은 많아지게 됩니다. (이론치 : 5.72dB)

(2) 트랜스형 임피던스 변환기

오디오 회로의 스피커 출력부에 있는 트랜스(transformer)나, 전원단의 트랜스 처럼 입출력 전압비를 조정하여 임피던스 변환을 수행합니다. 고주파 회로에서는 페라이트나 카보닐철 등의 재료를 이용한 토로이달 코어를 사용하여 트랜스를 구현하게 되지요.

사용가능한 주파수 대역은 코어의 재료나 코일의 굵기, 권선수에 따라 다릅니다. 일례로는 10 ~ 1000 MHz까지 사용할 수 있는 제품이 있습니다.

삽입손실은 코어 재료의 자성체에 의한 손실이나 코일 자체의 Q값에 좌우되게 됩니다.

(3) 마이크로스트립 선로형 임피던스 변환기

적절한 특성 임피던스의 전송선로를 삽입하여 임피던스를 변환시킵니다. 이 원리에 대해서는 스미스차트 편에 별도로 설명되어 있습니다.

위에 설명된 (1), (2)에 비해 손실의 원인이 될만한 요소들이 적기 때문에, 가장 저손실로 매칭회로를 구현할 수 있습니다. 반면 사용 가능한 대역폭은 좁아지게 됩니다.(역시 공짜는 없다!)

(1),(2),(3) 의 3가지 예를 나타내었는데, 이러한 특징을 고려하여 목적에 맞는 회로를 선택하여야 합니다. 각각의 회로에 대한 상세한 내용은 다음절에서부터 차차 설명하도록 하겠습니다.

* 앞으로 여기서 다루려는 임피던스 변환기는, 서로 다른 복소 임피던스를 매칭하기 위한 L-C 매칭회로 류가 아닌 실수 임피던스(특히 특성 임피던스)를 매칭하는 경우입니다.

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