MWAVE-LABORATORY ~ RFDH version ~

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윌킨슨(Wilkinson) 분배기

앞 절에서는 신호를 분배/결합하기 위한 회로의 예를 나타내었습니다만, 여기서는 동위상 분배기로써 애용되는 윌킨슨 분배기의 동작원리를 간단히 설명해보도록 하겠습니다.

위의 그림은 윌킨슨 분배기의 기본회로도입니다.

분배회로로 동작할 때는 P1이 입력, P2, P3가 출력이 됩니다. P1에서 출력측을 바라보았을 때, P2, P3에는 각각 50Ω 부하가 연결되기 때문에, 그 중간에 전송선로가 없으면 단순한 2분배 선로가 되어 출력쪽의 임피던스가 25Ω 으로 보이게 됩니다.

여기서 a, b 점간에 전송선로를 삽입하여 그것을 100Ω - 50Ω 임피던스 변환회로로 동작시킵니다. 이 변환회로는 스미스차트나 전송선로에 의한 임피던스 변환회로 등에서도 사용되는데, 스미스차트 상에서 100Ω에서 50Ω으로 향하는 접하는 원을 그려 그 중심이 되는 점의 임피던스가 전송선로의 임피던스가 됩니다. (이 경우는 70.7Ω) 이때 스미스차트상의 원을 100Ω에서 50Ω으로 이동하려면 λ/4 (90°) 만 움직이면 되기 때문에, 전송선로의 길이는 λ/4을 사용합니다.

이제 a점에서 오른쪽을 바라보면, 100Ω 이 두 개 병렬 접속된 형태가 되어 결국 50Ω 으로 보여서 매칭이 완성되게 됩니다.

다음으로 P2로부터 신호를 입력받는 경우를 가정해보도록 하겟습니다. P2에 신호를 입력하면, 그 신호의 반은 b점과 a점을 지나 P1에서 출력되고, 나머지 반은 R 쪽으로 흘러가게 됩니다. 또한 그중 일부는 a점을 지나쳐 c점으로 돌아오게 됩니다. 이렇게 발생한 b점 → a점 → c점의 경로는 길이가 λ/2 가 되어, b점으로부터 R을 지나 직접 c점에 전해지는 신호와 위상이 반전되는 관계(180° 위상차)를 갖게 됩니다. 즉 P2에 입력된 신호는 c점에서는 위상차가 정반대인 신호를 만나서 상쇄되어 사라지게 됩니다.

결과적으로 P2로부터 입력한 신호는 P1과 R에 반씩 분배된 것 같은 형태가 되버리고, P3에는 신호가 출력되지 않습니다. 그리고 R에 분배된 반의 전력은 열로써 소모되게 되어, 나머지 반의 전력만 P1에 도착하게 되는 셈이 됩니다. 상당히 심플하게 이해할 수 있는 회로죠? ^^

* 본 내용은 특성임피던스가 50Ω 인 경우를 가정한 것입니다.

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