다단 브랜치라인으로 구성된 광대역 결합기 설계 및 구현
Implementation and Design of Wideband Coupler Composed of Multi-stage Branch Line
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초록
브랜치라인 결합기를 설계함에 있어서, 출력 포트에서의 신호 결합량은 브랜치라인을 구성하는 각 라인의 임피던스에 의해 결정되므로 각 라인의 임피던스를 설정하는 것이 매우 중요하다. 입력단과 출력단 사이의 결합계수는 다단 브랜치라인 구조에서 선로의 임피던스 조건에 의해 결정되므로 짝수-홀수 모드 회로 분석을 적용하면 원하는 결합계수를 얻기 위한 각 선로의 임피던스를 구할 수 있다. 본 논문에서는 다단으로 구성된 마이크로스트립 브랜치라인 구조체를 만들고, 신호전송을 위해 서로 연결되는 회로 선로의 형태를 반전력 분배되도록 하이브리드 결합구조를 이용하였다. 그리고 동작 범위 내에서 위상 오차를 줄일 수 있도록 선로의 임피던스 폭과 길이를 최적화함으로써 광대역 특성을 얻었다. 제작된 하이브리드 브랜치라인 결합기의 동작 주파수 대역은 2.15 GHz ~ 3.4 GHz이며, 비대역폭은 약 47 % 이다. 이 대역에서 출력 포트 간의 전송 특성 및 위상차는 3.3 ± 0.5 dB 및 90 ± 1° 미만이다. 그리고 우수한 삽입손실, 반전력 그리고 광대역 특성을 보인다.
Abstract
In designing the branch line coupler, it is very important to set the impedance of each line because the amount of signal coupling at the output port is determined by the impedance of each line constituting the branch line. Since the coupling coefficient between the input and output ports is determined by the impedance condition of the line in the multi-stage branch line structure, the impedance of each line to obtain the desired coupling coefficient can be obtained by applying even-odd mode circuit analysis. In this paper, the multi-stage microstrip branch line structure is constructed and a hybrid coupling structure is used to distribute the half-power type of circuit lines connected to each port for signal transmission. We also obtained the broadband characteristics by optimizing the width and length of the line impedance to reduce the phase error within the operating range. We also analyzed the influence of the output signal amplitude and phase error on the beam pattern and beam steering direction obtained from the wide band design results of the five-stage branch line coupler. The fabricated hybrid branch line coupler has the operating frequency band of 2.15 GHz to 3.4 GHz, with a relative bandwidth of about 47%. In the band, the transmission characteristic and phase difference between output ports are less than 3.3 ± 0.5 dB and 90±1°. It shows good insertion loss, a half power and wide band characteristics.
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