목차
1. Open Stub＆Short Stub
2. 분배기/합성기
3. 방향성 결합기   (1) 결합선로 (Coupled Line)
                           (2) 방향성
                           (3) 특성 

3. 방향성 결합기(Directional Coupler)

(4) 저주파 대역의 방향성결합기를 만들고 싶어!

지금까지 설명한 방향성 결합기는, 마이크로스트립이나 도파관을 이용한 것이었습니다. 이것은 흔히 말하는 Microwave 대역 (300MHz 이상)에서 주로 이용되는 구성물들입니다. 그런데, 이런 형태로 저주파 (수백MHz 이하)에서 방향성 결합기를 만들라 치면 그 크기가 너무 커져 버리게 됩니다.

저주파 대역에서 사용할 수 있는 작은 방향성 결합기를 만들 수는 없을까요?
왜 주파수가 낮으면 방향 결합기 크기가 커지게 될까요?

마이크로스트립과 도파관은 그 자체가 분포정수 회로이고, 사용하는 주파수의 파장에 비례하는 크기를 갖고 있습니다. 그래서 주파수가 낮아지면 그에 반비례하여 파장이 점점 길어지기 때문에, 구조물의 형상이 점점 커져 버리게 됩니다. 음.. 그러면 L,C 소자같은 집중 정수회로로 만들면 되는거 아닌가요?

그렇다면 집중정수로 방향성 결합기를 한번 구현해 보도록 하겠습니다. 집중정수로 구성한 방향성 결합기의 회로도를 <그림 4-18>에 나타내었으며, 회로도 중 L 2개와 C 1개로 구성된 T형 회로는 λ/4 길이의 전송선로와 등가적으로 같은 역할을 하는 회로입니다. (즉 90 ° 의 위상차가 발생한다는 뜻입니다)
여기서 Cc (Coupling Capacitance)는 도파관 방향성 결합기의 구멍과 동일한 역할을 합니다.

<그림 4－18> 집중정수회로 방향성 결합기

여기에 사용된 회로소자값들은 아래의 식 (4.10) ~ (4.12)로 산출됩니다.
이 수식에는 어느정도의 계산범위 제한이 있으므로 주의해서 보시기 바랍니다.

이 식을 이용하여, 400MHz에서 -20dB의 커플링을 가지는 방향성 결합기를 설계해볼까요? 
특성임피던스는 50Ω 으로 가정하되, 소수점 이하는 반올림 하였습니다.

L=20 nH , C=8 pF , Cc=0.8pF

이 회로의 시뮬레이션 결과를 <그림 4-19>에 나타내었습니다.

<그림 4－19> 집중정수 방향성 결합기 (400MHz, -20dB)

결과를 보면, 설계대로 결합도가 -20dB로 잘 만들어 졌으며, 격리도는 약 -40dB로써 방향성(D)는 -20 dB가 됩니다. 이정도면 꽤 쓸모있는 방향성 결합기가 만들어졌죠? 집중정수의 방향성 결합기는 이렇게 계산기랑 부품만 있으면 간단하게 만들어 볼 수 있습니다.

실제로 만들땐 각 소자의 Q값등의 품질값에 따라 미세한 튜닝이 필요하겠지만, 맘만 먹으면 그냥 LC 소자로도 적당한 방향성 결합기를 구현할 수 있다는 것은 꼭 기억해두시기 바랍니다.

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