MWAVE-LABORATORY ~ RFDH version ~

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마이크로스트립 선로형 임피던스 변환기

마이크로스트립 선로와 같은 전송선로를 이용한 임피던스 변환회로는, 마이크로파 임피던스 매칭에서 가장 애용되는 방식중 하나입니다. 이것은 분포정수 회로의 특징을 잘 이용한 방법으로써, 50 Ω ~ 75 Ω의 변환회로 뿐만 아니라 분배기 등에도 응용할 수 있습니다.

이러한 마이크로 스트립선로를 이용한 임피던스 변환기는 왼쪽 그림처럼 매우 간단하게 표현할 수 있습니다. 여기서 회로의 입력 임피던스를 Zin, 출력 임피던스를 Zout 으로 하면 Z의 값은 아래와 같이 구할 수 있습니다.

위의 임피던스 값을 가지는 전송선로를 l/4 길이로 삽입하면 Zin 과 Zout 을 매칭시킬 수 있습니다. 예를 들어 Zin=50 Ω , Zout=75 Ω 이라 가정하면, Z=61.2 Ω 이 됩니다.

위와 같은 매칭이 가능하게 되는 원리가 무엇인지, 아래의 그림과 같은 스미스차트 궤적을 통해 확인해보도록 하겠습니다.

이전의 스미스차트 관련 글에서, 회로소자의 삽입에 의한 스미스차트상의 궤적 변화를 설명한 적이 있습니다. 위의 그림은 부하에 특정한 임피던스의 전송선로를 연결했을 경우에 입력측에서 본 임피던스의 궤적을 나타낸 그림입니다.

위 그림에서는 수평선상의 아래쪽에 궤적이 그려지고 있는데, 이것은 75 Ω 의 부하에 61.2 Ω 의 전송선로를 l/4 만큼 (90°) 시계방향으로 회전시킨 궤적입니다. 이러한 궤적 변화를 통해 부하임피던스 점이 전송선로를 거치면서 중심점인 50 Ω 으로 이동하였음을 알 수 있습니다.

즉 스미스 차트상에서 입력 임피던스와 출력 임피던스를 연결하는 원호를 그리되, 그 원호의 중심이 되는 점의 임피던스가 전송선로의 Z값이 되는 것입니다. 이러한 매칭용 전송선로를 Quadrature Transformer라고도 부르는데, 이것은 윌킨슨 분배기 등 여러 마이크로파 분야에 응용되는 기본회로 이므로 잘 기억해두시기 바랍니다.

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