MWAVE-LABORATORY ~ RFDH version ~

평형증폭기 (Balanced Amp) 2. 90° 3dB Hybrid 이용

윌킨슨 분배기를 사용한 경우에 이어, 이번에는 90° 3dB 하이브리드를 이용한 평형 증폭기를 소개합니다. 이 회로는 기본적으로 이전에 소개한 회로에서 윌킨슨 분배기 자리에 그대로 3dB 하이브리드를 삽입한 형태입니다.

☆ 평형 증폭기의 동작 ☆
윗그림은 3dB 하이브리드를 이용한 평형증폭기(Balanced Amp)의 블록 다이어그램입니다.

입력된 신호는 3dB 하이브리드를 거쳐 두 갈래로 분배되고, 각각 같은 특성의 AMP1, AMP2를 거친 후 다시 3dB 하이브리드를 거쳐 합성된 후 출력됩니다. 여기서 초단의 3dB 하이브리드를 거쳐 2분배된 신호는 서로 90°의 위상차를 가지게 됩니다.

한편, 합성을 위한 오른쪽 하이브리드에서는, AMP1을 거친 신호와 AMP2를 거친 신호와 90° 위상차를 이미 가진채 합성되어, 결과적으로 출력쪽에서는 동위상으로 합성됩니다.

☆ 이득 ☆
IN으로 입력된 신호는 3dB 하이브리드를 거치며 2분배되므로, 입력 전력 레벨에 비해 각각 3dB 씩 전력이 감쇠됩니다. 출력쪽에서는 3dB씩 줄어든 신호가 각각 증폭되어 3dB 하이브리드로 입력되게 되지요.

이 3dB 하이브리드 역시 그냥 하나의 신호를 입력하게 되면 출력에서는 3dB의 감쇠가 있습니다. 그런데 출력신호를 합성시에, AMP1을 거쳐 ISO 단자에 출력되는 신호와 AMP2를 거쳐 ISO 단자로 출력되는 신호가 서로 180° 의 위상차를 가지며 역위상이 되기 때문에, ISO 단자에서는 신호가 상쇄되어 아무런 전력출력이 감지되지 않습니다. 즉 이런 위상변환 관계들로 인해 3dB 하이브리드를 앞뒤로 똑같이 이용하여 전력을 분배/합성 하게 되면, 3dB 하이브리드 자체에 의한 신호 손실은 없습니다.

또한 최종 출력에서 각각의 AMP 출력이 동위상 합성되기 때문에, 합성되면서 신호의 크기는 2배로 커집니다. 3dB 하이브리드를 거치며 감쇠된 3dB는 출력단에서 완전하게 보상된다는 것이지요.

결과적으로 윌킨슨의 경우와 마찬가지로 IN으로부터 OUT 까지의 이득은 AMP 하나의 단품과 동일하게 되며, 최대 출력 전력만 3dB 높아지게 됩니다. 윌킨슨형과 결과는 같지만, 신호의 흐름은 다르지요.

일단 AMP1, AMP2 신호가 통과주파수 대역 이외는 전반사한다고 가정해보도록 하지요.
IN으로부터 입력된 신호는, AMP1측에 비해 AMP2측에 위상이 90° 지연되어 입력되게 됩니다. 또한 각각의 AMP에서 반사된 신호는 AMP2가 AMP1에 비해 90 지연된 채로 입력쪽 3dB 하이브리드를 되돌아와서 합성되게 됩니다.

이렇게 IN으로 들어간 신호가 AMP1, AMP2에서 각각 반사되어 돌아올 때, AMP2에서의 반사 신호는 90° 를 두 번 거치며 (들어가면서, 나오면서) 결과적으로 AMP1의 신호와 총 180° 의 위상차를 가지게 되어 버리지요. 고로 이 두신호는 서로 역위상으로 상쇄되어 사라지게 됩니다. 이런 특성으로 인해 AMP 자체의 반사특성이 나빠도, IN 측에서는 반사파가 상쇄되어 없어져 버리기 때문에 입출력 반사특성(VSWR, S11, S22) 등이 크게 개선되게 됩니다. 이러한 회로를 정임피던스 회로라고 부르기도 합니다.

물론 이러한 조건은 AMP1과 AMP2의 특성이 완전히 동일하다는 가정하의 일이며, 통상적으로 평형증폭기에서는 똑같은 AMP 소자를 병렬로 쓰고 있습니다.

윌킨슨 형에 비해 대체로 물리적 부피가 큰 단점이 있지만, 이러한 강제적인 정매칭 특성으로 인해 3dB 하이브리드를 이용한 평형 증폭기가 많이 애용되고 있습니다.

<< Back

 Copyright by Mwave laboratory & RF designhouse. All rights reserved.