Closely Dual-Pass band Using 3arms Branch Line Coupler

소개

1) Closely Dual-Pass band using Branch Line Coupler

▸ Dual Pass band인 것처럼 하나의 중심 주파수가 아닌 두 개의 중심주파수로 통신을 하는 것이 목적이다. 그런데 실제 설계 상 임피던스 특성을 어느 한계까지 높일 수가 없었기 때문에 Closely로 하게 되었다. 기본적으로 Branch line hybrid는 1번 포트에서 들어가는 신호가 2번과 3번 포트에 전력이 3dB만큼의 전력이 나오고, 위상차는 90가 난다. 그리고 4번 포트에는 isolate로서 신호가 전달되지 않도록 설계하였다.
▸ 넓은 대역폭을 하기 위해 보통 여러 Section으로 한다. 우리의 취지와는 다르게 대역폭을 늘리는 데 (Closed Dual Band) 특성이 보였다. arm은 보통 열의 선로를 뜻하는데 3arms을 통하여 대역폭을 넓히게 하였다. 본래의 목적은 Dual band였으나, Broad band로 설계 하게 되었다. 분명 이론적으로 가능하나 실질적인 에칭으로서는 구현이 불가하므로 다음과 같이 설계하게 되었다.
▸ 2.4~3.4[GHz]구역의 Bandwidth을 갖는 것이 목표이고 넓은 대역폭으로 이용하도록 구성 하였다.
▸ 2포트로 전력은 반으로 나누고 나머지 한 포트는 isolate 시킨다. 보통의 경우에 2번 포트에 대부분 전력을 전송하고 3번 포트로 커플링을 한다. 여기에서 커플링 관점보다는 전력을 분배하는 (Power divider) 성격이 강한다. 또한 쿼터러춰(90) 만큼 2포트와 3포트의 차이를 만든다.

2) System impedance

▸ 선로 임피던스는 일반적인 50으로 설계하였다.
▸ Er = 4.48, T = 0.035 mm, TanD = 0.02, H = 31.0 mil


3) Center frequency

▸ 첫 번째 중심주파수 : 2.5 GHz
▸ 두 번째 중심주파수 : 3.25 GHz (n = 1.3)
▸ 2.4 GHz 이상의 대역폭을 Wireless LAN과 Bluetooth에서 이용한다. 즉, 일반적으로 휴대폰이나 태플릿PC , 노트북, PDA 등 무선 통신을 이용하거나 서로 데이터를 공유 할 때 이용하는 대역이다. 그렇기 때문에 넓은 대역을 소화시켜야 한다. 그래서 다음과 같이 Closely Dual 주파수를 설정하여 넓은 대역폭을 얻고자 하였다.


4) Bandwidth

▸ 2.4 GHz ~ 3.4 GHz (1GHz 대역폭)
▸ Broad pass band 특성을 갖고 있기 때문에 대역폭은 1 GHz인 넓은 범위를 소화 한다. 아무래도 정보를 교환하는 구간이므로 넓은 대역폭으로 설계 하는 것이 좋다고 판단하였다.

목차

1. Introduction

2. Qualitative interpretation

3. Basic Theory
가. Basic branch-line
나. quarter circuits of the proposed coupler
( even-even mode, even-odd mode, odd-even mode, odd-odd mode )

4. Simulation
가. Amplitude
나. Phase

5. Mask

6. Test

7. Conclusions

8. Reference

본문내용

▸ Dual Pass band인 것처럼 하나의 중심 주파수가 아닌 두 개의 중심주파수로 통신을 하는 것이 목적이다. 그런데 실제 설계 상 임피던스 특성을 어느 한계까지 높일 수가 없었기 때문에 Closely로 하게 되었다. 기본적으로 Branch line hybrid는 1번 포트에서 들어가는 신호가 2번과 3번 포트에 전력이 3dB만큼의 전력이 나오고, 위상차는 90가 난다. 그리고 4번 포트에는 isolate로서 신호가 전달되지 않도록 설계하였다.
▸ 넓은 대역폭을 하기 위해 보통 여러 Section으로 한다. 우리의 취지와는 다르게 대역폭을 늘리는 데 (Closed Dual Band) 특성이 보였다.

<중 략>

▸ 위에서 살펴보듯이 PORT 4에 오는 신호는 총 3가지 신호이다. 그런데 2가지는 신호는 동 위상으로 전달되며, 나머지 하나의 신호는 (-)관계로서 신호가 들어오게 된다. 그로 인해 값이 0이 되게끔 되야 할 것이다. 그렇다면 기하학적으로 신호가 많이 가기 위해서는 (동등한 전압에서) 전류가 많이 가는 것을 뜻한다. 즉, 임피던스가 작아야 신호가 많이 전달된다고 가정한다면 첫 번째 arm이 2번째 arm보다 임피던스가 커야 한다는 것을 알 수 있다. 그래야만 상대적으로 하나의 신호만 전달되는 2번째 arm에서의 신호 크기가 크기 때문이다.
따라서 첫 번째 arm의 임피던스와 두 번째 arm의 임피던스가 다를 것임을 알 수 있으면 첫 번째 arm의 임피던스가 상대적으로 더 크다는 것도 알 수 있다.

<중 략>

dB 특성은 어느 정도 좋아 졌지만 Phase 특성은 더 안 좋아졌다. 아무래도 꺽임 부분에서 무언가 영향을 미치지 않았을까? 하는 생각이 든다.
일반적으로 꺽인 부분에서 전하들이 쌓이는 특성이 보일 것이다. 그리고 급속히 꺽이면 실질적으로 좋은 결과를 얻지 못하게 되어 있다. 그래서 이 부분을 보안하면 좋지 않았을까? 하는 생각이 든다.

그래서 이번 실험은 꺽인 부분을 교정해야 하지 않을까? 하는 의구심이 들었다.

참고자료

· Microwave Engineering 3판 (마이크로파 공학) David M. Pozar
· Foundations For Microwave Engineering 2판 Robert E. Collin
· 마이크로파 공학의 기초 진연강 저 | 청문각
· Dual-Band Branch-Line Coupler With Port Extensions Hyunchul Kim, Byungje Lee, Member, IEEE, and Myun-Joo Park
· Compact Dual-Band Branch-Line and Rat-Race Couplers With Stepped-Impedance-Stub Lines
· Design of Quadrature Hybrid With Dual-Passband Using Three Branch Line Coupler by Ching-Luh Hsu