분산 소자 회로

분산형 소자 회로는 변속기 라인 또는 기타 분산형 구성 요소의 길이로 구성된 전기 회로다.이들 회로는 캐패시터, 인덕터, 변압기와 같은 패시브 부품으로 구성된 기존 회로와 동일한 기능을 수행한다.그것들은 대부분 전자레인지 주파수에서 사용되는데, 이 주파수에서는 기존의 구성품을 구현하기가 어렵거나 불가능하다.

기존 회로는 개별적으로 제조된 후 전도성 매체로 연결한 개별 구성 요소로 구성된다.분산형 소자 회로는 매질 자체를 특정 패턴으로 형성하여 구축된다.분산형 소자 회로의 주요 장점은 위성 텔레비전과 같은 소비자 제품의 인쇄 회로 기판으로서 저렴하게 생산될 수 있다는 것이다.그것들은 또한 레이더, 위성 통신, 마이크로파 링크와 같은 응용 프로그램들을 위해 동축과 도파관 형식으로 만들어진다.

분산형 소자 회로에 일반적으로 사용되는 현상은 한 길이의 전송선이 공명기 역할을 하도록 만들어질 수 있다는 것이다.스텁, 커플링된 선 및 계단식 선을 포함하는 분산 요소 구성 요소.이들 구성 요소로 만들어진 회로에는 필터, 전력 분배기, 방향 연결기 및 순환기가 포함된다.

분산형 소자 회로는 1920년대와 1930년대에 연구되었지만 레이더에 사용된 제2차 세계 대전 전까지는 중요하지 않았다.전쟁 후, 그들의 사용은 군사, 우주, 방송 기반 시설로 제한되었지만, 그 분야의 재료 과학의 개선은 곧 더 넓은 응용으로 이어졌다.그것들은 이제 위성 접시나 휴대전화와 같은 국내 제품에서 발견될 수 있다.

회로 모델링

분산형 소자 회로는 전기 저항, 캐패시턴스 및 인덕턴스의 패시브 전기 요소가 각각 저항기, 캐패시터 또는 인덕터의 한 공간 지점에서 "점프"된 것으로 가정되는 덩어리형 소자 모델에 대한 대안인 분산형 소자 모델로 설계된다.분산 요소 모델은 이 가정이 더 이상 유지되지 않을 때 사용되며, 이러한 특성은 공간 내에서 분산되는 것으로 간주된다.전자파가 구성 요소의 한 단자에서 다른 단자로 이동하는 데 상당한 시간이 있을 때 가정은 무너진다. 이러한 맥락에서 "중대한"은 현저한 위상 변화를 위한 충분한 시간을 의미한다.위상 변화량은 파장의 주파수(그리고 파장에 반비례하여)에 따라 달라진다.기술자들 사이에서 흔히 볼 수 있는 경험 법칙은 관련 거리가 파장의 10분의 1 이상(36° 위상 변화)일 때 덩어리 모델에서 분산 모델로 바꾸는 것이다.덩어리가 된 모델은 1/4 파장(90° 위상 변화)에서 완전히 고장나며, 값뿐만 아니라 성분의 성질이 예측한 대로 되지 않는다.파장에 대한 이러한 의존성 때문에 분산형 소자 모델은 대부분 더 높은 주파수에서 사용된다; 낮은 주파수에서는 분산형 소자 구성 요소가 너무 부피가 크다.분산 설계는 300 MHz 이상에서 실현 가능하며, 1 GHz 이상의 마이크로파 주파수에서 선택할 수 있는 기술이다.^[1]

이러한 모델을 사용해야 하는 빈도에는 명확한 구분이 없다.전환은 보통 100 ~ 500 MHz 범위에 속하지만, 기술 규모 또한 중요하다. 소형화된 회로는 더 높은 주파수에서 덩어리 모델을 사용할 수 있다.스루홀 기술을 이용한 인쇄회로기판(PCB)은 표면 탑재 기술을 이용한 등가 설계보다 크다.하이브리드 집적회로는 PCB 기술보다 작고, 일체형 집적회로는 둘 다보다 작다.집적회로는 인쇄회로보다 높은 주파수에서 일괄 설계를 사용할 수 있으며, 이는 일부 무선주파수 집적회로에서 이루어진다.이러한 선택은 핸드헬드 기기에 특히 중요하다. 왜냐하면 일괄적인 요소 설계는 일반적으로 더 작은 제품을 낳기 때문이다.^[2]

송전선로를 이용한 시공

분산형 소자 회로의 압도적 다수는 특히 모델링하기에 단순한 형태인 전송 라인의 길이로 구성된다.선의 단면 치수는 그 길이를 따라 일정하지 않으며, 신호 파장에 비해 작기 때문에 선의 길이에 따른 분포만 고려할 필요가 있다.분산 회로의 그러한 요소는 그 길이와 특성 임피던스로 완전히 특징지어진다.모든 원소의 길이가 같은 동급 라인 회로에서 더욱 단순화가 발생한다.동급회로를 사용하면 콘덴서와 인덕터로 구성된 일괄 회로 설계 프로토타입을 각 회로의 요소들 간에 일대일 대응으로 직접 분산회로로 변환할 수 있다.^[3]

동시선 회로는 생산에 대한 설계 이론이 존재하기 때문에 중요하다. 전송선(또는 임의의 형태)의 임의 길이로 구성된 회로에 대한 일반 이론은 존재하지 않는다.비록 임의의 형태는 맥스웰의 방정식으로 분석되어 그 행동을 결정할 수 있지만, 유용한 구조를 찾는 것은 시행착오나 추측의 문제다.^[4]

분산형 소자 회로와 덩어리형 소자 회로의 중요한 차이는 체비셰프 필터 예에 나온 것처럼 분산형 회로의 주파수 응답이 주기적으로 반복된다는 것이다. 동등한 덩어리 회로는 그렇지 않다.이는 일괄형식의 전송기능이 복합주파수의 합리적인 함수로서, 분산형식은 비합리적인 함수로서 나타난 결과다.또 다른 차이점은 계단식 연결 라인의 길이가 모든 주파수에서 고정된 지연을 발생시킨다는 것이다(이상적인 라인으로 가정).제한된 주파수 범위에 대해 근사치가 구성될 수 있지만 고정 지연에 대해 덩어리진 회로에는 등가물이 없다.^[5]

장단점

분산형 소자 회로는 값이 싸고 일부 포맷에서는 제조가 쉽지만, 덩어리형 소자 회로보다 공간을 더 많이 차지한다.이는 공간이 프리미엄인 모바일 기기(특히 핸드헬드 기기)에서 문제가 된다.작동 주파수가 너무 높지 않은 경우 설계자는 분산된 요소로 전환하기보다는 구성요소를 소형화할 수 있다.그러나 덩어리 구성요소의 기생 요소와 저항성 손실은 덩어리 요소 임피던스의 공칭값의 비율로 주파수가 증가하면서 더 크다.어떤 경우에 설계자는 개선된 품질의 혜택을 받기 위해 분산 요소 설계를 선택할 수 있다.분산형 요소 설계는 전력 처리 능력이 더 큰 경향이 있다. 구성 요소가 뭉치면 회로를 통과하는 모든 에너지가 작은 부피에 집중된다.^[6]

미디어

페어링된 컨덕터

몇 가지 유형의 전송 라인이 존재하며, 그 중 어느 것도 분산형 소자 회로 구축에 사용할 수 있다.가장 오래된 것(그리고 여전히 가장 널리 사용되는 것)은 지휘자 한 쌍이다. 그것의 가장 일반적인 형태는 전화선과 인터넷 연결에 사용되는 트위스트 페어다.사용되는 주파수가 분산 요소 설계가 유리해지는 지점보다 낮기 때문에 분산 요소 회로에는 자주 사용되지 않는다.그러나 설계자는 종종 덩어리 요소 설계로 시작하여 개방형 와이어 분산 요소 설계로 변환한다.개방형 와이어는 예를 들어 전신주의 전화선에 사용되는 병렬 비절연 도체 한 쌍이다.설계자는 보통 이 형태로 회로를 구현할 의도가 없다. 설계 프로세스의 중간 단계다.도체 쌍이 있는 분산 요소 설계는 레처 라인과 안테나 공급 라인에 사용되는 트윈 리드 등 몇 가지 특수 용도에 제한된다.^[7]

동축

절연 실드 도체로 둘러싸인 중심 도체인 동축 라인은 마이크로파 장비의 상호 연결 장치 및 장거리 전송에 널리 사용된다.동축 분산형 소자는 20세기 후반에 일반적으로 제조되었지만, 비용과 크기를 고려하여 평면형식으로 많은 용도에서 대체되었다.공기-유전 동축 라인은 저손실 및 고출력 어플리케이션에 사용된다.다른 매체의 분산형 소자 회로는 상호연결을 위해 회로 포트의 동축 커넥터로 여전히 일반적으로 전환된다.^[8]

플라나르

대부분의 현대적 분산형 소자 회로는 특히 대량 생산된 소비자 품목의 평면 전송 라인을 사용한다.평면 선에는 여러 형태가 있지만 마이크로스트립이라고 알려진 종류가 가장 흔하다.인쇄회로기판과 같은 공정으로 제작할 수 있어 제작비가 저렴하다.그것은 또한 같은 보드의 뭉친 회로와 통합되도록 한다.다른 형태의 인쇄 평면 선에는 줄무늬, 가는 선 및 많은 변형이 있다.평면 라인은 또한 단일 마이크로파 집적 회로에서도 사용할 수 있으며, 이 회로는 기기 칩에 통합되어 있다.^[9]

도파관

많은 분산 요소 설계는 도파관에서 직접 구현할 수 있다.단, 다중 모드가 가능하다는 점에서 도파관과의 추가적인 합병증이 있다.이것들은 때로는 동시에 존재하기도 하며, 이 상황은 라인을 수행하는 데 있어서 유추할 만한 것이 없다.도파관은 전도선에 비해 손실량이 낮고 품질의 공명기가 높다는 장점이 있지만, 상대적 비용과 부피가 크다는 것은 마이크로스트립이 선호되는 경우가 많다는 것을 의미한다.도파관은 주로 고출력 군용 레이더와 상부 마이크로파 대역(평면형식이 너무 손실된 경우)과 같은 고급 제품에서 사용한다.도파관은 낮은 주파수로 부피가 커지는데, 이는 낮은 주파수에서 사용하는 것을 막아준다.^[10]

기계적인

고급 무선 송신기(해상, 군사, 아마추어 무선)의 기계 필터와 같은 몇 가지 전문 애플리케이션에서 전자 회로는 기계 구성 요소로 구현될 수 있다. 이는 주로 기계 공명기의 높은 품질 때문에 이루어진다.그것들은 무선 주파수 대역(초단파 주파수 아래)에서 사용되며, 도파관을 다른 방법으로 사용할 수 있다.기계적 회로는 또한 분산형 소자 회로로서 전체 또는 부분적으로 구현될 수 있다.분산 요소 설계로의 전환이 실현 가능한 빈도(또는 필요한)는 기계 회로와 함께 훨씬 낮다.신호가 기계적 매체를 통해 이동하는 속도가 전기 신호 속도보다 훨씬 낮기 때문이다.^[11]

회로 구성 요소

분산형 소자 회로에 반복적으로 사용되는 몇 가지 구조가 있다.일반적인 것들 중 일부는 아래에 설명되어 있다.

스텁

스터브(stub)는 줄의 짧은 길이로 본선의 옆쪽으로 가지를 친다.스터브의 끝은 종종 개방 또는 단락된 상태로 유지되지만, 또한 덩어리진 구성 요소로 종료될 수도 있다.스텁은 자체적으로 사용할 수 있거나(예: 임피던스 매칭), 필터와 같은 좀 더 복잡한 회로에서 여러 개를 함께 사용할 수 있다.스터브는 덩어리형 캐패시터, 인덕터 또는 공명기와 동등한 것으로 설계할 수 있다.^[12]

분산형 소자 회로에 균일한 송전선로 건설에서 벗어나는 경우는 드물다.그러한 출발 중 널리 사용되는 것은 원의 한 부분처럼 생긴 방사형 스터브다.그들은 종종 주 전송선의 양쪽에 한 쌍씩 짝을 지어 사용된다.그런 쌍을 나비나 나비모양 단발이라고 한다.^[13]

커플링 라인

커플링 라인은 전자파 커플링이 있는 두 개의 전송 라인이다.연결 장치는 직접 또는 간접적일 수 있다.간접 결합에서는 두 선이 서로 아무런 스크리닝 없이 거리를 두고 서로 밀접하게 연결되어 있다.연결 장치의 강도는 선과 다른 선에 제시된 단면 사이의 거리에 따라 달라진다.직접 연결에서 분기선은 두 개의 주선을 서로 간격을 두고 직접 연결한다.^[14]

커플링 라인은 동력 분배기와 방향 쿠플러를 구성하는 일반적인 방법이다.커플링 라인의 또 다른 특성은 커플링 공진기의 역할을 한다는 것이다.이 속성은 많은 분산 요소 필터에 사용된다.^[15]

계단식 선

계단식 라인은 한 라인의 출력이 다음 라인의 입력에 연결되는 전송 라인의 길이입니다.서로 다른 특성 임피던스의 다중 계단식 라인을 사용해 필터나 광대역 임피던스 매칭 네트워크를 구축할 수 있다.이것을 계단식 임피던스 구조라고 한다.^[16]단 하나의 계단식 선 1/4 파장은 4분의 1 파장의 임피던스 변압기를 형성한다.이것은 임피던스 네트워크를 그것의 이중으로 변환하는 유용한 속성을 가지고 있다; 이 역할에서는 임피던스 인버터라고 불린다.이 구조는 사다리 위상에서 분산 소자 회로로서 일괄 소자 프로토타입을 구현하기 위해 필터에 사용할 수 있다.이를 달성하기 위해 4파 변압기와 분산 소자 공명기를 번갈아 사용한다.그러나, 이것은 이제 구식 설계가 되었다; 대신 임피던스 단계와 같은 보다 컴팩트한 인버터가 사용된다.임피던스 단계는 서로 다른 특성 임피던스를 가진 두 계단식 전송 라인의 접합부에 형성된 불연속성이다.^[17]

캐비티 공명기

캐비티 공명기는 전도벽으로 둘러싸인 빈 공간(또는 때로는 유전자가 채워진 공간)이다.벽의 구멍은 공명기를 회로의 나머지 부분에 연결한다.공명은 입력을 하는 캐비티 벽에서 앞뒤로 반사되는 전자파에 의해 발생한다.캐비티 공명기는 많은 매체에서 사용할 수 있지만, 이미 존재하는 가이드의 금속벽으로부터 도파관 안에서 가장 자연스럽게 형성된다.^[18]

유전 공진기

유전 공진기는 전자파에 노출된 유전 물질의 한 조각이다.그것은 대부분 실린더나 두꺼운 디스크의 형태로 되어 있다.공동 공진기는 유전체로 채울 수 있지만, 본질적인 차이점은 공동 공진기의 전자기장이 공동 벽 안에 완전히 포함되어 있다는 것이다.유전 공진기는 주변 공간에 어떤 분야를 가지고 있다.이는 다른 구성 요소와의 바람직하지 않은 결합으로 이어질 수 있다.유전 공진기의 주요 장점은 등가공기충전 캐비티보다 상당히 작다는 것이다.^[19]

헬리컬 공명기

헬리컬 공명기는 캐비티 안에 있는 철사의 나선형이다. 한쪽 끝은 연결되지 않고 다른 쪽 끝은 캐비티 벽에 접합된다.표면적으로는 덩어리 인덕터와 유사하지만 헬리컬 공명기는 분산형 요소 구성요소로 VHF 및 하부 UHF 대역에 사용된다.^[20]

프랙탈

회로 구성요소로 프랙탈과 같은 곡선을 사용하는 것은 분산 소자 회로에서 새롭게 부상하는 분야다.^[22]프랙탈은 필터와 더듬이를 위한 공명기를 만드는데 사용되어 왔다.프랙탈을 사용할 때의 이점 중 하나는 공간을 채우는 특성이 있어서 다른 디자인보다 작게 만든다는 것이다.^[23]그 밖에 광대역 및 멀티밴드 설계 제작 능력, 인밴드 성능, 아웃오브밴드(out-of-band) 거부 등이 장점이다.^[24]실제로 각 프랙탈 반복마다 제조 공차가 더 단단해지고 결국 시공 방법이 달성할 수 있는 것보다 크기 때문에 진정한 프랙탈을 만들 수 없다.그러나 적은 횟수의 반복을 거쳐 진정한 프랙탈에 가까운 성능을 발휘한다.이를 진정한 프랙탈과 구별할 필요가 있는 경우 사전 프랙탈 또는 유한 순서 프랙탈이라고 할 수 있다.^[25]

회로 구성요소로 사용된 프랙탈은 코흐 눈송이, 민코프스키 섬, 시에르피에스키 곡선, 힐버트 곡선, 페이노 곡선 등이다.^[26]처음 3개는 닫힌 커브로, 패치 더듬이에 적합하다.후자의 두 곡선은 프랙탈의 반대편에 종단부가 있는 열린 곡선이다.따라서 계단식 연결이 필요한 곳에서 사용하기 적합하다.^[27]

테이퍼

테이퍼(taper)는 횡단면이 점진적으로 변하는 송전선이다.스텝 수가 무한히 많은 스텝 임피던스 구조의 제한 사례라고 볼 수 있다.^[28]테이퍼는 서로 다른 특성 임피던스를 가진 두 개의 전송선을 연결하는 간단한 방법이다.테이퍼를 사용하면 직접 결합이 일으킬 수 있는 불일치 효과를 크게 줄일 수 있다.단면 변화가 너무 크지 않으면 다른 일치하는 회로가 필요하지 않을 수 있다.^[29]테이퍼는 다른 매체, 특히 다른 형태의 평면 매체에 있는 라인 간 전환을 제공할 수 있다.^[30]테이퍼는 일반적으로 선형적으로 모양을 변경하지만, 다양한 다른 프로파일을 사용할 수 있다.가장 짧은 길이로 지정된 일치를 달성하는 프로파일은 클롭펜슈타인 테이퍼로 알려져 있으며 체비체프 필터 설계에 기초한다.^[31]

테이퍼는 안테나에 송신선을 매칭하는 데 사용될 수 있다.경음기 안테나와 비발디 안테나 같은 일부 설계에서 테이퍼는 그 자체로 안테나다.뿔 더듬이는 다른 테이퍼와 마찬가지로 선형인 경우가 많지만, 지수 곡선으로 최상의 매치를 얻는다.비발디 안테나는 지수 테이퍼의 평면(슬롯) 버전이다.^[32]

분산 저항

저항성 소자는 일반적으로 분산형 소자 회로에서는 유용하지 않다.단, 감쇠기와 라인 종단에는 분산 저항을 사용할 수 있다.평면 매체에서 그것들은 고저항 재료의 굽이치는 선 또는 박막 또는 두꺼운 필름 재료의 침전된 패치로 구현될 수 있다.^[33]도파관에서는 전자레인지 흡수성 재료 카드를 도파관에 삽입할 수 있다.^[34]

회로블록

필터 및 임피던스 일치

필터는 분산된 소자로 구성된 회로의 많은 비율이다.스터브, 커플링 라인, 계단식 라인 등 광범위한 구조물이 구조물에 사용된다.변형으로는 디지털 간 필터, 콤라인 필터, 헤어핀 필터 등이 있다.보다 최근의 개발에는 프랙탈 필터가 포함된다.^[35]많은 필터는 유전 공진기와 함께 구성된다.^[36]

덩어리 요소 필터와 마찬가지로, 더 많은 요소를 사용할수록 필터는 이상적인 반응에 근접하게 된다; 구조는 상당히 복잡해질 수 있다.^[37]단순한 협대역 요구사항의 경우 하나의 공명기가 충분할 수 있다(예:^[38] 스텁 또는 스퍼라인 필터).

협대역 응용 프로그램의 임피던스 매칭은 하나의 일치 스텁으로 종종 달성된다.그러나 광대역 애플리케이션의 경우 임피던스 매칭 네트워크는 필터와 같은 설계를 가정한다.설계자는 필요한 주파수 응답을 규정하고, 해당 응답으로 필터를 설계한다.표준 필터 설계와 유일한 차이점은 필터의 출처와 부하 임피던스가 다르다는 것이다.^[39]

동력 분배기, 결합기 및 방향 연결기

방향 연결기는 한 경로에서 다른 경로로 흐르는 힘을 결합하는 4포트 장치다.포트 중 2개는 본선 입출력 포트다.입력 포트로 들어가는 전력의 일부는 커플링 포트로 알려진 세 번째 포트로 결합된다.입력 포트로 들어가는 어떤 전력도 보통 격리 포트로 알려진 네 번째 포트로 연결되지 않는다.역방향으로 흐르고 출력포트로 들어가는 전원의 경우 상호상황이 발생한다. 일부 전원은 격리된 포트에 결합되지만, 연결된 포트에 결합되는 전원은 없다.^[41]

동력 분배기는 종종 방향 연결기로 구성되며, 분리된 포트가 일치 부하로 영구적으로 종료된다(효과적으로 3포트 장치가 된다).두 기기 사이에는 본질적인 차이가 없다.방향 연결기라는 용어는 일반적으로 연결 계수(결합 포트에 도달하는 동력의 비율)가 낮을 때, 연결 계수가 높을 때 동력 분배기를 사용한다.파워 결합기는 역방향으로 사용되는 파워 스플리터일 뿐이다.커플링을 사용한 분산 요소 구현에서, 간접적으로 커플링된 라인은 커플링 방향성이 낮은 커플링 커플러에 더 적합하며, 직접 커플링된 분기 라인 커플러는 커플링 파워 디비더에 더 적합하다.^[42]

분산 요소 설계는 1/4 파장(또는 다른 길이)의 요소 길이에 의존한다. 이는 한 주파수에서만 적용된다.따라서 단순한 설계는 대역폭이 제한되어 있어 성공적으로 작동할 수 있다.임피던스 매칭 네트워크와 마찬가지로 광대역 설계는 복수의 단면을 필요로 하며 설계는 필터를 닮기 시작한다.^[43]

하이브리드

출력 포트와 커플링 포트 사이에서 동력을 균등하게 분할하는 방향 연결기를 하이브리드라고 한다.^[44]'하이브리드'는 원래 하이브리드 변압기(전화기에 쓰이는 덩어리형 장치)를 가리켰지만 이제는 더 넓은 의미를 갖게 됐다.커플링을 사용하지 않는 널리 사용되는 분산형 소자 하이브리드는 하이브리드 링 또는 래트레이스 커플러다.4개의 포트는 각각 다른 지점의 송전선 링에 연결되어 있다.물결은 링 주위로 반대 방향으로 이동하며 서 있는 파도를 설정한다.링의 어떤 지점에서는 파괴적인 간섭으로 인해 무효가 된다. 어떤 전력도 그 지점에 설정된 포트를 떠나지 않는다.다른 지점에서는 건설적인 간섭이 전달된 전력을 최대화한다.^[45]

하이브리드 커플러의 또 다른 용도는 두 신호의 합과 차이를 만드는 것이다.그림에서 두 개의 입력 신호가 1과 2로 표시된 포트에 공급된다.두 신호의 합계는 Δ라고 표시된 포트에 나타나고, Δ라고 표시된 포트에서의 차이는 Δ로 표시된다.^[46]방향 쿠플러는 Coupler와 동력 분배기로 사용하는 것 외에도 균형잡힌 혼합기, 주파수 판별기, 감쇠기, 위상 시프터 및 안테나 어레이 공급망에서 사용될 수 있다.^[47]

순환기

서큘레이터는 보통 한 포트로 들어가는 전원이 원을 그리듯 차례대로 다음 포트로 전달되는 3~4포트 장치다.전력은 원을 중심으로 한 방향으로만 흐를 수 있으며(시계 방향 또는 반시계 방향) 다른 포트로도 전원이 전달되지 않는다.대부분의 분산형 소자 순환기는 페라이트 물질에 기초한다.^[48]서큘레이터의 사용에는 안테나 반사 때문에 송신기(또는 기타 장비)가 손상되지 않도록 보호하는 아이솔레이터와 무선 시스템의 안테나, 송신기 및 수신기를 연결하는 듀플렉서가 포함된다.^[49]

비정상적인 순환기 적용은 반사 증폭기에 있는데, 여기에는 Gunn 다이오드의 음저항이 사용되어 그것이 받은 것보다 더 많은 전력을 반사한다.서큘레이터는 입력 및 출력 전력 흐름을 별도의 포트로 유도하는 데 사용된다.^[50]

뭉치거나 분산된 수동 회로는 거의 항상 상호적이다. 그러나 순환기는 예외다.상호주의를 정의하거나 나타내는 몇 가지 동등한 방법이 있다.마이크로파 주파수(분산 소자 회로가 사용되는 곳)에서 회로에 편리한 것은 S-파라미터에 관한 것이다.역수 회로는 대칭인 S-모수 매트릭스[S]를 가질 것이다.서큘레이터의 정의로 볼 때, 이것은 그렇지 않을 것이 분명하다.

${\displaystyle [S]={\begin{pmatrix}0&0&1\\1&0\\0&0\end{pmatrix}}}$

이상적인 3포트 서큘레이터의 경우, 서큘레이터가 정의에 따라 비결정적이라는 것을 보여준다.표준 패시브 컴포넌트(lumped 또는 distribution)로부터 서큘레이터를 구축하는 것이 불가능하다는 것을 따른다.페라이트 또는 기타 비회수 물질 또는 시스템의 존재는 기기가 작동하기 위해 필수적이다.^[51]

활성 구성 요소

분산된 요소들은 대개 수동적이지만, 대부분의 애플리케이션들은 어떤 역할에서 능동적인 요소들을 필요로 할 것이다.마이크로파 하이브리드 집적회로는 많은 패시브 컴포넌트를 위해 분산 요소를 사용하지만 액티브 컴포넌트(다이오드, 트랜지스터 및 일부 패시브 컴포넌트 등)는 이산형이다.활성 부품은 크기를 줄이고 포장 유도 파라시틱을 제거하기 위해 개별 포장 없이 칩 형태로 기판 위에 배치할 수 있다.^[52]

분산 증폭기는 하나의 전송 라인을 통해 모든 입력이 연결되고 다른 전송 라인을 통해 모든 출력이 연결되는 다수의 증폭 장치(일반적으로 FET)로 구성된다.회로가 제대로 작동하려면 각 트랜지스터 간에 두 라인의 길이가 같아야 하며, 각 트랜지스터가 앰프의 출력에 추가되어야 한다.이것은 각 단계의 이득에 이득이 곱해지는 기존의 다단계 증폭기와는 다르다.분산형 앰프는 트랜지스터 수가 같은 기존 앰프보다 이득이 낮지만 대역폭은 훨씬 크다.재래식 앰프에서는 각각의 추가 스테이지에 의해 대역폭이 감소한다. 분산 앰프에서는 전체 대역폭이 단일 스테이지의 대역폭과 동일하다.분산 증폭기는 단일 대형 트랜지스터(또는 복합 멀티 트랜지스터 앰프)가 너무 커서 덩어리로 취급할 수 없을 때 사용된다. 연결 전송 라인은 개별 트랜지스터를 분리한다.^[53]

역사

분산 요소 모델링은 1881년 올리버 헤비사이드에^[54] 의해 전기 네트워크 분석에 처음 사용되었다.헤비사이드사는 대서양 횡단 전신 케이블의 신호 행동에 대한 정확한 설명을 찾기 위해 그것을 이용했다.초기 대서양 횡단 전신의 전송은 분산으로 인해 어렵고 느렸었는데, 그 효과는 당시에는 잘 파악되지 않았다.현재 전보사의 방정식으로 알려진 허비사이드의 분석은 문제를 규명하고 이를 극복하는 방법을 제시했다^[55].송신선의 표준 분석으로 남아 있다.^[56]

워렌 P. 메이슨은 가장 먼저 분산형 소자 회로의 가능성을 조사한 결과, 1927년 이 방법에 의해 설계된 동축 필터에^[57] 대해 특허를 출원했다.메이슨과 사이크스는 1937년에 이 방법에 대한 확정적인 논문을 발표했다.메이슨은 또한 1927년 박사 논문에서 처음으로 분산 요소 음향 필터를 제안했고, 1941년에 출원된^[58] 특허에서 분산 요소 기계 필터를 제안했다.메이슨의 작업은 동축 형태와 다른 전도선과 관련이 있었지만, 그것의 많은 부분이 도파관에도 적용될 수 있었다.음향 작업이 먼저 이루어졌고, 벨 연구소 라디오 부서의 메이슨의 동료들은 그에게 동축 필터와 도파관 필터를 보조해 달라고 부탁했다.^[59]

제2차 세계 대전 전에는, 분배 소자 회로에 대한 수요가 거의 없었다; 무선 전송에 사용되는 주파수는 분산 소자가 유리해진 지점보다 낮았다.낮은 주파수는 방송 목적을 위한 주요 고려사항인 더 큰 범위를 가지고 있었다.이러한 주파수는 효율적인 작동을 위해 긴 더듬이가 필요하며, 이는 고주파 시스템에서 작동하게 되었다.주요 돌파구는 1940년 전자레인지 대역에서 작동하여 항공기에 설치할 수 있을 만큼 작은 레이더 장비를 도입하는 것이었다.^[60]필터는 레이더의 필수 구성 요소인 분산 요소 필터 개발이 급증했다.동축 구성 요소의 신호 손실은 최초로 도파관을 널리 사용하게 하여 동축 영역에서 도파관 영역으로 필터 기술을 확장시켰다.^[61]

전시작품은 대부분 안보상의 이유로 전후까지 미발표된 것이 대부분이어서 개발마다 누구의 책임이 있는지 확인하기 어려웠다.이 연구의 중요한 중심지는 MIT 방사선 연구소(Rad Lab)였지만, 미국과 영국의 다른 곳에서도 연구가 이루어졌다.Rad Lab 작품은 Fano와 Lawson에 의해 출판되었다^[62].^[63]또 다른 전시 개발은 하이브리드 고리였다.이 작품은 벨 연구소에서 진행되었고, 전쟁 후에 W. A. Tyrrell에 의해^[64] 출판되었다.Tyrrell은 도파관에서 구현된 하이브리드 링을 설명하고, 잘 알려진 도파관 매직 티의 관점에서 분석한다.다른 연구원들은^[65] 곧 이 장치의 동축 버전을 발표했다.^[66]

조지 마태이는 레오 영이 포함된 스탠포드 연구소의 연구 그룹을 이끌었고 많은 필터 디자인을 담당했다.Matthaei는 먼저 인터디지털 필터와^[67] 콤플라인 필터를 설명했다.^[68]이 그룹의 작품은 그 당시 분산형 소자 회로 설계의 상태를 다룬 획기적인 1964년 책으로 출판되었는데^[69], 이 책은 여러 해 동안 주요한 참고 문헌으로 남아 있었다.^[70]

Planar 형식은 Robert M. Barrett에 의한 Strippline의 발명과 함께 사용되기 시작했다.스트립라인은 또 다른 전시 발명품이었지만, 그것의 세부사항은 1951년에야 출판되었다^[71].1952년에 발명된 마이크로스트립은 스트리플린의 상업적 경쟁자가 되었다.^[72] 그러나 평면형식은 1960년대에 기판에 더 나은 유전 물질을 사용할 수 있게 될 때까지 마이크로파 어플리케이션에서 널리 사용되기 시작했다.^[73]더 나은 재료를 기다려야 했던 또 다른 구조는 유전 공명기였다.1939년 R. D. Richtmeyer가 처음 지적한^[74] 장점(컴팩트 사이즈와 높은 품질)이 있지만, 온도 안정성이 좋은 소재는 1970년대에 이르러서야 개발됐다.유전 공진기 필터는 현재 도파관 필터와 전송 라인 필터에서 일반적이다.^[75]

중요한 이론적 발전은 Paul 1세를 포함했다. 1948년에 발표된^[76] 리차드의 준법적인 선론 이론과 1955년에 쿠로다가 발표한^[77] 리차드 이론의 일부 실제적인 한계를 극복한 일련의 변형인 쿠로다의 정체성.^[78]네이선 코헨에 따르면 1957년 레이먼드 듀하멜과 드와이트 이스벨이 발명한 로그 주기 안테나는 최초의 프랙탈 안테나를 고려해야 한다.그러나, 그것의 자기 유사성, 그래서 프랙탈과의 관계는 당시에 놓쳤다.그것은 여전히 보통 프랙탈 안테나로 분류되지 않는다.코헨은 1987년 베누이트 만델브로트의 강연에서 영감을 받아 프랙탈 더듬이의 계급을 명시적으로 확인한 최초의 인물이었으나 1995년까지 논문을 발표하지 못했다.^[79]

참조

참고 문헌 목록

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