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동력 분배기 및 방향 연결기

Power dividers and directional couplers
10 dB 1.7–2.2 GHz 방향 연결기왼쪽에서 오른쪽으로 입력, 커플링, 분리(하중에 의해 종단됨) 및 전송 포트.
3dB 2.0–4.2GHz 동력 분배기/결합기.

동력 분배기(파워 스플리터 및 역방향으로 사용할 경우 파워 콤비너)와 방향 쿠플러는 주로 무선 기술 분야에서 사용되는 수동형 장치다.그것들은 송신 라인에서 정의된 양의 전자기력을 다른 회로에 사용할 수 있는 포트에 결합한다.방향 쿠플러의 본질적인 특징은 한 방향으로 흐르는 힘만 결합한다는 것이다.출력 포트로 들어가는 전원은 분리된 포트에 연결되지만 연결된 포트에는 연결되지 않는다.두 포트 사이에서 동력을 균등하게 분할하도록 설계된 방향 연결기를 하이브리드 연결기라고 한다.

방향 쿠플러는 한 곳을 통과하는 에너지가 다른 것과 결합될 수 있도록 충분히 가깝게 설정된 두 개의 결합된 전송 선으로 가장 자주 구성된다.이 기법은 많은 회로 요소를 구현하기 위해 일반적으로 전송 라인 설계가 사용되는 마이크로파 주파수에서 선호된다.그러나, 덩어리진 컴포넌트 장치는 전화에서 만나는 오디오 주파수와 같은 낮은 주파수에서도 가능하다.또한 마이크로파 주파수, 특히 높은 대역의 경우 도파관 설계를 사용할 수 있다.이러한 도파관 쿠플러는 전도성 송신선 설계 중 하나에 해당하지만, 도파관 고유의 유형도 있다.

방향 쿠플러와 동력 분배기는 많은 응용 프로그램을 가지고 있다.여기에는 측정 또는 모니터링을 위한 신호 샘플 제공, 피드백, 안테나 송수신, 안테나 빔 형성, 케이블 TV와 같은 케이블 분산 시스템용 탭 제공, 전화선에서 송수신 신호 분리 등이 포함된다.

표기법 및 기호

그림 1.방향 쿠플러에 사용되는 기호 2개

방향 연결기에 가장 자주 사용되는 기호는 그림 1에 나와 있다.기호에 dB 단위로 표시된 연결 계수가 있을 수 있다.방향 쿠플러는 4개의 항구를 가지고 있다.포트 1은 전원이 공급되는 입력 포트다.포트 3은 포트 1에 적용된 전력의 일부가 나타나는 커플링 포트다.포트 2는 포트 1에서 전원이 출력되는 전송 포트로서, 포트 3으로 전달된 부분은 제외한다.방향 쿠플러는 종종 대칭적이기 때문에 고립된 포트인 포트 4도 존재한다.포트 2에 적용되는 전력의 일부는 포트 4에 결합된다.단, 이 모드에서는 일반적으로 장치를 사용하지 않으며 포트 4는 일반적으로 일치 부하(일반적으로 50옴)로 종료된다.이 종료는 기기 내부에 있을 수 있으며 사용자가 포트 4에 접근할 수 없다.효과적으로, 이것은 3포트 장치를 초래하며, 따라서 그림 1의 방향 연결 장치에 대한 두 번째 기호의 효용성이 된다.[1]

그림 2.동력분할기 기호

양식의 기호;

이 글에서 "포트 b의 입력으로 인해 포트 a의 파라미터 P"라는 의미를 갖는다.

그림 2에 전력 분배기의 기호가 나와 있다.동력 분배기와 방향 연결기는 모든 필수 요소에서 동일한 등급의 장치를 사용한다.방향 연결기는 느슨하게 결합되는 4포트 장치, 즉 입력 전력의 극히 일부만 결합 포트에 나타나는 경우에 사용되는 경향이 있다.파워 디비더는 촘촘한 커플링이 있는 장치([2]일반적으로, 파워 디비더는 출력 포트 각각에서 입력 전력의 절반인 3dB 디비더를 제공한다)에 사용되며 일반적으로 3포트 장치로 간주된다.

매개변수

모든 방향 쿠플러에 대해 원하는 공통 속성은 넓은 작동 대역폭, 높은 방향성 및 다른 포트가 일치 부하로 종료될 때 모든 포트에서 양호한 임피던스가 일치한다.이들 중 일부 및 기타 일반적인 특성은 아래에 설명되어 있다.[3]

커플링 계수

연결 계수는 과 같이 정의된다: 3, 1= ( 1 ) d B {\displaystyle ,1 {\\}}\ {dB

여기서 P는1 포트 1에서 입력 전력이고 P는3 커플링 포트에서 출력 전력이다(그림 1 참조).

연결 계수는 방향 연결기의 주요 특성을 나타낸다.커플링 계수는 음의 양이며, 수동 장치의 경우 0dB를 초과할 수 없으며, 실제로 -3dB를 초과하지 않는 것은 전송 포트로부터의 전력보다 커플링 포트로부터의 전력 출력이 더 많이 발생하기 때문이다. 실제로 이들의 역할은 역전될 것이다.비록 음수량이기는 하지만, 실행 중인 텍스트와 도표에서 마이너스 부호는 자주 떨어지며(그러나 여전히 함축되어 있음) 일부 저자들은[4] 그것을 의 양으로 정의하기까지 한다.커플링은 일정하지 않지만 주파수에 따라 달라진다.서로 다른 설계가 분산을 줄일 수 있지만 이론적으로 완전히 평평한 커플러는 제작할 수 없다.방향 쿠플러는 주파수 대역 중심에서 연결 정확도 측면에서 지정된다.[5]

손실

그림 3.커플링으로 인한 삽입 손실 그래프

포트 1에서 포트 2(P1 – P2)로 이어지는라인 삽입 손실은 다음과 같다.

삽입 손실: ,1=- log ( ) }}:{

이러한 손실의 일부는 커플링 포트로 가는 일부 전력에 기인하며, 연결 손실이라고 하며, 다음과 같이 부여된다.

연결 손실: ,=- log - P ) B{\\log P_}}{{\

이상적인 방향 연결기의 삽입 손실은 전적으로 연결 장치 손실로 구성된다.그러나 실제 방향 연결기에서 삽입 손실은 연결 장치 손실, 유전 손실, 도체 손실 및 VSWR 손실의 조합으로 구성된다.주파수 범위에 따라 연결 장치 손실은 다른 손실이 전체 손실의 대부분을 차지하는 15dB 연결 장치보다 덜 중요해진다.비소산 커플러에 대한 이론적 삽입 손실(dB) 대 커플링(dB)은 그림 3과 아래 표에 나타나 있다.[6]

커플링으로 인한 삽입 손실
커플링 삽입손실
dB dB
3 3.00
6 1.25
10 0.458
20 0.0436
30 0.00435

격리

방향 연결기의 격리는 다른 두 포트가 일치하는 부하에 의해 종료될 때 입력 포트와 격리 포트 사이의 dB 신호 수준 차이로 정의될 수 있다.

절연 4,= log ( 4 1 ) B{\log

두 출력 포트 사이에 격리를 정의할 수도 있다.이 경우 출력 포트 중 하나를 입력으로 사용하고, 다른 하나는 출력 포트로 간주하며, 나머지 두 포트(입력 및 격리)는 일치하는 로드에 의해 종료된다.

결과적으로 다음과 같다.

입력 포트와 절연 포트 사이의 격리는 두 출력 포트 사이의 격리와 다를 수 있다.예를 들어 포트 1과 포트 4 사이의 격리는 30dB일 수 있고 포트 2와 포트 3의 격리는 25dB와 같은 다른 값이 될 수 있다.연결 장치 플러스 리턴 손실로부터 절연을 추정할 수 있다.격리는 가능한 한 높아야 한다.실제 Coupler에서 격리된 포트는 절대 완전히 격리되지 않는다.RF 전력은 항상 존재한다.도파관 방향 쿠플러는 최상의 격리 상태를 유지할 것이다.[7]

방향성

직접성은 고립과 직결된다.이는 다음과 같이 정의된다.

Directivity:

여기서: P는3 커플링된 포트의 출력 전력이고 P는4 분리된 포트의 출력 전력이다.

방향성은 가능한 한 높아야 한다.설계 빈도에서 직접성은 매우 높고, 두 개의 파동 구성요소의 취소에 따라 달라지기 때문에 주파수의 보다 민감한 기능이다.도파관 방향 쿠플러는 최고의 방향성을 가질 것이다.직접 측정이 불가능하며, 다음과 같이 격리 및 (음극) 커플링 측정을 추가하여 계산한다.[8]

커플링의 양의 정의를 사용할 경우 공식은 다음과 같은 결과를 낳는다는 점에 유의하십시오.

S-모수

이상적인(무한한 격리 및 완벽하게 일치하는) 대칭 방향 연결기를 위한 S-매트릭스는 다음을 통해 제공된다.

\}은는) 전송 계수이며,
\(는) 연결 계수임

일반적으로 \}과()\ {\ \}은(는) 복잡하고 주파수 의존적인 숫자다.매트릭스 주 대각선의 0은 완벽한 매칭의 결과로서, 어떤 포트에 대한 전력 입력이 동일한 포트에 다시 반영되지 않는다.매트릭스 반대각선의 0은 입력 포트와 격리 포트 사이의 완벽한 격리의 결과물이다.

패시브 무손실 방향 연결기의 경우, 추가로,

입력 포트로 들어가는 전원이 다른 두 포트 중 하나를 통해 모두 빠져나가야 하기 때문에.[9]

삽입 손실은 } by;

연결 계수는 } by;

0이 아닌 주 대각선 입력은 반환 손실과 관련이 있고, 0이 아닌 반대각 입력은 유사한 표현에 의한 격리와 관련이 있다.

일부 저자는 포트 3과 포트 4가 상호 교환된 상태에서 포트 번호를 정의한다.이것은 반대각선 상에 더 이상 0이 아닌 산란 행렬을 낳는다.[10]

진폭 균형

이 용어는 3dB 하이브리드의 두 출력 포트 사이의 전력 차이를 정의한다.이상적인 하이브리드 회로에서 차이는 0dB여야 한다.단, 실제 장치에서 진폭 밸런스는 주파수에 따라 다르며 이상적인 0dB 차이에서 벗어난다.[11]

위상균형

하이브리드 커플러의 두 출력 포트 사이의 위상 차이는 사용하는 유형에 따라 0°, 90° 또는 180°이어야 한다.그러나 진폭 밸런스와 마찬가지로 위상 차이는 입력 주파수에 민감하며 일반적으로 몇 도씩 변한다.[12]

변속기 라인 유형

방향 쿠플러

커플링 전송 라인

그림 4.단면 λ/4 방향 연결기

방향 연결기의 가장 일반적인 형태는 커플링된 전송선이다.동축 및 평면 기술(스트라이플라인마이크로스트립)을 포함한 다양한 기술에서 실현될 수 있다.스트립플라인 구현은 1/4 파장 (210/4) 방향 연결기의 그림 4에 나타나 있다.커플링 라인의 전력은 본선 전력과 반대 방향으로 흐르기 때문에 포트 배치는 그림 1과 동일하지 않지만 번호 지정은 그대로 유지된다.이러한 이유로 그것을 후진 연결기라고 부르기도 한다.[13]

주선은 포트 1과 2 사이의 구간이고 커플링은 포트 3과 포트 4 사이의 구간이다.방향 연결기는 선형 장치이기 때문에 그림 1의 표기법은 임의적이다.임의의 포트는 입력이 될 수 있으며(그림 20에 예시되어 있다) 그 결과 직접 연결된 포트는 전송된 포트, 인접 포트는 커플링 포트, 대각 포트는 격리된 포트가 된다.일부 방향 쿠플러의 경우, 메인 라인은 고출력 작동(대형 커넥터)을 위해 설계되는 반면, 커플링 포트는 SMA 커넥터와 같은 작은 커넥터를 사용할 수 있다.내부 부하 전력 정격도 커플링 라인에서의 작동을 제한할 수 있다.[14]

그림 5.단면 방향 연결기
그림 6.50Ω 메인 라인 및 100Ω 커플링 라인이 있는 단면 방향 연결기
그림 7.그림 5와 6에 표시된 쿠플러의 덩어리-소자 등가 회로

결합 인자의 정확도는 두 개의 결합 선의 간격에 대한 치수 공차에 따라 달라진다.평면 인쇄 기술의 경우, 이것은 제작할 수 있는 최소 선로 폭을 결정하는 인쇄 공정의 분해능으로 귀결되며, 또한 선들이 서로 얼마나 가깝게 배치될 수 있는지에 제한을 둔다.이것은 매우 엄격한 커플링이 필요하고 3dB 쿠플러가 종종 다른 디자인을 사용할 때 문제가 된다.단, 밀접하게 연결된 라인은 인쇄된 평면 기술로 제조할 수 있는 에어 스트립라인에서 생산될 수 있다.이 설계에서는 두 선이 나란히 인쇄되지 않고 유전체의 반대편에 인쇄된다.너비를 가로지르는 두 선의 결합은 서로 에지온일 때 연결 장치보다 훨씬 크다.[15]

λ/4 커플링 라인 설계는 동축 및 스트립라인 구현에 좋으나 현재 널리 사용되는 마이크로스트립 형식에서는 잘 작동하지 않는다.그 이유는 마이크로스트립이 균일한 매체가 아니기 때문이다 – 전송 스트립 위와 아래에 두 개의 다른 매체가 있다.이는 전도성 회로에서 발견되는 일반적인 TEM 모드가 아닌 다른 전송 모드로 이어진다.짝수 모드와 홀수 모드의 전파 속도는 신호 분산으로 이어진다.마이크로스트립에 대한 더 나은 해결책은 그림 5에 나타낸 λ/4보다 훨씬 짧은 커플링 라인이지만, 이는 주파수에 따라 눈에 띄게 상승하는 커플링 계수의 단점이 있다.때때로 이 설계의 변화는 커플링된 라인이 그림 6과 같이 주 라인보다 더 높은 임피던스를 가진다.이 설계는 전력 감시를 위해 커플러를 검출기에 공급할 때 유리하다.임피던스 라인이 높을수록 주어진 메인 라인 전력에 대한 RF 전압이 높아져 검출기 다이오드의 작업이 쉬워진다.[16]

제조업체가 지정한 주파수 범위는 커플링 라인의 주파수 범위다.메인 라인 응답은 훨씬 더 넓다. 예를 들어 2–4 GHz로 명시된 커플러는 1–5 GHz에서 작동할 수 있는 메인 라인을 가질 수 있다.결합된 반응은 주파수에 따라 주기적이다.예를 들어, //4 커플링 라인 커플러는 n//4에서 반응을 가질 것이다. 여기서 n은 홀수 정수다.[17]

단일 //4 커플링 구간은 1 옥타브 미만의 대역폭에 좋다.더 큰 대역폭을 얻기 위해 여러 개의 λ/4 커플링 섹션을 사용한다.그러한 쿠플러의 설계는 분산 요소 필터의 설계와 거의 같은 방식으로 진행된다.커플러의 섹션은 필터의 섹션으로 취급되며, 각 섹션의 연결 계수를 조정함으로써 커플링 포트는 최대 플랫(Butterworth filter), 이퀄리플(Cauer filter) 또는 특정 리플(Chebychev filter) 응답과 같은 고전적인 필터 응답을 가질 수 있다.리플패스밴드 내 커플링 포트의 최대 출력 변화로, 보통 공칭 커플링 계수에서 dB의 값을 더하거나 빼는 것으로 인용된다.[18]

그림 8.5단면 평면 형식 방향 연결기

커플링 라인 방향 쿠플러는 모든 주파수에서 순수하게 리얼하고 순수하게 상상의 를) 가지고 있음을 알 수 있다.이는 S-매트릭스의 단순화로 이어지며, 커플링된 포트는 출력 포트와 항상 사분위상(90°)에 있다는 결과를 낳는다.일부 애플리케이션은 이 단계 차이를 이용한다.= 무손실 작업의 이상적인 경우는 다음과 같이 단순화된다.[19]

분기선 연결기

그림 9.평면 형태로 구현된 3단면 분기 라인 연결기

분기 라인 커플러는 두 개 이상의 분기 라인을 사이에 두고 물리적으로 연결된 두 개의 병렬 전송 라인으로 구성된다.분기 라인은 //4 간격으로 배치되며, 여기서 각 섹션의 커플링이 분기 라인의 임피던스로 제어된다는 점을 제외하고, 커플링 라인 커플러의 복수 섹션과 동일한 방식으로 다중 섹션 필터 설계의 섹션을 나타낸다.메인 라인과 커플링 라인은 시스템 임피던스의 이다.연결기에 구간이 많을수록 지선의 임피던스 비율이 높다.고임피던스 라인은 좁은 트랙을 가지고 있으며, 이는 제조상의 한계로 인해 설계가 평면형식의 3개 섹션으로 제한된다.10dB보다 낮은 커플링 계수 루프에도 유사한 제한이 적용되며, 낮은 연결 장치에도 좁은 트랙이 필요하다.느슨한 커플링이 필요한 경우 커플링이 더 좋지만 분기 라인 쿠플러는 촘촘한 커플링에 좋으며 3dB 하이브리드에 사용할 수 있다.분기 라인 쿠플러는 대개 커플링 라인처럼 넓은 대역폭을 가지지 않는다.이 방식의 커플러는 단단한 구조가 기계적으로 지지하기 쉽기 때문에 고출력 공기 유전체 고체 바 형식으로 구현하기에 좋다.[20]

분기 라인 쿠플러는 공기 브리지의 대안으로 크로스오버로 사용될 수 있으며, 어떤 용도에서는 교차되는 라인 사이에 허용할 수 없는 양의 커플링을 유발한다.이상적인 분기선 교차로는 이론적으로 그것을 통과하는 두 경로 사이에 결합이 없다.설계는 캐스케이드로 연결된 2개의 3dB 90° 하이브리드 커플러에 해당하는 3-branch coupler이다.그 결과는 사실상 0dB 커플러다.두 라인에서 90°의 위상 지연으로 대각선 반대쪽 출력에 대한 입력을 교차한다.[21][22]

랜지 커플러

랜지 커플러의 구조는 커플링을 달성하기 위해 병렬로 연결된 라인이 인터리브된 인터디지털 필터와 유사하다.그것은 3 dB ~ 6 dB 범위의 강한 커플링에 사용된다.[23]

동력분할기

그림 10.평면형식의 간단한 T정렬 동력분할

가장 초기의 송전 라인 전력 분배기는 단순한 T준딩이었다.이들은 출력 포트 간의 매우 낮은 격리로 어려움을 겪으며, 포트 2에서 반사된 전력의 상당 부분이 포트 3으로 들어간다.이론적으로 패시브 무손실 3포트 포트 3개를 모두 동시에 매칭하는 것은 불가능하며, 열악한 격리가 불가피하다는 것을 알 수 있다.그러나 4포트로는 가능하다. 이것이 3포트 동력 분배기를 구현하기 위해 4포트 장치를 사용하는 근본적인 이유다: 4포트 장치는 포트 1과 포트 4 사이에 도착하는 전원이 (일치 부하로 종료되는) 포트 4 사이에 분할되도록 설계할 수 있고, 어떤 (이상적인 경우) 포트 3에 도달하지 않도록 설계할 수 없다.[24]

하이브리드 커플러원래 3dB 커플링 라인 방향 커플러, 즉 두 출력이 각각 입력 전력의 절반인 방향 커플러에 적용되었다.이는 위상 밖으로 90° 출력되는 쿼드러처 3dB 커플러를 의미했다.이제 절연된 암과 동등한 전력 구분이 있는 일치된 4-포트는 하이브리드 또는 하이브리드 커플러라고 불린다.다른 유형은 상관계가 다를 수 있다.90°일 경우 90° 하이브리드, 180°일 경우 180° 하이브리드 등이다.이 글에서 자격 없는 하이브리드 연결기는 결합 라인 하이브리드를 의미한다.[25]

윌킨슨 동력 분배기

그림 11.동축 형식의 윌킨슨 구분자

윌킨슨 동력 분배기는 두 개의 평행하게 분리되지 않은 λ/4 전송 라인으로 구성된다.입력은 병렬로 두 라인에 공급되고 출력은 두 개의 시스템 임피던스가 연결되면서 종료된다.설계는 평면 형식으로 실현될 수 있지만 보다 자연스러운 동축 구현이 가능하다. 평면에서는 두 라인을 분리하여 커플링을 하지 않고 출력에서 함께 가져와야 종료를 할 수 있는 반면, 동축에서는 선별을 위해 동축 외부 도체에 의존하여 선을 나란히 실행할 수 있다.윌킨슨 동력 분배기는 모든 포트에서 낮은 VSWR을 가지고 있고 출력 포트들 간에 높은 격리를 가지고 있다는 단순한 T-정렬의 매칭 문제를 해결한다.각 포트의 입력 및 출력 임피던스는 마이크로파 시스템의 특성 임피던스와 동일하도록 설계된다.이는 시스템 라인 임피던스 2 \ 50Ω 시스템의 경우 Wilkinson 라인은 약 70Ω이다[26].

하이브리드 커플러

커플링 라인 방향 쿠플러는 위에 설명되어 있다.커플링이 3dB로 설계되면 하이브리드 커플러라고 한다.이상적인 대칭 하이브리드 커플러를 위한 S-매트릭스는 다음과 같이 감소한다.

두 출력 포트의 위상 차이(-i ~ -1)가 90°이므로, 이는 90° 하이브리드다.[27]

하이브리드 링 커플러

그림 12.평면형 하이브리드 링 커플러

래트레이스 커플러라고도 불리는 하이브리드 커플러는 4포트 3dB 방향 커플러로, 그림 12와 같은 간격으로 4개의 라인이 있는 전송 라인의 3dB/2 링으로 구성된다.포트 1의 전력 입력은 링을 중심으로 양방향으로 분할 및 이동한다.포트 2와 3에서는 신호가 위상에 도달하여 추가되는 반면 포트 4에서는 위상이 벗어나 취소된다.포트 2와 3은 서로 위상이며, 따라서 이는 0° 하이브리드의 예다.그림 12는 평면 구현을 보여주지만 이 설계는 동축 또는 도파관에서도 구현될 수 있다.낮은 임피던스와 높은 임피던스를 교대로 각 each/4 구간을 만들어 3dB와 다른 연결 계수를 가진 커플러를 만들 수 있지만, 3dB 연결기의 경우 전체 링은 포트 임피던스의 2}}가 된다 50Ω 설계의 경우 링은 약 70Ω이 될 것이다.[28]

이 하이브리드의 S-매트릭스는 다음과 같이 제공된다.

하이브리드 링은 포트에서 대칭이 아니다. 입력으로 다른 포트를 선택한다고 해서 반드시 동일한 결과가 나오는 것은 아니다.포트 1 또는 포트 3을 입력으로 사용할 경우 하이브리드 링은 명시된 대로 0° 하이브리드 차량이다.그러나 입력으로 포트 2 또는 포트 4를 사용하면 180° 하이브리드가 된다.[29]이러한 사실은 하이브리드 링의 또 다른 유용한 적용으로 이어진다. 하이브리드 링은 그림 12와 같이 두 입력 신호에서 총량(Δ)과 차이(Δ) 신호를 생성하는 데 사용될 수 있다.포트 2와 3에 대한 입력으로 Δ 신호가 포트 1에 나타나고 Δ 신호가 포트 4에 나타난다.[30]

다중 출력 구분자

그림 13.동력분할기

전형적인 동력 분배기는 그림 13에 나와 있다.이상적으로는 입력 전력이 출력 포트 간에 균등하게 분배될 것이다.칸막이는 여러 개의 쿠플러로 구성되며, 쿠플러와 마찬가지로 반전되어 멀티플렉서로 사용될 수 있다.단점은 4채널 멀티플렉서의 경우 출력이 각 채널의 4분의 1의 전력만으로 구성되며 상대적으로 효율성이 떨어진다는 점이다.그 이유는 각 결합기에서 입력 전력의 절반은 포트 4로 가고 종료 부하에서 소멸되기 때문이다.두 입력이 일관성이 있다면 단계가 좌현 4에서 취소가 발생하여 모든 전원이 좌현 1로 갈 수 있도록 배치될 수 있다.그러나 멀티플렉서 입력은 대개 완전히 독립된 출처에서 왔기 때문에 일관성이 없다.무손실 멀티플렉싱은 필터 네트워크에서만 할 수 있다.[31]

도파관 종류

도파관 방향 쿠플러

도파관 분기선 연결기

위에서 설명한 지선 연결기는 도파관에서도 구현할 수 있다.[32]

베테홀 방향 연결기

그림 14.멀티홀 방향 연결기

가장 흔하고 간단한 도파관 방향 연결기 중 하나는 베테홀 방향 연결기이다.이것은 두 개의 평행 도파관으로 이루어져 있는데, 하나는 다른 한 개의 도파관을 위에 쌓아 놓고, 그 사이에 구멍이 있다.한 가이드에서 나오는 힘의 일부는 구멍을 통해 다른 가이드로 발사된다.베테홀 연결기는 후진 연결기의 또 다른 예다.[33]

베테홀 연결기의 개념은 여러 개의 구멍을 제공함으로써 확장될 수 있다.구멍의 간격은 4/4이다.그러한 쿠플러의 설계는 다중 섹션 커플링 전송선과 유사하다.여러 개의 구멍을 사용하면 구간을 버터워스, 체비셰프 또는 다른 필터 등급으로 설계하여 대역폭을 확장할 수 있다.필터의 각 섹션에 대해 원하는 커플링을 제공하기 위해 구멍 크기를 선택한다.설계 기준은 원하는 대역에 대한 높은 직접성과 함께 실질적으로 평평한 결합을 달성하는 것이다.[34]

리블렛 쇼트슬롯 커플러

리블렛 쇼트슬롯 커플러는 베테홀 커플러에서처럼 긴 면 대신 측면 벽과 나란히 2개의 도파관이다.sidewall에서 슬롯을 절단하여 커플링을 허용한다.이 디자인은 3dB 커플러를 생산하는 데 자주 사용된다.[35]

슈윙거 역상 커플러

슈윙거 역상 커플러는 평행 도파관을 이용한 또 다른 설계로, 이번에는 한쪽의 긴 쪽이 다른 한쪽의 짧은 측벽과 공통된다.2개의 오프 센터 슬롯은 도파관 사이사이에 간격을 λ/4 간격으로 절단된다.슈윙거는 후진 커플러다.이 설계는 결합 계수의 변동이 거의 없는 베테홀 커플러에 비해 실질적으로 평평한 직접성 응답과 강한 주파수 의존성 커플링의 단점이 있다.[36]

모로노 크로스가이드 커플러

모레노 크로스가이드 커플러는 베테홀 커플러처럼 두 개의 도파관을 서로 겹쳐 놓았지만 평행하지 않고 직각으로 배치했다.보통 십자 모양의 두 개의 오프 센트럴 홀은 도파관 사이의 대각선 상에 ㎛/ 간격으로 절단된다모레노 커플러는 촘촘한 커플링 어플리케이션에 좋다.주파수에 따라 커플링과 방향성이 모두 달라지는 베테홀과 슈윙거 쿠플러의 특성 간의 절충이다.[37]

도파관 전력 분배기

도파관 하이브리드 링

위에서 논의한 하이브리드 링은 도파관에서도 구현할 수 있다.[38]

매직 티

그림 15.매직 티

일관성 있는 파워 디비전은 처음에는 간단한 티 접합을 통해 이루어졌다.마이크로파 주파수에서 도파관 티에는 전자면과 H면이라는 두 가지 형태가 있다.이 두 접합부는 전력을 균등하게 분할하지만, 접속부의 필드 구성이 다르기 때문에 출력 암의 전기장은 H-플레인 티의 위상이며 E-플레인 티의 위상으로부터 180° 떨어져 있다.이 두 티의 조합으로 하이브리드 티를 형성하는 것을 매직 티라고 한다.매직 티는 4포트 구성 요소로, 두 개의 일관된 마이크로파 신호의 벡터 합(Δ)과 차이(Δ)를 수행할 수 있다.[39]

이산 원소 유형

하이브리드 변압기

그림 16. 50Ω 시스템용 3dB 하이브리드 변압기

표준 3dB 하이브리드 변압기는 그림 16과 같다.포트 1의 전력은 포트 2와 포트 3 사이에서 균등하게 분할되지만 서로 반감된다.그러므로 하이브리드 변압기는 180° 하이브리드다.중앙 탭은 일반적으로 내부적으로 종료되지만 포트 4로 가져올 수 있다. 이 경우 하이브리드를 합과 차이의 혼합물로 사용할 수 있다.그러나 포트 4는 다른 포트에 다른 임피던스로 표시되며 동일한 시스템 임피던스에서 이 포트를 사용해야 하는 경우 임피던스 변환을 위해 추가 변압기가 필요하다.[40]

하이브리드 트랜스포머는 일반적으로 2~4선 변환을 위해 통신에서 사용된다.전화 핸드셋에는 2와이어 라인을 이어피스와 마우스피스에서 4와이어로 변환하는 변환기가 포함된다.[41]

교차연결변압기

그림 17.변압기를 이용한 방향 연결기

저주파(600MHz 미만)의 경우 RF 변압기를 통한 소형 광대역 구현이 가능하다.그림 17에서 회로는 약한 결합을 의미하며 다음 라인을 따라 이해할 수 있다.신호가 한 줄 한 줄로 오고 있다.한 변압기는 신호의 전압을 감소시키고 다른 한 변압기는 전류를 감소시킨다.따라서 임피던스가 일치한다.동일한 주장이 커플러를 통해 신호의 다른 모든 방향에 대해 적용된다.유도 전압과 전류의 상대적인 기호는 송신 신호의 방향을 결정한다.[42]

연결 장치는 다음과 같이 제공된다.

여기서 n은 2차 턴 대 1차 턴 비율이다.

3dB 커플링의 경우, 전송 포트와 커플링 포트 의 신호 분할이 동일한 경우, = 2 n 격리 포트는 특성 임피던스의 두 배 – 50Ω 시스템에 대해 100Ω으로 종료된다.이 회로에 기반한 3dB 동력 분배기는 위상 관계가 90°인 //4 커플링 라인에 비해 180° 위상의 두 출력을 가진다.[43]

저항성 티

그림 18.50Ω 시스템용 단순 저항성 티 회로

그림 18과 같이 저항기의 간단한 티 회로를 동력 분배기로 사용할 수 있다.이 회로는 Y-Δ 변환을 적용하여 델타 회로로도 구현할 수 있다.델타 폼은 시스템 임피던스와 동일한 저항을 사용한다.이는 대부분의 시스템 공칭 임피던스에 대해 시스템 임피던스 값의 정밀 저항기를 항상 사용할 수 있기 때문에 유리할 수 있다.티 회로는 단순성, 저비용, 본질적으로 넓은 대역폭의 장점을 가지고 있다.두 가지 큰 단점이 있다. 첫째, 회로가 저항성이기 때문에 전원이 소산된다. 균등하게 분할되면 3dB 대신 6dB 삽입 손실이 발생한다.두 번째 문제는 출력 포트 간에 매우 낮은 격리로 이어지는 0dB 직접성이 있다는 것이다.[44]

예를 들어 포트 3에서 -40dB의 삽입 손실이 포트 2에서 0.2dB 미만인 경우 삽입 손실은 전력의 불균등한 분할에 대해서는 문제가 되지 않는다.출력 저항기를 T 패드로 교체하여 양쪽 출력 포트에서 삽입 손실을 감수하고 절연을 개선할 수 있다.삽입 손실에 추가된 것보다 격리 개선이 더 크다.[45]

6dB 저항성 브리지 하이브리드

그림 19. 600Ω 시스템용 6dB 저항성 브리지 하이브리드

이론적으로 무한 분리 및 방향성을 가진 진정한 하이브리드 칸막이/커플러는 저항성 브리지 회로에서 만들 수 있다.티 회로와 마찬가지로 브리지의 삽입 손실은 6dB이다.변압기를 추가하지 않으면 불균형 회로로는 사용할 수 없다는 단점이 있지만, 삽입 손실이 문제가 되지 않는다면 600Ω 균형 통신회선에 이상적이다.포트를 나타내는 브리지의 저항기는 일반적으로 장치의 일부가 아니다(내부적으로 영구적으로 종료된 상태로 유지될 수 있는 포트 4를 제외하고). 이러한 저항기는 라인 종단에 의해 제공된다.따라서 이 장치는 기본적으로 두 개의 저항기(포트 4 종단기 포함)로 구성된다.[46]

적용들

모니터링

방향 연결기의 커플링 출력은 시스템의 주 전원 흐름을 방해하지 않고 신호의 주파수 및 전원 레벨을 모니터링하는 데 사용할 수 있다(전원 감소 제외 - 그림 3 참조).[47]

격리 사용

그림 20.투톤 수신기 테스트 설정

격리가 높은 경우 방향 쿠플러는 신호를 결합해 수신기에 단일 라인을 공급해 투톤 수신기 테스트를 하는 데 좋다.그림 20에서 한 신호는 포트 P로3 들어가고 한 신호는 포트 P로2 들어가는 반면 두 신호 모두 출구 포트 P로1 들어간다.포트 P에서3 포트 P로 가는1 신호는 10dB의 손실이 발생하고, 포트 P에서2 포트 P로1 가는 신호는 0.5dB의 손실이 발생한다.격리된 포트의 내부 부하로 인해 포트3 P와 포트2 P의 신호 손실이 소멸된다.그림 20의 아이솔레이터가 방치된 경우, 격리 측정(포트2 P에서 포트3 P까지)은 신호 발생기1 F에 주입될 신호 발생기2 F의 전력량을 결정한다.분사 레벨이 증가하면 신호 발생기 F의1 변조가 발생하거나 분사 위상 잠금이 발생할 수 있다.방향 연결기의 대칭성 때문에, 역주사는 신호 발생기2 F by1 F의 가능한 변조 문제와 함께 발생할 것이다.따라서 아이솔레이터는 방향 연결기의 격리(또는 직접성)를 효과적으로 증가시키기 위해 그림 20에 사용된다.결과적으로, 분사 손실은 방향 연결기의 절연과 아이솔레이터의 역 절연이 될 것이다.[48]

하이브리드

하이브리드의 적용 분야에는 단극 비교기, 믹서, 파워 콤비너, 디비더, 변조기단계 배열 레이더 안테나 시스템이 포함된다.위상 내 장치(Wilkinson divider 등)와 4각(90°) 하이브리드 쿠플러는 모두 정합성 있는 동력분할기 어플리케이션에 사용할 수 있다.정합성이 있는 파워 결합기 어플리케이션에 사용되는 4각형 하이브리드의 예는 다음 절에 제시되어 있다.[49]

값싼 버전의 동력 분배기는 가정에서 케이블 TV공중파 TV 신호를 여러 대의 TV와 다른 장치로 나누는 데 사용된다.출력 포트가 3개 이상인 멀티포트 스플리터는 대개 다수의 계단식 쿠플러로 구성된다.국내 광대역 인터넷 서비스는 케이블 TV 회사(케이블 인터넷)가 제공할 수 있다.국내 사용자의 인터넷 케이블 모뎀은 스플리터의 한 포트에 연결된다.[50]

파워 콤비너

하이브리드 회로는 양방향이기 때문에 전력의 분리는 물론 전력의 분리를 일관성 있게 결합하는 데 사용할 수 있다.그림 21에서는 신호가 여러 개의 저전력 증폭기를 공급하기 위해 분할된 다음, 단일 안테나를 고전력으로 공급하기 위해 재결합한 경우를 보여 준다.[51]

그림 21.고출력 40dB(전압 게인 100) 솔리드 스테이트 앰프를 만들기 위해 증폭기와 함께 사용되는 스플리터 및 결합기 네트워크
그림 22.하이브리드 파워 결합기의 위상 배열.

각 전력 결합기에 대한 입력의 위상은 두 입력부가 서로 90° 위상 이탈 상태에 있도록 배열되어 있다.하이브리드 결합기의 결합 포트는 전송된 포트와 위상으로부터 90° 떨어져 있기 때문에, 이것은 결합기의 출력에서 파워를 추가하고 분리된 포트에서 취소할 수 있게 한다: 그림 21의 대표적인 예가 그림 22에 나타나 있다.각 결합기/분할기의 두 포트에 대해 90° 위상 편이 추가로 고정되어 있으며, 단순성을 위해 다이어그램에 표시되지 않는다.[52]두 입력 포트에 위상 전원을 적용하면 원하는 결과를 얻을 수 없다. 즉, 두 입력의 4각 합계가 두 출력 포트 모두에 나타나는데, 이는 각 입력 포트 중 총 전력의 절반이다.이 접근방식은 단일 고출력 TWT 대신 회로에 수많은 저비용 저전력 증폭기를 사용할 수 있게 한다.그러나 또 다른 접근방식은 각 솔리드 스테이트 앰프(SSA)가 안테나를 공급하고 전원을 우주에서 결합시키거나 안테나에 부착된 렌즈를 공급하는데 사용하는 것이다.[53]

위상차이

그림 23.두 안테나의 위상 조합

90° 하이브리드 커플러의 위상 특성은 마이크로파 회로에서 큰 이점을 얻기 위해 사용될 수 있다.예를 들어, 균형 잡힌 마이크로파 증폭기에서 두 입력 단계는 하이브리드 커플러를 통해 공급된다.FET 장치는 일반적으로 매우 불량한 일치를 가지며 입사 에너지를 많이 반영한다.단, 장치가 본질적으로 동일하기 때문에 각 장치의 반사 계수는 동일하다.FET의 반사 전압은 절연 포트에서 위상이며 입력 포트에서 180° 다르다.따라서 FET에서 반사되는 모든 전력은 격리된 포트의 부하로 가고 입력 포트로 전달되는 전력은 없다.이로 인해 양호한 입력 일치(낮은 VSWR)가 된다.[54]

그림 23과 같이 180° 하이브리드 커플러에 대한 안테나 입력에 위상 일치 라인을 사용할 경우 안테나 간에 직접 null이 발생한다.그 위치에서 신호를 수신하려면 하이브리드 형식이나 라인 길이를 변경해야 한다.주어진 방향에서 신호를 거부하거나, 단극 레이더에 대한 차이 패턴을 생성하려면, 이것은 좋은 접근법이다.[55]

위상차이 쿠플러를 사용하여 VHF FM 라디오 방송국에서 위상을 안테나 어레이의 하부 요소로 지연시킴으로써 빔 틸트를 생성할 수 있다.보다 일반적으로 위상차이 커플러는 고정 위상지연 및 안테나 어레이와 함께 버틀러 매트릭스와 같은 빔 형성 네트워크에 사용되어 정해진 방향에서 무선 빔을 생성한다.[56]

참고 항목

참조

  1. ^ 이시이, p.200
    해군 항공전 센터, 페이지 6-4.1
  2. ^ 레이세넨과 레토, 페이지 116
  3. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.1
  4. ^ 예를 들어, 모건, 페이지 149
  5. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.1
    비즈멀러, 페이지 101
  6. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.2
  7. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.2
  8. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.3
  9. ^ 다이어, 페이지 479
    이시이 p.216
    레이세넨과 레토, 페이지 120~122
  10. ^ 예를 들어, Raisénen과 Lehto, pp.120–122.
  11. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.3
  12. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.3
  13. ^ 모건, 페이지 149
    Matthaei, 페이지.775–777
    비즈멀러, 페이지 101
  14. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.1
  15. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.1
    Matthaei 외, 페이지 5.585–588, 776–778
  16. ^ 레이세넨과 레토, 페이지 124–126
    비즈멀러, 페이지 102–103
  17. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.1
  18. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.1
    Matthaei, 페이지.775–777
  19. ^ 이시이 p.216
    레이세넨과 레토, 페이지 120-122
  20. ^ 이시이, 페이지 223–226
    Matthaei, 페이지 809–811
    레이세넨과 레토, 127페이지
  21. ^ 코미탄젤로 외, 페이지 2127-2128
  22. ^ 이노크, 페이지 2, 5, 7
  23. ^ 레이세넨과 레토, 페이지 126
  24. ^ 레이세넨과 레토, 페이지 117–118
  25. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.1, 6.4.3
  26. ^ 다이어, 페이지 480
    래이세넨과 레토, 페이지 1118-119
    해군 항공전 센터, 페이지 6.4.4
  27. ^ 이시이, p.200
  28. ^ 이시이 229-230쪽
    모건, 페이지 150
    레이세넨과 레토, 페이지 126-127
  29. ^ 이시이 201쪽
  30. ^ 레이세넨과 레토, 122, 127쪽
  31. ^ 레디 외, 페이지 60, 71
    해군 항공전 센터, 페이지 6.4.4, 6.4.5
  32. ^ Matthaei, 페이지 811–812
    이시이, 페이지 223–226
  33. ^ 이시이, p.202
    모건, 페이지 149
  34. ^ 이시이, 페이지205–6, 209
    모건, 페이지 149
    레이세넨과 레토, 페이지 122–123
  35. ^ 이시이, p.211
  36. ^ 이시이, 페이지.211–212
  37. ^ 이시이, 페이지.212–213
  38. ^ 모건, 페이지 149
  39. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.4
    이시이 201쪽
    레이세넨과 레토, 페이지 123–124
  40. ^ 힉먼, 페이지 50~51
  41. ^ 비글로우, 페이지 211
    채푸이와 조엘, 페이지 512
  42. ^ 비즈멀러, 페이지 107–108
  43. ^ 비즈멀러, 페이지 108
  44. ^ 힉먼, 페이지 49-50
  45. ^ 힉먼, 페이지 50
  46. ^ 브라이언트, 페이지 114–115
  47. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.1
  48. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.2–6.4.3
  49. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.3–6.4.4
  50. ^ 첸, p.76
    그랄라, 페이지 61-62
  51. ^ 레이세넨과 레토, 페이지 116
  52. ^ 이시이, p.200
  53. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.5
  54. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.3
  55. ^ 해군 항공전 센터, 페이지 6.4.4
  56. ^ 후지모토 페이지199-201
    Lo와 Lee, 페이지 27.7

참고 문헌 목록

Public Domain이 기사에는 해군 항공전센터 무기사단 항전부의 공공영역 자료가 포함되어 있다."Electronic Warfare and Radar Systems Engineering Handbook (report number TS 92-78)". Retrieved 9 June 2006. (pp. 6–4.1 ~ 6–4.5 동력 분배기 및 방향 연결기)

  • Stephen J. Bigelow, Joseph J. Carr, Steve Winder, 전화 전자 장치 이해, 2001 ISBN 0-7506-7175-0.
  • 제프 브라이언트, 마이크로파 측정 원리, 전기 기술자 협회, 1993 ISBN 0-86341-296-3.
  • 로버트 J. 채푸스, 아모스 E.조엘, 100년간의 전화 교환(1878–1978): 전자, 컴퓨터 전화 교환(1960–1985) IOS Press, 2003 ISBN 1-58603-372-7.
  • 월터 Y.Chen, 홈 네트워킹 기반, 프렌티스 홀 프로페셔널, 2003 ISBN 0-13-016511-5.
  • R. 코미탄젤로, D.미네르비니, B.피오바노, "900MHz에서 멀티빔 안테나를 위한 최적의 크기와 소형 네트워크를 형성하는 빔", IEEE 안테나 전파학회 국제 심포지엄 1997, 제4권, 페이지 2127-2130, 1997.
  • 스티븐 A.Dyer, Survey of Instrumentation and Measurement Wiley-IEEE, 2001 ISBN 0-471-39484-X.
  • 2008 ISBN 1-59693-126-4, Artech House, Mobile Antenna Systems Handbook, Artech House, Mobile Antenna Systems Handbook, 2008 ISBN 1-59693-126-4.
  • Preston Gralla, How the Internet Operation, Que Publishing, 1998 ISBN 0-7897-1726-3.
  • Ian Hickman, 실용 무선 주파수 핸드북, Newnes, 2006 ISBN 0-7506-8039-3.
  • Apinya Innok, Peerapong Uthansakul, Monthippa Uthansakul, "MIMO 빔포밍 시스템을 위한 사각 빔포밍 기술", International Journal of Antenna and Prevention, vol. 2012, is. 11, is. 2012.
  • 토마스 코류 이시이 마이크로파 기술 핸드북: 컴포넌트 및 장치, Academic Press, 1995 ISBN 0-12-374696-5.
  • Y. T. Lo, S. W. Lee, 안테나 핸드북: 신청서, 스프링거, 1993 ISBN 0-442-01594-1
  • Matthaei, George L.; Young, Leo 및 Jones, E. M. T. 마이크로파 필터, 임피던스-매칭 네트워크 및 Coupling Structures McGraw-Hill 1964 OCLCLC 299575271
  • D. Morgan, EMC 시험측정을 위한 핸드북 IET, 1994 ISBN 0-86341-756-6.
  • 앤티 5세Raisénen, Arto Lehto, 무선 통신센서 애플리케이션용 라디오 엔지니어링, Artech House, 2003 ISBN 1-58053-542-9.
  • K.R. 레디, S. B. 바다미, V. 발라수브라마니안, 진동과 파도, 대학 출판부, 1994 ISBN 81-7371-018-X.
  • Peter Vizmuller, RF 설계 가이드: 시스템, 회로 방정식, 1권, Artech House, 1995 ISBN 0-89006-754-6.