실습-03 전력분배기(Power Divider)

I. 이론

1. 전력 분배기 기초

ㅇ 입력 전력을 2, 3, 4, ..., N 개로 임의의 비율로 나누는 부품

ㅇ 용도: 고주파 회로 구현에 사용되는 부품의 일종

ㅇ 주어진 전송선 형식에 맞도록 구조 설계

인쇄회로: 마이크로스트립선로, 스트립선로, CPW(coplanar waveguide), 슬롯선로

동축선

도파관: 사각형, 리지도파관, 이중리지 도파관, 원형도파관

2. T-접합 전력분배기(T-junction power divider)

ㅇ 특징

- 내부 손실 없음.

- 출력포트는 정합되지 않음.

- 출력포트 간 분리도(isolation)가 크지 않음.

ㅇ 설계

그림: T-접합 전력 분배기

그림: Mitered T-junction power divider

- 설계 공식:

그림: 2-way symmetric T-junction power divider

그림: Multisection T-junction power divider

그림: T-접합 전력분배기를 이용한 안테나 배열 병렬 급전회로망

그림: Gamma-junction or branch-line을 이용한 안테나 배열 직렬 급전회로망

3. 저항성 전력분배기(resistive power divider)

1) 특징

- 내부 손실 있음.

- 모든 포트 정합

- 출력포트간 분리도가 낮음.

- 최대 전력이 저항의 전력능력에 의해 결정

2) Direct n-way resistive power divider

- 모든 포트 선로 특성 임피던스 Z₀로 동일

: N 개 저항 모두 동일

그림: Direct n-way power divider [Marki Microwave]

3) Branched wye resistive power divider

그림: Y형 저항성 전력 분배기[Marki Microwave]

4) Branched delta resistive power divider

그림: 델타형 저항성 전력 분배기[Marki Microwave]

3. 윌킨슨 전력분배기(Wilkinson power divider)

1) 특징

- 내부 손실 없음(모든 포트가 정합되었을 때)

- 출력포트간 분리도가 높음.

- 출력포트에서 반사된 신호는 윌킨슨 전력분배기에 사용된 저항에서 소모됨.

- 1단 윌킨슨 전력분배기

그림: 윌킨슨 전력분배기 구조

2) 윌킨슨 전력분배기를 이용한 N-way 전력분배기

그림: 윌킨슨 전력분배기를 이용한 N-way 전력분배기[Harty(2010, thesis)]

2) 2단 윌킨슨 전력분배기

- 입출력 선로 특성 임피던스 모두 Z₀

그림: 2단 윌킨슨 전력분배기[www.everythingrf.com]

3) 광대역 윌킨슨 전력분배기

- 광대역 특성을 얻기 위해 다단 전력분배기 사용

그림: In-phase 3-way power divider. 0.7-2.7GHz, VSWR 1.2:1, 40-W max. input [InStock Wireless Components Co.]

그림: In-phase 8-way power divider. 0.7-2.7GHz, VSWR 1.2:1, 40-W max. input [InStock Wireless Components Co.]

- 다음의 참고문헌의 설계공식 이용

S. B. Cohn, "A class of broadband three-port TEM-mode hybrids," IEEE T-MTT, 16(2), 110-116, 1968.

M. M. Honari, "Theoretical design of broadband multisection Wilkinson power dividers with arbitrary power split ratio," IEEE Trans Comp Pack Manufac Tech, 6(4), 605-612, 2016.

S.-W. Lee, "A general design formula of multi-section power divider based on singly terminated filter design theory," IEEE MTT-S Symp Dig, 2001, 1297-1300.

N. Dib and M. Khodier, "Design and optimization of multi-band Wilkinson power divider," Int J RF Microw Comp Aided Eng, 15-20, 2007.

III. 연습문제