KR20030069140A - Unequal Wilkinson Power Dividers using Simple Rectangular Defected Ground Structure - Google Patents

Unequal Wilkinson Power Dividers using Simple Rectangular Defected Ground Structure Download PDF

Info

Publication number
KR20030069140A
KR20030069140A KR1020030050374A KR20030050374A KR20030069140A KR 20030069140 A KR20030069140 A KR 20030069140A KR 1020030050374 A KR1020030050374 A KR 1020030050374A KR 20030050374 A KR20030050374 A KR 20030050374A KR 20030069140 A KR20030069140 A KR 20030069140A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transmission line
wilkinson power
dgs
power divider
asymmetric
Prior art date
Application number
KR1020030050374A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100578280B1 (en
Inventor
임종식
남상욱
안달
Original Assignee
임종식
남상욱
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 임종식, 남상욱 filed Critical 임종식
Priority to KR1020030050374A priority Critical patent/KR100578280B1/en
Publication of KR20030069140A publication Critical patent/KR20030069140A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100578280B1 publication Critical patent/KR100578280B1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/04Coupling devices of the waveguide type with variable factor of coupling
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08Microstrips; Strip lines
    • H01P3/081Microstriplines
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P5/00Coupling devices of the waveguide type
    • H01P5/12Coupling devices having more than two ports
    • H01P5/16Conjugate devices, i.e. devices having at least one port decoupled from one other port

Landscapes

  • Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
  • Microwave Amplifiers (AREA)

Abstract

PURPOSE: An unequal Wilkinson power divider is provided to increase a characteristic impedance more than a standard microstrip line by inserting a defected ground structure in a ground surface of a microstrip transmission line. CONSTITUTION: A defected ground structure of a quadrangle is placed at a ground surface which is put below a signal line(4) of a microstrip transmission line so as to have a characteristic impedance more than a standard microstrip line. A plurality of small-sized defected ground structures are used instead of a large defected ground structure. An etching structure of the ground surface is one selected from a group of a circle, a triangle, an eddy type, and a geometric shape.

Description

단순한 사각형의 결함 접지 구조를 이용한 비대칭 윌킨슨 전력 분배기 {Unequal Wilkinson Power Dividers using Simple Rectangular Defected Ground Structure}Unequal Wilkinson Power Dividers using Simple Rectangular Defected Ground Structure

일반적인 MS 전송선로의 신뢰성 있는 구현 한계는 100∼120 Ω 정도로 알려져 있다. 기존에 존재했던, 표준형 MS 전송선로를 이용한 비대칭 윌킨슨 전력 분배기는 N=2 만 되어도 (1:2 전력 분배기), 요구되는 특성 임피던스가 103 Ω에 달하여 구현이 쉽지 않은 문제를 안고 있었다. 만약에 N=3 이면 132 Ω의 특성 임피던스를 필요로 하기 때문에, N≥3 인 비대칭 윌킨슨 전력 분배기는 현실적으로 신뢰성 있는 구현이 불가능한 것으로 알려져 왔다. 120 Ω 이상의 특성 임피던스를 위해서는 MS 전송선로의 선폭이 극히 얇아져서 구현 한계를 넘게 되고, 따라서 구현된 전송선로의 선폭 오차가 매우 크기 때문에, 양산(量産)이 불가능하였다.The limit of reliable implementation of a typical MS transmission line is known to be 100 ~ 120 kHz. The existing asymmetric Wilkinson power divider using a standard MS transmission line had a characteristic impedance of 103 kW even though N = 2 (1: 2 power divider), which was not easy to implement. Since N = 3 requires a characteristic impedance of 132 kHz, an asymmetric Wilkinson power divider with N ≧ 3 has been known to be practically impossible to implement. For the characteristic impedance of 120 kHz or more, the line width of the MS transmission line was extremely thin, exceeding the implementation limit, and thus the line width error of the implemented transmission line was so large that mass production was impossible.

따라서 N≥3 인 비대칭 윌킨슨 전력 분배기를 구현하기 위해서, 기존에는 90° 브랜치 하이브리드 결합기(branch hybrid coupler)나 180° 링 하이브리드 결합기(ring hybrid coupler), 방향성 결합기(directional coupler) 등을 사용하였다. 그러나 이것들은 기본적인 기능이 분배기가 아니라 결합기(coupler) 회로이며, 따라서 결합기(coupler)의 특성을 비대칭 분배기로의 응용한 것이었기 때문에, 분배기로서는 다음과 같은 치명적인 문제들을 가지고 있다.Therefore, in order to implement an asymmetric Wilkinson power divider with N≥3, a 90 ° branch hybrid coupler, a 180 ° ring hybrid coupler, a directional coupler, and the like have been used. However, since the basic function is a coupler circuit rather than a divider, and thus the characteristics of the coupler are applied to an asymmetric divider, the divider has the following fatal problems.

하이브리드 커플러를 비대칭 분배기로 응용함에 따른 첫 번째 문제점은 두 분배 출력간의 위상차가 크다는 것이다. 이것은 결합기 자체가 90° 또는 180° 의 위상차가 생길 수밖에 없는 구조이기 때문에 발생한다. 두 출력간의 위상차는 비대칭 분배기의 실제 회로 응용에서 경우에 따라서는 매우 큰 문제를 야기시킬 수 있고, 또 평형 회로(balanced circuits)에 응용할 때에는 반드시 역의 위상차를 보상해 주어야 문제가 뒤따른다.The first problem with applying a hybrid coupler as an asymmetric splitter is that the phase difference between the two splitter outputs is large. This occurs because the coupler itself has a structure in which a phase difference of 90 degrees or 180 degrees can occur. The phase difference between the two outputs can cause a very big problem in some circuit applications in asymmetric dividers, and when applied to balanced circuits, the reverse phase difference must be compensated for.

두 번째 문제는, 방향성 결합기의 경우 두 출력 단자가 DC 적(的)으로 서로 분리되어 있기 때문에, DC 전류가 동시에 흘러야 하는 평형회로에서의 비대칭 분배기 응용에서는 사용이 불가능하다는 점이다. 따라서 이런 경우에는 하이브리드 결합기를 사용했는데, 이 때 위에서 언급한 위상차의 문제가 발생하므로, 나중에 역의 위상차를 보상해 주는 수고를 하여야만 한다는 문제가 있었다.The second problem is that in the case of directional couplers, the two output terminals are DC-coupled from each other, making them unusable in asymmetrical divider applications in balanced circuits where DC current must flow simultaneously. Therefore, in this case, a hybrid coupler was used. At this time, the above-mentioned phase difference problem occurs, and thus, there was a problem that the effort to compensate for the reverse phase difference later was required.

본 발명에서는, 아주 단순한 사각형의 DGS 를 MS 전송선로의 접지면 에 식각해서, 일반적인 구현 한계를 훨씬 뛰어넘는 200 Ω 이상의 특성 임피던스를 갖는 MS 전송선로를 구현하여, 이를 이용하여 기존에는 구현이 불가능하다고 여겨져 왔던 N 이 3 이상인 1:N 고비율 비대칭 윌킨슨 전력 분배기를 설계하는 방법을 제시하고자 한다. 본 명세서에는 1:6 분배기를 예로들어 실제 제작하여 측정한 결과까지 제시하는데, 여기에 필요한 207 Ω의 특성 임피던스가 DGS를 이용한 MS전송선로로 구현된다.In the present invention, a very simple rectangular DGS is etched into the ground plane of the MS transmission line to implement an MS transmission line having a characteristic impedance of 200 Ω or more, which far exceeds the general implementation limit. We present a method for designing a 1: N high ratio asymmetric Wilkinson power divider with N> 3, which has been considered. In the present specification, a 1: 6 splitter is used as an example, and the actual measured results are presented. The characteristic impedance of 207 필요한 is required to be implemented as an MS transmission line using DGS.

[도 1] 은 마이크로스트립(Microstrip, 이하 "MS") 전송선로를 구현하는 일반적인 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, 이하 "PCB")의 옆면 구조도이다.1 is a side structure diagram of a general printed circuit board (PCB) for implementing a microstrip (“MS”) transmission line.

[도 2] 는 표준형 MS 전송선로의 3차원 구조도이다.2 is a three-dimensional structural diagram of a standard MS transmission line.

[도 3] 은 MS 전송선로의 접지면에 식각된, 단순한 사각형 모양의 결함 접지 구조(defected ground structure,DGS)를 보여주고 있다.FIG. 3 shows a simple rectangular defect ground structure (DGS) etched into the ground plane of the MS transmission line.

[도 4] 는 [도 3] 에서 보인 접지면에 식각된 사각형 모양의 DGS와 MS 전송선로를 위에서 내려다 것처럼 표시한 그림이다.[Fig. 4] is a diagram showing the rectangular DGS and MS transmission lines etched on the ground plane shown in [Fig. 3] as if viewed from above.

[도 5] 는 전자기장 해석 도구(Electromagnetic simulation tool)를 이용하여, [도 4] 에 나타낸 것과 같은, 접지면에 사각형 DGS 를 지니는 MS 전송선로(이하 "DGS MS 전송선로")를 시뮬레이션(simulation)하여 결과를 S-parameter로 나타낸 것이다.FIG. 5 is a simulation of an MS transmission line (hereinafter referred to as "DGS MS transmission line") having a rectangular DGS on the ground plane, as shown in FIG. 4, using an electromagnetic simulation tool. The results are expressed in S-parameters.

[도 6] 은 [도 4] 에 나타낸 DGS MS 전송선로를 실제로 제작하고, S-parameter 특성을 측정하여 나타낸 것이다.FIG. 6 illustrates the actual fabrication of the DGS MS transmission line shown in FIG. 4 and measurement of S-parameter characteristics.

[도 7] 은 DGS MS 전송선로의 달라진 특성 임피던스를 구하기 위하여 설정한전송선로 모델이다.7 is a transmission line model set to obtain a changed characteristic impedance of a DGS MS transmission line.

[도 8] 은 일반적인 1:N 비대칭 윌킨슨 전력 분배기의 이론적인 회로도이다.8 is a theoretical circuit diagram of a typical 1: N asymmetric Wilkinson power divider.

[도 9] 는 [도 8] 의 이론적인 회로를 실제 측정이 가능하도록 출력 단자들을 원하는 특성 임피던스 Zo로 변환한, 실제적인 1:N 비대칭 윌킨슨 전력 분배기의 회로도이다.FIG. 9 is a circuit diagram of a practical 1: N asymmetric Wilkinson power divider in which the theoretical circuit of FIG. 8 is converted to the desired characteristic impedance Z o to enable actual measurement.

[표 1] 은 1:N 비대칭 윌킨슨 전력 분배기의 회로 소자값을 N=1 부터 N=6까지 정리해 놓은 것이다.Table 1 summarizes the circuit components of a 1: N asymmetric Wilkinson power divider from N = 1 to N = 6.

[도 10] (a), (b)는 대표도로서, 먼저 [도 10] (a)는 커다란 사각형 DGS 를 접지면에 포함하는 1:N 비대칭 윌킨슨 전력 분배기의 제작된 회로도면이다. 여기에는 [도 4] 에 제시된 패턴이 사용되어 있으며, 분배 비율의 예로써 N=6 을 취하였다. (즉, 1:6 비대칭 월킨슨 전력 분배기이다.) [도 10] (b)는 큰 사각형의 DGS 를 여러 개의 작은 사각형 DGS 로 나누어도 같은 효과를 얻을 수 있음을 보여주는 그림이다.(A) and (b) are representative views. First, (a) is a manufactured circuit diagram of a 1: N asymmetric Wilkinson power divider including a large rectangular DGS in the ground plane. The pattern shown in FIG. 4 was used here, and N = 6 was taken as an example of the distribution ratio. (Ie 1: 6 asymmetric Walkinson power divider) [Fig. 10] (b) shows that the same effect can be obtained by dividing the large square DGS into several smaller square DGS.

[도 11] 은 회로 성능 분석 도구(Circuit simulation tool)을 이용하여 1:6 비대칭 윌킨슨 전력 분배기의 이론적인 성능을 시뮬레이션하여 S-parameter 로 나타낸 것이다. 이론적인 성능이므로 가장 이상적(ideal)인 성능이다.FIG. 11 illustrates the theoretical performance of a 1: 6 asymmetric Wilkinson power divider using a circuit performance analysis tool (Suparameter). Since it is theoretical, it is the ideal performance.

[도 12] 는 1:6 비대칭 윌킨슨 전력 분배기를 실제로 제작하고 그 성능을 측정하여 S-parameter로 나타낸 것이다.FIG. 12 shows the S-parameter by actually fabricating a 1: 6 asymmetric Wilkinson power divider and measuring its performance.

[도 13] 은 이론적인 1:6 비대칭 윌킨슨 전력 분배기의 두 출력 단자에서의위상을 보여주는 그림이다. 이론적인 회로이므로 위상차가 0 인 가장 이상적인 경우이다.FIG. 13 shows the phase at the two output terminals of a theoretical 1: 6 asymmetric Wilkinson power divider. Since it is a theoretical circuit, it is the ideal case where the phase difference is zero.

[도 14] 는 실제로 제작, 측정된 1:6 비대칭 윌킨슨 전력 분배기의 두 출력 단자에서의 위상차를 보여주고 있다.FIG. 14 shows the phase difference at the two output terminals of a 1: 6 asymmetric Wilkinson power divider actually fabricated and measured.

[도 1] 은 마이크로스트립(Microstrip, MS) 전송선로를 구현하는데 사용되는 일반적인 평면형 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB)의 옆면 모습이다. 유전체(2)를 사이에 두고 위 도체면(1)과 아래 접지 도체면(3)이 평행하게 분포하고 있다. 위 도체면(1)에 마이크로스트립 전송선로의 신호선이 구현되는데, 어떤 일정한 값의 특성 임피던스를 갖는 신호선이 일정한 선폭을 갖도록 구현된다. 그림에서 T는 위 아래 도체면(1 과 3)의 두께를, H는 유전체(2)의 두께를 의미한다. 유전체(2)는 전파되는 신호 에너지를 가능한 한 자기 자신을 향하여 끌어 잡아당기며 신호의 진행 방향으로 전달해 주는 경로 역할을 한다. 유전율(dielectric constant)은 εr로 표현하며 공기에서만 크기가 1 이고, 기타 물질에서는 모두 1 보다 큰 값이다. (본 발명 명세서에서는 εr=2.2, T=0.036mm, H=0.79mm 인 기판을 예로 들어 설명하겠다.)FIG. 1 is a side view of a typical printed circuit board (PCB) used to implement a microstrip (MS) transmission line. The upper conductor surface 1 and the lower ground conductor surface 3 are distributed in parallel with the dielectric 2 interposed therebetween. A signal line of a microstrip transmission line is implemented on the conductor surface 1, and a signal line having a certain characteristic characteristic impedance is implemented to have a constant line width. In the figure, T is the thickness of the upper and lower conductor surfaces (1 and 3), and H is the thickness of the dielectric (2). The dielectric 2 serves as a path that pulls the propagated signal energy toward itself as much as possible and delivers it in the direction of the signal's progress. The dielectric constant is expressed by ε r and has a size of 1 in air only, and greater than 1 in all other materials. (In the present specification, a substrate having ε r = 2.2, T = 0.036 mm, and H = 0.79 mm will be described as an example.)

[도 2] 는 [도 1] 의 PCB 기판으로 구성한 MS 전송선로이다. 어떤 일정한 값의 특성 임피던스를 갖도록 선폭을 결정한 후, 윗 도체면(1)으로부터 원하는 선폭의 신호선 패턴(4)만 남기고 나머지는 제거함으로써 MS 전송선로가 구현된다.FIG. 2 is an MS transmission line composed of the PCB substrate of FIG. 1. After determining the line width to have a certain characteristic characteristic impedance, the MS transmission line is realized by leaving only the signal line pattern 4 of the desired line width from the upper conductor surface 1 and removing the rest.

[도 3] 은 [도 2] 의 MS 전송선로의 바닥 접지면(3)에 단순한 사각형의 결함 접지 구조(defected ground structure, DGS)를 식각해서 제거한 모양을 보여주는 그림이다. 바닥의 넓은 접지 도체면(3)에서 큰 사각형(5) 면적만큼의 도체면을 제거해 준 상태이다. 본 명세서에서는 이를 편의상 "DGS MS 전송선로"라고 부르기로한다. 접지면에 DGS 가 없으면, 표준형 MS 전송선로이다.FIG. 3 is a view showing a state in which a simple rectangular defect ground structure (DGS) is removed by etching the bottom ground plane 3 of the MS transmission line of FIG. 2. It is a state where the conductor surface of the large grounding conductor surface 3 of the bottom was removed as much as the area of the large square 5. In the present specification, this is referred to as "DGS MS transmission line" for convenience. If there is no DGS on the ground plane, it is a standard MS transmission line.

[도 4] 는 [도 3] 의 구조를 편리하게 설명하기 위하여, 편의상 위에서 내려다 본 것처럼 그린 그림이다. WM은 위 도체면(4)에 구현된 MS 전송선로의 선폭이며, W1과 W2는 바닥면 도체면에서 식각되어 제거된 사각형 DGS(5)의 치수이다. 본 명세서에서는 중심주파수 1.5GHz 에서 1:6 비대칭 윌킨슨 전력 분배기를 설계하여 예로써 제시하는데, 이 때 결정된 치수는 WM=0.4mm, W1=22mm, W2=12mm 이다. WM=0.4mm 의 치수는, εr=2.2, T=0.036mm, H=0.79mm 인 기판을 사용할 경우에, 접지면에 DGS를 갖지 않는 표준형 MS 전송선로에서는 특성 임피던스가 120 Ω에 해당하는 치수이다. 1:6 비대칭 윌킨슨 전력 분배기에서 필요한 207 Ω의 특성 임피던스를 구현하기 위한 표준형 MS 전송선로에서의 WM은 0.035mm 로 신뢰성 있는 구현이 불가능한 치수이며, 따라서 양산도 불가능하다.FIG. 4 is a drawing drawn as viewed from above for convenience in explaining the structure of FIG. 3. WM is the line width of the MS transmission line implemented on the upper conductor surface 4, and W1 and W2 are the dimensions of the rectangular DGS (5) removed by etching from the bottom conductor surface. In this specification, a 1: 6 asymmetric Wilkinson power divider is designed and presented as an example at a center frequency of 1.5 GHz, wherein the determined dimensions are WM = 0.4mm, W1 = 22mm, and W2 = 12mm. Dimensions of WM = 0.4 mm correspond to 120 Ω characteristic impedance in standard MS transmission lines without DGS in the ground plane when using a substrate with ε r = 2.2, T = 0.036mm, H = 0.79mm to be. The WM in a standard MS transmission line to achieve the characteristic impedance of 207 kHz required in a 1: 6 asymmetric Wilkinson power divider is 0.035 mm, a dimension that cannot be reliably implemented, and therefore not mass-produced.

[도 5] 는 [도 4] 의 DGS MS 전송선로의 전기적 특성을 전자기장 해석을 하여 그 특성을 S-parameter 로 표시한 그림이다. 표준형 MS 전송선로에서는 전달특성과 반사계수 특성이 우수하여 S21 은 0dB 에 가깝고, S11 은 -20dB 이하인 특성을 보일 것이다. 그러나 [도 4] 의 DGS MS 전송선로는 일부러 접지면에 신호의 흐름을 방해하는 DGS를 첨가한 것이므로 설계하고자 하는 특정 주파수(예로써, 본 명세서에서는 1.5GHz)에서 S11 은 전반사에 가까운 특성을 보이고(0dB 근처임), S21 도 전달 특성이 매우 나쁘다. 이렇게 나쁜 특성은 DGS 로 인한 높은 특성 임피던스를 얻기 위하여 고의적으로 유도된 것이다.[Figure 5] is a diagram showing the characteristics of the electrical characteristics of the DGS MS transmission line of Figure 4 by the S-parameter analysis. In the standard MS transmission line, S21 is close to 0dB and S11 is less than -20dB because of excellent transmission and reflection coefficient characteristics. However, since the DGS MS transmission line of FIG. 4 deliberately adds DGS to the ground plane, the S11 exhibits near total reflection at a specific frequency (for example, 1.5 GHz in this specification). (Around 0dB), S21 also has very poor transmission characteristics. These bad characteristics are deliberately induced to obtain high characteristic impedance due to DGS.

[도 6] 은 [도 4] 에 표시한 207Ω의 임피던스를 갖는 DGS MS 전송선로를 실제로 제작, 측정하여 그 특성을 보여 주는 그림이다. [도 5] 의 전자기적 해석 특성과 매우 유사함을 알 수 있는데, 고의적으로 유도된 나쁜 전달 특성(S21)이 보이고 있다.FIG. 6 is a diagram showing the characteristics of a DGS MS transmission line having an impedance of 207 kHz as shown in FIG. It can be seen that it is very similar to the electromagnetic analysis characteristics of FIG. 5, and a deliberately induced bad transmission characteristic (S21) is shown.

[도 7] 은 DGS 가 삽입되었을 때의 MS 전송선로의 새로운 특성 임피던스를 구하기 위한 전송선로 모델이다. 접지면에 첨가된 DGS 는 등가적으로 캐패시턴스(capacitance, C)를 감소시키고, 동시에 인덕턴스(inductance, L)를 크게 증가시키기 때문에, 전송선로의 특성 임피던스 표현식 가운데 하나인의 관계에 의하여 특성 임피던스가 크게 증가하게 된다.7 is a transmission line model for obtaining a new characteristic impedance of an MS transmission line when a DGS is inserted. DGS added to the ground plane equivalently reduces the capacitance (C) and at the same time greatly increases the inductance (L), which is one of the characteristic impedance expressions of the transmission line. The characteristic impedance is greatly increased by the relation of.

증가한 임피던스를 [도 7] 에서 ZDGS로 표기하였다. Zo는 단자(port)임피던스 또는 단락(termination) 임피던스로서 일반적으로 50 Ω이다. Zo로 단락된 DGS MS 전송선로는 ZDGS의 특성 임피던스를 가지며, 이 때 입력에서 바라본 임피던스를 Zin으로 표시하였다.The increased impedance is denoted Z DGS in FIG. 7. Z o is typically 50 Ω as port impedance or termination impedance. The DGS MS transmission line shorted with Z o has a characteristic impedance of Z DGS , where the impedance seen at the input is expressed as Z in .

이제 증가한 특성 임피던스를 구하는 방법에 관하여 설명해 보기로 하겠다. 전송선로의 반사계수 특성을 나타내는 S11 값은 실제 반사계수의 크기()와 식 (1)의 관계에 있다. 그리고 반사계수의 크기와 Zin은 식 (2)의 관계가 있다. 따라서 식 (3)과 같은 매우 간단한 λ/4 변환기(transformer) 식을 이용하여 최종적으로DGS MS 선로의 특성 임피던스 ZDGS의 구할 수 있다.We will now explain how to find the increased characteristic impedance. The S11 value, which represents the reflection coefficient characteristic of the transmission line, is the size of the actual reflection coefficient ) And equation (1). The magnitude of the reflection coefficient and Z in are related to Eq. (2). Therefore, the characteristic impedance Z DGS of the DGS MS line can be finally obtained by using a very simple λ / 4 transformer equation such as Equation (3).

[도 5] 나 [도 6] 을 보면 중심 주파수 1.5GHz 에서 S11 이 -1dB인데, 식 (1)을 이용하여 계산된는 0.891 이다. Zo가 50 Ω이므로, 최종적으로 계산된 ZDGS는 208 Ω이 된다. 여기서 중요한 것은 위에서도 밝혔듯이 WM=0.4mm 일 때 표준형 MS 전송선로의 특성 임피던스는 120 Ω이지만, 사각형의 DGS 를 삽입함으로서 특성 임피던스가 208 Ω으로 증가했다는 것이다. 만약에 표준형 MS 전송선로로 208Ω을 구현하려면 WM=0.035mm가 되어 구현이 불가능한 값이 된다.5 and 6, S11 is -1 dB at the center frequency of 1.5 GHz, which is calculated using Equation (1). Is 0.891. Since Z o is 50 mW, the final calculated Z DGS is 208 mW. Importantly, as mentioned above, when WM = 0.4mm, the characteristic impedance of the standard MS transmission line is 120 Ω, but the characteristic impedance is increased to 208 Ω by inserting the rectangular DGS. If the standard MS transmission line implements 208Ω, WM = 0.035mm, which is impossible to implement.

[도 8] 은 일반적인 1:N 비대칭 윌킨슨 전력 분배기의 이론적인 회로도이다. 단자 1(P1)로 입사된 입력 전력은 단자 3(P3)과 단자 2(P2)에 1:N의 비율로 나뉘어 출력으로 나타난다. 가장 기본적인 이등분 전력 분배기(1:1)가 되려면 N=1이 되면 된다.8 is a theoretical circuit diagram of a typical 1: N asymmetric Wilkinson power divider. The input power incident to terminal 1 (P1) is divided into terminal 3 (P3) and terminal 2 (P2) at a ratio of 1: N and appears as an output. To be the most basic bipolar power divider (1: 1), N = 1.

[도 9] 는 1:N 비대칭 윌킨슨 전력 분배기의 실제적인 회로도이다. [도 8] 에서는 임의의 N에 따라서 출력 단자의 임피던스 R2, R3 가 달라지게 되는데, 일반적인 계측기나 회로 및 시스템의 특성 임피던스는 실제 사용이나 측정상의 편리를위하여 대부분 Zo=50 Ω으로 통일되어 있다.따라서 임의의 값을갖는 R2, R3 를 식 (4)와(5)를 통하여 Zo=50 Ω으로 λ/4 변환시키면, 출력 단자 임피던스도 모두 Zo=50 Ω인 [도 9] 와 같은 실제적인 1:N 비대칭 윌킨슨 전력 분배기를 설계가 끝나게 된다.9 is a practical circuit diagram of a 1: N asymmetric Wilkinson power divider. In FIG. 8, impedances R2 and R3 of the output terminals vary according to arbitrary N. In general, characteristic impedances of general measuring instruments, circuits, and systems are unified to Z o = 50 kPa for the convenience of actual use or measurement. Therefore, if R2 and R3 having arbitrary values are converted to λ / 4 by Z o = 50 kV through equations (4) and (5), the output terminal impedance is Z o = 50 kW, as shown in [Fig. 9]. The actual 1: N asymmetric Wilkinson power divider is designed.

[표 1] 은 1:N 비대칭 윌킨슨 전력 분배기를 회로 소자값들을 N=6까지 정리해 놓은 것이다. 동일한 방법으로 N 을 키울 수 있으나, 본 명세서에서는 예로써 N=6 인 경우의 비대칭 분배기를 설계, 제작하여 측정결과를 소개하고자 한다.Table 1 shows a 1: N asymmetric Wilkinson power divider with the values of the circuit elements up to N = 6. N can be raised in the same way, but in the present specification, an asymmetric splitter in the case of N = 6 is designed and manufactured to introduce measurement results.

[도 10] (a)는 예로써 제시하기 위하여 설계한, 중심주파수 1.5GHz인 1:6 비대칭 윌킨슨 전력 분배기의 레이아웃(layout)이다. [도 4] 에서 언급한 단순한 사각형 DGS 가 한 개 사용되었으며, [표 1] 에 제시된 1:6 비대칭 윌킨슨 전력 분배기의 각 선로의 특성 임피던스가 구현되었다. [도 10] (a)의 커다란 사각형 DGS 는 [도 10] (b)처럼 다수의 작은 사각형 DGS로도 대치될 수 있다. 이 때 사각형간의 간격과 사각형의 크기는 [도 5] 또는 [도 6] 과 같이 원하는 전기적 특성을 보이도록 조정된다.Figure 10 (a) is a layout of a 1: 6 asymmetric Wilkinson power divider with a center frequency of 1.5 GHz, designed for example purposes. One simple square DGS mentioned in FIG. 4 was used, and the characteristic impedance of each line of the 1: 6 asymmetric Wilkinson power divider shown in Table 1 was implemented. The large square DGS of FIG. 10 (a) can also be replaced by a number of small square DGSs as shown in FIG. 10 (b). At this time, the spacing between the rectangles and the size of the rectangles are adjusted to show the desired electrical characteristics as shown in FIG. 5 or 6.

[도 11] 은 회로 성능 분석 도구를 사용하여 계산한 1:6 비대칭 윌킨슨 전력 분배기의 이론적인 성능을 나타낸 것이다. 1:6 의 분배 비율이므로 단자 1 로 입사된 입력 전력은 단자 3 에 1/7 의 전력이, 단자 2 에 6/7 의 전력이 전달되어야 한다. 따라서 이론적으로 단자 3 에 S31=-8.45dB 가, 그리고 단자 2 에 S31=-0.67dB 가 전달값으로 나타나고 있다. 이 때 세 단자의 정합특성(matching)인 S11, S22, S33 와, 단자 2-단자 3 간의 격리특성(isolation)인 S32(또는 S23)가 중심주파수를 비롯한 일정한 대역 내에서 매우 우수하게 나타나고 있다.FIG. 11 shows the theoretical performance of a 1: 6 asymmetric Wilkinson power divider calculated using a circuit performance analysis tool. Because of the 1: 6 distribution ratio, the input power incident on terminal 1 must be delivered 1/7 to terminal 3 and 6/7 to terminal 2. Therefore, theoretically, S31 = -8.45dB at terminal 3 and S31 = -0.67dB at terminal 2. At this time, the matching characteristics of the three terminals S11, S22 and S33 and the isolation characteristic S32 (or S23) between the terminals 2-terminal 3 are very excellent in a certain band including the center frequency.

[도 12] 는 1:6 비대칭 윌킨슨 전력 분배기를 실제로 제작, 측정하여 그 성능을 나타낸 것이다. 실제 제작 과정에서는 이론적인 회로에서 고려할 수 없는 제작 오차가 약간 들어가기 마련이어서, 측정 결과에 있어서 이상적인(ideal) 성능으로부터 약간의 주파수 이동현상이 보이지만 그 차이는 무시할 만 하다. 측정된 성능이 전체적으로 이론적인 특성과 매우 잘 일치하고 있으므로, 본 명세서에서 제시하고 있는, DGS 를 이용한 고비율 비대칭 윌킨슨 전력 분배기의 설계 방법이 매우 타당하다고 할 수 있다.FIG. 12 shows the performance of a 1: 6 asymmetric Wilkinson power divider actually fabricated and measured. In the actual fabrication process, there are some fabrication errors that cannot be considered in the theoretical circuit, so that the measurement results show some frequency shift from ideal performance, but the difference is negligible. Since the measured performance is very consistent with the theoretical characteristics as a whole, the design method of the high-rate asymmetric Wilkinson power divider using DGS, which is presented here, is very valid.

[도 13] 은 두 출력 신호의 위상을 보여준다. 이론적으로는 두 신호간의 위상차가 없는 이상적인 결과를 보여주고 있다.13 shows the phases of two output signals. Theoretically, the ideal result shows no phase difference between the two signals.

[도 14] 는 실제로 측정한 두 출력 신호간의 위상차이다. 제작 과정에서의 오차나, 측정 과정에서 측정 단자 기준면(reference) 설정에서의 오차가 있을 수 있으므로 이상적인 값인 0 은 아니지만, 위상차가 최대 5° 정도로 매우 우수한 성능을 얻었다. 측정 단자의 선로 길이를 약간만 조정함으로써 위상차는 0 에 가까운 값으로 쉽게 만들 수 있다.14 is a phase difference between two output signals actually measured. Although there may be an error in the manufacturing process or a measurement terminal reference setting in the measurement process, the ideal value is not 0, but the phase difference is very good at about 5 °. By making minor adjustments to the line length of the measuring terminals, the phase difference can easily be made close to zero.

비대칭 전력 분배기를 구현하기 위하여 지금까지 많이 사용된 방법 가운데 하나는 90° 또는 180° 하이브리드 커플러를 비대칭 전력 분배기로 응용하는 것인데, 두 출력간의 위상차가 기본적으로 크기 때문에 나중에 역의 위상차를 만들어서 보상해 줘야 하는 문제가 있었다.One of the most widely used methods to implement an asymmetric power divider is to apply a 90 ° or 180 ° hybrid coupler as an asymmetric power divider. Since the phase difference between the two outputs is basically large, it is necessary to compensate for it later by making an inverse phase difference. There was a problem.

또 다른 방법으로 널리 사용되는 것이 방향성 결합기를 비대칭 전력분배기로 응용하는 것이었다. 이 경우에는 두 출력 단자 상호간에 DC적으로 차단되어 있으므로, DC 공급을 필요로 하는 능동회로가 두 출력 단자에 연결될 경우에는 DC 공급 회로를 두 단자에 각각 연결해야 하는 불편이 있었다.Another widely used method was to apply directional couplers as asymmetrical power dividers. In this case, since the two output terminals are DC-blocked to each other, it is inconvenient to connect the DC supply circuits to the two terminals when an active circuit requiring DC supply is connected to the two output terminals.

최근 각종 이동통신 시스템, 방송 시스템, 기타 통신 시스템에서 고효율 선형화기(linearizers)나 전력 증폭기(power amplifiers)를 설계하는데 있어서, 위상차가 없고, DC 전류가 같이 흐르면서도 고비율의 비대칭 전력 분배기를 많이 필요로 하고 있다.Recently, in designing high efficiency linearizers and power amplifiers in various mobile communication systems, broadcasting systems, and other communication systems, there are many phase ratio-free, high ratio asymmetric power dividers with DC current flowing. I am doing it.

본 발명에서 제시하는, 단순한 사각형 DGS 를 이용한 고비율 비대칭 윌킨슨 전력 분배기는 위에서 언급한, 커플러를 응용했을 경우의 문제점들을 해결할 수 있는 구조를 지니고 있다. 즉, 두 출력 사이에 위상차가 없으며, 두 출력 단자가 DC적으로 연결되어 있어서, 고효율 선형화기나 전력 증폭기 등에 응용되면 상대적으로 간단하고 저비용으로 시스템을 구성할 수 있다. 선형화기나 전력 증폭기 관련 부품 시장의 규모가 매우 크다는 것을 생각해 볼 때, 본 발명에서 제시한 방법을 잘 응용하면 충분히 큰 경제적인 효과를 창출할 수 있다.The high-rate asymmetric Wilkinson power divider using the simple square DGS proposed in the present invention has a structure that can solve the problems of the above-mentioned coupler. That is, there is no phase difference between the two outputs, and the two output terminals are DC-connected, so that when applied to a high efficiency linearizer or a power amplifier, the system can be configured relatively simple and at low cost. Considering that the parts market for linearizers and power amplifiers is very large, the application of the method proposed in the present invention can produce a sufficiently large economic effect.

Claims (3)

전력 분배기 마이크로스트립으로 구현한 비대칭 윌킨슨 전력 분배기에 있어서, 마이크로스트립 전송선로의 신호선(4) 아래에 있는 접지면에 사각형의 식각 구조(DGS: Defected Grounded Structure)를 두어 표준형 마이크로스트립 전송선로보다 큰 특성 임피던스를 갖게 하여 구현한 비대칭 윌킨슨 전력 분배기An asymmetric Wilkinson power divider implemented with a power splitter microstrip, characterized by a square etched structure (DGS) on the ground plane below the signal line (4) of the microstrip transmission line, which is larger than a standard microstrip transmission line. Asymmetric Wilkinson Power Divider with Impedance 청구항 1 에 있어서, 큰 사각형 DGS 한 개 대신 여러개의 작은 사각형 DGS를 사용하여 구현한 비대칭 윌킨슨 전력 분배기The asymmetric Wilkinson power divider of claim 1, which is implemented using several smaller square DGSs instead of one large square DGS. 청구항 1 내지 청구항 2 에 있어서, 접지면의 식각 구조는 사각형 이외에 원형, 삼각형, 맴돌이형, 기타 기하학적 모양으로 하는 비대칭 윌킨슨 전력분배기The asymmetric Wilkinson power divider according to claim 1, wherein the etch structure of the ground plane is circular, triangular, eddy, or other geometric shape in addition to the quadrangle.
KR1020030050374A 2003-07-22 2003-07-22 Unequal Wilkinson Power Dividers using Simple Rectangular Defected Ground Structure KR100578280B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030050374A KR100578280B1 (en) 2003-07-22 2003-07-22 Unequal Wilkinson Power Dividers using Simple Rectangular Defected Ground Structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020030050374A KR100578280B1 (en) 2003-07-22 2003-07-22 Unequal Wilkinson Power Dividers using Simple Rectangular Defected Ground Structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20030069140A true KR20030069140A (en) 2003-08-25
KR100578280B1 KR100578280B1 (en) 2006-05-11

Family

ID=32227334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020030050374A KR100578280B1 (en) 2003-07-22 2003-07-22 Unequal Wilkinson Power Dividers using Simple Rectangular Defected Ground Structure

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100578280B1 (en)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100689967B1 (en) * 2006-02-03 2007-03-08 삼성전자주식회사 Memory system with improved multi-module memory bus using wilkinson power divider
KR100718000B1 (en) * 2005-12-30 2007-05-15 고려대학교 산학협력단 Bidirectional switch with multi-layer structure and base unit thereof
KR100764423B1 (en) * 2006-06-30 2007-10-05 주식회사 케이티프리텔 Method for designing power divider and computer readable record medium on which a program therefor is recorded
KR100863392B1 (en) * 2007-03-15 2008-10-14 순천향대학교 산학협력단 Microstrip Transmission Line Structure And Unequal Wilkinson Power Dividers Using The Same
KR101010596B1 (en) * 2009-11-30 2011-01-24 한국과학기술원 Equalizer and communication device
KR101138304B1 (en) * 2010-10-12 2012-04-25 금오공과대학교 산학협력단 Dual band unequal power divider
CN109638401A (en) * 2018-12-20 2019-04-16 佛山臻智微芯科技有限公司 A kind of Wilkinson power divider of broadband not equal part
CN112002979A (en) * 2020-10-10 2020-11-27 电子科技大学 Filtering power divider and communication system
KR102229888B1 (en) 2020-04-23 2021-03-22 (주)이랑텍 defected ground structure power divider with high isolation performance in 5G and method thereof

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102496768B (en) * 2011-12-26 2014-12-31 中国电子科技集团公司第二十六研究所 Micro-strip delay line based on defected ground structure
CN103384022A (en) * 2013-06-17 2013-11-06 西安电子工程研究所 Implement method for plane micro-strip linear high-distribution ratio unequal power divider

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100718000B1 (en) * 2005-12-30 2007-05-15 고려대학교 산학협력단 Bidirectional switch with multi-layer structure and base unit thereof
KR100689967B1 (en) * 2006-02-03 2007-03-08 삼성전자주식회사 Memory system with improved multi-module memory bus using wilkinson power divider
US7646212B2 (en) 2006-02-03 2010-01-12 Samsung Electronic Co., Ltd. Memory system including a power divider on a multi module memory bus
KR100764423B1 (en) * 2006-06-30 2007-10-05 주식회사 케이티프리텔 Method for designing power divider and computer readable record medium on which a program therefor is recorded
KR100863392B1 (en) * 2007-03-15 2008-10-14 순천향대학교 산학협력단 Microstrip Transmission Line Structure And Unequal Wilkinson Power Dividers Using The Same
KR101010596B1 (en) * 2009-11-30 2011-01-24 한국과학기술원 Equalizer and communication device
KR101138304B1 (en) * 2010-10-12 2012-04-25 금오공과대학교 산학협력단 Dual band unequal power divider
CN109638401A (en) * 2018-12-20 2019-04-16 佛山臻智微芯科技有限公司 A kind of Wilkinson power divider of broadband not equal part
KR102229888B1 (en) 2020-04-23 2021-03-22 (주)이랑텍 defected ground structure power divider with high isolation performance in 5G and method thereof
CN112002979A (en) * 2020-10-10 2020-11-27 电子科技大学 Filtering power divider and communication system
CN112002979B (en) * 2020-10-10 2021-11-09 电子科技大学 Filtering power divider and communication system

Also Published As

Publication number Publication date
KR100578280B1 (en) 2006-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI394314B (en) Power combiners and dividers based on composite right and left handed metamaterial structures
US7084715B2 (en) Coupling device
US7307493B2 (en) Broadband 180° degree hybrid microwave planar transformer
Lim et al. Design of lowpass filters using defected ground structure and compensated microstrip line
Uysal et al. Synthesis, design, and construction of ultra-wide-band nonuniform quadrature directional couplers in inhomogeneous media
US6483397B2 (en) Tandem six port 3:1 divider combiner
US5808518A (en) Printed guanella 1:4 balun
US7164903B1 (en) Integrated N-way Wilkinson power divider/combiner
CN103700917A (en) Gysel power distribution filter with high power distribution ratio
US20140306778A1 (en) Miniature radio frequency directional coupler for cellular applications
CN103259072A (en) Ultra-wideband power divider based on exponential gradient
KR100578280B1 (en) Unequal Wilkinson Power Dividers using Simple Rectangular Defected Ground Structure
Lim et al. A new type of low pass filter with defected ground structure
CN110247145B (en) Bandwidth-adjustable broadband filtering balun with in-band good matching and isolation
CN203644921U (en) Gysel power dividing filter with high power dividing ratio
US6292070B1 (en) Balun formed from symmetrical couplers and method for making same
Chang et al. A 6: 1 unequal wilkinson power divider with EBG CPW
Hrobak et al. Design and construction of an ultrawideband backward wave directional coupler
KR101529749B1 (en) Broadband balun
CN113224494B (en) Dual-band power unequal directional coupler based on microstrip-slot line coupling line
Arshad et al. 0 dB coupler employing slot technique on planar microstrip
Li et al. A low-loss, impedance matched λ/4 compact T-junction power combiner
CN114497952A (en) Power divider with higher harmonic suppression characteristic and design method thereof
US7746193B2 (en) Miniature 180 degree hybrid coupler
Phromloungsri et al. Design high-directivity parallel-coupled lines using quadrupled inductive-compensated technique

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
B701 Decision to grant
GRNT Written decision to grant
J501 Disposition of invalidation of trial
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120502

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee