Microstip Coupler의 설계 및 제작과 측정

본문내용

entum, 제작된 coupler의 결과를 비교하여 보았다.
그림10. Actual Result
그림11. Touchstone 회로
coupler의 커플링양은 약 17.78dB로서 momentum과 비교해 볼 때 약 1dB정도 차이가 나고 설계된 커플러와는 2.7dB로 차이가 나는 것을 볼 수 있었다.
connect의 삽입손실과 여러 가지의 손실의 영향으로 2.7dB정도의 차이를 보이는 것을 알 수 있었다. 그래서 원하는 커플러의 스펙을 만들기 위해 이러한 손실을 고려하여 다시 설계를 하였다.
공진주파수를 맞추기 위해 커플러의 L값을 조정해가며 EM 시뮬레이션을 하였고, 실제로 제작하였을 때 손실로 인해 커플링이 2.7dB가 차이나는 것을 보정하기 위해 약 14dB로 맞추어 W값을 조정하여 제작하였다. 아래의 그림은 손실을 고려하여 튜닝 하여 제작한 커플러의 실제 측정화면이다.
그림 12. 튜닝을 완료한 커플러의 결과
15.2dB로 원하는 스펙과 거의 일치하게 나오는 것을 볼 수 있다. EM 시뮬레이션을 15dB로 나오도록 맞추어 가며 커플러간의 거리를 조정하여 커플링을 조절해서 제작 하였더니 원하는 커플링이 나오는 것을 알 수 있었다.
4. 결론
본 실험에서는 15dB coupled line coupler를 설계하고 제작하여 coupler의 특성을 이해하도록 하였고, 실제로 제작된 coupler와 설계하여 시뮬레이션 한 coupler의 차이점을 살펴보았다. 먼저 원하는 스펙에 맞도록 coupler의 여러 파라미터들을 구하였고 schematic에 circuit을 구현하였다. 또한 제작 전에 보다 정확한 측정을 위해 EM analysis를 이용하여 coupler의 동작을 살펴보았다. coupler를 실제로 제작하여 실제로 측정한 결과 EM analysis와 거의 동일하게 결과가 나온 것을 확인할 수 있었다. 처음 제작한 커플러가 원하는 커플링 양은 15dB이지만 약 17.7dB로 측정된 이유는 connect의 삽입손실과, 설계에 사용된 FR-4의 유전율과 실제 제작에 쓰인 FR-4의 유전율 차이로 인한 설계오차와 납땜손실 등으로 생긴 것으로 생각된다. 본 실험에서는 이러한 손실을 수식에 의해 계산하지 않았고 ADS 시뮬레이션과 EM 시뮬레이션을 사용하여 반복적으로 구하여 튜닝 하였다. 이러한 손실을 고려하여 다시 튜닝 하여 제작한 커플러는 원하는 커플링 양인 15.2dB로 설계한 것과 거의 같게 나온 것을 알 수 있었다.
이와 같이 제작 이전에 모든 경우의 손실을 고려하여 EM analysis를 통해 소자를 튜닝해보고 스펙에 맞게 parameter를 정하고 제작을 해야 할 것이며, 또한 connect의 연결과 Network Analyzer의 Calibration을 정확하게 하여 측정해야 할 것이다.
Reference
[1] 염경한, “전자회로 및 마이크로파 회로 설계 실습”, 충남대학교 출판부, pp.348~ 356, 2004
[2] 홍성용, “마이크로파 회로 실험”, 충남대학교 전기 정보통신공학부, pp.123~134, 2007

키워드

커플러,   커플,   ADS,   마이크로스트립