링 하이브리드 커플러 설계

1. 구조

- 입력 포트: 2, 3

- 출력 포트: sum port = 1, difference port = 4

- 선로 형상 및 길이: 길이는 각 포트 선로 중심 사이의 거리임.

- 명칭: ring hybrid coupler, rat-race ring hybrid coupler, 180° hybrid coupler

- 실물 사진

2. 형태

1) 인쇄회로 형태

- 마이크로스트립

- Stipline

- Slotline

- Complanar waveguide (CPW)

- Substrate integrated waveguide (SIW)

2) 도파관 형태: Shijirbatar(12)

3. 응용

모노펄스 비교기: Bhilegaonkar(13)

혼합기: Shuch(77)

안테나 듀플렉서 (송수신 분리장치)

위상 변위기

4. 유사 구조

Magic tee

5. 설계

1) 기본적인 링 하이브리드 커플러 설계 상세결과는 인터넷에 잘 나오지 않는다.

이유: 너무 단순하여 논문 거리가 되지 않는다.

2) IMS 사의 상용 링하이브리드 커플러를 설계해 본다.

- 기판: Rogers 사의 TMM 13i, 유전체 두께 = 0.762mm (30mil), 유전상수 = 12.2, 손실탄젠트 = 0.0019, 도체 두께 = 0.035mm (1oz. copper)

- 구조

- 포트번호를 아래 그림과 같이 설정하라.

- 링에서 각 포트까지의 전기적 길이가 동일하게 한다. 링에서 각 포트까지의 선로만 분리 시뮬레이션하여 S₂₁의 위상이 모두 같게 한다.

3) 아래와 같이 결과 정리

참고문헌: Shijirbatar(12)

- 기판 정보

- 설계 구조: 평면도, 포트 번호 표시

- 회로 치수:

포트 선로폭

포트 선로 길이: 포트 1 = , 포트 2 = , 포트 3 = , 포트 4 =

링 선로 폭

링 선로 중심선 길이

- 설계 결과: 작성 예시

ㅇ 각 포트에서의 반사계수 크기: S₁₁, S₂₂, S₃₃, S₄₄의 크기

ㅇ 분리도(isolation) 크기: S₃₄, S₂₁의 크기

ㅇ Sum channel 전달계수 크기와 위상차

ㅇ Difference channel 전달계수 크기 및 위상차

참고문헌:

IMD(cat): Ring hybrid coupler, IMD2414

인대영(08): Rat race 형 방향성 결합기 설계

Rogers(cat): Substrate selection guide

6. 참고문헌 (심화 연구용)

Ring hybrid, bandwidth analysis: Rodriguez(xx)

Ring hyabrid, microstrip, wideband: Ahn(13), Chi(06), Chiu(13), Slade(xx)

Ring hybrid, lumped-element: Bahl(ch12)