RF Power Divider Design by Lee and Yang

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RF Power Divider Design by Lee and Yang

  1. 1. 초고주파 전력 분배기 설계 REPORT 전력 분배기 설계 최종 보고서과 목 명 : 초고주파 공학담당교수 : 조용희 교수님조 원 : 이시구 양효경2012. 12. 09
  2. 2. 초고주파 전력 분배기 설계제 출 일 : 2012. 12. 09 목 차 1. 3G 통신 서비스 소개 2. 사용 기판 (FR4) 3. 50Ω M i c r o s t r i p L i n e설계 4. 전력분배기 설계 5. 임피던스 정합회로 설계 6. 반사도 특성 7. 전력 분배기 설계 노하우 8. 설계 과정에서 느낀점2012. 12. 09
  3. 3. 초고주파 전력 분배기 설계1. 3G통신 서비스 소개스마트폰의 보급화로 익숙한 통신 종류인 3G는 표준화 기구 3GPP에서 재정한 UMTS 표준안을따르는 네트워크로, IMT-2000이라고 하기도 한다. 흔히 제 3세대 통신이라고도 불리 우며, 고음질의 음성 통화, 고속 데이터 통신, 데이터 통신을 응용한 비디오 기능 등이 부가된 통신 방식이다.3G 통신은 크게 미국의 동기식 CDMA2000과 유럽의 비동기식 WCDMA로 구분 할 수 있다. 미국을 제외한 대부분의 나라 에서는 WCDMA를 채택하여 사용하며, 우리 나라 또한 KT와 SKT에서WCDMA를 채택하여 사용하고 있다.국내에서 주로 사용하는 WCDMA는 FDD 방식으로, 상향 1920~1980 MHz, 하향 2110~2170MHz의 주파수 대역을 사용한다.  따라서 이번 설계에서는 2GHz를 목표 주파수로 정하였다.2012. 12. 09
  4. 4. 초고주파 전력 분배기 설계2. 사용 기판FR4 기판 중 두께(H) : 0.060inch, 유전율(Er) : 4.4, 손실계수(TAND) : 0.02 을 사용 하였다.일반적으로 FR4 기판은 치수 변화나 흡수성이 적으며 주파수 특성 및 열과 강도 등이 기타 다른재질과 비교 할 때 가장 평균치에 가까운 재질 이다. 또한 가격 대비 성능이 우수하기 때문에, 경제적인 측면에서 일반적으로 많이 사용 되는 재질이다. 이러한 이유 때문에 이번 설계에서는 FR4기판을 사용하여 전력 분배기를 설계 하였다.2012. 12. 09
  5. 5. 초고주파 전력 분배기 설계3. 50Ω Microstrip Line 설계Components  Microstrip  Transmission Line  MS Trans, Line, Physical Length를 선택하여 전송선을 추가 하고, 양 단에 Microwave port를 연결 한다.위 오른쪽 아래 그림과 같이 두 개의 포트를 모두 임피던스를 50으로 설정 해 준다. Analysis 범위를 원하는 주파수대인 2GHz 가 포함 되도록 정해주고, Linear Count로 설정한다.Z Parameter의 그래프 ZIN과 ZOUT을 각각 im과 re로 선택하여 Report를 만든다.생성된 Report를 보면서 전송선의 넓이(W )를 조절하여 ZOUT 그래프가 50Ω이 되도록 한다.설계 결과 50Ω Microstrip Line의 넓이가 W : 2.9495mm, 길이가 P : 10mm 일 때 임피던스 실수부값(ZOUT)이 50Ω에 매우 근접하게 되었다.2012. 12. 09
  6. 6. 초고주파 전력 분배기 설계4. 전력 분배기 설계구조는 앞에서 설계한 50Ω Microstrip Line 과 같다.Port 1 과 2 에 연결 된 전송선은 병렬로 연결 된 것이기 때문에 두 전송선의 임피던스 합(ZL)은25Ω이다. 전송선 임피던스(ZO)는 50Ω 이기 때문에, 특성임피던스(ZT) 의 값은 35.35Ω이 된다. ZT ZO ZL √50 25 ∴ ZT 35.35Ω위와 같이 포트의 임피던스 값을 35Ω으로 설정하고 50Ω Microstrip Line 을 설계 할 때와 같은방법으로 그래프가 35.35Ω 이 될 때까지 전송선의 W 값을 조정한다.2012. 12. 09
  7. 7. 초고주파 전력 분배기 설계1/4 파장 정합 회로를 설계 해야 하므로, P 값을 조정하여 원하는 주파수 대(2GHz) 에서 위상이90 도가 되도록 한다. (필요하다면 미세 W 값을 미세조정 하여도 된다.)∴ 전력 분배기의 전송선은 W : 4.99mm , P : 20mm 로 설계하면 원하는 결과 값을 얻을 수 있다.2012. 12. 09
  8. 8. 초고주파 전력 분배기 설계5. 임피던스 정합 회로 설계Microstrip  General Components  MS Tee – Ref. Planes at Edge와 앞에서 설계한 50ΩMicrostrip Line, 전력 분배기를 사용하여 위의 그림과 같이 임피던스 정합 회로를 설계한다.S11 그래프를 확인 하여 원하는 주파수에서 -30dB 이하로 떨어지는 지 확인 한다.-30dB 아래로 떨어지지 않는다면 전력 분배기의 W, P를 미세 조정하여 -30dB 이하로 떨어지도록조정 한다.2012. 12. 09
  9. 9. 초고주파 전력 분배기 설계S21 그래프를 확인하여 2GHz 에서 -3dB 이하이면 설계가 잘 되었다고 볼 수 있다.6. 반사도 특성2012. 12. 09
  10. 10. 초고주파 전력 분배기 설계7. 전력 분배기 설계 노하우 1. 전송선에서의 전송선 임피던스의 값을 35Ω으로 맞춰준다. 2. 더 높은 반사도를 얻기 위해 계산한 값을 세밀하게 조정하고,w가 클수록 그래프의 폭이 넓어지고, p를 높이면 낮은 주파수에서 반사도가 0이 됨. P값을 낮췃을 경우 P값을 높였을 경우 3. 임피던스 정합 회로 설계시 전송선의 길이를 l= / 4를 사용하여 계산하여 준다. 4. 회로를 설계할 때, Port의 순서를 정확히 지정해주지 않으면 회로가 오작동을 일으켜,원하 는 수치의 그래프를 얻을 수 없다.2012. 12. 09
  11. 11. 초고주파 전력 분배기 설계 9. 느낀점 저희 조는 이번 Ansoft Designer SV를 이용한 프로젝트를 하면서 많은 것 을 배웠습니다. 우선 팀원간의 의사소통이 매우 중요하다는 것과 수업시간 에 교수님이 하시는 말씀을 잘 들어야 한다는 것입니다. 실험을 하다 보니 막히는 부분도 많고 모르는 부분 많은데 수업시간에 교수님이 하신 말씀 을 잘 정리하고 요약하면 설계하는데 있어서 무리 없이 진행 된 거 같습 니다. 그리고 3학년 마지막으로 하는 Term 설계 프로젝트라서 그런지 다 른 프로젝트 보다 더 열심히 한 거 같고 많은 시간을 투자했음에도 불구 하고 좀더 잘 할 수 있었을 거 같은 후회가 됩니다.2012. 12. 09

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