λ/8 병렬 스터브들을 이용한 새로운 광대역 위상 천이기에 대한 연구

A Study on New Broadband Phase Shifter using λ/8 Parallel Stubs

본 논문에서는 전송 회로망의 주파수에 따른 산란 위상 특성의 기울기를 조정할 수 있는 새로운 광대역 위상천이기의 구조를 제안하였다. 새로운 기본 회로망은 중심 주파수에서 λ/2의 길이를 갖는 주 전송 선로와 주전송 선로의 양 끝단에 병렬로 연결된 λ/8의 길이를 갖는 개방 및 단자 스터브들로 구성되며, 원하는 위상 천이량에서 주파수 응답에 따른 최소 위상 오차 및 입출력 임피이던스 정합을 제공하도록 주 전송 선로와 두 개의 이중 병렬 스터브들의 특성 임피이던스들이 조정된다 특히, 제안된 구조는 90$^{\circ}$이상의 큰 위상 천이량을 갖는 광대역 위상 천이기 설계에 적합한 구조로서 옥타브 대역폭에서 동작된다. 새로운 광대역 위상 천이기 구조의 유용성을 검증하기 위하여 중심 주파수 3 GHz에서 동작하는 독립적인 45$^{\circ}$, 90$^{\circ}$, 180$^{\circ}$비트의 위상 천이기들과 각 위상 비트를 직렬로 연결한 3-비트 위상 천이기(45$^{\circ}$-phase step)를 설계 및 제작하고 실험하였다. 측정 결과들은 각 위상 비트에 대한 입출력 임피이던스 정합 및 위상 오차의 대역폭 내에서 시뮬레이션 결과들과 잘 일치함을 보여주었다.

In this paper, a new broadband phase shifter to adjust the slope of dispersive phase characteristic for frequency of transmission network was proposed. The new fundamental network consists of a fixed main line with a length of λ/2 at the center frequency and two double stubs, each with a length of λ/8 at the center frequency, which are open and shorted, respectively, and which are shunted at the edge points of the main line. Characteristic impedances of the main line and two parallel double stubs are adjusted to produce a minimum phase error and to obtain an input and output match at the desired phase shift. Especially, the proposed structure is especially suitable for a broadband phase shifter with large phase shifts more than 90$^{\circ}$, and it is operated in the octave bandwidth. To verify the usefulness of a new broadband phase shifter, each 45$^{\circ}$-, 90$^{\circ}$-, 180$^{\circ}$-bit phase shifter and 3-bit phase shifter(45$^{\circ}$-phase step), which is cascaded in series, operated at the center frequency 3 GHz were designed, fabricated and experimented. The measured results were in very close agreement with the corresponding simulation results over the bandwidth of I/O impedance match and phase error for each phase shift.