Abstract
In this paper, a broadband phase shifter structure using a new switched network was proposed. A new reference network is composed of coupled lines and 45$^{\circ}$open and short stubs, which are shunted at the edge points of a main line, respectively, A delay network is composed of only a standard transmission line. It is possible to design a broadband 180$^{\circ}$phase shifter that phase dispersive characteristics by an impedance ratio R of coupled lines and greater phase dispersive characteristics by characteristic impedances Zm, Zs of a main line and stubs are used together. By considering a structure symmetry, the even and odd mode analysis was performed to obtain theoretical S-parameters of the proposed phase shifter. Also, through computer simulation on the basis of derived equations, design graphs were presented to optimally design a 180$^{\circ}$broadband phase shifter. Design graphs provide the values of characteristic impedances Zm, Zs, and I/O match and phase bandwidths. To verify electrical performances of the broadband phase shifter proposed in this paper, low different 180$^{\circ}$phase shifters, operated at the center frequency 3 GHz were designed and fabricated using design graphs, and were experimented. One of them was designed as a standard Schiffman structure to compare with electrical performances. Measured results of each phase shifter to satisfy simultaneously design conditions of I/O match （VSWR=1.15:1) and maximum phase deviation $({\varepsilon}_{{\Delta}{\phi}}＝{\pm}2^{\circ})$ were well in agreement with corresponding simulation results over impedance match and phase error bandwidths, and showed broadband characteristics.
본 논문에서는 새로운 스위치 회로망을 사용하는 광대역 위상 천이기 구조를 제안하였다. 새로운 기준 회로 망은 결합 선로 및 45$^{\circ}$단락 및 개방 스터브들로 각각 구성되며, 지연 회로망은 표준 전송 선로로만 구성된다. 결합 선로의 우모드 및 기모드 임피던스 비 R에 따른 위상 산란 특성과 주 전송 선로의 특성 임피던스 Zm 및 단락 및 개방 스터브들의 특성 임피던스로 Zm에 의한 보다 강한 위상 산란 특성을 함께 사용하므로 광대역 180$^{\circ}$위상 천이기 설계가 가능하다. 제안된 위상 천이기에 대한 이론적인 산란 매개변수들을 얻기 위하여, 구조의 대칭성을 고려하여 우모드 및 기모드 해석 방법을 사용하였으며, 또한, 유도된 수식들을 바탕으로 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 최적의 180$^{\circ}$광대역 위상 천이기 설계를 위한 설계 그라프들을 제시하였다. 설계 그라프들은 Zm과 Zs의 특성 임피던스 값들과 입출력 정합 및 위상 대역폭 값들을 제공한다. 본 논문에서 제안하는 광대역 위상천이기의 전기적인 성능들을 검증하기 위하여, 설계 그래프를 이용하여 3종의 180$^{\circ}$위상 천이기들과 성능 비교를 위해 표준 쉬프만 구조의 180$^{\circ}$위상 천이기를 설계 및 제작하고 실험을 수행하였다. 입출력 임피던스 정합(VSWR=1.15:1) 및 최대 위상 오차$({\varepsilon}_{{\Delta}{\phi}}＝{\pm}2^{\circ})$설계 조건들을 동시에 만족하는 각 위상 천이기의 실험 결과들은 시뮬레이션 결과들과 잘 일치하였으며, 또한 광대역 특성들을 보여주었다.
