Abstract
In this paper, novel lumped equivalent circuits for a conventional parallel directional coupler are proposed. This novel equivalent circuits only have self inductance and self capacitance, so we can design exact lumped equivalent circuit. The equivalent circuit and design formula for the presented lumped element coupler is derived based on the even- and odd-mode properties of a parallel-coupled line. By using the derived design formula, we have designed the 3 dB and 10 dB lumped element directional couplers at the center frequency of 100 MHz and 2 GHz, respectively a chip type directional coupler has been designed with multilayer configurations by employing commercial EM simulator. Designed chip-type directional couplers have a 3 dB-coupling value at the center frequency of 2 GHz and fabricated lumped directional coupler on fr4 organic substrate has a 3 dB, 10 dB-coupling values at the center frequency of 100 MHz. Excellent agreements between simulation results and measurement results on the designed directional couplers show the validity of this paper. Furthermore, in order to adapt to multi-layer process such as Low Temperature Cofired Ceramic (LTCC), chip-type lumped element couplers have been designed by using this method.
본 논문은 평행 결합 선로의 집중 소자형 등가회로를 이용한 방향성 결합기 설계 이론을 제안하였다. 이 등가 회로는 단지 자기 인덕턴스와 커패시턴스만을 가지며 이로 인해 정확한 집중 소자형 등가회로를 설계할 수 있는 장점을 제공한다. 본 논문에서 제시한 평행 결합선로의 등가회로와 등가 파라미터 추출식은 평행 결합 선로와 이 등가회로의 우$.$기 모드 특성의 등가관계를 이용하여 유도하였고, 본 논문에서 제시된 평행결합선로의 각 집중소자 등가회로 모델로 3 dB, 10 dB 방향성 결합기를 설계하여 시뮬레이션 결과와 실제 제작하여 측정한 결과를 비교하였다. 또한 LTCC 기술의 적용을 위하여 다층구조을 갖는 칩형태의 2 GHz대 집중소자형 방향성 결합기를 본 논문에서 제시한 등가회로 구조를 사용하여 설계하고, 상용 전자장 시뮬레이터를 사용하여 설계 결과를 검증하였다.
