전문 전자기술자료 제공(고주파회로 기초강좌)

4. 매칭회로 구성의 결정

지금까지는 매칭 회로의 구성을 2소자로 한정해서 설명해 왔는데, 2소자에서도 여러 가지 조합이 있다는 것을 알고 있으리라 생각한다. 실제로는 불완전한 값의 인덕터나 콘덴서는 없기 때문에 요구되는 매칭의 정도에 따라 2소자, 3소자, 4소자…라는 식으로 필요하게 되는 소자수도 바뀌게 된다.

여기서 말하는 회로구성이란, 직렬로 L 또는 C를 삽입하거나, 병렬로 L 또는 C를 삽입하는 것을 말한다.
예를 들어, 어떤 회로의 입력에 있어서 매칭을 취하려는 주파수보다 높은 측에 제거하려는 신호가 있었다고 하자. 이 경우, 매칭 회로의 구성은 직렬 L과 병렬 C의 조합으로 하는 것이 좋다고 생각한다. 왜 직렬 L과 병렬 C로 하는 것일까? 이것은 LPF와 같은 회로 구성이다. 매칭 회로에 따라 주파수가 높은 측의 불필요한 주파수 성분을 어느 정도 제거할 수 있을 것이다.
이와 같이, 회로에 요구되는 주파수 특성 등에 따라 회로 구성을 정하는 경우도 있다.

2.항에서, 5종류의 2소자 매칭 회로에 대해 설명했는데, 그 설명에서 이용한 그림 2-2∼그림 2-6을 보고, 무언가 깨달은 점이 없는가?
매칭을 취하려고 한 1GHz의 포인트는 확실히 중심으로 가지고 올 수 있었다. 그러나 그 전후의 주파수 임피던스는 매칭 회로의 구성에 따라 전혀 다른 값으로 되어 버리고 있다. 더 주의해서 살펴 보면 매칭을 취할 때에 스미스차트상에서의 1소자당 이동거리가 긴 것일 수록 곡선이 넓어지고 있지 않은가? 다시 말해서, 매칭 회로의 각 소자마다 큰 임피던스 변화(스미스차트상에서의 이동)를 시킬 수록 곡선이 넓어지고 있다.
곡선이 넓어지고 있다는 것은 스미스차트의 중심 부근의 좁은 주파수 범위에서만 매칭이 취해지게 된다.
이와 같이, 회로 구성에 따라 매칭의 대역폭은 변하기 때문에 요구되는 대역폭에 따라서도 매칭 회로의 구성은 바뀌게 된다.

실제의 매칭 회로는 위에서 설명한 매칭의 정도, 주파수 특성, 대역폭 등의 요구 특성 뿐만 아니라, 매칭 회로용 기판상의 공간, 부자재 가격, 실현 가능한 소자값 등에 의해서도 그 구성이 좌우된다.

임피던스 매칭은 많은 경혐으로 필요로 하기 때문에 다양한 회로의 매칭 조정을 하여, 경험을 쌓을 필요가 있다고 생각한다. 실제 매칭 조정은 network analyzer를 이용하여 실시해야 한다. 그래서, 매칭 회로에 대한 설명의 마지막으로, 네트워크 애널라이저를 이용하여 매칭 조정을 하는데 있어서 주의점에 대해 설명한다.

5. 측정의 기준면

그러면, 여기서는 그림 2-12와 같이 기판에 실장된 있는 회로의 매칭 조정을 네트워크 애널라이저를 이용하여 실시하는 경우, 그 주의점에 대해 설명한다.

그림 2-12 피측정 회로

조정을 하기 전에, 우선 먼저 측정계를 교정할 필요가 있다. 일반적으로는 그림 2-13에 나타낸 바와 같이, 네트워크 애널라이저에 접속된 케이블의 끝부분에서 교정을 한다(1 PORT Calibration의 경우에는 OPEN, SHORT, LOAD의 교정). 교정이 끝나면 케이블의 끝부분이 측정의 기준면이 된다.
측정계의 교정이 끝났으면, 그림 2-14와 같이 피측정 회로에 케이블을 접속하여 측정, 조정을 시작한다. DUT와 커넥터를 접속하는 50Ω 라인 부분에 매칭 회로를 만든다. 네트워크 애널라이저의 표시를 스미스차트로 하고, 조정하기 전의 임피던스 특성을 확인한다.

그림 2-13 측정계

그림 2-14 접속, 측정

여기서, 임의의 부품(L, C)을 50Ω 라인의 임의의 위치에 직렬로 삽입했다고 하자, 스미스차트에 표시된 파형은 지금까지 설명해 온 동작과는 전혀 다른 동작을 나타낼 것이다. 왜 그럴까? 그것은 측정의 기준면과 조정 포인트가 일치하고 있지 않기 때문이다. 측정을 하고 있는 것은 기준면에서의 값이며, 조정 포인트에서의 값이 아니기 때문이다. 케이블과 커넥터의 접속점에 부품을 넣을 수 없다. 자 어떻게 하면 좋을까?
네트워크 애널라이저에는 Electrical Delay라는 전기지연을 보정하기 위한 기능이 준비되어 있다. 이 기능을 이용함으로써 측정의 기준면을 이동시킬 수 있다. 그림 2-15에 나타낸 바와 같이, 부품을 삽입하려는 곳에서 라인을 커트한다. 네트워크 애널라이저의 표시는 그림 2-16과 같이 될 것이다. 그러면 Electrical Delay 메뉴를 호출하여 보정을 하자. 키 손잡이 등을 이용하여, Electrical Delay의 값을 조정하여, 그림 2-16의 A점 부분에서 파형이 완전히 덩어리가 되도록 한다. 이것으로 보정이 완료된 것이다. 커트한 곳이 측정의 기준면이 된다.
커트한 부분을 접속하고, 새로운 기준면에서의 임피던스를 측정하자. 다음에, 커트한 곳에 임의의 부품을 삽입해 보기 바란다. 예상대로 동작을 나타낼 것이다.
고주파 회로의 임피던스 측정에서는 기준면이 어디에 있는지, 항상 의식하기 바란다.

그림 2-15 기준면의 이동 ①

그림 2-16 기준면의 이동 ②