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분포 정수 회로 장점 및 단점
분포 정수 회로는 일부 형식에서는 저렴하고 제조하기 쉽지만, 집중 상수 회로보다 더 많은 공간을 차지한다. 이는 공간이 중요한 모바일 장치(특히 휴대용 장치)에서 문제가 된다. 작동 주파수가 너무 높지 않으면 설계자는 분포 소자로 전환하기보다는 구성 요소를 소형화할 수 있다. 그러나 집중 소자의 기생 소자 및 저항 손실은 집중 소자 임피던스의 공칭 값에 비례하여 주파수가 증가함에 따라 더 커진다. 어떤 경우에는 설계자가 향상된 품질의 이점을 얻기 위해 (해당 주파수에서 집중 소자를 사용할 수 있더라도) 분포 정수 설계를 선택할 수 있다. 분포 정수 설계는 더 큰 전력 처리 능력을 갖는 경향이 있다. 집중 소자를 사용하면 회로를 통과하는 모든 에너지가 작은 부피에 집중된다.
분포 정수 회로 미디어
여러 유형의 전송선로가 존재하며, 이들 중 어떤 것이든 분포 정수 회로를 구성하는 데 사용될 수 있다. 가장 오래된 (그리고 여전히 가장 널리 사용되는) 것은 한 쌍의 도체이다. 가장 일반적인 형태는 연선으로, 전화선 및 인터넷 연결에 사용된다. 분포 정수 설계가 유리해지는 지점보다 낮은 주파수에서 사용되기 때문에 분포 정수 회로에는 자주 사용되지 않는다. 그러나 설계자들은 종종 집중 상수 설계로 시작하여 개방형 선로 분포 정수 설계로 변환한다. 개방형 선로는 예를 들어 전신주의 전화선에 사용되는 한 쌍의 평행 비절연 도체이다. 설계자는 일반적으로 이 형태로 회로를 구현할 의도가 없으며, 이는 설계 프로세스의 중간 단계이다. 도체 쌍이 있는 분포 정수 설계는 레허선 및 안테나 급전선에 사용되는 트윈 리드와 같은 몇 가지 특수 용도로 제한된다.
분포 정수 회로 미디어
중심 도체가 절연된 차폐 도체로 둘러싸인 동축 선로는 마이크로파 장비를 상호 연결하고 장거리 전송에 널리 사용된다. 20세기 후반에 동축 분포 정수 장치가 일반적으로 제조되었지만, 비용 및 크기 문제로 인해 많은 응용 분야에서 평면 형태로 대체되었다. 공기-유전체 동축 선로는 저손실 및 고전력 응용 분야에 사용된다. 다른 매체의 분포 정수 회로는 상호 연결을 위해 회로 포트에서 동축 커넥터로 전환되는 경우가 많다.
대부분의 현대 분포 정수 회로는 평면 전송선로, 특히 대량 생산되는 소비재에 사용된다. 평면 선로에는 여러 형태가 있지만, 마이크로스트립으로 알려진 형태가 가장 일반적이다. 인쇄 회로 기판과 동일한 공정으로 제조할 수 있으므로 제작 비용이 저렴하다. 또한 동일한 보드에서 집중 회로와 통합하기 쉽다. 인쇄된 평면 선로의 다른 형태로는 스트립라인, 핀라인 및 다양한 변형이 있다. 평면 선로는 모놀리식 마이크로파 집적 회로에서도 사용될 수 있으며, 이 경우 장치 칩에 통합된다.
분포 정수 회로 미디어
많은 분포 정수 설계는 도파관에 직접 구현할 수 있다. 그러나 도파관에는 여러 도파관 모드가 가능하다는 추가적인 복잡성이 있다. 이러한 모드는 때때로 동시에 존재하며, 이 상황은 전도성 선로에는 유사점이 없다. 도파관은 전도성 선로보다 손실이 적고 공명기 품질이 높다는 장점이 있지만, 상대적으로 비싸고 부피가 크다는 단점 때문에 마이크로스트립이 종종 선호된다. 도파관은 고출력 군용 레이더 및 상위 마이크로파 대역(여기서 평면 형식은 손실이 너무 많음)과 같은 고급 제품에 주로 사용된다. 도파관은 주파수가 낮아질수록 부피가 커지므로 저주파 대역에서의 사용에 불리하다.
고급 무선 송신기(해양, 군사, 아마추어 무선)의 기계 필터와 같은 몇 가지 특수 응용 분야에서는 전자 회로가 기계 부품으로 구현될 수 있다. 이는 주로 기계식 공명기의 높은 품질 때문이다. 무선주파수 대역(마이크로파 주파수 미만)에서 사용되며, 이 경우 도파관이 사용될 수 있다. 기계 회로는 전체 또는 부분적으로 분포 정수 회로로 구현될 수도 있다. 기계 회로에서는 분포 정수 설계로의 전환이 가능하거나(또는 필요한) 주파수가 훨씬 낮다. 이는 기계 매체를 통해 신호가 전달되는 속도가 전기 신호의 속도보다 훨씬 느리기 때문이다.
분포 정수 회로 회로 구성 요소
분포 정수 회로에서 반복적으로 사용되는 여러 구조가 있다. 일반적인 구조 중 일부는 아래에서 설명한다.
스터브는 주 선로 옆으로 갈라져 나오는 짧은 길이의 선로이다. 스터브의 끝은 종종 개방 회로 또는 단락 회로로 남아 있지만, 집중 소자로 종단될 수도 있다. 스터브는 단독으로 사용될 수 있거나(예: 임피던스 매칭용) 여러 개를 함께 사용하여 필터와 같은 더 복잡한 회로에 사용될 수 있다. 스터브는 집중형 축전기, 유도자 또는 공명기와 동등하도록 설계될 수 있다.
분포 정수 회로에서 균일한 전송선로를 이용한 구성에서 벗어나는 경우는 드물다. 널리 사용되는 그러한 벗어남 중 하나는 부채꼴 모양의 방사형 스터브이다. 이들은 종종 한 쌍으로, 주 전송선로의 양쪽에 하나씩 사용된다. 이러한 쌍을 나비 스터브 또는 나비넥타이 스터브라고 한다.
분포 정수 회로 회로 구성 요소
결합 선로란 전자기적 결합이 존재하는 두 개의 전송선로를 말한다. 결합은 직접적 또는 간접적일 수 있다. 간접 결합에서는 두 선로가 일정 거리 동안 서로 가깝게 배치되며 그 사이에 차폐가 없다. 결합 강도는 선로 간 거리와 다른 선로에 제시된 단면에 따라 달라진다. 직접 결합에서는 분기 선로가 일정 간격으로 두 주 선로를 직접 연결한다.
결합 선로는 전력 분배기 및 방향성 결합기를 구성하는 일반적인 방법이다. 결합 선로의 또 다른 속성은 한 쌍의 결합된 공명기 역할을 한다는 것이다. 이 속성은 많은 분포 정수 필터에 사용된다.
분포 정수 회로 회로 구성 요소
캐스케이드 선로는 한 선의 출력이 다음 선의 입력에 연결되는 전송선로의 길이를 말한다. 서로 다른 특성 임피던스를 가진 여러 캐스케이드 선로는 필터 또는 광대역 임피던스 매칭 네트워크를 구성하는 데 사용될 수 있다. 이를 계단형 임피던스 구조라고 한다. 1/4 파장 길이의 단일 캐스케이드 선로는 4분의 1 파장 임피던스 변환기를 형성한다. 이것은 모든 임피던스 네트워크를 이중 임피던스로 변환하는 유용한 속성을 가지며, 이 역할에서 임피던스 인버터라고 불린다. 이 구조는 필터에서 사다리 토폴로지의 집중 상수 프로토타입을 분포 정수 회로로 구현하는 데 사용될 수 있다. 이를 위해 4분의 1 파장 변환기가 분포 정수 공명기와 번갈아 사용된다. 그러나 이것은 이제 오래된 설계이며, 임피던스 스텝과 같은 더 작은 인버터가 대신 사용된다. 임피던스 스텝은 서로 다른 특성 임피던스를 가진 두 개의 캐스케이드 전송선로의 접합부에서 형성되는 불연속성이다.
분포 정수 회로 회로 구성 요소
공동 공명기는 전도성 벽으로 둘러싸인 빈 공간(또는 때때로 유전체로 채워진 공간)이다. 벽에 있는 구멍은 공명기를 회로의 나머지 부분에 결합시킨다. 공명은 공동 벽에서 전자기파가 앞뒤로 반사되어 정상파를 형성함으로써 발생한다. 공동 공명기는 여러 매체에서 사용될 수 있지만, 도파관의 이미 존재하는 금속 벽에서 가장 자연스럽게 형성된다.
유전체 공명기는 유전체 물질 조각이 전자기파에 노출된 것이다. 원통형 또는 두꺼운 원반 형태로 가장 흔하다. 공동 공명기를 유전체로 채울 수 있지만, 본질적인 차이점은 공동 공명기에서는 전자기장이 전적으로 공동 벽 내에 포함된다는 것이다. 유전체 공명기는 주변 공간에 일부 전계를 가지고 있다. 이는 다른 구성 요소와의 바람직하지 않은 결합으로 이어질 수 있다. 유전체 공명기의 주요 장점은 동등한 공기 충전 공동보다 상당히 작다는 것이다.
나선형 공명기는 공동 내부의 나선형 와이어이며, 한쪽 끝은 연결되지 않고 다른 쪽 끝은 공동 벽에 접착되어 있다. 겉보기에는 집중형 유도자와 유사하지만, 나선형 공명기는 분포 정수 소자이며 초단파 및 낮은 극초단파 대역에서 사용된다.
분포 정수 회로 회로 구성 요소
프랙탈 곡선을 회로 구성 요소로 사용하는 것은 분포 정수 회로 분야에서 떠오르는 분야이다. 프랙탈은 필터 및 안테나용 공명기를 만드는 데 사용되어 왔다. 프랙탈을 사용하는 이점 중 하나는 공간 채움 속성으로, 다른 설계보다 작게 만들 수 있다는 것이다. 다른 장점으로는 광대역 및 다중 대역 설계를 생산하는 능력, 양호한 대역 내 성능 및 양호한 대역 외 제거가 포함된다. 실제로는 각 프랙탈 반복마다 제조 공차가 더욱 엄격해지고 결국 건설 방법으로 달성할 수 있는 것보다 커지기 때문에 진정한 프랙탈을 만들 수 없다. 그러나 소수의 반복 후에는 성능이 진정한 프랙탈에 가깝다. 이들을 진정한 프랙탈과 구별할 필요가 있는 경우 프리-프랙탈 또는 유한 차수 프랙탈이라고 부를 수 있다.
회로 구성 요소로 사용된 프랙탈에는 코흐 곡선, 민코프스키 섬, 시에르핀스키 곡선, 힐베르트 곡선 및 페아노 곡선이 있다. 처음 세 가지는 폐쇄 곡선으로, 패치 안테나에 적합하다. 후자의 두 가지는 프랙탈의 반대쪽에 종단이 있는 개방 곡선이다. 이들은 직렬 연결이 필요한 경우에 사용하기에 적합하다.
테이퍼는 단면이 점진적으로 변하는 전송선로이다. 무한개의 스텝을 가진 계단형 임피던스 구조의 극한 경우로 볼 수 있다. 테이퍼는 서로 다른 특성 임피던스를 가진 두 전송선로를 연결하는 간단한 방법이다. 테이퍼를 사용하면 직접 연결 시 발생하는 불일치 효과를 크게 줄일 수 있다. 단면의 변화가 너무 크지 않으면 다른 매칭 회로가 필요하지 않을 수도 있다. 테이퍼는 서로 다른 매체, 특히 다른 형태의 평면 매체에서 선로 간 전환을 제공할 수 있다. 테이퍼는 일반적으로 선형적으로 모양이 변하지만, 다양한 다른 프로파일이 사용될 수 있다. 가장 짧은 길이에서 지정된 매칭을 달성하는 프로파일은 클롭펜슈타인 테이퍼로 알려져 있으며 체비쇼프 필터 설계를 기반으로 한다.
테이퍼는 전송선로를 안테나에 맞추는 데 사용될 수 있다. 혼 안테나 및 비발디 안테나와 같은 일부 설계에서는 테이퍼 자체가 안테나이다. 혼 안테나는 다른 테이퍼와 마찬가지로 종종 선형이지만, 가장 좋은 매칭은 지수 곡선으로 얻어진다. 비발디 안테나는 지수 테이퍼의 평면(슬롯) 버전이다.
저항성 소자는 일반적으로 분포 정수 회로에서 유용하지 않다. 그러나 분포 저항기는 감쇠기 및 선로 종단에 사용될 수 있다. 평면 매체에서는 고저항 재료의 굴곡진 선로 또는 박막 또는 후막 재료의 증착된 패치로 구현될 수 있다. 도파관에서는 마이크로파 흡수 재료 카드를 도파관에 삽입할 수 있다.
분포 정수 회로 회로 블록
필터는 분포 정수 소자로 구성된 회로의 많은 부분을 차지한다. 스터브, 결합 선로 및 캐스케이드 선로를 포함하여 필터를 구성하는 데 다양한 구조가 사용된다. 변형으로는 인터디지털 필터, 컴라인 필터 및 헤어핀 필터가 있다. 최근 개발에는 프랙탈 필터가 포함된다. 많은 필터는 유전체 공명기와 함께 구성된다.
집중 상수 필터와 마찬가지로 더 많은 소자를 사용할수록 필터는 이상적인 응답에 더 가까워진다. 구조는 상당히 복잡해질 수 있다. 간단하고 협대역 요구 사항의 경우 단일 공명기면 충분할 수 있다(예: 스터브 또는 스퍼라인 필터).
협대역 응용 분야의 임피던스 매칭은 종종 단일 매칭 스터브로 달성된다. 그러나 광대역 응용 분야의 경우 임피던스 매칭 네트워크는 필터와 유사한 설계를 가정한다. 설계자는 필요한 주파수 응답을 지정하고 해당 응답을 가진 필터를 설계한다. 표준 필터 설계와의 유일한 차이점은 필터의 소스 및 부하 임피던스가 다르다는 것이다.
분포 정수 회로 회로 블록
방향성 결합기는 한 방향으로 흐르는 전력을 한 경로에서 다른 경로로 결합하는 4포트 장치이다. 포트 중 두 개는 주 선로의 입력 및 출력 포트이다. 입력 포트로 들어오는 전력의 일부는 세 번째 포트인 결합 포트로 결합된다. 입력 포트로 들어오는 전력은 네 번째 포트(일반적으로 격리 포트)로 결합되지 않는다. 역방향으로 흐르는 전력이 출력 포트로 들어오면 상호적인 상황이 발생한다. 일부 전력은 격리 포트로 결합되지만, 결합 포트로는 결합되지 않는다.
전력 분배기는 종종 방향성 결합기로 구성되며, 격리 포트는 일치하는 부하로 영구적으로 종단된다 (따라서 효과적으로 3포트 장치가 된다). 두 장치 사이에는 본질적인 차이가 없다. 방향성 결합기라는 용어는 일반적으로 결합 계수 (결합 포트에 도달하는 전력의 비율)가 낮을 때 사용되며, 결합 계수가 높을 때는 전력 분배기라는 용어가 사용된다. 전력 결합기는 단순히 역방향으로 사용되는 전력 분배기이다. 결합 선로를 사용하는 분포 정수 구현에서 간접적으로 결합된 선로는 낮은 결합 방향성 결합기에 더 적합하다. 직접 결합된 브랜치 선로 결합기는 높은 결합 전력 분배기에 더 적합하다.
분포 정수 회로 회로 블록
분포 정수 설계는 1/4 파장 (또는 다른 길이)의 소자 길이에 의존한다. 이는 단 하나의 주파수에서만 유효하다. 따라서 간단한 설계는 성공적으로 작동할 수 있는 제한된 대역폭을 가진다. 임피던스 매칭 네트워크와 마찬가지로 광대역 설계에는 여러 섹션이 필요하며 설계는 필터와 유사해진다.
출력 및 결합 포트 간에 전력을 균등하게 분할하는 방향성 결합기 (3 dB 결합기)를 하이브리드라고 한다. 원래 "하이브리드"는 하이브리드 변압기 (전화기에 사용되는 집중형 장치)를 지칭했지만, 이제는 더 넓은 의미를 갖는다. 결합 선로를 사용하지 않는 널리 사용되는 분포 정수 하이브리드는 하이브리드 링 또는 쥐 경주 결합기이다. 4개의 포트 각각은 전송선로 링의 다른 지점에 연결된다. 파동은 링 주위를 반대 방향으로 이동하여 정상파를 형성한다. 링의 일부 지점에서는 파괴적인 간섭으로 인해 널이 발생한다. 해당 지점에 설정된 포트에서는 전력이 나가지 않는다. 다른 지점에서는 건설적인 간섭이 전달되는 전력을 최대화한다.
분포 정수 회로 회로 블록
하이브리드 결합기의 또 다른 용도는 두 신호의 합과 차이를 생성하는 것이다. 그림에서 두 입력 신호는 1번 및 2번 포트로 입력된다. 두 신호의 합은 Σ 포트에 나타나고, 차이는 Δ 포트에 나타난다. 결합기 및 전력 분배기로서의 용도 외에도 방향성 결합기는 평형 믹서, 주파수 분별기, 감쇠기, 위상 변환기 및 안테나 배열 급전 네트워크에 사용될 수 있다.
서큘레이터는 일반적으로 3포트 또는 4포트 장치로, 한 포트로 들어오는 전력이 원형으로 다음 포트로 회전하면서 전달된다. 전력은 원형으로 한 방향(시계 방향 또는 반시계 방향)으로만 흐를 수 있으며, 다른 포트로는 전력이 전달되지 않는다. 대부분의 분포 정수 서큘레이터는 페라이트 재료를 기반으로 한다. 서큘레이터의 용도는 절연기로서 송신기(또는 기타 장비)를 안테나로부터의 반사로 인한 손상으로부터 보호하거나, 무선 시스템의 안테나, 송신기 및 수신기를 연결하는 이중화기로 사용된다.
분포 정수 회로 회로 블록
서큘레이터의 특이한 응용 분야는 건 다이오드의 부저항을 사용하여 받은 것보다 더 많은 전력을 반사하는 반사 증폭기이다. 서큘레이터는 입력 및 출력 전력 흐름을 별도의 포트로 지시하는 데 사용된다.
집중형 및 분포형 수동 회로는 거의 항상 상호적이지만, 서큘레이터는 예외이다. 상호성을 정의하거나 표현하는 여러 가지 동등한 방법이 있다. 마이크로파 주파수(분포 정수 회로가 사용되는 곳)의 회로에 편리한 방법은 S-파라미터를 사용하는 것이다. 상호 회로는 대칭인 S-파라미터 행렬 [S]를 갖는다. 서큘레이터의 정의에 따르면 이는 다음과 같이 될 수 없음이 분명하다.
이상적인 3포트 서큘레이터의 경우, 서큘레이터는 정의상 비상호적임을 보여준다. 따라서 표준 수동 부품(집중형 또는 분포형)으로 서큘레이터를 만드는 것은 불가능하다. 페라이트 또는 기타 비상호 재료 또는 시스템의 존재는 장치가 작동하는 데 필수적이다.
분포 정수 회로 능동 소자
분포 정수 소자는 일반적으로 수동형이지만, 대부분의 응용 분야에서는 어떤 역할에서든 능동 소자가 필요하다. 마이크로파 하이브리드 집적 회로는 많은 수동 소자에 분포 정수 소자를 사용하지만, 능동 소자(예: 다이오드, 트랜지스터 및 일부 수동 소자)는 개별적이다. 능동 소자는 패키지화될 수 있거나, 크기를 줄이고 패키지 유도 기생을 제거하기 위해 개별 패키징 없이 칩 형태로 기판에 배치될 수 있다.
분포 정수 회로 능동 소자
분포 증폭기는 여러 증폭 장치(일반적으로 FET)로 구성되며, 모든 입력은 하나의 전송선로를 통해 연결되고 모든 출력은 다른 전송선로를 통해 연결된다. 회로가 올바르게 작동하려면 각 트랜지스터 사이의 두 선로 길이가 같아야 하며, 각 트랜지스터는 증폭기의 출력에 추가된다. 이는 이득이 각 단계의 이득에 의해 곱해지는 기존의 다단 증폭기와 다르다. 분포 증폭기는 동일한 수의 트랜지스터를 가진 기존 증폭기보다 이득이 낮지만, 대역폭이 훨씬 더 넓다. 기존 증폭기에서는 각 추가 단계에 의해 대역폭이 감소하지만, 분포 증폭기에서는 전체 대역폭이 단일 단계의 대역폭과 동일하다. 분포 증폭기는 단일 대형 트랜지스터(또는 복잡한 다중 트랜지스터 증폭기)가 집중 상수 소자로 취급하기에는 너무 클 때 사용된다. 연결 전송선로는 개별 트랜지스터를 분리한다.
분포 정수 회로 역사
분포 정수 모델링은 1881년에 올리버 헤비사이드가 전기 네트워크 분석에 처음 사용했다. 헤비사이드는 이를 사용하여 대서양 횡단 전신 케이블의 신호 동작에 대한 정확한 설명을 찾았다. 초기 대서양 횡단 전신 전송은 당시 잘 이해되지 않았던 분산 효과로 인해 어렵고 느렸다. 현재 전신 방정식으로 알려진 헤비사이드의 분석은 문제를 식별하고 부하 코일을 통해 극복하는 방법을 제안했다. 이는 여전히 전송선로의 표준 분석으로 남아 있다.
워렌 P. 메이슨은 분포 정수 회로의 가능성을 처음으로 조사했으며, 1927년에 이 방법으로 설계된 동축 필터에 대한 특허를 출원했다. 메이슨과 사이크스는 1937년에 이 방법에 대한 결정적인 논문을 발표했다. 메이슨은 또한 1927년 박사 학위 논문에서 분포 정수 음향 필터를, 1941년에 출원된 특허에서 분포 정수 기계 필터를 처음 제안했다. 메이슨의 작업은 동축 형태 및 기타 전도성 전선에 관한 것이었지만, 대부분은 도파관에도 적용될 수 있었다. 음향 작업이 먼저 이루어졌고, 벨 연구소 무선 부서의 메이슨 동료들은 그에게 동축 및 도파관 필터를 돕도록 요청했다.
분포 정수 회로 역사
제2차 세계 대전 이전에는 분포 정수 회로에 대한 수요가 거의 없었다. 무선 송신에 사용되는 주파수는 분포 정수 소자가 유리해지는 지점보다 낮았다. 낮은 주파수는 방송 목적의 주요 고려 사항인 더 넓은 범위를 가졌다. 이러한 주파수에는 효율적인 작동을 위해 긴 안테나가 필요했으며, 이는 고주파 시스템에 대한 연구로 이어졌다. 1940년 공동 자전관의 도입이 핵심적인 돌파구였는데, 이는 마이크로파 대역에서 작동하여 항공기에 설치할 수 있을 만큼 작은 레이더 장비를 만들었다. 이후 레이더의 필수 구성 요소인 분포 정수 필터 개발이 급증했다. 동축 구성 요소의 신호 손실은 도파관의 첫 번째 광범위한 사용으로 이어져 필터 기술을 동축 영역에서 도파관 영역으로 확장했다.
분포 정수 회로 역사
전쟁 중의 작업은 보안상의 이유로 전쟁 후에야 대부분 출판되었으며, 이로 인해 각 개발에 누가 책임이 있었는지 확인하기 어려웠다. 이 연구의 중요한 중심지는 MIT 방사선 연구소 (Rad Lab)였지만, 미국과 영국의 다른 곳에서도 연구가 진행되었다. Rad Lab의 작업은 파노(Fano)와 로슨(Lawson)에 의해 출판되었다. 또 다른 전쟁 중 개발은 하이브리드 링이었다. 이 작업은 벨 연구소에서 수행되었으며, 전쟁 후에 W. A. 티럴(Tyrrell)에 의해 출판되었다. 티럴은 도파관에 구현된 하이브리드 링을 설명하고, 잘 알려진 도파관 매직 티 측면에서 분석한다. 다른 연구자들은 곧 이 장치의 동축 버전을 출판했다.
조지 마타이(George Matthaei)는 레오 영을 포함한 스탠퍼드 연구소의 연구 그룹을 이끌었고 많은 필터 설계를 담당했다. 마타이는 인터디지털 필터와 컴라인 필터를 처음으로 설명했다. 이 그룹의 작업은 1964년에 분포 정수 회로 설계의 현황을 다룬 획기적인 책으로 출판되었으며, 이는 수년 동안 주요 참고 자료로 남아 있었다.
분포 정수 회로 역사
평면 형식은 로버트 M. 바렛이 스트립라인을 발명하면서 사용되기 시작했다. 스트립라인도 전쟁 중 발명품이었지만, 그 세부 사항은 1951년에야 출판되었다. 1952년에 발명된 마이크로스트립은 스트립라인의 상업적 경쟁자가 되었다. 그러나 평면 형식은 1960년대에 기판용 더 나은 유전체 재료를 사용할 수 있게 될 때까지 마이크로파 응용 분야에서 널리 사용되기 시작하지 않았다. 더 나은 재료를 기다려야 했던 또 다른 구조는 유전체 공명기였다. 그 장점(컴팩트한 크기와 높은 품질)은 1939년에 R. D. 릭터마이어(Richtmeyer)에 의해 처음 지적되었지만, 좋은 온도 안정성을 가진 재료는 1970년대까지 개발되지 않았다. 유전체 공명기 필터는 이제 도파관 및 전송선로 필터에서 흔히 사용된다.
중요한 이론적 발전으로는 1948년에 출판된 폴 I. 리처드의 동선선로 이론과 1955년에 쿠로다(Kuroda)에 의해 출판된 리처드 이론의 일부 실용적인 한계를 극복한 변환 집합인 쿠로다 항등식이 포함되었다. 네이선 코헨(Nathan Cohen)에 따르면, 1957년에 레이먼드 듀하멜(Raymond DuHamel)과 드와이트 이스벨이 발명한 로그 주기 안테나는 첫 번째 프랙탈 안테나로 간주되어야 한다. 그러나 그 자기 유사성 특성, 즉 프랙탈과의 관계는 당시에는 간과되었다. 여전히 일반적으로 프랙탈 안테나로 분류되지 않는다. 코헨은 1987년 브누아 망델브로의 강의에서 영감을 받은 후 프랙탈 안테나 부류를 명시적으로 처음으로 식별했지만, 1995년까지 논문을 출판할 수 없었다.
왕옌청
왕옌청(王彥程, Wang Yan-Cheng, 2001년 2월 14일 ~ )은 대만의 야구 선수이자, 현 한화 이글스의 투수이다.
왕옌청 프로 입문 전
2018년, 고보가상고(穀保家商) 재학 중 BFA U-18 아시아 선수권 대회에 차이니즈타이페이 대표로 출전했으며, 9월 7일 일본전에서 2안타 1실점으로 완투승을 거두어 팀의 준우승에 크게 기여했다.
왕옌청 일본 프로야구 시절
2019년 8월 20일 NPB 도호쿠 라쿠텐 골든이글스에 입단하였다. 육성 선수 계약을 맺었으며 등번호는 017번이었다. 1군에서의 등판은 없었다.
왕옌청 한국 프로야구 시절
2025년 11월 13일, KBO 한화 이글스와 계약했고, 2026년부터 도입되는 아시아쿼터제로 입단했다.
왕옌청 플레이 스타일
왼손에서 나오는 최고 151km/h의 빠른 직구와 슬라이더를 중심으로 던진다.
제4차 사랑 혁명
《제4차 사랑 혁명》은 2025년 11월 13일부터 공개 중인 Wavve 오리지널 드라마다.
제4차 사랑 혁명 기획 의도
모태솔로 공대생 주연산과 백만 인플루언서 모델과 강민학이 무근본 학과 통폐합으로 만나며 벌어지는 오류 가득 대환장 로맨스 코미디
스기모토 코우키
스기모토 코우키(杉本 幸基, Sugimoto Koki, 2000년 5월 19일 ~ )는 일본의 야구 선수이자, 현 KBO 리그의 kt wiz의 투수이다.
스기모토 코우키 프로야구 데뷔 전
오오가키니혼대 부속 고등학교(ja:大垣日本大学高等学校)에서 니혼대학을 거쳤다.
스기모토 코우키 일본 프로야구 시절
2023년에 도쿠시마 인디고삭스에 입단하였다.
스기모토 코우키 한국 프로야구 시절
2026년에 도입되는 KBO 아시아쿼터제의 외국인 투수로 KT 위즈와 계약금 포함 연봉 9만 달러, 인센티브 3만 달러의 총액 12만 달러로 영입되었다고 11월 13일 KT 위즈가 공식 발표했다.
스기모토 코우키 플레이 스타일
최속 154km/h의 직구와 슬라이더, 포크 등 다양한 변화를 구사하는 우완 투수이다. 도쿠시마 소속 3년차에는 팀 내 최다 등판(42경기)과 안정적인 방어율로 활약했다.
전력 분배기 및 방향성 결합기
전력 분배기(영어: Power dividers, 또는 전력 분할기(power splitters) 및 역으로 사용될 때 전력 결합기(power combiners)) 및 방향성 결합기(영어: directional couplers)는 주로 무선 기술 분야에서 사용되는 수동소자이다. 이들은 전송선로 내 전자기 전력의 정의된 양을 포트에 결합하여 신호가 다른 회로에서 사용될 수 있도록 한다. 방향성 결합기의 필수적인 특징은 한 방향으로 흐르는 전력만 결합한다는 것이다. 출력 포트로 들어오는 전력은 격리된 포트에 결합되지만 결합된 포트에는 결합되지 않는다. 두 포트 사이에 전력을 균등하게 분할하도록 설계된 방향성 결합기를 하이브리드 결합기(영어: hybrid coupler)라고 한다.
전력 분배기 및 방향성 결합기
방향성 결합기는 대부분 두 개의 결합된 전송선로를 서로 충분히 가깝게 배치하여 한 선을 통과하는 에너지가 다른 선으로 결합되도록 구성된다. 이 기술은 마이크로파 주파수에서 선호되며, 전송선로 설계가 많은 회로 요소를 구현하는 데 일반적으로 사용된다. 그러나 집중 구성 요소 장치도 텔레포니에서 접하는 오디오 주파수와 같은 저주파수에서 가능하다. 또한 마이크로파 주파수, 특히 높은 대역에서는 도파관 설계가 사용될 수 있다. 이러한 도파관 결합기 중 다수는 전도성 전송선로 설계 중 하나에 해당하지만, 도파관에만 고유한 유형도 있다.
방향성 결합기와 전력 분배기는 많은 응용 분야를 가지고 있다. 여기에는 측정 또는 모니터링을 위한 신호 샘플 제공, 피드백, 안테나에 대한 피드 결합 및 안테나로부터의 피드 결합, 안테나 빔 형성, 케이블 TV와 같은 케이블 분산 시스템용 탭 제공, 전화선에서 송수신 신호 분리 등이 포함된다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 표기 및 기호
방향성 결합기에 가장 자주 사용되는 기호는 그림 1에 나와 있다. 기호에는 결합 계수가 dB로 표시될 수 있다. 방향성 결합기는 네 개의 포트를 가지고 있다. 포트 1은 전력이 인가되는 입력 포트이다. 포트 3은 포트 1에 인가된 전력의 일부가 나타나는 결합 포트이다. 포트 2는 포트 1에서 출력되는 전력 중 포트 3으로 간 부분을 제외한 전력이 출력되는 전송 포트이다. 방향성 결합기는 종종 대칭적이므로 격리 포트인 포트 4도 존재한다. 포트 2에 인가된 전력의 일부는 포트 4로 결합된다. 그러나 이 장치는 일반적으로 이 모드에서 사용되지 않으며 포트 4는 일반적으로 정합 부하 (일반적으로 50옴)로 종단된다. 이 종단은 장치 내부에 있을 수 있으며 포트 4는 사용자에게 접근할 수 없다. 사실상, 이것은 3포트 장치로 이어지므로 그림 1의 방향성 결합기에 대한 두 번째 기호의 유용성이 있다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 표기 및 기호
다음과 같은 형태의 기호;
이 문서에서는 "포트 b의 입력으로 인한 포트 a의 매개변수 P"를 의미한다.
전력 분배기 기호는 그림 2에 나와 있다. 전력 분배기와 방향성 결합기는 모든 면에서 동일한 종류의 장치이다. 방향성 결합기는 느슨하게 결합된 4포트 장치에 사용되는 경향이 있다. 즉, 입력 전력의 작은 부분만이 결합 포트에 나타난다. 전력 분배기는 밀접하게 결합된 장치(일반적으로 전력 분배기는 출력 포트 각각에 입력 전력의 절반을 제공한다. 3 dB 분배기)에 사용되며 일반적으로 3포트 장치로 간주된다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 매개변수
모든 방향성 결합기에 공통적으로 요구되는 특성은 넓은 동작 대역폭, 높은 지향성, 그리고 다른 포트들이 정합 부하로 종단될 때 모든 포트에서 양호한 임피던스 정합이다. 이러한 특성 중 일부와 기타 일반적인 특성은 아래에서 논의된다.
결합 계수는 다음과 같이 정의된다:
여기서 P1은 포트 1의 입력 전력이고 P3은 결합 포트의 출력 전력이다 (그림 1 참조).
결합 계수는 방향성 결합기의 주요 특성을 나타낸다. 결합 계수는 음의 값이며, 수동 소자의 경우 0 dB를 초과할 수 없으며, 실제로는 −3 dB를 초과하지 않는다. 그 이유는 이보다 높으면 전송 포트의 전력보다 결합 포트의 출력 전력이 더 많아져 사실상 역할이 뒤바뀌기 때문이다. 음의 값임에도 불구하고, 음수 부호는 자주 생략되며(그러나 여전히 암시됨) 일부 저자는 이를 양의 값으로 정의하기까지 한다. 결합은 일정하지 않고 주파수에 따라 달라진다. 다른 설계가 변동을 줄일 수 있지만, 완벽하게 평탄한 결합기는 이론적으로 만들 수 없다. 방향성 결합기는 주파수 대역 중심에서의 결합 정확도 측면에서 지정된다.
포트 1에서 포트 2로의 주 회선 삽입 손실 (P1 – P2)은 다음과 같다.
삽입 손실:
전력 분배기 및 방향성 결합기 매개변수
이 손실의 일부는 결합 포트로 전력이 이동하기 때문에 발생하며, 이를 결합 손실이라고 하며 다음과 같이 주어진다.
결합 손실:
이상적인 방향성 결합기의 삽입 손실은 전적으로 결합 손실로 구성된다. 그러나 실제 방향성 결합기에서 삽입 손실은 결합 손실, 유전체 손실, 도체 손실 및 VSWR 손실의 조합으로 구성된다. 주파수 범위에 따라, 15 dB 결합 이상에서는 결합 손실의 중요성이 줄어들고 다른 손실이 전체 손실의 대부분을 차지한다. 손실 없는 결합기에 대한 이론적인 삽입 손실(dB) 대 결합(dB)은 그림 3의 그래프와 아래 표에 나와 있다.
방향성 결합기의 격리(Isolation)는 다른 두 포트가 정합 부하로 종단될 때 입력 포트와 격리 포트 사이의 신호 레벨 차이(dB)로 정의할 수 있다.
격리:
격리는 두 출력 포트 사이에서도 정의할 수 있다. 이 경우, 한 출력 포트가 입력으로 사용되고, 다른 출력 포트는 출력으로 간주되며, 나머지 두 포트(입력 및 격리)는 정합 부하로 종단된다.
따라서:
전력 분배기 및 방향성 결합기 매개변수
입력 포트와 격리 포트 사이의 격리는 두 출력 포트 사이의 격리와 다를 수 있다. 예를 들어, 포트 1과 4 사이의 격리가 30 dB인 반면, 포트 2와 3 사이의 격리는 25 dB와 같은 다른 값일 수 있다. 격리는 결합 및 반사 손실로부터 추정할 수 있다. 격리는 가능한 한 높아야 한다. 실제 결합기에서 격리 포트는 결코 완전히 격리되지 않는다. 일부 RF 전력은 항상 존재한다. 도파관 방향성 결합기는 최고의 격리를 가질 것이다.
지향성(Directivity)은 격리와 직접적으로 관련되어 있다. 다음과 같이 정의된다.
지향성:
여기서: P3은 결합 포트의 출력 전력이고 P4는 격리 포트의 출력 전력이다.
지향성은 가능한 한 높아야 한다. 설계 주파수에서 지향성은 매우 높으며, 두 파동 성분의 상쇄에 의존하므로 주파수의 더욱 민감한 함수이다. 도파관 방향성 결합기는 최고의 지향성을 가질 것이다. 지향성은 직접 측정할 수 없으며, 격리 측정값과 (음의) 결합 측정값의 합으로부터 계산된다.
결합의 양의 정의가 사용되면, 공식은 다음과 같이 된다는 점에 유의한다.
이상적인(무한한 격리 및 완벽하게 정합된) 대칭 방향성 결합기에 대한 S-행렬은 다음과 같다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 매개변수
는 투과계수이고,
는 결합 계수이다.
일반적으로 와 는 복소수, 주파수 의존적인 숫자이다. 행렬 주대각선의 0은 완벽한 정합의 결과이다. 즉, 어떤 포트로 입력되는 전력도 같은 포트로 반사되지 않는다. 행렬 반대각선의 0은 입력 포트와 격리 포트 사이의 완벽한 격리의 결과이다.
수동 손실 없는 방향성 결합기의 경우, 추가로 다음을 만족해야 한다.
입력 포트로 들어오는 전력이 다른 두 포트 중 하나로 모두 나가야 하기 때문이다.
삽입 손실은 와 다음과 같이 관련되어 있다.
결합 계수는 와 다음과 같이 관련되어 있다.
0이 아닌 주 대각선 요소는 반사 손실과 관련이 있으며, 0이 아닌 반대각선 요소는 유사한 표현으로 격리와 관련이 있다.
일부 저자는 포트 3과 4를 서로 바꿔서 포트 번호를 정의한다. 이로 인해 산란 행렬이 반대각선이 모두 0이 아니게 된다.
이 용어는 3 dB 하이브리드의 두 출력 포트 간의 dB 단위 전력 차이를 정의한다. 이상적인 하이브리드 회로에서 이 차이는 0 dB여야 한다. 그러나 실제 장치에서는 진폭 균형이 주파수에 따라 달라지며 이상적인 0 dB 차이에서 벗어난다.
하이브리드 결합기의 두 출력 포트 간의 위상 차이는 사용되는 유형에 따라 0°, 90° 또는 180°여야 한다. 그러나 진폭 균형과 마찬가지로 위상 차이는 입력 주파수에 민감하며 일반적으로 몇 도 정도 변동한다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 전송선로 유형
가장 일반적인 형태의 방향성 결합기는 한 쌍의 결합된 전송선로이다. 이들은 동축 및 평면 기술(스트립라인 및 마이크로스트립)을 포함한 여러 기술로 구현될 수 있다. 스트립라인 구현의 λ/4 방향성 결합기가 그림 4에 나와 있다. 결합선 위의 전력은 주 선 위의 전력과 반대 방향으로 흐르므로 포트 배열은 그림 1에 표시된 것과 같지 않지만 번호는 동일하게 유지된다. 이러한 이유로 때때로 역방향 결합기라고도 한다.
주 선은 포트 1과 2 사이의 섹션이며, 결합 선은 포트 3과 4 사이의 섹션이다. 방향성 결합기는 선형 장치이므로 그림 1의 표기법은 임의적이다. 어떤 포트든 입력이 될 수 있으며(그림 20에서 예시를 볼 수 있음), 이는 직접 연결된 포트가 전송 포트가 되고, 인접 포트가 결합 포트가 되며, 대각선 포트가 격리 포트가 된다. 일부 방향성 결합기에서는 주 선이 고전력 작동(대형 커넥터)을 위해 설계된 반면, 결합 포트는 SMA 커넥터와 같은 작은 커넥터를 사용할 수 있다. 내부 부하 전력 등급 또한 결합 선의 작동을 제한할 수 있다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 전송선로 유형
결합 계수의 정확도는 두 결합선 간격의 치수 허용 오차에 따라 달라진다. 평면 인쇄 기술의 경우 이는 인쇄 공정의 해상도에 달려 있으며, 이는 생산할 수 있는 최소 트랙 폭을 결정하고 선들을 서로 얼마나 가깝게 배치할 수 있는지에 대한 한계를 설정한다. 이는 매우 긴밀한 결합이 필요할 때 문제가 되며, 3 dB 결합기는 종종 다른 설계를 사용한다. 그러나 긴밀하게 결합된 선은 에어 스트립라인으로 제작할 수 있으며, 이는 인쇄 평면 기술로도 제조가 가능하다. 이 설계에서는 두 선이 유전체의 양쪽에 인쇄되며, 서로 가장자리를 맞대는 것보다 폭 전체에 걸쳐 결합이 훨씬 더 크다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 전송선로 유형
λ/4 결합선 설계는 동축 및 스트립라인 구현에 적합하지만, 현재 널리 사용되는 마이크로스트립 형식에서는 잘 작동하지 않는다. 비록 설계는 존재하지만 그 이유는 마이크로스트립이 균질 매체가 아니기 때문이다. 전송선 스트립 위와 아래에 두 개의 다른 매체가 존재한다. 이로 인해 전도성 회로에서 발견되는 일반적인 TEM 모드 이외의 횡방향 모드가 발생한다. 짝수 및 홀수 모드의 전파 속도가 달라 신호 분산이 발생한다. 마이크로스트립에 대한 더 나은 해결책은 그림 5에 나타난 λ/4보다 훨씬 짧은 결합선이지만, 이는 주파수에 따라 결합 계수가 눈에 띄게 증가하는 단점이 있다. 이 설계의 변형 중 하나는 그림 6에 나타난 것처럼 결합선이 주 선보다 높은 특성 임피던스를 갖는 경우이다. 이 설계는 결합기가 전력 모니터링을 위해 검출기에 연결될 때 유리하다. 높은 임피던스 선은 주어진 주 선 전력에 대해 더 높은 RF 전압을 발생시켜 검출기 다이오드의 작동을 더 쉽게 만든다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 전송선로 유형
제조업체에서 지정하는 주파수 범위는 결합선의 주파수 범위이다. 주 선의 응답은 훨씬 더 넓다. 예를 들어, 2–4 GHz로 지정된 결합기는 1–5 GHz에서 작동할 수 있는 주 선을 가질 수 있다. 결합 응답은 주파수에 따라 주기적이다. 예를 들어, λ/4 결합선 결합기는 nλ/4에서 응답을 가지며, 여기서 n은 홀수 정수이다. 주 선의 짧은 임펄스가 결합기를 통해 추적될 때 이 선호되는 응답이 분명해진다. 주 선의 임펄스가 결합선에 도달하면 RC-고역통과 필터의 응답과 유사하게 동일한 극성의 신호가 결합선에 유도된다. 이는 결합선에 두 개의 비반전 펄스가 서로 반대 방향으로 이동하게 한다. 주 선의 펄스가 결합선을 떠날 때, 반전된 신호가 결합선에 유도되어 서로 반대 방향으로 이동하는 두 개의 반전 임펄스를 유발한다. 결합선에서 주 선의 펄스와 같은 방향으로 가는 두 임펄스는 서로 반대 극성을 갖는다. 이들은 서로 상쇄되어 전방향으로 결합선 출구에 응답이 없다. 이것이 비결합 포트이다. 결합선에서 주 선의 펄스와 반대 방향으로 이동하는 펄스도 서로 반대 극성을 갖지만, 두 번째 임펄스는 평행선의 지연 시간의 두 배만큼 지연된다. λ/4 결합선의 경우 총 지연 길이는 λ/2이므로 두 번째 신호는 반전되어 결합 포트에서 최대 응답을 제공한다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 전송선로 유형
단일 λ/4 결합 섹션은 옥타브 미만의 대역폭에 적합하다. 더 넓은 대역폭을 얻기 위해 여러 λ/4 결합 섹션이 사용된다. 이러한 결합기의 설계는 분포 정수 필터의 설계와 거의 동일하게 진행된다. 결합기의 섹션은 필터의 섹션으로 취급되며, 각 섹션의 결합 계수를 조정하여 결합 포트가 버터워스 필터와 같이 최대한 평탄하거나 카우어 필터와 같이 등리플 또는 체비쇼프 필터와 같이 지정된 리플 응답과 같은 모든 고전적인 필터 응답을 갖도록 만들 수 있다. 리플은 결합 포트의 통과대역 내 출력의 최대 변동을 나타내며, 일반적으로 공칭 결합 계수에서 dB 값으로 플러스 또는 마이너스로 인용된다.
결합선 방향성 결합기는 모든 주파수에서 가 순수 실수이고 가 순수 허수임을 보일 수 있다. 이는 S-행렬을 단순화하고 결합 포트가 출력 포트와 항상 직교 위상(90°)에 있다는 결과를 가져온다. 일부 응용 분야에서는 이 위상 차이를 활용한다. 라고 하면, 손실 없는 작동의 이상적인 경우는 다음과 같이 단순화된다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 전송선로 유형
분기선 결합기는 두 개의 평행한 전송선로를 두 개 이상의 분기선으로 물리적으로 연결한 것이다. 분기선은 λ/4 간격으로 떨어져 있으며, 결합선 결합기의 여러 섹션과 동일한 방식으로 다중 섹션 필터 설계의 섹션을 나타낸다. 단, 여기서는 각 섹션의 결합이 분기선의 임피던스로 제어된다. 주선과 결합선은 시스템 임피던스의 이다. 결합기에 섹션이 많을수록 분기선의 임피던스 비율이 높아진다. 고임피던스 선은 트랙 폭이 좁으므로 제조상의 한계로 인해 평면 형식에서는 일반적으로 3개 섹션으로 제한된다. 10 dB보다 느슨한 결합 계수에도 유사한 제한이 적용된다. 낮은 결합 또한 좁은 트랙을 필요로 한다. 느슨한 결합이 필요한 경우 결합선이 더 나은 선택이지만, 분기선 결합기는 긴밀한 결합에 적합하며 3 dB 하이브리드에 사용할 수 있다. 분기선 결합기는 일반적으로 결합선만큼 넓은 대역폭을 갖지 않는다. 이 유형의 결합기는 고전력, 공기 유전체, 견고한 막대 형식으로 구현하기에 적합하며, 견고한 구조를 기계적으로 지지하기 쉽다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 전송선로 유형
분기선 결합기는 일부 응용 분야에서 교차되는 선 사이의 허용할 수 없는 양의 결합을 유발하는 에어 브리지에 대한 대안으로 교차로 사용될 수 있다. 이상적인 분기선 교차로는 이론적으로 두 경로 사이에 결합이 없다. 이 설계는 두 개의 3 dB 90° 하이브리드 결합기가 직렬로 연결된 것과 동일한 3분기 결합기이다. 그 결과는 사실상 0 dB 결합기이다. 이는 입력 신호를 대각선 반대편 출력으로 교차시키며, 두 선 모두 90°의 위상 지연을 갖는다.
랑게 결합기의 구조는 인터디지털 필터와 유사하며, 병렬 선들이 교차되어 결합을 이룬다. 이는 3 dB에서 6 dB 범위의 강한 결합에 사용된다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 전송선로 유형
초기의 전송선로 전력 분배기는 간단한 T-접합이었다. 이들은 출력 포트 간의 격리가 매우 좋지 않다. 즉, 포트 2에서 반사된 전력의 상당 부분이 포트 3으로 들어간다. 수동적이고 손실이 없는 3포트의 모든 세 포트를 동시에 정합시키는 것은 이론적으로 불가능하며, 낮은 격리는 피할 수 없음을 보일 수 있다. 그러나 4포트 장치에서는 가능하며, 이것이 4포트 장치가 3포트 전력 분배기를 구현하는 데 사용되는 근본적인 이유이다. 4포트 장치는 포트 2로 들어오는 전력이 포트 1과 포트 4(정합 부하로 종단됨)로 분할되고 포트 3으로는 (이상적인 경우) 전혀 가지 않도록 설계될 수 있다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 전송선로 유형
하이브리드 결합기라는 용어는 원래 3 dB 결합선 방향성 결합기에 적용되었는데, 이는 두 출력이 각각 입력 전력의 절반인 방향성 결합기를 의미한다. 이는 동의어로 출력이 90° 위상차가 나는 직교 3 dB 결합기를 의미했다. 이제 격리된 암과 동일한 전력 분할을 가진 정합된 4포트 장치는 모두 하이브리드 또는 하이브리드 결합기라고 불린다. 다른 유형은 다른 위상 관계를 가질 수 있다. 90°이면 90° 하이브리드, 180°이면 180° 하이브리드 등이다. 이 문서에서 한정되지 않은 하이브리드 결합기는 결합선 하이브리드를 의미한다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 전송선로 유형
윌킨슨 전력 분배기는 두 개의 평행하고 결합되지 않은 λ/4 전송선로로 구성된다. 입력은 두 선로에 병렬로 공급되고, 출력은 시스템 임피던스의 두 배에 해당하는 저항으로 종단된다. 이 설계는 평면 형식으로 구현될 수 있지만 동축에서 더 자연스럽게 구현된다. 평면에서는 두 선로가 결합되지 않도록 떨어져 있어야 하지만, 출구에서 결합될 수 있도록 다시 가까이 가져와야 하는 반면, 동축에서는 동축 외부 도체를 차폐로 사용하여 선로를 나란히 배치할 수 있다. 윌킨슨 전력 분배기는 단순한 T-접합의 정합 문제를 해결한다. 모든 포트에서 낮은 VSWR과 출력 포트 간 높은 격리를 제공한다. 각 포트의 입출력 임피던스는 마이크로파 시스템의 특성 임피던스와 같도록 설계된다. 이는 선로 임피던스를 시스템 임피던스의 배로 만들어 달성된다. 50 Ω 시스템의 경우 윌킨슨 선로는 약 70 Ω이다.
결합선 방향성 결합기는 위에서 설명했다. 결합이 3 dB로 설계되었을 때 이를 하이브리드 결합기라고 부른다. 이상적인 대칭 하이브리드 결합기의 S-매트릭스는 다음과 같이 간소화된다.
두 출력 포트는 90° 위상 차이(-i에서 -1)를 가지므로 이는 90° 하이브리드이다.
쥐 덫 결합기(rat-race coupler)라고도 불리는 하이브리드 링 결합기는 그림 12에 표시된 간격으로 네 개의 선이 있는 3λ/2 전송선 링으로 구성된 4포트 3 dB 방향성 결합기이다. 포트 1로 입력된 전력은 링을 따라 양방향으로 분할되어 이동한다. 포트 2와 3에서는 신호가 동상으로 도착하여 합쳐지는 반면, 포트 4에서는 위상이 어긋나 상쇄된다. 포트 2와 3은 서로 동상이므로 이는 0° 하이브리드의 예이다. 그림 12는 평면 구현을 보여주지만, 이 설계는 동축 또는 도파관으로도 구현할 수 있다. 링의 각 λ/4 섹션을 교대로 낮은 임피던스와 높은 임피던스로 만들어 3 dB와 다른 결합 계수를 가진 결합기를 생산할 수 있지만, 3 dB 결합기의 경우 전체 링은 포트 임피던스의 배로 만들어진다. 50 Ω 설계의 경우 링은 약 70 Ω이다.
이 하이브리드의 S-매트릭스는 다음과 같다.
하이브리드 링은 포트에 대해 대칭이 아니다. 다른 포트를 입력으로 선택한다고 해서 반드시 같은 결과가 나오는 것은 아니다. 포트 1 또는 포트 3을 입력으로 사용할 경우 하이브리드 링은 앞서 언급했듯이 0° 하이브리드이다. 그러나 포트 2 또는 포트 4를 입력으로 사용하면 180° 하이브리드가 된다. 이 사실은 하이브리드 링의 또 다른 유용한 응용으로 이어진다. 즉, 그림 12에 표시된 바와 같이 두 입력 신호에서 합(Σ) 및 차(Δ) 신호를 생성하는 데 사용할 수 있다. 포트 2와 3에 입력이 주어지면 Σ 신호는 포트 1에 나타나고 Δ 신호는 포트 4에 나타난다.
일반적인 전력 분배기는 그림 13에 나와 있다. 이상적으로는 입력 전력이 출력 포트 간에 균등하게 분할될 것이다. 분배기는 여러 개의 결합기로 구성되며, 결합기와 마찬가지로 역방향으로 사용되어 멀티플렉서로도 사용될 수 있다. 단점은 4채널 멀티플렉서의 경우 출력이 각 입력 전력의 1/4에 불과하여 상대적으로 비효율적이라는 것이다. 그 이유는 각 결합기에서 입력 전력의 절반이 포트 4로 가서 종단 부하에서 소산되기 때문이다. 만약 두 입력이 결맞음이었다면, 포트 4에서 상쇄가 일어나도록 위상을 배열할 수 있었고, 그러면 모든 전력이 포트 1로 갈 수 있었을 것이다. 그러나 멀티플렉서 입력은 일반적으로 완전히 독립적인 소스에서 오므로 결맞음이 아니다. 무손실 멀티플렉싱은 필터 네트워크로만 가능하다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 도파관 유형
위에서 설명한 분기선 결합기는 도파관으로도 구현할 수 있다.
가장 일반적이고 간단한 도파관 방향성 결합기 중 하나는 베테 홀(Bethe-hole) 방향성 결합기이다. 이것은 두 개의 평행한 도파관으로 구성되며, 하나는 다른 것 위에 쌓여 있고 그 사이에 구멍이 있다. 한 도파관의 전력 일부가 구멍을 통해 다른 도파관으로 전달된다. 베테 홀 결합기는 역방향 결합기의 또 다른 예이다.
베테 홀 결합기의 개념은 여러 개의 홀을 제공함으로써 확장될 수 있다. 홀은 λ/4 간격으로 떨어져 있다. 이러한 결합기의 설계는 여러 섹션의 결합 전송선과 유사하다. 여러 개의 홀을 사용하면 섹션을 버터워스, 체비쇼프 또는 다른 필터 클래스로 설계하여 대역폭을 확장할 수 있다. 홀 크기는 원하는 대역에서 높은 지향성과 함께 실질적으로 평탄한 결합을 제공하도록 선택된다.
리블렛 단일 슬롯 결합기(Riblet short-slot coupler)는 베테 홀 결합기처럼 긴 면이 아닌 옆면을 공유하는 두 개의 도파관이 나란히 있는 형태이다. 결합을 허용하기 위해 측벽에 슬롯이 잘려 있다. 이 설계는 종종 3 dB 결합기를 만드는 데 사용된다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 도파관 유형
슈빙거 역위상 결합기(Schwinger reversed-phase coupler)는 평행 도파관을 사용하는 또 다른 설계인데, 이번에는 한 도파관의 긴 면이 다른 도파관의 짧은 측벽과 공통된다. λ/4 간격으로 도파관 사이에 두 개의 중심에서 벗어난 슬롯이 잘려 있다. 슈빙거 결합기는 역방향 결합기이다. 이 설계는 실질적으로 평탄한 지향성 응답의 장점을 가지지만, 베테 홀 결합기에 비해 결합 계수의 변화가 거의 없는 것과 비교할 때 주파수에 강하게 의존하는 결합의 단점을 가진다.
모레노 교차 도파관 결합기(Moreno crossed-guide coupler)는 베테 홀 결합기처럼 두 개의 도파관이 서로 겹쳐져 있지만, 평행하지 않고 직각으로 교차한다. 두 개의 중심에서 벗어난 구멍(일반적으로 십자 모양)이 도파관 사이에 대각선으로  간격으로 잘려 있다. 모레노 결합기는 긴밀한 결합 응용 분야에 적합하다. 이는 결합과 지향성 모두 주파수에 따라 변하는 베테 홀 및 슈빙거 결합기의 특성 사이의 절충안이다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 도파관 유형
위에 설명된 하이브리드 링은 도파관으로도 구현할 수 있다.
결맞음 전력 분할은 처음에는 간단한 티 접합을 통해 이루어졌다. 마이크로파 주파수에서는 도파관 티에 두 가지 가능한 형태, 즉 E-평면 및 H-평면이 있다. 이 두 접합은 전력을 균등하게 분할하지만, 접합부의 다른 전계 구성 때문에 출력 암의 전기장은 H-평면 티의 경우 동상이고 E-평면 티의 경우 180° 위상차가 난다. 이 두 티를 결합하여 하이브리드 티를 형성하는 것을 매직 티라고 한다. 매직 티는 두 개의 결맞음 마이크로파 신호의 벡터 합(Σ)과 차(Δ)를 수행할 수 있는 4포트 구성 요소이다.
전력 분배기 및 방향성 결합기 개별 소자 유형
표준 3 dB 하이브리드 변압기는 그림 16에 나와 있다. 포트 1의 전력은 포트 2와 3 사이에 균등하게 분할되지만 서로 역위상이다. 따라서 하이브리드 변압기는 180° 하이브리드이다. 중앙 탭은 일반적으로 내부적으로 종단되지만, 포트 4로 외부로 연결할 수도 있다. 이 경우 하이브리드는 합 및 차 하이브리드로 사용될 수 있다. 그러나 포트 4는 다른 포트와 다른 임피던스를 가지며, 이 포트를 동일한 시스템 임피던스에서 사용하려면 추가적인 변압기를 통한 임피던스 변환이 필요하다.
하이브리드 변압기는 통신 분야에서 2선에서 4선 변환에 일반적으로 사용된다. 전화기는 2선 회선을 이어폰과 마이크의 4선으로 변환하는 변환기를 포함한다.
저주파수(600 MHz 미만)의 경우 RF 변압기를 사용하여 소형 광대역 구현이 가능하다. 그림 17에는 약한 결합을 위한 회로가 나와 있으며 다음과 같이 이해할 수 있다. 한 선 쌍으로 신호가 들어온다. 한 변압기는 신호의 전압을 줄이고 다른 변압기는 전류를 줄인다. 따라서 임피던스가 정합된다. 동일한 논리는 결합기를 통한 신호의 다른 모든 방향에도 적용된다. 유도 전압과 전류의 상대적 부호는 나가는 신호의 방향을 결정한다.