임피던스 정합

임피던스 정합이란

임피던스 정합은 신호원, 급전선, 부하의 임피던스를 맞춰 반사를 줄이는 기술이다.

반사를 줄여 부하로 전력을 최대한 전달하는 것이 목적이다.

고주파에서는 선로 길이가 파장과 비슷해져 반사와 정재파가 생긴다.

구성과 원리

구성은 신호원, 전송선로, 정합회로, 부하로 나뉜다.

정합회로는 입력측이 Z0로 보이도록 임피던스를 조정한다.

부하 임피던스 ZL이 특성 임피던스 Z0와 같으면 반사파가 없다.

반사계수와 정재파비

반사계수 Γ는 부하 임피던스와 특성 임피던스로 계산한다.

Γ가 0이면 완전 정합이며, 정재파비 VSWR은 1이 된다.

정재파비는 선로에서 최대 전압과 최소 전압의 비다.

계산 예제

급전선 특성 임피던스 50Ω에 안테나 입력 임피던스 25+j25Ω인 경우를 보자.

대입하면 반사계수 Γ의 크기는 약 0.447이 된다.

반사 손실은 약 7.0dB이다. 리액턴스가 남아 있어 정합 회로가 필요하다.

남은 −j25Ω에 해당하는 리액턴스를 상쇄하면 반사가 더 줄어든다.

정합 방식 비교

정합 방식은 집중소자, 스텁, 변성기 방식으로 크게 나뉜다.

집중소자는 저주파에서 소형으로, 스텁은 UHF 이상에서 쓴다.

변성기는 광대역을 확보하는 데 쓰인다.

정합 대상은 급전선-안테나, 송신기-급전선, 수신단 정합으로 나뉜다.

헷갈리는 점과 채점

전송선로 정합은 ZL = Z0이고, 최대 전력 전달은 켤레 정합이다.

복소 신호원의 최대 전력 조건은 ZL = Zs*이다. 두 조건을 구분하지 않으면 감점된다.

정합 장치가 반드시 전력을 더 얻는다고 쓰면 오답이다.

VSWR은 1에 가까울수록, 반사 손실은 클수록 정합이 좋다.

정리

정리하면 정합의 목적은 반사 감소, 최대 전력 전달, 정재파 억제다.

전송선로 정합은 ZL = Z0, 켤레 정합은 ZL = Zs*이다.

정합 회로는 설계 주파수 근처에서만 좋으므로 대역폭을 함께 고려한다.