임피던스 매칭이란 무엇인가?

안녕하세요. 8톤 트럭입니다. 오늘은 임피던스 매칭에 대해서 알아보는 시간을 가져보고자 합니다. 임피던스 매칭에 대해서 공부하고 계신 분들에게 조그마한 도움이 되기를 바라며, 열심히 써보겠습니다! 그럼 바로 레츠게릿!!

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출처 : Wiki

임피던스 정합(매칭)은 무엇인가요?

우선 임피던스 정합(매칭)에 대해서 알아보기 전에, 임피던스에 대해 한 번 알아봅시다. 임피던스는 특정 대상에 걸리는 교류 전압과 전류의 비로 정의되는데요. 바로 전기가 흐를 때 저항하는 정도를 의미하는 것으로 생각하시면 좋을 것 같아요.

임피던스는 교류 전류의 저항정도를 나타내기 때문에 위상이라는 개념이 있는데요. 전력을 공급해줄 때, 위상차가 발생하여 전류의 지연이 발생하는 것을 의미합니다.

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이러한 임피던스를 정합한다는 것은 무엇을 의미할까요? 바로 하나의 출력단과 입력단을 연결할 때, 서로 다른 두 연결단의 임피던스차에 의한 반사를 줄이려는 것을 의미합니다. 즉, 임피던스 차를 줄여서 신호의 손실을 방지하기 위한 모든 일체의 활동을 의미하는 것이죠. RF 관련 종사하시는 분들이라면 정말로 많이 들어보시고, 실제 업무에서도 활용하고 계실 것으로 생각되는데요. 고주파 회로의 설계의 원초적인 기본중에서도 기본이니 아주 중요하다고 할 수 있죠.

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임피던스의 정합을 간단한 비유를 통해 알아봅시다.

여러분은 A기업의 구매팀입니다. B회사와 물품 구매 협상을 해야하는데, 우리는 1000만원을 제시하였고 B사는 2000만원을 제시하였습니다. 그리고, 시간이 지나 대금을 지급하기로 한 날이 옵니다. 여러분은 얼마를 지급해야할까요? 정답은 "모른다"입니다. 1000만원을 지불할지, 또는 2000만원을 지불할지 협상이 되지 않았기 때문에 어떠한 금액도 답이 될 수 없습니다. 이러한 것을 회로의 관점에서 보면 정합(매칭) 되지 않았다고 표현합니다.

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임피던스 매칭은 소자에 얼마나 전력을 공급할 지 결정하는 역할을 수행합니다. 소자마다 추구하는 정격 전류와 전압이 있기에, 정격을 지켜줘야 하는데 임피던스 매칭은 이와 관련한 역할을 수행합니다. 그래야 회로와 소자가 제 기능을 100% 발휘하며 효율적으로 사용될 수 있기 때문이죠.

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도로이론은 무엇인가요?

임피던스와 관련된 개념을 인터넷에서 찾아보신 분들은 도로이론이라는 예시를 한 번쯤 보셨을 것입니다. 임피던스와 도체의 표면적과 관련된 개념을 이해할 때 유용한 예시인데요. 한 번 설명해보겠습니다. 여러분은 1차선 도로와 4차선 도로를 지나가고 있습니다. 같은 양의 차가 지나간다고 가정하면, 어떠한 도로가 운전하기 수월할까요?

 

 

정답은 바로 4차선 도로입니다. 임피던스도 이와 유사한 개념이 적용되는데요. 유효면적이 큰 도선에서 임피던스는 당연히 적어집니다. 즉, 도선의 크기와 임피던스는 반비례하는 것이죠.

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임피던스 매칭은 어떻게 하나요?

임피던스 매칭은 소자의 임피던스로 인하여 다른 소자의 임피던스의 영향을 최소화하는 것을 의미합니다.

그렇기에 임피던스 매칭이라는 것은 소자와 소자 사이에 임피던스를 중재하는 것을 삽입하는 것으로 볼 수 있는데요.

대표적인 방법으로는 quarterwave transformer와 stub 매칭 방법입니다.

 

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1) quarterwave transformer

quarterwave transformer는 두 개의 임피던스단 사이에 1/4 파장 길이의 중간 임피던스를 삽입하는 방법입니다.

대역폭이 아주 작다는 단점을 가지고 있지만, 그래도 아주 간단하게 임피던스 정합을 할 수 있는 유용한 방법입니다.

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2) stub

소프트웨어를 활용하여 임피던스를 조절하는 방법입니다. 전체적인 회로 구성을 통해서 임피던스 정합을 진행하게 되며, 현업에서 가장 활발히 사용되고 있습니다.

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오늘은 임피던스 정합(매칭)에 대해서 알아보았습니다. 정말로 회로를 공부하면서 많은 것을 찾아보면서 머릿 속을 꾸며가는 것 같습니다. 도움이 되었기를 바라며, 포스팅 마치겠습니다! 감사합니다.