KR100280843B1 - 도파관­마이크로스트립라인 변환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 편분파기의 일부와 컨버터의 하우징의 일부를 공통부분으로 구성함으로써 편분파기와 컨버터를 일체화한 것이다.

또한, 본 발명은 도파관내의 전자파를 다층기판상에 형성되어 있는 마이크로스트립라인에 결합하는 변환장치에 있어서, 배선기판을 최소한 2층 이상의 다층기판으로 구성하는 동시에, 스트립라인 배선기판을 제외한 다른 층의 기판의 단면을 도전도금벽으로 하고, 이 도전도금벽이 상기 도파관의 내벽의 일부가 되도록 삽입한다. 그리고, 상기 도전도금벽으로 되는 부분의 주변을 스루홀(through hole)로 하여 제2의 기판층을 통과하여 누설되는 전자파를 차단하도록 한 것이다.

Description

도파관­마이크로스트립라인 변환장치 {WAVEGUIDE-MICROSTRIP LINE MODE TRANSFORMER FOR MICROWAVE APPARATUS}

본 발명은 도파관­마이크로스트립라인 변환장치에 관한 것으로, 특히 위성방송(CS 방송)을 수신할 때에 적합한 편분파기와 일체화된 컨버터와, 그 컨버터에 사용되고 있는 편분파기의 출력 도파관­마이크로스트립라인 변환장치에 관한 것이다.

지상 36000Km 에 쏘아 올려진 위성으로부터 송신되어 오는 방송으로서는, 텔레비전 방송프로그램으로 되어 있는 BS 방송 외에, 상업용의 CS(Communication Satellite) 방송이 수신 가능하게 되어 있다.

이들 방송전파는 마이크로파 또는 준(準)밀리파의 방송주파수대(SHF)가 이용되고, 일반적으로 옥상에 설치되어 있는 파라볼라안테나(parabolic antenna)에서 수신되는 동시에, 컨버터에 의해 소정의 주파수로 변환되어 방송채널을 선택하는 튜너에 입력된다.

상기 방송전파 중 CS방송이나 아스트라위성방송의 직교편파를 수신하는 파라볼라안테나는, 예를 들면 도 8에 도시한 바와 같이 위성으로부터의 전파를 반사하여 집속(集束)시키는 파라볼라반사기(81), 집속된 전파를 수신하는 1차 혼(83), 1차 혼(83)에서 수신된 직교편파의 전파를 수평편파와 수직편파로 분파하는 편분파기(1), 편분파기(1)에서 분파된 수평편파와 수직편파의 각각의 채널군을 주파수 변환하여 도시되어 있지 않은 TV 튜너에 공급하는 다운컨버터(84)로 구성되어 있다.

도 8에 도시한 바와 같은 상기 CS 방송수신안테나나 아스트라방송을 수신하는 파라볼라안테나에 사용되고있던 종래의 편분파기(1)의 사시도를 도 1에, 또한 도 1 에 도시한 편분파기(1)의 정면도, 측면의 단면도 및 상면도를 도 2에 도시한다.

도 1에 있어서, 부호 1은 CS 방송수신안테나 또는 아스트라방송수신안테나에서 수신된 직교편파를 수평편파성분 H 과 수직편파성분 V으로 분파하는 편분파기, 부호 2는 원형 도파관(4)에 1차 혼(83)을 접속 고정하기 위한 플랜지, 부호 3은 상기 플랜지(2)에 1차 혼을 고착하기 위한 볼트를 끼워 관통하는 관통공, 부호 4는 상기 직교편파를 전파시키는 원형 도파관, 부호 5는 관축방향으로 장변을 가진 4각형의 개구부이며, 분파된 수평편파성분 H 을 취출하는 수평편파 출력단, 부호 6은 원형 도파관(4)내에서 수평편파성분 H 만을 반사하는 반사판, 부호 7은 수직편파성분 V 을 취출하는 수직편파 출력단이다. 또한, H 또는 V 를 붙인 화살표는 각각 수평편파성분, 수직편파성분을 나타내고 있다.

CS 방송수신용 안테나 또는 아스트라방송수신용 안테나에서 수신된 직교편파는 1차 혼(83)을 통해 편분파기(1)에 도시한 직교한 화살표(VH)와 같이 도입된다.

직교편파가 원형 도파관(4)내를 전파해가서 반사판(6)의 곳까지 도시한 화살표와 같이 도달하면, 직교편파의 수평편파성분 H 은 수평으로 놓인 반사판(6)에 의해 반사되어, 원형 도파관(4)의 관축방향으로 장변을 가진 4각형의 개구부로 이루어지는 출력단(5)으로부터 도시한 화살표(H)와 같이 출력된다.

또한, 직교편파의 수직편파성분 V 은 반사판(6)과 직교하고 있으므로 반사판(6)에서는 반사되지 않고 그대로 원형 도파관(4)내를 전파해가서 출력단(7)으로부터 도시한 화살표(V)와 같이 출력된다.

그리고, 4각형의 개구부로 이루어지는 출력단(5)은 수직편파성분 V 으로부터 보면 컷오프구조(컷오프구조에 대하여는 후술함)로 되어 있으므로, 출력단(5)으로부터는 수직편파성분 V 은 출력되지 않는다.

상기 구조로부터 이해되는 바와 같이, 종래의 편분파기(1)는 직교편파를 원형 도파관을 전파시키면서 수평편파성분 H 과 수직편파성분 V 으로 분파하고 있었다.

또한, 상기 편분파기(1)에 있어서는, 그 원리상 수평편파성분 H 을 반사하는 반사판(6)에 의해 수평편파성분의 출력단(7)방향에의 전파를 방지하고 있으므로, 수평편파성분 H 이 출력단(7)에 누설(leak)되는 것을 충분히 억제하기 위해, 반사판(6)의 길이를 길게 함으로써 반사효율을 향상시키고, 수평편파성분 H 이 출력단(7)에 누설되는 것을 충분히 억제함으로써 편분파기의 분파효율을 향상시키고 있었다.

또한, 도 17은 파라볼라안테나에서 수신된 전파를 소정의 주파수로 다운컨버트(down convert)하는 컨버터의 개요를 사시도로 한 것이며, 부호 110은 도시되어 있지 않은 파라볼라안테나의 초점에 배치되어 있는 전파 도입구를 가진 도파관, 부호 111은 이 도파관(110)이 일체로 수납되어 있는 실드케이스를 나타낸다.

실드케이스(111)의 내부에는, 후술하는 바와 같이 도파관­마이크로스트립 변환부(112)(변환부라고도 함)가 배설되어 있다. 또한, 이 변환부(112)로부터 취출된 방송신호는 테프론 등으로 이루어지는 배선기판(113)상에 배설되어 있는 마이크로파집적회로(Microwave Integrated Circuit, MIC)에 의해 소정의 중간주파수로 변환되어, 도시되어 있지 않은 커넥터를 통해 튜너에 접속되어 있다.

배선기판(113)에는 도 18에 도시한 바와 같은 수평편파 SH 및 수직편파 SV 로 되어 있는 채널주파수를 변환하는 2계통의 신호회로가 배치되고, 각각 저잡음고주파증폭부(RF 앰프), 국부발진부(OSC), 혼합부(MIX), 중간주파수증폭부(IF/AMP) 및 안정화 전원부 등으로 이루어지는 기능회로가 분포상수회로로서 구성되어 있는 배선 패턴상에 배치되어 있다.

즉, 이 컨버터의 경우는 수신전파를 도파관내에서 수평편파와 수직편파로 분리하고, 분리된 각각의 신호 SH 및 SV 를 2계통의 신호회로계에 의해 처리하여, 2개의 IF 출력 IF1, IF2 으로서 수신측의 튜너에 케이블을 통해 공급하도록 구성되어 있다.

상기 안정화 전원에는 잘 알려져 있는 바와 같이, 튜너측으로부터 컨버터를 구동하기 위한 직류전압 DC1 또는 DC2 이 공급되어 있으며, 이 전압이 코일 L 및 다이오드 D 를 통해 안정화 전원에 전력을 공급하고 있다.

도 19의 (a), (b)는 도파관(112)내를 진행해온 전자파(電磁波)를 마이크로스트립라인에 의해 취출하는 변환부의 단면도 및 상면도를 도시한 것이다.

도파관(112)의 내부공간(112A)에는 배선기판(113)에 프린트되어 있는 마이크로스트립라인의 중심도체(113A)의 일부가 프로브 P 로서 소정의 길이만큼 개구(112B)로부터 삽입되어 있다. 부호 113B는 마이크로스트립라인을 구성하는 어스도체(기판배면의 접지도체)이며, 이 어스도체(113B)는 도파관 내부에 상당하는 부분(113D)이 삭제되어 있다.

상기와 같이, 종래의 편분파기(1)에 있어서는 도파관내의 반사판의 치수를 길게 하여 분파효율을 향상시킬 필요가 있었으므로, 원형도파관(4)의 특히 축방향의 길이가 길어지고, 그 결과 편분파기(1) 전체를 소형화하는 것이 곤란하게 된다는 문제점이 있었다.

또한, 4각형의 출력단(5)의 외측에는 도시되어 있지 않으나, 4각형 도파관이 접속되므로, 출력단(5)의 개구부를 크게 할 필요가 있고, 그러므로 그 개구부 근방의 원형 도파관(4)내의 전자계(電磁界)분포에 산란을 일으켜서, 입력단으로 귀환하는 반사파나 출력단(5),(7) 사이에 누설이 생겨서 편분파기(1)의 분파효율을 향상시키는 것이 곤란하다는 문제점이 있었다.

또한, 편분파기와 컨버터는 편분파기의 출력도파관의 단부(端部)에서 결합되어 있으므로, 구조가 복잡하고 부품점수가 많고 제조조립에 시간이 걸린다는 문제점도 있었다.

그래서, 본 발명은 분파효율을 저하시키지 않고 편분파기의 길이를 짧게 할 수 있도록 하여 소형화 및 코스트다운을 도모하는 동시에, 반사수단에서 반사되는 편파성분의 출력단에 있어서의 개구부 근방의 전자계분포의 산란을 억제하고, 그 출력단의 임피던스정합을 용이하게 행할 수 있도록 하여 분파효율을 향상시킨 편분파기를 제공한다

또한, 본 발명은 편분파기와 컨버터를 일체화하여 제조조립을 용이하게 하는 것을 제1 목적으로 한다.

그런데, 컨버터의 상기 배선기판(113)을 다층화하면, 컨버터 전체를 소형화하는 동시에, 배선기판상에 설치되는 MIC부품의 실장밀도를 향상시켜 신호의 변환이득을 향상시킬 수 있다.

도 20은 2층 기판을 사용하여 도파관­마이크로스트립라인 변환부를 구성했을 때의 단면도를 도시한 것이며, 도 19와 동일부분은 동일한 부호로 되어 있다.

도 20에 도시되어 있는 바와 같이, 도파관(112)의 단면(端面)의 개구부(112B)에는 테프론으로 이루어지는 배선기판(113) 및 유리 에폭시 등으로 이루어지는 배선기판(114)을 다층화한 것이 삽입되고, 이 다층배선기판의 어스도체부분을 삭제하여 배선기판(113)상에 형성되어 있는 마이크로스트립라인의 중심도체(113A)에 의해 도파관 내부의 전자파를 취출하게 되는데, 이 경우는 제2의 배선기판(114)과 도파관(112)의 부분의 접합부로부터 전자파가 외부에 누설된다는 문제가 생긴다.

그리고, 어스도체(113B)의 두께는 70㎛ 이며, 이 부분을 남기고 제2의 기판층(114)만을 삭제하여, 도 19와 같은 구조로 하는 것은 곤란하다.

그래서, 본 발명은 제2의 배선기판(114)과 도파관(112) 부분의 접합부로부터 전자파를 외부에 누설하지 않도록 하는 것을 제2 목적으로 한다.

본 발명의 편분파기에 있어서는 반사수단을 반사판(6)으로 교체하여 세봉(細棒)형의 금속주(金屬柱)로 하는 동시에, 금속주로 했기 때문에 생기는 누설을 억제하기 위해 반사수단에서 반사되지 않는 편파성분이 출력되는 도파로의 형상을 상하에서 교축하여 대략 4각형상으로 함으로써, 반사수단에서 반사되는 편파성분을 컷오프 하는 컷오프구조를 이 도파로에 갖도록 한 것이다.

또한, 본 발명의 편분파기에 있어서는 반사수단에서 반사되는 편파성분을 출력하는 개구부에 아이리스를 배설하고, 원형 도파관 내부로부터 본 개구부의 면적을 작게 하여 전자계의 산란을 억제하는 동시에, 이것에 의해 생기는 임피던스의 부정합(不整合)을 없애기 위해 개구부에 프로브를 면하게 하고, 이 프로브를 조정함으로써 임피던스의 정합을 취할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 상기 제1 목적을 달성하기 위해, 편분파기의 일부와 컨버터 하우징의 일부를 공통부분으로 구성함으로써 편분파기와 컨버터를 일체화한 것이다.

또한, 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위해, 배선기판을 최소한 2층 이상의 다층기판으로 구성하는 동시에, 스트립라인 배선기판을 제외한 다른 층의 기판의 단면을 도전도금벽으로 하고, 이 도전도금벽이 상기 도파관의 내벽의 일부가 되도록 삽입한다.

그리고, 상기 도전도금벽으로 되는 부분의 주변을 스루홀로 하여 제2의 기판층을 통과하여 누설되는 전자파를 차단하도록 한 것이다.

본 발명의 편분파기는 분파효율을 저하시키지 않고 반사수단을 소형화하며, 이에 따라서 원형 도파관의 길이도 짧게 할 수 있으므로, 편분파기의 소형화를 실현할 수 있으며, 또한 코스트다운을 도모할 수 있다.

또한, 반사수단에서 반사되는 편파성분을 출력하는 개구부의 전자계의 산란 및 개구부와 컨버터와의 임피던스의 정합을 용이하게 행할 수 있다.

또한, 본 발명은 편분파기와 컨버터를 일체화할 수 있으므로, 제조조립을 용이하게 할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명의 컨버터는 상기한 바와 같이 배선기판을 다층구조로 하고, 위성으로부터 송신되어온 전파를 수직편파 및 수평편파로 분리하여 각 채널마다 다운컨버트하고, 2계통의 신호로서 튜너에 공급할 때에, 도파관­마이크로스트립라인 변환부로부터 외부에 누설되는 전자파를 간단히 억압할 수 있고, 변환효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

도 1은 종래의 편분파기의 사시도.

도 2는 종래의 편분파기의 정면도, 측면의 단면도 및 상면도.

도 3은 본 발명의 실시예에 관한 편분파기의 사시도.

도 4는 본 발명의 실시예에 관한 편분파기의 정면도, 측면의 단면도, 상면도 및 배면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 관한 편분파기의 사시도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 관한 편분파기의 정면도, 측면의 단면도 및 상면도.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 관한 편분파기의 출력단 근방을 도시한 도면.

도 8은 CS 수신안테나 등의 직교편파를 수신할 수 있는 안테나의 개요도.

도 9는 4각형 도파관을 도시한 도면.

도 10은 본 발명의 컨버터의 케이스의 전개도.

도 11은 본 발명의 컨버터의 회로기판을 도시한 도면.

도 12는 본 발명의 컨버터에 편분파기를 배설한 단면도.

도 13은 본 발명의 도파관­마이크로스트립라인 변환부의 단면도 및 평면도.

도 14는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 도파관과 마이크로스트립라인 변환부의 단면도.

도 15는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도파관과 마이크로스트립라인 변환부의 단면도 및 평면도.

도 16은 기판의 도파관 내부의 단면에 도금 또는 스루홀을 형성했을 때의 변환신호의 특성도.

도 17은 파라볼라안테나의 수신전파를 다운컨버트하는 컨버터의 개요도.

도 18은 컨버터의 신호계 회로의 블록도.

도 19는 종래의 단층기판에 의해 형성되는 도파관­스트립라인 변환부의 단면도 및 평면도.

도 20은 다층기판으로 구성되는 도파관­스트립라인 변환부의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 편분파기 2 : 플랜지

3 : 관통공 4 : 원형 도파관,

5 : 수평편파성분의 출력단 6 : 반사판

7, 11, 15 : 수직편파성분의 출력단 8 : 금속봉

9 : 대략 4각형의 도파로 10 : 단차

12 : 아이리스 13 : 평면부

14 : 코너 16, 17 : 프로브

20 : 덮개체 50 : 스루홀

51, 53, 56, 57 : 마이크로스트립라인 52, 54 : FET

55 : 어스라인 58 : 접지판

60 : 요부 61 : 돌기

62 : 비스 81 : 파라볼라반사기

83 : 1차 혼 84 : 컨버터

91 : 4각형 도파관 100 : 컨버터

102 : 실드케이스 101 : 편분파기

103 : 수평편파성분이 출력하는 도파관의 단부

104 : 수직 편파성분이 출력하는 도파관의 단부

105 : 회로기판 106 : 수평편파성분용 프로브

107 : 수직편파성분용 프로브 108 : 실드커버

109 : 방수케이스 112 : 도파관

113 : 제1의 배선기판 113A : 중심도체

113B : 어스도체 114 : 제2의 배선기판

116 : 스루홀 R : 전기도금측면.

다음에, 본 발명의 편분파기(偏分波器)의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예를 사시도로 도시한 것이며, 도 1과 동일부호는 동일부분을 나타내고, 상세한 설명은 생략한다.

도 3에서, 부호 8은 수평편파(偏波)성분 H 을 반사하는 금속주(金屬柱), 부호 9는 원형 도파관(導波管)(4)의 상하를 교축하여 도 4 (d)의 단면도에 도시한 바와 같이 대략 4각형으로 한 수직편파성분 V 의 도파로, 부호 10은 원형 도파관(4)으로부터 대략 4각형의 도파로(9)로 변화시키기 위한 단차(段差), 부호 11은 수직편파성분 V 을 취출하는 출력단이다.

도 4는 도 3의 정면도, 배면도, 측면에서 본 단면도 및 상면도를 도시한 도면이며, 도 3에 있어서 H 또는 V 를 붙인 화살표는 각각 수평편파성분, 수직편파성분을 나타내고 있다.

도 3, 도 4에 있어서, 파라볼라안테나로 수신된 직교편파는 1차 혼(83)을 통 해 원형 도파관(4)에 도시한 직교하고 있는 화살표와 같이 입력되어 원형 도파관(4)내를 전파해간다.

직교편파가 원형 도파관(4)내의 금속주(8)의 곳까지 도시한 화살표와 같이 전파해오면, 직교편파중의 수평편파성분 H 은 금속주(8)와 평행이므로, 이 금속주(8)에서 반사되어, 관축방향으로 장변을 가진 4각형의 개구부인 출력단(5)으로부터 도시한 화살표와 같이 출력된다.

한편, 수직편파성분 V 은 금속주(8)와 직교하고 있으므로 이 금속주(8)에서는 반사되지 않고 다시 속까지 전파해가서, 단차(10)를 통과하여 대략 4각형의 도파로(9)를 전파하여 출력단(11)으로부터 도시한 화살표와 같이 출력된다.

또한, 4각형의 도파관의 컷오프주파수(cutoff frequency) fc 는 도 9에 도시한 바와 같이 4각형 도파관(91)의 폭을 a 로 하였을 때 (1)식으로 표현된다.

fc = C/2a ....... (1)

단, C 는 광속(光速)이다.

도 3 및 도 4에서 도시한 편분파기(1)의 대략 4각형의 도파로(9)는 상기 (1)식에서 결정되는 컷오프주파수 fc보다 수직편파성분의 주파수 fv 의 쪽이 높아지도록, 대략 4각형의 도파로(9)의 폭 a의 치수가 설정되어 있다.

또한, 수평편파성분 H 에 있어서는 도파로(9)의 길이 a 의 변과 수평편파성분 H 의 전계방향이 평행이므로, 컷오프주파수 fc 는 (1)식에 있어서의 폭 a 를 b 로 치환하여 산출된다. 따라서, 도파로(9)의 컷오프주파수 fc 는 높고, 수평편파성분의 주파수 fh 는 컷오프주파수 fc보다 낮아지므로 수평편파성분 H 은 단차(10) 를 넘어 전파할 수 없으며 출력단(9)에 누설(leak)되는 일은 없다.

또한, 본 발명의 위성방송수신안테나의 컨버터의 입력측에 설정

하였을 때는 수직편파성분 V 의 주파수 fv 와 수평편파성분 H 의 주파수 fh 는 예를 들면 12GHz 와 동등한 주파수이다.

이와 같이, 금속주(8)에서 반사되지 않는 수직편파성분 V 만을 도입하기 위한 도파로(9)를 수평편파성분 H 에 대해 컷오프구조로 함으로써, 상기 반사판(6)과 같은 폭이 긴 반사체가 아니라도 금속주(8)만으로 수평편파성분 H 을 충분히 반사시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 편분파기에서는 반사수단을 세봉(細棒)형의 금속주(8)로 형성할 수 있으므로, 원형 도파관(4)의 부분을 짧게 할 수있으며, 편분파기(1)를 전체적으로 소형화할 수 있다.

또한, 금속주(8)의 위치는 출력단(5)의 개구부로부터 보아 한가운데보다 약간 뒤가 아니면 안 되지만, 금속주(8)의 위치를 미조정하거나 원형 도파관(4)의 사이즈를 변화시키거나 하면 주파수특성이 변화하므로, 이들을 감안하면서 원하는 특성이 얻어지도록 금속주(8)의 위치를 결정하면 된다.

금속주(8)는 예를 들면 긴 비스(vis)를 원형 도파관(4)에 박아 넣음으로써 형성할 수 있으며, 반사수단의 고착이나 작성이 용이해진다.

다음에, 본 발명의 편분파기의 다른 실시예에 대하여 도 5에 사시도로서 도시하며, 이 편분파기(1)의 정면도, 측면의 단면도, 상면도를 각각 도 6 (a),(b) 및 (c)에 도시한다.

이들 도면에 있어서, 도 3 및 도 4와 동일 부호의 부분은 동일한 부분을 나타내며, 부호 12는 수평편파성분 H 의 출력단(5)의 개구부를 교축하는 아이리스, 부호 13은 원형 도파관의 외측부의 일부를 삭제하여 평탄하게 함으로써 출력을 취출하기 용이하게 한 평면부, 부호 14는 수직편파성분 V 의 출력단(15)을 수평편파성분 H 의 출력단(5)과 동일 평면에 배치하기 위해 수직편파성분 V 의 전파방향을 만곡시키는 코너, 부호 15는 수직편파성분 V 의 출력단이다.

상술한 도 3 및 도 4에 도시한 편분파기에 있어서는, 수평편파성분 H 의 출력단(5)의 개구부는 크고, 그러므로 이 부분에 있어서 수직편파성분 V 의 전자계(電磁界) 분포에 산란이 생겨서 입력단에 귀환하는 반사파가 생기거나, 원하지 않는 편파성분이 출력단에 누설되거나 하여, 분파효율의 향상을 저해하고 있었다.

그래서, 도 5 및 도 6에 도시한 다른 실시예의 편분파기에 있어서는, 수평편파성분 H 을 출력하는 출력단(5)의 개구부에 아이리스(12)를 배설하여, 그 개구부분을 좁히도록 되어 있다.

아이리스(12)는 도시되어 있는 바와 같이 양단이 둥근 대략 4각형으로 되어 있으며, 그 개구면적은 출력단(5)의 개구부분의 면적보다 약간 작게 되어 있다. 그러므로, 이와 같은 아이리스(12)를 개구부분에 배설함으로써 출력단(5)과 원형 도파관(4)과의 경계의 개구부분이 좁아지고, 개구부분에 있어서의 수직편파성분 V 의 전자계의 산란을 억제할 수 있다.

또한, 도 5 및 도 6에 도시한 편분파기(1)는 수직편파성분 V의 도파로(9)에 코너(14)를 연결하여 수직편파성분 V 의 전파방향을 위쪽으로 만곡시켜서, 수직편 파성분 V 의 출력단(15)을 수평편파성분 H 의 출력단(5)과 동일 면인 원형 도파관(4)의 외측의 일부를 평탄하게 깍은 평면부(13)에 배설하도록 되어 있다.

이와 같이 하면, 수직편파성분 V 과 수평편파성분 H 의 출력이 하나의 평면으로부터 취출하도록 할 수 있으므로, 수평편파성분 V 과 수직편파성분 H 의 취출수단을 일체화하여, 그 평면부(13)에 재치할 수 있으며, 예를 들면 양 편파성분의 출력을 동일 기판상에 배설한 기능회로에 공급하는 것이 용이해진다.

그런데, 도 5 및 도 6에 도시한 편분파기(1)에 있어서는, 아이리스(12)를 배설하였기 때문에 수평편파성분 H 을 취출하는 개구부 근방의 전자계의 산란은 방지할 수 있으나, 아이리스(12)의 부분에서 임피던스가 급격하게 변화하므로, 그 후에 이어지는 회로와의 임피던스정합을 취하는 것이 곤란해지는 경우가 생긴다.

그래서, 아이리스(12)를 배설해도 임피던스정합을 취할 수 있도록 한 도파관­마이크로스트립라인 변환장치의 구성을 도 7의 (a),(b)에 도시한다.

도 7의 (a) 및 (b)에 있어서, 부호 16은 아이리스(12) 근방에 배치되어 수평편파성분 H 을 취출하여 컨버터(84)에 공급하는 마이크로스트립라인으로 이루어지는 프로브, 부호 17은 출력단(11)의 근방에 배치되어 수직편파성분 V 을 취출하여 컨버터(84)에 공급하는 마이크로스트립라인으로 이루어지는 프로브, 부호 20은 내측에 요부를 가지고, 편분파기(1)의 출력단(5, 11)이 배설되어 있는 평면부(13)상에 재치되어 수평편파성분 H 및 수직편파성분 V 을 취출하는 공간을 형성하는 금속제의 덮개체이다.

또한, 도 7의 (a)는 덮개체(20)를 제거한 평면부(13)를 도시하며, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)에 도시한 편분파기(1)를 선 A-A′로 절단한 단면도이며, 다른 부호는 도 5, 도 6에서 도시한 것과 동일 부분을 나타낸다.

도 7의 (a),(b)에 도시한 도파관­마이크로스트립라인 변환장치에 있어서, 금속주(8)에서 반사된 수평편파성분 H 은 아이리스(12)를 지나서 출력단(5)에 전파된다. 출력단(5)과 덮개체(20)의 요부로 형성되는 공간 중에는 프로브(16)가 설치되어 있으며, 출력단(5)에 전파된 수평편파성분 H 은 상기 공간 내를 전파해가서 프로브(16)에서 수신된다.

프로브(16)는 전술한 컨버터(84)의 마이크로스트립라인의 일부로 구성되어 있으며, 프로브(16)에서 수신된 수평편파성분 H 은 프로브(16)로부터 마이크로스트립라인을 통해 컨버터(84)에 공급된다.

이 프로브(16)는 그 형상을 변화시킴으로써 컨버터(84)의 입력임피던스를 조정하는 것이 용이하며, 이와 같은 프로브(16)를 사용함으로써 간단히 도파관과 컨버터(84)와의 임피던스정합을 취할 수 있다.

또한, 수직편파성분 V 은 도파로(9)의 코너(14)를 전파하여 출력단(15)에 출력되고, 출력단(15)과 덮개체(20)의 요부로 형성된 공간부에 설치된 또 하나의 프로브(17)에서 수신되고, 프로브(17)로부터 마이크로스트립라인을 통해 컨버터(84)의 다른 입력단자에 수직편파성분 V 은 공급된다.

다음에, 본 발명의 제1 목적을 달성할 수 있는 편분파기와 컨버터의 실드케이스를 공용화하여 일체화한 구성을 도 10에 도시한다.

도 10에 있어서, 부호 100은 컨버터의 실드케이스, 부호 101은 파라볼라안테 나에서 수신한 직교편파를 수직편파와 수평편파로 분파하는 편분파기, 부호 102는 앰프나 믹서 등의 회로를 실드하는 실드케이스, 부호 103은 분파된 수평편파가 출력되는 4각형 도파관의 단부(端部), 부호 104는 분파된 수직편파가 출력되는 4각형 도파관의 단부, 부호 105는 앰프나 믹서 등의 회로가 배설되어 있는 회로기판, 부호 106은 수평편파를 수신하는 프로브, 부호 107은 수직편파를 수신하는 프로브, 부호 108은 실드케이스의 덮개체인 실드커버, 부호 109는 컨버터(100)를 방수할 경우에 사용하는 방수케이스이다.

도 10에 도시한 바와 같이, 컨버터(100)는 실드케이스(102)와 편분파기(101)가 알루미늄 등의 금속에 의해 일체 성형되어 구성되고, 편분파기(101)에는 도시한 수평편파성분과 수직편파성분으로 이루어지는 직교편파가 도입된다. 이 편분파기(101)에 의해 분파된 수평편파성분은 도파관(103)으로부터 출력되고, 분파된 수직편파성분은 도파관(104)으로부터 출력된다.

실드케이스(102)내에는 단차부(段差部)가 주위에 형성되어 있으며, 이 단차부에 회로기판(105)의 주위가 접촉하도록, 회로기판(105)이 도시한 화살표와 같이 장착된다.

회로기판(105)은 예를 들면 유리 에폭시판을 사용한 양면 프린트기판으로 구성되고, 프린트기판에는 수평편파를 도출하는 프로브(106), 수직편파를 도출하는 프로브(107), 및 앰프나 믹서 등이 마이크로스트립라인으로 상호 접속되어 설치되어 있으며, 회로기판(105)을 실드케이스(102)내의 단차부에 재치함으로써, 도파관(103, 104)의 단부에 회로기판(105)에 설치한 프로브(106, 107)를 위치시킬 수 있도록 되어 있다.

회로기판(105)을 실드케이스(102)에 장착한 후, 실드케이스(102)에 실드커버(108)에 의해 도시한 화살표와 같이 덮개를 덮으면, 실드커버(108)내에 형성된 요부에 의해 도파관(103, 104)의 단부는 종단(終端)되는 동시에, 회로기판(105)은 도파관(103, 104)의 단부와 실드커버로 협지되도록 고착된다. 또한, 실드케이스(102)와 실드커버(108)로 형성되는 공간에 회로기판(105)은 수납되므로, 회로기판(105)은 전자실드되어 방해파를 누설하지 않게 된다.

또한, 컨버터(100)를 방수하려고 할 때에는, 실드커버(108)의 위로부터 방수케이스(109)로 덮도록 하여 방수하면 된다.

다음에, 회로기판(105)의 일부를 도 11에 도시한다.

도 11에 있어서, 부호 105는 프로브(106, 107)가 프린트배선으로 형성되어 있는 동시에, 앰프용 FET(52 , 54) 등이 프린트 배선된 마이크로스트립라인(51, 53, 56, 57)에 납땜된 회로기판, 부호 106은 도파관(107)의 단부로부터 수평편파를 도출하는 프로브, 부호 107은 도파관(104)의 단부로부터 수직편파를 도출하는 프로브, 부호 50은 프로브(106, 107)의 주위의 어스라인에 형성된 스루홀, 부호 51, 56은 수직편파신호가 전파하는 마이크로스트립라인, 부호 52는 수직편파신호를 증폭하는 FET, 부호 53, 57은 수평편파신호가 전파하는 마이크로스트립라인, 부호 54는 수평편파신호를 증폭하는 FET, 부호 55는 어스라인이다.

도 11에 도시한 회로기판(105)에 있어서, 도파관(103)의 단부에 위치하고 있는 프로브(106)에서 수신된 수평편파신호는 마이크로스트립라인(53)을 전파하여 FET(54)에 의해 증폭되어 도시하지 않은 믹서에 접속된 마이크로스트립라인(57)에 출력되고, 수평편파성분의 주파수는 다운컨버트되어 IF 주파수의 신호로 된다.

또한, 도파관(104)의 단부에 위치하고 있는 프로브(107)에서 도출된 수직신호는 마이크로스트립라인(51)을 전파하여 FET(52)로 증폭되어 도시하지 않은 믹서에 접속된 마이크로스트립라인(56)에 출력되어, 수직편파성분의 주파수는 다운컨버트되어 IF 주파수의 신호로 된다.

프로브(106, 107)의 주위에 형성된 스루홀(50)은 프린트기판의 표면의 어스라인과 배면의 지선(地線)을 접속하고 있으며, 스루홀(50)은 도파관(103, 104)의 단면 형상과 대략 동일형으로 절결한 프린트배선부를 둘러싸도록 복수개 배치되어 있으며, 이 부분으로부터 수직편파 및 수평편파신호가 누설되지 않도록 되어 있다.

각 스루홀(50)의 간격은 도파관(103, 104)으로부터 출력되는 전자파의 차단파장이하로 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

이와 같이 스루홀(50)을 형성하면 후술하는 바와 같이, 도파관과 마이크로스트립라인의 변환기의 통과특성을 개선할 수 있다.

다음에, 실드케이스(102)에 일체로 설치된 편분파기(101)와 실드 커버(108)로 회로기판(105)을 협지하는 단면도를 도 12에 도시한다.

도 12의 (a)는 도파관(104)의 단부와 대향하여 배치한 회로기판(105) 및 회로기판(105)에 대향 배치된 실드케이스(108)의 배치를 단면으로 도시한 도면이며, 도 12의 (b)는 도파관(104)의 단부와 실드케이스(108)로 회로기판(105)을 협지하여 고착하는 단면을 도시한 도면이다.

도 12에 있어서, 부호 101은 편분파기, 부호 104는 분파되어 수직편파성분을 출력하는 도파관의 단부, 부호 105는 FET(52)나 마이크로스트립라인(51, 56) 등이 형성되어 있는 회로기판, 부호 108은 도파관을 종단하는 요부(60)가 형성된 실드커버, 부호 51, 56은 수직편파신호가 전파되는 마이크로스트립라인, 부호 52는 수직편파신호를 증폭하는 FET, 부호 58은 회로기판(105)의 배면에 배설한 마이크로스트립라인의 지선(地線), 부호 60은 λ/4 의 깊이를 가진 요부, 부호 61은 요부(60)를 형성하기 위한 돌기, 부호 62는 편분파기(101)와 실드커버(108)로 회로기판(105)을 협지하여 고착하기 위한 비스(vis)이다.

편분파기(101)와 회로기판(105) 및 실드케이스(108)를 도 12의 (a)에 도시한 바와 같이 배치하고, 비스(62)를 체결함으로써 실드케이스(108)를 편분파기(101)에 고착하면 도 12의 (b)에 도시한 바와 같이 편분파기(101)와 실드케이스(108)로 회로기판(105)을 협지하는 구성으로 할 수 있다.

도 12의 (b)에 도시한 구성에 있어서, 편분파기(101)의 도파관(104)의 단부는 실드케이스(108)의 λ/4 의 깊이의 요부(60)에 의해 종단되므로, 프로브(107)로부터는 높은 효율로 수직편파성분의 신호를 도출할 수 있다. 이 수직편파성분의 신호는 마이크로스트립라인(51)을 전파하여 FET(52)에 입력되어서, 이 FET(52)에 의해 증폭되어 마이크로스트립라인(56)에 출력된다.

한편, 수평편파성분의 신호는 도시되어 있지 않으나, 수직편파성분의 신호와 같이 프로브(106)에서 수신되고, FET(54)에 의해 증폭되어 마이크로스트립라인(57)에 출력된다.

이와 같이, 편분파기(101)를 컨버터(100)의 실드케이스(102)와 일체로 성형하여 실드커버(108)를 실드케이스(102)에 덮개체로서 장착함으로써, 도파관과 마이크로스트립라인과의 변환기를 간단하고 또한 손실을 적게 구성할 수 있다. 또한, 우수한 교차편파 식별특성의 컨버터로 할 수 있다.

다음에, 도 13의 (a),(b)는 본 발명의 제2 목적을 달성하는 컨버터에 적용되어 있는 도파관과 마이크로스트립 선로의 변환부를 단면도와 평면도로 도시한 것이다.

도 13에 있어서, 부호 112는 도파관의 단면을 나타내고, 수평편파 또는 수직편파로 되어 있는 전자파가 존재하는 내부의 공간이 부호 112A로 표시되어 있다.

MIC 부품이 탑재되어 있는 배선기판은 도 13의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이 테프론 등으로 이루어지는 제11의 배선기판(113)과, 유리 에폭시 등으로 이루어지는 제2의 배선기판(114)으로 다층화 되어 있다.

그리고, 제1의 배선기판(113)의 표면에 형성되어 있는 중심도체(113A)의 선단이 프로브 P 가 되도록 구성되고, 이 부분이 도파관의 내부에 돌입함으로써 전자파를 마이크로스트립 선로에 도출하도록 되어 있다.

공간(112A)내에 위치하는 배선기판부분은 어스도체(113B, 114A)가 제거되고, 도파관(112)의 측벽 부분에 샌드위치상태로 고정되어 있다.

본 발명의 경우는 도파관 내부에 면하는 배선기판(113, 114)의 단면 R 의 부분에 미리 전기도금처리를 하여, 이 부분을 통해 외부로 누설되는 전자파를 차단한다.

그러므로, 다층기판으로 컨버터를 형성하고, 도파관의 출력을 이 다층기판에 형성되어 있는 마이크로스트립라인에 도출하는 변환부로부터 마이크로파신호가 누설되는 것을 방지할 수 있다.

상기 실시예는 다층기판이 2층으로 되어 있을 때에 대하여 설명하였으나, 다층기판이 3층 기판으로 되어 있을 때의 실시예를 도 14에 도시한다.

도 14에 있어서 도 13과 동일부분은 동일부호로 되어 있는데, 배기판(115)이 제3층의 기판부분을 나타내고 있다.

이 경우도 각 배선기판의 어스도체(113B, 114A, 115A)의 도파관 내부에 위치하는 부분은 삭제되지만, 그 때문에 생기는 도파관 내부의 단면 R 의 부분은 전기도금에 의해 도전면으로 되도록 구성되어 있다.

상기 실시예는 도파관 내부의 기판단면에 전기도금처리를 하였으나, 이 기판단면에 따라서 스루홀을 형성하여 전자파의 누설을 방지하도록 해도 된다.

도 15의 (a), (b)는 전기도금을 바꾸어 스루홀에 의해 전자파의 누설을 방지하도록 한 것으로, 도 14와 동일기호는 동일부분을 나타내고 있다.

도 15에서, 부호 116은 제1의 배선기판(113)과 제2의 배선기판(114)의 어스도체(113B, 114A)를 단락하는 복수개의 스루홀을 나타내고, 이 스루홀(116)은 도 15의 (b)에 도시되어 있는 바와 같이 도파관(112)의 측벽에 충합(衝合)하는 위치를 둘러싸도록 배치되어 있다.

각 스루홀(116)의 간격 d 은 도파관 내부에 도입된 전자파의 차단파장 이하로 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

이 실시예에서는, 다층기판을 제작할 때에 상기 스루홀을 형성해두고, MIC 부품을 실장하는 과정에서 제1의 배선기판과 제2의 배선기판의 어스도체가 스루홀(117)에 의해 단락되어, 전기도금을 하는 작업을 생략할 수 있다.

도 16은 도파관의 측벽과 충합하는 다층배선기판의 부분에, 상기한 바와 같은 스루홀을 구성한 경우(b)와 스루홀을 형성하지 않은 경우(a)의 변환특성을 도시한 것이다.

스루홀을 형성하지 않은 경우는 도 16의 (a)에 도시한 바와 같이 12∼13GHz 의 주파수에서 통과특성이 열화되어 있으나, 스루홀을 형성하면 도 16의 (b)에 도시한 바와 같이 통과특성이 개선되는 것을 나타내고 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 구성되어 있으므로, 본 발명에 의하면 다음과 같은 각별한 작용효과를 얻을 수 있다.

1. 반사수단이 세봉형의 금속주로 되므로 편분파기를 소형화할 수 있으며, 코스트다운을 도모할 수 있는 동시에, 아이리스에 의해 수직편파성분의 전계분포의 산란이 억제되므로 원하지 않는 편파성분의 누설이 방지되고, 분파효율을 향상시킬 수 있다.

2. 편분파기에 있어서, 아이리스에 의해 급격하게 변화된 임피던스의 정합을 프로브의 형상 등을 조정함으로써 용이하게 임피던스정합 시킬 수 있다.

3. 편분파기와 컨버터를 공용화하여 일체로 성형하였으므로, 제조조립을 용이 하게 할 수 있다.

4. 도파관­마이크로스트립 변환장치에 있어서, 마이크로스트립이 형성되어 있는 배선기판을 다층화했을 때에도, 그 변환부로부터 전자파가 외부로 누설되어 다른 안테나에 방해를 주는 문제를 없앨수 있다.

5. 도파관과 마이크로스트립의 변환효율이 높아지므로, 컨버터에 사용했을 때에 전체적인 변환이득을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 수평편파성분의 신호와 수직편파성분의 신호를 다운컨버트하는 컨버터와,

   상기 컨버터의 실드케이스에 일체로 성형되는 동시에, 입력된 직교편파를 수평편파성분과 수직편파성분으로 분파하여, 각각 도파관으로부터 출력하는 편분파기와,

   상기 컨버터를 구성하는 회로를 배설한 최소한 한쪽 면에 마이크로스트립라인이 형성되어 있는 배선기판으로 이루어지는 회로기판과,

   상기 회로기판에 배설된 상기 마이크로스트립라인의 선단에 배설된, 상기 수직편파성분과 수평편파성분을 취출하는 프로브와,

   상기 실드케이스의 덮개체로서 실드케이스에 장착되는 실드커버와,

   상기 도파관의 단부(端部)와 대향 배치되는 실드커버의 내측에 배설된 상기 도파관을 종단(終端)하는 요부(凹部)와,

   상기 실드커버와 실드케이스로 상기 회로기판을 협지하도록 고착하는 고착수단을 구비하고,

   상기 실드커버와 실드케이스로 상기 회로기판을 협지하여 고착했을 때에, 상기 프로브가 상기 도파관의 단부와 상기 요부와의 사이에 위치하도록 한 것을 특징으로 하는 도파관­마이크로스트립라인 변환장치.
2. 입력된 전자파를 전송하는 도파관과, 최소한 한쪽의 면에 스트립라인이 형성 되어 있는 배선기판을 구비하고, 상기 배선기판의 단부를 상기 도파관 내부에 삽입함으로써 상기 도파관내를 전반(傳搬)하는 전자파에너지를 전기신호로서 취출하는도파관­스트립라인변환장치에 있어서,

   상기 배선기판을 최소한 2층 이상의 다층기판으로 구성하는 동시에 스트립라인이 형성되어 있는 기판을 제외한 다른 층의 기판 단면을 도전도금벽으로 하고, 상기 도전도금벽이 상기 도파관의 내벽의 일부로 되도록 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는 도파관­마이크로스트립라인 변환장치.
3. 입력된 전자파를 전송하는 도파관과, 최소한 한쪽의 면에 스트립라인이 형성되어 있는 배선기판을 구비하고, 상기 배선기판의 단부를 상기 도파관 내부에 삽입함으로써 상기 도파관내를 전반하는 전자파에너지를 전기신호로서 취출하는 도파관­스트립라인 변환장치에 있어서,

   상기 배선기판을 최소한 2층 이상의 다층 기판으로 구성하는 동시에, 스트립라인 배선기판의 어스도체면과 다른 기판층의 어스도체면을 복수개의 스루홀에 의해 단락(短絡)하고, 상기 스루홀에 의한 단락부분이 상기 도파관의 측벽의 위치에배열되어 있는 것을 특징으로 하는 도파관­마이크로스트립라인 변환장치.
4. 제3항에 있어서,

   스루홀의 간격이 마이크로스트립라인이 형성되어 있는 기판층을 제외한 다른 기판층에 있어서의 전반주파수의 컷오프주파수 이하로 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 도파관­마이크로스트립라인 변환장치.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   도파관에 삽입되어 있는 배선기판에 수직편파용의 채널을 수신하는 마이크로스트립라인과, 수직편파용의 채널을 수신하는 마이크로스트립라인이 형성되어있는 것을 특징으로 하는 도파관­마이크로스트립라인 변환장치.