KR100576552B1 - Shift structure of dielectric waveguide and standard waveguide of millimeter wave band - Google Patents

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KR100576552B1
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한국전자통신연구원
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Abstract

본 발명은 밀리미터파 대역의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조에 관한 것으로, 유전체 공진기형 소자를 다른 전송선로로 변환하지 않고 직접 표준 도파관과 연결함으로써, 시스템 구성시 손실을 줄이고, 소자간의 우수한 신호의 격리도를 얻을 수 있으며, 제작이 용이하고 시스템 크기 및 제조비용을 감소시킬 수 있는 밀리미터파 대역의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention relates to a transition structure between a dielectric waveguide and a standard waveguide in a millimeter wave band, and directly connects a dielectric resonator type element to a standard waveguide without converting it to another transmission line, thereby reducing loss in system configuration and providing excellent signal between elements. The objective is to provide a millimeter wave band dielectric waveguide and a standard waveguide transition structure to obtain isolation, ease of fabrication and reduce system size and manufacturing costs.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 단층 및 다층의 유전체 기판내의 유전체 도파관과 표준 도파관의 신호천이구조에 있어서, 상기 유전체 기판은, 최상위 도체면; 상기 최상위 도체면과 일정 간격으로 수평하게 배치되고, 상기 표준 도파관과 연결되는 지점에 상기 유전체 기판과 표준 도파관을 정합하기 위한 일정 넓이의 개구를 구비하는 최하위 도체면; 상기 최상위 도체면과 최하위 도체면 사이에서 다수의 비아(via)가 일정패턴으로 배열된 비아열; 상기 표준 도파관과 수직으로 연결되고, 상기 비아열의 패턴에 의해 형성되어 신호의 흐름경로가 되는 유전체 도파관; 및 상기 외부도파관과 유전체 도파관에 공통으로 속하는 지점에 위치하고, 상기 비아열의 패턴에 의해 형성되어 상기 유전체 도파관을 통해 흘러온 신호 중 표준 도파관으로 천이될 신호를 골라내는 공동 공진기를 포함하는 밀리미터파 대역의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a signal transition structure of a dielectric waveguide and a standard waveguide in a single-layered and multi-layered dielectric substrate, the dielectric substrate comprising: a topmost conductor surface; A lowermost conductor surface disposed horizontally with respect to the uppermost conductor surface and having an opening having a predetermined width for mating the dielectric substrate and the standard waveguide at a point connected with the standard waveguide; A via column in which a plurality of vias are arranged in a predetermined pattern between the uppermost conductor surface and the lowermost conductor surface; A dielectric waveguide connected vertically to the standard waveguide and formed by a pattern of the via row to be a signal flow path; And a cavity resonator positioned at a point commonly belonging to the external waveguide and the dielectric waveguide, and including a cavity resonator for selecting a signal to be transitioned to a standard waveguide among signals flowing through the dielectric waveguide by the pattern of the via string. Provides a transition structure of waveguides and standard waveguides.

밀리미터파, 유전체 도파관, 표준 도파관, 천이구조, 공동 공진기, 개구Millimeter wave, dielectric waveguide, standard waveguide, transition structure, cavity resonator, aperture

Description

밀리미터파 대역의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조{Shift structure of dielectric waveguide and standard waveguide of millimeter wave band} Shift structure of dielectric waveguide and standard waveguide of millimeter wave band             

도1은 다층 기판내 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조도.1 is a transition structure diagram of a dielectric waveguide and a standard waveguide in a multilayer substrate.

도2는 도1의 C를 따라서 생기는 절단면에서 본 천이 구조도.FIG. 2 is a view of the transition structure seen from the cutting plane generated along FIG. 1C. FIG.

도3은 도1의 다층 기판내 유전체 도파관과 표준 도파관의 하면 투시도.3 is a bottom perspective view of the dielectric waveguide and standard waveguide in the multilayer substrate of FIG.

도4는 도1의 구조에서 유전체 기판과 유전체 공동 공진기의 수직 연결 구조도.4 is a vertical connection diagram of a dielectric substrate and a dielectric cavity resonator in the structure of FIG.

도5는 단층 기판에서의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조도.5 is a transition structure diagram of a dielectric waveguide and a standard waveguide in a single layer substrate.

도6은 다른 높이를 가진 유전체 도파관에서 표준 도파관으로의 천이 구조도.6 is a structural diagram of transition from dielectric waveguides having different heights to standard waveguides.

도7은 도6의 측면도.Figure 7 is a side view of Figure 6;

도8은 도1의 구조를 이용한 적층형 시스템의 구조예를 나타낸 도면.8 is a diagram showing an example of the structure of a stacked system using the structure of FIG.

도9는 도1의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도표.9 is a diagram showing a simulation result of FIG.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10 : 유전체 기판 11 : 최상위 도체면10: dielectric substrate 11: top conductor surface

12 : 최하위 도체면 13 : 개구12: lowest conductor surface 13: opening

14 : 비아열 15 : 비아14: via row 15: via

16 : 유전체 도파관 17 : 공동 공진기16: dielectric waveguide 17: cavity resonator

18 : 비아패드 19 : 외부 비아18: Via Pad 19: External Via

20 : 표준 도파관 31 : 스트립 전송선로20: standard waveguide 31: strip transmission line

32 : 수동소자 33 : 도파관형 소자32: passive element 33: waveguide type element

34 : MMIC34: MMIC

본 발명은 밀리미터파 대역의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 및 다른 다층 기판 제작방법에서 비아를 이용한 유전체 도파관과 표준 도파관이 만나는 지점에 공동 공진기와 개구를 형성하여 삽입 손실과 도파관의 크기를 줄이고, 외부의 다른 기구적인 구조가 필요하지 않는 밀리미터파 대역의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a transition structure of a dielectric waveguide and a standard waveguide in the millimeter wave band, and more specifically, a point where a dielectric waveguide and a standard waveguide using a via meet in a low temperature co-fired ceramic (LTCC) and another multilayer substrate manufacturing method. The present invention relates to the transition structure of the dielectric waveguide and the standard waveguide in the millimeter wave band, which reduces the insertion loss and the size of the waveguide by forming the cavity resonator and the opening in the cavity.

일반적으로 밀리미터파 서비스 시스템은 옥외통신을 비롯하여 고정 무선망 접속 시스템, 이동통신을 위한 기지국간 전송, 차량용 충돌방지 레이더, ITS(Intelligent Transport Systems)등의 응용분야에 이용되고 있으며 앞으로 100Mbps 이상의 고속의 전송속도를 갖는 다양한 분야에서 밀리미터파 시스템이 사용될 것으로 예상된다.In general, the millimeter wave service system is used in applications such as outdoor communication, fixed wireless network access system, base station transmission for mobile communication, vehicle anti-collision radar, intelligent transport systems (ITS), and high speed transmission of 100Mbps or more in the future. It is expected that millimeter wave systems will be used in various fields with speed.

밀리미터파 송수신 시스템 개발에 있어서 가장 중요한 문제는 소형화와 저가격화로, 이러한 밀리미터파 시스템의 소형화 및 저가격화를 위해서는 SIP(System In Package)등과 같은 고집적화된 다층 기판을 이용한 구조를 필요로 하고 있다.The most important problem in the development of the millimeter wave transmission / reception system is miniaturization and low cost, and the miniaturization and low price of the millimeter wave system requires a structure using a highly integrated multilayer substrate such as SIP (System In Package).

그러나 다층기판구조를 사용할 경우 주파수 대역이 밀리미터파가 되면 소형화에 따른 전송선들간의 간섭뿐만 아니라 전송선로 자체의 손실때문에 성능의 열화가 발생한다. 이러한 전송선들 간의 간섭 및 성능열화를 감소시키기 위해, 전송선로나 수동소자를 도파관을 이용해서 설계를 하게 되는데, 특히, 우수한 전기적 특성을 가진 고성능 부품의 사용을 위해서 표준 도파관을 사용하게 된다.However, in the case of using the multilayer board structure, when the frequency band becomes millimeter wave, performance degradation occurs due to loss of the transmission line as well as interference between transmission lines due to miniaturization. In order to reduce interference and performance degradation between the transmission lines, transmission lines or passive devices are designed using waveguides. In particular, standard waveguides are used for the use of high-performance components having excellent electrical characteristics.

이때 다층 기판내부의 유전체 도파관과 표준 도파관을 위한 천이 구조가 필요하게 되지만, 지금까지 기판에 구성한 유전체 도파관에서 표준 도파관으로의 천이가 쉽지 않아서 다른 종류의 전송선로로의 변환 구조를 가지게 되므로 실제적인 사용이 어려웠다.At this time, the transition structure for the dielectric waveguide and the standard waveguide inside the multilayer substrate is needed, but since the transition from the dielectric waveguide constructed in the substrate to the standard waveguide is not easy, it has a conversion structure to other types of transmission lines. This was difficult.

종래의 기판내의 전송선로에서 표준 도파관으로의 천이 구조는 대부분 마이크로스트립 라인에서 도파관으로 연결되는 구조이거나 유전체 도파관에서 표준 도파관으로 연결되는 구조였다.The transition structure from a transmission line in a conventional substrate to a standard waveguide is mostly a structure connected from a microstrip line to a waveguide or from a dielectric waveguide to a standard waveguide.

마이크로스트립 라인대 도파관 천이를 사용할 경우 도파관형 소자에서 천이가 한번 더 필요하므로 그만큼 손실이 증가하고 외부의 기구적인 구조를 고려해야 하였다. 또한 유전체 도파관에서 표준 도파관으로 연결되는 구조이더라도 구조가 복잡해서 고려해야 할 변수가 많아 공정상의 오차에 민감하게 되고, 단층기판에서는 사용할 수 없는 단점이 있었다.When using the microstrip line-to-waveguide transition, the waveguide-type device requires one more transition, so that the loss increases and the external mechanical structure has to be considered. In addition, even when the structure is connected from the dielectric waveguide to the standard waveguide, the structure is complicated, so many variables to be considered are sensitive to process errors, and there is a disadvantage that it cannot be used in a single layer substrate.

따라서 이러한 문제점을 해결하기 위해서 제안된 본 발명은 유전체 공진기형 소자를 다른 전송선로로 변환하지 않고 직접 표준 도파관과 연결함으로써, 시스템 구성시 손실을 줄이고, 다층 기판 내의 각 층이 다른 층과 분리된 구조를 가짐으로써, 소자간의 우수한 신호의 격리도를 얻을 수 있으며, 설계의 변수를 줄여서 제작이 용이하고 시스템 크기 및 제조비용을 감소시킬 수 있는 밀리미터파 대역의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
Therefore, the present invention proposed to solve this problem is to connect the dielectric resonator element directly to the standard waveguide without converting to other transmission line, reducing the loss in system configuration, each layer in the multi-layer substrate is separated from other layers By providing excellent signal isolation between devices, we can provide a transition structure of millimeter wave band dielectric waveguides and standard waveguides that can be easily manufactured by reducing design variables and reduce system size and manufacturing cost. There is a purpose.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 단층 및 다층의 유전체 기판내의 유전체 도파관과 표준 도파관의 신호천이구조에 있어서, 상기 유전체 기판은, 최상위 도체면; 상기 최상위 도체면과 일정 간격으로 수평하게 배치되고, 상기 표준 도파관과 연결되는 지점에 상기 유전체 기판과 표준 도파관을 정합하기 위한 일정 넓이의 개구를 구비하는 최하위 도체면; 상기 최상위 도체면과 최하위 도체면 사이에서 다수의 비아(via)가 일정패턴으로 배열된 비아열; 상기 표준 도파관과 수직으로 연결되고, 상기 비아열의 패턴에 의해 형성되어 신호의 흐름경로가 되는 유전체 도파관; 및 상기 외부도파관과 유전체 도파관에 공통으로 속하는 지점에 위치하고, 상기 비아열의 패턴에 의해 형성되어 상기 유전체 도파관을 통해 흘러온 신호 중 표준 도파관으로 천이될 신호를 골라내는 공동 공진기를 포함하는 밀리미터파 대역의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a signal transition structure of a dielectric waveguide and a standard waveguide in a single-layered and multi-layered dielectric substrate, the dielectric substrate comprising: a topmost conductor surface; A lowermost conductor surface disposed horizontally with respect to the uppermost conductor surface and having an opening having a predetermined width for mating the dielectric substrate and the standard waveguide at a point connected with the standard waveguide; A via column in which a plurality of vias are arranged in a predetermined pattern between the uppermost conductor surface and the lowermost conductor surface; A dielectric waveguide connected vertically to the standard waveguide and formed by a pattern of the via row to be a signal flow path; And a cavity resonator positioned at a point commonly belonging to the external waveguide and the dielectric waveguide, and including a cavity resonator for selecting a signal to be transitioned to a standard waveguide among signals flowing through the dielectric waveguide by the pattern of the via string. Provides a transition structure of waveguides and standard waveguides.

상기 유전체 기판은 상기 비아열의 비아를 서로 연결하기 위해 다수의 층으로 형성된 비아패드를 더 포함할 수 있다.The dielectric substrate may further include a via pad formed of a plurality of layers to connect the vias of the via rows to each other.

상기 유전체 기판은 상기 비아열이 표준 도파관의 도체벽보다 내측에 위치할 경우, 상기 유전체 도파관 및 공동 공진기 외측에 다수의 외부비아를 구비하여 표준 도파관과의 접지능력을 향상시킬 수 있다.The dielectric substrate may include a plurality of external vias outside the dielectric waveguide and the cavity resonator when the via rows are located inside the conductor wall of the standard waveguide, thereby improving grounding ability with the standard waveguide.

유전체 도파관과 유전체 공동 공진기는 수직 또는 사선 또는 계단 구조의 비아열에 의해 연결된다.The dielectric waveguide and the dielectric cavity resonator are connected by via rows of vertical or oblique or staircase structures.

상기 개구 또는 공동 공진기의 크기 및 위치를 조절하여 유전체 도파관과 표준 도파관을 임피던스 정합할 수 있도록 이루어진다.The size and position of the opening or cavity resonator may be adjusted to impedance match the dielectric waveguide and the standard waveguide.

다층 기판의 유전체 도파관의 높이가 천이를 위한 최적 높이와 다를 경우, 상기 비아열 및 도체면을 다단으로 적층하여 층별로 다른 길이를 갖는 계단형 구조를 형성함으로써 유전체 도파관과 표준 도파관을 임피던스 정합할 수 있도록 이루어진다.If the height of the dielectric waveguide of the multilayer substrate is different from the optimum height for the transition, the via and the conductor surface may be stacked in multiple stages to form a stepped structure having a different length for each layer to impedance match the dielectric waveguide and the standard waveguide. Is done.

상술한 목적, 특징들 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해질 것이다. 이하, 첨부된 도1 내지 도9를 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.The above objects, features and advantages will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. Hereinafter, with reference to the accompanying Figures 1 to 9 will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.

도1은 다층 기판내 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조도이고, 도2는 도1의 C를 따라서 생기는 절단면에서 본 천이 구조도이고, 도3은 도1의 다층 기판내 유전체 도파관과 표준 도파관의 하면 투시도이고, 도4는 도1의 구조에서 유전체 기판과 유전체 공동 공진기의 수직 연결 구조도이고, 도5는 단층 기판에서의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조도이고, 도6은 다른 높이를 가진 유전체 도파관에서 표준 도파관으로의 천이 구조도이고, 도7은 도6의 측면도이고, 도8은 도1의 구조를 이용한 적층형 시스템의 구조예를 나타낸 도면이며, 도9는 도1의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도표이다.1 is a transition structure diagram of a dielectric waveguide and a standard waveguide in a multilayer substrate, and FIG. 2 is a transition structure view in a cut along the C of FIG. 1, and FIG. 3 is a bottom perspective view of the dielectric waveguide and the standard waveguide in the multilayer substrate of FIG. 4 is a vertical connection structure of a dielectric substrate and a dielectric cavity resonator in the structure of FIG. 1, FIG. 5 is a transition structure diagram of a dielectric waveguide and a standard waveguide in a single layer substrate, and FIG. 6 is a standard in a dielectric waveguide having a different height. FIG. 7 is a side view of FIG. 6, FIG. 8 is a diagram showing a structural example of a stacked system using the structure of FIG. 1, and FIG. 9 is a diagram showing the simulation result of FIG.

도1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 천이의 기본구조는 표준 도파관(20)과 유전체 기판(10)의 최하위 도체면(12)이 만나는 구조에서 유전체 기판(10)이 수직으로 연결되고 있다.As shown in Fig. 1, in the basic structure of the transition according to the present invention, the dielectric substrate 10 is vertically connected in the structure where the standard waveguide 20 and the lowest conductor surface 12 of the dielectric substrate 10 meet.

상기 유전체 기판(10)은, 최상위 도체면(11); 상기 최상위 도체면(11)과 일정 간격으로 수평하게 배치되고, 상기 표준 도파관(20)과 연결되는 지점에 상기 유전체 기판(10)과 표준 도파관(20)을 정합하기 위한 일정 넓이의 개구(13)를 구비하는 최하위 도체면(12); 상기 최상위 도체면(11)과 최하위 도체면(12) 사이에서 다수의 비아(15)가 일정패턴으로 배열된 비아열(14); 상기 표준 도파관(20)과 수직으로 연결되고, 상기 비아열(14)의 패턴에 의해 형성되어 신호의 흐름경로가 되는 유전체 도파관(16); 및 상기 표준 도파관(20)과 유전체 도파관(16)에 공통으로 속하는 지점에 위치하고, 상기 비아열(14)의 패턴에 의해 형성되어 상기 유전체 도파관(16)을 통해 흘러온 신호 중 표준 도파관(20)으로 천이될 신호를 골라내는 공동 공진기(17)를 포함한다.The dielectric substrate 10 includes a top conductor surface 11; An opening 13 having a predetermined width arranged horizontally with respect to the uppermost conductor surface 11 and for matching the dielectric substrate 10 and the standard waveguide 20 to a point connected with the standard waveguide 20; A lowermost conductor surface 12 having a; A via row 14 in which a plurality of vias 15 are arranged in a predetermined pattern between the uppermost conductor surface 11 and the lowermost conductor surface 12; A dielectric waveguide (16) connected perpendicular to the standard waveguide (20) and formed by a pattern of the via columns (14) to become a signal flow path; And a position located in common with the standard waveguide 20 and the dielectric waveguide 16, and formed by the pattern of the via lines 14 to the standard waveguide 20 among signals flowing through the dielectric waveguide 16. It includes a cavity resonator 17 to pick out the signal to be transitioned.

상기 최상위 도체면(11)은 유전체 기판(10)의 최상위에 위치하고, 하측에 다층의 도체면이 적층된다.The uppermost conductor surface 11 is positioned on the top of the dielectric substrate 10, and a multilayer conductor surface is stacked below.

상기 최하위 도체면(12)은 유전체 기판(10)의 최하위에 위치하여 상기 최상위 도체면(11)과 평행하게 구성되며, 상기 표준 도파관(20)과 개구(13)를 통해 연결되어, 유전체 기판(10)과 표준 도파관(20)이 정합되도록 한다.The lowermost conductor surface 12 is positioned at the lowermost portion of the dielectric substrate 10 and configured to be parallel to the uppermost conductor surface 11, and is connected through the standard waveguide 20 and the opening 13 to form a dielectric substrate ( 10) and the standard waveguide 20 are matched.

상기 비아열(14)은 다수의 비아(15)가 일정 패턴으로 나열된 것으로, 상기 유전체 도파관(16) 및 공동 공진기(17)를 형성하고, 비아패드(18)에 의해 연결된다.The via rows 14 are arranged in a plurality of vias 15 in a predetermined pattern, and form the dielectric waveguide 16 and the cavity resonator 17 and are connected by the via pads 18.

상기 유전체 도파관(16)은 본 실시예에서, 상기 최상위 도체면(11), 최하위 도체면(12), 비아열(14) 및 비아패드(18)에 의해 형성되어 신호의 흐름경로가 된다.The dielectric waveguide 16 is formed by the uppermost conductor surface 11, the lowest conductor surface 12, the via rows 14, and the via pads 18 in this embodiment to be a signal flow path.

이러한 유전체 도파관(16)을 통해 흘러온 신호는 공동 공진기(17)에 의해 표준 도파관(20)으로 천이된다.The signal flowing through this dielectric waveguide 16 is transitioned to the standard waveguide 20 by the cavity resonator 17.

상기 공동 공진기(17)는 상기 유전체 도파관(16)과 같이, 상기 최상위 도체면(11), 최하위 도체면(12), 비아열(14) 및 비아패드(18)에 의해 형성되어 상기 유전체 도파관(16)을 통해 흘러온 신호를 표준 도파관(20)으로 천이되도록 한다.The cavity resonator 17, like the dielectric waveguide 16, is formed by the uppermost conductor surface 11, the lowermost conductor surface 12, the via rows 14, and the via pads 18 to form the dielectric waveguide ( 16) allow the signal flowing through to the standard waveguide 20 to transition.

즉, 본 발명은 상기 유전체 도파관(16)에서 표준 도파관(20)으로의 신호 천이를 위해서, 유전체 기판(10)내에 유전체 공동 공진기(17)를 구성하고, 상기 표준 도파관(20)과 만나는 유전체 기판(10)의 최하위 도체면(12)에 개구(13)를 형성하여 정합을 시킨다.That is, the present invention constitutes a dielectric cavity resonator 17 in the dielectric substrate 10 for the signal transition from the dielectric waveguide 16 to the standard waveguide 20, and the dielectric substrate meets the standard waveguide 20. An opening 13 is formed in the lowest conductor surface 12 of (10) to be matched.

이때 유전체 도파관(16)과 유전체 공동 공진기(17)의 최상위 도체면(11)과 최하위 도체면(12) 및 비아패드(18)는 같은 층으로 서로 연결되고, 유전체 공동 공진기(17)와 유전체 도파관(16)의 수직면은 비아열(14)을 이용해서 본래의 특성에 가깝게 재설계된다. 이때 비아열(14)의 간격을 줄이고 열을 증가시켜 신호의 격리도를 향상시킬 수 있다. At this time, the top conductor surface 11, the bottom conductor surface 12, and the via pad 18 of the dielectric waveguide 16, the dielectric cavity resonator 17 are connected to each other in the same layer, and the dielectric cavity resonator 17 and the dielectric waveguide are connected to each other. The vertical plane of (16) is redesigned to approximate its original characteristics using the via rows 14. In this case, it is possible to improve the isolation of the signal by reducing the distance between the via rows 14 and increasing the heat.

상기 유전체 다층 기판(10) 내에 유전체 도파관(16)을 설계에서 유전율이 변함에 따라 공기 중에서 설계된 유전체 도파관(16)의 전체 크기를 x, y, z축 모두에서 비유전율의 관계식인

Figure 112004059477707-pat00001
의 비율로 일정하게 축소된다. As the dielectric constant changes in the design of the dielectric waveguide 16 in the dielectric multilayer substrate 10, the overall size of the dielectric waveguide 16 designed in air is expressed as a relation of relative permittivity in all x, y, and z axes.
Figure 112004059477707-pat00001
The ratio is reduced uniformly.

따라서, 표준 도파관(20)에 비해서 유전체 도파관(16)의 상대적인 크기가 작아지게 되므로 유전체 도파관(16)과 유전체 공동 공진기(17)를 위한 비아열(14)의 위치가 표준 도파관(20)의 도체벽보다 작을 수 있다. Therefore, the relative size of the dielectric waveguide 16 is smaller than that of the standard waveguide 20, so that the position of the via rows 14 for the dielectric waveguide 16 and the dielectric cavity resonator 17 is the conductor of the standard waveguide 20. It can be smaller than the wall.

이러한 경우 유전체 기판(10) 내이면서 유전체 도파관(16)과 유전체 공동 공진기(17)의 바깥 영역에 여분의 외부비아(19)를 위치 시켜서 유전체 기판(10)과 표준 도파관(20)의 접지 능력의 향상을 통해서 신호 천이의 특성 열화를 막을 수 있다. 또한 유전체 도파관(16)과 유전체 공동 공진기(17)의 연결시 사선 구조를 사용함으로써 불연속 부분을 줄여서 기생 성분의 발생을 줄일 수 있다.In this case, an extra external via 19 is placed inside the dielectric substrate 10 and outside the dielectric waveguide 16 and the dielectric cavity resonator 17 to establish the grounding capability of the dielectric substrate 10 and the standard waveguide 20. The improvement can prevent the deterioration of the characteristics of the signal transition. In addition, by using an oblique structure when connecting the dielectric waveguide 16 and the dielectric cavity resonator 17, it is possible to reduce the discontinuity portion to reduce the occurrence of parasitic components.

도2는 도1의 C 절단면을 나타낸 단면도이고 도3은 천이 구조를 아래에서 바라본 도면이다. 여기에서 유전체 기판(10)의 비아(15)와 비아패드(18)는 유전체 기판(10) 내부에 감추어져 있으므로 비아(15)만 점선으로 표시 하였다. FIG. 2 is a cross-sectional view of the cutting plane C of FIG. 1 and FIG. 3 is a view of the transition structure from below. Since the via 15 and the via pad 18 of the dielectric substrate 10 are hidden inside the dielectric substrate 10, only the vias 15 are indicated by dotted lines.

도2 및 도3에서 나타낸 바와 같이, A×B×h의 크기를 가지는 상기 공동 공진기(17)와 A×B의 크기를 가지는 유전체 기판(10)의 아래면의 개구(13)는 사용하는 주파수 대역과 표준 도파관(20)의 크기에 따라서 변화되고, 상기 개구(13)의 중심과 유전체 공동 공진기(17)의 중심은 표준 도파관(20)의 중심에 위치한다. As shown in Figs. 2 and 3, the cavity resonator 17 having the size of A × B × h and the opening 13 of the lower surface of the dielectric substrate 10 having the size of A × B are used at the frequency used. According to the band and the size of the standard waveguide 20, the center of the opening 13 and the center of the dielectric cavity resonator 17 are located at the center of the standard waveguide 20.

또한, 상기 유전체 도파관(16)의 높이 h는 신호천이 및 도파관형 소자의 특성을 함께 만족시킬 수 있게 조절하여야 한다.In addition, the height h of the dielectric waveguide 16 should be adjusted to satisfy the signal transition and the characteristics of the waveguide device.

도4는 도1에서 제안된 신호 천이의 구조에서 유전체 도파관(16)과 유전체 공동 공진기(17)의 연결시 사용한 사선 구조를 제거한 구조를 나타낸 것으로, 설계가 간단하다. 4 illustrates a structure in which the oblique structure used when connecting the dielectric waveguide 16 and the dielectric cavity resonator 17 is removed from the signal transition structure proposed in FIG. 1, and the design is simple.

본 발명에서 제안한 구조는 구조가 간단하여서 단층의 유전체 기판(10)에도 사용이 가능한데 도5는 단층 유전체 기판(10)을 사용할 때의 구조를 나타낸다. 도1과 마찬가지로 표준 도파관(20)과 유전체 기판(10)이 수직으로 만나고 비아열(14)을 통해서 유전체 도파관(16)과 유전체 공동 공진기(17)를 구성하고, 유전체 기판(10)의 아래면에 개구(13)를 가지는 구조로 되어있다. 도1의 다층기판의 경우와 비교시 비아패드(18)만 차이가 난다. The structure proposed in the present invention is simple and can be used for a single layer dielectric substrate 10. FIG. 5 shows a structure when the single layer dielectric substrate 10 is used. As shown in FIG. 1, the standard waveguide 20 and the dielectric substrate 10 vertically meet and form the dielectric waveguide 16 and the dielectric cavity resonator 17 through the via rows 14, and the lower surface of the dielectric substrate 10. Has an opening 13. Only the via pad 18 is different from that of the multilayer board of FIG. 1.

도6은 다층의 유전체 기판(10) 내부에 높이가 다른 유전체 도파관(16)에서 표준 도파관(20)으로의 천이 구조를 나타낸다. 실제 유전체 기판(10)내의 유전체 도파관(16)은 일정 높이에서 최적의 특성을 나타낼 수 있다. 높이가 낮은 유전체 도파관(16)에서 표준 도파관(13)으로 특성을 좋게 하기 위해서 비아(15)와 각층에 구성된 도체면으로 계단형 구조를 이용하여 유전체 도파관의 특성 임피던스를 맞추 어줌으로써 도1에서 제시한 천이구조로 연결하는 구조이다.FIG. 6 shows a transition structure from dielectric waveguide 16 having different heights to standard waveguide 20 inside multilayer dielectric substrate 10. As shown in FIG. The dielectric waveguide 16 in the actual dielectric substrate 10 may exhibit optimal properties at a given height. In order to improve the characteristics from the low-level dielectric waveguide 16 to the standard waveguide 13, it is shown in FIG. 1 by matching the characteristic impedance of the dielectric waveguide using a stepped structure from the conductor surface formed in the via 15 and each layer. It is a structure that connects with one transition structure.

도7은 도6의 측면도를 나타내고 제안된 계단형 구조의 형태를 쉽게 알 수 있다. 이때 각 계단의 길이는 상기 유전체 도파관의 높이 차이와 사용하는 주파수에 따라서 변화한다.FIG. 7 shows the side view of FIG. 6 and can easily see the form of the proposed stepped structure. At this time, the length of each step varies according to the height difference of the dielectric waveguide and the frequency used.

도8은 본 발명의 구조를 사용한 적층형 시스템 구조예를 나타낸 도면이다. 본 발명에서 제시한 도파관 천이 구조는 상기 유전체 기판(10) 내에서 모든 정합 구조가 이루어지므로 상기 유전체 도파관(16)의 최상층을 접지면으로 하는 상부 층의 구성이 가능하다. 상부층에 MMIC(34)와 스트립형 전송선로(31)와 필터나 커플러 같은 수동소자(32)가 존재하고 하부층의 유전체 도파관(16)으로 수직 천이(D)를 이용하여 도파관형 소자(33)를 사용하고 본 발명에서 제안한 신호 천이(E)를 이용하여 아래로 표준 도파관(20)을 사용할 수 있게 한 것으로 시스템의 크기를 줄이고 전체 시스템 설계시 유연성을 가질 수 있다. 8 is a diagram showing an example of a stacked system structure using the structure of the present invention. In the waveguide transition structure proposed in the present invention, since all matching structures are made in the dielectric substrate 10, an upper layer having the uppermost layer of the dielectric waveguide 16 as a ground plane is possible. The MMIC 34, the strip-shaped transmission line 31, and the passive element 32 such as a filter or coupler are present in the upper layer, and the waveguide type element 33 is connected to the dielectric waveguide 16 in the lower layer by using the vertical transition (D). By using and using the signal transition (E) proposed in the present invention, it is possible to use the standard waveguide 20 down to reduce the size of the system and have flexibility in the overall system design.

도9에는 도1의 구조에 대한 시뮬레이션 결과가 나타나 있으며 이때 표준 도파관(20)은 WR-22를 사용하고 사용 주파수는 40GHz 대로 정하였으며 도파관 천이의 전체 구조의 길이는 15mm이다.Fig. 9 shows the simulation result of the structure of Fig. 1, where the standard waveguide 20 uses WR-22, the frequency of use is set to 40 GHz, and the length of the entire structure of the waveguide transition is 15 mm.

상술한 바와 같이, 본 발명은 LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) 와 같은 다층기판 중 유전체 도파관(16)이 구비된 유전체 기판(10)에서 표준 도파관(20)으로의 신호 천이(Transition) 구조이고, 비아(15)와 도체면(11)(12)으로 구성된 유전체 도파관(16)과 표준 도파관(20)이 수직으로 연결되는 부분에 공동 공진기(17)를 두고 개구(13)를 이용하여 신호를 전달하는 구조이며, 이러한 구조는 단층 기판의 경우에도 적용 가능하다. As described above, the present invention has a signal transition structure from the dielectric substrate 10 having the dielectric waveguide 16 to the standard waveguide 20 among the multilayer boards such as low temperature co-fired ceramic (LTCC). And a cavity resonator 17 at a portion where the dielectric waveguide 16 and the standard waveguide 20 composed of the vias 15 and the conductor surfaces 11 and 12 are vertically connected to each other. It is a structure to transmit, and this structure is applicable also in the case of a single | mono layer board.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 유전체 도파관형 소자를 다른 천이 구조 없이 직접 연결할 수 있고, 일반적인 개구 연결시 사용되는 도파관 단락면에서 파장의 1/4길이가 없어져서 크기가 작아지고, 유전체 공동 공진기와 아랫면의 개구로 원하는 정합을 이룰 수 있어 설계가 간단해지는 효과가 있다. As described above, the present invention can directly connect the dielectric waveguide-type device without any other transition structure, and the size is reduced by eliminating 1/4 length of the wavelength in the waveguide short-circuit plane used in general opening connection. It is possible to achieve a desired registration by the opening of, thereby simplifying the design.

또한 구조의 단순함으로 인해 단층 구조에서도 사용이 가능하고, 제안된 구조는 정합을 위한 구조가 모두 유전체 기판 내부에 존재하고, 평면형 구조를 가지므로 시스템 소형화를 위한 적층형 시스템에 적용이 용이한 효과가 있다.In addition, due to the simplicity of the structure, it can be used in a single layer structure, and the proposed structure can be easily applied to a stacked system for miniaturizing the system since all of the structures for matching exist inside the dielectric substrate and have a planar structure. .

Claims (6)

단층 및 다층의 유전체 기판내의 유전체 도파관과 표준 도파관의 신호천이구조에 있어서,In the signal transition structure of dielectric waveguide and standard waveguide in single layer and multilayer dielectric substrate, 상기 유전체 기판은,The dielectric substrate, 최상위 도체면;Top conductor surface; 상기 최상위 도체면과 일정 간격으로 수평하게 배치되고, 상기 표준 도파관과 연결되는 지점에 상기 유전체 기판과 표준 도파관을 정합하기 위한 일정 넓이의 개구를 구비하는 최하위 도체면;A lowermost conductor surface disposed horizontally with respect to the uppermost conductor surface and having an opening having a predetermined width for mating the dielectric substrate and the standard waveguide at a point connected with the standard waveguide; 상기 최상위 도체면과 최하위 도체면 사이에서 다수의 비아가 일정패턴으로 배열된 비아열;A via column in which a plurality of vias are arranged in a predetermined pattern between the uppermost conductor surface and the lowermost conductor surface; 상기 표준 도파관과 수직으로 연결되고, 상기 비아열의 패턴에 의해 형성되어 신호의 흐름경로가 되는 유전체 도파관; 및A dielectric waveguide connected vertically to the standard waveguide and formed by a pattern of the via row to be a signal flow path; And 상기 외부도파관과 유전체 도파관에 공통으로 속하는 지점에 위치하고, 상기 비아열의 패턴에 의해 형성되어 상기 유전체 도파관을 통해 흘러온 신호 중 표준 도파관으로 천이될 신호를 골라내는 공동 공진기를 포함하는Located at a point commonly belonging to the external waveguide and the dielectric waveguide, and comprises a cavity resonator to select a signal to be transitioned to a standard waveguide of the signals flowing through the dielectric waveguide formed by the pattern of the via column 밀리미터파 대역의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조.Transition structures of dielectric waveguides and standard waveguides in the millimeter wave band. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 유전체 기판은 상기 비아열의 비아를 서로 연결하기 위해 다수의 층으로 형성된 비아패드를 더 포함하는The dielectric substrate further includes via pads formed of a plurality of layers to connect the vias of the via rows to each other. 밀리미터파 대역의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조.Transition structures of dielectric waveguides and standard waveguides in the millimeter wave band. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 유전체 기판은The dielectric substrate 상기 비아열이 표준 도파관의 도체벽보다 내측에 위치할 경우, 상기 유전체 도파관 및 공동 공진기 외측에 다수의 외부비아를 구비하여 표준 도파관과의 접지능력을 향상시키는When the via rows are located inside the conductor wall of the standard waveguide, a plurality of external vias are provided outside the dielectric waveguide and the cavity resonator to improve grounding ability with the standard waveguide. 밀리미터파 대역의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조.Transition structures of dielectric waveguides and standard waveguides in the millimeter wave band. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 유전체 도파관과 유전체 공동 공진기는 수직 또는 사선 또는 계단 구조의 비아열에 의해 연결되는The dielectric waveguide and the dielectric cavity resonator are connected by via rows of vertical or oblique or staircase structures. 밀리미터파 대역의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조.Transition structures of dielectric waveguides and standard waveguides in the millimeter wave band. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 개구 또는 공동 공진기의 크기 및 위치를 조절하여 유전체 도파관과 표준 도파관을 임피던스 정합할 수 있도록 이루어진By adjusting the size and position of the opening or cavity resonator to impedance match the dielectric waveguide and the standard waveguide 밀리미터파 대역의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조.Transition structures of dielectric waveguides and standard waveguides in the millimeter wave band. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 다층 기판의 유전체 도파관의 높이가 천이를 위한 최적 높이와 다를 경우, 상기 비아열 및 도체면을 다단으로 적층하여 층별로 다른 길이를 갖는 계단형 구조를 형성함으로써 유전체 도파관과 표준 도파관을 임피던스 정합할 수 있도록 이루어진If the height of the dielectric waveguide of the multilayer substrate is different from the optimum height for the transition, the via and the conductor surface may be stacked in multiple stages to form a stepped structure having a different length for each layer to impedance match the dielectric waveguide and the standard waveguide. Made up 밀리미터파 대역의 유전체 도파관과 표준 도파관의 천이 구조.Transition structures of dielectric waveguides and standard waveguides in the millimeter wave band.
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