KR100618378B1 - 코플레나 웨이브가이드에서 평행 전송선으로 광대역 전송변환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평행 전송선과 CPW를 연결하는 방안을 제안한다. 이를 위해 유전체 기판의 한쪽 면상에 신호선과 접지선으로 구성된 전송선을 포함하는 코플레나 웨이브가이드(CPW)와 CPW와 연결되며, CPW를 구성하고 있는 기판과 일정한 각도를 유지하며, 신호선과 접지선으로 구성된 평행 전송선을 제안한다. 또한, CPW의 신호선과 평행 전송선의 신호선이 상호 연결되며, CPW의 접지선과 평행 전송선의 접지선이 상호 연결한다. 이와 같이 CPW와 평행 전송선을 상호 연결함으로서 반사손실을 최소화할 수 있게 된다.

CPW, 구조 변경, 신호선, 접지선, 전송선

Description

코플레나 웨이브가이드에서 평행 전송선으로 광대역 전송 변환 장치{Apparatus for wideband transmission conversion from CWP to parallel transmission line}

도 1은 종래 두 개의 마이크로스트립을 연결한 연결 구조를 도시한 도면,

도 2는 종래 마이크로스트립과 CPW를 연결한 연결 구조를 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPW의 형성을 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CPW와 평행 전송선을 연결한 연결 구조를 도시한 도면,

도 5a 내지 5e는 본 발명에 일 실시예에 따른 CPW와 평행 전송선의 각 지점에서의 전기장을 표현한 도면,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 를 이용한 안테나,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPW와 마이크로스트립을 연결한 연결 구조를 도시한 도면,

도 8은 도 7에 도시된 연결 구조의 효과를 도시한 도면,

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 두 개의 CPW들과 평행 전송선을 연결한 연결 구조를 도시한 도면, 그리고

도 10은 도 9에 도시된 연결 구조의 효과를 도시한 도면이다.

본 발명은 코플레나 웨이브가이드(Coplanar Waveguide: CPW)와 기판으로부터 일정한 각도를 갖는 평행 전송선을 연결하는 광대역 전송선 변환 방안에 관한 것이다.

종래 마이크로스트립(microstrip)과 마이크로스트립을 연결하는 방안은 다수 제시되었다. 도 1은 종래 마이크로스트립과 마이크로스트립을 연결하는 방안을 도시하고 있다. 이하 설명의 편의를 위해를 신호선과 접지선을 통칭하여 전송선이라 한다. 상호 직각으로 배치된 두 개의 마이크로스트립들의 신호선(100)과 접지선(102)은 상호 연결된다. 도 1과 같이 두 개의 마이크로스트립을 연결할 경우, 마이크로스트립의 신호선(100)으로부터 전달된 신호는 반사없이 다른 마이크로스트립의 신호선(100)으로 전달된다. 하지만, 수평으로 배치된 기판과 수직으로 배치된 기판을 상호 연결하기 위해서는 하나의 기판의 일부 부분을 제거하여야 한다는 단점이 있다. 즉, 하나의 기판의 일부분을 제거함으로서, 두 마이크로스트립의 신호선(100)을 상호 연결할 수 있다.

또한, 수평으로 배치된 기판의 신호선(100)에서 수직으로 배치된 기판의 신호선(100)으로 신호를 전송하며, 수직으로 배치된 기판의 신호선(100)이 상향에서 하향으로 배치되어 있는 경우를 가정한다. 이 경우, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 수평으로 배치된 기판의 일부분을 제거하여야 하며, 수평으로 배치된 기판의 전 송선(100)을 180도로 회전시키기 위해 전송선을 연장하여야 한다.

도 2는 종래 CPW와 마이크로스트립을 연결하는 방안을 도시하고 있다. 상호 직각으로 배치된 마이크로스트립의 신호선(200)과 CPW의 신호선(200)은 상호 연결되며, 마이크로스트립의 접지선(202)과 CPW의 접지선(202)은 상호 연결된다. 하지만, 도 2에 도시되어 있는 연결 구조는 접지선의 면적이 넓어 큰 공간을 차지한다는 단점과 마이크로스트립의 전송선과 CPW의 전송선을 안정적으로 접착할 수 없다는 단점을 가지고 있다.

이와 같이 종래 두 개의 마이크로스트립들을 상호 연결하는 방안과 마이크로스트립마이크로스트립마이크로스트립시되었다. 하지만, 종래 CPW와 평행 전송선을 연결하는 방안에 대해서는 제시되지 않고 있다.

상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 평행 전송선과 CPW를 연결하는 방안을 제안함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 광대역에서 사용할 수 있는 평행 전송선과 CPW를 연결하는 방안을 제안함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 삽입손실과 반사손실이 적은 평행 전송선과 CPW를 연결하는 방안을 제안함에 있다.

따라서 본 발명의 목적들을 이루기 위해 신호선과 접지선으로 구성된 전송선을 포함하는 코플레나 웨이브가이드(CPW); 및 상기 CPW와 연결되며, 상기 CPW를 구 성하고 있는 기판과 일정한 각도를 유지하며, 신호선과 접지선으로 구성된 평행 전송선;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송선 변환 장치를 제안한다.

본 발명의 목적들을 이루기 위해 유전체 기판의 한쪽면에 코딩된 금속막의 일부를 제거하여 신호선과 접지선을 형성한 제1전송선; 및 상기 제1전송선과 설정된 각도로 연결되며, 두 개의 금속판을 이용하여 신호선과 접지선을 형성하는 제2전송선;을 포함하는 전송선 변환 장치를 제안한다.

이하 도면들을 이용하여 본 발명에서 제안하는 평행 전송선과 CPW를 연결하는 방안에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

도 3은 본 발명과 관련하여 CPW를 도시하고 있다. CPW는 기판(300)의 한면에 금속막(302)을 코딩한다. 또한, 접지선과 신호를 전송하기 위한 신호선을 구분하기 위해 금속막(302)을 일부분을 제거한다. 도 3에 의하면 '⊃' 형태로 금속막(302)을 제거함으로서 접지선과 신호선을 구분한다. 즉, 접지선은 신호선을 둘러싸는 형상을 하고 있으며, CPW는 접지선과 신호선의 형태가 동일하지 않은 비대칭(unbalanced) 전송선이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 평행 전송선과 CPW를 연결하는 방안에 대해 알아보기로 한다.

도 4는 기판(300)과 기판(300)에 코딩된 금속막(302)과 금속막(302)에 형성된 CPW(304), 평행 전송선(316)을 도시하고 있다. 상술한 바와 같이 평행 전송선(316)은 신호선(310)과 접지선(312)으로 구성되며, 신호선(310)과 접지선(312)의 구조가 동일한 대칭(balanced) 전송선이다. CPW(304)의 신호선은 평행 전송선의 신 호선(310)과 상호 연결되며, CPW의 접지선은 평행 전송선의 접지선(312)과 상호 연결된다. CPW(304)의 신호선의 폭과 평행 전송선(316)의 신호선(310)의 폭은 동일하다. 평행 전송선(316)의 신호선(310)과 접지선(312)의 간격은 CPW(304)의 신호선과 접지선의 간격과 동일한다.

평행 전송선(316)을 구성하고 있는 신호선(310)과 접지선(312)의 사이는 공기층이 형성되어 있으므로 별도의 유전체 기판을 사용하지 않는다. 하지만 사용자의 설정에 따라 평행 전송선(316)은 유전체 기판상에 형성될 수 있다.

또한, CPW(304)의 신호선은 일정길이만큼 형성되며, 접지선에 의해 둘러싸인 형성을 하고 있다. 즉, CPW(304) 상에서 신호선은 단전 회로(open circuit)를 구현한다.

도 4는 평행 전송선(316)이 기판(300)에 수직으로 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 사용자의 설정에 따라 평행 전송선(316)과 기판(300)의 각도는 달리 설정할 수 있다. 또한, 도 4는 CPW(304)의 접지선과 평행 전송선(316)의 접지선(312)의 연결을 용이하게 수행할 수 있도록 평행 전송선(316)의 접지선(312)의 일부분을 휘어지게 한 후, 휘어진 부분을 이용하여 CPW(304)의 접지선과 연결한다. 물론 평행 전송선(316)의 신호선(310)에 대해서도 동일한 방안으로 CPW(304)의 신호선과 연결할 수 있다. 또는 패드(314)를 이용하여 CPW(304)의 접지선과 평행 전송선(316)의 접지선(312)을 상호 연결하거나, CPW(304)의 신호선과 평행 전송선(316)의 신호선(310)을 상호 연결한다.

도 5는 본원 발명에서 제안하는 연결 구조의 각 지점에서의 전기장 분포를 나타내고 있다. 도 5(a)는 본원 발명에서 제안하는 CPW와 평행 전송선의 연결 구조와 'A' 내지 'D'로 표시된 각 지점을 도시하고 있다.

도 5(b)는 'A' 지점에서의 전기장의 분포를 나타내고 있으며, 도 5(c)는 'B' 지점에서의 전기장의 분포를 나타낸다. 도 5(d)는 'C' 지점에서의 전기장의 분포를 나타내고 있으며, 도 5(e)는 'D' 지점에서의 전기장의 분포를 나타낸다. 도 5(b) 내지 도 5(e)에 도시되어 있는 바와 같이 신호선에서 접지선 방향으로 전기장 형성되어 있음을 알 수 있다.

도 6은 본 발명에서 제안하는 CPW와 평행 전송선을 이용한 광대역 단방향 안테나를 도시하고 있다. 도 6에 도시되어 있는 광대역 안테나는 측면에서 급전이 가능하도록 CPW와 평행 전송선(급전부)을 수직으로 연결한다. 급전부로 전달된 신호는 방사부를 전달된다. 이와 같이 함으로서 종래 마이크로스트립을 이용하여 급전함으로서 발생했던 문제점인 급전부의 제작을 용이하게 할 수 있다. 물론 안테나의 구조는 도 6에 도시되어 구조에 한정되지 않는다.

도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 CPW와 평행 전송선의 연결 형태를 도시하고 있다. 특히 도 7은 평형 전송선을 마이크로스트립으로 구현하고 있다. 특히, CPW와 마이크로스트립의 연결을 용이하게 하기 위해 패드를 이용하여 CPW와 마이크로스트립을 연결한다.

도 8은 도 7에 도시되어 있는 CPW상에 위치하고 있는 1번 포트와 마이크로스트립상에 위치하고 있는 2번 포트간의 S파라미터를 도시하고 있다.

S(scattering) 파라미터는 RF에서 가장 널리 사용하는 파라미터이다. S파라 미터는 주파수상에서 입력전력대 출력전력의 비를 의미한다. 예를 들어 S21 이라 하면, 1번 포트에서 입력한 전력과 2번 포트에서 출력된 전력의 비율을 의미한다.

특히, 도 8은 CPW의 신호선의 폭이 1.5mm이며, 신호선과 접지선을 구분하기 제거한 금속막의 간격이 0.16mm이며, 전송선의 길이가 25mm인 경우를 가정한다. 또한, 마이크로스트립의 금속막의 두께가 0.2mm이며, CPW와 연결되는 신호선의 폭은 1.5mm이며, 종단 신호선의 폭(2번 포트)은 2mm인 경우를 가정한다. 또한, CPW와 연결되는 마이크로스트립의 접지선의 폭은 1.94mm이며, 종단 접지선의 폭(2번 포트)은 8mm인 경우를 가정한다. 마이크로스트립의 신호선과 접지선의 간격은 0.5mm이며, 마이크로스트립의 전송선의 길이는 20mm인 경우를 가정한다.

도 8은 1GHz 내지 12GHz에서 S파라미터를 나타내고 있다. 즉, S 파라미터는 1번 포트에서 전달된 전력이 1번 포트로 반사되는 전력의 비를 나타내는 S11, 2번 포트에서 전달된 전력이 2번 포트로 반사되는 전력의 비를 나타내는 S22, 1번 포트에서 전달된 전력이 2번 포트로 전달되는 전력의 비를 나타내는 S21, 2번 포트에서 전달된 전력이 1번 포트로 반사되는 전력의 비를 나타내는 S12로 구성된다. 일반적으로 S12와 S21은 동일한 값을 갖는다.

도 8에 도시되어 있는 바와 같이 1번 포트로 전달된 전력의 거의 대부분은 2번 포트로 전달된다. 본원 발명에서 제안하는 연결 구조를 사용함으로서 삽입손실을 최소화할 수 있다. 즉, 삽입손실은 -1dB이하로 매우 작다.

도 9는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 두 개의 CPW들과 하나의 평행 전송선의 연결 형태를 도시하고 있다.

도 10은 도 9에 도시되어 있는 제1CPW상에 위치하고 있는 1번 포트와 제2CPW상에 위치하고 있는 2번 포트간의 S파라미터를 도시하고 있다.

특히, 도 10은 CPW의 신호선의 폭이 1.5mm이며, 신호선과 접지선을 구분하기 제거한 금속막의 간격이 0.16mm이며, 전송선의 길이가 15mm인 경우를 가정한다. 또한, 평행 전송선을 구성하고 있는 신호선과 접지선의 두께는 0.2mm이며, 신호선의 폭은 1.5mm이며, 접지선의 폭은 1.82mm인 경우를 가정한다. 또한, 평행 전송선의 신호선과 접지선의 간격은 0.22mm이며, 전송선의 길이는 20mm인 경우를 가정한다.

도 10은 1GHz 내지 10GHz에서 S파라미터를 나타내고 있다. 도 10에 도시되어 있는 바와 같이 1번 포트로 전달된 전력의 거의 대부분은 2번 포트로 전달된다. 본원 발명에서 제안하는 연결 구조를 사용함으로서 입력손실을 최소화할 수 있다. 즉, 입력손실은 -1.5dB이하로 매우 작다. 반사손실 또한 최소 10dB 이상으로 특성이 양호하다.

상기한 바와 같이 본원 발명은 CPW와 평행 전송선을 연결하는 방안을 제안하고 있다. 본원 발명에서 제안하는 변환(연결) 구조를 사용함으로서 1번 포트에서 출력된 전력은 반사없이 2번 포트로 전달된다. 즉, 본원 발명에서 제안하는 연결 구조를 사용함으로서 반사손실을 최소화할 수 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 적절한 모든 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims (14)

1. 신호선과 접지선을 포함하는 코플레나 웨이브가이드(CPW); 및

   상기 CPW에 구비된 신호선에 연결된 신호선 및 상기 CPW에 구비된 접지선에 연결된 접지선이 구비된 평행 전송선;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전송선 변환 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서, 상기 CPW의 신호선의 폭과 상기 평행 전송선의 신호선의 폭은 동일함을 특징으로 하는 상기 전송선 변환 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 일정한 각도는 90도임을 특징으로 하는 상기 전송선 변환 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 CPW는,

   유전체 기판상의 한쪽면을 금속막으로 코팅하며, 코팅한 상기 금속막의 일부를 제거함으로서 상기 신호선과 접지선을 형성함을 특징으로 하는 상기 전송선 변환 장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 CPW의 신호선은 단전 회로로 구성되며, 상기 CPW의 접지선에 의해 둘러싸여 있음을 특징으로 하는 상기 전송선 변환 장치.
7. 제 1항에 있어서, 상기 CPW와 상기 평행 전송선은,

   패드를 이용하여 연결함을 특징으로 하는 상기 전송선 변환 장치.
8. 제 1항에 있어서, 상기 CPW는 비대칭 전송선이며, 상기 평행 전송선은 대칭 전송선임을 특징으로 하는 상기 전송선 변환 장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 평행 전송선의 신호선과 접지선은 공기층에 의해 일정 간격 이격되어 있음을 특징으로 하는 상기 전송선 변환 장치.
10. 유전체 기판의 한쪽면에 코딩된 금속막의 일부를 제거하여 신호선과 접지선 을 형성한 제1전송선; 및

    상기 제1전송선과 설정된 각도로 연결되며, 두 개의 금속판을 이용하여 신호선과 접지선을 형성하는 제2전송선;을 포함하는 전송선 변환 장치.
11. 제 10항에 있어서, 상기 제1전송선은 비대칭 전송선이며, 상기 제2전송선은 대칭 전송선임을 특징으로 하는 상기 전송선 변환 장치.
12. 제 10항에 있어서, 상기 설정된 각도는 90도임을 특징으로 하는 상기 전송선 변환 장치.
13. 제 10항에 있어서, 상기 제1전송선의 신호선과 상기 제2전송선의 신호선이 상호 연결되며, 상기 제1전송선의 접지선과 상기 제2 전송선의 접지선이 상호 연결됨을 특징으로 하는 상기 전송선 변환 장치.
14. 제 10항에 있어서, 상기 제2 전송선의 신호선과 접지선은 공기층에 의해 일정거리 이격되어 있음을 특징으로 하는 상기 전송선 변환 장치.

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