KR100819462B1 - Ｍｉｃ 복합 모듈 - Google Patents

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KR100819462B1
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fgcpw
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염경환
임주현
공덕규
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명에 따른 MIC 복합 모듈은 단위 MIC 모듈의 연결을 FGCPW를 사용하여 수행함으로써, 부정합의 문제를 해소하여 부정합으로 인하여 발생되는 삽입 손실 및 반사 손실을 감소시키고 있다.
이를 통하여 특히, 고주파 통신 장비에서 사용되는 MIC 복합 모듈의 동작 신뢰성을 높일 수 있다.
마이크로파, MIC, FGCPW, 마이크로스트립 선로, 정합, 캐리어

Description

ＭＩＣ 복합 모듈{MIC complex module}
도 1은 종래의 MIC 복합 모듈의 구성요소인 단위 MIC 모듈을 나타낸 사시도.
도 2는 종래의 MIC 복합 모듈의 사시도.
도 3은 마이크로스트립 선로상의 전계 형상을 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 MIC 복합 모듈에서 두개의 단위 MIC 모듈의 연결 상태를 나타낸 개략도.
도 5는 FGCPW 상의 전계 형상을 나타낸 개략도.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 MIC 복합 모듈내 단위 MIC 모듈의 연결 부위 확대도.
도 7은 마이크로스트립 선로상의 반사 손실 및 FGCPW 상의 반사 손실을 나타낸 그래프.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10, 100...단위 MIC 모듈 11, 110...캐리어
12, 120...MIC 13, 130...세라믹 기판
20...MIC 복합 모듈 21...커넥터
22...하우징 24...리본
31, 131...도체 32...유전체
33...접지면 34...전계
140...FGCPW 141, 143...접지선
142...중앙선 145...관통홀
147...천이각
본 발명은 MIC(Microwave Integrated Circuit, 마이크로파 집적회로, 이하 MIC라 지칭) 복합 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 캐리어를 이용하는 단위 MIC 모듈의 연결에서 문제되는 삽입 손실 및 반사 손실을 방지할 수 있는 MIC 복합 모듈에 관한 것이다.
MIC 복합 모듈은 고주파 통신 장비, 레이더 등에 사용되는 통신 모듈로 도 1에 종래의 MIC 복합 모듈의 구성요소인 단위 MIC 모듈을 나타내었다.
도 1을 참조하면, 종래의 단위 MIC 모듈(10)은 소정 형상의 캐리어(11)와, 통상 상기 캐리어(11)의 중앙부에 배치되는 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit; 반도체 마이크로파 집적회로, 이하 MMIC라 지칭)(12)와, 상기 MMIC(12)으로부터 상기 캐리어(11)의 양 끝단까지 배치되는 두개의 세라믹 기판(13)으로 이루어져 있다.
상기 캐리어(11)는 상기 MMIC(12)와 세라믹 기판(13)을 지지하는 역할을 수 행하며, 단위 MIC 모듈의 몸체의 역할을 수행하므로, 그 규격을 통일하여 단위 MIC 모듈(10)간의 연결의 용이성을 도모하는 것이 바람직하다.
상기 MMIC(12)는 마이크로파의 증폭, 발진, 변환, 마이크로파에 의한 연산 등을 처리하는 집적 회로를 지칭한다. 즉, 1개로 종합된 기능을 갖는 반도체 마이크로파 회로로서 최소한 저항·콘덴서·코일 등의 수동 회로분이 원칙적으로 1개의 기판상에 완전하게 일체화되어 있는 회로를 말한다.
상기 세라믹 기판(13)은 일종의 마이크로스트립 선로로서, 마이크로스트립 선로라 함은 유전체 기판을 사이에 두고 양면에 한 조의 도체 박막으로 되어 있는 분포 정수 선로를 의미하며, 마이크로스트립 통신 선로라고도 한다. 윗면의 도체는 지정된 형상, 즉 스트립상이고, 아랫면의 도체는 넓은 접지 도체로 형성되어 있다. 또한 윗면의 도체상에 다시 유전체를 배치한 상하 대칭 구조의 것도 있다. 단위 MIC 모듈에 사용되는 경우 윗면의 도체는 '1'자 형으로 형성되어, 상기 MMIC(12)에서 처리된 마이크로파를 다른 부재와 연결되도록 하는 것이 일반적이다.
도 2는 종래의 단위 MIC 모듈을 연결하여 형성된 종래의 MIC 복합 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 MIC 복합 모듈(20)은 내부에 일정 공간이 형성되어 있는 하우징(22)과, 상기 하우징(22)의 공간에 안착되는 다수의 단위 MIC 모듈(10)과, 상기 단위 MIC 모듈(10)을 마이크로파 상으로 연결하는 리본(24)과, 상기 하우징의 양단 외벽에 형성된 커넥터(21)로 이루어져 있음을 알 수 있다.
상기 하우징(22)은 다수의 단위 MIC 모듈(10)이 안착 가능하도록 규격화된 내부 공간 및 외형을 갖도록 하는 것이 바람직하며, 도 2에서는 3개의 단위 MIC 모듈(10)이 안착될 수 있는 공간을 가진 하우징(22)을 사용하였으며, 상기 단위 MIC 모듈(10)은 나사(23)에 의하여 상기 하우징(22)에 안착이 이루어진다.
상기 리본(24)은 상기 단위 MIC 모듈(10) 내의 세라믹 기판 윗면의 '1'자형 도체를 옆에 안착된 다른 모듈의 세라믹 기판 윗면의 '1'자형 도체와 연결시키며, 이를 통하여 다수의 단위 MIC 모듈(10)의 연결이 이루어지고 있다.
한편, 상기 하우징(22)의 외벽 양 끝단에는 커넥터(21)가 형성되어 상기 MIC 복합 모듈이 외부의 다른 부재와 연결이 이루어지도록 한다.
이상에서 살펴본 종래의 MIC 복합 모듈은 그 구조상 필연적으로 삽입 손실(삽입 감쇠량)이 발생되는데, 이는 단위 MIC 모듈의 연결시 발생하는 기계적인 틈과 캐리어로 인한 높이의 상승으로 인한 것이다.
이와 같은 삽입 손실(揷入損失)의 발생을 도 3을 통하여 살펴보면, 상기 세라믹 기판(13)(마이크로스트립 선로)에서 유전체(32)에 의하여 격리된 윗면 도체(31)와 아랫면인 접지면(33)간에 전계(34)가 형성되는데, 이러한 전계와, 상기 세라믹 기판의 윗면 '1'자형 도체를 도 2와 같이 리본(24)으로 본딩 연결하여 형성되는 리본과 하우징 바닥면간의 전계와는 급격한 폭과 높이의 차이로 부정합이 발생하게 되며, 이것이 곧 삽입 손실 및 반사 손실로 나타나는 것이다.
이와 같은 삽입 손실 및 반사 손실은 저주파대에서는 그 영향이 적지만 고주파대로 올라갈수록 그 영향이 커져서 마이크로파를 적용범위로 하는 MIC 복합 모듈 에서는 커다란 문제점을 야기시키게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로서, 단위 MIC 모듈의 연결에서 발생되는 삽입 손실 및 반사 손실을 감소시켜, 통신 효율을 증가시킨 MIC 복합 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 캐리어를 이용한 단위 MIC 모듈의 연결로 구성된 MIC 복합 모듈에 있어서, 상기 단위 MIC 모듈의 연결은 FGCPW(Finite Ground Co-planar Waveguide, 이하 'FGCPW'라 지칭)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 FGCPW는 3선 구조인 것이 바람직하며, 상기 FGCPW의 3선 각각의 폭과 간격 조정에 의하여, 상기 단위 MIC 모듈 내 마이크로스트립 선로와의 부정합을 최소화하도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 FGCPW의 중앙선 양변과 상기 중앙선보다 폭이 넓은 상기 단위 MIC 모듈의 마이크로스트립 선로 양변과의 연결은 일정위치에서 사선 형태로 이루어지도록 구성하며, 이 경우, 상기 사선과 상기 마이크로스트립 선로 선상과의 예각을 천이각이라 할 때, 상기 천이각의 조정에 의하여 상기 FGCPW와 상기 마이크로스트립 선로와의 정합을 조정할 수 있다.
또한, 상기 FGCPW의 양 접지선은 상기 단위 MIC 모듈내 세라믹 기판의 일정 부위에 형성된 관통홀을 통하여 형성되며, 이때의 상기 FGCPW와 상기 마이크로스트 립 선로와의 정합은 상기 관통홀의 크기에 의하여도 조정이 가능하다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 일실시예을 상세히 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 MIC 복합 모듈에서 두개의 단위 MIC 모듈의 연결 상태를 나타낸 개략도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 MIC 복합 모듈은 단위 MIC 모듈(100) 사이를 FGCPW(140)로 연결하고 있음을 알 수 있다.
상기 단위 MIC 모듈(100)에서, 상기 FGCPW(140)을 제외한 소정 형상의 캐리어(110)와, 통상 상기 캐리어(110)의 중앙부에 배치되는 MMIC(120)와, 상기 MMIC(120)로부터 상기 캐리어(110)의 양 끝단까지 배치되는 두개의 세라믹 기판(130)은 앞서 설명한 바와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다.
상기 FGCPW는 동일 평면상에 폭이 좁은 접지선을 갖는 도파관으로서, 본 실시예에서는 양 사이드가 접지선(141, 143)인 3선 구조로 형성되어 있다.
상기 FGCPW는 그 범위가 상기 단위 MIC 모듈(100)의 세라믹 기판 사이를 포함하여 상기 단위 MIC 모듈(100)의 세라믹 기판(130)에도 일부 걸쳐있다.
FGCPW를 이용한 상기 세라믹 기판의 전계 형상을 도 5를 참조하여 살펴보면, FGCPW에서 일부 전계는 아랫면인 접지면과 형성되나, 대부분의 전계는 도체와 동일평면상, 즉, 윗면에 형성된 양 접지선과 상기 도체 사이에서 형성된다.
여기서, 상기 FGCPW의 3선 각각의 폭과 간격을 조정하게 되면, 아랫면의 접 지면과의 사이에서 형성된 전계는 무시할 수 있는 수준으로 줄일 수 있으며, 아울러 '1'자형 마이크로스트립 선로의 특성 임피던스와 특성을 맞출 수 있어 부정합의 최소화가 가능하다.
따라서, 상기 FGCPW를 상기 마이크로스트립 선로 상에 형성하여도 별다른 성능 저하는 이루어지지 않게 된다.
이렇게 상기 세라믹 기판상(130)에 형성된 FGCPW(140)는 상기 단위 MIC 모듈(100)의 연결 부위에도 그대로 적용이 되고 있다. 즉, 3개(141, 142, 143)의 리본 형태로 각각 연결이 이루어지고 있으며, 이를 통하여 캐리어의 높이와 관계없이 상기 리본들 사이에 대부분의 전계가 형성된다.
이에 따라, 종래 단위 MIC 모듈의 연결에서 문제되던 부정합의 문제가 해소되므로 부정합으로 인한 삽입 손실 및 반사 손실이 발생하지 않게 되는 것이다.
참고로, 도 6과 같이 상기 FGCPW의 중앙선(142) 양변과 상기 중앙선(142)보다 폭이 넓은 상기 단위 MIC 모듈의 마이크로스트립 선로(131) 양변과의 연결은 일정위치에서 사선 형태로 이루어지도록 하는 것이 바람직하며, 이 경우, 상기 사선과 상기 마이크로스트립 선로(131) 선상과의 예각을 천이각(147)이라 할 때, 상기 천이각(147)의 조정에 의하여 상기 FGCPW와 상기 마이크로스트립 선로와의 정합 조정이 가능하다.
또한, 상기 FGCPW(140)의 양 접지선(141, 143)은 상기 단위 MIC 모듈(100)내 세라믹 기판(130)의 일정 부위에 형성된 관통홀(145)을 통하여 형성되며, 이때의 상기 FGCPW와 상기 마이크로스트립 선로와의 정합은 상기 관통홀(145)의 크기를 변 화시킴으로써, 조정하는 것도 가능하다.
이와 같이 단위 MIC 모듈의 연결을 FGCPW를 통하여 수행하고 상기 FGCPW를 구성하는 선의 폭과 간격, 천이각, 관통홀의 조정을 통하여 기존 마이크로스트립 선로와의 부정합을 최소화함과 동시에 특히, 연결부위에서의 부정합을 방지할 수 있도록 한 복합 MIC 모듈은 연결 부위를 3선의 FGCPW로 구성하는 실시예를 보였으나, 동일 평면상에 접지선을 배치하는 여타의 구성에도 적용가능함은 물론이다.
참고로, 도 7에서는 HFSS 시뮬레이션을 통하여 종래의 마이크로스트립을 이용한 연결을 사용한 MIC 복합 모듈과 본 실시예에 따른 3선 FGCPW를 이용한 연결을 사용한 MIC 복합 모듈의 반사 손실을 나타내었다.
살펴보면, FGCPW로 단위 MIC 모듈의 연결이 이루어진 MIC 복합 모듈의 반사 손실이 마이크로스트립으로 연결한 것보다 적음을 알 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 MIC 복합 모듈은 단위 MIC 모듈의 연결을 FGCPW를 사용하여 수행함으로써, 부정합의 문제를 해소하여 부정합으로 인하여 발생되는 삽입 손실 및 반사 손실을 감소시키고 있다.
이를 통하여 특히, 고주파 통신 장비에서 사용되는 MIC 복합 모듈의 동작 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims (6)

  1. 캐리어를 이용한 단위 MIC(Microwave Integrated Circuit, 마이크로파 집적회로, 이하 MIC라 지칭) 모듈의 연결로 구성된 MIC 복합 모듈에 있어서,
    상기 단위 MIC 모듈의 연결은, 상기 단위 MIC 모듈 내의 동일 평면상에 중앙선과 양 사이드가 접지선인 3선 구조의 FGCPW(Finite Ground Co-planar Waveguide)로 형성되어, 3개의 도전성 리본으로 각각 연결이 이루어지는 것을 특징으로 하는 MIC 복합 모듈.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 단위 MIC 모듈의 연결시, 상기 FGCPW의 3선 각각의 폭과 간격 조정에 의하여, 상기 단위 MIC 모듈 내 마이크로스트립 선로와의 부정합을 최소화하는 것을 특징으로 하는 MIC 복합 모듈.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 FGCPW의 중앙선 양변과 상기 중앙선보다 폭이 넓은 상기 단위 MIC 모듈의 마이크로스트립 선로 양변과의 연결은 일정위치에서 사선 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 MIC 복합 모듈.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 사선과 상기 마이크로스트립 선로 선상과의 예각을 천이각이라 할 때, 상기 천이각의 조정에 의하여 상기 FGCPW와 상기 마이크로스트립 선로와의 정합을 조정하는 것을 특징으로 하는 MIC 복합 모듈.
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 FGCPW의 양 접지선은 상기 단위 MIC 모듈내 세라믹 기판의 일정 부위에 형성된 관통홀을 통하여 형성되며, 이때의 상기 FGCPW와 상기 마이크로스트립 선로와의 정합은 상기 관통홀의 크기에 의하여 조정되는 것을 특징으로 하는 MIC 복합 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6867661B2 (en) * 2000-03-06 2005-03-15 Fujitsu Limited Millimeter wave module having probe pad structure and millimeter wave system using plurality of millimeter wave modules

Patent Citations (1)

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