KR100907271B1

KR100907271B1 - 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치

Info

Publication number: KR100907271B1
Application number: KR1020090026489A
Authority: KR
Inventors: 박대성
Original assignee: 삼성탈레스 주식회사
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2009-07-13

Abstract

본 발명은 도파관과 마이크로스트립 선로 사이의 전송모드를 변환하는 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치에 관한 것이다.

본 발명의 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치는 도파관의 길이방향 축과 직교하는 방향으로 상기 도파관과 접속되는 상면 및 상기 상면과 대향하는 하면을 구비하며, 상기 상면에 커플링용 슬롯이 마련되고, 상기 하면에 정합소자가 마련되는 제1 인쇄회로기판; 및 상기 제1 인쇄회로기판의 상기 상면에 그 하면이 접속되며, 그 상면에 마이크로스트립 선로가 마련되는 제2 인쇄회로기판을 포함함을 특징으로 한다.

도파관, 마이크로스트립, 변환장치, 슬롯

Description

도파관-마이크로스트립 선로 변환장치{WAVEGUIDE TO MICROSTRIP TRANSITION APPARATUS}

본 발명은 서로 다른 형태의 전송선로, 즉 도파관(waveguide) 선로와 마이크로스트립(microstrip) 선로 사이에서 전송신호를 변환하는 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치에 관한 것이다.

일반적으로 도파관 선로에서 마이크로스트립 선로로 신호를 전달하기 위해 두 선로의 중간 부분에 임피던스 변환역할을 하는 다단 변환기(transformer)를 사용하거나 백쇼트(back-short)를 이용한 프로브 커플링(probe coupling) 구조가 널리 사용되고 있다.

임피던스 변환기를 다단으로 구성하면 임피던스 값이 완만하게 변하여 임피던스 정합이 용이하므로 저손실 특성을 얻을 수 있다.

그러나 임피던스 정합을 위한 기구구조물이 필요하게 되므로 부피가 커지고 구조가 복잡해진다. 특히 동작주파수가 올라갈수록 높은 제작정밀도가 요구되므로 제작비용이 크게 상승하는 단점이 있다.

또한, 기존의 백쇼트를 이용한 프로브 커플링 구조도 마찬가지로 임피던스 정합 및 필드가 전방으로 방사되는 손실을 방지하기 위한 기구구조물이 필요하다. 이로 인해 부피가 커지고 구조가 복잡해지는 단점이 있다.

전술한 종래의 기구구조들은 특히 동일한 인쇄회로기판(PCB) 상에 안테나 소자가 존재하는 경우 안테나 패턴에 영향을 주게 되며, 안테나 급전을 위한 별도의 공간을 차지하게 되어 사이즈가 커지는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 추가적인 기구구조물 없이 도파관으로부터 마이크로스트립 선로로 신호를 전송할 수 있는 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 구조가 매우 간단하고 소형화된 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치를 저비용으로 제작할 수 있는 구조를 제공하고자 한다.

본 발명은, 도파관과 마이크로스트립 선로 사이의 전송모드를 변환하는 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치에 있어서,

상기 도파관의 길이방향 축과 직교하는 방향으로 상기 도파관과 접속되는 상면 및 상기 상면과 대향하는 하면을 구비하며, 상기 상면에 커플링용 슬롯이 마련 되고, 상기 하면에 정합소자가 마련되는 제1 인쇄회로기판; 및

상기 제1 인쇄회로기판의 상기 상면에 그 하면이 접속되며, 그 상면에 마이크로스트립 선로가 마련되는 제2 인쇄회로기판을 포함함을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 도파관 주위의 상기 제1 인쇄회로기판에 형성되는 복수의 비아홀을 더 포함함을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 제1 및 제2 인쇄회로기판을 지지하면서 상기 도파관에 고정하기 위한 플레이트를 더 포함함을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 적어도 2개의 인쇄회로기판을 적층함으로써 추가적인 기구구조물 없이 도파관으로부터 마이크로스트립 선로로 신호를 전송할 수 있으므로 구조가 매우 간단하고 부피가 작고 제작비용을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명의 구조를 동일한 인쇄회로기판상에 위치하는 안테나의 급전구조로 이용할 경우 복사패턴에 미치는 영향을 최소화하고, 배열소자의 중앙에서 급전함으로써 손실을 줄이고 안테나의 이득을 향상시킬 수 있다.

더욱이, 급전부가 별도의 공간을 필요치 않으므로 안테나의 크기 또한 줄일 수 있다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한 다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치(1)는 도파관(10)과, 상기 도파관(10)의 길이방향 축과 직교하는 방향으로 상기 도파관(10)과 접속되는 제1 인쇄회로기판(20)과, 상기 제1 인쇄회로기판(20) 위에 적층되는 제2 인쇄회로기판(30)을 포함한다. 또한, 상기 제 1 및 제2 인쇄회로기판(20, 30)을 지지하면서 상기 도파관(10)에 고정하기 위한 플레이트(40)를 포함한다. 참고로, 도면이 복잡해지지 않고 이해가 용이하도록 도 1에서는 플레이트(도 2의 도면부호 40)를, 도 2에서는 비아홀(도 1의 도면부호 '24')에 대한 도시를 생략한다.

상기 제1 인쇄회로기판(20)은 상기 도파관(10)과 접하고 있는 하면과, 상기 하면과 대향하는 상면을 구비하는 유전체 기재(21)로서, 상면의 중앙에 커플링용 슬롯(22)이 마련되고, 하면에는 상기 커플링용 슬롯(22)과 오버랩되는 영역을 포함하는 영역에 정합소자(23)가 마련되어 있다.

상기 정합소자(23)는 제1 인쇄회로기판(20)의 저면에 배치되어 도파관(10)의 특성 임피던스(impedance)를 후술될 마이크로스트립 선로의 특성 임피던스에 맞추 어 임피던스 매칭을 행한다. 정합소자(23)의 크기는 약 λ₀/4 정도이며(λ₀는 전송신호의 파장), 동작 주파수는 정합소자의 크기, 슬롯의 크기, 제2 인쇄회로기판(30)의 마이크로스트립 선로의 도파관 중앙에서부터 개방(open)된 끝단까지의 길이 등에 의해 결정된다.

또한, 제1 인쇄회로기판(20)의 도파관(10) 포트면 주위에는 복수의 비아홀(via-hole)(24)이 마련되어 있다. 비아홀(24)은 도파관(10)으로부터 전달되는 필드의 일부가 인쇄회로기판들(20) 사이로 빠져나가 손실을 증가시키는 것을 방지하기 위한 것으로, 비아홀(24)들 사이의 간격은 약 λ₀/10 ~ λ₀/8 정도로서(λ₀는 전송신호의 파장), 예를 들면 1~2mm 정도 간격으로 조밀하게 형성된다.

상기 제2 인쇄회로기판(30)은 상기 제1 인쇄회로기판(20)의 상면과 접하는 하면과, 상기 하면과 대향하는 상면을 구비하는 유전체 기재(31)로서, 상면에는 마이크로스트립 선로(32)가 마련되어 있다. 제2 인쇄회로기판(30)의 하면은 제1 인쇄회로기판(20)의 상면과 밀접 상태로 고정되어 있고 이에 의해 커플링용 슬롯(22) 영역 이외의 제1 인쇄회로기판 상면(25)은 마이크로스트립 선로(32)의 GND 기능을 한다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치에서, 도파관으로 전송되는 필드는 정합소자에 유기되고 적층된 제1 및 제2 인쇄회로기판 사이에 위치하는 슬롯과의 강한 전자기적 결합을 통해 마이크로스트립 선로에 전달된다.

도 3은 도 1에 도시된 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치의 삽입손실 및 반사손실의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면으로, 반사손실(S11) -10dB 대역폭은 약 4%정도이고, 이때의 삽입손실(S21)은 0.5dB 이내로써 매우 작음을 알 수 있다.

이와 같이, 마이크로스트립 선로의 기판을 인쇄회로기판을 적층하여 구현함으로써 추가적인 기구구조물 없이 도파관으로부터 마이크로스트립 선로로 신호를 전송할 수 있기 때문에 구조가 매우 간단하고 소형화된 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치를 저비용으로 제작할 수 있다.

특히, 도 4에 도시된 바와 같이 안테나 급전(feeding)을 위한 구조로 사용할 경우, 도 4의 (a)에서와 같이 안테나 복사소자(41)와 급전선로(51)를 급전하기 위해 유전체 기재(40, 50)를 적층구조로 형성함으로써 안테나 복사패턴에 끼치는 영향을 최소화할 수 있으며, 배열안테나의 급전구조로 사용할 경우 급전위치를 배열의 중앙에 위치시킬 수 있다(도 4는 배열안테나에 급전(feeding)을 위한 구조로 사용할 경우, 본 발명과 종래기술에 따른 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치의 위치를 비교하여 나타낸 도면이다).

이에 따라, 도 4의 (b)에서와 같이 기구구조물(62)이 배열안테나(61)와 동일면(60)에 형성되며, 배열안테나와의 간섭을 방지하기 위해 배열안테나의 외곽에 위치시키는 종래구조에 비해 안테나의 크기가 작아지며 급전선로의 길이가 짧아져 손실이 줄어듦에 따라 안테나 이득이 증가하게 된다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위를 초과하지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치의 사시도,

도 2는 도 1의 A-A'선 단면도,

도 3은 도 1에 도시된 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치의 삽입손실 및 반사손실의 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면,

도 4는 배열안테나에 급전할 경우, 본 발명과 종래기술에 따른 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치의 위치를 비교하여 나타낸 도면.

Claims

삭제
도파관과 마이크로스트립 선로 사이의 전송모드를 변환하는 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치에 있어서,

상기 도파관의 길이방향 축과 직교하는 방향으로 상기 도파관과 접속되는 상면 및 상기 상면과 대향하는 하면을 구비하며, 상기 상면에 커플링용 슬롯이 마련되고, 상기 하면에 정합소자가 마련되는 제1 인쇄회로기판과;

상기 제1 인쇄회로기판의 상기 상면에 그 하면이 접속되며, 그 상면에 마이크로스트립 선로가 마련되는 제2 인쇄회로기판; 및

상기 도파관 주위의 상기 제1 인쇄회로기판에 형성되는 복수의 비아홀을 포함함을 특징으로 하는 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치.
제 2 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 인쇄회로기판을 지지하면서 상기 도파관에 고정하기 위한 플레이트를 더 포함함을 특징으로 하는 도파관-마이크로스트립 선로 변환장치.