KR100922576B1 - Ultra-high frequency transition apparatus for improving transmission characteristics at millimeter wAve band - Google Patents
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Abstract
본 발명은 밀리미터파 대역 전송 특성을 향상시키기 위한 초고주파 전송 장치에 관한 것으로, 다층 기판의 내부에 배치된 스트립 전송 선로; 상기 다층 기판의 외부에 상기 스트립 전송 선로와 동일 평면상에 배치되어 상기 스트립 전송 선로와 전기적으로 연결되는 마이크로 스트립 전송 선로; 및 상기 마이크로 스트립 전송 선로로부터 스트립 전송 선로 쪽으로 확장되도록 상기 마이크로 스트립 전송 선로의 하부 평면상에서 위치되는 신호 정합용 그라운드를 포함하며 구성되며, 이에 의하여 스트립 전송 선로와 마이크로 스트립 전송 선로의 접합 영역에서의 전계 성분 변화를 완화시켜 밀리미터파 대역에서의 전송 특성을 향상시킬 수 있도록 한다. The present invention relates to an ultra-high frequency transmission apparatus for improving millimeter wave band transmission characteristics, comprising: a strip transmission line disposed inside a multilayer substrate; A micro strip transmission line disposed on the same plane as the strip transmission line and externally connected to the strip transmission line outside of the multilayer substrate; And a signal matching ground located on the bottom plane of the micro strip transmission line so as to extend from the micro strip transmission line toward the strip transmission line, thereby forming an electric field in the junction region of the strip transmission line and the micro strip transmission line. It mitigates component variations to improve transmission characteristics in the millimeter wave band.
초고주파 전송, 밀리미터파 대역, 전송 특성, 스트립 전송 선로, 마이크로 스트립 전송 선로 Ultra high frequency transmission, millimeter wave band, transmission characteristics, strip transmission line, micro strip transmission line
Description
본 발명은 초고주파 전송 장치에 관한 것으로, 특히 스트립 전송 선로와 마이크로 스트립 전송 선로의 접합 영역에서의 전계 성분 변화를 완화시켜 밀리미터파 대역에서의 전송 특성을 향상시키기 위한 초고주파 전송 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrahigh frequency transmission device, and more particularly, to an ultrahigh frequency transmission device for improving transmission characteristics in a millimeter wave band by mitigating changes in electric field components in a junction region between a strip transmission line and a micro strip transmission line.
본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT원천기술개발의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2005-S-039-03, 과제명: 60GHz Pico cell 통신용 SoP].The present invention is derived from the research conducted as part of the IT source technology development of the Ministry of Information and Communication and the Ministry of Information and Telecommunications Research and Development (Task Management Number: 2005-S-039-03, Task name: 60GHz Pico cell communication SoP).
차세대 정보통신서비스를 위한 주파수 자원으로 30GHz 이상의 초고주파 자원인 밀리미터파 대역의 주파수가 적극 검토되고 있다. As the frequency resource for the next-generation information and communication service, the frequency of the millimeter wave band, which is an ultra-high frequency resource of 30 GHz or more, is actively examined.
이 대역의 주파수는 광대역특성을 이용하여 많은 양의 정보를 빠른 속도로 전달할 수 있고, 대기 중의 전파감쇄가 커서 인접지역에서 서로간섭을 받지 않고 동일한 주파수 대역을 사용할 수 있다는 주파수 재이용의 장점이 입기 때문에 많은 연구자들 사이에서 관심의 대상이 되어오고 있다. The frequency of this band is able to transmit a large amount of information at high speed by using broadband characteristics, and the advantage of frequency reuse is that the same frequency band can be used without interference from neighboring areas due to the large attenuation in air. It has been of interest among many researchers.
이에 따라 밀리미터파 주파수를 이용한 정보통신 서비스 및 시스템의 개발과 여기에 요구되는 각종의 소자부품에 대한 연구와 개발이 진행되고 있으며, 이와 함께 밀리미터파 대역의 패키징 방법으로 SOP(System On Packaging)의 형태로 시스템을 구현하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.As a result, the development of information and communication services and systems using millimeter wave frequencies and the research and development of various component parts required for this are in progress. In addition, the form of SOP (System On Packaging) as a millimeter wave band packaging method The research to implement the system is actively underway.
이러한 SOP의 방법으로 LTCC(Low Temperature Cofired Ceramics)나 LCP(Liquid Crystal Polymer) 기술이 가장 적합한 기술 중의 하나로 고려되고 있는데, 이와 같은 LTCC나 LCP 기술은 기본적으로 다층기판을 이용하는 기술로 기판의 내부에 커패시터, 인덕터 및 필터 등과 같은 수동부품을 내장시켜 모듈의 소형화와 저가격화를 이룰 수 있다는 장점을 가지고 있다. Low temperature cofired ceramics (LTCC) or liquid crystal polymer (LCP) technology is considered as one of the most suitable technologies for the SOP. However, such LTCC or LCP technology is a technology that uses a multilayer board and is a capacitor inside the substrate. It has the advantage of miniaturization and low cost of modules by incorporating passive components such as, inductor and filter.
또한 이러한 다층기판의 장점으로는 캐비티(cavity)를 자유롭게 형성할 수 있기 때문에 모듈구성의 자유도가 증가한다는 점도 들 수 있다. In addition, the advantage of such a multi-layer substrate is that it is possible to form a cavity (cavity) freely, the degree of freedom of module configuration is increased.
일반적으로 기판의 내부에 내장된 커패시터, 인덕터 및 필터 등과 같은 수동부품을 기판 표면의 전송 선로에 연결하기 위해서는 비아(via)를 이용하여 전기적으로 연결하는 방법이 사용되고 있다. In general, a method of electrically connecting a passive component such as a capacitor, an inductor, and a filter embedded in the substrate to a transmission line on the surface of the substrate is used.
그러나 비아(via)를 이용하여 연결하는 경우는 낮은 주파수에서는 큰 문제없이 사용할 수 있으나 주파수가 높아질수록 비아(via)의 인덕턴스가 증가하여 밀리미터파 대역과 같은 주파수에서는 삽입손실과 반사손실이 증가한다는 단점을 가진다. However, when using a via, it can be used without any problem at low frequencies. However, as the frequency increases, the inductance of the via increases, so that the insertion loss and the return loss increase at frequencies such as the millimeter wave band. Has
이에 반해 LTCC나 LCP등의 다층 기판을 이용하는 경우는 캐비티(cavity)를 이용하여 비아(via)를 사용하지 않고 스트립라인과 마이크로스트립 전송 선로를 연 결하는 것이 가능하다.In contrast, in the case of using a multilayer substrate such as LTCC or LCP, it is possible to connect a stripline and a microstrip transmission line using a cavity without using a via.
그러나 이러한 경우 스트립라인과 마이크로스트립 전송 선로가 전혀 상이한 전계 성분 분포도를 가지게 되어, 스트립라인과 마이크로스트립 전송 선로간의 접합 영역에서 발생하는 전계의 불연속 현상이 매우 심각하게 발생하는 또 다른 문제가 발생한다. In this case, however, the stripline and the microstrip transmission line have completely different field component distributions, and thus another problem arises in that the electric field discontinuity occurring at the junction region between the stripline and the microstrip transmission line is very serious.
이에 본 발명에서는 스트립라인과 마이크로스트립 전송 선로간의 접합 영역에서 전계의 불연속 현상이 발생하는 문제를 해결하기 위해, 별도의 신호 정합용 그라운드를 추가하여 스트립라인과 마이크로스트립 전송 선로간의 접합 영역에서 발생하는 전계의 불연속 현상을 완화시켜 줄 수 있도록 하고자 한다. Therefore, in the present invention, in order to solve the problem of electric field discontinuity in the junction region between the stripline and the microstrip transmission line, an additional signal matching ground is added to generate the junction region between the stripline and the microstrip transmission line. It is intended to help alleviate discontinuities in electric fields.
본 발명의 일 측면에 따르면 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로써, 중앙 영역과 외곽 영역간에 단차가 있는 다층 기판의 중앙 영역의 내부에 배치된 스트립 전송 선로; 상기 스트립 전송 선로와 동일 평면상에 위치되도록 상기 다층 기판의 외곽 영역의 표면상에 배치되어, 상기 스트립 전송 선로와 전기적으로 연결되는 마이크로 스트립 전송 선로; 및 상기 마이크로 스트립 전송 선로와 상기 다층 기판의 최하위층에 위치된 그라운드 사이에서 상기 마이크로 스트립 전송 선로로부터 스트립 전송 선로 쪽으로 확장되도록 배치되는 신호 정합용 그라운드를 포함하는 초고주파 전송 장치를 제공한다. According to an aspect of the present invention as a means for solving the above problems, the strip transmission line disposed inside the central region of the multi-layer substrate having a step between the central region and the outer region; A micro strip transmission line disposed on a surface of an outer region of the multilayer substrate so as to be coplanar with the strip transmission line and electrically connected to the strip transmission line; And a signal matching ground disposed to extend from the micro strip transmission line toward the strip transmission line between the micro strip transmission line and the ground located on the lowest layer of the multilayer substrate.
그리고 상기 신호 정합용 그라운드는 상기 다층 기판의 최하위층에 위치되는 그라운드와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다. The signal matching ground may be electrically connected to the ground located at the lowest layer of the multilayer substrate.
또한 상기 신호 정합용 그라운드는 상기 마이크로 스트립 전송 선로로부터 상기 스트립 전송 선로 쪽으로 100 내지 150μm 정도 확장된 길이를 가지는 것을 특징으로 한다. In addition, the signal matching ground has a length extending from about 100 to 150μm from the micro strip transmission line toward the strip transmission line.
그리고 이때의 초고주파 전송 장치는 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)나 액정고분자(liquid crystal polymer, LCP) 공정을 통해 구현되는 것을 특징으로 한다. In this case, the ultra-high frequency transmission device may be implemented through a low temperature co-fired ceramic (LTCC) or liquid crystal polymer (LCP) process.
본 발명의 다른 측면에 따르면 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로써, 다층 기판의 내부에 배치된 스트립 전송 선로; 상기 다층 기판의 외부에 상기 스트립 전송 선로와 동일 평면상에 배치되어 상기 스트립 전송 선로와 전기적으로 연결되는 마이크로 스트립 전송 선로; 및 상기 마이크로 스트립 전송 선로의 하부 평면상에서 순차적으로 적층되며, 상기 마이크로 스트립 전송 선로로부터 스트립 전송 선로 쪽으로 확장되도록 위치되는 다수개의 신호 정합용 그라운드를 포함하는 초고주파 전송 장치를 제공한다. According to another aspect of the present invention as a means for solving the above problems, the strip transmission line disposed inside the multilayer substrate; A micro strip transmission line disposed on the same plane as the strip transmission line and externally connected to the strip transmission line outside of the multilayer substrate; And a plurality of signal matching grounds sequentially stacked on the bottom plane of the micro strip transmission line and positioned to extend from the micro strip transmission line toward the strip transmission line.
그리고 상기 다수개의 신호 정합용 그라운드는 최하위층에 위치되는 그라운드 쪽에서 상기 마이크로 스트립 전송 선로 쪽으로 갈수록 길이가 순차적으로 감소되며, 특히 상기 다층 기판의 최하위층에 위치되는 그라운드 쪽에서 상기 마이크로 스트립 전송 선로 쪽으로 갈수록, 상기 마이크로 스트립 전송 선로로부터 상기 스트립 전송 선로쪽으로 확장된 길이가 50%씩 줄어드는 것을 특징으로 한다. The plurality of signal matching grounds are sequentially reduced in length toward the micro strip transmission line from the ground side located at the lowest layer, and in particular, the micro strip transmission line toward the micro strip transmission line at the ground side located at the lowest layer of the multilayer substrate. The length extending from the strip transmission line toward the strip transmission line is reduced by 50%.
또한 상기 다수개의 신호 정합용 그라운드 각각은 상기 다층 기판의 최하위층에 위치되는 그라운드와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다. In addition, each of the plurality of signal matching grounds may be electrically connected to a ground located at a lowermost layer of the multilayer substrate.
그리고 이때의 상기 초고주파 전송 장치도 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)나 액정고분자(liquid crystal polymer, LCP) 공정을 통해 구현되는 것을 특징으로 한다.In this case, the ultra-high frequency transmission device may be implemented through a low temperature co-fired ceramic (LTCC) or a liquid crystal polymer (LCP) process.
이와 같이 본 발명의 밀리미터파 대역에서의 전송 특성을 향상시키기 위한 초고주파 전송 장치는 LTCC나 LCP등의 다층기판을 이용하여 장치를 제작하되, 스트립 전송 선로와 마이크로 스트립 전송 선로의 접합 영역에서 마이크로 스트립 전송 선로로부터 스트립 전송 선로 쪽으로 확장되는 신호 정합용 그라운드를 추가로 더 구비하여, 이를 통해 전계분포의 불연속 현상을 완화시켜 주도록 한다. As described above, the ultra-high frequency transmission device for improving the transmission characteristics in the millimeter wave band is manufactured using a multilayer board such as LTCC or LCP, but microstrip transmission is performed in the junction region between the strip transmission line and the micro strip transmission line. A signal matching ground extending from the line toward the strip transmission line is further provided to alleviate the discontinuity of the electric field distribution.
그 결과, 서로 상이한 전송 선로 사이에 전계분포가 보다 완만하게 변화되고, 이에 다라 밀리미터파 대역의 전송특성을 향상되는 효과를 제공하게 된다. As a result, the electric field distribution changes more gently between different transmission lines, thereby providing an effect of improving the transmission characteristics of the millimeter wave band.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing in detail the operating principle of the preferred embodiment of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다.In addition, the same reference numerals are used for parts having similar functions and functions throughout the drawings.
도1은 본 발명에 일실시예에 따라 밀리미터파 대역에서의 전송 특성을 향상시키기 위한 초고주파 전송 장치의 구조를 설명하기 위한 도면으로, (a)는 초고주파 전송 장치의 모식도이고, (b)는 초고주파 전송 장치를 A-B 기준으로 측면에서 바라본 단면도이다.1 is a view for explaining the structure of the ultra-high frequency transmission device for improving the transmission characteristics in the millimeter wave band according to an embodiment of the present invention, (a) is a schematic diagram of the ultra-high frequency transmission device, (b) is a high frequency. A cross-sectional side view of the transmission device with respect to AB.
계속하여 도면을 참조하면, 초고주파 전송 장치는 4층 기판을 이용하여 구현 되며, 4층 기판의 내부에 배치되며 50Ω의 임피던스를 가지는 스트립 전송 선로(strip), 스트립 전송 선로(strip) 위쪽의 유전체를 제거하여 스트립 전송 선로와 동일 평면상에 배치되며 50Ω의 임피던스를 가지는 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip) 및 스트립 전송 선로(strip)와 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip)의 접합 영역에서 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip)로부터 스트립 전송 선로(strip)쪽으로 확장되도록 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip)의 하부 평면상에서 위치되는 신호 정합용 그라운드(Stuning)를 구비한다.Referring to the drawings, the ultra-high frequency transmission device is implemented using a four-layer substrate, and is disposed inside the four-layer substrate, and has a strip transmission line having a impedance of 50 Ω and a dielectric above the strip transmission line. Microstrip Transmission Lines (Mstrip) and Microstrip Transmission Lines (Mstrip) at the junction of the strip transmission line (Strip) and the microstrip transmission line (Mstrip) are placed on the same plane as the strip transmission line and have 50Ω impedance. And a signal matching ground located on the bottom plane of the microstrip transmission line (Mstrip) to extend from the strip transmission line to the strip transmission line.
그리고 이때의 신호 정합용 그라운드(Stuning)는 4층 기판의 최하위층에 위치되는 그라운드와 전기적으로 연결되도록 한다. In this case, the signal matching ground (Stuning) is to be electrically connected to the ground located on the lowest layer of the four-layer substrate.
바람직하게는, 상기와 같은 구조를 가지는 초고주파 전송 장치를 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC)나 액정고분자(liquid crystal polymer, LCP)등의 다층 기판을 이용하여 구현되도록 한다. Preferably, the ultra-high frequency transmission device having the above structure is implemented by using a multi-layered substrate such as low temperature co-fired ceramic (LTCC) or liquid crystal polymer (LCP).
이는 캐비티(cavity)를 사용하여 마이크로스트립 전송 선로 위쪽의 유전체를 제거하며, 유전체 내부에 존재하는 스트립전송 선로(strip)와 유전체 외부로 노출되는 마이크로스트립 전송 선로(Mstrip)를 동일평면상에 위치시키는 것이 가능하기 때문이다. It uses a cavity to remove the dielectric on top of the microstrip transmission line and places the strip transmission line within the dielectric and the microstrip transmission line (Mstrip) exposed to the outside of the dielectric on the same plane. Because it is possible.
이러한 다층기판을 이용하면 유전체 내부에 존재하는 필터 등의 수동소자를 비아(via)를 사용하지 않고 유전체 외부의 전송 선로에 연결하는 것이 가능하여 비아에 의한 전자기파의 방사 등을 고려하지 않아도 된다는 장점을 가진다. By using such a multilayer board, it is possible to connect passive elements such as a filter inside the dielectric to a transmission line outside the dielectric without using vias, so that the electromagnetic radiation caused by the vias does not have to be considered. Have
도2a 내지 도2e는 본 발명의 초고주파 전송 장치의 신호 정합 원리를 설명하 기 위한 도면이다. 2A to 2E are diagrams for explaining the signal matching principle of the ultra-high frequency transmission apparatus of the present invention.
도2a는 스트립 전송 선로의 TEM(Transverse Electro-magnetic) 전계 분포도, 도2b는 마이크로 스트립 전송 선로의 유사 TEM(quasi TEM) 전계 분포도, 도2c는 본 발명의 신호 정합용 그라운드를 추가했을 때 스트립 전송 선로의 전계 분포도, 도2d는 스트립 전송 선로에 마이크로 스트립 전송 선로를 그대로 연결하였을 때의 전계 분포도, 도2e는 스트립 전송 선로에 신호 정합용 그라운드가 추가된 스트립 전송 선로를 연결하였을 때의 전계 분포도를 각각 나타낸다.FIG. 2A is a TEM (Transverse Electro-magnetic) field distribution diagram of the strip transmission line, FIG. 2B is a quasi TEM (TEM) field distribution diagram of the micro strip transmission line, and FIG. 2C is a strip transmission when the signal matching ground of the present invention is added. 2D shows an electric field distribution diagram when the microstrip transmission line is connected to the strip transmission line as it is, and FIG. 2E shows an electric field distribution diagram when the strip transmission line with the signal matching ground is added to the strip transmission line. Represent each.
그리고 이때에 사용된 유전체의 한 층당 두께는 100μm이고 유전율은 5.8이다. The thickness of one layer of the dielectric used at this time is 100μm and the dielectric constant is 5.8.
먼저, 도2a에 도시된 바와 같이, 스트립 전송 선로(strip)가 유전체 내부에 위치하고 위아래의 그라운드(GND1, GND2)가 서로 대칭적으로 위치하면, 스트립 전송 선로(strip)의 전계 성분은 스트립 전송 선로(strip)의 위/아랫방향으로 대칭되도록 형성된다. First, as shown in FIG. 2A, when the strip transmission line is located inside the dielectric and the upper and lower grounds GND1 and GND2 are symmetrically positioned, the electric field component of the strip transmission line is the strip transmission line. It is formed to be symmetric in the up / down direction of the strip.
그리고 도2b에 도시된 바와 같이, 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip)가 유전체의 상부면에 위치하여 오픈(open)되고 그라운드(GND)가 유전체의 하부면에만 위치하면, 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip)의 전계 성분은 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip)의 아랫방향으로 거의 대부분이 형성된다. As shown in FIG. 2B, when the microstrip transmission line (Mstrip) is located on the top surface of the dielectric and is open and the ground (GND) is located only on the bottom surface of the dielectric, the microstrip transmission line (Mstrip) The electric field component is almost formed in the downward direction of the microstrip transmission line (Mstrip).
반면, 도2c에 도시된 바와 같이, 스트립 전송 선로(strip)가 유전체 내부에 위치하고 위아래의 그라운드(GND1,GND2)가 서로 대칭적으로 위치되되, 스트립 전송 선로(strip)의 하부에 신호 정합용 그라운드(Stuning)가 더 위치되면, 스트립 전송 선로(strip)의 전계 성분은 위쪽 방향 보다 아래쪽 방향으로 더 많이 형성되게 된다. On the other hand, as shown in Figure 2c, the strip transmission line (strip) is located inside the dielectric and the top and bottom ground (GND1, GND2) are located symmetrically with each other, the signal matching ground at the bottom of the strip transmission line (strip) If (Stuning) is further located, the electric field component of the strip transmission line will be formed more in the downward direction than in the upward direction.
즉, 스트립 전송 선로(strip)의 전계 성분이 위아래방향으로 대칭되지 못하고 아래 방향으로 훨씬 더 강해져, 도2b와 유사한 전계 분포 구조를 가지게 된다. That is, the electric field component of the strip transmission line is not symmetric in the up and down direction but much stronger in the downward direction, and thus has an electric field distribution structure similar to that of FIG.
이에 도2d에 도시된 바와 같이 스트립 전송 선로(strip)에 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip)를 그대로 연결하면, 스트립 전송 선로(strip)와 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip)의 접합 영역에서는 전계의 불연속 현상이 발생하여, 초고주파 전송 장치의 반사 손실 및 삽입 손실이 증가하게 된다. Therefore, as shown in FIG. 2D, when the microstrip transmission line (Mstrip) is directly connected to the strip transmission line (strip), discontinuity phenomenon of the electric field occurs in the junction region of the strip transmission line and the microstrip transmission line (Mstrip). Occurs, the reflection loss and insertion loss of the microwave transmission device increase.
반면 도2e에 도시된 바와 같이 스트립 전송 선로(strip)에 신호 정합용 그라운드(Stuning)가 추가된 스트립 전송 선로(Mstrip)를 연결하면, 스트립 전송 선로(strip)와 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip) 모두가 유사한 전계 분포 구조를 가져 스트립 전송 선로(strip)와 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip) 사이의 접합 영역에서 발생하는 전계의 불연속이 완화된다. 이에 초고주파 전송 장치의 반사 손실 및 삽입 손실이 감소되어 전송 특성이 향상되게 된다. On the other hand, as shown in FIG. 2E, when the strip transmission line (Mstrip) is added to the strip transmission line (stuning), the signal transmission ground (Stuning) is added, both the strip transmission line (strip) and the micro strip transmission line (Mstrip) Has a similar electric field distribution structure to mitigate the discontinuity of the electric field in the junction region between the strip transmission line and the micro strip transmission line (Mstrip). Accordingly, the reflection loss and insertion loss of the microwave transmission device are reduced, thereby improving transmission characteristics.
이에 본 발명에서는 스트립 선로(strip)와 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip)가 연결되는 접합 영역에, 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip)에서 스트립 선로(strip) 방향으로 확장된 길이를 가지는 신호 정합용 그라운드(Stuning)를 추가하여 전계의 불연속 현상을 완화하고 이에 따라 전송 특성을 향상시켜 준다. Accordingly, in the present invention, a signal matching ground having a length extending from the microstrip transmission line (Mstrip) to the strip line (strip) in the junction region where the strip line and the microstrip transmission line (Mstrip) are connected. ) To mitigate discontinuities in the electric field and thus to improve the transmission characteristics.
도3은 본 발명에 일 실시예에 따른 초고주파 전송 장치의 전송 특성 변화를 도시한 도면이다. 3 is a view showing a change in transmission characteristics of the ultra-high frequency transmission apparatus according to an embodiment of the present invention.
도3에서 (a)는 신호 정합용 그라운드가 없을 때, 초고주파 전송 장치의 전송 특성을, (b)은 신호 정합용 그라운드의 확장 길이를 순차적으로 변화시킨 경우에 초고주파 전송 장치의 전송 특성 변화를 도시한 도면이다. In FIG. 3, (a) shows the transmission characteristics of the microwave transmission apparatus when there is no signal matching ground, and (b) shows the change of the transmission characteristics of the microwave transmission apparatus when the extension length of the signal matching ground is sequentially changed. One drawing.
먼저, (a)에 도시된 바와 같이, 신호 정합용 그라운드가 없으면 낮은 주파수대역에서는 삽입손실(S21)과 반사손실(S11)이 작은 우수한 전송특성을 보여주지만 주파수가 올라갈수록 스트립라인과 마이크로스트립 전송 선로 사이의 불연속적인 전계분포에 의해서 손실이 증가함을 알 수 있다. First, as shown in (a), when there is no signal matching ground, the insertion loss (S21) and the return loss (S11) show excellent transmission characteristics in the low frequency band, but the stripline and the microstrip transmission as the frequency increases. It can be seen that the losses increase due to the discontinuous field distribution between the lines.
실제로 60GHz대역에서의 삽입손실(S21)은 -0.73dB이고 반사손실(S11)은 -12.7dB 정도의 값을 가지나, 80GHz 대역에서는 삽입손실(S21)은 - 2.24dB으로 반사손실(S11)은 -6.77dB로 급격히 증가한다. In practice, the insertion loss (S21) in the 60 GHz band is -0.73 dB and the return loss (S11) is about -12.7 dB.In the 80 GHz band, the insertion loss (S21) is -2.24 dB and the return loss (S11) is-. It increases sharply to 6.77dB.
반면, 신호 정합용 그라운드의 확장 길이(dx)를 순차적으로 변화시키면, (b)에 도시된 바와 같이 초고주파 전송 장치의 전송 특성 또한 다양하게 변화됨을 알 수 있다. On the other hand, if the extension length (dx) of the signal matching ground is sequentially changed, as shown in (b), it can be seen that the transmission characteristics of the ultra-high frequency transmission device are also variously changed.
즉, 신호 정합용 그라운드의 확장 길이(dx)가 50mm 이하인 경우에는 신호 정합용 그라운드로서의 역할을 전혀 수행하지 못하여, 초고주파 전송 장치는 (a)에서와 동일한 전송특성을 가진다. In other words, when the extension length dx of the signal matching ground is 50 mm or less, the signal matching ground does not play a role as the signal matching ground at all, and thus the ultra-high frequency transmission apparatus has the same transmission characteristics as in (a).
그러나 신호 정합용 그라운드의 확장 길이(dx)가 100 ~ 150mm의 범위에 있는 경우에는, 밀리미터파 대역에서의 삽입손실(S21)과 반사손실(S11)이 감소하여 100GHz까지 반사손실(S11)이 -20dB 이하인 우수한 전송특성을 보여준다. However, when the extended length (dx) of the signal matching ground is in the range of 100 to 150 mm, the insertion loss (S21) and the reflection loss (S11) in the millimeter wave band are reduced, and the return loss (S11) is reduced to 100 GHz. It shows excellent transmission characteristics below 20dB.
그러나 신호 정합용 그라운드의 확장 길이(dx)가 200mm이상으로 증가하면 반사손실(S11)과 삽입손실(S21)은 다시 증가한다. However, when the extension length dx of the signal matching ground increases to 200 mm or more, the reflection loss S11 and the insertion loss S21 increase again.
이에 신호 정합용 그라운드의 확장 길이(dx)는 100 ~ 150mm의 범위에 있어야 함을 알 수 있다.Accordingly, it can be seen that the extension length dx of the signal matching ground should be in the range of 100 to 150 mm.
도4는 본 발명에 다른 실시예에 따라 밀리미터파 대역에서의 전송 특성을 향상시키기 위한 초고주파 전송 장치의 구조를 설명하기 위한 단면도이다.4 is a cross-sectional view for explaining the structure of an ultra-high frequency transmission device for improving the transmission characteristics in the millimeter wave band according to another embodiment of the present invention.
계속하여 도면을 참조하면, 초고주파 전송 장치는 6층 기판을 이용하여 구현되며, 6층 기판의 내부에 배치되며 50Ω의 임피던스를 가지는 스트립 전송 선로(strip), 스트립 전송 선로(strip) 위쪽의 유전체를 제거하여 스트립 전송 선로(strip)와 동일 평면상에 배치되며 50Ω의 임피던스를 가지는 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip) 및 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip)의 하부 평면상에서 순차적으로 적층되며 스트립 전송 선로(strip)와 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip)의 접합 영역에서 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip)로부터 스트립 전송 선로(strip)쪽으로 확장되도록 위치되는 제1 및 제2 신호 정합용 그라운드(Stuning1,Stuning2)를 포함한다. Referring to the drawings, the microwave transmission device is implemented using a six-layer substrate, and is disposed inside the six-layer substrate, and has a strip transmission line having a impedance of 50 ohms and a dielectric above the strip transmission line. And are arranged on the same plane as the strip transmission line, and are sequentially stacked on the microstrip transmission line (Mstrip) and the microstrip transmission line (Mstrip) having an impedance of 50 Ω, and are sequentially stacked with the strip transmission line. And first and second signal matching grounds Stuning1 and Stuning2 positioned to extend from the microstrip transmission line Mstrip toward the strip transmission line in the junction region of the microstrip transmission line Mstrip.
그리고 이때의 제1 및 제2 신호 정합용 그라운드(Stuning1,Stuning2) 모두는 6층 기판의 최하위층에 위치되는 그라운드와 전기적으로 연결되도록 한다. In this case, both the first and second signal matching grounds Stuning1 and Stuning2 are electrically connected to the ground located at the lowest layer of the six-layer substrate.
또한 최하위층에 위치되는 그라운드(GND2)쪽에서 마이크로 스트립 전송 선로(Mstrip)쪽으로 갈수록 길이가 순차적으로 감소되도록 하고, 가장 바람직하게는 제1 신호 정합용 그라운드의 확장 길이(dx1)는 제2 신호 정합용 그라운드의 확장 길이(dx2)의 절반이 되도록 한다. In addition, the length is sequentially reduced from the ground (GND2) located in the lowest layer toward the microstrip transmission line (Mstrip), and most preferably the extended length (dx1) of the first signal matching ground is the second signal matching ground. Is half of the extension length (dx2) of.
즉, 제1 및 제2 신호 정합용 그라운드의 길이(x1,x2)를 단계적으로 증대하여, 전계가 급격하게 변화되는 것을 사전에 방지하도록 한다. That is, the lengths x1 and x2 of the first and second signal matching grounds are gradually increased to prevent the electric field from suddenly changing.
그리고 이때에도 제2 신호 정합용 그라운드의 확장 길이(dx2)는 100-150mm의 범위에 있는 것이 바람직하며, 이에 따라 제1 신호 정합용 그라운드의 확장 길이(dx1)는 50-75mm의 범위에 있는 것이 바람직하다.In this case, the extension length dx2 of the second signal matching ground is preferably in the range of 100-150 mm, and thus the extension length dx1 of the first signal matching ground is in the range of 50-75 mm. desirable.
도5는 본 발명에 다른 실시예에 따른 초고주파 전송 장치의 전송 특성을 도시한 도면으로, 이는 제1 신호 정합용 그라운드의 확장 길이(dx1)는 약 50mm이고, 제2 신호 정합용 그라운드의 확장 길이(dx2)는 100-150mm인 초고주파 전송 장치에 대한 전송 특성이다. 5 is a diagram illustrating transmission characteristics of an ultra-high frequency transmission apparatus according to another embodiment of the present invention, in which the extended length dx1 of the first signal matching ground is about 50 mm and the extended length of the second signal matching ground. (dx2) is a transmission characteristic for an ultra high frequency transmission apparatus of 100-150 mm.
계속하여 도5를 참조하면, 도4의 구조를 가지는 초고주파 전송 장치는 낮은 주파수대역 뿐 만 아니라 초고파수 대역(즉, 80GHz 까지)에서도 반사손실이 -20dB 이하이고 삽입 손실은 8dB 이하인 우수한 전송 특성을 제공할 수 있음을 알 수 있다. 5, the ultra-high frequency transmission apparatus having the structure of FIG. 4 has excellent transmission characteristics with a return loss of -20 dB or less and an insertion loss of 8 dB or less not only in the low frequency band but also in the ultra high frequency band (that is, up to 80 GHz). It can be seen that it can provide.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자에게 있어 명백할 것이다. The present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art.
도1은 본 발명에 일실시예에 따라 밀리미터파 대역에서의 전송 특성을 향상시키기 위한 초고주파 전송 장치의 구조를 설명하기 위한 도면, 1 is a view for explaining the structure of an ultra-high frequency transmission apparatus for improving the transmission characteristics in the millimeter wave band according to an embodiment of the present invention;
도2a 내지 도2e는 본 발명의 초고주파 전송 장치의 신호 정합 원리를 설명하기 위한 도면, 2a to 2e is a view for explaining the signal matching principle of the ultra-high frequency transmission apparatus of the present invention,
도3은 본 발명에 일 실시예에 따른 초고주파 전송 장치의 전송 특성 변화를 도시한 도면, 3 is a view showing a change in transmission characteristics of an ultra-high frequency transmission apparatus according to an embodiment of the present invention;
도4는 본 발명에 다른 실시예에 따라 밀리미터파 대역에서의 전송 특성을 향상시키기 위한 초고주파 전송 장치의 구조를 설명하기 위한 단면도, 그리고 4 is a cross-sectional view for explaining the structure of an ultra-high frequency transmission device for improving the transmission characteristics in the millimeter wave band according to another embodiment of the present invention.
도5는 본 발명에 다른 실시예에 따른 초고주파 전송 장치의 전송 특성을 도시한 도면이다. 5 is a diagram illustrating transmission characteristics of an ultrahigh frequency transmission apparatus according to another embodiment of the present invention.
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