KR100951609B1 - 레이더용 주파수 대역의 송수신 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 레이더용 주파수 대역의 송수신 모듈에 있어서, 고주파 단일 집적 회로(monolithic microwave integrated circuit; MMIC) 칩(이하, 'MMIC 칩'이라 함)을 포함하는 고주파 회로부가 제공된 듀로이드 기판(duroid printed circuit board); 및 상기 고주파 회로부를 제어하는 제어 신호를 제공하는 제어 회로부가 제공된 다층 회로 기판(multi-layered printed circuit board)을 포함하고, 상기 다층 회로 기판은 상기 듀로이드 기판의 상측에 적층된 형태로 배치되며, 상기 MMIC 칩은 와이어 본딩에 의해 상기 다층 회로 기판에 접속되어 상기 다층 회로 기판으로부터 제어 신호를 제공받는 레이더용 주파수 대역의 송수신 모듈을 개시한다. 상기와 같이 구성된 송수신 모듈은 일반적인 다층 회로 기판의 구조를 이용하여 제어 회로 등을 배치함으로써, 제조가 용이하고 제조 비용 또한 저렴하며, 어느 하나의 기판에 불량이 발생하더라도 불량이 발생된 해당 기판만 교체하는 것으로도 유지/보수가 가능하기 때문에, 유지/보수 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

레이더, 송수신 모듈, 듀로이드 기판, 다층 회로 기판

Description

레이더용 주파수 대역의 송수신 모듈 {TRANSCEIVER MODULE FOR FREQUENCY BAND OF RADAR}

본 발명은 고주파 신호 송수신 모듈에 관한 것으로서, 특히, 군사 목적 또는 선박, 항공기 등에 이용되는 레이더와 같은 관측 장비의 송수신 모듈에 관한 것이다.

일반적으로, 군사 목적이나 선박, 항공기 등에 이용되는 관측 장비로서의 레이더는 8~12GHz 대역(X-band)의 주파수를 이용하게 되는데, 이러한 X-band의 주파수를 이용한 레이더 장치의 송수신 모듈은 디지털 신호 처리기, 전압 회로, 제어 회로, 인터페이스 회로 등 레이더 장치의 동작을 위한 다양한 회로를 구비하게 된다.

이러한 회로들을 하나의 모듈 형태로 제작, 소형화함으로써, 레이더 장비의 집적도가 향상되어 레이더 장비의 크기는 소형화되면서 그 성능은 향상될 수 있음은 자명하다. 레이더 장비의 소형화를 위한 한가지 방안으로 제안된 저온 동시소성 세라믹(low temperature co-fired ceramics; LTCC) 모듈은 고주파 신호의 송수신 모듈을 소형화하는데 획기적인 기여를 하게 된다.

이러한 LTCC 모듈을 제작하는 방법이 국내공개특허 제2005-94187호(2005. 09. 27.) 등을 통해 개시되고 있고, LTCC 모듈을 이용한 레이더 시스템이 국내 등록특허 제831507호(2008. 05. 15.) 등을 통해 개시되고 있다.

이러한 LTCC 모듈은 회로 장치들의 집적도를 향상시켜 장비의 소형화에 기여할 뿐만 아니라, 장비의 성능 향상에도 많은 기여를 하고 있어, 군사용 목적의 레이더 장비뿐만 아니라, 이동 통신 분야나 자동차와 같은 운송수단의 안전 장비에도 적용되고 있다.

그러나 LTCC 모듈은 고주파 신호의 송수신 모듈의 소형화나 성능 향상에 크게 기여하고 있음에도 불구하고, 그 제조 방법이 까다롭고, 제조 비용이 높다는 단점이 있다. 더욱이, LTCC 모듈이 완성된 이후 또는 장비 운용 중에 내부 소자나 회로에 불량이 발생하면 모듈 자체를 교환해야 하기 때문에, 유지/보수에 따르는 비용도 높다는 단점이 있다.

이에, 본 발명은 제조 비용이 저렴하면서도, 소형화가 용이한 레이더 등의 고주파 신호용 송수신 모듈을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명은 송수신 모듈의 완성 후 또는 장비 운용 중에 송수신 모듈의 소자나 회로에 불량이 발생하더라도 저렴한 비용으로 유지/보수가 가능한 송수신 모듈을 제공하고자 한다.

따라서 본 발명은, 레이더용 주파수 대역의 송수신 모듈에 있어서,

고주파 단일 집적 회로(monolithic microwave integrated circuit; MMIC) 칩(이하, 'MMIC 칩'이라 함)을 포함하는 고주파 회로부가 제공된 듀로이드 기판(duroid printed circuit board); 및

상기 고주파 회로부를 제어하는 제어 신호를 제공하는 제어 회로부가 제공된 다층 회로 기판(multi-layered printed circuit board)을 포함하고,

상기 다층 회로 기판은 상기 듀로이드 기판의 상측에 적층된 형태로 배치되며,

상기 MMIC 칩은 와이어 본딩에 의해 상기 다층 회로 기판에 접속되어 상기 다층 회로 기판으로부터 제어 신호를 제공받는 레이더용 주파수 대역의 송수신 모듈을 개시한다.

이때, 상기 다층 회로 기판을 관통하게 형성된 수용홀을 더 구비하고, 상기 MMIC 칩은 상기 듀로이드 기판의 일면에 돌출된 상태로 설치되어 상기 수용홀에 수용되며, 상기 MMIC 칩을 상기 다층 회로 기판에 접속시키는 와이어들은 상기 수용홀의 주변에서 상기 다층 회로 기판에 본딩됨이 바람직하다.

또한, 상기 듀로이드 기판을 흐르는 고주파 신호는 상기 다층 회로 기판으로부터 제공되는 제어 신호에 의해 변조, 증폭됨이 바람직하다.

또한, 상기 듀로이드 기판과 다층 회로 기판 사이에 제공되는 차폐부를 더 구비하고, 상기 차폐부는 상기 듀로이드 기판을 흐르는 고주파 신호와 상기 다층 회로 기판을 흐르는 제어 신호가 간섭되는 것을 차단할 수 있다.

상기와 같이 구성된 송수신 모듈은 일반적인 다층 회로 기판의 구조를 이용하여 제어 회로 등을 배치함으로써, 제조가 용이하고 제조 비용 또한 저렴한 장점이 있다. 또한, 상기의 다층 회로 기판은 고주파 신호 처리를 위한 듀로이드 기판과는 별도로 제작되면서 적층된 형태로 배치되기 때문에, 어느 하나의 기판에 불량이 발생하더라도 불량이 발생된 해당 기판만 교체하는 것으로도 유지/보수가 가능하여 유지/보수 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 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 바람직한 실시 예에 따른 송수신 모듈(100)을 나타내는 분리 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 송수신 모듈(100)을 나타내는 조립 사시도이다.

상기 송수신 모듈(100)은 일반적인 이동통신 기기나 운송 수단의 안전 장비, 선박이나 항공기의 레이더 등에 설치될 수 있는데, 본 실시 예에서는 선박이나 항공기, 군사용 목적의 레이더 장비에 적용되는 송수신 모듈을 예시하고 있다. 앞서 살펴본 바와 같이, 송수신 모듈의 소형화와 성능 향상을 위해 종래에는 LTCC 모듈을 이용하였으나, LTCC 모듈은 제작이 어렵고 제조 비용 및 유지/보수에 따르는 비용이 높다는 단점이 있었다. 반면에, 본 발명에 따른 송수신 모듈은 듀로이드(duroid) 기판과, 다층 회로 기판을 각각 별도로 제작하여 서로 적층된 형태로 결합한 구조로서, 듀로이드 기판에는 고주파 신호 처리를 위한 고주파 회로부가 제공되어 있으며, 다층 회로 기판에는 고주파 회로부를 제어하기 위한 제어 신호 등을 발생시키는 제어 회로부가 제공되어 있다. 이들 듀로이드 기판과 다층 회로 기판은 일반적인 회로 기판 제작 방법을 통해 제조가 가능하며, 유지/보수 시에는 불량이 발생한 해당 기판만 교체하거나 보수함으로써 유지/보수 비용을 절감할 수 있게 된다.

앞서 언급한 바와 같이, 상기 송수신 모듈(100)은 고주파 신호 처리를 위한 듀로이드 기판(102)과 제어 신호 등을 제공하기 위한 다층 회로 기판(103)을 구비한다.

상기 듀로이드 기판(102)에는 다수의 모놀리딕 마이크로파 집적 회 로(monolithic microwave integrated circuit; 이하, 'MMIC'라 함) 칩(129a, 129b, 129c)들과 같은 집적 회로 칩들이 장착되어 있으며, 또한, 상기 MMIC 칩(129a, 129b, 129c)들 간 신호를 전송하기 위한 신호 배선(127)들이 형성되어 있다. 이때, 상기 MMIC 칩(129a, 129b, 129c)들은 상기 다층 회로 기판(103)으로부터 제어 신호를 인가받아 상기 듀로이드 기판(102)을 흐르는 고주파 신호를 변조하거나 증폭하는 등의 신호처리를 하게 된다.

상기 다층 회로 기판(103)은 그 양면을 관통하게 각각 형성된 다수의 수용홀(131)들을 구비한다. 아울러, 그 일면에는 집적 회로 칩(integrated circuit chip)을 장착하기 위한 칩 마운트(chip mount)(135)와 다수의 수동 소자들, 예를 들면, 저항, 인덕터, 커패시턴스 등의 소자들이 배치되며, 이들을 연결하는 회로 패턴들이 형성되어 있다. 이때, 상기 다층 회로 기판(103)의 각 층간 회로 패턴은 비아 홀(via hole) 등을 통해 서로 연결될 수 있다. 상기 칩 마운트(135)에 장착되는 집적 회로 칩은 각종 신호, 전원 등을 제어하는 논리 회로로 구성되어 있으며, 상기 다층 회로 기판(103)이 장착될 송수신 모듈의 동작 전반을 제어하게 된다.

앞서 언급한 바와 같이, 상기와 같이 구성된 다층 회로 기판(103)은 대체로, 제어 신호나 전원을 제공하게 되는데, 구체적으로, 송수신 대상이 되는 고주파 신호의 증폭, 변조 등에 요구되는 제어 신호나 전원을 상기 듀로이드 기판(102)으로 제공하게 된다. 상기 듀로이드 기판(102)은 상기 다층 회로 기판(103)으로부터 제공된 제어 신호나 전원에 따라 고주파 신호를 처리하여 송출하거나 수신된 신호를 처리하게 된다.

상기 듀로이드 기판(102)과 다층 회로 기판(103)이 서로 적층된 형태로 결합된 후, 이를 캐리어(101) 상에 장착하여 상기 송수신 모듈(100)이 완성된다. 물론, 별도의 하우징 등을 이용하여 상기 송수신 모듈(100)을 감싸게 구성됨이 바람직하지만, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명함에 있어서는 이러한 구성에 대해서는 그에 대한 설명을 생략하기로 한다.

상기 MMIC 칩(129a, 129b, 129c)들은 상기 듀로이드 기판(102)의 일면으로 돌출된 형태로 장착될 수 있으며, 상기 MMIC 칩(129a, 129b, 129c)들 중 상기 듀로이드 기판(102)의 일면으로 돌출된 형태로 장착된 칩이 있다면 이는 상기 다층 회로 기판(103)의 수용홀(131)들 중 하나에 수용된다. 상기 수용홀(131)들 중 하나에 수용되는지의 여부와 관계없이, 상기 MMIC 칩(129a, 129b, 129c)들은 상기 수용홀(131)들 중 어느 하나와 대응되는 위치에 배치된다.

상기 다층 회로 기판(103)의 수용홀(131) 상에 위치된 상기 MMIC 칩(129a, 129b, 129c)들은 각각 와이어 본딩에 의해 상기 다층 회로 기판(103)의 회로 패턴들과 접속된다. 즉, 와이어 본딩에 이용되는 각 와이어들은 상기 다층 회로 기판(103)의 회로 패턴들로부터 상기 MMIC 칩(129a, 129b, 129c)들의 접속 핀들에 연결되는 것이다. 이로써, 상기 다층 회로 기판(103)으로부터 제어 신호와 전원이 상기 MMIC 칩(129a, 129b, 129c)들로 제공되며, 상기 MMIC 칩(129a, 129b, 129c)들은 제공된 제어 신호와 전원에 따라 송출 또는 수신되는 고주파 신호를 처리하게 된다.

이로써, 종래의 LTCC 모듈을 이용하지 않더라도, 실질적으로 그 크기와 성능 에서는 큰 차이가 없으면서도, 종래의 LTCC 모듈보다 더 저렴하게 송수신 모듈을 제작할 수 있다. 또한, 고주파 신호 처리를 위한 듀로이드 기판과 제어 신호나 전원 등을 제공하기 위한 다층 회로 기판을 적층한 형태로 송수신 모듈을 구성함으로써, 유지/보수의 요인이 발생되었을 때, 해당 기판만 교체하거나 칩 등을 교체할 수 있기 때문에 유지/보수 비용 또한 절감할 수 있게 된다.

한편, 상기 송수신 모듈(100)은 상기 듀로이드 기판(102)과 다층 회로 기판(103) 사이에 제공되는 차폐부(104)를 더 구비할 수 있다. 상기 차폐부(104)는 상기 듀로이드 기판(102)을 흐르는 고주파 신호와 상기 다층 회로 기판을 흐르는 제어 신호나 전원이 전기적으로 간섭되는 것을 차단하게 된다. 이때, 상기 차폐부(104)는 상기 듀로이드 기판(102) 및 다층 회로 기판(103)과는 별도로 제작되어 상기 듀로이드 기판(102)과 다층 회로 기판(103) 사이에 배치될 수 있으며, 상기 다층 회로 기판(103)에 인쇄회로 패턴 형태로 형성되어 상기 듀로이드 기판(102)과 대면하게 배치될 수 있다.

상기 차폐부(104)는 상기 듀로이드 기판(102)과 상기 다층 회로 기판(103) 중 어느 하나의 형상에 대응되는 형상으로 제작됨이 바람직하며, 상기 수용홀(131)들에 대응되는 관통홀을 구비함이 바람직하다. 이는, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 MMIC 칩(129a, 129b, 129c)들이 와이어 본딩에 의해 상기 다층 회로 기판(103)에 접속되기 때문이다. 또한, 상기 차폐부(104)는 상기 신호 배선(127)들과 대응되는 영역이 일부 제거될 수 있는데, 이는 고주파 신호의 특성으로 인해 송출될 또는 수신된 신호가 상기 차폐부(104)로 유기되는 것을 방지하기 위함이다.

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 송수신 모듈을 나타내는 분리 사시도,

도 2는 도 1에 도시된 송수신 모듈을 나타내는 조립 사시도.

Claims (4)

1. 레이더용 주파수 대역의 송수신 모듈에 있어서,

   고주파 단일 집적 회로(monolithic microwave integrated circuit; MMIC) 칩(이하, 'MMIC 칩'이라 함)을 포함하는 고주파 회로부가 제공된 듀로이드 기판(duroid printed circuit board);

   상기 고주파 회로부를 제어하는 제어 신호를 제공하는 제어 회로부가 제공된 다층 회로 기판(multi-layered printed circuit board); 및

   상기 다층 회로 기판의 양면을 관통하게 형성된 수용홀을 포함하고,

   상기 다층 회로 기판은 상기 듀로이드 기판의 상측에 적층된 형태로 배치되며,

   상기 MMIC 칩은 상기 듀로이드 기판의 일면에 돌출된 상태로 설치되어 상기 수용홀에 수용됨과 아울러,

   상기 MMIC 칩은 상기 수용홀의 주변에서 상기 다층 회로 기판에 본딩된 와이어들에 의해 상기 다층 회로 기판에 접속되어 상기 다층 회로 기판으로부터 제어 신호를 제공받음을 특징으로 하는 레이더용 주파수 대역의 송수신 모듈.
2. 삭제
3. 제1 항에 있어서, 상기 듀로이드 기판을 흐르는 고주파 신호는 상기 다층 회로 기판으로부터 제공되는 제어 신호에 의해 변조, 증폭됨을 특징으로 하는 레이더용 주파수 대역의 송수신 모듈.
4. 제1 항에 있어서, 상기 듀로이드 기판과 다층 회로 기판 사이에 제공되는 차폐부를 더 구비하고,

   상기 차폐부는 상기 듀로이드 기판을 흐르는 고주파 신호와 상기 다층 회로 기판을 흐르는 제어 신호가 간섭되는 것을 차단함을 특징으로 하는 레이더용 주파수 대역의 송수신 모듈.

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