KR100958790B1 - 마이크로스트립라인과 도파관 사이의 접합부를 위한 장치 - Google Patents

마이크로스트립라인과 도파관 사이의 접합부를 위한 장치 Download PDF

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이에이디에스 도이치란트 게엠베하
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Abstract

본 발명은 마이크로스트립라인 및 도파관사이에 위치하는 접합부를 구성하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는
절연특성의 기판(S)의 상부면위에 조립된 마이크로스트립라인(ML),
기판(S)의 상부면위에 조립되며, 한 개이상의 단부면위에서 개구부(OB)를 가지고 구조물(ST)를 가진 도파관을 포함하고, 상기 구조물이 한 개의 측벽위에서 개구부(OB)가 구성된 영역에서 계단들로 구성되며 적어도 한 개의 부분(ST1)내에서 마이크로스트립라인(ML)에 전도성을 가지고 연결되며, 도파관의 측벽이 기판(S)위에 형성된 금속화 층(LS)이고,
금속화층(LS)내에 형성되고 마이크로스트립라인(ML)이 돌출하는 절단부(A)를 포함하며,
기판(S)의 후방면위에 형성되는 후방면 금속화부분(RM)을 포함하고,
기판(S)의 상부면위에 배열된 금속화층(LS) 및 절단부(A)를 둘러싸는 후방면 금속화부분(RM)사이에 위치한 전기전도성의 관통구멍(VH)을 포함한다.

Description

마이크로스트립라인과 도파관 사이의 접합부를 위한 장치{JUNCTION BETWEEN A MICROSTRIP LINE AND A WAVEGUIDE}
본 발명은 제 1 항에 청구된 장치에 관한 것이다.
다수의 초고주파수 기술 적용예, 특히 밀리미터파 기술의 적용예에 있어서, 마이크로스트립라인 내에서 운반되는 파동(wave)을 도파관으로 주입하거나, 도파관으로부터 상기 라인내에 주입하는 작업이 요구된다. 이 경우, 접합부(junction)에서는 가능한 반사 및 손실이 없어야 한다. 이러한 접합부는, 제한된 주파수 범위내에서, 도파관과 스트립라인 사이의 임피던스가 서로 정합되고, 제 1 도파관 타입의 필드패턴이 다른 도파관 타입의 필드패턴으로 전이되는 것을 보장한다.
예를 들어, DE 197 41 944 A1 또는 US 6,265,950B1호에 마이크로스트립라인/도파관의 접합부가 공개된다.
상기 DE 197 41 944 A1에 공개된 장치에 의하면, (도 1을 참고할 때) 기판의 상부 표면에 마이크로스트립라인이 부착된다. 도파관(HL)의 단부 표면이 기판(S)의 하부 표면 상에 배열된다. 상기 기판(S)이 도파관(HL)의 영역에서 구멍(D)을 가지고, 상기 구멍(D)이 상기 도파관(HL)의 단면과 일치한다. (도면에 도시되지 않은) 연결요소가 상기 마이크로스트립라인(ML) 위에 배열되고 구멍(D) 내부로 돌출된다. 상기 구멍(D)은 기판(S)의 상부 표면 상에서 스크리닝 캡(screening cap)(SK)에 의해 둘러싸이는데, 상기 스크리닝 캡(SK)은 전기 전도성 드릴-가공된 홀(관통구멍)(VH)을 이용하여 기판(S)의 하부 표면 상의 금속화부(RM)로, 전기 전도성-연결(electrically condutively connect)된다.
상기 장치는, 인쇄 회로 기판이 도파관(HL)을 포함하는 준비된 장착 플레이트 상에 전도성을 띄도록 장착되어야 한다는 문제점을 갖는다. 또한, 정교하게 기계적으로 위치되고, 전도성을 띄도록 장착되어야 하는 정밀 제조된 차폐 캡(SK)이 요구된다. 많은 여러 다른 타입의 공정 단계로 인해, 이러한 장치의 제조는 시간 소모적이고, 비용이 많이 든다. 추가적인 단점은, 도파관이 인쇄 회로 기판의 외부에 배열됨에 따라 요구되는 큰 크기의 공간으로부터 초래된다.
마이크로스트립라인과 도파관 사이의 접합부를 위한 문헌 US 6,265,950B1호의 장치에 따르면, 접합부에 부착된 마이크로스트립라인을 가진 기판이 도파관 내부로 돌출한다. 이 장치의 단점은 인쇄 회로 기판 환경에 도파관이 일체 구성되어야 한다는 것이다. 상기 도파관은 인쇄 회로 기판(기판)의 경계부의 표면 상에서만 배열될 수 있다. 인쇄 회로 기판의 제조에 높은 비용이 들기 때문에, 상기 도파관은 인쇄 회로 기판 내에 일체 구성될 수 없다.
본원 발명의 목적은, 저비용으로 용이하게 생성될 수 있고, 단지 작은 크기의 공간만 차지하는, 마이크로스트립라인과 도파관 사이의 접합부를 위한 장치를 특정하기 위함이다.
이러한 목적은, 청구항 제1항의 특징에 의해 달성된다. 상기 장치의 바람직한 구체적 실시예가 종속 청구항의 대상이다.
마이크로스트립라인과 도파관 사이의 접합부를 위한 본 발명에 따르는 장치는,
절연특성 기판의 상부 면 상에 조립되는 마이크로스트립라인(microstripline)과,
상기 기판(S)의 상부면 상에 조립되고, 하나 이상의 단부 표면 상에서 개구부(OB)를 가지며, 기판(S) 상에서 형성되는 금속화 층(LS)인 하나의 측벽을 갖는 도파관(B)과,
상기 금속화 층(LS) 내부에 형성되는 절단부(A)로서, 상기 마이크로스트립라인(ML)이 도파관(B) 내의 개구부(OB)를 통해 상기 절단부(A) 내부로 돌출하는 것을 특징으로 갖는 상기 절단부(A)와,
기판(S)의 후방면 상에서 형성되는 후방면 금속화부분(RM)과,
기판(S)의 상부면 상의 금속화 층(LS)과 후방면 금속화부분(RM) 사이에 위치하며, 상기 절단부(A)를 감싸는 전기 전도성 관통구멍(VH)
을 포함하며,
하나 이상의 계단의 형태를 갖고, 하나 이상의 부분(ST1)에서 마이크로스트립라인(ML)으로 전도성-연결(conductively connect)되는 구조물(ST)이, 기판(S)의 상부면을 마주보는, 도파관 측벽 상에, 도파관의 개구부(OB)의 영역에서 형성되며, 여기서 계단형 구조물(ST) 내 계단들의 폭은, 접합부로부터 멀어지는 도파관의 종방향으로, 더 커지는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 따르는 장치의 특징에 의하면, 마이크로스트립/도파관의 접합부가 용이하게 저비용으로 생산될 수 있다. 상기 접합부의 생산시 종래기술에 비해 상대적으로 적은 개수의 부품들이 요구된다. 또 다른 특징에 의하면, 인쇄회로기판내에서 도파관은 문헌 제 6,265,950호의 경우와 같이 인쇄회로기판의 변부에 구성될 필요가 없으며 인쇄회로기판의 원하는 위치에 제공될 수 있다. 본 발명의 장치가 적은 공간을 차지한다.
도파관은 표면장착식 장치이다. 상기 목적을 위하여 도파관 부품이 단일조립단계에서 상부로부터 인쇄회로기판에 조립되고 전도성-연결된다. 접합부에 대한 도파관의 연결은 공지된 부품배열방법에 따라 일체로 구성될 수 있다. 그 결과 제조단계들이 제거되어, 생산비용 및 시간이 감소된다.
본 발명의 또 다른 실시예들이 첨부된 도면들을 참고하여 하기 상세한 설명에 제공된다.
도 1 종래기술을 따르는 마이크로스트립/도파관의 접합부를 위한 장치에 관한 종방향단면도.
도 2는 기판의 상부면위에 배열되고 금속화된 층을 도시한 평면도.
도 3은 표면장착식 장치를 위해 하나 이상의 계단으로 형성된 내부구조의 예를 도시한 사시도.
도 4는 마이크로스트립/도파관 접합부를 위한 본 발명의 장치를 도시한 종방향단면도.
도 5는 도 4의 영역 3을 도시한 제 1 단면도.
도 6은 도 4의 영역 4을 도시한 제 2 단면도.
도 7은 도 4의 영역 5을 도시한 제 3 단면도.
도 8은 도 4의 영역 6을 도시한 제 4 단면도.
도 9는 본 발명을 따르는 마이크로스트립/도파관의 접합부에 관한 바람직한 실시예를 도시한 도면.
도 2는 기판의 금속화층을 도시한 평면도이다. 상기 금속화층은 마이크로스트립/도파관의 접합부를 위한 랜드 구조물(land structure)(LS)이라고도 설명된다. 상기 랜드 구조물(LS)은 개구부(OZ)를 가진 절단부(A)를 포함한다. 마이크로스트립라인(ML)은 상기 개구부(OZ)를 통해 연장되고 절단부(A) 내에서 구성종료된다. 상기 절단부(A)는 관통구멍(VH)에 의해 둘러싸인다. 이들 관통구멍(VH)은 기판 내에서 전기전도성 구멍을 형성하여, 상기 랜드 구조물(LS)을 기판의 배면 상의 후방면 금속화부분(도면에 도시되지 않음)으로 연결시킨다. 상기 관통구멍(VH) 간의 거리가 충분히 작게 선택되어, 중간 공간을 통과하는 전자기파의 방사 방출이 이용 주파수 범위 내에서 작게 형성될 수 있다. 이 경우, 관통구멍(VH)은 또한, 서로 평행하게 배열된 다수의 열(row)로 형성되어, 방사 방출을 감소시킬 수 있다.
도 3은 표면 장착식 장치에 대해 하나 이상의 계단의 형태를 갖는 내부 구조의 예를 도시한다. 마찬가지로, 부품(B)은, (도 2에 도시된) 랜드 구조물 내부의 절단부 내 개구부에 해당하는 개구부(OB)를 가진다. 하나 이상의 계단 형태를 갖는 구조물(ST1, ST)은, 부품의 종방향으로, 측벽 상의 개구부(OB)로부터 지정될 수 있는 거리를 두고 형성된다. 랜드 구조물(LS)의 설치 후, 계단형 구조물(ST1 및 ST)을 포함하는 부품(B)의 측벽이 기판 표면을 마주본다(도 4 참조). 조립될 도파관 부품(B)은, 조립되기 전에 (기판의 방향으로) 바닥에서 개방되고, 따라서 미완성된다. 아직 미완성된 측벽이 기판 상의 랜드 구조물(LS)에 의해 형성된다.
본 발명에 따르는 장치는 도 3, 또는 도 4에서 도시된 계단의 개수에 의해 제한받지 않는다. 구조물(ST)의 개개의 계단의 개수, 길이 및 폭은 접합부의 각각의 요구사항과 매칭될 수 있다. 물론, 연속구조의 접합부를 제공하는 것이 가능하다.
도면을 참고할 때, 도 2에서 나타나는 바와 같이, 부품(B)이 랜드 구조물에 맞물리는 방식으로 꼭 끼워질 때, 상기 계단(ST1)이 마이크로스트립라인(ML) 상에 직접 놓여서, 마이크로스트립라인(ML)과 부품(B) 사이에 전기 전도성 연결이 형성될 수 있도록, 계단(ST1)의 높이가 정해진다.
도 4는 마이크로스트립/도파관 접합부를 위한 본 발명에 따르는 장치의 종방향 단면도를 도시한다. 이 경우, 도 3에서 도시된 바와 같이 부품(B)은 기판(S)의 랜드 구조물에 맞물리는 방식으로 꼭 끼워진다. 이 경우, 랜드 구조물과 부품(B) 사이에 전기 전도성 연결이 형성되는 방식으로 부품(B)이 기판에 끼워진다.
하부 면 위에서, 기판(S)은 연속인 금속 코팅(RM)을 갖는다. 도면에서, 도파관 영역은 도면 부호 HB로 표시된다. 접합부 영역은 도면 부호 UB로 표시된다.
본 발명을 따르는 마이크로스트립/도파관의 접합부가 하기 원리에 따라 작동한다.
도파관(HL) 외부에 존재하는 무선 주파수 신호가 임피던스(Z0)를 갖는 마이크로스트립라인(ML)을 통과한다(영역 1). 도파관(HL) 내의 무선 주파수 신호는 TE10 기본 도파관 모드의 형태로 운반된다. 접합부(UB)는 계단에서의 마이크로스트립 모드의 필드 패턴을 도파관 모드의 필드 패턴으로 변환한다. 동시에, 부품(B)의 계단 때문에, 접합부(UB)는 특성 임피던스를 변환하고, 임피던스(Z0)가, 이용 주파수 범위 내에서, 도파관(HL)의 임피던스(ZHL)에 정합됨을 보장한다. 이로 인해서, 2개의 도파관 사이에 저손실 및 저반사특성의 접합부가 가능하다.
우선, 마이크로스트립라인(ML)은 이른바 컷오프 채널(cutoff channel)의 영역 2로 안내된다. 이 채널은 부품(B)와, 후방면 금속화부분(RM)과, 관통구멍(VH)에서 형성되고, 상기 채널은 부품(B)과 후방면 금속화부분(RM) 사이에 전도성 연결을 생성한다. 신호 전달 마이크로스트립 모드 외의 어떠한 추가적인 파동(wave) 타입도 상기 영역 2에서는 전파될 수 없도록, 컷오프 채널의 폭이 선택된다. 채널의 길이는 전파될 수 없는 바람직하지 않은 도파관 모드의 감쇄를 결정하고, 자유 공간(영역 1)으로의 방사 방출을 방지한다.
영역 3에서, 마이크로스트립라인(ML)이, 부분적으로 충전된 도파관 내부에 위치한다. 상기 도파관은 부품(B)과, 후방면 금속화부분(RM)과, 관통구멍(VH)에서 형성된다(도 5). 하나 이상의 계단의 형태를 갖는 부품(B)의 구조가 영역 4에서 마이크로스트립라인(ML)으로 연결된다(도 6). 이른바 차폐 관통구멍(VH)의 열(row)을 이용하여, 부품(B)의 측벽은 기판(S)의 후방면 금속화부분(RM)에 전도성-연결된다.
이로써, 절연상태의 돌출부 도파관(ridge waveguide)이 형성된다. 신호 에너지가 후방면 금속화부분(RM)과, 마이크로스트립라인(ML) 및 부품(B)의 계단(ST1)으로부터 형성된 돌출부(ridge) 사이에 집중된다.
영역 4와 비교할 때, 부품(B)에 포함된 계단형 구조물(ST)의 높이는 영역 5에서 감소함으로써, 부품(B)이 기판(S) 상에서 랜드 구조물(LS)에 맞물리는 방식으로 연결될 때, 공기간격(L)이 기판 물질과 계단형 구조물(ST) 사이에서 형성될 수 있다(도 7 참조). 부품(B)의 측벽은 관통구멍(VH)을 통해 후방면 금속화부분(RM)으로 전도성-연결된다. 이로써, 부분적으로 충전되고, 절연성을 가진 돌출부 도파관이 형성된다.
영역 4에서의 필드 패턴을 도파관 모드(영역 6)의 필드 패턴에 점진적으로 정합시키기 위한 목적으로, 계단의 폭이 넓어진다. 영역 6의 단부에서, 마이크로스트립 모드의 임피던스(Z0)가 도파관 모드의 임피던스(ZHL)로 변환되도록, 계단의 길이, 폭 및 높이가 선택된다. 필요한 경우, 영역 5에서의 부품(B) 구조 내 계단의 개수가 또한 증가되거나, 연속으로 좁아지는 돌출부가 이용될 수 있다.
영역 6은 도파관 영역(HB)을 도시한다. 부품(B)은 도파관(HL)의 측벽과 덮개를 형성한다. 기판(S) 상의 랜드 구조물(LS)에 의해 도파관 기저부가 형성된다. 즉, 영역 5에 비교할 때, 도파관(HL) 내에 어떠한 절연충전물이 존재하지 않는다.
영역 5와 영역 6 사이의 접합부 영역에 존재하며, 도파관 내 파의 전파 방향에 대해 횡방향으로 뻗어 있는 하나 이상의 차폐 관통구멍(VH)의 열이, 부분적으로 절연물로 충전된 도파관과 순수하게 공기로 충전된 도파관 사이의 접합부를 제공한다. 동시에, 이들 차폐 열은 신호가 랜드 구조물(LS)과 후방면 금속화부분 사이에 주입되는 것을 방지한다.
또한 선택사항으로서, (영역 5의 계단형 구조와 유사한) 계단형 구조가 캡 상측 부분의 영역 6에서 제공될 수 있다. 이들 계단의 길이와 높이는 영역 5와 유사하게 선택되어, 그 밖의 다른 영역과 조합되어, 영역 6의 단부에서, 마이크로스트립 모드의 임피던스(Z0)가 도파관 모드의 임피던스(ZHL)로 변환된다.
도 9를 참고할 때, 본 발명을 따르는 마이크로스트립/도파관의 접합부에 관한 바람직한 추가 실시예가 도시된다. 상기 실시예에 의하면, 기판내에 포함된 연속구조의 도파관 개구부(DB)를 통해 상기 무선 주파수 신호가 하향으로 기판(S)으로 출력될 수 있는 저비용의 간단한 도파관 접합부가 제공될 수 있다. 도파관 개구부(DB)는 전기 전도성 내부 벽(IW)을 갖는 것이 바람직하다. 부품(B)은 도파관 개구부(DB)와 마주보는 측벽 상의 개구부(DB)의 영역에서, 계단형상부(ST)를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 계단형상부(ST)는 도파관 내 파동(wave)을, 부품(B)의 도파관 영역(HB)으로부터 기판(S) 내 도파관 개구부(DB)로, 90°만큼 편향시킨다. 예를 들어, 추가적인 도파관, 또는 방사 요소가, 도파관 개구부(DB)의 영역에서, 기판(S)의 하부면 상에 배열될 수 있다. 도 9에서 도시된 예에서, 추가적인 지지 재료(TP), 예를 들어, 하나 이상의 층, 또는 금속 장착부를 갖는 인쇄 회로 기판이 후방면 금속화부분(RM)에 꼭 끼워진다. DE 197 41 944 A1에 비교할 때, 이 장치의 이점은 기판(S)과 지지 재료(TP)의 단순하고, 더 비용 효율적인 설계이다. 도파관 개구부는 전체적으로 밀링-가공되고, 내부 벽이 전기화학적으로 금속화된다. 2가지 공정 단계 모두, 인쇄 회로 기판 기술에서 일반적으로 사용되고, 쉽게 실행될 수 있는 표준 공정이다.

Claims (8)

  1. 마이크로스트립라인(microstripline)과 도파관(waveguide) 사이에 위치하는 접합부를 구성하기 위한 장치에 있어서, 상기 장치는
    절연특성의 기판(S)의 상부면 상에 조립된 마이크로스트립라인(ML)과,
    상기 기판(S)의 상부면 상에 조립되고, 하나 이상의 단부 표면 상에서 개구부(OB)를 가지며, 기판(S) 상에서 형성되는 금속화 층(LS)인 하나의 측벽을 갖는 도파관(B)과,
    상기 금속화 층(LS) 내부에 형성되는 절단부(A)로서, 상기 마이크로스트립라인(ML)이 도파관(B) 내의 개구부(OB)를 통해 상기 절단부(A) 내부로 돌출하는 것을 특징으로 갖는 상기 절단부(A)와,
    기판(S)의 후방면 상에서 형성되는 후방면 금속화부분(RM)과,
    기판(S)의 상부면 상의 금속화 층(LS)과 후방면 금속화부분(RM) 사이에 위치하며, 상기 절단부(A)를 감싸는 전기 전도성 관통구멍(VH)
    을 포함하며,
    하나 이상의 계단의 형태를 갖고, 하나 이상의 부분(ST1)에서 마이크로스트립라인(ML)으로 전도성-연결(conductively connect)되는 구조물(ST)이, 기판(S)의 상부면을 마주보는, 도파관 측벽 상에, 도파관의 개구부(OB)의 영역에서 형성되며, 여기서 계단형 구조물(ST) 내 계단들의 폭은, 접합부로부터 멀어지는 도파관의 종방향으로, 더 커지는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립라인과 도파관 사이에 위치하는 접합부를 구성하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 도파관(B)은 표면 장착식 장치임을 특징으로 하는 마이크로스트립라인과 도파관 사이에 위치하는 접합부를 구성하기 위한 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 하나 이상의 계단의 형태를 갖는 상기 구조물(ST)은, 상기 절단부(A)를 마주보는 도파관 측벽 상에서 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립라인과 도파관 사이에 위치하는 접합부를 구성하기 위한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 관통구멍(VH)은 서로 평행하게 배열되는 다수의 열로 배열되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립라인과 도파관 사이에 위치하는 접합부를 구성하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 기판(S)은, 상기 기판(S)의 상부면 상의 금속화 층(LS)의 영역에서 도파관 개구부(DB)를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립라인과 도파관 사이에 위치하는 접합부를 구성하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 도파관 개구부(DB)의 내부 표면은 전기 전도성을 띄는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립라인과 도파관 사이에 위치하는 접합부를 구성하기 위한 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 기판의 상부면을 마주보는 도파관의 측벽은, 도파관 개구부(DB)의 영역에서 하나 이상의 계단의 형태를 갖는 구조물(ST)을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립라인과 도파관 사이에 위치하는 접합부를 구성하기 위한 장치.
  8. 삭제
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