KR101089195B1 - 유전체 도파관의 입출력 결합 구조 - Google Patents

Abstract

유전체 도파관을 프린트 기판 배선상에 탑재하여 마이크로스트립 라인과 접속하기 위한 간략한 구조를 제공하는 것으로, 광대역에서, 위치 어긋남에 의한 영향이 적은 변환 구조를 제공하는 것이다.

저면에 유전체 노출부로 둘러싸이는 동시에 그 주위에 도체막이 배치된 입출력 전극으로 되어 있는 도체 패턴을 구비한 유전체 도파관, 공극으로 되어 있는 부분을 구비한 적어도 표면이 도체인 스페이서, 및 주표면에서 마이크로스트립 라인에 접속되는 동시에, 간격을 두어 도체막으로 둘러싸인 도체 패턴을 구비한 프린트 배선 기판으로 구성되며, 유전체 도파관의 저면이 상기 스페이서를 통해 상기 프린트 배선 기판의 주표면과 접합되고, 유전체 도파관의 상기 도체 패턴과 상기 프린트 배선 기판의 상기 도체 패턴이 간격을 두어 대향하도록 배치된다.

유전체 도파관, 도체 패턴, 도체막, 스페이서, 프린트 배선 기판

Description

유전체 도파관의 입출력 결합 구조{INPUT/OUTPUT COUPLING STRUCTURE FOR DIELECTRIC WAVEGUIDE}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유전체 도파관의 입출력부를 도시한다.

도 2는 본 발명의 실시예를 나타내는 분해사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예를 나타내는 분해사시도이다.

도 4는 본 발명의 실시예를 나타내는 사시도이다.

도 5는 본 발명의 실시예를 나타내는 분해사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 유전체 도파관 필터의 특성 설명도이다.

* 부호의 설명 *

10; 유전체 도파관

11; 도체 패턴

12; (어스) 도체막

38; 스페이서

13, 33; 프린트 배선 기판

15, 35; 마이크로스트립 라인

14, 34; 도체 패턴

16; (어스) 도체막

39; 비아 홀

본 발명은 공진기, 필터 또는 듀플렉서등으로서 사용되고 있는 유전체 도파관의 프린트 배선 기판에 형성된 마이크로스트립 라인 등과의 결합(접속) 구조에 관한 것이다.

공동 도파관(空洞 導波管)은 마이크로파나 밀리파용의 저손실 전송 선로로서 이용되고 있지만, 대형이고 무겁기 때문에 휴대 통신 단말 등의 소형 전자기기에는 이용하기 어렵다는 문제가 있다. 따라서, 유전체 재료의 표면에 도체막을 형성하여 얻어지는 유전체 도파관의 이용이 고려되고 있다. 이것은 유전체에 의한 전자파의 단축 효과가 얻어지는 동시에 두꺼운 금속벽이 필요하지 않으므로, 도파관을 소형경량화할 수 있는 장점이 있다. 이 때문에, 전자기기에 일반적으로 사용되고 있는 프린트 배선 기판상에 유전체 도파관이 탑재될 수 있게 되어, 고주파의 소형 전자 부품 회로에 유용한 전송 선로로서 주목받고 있고, 실용화가 도모되고 있다.

그러나, 프린트 배선 기판에 이용되고 있는 마이크로스트립 라인과 도파관 선로에서는 전송되는 전자파의 모드가 상이하므로, 유전체 도파관을 프린트 배선 기판에 탑재해 마이크로스트립 라인에 접속하여 이용하기 위해서는 마이크로스트립 라인으로부터 유전체 도파관으로의 모드 변환 구조가 필요하다. 이 모드 변환 구조는 구조가 단순하고, 넓은 주파수 대역을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 20GHz 이상 의 높은 주파수대에 있어서 마이크로스트립 라인상에 유전체 도파관을 접속하는 경우, 약간의 위치 어긋남에 따라 변환 특성이 크게 변화해 버려서 실용성이 손상되는 것이 많다고 하는 문제가 있다.

[특허문헌 1] 특개 2002-135003호 공보

본 발명은 유전체 도파관을 프린트 배선 기판상에 탑재해 마이크로스트립 라인과 접속하기 위한 간략한 구조를 제공하는 것으로, 광대역에서, 위치 어긋남에 의한 영향이 적은 변환 구조를 제공하는 것이다.

본 발명은 간격을 유지해서 도체 패턴을 대향시키는 구조를 채용함으로써 상기 과제를 해결하는 것이다.

즉, 유전체 도파관의 입출력 전극과 프린트 배선 기판의 마이크로스트립 라인을 접속하는 유전체 도파관의 입출력 결합 구조에 있어서,

저면에 유전체 노출부로 둘러싸이는 동시에 그 주위에 도체막이 배치된 입출력 전극으로 되어 있는 도체 패턴을 구비한 유전체 도파관, 공극으로 되어 있는 부분을 구비한 적어도 표면이 도체인 스페이서, 및 주표면에서 마이크로스트립 라인에 접속되는 동시에, 간격을 두어 도체막으로 둘러싸인 도체 패턴을 구비한 프린트 배선 기판으로 구성되며,

유전체 도파관의 저면이 상기 스페이서를 통해 상기 프린트 배선 기판의 주표면과 접합되고, 유전체 도파관의 상기 도체 패턴과 상기 프린트 배선 기판의 상기 도체 패턴이 간격을 두어 대향하도록 배치된 것에 특징을 갖는다는 것이다.

유전체 도파관의 입출력단의 저면에, 패치 안테나형의 도체 패턴을 형성한다. 또한, 이것을 탑재하는 프린트 배선 기판의 마이크로스트립 라인의 종단부에도 패치 안테나형 도체 패턴을 형성한다.

유전체 도파관을 프린트 배선 기판에 탑재하는 경우, 유전체 도파관 저면과 프린트 배선 기판상에 설치된 2개의 패치 안테나형 도체 패턴이 대향하도록 배치된다. 그 대향하는 2개의 패치 안테나형 도체 패턴은 접촉하는 것없이, 간격을 유지한 상태로 되어 있다.

2개의 패치 안테나형 도체 패턴이 대향하는 부분의 공극의 주위에는 도체벽이 설치되어 있다. 이 주위의 도체벽은 마이크로스트립 라인이 진입하는 부분만이 제거되어 있다. 프린트 배선 기판의 결합부의 둘레에도 도체벽이 설치되어 있어, 프린트 배선 기판과 유전체 도파관의 저면에 구성되는 평행면과 함께 캐비티를 구성한다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 유전체 도파관의 사시도이다. 유전체 도파관의 입출력단의 일측만을 도시한 것이다. 직육면체의 유전체(10)의 표면은 거의 전면이 어스 전극으로 되어 있는 도체막(12)으로 피복되어, 저면의 일부에 직사각형의 아치형 도체막에 의한 도체 패턴(11)이 형성되어 있다. 도체 패턴(11)의 주위에는 유전체가 노출되어 있어, 그 외측은 어스 전극으로 되어 있는 도체막(12)으로 둘러싸여 있다. 이 예에서, 도체 패턴(11)은 도체 스트립으로 도체막(12)과 접속되어 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 프린트 배선 기판(13)의 마이크로스트립 라인(15)의 종단부에도 패치 안테나형 도체 패턴(14)을 형성한다. 유전체 도파관(10)의 저면의 도체 패턴(11)과 프린트 배선 기판(13)의 표면에 도체 패턴(14)을 일정 간격을 유지한 채로 대향하도록 배치한다. 이 도체 패턴의 주위에 도체벽(17)을 설치하고, 프린트 배선 기판(13)과 유전체 도파관(10)은 도체벽(16)에 대해 생기는 간극을 통해 밀착 고정된다.

마이크로스트립 라인(15)과 유전체 도파관(10)은 대향한 도체 패턴(11, 14)에 의해 전자기적으로 결합되어, 양자의 사이에서 전자파의 전송이 가능해진다. 고주파에 있어서는, 전송 선로의 접합부의 불연속부에 의해 큰 방사 손실이 생기고, 전송 특성이 현저히 열화되는 경향이 있다. 그러나, 여기서 이용되는 접속 구조에 있어서는, 불연속부가 도체벽에 의해 형성된 공동내에 수용되어 있기 때문에, 전자장이 공간 안에 방사되는 것이 어렵게 되어 있다.

도 3은 실제로 사용하는 접지 구조의 예를 나타낸다. 마이크로스트립 라인(35)은 프린트 배선 기판(33)의 배면에 설치된 접지 도체와 표면에 설치된 도체 패턴으로 형성되어 있다. 프린트 배선 기판(33) 내부에는 접속부[도체 패턴(34)]의 주위에 비아 홀(39)의 열이 형성되고, 프린트 배선 기판(33)의 도체벽의 대용으로 되어 있다. 유전체 도파관은 스페이서(38)를 통해 프린트 배선 기판(33) 표면에 고정된다. 스페이서(38)는 도전성 재료를 이용해도 좋지만, 수지 재료나 프린트 배선 기판 재료에 도금 등으로 도체막을 형성한 것을 이용할 수도 있다. 어쨌든, 결합부로 되어 있는 도체 패턴의 대향 부분이 도체벽내에 수용되는 구조이면 좋다. 도 4 는 접속후의 상태를 나타내는 것으로, 마이크로스트립 라인의 부분을 제거하여 도체로 둘러싸인 영역에 대향하는 도체 패턴이 배치되어 있다.

도 5는 본 발명에 따른 결합 구조의 특성을 측정하기 위해 제작한 샘플의 사시도를 나타내고, 입출력 전극을 구비한 필터가 구성된 것이다. 비유전율 4.5의 유전체 재료를 이용하여 단면이 4mm×2.5mm의 유전체 도파관을 제조하였다. 유전체 도파관의 길이를 30mm로 하고, 그 양단에 변환기를 설치하여 마이크로스트립 라인과의 사이에서 변환된 경우의 투과 특성과 반사 특성을 측정하였다. 또한, 변환부의 길이는 7mm 정도로 되어 있다. 변환 특성의 측정 결과를 도 6에 나타낸다. 25GHz에서 29GHz까지의 범위에서, 반사 손실이 12dB 이상, 투과 손실이 0.6dB 이하로 되어 있고, 양호한 변환 특성이 얻어지는 것이 확인되었다.

본 발명은 종래 대형이고 중량이 큰 공동 도파관을 이용하지 않으면 안되었던 영역에 있어서의 전송 선로의 소형화, 경량화의 면에서 매우 유용하다.

본 발명은 대향하는 2개의 패치 안테나형 도체 패턴이 전자기적으로 결합됨으로써, 고주파 에너지를 마이크로스트립과 유전체 도파관 사이에서 전송할 수 있다. 이들 도체 패턴은 캐비티내에 수용되기 때문에, 전자기 에너지의 누설이 적고, 손실이 적다. 2개의 도체 패턴을 전기적으로 접촉시킬 필요가 없기 때문에, 실장시의 위치 어긋남 등의 요인에 의한 전송 특성의 열화를 방지할 수 있고, 유전체 도파관의 위치 결정 정밀도를 완화시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 유전체 도파관의 입출력 전극과 프린트 배선 기판의 마이크로스트립 라인을 접속하는 유전체 도파관의 입출력 결합 구조에 있어서,

   저면에 유전체 노출부로 둘러싸이는 동시에 그 주위에 도체막이 배치된 상기 입출력 전극으로 되어 있는 도체 패턴을 구비한 유전체 도파관,

   중앙에 공극으로 되어 있는 부분을 구비한 적어도 표면이 도체인 스페이서, 및

   상기 프린트 배선 기판의 주표면에서 마이크로스트립 라인에 접속되는 도체 패턴을 구비한 프린트 배선 기판으로 구성되며,

   상기 유전체 도파관의 저면이 상기 스페이서를 통해 상기 프린트 배선 기판의 주표면과 접합되고, 상기 유전체 도파관의 상기 도체 패턴과 상기 프린트 배선 기판의 상기 도체 패턴이 간격을 두어, 상기 스페이서의 공극으로 되어 있는 부분에 있어서 대향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 유전체 도파관의 입출력 결합 구조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 유전체 도파관은 직육면체의 형상을 갖고, 상기 유전체 도파관의 상기 도체 패턴은, 상기 유전체 도파관의 저면의 양단에 각각 형성된 2개의 도체 패턴을 구비하고, 상기 2개의 도체 패턴의 일방이 입력, 타방이 출력으로 기능하는 필터를 구성하는 것을 특징으로 하는 유전체 도파관의 입출력 결합 구조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 스페이서와 상기 마이크로스트립 라인의 접지 도체를 전기적으로 접속하기 위한 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 유전체 도파관의 입출력 결합 구조.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 접속하기 위한 수단은 상기 프린트 배선 기판에 설치된 비아 홀에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 유전체 도파관의 입출력 결합 구조.

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