KR101144565B1 - 공통 결함접지구조를 갖는 양면 마이크로스트립 전송선로 및 그를 포함하는 무선회로 장치 - Google Patents

공통 결함접지구조를 갖는 양면 마이크로스트립 전송선로 및 그를 포함하는 무선회로 장치 Download PDF

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Abstract

공통 결함접지구조(DGS)를 갖는 양면 마이크로스트립 전송선로 및 그를 포함하는 무선회로 장치가 개시된다.
마이크로스트립 전송선로는 공통 결함접지구조(DGS) 및 양면 마이크로스트립 구조를 구현하며, 제1 유전체층, 제1 유전체층의 일면에 형성된 제1 신호선 패턴, 제1 유전체층의 다른면에 형성되며, 결함접지구조(DGS)를 갖는 공통접지 도체층, 일면이 공통접지 도체층과 접촉되도록 형성되며, 공통접지 도체층을 사이에 두고 제1 유전체층과 대향하는 제2 유전체층, 제2 유전체층의 다른면에 형성된 제2 신호선 패턴을 포함한다. 이러한 구조는 RF나 마이크로파 대역의 무선통신용 회로나 부품 등의 무선회로 장치에 다양하게 적용될 수 있으며, 회로설계 시 마이크로스트립 전송선로의 길이를 최소화하고, 각종 무선회로의 크기를 크게 줄여 집적도를 높일 수 있다.

Description

공통 결함접지구조를 갖는 양면 마이크로스트립 전송선로 및 그를 포함하는 무선회로 장치{Double Microstrip Transmission Line Having Common Defected Ground Structure And Wireless Circuit Apparatus Using The Same}
본 발명은 마이크로스트립 전송선로 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공통 결함접지구조(common defected ground structure)를 갖는 마이크로스트립 전송선로와 그를 포함하는 무선회로 장치에 관한 것이다.
RF(radio frequency) 및 마이크로파(microwave) 대역의 무선통신용 회로나 부품을 구현하는데 대표적으로 널리 사용되는 전송선로 구조는 마이크로스트립 전송선로(microstrip transmission line)이다. 마이크로스트립 전송선로는 도 1a와 같은 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)으로부터 제작되어 평면형 구조를 갖는다. 도 1a에 나타난 인쇄회로기판의 구조는 널리 공지된 내용으로, 비유전율이 εr이고 두께가 H인 유전체층(10)의 양쪽에 두께가 T인 금속도체층(30, 50)이 도포되어 있다.
도 1b를 참조하면, 도 1a의 상면 도체층(30)에서 어느 특정한 선로 임피던스(Zo)를 갖도록 하는 선폭 W1의 전송선로(40)를 제외한 나머지 부분이 제거된다. 넓게 도포된 하면 금속도체층(50)은 접지면이다.
또한, 도시되지는 않았으나, 마이크로스트립 전송선로의 구조에서 접지면에는 결함접지구조(defected ground structure, DGS)가 식각되어 구현되는 것이 일반적이다. 결함접지구조(DGS)를 삽입하면 마이크로스트립 전송선로의 길이를 줄일 수 있으며, 이를 응용하여 무선회로의 크기를 줄일 수 있다.
그러나, 접지면에 결함접지구조(DGS)를 삽입한다 하더라도, 원하는 정도의 전기적 성능을 유지하면서 마이크로스트립 전송선로의 길이를 줄이는 데에는 한계가 있으므로, 성능 저하 없이 마이크로스트립 전송선로의 길이를 최소화하거나 무선회로의 크기를 줄여 집적도를 높이기가 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 회로설계 시 마이크로스트립 전송선로의 길이를 최소화하고, 해당 마이크로스트립 전송선로 구조를 이용하여 각종 무선회로의 크기를 크게 줄여 집적도를 높일 수 있는 마이크로스트립 전송선로의 새로운 구조를 구현하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 마이크로스트립 전송선로는 제1 유전체층; 상기 제1 유전체층의 일면에 형성된 제1 신호선 패턴; 상기 제1 유전체층의 다른면에 형성되며, 결함접지구조(defected ground structure, DGS)를 갖는 공통접지 도체층; 일면이 상기 공통접지 도체층과 접촉되도록 형성되며, 상기 공통접지 도체층을 사이에 두고 상기 제1 유전체층과 대향하는 제2 유전체층; 및 상기 제2 유전체층의 다른면에 형성된 제2 신호선 패턴을 포함한다.
상기 제1 신호선 패턴과 상기 제2 신호선 패턴은 상기 제1 유전체층 및 상기 제2 유전체층을 관통하도록 형성된 신호선 비어홀을 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 공통접지 도체층 상에는 접지면 윈도우가 형성되며, 상기 접지면 윈도우는 상기 신호선 비어홀이 상기 공통접지 도체층과 비접촉되면서 상기 제1 신호선 패턴 및 상기 제2 신호선 패턴만을 서로 연결할 수 있도록 공통접지 도체면 상에서 상기 신호선 비어홀의 주변부를 제거하여 형성한 영역일 수 있다.
상기 공통접지 도체층의 결함접지구조(DGS)는 상기 공통접지 도체층으로부터 2개의 결함영역들과 상기 2개의 결함영역들을 연결하는 연결슬롯으로 이루어진 기하학적 형상의 패턴을 제거하여 형성한 영역으로서, 상기 공통접지 도체층 상에 1개 이상 형성될 수 있다.
상기 공통접지 도체층의 결함접지구조(DGS)는 상기 2개의 결함영역들의 형상 및 크기가 서로 같은 대칭 구조로 형성되거나, 상기 2개의 결함영역들의 형상이나 크기가 서로 다른 비대칭 구조로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 양면 마이크로스트립 전송선로 구조를 갖는 무선회로 장치는 제1 유전체층, 상기 제1 유전체층의 일면에 형성된 제1 신호선 패턴, 상기 제1 유전체층의 다른면에 형성된 제1 바닥접지 도체층을 포함한 제1 마이크로스트립 전송선로; 및 제2 유전체층, 상기 제2 유전체층의 일면에 형성된 제2 신호선 패턴, 상기 제2 유전체층의 다른면에 형성된 제2 바닥접지 도체층을 포함한 제2 마이크로스트립 전송선로를 포함하며, 상기 제1 바닥접지 도체층 및 상기 제2 바닥접지 도체층을 서로 맞대어 공통접지 도체층을 형성하고, 상기 공통접지 도체층 상에서 일부 영역을 기하학적 패턴으로 제거하여 1개 이상의 결함접지구조(defected ground structure, DGS)를 형성한 것을 특징으로 한다.
상기 무선회로 장치는 바닥 접지면에 결함접지구조(DGS)를 갖는 단층 기판 구조의 회로 레이아웃을 설계한 후 상기 설계된 회로 레이아웃을 반으로 접어서 공통 접지면에 공통 결함접지구조(DGS)를 갖는 이중 기판 구조로 변경함으로써 양면 마이크로스트립 전송선로 구조를 구현한 것일 수 있다.
본 발명에 따르면, 공통 결함접지구조(DGS)를 갖는 양면 마이크로스트립 전송선로를 새로운 구조로서 구현하고, 이를 통해 회로설계 시 마이크로스트립 전송선로의 길이를 최소화하며, 해당 마이크로스트립 전송선로 구조를 이용하여 각종 무선회로의 크기를 크게 줄여 집적도를 높일 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래 평면형 인쇄회로기판의 구조를 보인 상면 사시도이다.
도 2a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 조합하여 적용할 기본 구조들을 보인 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 적용할 결함접지구조(DGS)의 효과를 보인 도면이다.
도 7a 내지 7c는 본 발명의 일 실시예에 따른 공통 결함접지구조(DGS)를 가진 양면 마이크로스트립 전송선로의 구조를 보인 도면이다.
도 8a 내지 도 12c는 본 발명의 실시예들에 따른 무선회로 장치들을 예시적으로 보인 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로스트립 전송선로에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예는 마이크로스트립 전송선로의 길이 및 무선회로의 크기를 크게 줄여 집적도를 높이기 위하여, 공통 결함접지구조(DGS)와 양면 마이크로스트립 전송선로 구조를 적절히 결합하여 적용할 것을 제안한다.
도 2a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시예에 조합하여 적용할 기본 구조들을 보인 도면이다. 구체적으로, 도 2a 내지 도 2c는 단일 기판 구조와 구별되는 이중 기판 구조를 보인 것이고, 도 3a 및 도 3b는 양면 마이크로스트립 전송선로 구조를 보인 것이다. 도 4a 내지 도 4c는 신호선 비어홀(310) 및 접지면 윈도우(320)의 구성을 보인 것이고, 도 5a 내지 도 5f는 공통 결함접지구조(DGS)의 구성을 보인 것이다.
도 2a는 2개의 인쇄회로기판이 서로 맞대어져 있는 구조를 보여준다. 원칙적으로 두 기판 내에 있는 유전체의 비유전율, 유전체의 두께, 금속도체의 두께가 서로 다를 수 있다. 그러므로, 유전체층(110, 210)의 비유전율은 εr1,εr2로, 유전체층(110, 210)의 두께는 H1,H2로, 도체층(130, 150, 230, 250)의 두께는 T1,T2로 표시하고 있다.
서로 맞닿는 바닥접지 도체층(150, 230)의 어느 한 층을 제거해도 효과는 같다. 하부 기판 상에서 상부 기판과 맞닿는 상면의 바닥접지 도체층(230)을 제거할 경우에 도 2b와 같이 남는 도체층(260)의 두께는 T1이 되고, 반대로 상부 기판 상에서 하부 기판과 맞닿는 하면의 바닥접지 도체층(150)을 제거할 경우에 남는 도체층(260)의 두께는 T2가 된다. 어느 한 층을 없애지 않으면 도체층(260)의 두께는 ´T1+T2′가 된다. 그런데, T1이나 T2는 H1이나 H2에 비하여 수십분의 1 내지는 수백분의 1로 얇기 때문에, 설령 도체층(260)의 두께를 ´T1+T2´라고 해도 역시 H1이나 H2에 비하여 매우 얇은 두께가 된다. 따라서, 도체층(260)을 하나의 층 두께 T1 또는 T2로 인식하여도 전혀 문제가 되지 않는다.
도 2c는 동일한 2개의 인쇄회로기판을 사용하고, 두 기판의 접합면의 도체층에서 어느 한 층이 제거된 경우를 표시한 것이다. 도 2c에서, 유전체층(110, 210)의 비유전율(εr)과 두께(H)가 서로 동일하고, 도체층(130, 250, 260)의 두께(T)도 서로 동일하다.
도 3a 및 도 3b는 도 2c의 구조에서 공통접지 도체층(260)을 기반으로 하여 양쪽으로 상하 전송선로를 구성한 양면 마이크로스트립 전송선로의 구조를 보여주고 있다. 신호선 패턴(140, 240)은 상하 전송선로의 신호선들이다. 도 3a에서와 같이 두 신호선들의 선폭(W2, W3)이 서로 다를 수도 있고, 도 3b에서와 같이 두 신호선들의 선폭(W2)이 같을 수도 있다.
도 4a는 공통접지 도체층(260)을 기반으로 하여 형성된 상하 전송선로를 서로 연결하기 위하여 구성된 1개 이상의 신호선 비어홀(signal via hole)(310)을 보여준다. 도 4a에는 편의상 1개의 신호선 비어홀(310)만이 표시되어 있다. 신호선 비어홀(310)은 상면의 신호선 패턴(140)으로부터 하면의 신호선 패턴(240)으로 전자파 신호를 전달하는 역할을 하므로, 공통접지 도체층(260)과 접촉되어서는 안된다.
따라서, 신호선 비어홀(310)이 두 유전체 층(110, 210)을 관통하여 두 신호선 패턴(140, 240)만을 서로 연결할 수 있도록 신호선 비어홀(310)의 주변으로 도 4b와 같은 접지면 윈도우(ground window)(320)를 구성한다. 접지면 윈도우(320)를 형성하기 위해서는, 공통접지 도체층(260)으로부터 여러 가지 기하학적 형상의 패턴이 식각을 통해 제거되어야 한다. 일 실시예에서는 편의상 사각형 형상의 접지면 윈도우(320)를 도시하고 있으나, 원형, 다각형(N각형, N=3,4,5,6,…), 맴돌이형, 부채꼴형, 지그재그형, 도우넛형, 팔자형(땅콩형이나 눈사람형) 등 다양한 기하학적 형상이 가능하다. 도 4c는 공통접지 도체층(260)과 여기에 구현된 신호선 비어홀 관통용 접지면 윈도우(320)를 이해의 편의를 위하여 간략화한 도면이다.
도 5a는 도 3a나 도 3b에 보인 양면 마이크로스트립 전송선로 구조에서 공통접지 도체층(260)에 결함접지구조(DGS)(160)을 1개 이상 삽입한 구조를 보여주고 있다. 도 5b는 공통접지 도체층(260)에서 일정 패턴의 영역이 식각으로 제거되어 결함접지구조(DGS)(160)를 구성한 모습을 보여주고 있다. 도 5c는 공통접지 도체층(260)에 구현된 결함접지구조(DGS)(160)를 이해의 편의를 위하여 간략화한 도면이다. A와 B는 결함접지구조(DGS)(160)의 양쪽 결함영역(defected area)의 치수이고, SL과 SW는 각각 두 결함영역을 연결해 주는 연결슬롯(connecting slot)의 길이와 폭이다.
도 5a 내지 도 5c는 사각형의 결함영역을 갖는 아령형(dumbbell shape) 결함접지구조(DGS)(160))를 예시하고 있으나, 결함접지구조(DGS)(160)의 패턴이 이에 한정되지 않음은 당연하다. 예컨대, 아령형 결함접지구조(DGS)(160)에 있어서 결함영역은 사각형이 아닌 원형, 삼각형, 육각형, 팔각형, 10각형 등의 다각형(N각형, N=3,4,5,6,…)이나, 맴돌이형 등 다양한 기하학적 형상을 가질 수 있다. 또한, 결함접지구조(DGS)(160)의 전체 구조도 아령형이 아닌 다른 형태, 즉, 사각형, 원형, 삼각형, 육각형, 팔각형, 10각형 등의 다각형(N각형, N=3,4,5,6,…)이나, 맴돌이형 등 다양한 형상의 기하학적 패턴을 가질 수 있다.
도 5a에서 두 마이크로스트립 전송선로의 신호선 패턴(140, 240)의 폭은 W2로 같게 표시되어 있으나, 가령 W2, W3처럼 서로 달라도 상관없다. 또한, 연결슬롯의 길이(SL)는 W2나 W3과 같을 수도 있고, 다를 수도 있다. 즉, 도 5d에서처럼 연결슬롯의 길이(SL)가 양면 마이크로스트립 전송선로의 선폭(W2)과 같을 수도 있고, 도 5e에서처럼 연결슬롯의 길이(SL)가 W2보다 클 수도 있으며, 도 5f에서처럼 연결슬롯의 길이(SL)가 W2보다 작을 수도 있다.
도 5a의 구조로 3단자, 4단자 등의 회로망이 구성될 수 있다. 결함접지구조(DGS)(160)는 상, 하면의 두 마이크로로스트립 전송선로에 공통으로 적용되어 각각의 전기적인 길이는 같게 유지시킨 채 물리적인 길이를 줄여준다. 그러므로, 수직형 결합구조를 가지면서 길이가 줄어든 무선회로 장치를 설계하는데 이용할 수 있는 것이다.
도 2a 내지 도 5f에서 설명한 기본 구조들을 조합하면 공통 결함접지구조(DGS) 및 양면 마이크로스트립 전송선로 구조를 적용한 일 실시예의 기술적 사상을 구현할 수 있다.
도 6a와 도 6b는 결함접지구조(DGS)를 적용하여 마이크로스트립 전송선로의 길이를 줄일 수 있고, 이를 응용할 경우 무선회로의 크기를 줄여 집적도를 높일 수 있음을 보인 것이다.
도 6a는 물리적 길이가 L1이고, 어떤 주파수에서 전기적 길이가 θ1인 표준형 마이크로스트립 전송선로를 도시한 것이고, 도 6b는 결함접지구조(DGS)(160)의 효과를 보인 것이다. 마이크로스트립 전송선로의 접지면에 결함접지구조(DGS)(160)를 1개 이상 삽입하면 물리적 길이는 줄어들면서(즉, L2 < L1), 전기적 길이는 거의 같게 유지되어(즉, θ2≒θ1), 결과적으로 회로의 전체 크기를 줄일 수 있다.
도 6a 및 도 6b에서 보인 것과 같이, 단층 기판의 마이크로스트립 전송선로에 결함접지구조(DGS)(160)를 1개 이상 삽입하여 크기를 줄일 수 있지만 이는 여전히 평면형 구조로서 한계를 가진다. 이와 비교하여, 도 7a에서와 같이, 마이크로스트립 전송선로를 반으로 꺾어서 접고 공통 접지면에 공통 결함접지구조(DGS)를 3차원으로 구성하여 상, 하부 양쪽의 마이크로스트립 전송선로에 공통으로 적용되도록 하면, 회로의 물리적 크기를 대폭 줄이는 효과가 있다.
도 7a는 도 3a나 도 3b에서 보인 양면 마이크로스트립 전송선로 구조에서 공통접지 도체층(260)에 결함접지구조(DGS)(160)를 1개 이상 삽입하고, 상하의 마이크로스트립 전송선로에 위치한 신호선 패턴(140, 240) 사이를 연결하기 위하여 1개 이상의 신호선 비어홀(310)을 구성한 경우를 보인 것이다.
일 실시예의 마이크로스트립 전송선로는 상부 유전체층(110), 상부 유전체층(110)의 일면에 형성된 상부의 신호선 패턴(140), 상부 유전체층(110)의 다른면에 형성되며, 결함접지구조(DGS)를 갖는 공통접지 도체층(260), 일면이 공통접지 도체층(260)과 접촉되도록 형성되며, 공통접지 도체층(260)을 사이에 두고 상부 유전체층(110)과 대향하는 하부 유전체층(210), 하부 유전체층(210)의 다른면에 형성된 하부의 신호선 패턴(240)을 포함한다.
상, 하부의 신호선 패턴(140, 240)은 상부 유전체층(110)과 하부 유전체층(210)을 관통하도록 형성된 신호선 비어홀(310)을 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 신호선 비어홀(310)은 공통접지 도체층(260)과 접촉되어서는 안되므로, 도 7b에 보인 것처럼 신호선 비어홀(310)이 상/하면의 유전체층(110, 210)을 관통할 수 있도록 접지면 윈도우(320)만큼의 도체 부분을 공통접지 도체층(260)으로부터 식각하여 제거해 주어야 한다. 도 7b는 결함접지구조(DGS)(160) 및 접지면 윈도우(320)가 구현된 공통접지 도체층(260)을 보여주고 있고, 도 7c는 공통접지 도체층(260) 상에 구현된 신호선 비어홀용 접지면 윈도우(320)와 결함접지구조(DGS)(160)를 이해의 편의를 위하여 간략화한 도면이다.
도 7b 및 도 7c를 참조하면, 공통접지 도체층(260) 상에는 접지면 윈도우(320)가 형성된다. 접지면 윈도우(320)는 신호선 비어홀(310)이 공통접지 도체층(260)과 비접촉되면서 상, 하부의 신호선 패턴(140, 240)만을 서로 연결할 수 있도록 공통접지 도체면 상에서 신호선 비어홀(310)의 주변부를 식각 제거하여 형성한 영역이다.
결함접지구조(160)는 공통접지 도체층(260)으로부터 2개의 결함영역들과 해당 결함영역들을 연결하는 연결슬롯으로 이루어진 기하학적 형상의 패턴을 식각 제거하여 형성한 영역으로서, 공통접지 도체층(260) 상에 1개 이상 형성된다.
여기서, 결함접지구조(160)는 2개의 결함영역들의 형상 및 크기가 서로 같은 대칭 구조로 형성되거나, 2개의 결함영역들의 형상이나 크기가 서로 다른 비대칭 구조로 형성될 수 있다.
도 7a과 같은 양면 마이크로스트립 전송선로 구조는 1개 이상의 결함접지구조(DGS)(160)와 1개 이상의 신호선 비어홀(320)을 이용하여 집적도를 높인다. 예를 들어, 도 6b와 같이 결함접지구조(DGS)(160)가 2개이고 물리적 길이가 L2인 단층 기판의 마이크로스트립 전송선로를 반으로 접어서 도 7a와 같이 이중 기판으로 구성할 경우, L3와 θ3는 각각 L2와 θ2의 절반 정도에 해당하므로, 결과적으로 회로의 물리적 크기를 크게 줄이고 회로의 집적도를 크게 높일 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로스트립 전송선로를 포함한 무선회로 장치에 대해서 상세하게 설명한다.
전술한 공통 결함접지구조(DGS) 및 양면 마이크로스트립 전송선로의 구조는 RF(radio frequency)나 마이크로파(microwave) 대역의 무선통신용 회로 등 다양한 다양한 무선회로 장치에 적용 가능하다. 편의상, 회로를 구성하는 인쇄회로기판은 유전체의 비유전율이 2.2이고 단층일 때 유전체의 두께가 31mils(1 mil = 0.001 inch)인 경우를 예시한다.
후술할 무선회로 장치들은 두 마이크로스트립 전송선로의 바닥접지 도체층들을 서로 맞대어 공통접지 도체층(260)을 형성하고, 식각을 통해 공통 접지면의 공통접지 도체층(260) 상에서 일부 영역을 기하학적 패턴으로 제거하여 1개 이상의 결함접지구조(DGS)를 형성한 양면 마이크로스트립 전송선로 구조를 적용한다. 바닥 접지면에 결함접지구조(DGS)를 갖는 단층 기판 구조의 회로 레이아웃을 설계한 후 설계된 회로 레이아웃을 반으로 접어서 공통 접지면에 공통 결함접지구조(DGS)를 갖는 이중 기판 구조로 변경함으로써 양면 마이크로스트립 전송선로 구조가 구현될 수 있다.
도 8a는 일 실시예의 마이크로스트립 전송선로 구조를 적용한 윌킨슨 전력 분배기(Wilkinson power divider, splitter)이며, 동작 주파수의 예시로써 중심 주파수 1GHz에서 동작하는 윌킨슨 전력 분배기 회로의 기본형 레이아웃을 보이고 있다.
도 8a는 단층 마이크로스트립 기판 구조를 적용한 회로이고, 도 8b는 도 8a에 결함접지구조(160)를 삽입하여 크기를 줄인 회로이다. 여기에 공통 결함접지구조(DGS)와 양면 마이크로스트립 전송선로 구조를 적용하면 도 8c와 같이 크기가 대폭 축소된 회로를 얻을 수 있다. 여기서 중요한 것은, 소형화 이후에도 회로의 성능이 비슷하게 유지된다는 것이다. 도 8d는 도 8c의 상면 사시도 및 주요부분 확대도로서, 공통 결함접지구조(DGS) 및 양면 마이크로스트립 전송선로 구조의 적용을 함축적으로 잘 보여주고 있다. 도 8a와 도 8c는 동일한 회로 기능을 수행하나, 공통 결함접지구조(DGS) 및 양면 마이크로스트립 구조를 적용한 도 8c의 회로는 도 8a의 회로와 비교하여 약 1/2의 크기를 갖는다.
도 9a는 일 실시예의 마이크로스트립 전송선로 구조를 적용한 브랜치 라인 하이브리드 커플러(branch line hybrid coupler, BLHC)이며, 동작 주파수의 예시로써 중심 주파수 1GHz에서 동작하는 브랜치 라인 하이브리드 커플러 회로의 기본형 레이아웃을 보이고 있다.
도 9a는 단층 마이크로스트립 기판 구조를 적용한 회로이고, 도 9b는 도 9a에 결함접지구조(160)를 삽입하여 크기를 줄인 회로이다. 여기에 일 실시예의 마이크로스트립 전송선로 구조를 적용하면 도 9c와 같이 회로의 성능이 그대로 유지되면서도 크기가 대폭 축소된 회로를 얻을 수 있다. 도 9d는 단자들(ports, P1 ~ P4)이 서로 겹치지 않도록 하기 위하여 P2, P3를 90도로 꺾어서 각각 P1, P4와 엇갈리게 레이아웃을 변형한 것이다.
도 10a는 일 실시예의 마이크로스트립 전송선로 구조를 적용한 저역통과여파기(low pass filter, LPF)이며, 동작 주파수의 예시로써 차단 주파수(cutoff frequency)가 3GHz인 저역통과여파기 회로의 기본형 레이아웃을 보이고 있다.
도 10b는 결함접지구조(DGS)(160)를 삽입한 도 10a에서, 입출력 단자들(P1, P2)의 방향을 서로 반대 방향으로 구부린 레이아웃이다. 이는 차후 양면 마이크로스트립 전송선로 구조를 적용할 때 단자들이 서로 겹치는 불편을 제거하기 위함이다. 도 10a나 도 10b는 단층 마이크로스트립 기판 구조로 구성된 것이다. 여기에 일 실시예의 기술적 사상에 따라 공통 결함접지구조(DGS) 및 양면 마이크로스트립 전송선로 구조를 적용하면, 도 10c와 같이 회로의 성능이 그대로 유지되면서도 크기가 대폭 축소된 회로를 얻을 수 있다. 이 때, 두 단자들(P1, P2)이 서로 엇갈리게 되므로, 실제로 사용할 때 편리하다.
도 11a는 일 실시예의 마이크로스트립 전송선로 구조를 적용한 링 하이브리드 커플러(ring hybrid coupler, 또는 rat-race coupler)이며, 동작 주파수의 예시로써 중심 주파수 2GHz에서 동작하는 180도 링 하이브리드 커플러 회로의 기본형 레이아웃을 보이고 있다.
도 11b는 도 11a에 결함접지구조(DGS)(160)를 삽입하여 크기를 줄인 회로이다. 도 11a나 도 11b는 단층 마이크로스트립 기판 구조로 구성된 것이다. 여기에 일 실시예의 기술적 사상에 따라 공통 결함접지구조(DGS) 및 양면 마이크로스트립 전송선로 구조를 적용하면, 도 11c와 같이 회로의 성능이 그대로 유지되면서도 크기가 대폭 축소된 회로를 얻을 수 있다.
도 12a는 일 실시예의 마이크로스트립 전송선로 구조를 적용한 결합선로형 결합기(coupled line coupler) 또는 일명 방향성 결합기(directional coupler)이며, 동작 주파수의 예시로써 중심 주파수 1.5GHz에서 동작하는 15dB 결합선로형 결합기 회로의 기본형 레이아웃을 보이고 있다.
도 12a는 단층 마이크로스트립 기판 구조로 구성된 것으로, 결합선로형 결합기의 고유한 특성인 두 전송선로의 신호선 패턴(140) 간의 신호결합(coupling) 작용이 같은 평면 상에서 이루어진다. 도 12b는 일 실시예의 기술적 사상을 적용하기 이전 단계의 도면으로, 양면 마이크로스트립 전송선로 구조의 상부 기판에 P1-P2 간 전송선로의 신호선 패턴(140)이 구성되고, 하부 기판에 P3-P4 간 전송선로의 신호선 패턴(240)이 구성된 구조이다. 도 12b의 단계에서는 맞닿는 상/하부 기판의 접지 도체면들이 상하 신호선 패턴(140, 240)에 각각 접지면으로 작용하나, 상하 두 신호선 패턴(140, 240) 간이 완전히 막혀 있으므로 두 신호선 패턴(140, 240) 간의 신호결합 작용은 일어나지 않는다.
여기에 일 실시예의 기술적 사상을 적용하여 양면 마이크로스트립 전송선로 구조의 공통접지 도체층(260)에 길이가 긴 직사각형 모양의 공통접지구조(160)을 삽입하면, 상하 마이크로스트립 전송선로 간에 결함접지구조(DGS)(160)를 통한 신호결합 현상이 발생한다. 더불어 결함접지구조(DGS)(160)의 기본적 효과 중 하나인 전기적 길이 증가 효과로 인하여, 도 12c와 같이 회로의 성능이 그대로 유지되면서도 크기가 축소된 회로를 얻을 수 있다.
결함접지구조(DGS)가 공통으로 작용하는 양면 마이크로스트립 전송선로 구조의 효과는 신호선 비어홀(310)과 신호선 비어홀 관통용 접지면 윈도우(320)의 존재여부에 관계없이 동일하다. 즉, 신호선 비어홀(310)과 신호선 비어홀 관통용 접지면 윈도우(320)는 회로 구성 과정에서 선택적으로 사용될 수도 있고, 사용되지 않을 수도 있다.
윌킨슨 전력분배기, 90도 브랜치 라인 하이브리드 커플러, 180도 링 하이브리드 커플러 등은 일 실시예의 기술적 사상인 공통 결함접지구조(DGS)를 갖는 양면 마이크로스트립 전송선로 구조를 이용하여, 두 출력단자 간의 전력 분배비(power dividing ratio)가 1:1 대칭(등분배)이 되도록 설계할 수도 있고, 비대칭이 되도록 설계할 수도 있다. 또한, 도 12a 내지 도 12c의 일 실시예에서는 15dB의 결합계수, 즉, 커플링(S31) 값이 -15dB을 갖는 경우의 방향성 결합기를 예시하였으나, 양면 마이크로스트립 전송선로의 선폭, 길이, 공통 결함접지구조(DGS)의 형상과 크기를 변경하여 다양한 결합계수를 갖도록 할 수 있다.
전술한 몇 가지의 실시예들은 일 실시예의 기술적 사상을 적용해 본 극히 일부의 예들에 불과하며, 이동통신, 위성통신, 방송시스템 등 무선으로 이루어지는 각종 시스템을 위한 고주파 회로/부품의 소형화 설계에 있어서 다양하게 적용될 수 있다. 즉 양면 마이크로스트립 전송선로 구조에 있어서 공통접지 도체면에 다양한 형상의 결함접지구조(DGS)를 삽입하여 회로를 구성하는 방법은 핵심적 내용을 변형하지 않은 채 매우 다양하게 변형, 응용이 가능하다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
110, 210: 유전체층
140, 240: 신호선 패턴
160: 결함접지구조(DGS)
260: 공통접지 도체층
310: 신호선 관통홀
320: 접지면 윈도우

Claims (7)

  1. 제1 유전체층;
    상기 제1 유전체층의 일면에 형성된 제1 신호선 패턴;
    상기 제1 유전체층의 다른면에 형성되며, 결함접지구조(defected ground structure, DGS)를 갖는 공통접지 도체층;
    일면이 상기 공통접지 도체층과 접촉되도록 형성되며, 상기 공통접지 도체층을 사이에 두고 상기 제1 유전체층과 대향하는 제2 유전체층; 및
    상기 제2 유전체층의 다른면에 형성된 제2 신호선 패턴을 포함하는 마이크로스트립 전송선로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 신호선 패턴과 상기 제2 신호선 패턴은,
    상기 제1 유전체층 및 상기 제2 유전체층을 관통하도록 형성된 신호선 비어홀을 통해 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 전송선로.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공통접지 도체층 상에는 접지면 윈도우가 형성되며, 상기 접지면 윈도우는 상기 신호선 비어홀이 상기 공통접지 도체층과 비접촉되면서 상기 제1 신호선 패턴 및 상기 제2 신호선 패턴만을 서로 연결할 수 있도록 공통접지 도체면 상에서 상기 신호선 비어홀의 주변부를 제거하여 형성한 영역인 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 전송선로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 공통접지 도체층의 결함접지구조(DGS)는,
    상기 공통접지 도체층으로부터 2개의 결함영역들과 상기 2개의 결함영역들을 연결하는 연결슬롯으로 이루어진 기하학적 형상의 패턴을 제거하여 형성한 영역으로서, 상기 공통접지 도체층 상에 1개 이상 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 전송선로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 공통접지 도체층의 결함접지구조(DGS)는,
    상기 2개의 결함영역들의 형상 및 크기가 서로 같은 대칭 구조로 형성되거나, 상기 2개의 결함영역들의 형상이나 크기가 서로 다른 비대칭 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로스트립 전송선로.
  6. 제1 유전체층, 상기 제1 유전체층의 일면에 형성된 제1 신호선 패턴, 상기 제1 유전체층의 다른면에 형성된 제1 바닥접지 도체층을 포함한 제1 마이크로스트립 전송선로; 및
    제2 유전체층, 상기 제2 유전체층의 일면에 형성된 제2 신호선 패턴, 상기 제2 유전체층의 다른면에 형성된 제2 바닥접지 도체층을 포함한 제2 마이크로스트립 전송선로를 포함하며,
    상기 제1 바닥접지 도체층 및 상기 제2 바닥접지 도체층을 서로 맞대어 공통접지 도체층을 형성하고, 상기 공통접지 도체층 상에서 일부 영역을 기하학적 패턴으로 제거하여 1개 이상의 결함접지구조(defected ground structure, DGS)를 형성한 것을 특징으로 하는 양면 마이크로스트립 전송선로 구조를 갖는 무선회로 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    바닥 접지면에 결함접지구조(DGS)를 갖는 단층 기판 구조의 회로 레이아웃을 설계한 후 상기 설계된 회로 레이아웃을 반으로 접어서 공통 접지면에 공통 결함접지구조(DGS)를 갖는 이중 기판 구조로 변경함으로써 양면 마이크로스트립 전송선로 구조를 구현하는 것을 특징으로 하는 무선회로 장치.
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