KR101323841B1 - Transition structure including patch antenna and waveguide - Google Patents

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Abstract

제1 전송 선로와 제2 전송 선로 사이에 연결되고 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이 구조가 제공된다. 상기 천이 구조는, 제1 전송 선로와 연결되는 하단과, 제2 전송 선로와 연결되는 상단을 가지는 도파관과, 도파관의 하단의 내부에 배치되는 제1 패치 안테나(patch antenna)와, 제1 패치 안테나 아래에 형성되는 제1 단층 유전체 기판과, 도파관의 상단의 내부에 배치되는 제2 패치 안테나(patch antenna)와, 제2 패치 안테나 위에 형성되는 제2 단층 유전체 기판을 포함한다.A transition structure is provided between the first transmission line and the second transmission line and including a patch antenna and a waveguide. The transition structure includes a waveguide having a lower end connected to a first transmission line, an upper end connected to a second transmission line, a first patch antenna disposed inside the lower end of the waveguide, and a first patch antenna. A first single layer dielectric substrate formed below, a second patch antenna disposed inside the top of the waveguide, and a second single layer dielectric substrate formed above the second patch antenna.

Description

패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이 구조{Transition structure including patch antenna and waveguide}Transition structure including patch antenna and waveguide

본 발명은 신호선(전송선로) 사이의 천이 구조(전이 구조)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a transition structure (transition structure) between signal lines (transmission lines), and more particularly, to a transition structure including a patch antenna and a waveguide.

지식 정보화시대에 무선통신 시스템은 음성과 문자 위주의 2세대, 화상정보 전송 IMT2000의 3세대 이동통신에서 100 Mbps 이상의 전송속도를 갖는 4세대 시스템으로 발전할 것으로 예상된다. 이러한 광대역 4세대 시스템에서는 이미 포화 상태의 기존 주파수 대역이 아닌 새로운 주파수의 발굴이 필요하며, 이러한 광대역, 고속 통신을 가능하게 할 수 있는 주파수로서 밀리미터파 대역의 응용은 중요하다고 할 수 있다.In the age of knowledge and information, wireless communication systems are expected to develop into 4th generation systems with transmission speeds of more than 100 Mbps in the second generation mobile communication of voice and text, the third generation mobile communication of image information transmission IMT2000. In the wideband 4G system, it is necessary to discover a new frequency instead of the existing frequency band that is already saturated, and the application of the millimeter wave band is important as a frequency capable of enabling such broadband and high-speed communication.

하지만, 밀리미터파 대역의 통신 시스템은 개별 소자로 구성되어서 크고, 고가이기 때문에 이 대역이 범용화되는 데 있어서 단점으로 작용했다. 이런 단점을 극복하고 RF(radio frequency) 부품용으로 사용하기 위하여 다층기판 기술을 이용하여 밀리미터파 대역용 통신 시스템의 소형화, 저가격화와 저손실의 소자 및 패키징 기술에 대한 많은 연구가 진행되었다.However, the millimeter wave band communication system is composed of individual elements, which is large and expensive. In order to overcome these disadvantages and use them for RF (radio frequency) components, many researches have been conducted on miniaturization, low cost, and low loss devices and packaging technologies of the millimeter wave band communication system using multilayer substrate technology.

특히, 저온 동시소성 세라믹(LTCC:Low Temperature Cofired Ceramics)을 이용한 SiP(System in a Package)기술의 경우 26 GHz 대역의 점대다점통신용 송수신기, 60 GHz 및 72 GHz 대역의 단거리 무선통신용 통신 시스템 등 다양한 형태로 제안되었다.In particular, SiP (System in a Package) technology using Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC) offers a variety of communication systems for short-range wireless communication transceivers in the 26 GHz band and short-range wireless communication in the 60 GHz and 72 GHz bands. In form.

이런 밀리미터파 시스템에서는 송신기 또는 수신기가 안테나와 연결되기 위해 다양한 형태의 천이 구조들을 사용한다.In these millimeter wave systems, transmitters or receivers use various types of transition structures to connect with the antenna.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 천이 구조의 공정 오차(manufacturing tolerance)에 의한 천이 구조의 성능 저하를 방지할 수 있는, 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이 구조를 제공하는 것이다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a transition structure including a patch antenna and a waveguide, which can prevent the performance degradation of the transition structure due to manufacturing tolerances of the transition structure.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 제1 전송 선로와 제2 전송 선로 사이의 천이 구조는, 제1 전송 선로와 연결되는 하단과, 제2 전송 선로와 연결되는 상단을 가지는 도파관; 상기 도파관의 하단의 내부에 배치되는 제1 패치 안테나(patch antenna); 상기 제1 패치 안테나 아래에 형성되는 제1 단층 유전체 기판; 상기 도파관의 상단의 내부에 배치되는 제2 패치 안테나(patch antenna); 및 상기 제2 패치 안테나 위에 형성되는 제2 단층 유전체 기판을 포함할 수 있다.In order to achieve the above technical problem, the transition structure between the first transmission line and the second transmission line according to an embodiment of the present invention has a lower end connected to the first transmission line, and an upper end connected to the second transmission line. wave-guide; A first patch antenna disposed inside the bottom of the waveguide; A first single layer dielectric substrate formed under the first patch antenna; A second patch antenna disposed inside an upper end of the waveguide; And a second single layer dielectric substrate formed on the second patch antenna.

상기 천이 구조는, 상기 도파관의 상단의 내부와 상기 도파관의 하단의 내부 사이에 형성되고 상기 천이 구조에서 전달되는 신호의 투과 특성을 증가시키기 위한 오목형 스터브(stub)를 더 포함할 수 있다. 상기 오목형 스터브의 폭은 상기 도파관 내의 유효 파장의 0.25배 이하일 수 있다.The transition structure may further include a concave stub formed between the inside of the upper end of the waveguide and the inside of the lower end of the waveguide and for increasing transmission characteristics of a signal transmitted from the transition structure. The width of the concave stub may be 0.25 times or less of the effective wavelength in the waveguide.

상기 천이 구조는, 상기 도파관의 상단의 내부와 상기 도파관의 하단의 내부 사이에 형성되고 상기 천이 구조에서 전달되는 신호의 투과 특성을 증가시키기 위한 볼록형 스터브(stub)를 더 포함할 수 있다. 상기 볼록형 스터브의 폭은 상기 도파관 내의 유효 파장의 0.25배 이하일 수 있다.The transition structure may further include a convex stub formed between the inside of the upper end of the waveguide and the inside of the lower end of the waveguide and for increasing transmission characteristics of a signal transmitted from the transition structure. The width of the convex stub may be 0.25 times or less of the effective wavelength in the waveguide.

상기 천이 구조는, 상기 제1 단층 유전체 기판을 관통하여 상기 도파관의 하단과, 상기 제1 단층 유전체 기판 아래에 배치되는 제1 전송 선로를 연결하는 제1 비아(via); 및 상기 제2 단층 유전체 기판을 관통하여 상기 도파관의 상단과, 상기 제2 단층 유전체 기판 위에 배치되는 제2 전송 선로를 연결하는 제2 비아(via)를 더 포함할 수 있다.The transition structure may include: a first via penetrating through the first single layer dielectric substrate and connecting a lower end of the waveguide and a first transmission line disposed under the first single layer dielectric substrate; And a second via penetrating through the second single layer dielectric substrate to connect an upper end of the waveguide and a second transmission line disposed on the second single layer dielectric substrate.

상기 제1 전송선로가 마이크로스트립 선로인 경우, 상기 제1 패치 안테나는 상기 마이크로스트립 선로의 신호 라인에 연결되고 상기 제1 비아는 상기 도파관의 하단과 상기 마이크로스트립 선로의 접지면을 연결한다.When the first transmission line is a microstrip line, the first patch antenna is connected to a signal line of the microstrip line, and the first via connects a lower surface of the waveguide and a ground plane of the microstrip line.

본 발명에 따른 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이 구조는 패치 안테나(patch antenna)와 도파관, 또는 패치 안테나와, 도파관 내의 스터브(stub)를 이용하는 것에 의해, 천이 구조의 공정 오차에 의한 천이 구조의 성능 저하를 방지할 수 있고, 예를 들어 마이크로스트립 선로의 신호를 도파관의 신호로 변환시키고 밀리미터파 대역에서 사용할 수 있는 천이 구조의 공진 대역 특성(대역폭 특성)을 광대역(wide band)으로 증가시킬 수 있다.The transition structure including the patch antenna and the waveguide according to the present invention uses a patch antenna and a waveguide, or a patch antenna and a stub in the waveguide, and thus the performance of the transition structure due to the process error of the transition structure. The degradation can be prevented, and for example, the signal of the microstrip line can be converted into the signal of the waveguide and the resonance band characteristic (bandwidth characteristic) of the transition structure that can be used in the millimeter wave band can be increased to wide band. .

본 발명은 단층 유전체 기판을 가지는 마이크로스트립 선로(microstrip line)에 연결된 간단한 구조인 패치 안테나를 사용하므로, 본 발명은 신호선의 천이 구조에 포함된 다층 유전체 기판의 제작 공차(manufacturing tolerance)에 의한 성능 저하를 감소시킬 수 있다.Since the present invention uses a patch antenna, which is a simple structure connected to a microstrip line having a single-layer dielectric substrate, the present invention is deteriorated due to manufacturing tolerances of the multilayer dielectric substrate included in the transition structure of the signal line. Can be reduced.

본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RF 회로 보드와 송수신 안테나 사이에 배치되고 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이부(천이 구조)를 설명하는 블락 다이어그램(block diagram)이다.
도 2a는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이 구조를 설명하는 도면이다.
도 2b는 도 2a의 구조에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프(graph)이다.
도 3a는 도 1에 도시된 본 발명의 다른 실시예에　따른 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이 구조를 설명하는 도면이다.
도 3b는 도 3a의 천이 구조에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프(graph)이다.
도 4a는 도 1에 도시된 본 발명의 다른 실시예에　따른 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이 구조를 설명하는 도면이다.
도 4b는 도 4a의 천이 구조에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프(graph)이다.In order to more fully understand the drawings used in the detailed description of the invention, a brief description of each drawing is provided.
1 is a block diagram illustrating a transition portion (transition structure) disposed between an RF circuit board and a transmit / receive antenna according to an embodiment of the present invention and including a patch antenna and a waveguide.
FIG. 2A is a diagram illustrating a transition structure including a patch antenna and a waveguide according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
FIG. 2B is a graph showing simulation results for the structure of FIG. 2A.
FIG. 3A is a diagram illustrating a transition structure including a patch antenna and a waveguide according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
3B is a graph showing simulation results for the transition structure of FIG. 3A.
4A is a diagram illustrating a transition structure including a patch antenna and a waveguide according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 1.
4B is a graph showing simulation results for the transition structure of FIG. 4A.

본 발명 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS For a better understanding of the present invention and the objects attained by the practice of the invention, reference should be made to the accompanying drawings, which illustrate embodiments of the invention, and to the description in the accompanying drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

논문인 (Kunio Sakakibara, Fuminori Saito, etc, 'Microstrip line to waveguide transition connecting antenna and backed RF circuits', IEEE International symposium on antennas and propagation 2003, Vol. 3, pp. 958-961, June, 2003.)에서는 Grove 형태의 금속 도파관과 μ-strip(마이크로스트립) 천이부(transition)를 이용한 구조를 제안한다. 이 제안된 구조는 일정한 공진주파수를 갖는다. 이 경우, 패턴의 공차(tolerance)에 의한 영향이 매우 크다.In the paper (Kunio Sakakibara, Fuminori Saito, etc, 'Microstrip line to waveguide transition connecting antenna and backed RF circuits', IEEE International symposium on antennas and propagation 2003, Vol. 3, pp. 958-961, June, 2003.) We propose a structure using Grove-type metal waveguides and μ-strip transitions. This proposed structure has a constant resonant frequency. In this case, the influence due to the tolerance of the pattern is very large.

논문인 (David Pozar, "Aperture coupled waveguide feeds for microstrip antennas and microstrip couplers" IEEE International symposium on antennas and propagation 1996)에서는 사각 도파관(rectangular waveguide)과 마이크로스트립 라인에 대한 다양한 구조에 대해 기술한다.The paper (David Pozar, "Aperture coupled waveguide feeds for microstrip antennas and microstrip couplers" IEEE International symposium on antennas and propagation 1996) describes various structures for rectangular waveguides and microstrip lines.

미국공개특허인 (H. Y. Lee, etal, "Millimeter-wave band broadband microstrip-waveguide transition apparatus", US PATENT (공개) 2007/0085626 A1, APR 19, 2007.)은 다층 기판을 사용한 천이부 구조이며, 여러 기판 중에 패치 구조를 활용하여 대역폭을 확장한 구조이다. 그러나 상기 특허의 경우, 밀리미터파 대역에서의 제작이 어려운 점이 있다.HY Lee, etal, "Millimeter-wave band broadband microstrip-waveguide transition apparatus", US PATENT (published) 2007/0085626 A1, APR 19, 2007.) is a transition structure using a multi-layer substrate, It is a structure in which a bandwidth is extended by utilizing a patch structure in a substrate. However, the above patent is difficult to manufacture in the millimeter wave band.

상기 특허의 다층 구조를 사용한 천이부의 경우 구조가 복잡하며, 제작 단가가 비싸며, 적층할 경우 공차가 매우 커진다. 또한 상기 특허의 개구면 결합을 이용한 구조는 특정 주파수에서 공진값을 가지기 때문에 제작 후 공정 에러에 의한 성능의 변화가 크다.In the case of the transition part using the multilayered structure of the patent, the structure is complicated, the manufacturing cost is expensive, and when lamination, the tolerance becomes very large. In addition, since the structure using the aperture coupling of the patent has a resonance value at a specific frequency, the performance change due to a process error after fabrication is large.

본 발명은 상기 특허와 달리 다층 유전체 기판을 사용하지 않고 마이크로스트립 선로에 포함된 단층 유전체 기판을 사용하며, 광대역 특성을 얻을 수 있는 천이 구조(천이부 구조)를 제공한다. 본 발명은 단층 유전체 기판을 가지는 마이크로스트립 선로(microstrip line)에 연결된 간단한 구조인 패치 안테나를 사용하므로, 본 발명은 신호선의 천이 구조에 포함된 다층 유전체 기판의 제작 공차(manufacturing tolerance)에 의한 성능 저하를 감소시킬 수 있다.The present invention, unlike the patent, uses a single-layer dielectric substrate included in a microstrip line without using a multilayer dielectric substrate, and provides a transition structure (transition portion structure) capable of obtaining broadband characteristics. Since the present invention uses a patch antenna, which is a simple structure connected to a microstrip line having a single-layer dielectric substrate, the present invention is deteriorated due to manufacturing tolerances of the multilayer dielectric substrate included in the transition structure of the signal line. Can be reduced.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RF 회로 보드와 송수신 안테나 사이에 배치되고 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이부(천이 구조)를 설명하는 블락 다이어그램(block diagram)이다.1 is a block diagram illustrating a transition portion (transition structure) disposed between an RF circuit board and a transmit / receive antenna according to an embodiment of the present invention and including a patch antenna and a waveguide.

도 1을 참조하면, 본 발명의 천이부(천이 구조)는, 천이부(도파관, μ-strip)(10), 전자파 전송선로인 도파관, 및 천이부(도파관, μ-strip)(15)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the transition part (transition structure) of the present invention includes a transition part (waveguide, μ-strip) 10, a waveguide serving as an electromagnetic wave transmission line, and a transition part (waveguide, μ-strip) 15. Include.

본 발명의 천이 구조가 RF(radio frequency) 회로 보드(TRX RF 보드(board))와 송수신 안테나 사이에 마이크로스트립 라인(μ-strip)을 통해 배치(연결)될 수 있다. 본 발명의 천이 구조는 마이크로스트립 선로-구형 도파관 천이부(transition of microstrip line to rectangular waveguide)에 적용될 수 있다.The transition structure of the present invention can be disposed (connected) through a microstrip line (μ-strip) between a radio frequency (RF) circuit board (TRX RF board) and a transmit / receive antenna. The transition structure of the present invention can be applied to a transition of microstrip line to rectangular waveguide.

최근 밀리미터파 대역에서의 고해상도 레이더 및 고속 데이터 전송을 위한 초광대역통신(UWB, ultra wideband)기술에 대한 연구가 활발하다. 특히, 77GHz 차량용 레이더는 밀리미터 주파수 대역의 대표적인 응용 분야이다. 최근의 차량용 레이더는 수 미터에서부터 200미터 범위까지의 원거리 검출을 위하여 다중 빔 배열 안테나 시스템을 사용한다. 이 경우 집적화된 RF 프론트 엔드(front-end)의 출력 신호를 배열형 안테나와 연결하기 위한 천이부(천이 구조)에 대한 중요성이 매우 증가하고 있다.Recently, researches on ultra wideband (UWB) technology for high resolution radar and high speed data transmission in the millimeter wave band have been actively conducted. In particular, 77 GHz automotive radar is a representative application of the millimeter frequency band. Recent vehicle radars use a multi-beam array antenna system for remote detection in the range of several meters to 200 meters. In this case, the importance of the transition part (transition structure) for connecting the output signal of the integrated RF front-end with the array antenna is increasing.

상기 TRX RF 보드(송수신 RF 보드)와 다중 빔 배열 안테나(송수신 안테나)는 밀리미터 대역 레이더 및 통신에서 사용되는 다중 빔 안테나 시스템에 포함된다.The TRX RF board (transceiver RF board) and the multi-beam array antenna (transceiver antenna) are included in the multi-beam antenna system used in millimeter band radar and communication.

송수신 배열 안테나(송수신 안테나)는 일정한 물리적 간격으로 떨어져야 하지만, RF 프론트-엔드(front-end)를 포함하는 TRX RF 보드(RF 회로 보드)는 집적형(밀집형)으로 구현된다. 따라서 TRX RF 보드 상의 RF 송수신 회로의 입출력 포트(port)와 송수신 안테나 사이에는 도 1에 도시된 바와 같이 RF 송수신 회로와 안테나 사이의 신호 전송을 위한 마이크로스트립 라인(μ-strip), 스트립 라인(strip line), 동일 평면 도파관(coplanar waveguide), 또는 구형 도파관(rectangular waveguide)과 같은 저손실 전송선로가 존재하며, 상기 전송선로의 신호 전송을 위하여 전송선로의 양 끝에는 본 발명인 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이 구조가 존재한다.Transceiver array antennas (transmit and receive antennas) must be spaced at regular physical intervals, but TRX RF boards (RF circuit boards) that include RF front-ends are implemented as integrated (dense). Therefore, a microstrip line (μ-strip), a strip line (strip) for transmitting a signal between the RF transceiver circuit and the antenna as shown in Figure 1 between the input and output ports of the RF transceiver circuit on the TRX RF board and the antenna low loss transmission lines such as lines, coplanar waveguides, or rectangular waveguides, and transitions including patch antennas and waveguides of the present invention at both ends of the transmission lines for signal transmission of the transmission lines. The structure exists.

본 발명에 포함되는 도파관(waveguide)은 사각형 금속관 또는 원형 금속관 내에 고주파신호(RF 신호)를 가두어 도파관내의 유전체를 통하여 전송하는 전송로로서, TEM모드를 사용하는 전송선로(Transmission line)와 전송방식이 다르다. 주로 고출력 또는 mm-wave 신호 전송에 많이 사용되며, 공차문제로 가공이 까다로워서 가격이 비싼 편이다.The waveguide included in the present invention is a rectangular metal tube or a circular metal tube As a transmission line that traps a high frequency signal (RF signal) inside and transmits it through a dielectric in a waveguide, a transmission line differs from a transmission line using a TEM mode. It is mainly used for high power or mm-wave signal transmission, and it is expensive because it is difficult to process due to tolerance.

도 2a는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이 구조를 설명하는 도면이다. 도 2a의 좌측 도면은 본 발명인 천이 구조를 나타내는 사시도이고, 도 2a의 우측 도면은 본 발명인 천이 구조를 나타내는 평면도이다.FIG. 2A is a diagram illustrating a transition structure including a patch antenna and a waveguide according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1. 2A is a perspective view showing the transition structure of the present invention, and the right view of FIG. 2A is a plan view showing the transition structure of the present invention.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 천이 구조는, 도파관(110), 제1 패치 안테나(patch antenna)(115), 제1 단층 유전체 기판(105), 제1 비아(via), 제2 패치 안테나(patch antenna), 제2 단층 유전체 기판, 및 제2 비아(via)를 포함한다. 본 발명의 천이 구조는 다중 빔 안테나 시스템에 적용될 수 있다.Referring to FIG. 2A, the transition structure of the present invention includes a waveguide 110, a first patch antenna 115, a first single layer dielectric substrate 105, a first via, and a second patch antenna. (patch antenna), a second single layer dielectric substrate, and a second via. The transition structure of the present invention can be applied to a multi-beam antenna system.

도파관(110)은 도 2a에서 구형 도파관(직사각형 도파관)인 것으로 도시되었지만, 본 발명의 다른 실시예에 있어서 도파관(110)은 원형 도파관(Circular Waveguide)일 수도 있다. 도 2a의 구형 도파관은 예를 들어 WR10 구형 도파관일 수 있다. WR10 구형 도파관의 내부(개구면)의 길이는 1.27(mm)이고 WR10 구형 도파관의 개구면의 폭은 2.54(mm)일 수 있다.Although waveguide 110 is shown as being a rectangular waveguide (rectangular waveguide) in FIG. 2A, in another embodiment of the present invention, waveguide 110 may be a circular waveguide. The spherical waveguide of FIG. 2A may be, for example, a WR10 spherical waveguide. The length of the interior (opening surface) of the WR10 spherical waveguide may be 1.27 (mm) and the width of the opening surface of the WR10 spherical waveguide may be 2.54 (mm).

제1 패치 안테나(patch antenna)(115)는 제1 전송선로인 마이크로스트립 선로(microstrip line)의 신호 라인(signal line)(100)에 연결되고 도파관의 하단(하부)(110)의 내부(개구면)에 배치될 수 있다. 즉, 마이크로스트립 선로(microstrip line)의 신호 라인(signal line)(100)의 종단으로 제1 패치 안테나(115)가 사용될 수 있다. 제1 패치 안테나(patch antenna)(115)는 제1 단층 유전체 기판(105)을 포함할 수 있다. 제1 패치 안테나(115)는 도 2a에서 직사각형 패치형 안테나(또는 단일 직사각형 패치(patch))인 것으로 도시되었지만, 본 발명의 다른 실시예에 있어서 제1 패치 안테나(115)는 도파관(110)이 원형 도파관인 경우 원형 패치형 안테나일 수도 있다.The first patch antenna 115 is connected to a signal line 100 of a microstrip line, which is a first transmission line, and is formed inside (open) the bottom (lower) 110 of the waveguide. Spherical surface). That is, the first patch antenna 115 may be used as the end of the signal line 100 of the microstrip line. The first patch antenna 115 may include a first single layer dielectric substrate 105. Although the first patch antenna 115 is shown as a rectangular patch antenna (or a single rectangular patch) in FIG. 2A, in another embodiment of the present invention, the first patch antenna 115 has a circular waveguide 110 in a circular shape. In the case of a waveguide, it may be a circular patch antenna.

제1 패치 안테나(115)의 치수는 도파관(110)의 내부 단면 크기, 제1 단층 유전체 기판(105)의 상대 유전율 등에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 제1 패치 안테나(115)는 폭(W)이 2(mm)이고 길이(L)가 1.14(mm)인 도체일 수 있다.The dimension of the first patch antenna 115 may vary depending on the internal cross-sectional size of the waveguide 110, the relative dielectric constant of the first monolayer dielectric substrate 105, and the like. For example, the first patch antenna 115 may be a conductor having a width W of 2 mm and a length L of 1.14 mm.

제1 패치 안테나(115)는 마이크로스트립 안테나의 일종으로 제1 전송 선로인 마이크로스트립 선로의 신호(전자기파)에 의해 공진한다. 상기 공진된 신호는 도파관(110)으로 진행될 수 있다.The first patch antenna 115 is a type of microstrip antenna and resonates by a signal (electromagnetic waves) of the microstrip line which is the first transmission line. The resonated signal may travel to the waveguide 110.

마이크로스트립 선로의 신호 라인(100)의 폭은, 제1 단층 유전체 기판(105)에 포함된 유전체의 두께, 신호 라인(100)에 포함될 수 있는 구리 금속 코팅 두께, 제1 단층 유전체 기판(105)에 포함된 유전체의 상대 유전율을 고려하여 결정된다. 예를 들어 유전체의 두께가 5(mil)이고 상대 유전율이 2.23이고 마이크로스트립 선로의 특성 임피던스가 50(Ω)인 경우, 신호 라인의 폭은 0.377(mm)일 수 있다. 마이크로스트립 선로의 신호 라인(100)의 다른 일단은 도파관(110)의 측면 구멍을 통해 RF 회로 보드의 입력 포트에 연결될 수 있다. The width of the signal line 100 of the microstrip line may include a thickness of a dielectric included in the first single layer dielectric substrate 105, a copper metal coating thickness that may be included in the signal line 100, and a first single layer dielectric substrate 105. It is determined in consideration of the relative permittivity of the dielectric contained in the. For example, if the thickness of the dielectric is 5 (mil), the relative permittivity is 2.23, and the characteristic impedance of the microstrip line is 50 (Ω), the width of the signal line may be 0.377 (mm). The other end of the signal line 100 of the microstrip line may be connected to the input port of the RF circuit board through the side hole of the waveguide 110.

제1 단층 유전체 기판(105)은 하나의 층을 가지는 유전체 기판으로서 제1 패치 안테나(115) 아래에 형성(배치)된다. 또한 유전체 기판(105)은 도파관의 하단(110) 아래 및 마이크로스트립 선로의 신호 라인(100) 아래에 형성된다.The first single layer dielectric substrate 105 is formed (disposed) under the first patch antenna 115 as a dielectric substrate having one layer. The dielectric substrate 105 is also formed below the bottom 110 of the waveguide and below the signal line 100 of the microstrip line.

제1 비아(via)(120)는 비아 홀(Via Hole)로서 제1 단층 유전체 기판(105)을 관통하여 제1 단층 유전체 기판(105) 아래에 형성되는 제1 전송선로인 마이크로스트립 선로의 접지면(접지 금속판)과 도파관의 하단(110)을 전기적으로 연결할 수 있다. 마이크로스트립 선로의 접지면과 도파관의 하단(110)을 연결하는 제1 비아(via)(120)는 도 2a에 도시된 바와 같이 다수개 존재할 수 있다.The first via 120 is a via hole, which is a ground of the microstrip line, which is a first transmission line formed under the first single layer dielectric substrate 105 through the first single layer dielectric substrate 105. The surface (ground metal plate) and the lower end 110 of the waveguide may be electrically connected. A plurality of first vias 120 connecting the ground plane of the microstrip line and the lower end 110 of the waveguide may exist as shown in FIG. 2A.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 제1 전송 선로는 스트립 라인(strip line), 동일 평면 도파관(coplanar waveguide), 구형 도파관(rectangular waveguide), 또는 원형 도파관 등일 수도 있다. 제1 전송 선로가 스트립 라인 또는 동일 평면 도파관인 경우, 제1 패치 안테나(115)는 스트립 라인 또는 동일 평면 도파관의 신호 라인에 전기적으로 연결되고, 제1 비아(via)(120)는 도파관의 하단(110)과 스트립 라인의 접지면을 연결한다. 동일 평면 도파관의 접지 라인은 도파관의 하단에 비아(via) 없이 직접 연결될 수 있다. 제1 전송 선로가 구형 도파관인 경우 제1 비아(via)(120)는 도파관의 하단(110)과 구형 도파관을 전기적으로 연결한다.In another embodiment of the present invention, the first transmission line may be a strip line, a coplanar waveguide, a rectangular waveguide, a circular waveguide, or the like. When the first transmission line is a strip line or coplanar waveguide, the first patch antenna 115 is electrically connected to the signal line of the strip line or coplanar waveguide, and the first via 120 is at the bottom of the waveguide. Connect the ground plane of the (110) and the strip line. The ground line of the coplanar waveguide may be connected directly to the bottom of the waveguide without vias. When the first transmission line is a spherical waveguide, the first via 120 electrically connects the lower end 110 of the waveguide and the spherical waveguide.

도파관(110)의 상단에는 제2 전송 선로와의 연결을 위한 본 발명에 포함된 제2 패치 안테나(patch antenna), 제2 단층 유전체 기판, 및 제2 비아(via)가 형성될 수 있다. 즉, 전술한 제1 패치 안테나(115), 제1 단층 유전체 기판(105), 및 제1 비아(120)의 구성 및 작용(기능)과 동일한 구성 및 작용을 각각 가지는 제2 패치 안테나, 제2 단층 유전체 기판, 및 제2 비아(via)가 도파관(110)의 중간 부분을 기준으로 도파관(110)의 상단에 제1 패치 안테나(115) 등과 대칭적으로 배치될 수 있다. 상기 제2 전송 선로는 마이크로스트립 선로, 스트립 라인(strip line), 동일 평면 도파관(coplanar waveguide), 구형 도파관(rectangular waveguide), 또는 원형 도파관 등일 수 있다.A second patch antenna, a second single layer dielectric substrate, and a second via included in the present invention for connecting to the second transmission line may be formed on the top of the waveguide 110. That is, a second patch antenna and a second patch antenna having the same configuration and operation as those of the aforementioned first patch antenna 115, the first single layer dielectric substrate 105, and the first via 120. The single layer dielectric substrate and the second via may be symmetrically disposed on the top of the waveguide 110 with respect to the middle portion of the waveguide 110. The second transmission line may be a microstrip line, a strip line, a coplanar waveguide, a rectangular waveguide, a circular waveguide, or the like.

보다 구체적으로 설명하면, 제2 패치 안테나(patch antenna)는 제2 전송선로인 마이크스트립 선로의 신호라인에 연결되고 도파관(110)의 상단(상부)의 내부에 배치될 수 있다. 제2 단층 유전체 기판은 제2 패치 안테나 위에 형성(배치)된다. 제2 비아(via)는 제2 단층 유전체 기판을 관통하여 제2 단층 유전체 기판 위에 배치되는 제2 전송선로인 마이크로스트립 선로의 접지면과 도파관(110)의 상단을 전기적으로 연결할 수 있다.In more detail, the second patch antenna may be connected to a signal line of a microphone strip line, which is a second transmission line, and disposed inside the upper end (upper part) of the waveguide 110. The second single layer dielectric substrate is formed (disposed) over the second patch antenna. The second via may penetrate the second single layer dielectric substrate to electrically connect the ground plane of the microstrip line, which is a second transmission line disposed on the second single layer dielectric substrate, to an upper end of the waveguide 110.

제2 패치 안테나는 상기 도파관(110)을 통해 전달되는 신호에 의해 공진한다. 상기 공진된 신호는 제2 전송 선로로 진행될 수 있다.The second patch antenna resonates by a signal transmitted through the waveguide 110. The resonated signal may travel to a second transmission line.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 제1 전송 선로가 동일 평면 도파관인 경우 제1 비아(120)가 제거(생략)될 수 있고, 제2 전송 선로가 동일 평면 도파관인 경우 제2 비아(via)가 제거(생략)될 수 있다. 이 경우, 도파관(110)은 제1 전송 선로와 비아(via) 없이 직접 연결되는 하단과, 제2 전송 선로와 비아(via) 없이 직접 연결되는 상단을 가진다.In another embodiment of the present invention, the first via 120 can be removed (omitted) when the first transmission line is a coplanar waveguide, and the second via when the second transmission line is a coplanar waveguide. Can be removed (omitted). In this case, the waveguide 110 has a lower end directly connected to the first transmission line without vias, and an upper end directly connected to the second transmission line without vias.

전술한 바와 같이, 본 발명은 단층 유전체 기판을 가지는 마이크로스트립 선로에 연결된 간단한 구조인 패치 안테나를 사용하므로, 본 발명은 신호선의 천이 구조에 포함된 다층 유전체 기판의 제작 공차에 의한 성능 저하를 감소시킬 수 있다.As described above, the present invention uses a patch antenna, which is a simple structure connected to a microstrip line having a single-layer dielectric substrate, so that the present invention can reduce performance degradation due to manufacturing tolerances of the multilayer dielectric substrate included in the transition structure of the signal line. Can be.

도 2a에 도시된 본 발명은 밀리미터 주파수 대역에서 제1 전송 선로와 제2 전송 선로 사이의 신호 전달을 위한 천이부(천이 구조)에 대한 것이다. 이를 위하여, 전술한 바와 같이 본 발명에서는 마이크로스트립 선로의 신호 라인(100)의 종단으로 패치 안테나가 사용된 천이 구조가 제공된다. 도 2a의 천이 구조는 76~ 77GHz 주파수(밀리미터파(millimeter wave)의 주파수)에서 사용되는 차량용 레이더에 적용될 수 있다.The present invention shown in FIG. 2A is directed to a transition (transition structure) for signal transmission between a first transmission line and a second transmission line in the millimeter frequency band. To this end, as described above, the present invention provides a transition structure in which a patch antenna is used as the end of the signal line 100 of the microstrip line. The transition structure of FIG. 2A can be applied to a vehicle radar used at the 76-77 GHz frequency (millimeter wave frequency).

도 2b는 도 2a의 구조에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프(graph)이다.FIG. 2B is a graph showing simulation results for the structure of FIG. 2A.

도 2b를 참조하면, 도 2a의 구조에 대한 시뮬레이션을 위하여 고주파해석 시뮬레이션 소프트웨어인 ANSYS의 HFSS(high frequency structure simulator)를 사용하였다. 그림 2b에서처럼 제1 패치 안테나(115) 및 제2 패치 안테나의 길이인 L=1.14mm일 경우 천이 구조(또는 도파관 내)의 중심 주파수는 77GHz이며, 반사 계수(S11)를 기준으로 한 주파수 특성(반사 손실에 대한 주파수 특성)에 있어서 10dB 반사손실의 대역폭이 6GHz(74~80GHz)이다. 또한, 길이인 L=1.15mm가 되면 중심주파수는 74.5GHz로 이동하며, 대역폭도 줄어들며, 77GHz 주파수 대역에서의 특성이 나빠지는 경향이 있다. 반대로 L=1.12mm인 경우는 중심 주파수는 78.5GHz로 이동하여 대역폭도 약 7GHz로 증가하지만, L=1.12mm인 경우는 도 2a의 구조에서 사용되는 최상의 주파수 특성인 사용 중심 주파수(76.5GHz)를 벗어날 수 있다. L=1.1mm인 경우도 도 2b에 도시된 바와 같이 L=1.12mm인 경우의 주파수 특성과 유사한 특성을 가짐을 알 수 있다.Referring to FIG. 2B, a high frequency structure simulator (HFSS) of ANSYS, which is a high frequency analysis simulation software, was used to simulate the structure of FIG. 2A. As shown in FIG. 2B, when L = 1.14mm, the length of the first patch antenna 115 and the second patch antenna, the center frequency of the transition structure (or in the waveguide) is 77 GHz, and the frequency characteristic based on the reflection coefficient S11 ( In the frequency characteristic of return loss, the bandwidth of 10dB return loss is 6GHz (74 ~ 80GHz). Also, when the length L = 1.15mm, the center frequency moves to 74.5GHz, the bandwidth is reduced, and the characteristics in the 77GHz frequency band tend to be bad. On the contrary, in the case of L = 1.12mm, the center frequency moves to 78.5GHz and the bandwidth increases to about 7GHz.In the case of L = 1.12mm, the center frequency (76.5GHz), which is the best frequency characteristic used in the structure of FIG. Can escape. It can be seen that the case of L = 1.1mm has similar characteristics to the frequency characteristic of the case of L = 1.12mm as shown in FIG. 2B.

이러한 단일 공진 주파수 특성은 패치 안테나 구조에 의한 것으로, 패치 안테나의 공진점(공진 주파수)을 주도하는 L의 변화에 다소 민감한 특성을 보일 수 있다. 즉, 마이크로스트립 선로(또는 마이크로스트립 선로에 연결된 패치 안테나)의 공정 오차가 10~20μm을 고려하면, 본 발명인 천이 구조의 실제 제작에 있어 천이 구조의 주파수 특성 변화가 발생될 수 있다.The single resonant frequency characteristic is due to the patch antenna structure, and may be somewhat sensitive to a change in L which leads the resonance point (resonant frequency) of the patch antenna. That is, when the process error of the microstrip line (or the patch antenna connected to the microstrip line) is 10 to 20 μm, the frequency characteristic change of the transition structure may occur in the actual fabrication of the transition structure of the present invention.

도 3a는 도 1에 도시된 본 발명의 다른 실시예에　따른 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이 구조를 설명하는 도면이다. 도 3a의 좌측 도면은 본 발명의 다른 실시예인 천이 구조를 나타내는 사시도(full view)이고, 도 3a의 우측 도면은 본 발명의 다른 실시예인 천이 구조를 나타내는 우측면도(side view)이다.3A is a diagram illustrating a transition structure including a patch antenna and a waveguide according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 1. The left view of FIG. 3A is a full view of a transition structure, which is another embodiment of the present invention, and the right view of FIG. 3A is a side view, showing a transition structure, which is another embodiment of the present invention.

도 3a를 참조하면, 도 3a의 천이 구조는 도 2a의 천이 구조에서 발생될 수 있는 협대역 문제(협대역 특성)와 같은 주파수 특성을 개선하기 위한 구조이다. 도 3a의 천이 구조의 구성은 도파관(210) 내부에 오목형 스터브(205)가 추가(형성)된 점을 제외하고 도 2a의 천이 구조의 구성과 유사하므로, 도 3a의 천이 구조의 구성요소에 대한 설명은 도 2a의 천이 구조의 구성요소에 대한 설명이 참조될 수 있다.Referring to FIG. 3A, the transition structure of FIG. 3A is a structure for improving frequency characteristics such as narrowband problems (narrowband characteristics) that may occur in the transition structure of FIG. 2A. The configuration of the transition structure of FIG. 3A is similar to that of the transition structure of FIG. 2A except that a concave stub 205 is added (formed) inside the waveguide 210, and thus, the components of the transition structure of FIG. For a description, reference may be made to the description of the components of the transition structure of FIG. 2A.

즉, 상기 천이 구조는, 도 2a에 대한 설명에서 언급된 도파관, 제1 패치 안테나(patch antenna), 제1 단층 유전체 기판, 제2 패치 안테나(patch antenna), 제2 단층 유전체 기판, 및 도파관(210)의 내부에 형성된 오목형 스터브(205)를 포함한다. 상기 제1 패치 안테나와 제1 단층 유전체 기판과 제1 비아(via)는 마이크로스트립 선로(215)의 일단(a tip)에 연결될 수 있다. 마이크로스트립 선로(215)의 다른 일단은 RF 회로 보드의 입력 포트(220)에 연결될 수 있다. 도파관(210)의 상단에는 다른 마이크로스트립 선로와의 연결을 위한 본 발명에 포함된 제2 패치 안테나(patch antenna), 제2 단층 유전체 기판, 및 제2 비아(via)가 형성될 수 있다. That is, the transition structure may include a waveguide, a first patch antenna, a first single layer dielectric substrate, a second patch antenna, a second single layer dielectric substrate, mentioned in the description of FIG. 2A. And a concave stub 205 formed inside the waveguide 210. The first patch antenna, the first single layer dielectric substrate, and the first via may be connected to a tip of the microstrip line 215. The other end of the microstrip line 215 may be connected to the input port 220 of the RF circuit board. A second patch antenna, a second single layer dielectric substrate, and a second via included in the present invention for connecting to another microstrip line may be formed on the top of the waveguide 210.

도파관(210)은 도 3a에서 구형 도파관인 것으로 도시되었지만, 본 발명의 다른 실시예에 있어서 도파관(210)은 원형 도파관일 수도 있다.Although waveguide 210 is shown as a spherical waveguide in FIG. 3A, in other embodiments of the invention, waveguide 210 may be a circular waveguide.

오목형 스터브(stub)(205)는 도파관(210)의 상단의 내부와 도파관(210)의 하단의 내부 사이에 형성(배치)되고, 오목형 스터브(stub)(205)는 도 3a의 천이 구조(또는 도파관(210))에서 전달되는 신호의 투과 특성을 증가(개선)시키는 기능(역할)을 수행한다. 상기 신호의 투과 특성은 신호의 주파수 특성인 대역폭 특성일 수 있다. 예를 들어, 오목형 스터브(205)의 폭(sz)은 1.53mm일 수 있고, 오목형 스터브(205)의 높이(sy)는 0.38mm일 수 있고, 오목형 스터브(205)의 길이는 2.54mm일 수 있고, 마이크로스트립 선로(215)의 유전체 기판으로부터 오목형 스터브(205)의 하단까지의 높이(eh)는 1.53mm일 수 있다.A concave stub 205 is formed (arranged) between the inside of the upper end of the waveguide 210 and the inside of the lower end of the waveguide 210, and the concave stub 205 is the transition structure of FIG. 3A. (Or waveguide 210) performs a function (role) to increase (improve) the transmission characteristics of the signal transmitted from. The transmission characteristic of the signal may be a bandwidth characteristic which is a frequency characteristic of the signal. For example, the width sz of the concave stub 205 may be 1.53 mm, the height sy of the concave stub 205 may be 0.38 mm, and the length of the concave stub 205 may be 2.54. mm and the height eh from the dielectric substrate of the microstrip line 215 to the bottom of the concave stub 205 may be 1.53 mm.

오목형 스터브(205)의 폭, 높이, 및 오목형 스터브(205)의 도파관 내에서의 위치에 따라 도 3a의 천이 구조(또는 도파관 내)에서의 대역폭이 도 3b에 도시된 바와 같이 변경(조정)될 수 있다.Depending on the width, height of the concave stub 205 and the position of the concave stub 205 in the waveguide, the bandwidth in the transition structure (or in the waveguide) of FIG. 3A is changed (adjusted) as shown in FIG. 3B. Can be

오목형 스터브(205)의 폭(sz)은 도파관(210) 내의 유효 파장의 0배를 초과하고 0.25 배 이하일 수 있다. 즉, 상기 sz는 도 3a의 천이 구조의 대역폭을 증가시키기 위해 구형 도파관(210) 내의 유효 파장(λeff=λ/(1-(λ/2b)^2)^0.5)의 0.25배 이하인 것이 바람직할 수 있다. 상기 수식에서 λ는 구형 도파관(210)의 동작 주파수에서의 파장이고, b는 구형 도파관(210)의 긴 변의 길이이다.The width sz of the concave stub 205 may be greater than zero and less than 0.25 times the effective wavelength in the waveguide 210. That is, sz is preferably 0.25 times or less of the effective wavelength (λ eff = λ / (1- (λ / 2b) ^ 2) ^ 0.5) in the spherical waveguide 210 to increase the bandwidth of the transition structure of FIG. 3A. can do. Is the wavelength at the operating frequency of the spherical waveguide 210 and b is the length of the long side of the spherical waveguide 210.

오목형 스터브(205)는 도파관(210)의 외부를 향해 돌출한 구조를 가지며 도파관(210)의 내부에 직사각형의 금속 막대 형태의 오목한 패턴으로 형성된다.The concave stub 205 has a structure protruding toward the outside of the waveguide 210 and is formed in a concave pattern in the form of a rectangular metal rod inside the waveguide 210.

본 발명에 포함된 마이크로스트립 선로의 유전체(유전체 기판)는 단일층으로 되어 있으며, 본 발명의 천이 구조는 도파관으로의 천이를 위하여 패치 안테나 형태(예를 들어 직사각형 패치)를 사용한다. 이 때, 패치형 천이부(예를 들어 직사각형 패치)는 치수에 민감하여, 제작 공차(manufacturing tolerance)에 따라 성능이 급격히 달라지고 또한 도파관과의 결합시 발생되는 공차에 의해서도 천이 구조의 전달 특성이 달라질 수 있다. 도 3a에 도시된 본 발명의 다른 실시예는 도 2a의 천이 구조에 대해 대역폭을 증가시키는 오목형 스터브를 도파관 내에 포함하므로, 본 발명에 따른 도 3a의 천이 구조를 이용할 경우 마이크로스트립 선로의 패치형 천이부의 제작 공차 한계가 도 2의 천이 구조를 이용하는 경우 보다 증가할 수 있다. 즉, 도 3a의 천이 구조는 오목형 스터브를 포함하므로, 도 2a의 천이 구조에서 발생될 수 있는 협대역 문제와 같은 주파수 특성을 해결(개선)할 수 있다.The dielectric (dielectric substrate) of the microstrip line included in the present invention is a single layer, and the transition structure of the present invention uses a patch antenna form (for example, rectangular patch) for transition to the waveguide. At this time, the patch-shaped transition part (for example, rectangular patch) is sensitive to dimensions, so the performance varies drastically depending on manufacturing tolerances, and the transmission characteristics of the transition structure are also changed by tolerances generated when coupling with the waveguide. Can be. Another embodiment of the present invention shown in FIG. 3A includes a concave stub in the waveguide that increases the bandwidth for the transition structure of FIG. 2A, so that the patch-like transition of the microstrip line when using the transition structure of FIG. 3A according to the present invention. Negative fabrication tolerance limits may be increased than with the transition structure of FIG. 2. That is, since the transition structure of FIG. 3A includes a concave stub, it is possible to solve (improve) frequency characteristics such as a narrow band problem that may occur in the transition structure of FIG. 2A.

도 3a의 천이 구조는 76~ 77GHz 주파수(밀리미터파(millimeter wave)의 주파수)에서 사용되는 차량용 레이더에 적용될 수 있다.The transition structure of FIG. 3A can be applied to a vehicle radar used at a 76-77 GHz frequency (millimeter wave frequency).

도 3b는 도 3a의 천이 구조에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프(graph)이다.3B is a graph showing simulation results for the transition structure of FIG. 3A.

도 3b를 참조하면, 도 3b의 시뮬레이션 결과는 eh=1.53mm, sy=0.38mm, sz=1.53mm, 및 스터브(205)의 길이= 2.54mm 를 가지는 도 3a의 천이 구조에 대한 시뮬레이션 결과이다. 도 2b의 오목형 스터브가 없는 천이 구조에 따른 시뮬레이션 결과와 비교할 때, L=1.11mm부터 L=1.17mm까지 변화할 경우에도 도 3a의 천이 구조는 중심 주파수인 76.5GHz를 포함하며, 대역폭 또한 8GHz이상으로 천이 구조의 주파수 특성이 매우 개선되었다.Referring to FIG. 3B, the simulation results of FIG. 3B are simulation results for the transition structure of FIG. 3A having eh = 1.53 mm, sy = 0.38 mm, sz = 1.53 mm, and the length of the stub 205 = 2.54 mm. Compared to the simulation results of the transition structure without the concave stub of FIG. 2B, the transition structure of FIG. 3A includes the center frequency of 76.5 GHz even when the change is from L = 1.11 mm to L = 1.17 mm, and the bandwidth is also 8 GHz. The frequency characteristics of the transition structure have been greatly improved.

도 4a는 도 1에 도시된 본 발명의 다른 실시예에　따른 패치 안테나 및 도파관을 포함하는 천이 구조를 설명하는 도면이다. 도 4a의 좌측 도면은 본 발명의 다른 실시예인 천이 구조를 나타내는 사시도(full view)이고, 도 4a의 우측 도면은 본 발명의 다른 실시예인 천이 구조를 나타내는 우측면도(side view)이다.4A is a diagram illustrating a transition structure including a patch antenna and a waveguide according to another embodiment of the present invention shown in FIG. 1. The left view of FIG. 4A is a full view showing a transition structure as another embodiment of the present invention, and the right view of FIG. 4A is a side view showing a transition structure as another embodiment of the present invention.

도 4a를 참조하면, 도 4a의 천이 구조는 도 2a의 천이 구조에서 발생될 수 있는 협대역 문제와 같은 주파수 특성을 개선하기 위한 구조이다. 도 4a의 천이 구조의 구성은 도파관(310) 내부에 볼록형 스터브(305)가 추가(형성)된 점을 제외하고 도 2a의 천이 구조의 구성과 유사하므로, 도 4a의 천이 구조의 구성요소에 대한 설명은 도 4a의 천이 구조의 구성요소에 대한 설명이 참조될 수 있다.Referring to FIG. 4A, the transition structure of FIG. 4A is a structure for improving frequency characteristics such as a narrow band problem that may occur in the transition structure of FIG. 2A. The configuration of the transition structure of FIG. 4A is similar to that of the transition structure of FIG. 2A except that the convex stub 305 is added (formed) inside the waveguide 310, and thus, the components of the transition structure of FIG. Reference may be made to the description of the components of the transition structure of FIG. 4A.

즉, 상기 천이 구조는, 도 2a에 대한 설명에서 언급된 도파관, 제1 패치 안테나(patch antenna), 제1 단층 유전체 기판, 제2 패치 안테나(patch antenna), 제2 단층 유전체 기판, 및 도파관(310)의 내부에 형성된 볼록형 스터브(305)를 포함한다. 상기 제1 패치 안테나와 제1 단층 유전체 기판과 제1 비아(via)는 마이크로스트립 선로(315)의 일단(a tip)에 연결될 수 있다. 마이크로스트립 선로(315)의 다른 일단은 RF 회로 보드의 입력 포트에 연결될 수 있다. 도파관(310)의 상단에는 다른 마이크로스트립 선로와의 연결을 위한 본 발명에 포함된 제2 패치 안테나(patch antenna), 제2 단층 유전체 기판, 및 제2 비아(via)가 형성될 수 있다.That is, the transition structure may include the waveguide, the first patch antenna, the first single layer dielectric substrate, the second patch antenna, the second single layer dielectric substrate, and the waveguide mentioned in the description of FIG. 2A. And a convex stub 305 formed inside 310. The first patch antenna, the first single layer dielectric substrate, and the first via may be connected to a tip of the microstrip line 315. The other end of the microstrip line 315 may be connected to an input port of an RF circuit board. A second patch antenna, a second single layer dielectric substrate, and a second via included in the present invention for connecting to another microstrip line may be formed on the top of the waveguide 310.

도파관(310)은 도 4a에서 구형 도파관인 것으로 도시되었지만, 본 발명의 다른 실시예에 있어서 도파관(310)은 원형 도파관일 수도 있다.Although waveguide 310 is shown as being a spherical waveguide in FIG. 4A, in other embodiments of the invention, waveguide 310 may be a circular waveguide.

볼록형 스터브(stub)(305)는 도파관(310)의 상단의 내부와 도파관(310)의 하단의 내부 사이에 형성(배치)되고, 볼록형 스터브(stub)(305)는 도 4a의 천이 구조(또는 도파관(310))에서 전달되는 신호의 투과 특성을 증가(개선)시키는 기능(역할)을 수행할 수 있다. 상기 신호의 투과 특성은 신호의 주파수의 대역폭 특성일 수 있다. 예를 들어, 볼록형 스터브(205)의 폭(sz)은 1mm일 수 있고, 볼록형 스터브(305)의 높이(sy)는 0.5mm일 수 있고, 볼록형 스터브(305)의 길이는 2.54mm일 수 있고, 마이크로스트립 선로(315)의 유전체 기판으로부터 볼록형 스터브(305)의 하단까지의 높이(eh)는 1.53mm일 수 있다. 마이크로스트립 선로(315)의 유전체 기판으로부터 도파관(310)의 측면 구멍의 높이는 0.7mm일 수 있다. 도파관(310)의 측면 구멍을 통해 마이크로스트립 선로(315)의 다른 일단은 RF 회로 보드의 입력 포트에 연결될 수 있다. A convex stub 305 is formed (arranged) between the interior of the top of the waveguide 310 and the interior of the bottom of the waveguide 310, and the convex stub 305 is the transition structure (or The waveguide 310 may perform a function (role) to increase (improve) a transmission characteristic of a signal transmitted from the waveguide 310. The transmission characteristic of the signal may be a bandwidth characteristic of the frequency of the signal. For example, the width sz of the convex stub 205 may be 1 mm, the height sy of the convex stub 305 may be 0.5 mm, and the length of the convex stub 305 may be 2.54 mm The height eh from the dielectric substrate of the microstrip line 315 to the bottom of the convex stub 305 may be 1.53 mm. The height of the side holes of the waveguide 310 from the dielectric substrate of the microstrip line 315 may be 0.7 mm. The other end of the microstrip line 315 may be connected to the input port of the RF circuit board through the side hole of the waveguide 310.

볼록형 스터브(305)의 폭, 높이, 및 볼록형 스터브(305)의 도파관 내에서의 위치에 따라 도 4a의 천이 구조(또는 도파관 내)에서의 대역폭이 도 4b에 도시된 바와 같이 변경(조정)될 수 있다.Depending on the width, height of the convex stub 305 and its position in the waveguide of the convex stub 305, the bandwidth in the transition structure (or in the waveguide) of FIG. 4A will be changed (adjusted) as shown in FIG. 4B. Can be.

볼록형 스터브(305)의 폭(sz)은 도파관(310) 내의 유효 파장의 0배를 초과하고 0.25배 이하일 수 있다. 즉, 상기 sz는 도 4a의 천이 구조의 대역폭을 증가시키기 위해 구형 도파관(310) 내의 유효 파장(λeff=λ/(1-(λ/2b)^2)^0.5)의 0.25배 이하인 것이 바람직할 수 있다. 상기 수식에서 λ는 구형 도파관(310)의 동작 주파수에서의 파장이고, b는 구형 도파관(310)의 긴 변의 길이이다.The width sz of the convex stub 305 may be greater than 0 times and less than 0.25 times the effective wavelength in the waveguide 310. That is, sz is preferably 0.25 times or less of the effective wavelength (λ eff = λ / (1- (λ / 2b) ^ 2) ^ 0.5) in the spherical waveguide 310 to increase the bandwidth of the transition structure of FIG. 4A. can do. Is the wavelength at the operating frequency of the spherical waveguide 310 and b is the length of the long side of the spherical waveguide 310.

볼록형 스터브(305)는 도파관(310)의 내부(중심부)를 향해 돌출한 구조를 가지며 도파관(310)의 내부에 직사각형의 금속 막대 형태의 볼록한 패턴으로 형성된다.The convex stub 305 has a structure protruding toward the inside (center) of the waveguide 310 and is formed in a convex pattern of a rectangular metal rod in the inside of the waveguide 310.

본 발명에 포함된 마이크로스트립 선로의 유전체(유전체 기판)는 단일층으로 되어 있으며, 본 발명의 천이 구조는 도파관으로의 천이를 위하여 패치 안테나 형태(예를 들어 직사각형 패치)를 사용한다. 이 때, 패치형 천이부(예를 들어 직사각형 패치)는 치수에 민감하여, 제작 공차에 따라 성능이 급격히 달라지고 또한 도파관과의 결합시 발생되는 공차에 의해서도 천이부의 전달 특성이 달라질 수 있다. 도 4a에 도시된 본 발명의 다른 실시예는 도 2a의 천이 구조에 대해 대역폭을 증가시키는 볼록형 스터브를 도파관 내에 포함하므로, 본 발명에 따른 도 4a의 천이 구조를 이용할 경우 마이크로스트립 선로의 패치형 천이부의 제작 공차 한계가 도 2의 천이 구조를 이용하는 경우 보다 증가할 수 있다. 즉, 도 4a의 천이 구조는 볼록형 스터브를 포함하므로, 도 2a의 천이 구조에서 발생될 수 있는 협대역 문제와 같은 주파수 특성을 해결(개선)할 수 있다.The dielectric (dielectric substrate) of the microstrip line included in the present invention is a single layer, and the transition structure of the present invention uses a patch antenna form (for example, rectangular patch) for transition to the waveguide. At this time, the patch-shaped transition portion (for example, rectangular patch) is sensitive to the dimensions, the performance is drastically changed according to the manufacturing tolerances, and the transmission characteristics of the transition portion may also be changed by the tolerance generated when coupling with the waveguide. Another embodiment of the present invention shown in Figure 4a includes a convex stub in the waveguide to increase the bandwidth for the transition structure of Figure 2a, so that when using the transition structure of Figure 4a according to the present invention the patch-shaped transition portion of the microstrip line The fabrication tolerance limit can be increased than with the transition structure of FIG. 2. That is, since the transition structure of FIG. 4A includes a convex stub, it is possible to solve (improve) frequency characteristics such as a narrow band problem that may occur in the transition structure of FIG. 2A.

도 4a의 천이 구조는 76~ 77GHz 주파수(밀리미터파(millimeter wave)의 주파수)에서 사용되는 차량용 레이더에 적용될 수 있다.The transition structure of FIG. 4A can be applied to a vehicle radar used at a 76-77 GHz frequency (millimeter wave frequency).

도 4b는 도 4a의 천이 구조에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프(graph)이다.4B is a graph showing simulation results for the transition structure of FIG. 4A.

도 4b를 참조하면, 도 4b의 시뮬레이션 결과는 eh=0.2mm, sy=0.5mm, sz=1mm, 및 스터브(305)의 길이= 2.54mm 를 가지는 도 4a의 천이 구조에 대한 시뮬레이션 결과이다. 도 2b의 볼록형 스터브가 없는 천이 구조에 따른 시뮬레이션 결과와 비교할 때, L=1.05mm부터 L=1.15mm까지 변화할 경우에도 도 4a의 천이 구조는 중심 주파수인 76.5GHz를 포함하므로 천이 구조의 주파수 특성이 매우 개선되었다.Referring to FIG. 4B, the simulation results of FIG. 4B are simulation results for the transition structure of FIG. 4A having eh = 0.2 mm, sy = 0.5 mm, sz = 1 mm, and the length of the stub 305 = 2.54 mm. Compared with the simulation results of the transition structure without the convex stub of FIG. 2B, even when the change is from L = 1.05mm to L = 1.15mm, the transition structure of FIG. 4A includes the center frequency of 76.5 GHz, so the frequency characteristics of the transition structure This was very improved.

이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.As described above, the embodiments have been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms are used herein, they are used for the purpose of describing the present invention only and are not used to limit the scope of the present invention described in the claims or the claims. It is therefore to be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible in light of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: 마이크로스트립 선로의 신호 라인
105: 제1 단층 유전체 기판
110: 구형 도파관
115: 제1 패치 안테나
120: 제1 비아(via)
205: 오목형 스터브
210: 구형 도파관
215: 마이크로스트립 선로
305: 볼록형 스터브
310: 구형 도파관
315: 마이크로스트립 선로100: signal line of the microstrip line
105: first single layer dielectric substrate
110: spherical waveguide
115: first patch antenna
120: first via
205: concave stub
210: spherical waveguide
215: microstrip track
305: convex stub
310: spherical waveguide
315: microstrip track

Claims (7)

제1 전송 선로와 연결되는 하단과, 제2 전송 선로와 연결되는 상단을 가지는 도파관;
상기 도파관의 하단의 내부에 배치되는 제1 패치 안테나(patch antenna);
상기 제1 패치 안테나 아래에 형성되는 제1 단층 유전체 기판;
상기 도파관의 상단의 내부에 배치되는 제2 패치 안테나(patch antenna); 및
상기 제2 패치 안테나 위에 형성되는 제2 단층 유전체 기판을 포함하는 천이 구조.A waveguide having a lower end connected to the first transmission line and an upper end connected to the second transmission line;
A first patch antenna disposed inside the bottom of the waveguide;
A first single layer dielectric substrate formed under the first patch antenna;
A second patch antenna disposed inside an upper end of the waveguide; And
And a second single layer dielectric substrate formed over said second patch antenna. 제1항에 있어서, 상기 천이 구조는,
상기 도파관의 상단의 내부와 상기 도파관의 하단의 내부 사이에 형성되고 상기 천이 구조에서 전달되는 신호의 투과 특성을 증가시키기 위한 오목형 스터브(stub)를 더 포함하는 천이 구조.The method of claim 1, wherein the transition structure,
And a concave stub formed between an interior of an upper end of the waveguide and an interior of a lower end of the waveguide and for increasing transmission characteristics of a signal transmitted in the transition structure. 제2항에 있어서,
상기 오목형 스터브의 폭은 상기 도파관 내의 유효 파장의 0.25배 이하인 천이 구조.3. The method of claim 2,
And the width of the concave stub is 0.25 times or less of the effective wavelength in the waveguide. 제1항에 있어서, 상기 천이 구조는,
상기 도파관의 상단의 내부와 상기 도파관의 하단의 내부 사이에 형성되고 상기 천이 구조에서 전달되는 신호의 투과 특성을 증가시키기 위한 볼록형 스터브(stub)를 더 포함하는 천이 구조.The method of claim 1, wherein the transition structure,
And a convex stub formed between the inside of the upper end of the waveguide and the inside of the lower end of the waveguide and for increasing transmission characteristics of a signal transmitted in the transition structure. 제4항에 있어서,
상기 볼록형 스터브의 폭은 상기 도파관 내의 유효 파장의 0.25배 이하인 천이 구조.5. The method of claim 4,
The width of the convex stub is 0.25 times or less of the effective wavelength in the waveguide. 제1항에 있어서, 상기 천이 구조는,
상기 제1 단층 유전체 기판을 관통하여 상기 도파관의 하단과, 상기 제1 단층 유전체 기판 아래에 배치되는 제1 전송 선로를 연결하는 제1 비아(via); 및
상기 제2 단층 유전체 기판을 관통하여 상기 도파관의 상단과, 상기 제2 단층 유전체 기판 위에 배치되는 제2 전송 선로를 연결하는 제2 비아(via)를 더 포함하는 천이 구조.The method of claim 1, wherein the transition structure,
A first via penetrating through the first single layer dielectric substrate and connecting a lower end of the waveguide and a first transmission line disposed under the first single layer dielectric substrate; And
And a second via penetrating through the second single layer dielectric substrate to connect an upper end of the waveguide and a second transmission line disposed on the second single layer dielectric substrate. 제6항에 있어서,
상기 제1 전송선로가 마이크로스트립 선로인 경우, 상기 제1 패치 안테나는 상기 마이크로스트립 선로의 신호 라인에 연결되고 상기 제1 비아는 상기 도파관의 하단과 상기 마이크로스트립 선로의 접지면을 연결하는 천이 구조.The method according to claim 6,
When the first transmission line is a microstrip line, the first patch antenna is connected to the signal line of the microstrip line, and the first via connects a lower surface of the waveguide and a ground plane of the microstrip line. .
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