KR101530964B1 - Microstrip line combined by inductive and capacitive perturbations and wireless circuit apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 마이크로스트립 선로 및 이를 이용한 무선회로 장치에 관한 것으로, 특히 선로 길이를 최대한 줄여 회로를 소형화하는 효과 및 표준형과 유사한 선폭으로 전기적 성능을 유지하는 효과를 동시에 구현할 수 있는 마이크로스트립 선로 및 이를 이용한 무선회로 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a microstrip line and a wireless circuit device using the microstrip line. More particularly, the present invention relates to a microstrip line capable of minimizing a line length and miniaturizing a circuit, and simultaneously maintaining an electrical performance with a line width similar to a standard line. To a wireless circuit device.
마이크로스트립 선로는 초고주파 분야에서 대표적으로 널리 사용되는 전송선로 구조로서, 그 종류로는 표준형 마이크로스트립 선로, 표준형 마이크로스트립 선로의 접지면에 윈도우를 삽입한 결함접지구조(Defected Ground Structure, 이하 DGS라 함), 표준형 마이크로스트립 선로의 접지면에 복수의 비어홀을 삽입시킨 기판집적 가유전체 구조(Substrate Integrated Artificial Dielectric, 이하 SIAD라 함) 등이 있다. SIAD는 임의유전체 구조(Artificial Dielectric Structure, ADS)라고 부르기도 한다.The microstrip line is a transmission line structure widely used in the microwave field, and its type includes a standard microstrip line, a defected ground structure (hereinafter referred to as DGS) in which a window is inserted into the ground plane of a standard microstrip line ), And a substrate integrated organic dielectric (hereinafter referred to as SIAD) in which a plurality of via holes are inserted into a ground plane of a standard microstrip line. SIAD is also called an arbitrary dielectric structure (ADS).
도 1은 일반적인 원판(raw board) 상태의 인쇄회로기판을 보인 도면이다.1 is a view showing a printed circuit board in a general raw board state.
도 1을 참조하면, 비유전율이 εr이고 두께가 H인 유전체층(10)의 양면에 두께가 T인 상, 하면 도체층(30, 50)이 도포되어 있다. 표준형 마이크로스트립 선로는 도 1과 같은 평면형 인쇄회로기판으로부터 제작된다.Referring to FIG. 1, upper and
도 2a는 종래 표준형 마이크로스트립 선로의 상면 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 하면 사시도이다.2A is a top perspective view of a conventional standard microstrip line, and FIG. 2B is a bottom perspective view of FIG. 2A.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 패턴면이 되는 도 1의 상면 도체층(30)에서 어느 특정한 특성 임피던스(characteristic impedance, Zc)를 갖도록 하는 선폭 W1의 전송선로(40)를 제외한 나머지 부분이 제거된다. 넓게 도포된 하면 도체층(50)은 접지면이다.2A and 2B, the remaining portion excluding the
주어진 유전체층(10)의 두께(H)와 비유전율(εr), 그리고 전송선로(40)의 선폭(W1)에 의하여 특성 임피던스(Zc)나 물리적 길이가 결정된다.The characteristic impedance Zc and the physical length are determined by the thickness H of the
도 3a는 종래 DGS 마이크로스트립 선로의 상면 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 하면 사시도이다. 도 3c는 도 3a의 접지면을 분리 도시한 부분 사시도이다.FIG. 3A is a top perspective view of a conventional DGS microstrip line, and FIG. 3B is a bottom perspective view of FIG. 3A. 3C is a partial perspective view of the ground plane of FIG. 3A.
DGS는 마이크로스트립 선로의 접지면인 하면 도체층(50)에 일정한 형태의 윈도우(60)을 식각하여 형성할 수 있다.DGS can be formed by etching a certain type of
도 4a와 도 4b는 DGS를 삽입하여 마이크로스트립 선로의 길이를 줄일 수 있고, 이를 응용할 경우 무선회로의 크기를 줄일 수 있다는 기술적 사상을 도면으로 나타낸 것이다.FIGS. 4A and 4B illustrate a technical idea that the length of the microstrip line can be reduced by inserting the DGS, and the size of the wireless circuit can be reduced when the DGS is applied.
도 4a에서는 어떤 주파수에서 전기적 길이가 θ1이고 물리적 길이가 L1인 표준형 마이크로스트립 선로를 예시하고 있다.4A illustrates a standard microstrip line having an electrical length of? 1 and a physical length of L1 at a certain frequency.
이와 비교하여, 도 4b에 도시한 바와 같이 마이크로스트립 선로의 접지면에 윈도우(60)을 1개 이상 삽입하여 DGS를 구현하면, 동일 주파수에서 물리적 길이는 줄어들면서() 전기적 길이는 거의 같게 유지되며(), 이러한 원리에 의해 결과적으로 회로의 크기를 줄일 수 있다.4B, when the DGS is implemented by inserting one or
도 4b에서는 접지면인 하면 도체층(50)에 2개의 윈도우(60)가 형성된 경우를 예시하고 있다. D는 두 윈도우(60) 간의 간격을 의미하고 W2는 윈도우(60)가 삽입된 상태에서 어느 특정한 특성 임피던스에 해당하는 선폭을 의미한다.4B illustrates a case where two
다시 말해 표준형 마이크로스트립 선로에 윈도우(60)을 1개 또는 2개 이상 복수 개 형성하여 DGS를 삽입하면, DGS를 삽입하기 이전보다 선로의 전기적 길이가 더 길어지므로 삽입하기 이전의 전기적 길이와 같게 유지하기 위하여 물리적 길이를 줄여줄 수 있다는 것이다. 이러한 원리를 전파지연효과(slow-wave effect)라고 부르기도 한다.In other words, when one or
표준형 마이크로스트립 선로에 삽입된 DGS는 선로에 등가의 인덕턴스를 주로 부가해 주므로 유도성 퍼터베이션(inductive perturbation) 구조의 대표적인 예가 된다.DGS inserted in a standard microstrip line is a typical example of an inductive perturbation structure since the equivalent inductance is mainly added to the line.
도 5는 두 개의 유전체층(11, 12)이 서로 맞대어져 있는 원판 상태의 인쇄회로기판을 나타낸 상면 사시도이다.5 is a top perspective view showing a printed circuit board in a disc shape in which two
도 1의 인쇄회로기판은 유전체층(10)이 하나인데 비해, 도 5의 인쇄회로기판은 두 개의 유전체층(11, 12)으로 구성된다. 그외 두 인쇄회로기판의 구조는 동일하다.The printed circuit board of FIG. 1 has one
원칙적으로 비유전율 및 두께가 서로 다른 두 가지의 유전물질을 사용하는 것이 가능하기 때문에, 제1, 제2 유전체층(11, 12)의 비유전율은 εr1, εr2로 표시하고, 두 유전체층의 두께는 H1, H2로 표시하였다. 두 유전체층(11, 12)에 동일한 유전물질을 사용하면 비유전율이 같으므로 εr1=εr2가 된다. 두 유전체층(11, 12)의 두께가 같으면 H1=H2가 된다. 상면 및 하면 도체층(31, 51)의 두께는 T로 표시하였는데 T가 전체 특성에 미치는 영향은 미미하다.The dielectric constant of the first and second
도 6a는 도 5의 인쇄회로기판으로부터 구현한 종래 SIAD 마이크로스트립 선로의 상면 사시도를 도시한 것으로서, 패턴면의 전송선로(32), 제1, 제2 유전체층(11, 12), 접지면의 도체층(51)을 보여주고 있다. W3은 어느 특정한 특성 임피던스에 해당하는 선폭이다.FIG. 6A is a top perspective view of a conventional SIAD microstrip line implemented from the printed circuit board of FIG. 5, and includes a
도 6b는 도 6a의 하면 사시도로서, 접지면에 형성되는 복수의 비어홀(52)을 보여주고 있으며 H2의 두께를 갖는 제 2유전체층(12)에 복수의 도금된 비어홀(metalized via-holes)(52)이 2차원 주기적으로 삽입된 구조를 시각적으로 표현하고 있다.6B is a bottom perspective view of FIG. 6A showing a plurality of
도 6c는 도 6a의 접지면을 분리 도시한 부분 사시도이다. 도 6d는 도 6a의 구조에서 비어홀을 확대한 상태를 예시적으로 보인 측단면도이다.6C is a partial perspective view illustrating the ground plane of FIG. 6A. FIG. 6D is a side cross-sectional view exemplarily showing a state in which the via hole is enlarged in the structure of FIG. 6A. FIG.
두 유전체층(11, 12)을 가지는 인쇄회로기판 구조에서, 두께가 H2인 제 2유전체층(12)에만 도금된 비어홀(52)을 2차원 주기적으로 복수 삽입하면(도 6b, 도 6d 참조), 선로의 단위 길이당 커패시턴스가 증가하여 동일한 물리적 길이의 표준형 마이크로스트립 선로에 비하여 선로의 전기적 길이가 늘어나는 전파지연효과가 있다. 또한 이러한 경우 동일한 특성 임피던스에 대하여 선폭이 감소하는 효과가 있음이 이미 공지된 바 있다.In a printed circuit board structure having two
도 6d를 참조하면, 도금된 비어홀(52)은 제2 유전체층(12)에 원통형 구멍(hole)을 뚫고, 원통형 구멍의 내벽을 얇은 두께를 갖는 금속면으로 도금처리하거나, 또는 원통형 구멍을 금속으로 채워 접지면의 도체층(51)과 서로 접합되게 구성한 것이다.6D, the plated via
도 6d에서 굵은 실선은 금속면을 나타낸다. d는 비어홀(52)의 지름을 의미한다. p는 반복되는 주기적 간격(pitch)을 의미하며 d보다는 큰 값이어야 한다. 금속면의 두께가 상대적으로 매우 얇기 때문에 이를 무시하면, 'p-d'에 해당하는 부분은 유전물질이 있는 부분이다.In Fig. 6D, a thick solid line indicates a metal surface. and d represents the diameter of the
표준형 마이크로스트립 선로에 삽입된 SIAD는 선로에 등가의 커패시턴스를 주로 부가해 주므로 용량성 퍼터베이션(capacitive perturbation) 구조의 대표적인 예가 된다.The SIAD inserted in a standard microstrip line is a typical example of a capacitive perturbation structure because it adds an equivalent capacitance to the line.
앞서 설명한 DGS 마이크로스트립 선로와 SIAD 마이크로스트립 선로는 표준형에 비하여 동일한 물리적 길이일 때 전기적 길이가 증가하는 전파지연효과가 있다.The DGS microstrip line and the SIAD microstrip line described above have a propagation delay effect in which the electrical length increases when the physical length is the same as that of the standard type.
그렇기 때문에, 선로의 전기적 길이를 동일하게 맞춰 주기 위해서는 물리적 길이를 감소시켜 주어야 하며, 이러한 원리에 의하여 선로의 물리적 길이를 줄여 회로를 소형화할 수 있는 장점이 있다.Therefore, in order to match the electrical lengths of the lines equally, the physical length must be reduced. By virtue of this principle, the physical length of the line can be reduced, thereby miniaturizing the circuit.
한편, 선로의 특성 임피던스(Zc)는 ''로 표현된다. 여기서 L과 C는 각각 선로의 단위 길이당 등가 인덕턴스와 등가 커패시턴스를 나타낸다.On the other hand, the characteristic impedance Zc of the line is' '. Where L and C represent the equivalent inductance and equivalent capacitance per unit length of the line, respectively.
DGS 마이크로스트립 선로는 접지면에 식각된 윈도우(60)에 의하여 인덕턴스(L)가 우세하게(dominantly) 증가하므로, 표준형 마이크로스트립 선로에 비하여 동일한 선폭일 때 특성 임피던스(Zc)가 증가하게 된다. SIAD 마이크로스트립 선로는 도금된 비어홀(52)에 의하여 등가 커패시턴스(C)가 우세하게 증가하므로, 표준형 마이크로스트립 선로에 비하여 동일한 선폭일 때 특성 임피던스(Zc)가 감소하게 된다.Since the inductance L is dominantly increased by the
다시 말하면, DGS 마이크로스트립 선로에서는 표준형에 비하여 선로의 길이를 줄일 수 있으나 동일한 특성 임피던스를 맞추기 위하여 선로의 선폭을 키워줘야 한다. SIAD 마이크로스트립 선로에서는 표준형에 비하여 선로의 길이를 줄일 수 있으나 동일한 특성 임피던스를 맞추기 위하여 선로의 선폭을 줄여줘야 한다.In other words, the DGS microstrip line can reduce the length of the line compared to the standard type, but the linewidth of the line must be increased to match the same characteristic impedance. In the SIAD microstrip line, the length of the line can be reduced compared to the standard type, but the line width of the line must be reduced to achieve the same characteristic impedance.
이와 같이 선폭 또는 특성 임피던스 값에 대한 DGS와 SIAD의 역할이 상보적이기 때문에 DGS나 SIAD 중 어느 하나의 구조를 배타적으로 선택 적용하는 것이 일반적이다. 예컨대, 표준형 마이크로스트립 선로 구조로 높은 특성 임피던스를 구현하기 어려울 때는 DGS를 삽입하여 해결할 수 있고, 반대로 낮은 특성 임피던스를 구현하기 어려울 때는 SIAD 구조로 해결할 수 있다.Since the role of DGS and SIAD on the line width or characteristic impedance value is complementary, it is common to exclusively apply the structure of either DGS or SIAD exclusively. For example, when it is difficult to realize a high characteristic impedance with a standard microstrip line structure, it can be solved by inserting DGS. On the contrary, when it is difficult to realize a low characteristic impedance, it can be solved by a SIAD structure.
그런데, DGS 또는 SIAD 마이크로스트립 선로를 선택 적용할 경우 표준형과 비교하여 선폭 변화가 크면 선로를 이용한 초고주파 회로의 레이아웃에서 불연속성(discontinuity)이 커져서 회로의 성능을 저하시킬 수 있다는 문제가 있다.However, when the DGS or SIAD microstrip line is selectively applied, discontinuity is increased in the layout of the microwave circuit using the line when the line width variation is larger than that of the standard type, thereby deteriorating the performance of the circuit.
따라서, DGS 마이크로스트립 선로나 SIAD 마이크로스트립 선로 중 어느 한 가지를 이용하여 전파지연효과에 의한 회로의 소형화 효과를 얻는다 하더라도, 오히려 선로의 선폭 변화가 심해짐에 따른 성능상의 악영향이 있을 수 있다는 것이다.Therefore, even if the miniaturization effect of the circuit due to the propagation delay effect is obtained by using any one of the DGS microstrip line and the SIAD microstrip line, there is a possibility that the performance may be adversely affected by a change in line width of the line.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 DGS 및 SIAD를 최적 형태로 결합한 새로운 구조의 마이크로스트립 선로 및 이를 이용한 무선회로 장치를 제안하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the problems of the prior art as described above, and its object is to propose a new structure of a microstrip line combining DGS and SIAD in an optimal form and a radio circuit device using the same.
본 발명의 다른 목적은 표준형 마이크로스트립 선로나 DGS 또는 SIAD 마이크로스트립 선로와 비교하여 선로의 물리적 길이를 최대한 줄여 집적도를 높이고 회로를 소형화할 수 있는 마이크로스트립 선로 및 이를 이용한 무선회로 장치를 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a microstrip line and a wireless circuit device using the microstrip line, which can reduce the physical length of the line as much as possible, thereby increasing the degree of integration and downsizing the circuit, as compared with a standard microstrip line or a DGS or SIAD microstrip line .
본 발명의 또 다른 목적은 표준형 마이크로스트립 선로와 비교하여 최소의 선폭 변화, 즉 동일한 특성 임피던스일 때 표준형 마이크로스트립 선로의 선폭과 가장 유사한 선폭을 가짐으로써 선폭의 설계 변화에 기인하는 성능상의 악영향을 방지할 수 있는 마이크로스트립 선로 및 이를 이용한 무선회로 장치를 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to prevent the adverse effect of the performance due to the design change of the line width by having the line width most similar to the line width of the standard type microstrip line at the minimum line width variation, that is, the same characteristic impedance, as compared with the standard line type microstrip line. And a radio circuit device using the same.
본 발명의 또 다른 목적은 전술한 회로 소형화 및 표준형 대비 최소의 선폭 설계 변화를 동시에 구현할 수 있는 마이크로스트립 선로 및 이를 이용한 무선회로 장치를 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a microstrip line and a wireless circuit device using the microstrip line that can simultaneously realize the circuit miniaturization and the minimum wire width design change compared to the standard type.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not to be construed as limiting the invention as defined by the appended art. It will be possible.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로스트립 선로는 제1 유전체층; 상기 제1 유전체층 일면에 형성된 전송선로; 상기 제1 유전체층의 이면에 순차적으로 형성된 제2 유전체층 및 접지 도체층을 포함하되, 상기 접지 도체층 상의 윈도우에 의해 형성되는 결함접지구조(Defected Ground Structure, DGS)와, 상기 제2 유전체층을 관통하는 복수의 도금된 비어홀에 의해 형성되는 기판집적 가유전체(Substrate Integrated Artificial Dielectric, SIAD) 구조를 함께 가지도록 구성된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a microstrip line comprising: a first dielectric layer; A transmission line formed on one surface of the first dielectric layer; A defected ground structure (DGS) including a second dielectric layer and a ground conductor layer sequentially formed on the back surface of the first dielectric layer, the ground structure being formed by a window on the ground conductor layer; (Substrate Integrated Artificial Dielectric) structure formed by a plurality of plated via holes.
본 발명에 따른 마이크로스트립 선로에서, 상기 결함접지구조 및 상기 기판집적 가유전체 구조가 함께 있는 구조를 결합 구조, 상기 결합 구조 중 상기 결함접지구조만 있는 구조를 제1 구조, 상기 결합 구조 중 상기 기판집적 가유전체 구조만 있는 구조를 제2 구조라 하고, 동일한 특성 임피던스에 대하여 상기 결합 구조의 전송선로 길이 및 선폭을 W 및 L, 상기 제1 구조의 전송선로 길이 및 선폭을 W1 및 L1, 상기 제2 구조의 전송선로 길이 및 선폭을 W2 및 L2 이라 가정할 때, W는 'W2<W<W1'을 만족하도록 설계되고, L은 'L<L2<L1'을 만족하도록 설계될 수 있다.In the microstrip line according to the present invention, a structure in which the defect ground structure and the substrate integrated parasitic structure together are a coupling structure, a structure having only the defect ground structure in the coupling structure is a first structure, The transmission line length and the line width of the coupling structure are W and L, the transmission line length and the line width of the first structure are W1 and L1, the second structure is the second structure, Assuming that the transmission line length and line width of the structure are W2 and L2, W can be designed to satisfy 'W2 <W <W1' and L can be designed to satisfy L <L2 <L1.
본 발명에 따른 마이크로스트립 선로에서, 상기 결합 구조의 선폭 W는 상기 제1 구조의 선폭 W1보다 상기 제2 구조의 선폭 W2에 더 가까운 중간값을 가지도록 설계될 수 있다.In the microstrip line according to the present invention, the line width W of the coupling structure may be designed to have an intermediate value closer to the line width W2 of the second structure than the line width W1 of the first structure.
본 발명에 따른 마이크로스트립 선로는 상기 접지 도체층 상의 결함접지구조로서 기하학적 형상의 윈도우를 1개 이상 포함할 수 있다.The microstrip line according to the present invention may include one or more windows of a geometrical shape as a defect ground structure on the ground conductor layer.
본 발명에 따른 마이크로스트립 선로는 상기 접지 도체층 상의 결함접지구조로서 2개의 결함영역들과 상기 2개의 결함영역들을 연결하는 연결슬롯으로 이루어진 기하학적 형상의 윈도우를 1개 이상 포함할 수 있다.The microstrip line according to the present invention may include at least one geometric window having two defective areas and connection slots connecting the two defective areas as a fault ground structure on the ground conductor layer.
본 발명에 따른 마이크로스트립 선로에서, 상기 윈도우는 상기 2개의 결함영역들의 형상 및 크기가 서로 같은 대칭형으로 형성되거나, 상기 2개의 결함영역들의 형상이나 크기가 서로 다른 비대칭형으로 형성될 수 있다.In the microstrip line according to the present invention, the window may be formed in a symmetrical shape in which the shape and size of the two defective areas are the same as each other, or in an asymmetric shape in which the shape and size of the two defective areas are different from each other.
한편, 본 발명에 따른 마이크로스트립 선로를 이용한 무선회로 장치는 제1 유전체층; 상기 제1 유전체층 일면에 형성된 전송선로; 상기 제1 유전체층의 이면에 순차적으로 형성된 제2 유전체층 및 접지 도체층을 포함하되, 상기 접지 도체층 상의 윈도우에 의해 형성되는 결함접지구조(Defected Ground Structure, DGS)와, 상기 제2 유전체층을 관통하는 복수의 도금된 비어홀에 의해 형성되는 기판집적 가유전체(Substrate Integrated Artificial Dielectric, SIAD) 구조를 함께 가지도록 구성된다.A wireless circuit device using a microstrip line according to the present invention includes: a first dielectric layer; A transmission line formed on one surface of the first dielectric layer; A defected ground structure (DGS) including a second dielectric layer and a ground conductor layer sequentially formed on the back surface of the first dielectric layer, the ground structure being formed by a window on the ground conductor layer; (Substrate Integrated Artificial Dielectric) structure formed by a plurality of plated via holes.
본 발명에 따르면, DGS 및 SIAD를 최적 형태로 결합한 새로운 구조의 마이크로스트립 선로 및 이를 이용한 무선회로 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a microstrip line having a novel structure in which DGS and SIAD are combined in an optimal form, and a radio circuit device using the same.
또한, 본 발명에 따르면 표준형 마이크로스트립 선로나 DGS 또는 SIAD 마이크로스트립 선로와 비교하여 선로의 물리적 길이를 최대한 줄여 집적도를 높이고 회로를 소형화할 수 있다.In addition, according to the present invention, the physical length of the line can be minimized as compared with a standard microstrip line or a DGS or SIAD microstrip line, thereby increasing the degree of integration and downsizing the circuit.
또한, 본 발명에 따르면 표준형 마이크로스트립 선로와 비교하여 최소의 선폭 변화, 즉 동일한 특성 임피던스일 때 표준형 마이크로스트립 선로의 선폭과 가장 유사한 선폭을 가짐으로써 선폭의 설계 변화에 기인하는 성능상의 악영향을 방지할 수 있다.In addition, according to the present invention, when the minimum line width variation, that is, the same characteristic impedance, as compared with the standard microstrip line is used, the line width of the standard microstrip line is most similar to that of the standard microstrip line, .
또한, 본 발명에 따르면 선로 길이를 줄여 회로를 소형화하는 효과 및 표준형과 유사한 선폭으로 전기적 성능을 유지하는 효과를 동시에 구현할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to reduce the length of a line to reduce the size of a circuit and simultaneously realize an effect of maintaining electrical performance with a line width similar to that of a standard type.
도 1은 종래 원판 상태의 인쇄회로기판을 보인 도면.
도 2a 및 도 2b는 종래 표준형 마이크로스트립 선로의 구성을 보인 도면.
도 3a 내지 도 3c는 종래 DGS 마이크로스트립 선로의 구성을 도면.
도 4a 및 도 4b는 종래 표준형 및 DGS 마이크로스트립 선로의 물리적/전기적 길이를 비교하여 보인 도면.
도 5는 종래 두 개의 유전체층을 포함하는 원판 상태의 인쇄회로기판을 보인 도면.
도 6a 내지 도 6d는 종래 SIAD 마이크로스트립 선로의 구성을 보인 도면.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도성 및 용량성 퍼터베이션이 결합된 마이크로스트립 선로의 구성을 보인 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 유도성 및 용량성 퍼터베이션이 결합된 마이크로스트립 선로의 실제 제작상태를 예시적으로 보인 도면.
도 9는 도 8에 나타난 마이크로스트립 선로의 전송특성을 보인 도면.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 기술적 사상에 의한마이크로스트립 선로를 이용한 무선회로 장치의 일 실시예를 보인 도면.
도 11은 도 10a 및 도 10b에 나타난 무선회로 장치의 효과를 설명하기 위한 도면.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 마이크로스트립 선로를 이용한 무선회로 장치의 다른 실시예를 보인 도면.
도 13은 도 12a 및 도 12b에 나타난 무선회로 장치의 효과를 설명하기 위한 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a view showing a printed circuit board in a state of a conventional disk; Fig.
2A and 2B are diagrams showing a configuration of a conventional standard type microstrip line.
Figs. 3A to 3C are diagrams showing a configuration of a conventional DGS microstrip line. Fig.
FIGS. 4A and 4B are diagrams comparing physical / electrical lengths of conventional standard type and DGS microstrip lines. FIG.
5 is a view showing a printed circuit board in a state of a disk including two dielectric layers.
6A to 6D are diagrams showing the configuration of a conventional SIAD microstrip line.
7A to 7D are diagrams showing the structure of a microstrip line coupled with an inductive and capacitive putter according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is an exemplary view showing an actual fabrication state of a microstrip line coupled with an inductive and capacitive putter according to an embodiment of the present invention; FIG.
9 is a view showing transmission characteristics of the microstrip line shown in FIG. 8;
10A and 10B are diagrams illustrating a wireless circuit device using a microstrip line according to the technical idea of the present invention.
11 is a view for explaining an effect of the radio circuit device shown in Figs. 10A and 10B; Fig.
12A and 12B illustrate another embodiment of a radio circuit device using a microstrip line according to the technical idea of the present invention.
13 is a view for explaining the effect of the radio circuit device shown in Figs. 12A and 12B; Fig.
마이크로스트립 선로에 있어 DGS 및 SIAD는 공통적으로 전기적 길이를 길게 해주는 효과가 있기 때문에 이 두 가지 구조를 함께 사용하면 전기적 길이가 더욱 증가하게 된다.Since both DGS and SIAD have the effect of lengthening the electrical length in the microstrip line, when these two structures are used together, the electrical length is further increased.
따라서, 표준형 마이크로스트립 선로에 DGS 및 SIAD를 함께 삽입하면 일정한 전기적 길이를 유지하기 위해 물리적 길이를 크게 줄일 수 있어 표준형/DGS만 있는 경우/SIAD만 있는 경우에 비해 회로를 가장 소형화할 수 있다.Therefore, by inserting DGS and SIAD into a standard microstrip line, the physical length can be greatly reduced in order to maintain a constant electrical length, so that the circuit can be miniaturized as compared with the case where only standard / DGS / SIAD only exists.
또한, 전술한 바와 같이 표준형 마이크로스트립 선로에 DGS를 삽입하면 특성 임피던스가 높아지고 선폭이 두꺼워지는 효과가 있는데 비해, SIAD를 삽입하면 특성 임피던스가 낮아지고 선폭이 얇아지는 효과가 있다.In addition, as described above, when DGS is inserted into a standard microstrip line, the characteristic impedance is increased and the line width is increased, whereas when the SIAD is inserted, the characteristic impedance is lowered and the line width is reduced.
따라서, 선폭에 대해서 상보적인 효과를 보이는 DGS 및 SIAD를 표준형 마이크로스트립 선로에 함께 삽입하면 SIAD에 의해 줄어든 선폭이 DGS에 의해 다시 넓어지는 상보성을 가지며, 이로 인해 표준형과 가장 유사한 선폭을 구현할 수 있다.Therefore, if DGS and SIAD, which have a complementary effect on the line width, are inserted together in a standard microstrip line, the line width reduced by the SIAD is complemented by the DGS, thereby achieving the line width most similar to the standard type.
이에 본 발명에서는 DGS 및 SIAD를 최적 형태로 결합함으로써 표준형 마이크로스트립 선로에 비해 선폭 변화를 최소로 유지하면서, 즉 동일한 특성 임피던스일 때 표준형과 가장 유사한 선폭을 가지면서 동시에 선로의 물리적 길이를 최대한 줄여 회로를 소형화할 수 있는 새로운 구조의 마이크로스트립 선로를 제안하고자 한다.In this invention, the DGS and SIAD are combined in the optimal form to minimize the line width variation compared to the standard microstrip line, that is, the line width most similar to the standard type when the same characteristic impedance is used, A microstrip line with a new structure capable of downsizing the microstrip line is proposed.
나아가, DGS와 SIAD를 단순 결합할 경우 선로의 특성 임피던스가 결합 이전에 비해 크게 달라지기 때문에 결합 이후에는 특성 임피던스를 계산하여 새로운 선폭을 결정해 주어야 할 필요성이 있는바, 본 발명에서 제안하는 마이크로스트립 선로의 선폭 설계에 대해서도 후술하기로 한다.Further, when the DGS and the SIAD are simply combined, the characteristic impedance of the line largely differs from that before coupling. Therefore, there is a need to determine the new line width by calculating the characteristic impedance after coupling. The line width design of the line will also be described later.
이하에서는 첨부한 도면 도 7a 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유도성 및 용량성 퍼터베이션이 결합된 마이크로스트립 선로 및 그 효과에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, a microstrip line coupled with inductive and capacitive putters according to a preferred embodiment of the present invention and its effect will be described in detail with reference to FIGS. 7A to 9 attached hereto.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 일 실시예에 따른 유도성 및 용량성 퍼터베이션이 결합된 마이크로스트립 선로의 구성을 보인 도면이다.FIGS. 7A to 7D are views showing the configuration of a microstrip line coupled with inductive and capacitive puttering according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 결합 구조의 마이크로스트립 선로는 도 7a에 도시한 바와 같이, 제1 유전체층(111), 제1 유전체층(111)의 일면에 형성된 전송선로(130), 제1 유전체층(111)의 이면에 순차적으로 형성된 제2 유전체층(112) 및 접지 도체층(150)을 포함한다.7A, the microstrip line according to an embodiment of the present invention includes a first
도 7a의 상면 사시도를 참조하면, 일 실시예에서 두 개의 유전체층(111, 112)은 접합 배치되고, 그 상면(패턴면)에 전송선로(130)가 구성되며, 하면(접지면)에 접지 도체층(150)이 구성된다.7A, two
도 7b는 도 7a의 하면 사시도로서 윈도우(160)와 복수의 비어홀(170)에 대한 시각적인 이해를 돕기 위한 것이다. 도 7c는 도 7a의 접지면을 분리 도시한 일부 사시도로서 접지 도체층(150)의 3차원적 형상에 대한 시각적인 이해를 돕기 위한 것이다.FIG. 7B is a bottom perspective view of FIG. 7A to assist visual understanding of the
도 7d는 도 7a 및 도 7b의 구조에서 비어홀(170)과 2개의 윈도우(160)를 형성한 상태를 예시적으로 보인 측단면도로서, 두 유전체층(111, 112), 2개의 윈도우(160), 복수의 도금된 비어홀(170), 접지 도체층(150)이 구성된 접지면, 전송선로(130)가 구성된 패턴면의 단면 구조를 예시적으로 나타내고 있다.7D is a cross-sectional side view illustrating a state in which the via
이와 같은 구성에 의하여, 접지 도체층(150) 상의 윈도우(160)에 의해 형성되는 DGS와, 제2 유전체층(112)을 관통하는 복수의 도금된 비어홀(170)에 의해 형성되는 SIAD를 함께 가지는 결합 구조의 마이크로스트립 선로가 형성된다.With this configuration, the combination of the DGS formed by the
구체적으로, DGS를 구현하기 위하여 접지 도체층(150)으로부터 일부 영역을 일정한 기하학적 형상으로 식각 제거하여 접지면에 윈도우(160)를 1개 또는 2개 이상 복수 개로 형성한다.Specifically, in order to implement DGS, a part of the region is etched away from the
일 실시예에서는 편의상 사각형의 두 결함영역들을 연결슬롯(SW×SL로 구성된 부분)으로 연결하여 구성한 아령형의 윈도우(160)를 도시하고 있으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하지 않으며 윈도우(160)는 다양한 기하학적 형상으로 구성할 수 있다.In one embodiment, the dumbbell-shaped
도 7c의 (b)에 표시한 SL, SW, A, B는 아령형 윈도우(160)의 치수를 의미한다.SL, SW, A, and B shown in FIG. 7C (b) refer to the dimensions of the
이와 같은 DGS와 더불어, 지름이 d이고 배치 간격이 p로 일정한 복수 개의 도금된 비어홀(170)을 주기적으로 제 2유전체층(112)에 관통시키고(이때 d<p), 원통형인 비어홀(170)의 내벽을 얇게 도금하거나 비어홀(170) 내에 금속을 채워 이를 통해 접지 도체층(150)에 전기적으로 접촉되도록 구성함으로써 SIAD를 형성할 수 있다.A plurality of plated via
이때 두 유전체층(111, 112)을 구성하는 유전물질의 비유전율은 서로 다르거나(εr1≠εr2) 또는 서로 같을 수 있다(εr1=εr2). 또한 두 유전체층(111, 112)의 두께도 서로 다르거나(H1≠H2) 또는 서로 같을 수 있다(H1=H2).At this time, the relative dielectric constants of the dielectric materials constituting the two
접지 도체층(150)과 전송선로(130)를 구성하는 금속면의 두께(T)나 비어홀(170)을 구성하는 원통 내벽에 도금되는 금속면의 두께는 어떠한 값을 가지더라도, 그리고 설령 비어홀(170)을 구성하는 원통 내부에 금속성분이 꽉 채워져 있더라도 본 발명의 기술적 사상은 동일하게 적용될 수 있다.The thickness T of the metal surface constituting the
전술한 바와 같이, DGS에 의해서는 선로의 단위 길이당 인덕턴스가 증가하여 전파지연효과가 발생하면서 또한 동일한 특성 임피던스에 대하여 선폭이 증가하는 효과가 있다. SIAD에 의해서는 선로의 단위 길이당 커패시턴스가 증가하여 전파지연효과가 발생하면서 또한 동일한 특성 임피던스에 대하여 선폭이 감소하는 효과가 있다.As described above, DGS has an effect that the inductance per unit length of the line increases, and the propagation delay effect occurs, and the line width increases with respect to the same characteristic impedance. SIAD has the effect of increasing the capacitance per unit length of the line, causing the propagation delay effect, and also reducing the line width with respect to the same characteristic impedance.
그러므로, DGS와 SIAD가 함께 있는 결합 구조의 마이크로스트립 선로는 전파지연효과를 가장 크게 발생시키면서 또한 동일한 특성 임피던스에 대하여 선폭을 다시 표준형의 선폭에 가까운 쪽으로 변화시킬 수 있다.Therefore, the microstrip line with the combined structure of DGS and SIAD can change the line width to the line width of the standard type again for the same characteristic impedance while generating the propagation delay effect to the greatest extent.
결국, 본 발명의 기술적 사상에 의한 결합 구조의 마이크로스트립 선로에 따르면 회로의 소형화에 가장 유리함과 동시에 표준형과 비교할 때 선폭 변화가 적어 마이크로스트립 선로를 사용하는 초고주파 회로의 선폭 설계 변화로 인한 레이아웃의 불연속성을 최소화할 수 있는 효과가 있다.As a result, according to the microstrip line of the coupled structure according to the technical idea of the present invention, it is most advantageous for miniaturization of the circuit, and the layout discontinuity due to the change of the linewidth design of the microwave circuit using the microstrip line, Can be minimized.
이와 같은 결합 구조를 가지는 마이크로스트립 선로의 효과를 확인 및 검증하기 위하여, 도 7a 내지 도 7d에 제시한 본 발명의 일 실시예를 대상으로 실행한 컴퓨터 시뮬레이션(simulation) 및 실험 결과들에 대하여 설명하면 다음과 같다.In order to confirm and verify the effect of the microstrip line having such a coupling structure, a computer simulation and experimental results of the embodiment of the present invention shown in FIGS. 7A to 7D will be described As follows.
시뮬레이션 및 실험 과정에서는, 물리적 길이를 줄인 결합 구조의 마이크로스트립 선로를 설계하여 이를 다른 종류의 마이크로스트립 선로, 즉 표준형/DGS만 있는 경우/SIAD만 있는 경우의 마이크로스트립 선로와 비교하였다.In the simulation and experiment, a microstrip line with a reduced physical length was designed and compared with a microstrip line with a different type of microstrip line, that is, with only standard / DGS / with only SIAD.
이에 따라, 표준형 마이크로스트립 선로/DGS 마이크로스트립 선로/SIAD 마이크로스트립 선로/본 발명의 기술적 사상에 따라 DGS와 SIAD가 함께 있는 결합 구조의 마이크로스트립 선로의 네 가지 종류 마이크로스트립 선로에 대한 시뮬레이션 및 실험 결과들이 예시적으로 제시된다.Accordingly, according to the technical idea of the present invention, the simulation and the experimental results of the four types of microstrip lines of the coupled microstrip line in which the DGS and the SIAD are combined together Are presented illustratively.
편의상 이하에서는, 이들 네 가지 종류의 마이크로스트립 선로를 각각 표준형/기본 DGS/기본 SIAD/결합 구조로 약칭한다.For simplicity, these four types of microstrip lines are abbreviated as standard type / basic DGS / basic SIAD / combination structure, respectively.
다음의 표 1은 표준형/기본 DGS/기본 SIAD/결합 구조의 네 가지 50Ω 마이크로스트립 선로에 대하여 1GHz에서의 선폭과 길이(λ/4)를 비교 정리한 것이다.The following Table 1 compares the line width and length (λ / 4) at 1 GHz for four 50 Ω microstrip lines of the standard / basic DGS / basic SIAD / coupling structure.
(mm)Line width
(mm)
(mm)lambda / 4 @ 1 GHz
(mm)
길이의 비율(%)Standard type contrast
% Of length (%)
(ZC=50Ω)Remarks
(Z C = 50?)
표 1의 설계 결과 및 그 의미를 설명하면 다음과 같다.The design results and meanings of Table 1 will be described as follows.
첫 번째, 도 7a 내지 도 7d에 제시된 결합 구조에서, 두 유전체층(111, 112)의 두께 H1, H2는 각각 5mils, 31mils로 설계하였다(1mil=0.001인치=0.0254mm). 두 유전체층(111, 112)의 비유전율은 εr1=εr2로 하여 같은 유전물질을 사용하였고, 전송선로(130)와 접지 도체층(150)을 구성하는 금속면의 두께(T)는 0.018mm로 하였다. 비어홀(170)의 지름(d)은 0.8mm로 하였으며 비어홀(170) 사이의 일정 간격(p)은 1.3mm로 하였다.First, in the coupling structure shown in FIGS. 7A to 7D, the thicknesses H1 and H2 of the two
DGS를 이루는 윈도우(160)로는 도 7c의 (b)를 참조할 때 A=B=3mm, SL=3.28mm, SW=0.5mm인 아령형 윈도우를 사용하였다. 접지면에 이와 같은 아령형 윈도우를 두 개 사용하였으며, 두 윈도우 간 간격 D=8.1mm로 설계하였다.Referring to (b) of FIG. 7C, a dumbbell window having A = B = 3 mm, SL = 3.28 mm, and SW = 0.5 mm is used as the
이러한 기본 조건 하에서 DGS와 SIAD를 함께 결합하고 특성 임피던스(ZC)가 50Ω인 마이크로스트립 선로를 주파수 1GHz에서 설계하였으며, 그 결과 얻어진 선폭(도 7a의 W)과 λ/4(0.25파장)의 길이는 각각 1.68mm, 33.77mm이다.Under these basic conditions, a microstrip line with a characteristic impedance (Z C ) of 50 Ω was designed at a frequency of 1 GHz, combining DGS and SIAD together. The resulting line width (W in FIG. 7A) and the length of λ / 4 Are respectively 1.68 mm and 33.77 mm.
이를 표준형/기본 DGS/기본 SIAD의 수치와 비교해 보기 위하여, 두 번째로 표준형 마이크로스트립 선로로서 ZC가 50Ω인 마이크로스트립 선로를 주파수 1GHz에서 설계하였는데, 그 결과에 따른 선폭(도 2a의 W1)과 λ/4의 길이가 각각 2.87mm, 53.71mm이다.In order to compare this with the standard / basic DGS / basic SIAD, the microstrip line with Z C of 50 Ω as the standard microstrip line was designed at a frequency of 1 GHz. The line width (
즉, 결합 구조의 마이크로스트립 선로에서 얻어진 λ/4의 길이가 표준형 마이크로스트립 선로 대비 62.9%(=33.77mm/53.71mm)에 불과함을 알 수 있다.That is, it can be seen that the length of? / 4 obtained from the microstrip line of the coupled structure is only 62.9% (= 33.77 mm / 53.71 mm) as compared with the standard microstrip line.
한편, 도 6a의 기판에서 εr1=εr2=2.2라면 이것은 도 2a의 기판에서 εr=2.2, H=36mils인 경우와 동일한 구조인데, 도 6a를 이용한 표준형 마이크로스트립 선로 설계에서도 ZC=50Ω인 경우에 주파수 1GHz에서 선폭(도 6a의 W3)과 λ/4의 길이가 각각 2.87mm, 53.71mm이다.On the other hand, even if ε r1 = ε r2 = 2.2 at the substrate of Figure 6a it is also ε r = 2.2, inde same structure as the case of H = 36mils, Z C = in a standard micro-strip line design also with 6a in 2a substrate 50Ω , The line width (W3 in FIG. 6A) and the length of? / 4 at the frequency of 1 GHz are 2.87 mm and 53.71 mm, respectively.
세 번째, 기본 DGS에 대하여 ZC가 50Ω인 마이크로스트립 선로를 설계하였는데, 이 경우 주파수 1GHz에서 선폭(도 4b의 W2)과 λ/4의 길이가 각각 3.87mm, 44.31mm이다. λ/4의 길이는 표준형 대비 82.5%이다.Third, a microstrip line with a Z C of 50 Ω is designed for the basic DGS. In this case, the line width (
네 번째, 기본 SIAD에 대하여 ZC가 50Ω인 마이크로스트립 선로를 설계하였는데, 그 결과 주파수 1GHz에서 선폭(도 6a의 W3)과 λ/4의 길이가 각각 1.28mm, 41.92mm이다. λ/4의 길이는 표준형 대비 78%이다.Fourth, we designed a microstrip line with a Z C of 50 Ω for the basic SIAD. As a result, the line width (W3 in Fig. 6A) and the length of λ / 4 at 1 GHz are 1.28 mm and 41.92 mm, respectively. The length of λ / 4 is 78% of the standard type.
또한, 다양한 특성 임피던스에서의 효과를 비교하기 위하여 자주 사용되는 몇 가지 특성 임피던스(ZC) 값에 대한 마이크로스트립 선로를 설계하여 그 결과를 표 2에 정리하였다.In order to compare the effects at various characteristic impedances, microstrip lines were designed for several characteristic impedance (Z C ) values which are frequently used, and the results are summarized in Table 2.
표 2를 참조하면, DGS와 SIAD가 함께 있는 결합 구조의 경우 다른 세 가지 구조인 표준형/기본 DGS/기본 SIAD에 비하여 선로의 물리적 길이가 가장 짧으며, 또한 선폭은 표준형의 선폭과 유사함을 알 수 있다.As shown in Table 2, the physical length of the line is shorter than that of the standard type / basic DGS / basic SIAD, and the line width is similar to that of the standard type. .
즉, 본 발명에 따른 결합 구조의 마이크로스트립 선로는 DGS 및 SIAD를 함께 결합함에 따라 어느 특정한 특성 임피던스에서 표준형은 물론 기본 DGS 및 기본 SIAD에 비해서도 가장 작은 값의 전송선로 길이를 가진다.That is, the microstrip line of the coupled structure according to the present invention has a transmission line length which is the smallest value compared to the basic DGS and the basic SIAD, as well as the standard type at a specific characteristic impedance by combining the DGS and the SIAD together.
또한, 앞서 고찰한 시뮬레이션 및 실험 결과들에 기반하여 선폭 설계 방안을 정리해 보면, 표준형, 기본 DGS 및 기본 SIAD와 비교할 때 이들 구조와 동일한 특성 임피던스를 만족시키기 위하여, 본 발명에 따른 결합 구조의 마이크로스트립 선로는 기본 DGS 및 기본 SIAD에 비해 중간값의 선폭을 가지도록 설계되어 상대적으로 표준형에서 크게 벗어나지 않는 선폭을 유지한다.In addition, in order to satisfy the same characteristic impedance as those of the standard type, basic DGS and basic SIAD, the line width design method based on the simulation and experimental results discussed above, The line is designed to have a line width of medium value compared to the basic DGS and the basic SIAD, and maintains a line width that does not largely deviate from the standard type.
예컨대, 표 1에서 50Ω 특성 임피던스에 대하여 결합 구조가 가지는 λ/4의 길이는 33.77mm로 표준형/기본 DGS/기본 SIAD에 비해 가장 작은 값을 가지고, 결합 구조가 가지는 선폭은 1.68mm로 기본 DGS인 경우의 선폭 3.87mm와 기본 SIAD인 경우의 선폭 1.28mm의 중간 범위에 속하는 값을 가진다. 마이크로스트립 선로를 설계하기 위하여 필요한 다른 기본 조건, 즉 기판의 비유전율, 높이, 금속면 두께 등의 수치 및 제반 구조는 동일하게 적용된다.For example, for a 50 Ω characteristic impedance in Table 1, the length of λ / 4 of the coupling structure is 33.77 mm, which is the smallest value compared to the standard type / basic DGS / basic SIAD, and the line width of the coupling structure is 1.68 mm, And a line width of 1.28 mm in the case of the basic SIAD. Other basic conditions required for designing the microstrip line, such as the relative dielectric constant of the substrate, the height, the thickness of the metal surface, and the like, are the same.
이와 같이, 동일한 특성 임피던스에 대하여 본 발명의 기술적 사상을 적용한 결합 구조의 전송선로 길이 및 선폭을 W 및 L, 기본 DGS의 전송선로 길이 및 선폭을 W1 및 L1, 기본 SIAD의 전송선로 길이 및 선폭을 W2 및 L2 이라 할 때, W는 'W2<W<W1'을 만족하도록 설계되고, L은 'L<L2<L1'을 만족하도록 설계된다.Thus, the transmission line length and line width of the coupling structure applying the technical idea of the present invention to the same characteristic impedance are W and L, the transmission line length and line width of the basic DGS are W1 and L1, the transmission line length and line width of the basic SIAD W2 and L2, W is designed so as to satisfy 'W2 <W <W1', and L is designed to satisfy 'L <L2 <L1'.
나아가, 표 1 및 표 2의 결과를 통해서도 알 수 있는 바와 같이, 결합 구조에서의 선폭 W는 기본 DGS의 선폭 W1 및 기본 SIAD의 선폭 W2 사이의 중간값을 가지되, 기본 DGS의 선폭 W1보다 기본 SIAD의 선폭 W2에 더 가까운 중간값을 가지도록 설계될 수 있다.Furthermore, as can be seen from the results of Tables 1 and 2, the line width W in the coupling structure has an intermediate value between the line width W1 of the basic DGS and the line width W2 of the basic SIAD, Can be designed to have a median value closer to the line width W2 of the SIAD.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 DGS와 SIAD가 함께 있는 표 1의 결합 구조를 적용하여 선폭과 길이가 각각 1.68mm, 33.77mm이고 ZC=50Ω인 마이크로스트립 선로를 직접 제작한 사진의 상, 하면을 (a), (b)로 각각 보여주고 있다.8 is a photograph of a microstrip line having a line width and a length of 1.68 mm and a length of 33.77 mm and Z C = 50 Ω, respectively, by applying the coupling structure shown in Table 1 with DGS and SIAD according to an embodiment of the present invention (A) and (b), respectively.
도 9는 도 8에 보인 결합 구조 마이크로스트립 선로의 전송특성을 직접 벡터 회로망 분석기(vector network analyzer)로 측정한 결과를 보여주고 있다.FIG. 9 shows a result of measuring the transmission characteristics of the coupled structure microstrip line shown in FIG. 8 using a direct vector network analyzer.
S11, S21은 각각 반사계수와 전달계수(손실값)를 보여주는데, 1GHz에서 28.4dB 이하의 반사계수와 0.155dB의 손실값을 보여주고 있어서 50Ω 마이크로스트립 선로로서의 특성을 잘 나타내고 있음을 알 수 있다.S11 and S21 show the reflection coefficient and the transmission coefficient (loss value), respectively, and show reflection coefficient of less than 28.4dB at 1GHz and a loss value of 0.155dB, indicating that the characteristic as a 50Ω microstrip line is well represented.
이하에서는 첨부한 도 10a 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 마이크로스트립 선로를 이용한 무선회로 장치의 일 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, one embodiment of a radio circuit device using a microstrip line according to the technical idea of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 10A to 11 attached hereto.
전술한 바와 같이, 표준형 마이크로스트립 선로에 삽입되는 DGS와 SIAD는 모두 선로의 길이를 줄이면서 선폭에 대해서는 상보적인 역할을 한다. 그러므로 두 구조를 결합하면 선로의 특성 임피던스는 크게 변화시키지 않은 채 길이만 줄일 수 있으므로 회로의 소형화에 크게 유리하다.As described above, both the DGS and the SIAD inserted in the standard microstrip line are complementary to the line width while reducing the length of the line. Therefore, the combination of the two structures greatly reduces the length of the line without changing the characteristic impedance greatly, which is very advantageous for miniaturization of the circuit.
이에 제안된 결합 구조의 마이크로스트립 선로를 이용하여 윌킨슨 전력분배기 등 초고주파 대역 무선회로 장치의 크기를 줄이고 집적도를 높이는 등의 효과를 얻을 수 있다.By using the proposed microstrip line, it is possible to reduce the size of the high frequency band wireless circuit device such as the Wilkinson power divider and increase the degree of integration.
본 실시예에서는 본 발명의 기술적 사상에 의해 DGS와 SIAD가 함께 있는 결합 구조의 마이크로스트립 선로를 이용하여 소형화된 윌킨슨 전력분배기를 설계하며 그에 따른 효과를 다른 종류의 마이크로스트립 선로로 설계한 전력분배기와 비교하여 설명한다.In this embodiment, a Wilkinson power divider that is miniaturized using a microstrip line having a combination structure of DGS and SIAD is designed according to the technical idea of the present invention, and the effect is designed by using a power divider designed with other types of microstrip lines .
도 10a는 DGS와 SIAD가 함께 있는 결합 구조의 마이크로스트립 선로를 초고주파 대역 무선회로 장치에 적용한 일 실시예로서 중심 주파수 1GHz에서 설계한 윌킨슨 전력분배기의 제작사진을 보이고 있다.FIG. 10A shows an example of a Wilkinson power distributor designed at a center frequency of 1 GHz, which is an embodiment in which a microstrip line having a coupled structure with DGS and SIAD is applied to a microwave band wireless circuit device.
(a)에는 상면의 전송선로(230)가 예시되어 있고, (b)에는 하면의 접지 도체층(250), 아령형의 윈도우(260) 및 주기적으로 배치된 복수의 도금된 비어홀(270)이 예시되어 있다. 이해를 돕기 위하여 전송선로(230)와 윈도우(260)의 배치를 도 10b에 따로 도시하였다.(b) shows a ground
윌킨슨 전력분배기 레이아웃에서 핵심부분 면적(core area)은 469.91㎟로 설계하였다. 윌킨슨 전력분배기 레이아웃은 널리 공지되어 있으며, 여기에서 핵심부분 면적이라 함은 기본적인 2-way 윌킨슨 전력분배기 레이아웃에서 입력단자와 두 출력단자로 연결되는 선로 부분을 제거하고, 남는 두 개의 분기되는 선로와 하나의 격리저항으로 폐곡면을 이루는 부분의 면적을 의미한다. 입, 출력단자로 연결되는 선로의 경우 편의에 따라서 임의로 길이를 조절할 수 있으므로, 회로의 크기를 비교할 때 고려 대상이 될 수 없으며, 핵심부분 면적으로 회로의 크기를 비교함은 널리 알려져 있는 사실이다.The core area of the Wilkinson power divider layout was designed to be 469.91 mm2. The Wilkinson power divider layout is well known, where the critical area is defined as the area of the basic 2-way Wilkinson power divider that eliminates the line portion connected to the input terminal and the two output terminals in the layout, And the area of the portion constituting the closed curved surface due to the isolation resistance. In the case of a line connected to the input and output terminals, the length can be arbitrarily adjusted according to the convenience. Therefore, it is not known when comparing the sizes of the circuits. It is well known that the sizes of the circuits are compared with the core area.
본 실시예에서는 도 10a에 보인 유도성 및 용량성 퍼터베이션이 결합된 마이크로스트립 선로를 사용한 윌킨슨 전력분배기와 비교하기 위하여, 다른 세 가지 종류의 마이크로스트립 선로를 사용해 동일한 주파수에서 윌킨슨 전력분배기 레이아웃을 설계하였다.In this embodiment, a Wilkinson power divider layout is designed at the same frequency using three different types of microstrip lines to compare with the Wilkinson power divider using the microstrip line coupled with the inductive and capacitive puttering shown in FIG. Respectively.
동일한 중심주파수 1GHz에서 표준형 마이크로스트립 선로, DGS만 있는 마이크로스트립 선로, SIAD만 있는 마이크로스트립 선로로 설계한 세 개의 윌킨슨 전력분배기 레이아웃에서 핵심부분 면적들은 각각 877.74㎟, 744.15㎟, 581.44㎟였다.In the three Wilkinson power divider layouts designed with a standard microstrip line at the
즉, DGS와 SIAD가 모두 있는 결합 구조의 마이크로스트립 선로로 설계한 경우의 핵심부분 면적이 469.91㎟로 가장 작았으며, 표준형 마이크로스트립 선로로 설계한 경우에 비하여 핵심부분 면적이 53.54%에 불과하였다.In other words, the core area of 469.91mm2 was the smallest when the microstrip line with the combined structure of both DGS and SIAD was designed, and the core area was only 53.54% compared with the standard microstrip line.
도 11은 윌킨슨 전력분배기 레이아웃에서 핵심부분 면적을 비교하기 위한 도면으로서, DGS만 있는 마이크로스트립 선로로 설계한 경우(TL11), SIAD만 있는 마이크로스트립 선로로 설계한 경우(TL12), DGS와 SIAD가 모두 있는 결합 구조의 마이크로스트립 선로로 설계한 경우(TL13)의 세 가지를 비교 표시한 것이다.FIG. 11 is a diagram for comparing the core area in the Wilkinson power divider layout. In the case of designing with a microstrip line having only DGS (TL11), designing with a microstrip line having only SIAD (TL12), DGS and SIAD (TL13), which is designed as a microstrip line of a coupled structure.
표준형 마이크로스트립 선로로 설계한 경우는 당연히 핵심부분 면적이 가장 크기 때문에 여기에는 표시하지 않았다.When designing with a standard microstrip line, the core area is of course the largest, so it is not shown here.
입, 출력단자로 연결되는 선로 부분을 제거할 경우, 본 발명에서 제시한 DGS와 SIAD가 모두 있는 결합 구조의 마이크로스트립 선로로 설계한 윌킨슨 전력분배기가 동일 주파수에서 가장 소형임을 알 수 있다.When the line portion connected to the input and output terminals is removed, it can be seen that the Wilkinson power divider designed as a microstrip line having a combination structure including both DGS and SIAD proposed in the present invention is the smallest at the same frequency.
본 실시예에서는 대칭형 윌킨슨 전력분배기를 예로 들었으나 비대칭 전력분배기의 설계에서도 본 발명의 기술적 사상을 그대로 적용할 수 있다.Although a symmetric Wilkinson power divider is taken as an example in the present embodiment, the technical idea of the present invention can be applied to design of an asymmetric power divider.
이하에서는 첨부한 도 12a 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 마이크로스트립 선로를 이용한 무선회로 장치의 다른 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.Hereinafter, another embodiment of the radio circuit device using the microstrip line according to the technical idea of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 12A to 13 attached hereto.
본 실시예에서는 DGS와 SIAD가 모두 결합된 마이크로스트립 선로를 이용하여 소형화된 브랜치 라인 하이브리드 커플러(branch line hybrid coupler)를 설계하며, 이를 다른 종류의 마이크로스트립 선로로 설계한 경우와 비교한다.In this embodiment, a miniaturized branch line hybrid coupler is designed using a microstrip line in which both DGS and SIAD are combined, and this is compared with the case of designing with a different type of microstrip line.
도 12a는 DGS와 SIAD가 모두 결합된 마이크로스트립 선로를 적용하여 중심 주파수 1GHz에서 설계한 브랜치 라인 하이브리드 커플러의 제작사진을 보이고 있다.12A shows a photograph of a branch line hybrid coupler designed at a center frequency of 1 GHz by applying a microstrip line combining both DGS and SIAD.
(a)에는 상면의 전송선로(330)가 제시되어 있고, (b)에는 하면의 접지 도체층(350), 아령형의 윈도우(360) 및 주기적으로 배치된 복수의 도금된 비어홀(370)이 제시되어 있다. 이해를 돕기 위하여 전송선로(330)와 윈도우(360)의 배치를 도 12b에 따로 도시하였다.(b) shows a ground
본 발명의 기술적 사상에 따라 DGS와 SIAD를 함께 가지는 마이크로스트립 선로를 적용해 설계한 브랜치 라인 하이브리드 커플러의 레이아웃에서 핵심부분 면적은 1,373.1㎟였다.According to the technical idea of the present invention, in the layout of the branch line hybrid coupler designed by applying the microstrip line having DGS and SIAD together, the core area was 1,373.1
브랜치 라인 하이브리드 커플러의 레이아웃은 널리 공지되어 있다. 여기서 핵심부분 면적이라 함은 기본적인 브랜치 라인 하이브리드 커플러의 레이아웃에서 네 단자로 연결되는 선로 부분을 제거한 나머지 회로가 폐곡면을 이루는 부분의 면적을 의미한다.The layout of the branch line hybrid coupler is well known. Here, the core area refers to the area of a portion of the circuit that forms the closed curved surface from the layout of the basic branch line hybrid coupler after removing the line portion connected to the four terminals.
네 단자로 연결되는 선로는 편의에 따라서 임의로 길이를 조절할 수 있으므로, 회로의 크기를 비교할 때 고려 대상이 될 수 없으며, 핵심부분 면적으로 회로의 크기를 비교함은 널리 알려져 있는 사실이다.It is well known that the line connected to the four terminals can be arbitrarily adjusted in length depending on the convenience, and thus can not be taken into consideration when comparing the sizes of the circuits. It is well known that the circuit size is compared with the core area.
도 12a 및 도 12b에 보인 브랜치 라인 하이브리드 커플러의 효과를 확인하기 위하여, 다른 종류의 마이크로스트립 선로에 의해 동일한 주파수에서 몇 개의 브랜치 라인 하이브리드 커플러 레이아웃을 설계하여 이들의 핵심부분 면적을 서로 비교하여 보았다.In order to confirm the effect of the branch line hybrid coupler shown in Figs. 12A and 12B, several branch line hybrid coupler layouts were designed at the same frequency by different kinds of microstrip lines, and their core area areas were compared with each other.
동일한 중심주파수 1GHz에서 DGS만 있는 마이크로스트립 선로, SIAD만 있는 마이크로스트립 선로로 설계한 다른 두 개의 브랜치 라인 하이브리드 커플러 레이아웃의 핵심부분 면적들은 각각 2,547.6㎟, 1,969㎟였다.The core areas of the two other branch-line hybrid coupler layouts, with DGS only microstrip lines with SIAG only, and microstrip lines with SIAD only at 1 GHz, were 2,547.6 mm2 and 1,969 mm2, respectively.
결과적으로, DGS와 SIAD가 모두 있는 마이크로스트립 선로로 설계한 경우의 크기가 1,373.1㎟로 가장 작았으며, DGS만 있는 마이크로스트립 선로로 설계한 경우에 비하여 핵심부분 면적이 53.9%, SIAD만 있는 마이크로스트립 선로로 설계한 경우에 비하여 핵심부분 면적이 70%에 불과하였다.As a result, the size of the microstrip line with both DGS and SIAD was the smallest at 1,373.1
도 13은 브랜치 라인 하이브리드 커플러의 레이아웃에서 마이크로스트립 선로 유형에 따른 핵심부분 면적을 비교하기 위한 도면으로, DGS만 있는 마이크로스트립 전송로 설계한 경우(TL21), SIAD만 있는 마이크로스트립 선로로 설계한 경우(TL22), DGS와 SIAD가 모두 있는 마이크로스트립 선로로 설계한 경우(TL23)의 세 가지를 비교 표시한 것이다.FIG. 13 is a diagram for comparing core area according to microstrip line type in the layout of a branch line hybrid coupler. In the case of designing a microstrip transmission line with only DGS (TL21) and a microstrip line with only SIAD (TL22), and a microstrip line with both DGS and SIAD (TL23).
표준형 마이크로스트립 선로로 설계한 경우는 당연히 핵심부분 면적이 가장 크기 때문에 여기에는 표시하지 않았다.When designing with a standard microstrip line, the core area is of course the largest, so it is not shown here.
각 단자로 연결되는 선로 부분을 제거할 경우, 본 발명에서 제시한 DGS와 SIAD가 모두 있는 결합 구조의 마이크로스트립 선로로 설계한 브랜치 라인 하이브리드 커플러가 동일 주파수에서 가장 소형임을 알 수 있다.When the line portion connected to each terminal is removed, it can be seen that the branch line hybrid coupler designed as a microstrip line having a combination structure including both DGS and SIAD according to the present invention is the smallest at the same frequency.
본 발명에 따른 유도성 및 용량성 퍼터베이션이 결합된 마이크로스트립 선로 및 이를 이용한 무선회로 장치의 구성은 전술한 실시예에 국한되지 않고 본 발명의 기술 사상이 허용하는 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.The configuration of the microstrip line coupled with the inductive and capacitive putter according to the present invention and the structure of the wireless circuit device using the microstrip line are not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made within the scope of the technical idea of the present invention. can do.
예컨대, 도 7b, 도 10a, 도 12a 등을 비롯한 본 명세서의 여러 도면에서는 사각형의 두 결함영역들을 연결슬롯(SW×SL로 구성된 부분)으로 연결하여 구성한 아령형 윈도우를 예시하였으나, DGS를 구현하는 윈도우는 그외 다양한 기하학적 형상으로 구성될 수 있다.For example, in the drawings of this specification including Figs. 7B, 10A, 12A, and the like, a dumbbell-type window constructed by connecting two rectangular defect regions with connection slots (a portion composed of SW x SL) The window can be composed of various other geometric shapes.
일 예로, 윈도우에서 양측 두 결함영역들의 형상은 사각형 대신 원형, 삼각형/오각형/육각형/팔각형 등의 다각형(N각형, N은 3 이상의 정수), 맴돌이형, 부채꼴형, 지그재그형, 도우넛형, 팔자형(땅콩형이나 눈사람형) 등의 형태일 수 있다.For example, the shape of the two defective areas on both sides of the window may be a circle, a polygon (N square, N is an integer of 3 or more) such as a circle, a triangle / a pentagon / a hexagon / an octagon, an eddy type, a sector type, a zigzag type, Type (peanut type or snowman type) or the like.
또한, 윈도우가 아령형인 경우 양측 결함영역들은 형상 및 크기가 서로 같은 대칭형으로 형성될 수도 있고, 양측 결함영역들의 형상이나 크기가 서로 다른 비대칭형으로 형성될 수도 있다.Further, when the window is a dumbbell shape, both side defect regions may be formed in a symmetrical shape having the same shape and size, or may be formed in an asymmetric shape in which the shape and size of both side defect regions are different from each other.
또한, 양측 결함영역들을 연결하는 연결슬롯이 기다란 직선형이 아닌 구부러진 곡선형일 수도 있다. 1개는 물론 2개 이상 복수 개의 연결슬롯으로 양측에 있는 대칭 또는 비대칭형 결함영역들을 연결하는 구조도 가능하다.Further, the connection slot connecting the defect regions on both sides may be a curved, curved shape rather than an elongated straight shape. It is also possible to connect symmetrical or asymmetric defective areas on both sides with one or more connection slots of two or more.
또한, 윈도우의 전체적인 형상으로서 아령형 이외의 다른 형태 즉, 원형, 삼각형, 사각형/오각형/육각형/팔각형 등의 다각형(N각형, N은 3 이상의 정수), 맴돌이형, 부채꼴형, 지그재그형, 도우넛형, 팔자형(땅콩형이나 눈사람형) 등 다양한 형상의 기하학적 패턴을 대칭 또는 비대칭으로 가질 수 있다.The overall shape of the window may be a shape other than a dumbbell shape, that is, a polygon (N square, N is an integer of 3 or more), an annular shape, a fan shape, a zigzag shape, a donut shape such as a circle, a triangle, a square / pentagon / A geometric pattern of various shapes such as a shape of a circle, a shape of a circle (a peanut shape or a snowman shape), or the like.
본 명세서에서 언급한 무선회로 장치의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 적용해 본 극히 일부의 예에 불과하며, 이동통신, 위성통신, 방송시스템 등 무선으로 이루어지는 각종 시스템을 위한 초고주파 회로/부품의 소형화 설계에 있어서, 본 발명의 기술적 사상, 즉 유도성 및 용량성 퍼터베이션이 결합된 마이크로스트립 선로를 적용할 수 있다.The embodiments of the wireless circuit device referred to in this specification are only a few examples of applying the technical idea of the present invention, and they are applicable to various types of microwave circuits / components for various systems such as mobile communication, satellite communication, In the miniaturization design, the microstrip line coupled with the technical idea of the present invention, that is, the inductive and capacitive putter, can be applied.
또한, 다양한 주파수 대역의 여파기(filters), 전력분배기 및 결합기(power dividers and combiners), 방향성 결합기(directional couplers), 브랜치 라인 하이브리드 커플러(branch line hybrid couplers), 링 하이브리드 커플러(ring hybrid couplers), 발룬(balnus), 증폭기(amplifiers), 주파수 혼합기(frequency mixers), 발진기(oscillators), 주파수 배분기 및 체배기(frequency multipliers and dividers)를 비롯한 각종 회로/부품을 구성하는데 본 발명의 기술적 사상에 따른 유도성 및 용량성 퍼터베이션이 결합된 마이크로스트립 선로를 적용할 수 있다.In addition, various frequency band filters, power dividers and combiners, directional couplers, branch line hybrid couplers, ring hybrid couplers, which constitute various circuits / components including baluns, amplifiers, frequency mixers, oscillators, frequency multipliers and dividers, and the like. A microstrip line to which a capacitive putter is coupled can be applied.
111, 112: 제1, 제2 유전체층
130: 전송선로
150: 접지 도체층
160: 윈도우
170: 비어홀111 and 112: first and second dielectric layers
130: transmission line
150: ground conductor layer
160: Window
170: Beer hole
Claims (7)
상기 접지 도체층 상의 윈도우에 의해 형성되는 결함접지구조(Defected Ground Structure, DGS)와, 상기 제2 유전체층을 관통하는 복수의 도금된 비어홀에 의해 형성되는 기판집적 가유전체(Substrate Integrated Artificial Dielectric, SIAD) 구조를 함께 가지는 마이크로스트립 선로.A first dielectric layer; A transmission line formed on one surface of the first dielectric layer; A second dielectric layer sequentially formed on a back surface of the first dielectric layer, and a ground conductor layer,
A substrate integrated dielectric dielectric (SIAD) formed by a defected ground structure (DGS) formed by a window on the ground conductor layer and a plurality of plated via holes penetrating the second dielectric layer, Microstrip line with structure together.
상기 결함접지구조 및 상기 기판집적 가유전체 구조가 함께 있는 구조를 결합 구조, 상기 결합 구조 중 상기 결함접지구조만 있는 구조를 제1 구조, 상기 결합 구조 중 상기 기판집적 가유전체 구조만 있는 구조를 제2 구조라 하고,
동일한 특성 임피던스에 대하여 상기 결합 구조의 전송선로 길이 및 선폭을 W 및 L, 상기 제1 구조의 전송선로 길이 및 선폭을 W1 및 L1, 상기 제2 구조의 전송선로 길이 및 선폭을 W2 및 L2 이라 가정할 때,
W는 'W2<W<W1'을 만족하도록 설계되고, L은 'L<L2<L1'을 만족하도록 설계되는 마이크로스트립 선로.The method according to claim 1,
The structure having only the defect ground structure and the substrate integrated parasitic structure together is a coupling structure, a structure having only the defect ground structure of the coupling structure is a first structure, and a structure having only the substrate integrated parasitic structure 2 structure,
Assuming that the transmission line length and line width of the coupling structure are W and L, the transmission line length and the line width of the first structure are W1 and L1, the transmission line length and the line width of the second structure are W2 and L2, respectively, with respect to the same characteristic impedance when doing,
W is designed to satisfy 'W2 <W <W1', and L is designed to satisfy 'L <L2 <L1'.
상기 결합 구조의 선폭 W는 상기 제1 구조의 선폭 W1보다 상기 제2 구조의 선폭 W2에 더 가까운 중간값을 가지도록 설계되는 마이크로스트립 선로.3. The method of claim 2,
Wherein the line width W of the coupling structure is designed to have a median value closer to the line width W2 of the second structure than the line width W1 of the first structure.
상기 접지 도체층 상의 결함접지구조로서 기하학적 형상의 윈도우를 1개 이상 포함하는 마이크로스트립 선로.The method according to claim 1,
And a defective ground structure on the ground conductor layer, wherein the defective ground structure includes at least one window of a geometric shape.
상기 접지 도체층 상의 결함접지구조로서 2개의 결함영역들과 상기 2개의 결함영역들을 연결하는 연결슬롯으로 이루어진 기하학적 형상의 윈도우를 1개 이상 포함하는 마이크로스트립 선로.The method according to claim 1,
And a defective ground structure on the ground conductor layer, wherein the defective ground structure includes at least one geometrical window composed of two defective areas and connection slots connecting the two defective areas.
상기 윈도우는 상기 2개의 결함영역들의 형상 및 크기가 서로 같은 대칭형으로 형성되거나, 상기 2개의 결함영역들의 형상이나 크기가 서로 다른 비대칭형으로 형성되는 마이크로스트립 선로.6. The method of claim 5,
Wherein the window is formed in a symmetrical shape in which the shape and size of the two defective areas are the same, or the shape and size of the two defective areas are formed in different asymmetric shapes.
상기 접지 도체층 상의 윈도우에 의해 형성되는 결함접지구조(Defected Ground Structure, DGS)와, 상기 제2 유전체층을 관통하는 복수의 도금된 비어홀에 의해 형성되는 기판집적 가유전체(Substrate Integrated Artificial Dielectric, SIAD) 구조를 함께 가지는 마이크로스트립 선로를 이용한 무선회로 장치.A first dielectric layer; A transmission line formed on one surface of the first dielectric layer; A second dielectric layer sequentially formed on a back surface of the first dielectric layer, and a ground conductor layer,
A substrate integrated dielectric dielectric (SIAD) formed by a defected ground structure (DGS) formed by a window on the ground conductor layer and a plurality of plated via holes penetrating the second dielectric layer, And a microstrip line.
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