KR101533232B1 - 차동 패치 안테나 및 이를 이용한 테라헤르츠 검출 장치 - Google Patents

차동 패치 안테나 및 이를 이용한 테라헤르츠 검출 장치 Download PDF

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KR101533232B1
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최경용
김선아
박대웅
한석균
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한국과학기술원
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Abstract

본 발명은 차동 패치 안테나 및 이를 이용한 테라헤르츠 검출 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 패치 안테나는, 마이크로스트립 타입의 방사 패치가 형성되는 제1 유전체 기판과, 상기 제1 유전체 기판의 하부에 위치하되, 상기 방사 패치와 기 설정된 거리로 이격된 복수의 개구 슬롯이 형성되는 적어도 하나의 접지판과, 상기 접지판의 하부에 위치하되, 상기 복수의 개구 슬롯을 통해 상기 방사 패치와 차동개구결합되어 차동 신호를 생성하는 복수의 급전 라인이 형성되는 제2 유전체 기판을 포함한다.
이에 따라, 차동개구결합 방식을 이용하여 차동 입력을 생성하고, 비아를 이용하지 않고 급전 라인에 연결됨으로써 부정합을 줄일 수 있다.

Description

차동 패치 안테나 및 이를 이용한 테라헤르츠 검출 장치{DIFFERENTIAL PATCH ANTENNA, AND TERAHERTZ DETECTING APPARATUS USING THE ANTENNA}
본 발명은 차동 패치 안테나 및 이를 이용한 테라헤르츠 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차동 신호를 생성하는 안테나 및 이를 이용하여 테라헤르츠 신호를 검출하는 기술이 개시된다.
패키징 공정 기술이 발달함에 따라 트랜지스터 스케일링(Transistor scaling)을 통하여 MCM(Multichip Module)과 같이 많은 면적을 차지하는 모듈에서 SiP(System-in-Package)와 같이 면적을 줄이기 위한 버티컬(Vertical) 구조를 거쳐, SoC(System on chip) 형태의 여러 블록(block)을 한 개의 칩(chip) 안에 직접화하게 되었다. 그러나 RF 대역에서는 여전히 안테나 사이즈에 따른 칩 면적이 크게 차지하는 문제점이 있었다.
그러나, 더 높은 주파수 대역( Millimeter & Terahertz)에서의 응용분야가 높아짐에 따라 안테나의 사이즈도 작아질 수 있게 되었고, 이는 안테나를 온 칩(on-chip)으로 구현해야 하는 필요성이 대두되었다. 예를 들어, RF 대역보다 높은 테라헤르츠 대역은 1Thz 기준으로 100umx100um 이하로 안테나 설계가 가능하며 회로와 안테나의 칩 사이즈를 최소화하면서 직접화 할 수 있다. 이렇게 작은 안테나의 디자인은 수많은 안테나 배열을 통한 이미징 분야에 적용될 수 있다.
그러나, 이러한 온 칩(on-chip) 안테나 구조의 경우 버티컬(Vertical) 구조로 급전 라인(Feed Line)이 비아(VIA)를 이용하여 소자와 연결되어야 하며, 여러 유전체 층(Dielectric Layer)에 의한 비아 모델링(VIA Modeling)의 신뢰성을 확보할 수 없어서 온 칩 안테나를 원하는 성능이나, 공진 주파수(Resonance Frequency) 대역으로 설계하는데 어려움이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0026815호(2011. 03. 16 공개)에 개시되어 있다.
본 발명의 해결하고자 하는 기술적인 과제는, 차동개구결합 방식을 이용하여 차동 입력을 생성하고, 비아를 이용하지 않고 급전 라인에 연결됨으로써 부정합을 줄일 수 있는 차동 패치 안테나 및 이를 이용한 테라헤르츠 검출 장치를 제공하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차동 패치 안테나는, 마이크로스트립 타입의 방사 패치가 형성되는 제1 유전체 기판과, 상기 제1 유전체 기판의 하부에 위치하되, 상기 방사 패치와 기 설정된 거리로 이격된 복수의 개구 슬롯이 형성되는 적어도 하나의 접지판과, 상기 접지판의 하부에 위치하되, 상기 복수의 개구 슬롯을 통해 상기 방사 패치와 차동개구결합되어 차동 신호를 생성하는 복수의 급전 라인이 형성되는 제2 유전체 기판을 포함한다.
또한, 상기 개구 슬롯과 상기 급전 라인은 '┿' 자 형태로 교차되도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 유전체는 상기 복수의 급전 라인의 일 측에 스터브가 형성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치는, 마이크로스트립 타입의 방사 패치가 형성되는 제1 유전체 기판과, 상기 제1 유전체 기판의 하부에 위치하되, 상기 방사 패치와 기 설정된 거리로 이격된 복수의 개구 슬롯이 형성되는 접지판과, 상기 접지판의 하부에 위치하되, 상기 복수의 개구 슬롯을 통해 상기 방사 패치와 차동개구결합되어 차동 신호를 생성하는 복수의 급전 라인이 형성되는 제2 유전체 기판을 포함하는 차동 패치 안테나와, 상기 차동 패치 안테나의 양 단에 각각 연결되는 복수의 트랜지스터에서 각 드레인단 및 게이트단으로 상기 차동 신호를 입력받아 직류 성분의 전압 신호를 출력신호로 출력하는 신호 검출부를 포함한다.
또한, 상기 개구 슬롯과 상기 급전 라인은 '┿' 자 형태로 교차되도록 형성되며, 상기 제2 유전체는 상기 복수의 급전 라인의 일 측에 스터브가 형성될 수 있다.
또한, 상기 신호 검출부는, 드레인단에 상기 차동 패치 안테나의 일 단이 연결되어 상기 제1 신호가 입력되고, 게이트단에 상기 제2 신호가 입력되는 제1 트랜지스터와, 드레인단에 상기 차동 패치 안테나의 타 단이 연결되어 상기 제2 신호가 입력되고, 게이트단에 상기 제1 신호가 입력되는 제2 트랜지스터와, 일 단이 상기 차동 패치 안테나의 일 단 및 상기 제1 트랜지스터의 드레인단과 연결되고, 타 단이 상기 제2 트랜지스터의 게이트단과 연결되는 제1 캐패시터와, 일 단이 상기 차동 패치 안테나의 타 단 및 상기 제2 트랜지스터의 드레인단과 연결되고, 타 단이 상기 제1 트랜지스터의 게이트단과 연결되는 제2 캐패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 트랜지스터의 드레인단과 상기 제2 트랜지스터의 드레인단이 연결되고, 상기 제1 트랜지스터의 드레인단으로부터 출력되는 제3 신호 및 상기 제2 트랜지스터의 드레인단으로부터 출력되는 제4 신호가 결합되어 상기 출력신호를 형성할 수 있다.
또한, 일 단이 상기 제1 트랜지스터의 드레인단 및 상기 제2 트랜지스터의 드레인단과 연결되고, 타 단이 기준전원과 연결되어 상기 출력신호의 전압을 증폭하는 증폭부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치는, 마이크로스트립 타입의 방사 패치가 형성되는 제1 유전체 기판과, 상기 제1 유전체 기판의 하부에 위치하되, 상기 방사 패치와 기 설정된 거리로 이격된 복수의 개구 슬롯이 형성되는 접지판과, 상기 접지판의 하부에 위치하되, 상기 복수의 개구 슬롯을 통해 상기 방사 패치와 차동개구결합되어 차동 신호를 생성하는 복수의 급전 라인이 형성되는 제2 유전체 기판을 포함하는 차동 패치 안테나와, 상기 차동 패치 안테나의 양 단에 각각 연결되는 복수의 트랜지스터에서 각 드레인단 및 게이트단으로 상기 차동 신호를 입력받아 직류 성분의 전류 신호를 출력신호로 출력하는 신호 검출부를 포함한다.
또한, 상기 개구 슬롯과 상기 급전 라인은 '┿' 자 형태로 교차되도록 형성되며, 상기 제2 유전체는 상기 복수의 급전 라인의 일 측에 스터브가 형성될 수 있다.
또한, 상기 신호 검출부는, 드레인단에 상기 차동 패치 안테나의 일 단이 연결되어 상기 제1 신호가 입력되고, 게이트단에 상기 제2 신호가 입력되는 제1 트랜지스터와, 드레인단에 상기 차동 패치 안테나의 타 단이 연결되어 상기 제2 신호가 입력되고, 게이트단에 상기 제1 신호가 입력되는 제2 트랜지스터와, 일 단이 상기 차동 패치 안테나의 일 단 및 상기 제1 트랜지스터의 드레인단과 연결되고, 타 단이 상기 제2 트랜지스터의 게이트단과 연결되는 제1 캐패시터와, 일 단이 상기 차동 패치 안테나의 타 단 및 상기 제2 트랜지스터의 드레인단과 연결되고, 타 단이 상기 제1 트랜지스터의 게이트단과 연결되는 제2 캐패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 트랜지스터의 드레인단과 상기 제2 트랜지스터의 드레인단이 연결되고, 상기 제1 트랜지스터의 드레인단으로부터 출력되는 제3 신호 및 상기 제2 트랜지스터의 드레인단으로부터 출력되는 제4 신호가 결합되어 상기 출력신호를 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 트랜지스터의 드레인단 및 상기 제2 트랜지스터의 드레인단과 연결되어, 상기 출력신호의 전류를 검출하는 전류 검출부를 더 포함할 수 있다.
이에 따라, 차동개구결합 방식을 이용하여 차동 입력을 생성하고, 비아를 이용하지 않고 급전 라인에 연결됨으로써 부정합을 줄일 수 있다.
또한, 크로스 커플드 캐패시터를 포함하는 검출 회로를 통해 저출력의 테라헤르츠의 검출 반응도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 패치 안테나의 구성도,
도 2는 도 1에 따른 차동 패치 안테나에서 복수의 접지판을 가지는 경우를 나타내기 위한 예시도,
도 3은 도 1에 따른 차동 패치 안테나의 접지판을 설명하기 위한 예시도,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압 검출 방식의 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치의 회로도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 검출 방식의 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치의 회로도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 패치 안테나의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 패치 안테나(100)는 제1 유전체 기판(110), 접지판(120) 및 제2 유전체 기판(130)을 포함한다.
제1 유전체 기판(110)은 마이크로스트립 타입의 방사 패치(111)가 형성된다. 이 경우, 제1 유전체 기판(110)의 유전율 및 두께는 사용자 설정에 의해 달라질 수 있다. 방사 패치(111)는 사용자 설정에 의해 크기가 달리 설정될 수 있으며, 방사 패치(111)의 모양은 직사각형일 수 있으나, 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.
접지판(120)은 제1 유전체 기판(110)의 하부에 위치하며, 기 설정된 전위를 가지게 된다. 또한, 접지판(120)은 방사 패치(111)와 기 설정된 거리로 이격된 위치에 복수의 개구 슬롯(121)이 형성될 수 있다. 이는 차동 신호를 형성하기 위한 것으로, 개구 슬롯(121)의 개수는 2개이다. 개구 슬롯(121)을 이용함에 따라 방사 패치(111)와 후술하는 급전 라인(131)을 연결하기 위해 비아(VIA)를 사용하지 않을 수 있다.
제2 유전체 기판(130)은 접지판(120)의 하부에 위치하며, 복수의 급전 라인(131)이 형성된다. 급전 라인(131)은 복수의 개구 슬롯(121)을 통해 상기 방사 패치(111)와 차동개구결합(Differential Aperture Coupling)되어 차동 신호를 생성한다. 이 경우, 급전 라인(131)의 폭, 길이는 사용자 설정에 의해 달라질 수 있다. 또한, 제2 유전체 기판(130)의 급전 라인(131)은 접지판(120)의 개구 슬롯(121)과 '┿' 자 형태로 교차되도록 형성될 수 있다.
도 2는 도 1에 따른 차동 패치 안테나에서 복수의 접지판을 가지는 경우를 나타내기 위한 예시도이다.
도 2를 참조하면, 차동 패치 안테나에 있어서 접지판(120)의 개수는 복수 개일 수 있다. 이는 제1 유전체 기판(110)의 방사 패치(111)로부터 수신되는 신호를 제2 유전체 기판(130)의 급전 라인(131)까지 전달하는 접지판(120)을 보강하여 방사효율을 증가시키기 위함이다.
또한, 제2 유전체 기판(130)에는 복수의 급전 라인(131)의 일 측에 스터브(132)(stub)가 형성될 수 있다. 이는 스터브(132)를 이용하여 차동 패치 안테나(100)의 정합을 가능하게 하기 위함이다. 즉, 다른 면적을 사용하지 않고도 차동 패치 안테나 전체 면적 내에서 정합을 가능하게 하기 위함이다.
도 3은 도 1에 따른 차동 패치 안테나의 접지판을 설명하기 위한 예시도이다.
도 3을 참조하면, 접지판(120)은 제1 접지판(123) 및 제2 접지판(124)을 포함한다. 이는 차동 패치 안테나(100)의 공정 조건에 따라 완전한 평면 형태의 접지판(120)을 형성하는데 제약이 따르므로 두 개의 접지판(123, 124)을 이용하여 CMOS 공정상 보다 완벽한 접지판(120)을 만들기 위함이다. 이 경우, 제1 접지판(123) 및 제2 접지판(124)는 물리적, 전기적으로 서로 연결되며, 동일한 전위를 가진다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전압 검출 방식의 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치의 회로도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치(400)는 차동 패치 안테나(410) 및 신호 검출부(420)를 포함한다.
차동 패치 안테나(410)는 테라헤르츠 신호를 수신하여 차동 신호(V1, V2)를 출력한다. 이 경우, 차동 신호(V1, V2)는 제1 신호(V1) 및 제1 신호(V1)와 위상이 반대인 제2 신호(V2)로 구성된다. 예를 들어, 차동 패치 안테나(410)는 on-chip 안테나로 복수의 레이어를 이용하여 테라헤르츠 신호를 수신하고, 이를 차동 신호(V1, V2)로 변환하여 출력할 수 있다. 차동 패치 안테나(410)는 차동 입력을 생성하기 위해 복수의 피드를 포함하며, 비아(via)를 사용하지 않아 부정합을 줄임으로써 수신 성능을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 차동 패치 안테나(410)의 일 단에는 제1 신호(V1)가 출력되고, 타 단에는 제2 신호(V2)가 출력될 수 있다. 차동 패치 안테나(410)의 구조에 관한 설명은 도 1 내지 도 3의 차동 패치 안테나(100)와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.
신호 검출부(420)는 차동 패치 안테나(410)의 양 단에 각각 연결되는 복수의 트랜지스터에서 각 드레인단(D1, D2) 및 게이트단(G1, G2)으로 차동 신호(V1, V2)를 입력받아 출력신호(V0)를 출력한다. 이 경우, 출력신호(V0)는 직류 성분의 전압 신호 또는 전류 신호일 수 있다. 신호 검출부(420)는 차동 구조를 가지며, 복수의 트랜지스터에서 각 드레인단(D1, D2) 및 게이트단(G1, G2)에 차동 신호(V1, V2)가 동시에 입력된다. 보다 구체적으로, 신호 검출부(420)는 제1 트랜지스터(421), 제2 트랜지스터(422), 제1 캐패시터(423), 제2 캐패시터(424)를 포함한다.
제1 트랜지스터(421)는 NMOS 또는 PMOS 형태의 FET(field effect transistor)일 수 있으며, 도 4에서는 NMOSFET을 기초로 설명을 하도록 한다. 제1 트랜지스터(421)는 드레인단(D1)이 차동 패치 안테나(410)의 일 단과 연결되어 제1 신호(V1)를 입력받는다. 또한, 제1 트랜지스터(421)는 게이트단(G1)이 후술하는 제2 캐패시터(424)의 일 단과 연결되며, 제2 신호(V2)를 입력받는다. 즉, 차동 패치 안테나(410)의 차동 신호(V1, V2)를 각각 드레인단(D1)과 게이트단(G1)으로 입력받게 된다. 또한, 제1 트랜지스터(421)는 드레인단(D1)이 제2 트랜지스터(422)의 드레인단(D2)과 연결되어 출력신호(VO)를 출력한다. 또한, 제1 트랜지스터(421)의 게이트단(G1)에는 제1 저항(425)이 연결되고, 테라헤르츠 신호에 대한 반응도를 상대적으로 크게 하기 위해 문턱전압(Vg) 레벨의 바이어스가 인가된다.
제2 트랜지스터(422)는 제1 트랜지스터(421)와 같은 극성을 가지는 NMOS 또는 PMOS 형태의 FET(field effect transistor)일 수 있으며, 도 2에서는 NMOSFET을 기초로 설명을 하도록 한다. 제2 트랜지스터(422)는 드레인단(D2)이 차동 패치 안테나(410)의 타 단과 연결되어 제2 신호(V2)를 입력받는다. 또한, 제2 트랜지스터(422)는 게이트단(G2)이 후술하는 제1 캐패시터(423)의 타 단과 연결되며, 제1 신호(V1)를 입력받는다. 즉, 차동 패치 안테나(410)의 차동 신호(V1, V2)를 각각 드레인단(D2)과 게이트단(G2)으로 입력받게 된다. 또한, 제2 트랜지스터(422)는 드레인단(D2)이 제1 트랜지스터(421)의 드레인단(D1)과 연결되어 출력신호(VO)를 출력한다. 또한, 제2 트랜지스터(422)의 게이트단(G2)에는 제2 저항(426)이 연결되고, 테라헤르츠 신호에 대한 반응도를 상대적으로 크게 하기 위해 문턱전압(Vg) 레벨의 바이어스가 인가된다.
제1 트랜지스터(421)의 드레인단(D1)과 제2 트랜지스터(422)의 드레인단(D2)이 연결되고, 제1 트랜지스터(421)의 드레인단(D1)으로부터 출력되는 제3 신호 및 제2 트랜지스터(422)의 드레인단(D2)으로부터 출력되는 제4 신호가 결합되어 출력신호(VO)를 형성하게 된다. 즉, 차동 안테나(110)를 통해 수신된 테라헤르츠 신호의 파워로 인해 제1 트랜지스터(121) 및 제2 트랜지스터(122)에서 자가 혼합(Self-Mixing)에 의한 DC 오드 오더 (Odd order) 하모닉 성분의 출력신호가 생성된다. 이 경우, 테라헤르츠 신호 성분과 하모닉 성분들은 서로 상쇄된다. 또한, 이븐 오더(Even order) 성분의 신호는 상쇄되지 않으나 주파수가 높아 전송선로의 자체 저항성분에 의해 소멸되어 DC 성분만 추출할 수 있다.
제1 캐패시터(423)는 일 단이 차동 패치 안테나(410)의 일 단 및 제1 트랜지스터(421)의 드레인단(D1)과 연결되고, 타 단이 제2 트랜지스터(422)의 게이트단(G2)과 연결된다. 제1 캐패시터(423)는 제1 신호(V1)를 제2 트랜지스터(422)의 게이트단(G2)으로 전송하는 역할을 한다. 제1 캐패시터(423)의 용량은 사용자의 설정에 의해 달라질 수 있다.
제2 캐패시터(424)는 일 단이 차동 패치 안테나(410)의 타 단 및 제2 트랜지스터(422)의 드레인단(D2)과 연결되고, 타 단이 제1 트랜지스터(421)의 게이트단(G1)과 연결된다. 제2 캐패시터(424)는 제2 신호(V2)를 제1 트랜지스터(421)의 게이트단(G1)으로 전송하는 역할을 한다. 제2 캐패시터(424)의 용량은 사용자 설정에 의해 달라질 수 있다. 이와 같이, 제1 캐패시터(423) 및 제2 캐패시터(424)는 크로스 커플드 캐패시터(cross coupled capacitor)로 동작하게 된다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차동 패치 안테나(410)를 이용한 테라헤르츠 검출 장치(400)는 증폭부(430)를 더 포함할 수 있다.
증폭부(430)는 일 단이 제1 트랜지스터(421)의 드레인단(D1) 및 제2 트랜지스터(422)의 드레인단(D2)과 연결되고, 타 단이 기준전원(VR)과 연결되어 출력신호(VO)의 전압을 증폭하게 된다. 이 경우, 제1 트랜지스터(121)의 드레인단(D1) 및 제2 트랜지스터(122)의 드레인단(D2)으로부터 출력되는 DC 성분의 출력신호가 차동안테나(110)의 가상 교류 접지(Virtual AC Ground)를 통해 출력된다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전류 검출 방식의 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치의 회로도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치(500)는 차동 패치 안테나(510), 신호 검출부(520) 및 전류 검출부(530)를 포함한다. 보다 구체적으로, 신호 검출부(520)는 제1 트랜지스터(521), 제2 트랜지스터(522), 제1 캐패시터(523), 제2 캐패시터(524)를 포함한다. 이 경우, 차동 패치 안테나(510), 신호 검출부(520)의 제1 트랜지스터(521), 제2 트랜지스터(522), 제1 캐패시터(523), 제2 캐패시터(524)는 도 4의 차동 패치 안테나(410) 및 신호 검출부(420)의 제1 트랜지스터(421), 제2 트랜지스터(422), 제1 캐패시터(423), 제2 캐패시터(424)와 실질적으로 동일한 구성이므로 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
전류 검출부(530)는 제1 트랜지스터(521)의 드레인단(D1) 및 제2 트랜지스터(522)의 드레인단(D2)과 연결되어, 출력신호(IO)의 전류를 검출한다. 이 경우, 전류 검출부(530)는 낮은 임피던스를 가지며, 출력단에서 흐르는 전류를 검출하여 테라헤르츠 신호의 전류 레벨을 검출할 수 있다.
보다 구체적으로, 차동 패치 안테나(510)의 일 단에 연결된 제1 트랜지스터(521)의 드레인단(D1)에는 전류 신호인 제3 신호(I1)가 출력되고, 차동 패치 안테나(510)의 타 단에 연결된 제2 트랜지스터(522)의 드레인단(D2)에는 전류 신호인 제4 신호(I2)가 출력된다. 즉, 차동 안테나(510)를 통해 수신된 테라헤르츠 신호의 파워로 인해 제1 트랜지스터(521) 및 제2 트랜지스터(522)에서 자가 혼합(Self-Mixing)에 의한 DC 오드 오더 (Odd order) 하모닉 성분의 출력신호가 생성된다. 이 경우, 테라헤르츠 신호 성분과 하모닉 성분들은 서로 상쇄된다. 또한, 이븐 오더(Even order) 하모닉 성분의 신호는 상쇄되지 않으나 주파수가 높아 전송선로의 자체 저항성분에 의해 소멸되어 DC 성분만 추출할 수 있다. 또한, 제3 신호(I1) 및 제4 신호(I2)는 서로 결합되어 DC 성분의 출력이 두 배로 되어 전류 레벨의 확인이 용이하다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 차동 패치 안테나 및 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치는 차동개구결합 방식을 이용하여 차동 입력을 생성하고, 비아를 이용하지 않고 급전 라인에 연결됨으로써 부정합을 줄일 수 있다.
또한, 크로스 커플드 캐패시터를 포함하는 검출 회로를 통해 저출력의 테라헤르츠의 검출 반응도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 도면을 참조하면서 기술되는 바람직한 실시예를 중심으로 설명되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 본 발명은 기재된 실시예로부터 도출 가능한 자명한 변형예를 포괄하도록 의도된 특허청구범위의 기재에 의해 해석되어져야 한다.
100 : 차동 패치 안테나 110 : 제1 유전체 기판
111 : 방사 패치 120 : 접지판
121 : 개구 슬롯 123 : 제1 접지판
124 : 제2 접지판 130 : 제2 유전체 기판
131 : 급전 라인 132 : 스터브
400 : 테라헤르츠 검출 장치 410 : 차동 패치 안테나
420 : 신호 검출부 421 : 제1 트랜지스터
422 : 제2 트랜지스터 423 : 제1 캐패시터
424 : 제2 캐패시터 425 : 제1 저항
426 : 제2 저항 430 : 증폭부
500 : 테라헤르츠 검출 장치 510 : 차동 안테나
520 : 신호 검출부 521 : 제1 트랜지스터
522 : 제2 트랜지스터 523 : 제1 캐패시터
524 : 제2 캐패시터 525 : 제1 저항
526 : 제2 저항 530 : 전류 검출부

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 마이크로스트립 타입의 방사 패치가 형성되는 제1 유전체 기판과, 상기 제1 유전체 기판의 하부에 위치하되, 상기 방사 패치와 기 설정된 거리로 이격된 복수의 개구 슬롯이 형성되는 접지판과, 상기 접지판의 하부에 위치하되, 상기 복수의 개구 슬롯을 통해 상기 방사 패치와 차동개구결합되어 차동 신호를 생성하는 복수의 급전 라인이 형성되는 제2 유전체 기판을 포함하는 차동 패치 안테나; 및
    상기 차동 패치 안테나의 양 단에 각각 연결되는 복수의 트랜지스터에서 각 드레인단 및 게이트단으로 상기 차동 신호를 입력받아 직류 성분의 전압 신호를 출력신호로 출력하는 신호 검출부를 포함하는 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 개구 슬롯과 상기 급전 라인은 '┿' 자 형태로 교차되도록 형성되며,
    상기 접지판은,
    제1 접지전위를 가지는 제1 접지판과, 상기 제1 접지판의 하부에 위치하며 제2 접지전위를 가지는 제2 접지판을 포함하며,
    상기 제2 유전체 기판은,
    상기 복수의 급전 라인의 일 측에 스터브가 형성되는 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 신호 검출부는,
    드레인단에 상기 차동 패치 안테나의 일 단이 연결되어 제1 신호가 입력되고, 게이트단에 제2 신호가 입력되는 제1 트랜지스터;
    드레인단에 상기 차동 패치 안테나의 타 단이 연결되어 상기 제2 신호가 입력되고, 게이트단에 상기 제1 신호가 입력되는 제2 트랜지스터;
    일 단이 상기 차동 패치 안테나의 일 단 및 상기 제1 트랜지스터의 드레인단과 연결되고, 타 단이 상기 제2 트랜지스터의 게이트단과 연결되는 제1 캐패시터; 및
    일 단이 상기 차동 패치 안테나의 타 단 및 상기 제2 트랜지스터의 드레인단과 연결되고, 타 단이 상기 제1 트랜지스터의 게이트단과 연결되는 제2 캐패시터를 포함하는 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 드레인단과 상기 제2 트랜지스터의 드레인단이 연결되고, 상기 제1 트랜지스터의 드레인단으로부터 출력되는 제3 신호 및 상기 제2 트랜지스터의 드레인단으로부터 출력되는 제4 신호가 결합되어 상기 출력신호를 형성하는 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    일 단이 상기 제1 트랜지스터의 드레인단 및 상기 제2 트랜지스터의 드레인단과 연결되고, 타 단이 기준전원과 연결되어 상기 출력신호의 전압을 증폭하는 증폭부를 더 포함하는 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치.
  9. 마이크로스트립 타입의 방사 패치가 형성되는 제1 유전체 기판과, 상기 제1 유전체 기판의 하부에 위치하되, 상기 방사 패치와 기 설정된 거리로 이격된 복수의 개구 슬롯이 형성되는 접지판과, 상기 접지판의 하부에 위치하되, 상기 복수의 개구 슬롯을 통해 상기 방사 패치와 차동개구결합되어 차동 신호를 생성하는 복수의 급전 라인이 형성되는 제2 유전체 기판을 포함하는 차동 패치 안테나; 및
    상기 차동 패치 안테나의 양 단에 각각 연결되는 복수의 트랜지스터에서 각 드레인단 및 게이트단으로 상기 차동 신호를 입력받아 직류 성분의 전류 신호를 출력신호로 출력하는 신호 검출부를 포함하는 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 개구 슬롯과 상기 급전 라인은 '┿' 자 형태로 교차되도록 형성되며,
    상기 제2 유전체 기판은,
    상기 복수의 급전 라인의 일 측에 스터브가 형성되는 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 신호 검출부는,
    드레인단에 상기 차동 패치 안테나의 일 단이 연결되어 제1 신호가 입력되고, 게이트단에 제2 신호가 입력되는 제1 트랜지스터;
    드레인단에 상기 차동 패치 안테나의 타 단이 연결되어 상기 제2 신호가 입력되고, 게이트단에 상기 제1 신호가 입력되는 제2 트랜지스터;
    일 단이 상기 차동 패치 안테나의 일 단 및 상기 제1 트랜지스터의 드레인단과 연결되고, 타 단이 상기 제2 트랜지스터의 게이트단과 연결되는 제1 캐패시터; 및
    일 단이 상기 차동 패치 안테나의 타 단 및 상기 제2 트랜지스터의 드레인단과 연결되고, 타 단이 상기 제1 트랜지스터의 게이트단과 연결되는 제2 캐패시터를 포함하는 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 드레인단과 상기 제2 트랜지스터의 드레인단이 연결되고, 상기 제1 트랜지스터의 드레인단으로부터 출력되는 제3 신호 및 상기 제2 트랜지스터의 드레인단으로부터 출력되는 제4 신호가 결합되어 상기 출력신호를 형성하는 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 트랜지스터의 드레인단 및 상기 제2 트랜지스터의 드레인단과 연결되어, 상기 출력신호의 전류를 검출하는 전류 검출부를 더 포함하는 차동 패치 안테나를 이용한 테라헤르츠 검출 장치.
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