KR101621480B1

KR101621480B1 - 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조

Info

Publication number: KR101621480B1
Application number: KR1020140139905A
Authority: KR
Inventors: 김성주
Original assignee: 현대모비스 주식회사
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2014-10-16
Publication date: 2016-05-16
Also published as: CN105680135A; US9450281B2; US20160111764A1; KR20160044873A

Abstract

도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조를 공개한다. 본 발명은 유전체 도파관 및 금속관으로 형성되어 유전체 도파관의 하부면에 직교 방향으로 직접 결합되는 도파관 을 포함하고, 유전체 도파관은 유전체 기판 유전체 기판의 상부면에 배치되는 제1 도체 유전체 기판의 하부면에 배치되고, 도파관의 개구면에 대응하는 영역이 식각되어 비공진 슬롯이 형성되는 제2 도체 기설정된 패턴에 따라 유전체 기판 내에 배치되어, 유전체 도파관 내에서 신호가 전송되는 경로인 전송 선로와 유전체 도파관 또는 도파관으로 전송되는 신호를 천이시키기 위한 임피던스 정합기를 형성하는 복수개의 비아 및 유전체 도파관과 도파관 사이의 임피던스 매칭을 수행하기 위해 비공진 슬롯이 형성되는 영역 내에 형성되는 스터브 를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조{TRANSIT STRUCTURE OF WAVEGUIDE AND DIELECTRIC WAVEGUIDE}

본 발명은 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조에 관한 것으로, 특히 밀리미터파 대역에서 이용 가능한 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조에 관한 것이다.

자동차는 사람들에게 다양한 편의를 제공하는 반면, 탑승자 및 보행자의 안전을 위협하는 많은 요소들을 가진다. 따라서, 최근의 자동차는 편의성뿐만 아니라 안전성을 향상 시킬 수 있도록 발전하고 있다.

차량의 안전성을 향상하기 위한 기술 중 대표적인 기술로 차량용 레이더를 이용한 차량 충돌 방지 기술이 있다. 레이더는 전자파 송신하고, 반사파를 수신하여 표적과의 거리, 속도, 각도를 탐지 및 추적하는 센서로서 종래에는 주로 군사용으로만 사용되었으나, 최근에는 차량용으로 그 활용 범위를 넓히고 있다.

차량용 레이더는 차량의 전방 또는 후측방 등에 장착되어 스마트 크루즈 콘트롤(Smart Cruise Control : SCC) 및 능동 안전 제어(Active Safety Control)를 위해 주변의 차량, 보행자 자전거 또는 구조물 등을 탐지 및 추적한다. 차량용 레이더는 일반적으로 30~300GHz 주파수 대역을 갖는 밀리미터파(millimeter wave) 대역의 주파수 신호를 사용하며, 밀리미터파는 파장이 1 ~ 10mm 수준으로 짧아 공간 전송 시에 전송 손실이 커서 전송 거리가 극히 짧다(예를 들면 10mm 이내)는 단점이 있는 반면, 회로나 부품의 소형화가 가능하고, 고해상도의 레이더를 구성할 수 있다는 장점이 있다.

도1 은 일반적인 차량용 레이더의 개략적 구성을 나타낸다.

도1 에 도시된 바와 같이, 차량용 레이더는 크게 송신부(10)과 수신부(20)로 구성되며, 수신부(20)의 채널 수는 차량용 레이더 시스템의 요구에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

송신부(10)는 전자파를 생성하는 송신 RF 모듈(TRF)과 송신 RF 모듈(TRF)에서 생성된 전자파를 방사하는 송신 안테나(TANT)를 구비한다. 그리고 수신부(120)의 복수개의 채널 각각은 송신부(110)에서 방사된 전자파가 반사되어 입사되는 반사파를 수신하는 수신 안테나(RANT)와 수신 안테나(RANT)를 통해 입사된 반사파를 인가받아 분석하는 수신 RF 모듈(RRF)를 구비한다.

즉 송신부(10)와 수신부(20)의 복수개의 채널 각각은 기본적으로 RF 모듈(TRF, RRF)와 안테나(TANT, RANT)가 연결되는 구조를 갖는다. 그리고 RF 모듈(TRF, RRF)와 안테나(TANT, RANT)는 각각 전송선로(TL)에 연결되고, 전송선로(TL)들은 도파관(Wavegudie), 일반적으로는 표준 도파관(Standard Waveguide)(SW)에 의해 연결된다.

최근 차량용 레이더 시스템에서 안테나(TANT, RANT) 및 전송선로(TL)는 유전체 도파관(Dielectric Waveguide)을 이용하여 구현되는 경우가 많다.

도2 는 일반적인 유전체 도파관의 기본 구조를 나타낸다.

도2 에 도시된 바와 같이 유전체 도파관(30)은 테프론(Teflon)과 같은 유전체 기판(31)의 내부에 복수개의 비아(Via)(32)를 일정한 패턴으로 배치되어 구현되며, 유전체 기판의 상부와 하부에는 금속 접지면이 구성된다. 도2 와 같이 유전체 기판(31) 내부에 복수개의 비아가 2열로 나란하게 배치되는 경우, 유전체 기판(31) 내의 2개의 비아열 사이에는 신호가 저손실로 전송될 수 있다. 이는 기존의 마이크로스트립 선로와 같은 일부 개방된 전송선로와 달리 상, 하부의 접지면과 비아열에 의해 닫힌 구조인 유전체 도파관은 신호의 방사손실이 발생하지 않기 때문이다. 즉 비아열 사이의 유전체 기판이 곧 전송 선로로서 기능을 수행할 수 있다.

따라서 유전체 도파관(30)은 복수개의 비아(32)를 유전체 기판(31) 내부에서 신호를 전송하고자 하는 경로에 따라 배치하는 것으로 구현 가능하므로, 구조가 간단하고 일반적인 인쇄회로기판(PCB) 공정을 사용하여 구현될 수 있어 대량 생산에 용이하다는 장점이 있다. 유전체 도파관(30)은 주로 밀리미터파와 같은 높은 주파수 대역의 신호에 대한 전송 선로로서 사용된다.

그리고 도파관(SW)은 상기한 바와 같이 전송 선로(TL)와 전송 선로(TL) 사이의 저손실 연결을 위한 밀리미터파 천이 장치로서 사용된다. 그러나 도파관(SW)이 유전체 도파관으로 구현된 전송 선로(TL)들을 저손실 연결하기 위해서는, 밀리미터파가 유전체 도파관에서 도파관(SW)으로 용이하게 천이되도록 하는 천이 구조(Transit Structure)의 구현이 필수적이다. 레이더 시스템의 비용 절감 및 소형화를 위해, 천이 구조는 단순한 구조를 갖고 유전체 도파관을 구성하는 기판 이외의 추가 구성 없이, 일반적인 PCB 공정을 활용하여 구현될 수 있어야 한다. 또한 천이 구조에 따른 신호 천이 특성이 레이더 시스템에서 운용하는 주파수에 비해 충분히 넓은 주파수 대역을 갖고, 해당 주파수 대역에서 가능한 균일하게 신호를 천이할 수 있도록 구성되어야 한다.

한국 등록 특허 제10-0714451호(유전체 도파관 대 표준 도파관 천이구조)에는 도파관과 유전체 도파관 사이에 공동(캐비티 : cavity)를 형성하여 정합을 용이하게 하는 천이구조를 제공하고 있으나, 공동을 형성하기 위해 별도의 기판이 추가되어야 하며, 유전체 기판들을 서로 접합하기 위한 공정이 추가되어 비용 상승을 유발하는 문제가 있다.

또한 "Broadband Ka-band rectangular waveguide to substrate integrated waveguide transition"(Electronics Letters, April 24 2013)에는 공진 슬롯 두 개(이중 공진 슬롯)를 포함하여 도파관과 유전체 도파관을 서로 직접 연결하는 천이 구조를 제안하였다. 이러한 천이 구조는 한 개의 공진 슬롯을 포함하는 천이 구조 대비 넓은 대역폭(상대 대역폭 기준: 6.6%)을 갖는다는 장점이 있으나, 이중 공진 슬롯의 전달 특성에 의한 영향으로 인하여 주파수별 균일한 신호의 천이 특성을 갖지 못한다는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 단순한 구조로 유전체 도파관을 구성하는 기판 이외의 추가 구성 없이, 일반적인 PCB 공정을 활용하여 구현가능하며, 넓은 주파수 대역에서 균일하게 신호를 천이할 수 있는 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조는 유전체 도파관; 및 금속관으로 형성되어 상기 유전체 도파관의 하부면에 직교 방향으로 직접 결합되는 도파관; 을 포함하고, 상기 유전체 도파관은 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 상부면에 배치되는 제1 도체; 상기 유전체 기판의 하부면에 배치되고, 상기 도파관의 개구면에 대응하는 영역이 식각되어 비공진 슬롯이 형성되는 제2 도체; 기설정된 패턴에 따라 상기 유전체 기판 내에 배치되어, 상기 유전체 도파관 내에서 신호가 전송되는 경로인 전송 선로와 상기 유전체 도파관 또는 상기 도파관으로 전송되는 신호를 천이시키기 위한 임피던스 정합기를 형성하는 복수개의 비아; 및 상기 유전체 도파관과 상기 도파관 사이의 임피던스 매칭을 수행하기 위해 상기 비공진 슬롯이 형성되는 영역 내에 형성되는 스터브; 를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 복수개의 비아는 상기 신호가 상기 유전체 기판 내에서 기설정된 경로에 따라 전송되도록 상기 경로의 양측을 가이드하는 제1 패턴에 따라 배치되어 상기 전송 선로를 형성하는 복수개의 제1 비아; 및 상기 비공진 슬롯의 외곽으로 기설정된 제1 거리만큼 이격되는 제2 패턴에 따라 배치되어 상기 임피던스 정합기를 형성하는 복수개의 제2 비아: 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 패턴은 상기 비공진 슬롯과 상기 전송 선로가 연결되는 위치에는 상기 제2 비아가 배치되지 않도록 설정되는 것을 특징으로 한다.

상기 스터브는 상기 비공진 슬롯과 연결되는 전송 선로의 중심축에서 상기 비공진 슬롯의 중심 방향으로 함입되는 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 스터브는 상기 비공진 슬롯이 형성될 때, 상기 제2 도체에서 상기 스터브에 대응하는 영역이 식각되지 않도록 마스킹되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조는 유전체 도파관과 도파관을 직접 연결하여 신호 천이 시에 손실을 줄이고, 차량용 레이더에서 요구되는 주파수 대역폭을 충분히 만족시키며 신호를 전달할 수 있으며, 대역폭 내의 주파수별 신호 전달 특성이 균일하게 유지될 수 있다. 또한 별도의 유전체 기판을 필요로 하지 않아 소형화, 경량화 및 비용 절감이 가능하고, 서로 다른 기판을 접합하기 위한 공정이 불필요하다.

도1 은 일반적인 차량용 레이더의 개략적 구성을 나타낸다.
도2 는 일반적인 유전체 도파관의 기본 구조를 나타낸다.
도3 및 도4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관과 유전체 도파관의 천이 구조의 사시도와 측면도를 나타낸다.
도5 내지 도8 은 도3 에 도시된 본 발명의 도파관과 유전체 도파관의 천이 구조에서 각 구성 요소를 상세하게 나타낸 도면이다.
도9 는 본 발명의 도파관과 유전체 도파관의 천이 구조에 따른 동작 주파수별 신호 천이 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도10 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도파관과 유전체 도파관의 천이 구조의 사시도를 나타낸 도면이다.
도11 은 도10 의 천이 구조에 따른 동작 주파수별 신호 천이 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

도3 및 도4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관과 유전체 도파관의 천이 구조의 사시도와 측면도를 나타낸다.

도3 및 도4 를 참조하여 본 발명에 다른 도파관과 유전체 도파관의 천이 구조에 대해 설명하면, 먼저 유전체 도파관(100)의 하부면에 도파관(200)이 직교하여 직접 결합된다.

도파관(200)은 금속관의 형태로 형성되고, 2개의 개구면 중 일면이 유전체 도파관(100)의 하부면에 결합된다. 도파관(200)은 마이크로 파 이상의 고주파수(1GHz)의 신호를 전송하기 위해 금속관 형태로 형성되는 전송로의 일종으로, 단면이 사각형, 원형을 포함한 다양한 형상의 관형태로 구현될 수 있으나, 도3 및 4 에서는 대표적인 일예로 표준 도파관(Standard Waveguide)를 도시하였다. 표준 도파관은 단면이 원형 또는 사각형으로 규정되어 있으며, 단면의 크기는 전송할 신호의 주파수와 차단 주파수에 따라 Electronic Industry Association에 의해 지정되어 있다.

유전체 도파관(100)은 테프론 등으로 구현되는 유전체 기판(101)과 유전체 기판(101)의 상부면에 배치된 제1 도체(102), 유전체 기판(101)의 하부면에 배치되는 제2 도체(103) 및 상기 유전체 기판(101) 내부에 삽입되어 상기 제1 도체(102)와 제2 도체(103)를 전기적으로 연결하는 복수개의 비아(110)를 구비한다.

복수개의 비아(110)는 유전체 기판(101)내에서 밀리미터파의 신호가 전송될 전송 선로(TL)를 형성하기 위한 제1 패턴 및 신호를 도파관(200)으로 천이시키기 위한 제2 패턴에 따라 배열된다.

제1 패턴은 유전체 기판(101) 내부로 전달되는 신호의 전송 경로에 따라 지정되는 전송 선로(TL)를 형성하기 위해 도2 와 같이 복수개의 비아(110)가 2열로 나란하게 진행하는 형태를 갖는다. 제1 패턴에 의해 형성되는 전송 선로(TL)는 송신 RF 모듈(TRF) 또는 수신 안테나(RANT)에서 인가된 신호를 도파관(200)으로 전달하거나, 도파관(200)을 통해 인가된 신호를 수신 RF 모듈(RRF) 또는 송신 안테나(TANT)로 전달한다.

그리고 제2 패턴은 유전체 도파관(100)과 도파관(200) 사이로 전달되는 신호가 천이되도록, 임피던스 정합기를 형성하는 구성이다. 제2 패턴은 유전체 도파관(100)의 하부면에 결합된 도파관(200)의 결합면 주변으로 기설정된 거리를 두고 복수개의 비아(110)가 배치되는 형태를 갖는다. 다만 제2 패턴은 제1 패턴에 의해 형성된 전송 경로를 통해 인가되는 신호가 도파관(200)으로 전달 될 수 있도록 제1 패턴과 연결되는 위치에 대해서는 비아(110)를 배치하지 않는다. 즉 제2 패턴은 도파관(200)과 결합되는 결합면의 주위에서 제1 패턴에 의해 형성된 전송 경로와 중첩되지 않는 나머지 영역에 상기 결합면으로부터 기설정된 제1 거리만큼 이격되어 복수개의 비아가 배치되는 형태를 갖는다.

제1 패턴에 따라 배치되는 복수개의 비아를 제1 비아라하고, 제2 패턴에 따라 배치되는 복수개의 비아를 제2 비아라 할 수 있다.

그리고 유전체 도파관(100)의 제2 도체(103)는 도파관(200)과 임피던스 정합을 위해 표준 도파관(200)에서 결합되는 개구면에 대응하는 영역이 식각되어 비공진 슬롯(slot)(120)이 형성된다. 즉 비공진 슬롯(120)은 제2 도체(103)를 표준 도파관(200)의 개구면의 크기에 대응하는 크기로 식각되어 형성된다. 다만 본 발명에서는 제2 도체(103)를 식각하여 비공진 슬롯(120)이 형성되는 영역 중 복수개의 비아(110)의 제1 패턴에 의해 형성되는 전송 선로(TL)와 연결되는 위치에 합입(invagination, 陷入)되는 형태로 제2 도체(103)가 식각되지 않는 영역을 두어 스터브(stub)(121)를 형성한다. 즉 스터브(121)는 제2 도체(103)를 식각하여 비공진 슬롯(120)을 형성하기 전에, 스터브(121)가 형성될 영역을 마스킹하여 식각되지 않도록 함으로써, 형성될 수 있다. 도3 및 도4 에서는 일예로 스터브(121)가 비공진 슬롯(120)에서 직사각형 형태로 함입되는 것으로 도시하였으나, 스터브(121)의 형상은 임피던스 정합 특성에 따른 광대역 효과를 얻기 위해 삼각형, 마름모, 타원형 등 다양하게 설정될 수 있다.

본 발명에서 스터브(121)는 유전체 도파관(100)과 도파관(200)이 직교하여 연결될 때 발생하는 임피던스의 부정합을 해소하는 역할을 수행한다. 즉 유전체 도파관(100)과 표준 도파관(200) 사이의 임피던스 매칭을 위해 구비된다. 그리고 스터브(121)는 전송 선로(TL)의 중심부에서 비공진 슬롯(120)의 중심 방향으로 함입되는 형태로 형성되며, 스터브(121)의 길이와 폭은 사용하고자 하는 동작 주파수에서 임피던스 정합을 수행할 수 있도록 결정될 수 있다. 여기서 스터브(121)의 함입 형태 및 크기는 단지 동작 주파수에 의해서만 결정되는 것이 아니라, 도파관(200)의 크기나 유전체 기판(101)의 유전율과 두께, 제1 및 제2 도체의 도전성 및 전송 선로(TL)의 폭 등 다양한 사용 환경을 고려하여 결정되어야 하며, 실험을 통해 최적의 스터브(121) 길이 및 폭이 획득될 수 있다.

본 발명의 도파관과 유전체 도파관의 천이 구조에서는 도파관(200)이 별도의 공동(cavity) 구조를 필요로 하지 않고, 유전체 도파관(100)에 직접 결합됨에 따라 소형화가 용이하다. 또한 구조가 단순하여, 유전체 도파관(100)이 단일 유전체 기판(101)으로 구성되는 경우에도 동작할 수 있고, 일반적인 PCB 공정만을 사용하여 구현 가능하므로, 저비용으로 제조 가능한 장점이 있다.

도5 내지 도8 은 도3 에 도시된 본 발명의 도파관과 유전체 도파관의 천이 구조에서 각 구성 요소를 상세하게 나타낸 도면이다.

도5 는 도파관(200)을 상세하게 나타낸 도면으로서, 상기한 바와 같이 본 발명에서는 구형의 표준 도파관(200)이 유전체 도파관(100)의 하부면에 직교하여 직접 결합된다. 도파관(200)이 유전체 도파관(100)의 하부면에 직교하여 직접 결합됨으로써, 유전체 도파관(100)으로 인가되어 수평 방향으로 진행하는 밀리리터파의 신호가 수직 방향의 도파관(200)으로 진행하게 되며, 도파관(200)과 유전체 도파관(100) 사이에 부가적인 구성요소가 포함되지 않으므로, 소형의 단순 구조로 결합될 수 있다.

도6 은 유전체 도파관(100)의 제2 도체(103)를 상세하게 나타낸 도면으로서, 제2 도체(103)는 유전체 도파관(100)에서 최하부에 배치되어 표준 도파관(200)과 직접 결합된다. 그리고 제2 도체(130)에서 도파관(200)의 개구면에 대응하는 영역은 식각되어 비공진 슬롯(120)이 형성되며, 비공진 슬롯(120)이 형성되는 영역 중 전송 선로(TL)와 연결되는 영역에는 전송 선로(TL)가 연장되는 방향으로 제2 도체(130)가 함입되는 형태로 식각되지 않은 스터브(121)이 형성된다. 즉 스터브(121)는 비공진 슬롯(121)을 형성하기 위해 제2 도체(103)를 식각할 때, 스터브(121)에 대응하는 영역을 식각하지 않음으로써 형성될 수 있다.

도7 은 유전체 도파관(100)의 복수개의 비아(110)를 상세하게 나타낸 도면으로, 도7 에 도시된 바와 같이 복수개의 비아(110)는 유전체 기판(101) 내부에 삽입되어 제1 도체(102)와 제2 도체(103)을 전기적으로 연결하고, 제1 패턴(PT1) 및 제2 패턴(PT2)에 따라 배치된다. 제1 패턴(PT1)에 따라 배치되는 복수개의 제1 비아는 밀리미터파의 신호가 전송될 전송 선로(TL)을 형성하기 위해 복수개의 비아(110)가 나란히 진행하는 2열을 형성하도록 구성된다. 그리고 제2 패턴(PT2)에 따라 배치되는 복수개의 제2 비아는 전송 선로(TL)을 통해 인가된 신호가 도파관(200)으로 천이되도록 임피던스 정합기를 형성하며, 복수개의 제2 비아가 비공진 슬롯(121)의 주위로 기설정된 제1 거리만큼 이격되어 둘러싸는 형태로 구성된다. 여기서 제2 패턴(PT2)에서 제1 패턴(PT1)에 의해 형성된 전송 선로(TL)과 연결되는 위치에는 제2 비아가 배치되지 않는다.

그리고 제1 및 제2 패턴(PT1, PT2)에 따라 배치되는 복수개의 비아(110)는 각각 인접한 비아와 기설정된 제2 거리만큼 이격되어 배치된다. 여기서 복수개의 비아(110) 각각이 인접한 비아와 서로 제2 거리만큼 이격되어 배치되는 것은 유전체 도파관(100)이 효율적으로 밀리미터파의 신호를 전송할 수 있도록 하기 위함으로, 스터브(121)와 유사하게 동작 주파수와 유전체 기판(101)의 유전율과 두께, 제1 및 제2 도체의 도전성 및 전송 선로(TL)의 폭 등 다양한 사용 환경을 고려하여 결정되어야 한다. 제2 거리를 계산하는 방법은 공지된 기술이므로 여기서는 상세하게 설명하지 않는다.

도8 은 유전체 도파관(100)의 제1 도체(102)를 상세하게 나타낸 도면으로, 제1 도체(102)는 도6 에 도시된 제2 도체(103)와 달리 도파관(200)이 결합되지 않으므로, 비공진 슬롯(120)이나 스터브(121)가 형성되지 않는다. 따라서 도8 에 도시된 바와 같이 유전체 기판(101)의 상부면에 대응하는 형태로 형성된다.

상기에서는 도파관의 일예로 표준 도파관을 도시하였으나, 본 발명의 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조에서 도파관은 표준 도파관에 한정되지 않고, 다른 형태의 도파관이 사용되어도 무방하다.

도9 는 본 발명의 도파관과 유전체 도파관의 천이 구조에 따른 동작 주파수별 신호 천이 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.

도9 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 도파관과 유전체 도파관의 천이 구조는 77GHz의 중심 동작 주파수를 기준으로 -15dB의 대역폭이 대략 75GHz ~ 79GHz (4.1492GHz 범위)로 나타난다. 즉 중심 동작 주파수에 대해 사용 가능한 상대 대역폭이 5.4% 수준으로 종래의 기술에 비해 넓으며, 상대 대역폭 내에서 신호 전송 특성이 비교적 평탄한 형태를 갖게 됨에 따라 신호의 왜곡이 적다는 장점을 갖는다. 특히 스터브(121)에 의한 임피던스 매칭이 용이하여 저손실 전송이 가능하다.

도10 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도파관과 유전체 도파관의 천이 구조의 사시도를 나타낸 도면이다.

도10 의 도파관과 유전체 도파관의 천이 구조는 도3 내지 도8 의 도파관과 유전체 도파관의 천이 구조와 비교하여 도파관(400)의 단면 형상이 사각형 형태가 아니다. 즉 표준 도파관으로 구현되지 않는다. 표준 도파관은 전송할 수파수와 차단할 주파수에 대해 도파관의 형태 및 크기가 규정된 도파관으로, 필요로하는 도파관을 용이하게 설계할 수 있다. 그러나 실제 구현에 있어서는 정확한 형태의 표준 도파관을 구현하기 어렵고, 고비용이 소요된다는 문제가 있다. 따라서 통상적으로 표준 도파관의 형태를 일부 수정한 형태의 도파관이 주로 사용된다. 그리고 도10 에서는 실질적으로 주로 사용되는 도파관 천이 구조를 나타내기 위해 모서리가 직각을 형성하는 사각형 형태의 표준 도파관이 아닌 모서리가 둥근 형태의 도파관(400)을 일예로 사용하였다.

그리고 스터브(321) 형상 또한 도3 내지 도8 과 달리 직사각형이 아닌 삼각형과 유사한 형태로 구현되었다. 도10 에서 스터브(321)는 삼각형의 모서리가 모내기되어 윗변의 길이가 매우 짧은 사다리꼴 형태로 구현될 수 있으며, 모서리가 라운드된 형태로 구현될 수도 있다. 도10 의 스터브(321) 형상은 상기한 바와 같이, 임피던스 정합 특성에 따른 광대역 효과를 얻기 위한 것으로, 스터브(321)의 형상은 다양하게 변화될 수 있다.

도11 은 도10 의 천이 구조에 따른 동작 주파수별 신호 천이 특성에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.

도 11 의 시뮬레이션 결과를 도9 의 시뮬레이션 결과와 비교하면, 스터브의 형상이 변형됨에 따라, 중심 동작 주파수를 기준으로 -15dB의 대역폭이 대략 73GHz ~ 80GHz (6.4637GHz 범위)로 나타난다. 즉 임피던스 정합 특성이 변화되어 광대역 효과를 얻을 수 있다. 또한 상대 대역폭 내에서 신호 전송 특성이 비교적 평탄한 형태를 갖게 됨에 따라 신호의 왜곡이 적고, 저손실 전송이 가능하다.

본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims

유전체 도파관; 및
금속관으로 형성되어 상기 유전체 도파관의 하부면에 직교 방향으로 직접 결합되는 도파관; 을 포함하고,
상기 유전체 도파관은
유전체 기판;
상기 유전체 기판의 상부면에 배치되는 제1 도체;
상기 유전체 기판의 하부면에 배치되고, 상기 도파관의 개구면에 대응하는 영역이 식각되어 비공진 슬롯이 형성되는 제2 도체;
기설정된 패턴에 따라 상기 유전체 기판 내에 배치되어, 상기 유전체 도파관 내에서 신호가 전송되는 경로인 전송 선로와 상기 유전체 도파관 또는 상기 도파관으로 전송되는 신호를 천이시키기 위한 임피던스 정합기를 형성하는 복수개의 비아; 및
상기 비공진 슬롯이 형성되는 영역 내에서 중심축이 상기 비공진 슬롯과 연결되는 전송 선로의 중심축에서 상기 비공진 슬롯의 중심 방향을 따라 함입되는 형태로 형성되어, 상기 유전체 도파관과 상기 도파관 사이의 임피던스 매칭을 수행하는 하나의 스터브; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조.
제1 항에 있어서, 상기 복수개의 비아는
상기 신호가 상기 유전체 기판 내에서 기설정된 경로에 따라 전송되도록 상기 경로의 양측을 가이드하는 제1 패턴에 따라 배치되어 상기 전송 선로를 형성하는 복수개의 제1 비아; 및
상기 비공진 슬롯의 외곽으로 기설정된 제1 거리만큼 이격되는 제2 패턴에 따라 배치되어 상기 임피던스 정합기를 형성하는 복수개의 제2 비아: 를 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조.
제2 항에 있어서, 상기 제2 패턴은
상기 비공진 슬롯과 상기 전송 선로가 연결되는 위치에는 상기 제2 비아가 배치되지 않도록 설정되는 것을 특징으로 하는 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조.
삭제
제3 항에 있어서, 상기 스터브는
상기 비공진 슬롯이 형성될 때, 상기 제2 도체에서 상기 스터브에 대응하는 영역이 식각되지 않도록 마스킹되어 형성되는 것을 특징으로 하는 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조.
제5 항에 있어서, 상기 스터브는
형태 및 크기가 상기 신호의 주파수와 상기 도파관의 크기, 상기 유전체 기판의 유전율과 두께 및 상기 제1 및 제2 도체의 도전성 및 상기 전송 선로의 폭 중 적어도 하나에 따라 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조.
제6 항에 있어서, 상기 스터브는
직사각형 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조.
제6 항에 있어서, 상기 스터브는
사다리꼴 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조.
제1 항에 있어서, 상기 신호는
70 ~ 110 GHz 대역의 밀리미터파의 신호인 것을 특징으로 하는 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조.
제1 항에 있어서, 상기 복수개의 비아는
각각 인접한 비아와 기설정된 제2 거리만큼 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 도파관 대 유전체 도파관의 천이 구조.