KR101651014B1 - 광대역 동축 커넥터 - Google Patents

광대역 동축 커넥터 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광대역 동축 커넥터에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 동축커넥터의 동축 전송선로와 기판의 전송선로 간의 전이특성을 개선 시킨 광대역 주파수 특성을 갖는 동축 커넥터에 관한 것이다.
본 발명은 일단에 신호가 입력되는 제1 단자가 형성되고, 이에 대응하는 타단에는 신호를 전송하는 제2 단자가 형성되는 중심도체, 중심도체의 외면을 따라 형성되는 절연체, 중심도체 및 절연체의 외부를 커버하는 외부실드를 갖는 동축커넥터에서 제 1단자 쪽의 중심도체는 원형을 유지하고 제 2단자 쪽의 중심도체를 직사각형으로 구현하여 커넥터 내부에서 동축선로의 TEM(Transverse Electric and Magnetic) 전파모드를 직접 Quasi-TEM 전파모드와 같은 기판상의 전송선로의 전파모드로 변환 하지 않고 커넥터 내부에 Quasi-TEM 전파모드 중간단계인 완충용 전파모드를 넣어 광대역 전기적 특성을 얻을 수 있다. 또한 인쇄회로 기판의 전송선로 선폭과 기판두께에 따라 달라지는 전파모드 크기에 최적화 할 수 있도록 제 2단자 쪽의 직사각형 모양의 중심도체를 둘러싸고 있는 유전체의 유전율 변화를 통해 크기를 변경함으로써 낮은 반사손실과 광대역 특성을 얻을 수 있는 동축 커넥터에 관한것이다.

Description

광대역 동축 커넥터 {Broadband coaxial connector}
본 발명은 광대역 동축 커넥터에 관한 것으로서, 좀 더 구체적으로는 동축커넥터의 동축 전송선로와 기판의 전송선로 간의 전이특성을 개선 시킨 광대역 주파수 특성을 갖는 동축 커넥터에 관한 것이다.
각종 무선통신 시스템들은 이동통신의 증가와 군용통신의 증가로 급속히 증가하고 있는 추세이다. 무선 통신 시스템은 대부분 마이크로파를 전송하는 동축 전송선로로 연결된다. 동축 전송선로는 중심도체와 외부실드로 구성되며, 중심 도체와 외부실드는 유전체로 분리되어 있다.
최근 마이크로파 주파수가 무선통신분야에 널리 사용되어지면서, 동축선로를 통하여 전송되는 신호의 주파수가 기존의 6GHz 이하에서 급속히 10GHz 이상의 주파수 사용으로 확대 되고 있다. 이러한 높은 주파수의 사용은 동축선로와 기판의 전송선로간의 전이특성을 고려한 커넥터의 전기적 특성이 중요하다. 특히 높은 주파수의 커넥터의 결합과 분리시 전기적 특성에 민감하므로 이러한 물리적 반복 결합에도 안정적 전압정재파비 (VSWR: Voltage Standing Wave Ratio), 전송선로의 낮은 삽입손실 (insertion loss), 정확한 임피던스 정합 그리고 커넥터와 기판간의 안정적 조립 구조특성 등을 구현하여야 한다.
낮은 주파수에 사용되어지는 동축 커넥터들은 중심도체가 너무 커서 두께가 얇고 좁은 폭의 인쇄회로 기판의 전송선로에 연결되면, 연결부위의 임피던스 부정합으로 인하여 높은 주파수에서의 전기적 특성이 많이 떨어진다.
이를 해결하기 위하여 종래 동축 커넥터들은 동축 전송선로의 중심도체를 원형의 동축선로를 유지하는 형태로 커넥터를 개발하여 왔고, 동축 커넥터와 인쇄회로 기판의 전송선로 연결을 원활히 하기 위하여 동축선로 끝부분 연결부위를 직사각형 형태로 구현되었다. 하지만 동축 커넥터와 인쇄회로기판 전송선로 간의 전이 과정에서 전기적 특성이 열화되어 광대역 특성을 갖지 못하였다. 동축커넥터와 인쇄회로 기판의 전송선로 간의 전이구조를 근본적으로 해결하여 광대역의 주파수 특성을 구현하기 위해서는 동축 커넥터의 전체적인 구조변경이 필요하다.
본 발명은 동축 커넥터와 인쇄회로기판의 전송선로와 연결시 반사손실이 최소화 되도록 커넥터의 구조를 변경함으로써 높은 주파수까지의 광대역의 전기적 특성을 갖도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 일단에 신호가 입력되는 제1 단자가 형성되고, 이에 대응하는 타단에는 신호를 전송하는 제2 단자가 형성되는 중심도체, 중심도체의 외면을 따라 형성되는 절연체, 중심도체 및 절연체의 외부를 커버하는 외부실드를 갖는 동축커넥터에서 제 1단자 쪽의 중심도체는 원형을 유지하고 제 2단자 쪽의 중심도체를 직사각형으로 구현하여 커넥터 내부에서 동축선로의 TEM(Transverse Electric and Magnetic) 전파모드를 직접 Quasi-TEM 전파모드와 같은 기판상의 전송선로의 전파모드로 변환 하지 않고 커넥터 내부에 Quasi-TEM 전파모드 중간단계인 완충용 전파모드를 넣어 광대역 전기적 특성을 얻을 수 있다. 또한 인쇄회로 기판의 전송선로 선폭과 기판두께에 따라 달라지는 전파모드 크기에 최적화 할 수 있도록 제 2단자 쪽의 직사각형 모양의 중심도체를 둘러싸고 있는 유전체의 유전율 변화를 통해 크기를 변경함으로써 낮은 반사손실과 광대역 특성을 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 중심도체와 유전체의 구조를 개선함으로써, 광대역 주파수에서 반사손실을 최소화 할 수 있고, 동축 커넥터와 인쇄회로기판의 전송 선로 연결 시 전기적 특성 민감도를 완화 시켜 생산성을 높일 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 동축 커넥터 단면도
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 광대역 동축 커넥터 단면도
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 광대역 동축 커넥터를 이용하여 인쇄회로기판 기판에 직접 연결한 단면도
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 광대역 동축 커넥터 단면도
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 광대역 동축 커넥터 단면도
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따른 광대역 동축 커넥터를 기구물을 관통하여 인쇄회로 기판에 연결한 단면도
본 발명에 따른 광대역 동축 커넥터의 결합구조에 대한 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
본 실시예에 따른 동축 커넥터는 SMA(Sub-Miniature Series A) 암 커넥터인데, SMA 인터페이스는 예컨대, MIL-C-39012 국제규격을 따르며, 무선 통신 장비 및 시험 계기 등 고주파 장치에 대해 DC ~ 18 ㎓나 DC ~ 26.5 ㎓의 초고주파 신호를 전달하는 데에 사용된다. 그러나, 본 발명은 커넥터의 유형이 SMA인 것뿐만 아니라, 마이크로파용 커넥터에 널리 적용될 수 있음은 당연하다. 예컨대, 1.85mm 커넥터, 2.4mm 커넥터, 2.92mm 커넥터, N 계열 커넥터, TNC 커넥터, BNC 커넥터, F계열과 G 계열 넥터에 본 발명을 적용할 수도 있고, DIN 커넥터, OSMP 커넥터, SMB 커넥터, MCX 커넥터, SSMT 커넥터, OSMT 커넥터, MMXC 커넥터 등에 본 발명을 널리 활용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예 1에 따른 동축 커넥터를 나타내는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 제1 단자(10), 제2 단자(11), 중심도체(20), 제1 유전체(30), 외부실드(40), 제4 유전체(50)이 도시되어 있다.
본 실시예 1에 따른 동축 커넥터 구조체는 중심도체(20), 제1 유전체(30), 외부실드(40) 그리고 제4 유전체(50)을 포함하여 이루어진다.
중심도체(20)는 마이크로파 신호를 전송하기 위하여 사용되며, 중심도체(20)는 일단에 신호가 입력되는 제1 단자(10)와 이에 대응하는 타단에는 신호를 전송하는 제2 단자(11)를 포함한다. 중심도체(20)는 제1 단자(10) 쪽에는 원통형 형상을 하며, 제2 단자(11) 쪽에는 기판과의 연결시 전이특성을 개선시키기 위해 직사각형 형상인것을 특징으로한다. 제1 단자(10)에는 홈이 파져 있는데 이것은 전기적 접촉을 좋게 하여 접촉부분의 전기저항을 줄이고 숫커넥터(미도시)와 연결을 안정화하기 위한 것이다. 중심도체(20)의 제 1단자(10) 쪽의 원통부분은 임피던스 정합 성능을 증가 시키기 위하여 내부적으로 다단을 형성 할 수 있다. 도 3을 참조하면, 중심도체(20)의 제 2단자(11)는 연결하고자 하는 인쇄회로기판부(60) 전송선로와 전기적으로 연결되어 신호를 전달하는 역할을 수행한다. 제 2단자(11) 쪽의 직사각형의 중심도체(20)은 인쇄회로기판부(60)와 전기적 결합을 위하여 위하여 외부실드(40)면으로부터 d 만큼의 길이를 갖는다. 기판의 종류, 사용주파수에 따라 0.1mm ＜ d ＜ 4mm 의 값을 갖을 수 있다.
중심도체(20)의 제 2단자(11) 쪽의 직사각형 형상은 동축선로의 TEM(Transverse Electric and Magnetic) 전파모드를 직접 Quasi-TEM 전파모드와 같은 기판상의 전송선로의 전파모드로 변환 하지 않고 커넥터 내부에 Quasi-TEM 전파모드 중간단계인 완충용 전파모드를 넣어 광대역 전기적 특성을 얻기 위함이다. 기판의 전송선로는 마이크로스트립선로(microstrip line) 또는 CPW(CoPlannar Waveguide) 선로에 적용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 중심도체(20)의 제1 단자(10)의 원통형상 외면을 따라 제1 유전체(30)가 둘러싸여 있고, 이 구간에서는 단차가 형성될 수 있으며, 중심도체(10), 제1 유전체(30) 외부실드(40)의 직경이 제 2단자 쪽으로 가면서 감소한다. 이는 제2 단자(11)의 임피던스 정합성을 증가시키기 위함이다. 이는 정해진 임피던스를 유지하기 위함이다. 제2단자(11) 쪽의 직사각형 형상을 갖는 부분은 직사각형 면을 따라 제4 유전체(50)로 둘러싸여 있고, 제4 유전체(50) 위쪽으로 원통형의 제1 유전체(30)가 둘러싸여 두층으로 형성된다. 둘러싸고 있는 제4 유전체(50)은 제1 유전체(30)과 유전율이 다른 유전체를 적용 할 수 있다.
외부실드(40)는 제1 유연체(30) 바깥 외면에 형성되어, 동축 커넥터의 전체 외관을 형성하며, 접지전원과 전기적으로 연결 될 수 있다. 외부실드(40) 내부에 수용되는 제1 유전체(30)는 중심도체(20)와 외부실드(40) 사이에 개재되어 중심도체(20)와 외부실드(40)를 전기적으로 격리하는 기능을 수행한다.
실시예 2에서 실시예 1과 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호로 표시하고 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예 2에 따른 동축 커넥터 구조체를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 중심도체(20)가 외면을 따라 제2 유전체(30a)로 둘러싸여 있고, 이 구간에서는 단차가 형성될 수 있으며, 중심도체(10), 제1 유전체(30) 외부실드(40)의 직경이 제 2단자 쪽으로 가면서 감소한다. 이는 제2 단자(11)의 임피던스 정합성을 증가시키기 위함이다. 이는 정해진 임피던스를 유지하기 위함이다.
외부실드(40)는 제2 유연체(30a) 바깥 외면에 형성되어, 동축 커넥터의 전체 외관을 형성하며, 접지전원과 전기적으로 연결 될 수 있다. 외부실드(40) 내부에 수용되는 제2 유전체(30a)는 중심도체(20)와 외부실드(40) 사이에 개재되어 중심도체(20)와 외부실드(40)를 전기적으로 격리하는 기능을 수행한다.
실시예 2에서 제안한 동축 커넥터는 실시예 1에서 제안한 동축 커넥터에 비하여 두꺼운 인쇄회로기판에 적용할 수 있는 장점을 갖는다.
실시예 3에서 실시예 1과 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호로 표시하고 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예 3에 따른 동축 커넥터 구조체를 나타내는 단면도이다.
도 5를 참조하면, 중심도체(20)의 제1 단자(10) 쪽의 원통형상 외면을 따라 제3 유전체(30b)로 둘러싸여 있고, 이 구간에서는 단차가 형성될 수 있으며, 중심도체(10), 제3 유전체(30b), 외부실드(40)의 직경이 제 2단자 쪽으로 가면서 감소한다. 이는 제2 단자(11)의 임피던스 정합성을 증가시키기 위함이다. 이는 정해진 임피던스를 유지하기 위함이다. 제2단자 쪽의 직사각형 형상을 갖는 부분은 직사각형 면을 따라 제5 유전체(50a)로 둘러싸여 있고, 제5 유전체(50a)은 공기 또는 제3 유전체(30b)과 유전율이 다른 유전체를 적용 할 수 있다.
외부실드(40)는 제1 단자(10)쪽의 제3 유연체(30b) 외측면과 제2 단자(11)쪽의 제4 유전체(50a) 외축면에 형성되어 동축 커넥터의 전체 외관을 형성하며, 접지전원과 전기적으로 연결 될 수 있다. 외부실드(40) 내부에 수용되는 제3 유전체(30b)와 제5 유전체(50a)는 중심도체(20)와 외부실드(40) 사이에 개재되어 중심체(20)와 외부실드(40)를 전기적으로 격리하는 기능을 수행한다.
실시예 3에서 제안한 동축 커넥터는 CPW 전송선로에 광대역의 전기적 특성을 갖는다.
실시예 4에서 실시예 1과 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호로 표시하고 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예 1에 따른 동축 커넥터를 관통된 기구물(70)에 넣어 인쇄회로기판(60)의 전송선로에 제2 단자(11)를 전기적으로 연결하는 광대역 동축 커넥터이다. 외부실드(40)과 기구물(70)은 전기적으로 잘 결합되어야 광대역의 전기적 특성을 갖는다.
10 : 제1 단자 11 : 제2 단자
20 : 중심도체 30 : 제1 유전체
30a : 제2 유전체 30b : 제3 유전체
40 : 외부실드 50 : 제4 유전체
50a : 제5 유전체 60 : 인쇄회로기판부
70 : 기구물

Claims (5)

  1. 동축 커넥터로서,
    일단에 신호가 입력되는 제1 단자가 형성되고, 이에 대응하는 타단에는 신호를 전송하는 제2 단자가 형성되며, 제1 단자 쪽에는 원통형 형상을 하며, 제2 단자 쪽에는 직사각형의 형상을 포함하는 중심도체,
    상기 중심도체의 제2 단자쪽 직사각형 형상 외면을 따라 형성되는 제4 유전체,
    상기 중심도체의 제1 단자쪽 원통형상 외면을 따라 형성되고, 제4 유전체의 외면을 따라 형성되는 제1 유전체,
    상기 제4 유전체 및 제1 유전체 외부를 커버하는 외부실드, 및 상기 중심도체의 제2 단자의 직사각형 형상이 상기 외부실드 내부로부터 형성되어 외부로 나오는 것을 특징으로 하는 동축 커넥터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제4 유전체를 제1 유전체와 유전율이 다른 유전체로 하는 것을 특징으로 하는 동축 커넥터.
  3. 삭제
  4. 동축 커넥터로서,
    일단에 신호가 입력되는 제1 단자가 형성되고, 이에 대응하는 타단에는 신호를 전송하는 제2 단자가 형성되며, 제1 단자 쪽에는 원통형 형상을 하며, 제2 단자 쪽에는 직사각형의 형상을 포함하는 중심도체,
    상기 중심도체의 제1 단자쪽 원통형상 외면을 따라 형성되는 제3 유전체,
    상기 중심도체의 제2 단자쪽 직사각형 외면을 따라 형성되는 제5 유전체,
    상기 제3 유전체와 상기 제5 유전체 외부를 커버하는 외부실드를 포함하며, 제5 유전체가 공기 또는 제3 유전체 유전율 보다 낮은 유전율 특징을 갖는 동축 커넥터.
  5. 삭제
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