KR102587881B1 - 평행한 전도성 표면들 사이의 갭에서의 도파관 및 전송 라인 - Google Patents

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Abstract

안테나 시스템의 도파관, 전송 라인, 도파관 회로, 전송 라인 회로 또는 무선 주파수(RF) 부품과 같은 마이크로파 장치가 개시된다. 마이크로파 장치는 갭 도파관 기술에 기반을 두고 있으며, 그 사이에 갭을 두고 배치된 2개의 전도층과, 주기적 또는 의사 주기적 패턴으로 배치되고 상기 전도층들 중 적어도 하나에 고정적으로 연결된 돌출 요소들을 포함하며, 이에 의해 의도한 도파관 경로를 따르는 방향 이외의 다른 방향들에서의 작동 주파수 대역에서 파의 전파를 중지시키는 텍스처를 형성하며, 상기 전도층 각각은 한 세트의 상보적인 돌출 요소들을 포함하고, 세트들은 조합으로 상기 텍스처를 형성한다. 상기 상보적인 돌출 요소들의 세트는 각각 패턴으로 형성되고 정렬되어 배치되고 서로 위에 놓여져서, 각 세트의 상보적인 돌출 요소들은 패턴의 각 돌출 요소의 전체 길이의 일부를 형성하거나, 또는 상기 상보적인 돌출 요소들의 세트는 오프셋 상보적인 배열로 배치되며, 이에 따라 한 세트의 돌출 요소들이 다른 세트의 돌출 요소들 사이에 배치된다.

Description

평행한 전도성 표면들 사이의 갭에서의 도파관 및 전송 라인
본 발명은 새로운 타입의 마이크로파 장치에 관한 것으로서, 특히, 통신, 레이더 또는 센서 응용에 사용하기 위한, 안테나 시스템의 무선 주파수(RF) 부품을 설계, 통합 및 패키징하는 데 사용되는 기술 및 방법에 관한 것이며. 도파관 연결기, 다이플렉서(diplexer), 필터, 안테나, 집적 회로 패키지 등과 같은 부품을 포함할 수 있다.
본 발명은 주로 30 GHz 이상의 주파수, 즉 밀리미터 파 영역 및 300 GHz 이상의 서브 밀리미터 파에 관한 것이지만, 본 발명은 30 GHz보다 낮은 주파수에서도 유리할 수 있다.
전자 회로는 오늘날 거의 모든 제품에 사용되고, 특히 정보 전송과 관련된 제품에서 사용된다. 이러한 정보 전달은 저주파(예를 들어, 유선 전화)에서 와이어 및 케이블을 따라 이루어지거나, 또는 예를 들어, 방송 오디오 및 TV를 수신하며 이동 전화와 같은 양방향 통신을 위해 전파를 사용하여 고주파수에서 공기를 통해 무선으로 이루어질 수 있다. 후자의 고주파수의 경우에, 고주파 및 저주파 전송 라인들과 회로들이 필요한 하드웨어를 실현하는 데 사용된다. 고주파 부품은 전파를 송신 및 수신하는 데 사용되는 반면, 저주파 회로는 전파의 사운드 또는 비디오 정보를 변조하며 상응하는 복조를 위해 사용된다. 따라서 저주파 회로와 고주파 회로가 모두 필요하다. 본 발명은 송신기 회로, 수신기 회로, 필터, 매칭 네트워크, 전력 분배기 및 콤바이너, 결합기, 안테나 등과 같은 고주파 부품을 실현하기 위한 새로운 기술에 관한 것이다.
최초의 무선 전송은 100MHz 이하의 다소 낮은 주파수에서 이루어졌지만, 요즘에는 전파 스펙트럼(전자기 스펙트럼이라고도 함)이 상용으로 40GHz 이상까지 사용된다. 더욱더 높은 주파수를 탐구하는 데 관심을 갖는 이유는 이용가능한 큰 대역폭이다. 무선 통신이 점점 더 많은 사용자에게 보급되고 점점 더 많은 서비스를 제공하게 되면, 모든 트래픽을 위한 공간을 제공하기 위해 새로운 주파수 대역을 할당해야만 한다. 주된 요구 사항은 데이터 통신, 즉 가급적 짧은 시간 내에 많은 양의 데이터를 전송하는 것이다.
매설될 수 있고 넓은 대역폭이 필요할 때 전파에 대한 대안을 제시할 수 있는 광섬유 형태의 광파에 대한 전송 라인이 이미 존재한다. 그러나, 이러한 광섬유는 또한 양 단부에 연결된 전자 회로를 필요로 한다. 광 전송 라인의 거대한 가용 대역폭을 사용할 수 있도록 40GHz 이상의 대역폭을 위한 전자 회로가 필요할 수도 있다. 본 발명은 낮은 손실과 같은 우수한 특성을 갖는 것이 밝혀졌으며 대량 생산에 매우 적합한 갭 도파관 기술(아래 참조)에 관한 것이다.
또한, 소비자 시장을 겨냥한 고이득 안테나를 포함하는 60GHz 이상의 고속 무선 통신 기술이 필요하며, 따라서 저비용의 제조 가능성은 필수적이다. 소비자 시장은 평평한 안테나를 선호하며, 이 안테나는 평평한 평면 어레이로만 구현될 수 있으며 이러한 시스템의 넓은 대역폭에는 통합 배포 네트워크를 필요로 한다. 이것은 최대 이득을 얻기 위해 어레이의 각 요소에 동일한 위상 및 진폭을 공급하는 라인 및 전력 분배기의 완전 분기된 네트워크이다.
평면 안테나의 일반적인 유형은 인쇄회로기판(PCB)에 구현되는 마이크로스트립 안테나 기술을 기반으로 한다. 특히, 통합 분배 네트워크의 부품들이 마이크로스트립 안테나 요소와 함께 하나의 PCB 레이어에 맞게 소형화될 수 있기 때문에, PCB 기술은 컴팩트한 경량의 통합 급전 안테나 어레이의 대량 생산에 매우 적합하다. 그러나, 이러한 마이크로스트립 네트워크는 유전체 및 전도성 부품 모두에서 큰 손실을 겪는다. 유전 손실은 소형화에 의존하지 않지만, 소형화로 인해 전도 손실이 매우 높다. 불행하게도, 마이크로스트립 라인은 기판 두께를 증가시킴으로써만 더 넓게 만들어질 수 있으며, 다음에 마이크로스트립 네트워크가 방사하기 시작하고 표면파가 전파되기 시작하여 성능을 심각하게 손상시킨다.
전도 손실이 적고 표면파 및 방사선으로 인한 문제가 없는 PCB 기반의 기술이 알려져 있다. 이것은 참고문헌 [1]에서와 같이 기판 통합 도파관(SIW : substrate-intergrated waveguide) 또는 기둥-벽 도파관(post-wall waveguide)의 두 가지 이름 중 하나로 지칭된다. 본 명세서에서는 SIW 용어만을 사용한다. 그러나, SIW 기술은 여전히 상당한 유전 손실이 있고, 저손실 유전체 재료는 매우 비싸고 부드럽고, 따라서 저비용 대량 생산에는 적합하지 않다. 따라서 더 나은 기술이 필요하다.
따라서, 유전 손실이 감소하고 방사선 및 표면파의 문제가 감소하며, 60 GHz 이상과 같은 고주파수용 평탄한 안테나 시스템이 필요하다. 특히, 유전 손실 및 방사선 및 표면파 문제를 겪지 않는, 60 GHz 이상에서 통합 분배 네트워크를 구현하기 위한 PCB 기반의 기술에 대한 필요성이 있다.
갭 도파관 기술은 킬달(Kildal) 교수의 2008년과 2009년의 발명[참고문헌 [2]]에 기반을 두고 있으며, 또한 소개 논문[참고문헌 [3]]에 설명되어 있으며 참고문헌 [4]에서 실험적으로 검증된다. 이 특허출원 및 논문[참고문헌 [5]]은 고주파 회로 및 안테나에서 마이크로스트립 기술, 공면 도파관 및 일반적인 직사각형 도파관을 대체할 수 있는 몇 가지 유형의 갭 도파관을 기술하고 있다.
갭 도파관은 평행한 금속판들 사이에 형성된다. 웨이브 전파는 금속판들 중 하나 또는 둘 모두에서의 텍스처에 의해 제어된다. 평행한 판들 사이의 웨이브는 텍스처가 주기적인 또는 의사 주기적인(정지 대역이 특징임) 방향으로 전파하지 못하게 하며, 텍스처가 홈(groove), 리지(ridge) 및 금속 스트립을 따르는 것처럼 매끄러운 방향으로 전파하는 것을 강화한다. 이러한 홈, 리지 및 금속 스트립은 원래의 특허출원[참고문헌 [2]]에 또한 설명된 바와 같이, 세 가지 상이한 유형의 갭 도파관, 즉 홈, 리지 및 마이크로스트립 갭 도파관을 형성한다.
참고문헌 [7]에서 제안되고 원래의 특허출원[참고문헌 [2]]에 또한 설명된 바와 같이, 텍스처는 평평한 금속 표면에 금속 기둥 또는 핀을 주기적으로 또는 의사 주기적으로 모아 놓거나, 또는 접지면에 금속 패치를 연결하는 금속화된 비아-홀을 구비한 기판에 상기 금속 패치들을 주기적으로 또는 의사 주기적으로 모아 놓은 것이다. 비아-홀이 있는 패치는 일반적으로 버섯형(mushroom)이라고 한다.
현수된(또한, 반전된 이라고도 함) 마이크로스트립 갭 도파관이 참고문헌 [8]에서 제시되었으며, 또한 참고문헌 [6] 및 참고문헌 [7]의 설명에 내재되어 있다. 이것은 금속 핀의 규칙적인 텍스처를 구비한 표면 위에 놓인 PCB 기판에 에칭되어 매달려있는 금속 스트립으로 구성된다. 이 기판에는 접지면이 없다. 전파하는 의사 TEM 파 모드가 금속 스트립과 매끄러운 상부 금속판 사이에 형성되며, 이에 의해 현수 마이크로스트립 갭 도파관을 형성한다.
이 도파관은 낮은 유전 손실 및 전도 손실을 가질 수 있지만, 일반적인 PCB 기술과 호환되지 않는다. 텍스처 핀 표면은 PCB 상에 버섯형에 의해 실현될 수 있지만, 이것은 마이크로스트립 네트워크를 구현하는 두 개의 PCB 층 중 하나가 되며, 이에 의해 오직 하나의 PCB 층만을 사용하여 실현되는 갭 도파관보다 생산 비용이 훨씬 더 많이 들게 된다. 또한, 이 기술에는 많은 문제가 있다. 전송 라인을 아래에서부터 연결하는 우수한 광대역 방식을 찾아내는 것이 어렵다.
버섯형으로 만든 정지 대역-텍스처를 갖는 마이크로스트립 갭 도파관은 참조문헌 [9]에서 단일 PCB에 실현되었다. 금속 스트립은 버섯형과 동일한 방식으로 비아-홀을 가져야만 하기 때문에, 이 PCB 유형의 갭 도파관은 마이크로스트립 - 리지 갭 도파관이라 칭한다.
의사 평면형의 반전된 마이크로스트립 갭 도파관 안테나는 참고문헌 [10] 내지 [12]에 기술되어 있다. 핀 표면에 직접적으로 배치된 기판상의 마이크로스트립 급전 네트워크 아래에 주기적인 핀 어레이 및 이 경우에 컴팩트한 호른 안테나인 방사 소자를 제조하는 것은 모두 비싸다.
4 x 4 슬롯의 작은 평면 어레이가 참고문헌 [13]에서 제시되었다. 이 안테나는 두 개의 PCB로 구현되었으며, 상부의 것은 2 x 2 서브 어레이의 하나의 어레이로서 구현된 방사 슬롯이 있으며, 각각은 SIW 캐비티에 의해 뒷받침되는 2 x 2 슬롯으로 구성됩니다. 4 개의 SIW 캐비티 각각은 상부 방사 PCB 아래에 간극을 두고 배치된 하부 PCB의 표면에 마이크로스트립 - 리지 갭 도파관에 의해 공급되는 결합 슬롯에 의해 여기되었다. 충분한 허용 공차를 갖는 PCB를 구현하는 것은 매우 비용이 많이 들었고, 특히 간극을 일정한 높이로 유지하는 것은 매우 비용이 많이 든다. 마이크로스트립 - 리지 갭 도파관은 또한 제조하기 위해 비용이 매우 많이 드는 막대한 양의 얇은 금속화된 비아 홀을 필요로 한다. 특히, 밀링은 비용이 많이 든다.
따라서, 양호한 성능을 가지며 또한 생산 비용이 효율적인, 신규한 마이크로파 장치, 특히 도파관 및 RF 패키징 기술에 대한 요구가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 완화하는 것이며, 특히 양호한 성능을 나타내고 비용 효율적으로 제조되며 특히 30 GHz 이상에서 사용하기 위한 그리고 예를 들어 통신, 레이더 또는 센서 응용에 사용하기 위한 안테나 시스템에 사용하기 위한 도파관 또는 RF 부품과 같은 새로운 마이크로파 장치 및 RF 패키징 기술을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 첨부된 청구 범위에 따른 마이크로파 장치로 달성된다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 안테나 시스템의 도파관, 전송 라인, 도파관 회로, 전송 라인 회로 또는 무선 주파수(RF) 부품과 같은 마이크로파 장치가 제공되며, 상기 마이크로파 장치는 그 사이에 갭을 두고 배치된 두 개의 전도층, 그리고 주기적 또는 의사 주기적 패턴으로 배열되며 상기 전도층들 중 적어도 하나에 고정적으로 연결되는 돌출 요소를 포함하며, 이에 의해 의도한 도파관 경로를 따른 방향 이외의 다른 방향으로 작동 주파수 대역에서 파의 전파를 정지시키는 텍스처를 형성하며, 상기 전도층들의 각각은 그곳에 고정적으로 연결된 상보적인 돌출 요소 세트를 포함하며, 상기 세트는 조합으로 상기 텍스처를 형성하고, 상보적인 돌출 요소들의 세트는 상기 패턴으로 형성되고 서로 정렬되어 위에 놓여지게 배치되며, 각 세트의 상보적인 돌출 요소들이 패턴의 각 돌출 요소의 전체 길이의 일부를 형성하거나, 또는 상보적인 돌출 요소의 세트들이 오프셋 상보적인 배열로 배치되고, 오프셋 상보적인 배열에서는 한 세트의 돌출 요소들이 다른 세트의 돌출 요소 사이에 배치된다.
갭 도파관이 특히 고주파에서 매우 양호한 특성을 갖는 것으로 밝혀졌지만, 그러한 마이크로파 장치를 비용 효율적으로 생산하는 과제는 여전히 과제로 남아 있다. 몇 개의 커다란 기둥/핀이 필요한 경우에 표면으로부터 돌출하는 기둥/핀을 형성하는 것은 상대적으로 복잡하지 않지만, 고주파의 경우에는 서로 가깝게 배치된 수백, 수천 개의 매우 작지만 상대적으로 높은 기둥/핀이 필요하다. 이러한 구조는 종래의 제조 방법으로는 생산하기 어렵다. 특히, 기둥/핀이 높아질수록 더 조밀하게 배열되고, 생산 비용이 높아지며, 허용오차 요구 사항이 더 엄격해지기 때문에 그 증가는 극적으로 높아진다는 사실을 알았다.
이 문제에 대한 효과적인 해결책을 이제 밝혀내었다. 특히, 파의 전파를 정지시키는 데 사용되는 텍스처는 두 전도성 표면 사이에 분포될 수 있고, 갭 도파관 기술을 사용하는 기존의 공지된 마이크로파 장치와 마찬가지로 여전히 잘 작동한다는 것이 밝혀졌다. 이로써, 돌출 요소, 예를 들어. 기둥 또는 핀으로서 형성되는 돌출 요소는 종래의 기둥/핀의 절반 높이로 형성될 수 있거나, 또는 돌출 요소 사이에 훨씬 낮은 밀도와 증가한 이격 거리를 가질 수 있다. 상당히 감소한 높이 또는 밀도의 돌출 요소를 갖는 이러한 텍스처는 훨씬 더 비용 효율적으로 생산될 수 있으며, 이에 의해 마이크로파 장치의 전체 생산 비용을 크게 낮출 수 있다.
돌출 요소는 바람직하게는 텍스처링 표면에 주기적 또는 의사 주기적 패턴으로 배열되고, 도파관 구조를 따르는 방향 이외의 다른 방향으로 두 금속 표면 사이에서 파가 전파하는 것을 중지시키도록 설계된다. 이러한 금지하는 전파의 주파수대를 정지 대역이라고 하며, 이것은 갭 도파관의 최대 가용 대역폭을 규정한다.
본 출원의 맥락에서, "마이크로파 장치"라는 용어는 특히 고주파에서 전자기파의 전파를 전송, 전달, 인도 및 제어할 수 있는 임의의 유형의 장치 및 구조를 나타내기 위해 사용되며, 그 장치의 크기 또는 기계적 세부 사항은 예컨대 도파관, 전송 라인, 도파관 회로 또는 전송 라인 회로 등의 파장과 동일한 수준의 크기이다. 다음에서, 본 발명은 도파관, 전송 라인, 도파관 회로 또는 전송 라인 회로와 같은 다양한 실시예와 관련하여 논의될 것이다. 그러나, 이들 실시예들 중 임의의 것에 관하여 논의된 특정의 유리한 특징 및 이점들은 다른 실시예에도 적용 가능하다는 것을 당업자는 이해할 것이다.
RF 부품은 본 출원의 맥락에서, 안테나 시스템의 무선 주파수 송신 및/또는 수신 섹션들에서 사용되는 안테나 시스템의 일부를 의미하며, 이 섹션들은 일반적으로 안테나 시스템의 프론트 엔드 또는 RF 프론트 엔드라고 지칭된다. RF 부품은 안테나 시스템의 다른 구성 요소에 연결된 별도의 부품/장치일 수 있거나, 안테나 시스템의 통합된 부품 또는 안테나 시스템의 다른 부품을 형성할 수 있다. 특히 본 발명의 도파관 및 RF 패키징 기술은 광대역 및 효율적인 평평한 평면 어레이 안테나를 실현하기 위해 적합하다. 그러나, 이것은 또한 도파관, 필터, 집적 회로 패키징 등과 같은 안테나 시스템의 다른 부품을 위해 사용될 수 있고, 특히 완전한 RF 프론트 엔드 또는 안테나 시스템 내에 그러한 부품을 통합 및 RF 패키징하기 위해 사용될 수 있다. 특히, 본 발명은 갭 도파관으로 되어 있거나 또는 갭 도파관을 포함하는 RF 부품의 실현에 적합하다.
전술한 갭 도파관에서, 파의 전파는 2 개의 전도층 사이의 간극에서 주로 이루어지며, 2 개의 전도층 중 적어도 하나에는 돌출 요소에 의해 형성된 표면 텍스처가 제공된다. 따라서, 갭은 한 층의 돌출 요소와 다른 전도층 사이에 제공된다. 이러한 갭 도파관은 특히 고주파수에서 매우 유리한 특성 및 성능을 갖는다. 그러나, 공지된 갭 도파관의 단점은 비교적 복잡하고 생산하는 데 비용이 많이 든다는 것이다. 특히, 돌출 요소 위에 다소 일정한 높이로 매달린 제2 층을 제공함과 동시에 제2 층과 돌출 요소 사이의 접촉을 방지하는 것은 복잡하다.
그러나 놀랍게도 기존의 갭 도파관에서와 동일한 유리한 도파관 특성 및 성능이 심지어 돌출 요소들 중 일부(필수적으로 돌출 요소들의 전부는 아님)가 다른 전도층과도 접촉하고 있거나, 또는 분포된 방식에서 양측에 혹은 돌출 요소들의 정렬된 부분 사이에 갭이 제공되는 경우에도 달성될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 다른 전도층과 임의의 선택된 돌출 요소 또는 모든 돌출 요소 사이에 기계적 연결은 마이크로파 장치의 유리한 특성 및 전자기 성능에 영향을 미치지 않는다는 것이 밝혀졌다. 돌출 요소들 중 일부와 전도층 사이에 때때로 전기적인 접촉이 있거나 심지어 모든 돌출 요소와 다른 전도층 사이에 전기 접촉이 있는 경우라도 특성에 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 돌출 요소와 위에 놓인 전도층 또는 위에 놓인 돌출 요소 사이에 예컨대 기계적 접촉뿐만 아니라 전기적 접촉 또는 불량한 전기적 접촉 또는 심지어 양호한 전기적 접촉과 같은 약간의 접촉을 제공하는 것은 장치의 전자기 성능에 영향을 미치지 않는다. 이것은 부품이 서로 쌓일 수 있어 제조를 현저하게 용이하게 하며, 이 후에 마이크로파 장치를 보다 강력하고 쉽게 조정하고 수리할 수 있게 한다.
따라서, 마이크로파 장치는 각각의 돌출 요소를 2 개의 개별 부품으로 배치하여 제조될 수 있고, 이 부품들은 상이한 층에 배치되며 서로 정렬되도록 배치될 것이다. 상기 부품들은 바람직하게는 서로 접촉하여 배치되지만, 그 사이에 작은 갭이 또한 제공될 수 있다. 대안적으로, 돌출 요소는 층들 중 하나의 층 위에 돌출 요소들의 제1 세트로서 그리고 다른 층의 위에 돌출 요소들의 제2 세트로서 배치될 수 있으며, 상기 세트들은 서로의 사이에 삽입될 수 있도록 배치된다.
그러므로, 일 실시예에 따라, 상보적인 돌출 요소들의 세트는 상기 패턴으로 형성되고 서로 정렬되어 배치된다. 이 실시예에서, 양 세트의 돌출 요소들은 모두 바람직하게는 동일한 길이이고, 상기 길이는 텍스처의 전체 길이 돌출 요소의 길이의 절반이다. 이는 비용 절감을 극대화한다. 그러나, 한쪽의 돌출 요소가 다른 한쪽의 돌출 요소보다 높도록, 전체 길이에 대한 다른 세분(subdivision)도 가능하다. 또한, 일반적으로 각각의 전도성 표면상의 돌출 요소 모두가 동일한 높이를 갖는 것이 바람직하지만, 2개 이상의 상이한 높이의 돌출 요소를 사용하며 다른 전도성 표면의 돌출 요소에 상보적인 높이 차이를 제공하는 것이 또한 가능하다. 짧은 핀은 예컨대 밀링, 다이 성형 등을 이용하여 제조하기 훨씬 쉽고 훨씬 비용 효율적이다.
다른 실시예에 따라, 상보적인 돌출 요소들의 세트는 오프셋 상보적인 배열로 배치된다. 예를 들어, 각 세트의 돌출 요소는 열(row)을 지어 배치될 수 있고, 각 열의 돌출 요소들은 인접한 열과 관련하여 엇갈린 배열로 배치되고, 따라서 세트의 돌출 요소는 각 열 내에서 상호 간에 삽입된다. 따라서, 각각의 세트의 각 돌출 요소 사이에 가장 인접한 돌출 요소와 인접한 열의 동일한 열 내에서의 거리가 증가된다. 그러나, 두 세트에서 상보적인 패턴을 형성하는 많은 다른 분포가 또한 가능하다. 다른 예에 따르면, 상보적인 돌출 요소의 세트들은 오프셋 상보적인 배열로 배치되고, 각 세트의 돌출 요소들은 열로 배치되며, 열 사이의 거리는 열 내의 인접한 돌출 요소 사이의 거리의 2배이며, 이에 의해 세트의 열들은 서로의 사이에 삽입된다. 따라서, 여기에서 각 세트의 각 돌출 요소 사이의 거리는 한 방향으로, 즉 열을 횡단하는 방향으로 크게 증가되지만, 그러나 한 방향으로 즉 행을 따르는 방향에서 동일하게 유지된다. 돌출 요소들 사이의 분리가 증가하면 제조 비용은 크게 낮아진다.
바람직하게는, 상기 전도층 각각의 모든 돌출 요소는 이들이 고정적으로 연결되는 적어도 상기 전도층을 통해 기저부(base)에서 서로 전기적으로 연결된다.
바람직하게는, 상기 전도층들 중 적어도 하나는 도파관 경로, 바람직하게는 단일 모드 파를 위한 도파관 경로를 또한 구비한다. 도파관 경로는 바람직하게는 전도성 리지 및 전도성 벽을 갖는 홈 중의 하나이다. 그러한 일 실시예에서, 전도층들 중 적어도 하나에서의 돌출 요소들은 바람직하게는 상기 전도층들 사이의 캐비티를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배치되고, 상기 캐비티는 도파관으로 기능하는 상기 홈을 형성한다.
도파관 경로는 전도층들 중 하나에 배치된 전도성 요소의 형태로 제공될 수 있지만, 상기 2 개의 전도층들 중 다른 하나와 전기적으로 접촉하지 않는다. 따라서, 다른 전도층 사이에 갭이 제공되는 반면, 둘러싸는 돌출 요소들은 이 층과 기계적으로 또한 전기적으로 접촉할 수 있다. 여기서, 리지 형태의 전도성 요소와 위에 놓인 전도층 사이의 갭은 바람직하게는 돌출 요소의 높이의 1 - 50%의 범위이고, 바람직하게는 5 - 25%의 범위이고, 가장 바람직하게는 10 - 20%의 범위이다. 돌출 요소의 높이는 일반적으로 1/4 파장보다 작다.
바람직하게는, 돌출 요소는 각각의 도파관 경로를 따라 양측에 적어도 2개의 평행한 열로 배치된다. 그러나, 직선 통로 등을 통한 경우와 같이 때때로, 그리고 일부 특별한 응용에서는, 단일의 열로 충분할 수 있다. 또한, 3개, 4개 또는 그 이상의 평행한 열과 같이, 2개 이상의 평행한 열이 많은 실시예에서 또한 유리하게 사용될 수 있다.
일 실시예에서, RF 부품은 도파관이며, 돌출 요소는 또한 다른 전도층과 접촉하고, 바람직하게는 다른 전도층에 고정적으로 연결되며, 돌출 요소는 상기 전도층들 사이의 캐비티를 적어도 부분적으로 둘러싸도록 배치되고, 상기 캐비티는 도파관으로서 기능한다. 이에 따라, 돌출 요소들은 적어도 부분적으로 터널의 벽 또는 그들 사이의 갭을 가로질러 상기 전도층들을 연결하는 캐비티를 제공하도록 배치될 수 있으며, 상기 터널은 도파관 또는 도파관 캐비티로서 기능한다. 따라서,이 실시예에서, 매끄러운 상부 플레이트(전도층)는 또한 다른 전도층의 돌출 요소에 의해 형성된 그리드 어레이 또는 그 그리드 어레이의 일부 상에 놓일 수 있고, 지지를 제공하는 돌출 요소/핀은 예컨대 오븐에서 구조물을 소부(baking) 함으로써 하여 상부의 부드러운 금속판(전도층)에 납땜될 수 있다. 이에 의해, 참고문헌 [1]에 기재된 기둥- 벽(post-wall) 도파관을 형성할 수 있으며, 상기 문헌은 그 전체가 참고로 통합되지만, 도파관 내부에는 어떠한 기판도 없다. 따라서, SIW 도파관은 기판없이 제공된다. 이러한 직사각형 도파관 기술은 종래의 SIW에 비해 유리하한데, 왜냐하면 도파관 내부에 기판이 없으므로 유전 손실을 감소시키고, 직사각형 도파관은 보다 비용 효율적으로 또한 생산될 수 있고, 고가의 저손실 기판 물질의 사용은 이제 감소하거나 생략될 수 있기 때문이다.
바람직하게는, 마이크로파 장치는 예를 들어 통신, 레이더 또는 센서 응용에 사용하기 위한 안테나 시스템의 무선 주파수(RF) 부품이다.
돌출 요소는 바람직하게는 작동 주파수에서 공기 중 파장의 절반 미만의 최대 단면 치수를 갖는다. 또한, 파의 전파를 중지하는 텍스처에서의 돌출 요소들은 작동 주파수에서 공기 중 파장의 절반보다 작은 간격만큼 이격되어 있는 것이 또한 바람직하다. 이것은 텍스처에서 인접한 돌출 요소 쌍 사이의 이격 거리가 파장의 절반보다 작음을 의미한다.
주기적 또는 의사 주기적으로 배열된 돌출 요소들의 패턴에서 인접한 돌출 요소들 사이의 거리는 바람직하게는 0.05 내지 2.0 mm의 범위, 바람직하게는 0.1 내지 1.0 mm의 범위이며, 이것은 모두 그들이 설계된 주파수 대역에 의존한다. 인접한 돌출 요소의 주기는 바람직하게는 1/2 파장보다 작다. 엇갈린 오프셋 배치가 사용되는 경우, 각 열 내의 인접한 돌출 요소들 사이 또는 인접한 열들 사이에서 패턴을 형성하기 위해 조합되는 각 세트 내에서 상기 기간은 두 배가 될 수 있다.
바람직하게는, 기둥 또는 핀의 형태인 돌출 요소는 임의의 단면 형상을 가질 수 있지만, 바람직하게는 정사각형, 직사각형 또는 원형 단면 형상을 갖는다. 또한, 바람직하게 돌출 요소는 작동 주파수에서 공기 중 파장의 절반보다 작은 최대 단면 치수를 갖는다. 바람직하게는, 최대 치수는 이것보다 훨씬 작다. 최대 단면/폭 치수는 원형 단면의 경우 직경이거나, 정사각형 또는 직사각형 단면의 경우 대각선 치수이다.
또한, 바람직하게는 돌출 요소 각각은 0.05 내지 1.0 mm 범위, 바람직하게는 0.1 내지 0.5 mm 범위의 최대 폭 치수를 가지며, 이것은 모두 그들이 설계된 주파수 대역에 의존하며, 당연히 언제나 주기보다 작다.
패턴의 각 돌출 요소의 전체 길이, 즉 돌출 요소의 전체 돌출 높이는 오프셋 배치로 배열되었을 때 개별 돌출 요소의 높이이고, 또는 정렬된 배열로 배치된 경우 돌출 요소의 높이를 합한 높이와 같다. 바람직하게는 정렬된 배치로 전체/합계 돌출 높이는 돌출 요소의 폭 및 두께보다 크며, 바람직하게는 폭 및 두께의 두 배보다 크다.
상기 돌출 요소 중 적어도 일부, 바람직하게는 전부는 상기 다른 전도층과 직접적인 또는 간접적인 기계적 접촉을 할 수 있다.
돌출 요소는 바람직하게는 본질적으로 동일한 높이를 가지며, 임의의 돌출 요소 쌍 사이의 최대 높이 차이는 기계적 공차에 기인한 것이다. 이것은 제조 방법 및 작동 주파수에 따라 달라지며, 일부 돌출 요소가 위에 놓인 전도층과 기계적 그리고 심지어 전기적 접촉을 야기한다. 공차는 임의의 돌출 요소와 위에 놓인 전도층 사이에 발생할 수 있는 갭이 최소로 유지되는 것을 보장하기에 충분해야 한다.
2개의 전도층은 파를 안내하는 영역 외측의 소정 거리에서 기계적 구조에 의한 강성을 위해 함께 연결될 수 있으며, 기계적 구조는 전도층 중 하나를 한정하는 적어도 하나의 전도성 재료에 일체로 그리고 바람직하게는 모놀리식(monolithically)으로 형성될 수 있다.
두 전도층의 적어도 일부는 리지, 홈 및 텍스처에 의해 제공되는 미세 구조를 제외하고는 대부분 평면일 수 있다.
바람직하게는 돌출 요소들의 세트는 예를 들어 밀링 또는 다이 성형/압인에 의해서 전도층들 상에 모놀리식으로 형성된다.
마이크로파 장치의 도파관 요소는 바람직하게는 금속으로 만들어진다.
적어도 하나의 전도층은 바람직하게 직사각형 슬롯(들)의 형태인 적어도 하나의 개구를 또한 구비할 수 있으며, 상기 개구는 방사선을 상기 마이크로파 장치로 전송 및/또는 수신될 수 있게 한다.
또한, 마이크로파 장치는 상기 전도층들 사이에 배치된 적어도 하나의 집적 회로 모듈 예를 들어, 모놀리식 마이크로파 집적 회로 모듈을 포함할 수 있으며, 돌출 요소들 중 적어도 일부는 상기 집적 회로 모듈용 패키지 내에서 공진을 제거하는 수단으로서 기능한다. 바람직하게는 집적 회로 모듈(들)은 상기 전도층 중 하나에 배치되고, 집적 회로(들) 위에 놓인 돌출 요소들은 상기 집적 회로(들) 위에 있지 않은 돌출 요소들보다 짧다. 바람직한 이러한 실시예에서, 적어도 하나의 집적 회로는 모놀리식 마이크로파 집적 회로(MMIC)이다.
바람직하게는 마이크로파 장치는 20 GHz 초과, 바람직하게는 30 GHz 초과, 가장 바람직하게는 60 GHz 초과의 주파수를 위한 도파관을 형성하도록 맞추어진다.
마이크로파 장치는 전술한 바와 같은 마이크로파 장치에 의해 실현되는 통합 분배 네트워크를 포함하는 평평한 어레이 안테나를 또한 형성할 수 있다. 바람직하게는, 통합 분배 네트워크는 그들 사이에 전력 분배기 및 도파관 라인을 갖는 분기 트리를 형성한다. 이것은 예를 들어. 앞서 논의한 바와 같이 갭 도파관으로서 실현될 수 있다. 분배 네트워크는 바람직하게는 전력 분배기 및 전송 라인을 포함하는 완전히 또는 부분적으로 통합된 것이고, 갭 도파관으로서 완전히 또는 부분적으로 실현된다.
안테나는 또한 복수의 서브 어셈블리의 어셈블리일 수 있으며, 이에 의해 안테나의 전체 방사 표면은 서브 어셈블리의 방사 서브-어셈블리 표면의 조합에 의해 형성된다. 이러한 각각의 서브-어셈블리 표면은 앞서 논의한 바와 같이, 방사 슬롯 개구의 어레이를 구비할 수 있다. 서브-어셈블리 표면은 예를 들어, 어셈블리의 정사각형 또는 직사각형 방사 표면을 형성하도록 나란한 배열로 배치될 수 있다. 바람직하게는 주름으로서 작용하는 하나 이상의 세장형 슬롯이 E-평면에서 서브-어레이 사이, 즉 서브-어셈블리 표면 사이에 또한 배치될 수 있다.
안테나 시스템은 갭 도파관의 금속 표면의 개구에 연결된 호른(horn) 형상 요소를 또한 포함할 수 있다. 이러한 슬롯은 바람직하게는 상부 금속 플레이트/전도층의 어레이에 나란하게 위치하는 호른 형상 요소의 어레이에 대한 결합을 하게 하는 결합 슬롯이다. 각각의 호른 요소의 직경은 바람직하게는 일 파장보다 크다. 그러한 호른 어레이의 예는 그 자체가 참고문헌 [10]에 기술되어 있으며, 상기 문헌은 그 전체가 참고로 본 명세서에 통합된다.
다수의 슬롯이 상부 플레이트의 방사 요소로서 사용될 때, 슬롯들 사이의 간격은 바람직하게는 작동 주파수에서 공기 중 일 파장보다 작다.
상부 플레이트에서 슬롯은 일 파장보다 큰 간격을 또한 가질 수 있다. 다음에, 슬롯은 결합된 슬롯으로, 텍스처 표면에 배치된 분배 네트워크의 단부로부터 그 위에 있는 분배 네트워크의 연속부로 이어지는 결합을 이루는데, 슬롯의 서브어레이의 방사 어레이를 함께 형성하는 추가적인 슬롯의 어레이로 전력을 동일하게 분할하며, 각각의 서브 어레이의 각 슬롯 사이의 간격은 바람직하게는 일 파장보다 작다. 이로써 분배 네트워크는 수 개의 층에 배치될 수 있으며, 따라서 매우 컴팩트한 어셈블리를 얻을 수 있다. 예를 들어, 전술한 방식으로 제1 및 제2 갭 도파관 층이 제공되고, 결합 슬롯을 포함하는 전도층에 의해 분리될 수 있으며, 이들 각각은 텍스처링된 표면상의 분배 네트워크의 각 단부로부터 상기 전체 어레이 안테나의 방사 서브 어레이를 함께 형성하는 제2 갭 도파관의 상부 측에 배치된 전도층에 형성된 슬롯의 작은 어레이 내에 동등하게 전력을 분배하는 이 분배 네트워크의 연속부를 결합하게 한다. 서브 어레이의 각 슬롯 사이의 간격은 바람직하게는 일 파장보다 작다. 대안으로, 상기 도파관 층들 중 단지 하나만이 갭 도파관 층일 수 있고, 그에 따라 다른 층은 다른 도파관 기술에 의해서 배치될 수 있다.
바람직하게는 분배 네트워크는 급전 지점에서 송수신 주파수 대역을 분리하고 그 후에 송수신 증폭기 및 기타 전자 기기를 분리하기 위해 듀플렉서 필터를 포함하는 나머지 RF 프론트 엔드에 연결된다. 후자는 전송 및 수신을 위한 변환기 모듈로 또한 지칭된다. 이 부품들은 분배 네트워크를 형성하는 텍스처와 동일한 표면상의 안테나 어레이 옆에 위치하거나 그 아래에 위치할 수 있다. 바람직하게는 분배 네트워크로부터 듀플렉서 필터로의 전이가 제공되며, 이것은 하부 전도층의 접지면에 있는 홀로 실현될 수 있으며 하부 전도층의 후면에 직사각형 도파관 인터페이스를 형성한다. 이러한 직사각형 도파관 인터페이스는 측정 목적으로 또한 사용될 수 있다.
종래 공지된 갭 도파관에서와 같이, 본 발명에 의해 제공되는 도파관은 전도층들 사이의 공간에서 그리고 돌출 요소에 의해 한정된 경로를 따라 주로 전파하는 파를 안내한다. 전도층들 사이에 형성되고 돌출 요소에 의해 충전되지 않은 캐비티는 유전체 재료로 완전히 또는 부분적으로 또한 충전될 수 있다. 텍스처링 표면의 주기적 또는 의사 주기적 돌출 요소는 바람직하게는 도파관 경로의 양측에 제공되며, 도파관 구조를 따르는 방향 이외의 다른 방향으로 두 금속 표면 사이에서 파가 전파하는 것을 중지하도록 설계된다. 이와 같은 금지된 전파의 주파수 대역을 정지 대역이라고 하며, 이것은 갭 도파관의 최대 가용 작동 대역폭을 한정한다.
돌출 요소는 다양한 방법으로 형성될 수 있으며, 그 방법들의 일부는 그 자체로 공지되어 있다. 예를 들어, 돌출 요소는 드릴링, 밀링, 에칭 등에 의해 형성될 수 있다. 다이 성형, 압인 또는 다층 다이 성형에 의해서 돌출 요소를 형성하는 것이 또한 가능하다.
다이 성형을 위해, 다이는 돌출 요소의 네거티브(negative)를 형성하는 복수의 리세스를 구비한다. 그 다음, 재료의 성형 가능한 부분을 다이 위에 놓고, 재료의 성형 가능한 부분에 압력을 가하며, 이에 의해 다이의 리세스와 일치하도록 재료의 성형 가능한 부분을 압축한다. 다이는 리세스를 포함하는 하나의 층으로 제공될 수 있다. 그러나, 대안으로 다이는 2 이상의 층을 포함할 수 있으며, 적어도 일부의 층에는 관통 구멍이 제공되고, 상기 리세스는 서로의 상부에 층을 적층함으로써 형성된다. 이러한 다층 다이를 사용하는 압인 또는 다이 성형을 여기에서는 다층 다이 형성이라 지칭한다. 3개, 4개, 5개 또는 그 이상의 층이 사용되는 경우에, 가급적 최하층을 제외한 각 층은 층이 서로의 상부에 놓일 때 리세스로서 나타나는 관통 구멍을 가지며, 다른 층들의 관통 구멍 중 적어도 일부는 서로 연통한다. 다이의 리세스는 드릴링, 밀링, 에칭 등에 의해 형성될 수 있다. 다이 층의 성형은 비교적 간단하며, 동일한 다이 층이 여러 번 재사용될 수 있다. 또한, 다이 층은 쉽게 교환될 수 있어, 다른 RF 부품의 생산을 위한 나머지 다이 및 제조 설비의 재사용을 가능하게 한다. 이것은 설계 변경 등에 대한 유연한 제조를 가능하게 한다. 제조 공정은 또한 매우 제어 가능하며 제조된 RF 부품은 우수한 공차를 갖는다. 또한, 제조 설비는 비교적 저렴하고, 동시에 높은 생산성을 제공한다. 따라서, 제조 방법 및 장치는 소량의 시제품 생산, 소형 시리즈의 주문 제작 부품의 생산 및 대형 시리즈의 대량 생산 모두에 적합하다.
다이는 상기 리세스를 형성하는 관통 구멍을 포함하는 적어도 하나의 다이 층을 또한 포함할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 다이는 관통 구멍을 포함하는 적어도 두 개의 샌드위치된 다이 층을 포함한다. 이로써, 샌드위치된 층은 돌출 요소의 다양한 높이 및/또는 형상을 제공하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 그러한 샌드위치된 다이 층은 상이한 높이의 돌출 요소의 영역과 같은 다양한 높이를 갖는 돌출 요소의 경제적인 구현, 또는 계단식을 폭이 감소하거나 이와 유사하게 감소하는 원추형과 같은 다양한 폭 치수를 갖는 돌출 요소의 구현을 위해 사용될 수 있다. 이것은 리지, 계단식 전이 등을 형성하는 데 또한 사용될 수 있다. 바람직하게는, 적어도 하나의 다이 층이 칼라 내에 배치된다.
본 발명의 이들 및 다른 특징들과 장점들은 이후에 기술될 실시예들을 참조하여 이하에서 더욱 분명해질 것이다. 특히, 본 발명은 송신 안테나를 의미하는 용어로 설명되었지만, 당연히 동일한 안테나가 전자파를 수신 또는 수신 및 송신 모두에 사용될 수도 있다. 수동 구성요소만을 포함하는 안테나 시스템의 부품의 성능은 호혜의 결과로서 송신 및 수신 양자에 대해 동일하다. 따라서, 위에서 안테나를 설명하기 위해 사용되는 용어는 광의로 해석되어야하며, 전송될 전자기 방사선이 임의의 방향 또는 양방향으로 전달될 수 있다. 예를 들어, 분배 네트워크의 용어는 오직 송신 안테나에서의 사용을 위한 것으로만 해석되지는 않아야 하며, 수신 안테나에서 사용하기 위한 조합 네트워크로서 또한 기능할 수 있다.
예시적인 목적으로, 본 발명은 첨부 도면에 도시된 실시예를 참조하여 이하에서 더욱 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 갭 도파관을 도시하는 측면 사시도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 갭 도파관의 원형 캐비티를 나타내는 측면 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 어레이 안테나의 개략도인데, 도 3a는 상기 안테나의 서브 어레이/서브 어셈블리의 분해도이고, 도 3b는 4개의 서브 어레이들 및 서브 어셈블리들을 포함하는 안테나의 사시도이며, 도 3c는 도 3b의 안테나를 실현하는 대안적인 방식의 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따라 실현되고 예컨대 도 3의 안테나에 사용될 수 있는 예시적인 분배 네트워크의 평면도이다.
도 5는 반전된 마이크로스트립 갭 도파관을 사용하는 본 발명의 다른 변경 실시예에 따른 안테나의 3개의 상이한 층들의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 리지 갭 도파관의 입력 포트의 확대도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 갭 도파관의 부분적으로 분해되어 도시한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 갭 도파관 패키지 MMIC 증폭기 체인의 도면인데, 도 9a는 옆에서 본 개략적인 사시도이고 도 9b는 측면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 실시예에 따라, 돌출 요소들이 2 세트의 돌출 요소들의 조합으로 형성되어 있는 실시예들의 개략도이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따라, 돌출 요소들이 2 세트의 돌출 요소들의 조합으로 형성되어 있는 실시예들의 개략도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 설비의 개략적인 분해도이다.
도 16은 도 10의 다이 형성층의 평면도이다.
도 17은 도 10의 조립된 다이의 사시도이다.
도 18은 조립되어 배치된 도 15의 제조 설비의 사시도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 제조 설비의 개략적인 분해도이다.
도 20 및 도 21은 도 19의 실시예에서의 2 개의 다이 형성층을 도시하는 평면도이다.
도 22는 도 19의 제조 설비에 의해 제조 가능한 RF 부품을 나타내는 사시도이다.
이하의 상세한 설명에서, 본 발명의 바람직한 실시예가 설명될 것이다. 그러나, 다른 실시예들의 특징들이 실시예들 사이에 교환 가능하고, 구체적으로 달리 지시되지 않는 한, 다른 방법으로 결합될 수 있음을 이해해야 한다. 아래의 설명에서, 다수의 특별한 세부 사항은 본 발명의 보다 완전한 이해를 제공하기 위해 설명되지만, 본 발명이 이러한 특정 세부 사항없이 실시될 수 있음은 당업자에게 분명해질 것이다. 다른 예들에서, 공지된 구조 또는 기능은 본 발명을 모호하게 하지 않도록 상세하게 설명되지 않는다.
이하에서는, 본 발명에 따른 몇몇 예시적인 마이크로파 장치가 먼저 일반적으로 논의될 것이다. 정지 대역을 형성하는 돌출 요소는 마지막 절에서 논의되는 새로운 방식으로 형성된다.
제1 실시예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 직사각형 도파관의 예가 도시되어 있다. 도파관은 제1 전도층(1) 및 제2 전도층(2)을 포함한다(가시성을 높이기 위해, 반투명으로 만들어진다). 전도층들은 서로로부터 일정한 거리(h)에 배열되어, 그 사이에 갭을 형성한다.
이 도파관은 상부 및 하부 접지면, 양측에 금속층(접지)이 있는 PCB에 금속화된 비아 홀을 구비한 통상적인 SIW와 유사하다. 그러나, 여기에서는 전도층들 사이에 유전체 기판이 전혀 없고, 금속화된 비아 홀은 전도층 중 하나 또는 모두로부터 연장하는 복수의 돌출 요소(3)로 대체된다. 돌출 요소(3)들은 금속과 같은 전도성 재료로 만들어진다. 돌출 요소들은 금속화된 플라스틱 또는 도자기로 또한 만들어질 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 전도층은 상기 전도층 중 하나의 둘레 주위로 연장되는 테두리(rim)에 의해 서로 부착될 수 있다. 가시성을 높이기 위해, 테두리는 도시되어 있지 않다.
SIW 도파관과 유사하게, 도파관은 여기에서는 제1 및 제2 포트(4) 사이에서 연장하는 전도성 요소들 사이에 형성된다.
이 예에서, 매우 단순한 직선형 도파관이 설명된다. 그러나 곡선, 분기선 등을 포함하는, 더욱 복잡한 경로가 동일한 방식으로 실현될 수 있다.
당해 분야에 공지된 바와 같이, 도파관 경로는 전도성 리지, 전도성 홈 또는 마이크로스트립으로 형성될 수 있다.
돌출 요소는 (도 1에 도시된 바와 같이) 원형 단면 형상 또는 직사각형 또는 정사각형 단면 형상을 가질 수 있다. 다른 단면 형상도 또한 가능하다.
도 2는 갭 도파관의 원형 캐비티를 도시한다. 이것은 도 1의 전술한 직선형 도파관과 유사한 방식으로 실현되고, 그 사이에 갭을 두고 배치된 제1 및 제2 전도층(1, 2)과, 전도층들 사이에 연장되고 이 층들에 연결되는 돌출 요소들을 포함한다. 돌출 요소(3)들은 여기에서 원형 캐비티를 둘러싸는 원형 경로를 따라 배열된다. 또한, 이 예시적인 실시예에서, 공급 장치(6) 및 X-자형 방사 슬롯 개구(5)가 제공된다.
이 원형 도파관 캐비티는 원형 SIW 캐비티와 유사한 방식으로 기능한다.
도 3을 참조하여, 평평한 어레이 안테나의 일 실시예가 설명될 것이다. 이 안테나는 구조적으로 및 기능적으로 참고 문헌 [13]에서 논의된 안테나와 유사하며, 상기 참고 문헌은 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.
도 3a는 분해도로 서브 어셈블리의 다층 구조를 도시한다. 서브 어셈블리는 제1 접지면/전도층(32)을 갖는 하부 갭 도파관 층(31), 그리고 제1 접지면(32)과 제2 접지면/전도층(35) 사이에 갭 도파관을 함께 형성하는 돌출 요소(33) 및 리지 구조(34)에 의해 형성된 텍스처를 포함한다. 여기에서, 제2 접지면(35)은 제3 상부 접지면/전도층(37)을 또한 포함하는 제2 상부 도파관 층(36) 상에 배치된다. 제2 도파관 층은 또한 갭 도파관 층으로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 접지면 사이와 제2 및 제3 접지면 사이에 각각 갭이 형성되어, 2 개의 도파관 층이 형성된다. 상부층의 하부의 제2 접지면(35)은 결합 슬롯(38)을 가지며, 상부는 4 개의 방사 슬롯(39)을 가지며, 2 개의 접지면 사이에는 갭 도파관 캐비티가 있다. 도 3a는 큰 어레이의 단위 셀(요소)을 형성하는 단지 하나의 단일 서브어레이를 도시한다. 도 3b는 직사각형 형태로 나란히 배열된 4 개의 이러한 서브어레이의 어레이를 도시한다. 더욱 지향성의 안테나를 형성하기 위하여 이러한 서브어레이의 더욱 큰 어레이가 있을 수 있다.
서브어레이들 사이에는, 한 방향으로 분리가 제공되어 상부 금속 플레이트에 길다란 슬롯을 형성한다. 돌출 요소/핀들은 슬롯의 양쪽을 따라 배치된다. 이것은 E-평면에서 서브어레이들 사이에 주름(corrugation)을 형성한다.
도 3c에는, 몇 개의 서브어레이를 포함하는 상부 전도층이 연속적인 금속판으로 형성되는 다른 실시예가 도시되어 있다. 바람직하게, 이 금속판은 그 안에 홈가 형성될 수 있는 충분한 두께를 갖는다. 이로써, 도 3b의 슬롯과 유사한 효과를 갖는 긴 주름이 대신에 단위 셀 사이에서 연장되는 긴 홈으로서 실현될 수 있다.
제1 및 제2 전도층 사이와 제2 및 제3 전도층 사이 각각의 도파 층들 중 하나 또는 둘 모두는, 전술한 바와 같이 두 개의 금속 접지면 사이에 어떠한 기판도없이 두 개의 전도층들 사이에서 연장하는 돌출 요소들을 구비한 갭 도파관으로 형성될 수 있다. 다음에, 참고 문헌 [13]에서 논의된 바와 같이, 통상적인 비어 홀은 대신에 금속 핀 등이 될 것인데, 금속 핀들은 전체 안테나 어레이의 각 단위 셀 내에 2 개의 금속판 사이에 모놀리식으로 형성된다.
도 4에는 도 3의 안테나의 하부 갭 도파관 층 내의 텍스처의 예에 대한 평면도가 도시되어 있다. 이것은 참고 문헌 [13]에 따른 리지 갭 도파관 기술의 분배 네트워크(41)를 2 개의 하부 전도층들 사이의 갭 내의 파동들에 대해 도시한다. 리지 구조는 하나의 입력 포트(42)로부터 4 개의 출력 포트(43)로 분기된 소위 기업 분배 네트워크를 형성한다. 분배 네트워크는 더 큰 어레이를 공급하기 위해 더 많은 출력 포트를 갖는, 이것보다 훨씬 클 수 있다. 참고 문헌 [13]의 안테나와 대조적으로, 여기에서 정지 텍스처를 제공하도록 배치된 비아 홀은 전술한 방식으로 모놀리식으로 형성된 돌출 요소(44)로 형성된다. 이로써, 기판이 없거나 부분적으로 존재하지 않으며 비아 홀은 돌출 요소/핀으로 대체된다. 이에 의하여, 리지는 예를 들어, 도 1의 참고 문헌 [4]에 리지 갭 도파관에 도시된 바와 같은 솔리드 리지가된다. 대안적으로, 리지는 핀에 의해 지지되는 얇은 금속 스트립, 마이크로스트립으로 인발된 것일 수 있다.
도 5를 참조하여, 이제 안테나의 다른 실시예가 설명될 것이다. 이 안테나는 분해도에서 개별적으로 도시된 3 개의 층을 포함한다. (좌측) 상부층(51)은 그 안에 형성되는 방사 호른(horn) 요소(52)의 어레이를 포함한다. 중간층(53)은 상부층(51)과 거리를 두고 배치되어, 상부층을 향하여 갭이 제공된다. 이 중간층(53)은 접지면을 갖지 않는 기판에 배치된 마이크로스트립 분배 네트워크(54)를 포함한다. 파동은 상부층과 중간층 사이의 공기 갭에서 그리고 마이크로스트립 경로 위로 전파된다. (우측) 하부층(55)은 중간층(53)의 아래쪽에 접촉하여 배치된다. 이 하부층은 전도층(57) 상에 바람직하게는 단일체로 제조된, 금속 핀과 같은 돌출 요소(56)의 어레이를 포함한다. 전도층은 분리된 금속층 또는 PCB의 상부 접지면의 금속 표면으로 형성된다. 돌출 요소는 모든 돌출 요소의 기저부 사이에 금속 접촉이 보장되는 방식으로 전도층에 일체로 연결된다. 따라서, 이 안테나는 기능적으로 및 구조적으로 참고 문헌 [12]에 개시된 안테나와 유사하며, 상기 문헌은 그 전체가 참조로 본 명세서에 포함된다. 그러나, 이 공지된 안테나는 반전된 마이크로스트립 갭 도파관 네트워크를 형성하도록 밀링(milling)에 의해 실현되었지만, 본 실시예는 아래에서 논의되는 방식으로 형성된 돌출 요소들을 포함하는데, 이는 많은 이점을 수반한다.
도 6은 접지면에서 슬롯(63)을 통한 직사각형 도파관으로의 전이를 나타내는, 하부층 상의 마이크로스트립-리지 갭 도파관의 입력 포트의 확대도를 제공한다. 이 실시예에서, 유전체 기판은 존재하지 않으며, 통상적으로 사용되는 비아 홀들은 돌출 요소(61)로 대체되고, 바람직하게는 모든 돌출 요소(61) 사이에 전기 접촉이 존재하는 방식으로 전도층에 모놀리식으로 연결된다. 따라서, 마이크로스트립 갭 도파관이 제공된다. 명료함을 위해 상부 금속 표면은 제거되어 있다. 핀들에 의해 지지되는 마이크로스트립, 즉 마이크로스트립-리지는 도 4와 관련하여 전술 한 것과 동일한 방식으로 솔리드 리지로 또한 대체될 수 있다.
도 7은 참고 문헌 [14]에 개시된 것과 구조적 및 기능적으로 유사한 갭 도파관 필터의 예시적인 실시예를 도시하며, 상기 참고 문헌은 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다. 그러나, 이 문헌에 개시된 도파관 필터와 달리, 전도층들 상에 배치된 돌출 요소(71)들은 이하에서 논의되는 방식으로 배열된다(모두 단순화를 위해 하부 전도층 상에 배치됨). 상부 전도층(73)은 참고 문헌 [12]에 개시된 것과 동일한 방식으로 돌출 요소 위에 배치된다. 따라서, 이것은 그 후에 홈 갭 도파관 필터가 된다.
도 8은 갭-도파관-패키지 마이크로스트립 필터로 지칭될 수도 있는, 도파관 필터의 다른 예를 제공한다. 이 필터는 참고 문헌 [15]에 개시된 필터와 기능적 및 구조적으로 유사하며, 상기 문헌은 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다. 그러나, 참고 문헌 [15]에 개시된 필터와는 달리, 여기에서 필터는 돌출 요소를 갖는 표면으로 패키지 되는데, 전도층(82) 상에 제공되는 돌출 요소(81)들은 전술한 방식으로 실현된다. 돌출 요소(81)들의 다른 수 및 배치를 포함하는 2 개의 대안적인 뚜껑이 도시되어 있다. 또한, 여기에서 돌출 요소는 단순화를 위해 표면 중 하나에만 배열된 것으로 도시되어 있다.
도 9를 참조하여, 집적 회로(들)를 위한 패키지를 제공하는 실시예가 논의될 것이다. 이 예에서, 집적 회로는 하부 접지면(93)이 제공된 상부 메인 기판을 갖는 PCB로서 실현되는, 하부 판(92) 상에 체인 형태로 배치된 MMIC 증폭기 모듈(91)이다. 예를 들어 알루미늄 또는 임의의 다른 적합한 금속으로 만들어진 전도층(95)에 의해 형성되는 뚜껑이 제공된다. 뚜껑은 주변 프레임 등을 이용하여 하부 판(92)에 연결될 수 있다.
뚜껑뿐만 아니라 PCB는 돌출 요소(96, 97)를 또한 구비한다(도 9에서는 간략화를 위해 뚜껑에만 도시됨). 이것은 참고 문헌 [16]에 개시된 패키지와 기능적 및 구조적으로 유사하며, 상기 문헌은 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다. 돌출 요소는 높이가 다를 수 있어, 집적 회로(91)에 오버레이되는 요소는 보다 낮은 높이를 가지며, 집적 회로의 측방향으로 바깥쪽의 다른 영역에서의 요소는 보다 큰 높이를 갖는다. 이로써, 돌출 요소에 의해 제공되는 표면에 구멍이 형성되고, 그 안에 집적 회로가 삽입된다. 따라서, 이러한 패키징은 결국 본 발명에 따른 패키징 기술로서 전술한 갭 도파관을 사용하는 일례이다.
전술한 바와 같은 모든 돌출 요소, 또는 마이크로파 장치의 특정 부품 또는 영역에서의 적어도 모든 돌출 요소는 전도층들 모두에 또한 배치되어 분배되며, 이에 대한 바람직한 실현이 이제 더 상세히 논의될 것이다.
이로써, 각각의 전도층은 그 전도층에 부착되고 고정적으로 연결되며, 바람직하게는 모놀리식으로 일체화된 돌출 요소들의 세트를 포함한다. 이들 두 세트는 서로 상보적이므로, 두 세트는 함께 정지 대역을 형성하는 원하는 주기적 또는 의사-주기적 패턴을 형성하며, 이에 의해 의도한 도파관 경로 외의 다른 방향들의 작동 주파수 대역으로 파동 전파를 중지하는 텍스처를 조합하여 형성한다.
도 10 및 도 11에 도시된 제1 라인의 실시예에서, 상보적인 돌출 요소들의 세트는 상기 패턴으로 각각 형성된다. 즉, 각각의 전도층은 의도한 주기적 또는 의사 주기적 패턴으로 배치된 돌출 요소들의 세트를 포함한다. 그러나, 각 세트의 돌출 요소는 높이가 너무 낮아서 정지 밴드를 형성하지 못한다. 대신에, 두 세트의 돌출 요소가 서로 겹쳐서 정렬되고 배치됨으로써, 두 세트의 돌출 요소가 조합되어 텍스처를 형성하기 위해 필요한 돌출 길이의 전체 길이를 형성한다.
도 10의 실시예에서, 제1 전도층(101)에는 제1 세트의 돌출 요소(103)가 제공되고, 제2 전도층(102)에는 제2 세트의 돌출 요소(104)가 제공된다. 돌출 요소(103, 104)들 사이의 경계면(105)에는 좁은 갭이 제공될 수 있다. 그러나, 대안적으로 돌출 요소는 기계적으로, 그리고 심지어는 서로 전기적으로도 접촉하여 배치될 수 있다. 일반적으로 돌출 요소를 함께 고정할 필요는 없다. 그러나, 고정하는 것이 바람직하다면, 돌출 요소들의 일부 또는 전부의 맞닿는 단부들이 예컨대, 납땜, 접착 등에 의해 서로 연결될 수 있다.
두 세트의 돌출 요소가 모두 동일한 높이이고, 각 돌출 요소는 소망하는 정지 대역을 형성하는 데 필요한 돌출 요소의 전체 길이의 절반을 갖는 것이 일반적으로 바람직하다. 그러나, 때로는 혹은 특정 영역에서 두 세트에 서로 다른 높이를 사용하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 하나의 세트는 제1 높이의 돌출 요소를 가질 수 있고, 다른 하나의 세트는 상이한 제2 높이의 돌출 요소를 가질 수 있다. 그러나, 돌출 요소의 높이는 각 세트 내에서 또한 변할 수 있다. 이러한 일 실시예가 도 11에 개략적으로 도시되어 있다.
대안적인 실시예에서, 각 세트의 상보적인 돌출 요소들을 소망하는 정지 대역을 형성하는 데 필요한 길이를 갖지만, 상보적인 돌출 요소의 세트들을 조합하여 의도한 패턴을 형성하도록 각각의 세트는 의도한 패턴을 형성하는 요소의 서브 세트(subset)만을 포함한다.
이러한 실시예가 도 12에 도시되어 있다. 여기에서, 제1 세트의 돌출 요소(103)는 상부 전도층(101) 상에 배치되고, 제2 세트의 돌출 요소(104)는 하부 전도성 표면 상에 배치된다. 돌출 요소(103, 104)와 이들이 부착되지 않은 상부/하부 전도층 사이의 경계면(105)에, 좁은 갭이 제공될 수 있다. 그러나, 대안적으로 돌출 요소는 기계적으로, 그리고 심지어는 다른 전도층과 전기적으로 접촉하여 배치될 수 있다. 일반적으로 돌출 요소를 두 전도층에 고정할 필요는 없다. 그러나, 고정하는 것이 바람직하다면, 돌출 요소들의 일부 또는 전부의 단부들이 예컨대, 납땜, 접착 등에 의해 전도층과 연결될 수 있다.
두 세트의 돌출 요소는 바람직하게는 상보적인 배열에서 오프셋되어, 세트의 돌출 요소 또는 돌출 요소의 열이 서로 사이에 끼워진다. 그러나, 돌출 요소를 2개의 상보적인 서브 세트로 분할하는 다른 방식도 가능하다.
도 13에는, 실시예가 개략적으로 도시되어 있다. 여기에서, 하부 전도성 표면(102)의 돌출 요소(104)는 열을 지어 배치되고, 각 열의 돌출 요소는 인접한 열과 관련하여 오프셋되거나 엇갈려 있다. 다른 전도층의 돌출 요소(103)의 상보적인 서브 세트(점선으로 도시)는 돌출 요소(104) 사이의 갭을 채운다.
도 14에는, 서브 세트들 사이에 돌출 요소를 분리하는 대안적인 방법이 제공되어 있다. 여기에서, 각 서브 세트는 돌출 요소의 전체 열을 포함하지만 다른 모든 열은 첫 번째 서브 세트 대신에 두 번째 서브 세트에 배열되어, 열이 서로 사이에 끼워진다. 따라서, 열 사이의 거리는 열 내에 인접한 돌출 요소들 사이의 거리의 두 배이다. 그러므로, 여기에서 각 세트의 각 돌출 요소 사이의 거리는 한 방향으로, 즉 열을 횡단하는 방향으로 크게 증가하지만, 한 방향으로, 즉 열을 따른 방향으로 동일하게 유지된다. 돌출 요소들 사이의 분리가 증가하면 제조 비용은 크게 낮아진다.
실험 시뮬레이션에서, Ku 및 V 대역을 연구하였으며, 얻어진 정지 대역을 분석하였다. 다음과 같은 시뮬레이션이 이루어졌다.
a) 모든 핀(돌출 요소)이 동일한 전도층 상에 배치되고, 핀의 단부와 위에 놓인 제2 전도층 사이에 작은 간극이 제공되는 종래 기술의 갭 도판관. 이들 도파관은 이하에서 "통상적인 핀"이라고 한다.
b) 전술한 도 10의 실시예에 따른 갭 도파관. 이들 도파관은 이하에서 "중간 갭 핀"이라고 한다.
c) 전술한 도 12 및 도 13의 실시예에 따른 갭 도파관. 이들 도파관은 이하에서 "엇갈린 핀(Staggered pin)"이라고 한다.
Ku 및 V 대역에 대한 정지 대역을 각각 평가할 때, 실시예에서 핀의 전체 폭 및 높이는 모두 동일하였고, 핀의 주기도 또한 동일했다. 보다 구체적으로, Ku 대역을 평가할 때, 폭은 3 mm 이었고, 높이는 5 mm 이었고 주기는 6.5 mm 이었다. 시뮬레이션은 1 mm의 상대적으로 큰 갭("통상적인 갭"), 0.13 mm의 상대적으로 좁은 갭("감소한 갭"), 및 유전체로 채워지는 0.13 mm의 좁은 갭("유전체 충전된 감소한 갭")으로 각각 이루어졌다. V 대역을 평가할 때, 폭은 0.79 mm 이었고, 높이는 1.31 mm 이었으며, 주기는 1.71 mm 이었다. 시뮬레이션은 0.26 mm의 상대적으로 큰 갭("통상적인 갭"), 0.13 mm의 상대적으로 좁은 갭("감소한 갭"), 및 유전체로 채워지는 0.13 mm의 좁은 갭("유전체 충전된 감소한 갭")으로 각각 이루어졌다.
이들 실험적인 시뮬레이션의 결과는 아래 표 1 및 표 2에 나타내었다.
Ku 대역에서의 비교
정지 대역폭
(상대적인 대역폭 : fmax/fmin)		 통상적인 핀
 중간 갭 핀 엇갈린 핀
통상적인 갭 9.3 - 22 GHz
(2.4)		 11 - 25 GHz
(2.3)		 12 - 22 GHz
(1.8)
감소한 갭 5.2 - 28 GHz
(5.4)		 5.6 - 29 GHz
(5.2)		 6.3 - 28 GHz
(4.4)
유전체 충전된 감소한 갭 3.2 - 25 GHz
(7.8)		 3.3 - 27 GHz
(8.2)		 해당 없음
V 대역에서의 비교
정지 대역폭
(상대적인 대역폭 : fmax/fmin)		 통상적인 핀
 중간 갭 핀 엇갈린 핀
통상적인 갭 35 - 85 GHz
(2.4)		 43 - 96 GHz
(2.2)		 46 - 84 GHz
(1.8)
감소한 갭 30 - 95 GHz
(3.2)		 35 - 104 GHz
(3.0)		 38 - 94 GHz
(2.5)
유전체 충전된 감소한 갭 20 - 85 GHz
(4.3)		 22 - 89 GHz
(4.0)		 해당 없음
이 결과로부터, 엇갈린 핀 실시예에서와 같이 다른 쪽에 갭을 제공하거나, 또는 중간 갭 핀 실시예에서와 같이 중간에 갭을 제공함으로써, 매우 양호하게 작동하며, 크고 효율적인 정지 대역을 제공한다는 것을 추론할 수 있다. 이것은 특히 좁은 갭이 사용될 때, 통상적인 갭 도파관과 거의 동등하게 작동한다는 것을 추론할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로파 장치의 다른 구현과 같은, 전술한 예시적인 실시예는 다양한 방식으로 제조 및 생산될 수 있다. 예를 들어, 드릴링(drilling), 밀링 가공(milling) 등과 같은 통상적인 제조 기술을 사용할 수 있다.
스파크 가공, 스파크 침식 또는 다이 싱킹이라고도 지칭되는, 방전 가공(EDM)을 사용할 수도 있다. 이로써, 전기 방전(스파크)을 이용하여 원하는 형상이 얻어지고, 유전체 액체에 의해 분리되는 2 개의 전극 사이에서 일련의 신속하게 반복되는 전류 방전에 의하여 소재로부터 재료가 제거된다.
그러나 다이 성형(압인 성형 또는 다층 다이 성형이라고도 함)이라고 하는 특별한 기술을 사용할 수도 있다. 모놀리식으로 형성된 마이크로파 장치 및 RF 부품을 제조하기 위한 제조 장치 및 방법은 이하에서 도 15 내지 도 22를 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도 15를 참조하면, RF 부품 제조 장치의 제1 실시예는 RF 부품의 돌출 요소의 음각부(negative)를 형성하는 복수의 리세스가 제공된 다이 층(114)을 포함하는 다이를 포함한다. 이러한 다이 층(114)의 일례가 도 16에 도시되어 있다. 다이 층(114)은 돌출 요소들의 대응 그리드 어레이를 형성하기 위하여, 균등하게 분산된 관통 구멍들의 그리드 어레이를 포함한다. 여기에서 리세스는 직사각형 형상이지만, 예를 들어 원형, 타원형, 육각형 등의 다른 형상이 또한 사용될 수 있다. 또한, 리세스는 다이 층의 높이에 걸쳐 균일한 단면을 가질 필요가 없다. 리세스는 원통형 일 수 있지만, 원추형 일 수도 있고, 또는 다양한 직경을 갖는 다른 형상을 취할 수도 있다.
다이는 상기 적어도 하나의 다이 층 주위에 배치된 칼라(113)를 또한 포함한다. 칼라 및 다이 층은 바람직하게는 다이 층이 칼라의 내부와 밀착되도록 하는 크기로 되어 있다. 도 17에는, 칼라 내에 배치된 다이 층이 도시되어 있다.
다이는 그 위에 다이 층 및 칼라가 배치되는 베이스 플레이트(115)를 또한 포함한다. 다이가 관통 구멍을 포함하는 경우, 베이스 플레이트는 관통 구멍에 의해 제공된 캐비티의 바닥을 형성할 것이다.
재료의 성형 가능한 부분(112)은 다이 층(114)에 프레스 되도록 칼라 내에 또한 배치된다. 재료의 성형 가능한 부분에 압력이 직접 가해질 수 있지만, 바람직하게는 압력을 균일하게 분배하기 위해 스탬프(111)가 재료의 성형 가능한 부분의 상부에 배치된다. 바람직하게는, 스탬프는 칼라에 삽입 가능하며 칼라의 내부와 밀착되도록 배치된다. 도 18에서, 칼라(113) 내에 재료의 성형 가능한 부분의 상부에 배치된 스탬프(111)가 조립된 상태로 도시되어 있다.
전술한 장치는 스탬프 및 다이의 베이스 플레이트에 압력을 가하기 위하여 기계적 또는 유압식 프레스와 같은 통상적인 프레스 장치에 배치될 수 있고, 이에 의해 적어도 하나의 다이 층의 리세스와 일치하도록 재료의 성형 가능한 부분을 압축한다.
전술한 다층 다이 프레스 또는 압인 장치는 동일한 높이를 갖는 재료의 성형 가능한 부분에 돌출 요소/핀, 리지 및 다른 돌출 구조를 제공할 수 있다. 관통 구멍은 예컨대 드릴링을 통해 얻어질 수 있다. 관통하지 않은 리세스가 다이 층에 사용되는 경우에, 이러한 장치는 다양한 높이를 갖는 돌출 구조를 생성하기 위하여 또한 사용될 수 있다.
그러나, 다양한 높이를 갖는 돌출 구조를 생성하기 위하여, 각각 관통 구멍을 갖는 몇 개의 다이 층을 사용하는 것도 가능하다. 이러한 실시예는 도 19 내지 도 22를 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 19의 분해도를 참조하면, 이 장치는 전술한 실시예에서와 동일한 층/구성 요소들을 포함한다. 그러나, 여기서 2 개의 분리된 다이 층(114a, 114b)이 제공된다. 이러한 다이 층의 예는 도 20 및 도 21에 도시되어 있다. 재료의 성형 가능한 부분(112)에 가장 가깝게 배치된 다이 층(114a)(도 20에 도시됨)에는 복수의 관통 구멍이 제공된다. 재료의 성형 가능한 부분(112)으로부터 멀리 있는 다른 다이 층(114b)(도 21에 도시됨)은 더 적은 리세스를 포함한다. 바람직하게는 제2 다이 층(114b)의 리세스는 제1 다이 층(114a)의 대응하는 리세스와 상관 관계가 있다. 이로써, 제1 다이 층의 일부 리세스는 짧은 돌출 요소를 형성하기 위해 제2 다이 층과의 접촉부에서 끝나는 반면에, 일부는 높은 돌출 요소를 형성하기 위해 제2 다이 층 내로 또한 연장한다. 따라서, 다이 층의 적절한 형성에 의해, 다양한 높이의 돌출 요소를 제조하는 것이 비교적 간단하다.
도 20 및 도 21에 도시된 다이 층의 실시예에 따른, 다양한 높이의 돌출 요소를 갖는 RF 부품의 예가 도 22에 도시되어 있다.
전술한 설명에서, 스탬프(111), 칼라(113), 다이 층(들)(114) 및 베이스 플레이트(115)는 서로 위에 분리 가능하게 배치되는, 개별적인 요소들로서 예시되어 있다. 그러나, 이들 요소들은 영구적으로 또는 분리 가능하게 서로 연결되거나, 다양한 조합으로 일체형 유닛으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 베이스 플레이트(115) 및 칼라(113)는 결합된 유닛으로 제공될 수 있고, 다이 층이 칼라 및/또는 베이스 플레이트 등에 연결될 수 있다.
다이 층에 맞추어 성형 가능한 재료를 성형하기 위해 압력을 가하는 프레싱은 실온에서 수행될 수 있다. 그러나, 성형을 용이하게 하기 위해, 특히 비교적 단단한 재료가 사용될 때, 성형 가능한 재료에 열이 또한 가해질 수 있다. 예를 들어, 알루미늄이 성형 가능한 재료로서 사용되는 경우, 재료는 수백 ℃ 또는 심지어 최대 500℃까지 가열될 수 있다. 주석이 사용되는 경우, 재료는 100 내지 150℃로 가열 될 수 있다. 열을 가함으로써, 성형은 더욱 빨라질 수 있고, 더욱 낮은 압력이 필요하게 된다.
성형 후에 다이/다이 층으로부터 성형 가능한 재료의 제거를 용이하게 하기 위해서, 리세스는 약간 원추형 등으로 만들어질 수 있다. 다이 및 성형 가능한 재료를 가열 또는 냉각하는 것도 가능하다. 상이한 재료는 상이한 열팽창 계수를 가지므로, 냉각 및 가열할 때 다이 및 성형 가능한 재료는 다르게 수축 및 팽창할 것이다. 예를 들어, 주석은 강보다 열팽창 계수가 훨씬 낮으므로 다이가 강으로 만들어지고 성형 가능한 재료가 주석인 경우, 냉각에 의해 제거가 훨씬 용이하게 될 것이다. 냉각은 예를 들어 다이 및/또는 성형 가능한 재료를 액체 질소에 침지 시키거나 다른 방식으로 노출함으로써 이루어질 수 있다.
마이크로파 장치 및 RF 부품의 몇몇 예가 앞에서 설명되었다. 그러나, 예를 들어, 그 자체로 공지된 RF 부품 및 마이크로파 장치의 다른 많은 유형들이 전술한 바와 같은 2 개의 전도층 상에 배치된 상보적인 서브 세트에 의해 만들어진 돌출 요소의 패턴을 사용하여 제조될 수 있다.
예를 들어, 이 기술로 평면 어레이 안테나(flat array antenna)를 형성하는 RF 부품을 또한 생산할 수 있다. 예를 들어, 참고 문헌 [12]에 개시된 안테나 및/또는 참고 문헌 [13]에서 논의된 안테나와 구조적 및 기능적으로 유사한 안테나들이 이러한 방식으로 비용 효과적으로 제조될 수 있으며, 상기 참고 문헌은 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다. 그러한 안테나의 하나 또는 몇몇의 도파관 층은 전술한 바와 같이, 2 개의 금속 접지면 사이에 어떠한 기판도 없이 그리고 기판에 부착된 기저부를 구비한 도파관 요소에 의해 형성되는 2 개의 전도층 사이에서 연장되는 돌출 핑거들/요소들과 함께 도파관으로 제조될 수 있다. 다음에, 참고 문헌 [13]에서 논의된 바와 같이, 통상적인 비아 홀은 전체 안테나 어레이의 각 단위 셀 내에 2 개의 금속 플레이트 사이에 도파관 캐비티를 형성하는 금속 핀 등과 같은 핑거일 것이다.
RF 부품은 참고 문헌 [14]에 개시된 것과 구조적 및 기능적으로 유사한 갭 도파관 필터일 수도 있으며, 상기 참고 문헌은 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다. 그러나, 이 문헌에 개시된 도파관 필터와는 달리, 돌출 핑거/요소는 이제 전술한 도파관 요소의 사용에 의해 하부 전도층 상에 배치된다. 이러한 방식으로 제조 가능한 도파관 필터의 다른 예는 참고 문헌 [15]에 개시된 필터이며, 상기 참고 문헌은 그 전체가 참고로 본 명세서에 포함된다.
RF 부품은 집적 회로, 특히 MMIC 증폭기 모듈과 같은 MMIC와의 연결을 형성하도록 또한 사용될 수 있다.
또한, 돌출 핑거의 그리드는 예를 들어, 패키징을 위한 사용을 위해 전술한 일반적인 유형의 도파관 요소에 의해 제공될 수 있다. 이러한 그리드는 예를 들어. 기판 상에 나란하게 하나, 둘 또는 그 이상의 돌출 핑거의 열들을 갖는 도파관 요소를 제공함으로써 형성될 수 있다.
본 발명은 이제 특정 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 안테나 시스템에서의 도파관 및 RF 패키징 기술의 여러 변형이 가능하다. 예를 들어, 다양한 유형의 도파관 및 다른 RF 부품을 형성하는 데 사용 가능한 다수의 상이한 도파관 요소가 표준화된 요소로서, 또는 전용 목적을 위해 혹은 특정 용도 및 용도에 맞게 맞춤화되어 사용될 수 있다. 또한, 선택 및 배치(pick-and-place) 장치에 의한 조립이 바람직하지만, 다른 유형의 표면 실장 배치 기술이 또한 사용될 수 있으며, 도파관 요소는 다른 방법으로 조립될 수도 있다. 또한, 본 명세서에서 개시된 돌출 요소의 구현은 통상적인 갭 도파관이 사용되고 있거나 고려될 수 있는 많은 다른 안테나 시스템 및 장치에서 사용될 수 있다. 이러한 변경 및 다른 명백한 변경은 첨부된 청구 범위에 의해 정의되는 바와 같이 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 간주하여야 한다. 전술한 실시예는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 설명하는 것이고, 당업자는 첨부된 청구 범위를 벗어나지 않고 많은 대안적인 실시예를 설계할 수 있음을 유의해야 한다. 청구 범위에서, 괄호 안의 기재한 임의의 도면 부호는 청구 범위를 한정하는 것으로 해석하지 않아야 한다. "포함하는"이라는 표현은 청구항에 기재된 것 이외의 다른 요소 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 구성요소에 선행하는 "한" 또는 "하나"라는 표현은 복수의 그 구성요소의 존재를 배제하지 않는다. 또한, 단일 유닛이 청구 범위에 기재된 몇몇 수단들의 기능을 실행할 수 있다.
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Claims (15)

  1. 안테나 시스템의 도파관, 전송 라인, 도파관 회로, 전송 라인 회로 또는 무선 주파수 (RF) 부품과 같은 마이크로파 장치에 있어서,
    마이크로파 장치는 그 사이에 갭을 두고 배치된 2개의 전도층과, 주기적 또는 의사 주기적 패턴으로 배치되고 상기 전도층들 중 적어도 하나에 고정적으로 연결된 돌출 요소들을 포함하며, 이에 의해 의도한 도파관 경로를 따르는 방향 이외의 다른 방향들에서의 작동 주파수 대역에서 파의 전파를 중지시키는 텍스처를 형성하며,
    상기 전도층 각각은 고정적으로 연결된 상보적인 돌출 요소들의 세트를 포함하고, 상기 세트들은 조합으로 상기 텍스처를 형성하고, 상기 상보적인 돌출 요소들의 세트는 각각 상기 패턴으로 형성되고 정렬되어 배치되고 서로 위에 놓여져서, 각 세트의 상보적인 돌출 요소들은 패턴의 각 돌출 요소의 전체 길이의 일부를 형성하고,
    상기 전도층들 중 적어도 하나는 단일 모드 파를 위한 도파관 경로를 또한 포함하고, 상기 도파관 경로는 전도성 리지이고, 돌출 요소들은 각 도파관 경로를 따라 양쪽에서 적어도 하나의 평행한 열을 지어 배치되고, 각 세트의 상보적인 돌출 요소들은 서로 접촉하여 배치되거나 사이에 작은 갭을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상보적인 돌출 요소들의 세트는 상기 패턴으로 형성되고 서로 정렬되어 배치되고, 두 세트의 돌출 요소들은 모두 동일한 길이이고, 상기 길이는 텍스처의 전체 길이 돌출 요소들의 길이의 절반인 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    각각의 전도층들의 모든 돌출 요소들은 이들이 고정적으로 연결되는 적어도 상기 전도층을 통해 기저부에서 서로 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    각각의 돌출 요소들은 0.05 내지 1.0mm 범위, 또는 0.1 내지 0.5mm 범위의 최대 폭 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    2개의 전도층은 파를 안내하는 영역 외부의 소정 거리에 기계적 구조에 의해서 강성을 위해 함께 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    돌출 요소들의 세트는 상기 전도층 상에 모놀리식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    돌출 요소들은 기둥 또는 핀 형태이며, 상기 기둥 및 핀은 원형 또는 직사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    돌출 요소들의 전체 길이는 상기 돌출 요소들의 폭 및 두께보다 크거나, 상기 폭 및 두께의 두 배보다 큰 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    돌출 요소들은 작동 주파수에서 공기 중 파장의 절반 미만의 최대 단면 치수를 가지며, 또는 파의 전파를 중지하는 텍스처에서 돌출 요소들은 작동 주파수에서 공기 중 파장의 절반보다 작은 간격으로 이격되어 있고, 또는
    돌출 요소들은 작동 주파수에서 공기 중 파장의 절반 미만의 최대 단면 치수를 가지며, 및 파의 전파를 중지하는 텍스처에서 돌출 요소들은 작동 주파수에서 공기 중 파장의 절반보다 작은 간격으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 전도층들 중 적어도 하나에는 적어도 하나의 개구가 제공되고, 상기 개구는 방사선이 상기 마이크로파 장치로 송신 또는 수신, 또는 송신 및 수신되도록 하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.
  11. 제5항에 있어서,
    기계적 구조는 상기 전도층들 중 하나를 형성하는 적어도 하나의 전도성 물질 상에 일체로 모놀리식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    개구는 직사각형 슬롯 형태인 것을 특징으로 하는 마이크로파 장치.
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