KR20020025311A - Laminated directional coupler - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 방향성 결합기에 관한 것으로, 특히 상하 유전층에 각각 형성된 주신호 전극라인을 연결하는 비아홀의 길이를 변화시켜 커플러 특성을 제어할 수 있는 고주파 통신 장비의 핵심소자로 이용되는 적층형 방향성 결합기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a directional coupler, and more particularly, to a directional coupler used as a core element of a high frequency communication device capable of controlling coupler characteristics by varying a length of a via hole connecting main signal electrode lines formed in upper and lower dielectric layers, respectively. .
종래의 고주파 부품은 금속 캐비티를 이용한 부품이 대부분이었으나 부품들의 소형 및 경량화를 이루기 위해 고주파 유전체 물질을 이용하는 새로운 기술이 제안되었다. 이러한 고주파 유전체의 재료로는 테플론, 알루미나 및 고주파 유전체 세라믹이 대표적인 예일 것이다. 이러한 유전체들의 경우는 직접 부품을 이루기도 하고 이를 이용한 기판 제조에 응용되기도 한다.Conventional high frequency components have mostly metal components, but new technologies using high frequency dielectric materials have been proposed to achieve miniaturization and light weight of components. Teflon, alumina, and high frequency dielectric ceramics may be representative examples of materials of such high frequency dielectrics. Such dielectrics may be directly component parts or may be applied to manufacturing a substrate using the same.
그중에서 고주파 부품으로 가장 많이 이용되는 구조는 세라믹의 경우 기판형, 적층형 및 공진기형 등의 구조이다. 고주파 부품용 고주파 유전체 세라믹은 대부분 부품의 소형화, 경량화 및 온도 안정성을 위해서 사용되고 있다.Among them, the most commonly used structure for high frequency components is a substrate type, a stacked type and a resonator type. High frequency dielectric ceramics for high frequency components are mostly used for miniaturization, weight reduction, and temperature stability of components.
이러한 고주파 유전체 세라믹은 주로 고주파 부품에 적용되며 이의 소형화를 위한 목적으로 쓰이게 된다. 이러한 고주파 부품의 예는 필터, 방향성 결합기, 유전체 안테나 등으로 그 응용범위가 매우 넓다. 이중에서 방향성 결합기에 대해 간단히 살펴보자.These high frequency dielectric ceramics are mainly applied to high frequency components and are used for the purpose of miniaturization thereof. Examples of such high frequency components include filters, directional couplers, dielectric antennas, and the like, and have a wide range of applications. Let's take a brief look at the directional coupler.
일반적으로 믹서(Mixer), 전력증폭기(Power Amplifier), 위상시프터(Phase Shifter) 등과 같이 무선주파수(RF: Radio Frequency) 및 마이크로파(Microwave) 신호를 처리하는 회로들에 있어서 전력 분배의 동작은 방향성 결합기(Directional Coupler)에 의해 수행될 수 있다. 지금까지 방향성 결합기의 다양한 유형이 제시되어 왔는데, 그 예로서 몇가지만 서술하면 다음과 같다.In general, in the circuits that process radio frequency (RF) and microwave signals such as mixers, power amplifiers, and phase shifters, the operation of power distribution is a directional coupler. It can be performed by (Directional Coupler). So far, various types of directional couplers have been proposed. Some examples are as follows.
브랜치 선로형(Branch Line type) 결합기, 래트레이스형(Rat-race type) 결합기, 및 윌킨슨(Wilkinson) 전력분배기 등이 제시되었다. 상기한 결합기들은 전형적인 형태의 전력결합기들로서, 연속적인 도전체 패턴형태(continuous conductor pattern type)로 구현되기 때문에 면적이 커지는 단점이 있으며, 결합기들에 의해 제공되는 대역폭이 매우 협소하다는 단점이 있다.Branch line type couplers, rat-race type couplers, and Wilkinson power dividers have been proposed. The above-described couplers are typical power combiners, and have a disadvantage in that they are large in area because they are implemented in a continuous conductor pattern type, and the bandwidth provided by the couplers is very narrow.
상기한 협소한 대역폭의 단점을 보완하기 위해 1/4파장 분포 결합형(quarter-wavelength distributed coupling type) 결합기가 제시되었으나, 상대적으로 넓은 대역폭을 제공한다는 장점은 있지만, 낮은 결합도(a low degree of coupling) 및 이 결합기 설계에 있어서 많은 제약이 따른다는 단점이 있다.A quarter-wavelength distributed coupling type coupler has been proposed to compensate for the shortcomings of the narrow bandwidth, but it has the advantage of providing a relatively wide bandwidth, but a low degree of coupling) and the design of this coupler is disadvantageous.
도 1은 종래에 사용된 고주파용 방향성 결합기의 구조를 개략적으로 나타낸 각층별 분해사시도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 방향성 결합기는 기본적으로 제1접지전극 유전체층(10), 제1 인덕터전극 유전체층(20), 제2 접지전극 유전체층(30) 및 보호유전체층(40)으로 이루어져 있다.1 is an exploded perspective view of each layer schematically showing the structure of a conventional high-frequency directional coupler. Referring to FIG. 1, a conventional directional coupler basically includes a first ground electrode dielectric layer 10, a first inductor electrode dielectric layer 20, a second ground electrode dielectric layer 30, and a protective dielectric layer 40.
상기 제1 접지전극 유전체층(10) 상면에는 도전성물질을 도포한 후 패터닝한 제1 접지전극(12)이 형성되어 있다. 또한, 제1 인덕터전극 유전체층(20) 상면에는 도전성물질을 도포한 후 패터닝한 주신호 전극라인인 제1 인덕터전극(22)과, 이 제1 인덕터전극(22)과 전자기적으로 커플링되는 신호가 흐르게 되는 부신호 전극라인인 제2 인덕터전극(24)이 근접하여 인쇄되어 있다. 그리고, 상기 제1 인덕터전극 유전체층(20) 상부에 대향하여 상기 제1 접지전극 유전체층(10)과 동일한 구성을 한 제2 접지전극(32)이 형성된 제2 접지전극 유전체층(30)이 위치하고 있다. 여기에 상기 제2 접지전극 유전체층(30) 상부에 대향하여 보호 유전체층(40)이 마련되어 있다.An upper surface of the first ground electrode dielectric layer 10 is formed with a patterned first ground electrode 12 coated with a conductive material. In addition, a first inductor electrode 22, which is a main signal electrode line patterned by applying a conductive material and then patterned on the upper surface of the first inductor electrode dielectric layer 20, and a signal electromagnetically coupled to the first inductor electrode 22. The second inductor electrode 24, which is a sub-signal electrode line through which is flowed, is printed in close proximity. In addition, a second ground electrode dielectric layer 30 having a second ground electrode 32 having the same configuration as the first ground electrode dielectric layer 10 is disposed opposite the first inductor electrode dielectric layer 20. A protective dielectric layer 40 is provided to face the second ground electrode dielectric layer 30.
상기와 같이 각각의 유전체층들을 제1 접지전극 유전체층(10), 제1 인덕터전극 유전체층(20), 제2 접지전극 유전체층(30) 및 보호 유전체층(40)으로 순차적으로 적층 및 소결시킨 후, 외부접속용 전극 및 접지용 전극을 인쇄하면 적층형 방향성 결합기가 완성된다.As described above, the dielectric layers are sequentially stacked and sintered into the first ground electrode dielectric layer 10, the first inductor electrode dielectric layer 20, the second ground electrode dielectric layer 30, and the protective dielectric layer 40, and then externally connected. Printing the electrode for ground and the electrode for ground completes the stacked directional coupler.
상기와 같이 구성된 종래의 적층형 방향성 결합기에서, 신호전력이 주신호 전극라인인 제1 인덕터전극을 통해 입출력되면, 전자기적으로 커플링된 전력이 제2 인덕터전극에 유도되게 된다.In the conventional stacked directional coupler configured as described above, when signal power is input and output through the first inductor electrode, which is the main signal electrode line, electromagnetically coupled power is induced to the second inductor electrode.
이 때, 제1 인덕터전극 및 제2 인덕터전극의 길이는 1/εr 1/2에 비례하게 된다. 여기에서 εr은 유전체 재료의 유전율이며, 내부 인덕터 길이를 줄이고 이로 인한 방향성 결합기의 소형화를 위해서는 유전율이 높은 재료를 이용하여야 한다. 하지만 유전율이 높은 유전체의 선택은 재질적인 한계가 있으며, 유전율이 높은 재료를 이용할 경우에 신호전극 임피던스 감소의 원인이 되며, 이로 인해 전극폭을 감소시키고 인덕터 전극과 접지전극간의 두께를 증가시켜야 하므로 제조 공정상의 어려움이 따르게 된다. 특성제어 측면에서는 방향성 결합기의 특성을 제어하기 위해서 패턴의 길이를 바꾸거나 유전율이 다른 유전체를 사용함으로써 공정이 복잡해지고 제조 공정비용이 상승하게 되는 문제점이 있다.At this time, the length of the first inductor electrode and the second inductor electrode is proportional to 1 / ε r 1/2 . Where ε r is the dielectric constant of the dielectric material, and high dielectric constant materials should be used to reduce the length of the internal inductor and thereby miniaturize the directional coupler. However, the selection of dielectrics with high dielectric constants has material limitations, and the use of materials with high dielectric constants causes signal electrode impedance to decrease, thereby reducing the electrode width and increasing the thickness between the inductor electrode and the ground electrode. This is accompanied by process difficulties. In terms of property control, there is a problem in that the process is complicated and the manufacturing process cost is increased by changing the length of the pattern or using a dielectric having a different dielectric constant in order to control the characteristics of the directional coupler.
따라서, 본 발명의 목적은 범용 유전체 재료(εr=8)를 사용하면서 특히 1.8 ∼ 2㎓대역에서 우수한 커플러 특성을 구현하기 위해, 상하 유전층에 각각 형성된 주신호 전극라인을 연결하는 비아홀의 길이를 변화시켜 커플러 특성을 제어할 수 있는 적층형 방향성 결합기를 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to use a general-purpose dielectric material (ε r = 8), and in particular, to realize excellent coupler characteristics in the 1.8 to 2 kHz band, the length of the via hole connecting the main signal electrode lines formed in the upper and lower dielectric layers, respectively, is determined. It is to provide a laminated directional coupler that can be changed to control the coupler characteristics.
또한, 주신호 전극라인과 부신호 전극라인의 패턴형태를 달리함으로써 커플러 특성을 제어할 수 있는 적층형 방향성 결합기를 제공하는데 있다.In addition, the present invention provides a stacked directional coupler that can control the coupler characteristics by changing the pattern of the main signal electrode line and the sub-signal electrode line.
도 1은 종래에 사용된 고주파용 방향성 결합기의 구조를 개략적으로 나타낸 각층별 분해사시도,1 is an exploded perspective view of each layer schematically showing the structure of a conventional high-frequency directional coupler;
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방향성 결합기의 각 층별 분해사시도,2 is an exploded perspective view of each layer of the directional coupler according to the first embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 방향성 결합기의 수직단면도,3 is a vertical sectional view of the directional coupler according to the first embodiment of the present invention;
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방향성 결합기의 입출력포트를 나타낸 도면,4 is a view showing an input / output port of the directional coupler according to the first embodiment of the present invention;
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방향성 결합기의 각 층별 분해사시도,5 is an exploded perspective view of each layer of the directional coupler according to the second embodiment of the present invention;
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 방향성 결합기의 입출력포트를 나타낸 도면이다.6 is a view showing the input and output ports of the directional coupler according to a second embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
100 : 제1 접지전극 유전체층 110 : 제1 접지전극100: first ground electrode dielectric layer 110: first ground electrode
200 : 제1 인덕터전극 유전체층 210 : 제1 인덕터전극200: first inductor electrode dielectric layer 210: first inductor electrode
300 : 제2 인덕터전극 유전체층 310 : 제2 인덕터전극300: second inductor electrode dielectric layer 310: second inductor electrode
400 : 제3 인덕터전극 유전체층 410 : 제3 인덕터전극400: third inductor electrode dielectric layer 410: third inductor electrode
500 : 제2 접지전극 유전체층 510 : 제2 접지전극500: second ground electrode dielectric layer 510: second ground electrode
600 : 보호 유전체층600: protective dielectric layer
120, 120', 220, 220', 320, 320', 420, 420', 520, 520', 620, 620' : 외부접속용 전극120, 120 ', 220, 220', 320, 320 ', 420, 420', 520, 520 ', 620, 620': electrode for external connection
130, 230, 330, 430, 530, 630 : 접지용 전극130, 230, 330, 430, 530, 630: grounding electrode
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명은 도전성 패턴이 형성된 유전체층이 각각 적층되어 전자기적인 커플링이 이루어지며, 상기 적층 및 결합에 따라 측면에 패터닝된 접지용 전극 및 외부접속용 전극이 각각 하나의 전극을 형성하는 적층형 방향성 결합기에 적용되는데, 본 발명의 적층형 방향성 결합기는, 상기 유전체층 상면 소정부위에 도전성물질을 도포하여 제1 접지전극을 형성시키고, 양단측면에 접지용 전극과 상기 접지용 전극 양측으로 외부접속용 전극을 패터닝하여, 상기 접지용 전극과 제1 접지전극을 서로 접속시켜 이루어진 제1 접지전극 유전체층과; 상기 제1 접지전극 유전체층 상에 대향 배치되며, 상면에 제1 인덕터전극을 패터닝하고, 양단측면에 제1 접지전극 유전체층의 외부접속용 전극 및 접지용 전극의 연장선상에 외부접속용 전극 및 접지용 전극을 패터닝하여, 상기 제1 인덕터전극 양단을 양단측면에 형성된 일측 외부접속용 전극에 서로 접속시켜 이루어진 제1 인덕터전극 유전체층과; 상기 제1 인덕터전극의 일측 패턴에 대향하는 제2 인덕터전극을 패터닝하고, 상기 연장선상의 양단측면에 외부접속용 전극 및 접지용 전극을 패터닝하여, 양단측면에 형성된 타측 외부접속용 전극중 하나와 제2 인덕터전극을 서로 접속시켜 이루어진 제2 인덕터전극 유전체층과; 상기 제2 인덕터전극에 이르는 비아홀을 형성시키고, 상기 비아홀을 포함하여 상기 제1 인덕터전극의 타측 패턴에 대향하는 제3 인덕터전극을 패터닝하고, 상기 연장선상의 양단측면에 외부접속용 전극 및 접지용 전극을 패터닝하여, 상기 양단측면에 형성된 타측 외부접속용 전극중 다른 하나와 제3 인덕터전극을 서로 접속시켜 이루어진 제3 인덕터전극 유전체층과; 상기 유전체층 상면 소정부위에 도전성물질을 도포하여 제2 접지전극을 형성시키고, 상기 연장선상의 양단측면에 외부접속용 전극 및 접지용 전극을 패터닝하여, 상기 접지용 전극과 제2 접지전극을 서로 접속시켜 이루어진 제2 접지전극 유전체층과; 상기 제2 접지전극 유전체층 상에 대향 배치되며, 상기 연장선상의 양단측면에 외부접속용 전극 및 접지용 전극을 패터닝한 보호 유전체층;을 순차적으로 적층형성시키고 압착하여 각층에 형성된 상기 외부접속용 전극 및 접지용 전극을 상호 접속시켜서 이루어진 것을 특징으로 한다.According to the present invention for achieving the object of the present invention is a dielectric layer formed with a conductive pattern is laminated to each other, the electromagnetic coupling, the grounding electrode and the electrode for external connection patterned on the side according to the lamination and coupling, respectively Applied to a laminated directional coupler for forming one electrode, the laminated directional coupler of the present invention, by applying a conductive material to a predetermined portion of the upper surface of the dielectric layer to form a first ground electrode, the grounding electrode and the grounding on both sides A first ground electrode dielectric layer formed by patterning an external connection electrode on both sides of the electrode, thereby connecting the ground electrode and the first ground electrode to each other; Disposed on the first ground electrode dielectric layer, the first inductor electrode is patterned on an upper surface thereof, and an external connection electrode and a ground electrode are formed on both ends of an external connection electrode of the first ground electrode dielectric layer and an extension line of the ground electrode. A first inductor electrode dielectric layer formed by patterning electrodes and connecting both ends of the first inductor electrode to one external connection electrode formed on both side surfaces thereof; Patterning the second inductor electrode facing the one side pattern of the first inductor electrode, patterning the external connection electrode and the grounding electrode on both end sides of the extension line, and one of the other external connection electrode formed on both end sides A second inductor electrode dielectric layer formed by connecting two inductor electrodes to each other; Forming a via hole to the second inductor electrode, patterning a third inductor electrode including the via hole to face the other pattern of the first inductor electrode, and externally connecting electrodes and grounding electrodes on both end sides of the extension line; A third inductor electrode dielectric layer formed by connecting a third inductor electrode and another one of the other external connection electrodes formed on both side surfaces thereof; A conductive material is coated on a predetermined portion of the upper surface of the dielectric layer to form second ground electrodes, and the external connection electrode and the ground electrode are patterned on both side surfaces of the extension line to connect the ground electrode and the second ground electrode to each other. A second ground electrode dielectric layer; A protective dielectric layer disposed opposite to the second ground electrode dielectric layer and patterning an external connection electrode and a grounding electrode on both end sides of the extension line; and sequentially forming and compressing the external connection electrode and ground It is characterized by consisting of the electrodes for interconnection.
이 때, 상기 제1 접지전극 및 제2 접지전극의 도포면적은 상기 제1 인덕터전극 및 제2 인덕터전극이 패터닝된 영역의 면적보다 넓은 것이 바람직하다.In this case, the application area of the first ground electrode and the second ground electrode is preferably larger than the area of the region where the first inductor electrode and the second inductor electrode are patterned.
또한, 상기 제1 인덕터전극의 길이는 제공되는 주파수에 1/15 ~ 1/25 범위 내의 길이를 갖는 것이 더욱 바람직하다.Further, it is more preferable that the length of the first inductor electrode has a length in a range of 1/15 to 1/25 at a provided frequency.
그리고, 상기 제2 인덕터전극 및 제3 인덕터전극의 길이는 제공되는 주파수에 1/12 ~ 1/18 범위 내의 길이를 갖는 것이 좋다.The lengths of the second inductor electrode and the third inductor electrode may have a length within a range of 1/12 to 1/18 at a frequency provided.
이에, 상기 제1 내지 제3 인덕터전극으로 인가되는 주파수가 1.7 ∼ 2.1㎓일 경우에 삽입손실이 0.10 ∼ 0.50㏈, 결합도가 10.4 ∼ 14.3㏈, 격리도가 25.9 ∼ 31.9㏈, 전압 정재파비가 1.0 ∼ 1.2㏈ 범위 내의 임의의 값을 출력시킬 수 있도록, 상기 비아홀의 깊이에 따른 도선의 길이를 변화시키기 위해 제3 인덕터전극 유전체층의 두께를 0.05 ∼ 0.6㎜ 범위 내에서 설정하여 형성시킨다.Accordingly, when the frequency applied to the first to third inductor electrodes is 1.7 to 2.1 kHz, the insertion loss is 0.10 to 0.50 kHz, the coupling degree is 10.4 to 14.3 kHz, the isolation degree is 25.9 to 31.9 kHz, and the voltage standing wave ratio is 1.0 to The thickness of the third inductor electrode dielectric layer is set within the range of 0.05 to 0.6 mm so as to change the length of the conducting wire according to the depth of the via hole so as to output an arbitrary value within the range of 1.2 kV.
한편, 본 발명은 도전성 패턴이 형성된 유전체층이 각각 적층되어 전자기적인 커플링이 이루어지며, 상기 적층 및 결합에 따라 측면에 패터닝된 접지용 전극 및 외부접속용전극이 각각 하나의 전극을 형성하는 적층형 방향성 결합기에 적용되는데, 본 발명의 적층형 방향성 결합기는 상기 유전체층 상면 소정부위에 도전성물질을 도포하여 제1 접지전극을 형성시키고, 양단측면에 접지용 전극과 상기 접지용 전극 양측으로 외부접속용 전극을 패터닝하여, 상기 접지용 전극과 제1 접지전극을 서로 접속시켜 이루어진 제1 접지전극 유전체층과; 상기 제1 접지전극 유전체층 상에 대향 배치되며, 상면에 제1 인덕터전극을 패터닝하고, 양단측면에 제1 접지전극 유전체층의 외부접속용 전극 및 접지용 전극의 연장선상에 외부접속용 전극 및 접지용 전극을 패터닝하여, 상기 제1 인덕터전극 일단을 일측면에 형성된 일측 외부접속용 전극과 접속시키고 타단을 상기 일측면에 형성된 타측 외부접속용 전극과 접속시켜 이루어진 제1 인덕터전극 유전체층과; 상기 제1 인덕터전극의 일측 패턴에 대향하는 제2 인덕터전극을 패터닝하고, 상기 연장선상의 양단측면에 외부접속용 전극 및 접지용 전극을 패터닝하여, 타측면에 형성된 외부접속용 전극중 하나와 제2 인덕터전극을 접속시켜 이루어진 제2 인덕터전극 유전체층과; 상기 제2 인덕터전극에 이르는 비아홀을 형성시키고, 상기 비아홀을 포함하여 제3 인덕터전극을 패터닝하고, 상기 연장선상의 양단측면에 외부접속용 전극 및 접지용 전극을 패터닝하여, 타측면에 형성된 외부접속용 전극중 다른 하나와 제2 인덕터전극을 서로 접속시켜 이루어진 제3 인덕터전극 유전체층과; 상기 유전체층 상면 소정부위에 도전성물질을 도포하여 제2 접지전극을 형성시키고, 상기 연장선상의 양단측면에 외부접속용 전극 및 접지용 전극을 패터닝하여, 상기 접지용 전극과 제2 접지전극을 서로 접속시켜 이루어진 제2 접지전극 유전체층과; 상기 제2 접지전극 유전체층 상에 대향 배치되며, 상기 연장선상의 양단측면에 외부접속용 전극 및 접지용 전극을 패터닝한 보호 유전체층;을 순차적으로 적층형성시키고 압착하여 각층에 형성된 상기외부접속용 전극 및 접지용 전극을 상호 접속시켜서 이루어진 것을 특징으로 한다. 이에, 상기 제1 내지 제3 인덕터전극으로 인가되는 주파수가 1.7 ∼ 2.1㎓일 경우에 삽입손실이 0.2 ∼ 0.4㏈, 결합도가 10.7 ∼ 13.6㏈, 격리도가 22.7 ∼ 25.6㏈, 전압 정재파비가 1.0 ∼ 1.12㏈ 범위 내의 임의의 값을 출력시킬 수 있도록, 상기 비아홀의 깊이에 따라 도선의 길이를 변화시키기 위해 제3 인덕터전극 유전체층의 두께를 0.01 ∼ 0.1㎜ 범위 내에서 설정한다.Meanwhile, in the present invention, a dielectric layer having a conductive pattern is stacked on each other to form electromagnetic coupling, and a stacking directional structure in which a ground electrode and an external connection electrode patterned on the side form one electrode according to the stacking and bonding. The laminated directional coupler of the present invention is coated with a conductive material on a predetermined portion of the upper surface of the dielectric layer to form a first ground electrode, and patterning the electrode for external connection on both sides of the ground electrode and the ground electrode. A first ground electrode dielectric layer formed by connecting the ground electrode and the first ground electrode to each other; Disposed on the first ground electrode dielectric layer, the first inductor electrode is patterned on an upper surface thereof, and an external connection electrode and a ground electrode are formed on both ends of an external connection electrode of the first ground electrode dielectric layer and an extension line of the ground electrode. A first inductor electrode dielectric layer formed by patterning electrodes to connect one end of the first inductor electrode to one external connection electrode formed on one side and the other end to the other external connection electrode formed on the one side; Patterning the second inductor electrode facing the one side pattern of the first inductor electrode, patterning the external connection electrode and the grounding electrode on both end sides of the extension line, one of the external connection electrode formed on the other side and the second A second inductor electrode dielectric layer formed by connecting the inductor electrodes; Forming a via hole reaching the second inductor electrode, patterning a third inductor electrode including the via hole, and patterning an external connection electrode and a grounding electrode on both end sides of the extension line, thereby forming an external connection. A third inductor electrode dielectric layer formed by connecting the other one of the electrodes and the second inductor electrode to each other; A conductive material is coated on a predetermined portion of the upper surface of the dielectric layer to form second ground electrodes, and the external connection electrode and the ground electrode are patterned on both side surfaces of the extension line to connect the ground electrode and the second ground electrode to each other. A second ground electrode dielectric layer; A protective dielectric layer disposed opposite to the second ground electrode dielectric layer and patterning an external connection electrode and a grounding electrode on both end surfaces of the extension line; and sequentially forming and compressing the external connection electrode and ground It is characterized by consisting of the electrodes for interconnection. Therefore, when the frequency applied to the first to third inductor electrodes is 1.7 to 2.1 kHz, the insertion loss is 0.2 to 0.4 kHz, the coupling degree is 10.7 to 13.6 kHz, the isolation degree is 22.7 to 25.6 kHz, and the voltage standing wave ratio is 1.0 to The thickness of the third inductor electrode dielectric layer is set within the range of 0.01 to 0.1 mm to change the length of the conducting wire according to the depth of the via hole so that any value within the range of 1.12 kV can be output.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of the present invention.
제1 실시예First embodiment
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방향성 결합기의 각 층별 분해사시도이다. 도 2를 참조하면, 본 제1 실시예에 따른 방향성 결합기는 모두 6층의 유전체층으로 구성된다. 즉, 제1 접지전극 유전체층(100), 제1 인덕터전극 유전체층(200), 제2 인덕터전극 유전체층(300), 제3 인덕터전극 유전체층(400), 제2 접지전극 유전체층(500), 및 보호 유전체층(600)이 순차적으로 적층되는 구조로 되어 있다.2 is an exploded perspective view of each layer of the directional coupler according to the first embodiment of the present invention. 2, the directional couplers according to the first embodiment are all composed of six dielectric layers. That is, the first ground electrode dielectric layer 100, the first inductor electrode dielectric layer 200, the second inductor electrode dielectric layer 300, the third inductor electrode dielectric layer 400, the second ground electrode dielectric layer 500, and the protective dielectric layer The structure 600 is laminated | stacked sequentially.
상기 제1 접지전극 유전체층(100)은, 그 상부에는 외부의 전자기적인 영향을 최소화하기 위해 도전성 금속재료로 도포된 제1 접지전극(110)이 형성되어 있다. 또한, 제1 접지전극 유전체층(100)의 양측단면에는 외부접속용 전극(120, 120') 및 접지용 전극(130)이 인쇄되어 있다. 그리고, 상기 제1 접지전극(110)과 접지용 전극(130)을 서로 접속시키고 있다. 한편, 상기 외부접속용 전극(120, 120')은 본 실시예에서 2개 인쇄되는데 전기적으로 서로 단선되어 있으며, 상기 접지용 전극(130) 양측으로 위치시키고 있다.The first ground electrode dielectric layer 100 is formed thereon with a first ground electrode 110 coated with a conductive metal material to minimize external electromagnetic influence. In addition, the external connection electrodes 120 and 120 'and the grounding electrode 130 are printed on both end surfaces of the first ground electrode dielectric layer 100. The first ground electrode 110 and the ground electrode 130 are connected to each other. In the present embodiment, two external connection electrodes 120 and 120 'are printed, but are electrically disconnected from each other, and are positioned at both sides of the ground electrode 130.
상기 제1 인덕터전극 유전체층(200)은, 그 상부에 전력이 도통될 수 있는 제1 인덕터전극(부신호 전극라인, 210)이 패터닝되는데, 이 제1 인덕터전극(210)은 50Ω임피던스 정합을 만족시키는 선폭을 가지며, 신호 파장의 1/20의 길이를 갖는다. 또한, 제1 인덕터전극 유전체층(200)의 양측단면에는 상기한 제1 접지전극 유전체층(100)과 동일하게 외부접속용 전극(220, 220') 및 접지용 전극(230)이 인쇄되어 있다. 이 때, 상기 제1 인덕터전극(210)은 양측단면에 마련된 일측 외부접속용 전극(220)에 연결되어 있다.The first inductor electrode dielectric layer 200 is patterned with a first inductor electrode (sub-signal electrode line 210) through which power can be conducted, and the first inductor electrode 210 satisfies 50 Ω impedance matching. It has a line width and a length of 1/20 of the signal wavelength. In addition, the external connection electrodes 220 and 220 'and the ground electrode 230 are printed on both side surfaces of the first inductor electrode dielectric layer 200 in the same manner as the first ground electrode dielectric layer 100 described above. In this case, the first inductor electrode 210 is connected to one side external connection electrode 220 provided on both side surfaces.
한편, 상기 제1 접지전극(110)을 통한 외부의 전자기로부터 차폐효과를 극대화시키기 위해 상기 제1 인덕터전극(210)은 대향된 제1 접지전극(110)의 내부 영역에 형성시키는 것이 바람직하다.On the other hand, in order to maximize the shielding effect from the external electromagnetic through the first ground electrode 110, the first inductor electrode 210 is preferably formed in the inner region of the opposed first ground electrode 110.
상기 제2 인덕터전극 유전체층(300)은, 그 상부에 전력이 도통될 수 있는 제2 인덕터전극(주신호 전극라인, 310)이 패터닝되는데, 상기 제1 인덕터전극(210)의 패턴일부에 대향시켜 패터닝한다. 이 때, 제2 인덕터전극(310)의 일단은 외부접속용 전극(320')과 접속되고, 타단은 후술하는 비아홀 영역(340)에 접속되도록 되어 있다. 이하, 제2 인덕터전극 유전체층(300)의 구성요소(외부접속용 전극(320, 320') 및 접지용 전극(330))는 상기한 제1 인덕터전극 유전체층(200)과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.The second inductor electrode dielectric layer 300 is patterned with a second inductor electrode (main signal electrode line 310) through which power can be conducted. The second inductor electrode dielectric layer 300 faces a portion of the pattern of the first inductor electrode 210. Pattern. At this time, one end of the second inductor electrode 310 is connected to the external connection electrode 320 ', and the other end thereof is connected to the via hole region 340 described later. Hereinafter, since the components of the second inductor electrode dielectric layer 300 (the external connection electrodes 320 and 320 'and the grounding electrode 330) are the same as those of the first inductor electrode dielectric layer 200, detailed descriptions thereof will be omitted. do.
상기 제3 인덕터전극 유전체층(400)은, 그 상부에 전력이 도통될 수 있는제3 인덕터전극(주신호 전극라인, 410)이 패터닝되는데, 상기 제2 인덕터전극(310)이 형성된 영역을 제외한 영역에 제1 인덕터전극(210)의 패턴일부에 대향시켜 패터닝한다. 이 때, 제3 인덕터전극(410)의 일단은 외부접속용 전극(420')과 접속되고, 타단은 비아홀(440)과 접속되어 있다. 이 비아홀(440)을 통해 상기 비아홀 영역(340)과 접속되어 있다. 이하, 제3 인덕터전극 유전체층(400)의 구성요소(외부접속용 전극(420, 420') 및 접지용 전극(430))는 상기한 제1 인덕터전극 유전체층(200)과 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.The third inductor electrode dielectric layer 400 is patterned with a third inductor electrode (main signal electrode line 410) through which power can be conducted, except for an area where the second inductor electrode 310 is formed. The pattern of the first inductor electrode 210 is opposed to a portion of the pattern. At this time, one end of the third inductor electrode 410 is connected to the external connection electrode 420 ', and the other end thereof is connected to the via hole 440. The via hole 440 is connected to the via hole region 340. Hereinafter, since the components of the third inductor electrode dielectric layer 400 (the external connection electrodes 420 and 420 'and the grounding electrode 430) are the same as those of the first inductor electrode dielectric layer 200, detailed description thereof will be omitted. do.
상기 제2 접지전극 유전체층(500)은 상기한 제1 접지전극 유전체층(100)과 동일한 형태의 구성요소(접지전극(510), 외부접속용 전극(520, 520'), 접지용 전극(530))가지고 하고 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.The second ground electrode dielectric layer 500 has the same components as the first ground electrode dielectric layer 100 (ground electrode 510, external connection electrodes 520 and 520 ′, and ground electrode 530). The detailed description is omitted.
마지막으로 상기 제2 접지전극 유전체층(500)과 대향하는 최상면에, 인쇄된 전극을 보호하기 위해, 보호 유전체층(600)이 위치하는데, 이 보호 유전체층(600) 양단면에는 외부접속용 전극(620, 620') 및 접지용 전극(630)이 상기한 각각의 유전체층들과 동일하게 형성되어 있다.Finally, a protective dielectric layer 600 is positioned on the top surface of the second dielectric layer 500 opposite to the second ground electrode dielectric layer 500, and the external connection electrode 620 is formed on both ends of the protective dielectric layer 600. 620 'and the ground electrode 630 are formed in the same manner as the respective dielectric layers.
상기한 각각의 유전체층들은 저온 소성이 가능한 고유전율을 갖는 세라믹 그린시트를 사용하며, 그 상부에 도포되거나 패터닝되는 도전성 금속은 은 또는 구리와 같은 비저항이 낮은 물질을 사용한다. 이후, 각 유전체층들은 가압 적층공정을 거치면서 외부접속용 전극 및 접지용 전극이 전기적으로 서로 연결되며, 결과적으로 제1 인덕터전극, 제2 인덕터전극 및 제3 인덕터전극이 제1 접지전극과 제2 접지전극 사이에 존재하는 적층형 방향성 결합기가 완성된다. 여기에는 소성과정 및 도금과정이 포함된다.Each of the above dielectric layers uses a ceramic green sheet having a high dielectric constant capable of low temperature firing, and the conductive metal applied or patterned thereon uses a low resistivity material such as silver or copper. Subsequently, each dielectric layer is electrically connected to the external connection electrode and the ground electrode through the pressure lamination process. As a result, the first inductor electrode, the second inductor electrode, and the third inductor electrode are connected to the first ground electrode and the second electrode. The stacked directional coupler between the ground electrodes is completed. This includes the firing process and the plating process.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 방향성 결합기의 전극단면을 개략적으로 나타낸 수직단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 접지전극(110)과 제2 접지전극(510) 사이에 제1 인덕터전극(210), 제2 인덕터전극(310) 및 제3 인덕터전극(410)을 위치시키고 있으며, 특히 제2 인덕터전극(310)과 제3 인덕터전극(410)을 접속라인(700)으로 연결하고 있다. 이 접속라인(700)은 상기 비아홀에 채워진 도전성 금속이다.3 is a vertical sectional view schematically showing an electrode cross section of the directional coupler according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the first inductor electrode 210, the second inductor electrode 310, and the third inductor electrode 410 are positioned between the first ground electrode 110 and the second ground electrode 510. In particular, the second inductor electrode 310 and the third inductor electrode 410 are connected by the connection line 700. The connection line 700 is a conductive metal filled in the via hole.
이 때, 상기한 제1 실시예에 따라 제작된 결과물인 방향성 결합기를 이용하여 상기 접속라인(700)의 길이를 변화시킬 경우에 방향성 결합기의 특성은 [표1]과 같이 나타났다. 이 때, 실험은 측정주파수가 1.8㎓와 2㎓일 경우에 대해 각각 실시되었다.At this time, the characteristics of the directional coupler when the length of the connection line 700 is changed by using the directional coupler as a result produced according to the first embodiment is shown in Table 1. At this time, the experiment was performed for the case where the measured frequency is 1.8 kHz and 2 kHz, respectively.
[표1]Table 1
주신호 전극라인인 인덕터전극이 비아홀 없이 단층의 유전체층상에 형성된 경우에, 측정주파수 1.8 GHz에서 특성을 측정한 결과, 결합도가 대략 15.2dB, 격리도가 대략 21.6dB 이었다. 이와 비교하여 본 제1 실시예의 격리도 특성은 28.9∼32.1dB이므로 본 제1 실시예에서와 같이 적층형 방향성 결합기의 주신호 전극라인을 비아홀을 통해 상하로 연결시킬 경우에 우수한 격리도 특성값을 얻을 수있음을 알 수 있다.In the case where the inductor electrode, the main signal electrode line, was formed on a single dielectric layer without via holes, the characteristics were measured at a measurement frequency of 1.8 GHz, and the coupling degree was about 15.2 dB, and the isolation degree was about 21.6 dB. In contrast, since the isolation characteristics of the first embodiment are 28.9 to 3.31 dB, excellent isolation characteristics are obtained when the main signal electrode lines of the stacked directional couplers are connected up and down through via holes as in the first embodiment. I can see it.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 방향성 결합기의 입출력포트를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, ①은 신호 입력포트, ②는 접지, ③은 커플링신호 출력포트, ④는 고립포트, ⑤는 접지, ⑥은 입력신호 출력포트를 각각 나타낸다. 도시된 바와 같이, 본 제1 실시예에서는 입출력포트가 서로 다른 측면에 형성된 것을 알 수 있다.4 is a view showing the input and output ports of the directional coupler according to the first embodiment of the present invention. 4, ① denotes a signal input port, ② denotes a ground, ③ denotes a coupling signal output port, ④ denotes an isolated port, ⑤ denotes a ground, and ⑥ denotes an input signal output port. As shown, in the first embodiment, it can be seen that the input and output ports are formed on different sides.
제2 실시예Second embodiment
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 방향성 결합기의 각 층별 분해사시도이다.5 is an exploded perspective view of each layer of the directional coupler according to the second embodiment of the present invention.
여기서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 도면에 있어서, 상기 본 발명의 제1 실시예와 같은 구성요소에 대해서는 같은 참조번호를 부여한다. 또한, 제1 실시예와 같은 동작을 수행하는 구성요소에 대해서는 중복된 설명은 피하기로 한다.Here, in the drawings according to the second embodiment of the present invention, the same reference numerals are assigned to the same components as those of the first embodiment of the present invention. In addition, duplicate descriptions of components that perform the same operations as those of the first embodiment will be omitted.
도 5를 참조하면, 본 제2 실시예에서 제시한 적층형 방향성 결합기가 제1 실시예에서 제시한 적층형 방향성 결합기와 다른점은, 제1 실시예에서는 입출력포트가 서로 다른 측면에 형성되어 있는 반면, 본 제2 실시예에서는 입출력포트가 같은 측면에 형성되어 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 5, the stacked directional coupler shown in the second embodiment is different from the stacked directional coupler shown in the first embodiment, whereas the input / output ports are formed on different sides in the first embodiment. In the second embodiment, it can be seen that the input and output ports are formed on the same side.
상기와 같은 입출력포트를 갖고 전극패턴이 형성된 본 제2 실시예에 따른 방향성 결합기의 특성은 [표2]와 같이 나타났다. 이 실험 역시, 측정주파수가 1.8㎓와 2㎓일 경우에 대해 각각 실시되었다. 이 때, 비아홀의 길이, 즉 접속라인(700)의 길이를 0.04㎜로 설정하였다.The characteristics of the directional coupler according to the second embodiment having the input and output ports and the electrode pattern formed as shown in Table 2 are shown. This experiment was also performed for the case where the measurement frequency was 1.8 kHz and 2 kHz, respectively. At this time, the length of the via hole, that is, the length of the connection line 700 was set to 0.04 mm.
[표2][Table 2]
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 방향성 결합기의 입출력포트를 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, ①은 신호 입력포트, ②는 접지, ③은 입력신호 출력포트, ④는 고립포트, ⑤는 접지, ⑥은 커플링신호 출력포트를 각각 나타낸다. 도시된 바와 같이, 같은 일측면상에 입출력포트가 형성되어 있음을 알 수 있다.6 is a view showing the input and output ports of the directional coupler according to a second embodiment of the present invention. 6, ① denotes a signal input port, ② denotes a ground, ③ denotes an input signal output port, ④ denotes an isolated port, ⑤ denotes a ground, and ⑥ denotes a coupling signal output port. As shown, it can be seen that the input and output ports are formed on the same side.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 적층형 방향성 결합기는, 주신호 전극라인인 인덕터전극을 연결하는 비아홀 길이만을 조정하여 특성값인 삽입손실, 결합도, 격리도, 전압 정재파비 등을 조절할 수 있어 다종의 결합기 제조시, 제조 공정을 단순화시킬수 있다. 또한 주신호 전극라인인 인덕터전극 뿐만 아니라 부신호 전극라인인 인덕터전극의 구조를 변경시킴으로써 우수한 고주파 커플러 특성 구현이 가능하다.As described above, the stacked directional coupler according to the present invention can adjust the length of the via hole connecting the inductor electrode, which is the main signal electrode line, to adjust characteristic values such as insertion loss, coupling, isolation, voltage standing wave ratio, and the like. The manufacturing process can be simplified when manufacturing the combiner. In addition, excellent high frequency coupler characteristics can be realized by changing the structure of the inductor electrode as the main signal electrode line as well as the inductor electrode as the subsignal electrode line.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 많은 변형이 가능함은 명백할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiment, and it will be apparent that many modifications are possible by those skilled in the art within the technical spirit of the present invention.
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