KR20030020546A - 동축 케이블의 접속 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동축 케이블의 외부 도체를 평면 회로 기판의 한 면에 설치한 접지 도체와 전기적으로 접속하고, 상기 동축 케이블의 내부 도체를 상기 평면 회로 기판의 다른 한 면에 설치한 마이크로 스트립 라인에 접속한 접속 구조체에 관한 것이다. 본 발명의 한 특징에 의하면, 상기 동축 케이블의 내부 도체는 상기 마이크로 스트립 라인의 도체 패턴에 용접되어 결합되며, 상기 마이크로 스트립 라인의 도체 패턴은 상기 동축 케이블의 내부 도체와 용접되는 도체 용접부와, 상기 도체 용접부로부터 일직선 연장하는 도체 랜드부와, 상기 도체 랜드부로부터 빗각으로 그 폭이 넓어지는 임피던스 변환부를 구비한다.

Description

동축 케이블의 접속 구조체{Connection structure of a coaxial cable}

본 발명은 마이크로파 및 기타의 고주파 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고주파 시스템의 평면 회로 기판과 동축 케이블을 상호 연결시키기 위한 접속 구조체에 관한 것이다.

현재 우리 주변에는 이동 통신 기기를 비롯하여 많은 고주파 회로를 채용한 장치가 이용되고 있다. 초고주파인 마이크로파를 비롯하여 5MHz 이상의 고주파를 이용하는 고주파 소자는 일반적으로 평면 형태의 인쇄 회로 기판에 실장된다.

한편, 동축 케이블은 아날로그 신호와 디지털 신호 모두를 전송할 수 있는 매체로서, 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 가지고 있다. 동축 케이블(10)에 있어서, 그 내부 도체(2)는 유전체로 이루어진 내부 절연체(4)에 의해 감싸여 있다. 그리고, 내부 절연체(4)를 외부 도체(6)가 감싸고, 마지막으로 외부 도체(6)를 외부 절연체(8)가 감싸고 있다. 동축 케이블(10)은 외부의 전기적 간섭을 적게 받고 전력 손실이 적기 때문에 상기 고주파 시스템에 많이 사용되고 있다.

이와 같은 동축 케이블(10)은 측정 장치 또는 다른 형태의 시스템으로부터 고주파 시스템의 평면 회로 기판 상에 실장된 고주파 소자에 고주파 신호를 전달한다. 동축 케이블(10)은 신호에 대하여 방사형의 대칭 전송 구조를 갖는 반면에, 고주파 시스템의 회로 소자 내의 전송 구조는 평면이다. 더욱이, 신호가 마이크로파 또는 밀리미터파 주파수 범위에 있을 때에는 방사형의 대칭 전송 구조와 평면 전송구조 사이와 같은 구조적 차이에서 발생하는 인터페이스의 불균일성은 시스템의 성능을 저하시키는 임피던스 불일치(impedance mismatches)를 유발시키는 문제점을 안고 있다.

또한, 방사형 대칭 전송 구조인 동축 케이블을 평면 전송 구조를 갖는 인쇄 회로 기판 상에 장착하기 위해서는 일반적으로 별도의 커넥터를 사용하여 결합한다.

종래 기술의 일례로서, 도 2에는 미국 특허 번호 제5,797,765호에 개시된 커넥터를 이용하여 결합한 평면 회로 기판의 수직 단면도가 도시되어 있다.

평면 기판(12)은 도전 구멍(16)을 갖고 있으며, 그 표면에는 접촉 패드(14)가 마련되어 있다. 커넥터(18)는 그 중심에 홀을 가지며 빗각의 엣지(20)를 갖는 도전성 디스크(22)와, 상기 홀에 동심(concentric)으로 배치되어 돌출된 돌기(24)와, 디스크(22)의 아래 표면으로부터 연장하는 원통형 슬리브(26)와, 원통형 슬리브(26)의 중심축을 따라 구성되는 내부 도선(28)으로 구성된다.

이러한 구성으로 인해, 상기 미국 특허 번호 제5,797,765호는 돌기(24)가 도전 구멍(16)에 위치될 때에 내부 도선(28)이 도전 구멍(16)의 중심에 위치되도록 하는 점을 특징으로 한다.

하지만, 위와 같은 커넥터(18)의 채용은 시스템의 부피를 증가시키며, 추가적인 비용을 필요로 하게 된다. 또한, 전술한 미국 특허 제5,797,765호에는 인터페이스의 불균일성으로 기인하는 임피던스 불일치에 관련한 문제에 대해서는 전혀 고려되지 않고 있다. 더욱이, 미국 특허 제5,797,765호에는 내부 도선(28)과 마이크로 스트립 라인(15) 간에 와이어 본딩(23)을 통해 결합하기 때문에 대량 생산에 적합하지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 특히 본 발명의 일 목적은 커넥터 없이도 결합이 용이한 동축 케이블의 접속 구조체를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 구조적 인터페이스의 불균일에 기인한 임피던스 불일치를 최소화하여 신호 전송 성능을 향상시키기 위한 동축 케이블의 접속 구조체를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 동축 케이블을 나타낸 사시도.

도 2는 종래 기술에 따라 동축 케이블에 결합된 평면 회로 기판을 나타낸 수직 단면도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평면 회로 기판과 동축 케이블의 수직 결합 관계를 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평면 회로 기판의 마이크로 스트립 라인과 동축 케이블의 내부 도체 간의 결합 관계를 나타낸 도면.

도 5는 도 3의 구조에서 발생되는 전기장 패턴을 나타낸 도면.

도 6은 도 4의 구조에서 발생되는 전기장 패턴을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

2...내부 도체 4...내부 절연체

6...외부 도체 8...외부 절연체

10...동축 케이블 30...평면 회로 기판

32...도체 용접부 34...도체 랜드부

36...임피던스 변환부 38...몸체부

39...마이크로 스트립 라인 40a,40b,40c,40d...비아홀

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 한 특징에 의하면, 동축 케이블의 외부 도체를 평면 회로 기판의 한 면에 설치한 접지 도체와 전기적으로 접속하고, 상기 동축 케이블의 내부 도체를 상기 평면 회로 기판의 다른 한 면에 설치한 마이크로 스트립 라인에 접속한 접속 구조체로서, 상기 동축 케이블의 내부 도체는 상기 마이크로 스트립 라인의 도체 패턴에 용접되어 결합되며, 상기 마이크로 스트립 라인의 도체 패턴은 상기 동축 케이블의 내부 도체와 용접되는 도체 용접부와, 상기 도체 용접부로부터 일직선 연장하는 도체 랜드부와, 상기 도체 랜드부로부터 빗각으로 그 폭이 넓어지는 임피던스 변환부를 구비하는 접속 구조체가 제공된다.

이러한 본 발명에 의하면, 동축 케이블과 평면 회로 기판을 결합하기 위한별도의 커넥터를 사용하지 않고 납땜과 같은 용접으로 양자를 결합하기 때문에 비용이 절감될 뿐만 아니라 결합 구조가 간단하여 대량 생산이 용이해진다.

더욱이, 본 발명은 빗각으로 그 폭이 넓어지는 임피던스 변환부를 갖는 마이크로 스트립 라인을 구비함으로써, 원통형의 동축 케이블과 평면의 회로 기판의 결합처럼 그 구조적인 인터페이스 불균일로부터 기인하는 임피던스의 불일치에 따른 성능 저하를 최소화할 수 있다.

또, 본 발명에 의하면, 상기 도체 용접부 둘레의 미리 설정된 위치에는 적어도 하나의 비아홀이 마련되는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 의하면, 비아홀은 동축 케이블을 통해 전송되는 신호를 가이드함으로써 동축 케이블의 신호 전송 능력을 향상시킨다.

또, 본 발명에 의하면, 상기 비아홀은 적어도 두 개가 상호 대칭되도록 배치되는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 의하면, 상기 비아홀이 상호 대칭되도록 배치됨으로써 상기 비아홀이 내부 도체를 통하여 전송되는 신호를 확실히 가이드함을 실험을 통해 파악되었다.

또, 본 발명에 의하면, 상기 도체 용접부는 원형인 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 의하면, 상기 도체 용접부를 원형으로 구성함으로써 도체가 차지하는 면적으로 최소화 할 수 있어 그 만큼 다른 회로를 여분으로 구성할 수 있게 된다.

또, 본 발명에 의하면, 상기 동축 케이블과 평면 회로 기판과는 상호 수직으로 결합하는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 의하면, 동축 케이블과 평면 회로 기판을 평행하게 하여 결합하는 것에 비해 전송 손실이 적어지는 동시에 작업 공정이 용이해진다.

또, 전술한 기술적 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 다른 한 특징에 의하면, 동축 케이블의 외부 도체를 평면 회로 기판의 한 면에 설치한 접지 도체와 전기적으로 접속하고, 상기 동축 케이블의 내부 도체를 상기 평면 회로 기판의 다른 한 면에 설치한 마이크로 스트립 라인에 접속한 평면 회로 기판과 동축 케이블을 상호 연결시키기 위한 접속 구조체로서, 상기 동축 케이블의 내부 도체가 상기 마이크로 스트립 라인의 일부에 소정의 방법으로 결합되어진 부위의 둘레의 미리 설정된 위치에는 적어도 하나의 비아홀이 상기 평면 회로 기판에 마련되는 접속 구조체가 제공된다. 여기에서, 상기 비아홀은 적어도 두 개가 상호 대칭되도록 배치되는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 의하면, 동축 케이블과 평면 회로 기판이 결합되는 부위에 비아홀을 구비하여 동축 케이블의 내부 도체에 전달되는 신호를 가이드함으로써 신호 전송 능력을 향상시킬 수 있다. 이러한 비아홀은 본 발명에서와 같이 커넥터가 별도로 필요없는 구성 뿐 아니라 커넥터가 있는 기존의 구성에서도 이용될 수 있을 것이다.

또, 본 발명에 의하면, 상기 상기 마이크로 스트립 라인의 도체 패턴은 상기 동축 케이블의 내부 도체와 용접되는 도체 용접부와, 상기 도체 용접부로부터 일직선 연장하는 도체 랜드부와, 상기 도체 랜드부로부터 빗각으로 그 폭이 넓어지는임피던스 변환부를 구비하는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 의하면, 비아홀로서 신호를 가이드하여 신호 전송 능력을 향상시킴과 동시에, 마이크로 스트립 라인을 상기와 같이 구성함으로써 특성 임피던스를 소정의 값을 설정할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

이하의 설명으로부터 전술한 본 발명의 특징적인 사항이 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 평면 회로 기판(30)과 동축 케이블(10)의 수직 결합 관계를 나타낸 도면이다. 동축 케이블(10)은 도 1에서 설명한 바와 같이, 예컨대 구리선으로 이루어진 내부 도체(2)와, 이 내부 도체(2)를 감싸는 유전체로 이루어진 내부 절연체(4)와, 다시 이 내부 절연체(4)를 감싸는 외부 도체(6)와, 이 외부 도체(6)를 다시 감싸는 외부 절연체(8)로 이루어진다. 동축 케이블(10)은 평면 회로 기판(30)의 한 면에 결합된다.

평면 회로 기판(30)은 소정의 두께로 상면(9)과 하면(13)의 두 표면을 갖는다. 평면 회로 기판(30)의 소정의 위치에는 동축 케이블(10)이 삽입 결합하게 되는 도전성 구멍이 관통되어 형성된다. 평면 회로 기판(30)의 상면(9)에는 고주파 신호가 제공되는 회로 소자와 이 회로 소자에 전기적인 신호를 동축 케이블(10)로부터 전달하는 마이크로 스트립 라인(39)이 설치된다. 평면 회로 기판(30)의 하면(13)의 소정 위치에는 도시하지 않았지만, 접지 도체가 일정 패턴으로 형성되어 있다.

동축 케이블(10)과 평면 회로 기판(30)의 한 면, 예컨대 하면(13)은 서로 결합된다. 구체적으로, 평면 회로 기판(30)의 하면(13)에 형성된 접지 도체(미도시)는 동축 케이블(10)의 외부 도체(6)와 납땜에 의해 용접 결합되거나 혹은 전도성 수지에 의해 서로 본딩된다. 예컨대, 인용 부호 "11"은 동축 케이블(10)의 외부 도체(6)와 평면 회로 기판(30) 하면(13)의 접지 도체와 용접 결합된 형상을 개략적으로 나타낸 것이다.

또, 본 발명에 의하면, 동축 케이블(10)이 평면 회로 기판(30)에 대하여 수직으로 결합하게 된다. 이것은 평행하게 결합하는 것에 비하여 임피던스 일치가 용이해지고, 작업성이 뛰어나기 때문이다. 그러나, 본 발명에 있어서는 반드시 이에 국한되지 않으며, 평면 회로 기판(30)에 대하여 동축 케이블(10)이 수직 및 평행하게 결합하는 모든 경우에 적용 가능하다.

위와 같이, 본 발명은 별도의 커넥터를 사용하지 않고서 평면 회로 기판(30)에 대하여 동축 케이블(10)이 수직으로 예컨대, 납땜에 의해 용접 결합된다. 그러나, 이러한 납땜에 의한 상호 결합은 납땜 부위가 임피던스의 불연속점으로 되어 신호 전송 특성이 떨어지게 된다. 결국, 납땜 부위에서 전송 신호가 제대로 가이드되지 않고 산란하게 되어 그 신호 특성이 저하되게 된다. 커넥터를 사용하지 않음으로써 발생하게 되는 위와 같은 문제들은 이하에 설명하는 본 발명에 의해 추가로 제거될 수 있다.

이러한 추가의 문제를 감안한 본 발명에 의한 평면 회로 기판 상면에 있는 마이크로 스트립 라인과 동축 케이블 간의 결합 관계를 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4에는 평면 회로 기판에 대한 상면도로서 결합 관계 이외의 기타 회로 소자에대한 도시는 생략되었다.

마이크로 스트립 라인(14)은 원형의 도체 용접부(32)와, 이 도체 용접부(32)와 연결되어 평행하게 뻗어 나가는 도체 랜드부(34)와, 도체 랜드부(34)로부터 연결되어 그 폭이 점차 넓어지는 빗각 형태의 임피던스 변환부(36)와, 임피던스 변환부(36)로부터 연결되어 평행하게 뻗어 나가는 몸체부(38)로 구성된다.

도체 용접부(32)는 마이크로 스트립 라인(39)의 단부에 위치하며 납땜에 의해 동축 케이블(10)의 내부 도체(2)와 용접되는 부위이다. 도체 용접부(32)는 원형으로 형성되는 것이 바람직한데, 이는 용접 면적을 최소화하여 기타 회로 소자의 점유 면적을 증대시키기 위함이다. 도체 랜드부(34)는 도체 용접부(32)로부터 평행하게 뻗는다. 임피던스 변환부(36)는 도체 랜드부(34)로부터 연결되어 그 폭이 점차 넓어지는 빗각 형태이다. 따라서, 그 폭이 넓어질 수록 임피던스가 감소되는 기본 원리를 적용한 것이다. 임피던스 변환부(36)는 원통형의 동축 케이블(10)과 평면 회로 기판(30)의 결합처럼 그 구조적인 불일치에서 기인하거나 혹은 평면 회로 기판(30) 하면(13)에 형성된 납땜 등에 의한 불연속점에서 기인하는 임피던스의 불일치에 따른 성능 저하를 최소화하는 역할을 한다. 도체 랜드부(34)의 길이/폭 및 임피던스 변환부(36)의 길이/폭은 평면 회로 기판(30)이 갖고 있는 유전율에 따라 정하여진다.

본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 적어도 하나의, 바람직하게는 복수 개의 비아홀(40a, 40b, 40c, 40d)이 상호 대칭되도록 도체 용접부(32) 둘레에 평면 회로 기판(30)으로부터 드릴링 작업에 의해 형성된다. 구체적으로, 비아홀은(40a, 40b,40c, 40d)은 동축 케이블(10) 내에 위치하도록 형성될 수 있다. 특히, 동축 케이블(10)의 외부 도체(6)가 접하는 위치에 형성될 수 있거나, 혹은 동축 케이블(10)로부터 완전히 벗어난 위치에 형성될 수 있다. 이러한 비아홀은(40a, 40b, 40c, 40d)의 위치 변화는 본 발명의 마이크로 스트립 라인(39)을 이루는 각 부위의 길이/폭과 마찬가지로 평면 회로 기판(30)의 유전율에 따라 정하여진다.

복수 개의 비아홀(40a, 40b, 40c, 40d)은 동축 케이블(10)을 통해 전달되는 신호를 충분히 가이드한다. 즉, 비아홀(40a, 40b, 40c, 40d)은 동축 케이블(10)의 내부 도체(2)와 상호 상관 관계를 이루며 동축 케이블(10)을 통하는 신호가 산란되지 않고 그 내부로 가이드하는 역할을 한다.

복수 개의 비아홀(40a, 40b, 40c, 40d)은 상호 대칭되게 형성되는데, 이것은 신호의 전송 손실을 최소화하기 위함이다. 비대칭된 비아홀의 구성일 경우에는 신호로부터 발생되는 전기장 패턴이 비대칭된 부위로 이탈되는 현상을 실험적으로 확인하였다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 접속 구조체에 있어서, 전송 신호로부터 발생되는 전기장 패턴을 나타낸다. 전송 신호로부터 발생되는 전기장 패턴은 유전체를 통해, 도시된 바와 같이 사인파의 형태로 발생한다. 도 5의 하단에 나타낸 막대는 전기장의 밀도 패턴을 나타내며, 전기장의 밀도가 높은 곳에는 색깔이 진하게 나타난다는 것을 말하고 있다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수직 결합의 경우에, 동축 케이블에서는 전기장의 산란 현상이 전혀 발생하지 않고 있으며, 아울러 평면 회로 기판과의 결합 부위에서도 전기장의 산란 현상이 최소화되고 있음을 나타내고 있다.

결국, 본 발명의 구성에 따른 전기장 패턴을 측정한 결과, 동축 케이블로부터 전달되는 신호가 도체 용접부를 거쳐 마이크로 스트립 라인으로 거의 전송 손실 없이 가이드되어 전송된다는 것이 확인되었다.

도 6은 복수 개의 비아홀 주변에 나타나는 전기장 패턴을 측정한 것으로, 비아홀이 동축 케이블로부터 전송되는 신호를 충분히 가이드하고 있음을 확인 할 수 있었다.

전술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고서도 이로부터 다양한 변형예를 실시할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니며, 특허청구범위와 이 특허청구범위의 균등한 것에 의하여 정해져야 할 것이다.

예컨대, 본 발명의 실시예의 설명에서는 고주파 신호의 전송을 위한 마이크로 스트립 라인에 관하여 설명하였으나, RF 신호를 전송하는 트랜스미션 라인에도 본 발명의 특징에 따른 마이크로 스트립 라인의 구성이 적용될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 커넥터를 채용하지 않고 임피던스 불일치를 최소화함으로써 신호 전송 성능을 향상시킬 수 있으며, 또한 와이어 본딩을 하지 않으므로 양산에 적용시 생산성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (8)

1. 동축 케이블의 외부 도체를 평면 회로 기판의 한 면에 설치한 접지 도체와 전기적으로 접속하고, 상기 동축 케이블의 내부 도체를 상기 평면 회로 기판의 다른 한 면에 설치한 마이크로 스트립 라인에 접속한 접속 구조체에 있어서,

   상기 동축 케이블의 내부 도체는 상기 마이크로 스트립 라인의 도체 패턴에 용접되어 결합되며, 상기 마이크로 스트립 라인의 도체 패턴은 상기 동축 케이블의 내부 도체와 용접되는 도체 용접부와, 상기 도체 용접부로부터 일직선 연장하는 도체 랜드부와, 상기 도체 랜드부로부터 빗각으로 그 폭이 넓어지는 임피던스 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접속 구조체.
2. 제 1항에 있어서, 상기 도체 용접부 둘레의 미리 설정된 위치에는 적어도 하나의 비아홀이 상기 평면 회로 기판에 마련되어 상기 동축 케이블로부터 전송되는 신호를 가이드 하는 것을 특징으로 하는 접속 구조체.
3. 제 2항에 있어서, 상기 비아홀은 적어도 두 개가 상호 대칭되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 접속 구조체.
4. 제 1항에 있어서, 상기 도체 용접부는 원형인 것을 특징으로 하는 접속 구조체.
5. 제 1항에 있어서, 상기 동축 케이블과 상기 평면 회로 기판은 상호 수직으로 결합하는 것을 특징으로 하는 접속 구조체.
6. 동축 케이블의 외부 도체를 평면 회로 기판의 한 면에 설치한 접지 도체와 전기적으로 접속하고, 상기 동축 케이블의 내부 도체를 상기 평면 회로 기판의 다른 한 면에 설치한 마이크로 스트립 라인에 접속한 평면 회로 기판과 동축 케이블을 상호 연결시키기 위한 접속 구조체에 있어서,

   상기 동축 케이블의 내부 도체가 상기 마이크로 스트립 라인의 일부에 소정의 방법으로 결합되어진 부위의 둘레의 미리 설정된 위치에는 적어도 하나의 비아홀이 상기 평면 회로 기판에 마련되는 것을 특징으로 하는 접속 구조체.
7. 제 6항에 있어서, 상기 상기 마이크로 스트립 라인의 도체 패턴은 상기 동축 케이블의 내부 도체와 용접되는 도체 용접부와, 상기 도체 용접부로부터 일직선 연장하는 도체 랜드부와, 상기 도체 랜드부로부터 빗각으로 그 폭이 넓어지는 임피던스 변환부를 구비하는 것을 특징으로 하는 접속 구조체.
8. 제 6항에 있어서, 상기 비아홀은 적어도 두 개가 상호 대칭되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 접속 구조체.