KR20060092156A

KR20060092156A - 금속블럭을 이용한 비방사마이크로스트립선로에서의모드변환 접속법

Info

Publication number: KR20060092156A
Application number: KR1020060042110A
Authority: KR
Inventors: 신천우
Original assignee: 신현우; 센싱테크 주식회사
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2006-08-22
Also published as: KR100775410B1

Abstract

본 발명은 금속블럭을 이용한 비방사마이크로스트립선로에서의 모드변환접속구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 사용주파수 λ/2파장 이하의 간격을 가진 상하 접지용금속블럭 사이에 동박의 스트립선로가 패터닝된 유전체기판이 배치되고,

상기 동박의 스트립선로 양단에 능동회로를 구현하기 위한 마이크로스트립선로가 상호 결합한 구조로써 마이크로스트립선로기판 하부에 모드변환용 테퍼형금속블럭이 배치된 구조이다.

비방사마이크로스트립선로 구조에 있어서, 비방사마이크로스트립선로에서의 전계모드는 스트립선로를 중심으로 상하도체판으로 진행하고, 자계모드는 도체판을 중심으로 상하도체판 내부를 회전하는 구조로 되어 있는 전형적인 TEM기본모드를 사용하기 때문에 MMIC등의 전자부품이 부착되는 스트립선로 기판 하면에 모드변환용 테퍼형금속블럭을 부착하여 quasi-TEM에서 TEM모드로의 변환이 자연스럽게 일어나게 한다.

따라서 테퍼형 금속블럭을 이용하여 비방사마이크로스트립선로와 MMIC등의 능동소자가 부착되는 스트립선로에서 모드변환을 자연스럽게 유도할 수 있어, 마이크로파 및 밀리미터파 대역에 이르는 주파수에서 RF능동회로 및 수동회로를 제작하는 데 최적의 전송선로로 사용될 수 있을 것이다.

비방사마이크로스트립선로, 모드변환, 테퍼형금속블럭, TEM, quasi-TEM

Description

금속블럭을 이용한 비방사마이크로스트립선로에서의 모드변환 접속법{Mode- Transition Adaption Method on the Non-Radiative Microstripline}

도 1: 모드변환용 테퍼형금속블럭을 이용한 비방사마이크로스트립선로와 MMIC등의 능동소자가 부착되는 스트립선로의 접속구조

도 2: 모드변환용 테퍼형금속블럭을 이용한 비방사마이크로스트립선로와 MMIC등의 능동소자가 부착되는 스트립선로의 접속구조에 대한 주요 파라메타

도 3: 모드변환용 테퍼형금속블럭을 이용한 비방사마이크로스트립선로와 MMIC등의 능동소자가 부착되는 스트립선로의 접속구조의 단면도

도 4: 비방사마이크로스트립선로 구조의 전송선로 반사손실 특성(S11)

도 5: 비방사마이크로스트립선로 구조의 전송선로 삽입손실 특성(S21)

<세부명칭에 대한 상세한 설명>

1, 2: 접지용 상하금속판, 3: 테퍼형금속블럭, 4: 접지동박패턴, 5: 유전체기판, 6: 스트립선로, 7: MMIC(전자부품), 8: 세라믹필터, 9: 동축선로

마이크로파 및 밀리미터파 대역의 RF모듈을 소형화하기 위해서 내부회로의 입출력 전송선로 대부분을 제작이 용이하고 구조가 간단한 마이크로스트립선로를 이용하여 구현하게 된다.

종래의 마이크로스트립선로는 10GHz 이상의 주파수를 전송할 시에는 무시할 수 없는 고차모드(hybrid mode)의 발생으로 전송손실이 커지는 문제가 있으므로, 일반적으로 전자부품이 부착된 기판으로 고주파신호를 전달하기 위해서는 도파관에 마이크로스트립선로가 부착되고 있으며, 다양한 구조의 방식이 제안되고 있다.

또한 마이크로스트립선로에서는 밑판의 접지판(GND plate)위에 스트립기판을 부착한 것으로, 기판상 인쇄된 스트립을 중심으로 전계모드는 위로 방사되고, 자계모드는 회전하는 구조로써 TEM과 달리 전계모드의 밑부분이 존재하지 않는 quasi-TEM모드가 된다.

따라서 상이한 상기 두 모드를 급격한 구조의 의해 접속하면, 급격한 전자계의 변화에 의한 고차모드가 발생하며 손실이 커서 회로 구성이 용이하지 않아 상기 마이크로스트립선로 구조는 선로손실이 크게 발생하게 된다.

상기 기술된 마이크로스트립선로 구조의 단점을 보완하고 마이크로파 이상 밀리미터파 대역에서 RF회로구성이 용이하고, MMIC 등의 전자부품 탈부착이 손쉬우며, 전송손실이 없고, 전송주파수 대역이 매우 넓게 개선된 모드변환용 테퍼형금속블럭에 의한 비방사마이크로스트립선로 및 MMIC등의 능동소자가 부착되는 스트립선 로와의 접속을 효율적으로 구성하는 것을 목적으로 한다.

특허출원번호 10-2005-0077635의 비방사마이크로스트립선로 구조는 상기 종래의 마이크로스트립선로의 문제점을 극복하는 전송선로로 알려져 있다. 상기 비방사마이크로스트립선로 구조란 사용주파수의 반파장이하 간격을 가진 상하 접지용 금속판 사이에 스트립선로를 저유전율의 유전체기판 상면에 패터닝한 구조로써 고차모드의 억제 및 외부 컨넥터에 결합에 의한 임피던스 부정합 문제를 구조적으로 해결한 방법으로 알려져 있다.

상기 비방사마이크로스트립선로 구조에 있어서, 비방사마이크로스트립선로에서의 전계모드는 스트립선로를 중심으로 상하도체판으로 진행하고, 자계모드는 도체판을 중심으로 상하도체판 내부를 회전하는 구조로 되어 있는 전형적인 TEM기본모드를 사용하는 구조이다.

이에 상기 비방사마이크로스트립선로 내부에 위치한 마이크로스트립선로 하면에 모드변환용 테퍼형금속블럭을 부착하는 방법을 제안한다.

바람직하게는 MMIC등의 전자부품이 부착되는 스트립선로 기판 하면에 모드변환용 테퍼형금속블럭을 부착하여 상호모드의 상이로 인한 신호의 전송손실을 감소시키도록 구성한다.

바람직하게는 모드변환구간에 해당하는 금속블럭의 단면부는 테퍼(∠)형태로 가공하여 quasi-TEM에서 TEM모드로의 변환이 자연스럽게 일어나는 구조가 되도록 한다.

비방사마이크로스트립선로 구조에 있어서, 비방사마이크로스트립선로에서의 전계모드는 스트립선로를 중심으로 상하도체판으로 진행하고, 자계모드는 도체판을 중심으로 상하도체판 내부를 회전하는 구조로 되어 있는 전형적인 TEM기본모드를 사용하는 구조이다.

바람직하게는 상기 비방사마이크로스트립선로 구조에서 MMIC등의 전자부품(7)이 부착되는 스트립선로(6) 기판하면에 모드변환용 금속블럭(3)을 배치하고, 이후의 스트립선로(6) 기판하면에는 금속블럭(3)을 부착하지 않는 형태를 가져가 모드변환에 의한 전송손실을 줄이는 방법을 사용한다.

도 1은 모드변환용 금속블럭을 이용한 비방사마이크로스트립선로와 MMIC등의 능동소자가 부착되는 스트립선로와의 접속구조를 나타낸 것이다. 도 1에 있어서, 사용주파수의 반파장이하의 간격을 가진 접지용 상하금속판(1, 2) 사이에 저유전율의 유전체기판(5)이 위치하고, 유전체기판(5) 상면에 마이크로스트립선로(6)가 패터닝되고, MMIC부품이 부착되는 스트립선로 하부면에는 quasi-TEM에서 TEM모드로의 변환을 위한 테퍼형(∠)형태의 금속블럭(3) 및 접지동박패턴(4)을 배치한다.

도 2는 모드변환용 금속블럭을 이용한 비방사마이크로스트립선로와 MMIC등의 능동소자가 부착되는 스트립선로와의 접속구조에 대한 주요 파라메타를 나타낸 것 이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 모드변환용 금속블럭(3)의 높이는 Mt이며, 금속블럭(3)의 단면부의 테퍼형 각도는 θ로 한다. 또한 스트립선로(6)의 폭은 W, MMIC부품(7)이 부착되는 패드부와 스트립선로(6) 사이의 간격은 S로 한다.

바람직하게는 도 2에 있어서, 스트립선로(6)와 MMIC부품(7)의 부착시 W가 적을수록 전송손실(Loss) 및 리플(Ripple)이 적게 발생한다. 또한 스트립선로(6)와 MMIC사이의 간격 S가 적으면 적을 수록 손실(Loss) 및 리플(Ripple)이 적게 발생한다. 선로손실과 리플 발생을 줄이기 위해 W와 S의 간격을 각각 0.5mm이하, 0.4mm이하로 결정한다. 바람직하게는 도 2에 있어서, 금속블럭의 테퍼형 경사각도는 0도에서 90도 사이가 되도록 구성한다.

도 3은 모드변환용 금속블럭을 이용한 비방사마이크로스트립선로와 MMIC등의 능동소자가 부착되는 스트립선로와의 접속구조의 단면을 나타낸 것이다. 도 3에 의하면, A 구간은 quasi-TEM모드가 전송되는 구간이며, B 구간은 모드변환구간이며, C구간은 TEM모드 전송구간이다.

바람직하게는 A 구간에 있어서, 모드변환용 금속블럭의 높이는 Mt는 사용주파수의 ＞1/2λ(반파장 이하)의 크기로 결정한다. 또한 B구간에 있어서, A구간의 모드와 C구간의 상이한 모드의 변환이 용이하게 이루어지도록 하기 위해 금속블럭(3)이 테퍼형(∠)형태로 가공하여 B 구간으로 둔다. 특히 금속블럭의 테퍼형의 경사각도(θ)에 따라 모드변환 효율은 달라지기 때문에 사용주파수에 따라 유효한 경사각도를 결정한다.

또한 상기와 같이 비방사마이크로스트립선로 구조는 콘넥터(9) 등과 같은 TEM 모드를 사용하는 부품이나 회로와의 접속이 가능하다.

본 발명에 있어서, 도 4는 모드변환용 금속블럭을 이용한 비방사마이크로스트립선로와 MMIC등의 능동소자가 부착되는 스트립선로와의 접속구조에 있어서,

상기와 같은 비방사마이크로스트립선로 구조에 대한 전송선로의 반사손실(S11)을 나타낸 것이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 사용주파수 대역이 60GHz일 경우 스트립선로(6)의 반사손실은 -15dB임을 보여주고 있다.

도 5는 모드변환용 금속블럭을 이용한 비방사마이크로스트립선로와 MMIC등의 능동소자가 부착되는 스트립선로와의 접속구조에 있어서, 상기와 같이 개선된 비방사마이크로스트립선로 구조에 대한 전송선로의 삽입손실(S21)을 나타낸 것이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 사용주파수 대역이 60GHz일 경우 스트립선로(6)의 삽입손실은 거의 1dB이하로써, 스트립선로간 모드변환이 자연스럽게 잘 이루어짐을 보여주고 있다.

상기와 같이 본 발명의 금속블럭을 이용한 비방사마이크로스트립선로에서의 모드변환 접속구조는 밀리미터파 대역에서 사용하는 MMIC등의 전자부품을 스트립선로에 부착하여 손실 없는 능동회로를 구현할 수 있고,

광대역 특성을 가지며 선로 밖으로 방사하지 않아 전송손실도 거의 없고, 기존의 마이크로스트립 기판과 같이 부품의 탈부착이 손쉬워 회로제작이 간단하다.

또한 상기 비방사마이크로스트립선로 구조에 있어서, 비방사마이크로스트립선로에서의 전계모드는 스트립선로를 중심으로 상하도체판으로 진행하고, 자계모드는 도체판을 중심으로 상하도체판 내부를 회전하는 구조로 되어 있는 전형적인 TEM기본모드를 사용하기 때문에 MMIC등의 전자부품이 부착되는 스트립선로 기판 하면에 모드변환용 테퍼형금속블럭을 부착하여 상호모드의 상이로 인한 고차모드 발생 및 신호의 전송손실을 감소시킬 수 있다.

또한 모드변환구간에 해당하는 금속블럭의 단면부는 테퍼(∠)형태로 가공하여 quasi-TEM에서 TEM모드로의 변환이 자연스럽게 일어나는 구조이다.

Claims

금속블럭을 이용한 비방사마이크로스트립선로에서의 모드변환 접속구조에 있어서,

밀리미터파 대역의 사용주파수의 λ/2파장 이하의 간격을 가진 접지용 상하금속판 사이에 저유전율의 유전체기판이 위치하고,

상기 유전체기판 상면에 마이크로스트립선로가 배치되고,

상기 MMIC부품이 부착되는 스트립선로 기판하부면에는 접지용 동박의 박막이 부착되고,

상기 스트립선로 기판하부면에는 모드변환용 금속블럭 단면부가 테퍼형(∠)형태로 구성되는 것이 특징인 상하 접지용 금속판 내부에 위치한 금속블럭을 이용한 마이크로스트립선로에서의 모드변환 접속구조
제 1항에 있어서,

바람직하게는 모드변환을 위한 테펴형금속블럭의 높이는 Mt이며, 금속블럭의 단면부의 테퍼형 경사각도는 각각 θ로 하고,

마이크로스트립선로의 폭은 W, MMIC부품이 부착되는 패드부와 스트립선로 사이의 간격은 S로 하고,

상기 선로손실과 리플 발생을 줄이기 위해 W와 S의 간격을 각각 0.5mm이하, 0.4mm이하로 결정하고

상기 금속블럭의 테퍼형경사각도는 0도에서 90도 사이가 되도록 구성하는 것이 특징인 상하 접지용 금속판 내부에 위치한 금속블럭을 이용한 마이크로스트립선로에서의 모드변환 접속구조
제 2항에 있어서,

바람직하게는 모드변환을 위한 테퍼형금속블럭의 높이는 Mt는 사용주파수의 ＞1/2λ(반파장 이하)의 크기로 결정하는 것이 특징인 상하 접지용 금속판 내부에 위치한 금속블럭을 이용한 마이크로스트립선로에서의 모드변환 접속구조