KR20080012209A

KR20080012209A - 선로-도파관 변환기 및 무선 통신 장치

Info

Publication number: KR20080012209A
Application number: KR1020070076792A
Authority: KR
Inventors: 마꼬또 다나까; 가즈오끼 마쯔가따니; 이국주; 김도원; 김문일
Original assignee: 가부시키가이샤 덴소
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2007-07-31
Publication date: 2008-02-11
Also published as: JP2008042233A; KR100889654B1; CN101118981B; JP4622954B2; US7612632B2; US20080030284A1; CN101118981A

Abstract

선로-도파관 변환기는 유전체 기판(31)의 제1 면 상에 배치된 후방측 전극(32)과, 제1 면에 대향하는 유전체 기판(31)의 제2 면에 부착되고 후방측 전극(32)에 대해 도전성을 가지는 도파관(4)과, 제2 면에 있어서 도파관(4) 내부에 배치된 복수의 전극(34)을 포함한다. 전극(34)은 형상 및 사이즈가 동일하고, 전극(34) 중 인접 전극 사이의 간격이 동일하다. 하나 이상의 전극(34)이 선로(2, 5, 9 내지 12)로부터 급전될 수 있다.

도파관, 선로, 급전 전극, 통신 장치, 관통 구멍, 유전체 기판

Description

선로-도파관 변환기 및 무선 통신 장치{LINE-WAVEGUIDE CONVERTER AND RADIO COMMUNICATION DEVICE}

본 발명은 선로-도파관 변환기와, 선로-도파관 변환기를 갖춘 무선 통신 장치에 관한 것이다.

종래, 신호 선로와 도파관 사이의 전송 신호를 변환하는 선로-도파관 변환기로서 다양한 종류의 장치가 사용된다. 예를 들어, 일본 특개평8-139504A는 도파관이 패치 안테나에 의해 여진되는 선로-도파관 변환기를 개시한다. 또한 일본 특개평6-112708A는 백 쇼트(back short)가 사용되고 선로가 도파관 내의 신호 전파 방향에 측면으로 배치되는 또 다른 선로-도파관 변환기를 개시한다.

본 발명의 목적은 향상된 선로-도파관 변환기를 제공하는 것이다.

제1 태양에 따르면, 선로-도파관 변환기는, 유전체 기판의 제1 면 상에 배치된 제1 면 도전체와, 제1 면과 대향하는 유전체 기판의 제2 면에 장착되어 제1 면 도전체와 전기적으로 통신하는 도파관과, 제2 면에 있어서 도파관 내부에 배치된 복수의 전극을 포함한다. 이러한 선로-도파관 변환기에서, 전극은 형상 및 사이즈에 있어서 서로 동일하다. 이런 전극들의 인접 전극 사이의 간격은 동일하고, 하나 이상의 전극이 선로로부터 급전된다.

따라서, 동일한 형상 및 사이즈의 전극이 유전체 기판의 제2 면에 있어서 도파관 내부에 동일한 간격으로 배열되고, 제1 면 도전체는 유전체 기판의 제1 면에 부착된다. 전극은 선로로부터 급전됨으로써, 도파관은 여진된다.

복수의 전극의 총수가 2일 경우, 인접 전극 사이에는 단 하나의 간격만 존재한다. 따라서, "이런 전극들의 인접 전극 사이의 간격이 동일하다"라는 조건은 2개의 전극이 배치되는 방법에는 관계없이 만족된다. 선로의 수는 1, 2 또는 그 이상일 수도 있다. 2 이상의 급전 전극이 존재할 경우, 그들은 분리된 선로로부터 급전될 수도 있다.

이런 선로-도파관 변환기는 유전체 기판에 복수의 관통 구멍이 제공되고, 전극이 관통 구멍을 통해 제1 면 도전체와 통신하도록 구성될 수도 있다.

상기 전극 구조는 전자기 밴드갭(이하, EBG)으로 알려져 있다. EBG는, 예를 들어, 미국 특허 번호 US 6,262,495호에 개시되어 있다. EBG는 유전체 기판의 표면 상에 동일한 형상 및 사이즈의 복수의 전극을 동일한 간격으로 배치하고, 도체를 유전체 기판의 후방측 면에 부착시키고, 개별의 전극에 대해 유전체 기판을 관통하는 관통 구멍을 형성하고, 관통 구멍을 통해 후방측 면 상의 도체와 표면 상의 셀을 전기적으로 접속시킴으로써 형성되는 구조체이다.

EBG 에서, 상기 구조체는 인덕터 및 캐패시터가 연속적으로 접속되는 회로의 특성을 나타낸다. 이런 이유로, 그것은 그 LC 공진으로 인해, 그 공진 주파수의 근처에서 고 임피던스 특성을 갖는 재료(기판)가 된다. 종래에는, 그 임피던스 특성을 이용하여, EBG는 원하지 않는 방사를 억제하기 위해 안테나 그라운드 등에 응용되었다.

제1 태양은, 도파관이 EBG 구조체의 셀 사이즈를 조정함으로써 EBG 구조체의 LC 공진을 이용하여 여진될 수 있다는 발견에 기초한다. 그 결과, 광대역 선로-도파관 변환기가 실현된다.

제2 태양에 따르면, 선로-도파관 변환기는, 유전체 기판과, 유전체 기판의 제1 면 상에 배치된 제1 면 도전체와, 제1 면에 대향하는 유전체 기판의 제2 면에 부착되어 제1 면 도전체와 전기적으로 통신하는 도파관과, 제2 면에 있어서 도파관 내부에 반복되는 패턴으로 배치되는 전극을 포함한다. 하나 이상의 이런 전극들은 신호 선로로부터 급전된다.

본 발명자는 EBG 구조체의 셀 사이즈를 조정함으로써 도파관이 EBG 구조체의 LC 공진을 이용하여 여진될 수 있다는 것을 발견했다. 그 결과, 본 발명자는 광대역 선로-도파관 변환기를 실현시켰다.

셀(34) 도전용 관통 구멍(37)은 관통 구멍(37)의 위치가 허용 오차의 범위(예를 들어, 셀의 직경의 1/20) 이내에서 각각의 다른 셀(34)의 중앙부에 위치된 도통점(35)의 위치와 일치하도록 구성된다. 이런 구조로 인해, 동축 케이블(2)로부터 도파관(4)으로의 신호가 더 효율적으로 변환된다.

본 발명의 상기 및 다른 목적, 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조하여 만들어진 이하의 상세한 설명으로부터 더 명확해질 것이다.

(제1 실시예)

우선 도1을 참조하면, 무선 통신 장치(100)는 무선 회로(1), 동축 케이블을 이용한 신호 동축 케이블(2), 선로-도파관 변환기(3) 및 도파관(4)을 포함한다. 무선 회로(1)는, 예를 들어, 필터, 로컬 송신기, 주파수 변환기, 증폭기, 검파기 등을 포함하는 공지된 회로를 사용할 수도 있다. 무선 회로(1)로부터의 출력 신호는 선로-도파관 변환기(3)의 후방측 면(제1 면)에 접속된 동축 케이블(2)을 통해 선로-도파관 변환기(3)로 공급된다. 선로-도파관 변환기(3)는 동축 케이블(2)로부터의 신호를 변환하고, 선로-도파관 변환기(3)의 전방 측(제2 면) 상에 제공되는 도파관(4)으로 이를 입력한다. 역으로, 도파관(4)으로부터의 입력 신호는 선로-도파관 변환기(3)를 통과하고, 동축 케이블(2)에 의해 무선 회로(1)로 입력된다. 무 선 장치(100)의 예는 레이더 장치 및 무선 통신 기지국을 포함한다.

도파관(4)은 도2 및 도3에 도시된 바와 같이 도체 금속으로 형성되고, 그 일 단부는 선로-도파관 변환기(3)의 전방측 면과 긴밀하게 접촉된다. 선로-도파관 변환기(3)는 유전체 기판(31), 후방측 전극(32), 도파관(4)용 복수의 관통 구멍(33) 및 복수의 셀(34)을 포함한다. 후방측 전극(32)은 유전체 기판(31)의 후방측 면을 피복하는 금속막이다.

각각의, 도파관용 관통 구멍(33)이 도5에 도시된 바와 같이 후방측 면으로부터 선로-도파관 변환기(3)의 전방측 면으로 유전체 기판(31)을 관통하도록 제공된다. 도파관(4)용 관통 구멍(33)은 도파관(4)의 단면과 일치하는 사각형의 측 상의 선로 상에 동일한 간격으로 배치된다. 각각의, 도파관(4)용 관통 구멍(33)은 후방측 전극(32)에 대해 도전성을 갖는 금속막으로 피복된 내측벽을 갖는다. 도파관(4)용 관통 구멍(33) 내의 금속막은 유전체 기판(31)의 전방측 면으로 연장된다. 도파관(4)은 도파관(4)이 도파관(4)용 관통 구멍(33) 내의 금속막과 접촉되도록 유전체 기판(31)과 밀착된다. 따라서, 도파관(4)과 유전체 기판(31) 사이에 도전성이 유지된다.

각각의 셀(34)은 도전성 금속 전극이고, 도파관(4) 내부의 유전체 기판(31)의 전방측 면에 접착된다. 도4에 도시된 바와 같이, 도파관(4) 내부에 위치된 12개 셀(34)의 각각은 육각형이고, 그들은 사이즈가 동일하다. 셀(34)의 인접 셀 사이의 간격은 동일하다. 즉, 셀(34)은 도파관(4) 내부에서 반복되는 패턴으로 배치된다.

구체적으로는, 셀(34)은 유전체 기판(31)의 전방측 면 상의 도파관(4) 내부에, 도파관(4)의 장측(long side)을 따라 늘어선 5개의 셀 열로 배열된다. 각각의 열에서, 2 또는 3개의 셀이 도파관(4)의 단측(short side)을 따라 늘어선다. 개별의 셀 열 내에 포함되는 셀(34)의 수는 장측을 따라서, 셀 열의 정렬 순으로 교대로 2, 3, 2, 3 및 2이다. 따라서, 복수의 셀(34)은 벌집 구조를 형성한다.

각각의 셀(34)은 그 중앙부 내에, 예를 들어 그 중앙으로부터 셀(34)의 최대 직경의 1/20 이내의 영역 내에, 후방측 전극(32)에 대해 도전성을 제공하는 도통점(35 ;conduction point)을 갖는다.

하나의 셀(34)에만 제1 급전점(36)이 제공된다. 동축 케이블(2)로부터의 신호는 제1 급전점(36)으로부터 셀(34)로 공급된다. 도4에 도시된 바와 같이, 제1 급전점(36)이 제공된 셀은 다음의 셀들 중에 하나이다. 도파관(4) 내의 신호 전파의 방향에 수직한 유전체 기판(31)의 전방측 면 내에서, 도파관(4)의 장측의 방향을 따라서 중앙부 내에 위치되는 2개의 셀 중 하나이다. 도파관의 장측 방향은 도4에서 횡방향이다. 도파관(4) 내의 신호 전파의 방향은 도4의 가까운 측을 향한 방향이다. 제1 급전점이 제공된 셀은 급전 전극에 대응된다. 이후에, 이 셀은 급전 셀로서 언급될 것이다.

제1 급전점(36)은, 급전 셀의 도통점(35)을 통하고 도파관(4) 내의 전파 방향에 수직인 유전체 기판(31)의 전방측 면 내부에, 도파관(4)의 단측의 방향과 평행하는 직선 상에서 급전 셀의 일 단부에 배치된다. 도파관(4)의 단측의 방향은 도4에서 횡방향이다. 도5에 도시된 바와 같이, 선로-도파관 변환기(3)는 셀(34) 도전용 복수의 관통 구멍(37)과, 동축 케이블(2)용 관통 구멍(41)을 더 포함한다.

각각의, 셀을 도전용 관통 구멍(37)은 후방측 면으로부터 전방측 면으로 유전체 기판(31)을 관통하도록 제공된다. 셀을 도전용 관통 구멍(37)은 그들의 평면 배치가 셀(34)의 도통점(35)의 관통 구멍과 일치하도록 구성된다. 관통 구멍(37)의 평면 배치는 유전체 기판(31)과 평행한 평면 상의 관통 구멍의 배치를 언급한다. 셀 도전용 관통 구멍(37)의 내측벽은 후방측 전극(32)에 대해 도전성을 갖는 금속막으로 피복된다. 도파관용 관통 구멍(33) 내의 금속막은 유전체 기판(31)의 전방측 면으로 진행한다. 개별의 셀(34)은 도파관(4)용 관통 구멍(33) 내의 금속막이 도통점(35)과 접촉하도록 유전체 기판(31)과 밀착된다. 따라서, 도통점(35)을 통해 셀(34)과 유전체 기판(31) 사이에 도전성이 제공된다.

동축 케이블(2)용 관통 구멍(41)은 동축 케이블(2)을 급전 셀에 접속시키기 위해서 후방측 면으로부터 전방측 면으로 유전체 기판(31)을 관통하도록 제공된다. 동축 케이블(2)용 관통 구멍(41)은 그것의 평면 배치가 급전 셀의 제1 급전점(36)의 관통 구멍과 일치하도록 구성된다. 동축 케이블(2)의 내부 도체(21)는 동축 케이블(2)용 관통 구멍(41) 내로 삽입되고 제1 급전점(36)과 접촉하게 된다. 따라서, 내부 도체(21)와 급전 셀 사이에 도전성이 제공된다. 이때, 도전성은 내부 도체(21)를 피복하는 절연체(22) 주위에 있는 외부 도체(23)와 후방측 전극(32) 사이에 또한 형성된다. 외부 도체(23)는 절연체(24)로 피복된 그 외부를 갖는다.

통신 장치(100)에서, 신호가 무선 회로(1)로부터 동축 케이블(2)을 통해 선로-도파관 변환기(3)로 제공될 경우, 신호는 셀(34)에 의해 도파관(4)을 여진하는 신호로 변환되고 도파관(4)의 내부를 통해 관통한다.

기술된 바와 같이, 선로-도파관 변환기(3)는, 유전체 기판(31)의 후방측 면 상에 배치되고 전방측 면 상의 도파관(4)에 대해 전기적 도전성을 갖는 후방측 전극(32)과, 유전체 기판(31)의 전방측 면에 부착되고 전방측 면 상의 도파관(4) 내부에 배치되는 복수의 셀(34)을 포함한다. 이러한 선로-도파관 변환기(3)에서, 셀(34)은 형상 및 사이즈에서 서로 동일하다. 셀(34)의 인접 셀 사이의 간격은 동일하고, 셀(34) 중 하나인 급전 셀은 동축 케이블(2)의 내부 도체(21)로부터 급전될 수 있다.

상기에 기술된 바와 같이, 동일한 형상 및 사이즈의 셀(34)이 유전체 기판(31)의 전방 표면 상의 도파관(4) 내부에 동일한 간격으로 배열된다. 후방측 전극(32)이 유전체 기판(31)의 후방측 면에 부착되고, 셀(34)은 동축 케이블(2)로부터 급전된다. 따라서, 도파관(4)은 여진된다.

이러한 선로-도파관 변환기(3)에서, 유전체 기판(31)에는 셀(34) 도전용 복수의 관통 구멍(37)이 제공된다. 셀(34)은 셀(34) 도전용 관통 구멍(37)을 통해서 후방측 전극(32)과 통신한다.

상기 전극 구조체는 전자기 밴드 갭(EBG)으로서 공지된다. EBG는, 예를 들어 미국 특허 번호 제6,262,495호에 개시된다. EBG는 동일한 형상 및 사이즈의 복수의 셀(34)을 유전체 기판(31)의 표면 상에 동일한 간격으로 배치하고, 도체(32)를 유전체 기판(31)의 후방측 면에 접합하고, 유전체 기판(31)을 통과하는 개별의 셀(34)용 관통 구멍(37)을 형성하고, 관통 구멍(37)을 통해 표면 상의 셀(34)과 후 방측 면 상의 도체(32)를 전기적으로 접속시킴으로써 형성된 구조체이다.

EBG에서, 상기 구조체는 인덕터(L)와 캐패시터(C)가 연속으로 접속되는 회로의 특성을 나타낸다. 이런 이유로, 그것은 그 LC 공진을 인해 그 공진 주파수 근처에서 고 임피던스 특성을 갖는 재료(기판)가 된다. 종래에, 그 임피던스 특성을 이용하여, EBG는 원하지 않는 방사를 억제하기 위해 안테나 그라운드 등에 응용되었다.

동축 케이블(2)의 내부 도체(21)가 급전 셀에 대해 도전성을 갖는 제1 급전점(36)은 직선 상에 위치된다. 직선은 급전 셀이 후방측 전극(32)에 대해 도전성을 갖는 지점을 통하고, 도파관(4) 내의 신호 전파의 방향에 수직한 평면 내부에서 도파관(4)의 단측과 평행하다. 이런 구조로 인해, 셀(34)의 전기장은 도파관(4)의 전기장과 평행으로 여진될 수 있다. 따라서, 동축 케이블(2)로부터 도파관(4)으로의 신호가 더 효율적으로 변환될 수 있다.

급전 셀은 도파관(4) 내의 신호 전파의 방향에 수직한 평면 내부에, 도파관(4)의 장측의 방향에서 중앙에 위치된 셀(34) 중 하나이다. 이런 구조로 인해, 복수의 셀(34)에 의해 여진되는 전기장은 대칭적이어서, 임피던스 정합은 더 용이하게 성취될 수 있다.

동축 케이블(2)의 외부 도체(23)는 후방측 전극(32)에 대해 도전성을 갖는다. 내부 도체(21)는 유전체 기판(31) 내에 제공된 선로용 관통 구멍(41)을 통해 제1 면으로부터 급전 셀로 진행한다. 이런 구조로 인해, 동축 케이블(2)은 후방 단측으로부터 도파관(4) 내의 신호 전파의 방향으로 설치될 수 있다. 모든 셀(34)은 육각 형상이다. 이런 형상으로 인해, 유전체 기판(31)의 평면 전방측 면은 셀로 효율적으로 채워질 수 있다.

(제2 실시예)

도6에 도시된 바와 같이, 제2 실시예는 셀(34)용 2개의 급전점이 평형 급전을 수행하기 위해 제공되었다는 점에서, 제1 실시예와는 다르다. 구체적으로, 통신 장치(200)는 무선 회로(1), 동축 케이블(2), 선로-도파관 변환기(3) 및 도파관(4)에 추가로, 또한 동축 케이블(5)인 신호 선로를 포함한다. 무선 회로(1)로부터 선로-도파관 변환기(3)로의 급전은 동축 케이블(2) 뿐만 아니라 동축 케이블(5)을 통해 수행된다. 동축 케이블(5)은 무선 회로(1)와 선로-도파관 변환기(3)에 전기적으로 접속된다.

도7에 도시된 바와 같이, 동축 케이블(5)은 셀(34)의, 제1 급전점(36)이 제공된 급전 셀(제1 급전 셀)에 인접하는 급전 셀(제2 급전 셀) 상의 제2 급전점(38)과 접속된다. 제2 급전 셀은 제1 급전 셀과 유사하다. 즉, 제2 급전 셀은 도파관(4) 내의 신호 전파 방향과 수직한 유전체 기판(31)의 전방측 면 내부에, 도파관(4)의 장측의 방향에서 중앙에 위치된다. 도파관의 장측의 방향은 도7에서 수평 방향이다. 도파관 내의 신호 전파의 방향은 도7의 가까운 측을 향하는 방향이다.

제 2 급전 셀 상의 제2 급전점(38)의 배치는 직선 상에서 제 2 급전 셀의 단부에 배치된다. 이 직선은 제2 급전 셀의 도통점 및 제1 급전 셀의 도통점을 통과한다. 직선은 도파관(4) 내의 전파 방향에 수직인 유전체 기판(31)의 전방측 면 내부에서 도파관(4)의 단측 방향과 평행하다. 도파관(4)의 단측의 방향은 도7에서 횡방향이다. 제1 급전점(36) 및 제2 급전 점(38)은 2개의 인접 셀의, 서로로부터 가장 멀리 떨어진 단부에 제공된다.

도8에 도시된 바와 같이, 선로-도파관 변환기(3)는 동축 케이블(5)용 관통 구멍(42)을 더 포함한다. 동축 케이블(5)용 관통 구멍(42)은 동축 케이블(5)을 제2 급전 셀에 접속시키기 위해서 후방측 면으로부터 전방측 면으로 유전체 기판(31)을 관통하도록 제공된다. 선로용 관통 구멍(42)은 그 평면 배치가 제2 급전 셀의 제2 급전점(38)의 평면 배치와 일치하도록 구성된다. 동축 케이블(5)의 내부 도체(51)는 선로용 관통 구멍(42)으로 삽입되고, 제2 급전점(38)과 접촉하게 된다. 따라서, 내부 도체(51)와 제2 급전 셀 사이에 도전성이 제공된다. 또한, 내부 도체(51)를 피복하는 절연체(52) 둘레의 외부 도체(53)와 후방측 전극(32) 사이에 전기 도전성이 형성된다. 외부 도체(53)는 절연체(54)로 피복된 외부를 갖는다.

상기에 기술된 바와 같이 구성된 통신 장치(200)에서, 동축 케이블(2, 5)은 무선 회로(1)로부터 선로-도파관 변환기(3)로 급전하는 2개의 극으로서 기능한다. 상기에 기술된 바와 같이, 복수의 셀(34) 중 2개의 인접 셀이 급전 셀이다. 따라서, 제1 실시예의 효과에 추가로, 평형 급전이 성취될 수 있다.

(제3 실시예)

제3 실시예는 무선 회로(1)로부터 선로-도파관 변환기(3)로 평형 급전을 위한 선로가 동축 케이블이 아닌 동일 평면 선로라는 점에서 제2 실시예와는 다르다.

도9에 도시된 바와 같이, 통신 장치(300)는 유전체 기판(31)의 후방측 면 상에 부착된 무선 회로(1)를 포함한다. 무선 회로(1)는 후방측 면 상에 배치된 2개의 동일 평면 선로(9, 10)를 통해 선로-도파관 변환기(3)의 제1 및 제2 급전 셀에 급전하도록 구성된다. 도10에 도시된 바와 같이, 동일 평면 선로(9, 10)는 그들이 후방측 전극(32)과 접촉하지 않도록 유전체 기판(31)의 후방측 면 상의 후방측 전극(32)과 동일 평면 상에 제공된다.

도11에 도시된 바와 같이, 유전체 기판(31)은 제2 실시예의 동축 선로용 관통 구멍(41, 42)과 동일한 위치에서, 그것들 대신에 동일 평면 선로용 관통 구멍(39, 40)을 갖는다. 각각의, 동일 평면 선로용 관통 구멍(39, 40)은 후방측 면으로부터 전방측 면으로 유전체 기판(31)을 관통하도록 제공된다. 동일 평면 선로용 관통 구멍(39, 40)은 그들의 평면 배치가 각각 제1 및 제2 급전 셀의 제1 및 제2 급전점(36, 38)의 평면 배치와 일치하도록 구성된다. 동일 평면 선로용 관통 구멍(39, 40)의 내측벽은 각각 후방측 면 상의 동일 평면 선로(9, 10)에 대해 도전 성을 갖고 후방측 전극(32)에 대해 도전성을 갖지 않는 금속막으로 피복된다. 이런 금속막은 유전체 기판(31)의 전방측 면으로 진행하고, 제1 급전점(36) 및 제2 급전점(38)에 대해 각각 도전성을 갖는다. 따라서, 동일 평면 선로(9)로부터 제1 급전점(36)으로의 도전성 및 동일 평면 선로(10)로부터 제2 급전점(38)으로의 도전성이 제공된다.

(제4 실시예)

제4 실시예에서, 선로-도파관 변환기(3)는 제3 실시예의 동일 평면 선로(10) 없이 동일 평면 선로(9)를 통해서 불평형 급전을 수행한다.

도12 및 도13은 본 실시예의 실험에 사용된 선로-도파관 변환기(3)의 각각의 부분의 치수를 도시한다. 도파관(4) 내부의 유전체 기판(31)의 부분의 치수는 아래와 같다. 도파관(4)의 단측을 따르는 길이는 10.16 mm이고, 장측을 따르는 길이는 22.86 mm이다. 인접 셀의 중심 사이의 거리는 균일하게 3.29 mm이다. 인접 셀 사이의 간격은 균일하게 0.1 mm이다. 유전체 기판(31)의 비투전율은 9.8이고, 두께는 0.76 mm 이다.

동일 평면 선로(9)의 폭은 0.37 mm이다. 동일 평면 선로(9)의 폭의 방향으로 동일 평면 선로(9)와 후방측 전극(32)의 간격은 0.22 mm이다. 도파관(4) 내부의 동일 평면 선로(9)의 길이는 1.88 mm이다.

도14는 상기에 기술된 조건 하에서 행해진 시뮬레이션의 결과를 나타내는 그래프이다. 그래프의 횡축은 기가헤르츠의 주파수를 나타내고, 종축은 데시벨로 투과 특성(S21)을 나타낸다. 그래프의 실선은 본 실시예의 시뮬레이션의 결과를 나 타내고, 절선은 비교의 예로서 패치 안테나를 사용한 선로-도파관 변환기의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.

그래프에 나타난 바와 같이, 본 실시예의 선로-도파관 변환기(3)는 비교예보다 넓은 주파수 범위에 걸쳐 높은 투과 특성을 가진다. 따라서, 이 실시예의 선로-도파관 변환기(3)는 종래보다 더 넓은 범위에서 사용될 수 있다.

(제5 실시예)

제5 실시예는 무선 회로(1)로부터 선로-도파관 변환기(3)로의 평형 급전용 선로가 동축 선로가 아니라 마이크로스트립 선로라는 점에서 제2 실시예와는 다르다.

도15에 도시된 바와 같이, 통신 장치(400)는 유전체 기판(31)의 전방측 면 상에 부착된 무선 회로(1)를 갖는다. 무선 회로(1)는 전방측 면 상에 배치된 2개의 마이크로스트립 선로(11, 12)를 통해서 선로-도파관 변환기(3)의 제1 및 제2 급전 셀에 급전을 하도록 구성된다.

도16에 도시된 바와 같이, 절결부(4a, 4b)가 도파관(4)의 하부 단부에 형성된다. 이런 절결부는 마이크로스트립 선로(11) 및 마이크로스트립 선로(12)가 각각의 급전 셀에 도달하도록 유전체 기판(31)의 전방측 면에 개구를 제공하도록 형성된다. 마이크로스트립 선로(11, 12)는 각각 절결부(4a, 4b)에 의해 형성된 개구를 통해 제1 및 제2 급전점(36, 38)에 도달한다.

도17에 도시된 바와 같이, 유전체 기판(31)은 제2 실시예의 동축 선로용 관통 구멍(41 또는 42)을 갖지 않는다. 절결부(4a) 및 절결부(4b)는 각각 마이크로 스트립 선로(11, 12) 양쪽에 걸쳐있다.

이 구조로 인해, 마이크로스트립 선로(11)로부터 제1 급전점(36)으로의 도전성 및 마이크로스트립 선로(12)로부터 제2 급전점(38)으로의 도전성이 제공된다.

(제6 실시예)

제6 실시예는 제3 실시예의 동일 평면 선로(12)가 도18에 도시된 바와 같이 임피던스를 설정하는 것을 가능하게 하는 임피던스 제어 섹션(13)으로 대체된다는 점에서 제3 실시예와는 다르다. 제2 급전점(38)의 임피던스는 임피던스 제어 섹션(13)을 제2 급전점(38)에 접속함으로써 조정될 수 있다.

도19는 임피던스 제어 섹션(13)을 조정함으로써 가변적으로 설정되는 제2 급전점(38) 상의 부하를 갖는 선로-도파관 변환기(3)의 투과 특성에 대한 실험의 결과를 나타내는 그래프이다. 제2 급전점 상의 부하가 단락, 개방, 및 50ohm 으로 설정된다.

본 실험에서 사용되는 도파관(4) 내부의 유전체 기판(31)의 부분의 치수는 이하와 같다. 도파관(4)의 단측을 따르는 길이는 45mm 이고, 장측을 따르는 길이는 70mm 이다. 인접 셀의 중심 사이의 거리는 균일하게 4.7mm 이다. 인접 셀 사이의 간격은 균일하게 0.1mm 이다. WR- 137 도파관(4; 5.85 내지 8.2 기가헤르츠)이 본 실험에 사용된다.

그래프의 종축은 기가헤르츠로 주파수를 나타내고, 횡축은 데시벨로 투과 특성(S21)을 나타낸다. 그래프 내의 실선, 절선 및 길고 짧은 것이 교차하는 점선은 각각 단락, 개방, 및 50ohm으로 설정된 제2 급전점 상의 부하를 갖는 실험의 결과 를 나타낸다. 예를 들어, 7.2 기가헤르츠 근처의 주파수 밴드 내에서, 부하가 개방인 경우 신호가 충분히 전송될 수 있지만, 부하가 단락 회로화된 경우 전송될 수 없다. 7.8 내지 7.9 기가헤르츠 대역에서는, 역으로, 부하가 단락 회로화된 경우 신호가 충분히 전송될 수 있지만, 부하가 개방인 경우 전파 방사가 수행될 수 없다.

상기에 기술된 바와 같이, 임피던스 제어 섹션(13) 상의 부하가 동일 대역 내에서 개방 및 단락 사이에서 절환되는 경우, 실질적으로 선로-도파관 변환기는 그 대역 내에서 이용가능하고 이용 불가능한 사이에서 절환된다. 이런 구조로 인해, 임피던스 제어 섹션(13)은 선로-도파관 변환기(3)에 대한 스위치로서 사용될 수 있다.

임피던스가 연속적으로 변동되는 경우, 화살표(50)로 나타낸 바와 같이, 전파 방사가 불가능한 주파수 대역이 이동된다. 따라서, 선로-도파관 변환기(3)가 제조될 때 임피던스가 조절되는 경우, 이하의 것들이 실행될 수 있다. (예를 들어, 규제를 따르는 것이 바람직하기 때문에) 전파 방사가 억제되는 것이 바람직한 주파수 대역 내의 투과 특성,

(제7 실시예)

제7 실시예는 무선 회로(1)로부터의 급전이 동일 평면 선로에 의해서가 아닌 마이크로스트립 선로(11)에 의해 제1 급전점(36)으로 된다는 점에서 제6 실시예와는 다르다. 또한, 마이크로스트립 선로(12) 및 다이오드(15)가 제2 급전점(38)에 부착된다.

도20에 도시된 바와 같이, 제2 급전점(38)은 λ/4의 길이를 갖는 마이크로스트립 선로(12)의 일 단부에 접속되는데, 여기서 λ는 특수 파장이다. 마이크로스트립 선로(12)의 다른 단부는 다이오드(15)의 애노드에 접속된다. 다이오드(15)의 캐소드는 그라운드(14)에 접속된다. 다이오드(15)는 전원이 켜진 경우에, 이하의 일이 발생한다. 파장 λ에 대응하는 주파수에서 선로-도파관 변환기(3)의 투과 특성은 임피던스 제어 섹션(13)이 제6 실시예에서 개방으로 설정된 경우와 동일하다. 다이오드(15)가 꺼진 경우에, 이하의 일이 발생한다. 파장 λ에 대응하는 주파수에서 선로-도파관 변환기(3)의 투과 특성은 임피던스 제어 섹션(13)이 제6 실시예에서 단락로 설정된 경우와 동일하다.

상기에 기술된 바와 같이, 마이크로스트립 선로(12)의 길이가 조정되는 경우, 선로-도파관 변환기(3)는 다이오드(15)를 온-오프 사이에서 절환함으로써 특정 주파수 대역 내에서 작동과 부작동 사이에서 절환될 수 있다. 즉, 다이오드(15)는 마이크로스트립 선로(12)의 길이에 대응하는 주파수 대역 내에서 스위치로 사용될 수 있다.

(제8 실시예)

제8 실시예는 다음의 점에서 제1 실시예와는 다르다. 선로-도파관 변환기(3)는 셀 도전용 관통 구멍(37)을 갖지 않는다. 따라서, 셀(34)은 후방측 전극(32)에 대한 도전을 위한 도통점을 갖지 않는다.

도22는 이 실시예의 선로-도파관 변환기(3)를 사용하여 신호 반사 특성의 시뮬레이션의 결과를 나타내는 그래프이다. 그래프의 횡축은 기가헤르츠로 주파수를 나타내고, 종축은 데시벨로 반사 특성(S11)을 나타낸다. 6 내지 10 기가헤르츠 대역에서 관찰되는 바와 같이, 이 실시예의 선로-도파관 변환기(3)는 특정 주파수 대역 내에서 또한 사용될 수 있다.

(다른 실시예)

상기의 실시예는 이후에 예로서 기술되는 바와 같이 다양한 방법으로 변형될 수도 있다.

셀(34)의 사이즈는 상기에 기술된 시뮬레이션 및 실험에서 사용된 것에 제한되지 않고, 다른 다양한 사이즈가 사용될 수도 있다. 도23은 이하의 조건 하에서 12개의 개별의 육각형 셀의 사이즈와 대역폭 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 유전체 기판(31)의 비투과율은 9.8이다. 유전체 기판(31)의 두께는 1.27 mm이다. 그리고 셀 사이의 간격은 0.3 mm이다. 그래프의 횡축은 파장 λe으로 인접 셀의 중심 사이의 거리를 나눔으로써 제공된 값을 나타낸다. 그리고, 종축은 선로-도파관 변환기(3)의 작동 주파수의 대역폭을 나타낸다. 여기서, 파장 λe은 대역폭의 중심 주파수에 대응하는 유전체 기판(31) 내의 파장이다. 횡축 상의 대역폭은 중심 주파수에 대한 비율로써 표시된다. 그래프에서, 교차 표시는 상기에 기술된 시뮬레이션의 결과를 나타내는 값을 표시하고 실선은 그것에 대한 대략의 커브이다. 그리고, 절선은 비교의 예로서 패치 안테나를 사용하는 선로-도파관 변환기에 대한 실험의 결과를 나타낸다.

이 그래프로부터 명확해지는 바와 같이, 인접 셀의 중심 사이의 거리가 0.16λe를 초과할 경우, 선로-도파관 변환기(3)의 주파수 대역은 패치 안테나가 사용된 경우보다 더 넓어지게 된다.

도24에 도시된 바와 같이, 급전 셀 상의 급전점은 급전점이 이하의 직선(60) 상에 위치되는 한, 제1 실시예와 같이 급전 셀의 단부에 배치될 필요가 없다. 급전 셀의 도통점(35)을 통하고, 도파관(4)에서 전파의 방향에 수직한 유전체 기판(31)의 전방측 면 내부의, 도파관(4)의 단축과 평행한 직선을 의미한다. 급전점이 급전 셀의 단부에 위치되지 않는 경우조차도, 그것이 실질적으로 이 직선(60) 상에 위치되는 한(즉, 허용 오차의 범위 내에 있는 한), 이하가 수행될 수 있다. 전극의 전기장은 도파관의 전자장과 평행하게 여진될 수 있다. 따라서, 선로로부터 도파관으로의 신호는 효율적으로 변환될 수 있다. 선로-도파관 변환기(3)의 입력 임피던스는 급전점이 후방측 전극(32)에 대한 도전을 위한 도통점(35)에 근접해질수록 낮아진다. 따라서, 입력 임피던스는 직선(60) 상의 급전점을 이동시킴으로써 원하는 값으로 설정될 수 있다.

복수의 셀(34)은 육각형일 필요가 없다. 대신에, 그들은 도25에 도시된 바와 같이 복수의 삼각 셀(71) 또는 도26에 도시된 바와 같이 복수의 사각형 셀(81)로서 실현될 수도 있다. 또한 이런 경우에, 이런 셀의 중앙 부분(72, 82)은 후방측 전극(32)에 대한 도전을 위한 도통점일 수도 있다. 도파관(4)의 신호 전파의 방향과 수직한 유전체 기판(31)의 전방측 면 내부에서 도파관(4)의 장축의 방향에서 중앙에 위치된 2개의 셀(73, 74, 83, 84)의 하나 또는 둘 모두가 급전 셀일 수도 있다.

셀이 동일한 형상 및 동일한 사이즈를 갖고 이런 형상은 평면이 셀로 가득 채워질 수 있도록 된 경우, 평면은 셀로 효율적으로 채워질 수 있다. 셀은 이러한 형상일 필요는 없다. 예를 들어, 그것은 원형일 수도 있고, 그들은 그들의 단부에서 미세한 리세스 및 돌출부를 갖는 형상일 수도 있다.

셀(34)의 수 및 배치는 상기의 실시예와 같은 필요는 없다. 그들이 실질적으로 동일한 형상 및 실질적으로 동일한 사이즈로 되어 있고 인접 셀 사이가 실질적으로 동일한 간격으로 되어 있는 한, 그들의 수 또는 배치에는 제한이 없다.

후방측 전극(32)에 대한 도전을 위한 도통점(35)이 각각의 셀(34)의 중앙에 위치할 필요는 없다. 도파관(4)은 선로-도파관 변환기(3)의 일부로서 고려될 수도 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 통신 장치의 개략도.

도2는 제1 실시예의 선로-도파관 변환기 및 도파관의 사시도.

도3은 제1 실시예의 도파관을 투과적으로 도시하는 사시도.

도4는 제1 실시예의 선로-도파관 변환기 및 투과적으로 도시된 도파관의 평면도.

도5는 도4의 라인 IV-IV를 따라 취해진 통신 장치의 단면도.

도6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 통신 장치의 개략도.

도7은 제2 실시예의 선로-도파관 변환기 및 투과적으로 도시된 도파관의 평면도.

도8은 도7의 라인 Ⅷ-Ⅷ를 따라 취해진 통신 장치의 단면도.

도9는 유전체 기판의 후방측 면으로부터 바라본, 본 발명의 제3 실시예에 따른 통신 장치의 개략도.

도10은 제3 실시예의 유전체 기판의 후방측 면 상의 선로 및 후방측 전극의 확대도.

도11은 도9의 라인 XI-XI를 따라 취해진 통신 장치의 단면도.

도12은 본 발명의 제4 실시예의 실험에서 사용된 통신 장치의 도파관 및 셀의 평면도.

도13은 제4 실시예의 실험에서 사용된 선로 및 후방측 전극의 평면도.

도14는 제4 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.

도15는 유전체 기판의 전방측 면으로부터 바라본, 본 발명의 제5 실시예에 따른 통신 장치의 개략도.

도16은 제5 실시예의 도파관을 투과적으로 도시하는 사시도.

도17은 도15의 라인 XⅦ-XⅦ를 따라 취해진 단면도.

도18은 본 발명의 제6 실시예의 선로-도파관 변환기의 후방측 면의 확대도.

도19는 제6 실시예에서, 여러가지의 임피던스에 있어서 선로-도파관 변환기의 투과 특성을 나타내는 그래프.

도20은 본 발명의 제7 실시예에 따른 도파관 및 선로-도파관 변환기의 전방측 면을 도시하는 개략도.

도21은 본 발명의 제8 실시예에 따른 도파관 내부의 선로-도파관 변환기의 확대도.

도22는 제8 실시예의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프.

도23은 제8 실시예의 육각형 셀의 사이즈와 대역폭(bandwidth) 사이의 관계를 나타내는 그래프.

도24는 급전점(feeding point)의 위치의 편차의 확대도.

도25는 삼각 형상인 셀의 평면도.

도26은 사각 형상인 셀의 평면도.

Claims

선로-도파관 변환기이며,

유전체 기판(31)과,

상기 유전체 기판(31)의 제1 면 상에 배치된 제1 면 도전체(32)와,

상기 제1 면에 대향한 상기 유전체 기판(31)의 제2 면에 부착되고 상기 제1 면 도전체(32)에 대해 도전성을 갖는 도파관(4)과,

상기 제2 면에 있어서 상기 도파관(4) 내부에 배치된 복수의 전극(34, 71, 81)을 포함하고,

상기 복수의 전극(34, 71, 81)은 형상과 사이즈가 동일하고,

상기 복수의 전극(34, 71, 81)의 인접 전극 사이의 간격이 동일하고,

상기 복수의 전극(34, 71, 81) 중 하나 이상의 전극이 선로(2, 5, 9 내지 12)로부터 급전되는 급전 전극인 선로-도파관 변환기.
제1항에 있어서, 상기 유전체 기판(31)은 복수의 관통 구멍(37)이 제공되고,

상기 복수의 전극(34, 71, 81)은 상기 복수의 관통 구멍(37)을 통해 상기 제1 면 도전체(32)에 대해 도전성을 갖는 선로-도파관 변환기.
제2항에 있어서, 상기 복수의 관통 구멍(37)은 각각 상기 복수의 전극(34, 71, 81)의 중앙 부분과 위치가 일치하는 선로-도파관 변환기.
제2항에 있어서, 상기 급전 전극은 상기 제1 면 도전체(32)에 대해 도전성이 제공되는 지점을 통하고 상기 도파관(4) 내의 신호 전파의 방향에 수직한 평면내의 도파관(4)의 단축과 평행한 직선(60) 상의 지점이며, 상기 선로(2, 5, 9 내지 12)는 상기 급전 전극에 대해 도전성을 갖는 선로-도파관 변환기.
제1항에 있어서, 상기 복수의 전극(34, 71, 81)은 상기 제1 면 도전체(32)에 대해 도전성을 갖지 않는 선로-도파관 변환기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전극(34, 71, 81) 중 2개의 인접 전극의 각각이 상기 급전 전극인 선로-도파관 변환기.
제6항에 있어서, 상기 급전 전극 중 하나에 접속된 부하(13, 15)를 더 포함하는 선로-도파관 변환기.
제7항에 있어서, 상기 부하(13, 15)는 개방 상태와 단락 상태 사이에서 절환 가능한 선로-도파관 변환기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전극(34, 71, 81) 중에서, 상기 도파관(4) 내의 신호 전파의 방향과 수직한 평면내의 도파관(4)의 장 측의 방향에서 중앙 부분에 위치된 전극이 상기 선로(2, 5, 9 내지 12)로부터 급전되는 선로-도파관 변환기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선로(2, 5, 9 내지 12)는 동축 선로(2, 5)의 내부 도체(21, 51)이고,

상기 동축 선로(2, 5)의 외부 도체(23, 53)는 상기 제1 면 도전체(32)에 대해 도전성을 가지며,

상기 내부 도체(21, 51)는 상기 급전 전극에 대해 도전성을 가지는 선로-도파관 변환기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선로(2, 5, 9 내지 12)는 상기 제2 면 상에 배치된 마이크로스트립 선로(11, 12)이고,

상기 도파관(4)에는 상기 제2 면과 상기 도파관(4) 사이에 개구를 제공하는 절결부(4a, 4b)가 제공되고,

상기 마이크로스트립 선로(11, 12)는 상기 개구를 통과하고, 상기 급전 전극에 대해 도전성을 가지는 선로-도파관 변환기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선로(2, 5, 9 내지 12)는 상기 제1 면 상에 제공된 동일 평면 선로(9, 10)이고,

상기 동일 평면 선로(9, 10)는 상기 제1 면으로부터 상기 유전체 기판(31) 내에 형성된 관통 구멍(39, 40)을 통과하고 상기 급전 전극에 대해 도전성을 가지는 선로-도파관 변환기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전극(71)은 삼각 형상으로 된 선로-도파관 변환기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전극(81)은 사각 형상으로 된 선로-도파관 변환기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전극(34)은 육각 형상으로 된 선로-도파관 변환기.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 전극(34, 71, 81)의 인접 전극의 중심 사이의 거리는, 상기 선로-도파관 변환기의 작동 주파수에 대응하는 상기 유전체 기판(31)내의 파장(λe)의 0.16배 이상인, 선로-도파관 변환기.
선로-도파관 변환기이며,

유전체 기판(31)과,

상기 유전체 기판(31)의 제1 면 상에 배치된 제1 면 도전체(32)와,

상기 제1 면에 대향하는 상기 유전체 기판(3)의 제2 면에 부착되고, 상기 제 1 면 도전체(32)에 대해 도전성을 가지는 도파관(4)과,

상기 제2 면에 있어서 상기 도파관 내부에서 반복적인 패턴으로 배치된 전극(34, 71, 81)을 포함하며,

상기 복수의 전극(34, 71, 81) 중 하나 이상의 전극은 선로(2, 5, 9 내지 12)로부터 급전되는 급전 전극인, 선로-도파관 변환기.
제1항 내지 제5항 또는 제17항 중 어느 한 항의 선로-도파관 변환기를 포함하는 무선 통신 장치.