KR20080054670A - 공통모드 여파가 가능한 고주파 전송 선로 소자 - Google Patents

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Abstract

고주파 전송 선로 소자가 개시된다. 본 고주파 전송 선로 소자는, 평형 신호 즉 차동모드 신호 전달을 위한 고주파 전송 선로 소자로서, 유전체 기판의 일면에 형성되고 고주파 전송 방향으로 연장되되 상호 이격된 적어도 2 이상의 선로 도체와, 선로 도체가 형성된 유전체 기판의 일면에 형성되고 선로 도체로부터 소정의 간격으로 이격된 접지 도체를 포함하고, 선로 도체 및 접지 도체 사이의 간격이 고주파 전송 방향을 따라 좁은 영역과 넓은 영역으로 구분되도록 접지 도체에 대향하는 상기 선로 도체의 일변 또는 선로 도체에 대향하는 접지 도체의 일변 중 적어도 하나에 단차부가 형성된 것을 특징으로 한다.
차동 모드, 공통 모드, 고주파 전송 선로

Description

공통모드 여파가 가능한 고주파 전송 선로 소자{High-Frequency Transmission Line for filtering Common Mode}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CPW형 고주파 전송 선로 소자의 사시도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 고주파 전송 선로 소자의 등가 모델이고, 도 2b 및 도 2c는 상기 등가 모델에 따른 고주파 전송 선로 소자의 상면도 및 배면도이고, 도 2d는 도 2c의 I-I 절개선에 따른 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 차단 대역 주파수를 2 GHz에 맞추어 2-셀 및 3-셀의 구조에 대한 공통·차동 모드의 전달특성 결과를 각각 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 고주파 전송 선로 소자의 다양한 실시예들을 도시한 상면도들이다.
본 발명은 고주파 전송 선로 소자에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 차동모드 신호 즉 크기가 같고 위상이 반대인 평형 신호 전달을 위한 고주파 전송 선로 소자에 관한 것이다.
연성인쇄회로(FPC; Flexible Printed Circuit)는 에폭시(Epoxy)와 같은 경질의 절연 재료로 만든 일반적인 인쇄회로기판(PCB; Printed Circuit Board)에 비해서 굴곡성(Flexibility)과 유연성을 가진 PCB이다. FPC는 3차원 입체 배선이 가능하고 제품의 소형 및 경량화가 가능할 뿐만 아니라, 굴곡에 대한 내구성이 우수하여 휴대전화, GPS 등 휴대이동통신기기, 디스플레이 및 PC의 데이터 전송을 위해 사용된다.
이러한 각종 무선통신 주파수를 사용하는 정보기기 내부에는 FPC의 특성을 이용해서 데이터를 고속으로 전송하기 위하여 직렬 데이터 전송선로를 FPC에 적용하고 있다. 예를 들어, 소형정보통신기기 및 PC의 메인보드와 내부 모듈 간의 연결을 위한 직렬 데이터 전송방식은 고화질 및 대용량의 정보를 빠르고 정확한 데이터 전송을 위해서 잡음원에 대한 면역성(Immunity)이 매우 중요하다. 그러나 소형정보통신기기/PC 내부 신호선 간의 혼선·혼신 혹은 기기 내부 방사부품에 의한 잡음원이 직렬 데이터 전송방식 선로 근처에 존재하면, 패킷 데이터의 전송 에러를 유발한다. 더욱이 최근의 휴대이동통신기기는 많은 기능을 내포하기 위해 매우 집적화되기 때문에 내장형 안테나와 같은 방사 부품과 타 부품 및 케이블 간에 대한 충분한 이격거리를 제공하지 못한다. 따라서 이격거리는 매우 근접(5mm 이내)할 수밖에 없게 되므로, 공통모드잡음(Common Mode Noise)에 대한 영향도 커질 수밖에 없다.
종래에는 이러한 문제를 해결하기 위하여 고주파 인덕터를 결합시킨 CMC(Common Mode Choke) 소자를 직렬 데이터 전송선로 양 종단에 연결하여 공통모 드잡음을 차단하고 있다. 하지만, 이 CMC는 1.8 GHz 근처 주파수에서 공통·차동 모드 임피던스 간의 차이가 현격히 줄어들게 되므로 1.8 GHz 근처 및 이후의 반송주파수(fo) 공통모드잡음 차단 효과가 줄어들게 되고, 또한 차동모드(Differential Mode) 신호의 삽입손실도 증가한다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 내장형 안테나와 같은 1.8 GHz 근처 혹은 그 이상의 고주파 잡음원을 차단하기 위해서 직렬 데이터 전송선로에 안테나 등의 fo 주파수 대역에 대한 공통모드 신호를 차단할 수 있는 고주파 전송 선로 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명에 따른 고주파 전송 선로 소자는 우(even) 모드에 대한 브래그 조건(Bragg`s condition)의 최대반사조건을 이용한 것으로서, 차동모드 신호에 대해서는 전송특성을 유지하되, 외부에서 유입된 공통모드잡음에 대해서 차단 특성을 보인다. 본 발명에 따른 고주파 전송 선로 소자를 기존 직렬 데이터 전송방식에 적용할 경우 유입되는 고주파 공통모드잡음을 차단함으로써 보다 향상된 전송 특성을 보장할 수 있다.
본 발명에 따른 고주파 전송 선로 소자는 평형 신호 즉 차동모드 신호 전달을 위한 고주파 전송 선로 소자로서, 유전체 기판의 일면에 형성되고 고주파 전송 방향으로 연장되되 상호 이격된 적어도 2 이상의 선로 도체와, 선로 도체가 형성된 유전체 기판의 일면에 형성되고 선로 도체로부터 소정의 간격으로 이격된 접지 도체를 포함하고, 선로 도체 및 접지 도체 사이의 간격이 고주파 전송 방향을 따라 좁은 영역과 넓은 영역으로 구분되도록 접지 도체에 대향하는 상기 선로 도체의 일변 또는 선로 도체에 대향하는 접지 도체의 일변 중 적어도 하나에 단차부가 형성된 것을 특징으로 한다.
여기서, 단차부는 고주파 전송 방향을 따라 주기적으로 반복되어 형성된 것이 바람직하고, 특히 차단하고자 하는 공통모드 주파수의 파장을 λg라고 할 때 단차부는 λg/4의 길이를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 접지 도체는 선로 도체 각각의 일측에 형성된 제1 접지 도체 및 제2 접지 도체를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 고주파 전송 선로 소자는 유전체 기판의 일면에 대향하는 타면에 접속 도체를 포함할 수 있으며, 이 경우 접속 도체의 양단은 유전체 기판을 경유하여 제1 접지 도체 및 상기 제2 접지 도체에 각각 접속되는 것이 바랍직하다. 또한, 유전체 기판을 유연성 재질로 형성함으로써 FPC에 적용할 수도 있다.
또한, 본 발명에 따른 고주파 전송 선로 소자는, 유전체 기판의 일면에 형성되고 고주파 전송 방향으로 연장되며 서로 이격된 적어도 2 이상의 선로 도체와, 유전체 기판에 선로 도체로부터 이격되어 형성된 접지 도체를 포함하고, 외부에서 유입되는 공통모드 잡음을 제거하기 위하여 상기 선로 도체 또는 상기 접지 도체 중 적어도 하나에 공통모드에 대한 임피던스 변화부가 형성된 것을 특징으로 한다. 특히, 본 발명은 CPW 구조 또는 마이크로 스트립 구조 모두에 적용이 가능하다. 접지 도체가 선로 도체와 유전체 기판의 동일면에 형성되는 CPW 구조인 경우, 임피던스 변화부는 상기 선로 도체들 사이의 간격, 선로 도체들 각각의 선폭, 또는 선로 도체와 상기 접지 도체 사이의 간격 중 적어도 하나를 변화시켜 형성될 수 있다. 또한, 접지 도체 및 선로 도체가 각각 유전체 기판에서 서로 대향하는 마이크로 스트립 구조인 경우, 임피던스 변화부는 선로 도체들 사이의 간격 또는 선로 도체들의 선폭 중 적어도 하나를 변화시켜 형성될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 공통모드 차단 여파기 기능을 수행할 수 있는 고주파 전송 선로 소자의 바람직한 실시예들을 설명하기로 한다.
먼저, 도 1에는 본 발명에 따른 고주파 전송 선로 소자의 사시도를 도시하였다. 도 1에서 도면 부호 10은 유전체 기판, 20은 전송선로를 구성하는 선로 도체, 30a 및 30b는 각각의 선로 도체의 일측에 형성된 제1 및 제2 접지 도체를 나타낸다. 도 1의 고주파 전송 선로 소자는 접지 도체 및 선로 도체가 유전체 기판의 동일면에 형성되는 CPW(Coplannar Waveguide) 구조로 구성된 것이며, 후술하겠지만 본 발명은 반드시 CPW 구조에 제한되지 않고 선로 도체가 형성된 유전체 기판의 일면에 대향하는 타면에 접지 도체가 형성되는 마이크로 스트립 구조이어도 무방하다. 여기서, 선로 도체(20) 및 접지 도체(30a, 30b) 사이의 간격이 고주파 전송 방향을 따라 좁은 영역(g')과 넓은 영역(g)으로 구분되도록, 선로 도체(20)에 대향하는 접지 도체(30a, 30b)의 일변에 단차부(30c)가 형성된다.
본 발명에 따른 공통모드 차단 여파 기능을 수행할 수 있는 고주파 전송 선로 소자에서, 브래그 조건의 최대 반사조건을 만족시키기 위해서 각 전송선로 구간 별 길이는 λg/4 (λg: 관내파장) 주기로 설정된다. 예컨대, 공통모드 차단 여파기의 등가모델인 도 2a를 참조하면, 각 차동 선로에서의 Zeven는 주기적으로 임피던스 값이 변화되며, Zodd는 일정한 임피던스 값을 유지함으로써 공통모드잡음을 차단한다. 이러한 불연속 구조면은 접지 도체(30a, 30b)에 주기적으로 반복되어 형성된 단차부(30c)에 의해 형성되는데, 이 불연속 구조면이 증가할수록 λg/4에 일치하는 특정주파수 대역에 대한 에너지 반사량이 커지게 된다.
도 2b 및 도 2c는 도 2a의 등가 모델에 따른 고주파 전송 선로 소자의 상면도 및 배면도이고, 도 2d는 도 2c의 I-I 절개선을 따라 절개한 단면도이다. 여기서, 각각의 접지 도체(30a, 30b)는 유전체 기판(10)의 타면에 형성된 접속 도체(40)에 의해 서로 접속된다. 도면부호 40a는 접속 도체(40)의 일단이 유전체 기판(10)을 경유하여 각각의 접지 도체(30a, 30b)에 접속되도록 형성된 비아 컨택을 가리킨다.
본 실시예에서 도시한 전송선로 형태는 CLCPW(Coupled Line Coplanar Waveguide)로써 우 모드 임피던스의 차이를 증가시키고 조절하기가 용이하여 선택되어졌다. 상술한 구조에서 Zeven = 206Ω, Zodd = 53Ω의 CLCPW 부분은 g = 600㎛, s = w = 100㎛이며, Zeven = 100Ω, Zodd = 50Ω의 CLCPW 부분은 g' = 100㎛, s = w =100㎛으로 설계하였다. 즉, 각 선로의 차동모드 임피던스는 모두 100Ω으로 일치시켰다. 그리고 특정 fo 주파수대역의 λg/4길이에 맞추어 각 전송선로를 연결함으로써 공통모드잡음의 차단 대역을 조절할 수 있다. 해석에 적용되어진 2 GHz 대역 공통모드 차단 여파기의 λg/4 길이는 26.1 mm이며, 2-셀인 경우 직렬전송선로의 길이는 78.3mm 이고, 3-셀인 경우의 길이는 130.5 mm이다.
한편, 도 2c의 접속 도체(40)는 선로 도체(20)와 접지 도체(30a, 30b) 사이의 간격이 좁은 영역(본 실시예에서 g' = 100㎛인 영역)에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 접속 도체(40)는 단차부(30c)가 형성된 영역에 배치되는 것이 바람직한데, 이는 CLCPW에서 기인하는 슬롯 모드에 의한 방사손실을 억제하기 위함이고, 나아가 접속 도체(40)와 접지 도체(30a, 30b) 사이의 비아 컨택(40a)이 형성될 영역을 최대한 확보하기 위함이다.
또한, 본 발명에 따른 고주파 전송 선로 소자는, FPC에 적용하기 위하여 유연성 재질 예컨대 폴리이미드 재질의 유전체를 기판(10)으로 사용할 수 있으며, 폴리이미드 재질의 기판(10)의 일면에 선로 도체(20) 및 접지 도체(30a, 30b)가 부착되고, 기판(10)의 타면에는 접속 도체(40)가 형성되며, 이 접속 도체(40)가 비아 컨택(40a)을 통해 접지 도체(30a, 30b)와 접속된다. 이와 같이 유연성 기판 양면에 도체가 적층되어서 윗면 도체는 CLCPW, 아랫면 도체는 접속 도체로 사용되며, 본 실시예에서는 고주파 전송 선로 소자의 커버층을 포함하여 총 176㎛의 두께로 제작하였다. 이와 같이 FPC로 제작하는 경우, 특히 접속 도체(40)는 단차부(30c)에 형성되는 것이 바람직하고, 케이블의 유연성을 높이면서도 방사 손실을 최대한 억제하기 위하여 단차부 중앙 및 양단부에 각각 형성하여 도 2c와 같이 총 3개의 접속 도체(40)를 형성하는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 고주파 전송 선로 소자의 구조 해석은 안소프트(Ansoft)사의 HFSS(High-Frequency Structure Simulator)를 사용하여 수행하였다. 소자를 제작한 후 측정을 위하여 선로 양 종단에 GSGSG(G: Ground, S: Signal) 구조를 사용하여 각각의 선로의 기 모드 임피던스를 100Ω로 매칭였으며, 측정은 온-웨이퍼 탐침 측정용 GSGSG 패드(150㎛ 피치)를 통해 수행하였다. 이를 통해 4-단자 단일 종단 S-파라미터(4-port Single Ended S-parameter)를 차동 S-파라미터(Differential s-parameter)로 변환하여 결과를 확인하였다.
도 3a 및 도 3b는 차단 대역 주파수를 2 GHz에 맞추어 2-셀 및 3-셀의 구조의 공통·차동 모드의 전달특성 결과를 도시한 것이다. 먼저, 도 3a는 공통모드에 대한 삽입손실에 대한 해석 결과를 도시하고 있다. 차단 대역 주파수 2 GHz에서 2-셀인 경우 -15dB의 삽입손실을 보이며, 3-셀인 경우는 -22.5dB의 삽입손실을 나타낸다. 이러한 결과는 브래그 조건에서 불연속면이 증가하면서 특정대역 에너지의 반사량이 커지는 것과 일치한다고 할 수 있다.
도 3b는 차동모드 신호에 대한 삽입손실 및 반사손실에 대한 결과를 도시하고 있다. 삽입손실은 해석된 주파수 전 대역에서 평탄한 특성을 보이며 우수한 통과특성을 보이고 있다. 또한 차동-공통 모드 변환에 대한 S-파라미터의 결과에서 이 구조를 통한 모드 변환은 무시할 만한 수준으로 볼 수 있다. 결론적으로 실제 디지털 신호 전송에 사용되어지는 수십 MHz ~ 수백 MHz에서의 차동모드 삽입손실이 -0.5 dB내에서 유지되기 때문에 직렬 데이터 전송방식에 대한 기능과 함께 고주파 공통모드잡음을 차단할 수 있음을 알 수 있다.
지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 예컨대, 본 발명에 따른 고주파 전송 선로 소자는 2개 이상이고 짝수개인 선도 도체를 구비하여 차동모드 신호(즉, 크기가 같고 위상이 반대인 평형 신호)의 전달을 위한 고주파 전송 선로 소자에 모두 적용될 수 있다. 특히, 유전체 기판에 선로 도체에 소정의 간격으로 이격되어 형성된 접지 도체가 선로 도체와 동일면에 형성되는 CPW 구조일 수도 있고, 반대로 선로 도체가 형성된 면과 대향하는 면에 형성되는 마이크로 스트립 구조일 수도 있다. 다만, 외부에서 유입되는 공통모드 잡음을 제거하기 위하여, 상기 선로 도체 또는 상기 접지 도체 중 적어도 하나에 공통모드에 대한 임피던스 변화부가 형성된 것을 특징으로 한다.
상술한 실시예에서 단차부(30c)는 임피던스 변화부로서 기능하며, 이 임피던스 변화부는 고주파 전송 방향을 따라 주기적으로 반복되어 형성되는 것이 바람직하고, 나아가, 차단하고자 하는 공통모드 주파수의 파장을 λg라고 할 때 λg/4의 길이를 갖는 것이 더욱 바람직하다.
도 4에는 평형 신호 전달을 위한 고주파 전송 선로 소자에 임피던스 변화부를 형성한 다양한 실시예를 도시하였다. 예컨대, 도 4a에서 보듯이, 임피던스 변화부를 접지 도체에 형성하지 않고, 선로 도체(20)와 접지 도체(30) 사이의 간격을 변화시키기 위해 선로 도체(20)에 단차부(20a)가 형성될 수 있다. 또한, 도 4b에 서 보듯이, 선로 도체(20) 및 접지 도체(30) 각각에 단차부(20a, 30c)를 형성함으로써, 선로 도체(20) 및 접지 도체(30) 사이의 간격이 넓은 영역과 좁은 영역으로 구분될 수도 있다. 나아가, 도 4c에서 보듯이, 접지 도체(30)의 프로파일은 변화시키지 않고 단지 선로 도체(20)의 선폭을 변화시켜 단차부(20a)를 형성할 수도 있다.
한편, 도 4a 내지 도 4c에는 CPW 구조로 형성된 예들을 도시한 것인데, 이와는 반대로 접지 도체를 선로 도체가 형성된 유전체 기판의 일면에 형성하지 않고 그와 대향하는 타면에 형성함으로써 마이크로 스트립 구조를 구성할 수도 있다. 이 경우, 임피던스 변화부를 구성하는 단차부는, 선로 도체들 사이의 간격(s) 또는 상기 선로 도체들의 선폭(w) 중 어느 하나를 변화시키거나 선로 도체들 사이의 간격(s) 및 선로 도체들의 선폭(w) 모두를 변화시켜 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 고주파 전송 선로 소자는 기(odd) 모드 임피던스는 일정하게 유지하면서 우(even) 모드 임피던스에 대한 주기적인 변화를 이용하여 외부에서 유입되는 공통모드 잡음을 효과적으로 차단할 수 있다. 본 발명에 따른 고주파 전송 선로 소자는 브래그 조건을 적용하여 λg/4에 일치하는 주파수 대역의 공통모드잡음을 효과적으로 차단하게 된다. 특히, 3-셀 구조의 해석 결과, 1.7 GHz ~ 2.3 GHz대역의 -20dB 공통모드를 효과적으로 차단할 수 있음을 확인하였다. 이러한 잡음 차단 특성으로 인하여 고집적화 된 정보통신기기의 내장형 안테나와 같은 고주파 방사부품 및 PC 내부 적외선 통신에 의한 EMI (Electromagnetic Interference) 등 무선주파수를 사용하는 정보기기 내부의 전자파 장해 문제를 해결함으로써 향상된 데이터 전송을 보장할 수 있다.
여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 평형 신호 전달을 위한 고주파 전송 선로 소자로서,
    유전체 기판의 일면에 형성되고 고주파 전송 방향으로 연장되되 상호 이격된 적어도 2 이상의 선로 도체와,
    상기 선로 도체가 형성된 상기 유전체 기판의 상기 일면에 형성되고 상기 선로 도체로부터 소정의 간격으로 이격된 접지 도체를 포함하고,
    상기 선로 도체 및 상기 접지 도체 사이의 간격이 고주파 전송 방향을 따라 좁은 영역과 넓은 영역으로 구분되도록 상기 접지 도체에 대향하는 상기 선로 도체의 일변 또는 상기 선로 도체에 대향하는 상기 접지 도체의 일변 중 적어도 하나에 단차부가 형성된 것을 특징으로 하는 고주파 전송 선로 소자.
  2. 제1항에서, 상기 단차부는 고주파 전송 방향을 따라 주기적으로 반복되어 형성된 것을 특징으로 하는 고주파 전송 선로 소자.
  3. 제2항에서, 상기 단차부는 차단하고자 하는 공통모드 주파수의 파장을 λg라고 할 때 λg/4의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 고주파 전송 선로 소자.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에서, 상기 접지 도체는 상기 선로 도체 각각의 일측에 형성된 제1 접지 도체 및 제2 접지 도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 고주파 전송 선로 소자.
  5. 제4항에서, 상기 유전체 기판의 상기 일면에 대향하는 타면에 형성된 접속 도체를 더 포함하고, 상기 접속 도체의 양단은 상기 유전체 기판을 경유하여 상기 제1 접지 도체 및 상기 제2 접지 도체에 각각 접속되는 것을 특징으로 하는 고주파 전송 선로 소자.
  6. 제5항에서, 상기 접속 도체는 상기 선로 도체 및 상기 접지 도체 사이의 간격이 좁은 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 고주파 전송 선로 소자.
  7. 제1항에서, 상기 유전체 기판은 유연성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 고주파 전송 선로 소자.
  8. 평형 신호 전달을 위한 고주파 전송 선로 소자로서,
    유전체 기판의 일면에 형성되고 고주파 전송 방향으로 연장되며 서로 이격된 적어도 2 이상의 선로 도체와,
    상기 유전체 기판에 상기 선로 도체로부터 이격되어 형성된 접지 도체를 포함하고,
    외부에서 유입되는 공통모드 잡음을 제거하기 위하여 상기 선로 도체 또는 상기 접지 도체 중 적어도 하나에 공통모드에 대한 임피던스 변화부가 형성된 것을 특징으로 하는 고주파 전송 선로 소자.
  9. 제8항에서, 상기 임피던스 변화부는 고주파 전송 방향을 따라 주기적으로 반복되어 형성된 것을 특징으로 하는 고주파 전송 선로 소자.
  10. 제9항에서, 상기 임피던스 변화부는 차단하고자 하는 공통모드 주파수의 파장을 λg라고 할 때 λg/4의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 고주파 전송 선로 소자.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에서, 상기 접지 도체는 상기 선로 도체가 형성된 상기 유전체 기판의 상기 일면에 형성되고, 상기 임피던스 변화부는 상기 선로 도체들 사이의 간격, 상기 선로 도체들 각각의 선폭, 또는 상기 선로 도체와 상기 접지 도체 사이의 간격 중 적어도 하나를 변화시켜 형성된 것을 특징으로 하는 고주파 전송 선로 소자.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에서, 상기 접지 도체는 상기 선로 도체가 형성된 상기 유전체 기판의 일면에 대향하는 타면에 형성되고, 상기 임피던스 변화부는 상기 선로 도체들 사이의 간격 또는 상기 선로 도체들의 선폭 중 적어도 하나를 변화시켜 형성된 것을 특징으로 하는 고주파 전송 선로 소자.
KR1020060126996A 2006-12-13 2006-12-13 공통모드 여파가 가능한 고주파 전송 선로 소자 KR100844218B1 (ko)

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