KR20220042999A - Non-galvanic interconnect for planar rf devices - Google Patents

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KR20220042999A
KR20220042999A KR1020210044803A KR20210044803A KR20220042999A KR 20220042999 A KR20220042999 A KR 20220042999A KR 1020210044803 A KR1020210044803 A KR 1020210044803A KR 20210044803 A KR20210044803 A KR 20210044803A KR 20220042999 A KR20220042999 A KR 20220042999A
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미하일 니꼴라예비치 마쿠린
엘레나 알렉산드로브나 쉐펠레바
이종민
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삼성전자주식회사
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Abstract

The present invention relates to a radio frequency (RF) system comprising two planar RF devices coupled by a non-galvanic interconnect. According to various embodiments, the two planar RF devices are separated by a dielectric layer, each RF device having a plurality of pads disposed on a surface and surrounded by a common electrode serving as a grounded metal shield. Here, the pad of the first RF device and the pad of the second RF device face each other, and capacitive coupling is implemented between the pads. The present invention can reduce the complexity and size of the system and provide a more reliable and easily producible interconnect between the elements of the RF system.

Description

평면형 무선주파수 장치를 위한 비-갈바닉 인터커넥트 장치{NON-GALVANIC INTERCONNECT FOR PLANAR RF DEVICES}NON-GALVANIC INTERCONNECT FOR PLANAR RF DEVICES

본 발명은 무선 공학(radio engineering)에 관한 것으로, 특히, 비-갈바닉 인터커넥트(non-galvanic interconnect)를 통해 결합된 2개의 평면 RF 장치를 포함하는 RF 시스템에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to radio engineering, and more particularly, to an RF system comprising two planar RF devices coupled via a non-galvanic interconnect.

현재, mm-wave 안테나는, 예를 들면, 5G(28GHz), WiGig(60GHz), Beyond 5G(60GHz), 6G(sub-THz 범위), 장거리 무선 전력전송(long-distance wireless power transmission), LWPT(24GHz), 자동차 레이더 시스템(24GHz, 79GHz) 등과 같은 새롭고 유망한 데이터 전송 표준의 통신 시스템과 같은 다양한 기술 분야에서 응용이 지속적으로 확대되고 있다. Currently, mm-wave antennas are, for example, 5G (28 GHz),  WiGig (60 GHz), Beyond 5G (60 GHz),   6G (sub-THz   range), long-distance wireless power transmission,   LWPT (24 GHz) and automotive radar systems (24 GHz,   79 GHz), such as communication systems of new and promising data transmission standards, applications continue to expand in various fields of technology.

이러한 모든 응용 분야에서, 안테나 어레이에 대해 대량 생산 및 동작을 보장하기 위해서는 다음과 같은 요구 사항이 적용된다:In all these applications, the following requirements apply to ensure high-volume production and operation of the antenna array:

- 무선 주파수 집적회로(radio frequency integrated circuit: RFIC)의 정밀한 조립;-Precise assembly of radio frequency integrated circuits (RFICs);

- 낮은 상호연결 손실;- Low Interconnection loss;

- 저렴하고 컴팩트한 구조;- Inexpensive and compact structure;

- 간단한 조립 절차;- Simple Assembly Procedure;

- 컴팩트한 전원 공급 시스템;- Compact power supply system;

- 높은 효율, 등.- high  efficiency, etc.

종래 기술은 갈바닉 접촉(galvanic contact)을 사용하여  RFIC를 mm-wave 안테나 어레이(안테나)와 연결하고 그것을 인쇄회로기판에 장착한다. 이러한 갈바닉 접촉의 가장 일반적인 예는 BGA(ball grid array: 볼 그리드 어레이) 및 플립-칩(flip-chip: 표면 실장 방법)이다. 플립-칩은 또한 C4(controlled collapse chip connection)라고도 지칭된다.The prior art uses a galvanic contact to connect the RFIC with a mm-wave antenna array (antenna) and mount it on a printed circuit board. The most common examples of such galvanic contacts are ball grid array (BGA) and flip-chip (surface mount method). Flip-chip is also referred to as C4 (controlled collapse chip connection).

BGA는 인쇄회로기판(PCB)의 캐리어에 집적회로를 장착하는데 사용되는 표면 실장 패키징(surface-mount packaging)의 하나의 유형이다.BGA is a type of surface-mount packaging used to mount integrated circuits on carriers of printed circuit boards (PCBs).

플립-칩은 집적회로를 패키징하는 하나의 방법으로, 칩이 그 칩 패드에 직접 제공된 범프들(bumps) 위에 장착되어 있다.Flip-chip is one method of packaging integrated circuits, in which the chip is mounted on bumps provided directly on its chip pad.

이러한 접근 방식은 진동, 열 팽창, 기계적 응력 등으로 인해, 예를 들어, 연결되는 구성 요소들(RFIC와 안테나, 또는 RFIC와 PCB) 사이의 갈바닉 연결(galvanic connections)을 손상시킨다는 문제를 갖는다. 또한 가열 시 연결된 구성 요소들의 부정확한 조립 또는 고르지 않은 열 팽창이 발생하여 부품 패드들의 상대적인 이동을 야기할 수도 있다. 이것은 연결된 구성 요소들 간의 RF 전이 파라미터(RF transition parameters)를 변경시키고 손실을 증가시키거나 접촉 고장을 발생시킨다. 따라서 종래의 기술은, 특히 마이크로파의 경우에는, 낮은 신뢰성과 정확성을 갖는 것을 확인할 수 있다.This approach has the problem of damaging the galvanic connections between, for example, the components being connected (RFIC and antenna, or RFIC and PCB) due to vibration, thermal expansion, mechanical stress, etc. Also, when heating, incorrect assembly or uneven thermal expansion of the connected components may occur, causing relative movement of the component pads. This changes the RF transition parameters between the connected components and increases losses or causes contact failure. Therefore, it can be confirmed that the prior art has low reliability and accuracy, particularly in the case of microwaves.

한편, 단위 부피 및 장비 중량 당 기능을 더 증가시키려는 욕구는 스위칭 리드의 수를 늘리고, 전도 경로의 길이를 줄이며, 접촉 간격을 감소시키는 것을 수반하는데, 이것은 다시 RF 장비의 구성 요소들 간의 접촉의 정밀도와 신뢰성에 대한 요구 사항을 증가시킨다.On the other hand, the desire to further increase the function per unit volume and weight of equipment entails increasing the number of switching leads, reducing the length of the conduction path, and reducing the contact spacing, which, in turn, is the precision of the contact between the components of the RF equipment. and increasing the requirements for reliability.

전술한 접근법의 또 다른 단점은, 칩을 납땜(soldering) 한 후에 그 납땜 결함을 감지하기가 매우 어렵다는 것이다. 엑스레이 또는 특수 현미경을 사용하여 이 문제를 해결하는 것이 일반적이지만, 이것들은 비용이 많이 든다.Another disadvantage of the above approach is that it is very difficult to detect the soldering defects after soldering the chip. It is common to use x-rays or special microscopes to solve this problem, but these are expensive.

미국 공개 특허 US20170345761A1은 제 1 다이, 제 2 다이, 제 3 다이, 몰딩 컴파운드, 제 1 재배선 층, 안테나 및 전도성 요소를 포함하는 패키지 구조를 개시한다. 제 1 다이, 제 2 다이 및 제 3 다이는 몰딩 컴파운드로 몰딩 된다. 제 1 재배선 층은 몰딩 컴파운드 상에 배치되고 제 1 다이, 제 2 다이 및 제 3 다이에 전기적으로 연결된다. 안테나는 몰딩 컴파운드 상에 위치하고 제 1 다이, 제 2 다이 및 제 3 다이에 전기적으로 연결 되는데, 여기서, 제 1다 이와 안테나 사이의 전기적 연결 경로의 거리는 제 2 다이와 안테나 사이의 전기적 연결 경로 및 제3 다이와 안테나 사이의 전기적 연결 경로의 거리보다 작거나 같다. 전도성 요소들은 제 1재배선 층에 연결되고, 여기서 제 1 재배선 층은 전도성 요소와 몰딩 컴파운드 사이에 위치한다. 그러나 제어 집적회로와 안테나 PCB 간의 갈바닉 연결은 조립 품질에 민감하여 장치 작동에 영향을 줄 수 있다.US published patent US20170345761A1 discloses a package structure comprising a first die, a second die, a third die, a molding compound, a first redistribution layer, an antenna and a conductive element. The first die, the second die and the third die are molded with a molding compound. The first redistribution layer is disposed on the molding compound and is electrically connected to the first die, the second die and the third die. An antenna is positioned on the molding compound and electrically connected to a first die, a second die and a third die, wherein the distance of the electrical connection path between the first die and the antenna is the electrical connection path between the second die and the antenna and the third die. It is less than or equal to the distance of the electrical connection path between the die and the antenna. The conductive elements are connected to a first redistribution layer, wherein the first redistribution layer is positioned between the conductive element and the molding compound. However, the galvanic connection between the control integrated circuit and the antenna PCB is sensitive to assembly quality and may affect device operation.

미국 공개 특허 US20090289869A1은 칩 상에 또는 내부에 배치된 제 1공진 구조를 포함하는, 칩과 오프-칩(off-chip) 요소 사이의 전자기에너지를 결합하기 위한 안테나 구조를 개시한다. 제 1 공진 구조는 제 1 공진 주파수를 갖도록 구성된다. 안테나 구조는 또한 오프-칩 소자 상에 또는 내부에 배치된 제 2 공진 구조를 포함한다. 제 2 공진 구조는 제 1 공진 주파수와 실질적으로 동일한 제 2 공진 주파수를 갖도록 구성된다. 제 1 공진 구조 및 제 2 공진 구조는 서로의 근접 필드(near field) 거리 내에 상호 배치되어 칩과 오프-칩 소자 사이에 전자기에너지를 전달 하도록 구성된 결합 안테나 구조를 형성한다. 전자기에너지는 마이크로파에서 밀리미터 미만의 파장 범위에서의 선택된 파장으로 전달된다. 상기 요소들 사이의 비-갈바닉 인터커넥트는 협-대역을 갖는 두 개의 코일 공진기에 의한 실질적으로 유도성 결합(inductive coupling)을 포함한다. 상기 구조는 mm-wave 동작을 지원하지 않는다.US published patent US20090289869A1 discloses an antenna structure for coupling electromagnetic energy between a chip and an off-chip element, comprising a first resonant structure disposed on or within the chip. The first resonant structure is configured to have a first resonant frequency. The antenna structure also includes a second resonant structure disposed on or within the off-chip element. The second resonant structure is configured to have a second resonant frequency substantially equal to the first resonant frequency. The first resonant structure and the second resonant structure are mutually disposed within a near field distance of each other to form a coupled antenna structure configured to transfer electromagnetic energy between the chip and the off-chip device. Electromagnetic energy is transmitted at selected wavelengths in the sub-millimeter wavelength range from microwaves. The non-galvanic interconnect between the elements includes substantially inductive coupling by a two coil resonator having a narrow-band. The structure does not support mm-wave operation.

국제 공개 특허 WO2018/097556A1은 적어도 하나의 방사 요소를 포함하는 어레이 안테나가 그 위에 배치된 안테나 기판; 및 상기 안테나 기판으로부터 적어도 미리 결정된 거리만큼 이격되고 상기 적어도 하나의 방사 요소에 대응하도록 배열된 적어도 하나의 릴레이 방사 요소를 구비하는 커버를 포함한다. 방사 요소는 전자기파 방사를 제공하기 위해 충분히 큰 크기를 가지고 있다. 상기 장치는 RFIC 와 안테나의 공동 집적(co-integration)과 같은 문제는 해결하지 못하고, 다만 플립-칩 및 BGA 기술과 같은 문제를 다루는 경향이 있다.International Patent Publication WO2018/097556A1 discloses an antenna substrate having an array antenna comprising at least one radiating element disposed thereon; and a cover spaced at least a predetermined distance from the antenna substrate and having at least one relay radiating element arranged to correspond to the at least one radiating element. The radiating element has a size large enough to provide electromagnetic wave radiation. The device does not solve problems such as RFIC and antenna co-integration, but tends to deal with problems such as flip-chip and BGA technologies.

따라서, 종래 기술에서는, RF 시스템의 요소들 사이, 예를 들어, Radio-frequency Integrated Circuit(RFIC)와 안테나 어레이 사이에서 간단하고, 신뢰할 수 있으며, 용이하게 생산 가능한 비-갈바닉 인터커넥트(non-galvanic interconnect)를 보장할 수 있는 기술을 제공하는 것이 필요하다.Thus, in the prior art, a simple, reliable and easily producible non-galvanic interconnect between elements of an RF system, for example, between a Radio-frequency Integrated Circuit (RFIC) and an antenna array. ), it is necessary to provide technology that can ensure

본 발명은 전술한 문제점들 중 적어도 일부를 극복하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to overcome at least some of the aforementioned problems.

본 발명에 따르면, 유전체 층에 의해 분리된 2 개의 평면형 RF 장치를 포함하는 무선 주파수(RF) 시스템이 제공되며, 제 1 RF 장치 및 제 2 RF 장치 각각은 표면에 배치되고 접지된 금속 차폐재로서 역할을 하는 공통 전극으로 둘러싸여 있는 다수의 패드들을 가지며, 상기 제 1 RF 장치의 패드들과 상기 제 2 RF 장치의 패드들은 서로 대면하여, 상기 패드들과 공통 전극들 사이의 용량성 결합(capacitive coupling)을 구현하고, 또한 상기 무선 주파수 시스템은 패드를 통해 상기 RF 장치들 사이에서 신호를 전송하도록 구성된다.According to the present invention, there is provided a radio frequency (RF) system comprising two planar RF devices separated by a dielectric layer, each of a first RF device and a second RF device being disposed on a surface and serving as a grounded metal shield has a plurality of pads surrounded by a common electrode that Also, the radio frequency system is configured to transmit a signal between the RF devices through the pad.

다른 실시 예에 따르면, 무선 주파수 시스템은 상기 제 1 RF 장치 및 상기 제 2 RF 장치 사이에 배치된 적어도 하나의 추가적인 인쇄회로기판을 더 포함하되, 상기 적어도 하나의 추가적인 인쇄회로기판은 그의 표면 상에 상기 제 1 RF 장치 및 상기 제 2 RF 장치의 패드들과 각각 정렬된 패드들을 가지며, 상기 적어도 하나의 추가적인 인쇄회로기판의 마주하는 표면들 상의 패드들은 비아들 및 전송 라인에 의해 상호연결 된다.According to another embodiment, the radio frequency system further comprises at least one additional printed circuit board disposed between the first RF device and the second RF device, wherein the at least one additional printed circuit board is on a surface thereof. and pads respectively aligned with the pads of the first RF device and the second RF device, wherein the pads on the facing surfaces of the at least one additional printed circuit board are interconnected by vias and a transmission line.

본 발명은 넓은 동작 대역폭을 갖는 무선 주파수 시스템의 구성 요소들의 간단하고, 콤팩트하고, 신뢰성 있고, 효율적이고, 용이하게 생산 가능한 비-갈바닉 인터커넥트를 제공한다.The present invention provides a simple, compact, reliable, efficient, and easily producible non-galvanic interconnect of components of a radio frequency system with a wide operating bandwidth.

이하, 본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예에 대한 설명에 의해 기술된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 RF 시스템의 단면도이다.
도 2는(a) 각 PCB 상에 하나의 패드를 포함하는 예시적인 실시 예에 따른 RF 시스템의 일부의 단면도, 및(b) 해당 부분의 신호 방향을 도시한다.
도 3 은 도 2a에 도시된 RF 시스템의 일부분의 등가 회로도이다.
도 4는 본 발명에 따른 RF 시스템의 단일 전이(single transition)의 구성 요소들 간의 용량성 결합의 개략도이다.
도 5는 패드의 기하학적 모양과 비아의 위치에 대한 가능한 옵션을 도시한다.
상기 도면들은 축척이 아닌 개략적으로 제시될 수 있으며, 기본적으로 본 발명의 이해를 향상시키기 위한 것임을 이해해야만 할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described by way of description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings.
1 is a cross-sectional view of an RF system according to an exemplary embodiment of the present invention.
Figure 2 shows (a) a cross-sectional view of a portion of an RF system according to an exemplary embodiment including one pad on each PCB, and (b) a signal direction of the portion.
3 is an equivalent circuit diagram of a portion of the RF system shown in FIG. 2A;
4 is a schematic diagram of capacitive coupling between components of a single transition of an RF system according to the present invention;
Figure 5 shows the possible options for the geometry of the pad and the location of the vias.
It should be understood that the drawings may be presented schematically rather than to scale, and are primarily intended to enhance the understanding of the present invention.

본 발명의 실시 예들은 여기에 설명된 것에 국한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 다른 실시 예들은 하기의 설명에 기술된 정보 및 통상의 기술의 지식에 기초하여 당해 기술분야의 전문가에게 명백하게 될 것이다.Embodiments of the present invention are not limited to those described herein, and other embodiments that do not depart from the spirit and scope of the present invention are provided to experts in the art based on the information described in the following description and the general knowledge it will become clear

본 발명은 2개의 평면 RF 장치(planar RF devices)(예를 들어, 안테나 PCB, 및 RFIC를 구비한 캐리어 제어 PCB) 사이의 갈바닉 접촉(galvanic contact)을 실질적으로 대체한다.The present invention substantially replaces galvanic contact between two planar RF devices (eg, an antenna PCB, and a carrier control PCB with RFIC).

일반적으로, 본 발명은 비-갈바닉 인터커넥트(non-galvanic interconnect)를 통해 결합된 두 개의 평면 RF 장치로 구성된 무선 주파수(RF) 시스템이다. 본 발명은 서로 다른 제조 기술로 생산될 수 있는 두 개의 평면 구조 상에 만들어진 RF 경로 부분들 사이의 전이를 기술한다. 본 발명의 다양한 예시적인 실시 예에서, 상기 RF 시스템은 다음 중 하나일 수 있다:In general, the present invention is a radio frequency (RF) system consisting of two planar RF devices coupled via a non-galvanic interconnect. The present invention describes the transition between RF path portions made on two planar structures that can be produced with different manufacturing techniques. In various exemplary embodiments of the present invention, the RF system may be one of:

- 구조적 효율성에 의한 상이한 PCB들 상에 이루어진 안테나 경로 부분들의 연결;-connection of antenna path parts made on different PCBs by structural efficiency;

- 안테나 어레이와 구성 요소들의 위상 제어 시스템의 공동 집적화(co-integration);-Co-integration of antenna array and phase control system of components;

- 상이한 기술로 제조된, 전력 분배 요소들(분배기) 및 이미터들(emitters) 시스템 등의 공동 집적화.-Co-integration of systems of power distribution elements (distributors) and emitters, etc., manufactured by different technologies.

도 1에 도시된 예시적인 실시 예에서, 상기 RF 시스템은 안테나 장치(1)로서, 유전체 층에 의해 분리된 제 1및 제 2의 두 개의 인쇄회로기판(PCB)(2, 3)을 포함하되, 제 1 PCB(2)는 시스템의 RF 경로의 일 부분과 안테나 이미터 또는 안테나 이미터들의 세트(안테나 어레이)(4)를 포함하며, 그리고 제 2 PCB(3)는 시스템의 RF 경로의 다른 부분과 제어 RFIC 칩(5)을 포함한다. 양 PCB들(2, 3) 모두는 표면에 배치되고 공통 전극에 의해 둘러싸여 있는 다수의 패드들(6)을 가지며, 제 1 PCB(2)의 패드들과 제 2 PCB(3)의 패드들은 서로 대향하여 마주보고 있는데, 즉, 제 1 PCB(2)의 패드들(6)과 공통 전극은 제 2 PCB(3)의 각각의 패드(6) 및 공통 전극 상에 배치되어 있다. 따라서, 패드들(6)과 공통 전극들은 서로에 용량성 결합을 구현한다. 또한, 제 1 PCB(2)의 패드들은 비아(7)를 통해 제 1 PCB(2)의 RF 경로에 연결되고, 제 2 PCB(3)의 패드들(6)은 유사하게 비아(7)를 통해 제 2 PCB(3)의 RF 경로에 연결되며, 이들은 궁극적으로 하나의 조인트 RF 경로를 형성한다. 따라서, 신호는 비아(7)를 통해 패드들(6)로 그리고 그로부터 전송된다.1 , the RF system is an antenna device 1 comprising first and second two printed circuit boards (PCBs) 2 , 3 separated by a dielectric layer; , the first PCB 2 comprises a part of the RF path of the system and an antenna emitter or set of antenna emitters (antenna array) 4 , and the second PCB 3 comprises the other part of the RF path of the system. part and a control RFIC chip (5). Both PCBs 2 and 3 have a plurality of pads 6 disposed on the surface and surrounded by a common electrode, and the pads of the first PCB 2 and the pads of the second PCB 3 are mutually They are opposite to each other, ie, the pads 6 and the common electrode of the first PCB 2 are disposed on the respective pads 6 and the common electrode of the second PCB 3 . Thus, the pads 6 and the common electrodes implement capacitive coupling to each other. Also, the pads of the first PCB 2 are connected to the RF path of the first PCB 2 via a via 7 , and the pads 6 of the second PCB 3 are similarly connected to the via 7 . connected to the RF path of the second PCB 3 via ?, which ultimately form one joint RF path. Thus, the signal is transmitted to and from the pads 6 via the via 7 .

본 발명의 이러한 예시적인 실시 예에서, 비-갈바닉 인터커넥트는 밀리미터 및 밀리미터 미만의 파장 범위에서 작동하도록 구성된다.In this exemplary embodiment of the present invention, the non-galvanic interconnect is configured to operate in millimeter and sub-millimeter wavelength ranges.

PCB들 사이의 간격은 스페이서들(8)에 의해 제공되고 공기로 채워질 수 있다. 스페이서들(8)은 필요한 간격 크기를 제공하기 위한 임의의 형상일 수 있다. 스페이서들(8)은 유전체로 만들어질 수 있고 상기 PCB들 사이의 어느 곳에나 배치될 수 있다. 대안으로서, 스페이서들(8)은 전도성 물질로 만들어 질 수 있고 패드들로부터 이격되어야 한다. 미래에는, PCB(및 해당 장치의 다른 구성 요소들) 사이의 간격을 화합물로 채워 외부 효과로부터 보호할 수도 있을 것이다. 대안적인 실시 예에서, PCB들 사이의 간격은 PCB들 사이의 접착제로서도 작용할 수 있는 고체 유전체로 형성될 수 있다. 본 발명에 따르면, PCB들 사이의 유전체 층은 시스템 RF 경로의 부분들 사이의 갈바닉 접촉을 방지하고, 따라서 본 발명은 갈바닉 접속에 있어 단점을 회피하도록 한다.The gap between the PCBs is provided by spacers 8 and can be filled with air. The spacers 8 may be of any shape to provide the required spacing size. The spacers 8 may be made of a dielectric and may be placed anywhere between the PCBs. Alternatively, the spacers 8 may be made of a conductive material and should be spaced apart from the pads. In the future, it may be possible to fill the gaps between the PCB (and other components of the device) with a compound to protect it from external effects. In an alternative embodiment, the spacing between the PCBs may be formed of a solid dielectric that may also act as an adhesive between the PCBs. According to the present invention, the dielectric layer between the PCBs prevents galvanic contact between parts of the system RF path, and thus the present invention avoids disadvantages in the galvanic connection.

본 발명에 따른 가장 양호한 전이(transition) 특성(최소 손실, 최대 동작 대역폭)은 생산 가능한 최소 간격으로 달성될 것이다. 이것은 최대 커패시턴스와 최소 전이 임피던스를 제공한다. 상기 간격이 공기로 채워져 있는 경우, 그의 높이가 직경의 절반 또는 패드의 최대 세로 크기의 절반 보다 크지 않아야 하는데, 이것은 대역(밴드)에서의 정합(매칭)이 가능하게 할 만큼 충분한 패드들 사이의 전기적 용량을 제공할 것이다. 상기 간격이 ε>1의 유전율(dielectric constant)을 갖는 유전체로 채워진 경우, 그 간격의 높이가 증가될 수 있다.The best transition characteristics (minimum loss, maximum operating bandwidth) according to the invention will be achieved with the smallest possible spacing. This provides maximum capacitance and minimum transition impedance. If the gap is filled with air, its height must not be greater than half the diameter or half the maximum longitudinal dimension of the pad, which is sufficient to enable matching (matching) in the band (band) of sufficient electrical power between the pads. capacity will be provided. When the gap is filled with a dielectric having a dielectric constant of ε>1, the height of the gap may be increased.

도 2a는 각 PCB 상에 하나의 패드를 포함하는 본 발명의 예시적인 실시 예에 따른 RF 시스템의 일 부분의 단면도, 즉 RF 시스템에서 단일 비-갈바닉 전이의 단면도이다. 제 1 PCB(2) 표면 상의 패드(62)는 제 2 PCB(3) 표면 상의 패드(63) 위에 배치된다. 제 1 PCB(2)의 표면 상의 패드(62)는 공통 전극(92)으로 둘러싸여 있으며, 일정 간격을 두고 그로부터 분리되어 있다. 제 2 PCB(3)의 표면 상의 패드(63)는 공통 전극(93)으로 둘러싸여 있으며, 일정 간격을 두고 그로부터 분리되어 있다. 또한, 상기 패드(62)는 비아(72) 및 전송 라인(82)을 통해 제 1 포트(first port)에 연결되는데, 본 실시 예에서는 그로부터 신호가 나온다. 마찬가지로, 상기 패드(63)는 비아(73) 및 전송 라인(83)을 통해 제 2 포트(second port)에 연결되고 그에 신호가 전달된다.2A is a cross-sectional view of a portion of an RF system according to an exemplary embodiment of the present invention including one pad on each PCB, ie, a cross-sectional view of a single non-galvanic transition in an RF system. A pad 62 on the surface of the first PCB 2 is disposed over the pad 63 on the surface of the second PCB 3 . The pad 62 on the   surface of the first PCB 2 is surrounded by the common electrode 92 and is separated therefrom at a predetermined interval. The pad 63 on the   surface of the second PCB 3 is surrounded by the common electrode 93 and is separated therefrom at a predetermined interval. In addition, the pad 62 is connected to a first port through a via 72 and a transmission line 82, from which a signal comes out in this embodiment. Similarly, the pad 63 is connected to a second port through a via 73 and a transmission line 83 and a signal is transmitted thereto.

도 2a의 비아(72) 및 비아(73)는 서로에 대해 정렬(예컨대, 동축으로) 또는 이동된다는 점에 유의하여야 할 것이다. 대안적인 실시 예에서, 이들은 정렬될 수 있다.It should be noted that vias 72 and 73 of FIG. 2A are aligned (eg, coaxially) or moved relative to each other. In an alternative embodiment, they can be aligned.

상기 패드(62, 63)들은 따라서 정렬(예컨대, 동축으로)되거나 서로에 대해 이동될 수 있다.The pads 62 , 63 may thus be aligned (eg coaxially) or moved relative to each other.

PCB들의 표면들은 유전체 층에 의해 분리되고 어떤 갈바닉 연결도 없으므로, 비-갈바닉 RF 인터커넥트(non-galvanic RF interconnect)를 형성한다.The surfaces of the PCBs are separated by a dielectric layer and there is no galvanic connection, thus forming a non-galvanic RF interconnect.

도 2a의 연결의 인터페이스는, 각각의 PCB에서, 전송 라인, 공통 전극, 정합 트랜스포머(아래에 설명됨), 전송 라인과 신호 전극 층 사이의 비아들, 및 패드를 포함한다. 각 PCB의 패드들은 용량성으로(capacitively) 결합된 전극들이다.The interface of the connection in Figure 2a includes, in each PCB, a transmission line, a common electrode, a matching transformer (described below), vias between the transmission line and the signal electrode layer, and a pad. The pads on each PCB are capacitively coupled electrodes.

도 2a에서, 상기 전송 라인은 두 개의 접지된 금속 층들 사이에 형성된 대칭형 전송 라인이다. 일반적으로, 전송 라인은 (아래 설명하는 것과 같이) 모든 유형의 것이 가능하다.In Fig. 2a, the transmission line is a symmetrical transmission line formed between two grounded metal layers. In general, transmission lines can be of any type (as described below).

각각의 신호 비아는 기판을 통해 기생 방사(parasitic radiation)(누설)을 방지하도록 접지된 금속 층을 상호 연결하는 부가적인 차폐 비아(shielding via)에 의해 둘러싸여 있다. Each signal via is surrounded by additional shielding vias interconnecting the grounded metal layer to prevent parasitic radiation (leakage) through the substrate.

도 2b는 도 2a에 도시된 안테나 장치의 일부에서의 신호 방향 및 이 부분에서의 전자기장의 분포를 보여준다. 도 2b에서 파선으로 표시된 것과 같이, 신호는 제 1 포트로부터 전송 라인(82), 비아(72), 패드(62), 유전체 층, 패드(63), 비아(73) 및 전송 라인(83)을 통해 제 2 포트로 진행한다. 이러한 조건에서 신호 전송은 최소한의 손실로 발생한다. 신호는 동일한 방식으로 반대 방향으로 전송될 수 있음에 유의하여야 할 것이다. FIG. 2B shows a signal direction in a part of the antenna device shown in FIG. 2A and a distribution of an electromagnetic field in this part. As indicated by the dashed line in FIG. 2B , the signal travels through the transmission line 82 , via 72 , pad 62 , dielectric layer, pad 63 , via 73 and transmission line 83 from the first port. through the second port. Under these conditions, signal transmission occurs with minimal loss. It should be noted that the signal can be transmitted in the opposite direction in the same way.

도 3은 도 2a에 도시된 RF 시스템의 일부의 등가 회로도이다.3 is an equivalent circuit diagram of a portion of the RF system shown in FIG. 2A.

도 3에서, L1 및 L2는 각각 제 1 PCB 및 제 2 PCB에서의 비아들 및 전송 라인 부분의 인덕턴스를 나타내고, Cpad는 두 패드 사이의 커패시턴스이고, CGND 는 각각 제 1 PCB 및 제 2 PCB에 배치된 패드들 주변의 공통 전극들 사이의 간격에서의 커패시턴스이며, Rleak는 유전체 층의 누설 임피던스이다.In FIG. 3 , L1 and L2 represent the inductance of the vias and transmission line portion in the first PCB and the second PCB, respectively, C pad is the capacitance between the two pads, and C GND is the first PCB and the second PCB, respectively is the capacitance in the gap between the common electrodes around the pads disposed on , and R leak is the leakage impedance of the dielectric layer.

L1 및 L2는 비아 직경과 전송 라인 부분의 폭을 선택하여 조절할 수 있다.L1 and L2 can be adjusted by selecting the via diameter and the width of the transmission line section.

넓은 접지 영역(및 이에 따른 캐패시턴스)은 인터커넥트의 PCB 표면들 사이의 간격으로 EM 전력 누출을 방지한다.A large ground area (and hence capacitance) prevents EM power leakage into the gap between the PCB surfaces of the interconnect.

도 2a에 도시된 부분에서 본 시스템이 제대로 작동하려면, 필요한 중심 주파수와의 공진 조건이 충족되어야 한다. 상기 부분에서의 구성 요소들의 파라미터들은 이 조건을 고려하여 선택된다.In order for the present system to function properly in the portion shown in FIG. 2A , a necessary resonance condition with the center frequency must be satisfied. The parameters of the components in the above section are selected in consideration of this condition.

시뮬레이션 1simulation 1

본원 발명자들은 140GHz 주파수(6G에 적합함)로 신호를 전송하기 위해 본 발명에 따라 단일 전이(single transition) 동작의 시뮬레이션을 수행하였다. 초기 시뮬레이션 데이터에 따르면, 반대쪽 PCB의 비아들은 패드의 중심(즉, 반대쪽)에 배치되며, PCB들 사이의 50μ 간격은 ε=2.25를 갖는 유전체로 채워진다. 시뮬레이션은 전이에서의 신호 손실은 약 1.2dB이고, 그 전이의 상대 동작 대역폭은 약 15%임을 나타냈다. 상대 동작 대역폭은 작동 대역폭 대 △F/F0 범위의 중심 주파수의 비율로 계산된다.The inventors of the present invention performed a simulation of a single transition operation according to the present invention to transmit a signal at a frequency of 140 GHz (suitable for 6G). According to the initial simulation data, the vias of the opposite PCB are placed in the center of the pad (ie opposite), and the 50μ gap between the PCBs is filled with a dielectric with ε=2.25. Simulations showed that the signal loss at the transition is about 1.2 dB, and the relative operating bandwidth of that transition is about 15%. The relative operating bandwidth is calculated as the ratio of the operating bandwidth to the center frequency in the ΔF/F 0 range.

따라서, 본 발명은 제어 요소와 안테나 어레이 사이에 비-갈바닉 인터커넥트가 제공될 수 있도록 하여, 결과적으로, 안테나 장치의 제조에 신뢰성, 효율성 및 적응성을 증가시키고, 조립의 복잡성과 지속 시간을 감소시킬 수 있으며, 이것은 결과적인 장치의 비용에 대한 이점이 있다. 본 발명에 따른 안테나 장치는 넓은 동작 대역폭, 작은 크기 및 감소된 손실을 갖는다.Thus, the present invention allows a non-galvanic interconnect to be provided between the control element and the antenna array, resulting in increased reliability, efficiency and adaptability to the manufacture of antenna devices and reducing assembly complexity and duration. , which has an advantage on the cost of the resulting device. The antenna device according to the present invention has a wide operating bandwidth, a small size and reduced losses.

각 패드에 대한 비아들의 배열은 각각의 전이에서 전자기장의 분포에 영향을 미친다는 점에 유의해야 할 것이다. 예를 들어, 패드 둘레의 길이가 슬롯 라인(패드 및 공통 전극이 전극임)의 파장의 약 절반일 경우, 이러한 슬롯 라인으로 로딩된 전이의 속성은 그러한 전기적 길이를 갖는 전송 라인에 걸쳐 개방 전이가 폐쇄 전이로 변환될 가능성 때문에 크게 변경되며(대칭성으로 인하여, 둘레 파장의 절반은 두 개의 쿼터-웨이브(¼) 파장 세그먼트를 갖는 포트를 로딩할 것이다), 이것은 작은 저항을 갖는 급전 라인(피딩 라인)을 효과적으로 로딩하고 부정합(mismatch)을 초래할 것이다. 더 복잡한 효과들 또한, 완전한 전이 구조는 네 개의 전극들(에어 갭에 의해 분리되는 두 개의 슬롯 라인들)을 갖는 라인을 포함할 것이라는 사실로 인해 가능하며, 상기 구조의 기하학적 대칭성(전극 평면에 수직인 축에 대해 대칭)을 달성하는 것은 거의 불가능한데, 이는 구조에서 다양한 유형의 파동의 여기(excitation)로 이어질 수 있다.It should be noted that the arrangement of vias for each pad affects the distribution of the electromagnetic field at each transition. For example, if the length around the pad is about half the wavelength of the slot line (the pad and common electrode being the electrode), the property of the transition loaded into this slot line is that an open transition across a transmission line having that electrical length is Because of the potential to convert to a closed transition (due to symmetry, half of the perimeter wavelength will load a port with two quarter-wave wavelength segments), which is a feed line with a small resistance (feeding line). will effectively load and cause a mismatch. More complex effects are also possible due to the fact that the complete transition structure will contain a line with four electrodes (two slot lines separated by an air gap), and the geometric symmetry of the structure (perpendicular to the electrode plane) Symmetry about the phosphorus axis) is almost impossible to achieve, which can lead to excitation of various types of waves in the structure.

상기한 전이에 있어 비아의 상대적 위치에 대한 다양한 가능한 옵션 중에서 다음과 같은 사항에 대해 특히 언급해야 할 것이다:Among the many possible options for the relative position of Via in the aforementioned transition, it should be noted in particular the following:

- 두 개의 비아 모두 반대 방향으로 이동한다;- two  vias all  move in the opposite direction;

- 두 개의 비아는 모두 중앙에 배치된다;- The two  vias are both centered;

- 두 개의 비아는 모두 같은 방향으로 이동(shifted)된다.-The two vias are all shifted in the same direction.

시뮬레이션 2simulation 2

본원 발명자들은 V 대역(40-75 GHz) 및 W 대역(75-110 GHz)에서 본 발명에 따른 단일 전이의 동작을 추가로 시뮬레이션 하였다. 이 시뮬레이션의 단일 전이(single transition)는 비아가 반대 방향으로 이동한다는 점에서 위에서 설명한 시뮬레이션 1의 단일 전이와 상이하다. 시뮬레이션에 따르면, 이러한 전이에서 신호 손실이 약 1.2dB인 반면 그 전이의 상대적 동작 대역폭은 40% 이상임을 보여준다. We further simulated the operation of a single transition according to the present invention in the V band (40-75 GHz) and the W band (75-110 GHz). The single transition in this simulation differs from the single transition in Simulation 1 described above in that the via moves in the opposite direction. Simulations show that the signal loss at this transition is about 1.2 dB, while the relative operating bandwidth of that transition is over 40%.

시뮬레이션 3simulation 3

또한, 전송 라인의 배치 및 전이에서 비아들의 이동을 위한 다양한 옵션이 시뮬레이션 되었다.  전이에 관하여 비아들 및 전송 라인의 다른 위치들을 배제하지 않으면서, 하기와 같은 상황이 시뮬레이션 되었다:In addition, various options for placement of transmission lines and movement of vias in transitions were simulated. Without excluding vias and other locations of the transmission line with respect to the transition, the following situation was simulated:

- 전이의 반대 측에 배치된 두 개의 전송 라인, 전이의 반대쪽으로 이동된 두 개의 비아:- Two transmission lines placed on opposite sides of the transition, two vias moved to opposite sides of the transition:

- 전이의 일 측에 배치된 두 개의 전송 라인, 전이의 같은 측으로 이동된 두 개의 비아;-   two   transmission lines placed on one side of the transition,   two vias moved to the same side of the transition;

- 전이의 일 측에 배치된 두 개의 전송 라인, 중앙에 배치된 두 개의 비아:- Two transmission lines placed on one side of the transition, two vias placed in the center:

- 전이의 일 측에 배치된 두 개의 전송 라인, 반대 측면으로 이동된 두 개의 비아. -   two   transmission lines placed on one side of the transition,   two vias moved to the opposite side.

시뮬레이션에 따르면, 비아의 위치가 전이의 s-파라미터에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 전술한 바와 같이, 최악의 매칭은 패드의 일 측 상에 위치한 비아들 및 피딩 라인들에 해당하는데, 여기서 전이의 로딩 되지 않은 측면은 쿼터-웨이브 파장 섹션을 통해 전이 포트에 부정합되는 한편, 최상의 매칭은 전이의 반대 측 상에 위치한 비아들 및 전송 라인들에 해당하는데, 이때 상기 포트 중의 하나는 상기 라인을 로딩하고, 반대 단부에서 그의 임피던스는 증가하고 반대편 포트에 부정합되는 것을 중단한다.According to the simulation, the position of the via has a significant effect on the s-parameter of the transition. As noted above, the worst match corresponds to the vias and feeding lines located on one side of the pad, where the unloaded side of the transition is mismatched to the transition port through the quarter-wave wavelength section, while the best match. corresponds to the vias and transmission lines located on the opposite side of the transition, where one of the ports loads the line, at the opposite end its impedance increases and stops mismatching the opposite port.

그러나 개발된 특정한 전이의 기하학적 형상(선택된 PCB 재료, 전이 요소의 크기, 사용된 전송 라인의 유형)은 그의 파라미터에 영향을 미칠 수 있으며, 비아들을 이동시키는 파라미터들은 전술한 것과는 다른 결과를 제공할 수 있다.However, the geometry of the particular transition developed (the PCB material chosen, the size of the transition element, the type of transmission line used) may affect its parameters, and the parameters moving the vias may give results other than those described above. there is.

또한, 신호 라인의 브레이크 포인트에서 기생 용량 CP는 신호 라인과 접지 사이의 전이에서 발생한다(도 4 참조)는 것을 고려해야 할 것이다. 이것은 전이 임피던스(transition impedance)를 감소시킨다. 신호 라인의 끝에서 임피던스 감소를 보상하고 임피던스를 입출력 포트 상의 초기 임피던스 값의 Zin 및 Zout으로 각각 복귀시키기 위해, 정합 트랜스포머(정합 요소)가 전송 라인의 단부에서 필요하다. 예시적인 실시 예에서, 정합 트랜스포머는 전송 라인의 단부로서 구성된 쿼터-웨이브 트랜스포머이며, 나머지 전송 라인의 폭을 초과하는 폭을 갖는다. 따라서 비아들은 전송 라인의 단부인 쿼터-웨이브 트랜스포머에 연결된다. 트랜스포머를 제공하면 전이를 전송 라인 임피던스(예컨대, 50 Ohm)과 정합시키는 것을 가능하게 만들어서, 그 전이를 보편적인 것으로 만들고 안테나 경로의 어느 지점에서나 사용할 수 있게 한다. It should also be taken into account that the parasitic capacitance C P at the breakpoint of the signal line arises at the transition between the signal line and ground (see Fig. 4). This reduces the transition impedance. A matching transformer (matching element) is needed at the end of the transmission line to compensate for the impedance drop at the end of the signal line and return the impedance to Z in and Z out of the initial impedance values on the input and output ports, respectively. In an exemplary embodiment, the matching transformer is a quarter-wave transformer configured as the end of the transmission line, and has a width that exceeds the width of the remaining transmission line. The vias are thus connected to the quarter-wave transformer, which is the end of the transmission line. Providing a transformer makes it possible to match the transition to the transmission line impedance (eg 50 Ohm), making the transition universal and usable at any point in the antenna path.

정합 트랜스포머의 최적 위치는 상기 전이에 근접한다. 상기 비아와 패드는 또한 전이 임피던스를 조절할 수 있다. 그러나 대부분의 디자인에서(예를 들어, 약 60 GHz의 범위에서), 전송 라인에서의 정합 트랜스포머는 이러한 목적에 더욱 편리한데, 이는 비아들의 직경은 표준 드릴 값들로부터 선택되고 필요한 크기보다 더 크거나 작을 수 있기 때문이다.The matching   optimum position of the transformer is close to the above transition. The vias and pads can also adjust the transition impedance. However, in most designs (eg in the range of about 60 GHz), a matching transformer in the transmission line is more convenient for this purpose, since the diameter of the vias is selected from standard drill values and may be larger or smaller than the required size. because it can

대안적인 실시 예에서, 본 발명은 "안테나-온-칩(antenna-on-chip)" 구조에 적용될 수 있다. 이 경우, 안테나는 제어 요소 칩에 직접 배치된다. 이것은 제어 요소를 포함하는 제 2 PCB 대신에, 이 실시 예는 제어 요소 칩을 직접 사용한다는 것을 의미한다. 패드들은 칩 위에 형성되며, 이들은 조립 시 안테나 어레이를 포함하는 제 1 PCB의 패드 위에 동축으로 배치된다. 이것은 안테나 장치 설계를 더욱 단순화하는 데 도움이 된다.In an alternative embodiment, the present invention may be applied to an “antenna-on-chip” structure. In this case, the antenna is placed directly on the control element chip. This means that instead of the second PCB containing the control element, this embodiment directly uses the control element chip. Pads are formed over the chip, which are coaxially disposed over the pads of the first PCB containing the antenna array upon assembly. This helps to further simplify the antenna device design.

본 발명에서, 안테나 장치에 대한 구조적, 기능적 및 기타 요구 사항에 따라서 다양한 형태의 패드 및 비아의 상대적 위치의 여러 가지 변형이 사용될 수 있다. 도 5는 패드의 몇 가지 예시적인 형태 및 비아의 위치를 보여준다.In the present invention, various variations of the relative positions of various types of pads and vias may be used depending on the structural, functional and other requirements for the antenna device. 5 shows some exemplary shapes of pads and positions of vias.

또한, 본 발명에 따른 전송 라인은 대칭형 마이크로-스트립 라인(위의 실시 예에서 개시된 것과 같은), 비-대칭형 마이크로-스트립 라인, 동축 라인, 기판 일체형 도파관(substrate integrated waveguide: SIW), 유전체 필링(dielectric filling)이 있는 도파관과 유전체 필링이 없는 도파관, 동일평면상 라인(coplanar line), 접지형 동일평면상 라인 등 중 하나로 구현될 수 있음을 유의하여야 할 것이다.In addition, the transmission line according to the present invention includes a symmetrical micro-strip line (as disclosed in the above embodiment), a non-symmetric micro-strip line, a coaxial line, a substrate integrated waveguide (SIW), a dielectric filling ( It should be noted that a waveguide with dielectric filling and a waveguide without dielectric filling may be implemented as one of a coplanar line, a grounding type coplanar line, and the like.

대안적인 실시 예에서, 전송 라인은 생략될 수도 있는데, 예컨대, RFIC 범프가 패드 그 자체로서 사용될 경우 생략될 수도 있다.In an alternative embodiment, the transmission line may be omitted, for example, if the RFIC bump is used as the pad itself.

각 PCB(전송 라인, 비아, 패드) 상에서 단일 전이를 포함하는 요소들은 그 크기가 상이할 수 있다. Elements containing a single transition on each PCB (transmission line, via, pad) may be of different sizes.

또 다른 대안적인 실시 예에 따르면, RF 시스템은 제 1및 제 2 PCB 사이에 배치된 적어도 하나의 추가적인 PCB를 가질 수 있으며, 상기 적어도 하나의 추가적인 PCB는 제 1 PCB 및 제 2 PCB의 패드와 각각 정렬되는 양 표면 상에 패드들을 갖는다. 상기 적어도 하나의 추가적인 PCB의 반대편 표면 상의 패드는 비아 및 전송 라인에 의해 상호 연결된다. 상기 적어도 하나의 추가적인 PCB에서 패드, 비아 및 전송 라인의 배열은 제 1 PCB 및 제 2 PCB에서의 이들 요소의 배열과 유사하다. 이 실시 예는 개발 및 생산 단계에서 본 안테나 장치를 다양한 구조적, 기능적 및 기타 요구 사항에 적응시키는 능력을 확장할 수 있다.According to yet another alternative embodiment, the RF system may have at least one additional PCB disposed between the first and second PCBs, wherein the at least one additional PCB comprises pads of the first and second PCBs, respectively. Have the pads on the surface to be aligned. The pads on the opposite side surface of the at least one additional PCB are interconnected by vias and transmission lines. The arrangement of pads, vias and transmission lines in the at least one additional PCB is similar to the arrangement of these elements in the first PCB and in the second PCB. This embodiment can expand the ability to adapt the present antenna device to various structural, functional and other requirements in the development and production stages.

시뮬레이션 4simulation 4

본원 발명자들은 본 발명에 따라 2 개의 인접한 단일 전이 사이의 상호 영향을 추가로 시뮬레이션 하였다. V 대역 및 W 대역에서 인접한 단일 전이 사이의 간격이 1mm 인 경우, 인접한 전이들 간의 결합 효율은 -23dB 미만이다. 140GHz 동작 주파수에 대해 인접한 단일 전이들 사이의 간격이 0.6mm인 경우, 결합 효율은 -26dB 미만이다. 이러한 결과는 이러한 전이들의 배열이 신호 전송에 사용될 수 있음을 시사한다.We further simulated the mutual influence between two adjacent single transitions according to the present invention. When the spacing between adjacent single transitions in the V band and W band is 1 mm, the coupling efficiency between adjacent transitions is less than -23 dB. For a 140 GHz operating frequency, when the spacing between adjacent single transitions is 0.6 mm, the coupling efficiency is less than -26 dB. These results suggest that this arrangement of transitions can be used for signal transmission.

시뮬레이션 5simulation 5

또한, 본원 발명자들은 간극 높이와 같은 기하학적 파라미터들의 일부를 변경하고 PCB(및 패드)를 서로에 대해 위치를 변경시키면서, 전술한 전이 특성의 안정성에 대한 시뮬레이션을 수행하였다. 이러한 변화는 필연적으로 PCB 제조 및 조립의 열등한 정확성으로 인해 초래된다. 일반적으로, 제조업자는 지정된 층 두께(스페이서의 두께) 및, 예컨대, 전이 비아들의 패드들을 에칭하는 정확도를 준수하기 위해 10 % 이상의 정확도를 보장한다. 이러한 파라미터들은 본 시뮬레이션에서 확인되었다.In addition, we performed simulations for the stability of the transition properties described above while changing some of the geometric parameters such as gap height and changing the position of the PCB (and pads) with respect to each other. These changes are inevitably caused by the poor accuracy of PCB manufacturing and assembly. In general, the manufacturer guarantees an accuracy of at least 10% to comply with the specified layer thickness (thickness of the spacer) and, for example, the accuracy of etching the pads of transitional vias. These parameters were confirmed in this simulation.

패드의 크기에 비해 10 %만큼 급전 라인들을 따라서 그리고 그것을 가로질러 제 2 PCB에 대해 시프트 된 제 1 PCB의 57-71GHz 대역에서의 전이 동작의 시뮬레이션에 따르면, 이 대역은 서로에 대해 전술한 PCB들의 시프트에도 불구하고 동작이 유지된다는 것을 보여준다. 전술한 전이의 광-대역 동작을 고려하면, 일부 시스템의 경우, 이러한 이동(또는 장치의 필요한 동작 대역에 따라서는 패드 크기에 비해 10%가 넘도록)이 전이 구조에 특히 고려될 수 있음을 지적할 가치가 있다.According to simulations of the transition behavior in the 57-71 GHz band of the first PCB shifted relative to the second PCB along and across the feed lines by 10% relative to the size of the pad, this band is the It shows that motion is maintained despite the shift. Considering the wide-band behavior of transitions described above, it should be pointed out that for some systems, this movement (or, depending on the required operating bandwidth of the device, more than 10% relative to the pad size) may be specifically considered for transition structures. It is worth  

지정된 높이에 대해 20%까지 그 갭 높이를 변경하면서 전술한 전이 동작을 시뮬레이션 한 결과, 전이 매칭 밴드는 이러한 변화에도 안정적으로 유지되는 것으로 나타났다.As a result of simulating the above-described transition behavior while changing its gap height by 20% for a given height, it was found that the transition matching band remains stable despite these changes.

따라서, 본 발명은 넓은 동작 대역폭을 갖는 간단하고, 콤팩트하고, 신뢰성 있고, 효율적이고, 용이하게 생산 가능한 안테나 장치를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a simple, compact, reliable, efficient, and easily producible antenna device having a wide operating bandwidth.

본 발명은 발전된 표준들인 5G, WiGig, Beyond 5G, 6G 등의 무선 통신 시스템에서 사용될 수 있다.The present invention can be used in wireless communication systems such as 5G, WiGig, Beyond 5G, 6G, which are developed standards.

로봇 공학 및 자율 주행 차량의 레이더 장치에 사용되는 경우, 본 발명은 장애물을 감지/회피하는 데에 사용될 수 있다.When used in robotics and radar devices in autonomous vehicles, the present invention can be used to detect/avoid obstacles.

본 발명은 또한 실외/실내, 자동차, 모바일 등 모든 유형의 LWPT 와 같은 무선 전력 전송 시스템에 적용할 수 있다. 이에 따라, 모든 시나리오에서 높은 효율의 전력 전송이 보장된다.The present invention is also applicable to all types of wireless power transmission systems such as LWPT, outdoor/indoor, automobile, and mobile. Accordingly, high-efficiency power transmission is ensured in all scenarios.

"제1", "제 2", "제3" 등과 같은 용어가 본 명세서에서 다양한 요소들, 구성 요소들, 영역들, 층 및/또는 부분들을 기술하기 위해 사용될 수 있으며, 이러한 요소들, 구성 요소들, 영역들, 층 및 부분들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다. 상기한 용어들은 단지 하나의 요소, 구성요소, 영역, 층 또는 부분을 다른 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 부분으로부터 구별하기 위해서 사용된다. 따라서, 제 1요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 제 2 요소, 구성 요소, 레지스터, 층 또는 부분으로 지칭될 수도 있다. 본 설명에서, "및/또는"이라는 용어는 각각의 나열된 참조 번호 중 하나 또는 다수의 임의의 및 모든 조합을 포함한다. 단수로 언급된 요소는, 달리 명시되지 않는 한, 복수의 요소를 배제하지 않는다.Terms such as “first,” “second,” “third,” etc. may be used herein to describe various elements, components, regions, layers, and/or portions, such elements, configuration It should be understood that elements, regions, layers and portions are not limited by these terms. The above terms are only used to distinguish one element, component, region, layer or portion from another element, component, region, layer or portion. Accordingly, a first element, component, region, layer or portion may be referred to as a second element, component, resistor, layer or portion without departing from the scope of the present invention. In this description, the term “and/or” includes any and all combinations of one or more of each recited reference number. Elements referred to in the singular do not exclude plural elements, unless otherwise specified.

상기한 설명 또는 청구항에서 단일 요소로 지정된 어떤 요소의 기능은 실제로는 해당 장치의 여러 구성 요소들에 의해 구현될 수 있으며, 반대로, 상기한 설명 또는 청구항에 지정된 요소들의 기능은 실제로는 단일 구성 요소로 구현될 수도 있다.The function of an element designated as a single element in the above description or in a claim may actually be implemented by several components of the device, and conversely, the function of an element designated in the above description or claim may actually be implemented as a single element. may be implemented.

본 개시 내용은 도면 상의 장치들을 구현하기 위한 특정 소프트웨어 또는 하드웨어를 교시하지는 않지만, 당해 기술분야의 전문가라면 본 발명의 개념은 특정 소프트웨어 또는 하드웨어에 제한되지 않으며, 기존 소프트웨어 및 하드웨어를 사용하여 본 발명을 구현할 수도 있음을 이해할 것이다. 예를 들어, 하드웨어는 하나 또는 다수의 특화된 집적회로, 디지털 시그널 프로세서, 디지털 신호 처리 장치, 프로그래밍 가능한 논리 장치, 사용자 프로그래밍 가능한 게이트 어레이, 프로세서, 컨트롤러, 마이크로 컨트롤러, 마이크로프로세서, 전자 장치, 및 본 명세서에 기술된 기능들을 수행하도록 구성된 다른 전자 모듈, 컴퓨터 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.Although this disclosure does not teach specific software or hardware for implementing the devices in the drawings, those skilled in the art will not be limited to the concept of the present invention to specific software or hardware, and existing software and hardware may be used to implement the present invention. It will be appreciated that implementations may be possible. For example, hardware may include one or more specialized integrated circuits, digital signal processors, digital signal processing devices, programmable logic devices, user programmable gate arrays, processors, controllers, microcontrollers, microprocessors, electronic devices, and the present disclosure. It may be implemented in another electronic module, a computer, or a combination thereof configured to perform the functions described in .

예시적인 실시 예들이 상세하게 설명되고 첨부된 도면에 도시되었지만, 그러한 실시 예들은 단지 예시적인 것이며 더 넓은 범위의 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 본 발명은 다양한 다른 변형이 당해 기술분야의 전문가에게 자명할 수 있기 때문에 상기와 같이 도시된 특정한 배열 및 구조에 한정되지 않는다는 것을 이해하여야 할 것이다.While exemplary embodiments have been described in detail and shown in the accompanying drawings, such embodiments are illustrative only and not intended to limit the broader scope of the invention, as various other modifications will be apparent to those skilled in the art. It should be understood that the invention is not limited to the particular arrangements and structures shown as above.

단수 형태로 언급된 요소들은 달리 명시되지 않는 한 복수 형태의 요소를 배제하지 않는다.Elements recited in the singular form do not exclude elements in the plural form unless otherwise specified.

다양한 종속 청구항에서 언급된 특징들뿐만 아니라 설명의 여러 부분에서 개시된 실시 예들은 이러한 조합의 가능성이 명시적으로 개시되어 있지 않더라도 유익한 효과를 달성하기 위하여 조합될 수도 있다.The features recited in the various dependent claims, as well as the embodiments disclosed in various parts of the description, may be combined in order to achieve advantageous effects, even if the possibility of such combinations is not explicitly disclosed.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 유전체 층에 의해 분리된 2 개의 평면형 RF 장치를 포함하는 무선 주파수(RF) 시스템이 제공되며, 제 1 RF 장치 및 제 2 RF 장치 각각은 표면에 배치되고 접지된 금속 차폐재로서 역할을 하는 공통 전극으로 둘러싸여 있는 다수의 패드들을 가지며, 상기 제 1 RF 장치의 패드들과 상기 제 2 RF 장치의 패드들은 서로 대면하여, 상기 패드들과 공통 전극들 사이의 용량성 결합(capacitive coupling)을 구현하고, 또한 상기 무선 주파수 시스템은 패드를 통해 상기 RF 장치들 사이에서 신호를 전송하도록 구성될 수 있다.As described above, according to the present invention, there is provided a radio frequency (RF) system comprising two planar RF devices separated by a dielectric layer, each of a first RF device and a second RF device disposed on a surface and grounded and a plurality of pads surrounded by a common electrode serving as a metal shielding material, wherein the pads of the first RF device and the pads of the second RF device face each other, so that the capacitance between the pads and the common electrodes Implementing capacitive coupling, the radio frequency system may also be configured to transmit signals between the RF devices via a pad.

무선 주파수 시스템의 일 실시 예에서, 상기 제 1 RF 장치는 상기 무선 주파수 시스템의 RF 경로의 일 부분을 포함하는 제 1인쇄회로기판을 포함하고, 상기 RF 경로의 일 부분은 비아들을 통해 상기 패드들에 연결되고 또한 공통 전극에 연결되는 전송 라인(transmission line)들을 포함할 수 있다. In an embodiment of a radio frequency system, the first RF device comprises a first printed circuit board comprising a portion of an RF path of the radio frequency system, wherein a portion of the RF path is provided through vias to the pads. It may include transmission lines connected to and also connected to the common electrode.

무선 주파수 시스템의 다른 실시 예에서, 상기 제 2 RF 장치는 상기 무선 주파수 시스템의 RF 경로의 다른 부분을 포함하는 제 2 인쇄회로기판을 포함하고, 상기 RF 경로의 다른 부분은 비아들을 통해 패드에 연결되고 또한 공통 전극에 연결되는 전송 라인들을 포함할 수 있다. In another embodiment of the radio frequency system, the second RF device comprises a second printed circuit board comprising another portion of an RF path of the radio frequency system, wherein the other portion of the RF path connects to the pad through vias. and may also include transmission lines connected to the common electrode.

무선 주파수 시스템의 다른 실시 예에서, 상기 제 1 RF 장치는 안테나 어레이를 포함하고, 상기 제 2 RF 장치는 무선 주파수 집적회로(RFIC)를 포함할 수 있다. In another embodiment of the radio frequency system, the first RF device may include an antenna array, and the second RF device may include a radio frequency integrated circuit (RFIC).

무선 주파수 시스템의 다른 실시 예에서, 상기 비아들은 패드의 중심으로부터 이동될 수 있다. In another embodiment of the radio frequency system, the vias may be moved from the center of the pad.

무선 주파수 시스템의 다른 실시 예에서, 제 1 RF 장치의 비아들은 제 2 RF 장치의 비아들에 대해 이동될 수 있다. In another embodiment of the radio frequency system, the vias of the first RF device may be moved relative to the vias of the second RF device.

무선 주파수 시스템의 다른 실시 예에서, 비아들과 접촉하는 전송 라인 단부에는 정합 트랜스포머(matching transformer)가 제공될 수 있다. In another embodiment of the radio frequency system, a matching transformer may be provided at the end of the transmission line in contact with the vias.

무선 주파수 시스템의 다른 실시 예에서, 정합 트랜스포머는 나머지 전송 라인의 폭을 초과하는 폭을 갖는 전송 라인 단부로 구성된 쿼터-웨이브 트랜스포머(quarter-wave transformer)일 수 있다. In another embodiment of a radio frequency system, the matching transformer may be a quarter-wave transformer configured with a transmission line end having a width exceeding that of the rest of the transmission line.

무선 주파수 시스템의 다른 실시 예에서, 상기 제 1 RF 장치의 패드들 및 상기 제 2 RF 장치의 패드들은 서로에 대해 정렬될 수 있다. In another embodiment of the radio frequency system, the pads of the first RF device and the pads of the second RF device may be aligned with each other.

무선 주파수 시스템의 다른 실시 예에서, 전송 라인은 대칭형 마이크로 스트립 라인, 비-대칭형 마이크로 스트립 라인, 동축 라인, 기판 집적 도파관(substrate integrated waveguide), 유전체 필링이 있는/없는 도파관, 동일평면상 라인(coplanar line), 접지형 동일평면상 라인(grounded coplanar line) 그룹 중의 하나로서 구현될 수 있다. In another embodiment of the radio frequency system, the transmission line is a symmetrical microstrip line, a non-symmetric microstrip line, a coaxial line, a substrate integrated waveguide, a waveguide with/without dielectric filling, a coplanar line. line), and may be implemented as one of a group of grounded coplanar lines.

다른 실시 예에 따르면, 무선 주파수 시스템은 상기 제 1 RF 장치 및 상기 제 2 RF 장치 사이에 배치된 적어도 하나의 추가적인 인쇄회로기판을 더 포함하되, 상기 적어도 하나의 추가적인 인쇄회로기판은 그의 표면 상에 상기 제 1 RF 장치 및 상기 제 2 RF 장치의 패드들과 각각 정렬된 패드들을 가지며, 상기 적어도 하나의 추가적인 인쇄회로기판의 마주하는 표면들 상의 패드들은 비아들 및 전송 라인에 의해 상호 연결될 수 있다. According to another embodiment, the radio frequency system further comprises at least one additional printed circuit board disposed between the first RF device and the second RF device, wherein the at least one additional printed circuit board is on a surface thereof. having pads respectively aligned with the pads of the first RF device and the second RF device, wherein the pads on the facing surfaces of the at least one additional printed circuit board may be interconnected by vias and a transmission line.

무선 주파수 시스템의 다른 실시 예에서, 상기 RF 장치들은 공기 층에 의해 서로 분리되며, 상기 RF 장치들 사이의 간격은 스페이서들에 의해 제공될 수 있다. In another embodiment of the radio frequency system, the RF devices are separated from each other by an air layer, and the spacing between the RF devices may be provided by spacers.

무선 주파수 시스템의 다른 실시 예에서, 상기 스페이서들은 유전체로 만들어질 수 있다.In another embodiment of a radio frequency system, the spacers may be made of a dielectric.

무선 주파수 시스템의 다른 실시 예에서, 상기 RF 장치들은 고체 유전체 층에 의해 서로 분리될 수 있다. In another embodiment of a radio frequency system, the RF devices may be separated from each other by a solid dielectric layer.

1 : 안테나 장치
2 : 제 1 PCB
3 : 제 2 PCB
4 : 안테나 어레이
5 : RFIC 칩
6 : 패드
7 : 비아
8 : 스페이서
1: antenna device
2: 1st PCB
3: 2nd PCB
4: Antenna Array
5: RFIC chip
6: pad
7: Via
8 : spacer

Claims (13)

유전체 층에 의해 분리된 2 개의 평면형 RF 장치들을 포함하는 무선 주파수(RF) 시스템으로서,
제 1 RF 장치 및 제 2 RF 장치 각각은 표면에 배치되고 접지된 금속 차폐재로서 역할을 하는 공통 전극으로 둘러싸여 있는 다수의 패드들을 가지며,
상기 제 1 RF 장치의 패드들과 상기 제 2 RF 장치의 패드들은 서로 대면하여, 상기 패드들과 상기 공통 전극들 사이의 용량성 결합(capacitive coupling)을 구현하고,
상기 무선 주파수 시스템은 상기 패드들을 통해 상기 제 1 RF 장치 및 상기 제 2 RF 장치 사이에서 신호를 전송하도록 구성되는 무선 주파수 시스템.
A radio frequency (RF) system comprising two planar RF devices separated by a dielectric layer, comprising:
each of the first RF device and the second RF device has a plurality of pads disposed on its surface and surrounded by a common electrode serving as a grounded metal shield;
The pads of the first RF device and the pads of the second RF device face each other to implement capacitive coupling between the pads and the common electrodes,
and the radio frequency system is configured to transmit a signal between the first RF device and the second RF device via the pads.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 RF 장치는 상기 무선 주파수 시스템의 RF 경로의 일 부분을 포함하는 제 1 인쇄회로기판을 포함하고,
상기 RF 경로의 일 부분은 비아들을 통해 상기 패드들에 연결되고 또한 상기 공통 전극에 연결되는 전송 라인들을 포함하며,
상기 제 2 RF 장치는 상기 무선 주파수 시스템의 RF 경로의 다른 부분을 포함하는 제 2 인쇄회로기판을 포함하고, 
상기 RF 경로의 다른 부분은 비아들을 통해 상기 패드들에 연결되고 또한 상기 공통 전극에 연결되는 전송 라인들을 포함하는 것인 무선 주파수 시스템.
The method of claim 1,
wherein the first RF device comprises a first printed circuit board comprising a portion of an RF path of the radio frequency system;
a portion of the RF path includes transmission lines coupled to the pads via vias and coupled to the common electrode;
the second RF device comprises a second printed circuit board comprising another portion of the RF path of the radio frequency system;
and the other portion of the RF path includes transmission lines connected to the pads via vias and also connected to the common electrode.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 RF 장치는 안테나 어레이를 포함하고, 상기 제 2 RF 장치는 제어 RFIC(control radio frequency integrated circuit)를 포함하는 것인 무선 주파수 시스템.
3. The method of claim 2,
wherein the first RF device comprises an antenna array and the second RF device comprises a control radio frequency integrated circuit (RFIC).
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 비아들은 상기 패드의 중심으로부터 이동된(shifted) 것인 무선 주파수 시스템.
4. The method of claim 2 or 3,
and the vias are shifted from the center of the pad.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 RF 장치의 비아들은 상기 제 2 RF 장치의 비아들에 대해 이동된(shifted) 것인 무선 주파수 시스템.
3. The method of claim 2,
and the vias of the first RF device are shifted with respect to the vias of the second RF device.
제 2 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 비아들과 접촉하는 전송 라인 단부에는 정합 트랜스포머(matching transformer)가 제공되는 것인 무선 주파수 시스템.
6. The method according to any one of claims 2 to 5,
and a matching transformer is provided at the end of the transmission line in contact with the vias.
제 6 항에 있어서,
상기 정합 트랜스포머는 나머지 전송 라인의 폭을 초과하는 폭을 갖는 전송 라인 단부로 구성된 쿼터-웨이브 트랜스포머(quarter-wave transformer)인 것인 무선 주파수 시스템.
7. The method of claim 6,
wherein the matching transformer is a quarter-wave transformer configured with a transmission line end having a width exceeding that of the remaining transmission line.
선행하는 청구항들 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 RF 장치의 패드들 및 상기 제 2 RF 장치의 패드들은 서로에 대해 정렬되는 것인 무선 주파수 시스템.
According to any one of the preceding claims,
and the pads of the first RF device and the pads of the second RF device are aligned with respect to each other.
제 2 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 전송 라인은 대칭형 마이크로 스트립 라인, 비-대칭형 마이크로 스트립 라인, 동축 라인, 기판 집적 도파관(substrate integrated waveguide), 유전체 필링이 있는 도파관, 유전체 필링이 없는 도파관, 동일평면상 라인(coplanar line), 접지형 동일평면상 라인(grounded coplanar line) 그룹 중의 하나로서 구현되는 것인 무선 주파수 시스템.
9. The method according to any one of claims 2 to 8,
The transmission line may be a symmetrical microstrip line, a non-symmetrical microstrip line, a coaxial line, a substrate integrated waveguide, a waveguide with dielectric filling, a waveguide without dielectric filling, a coplanar line, a ground A radio frequency system implemented as one of a group of grounded coplanar lines.
선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 RF 장치 및 상기 제 2 RF 장치 사이에 배치된 적어도 하나의 추가적인 인쇄회로기판을 더 포함하되, 상기 적어도 하나의 추가적인 인쇄회로기판은 그의 표면 상에 상기 제 1 RF 장치 및 상기 제 2 RF 장치의 패드들과 각각 정렬된 패드들을 가지며, 상기 적어도 하나의 추가적인 인쇄회로기판의 마주보는 표면들 상의 패드들은 비아들 및 전송 라인에 의해 상호 연결되는 것인 무선 주파수 시스템.
According to any one of the preceding claims,
and at least one additional printed circuit board disposed between the first RF device and the second RF device, the at least one additional printed circuit board having on a surface thereof the first RF device and the second RF device. and having pads respectively aligned with pads of the device, wherein the pads on opposite surfaces of the at least one additional printed circuit board are interconnected by vias and a transmission line.
제 1 항에 있어서,
상기 RF 장치들은 공기 층에 의해 서로 분리되며, 상기 RF 장치들 사이의 간격은 스페이서들에 의해 제공되는 것인 무선 주파수 시스템.
The method of claim 1,
wherein the RF devices are separated from each other by a layer of air, and the spacing between the RF devices is provided by spacers.
제 11 항에 있어서,
상기 스페이서들은 유전체로 만들어지는 것인 무선 주파수 시스템.
12. The method of claim 11,
wherein the spacers are made of a dielectric.
제 1 항에 있어서,
상기 RF 장치들은 고체 유전체 층에 의해 서로 분리되는 것인 무선 주파수 시스템.

The method of claim 1,
wherein the RF devices are separated from each other by a solid dielectric layer.

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