KR20240075380A - 스트립라인 지셀 전력분배기 - Google Patents

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KR20240075380A
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Abstract

본 발명은 스트립라인 지셀 전력분배기에 관한 것으로, 각각이 외부 하우징과의 체결을 위한 적어도 하나 이상의 전도성 관통홀을 포함하면서 단일 공정을 통해 적층되는 복수의 개별보드들을 포함하고, 상기 복수의 개별보드들 중 상단부를 형성하는 제1 개별보드는 상면에 전원 및 제어 신호의 신호 처리를 위한 제1 입출력 회로 패턴과 부품 실장 패턴이 형성되고, 상기 복수의 개별보드들 중 중단부를 형성하는 제2 개별보드는 상면이 접지면으로 구성된 결과 상기 전원 및 제어 신호의 신호 간섭을 분리하면서 스트립라인 구조를 형성하며, 상기 복수의 개별보드들 중 하단부를 형성하는 제3 개별보드는 상면에 마이크로파 입출력 신호 연결을 위한 제2 입출력 회로 패턴 및 하면에 공통 접지를 위한 접지 패턴이 형성된다.

Description

스트립라인 지셀 전력분배기{STRIPLINE GYSEL POWER DIVIDER}
본 발명은 스트립라인 지셀 전력분배기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 군용 마이크로파 송수신(T/R) 모듈, 고출력증폭장치 등에 적용되어 마이크로파 신호를 분배 또는 결합하는 기능과 전원/제어 신호를 입출력하는 기능을 동시에 수행할 수 있는 스트립라인 구조의 지셀 전력 분배기에 관한 것이다.
전력분배기는 RF/마이크로웨이브 시스템의 핵심 구성요소이다. 전력분배기 중에서도 지셀 전력분배기(Gysel power divider)는 고전력 장치 분야에서 강점을 갖는다. 지셀 전력분배기는 전력 결합기기(power combiner) 혹은 비대칭 도허티 증폭기(Asymmetric Doherty amplifier) 혹은 위상배열 안테나(phased array antennas)에 관한 공급 장치(feed system)로 사용될 수 있다. 상기 지셀 전력분배기는 크기의 축소, 높은 분배비율, 이중대역 동작 등을 특징으로 하는 다양한 형태로 연구되어 왔다.
종래의 경우 마이크로파 신호를 분배 또는 결합하는 기능은 마이크로스트립 형태의 지셀 또는 윌킨슨 구조로 구현하고 전원/제어 신호를 입출력하는 선로 및 부품은 별도로 분리된 보드에 구현하여 전체적인 회로가 커지고 제조 비용이 증가하는 단점이 있다.
한국공개특허 제10-2016-0139753호 (2016.12.07)
본 발명의 일 실시예는 군용 마이크로파 송수신(T/R) 모듈, 고출력증폭장치 등에 적용되어 마이크로파 신호를 분배 또는 결합하는 기능과 전원/제어 신호를 입출력하는 기능을 동시에 수행할 수 있는 스트립라인 구조의 지셀 전력 분배기를 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 스트립라인 지셀 전력분배기는 각각이 외부 하우징과의 체결을 위한 적어도 하나 이상의 전도성 관통홀을 포함하면서 단일 공정을 통해 적층되는 복수의 개별보드들을 포함하고, 상기 복수의 개별보드들 중 상단부를 형성하는 제1 개별보드는 상면에 전원 및 제어 신호의 신호 처리를 위한 제1 입출력 회로 패턴과 부품 실장 패턴이 형성되고, 상기 복수의 개별보드들 중 중단부를 형성하는 제2 개별보드는 상면이 접지면으로 구성된 결과 상기 전원 및 제어 신호의 신호 간섭을 분리하면서 스트립라인 구조를 형성하며, 상기 복수의 개별보드들 중 하단부를 형성하는 제3 개별보드는 상면에 마이크로파 입출력 신호 연결을 위한 제2 입출력 회로 패턴 및 하면에 공통 접지를 위한 접지 패턴이 형성된다.
상기 복수의 개별보드들은 상기 단일 공정을 통해 적층된 상태에서 표준 솔더링, AU 와이어 본딩 또는 AU 리본 본딩으로 외부와 연결 가능하도록 상기 제2 입출력 회로 패턴의 일부가 외부로 노출되는 구조로 구현될 수 있다.
상기 제1 및 제2 개별보드들 각각은 상기 제2 입출력 회로 패턴의 입력포트 및 출력포트들 각각이 외부로 노출되는 위치에 독립적으로 형성된 복수의 노출홀들을 포함할 수 있다.
상기 복수의 노출홀들 중 상기 출력포트들 각각에 대응되는 제1 내지 제4 노출홀들은 각 개별보드의 일측면 경계를 따라 형성되고 제1 및 제4 노출홀들은 상기 일측면 경계의 모서리를 형성할 수 있다.
상기 제3 개별보드는 상기 제1 개별보드가 FR-4 보드로 구현된 경우 RO4003C 보드로 구현될 수 있다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스트립라인 지셀 전력분배기는 군용 마이크로파 송수신(T/R) 모듈, 고출력증폭장치 등에 적용되어 마이크로파 신호를 분배 또는 결합하는 기능과 전원/제어 신호를 입출력하는 기능을 동시에 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스트립라인 지셀 전력분배기는 복수개의 개별보드들이 단일 공정으로 적층되어 형성되고, 상부에 전원/제어 신호를 입출력하는 회로와 내층 보드에 고주파 신호를 분기/결합하는 회로가 동일 면적에 형성되어 집적화 될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스트립라인 지셀 전력분배기의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 3 개의 개별보드를 적층한 다층보드의 분해 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 3 개의 개별보드를 적층한 다층보드의 평면도이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립라인 지셀 전력분배기의 예시도이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 1은 본 발명에 따른 스트립라인 지셀 전력분배기의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)는 이종 적층 보드 공정 기술을 이용하여 보드 상단부에 전원 및 제어 신호를 입출력하는 전도성 선로 및 부품을 실장하기 위한 전도성 회로를 구성하고 마이크로파 신호를 분배 또는 결합하기 위한 스트립라인 구조로 구현됨으로써 전체적인 회로를 소형 및 집적화하여 제조 비용을 절감할 수 있다.
또한, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)는 단일 공정을 통한 이종 다층보드 적층 기술이 적용되어 서로 다른 유형의 개별보드들이 단일 공정을 통해 적층되어 구현될 수 있다. 스트립라인 지셀 전력분배기(100)는 다층보드의 상단부에 전원/제어 부품(110)을 실장(mount)하고 입출력 신호 연결을 위한 배선 설계 기술이 적용될 수 있다.
또한, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)는 스트립라인 구조의 지셀 전력분배기 설계 기술 및 입출력 포트 연결을 위한 단차 보드 설계 기술이 적용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 3 개의 개별보드를 적층한 다층보드의 분해 사시도이다.
도 2를 참조하면, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)는 단일 공정을 통해 3개의 개별보드들을 포함하여 구현될 수 있다. 이때, 각 개별보드는 적층 과정에 앞서 마이크로파 전송선로 공정, 전원/제어 신호 및 접지면 형성 공정, 외부 금속 하우징에 체결하기 위한 전도성 관통홀 공정 등을 거칠 수 있다.
또한, 필요에 따라 적층되는 개별기판 사이에 별도의 레이어(layer)가 형성될 수 있다. 예를 들어, 레이어는 Cu, Au 및 Si 등 기판의 용도에 맞게 공지의 소재를 사용하여 구현될 수 있다.
먼저, 제1 개별보드(210)는 전원/제어 신호 처리를 위한 입출력 회로 패턴, 부품 실장 패턴 등을 포함하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 제1 개별보드(210)는 일반적으로 많이 사용되고 있는 FR-4 보드로 구현될 수 있다.
제2 개별보드(220)는 스트립라인 지셀 전력분배기(100)를 위하여 상면이 접지면으로 구성될 수 있으며, 이에 따라 전원/제어 신호와의 신호 간섭을 분리하고 스트립라인 구조를 형성할 수 있다. 여기에서, 스트립라인 구조는 신호 배선의 상부와 하부에 접지면이 형성되는 구조에 해당할 수 있다.
즉, 제2 개별보드(220)에 형성된 접지면은 제3 개별보드(230) 상에 형성된 입출력 회로 패턴의 상부에 형성되는 접지면에 해당할 수 있으며, 제3 개별보드(230)의 하면에 형성되는 공통 접지면 사이에 스트립라인 지셀 전력분배기(100)의 입출력 회로 패턴이 형성될 수 있다.
제3 개별보드(230)는 스트립라인 지셀 전력분배기(100)의 입출력 회로 패턴 및 하부의 공통 접지를 위한 패턴(또는 공통 접지면)으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 제3 개별보드(230)는 고주파 성능이 우수하고 FR-4 보드와의 동일 공정으로 적층이 용이한 ROGERS사의 RO4003C 보드로 구현될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 3 개의 개별보드를 적층한 다층보드의 평면도이다.
도 3을 참조하면, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)는 단일 공정을 통한 이종 다층보드 적층 기술이 적용되어 서로 다른 유형의 개별보드들이 적층되어 구현될 수 있다.
특히, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)의 마이크로파 입출력 신호 연결을 위한 입출력 회로 패턴(310)은 외부로 노출되는 구조로 구현될 수 있다. 구체적으로, 입출력 회로 패턴(310)은 제3 개별보드(230)의 상면에 형성될 수 있고, 제3 개별보드(230)에 순서대로 적층되는 제1 및 제2 개별보드(210, 220)는 제3 개별보드(230) 상의 입출력 회로 패턴(310)이 외부로 노출될 수 있는 노출홀들(h0 ~ h4)을 포함할 수 있다.
즉, 마이크로파 입출력 신호 연결을 위한 입출력 회로 패턴(310)은 제1 및 제2 개별보드(210, 220) 상에 형성되는 노출홀들(h0 ~ h4)을 통해 외부로 노출될 수 있다. 따라서, 노출된 입출력 회로 패턴(310)은 표준 솔더링(Soldering) 또는 AU 와이어 또는 리본 본딩(Wire or Ribbon Bonding)으로 외부와 연결될 수 있다.
한편, 복수의 노출홀들(h0 ~ h4) 중 출력포트들 각각에 대응되는 제1 내지 제4 노출홀들(h1 ~ h4)은 제1 및 제2 개별보드(210, 220)의 일측면 경계를 따라 형성될 수 있으며, 제1 및 제4 노출홀들(h1 및 h4)은 일측면 경계의 모서리를 형성할 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 노출홀들(h1 ~ h4)의 경계는 제1 및 제2 개별보드(210, 220)의 경계를 형성할 수 있다.
도 3의 경우, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)의 위쪽에 하나의 입력포트(또는 입력단자)(h0)가 형성되고, 아래쪽에 4개의 출력포트(또는 출력단자)들(h1 ~ h4)이 형성될 수 있다. 이때, 가장 왼쪽 출력포트의 위치에 형성된 제1 노출홀(h1)과 가장 오른쪽 출력포트의 위치에 형성된 제4 노출홀(h4)은 스트립라인 지셀 전력분배기(100)의 아래쪽 각 모서리에 배치될 수 있다. 또한, 아래쪽에 배치된 4개의 노출홀들(h1 ~ h4)는 일정한 간격으로 이격되어 형성될 수 있으며, 제1 및 제4 노출홀은 제2 및 제3 노출홀보다 더 작은 크기로 형성될 수 있다.
또한, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)는 외부 하우징과의 체결을 위하여 전도성 관통홀(320)을 포함할 수 있다. 즉, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)를 구성하는 제1 내지 제3 개별보드들 각각은 동일한 위치에 형성된 전도성 관통홀(320)을 포함하도록 구현될 수 있다. 도 3의 경우, 총 5개의 전도성 관통홀(320)을 갖는 스트립라인 지셀 전력분배기(100)가 도시되어 있다. 이때, 5개의 전도성 관통홀(320)들의 위치는 제1 및 제2 개별보드(210, 220) 상에 형성된 5개의 노출홀들(h0 ~ h4)의 위치에 상호 대칭적으로 형성될 수 있다.
한편, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)에 형성되는 전도성 관통홀(320)들은 전원 및 제어 신호의 접지 및 지셀 전력분배기(100)의 접지를 위한 용도로 사용될 수 있음은 물론이다.
또한, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)는 상단부에 전원/제어 신호 입출력을 위한 입출력 회로 패턴(330)을 포함할 수 있다. 즉, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)의 상단부에는 전원/제어 부품(110)이 실장(mount)되기 때문에 입출력 회로 패턴(330)은 전원/제어 부품(110)의 실장 위치에 맞춰 형성될 수 있다.
또한, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)의 각 개별보드들(210 ~ 230)은 동일한 패턴으로 형성된 미세홀(340)들을 포함하여 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 미세홀(340)들은 제3 개별보드(230) 상에 형성된 입출력 회로 패턴(310)을 따라 형성될 수 있다. 이를 통해, 사용자는 스트립라인 지셀 전력분배기(100)의 내부에 형성된 입출력 회로 패턴(310)의 경로를 간접적으로 인지할 수 있다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트립라인 지셀 전력분배기의 예시도이다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)는 단일 공정을 통한 이종 다층보드 적층 기술이 적용되어 고주파(RF)신호와 전원/제어 신호를 동일 회로면에 구성하여 구현될 수 있으며, 군용 마이크로파 송수신(T/R) 모듈, 고출력증폭장치 등에 적용될 경우 제품을 소형화하고 제조 비용을 단축시킬 수 있다. 또한, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)는 지셀타입 전력분배기로 구현됨으로써 고주파(RF)신호용 칩 저항을 단차 보드로 구성하여 실장에 유리할 수 있다.
도 4a 및 4b의 경우, 스트립라인 지셀 전력분배기(100)는 개별보드들에 총 7개의 전도성 관통홀이 형성된 구조로 구현될 수 있다. 이때, 전도성 관통홀은 외부 하우징과의 체결을 위하여 외부 하우징과의 체결 구조에 따라 그 개수 및 위치가 결정될 수 있다. 또한, 전도성 관통홀은 전원 및 제어 신호의 접지 및 지셀 전력분배기(100)의 접지를 위한 용도로 사용될 수 있으며, 이 경우 전원 및 제어 신호의 신호 처리를 위한 제1 입출력 회로 패턴에 따라 그 개수 및 위치가 결정될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 스트립라인 지셀 전력분배기
110: 전원/제어 부품
210: 제1 개별보드 220: 제2 개별보드
230: 제3 개별보드
310: 제2 입출력 회로 패턴 320: 전도성 관통홀
330: 제1 입출력 회로 패턴 340: 미세홀

Claims (4)

  1. 각각이 외부 하우징과의 체결을 위한 적어도 하나 이상의 전도성 관통홀을 포함하면서 단일 공정을 통해 적층되는 복수의 개별보드들을 포함하고,
    상기 복수의 개별보드들 중 상단부를 형성하는 제1 개별보드는 상면에 전원 및 제어 신호의 신호 처리를 위한 제1 입출력 회로 패턴과 부품 실장 패턴이 형성되고,
    상기 복수의 개별보드들 중 중단부를 형성하는 제2 개별보드는 상면이 접지면으로 구성된 결과 상기 전원 및 제어 신호의 신호 간섭을 분리하면서 스트립라인 구조를 형성하며,
    상기 복수의 개별보드들 중 하단부를 형성하는 제3 개별보드는 상면에 마이크로파 입출력 신호 연결을 위한 제2 입출력 회로 패턴 및 하면에 공통 접지를 위한 접지 패턴이 형성되는 스트립라인 지셀 전력분배기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 개별보드들은
    상기 단일 공정을 통해 적층된 상태에서 표준 솔더링, AU 와이어 본딩 또는 AU 리본 본딩으로 외부와 연결 가능하도록 상기 제2 입출력 회로 패턴의 일부가 외부로 노출되는 구조로 구현되는 것을 특징으로 하는 스트립라인 지셀 전력분배기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 및 제2 개별보드들 각각은
    상기 제2 입출력 회로 패턴의 입력포트 및 출력포트들 각각이 외부로 노출되는 위치에 독립적으로 형성된 복수의 노출홀들을 포함하고,
    상기 복수의 노출홀들 중 상기 출력포트들 각각에 대응되는 제1 내지 제4 노출홀들은 각 개별보드의 일측면 경계를 따라 형성되고 제1 및 제4 노출홀들은 상기 일측면 경계의 모서리를 형성하는 것을 특징으로 하는 스트립라인 지셀 전력분배기.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제3 개별보드는
    상기 제1 개별보드가 FR-4 보드로 구현된 경우 RO4003C 보드로 구현되는 것을 특징으로 하는 스트립라인 지셀 전력분배기.
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