KR940011024B1 - 초고주파수 대역용 고전력 증폭기 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제 1 도는 마이크로 스트립 선로의 설명도.
제 2 도는 종래 기술을 이용한 SSPA의 구조도.
제 3 도는 종래 기술을 이용한 또다른 SSPA의 구조도.
제 4 도는 마이크로 스트립 선로의 접지를 기구 접지에 밀착시킨 단면도.
제 5 도는 본 발명에 따른 마이크로 스트립 선로를 이용한 초고주파수 대역용 고전력 증폭기의 일단면도.
본 발명은 마이크로 스트립 선로(Micro-strip line)를 사용한 초고주파수 대역용 고전력 증폭기에 관한 것으로, 특히 SSPA(Solid-state power Amplifier) 구조를 가지는 고전력 증폭기의 구조에 관한 것이다.
현재 초고주파 통신은 위성통신 시스템 및 지상 마이크로 웨이브 시스템이 널리 이용되고 있다.
이를 구성하는 송신기에서 가장 중요한 장비로서 고출력 증폭기(High Power Amplifier)가 있다.
상기 고출력 증폭기는 보통 칼륨 아사나이드 전계효과 트랜지스터(GaAs FET)를 사용한 SSPA(Solid-state power amplifier)와 TWT(Travelling wave Tube)를 이용한 TWTA(Travelling wave Tube Amplifier)등이 주로 사용되며, GaAs FET의 기술발달로 현재는 SSPA로 개발되는 추세이다.
일반적으로 SSPA는 대신호 증폭기부와 소신호 증폭기부로 크게 나누어진다.
초고주파수 대역에서는 트랜지스터의 정합회로를 구성하는데 일반적으로 제 1 도와 같이 도시된 마이크로 스트립 선로(Micro-strip line)가 사용된다.
제 1 도는 마이크로 스트립 선로의 개략적인 구조를 나타낸 것으로서, 1GHZ∼2KHZ의 대역에서는 유전체 기판(12)의 전면과 후면에 구리등과 같이 도전율이 양호한 도전체를 입힌 에폭시 파이버 글래스(유전율 3.8∼4.8)를 기판으로 사용한다.
좀더 바람직하기로는 유전체 손실이 적은 섬유질의 유전체를 사용하는데 일예로 10GHZ∼15GHZ Ku밴드 정도 까지는 높은 테프론(Teflon) 기판의 양면에 크롬과 구리를 차례로 형성하고, 상기 구리위에 금을 증착 또는 도금한 기판을 사용할 수도 있다.
후면 도체층(14)은 접지로 사용되며 전면 도체층은 사진 식각법등을 사용하여 스트립 도체(16)의 폭 W와 유전체 기판(12)의 두께(h)의 비를 고려하여 상기 스트립 도체(16)의 특성 임피던스가 50Ω이 되게 선택하여 마이크로 스트립 선로를 형성한다.
상기 제 1 도와 같은 구조로 고주파수 대역용 고전력 증폭기를 구성하기 위해서는 초고주파수를 증폭하는 칩형태 4팩키지형의 GaAs. FET를 상기 스트립 선로에 설치(부착)하여야 한다.
상기와 같이 구성된 마이크로 스트립 선로의 구성을 가지는 SSPA는 알루미늄(Al) 혹은 동(Cu)와 같은 도체의 기구물에 부착하여 기구접지와 일치시키고 유전체 기판(12)의 휨에 인한 마이크로 스트립 선로의 변형을 방지하고 있다.
이때 마이크로 스트립 선로의 후면도체(14), 즉 그라운드 판(14)과 알루미늄 혹은 구리로 된 기구물의 그라운드를 정확히 부착하여 일치시켜야 한다. 상기 기판(10)의 후면 도체층(14)과 기구물의 두 그라운드가 정확히 접착되지 않을 경우 전송선로로 설계된 마이크로 스트립 선로가 변형되므로 기생성분이 발생된다.
일반적으로 마이크로 스트립 선로의 그라운드 즉, 기판(10)의 후면 도체층(14)과 기구물의 그라운드를 일치시키기 위하여 나사로 마이크로 스트립 선로를 구성하는 기판(10)을 기구물에 밀착시켜 주거나, 기구로 마이크로 스트립 선로가 형성된 기판(10)의 일부를 눌러 기판(10)의 그라운드와 기구물의 그라운드를 정확하게 일치(밀착접속)시킨다.
그런데, 초고주파수 대역에서 사용되는 특수 GHZ이상에서 사용되는 유전체 기판은 일반적으로 유전체가 섬유질로 구성된 것이 많아 유연성이 커서 유전체 기판(12)의 후면 도체층(14)인 그라운드를 도체로 된 기구물의 그라운드와 밀착시키어 그라운드를 일치시키더라도 유전체 기판의 그라운드면과 기구물 그라운드면 사이에 공기가 찬 틈(Gap)이 생긴다.
소신호 처리시에는 상기의 갭은 특별한 문제가 발생시키지 않으나, 대신호 처리시에는 두개의 그라운드 불일치 즉, 유전체 기판(10)의 후면 도체층(14)인 접지와 기구물 접지의 불일치에 의하여 기생성분이 발생되서 전력손실이나 발진현상이 일어난다. 이것은 SSPA 제작시 매우 큰 문제점으로 부각된다.
제 2 도는 종래 기술을 이용한 SSPA의 구조도로서, 제 2a 도는 SSPA의 평면도, 제 2b 도는 SSPA의 정면도, 제 2c 도는 측면도이다.
상기 제 2 도는 마이크로 스트립 선로의 기판(10)의 후면 도체층(14)을 크림솔더(cream solder)를 이용하여 도전체의 기구물에 부착하고, 나사로 고정한 예이다.
제 2 도의 도면중 10은 마이크로 스트립 선로가 형성된 기판이고, 16a∼16d는 스트립 선로, 22는 GaAs FET, 18과 20은 나사이다.
그리고 24는 전면 도체층, 14는 후면 도체층이며, 26은 상기 기판(10)을 고정하는 도체인 기구물이다.
상기 제 2 도는 제 1 도에서 전술한 바와 같이 구성된 마이크로 스트립 선로가 형성된 기판(10)의 휨등을 방지하기 위하여 기구물(26)의 전면에 상기 기판(10)을 부착한 예이다. 이때 기판(10)의 부착은 기판(10)의 접지판 즉, 후면 도체층(14)에 크림솔더를 코딩하고, 이를 도체로 된 기구물(26) 위에 부착하고 나사(18)(20)을 이용하여 기판(10)의 접지를 기구물(26)에 고정 접지시킨 것이다.
그러나 상기 제 2 도와 같은 구조 즉, 크림솔더를 이용하여 마이크로 스트립 선로가 형성된 기판(10)의 접지판인 후면 도체층(14)을 기구물(26)에 부착하는 구조는 SSPA 생산 공정이 매우 복잡하여 대량 생산을 용이하게 할 수 없는 문제점을 가지고 있다.
제 3 도는 종래 기술을 이용한 SSPA의 또다른 구조로서, 제 3a 도는 평면도, 제 3b 도는 정면도, 제 3c 도는 측면도이며, 도면의 부호는 전술한 제 2 도와 동일하다.
상기 제 3 도와 같은 SSPA의 구조는 제 2 도와 같은 구조의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이는 유전체 기판(12) 위에 형성된 스트립 선로(16a∼16d) 바로 옆에 있는 나사(18)로 기판(10)를 기구물(26)에 밀착시키고, 도전체로 된 플레이트(plate)(28)를 상기 기판(10)의 전면에 설치하여 상기 플레이트(28)를 나사(20)로 체결함으로써 상기 기판(10)의 접지판인 후면 도체층(14)을 기구물(26)에 완전하게 접지시키도록 된 것이다.
제 4 도는 제 3 도에 도시된 SSPA의 A-A' 횡단면도 및 그의 일부 확대도로서, 제 4a 도는 제 3a 도의 A-A' 횡단면도, 제 4b 도는 제 4a 도의 횡단면도의 일부를 확대한 도면이다.
그러나 제 3 도와 같은 SSPA는 마이크로 스트립 선로가 형성된 기판(10)에 설계(설치)된 대신호 증폭기용 GaAs FET의 정합회로가 복잡한 경우 패턴 부위의 면적이 커져 나사로 기판(10)에 설계(설치)된 대신호 증폭기용 GaAs FET의 정합회로가 복잡한 경우 패턴 부위의 면적이 커져 나사로 키판의 접지(Ground)판인 후면 도체층(14)을 완벽하게 기구물(26)의 접지에 밀착시키기 어려운 단점을 갖고 있다.
따라서 상기 제 3 도와 같은 구조의 SSPA는 상기와 같은 문제로 인해 기판(10)의 접지판(14)과 기구물(26)의 접지가 완전하게 되지 않아 제 4 도와 같이 기판(10)의 후면 도체층(14)과 기구물(26)의 사부면 사이에 공기가 찬 갭(30)이 형성될 소지가 크다.
전면 도전층에 스트립 선로(16)가 형성되어 있는 유전체 기판(12)의 후면 도체층(14)이 제 4 도와 같이 기구물(26)의 그라운드와 일치가 안될 경우 마이크로 스트립 선로의 형태가 아닌 새로운 전송선로의 형태가 된다.
즉, 제 4 도에 도시된 바와같이 마이크로 스트립 선로(16)의 전송선로와, 유전체 기판(12)의 후면 도체층(14)과 기구물(26)의 그라운드 사이의 갭(30)으로 생기는 전송선로로 두종류 전송선로가 생긴다. 이에 따라 정합특성이 달라져서 전송손실 및 발진이 일어날 가능성이 커진다.
따라서 본 발명의 목적은 SSPA 모듈에 있어서, 마이크로 스트립 선로와 상기 마이크로 스트립 선로가 형성된 기판의 휨을 방지하는 도전체 기구물과의 접지를 용이하게 할 수 있도록 한 구조를 가지는 SSPA를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 마이크로 스트립 선로가 형성된 기판의 접지 도체면을 소정의 패턴으로 에칭하여 기구물의 접지틈새에 기인한 전송손실 및 발진을 제거한 고주파 대역용 SSPA를 제공함에 있다.
이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
제 5a, 제 5b 도는 본 발명에 따른 SSPA의 구조도로서, 이는 마이크로 스트립 선로를 이용한 초고주파수 대역용 고전력 증폭기의 일단면도이다.
그 구성은 도전체 기구물(26)과, 소정의 유전율을 가지는 유전체 기판(12)의 전면 도체층에 스트립 선로(16)가 식각되어 있으며, 상기 식각 형성된 스트립 선로(16)의 횡방향으로 그라운드 패턴(32)이 에칭(Etching)된 후면 도체층(14)를 가지는 마이크로 스트립 선로 기판(10)의 후면 도체층이 상기 도전체 기구물(26) 전면에 위치되어 구성된다.
상기 제 5a 도 및 제 5b 도의 상기 유전체 기판(12)의 하부 도전층(14)에 형성된 그라운드 패턴은 유전체 기판(12)의 전면 도전층에 식각된 스트립 선로(16)와는 크로스 방향으로 에칭되어 있다.
이때 상기 제 5 도와 같은 구조를 가지는 SSPA는 후면 도체층(14) 즉, 접지판에 그라운드 패턴을 에칭한후 제 3 도와 같은 제작공정을 그대로 이용할 수 있다.
즉, 제 5a 도 및 제 5b 도에 도시된 바와 같이 유전체 기판(12)의 후면 도체층(14)에 그라운드 패턴(32)이 에칭된 기판(10)을 제 3 도와 같이 도전체 기구물(26) 전면에 위치하여 나사(18)로 체결하고, 상기 기판(10)의 전면 도체층에 플레이트(28)을 위치시키어 나사(20)로 체결하여 도전체 기구물(26)에 밀착시킨 구조로 제작할 수 있다.
상기 제 5a 도는 횡단면도이고, 제 5b 도는 제 5a 도의 일부 확대도이며, 도면의 부호는 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 도와 동일하게 사용한 예이다.
지금 제 5a 도와 같이 구성된 SSPA에 초고주파 대역의 신호가 유입되면, 이는 유전체 기판(12)의 전면에 형성된 스트립 선로(16a∼16d)중 입력 스트립 선로로 입력된다.
이때 상기 초고주파 신호는 상기 유전체 기판(12)의 후면 도체층(14) 즉, 접지판과 밀착정도의 공차로 인한 갭(30)를 통해 상기 후면 도체층(14)과 이격 위치되어진 도전체 기구물(26)로도 유입된다.
그러나 상기 갭(30)을 통한 초고주파수 신호는 유효 유전율 Eeff인 에칭된 그라운드 패턴(32)으로 유입되어 유전체 기판(12)의 마이크로 스트립 선로로 전송된다.
즉, 유전체 기판(12)의 상,후면을 둘러싸고 있는 동판의 두께(h2)는 일반적으로 유전체 기판(12)의 두께(h1)보다 매우 작다.(예, 테이프론기판 ; 유전체 두께=0.504mm, 동판두께=0.018mm)
따라서 제 5 도의 그라운드 패턴(32)은 유효유전율이 Eeff(공기의 유전율은 "1")인 마이크로 스트립 선로(Micro-strip line)로 해석될 수 있다.
이때 상기 유효 유전율 Eeff은 기판(10)의 후면 도체층(14)인 접지면과 도전체 기구물(26)의 접지면 사이의 갭(30)이 후면 도체층(12)의 동판 두께 정도로서 유전체 기판(12)의 유전체에 비하여 매우 작아 유전체 기판(12)의 유전율 Er보다 작거나 거의 비슷한 값을 갖는다.
만약 밀착 정도에 의한 갭(30)이 커지면 유효 유전율 Eeff이 작아지므로 유전체 기판(12)의 전면 도전층에 식각 형성된 스트립 선로(16a∼16d)의 폭을 넓게 설계해 주면 된다. 즉, 기판(10)의 후면 도체층(14)의 일부를 에칭등의 방법으로 제거하여 기구물(26)의 그라운드를 사용함으로써 전송선로의 유전율이 유효 유전율 Eeff이 되는 마이크로 스트립 선로인 하나의 전송선로로 구성되어진다.
따라서 기판(10)의 접지판인 후면 도체층(14)을 도체로 된 기구물(26)에 밀착시 밀착에 의한 공차로 상기 기판(10)의 접지면과 기구물(26) 사이에 갭(30)이 형성되더라도 후면 도체층(14)에 에칭된 그라운드 패턴(32)에 의해 접지를 하게 됨을 알 수 있다.
본 발명은 기존방법에서 그라운드가 정확히 되지 않아 전송선로가 두개가 되어 발생되는 전송손실 및 발진이 생기는 현상을 없애고, SSPA 제작하는데도 종래 방법보다 매우 간편해진다.
본 발명은 대신호를 전송하는 일부 전송선로인 마이크로 스트립 선로의 접지판이 후면 도체층에 그라운드 패턴을 에칭시켜 줌에 따라 기판의 그라운드와 기구물의 그라운드 사이의 미세한 틈에 의한 전송손실 및 발진을 제거한다.
상술한 바와같이 본 발명은 크림솔더를 이용하여 기판을 기구에 부착하는 방법보다 SSPA 제작 공정 과정이 간단하며, 나사와 기구를 이용하여 기판의 접지면을 기구물 접지면과 밀착시키는 방법은 매우 복잡한 정합회로가 필요한 경우 패턴 면적이 넓어져서 그라운드 사이의 틈이 넓어져 제작시 매우 어려운 난점을 갖는데 이 단점을 해결함으로써 발진을 제거할 수 있고, 전력효율이 양호한 전력증폭기를 구현할 수 있다.
Claims (4)
- 마이크로 스트립 선로를 이용한 초고주파수 대역용 고전력 증폭기에 있어서, 도전체 기구물(26)과, 소정의 유전율을 가지는 유전체 기판(12)의 전면 도체층에 스트립 선로(16)가 식각되어 있으며, 소정의 방향으로 그라운드 패턴(32)이 에칭된 후면 도체층(14)을 가지는 마이크로 스트립 선로 기판(10)의 후면 도체층이 상기 도전체 기구물(26)의 상부에 밀착 위치되어 구성됨을 특징으로 하는 초고주파수 대역용 고전력 증폭기.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유전체 기판(12)의 후면 도체층(14)에 에칭된 그라운드 패턴(32)은 상기 유전체 기판(12)의 전면 도전층에 식각된 스트립 선로(16)와는 크로스 방향으로 에칭되어 있음을 특징으로 하는 초고주파수 대역용 고전력 증폭기.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 유전체 기판(12)의 후면 도체층(14)에 그라운드 패턴(32)이 에칭된 기판(10)은 상기 도전체 기구물(26)의 상부에 위치되어 상기 유전체 기판(12)과 상기 도전체 기구물(26)간은 나사(18)로 체결되어 있음을 특징으로 하는 초고주파수 대역용 고전력 증폭기.
- 제 3 항에 있어서, 상기 유전체 기판(12)의 전면 도체층에 플레이트(28)가 위치되어 있으며, 상기 플레이트(28)와 유전체 기판(12)과 상기 기구물(26)은 나사(20)로 체결되어 상기 후면 도체층(14)이 상기 도전체 기구물(26)에 밀착된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 스트립 선로를 이용한 초고주파수 대역용 고전력 증폭기.
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Applications Claiming Priority (1)
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| KR1019920011533A KR940011024B1 (ko) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 초고주파수 대역용 고전력 증폭기 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR940001540A KR940001540A (ko) | 1994-01-11 |
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Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019920011533A KR940011024B1 (ko) | 1992-06-30 | 1992-06-30 | 초고주파수 대역용 고전력 증폭기 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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-
1992
- 1992-06-30 KR KR1019920011533A patent/KR940011024B1/ko not_active IP Right Cessation
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|---|---|
| KR940001540A (ko) | 1994-01-11 |
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