KR960010010B1 - 레인지 커플러 - Google Patents

Abstract

요약없음

Description

레인지 커플러

제1도는 종래 레인지 커플러의 사시도.

제2도는 제1도의 레인지 커플러 라인결합 상태를 설명하기 위한 설명도.

제3도의 (가) 내지 (라)는 본 발명에 따른 레인지 커플러의 요부를 보인 개략도로서, (가)는 레인지 커플러의 하부 구성도이고, (나)는 레인지 커플러의 상부 구성도이고, (다)는 레인지 커플러의 상부와 하부를 결합한 평면도이고, (라)는 레인지 커플러의 상부와 하부를 결합한 단면도이다.

제4도는 본 발명에 적용되는 더미 패드의 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 금속 기판103, 105 : 제1,제2유전체층

104, 106 : 제1,제2도파관107 : 와이어 본드

본 발명은 레인지 커플러(Lange Coupler)에 관한 것으로, 특히 마이크로-스트립(μ-strip) 형태로 제조할때 전송로를 다층구조로 하여 강한 결합력을 용이하게 구현시키고 평면구조에 따른 평면적을 감소시켜 소형화를 이루며 와이어 본드(Wire Bond)수를 감소시켜 제조가 용이하도록 한 레인지 커플러에 관한 것이다.

종래의 레인지 커플러는 첨부된 도면 제1도에 도시된 바와 같이, 금속기판(100)위에 유전체층(101)이 형성되며, 상기 유전체층(101)상에 금속도체를 패턴하여 도파관(102)을 형성시킨다.

도면중 미설명부호 E는 와이어 본드를 나타낸 것이다.

이와 같이 구성된 종래 레인지 커플러의 동작을 첨부한 도면 제2도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

레인지 커플러는 그 커플링이 전송선의 에지(edge)에서 가장자리(fringing field) 전계에 의해서 발생된다.

결합라인에 전자파(Wave)가 입사하게 되면 전송선로의 대칭에 의해서 짝수모드(even mode)와 홀수모드(odd mode)로 전자파(Wave)의 전파를 고려할 수 있다.

짝수모드(even mode)와 홀수모드(odd mode)에서 전송선로의 길이는 같은 길이이므로 짝수모드(even mode)와 홀수모드(odd mode)에서의 위상속도(phase velocity)가 달라지게 되고, 각 모드에서 이루어지는 전기적인 커플링(coupling)에 의해서 형성되는 캐패시턴스(Capacitance) 값이 달라지게 되므로 짝수모드(even mode)에서 전송될때의 특성 임피던스(Zoe)와 홀수모드(odd mode)에서 전송될때의 전송선의 특성 임피던스(Zoo)가 서로 다른 값을 갖게 된다.

커플링라인의 커플링은 상기 Zoe, Zoo와의 차이에 의해서 결합계수가 결정이 된다.

제2도는 마이크로 스트립형태의 커플링라인을 보인 것으로서, 이에 도시한 바와 같이 커플링라인은 입력포트(A)에서 입사파가 입사되면 결합된 라인의 길이가 입사파의 중심 주파수에서 λ/4의 길이를 갖게 되면 출력포트(B)(C)에서는 짝수모드와 홀수모드의 위상이 같게 되며 포트(D)에서는 180°위상이 다른 짝수, 홀수 모드의 위상이 나타나게 된다.

상기 짝수모드와 홀수모드의 합에 의해서 출력이 형성되게 되므로 출력포트(B)(C)에서는 출력 파가 나오게 되고 포트(D)에서는 출력 파가 나오지 않게 된다.

마찬가지로 레인지 커플러에서도 입력포트(A)에서 입력이 들어오면 출력포트(C)(D)에서는 출력이 나오게 되지만 포트(B)에서는 출력이 나타나지 않게 된다.

또한 출력포트(C)(D)의 출력 파 사이에는 90°의 위상 차이를 갖는 파가 나오게 된다.

따라서 레인지 커플러를 직각 커플러형태가 한다.

한편, 출력포트(C)(D)사이의 파우어의 비는 결합라인부분의 결합정도에 의해서 결정이 되어지게 되는데, 이 결합정도는 결합라인의 폭(W)과 간격(S)에 의해서 결정된다.

일예로, 간격이 좁으면 좁을수록 강한 결합을 일으키게 된다.

그러나 이러한 종래 레인지 커플러는 커플링이 전송선의 에지(edge)에서 가장자리 전계에 의한 결합이 일어나므로 3dB 커플러와 같은 강한 커플링을 요구하는 커플러를 구현하기 위해서는 커플링라인부분의 전송선 사이의 간격을 좁혀야만 하며 이는 기판의 금속을 에칭하기가 어렵기 때문에 결합라인을 여러개 만들어야 한다.

여기서 결합라인부분을 여러개 만든다는 것은 상대적으로 면적이 넓어지는 문제점을 야기시키며, 아울러 여러개의 결합라인을 위해서는 본드 와이어의 수가 증가되어야 하는 단점을 유발시킨다.

따라서 본 발명의 목적은 레인지 커플러를 마이크로-스트립(μ-strip) 형태로 제조할때 전송로를 다층구조로하여 강한 결합력을 용이하게 구현시키고 평면구조에 따른 평면적을 감소시켜 소형화를 이루며, 본드 와이어(Bond Wire)수를 감소시켜 제조가 용이하도록 레인지 커플러를 제공함에 있다.

이러한 본 발명의 목적은 레인지 커플러의 제조시 금속기판위에 제1유전체층과 상기 제1유전체층상에 전송선의 금속패턴이 형성된 하부층과, 제2유전체층상에 전송선의 금속패턴이 형성된 상부층으로 분리제조하고 결합시 상기 하부층과 상부층 사이에 더미패드(dummy pad)를 삽입하여 레인지 커플러를 제조함으로써 달성되는 것으로, 이하 본 발명을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명에 따른 레이진커플러의 요부를 보인 개략구성도로서, (가)에 도시한 바와 같이 하부층은 금속기판(100)상에 제1유전체층(103)을 형성하고, 상기 제1유전체층(103)상에 금속을 패터닝하여 제1도파관(104)을 형성시킨다.

아울러 (나)에 도시한 바와 같이 상부층은 제2유전체층(105)상에 금속을 패터닝하여 제2도파관(106)을 형성한다.

여기서 하부층의 금속기판(100)은 마이크로 스트립라인의 그라운드 면으로 유지시키고, 상부층의 금속기판은 모두 제거한다.

이후 상부층과 하부층을 결합한 후 상부층의 결합라인 중앙부분에 본드와이어(107)를 하여 다층구조의 레이진 커플러를 제조하게 된다.

이와 같이 제조한 다층구조의 레인지커플러의 작용은 (다)에 도시한 바와 같이, 입사파가 포트(A)로 입력되어지면 포트(C)와 포트(D)에서 위상차가 90°인 출력파가 얻어지며 포트(B)로는 출력파가 출력되지 않는다.

한편, 종래 평면형 마이크로 스트립 경우에는 커플링이 전송선의 에지부분의 가장자리 전계에 의해서 형성되기 때문에 커플링정도가 매우 약했으나, 이와 같이 다층구조로 레인지커플러를 제조할 경우에는 커플링이 전송로 폭(W)전체의 전계에 의해 형성되므로 강한 커플링을 얻을 수 있게 되는 것이다.

또한, 커플링의 정도가 전송로의 폭(W)과, 도파관과 금속기판사이에 존재하는 유전체층의 두께에 의해 결정되므로 유전체층의 두께 및 전송로의 폭(W)을 조절하므로써 용이하게 결합계수를 조절할 수 있는 장점도 있다.

제4도는 본 발명에 적용되는 더미 패트의 정면도로서, 전송로의 폭이 넓은 특성을 요하는 커플러인 경우, 하부층과 상부층을 결합할시 상부층과 하부층사이에 삽입하므로써 전송로의 폭을 확장할 수도 있으며, 아울러 더미 패드의 수를 조절함으로써 용이하게 전송로의 폭을 조절할 수도 있게 되는 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 다층구조로 레인지 커플러를 제조함으로써 전송로 전체에서 커플링이 발생되기 때문에 강한 커플링(3dB)을 얻을 수 있는 효과가 있으며, 마이크로 스트립을 평면형이 아닌 다층구조로 형성시킴으로써 종래 본드 와이어가 필요한 구조를 1개의 본드 와이어로 감소시킬 수 있는 효과도 있다.

아울러 평면형이 아닌 다층구조이기 때문에 소요되는 면적이 평면형보다 감소되어 소형화가 요구되는 MMIC에 적용할시 잇점을 제공하는 효과도 있다.

Claims (2)

1. 금속기판위에 소정두께로 제1유전체층을 형성하고 상기 제1유전체층상에 전송선의 금속패턴을 형성한 하부층과, 소정두께의 제2유전체층상에 전송선의 금속패턴을 형성한 상부층을 포함하여 다층구조를 갖도록 하여 커플링계수를 조정할 수 있도록 한 것을 특징으로 한 레인지 커플러.
2. 제1항에 있어서, 하부층과 상부층 사이에 대역폭의 확장을 위한 더미 패드를 하나이상 삽입시킨 것을 특징으로 한 레인지 커플러.