KR980013464A - 다층 구조의 초고주파 전송회로 - Google Patents

Abstract

본 발명의 다층 구조의 초고주파 전송회로는 회로의 대부분이 접지면으로 구성되어 있는 코플라나형 선로를 이용하여 제1접지면으로 코플라나형 전소구조를 이용하고, 상층은 상기 코플라나형 전송 구조이고, 하층은 스트립라인형, 코플라나형, 제2접지면 및 마이크로스트립형의 전송구조층의 하나 이상이 차례로 적층되는 전송 구조이다. 상기 하층의 스트립라인은 코플라나형 회로의 불완전 접지면에 의한 특성 변화를 줄이기 위하여 상유전체층과 하유전체층의 두께차를 둔 오프-센터 스트립라인이다. 상기 오프-센터 스트립라인의 상유전체층과 하유전체층의 두께차는 바람직하게는 50%이상이다. 또한, 본 발명은 상층은 마이크로스트립라인형 전송 구조이고, 하층은 코플라나형으로 이루어진 전송 구조의 다층구조의 초고주파 전송회로를 제공한다. 이로써, 부품의 장착이 매우 용이하며 전송선로의 특성임피던스의 변화가 쉬운 크플라나형회로의 장점을 가지면서 사용 기판의 수를 줄일 수 있다. 특히 오프-센터 스트립라인을 이용하여 불완전 접지면으로 인한 효과를 줄일 수 있다. 본 발명은 다충구조를 이용한 초고조파 전송회로를 소형화시킬 수 있다.

Description

다층 구조의 초고주파 전송회로

본 발명은 다층 구조(multilay structure)의 초고주파 전송 회로의 소형화 기술에 관한 것으로, 특히, 코플라나(coplanar)형, 스트립라인(strip line)형 및 마이크로스트립 라인형의 전송선로(transmission line)를 적절히 이용하여 적층 기판의 수를 줄이면서 부품의 직·병렬 장착이 용이하도록 이루어진 다층 구조의 초고주파 전송회로에 관한 것이다.

일반적으로, 초고주파 신호의 전송을 위한 전송 선로에는 신호 선로와 접지면이 동시에 존재하여야 하며, 이들 신호선로와 접지면의 위치에 따라 전송선로를 여러 형태로 구분한다.

도 1의 상층에 도시한 바와 같이, 신호 선로(12) 아래아 유전체(14)가 있으며 그 아래로 접지면(16)이 존재하는 마이크로스트립라인(10) 형태는 표면 위에 능동소자 및 수동소자를 직력 형태로 쉽게 장착 할 수 있으며 회로를 제작한 후 미세 조정이 용이하다. 그러나 신호의 전송 손실은 타 구조에 비해 적은 반면 공기로 되어 있는 윗면으로의 신호의 방사 손실이 있으며 외부의 잡음원에 의한 간섭에 약하고 소자의 병렬형 장학이 쉽지 않은 단점이 있다.

또한, 도 1의 하층에 도시한 바와 같이, 접지면(16)-유전체(18)-신호선로(20)-유전체(22)-접지면(24)의 구조를 가지는 스트립라인(20) 형태는 최소의 방사 손실을 가지며 외부의 잡음에 매우 강한 특성을 가지고 있다. 그러나 회로의 표면이 유전체(18) 밑에 존재하여 능동 소자 및 수동 소자의 장착이 매우 어려운 단점이 있다.

또한, 도면에는 도시하지 않았으마, 코플라나 형태는 신호 선로 양쪽에 접지면을 가지고 있는 구조로 마이크로스트립라인 형에 비해 전송 손실이 크며 아직 복잡한 구조에 대한 해석이 미흡한 단점이 있으나 소자의 직·병렬 장착이 용이하며 신호 선로의 폭만으로 특성임피던스(characteristic impedance)를 조절하는 마이크로스티립라인이나 스트립라인과는 달리 신호 선로의 폭과 접지면과의 거리에 의해 특성 임피던스를 조절하므로 임피던스의 변화에 대한 자유도가 큰 장점을 가지고 있다.

다층 구조의 초고주파 전송회로는 통상 단일 층 구조의 마이크로스트립라인(microstrip line)을 이용한 초고주파 전송회로 구조와는 달리 여러 층의 기판을 사용하여 회로 요소들을 분산시킴으로써 구현 회로의 크기를 줄 일 수 있는 장점이 있다.

종래의 다층구조 초고주파 전송회로는 도1에 도시한 바와 같이, 마이크로스트립라인(10)과 스트립라인(20) 형태를 전송선로로 사용한다. 도면의 상층에는 소자의 직렬 장착이 용이한 마이크로스트립라인(10) 형으로 이루어져 있으며 그 표면에 신호선로(12)가 존재하고, 그 신호선로(12)의 아래 유전체층(14)과 접지면(16)을 가진다. 그 상층의 하층은 두 접지면(16,24) 사이에 신호 선로(20)가 각 유전체층(18,22)을 개재하여 존재하는 스트립라인(20) 형을 반복 적층하여 사용한다. 소자를 장착하기 어려운 스트립라인형에는 일반적으로 전송선로 및 바이어스 선로를 구현한다. 도 1의 경우는 최소 3장의 유전체층을 적층하여야 하며 회로의 소형화를 위해 마이크로스트립라인의 폭을 줄일 경우 50 보다 휠씬 큰 임피던스 선로를 사용하므로 신호 선로 자체의 손실이 커지고 소자의 병렬 장착이 어려운 단점을 가진다. 예를 들면 비유전율(relative dielectric constant) 9.8과 두께 25㎜을 가지는 기판을 사용한 마이크로스트립라인 형의 경우 50 선로의 폭은 약 0.6㎜ 정도가 되어 소형화를 위한 고집적회로에 사용하기 부적절하다. 일반적인 고집적회로에는 약 0.2㎜ 정도의 폭을 갖는 선로를 사용하며 이 경우 특성임피던스는 약 80 으로 전송 손실이 커지며 전력소자의 정합시와 같이 저임피던스가 요구될 때 선로의 폭이 너무 커지는 단점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 최소의 유전체층을 사용하면서 신호 선로의 임피던스의 조절이 용이하며 소자의 직·병렬 장착이 쉬운 다층구조의 초고주파 전송회로를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 다층 구조의 초고주파 전송회로의 구성도.

도 2는 본 발명에 의한 코플라나형과 스트립인형을 이용한 다층 구조의 초고주파 전송회로의 구성도.

도 3는 본 발명에 의한 코플라나형 오프-센터 스트립라인형을 이용한 다층 구조의 초고주파 전송회로의 구성도.

도 4는 도 2 내지 도 3에서의 불완전 접지명에 의한 효과를 알아보기 위한 기존 적층형 마이크로스트립형 초고주파 전송선로의 구성도.

도 5는 a,b,c는 도 3 내지 도 4의 아래 유전체층의 두께 변화에 따른 초고주파 전송 선로의 특성 변화도로, 유효유전률, 감쇄상수, 특성임피던스를 차례로 나타내는 그래프도.

도 6 내지 도 9는 본 발명에 의한 코플라나형을 접지면으로 이용한 다층 구조의 초고주파 전송회로의 다양한 변형예들을 도시한 구성도들.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

30,50: 코플라나층 32,52,62,82: 접지면

34,38,54,58,78: 신호라인 36,46,56,66,76,86:유전체층

40,60:스트립라인 70: 적층 마이크로스트립라인

상기 기술적 과제는 달성하기 위한 본 발명의 일 태양에 의하면, 다층구조의 초고주파 전송회로에 있어서 제1접지면으로 코플라나형 전송구조의 접지명을 이용하고, 상층은 코플라나형 전송 구조이고, 하층은 스트립라인형, 코플라나형, 제2접지면 및 마이크로스트립형의 전송구조중의 하나 이상이 차례로 적층되는 전송 구조임을 특징으로 하는 다층 구조의 초고주파 전송회로를 제공한다.

본 발명의 다른 태양에 의하면, 다층구조의 초고주파 전송회로에 있어서 상층은 마이크로스트립라인형 전송구조이고, 하층은 코플라나형 및 다른 접지면중의 하나로 이루어진 전송 구조임을 특징으로 하는 다층구조의 초고주파 전송회로를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들의 구성 및 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 코플라나형과 스트립라인형을 이용한 다층 구조의 초고주파 전송회로를 도시하고 있으며, 상층을 코플라나형(30)으로, 하층을 스트립라인 형태(40)로하여 최소 2장의 유전체 기판(36,46)을 이용하여 초고주파 전송회로를 구현하는 것이다. 이는 소자의 직·병렬 장착이 용이하며, 신호 선로(34)의 폭과 접지면(32)과의 거리에 의해 임피던스의 조절이 가능한 코플라나형의 장점과, 최소 방사손실 및 외부의 잡음에 매우 강한 특성을 가진 스트립라인형의 장점을 동시에 가지고 있다. 예를 들면 비유전율(relative dielectric constant)이 9.8과 두께 25㎜을 가지는 기판을 사용한 코플라나형의 경우 접지면과 신호 선로의 폭을 약 0.15㎜로 두면 50 선로의 폭이 약 0.3㎜정도로 고집적회로에 사용하기 적합하다. 특히 신호선로를 크게 함과 동시에 접지면과 신호선로의 폭을 넓힘으로써 저임피던스를 쉽게 구현할 수 있다. 또한, 회로의 대부분의 접지명으로 되어 있는 코플라나형을 스트립라인(40)의 위쪽 접지면(32)으로 활용하여 적층 유전체 기판을 줄이는 장점을 가진다. 실제로 코플라나형의 전송 회로의 경우 전체 중 약 80% 정도가 접지면으로 구성되어 있다. 스트립라인(40)의 유전체층들(36,46)의 사이에는 신호라인(38)이 형성되어 있다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 의한 코플라나형과 오프-센터 스트립라인형을 이용한 다층 구조의 초고주파 전송회로를 도시한 구성도로서, 오프-센터 스트립라인(off-center strip line)(60)을 이용하여 윗면 코플라나형(50) 전송회로의 불완전 접지면(52)에 의한 스트립라인(60)의 특성 변화를 대부분 감소시킬 수 있다. 기타, 신호라인들(54,58), 유전체층들(56,66), 접지면(62)등의 다른 부분은 도2의 구조와 유사하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 4는 적층형 마이크로스트립형을 이용한 다층 구조의 초고주파 전송회로를 도시한 구성도로, 도 2 내지 도 3에서의 불완전 접지면에 의한 효과를 알아보기 위한 기존 초고주파 전송선로의 한 종류인 적층형 마이크로스트립라인의 구성도이다. 도 4는 오프-센터 적층형 마이크로스트립라인의 구조로, 그 상층은 접지면이 없는 적층형 마이크로스트립라인(embedded microstrip line)(70)이고 그 하층은 접지면(82)이다. 상기 오프-센터 마이크로스트립라인(70)의 하유전체층(86)의 두께 변화에 따른 특성 변화가 없도록 한다. 마찬가지로, 신호라인(78), 유전체층(86), 접지면(82)등의 다른 부분은 도 2의 구조와 유사하므로 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 5의 a, b, c는 도 3 내지 도 4의 하유전체층(66,86)의 두께 변화에 따른 초고주파 전송선로의 특성 변화도로, 유효유전율(effective dielectric constant), 감쇄상수(attenuation constant), 특성임피던스(characteristic impedance)를 차례로 나타내는 그래프도이다. 즉, 도 5에는 도 3의 오프-센터 스트립라인(60)의 하유전체층(66)과 도4의 접지면이 없는 적층형 마이크로스트립라인(70)의 하유전체층(86)의 두께 변화에 따른 유효유전율, 감쇄 상수 및 특성 임피던스의 변화를 수치해석 방법의 하나인 모멘트 방법(moment method)을 사용하여 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 여기서, 하유전체층의 두께가 상유전체층에 비해 약 50% 이하인 경우 윗면에 접지면이 있고 없음이 전체 특성에 큰 영향을 주지 않음을 확인할 수 있다. 그러므로 상 유전체층과 하 유전체층의 두께를 조절함으로써 불완전한 코플라나층의 접지면 효과를 거의 제거한 다층구조의 초고주파 전송회로의 제작이 가능하다.

도 6 내지 도 9는 본 발명에 의한 코플라나형을 접지면으로 이용한 다층 구조의 초고주파 전송회로의 다양한 변형예들을 도시한 구성도들이다. 도 6은 코플라나층(6a)-스트립라인(6b-코플라나층(6c)의 구조를 갖는다. 도 7은 코플라나층(7a)-스트립라인(7b)-접지면(7c)-마이크로스트립라인(7d)의 구조를 갖는다. 도 8는 마이크로스트립라인층(8a)-코플라나층(8b)의 구조를 갖는다. 도 9는 코플라나층(9a)-스트립라인(9b)-코플라나층(9c)-마이크로스트립라인 또는 스트립라인(9d)의 구조를 갖는다. 이에 대한 상세한 구조 설명은 도 2 내지 도 3과 유사하므로 생략한다. 단, 도 2 및 도 3의 구조는 도 6 내지 도 9로 변형될 수 있으며 이런 선로를 결합하여 층의 수를 늘릴 수 있다. 상기 도 6 내지 도 9의 각 경우 모두 기존의 방법에 비해 각층 유전체층의 수를 줄일 수 있는 장점이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 다층 구조의 초고주파 전송회로는 코플라나형 전송선로를 이용하여 다층구조의 초고주파 전송회로를 소형화하는 기술에 관한 것으로 소자의 장착이 편리하며 적층 기판의 수를 최소화 하는 잇점을 가진다. 그리고 오프-센터 스트립라인형을 사용하므로 불완전 접지효과 등과 같은 원하지 않는 기생효과를 없앨 수 있다.

Claims (6)

1. 다층구조의 초고주파 전송회로에 있어서, 제1접지면으로 코플라나형 전송구조를 이용하며, 상층은 상기 코플라나형 전송 구조이고, 하층은 스트립라인형, 코플라나형, 제2접지면 및 마이크로스트립형의 전송구조중의 하나 이상이 차례로 적층되는 전송 구조임을 특징으로 하는 다층 구조의 초고주파 전송회로.
2. 제1항에 있어서, 상기 하층의 스트립라인은 코플라나형 회로의 불완전 접지면에 의한 특성 변화를 줄이기 위하여 상유전체층과 하유전체층의 두께차를 둔 오프-센터 스트립라인임을 특징으로 하는 다층 구조의 초고주파 전송회로.
3. 제2항에 있어서, 상기 오프-센터 스트립라인의 상유전체층과 하유전체층의 두께차는 바람직하게는 50%이상임을 특징으로 하는 다층 구조의 초고주파 전송회로.
4. 제1항에 있어서, 상기 코플라나형의 접지면을 다른 전송선로 형태의 접지면으로 이용하는 것을 특징으로 하는 다층구조의 초고주파 전송회로.
5. 다층구조의 초고주파 전송회로에 있어서, 상층은 마이크로스트립라인형 전송 구조이고, 하층은 코플라나형으로 이루어진 전송 구조임을 특징으로 하는 다층 구조의 초고주파 전송회로.
6. 제5항에 있어서, 상기 코플라나형의 접지면을 다른 전송선로 형태의 접지면으로 이용하는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 초고주파 전송회로.

   ※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.