WO2018139846A1 - 전송선로-도파관 전이 장치 - Google Patents

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    • H01P5/10—Coupling devices of the waveguide type for linking dissimilar lines or devices for coupling balanced lines or devices with unbalanced lines or devices
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    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12—Hollow waveguides
    • H01P3/123—Hollow waveguides with a complex or stepped cross-section, e.g. ridged or grooved waveguides

Definitions

  • the present invention relates to cavity type waveguides used for ultra-high frequency signal transmission and processing, and in particular, printed circuit boards such as microstrip lines, strip lines, CPW (Coplanar Waveguide), CPWG (CPWG) and the like. Board)
  • the present invention relates to a transmission line-waveguide transition device connecting a cavity-type waveguide and a cavity-type transmission line.
  • the waveguide structure is a low loss and high performance passive element (e.g., slot array antenna, horn antenna, filter) in the millimeter wave band having a wavelength of millimeter units such as 28 GHz or 60 GHz , Diplexers, etc.).
  • a low loss and high performance passive element e.g., slot array antenna, horn antenna, filter
  • millimeter wave band having a wavelength of millimeter units such as 28 GHz or 60 GHz , Diplexers, etc.
  • the waveguide transmits a signal using a shielded space, that is, a resonance phenomenon caused by the waveguide structure itself, and is designed such that the waveguide in the shape of a tube has a length corresponding to the frequency characteristic of the corresponding transmission signal.
  • a shielded space that is, a resonance phenomenon caused by the waveguide structure itself
  • Such waveguides may be classified according to their type and their intended use according to the dielectrics filled therein.
  • Cavity type waveguides typically have a rectangular metal block structure filled with air, and have the advantage of high performance due to the lowest dielectric loss and excellent transmission characteristics.
  • a separate transition structure is required in order to be combined with other electronic devices that are typically implemented as a PCB type (that is, to be connected to a PCB type transmission line).
  • Figure 1a is an example of a conventional transmission line-waveguide transition apparatus, Korean Patent Application No. 10-2009-0026489 (name: "waveguide-microstrip line converter", Applicant: Samsung Thales, inventor: Park Dae-sung, filing date : March 27, 2009).
  • the transition device shown in FIG. 1A is a structure for transmitting a signal of the microstrip line a32 to the waveguide a10 through the slot a22 implemented in the PCB a20.
  • the outside of the waveguide a10 and the ground of the PCB a20 are in contact with each other in the form of a via hole a24.
  • the structure shown in FIG. 1A is a structure in which the transmission line and the waveguide are vertically connected to each other.
  • a structure in which the waveguide is bent by 90 degrees should be additionally formed.
  • the volume increase and the complexity of the structure increase.
  • Figure 1b is another example of a conventional transmission line-waveguide transition apparatus, Korean Patent Application No. 10-2010-0040863 (name: “broadband transmission line-waveguide conversion apparatus", Applicant: Samsung Electro-Mechanics, inventor: Lee Jung-un, filing date : April 30, 2010).
  • the transition device shown in FIG. 1B is a transition device between the coaxial line b22 and the waveguide.
  • the coaxial line b22 and the waveguide are connected to each other in a vertical direction, and the center conductor b21a of the coaxial line b22 transmits a signal into the waveguide as a probe.
  • This structure also requires bending the coaxial line 90 degrees, for example, in order to make the waveguide and coaxial line parallel to each other.
  • the 90-degree deformation of the coaxial line not only requires space due to the minimum radius of rotation, but can also cause some kind of crack in the outer conductor of the coaxial line.
  • Figure 1c is another example of a conventional transmission line-waveguide transition apparatus, US Patent No. 8188805 (named: "Triplate line-to-waveguide transducer having spacer dimensions which are larger than waveguide dimensions", Applicant: Hitachi Chemical, Inventor: Taketo Nomura et al., Patent Date: May 29, 2012).
  • the transition device shown in FIG. 1C has a transition structure from the triflate c1, c4, c5 to the waveguide c6.
  • This structure is a structure that transmits a signal to the waveguide (c6) in the stacked line structure.
  • the signal line c3 is inside the laminated structure and the ground surface c5 is present on the upper surface.
  • the lower surface (c1) has an opening similar to the inside dimensions of the waveguide so that a signal is transmitted to the waveguide (c6).
  • the waveguide since the signal line and the waveguide are perpendicular to each other, the waveguide must be changed by 90 degrees in order to deform into a structure parallel to each other, thereby causing problems such as an increase in the overall size.
  • Figure 1d is another example of a conventional transmission line-waveguide transition apparatus, US Patent No. 6917256 (name: "Low loss waveguide launch", Applicant: Motorola, inventor: Rudy Michael Emrick et al., Patent Date: 2005 12 July).
  • the transition device shown in FIG. 1D is a relatively widely applied structure for the connection of waveguides and microstrip lines. Through the so-called back-short structure, the signal of the microstrip line d350 is transferred to the waveguide d310 in the vertical direction.
  • This structure requires a space for resonance of about 4 / ⁇ g ( ⁇ g: in-tube wavelength) on the upper side of the waveguide, that is, on the upper side of the microstrip line d350, when the waveguide direction is directed downward. Thickening.
  • an object according to at least some embodiments of the present invention is a transmission line-waveguide transition apparatus for connecting the waveguide in a state parallel to the transmission line of the PCB type formed on the PCB, without the provision of additional waveguide bending structure.
  • the conventional transition structure includes a structure in which a PCB on which a transmission line is formed and a waveguide are connected in a vertical direction at a right angle of 90 degrees to each other. It can be seen that it has.
  • the transmission line-waveguide transition apparatus of the present invention proposes a structure that allows the PCB and the waveguide to be connected in parallel as a very simple structure.
  • an object according to at least some embodiments of the present invention proposes a transmission line-waveguide transition apparatus that is universally applicable to various types of PCB type transmission lines such as microstrip lines, strip lines, CPW, CPWG, and the like.
  • the present invention provides a transmission line-waveguide transition apparatus; A side and an upper surface of a plate shape having a size and a shape corresponding to the waveguide through which the signal of the transmission line is transmitted; It is formed in the inner space formed by the side and the upper surface is connected to the transmission line and one end is characterized in that it comprises a plate-shaped ridge having an inclined surface in contact with the upper surface.
  • a portion of the ridge that is in contact with the transmission line may be formed to contact the transmission line at a gentle angle rather than at a sharp angle, and may have a curved shape as a whole.
  • the transmission line-waveguide transition apparatus may be fixedly installed on a substrate on which the transmission line is formed by soldering or screwing, and a ground surface may be formed on at least a portion of the substrate on which the transition apparatus is installed.
  • a ground transition region may be formed in a portion corresponding to the ridge in which a portion of the ground plane is removed.
  • the transmission line-waveguide transition apparatus is a very simple and efficient method of transferring a signal to a waveguide by using a method similar to that of a cover shape on a PCB type transmission line.
  • the structure is proposed, it is possible to simply connect the transmission line and the waveguide horizontally. Accordingly, since the thickness of the product to which the present invention is applied can be kept low, the final product can be implemented in a low profile.
  • the component loss rate may be reduced by verifying and replacing the pre-assembly characteristics. This requires a two-dimensional operation of covering the cover on the PCB during mass production, thereby achieving a fast assembly process.
  • transition apparatus of the present invention can be universally applied to various types of PCB type transmission lines.
  • 1A, 1B, 1C and 1D are exemplary views of conventional transmission line-waveguide transition devices.
  • 2a, 2b and 2c is a schematic structural diagram showing the characteristics of the transmission line-waveguide transition apparatus of the present invention compared to the conventional transmission line-waveguide transition apparatus
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a substrate in which a transmission line-waveguide transition apparatus and a transmission line according to the first embodiment of the present invention are formed;
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG.
  • FIG. 5 is a plan view of the substrate of FIG.
  • 6A and 6B are enlarged perspective views of the transmission line-waveguide transition apparatus of FIG. 3.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a substrate in which a transmission line-waveguide transition apparatus and a transmission line are formed according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of a transmission line-waveguide transition apparatus and a substrate on which a transmission line is formed according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a transmission line-waveguide transition apparatus and a substrate on which a transmission line is formed according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 11A, 11B, 11C, and 11D are graphs showing characteristics of transmission line-waveguide transition devices according to various embodiments of the present invention.
  • 12A, 12B and 12C are views illustrating modifications of the ridge structure that can be applied to the transition apparatus according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 13 is a graph of a function model applied in the design of the inclined surface of the ridge structure of FIGS. 12A, 12B and 12C
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of a substrate 10 having a transmission line-waveguide transition device 20 (hereinafter, referred to as a “transition device”) and a transmission line 101 according to a first embodiment of the present invention .
  • the transmission line 101 is implemented in a CPW structure.
  • 4 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG. 3, and shows a cutting surface shape in which the transition device 20 and the transmission line 101 are coupled to each other.
  • FIG. 5 is a plan view of the substrate 10 of FIG. 3.
  • 6A and 6B are enlarged perspective views of the transmission line-waveguide transition device 20 of FIG. 3, and in FIG. 6B, the top surface of the transition device 20 is removed to more clearly show the structure of the interior of the transition device 20. Shown in form.
  • the transmission line-waveguide transition apparatus 20 basically has a standardized waveguide (30 of FIG. 4) through which the signal of the transmission line 101 is transmitted. It has a plate-shaped side (202, 204) and the top surface 206 having a size and shape corresponding to. In other words, the interior space formed by these side surfaces 202 and 204 and the top surface 206 has a size and shape corresponding to a standardized waveguide.
  • one end of the transmission line 101 formed on the substrate 10 is connected to the center of the inner space formed by the side surfaces 202 and 204 and the upper surface 206, and the other end thereof is an inclined surface in contact with the upper surface 206.
  • a plate-shaped ridge 210 with (G in FIG. 4) is formed.
  • the width of the inclined surface G of the ridge 210 may be designed to correspond to the width of the transmission line 101, for example, the same as the width of the transmission line 101.
  • the inclined surface G of the ridge 210 is a main configuration for transferring the signal transmitted from the transmission line 101 to the waveguide, and is designed in a curved shape that is appropriately designed as a whole in advance. That is, the curved shape of the inclined surface G may be designed by an appropriate combination of various trigonometric curves, for example, the portion in contact with the transmission line 101 (Gs in FIG. 4) is at least gentle slope. It can be designed in the form of a starting curve.
  • the curved shape of the inclined surface G of the ridge 210 may be designed through a number of tests and analysis to be optimized according to the type of the transmission line and the frequency of the transmission signal.
  • the curved shape of the portion (Gs of FIG. 4) in contact with the transmission line 101 in the ridge 210 is required to be designed to be in contact with the transmission line 101 at a gentle angle rather than a sharp angle.
  • This is a key feature that enables efficient signal transmission, such as improved junction characteristics and minimized reflection loss, at the connection point between the transmission line 101 and the ridge 210.
  • the transmission line 101 and the ridge 210 It has been found that the signal transmission characteristics are very poor when not connected at a gentle angle. Therefore, in the embodiments of the present invention, at least the curved shape at the portion Gs contacting the transmission line 101 at the ridge 210 may be designed such that its inclination angle gradually increases from 0 substantially. .
  • connection point of the ridge 210 and the transmission line 101 may be fixedly connected to each other by using a soldering method or a conductive resin (for example, silver epoxy) coating method.
  • a plating process for soldering may be performed in advance on a corresponding portion of the ridge 210.
  • the ridge 210 and the transmission line 101 may be configured to be connected in a simple contact method.
  • the transition device 20 implemented by the side surfaces 202 and 204 and the upper surface 206 is made of a conductive metal, for example, aluminum (alloy) material or copper (Alloy) material. In some cases, the transition device 20 may be silver plated for better signal transmission characteristics.
  • the transition device 20 is fixedly installed on the substrate 10, for example, may be fixed on the substrate 10 by soldering. In this case, a plating process for soldering may be performed on the lower end portions of the side surfaces 202 and 204 of the transition apparatus 20.
  • the transition device 20 may be installed to be fixed on the substrate 10 by screwing.
  • screw holes (not shown) are formed in the side surfaces 202 and 204 of the transition device 20 so as to penetrate the entire side surface up and down, and the screw holes (or grooves) are also corresponding to the substrate 10. ) May be formed to have a configuration in which the coupling screws (not shown) are mutually coupled.
  • a separate flange (not shown) for the screw coupling is further formed, through which the structure may be coupled to the substrate 10 in a screw coupling manner have.
  • a ground plane (dashed line area shown in FIGS. 3 and 5) is formed on at least a portion where the transition device 20 is installed on the substrate 10. 3 to 6B, the transmission line 101 has a CPW structure, and thus the upper surface of the substrate 10 is all ground.
  • the ground transition region 102 is formed.
  • the ground transition region 102 is formed in the form of gradually narrowing the width starting from the connection point between the ridge 210 and the transmission line 101 is formed in the shape of a generally elongated triangle (for example, an isosceles triangle). do.
  • the ground transition region 102 is formed to improve impedance matching and signal transmission characteristics between the transmission line 101 and the waveguide.
  • the isosceles triangular ground transition region 102 may have an overall curved shape in consideration of the distance between the inclined plane G of the ridge 210, for example, two sides of the triangular shape for more precise ground property matching. have.
  • the transition device 20 having the above-described structure may further include a flange 250 to be coupled to the flange 350 of the waveguide 30.
  • the waveguide 30 may be designed according to a standard specification (for example, in the band of 26.5 GHz to 40 GHz, the standard specification of 'WR-28' is defined as the waveguide inner size defined as '7.11 mm x 3.56 mm').
  • the transition device 20 and the flange 250 are also formed.
  • the transition device 20 may be attached to the waveguide 30 by soldering or welding, or may be integrally formed with the waveguide 30 as an end structure of the waveguide 30.
  • the transmission line-waveguide transition apparatus 20 of the present invention which may be configured as shown in FIGS. 3 to 6b, may be simply installed on a PCB substrate 10 in a form of covering a cover. As can be seen, it can be seen that the stabilization of properties and the ease and miniaturization of assembly are possible. do. In particular, since the waveguide can be directly connected in the horizontal direction, the overall thickness of the product can be kept low.
  • FIG. 7 is an exploded perspective view of a substrate 12 on which a transmission line-waveguide transition apparatus 20 and a transmission line 121 are formed according to a second embodiment of the present invention , wherein the transmission line 121 has a CPWG structure, for example.
  • the implementation is shown.
  • the transmission line 121 and the ground surface are formed on the upper surface of the substrate 12 of the CPWG structure, and the ground surface is formed on the lower surface thereof.
  • a plurality of via holes 124 are formed around the transmission line 121 to improve ground characteristics.
  • the transmission line-waveguide transition apparatus 20 may have the side surfaces 202 and 204 and the upper surface 206 substantially the same as the configuration shown in FIGS. 3 to 6B. ) And a ridge 210, wherein one end of the ridge 210 is in contact with the transmission line 121 of the CPWG structure.
  • the ridge 210 may have an inclined surface having a curved shape properly designed in advance, similar to the structure of the first embodiment.
  • a ground plane (dashed line region in FIG. 7) is formed on at least a portion where the transition device 20 is installed on the substrate 12, and a portion of the transition surface that corresponds to the ridge 210 of the transition device 20 is formed.
  • the ground transition region 122, in which the ground plane is removed, is formed similarly to the structure of the first embodiment.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of the substrate 14 on which the transmission line-waveguide transition apparatus 20 and the transmission line 141 are formed, according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line A-A 'of FIG. 8, and shows the shape of the cut surface in the state in which the transition device 20 and the substrate 14 are coupled to each other.
  • the substrate 14 of the strip line structure has a ground surface formed on the upper and lower surfaces thereof, and a transmission line 141 is embedded in the non-conductive dielectric layer, which is an inner layer thereof.
  • the transmission line-waveguide transition apparatus 20 is substantially the same as the other side of the previous embodiment (202, 204), the top surface 206 and It has a ridge 210.
  • a metal via hole 143 is additionally formed to penetrate the substrate 14 and to be connected to an end of the transmission line 141 of the inner layer of the substrate. .
  • the ridge 210 contacts the metal vial 143 and is connected to the transmission line 141.
  • a ground plane (dashed line region of FIG. 8) is formed on at least a portion where the transition device 20 is installed on the substrate 14, and a ground pattern is formed on a portion around the via hole 143.
  • a ground transition region 142 having a portion of a ground surface removed is formed like the structure of other embodiments.
  • a plurality of via holes 144 penetrate the substrate 14 to improve ground characteristics around the ground transition region 142.
  • the upper and lower grounds of the substrate may be connected to each other.
  • FIG. 10 is an exploded perspective view of a substrate on which a transmission line-waveguide transition apparatus and a transmission line are formed according to a fourth embodiment of the present invention , wherein the transmission line 161 is implemented with, for example, a microstrip line structure.
  • a pattern of the transmission line 161 is basically formed on the upper surface of the substrate 16 of the microstrip line structure, and a ground surface is formed on the lower surface of the substrate 16.
  • the transmission line-waveguide transition apparatus 20 has side surfaces 202 and 204, an upper surface 206, and a ridge 210 like other embodiments. .
  • the ridge 210 is installed to contact the transmission line 161 of the microstrip line structure.
  • a separate ground plane is additionally formed at least at a portion where the transition device 20 is installed.
  • a ground transition region 162 is formed at a portion corresponding to the ridge 210 in which a part of the ground plane is removed.
  • a plurality of via holes 164 are formed through the substrate 14 around the ground transition region 162 so as to improve ground characteristics. The ground plane of the can be connected.
  • 11A, 11B, 11C, and 11D are graphs illustrating characteristics of transmission line-waveguide transition devices according to various embodiments of the present invention, and are sequentially ordered to the first, second, third, and fourth, respectively.
  • the characteristics of the transition device 20 according to the embodiment are shown.
  • 11A to 11D it can be seen that the return loss S11 -15dB bandwidth is sufficiently secured based on a desired band, for example, a 28 GHz band, in each of the transition apparatuses 20.
  • the insertion loss S21 can be designed to be very small, generally within about -0.5 dB. It can also be inferred that part of the loss is due to the dielectric substrate, so the insertion loss of the actual transition structure is negligibly small.
  • the transmission line-waveguide transition apparatus can be used for various types of CPW, CPWG, strip line, microstrip line, etc. in single-shaped and multi-layered substrates. It can be seen that it is widely applicable to the structure of the transmission line.
  • the curved shapes of the inclined surfaces of the ridges are designed differently. That is, the inclined surface of the ridge 210-1 of the transition apparatus 20-1 shown in FIG. 12A has a straight line shape, and the inclined surface of the ridge 210-2 of the transition apparatus 20-2 shown in FIG. 12B.
  • the shape of is a curved shape with a small slope of the start point of the slope section and a large slope of the end point.
  • the shape of the inclined surface of the ridge 210-3 of the transition apparatus 20-3 shown in FIG. 12C is similar to the form of a part of a trigonometric function or a logistic function in which the inclination of the start point and the end point of the inclination section is small. "Implemented in the shape of a curve.
  • FIG. 13 is a graph showing respective functional models applied in the design of the inclined surface of the ridge structure of FIGS. 12A, 12B, and 12C.
  • the linear form of the inclined surface of the ridge 210-1 of FIG. 12A may be designed using a linear function
  • the curved form of the inclined surface of the ridge 210-2 of FIG. 12B may be a quadratic function. It can be designed using.
  • the “S” curve shape of the inclined surface of the ridge 210-3 of FIG. 12C may be designed using a trigonometric function. Each function may be set to satisfy the following equation, for example.
  • the shape of the inclined surface of the ridge is modeled using a portion contacting the transmission line of the PCB as the origin (0,0).
  • the function passing through the origin and the end points L and B of the inclined surface (L: ridge length, B: ridge height) can be appropriately set, and thus, the inclined surface of the ridge can be designed.
  • the length L of the ridge i.e., the structure having a short loss and a low loss of the transition structure may be an optimal structure.
  • the structure using a trigonometric function having a small slope at the start point (0,0) and the end point (L, B) of the transition structure has excellent characteristics.
  • the ridge structure in addition to the structure to be applied and other optimization may be applied according to the thickness of the PCB, transmission line width and the like. In addition, different functional models are applied differently for each part of the ridge to make the overall slope of the ridge.
  • the shape of the ridge of the transition apparatus may be optimized by modeling graph shapes of various functions. According to the present invention, since the conversion from the transmission line of any PCB type to the waveguide is performed through a single transition structure, a functional model having excellent characteristics among various functional models can be derived and applied.
  • a transmission line-waveguide transition apparatus may be configured and operated. Meanwhile, in the above description, specific embodiments of the present invention have been described. There may be embodiments or variations. For example, the length of the transition device 20 or the curved shape of the inclined surface G of the ridge 210 may be variously designed in consideration of characteristics required for a product. Further, in addition to the transmission lines mentioned in the above embodiments, the transition device 20 of the present invention may be applied to, for example, a coaxial line. In this case, the inner conductor of the coaxial line may have a structure connected to the ridge.

Landscapes

  • Waveguides (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

본 발명은 전송선로-도파관 전이 장치는, 전송선로의 신호가 전달되는 도파관에 대응되는 크기 및 형태를 갖는 판 형태의 측면 및 상면과; 측면 및 상면에 의해 형성되는 내부 공간에 형성되며 전송선로와 일단이 연결되며 타단은 상면에 접하는 경사면을 가진 판 형태의 릿지를 포함한다.

Description

전송선로-도파관 전이 장치
본 발명은 초고주파 신호 전송 및 처리에 사용되는 캐비티 타입 도파관에 관련된 기술로서, 특히, 마이크로스트립 선로, 스트립 선로, CPW(Coplanar Waveguide), CPWG(CPW with Ground) 등과 같은 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board) 타입 전송선로와 캐비티 타입 도파관을 연결하는 전송선로-도파관 전이 장치(transmission line - waveguide transition device)에 관한 것이다.
[사사표기]
본 연구는 미래창조과학부 '범부처 Giga KOREA 사업'의 지원을 받아 수행하였음 (과제고유번호: 1711021003, 세부과제번호: GK16NI0100) [This work was supported by 'The Cross-Ministry Giga KOREA Project' grant from the Ministry of Science, ICT　and Future Planning, Korea.]
도파관 구조는, 초고주파 예를 들어, 28GHz 또는 60GHz 등의 밀리미터 단위의 파장을 갖는 밀리미터파(Millimeter Wave) 대역에서, 작은 손실과 높은 성능의 수동 소자(예를 들어, 슬롯 어레이 안테나, 혼 안테나, 필터, 다이플렉서 등)를 구현하기 위해 주로 사용된다.
도파관은 차폐된 공간, 즉 도파관 구조 자체의 의한 공진 현상을 이용하여 신호를 전송하며, 대략 관 형태의 도파관이 해당 전송 신호의 주파수 특성에 대응되는 길이를 갖도록 설계된다. 이러한 도파관은 내부에 채워진 유전체에 따라 그 종류 및 사용 용도를 구분할 수 있다.
캐비티 타입 도파관은 통상 공기(air)로 채워진 내부가 빈 사각형 금속 블록 구조를 가지는데, 유전체 손실이 가장 적고 전송 특성이 우수하여 고성능 구현이 가능하다는 장점을 가진다. 그런데, 통상 PCB 타입으로 구현되는 다른 전자 장비들과 결합하기 위해서는(즉, PCB 타입의 전송선로와 연결되기 위해서는), 별도의 전이(transition) 구조가 요구된다.
도 1a는 종래의 전송선로-도파관 전이 장치의 일 예로서, 국내 특허 출원번호 제10-2009-0026489호(명칭: "도파관-마이크로스트립 선로 변환장치", 출원인: 삼성탈레스, 발명자: 박대성, 출원일: 2009년 3월 27일)에 개시된 바와 같다. 도 1a에 도시된 전이 장치는, 마이크로스트립 선로(a32)의 신호를 PCB(a20)에 구현된 슬롯(a22)을 통하여 도파관(a10)으로 전달하는 구조이다. 도파관(a10) 외부와 PCB(a20)의 그라운드는 비아홀(a24) 형태로 접촉되어 있다. 도 1a에 도시된 구조는 전송선로와 도파관이 서로 수직으로 연결되는 구조로서, 전송선로가 설치된 기판과 평행하게 도파관을 설치하기 위해서는, 도파관을 90도 꺾는 구조를 추가로 형성하여야 하며, 그에 따른 전체적인 부피 증가 및 구조의 복잡성이 증가하게 된다.
도 1b는 종래의 전송선로-도파관 전이 장치의 다른 예로서, 국내 특허 출원번호 제10-2010-0040863호(명칭: " 광대역 전송선로-도파관 변환장치", 출원인: 삼성전기, 발명자: 이정언, 출원일: 2010년 4월 30일)에 개시된 바와 같다. 도 1b에 도시된 전이 장치는, 동축선(b22)과 도파관간의 전이 장치이다. 동축선(b22)과 도파관이 서로 수직 방향으로 연결되며 동축선(b22)의 중심 도체(b21a)가 프로브(Probe)로써 도파관 내부로 신호를 전달한다. 이 구조 역시 도파관과 동축선을 서로 평행하게 하기 위해서는, 예를 들어 동축선을 90도로 꺾어야 한다. 동축선을 90도 변형을 하게 되면 최소 회전 반경에 의한 공간이 필요할 뿐만 아니라, 그로 인해 동축선의 외부도체에 일종의 크랙(crack)이 발생할 수 있다.
도 1c는 종래의 전송선로-도파관 전이 장치의 또다른 예로서, 미국 특허번호 제8188805 호(명칭: "Triplate line-to-waveguide transducer having spacer dimensions which are larger than waveguide dimensions", 출원인: Hitachi Chemical, 발명자: Taketo Nomura 외 다수, 특허일: 2012년 5월 29일)에 개시된 바와 같다. 도 1c에 도시된 전이 장치는, 트리플레이트(c1, c4, c5)로부터 도파관(c6)으로의 전이 구조를 가진다. 해당 구조는 적층형 선로 구조에서 도파관(c6)으로 신호를 전달 하는 구조이다. 신호 선로(c3)가 적층 구조의 내부에 있고 상면에 그라운드 면(c5)이 존재한다. 하면(c1)에는 도파관 내부 치수와 유사하게 개구부가 있어 도파관(c6)으로 신호가 전달 된다. 이러한 구조에 있어서도 신호 선로와 도파관이 서로 수직한 구조이기 때문에, 서로 평행한 구조로 변형을 하기 위해서는 도파관을 90도 변경시켜야 하고 이에 따라 전체 사이즈 증가 등의 문제점을 가지게 된다.
도 1d는 종래의 전송선로-도파관 전이 장치의 또다른 예로서, 미국 특허번호 제 6917256 호(명칭: "Low loss waveguide launch", 출원인: Motorola, 발명자: Rudy Michael Emrick 외 1명, 특허일: 2005년 7월 12일)에 개시된 바와 같다. 도 1d에 도시된 전이 장치는, 도파관과 마이크로스트립 선로의 연결을 위해 비교적 널리 적용되는 구조이다. 이른바 백숏(Back-short) 구조를 통해 마이크로스트립 선로(d350)의 신호를 수직 방향의 도파관(d310)으로 전이 시키는 구조이다. 이러한 구조는 도파관 방향이 하측으로 향할 경우에, 도파관 상측, 즉 마이크로스트립 선로(d350)의 상측에 4/λg (λg: 관내파장) 정도의 공진을 위한 공간이 필요하며, 그로 인해 제품의 두께가 두꺼워지게 된다.
이와 같이, 전송선로-도파관 전이 장치에 대해서는, 다양한 구조가 제안되고 있으며, 보다 간단하며, 소형이면서도 보다 향상된 신호 전달 성능을 갖도록 하기 위해 부단한 연구가 이루어지고 있다.
본 발명의 적어도 일부 실시예에 따른 목적은, 보다 간단하며 더욱 소형으로 구현할 수 있으며, 특성 안정화 및 제작의 간편성을 갖도록 하기 위한 전송선로-도파관 전이 장치를 제안한다.
또한, 본 발명의 적어도 일부 실시예에 따른 목적은, 추가적인 도파관 꺾임 구조의 구비없이, PCB 상에 형성되는 PCB 타입의 전송선로와 평행한 상태로 도파관을 연결할 수 있도록 하기 위한 전송선로-도파관 전이 장치를 제안한다. 즉, 상기 도 1d에 도시된 바와 같은 종래 구조를 개략적으로 도시한 도 2a를 참조하면, 종래의 전이 구조는, 전송 선로가 형성되는 PCB와 도파관이 서로 90도 직각으로 수직 방향으로 연결되도록 하는 구조를 가짐을 알 수 있다. 이때 도 2b에 도시된 바와 같이, 도파관이 전송선로가 형성되는 PCB와 평행하게 설치하려면, 추가적인 도파관 꺾임 구조를 가져야 한다. 이에 비해, 도 2c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전송선로-도파관 전이 장치는 매우 간단한 구조로서 PCB와 도파관을 평행하게 연결할 수 있도록 하는 구조를 제안한다.
또한, 본 발명의 적어도 일부 실시예에 따른 목적은, 마이크로스트립 선로, 스트립 선로, CPW, CPWG 등과 같은 다양한 형태의 PCB 타입 전송선로들에 범용적으로 적용 가능한 전송선로-도파관 전이 장치를 제안한다.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전송선로-도파관 전이 장치에 있어서; 전송선로의 신호가 전달되는 도파관에 대응되는 크기 및 형태를 갖는 판 형태의 측면 및 상면과; 상기 측면 및 상면에 의해 형성되는 내부 공간에 형성되며 상기 전송선로와 일단이 연결되며 타단은 상기 상면에 접하는 경사면을 가진 판 형태의 릿지를 포함함을 특징으로 한다.
상기 릿지에서 상기 전송선로와 맞닿는 부위는 상기 전송선로와 급격한 각도로 맞닿지 않고 완만한 각도로 맞닿도록 형성되며, 전체적으로 곡선 형태를 가지도록 형성될 수 있다.
상기 전송선로-도파관 전이 장치는 상기 전송선로가 형성되는 기판 상에, 솔더링 방식 또는 나사 결합 방식으로 고정되게 설치되며, 상기 기판 상에는 적어도 상기 전이 장치가 설치되는 부위에 그라운드 면이 형성될 수 있다.
상기 기판 상에서 상기 전이 장치가 설치되는 부위에 형성되는 그라운드 면에서, 상기 릿지와 대응되는 부위에는, 일부분의 그라운드 면이 제거된 형태인 그라운드 전이 영역이 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 적어도 일부 실시예들에 따른 전송선로-도파관 전이 장치는 PCB 타입의 전송선로 상에 커버 형태와 유사하게 부착하는 방식을 사용하여 도파관으로 신호를 전이시키는 매우 간단하고 효율적인 구조를 제안하므로, 전송선로와 도파관을 간단히 수평적으로 연결할 수 있게 된다. 이에 따라 본 발명이 적용되는 제품의 두께를 낮게 유지할 수 있으므로 최종 제품을 박형(low profile)으로 구현 할 수 있다.
또한, 전송선로와 직접 접촉하는 방식으로 전송선로로부터 신호를 제공받아 도파관으로 전이하는 구조를 제안하고 있으므로, 종래의 일반적인 커플링 구조에서 보다 안정적이며 낮을 손실로 구현이 가능하다.
또한, 본 발명의 적어도 일부 실시예에 따른 전이 장치에서는, 솔더 등의 작업이 없이 PCB 상에 조립이 가능하므로 조립전 특성의 검증 및 교체 시험 등이 가능하여 부품 손실률을 줄일 수 있다. 이는, 제품 양산시에 PCB 위에 커버를 덮는 2차원적인 작업을 수행하는 것만 요구되므로 빠른 조립 공정을 이룰 수 있다.
특히, 본 발명의 전이 장치는 다양한 형태의 PCB 타입 전송선로에 범용적으로 적용할 수 있다.
도 1a, 도 1b, 도 1c 및 도 1d는 종래의 전송선로-도파관 전이 장치들의 예시도
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 종래의 전송선로-도파관 전이 장치 대비 본 발명의 전송선로-도파관 전이 장치의 특징을 나타낸 개략적인 구조도
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전송선로-도파관 전이 장치 및 전송선로가 형성된 기판의 분리 사시도
도 4는 도 3의 A-A'부분 절단면도
도 5는 도 3의 기판의 평면도
도 6a 및 도 6b는 도 3의 전송선로-도파관 전이 장치의 확대 사시도
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전송선로-도파관 전이 장치 및 전송선로가 형성된 기판의 분리 사시도
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전송선로-도파관 전이 장치 및 전송선로가 형성된 기판의 분리 사시도
도 9는 도 8의 A-A'부분 절단면도
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전송선로-도파관 전이 장치 및 전송선로가 형성된 기판의 분리 사시도
도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 11d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전송선로-도파관 전이 장치들의 특성을 나타낸 그래프
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전이 장치에 적용될 수 있는 릿지 구조의 변형 예시도
도 13은 도 12a, 도 12b 및 도 12c의 릿지 구조의 경사면의 설계시 적용되는 함수 모델의 그래프
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부 도면들에서는 가능한 동일한 구성 요소에 대해서는 가능한 동일한 참조 번호를 부여하였으며, 설명의 편의를 위해 그 사이즈 및 형태 등은 다소 단순화되거나 일부 과장되었다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예 에 따른 전송선로-도파관 전이 장치(20)(이하 '전이 장치'라 약칭할 수 있음) 및 전송선로(101)가 형성된 기판(10)의 분리 사시도로서, 전송선로(101)는 예를 들어 CPW 구조로 구현된 것이 도시되고 있다. 도 4는 도 3의 A-A'부분 절단면도로서, 전이 장치(20)와 전송선로(101)가 결합된 상태의 절단면 형태를 나타내며. 도 5는 도 3의 기판(10)의 평면도이다. 도 6a 및 도 6b는 도 3의 전송선로-도파관 전이 장치(20)의 확대 사시도로서, 도 6b에서는 전이 장치(20)의 내부의 구조를 보다 명확히 보이기 위해 전이 장치(20)의 상면이 제거된 형태로 도시하였다.
도 3 내지 도 6b를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 전송선로-도파관 전이 장치(20)는 기본적으로, 전송선로(101)의 신호가 전달되는 규격화된 도파관(도 4의 30)에 대응되는 크기 및 형태를 갖는 판 형태의 측면(202, 204) 및 상면(206)을 가진다. 즉, 이러한 측면(202, 204) 및 상면(206)에 의해 형성되는 내부 공간은 규격화된 도파관에 준하는 크기 및 형태를 가진다.
또한, 상기 측면(202, 204) 및 상면(206)에 의해 형성되는 내부 공간의 중앙에는, 기판(10)에 형성된 전송선로(101)와 일단이 연결되며 타단은 상기 상면(206)에 접하는 경사면(도 4의 G)을 가진 판 형태의 릿지(ridge)(210)가 형성된다. 릿지(210)의 경사면(G)의 폭은 전송선로(101)의 폭과 대응되게, 예를 들어, 전송선로(101)의 폭과 동일하게 설계될 수 있다.
상기 릿지(210)의 경사면(G)은 전송선로(101)로부터 전달된 신호를 도파관으로 전이하기 위한 주요 구성으로서, 전체적으로 미리 적절히 설계된 곡선 형태로 설계된다. 즉, 상기 경사면(G)의 곡선 형태는 여러 삼각함수 곡선의 적절한 조합에 의해 설계될 수 있으며, 예를 들어, 전송선로(101)와 접촉하는 부위(도 4의 Gs)는 적어도 완만한 기울기로 시작하는 곡선의 형태로 설계될 수 있다. 이러한 릿지(210)의 경사면(G)의 곡선 형태는 전송 선로의 종류 및 전송 신호의 주파수 등에 따라 최적화되도록 다수의 시험 및 해석을 거쳐 설계될 수 있다.
특히, 릿지(210)에서 전송선로(101)와 맞닿는 부위(도 4의 Gs)의 곡선 형태는 전송선로(101)와 급격한 각도로 맞닿지 않고 완만한 각도로 맞닿도록 설계하는 것이 요구된다. 이는 전송선로(101)와 릿지(210)간의 연결 지점에서 접합 특성 향상 및 반사 손실 최소화 등과 같은 효율적인 신호 전달이 가능하도록 하는 주요한 특징으로서, 본 발명에서는 이러한 전송선로(101)와 릿지(210)가 완만한 각도로 연결되지 않을 경우에는 신호 전달 특성이 매우 불량해지는 것을 발견하였다. 따라서, 본 발명의 실시예들에서는 적어도 상기 릿지(210)에서 상기 전송선로(101)와 맞닿는 부위(Gs)에서의 곡선 형태는 그 경사 각도가 실질적으로 0에서 서서히 증가하는 형태로 설계될 수 있다.
릿지(210)와 전송선로(101)의 연결 지점은 솔더링 방식이나 전도성 수지(예를 들어, silver epoxy) 도포 방식을 이용하여 상호 고정되게 연결할 수 있다. 솔더링 방식으로 연결할 경우에는 릿지(210)의 해당 부위에는 미리 솔더링용 도금 처리가 수행될 수 있다. 한편, 이외에도 릿지(210)과 전송선로(101)는 단순 접촉 방식으로 연결되도록 구성할 수도 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 릿지(210)와 더불어, 측면(202, 204) 및 상면(206)에 의해 구현되는 전이 장치(20)는 전체적으로 전도성 금속, 예를 들어, 알루미늄(합금) 재질이나 구리(합금) 재질로 구현될 수 있다. 경우에 따라서는 상기 전이 장치(20)는 신호 전달 특성을 보다 양호하게 하기 위해 은도금될 수도 있다.
또한, 상기 전이 장치(20)는 기판(10) 상에 고정되게 설치되는데, 예를 들어, 솔더링 방식으로 기판(10) 상에 고정될 수 있다. 이 경우에는 전이 장치(20)의 측면(202, 204)의 하단 부위에는 미리 솔더링용 도금 처리가 수행될 수 있다. 또는, 이외에도, 전이 장치(20)는 기판(10) 상에 나사 결합 방식으로 고정되게 설치될 수 있다. 이 경우에는, 전이 장치(20)의 측면(202, 204)에는 해당 측면 전체를 상하로 관통하는 형태로 나사 홀(미도시)이 형성되며, 기판(10)에도 이와 대응되게 나사 홀(또는 홈)이 형성되어, 결합 나사(미도시)에 의해 상호 결합하는 구성을 가질 수 있다. 물론, 이외에도 전이 장치(20)의 측면(202, 204)에는 나사 결합을 위한 별도의 플랜지(미도시)가 추가로 형성되어, 이를 통해 나사 결합 방식으로 기판(10)과 결합되는 구조를 가질 수도 있다.
한편, 기판(10) 상에는 적어도 상기 전이 장치(20)가 설치되는 부위에 그라운드 면(도 3 및 도 5에 표시한 점선 영역)이 형성된다. 도 3 내지 도 6b에 도시된 실시예에서는, 전송선로(101)가 CPW 구조이며, 이에 따라 기판(10)의 상면이 모두 그라운드 면인 것이 도시되고 있다.
이때, 도 3 및 도 5에 나타난 바와 같이, 기판(10)의 상면에 형성된 그라운드 면에서, 전이 장치(20)의 릿지(210)와 대응되는 부위에는, 일부분의 그라운드 면이 제거된 형태로 형성되는 그라운드 전이 영역(102)이 형성된다. 상기 그라운드 전이 영역(102)은 상기 릿지(210)와 전송선로(101)간의 연결 지점에서부터 시작하여 점차적으로 폭이 좁아지는 형태로 형성되어 전체적으로 대체로 길쭉한 삼각형(예를 들어, 이등변 삼각형) 형태로 형성된다. 이러한 그라운드 전이 영역(102)은 전송선로(101)와 도파관간의 임피던스 매칭 및 신호 전달 특성 향상을 위해 형성된다. 이러한 이등변 삼각형 형태의 그라운드 전이 영역(102)은 더욱 정밀한 그라운드 특성 정합을 위해 삼각형 형태의 두 변이 예를 들어, 릿지(210)의 경사면(G)과의 거리 등을 고려하여 전체적으로 곡선 형태를 가질 수도 있다.
한편, 상기한 구조를 가지는 전이 장치(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, 도파관(30)의 플랜지(flange)(350)와 결합되기 위한 플랜지(250)를 추가로 구비할 수 있다. 도파관(30)은 표준 규격(예를 들어, 26.5GHz~40GHz의 대역에서는 표준 규격은 'WR-28'은 도파관 내부 크기가 가로 세로 '7.11mm x 3.56mm'로 정의됨)에 따라 설계될 수 있으며, 이에 대응되게 전이 장치(20) 및 플랜지(250)도 형성된다. 한편, 전이 장치(20)는 플랜지 구조외에도, 도파관(30)과 솔더링이나 용접 등에 의해 부착될 수도 있으며, 도파관(30)의 말단 구조물로서 도파관(30)과 일체형으로 형성될 수도 있다.
상기 도 3 내지 도 6b에 도시된 바와 같이 구성될 수 있는 본 발명의 전송라인-도파관 전이 장치(20)는, 예를 들어, PCB 기판(10) 상에 마치 일종의 커버를 씌우는 형태로 간단히 설치될 수 있으므로, 이는 특성의 안정화 및 조립의 간편성 및 소형화가 가능함을 알 수 있다. 한다. 특히, 도파관과 수평 방향으로 곧바로 연결 가능하므로, 전체적인 제품의 두께를 낮게 유지할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예 에 따른 전송선로-도파관 전이 장치(20) 및 전송선로(121)가 형성된 기판(12)의 분리 사시도로서, 전송선로(121)가 예를 들어, CPWG 구조로 구현된 것이 도시되고 있다. CPWG 구조의 기판(12)에는 상면에 전송선로(121) 및 그라운드 면이 형성되며 하면에도 그라운드 면이 형성된다. 도 7의 예에서는, 해당 전송선로(121) 주변에 그라운드 특성 향상을 위해 다수의 비아홀(via hole)(124)이 형성된 것이 도시되고 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 전송선로-도파관 전이 장치(20)는 실질적으로 상기 도 3 내지 도 6b에 도시된 구성과 동일하게 측면(202, 204), 상면(206) 및 릿지(210)를 가지며, 이때 릿지(210)가 CPWG 구조의 전송선로(121)와 일단이 맞닿게 된다. 또한, 릿지(210)는 제1 실시예의 구조와 마찬가지로, 미리 적절히 설계된 곡선 형태의 경사면을 가질 수 있다.
또한, 기판(12) 상에는 적어도 상기 전이 장치(20)가 설치되는 부위에 그라운드 면(도 7의 점선 영역)이 형성되고, 전이 장치(20)의 릿지(210)와 대응되는 부위에는, 일부분의 그라운드 면이 제거된 형태인 그라운드 전이 영역(122)이 제1 실시예의 구조와 마찬가지로 형성된다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예 에 따른 전송선로-도파관 전이 장치(20) 및 전송선로(141)가 형성된 기판(14)의 분리 사시도로서, 전송선로(141)가 예를 들어, 스트립(strip) 선로 구조로 구현된 것이 도시되고 있다, 도 9는 도 8의 A-A'부분 절단면도로서, 전이 장치(20) 및 기판(14)이 결합된 상태의 절단면 형태를 나타낸다. 스트립 선로 구조의 기판(14)에는 상면 및 하면에 그라운드 면이 형성되며 그 내부층인 비전도성 유전체 층에 전송선로(141)가 매립되는 형태로 형성된다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 전송선로-도파관 전이 장치(20)는 실질적으로 이전 다른 실시예들과 동일하게 측면(202, 204), 상면(206) 및 릿지(210)를 가진다. 이때, 릿지(210)와 스트립 선로 구조의 전송선로(141)를 연결하기 위해, 금속 비아홀(143)이 기판(14)을 관통하여 기판 내층의 전송선로(141)의 말단과 연결되도록 추가적으로 형성된다. 릿지(210)는 이러한 금속 비아훌(143)과 맞닿으므로 전송선로(141)와 연결된다.
기판(14) 상에는 적어도 상기 전이 장치(20)가 설치되는 부위에 그라운드 면(도 8의 점선 영역)이 형성되고, 상기 비아홀(143) 주변 부위에 그라운드 패턴이 제거되도록 형성된다. 또한, 전이 장치(20)의 릿지(210)와 대응되는 부위에는, 일부분의 그라운드 면이 제거된 형태인 그라운드 전이 영역(142)이 다른 실시예들의 구조와 마찬가지로 형성된다. 또한, 도 8 및 도 9에 도시된 제3 실시예의 구조에서는, 상기 그라운드 전이 영역(142)의 주변에 그라운드 특성 향상을 위해 다수의 비아홀(via hole)(144)이 기판(14)을 관통하여 기판의 상면 그라운드 및 하면 그라운드가 연결되도록 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 제4 실시예 에 따른 전송선로-도파관 전이 장치 및 전송선로가 형성된 기판의 분리 사시도로서, 전송선로(161)가 예를 들어, 마이크로스트립(microstrip) 선로 구조로 구현된 것이 도시되고 있다, 마이크로스트립 선로 구조의 기판(16)에는 상면에는 기본적으로 전송선로(161)의 패턴이 형성되며, 하면에 그라운드 면이 형성된다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 전송선로-도파관 전이 장치(20)는 다른 실시예들과 동일하게 측면(202, 204), 상면(206) 및 릿지(210)를 가진다. 이때, 릿지(210)는 이러한 마이크로스트립 선로 구조의 전송선로(161)와 맞닿도록 설치된다.
기판(16) 상에는 적어도 상기 전이 장치(20)가 설치되는 부위에 별도의 그라운드 면이 추가적으로 형성된다. 이러한 기판(16) 상면에 추가적으로 형성되는 그라운드 면에서는 이전 실시예들과 마찬가지로, 릿지(210)와 대응되는 부위에는, 일부분의 그라운드 면이 제거된 형태인 그라운드 전이 영역(162)이 형성된다. 또한, 상기 그라운드 전이 영역(162)의 주변에 그라운드 특성 향상을 위해 다수의 비아홀(via hole)(164)이 기판(14)을 관통하여 형성되어, 기판의 상면에 상기 추가적으로 형성된 그라운드 면과 기판 하면의 그라운드 면이 연결되도록 할 수 있다.
도 11a, 도 11b, 도 11c 및 도 11d는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전송선로-도파관 전이 장치들의 특성을 나타낸 그래프로서, 순서적으로 각각 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 실시예에 따른 전이 장치(20)의 특성을 나타내고 있다. 도 11a 내지 도 11d에 도시된 바와 같이, 전이 장치(20)들 각각에서 원하는 대역, 예를 들어 28GHz 대역을 기준으로, 반사손실(S11) -15dB대역폭이 충분히 확보됨을 알 수 있다. 또한, 삽입손실(S21)은 대체로 약 -0.5dB 이내로서 매우 작게 설계할 수 있음을 알 수 있다. 또한 손실의 일부는 유전체 기판으로 인한 것이므로 실제 전이 구조의 삽입 손실은 무시할 정도로 작음을 유추 가능하다.
상기 본 발명의 제1 내지 제4 실시예의 구조에서와 같이, 본 발명에 따른 전송선로-도파관 전이 장치는 임의 형상의 단층 및 다층 구조의 기판에서 CPW, CPWG, 스트립 선로, 마이크로스트립 선로 등의 다양한 전송선로의 구조에 범용적으로 적용 가능함을 알 수 있다.
도 12a, 도 12b 및 도 12c는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전이 장치에 적용될 수 있는 릿지 구조의 변형 예시도로서, 각각 릿지의 경사면의 곡선 형태가 달리 설계됨을 알 수 있다. 즉 도 12a에 도시된 전이 장치(20-1)의 릿지(210-1)의 경사면의 형태는 직선 형태이며, 도 12b에 도시된 전이 장치(20-2)의 릿지(210-2)의 경사면의 형태는 경사 구간의 시작 지점의 기울기가 작고 끝 지점의 기울기가 큰 곡선 형태이다. 도 12c에 도시된 전이 장치(20-3)의 릿지(210-3)의 경사면의 형태는 경사 구간의 시작 지점 및 끝 지점의 기울기가 작은, 삼각 함수의 일부나 로지스틱 함수의 형태와 유사한 "S"자형 곡선 형태로 구현된다.
도 13은 도 12a, 도 12b 및 도 12c의 릿지 구조의 경사면의 설계시 적용되는 각각의 함수 모델을 나타낸 그래프이다. 도13을 참조하면, 도 12a의 릿지(210-1)의 경사면의 직선 형태는 1차 함수를 이용하여 설계될 수 있으며, 도 12b의 릿지(210-2)의 경사면의 곡선 형태는 2차 함수를 이용하여 설계될 수 있다. 도 12c의 릿지(210-3)의 경사면의 "S"자형 곡선 형태는 삼각 함수를 이용하여 설계될 수 있다. 각 함수들은 예를 들어, 아래 수학식을 만족하도록 설정될 수 있다.
[수학식]
1차 함수: y= B/L*x
2 차 함수: y=(B/L^2)*x^2
삼각함수: y=-0.5*B*cos(π/L*x)+0.5*B
(L: 전이 구조의 길이, B: 전이 구조의 높이(즉, 도파관의 높이))
도 13에 도시된 각 함수에 따른 그래프는, PCB의 전송선로와 접촉하는 부분을 원점(0,0)으로 하여 릿지의 경사면의 형태를 모델링한다. 이와 같이 원점과 경사면의 끝 지점(L,B)(L: 릿지 길이, B: 릿지 높이)을 지나는 함수를 적절히 설정할 수 있으며, 이에 따라 릿지의 경사면을 설계할 수 있다.
이 경우에, 릿지의 길이(L), 즉 전이 구조의 길이가 짧으면서 손실이 적은 구조가 최적의 구조일 수 있다. 상기 예에서는, 전이구조의 시작점(0,0)과 끝 지점(L,B)에서 기울기가 작은 삼각 함수의 형태를 이용한 구조가 그 특성이 우수하다. 한편, 릿지 구조는, 이외에도 적용되는 구조 및 PCB의 두께, 전송선로 폭 등에 따라 다른 최적화가 적용될 수도 있다. 또한, 릿지의 각 부분 별로 각각 다른 함수 모델이 달리 적용되어 전체적인 릿지의 경사면을 설게할 수도 있다.
상기와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들에서, 전이 장치의 릿지의 형상은 다양한 함수의 그래프 형태를 모델로 하여 최적화 될 수 있다. 본 발명은 단일 전이 구조를 통하여 임의의 PCB 형태의 전송선로에서 도파관으로의 변환이 이루어지므로 다양한 함수 모델들 중에서 그 특성이 우수한 함수 모델을 도출하여 적용할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전송선로-도파관 전이 장치가 구성 및 동작될 수 있으며, 한편, 상기의 설명에서는 본 발명의 구체적인 실시예들에 대해 설명하였으나, 본 발명에서는 이외에도 다양한 실시예나 변형예가 있을 수 있다. 예를 들어, 상기 전이 장치(20)의 길이나, 릿지(210)의 경사면(G)의 곡면 형태 등은 제품에서 요구되는 특성을 고려하여 다양하게 설계될 수 있다. 또한, 상기 실시예들에 언급된 전송선로 외에도 본 발명의 전이 장치(20)는 예를 들어, 동축 선로에도 적용될 수 있다. 이 경우에 동축 선로의 내부 도체가 릿지에 연결되는 구조를 가질 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 다양한 변형 및 변경이 있을 수 있으며, 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 청구범위와 청구범위의 균등한 것에 의하여 정하여져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 전송선로-도파관 전이 장치에 있어서,
    전송선로의 신호가 전달되는 도파관에 대응되는 크기 및 형태를 갖는 판 형태의 측면 및 상면과;
    상기 측면 및 상면에 의해 형성되는 내부 공간에 형성되며 상기 전송선로와 일단이 연결되며 타단은 상기 상면에 접하는 경사면을 가진 판 형태의 릿지를 포함함을 특징으로 하는 전송선로-도파관 전이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 릿지에서 상기 전송선로와 맞닿는 부위는 상기 전송선로와 급격한 각도로 맞닿지 않고 완만한 각도로 맞닿도록 형성되며, 전체적으로 곡선 형태를 가지도록 형성됨을 특징으로 하는 전송선로-도파관 전이 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 곡선 형태는 전체적으로 "S"자 형태임을 특징으로 하는 전송선로-도파관 전이 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 릿지와 상기 전송선로의 맞닿는 부위는 솔더링 방식, 전도성 수지 도포 방식, 또는 접촉 방식으로 연결됨을 특징으로 하는 전송선로-도파관 전이 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전송선로-도파관 전이 장치는 상기 전송선로가 형성되는 기판 상에, 솔더링 방식 또는 나사 결합 방식으로 고정되게 설치되며,
    상기 기판 상에는 적어도 상기 전이 장치가 설치되는 부위에 그라운드 면이 형성됨을 특징으로 하는 전송선로-도파관 전이 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기판 상에서 상기 전이 장치가 설치되는 부위에 형성되는 그라운드 면에서, 상기 릿지와 대응되는 부위에는, 일부분의 그라운드 면이 제거된 형태인 그라운드 전이 영역이 형성됨을 특징으로 하는 전송선로-도파관 전이 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 그라운드 전이 영역의 주변에는 다수의 비아홀(via hole)이 형성됨을 특징으로 하는 전송선로-도파관 전이 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 그라운드 전이 영역은 상기 릿지와 상기 전송선로간의 맞닿는 부위에서부터 시작하여 점차적으로 폭이 좁아지는 형태로 형성됨을 특징으로 하는 전송선로-도파관 전이 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전이 장치는 도파관 플랜지와 결합되기 위한 플랜지를 구비함을 특징으로 하는 전송선로-도파관 전이 장치.
  10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전송선로는 CPW(Coplanar Waveguide), CPWG(CPW with Ground), 또는 마이크로스트립 선로 구조를 가짐을 특징으로 하는 전송선로-도파관 전이 장치.
  11. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전송선로는 스트립 선로 구조를 가지며,
    상기 릿지는 상기 전송선로의 기판 상에 형성된 비아홀을 통해 상기 전송선로와 연결됨을 특징으로 하는 전송선로-도파관 전이 장치.
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