WO2022131735A1 - 다층 pcb의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조 - Google Patents

다층 pcb의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a structure or method for transmitting a signal by physical coupling between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB in an ultra-high frequency region such as microwave or millimeter wave. .
  • the present invention relates to a printed circuit board (PCB) such as a microstrip line, a strip line, a CPW (coplanar waveguide), a CPWG (coplanar waveguide with ground) that transmits a signal in an integrated circuit and system configuration in the ultra-high frequency region Transition structure between transmission line and waveguide of
  • PCB printed circuit board
  • CPW coplanar waveguide
  • CPWG coplanar waveguide with ground
  • one or more via holes or more than one row in a specific location of the multilayer PCB in the transmission line and waveguide combination structure of the multilayer PCB It relates to a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB to which a via hole is applied.
  • ultra-high frequency integrated circuits are generally composed of various related power devices such as monolithic microwave integrated circuit (MMIC) devices, and electronic devices such as diodes.
  • MMIC monolithic microwave integrated circuit
  • it may also be composed of a passive element using a waveguide structure and a connecting part thereof to have low loss and high performance.
  • Components using such a waveguide structure include various antennas, filters, diplexers, feeding components, and connecting components.
  • the ultra-high frequency integrated circuit is formed on a printed circuit board (PCB), and transmission lines such as a microstrip line connected from the output terminal of the integrated circuit device and wave
  • PCB printed circuit board
  • waveguides are mainly passive elements (horn antennas, slot antennas, filters, etc.) used to implement
  • the waveguide transmits a signal by using a resonance phenomenon due to its physical structure, and is usually formed in the form of a metal tube and is designed to have a size corresponding to the frequency characteristic of the corresponding transmission signal.
  • waveguides have a hollow rectangular metal block structure filled with air. They have the lowest dielectric loss and excellent transmission characteristics, so they can be implemented with high performance.
  • a signal transition structure separate from the PCB configured with various transmission lines through which signals are transmitted is required.
  • the ultra-high frequency signal is efficiently transferred from the transmission line (microstrip line, CPW line, CPWG line, stripline line, etc.) through which the signal is transmitted from the PCB to the waveguide is required with low loss.
  • a transition structure between a transmission line of a PCB and a waveguide has been developed.
  • a structure for transferring a signal of a transmission line to a waveguide is disclosed.
  • the prior art is a structure that is relatively widely applied for signal transfer between the transmission line of the PCB and the waveguide, and the signal transmitted to the microstrip transmission line of the PCB is transferred to the inside of the waveguide through the stripline extended from the microstrip. is the structure
  • a certain space is floated on the upper side opposite to the exit, and the waveguide is formed in a structure in which all are blocked. That is, a certain space for resonance of a signal must be secured between the transmission line protruding inside the wade guide and the upper part of the wave guide. That is, the physical structure design of the transmission line and waveguide transition structure of the PCB through which the signal is transferred, the transmission frequency of the ultra-high frequency signal, the size of the structure coupled in the waveguide in the transmission line, and the characteristics of the substrate are all signal transitions. It becomes a design variable to reduce time loss, etc., and to ensure good signal transfer.
  • a part using such a signal transition structure usually corresponds to the design of the front end of wireless communication, and a power amplifier element is applied.
  • the signal loss is large in the transition structure, the output of the power amplifier element must be designed and manufactured to be that large and applied. cause, etc. Therefore, designing a low loss in the transition structure is a very important factor in the construction of a very high frequency circuit.
  • ultra-high frequency electronic circuits are being implemented as multi-layer PCBs to increase the degree of integration and perform various functions.
  • a dielectric material substrate such as Teflon with low signal loss is used, unlike the dielectric material such as FR4 used for conventional integrated circuit boards.
  • a substrate with low signal loss has a problem that the material cost is very high compared to a substrate made of a material such as FR4, which is widely used in the past, has poor mechanical properties, and the process of forming a multilayer becomes difficult.
  • the ultra-high frequency electronic circuit is usually implemented on a multi-layer PCB due to the complexity of the circuit and the configuration for various functions. Therefore, when manufacturing a multi-layer PCB, in order to form a low-cost and reduce loss, only the substrate layer, where transmission loss is important, is formed with a material with low loss instead of being expensive, and the remaining layers are formed with an existing inexpensive material.
  • a multi-layer PCB that is applied by bonding different dielectric materials rather than a branched dielectric material is sometimes used.
  • transition structure between the transmission line and the waveguide on the existing PCB a transition structure is needed to effectively transmit the signal between the transmission line and the waveguide of the multilayer PCB or the multilayer PCB composed of different substrate materials with low loss. Therefore, the transition structure and method between the multilayer PCB transmission line and the waveguide, which is different from the existing transition structure between the transmission line and the waveguide of the PCB, should be newly considered.
  • the present invention was derived to solve the above problems, and through the proposed transmission line and waveguide transition structure of the multilayer PCB, the loss is low and the signal or power is efficiently transmitted between the transmission line and the waveguide of the multilayer PCB.
  • Another object of the present invention is to provide a very simple, inexpensive and easy-to-manufacture transition structure in which a signal can be effectively transmitted by reducing a transition loss within a transmission frequency band of a high-frequency signal transmitted between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB. is to do
  • Another object of the present invention is to transmit a signal or power efficiently with low loss between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB composed of a dielectric layer of a different material.
  • Another object of the present invention is to reduce the transition loss within the frequency band of the transmitted signal when transmitting the signal between the transmission line and the waveguide of a multilayer PCB composed of a dielectric layer of a different material, making it simple and easy to manufacture It is intended to provide a transition structure.
  • Another object of the present invention is, in a transition structure of a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB, a loss of a signal transmitted by a via hole between the first ground and the bottom ground of the transmission line corresponding to the connection portion of the transmission line and the waveguide. This is to transfer the signal with high efficiency by reducing
  • Another object of the present invention is, in a transition structure of a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB, a loss of a signal transmitted by a via hole between the first ground and the bottom ground of the transmission line corresponding to the connection portion of the transmission line and the waveguide.
  • the purpose of this is to provide a transition structure between the transmission line and the waveguide of the multi-layer PCB to reduce
  • Another object of the present invention is to reduce the loss characteristics of a signal in a transmitted frequency band so that the via hole can be arranged in one or two or more columns to correspond to the waveguide entrance area, and in two or more columns, in a row or a zigzag pattern. It is to provide a transition structure between the multilayer PCB and the waveguide to effectively transfer the signal toward the waveguide exit by placing it.
  • Another object of the present invention is to provide a transition structure between a multilayer PCB and a waveguide for effectively transferring signals toward a waveguide exit by arranging one via pillar instead of a plurality of via holes in order to reduce the loss characteristics of a signal in a transmitted frequency band. is doing
  • the present invention including an inner space on one side, a waveguide having an inlet for accommodating a part of the stripline;
  • a transmission line comprising a first ground layer of a multi-layer PCB comprising at least two or more dielectric layers
  • the via hole is positioned at the inlet of the waveguide.
  • the dielectric layer including the stripline is characterized in that it is connected from the dielectric layer of the transmission line.
  • the strip line is characterized in that it is spaced apart from the short-circuit surface of the wave guide by a certain distance.
  • the via hole is characterized in that it is arranged at the end of the inlet of the waveguide.
  • the via hole is characterized in that it is installed in a single or a plurality of arrangement.
  • the via hole is characterized in that it is installed horizontally or vertically arranged in a zigzag.
  • the spacing between the via holes is arranged in a range of 10 to 500 um.
  • the via hole is characterized in that it is used instead of a via pillar.
  • the dielectric layer constituting the multi-layer PCB is composed of at least one different dielectric.
  • the dielectric loss factor of the top dielectric layer constituting the multilayer PCB is lower than the dielectric loss factor of other dielectric layers other than the top dielectric layer.
  • At least one via hole installed to correspond to the waveguide entrance area between the transmission line protruding into the waveguide and the ground layer of the multilayer PCB at a position close to it. This has the effect of reducing the loss of the transmission signal from the transmission line of the multilayer PCB to the waveguide and transferring the signal with high efficiency.
  • a plurality of via holes between the ground layers of a multilayer PCB are arranged in one or two rows or more, or two or more rows are arranged vertically or horizontally in a zigzag manner, or by arranging one via column to reduce transmission signal loss. It has the effect of transferring it to efficiency.
  • FIGS. 1(a) and 1(b) are cross-sectional and plan views illustrating an example in which a multilayer PCB is applied to a transition structure between a transmission line and a wade guide of a PCB according to an existing invention.
  • FIG. 2(a) and 2(b) are cross-sectional and plan views illustrating a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2(c) is an embodiment of the present invention. It is a plan view of the first ground layer (b-b') in the transition structure between the transmission line and the waveguide of the multilayer PCB according to the example.
  • FIG. 3(a) and 3(b) are cross-sectional and plan views illustrating a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 3(c) is an embodiment of the present invention. It is a plan view of the first ground layer (b-b') in the transition structure between the transmission line and the waveguide of the multilayer PCB according to the example.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is a diagram illustrating a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph of signal transmission characteristics by a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to the present invention.
  • Embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
  • FIG. 1 is a diagram showing a multi-layer PCB applied to a transition structure between a transmission line and a waveguide of the conventional invention.
  • the transmission line of the PCB is connected from an integrated circuit (not shown) to transmit input/output signals, and transmit signals in the form of CPWGs and microstrips.
  • the transmission line 200 includes a dielectric layer 210, a metal layer 220 for signal transmission on the upper surface of the dielectric layer 210, and a metal layer 221 as a ground layer on the lower surface of the dielectric layer 210 corresponding thereto.
  • a strip line 300 having no ground layer on the bottom of the dielectric layer protrudes and is positioned inside the wade guide 100 and coupled thereto.
  • the metal layer 222 for the ground layer of the entire PCB is also formed on the lowermost bottom surface of the entire dielectric layers 210 and 211 constituting the multilayer PCB, that is, the bottom surface of the lowest dielectric layer 211 .
  • the width of the metal layer that transmits the signal is different for impedance matching to reduce loss, and the strip line protruding into the waveguide should also be designed with a design and size to reduce loss. do.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 (a) is a cross-sectional view according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 (b) is a plan view showing a structure in a state in which the waveguide upper cover (a-a') on the drawing is removed for explanation.
  • 2C is a plan view of the first ground layer (b-b') to show the via hole structure according to an embodiment of the present invention.
  • the transition structure between the transmission line and the waveguide of the multilayer PCB includes an internal space 110 on one side, and a wave having an inlet 120 for accommodating a part of the stripline 300 .
  • a transmission line 200 including a guide 100 and a first ground layer 221 of a multilayer PCB composed of at least two or more dielectric layers 210 and 211, and the wave extending from the transmission line 200
  • the single or plurality of strip lines 300 protruding into the wave guide 100 through the inlet 120 of the guide 100 and the first ground layer 221 and the bottom ground layer 222 are formed.
  • of the via hole 400 and the via hole 400 are configured to be positioned at the inlet 120 of the waveguide 100 .
  • the transmission line 200 of the multilayer PCB is connected from an integrated circuit (not shown) to transmit input/output signals, and transmit signals in the form of a CPWG or microstrip.
  • CPWGs or microstrips describe, but are not limited to, the general configuration.
  • the transmission line 200 is configured by coupling a partial region 300 extending toward the inside of the waveguide 100 and protruding therein. A signal is transmitted into the guide 100 .
  • the stripline is formed to be spaced apart from the inner surface of the waveguide upper cover (a-a'), that is, the waveguide shorting surface 130 by a predetermined space. This separation space becomes an important design element of the transition structure to reduce the transition loss.
  • the transmission line and the strip line extending therefrom can be manufactured using the same PCB, that is, a dielectric substrate layer, they can be manufactured at the same time, so that the cost can be easily reduced.
  • the width of the metal layer 220 for transmitting the signal is different for impedance matching to reduce loss, and the stripline 300 protruding into the waveguide 100 is also lost. It should be designed with a low design and size.
  • the ground layer of the transmission line of the multi-layer PCB that is, the first ground layer 221 and the bottom surface of the multi-layer PCB from the top of the multi-layer PCB, in the region adjacent to the strip line 300 protruding from the transmission line 200 of the multi-layer PCB.
  • a via hole 400 is formed between the bottom ground layers 222 formed in the .
  • the via hole is for electrical connection between the metal layers of the multi-layer wiring in a general PCB process
  • a hole is formed in the vertical direction in a circular cross-section and a metal layer is coated on the side of the hole to electrically connect the metal layer of the multi-layer wiring. structure that connects.
  • only the side surface of the via hole is made of a metal layer to electrically connect the upper and lower metal layers.
  • These via holes are manufactured according to a general manufacturing process used in the PCB manufacturing process, and the size becomes a circular shape with a diameter of several tens to hundreds of micrometers in the manufacturing process. Of course, it is possible to manufacture and use a size larger than or smaller than the size according to the manufacturing process.
  • the shape of the via hole can be used in various shapes that are easy to manufacture, such as not only a circular cross-section, but also a rectangular shape.
  • These via holes 400 may be arranged in a line as shown in FIG. 2(c) in order to increase the effect of reducing the loss of the transition structure.
  • the arrangement means that the plurality of via holes 400 are aligned in one direction.
  • the spacing between the via holes 400 may also be a spacing of several tens to hundreds of um depending on the manufacturing process. In particular, if the interval of 10 ⁇ 500 um corresponding to the frequency range of the very high frequency used and transmitted in such a very high frequency circuit, the effect can be increased.
  • 3(a) and 3(b) are cross-sectional and plan views illustrating a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to another embodiment of the present invention.
  • 3C is a plan view of the first ground layer (b-b') in the transition structure between the transmission line and the waveguide of the multilayer PCB according to an embodiment of the present invention.
  • the configuration of the transmission line and waveguide transition structure of the multilayer PCB is the same as in FIG. 2, and as shown in FIG. 3(c), the ground layer 221 of the transmission line and the ground layer 222 of the bottom surface of the PCB, that is, the multilayer PCB
  • the via hole 400 formed between the first ground layer 221 and the bottom ground layer 222 is arranged in two rows. By arranging the via holes 400 in two rows in this way, it is possible to increase the effect of reducing signal loss.
  • the spacing between the first and second rows of via holes is as described above, and may be tens to hundreds of um depending on the manufacturing process.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to another embodiment of the present invention.
  • two rows of via holes 400 are formed between the corresponding ground layer of the transmission line and the ground layer of the bottom surface of the PCB, that is, the first ground layer 221 and the bottom ground layer 222 of the multilayer PCB. ) can be arranged in a zigzag from the horizontal side to increase the effect.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to another embodiment of the present invention.
  • a via hole 400 formed between the corresponding ground layer of the transmission line and the ground layer of the bottom surface of the PCB, that is, the first ground layer 221 and the bottom ground layer 222 of the multi-layer PCB, the transmission line 200 is a waveguide. (100) This is a case in which the waveguide is disposed in the beginning area further away from the end of the entrance area, not at the end of the entrance area of the waveguide formed to enter the interior. Also in this case, the signal loss due to the via hole 400 is reduced, thereby increasing the signal transfer efficiency. However, the effect may be lower than in the case of designing with reference to FIGS. 2 to 4 described above (when the via hole or the via hole arrangement is located at the last part of the entrance area), and it is necessary to adjust the frequency band for transmitting the signal.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to another embodiment of the present invention.
  • the via hole 400 formed between the ground layer of the transmission line and the ground layer of the bottom surface of the PCB, that is, the first ground layer 221 and the bottom ground layer 222 of the multi-layer PCB, is not configured in an arrangement, but one to form via columns. In this case, as in the case of using a via hole arrangement in one or two columns, it acts as a via fence and can effectively transfer a signal by reducing a transition loss.
  • the via pillar means a structure having a certain area, not the shape of the via hole 400 .
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to another embodiment of the present invention. This is a case of using a PCB having three dielectric layers 210, 211, and 212, rather than a multi-layer PCB having two dielectric layers.
  • a via hole 400 is applied between the corresponding ground layer of the transmission line and the ground layer of the bottom surface, that is, the first ground layer 221 and the third bottom ground layer 222 of the multi-layer PCB, It is possible to effectively transmit a signal by reducing the transition loss caused by the
  • the dielectric layers 210 , 211 , and 212 may use the same dielectric material or, if necessary, use different dielectric materials to bond different materials to each other.
  • a dielectric layer such as Teflon with low dielectric loss to the first layer, which plays an important signal transmission role.
  • some layers have particularly low loss tangent, and a low-cost layer with good mechanical properties can be applied to the lower layer.
  • the dielectric layer constituting the multilayer PCB presented in the present invention may be composed of at least one different dielectric, and the dielectric loss factor of the top dielectric layer constituting the multilayer PCB is a dielectric layer other than the top dielectric layer. It is desirable to make it low compared to the dielectric loss factor of
  • a multilayer PCB having three dielectric layers 210 , 211 , and 212 has been illustrated and described in FIG. 7 , the same can be applied to a transition structure of three or more multilayer PCBs.
  • a via hole 400 is applied between the corresponding ground layer of the transmission line and the ground layer of the bottom surface of the PCB, that is, the first ground layer 221 of the multi-layer PCB and the bottom ground layer 222 of the multi-layer PCB. It is possible to effectively transmit a signal by reducing the transition loss caused by the
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to another embodiment of the present invention.
  • a multilayer PCB having three dielectric layers 210, 211, and 212, the corresponding ground layer of the transmission line and the ground layer of the bottom surface of the PCB, that is, the first ground layer 221 and the third bottom ground layer ( 222) by arranging and applying the via holes 400 in a vertical direction between them, it is possible to reduce the transition loss due to the PCB substrate layer and effectively transmit the signal.
  • the multilayer PCB having three dielectric layers 210 , 211 , and 212 has been illustrated and described in FIG. 8 , the same can be applied to the transition structure of three or more multilayer PCBs.
  • the via hole 400 between the corresponding ground layer of the transmission line and the ground layer of the bottom surface of the PCB, that is, the first ground layer 221 of the multi-layer PCB and the bottom ground layer 222 of the multi-layer PCB, in a zigzag arrangement in the vertical direction, the via hole 400 ) to reduce the transition loss caused by the PCB substrate layer, so that the signal can be transmitted effectively.
  • FIG. 9 is a graph of signal transmission characteristics by a transition structure between a transmission line and a waveguide of a multilayer PCB according to the present invention. It is a design structure for transmitting the frequency of about 28GHz band, and the waveguide also applies the WR28 standard with a cross section of 3.556 mm x 7.112 mm that transmits this frequency band.
  • FIG. 9( a ) it is a graph simulating signal transmission characteristics for a transition structure in which a multilayer PCB is applied to the configuration of the conventional invention of FIG. 1 described above.
  • the return loss (S11) characteristic is very poor, and the insertion loss (S21) is also high at -4dB or less.
  • FIG. 9(b) it is a graph of signal transmission characteristics to which the first embodiment of FIG. 2 is applied using the same multi-layer PCB structure.
  • the return loss (S11) is about -24dB
  • the insertion loss (S21) is -1dB or less. do.
  • FIG. 9( c ) is a graph of signal transmission characteristics according to the embodiment of FIG. 3 .
  • the return loss and insertion loss are improved compared to the case of FIG. 9(b). Even in this case, the loss is very low compared to the existing one, so that the signal is transferred very effectively in the targeted frequency band.
  • 9( d ) is a signal transfer characteristic graph according to the embodiment of FIG. 4 .
  • the insertion loss (S21) has a value of -1 dB or less, and the loss is very small compared to the case of 9(a), so that the signal is effectively transferred in the target frequency band.
  • FIG. 9( e ) it is a graph of signal transfer characteristics according to the embodiment of FIG. 5 .
  • the return loss (S11) was about -14dB, and the pass frequency band was also shifted.
  • the transmission characteristic is improved compared to FIG. 9( a )
  • the transmission characteristic is not good compared to the previous embodiment, and the frequency band is also shifted.
  • the previous embodiment in which the via hole is applied close to the entrance area where the final stripline end of the multilayer PCB transmission line protrudes into the waveguide in the transition structure is more effective.
  • the signal transmission frequency band can be redesigned and applied to the transmission line and the waveguide transition structure of the multilayer PCB.

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  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Waveguides (AREA)
  • Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)

Abstract

본 발명은 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조에 관한 것으로 보다 상세하게는, 일측에 내부 공간을 포함하며, 스트립라인의 일부를 수용하기 위한 입구를 가진 웨이브가이드; 적어도 두 개의 이상의 유전체 층으로 구성된 다층 PCB의 첫 번째 그라운드 층을 포함하는 전송선로; 상기 전송선로로부터 연장되어 상기 웨이브가이드 입구를 통해 웨이브가이드 내부로 돌출된 스트립라인; 상기 첫 번째 그라운드 층과 맨아래 그라운드 층 사이에 형성되는 단수 또는 복수의 비아홀; 상기 비아홀은 상기 웨이브가이드의 상기 입구에 위치하는 것을 특징으로 한다.

Description

다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조
본 발명은 마이크로파(microwave) 또는 밀리미터파(millimeter wave) 등의 초고주파 영역에서 다층 PCB의 전송선로와 웨이드가이드(waveguide) 간의 물리적인 커플링(coupling)에 의해 신호를 전송하는 구조 또는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 초고주파 영역의 집적회로 및 시스템 구성에 있어서, 신호를 전송하는 마이크로스트립 라인, 스트립 라인, CPW(coplanar waveguide), CPWG(coplanar waveguide with ground) 등의 인쇄회로기판(PCB, printed circuit board)의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조에 관한 것이다.
보다 상세하게는 마이크로스트립 라인 등의 전송선로와 웨이브가이드 간에 신호를 손실이 적게 효과적으로 전이시키기 위해, 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 결합 구조에서 다층 PCB의 특정 위치에 1개 이상의 비아홀 또는 1열 이상의 비아홀을 적용한 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조에 관한 것이다.
이동 통신 주파수 대역이 높아짐에 따라, 초고주파 집적 회로의 수요가 급격히 증가되고 있다. 이러한 초고주파 집적회로는 일반적으로 MMIC(monolithic microwave integrated circuit) 소자 등의 각종 관련 파워 소자, 다이오드 등의 전자소자 등으로 구성된다. 또한, 낮은 손실 및 높은 성능을 가지도록 웨이브가이드 구조를 이용한 수동소자 및 그 연결 부품 등으로 역시 구성될 수 있다. 이러한 웨이브가이드 구조를 이용한 부품에는 각종 안테나, 필터, 다이플렉서 및 피딩 부품(feeding components), 연결 부품(connecting components)이 있다.
즉, 초고주파 회로는 보통 전송 손실이 낮고 저가격으로 구성하기 위해서, 프린팅 회로 기판인 PCB(printed circuit board) 위에 초고주파 집적 회로의 구성을 하고 집적회로소자 출력단으로부터 연결되는 마이크로스트립 선로 등의 전송선로와 웨이브가이드 관련 부품을 적절하게 결합하여 고정시킨 형태로 구성하게 된다.
한편, 웨이브가이드(waveguide, 도파관)는 주로 초고주파(예를 들면 주파수가 수십 GHz 등의 파장이 밀리미터 단위인 밀리미터파) 대역에서 손실은 낮고 성능이 우수한 수동 소자(혼 안테나, 슬랏 안테나, 필터 등)를 구현하기 위해 사용한다. 웨이브가이드는 그 물리적인 구조에 의한 공진 현상을 이용하여 신호를 전송하며, 대개 금속으로 된 관 형태로 형성되어 해당 전송 신호의 주파수 특성에 대응되는 크기를 갖도록 설계된다.
이러한 웨이브가이드는 내부가 공기로 채워져서 빈 사각형 금속 블록 구조로 구성되며, 유전체 손실이 가장 적고 전송 특성이 우수하여 고성능으로 구현이 가능하다. 하지만, 이러한 웨이브가이드 형태의 부품이 PCB로 구현된 전자회로와 결합되기 위해서는 앞에서 설명한 데로, 신호가 전송되는 다양한 전송선로가 구성된 PCB와 별도의 신호 전이구조가 필요하게 된다.
즉, PCB에서 신호가 전송되는 전송선로(마이크로스트립 선로, CPW 선로 CPWG 선로, 스트립라인 선로 등)로부터 웨이브가이드로 초고주파 신호가 손실이 낮고 효과적으로 전이되는 구조가 필요하게 된다.
따라서, PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조가 개발되어 왔다. 종래 기술로는, 미국특허 제6917256호(이하 "종래 기술이라 함")에 의하면, 전송선로의 신호를 웨이브가이드로 전이시키는 구조가 개시되어 있다. 상기 종래 기술은 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 신호 전이를 위해 비교적 널리 적용되는 구조로, PCB의 마이크로스트립 전송선로로 전달되는 신호를 이 마이크로스트립으로부터 연장된 스트립라인을 통해 웨이브가이드 내부로 전이시키는 구조이다.
이러한 마이크로스트립 전송선로의 신호를 웨이브가이드의 하부 방향의 출구로 전달하기 위하여 출구 반대면인 상측에는 일정 공간을 띄우고 웨이브가이드가 모두 막힌 구조로 형성된다. 즉, 웨이드가이드 안쪽으로 돌출된 전송선로와 웨이브가이드의 상부 사이에는 신호의 공진을 위한 일정 공간을 확보되어야 한다. 즉, 신호가 전이되는 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 전이구조의 물리적인 구조 디자인, 및 그 초고주파 신호의 전달 주파수, 전송선로에서 웨이브가이드 내 커플링 되는 구조의 크기, 기판의 특성 등은 모두 신호 전이 시 손실 등을 줄이고 신호가 잘 전이되도록 하기 위한 설계 변수가 된다.
종래기술의 발명에 의하면 웨이브가이드 내에 결합부에 튜닝 스크류(tunig screw) 등의 위치를 조절하는 수작업에 의해 전이 손실을 줄여서 조립 및 결합시키는 방식에 비해 제작 시간 및 비용을 대폭 줄일 수 있다.
또한, 대개 이러한 신호 전이 구조를 사용하는 부분은 무선통신의 전치단 설계에 해당하고 파워 앰프 소자 등이 적용된다. 즉, 전이구조에서 신호의 손실이 클 경우 파워 앰프 소자 등의 출력을 그만큼 크게 설계 및 제조해서 적용해야 하므로, 소자의 성능을 높이기 위해 가격 상승의 원인이 되고 소자의 출력이 커야 하므로 파워 소모와 발열 등의 원인이 된다. 따라서, 전이 구조의 손실을 낮게 설계하는 것은 초고주파 회로 구성에서 매우 중요한 요소이다.
한편, 상기한 초고주파 전자회로는 종래 대비 주파수가 높아지면서 매우 복잡해지고 다양한 기능을 수행해야 함에 따라, 그 회로 구성 및 연결을 단층의 PCB로는 구현이 어려워졌다. 따라서, 초고주파 전자회로는 집적도를 높이고 다양한 기능을 수행하기 위해 다층 PCB로 구현되고 있다.
또한, 기판 재료에 의한 신호 손실이 중요한 문제가 되고, 이를 극복하기 위해 기존에 보통의 집적회로 기판에 사용하는 FR4 등의 유전체 소재와는 다르게, 신호의 손실이 적은 테프론 등의 유전체 소재 기판을 사용하기도 한다. 그러나, 이러한 신호 손실이 적은 기판은 재료의 단가가 기존에 널리 사용되는 FR4 등의 소재로 된 기판에 비해 매우 비싸고, 기계적 특성이 나쁘며, 다층으로 형성하는 공정도 어려워지게 되는 문제가 발생한다.
이와 같이, 초고주파 전자회로는 그 회로의 복잡도와 다양한 기능을 위한 구성 등의 문제로 대개 다층 PCB에 구현한다. 따라서, 다층 PCB를 제작할 때, 손실을 줄이면서 저가로 형성하기 위하여 전송 손실이 중요한 기판 층에만 가격이 비싼 대신 손실이 적은 소재로 형성하고, 나머지 층에는 기존의 값싼 소재로 형성하는 방법으로, 한 가지 유전체 소재가 아니라 이종의 유전체 소재를 접합하여 적용한 다층 PCB를 사용되기도 한다.
따라서, 기존의 PCB 상의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조도 이렇게 새롭게 다층 PCB 또는 이종 기판 소재로 구성된 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 신호를 손실이 낮고 효과적으로 전달하기 위한 전이구조가 필요하게 된다. 따라서, 기존의 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조와는 다른 다층 PCB 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조와 방법이 새롭게 고려되어야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 제안하는 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 전이구조를 통해 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간에 손실이 낮고 효율적으로 신호 또는 전력을 전달을 하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간에 전송되는 고주파 신호의 전송 주파수 대역 내의 전이 손실을 줄여, 효과적으로 신호가 전달될 수 있는 매우 간단하고 저가 및 제작이 용이한 전이 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 이종 소재의 유전체 층으로 구성된 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간에 손실이 낮고 효율적인 신호 또는 전력 전달을 하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 이종 소재의 유전체 층으로 구성된 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간에 신호 전달 시, 전송하는 신호의 주파수 대역 내의 전이 손실을 줄여, 효과적으로 신호가 전달될 수 있는 간단하고 제작 용이한 전이 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드의 전이구조에 있어서, 전송선로와 웨이브가이드의 연결부에 대응되게 전송선로의 첫 번째 그라운드와 바닥 그라운드 사이의 비아홀에 의해 전송되는 신호의 손실을 줄여 높은 효율로 신호를 전이시키는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드의 전이구조에 있어서, 전송선로와 웨이브가이드의 연결부에 대응되게 전송선로의 첫 번째 그라운드와 바닥 그라운드 사이의 비아홀에 의해 전송되는 신호의 손실을 줄여 높은 효율로 전이시키기 위한 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 전달되는 주파수 대역의 신호의 손실 특성을 줄이기 위해 비아홀의 배치를 웨이브가이드 입구 영역에 대응되게 1열 또는 2열 이상으로 배치할 수 있으며, 2열 이상에서는 일렬 또는 지그재그로 배치하여 웨이브가이드 출구 쪽으로 효과적으로 신호를 전이시키기 위한 다층 PCB와 웨이브가이드 간의 전이구조를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 전달되는 주파수 대역의 신호의 손실 특성을 줄이기 위해 복수 개의 비아홀 대신 1개의 비아 기둥을 배치하여 웨이브가이드 출구 쪽으로 효과적으로 신호를 전이시키기 위한 다층 PCB와 웨이브가이드 간의 전이구조를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 본 발명은, 일측에 내부 공간을 포함하며, 스트립라인의 일부를 수용하기 위한 입구를 가진 웨이브가이드;
적어도 두 개의 이상의 유전체 층으로 구성된 다층 PCB의 첫 번째 그라운드 층을 포함하는 전송선로;
상기 전송선로로부터 연장되어 상기 웨이브가이드 입구를 통해 웨이브가이드 내부로 돌출된 스트립라인;
상기 첫 번째 그라운드 층과 맨아래 그라운드 층 사이에 형성되는 단수 또는 복수의 비아홀;
상기 비아홀은 상기 웨이브가이드의 상기 입구에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스트립라인을 포함하는 유전체 층은 전송선로의 유전체 층으로부터 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 스트립라인은 웨이브가이드 단락면으로부터 일정거리 이격되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비아홀은 상기 웨이브가이드의 상기 입구의 최종부에 배열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비아홀은 단수 또는 복수의 배열로 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비아홀은 수평 또는 수직으로 지그재그로 배열하여 설치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비아홀 사이의 간격을 10~500 um로 배열하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 비아홀은 비아 기둥으로 대체되어 사용되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다층 PCB를 구성하는 유전체 층이 적어도 1개 이상의 상이한 유전체로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 다층 PCB를 구성하는 맨위의 유전체층의 유전손실률이 상기 맨위의 유전체층이 아닌 다른 유전체 층의 유전손실률에 비해 낮은 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조에 따르면, 웨이브가이드 내부로 돌출되는 전송선로와 근접한 위치의 다층 PCB의 그라운드 층 사이에 웨이브가이드 입구 영역과 대응되게 설치된 1개 이상의 비아홀에 의해 다층 PCB의 전송선로로부터 웨이브가이드로 전송 신호의 손실을 줄여 높은 효율로 신호를 전이시키는 효과가 있다.
또한, 다층 PCB의 그라운드 층 사이의 복수개의 비아홀을 1열 또는 2열 이상으로 배치하거나, 2열 이상을 수직 또는 수평에서 지그재그로 배치하거나, 1개의 비아 기둥을 배치하여 전송 신호의 손실을 줄여 높은 효율로 전이시키는 효과가 있다.
도 1(a)와 도 1(b)는 기존의 발명에 따른 PCB의 전송선로와 웨이드가이드 간의 전이구조에 다층 PCB를 적용한 예를 도시한 단면도와 평면도이다.
도 2(a)와 도 2(b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 도시한 단면도와 평면도이고, 도 2(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조에서 첫 번째 그라운드 층(b-b')에서의 평면도이다.
도 3(a)와 도 3(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 도시한 단면도와 평면도이고, 도 3(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조에서 첫 번째 그라운드 층(b-b')에서의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 도시한 도면이다.
도 9는 발명에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조에 의한 신호 전달 특성 그래프이다.
이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.
오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도 1은 기존 발명의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조에 다층 PCB를 적용한 도면이다. PCB의 전송선로는 집적회로(미도시)로부터 연결되어 입출력 신호가 전달되고, CPWG와 마이크로스트립 등의 형태로 신호를 전송한다.
이러한 전송선로(200)는 유전체층(210)과 유전체층(210) 상부면에 신호 전송을 위한 금속층(220)과 이와 대응되는 유전체층(210) 하부면에 그라운드층인 금속층(221)으로 구성된다. 이러한 전송선로 최종단에는 유전체층 바닥에 그라운드층이 없는 스트립라인(300)이 돌출되어서 웨이드가이드(100) 안쪽에 위치하여 커플링된다. 한편, 다층 PCB를 구성하는 전체 유전체층(210, 211)의 가장 하부 바닥면, 즉 최하단 유전체층(211)의 바닥면에도 전체 PCB의 그라운드층를 위한 금속층(222)이 구성된다.
각각 이러한 CPWG와 마이크로스트립 등의 전송선로는 손실을 줄이기 위한 임피던스 매칭을 위해 그 신호를 전송하는 금속층의 폭이 달라지며, 웨이브가이드 안쪽으로 돌출된 스트립라인 역시 손실을 적게 디자인과 크기를 가지고 설계되어야 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 도시한 도면이다. 도 2(a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 단면도이고, 도 2(b)는 설명을 위해 도면 상의 웨이브가이드 상부 커버(a-a')를 제거한 상태의 구조를 도시한 평면도이다. 도 2(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 비아홀 구조를 표시하기 위해 첫 번째 그라운드 층(b-b')에서의 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조는, 일측에 내부 공간(110)을 포함하며, 스트립라인(300)의 일부를 수용하기 위한 입구(120)를 가진 웨이브가이드(100)와, 적어도 두 개의 이상의 유전체 층(210, 211)으로 구성된 다층 PCB의 첫 번째 그라운드 층(221)을 포함하는 전송선로(200)와, 상기 전송선로(200)로부터 연장되어 상기 웨이브가이드(100)의 입구(120)를 통해 웨이브가이드(100) 내부로 돌출된 스트립라인(300)과, 상기 첫 번째 그라운드 층(221)과 맨아래 그라운드 층(222) 사이에 형성되는 단수 또는 복수의 비아홀(400)과, 상기 비아홀(400)은 상기 웨이브가이드(100)의 상기 입구(120)에 위치하는 구성이다.
더욱 상세하게는, 다층 PCB의 전송선로(200)는 집적회로(미도시)로부터 연결되어 입출력 신호가 전달되고, CPWG 또는 마이크로스트립 등의 형태로 신호를 전송한다. 이러한 CPWG 또는 마이크로스트립은 일반적인 구성 형태를 기술한 것으로 이에 한정되지는 않는다.
이러한 전송선로(200)는 웨이브가이드(100) 내부 쪽으로 연장되어 돌출된 일부 영역(300)이 결합되어 구성되며, 이렇게 내부에 돌출된 전송선로의 최종단인 스트립라인(300)이 커플링되어 웨이브가이드(100) 내부로 신호가 전달된다. 스트립라인은 웨이브가이드 상부 커버(a-a')의 내측면, 즉 웨이브가이드 단락면(130)과 일정 공간 이격되어 형성된다. 이러한 이격공간은 전이 손실을 줄이기 위한 전이구조의 중요한 설계 요소가 된다.
또한, 전송선로와 이로부터 연장되어 돌출된 스트립라인은 동일한 PCB, 즉 유전체 기판층을 사용하여 제작하면 동시에 제작할 수 있기 때문에 손쉽게 비용을 줄여 제작할 수 있다.
각각 이러한 CPWG와 마이크로스트립 등의 전송선로는 손실을 줄이기 위한 임피던스 매칭을 위해 그 신호를 전송하는 금속층(220)의 폭이 달라지며, 웨이브가이드(100) 안쪽으로 돌출된 스트립라인(300) 역시 손실을 낮게 디자인과 크기를 가지고 설계되어야 한다.
이때, 다층 PCB의 전송선로(200)에서 돌출된 스트립라인(300)과 근접한 위치 영역에 다층 PCB의 전송선로의 그라운드 층, 즉 다층 PCB의 위쪽에서부터 첫 번째 그라운드 층(221)과 다층 PCB 바닥면에 형성된 맨 아래 그라운드 층(222) 사이에 비아홀(400)을 형성하여 비아 펜스의 역할을 하여 두 번째 유전체 층에 의한 신호 손실을 줄이고 웨이브가이드(100) 출력부 쪽으로 효과적으로 전파되게 한다.
여기서, 상기 비아홀이란, 일반적인 PCB 공정에서 다층 배선의 금속층 간의 전기적인 연결을 위해, 단면이 원형인 형태로 수직 방향으로 구멍을 형성하고 뚫린 구멍의 옆면에 금속층을 입혀, 다층 배선의 금속층을 전기적으로 연결하는 구조를 의미한다. 이렇게 상기 비아홀은 옆면만 금속층으로 되어 상부와 하부의 금속층을 전기적으로 연결하나, 필요에 따라 내부도 금속으로 모두 채워 사용할 수도 있다. 이러한 비아홀은 PCB 제조 공정 시 사용되는 일반적인 제조 공정에 따라 제조하게 되고, 그 크기는 제조공정의 수십~수백 마이크로미터의 지름의 원형이 된다. 물론, 제조 공정에 따라 그 이상의 크기나 그 이하의 크기를 제조하여 사용하여도 가능하다. 또한, 비아홀의 모양도 단면이 원형 뿐만 아니라, 사각 형태 등 제조가 용이한 다양한 모양으로 사용가능함을 밝혀둔다.
이러한 비아홀(400)은 전이구조의 손실 저하 효과를 높이기 위해 도 2(c)와 같이 일렬로 배열되어 배치될 수 있다.
여기서, 배열이란 복수의 상기 비아홀(400)이 일측방향으로 정렬되어 있는 것을 의미함을 밝혀둔다.
비아홀(400) 사이의 간격 역시 제조 공정에 따라 수십~수백 um의 간격이 될 수 있다. 특히, 이러한 초고주파 회로에서 사용되고 전송하는 초고주파의 주파수 영역과 대응하여 10~500 um의 간격이 되면 그 효과를 높일 수 있다.
도 3(a)와 도3(b)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 도시한 단면도와 평면도이다. 도 3(c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조에서 첫 번째 그라운드 층(b-b')에서의 평면도이다.
다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 전이구조의 구성은 도 2와 같고, 도 3(c)와 같이, 전송선로의 그라운드층(221)과 PCB의 바닥면의 그라운드 층(222), 즉 다층 PCB의 첫 번째 그라운드 층(221)과 맨 아래 그라운드 층(222) 사이에 형성된 비아홀(400)을 2열로 배치한 형태이다. 이렇게 비아홀(400)을 2열로 배치하여 신호의 손실 저하 효과를 높일 수 있다. 비아홀의 1열과 2열 사이의 간격은 앞서 기술한 데로, 제조 공정에 따라 수십~수백 um의 간격이 될 수 있다.
도 4는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 도시한 도면이다. 앞서 도3에서 기술한 데로, 전송선로의 해당 그라운드층과 PCB 바닥면의 그라운드 층, 즉 다층 PCB의 첫 번째 그라운드 층(221)과 맨 아래 그라운드 층(222) 사이에 형성되는 2열의 비아홀(400)을 수평 측면에서 지그재그로 배치하여 그 효과를 높일 수 있다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 도시한 도면이다. 전송선로의 해당 그라운드층과 PCB 바닥면의 그라운드 층, 즉 다층 PCB의 첫 번째 그라운드 층(221)과 맨 아래 그라운드 층(222) 사이에 형성되는 비아홀(400)이 전송선로(200)가 웨이브가이드(100) 내부로 진입하기 위해 형성된 웨이브가이드 입구 영역의 최종부가 아니라, 입구 영역의 최종부에서 더 거리를 두고 떨어진 초입부 영역에 배치한 경우이다. 이 때도 역시 이러한 비아홀(400)에 의한 신호 손실을 줄여 신호의 전이 효율을 높이는 효과를 볼 수 있다. 그러나, 앞서 기술한 도 2 ~ 4에 의해 설계된 경우(비아홀 또는 비아홀 배열이 입구 영역의 최종부에 위치한 경우)보다 그 효과는 떨어질 수 있으며, 신호를 전달하기 위한 주파수 대역의 조정이 필요하게 된다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 도시한 도면이다. 전송선로의 그라운드층과 PCB 바닥면의 그라운드 층, 즉 다층 PCB의 첫 번째 그라운드 층(221)과 맨 아래 그라운드 층(222) 사이에 형성되는 비아홀(400)을 배열 형태로 구성하는 게 아니라 1개의 비아 기둥을 형성한다. 이 때도 1열 또는 2열의 비아홀 배열을 사용할 때와 마찬가지로 비아 펜스 역할을 하며 전이 손실을 줄여 효과적으로 신호를 전이시킬 수 있다.
여기서, 상기 비아 기둥이란, 상기 비아홀(400)의 형태가 아닌 일정한 면적을 가지는 구조를 의미함을 밝혀둔다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 도시한 도면이다. 다층 PCB를 2개의 유전체 층을 가진 다층 인PCB가 아니라, 3개의 유전체 층(210, 211, 212)을 가진 PCB를 사용하는 경우이다.
전송선로의 해당 그라운드층과 바닥면의 그라운드 층, 즉 다층 PCB의 첫 번째 그라운드 층(221)과 세 번째인 맨 아래 그라운드 층(222) 사이에 마찬가지로 비아홀(400)을 적용하여, PCB 기판 층에 의한 전이 손실을 줄여, 신호를 효과적으로 전송시킬 수 있다.
이러한 유전체 층(210, 211, 212)은 앞서 기술한 데로, 모두 같은 유전체 소재를 사용할 수도 있고, 필요에 따라, 다른 유전체 소재를 사용하여 이종 재료를 접합시켜서 사용할 수도 있다. 특히, 유전 손실이 적은 테프론 같은 계열의 유전체 층을 중요한 신호전송 역할을 하는 맨 위 첫 번째 층에 적용하는 게 좋다. 이렇게 이종의 유전체 소재를 접합한 다층 PCB의 경우, 일부 층은 유전손실(loss tangent)이 특히 적고, 하부층은 기계적 특성이 좋고 값싼 층을 적용할 수 있다.
아울러, 본 발명에서 제시하는 상기 다층 PCB를 구성하는 유전체 층이 적어도 1개 이상의 상이한 유전체로 구성될 수 있는데, 상기 다층 PCB를 구성하는 맨위의 유전체층의 유전손실률이 상기 맨위의 유전체층이 아닌 다른 유전체 층의 유전손실률에 비해 낮도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 도 7에서는 3개의 유전체 층(210, 211, 212)을 가진 다층 PCB에 대해서 도시하고 설명했지만, 3개 이상의 다층 PCB의 전이구조에도 동일하게 적용할 수 있다. 전송선로의 해당 그라운드층과 PCB 바닥면의 그라운드 층, 즉 다층 PCB의 첫 번째 그라운드 층(221)과 다층 PCB의 맨 아래 그라운드 층(222) 사이에 마찬가지로 비아홀(400)을 적용하여, PCB 기판 층에 의한 전이 손실을 줄여, 신호를 효과적으로 전송시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조를 도시한 도면이다. 3개의 유전체 층(210, 211, 212)을 가지는 다층 PCB에서 전송선로의 해당 그라운드층과 PCB 바닥면의 그라운드 층, 즉 다층 PCB의 첫 번째 그라운드 층(221)과 세 번째인 맨 아래 그라운드 층(222) 사이에 수직 방향에 지그재로로 비아홀(400)을 배치하여 적용해서, PCB 기판 층에 의한 전이 손실을 줄여, 신호를 효과적으로 전송시킬 수 있다.
또한, 도 8에서는 3개의 유전체 층(210, 211, 212)을 가진 다층 PCB에 대해서 도시하고 설명했지만, 3개 이상의 다층 PCB의 전이구조에도 동일하게 적용할 수 있다. 전송선로의 해당 그라운드층과 PCB 바닥면의 그라운드 층, 즉 다층 PCB의 첫 번째 그라운드 층(221)과 다층 PCB의 맨 아래 그라운드 층(222) 사이에 마찬가지로 수직 방향에서 지그재그 등의 배치로 비아홀(400)을 적용하여, PCB 기판 층에 의한 전이 손실을 줄여, 신호를 효과적으로 전송시킬 수 있다.
도 9은 본 발명에 따른 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조에 의한 신호 전달 특성 그래프이다. 약 28GHz 대역의 주파수를 전송하기 위한 설계 구조이고, 웨이브가이드 역시 이 주파수 대역을 전송하는 3.556 mm x 7.112 mm의 단면을 가지는 WR28 규격을 적용하였다.
도 9(a)의 경우에는 앞서 기술한 도 1의 기존의 발명의 구성에 다층 PCB를 적용한 전이구조에 대해 신호의 전달 특성을 시뮬레이션한 그래프이다. 28GHz 대역에서 반사손실(S11) 특성이 매우 나쁘고, 삽입 손실(S21) 역시 -4dB 이하로 손실이 높다.
도9(b)의 경우에는 같은 다층 PCB 구조를 이용하여 도2의 제1실시예를 적용한 신호 전달 특성 그래프이다. 28GHz 대역에서 반사손실(S11)이 약 -24dB 값이고, 삽입 손실(S21)이 -1dB 이하의 값으로 손실이 9(a)의 경우에 비해 손실이 매우 적어 효과적으로 목표한 주파수 대역에서 신호가 전이된다.
도 9(c)의 경우는 도 3의 실시예에 따른 신호 전달 특성 그래프이다. 반사손실과 삽입 손실이 도 9(b)의 경우에 비해 개선이 된다. 이 경우에도 기존 대비 손실이 매우 적어 목표한 주파수 대역에서 매우 효과적으로 신호가 전이된다.
도 9(d)의 경우는 도 4의 실시예에 따른 신호 전달 특성 그래프이다. 삽입 손실(S21)이 -1dB 이하의 값으로 손실이 9(a)의 경우에 비해 손실이 매우 적어 효과적으로 목표한 주파수 대역에서 신호가 전이된다.
도 9(e)의 경우에는 도 5의 실시예에 따른 신호 전달 특성 그래프이다. 반사손실(S11)이 약 -14dB으로, 통과 주파수 대역도 이동이 되었다. 도 9(a)에 비해서 전달 특성이 개선이 되나, 앞서의 실시예에 비해 전달 특성이 좋지 않고, 주파수 대역도 이동이 된다. 전이구조에서 다층 PCB 전송선로의 최종 스트립라인 단이 웨이브가이드 안쪽으로 돌출되는 입구 영역에 가깝게 비아홀을 적용한 앞서의 실시예가 효과가 더 좋음을 알 수 있다. 물론, 이러한 도 5의 실시예의 경우에도 신호 전달 주파수 대역을 재설계하여 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 전이구조에 적용할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

Claims (10)

  1. 일측에 내부 공간을 포함하며, 스트립라인의 일부를 수용하기 위한 입구를 가진 웨이브가이드;
    적어도 두 개의 이상의 유전체 층으로 구성된 다층 PCB의 첫 번째 그라운드 층을 포함하는 전송선로;
    상기 전송선로로부터 연장되어 상기 웨이브가이드 입구를 통해 웨이브가이드 내부로 돌출된 스트립라인;
    상기 첫 번째 그라운드 층과 맨아래 그라운드 층 사이에 형성되는 단수 또는 복수의 비아홀;
    상기 비아홀은 상기 웨이브가이드의 상기 입구에 위치하는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스트립라인을 포함하는 유전체 층은 전송선로의 유전체 층으로부터 연결되는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스트립라인은 웨이브가이드 단락면으로부터 일정거리 이격되는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 비아홀은 상기 웨이브가이드의 상기 입구의 최종부에 배열되는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 비아홀은 단수 또는 복수의 배열로 설치되는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 비아홀은 수평 또는 수직으로 지그재그로 배열하여 설치하는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 비아홀 사이의 간격을 10~500 um로 배열하는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 비아홀은 비아 기둥으로 대체되어 사용되는 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 다층 PCB를 구성하는 유전체 층이 적어도 1개 이상의 상이한 유전체로 구성된 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 다층 PCB를 구성하는 맨위의 유전체층의 유전손실률이 상기 맨위의 유전체층이 아닌 다른 유전체 층의 유전손실률에 비해 낮은 것을 특징으로 하는 다층 PCB의 전송선로와 웨이브가이드 간의 전이구조.
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