KR101407727B1

KR101407727B1 - 군위성 단말기용 siw 구조 및 적층형 구조를 갖는 소형 저손실 여파기

Info

Publication number: KR101407727B1
Application number: KR1020130106373A
Authority: KR
Inventors: 김형종; 이호섭; 유연상; 강승택; 강경석; 엄다정
Original assignee: 인천대학교 산학협력단; 엘아이지넥스원 주식회사
Priority date: 2013-09-05
Filing date: 2013-09-05
Publication date: 2014-06-13

Abstract

실시 예는, 그라운드층(ground layer), 상기 그라운드층 상에 배치된 유전체층(dielectric layer), 상기 유전체층 상에 배치되며, 상기 그라운드층과 서로 평행하게 배치되는 제1, 2 비아(via)로 연결된 제1 금속층(matal layer) 및 상기 유전체층 내부에 배치되며, 상기 제1 금속층과 제3 비아(via)로 연결된 제2 금속층(metal layer)을 포함하는 소형 저손실 여파기를 제공한다.

Description

군위성 단말기용 SIW 구조 및 적층형 구조를 갖는 소형 저손실 여파기{Compact low-loss filters with the stacked and SIW structure for satellite communications terminals}

실시 예는 소형 저손실 여파기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 메타재질(Metarmaterial)의 복합 오른손 전송 및 왼손 전송 특성을 가지며, 입력 신호에 대한 기판 손실을 최소화하기 용이한 소형 저손실 여파기에 관한 것이다.

일반적으로, 금속 도파관(Metallic Waveguide)은 거의 60년 동안 마이크로파, 레이더와 안테나 개발에 사용되어 왔다. 그러나 기존의 금속 도파관 구조는 크기가 크고 무겁다는 단점으로 인하여 요즘 추세인 소형화에 부적합해 보인다. 그런데, 마이크로스트립과 같은 평면구조는 마이크로파 소자와 시스템의 소형화와 집적화를 이끌었다. 그럼에도 불구하고 위성 시스템과 항공/방산용 안테나에서 도파관의 사용이 거의 필수적인 이유는 금속 도파관의 전력핸들링과 높은 품질계수에 의한 낮은 삽입손실 때문이다. 그러나 오늘날 마이크로스트립 기판에 도파관과 같은 성능을 낼 수 있도록 설계하는 SIW(Substrate Integrated Waveguide) 기술이 연구되고 있고, SIW 기술로 기존의 금속 도파관이 갖는 크고 무겁다는 단점을 1차적으로 해결할 수 있었다.

실시 예의 목적은, 메타재질(Metarmaterial)의 복합 오른손 전송 및 왼손 전송 특성을 가지며, 입력 신호에 대한 기판 손실을 최소화하기 용이한 소형 저손실 여파기를 제공함에 있다.

실시 예에 따른 소형 저손실 여파기는, 그라운드층(ground layer), 상기 그라운드층 상에 배치된 유전체층(dielectric layer), 상기 유전체층 상에 배치되며, 상기 그라운드층과 서로 평행하게 배치되는 제1, 2 비아(via)로 연결된 제1 금속층(matal layer) 및 상기 유전체층 내부에 배치되며, 상기 제1 금속층과 제3 비아(via)로 연결된 제2 금속층(metal layer)을 포함한다.

실시 예에 따른 상기 그라운드층, 및 상기 제1, 2 금속층 중 적어도 하나는, 구리, 은, 알루미늄 및 금 중 적어도 하나를 포함한다.

실시 예에 따른 상기 유전체층은, 상기 그라운드층 상에 배치된 제1 유전체층 및 상기 제1 유전체층 상에 배치된 제2 유전체층을 포함한다.

실시 예에 따른 상기 제1 유전체층은, 상기 제2 유전체층과 동일한 유전체를 포함한다.

실시 예에 따른 상기 제1 유전체층의 유전율은, 상기 제2 유전체층의 유전율 대비 1배 내지 1.25배이다.

실시 예에 따른 상기 제1 유전체층의 두께는, 상기 제2 유전체층의 두께 대비 1배 내지 2배이다.

실시 예에 따른 상기 제1, 2 유전체층 사이에는, 공극이 형성된다.

실시 예에 따른 상기 유전체층은, 상기 제1, 2 유전체층 사이에 배치된 접착층;을 포함한다.

실시 예에 따른 상기 제1, 2 유전체층 사이에는, 상기 제2 금속층이 배치된다.

실시 예에 따른 상기 제1 금속층은, 제1, 2 단자부, 상기 제1, 2 단자부 사이에 상기 제1 비아가 배치되는 제1 비아열, 상기 제1 비아열과 평행하며 상기 제2 비아가 배치되는 제2 비아열 및 상기 제1, 2 비아열 사이에 상기 제2 비아가 배치되는 제3 비아열이 형성된 몸체부 및 상기 제1, 2 단자부 각각과 상기 몸체부 사이에 입력 신호 및 출력 신호의 위상을 천이시키는 위상천이부를 포함한다.

실시 예에 따른 상기 제1, 2 단자부는, 50Ω 내지 75Ω의 전송선로이다.

실시 예에 따른 상기 제1, 2 단자부 중 적어도 하나의 폭은, 2.4 mm 내지 2.6 mm 이다.

실시 예에 따른 상기 제1, 2 단자부는, 상기 제1, 2 비아열의 중심을 기준으로 서로 대칭되게 형성된다.

실시 예에 따른 상기 제1 비아열은, 상기 제1 비아가 배치되는 복수의 제1 비아홀을 포함하고, 상기 제2 비아열은, 상기 제2 비아가 배치되는 복수의 제2 비아홀을 포함하고, 상기 제1, 2 비아홀 중 적어도 하나의 폭은, 0.3 mm 내지 1.1 mm 이다.

실시 예에 따른 상기 복수의 제1 비아홀 중 서로 인접한 제1 비아홀들 사이의 이격거리는, 0.6 mm 내지 1.6 mm 이다.

실시 예에 따른 상기 제3 비아홀은, 적어도 2 이상의 제3 비아홀을 포함하고, 상기 제3 비아홀의 폭은, 0.2 mm 내지 0.5 mm 이다.

실시 예에 따른 상기 제3 비아홀은, 적어도 2 이상의 제3 비아홀을 포함하고, 상기 몸체부는, 상기 적어도 2 이상의 제3 비아홀 중 서로 인접한 제3 비아홀들 사이에 슬릿홈이 형성된다.

실시 예에 따른 상기 슬릿홈은, 서로 이격된 제1, 2 슬릿홈을 포함하고, 상기 제1, 2 슬릿홈 사이의 이격거리는, 1.6 mm 내지 3.5mm 이다.

실시 예에 따른 상기 몸체부는, 상기 제1 단자부와 연결된 제1 몸체 및 상기 제1 몸체와 이격되며, 상기 제2 단자부와 연결된 제2 몸체를 포함한다.

실시 예에 따른 상기 몸체부는, 상기 제1, 2 몸체 사이에 배치되며, 상기 제1, 2 몸체와 이격된 제3 몸체를 포함한다.

실시 예에 따른 상기 제2 금속층은, 상기 제1 금속층과 중첩된다.

실시 예에 따른 상기 제2 금속층의 두께는, 0.03 mm 내지 0.04 mm 이다.

실시 예에 따른 상기 제3 비아의 길이는, 상기 제1, 2 비아 중 어느 하나의 길이 대비 0.6배 내지 0.7배이다.

실시 예에 따른 상기 제2 금속층은, 제1 금속부 및 상기 제1 금속부와 이격된 제2 금속부를 포함하고, 상기 제1 금속부의 사이즈는, 상기 제2 금속부의 사이즈 대비 1 배 내지 1.2 배이다.

실시 예에 따른 소형 저손실 여파기는 기존의 SIW(기판 도파관) 구조와는 달리, SIW 구조에 새로운 형태로서 버섯구조와 제1 금속층에 슬릿홈을 추가하여 메타재질구조 특성인 CRLH 특성의 왼손법칙 현상을 가지는 소형화 구조로서, 소형화 및 경량화를 이룰 수 있는 이점이 있다.

실시 예에 따른 소형 저손실 여파기는, 하모닉 특성이 억제되고, 때문에 듀플렉서로 설계시에 하모닉 특성이 발생하지 않아 각 통과대역에 악영향이 방지할 수 있으며, 제1 금속층의 슬리홈을 형성함으로써 개선된 스커트 특성을 얻을 수 있는 이점이 있다.

도 1은 실시 예에 따른 소형 저손실 여파기를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 소형 저손실 여파기를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 소형 저손실 여파기를 상부에서 바라본 평면도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 제1, 2 금속층의 결합 구조도이다.
도 5는 도 1에 나타낸 소형 저손실 여파기의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 6은 도 1에 나타낸 소형 저손실 여파기의 제1, 2 금속층을 나타낸 사시도이다.
도 7은 도 2에 나타낸 제2 금속층의 사이즈에 따른 반사손실을 나타낸 그래프이다.
도 8은 도 2에 나타낸 제3 비아의 길이에 따른 반사손실을 나타낸 그래프이다.
도 9는 도 2에 나타낸 제1 유전체층의 유전율 변화에 따른 반사손실을 나타낸 그래프이다.
도 10은 도 2에 나타낸 제2 유전체층의 유전율 변화에 따른 반사손실을 나타낸 그래프이다.
도 11은 실시 예에 따른 소형 저손실 여파기를 적용한 X-band 에서의 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 12는 실시 예에 다른 소형 저손실 여파기를 적용한 Ku-band 에서의 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.
도 13은 실시 예에 따른 소형 저손실 여파기의 전계분포를 나타낸 도이다.
도 14는 실시 예에 따른 소형 저손실 여파기에 대한 에너지 및 전파 진행 방향을 나타낸 도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 실시 예에 따른 소형 저손실 여파기를 나타낸 사시도, 도 2는 도 1에 나타낸 소형 저손실 여파기를 나타낸 분해 사시도, 도 3은 도 1에 나타낸 소형 저손실 여파기를 상부에서 바라본 평면도, 및 도 4는 도 1에 나타낸 제1, 2 금속층의 결합 구조도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 소형 저손실 여파기는 그라운드층(10), 유전체층(20), 제1 금속층(30) 및 제2 금속층(40)을 포함할 수 있다.

실시 예에 따른 소형 저손실 여파기의 통과대역(passband)은 X-band(7.3 ~ 7.8 GHz) 및 Ku-band(12.3 ~ 12.8GHz)일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

실시 예에 따른 소형 저손실 여파기는 대역 간 격리도를 고려하며, 통과 대역의 상측, 하측 이후에 전달 영점(transmission zero)을 발생시켜 스커트 특성을 향상시킬 수 있다.

실시 예에 따른 소형 저손실 여파기는 SIW 구조의 CRLH 특성, 즉 오른손 전파 법칙과 왼손 전파 법칙이 결합되며, 직렬 인덕터와 병렬 커패시터는 위상지연(phase delay)을 만드는 오른손 전파 법칙의 요소들이며, 직렬 커패시터와 병렬 인덕터는 위상 선도(phase lead)를 만드는 왼손 전파 법칙의 요소들이다.

마이크로스트립 선로(microstrip line) 상의 오른손 전파 법칙은 자연계에서 흔히 관찰되는 현상이며, 전파의 에너지와 위상의 이동 방향이 동일한 위상을 가져, 여파기의 저역 통과 특성이 이에 해당된다.

왼손 전파 법칙은 직렬 커패시터와 병렬 인덕터의 쌍으로 구현된다. 전파의 에너지와 위상의 이동 방향이 반대의 위상을 가진다.

따라서, 오른손 전파 법칙의 요소들과 왼손 전파 법칙의 요소들이 마이크로스트립 선로 상에 배치되면, 오른손 전파 법칙의 전송 선로에서 생기는 위상 지연이 왼손 전파 법칙에 의한 위상 선도에 의해 서로 상쇄될 수 있다.

즉, 오른손 전파 법칙의 요소들의 공진 주파수와 왼손 전파 법칙의 요소들의 공진 주파수를 동일하게 원하는 대역의 중심에 맞춘다. 이를 균형 조건(Balanced condition)을 만족시킨다고 한다. 주파수는 존재하나 위상과 전파 상수가 0이 되어, 파장과 무관한 공진이 발생하는 ZOR(Zeroth Order Resonance) 현상이 일어난다.

이 경우, 공진 조건은 공진기의 크기와 종속하지 않기 때문에 대역통과 필터의 크기가 0.25λ 이하가 될 수 있다. 또한 인접하는(adjacent) 공진기들이 결합할(couple) 수 있도록 L과 C를 두어 대역폭을 생성할 수 있다.

다시, 도 1 및 도 2를 살펴보면, 소형 저손실 여파기는 X-band(7.3-7.8GHz) 및 Ku-band (12.3-12.8GHz) 중 어느 하나를 통과시키는 것으로 나타내었으나, X-band 및 Ku-band를 모두 통과시킬 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

우선, 소형 저손실 여파기는 유도성 결합(inductive coupling) 구조로 연결될 수 있으며, 메타재질(Metamaterial) 특성을 부여한다.

그라운드층(10) 및 제1, 2 금속층(30, 40) 중 적어도 하나는 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al) 및 금(Au) 중 적어도 하나일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

유전체층(20)은 그라운드층(10) 상에 배치되며, 제1, 2 유전체층(22, 24)을 포함할 수 있다.

제1 유전체층(22)은 그라운드층(10) 상에 배치되며, 제2 유전체층(24)은 제1 유전체층(22) 상에 배치된다.

제1, 2 유전체층(22, 24)은 서로 동일한 유전체일 수 있으며, 유전율이 서로 유사한 경우 다른 유전체를 포함할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

즉, 제1 유전체층(22)의 유전율은 제2 유전체층(24)의 유전율 대비 1배 내지 1.2배일 수 있으며, 1배 미만이나 또는 1.25배 보다 큰 경우 입력된 신호에 대한 여파 기능이 저하되거나, 반사 신호에 의한 감쇄율이 증가될 수 있다.

또한, 제1 유전체층(22)의 두께는 제2 유전체층(24)의 두께 대비 1배 내지 2배일 수 있으며, 이와 반대로 제2 유전층(24)의 두께가 제1 유전층(22) 두께 대비 1배 내지 2배일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

다시 말하면, 제1, 2 유전체층(22, 24)은 유전율에 따라 제1, 2 금속층(30, 40) 및 제1 금속층(30)과 그라운드층(10)을 연결하는 제1, 2 비아(50)와 제1, 2 금속층(30, 40)을 연결하는 제3 비아(60)에 의해 인덕턴스 및 커패시턴스를 결정할 수 있으며, 이에 따라 입력되는 신호의 주파수, 즉 X-band 및 Ku-band를 통과시키거나 이외의 band를 차단할 수 있다.

또한, 제1, 2 유전체층(22, 24)은 적층 순서에 따라 서로 분리된 것으로 나타내었으나, 하나의 유전체층일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

그리고, 제1, 2 유전체층(22, 24) 사이에는 제2 금속층(40)이 배치될 수 있으며, 제1, 2 유전체층(22, 24) 사이에는 제2 금속층(40)에 의해 공극(미도시)이 형성될 수 있다.

또한, 제1, 2 유전체층(22, 24) 사이에는 제1, 2 유전체층(22, 24)을 결합하기 위한 접착층(미도시)이 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

제1, 2 유전체층(22, 24)에는 제1 금속층(30)과 그라운드층(10)을 연결하는 제1, 2 비아(50)가 관통하며, 서로 평행하게 제1, 2 비아홀열(V-h_1, V-h_2)이 형성될 수 있다.

또한, 제2 유전체층(24)에는 제1 금속층(30)과 제2 금속층(40)을 연결하는 제3 비아(60)가 관통 배치될 수 있으며, 제3 비아열홀(V-h)이 형성될 수 있다.

우선, 제2 금속층(40)은 제1 유전체층(22) 상에 배치되며, 적어도 하나의 금속부(미도시)가 서로 이격되어 배치될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

상기 적어도 하나의 금속부 중 임의의 제1 금속부의 사이즈는 다른 임의의 제2 금속부의 사이즈 대비 1배 내지 1.2배일 수 있다.

제2 금속층(40)의 두께는 0.03 mm 내지 0.04 mm일 수 있으며, 제1 금속층(30)와 제3 비아(60)로 연결되어, 소정의 인덕턴스 값을 가질 수 있다.

이때, 제3 비아(60)의 폭 및 길이는 인덕턴스 값을 결정하는 중요한 요소이며, 제1, 2 비아(50) 중 어느 하나의 길이 대비 0.6배 내지 0.7배의 길이를 가질 수 있다.

또한, 제3 비아(60)의 길이는 제2 유전체층(24)의 두께와 동일하거나, 두께보다 길게 형성될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

제1 금속층(30)은 제1 단자부(31), 제1 위상천이부(33), 몸체부(35), 제2 위상천이부(37) 및 제2 단자부(39)를 포함할 수 있다.

여기서, 제1, 2 단자부(31, 39)는 50Ω 내지 75Ω의 전송선로일 수 있으며, 제1, 2 단자부(31, 39) 중 적어도 하나의 폭은 2.4 mm 내지 2.6 mm 일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

제1, 2 위상천이부(33, 37)는 기본적으로 위의 두 원리(fast/slow-wave 효과)를 이용한 것이며, 이에 한정을 두지 않는다.

몸체부(35)는 제1, 2 단자부(31, 39) 사이에 제1 비아(50)가 배치되며 유전체층(20)에 형성된 제1 비아열홀(V-h_1)에 대응하는 제1 비아열(Vh1), 제1 비아열(Vh1)과 평행하며 제2 비아(50)가 배치되며 유전체층(20)에 형성된 제2 비아열홀(V-h_2)에 대응하는 제2 비아열(Vh2) 및 제1, 2 비아열(Vh1, Vh2) 사이에 제2 비아(60)가 배치되며 유전체층(20)의 제3 비아열홀(V-h)에 대응하는 제3 비아열(Vh)이 형성될 수 있다.

여기서, 제1 비아열(Vh1)은 제1 비아(50)가 배치되는 복수의 제1 비아홀(미도시)을 포함하고, 제2 비아열(Vh2)은 제2 비아(50)가 배치되는 복수의 제2 비아홀(미도시)을 포함할 수 있다.

이때, 상기 제1, 2 비아홀 중 적어도 하나의 폭은 0.3 mm 내지 1.1 mm일 수 있으며, 상기 복수의 제1 비아홀 중 서로 인접한 제1 비아홀들 사이의 이격거리는 0.6 mm 내지 1.6 mm 일 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1, 2 비아홀은 서로 동일한 것으로 설명하지만, 이에 한정을 두지 않는다.

제3 비아홀(Vh)은 적어도 2이상이며, 제3 비아홀(Vh)의 폭은 0.2 mm 내지 0.5 mm 일 수 있다.

이때, 몸체부(35)는 적어도 2이상의 제3 비아홀(Vh) 중 서로 인접한 제3 비아홀들(Vh) 사이에 슬릿홈(미도시)이 형성될 수 있다.

상기 슬릿홈은 서로 이격된 제1, 2 슬릿홈(미도시)을 포함하고, 상기 제1, 2 슬릿홈 사이의 이격거리는 1.6 mm 내지 3.5 mm 일 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

여기서, 제1, 2 비아(50)는 제1 금속층(30)과 그라운드층(10)을 연결하함으로써 전계벽을 형성할 수 있으며, 제3 비아(60)는 제1, 2 금속판(30, 40)을 연결함으로써 인덕턴스값을 가질 수 있으며, 제1, 2 금속층(30, 40), 유전체층(20) 및 그라운드층(10)으로 커패시턴스값을 가질 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

도 5는 도 1에 나타낸 소형 저손실 여파기의 단면을 나타낸 단면도 및 도 6은 도 1에 나타낸 소형 저손실 여파기의 제1, 2 금속층을 나타낸 사시도이다.

도 5는 소형 저손실 여파기의 단면을 나타낸 것으로써, 그라운드층(10), 유전체층(20) 및 제1, 2 금속층(30, 40)을 포함한다.

즉, 그라운드층(10)은 유전체층(20)과 동일한 사이즈이며, 유전체층(20)이 적층되게 지지할 수 있다.

여기서, 유전체층(20)은 제1 두께(d1)를 갖는 제1 유전체층(22) 및 제1 유전체층(22) 상에 제2 두께(d2)를 갖는 제2 유전체층(24)을 포함할 수 있다.

즉, 상술한 바와 같이, 제2 두께(d12)은 제1 두께(d2) 대비 1배 내지 2배일 수 있으며, 제1 두께(d1)은 0.5 mm 내지 0.51 mm 일 수 있으며, 제2 두께(d2)는 0.8 mm 내지 0.85 mm 일 수 있다.

여기서, 제1 금속층(30)은 제1, 2 비아(50)에 의해 그라운드층(10)과 연결되며, 제3 비아(60)에 의해 제2 금속층(40)과 연결될 수 있다.

도 6은 제1, 2 금속층(30, 40)이 결합된 사시도를 나타낸다.

즉, 도 6에 나타낸 제1 금속층(30)은 제1, 2 단자부(31, 39), 제1, 2 위상천이부(33, 37) 및 몸체부(35)를 포함하며, 제2 금속층(40)은 3개로 이격된 금속부(미도시)를 포함하며, 제3 비아(60)는 제1, 2 금속층(30, 40)을 연결한다.

이때, 제1 단자부(31)의 폭(a) 및 제2 단자부(39)의 폭(e)은 2.4 mm 내지 2.6 mm로 서로 동일할 수 있으며, 50Ω 내지 75Ω의 저항을 유지할 수 있다.

여기서, 소형 저손실 여파기가 X-band의 주파수를 통과시키는 여파기인 경우, 몸체부(35)의 폭(d)은 5 mm 내지 5.4 mm 이며, 제1, 2 비아열(Vh1, Vh2)에 인접한 몸체부(35)의 측면 길이(c)는 7 mm 내지 7.4 mm 이며, 제1, 2 비아열(Vh1, Vh2)가 형성되며 제1, 2 위상천이부(33, 37)과 인접한 몸체부(35)의 측면 폭(b)는 0.3 mm 내지 0.5 mm 이며, 몸체부(35)에 형성된 제1, 2 비아열(Vh1, Vh2)에 포함된 제1, 2 비아홀(Vh1_1, Vh2_1)의 폭(l)은 0.3 mm 내지 0.5 mm 이며, 서로 인접한 제1, 2 비아홀들(Vh1_1, Vh2_1) 사이의 이격거리(m)은 0.6 mm 내지 0.8 mm 이며, 몸체부(35)에 형성된 제3 비아열(Vh)에 포함된 제3 비아홀(Vh_1)의 폭(k)은 0.3 mm 내지 0.5 mm 이며, 몸체부(35)에 형성된 슬릿홈의 폭(j)은 0.6 mm 내지 0.8mm 이며, 상기 슬릿홈의 길이(f)는 2.8 mm 내지 3.0 mm 이며, 상기 슬릿홈들 사이의 이격거리(g)는 1.8 mm 내지 2.0 mm 일 수 있다.

또한, 제2 금속층(40)의 사이즈, 즉 가로길이(i) 및 세로길이(h) 각각은 1.0 mm 내지 1.2 mm이며, 1.7 mm 내지 1.9 mm일 수 있다.

그리고, 소형 저손실 여파기가 Ku-band의 주파수를 통과시키는 여파기인 경우, 몸체부(35)의 폭(d)은 9 mm 내지 9.4 mm 이며, 제1, 2 비아열(Vh1, Vh2)에 인접한 몸체부(35)의 측면 길이(c)는 10.3 mm 내지 10.8 mm 이며, 제1, 2 비아열(Vh1, Vh2)가 형성되며 제1, 2 위상천이부(33, 37)과 인접한 몸체부(35)의 측면 폭(b)는 1.0 mm 내지 1.2 mm 이며, 몸체부(35)에 형성된 제1, 2 비아열(Vh1, Vh2)에 포함된 제1, 2 비아홀(Vh1_1, Vh2_1)의 폭(l)은 0.3 mm 내지 0.5 mm 이며, 서로 인접한 제1, 2 비아홀들(Vh1_1, Vh2_1) 사이의 이격거리(m)은 0.9 mm 내지 1.1 mm 이며, 몸체부(35)에 형성된 제3 비아열(Vh)에 포함된 제3 비아홀(Vh_1)의 폭(k)은 0.3 mm 내지 0.5 mm 이며, 몸체부(35)에 형성된 슬릿홈의 폭(j)은 0.6 mm 내지 0.8mm 이며, 상기 슬릿홈의 길이(f)는 5.4 mm 내지 5.8 mm 이며, 상기 슬릿홈들 사이의 이격거리(g)는 3.0 mm 내지 3.4 mm 일 수 있다.

또한, 제2 금속층(40)의 사이즈, 즉 가로길이(i) 및 세로길이(h) 각각은 2.0 mm 내지 2.4 mm이며, 2.4 mm 내지 2.8 mm일 수 있다.

실시 예에 다른 소형 저손실 여파기는 통과시키는 대역, 즉 X-band 또는 Ku-band에 따라 제1, 2 금속층(30, 40)의 사이즈를 다르게 사용할 수 있다.

즉, 제2 금속층(40)은 사이즈, 즉 가로길이 및 세로길이에 따라 인덕턴스값 및 커패시턴스값을 가변되기 때문에, 여파기의 공진대역을 가변할 수 있다.

도 7은 도 2에 나타낸 제2 금속층의 사이즈에 따른 반사손실을 나타낸 그래프 및 도 8은 도 2에 나타낸 제3 비아의 길이에 따른 반사손실을 나타낸 그래프이다.

도 7을 참조하면, 소형 저손실 여파기의 제2 금속층(40)은 가로 길이(P-w) 및 세로 길이(P-w)에 따라 공진 대역을 가변시킬 수 있다.

도 7에 나타낸 제2 금속층(40)은 가로 길이(P-w) 및 세로 길이(P-w)가 서로 동일한 것으로 나타내며, 제2 금속층(40)은 가로 길이(P-w) 및 세로 길이(P-w), 즉 사이즈가 커질수록 공진대역이 낮아지는 것을 알 수 있다.

예를 들면, 제2 금속층(40)의 가로 길이(P-w) 및 세로 길이(P-w)가 0.5 mm 인 경우 공진 대역은 13 GHz 내지 14 GHz 이며, 제2 금속층(40)의 가로 길이(P-w) 및 세로 길이(P-w)가 1.8 mm 인 경우 공진 대역은 7 GHz 내지 8 GHz 이다.

도 8을 참조하면, 소형 저손실 여파기의 제3 비아(60)는 제1, 2 금속층(30, 40)을 연결하는 길이(Via_z)에 따라 공진 대역을 가변시킬 수 있다.

즉, 도 7에 나타낸 바와 같이, 제3 비아(60)의 길이(Via_z)는 제2 금속층(40)의 가로 길이(P-w) 및 세로 길이(P-w)와 동일하게 공진 대역을 가변시키는 것을 알 수 있다.

제3 비아(60)는 길이(Via_z)가 길어질수록 공진 대역이 낮아지며, 제2 금속층(40)의 가로 길이(P-w) 및 세로 길이(P-w)가 길어질수록 공진 대역이 낮아지는 것과 동일하다.

예를 들면, 제3 비아(60)의 길이(Via_z)가 0.5 mm 인 경우 공진 대역은 12 GHz 내지 13 GHz 이며, 제3 비아(60)의 길이(Via_z)가 1.5 mm 인 경우 공진 대역은 3 GHz 내지 4 GHz 이다.

즉, 도 7 및 도 8에 나타낸 것과 같이, 제2 금속층(40) 및 제3 비아(60)는 사이즈를 조절하여 사용자가 원하는 주파수를 통과시킬 수 있는 여파기를 제작하기 용이한 이점이 있다.

도 9는 도 2에 나타낸 제1 유전체층의 유전율 변화에 따른 반사손실을 나타낸 그래프 및 도 10은 도 2에 나타낸 제2 유전체층의 유전율 변화에 따른 반사손실을 나타낸 그래프이다.

도 9 및 도 10은 X-band 에 사용되는 여파기로 실험을 한 그래프이며, Ku-band 에 사용되는 여파기인 경우, 제1, 2 유전체층(22, 24)의 유전율은 후술하는 유전율과 다를 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

즉, 도 9은 제2 유전체층(24)의 유전율(permittivity)을 3.55의 Rosers 기판으로 고정한 상태에서, 제1 유전체층(22)의 유전율(permittivity)을 3, 3.5 및 4로 가변시켜 실험한 반사손실을 나타낸다.

또한, 도 10은 도 9와 반대로, 제1 유전체층(22)의 유전율(permittivity)을 3.55의 Rosers 기판으로 고정한 상태에서, 제2 유전체층(24)의 유전율(permittivity)을 3, 3.5 및 4로 가변시켜 실험한 반사손실을 나타낸다.

도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 제1, 2 유전체층(22, 24)은 서로 유전율이 3 내지 4인 경우에, X-band(7.3 ~ 7.8 GHz)를 통과시키기 용이한, 6.8 GHz 내지 8 GHz에서 반사손실이 가장 낮음으로써, 결과적으로 6.8 GHz 내지 8 GHz을 공진 대역으로 가질 수 있음을 알 수 있다.

도 11은 실시 예에 따른 소형 저손실 여파기를 적용한 X-band 에서의 주파수 특성을 나타낸 그래프 및 도 12는 실시 예에 다른 소형 저손실 여파기를 적용한 Ku-band 에서의 주파수 특성을 나타낸 그래프이다.

도 11은 X-band 소형 저손실 여파기를 이용한 주파수 특성을 나타내며, 체배 주파수에서 하모닉 특성이 발생하지 않기 때문에 타 대역에 악영향을 미치는 것을 방지할 수 있으며, 실험 측정 결과 X-Band (7.2-7.9GHz)에서 -10dB 이하의 반사손실 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.

도 12는 Ku-band 소형 저손실 여파기를 이용한 주파수 특성을 나타내며, 실험 측정결과 Ku-Band (12.25-12.75GHz)에서 -10dB 이하의 반사손실 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다.

도 13은 실시 예에 따른 소형 저손실 여파기의 전계분포를 나타낸 도이다.

도 13을 참조하면, 소형 저손실 여파기는 제1 단자부(31)로 입력된 신호(주파수)에 따라 제2 단자부(39)로 출력되는 전계분포를 나타낸다.

여기서, 소형 저손실 여파기는 복수의 제1, 2 비아(50)가 전계벽을 형성하여, 발생된 전계가 외부로 발산되는 것을 방지함으로써, 입력된 신호에 대한 수신감도를 상승시킬 수 있는 이점이 있다.

도 14는 실시 예에 따른 소형 저손실 여파기에 대한 에너지 및 전파 진행 방향을 나타낸 도이다.

도 14를 참조하면, 소형 저손실 여파기는 CRLH 왼손법칙 특성을 이용하여 소형화하였기 때문에 에너지의 진행방향과 위상 변화에 따른 전파의 진행방향이 역위상, 즉 반대로 진행하는 Back-ward wave 특성이 나타나야 한다.

도 14(a) 내지 14(g)에 나타낸 바와 같이, 에너지 진행 방향이 제1 방향(v1)인 경우, 소형 저손실 여파기는 신호의 진행 방향이 0도, 60도, 120도, 180도, 240도, 300도 및 360도로 위상이 변할 때, 제2 단자부(39)에서 제1 단자부(31)로 향하는 제2 방향(v2)으로 에너지 진행 방향인 제1 방향(v1)과 반대되는 제2 방향(v2)으로 전계(전파) 방향이 형성됨을 확인할 수 있다.

제2 금속층(40)에 생기는 전계 분포가 위상이 변함에 따라, 제2 단자부(39)에서 제1 단자부(31)로 흐르는 Back-ward wave 특성을 통해 LH특성을 만족하는 것을 증명할 수 있다.

이와 반대로, 소형 저손실 여파기는 RH 특성에 따라 에너지 진행 방향과 전계 진행 방향이 동일하게 제1 방향(v1)으로 진행될 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 그라운드층 20: 유전체층
30: 제1 금속층 40: 제2 금속층
50: 제1, 2 비아 60: 제3 비아

Claims

그라운드층(ground layer);
상기 그라운드층 상에 배치된 유전체층(dielectric layer);
상기 유전체층 상에 배치되며, 상기 그라운드층과 서로 평행하게 배치되는 제1, 2 비아(via)로 연결된 제1 금속층(matal layer); 및
상기 유전체층 내부에 배치되며, 상기 제1 금속층과 제3 비아(via)로 연결된 제2 금속층(metal layer)을 포함하고,
상기 유전체층은,
상기 그라운드층 상에 배치된 제1 유전체층;
상기 제1 유전체층 상에 배치된 제2 유전체층; 및
상기 제1, 2 유전체층 사이에 배치된 접착층;을 포함하는 소형 저손실 여파기.
제 1 항에 있어서,
상기 그라운드층, 및 상기 제1, 2 금속층 중 적어도 하나는,
구리, 은, 알루미늄 및 금 중 적어도 하나를 포함하는 소형 저손실 여파기.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제1 유전체층은,
상기 제2 유전체층과 동일한 유전체를 포함하는 소형 저손실 여파기.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 유전체층의 유전율은,
상기 제2 유전체층의 유전율 대비 1배 내지 1.25배인 소형 저손실 여파기.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 유전체층의 두께는,
상기 제2 유전체층의 두께 대비 1배 내지 2배인 소형 저손실 여파기.
제 1 항에 있어서,
상기 제1, 2 유전체층 사이에는,
공극이 형성된 소형 저손실 여파기.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제1, 2 유전체층 사이에는,
상기 제2 금속층이 배치된 소형 저손실 여파기.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 금속층은,
제1, 2 단자부;
상기 제1, 2 단자부 사이에 상기 제1 비아가 배치되는 제1 비아열, 상기 제1 비아열과 평행하며 상기 제2 비아가 배치되는 제2 비아열 및 상기 제1, 2 비아열 사이에 상기 제2 비아가 배치되는 제3 비아열이 형성된 몸체부; 및
상기 제1, 2 단자부 각각과 상기 몸체부 사이에 입력 신호 및 출력 신호의 위상을 천이시키는 위상천이부를 포함하는 소형 저손실 여파기.
제 10 항에 있어서,
상기 제1, 2 단자부는,
50Ω 내지 75Ω의 전송선로인 소형 저손실 여파기.
제 10 항에 잇어서,
상기 제1, 2 단자부 중 적어도 하나의 폭은,
2.4 mm 내지 2.6 mm 인 소형 저손실 여파기.
제 10 항에 있어서,
상기 제1, 2 단자부는,
상기 제1, 2 비아열의 중심을 기준으로 서로 대칭되게 형성된 소형 저손실 여파기.
제 10 항에 있어서,
상기 제1 비아열은,
상기 제1 비아가 배치되는 복수의 제1 비아홀을 포함하고,
상기 제2 비아열은,
상기 제2 비아가 배치되는 복수의 제2 비아홀을 포함하고,
상기 제1, 2 비아홀 중 적어도 하나의 폭은,
0.3 mm 내지 1.1 mm 인 소형 저손실 여파기.
제 14 항에 있어서,
상기 복수의 제1 비아홀 중 서로 인접한 제1 비아홀들 사이의 이격거리는,
0.6 mm 내지 1.6 mm 인 소형 저손실 여파기.
제 10 항에 있어서,
상기 제3 비아홀은,
적어도 2 이상의 제3 비아홀을 포함하고,
상기 제3 비아홀의 폭은,
0.2 mm 내지 0.5 mm 인 소형 저손실 여파기.
제 10 항에 있어서,
상기 제3 비아홀은,
적어도 2 이상의 제3 비아홀을 포함하고,
상기 몸체부는,
상기 적어도 2 이상의 제3 비아홀 중 서로 인접한 제3 비아홀들 사이에 슬릿홈이 형성된 소형 저손실 여파기.
제 17 항에 잇어서,
상기 슬릿홈은,
서로 이격된 제1, 2 슬릿홈을 포함하고,
상기 제1, 2 슬릿홈 사이의 이격거리는,
1.6 mm 내지 3.5mm 인 소형 저손실 여파기.
제 10 항에 있어서,
상기 몸체부는,
상기 제1 단자부와 연결된 제1 몸체; 및
상기 제1 몸체와 이격되며, 상기 제2 단자부와 연결된 제2 몸체;를 포함하는 소형 저손실 여파기.
제 19 항에 있어서,
상기 몸체부는,
상기 제1, 2 몸체 사이에 배치되며, 상기 제1, 2 몸체와 이격된 제3 몸체;를 포함하는 소형 저손실 여파기.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 금속층은,
상기 제1 금속층과 중첩된 소형 저손실 여파기.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 금속층의 두께는,
0.03 mm 내지 0.04 mm인 소형 저손실 여파기.
제 1 항에 있어서,
상기 제3 비아의 길이는,
상기 제1, 2 비아 중 어느 하나의 길이 대비 0.6배 내지 0.7배인 소형 저손실 여파기.
제 1 항에 있어서,
상기 제2 금속층은,
제1 금속부; 및
상기 제1 금속부와 이격된 제2 금속부를 포함하고,
상기 제1 금속부의 사이즈는,
상기 제2 금속부의 사이즈 대비 1 배 내지 1.2 배인 소형 저손실 여파기.