KR20100097392A - 계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 집적형 도파관 (SIW : Substrate Integrated Waveguide) 을 평면의 적층형 구조에 이용한 대역 통과 여파기에 관한 것으로, 계단 임피던스 공진기 (SIR : Stepped Impedance Resonator) 를 기판 집적형 도파관 구조에 적용함으로써 제안된 대역 통과 여파기의 고조파 성분을 제거 또는 조절 할 수 있도록 한것이다.

기판 집적형 도파관 (SIW) 은 일반적으로 초고주파의 전송 선로의 유전체로 사용되는 인쇄 기판 위에 비아 홀 (Via-hole) 을 배열함으로써 형성하게 되는데, 본 발명에서는 비아 홀이 배열되어 있는 두 개의 인쇄 기판을 이용하여 계단 임피던스 공진기 (SIR) 를 제작하였고, 이를 통해 고조파 성분을 제거 또는 조절 가능하도록 하였다.

일반적인 도파관 구조를 사용하는 것에 비하여 계단 임피던스 공진기 (SIR) 구조를 갖는 기판 집적형 도파관 구조를 적용한 대역 통과 여파기는 고조파 억제를 위해 저역 통과 여파기를 추가로 제작하는 것 보다 낮은 단가로 제작이 가능함은 물론, 낮은 삽입 손실을 나타내며 고조파 대역 저지 특성을 향상 시킬 수 있다는 장점을 갖는다.

기판 집적형 도파관, 계단 임피던스 공진기, 고조파, 대역 통과 여파기

Description

계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기 {Spurious Suppressed Substrate Integrated Waveguide (SIW) Filter Using Stepped-Impedance Resonator (SIR) Structure}

본 발명은 계단 임피던스 공진기 (SIR) 를 이용한 기판 집적형 도파관 구조 (SIW) 의 대역 통과 여파기에 관한 것으로, 계단 임피던스 공진기 구조를 기판 집적형 도파관 구조에 적용함으로써 고조파를 조절하여 대역 통과 여파기의 성능을 향상시킨 것이다.

이동 통신과 위성 통신 그리고 위성 방송 등이 실용화됨에 따라 초고주파 대역을 이용한 기술이 점점 활성화되고 있으며, 또한 현재 이동 통신에서 상용화되고 있는 L-band 뿐 아니라, 위성 통신 및 위성 방송이 보편화됨에 따라 위성 통신 대역인 Ku-band, Ka-band 용 무선 통신 소자 및 시스템의 개발이 활성화 되고 있는 실적이다.

상기 초고주파용 소자를 구현함에 있어서 횡축 및 종축의 길이에 따라 통과 대역 주파수 특성을 갖는 도파관 (Waveguide) 은 높은 품질 계수 (Quality Factor) 값을 가짐으로 인해 우수한 특성을 갖는 소자를 구현할 수 있는 장점이 있지만, 다 른 구조 또는 소자들과 연결이 용이하지 않고 집적화에 어려움이 있다. 이러한 어려움을 해결하기 위해 제시된 기판 집적형 도파관 (SIW) 구조는 도 1에 제시된 바와 같이 비아 홀 (Via-hole) 과 선로, 접지부 및 급전부로 구성되어 있으며, 선로와 접지부를 연결하는 비아 홀 (Via-hole) 은 도파관의 종축 벽면을 대체하게 된다.

여타의 전송 선로에 비해 높은 품질 계수와 집적화의 어려움을 해결한 기판 집적형 도파관 구조를 이용하여 다양한 대역 통과 여파기가 제작되고 있는데, 이는 높은 품질 계수로 인하여 우수한 선택도를 갖는 여파기를 구현할 수 있고 다른 구조와 연결이 용이하기 때문이다.

그러나, 상기 종래의 기판 집적형 도파관 구조를 이용한 대역 통과 여파기는 도파관 구조가 갖는 고조파 특성으로 인하여 대역 통과 여파기의 중심 주파수의 고주파 대역에서 많은 고조파를 형성시키며 이러한 고조파를 억제하기가 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명에서는 두 개의 인쇄 기판을 사용함으로써 각기 다른 두께를 갖는 기판 집적형 도파관을 배열하여 계단 임피던스 공진기 (SIR) 를 제작하였고, 이를 통해 고조파 성분을 제거 또는 조절 가능하도록 하였다.

상기 문제점들을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 종래의 기판 집적형 구조를 이용한 대역 통과 여파기에 도 2와 같이 계단 임피던스 공진기를 적용함으로써 고조파 성분의 제거 또는 조절이 가능한 기판 집적형 구조를 이용한 대역 통과 여파기를 설계 및 제작하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 계단 임피던스 공진기를 기판 집적형 도파관 구조에 적용하여 대역 통과 여파기는 인쇄 기판 상에 구현하는 것을 해결 수단으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 마이크로스트립 전송 선로로부터 상기 기판 집적형 도파관 구조로의 급전을 위해 급전 선로를 기준으로 대칭인 직각삼각형 모양의 금속을 제거하는 것을 해결 수단으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 마이크로스트립 전송 선로로부터 상기 기판 집적형 도파관 구조로의 급전을 위해 비아 홀을 통하여 급전 시작점을 의미하는 가상 접지를 구현하는 것을 해결 수단으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 기판 집적형 도파관을 구현함에 있어 하나 이상의 인쇄 기판을 사용하여 각기 다른 두께를 구현하는 것을 해결 수단으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 인쇄 기판 상에 비아 홀을 통하여 인버터를 구현 하는 것을 해결 수단으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면 인쇄 기판 상에 상기 계단 임피던스 공진기를 구현하는 것을 해결 수단으로 한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 종래의 기판 집적형 도파관 구조에 대하여 계단 임피던스 공진기를 적용시킴으로써 제작된 대역 통과 여파기의 고조파 특성을 제거 또는 조절할 수 있는 효과가 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조를 이용한 대역 통과 여파기의 구성도로서, 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 상기 종래의 기판 집적형 도파관 대역 통과 여파기(10)의 구조에 계단 임피던스 공진기를 구현하였다.

더욱 상세하게 설명하면, 마이크로스트립 전송 선로 급전부(100)와 각각의 공진기의 연결을 위한 인버터 역할을 하는 금속 면(200), 상기 기판 집적형 도파관 구조로 구현된 계단 임피던스 공진기(300)로 구성되어 있으며, 상기 마이크로스트립 전송 선로 급전부(100)는 마이크로스트립 전송 선로와 도파관 특성을 갖는 공진기와의 원활한 신호 전달을 위한 연결 구조(110)와 상기 급전부의 가상 접지 상태를 일으키기 위한 제 1비아 홀(120)로 구성되어 있고, 종래의 기판 집적형 도파관 공진기에 임피던스 및 고조파 특성 변화를 목적으로 상기 기판 집적형 도파관 공진 기의 높이 일부분을 달리한 부분(310)을 삽입하여 기판 집적형 도파관 구조로 구현된 계단 임피던스 공진기(300)를 구현하였다.

상기 마이크로스트립 전송 선로 급전부(100)는 전기장의 세기가 최대인 순간에 상기 기판 집적형 도파관 공진기에 신호를 전달하기 위해 급전 선로를 기준으로 대칭인 직각삼각형 형태(110)로 금속을 제거하였으며 급전 시작점을 의미하는 가상 접지를 구현하기 위한 제 1비아 홀(120)을 형성하였다.

또한 일반적으로 도 2의 금속면(200)으로 구현되는 도파관 구조를 이용한 대역 통과 여파기에서의 인버터는 상기 기판 집적형 도파관과 동일하게 비아 홀을 통하여 구현하였고, 도 3과 같이 계단 임피던스 공진기(300)를 상기 기판 집적형 도파관에 구현하기 위해 비아 홀을 배열한 두 개의 인쇄 기판을 이용하여 직육면체 형태만큼 깎아 내릴 구조(310)를 형성하였다.

계단 임피던스 공진기는 도 3과 같이 양쪽에 두 개의 인쇄 기판이 사용된 저임피던스 부분(320)과 하나의 인쇄 기판이 사용된 고임피던스 부분(330)으로 나위어 지는데, 제 2비아 홀(340)은 인버터 구현을 위한 공진기와 공진기를 연결하는 금속면(200)을 대체하는 것으로 두 개의 인쇄 기판에 동일하게 형성되는 것이며, 저임피던스 부분(320)과 고임피던스 부분(330)을 분리하기 위해 금속 벽 역할을 하는 제 3비아 홀(350)은 상단의 인쇄 기판에만 형성되는 것이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 RF 특성 (S-파라미터 모의실험결과)을 나타낸 것으로써 도 1에 나타낸 구조의 결과와 비교한 것이다. 중심 주파수 12GHz를 중심으로 통과 대역 내에서 삽입 손실 1.06dB, 반사 손실 15dB 이하를 나타내고 2 차 고조파는 중심주파수 대비 133% 에서 173% 로 조절된 것을 알 수 있다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 RF 특성 (S-파라미터 측정결과)을 나타낸 것으로써 중심 주파수 12GHz를 중심으로 통과 대역 내에서 삽입 손실 3.98dB, 반사 손실 11.58dB 이하를 나타내고 2차 고조파는 중심주파수 대비 150% 를 나타내었다.

지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허 청구 범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위 내에서, 균등하게 대처될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.

도 1은 종래의 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기의 구성

도 3은 기판 집적형 도파관 구조의 계단 임피던스 공진기의 구성

도 4는 종래의 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기와 본 발명의 일실시예에 따른 계단 임피던스 공진기를 이용한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기의 모의실험결과 비교

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 계단 임피던스 공진기를 이용한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기의 측정결과

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

10 : 종래의 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기

100 : 급전부

110 : 직각삼각형 형태의 금속 식각면

120 : 가상 접지를 위한 제 1비아 홀

200 : 금속면

300 : 계단 임피던스 공진기

310 : 직육면체 형태만큼 깎아 내린 부분

320 : 저임피던스 부분

330 : 고임피던스 부분

340 : 금속면 구현을 위한 제 2비아 홀

350 : 도파관의 금속벽 대체용 제 3비아 홀

Claims (5)

1. 급전부와 기판 집적형 도파관 구조의 계단 임피던스 공진기와 이를 연결하기 위한 금속면과;

   상기 급전부의 신호 선로와 공진기는 급전 선로를 기준으로 대칭인 직각삼각형 형태로 금속을 제거한 부분과;

   상기 기판 집적형 도파관은 비아 홀을 이용하여 도파관 공진기와;

   상기 급전부와 기판 집적형 도파관 공진기가 직렬로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 급전부는,

   급전선으로부터 상기 기판 집적형 도파관 구조로의 급전을 위해 급전 선로를 기준으로 대칭인 직각삼각형 형상의 금속을 제거하는 것을 특징으로 하는 계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기.
3. 청구항 1에 있어서, 마이크로스트립 전송 선로로부터 상기 기판 집적형 도파 관 구조로의 급전을 위해 제 1비아 홀을 통하여 급전 시작점을 의미하는 가상 접지를 구현한 것을 특징으로 하는 계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 기판 집적형 도파관 공진기는,

   하나 이상의 인쇄 기판을 사용하여 각기 다른 두께를 구현하는 것을 특징으로하는 계단 인피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 금속면은,

   인쇄 기판 상에 비아 홀을 통하여 구현하는 것을 특징으로 하는 계단 임피던스 공진기를 이용하여 고조파를 억제한 기판 집적형 도파관 구조의 대역 통과 여파기

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