다층 인쇄 회로 기판에서 3 차원 모드 커플링을 이용한 기판 집적 도파관 전력 분배기의 설계

Abstract

기판 집적 도파관(SIW: Substrate Integrated Waveguide)은 일반적인 유전체 기판에 평행한 두 열의 메탈릭 비아 홀을 주기적으로 배열하여 구현한 유사 구형 도파관으로써 제작이 용이하며 평면 회로와 쉽게 집적화가 가능하여 활발히 연구가 이루어지고 있는 전송 선로이다. 최근에는 이러한 장점을 활용한 기판 집적 도파관 전이 구조, 여파기, 커플러, 위상 천이기 및 전력 분배기에 대한 연구가 보고되고 있다. 보고된 연구 중에서 기판 집적 도파관 전력 분배기는 다중 통신용 장치, 위상 천이기 그리고 위상 배열 안테나의 급전부 구현을 위한 핵심 장치 역할을 할 수 있다. 그러나 선행 연구된 기판 집적 도파관 전력 분배기는 다중 단자 환경에서 단자의 개수에 따라 그 크기가 증가하고, 출력 단자 사이의 격리도가 떨어지며, 각각 입출력 단자의 임피던스 정합이 되지 않는 문제점을 갖고 있다. 본 연구에서는 4 방향 전력 분배 및 180도 위상 차를 갖는 새로운 소형 다층 기판 집적 도파관 전력 분배기를 제안한다. 제안된 전력 분배기는 3 차원 모드 커플링으로 구현되었다. 3차원 모드 커플링은 다층 기판 집적 도파관(ML-SIW: Multi-Layer Substrate Integrated Waveguide)을 사용한 수직 Y-Junction과 하프 모드 기판 집적 도파관(HMSIW: Half Mode Substrate Integrated Waveguide)을 사용한 수평 Y-Junction으로 구성되어 있다. 그리고 본 연구에서는 출력 단자 사이의 격리도 향상과 각각 입출력 단자의 임피던스 정합을 위한 새로운 저항성 커플링 슬롯을 제안한다. 제안된 저항성 커플링 슬롯은 수직 하프 모드 기판 집적 도파관 Y-Junction과 수평 하프 모드 기판 집적 도파관 Y-Junction 사이에 격리 저항을 이용하여 각각 구현하였다. 제안된 구조는 시뮬레이션을 통해 실제 제작 및 측정되었으며, 향상된 삽입 손실, 격리도, 임피던스 정합 그리고 180 도 위상차를 얻을 수 있었다. 제안된 전력 분배기는 마이크로파 및 밀리미터파 시스템을 위한 다중 단자 기판 집적 도파관 회로의 소형화가 가능할 것으로 예상되며, 그 응용 범위 또한 넓을 것으로 기대된다.