초고주파 응용을 위한 광대역 Ridge 기판 집적 도파관과 기판 집적 도파관 전이구조

Abstract

최근 마이크로파 대역뿐만 아니라 밀리미터파 대역에서 금속 도파관을 이용한 고주파 기술이 활발히 연구되고 있다. 금속 도파관은 낮은 삽입 손실, 완벽한 차폐성과 견고함 등 많은 장점을 가지고 있지만 무게, 크기 및 제작 공정 등의 단점을 가지고 있다. 최근에는 일반적인 인쇄 회로 기판에 평행한 두 열의 메탈릭 비아 홀을 주기적으로 배열한 기판 집적 도파관에 대한 연구가 활발히 발표되고 있다. 기판 집적 도파관은 제작 공정이 쉬우며, 수동이나 능동 회로와 집적화가 가능하다. 그러나 마이크로스트립 선로와 같이 일반적인 평면형 회로보다 크고, 차단주파수의 영향으로 크기가 크다는 단점을 가지고 있다. 이러한 단점을 개선하고자, 크기를 줄일 수 있는 ridge 기판 집적 도파관에 대한 연구가 진행되었다. 크기 감소의 장점을 이중편파 안테나에 적용한다면 수직편파와 수평편파 간의 간격이 적어짐에 따라 부엽이 억제되어 우수한 특성을 얻을 수 있다. 또한, 도파관에 비해 상대적으로 얇은 PCB 기판을 사용하는 기판 집적 도파관은 ridge 도파관과 평면형 회로와의 전이구조처럼 E-plane 방향으로 깎아서 테이퍼선로를 설계하기에 어려움이 따른다. 이와 같은 이유로 단층 및 다층 기판 집적 도파관과 ridge 기판 집적 도파관의 장, 단점을 보완하여 시스템을 구성하여 활용하기 위해서는 두 전송 선로 사이의 전이구조가 필요하다. 따라서, 본 논문에서는 ridge 기판 집적 도파관과 기판 집적 도파관의 전이구조를 제안한다. 제안된 전이구조는 총 3가지로써 전송 선로 사이의 불연속 구간을 최소화함으로써 전계 정합과 임피던스 정합을 하여 저 손실 및 광대역 특성을 갖는다. 첫 번째 전이구조(Type1)는 측정 결과, 중심 주파수 11GHz에서 반사 손실이 –20 dB이하를 가용 주파수라 설정하였을 때 비대역폭이 29.1%이고, 삽입 손실은 최대 1.23 dB이다. 두 번째(Type2)와 세 번째(Type3) 전이구조는 중심 주파수 11GHz에서 반사 손실을 –15 dB이하로 설정하였을 때 비대역폭이 각 각 23.5%, 22.2%가 나왔으며 가용 대역폭에서 삽입 손실은 1.89 dB, 2.3 dB이하였다. 제안된 전이구조는 ridge 기판 집적 도파관을 적용한 시스템과 기판 집적 도파관을 이용한 시스템의 전이 시에 성능 향상에 기여할 것으로 기대된다.