KR100802358B1

KR100802358B1 - 전송선로

Info

Publication number: KR100802358B1
Application number: KR1020060079326A
Authority: KR
Inventors: 유병훈; 성원모; 양묘근; 김정표
Original assignee: 주식회사 이엠따블유안테나
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2006-08-22
Publication date: 2008-02-13
Also published as: WO2008023931A1; US20100244999A1; US8232853B2; CN101507043A; EP2062326A4; JP4815535B2; EP2062326A1; JP2010500844A

Abstract

크기를 최소화하면서도 유도성 소자의 물성치를 다양하게 변화시킬 수 있는 전송선로가 개시된다. 본 발명의 전송선로는 전송부, 접지부 및 유도성 소자를 포함하며, 상기 유도성 소자는 상기 전송부와 접지부를 연결하며, 소정의 패턴을 가지며 기판의 양면 사이에 구비된다. 따라서, 본 발명에 의하면 전체 크기를 증가시키지 않으면서 유도성 소자의 물성치, 특히 인덕턴스 값을 다양하게 변화시킬 수 있어, 상기 전송선로가 적용되는 형태에 능동적으로 대처하여 자유로운 설계가 가능하다.

유도성 소자, 패턴, 인덕턴스, 전송선로

Description

전송선로{Transmission Line}

도 1은 일반적인 LH 전송선로의 등가 회로를 나타내는 회로도;

도 2는 일반적인 CRLH 전송선로의 등가 회로를 나타내는 회로도;

도 3은 종래 CRLH 전송선로의 구성을 나타내는 사시도;

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 전송선로를 개략적으로 나타낸 사시도;

도 5는 도 4의 측면도;

도 6은 도 4의 유도성 소자와 연결소자를 나타내는 사시도;

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 전송선로를 개략적으로 나타낸 사시도;

도 7은 도 6의 측면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >

10: 기판 20: 제1기판

25: 제1연결소자 30: 제2기판

35: 제2연결소자 40: 기판

43: 관통홀 110: 전송부

115: 용량성 소자 117: 스터브

130: 접지부 150: 유도성 소자

210: 전송부 230: 접지부

250: 유도성 소자

본 발명은 전송선로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 구조를 개선하여 유도성 소자의 물성치를 다양하게 변화시키면서도 장치의 소형화를 이룰 수 있는 전송선로에 관한 것이다.

일반적으로, 전송선로는 여러 개의 도체로 구성되며, 도체 상호 간에 분포하고 있는 전기적 매개 변수 예를 들어, 단위 길이당의 저항, 인덕턴스, 컨덕턴스, 커패시턴스에 의한 파동의 전파(傳播) 작용을 이용하는 도체계를 의미한다.

한편, 최근에는 이와 같은 전송선로를 이용하여 LH(Left-Handed) 특성을 구현하는 방법들에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. LH 특성은 전장과 자장 그리고 전자파의 전파 방향이 오른손 법칙과는 반대로 왼손 법칙을 따르는 특성을 말하는 것으로서, 인공적인 "metamaterial"에 대한 이론과 관련된 것이다. 여기서, "metamaterial"이란 자연계에서 흔히 볼 수 없는 특수한 전자기적 성질을 나타내도록 인공적인 방법으로 합성된 물질을 통칭하는 용어이다.

도 1 및 도 2를 참조하여, LH 특성을 나타내는 전송선로의 구성을 설명하면 다음과 같다.

직렬 인덕터와 병렬 커패시터의 등가회로로 나타내어지는 통상의 전송선로 등가모델에서 인덕턴스와 커패시터의 위치를 바꾸어 직렬 커패시터와 병렬 인덕터 로 구성된 전송선로 구조에서는 이를 통해 전송되는 전자파의 위상속도가 반전되는 현상이 나타난다.

도 1은 이와 같이 직렬 커패시터와 병렬 인덕터로 구성된 전송선로에 대한 등가회로를 도시하고 있다. 이와 같이 구성된 전송선로에서 위상속도와 군속도를 계산하면 서로 반대방향을 향하는 LH 전파 특성을 보인다.

한편, RH(Right-Handed) 특성을 나타내는 전송선로(이하 'RH 전송선로')와 LH 특성을 나타내는 전송선로(이하, 'LH 전송선로')를 통합한 보다 일반적인 구조는 CRLH(Composite Right/Left Handed) 특성을 나타내는 전송선로(이하, 'CRLH 전송선로')로 알려져 있다. CRLH 전송선로의 등가회로는 도 2에 도시된 바와 같다.

도 2와 같이 배치된 구조는, 특정 주파수 대역에서 직렬 연결부와 병렬 연결부의 인덕터 또는 커패시터 중 어느 한 성분의 영향이 두드러지게 나타나느냐에 따라 LH 또는 RH 전송선로의 특징을 나타낸다.

직렬부와 병렬부의 공진 주파수에서는 저지 대역 특성을 나타내게 된다. 도 2에 나타낸 일반적인 CRLH 전송선로의 전송 특성에서 이와 같은 사실을 쉽게 확인할 수 있다. 구체적으로, 낮은 주파수 대역에서는 주로 직렬 커패시터(C_L)와 병렬 인덕터(L_L)의 작용으로 인해 LH 전송 특성이 나타나며, 반대로 높은 주파수 대역에서는 직렬 인덕터(L_R)과 병렬 커패시터(C_R)이 주로 작용하여 RH 전송 특성이 나타난다. 그리고 이 두 영역 사이에 전자파의 저지 대역이 존재함을 보여 준다.

도 3을 참조하여, CRLH 전송선로 모델을 실제 구현한 전송선로의 구성을 설 명하면 다음과 같다.

지금까지는 설명의 편의상 LH전송선로나 CRLH 전송선로가 모두 분포(distributed) 정수 회로로 구성되는 것으로 가정하였으나 실제의 구현에 있어서는 대부분 집중(lumped) 소자를 이용한다. 집중 소자로는 표면 실장형(SMD) 칩 형태의 용량성 소자와 유도성 소자를 장착하여 사용하거나 회로 패턴상에 IDT 용량성 소자와 유도성 소자를 형성하여 등가적인 집중 소자를 구현하기도 한다.

도 3은 회로 패턴상에 IDT 용량성 소자와 유도성 소자를 형성한 방식으로 구성한 종래 CRLH 전송선로의 일 예를 도시하고 있다.

종래 전송선로는, 크게 용량성 소자(10), 유도성 소자(50) 및 접지부(30)를 포함하여 구성된다.

상기 용량성 소자(10)는 IDT(interdigital) 패턴을 가지는 소자로 형성되며, 길이방향을 따라 일정 간격을 두고 배치되는 형태로 이루어진다. 그리고, 상기 유도성 소자(50)는 상기 용량성 소자(10)와 동일 평면상에 구비되며, 상기 용량성 소자(10) 사이에서 측 방향으로 돌출된 스터브(stub) 형태로 이루어진다.

상기 접지부(30)는 상기 기판(1)의 타면에 구비된 접지면 형태로 이루어지며, 상기 유도성 소자의 일단과 도전성의 연결소자(15)에 의해 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 연결소자(15)는 기판(1)의 양면을 관통하는 관통홀(via hole)을 통하여 형성될 수 있다.

여기서, 직렬의 커패시터(C_L)는 IDT(interdigital) 패턴의 용량성 소자(10) 에 의해 형성되며, 병렬 인덕터(L_L)는 끝이 단락(short)된 유도성 소자(50)에 의해 형성된다.

그리고, IDT 구조와 접지면 사이의 기생 용량 성분이 병렬 커패시터(C_R)를 형성하며, IDT 패턴상에 존재하는 전류에 의해 직렬 인덕터(L_R)가 형성되어, 전체적으로 CRLH 전송선로로 동작하게 된다.

하지만, 상술한 종래 전송선로는 다음과 같은 문제점이 있었다.

직렬 커패시터는 IDT의 구체적인 형상이나 이들 사이의 간격 등을 조절하여 용이하게 커패시턴스 값을 변화시킬 수 있지만, 인덕터에서 인덕턴스 값을 변화시키는 데에는 많은 제약이 있었다. 즉, 인덕턴스를 증가시키기 위해서는, 용량성 소자와 동일 평면상에서 측 방향으로 돌출된 유도성 소자의 길이를 길게 하여야 하기 때문에, 기판의 폭이 증가하여 결과적으로 장치 전체 크기가 커지는 문제점이 있었다.

한편, 상술한 방법과 달리, 기판 사이에 형성된 관통홀 상에 형성된 도전성 물질로 유도성 소자를 구현할 수 있지만, 이 경우에는 기판의 폭이 정해지고 재질 등이 정해지므로 설계 조건에 맞게 인덕턴스 값을 변화시킬 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 구조를 개선하여 장치를 소형화하면서도 인덕턴스 값을 증가시킬 수 있는 전송 선로를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 요구되는 조건에 능동적으로 대처하여 자유롭게 형상 설계를 할 수 있는 전송선로를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 기판의 일면에 형성되어 전기적 신호를 전송하는 도전성의 전송부, 상기 기판의 타면에 형성되는 접지부 및 상기 기판의 양면 사이에 소정의 패턴을 가지도록 형성되며, 상기 전송부와 접지부를 상호 연결하여 상기 전송부를 접지시키는 유도성 소자를 포함하는 전송선로를 제공한다.

그리고, 상기 전송부는 길이방향을 따라 일정 간격으로 배치되는 복수 개의 용량성 소자를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 용량성 소자는 인터디지털(interdigital, IDT) 형태의 패턴을 가지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 유도성 소자는 기판의 상하 방향으로 형성된 나선형 소자를 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 상기 기판은 복수로 형성되며, 상기 유도성 소자는 상기 복수의 기판 사이의 접합면 상에 형성되는 것도 가능하다.

그리고, 상기 유도성 소자는 맴돌이형 소자를 포함하여 구성될 수 있다. 이와 함께, 상기 유도성 소자는 도전성 연결소자에 의해 연결되는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성 에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

먼저, 도 4 내지 도 6를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 전송선로의 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 4는 본 실시예에 따른 전송선로를 개략적으로 나타낸 사시도, 도 5는 도 4의 측면도, 도 6은 도 4의 유도성 소자와 연결소자를 나타내는 사시도이다.

본 실시예에 따른 전송선로는 크게 전송부(110), 접지부(130) 및 유도성 소자(150)를 포함하여 구성된다.

상기 전송부(110)는 기판(10)의 일면에 구비되어 전기적 신호를 전송한다. 여기서, 상기 기판(10)은 절연성을 가지는 유전체로 이루어지는 것이 바람직하며, 전송부(110)는 상기 기판(10)의 상에 박막의 금속소자에 의해 형성되거나, 에칭(etching) 등의 방법으로 기판(10) 상에 도전성 물질을 도포하여 형성될 수 있다.

한편, 상기 전송부(110)는 길이 방향을 따라 반복적으로 배치되는 용량성 소자(115)와 스터브(117)를 포함하여 구성된다.

본 실시예에서 상기 용량성 소자(115)는 도 4에 도시된 바와 같이IDT(interdigital) 패턴을 가지는 소자가 서로 일정 거리를 두고 맞물려 있는 형태로 이루어진다. 그리고 상기 스터브(117)는 상기 용량성 소자(115)의 사이에 구비되며, 후술하는 제1 연결소자(25)에 의해 유도성 소자(150)와 전기적으로 연결된다.

상기 접지부(130)는 상기 기판(10)의 타면에 구비되며, 유도성 소자(150)를 경유하여 상기 전송부(110)와 연결되어 상기 전송부(110)를 접지시키는 역할을 수행한다. 본 실시예에서 상기 접지부(130)는 기판(10)의 하면에 형성된 접지면 형태로 이루어진다.

상기 유도성 소자(150)는 기판(10)의 양면 사이에 구비되며, 소정의 패턴을 가지고 있어 일정한 인덕턴스 값을 가진다.

한편, 본 실시예에서 기판(10)은 제1기판(20)과, 상기 제1기판(20)의 하부에 접합되는 제2기판(30)으로 이루어진다. 그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1기판(20)의 상면에는 전송부(110)가 구비되고, 제2기판(30)의 하면에는 접지부(130)가 각각 구비된다.

그리고 상기 유도성 소자(150)는 세로 방향으로의 두께가 얇은 박막 형태로 이루어져, 상기 제1기판(20)과 제2기판(30)의 접합면 상에 구비된다.

상기 유도성 소자(150)의 구체적인 형상에는 제한이 없으며, 요구되는 다양한 설계조건에 맞추어 제작이 가능하다. 본 실시예는 도 6에 도시된 바와 같이 맴돌이형 소자로 이루어진 형태를 예시한 것이다. 이 경우, 맴돌이형 소자의 크기나 간격 등을 조절함으로써 인덕턴스 값을 변경할 수 있다.

이와 함께, 상기 유도성 소자(150)는 상기 전송부(110) 및 접지부(130)와 도전성 연결소자(25,35)에 의해 전기적으로 연결된다. 여기서, 기판(10)은 관통홀에 의해 양면이 관통되어 있으며, 상기 관통홀 상에 도전성 연결소자(25,35)가 구비되어 소자들간의 전기적인 연결이 이루어진다.

구체적으로, 유도성 소자(150)와 전송부(110)는 제1기판(20)상에 구비되는 제1연결소자에 의해 전기적으로 연결되고, 유도성 소자(150)와 접지부(130)는 제2기판(30)상에 구비되는 제2연결소자(35)에 의해 전기적으로 연결된다.

상기 제1,2연결소자(25,35)의 형상에는 제한이 없으며, 본 실시예에서는 상기 연결소자(25,35)가 도 6에 도시된 바와 같이 도전성 재질로 이루어진 원통 형상의 소자인 것을 예시하고 있다. 그리고, 상기 유도성 소자(150)와 연결소자(25,35)는 일체로 형성되거나, 각각을 별도로 제작하여 결합시켜 구성할 수 있다.

이와 같이 구성된 전송선로에서, 직렬의 커패시터(C_L)는 IDT 패턴으로 형성된 용량성 소자(115)에 의해 형성되며, 병렬 인덕터(L_L)는 기판(10)의 양면 사이에 구비된 유도성 소자(150)에 의해 형성된다.

그리고, IDT 패턴의 용량성 소자(115)와 접지면 사이의 기생 용량 성분이 병렬 커패시터(C_R)를 형성하며, IDT패턴 상에 존재하는 전류에 의해 직렬 인덕터(L_R)가 생성되어, 전체적으로 CRLH 전송선로 구조로 동작하게 된다.

한편, 본 실시예에서는 두 개의 기판(10)이 접합되어 있고 유도성 소자(150)가 두 기판(10)의 접합면 상에 구비된 형태를 예시하고 있으나, 이와 달리 세 개 이상의 기판(10)이 접합되고 기판(10) 사이에 형성된 복수 개의 접합면 중 적어도 어느 하나 상에 유도성 소자(150)가 구비되는 형태로 전송선로를 구성하는 것도 또한 가능하다.

이 경우, 유도성 소자(150)는 하나 이상이 되며, 각각의 소자간은 기판(10)의 관통홀 상에 구비된 연결소자에 의해 전기적으로 연결이 가능하다.

도 7 및 도 8을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 전송선로의 구성을 설명한다.

본 실시예도 상술한 제1실시예와 같이, 기본적으로 전송부(210), 접지부(230), 유도성 소자(250)를 포함하며, 상기 전송부(210)는 용량성 소자(215)와 스터브(217)가 반복된 형태로 이루어진다.

다만, 본 실시예는, 기판(40)의 양면 사이에 구비되는 유도성 소자(250)가, 두 개의 기판(40) 사이의 접합면 상에 구비되는 대신, 기판(40) 사이의 관통홀(43) 상에서 일정 패턴을 가지도록 구성된다.

즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(40)은 관통홀(43)에 의해 양면이 관통되어 있으며, 상기 관통홀(43) 상에 유도성 소자(250)가 일정 패턴을 가지며 형성되어 있다.

상기 유도성 소자(250)의 패턴 형상에는 제한이 없으며, 도 7 및 도 8은 상기 유도성 소자(250)가 나선형 소자로 이루어지며, 상하 방향으로 형성된 형태를 도시하고 있다.

상기 유도성 소자(250)의 일단은 전송부(210) 중 스터브(217)와 전기적으로 연결되며, 유도성 소자(250)의 타단은 기판(40) 하부에 형성된 접지부(230)에 전기적으로 연결된다.

한편, 전송선로는 상술한 제1실시예와 제2실시예를 결합하여 구성할 수 있 다. 즉, 복수 개가 접합된 형태로 이루어지는 기판(40)에서, 기판(40)의 접합면 사이에 유도성 소자(250)를 구비하고, 각각의 연결소자를 나선형의 유도성 소자(250)로 형성하여 전송선로를 구성할 수 있다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

지금까지 주로 LH특성을 나타내는 전송선로를 예로 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 직렬의 커패시터와 병렬의 인덕터를 형성하기 위한 다양한 형태의 전송선로에 범용적으로 적용이 가능하다.

따라서, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상기의 구성을 가지는 본 발명에 따른 전송선로는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 기판의 양면 사이에 유도성 소자를 구비함으로써, 인덕턴스 값을 다양하게 변화시킬 수 있는 이점이 있다. 즉, 전송선로의 공간 활용도를 높여 결과적으로 장치의 소형화를 이룰 수 있으며, 전송선로의 크기를 최소화하면서도 인덕턴스 값을 증가시킬 수 있다.

둘째, 전송선로를 원하는 조건에 맞추어 원하는 주파수 대역에 맞추어 능동적으로 대처하여 설계할 수 있는 이점이 있다. 구체적으로, 기판의 양면 사이에 구비되는 유도성 소자의 형상을 다양하게 변형시켜, 원하는 설계조건에 만족하는 인덕턴스 값을 구현할 수 있다.

Claims

기판의 일면에 형성되어 전기적 신호를 전송하는 도전성의 전송부;

상기 기판의 타면에 형성되는 접지부; 및

상기 기판의 양면 사이의 공간에서 소정의 패턴을 가지도록 형성되며, 상기 전송부와 접지부를 상호 연결하여 상기 전송부를 접지시키는 유도성 소자를 포함하는 전송선로.
제1항에 있어서,

상기 전송부는 길이방향을 따라 일정 간격으로 배치되는 복수 개의 용량성 소자를 포함하는 전송선로.
제2항에 있어서,

상기 용량성 소자는 인터디지털(interdigital, IDT) 형태의 패턴을 가지는 전송선로.
제1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유도성 소자는 기판의 상하 방향으로 형성된 나선형 소자를 포함하는 전송선로.
제1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기판은 복수로 형성되며,

상기 유도성 소자는 상기 복수의 기판 사이의 접합면 상에 형성되는 전송선로.
제1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유도성 소자는 맴돌이형 소자를 포함하는 전송선로.
제1항에 있어서,

상기 유도성 소자는 도전성 연결소자에 의해 연결되는 전송선로.