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밀리미터파 시스템용 초광대역 마이크로스트립-FGCPW 전이구조 설계
Ultra-Wideband Microstrip-to-Finite Ground Coplanar Waveguide Transition for Millimeter-Wave Systems 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.27 no.8, 2016년, pp.701 - 708  

김영곤 (LIG넥스원 탐색기) ,  김홍락 (LIG넥스원 탐색기) ,  정배호 (LIG넥스원 탐색기) ,  김강욱 (경북대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 초광대역의 마이크로스트립-FGCPW 전이구조 설계를 제안하였다. 제안한 전이구조는 바닥면 그라운드의 변화를 통해 전계 및 임피던스 정합을 구현하였다. 등각 사상을 이용하여 전이구조를 해석하여 닫힌 형태의 수식을 제안하였으며, 제안한 수식은 상용 EM 시뮬레이터와 3.3 % 오차 범위의 정확성을 가짐을 확인하였다. 제작된 전이구조는 9~40 GHz 이상의 대역에서 1 dB 이하의 손실과 10 dB 이상의 반사손실을 가짐을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

A new design for an ultra-wideband microstrip-to-FGCPW(Finite Ground Coplanar Waveguide) transition is presented. The proposed transition provides the electric field and impedance matching between adjacent transmission lines by ground shaping. The transition is designed on the analytical expressions...

주제어

#Conformal Mapping   #Finite Ground Coplanar Waveguide(FGCPW)   #Klopfenstein Taper   #Microstrip   #Transition  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 기존의 연구의 단점을 극복하고자, 그림 1과 같은 전이구조를 제안하였다. 마이크로스트립 선로(A-A')에서 비아를 통해 바닥면의 그라운드를 연결하였다(B-B').
  • 본 논문에서는 초광대역 마이크로스트립-FGCPW 전이 구조 설계 방법에 대해 제시하였으며, 전이구조의 임피던스 해석을 통해 전이구조 형상에 대한 정보를 제시하였다. 9～40 GHz 이상의 대역 특성을 가지는 전이구조 예시를 보였으며, 본 논문에서 제안한 설계 방법을 응용하여 다양한 대역에서의 전이구조 설계가 가능하다.

가설 설정

  • 유한한 그라운드를 가지면서 개구면을 가지는 CBCPW(Conductor Backed CPW)에 대한 해석은 없었으며, 이러한 개구면을 가지는 구조에 대해서는 상용 3D 시뮬레이터에 의존하였다. 광대역 전이구조의 직관적이고 빠른 해석 및 설계의 유용성을 위해 닫힌 형태의 특성 임피던스 정보는 필수적이다. 광대역 전이구조의 특성을 구현하기 위해 바닥면에 개구를 가지는 CBCPW 해석 또한 필요하다.
  • 닫힌 형태의 전이구조 특성 임피던스 해석을 위해 도체는 PEC이며, 두께는 없으며, 통과하는 신호는 대부분 TEM 모드로 진행하는 것으로 가정한다.
  • 이러한 장점을 가진 두 전송선을 응용하여, 밀리미터파 시스템에서 마이크로스트립 선로와 CPW를 동시에 사용하여 설계의 유연함 및 다양한 구조의 회로 구현이 가능하게 된다[2]. 밀리미터파 시스템의 더 나은 성능을 위해, 두 전송선을 응용한 저손실, 광대역, 작은 사이즈의 FGCPW-마이크로스트립 선로 전이구조는 필수적이다. 이러한 요구에 다양한 마이크로스트립-FGCPW 전이구조에 대한 연구가 이루어졌다[2]～[4].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
밀리미터파 시스템의 성능을 위해 무엇이 필수인가? 이러한 장점을 가진 두 전송선을 응용하여, 밀리미터파 시스템에서 마이크로스트립 선로와 CPW를 동시에 사용하여 설계의 유연함 및 다양한 구조의 회로 구현이 가능하게 된다[2]. 밀리미터파 시스템의더 나은 성능을 위해, 두 전송선을 응용한 저손실, 광대역, 작은 사이즈의 FGCPW-마이크로스트립 선로 전이구조는 필수적이다. 이러한 요구에 다양한 마이크로스트립- FGCPW 전이구조에 대한 연구가 이루어졌다[2]～[4].
CPW의 장점은? CPW(Coplanar waveguide)는 신호선을 두고 일정한 간격으로 평형하게 그라운드가 존재하는 전송선으로, 밀리미터파 시스템 및 회로에서 가장 많이 쓰이는 전송선 중에 하나이다[1]. 신호와 그라운드가 같은 면에 존재하므로, 기판 위에 소자의 실장이 쉬운 장점을 가지고 있다. 또한, 마이크로스트립 선로 및 다른 선로에 비해 방사손실이 적은 장점이 있다[1]. 실질적으로 CPW를 이용한 회로 설계시, 무한한 그라운드의 설계는 사실상 불가능하며, 유한한 그라운드의 CPW(FGCPW)를 많이 사용하게 된다[2]～[4].
CPW란? CPW(Coplanar waveguide)는 신호선을 두고 일정한 간격으로 평형하게 그라운드가 존재하는 전송선으로, 밀리미터파 시스템 및 회로에서 가장 많이 쓰이는 전송선 중에 하나이다[1]. 신호와 그라운드가 같은 면에 존재하므로, 기판 위에 소자의 실장이 쉬운 장점을 가지고 있다.
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참고문헌 (11)

  1. M. Houdart, C. Aury, "Various excitation of coplanar waveguide", IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig., vol. 79, no. 1, pp. 116-118, 1979. 

  2. L. Han, K. Wu, and X. P. Chen, "Compact and broadband transition of microstrip line to finite-ground coplanar waveguide", Microwave Conf., 2008. EuMC 2008. 38th European., pp. 480-483. Oct. 2008. 

  3. G. P. Gauthier, L. P. Katehi, and G. M. Rebeiz, "W-band finite ground coplanar waveguide(FGCPW) to microstrip transition", IEEE MTT-S Int. Microw. Symp. Dig., pp. 107-109, 1998. 

  4. Z. Zhen, K. L. MELDE, "Development of a broadband coplanar waveguide-to-microstrip transition with vias", Advanced Packaging, IEEE Trans. on, pp. 861-872, Apr. 2008. 

  5. K. C. Gupta, R. Garg, I. Bahl, and P. Bhartia, Microstrip Lines and Slotlines, Artech House, 1996. 

  6. W. Hilberg, "From approximations to exact relations for characteristic impedance", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 17, pp. 52-55, Jul. 1954. 

  7. G. Ghione, C. Naldi, "Coplanar waveguides for MMIC applications: Effect of upper shielding, conductor backing, finite-extent ground planes, and line-to-line coupling", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol. 19, pp. 260-267, Mar. 1987. 

  8. 천동완, 이진택, 김원기, 시철재, "등각사상법을 이용한 접지 면에 어퍼처를 갖는 차폐된 마이크로스트립 선로 해석", 한국전자파학회논문지, 15(10), pp. 944-951, 2004년 10월. 

    원문보기 상세보기

  9. N. Pesonen, W. K. Kahn, R. A. Allen, M. W. Cresswell, and M. E. Zaghloul, "Application of conformal mapping approximation techniques: Parallel conductors of finite dimensions", IEEE Trans. Instrum. Meas., vol. 53, no. 3, pp. 812-821, Jun. 2004. 

    상세보기 crossref

  10. David M. Pozar, Microwave Engineering, 3rd edition, Wiley, pp. 255-261, 2005. 

  11. H. Haydl William, "On the use of vias in conductorbacked coplanar circuits", IEEE Trans. Microwave Theory Tech., vol 50, no. 6, pp. 1571-1577, Jun. 2002. 

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