반전된 형태의 주기적 용량성 구조를 이용한 전송선로의 RF 특성에 관한 연구

Abstract

인류가 삶을 영위하는데 있어 가장 궁극적인 목적은 좀 더 안락하고 양질의 삶을 사는 것이라 할 수 있다. 21세기에 접어들어 정보 통신 또는 무선 통신은 이러한 인류의 삶의 발전에 맞추어 고도로 진화해왔다. 개인용 혹은 산업용 컴퓨터, 이동식 단말기 등의 장치들은 하나의 기능뿐 아닌 여러 가지 다양한 기능들을 실행하고 있으며, 무선 통신 시스템은 사람과 사람을 뛰어넘어, 해양·항공 등의 다양한 분야로 그 영역을 확장하여왔다. 이러한 시대의 흐름에 따라 각종 무선기기의 소형화는 이루어야할 가장 큰 업적의 하나로 볼 수 있다. 그러나 결합기와 분배기, 필터 등 무선통신기기에 결합되는 대부분의 수동소자는 상대적으로 높은 주파수대를 사용하는 RF 단에서 그 크기가 매우 커져 일반적으로 MMIC 내부에 집적되지 못하고 MMIC 외부의 프린트 기판 상에 설계 및 제작되어 전체적인 시스템의 크기를 커지게 하는 주요 원인이 되고 있다[1-6]. 최근 수동소자의 소형화를 위하여 본 연구그룹에서는 주기적으로 배치된 용량성 소자(PACD, periodically arrayed capacitive devices)를 이용한 단파장 전송선로를 개발하였다[5-7]. 상기 PACD 구조의 전송선로는 지금까지 발표된 전송선로 중 가장 짧은 선로 파장을 보여주었다. 그러나 PACD 선로구조는 다소 높은 삽입손실 특성을 나타낸다.

본 논문에서는 상기의 문제점을 해결하기 위하여 반전된 형태의 주기적으로 배치된 용량성 소자를 이용한 전송선로 (IPACD, inverted periodically arrayed capacitive devices)를 제안하였다. 기존 PACD 선로구조의 ULM과 LLM의 위치를 반전한 IPACD 선로구조는 추가적인 용량성 성분을 줄여 파장은 줄어들지만, 삽입손실이 줄어들었고, IPACD 선로 구조의 무선 통신 시스템에서의 응용을 위해 선로의 RF 특성을 고찰하였다. 구체적으로는 IPACD 구조 선로의 선로파장, 삽입손실, 전파상수, 유효유전율, 등가회로 및 대역폭에 대하여 연구하였다.

In this paper, we studied on RF characteristics of the transmission line employing inverted periodically arrayed capacitive devices for application to highly miniaturized wireless communication system on MMIC. According to measured results, the novel transmission line employing IPACD showed short wavelength, which is only 11.85% of conventional one. And it showed effective propagation constant and effective permittivity much higher than conventional transmission line. Insertion loss of IPACD has been improved about 22.6% than PACD(periodically arrayed capacitive devices). In addition, we theoretically analyzed equivalent circuit of IPACD using closed-form equations. The novel transmission line employing IPACD showed wide bandwidth as 1st passband 129.2 GHz.