Coplanar Waveguide/ SIW

소개글

CPW와 SIW에 관한 프로젝트 자료입니다.

목차

1. Coplanar Waveguide

(1) 높이 0.813mm인 Rogers-4003C 기판을 사용하여 특성 임피던스 인 Coplanar Waveguide 선로를 설계하시오.
(2)1GHz부터 100GHz까지의 주파수에 대한 omega/betta diagram을 그리시오.
(3)단위 길이당 Loss를 dB/m의 형태로 표현하시오.
(4) 위에서 설계한 전송선로에 75옴의 로드가 연결되었을 때, 반사 손실을 구하시오.

4. 최근에 TE10모드를 기본으로 하는 기판집적도파관(Substrate Integrated Waveguide)이 제안되었다. 기판집적도파관은 기존의 Rectangular waveguide와 기본 모드는 같으면서 기존의 Rectanglar waveguide 보다 크기가 작고, 가벼우며 다른 전송선로와의 통합이 쉬운 장점을 가지고 있다. 기판집적도파관의 구조는 아래의 그림과 같다.
(1) 위의 구조의 기판 집적 도파관에서 생길 수 있는 TE 모드를 제시하시오.
(2) 다른 모드가 생길 수 없는 이유가 무엇인지 설명하시오.
(Rectangular waveguide와 비교하여 설명하시오.)

본문내용

1. Coplanar Waveguide

(1) 높이 0.813mm인 Rogers-4003C 기판을 사용하여 특성 임피던스 인 Coplanar Waveguide 선로를 설계하시오.



Rogers-4003C의 유전율 : 3.38
Loss tangent : 0.0027
시그널 라인의 너비 S = 0.03 mm
그라운드와 시그널 라인 사이의 간격 W
기판의 높이 h = 0.813 mm
도체의 두께 t = 0.018 mm (0.5 oz)
사용 주파수 f = 30 GHz


CPW는 Coplanar Waveguide의 약자로 같은 면에 시그널 라인과 그라운드 면이 존재하는 형태의 전송선로이다. 같은 면에 시그널 라인과 그라운드 면이 존재하기 때문에 다른 소자들을 실장하기 쉬운 장점이 있다. 전송되는 전파는 마이크로스트립 라인과 같이 Quasi-TEM mode로 존재한다. CPW는 사용할 기판이 정해지면 그라운드와 시그널 라인 사의 간격 W와 시그널 라인의 너비 S에 의해서 특성임피던스가 정해진다. 그래서 임의로 시그널 라인의 너비 S = 0.03mm라고 정하고, 그라운드와 시그널 라인 사이의 간격 W를 결정함으로써 CPW의 특성 임피던스가 50Ω이 되도록 설계하려고 한다. 설계 시에 라인의 수식은 www.rfdh.com을 참고하였고, 검산을 위하여 ADS의 Line Calculator를 사용하였다. 사용 주파수는 30GHz라고 정하였지만, 사실 상 CPW 설계 수식을 보면 주파수에 대한 함수가 아니기 때문에 주파수가 변하더라도 설계 수치는 달라지지 않는다. 다만, 진행 방향에 대한 CPW의 길이는 주파수의 함수이기 때문에 주파수가 증가할수록 한 파장이 되는 라인의 길이가 작아진다.

참고 자료

1. Feng Xu and Ke Wu, Guided-Wave and Leakage Characteristics of Substrate Integrated Waveguide, IEEE Trans. Microwave Theory and Techniques, Vol.53, No.1, Jan. 2005.

2. David K. Cheng, "Field and Wave Electromagnetics 2nd ed.", Addison-Wesley, 1989.

3. K.C. Gupta etc., "Microstrip Lines and Slotlines 2nd ed.", Artech House, 1996.