플라나르 송전선

평면 전송 라인은 도체가 있는 전송 라인 또는 경우에 따라 유전체(절연) 스트립으로, 평평하고 리본 모양의 라인이다.평면형은 이러한 부품의 제조 방법과 잘 맞아떨어지기 때문에 마이크로파 주파수에서 작동하는 인쇄 회로와 집적 회로의 구성품을 상호 연결하는 데 사용된다.전송선은 단순한 상호연결 그 이상이다.단순한 상호연결로, 와이어를 따라 전자파가 전파되는 속도는 순간적인 것으로 간주될 수 있을 정도로 빠르며, 와이어의 양쪽 끝의 전압은 동일한 것으로 간주할 수 있다.와이어가 파장의 큰 부분보다 길다면(흔히 10분의 1을 엄지손가락의 법칙으로 사용하는 경우가 많다) 이러한 가정은 더 이상 사실이 아니며 대신 송신선 이론을 사용해야 한다.전송선을 사용하는 경우 라인의 기하학적 구조를 정밀하게 제어(대부분의 경우 길이를 따라 단면이 일정하게 유지됨)하여 전기적 거동을 매우 예측할 수 있다.낮은 주파수에서는 이러한 고려사항이 서로 다른 장비 조각을 연결하는 케이블에만 필요하지만 마이크로파 주파수에서는 전송선 이론이 필요하게 되는 거리를 밀리미터 단위로 측정한다.그러므로 회로 내에서 전송 라인이 필요하다.

최초의 평면 전송 라인은 제2차 세계 대전 중에 로버트 M. 바렛에 의해 고안되었다.스트리플라인으로 알려져 있으며, 마이크로스트립, 현수 스트립라인, 코플라워 도파관 등과 함께 현대용 4대 주형 중 하나이다.이 네 가지 유형은 모두 한 쌍의 도체로 구성된다(이 중 세 가지 도체에서는 이들 도체 중 하나가 지면이다).결과적으로, 그들은 한 쌍의 와이어에서 발견되는 모드와 동일하거나 거의 동일시되는 우세한 전송 모드(모드는 전자파의 필드 패턴이다)를 갖는다.슬롯라인, 핀라인, 영상라인과 같은 다른 평면 전송 라인은 유전체 스트립을 따라 전송되며, 기질 통합 도파관은 기둥의 줄과 함께 기질 내에서 유전체 도파관을 형성한다.이러한 유형은 한 쌍의 와이어와 동일한 모드를 지원할 수 없으며, 결과적으로 서로 다른 전송 특성을 가진다.이러한 유형의 대부분은 대역폭이 좁고 일반적으로 도체 쌍보다 신호 왜곡이 더 많이 발생한다.이들의 장점은 비교되는 정확한 유형에 따라 다르지만, 낮은 손실과 더 나은 범위의 특성 임피던스를 포함할 수 있다.

평면 트랜스미션 라인은 구성 요소 구성 및 상호 연결에 사용할 수 있다.마이크로파 주파수에서 회로의 개별 구성 요소 자체가 파장의 유의한 부분보다 큰 경우가 많다.이것은 그것들이 더 이상 뭉쳐진 성분, 즉 한 지점에 존재하는 것처럼 취급될 수 없다는 것을 의미한다.복합 패시브 부품은 이러한 이유로 또는 필요한 값이 제조하기에 비실용적으로 작기 때문에 마이크로파 주파수에서 비실용적인 경우가 많다.이러한 구성 요소와 동일한 기능을 위해 전송 라인 패턴을 사용할 수 있다.분산형 소자회로 불리는 전체 회로는 이런 방식으로 건설될 수 있다.그 방법은 흔히 필터에 사용된다.이 방법은 특히 기존 기질에 패턴을 적용하기만 하면 조립품의 나머지 부분과 동일한 공정으로 제작할 수 있기 때문에 인쇄회로와 통합회로 사용을 호소하고 있다.이것은 평면 기술을 동축 선과 같은 다른 유형보다 큰 경제적 이점을 준다.

어떤 저자는 도체 한 쌍을 사용하는 선인 전송선과 도체를 전혀 사용하지 않거나 단지 하나의 도체를 사용하여 유전체에서 파동을 구속하는 선인 도파관(daveguide)을 구별한다.다른 이들은 동의어로 이 용어를 사용한다.이 글에는 평면형일 경우 두 종류가 모두 포함된다.사용되는 이름이 일반적인 이름이며 반드시 도체의 수를 나타내는 것은 아니다.도파관을 사용하지 않고 사용하는 경우 도파관(daveguide)이란 도파관의 속이 비어 있거나 유전체 충전된 금속 종류를 말하며 평면형식이 아니다.

일반 속성

평면 트랜스미션 라인은 도체가 기본적으로 평평한 트랜스미션 라인이다.도체는 평평한 스트립으로 구성되며, 일반적으로 도체의 평평한 표면에 평행한 하나 이상의 접지면이 있다.도체는 지면으로부터 분리되어 있으며, 때로는 간에는 공기가 있지만 보다 자주 고체 유전체로 되어 있다.송전선도 전선이나 동축선과 같은 비 평면형식으로 건설할 수 있다.상호연결뿐만 아니라, 송신선에서 구현될 수 있는 회로의 범위가 넓다.여기에는 필터, 동력 분배기, 방향 쿠플러, 임피던스 매칭 네트워크, 활성 부품에 바이어싱을 제공하기 위한 초크 회로 등이 포함된다.평면형식의 주된 장점은 인쇄회로와 집적회로를 만들 때 사용하는 것과 동일한 공정을 사용하여 제조할 수 있으며, 특히 석회화 과정을 통해 제작할 수 있다는 것이다.따라서 평면 기술은 그러한 부품의 대량 생산에 특히 잘 적합하다.^[1]

송전선로 회로 요소를 만드는 것은 마이크로파 주파수에서 가장 유용하다.낮은 주파수에서는 파장이 길수록 이러한 요소들은 부피가 너무 커진다.가장 높은 마이크로파 주파수에서 평면 전송 라인 유형은 일반적으로 너무 손실성이 높으며 대신 도파관을 사용한다.그러나 도파관은 부피가 더 크고 제조 비용이 더 비싸다.여전히 높은 주파수에서 유전체 도파관(광섬유 등)은 선택 기술이 되지만, 이용 가능한 유전체 도파관의 평면형도 있다.^[2](어떤 종류든) 가장 널리 사용되는 평면 전송 선은 스트립라인, 마이크로스트립, 부유 스트립라인, 코플라 도파관이다.^[3]

모드

송전선로의 중요한 매개변수는 채택된 송전모드다.이 모드는 전송 구조의 기하학적 구조로 인해 발생하는 전자기장 패턴을 설명한다.^[6]같은 회선에 둘 이상의 모드가 동시에 존재할 수 있다.일반적으로 원하는 모드를 제외한 모든 모드를 억제하는 조치를 취한다.^[7]그러나 듀얼 모드 필터와 같은 일부 장치는 둘 이상의 모드의 전송에 의존한다.^[8]

TEM 모드

일반 전도성 와이어와 케이블에서 발견되는 모드는 횡방향 전자기 모드(TEM 모드)이다.이것은 또한 일부 평면 전송 라인에서 지배적인 모드다.TEM 모드에서 전기장과 자기장의 자기장 강도 벡터는 모두 파동의 이동 방향에 횡방향으로 교차하며 서로 직교한다.TEM 모드의 중요한 특성은 0(즉 DC)까지 낮은 주파수에서 사용할 수 있다는 것이다.^[9]

TEM 모드의 또 다른 특징은 이상적인 전송 라인(Hubiside 조건을 만족하는 라인)에서 전송 주파수와 함께 라인 전송 파라미터(특성 임피던스 및 신호 그룹 속도)의 변화가 없다는 것이다.이 때문에 이상적인 TEM 전송 라인은 서로 다른 주파수 구성 요소가 다른 속도로 이동하는 왜곡의 한 형태인 산포에 시달리지 않는다.분산은 선 길이의 방향으로 (전송된 정보를 나타낼 수 있는) 파형의 "냄새"를 낸다.다른 모든 모드는 분산으로 인해 어려움을 겪으며, 이는 달성 가능한 대역폭을 제한한다.^[9]

준 TEM 모드

특히 마이크로스트립을 비롯한 일부 평면형식은 균일한 유전체를 가지지 않으며 선 위와 아래가 다르다.그러한 기하학적 구조는 진정한 TEM 모드를 지원할 수 없다. 전송이 거의 TEM에 가까울 수 있지만, 선의 방향과 평행한 전자기장의 일부 구성 요소가 있다.그러한 모드를 준 TEM이라고 한다.TEM 라인에서 갭과 포스트와 같은 불연속부는 순수하게 반응하는 임피던스를 가지고 있다. 즉, 에너지를 저장할 수는 있지만 소멸시키지는 않는다.대부분의 준 TEM 라인에서 이러한 구조물은 임피던스에 대한 저항성 성분을 추가로 갖는다.이 저항은 구조물로부터의 방사선의 결과로서 회로의 손실을 초래한다.같은 문제가 선의 굴곡과 모서리에서 발생한다.이러한 문제는 높은 허용률 물질을 기질로 사용하여 완화될 수 있으며, 이는 유전체 내에 파동의 높은 비율을 포함시켜 보다 균일한 전송 매체를 만들고 TEM에 가까운 모드를 만들 수 있다.^[10]

가로 모드

중공 금속 도파관과 광학 도파관에서는 발생할 수 있는 다른 횡방향 모드가 무제한으로 존재한다.그러나 TEM 모드는 둘 이상의 개별 도체가 있어야 전파되기 때문에 지원할 수 없다.가로모드는 각각 전기장 전부가 가로인지 또는 자장이 모두 가로인지에 따라 가로전기(TE, 또는 H 모드) 또는 가로자기(TM, E 모드)로 분류된다.한 분야나 다른 분야에는 항상 세로적인 요소가 있다.정확한 모드는 지정된 가로 치수를 따라 파장 또는 반파장 수를 계산하는 한 쌍의 지수로 식별된다.이러한 지수는 보통 구분자 없이 작성된다. 예를 들어, TE₁₀.정확한 정의는 도파관이 직사각형인지 원형인지 타원형인지에 따라 달라진다.도파관 공명기의 경우 세로 방향의 반파장 모드에 세 번째 지수를 도입한다.^[11]

TE와 TM 모드의 특징은 변속기가 발생하지 않는 아래에 확실한 차단 주파수가 있다는 것이다.컷오프 주파수는 모드에 따라 달라지며 컷오프 주파수가 가장 낮은 모드를 우성 모드라고 한다.멀티 모드 전파는 일반적으로 바람직하지 않다.이 때문에 회로는 종종 다음으로 높은 모드의 컷오프 이하의 주파수에서 지배적 모드로 작동하도록 설계된다.이 대역에는 오직 하나의 모드, 지배적인 모드만이 존재할 수 있다.^[12]

TEM 기기로 작동하도록 설계된 일부 평면형식도 TE 및 TM 모드를 억제하기 위한 조치를 취하지 않는 한 지원할 수 있다.지면 또는 실드 엔클로저는 속이 빈 도파관으로 동작하여 이러한 모드를 전파할 수 있다.억제는 접지 평면 사이에 단락 나사의 형태를 취할 수 있고 또는 회로의 작동 주파수만큼 낮은 주파수를 지원하기에 너무 작은 엔클로저를 설계할 수 있다.마찬가지로 동축 케이블은 중심 도체가 전파할 필요가 없는 원형 TE 및 TM 모드를 지원할 수 있으며, 케이블의 직경을 줄여서 이러한 모드를 억제할 수 있다.^[13]

종단면 모드

일부 변속기 라인 구조는 순수 TE 또는 TM 모드를 지원할 수 없지만 TE 및 TM 모드의 선형 중첩인 모드를 지원할 수 있다.즉, 그들은 전기장과 자기장의 종적 성분을 모두 가지고 있다.그러한 모드를 하이브리드 전자기(HEM) 모드라고 한다.HEM 모드의 하위 집합은 종단면 모드다.이는 종단면 전기(LSE) 모드와 종단면 자기(LSM) 모드 등 두 가지 종류가 있다.LSE 모드는 한 횡방향으로 0인 전기장을 가지며, LSM 모드는 한 횡방향으로 0인 자기장을 가진다.LSE 및 LSM 모드는 이종 전송 매체가 아닌 평면 전송 라인 유형에서 발생할 수 있다.순수 TE 또는 TM 모드를 지원할 수 없는 구조물은 반드시 하이브리드 모드를 사용해야 한다.^[14]

기타 중요한 매개변수

라인의 특성 임피던스는 라인을 따라 이동하는 파동에 의해 발생하는 임피던스로, 라인 기하학 및 재료에만 의존하며 라인 종단에 의해 변경되지 않는다.평면 라인의 특성 임피던스와 평면 라인이 연결된 시스템의 임피던스를 일치시킬 필요가 있다.많은 필터 설계는 여러 가지 서로 다른 특성 장애를 가진 선을 필요로 하기 때문에, 기술이 달성 가능한 장애물의 범위를 충분히 갖는 것이 장점이다.좁은 선은 넓은 선보다 임피던스가 높다.달성 가능한 가장 높은 임피던스는 라인 좁이에 제한을 가하는 제조 공정의 분해능에 의해 제한된다.하한은 원하지 않는 가로 공진 모드가 발생할 수 있는 선의 너비에 의해 결정된다.^[15]

Q 인자(또는 단지 Q)는 사이클당 소산되는 에너지에 대해 저장된 에너지의 비율이다.그것은 공명기의 품질을 특징짓는 주요 매개변수다.송전 라인 회로에서 공명기는 필터 및 기타 장치를 제작하기 위해 송전 라인 섹션으로 구성되는 경우가 많다.그들의 Q 인자는 필터 스커트의 가파름과 선택성을 제한한다.평면형식의 Q를 결정하는 주요 요인은 유전체(고유연성이 Q 증가)와 Q를 감소시키는 유전체손실이다.Q를 낮추는 다른 요인은 도체의 저항과 방사선 손실이다.^[16]

평면형식의 주요 특성 요약

라인형	우성 모드	일반적인 최대 주파수	특성임피던스	비적재 Q 인자
스트립라인	TEM	60GHz[17]	–=4.3에서r[19] 30–250Ω[18]	400[20]
현수 스트립플라인	TEM, 준 TEM	220GHz[17]	–=10에서[15] 40r–150Ω	30 GHz에서 600, εr=10[15]
마이크로스트립	준 TEM	110GHz[17]	–=10에서[15] 10r–110Ω	30 GHz에서 250, εr=10[15]
코플란라르 도파관	준 TEM	110GHz[17]	–=10에서[15] 40r–110Ω	30 GHz에서 200, εr=10[15]
슬롯라인	준 TE	110GHz[17]	εr=10에서[15] 35–250Ω	30 GHz에서 200, εr=10[15]
핀라인	LSE, LSM	220GHz[17]	–=10에서 10r[15]–400Ω	30GHz에서 550, εr=10[15]
이미지라인	TE, TM	>100GHz[21]	≈26 Ωr = 10[15]	30 GHz에서 2500, εr=10[15]

• ε은_r 기질의 상대적 자유도

기판

평면 기술과 함께 사용되는 기판은 매우 다양하다.인쇄 회로의 경우 일반적으로 유리 보강 에폭시(FR-4 등급)가 사용된다.고순도 세라믹-PTFE 라미네이트(예: Rogers Corporation 6010 보드)는 전자레인지 용도에 명시적으로 사용된다.높은 마이크로파 주파수에서는 하이브리드 마이크로파 집적회로(MIC)에 산화알루미늄(알루미나)과 같은 세라믹 소재를 사용할 수 있다.극초단파 주파수에서 밀리미터 대역에서는 사파이어 또는 쿼츠와 같은 결정 기판을 사용할 수 있다.일체형 마이크로파 집적회로(MMICs)는 실리콘이나 갈륨 비소 등 칩이 내장된 반도체 소재나 이산화규소 등 칩에 축적된 산화물로 구성된 기판을 갖게 된다.^[19]

가장 관심 있는 기질의 전기적 특성은 상대적 허용률(ε_r)과 손실 접선(Δ)이다.상대적 허용률은 주어진 선폭의 특성 임피던스와 선폭에서 이동하는 신호의 그룹 속도를 결정한다.높은 허용률은 소형화를 지원하여 인쇄된 부품이 작아지게 한다.준 TEM 유형의 경우, 허용률은 기질 내에 얼마만큼의 필드가 포함될 것인지, 기질 위의 공기 중에 얼마가 포함될 것인지를 결정한다.손실 접선은 유전적 손실의 척도다.특히 Q가 높은 회로에서는 가능한 한 작게 하는 것이 바람직하다.^[22]

관심의 기계적 특성은 기질에 필요한 두께와 기계적 강도를 포함한다.매달린 스트립플라인, 핀라인 등 일부 타입에서는 기질을 최대한 얇게 만드는 것이 유리하다.플렉싱 기판에 탑재된 섬세한 반도체 부품이 손상될 수 있다.석영과 같은 단단하고 단단한 재료는 기계 보드가 아닌 이 문제를 피하기 위한 기질로 선택될 수 있다.균질 스트립라인과 같은 다른 유형에서는 훨씬 더 두꺼울 수 있다.장치 형태에 부합하는 인쇄된 안테나의 경우 유연하고 매우 얇은 기판이 필요하다.전기적 성능에 필요한 두께는 소재의 허용도에 따라 달라진다.표면 마감이 문제인데, 야금의 접착을 보장하기 위해 일부 거칠기가 필요할 수 있지만 너무 많이 하면 도체 손실의 원인이 된다(야금화의 결과 거칠기가 피부 깊이에 비해 유의하게 된다).열적 특성이 중요할 수 있다.열팽창은 라인의 전기적 특성을 변화시키고 구멍을 통해 도금될 수 있다.^[23]

공통 기질 재료의^[19] 특성

기질	εr	δ
실리콘	11.9	0.015
비소화 갈륨	12.9	0.002
FR-4	4.3	0.022
6010	10.2	0.002
알루미나	9.8	0.0001
사파이어	9.4	0.0001
쿼츠	3.8	0.0001

종류들

스트립라인

스트립플라인(Strippline)은 두 개의 지상면 사이의 유전체에 내장된 스트립 도체다.그것은 보통 한 장의 한 면에 스트립플라인 패턴과 함께 클램핑된 두 장의 유전체로 구성된다.주된 경쟁사인 마이크로스트립에 비해 스트리플린의 주요 장점은 전송이 순수하게 TEM 모드에 있고 적어도 스트립플라인 애플리케이션에서 만나는 거리에 걸쳐 산산이 없다는 것이다.Stripline은 TE와 TM 모드를 지원할 수 있지만 일반적으로 사용되지 않는다.가장 큰 단점은 분리형 부품을 마이크로스트립처럼 쉽게 통합할 수 없다는 점이다.통합되는 모든 경우 절연체는 유전체에서 제공되어야 하며 조립된 후에는 절연체에 접근할 수 없다.^[24]

현수 스트립플라인

현수 스트립플린은 기질이 지상 평면 사이에 위아래 공극으로 매달려 있는 에어 스트립플린의 일종이다.그 아이디어는 파동이 공기를 통해 이동하게 함으로써 유전적 손실을 최소화하자는 것이다.유전체의 목적은 오직 도체 스트립의 기계적 지지에 있다.파동이 공기와 유전체의 혼합 매체를 통해 이동하기 때문에, 전송 모드는 진정한 TEM이 아니라, 얇은 유전체 모드는 이 효과를 무시할 수 있다.현수 스트립플린은 손실에 관해서는 마이크로스트립보다 우수하지만 도파관만큼 부피가 크거나 비싸지 않은 중간 마이크로파 주파수에서 사용된다.^[25]

기타 스트립라인 변형

두 도체 스트립라인 아이디어는 두 기판 사이의 공극을 보상하는 것이다.제조 공차와 도체의 두께 때문에 작은 공극이 불가피하다.이러한 간격은 지상 평면 사이의 선으로부터 방사선을 촉진할 수 있다.양쪽 보드에 동일한 도체를 인쇄하면 두 선으로 인한 기판과 간격의 전기장이 모두 동일하다는 것을 보장한다.보통 작은 오정렬이 효과적으로 라인을 넓히는 것을 방지하기 위해 한 줄이 약간 낮게 만들어져 결과적으로 특성 임피던스를 감소시킨다.^[20]

양방향 현수 스트립플라인에는 표준 부유 스트립플라인에 비해 공기 중에 더 많은 필드가 있고 기질에 거의 아무것도 없어 Q가 더 높아진다.이렇게 하는 것의 단점은 두 선을 1/4 파장 간격으로 서로 접합해야 한다는 것이다.양자 구조는 또한 넓은 면에 걸쳐 두 개의 독립적인 선을 결합하는 데 사용될 수 있다.이는 측면 연결 장치보다 훨씬 강한 결합을 제공하며, 표준 스트리라인에서는 불가능한 커플링 필터와 방향 연결 회로가 실현될 수 있다.^[30]

마이크로스트립

마이크로스트립은 유전층 상단 표면의 스트립 컨덕터와 유전체 하단 표면의 지상면으로 구성된다.전자파는 부분적으로 유전체에서 그리고 일부는 도체 위의 공기로 이동하여 준 TEM 전송을 초래한다.준 TEM 모드의 단점에도 불구하고 마이크로스트립은 인쇄 회로와의 호환성이 쉽기 때문에 종종 선호된다.어떤 경우에도 이러한 영향은 소형화된 회로에서 그리 심하지 않다.^[31]

마이크로스트립의 또 다른 단점은 그것이 달성할 수 있는 특성 임피던스 범위에 있어서 다른 타입보다 제한적이라는 것이다.일부 회로 설계에는 150Ω 이상의 특성 임피던스가 필요하다.마이크로스트립은 보통 그렇게 높게 갈 수 없기 때문에 설계자가 그러한 회로를 사용할 수 없거나 높은 임피던스를 필요로 하는 구성 요소에 대해 다른 유형으로의 전환이 제공되어야 한다.^[15]

마이크로스트립이 방사하는 경향은 일반적으로 타입의 단점이지만 더듬이를 만드는 것에 있어서는 긍정적인 장점이다.마이크로스트립으로 패치 안테나를 만드는 것은 매우 쉬우며, 패치의 변종인 평면 반전-F 안테나는 모바일 기기에서 가장 널리 사용되는 안테나다.^[32]

마이크로스트립 변형

현수 마이크로스트립은 매달린 스트립플라인과 같은 목적을 가지고 있다; 손실과 분산을 줄이기 위해 유전체보다는 필드를 공중에 내보내는 것이다.허용률이 감소하면 인쇄된 부품이 더 커지므로 소형화는 제한되지만 부품의 제조는 더 쉬워진다.기질을 정지시키면 활자를 사용할 수 있는 최대 주파수가 증가한다.^[35]

반전 마이크로스트립은 대부분의 필드가 도체와 지상면 사이의 공기에 포함되어 있다는 추가적인 이점을 가진 현수 마이크로스트립과 유사한 특성을 가지고 있다.기판 위에는 다른 구성 요소와 연결할 수 있는 표류장이 거의 없다.갇힌 역방향 마이크로스트립은 3면 라인을 보호하여 보다 개방적인 구조에서 가능한 일부 상위 순서 모드를 방지한다.차폐된 박스에 라인을 배치하면 연결 장치가 완전히 이탈되지 않지만 이제 박스에 맞도록 기판을 절단해야 한다.하나의 큰 기질에 완전한 장치를 제작하는 것은 이 구조를 사용하여 가능하지 않다.^[36]

코플라 도파관 및 코플라 스트립

Coplanar 도파관(CPW)은 반환 도체가 기질 위나 아래에 있는 스트립라인 및 마이크로스트립과 달리 본선과 동일한 평면에서 기질 상단에 반환 도체를 가지고 있다.복귀 도체는 본선의 양쪽에 배치하고 무한대로 확장되는 것으로 간주할 수 있을 정도로 넓게 만든다.마이크로스트립과 마찬가지로 CPW는 준 TEM 전파를 가지고 있다.^[37]

CPW는 제조가 더 간단하다. 금속화의 평면은 하나뿐이고 구성부품은 직렬로 연결(라인에 균열을 확장)하든 션트(라인과 지면 사이)하든 표면 장착이 가능하다.스트립라인과 마이크로스트립의 션트 구성요소는 기질 하단에 연결되어야 한다.CPW는 또한 소형화하기가 더 쉽다. CPW의 특성 임피던스는 라인 폭의 절대값보다 리턴 도체 사이의 거리에 대한 라인 폭의 비율에 따라 달라진다.^[38]

그것의 장점에도 불구하고, CPW는 인기 있는 것으로 증명되지 않았다.단점은 마이크로스트립보다 구성 요소의 밀도가 높은 설계가 가능하지만, 리턴 도체가 장착 부품에 사용할 수 없는 보드 면적을 많이 차지한다는 것이다.더 심각한 것은, CPW에는 슬롯라인 모드라고 불리는 0의 주파수 컷오프가 있는 두 번째 모드가 있다.이 모드는 그 아래에서 작동한다고 해서 피할 수 없고, 복수의 모드는 바람직하지 않기 때문에 억제할 필요가 있다.홀수 모드인데, 이는 두 리턴 도체의 전위가 동일하고 반대라는 것을 의미한다.따라서 두 개의 리턴 도체를 함께 결합하여 억제할 수 있다.이는 바닥 지상면(전도체 지지 코플라나 도파관, CBCPW)과 홀을 통해 주기적인 도금 또는 보드 상단의 주기적인 공기 브리지로 달성할 수 있다.이 두 솔루션 모두 CPW의 기본적인 단순성을 떨어뜨린다.^[39]

코플라르 변종

코플라 스트립(코플라 스트립라인^[42] 또는 차동선^[34])은 일반적으로 마이크로파 대역 아래의 RF 어플리케이션에만 사용된다.지면이 부족하면 필드 패턴이 제대로 정의되지 않고, 전자레인지 주파수에서 유격장 손실도 너무 크다.한편, 지상면의 부족은 타입이 다층 구조물에 임베딩할 수 있다는 것을 의미한다.^[43]

슬롯라인

슬롯 라인은 기판 위에 있는 야금화의 슬롯 절단이다.유전체로 둘러싸인 전도선 대신 도체에 둘러싸인 유전선인 마이크로스트립의 듀얼이다.^[44]지배적 전파 모드는 전기장의 작은 종적 구성요소를 가진 혼합형 준 TE이다.^[45]

슬롯라인은 균형이 맞지 않는 선인 스트립라인이나 마이크로스트립과는 달리 본질적으로 균형 잡힌 선이다.이 형식은 특히 구성 요소를 선에 연결하기 쉽게 한다. 표면 마운트 구성 요소는 선에 걸쳐 브리징을 장착할 수 있다.슬롯라인의 또 다른 장점은 높은 임피던스 라인이 달성하기 쉽다는 것이다.특성 임피던스는 라인 폭(폭과 함께 감소하는 마이크로스트립 비교)에 따라 증가하므로 고임피던스 라인의 인쇄 분해능에는 문제가 없다.^[45]

슬롯라인의 단점은 특징 임피던스와 그룹 속도 모두 주파수에 따라 크게 달라져 슬롯라인이 마이크로스트립보다 분산된다는 점이다.슬롯라인 역시 Q가 상대적으로 낮다.^[46]

슬롯라인 변형

매우 낮은 특성 임피던스가 필요한 경우 항정신병 슬롯라인을 사용한다.유전자가 있는 경우 임피던스가 낮으면 좁은 선(전도선이 있는 경우와는 반대)을 의미하며, 인쇄 분해능 때문에 얻을 수 있는 선 두께에 한계가 있다.항정신대 구조로 도체는 단락 위험 없이 겹칠 수 있다.쌍방향 슬롯 라인은 쌍방향 공기 스트립라인과 유사한 장점을 가지고 있다.^[48]

기질 통합 도파관

기질통합도파관(SIW)은 적층도파관(lamined daveguide) 또는 벽후도파관(posts) 사이의 파동을 두 줄의 기둥 사이에 수축시켜 기질 유전체에 형성되거나 기질 위아래에 구멍과 접지면을 통해 도금된 도금된 도파관이다.우성모드는 준 TE모드다.SIW는 많은 이점을 유지하면서 중공 금속 도파관에 대한 보다 저렴한 대안으로 의도되었다.가장 큰 장점은 효과적으로 밀폐된 도파관으로서 마이크로스트립보다 방사선 손실이 상당히 적다는 것이다.다른 회로 구성 요소에 대한 유격장의 원치 않는 결합은 없다.또한 SIW는 높은 Q와 높은 전력 처리 능력을 갖추고 있으며 평면 기술로서 다른 부품과의 통합이 용이하다.^[49]

SIW는 인쇄 회로 기판 또는 저온 공동 화력 세라믹(LTCC)으로 구현할 수 있다.후자는 특히 SIW 구현에 적합하다.활성 회로는 SIW에서 직접 구현되지 않는다. 일반적인 기법은 스트립라인에서 SIW로의 전환을 통해 스트립라인에서 활성 부품을 구현하는 것이다.안테나는 지상 평면의 슬롯을 절단하여 SIW에서 직접 만들 수 있다.경음기 안테나는 도파관 끝에 있는 기둥의 열을 불어서 만들 수 있다.^[50]

SIW 변종

능선 도파관의 SIW 버전이 있다.리지 도파관(Ridge daveguide)은 E-plane을 가로지르는 내부 세로 벽이 있는 직사각형의 중공 금속 도파관이다.능선 도파관의 주된 장점은 대역폭이 매우 넓다는 것이다.리지 SIW는 리지와 동등한 수준의 리지트가 보드를 통해서만 중간으로 가는 포스트들이 줄지어 있기 때문에 인쇄회로 보드에서 구현하기가 그리 쉽지 않다.그러나 이 구조는 LTCC에서 더 쉽게 만들어질 수 있다.^[51]

핀라인

핀라인은 직사각형 금속 도파관의 E-평면에 삽입된 금속성 유전체의 시트로 구성된다.이 혼합형식을 준 평면형식으로 부르기도 한다.^[52]이 설계는 직사각형 도파관에서 도파관 모드를 생성하기 위한 것이 아니다. 대신 유전자를 노출하는 금속화에서 선이 절단되고 이것이 전송선 역할을 한다.따라서 핀라인은 유전체 도파관의 일종으로 차폐된 슬롯라인으로 볼 수 있다.^[53]

핀라인은 기질의 야금화가 능선("핀")을 나타내고 핀라인은 간격을 나타낸다는 점에서 능선 도파관과 비슷하다.필터는 산등성이의 높이를 패턴으로 변경하여 도파관 형태로 제작할 수 있다.이를 제작하는 일반적인 방법은 얇은 금속판을 잘라낸 후(일반적으로 직사각형 구멍 시리즈) 핀라인과 동일한 방식으로 도파관에 삽입하는 것이다.핀라인 필터는 임의의 복잡성 패턴을 구현할 수 있는 반면 메탈 인서트 필터는 기계적 지지와 무결성의 필요성에 의해 제한된다.^[54]

핀라인은 최대 220GHz의 주파수에서 사용되었으며 최소 700GHz까지 실험적으로 테스트되었다.^[55]이러한 주파수에서 그것은 낮은 손실로 마이크로스트립에 비해 상당한 이점을 가지고 있으며 유사한 저비용 인쇄회로 기법으로 제조할 수 있다.또한 직사각형 도파관에 완전히 둘러싸여 있어 방사선이 없다.금속 인서트 장치는 공기 유전체이기 때문에 손실이 훨씬 더 낮지만 회로 복잡성은 매우 제한적이다.복잡한 설계를 위한 완전한 도파관 솔루션은 낮은 공기 유전체 손실을 유지하지만, 그것은 미세한 부분보다 훨씬 더 크고 제조 비용이 훨씬 더 많이 들 것이다.핀라인의 또 다른 장점은 특히 광범위한 특성 장애를 달성할 수 있다는 것이다.트랜지스터와 다이오드의 바이어싱은 핀라인이 도체가 아니기 때문에 스트립라인과 마이크로스트립에서와 같이 주 전송선 아래로 바이어스 전류를 공급하여 핀라인에서 달성할 수 없다.핀라인에서의 편견을 위해 별도의 준비가 이루어져야 한다.^[56]

핀라인 변형

일방적 핀라인은 가장 단순한 설계로 제작이 용이하지만 양쪽 핀라인은 양쪽 정지된 스트립라인과 마찬가지로 손실이 적다.양자 핀라인의 높은 Q는 종종 필터 적용을 선택하게 한다.매우 낮은 특성 임피던스가 필요한 곳에 항정신병 핀라인을 사용한다.두 평면 사이의 결합이 강할수록 임피던스가 낮아진다.절연 핀라인은 바이어스 라인을 필요로 하는 활성 구성 요소를 포함하는 회로에 사용된다.절연 핀라인의 Q는 다른 핀라인 형식보다 낮기 때문에 보통 사용하지 않는다.^[60]

이미지라인

Imageline(이미지라인)은 또한 이미지 선 또는 이미지 가이드로서 유전 슬래브 도파관의 평면 형태다.그것은 금속 시트에 종종 알루미나인 유전체 조각으로 구성되어 있다.이 타입에서는 모든 수평방향으로 확장되는 유전체 기질이 없고, 유전체선만 있다.지면이 거울로 작용하여 지면이 2배의 높이를 가지지 않고 유전 슬래브에 해당하는 선이 생기기 때문에 그렇게 불린다.그것은 100 GHz 정도의 높은 마이크로파 주파수에서 사용할 가능성을 보여주지만, 여전히 대부분 실험적이다.예를 들어 수천 개의 Q 인자가 이론적으로 가능하지만 굴곡에서 나오는 방사선과 유전-금속 접착제의 손실은 이 수치를 상당히 감소시킨다.영상 라인의 단점은 특성 임피던스가 약 26Ω의 단일 값으로 고정된다는 것이다.^[61]

Imageline은 TE 및 TM 모드를 지원한다.지배적인 TE와 TM 모드는 모두 TE와 TM 모드가 전파할 수 없는 아래에 유한한 주파수를 갖는 중공 금속 도파관과 달리 컷오프 주파수가 0이다.주파수가 0에 가까워지면 전장의 세로방향 구성요소가 감소하고 모드는 점증적으로 TEM 모드에 접근한다.따라서 이미지 라인은 TEM 파형을 실제로 지원할 수는 없지만 임의로 낮은 주파수에서 파형을 전파할 수 있는 특성을 TEM 타입 라인과 공유한다.그럼에도 불구하고, 이미지 라인은 낮은 주파수에서 적합한 기술이 아니다.이미지 라인의 단점은 표면 거칠기가 방사선 손실을 증가시키므로 정밀하게 가공해야 한다는 것이다.^[62]

이미지 라인 변형 및 기타 유전체 라인

단열 이미지 라인에서는 낮은 허용도 절연체의 얇은 층이 금속 지면 위로 침전되고 그 위에 높은 허용도 이미지 라인이 설정된다.절연층은 도체 손실을 줄이는 효과가 있다.이 유형은 직선 구간에서도 방사선 손실이 낮지만 표준 영상선과 마찬가지로 굴곡과 코너에서 방사선 손실이 높다.갇힌 이미지 라인은 이러한 단점을 극복하지만 평면 구조의 단순성을 떨어뜨리기 때문에 제작하기가 더 복잡하다.^[63]

리브라인(Ribline)은 기판에서 단일 조각으로 가공된 유전체 라인이다.그것은 섬광 영상선과 비슷한 성질을 가지고 있다.영상선처럼 정밀하게 가공해야 한다.스트립 유전체 가이드는 알루미나 같은 높은 유전체 기질에 놓인 낮은 유전체 스트립(대개 플라스틱)이다.필드는 주로 스트립과 지면 사이의 기질에 포함되어 있다.이 때문에 이 형식은 표준 영상라인과 리브라인에 대한 정밀한 가공 요건이 없다.반전 스트립 유전체 가이드의 경우 기질 내 필드가 도체에서 멀어지기 때문에 도체 손실이 낮지만 방사선 손실은 더 높다.^[64]

다중층

다중 레이어 회로는 인쇄 회로나 단일 집적회로에서 만들 수 있지만 LTCC는 평면 전송선을 다중 레이어로 구현하기 위한 가장 편리한 기술이다.다중 레이어 회로에서는 최소한 일부 선은 유전체로 완전히 둘러싸인 채 묻힐 것이다.따라서 손실량은 보다 개방적인 기술만큼 낮지는 않지만 다층 LTCC를 통해 매우 작은 회로를 달성할 수 있다.^[65]

전환

시스템의 다른 부분은 다른 유형으로 가장 잘 구현될 수 있다.따라서 다양한 유형 간의 전환이 필요하다.불균형 전도성 라인을 사용한 유형 간 전환은 간단하다. 이는 대부분 전환을 통해 도체의 연속성을 제공하고 임피던스가 잘 일치하도록 보장하는 일이다.동축과 같은 비플래너 유형으로의 전환도 마찬가지라고 말할 수 있다.스트립라인과 마이크로스트립 사이의 전환은 스트립라인 양쪽 접지면이 마이크로스트립 접지면에 전기적으로 적절하게 결합되도록 해야 한다.이러한 지상 비행기 중 하나는 전환을 통해 연속적으로 이루어질 수 있지만, 다른 하나는 전환 시 종료된다.다이어그램의 C에 표시된 마이크로스트립에서 CPW로의 전환에도 유사한 문제가 있다.각 유형에는 하나의 지상면만 존재하지만, 전환 시 기질의 한쪽에서 다른 쪽으로 바뀐다.이는 기판 반대편에 있는 마이크로스트립 및 CPW 라인을 인쇄하여 방지할 수 있다.이 경우 지면은 기판 한쪽에서 연속되지만 전환 시 선상에 via가 필요하다.^[69]

전도성 선과 유전체 선 또는 도파관 사이의 전환은 더 복잡하다.이 경우 모드 변경이 필요하다.이러한 종류의 전환은 새로운 타입으로의 발사기 역할을 하는 하나의 타입의 안테나를 형성하는 것으로 구성된다.그 예로는 슬롯라인 또는 기질 통합 도파관(SIW)으로 변환된 코플라 도파관(CPW) 또는 마이크로스트립이 있다.무선 기기의 경우 외부 안테나로의 전환도 필요하다.^[70]

핀라인으로의 전환은 슬롯라인과 유사한 방법으로 처리될 수 있다.그러나 핀라인 전환이 도파관으로 가는 것은 더 자연스럽다. 도파관은 이미 거기에 있다.도파관으로의 간단한 전환은 좁은 선에서 도파관의 전체 높이로 가는 핀선의 부드러운 지수 테이퍼(비발디 안테나)로 구성된다.핀라인이 가장 일찍 적용된 것은 원형 도파관에 착수하는 것이었다.^[71]

균형 잡힌 라인에서 불균형적인 라인으로 전환하려면 발룬 회로가 필요하다.그 예로는 슬롯라인에 CPW가 있다.다이어그램의 예 D는 이러한 종류의 전환을 보여주고 유전체 방사상 스터브로 구성된 발룬을 특징으로 한다.따라서 이 회로에 표시된 구성 요소는 두 CPW 접지면을 결합하는 에어 브리지입니다.모든 전환은 삽입 손실로 인해 설계의 복잡성을 가중시킨다.절충 유형이 각 구성품 회로에 최적이 아닐 때에도 전환 횟수를 최소화하기 위해 전체 기기에 대한 단일 통합형식으로 설계하는 것이 유리할 때도 있다.^[72]

역사

평면 기술 개발은 처음에는 미군의 필요에 의해 추진되었으나, 오늘날에는 휴대전화나 위성 TV 수신기 등 대량 생산된 생활용품에서 찾아볼 수 있다.^[73]토마스 H. 리에 따르면, 해롤드 A. 휠러는 일찍이 1930년대에 코플란라 라인으로 실험했을지 모르지만, 최초의 문서화된 평면 전송 라인은 스트립라인으로, 공군 케임브리지 연구소의 로버트 M. 바렛에 의해 발명되고 1951년에 바렛과 반스에 의해 출판되었다.비록 출판이 1950년대까지 이루어지지 않았지만, 스트리플린은 실제로 제2차 세계 대전 동안 사용되었다.배럿에 따르면, 최초의 스트리플라인 파워 디비더는 이 기간 동안 V. H. 럼시와 H. W. 제이미슨에 의해 만들어졌다.바렛은 계약서 발행뿐만 아니라, 항공 계기 연구소(AIL)를 포함한 다른 기관에서의 연구를 장려했다.마이크로스트립은 1952년에 곧 이어 그리그와 엥겔만에게 귀속된다.일반 유전물질의 품질은 처음에는 마이크로파 회로에 적합하지 않았고, 결과적으로 1960년대까지 널리 사용되지 않았다.스트립라인과 마이크로스트립은 상업상의 라이벌이었다.스트립린은 에어 스트리플린을 만든 AIL의 브랜드 이름이었다.마이크로스트립은 ITT에 의해 만들어졌다.이후, 브랜드명 트라이플레이트 아래의 유전체 충전 스트립플린은 샌더스 어소시에이츠에 의해 제조되었다.스트립플린은 유전체 충전 스트립플린의 총칭이 되었고 공기 스트립플라인 또는 부유 스트립플린은 현재 원래의 유형을 구별하는데 사용된다.^[74]

스트리플린은 처음에는 분산 문제 때문에 경쟁사보다 선호되었다.1960년대에 MICs에 소형 솔리드 스테이트 구성요소를 통합해야 하는 필요성이 균형을 마이크로스트립으로 바꾸었다.소형화는 마이크로스트립을 선호하는 것으로도 이어진다. 마이크로스트립의 단점은 소형화된 회로에서 그리 심하지 않기 때문이다.스트립라인(Stripline)은 넓은 밴드에 대한 작동이 필요한 경우에도 선택된다.^[75]첫 번째 평면 슬래브 유전체 선인 이미지 라인은 1952년 킹에 기인한다.^[76]킹은 처음에 반원형 영상선을 사용했는데, 이미 잘 연구된 원형 로드 유전체와 동등하게 되었다.^[77]최초의 평면 유전체 라인 타입인 슬롯라인은 1968년 쿤이 출시할 예정이다.^[78]코플라나 도파관은 1969년 원자바오 총리 때문이다.^[38]핀라인은 인쇄기술로서 1972년 마이어에 기인하지만,^[79] 로버슨이 훨씬 더 일찍(1955~56) 금속 삽입물로 핀라인과 같은 구조를 만들었다.로버트슨은 디플렉스(diplexers)와 쿠플러(coupler)를 위한 회로를 조작하고 핀라인(finline)이라는 용어를 만들었다.^[80]SIW는 히로카와와 안도가 1998년에 처음 기술했다.^[81]

처음에 평면형식으로 만들어진 부품은 보통 동축선과 커넥터로 서로 연결된 이산형 부품으로 만들어졌다.동일한 하우징 내의 평면 라인과 구성부품을 직접 연결함으로써 회로의 크기를 크게 줄일 수 있다는 것을 빠르게 깨달았다.이를 통해 하이브리드 MICs: 하이브리드라는 개념으로 이어졌다. 복합 구성 요소가 평면 라인과 함께 연결된 설계에 포함되었기 때문이다.1970년대 이후 소형화와 대량생산을 지원하기 위해 기본 평면형식의 새로운 변형이 크게 확산되었다.MMICs의 도입으로 추가적인 소형화가 가능해졌다.이 기술에서 평면 트랜스미션 라인은 집적회로 부품이 제조된 반도체 슬래브에 직접 통합된다.최초의 MMIC, X밴드 앰프는 1976년 플레시의 Pengely와 Turner 덕분이다.^[82]

회로 갤러리

평면 전송선으로 구성할 수 있는 많은 회로의 소량 선택은 그림에 나와 있다.그러한 회로는 분산형 소자 회로의 일종이다.방향 쿠플러의 마이크로스트립과 슬롯라인 타입은 각각 A와 B에 표시된다.^[83]일반적으로 스트립라인이나 마이크로스트립과 같은 전도선의 회로 형태는 슬롯라인이나 핀라인과 같은 유전체 라인에 도체와 절연체의 역할이 역전된 이중 형태를 가진다.두 가지 유형의 선폭은 반비례한다. 좁은 전도선은 높은 임피던스를 초래하지만 유전체 선에서는 낮은 임피던스를 초래한다.이중 회로의 또 다른 예로는 도체 형태의 C와 유전체 형태의 D에 표시된 커플링 라인으로 구성된 밴드패스 필터가 있다.^[84]

라인의 각 섹션은 커플링된 라인 필터에서 공명기의 역할을 한다.다른 종류의 공명기는 E의 SIW 대역 통과 필터에 표시된다.여기 도파관 중앙에 배치된 게시물이 공명기의 역할을 한다.^[85]항목 F는 해당 포트에 CPW와 슬롯라인 피드가 모두 혼합된 슬롯라인 하이브리드 링이다.이 회로의 마이크로스트립 버전은 링의 한 부분이 3/4 파장 길이로 되어야 한다.슬롯라인/CPW 버전에서는 슬롯라인 접점에 180° 위상 역전이 있기 때문에 모든 섹션이 1/4 파장이다.^[86]

참조

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