The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회논문지)

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Ku-Band Transitions between Microstrip and Substrate Integrated Waveguide and Microstrip and Hollow Substrate Integrated Waveguide

Ku-대역 마이크로스트립-SIW 및 마이크로스트립-HSIW 천이 구조

  • Hong, Sung-June (Department of Radio and Information Communications Engineering, Chungnam National University) ;
  • Kim, Seil (Department of Radio and Information Communications Engineering, Chungnam National University) ;
  • Lee, Min-Pyo (Department of Radio and Information Communications Engineering, Chungnam National University) ;
  • Lim, Jun-Su (Department of Radio and Information Communications Engineering, Chungnam National University) ;
  • Kim, Dong-Wook (Department of Radio and Information Communications Engineering, Chungnam National University)
  • 홍성준 (충남대학교 전파정보통신공학과) ;
  • 김세일 (충남대학교 전파정보통신공학과) ;
  • 이민표 (충남대학교 전파정보통신공학과) ;
  • 임준수 (충남대학교 전파정보통신공학과) ;
  • 김동욱 (충남대학교 전파정보통신공학과)
  • Received : 2018.11.15
  • Accepted : 2019.01.30
  • Published : 2019.02.28
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Abstract

In this paper, we present a microstrip-to-substrate integrated waveguide(SIW) transition and microstrip-to-hollow SIW(HSIW) transition for Ku-band satellite communication systems. For the complete utilization of the HSIW, a structure filled with air instead of a dielectric material, a microstrip-to-HSIW transition is designed, fabricated, and compared with a microstrip-to-SIW transition. A back-to-back microstrip-to-SIW transition is measured in the range 12~18 GHz; it exhibits a return loss ${\geq}20dB$ and an insertion loss of $1.5{\pm}0.2dB$. In contrast, a back-to-back microstrip-to-HSIW transition exhibits a return loss of at least 15 dB and an insertion loss of $0.55{\pm}0.2dB$ in the same frequency range.

본 논문에서는 위성통신 대역인 Ku-대역에서 사용할 수 있는 마이크로스트립 선로 입출력의 기판 집적 도파관 및 빈 공간 기판 집적 도파관의 천이 구조를 제공한다. 기판 집적 도파관의 유전체 부분을 제거한 빈 공간 기판 집적 도파관의 효율적 활용을 위해 마이크로스트립 선로로의 천이 구조를 설계 및 제작하고, 그 결과를 기판 집적 도파관 천이 구조와 비교하였다. Back-to-back 구조의 마이크로스트립 선로 입출력의 기판 집적 도파관 천이 구조는 12~18 GHz에서 20 dB 이상의 반사 손실과 $1.5{\pm}0.2dB$의 삽입 손실이 측정되었고, back-to-back 구조의 빈 공간 기판 집적 도파관 천이 구조는 15 dB의 반사 손실과 $0.55{\pm}0.2dB$의 삽입 손실이 측정되었다.

Keywords

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그림 1. 기판 집적 도파관 Fig. 1. Substrate integrated waveguide.

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그림 2. 빈 공간 기판 집적 도파관 Fig. 2. Hollow substrate integrated waveguide.

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그림 3. 마이크로스트립-SIW 천이 구조 Fig. 3. Microstrip-to-SIW transition.

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그림 4. Back-to-back 마이크로스트립-SIW 천이 구조의 S 파라미터 시뮬레이션 결과 Fig. 4. Simulated S-parameter results of the back-to-back microstrip-to-SIW transition.

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그림 5. 마이크로스트립-HSIW의 천이 구조 Fig. 5. Microstrip-to-HSIW transition.

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그림 6. 대칭적으로 배치한 C-cutting된 비아 홀 Fig. 6. Symmetrically-located C-cut via-holes at the interface of the microstrip line and HSIW.

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그림 7. Back-to-back 마이크로스트립-HSIW 천이 구조의 S 파라미터 시뮬레이션 결과 Fig. 7. Simulated S-parameter results of the back-to-back microstrip-to-HSIW transition.

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그림 8. 제작된 back-to-back 마이크로스트립-SIW 천이 구조 Fig. 8. Fabricated back-to-back microstrip-to-SIW transition.

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그림 9. 제작된 back-to-back 마이크로스트립-HSIW 천이 구조 Fig. 9. Fabricated back-to-back microstrip-to-HSIW transition.

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그림 10. Back-to-back 마이크로스트립-SIW 천이 구조의 S 파라미터 시뮬레이션 및 측정 결과 Fig. 10. Simulated and measured S-parameters of the backto- back microstrip-to-SIW transition.

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그림 11. Back-to-back 마이크로스트립-HSIW 천이 구조의 S 파라미터 시뮬레이션 및 측정 결과 Fig. 11. Simulated and measured S-parameters of the backto-back microstrip-to-HSIW transition.

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그림 12. Back-to-back 마이크로스트립-SIW 천이 구조와 마이크로스트립-HSIW 천이 구조의 S 파라미터 측정 결과 비교 Fig. 12. Comparison of the measured S-parameters of the back-to-back microstrip-to-SIW transition and backto-back microstrip-to-HSIW transition.

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그림 13. Back-to-back 마이크로스트립-SIW 천이 구조의 측정 결과와 손실 탄젠트 값이 0.0033인 경우의 back-to-back 마이크로스트립-SIW 천이 구조의 S 파라미터 시뮬레이션 결과의 비교 Fig. 13. Comparison of the measured S-parameters of the fabricated back-to-back microstrip-to-SIW transition and the simulated S-parameters of the back-to-back microstrip-to-SIW transition with the loss tangent of 0.0033.

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그림 14. 실제 제작된 back-to-back 마이크로스트립-HSIW 천이 구조의 테이퍼 부분 및 시뮬레이션 모델 Fig. 14. Tapering part of the fabricated back-to-back microstrip- to-HSIW transition and its simulation model.

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그림 15. PCB 공정 오차를 고려한 back-to-back 마이크로스트립-HSIW 천이 구조의 S 파라미터 시뮬레이션 결과와 측정 결과 Fig. 15. Simulated S-parameters of the back-to-back microstrip-to-HSIW transition with PCB process tolerance and measured S-parameters of the fabricated backto-back microstrip-to-HSIW transition.

표 1. 마이크로스트립-SIW 천이 구조 설계 목표 Table 1. Design goals of the microstrip-to-SIW transition.

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표 2. 마이크로스트립-SIW 천이 구조에 사용한 최적화된 설계 변수의 값 Table 2. Optimized geometrical design parameters of the microstrip-to-SIW transition.

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표 3. 마이크로스트립-HSIW 천이 구조 설계 목표 Table 3. Design goals of the microstrip-to-HSIW transition.

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표 4. 마이크로스트립-HSIW 천이 구조에 사용한 최적화 된 설계 변수의 값 Table 4. Optimized geometrical design parameters of the microstrip-to-HSIW transition. Parameters Value [mm] Parameters

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표 5. 기존 발표된 back-to-back 마이크로스트립-SIW 천이 구조 결과와 본 논문의 결과 비교 Table 5. Comparison of the previously published back-toback microstrip-to-SIW transition results and our work.

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표 6. 기존 발표된 back-to-back 마이크로스트립-HSIW 천이 구조 결과와 본 논문의 결과 비교 Table 6. Comparison of the previously published back-to-back microstrip-to-HSIW transition results and our work.

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