실��콘 반도체 기판상에서 주기적인 3차원 결합구조를 가지는 코프레너 선로에 대한 손씄특성 연구 (Loss characteristic of coplanar waveguide employing periodic 3D coupling structures on silicon semiconducting substrate)

본 연구에서는 주기적인 3D 결합구조를 가지는 코프레너 선로를 실��콘 박막상에 제작하였으며, 다양한 이론적∙실험적 방법을 통하여 선로에 대한 손씄특성 및 Q factor값에 대한 광범위한 물리적 특성에 대해 연구하였다. 손씄특성 측정결과에 의하면 3D 결합구조를 가지는 코프레너 선로는 종래의 코프레너 선로에 비해 상당히 양호한 손씄특성을 보였다. 구체적으로 10 ~ 50 GHz의 범위에서 종래의 코프레너 선로의 삽입손실은 λ/4 길이에 대해 1.61 ~ 2.46 dB인 반면, 3D 결합구조를 가지는 코프레너 선로의 삽입손실은 0.715 ~ 1.38 dB이었다. 30 GHz의 주파수에서 종래의 코프레너 선로의 Q factor값은 3.3인 반면, 3D 결합구조를 가지는 코프레너 선로의 Q factor값은 6.0 ~ 8.1이었다. 등가회로 분석에 의하면, 높은 값의 3D 결합용량 Cp에 의한 개선된 bypass 특성이 본 연구에서 제안한 선로의 손씄특성을 크게 개선하였다.

In this study, we fabricated a coplanar waveguide employing periodic 3D coupling structures (CWP3DCS) on a silicon substrate and investigated the loss and quality factor (Q-factor) characteristics using theoretical and experimental methods. According to the measured results for the loss characteristic, CWP3DCS demonstrated a good loss characteristic compared with the conventional transmission line. Concretely, the conventional transmission line with a length of λ/4 showed insertion loss values of 1.61–2.46 dB in the frequency range of 10–50 GHz, whereas the CWP3DCS showed insertion loss values of 0.715–1.38 dB in the same frequency range. The Q-factor of the conventional transmission line was 3.3 at 30 GHz, whereas CWP3DCS exhibited Q-factor values of 6.0–8.1. According to an analysis of equivalent circuits, a high value of 3D coupling capacitance improved the bypass characteristic, which greatly improved the loss characteristic of the proposed transmission line.