연성 인쇄 회로 기판을 위한 메쉬 접지층 및 메쉬 안테나 설계 및 분석 - 유슬기 (The Graduate School, Ajou University, 2022)
최신 전자기기는 갈수록 소형화와 다기능화에 대한 요구가 커지고 있다. 이에 따라 유전체의 두께는 얇아지고 고밀집 배선이 요구된다. 이로 인하여 임피던스 매칭과 배선 공간 부족의 문제가 생기게 된다. 또한, 모바일 단말기에는 기존의 4G 안테나와 추가적인 5G 안테나의 공존으로 인하여 안테나의 개수는 늘어나지만 최적의 통신 성능을 위한 안테나 배치와 내장될 공간의 부족이 문제로 떠오르고 있다. 이를 해결하기 위하여 특정 형태의 개구가 주기적으로 배열된 메쉬 구조가 활용되고 있다. 메쉬 구조는 개구 영역과 격자 형태의 도체 영역의 비율을 조정함으로써 전기적 특성을 조절 할수 있고, 플렉서블한 특성 및 시각적 투명성을 얻을 수 있는 장점이 있다. 그러나 개구 영역과 비 개구 영역간의 비대칭한 환경이 발생되고, 투명안테나를 위한 메쉬 구조가 안테나에 주는 영향에 대한 연구가 미비하다. 제2장에서는 single-ended가 메쉬 접지층으로 인한 전기적 특성 변화를 분석하고 메쉬 접지층의 비균일한 환경을 완화시키는 모델을 제안한다. 메쉬 접지층으로 임피던스 매칭 문제는 해결되었다. 그러나 메쉬 접지층의 구조상 선로가 개구 영역 위에 배선 되는 경우와 비 개구 영역 위에 배선된 경우, 그리고 중간에 걸친 경우에 따라서 비균일한 환경을 겪게 되어 각기 다른 전기적 특성을 가지게 된다. 그러므로 비균일한 환경을 완화시켜 선로 위치 간의 임피던스 차이를 개선하여 높은 배선 자유도를 갖게 한다. 제3장에서는 제2장에서 제안한 오프셋 메시 구조를 이용하여 고속 통신 시스템에서 필수적인 differential pair가 기존 메쉬 구조에서 겪는 비대칭적인 환경으로 인한 전기적 특성이 악화된 결과와 비교하여 개선됨을 보여준다. 마지막 4장에서는 투명안테나에 활용되는 메쉬 구조에 대한 설계 변수들이 안테나 성능에 미치는 영향을 분석하고, 투명도와 안테나 성능 사이의 관계를 조사한다. 본 논문의 결과는 소형화되는 전자기기의 배선 공간 부족 및 안테나 내장 공간 부족의 문제를 해결해주는데 유용하게 활용될 수 있으며, 얇은 유전체에서도 구현 가능하여 플렉서블한 특성을 구현할 수 있게 한다.
학위논문(박사)--아주대학교 일반대학원 :전자공학과,2022. 2
Keywords: FPCB; high speed interconnects; meshed antennas; meshed ground planes