기판집적 도파관 (Substrate Integrated Waveguide)
한 줄 정의: 유전체 기판 내부에 금속 비아 열을 배열해 도파관과 유사한 전자기파 전송 특성을 구현한 평면형 전송선로입니다.
쉽게 풀면
기판집적 도파관(SIW)은 기존의 부피가 큰 금속 도파관을 얇은 회로 기판 안에 압축해 넣은 구조라고 생각하면 됩니다. 기판 위아래를 금속판으로 감싸고, 양옆은 촘촘한 금속 비아(via) 기둥으로 벽을 세워서 파동이 그 안에서만 흐르도록 가둡니다. 이렇게 하면 도파관의 낮은 손실 특성을 유지하면서도 인쇄회로기판(PCB) 공정으로 저렴하게 제작할 수 있습니다.
왜 중요한가
고주파·밀리미터파 회로에서 저손실 전송선로가 필요한데, 기존 도파관은 부피가 크고 조립이 까다롭습니다. SIW는 이런 문제를 해결하여 소형화된 마이크로파 및 밀리미터파 시스템 설계에 널리 채택됩니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
"제안된 SIW 필터는 비아 간격을 최적화하여 60GHz 대역에서 낮은 삽입 손실을 달성하였다."
SIW 구조가 밀리미터파 대역 필터 설계에 적용된 사례입니다.
"SIW 기반 슬롯 안테나 배열을 평면 회로 공정으로 일체형 제작하여 시스템 통합성을 높였다."
SIW가 안테나와 급전 회로를 하나의 기판에 통합하는 데 활용된 예입니다.
조금 더 깊게 보면
SIW의 비아 간격과 비아 지름은 전자기파 누설을 막는 조건을 만족하도록 설계되며, 일반적으로 비아 간격이 파장에 비해 충분히 작아야 합니다. 전파 모드는 사각형 도파관의 TE10 모드와 유사하게 동작하며, 등가 폭 계산식을 통해 실제 금속 도파관과 특성을 매칭시킵니다.
주의할 점
SIW는 원리적으로 사각형 도파관의 특정 모드만 구현하므로 완전한 3차원 도파관을 대체하지는 못하며, 비아 배열 정밀도가 손실 특성에 큰 영향을 줍니다.