PCB 마이크로스트립라인과 스트립라인 개념·구조·특성 비교

작성 기준일: 2026-10-11

마이크로스트립라인(Microstrip Line)과 스트립라인(Stripline)은 인쇄회로기판(PCB) 위에서 고주파(RF) 신호를 전달하는 대표적인 평면 전송선로입니다. 두 선로는 신호 도체와 접지면의 배치가 달라서 전파 방식, 손실, 차폐 특성이 달라집니다. 이 글에서는 두 선로의 개념과 구조, 임피던스를 결정하는 요소, 특성 차이를 정리합니다.

마이크로스트립라인과 스트립라인 (평면 전송선로)

개요

개발 배경: 마이크로파 회로는 처음에 동축케이블과 금속 도파관으로 구성했습니다. 이 방식은 부피가 크고 무거우며 제작비가 높아서, 얇은 기판 위에 도체 패턴만으로 선로를 만드는 평면 전송선로가 개발되었습니다.

발전: 스트립라인이 먼저 개발되었고, 이후 부품을 기판 윗면에 실장하기 쉬운 마이크로스트립라인이 널리 쓰이게 되었습니다. 현재는 이동통신 기지국, 안테나, 위성통신 모듈, 고속 디지털 PCB에서 두 선로를 목적에 맞게 함께 사용합니다.

개념

• 마이크로스트립라인 (Microstrip Line): 유전체 기판 윗면에 신호 도체(스트립)를, 아랫면에 접지면을 두고 윗면은 공기에 노출한 평면 전송선로.
• 스트립라인 (Stripline): 두 접지면 사이를 채운 유전체 내부에 신호 도체를 매립한 평면 전송선로.

특성 임피던스(Characteristic Impedance, Z0): 전송선로를 따라 진행하는 전압과 전류의 비율로, 선로 구조에 따라 정해지는 값임. 송신단·선로·부하의 임피던스가 같아야 신호가 반사되지 않고 전달되므로, 일반적으로 50Ω으로 설계함

사용 이유

RF 신호는 주파수가 높아 파장이 짧기 때문에 저주파 회로와 다른 방식으로 회로를 구성해야 함. 마이크로스트립라인과 스트립라인을 쓰는 이유는 다음과 같음

구분	고주파에서 생기는 문제	평면 전송선로의 대응
집중 소자의 한계	코일과 커패시터 같은 부품은 크기가 파장에 가까워지고, 부품 자체의 기생 인덕턴스·커패시턴스 때문에 값이 달라지며 일정 주파수 이상에서는 본래 특성을 잃음	도체 패턴의 길이와 폭으로 인덕턴스와 커패시턴스 성분을 만드는 분포 정수 회로 사용
완벽한 단락·개방 구현의 어려움	단락은 접지 연결 비아와 배선의 인덕턴스 때문에 완전한 0Ω이 되지 않고, 개방은 끝단의 프린징*(1)(가장자리) 커패시턴스와 방사 때문에 완전한 개방이 되지 않음	λ/4(파장의 1/4) 선로의 임피던스 변환 성질 이용. λ/4 개방 선로는 입력단에서 단락처럼, λ/4 단락 선로는 개방처럼 동작
신호 손실	표피 효과(전류가 도체 표면으로만 흐르는 현상)로 도체 저항이 증가하고, 유전체 손실과 불연속부의 방사 손실이 커짐	저손실 기판 선택, 선로 길이 최소화, 차폐가 필요한 곳은 스트립라인 사용
반사와 정합	선로 길이가 파장과 비슷해지면 임피던스가 다른 지점에서 신호가 반사되어 전달 전력이 감소	선폭과 유전체 두께로 특성 임피던스(50Ω)를 일정하게 유지

*(1) 프린징(Fringing, 가장자리 효과)

• 현상: 개방된 선로의 끝단에서는 전기장이 끝에서 멈추지 않고, 가장자리 바깥으로 퍼져 나가 접지면으로 이어짐
• 결과 ① 전기적으로 더 긴 선로: 퍼진 전기장은 끝단에 커패시턴스(프린징 커패시턴스)가 추가된 것과 같은 효과를 냄. 이 효과는 선로를 조금 더 이어 붙인 것과 같아서, 실제로는 끝나 있어도 전기적으로는 더 긴 선로처럼 동작함
• 결과 ② 방사 손실: 퍼진 전기장의 일부는 공기 중으로 방사되어 에너지가 손실됨
• 설계 대응: 필터나 스터브는 λ/4 같은 전기적 길이가 정확해야 동작하므로, 늘어난 만큼을 미리 빼고 선로를 짧게 만듦. 예를 들어 목표가 17.2mm이고 늘어난 효과가 0.3mm라면 17.2 − 0.3 = 16.9mm로 만듦(0.3mm는 설명을 위해 가정한 값). 늘어나는 길이는 선폭과 기판 두께에 따라 달라지며, 일반적으로 기판 두께의 절반 안팎임

파장은 신호가 지나가는 물질에 따라 달라짐. 주파수는 어디서나 같지만 전파 속도가 물질마다 다르기 때문임(파장 = 속도 ÷ 주파수). 공기나 진공에서는 광속으로 진행하고, 기판 같은 유전체 안에서는 광속을 √(유전율)로 나눈 값으로 느려져 그만큼 파장이 짧아짐. 마이크로스트립라인은 전기장이 기판과 공기에 걸쳐 있으므로 두 환경을 합친 유효 유전율(εeff)로 계산함.

예를 들어 2.4GHz 신호의 자유공간 파장은 약 125mm(3×10⁸ ÷ 2.4×10⁹)임. FR-4 기판의 마이크로스트립라인에서 유효 유전율을 약 3.3으로 가정하면 선로 위 파장은 약 69mm(125 ÷ √3.3), 1/4 파장은 약 17mm임. 필터와 스터브의 길이는 자유공간 파장이 아니라 이 선로 위 파장을 기준으로 계산하며, 유전율이 높은 기판일수록 같은 주파수에서 회로 크기가 작아짐. 이 길이는 PCB 패턴으로 쉽게 만들 수 있어서, 부품 대신 선로 패턴으로 필터·정합 회로·분배기를 구성함

개념도

주요 기술

특성 임피던스는 아래 요소로 결정되며, PCB 설계에서는 이 값을 조정해 원하는 임피던스를 만듦

구분	설명	임피던스에 미치는 영향
신호선 폭(W)	신호 도체의 가로 폭	폭이 넓을수록 임피던스 감소
유전체 두께(h, b)	마이크로스트립은 신호선과 접지면 사이의 두께(h), 스트립라인은 두 접지면 사이의 간격(b)	두께가 클수록 임피던스 증가
비유전율(εr)	기판 재료의 유전율(FR-4는 약 4.3~4.7, 테플론 계열은 약 2~3)	값이 클수록 임피던스 감소, 신호 속도 감소
도체 두께(t)	구리 박막의 두께	두꺼울수록 임피던스 소폭 감소, 도체 손실 감소

마이크로스트립라인의 유효 유전율(εeff)은 기판과 공기가 섞인 환경을 반영한 값이며 1과 εr 사이에 있음. 임피던스와 신호 속도는 이 값으로 계산함(Pozar, Microwave Engineering).

주요 특징

구분	장점	한계
마이크로스트립라인	기판 윗면에 구성해 부품 실장과 측정, 튜닝이 쉽고 제작비가 낮음	전자기장 일부가 공기 중에 퍼져 방사 손실과 인접 선로 간 간섭(크로스토크)이 발생하고, 주파수가 높아질수록 신호 속도가 변하는 분산이 생김
스트립라인	접지면이 위아래를 감싸 차폐가 우수하고 방사와 크로스토크가 적으며, 균일한 유전체 속에서 분산이 거의 없음	내층에 있어 접근과 튜닝이 어렵고, 부품 연결에 비아(층간 연결 구멍)가 필요하며 다층 기판 제작비가 증가
공통	얇은 평면 구조로 소형·경량이며 PCB 공정으로 대량 생산 가능	선폭과 유전체 두께 오차가 임피던스 변동으로 이어져 제조 공차 관리가 필요

사용되는 곳

1) RF 수신 경로(안테나 ~ 필터 ~ LNA): 안테나가 받은 신호는 매우 약해서 이 구간의 손실이 시스템 성능에 직접 영향을 줌. 필터와 선로 같은 수동 소자의 손실은 그대로 잡음지수(NF, 수신기가 신호에 더하는 잡음의 정도)에 더해지므로, 안테나와 LNA(저잡음 증폭기) 사이에서 1dB의 손실이 생기면 수신기 전체 잡음지수가 약 1dB 나빠짐. 그래서 이 구간에는 임피던스가 제어되고 손실이 낮은 마이크로스트립라인을 사용함

2) 평면 RF 회로 소자: 대역통과 필터, 전력 분배기, 임피던스 정합 회로, 패치 안테나와 급전선을 도체 패턴만으로 만듦. 부품을 따로 실장하지 않아 고주파에서 부품의 기생 성분 영향이 없고, PCB 공정으로 동일한 특성을 대량 생산할 수 있음

3) 다층 PCB 배선: 표층에서는 부품 실장과 측정이 쉬운 마이크로스트립라인을, 내층에서는 차폐가 필요한 신호에 스트립라인을 사용함. 두 층 사이는 비아로 연결하며, 이 천이 구간에서 임피던스가 어긋나지 않도록 설계해야 함

마이크로스트립라인과 스트립라인 비교

비교 항목	마이크로스트립라인	스트립라인
구조	기판 윗면에 신호선, 아랫면에 접지면(윗면은 공기)	두 접지면 사이 유전체 내부에 신호선 매립
전파 모드	준 TEM 모드(공기와 유전체를 함께 통과해 완전한 TEM 모드가 아님)	TEM 모드(균일한 유전체로 채워짐)
분산 특성	주파수가 높아질수록 유효 유전율이 증가해 분산 발생	이론상 분산 없음
차폐·크로스토크	외부에 노출되어 방사와 간섭에 취약	접지면 사이에 위치해 차폐 우수
제작·실장 용이성	단층 기판으로 제작과 부품 실장이 쉬움	다층 기판이 필요하고 비아 천이 구조 설계 필요

기술 동향·개선 사항·활용

• 동향·개선: 5G 밀리미터파처럼 주파수가 높아지면 마이크로스트립라인의 방사 손실이 커져, 저손실 기판(PTFE, LTCC)과 기판 일체형 도파관(SIW, 기판 안에 금속 비아 벽으로 도파관을 구성한 방식), 코플래너 도파관(CPW, 신호선 양옆에 접지를 둔 구조)을 함께 사용함
• 활용: 마이크로스트립라인은 안테나 급전선, 필터, 커플러, 증폭기 정합 회로에 쓰이고, 스트립라인은 다층 PCB 내층의 고속 신호선과 높은 격리도가 필요한 필터·결합기에 쓰임

용어 설명

• 마이크로스트립라인(Microstrip Line) : 기판 윗면에 신호선, 아랫면에 접지면을 둔 평면 전송선로
• 스트립라인(Stripline) : 두 접지면 사이 유전체 내부에 신호선을 묻은 평면 전송선로
• 특성 임피던스(Characteristic Impedance, Z0) : 선로를 따라 진행하는 전압과 전류의 비율로 선로 구조가 정하는 값
• 유전율(Permittivity, εr) : 물질이 전기장을 얼마나 저장하는지 나타내는 값
• 표피 효과(Skin Effect) : 고주파 전류가 도체 표면으로만 흐르는 현상
• 프린징(Fringing) : 선로 끝단에서 전기장이 바깥으로 퍼져 나가는 가장자리 효과
• 크로스토크(Crosstalk) : 인접 선로 사이에서 신호가 새어 들어가는 간섭 현상
• 비아(Via) : PCB 층 사이를 연결하는 구멍
• SIW(Substrate Integrated Waveguide, 기판 일체형 도파관) : 기판 안에 금속 비아 벽으로 도파관을 구성한 방식
• CPW(Coplanar Waveguide, 코플래너 도파관) : 신호선 양옆에 접지를 같은 면에 둔 구조
• LNA(Low Noise Amplifier, 저잡음 증폭기) : 약한 수신 신호를 잡음을 적게 더하며 증폭하는 장치

참고 출처

• David M. Pozar, Microwave Engineering (4th ed.), Wiley
• Wikipedia, Microstrip
• Wikipedia, Stripline