KR102133543B1 - Apparatus and method for analyzing metal-insulator-metal waveguide in tera hertz band - Google Patents

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KR102133543B1 KR1020190042907A KR20190042907A KR102133543B1 KR 102133543 B1 KR102133543 B1 KR 102133543B1 KR 1020190042907 A KR1020190042907 A KR 1020190042907A KR 20190042907 A KR20190042907 A KR 20190042907A KR 102133543 B1 KR102133543 B1 KR 102133543B1
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Abstract

테라 헤르츠 대역에서 금속-절연체-금속 도파관을 해석하는 장치 및 방법이 개시된다. 개시된 도파관 해석 장치는 도파관의 형태에 따라 고유하게 결정되는 분산 방정식의 해를 산출하여 도파관을 해석한다. 테라 헤르츠 대역에서 복소수 값을 가지는 금속의 유전율을 고려하여 유전율의 실수값만을 고려하여 해의 초기값을 설정하고, 유전율의 허수부는 값을 증가시키며 정확한 해를 찾는다.An apparatus and method for analyzing a metal-insulator-metal waveguide in the terahertz band is disclosed. The disclosed waveguide analysis apparatus analyzes the waveguide by calculating a solution of a dispersion equation uniquely determined according to the shape of the waveguide. In the terahertz band, the initial value of the solution is set by considering only the real value of the dielectric constant in consideration of the dielectric constant of a metal having a complex number value, and the imaginary part of the dielectric constant increases the value to find an accurate solution.

Description

테라 헤르츠 대역에서 금속-절연체-금속 도파관을 해석하는 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ANALYZING METAL-INSULATOR-METAL WAVEGUIDE IN TERA HERTZ BAND}Apparatus and method for analyzing metal-insulator-metal waveguides in the terahertz band {APPARATUS AND METHOD FOR ANALYZING METAL-INSULATOR-METAL WAVEGUIDE IN TERA HERTZ BAND}

하기의 실시예들은 테라 헤르츠 대역에서 금속-절연체-금속 도파관을 해석하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 해당 금속-절연체-금속 도파관의 경계조건으로부터 유도되는 분산 방정식의 해를 산출하여 금속-절연체-금속 도파관을 해석하는 장치 및 방법에 관한 것이다.The following examples relate to an apparatus and method for analyzing a metal-insulator-metal waveguide in the terahertz band, specifically, a metal-by calculating the solution of the dispersion equation derived from the boundary conditions of the metal-insulator-metal waveguide An apparatus and method for analyzing an insulator-metal waveguide.

테라 헤르츠(THz) 대역에서 슬릿(Slit)이나 어퍼쳐(aperture)를 이용한 전자기파의 전송에 대한 연구가 다수 진행되고 있다. 이 중에서도 금속과 절연체가 번갈아 가며 구성된 금속-절연체-금속 도파관(Metal-Insulator-Metal Waveguide, MIMW)은 불연속, 다중 접합 구조에서의 반사 및 전송 효과를 연구하기 위해 널리 사용되고 있다.In the terahertz (THz) band, many studies have been conducted on the transmission of electromagnetic waves using slits or apertures. Among these, a metal-insulator-metal waveguide (MIMW) composed of alternating metals and insulators is widely used to study reflection and transmission effects in discontinuous, multiple junction structures.

금, 은, 알루미늄 및 구리와 같은 실제 금속의 유전율은 복소수이며, 유전율의 실수부는 일반적으로 플라즈마 주파수와 마이크로파 주파수 이하의 테라헤르츠파 대역에서 음의 값이다. 주파수가 감소하고 마이크로파 대역에 접근하면 그 실수부의 절대값은 증가하는데, 마이크로파 대역에서 전도 효과가 지배적이어서 이 때, 금속은 완벽한 전기 전도체(PEC)로 간주될 수 있다. 이러한 경우, 내부 전기 전도체 전자기장은 이고, 이때 MIMW는 평행 판 도파관(Parallel Plate Waveguide, PPW)로 간주될 수 있다.The dielectric constant of real metals such as gold, silver, aluminum and copper is complex, and the real part of the dielectric constant is generally negative in the terahertz wave band below the plasma frequency and microwave frequency. As the frequency decreases and the microwave band approaches, the absolute value of its real part increases, and the conduction effect is dominant in the microwave band, so that the metal can be considered a perfect electrical conductor (PEC). In this case, the internal electric conductor electromagnetic field is, where MIMW can be considered as a Parallel Plate Waveguide (PPW).

MIMW를 구성하는 금속의 다양한 상대 유전율, 금속 사이의 거리 등에 따라서 전파 모드가 논의될 수 있다. MIMW에서 전파 모드를 해석하기 위해서는 MIMW의 특성을 결정하는 분산 방정식의 해를 산출해야 하나, 테라 헤르츠 환경에서는 유전율의 허수부의 절대값은 급격히 증가하여 분산 방정식의 해를 산출하는 것은 어렵다.Propagation modes can be discussed according to various relative permittivity of metals constituting MIMW, distances between metals, and the like. In order to analyze the propagation mode in MIMW, it is necessary to calculate the solution of the dispersion equation that determines the characteristics of MIMW, but in the terahertz environment, it is difficult to calculate the solution of the dispersion equation because the absolute value of the imaginary part of the dielectric constant increases rapidly.

하기의 실시예들은 테라 헤르츠 영역에서 금속-절연체-금속 도파관을 해석하는 것을 목적으로 한다.The following examples aim to analyze metal-insulator-metal waveguides in the terahertz region.

하기의 실시예들은 금속-절연체-금속 도파관의 분산 방정식의 복소수 해를 산출하는 것을 목적으로 한다.The following examples aim to calculate a complex number solution of the dispersion equation of a metal-insulator-metal waveguide.

예시적 실시예에 따르면, 테라 헤르츠 영역에서 금속-절연체-금속 도파관에 대한 이산화된 연속 스펙트럼의 해를 찾기 위한 해석장치에 있어서, 금속, 절연체, 금속이 하나의 주기에 포함되어 반복 배열되는 금속-절연체-금속 도파관에 포함된 두 개의 금속 사이의 간격 및 상기 금속의 두께를 각각 입력받고, 상기 금속의 유전율 및 상기 금속 사이의 절연체의 유전율을 각각 입력받는 도파관 파라미터 수신부, 상기 금속의 유전율의 실수부만을 이용하여 상기 금속-절연체-금속 도파관에 대한 분산 방정식의 임시해를 산출하는 방정식 풀이부, 상기 산출된 해를 이용하여 상기 분산 방정식의 오차를 산출하는 오차 산출부 및 상기 오차를 미리 결정된 임계값과 비교하고, 그 결과에 따라 상기 분산 방정식의 임시해를 최종해로 결정하는 결정부를 포함하는 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치가 제공된다.According to an exemplary embodiment, in an analysis apparatus for finding a solution of a discretized continuous spectrum for a metal-insulator-metal waveguide in the terahertz region, a metal, an insulator, and a metal that are repeatedly arranged in a period of time- Waveguide parameter receiving unit receiving the distance between the two metals included in the insulator-metal waveguide and the thickness of the metal, and receiving the dielectric constant of the metal and the dielectric constant of the insulator between the metals, and the real part of the dielectric constant of the metal An equation solving unit for calculating a temporary solution of the dispersion equation for the metal-insulator-metal waveguide by using only, an error calculating unit for calculating an error of the dispersion equation using the calculated solution, and a predetermined threshold value for the error And an analysis device for a metal-insulator-metal waveguide including a crystal part for determining a temporary solution of the dispersion equation as a final solution according to the results.

여기서, 상기 결정부는 상기 계산된 오차의 절대값이 상기 미리 결정된 임계값 이하라면 상기 임시해를 상기 최종 해로 결정할 수 있다.Here, the determination unit may determine the temporary solution as the final solution if the absolute value of the calculated error is less than or equal to the predetermined threshold.

그리고, 상기 금속의 유전율의 허수부의 절대값을 증가시켜 상기 금속의 유전율을 업데이트하는 유전율 업데이트부를 더 포함하고, 상기 방정식 풀이부는 상기 업데이트된 금속의 유전율을 이용하여 상기 분산 방정식의 임시해를 재산출할 수 있다.And, further comprising a dielectric constant update unit for updating the dielectric constant of the metal by increasing the absolute value of the imaginary part of the dielectric constant of the metal, and the equation solving unit recalculates the temporary solution of the dispersion equation using the updated dielectric constant of the metal Can.

또한, 상기 금속-절연체-금속 도파관의 분산 방정식은 하기 수학식 1에 따라 정의될 수 있다.In addition, the dispersion equation of the metal-insulator-metal waveguide may be defined according to Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112019037609548-pat00001
Figure 112019037609548-pat00001

여기서,

Figure 112019037609548-pat00002
는 절연체에서 n번째 횡방향 전파 상수이고,
Figure 112019037609548-pat00003
은 금속에서 n번째 횡방향 전파 상수이다.
Figure 112019037609548-pat00004
은 금속의 상대 유전율(relative permittivities)이고,
Figure 112019037609548-pat00005
는 절연체의 상대 유전율이다.
Figure 112019037609548-pat00006
는 절연체의 두께의 절반을 나타내고,
Figure 112019037609548-pat00007
는 금속의 두께의 절반을 나타낸다.
Figure 112019037609548-pat00008
는 z축을 따른 진행 방향의 n번째 전파 상수이고,
Figure 112019037609548-pat00009
는 주파수에 2
Figure 112019037609548-pat00010
를 곱한 값이고,
Figure 112019037609548-pat00011
는 투자율이다.here,
Figure 112019037609548-pat00002
Is the nth transverse propagation constant in the insulator,
Figure 112019037609548-pat00003
It is the nth transverse propagation constant in silver metal.
Figure 112019037609548-pat00004
The relative permittivities of silver metal,
Figure 112019037609548-pat00005
Is the relative dielectric constant of the insulator.
Figure 112019037609548-pat00006
Denotes half the thickness of the insulator,
Figure 112019037609548-pat00007
Represents half the thickness of the metal.
Figure 112019037609548-pat00008
Is the nth propagation constant in the direction of travel along the z axis,
Figure 112019037609548-pat00009
Is on the frequency 2
Figure 112019037609548-pat00010
Multiplied by,
Figure 112019037609548-pat00011
Is the permeability.

또 다른 예시적 실시예에 따르면, 테라 헤르츠 영역에서 금속-절연체-금속 도파관에 대한 이산화된 연속 스펙트럼의 해를 찾기 위한 해석 방법에 있어서, 스펙트럼 해석 장치가 금속, 절연체, 금속이 하나의 주기에 포함되어 반복 배열되는 금속-절연체-금속 도파관에 포함된 두 개의 금속 사이의 간격 및 상기 금속의 두께를 각각 입력받는 단계, 상기 스펙트럼 해석 장치가 상기 금속의 유전율 및 상기 금속 사이의 절연체의 유전율을 각각 입력받는 단계, 상기 스펙트럼 해석 장치가 상기 금속의 유전율의 실수부만을 이용하여 상기 금속-절연체-금속 도파관에 대한 분산 방정식의 임시해를 산출하는 단계, 상기 산출된 해를 이용하여 상기 분산 방정식의 오차를 산출하는 단계, 및 상기 오차를 미리 결정된 임계값과 비교하고, 그 결과에 따라 상기 분산 방정식의 임시해를 최종해로 결정하는 단계를 포함하는 금속-절연체-금속 도파관의 해석 방법이 제공된다.According to another exemplary embodiment, in an analysis method for finding a solution of a discretized continuous spectrum for a metal-insulator-metal waveguide in the terahertz region, the spectrum analysis device includes a metal, an insulator, and a metal in one cycle A metal-insulator-metal waveguide that is repeatedly arranged, and receiving the distance between the two metals included in the metal waveguide and the thickness of the metal, respectively, and the spectrum analysis device inputs the dielectric constant of the metal and the dielectric constant of the insulator between the metals, respectively. Receiving, the spectral analysis device calculating a temporary solution of the dispersion equation for the metal-insulator-metal waveguide using only the real part of the dielectric constant of the metal, and using the calculated solution to calculate the error of the dispersion equation A method of analyzing a metal-insulator-metal waveguide is provided, comprising calculating, and comparing the error with a predetermined threshold, and determining a temporary solution of the variance equation as a final solution according to the result.

여기서, 상기 분산 방정식의 임시해를 최종해로 결정하는 단계는, 상기 계산된 오차의 절대값이 상기 미리 결정된 임계값 이하라면 상기 임시해를 상기 최종 해로 결정할 수 있다.Here, in the step of determining the temporary solution of the variance equation as the final solution, if the absolute value of the calculated error is less than or equal to the predetermined threshold, the temporary solution may be determined as the final solution.

그리고, 상기 금속의 유전율의 허수부의 절대값을 증가시켜 상기 금속의 유전율을 업데이트하는 단계를 더 포함하고, 상기 분산 방정식의 임시해를 산출하는 단계는 상기 업데이트된 금속의 유전율을 이용하여 상기 분산 방정식의 임시해를 재산출할 수 있다.And, further comprising the step of updating the dielectric constant of the metal by increasing the absolute value of the imaginary part of the dielectric constant of the metal, and calculating the temporary solution of the dispersion equation is the dispersion equation using the dielectric constant of the updated metal Can temporarily recalculate

또한, 상기 금속-절연체-금속 도파관의 분산 방정식은 하기 수학식 2에 따라 정의될 수 있다.In addition, the dispersion equation of the metal-insulator-metal waveguide may be defined according to Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112019037609548-pat00012
Figure 112019037609548-pat00012

여기서,

Figure 112019037609548-pat00013
는 절연체에서 n번째 횡방향 전파 상수이고,
Figure 112019037609548-pat00014
은 금속에서 n번째 횡방향 전파 상수이다.
Figure 112019037609548-pat00015
은 금속의 상대 유전율(relative permittivities)이고,
Figure 112019037609548-pat00016
는 절연체의 상대 유전율이다.
Figure 112019037609548-pat00017
는 절연체의 두께의 절반을 나타내고,
Figure 112019037609548-pat00018
는 금속의 두께의 절반을 나타낸다.
Figure 112019037609548-pat00019
는 z축을 따른 진행 방향의 n번째 전파 상수이고,
Figure 112019037609548-pat00020
는 주파수에 2
Figure 112019037609548-pat00021
를 곱한 값이고,
Figure 112019037609548-pat00022
는 투자율이다.here,
Figure 112019037609548-pat00013
Is the nth transverse propagation constant in the insulator,
Figure 112019037609548-pat00014
It is the nth transverse propagation constant in silver metal.
Figure 112019037609548-pat00015
The relative permittivities of silver metal,
Figure 112019037609548-pat00016
Is the relative dielectric constant of the insulator.
Figure 112019037609548-pat00017
Denotes half the thickness of the insulator,
Figure 112019037609548-pat00018
Represents half the thickness of the metal.
Figure 112019037609548-pat00019
Is the nth propagation constant in the direction of travel along the z axis,
Figure 112019037609548-pat00020
Is on the frequency 2
Figure 112019037609548-pat00021
Multiplied by,
Figure 112019037609548-pat00022
Is the permeability.

하기의 실시예들에 따르면, 테라 헤르츠 영역에서 금속-절연체-금속 도파관을 해석할 수 있다.According to the following examples, it is possible to analyze a metal-insulator-metal waveguide in the terahertz region.

하기의 실시예들에 따르면, 금속-절연체-금속 도파관의 분산 방정식의 복소수 해를 산출할 수 있다.According to the following examples, a complex number solution of the dispersion equation of the metal-insulator-metal waveguide can be calculated.

도 1은 예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 경계 조건을 설명하는 도면이다.
도 3은 예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 4는 예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 해석 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.
도 5는 또 다른 예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치의 구조를 도시한 블록도이다.
도 6은 또 다른 예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 해석 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.1 is a diagram showing the structure of a metal-insulator-metal waveguide according to an exemplary embodiment.
Fig. 2 is a view for explaining boundary conditions of a metal-insulator-metal waveguide according to an exemplary embodiment.
Fig. 3 is a block diagram showing a structure of an apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide according to an exemplary embodiment.
Fig. 4 is a flow chart illustrating step-by-step an analysis method of a metal-insulator-metal waveguide according to an exemplary embodiment.
Fig. 5 is a block diagram showing a structure of an apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide according to another exemplary embodiment.
Fig. 6 is a flow chart illustrating step-by-step an analysis method of a metal-insulator-metal waveguide according to another exemplary embodiment.

이하, 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 구조를 도시한 도면이다.1 is a diagram showing the structure of a metal-insulator-metal waveguide according to an exemplary embodiment.

도 1의 (a)는 해당 도파관을 위에서 비스듬히 바라본 도면이고, 도 1의 (b)는 해당 도파관은 측면에서 수직으로 바라본 도면이다.1(a) is a view of the waveguide obliquely viewed from above, and FIG. 1(b) is a view of the waveguide viewed vertically from the side.

도 1의 (a) 및 도 1의 (b)를 참고하면, 금속-절연체-금속 도파관은 두께(10)가 2h인 금속(131, 132)이 2g(120)의 간격을 두고 반복적으로 배치되는 형상을 가진다. 도 1의 (a)에서, TM 모드의 전자기파는 z축을 따라 전파한다. 분석의 편의를 위하여 도파관을 구성하는 각각의 금속판은 y축 "?璲* z축 방향으로 무한히 연장된다고 가정한다. 또한, 도 1의 (a)에서 개시된 구조는 2(g+h)의 주기를 가지고 x축 방향으로도 무한히 연장된다고 가정한다.1 (a) and 1 (b), the metal-insulator-metal waveguide is a metal (131, 132) having a thickness (10) of 2h is disposed repeatedly at intervals of 2g (120). It has a shape. In FIG. 1(a), the electromagnetic wave in the TM mode propagates along the z axis. For convenience of analysis, it is assumed that each metal plate constituting the waveguide extends infinitely in the y-axis “?璲* z-axis direction. In addition, the structure disclosed in FIG. 1(a) has a period of 2(g+h). It is assumed that it extends infinitely in the x-axis direction.

일측에 따르면, 금속(131, 132) 사이의 절연체(133)는 진공(vacuum)일 수 있다.According to one side, the insulator 133 between the metals 131 and 132 may be a vacuum.

도 2는 예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 경계 조건을 설명하는 도면이다.Fig. 2 is a view for explaining boundary conditions of a metal-insulator-metal waveguide according to an exemplary embodiment.

도 2의 (a)는 하나의 금속판을 대상으로 전계와 자계를 분석한 도면이고, 도2의 (b)는 일정한 간격으로 배치되어 금속-절연체-금속 도파관을 구성한 금속판을 대상으로 전계와 자계를 분석한 도면이다.FIG. 2(a) is a diagram of analyzing an electric field and a magnetic field with respect to one metal plate, and FIG. 2(b) shows electric and magnetic fields with respect to a metal plate that is disposed at regular intervals and constitutes a metal-insulator-metal waveguide. It is an analyzed drawing.

도 2의 (a)에서는, 두께가 2d이고, y축과 z축 방향으로 무한히 연장된 금속판을 가정한다.In Fig. 2A, a metal plate having a thickness of 2d and extending infinitely in the y-axis and z-axis directions is assumed.

Figure 112019037609548-pat00023
인 경우에, 전계와 자계는 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019037609548-pat00023
In the case of, the electric field and the magnetic field may be expressed as Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112019037609548-pat00024
Figure 112019037609548-pat00024

여기서,

Figure 112019037609548-pat00025
는 y축 방향의 자계이고,
Figure 112019037609548-pat00026
는 z축 방향의 전계이다.
Figure 112019037609548-pat00027
는 임의의 상수이다.
Figure 112019037609548-pat00028
는 절연체에서의 n번째 횡방향 전파 상수(transverse propagation constant)이다.
Figure 112019037609548-pat00029
는 각 주파수이고,
Figure 112019037609548-pat00030
는 매질에서의 비유전율을 포함한 유전율을 나타낸다.here,
Figure 112019037609548-pat00025
Is the magnetic field in the y-axis direction,
Figure 112019037609548-pat00026
Is the electric field in the z-axis direction.
Figure 112019037609548-pat00027
Is an arbitrary constant.
Figure 112019037609548-pat00028
Is the nth transverse propagation constant in the insulator.
Figure 112019037609548-pat00029
Is the angular frequency,
Figure 112019037609548-pat00030
Indicates the dielectric constant, including the relative dielectric constant in the medium.

또한,

Figure 112019037609548-pat00031
인 경우에, 전계와 자계는 아래 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.Also,
Figure 112019037609548-pat00031
In the case of, the electric field and the magnetic field may be expressed as Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure 112019037609548-pat00032
Figure 112019037609548-pat00032

여기서,

Figure 112019037609548-pat00033
은 금속에서의 n번째 횡방향 전파 상수이다.here,
Figure 112019037609548-pat00033
It is the nth transverse propagation constant in silver metal.

Figure 112019037609548-pat00034
에서, 전계
Figure 112019037609548-pat00035
의 연속성을 고려하면, 아래 수학식 3을 얻을 수 있다.
Figure 112019037609548-pat00034
In, electric field
Figure 112019037609548-pat00035
Considering the continuity of, Equation 3 below can be obtained.

[수학식 3][Equation 3]

Figure 112019037609548-pat00036
Figure 112019037609548-pat00036

여기서,

Figure 112019037609548-pat00037
은 영역 1(진공)에서의 굴절률이고,
Figure 112019037609548-pat00038
는 영역2(금속)에서의 굴절률이다.here,
Figure 112019037609548-pat00037
Is the refractive index in region 1 (vacuum),
Figure 112019037609548-pat00038
Is the refractive index in region 2 (metal).

도 2의 (b)와 같이, 도 2의 (a)에 도시된 금속 판이 주기적으로 반복되는 경우 y축 방향의 자계는 아래 수학식 4, 5와 같이 표현할 수 있다.2(b), when the metal plate shown in FIG. 2(a) is periodically repeated, the magnetic field in the y-axis direction may be expressed as Equations 4 and 5 below.

1)

Figure 112019037609548-pat00039
인 영역에서,One)
Figure 112019037609548-pat00039
In the phosphorus area,

[수학식 4][Equation 4]

Figure 112019037609548-pat00040
Figure 112019037609548-pat00040

여기서,

Figure 112019037609548-pat00041
는 임의의 상수이고,
Figure 112019037609548-pat00042
는 금속에서의
Figure 112019037609548-pat00043
번째 횡방향 전파 상수이다.here,
Figure 112019037609548-pat00041
Is an arbitrary constant,
Figure 112019037609548-pat00042
In the metal
Figure 112019037609548-pat00043
The second transverse propagation constant.

2)

Figure 112019037609548-pat00044
인 영역에서,2)
Figure 112019037609548-pat00044
In the phosphorus area,

[수학식 5][Equation 5]

Figure 112019037609548-pat00045
Figure 112019037609548-pat00045

여기서,

Figure 112019037609548-pat00046
이다.
Figure 112019037609548-pat00047
는 절연체에서의 유전율이고,
Figure 112019037609548-pat00048
금속에서의 유전율이다.here,
Figure 112019037609548-pat00046
to be.
Figure 112019037609548-pat00047
Is the dielectric constant in the insulator,
Figure 112019037609548-pat00048
It is the dielectric constant in metal.

각 영역에서,

Figure 112019037609548-pat00049
이므로, z축방향의전계
Figure 112019037609548-pat00050
는 아래 수학식 6, 7과 같이 얻을 수 있다.In each area,
Figure 112019037609548-pat00049
Therefore, the electric field in the z-axis direction
Figure 112019037609548-pat00050
Can be obtained as in Equations 6 and 7 below.

1)

Figure 112019037609548-pat00051
인 영역에서,One)
Figure 112019037609548-pat00051
In the phosphorus area,

[수학식 6][Equation 6]

Figure 112019037609548-pat00052
Figure 112019037609548-pat00052

2)

Figure 112019037609548-pat00053
인 영역에서,2)
Figure 112019037609548-pat00053
In the phosphorus area,

[수학식 7][Equation 7]

Figure 112019037609548-pat00054
Figure 112019037609548-pat00054

도 2의 (b)에 도시된 도파관은 2(g+h)를 주기로 반복되는 특성이 있으므로, 아래 수학식 8의 관계를 가진다.Since the waveguide shown in FIG. 2(b) has a characteristic that is repeated at a period of 2(g+h), it has a relationship of Equation 8 below.

[수학식 8][Equation 8]

Figure 112019037609548-pat00055
Figure 112019037609548-pat00055

수학식 6, 7, 및 수학식 8을 참고하면, 하기 수학식 9를 도출할 수 있다.Referring to Equations 6, 7, and 8, the following Equation 9 can be derived.

[수학식 9][Equation 9]

Figure 112019037609548-pat00056
Figure 112019037609548-pat00056

여기서,

Figure 112019037609548-pat00057
를 대입하면, 하기 수학식 10을 얻을 수 있다.here,
Figure 112019037609548-pat00057
By substituting, Equation 10 below can be obtained.

[수학식 10][Equation 10]

Figure 112019037609548-pat00058
Figure 112019037609548-pat00058

이를 정리하고, 도 1에 도시된 도파관의 파라미터를 대입하면, 아래 수학식 11을 얻을 수 있다.When this is summarized and the parameters of the waveguide shown in FIG. 1 are substituted, Equation 11 below can be obtained.

[수학식 11][Equation 11]

Figure 112019037609548-pat00059
Figure 112019037609548-pat00059

여기서, 여기서,

Figure 112019037609548-pat00060
는 절연체에서 n번째 횡방향 전파 상수이고,
Figure 112019037609548-pat00061
은 금속에서 n번째 횡방향 전파 상수이다.
Figure 112019037609548-pat00062
은 금속의 상대 유전율(relative permittivities)이고,
Figure 112019037609548-pat00063
는 절연체의 상대 유전율이다.
Figure 112019037609548-pat00064
는 절연체의 두께의 절반을 나타내고,
Figure 112019037609548-pat00065
는 금속의 두께의 절반을 나타낸다.
Figure 112019037609548-pat00066
는 z축을 따른 진행 방향의 n번째 전파 상수이고,
Figure 112019037609548-pat00067
는 주파수에 2
Figure 112019037609548-pat00068
를 곱한 값이고,
Figure 112019037609548-pat00069
는 투자율이다.Here, here,
Figure 112019037609548-pat00060
Is the nth transverse propagation constant in the insulator,
Figure 112019037609548-pat00061
It is the nth transverse propagation constant in silver metal.
Figure 112019037609548-pat00062
The relative permittivities of silver metal,
Figure 112019037609548-pat00063
Is the relative dielectric constant of the insulator.
Figure 112019037609548-pat00064
Denotes half the thickness of the insulator,
Figure 112019037609548-pat00065
Represents half the thickness of the metal.
Figure 112019037609548-pat00066
Is the nth propagation constant in the direction of travel along the z axis,
Figure 112019037609548-pat00067
Is on the frequency 2
Figure 112019037609548-pat00068
Multiplied by,
Figure 112019037609548-pat00069
Is the permeability.

상기 수학식 11과 같이 정의된 방정식을 금속-절연체-금속 도파관에 대한 분산 방정식(dispersion equation)이라 하며, 분산 방정식의 해를 구하는 것이 곧 금속-절연체-금속 도파관을 해석하는 것이라고 간주된다.The equation defined as Equation 11 is referred to as a dispersion equation for a metal-insulator-metal waveguide, and it is considered that the solution of the dispersion equation is an analysis of a metal-insulator-metal waveguide.

예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 수학식 11의 분산방정식의 해를 산출하여 주어진 금속-절연체-금속 도파관을 해석한다.The apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide according to an exemplary embodiment analyzes a given metal-insulator-metal waveguide by calculating the solution of the dispersion equation of Equation (11).

도 3은 예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치의 구조를 도시한 블록도이다.Fig. 3 is a block diagram showing a structure of an apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide according to an exemplary embodiment.

예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 도파관 파라미터 수신부(310), 방정식 풀이부(320), 오차 산출부(330), 결정부(340) 및 유전율 업데이트부(350)를 포함한다.The apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide according to an exemplary embodiment includes a waveguide parameter receiving unit 310, an equation solving unit 320, an error calculating unit 330, a determining unit 340, and a dielectric constant updating unit 350. Includes.

도파관 파라미터 수신부(310)는 금속, 절연체, 금속이 하나의 주기에 포함되어 반복 배열되는 금속-절연체-금속 도파관에 포함된 두 개의 금속 사이의 간격 및 금속의 두께를 각각 입력받고, 금속의 유전율 및 금속 사이의 절연체의 유전율을 각각 입력받는다. 일측에 따르면, 금속 사이의 절연체는 진공(vacuum)일 수 있다.The waveguide parameter receiving unit 310 receives the distance between the two metals included in the metal-insulator-metal waveguide in which the metal, the insulator, and the metal are repeatedly arranged in one cycle and the thickness of the metal, respectively, and the dielectric constant of the metal and The dielectric constants of the insulators between the metals are respectively input. According to one side, the insulator between the metals may be a vacuum.

일측에 따르면, 금속-절연체-금속 도파관은 테라 헤르츠 영역에서 동작할 수 있으며, 이 주파수 대역에서 금속의 유전율은 복소수일 수 있다. 금속-절연체-금속 도파관을 구성하는 금속의 재질이 각각 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al)인 경우에 각 주파수 대역에서의 상대 유전율을 하기의 표에 정리하였다.According to one side, the metal-insulator-metal waveguide can operate in the terahertz region, and the dielectric constant of the metal in this frequency band can be a complex number. When the materials of the metal constituting the metal-insulator-metal waveguide are silver (Ag), copper (Cu), and aluminum (Al), the relative permittivity in each frequency band is summarized in the table below.

[표 1][Table 1]

Figure 112019037609548-pat00070
Figure 112019037609548-pat00070

수학식 11에 정의된 분산 방정식에서,

Figure 112019037609548-pat00071
,
Figure 112019037609548-pat00072
을 제외한 모든 인자들은 금속-절연체-금속 도파관과 관련된 상수들이고, 도파관 파라미터 수신부를 이용하여 수신할 수 있다. 다만, 금속의 상대 유전율이 복소수값을 가지므로, 분산 방정식의 해를 구하는 것은 쉽지 않으며, 이하에서 설명하는 방법과 같이 초기값으로부터 반복적인 계산을 통해 정확한 해로 접근해야만 한다.In the variance equation defined in equation (11),
Figure 112019037609548-pat00071
,
Figure 112019037609548-pat00072
All factors except are constants related to the metal-insulator-metal waveguide, and can be received using the waveguide parameter receiver. However, since the relative permittivity of metals has a complex number value, it is not easy to obtain a solution of the dispersion equation, and it is necessary to approach the correct solution through repetitive calculations from initial values as described below.

방정식 풀이부(320)는 해당 주파수 대역에서 금속-절연체-금속 도파관을 구성하는 금속의 상대 유전율 중에서 실수부만을 이용하여 금속-절연체-금속 도파관에 대한 분산 방정식의 임시해를 산출한다.The equation solving unit 320 calculates the temporary solution of the dispersion equation for the metal-insulator-metal waveguide using only the real part among the relative permittivity of the metals constituting the metal-insulator-metal waveguide in the corresponding frequency band.

방정식 풀이부(320)는 금속의 상대 유전율

Figure 112019037609548-pat00073
중에서 실수부만을 분산방정식에 대입하고, 절연체의 상대 유전율
Figure 112019037609548-pat00074
, 절연체의 두께의 절반인
Figure 112019037609548-pat00075
, 금속의 두께의 절반인
Figure 112019037609548-pat00076
를 분산 방정식에 대입하여 연립하여 풀수 있는 2개의 방정식을 도출할 수 있다.The equation solution part 320 is the relative permittivity of the metal
Figure 112019037609548-pat00073
Among them, only the real part is substituted into the dispersion equation, and the relative dielectric constant of the insulator
Figure 112019037609548-pat00074
, Which is half the thickness of the insulator
Figure 112019037609548-pat00075
, Which is half the thickness of the metal
Figure 112019037609548-pat00076
We can derive two equations that can be solved by substituting them into the variance equation.

방정식 풀이부(320)는 도출된 2개의 방정식을 연립하여 절연체의 n번째 횡방향 전파 상수

Figure 112019037609548-pat00077
와 금속의 n번째 횡방향 전파 상수
Figure 112019037609548-pat00078
를 포함하는 임시해를 도출할 수 있다.The equation-solving part 320 connects the two derived equations to the n-th transverse propagation constant of the insulator
Figure 112019037609548-pat00077
And metal nth transverse propagation constants
Figure 112019037609548-pat00078
It is possible to derive a temporary solution containing.

방정식 풀이부(320)가 산출한 임시해는 금속의 상대 유전율 중에서 실수부만을 이용한 것이므로, 정확한 값이 아니다. 그러나, 정확한 값을 구하기 위한 초기값으로 사용될 수는 있다.The temporary solution calculated by the equation solving unit 320 is not an accurate value since only the real part is used among the relative permittivity of the metal. However, it can be used as an initial value to obtain an accurate value.

오차 산출부(330)는 방정식 풀이부(320)가 산출한 임시해를 이용하여 분산 방정식의 오차를 산출할 수 있다. 일측에 따르면, 오차 산출부(330)는 분산 방정식을 하기 수학식 12와 변형하여 오차 함수를 생성하고, 오차 함수에 임시해를 입력하여 오차를 산출할 수 있다.The error calculator 330 may calculate the error of the variance equation using the temporary solution calculated by the equation solution unit 320. According to one side, the error calculator 330 may generate an error function by transforming the variance equation with Equation 12 below, and calculate an error by inputting a temporary solution to the error function.

[수학식 12][Equation 12]

Figure 112019037609548-pat00079
Figure 112019037609548-pat00079

여기서,

Figure 112019037609548-pat00080
은 오차 함수의 값이다.here,
Figure 112019037609548-pat00080
Is the value of the error function.

결정부(340)는 산출된 오차를 미리 결정된 임계값과 비교하고, 그 결과에 따라 분산 방정식의 임시해를 최종해로 결정한다. 일측에 따르면, 계산된 오차의 절대값이 미리 결정된 임계값 이하라면, 결정부(430)는 임시해를 최종해로 결정할 수 있다.The determination unit 340 compares the calculated error with a predetermined threshold value, and determines the temporary solution of the variance equation as the final solution according to the result. According to one side, if the absolute value of the calculated error is less than or equal to a predetermined threshold, the determination unit 430 may determine the temporary solution as the final solution.

계산된 오차의 절대값이 미리 결정된 임계값보다 더 큰 값이라면, 유전율 업데이트부(350)는 금속-절연체-금속 도파관을 구성하는 금속의 유전율의 허수부의 절대값을 증가시켜 금속의 유전율을 업데이트할 수 있다. 일측에 따르면, 유전율 업데이트부(350)는 미리 결정된 스텝의 크기만큼 금속의 유전율 중 허수부의 절대값을 증가시킬 수 있다.If the absolute value of the calculated error is greater than a predetermined threshold, the dielectric constant updater 350 updates the dielectric constant of the metal by increasing the absolute value of the imaginary part of the dielectric constant of the metal constituting the metal-insulator-metal waveguide. Can. According to one side, the dielectric constant update unit 350 may increase the absolute value of the imaginary part of the dielectric constant of the metal by a predetermined step size.

방정식 풀이부(320)는 업데이트된 금속의 유전율을 이용하여 분산 방정식의 임시해를 재산출할 수 있다. 이 경우, 오차 산출부(330)는 재산출된 임시해를 이용하여 오차를 재산출하고, 결정부(340)는 재산출된 오차와 미리 결정된 임계값을 비교하여 임시해를 최종해로 결정할 수 있다.The equation solving unit 320 may recalculate the temporary solution of the dispersion equation using the updated dielectric constant of the metal. In this case, the error calculating unit 330 recalculates the error using the recalculated temporary solution, and the determination unit 340 compares the recalculated error with a predetermined threshold to determine the temporary solution as the final solution. have.

도 4는 예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 해석 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.Fig. 4 is a flow chart illustrating step-by-step an analysis method of a metal-insulator-metal waveguide according to an exemplary embodiment.

단계(410)에서 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 금속, 절연체, 금속이 하나의 주기에 포함되어 반복 배열되는 금속-절연체-금속 도파관에 포함된 두 개의 금속 사이의 간격 및 금속의 두께를 각각 입력받는다.In step 410, the apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide is configured to determine the thickness of a metal and the spacing between two metals included in a metal-insulator-metal waveguide in which metals, insulators, and metals are repeatedly arranged in one cycle. Each is received.

단계(420)에서 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 금속의 유전율 및 금속 사이의 절연체의 유전율을 각각 입력받는다. 일측에 따르면, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 금속 사이의 절연체를 진공(vacuum)으로 가정하고, 절연체의 유전율을 입력 받는 것은 생략할 수도 있다.In step 420, the analysis device for the metal-insulator-metal waveguide receives the dielectric constant of the metal and the dielectric constant of the insulator between the metals, respectively. According to one side, the apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide assumes an insulator between metals as a vacuum, and receiving the dielectric constant of the insulator may be omitted.

단계(430)에서 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 금속의 유전율 중에서 실수부만을 이용하여 금속-절연체-금속 도파관에 대한 분산 방정식의 임시해를 산출할 수 있다.In step 430, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide may calculate a temporary solution of the dispersion equation for the metal-insulator-metal waveguide using only the real part of the dielectric constant of the metal.

일측에 따르면, 금속-절연체-금속 도파관에 대한 분산 방정식은 수학식 11과 같이 정의될 수 있고, 금속-절연체-금속 도파관이 동작하는 주파수 대역에서 금속의 유전율은 표 1에 기재된 바와 같이 복소수일 수 있다. 이 경우에, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 금속의 유전율 중에서 실수부만을 고려하여 분산 방정식의 임시해를 산출할 수 있다.According to one side, the dispersion equation for the metal-insulator-metal waveguide may be defined as in Equation 11, and the dielectric constant of the metal in the frequency band in which the metal-insulator-metal waveguide operates may be a complex number as described in Table 1. have. In this case, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide can calculate the temporary solution of the dispersion equation considering only the real part of the dielectric constant of the metal.

단계(440)에서 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 산출된 분산 방정식의 해를 이용하여 분산 방정식의 오차를 산출할 수 있다. 일측에 따르면, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 수학식 12와 같이 분산 방정식을 변형하여 오차 함수를 생성할 수 있다. 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 단계(430)에서 산출된 분산 방정식의 임시해를 오차 함수에 대입하여 임시해에 따른 오차를 산출할 수 있다.In step 440, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide may calculate an error of the dispersion equation using the solution of the calculated dispersion equation. According to one side, the apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide may generate an error function by transforming a dispersion equation as in Equation (12). The apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide may calculate the error according to the temporary solution by substituting the temporary solution of the dispersion equation calculated in step 430 into the error function.

단계(450)에서 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 산출된 오차를 미리 결정된 임계값과 비교한다. 계산된 오차의 절대값이 미리 결정된 임계값 이하라면, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 단계(470)에서 임시해를 최종해로 결정할 수 있다.In step 450, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide compares the calculated error with a predetermined threshold. If the absolute value of the calculated error is less than or equal to a predetermined threshold, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide may determine the temporary solution as the final solution in step 470.

계산된 오차의 절대값이 미리 결정된 임계값보다 더 큰 값이라면, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 단계(460)에서 금속-절연체-금속 도파관을 구성하는 금속의 유전율의 허수부의 절대값을 증가시켜 금속의 유전율을 업데이트할 수 있다. 일측에 따르면, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 미리 결정된 스텝의 크기만큼 금속의 유전율 중 허수부의 절대값을 증가시킬 수 있다. 이 경우에, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 단계(430)에서 업데이트된 금속의 유전율을 이용하여 분산 방정식의 임시해를 재산출할 수 있다. 이 경우, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 단계(440)에서 재산출된 임시해를 이용하여 오차를 재산출하고, 단계(450)에서 재산출된 오차와 미리 결정된 임계값을 다시 비교할 수 있다.If the absolute value of the calculated error is greater than a predetermined threshold, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide determines the absolute value of the imaginary part of the dielectric constant of the metal constituting the metal-insulator-metal waveguide in step 460. By increasing the dielectric constant of the metal can be updated. According to one side, the apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide can increase the absolute value of the imaginary part of the dielectric constant of the metal by a predetermined step size. In this case, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide may recalculate the temporary solution of the variance equation using the permittivity of the metal updated in step 430. In this case, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide can recalculate the error using the temporary solution recalculated in step 440, and compare the error recalculated in step 450 with a predetermined threshold again. have.

도 5는 또 다른 예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치의 구조를 도시한 블록도이다.Fig. 5 is a block diagram showing a structure of an apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide according to another exemplary embodiment.

예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 도파관 파라미터 수신부(510), 초기화부(520), 인덱스 업데이트부(530), 허수부 증가부(540), 해집합 도출부(550), 판단부(560), 최종해 결정부(570) 및 증가량 재조정부(580)를 포함할 수 있다.The apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide according to an exemplary embodiment includes a waveguide parameter receiving unit 510, an initialization unit 520, an index updating unit 530, an imaginary unit increasing unit 540, and a solution set derivation unit 550 ), a determination unit 560, a final solution determination unit 570 and an increase amount readjustment unit 580.

도파관 파라미터 수신부(510)는 금속, 절연체, 금속이 하나의 주기에 포함되어 반복 배열되는 금속-절연체-금속 도파관에 포함된 두 개의 금속 사이의 간격 및 금속의 두께를 각각 입력받고, 금속의 유전율 및 금속 사이의 절연체의 유전율을 각각 입력받는다.The waveguide parameter receiving unit 510 receives the distance between the two metals included in the metal-insulator-metal waveguide in which the metal, the insulator, and the metal are repeatedly arranged in one cycle and the thickness of the metal, respectively, and the dielectric constant of the metal and The dielectric constants of the insulators between the metals are respectively input.

초기화부(520)는 수신된 도파관 파라미터에 기초하여 해의 초기값을 산출한다. 일측에 따르면, 초기화부(520)는 금속의 상대 유전율

Figure 112019037609548-pat00081
중에서 실수부만을 상대 유전율의 초기값으로 결정하고, 상대 유전율의 초기값을 하기 수학식 13에 대입하여 분산 방정식의 해집합
Figure 112019037609548-pat00082
의 초기값을 산출할 수 있다.The initialization unit 520 calculates an initial value of the solution based on the received waveguide parameters. According to one side, the initialization unit 520 is a relative dielectric constant of the metal
Figure 112019037609548-pat00081
Among them, only the real part is determined as the initial value of the relative dielectric constant, and the initial value of the relative dielectric constant is substituted into Equation 13 below to solve the dispersion equation.
Figure 112019037609548-pat00082
The initial value of can be calculated.

[수학식 13][Equation 13]

Figure 112019037609548-pat00083
Figure 112019037609548-pat00083

수학식 13은 수학식 11을 방정식의 형태로 변형한 것으로, 예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 상대 유전율이 실수부만을 가지는 경우를 가정하여 수학식 13에 기재된 방적식에 대해서

Figure 112019037609548-pat00084
를 만족하는 해집합
Figure 112019037609548-pat00085
의 초기값을 산출할 수 있다. 일측에 따르면, 초기화부(520)는 인덱스
Figure 112019037609548-pat00086
을 '0'으로 초기화할 수 있다.Equation 13 is a modification of Equation 11 in the form of an equation, and the apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide according to an exemplary embodiment is based on the spinning equation described in Equation 13 assuming that the relative dielectric constant has only a real part. about
Figure 112019037609548-pat00084
Solution set that satisfies
Figure 112019037609548-pat00085
The initial value of can be calculated. According to one side, the initialization unit 520 is an index
Figure 112019037609548-pat00086
Can be initialized to '0'.

인덱스 업데이트부(530)는 반복적 계산을 수행하기 위한 인덱스를 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 인덱스 업데이트부는 인덱스

Figure 112019037609548-pat00087
을
Figure 112019037609548-pat00088
과 같이 업데이트할 수 있다.The index update unit 530 may update an index for performing iterative calculation. For example, the index update unit is an index
Figure 112019037609548-pat00087
of
Figure 112019037609548-pat00088
Can be updated as follows.

허수부 증가부(540)는 상대 유전율

Figure 112019037609548-pat00089
의 허수부를 미리 결정된 증가량 만큼 증가시킨다. 일측에 따르면, 허수부 증가부(540)는 하기 수학식 14에 따라서 상대 유전율의 허수부를 증가시킬 수 있다.The imaginary part increasing part 540 has a relative permittivity
Figure 112019037609548-pat00089
Increases the imaginary part of the amount by a predetermined increase. According to one side, the imaginary part increasing part 540 may increase the imaginary part of the relative dielectric constant according to Equation 14 below.

[수학식 14][Equation 14]

Figure 112019037609548-pat00090
Figure 112019037609548-pat00090

수학식 14에 따르면, 상대 유전율

Figure 112019037609548-pat00091
의 허수부는 허수부의 크기의 1/N 만큼 증가한다.According to Equation 14, relative permittivity
Figure 112019037609548-pat00091
The imaginary part of increases by 1/N of the size of the imaginary part.

해집합 도출부(550)는 허수부가 증가된 상대 유전율

Figure 112019037609548-pat00092
을 수학식 13에 기재된 방정식에 대입하고, 허수부가 증가된 상대 유전율
Figure 112019037609548-pat00093
에 기초하여 수학식 13에 기재된 방정식의 해를 도출하여 해집합
Figure 112019037609548-pat00094
를 업데이트 한다. 해집합 도출부(550)가 도출한 방정식의 해는 수학식 13에 기재된 방정식의 임시해이다.The solution set derivation part 550 has a relative permittivity with an increased imaginary part
Figure 112019037609548-pat00092
Substituting into the equation in Equation 13, the relative permittivity with increased imaginary part
Figure 112019037609548-pat00093
Set the solution by deriving the solution of the equation in equation (13) based on
Figure 112019037609548-pat00094
Update it. The solution of the equation derived by the solution set derivation unit 550 is a temporary solution of the equation described in equation (13).

판단부(560)는 업데이트된 해집합이 수렴된 것인지 여부를 판단한다. 일측에 따르면, 판단부(560)는 임시해의 허수부의 크기가 제1 임계값 이하인 경우 또는 임시해의 실수부에 대한 임시해의 허수부의 비율이 제2 임계값 이하인 경우 임시해가 수렴한 것으로 판단할 수 있다.The determination unit 560 determines whether the updated solution set is converged. According to one side, the determination unit 560 converges the temporary solution when the size of the imaginary part of the temporary solution is less than or equal to the first threshold or when the ratio of the imaginary part of the temporary solution to the real part of the temporary solution is less than or equal to the second threshold. I can judge.

임시해가 수렴한 것으로 판단된 경우, 인덱스 업데이트부(530)는 인덱스를 다시 증가시키고, 허수부 증가부(540)는 미리 결정된 증가량 만큼 상대 유전율

Figure 112019037609548-pat00095
의 허수부를 다시 증가시킨다. 해집합 도출부(550)는 허수부의 크기가 추가적으로 증가된 상대 유전율
Figure 112019037609548-pat00096
에 기초하여 해집합
Figure 112019037609548-pat00097
을 도출하고, 도출된 해집합을 이용하여 임시해를 업데이트할 수 있다.When it is determined that the temporary solution converges, the index update unit 530 increases the index again, and the imaginary unit increase unit 540 increases the relative dielectric constant by a predetermined increase amount.
Figure 112019037609548-pat00095
Increases the imaginary part of it again. The solution set derivation unit 550 has a relative dielectric constant in which the size of the imaginary part is additionally increased.
Figure 112019037609548-pat00096
Set based on
Figure 112019037609548-pat00097
Is derived, and the temporary solution can be updated using the derived solution set.

판단부(560)는 반복 계산이 미리 정해진 횟수(N번)에 도달하였는지 여부를 판단할 수 있다. 만약 반복 계산의 횟수가 미리 정해진 횟수에 도달하였다면, 최종해 결정부(570)는 반복 계산을 통해 업데이트된 임시해를 최종해로 결정할 수 있다.The determination unit 560 may determine whether the repetition calculation has reached a predetermined number of times (N times). If the number of iteration calculations has reached a predetermined number of times, the final solution determination unit 570 may determine the updated temporary solution as the final solution through iteration calculations.

만약 임시해가 수렴하지 않고, 발산한 것으로 판단된 경우에, 증가량 재조정부(580)는 미리 결정된 증가량의 크기를 재조정할 수 있다. 예를 들어, 1번째 반복 계산(상대 유전율

Figure 112019037609548-pat00098
의 허수부가 1/N배 만큼 증가한 경우)에서 임시해가 수렴하였으나, 2번째 반복 계산(상대 유전율
Figure 112019037609548-pat00099
의 허수부가 2/N배 만큼 증가한 경우)에서 임시해가 수렴하지 못할 수 있다. 이 경우에, 증가량 재조정부(580)는 상대 유전율
Figure 112019037609548-pat00100
이 다음 계산에서 0.5/N배 만큼 증가하도록 허수부의 증가량을 재조정할 수 있다.If the temporary solution does not converge and is judged to have diverged, the increase amount re-adjustment unit 580 may re-adjust the size of the predetermined increase amount. For example, the first iteration calculation (relative permittivity)
Figure 112019037609548-pat00098
The temporary solution converged in the case where the imaginary part of the case increases by 1/N times), but the second iteration calculation (relative permittivity)
Figure 112019037609548-pat00099
The temporary solution may fail to converge in the case where the imaginary part of (is increased by 2/N times). In this case, the incremental readjustment unit 580 has a relative permittivity.
Figure 112019037609548-pat00100
In this next calculation, the increase in the imaginary part can be readjusted to increase by 0.5/N times.

이 경우에, 허수부 증가부(540)는 임시해가 수렴하였던 상대 유전율(허수부가 1/N배 만큼 증가한 경우)로부터 허수부를 증가시킬 수 있다. 예를 들어 재조정된 증가량이 0.5/N배인 경우, 이전에 수렴하였던 1/N배로부터 0.5/N배 증가하여 다음 계산에서는 허수부가 1.5/N배 증가한 상대 유전율

Figure 112019037609548-pat00101
이 수학식 13에 기재된 방정식에 대입될 수 있다.In this case, the imaginary part increasing part 540 may increase the imaginary part from the relative dielectric constant (when the imaginary part increases by 1/N times) that the temporary solution converged. For example, if the readjusted increase is 0.5/N times, the relative dielectric constant increased by 0.5/N times from the previously converged 1/N times to increase the imaginary part by 1.5/N times.
Figure 112019037609548-pat00101
It can be substituted into the equation described in equation (13).

일측에 따르면, 허수부의 증가량을 재조정하였으나, 또 다시 수렴하지 않은 경우에, 증가량 재조정부는 이전 증가량인 0.5/N 보다 작은 값인 0.25/N 등으로 증가량을 재조정할 수 있다.According to one side, when the increase amount of the imaginary part is readjusted, and if it does not converge again, the increase amount re-adjustment part may readjust the increase amount to 0.25/N, which is less than the previous increase amount of 0.5/N.

도 6은 또 다른 예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 해석 방법을 단계별로 설명한 순서도이다.Fig. 6 is a flow chart illustrating step-by-step an analysis method of a metal-insulator-metal waveguide according to another exemplary embodiment.

단계(610)에서, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 금속, 절연체, 금속이 하나의 주기에 포함되어 반복 배열되는 금속-절연체-금속 도파관에 포함된 두 개의 금속 사이의 간격 및 금속의 두께를 각각 입력받는다.In step 610, the apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide includes a gap between two metals included in a metal-insulator-metal waveguide in which metals, insulators, and metals are repeatedly arranged in one cycle. Respectively.

단계(611)에서, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 금속의 유전율 및 금속 사이의 절연체의 유전율을 각각 입력받는다.In step 611, the device for analyzing the metal-insulator-metal waveguide receives the dielectric constant of the metal and the dielectric constant of the insulator between the metals, respectively.

단계(620)에서, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 수신된 도파관 파라미터에 기초하여 해의 초기값을 산출한다. 일측에 따르면, 초기화부(520)는 금속의 상대 유전율

Figure 112019037609548-pat00102
중에서 실수부만을 상대 유전율의 초기값으로 결정하고, 상대 유전율의 초기값을 상기 수학식 13에 대입하여 분산 방정식의 해집합
Figure 112019037609548-pat00103
의 초기값을 산출할 수 있다.In step 620, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide calculates the initial value of the solution based on the received waveguide parameters. According to one side, the initialization unit 520 is a relative dielectric constant of the metal
Figure 112019037609548-pat00102
Among them, only the real part is determined as the initial value of the relative dielectric constant, and the initial value of the relative dielectric constant is substituted into Equation 13 to solve the dispersion equation.
Figure 112019037609548-pat00103
The initial value of can be calculated.

수학식 13은 수학식 11을 방정식의 형태로 변형한 것으로, 예시적 실시예에 따른 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 단계(620)에서, 상대 유전율이 실수부만을 가지는 경우를 가정하여 수학식 13에 기재된 방적식에 대해서

Figure 112019037609548-pat00104
를 만족하는 해집합
Figure 112019037609548-pat00105
의 초기값을 산출할 수 있다. 일측에 따르면, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 단계(620)에서 반복 계산에 대한 인덱스
Figure 112019037609548-pat00106
을 '0'으로 초기화할 수 있다.Equation 13 is a modification of Equation 11 in the form of an equation, and the apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide according to an exemplary embodiment is performed in step 620, assuming that the relative dielectric constant has only a real part. About the spinning formula described in Equation 13
Figure 112019037609548-pat00104
Solution set that satisfies
Figure 112019037609548-pat00105
The initial value of can be calculated. According to one side, the apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide is an index for the iterative calculation in step 620
Figure 112019037609548-pat00106
Can be initialized to '0'.

단계(630)에서, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 반복적 계산을 수행하기 위한 인덱스를 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 인덱스 업데이트부는 인덱스

Figure 112019037609548-pat00107
을
Figure 112019037609548-pat00108
과 같이 업데이트할 수 있다.In step 630, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide may update the index for performing the iterative calculation. For example, the index update unit is an index
Figure 112019037609548-pat00107
of
Figure 112019037609548-pat00108
Can be updated as follows.

단계(640)에서, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 상대 유전율

Figure 112019037609548-pat00109
의 허수부를 미리 결정된 증가량 만큼 증가시킨다. 일측에 따르면, 허수부 증가부(540)는 상기 수학식 14에 따라서 상대 유전율의 허수부를 증가시킬 수 있다.In step 640, the device for analyzing the metal-insulator-metal waveguide is relative dielectric constant
Figure 112019037609548-pat00109
Increases the imaginary part of the amount by a predetermined increase. According to one side, the imaginary part increasing part 540 may increase the imaginary part of the relative dielectric constant according to Equation (14).

단계(650)에서, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 허수부가 증가된 상대 유전율

Figure 112019037609548-pat00110
을 수학식 13에 기재된 방정식에 대입하고, 허수부가 증가된 상대 유전율
Figure 112019037609548-pat00111
에 기초하여 수학식 13에 기재된 방정식의 해를 도출하여 해집합
Figure 112019037609548-pat00112
를 업데이트 한다. 해집합 도출부(550)가 도출한 방정식의 해는 수학식 13에 기재된 방정식의 임시해이다.In step 650, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide is configured to increase the relative permittivity of the imaginary part.
Figure 112019037609548-pat00110
Substituting into the equation in Equation 13, the relative permittivity with increased imaginary part
Figure 112019037609548-pat00111
Set the solution by deriving the solution of the equation in equation (13) based on
Figure 112019037609548-pat00112
Update it. The solution of the equation derived by the solution set derivation unit 550 is a temporary solution of the equation described in equation (13).

단계(660)에서, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 업데이트된 해집합이 수렴된 것인지 여부를 판단한다. 일측에 따르면, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 임시해의 허수부의 크기가 제1 임계값 이하인 경우 또는 임시해의 실수부에 대한 임시해의 허수부의 비율이 제2 임계값 이하인 경우 임시해가 수렴한 것으로 판단할 수 있다.In step 660, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide determines whether the updated solution set is converged. According to one side, the apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide is a temporary solution when the size of the imaginary part of the temporary solution is less than or equal to the first threshold or when the ratio of the imaginary part of the temporary solution to the real part of the temporary solution is less than or equal to the second threshold It can be judged as converging.

임시해가 수렴한 것으로 판단된 경우, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 단계(670)에서 반복 계산이 미리 정해진 횟수(N번)에 도달하였는지 여부를 판단할 수 있다. 만약 반복 계산의 횟수가 미리 정해진 횟수에 도달하였다면, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 단계(680)에서 반복 계산을 통해 업데이트된 임시해를 최종해로 결정할 수 있다.When it is determined that the temporary solution has converged, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide may determine whether the iterative calculation has reached a predetermined number of times (N times) in step 670. If the number of iteration calculations has reached a predetermined number of times, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide may determine the updated temporary solution as the final solution through the iteration calculation in step 680.

만약 반복 계산이 미리 정해진 횟수(N번)에 도달하지 않은 경우에, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 단계(630)에서 인덱스를 증가시키고, 추가적인 반복 계산을 통해 해집합을 업데이트할 수 있다.If the iterative calculation has not reached a predetermined number of times (N times), the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide may increase the index at step 630 and update the solution set through additional iterative calculation. .

만약 임시해가 수렴하지 않고, 발산한 것으로 판단된 경우에, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 단계(690)에서 미리 결정된 증가량의 크기를 재조정할 수 있다. 예를 들어, 1번째 반복 계산(상대 유전율

Figure 112019037609548-pat00113
의 허수부가 1/N배 만큼 증가한 경우)에서 임시해가 수렴하였으나, 2번째 반복 계산(상대 유전율
Figure 112019037609548-pat00114
의 허수부가 2/N배 만큼 증가한 경우)에서 임시해가 수렴하지 못할 수 있다. 이 경우에, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 상대 유전율
Figure 112019037609548-pat00115
이 다음 계산에서 0.5/N배 만큼 증가하도록 허수부의 증가량을 재조정할 수 있다.If the temporary solution does not converge and is judged to have diverged, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide may rescale the predetermined increase amount in step 690. For example, the first iteration calculation (relative permittivity)
Figure 112019037609548-pat00113
The temporary solution converged in the case where the imaginary part of the case increases by 1/N times), but the second iteration calculation (relative permittivity)
Figure 112019037609548-pat00114
The temporary solution may fail to converge in the case where the imaginary part of (is increased by 2/N times). In this case, the device for analyzing the metal-insulator-metal waveguide is a relative permittivity.
Figure 112019037609548-pat00115
In this next calculation, the increase in the imaginary part can be readjusted to increase by 0.5/N times.

이 경우에, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 임시해가 수렴하였던 상대 유전율(허수부가 1/N배 만큼 증가한 경우)로부터 허수부를 증가시킬 수 있다. 예를 들어 재조정된 증가량이 0.5/N배인 경우, 이전에 수렴하였던 1/N배로부터 0.5/N배 증가하여 다음 계산에서는 허수부가 1.5/N배 증가한 상대 유전율

Figure 112019037609548-pat00116
이 수학식 13에 기재된 방정식에 대입될 수 있다.In this case, the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide can increase the imaginary part from the relative permittivity (when the imaginary part increases by 1/N times) where the temporary solution converges. For example, if the readjusted increase amount is 0.5/N times, the relative dielectric constant increased by 0.5/N times from the previously converged 1/N times to increase the imaginary part by 1.5/N times.
Figure 112019037609548-pat00116
It can be substituted into the equation described in equation (13).

일측에 따르면, 허수부의 증가량을 재조정하였으나, 또 다시 수렴하지 않은 경우에, 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치는 이전 증가량인 0.5/N 보다 작은 값인 0.25/N 등으로 증가량을 재조정할 수 있다.According to one side, when the increase in the imaginary part is readjusted, but when it does not converge again, the analysis device for the metal-insulator-metal waveguide can readjust the increase to 0.25/N, which is less than the previous increase, 0.5/N.

실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded on a computer-readable medium. The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, or the like alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and constructed for the embodiments or may be known and usable by those skilled in computer software. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic media such as floptical disks. -Hardware devices specifically configured to store and execute program instructions such as magneto-optical media, and ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter, etc., as well as machine language codes made by a compiler. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.As described above, although the embodiments have been described by the limited embodiments and drawings, those skilled in the art can make various modifications and variations from the above description. For example, the described techniques are performed in a different order than the described method, and/or the components of the described system, structure, device, circuit, etc. are combined or combined in a different form from the described method, or other components Alternatively, even if replaced or substituted by equivalents, appropriate results can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are also within the scope of the following claims.

10: 금속의 두께
120: 간격
131, 132: 금속
133: 절연체10: metal thickness
120: interval
131, 132: metal
133: insulator

Claims (13)

테라 헤르츠 영역에서 금속-절연체-금속 도파관에 대한 이산화된 연속 스펙트럼의 해를 찾기 위한 해석장치에 있어서,
금속, 절연체, 금속이 하나의 주기에 포함되어 반복 배열되는 금속-절연체-금속 도파관에 포함된 두 개의 금속 사이의 간격 및 상기 금속의 두께를 각각 입력받고, 상기 금속의 유전율 및 상기 금속 사이의 절연체의 유전율을 각각 입력받는 도파관 파라미터 수신부;
상기 스펙트럼 해석 장치가 상기 금속의 유전율의 실수부만을 이용하여 상기 금속-절연체-금속 도파관에 대한 분산 방정식의 임시해를 산출하는 방정식 풀이부;
상기 산출된 해를 이용하여 상기 분산 방정식의 오차를 산출하는 오차 산출부;
상기 오차를 미리 결정된 임계값과 비교하고, 그 결과에 따라 상기 분산 방정식의 임시해를 최종해로 결정하는 결정부
를 포함하는 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치.In the terahertz region, an analysis apparatus for finding a solution of a discretized continuous spectrum for a metal-insulator-metal waveguide,
A metal, an insulator, and a metal-insulator-metal waveguide in which metals are repeatedly arranged and included in one cycle are inputted with intervals between two metals and thicknesses of the metals, and dielectric constants of the metals and insulators between the metals A waveguide parameter receiving unit for receiving the dielectric constant of each;
An equation solving unit in which the spectral analysis device calculates a temporary solution of the dispersion equation for the metal-insulator-metal waveguide using only the real part of the dielectric constant of the metal;
An error calculator for calculating an error of the variance equation using the calculated solution;
The determination unit compares the error with a predetermined threshold, and determines a temporary solution of the variance equation as a final solution according to the result
Analysis apparatus for a metal-insulator-metal waveguide comprising a. 제1항에 있어서, 상기 결정부는
상기 산출된 오차의 절대값이 상기 미리 결정된 임계값 이하라면 상기 임시해를 상기 최종 해로 결정하는 금속-절연체-금속-도파관의 해석 장치.The method of claim 1, wherein the determination unit
An apparatus for analyzing a metal-insulator-metal-waveguide that determines the temporary solution as the final solution if the absolute value of the calculated error is equal to or less than the predetermined threshold. 제1항에 있어서,
상기 금속의 유전율의 허수부의 절대값을 증가시켜 상기 금속의 유전율을 업데이트하는 유전율 업데이트부;
를 더 포함하고,
상기 방정식 풀이부는 상기 업데이트된 금속의 유전율을 이용하여 상기 분산 방정식의 임시해를 재산출하는 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치.According to claim 1,
A dielectric constant updater that updates the dielectric constant of the metal by increasing the absolute value of the imaginary part of the dielectric constant of the metal;
Further comprising,
The equation-solving unit is an apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide that recalculates the temporary solution of the dispersion equation using the updated dielectric constant of the metal. 제1항에 있어서,
상기 금속-절연체-금속 도파관의 분산 방정식은 하기 수학식 1에 따라 정의되는 금속-절연체-금속-도파관의 해석 장치.

[수학식 1]

Figure 112019037609548-pat00117


여기서,
Figure 112019037609548-pat00118
는 절연체에서 n번째 횡방향 전파 상수이고,
Figure 112019037609548-pat00119
은 금속에서 n번째 횡방향 전파 상수이다.
Figure 112019037609548-pat00120
은 금속의 상대 유전율(relative permittivities)이고,
Figure 112019037609548-pat00121
는 절연체의 상대 유전율이다.
Figure 112019037609548-pat00122
는 절연체의 두께의 절반을 나타내고,
Figure 112019037609548-pat00123
는 금속의 두께의 절반을 나타낸다.
Figure 112019037609548-pat00124
는 z축을 따른 진행 방향의 n번째 전파 상수이고,
Figure 112019037609548-pat00125
는 주파수에 2
Figure 112019037609548-pat00126
를 곱한 값이고,
Figure 112019037609548-pat00127
는 투자율이다.According to claim 1,
The dispersion equation of the metal-insulator-metal waveguide is an apparatus for analyzing a metal-insulator-metal-waveguide defined according to Equation 1 below.

[Equation 1]

Figure 112019037609548-pat00117


here,
Figure 112019037609548-pat00118
Is the nth transverse propagation constant in the insulator,
Figure 112019037609548-pat00119
It is the nth transverse propagation constant in silver metal.
Figure 112019037609548-pat00120
The relative permittivities of silver metal,
Figure 112019037609548-pat00121
Is the relative dielectric constant of the insulator.
Figure 112019037609548-pat00122
Denotes half the thickness of the insulator,
Figure 112019037609548-pat00123
Represents half the thickness of the metal.
Figure 112019037609548-pat00124
Is the nth propagation constant in the direction of travel along the z axis,
Figure 112019037609548-pat00125
Is on the frequency 2
Figure 112019037609548-pat00126
Multiplied by,
Figure 112019037609548-pat00127
Is the permeability. 테라 헤르츠 영역에서 금속-절연체-금속 도파관에 대한 이산화된 연속 스펙트럼의 해를 찾기 위한 해석장치에 있어서,
금속, 절연체, 금속이 하나의 주기에 포함되어 반복 배열되는 금속-절연체-금속 도파관에 포함된 두 개의 금속 사이의 간격 및 상기 금속의 두께를 각각 입력받고, 상기 금속의 유전율 및 상기 금속 사이의 절연체의 유전율을 각각 입력받는 도파관 파라미터 수신부;
상기 금속의 유전율의 실수부 만으로 유전율의 초기값을 설정하는 초기화부;
상기 유전율의 허수부를 미리 결정된 증가량 만큼 증가시키는 허수부 증가부;
상기 허수부가 증가된 유전율에 기초하여 상기 금속-절연체-금속 도파관에 대한 분산 방정식의 임시해를 도출하는 해집합 도출부;
상기 도출된 임시해가 수렴한 것인지 여부를 판단하는 판단부;
상기 임시해가 수렴한 경우에, 상기 임시해를 최종해로 결정하는 최종해 결정부; 및
상기 임시해가 수렴하지 않은 경우에, 상기 미리 결정된 증가량의 크기를 재조정하는 증가량 재조정부
를 포함하고,
상기 허수부 증가부는 상기 크기가 재조정된 증가량 만큼 상기 유전율의 허수부를 증가시키는 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치.In the terahertz region, an analysis apparatus for finding a solution of a discretized continuous spectrum for a metal-insulator-metal waveguide,
A metal, an insulator, and a metal-insulator-metal waveguide in which metals are repeatedly arranged and included in one cycle are inputted with intervals between two metals and thicknesses of the metals, and dielectric constants of the metals and insulators between the metals A waveguide parameter receiving unit for receiving the dielectric constant of each;
An initialization unit that sets an initial value of the dielectric constant only by the real part of the dielectric constant of the metal;
An imaginary part increasing part for increasing the imaginary part of the dielectric constant by a predetermined increase amount;
A solution set derivation unit deriving a temporary solution of the dispersion equation for the metal-insulator-metal waveguide based on the increased dielectric constant of the imaginary unit;
A determination unit to determine whether the derived temporary solution has converged;
A final solution determining unit that determines the temporary solution as the final solution when the temporary solution converges; And
When the temporary solution does not converge, the increment amount re-adjustment unit for re-adjusting the size of the predetermined increase amount
Including,
The imaginary part increasing part is an apparatus for analyzing a metal-insulator-metal waveguide that increases the imaginary part of the dielectric constant by an increased amount of the readjusted size. 제5항에 있어서,
상기 판단부는 상기 임시해의 허수부의 크기가 제1 임계값 이하인 경우 또는 상기 임시해의 실수부에 대한 상기 임시해의 허수부의 비율이 제2 임계값 이하인 경우 상기 임시해가 수렴한 것으로 판단하는 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치.The method of claim 5,
The determining unit determines that the temporary solution has converged when the size of the imaginary part of the temporary solution is less than or equal to a first threshold, or when the ratio of the imaginary part of the temporary solution to the real part of the temporary solution is less than or equal to a second threshold. -Insulator-analysis device for metal waveguides. 테라 헤르츠 영역에서 금속-절연체-금속 도파관에 대한 이산화된 연속 스펙트럼의 해를 찾기 위한 해석 방법에 있어서,
금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치가 금속, 절연체, 금속이 하나의 주기에 포함되어 반복 배열되는 금속-절연체-금속 도파관에 포함된 두 개의 금속 사이의 간격 및 상기 금속의 두께를 각각 입력받는 단계;
상기 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치가 상기 금속의 유전율 및 상기 금속 사이의 절연체의 유전율을 각각 입력받는 단계;
상기 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치가 상기 금속의 유전율의 실수부만을 이용하여 상기 금속-절연체-금속 도파관에 대한 분산 방정식의 임시해를 산출하는 단계;
상기 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치가 상기 산출된 해를 이용하여 상기 분산 방정식의 오차를 산출하는 단계;
상기 금속-절연체-금속 도파관의 해석 장치가 상기 오차를 미리 결정된 임계값과 비교하고, 그 결과에 따라 상기 분산 방정식의 임시해를 최종해로 결정하는 단계
를 포함하는 금속-절연체-금속 도파관의 해석 방법.In the analysis method for finding the solution of the discretized continuous spectrum for a metal-insulator-metal waveguide in the terahertz region,
The metal-insulator-metal waveguide analysis apparatus receives a metal, an insulator, and a metal-insulator-metal waveguide in which a metal between the two metals included in one cycle is repeatedly arranged and the thickness of the metal is input, respectively. ;
An analysis device of the metal-insulator-metal waveguide receiving the dielectric constant of the metal and the dielectric constant of the insulator between the metals, respectively;
Calculating an interim solution of the dispersion equation for the metal-insulator-metal waveguide by using only the real part of the dielectric constant of the metal by the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide;
Calculating an error of the dispersion equation by using the calculated solution by the apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide;
The apparatus for analyzing the metal-insulator-metal waveguide compares the error with a predetermined threshold value, and determines a temporary solution of the dispersion equation as a final solution according to the result.
Method of analyzing a metal-insulator-metal waveguide comprising a. 제7항에 있어서, 상기 분산 방정식의 임시해를 최종해로 결정하는 단계는,
상기 산출된 오차의 절대값이 상기 미리 결정된 임계값 이하라면 상기 임시해를 상기 최종 해로 결정하는 금속-절연체-금속-도파관의 해석 방법.The method of claim 7, wherein determining the temporary solution of the variance equation as a final solution comprises:
A method of analyzing a metal-insulator-metal-waveguide that determines the temporary solution as the final solution if the absolute value of the calculated error is less than or equal to the predetermined threshold. 제7항에 있어서,
상기 금속의 유전율의 허수부의 절대값을 증가시켜 상기 금속의 유전율을 업데이트하는 단계;
를 더 포함하고,
상기 분산 방정식의 임시해를 산출하는 단계는 상기 업데이트된 금속의 유전율을 이용하여 상기 분산 방정식의 임시해를 재산출하는 금속-절연체-금속 도파관의 해석 방법.The method of claim 7,
Updating the dielectric constant of the metal by increasing the absolute value of the imaginary part of the dielectric constant of the metal;
Further comprising,
The step of calculating the temporary solution of the dispersion equation is a method of analyzing a metal-insulator-metal waveguide for recalculating the temporary solution of the dispersion equation using the updated dielectric constant of the metal. 제7항에 있어서,
상기 금속-절연체-금속 도파관의 분산 방정식은 하기 수학식 2에 따라 정의되는 금속-절연체-금속-도파관의 해석 방법.

[수학식 2]

Figure 112019037609548-pat00128


여기서,
Figure 112019037609548-pat00129
는 절연체에서 n번째 횡방향 전파 상수이고,
Figure 112019037609548-pat00130
은 금속에서 n번째 횡방향 전파 상수이다.
Figure 112019037609548-pat00131
은 금속의 상대 유전율(relative permittivities)이고,
Figure 112019037609548-pat00132
는 절연체의 상대 유전율이다.
Figure 112019037609548-pat00133
는 절연체의 두께의 절반을 나타내고,
Figure 112019037609548-pat00134
는 금속의 두께의 절반을 나타낸다.
Figure 112019037609548-pat00135
는 z축을 따른 진행 방향의 n번째 전파 상수이고,
Figure 112019037609548-pat00136
는 주파수에 2
Figure 112019037609548-pat00137
를 곱한 값이고,
Figure 112019037609548-pat00138
는 투자율이다.The method of claim 7,
The dispersion equation of the metal-insulator-metal waveguide is a method of analyzing a metal-insulator-metal-waveguide defined by Equation 2 below.

[Equation 2]

Figure 112019037609548-pat00128


here,
Figure 112019037609548-pat00129
Is the nth transverse propagation constant in the insulator,
Figure 112019037609548-pat00130
It is the nth transverse propagation constant in silver metal.
Figure 112019037609548-pat00131
The relative permittivities of silver metal,
Figure 112019037609548-pat00132
Is the relative dielectric constant of the insulator.
Figure 112019037609548-pat00133
Denotes half the thickness of the insulator,
Figure 112019037609548-pat00134
Represents half the thickness of the metal.
Figure 112019037609548-pat00135
Is the nth propagation constant in the direction of travel along the z axis,
Figure 112019037609548-pat00136
Is on the frequency 2
Figure 112019037609548-pat00137
Multiplied by,
Figure 112019037609548-pat00138
Is the permeability. 테라 헤르츠 영역에서 금속-절연체-금속 도파관에 대한 이산화된 연속 스펙트럼의 해를 찾기 위한 해석방법에 있어서,
금속, 절연체, 금속이 하나의 주기에 포함되어 반복 배열되는 금속-절연체-금속 도파관에 포함된 두 개의 금속 사이의 간격 및 상기 금속의 두께를 각각 입력받고, 상기 금속의 유전율 및 상기 금속 사이의 절연체의 유전율을 각각 입력받는 단계
상기 금속의 유전율의 실수부 만으로 유전율의 초기값을 설정하는 단계;
상기 유전율의 허수부를 미리 결정된 증가량 만큼 증가시키는 단계;
상기 허수부가 증가된 유전율에 기초하여 상기 금속-절연체-금속 도파관에 대한 분산 방정식의 임시해를 도출하는 단계;
상기 도출된 임시해가 수렴한 것인지 여부를 판단하는 단계;
상기 임시해가 수렴한 경우에, 상기 임시해를 최종해로 결정하는 단계; 및
상기 임시해가 수렴하지 않은 경우에, 상기 미리 결정된 증가량의 크기를 재조정하는 단계
를 포함하고,
상기 허수부를 증가시키는 단계는 상기 크기가 재조정된 증가량 만큼 상기 유전율의 허수부를 증가시키는 금속-절연체-금속 도파관의 해석 방법.In the analysis method for finding the solution of the discretized continuous spectrum for a metal-insulator-metal waveguide in the terahertz region,
A metal, an insulator, and a metal-insulator-metal waveguide in which metals are repeatedly arranged and included in one cycle are inputted with intervals between two metals and thicknesses of the metals, and dielectric constants of the metals and insulators between the metals Step of receiving the dielectric constant of each
Setting an initial value of the dielectric constant only by the real part of the dielectric constant of the metal;
Increasing the imaginary part of the dielectric constant by a predetermined increase amount;
Deriving a temporary solution of the dispersion equation for the metal-insulator-metal waveguide based on the increased dielectric constant of the imaginary part;
Determining whether the derived temporary solution is converged;
When the temporary solution converges, determining the temporary solution as a final solution; And
Resizing the predetermined increase amount when the temporary solution does not converge
Including,
In the step of increasing the imaginary part, a method of analyzing a metal-insulator-metal waveguide that increases the imaginary part of the dielectric constant by an increased amount of the readjusted size. 제11항에 있어서,
상기 판단하는 단계는 상기 임시해의 허수부의 크기가 제1 임계값 이하인 경우 또는 상기 임시해의 실수부에 대한 상기 임시해의 허수부의 비율이 제2 임계값 이하인 경우 상기 임시해가 수렴한 것으로 판단하는 금속-절연체-금속 도파관의 해석 방법.The method of claim 11,
In the determining, the temporary solution is converged when the size of the imaginary part of the temporary solution is less than or equal to a first threshold, or when the ratio of the imaginary part of the temporary solution to the real part of the temporary solution is less than or equal to a second threshold. Metal-insulator-metal waveguide analysis method. 제7항 내지 제12항 중에서 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.A computer-readable recording medium in which a program for executing the method of any one of claims 7 to 12 is recorded.
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