KR20110061567A - 밀리미터파 전송 장치, 밀리미터파 전송 방법, 밀리미터파 전송 시스템 - Google Patents

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KR20110061567A
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Abstract

기판의 임의의 국소적인 범위에서만 고속의 통신 처리를 실행할 수 있도록 함과 함께, 기판의 국소적인 범위 이외로의 방해를 저감할 수 있게 한다. 입력 신호 Sin을 신호 처리하여 밀리미터파의 신호를 생성하는 신호 생성부(21)와, 신호 생성부(21)에 의해 생성된 밀리미터파의 신호에 기초하는 전자파 S'를 기판(10)의 일단에 송신하는 결합 회로(205)와, 기판(10)의 타단으로부터 밀리미터파의 신호에 기초하는 전자파 S'를 수신하는 결합 회로(207)와, 결합 회로(207)에 의해 수신한 전자파 S'에 기초하는 밀리미터파의 신호를 신호 처리하여 출력 신호 Sout를 생성하는 신호 생성부(22)를 구비하는 것이다. 바람직하게는, 기판(10)은 유전 정접이 상대적으로 큰 유전체 소재로 구성하고, 이 기판(10) 내에 밀리미터파 전송로로서 기능하는 전송 선로(206)를 구성한다. 이 구성에 의해, 손실이 큰 소정의 유전율 ε을 갖는 기판(10)을 통하여 매우 고속의 신호를 전송할 수 있게 된다.

Description

밀리미터파 전송 장치, 밀리미터파 전송 방법, 밀리미터파 전송 시스템 {MILLIMETRE WAVE TRANSMISSION DEVICE, MILLIMETRE WAVE TRANSMISSION METHOD, AND MILLIMETRE WAVE TRANSMISSION SYSTEM}
본 발명은 밀리미터파 전송 장치, 밀리미터파 전송 방법 및 밀리미터파 전송 시스템에 관한 것이다.
밀리미터파의 신호를 송수신하는 기술에 관하여, 특허문헌 1에는 유전체 도파관 선로가 개시되어 있다. 이 유전체 도파관 선로에 따르면, 한 쌍의 주 도체층, 2열의 비아홀 군 및 부 도체층을 구비하고, 주 도체층은 유전체를 사이에 끼워 평행하게 형성된다. 비아홀 군은, 신호 전달 방향으로 차단 파장 이하의 간격으로 주 도체층간을 전기적으로 접속하도록 형성되어 있다. 부 도체층은 비아홀 군에 접속되어, 주 도체층과 평행하게 형성되어 있다.
유전체 도파관 선로에서는, 주 도체층, 비아홀 군 및 부 도체층에 둘러싸여진 도파관 영역에 의해 전기 신호를 전달하는 경우에, 적어도 한쪽의 주 도체층에 고주파 전송 선로와 전자 결합시키기 위한 슬롯 구멍이 형성되어 있다. 고주파 전송 선로는 마이크로스트립 선로로 구성되고, 슬롯 구멍과 대치하는 위치에 형성되는 것이다. 이와 같이 유전체 도파관 선로를 구성하면, 용이하게 다른 고주파 전송 선로와 전자 결합할 수 있어, 신호의 전달이 가능하게 된다. 게다가, 마이크로파부터 밀리미터파까지 안정된 특성의 도파관 선로를 제공할 수 있다.
또한, 밀리미터파를 송수신하는 기술에 관하여, 특허문헌 2에는 무선 방식의 밀리미터파 통신 시스템이 개시되어 있다. 밀리미터파 통신 시스템에 따르면, 밀리미터파 송신 수단, 밀리미터파 수신 수단 및 반사 수단을 구비하고, 밀리미터파 송신 수단은 또한 소정의 지향성을 가진 송신 안테나 및 발광 수단을 갖고 구성된다. 밀리미터파 송신 수단은 밀리미터파대의 신호를 송신하고, 밀리미터파 수신 수단은 밀리미터파 송신 수단으로부터의 밀리미터파대의 신호를 수신한다. 반사 수단은, 밀리미터파 송신 수단으로부터 방사되는 신호파를 반사함과 함께, 광을 반사하고, 밀리미터파 수신 수단에 의해 반사한 신호파가 입사되도록 배치된다. 이것을 전제로 하여, 밀리미터파 송신 수단에 있어서는, 신호파와 동일 방향으로 광선을 조사하도록, 송신 안테나의 출력축과 평행하게 접근하여 발광 수단이 배치된다.
반사 수단의 초기 위치를 조정할 때에는, 육안으로 송신 안테나의 출력축과 평행하게 조사하는 광선이 반사 수단에 닿도록 송신 안테나의 각도를 조정하고, 그리고 반사 수단에 의해 반사된 광선이 수신 안테나에 닿도록 반사 수단의 각도를 조정할 수 있게 된다. 이와 같이 밀리미터파 통신 시스템을 구성하면, 반사 수단의 초기 방향을 혼자서도 간단하게 조정할 수 있다.
일본 특허 공개 제2004-104816호 공보(제4쪽 도 1) 일본 특허 공개 제2005-244362호 공보(제5쪽 도 1)
본 발명은 전자 기기 내에 있어서, 밀리미터파대에서의 신호 전송을, 방해를 저감시키면서 문제없이 행할 수 있는 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 관한 밀리미터파 전송 장치는, 전송 대상의 입력 신호를 주파수 변환하여 밀리미터파의 신호를 생성하는 제1 신호 생성부와, 수신한 상기 밀리미터파의 신호를 복조하여 상기 전송 대상의 입력 신호에 대응한 출력 신호를 생성하는 제2 신호 생성부를 구비한다.
여기서, 제1 신호 생성부와 제2 신호 생성부는, 유전체 소재로 구성된 기판에 탑재한다. 또한, 제1 신호 생성부와 제2 신호 생성부의 사이의 밀리미터파 전송로로서 기판 그 자체를 사용한다.
요컨대, 본 발명에 관한 밀리미터파 전송 장치는, 밀리미터파 전송에 관련된 송신측과 수신측의 각 부재를 동일한 기판에 배치하여, 밀리미터파 전송로를 기판이 겸용하는 구성으로 하는 것이다.
예를 들어, 상기 밀리미터파의 신호에 기초하는 전자파가 전송되는 밀리미터파 전송로는, 상기 기판에 전송 영역이 획정되고, 이 획정된 상기 기판의 전송 영역에 상기 밀리미터파의 신호를 봉입하여 전송하도록 구성되어 있는 것으로 하는 것이 좋다.
또한, 제1 신호 생성부에 의해 생성된 밀리미터파의 신호를 기판의 일단에 송신하는 제1 신호 결합부와, 기판의 타단으로부터 밀리미터파의 신호를 수신하는 제2 신호 결합부를 구비하는 것으로 하고, 제1 신호 결합부 및 제2 신호 결합부는, 밀리미터파의 신호 파장에 기초하는 소정의 길이를 가진 안테나 부재로 구성되는 것으로 하는 것이 좋다.
또한, 상기 제1 신호 생성부 및 상기 제1 신호 결합부를 제1 전자 부품에 설치하고, 상기 제2 신호 결합부 및 상기 제2 신호 생성부를 제2 전자 부품에 설치하고, 상기 제1 전자 부품과 상기 제2 전자 부품을 동일한 상기 기판에 탑재하면 좋다.
상기 제1 신호 생성부 및 상기 제1 신호 결합부가 배치된 상기 기판의 제1 영역과 상기 제2 신호 생성부 및 상기 제2 신호 결합부가 배치된 상기 기판의 제2 영역의 사이의 상기 기판 상에는, 상기 입력 신호나 상기 출력 신호의 기저 대역 영역에서의 신호 처리에 사용되는 전자 부품을 탑재하여도 된다.
예를 들어, 제1 신호 생성부는 변조 회로를 갖고, 변조 회로가 입력 신호를 변조한다. 제1 신호 생성부는 당해 변조 회로에 의해 변조된 후의 신호를 주파수 변환하여 밀리미터파의 신호를 생성한다. 제1 신호 결합부는, 제1 신호 생성부에 의해 생성된 밀리미터파의 신호를 유체물의 일단에 송신한다.
제2 신호 결합부는, 유체물의 타단으로부터 밀리미터파의 신호를 수신한다. 예를 들어, 제1 신호 결합부를 구성하는, 밀리미터파의 신호 파장에 기초하는 소정의 길이를 가진 안테나 부재로부터, 유체물 내에 송신된 신호에 기초하는 전자파를 제2 신호 결합부를 구성하는, 동일한 길이의 안테나 부재에 의해 수신한다.
예를 들어, 제2 신호 생성부는 복조 회로를 갖고, 밀리미터파의 신호를 주파수 변환하고, 그 후 복조 회로가 복조하여 입력 신호에 대응한 출력 신호를 생성하도록 이루어진다.
여기서, 상기 기판은, 적어도 유리 에폭시계, 아크릴계 및 폴리에틸렌계 중 어느 하나의 수지로 구성되어 있는 것으로 하는 것이 좋다. 이들 수지는 유전 정접(誘電正接)이 상대적으로 큰 것이다. 손실이 큰 유체물에서는 반송 주파수가 증가함에 따라서, 전송 손실이 증가하고, 반사파는 감쇠해 가므로, 손실이 큰 유체물을 통하여 매우 고속의 신호를 전송할 수 있게 된다.
본 발명에 관한 밀리미터파 전송 방법은, 전송 대상의 입력 신호를 주파수 변환하여 밀리미터파의 신호를 생성하는 스텝과, 상기 밀리미터파의 신호를 상기 유체물의 일단에 공급하여 상기 밀리미터파의 신호에 기초하는 전자파를 상기 유체물 내에 전송시키는 스텝과, 상기 유체물의 타단으로부터 취출되는 전자파에 기초하는 밀리미터파의 신호를 수신하는 스텝과, 수신한 상기 밀리미터파의 신호를 복조하여 상기 전송 대상의 입력 신호에 대응한 출력 신호를 생성하는 스텝을 갖는 것이다.
여기서, 본 발명에 관한 밀리미터파 전송 방법에서는, 밀리미터파의 신호를 취급하는 회로 부재가 탑재된 유전체 소재로 구성된 기판 내에, 상기 기판과 동일한 유전체 소재에 의해 상기 밀리미터파의 신호에 기초하는 전자파가 전송되는 유체물을 형성해 둔다.
본 발명에 관한 밀리미터파 전송 시스템은, 전송 대상의 제1 입력 신호를 주파수 변환하여 밀리미터파의 신호를 생성하는 제1 신호 생성부와, 수신한 상기 밀리미터파의 신호를 복조하여 상기 전송 대상의 제1 입력 신호에 대응한 제1 출력 신호를 생성하는 제2 신호 생성부와, 상기 제1 신호 생성부 및 상기 제2 신호 생성부를 탑재한 유전체 소재로 구성된 제1 기판을 구비하고, 상기 제1 신호 생성부와 상기 제2 신호 생성부의 사이의 밀리미터파 전송로로서 상기 제1 기판이 사용되고 있는 제1 밀리미터파 전송체와, 전송 대상의 제2 입력 신호를 주파수 변환하여 밀리미터파의 신호를 생성하는 제3 신호 생성부와, 수신한 상기 밀리미터파의 신호를 복조하여 상기 전송 대상의 제2 입력 신호에 대응한 제2 출력 신호를 생성하는 제4 신호 생성부와, 상기 제3 신호 생성부 및 상기 제4 신호 생성부를 탑재한 유전체 소재로 구성된 제2 기판을 구비하고, 상기 제3 신호 생성부와 상기 제4 신호 생성부의 사이의 밀리미터파 전송로로서 상기 제2 기판이 사용되고 있는 제2 밀리미터파 전송체와, 상기 제1 밀리미터파 전송체와 상기 제2 밀리미터파 전송체를 결합하여 상기 밀리미터파의 신호에 기초하는 전자파를 전파하는 결합 매체를 구비하는 것이다.
요컨대, 본 발명에 관한 밀리미터파 전송 시스템은, 전술한 본 발명에 관한 밀리미터파 전송 장치를 복수 구비함과 함께, 그것들을 결합하여 밀리미터파의 신호에 기초하는 전자파를 전파하는 결합 매체를 구비하도록 한 것이다.
본 발명에 따르면, 전자 기기 내에 있어서, 밀리미터파대에서의 신호 전송을, 방해를 저감시키면서 문제없이 행할 수 있다. 밀리미터파 전송에 관련된 송신측과 수신측의 각 부재를 탑재한 기판이 밀리미터파 전송로로서 기능하는 유체물을 겸용하는 구성이며, 밀리미터파 신호에 기초하는 송수신간의 전자파는 기판 내에 갇혀져 전송되기 때문이다.
도 1은 제1 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(100)의 구성예를 나타내는 블록도.
도 2a는 기판(10) 상의 밀리미터파 전송 장치(100)의 구성예를 나타내는 설명도.
도 2b는 기판(10) 상의 밀리미터파 전송 장치(100)의 구성예를 나타내는 단면도.
도 3은 증폭기(204) 등의 내부 구성예를 나타내는 회로도.
도 4는 증폭기(204)의 통과 특성예(Ia')를 나타내는 주파수 특성도.
도 5는 밀리미터파 전송 장치(100)에서의 밀리미터파 전송예를 나타내는 시뮬레이션 회로도.
도 6은 테플론(등록 상표) 수지제의 기판(10) 상의 전송 선로(206)의 손실예 및 반사예를 나타내는 주파수 특성도.
도 7은 유리 에폭시 수지제의 기판(10) 상의 전송 선로(206)의 손실예 및 반사예를 나타내는 주파수 특성도.
도 8a는 밀리미터파 전송 장치(100)에서의 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #B로의 통신예를 나타내는 동작 흐름도.
도 8b는 제1 비교예의 고주파 전송 장치(1)의 구성예를 나타내는 블록도.
도 8c는 고속 기저 대역 신호의 전송예를 나타내는 파형도.
도 8d는 고속 기저 대역 신호의 기저 대역 스펙트럼(주파수 특성).
도 9a는 주파수 변환 후의 밀리미터파대의 신호 S의 전송예를 나타내는 파형도.
도 9b는 주파수 변환 후의 밀리미터파대의 신호 S의 스펙트럼(주파수 특성).
도 10은 제2 실시예로서의 밀리미터파 전송 시스템(200)의 구성예를 나타내는 블록도.
도 11은 밀리미터파 전송 시스템(200)에서의 4개의 전자 부품 #A, #B, #C, #D의 배치예를 나타내는 평면도.
도 12a는 밀리미터파 전송 시스템(200)에서의 전자 부품 #A, #B, #C, #D 및 전송 선로(206, 226)의 실장예를 나타내는 사시도.
도 12b는 제2 비교예의 고주파 신호 전송 시스템(20)의 구성예를 나타내는 블록도.
도 13은 제3 실시예로서의 밀리미터파 전송 시스템(300)의 구성예를 나타내는 블록도.
도 14는 밀리미터파 전송 시스템(300)에서의 4개의 전자 부품 #A, #B, #C, #D 및 도파 구조(341)의 배치예를 나타내는 평면도.
도 15는 밀리미터파 전송 시스템(300)에서의 전자 부품 #A, #B, #C, #D, 전송 선로(306, 326) 및 도파 구조(341)의 실장예를 나타내는 사시도.
도 16은 제4 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(400)의 구성예를 나타내는 블록도.
도 17은 밀리미터파 전송 장치(400)에서의 주파수 대역예를 나타내는 그래프도.
도 18은 제5 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(500)의 구성예를 나타내는 블록도.
도 19는 밀리미터파 전송 장치(500)에서의 이득 제어예를 나타내는 동작 흐름도.
도 20은 제6 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(600)의 구성예(첫번째)를 나타내는 평면도 및 그 X1-X1 화살표 방향에서 본 단면도.
도 21은 밀리미터파 전송 장치(600)의 구성예(두번째)를 나타내는 사시도.
도 22는 밀리미터파 전송 장치(600)의 고역 통과 필터 소자(255)의 통과 특성예 및 반사 특성예를 나타내는 주파수 특성도.
도 23은 제7 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(700)의 구성예를 나타내는 평면도 및 그 X2-X2 화살표 방향에서 본 단면도.
도 24는 제8 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(800)의 구성예(첫번째)를 나타내는 평면도 및 그 X3-X3 화살표 방향에서 본 단면도.
도 25는 밀리미터파 전송 장치(800)의 구성예(두번째)를 나타내는 평면도.
도 26은 밀리미터파 전송 장치(800)의 구성예(세번째)를 나타내는 X4-X4 화살표 방향에서 본 단면도.
도 27a는 고역 통과 필터 소자(255') 중 전자파 S'의 전파예(첫번째)를 나타내는 단면도.
도 27b는 고역 통과 필터 소자(255') 중 전자파 S'의 전파예(첫번째)를 나타내는 단면도.
도 28a는 고역 통과 필터 소자(255') 중 전자파 S'의 전파예(두번째)를 나타내는 단면도.
도 28b는 고역 통과 필터 소자(255') 중 전자파 S'의 전파예(두번째)를 나타내는 단면도.
도 29는 밀리미터파 전송 장치(800)의 고역 통과 필터 소자(255')의 통과 특성예 및 반사 특성예를 나타내는 주파수 특성도.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명에 관한 밀리미터파 전송 장치, 밀리미터파 전송 방법 및 밀리미터파 전송 시스템의 실시 형태에 대하여 설명한다.
또한, 설명은 이하의 순서대로 행한다.
1. 제1 실시예: 기본
2. 제2 실시예: 복수의 전송로
3. 제3 실시예: 결합 매체로 결합
4. 제4 실시예: 가산 회로(주파수 다중)
5. 제5 실시예: 피드백 경로 있음
6. 제6 실시예: 마이크로스트립 선로 + 도파관 구조
7. 제7 실시예: 상부 접지층 + 안테나 구조
8. 제8 실시예: 결합 회로가 다층 구조
<제1 실시예>
도 1은 제1 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(100)의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 1에 나타내는 밀리미터파 전송 장치(100)는, 반송 주파수가 30GHz 내지 300GHz인 밀리미터파의 신호를 고속으로 전송하는 화상 처리 장치 등에 적용 가능한 장치이다.
밀리미터파 전송 장치(100)는 제1 신호 생성부(21), 제2 신호 생성부(22), 신호 입력용의 단자(201), 도 2b에 나타낸 바와 같은 기판(10)과의 결합 회로(205), 유전체 소재로 구성된 유체물(예를 들어 회로 기판)을 이용한 전송 선로(206), 기판(10)과의 결합 회로(207) 및 신호 출력용의 단자(211)를 구비하여 구성된다. 신호 생성부(21) 및 신호 생성부(22)는 반도체 집적 회로의 일례인 CMOS-IC 장치로 구성된다. 이들 각 부재는 동일한 전자 기기 내에 배치된다.
신호 입력용의 단자(201)에 접속된 제1 신호 생성부(21)는, 입력 신호 Sin을 신호 처리하여 밀리미터파의 신호 S를 생성하기 위하여, 예를 들어 변조 회로(202), 주파수 변환 회로(203) 및 증폭기(204)를 갖고 구성된다. 신호 입력용의 단자(201)에는 변조 회로(202)가 접속되어, 입력 신호 Sin을 변조하도록 이루어진다. 변조 회로(202)에는 예를 들어 위상 변조 회로가 사용된다. 변조 회로(202)와 주파수 변환 회로(203)는 통합하여 소위 다이렉트 컨버전 방식의 것으로 하여도 된다.
변조 회로(202)에는 주파수 변환 회로(203)가 접속되어, 변조 회로(202)에 의해 변조된 후의 입력 신호 Sin을 주파수 변환하여 밀리미터파의 신호 S를 생성한다. 여기서 밀리미터파의 신호 S란, 30GHz 내지 300GHz의 범위에 있는 주파수의 신호를 말한다. 주파수 변환 회로(203)에는 증폭기(204)가 접속되어, 주파수 변환 후의 밀리미터파의 신호 S를 증폭하도록 이루어진다.
증폭기(204)에는 제1 신호 결합부의 일례를 구성하는 결합 회로(205)가 접속되어, 신호 생성부(21)에 의해 생성된 밀리미터파의 신호를 소정의 유전율 ε을 갖는 유체물(유전체 소재로 구성된 유체물)의 일단에 송신한다. 결합 회로(205)는 밀리미터파의 신호 S의 파장 λ에 기초하는 소정의 길이, 예를 들어 600㎛ 정도를 가진 안테나 부재로 구성되어, 유전율 ε의 유체물에 결합된다. 결합 회로(205)는 비대역(=신호 대역/동작 중심 주파수)이 10% 내지 20% 정도이면, 공진 구조 등을 이용하여도 용이하게 실현할 수 있는 경우가 많다. 이 실시 형태에서 유체물에는, 유전율 ε을 가진 기판(10)의 일 영역이 사용되고, 유전율 ε을 가진 기판(10)의 일 영역은 전송 선로(206)를 구성한다. 전송 선로(206) 내에는 밀리미터파의 전자파 S'가 전파하게 된다. 유전 정접 tanδ가 큰 경우에는, 전송 선로(206)는 손실이 상대적으로 커지기 때문에 반사도 감쇠하므로, 유전 정접 tanδ가 작은 경우보다도 바람직하다.
이와 관련하여, 본 명세서에서는 사용 주파수대에서의 유전 정접 tanδ의 대소의 구별을 다음과 같이 취급하기로 한다. 유전 정접 tanδ가 작은 유전체 소재로서는, tanδ가 대략 0.001 이하인 것이며, 일례로서 테플론(등록 상표) 수지나 실리콘계의 수지가 해당한다. 유전 정접 tanδ가 큰 유전체 소재로서는, tanδ가 대략 0.01 이상인 것이며, 일례로서 유리 에폭시계(tanδ≒0.02 내지 0.03), 아크릴계, 폴리에틸렌계의 수지가 해당한다.
전송 선로(206)에는 제2 신호 결합부의 일례를 구성하는 결합 회로(207)가 결합되어, 전송 선로(206)의 타단으로부터 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 수신한다. 결합 회로(207)는, 밀리미터파의 신호 S의 파장 λ에 기초하는 소정의 길이, 예를 들어 600㎛ 정도를 가진 안테나 부재로 구성된다. 안테나 부재에는 프로브 안테나(다이폴 등), 루프 안테나, 소형 애퍼쳐 결합 소자(aperture-coupled device; 슬롯 안테나 등)가 사용된다.
결합 회로(207)에는 제2 신호 생성부(22)가 접속되어, 결합 회로(207)에 의해 수신한 밀리미터파의 신호를 신호 처리(특히 복조 처리)하여 전송 대상의 입력 신호 Sin에 대응한 출력 신호 Sout를 생성한다. 신호 생성부(22)는, 예를 들어 증폭기(208), 주파수 변환 회로(209) 및 복조 회로(210)를 갖고 구성된다. 주파수 변환 회로(209)와 복조 회로(210)는 통합하여 소위 다이렉트 컨버전 방식의 것으로 하여도 된다. 결합 회로(207)에는 증폭기(208)가 접속되어, 수신 후의 밀리미터파의 신호를 증폭기(208)에서 증폭하도록 이루어진다.
증폭기(208)에는 주파수 변환 회로(209)가 접속되어, 증폭 후의 밀리미터파의 신호 S를 주파수 변환 회로(209)에서 주파수 변환한다. 주파수 변환 회로(209)에는 복조 회로(210)가 접속되어, 주파수 변환 후의 출력 신호를 복조 회로(210)에서 복조하도록 이루어진다.
이 밀리미터파 전송 장치(100)에서는, 도 1에 나타낸 신호 입력용의 단자(201), 신호 생성부(21), 결합 회로(205)는, 신호 송신용의 제1 전자 부품 #A를 구성한다. 또한, 결합 회로(207), 신호 생성부(22), 신호 출력용의 단자(211)는, 신호 수신용의 제2 전자 부품 #B를 구성한다.
신호 생성부(21) 및 신호 생성부(22)는 반도체 집적 회로의 일례인 CMOS-IC 장치로 구성된 각 다른 밀리미터파 통신용의 전자 부품 #A, #B로서 제공되고, 이들 전자 부품 #A나 전자 부품 #B가 유전율 ε을 가진 기판(10) 상에 실장된다. 전자 부품 #A, #B는, 동일한 기판(10)에서의 동일한 면에 배치되는 것에 한정되지 않고 서로 상이한 면(즉 표리)에 배치하여도 된다.
도시되어 있지 않지만, 회로 기판(10) 상에는, 밀리미터파 통신용의 전자 부품 #A, #B 외에, 기저 대역 영역에서의 신호 처리에 사용되는 저항 소자나 용량 소자나 트랜스 등의 수동 소자나 트랜지스터나 반도체 집적 회로 등 능동 소자가 탑재된다.
여기서, 제1 실시예의 구조에서는, 제1 신호 생성부(21) 및 제1 신호 결합부의 일례를 구성하는 결합 회로(205)가 설치된 전자 부품 #A가 배치된 기판(10)의 제1 영역과, 제2 신호 생성부(22) 및 제2 신호 결합부의 일례를 구성하는 결합 회로(207)가 설치된 전자 부품 #B가 배치된 기판(10)의 제2 영역과의 사이의 전송 선로(206)가 기판(10) 내에 구성되기 때문에, 기판(10) 상의 양자간에서의 밀리미터파 전송을 고려하지 않아도 된다. 이로 인해, 기판(10) 상의 전자 부품 #A, #B간의 스페이스에는, 예를 들어 부품의 크기를 막론하고, 기저 대역 영역에서의 신호 처리에 사용되는 전자 부품(수동 소자나 능동 소자)을 탑재할 수 있다(후술하는 도 12a를 참조).
상술한 바와 같은 입력 신호 Sin을 주파수 변환하여 데이터 전송한다고 하는 방법은, 방송이나 무선 통신에서 일반적으로 사용되고 있다. 이들 용도에서는, (1) 어디까지 통신할 수 있을까(열 잡음에 대한 S/N의 문제), (2) 반사, 멀티패스에 어떻게 대응할까, (3) 방해나 다른 채널과의 간섭을 어떻게 억제할까 등의 문제에 대응할 수 있는 비교적 복잡한 송신기나 수신기 등이 사용되고 있다. 본 실시 형태에서 사용하는 신호 생성부(21) 및 신호 생성부(22)는, 방송이나 무선 통신에서 일반적으로 사용되는 복잡한 송신기나 수신기 등의 사용 주파수에 비하여, 보다 높은 주파수대의 밀리미터파대에서 사용되고, 파장 λ가 짧기 때문에, 주파수의 재이용이 용이하고, 근방에서 많은 디바이스간에서의 통신을 하는 데에 적합한 것이 사용된다.
도 2는 기판(10) 상의 밀리미터파 전송 장치(100)의 구성예를 나타내는 도면이다. 이 실시예에서는 열 잡음에 대한 S/N의 마진이 증가하기 때문에, 밀리미터파대에서 통상 사용되지 않는 손실이 큰 유리 에폭시계의 수지 기판 등을 사용하여, 반사, 멀티패스, 방해 및 간섭도 저감할 수 있게 하였다.
도 2에 나타내는 밀리미터파 전송 장치(100)는, 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #B에 신호가 전송되는 것이다. 이 밀리미터파 전송 장치(100)에서는, 도 1에 나타낸 신호 생성부(21), 결합 회로(205) 및 신호 입력용의 단자(201)를 구비한 신호 송신용의 제1 전자 부품 #A와, 결합 회로(207), 신호 생성부(22) 및 신호 출력용의 단자(211)를 구비한 신호 수신용의 제2 전자 부품 #B를 실장한 유전율 ε의 기판(10)을 구비하고, 기판(10)에는 유리 에폭시 수지를 절연 베이스로 한 양면 동박 기판이 사용된다. 유리 에폭시 수지의 유전율 ε은 4.0 내지 5.0 정도이다(1MHz).
전송 선로(206)는, 전자 부품 #A 및 전자 부품 #B가 실장된 유리 에폭시 수지 기판에 획정되는 전송 영역(I)에 의해 구성된다. 전송 선로(206)에는, 통상의 프린트 배선 기판에 사용되고 있는 유리 에폭시 기판과 같은 유전 정접 tanδ가0.01 이상이고, 종래, 밀리미터파대에서는 전송 손실이 커서, 밀리미터파 전송에 적합하지 않다로 여겨지고 있던 손실이 큰 기판(10)이 사용된다.
이 예의 전송 영역(I)은, 도 2a에 나타내는 기판(10)을 관통하는 중공 원통 형상의 복수의 개공부(이하 스루홀(10a)이라고 함)에 의해 획정된다. 예를 들어, 전자 부품 #A 및 전자 부품 #B의 사이의 기판(10)에 있어서, 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 전파시키고자 하는 방향을 따라서, 복수의 스루홀(10a)을 선 형상으로 2열 형성한다(유(有)지향성). 1개의 스루홀(10a)과 인접하는 스루홀(10a)의 사이의 배치 피치 p를 예를 들어, p=λ/2 이하로 설정한다. 1개의 스루홀(10a)과 대치하는 스루홀(10a)의 사이의 폭을 전송 영역(I)의 폭 w로 하면, w는 λ/2 이상으로 설정된다. 스루홀(10a)은, 중공 원통 형상의 부재 외에 도전성의 원기둥 형상 부재를 사용하여도 된다. 도전성의 원기둥 형상 부재를 접지 등을 함으로써, 유전체 도파로로서의 위상을 조정할 수 있게 된다.
이와 같이 전송 영역(I)은, 2열로 배열된 개공부열(이하 스루홀 펜스부(10b)라고 함)에 의해 획정된다. 물론, 기판(10)의 도중에, 리피터와 같은 간막이 부품을 배치하여, 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'의 전송 범위를 제어하도록 하여도 된다. 물론, 전자 부품 #A를 중심으로 하여 전자 부품 #B나, 다른 복수의 전자 부품 #B에서 일제히 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 수신하는 경우에는, 전자파 S'의 전송 방향을 무지향성으로 하기 위하여, 스루홀 펜스부(10b)를 생략하여도 된다.
밀리미터파 전송 장치(100)에서는, 결합 회로(205)를 구성하는, 도 2b에 나타내는 안테나 부재(11)로부터 기판(10) 내에 송신된 신호에 기초하는 전자파 S'를, 결합 회로(207)를 구성하는 도 2b에 나타내는 안테나 부재(12)에 의해 수신한다. 안테나 부재(11)는 도 1에 나타낸 전자 부품 #A의 증폭기(204)에 접속되고, 기판(10) 상 또는 기판(10)의 내부에 배치되어, 기판(10) 내를 향하여 전자파 S'를 복사하도록 이루어진다. 안테나 부재(11)는, 예를 들어 기판(10) 내에 개구된 구멍부(10c)에 배치된다. 안테나 부재(11)에는, 파장 λ의 1/2 정도 이상의 것이 사용된다. 파장 λ의 1/2 정도 이상의 안테나체를 실장할 수 있으면, 도파관이나 유전체 선로 등의 도파 구조도 용이하게 실현할 수 있게 된다. 도파 구조를 사용하면, 방송이나 무선 통신 기기에서의 상기 (1), (2) 및 (3)의 과제를 현저하게 완화할 수 있게 된다.
안테나 부재(12)는 전자 부품 #B의 증폭기(208)에 접속되고, 기판(10) 상 또는 기판(10)의 내부에 배치되어, 기판(10) 내로부터 전자파 S'를 수신하도록 이루어진다. 안테나 부재(12)도 기판(10) 내에 개구된 구멍부(10d)에 배치된다. 이에 의해, 스루홀 펜스부(10b)에 의해 획정된 전송 영역(I) 내에 전자 부품 #A로부터 송신된 전자파 S'를 봉입할 수 있다. 게다가, 전송 영역(I) 내에 봉입된 전자파 S'를 전자 부품 #B의 안테나 부재(12)에서 수신할 수 있게 된다.
계속해서, 신호 생성부(21)에서의 증폭기(204)나 신호 생성부(22)에서의 증폭기(208)의 내부 구성예에 대하여 설명한다. 도 3은 증폭기(204) 등의 내부 구성예를 나타내는 회로도이다. 이 실시예에서, 도 3에 나타내는 증폭기(204) 등은, 도 1에 나타낸 신호 생성부(21, 22)에 적용 가능한 증폭 회로이며, 드라이버용의 3개의 증폭기 AMP1 내지 AMP3과, 종단용의 증폭기 AMP4가 직렬로 접속되어 구성된다.
증폭기 AMP1은 2개의 n 채널형의 전계 효과 트랜지스터(이하 간단히 트랜지스터 FET1, FET2라고 함), 저항 R11, 커플링 콘덴서(이하 간단히 용량 C11이라고 함), 2개의 전해 콘덴서(이하 간단히 용량 C12, C13이라고 함), 게이트 방전용의 콘덴서(이하 간단히 용량 C14라고 함), 입력(부하)용의 인덕턴스 L12, 출력(부하)용의 인덕턴스 L13을 갖고 구성된다.
용량 C11의 일단은, 주파수 변환 회로(203)에 접속되어, 주파수 변환 후의 밀리미터파의 신호 S가 공급된다. 용량 C11의 타단은, 트랜지스터 FET1의 게이트에 접속됨과 함께, 인덕턴스 L12의 일단에 접속된다. 인덕턴스 L12의 타단은, 게이트 전압 공급원 Vg에 접속됨과 함께 용량 C12의 일단에 접속된다. 용량 C12의 타단 및 트랜지스터 FET1의 소스는 접지된다.
트랜지스터 FET1의 드레인과 트랜지스터 FET2의 소스는 접속된다. 트랜지스터 FET2의 드레인에는 인덕턴스 L13의 일단이 접속된다. 인덕턴스 L13의 타단에는 Vdd 전원 및 용량 C13의 일단이 접속되어, 드레인 전압이 트랜지스터 FET2의 드레인에 공급된다. 용량 C13의 타단은 접지되어, 전하를 축적하도록 동작한다.
트랜지스터 FET2의 게이트와 Vdd 전원의 사이에는 저항 R11이 접속되어, 저항 R11에서 분압된 게이트 전압이 공급된다. 트랜지스터 FET2의 게이트와 접지간에는 용량 C14가 접속되어, 게이트 전압을 충방전하도록 동작한다. 트랜지스터 FET2의 드레인에는 커플링 콘덴서(이하 간단히 용량 C21이라고 함)의 일단이 접속된다.
용량 C21의 타단에는, 다음 단의 증폭기 AMP2가 접속된다. 증폭기 AMP2도 2개의 n 채널형의 전계 효과 트랜지스터(이하 간단히 트랜지스터 FET3, FET4라고 함), 저항 R21, 커플링 콘덴서(이하 간단히 용량 C21이라고 함), 2개의 전해 콘덴서(이하 간단히 용량 C22, C23이라고 함), 게이트 방전용의 콘덴서(이하 간단히 용량 C24라고 함), 입력(부하)용의 인덕턴스 L22, 출력(부하)용의 인덕턴스 L23을 갖고 구성된다.
전단의 트랜지스터 FET2의 드레인에 접속된 용량 C21의 타단은, 트랜지스터 FET3의 게이트에 접속됨과 함께, 인덕턴스 L22의 일단에 접속된다. 인덕턴스 L22의 타단은, 게이트 전압 공급원 Vg에 접속됨과 함께 용량 C22의 일단에 접속된다. 용량 C22의 타단 및 트랜지스터 FET3의 소스는 접지된다.
트랜지스터 FET3의 드레인과 트랜지스터 FET4의 소스는 접속된다. 트랜지스터 FET4의 드레인에는 인덕턴스 L33의 일단이 접속된다. 인덕턴스 L33의 타단에는 Vdd 전원 및 용량 C33의 일단이 접속되어, 드레인 전압이 트랜지스터 FET4의 드레인에 공급된다. 용량 C23의 타단은 접지되어, 전하를 축적하도록 동작한다.
트랜지스터 FET2의 게이트와 Vdd 전원의 사이에는 저항 R21이 접속되어, 저항 R21에서 분압된 게이트 전압이 공급된다. 트랜지스터 FET4의 게이트와 접지간에는 용량 C24가 접속되어, 게이트 전압을 충방전하도록 이루어진다. 트랜지스터 FET2의 드레인에는 커플링 콘덴서(이하 간단히 용량 C31이라고 함)의 일단이 접속된다.
용량 C31의 타단에는, 다음 단의 증폭기 AMP3이 접속된다. 증폭기 AMP3도 2개의 n 채널형의 전계 효과 트랜지스터(이하 간단히 트랜지스터 FET5, FET6이라고 함), 저항 R31, 용량 C31, 2개의 전해 콘덴서(이하 간단히 용량 C32, C33이라고 함), 게이트 방전용의 콘덴서(이하 간단히 용량 C34라고 함), 입력(부하)용의 인덕턴스 L32, 출력(부하)용의 인덕턴스 L33을 갖고 구성된다.
전단의 트랜지스터 FET4의 드레인에 접속된 용량 C31의 타단은, 트랜지스터 FET5의 게이트에 접속됨과 함께, 인덕턴스 L32의 일단에 접속된다. 인덕턴스 L32의 타단은, 게이트 전압 공급원 Vg에 접속됨과 함께 용량 C32의 일단에 접속된다. 용량 C32의 타단 및 트랜지스터 FET5의 소스는 접지된다.
트랜지스터 FET5의 드레인과 트랜지스터 FET6의 소스는 접속된다. 트랜지스터 FET6의 드레인에는 인덕턴스 L33의 일단이 접속된다. 인덕턴스 L33의 타단에는 Vdd 전원 및 용량 C33의 일단이 접속되어, 드레인 전압이 트랜지스터 FET6의 드레인에 공급된다. 용량 C33의 타단은 접지되어, 전하를 축적하도록 이루어진다.
트랜지스터 FET6의 게이트와 Vdd 전원의 사이에는 저항 R31이 접속되어, 저항 R31에서 분압된 게이트 전압이 공급된다. 트랜지스터 FET6의 게이트와 접지간에는 용량 C34가 접속되어, 게이트 전압을 충방전하도록 이루어진다. 트랜지스터 FET6의 드레인에는 커플링 콘덴서(이하 간단히 용량 C41이라고 함)의 일단이 접속된다.
용량 C41의 타단에는, 종단의 증폭기 AMP4가 접속된다. 증폭기 AMP4는, 1개의 n 채널형의 전계 효과 트랜지스터(이하 간단히 트랜지스터 FET7이라고 함), 용량 C41, C51, 2개의 전해 콘덴서(이하 간단히 용량 C42, C43이라고 함), 입력(부하)용의 인덕턴스 L41, L42, 출력(부하)용의 인덕턴스 L33, 및 바이어스 전압 발생용의 인덕턴스 L44를 갖고 구성된다.
전단의 트랜지스터 FET6의 드레인에 접속된 용량 C41의 타단은 인덕턴스 L41에 접속되고, 인덕턴스 L41의 타단이 트랜지스터 FET7의 게이트에 접속됨과 함께, 인덕턴스 L42의 일단에 접속된다. 인덕턴스 L42의 타단은, 게이트 전압 공급원 Vg에 접속됨과 함께 용량 C42의 일단에 접속된다. 트랜지스터 FET7의 소스는 인덕턴스 L44의 일단에 접속된다. 인덕턴스 L44의 타단 및 용량 C42의 타단은 접지된다.
트랜지스터 FET7의 드레인에는 인덕턴스 L43의 일단이 접속된다. 인덕턴스 L43의 타단에는 Vdd 전원 및 용량 C43의 일단이 접속되어, 드레인 전압이 트랜지스터 FET7의 드레인에 공급된다. 용량 C43의 타단은 접지되어, 전하를 축적하도록 이루어진다. 트랜지스터 FET7의 드레인에는 용량 C51의 일단이 접속된다. 용량 C51의 타단은, 결합 회로(206)의 안테나 부재(11) 등(도 2b 참조)에 접속된다.
이것들에 의해 증폭기(204) 등이 구성되어, 주파수 변환 후의 밀리미터파의 신호 S를 증폭기 AMP1 내지 AMP3에서 순차적으로 증폭하고, 또한 최종단의 증폭기 AMP4로부터 결합 회로(205)의 안테나 부재(11) 등으로 증폭 후의 밀리미터파의 신호 S를 송출하도록 이루어진다. 이에 의해, 증폭 후의 밀리미터파의 신호를 안테나 부재(11) 등을 통하여 소정의 유전율 ε을 갖는 유체물(유전체 소재로 구성된 유체물)의 일단에 송신할 수 있다.
도 4는 증폭기(204)의 통과 특성예(Ia')를 나타내는 주파수 특성도이다. 도 4에 있어서, 종축은 증폭기(204)의 통과 특성 dB(S(2, 1))이다. 횡축은 반송 주파수(freq, GHz)이며, 눈금은 10GHz 단위이다.
도 4에 나타내는 증폭기(204)의 통과 특성예(Ia')는, 도 3에 나타낸 증폭기(204)의 3단의 드라이버용의 증폭기 AMP1 내지 AMP3 및 최종단의 증폭기 AMP4에서 순차적으로 증폭되는 밀리미터파의 신호의 통과 특성 dB(S(2, 1))이다. 증폭기(204)의 통과 특성 dB(S(2, 1))은, 반송 주파수가 1GHz부터 100GHz에 이르고, 1GHz씩 증가한 경우, 통과 이득이 증가하고 있다. 실측 결과에 따르면, 도면 중, S21에 나타내는 반송 주파수=60GHz시의 통과 특성 dB(S(2, 1))에서의 통과 이득(게인)은 21.764dB로 되어 있다.
계속해서, 테플론(등록 상표) 수지제와 유리 에폭시 수지제의 2개의 기판(10)을 밀리미터파 전송 장치(100)에 적용한 경우에 대하여, 그 손실의 대소 및 반사 특성을 (Agilent Advanced Design System: ADS)에 의한 시뮬레이션에 기초하여 비교한다. 도 5는 밀리미터파 전송 장치(100)에서의 밀리미터파 전송예를 나타내는 시뮬레이션 회로도이다.
도 5에 나타내는 시뮬레이션에 따르면, 전송 선로(206)로서, 두께 100㎛의 유리 에폭시 수지제의 기판(10) 상에 두께 t=18㎛, 길이 L=100mm, 폭 W=170㎛의 마이크로 스트립 라인을 배치한 경우와, 두께 100㎛의 테플론(등록 상표) 수지제의 기판(10) 상에 동일한 두께 t이고, 동일한 길이 L이고, 폭 W=170㎛+α의 마이크로 스트립 라인을 배치한 경우에 대하여, 전자 회로 #A의 결합 회로(205)의 출력 임피던스를 특성 임피던스 Zo=50Ω으로 하고, 전자 회로 #B의 결합 회로(207)의 입력 임피던스를 특성 임피던스 Zo=50Ω으로 하고, 반송 주파수가 0GHz부터 100GHz에 이르고, 1GHz씩 증가한 경우에 대하여, 전송 선로(206)의 손실의 대소 및 반사 특성을 검증한 결과가 얻어지고 있다.
도 6은 테플론(등록 상표) 수지제의 기판(10) 상의 전송 선로(206)의 통과 특성예 및 반사 특성예를 나타내는 주파수 특성도이다. 테플론(등록 상표) 수지제의 기판(10)은 유전 정접이 tanδ=0.001인 경우이며, 전송 선로(206)를 마이크로 스트립 라인에 의해 구성한 경우이다. δ는 유전체의 손실각이다. 도 6에 있어서, 종축은 통과 특성 dB(S(2, 1))과 반사 특성 dB(S(1, 1))이다. 횡축은 반송 주파수(freq, GHz)이며, 눈금은 5GHz 단위이다.
도 6에 나타내는 전송 선로(206)의 통과 특성예(Ia)는, 테플론(등록 상표) 수지제의 기판(10) 상의 전자 회로 #A로부터 전자 회로 #B로의 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'의 통과 특성 dB(S(2, 1))이다. 테플론(등록 상표) 수지제의 기판(10) 상의 전송 선로(206)의 통과 특성 dB(S(2, 1))은, 반송 주파수가 1GHz부터 100GHz에 이르고, 1GHz씩 증가한 경우, 거의 손실이 없다. 시뮬레이션 결과에 따르면, 도면 중, m1에 나타내는 반송 주파수=60GHz(2Gbps)일 때의 통과 특성 dB(S(2, 1))에서의 통과 이득(게인)은 -5.150dB이다.
또한, 도 6에 나타내는 반사 특성예(IIa)는, 테플론(등록 상표) 수지제의 기판(10) 상의 전자 회로 #A로부터 전자 회로 #B를 보았을 때, 전자 회로 #A에 반사되는 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'의 반사 특성 dB(S(1, 1))이다. 테플론(등록 상표) 수지제의 기판(10) 상의 전송 선로(206)의 반송 주파수가 1GHz부터 100GHz에 이르고, 1GHz씩 증가한 경우의 반사 특성예(IIa)에 따르면, 도면 중, 파형 형상의 정재파(定在波)가 생기고 있다. 이와 같이, 유전 정접 tanδ=0.001의 테플론(등록 상표) 수지제의 기판(10)은, 통과 특성예(Ia)에 나타낸 바와 같이 손실이 작기는 하지만, 반사 특성예(IIa)에 나타낸 바와 같이 정재파가 생기기 쉽다.
도 7은 유리 에폭시 수지제의 기판(10) 상의 전송 선로(206)의 통과 특성예 및 반사 특성예를 나타내는 주파수 특성도이다. 통상의 프린트 배선 기판에 사용되고 있는 유리 에폭시 수지제의 기판(10)은, 유전 정접이 예를 들어 tanδ=0.03이며, 전송 선로(206)를 마이크로 스트립 라인에 의해 구성한 경우이다. δ는 유전체의 손실각이다. 도 7에 있어서도 종축은 통과 특성 dB(S(2, 1))과 반사 특성 dB(S(1, 1))이다. 횡축은 반송 주파수(freq, GHz)이며, 눈금은 10GHz 단위이다.
도 7에 나타내는 통과 특성예(Ib)는, 유리 에폭시 수지제의 기판(10) 상의 전자 회로 #A로부터 전자 회로 #B로의 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'의 통과 특성 dB(S(2, 1))이다. 유리 에폭시 수지제의 기판(10) 상의 전송 선로(206)의 통과 특성 dB(S(2, 1))은, 반송 주파수가 1GHz부터 100GHz에 이르고, 1GHz씩 증가한 경우, 테플론(등록 상표) 수지제의 기판(10)에 비하여 손실이 크다. 시뮬레이션 결과에 따르면, 도면 중, m1에 나타내는 반송 주파수=60GHz일 때의 통과 이득(게인)은 -31.141dB이다.
또한, 도 7에 나타내는 반사 특성예(IIb)는, 유리 에폭시 수지제의 기판(10) 상의 전자 회로 #A로부터 전자 회로 #B를 보았을 때, 전자 회로 #A에 반사되는 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'의 반사 특성 dB(S(1, 1))이다. 유리 에폭시 수지제의 기판(10) 상의 전송 선로(206)의 반사 특성예(IIb)에 따르면, 그 반송 주파수가 1GHz부터 100GHz에 이르고, 1GHz씩 증가한 경우, 도면 중, 반사파는 감쇠하고 정재파가 생기기 어렵게 되어 있다. 이와 같이, 유전 정접 tanδ=0.03의 유리 에폭시 수지제의 기판(10)은, 반사 특성예(IIb)에 나타낸 바와 같이 정재파가 생기기 어렵고, 전송 손실 특성예(Ib)에 나타낸 바와 같이 손실이 큰 것이다. 따라서, 이러한 유리 에폭시 수지제의 기판(10)은, 종래 밀리미터파대에서의 신호 전송에는 사용되지 않았다.
그러나, 유전 정접이 0.03 정도의 손실이 큰 기판(10)이며, 전송 선로(206)의 길이가 L=10cm 정도의 거리이면, 밀리미터파의 신호 송신용의 신호 생성부(21)를 가진 CMOS-IC 장치 및 밀리미터파의 신호 수신용의 신호 생성부(22)를 가진 CMOS-IC 장치를 기판(10)에 실장함으로써, 열 잡음에 비하여, 밀리미터파 기판 내 통신 처리를 실행하기에 충분한 신호 강도를 얻을 수 있다.
한편, 전송 선로(206)의 전송 대역을 BHz로 하고, 볼트만 상수를 k로 하고, 온도를 T로 하고, 열 잡음에 의한 잡음 전력을 P로 하면, 잡음 전력 P는 P=kTB가 되고, 1GHz당의 잡음 전력은 RMS값으로 -84dBm이 된다. RMS값은 저항과 온도, 측정 주파수 대역 폭의 함수로부터 얻어지는 저항 소자의 열 잡음 전압과 등가 잡음 전류로부터 얻어진다. CMOS-IC 장치에서, 예를 들어 60GHz대에서 저잡음용의 증폭기(204, 208)를 구성하고자 한 경우, 6dB 정도의 잡음 지수를 갖는 증폭기(204, 208) 등을 용이하게 실현할 수 있다. 실제로 밀리미터파의 신호 수신용의 신호 생성부(22)를 구성하는 경우이며, 10dB의 마진을 설정하였다고 하여도 노이즈 플로어는 -84dBm+10dB+6dB=-68dB가 된다.
또한, 반송 주파수=60GHz에서 0dBm의 출력을 얻는 증폭기(204, 208) 등을 CMOS-IC 장치에 구성하는 것은 용이하게 설계할 수 있다. 따라서, 도 7에 나타낸 유리 에폭시 수지제의 기판(10) 상의 전송 선로(206)의 전송 손실이 31dB이었다고 하여도, S/N비는(0dBm-31dB)-68dB=37dB가 되어, 전송 선로(206)의 길이 L=10cm 정도의 거리에서, 통신하는 데에 충분한 S/N비를 취할 수 있다.
이 0dBm 출력을 필요 최저한의 S/N비로 제어하면, 주변 회로(영역)에의 방해를 최소한으로 하는 것이 가능하게 된다. 유리 에폭시 수지제의 기판(10)과 같이, 유전 정접 tanδ가 크면, 기판(10)에 형성된 전송 선로(206)를 전파하는 밀리미터파의 전자파 S'는 기판 내에서 감쇠하기 때문에, 그 신호에 관련되지 않는 다른 전자 부품에의 방해를 크게 저감할 수 있게 된다. 또한, 송신측의 소비 전력도 억제할 수 있게 된다.
이러한 손실이 큰 전송 선로(206)에서는, 반송 주파수가 증가함에 따라서, 전송 손실이 증가하고, 반사파는 감쇠해 가므로, 반사파에 의한 정재파의 악영향도 저감할 수 있게 된다. 이 예에서는 주파수 변환 회로(203)에서 입력 신호 Sin을 밀리미터파의 신호 S로 주파수 변환하고, 주파수 변환 회로(209)에서 증폭기(208)에 의한 증폭 후의 밀리미터파의 신호를 주파수 변환함으로써, (신호 대역)/(중심 주파수)의 비를 작게 할 수 있게 되므로, 밀리미터파의 신호 송신용의 신호 생성부(21) 및 밀리미터파의 신호 수신용의 신호 생성부(22)도 구성하기 쉬워진다.
계속해서, 밀리미터파 전송 방법에 대하여 설명한다. 도 8a는 밀리미터파 전송 장치(100)에서의 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #B로의 통신예를 나타내는 동작 흐름도이다. 이 예에서 유전 정접 tanδ(유전율 ε)의 기판(10) 내에 밀리미터파를 전송하는 밀리미터파 전송 장치(100)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 유리 에폭시 수지제의 기판(10) 상의 영역 (α) 내에, COMS-IC 장치로 이루어지는 전자 부품 #A 및 전자 부품 #B가 실장되고, 전자 부품 #A 및 전자 부품 #B간이 손실이 큰 전송 선로(206)에 의해 결합되어 있다.
이것을 동작 조건으로 하여, 밀리미터파 전송 장치(100)에서의 전자 부품 #A는, 입력 신호 Sin을 신호 처리하여 밀리미터파의 신호 S를 생성하기 위하여, 도 8a에 나타내는 흐름도의 스텝 ST11에서, 신호 생성부(21)의 변조 회로(202)가 입력 신호 Sin에 기초하여 위상 변조 처리 등을 실행한다. 입력 신호 Sin은 도시하지 않은 하위의 신호 처리 회로로부터 단자(201)에 공급된다.
이어서, 스텝 ST12에서 주파수 변환 회로(203)는 변조 회로(202)에 의해 위상 변조 등이 이루어진 후의 입력 신호 Sin을 주파수 변환하여 밀리미터파의 신호 S를 생성한다. 그 후, 스텝 ST13에서 증폭기(204)는 밀리미터파의 신호 S를 증폭한다. 그리고, 스텝 ST14에서 결합 회로(205)는, 증폭기(204)에 의해 증폭된 밀리미터파(신호 처리 후의 밀리미터파)의 신호를 유전 정접 tanδ의 기판(10)에 획정된 전송 선로(206)의 일단에 송신한다. 전송 선로(206)의 내부에는 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'가 전파되어 간다.
한편, 전자 부품 #B는, 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 수신 처리하여 출력 신호 Sout를 생성하기 위하여, 도 8a에 나타내는 흐름도의 스텝 ST21에서, 결합 회로(207)는, 유전 정접 tanδ의 기판(10)의 전송 선로(206)의 타단으로부터 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 수신한다. 그 후, 스텝 ST22에서 증폭기(208)는 밀리미터파의 신호를 증폭한다. 그리고, 스텝 ST23에서 주파수 변환 회로(208)는 증폭기(208)에 의해 증폭된 후의 밀리미터파의 신호 S를 주파수 변환한다. 그 후, 스텝 ST24에서 복조 회로(210)는, 주파수 변환 후의 출력 신호를 복조하도록 이루어진다. 복조 후의 출력 신호 Sout는 단자(211)로부터 도시하지 않은 상위의 신호 처리 회로에 출력된다.
이와 같이 제1 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(100) 및 밀리미터파 전송 방법에 따르면, 유전체 소재로 구성된 유체물을 사용한 기판(10) 상에, 입력 신호 Sin을 밀리미터파대의 신호로 주파수 변환하는 기능을 가진 MOS-IC 장치를 실장하고, 밀리미터파 전송 장치(100)에서는, 입력 신호 Sin이 신호 생성부(21)에 의해 밀리미터파대의 신호로 주파수 변환되고, 밀리미터파 대역에서 손실이 큰 기판(10)의 전송 선로(206)에 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 전송하도록 이루어진다.
바람직하게는, 기판(10)을 이루는 유전체 소재로 구성된 유체물로서는, 유전 정접 tanδ가 작은 것이 아니라 큰 것을 사용함으로써, 손실이 큰 전송 선로(206)가 되도록 한다. 손실이 큰 전송 선로(206)에서는, 반송 주파수가 증가함에 따라서, 전송 손실이 증가하고, 반사파는 감쇠해 가므로, 손실이 큰 유전율 ε의 기판(10)을 통하여 매우 고속의 신호를 전송할 수 있게 된다. 게다가, 유전율 ε의 기판(10)의 임의의 국소적인 범위만을 전송로로서 사용함으로써(이 예에서는 기판(10)에 구성한 전송 선로(206)에서), 고속 통신 처리가 가능하게 된다. 또한, 유전체 소재로 구성된 유체물의 일례인 유전율 ε을 갖는 기판(10)의 국소적인 범위 이외는 감쇠가 커져, 통신용의 기판(10)의 다른 장소, 혹은 유전율 ε의 기판(10)의 통신 영역 이외로의 방해를 크게 저감할 수 있게 되었다. 또한, 기판(10)의 손실이 큰 영향에 의해, 기판(10) 이외로의 방해도 작아진다. 이에 의해, 방해, 반사가 적은 고속 신호의 전송 시스템을 실현할 수 있게 되었다.
특히, 입수가 용이하고 저비용인 손실이 작지 않은(유전 정접 tanδ가 중(中) 내지 대(大)인) 유전체 재료를 포함하는 유리 에폭시 수지제 등의 회로 기판에 송신용 및 수신용의 전자 부품을 탑재하여 시스템을 구성하여도 밀리미터파대에서의 신호 전송을 문제없이 실현할 수 있다고 하는 점에서 제1 실시예의 구조가 달성하는 효과는 크다.
[제1 비교예]
도 8b 내지 도 8d는, 제1 실시예에 대한 제1 비교예를 설명하는 도면이다. 여기서, 도 8b는 제1 비교예의 고속 기저 대역 신호 전송 장치의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 8c 및 도 8d는 고속 기저 대역 신호의 전송예를 설명하는 도면이다.
최근, 영화 영상이나 컴퓨터 화상 등의 정보량의 방대화에 수반하여, 기저 대역 신호를 고속으로 전송하는 장치가 사용되는 경우가 많아져 왔다. 이러한 종류의 고속 기저 대역 신호 전송 장치에는, 밀리미터파 등의 고속의 기저 대역 신호를 에러없이 전송하는 것이 요구된다.
예를 들어, 도 8b에 나타내는 제1 비교예의 고주파 전송 장치(1)는, 신호 송신용의 IC 부품(2)과, 신호 수신용의 IC 부품(3)이 전송 손실을 작게 하기 위하여, 유전체 손실이 적은 기판 상에 실장된다. IC 부품(2)은 신호 입력용의 단자(101), 파형 성형부(102) 및 기판과의 결합 회로(103)를 갖고 구성된다.
IC 부품(3)은 기판과의 결합 회로(105), 파형 성형부(106) 및 신호 출력용의 단자(107)를 갖고 구성된다. IC 부품(2)의 결합 회로(103)와, IC 부품(3)의 결합 회로(105)의 사이에는, 손실이 작은 전송 선로(104)가 배치되어, IC 부품(2)으로부터 IC 부품(3)으로, 예를 들어 영화 영상이나 컴퓨터 화상 등의 방대한 정보량의 고속의 기저 대역 신호를 전송하도록 이루어진다.
「손실이 작은 전송 선로(104)」란, 전송 선로(104)를 이루는 부재(이 예에서는 기판)의 유전 정접 tanδ가, 제1 실시예에서 사용하고 있는 기판(10)을 이루는 유전체 소재의 유전 정접 tanδ보다도 작은 것을 의미한다.
도 8c에는 고속 기저 대역 신호의 전송예를 나타내는 파형도가 나타내어지고, 도 8d에는 기저 대역 스펙트럼(주파수 특성)이 나타내어지고 있다. 도 8c에 나타내는 파형예에 있어서, 횡축은 시간 t이고, 종축은 진폭 a이다. 도면 중, Ts는 심볼 구간이다. 기저 대역 신호의 시간 파형을 S(t)로 하여, 시간 파형 S(t)는 수학식 1로 표현된다.
Figure pct00001
수학식 1의 시간 파형 S(t)를 푸리에 변환 페어(Fourier transform pair)로 나타내면, 수학식 2로 정의된다.
Figure pct00002
도 8d에 나타내는 베이스 스펙트럼에 있어서, 횡축은 주파수 t이고, 종축은 진폭이다. 시간 파형 S(t)의 주파수 특성은, 수학식 3으로 표현된다.
Figure pct00003
도면 중, Fs는 심볼 주파수이다. 신호 송신용의 IC 부품(2)은, 신호 수신용의 IC 부품(3)에서 심볼간 간섭이 일어나지 않도록, 적어도 0Hz 내지 (1/2)ㆍ(1/Ts)Hz의 신호를 IC 부품(3)에 보낸다(나이퀴스트 정리(Nyquist stability theorem)). 예를 들어, IC 부품(2)으로부터 IC 부품(3)으로, 전송 데이터 레이트=10Gbps의 바이너리 데이터를 보내는 경우, 심볼 주파수 Fs는 1/Ts에서 제공되기 때문에 Fs=10GHz이다.
기저 대역 신호 전송에서는, 0Hz 내지 (1/2)ㆍ(10GHz), 즉, 0Hz 내지 5GHz의 신호를 보냄으로써, 심볼간 간섭을 발생하지 않도록 하고 있다. 여기서 0Hz의 신호의 파장 λ는 무한대, 진공 중에서의 광속을 c=3×108m/s로 하면, 5GHz의 신호의 파장 λ는 c/Fs에서 제공되고, λ=3×108/5×109=6cm이며, 고주파 전송 장치(1)에 따르면, 대단히 넓은 레인지의 파장 λ를 취급하여 고속의 기저 대역 신호를 전송하도록 이루어진다.
기판 상의 신호 처리 속도의 고속화가 진행되는 가운데, 제1 비교예의 고주파 전송 장치(1)나, 밀리미터파대의 신호 전송 기술 등을 응용하여 방해가 적은 고속의 밀리미터파 신호 전송 시스템을 기판 내 혹은 기판 상에 구축하고자 한 경우에, 다음과 같은 문제가 우려된다.
i. 제1 비교예의 고주파 전송 장치(1)에 따르면, 전송 손실을 작게 하기 위하여, 신호 송신용의 IC 부품(2)과, 신호 수신용의 IC 부품(3)을 유전체 손실이 적은 기판 상에 실장해야 한다. 유전체 손실이 적은 기판 등은 특수하고, 고가라고 하는 문제가 있다.
ii. 금후, 기판 상의 신호는 점점 고속화해 가는 경향이 있지만, 이에 따라 기판 상의 IC 부품(2) 등으로부터 발생하는 신호가, 서로 간섭하여 방해가 될 것으로 예상된다. 따라서, 밀리미터파 등의 고속의 기저 대역 신호를 IC 부품(2)으로부터 IC 부품(3) 등으로 에러없이 전송하는 것이 곤란해지고 있다.
도 8c 및 도 8d에 나타낸 10Gbps의 바이너리 데이터의 전송예에 따르면, 무한대(0Hz)로부터 6cm(5GHz)의 파장에 걸쳐, 1/2 파장의 배수의 구조적인 공진, 전기적인 공진 및 반사를 억제하는 것은, 기구 설계 및 전기 설계에 있어서 용이한 것이 아니다. 이 문제는 전송 데이터 레이트가 상승하면 상승할 수록, 이들의 설계의 곤란성이 증가하게 된다. 이에 의해, 고속 신호를 처리하는 기판의 설계가 곤란해진다.
iii. 영화 영상이나 컴퓨터 화상 등의 정보량의 방대화에 수반하여, 기저 대역 신호의 대역이 넓어짐에 따라서, (1) 기판으로부터 외부로 불필요하게 복사될 뿐만 아니라, (2) 반사가 있으면 수신측에서 심볼간에서의 간섭에 의한 전송 에러, (3) 방해의 간섭에 의한 전송 에러도 문제가 된다.
일반적으로 기저 대역 신호 대역에서의 불필요 복사에는, 열잡온에 의한 노이즈 플로어로부터의 제한뿐만 아니라, 전송되는 신호 외에도 여러가지 신호 방해원이 포함된다. 예를 들어, CPU로부터의 클록 신호에 의한 방해, 방송, 통신 등으로부터의 방해, 모터의 노이즈 방전에 의한 서지 등의 방해 신호나, 신호 선로(전송 선로) 상의 임피던스의 부정합 등에 의한 반사 등에 의한 것이 불필요 복사의 주요 원인이 된다. 공진이나 반사가 있으면, 그것은 방사를 수반하기 쉬워, 전자 유도 장해(EMI)의 문제도 심각하게 된다.
v. 또한, 특허문헌 1에 개시되는 유전체 도파관 선로와, 특허문헌 2에 개시되는 무선 방식의 밀리미터파 통신 시스템을 참고로 하여, 새로운 유체물 내 전송 방식의 밀리미터파 신호 전송 장치를 구성하고자 한 경우, 아무런 고안없이 단순히 손실이 적은 유전체 도파관 선로와, 밀리미터파의 신호의 송수신 기능을 구비한 밀리미터파 통신 시스템을 조합한 것만으로는, 유전체 도파관 선로의 임의의 국소적인 범위에서만, 고속의 통신 처리를 행하는 것이나, 유전체 도파관 선로의 국소적인 범위 외로의 방해를 저감하는 것이 곤란하게 된다.
vi. 이와 관련하여 반송 주파수가 증가하여도, 그다지 전송 손실이 증가하지 않는 유전체 도파관 선로는, 반사파가 증가하는 경향이 있다. 이 반사파를 저감하고자 하면 유전체 도파관 선로의 구조가 복잡화될 우려가 있다.
[제1 비교예와 제1 실시예의 대비]
도 9는 제1 실시예의 밀리미터파 전송 장치(100)에 의한 밀리미터파 전송의 효과를 제1 비교예와의 대비에 의해 설명하는 도면이다. 여기에서는 제1 비교예의 고주파 전송 장치(1)에 의해 고속의 데이터 대역 신호를 전송하는 것이 아니라, 고속 기저 대역 신호를 제1 실시예의 밀리미터파 전송 장치(100)에 의해 밀리미터파의 신호 S로 주파수 변환하여 전송하는 경우의 장점에 대하여 설명한다.
도 9a에는 주파수 변환 후의 밀리미터파대의 신호 S의 전송예를 나타내는 파형도가 나타내어지고, 도 9b에는 그 밀리미터파대의 신호 S의 스펙트럼(주파수 특성)이 나타내어지고 있다.
도 9a에 나타내는 파형예에 있어서, 횡축은 시간 t이고, 종축은 진폭 a이다. S는 주파수 변환 후의 밀리미터파대의 신호 파형을 나타내고 있다. 도 9b에 나타내는 밀리미터파대의 신호 S의 스펙트럼에 있어서, 횡축은 주파수 t이고, 종축은 진폭이다. 도면 중, Fs는 심볼 주파수이고, Fs=10GHz이다.
이 예에서는 전송 데이터 레이트=10Gbps의 바이너리 데이터의 전송예에 대하여, 제1 비교예의 고주파 전송 장치(1)와, 제1 실시예의 밀리미터파 전송 장치(100)를 비교한다. 고주파 전송 장치(1)에 따르면, 도 8d에서 설명한 바와 같이 바이너리 데이터를 기저 대역으로 하여, 파장 λ=무한대(0Hz)로부터 6cm(5GHz)를 주의하면서 안테나 등의 구조 설계 및 전기 설계를 해야 한다.
이에 대해, 제1 실시예의 밀리미터파 전송 장치(100)에 따르면, 바이너리 데이터를 밀리미터파대로 주파수 변환하여 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #B로 전송한다. 예를 들어, 중심 주파수 F0을 60GHz로 설정하면, 나이퀴스트의 정리에 의해, 심볼간 간섭이 없는 전송을 행하기 위해서는, 심볼 주파수 Fs=55GHz((=60GHz-(Fs/2))로부터 심볼 주파수 Fs=65GHz(=60GHz+(Fs/2))의 신호 S를 전송하게 된다.
진공 중의 파장 λ는, 진공 중에서의 광속을 c=3×108m/s로 하면, Fs=55GHz일 때, c/Fs=3×108/55×109≒5.5mm이다. Fs=65GHz일 때에는, 3×108/65×109=4.6mm가 된다. 따라서, 밀리미터파 전송 장치(100)에 따르면, 파장 λ=4.6mm로부터 5.5mm의 범위에 주의하여 안테나 등의 구조 설계 및 전기 설계를 하면 되며, 고주파 전송 장치(1)에 비하여 취급하기 쉽다.
이와 같이, 제1 실시예에 따르면, 전자 부품 #A-전자 부품 #B간에서 밀리미터파 전송 시스템을 구축할 수 있게 된다. 또한, 전자 부품 #A-전자 부품 #B간의 통신 거리가 가까운 경우에는, 도 1에 나타낸 공급측의 증폭기(204) 및 수신측의 증폭기(208)를 생략하여도 된다.
<제2 실시예>
계속해서, 도 10 내지 도 12a를 참조하여, 제2 실시예로서의 밀리미터파 전송 시스템(200)에 대하여 설명한다. 도 10은 제2 실시예로서의 밀리미터파 전송 시스템(200)의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 10에 나타내는 밀리미터파 전송 시스템(200)은, 제1 밀리미터파 전송체의 일례를 구성하는 밀리미터파 전송 장치(100a)와, 제2 밀리미터파 전송체의 일례를 구성하는 밀리미터파 전송 장치(100b)를 구비하여 구성된다.
밀리미터파 전송 장치(100a)는 전자 부품 #A 및 전자 부품 #B를 구비하여 구성된다. 밀리미터파 전송 장치(100a)에 대해서는 제1 실시예에서 설명한 밀리미터파 전송 장치(100)가 사용되므로, 그 설명을 생략한다. 밀리미터파 전송 장치(100b)는 전자 부품 #C 및 전자 부품 #D를 구비하여 구성된다. 도 10에 나타내는 밀리미터파 전송 시스템(200)에 따르면, 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #B로 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'가 전송되고, 동일 기판(10) 상의 독립된 다른 장소에 있는 전자 부품 #C로부터 전자 부품 #D로 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'가 전송되는 시스템이 구축된다.
밀리미터파 전송 장치(100b)는, 신호 송신용의 전자 부품 #C를 구성하는 제3 신호 생성부(23) 및 신호 입력용의 단자(221)와, 기판(10)과의 결합 회로(225)와, 유전체 소재로 구성된 유체물(예를 들어 회로 기판)을 이용한 전송 선로(226)와, 기판(10)과의 결합 회로(227)와, 신호 수신용의 전자 부품 #D를 구성하는 제4 신호 생성부(24) 및 신호 출력용의 단자(231)를 구비하여 구성된다.
신호 생성부(23) 및 신호 생성부(24)는 반도체 집적 회로의 일례인 CMOS-IC 장치로 구성된 각 다른 밀리미터파 통신용의 전자 부품 #A, #B로서 제공되어, 이들 전자 부품 #A나 전자 부품 #B가 유전율 ε을 가진 기판(10) 상에 실장된다. 전자 부품 #A, #B는, 기판(10)에서의 동일한 면에 배치되는 것에 한정되지 않고 서로 상이한 면(즉 표리)에 배치하여도 된다.
신호 입력용의 단자(221)에 접속된 제3 신호 생성부(23)는, 입력 신호 Sin을 신호 처리하여 밀리미터파의 신호 S를 생성하기 위하여, 예를 들어 변조 회로(222), 주파수 변환 회로(223) 및 증폭기(224)를 갖고 구성된다. 신호 입력용의 단자(221)에는 변조 회로(222)가 접속되어, 입력 신호 Sin을 변조하도록 이루어진다. 변조 회로(222)에는 밀리미터파 전송 장치(100a)와 마찬가지로 하여 위상 변조 회로가 사용된다. 변조 회로(222)와 주파수 변환 회로(223)는 통합하여 소위 다이렉트 컨버전 방식의 것으로 하여도 된다.
변조 회로(222)에는 주파수 변환 회로(223)가 접속되어, 변조 회로(222)에 의해 변조된 후의 입력 신호 Sin을 30GHz 내지 300GHz의 범위의 주파수로 변환하여 밀리미터파의 신호 S를 생성한다. 주파수 변환 회로(223)에는 증폭기(224)가 접속되어, 주파수 변환 후의 밀리미터파의 신호 S를 증폭하도록 이루어진다.
증폭기(224)에는 제3 신호 결합부의 일례를 구성하는 결합 회로(225)가 접속되어, 신호 생성부(23)에 의해 생성된 밀리미터파의 신호를 소정의 유전율 ε을 갖는 유체물(유전체 소재로 구성된 유체물)의 일단에 송신한다. 결합 회로(225)는, 밀리미터파의 신호 S의 파장 λ에 기초하는 소정의 길이, 예를 들어 600㎛ 정도를 가진 안테나 부재로 구성되어 유전율 ε의 유체물에 결합된다. 이 실시예에서도 유체물에는 유전율 ε을 가진 기판(10)의 일 영역이 사용되고, 유전율 ε을 가진 기판(10)의 일 영역은 전송 선로(226)를 구성한다. 전송 선로(226) 내에도 밀리미터파의 전자파 S'가 전파하게 된다. 유전 정접 tanδ가 큰 경우에는, 전송 선로(226)는 손실이 상대적으로 커지기 때문에 반사도 감쇠하므로, 유전 정접 tanδ가 작은 경우보다도 바람직하다.
전송 선로(226)에는 제4 신호 결합부의 일례를 구성하는 결합 회로(227)가 결합되어, 전송 선로(226)의 타단으로부터 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 수신한다. 결합 회로(227)는, 밀리미터파의 신호 S의 파장 λ에 기초하는 소정의 길이, 예를 들어 600㎛ 정도를 가진 안테나 부재로 구성된다. 안테나 부재에는 제1 실시예와 마찬가지로 하여 프로브 안테나(다이폴 등), 루프 안테나, 소형 애퍼쳐 결합 소자(슬롯 안테나 등)가 사용된다.
결합 회로(227)에는 제4 신호 생성부(24)가 접속되어, 결합 회로(227)에 의해 수신한 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 신호 처리(특히 복조 처리)하여 전자 부품 #C가 취급하는 전송 대상의 입력 신호 Sin에 대응한 출력 신호 Sout를 생성한다. 신호 생성부(24)는, 예를 들어 증폭기(228), 주파수 변환 회로(229) 및 복조 회로(230)를 갖고 구성된다. 주파수 변환 회로(229)와 복조 회로(230)는 통합하여 소위 다이렉트 컨버전 방식의 것으로 하여도 된다. 결합 회로(227)에는 증폭기(228)가 접속되어, 수신 후의 밀리미터파의 신호를 증폭기(228)에서 증폭하도록 이루어진다.
증폭기(228)에는 주파수 변환 회로(229)가 접속되어, 증폭 후의 밀리미터파의 신호 S를 주파수 변환 회로(229)에서 주파수 변환한다. 주파수 변환 회로(229)에는 복조 회로(230)가 접속되어, 주파수 변환 후의 출력 신호를 복조 회로(230)에서 복조하도록 이루어진다.
이 예에서도 신호 생성부(23) 및 신호 생성부(24)는 반도체 집적 회로의 일례인 CMOS-IC 장치로 구성된 각 다른 밀리미터파 통신용의 전자 부품 #C, #D로서 제공되며, 이들 전자 부품 #C 및 전자 부품 #D가 밀리미터파 전송 장치(100a)를 구성하는 전자 부품 #A 및 전자 부품 #B와 함께 유전율 ε을 가진 기판(10) 상에 실장된다. 전자 부품 #C, #D는, 동일한 기판(10)에서의 동일한 면에 배치되는 것에 한정되지 않고 서로 상이한 면(즉 표리)에 배치하여도 된다.
도시되어 있지 않지만, 회로 기판(10) 상에는 밀리미터파 통신용의 전자 부품 #A, #B, #C, #D 외에, 기저 대역 영역에서의 신호 처리에 사용되는 저항 소자나 용량 소자나 트랜스 등의 수동 소자나 트랜지스터나 반도체 집적 회로 등 능동 소자가 탑재된다.
예를 들어, 기판(10) 상의 전자 부품 #A, #B간의 스페이스에는, 예를 들어 부품의 크기를 막론하고, 기저 대역 영역에서의 신호 처리에 사용되는 전자 부품(수동 소자나 능동 소자)을 탑재할 수 있다(후술하는 도 12a를 참조). 마찬가지로, 제3 신호 생성부(23) 및 제3 신호 결합부의 일례를 구성하는 결합 회로(225)가 설치된 전자 부품 #C가 배치된 기판(10)의 제3 영역과, 제4 신호 생성부(24) 및 제4 신호 결합부의 일례를 구성하는 결합 회로(227)가 설치된 전자 부품 #D가 배치된 기판(10)의 제4 영역과의 사이의 전송 선로(226)가 기판(10) 내에 구성되기 때문에, 기판(10) 상의 양자간에서의 밀리미터파 전송을 고려하지 않아도 된다. 이로 인해, 전자 부품 #C, #D간의 기판(10) 상의 스페이스에는, 예를 들어 부품의 크기를 막론하고, 기저 대역 영역에서의 신호 처리에 사용되는 전자 부품(수동 소자나 능동 소자)을 탑재할 수 있다(후술하는 도 12a를 참조).
이상의 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 제2 실시예의 밀리미터파 전송 시스템(200)은, 밀리미터파 전송 장치(100a)와 밀리미터파 전송 장치(100b)가, 동일한 기판(10)에 탑재되어 구성되어 있다. 이 경우, 밀리미터파 전송 장치(100a)의 전송 선로(206)와 밀리미터파 전송 장치(100b)의 전송 선로(226)의 사이에, 기판(10)의 일 영역이나 양자간의 공간 등에 의해 결합 매체(243)가 형성된다. 그로 인해, 밀리미터파 전송 장치(100a)와 밀리미터파 전송 장치(100b)의 사이에서의 간섭(통신 방해)이 우려된다.
그러나, 기판(10)의 유전 정접 tanδ가 작지 않은(큰) 경우에는, 밀리미터파 전송 장치(100a)의 전송 선로(206)로부터 결합 매체(243)를 통하여 밀리미터파 전송 장치(100b)의 전송 선로(226)에의 밀리미터파의 누설은, 기판(10)의 내부의 손실이 큰 것으로 감쇠된다. 또한, 양자간의 공간에 형성되는 결합 매체(243)를 통한 결합 상태는 작다고 할 수 있다. 이들로부터 제2 실시예에 있어서, 기판(10)의 유전 정접 tanδ가 작지 않은(큰) 경우에는, 밀리미터파에 의한 방해를 극히 저감할 수 있게 된다.
더불어, 제2 실시예의 구조에서는, 동일한 기판(10) 상에 탑재된 밀리미터파 전송 장치(100a)와 밀리미터파 전송 장치(100b)의 사이는 어느 정도의 거리를 이격하게 되어, 그 사이의 스페이스에서의 자유 구간에서의 밀리미터파 전송도 고려하지 않아도 된다. 이로 인해, 밀리미터파 전송 장치(100a, 100b)간의 스페이스에는, 예를 들어 부품의 크기를 막론하고, 기저 대역 영역에서의 신호 처리에 사용되는 수동 소자(저항 소자나 용량 소자나 트랜스 등)나 능동 소자(트랜지스터나 반도체 집적 회로 등)를 탑재할 수 있다(후술하는 도 12a를 참조).
도 11은 밀리미터파 전송 시스템(200)에서의 4개의 전자 부품 #A, #B, #C, #D의 배치예를 나타내는 평면도이다. 도 11에 나타내는 기판(10)에는, 2개의 영역 (α) 및 (β)가 할당된다. 영역 (α)에는 전자 부품 #A 및 전자 부품 #B가 소정의 거리, 예를 들어 수mm 내지 수십cm 정도 이격하여 세로 방향에 배치된다.
도 11에 나타내는 영역 (β)에는, 전자 부품 #C 및 전자 부품 #D가 소정의 이격 거리 L, 예를 들어 L=수mm 내지 수십cm 정도 이격하여 세로 방향에 배치된다. 영역 (α)의 전자 부품 #A와 영역 (β)의 전자 부품 #C의 배치 간격 Lab는, 예를 들어 Lab=세로 방향의 이격 거리 L의 약 3배 정도로 설정되어, 영역 (α)에 전자 부품 #A가 배치되고, 영역 (β)에 전자 부품 #C가 그 가로 방향에 배치된다. 또한, 영역 (α)의 전자 부품 #B와 영역 (β)의 전자 부품 #D도, 예를 들어 상술한 세로 방향의 이격 거리 L의 약 3배 정도를 갖고 가로 방향에 배치된다. 3배 정도 이격하면, 가령 전자 부품 #A-#B간에서 전자 부품 #C-#D간으로 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'가 누출되었다고 하여도, 이것을 도중에 감쇠시킬 수 있다.
이러한 밀리미터파 전송 시스템(200)에 있어서는, 손실이 큰 기판(10)의 내부, 및 그 공간 등의 결합 매체(243)를 통한 결합 상태를 작게 할 수 있어, 손실이 적은 기판에 비하여, 전자 부품 #A-#B간, 전자 부품 #C-#D간의 양쪽 통신시의 아이솔레이션을 크게 개선할 수 있게 된다.
도 11에서는 나타내고 있지 않지만, 영역 (α)의 전자 부품 #A와 영역 (β)의 전자 부품 #C의 사이에는, 후술하는 도 12a와 같이, 기저 대역 영역에서의 신호 처리에 사용되는 전자 부품(수동 소자나 능동 소자)을 탑재할 수 있다.
도 12a는 밀리미터파 전송 시스템(200)에서의 전자 부품 #A, #B, #C, #D 및 전송 선로(206, 226)의 실장예를 나타내는 사시도이다. 도 12a에 나타내는 밀리미터파 전송 장치(100a)는, 영역 (α)에 신호 송신용의 전자 부품 #A 및 신호 수신용의 전자 부품 #B가 실장되어, 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #B에 밀리미터파의 신호를 전송하도록 이루어진다.
이 밀리미터파 전송 장치(100a)에 있어서, 전자 부품 #A는, 도 10에 나타낸 신호 생성부(21), 결합 회로(205) 및 신호 입력용의 단자(201)를 구비하고, 전자 부품 #B는, 결합 회로(207), 신호 생성부(22) 및 신호 출력용의 단자(211)를 구비하여 구성된다. 전자 부품 #A와 전자 부품 #B가 유전율 ε의 기판(10)에 실장된다. 이 예에서도 영역 (α)를 획정하기 위한 스루홀 펜스부(10b)를 설치하여도 된다(도 2a 참조).
기판(10) 상의 전자 부품 #A와 전자 부품 #B의 사이에는 전송 선로(206)가 배치된다. 전송 선로(206)에는 전자 부품 #A 및 전자 부품 #B가 실장된, 손실이 큰 유리 에폭시 수지제의 기판(10)의 내부에 획정되어, 도 2a에 나타낸 바와 같은 전송 영역(I)을 구성하게 된다. 이 예에서도 전송 선로(206)는, 도 12a에는 도시하지 않았지만, 예를 들어 기판(10)을 관통하는 복수의 스루홀(10a)에 의해 획정된다(도 2a 참조). 전송 선로(206)의 제작 방법은 어디까지나 일례이다.
또한, 밀리미터파 전송 장치(100b)에 있어서, 전자 부품 #C는, 도 10에 나타낸 신호 입력용의 단자(221), 신호 생성부(23) 및 결합 회로(225)를 구비하고, 전자 부품 #D는, 결합 회로(227), 신호 생성부(24) 및 신호 출력용의 단자(231)를 구비하여 구성된다. 전자 부품 #C와 전자 부품 #D는 전자 부품 #A와 전자 부품 #B와 마찬가지로 하여 유전율 ε이 동일한 기판(10)에 실장된다. 이 예에서도 영역 (β)를 획정하기 위한 스루홀 펜스부(10b)를 설치하여도 된다(도 2a 참조).
기판(10) 상의 전자 부품 #C와 전자 부품 #D의 사이에는 전송 선로(226)가 배치된다. 전송 선로(226)에는 전자 부품 #C 및 전자 부품 #D가 실장된, 손실이 큰 유리 에폭시 수지제의 동일한 기판(10)의 내부에 획정되어, 도 2a에 나타낸 바와 같은 전송 영역(I)을 구성하게 된다. 이 예에서도 전송 선로(226)는, 도 12a에는 도시하지 않았지만, 예를 들어 기판(10)을 관통하는 복수의 스루홀(10a)에 의해 획정된다(도 2a 참조). 전송 선로(226)의 제작 방법은 어디까지나 일례이다.
동일한 기판(10) 상에 탑재된 밀리미터파 전송 장치(100a)가 배치된 영역 (α)와 밀리미터파 전송 장치(100b)가 배치된 영역 (β)의 사이에는, 기저 대역 영역에서의 신호 처리에 사용되는 저항 소자(280)나 용량 소자(282)나 트랜스(284) 등의 수동 소자나 트랜지스터(290)나 반도체 집적 회로(292) 등 능동 소자가 탑재되어 있다.
이와 같이 제2 실시예에 관한 밀리미터파 전송 시스템(200)에 따르면, 밀리미터파 전송 장치(100a)와 밀리미터파 전송 장치(100b)가 손실이 큰 유리 에폭시 수지제의 동일한 기판(10) 상에 배치되고, 영역 (α)에서 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #B에 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 전송하고, 동일 기판(10) 상의 독립된 다른 장소에 있는 영역 (β)에서 전자 부품 #C로부터 전자 부품 #D에 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 전송하도록 이루어진다.
따라서, 기판(10)의 손실을 이용하여 동일 기판(10) 상에 있어서도, 영역 (α)에서의 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #B로의 반송 주파수의 설정과, 영역 (β)에서의 전자 부품 #C로부터 전자 부품 #D로의 반송 주파수의 설정을 동일하게 하여도 영역 (α), (β) 사이에서의 통신 방해의 문제가 일어나지 않으므로, 반송 주파수의 재이용이 용이해진다.
[제2 비교예]
도 12b는 제2 실시예에 대한 제2 비교예를 설명하는 도면이다. 여기서, 도 12b는 제2 비교예의 고속 기저 대역 신호 전송 시스템의 구성예를 나타내는 블록도이다.
제2 비교예의 고주파 전송 시스템(20)은, 도 8b에 나타낸 제1 비교예의 고주파 전송 장치(1)를 동일 기판 상에 복수개 병설한 것이다. 즉, 제2 비교예의 고주파 전송 시스템(20)은, 동일 기판 상에 도 8b에 나타낸 바와 같은 제1 비교예의 고주파 전송 장치(1)나, 고주파 전송 장치(1)와 동일한 기능을 가진 다른 고주파 전송 장치(6)를 실장하여 사용된다.
IC 부품(4)은 신호 입력용의 단자(111), 파형 성형부(112) 및 기판과의 결합 회로(113)를 갖고 구성된다. IC 부품(5)은 기판과의 결합 회로(115), 파형 성형부(116) 및 신호 출력용의 단자(117)를 갖고 구성된다. IC 부품(4)의 결합 회로(113)와, IC 부품(5)의 결합 회로(115)의 사이에는, 손실이 작은 전송 선로(114)가 배치되어, IC 부품(4)으로부터 IC 부품(5)으로, 고주파 전송 장치(1)와 독립하여 영화 영상이나 컴퓨터 화상 등의 방대한 정보량의 고속의 기저 대역 신호를 전송하도록 이루어진다.
「손실이 작은 전송 선로(114)」란, 전송 선로(114)를 이루는 부재(이 예에서는 기판)의 유전 정접 tanδ가, 제1 실시예에서 사용하고 있는 기판(10)을 이루는 유전체 소재의 유전 정접 tanδ보다도 작은 것을 의미한다.
이상의 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 제2 비교예의 고주파 전송 시스템(20)은, 고주파 전송 장치(1)와 고속 기저 대역 신호 전송 장치(2)가, 손실이 작은 동일한 기판에 탑재되어 구성되어 있다. 이 경우, 고주파 전송 장치(1)의 전송 선로(104)와 고속 기저 대역 신호 전송 장치(2)의 전송 선로(114)의 사이에, 손실이 작은 기판의 일 영역이나 양자간의 공간 등에 의해 결합 매체(143)가 형성된다. 그로 인해, 손실이 작은 동일 기판 상에 복수의 고속 기저 대역 신호 전송 장치를 탑재하는 경우에는, 고속 기저 대역 신호 전송 장치간에서의 간섭(통신 방해)이 일어난다.
전송 선로(104)와 전송 선로(114)는 손실이 작은 기판 내 및 자유 공간을 통하여 결합되어, 낮은 주파수의 신호를 전송하는 경우, 자유 공간에서의 손실은 작고, 유전체 손실의 영향도 적다. 자유 공간에서의 전송 손실은 주파수의 2승에 비례한다. 그러나, 손실이 작은 전송 선로(114)가 실장된 기판 상의 IC 부품(4)이나 IC 부품(5) 등의 측은, 전송 선로(114)는, 전송 선로(104)로부터의 방해, 즉 IC 부품(2)으로부터의 신호에 의한 방해를 받기 쉽고, 주파수가 낮은 기저 대역 신호의 방해는 감쇠하기 어려운 것도, 전송 에러의 원인이 되고 있다. 이와 같이 제2 비교예에서는 고속 기저 대역 신호는 반사, 방해, 비대역(=필요 대역/동작 중심 주파수)이 큰 등의 문제를 안고 있다.
이에 대해, 제2 실시예의 구조에서는, 바람직하게는 기판(10)을 이루는 유전체 소재로 구성된 유체물로서는, 유전 정접 tanδ가 작은 것이 아니라 큰 것을 사용함으로써, 손실이 큰 결합 매체(243)가 되도록 한다. 이에 의해, 동일 기판 상에 복수의 밀리미터파 전송 장치(100)를 탑재하는 경우에도, 방해, 반사가 적은 고속 신호의 전송 시스템을 실현할 수 있게 되었다.
<제3 실시예>
계속해서, 도 13 내지 15를 참조하여, 제3 실시예로서의 밀리미터파 전송 시스템(300)에 대하여 설명한다. 또한, 제1 및 제2 실시예와 동일한 명칭의 것은 동일한 기능을 갖기 때문에 그 설명을 생략한다.
도 13은 제3 실시예로서의 밀리미터파 전송 시스템(300)의 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 실시예에서는 동일 기판 상에 복수의 밀리미터파 전송 장치(100)를 배치하고, 또한 밀리미터파의 신호를 전파하는 결합 매체로 결합하여 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 전파하도록 이루어진다.
도 13에 나타내는 밀리미터파 전송 시스템(300)은, 밀리미터파 전송 장치(100c)와 밀리미터파 전송 장치(100d)가 기판(10)의 동일 평면에 배치되고, 기판(10)과는 다른 층 또는 동일 층에, 결합 매체의 일례를 구성하는 저손실의 도파 구조(341)가 설치되는 것이다. 밀리미터파 전송 장치(100c)와 밀리미터파 전송 장치(100d)는, 예를 들어 도파관에 의해 접속된다(도 15 참조). 밀리미터파 전송 장치(100c, 100d)나 그것들을 접속하는 도파관 등의 각 부재는 동일한 전자 기기 내에 배치된다.
「저손실의 도파 구조(341)」란, 도파 구조(341)로 형성되는 도파로를 이루는 부재(자유 공간의 경우의 공기를 포함함)의 유전 정접 tanδ가, 제3 실시예에서 사용하는 기판(10)을 이루는 유전체 소재의 유전 정접 tanδ보다도 작은 것을 의미한다.
밀리미터파 전송 장치(100c)는 유전율 ε의 기판(10) 상에 전자 부품 #A 및 전자 부품 #B를 구비하여 구성된다. 밀리미터파 전송 장치(100c)의 신호 송신용의 전자 부품 #A는, 신호 생성부(25) 및 신호 입력용의 단자(301)와, 기판(10)과의 결합 회로(305)를 갖고 구성된다. 기판(10)에는 손실이 큰 전송 선로(306)가 구성된다. 신호 생성부(25)는 변조 회로(302), 주파수 변환 회로(303) 및 증폭기(304)를 갖고 구성된다.
신호 수신용의 전자 부품 #B는, 기판(10)과의 결합 회로(307), 신호 생성부(26) 및 신호 출력용의 단자(311)를 구비하여 구성된다. 신호 생성부(26)는 증폭기(308), 주파수 변환 회로(309) 및 복조 회로(310)를 갖고 구성된다. 신호 생성부(25) 및 신호 생성부(26)는 반도체 집적 회로의 일례인 CMOS-IC 장치로 구성된다.
밀리미터파 전송 장치(100d)는, 유전율 ε의 기판(10) 상에 전자 부품 #C 및 전자 부품 #D를 구비하여 구성된다. 신호 송신용의 전자 부품 #C는, 신호 입력용의 단자(321), 신호 생성부(27) 및 기판(10)과의 결합 회로(325)를 갖고 구성된다. 신호 생성부(27)는 변조 회로(322), 주파수 변환 회로(323) 및 증폭기(324)를 갖고 구성된다.
바람직하게는, 기판(10)을 이루는 유전체 소재로 구성된 유체물로서는, 유전 정접 tanδ가 작은 것이 아니라 큰 것(예를 들어 유리 에폭시 수지)을 사용함으로써, 손실이 큰 전송 선로(306, 326)가 되도록 한다.
신호 수신용의 전자 부품 #D는, 기판(10)과의 결합 회로(327)와, 신호 생성부(28) 및 신호 출력용의 단자(331)를 갖고 구성된다. 신호 생성부(28)는 증폭기(328), 주파수 변환 회로(329) 및 복조 회로(330)를 갖고 구성된다. 신호 생성부(27) 및 신호 생성부(28)는 반도체 집적 회로의 일례인 CMOS-IC 장치로 구성된다.
저손실의 도파 구조(341)는, 예를 들어 도파관에 의해 구성되어, 전자 부품 #A측의 기판(10)과의 결합 회로(305)와 전자 부품 #D측의 기판(10)과의 결합 회로(327)의 사이를 접속하도록 이루어진다.
이와 같이 도 13에 나타내는 밀리미터파 전송 시스템(300)에 따르면, 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #B로 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'가 전송되고, 동일 기판(10) 상의 독립된 다른 장소에 있는 전자 부품 #C로부터 전자 부품 #D로 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'가 전송되고, 또한 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #D로 저손실의 도파 구조(341)를 통하여 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'가 전송 가능한 시스템이 구축된다.
도 14는 밀리미터파 전송 시스템(300)에서의 4개의 전자 부품 #A, #B, #C, #D 및 도파 구조(341)의 배치예를 나타내는 평면도이다. 도 14에 나타내는 손실이 큰 기판(10)에는, 2개의 영역 (α) 및 (β)가 할당된다. 영역 (α)에는, 제2 실시예와 마찬가지로 하여 전자 부품 #A 및 전자 부품 #B가 소정의 거리, 예를 들어 수mm 내지 수십cm 정도 이격하여 세로 방향에 배치된다.
도 14에 나타내는 영역 (β)에도, 제2 실시예와 마찬가지로 하여 전자 부품 #C 및 전자 부품 #D가 소정의 이격 거리 L, 예를 들어 L=수mm 내지 수십cm 정도 이격하여 세로 방향에 배치된다. 영역 (α)의 전자 부품 #A와 영역 (β)의 전자 부품 #C의 배치 간격 Lab는, 예를 들어 Lab=세로 방향의 이격 거리 L의 약 3배 정도로 설정되어, 영역 (α)에 전자 부품 #A가 배치되고, 영역 (β)에 전자 부품 #C가 그 가로 방향에 배치된다. 또한, 영역 (α)의 전자 부품 #B와 영역 (β)의 전자 부품 #D도, 예를 들어 상술한 세로 방향의 이격 거리 L의 약 3배 정도를 갖고 가로 방향에 배치된다.
도파 구조(341)는 결합 매체의 일례를 구성하고, 손실이 큰 기판(10)과는 다른 층이며, 2개의 영역 (α) 및 (β)를 도파관이 가교하도록 배치된다. 도파관에는 내부에 공간을 가진 금속관 또는 도전성의 수지관이 사용된다. 도파관의 자유 공간은 유전율 ε0을 갖고 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 전파한다. ε0은 진공의 유전율이며, ε0=8.854187817×10^(-12)(F/m)이다. 도파 구조(341)는, 그 도파로 부분이 밀리미터파대에서 손실이 큰 기판(10)의 재질과 비교하여 손실이 적은 (상이한) 재질로 구성되어 있는 것으로 하면 좋다. 이러한 밀리미터파 전송 시스템(300)에 있어서는, 영역 (α)의 전자 부품 #A로부터 영역 (β)의 전자 부품 #D로 저손실의 도파 구조(341)를 통하여 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 전송 가능한 시스템을 구축할 수 있게 된다. 물론, 도파 구조(341)는, 금속벽 중공의 도파관 이외에도, 비유전율을 εr로 하였을 때, 유전율 ε=ε0ㆍεr의 유전체 선로로 구성되는 경우도 있다.
도 15는 밀리미터파 전송 시스템(300)에서의 전자 부품 #A, #B, #C, #D, 전송 선로(306, 326) 및 도파 구조(341)의 실장예를 나타내는 사시도이다. 도 15에 나타내는 밀리미터파 전송 시스템(300)에 있어서, 밀리미터파 전송 장치(100c)는, 영역 (α)에 신호 송신용의 전자 부품 #A 및 신호 수신용의 전자 부품 #B가 실장되어, 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #B로 밀리미터파의 신호를 전송하도록 이루어진다.
이 밀리미터파 전송 장치(100c)에 있어서, 전자 부품 #A는, 도 13에 나타낸 신호 입력용의 단자(301), 신호 생성부(25) 및 결합 회로(305)를 구비하고, 전자 부품 #B는, 결합 회로(307), 신호 생성부(26) 및 신호 출력용의 단자(311)를 구비하여 구성된다. 전자 부품 #A와 전자 부품 #B가 유전율 ε의 기판(10)에 실장된다. 이 예에서도 영역 (α)를 획정하기 위한 스루홀 펜스부(10b)를 설치하여도 된다(도 2a 참조).
기판(10) 상의 전자 부품 #A와 전자 부품 #B의 사이에는 전송 선로(306)가 배치된다. 전송 선로(306)에는, 전자 부품 #A 및 전자 부품 #B가 실장된, 손실이 큰 유리 에폭시 수지제의 기판(10)의 내부에 획정되어, 도 2a에 나타낸 바와 같은 전송 영역(I)을 구성하게 된다. 이 예에서도 전송 선로(306)는, 도 15에는 도시하지 않았지만, 기판(10)을 관통하는 복수의 스루홀(10a)에 의해 획정된다(도 2a 참조).
또한, 밀리미터파 전송 장치(100d)에 있어서, 전자 부품 #C는, 도 13에 나타낸 신호 입력용의 단자(321), 신호 생성부(27) 및 결합 회로(325)를 구비하고, 전자 부품 #D는, 결합 회로(327), 신호 생성부(28) 및 신호 출력용의 단자(331)를 구비하여 구성된다. 전자 부품 #C와 전자 부품 #D는 전자 부품 #A와 전자 부품 #B와 마찬가지로 하여 유전율 ε이 동일한 기판(10)에 실장된다. 이 예에서도 영역 (β)를 획정하기 위한 스루홀 펜스부(10b)를 설치하여도 된다(도 2a 참조).
기판(10) 상의 전자 부품 #C와 전자 부품 #D의 사이에는 전송 선로(326)가 배치된다. 전송 선로(326)에는, 전자 부품 #C 및 전자 부품 #D가 실장된, 손실이 큰 유리 에폭시 수지제의 동일한 기판(10)의 내부에 획정되어, 도 2a에 나타낸 바와 같은 전송 영역(I)을 구성하게 된다. 이 예에서도 전송 선로(326)는, 도 15에는 도시하지 않았지만, 기판(10)을 관통하는 복수의 스루홀(10a)에 의해 획정된다(도 2a 참조). 스루홀(10a)은 상부 도체층과 하부 도체층을 전기적으로 접속하는 콘택트 홀이며, 도전 재료가 충전된 것이어도 된다. 도전 재료가 충전된 콘택트 홀은, 도전층간을 접속하는 원기둥 형상의 복수의 도전 부재의 일례를 구성한다.
또한, 기판(10) 상에 있어서, 전자 부품 #A와 전자 부품 #D의 사이에는 저손실의 도파 구조(341)가 배치되어 있다.
이와 같이 제3 실시예로서의 밀리미터파 전송 시스템(300)에 따르면, 도 15에 나타낸 영역 (α)의 전자 부품 #A와, 영역 (β)의 전자 부품 #D의 사이에 저손실의 도파 구조(341)가 배치되고, 도파 구조(341)를 통하여 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'가 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #D로 전파하도록 이루어진다. 따라서, 영역 (α)와 영역 (β)의 사이의 간섭을 작게 억제할 수 있고, 게다가 영역 (α)와 영역 (β)의 사이에서, 고속의 밀리미터파의 신호 S를 송수신할 수 있게 된다.
이에 의해, 기판(10) 상의 국소의 통신 범위 중 몇가지를 연결하고자 할 때에, 기판(10)의 상부 또는 기판(10)의 내부, 혹은 그 하부에 밀리미터파 대역에서의 손실이 적은 도파 구조(341)를 설치하여, 복수의 국소간에서 고속 밀리미터파 통신을 실현할 수 있게 된다. 또한, 기판(10)의 상부 혹은 하부에 설치한 도파 구조(341)를 가동 혹은 가변 방식으로 함으로써, 기판(10) 상의 전자 부품 #A, #B, #C, #D 중 어느 것과 어느 것을 선택할지를 제어함으로써, 통신처의 선택에 기초하여 통신 처리를 할 수 있게 된다.
<제4 실시예>
계속해서, 도 16 및 도 17을 참조하여, 제4 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(400)에 대하여 설명한다. 도 16은 제4 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(400)의 구성예를 나타내는 블록도이다. 도 16에 나타내는 신호 다중 기능을 갖는 밀리미터파 전송 장치(400)는, 복수, 예를 들어 3개의 밀리미터파 전송 장치(400a, 400b, 400c)와, 가산 회로(431)와, 기판(10)과의 결합 회로(405)와, 전송 선로(432)를 갖고 구성되며, 밀리미터파 전송 장치(400a, 400b, 400c)로부터 공급되는 밀리미터파의 신호 S1, S2, S3을 가산하여 전송 선로(432)에 출력하도록 이루어진다.
바람직하게는, 기판(10)을 이루는 유전체 소재로 구성된 유체물로서는, 유전 정접 tanδ가 작은 것이 아니라 큰 것을 사용함으로써, 손실이 큰 전송 선로(432)가 되도록 한다.
밀리미터파 전송 장치(400a)는, 신호 입력 1용의 단자(401) 및 신호 생성부(41)를 갖고 구성되고, 주파수 대역 F1의 밀리미터파의 신호 S1을 가산 회로(431)에 출력하도록 이루어진다. 신호 생성부(41)는 변조 회로(402), 주파수 변환 회로(403) 및 증폭기(404)를 갖고 구성된다.
변조 회로(402)는, 입력 신호 Sin1을 변조하여 변조 후의 입력 신호 Sin1을 주파수 변환 회로(403)에 출력한다. 변조 회로(402)에는 제1 내지 제3 실시예와 마찬가지로 하여 위상 변조 회로 등이 사용된다. 변조 회로(402)에는 주파수 변환 회로(403)가 접속되어, 변조 회로(402)에 의해 변조된 후의 입력 신호 Sin1을 주파수 대역 F1의 범위의 주파수로 변환하여 밀리미터파의 신호 S1을 생성한다. 주파수 변환 회로(403)에는 증폭기(404)가 접속되어, 주파수 변환 후의 밀리미터파의 신호 S1을 증폭하도록 이루어진다.
밀리미터파 전송 장치(400b)는, 신호 입력 2용의 단자(411) 및 신호 생성부(42)를 갖고 구성되고, 주파수 대역 F1과는 다른 주파수 대역 F2의 밀리미터파의 신호 S2를 가산 회로(431)에 출력하도록 이루어진다. 신호 생성부(42)는, 변조 회로(412), 주파수 변환 회로(413) 및 증폭기(414)를 갖고 구성된다.
변조 회로(412)는, 입력 신호 Sin2를 변조하여 변조 후의 입력 신호 Sin2를 주파수 변환 회로(413)에 출력한다. 변조 회로(412)에는 제1 내지 제3 실시예와 마찬가지로 하여 위상 변조 회로 등이 사용된다. 변조 회로(412)에는 주파수 변환 회로(413)가 접속되어, 변조 회로(412)에 의해 변조된 후의 입력 신호 Sin2를 주파수 대역 F2의 범위의 주파수로 변환하여 밀리미터파의 신호 S2를 생성한다. 주파수 변환 회로(413)에는 증폭기(414)가 접속되어, 주파수 변환 후의 밀리미터파의 신호 S2를 증폭하도록 이루어진다.
밀리미터파 전송 장치(400c)는, 신호 입력 3용의 단자(421) 및 신호 생성부(43)를 갖고 구성되고, 주파수 대역 F1, F2와는 다른 주파수 대역 F3의 밀리미터파의 신호 S3을 가산 회로(431)에 출력하도록 이루어진다. 신호 생성부(43)는 변조 회로(422), 주파수 변환 회로(423) 및 증폭기(424)를 갖고 구성된다.
변조 회로(422)는 입력 신호 Sin3을 변조하여 변조 후의 입력 신호 Sin3을 주파수 변환 회로(423)에 출력한다. 변조 회로(422)에는 제1 내지 제3 실시예와 마찬가지로 하여 위상 변조 회로 등이 사용된다. 변조 회로(422)에는 주파수 변환 회로(423)가 접속되고, 변조 회로(422)에 의해 변조된 후의 입력 신호 Sin3을 주파수 대역 F3의 범위의 주파수로 변환하여 밀리미터파의 신호 S3을 생성한다. 주파수 변환 회로(423)에는 증폭기(424)가 접속되어, 주파수 변환 후의 밀리미터파의 신호 S3을 증폭하도록 이루어진다.
상술한 3개의 증폭기(404, 414, 424)에는 가산 회로(431)가 접속되어, 주파수 대역 F1의 밀리미터파의 신호 S1, 주파수 대역 F2의 밀리미터파의 신호 S2 및 주파수 대역 F3의 밀리미터파의 신호 S3을 주파수 다중 처리하도록 이루어진다. 가산 회로(431)에는 기판(10)과의 결합 회로(405)가 접속되어, 주파수 다중 처리 후의 주파수 대역 F1+F2+F3의 밀리미터파의 신호 S=S1+S2+S3에 기초하는 전자파 S'를 전송 선로(432)에 송신하도록 이루어진다. 결합 회로(405)는 전송 선로(432)에 배치되어, 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 주파수 대역 F1+F2+F3의 전자파 S'를 전파한다. 전송 선로(432)는 기판(10)의 내부에 설치된다.
바람직하게는 기판(10)을 이루는 유전체 소재로 구성된 유체물로서는, 유전 정접 tanδ가 작은 것이 아니라 큰 것을 사용함으로써, 손실이 큰 전송 선로(432)가 되도록 한다.
도 17은 밀리미터파 전송 장치(400)에서의 주파수 대역예를 나타내는 그래프도이다. 도 17에 나타내는 그래프도에 있어서, 종축은 밀리미터파의 신호 S의 진폭이다. 횡축은 반송 주파수 GHz이다. F1, F2, F3은 주파수 대역이다. 주파수 대역 F1의 밀리미터파의 신호 S1은 주파수 변환 회로(403)에서 생성되어, 그 후 밀리미터파 전송 장치(400a)의 증폭기(404)로부터 가산 회로(431)에 출력된다.
주파수 대역 F2의 밀리미터파의 신호 S2는, 주파수 변환 회로(413)에서 생성되고, 그 후, 밀리미터파 전송 장치(400b)의 증폭기(414)로부터 가산 회로(431)로 출력된다. 주파수 대역 F3의 밀리미터파의 신호 S3은, 주파수 변환 회로(423)에서 생성되고, 그 후, 밀리미터파 전송 장치(400c)의 증폭기(424)로부터 가산 회로(431)로 출력된다.
이와 같이 제4 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(400)에 따르면, 밀리미터파 전송 장치(400a)에 주파수 변환 회로(403)가 설치되고, 밀리미터파 전송 장치(400b)에 주파수 변환 회로(413)가 설치되고, 밀리미터파 전송 장치(400c)에 주파수 변환 회로(423)가 설치되고, 가산 회로(431)에서, 주파수 대역 F1의 밀리미터파의 신호 S1, 주파수 대역 F2의 밀리미터파의 신호 S2 및 주파수 대역 F3의 밀리미터파의 신호 S3을 주파수 다중 처리하도록 이루어진다.
따라서, 신호 송신용의 밀리미터파 전송 장치(400)와, 신호 수신용의 밀리미터파 전송 장치의 사이에서 주파수 다중 통신 처리를 실행하는 것이 가능하게 된다. 물론, 대역 통과형의 밀리미터파의 신호 S=S1+S2+S3에 기초하는 전자파 S'를 수신하는 신호 수신용의 밀리미터파 전송 장치에는, 주파수 분리 회로가 설치된다. 이러한 대역 통과형의 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 수신하는 경우, 신호 수신용의 밀리미터파 전송 장치에서는 DC 접속하지 않고, 기판(10) 상에 커플링을 위한 기판(10)과의 결합 회로를 배치함으로써, 대역 통과형의 밀리미터파의 신호 S=S1+S2+S3을 용이하게 취출할 수 있다. 게다가, 동일한 전송 선로(432)의 전송 속도를 향상시킬 수 있게 된다. 이에 의해, 신호 다중 기능을 갖는 밀리미터파 전송 시스템을 구축할 수 있게 된다.
<제5 실시예>
계속해서, 도 18 및 도 19를 참조하여, 제5 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(500)에 대하여 설명한다. 도 18은 제5 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(500)의 구성예를 나타내는 블록도이다. 이 실시예에서는 통신 처리를 실행하는 신호 송신용의 전자 부품 #A, 신호 수신용의 전자 부품 #B간에서 피드백 경로를 구비하여, 증폭기(504)의 이득을 제어 가능하게 구성되어 있다.
도 18에 나타내는 밀리미터파 전송 장치(500)는, 전자 부품 #A, #B, 전송 선로(506) 및 DC/저주파수 전송 선로(522)(도면에서는 DC/저주파수 전송 선로라고 기재함)를 갖고 구성된다.
바람직하게는, 기판(10)을 이루는 유전체 소재로 구성된 유체물로서는, 유전 정접 tanδ가 작은 것이 아니라 큰 것을 사용함으로써, 손실이 큰 전송 선로(506)가 되도록 한다.
전자 부품 #A는 신호 입력용의 단자(501), 신호 생성부(51), 결합 회로(505) 및 이득 제어 회로(521)를 갖고 구성된다. 신호 생성부(51)는 신호 입력용의 단자(501)에 접속되어, 입력 신호 Sin을 신호 처리하여 밀리미터파의 신호 S를 생성하기 위하여, 예를 들어 변조 회로(502), 주파수 변환 회로(503), 증폭기(504) 및 이득 제어 회로(521)를 갖고 구성된다. 단자(501)에는 변조 회로(502)가 접속되어, 입력 신호 Sin을 변조하도록 이루어진다. 변조 회로(502)에는 제1 내지 제4 실시예와 마찬가지로 하여 위상 변조 회로가 사용된다.
변조 회로(502)에는 주파수 변환 회로(503)가 접속되어, 변조 회로(502)에 의해 변조된 후의 입력 신호 Sin을 주파수 변환하여 밀리미터파의 신호 S를 생성한다. 주파수 변환 회로(503)에는 증폭기(504)가 접속되어, 주파수 변환 후의 밀리미터파의 신호 S를 증폭하도록 이루어진다.
증폭기(504)에는 결합 회로(505)가 접속되어, 신호 생성부(51)에 의해 생성된 밀리미터파의 신호를 소정의 유전율 ε을 갖는 유체물(유전체 소재로 구성된 유체물)의 일단에 송신한다. 결합 회로(505)는 밀리미터파의 신호 S의 파장 λ에 기초하는 소정의 길이, 예를 들어 600㎛ 정도를 가진 안테나 부재로 구성되어 유전율 ε의 기판(10)에 결합된다. 이 예에서도 기판(10)은 손실이 큰 전송 선로(506)를 구성한다. 전송 선로(506) 내에는 밀리미터파의 전자파 S'가 전파하게 된다.
또한, 전자 부품 #B는 결합 회로(507), 신호 생성부(52), 신호 출력용의 단자(511) 및 신호 품질 판정 회로(523)를 갖고 구성된다. 상술한 전송 선로(506)에는 결합 회로(507)가 결합되어, 전송 선로(506)의 타단으로부터 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 수신한다. 결합 회로(507)는 밀리미터파의 신호 S의 파장 λ에 기초하는 소정의 길이, 예를 들어 600㎛ 정도를 가진 안테나 부재로 구성된다. 안테나 부재에는 제1 및 제2 실시예와 마찬가지로 하여 프로브 안테나(다이폴 등), 루프 안테나, 소형 애퍼쳐 결합 소자(슬롯 안테나 등)가 사용된다.
결합 회로(507)에는 신호 생성부(52)가 접속되어, 결합 회로(507)에 의해 수신한 전자파 S'에 기초하는 밀리미터파의 신호를 신호 처리하여 출력 신호 Sout를 생성한다. 신호 생성부(52)는, 예를 들어 증폭기(508), 주파수 변환 회로(509), 복조 회로(510) 및 신호 품질 판정 회로(523)를 갖고 구성된다. 결합 회로(507)에는 증폭기(508)가 접속되어, 수신 후의 밀리미터파의 신호를 증폭기(508)에서 증폭하도록 이루어진다.
증폭기(508)에는 주파수 변환 회로(509)가 접속되어, 증폭 후의 밀리미터파의 신호 S를 주파수 변환 회로(509)에서 주파수 변환한다. 주파수 변환 회로(509)에는 복조 회로(510)가 접속되어, 주파수 변환 후의 출력 신호를 복조 회로(510)에서 복조하도록 이루어진다.
신호 품질 판정 회로(523)가 감시하는 신호로서는, 예를 들어 복조 회로(510)의 출력 신호(단자(511)에의 출력 신호 Sout)로 하는 제1 예, 복조 회로(510)에서의 처리 과정의 도중 단계의 신호로 하는 제2 예, 주파수 변환 회로(509)의 출력 신호로 하는 제3 예 등이 원리적으로는 고려되며, 신호 품질 판정 회로(523)의 구성도 각각에 따라 구성한다. 예를 들어, 제2 예의 경우, 복조 회로는 본래의 복조 처리 외에, 진폭 판정, 이득 제어 등의 기능 블록이 설치되고, 신호 품질 판정 회로(523)의 제어 동작도 그것에 대응한 것이 된다. 이하에서는 이해ㆍ설명의 용이성으로부터 제3 예를 채용하는 경우에 대하여 설명을 계속한다.
주파수 변환 회로(509)에는, 신호 품질 판정 회로(523)도 접속되어, 주파수 변환 후의 출력 신호를 신호 품질 판정 회로(523)에서 감시하여 신호 품질을 판정한다. 예를 들어, 신호 품질 판정 회로(523)는, 주파수 변환 후의 출력 신호의 출력 레벨 Vx와 판별 기준이 되는 임계값 레벨 Vth를 비교한다. 출력 레벨 Vx가 임계값 레벨 Vth 이하인 경우에는, 현상의 이득을 증가하는 취지의 품질 판정 신호 Sf(정보)를 출력한다. 출력 레벨 Vx가 임계값 레벨 Vth를 초과하는 경우에는, 현상의 이득을 감소하는 취지의 품질 판정 신호 Sf를 출력한다.
신호 품질 판정 회로(523)에는 직류 또는 저주파수에 대응한 전송 선로(522)가 접속되어, 신호 품질 판정 회로(523)로부터 출력되는 품질 판정 신호 Sf를 전자 부품 #A측에 피드백하도록 이루어진다. 직류 또는 저주파수에 대응한 전송 선로(522)에는 통상의 프린트 배선이 사용된다. 이것은 품질 판정 신호 Sf는, 정기적 또는 부정기적으로 전자 부품 #B측의 신호 입력 레벨을 조정할 때에 필요하게 되며, 전자 부품 #B로부터 전자 부품 #A로 실시간으로 고속으로 피드백하는 성질의 신호는 아니기 때문에, 직류 또는 저주파의 신호가 전송 가능한 통상의 프린트 배선을 사용하면 되는 것에 따른다.
직류 또는 저주파수에 대응한 전송 선로(522)에는, 이득 제어 회로(521)가 접속되어, 전송 선로(522)에 의해 전송되는 품질 판정 신호 Sf에 기초하여 증폭기(504)의 이득을 제어한다. 예를 들어, 이득 제어 회로(521)는 품질 판정 신호 Sf가 현상의 이득을 증가하는 정보인 경우에는, 증폭기(504)의 이득을 증가하도록 바이어스 전류 등을 조정하도록 이루어진다. 또한, 품질 판정 신호 Sf가 현상의 이득을 감소하는 정보인 경우에는, 증폭기(504)의 이득을 감소하도록 바이어스 전류 등을 조정하도록 이루어진다.
상술한 신호 생성부(51), 신호 생성부(52), 이득 제어 회로(521) 및 신호 품질 판정 회로(523)는 반도체 집적 회로의 일례인 CMOS-IC 장치로 구성되며, 이들 전자 부품 #A나 전자 부품 #B 등이 유전율 ε을 가진 기판(10) 상에 실장된다.
계속해서, 밀리미터파 전송 장치(500)의 동작예에 대하여 설명한다. 도 19는 밀리미터파 전송 장치(500)에서의 이득 제어예를 나타내는 동작 흐름도이다. 이 실시예에서는 신호 수신용의 전자 부품 #B로부터 신호 송신용의 전자 부품 #A로, 수신 레벨이나, 수신 에러 등의 정보를 직류 혹은 낮은 주파수에 실어 전송 선로(522)를 경유하여 회신하고, 이득 제어 회로(521)에서 증폭기(504)의 출력 레벨을 최적화하는 예를 든다.
이것들을 이득 제어 조건으로 하여, 밀리미터파 전송 장치(500)에서의 전자 부품 #A는, 입력 신호 Sin을 신호 처리하여 밀리미터파의 신호 S를 생성하기 위하여, 도 19에 나타내는 동작 흐름도의 스텝 ST31에서, 신호 생성부(51)의 변조 회로(502)가 입력 신호 Sin에 기초하여 위상 변조 처리 등을 실행한다. 입력 신호 Sin은 도시하지 않은 하위의 신호 처리 회로로부터 단자(201)에 공급된다.
이어서, 스텝 ST32에서 주파수 변환 회로(503)는 변조 회로(502)에 의해 위상 변조 등이 이루어진 신호를 주파수 변환한다. 그 후, 스텝 ST33에서 증폭기(504)는 밀리미터파의 신호 S를 증폭한다. 그리고, 스텝 ST34에서 결합 회로(505)는, 증폭기(504)에 의해 증폭된 밀리미터파(신호 처리 후의 밀리미터파)의 신호를 유전 정접 tanδ의 기판(10)에 획정된 전송 선로(506)의 일단에 송신한다. 전송 선로(506)의 내부에는 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'가 전파되어 간다.
한편, 전자 부품 #B는, 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 수신 처리하여 출력 신호 Sout를 생성하기 위하여, 도 19b에 나타내는 흐름도의 스텝 ST41에서, 결합 회로(507)는, 유전 정접 tanδ의 기판(10)의 전송 선로(506)의 타단으로부터 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 수신한다. 그 후, 스텝 ST42에서 증폭기(508)는 밀리미터파의 신호를 증폭한다. 그리고, 스텝 ST43에서 주파수 변환 회로(509)는 증폭기(508)에 의해 증폭된 후의 밀리미터파의 신호 S를 주파수 변환한다. 그 후, 스텝 ST44에서 복조 회로(510)는, 주파수 변환 후의 출력 신호를 복조하도록 이루어진다. 복조 후의 출력 신호 Sout는 단자(511)로부터 도시하지 않은 상위의 신호 처리 회로에 출력된다.
이와 함께, 스텝 ST45에서 신호 품질 판정 회로(523)는, 주파수 변환 회로(509)의 출력 신호를 감시하여 신호 품질을 판정한다. 예를 들어, 신호 품질 판정 회로(523)는, 주파수 변환 후의 신호의 출력 레벨 Vx와 판별 기준이 되는 임계값 레벨 Vth를 비교한다. 출력 레벨 Vx가 임계값 레벨 Vth 이하인 경우에는, 현상의 이득을 증가하는 취지의 품질 판정 신호 Sf(정보)를 전송 선로(522)를 통하여 이득 제어 회로(521)에 공급한다. 출력 레벨 Vx가 임계값 레벨 Vth를 초과하는 경우에는, 현상의 이득을 감소하는 취지의 품질 판정 신호 Sf를 전송 선로(522)를 통하여 이득 제어 회로(521)에 공급한다.
품질 판정 신호 Sf를 수신한 전자 부품 #A에서는, 스텝 ST35에서 이득 제어 회로(521)는, 전송 선로(522)에 의해 전송되어 온 품질 판정 신호 Sf에 기초하여 증폭기(504)의 이득을 제어한다. 예를 들어, 이득 제어 회로(521)는 품질 판정 신호 Sf가 현상의 이득을 증가하는 정보인 경우에는, 스텝 ST33으로 복귀하여, 증폭기(504)의 이득을 증가하도록 바이어스 전류 등을 조정한다. 또한, 품질 판정 신호 Sf가 현상의 이득을 감소하는 정보인 경우에는, 증폭기(504)의 이득을 감소하도록 바이어스 전류 등을 조정하도록 이루어진다. 이에 의해, 증폭기(504)의 출력 신호는, 전자 부품 #A, #B간의 신호 품질이 양호하고, 또한 다른 전자 부품에의 간섭을 억제하는 적정 레벨로 유지된다.
이와 같이 제5 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(500)에 따르면, 전자 부품 #A에 이득 제어 회로(521)를 구비함과 함께, 전자 부품 #B에 신호 품질 판정 회로(523)를 구비하고 있다. 신호 품질 판정 회로(523)는, 수신 레벨이나, 수신 에러 등의 정보를 직류 혹은 낮은 주파수에 실어, 신호 수신용의 전자 부품 #B로부터 신호 송신용의 전자 부품 #A로 전송 선로(522)(피드백 경로)를 경유하여 회신한다. 이득 제어 회로(521)에서는 증폭기(504)의 출력 레벨을 제어하도록 이루어진다.
이 이득 제어에 의해, 다른 전자 부품 등의 국소간의 통신의 간섭을 제어할 수 있게 되므로, 전자 부품 #A와 전자 부품 #B의 접속의 품질을 양호하게 유지하면서, 다른 전자 부품에의 통신 방해를 최저 정도로 억제할 수 있게 된다. 이 효과 외에 통신 전력을 최적으로 조정할 수 있고, 통신 범위를 제어할 수 있게 된다. 또한, 증폭기(504)를 출력 인에이블 스위치와 같이 다루는 것도 가능하게 된다.
또한, 상기한 설명에서는, 신호 송신용의 신호 생성부(51)의 측에 있어서 이득 제어 회로(521)에 의해 증폭기(508)를 제어하여 이득 제어를 행하도록 하고 있었지만, 이득 제어의 구조는 이 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 밀리미터파 전송 장치(500)에 있어서, 신호 수신용의 신호 생성부(52)의 앞에, 전환 가능한 감쇠기를 배치하거나, 또는 증폭기(508)의 바이어스 변경(조정) 등에 의해, 수신 입력의 감도를 변경(조정)하도록 하는 이득 제어 회로를 신호 생성부(52)의 입력 조정을 행하는 기능부로서, 전자 부품 #B에 설치하여도 된다. 신호 생성부(52)의 입력 조정(수신측에서의 이득 제어)과, 신호 송신용의 신호 생성부(51)의 측의 이득 제어(송신측에서의 이득 제어)를 조합하여 밀리미터파 전송 장치(500)를 구성하여도 된다. 물론, 밀리미터파 전송 장치(100, 400, 500) 및 밀리미터파 전송 시스템(200, 300) 등을 조합하여 다기능형의 밀리미터파 전송 시스템을 구성하는 것도 가능하게 된다.
특허문헌 2에 개시되는 무선 방식의 밀리미터파 통신 시스템에 따르면, 밀리미터파 송신 수단의 안테나로부터 복사한 밀리미터파의 신호(신호파)를 밀리미터파 수신 수단의 안테나에 재현성 좋게 전파하도록 조정할 수 있지만, 밀리미터파 등의 기저 대역 신호를 고속으로 전송하는 경우, 반사파가 전송 에러의 하나의 원인이 될 수 있다.
이에 대해, 제5 실시예에서는, 밀리미터파 전송의 기본 부분은 제1 실시예와 마찬가지의 구조를 채용하고 있고, 송신 대상 신호(Sin)에 관한 밀리미터파 전송에 대해서는 제1 실시예와 마찬가지의 효과를 향수할 수 있으므로, 반사파에 의한 전송 에러의 문제는 경감ㆍ해소된다.
<제6 실시예>
계속해서, 도 20 내지 도 22를 참조하여, 제6 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(600)에 대하여 설명한다. 도 20은 제6 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(600)의 구성예(첫번째)를 나타내는 평면도(도 20의 위 도면) 및 그 X1-X 화살표 방향에서 본 단면도(도 20의 아래 도면)이다. 이 실시예에서 밀리미터파 전송 장치(600)의 결합 회로(205)는, 도 2b에 나타낸 안테나 부재(11) 대신에, 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252)로 구성된다.
도 20에 나타내는 밀리미터파 전송 장치(600)는, 기판(10) 상에 CMOS 칩(250), 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 천장판부(253)가 설치되어 구성된다. CMOS 칩(250)은, 도 1에 나타낸 변조 회로(202), 주파수 변환 회로(203) 및 증폭기(204) 등을 갖는 신호 생성부(21)를 반도체 트랜지스터 회로에 의해 집적한 것이다. 결합 회로(205) 및 CMOS 칩(250)은 전자 부품 #A 등을 구성한다.
도 20의 아래 도면에 있어서, 기판(10) 상의 전체면에는 도전성의 접지층(10e)이 형성된다. 접지층(10e) 상에는, 손실이 큰 전송 선로(206)를 구성하는 절연성의 유전체층(10f)이 형성된다. 유전체층(10f)에는 유리 에폭시 수지(FR4)가 사용되고, 그 유전율은 4.9이며, 그 유전 정접은 0.025이다. 유전체층(10f) 상에는 도전성의 마이크로스트립 선로(251), 도파관 천장판부(253) 및 배선 패턴(254)이 설치된다. 배선 패턴(254)은 동박 등으로 구성되고, CMOS 칩(250)의 복수의 전극에 각각 접속된다. 예를 들어, 배선 패턴(254)과 CMOS 칩(250)이 범프 전극을 통한 플립 칩법에 의해 본딩된다.
밀리미터파 전송 장치(600)의 결합 회로(205)는, 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252)로 구성된다. 마이크로스트립 선로(251)는 동박 등에 의해 구성되어 기판(10) 상에 배치되고, 도 1에 나타낸 전자 부품 #A의 증폭기(204)와, 도파관 천장판부(253)의 사이를 직접 접속하여, 도파관 구조(252)를 향하여 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 전송하도록 이루어진다. 증폭기(204)의 출력 단자와, 마이크로스트립 선로(251)는 범프 전극을 통한 플립 칩법에 의해 본딩된다. 물론, 이것에 한정되지 않고, 다른 방법, 예를 들어 와이어에 의해 본딩하는 방법을 채용하여도 된다.
이 예의 도파관 구조(252)에 따르면, 접지층(10e)의 천장판부 투영 영역(Ic)과, 도파관 천장판부(253)와, 콘택트 홀(10a')에 의해 도파관이 구성된다. 콘택트 홀(10a')은, 천장판부 투영 영역(Ic)과 도파관 천장판부(253)를 전기적으로 접속하여, 전자파 S'의 진행 방향을 획정하도록, 예를 들어 울타리 형상으로 2열로 배치된다. 2열로 배열된 콘택트 홀(10a')의 열(이하, 콘택트 홀 펜스부(10b')라고 함)에 의해 획정된다. 즉, 접지층(10e)의 천장판부 투영 영역(Ic)과 도파관 천장판부(253)와 좌우의 콘택트 홀(10a', 10a')에 의해 사면이 전기적으로 실드되어, 내부에 유전체가 충전된 도파관 구조(252)를 채용할 수 있다.
이에 의해 마이크로스트립 선로(251)와 도파관 구조(252)를 직접 결합할 수 있고, 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 유전체층(10f)에 송출할 수 있게 된다. 도파관 천장판부(253)가 설치되어 있지 않은 기판(10) 상의 유전체층(10f)의 부분은, 손실이 큰 전송 선로(206)를 구성하는 유전체 전송로가 된다. 도파관 구조(252)를 사용하면, 제1 실시예에서 설명한 방송이나 무선 통신 기기에서의 불필요 복사 및 전송 에러 등의 과제를 현저하게 완화할 수 있게 된다.
도 21은 밀리미터파 전송 장치(600)의 구성예(두번째)를 나타내는 사시도이다. 도 21에 나타내는 밀리미터파 전송 장치(600)는, 전자 부품 #A와 전자 부품 #B를 손실이 큰 전송 선로(206)로 접속한 밀리미터파 전송예를 나타내는 사시도이다. 이 예에서는 상술한 결합 회로(205)의 구조를 전자 부품 #B측의 결합 회로(207)에 응용한 것이다.
밀리미터파 전송 장치(600)의 결합 회로(207)는, 도 2b에 나타낸 안테나 부재(11) 대신에, 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252)로 구성된다. 마이크로스트립 선로(251)는 동박 등에 의해 구성되어 기판(10) 상에 배치되고, 도 1에 나타낸 전자 부품 #B의 증폭기(208)와, 도파관 천장판부(253)의 사이를 직접 접속하여, 도파관 구조(252)로부터 전자파 S'에 기초하는 밀리미터파의 신호 S를 수신하도록 이루어진다.
이와 같이 전자 부품 #A측의 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252)로 구성되는 결합 회로(205)와, 전송 선로(206)와, 전자 부품 #B측의 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252)로 구성되는 결합 회로(207)에 의해, 심플한 고역 통과 필터 소자(255)를 기판(10) 상에 구성할 수 있게 된다. 고역 통과 필터 소자(255)는 2개의 전자 부품 #A, #B간을 전기적으로 접속하게 된다.
도 22는 밀리미터파 전송 장치(600)의 고역 통과 필터 소자(255)의 통과 특성예 및 반사 특성예를 나타내는 주파수 특성도이다. 도 22에 있어서, 종축은 고역 통과 필터 소자(255)의 통과 특성 S(2, 1)dB와 반사 특성 S(1, 1)dB이다. 횡축은 반송 주파수(GHz)이며, 눈금은 1GHz 단위이다. 도면 중, IIIa는 고역 통과 필터 소자(255)의 통과 특성예를 나타내는 것이다. 이 통과 특성예에 따르면, 밀리미터파 전송 장치(600)의 결합 회로(205, 207)를 각각 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252)에 의해 구성하고, 전송 선로(206)를 유전체층(10f)으로 구성한 경우이다.
고역 통과 필터 소자(255)의 통과 특성 S(2, 1)dB는 유전율이 4.9이고, 유전 정접이 tanδ=0.025인 고역 통과 필터 소자(255)(FR4)를 통하여 전자 부품 #A측의 CMOS 칩(250)으로부터 전자 부품 #B측의 CMOS 칩(250')으로 전송되는 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'의 통과 특성이다. 통과 특성 S(2, 1)dB는, 반송 주파수가 0GHz부터 80GHz에 이르고, 1GHz씩 증가한 경우이다. 이 시뮬레이션 결과에 따르면, 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 영상 데이터는, 전자 부품 #A, #B간에 있어서, 반송 주파수가 40.0GHz 내지 75GHz인 범위의 통과 손실이 약 4.0dB이다.
또한, 도면 중, IIIb는 고역 통과 필터 소자(255)의 반사 특성예를 나타내는 것이다. 고역 통과 필터 소자(255)의 반사 특성 S(1, 1)dB는 유전율이 4.9이고, 유전 정접이 tanδ=0.025인 고역 통과 필터 소자(255)를 통하여 전자 부품 #A측의 CMOS 칩(250)으로부터 전자 부품 #B측의 CMOS 칩(250')으로 전송되는 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'의 반사 특성이다.
반사 특성 S(1, 1)dB는, 반송 주파수가 10GHz부터 80GHz에 이르고, 1GHz씩 증가한 경우이다. 이 시뮬레이션 결과에 따르면, 반사 손실은 40dB 이상을 실현하고 있다. 또한, 반송 주파수가 40.0GHz 내지 75GHz의 범위에서, 반사 손실이 10dB 이상으로 되어 있다.
이러한 손실이 큰 고역 통과 필터 소자(255)에서는, 반송 주파수가 증가함에 따라서, 전송 손실이 증가하고, 반사파는 감쇠해 가므로, 반사파에 의한 정재파의 악영향도 저감할 수 있게 된다. 이 예에서는 주파수 변환 회로(203)에서 입력 신호 Sin을 밀리미터파의 신호 S로 주파수 변환하고, 주파수 변환 회로(209)에서 증폭기(208)에 의한 증폭 후의 밀리미터파의 신호를 주파수 변환함으로써, (신호 대역)/(중심 주파수)의 비를 작게 할 수 있게 되므로, 밀리미터파의 신호 송신용의 신호 생성부(21) 및 밀리미터파의 신호 수신용의 신호 생성부(22)도 구성하기 쉬워진다.
이와 같이 제6 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(600)에 따르면, 전자 부품 #A측의 결합 회로(205) 및 전자 부품 #B측의 결합 회로(207)의 각각이, 도 2b에 나타낸 안테나 부재(11) 대신에, 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252)로 구성되는 것이다.
따라서, 전자 부품 #A측의 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252)로 구성되는 결합 회로(205)와, 전송 선로(206)와, 전자 부품 #B측의 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252)로 구성되는 결합 회로(207)에 의해, 심플한 고역 통과 필터 소자(255)를 기판(10) 상에 구성할 수 있게 된다. 고역 통과 필터 소자(255)는, 반송 주파수가 증가함에 따라서 전송 손실이 증가하고, 반사파는 감쇠해 가므로, 반사파에 의한 정재파의 악영향도 저감할 수 있게 된다.
<제7 실시예>
도 23은 제7 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(700)의 구성예를 나타내는 평면도(도 23의 위 도면) 및 그 X2-X2 화살표 방향에서 본 단면도(도 23의 아래 도면)이다. 이 실시예에서는 밀리미터파 전송 장치(700)의 결합 회로(205)는, 도 21에 나타낸 마이크로스트립 선로(251) 대신에, 상부 접지층(10g), 안테나 구조(256), 슬롯 구멍(257) 및 도파관 구조(252)로 구성된다.
도 23의 상기 도면에 나타내는 밀리미터파 전송 장치(700)는, 기판(10) 상에 하부의 접지층(10e), 상부 접지층(10g), 도파관 구조(252) 및 CMOS 칩(259)이 설치되어 구성된다. CMOS 칩(259)은, 도 1에 나타낸 변조 회로(202), 주파수 변환 회로(203) 및 증폭기(204) 등을 갖는 신호 생성부(21)를 반도체 트랜지스터 회로에 의해 집적한 것이다. 결합 회로(205) 및 CMOS 칩(259)은 전자 부품 #A'를 구성한다.
CMOS 칩(259)은 제6 실시예에서 설명한 CMOS 칩(250)과 달리, 안테나 구조(256)를 갖고 있다. 안테나 구조(256)는 반송 주파수의 파장을 λ로 하였을 때, λ/2의 길이의 안테나 부재(56)로 구성된다. 안테나 부재(56)는 CMOS 칩(259)의 소정의 면에 노출되어 구성된다.
도 23의 아래 도면에 있어서, 기판(10) 상의 전체면에는 도전성의 층간 접지층(10e)이 형성된다. 접지층(10e) 상에는 손실이 큰 전송 선로(206)를 구성하는 절연성의 유전체층(10f)이 형성된다. 유전체층(10f)에는 유리 에폭시 수지(FR4)가 사용되고, 그 유전율은 4.9이며, 그 유전 정접은 0.025이다. 유전체층(10f) 상에는 도전성의 상부 접지층(10g)이 형성된다.
상부 접지층(10g)에는, 소정의 폭 및 길이를 가진 개구부로 이루어지는 슬롯 구멍(257)이 형성되어 있다. 이 슬롯 구멍(257)에 대하여 안테나 부재(56)가 직교하도록, CMOS 칩(259)이 상부 접지층(10g)에 접착제(258)를 개재하여 접착되어, 기판(10)에 고정되어 있다.
밀리미터파 전송 장치(700)의 결합 회로(205)는, 안테나 부재(56), 상부 접지층(10g)에 개구된 슬롯 구멍(257), 및 도파관 구조(252)로 구성된다. 층간 접지층(10e)과 상부 접지층(10g)은 동박 등에 의해 구성되어 기판(10) 상에 배치되고, 전자 부품 #A'의 증폭기(204)(도 1 참조)에 접속된 안테나 부재(56)로부터 슬롯 구멍(257)을 통하여 도파관 구조(252)를 향하여 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 전송하도록 이루어진다. 증폭기(204)의 출력 단자와, 안테나 부재(56)는, 예를 들어 와이어에 의해 본딩된다.
이 예의 도파관 구조(252)에 따르면, 층간 접지층(10e)과 상부 접지층(10g)과, 콘택트 홀(10a')에 의해 도파관이 구성된다. 콘택트 홀(10a')은, 층간 접지층(10e)과 상부 접지층(10g)을 전기적으로 접속하고, 전자파 S'의 진행 방향을 획정하도록, 제6 실시예와 마찬가지로 하여 울타리 형상으로 2열로 배치된다. 2열로 배열된 콘택트 홀(10a')의 열(콘택트 홀 펜스부(10b'))에 의해 획정된다.
즉, 층간 접지층(10e)과 상부 접지층(10g)과 좌우의 콘택트 홀(10a', 10a')에 의해, 제6 실시예와 마찬가지로 하여 사면이 전기적으로 실드되고, 내부에 유전체가 충전된 도파관 구조(252)를 채용할 수 있다. 상부 접지층(10g)이 형성되어 있지 않은 기판(10) 상의 유전체층(10f)의 부분은, 손실이 큰 전송 선로(206)를 구성하는 유전체 전송로가 된다.
이와 같이, 제7 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(700)에 따르면, 전자 부품 #A측의 결합 회로(205)가, 도 21에 나타낸 마이크로스트립 선로(251) 대신에, 상부 접지층(10g), 안테나 구조(256), 슬롯 구멍(257) 및 도파관 구조(252)로 구성되는 것이다.
따라서, 전자 부품 #A'의 증폭기(204)(도 1 참조)에 접속된 안테나 부재(56)와, 슬롯 구멍(257)을 통하여 도파관 구조(252)를 공간적으로 접속할 수 있고, 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 유전체층(10f)에 송출할 수 있게 된다. 도파관 구조(252)를 사용하면, 제6 실시예에서와 마찬가지로 하여 방송이나 무선 통신 기기에서의 불필요 복사 및 전송 에러 등의 과제를 현저하게 완화할 수 있게 된다.
<제8 실시예>
계속해서, 도 24 내지 도 29를 참조하여, 제8 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(800)에 대하여 설명한다. 도 24는 제8 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(800)의 구성예(첫번째)를 나타내는 평면도(도 24의 위 도면) 및 그 X3-X3 화살표 방향에서 본 단면도(도 24의 아래 도면)이다. 이 실시예에서는 결합 회로(205, 207)가 다층 구조를 갖고, 기판(10)의 두께 방향으로 슬롯 구멍(257)을 통하여 전자파 S'를 전파할 수 있도록 하였다.
도 24의 상기 도면에 나타내는 밀리미터파 전송 장치(800)는, 기판(10) 상에 층간 접지층(10e), CMOS 칩(250), 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 천장판부(253)가 설치되어 구성된다. CMOS 칩(250)은 제6 실시예와 마찬가지로 하여 도 1에 나타낸 변조 회로(202), 주파수 변환 회로(203) 및 증폭기(204) 등을 갖는 신호 생성부(21)를 반도체 트랜지스터 회로에 의해 집적한 것이다. 결합 회로(205) 및 CMOS 칩(250)은 전자 부품 #A 등을 구성한다.
도 24의 아래 도면에 있어서, 기판(10) 상의 전체면에는 도전성의 층간 접지층(10e)이 형성된다. 층간 접지층(10e) 상에는 손실이 큰 전송 선로(206)를 구성하는 절연성의 유전체층(10f)이 형성된다. 기판(10)의 하면은 도전성의 하부 접지층(10h)을 갖고 있다. 층간 접지층(10e)과 하부 접지층(10h)의 사이는 절연성의 유전체층(10i)이 형성되어 있다. 각각의 유전체층(10f, 10i)에는 유리 에폭시 수지(FR4)가 사용되고, 그 유전율은 4.9이며, 그 유전 정접은 0.025이다.
유전체층(10f) 상에는 도전성의 마이크로스트립 선로(251), 도파관 천장판부(253) 및 배선 패턴(254)이 설치된다. 배선 패턴(254)은 동박 등으로 구성되고, CMOS 칩(250)의 복수의 전극에 각각 접속된다. 배선 패턴(254)과 CMOS 칩(250)은, 제6 실시예와 마찬가지로 하여 범프 전극을 통하여 플립 칩법에 의해 본딩된다.
밀리미터파 전송 장치(800)의 결합 회로(205)는, 마이크로스트립 선로(251), 도파관 구조(252') 및 슬롯 구멍(257)으로 구성된다. 마이크로스트립 선로(251)는 제6 실시예와 마찬가지로 하여 동박 등에 의해 구성되어 기판(10) 상에 배치되고, 도 1에 나타낸 전자 부품 #A의 증폭기(204)와, 도파관 천장판부(253)의 사이를 직접 접속하여, 도파관 구조(252')를 향하여 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 전송하도록 이루어진다. 증폭기(204)의 출력 단자와, 마이크로스트립 선로(251)는 범프 전극을 통한 플립 칩법에 의해 본딩된다. 물론, 이것에 한정되는 것은 아니며, 다른 방법, 예를 들어 와이어에 의해 본딩하는 방법을 채용하여도 된다.
이 예의 도파관 구조(252')에 따르면, 층간 접지층(10e)의 천장판부 투영 영역(Ic)과, 하부 접지층(10h)의 천장판부 투영 영역(Ic)과, 도파관 천장판부(253)가 콘택트 홀(10a')을 통하여 접속된 2층의 도파관에 의해 구성된다. 콘택트 홀(10a')은, 층간 접지층(10e) 및 하부 접지층(10h)의 각각의 천장판부 투영 영역(Ic)과 도파관 천장판부(253)를 전기적으로 접속하고, 전자파 S'의 진행 방향을 획정하도록, 예를 들어 울타리 형상으로 2열로 배치된다.
2열로 배열된 콘택트 홀(10a')의 열(콘택트 홀 펜스부(10b'))에 의해 상층 및 하층의 2층 구조가 획정된다. 즉, 층간 접지층(10e) 및 하부 접지층(10h)의 각각의 천장판부 투영 영역(Ic)과 도파관 천장판부(253)와 좌우의 콘택트 홀(10a', 10a')에 의해 7면 또는 8면이 전기적으로 실드되고, 내부에 유전체가 충전된 도파관 구조(252')를 채용할 수 있다.
이 예에서 층간 접지층(10e)의 소정의 위치에는 슬롯 구멍(257)이 개구되어, 상층의 유전체층(10f)으로부터 하층의 유전체층(10i)으로, 또한 하층의 유전체층(10i)으로부터 상층의 유전체층(10f)으로 전자파 S'를 유도하도록 이루어진다. 이에 의해, 마이크로스트립 선로(251)와 도파관 구조(252')를 직접 결합할 수 있고, 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 유전체층(10f)에 송출할 수 있게 된다. 게다가, 결합 회로(205)가 2층 구조를 갖고 있어, 슬롯 구멍(257)을 통하여 하층의 유전체층(10i)(기판(10)의 두께 방향)에 전자파 S'를 유도하도록 하였다.
또한, 도파관 천장판부(253)가 설치되어 있지 않은 기판(10) 상의 유전체층(10f)의 부분이나, 층간 접지층(10e)과 하부 접지층(10h)의 사이의 유전체층(10i)은, 손실이 큰 전송 선로(206)를 구성하는 유전체 전송로가 된다. 도파관 구조(252')를 사용하면, 제1 실시예에서 설명한 불필요 복사 및 전송 에러 등의 과제를 현저하게 완화할 수 있게 된다.
도 25는 밀리미터파 전송 장치(800)의 구성예(두번째)를 나타내는 평면도이다. 도 26은 그 구성예(세번째)를 나타내는 X4-X4 화살표 방향에서 본 단면도이다.
이 실시예에서는 기판(10)의 한쪽 면에 2개의 전자 부품 #A, #B가 설치되고, 그 다른쪽의 면에 2개의 전자 부품 #C, #D가 설치되어, 다층 구조의 결합 회로(205, 207) 및 손실이 큰 전송 선로(206)에 의해 4개의 전자 부품 #1 내지 #4를 결합한다. 그리고, 전자 부품 #A측의 층간 접지층의 슬롯 구멍(257)을 통하여 전자파 S'를 하층의 유전체층(10i)에 전파하고, 또한 전자 부품 #D측의 층간 접지층의 슬롯 구멍(257)을 통하여 전자파 S'를 원래의 상층의 유전체층(10f)에 전파할 수 있도록 하였다. 또한, 이 예에서는 도파관 천장판부(253)가 생략되는 것이다.
도 25에 나타내는 밀리미터파 전송 장치(800)는, 도 24에 나타낸 전자 부품 #A측의 다층 구조의 결합 회로(205)를 전자 부품 #C측의 결합 회로(205)에 응용함과 함께, 전자 부품 #B, #D측의 결합 회로(207)에 응용한 것이다.
밀리미터파 전송 장치(800)의 전자 부품 #B측의 결합 회로(207)는, 도 2b에 나타낸 안테나 부재(11) 대신에, 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252')로 구성된다. 마이크로스트립 선로(251)는 동박 등에 의해 구성되어 기판(10) 상에 배치되고, 도 1에 나타낸 전자 부품 #B의 증폭기(208)(도 10 참조)와, 도파관 천장판부(253)의 사이를 직접 접속하여, 도파관 구조(252)로부터 전자파 S'에 기초하는 밀리미터파의 신호 S를 수신하도록 이루어진다.
밀리미터파 전송 장치(800)의 전자 부품 #C측의 결합 회로(205)는, 도 26에 나타낸 바와 같이, 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252')로 구성된다. 마이크로스트립 선로(251)는 동박 등에 의해 구성되어 기판(10) 아래에 배치되고, 예를 들어 도 10에 나타낸 전자 부품 #C의 증폭기(224)(도 10 참조)에 직접 접속되어, 도파관 구조(252')로부터 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 송신하도록 이루어진다.
밀리미터파 전송 장치(800)의 전자 부품 #D측의 결합 회로(207)는, 도 26에 나타낸 바와 같이, 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252')로 구성된다. 마이크로스트립 선로(251)는 동박 등에 의해 구성되어 기판(10) 아래에 배치되고, 예를 들어 도 10에 나타낸 전자 부품 #D의 증폭기(228)(도 10 참조)에 직접 접속되어, 도파관 구조(252')로부터 전자파 S'에 기초하는 밀리미터파의 신호 S를 수신하도록 이루어진다.
이와 같이 전자 부품 #A측의 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252')로 구성되는 결합 회로(205)와, 상층의 유전체층(10f)에 의한 전송 선로(206)와, 전자 부품 #B측의 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252')로 구성되는 결합 회로(207)와, 전자 부품 #C측의 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252')로 구성되는 결합 회로(205)와, 하층의 유전체층(10i)에 의한 전송 선로(206)와, 전자 부품 #D측의 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252')로 구성되는 결합 회로(207)와, 전자 부품 #A, #C측의 층간 접지층(10e)에 개구된 슬롯 구멍(257)과, 전자 부품 #B, #D측의 층간 접지층(10e)에 개구된 슬롯 구멍(257)에 의해, 다층 구조의 고역 통과 필터 소자(255')를 구성할 수 있게 된다.
다층 구조의 고역 통과 필터 소자(255')에 따르면, 전자 부품 #A측의 층간 접지층의 슬롯 구멍(257)을 통하여 전자파 S'를 하층의 유전체층(10i)에 전파하고, 또한 전자 부품 #D측의 층간 접지층의 슬롯 구멍(257)을 통하여 전자파 S'를 원래의 상층의 유전체층(10f)에 전파할 수 있게 된다.
또한, 도 25에 나타내는 반사 방지용의 슬롯 구멍(260)은, 도 26에 나타낸 바와 같이 층간 접지층(10e)에 개구된다. 이 예에서는 전자 부품 #A, #C측의 슬롯 구멍(257)의 외측과, 전자 부품 #B, #D측의 슬롯 구멍(257)의 외측에 각각 배치된다. 슬롯 구멍(260)은 슬롯 구멍(257)과 마찬가지로 하여 직사각 형상을 갖고 있고, 그 크기는 슬롯 구멍(257)보다도 폭 및 길이 모두 길게 설정된다. 슬롯 구멍(260)은 상층의 유전체층(10f)에 전파하는 전자파 S'나, 하층의 유전체층(10i)에 전파하는 전자파 S' 등의 확산(반사)을 방지하도록 이루어진다.
도 27 및 도 28은 고역 통과 필터 소자(255')에서의 전자파 S'의 전파예(첫번째, 두번째)를 나타내는 단면도이다. 이 예에서는 반송 주파수에 의해 전자 부품 #A로부터 상이한 포트(전자 부품 #B, #C, #D 등)로 전자파 S'가 전파하는 경우를 나타내고 있다.
도 27a에 나타내는 고역 통과 필터 소자(255')에 따르면, 반송 주파수가 40GHz인 경우, 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #B로 전자파 S'가 전파한다. 전자 부품 #A측의 결합 회로(205)를 구성하는 마이크로스트립 선로(251)에 밀리미터파의 신호가 흐르면, 이 밀리미터파의 신호에 기초하는 전자파 S'가 도파관 구조(252')로부터 상층의 유전체층(10f)에 의한 전송 선로(206)로 전파된다.
전자 부품 #B측의 결합 회로(207)에서는, 상층의 전송 선로(206)에 전파되는 전자파 S'가 도파관 구조(252')에 의해 수신되어, 전자파 S'에 기초하는 밀리미터파의 신호가 그 마이크로스트립 선로(251)에 흐른다. 밀리미터파의 신호는, 그 마이크로스트립 선로(251)로부터 전자 부품 #B측의 증폭기(208)(도 10 참조)에 입력된다.
도 27b에 나타내는 고역 통과 필터 소자(255')에 따르면, 반송 주파수가 60GHz인 경우, 전자 부품 #A, #C측의 층간 접지층(10e)에 개구된 슬롯 구멍(257)과, 전자 부품 #B, #D측의 층간 접지층(10e)에 개구된 슬롯 구멍(257)을 통하여, 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #B로 전자파 S'가 전파한다.
전자 부품 #A측의 결합 회로(205)를 구성하는 마이크로스트립 선로(251)에 밀리미터파의 신호가 흐르면, 이 신호 S에 기초하는 전자파 S'가, 전자 부품 #A, #C측의 슬롯 구멍(257)을 통하여, 그 도파관 구조(252')로부터 하층의 유전체층(10i)에 의한 전송 선로(206)로 전파된다.
전자 부품 #B측의 결합 회로(207)에서는, 하층의 전송 선로(206)에 전파되는 전자파 S'가, 전자 부품 #B, #D측의 슬롯 구멍(257)을 통하여, 그 도파관 구조(252')에 의해 수신되어, 전자파 S'에 기초하는 밀리미터파의 신호가 그 마이크로스트립 선로(251)에 흐른다. 밀리미터파의 신호는, 그 마이크로스트립 선로(251)로부터 전자 부품 #B측의 증폭기(208)(도 10 참조)에 입력된다.
이와 같이 다층 구조의 고역 통과 필터 소자(255')에 따르면, 반송 주파수=40GHz나, 60GHz 등과 같이 선택하면, 전자 부품 #A, #C측의 슬롯 구멍(257)을 통하여 전자파 S'를 하층의 유전체층(10i)에 전파하고, 또한 전자 부품 #B, #D측의 층간 접지층의 슬롯 구멍(257)을 통하여 전자파 S'를 원래의 상층의 유전체층(10f)에 전파할 수 있게 된다.
도 28a에 나타내는 고역 통과 필터 소자(255')에 따르면, 소정의 반송 주파수 fx(20GHz<fx<80GHz)를 선택한 경우, 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #D로 전자파 S'가 전파한다. 전자 부품 #A측의 결합 회로(205)를 구성하는 마이크로스트립 선로(251)에 밀리미터파의 신호가 흐르면, 이 밀리미터파의 신호에 기초하는 전자파 S'가, 전자 부품 #A, #C측의 슬롯 구멍(257)을 통하여, 그 도파관 구조(252')로부터 하층의 유전체층(10i)에 의한 전송 선로(206)로 전파된다.
전자 부품 #D측의 결합 회로(207)에서는, 하층의 전송 선로(206)에 전파되는 전자파 S'가 도파관 구조(252')에 의해 수신되어, 전자파 S'에 기초하는 밀리미터파의 신호가 그 마이크로스트립 선로(251)에 흐른다. 밀리미터파의 신호는, 그 마이크로스트립 선로(251)로부터 전자 부품 #D측의 증폭기(228)(도 10 참조)에 입력된다.
도 28b에 나타내는 고역 통과 필터 소자(255')에 따르면, 소정의 반송 주파수 fx(20GHz<fx<80GHz)를 선택한 경우, 전자 부품 #A로부터 전자 부품 #B, #D로, 및 전자 부품 #C로부터 전자 부품 #B, #D로 전자파 S'가 각각 전파된다. 전자 부품 #A측의 결합 회로(205)를 구성하는 마이크로스트립 선로(251)에 밀리미터파의 신호가 흐르면, 이 밀리미터파의 신호에 기초하는 전자파 S'가, 도파관 구조(252')로부터 상층의 유전체층(10f)에 의한 전송 선로(206)로 전파됨과 함께, 전자 부품 #A, #C측의 슬롯 구멍(257)을 통하여, 그 도파관 구조(252')로부터 하층의 유전체층(10i)에 의한 전송 선로(206)로 전파된다.
전자 부품 #B측의 결합 회로(207)에서는, 상층의 전송 선로(206)에 전파되는 전자파 S'가 도파관 구조(252')에 의해 수신되어, 전자파 S'에 기초하는 밀리미터파의 신호가 그 마이크로스트립 선로(251)에 흐른다. 밀리미터파의 신호는, 그 마이크로스트립 선로(251)로부터 전자 부품 #B측의 증폭기(208)(도 10 참조)에 입력된다.
전자 부품 #D측의 결합 회로(207)에서는, 하층의 전송 선로(206)에 전파되는 전자파 S'가 도파관 구조(252')에 의해 수신되어, 전자파 S'에 기초하는 밀리미터파의 신호가 그 마이크로스트립 선로(251)에 흐른다. 밀리미터파의 신호는, 그 마이크로스트립 선로(251)로부터 전자 부품 #D측의 증폭기(228)(도 10 참조)에 입력된다.
또한, 전자 부품 #C측의 결합 회로(205)에서는, 마이크로스트립 선로(251)에 밀리미터파의 신호가 흐르면, 이 밀리미터파의 신호에 기초하는 전자파 S'가, 도파관 구조(252')로부터 하층의 유전체층(10i)에 의한 전송 선로(206)로 전파됨과 함께, 전자 부품 #B, #D측의 슬롯 구멍(257)을 통하여, 그 도파관 구조(252')로부터 상층의 유전체층(10f)에 의한 전송 선로(206)로 전파된다. 이에 의해, 상층의 마이크로스트립 선로(251)에 흐르는 밀리미터파의 신호를 전자 부품 #B측의 증폭기(208)에 입력하여, 하층의 마이크로스트립 선로(251)에 흐르는 밀리미터파의 신호를 전자 부품 #D측의 증폭기(228)에 입력할 수 있게 된다(도 10 참조).
도 29는 밀리미터파 전송 장치(800)의 고역 통과 필터 소자(255')의 통과 특성예 및 반사 특성예를 나타내는 주파수 특성도이다. 도 29에 있어서, 종축은 고역 통과 필터 소자(255')의 통과 특성 S(2, 1)dB와 반사 특성 S(1, 1)dB이다. 횡축은 반송 주파수(GHz)이며, 눈금은 1GHz 단위이다. 도면 중, IVa는 고역 통과 필터 소자(255')의 통과 특성예를 나타내는 것이다. 이 통과 특성예에 따르면, 밀리미터파 전송 장치(800)의 결합 회로(205, 207)를 각각 마이크로스트립 선로(251) 및 도파관 구조(252')에 의해 구성하고, 상층의 전송 선로(206)를 유전체층(10f)으로 구성하고, 하층의 전송 선로(206)를 유전체층(10i)으로 구성한 경우이다.
고역 통과 필터 소자(255')의 통과 특성 S(2, 1)dB는, 유전율이 4.9이고, 유전 정접이 tanδ=0.025인 고역 통과 필터 소자(255')(FR4)를 통하여 전자 부품 #A측의 CMOS 칩(250)으로부터 전자 부품 #B측(#D)의 CMOS 칩(250')으로 전송되는 밀리미터파의 신호의 통과 특성이다. 통과 특성 S(2, 1)dB는, 반송 주파수가 0GHz부터 80GHz에 이르고, 1GHz씩 증가한 경우이다. 이 시뮬레이션 결과에 따르면, 밀리미터파의 신호에 기초하는 영상 데이터는, 전자 부품 #A, #B(#D)간에 있어서, 반송 주파수가 44.0GHz 내지 56GHz의 범위의 통과 손실이 약 4.0dB이다.
또한, 도면 중, IVb는 고역 통과 필터 소자(255')의 반사 특성예를 나타내는 것이다. 고역 통과 필터 소자(255')의 반사 특성 S(1, 1)dB는 유전율이 4.9이고, 유전 정접이 tanδ=0.025인 고역 통과 필터 소자(255')를 통하여 전자 부품 #A측의 CMOS 칩(250)으로부터 전자 부품 #B(#D)측의 CMOS 칩(250')으로 전송되는 밀리미터파의 신호의 반사 특성이다.
반사 특성 S(1, 1)dB는, 반송 주파수가 0GHz부터 80GHz에 이르고, 1GHz씩 증가한 경우이다. 이 시뮬레이션 결과에 따르면, 반사 손실은 35dB 이상을 실현하고 있다. 또한, 반송 주파수가 40.0GHz 내지 60GHz의 범위에서, 반사 손실이 5dB 이상으로 되어 있다.
이러한 손실이 큰 고역 통과 필터 소자(255')에서는, 반송 주파수가 증가함에 따라서, 전송 손실이 증가하고, 반사파는 감쇠해 가므로, 반사파에 의한 정재파의 악영향도 저감할 수 있게 된다. 이 예에서는 주파수 변환 회로(203)에서 입력 신호 Sin을 밀리미터파의 신호 S로 주파수 변환하고, 주파수 변환 회로(209)에서 증폭기(208)에 의한 증폭 후의 밀리미터파의 신호를 주파수 변환함으로써, (신호 대역)/(중심 주파수)의 비를 작게 할 수 있게 되므로, 밀리미터파의 신호 송신용의 신호 생성부(21) 및 밀리미터파의 신호 수신용의 신호 생성부(22)도 구성하기 쉬워진다.
이와 같이 제8 실시예로서의 밀리미터파 전송 장치(800)에 따르면, 전자 부품 #A, #C측의 결합 회로(205)와, 전자 부품 #B, #D측의 결합 회로(207)가 다층 구조를 갖고, 층간 접지층(10e)에는 슬롯 구멍(257)이 개구되고, 상층의 유전체층(10f)으로부터 하층의 유전체층(10i)으로, 또한 하층의 유전체층(10i)으로부터 상층의 유전체층(10f)으로 전자파 S'를 유도하도록 이루어진다.
따라서, 상층의 마이크로스트립 선로(251)와 도파관 구조(252')를 직접 결합할 수 있고, 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 유전체층(10f)에 송출할 수 있게 된다. 하층의 마이크로스트립 선로(251)와 도파관 구조(252')를 직접 결합할 수 있고, 밀리미터파의 신호 S에 기초하는 전자파 S'를 유전체층(10i)에 송출할 수 있게 된다. 게다가, 결합 회로(205)가 2층 구조를 갖고 있고, 슬롯 구멍(257)을 통하여 하층의 유전체층(10i)(기판(10)의 두께 방향)에 전자파 S'를 전파할 수 있게 된다. 또한, 슬롯 구멍(257)을 통하여 상층의 유전체층(10f)(기판(10)의 두께 방향)에 전자파 S'를 전파할 수 있게 된다.
이상, 본 발명에 대하여 실시 형태를 사용하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시 형태에 기재된 범위에 한정되지 않는다. 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 상기 실시 형태에 다양한 변경 또는 개량을 가할 수 있고, 그러한 변경 또는 개량을 가한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
또한, 상기의 실시 형태는 클레임(청구항)에 관한 발명을 한정하는 것이 아니며, 또한 실시 형태 중에서 설명되고 있는 특징의 조합 모두가 발명의 해결 수단에 필수적이라고는 할 수 없다. 전술한 실시 형태에는 여러가지 단계의 발명이 포함되어 있고, 개시되는 복수의 구성 요건에서의 적절한 조합에 의해 다양한 발명을 추출할 수 있다. 실시 형태에 나타내어지는 전체 구성 요건으로부터 몇가지 구성 요건이 삭제되어도 효과가 얻어지는 한, 이 몇가지 구성 요건이 삭제된 구성이 발명으로서 추출될 수 있다.
예를 들어, 상기 실시 형태의 구조에서는 밀리미터파 전송에 관련된 송신측과 수신측의 각 부재를 동일한 기판에 탑재하고, 또한 그 기판이 밀리미터파 전송로로서 기능하는 유체물을 겸용하는 구성으로 하고 있다. 밀리미터파 신호에 기초하는 송수신간의 전자파는 기판 내에 갇혀져 전송되기 때문에, 전자 기기 내에 있어서, 밀리미터파대에서의 신호 전송을 방해를 저감시키면서 문제없이 행할 수 있게 된다.
이것은 특히 밀리미터파 전송로로서 기능하는 유체물을 이루는 기판을 구성하는 유전체 소재의 유전 정접이 상대적으로 큰 경우에 보다 효과적이다.
즉, 상기 실시 형태에서 설명한 밀리미터파 전송 장치 및 밀리미터파 전송 방법에 따르면, 유전체 소재로 구성된 유체물(소정의 유전율 ε을 갖는 유체물)의 일단으로부터 공급된 밀리미터파의 신호를 유체물의 타단으로부터 수신하여, 밀리미터파의 신호를 신호 처리하여 출력 신호를 생성하도록 이루어진다.
유전체 소재의 유전 정접이 상대적으로 크고, 손실이 큰 유체물에서는, 반송 주파수가 증가함에 따라서 전송 손실이 증가하고, 반사파는 감쇠해 가므로, 손실이 큰 유전체 소재로 구성된 유체물을 통하여 매우 고속의 신호를 전송할 수 있게 된다. 게다가, 유체물의 임의의 국소적인 범위에 의해서만 고속 통신 처리가 가능하게 된다. 유전체 소재로 구성된 유체물의 국소적인 범위 이외에는 감쇠가 커져, 유체물 외로의 방해를 크게 저감시킬 수 있다.
상기 실시 형태에서 설명한 밀리미터파 전송 시스템에 따르면, 상기 실시 형태에서 설명한 밀리미터파 전송 장치 및 밀리미터파 전송 방법이 구비되어, 유전체 소재로 구성된 유체물(소정의 유전율을 갖는 유체물)의 일단으로부터 공급된 밀리미터파의 신호를 유체물의 타단으로부터 수신하여, 밀리미터파의 신호를 신호 처리하여 출력 신호를 생성하도록 이루어진다.
이 구성에 의해 손실이 큰 유체물에서는 반송 주파수가 증가함에 따라서, 전송 손실이 증가하고, 반사파는 감쇠해 가므로, 손실이 큰 유전체 소재로 구성된 유체물을 통하여 매우 고속의 신호를 전송할 수 있게 된다. 게다가, 고속의 기저 대역 신호 등의 전송이 가능하게 되므로, 유체물의 임의의 국소적인 범위에 의해서만 고속의 쌍방향 통신 처리가 가능하게 된다. 유전체 소재로 구성된 유체물의 국소적인 범위 이외는 감쇠가 커져, 유체물 외로의 방해를 크게 저감시킬 수 있다.
또한, 상기 실시 형태에서는 소정의 유전율 ε을 갖는 유체물(유전체 소재로 구성된 유체물)에 관해서는, 유리 에폭시계의 수지로 구성된 기판(10)에 대하여 설명하였지만, 유전체 소재로 구성된 유체물은 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 아크릴계나 폴리에틸렌계의 수지제의 집광 시트나 도전/절연 시트, 아크릴 막대나 아크릴판, 폴리에틸렌이나 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에틸렌계의 합성 수지를 잉크 수용관이나 볼펜 본체(축통)에 사용한 볼펜 등의 유전체 소재로 구성된 유체물도 밀리미터파의 전송 선로로서 기능하는 것이 본원 발명자에 의해 확인되었다. 아크릴계나 폴리에틸렌계의 수지의 유전 정접 tanδ는 대략 유리 에폭시계의 수지의 유전 정접 tanδ에 가깝다. 따라서, 상기 실시 형태에서 설명한 기판(10)에 관해서는, 유리 에폭시 수지제에 한정되지 않고, 아크릴계나 폴리에틸렌계의 수지제의 것으로 하여도 된다.
또한, 상기 실시 형태에서는 사용 주파수대에서의 유전 정접 tanδ을, 대략 0.001 이하와 대략 0.01 이상의 크고 작은 2개로 구별하여 설명하였지만, 그 구별은 일례에 지나지 않는다. 예를 들어, 유전 정접 tanδ가 이들의 중간에 위치하는 tanδ가 대략 0.01 내지 0.001 정도의 것인 유전체 소재로서는, BT 레진의 수지(tanδ≒0.004)가 해당한다(하기의 문헌 1을 참조). tanδ가 대략 0.01 내지 0.001 정도인 것을 사용한 경우에는 「손실이 중간 정도」가 된다. 그리고, 예를 들어 BT 레진의 수지를 사용한 「손실이 중간 정도」인 것은, 상기 실시 형태에서 설명한 「손실이 큰 것」과 「손실이 작은 것」의 경계에 위치하는 특성을 나타낸다.
참고 문헌 1: "고주파용 BT 레진 유리천 기재 구리 피복 적층판", [online], [2009년 9월 2일 검색], 인터넷 <URL:http://www.tripleone.net/ENG /img_business/1_2_LX67.pdf>
또한, 전송 선로(206, 226) 등은 직선성이 요구되지 않고, 전송 선로(206, 226) 등을 90°등과 같이 절곡하여도 전자파가 진행되는 것이 확인되었다(예를 들어 도 12a, 15 등을 참조).
<산업상 이용가능성>
본 실시 형태의 구조는 영화 영상이나, 컴퓨터 화상 등을 반송하는 반송 주파수가 30GHz 내지 300GHz인 밀리미터파의 신호를 고속으로 전송하는 밀리미터파 기판 내 장치, 밀리미터파 전송 방법 및 밀리미터파 전송 시스템 등에 적용하기에 극히 적합하다.
상기 실시 형태의 설명으로부터 이해되는 바와 같이, 본 실시 형태의 일 형태는 유전체 소재로 구성된 유체물의 임의의 국소적인 범위에서만 고속의 통신 처리를 실행할 수 있게 함과 함께, 유체물의 국소적인 범위 이외로의 방해를 저감할 수 있도록 한 것이다.
예를 들어, 영화 영상이나 컴퓨터 화상 등을 반송하는 반송 주파수가 30GHz 내지 300GHz인 밀리미터파의 신호를 고속으로 전송하는 장치나, 그 시스템 등에, 상기 실시 형태의 밀리미터파 유체물 전송 장치, 밀리미터파 전송 방법 및 밀리미터파 전송 시스템의 구조가 적용된다. 유전체 소재로 구성된 유체물의 일단으로부터 송신된 밀리미터파의 신호를 유체물의 타단으로부터 수신하고, 밀리미터파의 신호를 신호 처리하여 출력 신호를 생성하고, 유체물을 통하여 고속으로 신호를 전송 할 수 있도록 함과 함께, 유체물 외로의 방해를 저감할 수 있도록 한다.
10: 유리 에폭시 수지제의 기판
11, 12: 안테나 부재
21 내지 28: 신호 생성부
100, 400, 500, 600, 700, 800: 밀리미터파 전송 장치
201, 221, 301, 421, 401, 421, 501: 신호 입력용의 단자
202, 222, 302, 322, 402, 412, 422, 502: 변조 회로
203, 223, 303, 323, 403, 413, 423, 503: 주파수 변환 회로
204, 304, 404, 504: 증폭기
205, 207, 227, 305, 307, 327, 405, 407, 505: 기판과의 결합 회로
206, 226, 306, 326, 406, 432, 506: 전송 선로
208, 228, 308, 328, 404, 408, 414, 424, 508: 증폭기
209, 223, 309, 323, 403, 409, 413, 423: 주파수 변환 회로
210, 230, 310, 330, 410, 510: 복조 회로
211, 311, 411, 511: 신호 출력용의 단자
250, 250', 259: CMOS 칩
251: 마이크로스트립 선로
252, 252': 도파관 구조
253: 도파관 천장판부
254: 배선 패턴
255, 255': 고역 통과 필터 소자
256: 안테나 구조
256': 안테나 부재
257, 260: 슬롯 구멍
341: 도파 구조
431: 가산 회로
200, 300: 밀리미터파 전송 시스템

Claims (19)

  1. 밀리미터파 전송 장치로서,
    전송 대상의 입력 신호를 주파수 변환하여 밀리미터파의 신호를 생성하는 제1 신호 생성부와,
    수신한 상기 밀리미터파의 신호를 복조하여 상기 전송 대상의 입력 신호에 대응한 출력 신호를 생성하는 제2 신호 생성부와,
    상기 제1 신호 생성부 및 상기 제2 신호 생성부를 탑재한 유전체 소재로 구성된 기판을 구비하고,
    상기 제1 신호 생성부와 상기 제2 신호 생성부의 사이의 밀리미터파 전송로로서 상기 기판이 사용되고 있는, 밀리미터파 전송 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 신호 생성부에 의해 생성된 상기 밀리미터파의 신호를 상기 기판의 일단에 송신하는 제1 신호 결합부와,
    상기 기판의 타단으로부터 상기 밀리미터파의 신호를 수신하는 제2 신호 결합부를 구비하고,
    상기 제1 신호 결합부 및 상기 제2 신호 결합부는, 상기 밀리미터파의 신호 파장에 기초하는 소정의 길이를 가진 안테나 부재로 구성되는, 밀리미터파 전송 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 신호 결합부를 구성하는 안테나 부재로부터 상기 유체물 내로 송신된 상기 밀리미터파의 신호에 기초하는 전자파를 상기 제2 신호 결합부를 구성하는 안테나 부재에 의해 수신하는, 밀리미터파 전송 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 신호 생성부는 상기 입력 신호를 변조하는 변조 회로와, 상기 변조 회로에 의해 변조된 후의 신호를 주파수 변환하여 상기 밀리미터파의 신호를 생성하는 제1 주파수 변환 회로를 갖고,
    상기 제2 신호 생성부는 상기 밀리미터파의 신호를 주파수 변환하는 제2 주파수 변환 회로와, 상기 제2 주파수 변환 회로로부터 출력되는 신호를 복조하여 상기 출력 신호를 생성하는 복조 회로를 갖는, 밀리미터파 전송 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 밀리미터파 전송로는 상기 기판에 전송 영역이 획정되고, 이 획정된 상기 기판의 전송 영역에 상기 밀리미터파의 신호를 봉입하여 전송하도록 구성되어 있는, 밀리미터파 전송 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전송 영역은 상기 기판을 관통하는 중공 원통 형상의 복수의 개공부 또는 도전층간을 접속하는 원기둥 형상의 복수의 도전 부재에 의해 획정되는, 밀리미터파 전송 장치.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 신호 생성부 및 상기 제2 신호 생성부는, 상기 밀리미터파의 신호를 증폭하는 증폭기를 각각 갖는, 밀리미터파 전송 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복조 회로의 출력 신호를 감시하여 신호 품질을 판정하는 신호 품질 판정 회로와,
    상기 신호 품질 판정 회로로부터 출력되는 품질 판정 신호를 전송하는 직류 또는 저주파수 전송 선로와,
    상기 직류 또는 저주파수 전송 선로에 의해 전송되는 품질 판정 신호에 기초하여 상기 증폭기의 이득을 제어하는 이득 제어 회로를 구비하는, 밀리미터파 전송 장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 제1 신호 생성부 및 상기 제1 신호 결합부를 설치한 제1 전자 부품과,
    상기 제2 신호 결합부 및 상기 제2 신호 생성부를 설치한 제2 전자 부품을 구비하고,
    상기 제1 전자 부품과 상기 제2 전자 부품이 동일한 상기 기판에 탑재되어 있는, 밀리미터파 전송 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 적어도 유리 에폭시계, 아크릴계 및 폴리에틸렌계 중 어느 하나의 수지로 구성되어 있는, 밀리미터파 전송 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 제1 신호 생성부 및 상기 제1 신호 결합부가 배치된 상기 기판의 제1 영역과 상기 제2 신호 생성부 및 상기 제2 신호 결합부가 배치된 상기 기판의 제2 영역의 사이의 상기 기판 상에는, 상기 입력 신호나 상기 출력 신호의 기저 대역 영역에서의 신호 처리에 사용되는 전자 부품이 탑재되어 있는, 밀리미터파 전송 장치.
  12. 밀리미터파 전송 방법으로서,
    전송 대상의 입력 신호를 주파수 변환하여 밀리미터파의 신호를 생성하는 제1 신호 생성부와, 수신한 상기 밀리미터파의 신호를 복조하여 상기 전송 대상의 입력 신호에 대응한 출력 신호를 생성하는 제2 신호 생성부를, 유전체 소재로 구성된 기판에 탑재하고,
    상기 제1 신호 생성부에 의해, 전송 대상의 입력 신호를 주파수 변환하여 밀리미터파의 신호를 생성하는 스텝과,
    상기 밀리미터파의 신호를 상기 기판의 일단에 공급하여 상기 밀리미터파의 신호에 기초하는 전자파를 상기 기판 내에 전송시키는 스텝과,
    상기 기판의 타단으로부터 취출되는 전자파에 기초하는 밀리미터파의 신호를 수신하는 스텝과,
    상기 제2 신호 생성부에 의해, 수신한 상기 밀리미터파의 신호를 복조하여 상기 전송 대상의 입력 신호에 대응한 출력 신호를 생성하는 스텝을 갖는, 밀리미터파 전송 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 밀리미터파의 신호를 생성할 때에,
    상기 입력 신호를 변조하는 스텝과,
    변조 후의 신호를 주파수 변환하는 스텝을 갖고,
    상기 출력 신호를 생성할 때에,
    수신한 상기 밀리미터파의 신호를 주파수 변환하는 스텝과,
    주파수 변환 후의 신호를 복조하여 상기 출력 신호를 생성하는 스텝을 갖는, 밀리미터파 전송 방법.
  14. 밀리미터파 전송 시스템으로서,
    전송 대상의 제1 입력 신호를 주파수 변환하여 밀리미터파의 신호를 생성하는 제1 신호 생성부와, 수신한 상기 밀리미터파의 신호를 복조하여 상기 전송 대상의 제1 입력 신호에 대응한 제1 출력 신호를 생성하는 제2 신호 생성부와, 상기 제1 신호 생성부 및 상기 제2 신호 생성부를 탑재한 유전체 소재로 구성된 제1 기판을 구비하고, 상기 제1 신호 생성부와 상기 제2 신호 생성부의 사이의 밀리미터파 전송로로서 상기 제1 기판이 사용되고 있는 제1 밀리미터파 전송체와,
    전송 대상의 제2 입력 신호를 주파수 변환하여 밀리미터파의 신호를 생성하는 제3 신호 생성부와, 수신한 상기 밀리미터파의 신호를 복조하여 상기 전송 대상의 제2 입력 신호에 대응한 제2 출력 신호를 생성하는 제4 신호 생성부와, 상기 제3 신호 생성부 및 상기 제4 신호 생성부를 탑재한 유전체 소재로 구성된 제2 기판을 구비하고, 상기 제3 신호 생성부와 상기 제4 신호 생성부의 사이의 밀리미터파 전송로로서 상기 제2 기판이 사용되고 있는 제2 밀리미터파 전송체와,
    상기 제1 밀리미터파 전송체와 상기 제2 밀리미터파 전송체를 결합하여 상기 밀리미터파의 신호에 기초하는 전자파를 전파하는 결합 매체를 구비한, 밀리미터파 전송 시스템.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 밀리미터파 전송체를 탑재한 상기 제1 기판과 상기 제2 밀리미터파 전송체를 탑재한 상기 제2 기판이 동일한 기판이고,
    상기 제1 밀리미터파 전송체와 상기 제2 밀리미터파 전송체가 상기 결합 매체에 의해 접속되는, 밀리미터파 전송 시스템.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 결합 매체는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판과는 다른 유전체 소재로 구성된 상기 밀리미터파의 신호를 전파하는, 밀리미터파 전송 시스템.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 결합 매체는 상기 밀리미터파의 신호를 전파하는 도파 구조로 이루어지는, 밀리미터파 전송 시스템.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 밀리미터파 전송체의 복수와,
    복수의 상기 제1 밀리미터파 전송체로부터 공급되는 밀리미터파의 신호를 가산하는 가산 회로를 갖는, 밀리미터파 전송 시스템.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제1 밀리미터파 전송체를 탑재한 상기 제1 기판과 상기 제2 밀리미터파 전송체를 탑재한 상기 제2 기판이 동일 기판이고,
    상기 제1 밀리미터파 전송체가 배치된 상기 동일 기판의 제1 영역과 상기 제2 밀리미터파 전송체가 배치된 상기 동일 기판의 제2 영역의 사이의 상기 동일 기판 상에는, 상기 입력 신호나 상기 출력 신호의 기저 대역 영역에서의 신호 처리에 사용되는 전자 부품이 탑재되어 있는, 밀리미터파 전송 시스템.
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