KR20150002705A - 기판 구조들을 이용하는 전자기 신호의 재지향 - Google Patents

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KR20150002705A
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에밀리오 소베로
게리 디. 맥코맥
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키사, 아이엔씨.
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Abstract

EHF 통신 시스템은 EHF 통신 칩을 포함한다. EHF 통신 칩은 테스트가능 및 제어가능 동작 파라미터를 갖는 적어도 하나의 제어가능 파라미터-기반 모듈을 포함하는 EHF 통신 회로를 포함한다. EHF 통신 칩은 EHF 통신 회로에 커플링된 테스트 및 트림 회로를 더 포함하고, 여기서 테스트 및 트림 회로는 하나 이상의 메모리 엘리먼트를 갖는 논리 회로를 포함하고, 여기서, 논리 회로는 제어가능 파라미터-기반 모듈에 커플링된다.

Description

기판 구조들을 이용하는 전자기 신호의 재지향{REDIRECTION OF ELECTROMAGNETIC SIGNALS USING SUBSTRATE STRUCTURES}
본 명세서는 전자기 신호의 형성(shaping) 및 지향(directing)에 관련된 시스템, 장치 및 방법에 관한 것이고, 특히 EHF 방사(radiation)에 관한 것이다.
반도체 제조 및 회로 설계 기술에서의 진보는 점점 더 높아지는 동작 주파수를 갖는 집적 회로(integrated circuit: IC)들의 개발 및 생산을 가능하게 해왔다. 결과적으로, 이러한 집적 회로들을 통합하는 전자 제품 및 시스템은 이전 세대의 제품들 보다 훨씬 더 높은 기능을 제공할 수 있다. 이 추가적인 기능은 일반적으로 점점 더 많은 양의 데이터를 점점 더 빠른 속도로 처리하는 것을 포함해왔다.
많은 전기적 시스템들은 이 고속의 IC들이 마운팅되고(mounted), 다양한 신호들이 IC들로 그리고 IC들로부터 라우팅되는(routed) 다중 인쇄 회로 기판(printed circuit board: PCB)들을 포함한다. 적어도 두 개의 PCB들을 가지고 그 PCB들 사이에서 정보를 교환할 필요가 있는 전기적 시스템에서, 다양한 커넥터(connector) 및 후면 구조(backplane architecture)들이 그 보드들 사이의 정보 흐름을 용이하게 하기 위하여 개발 되어왔다. 불행히도, 이러한 커넥터 및 후면 구조들은 다양한 임피던스 불일치를 신호 경로에 도입하고, 결과적으로 신호 품질(quality) 또는 무결성(integrity)의 저하를 야기한다. 신호운반 기계 커넥터들과 같이, 종래의 수단에 의하여 보드들 및 회로들을 상호연결하는 것은, 극복(negotiate)을 위하여 비싼 전자 기기들을 요구하는, 불연속(discontinuity)들을 일반적으로 생성한다. 종래의 기계 커넥터들은 또한 오랜 시간 동안 마모될 수 있고, 정확한 얼라인먼트(alignment)와 제조 방법을 요구할 수 있고, 기계적인 밀림(mechanical jostling)에 영향을 받을 수 있다.
종래의 커넥터들의 이 특성들은 매우 높은 신호 속도(rates)에서 신호를 전송하는 것이 필요한 전자 시스템들의 신호의 무결성 및 불안정의 감소를 이끌 수 있고, 그 결과 이러한 제품들의 활용을 제한한다.
제 1 예에서, 신호를 송신 또는 수신하는 시스템은, 주면(major face)을 갖는 유전체 기판, 통신 회로 및 전자기-에너지 지향 어셈블리를 포함할 수 있다. 통신 회로는 무선주파수 전기 신호 및 무선주파수 전자기 신호들 사이에서 변환하도록 구성된 변환기를 포함할 수 있고, 상기 변환기는 상기 변환기에 동작적으로 커플링된 상기 유전체 기판의 상기 주면으로부터 스페이싱된(spaced) 위치에 지지된다. 상기 통신 회로는 베이스밴드 신호를 무선주파수 전기 신호로 변환하고 전자기 신호로서의 송신을 위해 상기 무선주파수 전기 신호를 상기 변환기로 전도하는 송신기 회로, 및 상기 변환기에 의해 전자기 신호로서 수신된 무선주파수 전기 신호를 상기 변환기로부터 수신하고 상기 무선주파수 전기 신호를 베이스밴드 신호로 변환하는 수신기 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 지향 어셈블리는 상기 변환기로부터 스페이싱된 관계(spaced relationship)로 상기 유전체 기판에 의해 지지되고, 상기 변환기를 포함하는 영역에, 그리고 상기 변환기로부터 멀어지도록 연장하는 선을 따라 전자기 에너지를 지향하고, 상기 유전체 기판의 상기 주면의 평면을 가로지르도록 구성된다.
다른 예에서, EHF 전자기 방사를 지향하는 장치는 변환기 위치에 전자기 변환기를 지지하도록 구성된 주면을 갖는 유전체 기판 및 전자기-에너지 지향 어셈블리를 포함할 수 있다. 상기 지향 어셈블리는 상기 변환기 위치에 관하여 상기 유전체 기판에 의해 지지될 수 있고, 상기 변환기위치로부터 멀어지도록 연장하는 선을 따라 전자기 에너지를 지향하고, 상기 유전체 기판의 상기 주면의 평면을 가로지도록 구성될 수 있다. 상기 지향 어셈블리는 상기 유전체 기판에 배치된 복수의 일정간격 떨어져 스페이싱되어 내장된(spaced-apart embedded) 전도층들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 내장된 전도층들 각각은 제 1 경계를 갖는 주면을 가질 수 있다. 상기 제 1 경계는 상기 변환기에 각 경계부를 노출하는 방식으로 상기 변환기로부터 보여지는 것처럼 서로에 관하여 오프셋이 있는 상기 변환기에 근접한 경계부들을 포함할 수 있다.
다른 예에서, 유전체 기판 어셈블리는 제 1 전도층; 상기 제 1 전도층에 평행하고, 상기 제 1 전도층으로부터 스페이싱되고, 상기 제 1 전도층에 대향하는, 제 2 전도층; 상기 제 1 및 제 2 전도층들 사이에서 연장하는 유전층; 및 상기 제 1 및 제 2 전도층들에 연결되고 상기 제 1 및 제 2 전도층들 사이에서 연장하는 복수의 전기 전도성 구성들을 포함할 수 있다. 상기 전도성 구성들은, 상기 제 1 및 제 2 전도층들을 조합하여, 상기 유전층을 통해 연장하는 도파관을 정의하는 구성으로 상기 유전층으로부터 일정간격 떨어져 스페이싱되고, 상기 유전층에 분포될 수 있다.
추가 예에서, 전자기 EHF 신호를 유전성 물질의 연장 길이 및 상기 유전성 물질의 길이의 적어도 일 부분으로 덮힌 전도층을 포함할 수 있다. 상기 유전성 물질은 유전성 물질의 연장 길이를 가로지르는 직사각형 횡단면(cross section)을 가질 수 있다. 상기 유전성 물질의 상기 연장 길이는 제 1 측면 및 상기 제 1 측면에 배향되는 제 2 측면과, 제 1 주측 및 상기 제 1 주측에 배향되는 제 2 주측을 가질 수 있다. 상기 유전성 물질의 상기 연장 길이는 상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면 사이의 거리에 대응하는 너비와, 상기 제 1 주측 및 상기 제 1 주측 사이의 거리에 대응하는 높이를 가질 수 있다.
이러한 시스템들 및 장치들의 이점들은 도면과 발명의 상세한 설명을 고려한 후에 더욱 쉽게 이해될 것이다.
도 1은 다이 및 안테나를 포함하는 IC 패키지(integrated circuit)의 제 1 예의 단순화된 개략 부감도(schematic overhead view)를 나타낸다.
도 2는 IC 패키지 및 PCB(printed circuit board)를 포함하는 예시적인 통신 장치의 개략 측면도(schematic side view)를 나타낸다.
도 3은 IC 패키지 및 외부 회로 전도체들을 포함하는 다른 예시적인 통신 장치의 등각도(isometric view)를 나타낸다.
도 4는 도 3의 예시적인 통신 장치의 단순화된 상평면도(top view)를 나타낸다.
도 5는 예시적인 유전체 기판 상에 마운팅된 예시적인 통신 장치의 측면도를 나타낸다.
도 6a는 유전체 기판 상에 마운팅된 통신 장치를 포함하는 신호를 송신 또는 수신하는 예시적인 시스템의 등각도를 나타낸다.
도 6b는 대표 연관 EM 방사 패턴의 표시를 포함하는 도 6a에 유사한 다이어그램이다.
도 6c는 도 6a의 시스템에 대한 안테나 이득의 예시적인 대표 삽화(illustration)이다.
도 7a는 EM 에너지 지향 어셈블리를 갖는 유전체 기판 상에 마운팅된 예시적인 통신 장치의 등각도를 나타낸다.
도 7b는 대표 연관 EM 방사 패턴의 표시를 포함하는 도 7a에 유사한 다이어그램이다.
도 7c는 도 7a의 시스템에 대한 안테나 이득의 예시적인 대표 삽화(illustration)이다.
도 8은 EM 에너지 지향 어셈블리를 갖는 유전체 기판 상에 마운팅된 예시적인 통신 장치의 평면도(plan view)를 나타낸다.
도 9는 도 9의 선 9-9를 따라 취해진 횡단면을 나타낸다.
도 10a는 도 7a의 통신 장치와 유사한 예시적인 통신 장치의 등각도이다.
도 10b는 대표 연관 EM 방사 패턴의 표시를 포함하는 도 10a에 유사한 다이어그램이다.
도 11은 EM 에너지 지향 어셈블리의 추가 예를 갖는 예시적인 통신 시스템의 단순화된 측면면도를 나타낸다.
도 12는 예시적인 도파관 구조를 갖는 예시적인 유전체 기판 어셈블리의 부감도를 나타낸다.
도 13은 도 12의 선 13-13을 따라 취해진 횡단면(cross-section)을 나타낸다.
도 14는 도 12의 선 14-14를 따라 취해진 횡단면(cross-section)을 나타낸다.
무선 통신은 구성(component)들 사이의 신호 통신을 제공하기 위하여 사용될 수 있거나, 또는 장치(device)들 사이의 통신을 제공할 수 있다. 무선 통신은 기계적이고 전기적인 저하를 대상으로 하지 않는 인터페이스를 제공한다. 칩들 간의 무선 통신을 쓰는 시스템들의 예들이 미국 특허 제5,621,913호와 미국 공개 특허 출원 제2010/0159829호에 개시되고, 이 개시들은 모든 목적을 위하여 그것들의 전부에서 참조로 본 명세서에 통합된다.
일 실시예에서, 밀착-커플링된(tightly-coupled) 송신기/수신기 쌍들은 제 1 전도 경로의 종단부(terminal portion)에 배치된 송신기 및 제 2 전도 경로의 종단부에 배치된 수신기로 배치될 수 있다. 송신기 및 수신기는 송신 에너지의 강도에 의존하여 서로 바로 근접하게 배치될 수 있고, 제 1 전도 경로 및 제 2 전도 경로는 서로에 관하여 인접하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 송신기 및 수신기는 송신기/수신기 쌍의 안테나들과 바로 근접하게 위치된 분리 회로 캐리어(separate circuit carrier)들 상에 배치될 수 있다.
이하에서 설명될 것처럼, 송신기 및/또는 수신기는 IC 패키지로서 구성될 수 있고, IC 패키지에서 하나 이상의 안테나는 다이에 인접하게 위치될 수 있고 유전체 또는 절연(insulating) 캡슐화(encapsulation) 또는 본드 물질(bond material)에 의하여 고정될 수 있다. 안테나는 또한 리드 프레임 기판에 의해 장소에 고정될 수 있다. IC 패키지들에 내장된 EHF 안테나들의 예들이 도면들 및 아래 설명들에서 나타내어진다. 주목할 점은, IC 패키지들은 또한 단순 패키지들로서 언급될 수 있고, 또한 다양한 방식으로 구성될 수 있는, EHF 통신 유닛들, 통신 유닛들, 통신 장치들, 컴-링크(comm-link) 칩들, 컴-링크 어셈블리들, 컴-링크 칩 패키지들, 및/또는 컴-링크 패키지들로서 다양하게 지칭되는, 무선 통신 유닛들의 예들일 수 있다는 점이다. 예를 들면, IC 패키지들, 통신 유닛들, 통신 장치들, 컴-링크 칩들, 컴-링크 어셈블리들, 컴-링크 칩 패키지들, 및/또는 컴-링크 패키지들은 각각 멀티파트(multipart) 또는 모놀리식(monolithic) 어셈블리에 하나 이상의 IC들, 칩들 또는 다이들을 포함할 수 있고, 특정 어플리케이션들에 적합한 회로 기능을 가질 수 있다.
도 1은 10에 일반적으로 표시된, 예시적인 IC 패키지를 나타낸다. IC 패키지(10)는 칩 또는 다이(12), 전기 및 전자기 신호 사이의 변환을 제공하는 변환기(transducer)(14), 및 다이(12)에 포함된 송신기 또는 수신기 회로에 연결된 본드 패드(bond pad)들(22, 24)에 변환기를 전기적으로 연결하는 본드 와이어들(18,20)과 같은 전도성 커넥터들(16)를 포함한다. IC 패키지(10)는 다이 및/또는 변환기의 적어도 일 부분의 주변에 형성된 캡슐화 물질(encapsulating material)(26)을 더 포함할 수 있다. 이 예에서, 캡슐화 물질(26)은 다이(12), 전도성 커넥터들(16) 및 변환기(14)를 덮고(cover), 다이 및 변환기의 디테일들이 실선(solid line)으로 도시될 수 있도록 가상선(phantom line)으로 도시된다.
다이(12)는 적합한 다이 기판 상에 소형화된 회로로서 구성된 임의의 적합한 구조를 포함하고, “칩(chip)” 또는 “집적 회로(integrated circuit: IC)”로서도 지칭되는 구성과 기능적으로 동일하다. 다이 기판은 임의의 적합한 반도체 물질일 수 있다. 예를 들면, 다이 기판은 실리콘일 수 있다. 다이는 길이 및 너비 차원(dimension)을 가질 수 있고, 각각은 약 1.0mm에서 약 2.0mm일 수 있고, 바람직하게는 약 1.2mm에서 약 1.5mm일 수 있다. 다이(12)는, 외부 회로들에 연결을 제공하는, 도 1에 도시되지 않은, 리드 프레임과 같은 부가 전기 전도체들(16)로 마운팅될 수 있다. 점선(dashed line)으로 도시된, 변압기(28)는 다이(12) 및 변환기(14) 상의 회로들 사이에 임피던스 매칭(impedance matching)을 제공할 수 있다.
변환기(14)는 접힌 다이폴(folded dipole) 또는 루프(loop) 안테나(30)의 형태일 수 있고, EHF 스펙트럼에서 같이 무선 주파수(radio frequency)들에서 동작하도록 구성될 수 있고, 전자기 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 안테나(30)는 다이(12)로부터 분리되지만, 적합한 전도체들(16)에 의해 다이(12)에 동작적으로(operatively) 연결되고, 다이(12)에 인접하게 위치된다.
안테나(30)의 차원들은 전자기 주파수 스펙트럼의 EHF 밴드에서의 동작에 적합하다. 일 예에서, 안테나(30)의 루프 구성은, 루프의 입구(mouth)에서 0.1mm의 갭을 가진, 그리고 다이(12)의 에지로부터 대략 루프 0.2mm의 에지를 가진, 루프 1.4mm 길이와 0.53mm 너비로 레이아웃된(laid out), 물질의 0.1mm 밴드를 포함한다.
캡슐화 물질(26)은 고정된 상대적인 위치들에 IC 패키지(10)의 다양한 구성들을 고정하는 것을 돕기 위하여 사용된다. 캡슐화 물질(26)은 IC 패키지(10)의 전기적 및 자기적 구성들에 대한 전기적 절연 및 물리적 보호를 제공하도록 구성된 임의의 적합한 물질일 수 있다. 예를 들면, 절연 물질로서도 지칭되는, 캡슐화 물질(26)은 몰드 컴파운드(mold compound), 유리, 플라스틱 또는 세라믹일 수 있다. 캡슐화 물질(26)은 또한 임의의 적합한 모양(shape)으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 캡슐화 물질(26)은 외부 회도들에 다이를 연결하는 전도체들(16)의 미연결 종단(unconnected end)들을 제외한, IC 패키지(10)의 모든 구성을 캡슐화하는, 직사각형 블록의 형태일 수 있다. 외부 연결들은 다른 회로들 또는 구성들로 형성될 수 있다.
도 2는 예시적인 인쇄 회로 기판(printed circuit board: PCB)에 플립-마운팅된(flip mounted) IC 패키지(52)를 포함하는 통신 장치(50)의 대표 측면도(representational side view)를 나타낸다. 이 예에서, IC 패키지(52)가 다이(56), 접지면(57), 안테나(58), 안테나에 다이를 연결하는 본드 와이어(60)를 포함하는 본드 와어어들을 포함하도록 도시될 수 있다. 다이, 안테나 및 본드 와어어들은 패키지 기판(62) 상에 마운팅되고, 캡슐화 물질(64)로 캡슐화된다. 접지면(57)은 다이(56)의 아랫면에 마운팅될 수 있고, 다이에 대한 전기적 접지를 제공하도록 구성된 임의의 적합한 구조일 수 있다. PCB(54)는 주면(major face) 또는 표면(surface)(68)을 갖는 위(top) 유전층(66)을 포함할 수 있다. IC 패키지(52)는 금속 패턴(미도시)에 부착된 플립-마운팅 범프(flip-mounting bump)들(70)로 표면(68)에 플립-마운팅된다.
PCB(54)는 PCB(54) 안에 접지면을 형성하는 전도성 물질로 만들어진 표면(68)으로부터 스페이싱된(spaced) 층(72)을 더 포함할 수 있다. PCB 접지면은 PCB(54) 상의 회로들 및 구성들에 대한 전기적 접지를 제공하도록 구성되는 임의의 적합한 구조일 수 있다.
도 3 및 도 4는 외부 회로 전도체들(84 및 86)을 가진 IC 패키지(82)를 포함하는 다른 예시적인 통신 장치(80)를 도시한다. 이 예에서, IC 패키지(82)는 다이(88), 리드 프레임(90), 본드 와이어들의 형태의 전도성 커넥터들(92), 안테나(94), 캡슐화 물질(96), 및 도시의 단순화를 위해 도시되지 않은 다른 구성들을 포함할 수 있다. 다이(88)는, 하나 이상의 다른 회로들이 다이(90)와 동작적으로 연결할 수 있도록 구성된 전기 전도체들 또는 리드들(98)의 임의의 적합한 배열(arrangement)일 수 있는, 리드 프레임(90)과의 전기 통신에 마운팅될 수 있다. 안테나(94)는 리드 프레임(90)을 생산하는 제조 과정의 일부로서 구성될 수 있다.
리드들(98)은 패키지 기판(62)에 대응하는, 가상 선으로 도시된, 리드 프레임 기판(100)에 내장될 수 있거나, 또는 고정될 수 있다. 리드 프레임 기판은 미리 결정된 배열로 리드들(98)을 실질적으로 고정하도록 구성된 임의의 적합한 절연 물질일 수 있다. 다이(88) 및 리드 프레임(90)의 리드들(98) 사이의 전기 통신은 전도성 커넥터들(92)을 이용하는 임의의 적합한 방법에 의해 성취될 수 있다. 언급된 것처럼, 전도성 커넥터들(92)은 대응하는 리드 전도체들(98)과 다이(88)의 회로 상의 단자(terminal)들을 전기적으로 연결하는 본드 와이어들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 전도체 또는 리드(98)는 리드 프레임 기판(100)의 윗면 상에 형성된 도금 리드(plated lead)(102), 그 기판을 통해 연장하는 비아(via)(104), PCB(미도시)와 같은 베이스 기판 상의 회로에 IC 패키지(82)를 마운팅하는 플립-마운팅 범프(106)를 포함할 수 있다. 베이스 기판 상의 회로는, 예를 들어, 베이스 기판을 통해 연장하는 부가 비아(further via)(110)에 범프(106)를 연결하는 스트립(strip) 전도체(108)를 포함할 수 있는, 외부 전도체(84)와 같은 외부 전도체들을 포함할 수 있다. 다른 비아들(112)은 리드 프레임 기판(100)을 통해 연장할 수 있고, 베이스 기판을 통해 연장하는 추가 비아(additional via)들(114)이 있을 수 있다.
다른 예에서, 다이(88)는 반전될 수 있고, 전도성 커넥터들(92)은 “플립 칩(flip chip)” 배열로서 일반적으로 알려진 대응하는 리드들(98)에 직접적으로 다이(88)의 회로 상의 포인트들을 전기적으로 연결하도록 구성될 수 있는, 이미 설명된 것과 같은, 범프(bump)들 또는 다이 솔더 볼(die solder ball)들을 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 IC 패키지(10)는 단일 PCB 상에 같이 배치(co-locate)될 수 있고, 인트라(intra)-PCB 통신을 제공할 수 있다. 다른 예에서, 제 1 IC 패키지(10)는 제 1 PCB 상에 배치될 수 있고, 제 2 IC 패키지(10)는 제 2 PCB 상에 배치될 수 있으므로, 인터(inter)-PCB 통신을 제공할 수 있다.
이제 또한, 도 5를 참조하면, 시스템(150)에 의해 일반적으로 표시된, 신호를 송신 및/또는 수신하는 시스템은 통신 회로(152) 및 유전체 기판(154)을 포함할 수 있다. 통신 회로(152)는 변환기(156), 예컨대, 안테나(158) 및 송신기 회로(160) 및/또는 수신기 회로(162)를 포함할 수 있다. 통신 회로(152)는 통신 장치(164)일 수 있거나, 또는 통신 장치(164)를 포함할 수 있고, 따라서, IC 패키지(10)의 예일 수 있고, 도 1을 참조하여 설명된 것처럼 다이(12), 전도체들(16, 18, 20) 및 캡슐화 물질(26)을 포함할 수 있다. 장치(164)는 또한 도 2 내지 4를 참조하여 설명된 것처럼 통신 장치(50 또는 80)의 예일 수 있다. 유전체 기판(154), 예컨대, PCB는 통신 장치(164) 및/또는 다른 장치들에 대한 기계적, 전기적 및/또는 전자적 지원을 제공할 수 있다. 주면(166)을 갖는 기판(154)은 주면(68)을 갖는 PCB(54)의 예일 수 있다. 통신 회로(152) 또는 장치(164)는, 예컨대, 플립-마운팅(flip-mounting) 또는 표면-마운팅(surface-mounting) 기법들에 의해, 기판(154)의 주면(166)에 마운팅될 수 있다. 시스템(150)은 추가 또는 대체 엘리먼트들을 포함할 수 있고, 설명된 하나 이상의 엘리먼트들을 생략할 수 있다.
언급된 것처럼, 통신 회로(152)는 변환기(156), 송신기 회로(160) 및/또는 수신기 회로(162)를 포함할 수 있다. 변환기(156)는 RF 전기 신호 및 RF 전자기 신호들 사이를 변환하도록 구성된 변환기(14)의 예일 수 있다. 변환기(15)는 선택된 동작 주파수 및 동작 파장을 갖는 초고주파(extremely high frequency: EHF) 방사를 수신하거나 또는 송신할 수 있다. 변환기(156)는 기판(154)의 주면(166)으로부터 스페이싱된 위치에 지지될 수 있다. 예를 들면, 통신 장치(164)는, 예컨대, 변환기(156)가 오프셋 거리(S)로서 표시된 주면(166)으로부터 특정되고 고정된 분리(separation)를 유지하도록, 기판(154)에 마운팅될 수 있거나, 또는 기판(154)에 동작적으로 커플링될 수 있다. 통신 장치(152)는 상술한 것처럼 EHF-신호 IC 송신 패키지 (및/또는 수신 패키지)를 포함할 수 있다.
송신기 회로(160)는, 베이스밴드 신호를 RF 신호로 변환하고 RF 전자기 신호로서 송신하기 위하여 RF 전기 신호를 변환기(156)로 전도하는, 장치들 및/또는 회로망(circuitry)을 포함할 수 있다. 수신기 회로(162)는 변환기(156)로부터 RH 전기 신호를 수신하고 그 전기 신호를 베이스밴드 신호로 변환하는, 장치들 및/또는 회로망(circuitry)을 포함할 수 있다.
기판(154)은 PCB의 형태일 수 있고, 전도층(172), 예컨대, 기판(154)의 위(top) 유전층(174) 및 아래(bottom) 유전층(176) 사이의 기판(154)에 의해 지지되는, 접지면(57)을 포함할 수 있다. 전도층(172)은 주면(166)에 실질적으로 평행할 수 있다. 층(172)은 위(top) 유전층(174)의 두께에 의해 정의된 거리에 의하여 주면(166)으로부터, 수직적으로 스페이싱될 수 있거나, 또는 분리될 수 있다. 층(172)은 따라서, 수직 오프셋 거리(vertical offset distance)(C)에 의해 변환기(156)로부터 스패이싱될 수 있거나, 또는 분리될 수 있고, 이 예에서는 대략 오프셋 거리(S) 및 위 유전층(174)의 두께의 합이다. 변환기(156) 및 층(172) 사이의 거리(C)는 미리 선택된 거리, 예컨대, 변환기(156)의 동작 주파수의 파장보다 짧은 거리일 수 있다.
도 5의 구성에서, 기판(154) 및 전도층(172)은, 통신 장치(164) 내의 다이(56)의 위치의 반대 방향(대향)으로 연장하는, 거리(F)만큼 변환기(156)를 지나 연장할 수 있다. 전도층(172)은 따라서 변환기(156)에 근접한(proximate) 또는 인접한(adjacent) 주면(166)을 따라 연장할 수 있다. 일반적으로 거리(F)에 대응하고 변환기(156)와 마주 보거나(facing) 또는 정렬된(aligned), 전도층(172)의 이 연장 부분(172a)은, 예컨대, 사실상(in effect) 변환기(156)에 의해 송신되거나 수신된 EM 방사를 차단하거나 반사함으로써, 또는 그렇지 않으면 그것을 지향(directing)함으로써, 변환기(156)의 EM 방사 패턴에 영향을 줄 수 있다. 예를 들면, 변환기(156)로부터 송신된 방사는 위쪽으로(upward) 그리고 통신 장치(164) 및 유전층(172)의 연장 부분(172a)으로부터 멀어지게(away from) 지향될 수 있으나, 변환기(156)로부터 수신된 방사는 동등하게(equivalently) 아래쪽으로(downward) 그리고 변환기(156)를 향하게(toward) 지향될 수 있다. 따라서 전도층(172)은 또한, 전자기-에너지 지향 어셈블리(directing assembly)(178)로 고려될 수 있다.
보다 상세하게, 전도층(172)은, 예컨대, 변환기(156)로부터 송신된(및/또는 수신된) 방사가 전도층(172)으로부터 대부분 멀어지는 방향으로 변환기(156)로부터 멀어지게 (및/또는 변환기(156)를 향하게) 지향되도록, 변환기(156)에 근접한 에지(edge)(182) 상에서 종단될 수 있다. 예를 들면, 변환기(156) 및 단자 에지(182)의 수평(X-축) 위치들은 부분(172a)의 거리(F)를 함께 정의할 수 있다. 만일 변환기(156)의 위치가 정의되었다면, 예를 들어, 그 후, 부분(172a)이 변환기(156)로부터 멀어지게(변환기(156)를 향하게) 변환기(156)로부터(변환기(156)에) EM 방사를 지향하도록, 에지(182)의 위치가 선택될 수 있다. 그러므로 에지(182)의 위치 및 변환기(156)에 관한 거리(F)가 예를 들어, 변환기(156)의 동작 주파수 또는 파장에 관하여 선택될 수 있다. EM 방사의 지향(direction) 및 형성(shaping)에 영향을 줄 수 있는 부분(172a)의 특징들은 예컨대, 변환기(156)에 인접한 부분(172a)의 위치; 주면(166), 전도층(172) 및 변환기(156)의 수평 얼라인먼트; 부분(172a) 및 변환기(156) 사이의 수직 거리(C); 부분(172a)의 연장을 정의하는 수평 거리(F)를 포함할 수 있다. 거리(C)는 변환기(156)의 동작 주파수의 파장보다 짧은 거리와 실질적으로 동일할 수 있다.
도 6a는 통신 시스템(150)의 등각도이다. 전도층(172)은 변환기(156)로부터 상기 변환기로부터 스페이싱된 본딩 에지들로의 모든 방향으로 기판(154)의 주면(166)을 따라 평면으로 연장할 수 있는 것으로 도시된다.
도 6b는, EM 방사 패턴(190)에 의해 표현된, 변환기(156) 주변의 전기장 분포의 시뮬레이션을 도시하는 점선으로 표시된 수직 평면(198)이 추가되는 통신 시스템(150)의 등각도이다. 설명을 분명히 하기 위하여, 도 6b는 참조 축들 또는 선들(192, 194, 196)을 포함한다. 참조 선(192)은 기판(154)과 평행하고 변환기(156)를 통과(pass through)하는 X 축일 수 있다. 선(194)은 선(192)에 직각으로 기판(154)에 평행한 Y 축 일 수 있고, 선(196)은 선들(192 및 194)에 수직인 Z 축일 수 있다. 참조 평면(198)은 선들(192 및 194)에 의해 정의된 XZ 평면에 있고, 변환기(156)를 가로지르고(transverse to), 기판(154)에 실질적으로 수직이다. 평면(198) 상의 변환기(156)의 EM 전계(field)의 강도를 측정하거나 계산적으로(computationally) 시뮬레이팅하는 것은 평면(198) 상의 대략적인 전계 강도 선들(field strength contours)을 따르는 대표 점선에 의해 극히 단순하게(simplistically) 도시된, 전계 강도를 갖는 EM 방사 패턴(190)을 생산한다.
이 예시에서, 지향 어셈블리(178)을 포함하는, 통신 시스템(150)의 전체 구조는 전도층(172)으로부터 일반적으로 멀어지는 방향에서 변환기(156)에 의해 송신되거나 수신된 에너지를 지향(direct)하거나, 또는 재지향(redirect)할 수 있도록 보여진다. 송신의 경우, 예를 들면, EM 에너지의 이 재지향은 일반적으로 위쪽으로(도시된 방향에 대한 부분(172a)로부터 수직적으로 멀어지는) 될 수 있고, 통신 장치(164)로부터 다소 수평적으로 멀어질 수 있다.
도 6c는 도 5 및 도 6a의 통신 시스템(150)의 구성과 연관된 안테나 이득의 시뮬레이팅된 패턴(199)을 나타낸다. 그래프에서 각각의 윤곽 선(contour)은 안테나 이득의 선택 값을 가진 포인트들을 연결한다. 몇몇 윤곽 선들은 이득의 값이 변환기(156)로부터의 거리가 증가함에 따라 일반적으로 감소하는 것으로 나타난다. 감소의 비율은 방향에 따라 다를 수 있고(즉, 윤곽 선은 변환기(156)에 관하여 비대칭적일 수 있다), 그 비대칭의 형성 및 지향은 근처의 전도성 물질들에 영향받을 수 있고, 특히 전도층(172)의 연장 부분(172a)에 영향받을 수 있다. 도 6b의 방사 패턴(190)에서처럼, 도 6c의 안테나 이득은 일반적으로 위쪽으로(즉, 수직적으로, Z-축 선(196)의 양의 절반(positive half)을 향하도록) 연장하고, 통신 장치(164) 및 전도층(172)의 부분(172a)로부터 미세하게 멀어지도록(즉, 수평적으로, X-축 선(192)의 양의 절반을 향하도록) 연장한다.
지향 어셈블리(178)는, 이 도면에서 통신 장치(164) 위에 있을 수 있는, 변환기(156)에 의해 생산된 전계에 배치된 다른 통신 장치와의 통신을 제공하는데 효과적일 수 있도록 보여진다. 만일 EM 에너지의 전파(propagation)에 영향을 주는 것으로 도시되지 않는 다른 구조들이 있다면, 방사 및 전계 패턴들이 다양할 수 있다는 것은 분명해질 것이다. 이 예들에서, 이러한 추가 구조들이 변환기에 근접한 영역에 존재하지 않는다. 그러나, EM 방사의 추가 또는 대체 형상(shaping)은 또한 통신 장치(164)에 관하여 전도층(172)을 구성함으로써 성취될 수 있다. 예를 들면, 통신 장치(164)로부터 X-방향으로 결과(resulting) 방사 패턴(190) 중에 많은 것을 재지향하도록 요구될 수 있다. EM 신호의 형성, 편향(deflection), 지향은 장치(164)의 에지(도 5에 도시된 것처럼, 오른쪽 에지)에 내장된 변환기(156)에 관하여 전도층(172)의 구성에 일반적으로 의존할 수 있다. 예를 들면, 도 2에 전도층(72)으로 도시된 것과 같은, 짧아진(shortened) 전도층 부분은 X-방향으로 더 지향된 방사 패턴을 생산할 수 있다. 도 2에서, 전도층은 변환기에 근접하게 ㅈ종단된다.
도 7a는 202로 일반적으로 표시된, EM 에너지 지향 어셈블리의 레이어드(layered) 실시예를 포함하는 통신 시스템(200)의 대표 실시예를 나타낸다. 통신 시스템(200)은 이전에 설명된 것처럼 통신 장치(164)를 포함할 수 있다. 장치(164)는, PCB(206)와 같은, 기판 어셈블리(206)의 주면(204) 상에 마운팅될 수 있다. PCB(206)은 이하에서 더 설명되는 도 8 및 도 9에서 더욱 분명하게 도시된다. 도면들에서 보여지는 것처럼, PCB(206)는, 주면(204)을 갖는 위 전도층(210), 아래 전도층(208) 및 복수의 중간 층들(214)을 포함하는, 복수의 전도층들(208)을 포함한다. 전도층들은 PCB(206)에 형성된 유전층들(216)을 매개(intervening)함으로써 일정간격 떨어져 스페이싱된(spaced-apart) 위치들에 지지된다. 유전층들(216)은 전도층들이 내장된 복합 유전층(composite dielectric substrate)(217)으로 고려될 수 있는 것을 형성할 수 있다. 이하에서 더 설명되는 지향 어셈블리(202)로서 구성된, 전도층들(208)은 통신 장치(164)의 인접한 변환기(156)의 EM 방사 패턴을 형성하거나 지향하기 위하여 제공할 수 있다.
도 7a의 지향 어셈블리를 포함하는 일부 실시예들에서, 복수의 전도층(208)은 변환기(156)에 인접한 종단들에 형성된 각각의 리세스(recess)들(218)을 포함할 수 있다. 리세스들(218)은 원형극장(amphitheater) 또는 접시(dish) 모양을 생성할 수 있다. 지향 어셈블리(202)의 평면도(plan view)가 도 8에 확대되어 도시되고, 횡단면도(cross-section view)가 도 9에 도시되고, 그 도면들을 참조하여 이하에서 더 상세히 설명된다. 통신 시스템(200)에서, 변환기(156)의 외부 에지는 위 전도층(210)에서 리세스의 가장-내부의(inner-most) 포인트들과 정렬(align)된다.
지향 어셈블리(202) 위에 배지되거나 근접한 변환기(156)를 가진, 통신 시스템(200)의 기능은 도 6a 내지 도 6c에 도시된 기능들로부터 변할 수 있다. 접시-모양의 지향 어셈블리(202)과 연관된 방사 패턴(220)을 시각화(visualizing) 및 특징화(characterizing)할 목적으로, 도 7a와 유사한 통신 시스템(200)의 도면인 도 7b는, 통신 회로(152) 상의 원점을 갖는 좌표 축들로서 배열된 참조 선들(192, 194, 196)을 포함한다. 도 7b는 X-Z축의 평면에 대응하는 참조 평면(198)을 더 포함한다. 이 예에서 평면(198)은 평면에 존재하는 시뮬레이팅된 EM 방사 패턴(220)의 그래프를 도시한다.
도 6b에 도시된 것처럼, 도 7b의 각 윤곽 선은 동일한 크기를 갖는 방사 패턴의 포인트들에 대응한다. 방사 패턴(220)은 변환기(156) 및 통신 회로(152) 위에서 위쪽으로 일반적으로 연장하도록 보여진다. 추가적으로, 방사 패턴(220)은 변환기(156) 및 통신 회로(152)로부터 멀어지는 양의 X 차원(positive X dimension)의 수직(vertical)으로부터 일반적으로 기울어지게(tilt) 보여질 수 있다. 지향 어셈블리(202)를 이용하여 생성된 방사 패턴(220)은 방사 패턴(190)보다 양의 X 방향으로 더 연장할 수 있는 것으로 보여진다.
도 7c는 통신 시스템(200)에 관하여 방사 패턴(299)를 보여준다. 도 6c에 도시된 방사 패턴(199)에서처럼, 방사 패턴(299)은 변환기(156)의 이득을 보여준다. 그래프에서 각각의 윤곽 선은 안테나 이득의 선택된 값을 가진 포인트들을 연결한다. 도 7b에 도시된 방사 패턴(220)에서처럼, 안테나 이득은 양의 X-방향으로 연장하는 수평 각(transverse angle)에서 일반적으로 위쪽으로 연장하고, 변환기에 관하여 통신 회로로부터 멀어지도록 연장한다.
도 8 및 도 9는 도 7a에 도시된 시스템(200)과 유사한 대표 시스템(200')을 나타낸다. 도 8은 시스템(200')의 평면도를 나타내고, 도 9는 라인 9-9를 따라 취해진 시스템(200')의 횡단면도를 나타낸다. 시스템(200')은 레이어드된 유전체 기판 어셈블리(206) 상에 마운팅된 통신 장치(164)를 포함한다. 위의 시스템(200)의 설명은 기판 어셈블리(206) 상의 통신 장치(164)의 배치(placement)를 제외하고는 시스템(200')에 적용된다. 이 예에서, 변환기(156)은 도 8 및 도 9에 도시된 것처럼, 지향 어셈블리(202)에서 리세스들(218)을 넘어 밖으로 연장된다.
이제 기판 어셈블리(206)를 참조하면, 위에서 설명된 것처럼, 전도층들(208)은 유전층들(216)의 각각에 의해 인접 전도층들(208)로부터 스페이싱될 수 있거나, 또는 분리될 수 있다. 유전층들(216)의 두께는 연관된 인접 전도층들(208) 사이의 거리를 결정한다. 예를 들면, 인접 전도층들(208)은 변환기의 동작 파장보다 실질적으로 짧은 거리에 의해 일정간격 떨어져 스페이싱될 수 있다.
비록 도시되지는 않았으나, 유전층들은 또한 외부 평면의 표면들(기판 어셈블리(206)의 주면들) 상에 배치될 수 있다. 도시된 것처럼, 기판 어셈블리(206)는 교번하는(alternating) 전도층들(208) 및 유전층들(216)을 가진다. 따라서, 기판 어셈블리(206)는 일련의 일정간격 떨어져 스페이싱되어 내장된 전도층들을 포함하는 것으로 고려될 수 있다.
기판 어셈블리(206)는 따라서 EHF EM 방사를 지향하는 장치로서 기능한다. 이 예세서, 기판 어셈블리(206)는 변환기 위치에 전자기 변환기(156)를 지지하도록 구성된 유전체 기판(217) 및 변환기 위치에 관하여 기판에 의해 지지되는 지향 어셈블리(202)를 포함할 수 있다. 지향 어셈블리(202)는, 복합 유전체 기판(217)에 배치된, 복수의 일정간격 떨어져 스페이싱되어 내장된 전도층들(208)을 포함할 수 있다. 복수의 내장된 층들(208)의 각 전도층(208)은 제 1 경계(first perimeter)(224)를 갖는 주면(222)을 가질 수 있다. 제 1 경계(224)는, 도 8에 도시된 것과 같은, 변환기(156)에 각 경계부(226)을 노출시키는 방식으로 변환기로부터 보여지는 것처럼, 서로에 관하여 오프셋을 갖는, 변환기(156)에 근접한 경계부들(226)을 포함할 수 있다.
도 8 및 도 9에서 구체적으로 언급하는 것처럼, 각 유전층(208)은 변환기(156)와 마주보는 주면(222)을 가질 수 있다. 인접 유전층들(208)의 주면들(222) 사이의 거리는 대략적으로 분리 유전층(261) 및 연관 전도층(208)의 두께의 합일 수 있다. 각 주면(222)은 연관 층(208)의 주면(222)의 외부 에지(exterior edge)에 의해 정의된 경계(224)를 가질 수 있다. 경계(224)는 변환기(156)에 인접하거나 근접한 제 1 경계부(226)을 가질 수 있다. 기판 어셈블리(206)의 복수의 레이어드 전도층(208)의 경계부들(226)은 변환기(156)에 각 경계부들(226)을 노출시키는 방식으로 변환기(156)로부터 도시된 것처럼, 서로로부터의 오프셋을 가질 수 있다.
예를 들면, 전도층들(208)은 변환기(156)에 인접한 영역에 기판 어셈블리(206)의 전자기적으로 스테어-스텝핑된(stair-stepped) 또는 오프셋 층 구성을 생성하도록 구성될 수 있다. 각 전도층(208)은 하나의 스텝(step)을 표현하고, 여기서, 트레드 길이(tread length)는, 변환기로부터의 수평 거리(사실상, X-Z 평면에 평행한 평면을 따르는, 도 8에 도시된 것 같은 경계부들(226)의 인접 층 에지들 사이의 거리) 및 인접 전도층들(208)의 주면들(222) 사이의 수직 거리에 의한 상승 높이(rise height)에 의해 궁극적으로 정의된다. 수평 거리들(X-Y 평면에 평행한 평면의 ‘런(run)’ 거리들)은 일반적으로 상수일 수 있거나, 또는 (기판 에셈블리(206)의 주면(204)을 형성하거나, 인접한) 위 전도층(210)으로부터 (주면(204)으로부터 가장 멀거나, 반대인) 아래 전도층(212)까지 다양할 수 있다.
지향 어셈블리(202)의 경계부들(226)에서, 각 전도층(아래 층(212) 제외)의 에지는, 하부(lower) 층의 부분이 변환기(156)에 노출되도록, 그것의 아래에서 전도층을 언더랩핑한다(underlap). 각 연속하는 전도층에 대한 X 방향의 거리(도 5에 도시된 거리(F)에 대응함)의 점진적인 감소와 결합된, 전도층(208)의 언더랩핑된 배열은, 각 전도층의 상부(upper) 주면(204)의 에지, ‘트레드’ 또는 ‘런’ 부분을 노출할 수 있다. 수평 (런) 및 수직 (상승) 거리가, 변환기(156)가 주면(222)의 노출된 트레드 부분 또는 그것의 경계부(226)을 따라 각 전도층(208)의 적어도 그 에지를 “볼 수(see)” 있도록, 선택될 수 있다. 예를 들면, 스테핑된 경계부들(226)에 의해 정의된 슬로프(slope) 또는 피치(pitch)가, 상부 전도층(208)이 변환기(156)로부터 하부 층(226)의 경계부(226)까지의 가시선(line of sight)을 차단하지 않도록, 선택될 수 있다. 노출된 경계부들에 대한 이 가시선을 유지함으로써, 변환기(156)에 의해 송신되거나 수신된 방사는 전도층들의 경계부들에 노출될 수 있고, 그것들에 의해 영향받을 수 있다.
오버랩의 연장을 정의하는 수평(X-Y) 및/또는 수직(Z) 거리들이, 주면들(222)을 가로지르는 평면, 예컨대, 참조 평면(198)에 의한 경계부들의 인접 교차점들을 연결하는 선(228)이 요구된 구성을 가지도록, 선택될 수 있다. 예를 들면, 평면(198)은, 도 9에 도시된 것처럼, 직선(rectilinear line)을 따라 경계부들(226)을 교차할 수 있다. 예를 들면, 모든 스텝들은 동일한 런 길이 및 동일한 상승 높이를 가질 수 있고, 그래서, 레이어들(208)의 경계부들은, 지향 어셈블리(202)에 존재하는 것처럼, 직선의(straight-line) 피치를 정의한다.
일 실시예에서, 하나 이상의 경계부들(226)은 경계부(226)에 형성된 노치(notch) 또는 리세스(218)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 8의 예에서, 기판 어셈블리(206)는 10개의 전도층들(208)을 포함한다. 이 예에서, 위 9개의 전도층들(208)은 리세스들(218)을 포함하고, 9개의 리세스들(218)은 서로 배열되고, 변압기(156)에 가장 가까운 기판 어셈블리(206)의 에지에 정렬된다. 도 8에서, 예를 들면, 하부 층(212)은 리세스(218)를 포함하지 않는다.
전도층들의 리세스들(218)은 서로 다른 크기 및/또는 모양을 가질 수 있다. 각 리세스(218)는 절단(cut out)되거나, 제거될 수 있는, 그렇지 않다면 대응하는 전도층의 종단 또는 경계 영역으로서 형성될 수 있는, 임의의 적합한 형상일 수 있다. 예를 들면, 리세스(218) (그리고 대응하여, 경계부(226))는 일반적으로 오목(concave)할 수 있고, 곡선, 직선 또는 곡선과 직선의 조합일 수 있다. 예를 들면, 일련의 전도층들(208)에서, 주면(204)에 인접하는 가장 큰 리세스(즉, 위 전도층(210)에서) 및 주면(204)에 반대방향인(배향인) 가장 작은 리세스(즉, 아래 전도층(212) 내의 또는 향하는)와 함께 배열된, 유사하게 형성된 리세스들의 크기의 점진적인 증가는 도 8 내지 도 9에 도시된 것 같은, 전도성-층 스테핑된, 원형극장-같은 지향 어셈블리(202)를 생성한다. 전도층(208)은 0, 1, 또는 다수의 리세스들(218)을 가질 수 있다. 예를 들면, 두개의 인접 리세스들과 지향 어셈블리의 선택 층들(208)을 구성하는 것은 지향 어셈블리(202)의 분지된(bifurcated) 예를 생성할 수 있다.
변환기(152)는 경계부들(226)과 일직선인 주면(204)을 따라 배치될 수 있고, 주면(204)에 인접할 수 있다. 예를 들면, 도 7a의 지향 어셈블리(202)의 리세싱된(recessed) 실시예에서, 변환기(156)는 주면(204)에 동일 평면상(coplanar)에 마운팅되고, 특정 수직 거리에 의해 주면(202)을 오프셋하고, 경계부들(226)에 평행한 변환기(156)의 축과 정렬되고, 그리고, 노치-형상 리세스들(218)의 정점(apex) 상의 중앙에 위치된다. 통신 장치(164)는 다양한 각도들로 지향 어셈블리(202)를 돌출하는(overhanging) 변환기(156)로 마운팅될 수 있다. 일부 실시예들에서, 장치(164)는, 예컨대, 도 7a에 도시된 것 같은, 지향 어셈블리(202)의 위 층(210)에서 리세스(218)의 에지 상에 직접적으로 변압기(156)로 마운팅될 수 있다. 다른 예들에서, 장치(164)는, 예컨대, 도 8 및 9의 실시예에 도시된 것처럼, 지향 어셈블리(202)의 더 큰 부분이 변환기(156)하에 속하도록, 더 멀리 있는(farther out) 변환기(156)로 마운팅될 수 있다.
유전체 물질은 리세스들(218)에 의해 형성된 공간을 채울 수 있고, 기판(206)의 표면을 마운팅하는 실질적으로 연속적이고 실질적으로 평면인 위(top)를 형성할 수 있다.
지향 어셈블리(202)는 둘 이상의 전도층들(208) 사이의 전기 통신을 확립하고 유지하는, 하나 이상의 전도성 비아들(230)을 포함할 수 있다. 도 8의 예로 도시된 비아들(230A-F)과 같은, 비아들(230)은 하나 이상의 전도층들(208)을 연결하는 임의의 적합한 전도성 구조일 수 있다. 비아들(230)은 또한, 예컨대, 전기적 접지의 전위(electrical potential)와 같은, 요구된 전위를 갖는 다른 전도성 구조들을 연결할 수 있다. 비아들(230)이 전도성이기 때문에, 비아들(230)은, 모든 전도층들(208)에 예컨대, 전기적 접지의 전위(electrical potential)와 같은, 실질적으로 동일한 전위를 주기 위하여 사용될 수 있다.
비아들(230)의 전기 통신은 임의의 적합한 배열로 성취될 수 있다. 예를 들면, 몇몇 비아들(230)은, 도 8 및 9의 예로 도시된 것처럼, 모든 전도층(208)들을 통과할 수 있고 연결할 수 있다. 또 다른 예들에서, 하나의 비아(230)는 두 개의 층들(208)을 연결할 수 있고, 다른 비아(230)는 세 개의 층들(208)을 연결할 수 있고, 다른 것은 네 개의 층들(208)을 연결할 수 있다. 예를 들면, 다양한 층들에 전기 용량성으로(capacitively) 커플링된 비아들을 갖는 것 또한 가능할 수 있다. 이는, 60GHz와 같은 설계(design) 동작 주파수에서 그것들의 연결성을 유지하는 동안, 만일 요구된다면(공급 레벨(supply level)들을 수용하는 것과 같이), 그 층들이 서로 다른 DC 전위들에 있을 수 있게 할 것이다. 임의의 배열에서, 전위의 적당한 균등화(equalization)는 가능한 스텝 에지들(232) 가까이에 비아들(230)을 위치시킴으로써(positioning) 수월해질 수 있다. 따라서, 복수의 비아들(230)은 경계부들(226)을 따라 분포될 수 있다.
양의 X 방향으로 송신된 방사의 재지향을 수월하게 하기 위하여, 시스템(150, 200 또는 200')는 대향(opposing) 전도층(250)을 더 포함할 수 있다.
도 10a 및 10b는 대향 전도층(250)에 추가하여 시스템(200)에 대응하는, 통신 시스템(200'')을 도시한다. 시스템(150 및 200')은 또한 대향 층(opposing layer)(250)을 포함하도록 변경될 수 있다. 대향 층(250)은 통신 장치(164) 위에 배치되고 변환기(156)로 또는 변환기(156)로부터 EM 방사를 반사하도록 구성된, 임의의 적합한 전도성 구성 또는 엘리먼트를 포함할 수 있다. 대향 층(250)은, 예컨대, 주면의 영역의 모든 또는 일부를 덮는 주면(204)(또는 166)로부터 영역 오프셋을 점유함으로써, 기판(206)(또는 154)의 주면(204)(또는 166)을 따라 연장할 수 있다. 대향 층(250)은, 예컨대, 특정 수직 대향 거리(O)에 의해 주면으로부터 분리된 평면을 점유함으로써, 변환기(156)로부터 스페이싱될 수 있다. 변환기(156)는 지향 어셈블리(202)(또는 178) 및 대향 층(250) 사이에 배치될 수 있다. 즉, 대향 층(250)은 변환기(156) 위에 위치될 수 있고, 주면(204 또는 166)은 변환기(156) 아래에 위치될 수 있다. 여기서 그리고 다른 모든 곳에서, 도 10a의 참조 선(196)에 표시된 것처럼, “위에(above)”라는 표현은 증가하는(increasing) Z-축 방향을 지칭할 수 있고, “아래에(below)”라는 표현은 감소하는(decreasing) Z-축 방향을 지칭할 수 있다.
예를 들면, 실질적으로 평면의 전도성 구조(250)는 예상된(expected) EHF 신호의 한 파장과 비슷한 주면 위의 거리(O)에서 기판(206)(또는 154)의 주면에 평행하게 마운팅되거나, 삽입될 수 있다. 일부 실시예들에서, 6GHz의 예상된 EHF 신호를 가진, 평면의 대향 층(250)은, 예를 들면, 주면(204 또는 166) 위에 대략 1.5mm로 배치될 수 있다.
대향 층(250)은, 예컨대, 절연(insulating) 외부 면들을 제공하는, 예컨대, 하나 이상의 유전층인, 연관 유전체 물질을 가지거나 포함할 수 있다. 유전체 및/또는 전도성 물질의 적합한 구조는 주면(204) 및 대향 층(250) 사이의 공간의 모든 또는 부분을 채울 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 전도성 비아들(254)을 포함하는 유전체 물질로부터 만들어진 스탠드-오프(stand-off)들(252)은 대향 층(250)과 기판 어셈블리(206 또는 154)를 동작적으로 연결할 수 있다. 기계적으로, 이 스탠드-오프들(252)은 대향 층(250) 및 주면(204 또는 166) 사이의 특정 스페이싱 거리(O)를 유지할 수 있다. 특히, 비아들(254)은, 연결 구조, 예컨대, 기판의 전도층들(206 또는 154)로서 동일한 전위를 대향 층(250)에 가져다 줄 수 있다. 대향 거리(O)는, 주면(206 또는 154) 및 전도층(210)(또는 도 5의 172)이 실질적으로 평행한 평면인 경우, 단일 거리(single distance)일 수 있다. 거리(O)는, 만일 대향 층(250)이 비-평면이거나 또한/또는(and/or) 주면(204)에 관하여 편향되었다면, 주면(206 또는 154) 및 전도층(210 또는 172)의 대응 포인트들 사이에서 다를 수 있다.
대향 층(250)은 제 1 경계(256), 즉, 그것의 영역을 둘러싸는 외부 에지를 가질 수 있다. 경계(256)는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있고, 직선 또는 곡선 세그먼트(segment)들 또는 그것들의 조합들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 지향 어셈블리(202)의 리세스들(218)을 넘는 경계(256)의 부분은 변환기(156)와 함께 정렬된 블록한 또는 오목한 형상을 가질 수 있다.
대향 층(250)의 포함은 양의 X 방향으로 송신된 방사를 더 재지향할 수 있다. 도 7b와 같이, 도 10b는 참조 평면(198)과 마찬가지로 참조 선들(192, 194, 196)을 포함한다. 평면(198)은, 도 10a의 구조에 대한 도시된, 시뮬레이팅된 EM 방사 패턴(260)에 대한 윤곽 선들을 도시한다. 도시된 것처럼, 방사 패턴(260)은 양의 X 방향으로 상당히 기울어진다. 도 7c와 일반적으로 유사한, 도 10c는 도 10a 및 10b의 예시적인 구성에 대한 대표 안테나 이득 패턴(262)을 도시한다.
다른 곳에서 언급된 것처럼, 경계부들을 가로지르는 평면에 의한 경계부들의 인접 교차점들을 연결하는 선이 요구된 구성을 가지도록, 경계부들 또는 지향 어셈블리의 등가 전도성 엘리먼트들의 오프셋의 연장을 정의하는, 수평(X-Y) 및/또는 수직(Z) 거리들이 선택될 수 있다. 도 11은 멀티-층 기판 어셈블리(274)에 형성된 지향 어셈블리(272)를 포함하는 예시적인 시스템(270)의 간소화한 횡단면도를 도시한다. 도 11의 절단 평면(sectioning plane)은 내장된 전도층들(276)의 주요 표면들을 가로지르는 XZ 평면이다.
이 예에서, 전도성층(276)의 주요 표면들을 가로지르는 평면이 곡선(curvilinear line)(280)을 따라 연관 경계부(278)을 교차할 수 있도록, 수평(런 부분) 및 수직(상승 부분) 스텝 거리가 동일하지 않은(unequal) 양들로 증가할 수 있다. 곡선(280)은 도시된 것처럼, 변환기(156)로부터의 가시선을 유지하기 위하여, 변환기(165)로부터 전도층(276)의 각 노출된 경계부분까지 오목할 수 있다. 이 교차 선은 특정 어플리케이션에 적당한 형상을 가질 수 있고, 볼록 및 오목 세그먼트들 모두를 포함할 수 있다. 수평 거리들(X-Y 평면에 평행한 평면의 ‘런’ 거리들)은 (기판(284)의 주면(282)를 형성하거나, 인접한) 위 전도층(276A)으로부터 (주면(282)으로부터 가장 멀거나, 반대인) 아래 전도층(276N)까지 일반적으로 증가할 수 있다.
도 11의 예에서, 시스템(270)은 제 1 통신 회로(284A), 제 2 통신 회로(284B) 및 지향 어셈블리(272)를 포함하는 레이어드 유전체 기판(274)을 포함한다. 제 1 통신 회로(284A) 또는 송신기(284A)는 EHF 송신기 회로(160) 및 변환기(156)을 포함할 수 있다. 제 2 통신 회로(284B) 또는 수신기(284B)는 변환기(156) 및 EHF 수신기 회로(162)를 포함할 수 있다. 회로들(284A 및 284B)은, 예컨대, 회로(284B)가 회로(284A)로부터 신호를 수신할 수 있도록 구성되어, 동작적으로 호환가능(compatible)할 수 있다. 회로들(284A 및 284B)은, 회로(284A)에 의한 송신 및 회로(284B)에 의한 수신 간의 논리적 관계들을 강조하기 위하여, 구현 디테일들, 예컨대, IC 패키징로부터 독립적으로 도시된다. 단순화를 위해, 회로(284A)는 단지 송신기로서만 도시되고 설명되고, 회로(284B)는 단지 수신기로서만 도시되고 설명된다. 회로(284A 및 284A)는, 예컨대, 회로(284A 및 284A) 사이의 양방향 통신을 가능하게 하기 위하여, 송신기 회로들 및 수신기 회로들 모두를 포함할 수 있다.
기판(274)은 일련의 전도층들(276)을 포함하는 도 8 및 9의 것들 같은 레이어드 구조를 포함할 수 있다. 도 8 및 도 9에서처럼, 각 층(276)은 리세스(288)를 포함하는 경계부(286)을 포함할 수 있다. 각 경계부(286)는 지향 어셈블링(272)의 개방 측(open side) 상에 전도층(276)의 종단을 정의하는 단자 스텝 에지(terminal step edge)(290)를 가질 수 있다. 각 리세스(288)가 XY 평면에서 직선 및/또는 곡선인 반면, 주면(282)에 수직인 평면의 횡단면도(즉, YZ 평면에서, 전도층(276)의 주면을 가로지름)는 선(280)을 함께 정의하는 일련의 단자 스텝 에지(290)를 도시할 수 있다. 유전층들을 매개하는 노출된 표면들은 곡선(280)을 따르거나, 또는 연관 전도층들와 일치하여 스텝핑(stepped)될 수 있다. 경계부들(286)의 구성에 의존하여, 절단 평면을 따라 스텝 에지들(290)의 교차점들을 연결하는 선은 직선, 곡선, 또는 둘 모두일 수 있다. 곡선(280)은 예컨대, 도 11에 도시된 것처럼, 오목한 곡선을 정의할 수 있다. 이 배열은, 예컨대, XY 및 YZ 평면들 모두에 일반적으로 오목한 모양을 가진 어셈블리(272)인, 지향 어셈블리(272)의 위쪽으로 치우친(upwardly angled) 접시-모양 구조를 생성할 수 있다.
지향 어셈블리(272)는 송신기(284A)로부터 수신기(284B)로의 EM 방사(292A)의 방향전환을 제공할 수 있다. 예를 들면, 송신기(284A)는 어셈블리(272)에 인접한 또는 어셈블리(272)를 향해 지향된 송신된 EM 방사(292A)를 생성할 수 있다. 선(280)으로서 횡단면에 도시된 곡선 표면의 방식으로, 지향 어셈블리(272)는, 예컨대, 재지향된 방사(292B)로 표시된 것처럼, 송신된 EM 방사(292A)를 수신기(284B)를 향하도록 재지향할 수 있다. EM 방사(292A)를 선택적으로 형상화 또는 지향함으로써, 지향 어셈블리(272)는 수신기(284B)에 의해 수신된 방사(292A)의 신호 강도를 증가시킬 수 있다. 이 더 높은 신호 강도는 시스템(270)의 신호대잡음비(signal-to-noise ratio)를 개선할 수 있거나, 또는 송신기(284A) 및 수신기(284B)간의 작동 거리의 증가를 허용할 수 있다.
다른 예에서, 지향 어셈블리는, 지향 어셈블리(202 및 272)를 참조하여 설명된 것처럼, 리세스들의 표면 상에 전도층들을 포함하지 않는 기판 어셈블리로 만들어질 수 있다. 예를 들면, 전도층들은, 유전층들(216)과 같은 설명된 유전층의 그것들과 동일하거나, 그것들보다 작은 유전 상수들을 가는 유전층들로 대체될 수 있다. 유전 상수들이 지향 어셈블리에서 동일한, 동종 유전체 기판 또는 PCB가, 지향 어셈블리(202)의 리세스들(218) 및 지향 어셈블리(272)의 리세스들(288)에 관하여 설명된 형상과 같은, 요구된 형상을 갖도록 윤곽이 그려지도록 사용될 수 있다. 유전체 물질들 및 전도성 물질들의 다른 조합이 또한 사용될 수 있다.
도 12 내지 14는 시스템(300)으로서 일반적으로 표시된, EHF EM 방사를 지향하는 시스템의 다른 예를 도시한다. 도 12(오버헤드 평면도(overhead plan view)), 도 13(도 12의 선 13-13을 따라 취해진 횡단면 측면도) 및 도 14(도 12의 선 14-14을 따라 취해진 횡단면 종단도)에 도시된 것처럼, 시스템(300)은 제 1 전도층(304A), 제 2 전도층(304B), 유전층(306) 및 복수의 전도성 구성들(308)을 포함할 수 있다. 기판 어셈블리(302)는 아래 설명될 것처럼, 유전층(306)을 통해 연장하는 도파관(waveguide)(310)을 정의하도록 구성될 수 있다.
제 1 전도층(304A)은 기판 어셈블리(302)의 주면(312)에 근접하여 배치된 전도층(172)의 예일 수 있다. 제 2 전도층(304B)은 주면(312)의 반대(즉, 제 1 전도층(304A)의 아래)에, 그리고 제 1 전도층(304A)에 실질적으로 평행하게 배치된 전도층(172)의 다른 예일 수 있다. 유전층(306)은 제 1 및 제 2 전도층(304A 및 304B) 사이에서 연장할 수 있다. 유전층(306)은 전도층들(304A 및 304B)를 지지할 수 있고, 그들 사이의 스페이싱 거리(G)를 유지할 수 있다. 거리(G)는 유전층(306)의 두께에 의해 대략적으로 정의될 수 있다. 기판 어셈블리(302)는, 예컨대, 절연 외부 표면들을 제공하는, 예컨대, 제 1 전도층(304A) 위에 및/또는 제 2 전도층(304B) 아래에, 추가 유전층(미도시)을 포함할 수 있다.
기판 어셈블리(302)는 또한 제 1 전도층(304A) 및 제 2 전도층(304B) 사이에 연결된, 그것들 사이에서 연장하는 복수의 전기적인 전도성 구성들(308)을 포함할 수 있다. 구성들(308)은, 예컨대, 층들(304A 및 304B)를 전기적으로 연결하기 위하여, 복수의 전도성 비아들을 포함할 수 있다. 비아들(314)는 다른 전도성 구조들, 예컨대, 접지 전위와 같은 선택된 전위의 구조들, 기타 등등과 연결되고, 전기 통신을 확립할 수 있다.
비아들(314)은, 스페이싱 간격(interval)(V), 예컨대, 연관 EM 변환기(156)의 특성들에 따라 선택된 수평(XY) 거리에 의해 서로 분리될 수 있다. 예를 들면, 간격(V)는 연관 변환기(156)의 동작 주파수의 하나의 파장보다 실질적으로 짧게 선택될 수 있다. 비아들(314)는 특정 구성에서 기판 어셈블리(302) 안에 분포될 수 있다. 예를 들면, 비아들(314)은, 예컨대, 도 12(오버헤드 평면도(overhead plan view)), 도 13(도 12의 선 13-13을 따라 취해진 횡단면 측면도) 및 도 14(도 12의 선 14-14을 따라 취해진 횡단면 종단도)에 도시된 것처럼, 3-면(three-sided) 부피를 정의하기 위하여, 유전체 어셈블리(302) 안에, 개구(opening)(318)에 한 측면을 개방하기 위하여, 분포될 수 있다. 일반적으로 제 1 전도층(304A), 제 2 전도층(304B) 및 적당한 간격(V)에 의하여 분리된 비아들(314)에 의해 경계가 나뉜, 이 부피는, 도파관(310), 즉, 이 예에서, EHF 에너지와 같은 전자기 파를 전달하는데 사용된 위상학적으로 관모양 입방체의(topographically tubular cuboid) 전도성 구조를, 정의할 수 있다.
제 1 전도층(304A)은 도파관(310)에 정렬되고 도파관과 통신하는, 애퍼처(aperture)(320)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 도 12 및 13에 도시된 것처럼, 애퍼처(320)은 제 1 전도층(304A) 안에 개방하는 실질적으로 직사각형일 수 있고, 도파관(310)의 횡단면 크기에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 언급된 것처럼, 도파관(310)은, 제 1 전도층(304A), 제 2 전도층(304B) 및 스페이싱된 비아들(314)의 구성에 의해 정의된, 개구(318)로서 표시된, 추가 개방 측(open side) 또는 종단(terminal)을 가질 수 있다. 애퍼처(320) 및 개구(318)는 도파관(310)의 반대 개방 종단들을 사실상 제공할 수 있다.
도시된 실시예에서, 비아들(314)은 도파관(310)의 반대 측들을 선으로 그을 수 있다. 예를 들면, 도 12에 도시된 것처럼, 규칙적으로(regularly) 스페이싱된 비아들(314)의 제 1 선(324)은 도파관(310)의 제 1 측(326)을 정의할 수 있고, 비아들(314)의 제 2 선(328)은 도파관(310)의 제 2 측(330)을 정의할 수 있다. 제 2 측들(326, 330)은 따라서 도파관(310)의 반대 측들을 정의할 수 있다. 비아들(314)와 같은 전도성 구성들(308)은 또한, 간격(V)으로 스페이싱된 비아들의 제 3 선(332)으로 도시되고 개구(318) 반대편 도파관(310)의 제 3 측(334)을 정의하는, 애퍼처(320)의 에지를 따라 연장할 수 있다. 제 3 선(332)는 애퍼처(320)에 인접한 도파관(301)의 모서리(corner)(322)를 형성할 수 있다. 애퍼처(320)은 제 1 전도층(304A)에 의해 형성된 도파관(310)의 일 측에 배치될 수 있다.
전도성 구성들(308)은, 도 13 및 14에 도시된, 복수의 중간 전도층들(316)을 대체적으로 또는 추가적으로 포함할 수 있다. 중간 전도층들(316)은 제 1 전도층(304A) 및 제 2 전도층(304B) 사이에 그리고 평행하게 배치될 수 있다. 인접 중간 층들(316)의 각 쌍은 유전층(예컨대, 유전층(306)의 부분)에 의해 떨어져 스패이싱될 수 있다. 각 중간 층(316)은 도파관(310)을 정의하는 에지를을 갖는 애퍼처 또는 리세스를 가질 수 있다. (주면(204)에 가장 상부의(uppermost) 전도층으로 고려될 수 있는) 제 1 전도층(304A)의 애퍼처(320)과 달리, 중간 층들(316)의 애퍼처들은 이 예에서 도파관(310)의 전체 길이를 연장할 수 있다. 즉, 도포관(310)의 제 3 측(334)로부터 도파관(310)의 개구(318)까지 연장할 수 있다. 비아들(314)은 중간 층들(316)의 애퍼처들의 에지들을 따라 중간 층들(316)을 통해 연장할 수 있다. 예를 들면, 비아들(314)은 제 1 전도층(304A)으로부터 제 2 전도층(304B)으로 연장할 수 있고, 그러므로 모든 중간 층들(316)을 통해 연장할 수 있다. 전기적으로 전도성 비아들(314)은 따라서, 만일 현재 동일한 전위, 예컨대 접지 전위를 갖는다면, 제 1 전도층(304A), 제 2 전도층(304B) 및 중간 층들(316)을 포함하는 모든 전도층들을 보장할 수 있다.
다른 예들에서, 비아들(314)의 에지들을 따르는 리세스들을 갖는 복수의 전도층들(316)은 도파관(310)의 측면들을 정의하기 위하여 비아들(314) 대신에, 또는 그에 추가하여 사용될 수 있다. 중간 층들(316)은, 그것들을 중간 전도층들로 만드는, 위 및 아래 전도층들에 커플링될 수 있다. 이 중간 전도층들(316)은, 도 7a의 실시예에 관하여 설명된 리세스들(218)과 같은, 도파관 측들을 정의하는, 리세스들 또는 개구들을 형성하는 에지들로 형성될 수 있다.
기판 어셈블리(302)는 제 1 전도층(304A)의 애퍼처(320)에 근접하게 마운팅된 제 1 변환기(340)을 더 포함할 수 있다. 변환기(340)은 안테나일 수 있거나, 또는 안테나를 포함할 수 있다. 기판 어셈블리(302)는 애퍼처(320)을 통해 도파관(310) 안으로 EHF 방사를 송신하도록 구성된, 변환기(340)를 포함하는 통신 회로(152) 또는 통신 장치(164)와 같은 IC 패키지를 더 포함할 수 있다. 이 예에서, 변환기(340)은 애퍼처(320)의 짧은 측들, 그리고 대응하여 도파관 측들(326 및 330)에 평행하게 분극된(polarized) 방사를 생성한다. 추가하여 또는 대체하여, 변환기(320)는 기판 어셈블리(302)의 주면(312)에 관하여 스패이싱된 관계로 마운팅될 수 있다. 예를 들면, 변환기(340)는 추가 유전성 물질에 의한, 주면(312)으로부터 분리되어 또한/또는 주면(312) 위에 배치되어, 마운팅될 수 있다. 변환기(340)에서 애퍼처(320)으로의 스탠드-오프 거리의 분리는 변환기(340)의 EM 특징들에 따라 선택될 수 있다.
이 배열들은 도파관(310)으로, 즉, 전도층들(304A 및 304B) 사이의 공간으로, 지향될 제 1 변환기(340)에 의해 송신된 방사(344)의 부분을 결과를 이끌어낼 수 있고, 여기서 그것은 개구(318)를 향하는 양의 X 방향으로 더 지향될 수 있다. 대신하여 또는 추가하여, 변환기(340)는 도파관(310)에 의한 애퍼처(320)을 통해 지향된 방사(344)를 수신할 수 있다.
기판 어셈블리(302)는 제 1 전도층(304A)의 애퍼처(320)에 반대에 마운팅된 제 2 변환기(342)를 더 포함할 수 있고, 그러므로 인접 개구(318)를 더 포함할 수 있다. 제 2 변환기(342)는 애퍼처(320)보다 개구(318)에 다소 근접한 위치에 채택되는 것을 제외하고는 제 1 변환기(340)와 일반적으로 유사하다. 변환기(342)는 따라서 안테나일 수 있거나, 또는 안테나를 포함할 수 있고, 통신 회로(152) 또는 통신 장치(164)의 부분일 수 있고, IC 패키지에 마운팅될 수 있다. 변환기(342)는 개구(318)를 통하여 도파관(310)안으로 EHF 방사(346)를 송신하도록 구성될 수 있고, 또한/또는 개구(318)를 통하여 도파관(310)으로부터 EHF 방사(346)를 수신하도록 구성될 수 있다. 변환기(342)는 개구(318)에 관하여 스패이싱된 관계로 마운팅될 수 있다. 예를 들면, 변환기(342)는 추가 유전성 물질에 의한, 주면(312)으로부터 분리되어 또한/또는 주면(312) 위에 배치되어, 마운팅될 수 있다. 변환기(342)에서 애퍼처(318)으로의 스탠드-오프 거리의 분리는 변환기(342)의 EM 특징들에 따라 선택될 수 있다.
제 2 변환기(342)는, 예컨대, 제 1 변환기(340)으로부터 제 2 변환기(342)로의 및/또는 제 2 변환기(342)으로부터 제 1 변환기(340)로의 통신을 가능하게 하기 위하여, 제 1 변환기(340)와 동작적으로 호환가능하게 선택될 수 있다. 비록 제 1 변환기(340)가 송신기로서 일반적으로 설명되고, 제 2 변환기(342)가 수신기로서 일반적으로 설명되지만, 양 변환기는, 예컨대, 제 1 변환기(340) 및 제 2 변환기(342) 사이의 양방향 통신을 가능하게 하기 위하여, 기능들 중 하나 또는 둘 모두를 제공할 수 있다. 또한, 다른 EM 구조들이 매개 도파관 또는 방사-지향(radiation-directing) 어셈블리와 같은, EM 방사를 송신하는 도파관(310)의 종단들 근접하게 배치될 수 있다는 점이 이해될 수 있다.
제 1 변환기(340)로/로부터의 방사(344)는 예상 파장을 가질 수 있다. 설명된 것처럼, 비아들(314)은 방사에 대한 반사 표면을 제공하기 위하여 한 파장보다 실질적으로 짧은 간격(V)로 스페이싱될 수 있다. 파장(310)은 도파관(310)의 각 측에 전도성 구성들 사이의 Y 차원(Y dimension)의 거리로서 정의된 너비 차원(width dimension)(W)을 가질 수 있다. 너비(W)은 사용중인 가장 작은 주파수에서 반 파장(one half of a wavelength) 보다 더 클 수 있다. 예상 유전성 물질들 및 60GHz 방사 신호들에 대한, 선호 최소 너비(preferred minimum width)(W)는 대략 1.3mm이다. 도파관(310)은 2:1의 너비(W) 대 높이(G) 비율을 가질 수 있다. 도파관(310)이 EM EHF 신호를 전도할 수 있도록 구성되고, 이 예에서는 도파관(310)을 형성하는 유전층(306)에 유전성 물질의 연장 길이(elongate length)를 포함하고 유전성 물질의 길이의 적어도 부분을 덮는 전도층(304)에 의해 경계지어질 수 있다는 것이 보여진다. 유전성 물질의 연장 길이는 아래에서 설명될 것처럼 유전체 기판 어셈블리(302) 안에 부분적으로 밀폐된(enclosed) 내부 부피를 포함할 수 있다. 전도층은, 예컨대, 덮히지 않은 다른 부분(즉, 애퍼처(320))을 남길 수 있는 유전성 물질의 적어도 부분을 덮을 수 있는 제 1 전도층(304A) 및/또는 제 2 전도층(304B)를 포함할 수 있다. 도 13에 도시된 것처럼, 유전성 물질(302)는 유전층(306)으로부터 유전성 물질의 길이를 가로지르는 직사각형 교차 섹션(rectangular cross section)을 가질 수 있다.
유전성 물질은 제 1 측면(first lateral side) 및 제 1 측면(first lateral side)에 반대인 제 2 측면(second lateral side)을 가질 수 있다. 이 측면들은, 예를 들면, 도파관(310)이 동작되도록 고안된 주파수에서 EM-불투명(opaque) 측들 또는 표면들을 표현할 수 있는 전도성 비아들(314)에 의해 전기적으로 정의된 것들일 수 있다. 유전성 물질의 길이는 (예컨대, 제 1 전도층(340A)에 의해 정의되는) 제 1 주측(first major side) 및 제 1 주측의 반대인 (예컨대, 제 2 전도층(340B)에 의해 정의되는) 제 2 주측(second major side)을 가질 수 있다. 유전성 물질의 길이는, 너비, 예컨대, 제 1 및 제 2 주측들 간의 거리에 대응하는, 거리(W)를 가질 수 있다. 너비는 도파관이 동작하도록 고안된 저주파 EHF 신호의 적어도 절반일 수 있다. 유전성 물질의 길이는, 높이, 예컨대, 제 1 및 제 2 주측들 사이의 거리에 대응하는 거리(G)를 가질 수 있다.
따라서, 안테나 또는 다른 변환기 오프-칩(off-chip)을 위치하는 것은 효과적인 안테나 임피던스 매칭, 독립 안테나 설계, 증가된 전송 파워, 결과(resulting) 방사 패턴의 선택적인 방향의 형성의 결과를 나을 수 있다는 점이 이해 될 것이다. 따라서, 방사는 수신 안테나, 도파관 또는 다른 EM 방시-지향 구조가 위치될 수 있는 방향으로 지향될 수 있다. 또한, 방사 패턴이 PCB 또는 다른 기판 구조들을 이용하여 선택적으로 또는 지향적으로 형성될 수 있고, 비록 새롭고 고유한 방식이더라고, PCB 구조들이 표준 제조 방법과 통합 표준 PCB 구성들을 이용하여 제조될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. 상기 변환기가 온-칩 또는 오프-칩에 위치하는지 여부를, 전도층들의 사용 없이, 변환기에 근접한 PCB의 비-전도성 유전체 부분을 형성하는 것은, 방사 패턴의 방향 형성을 가능하게 할 수 있다.
방사 패턴들을 도시하는 도면들은, 상이한 구성으로부터 생길 수 있는, 그리고, 이 구성들의 시뮬레이션들의 실제 결과들을 보여줄 수 없는, 이상화된 그리고 단순화된 방사 패턴을 도시한다. 실제 방사 패턴들은 상대적인 구성들, 실제 구조들, 및 적용 신호의 강도에 의존할 수 있다. C, F, O, S 등과 같은 거리 값들은 일반적으로 연관 허용오차(tolerance)들을 포함하거나 고려할 수 있다. “수직의(vertical)”라는 표현은 거리들을 지칭하거나, 유전체 어셈블리의 주면에 실질적으로 수직인 방향들, 즉, 참조 선(192)에 의해 정의된 것과 같은 Z-축을 따르는 방향들을 지칭할 수 있다. “위에(above)” 또는 “아래에(below)”라는 표현은 방향들 또는 수직 축의 양 또는 음의 반을 향하여 각각 지향된 방향들을 지칭할 수 있다. “수평의(Horizontal)” 및 관련 용어들은 거리들 또는 유전체 어셈블리의 주면에 실질적으로 평행하는 거리들을 지칭할 수 있다. 이 용어들은 도시된 방향의 구조들을 설명하는데 편리한 용어들이고, 주어진 어플리케이션의 실제 방향에 관계없이 적용되는 것이 의도된다.
여기에 설명된 발명들은 다른 장치들과 통신하는 장치 또는 장치 내의 구성들 사이의 통신을 갖는 장치들을 이용하는 전자 및 통신 산업과 같은, 산업적인 및 상업적인 산업들에 관한 것이다.
본 명세서에 명시된 상기 개시는 독립적인 용도를 갖는 다수의 구별되는 발명들을 포괄하는 것으로 이해된다. 이 발명들의 각각이 선호되는 형식으로 개시되어 있더라도, 여기에 개시되고 도시된 그것들의 특정한 실시 예들은 다양한 변형이 가능하기 때문에 제한하는 의미로 고려되지는 않는다. 각각의 예시들은 앞서 개시된 실시 예들을 정의하지만, 임의의 하나의 예시가 종국적으로 청구(claim)될 수 있는 모든 특징들 또는 조합들을 필연적으로 포괄하지는 않는다. “하나(a)” 또는 “제 1(a first)” 구성요소를 인용하는 설명 또는 이의 동의어에서, 이러한 설명은 하나 이상의 상기 구성요소들을 포함하고, 두 개 이상의 구성요소들을 필요로 하거나 제외하지 않는다. 더욱이, 식별된 구성요소들을 위한, 제 1, 제 2 또는 제 3 과 같은 서수 표시자(ordinal indicator)들은 구성요소들 간의 구별을 위해 이용되고, 달리 구체적으로 명시되지 않는 한 구성요소들의 필요한 개수 또는 한정된 개수를 나타내지 않고, 구성요소들의 특정 위치 또는 순서를 나타내지 않는다.

Claims (37)

  1. 신호를 송신 또는 수신하는 시스템에 있어서,
    주면(major face)을 갖는 유전체 기판;
    무선주파수 전기 신호 및 무선주파수 전자기 신호들 사이의 변환을 위한 변환기를 포함하는 통신 회로-상기 변환기는 상기 변환기에 동작적으로 커플링된 상기 유전체 기판의 상기 주면으로부터 스페이싱된(spaced) 위치에 지지되고, 상기 통신 회로는 베이스밴드 신호를 무선주파수 전기 신호로 변환하고 전자기 신호로서의 송신을 위해 상기 무선주파수 전기 신호를 상기 변환기로 전도하는 송신기 회로, 및 상기 변환기에 의해 전자기 신호로서 수신된 무선주파수 전기 신호를 상기 변환기로부터 수신하고 상기 무선주파수 전기 신호를 베이스밴드 신호로 변환하는 수신기 회로 중 적어도 하나를 포함함-; 및
    상기 변환기로부터 스페이싱된 관계(spaced relationship)로 상기 유전체 기판에 의해 지지되고, 상기 변환기를 포함하는 영역에, 그리고 상기 변환기로부터 멀어지도록 연장하는 선을 따라 전자기 에너지를 지향하고, 상기 유전체 기판의 상기 주면의 평면을 가로지르는, 전자기-에너지 지향 어셈블리(directing assembly)를 포함하는, 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지향 어셈블리는,
    상기 유전체 기판에 의해 지지된 전도층을 더 포함하되, 상기 전도층은 상기 유전체 기판의 상기 주면으로부터 스페이싱되고 상기 유전체 기판의 상기 주면에 평행하고 상기 변환기로부터 스페이싱되는, 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전도층은, 상기 변환기에 근접한 상기 유전체 기판의 상기 주면을 따라 연장하는, 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 변환기는, 상기 변환기의 동작 주파수의 파장보다 짧은 미리 선택된 거리로 전도층으로부터 떨어져 배치되는, 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 전도층은, 상기 변환기에 근접한 에지에서 종단하고, 그에 따라(whereby) 상기 변환기에 의해 송신된 또는 수신된 방사는 상기 전도층으부터 주로(predominantly) 멀어지는 방향으로 상기 변환기로부터 멀어지도록 지향되는, 시스템.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 전도층은, 상기 변환기를 지나 모든 방향으로 상기 유전체 기판의 상기 주면을 따라 연장하고, 그에 따라(whereby) 상기 변환기에 의해 송신된 또는 수신된 방사는 상기 전도층으로부터 멀어지도록 지향되는, 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 지향 어셈블리는, 상기 유전체 기판에 배치된 복수의 일정간격 떨어져 스페이싱되어 내장된(spaced-apart embedded) 전도층들을 포함하되,
    상기 복수의 내장된 전도층들 각각은 제 1 경계를 갖는 주면을 가지고, 상기 제 1 경계는 상기 변환기에 각 경계부를 노출하는 방식으로 상기 변환기로부터 보여지는 것처럼 서로에 관하여 오프셋(offset)이 있는 상기 변환기에 근접한 경계부들을 포함하는, 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    각 경계부는, 상기 변환기로부터 보여지는 것처럼 각각의 제 1 리세스를 형성하는, 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수의 내장된 전도층들의 상기 주면들을 가로지르는 평면은 곡선을 따라 상기 연관된 경계부들을 교차하는, 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 곡선은, 상기 변환기로부터 보여지는 것처럼 오목한, 시스템.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 복수의 내장된 전도층들의 상기 주면을 가로지르는 평면에 의해 상기 경계부들의 인접 교차점들을 연결하는 선은 직선을 따라 상기 경계부들을 교차하는, 시스템.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 변환기는, 초고주파(Extremely High Frequency: EHF) 동작 주파수를 갖는 EHF 방사를 송신 또는 수신하되,
    상기 EHF 동작 주파수의 상기 지향 어셈블리 상에 입사된(incident on) EHF 방사는 동작 파장을 갖고, 상기 내장된 전도층들은 상기 동작 파장보다 실질적으로 짧은 거리로 일정간격 떨어져 스페이싱되는, 시스템.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 통신 회로는, 상기 지향 어셈블리에 근접한 상기 유전체 기판의 상기 주면 상에 마운팅된 상기 변환기를 포함하는 EHF-신호 송신 집적회로(integrated circuit: IC) 패키지를 포함하는, 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 변환기는, 상기 유전체 기판의 상기 주면에 인접한 상기 내장된 전도층의 상기 경계부와 정렬하여 상기 유전층의 상기 주면의 평면을 따라 배치되는, 시스템.
  15. 제 7 항에 있어서,
    상기 지향 어셈블리는, 상기 유전체 기판에 형성되고 상기 복수의 내장된 전도층들을 상호연결하는 복수의 전도성 비아들을 더 포함하는, 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수의 비아들은 상기 경계부들을 따라 분포되는, 시스템.
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 유전체 기판의 상기 주면을 따라 연장하고 상기 변환기로부터 스페이싱된 대향(opposing) 전도층을 더 포함하되, 상기 변환기는 상기 지향 어셈블리 및 상기 배향 전도층 사이에 배치되는, 시스템.
  18. EHF 전자기 방사를 지향하는 장치에 있어서,
    변환기 위치에 전자기 변환기를 지지하는 주면을 갖는 유전체 기판; 및
    상기 변환기 위치에 관하여 상기 유전체 기판에 의해 지지되고, 상기 변환기위치로부터 멀어지도록 연장하는 선을 따라 전자기 에너지를 지향하고, 상기 유전체 기판의 상기 주면의 평면을 가로지르는, 전자기-에너지 지향 어셈블리를 포함하며,
    상기 지향 어셈블리는 상기 유전체 기판에 배치된 복수의 일정간격 떨어져 스페이싱되어 내장된(spaced-apart embedded) 전도층들을 포함하되,
    상기 복수의 내장된 전도층들 각각은 제 1 경계를 갖는 주면을 가지고, 상기 제 1 경계는 상기 변환기에 각 경계부를 노출하는 방식으로 상기 변환기로부터 보여지는 것처럼 서로에 관하여 오프셋이 있는 상기 변환기에 근접한 경계부들을 포함하는, 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    각 경계부는 상기 변환기로부터 보여지는 것처럼 각각의 제 1 리세스를 형성하는, 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 복수의 내장된 전도층들의 상기 주면들을 가로지르는 평면은 곡선을 따라 상기 연관된 경계부들을 교차하는, 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 곡선은, 상기 변환기로부터 보여지는 것처럼 오목한, 장치.
  22. 제 18 항에 있어서,
    상기 복수의 내장된 전도층들의 상기 주면을 가로지르는 평면에 의해 상기 경계부들의 인접 교차점들을 연결하는 선은 직선을 따라 상기 경계부들을 교차하는, 장치.
  23. 제 18 항에 있어서,
    상기 변환기는, 초고주파(Extremely High Frequency: EHF) 동작 주파수를 갖는 EHF 방사를 송신 또는 수신하되,
    상기 EHF 동작 주파수의 상기 지향 어셈블리 상에 입사된 EHF 방사는 동작 파장을 갖고, 상기 내장된 전도층들은 상기 동작 파장보다 실질적으로 짧은 거리로 일정간격 떨어져 스페이싱되는, 장치.
  24. 제 18 항에 있어서,
    상기 지향 어셈블리는, 상기 유전체 기판에 형성되고 상기 복수의 내장된 전도층들을 상호연결하는 복수의 전도성 비아들을 더 포함하는, 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 복수의 비아들은 상기 경계부들을 따라 분포되는, 장치.
  26. 유전체 기판 어셈블리에 있어서,
    제 1 전도층;
    상기 제 1 전도층에 평행하고, 상기 제 1 전도층으로부터 스페이싱되고, 상기 제 1 전도층에 대향하는, 제 2 전도층;
    상기 제 1 및 제 2 전도층들 사이에서 연장하는 유전층; 및
    상기 제 1 및 제 2 전도층들에 연결되고 상기 제 1 및 제 2 전도층들 사이에서 연장하는 복수의 전기 전도성 구성들을 포함하되,
    상기 전도성 구성들은, 상기 제 1 및 제 2 전도층들을 조합하여, 상기 유전층을 통해 연장하는 도파관을 정의하는 구성으로 상기 유전층으로부터 일정간격 떨어져 스페이싱되고, 상기 유전층에 분포되는, 유전체 기판 어셈블리.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 복수의 전도성 구성들은 상기 도파관의 일측의 적어도 일 부분을 따라 간격들로 배치된 복수의 전도성 비아들을 포함하는, 유전체 기판 어셈블리.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 비아들은 상기 도파관의 대향 측들을 따라 늘어서는(line), 유전체 기판 어셈블리.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 제 1 전도층은 상기 도파관과 배열되고 통신하는 애퍼처(aperture)를 포함하는, 유전체 기판 어셈블리.
  30. 제 29 항에 있어서,
    전자기 방사를 상기 도파관으로 송신하거나, 또는 상기 도파관으로부터 전자기 방사를 수신하는 애퍼처에 근접하여 마운팅된 전자기 변환기를 더 포함하는, 유전체 기판 어셈블리.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 변환기는 안테나이고, 상기 장치는 상기 안테나를 갖는 IC 패키지를 더 포함하고, 상기 IC 패키지는 EHF 방사를 송신하고 상기 애퍼처 위에 배치된 상기 안테나를 상기 PCB 상에 마운팅하는, 유전체 기판 어셈블리.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 비아들은 또한 상기 도파관의 배향 측들을 따라, 그리고 상기 도파관의 모서리를 형성하는 상기 애퍼처의 에지를 따라, 연장하되,
    상기 애퍼처는 상기 제 1 전도층에 의해 형성된 상기 도파관의 일 측에 배치되는, 유전체 기판 어셈블리.
  33. 제 27 항에 있어서,
    상기 복수의 전도성 구성들은,
    상기 유전층의 부분에 의해 분리된 인접 전도층들의 각 쌍을 갖는, 상기 제 1 및 제 2 전도층들 사이에 배치되고 상기 제 1 및 제 2 전도층들과 평행한 복수의 일정간격 떨어져 스페이싱된 전도층들을 더 포함하되,
    상기 복수의 전도층들은 상기 도파관을 정의하는 에지들을 갖는 각 애퍼처들을 가지고, 상기 복수의 전도성 비아들은 상기 복수의 전도층들의 상기 각 애퍼처들의 상기 에지를 따라 복수의 전도층들을 통해 연장하는, 유전체 기판 어셈블리.
  34. 제 26 항에 있어서,
    상기 복수의 전도성 구성들은,
    상기 유전층의 부분에 의해 분리된 인접 전도층들의 각 쌍을 갖는, 상기 제 1 및 제 2 전도층들 사이에 배치되고 상기 제 1 및 제 2 전도층들과 평행한 복수의 일정간격 떨어져 스페이싱된 전도층들을 포함하되,
    상기 복수의 전도층들은 상기 도파관을 정의하는 에지들을 갖는 각 애퍼처들을 가지는, 유전체 기판 어셈블리.
  35. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 전도층의 상기 애퍼처로 스페이싱된 관계로, 그리고 상기 제 1 전도층의 상기 애퍼처로부터 배향되어, 배치되는 변환기를 더 포함하는, 유전체 기판 어셈블리.
  36. 전자기 EHF 신호를 전도하는 도파관에 있어서,
    유전성 물질의 연장 길이를 가로지르는 직사각형 횡단면(cross section)을 갖는 상기 유전성 물질의 상기 연장 길이-상기 유전성 물질의 상기 연장 길이는 제 1 측면 및 상기 제 1 측면에 배향되는 제 2 측면과, 제 1 주측 및 상기 제 1 주측에 배향되는 제 2 주측을 가지고, 상기 유전성 물질의 상기 연장 길이는 상기 제 1 측면 및 상기 제 2 측면 사이의 거리에 대응하는 너비와, 상기 제 1 주측 및 상기 제 1 주측 사이의 거리에 대응하는 높이를 가짐-; 및
    상기 유전성 물질의 길이의 상기 제 1 및 제 2 주측들을 실질적으로 덮는 전도층을 포함하는, 도파관.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 유전성 물질의 상기 연장 길이의 상기 너비는 상기 도파관이 동작하도록 설계된 저주파 EHF 신호의 적어도 절반인, 도파관.
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