KR20150023791A - Ehf 통신을 위한 유전체 도관들 - Google Patents
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Abstract
전자기 EHF 신호들의 상기 전파를 위한 유전체 도관은 제1 끝단 및 제2 끝단 사이의 세로축을 따라 연속적으로 연장되는 유전 물질의 연장 몸체를 포함한다. 상기 세로축을 따라 각각의 포인트에서, 상기 연장 몸체의 직교하는 단면은 상기 단면의 장축을 따라서 제1 치수를 갖고, 상기 장축은 상기 단면의 가장 큰 치수를 따라서 연장된다. 상기 연장 몸체의 직교하는 단면은 또한 상기 단면의 단축을 따라서 제2 치수를 갖고, 상기 단축은 상기 장축에 대한 직각에서 상기 단면의 가장 넓은 치수를 따라서 연장된다. 상기 연장 몸체의 각각의 단면에서, 상기 제1 치수는 상기 전자기 EHF 신호들의 상기 파장보다 크고 상기 제2 치수는 상기 전자기 EHF 신호들의 상기 파장보다 작다.
Description
본 발명은 유전체 가이드 구조들 및 빔 포커싱 구조들을 이용하는 통신을 포함하는, EHF 통신 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 및 회로 설계 기술에서의 진보는 점점 더 높아지는 동작 주파수를 갖는 집적회로(integrated circuit: IC)들의 개발 및 생산을 가능하게 해왔다. 결과적으로, 이러한 집적회로들을 통합하는 전자 제품 및 시스템은 이전 세대의 제품들 보다 훨씬 더 대단한 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 같은, 종래의 수단에 의하여 보드들을 연결하는 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)로 데이터를 전송할 필요가 있는 전자 시스템들의 신호의 무결성의 저하 및 불안정을 이끌어 낼 수 있고, 그 결과 이러한 제품들의 활용을 제한한다. 종래의 커넥터들의 상기 유해한 특성들은 매우 높은 신호 속도로 데이터를 전송하도록 디자인된 전자 시스템들의 신호의 무결성의 저하 및 대응되는 불안정성을 이끌어내고, 그 결과 이러한 시스템들의 활용을 제한한다. 삽입 가능한 물리적 커넥터들 및 등화 회로(equalization circuit)들과 연관된 소비 전력 및 비용 없이 높은 데이터 속도 신호 경로들의 불연속적인 부분들을 연결하기 위해 방법들 및 시스템들이 필요하다. 추가적으로, 이와 같은 해결책들은 쉽게 제조될 수 있고, 모듈화될 수 있고, 효율적이라는 점을 확실히 할 필요가 있다.
이와 같은 시스템들의 실시 예들은 미국 특허 번호 5,621,913 및 미국 특허 출원 번호 12/655,041에 개시되어 있다. 이러한 것들 및 여기서 참조되는 모든 다른 간행물들의 개시들은 모든 목적을 위하여 그것들의 전부에서 참조에 의해 본 명세서에 통합된다.
일 실시 예에서, 본 발명은 적어도 하나의 알려진 파장을 갖는 전자기 EHF 신호의 상기 전파를 위한 유전체 도관들에 관한 것이며, 상기 유전체 도관들은 제1 끝단 및 제2 끝단 사이의 세로축을 따라 연속적으로 연장되는 제1 유전 물질의 연장 몸체를 포함하고, 상기 세로축을 따라 각각의 포인트에서 상기 연장 몸체의 직교하는 단면은 상기 단면의 장축을 따라서 제1 치수를 갖고, 상기 장축은 상기 단면의 가장 큰 치수를 따라서 연장되고, 상기 단면의 단축을 따라서 제2 치수를 갖고, 상기 단축은 상기 장축에 대한 직각에서 상기 단면의 가장 넓은 치수를 따라서 연장되며; 그리고 상기 연장 몸체의 각각의 단면에서, 상기 제1 치수는 상기 전자기 EHF 신호의 상기 알려진 파장보다 크고 상기 제2 치수는 상기 전자기 EHF 신호의 상기 알려진 파장보다 작다.
이 실시 예에서, 상기 연장 몸체는 표면을 갖고, 상기 표면의 상기 영역의 적어도 사분의 일은 상기 연장 몸체의 상기 길이를 따라 전파될 때 상기 전자기 EHF 신호를 반사하도록 구성되는 반사 물질 또는 반사 물질들의 조합인 제1 반사 피복에 의해 커버된다.
다른 실시 예에서, 상기 발명은 전자기 EHF 신호들의 전파를 위한 도관에 관한 것으로서, 상기 도관은 유전 물질의 복수의 연장 몸체들을 포함하고, 각각의 연장 몸체는 독립된 전자기 EHF 신호의 전파를 위해 구성되며, 각각의 연장 몸체의 상기 유전 물질은 동일하거나 상이하다. 상기 연장 몸체들 각각은 제1 끝단 및 제2 끝단 사이의 세로축을 따라서 연속적으로 연장되며, 상기 세로축을 따라 각각의 포인트에서 각각의 연장 몸체의 직교하는 단면은 상기 단면의 장축을 따라서 제1 치수를 갖고, 상기 장축은 상기 단면의 가장 큰 치수로서 정의되고, 상기 단면의 단축을 따라서 제2 치수를 갖고, 상기 단축은 상기 장축에 대한 직각에서 상기 단면의 가장 넓은 치수로서 정의된다.
각각의 연장 몸체의 각각의 단면에서, 상기 제1 치수는 상기 연장 몸체를 따라서 전파될 상기 전자기 EHF 신호의 알려진 파장보다 크고, 상기 제2 치수는 상기 연장 몸체를 따라서 전파될 상기 전자기 EHF 신호의 상기 알려진 파장보다 작다. 더욱이, 상기 복수의 연장 몸체들 각각의 적어도 일 부분에서, 상기 복수의 연장 몸체들은 결합 및 서로 인접하여 연장되고, 각각의 연장 몸체는 상기 연장 몸체들의 상기 길이들을 따라서 전파되는 상기 전자기 EHF 신호들을 반사하도록 구성되는 반사 물질 또는 반사 물질들의 조합인 제1 반사 피복에 의해서 각각의 인접한 연장 몸체로부터 분리된다.
또 다른 실시 예에서, 상기 발명은 위에서 설명된 바와 같은 도관을 따라서 전자기 EHF 신호를 전파하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 전자기 EHF 전송기를 이용하여 전자기 EHF 신호를 전송하는 단계; 상기 전송된 전자기 EHF 신호의 적어도 일 부분이 상기 제1 끝단을 통해 상기 연장 몸체로 유도되도록 상기 EHF 전송기에 인접한 상기 도관의 상기 연장 몸체의 상기 제1 끝단을 배치하는 단계; 및 상기 전자기 EHF 신호의 상기 유도된 부분을 상기 연자 몸체를 따라서 상기 연장 몸체의 상기 제2 끝단으로 전파시키는 단계를 포함한다.
실시 예들은 첨부 도면들을 참조하여 설명된다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 동일하거나 또는 기능적으로 유사한 구성을 표시할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 몇몇 내부 구성들을 보여주는 EHF 통신 칩의 측면도이다.
도 2는 도 1의 상기 EHF 통신 칩의 등각도(isometric view)이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유전체 도관의 세그먼트의 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 선택된 실시 예들에 따른 대표적 유전체 도관들의 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유전체 도관의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 EHF 전자기 통신 시스템의 준-개략 측면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대체 EHF 전자기 통신 시스템의 개략적인 묘사이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 예시적인 연결 부분(coupling feature)의 사시도이다.
도 9는 EHF 신호 소스에 인접한, 본 발명이 일 실시 예에 따른 연결 부분의 준-개략적 삽화이다.
도 10은 EHF 신호 소스에 인접한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 대체 연결 부분의 준-개략적 삽화이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유전체 도관의 부분을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 대체 유전체 도관의 부분을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 또 다른 대체 유전체 도관의 부분을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 다른 방법을 나타내는 흐름도이다.
상기 본 개시가 다양한 변형 및 대체적인 형태들을 잘 받아들일 수 있긴 하지만, 특정 실시 예들이 상기 도면들에서 예시적인 방법으로 나타내어지고, 자세하게 설명된다. 그러나, 상기 도면들 및 그에 대한 상세한 설명이 본 개시를 개시된 특정 형태로 제한하기 위한 것이 아님을 이해하여야 할 것이나, 이와는 반대로, 상기 의도는 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 바와 같이 상기 본 개시의 범위 및 정신에 포함되는 모든 변형들, 등가물들, 및 대안들을 포함하기 위함이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 몇몇 내부 구성들을 보여주는 EHF 통신 칩의 측면도이다.
도 2는 도 1의 상기 EHF 통신 칩의 등각도(isometric view)이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유전체 도관의 세그먼트의 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 선택된 실시 예들에 따른 대표적 유전체 도관들의 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 유전체 도관의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 EHF 전자기 통신 시스템의 준-개략 측면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 대체 EHF 전자기 통신 시스템의 개략적인 묘사이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 예시적인 연결 부분(coupling feature)의 사시도이다.
도 9는 EHF 신호 소스에 인접한, 본 발명이 일 실시 예에 따른 연결 부분의 준-개략적 삽화이다.
도 10은 EHF 신호 소스에 인접한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 대체 연결 부분의 준-개략적 삽화이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유전체 도관의 부분을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 대체 유전체 도관의 부분을 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 또 다른 대체 유전체 도관의 부분을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 다른 방법을 나타내는 흐름도이다.
상기 본 개시가 다양한 변형 및 대체적인 형태들을 잘 받아들일 수 있긴 하지만, 특정 실시 예들이 상기 도면들에서 예시적인 방법으로 나타내어지고, 자세하게 설명된다. 그러나, 상기 도면들 및 그에 대한 상세한 설명이 본 개시를 개시된 특정 형태로 제한하기 위한 것이 아님을 이해하여야 할 것이나, 이와는 반대로, 상기 의도는 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 바와 같이 상기 본 개시의 범위 및 정신에 포함되는 모든 변형들, 등가물들, 및 대안들을 포함하기 위함이다.
이어지는 설명에서, 본 발명의 철저한 이해를 제공하기 위해서 많은 특정한 세부 사항들인 개시된다. 개시된 주제(subject matter)의 특정 실시 예들에 대한 참조가 만들어 질것이며, 이의 예시 들이 첨부된 도면들에서 나타내어진다. 상기 개시된 주제가 상기 실시 예들과 함께 설명 될 것이나, 이는 상기 개시된 주제를 이러한 특정 실시 예들 만으로 제한하기 위한 것이 아님이 이해될 것이다. 반면에, 상기 개시된 주제는 상기 첨부된 청구항들에 의해 정의되는 바와 같이 상기 개시된 주제의 범위 및 정신에 포함되는 대안들, 변형들 및 등가물들 포함하도록 의도된다. 다른 예시들에서, 잘 알려진 처리 단계들은 불필요하게 상기 본 발명을 불분명하게 만드는 것을 피하기 위해서 자세하게 설명되지 않는다.
더욱이, 이어지는 설명에서, 현재 개시된 문제의 철저한 이해를 제공하기 위해서 많은 특정한 세부 사항들이 개시된다. 그러나, 상기 개시된 주제가 이러한 특정 세부 사항들 없이 실시될 수 있다는 것은 당해 기술분야에서 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 다른 예시들에서, 이러한 당업자들에게 잘 알려진 방법들, 과정들, 및 구성들은 상기 현재 개시된 주제의 양상(aspect)들을 불분명하게 만드는 것을 피하기 위해서 자세하게 설명되지 않는다.
EHF 통신을 위한 유전체 커플러(dielectric coupler)들을 포함하는 장치들, 시스템들, 및 방법들은 상기 도면들에서 나타내어지면 아래에서 설명된다.
통신 링크를 통해 통신을 제공하는 장치들은 통신 장치들 또는 통신 유닛들로 나타내어질 수 있다. 상기 EHF 밴드(band)에서 구동되는 통신 유닛은 예를 들어, EHF 통신 유닛으로 나타내어질 수 있다. EHF 통신 유닛의 일 예는 EHF 컴-링크 칩(comm-link chip)이다. 본 명세서 전반에서, 컴-링크 칩, 컴-링크 칩 패키지, 및 EHF 통신 링크 칩 패키지라는 용어들은 IC 패키지들 내에 내장된 EHF 안테나들을 나타내는 것으로 상호교환적으로(interchangeably) 이용될 것이다. 이러한 컴-링크 칩들의 예들은 미국 가특허 출원 61/491,811호, 61/467,334호 및 61/485,1103호에 상세하게 기재되어 있고, 그것들의 모두는 모든 목적을 위하여 그것들의 전부로 여기에 통합된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 일부의 내부 구성들을 보여주는 예시적인 EHF(extremely high frequency) 통신 칩의 측면도이다. 도 1을 참조하여 논의되는 것처럼, EHF 통신 칩(114)은 EHF 통신 칩(114)의 커넥터(connector) 인쇄회로기판(printed circuit board: PCB) 상에 마운트될 수 있다. 도 2는 유사한 예시적인 EHF 통신 칩(214)을 보여준다. 주의할 점은 도 1은 컴퓨터 시뮬레이션 그래픽들을 이용하여 EHF 통신 칩(114)을 묘사하고, 따라서 일부의 구성들이 양식화된 방식(stylized fashion)으로 도시될 수 있다는 점이다. EHF 통신 칩(114)은 EHF 신호들을 송신하고 수신하도록 구성될 수 있다. 도시된 것처럼, EHF 통신 칩(114)은 다이(die)(102), 리드 프레임(lead frame)(미도시), 본드 와이어들(bond wires)(104)과 같은 하나 이상의 전도성 커넥터, 안테나(106)와 같은 변환기(transducer) 및 캡슐화 물질(encapsulating material)(108)을 포함할 수 있다. 다이(102)는 적합한 다이 기판 상에 소형화된 회로로써 구성된 임의의 적합한 구조를 포함할 수 있고, “칩(chip)” 또는 “집적 회로(integrated circuit: IC)”로도 나타내어지는 구성과 기능적으로 동일하다. 다이 기판은, 실리콘과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는, 임의의 적합한 반도체 물질을 이용하여 형성될 수 있다. 다이(102)는 리드 프레임과 전기 통신하도록 마운트될 수 있다. 리드 프레임(도 2의 218과 유사한)은 하나 이상의 다른 회로들이 다이(102)에 동작적으로(operatively) 연결할 수 있도록 구성된 전기 전도성 리드들의 임의의 적합한 어레인지먼트(arrangement)일 수 있다. 리드 프레임의 리드들(도 2의 218 참조)은 리드 프레임 기판에 내장되거나 고정될 수 있다. 리드 프레임 기판은 미리 결정된 어레인지먼트로 리드들을 실질적으로 고정(hold)시키도록 구성된 임의의 적합한 절연 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
나아가, 다이(102) 및 리드 프레임의 리드들 사이의 전기 통신은 하나 이상의 본드 와이어들(104)과 같은 전도성 커넥터들을 이용하는 임의의 적합한 방법에 의해 이루어 질 수 있다. 본드 와이어들(104)은 다이(102)의 회로 상의 포인트(point)들을 리드 프레임 상의 대응하는 리드들과 전기적으로 연결하기 위하여 이용될 수 있다. 다른 실시 예에서, 다이(102)는 반전될 수 있고, 전도성 커넥터들은 오히려 본드 와이어들(104) 대신에, “플립 칩(flip chip)” 어레인지먼트로써 일반적으로 알려진 어레인지먼트로 구성될 수 있는 범프(bump)들 또는 다이 솔더 볼(die solder ball)들을 포함할 수 있다.
안테나(106)는 전기적 및 전자기적 신호들 간의 변환을 위한 변환기(transducer)로써 구성된 임의의 적합한 구조일 수 있다. 안테나(106)는 EHF 스펙트럼에서 동작하도록 구성될 수 있고, 전자기적 신호들을 송신 및/또는 수신하도록, 다시 말해서, 송신기, 수신기 또는 송수신기로써 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 안테나(106)는 리드 프레임의 일부로써 구성될 수 있다(도 2의 218 참조). 다른 실시 예에서, 안테나(106)는 다이(102)로부터 분리될 수 있으나, 임의의 적합한 방법에 의하여 다이(102)에 동작적으로 연결될 수 있고, 그리고 다이(102)에 인접하게 위치될 수 있다. 예를 들면, 안테나(106)는 안테나 본드 와이어들(도 2의 220과 유사함)을 이용하여 다이(102)에 연결될 수 있다. 그 대신에, 플립 칩 구현에서, 안테나(106)는 안테나 본드 와이어들(220 참조)의 이용 없이 다이(102)에 연결될 수 있다. 다른 실시예들에서, 안테나(106)는 다이(120) 또는 PCB(116) 상에 배치될 수 있다.
나아가, 캡슐화 물질(108)은 고정된 상대 위치에 EHF 통신 칩(114)의 다양한 구성들을 고정시킬 수 있다. 캡슐화 물질(108)은 EHF 통신 칩(114)의 전기적 및 자기적 구성들에 대한 전기적 절연 및 물리적 보호를 제공하도록 구성된 임의의 적합한 물질일 수 있다. 예를 들면, 캡슐화 물질(108)은 몰드 컴파운드(mold compound), 유리, 플라스틱 또는 세라믹일 수 있다. 캡슐화 물질(108)은 임의의 적합한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 캡슐화 물질(108)은 리드 프레임의 미연결(unconnected) 리드들을 제외한, EHF 통신 칩(114)의 구성들 모두를 캡슐화하는, 직사각형 블록의 형태일 수 있다. 하나 이상의 외부 연결들은 다른 회로들 또는 구성과 함께 형성될 수 있다. 예를 들면, 외부 연결들은 PCB에 대한 연결을 위하여 볼 패드들 및/또는 외부 솔더 볼들을 포함할 수 있다.
나아가, EHF 통신 칩(114)은 커넥터 PCB(116) 상에 마운트될 수 있다. 커넥터 PCB(116)은 하나 이상의 적층(laminated layer)(112)을 포함할 수 있고, 그것들 중 하나는 PCB 접지면(110)일 수 있다. PCB 접지면(110)은 PCB(116) 상에서 회로들과 구성들에 전기적 접지를 제공하도록 구성된 임의의 적합한 구조일 수 있다.
도 2는 EHF 통신 칩(214)의 등각도이다. 주의할 점은 도 2는 컴퓨터 시뮬레이션 그래픽들을 이용하여 EHF 통신 칩(214)을 묘사하고, 따라서 일부의 구성들이 양식화된 방식으로 도시될 수 있다는 점이다. 도시된 것처럼, EHF 통신 칩(214)은 다이(202), 리드 프레임(218), 본드 와이어들(204)과 같은 하나 이상의 전도성 커넥터, 안테나(206)와 같은 변환기 및 캡슐화 물질(208)을 포함할 수 있다. 다이(202), 리드 프레임(218), 하나 이상의 본드 와이어들(204), 안테나(206), 안테나 본드 와이어들(220) 및 캡슐화 물질(208)은 도 1에서 설명된 것처럼, EHF 통신 칩(114)의 다이(102), 리드 프레임, 본드 와이어들(104), 안테나(106), 안테나 본드 와이어들 및 캡슐화 물질(108)과 같은 구성들과 기능적으로 유사할 수 있다. 나아가, EHF 통신 칩(214)는 커넥터 PCB(PCB(116)과 유사함)를 포함할 수 있다.
도 2에서, 다이(202)는 다이(202)를 안테나(206)에 연결하는 본드 와이어들(204)를 갖는, EHF 통신 칩(214)에서 캡슐화되는 것을 알 수 있다. 이 실시예에서, EHF 통신 칩(214)은 커넥터 PCB 상에 마운트될 수 있다. 커넥터 PCB(미도시)는 하나 이상의 적층(미도시)을 포함할 수 있고, 그 것들 중 하나는 PCB 접지면(미도시)일 수 있다. PCB 접지면은 EHF 통신 칩(214)의 PCB 상에서 회로들과 구성들에 전기적 접지를 제공하도록 구성된 임의의 적합한 구조일 수 있다.
도 1 및 도 2를 계속 참조하면, EHF 통신 칩(214)이 포함될 수 있고, EHF 통신 칩(114)에 EHF 통신을 허용하도록 구성될 수 있다. 나아가, EHF 통신 칩들(114 또는 214) 중 어느 하나는, EHF 통신 칩(114) 및 EHF 통신 칩(214) 사이의 단방향 또는 양방향 통신을 제공하고 전자 회로들 또는 구성들을 수반하는, 전자기 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, EHF 통신 칩(114) 및 EHF 통신 칩(214)은 단일 PCB 상에 같이 배치(co-locate)될 수 있고, 인트라(intra)-PCB 통신을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, EHF 통신 칩(114)은 제 1 PCB(PCB(116)와 유사함) 상에 배치될 수 있고, EHF 통신 칩(214)은 제 2 PCB(PCB(116)과 유사함) 상에 배치될 수 있고, 그러므로 인터(inter)-PCB 통신을 제공할 수 있다.
몇몇 상황에서 114 및 214와 같은 EHF 통신 칩들의 쌍은 그들 사이에서 EHF 전자기 신호들이 확실하게 교환되지 않을 수 있도록 충분히 멀리 떨어져서 마운트될 수 있다. 이러한 케이스들에서 EHF 통신 침들의 쌍 간에 향상된 신호 전달을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 이를 위해, 아래에서 설명되고 상기 도면들에 나타난 바와 같이, 상기 본 발명은 전자기 EHF 신호들의 전파를 위해 구성된 유전체 도관을 제공한다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 예시적인 유전체 도관(222)의 세그먼트(segment)의 사시도이다. 이하에서, 상기 유전체 도관(222)은 도파관 또는 유전체 도파관으로서 추가적으로 또는 선택적으로 나타내어질 수 있다.
상기 유전체 도관(222)은 제1 유전 물질을 포함하는 연장 몸체(224)를 포함한다. 상기 연장 몸체(224)는 일반적으로 상기 연장 도관(222)의 세로축(226)을 따라서 연장된다. 상기 연장 몸체는 가급적이면 적어도 약 2.0의 유전율을 갖는 제1 유전 물질을 포함한다. 상당히 큰 유전율을 갖는 물질은 상기 연장 몸체의 선호되는 면적의 감소를 야기할 수 있으며, 이는 EHF 신호가 높은 유전율을 갖는 물질로 들어갈 때 파장의 감소로 인함이다. 가급적이면, 상기 연장 몸체는 유전 물질인 플라스틱 물질을 포함한다.
상기 연장 몸체(224)는 상기 세로축(226)을 따라 각각의 포인트에서, 상기 세로축에 직교하는 상기 연장 몸체(224)의 단면이 상기 단면의 최대 치수를 따라서 상기 단면을 가로질러 연장되는 장축 및 상기 장축에 직각 방향인 상기 단면의 최대 치수를 따라서 상기 단면을 가로질러 연장되는 상기 단면의 단축을 나타내도록 형성된다. 각각의 단면에서, 상기 단면은 그것의 장축을 따라 제1 치수(228), 및 그것의 단축을 따라 제2 치수(230)를 갖는다.
상기 연장 몸체(224)가 전자기 EHF 신호의 내부 전파 능력을 향상시키기 위해서, 각각의 단면의 상기 제1 치수의 상기 길이가 상기 도관을 따라 전파될 상기 전자기 EHF 신호의 상기 파장보다 크고; 상기 제2 치수가 상기 도관을 따라 전파될 상기 전자기 EHF 신호의 파장보다 작도록 각각의 연장 몸체는 적당한 크기로 된다. 대체 실시 예에서, 상기 제1 치수는 전파될 상기 전자기 EHF 신호의 상기 파장보다 1.4배 크고, 상기 제2 치수는 전파될 상기 전자기 EHF 신호의 상기 파장의 약 이분의 일보다 크지 않다.
추가적으로, 상기 연자 몸체에 의한 전자기 EHF 신호의 상기 전파는 상기 유전 연장 몸체(224)의 외부 표면의 피복 물질(232)의 존재에 의해 향상될 수 있다. 상기 연장 몸체의 상기 표면(들)의 성질은 각각의 연장 몸체의 특정 치수에 따라서 변화될 수 있다. 그러나, 일반적으로 상기 연장 몸체의 전체 표면 영역을 고려하면, 이와 같은 표면은 일반적으로 적어도 약 사분의 일이 피복 물질(232)에 의해서 커버된다. 다른 실시 예에서, 피복 물질(232)을 위해 도 3에 도시된 바와 같이 상기 연장 몸체의 상기 표면의 적어도 이분의 일이 제1 반사 피복에 의해 커버된다. 상기 발명의 또 다른 대체 실시 예에서, 상기 연장 몸체의 전체 표면은 상기 반사 피복에 의해 커버된다. 연장 몸체에 적용된 상기 피복은 단일 반사 물질 또는 다수의 반사 물질들을 포함할 수 있다. 상기 피복은 상기 연장 몸체의 상이한 면들 또는 표면들 상에 상이한 반사 물질을 포함할 수 있다.
모든 실시 예에 대하여, 상기 피복 물질은 연속된 피복으로서 실질적으로 상기 물질 내에 결함 또는 구멍(aperture) 없이 적용될 수 있다. 다른 실시 예에서, 피복 물질(232)을 위해 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 피복 물질은 규칙적으로 또는 불규칙적으로 간격을 둔 빈 공간들, 또는 편조되거나(braid) 또는 짜여진(weave) 피복 내에 존재하는 간극들과 같은 복수의 구멍들을 포함할 수 있다.
적절한 피복 물질들은 상기 연장 몸체(224)를 따라서 전파될 상기 전자기 EHF 신호를 반사시킬 수 있는 물질들을 포함한다. 피복으로서 사용되기에 적절한 반사 물질들은 전도성 물질들, 소산(dissipative) 물질들, 또는 다른 유전 물질들을 포함할 수 있다. 상기 피복이 전도성 물질을 포함하는 경우, 상기 전도성 물질은 전도성 금속 또는 금속들을 포함할 수 있다. 상기 피복이 추가적인 유전 물질, 예를 들어 상기 연장 몸체를 감싸는 공기를 포함하는 경우, 상기 제2 유전 물질은 일반적으로 상기 도관의 유전율보다 작은 유전율을 갖는다.
첨부된 도면들의 상기 피복의 묘사들은 명확성을 위해 과장된 상기 피복 물질의 실제 치수들을 반영하기 위해 의도된 것은 아니다. 전자기 EHF 신호들을 반사하기에 충분한 피복 물질 레이어의 두께는 상당히 얇을 수 있고, 일반적으로 매우 얇은 레이어 만이 상기 전파된 신호를 충분히 반사하기 위해서 요구된다. 예를 들어, 상기 피복 물질이 전도성 금속인 경우, 매우 얇은 포일(foil)이 대부분의 목적들에 대해 충분하다. 일반적으로, 내부의 전자기 EHF 신호들을 만족스럽게 반사시키기에 충분한 임의의 두께는 본 발명의 상기 목적들에 대해 충분한 두께이다. 이와는 달리, 상기 피복 물질의 상기 두께는 제조 및 사용 고려 사항들에 의해 부분적으로 결정될 수 있다. 상기 유전체 도관에서의 신호의 손실은 TE(transverse electric) 전파 모드를 사용하는 단일 모드 구형 모드 도파관을 사용하는 것에 의해 감소될 수 있다. 이와는 달리, 상기 도관은, m 및 n이 극값들, 즉 최대 및 최소를 각각 나타내는 Enm y 및 Enm x 를 갖는, 순수한 TE 모드 또는 TM(transverse magnetic) 모드 어느 것도 아닌, 하이브리드 전파 모드를 사용할 수 있다. 예시적인 시나리오에서, 각각의 패밀리의 상기 기본 모드는 E11 y 및 E11 x 로서 표현될 수 있다.
전파 모드의 각각의 패밀리에 대해서, 차단 주파수는 다음과 같이 정의될 수 있다.
kx 및 ky 는 x 및 y 방향을 따르는 가로 전파 정수(transverse propagation constant)이다. 예시적인 시나리오에서, 상기 필드가 x-축을 따라 편광된다고 가정하면, kx 및 ky 는 다음과 같이 근사치로 계산될 수 있다.
일 예시에서, 상기 도관의 상기 연장 몸체는 LDPE 또는 HDPE와 같은 폴리에틸렌(polyethylene) 플라스틱으로 구성되어 있고, 상기 도관을 따라 전파될 상기 전자기 EHF 신호의 상기 주파수는 60 GHz이다. 상기 예시적인 도관에 대해서, m = 1, n = 1, 상기 폭 a = 2 mm, 상기 높이 b = 1 mm, n1 = 1.5, 및 n2 = n3 = n4 = n5 = 1 이다. 수식 (2)-(5)를 이용하여, 상기 예시적인 도관의 상기 차단 주파수는, 60 GHz의 상기 구동 주파수가 상기 유전체 도관을 통해 신호를 전송하기에 적당함을 표시하는, 약 56 GHz가 되도록 계산될 수 있다.
일반적으로, 상기 a-치수가 커짐에 따라서, 상기 차단 주파수는 낮아진다. 다시 말해서, 상기 구동 주파수는 더 큰 치수와 함께 고차 모드 전파(higher order mode propagation)를 경험할 수 있다. 이 예시에서 폴리에틸렌 플라스틱이 도파관 또는 유전체 도관으로서 사용되지만, 낮은 손실 탄젠트(tangent)를 갖는, TEFLOT, 폴리스티렌(polystyrene), 유리, 고무, 세라믹 등과 같은, 대체 유전 물질 또한 사용될 수 있다.
고차 모드 전파는 적용, 예를 들어 1 미터 길이 USB 케이블을 위하여 높은 분산 효과뿐만 아니라 전송 길이당 높은 손실을 야기할 수 있으며, 연결 효율성 및 제조의 용이성에 대한 허용 오차가 있을 수 있다. 그러나, 10 mm의 폭 및 1.5 mm의 두께를 갖는 예시적인 폴리에틸렌 도관은 5 미터까지 6 Gb/s의 데이터 전송이 가능하다.
보여진 바와 같이, ‘n’은 진공에서의 빛의 속도 / 물질에서의 빛의 속도를 정의하는 굴절률을 나타낸다. 상기 ‘n’은 또한 근-전반사(near-total internal reflection)를 위한 피복 물질의 낮은 인덱스일 수 있다. 상기 유전체 도관의 상기 연장 몸체는 상이한 굴절률들을 갖는 다양한 피복들에 의해 둘러싸이거나 또는 밀폐될 수 있다. 상기 피복 물질의 상기 굴절률은 진공에서의 빛의 속도 대 상기 피복 물질에서의 빛의 위상 속도(er), 또는 아래 수식과 같이 정의된다.
균일하고 비-자성의 피복 물질들에 대해서, 상기 전자기 EHF 신호의 전반사는 상기 피복 물질의 상기 굴절률이 상기 연장 몸체 중심부의 상기 유전 물질의 그것 보다 작은 경우에 달성될 수 있다. 따라서, 아무것도 안 덮인 구형 유전체 스트립이 연장 몸체로서 사용될 수 있다.
상기 연장 몸체(224)는, 상기 연장 몸체의 각각의 단면의 상기 제1 치수가 전파될 상기 전자기 EHF 신호의 상기 파장보다 크고, 상기 제2 치수는 전파될 상기 전자기 EHF 신호의 상기 파장보다 작다면, 다양한 잠재적인 기하학적 구조들 중에서 어느 것이라도 가질 수 있다. 일반적으로, 상기 연장 몸체(224)는 각각의 단면이 직선 및/또는 연속적으로 곡선을 이루는 라인 세그먼트들의 몇몇 조합에 의해 형성되는 윤곽을 갖도록 형성된다. 일 실시 예에서, 각각의 단면은 직사각형, 둥근 사각형, 스타디움(stadium), 또는 슈퍼타원(superellipse)을 정의하는 윤곽을 갖고, 슈퍼타원은 타원들 및 하이퍼타원(hyperellipse)들을 포함하는 형태들을 포함한다.
예를 들어, 도 4a는 장축(242) 및 단축(244)을 갖는 둥근 직사각형을 정의하는 단면(240)을 나타낸다. 도 4b는 장축(242) 및 단축(244)을 갖는 스타디움, 또는 캡슐을 정의하는 단면(246)을 나타낸다. 그리고 도 4c는 장축(242) 및 단축(244)을 갖는 타원(248)을 정의하는 단면(248)을 나타낸다.
일 실시 예에서, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 유전체 도관(300)은 제1 유전 물질의 연장 몸체(302)를 포함할 수 있고, 상기 연장 몸체(320)는 제1 끝단(304)로부터 제2 끝단(306)으로 세로축을 따라서 연장되고, 상기 제1 및 제2 끝단 사이의 거리는 상기 연장 몸체(302)의 길이(316)에 대응된다.
상기 연장 몸체(302)는 연장 직육면체를 정의한다. 즉, 연장 몸체(302)는, 그것의 세로축을 따라서 있는 각각의 포인트에서, 상기 세로축에 대해 직교하는 상기 연장 몸체(302)의 단면이 직사각형을 정의하도록 형성된다. 상기 연장 몸체(302)는 제1 측면(308) 및 상기 제1 측면으로부터 떨어져 있는 제2 측면(310)을, 장축을 따라서 상기 연장 몸체의 폭을 정의하는 상기 제1 및 제2 측면들을 분리시키는 상기 거리(318)와 함께 포함한다. 유사하게, 연장 몸체(302)는 제1 주요 표면(312) 및 상기 제1 주요 표면으로부터 떨어져 있는 제2 주요 표면(314)을, 단축을 따라서 상기 연장 몸체의 깊이를 정의하는 상기 제1 및 제2 주요 표면들을 분리시키는 상기 거리(320)와 함께 포함한다.
도 5의 상기 유전체 도관(300)은 추가적으로 피복(322)을 포함하며, 상기 피복은 도 5의 부분적 절단도에 도시된 바와 같이, 상기 연장 몸체(302)를 각각의 측면(308, 310) 및 주요 표면(312, 314) 상에서 둘러싸는 반사 물질, 또는 하나 이상의 반사 물질을 포함한다.
상기 본 발명의 상기 유전체 도관은 EHF 전자기 통신 시스템의 EHF 통신 칩들 간의 EHF 전자기 신호의 전파를 향상시키기 위해 사용될 수 있다. 도 6에 도시되어 있는 바와 같이, 대표적인 EHF 전자기 통신 시스템(400)이 제1 끝단(304) 및 제2 끝단(306)을 갖는 유전체 도관(300)을 포함하여 도시되어 있다. 제2 EHF 컴-칩(comm-chip)(404)은 상기 제2 끝단(306)과 인접하게 배치되는 반면에, 제1 EHF 컴-칩(comm-chip)(402)은 상기 제1 끝단(304)과 인접하게 배치된다. 각각의 컴-칩은 선택적으로 PCB 기판(406)과 같은 기판에 부착된다.
사용하는 동안, 컴-칩(402)이 상기 유전체 도관에 대한 적절한 파장을 갖는 EHF 전자기 신호의 전송 소스로서 동작하도록 구성된다면, EHF-주파수 전자기 신호는 끝단(304)과 인접한 제1 EHF 컴-칩(402)으로부터 상기 유전체 도관(300)으로 발사될 수 있다. 상기 신호는 그 후에 상기 도관(300)의 길이를 따라서 상기 유전체 도관의 상기 제2 끝단(306)으로 전파될 수 있으며, 컴칩(306)이 EHF 전자기 신호를 위한 수신기로서 동작하도록 구성된다면, 상기 제2 끝단(306)과 인접한 제2 컴-칩(404)에 의해 수신될 수 있다. 상기 유전체 도관은 단일 방향, 예를 들어 전용 전송 소스로부터 전용 수신기로 전파시키기 위해서 사용될 수 있다. 이와는 달리, 그리고 일반적으로, 상기 유전체 도관은 EHF 신호들을, 이와 같은 신호들을 전송 또는 수신할 수 있는 변환기(transducer)들로 그리고 변환기들로부터의 방향들 중에서 둘 중 어느 하나 또는 양쪽 모두의 방향으로 전도할 수 있다.
상기 본 발명의 상기 유전체 도관들은 엄격할 수 있거나, 또는 상기 도관에 의해 연결될 EHF 컴-칩들 간의 방향들 및 거리들의 범위를 다양하게 수용하기 위해서 다소간 유연할 수 있다. 상기 본 발명의 상기 유전체 도관들은, 상기 도관(300)을 상기 전송 및 수신 IC 패키지들과 연관된 하나 이상의 장치들에 부착시키기 위해, 또는 상기 도관을 상기 전송 및/또는 수신 IC 패키지들에 직접 부착시키기 위해, 제자리에 상기 도관(300)을 붙이기 위해서 한쪽 또는 양쪽 끝에 연결 요소 또는 고정기를 포함할 수 있다. 상기 유전체 도관(300)은 선택적으로, 특히 전자 장치에서 사용될 수 있는, 전기 전도 표면 상에 배치, 또는 내부에 부분적으로 구현된다.
상기 본 발명의 유전체 도관의 상기 제1 및 제2 끝단 중 적어도 어느 하나는 상기 EHF 신호의 상기 전송을 향상시키도록 구성된 연결 부분(coupling feature)을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연결 부분은 상기 제1 유전 물질의 상기 연장 몸체로 외부 전자기 EHF 신호의 전송을 향상시키도록 구성되거나, 및/또는 상기 제1 유전 물질의 상기 연장 몸체 밖으로 상기 전자기 EHF 신호의 전송을 향상시키도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 연결 부분을 포함하는 EHF 전자기 통신 시스템이 도 7에 개략적으로 묘사되어 있다. 도시된 바와 같이, EHF 통신 시스템(500)은 제1 EHF 컴-칩(504) 및 제2 EHF 컴-칩(506) 간의 EHF 전자기 신호의 전파를 가능하게 하도록 구성되는 유전체 도관(502)을 포함한다. 유전체 도관(502)은 상기 유전체 도관(502)의 상기 연장 직육면체(510) 및 제1 컴-칩(504) 사이의 상기 접점에 제1 연결 부분(508)을 더 포함하고, 상기 연장 직육면체(510) 및 제2 컴-칩(506) 사이의 상기 접점에 제2 연결 부분(512)을 더 포함한다.
상기 연결 부분은, 상기 연장 직육면체의 끝단, EHF 전송기 또는 변환기와 같은 인접한 EHF 신호원으로부터 EHF 전자기 신호를 전파, 포커스, 및/또는 전송하기 위한 어떤 구조라도 될 수 있다. 상기 연결 부분은 상기 연장 직육면체의 상기 제1 유전 물질과 다르거나 또는 동일할 수 있는 하나 이상의 유전 물질들을 포함할 수 있다. 상기 연결 부분의 기하학적 구조는, 예를 들어, 유전체 렌즈 또는 유전체 렌즈(dielectric lens) 또는 유전체 혼(dielectric horn)을 포함하는 것에 의해, 상기 연장 직육면체로 이송되는 상기 신호 에너지를 최대화 하기 위해서 선택될 수 있다.
상기 발명의 일 실시 예에서, 상기 유전체 도관은 하나 이상의 연결 부분들을 포함하여 결과적으로 유전체 렌즈, 유전체 혼, 유전체 인터페이스 플레이트(dielectric interface plate), 및 유전체 트랜스포머(dielectric transformer) 중 어느 하나의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 유전체 혼은 일반적으로 상기 연장 직육면체로의 전송을 위한 EHF 신호원으로부터 최대한의 수량의 전송된 EHF 에너지를 포획하도록 구성된다. 예를 들어, 상기 연결 부분은, 도 8의 연결 부분(602)을 위해 보여지고 있는 바와 같이, 연장 직육면체인 유전 물질의 연장 몸체(612)에 연결된 직사각-피라미드형 절두체(rectangular-pyramidal frustum)를 정의하는 유전체 혼을 포함한다.
연결 부분(602)은 상기 연장 몸체(612)의 상기 제1 유전 물질과 상이하거나 또는 동일할 수 있는 유전 물질로 구성된 직사각 피라미드형 절두체(604)를 포함한다. 상기 직사각 피라미드형 절두체(604)는 베이스(606) 및 정점(608)을 포함하고, 연장 직육면체(612)의 끝단(610)과 상기 정점(608)을 통해 연결된다. 상기 직사각-피라미드형 절두체(604)는 정점 높이(613) 및 정점 폭(615)을 갖고, 정점 높이(613)는 연결된 연장 직육면체(612)의 상기 높이와 실질적으로 동일하고, 상기 직사각-피라미드형 절두체의 상기 정점 폭(615)은 연결된 연장 직육면체(612)의 상기 폭과 일반적으로 실질적으로 동일하다. 각각의 상기 절두체 높이 및 폭은 상기 절두체(604)의 상기 정점(608)에서의 값들로부터 상기 절두체(604)의 상기 베이스(606)로 갈수록 증가될 수 있다. 상기 발명의 일 실시 예에서, 상기 절두체 높이 및 폭은 상기 절두체(604)의 상기 정점(608)에서의 값들로부터 상기 절두체(604)의 상기 베이스(616)에서의 베이스 높이(614) 및 베이스 폭(616)으로 선형적으로 증가한다. 상기 연결 부분들이 상이한 단면의 구성들을 갖는 도관들에 연결하기에 적절한 다른 구성들을 가질 수 있다는 점이 인정될 것이다.
연결 부분(602)은 선택적으로 상기 직사각-피라미드형 절두체(604)의 상기 베이스(606)에 연결되고 상기 직사각-피라미드형 절두체(604)의 대응되는 베이스 높이(614) 및 베이스 폭(616)과 실질적으로 동일한 높이 및 폭을 갖는 유전체 인터페이스 플레이트(618)를 더 포함할 수 있다. 상기 유전체 인터페이스 플레이트(618)는 상기 연장 몸체(612)에 의해 전파될 것으로 기대되는 상기 EHF 신호의 상기 파장의 4분의 1과 실질적으로 동일한 플레이트 두께(620)를 추가로 정의할 수 있다. 상기 유전체 인터페이스 플레이트(618)는 상기 연결 부분의 유전율과 구분되는 유전율을 가질 수 있다.
도 9는 유전체 도관(700)의 준-개략적인 삽화이며, 상기 도관은 유전체 혼(704) 및 유전체 인터페이스 플레이트(706)을 포함하는 연결 부분(702)을 포함한다. 상기 연결 부분(702)은, 전파를 위한 상기 도관의 상기 끝단으로의 EHF 신호의 상기 전송을 극대화 하기 위해서, EHF 전자기 신호원(708)과 인접하게 위치한다.
상기 발명의 대체 실시 예에서, 상기 유전체 도관은 하나 이상의 유전체 렌즈들을 갖는 연결 부분을 포함할 수 있고, 상기 렌즈들은 전파를 위한 상기 도관의 상기 끝단으로의 입사 EHF 전자기 신호의 상기 전송을 극대화 하기 위해서 적절하게 위치한다. 오목 렌즈들, 볼록 렌즈들, 프레넬(Fresnel) 렌즈들 등을 포함하여 매우 다양한 유전체 렌즈들이 이러한 목적을 위해서 활용될 수 있고, 상기 연결 부분은 위에서 논의된 바와 같이 상이한 단면의 치수들을 갖는 도관들에 연결되도록 구성될 수 있다.
도 10은 유전체 도관(800)의 준-개략적인 삽화이며, 상기 도관은 제1 유전체 렌즈(804) 및 제2 유전체 렌즈(806)를 포함하는 연결 부분(802)을 포함한다. 상기 연결 부분(802)은 상기 입사 EHF 신호를 포획하기 위해서 EHF 전자기 신호원(808)과 인접하게 위치한다. 일반적으로, 상기 연결 부분의 상기 유전체 렌즈들(804, 806)은 상기 굴절된 EHF 방사의 초점이 상기 유전체 도관의 끝단(810)을 가로지르도록 방향을 잡고 간격을 둘 수 있다.
하나 이상의 유전체 렌즈들에 대한 상기 초점의 상기 위치는 물, 유리 및 공기와 같은 상이한 매질 사이의 경계를 통과하는 동안에 전자기파들의 행동을 설명하는 스넬의 법칙(Snell’s law)을 이용하여 예측될 수 있다. 보다 구체적으로, 스넬의 법칙은 입사 및 굴절의 각도들의 사인(sine)들 사이의 관계는, 상기 두 개의 매질 속에서의 위상 속도들의 비율과 동일하거나, 또는 상기 굴졀률들의 비율의 역과 동일하다고 명시하며:
상기 입사 파(θ 1)를 위한 경계 및 상기 굴절 파(θ 2)를 위한 경계의 법선으로부터 측정된 각도인 각각의 θ, 각각의 매질에서의 빛의 속도인 v(일반적으로 초당 미터, 또는 m/s로 측정됨), 및 각각의 매질의 상기 굴절률(단위 없음)인 n을 갖는다.
상기 발명의 다른 실시 예에서, 유전체 도관은, 다수의 독립된 EHF 신호들을 전파할 수 있는 유전체 도관을 형성하기 위해서, 또는 상기 유전체 도관 무리를 둘러싸기 위해서 두 개의 차폐 구조들이 적어도 부분적으로 존재할 때 까지 상기 유전체 도관의 상기 기능을 불능화하는 것에 의해서 기생 방사를 최소화 하기 위해서 유전 물질의 복수의 연장 몸체들을 포함할 수 있다.
일반적으로, 상기 유전 도관이 복수의 유전체 몸체들을 포함하면, 각각의 추가적인 연장 몸체는 적어도 부분적으로 상기 제1 연장 몸체를 따라서 그리고 상기 제1 연장 몸체에 인접하여 연장되며, 그리고 각각의 연장 몸체는 제1 또는 제2 반사 물질을 포함하는 제1 또는 제2 피복에 의해서 서로 분리될 수 있다. 도 11에 도시되어 있는 일 실시 예에서, 예시적인 결합 도파관은 나란히 배열되어 있는 제1 연장 유전체 직육면체(900) 및 제2 연장 유전체 직육면체(902)를 포함하고, 즉, 상기 제1 연장 직육면체(900)의 측면 측이 상기 제2 연장 직육면체(902)의 측면 측과 인접(abut)하도록 배열된다. 도 12에 도시되어 있는 대체 실시 예에서, 다른 예시적인 결합 도파관은 쌓여 있는 제1 연장 유전체 직육면체(1000) 및 제2 연장 유전체 직육면체(1002)를 포함하고, 즉, 상기 제1 연장 직육면체(1000)의 주요 표면이 상기 제2 연장 직육면체(1002)의 주요 표면과 인접(abut)하도록 배열된다.
양 실시 예들 모두에서, 상기 제1 또는 제2 연장 직육면체의 상기 제1 및 제2 주요 표면들 중 적어도 어느 하나는 반사 물질을 포함하는 적절한 피복에 의해서 실질적으로 커버될 수 있다. 도 11에서 제1 및 제2 연장 직육면체들(1000, 1002)이 피복 물질(1004)에 의해서 완전하게 감싸지고 분리되는 데 반하여, 도 11의 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 연장 직육면체들(900, 902)은 피복 물질(904)에 의해서 완전하게 감싸지고 분리된다.
도 13에 묘사되어 있는 또 다른 실시 예에서, 상기 유전체 도관(1018)은 피복(1028)에 의해서 분리되고 감싸진 유전 물질들의 네 개의 독립된 연장 몸체들을 포함하고, 상기 네 개의 독립된 연장 몸체들은 2 x 2 행렬로 배열된다.
상기 본 발명의 상기 유전체 도관이 다수의 독립된 EHF 신호들의 전파를 위해서 다수의 연장 몸체들을 포함하면, 각각의 연장 몸체의 끝단이 상이한 EHF 신호원 및/또는 수신기에 인접하게 배치될 수 있도록, 각각의 연장 몸체는 서로 다른 연장 몸체로부터 동시에 또는 순서대로 분리될 수 있다.
상기 본 발명의 상기 유전체 도관들은 도 14의 흐름도에 배열되어 있는 바와 같이 전자기 EHF 신호를 도관을 따라 전파하는 방법에 적합하다. 이와 같은 방법은 단계 1102에서 전자기 EHF 전송기를 이용하여 전자기 EHF 신호를 전송하는 단계; 단계 1104에서 상기 전송된 전자기 EHF 신호의 적어도 일 부분이 상기 제1 끝단을 통해 상기 연장 몸체로 유도되도록 상기 EHF 전송기에 인접한 상기 도관의 상기 연장 몸체의 상기 제1 끝단을 배치하는 단계; 및 단계 1106에서 상기 전자기 EHF 신호의 상기 유도된 부분을 상기 연자 몸체를 따라서 상기 연장 몸체의 상기 제2 끝단으로 전파시키는 단계를 포함한다.
몇몇 실시 예들에서, 상기 방법은 단계 1108에서 상기 도관의 상기 연장 몸체의 상기 제2 끝단을 EHF 방사를 수신하도록 구성된 EHF 수신기에 인접하게 배치하는 단계; 단계 1110에서 상기 도관의 상기 연장 몸체의 상기 제2 끝단으로부터 상기 전파된 전자기 EHF 신호를 발산하는 단계; 및 단계 1112에서 상기 발산된 전자기 EHF 신호를 상기 EHF 수신기에 의해 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시 예들에서, 상기 EHF 전송기는 제1 EHF 변환기에 대응될 수 있고, 상기 EHF 수신기는 제2 EHF 변환기에 대응될 수 있으며, 상기 방법은 단계 1114에서 상기 제2 EHF 변환기를 이용하여 제2 전자기 EHF 신호를 전송하는 단계; 단계 1116에서 상기 제2 끝단을 통해 상기 연장 몸체로 상기 전송된 제2 전자기 EHF 신호의 적어도 일 부분을 수신하는 단계; 및 단계 1118에서 상기 제2 전자기 EHF 신호의 상기 수신된 부분을 상기 연장 몸체를 따라서 상기 연장 몸체의 상기 제1 끝단으로 전파하는 단계; 단계 1120에서 상기 전파된 제2 전자기 EHF 신호를 상기 도관의 상기 연장 몸체의 상기 제1 끝단으로부터 발산하는 단계; 및 단계 1112에서 상기 제1 EHF 변환기에 의해 상기 발산된 제2 전자기 EHF 신호를 수신하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 본 개시의 몇몇 실시 예들은 전도성 평판부(planar portion)를 포함하는 기판 상에 배치된 EHF 통신 칩을 포함하는 IC 패키지 어셈블리를 포함하는 시스템을 또한 제공할 수 있다. 상기 EHF 통신 칩은 변환기를 포함할 수 있고 EHF 주파수를 갖는 전송 신호를 전송할 수 있다. 상기 기판의 상기 전도성 평판부는 실질적으로 상기 전송 신호의 반사일 수 있다. 상기 시스템은 또한 상기 EHF 통신 칩의 상기 변환기에 가장 가까운 제1 단부, 길이(a length), 및 상기 제1 단부와 이격된 제2 단부를 갖는 연장 유전체 커플러를 포함할 수 있다. 상기 전송 신호의 적어도 일 부분은 상기 제1 단부에서 상기 유전체 커플러로 나아갈 수 있고, 상기 변환기를 떠나 상기 유전체 커플러 또는 도관을 통해 전파할 수 있다. 더욱이, 상기 전송 신호는 상기 유전체 커플러의 상기 길이 전역에서 실질적으로 동일하게 유지되는 편광(polarization) 특성을 가질 수 있다.
상기 특정 실시 예들의 상기 앞선 설명은 상기 개시의 일반적인 본질을 충분히 드러낼 것이므로, 상기 본 발명의 일반적인 개념으로부터 벗어나지 않고, 과도한 실험 없이, 다른 이들이 당해 기술 분야의 통상의 지식을 적용하여 다양한 적용들을 위해 상기 특정 실시 예들을 손쉽게 변경 및/또는 적응시킬 수 있다. 그러므로, 이와 같은 적응들 및 변형들은 여기에 존재하는 사상 및 안내에 기초하여 상기 개시된 실시 예들의 동일성의 범위 및 의미 내에 있는 것으로 의도될 수 있다. 여기에 있는 어법 또는 전문 용어는 설명의 목적을 위한 것이며 한정하기 위함이 아님이 이해되어야 하므로, 상기 본 상세한 설명의 상기 전문 용어 또는 어법은 상기 사상 및 안내를 고려하여 숙련된 기술자에 의해 해석되어야 한다.
상기 본 개시의 폭 및 범위는 상기 앞서 설명된 예시적인 실시 예들 중 어느 것에 의해서도 한정 되어서는 안되나, 아래의 청구항들 및 그것들의 균등물들에 따라서 정의 되어야 한다.
Claims (35)
- 적어도 하나의 알려진 파장을 갖는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관에 있어서,
제1 끝단 및 제2 끝단 사이의 세로축을 따라 연속적으로 연장되는 제1 유전 물질의 연장 몸체를 포함하고, 상기 세로축을 따라 각각의 포인트에서 상기 연장 몸체의 직교하는 단면은 상기 단면의 장축을 따라서 제1 치수를 갖고, 상기 장축은 상기 단면의 가장 큰 치수를 따라서 연장되고, 상기 단면의 단축을 따라서 제2 치수를 갖고, 상기 단축은 상기 장축에 대한 직각에서 상기 단면의 가장 넓은 치수를 따라서 연장되며,
상기 연장 몸체의 각각의 단면에서, 상기 제1 치수는 상기 전자기 EHF 신호의 상기 알려진 파장보다 크고 상기 제2 치수는 상기 전자기 EHF 신호의 상기 알려진 파장보다 작으며,
상기 연장 몸체는 표면을 갖고, 상기 표면의 상기 영역의 적어도 사분의 일은 상기 연장 몸체의 상기 길이를 따라 전파될 때 상기 전자기 EHF 신호를 반사하도록 구성되는 반사 물질 또는 반사 물질들의 조합인 제1 반사 피복에 의해 커버되는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제1항에 있어서, 상기 연장 몸체의 각각의 단면에서,
상기 제1 치수는 상기 전자기 EHF 신호의 상기 알려진 파장보다 1.4배 크고,
상기 제2 치수는 상기 전자기 EHF 신호의 상기 알려진 파장의 절반 보다 크지 않은 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제1항에 있어서, 상기 연장 몸체의 상기 표면의 상기 영역의 적어도 이분의 일은 상기 제1 반사 피복에 의해 커버되는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 반사 피복은
연속된 피복인 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제1항에 있어서, 상기 제1 반사 피복은
복수의 구멍들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제1항에 있어서, 상기 제1 반사 피복은
상기 제1 유전 물질의 유전율보다 작은 유전율을 갖는 제2 유전 물질, 소산 물질, 또는 전도성 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제1항에 있어서, 상기 제1 유전 물질은
적어도 2.0의 유전율을 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제1항에 있어서, 상기 제1 반사 피복은
상기 제1 유전 물질의 상기 유전율보다 낮은 유전율을 갖는 제2 유전 물질인 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제1항에 있어서, 상기 세로축을 따라서 각각의 단면은 하나 이상의 직선 또는 연속적으로 곡선을 이루는 라인 세그먼트들에 의해 형성되는 형태에 대응되는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관.
- 제9항에 있어서, 상기 세로축을 따라서 각각의 단면은
직사각형, 둥근 사각형, 스타디움, 또는 슈퍼타원을 정의하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제10항에 있어서, 상기 세로축을 따라서 각각의 단면은
타원 또는 하이퍼타원을 정의하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제9항에 있어서,
상기 세로축을 따라서 각각의 단면은 직사각형을 정의하고,
상기 유전체 제1 물질의 상기 연장 몸체는 연장 직육면체를 정의하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제1항에 있어서, 상기 연장 몸체의 상기 표면은
제1 측면 및 상기 제1 측면으로부터 떨어져 있는 제2 측면, 상기 장축을 따라서 상기 연장 몸체의 상기 폭을 정의하는 상기 제1 및 제2 측면들을 분리시키는 거리; 및 제1 주요 표면 및 상기 제1 주요 표면으로부터 떨어져 있는 제2 주요 표면, 상기 단축을 따라서 상기 연장 몸체의 상기 깊이를 정의하는 상기 제1 및 제2 주요 표면들을 분리시키는 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제13항에 있어서, 상기 제1 및 제2 주요 표면들 중 적어도 하나는 상기 제1 반사 피복으로 커버되는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 끝단들 중 적어도 하나는 연결 부분을 포함하며, 상기 연결 부분은 상기 제1 물질의 상기 연장 몸체로 외부 전자기 EHF 신호의 전송을 향상시키도록 구성되거나, 및/또는 상기 제1 물질의 상기 연장 몸체 밖으로 상기 전자기 EHF 신호의 전송을 향상시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관.
- 제15항에 있어서, 상기 연결 부분은 유전체 렌즈, 유전체 혼, 유전체 인터페이스 플레이트, 및 유전체 트랜스포머 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관.
- 제16항에 있어서, 상기 세로축을 따라서 각각의 단면은
직사각형을 정의하고; 상기 유전체 제1 물질의 상기 연장 몸체는 연장 직육면체를 정의하고; 그리고 상기 연결 부분은 유전 물질의 직사각-피라미드형 절두체인 유전체 혼을 포함하며,
상기 직사각-피라미드형 절두체는 베이스 및 정점을 포함하고,
상기 직사각-피라미드형 절두체의 상기 정점은 상기 제1 또는 제2 끝단에서 유전체 제1 물질의 상기 연장 몸체와 연결되는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제17항에 있어서, 상기 직사각-피라미드형 절두체의 상기 정점은
상기 연장 직육면체의 상기 제1 치수와 실질적으로 동일한 정점 폭, 및 상기 연장 직육면체의 상기 제2 치수와 실질적으로 동일한 정점 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제17항에 있어서, 상기 직사각-피라미드형 절두체는 높이 및 폭을 갖고, 각각의 상기 절두체 높이 및 폭은 상기 직사각-피라미드형 절두체의 상기 정점으로부터 상기 베이스로 선형적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관.
- 제17항에 있어서, 상기 연결 부분은
상기 직사각-피라미드형 절두체의 상기 베이스에 연결되고 상기 직사각-피라미드형 절두체의 상기 베이스의 그것과 실질적으로 동일한 높이 및 폭, 및 상기 EHF 신호의 상기 알려진 파장의 사분의 일과 실질적으로 동일한 플레이트 두께를 갖는 유전체 인터페이스 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제20항에 있어서, 상기 유전체 인터페이스 플레이트는
상기 연결 부분의 상대적인 유전율과 상이한 상대적인 유전율을 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제1항에 있어서, 제3 유전 물질의 제2 연장 몸체를 더 포함하고,
상기 제2 연장 몸체는 제1 끝단 및 제2 끝단 사이의 세로축을 따라서 연속적으로 연장되고, 상기 세로축을 따라 각각의 포인트에서 상기 제2 연장 몸체의 직교하는 단면은 상기 단면의 장축을 따라서 제1 치수를 갖고, 상기 장축은 상기 단면의 가장 큰 치수로서 정의되고, 상기 단면의 단축을 따라서 제2 치수를 갖고, 상기 단축은 상기 장축에 대한 직각에서 상기 단면의 가장 넓은 치수로서 정의되며,
상기 제2 연장 몸체는 표면을 갖고, 상기 표면의 상기 영역의 적어도 사분의 일은 상기 제2 연장 몸체의 상기 길이를 따라 전파될 때 제2 전자기 EHF 신호를 반사하도록 구성되는 반사 물질 또는 반사 물질들의 조합인 제2 반사 피복에 의해 커버되며,
상기 제2 연장 몸체의 각각의 단면에서, 상기 제1 치수는 상기 제2 전자기 EHF 신호의 알려진 파장보다 크고 상기 제2 치수는 상기 제2 전자기 EHF 신호의 상기 알려진 파장보다 작으며,
상기 제2 연장 몸체는 적어도 부분적으로 상기 제1 연장 몸체를 따라서 그리고 상기 제1 연장 몸체에 인접하여 연장되며, 상기 제1 또는 제2 반사 피복 중 어느 하나에 의해서 상기 제1 연장 몸체로부터 분리되는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관. - 제22항에서, 상기 제1 및 제2 연장 몸체들은 그것들의 장축 및 단축을 따라 실질적으로 동일한 치수들을 갖는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관.
- 제22항에 있어서, 상기 제1 및 제2 연장 몸체들의 상기 결합은 상기 제1 및 제2 반사 피복 물질들에 의해서 감싸지는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호의 전파를 위한 도관.
- 전자기 EHF 신호들의 전파를 위한 도관에 있어서,
유전 물질의 복수의 연장 몸체들을 포함하고, 각각의 연장 몸체는 독립된 전자기 EHF 신호의 전파를 위해 구성되며, 각각의 연장 몸체의 상기 유전 물질은 동일하거나 상이하고,
각각의 연장 몸체는 제1 끝단 및 제2 끝단 사이의 세로축을 따라서 연속적으로 연장되며, 상기 세로축을 따라 각각의 포인트에서 각각의 연장 몸체의 직교하는 단면은 상기 단면의 장축을 따라서 제1 치수를 갖고, 상기 장축은 상기 단면의 가장 큰 치수로서 정의되고, 상기 단면의 단축을 따라서 제2 치수를 갖고, 상기 단축은 상기 장축에 대한 직각에서 상기 단면의 가장 넓은 치수로서 정의되며,
각각의 연장 몸체의 각각의 단면에서, 상기 제1 치수는 상기 연장 몸체를 따라서 전파될 상기 전자기 EHF 신호의 알려진 파장보다 크고, 상기 제2 치수는 상기 연장 몸체를 따라서 전파될 상기 전자기 EHF 신호의 상기 알려진 파장보다 작으며;
상기 복수의 연장 몸체들 각각의 적어도 일 부분에서, 상기 복수의 연장 몸체들은 결합 및 서로 인접하여 연장되고, 각각의 연장 몸체는 상기 연장 몸체들의 상기 길이들을 따라서 전파되는 상기 전자기 EHF 신호들을 반사하도록 구성되는 반사 물질 또는 반사 물질들의 조합인 제1 반사 피복에 의해서 각각의 인접한 연장 몸체로부터 분리되는 전자기 EHF 신호들의 전파를 위한 도관. - 제25항에 있어서, 인접한 연장 몸체들의 상기 결합은 상기 제1 또는 제2 반사 피복 물질에 의해서 감싸지는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호들의 전파를 위한 도관.
- 제26항에 있어서, 상기 제1 및 제2 반사 피복들은 전도성 물질, 소산 물질, 또는 추가적인 유전 물질을 독립적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호들의 전파를 위한 도관.
- 제25항에 있어서, 각각의 연장 몸체의 상기 세로축을 따라서 각각의 단면은 직사각형을 정의하여, 각각의 연장 몸체는 유전 물질의 연장 직육면체를 정의하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호들의 전파를 위한 도관.
- 제28항에 있어서, 각각의 연장 몸체의 상기 표면은
제1 측면 및 상기 제1 측면으로부터 떨어져 있는 제2 측면, 상기 장축을 따라서 상기 연장 몸체의 상기 폭을 정의하는 상기 제1 및 제2 측면들을 분리시키는 거리; 및 제1 주요 표면 및 상기 제1 주요 표면으로부터 떨어져 있는 제2 주요 표면, 상기 단축을 따라서 상기 연장 몸체의 상기 깊이를 정의하는 상기 제1 및 제2 주요 표면들을 분리시키는 거리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호들의 전파를 위한 도관. - 제29항에 있어서, 상기 도관은 제1 연장 몸체의 상기 측면들 중 어느 하나가 상기 제1 반사 피복에 의해서 제2 연장 몸체의 상기 측면들 중 어느 하나로부터 분리되도록 결합 및 서로 인접하여 연장되는 두 개의 연장 몸체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호들의 전파를 위한 도관.
- 제29항에 있어서, 상기 도관은 제1 연장 몸체의 상기 주요 표면들 중 어느 하나가 상기 제1 반사 피복에 의해서 제2 연장 몸체의 상기 주요 표면들 중 어느 하나로부터 분리되도록 결합 및 서로 인접하여 연장되는 두 개의 연장 몸체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호들의 전파를 위한 도관.
- 제29항에 있어서, 상기 도관은
각각의 연장 몸체가 상기 제1 반사 피복에 의해서 각각의 다른 연장 몸체로부터 분리되도록 2 x 2 배열로 결합 및 서로 인접하여 연장되는 네 개의 연장 몸체들을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 EHF 신호들의 전파를 위한 도관. - 제1항에 의한 도관을 따라서 전자기 EHF 신호를 전파하는 방법에 있어서,
전자기 EHF 전송기를 이용하여 전자기 EHF 신호를 전송하는 단계;
상기 전송된 전자기 EHF 신호의 적어도 일 부분이 상기 제1 끝단을 통해 상기 연장 몸체로 유도되도록 상기 EHF 전송기에 인접한 상기 도관의 상기 연장 몸체의 상기 제1 끝단을 배치하는 단계; 및
상기 전자기 EHF 신호의 상기 유도된 부분을 상기 연자 몸체를 따라서 상기 연장 몸체의 상기 제2 끝단으로 전파시키는 단계를 포함하는 도관을 따라서 전자기 EHF 신호를 전파하는 방법. - 제33항에 있어서,
상기 도관의 상기 연장 몸체의 상기 제2 끝단을 EHF 방사를 수신하도록 구성된 EHF 수신기에 인접하게 배치하는 단계;
상기 도관의 상기 연장 몸체의 상기 제2 끝단으로부터 상기 전파된 전자기 EHF 신호를 발산하는 단계; 및
상기 발산된 전자기 EHF 신호를 상기 EHF 수신기에 의해 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도관을 따라서 전자기 EHF 신호를 전파하는 방법. - 제34항에 있어서,
상기 EHF 전송기는 제1 EHF 변환기에 대응되고, 상기 EHF 수신기는 제2 EHF 변환기에 대응되며,
상기 제2 EHF 변환기를 이용하여 제2 전자기 EHF 신호를 전송하는 단계;
상기 제2 끝단을 통해 상기 연장 몸체로 상기 전송된 제2 전자기 EHF 신호의 적어도 일 부분을 수신하는 단계; 및
상기 제2 전자기 EHF 신호의 상기 수신된 부분을 상기 연장 몸체를 따라서 상기 연장 몸체의 상기 제1 끝단으로 전파하는 단계;
상기 전파된 제2 전자기 EHF 신호를 상기 도관의 상기 연장 몸체의 상기 제1 끝단으로부터 발산하는 단계; 및
상기 제1 EHF 변환기에 의해 상기 발산된 제2 전자기 EHF 신호를 수신하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도관을 따라서 전자기 EHF 신호를 전파하는 방법.
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