KR20150041653A - Ehf 통신을 위한 유전체 커플링 시스템 - Google Patents

Ehf 통신을 위한 유전체 커플링 시스템 Download PDF

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

EHF 전자기 신호들을 통신하기 위한 유전체 커플러 장치들 및 유전체 커플링 시스템들, 및 이의 사용방법. 상기 커플러 장치들은 주요 표면을 갖는 전기 전도성 몸체를 포함하며, 상기 전기 전도성 몸체는 연장 홈을 정의하고, 상기 연장 홈은 바닥을 가지며, 유전체 몸체는 상기 연장 홈에 배치되고 EHF 전자기 신호를 전도하도록 구성된다.

Description

EHF 통신을 위한 유전체 커플링 시스템{DIELECTRIC COUPLING SYSTEMS FOR EHF COMMUNICATIONS}
본 발명은 유전체 가이드 구조들을 이용하는 통신을 포함하는, EHF 통신 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 유전체 가이드 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 이러한 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. 물리적 커넥터들 및 등화 회로(equalization circuit)들과 연관된 소비 전력 및 비용을 들이지 않고 높은-데이터-전송률 신호 경로들의 불연속적인 부분들을 연결할 수 있는 방법들 및 시스템들이 필요하며, 특히 이와 같은 방법들 및 시스템들은 손쉽게 제조될 수 있고, 모듈화될 수 있고, 효율적이어야 한다.
일 실시 예에서, 본 발명은 극고주파(Extremely High Frequency; EHF) 전자기 신호를 전도하기 위한 장치들을 포함하며, 상기 장치들은 주요 표면을 포함하는 전기 전도성 몸체, 상기 전기 전도성 몸체는 상기 전기 전도성 몸체 내에 연장 홈을 정의하며, 상기 연장 홈은 바닥을 가지며, 및 상기 연장 홈에 배치되며 EHF 전자기 신호를 전도하는 유전체 몸체를 포함한다.
다른 실시 예에서, 본 발명은, 제1 주요 표면 및 상기 제1 주요 표면에 반대되는 제2 주요 표면을 포함하는 제1 전기 전도성 몸체 및 상기 제1 주요 표면 상에 배치되며 제1 말단 및 제2 말단을 갖는 제1 유전체 몸체를 포함하고, 상기 제1 유전체 몸체는 상기 제1 및 제2 말단들 사이에서 상기 EHF 전자기 신호를 전도하도록 구성되는 EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치를 포함한다. 상기 제1 전기 전도성 몸체는 상기 제1 주요 표면으로부터 상기 제2 주요 표면으로 연장되는 적어도 하나의 개구를 추가적으로 정의하며, 상기 적어도 하나의 개구는 상기 제1 유전체 몸체의 상기 제1 및 제2 말단들 중 어느 하나와 근접한다.
다른 실시예에서, 본 발명은 EHF 통신 커플링 시스템들을 포함하며, 이와 같은 시스템들은 전기 전도성 하우징, 및 제1 말단 및 제2 말단을 가지는 연장 유도체 도관을 포함하며, 상기 연장 유도체 도관은 상기 전기 전도성 하우징 사이에 배치되고 상기 전기 전도성 하우징에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인다.
상기 전기 전도성 하우징은 상기 연장 유전체 도관의 상기 제1 말단에 근접한 제1 개구, 및 상기 연장 유전체 도관의 상기 제1 말단으로부터 돌출되고 상기 제1 개구를 통과하는 제1 유전체 확장부; 및 상기 연장 유전체 도관의 상기 제2 말단에 근접한 제2 개구, 및 상기 연장 유전체 도관의 상기 제2 말단으로부터 돌출되고 상기 제2 개구를 통과하는하는 제2 유전체 확장부를 정의한다. 상기 커플링 시스템은 상기 제1 유전체 확장부 및 상기 제2 유전체 확장부 사이에서 상기 연장 유전체 도관을 거쳐서 EHF 전자기 신호의 적어도 일 부분을 전파하도록 구성된다.
또 다른 실시 예에서, 본 발명은 유전체 도관을 따라서 EHF 전자기 신호들을 이용하는 통신 방법을 포함한다. 상기 통신 방법은 커플링을 형성하기 위해 제1 및 제2 커플링 구성요소들의 짝을 이루는 단계를 포함하되, 각각의 커플링 구성요소는 제1 주요 표면을 갖는 전기 전도성 몸체를 포함하고, 각각의 전기 전도성 몸체는 상기 제1 주요 표면에 연장 홈을 정의하며, 각각의 연장 홈은 바닥을 갖고, 각각의 연장 홈은 그 안에 배치되는 유전체 몸체를 갖는다.
상기 방법은 상기 전기 전도성 몸체들의 상기 제1 주요 표면들을 충분히 접촉시키는 단계를 더 포함하여, 상기 커플링 구성요소들의 상기 전도성 몸체들은 전기 전도성 하우징을 집합적으로 형성하며, 상기 커플링 구성요소들의 상기 유전체 몸체들은 유전체 도관을 형성하기 위해서 중첩된다. 상기 방법은 그렇게 함으로써 형성된 상기 유전체 도관을 따라서 EHF 전자기 신호를 전파하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예들은 대응되는 EHF 전자기 통신 시스템들, EHF 전자기 통신 장치, EHF 전자기 도관들, 및 EHF 전자기 도관 구성요소들뿐만 아니라 상기 각각의 시스템들, 장치, 도관들 및 구성요소들을 이용하는 방법들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예들의 구조 및 동작뿐만 아니라 추가적인 실시예들, 특징들, 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 이하에서 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 예시적인 EHF 통신 칩의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 다른 예시적인 EHF 통신 칩의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 EHF 통신 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 몸체의 사시도이다.
도 5는 도 1의 전도성 몸체를 포함하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 커플러 장치의 사시도이다.
도 6은 도 5의 유전체 커플러 장치의 도 5에 표시된 라인을 따른 단면도이다.
도 7은 도 5의 유전체 커플러를 포함하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 커플링의 단면도이다.
도 8은 구성요소 유전체 커플러 장치들 사이의 에어 갭을 보이는 도 7의 유전체 결합을 나타낸다.
도 9는 구성요소 유전체 커플러 장치들 사이의 에어 갭 및 잘못된 정렬을 보이는 도 7의 유전체 커플링을 나타낸다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 커플러 장치의 부분적 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 커플러 장치의 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 커플링 장치의 사시도이다.
도 13은 도 12의 유전체 커플링의 도 12에 표시된 라인을 따른 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 커플링 장치의 사시도이다.
도 15는 도 14의 유전체 커플링의 도 14에 표시된 라인을 따른 단면도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유전체 커플링 장치의 사시도이다.
도 17은 도 16의 유전체 커플링의 도 16에 표시된 라인을 따른 단면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유전체 커플링 장치의 사시도이다.
도 19는 도 18의 유전체 커플링의 세로축을 따른 단면도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유전체 커플링 장치의 사시도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유전체 커플링 장치의 사시도이다.
도 22는 도 21의 유전체 커플링의 세로축을 따른 단면도이다.
도 23은 본 발명의 일 실시예에 따른, 유전체 커플링을 따라 EHF 전자기 신호들을 이용하는 통신 방법을 나타내는 순서도이다.
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 커플링(dielectric couplings)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 전자기 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 특허 출원 13/485,306호, 13/427,576호, 및 13/471,052호에 상세하게 기재되어 있다.
EHF 통신을 위한 유전체 커플러(dielectric coupler)들을 포함하는 장치들, 시스템들, 및 방법들은 상기 도면들에서 나타내어지면 아래에서 설명된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라, 일부의 내부 구성들을 보여주는 예시적인 EHF(extremely high frequency) 통신 칩(10)의 측면도이다. 도 1을 참조하여 논의되는 것처럼, EHF 통신 칩(10)은 EHF 통신 칩(10)의 커넥터(connector) 인쇄회로기판(printed circuit board: PCB)(12) 상에 마운트될 수 있다. 도 2는 유사한 예시적인 EHF 통신 칩(32)을 보여준다. 주의할 점은 도 1은 컴퓨터 시뮬레이션 그래픽들을 이용하여 EHF 통신 칩(10)을 묘사하고, 따라서 일부의 구성들이 양식화된 방식(stylized fashion)으로 도시될 수 있다는 점이다. EHF 통신 칩(10)은 EHF 신호들을 송신하고 수신하도록 구성될 수 있다. 도시된 것처럼, EHF 통신 칩(10)은 다이(die)(16), 리드 프레임(lead frame)(미도시), 본드 와이어들(bond wires)(18)과 같은 하나 이상의 전도성 커넥터, 안테나(20)와 같은 변환기(transducer) 및 캡슐화 물질(encapsulating material)(22)을 포함할 수 있다. 다이(16)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(16)는 리드 프레임과 전기 통신하도록 마운트될 수 있다. 리드 프레임(도 2의 24와 유사한)은 하나 이상의 다른 회로들이 다이(16)에 동작적으로(operatively) 연결할 수 있도록 구성된 전기 전도성 리드들의 임의의 적합한 어레인지먼트(arrangement)일 수 있다. 리드 프레임의 리드들(도 2의 24 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(16) 및 리드 프레임의 리드들 사이의 전기 통신은 하나 이상의 본드 와이어들(18)과 같은 전도성 커넥터들을 이용하는 임의의 적합한 방법에 의해 이루어 질 수 있다. 본드 와이어들(18)은 다이(16)의 회로 상의 포인트(point)들을 리드 프레임 상의 대응하는 리드들과 전기적으로 연결하기 위하여 이용될 수 있다. 다른 실시 예에서, 다이(16)는 반전될 수 있고, 전도성 커넥터들은 오히려 본드 와이어들(16) 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(20)는 전기적 및 전자기적 신호들 간의 변환을 위한 변환기(transducer)로써 구성된 임의의 적합한 구조일 수 있다. 안테나(20)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(20)는 리드 프레임의 일부로써 구성될 수 있다(도 2의 24 참조). 다른 실시 예에서, 안테나(20)는 다이(16)로부터 분리될 수 있으나, 임의의 적합한 방법에 의하여 다이(16)에 동작적으로 연결될 수 있고, 그리고 다이(16)에 인접하게 위치될 수 있다. 예를 들면, 안테나(20)는 안테나 본드 와이어들(도 2의 26과 유사함)을 이용하여 다이(16)에 연결될 수 있다. 그 대신에, 플립 칩 구현에서, 안테나(20)는 안테나 본드 와이어들의 이용 없이 다이(16)에 연결될 수 있다. 다른 실시예들에서, 안테나(20)는 다이(16) 또는 PCB(12) 상에 배치될 수 있다.
나아가, 캡슐화 물질(22)은 고정된 상대 위치에 EHF 통신 칩(10)의 다양한 구성들을 고정시킬 수 있다. 캡슐화 물질(22)은 EHF 통신 칩(10)의 전기적 및 자기적 구성들에 대한 전기적 절연 및 물리적 보호를 제공하도록 구성된 임의의 적합한 물질일 수 있다. 예를 들면, 캡슐화 물질(22)은 몰드 컴파운드(mold compound), 유리, 플라스틱 또는 세라믹일 수 있다. 캡슐화 물질(22)은 임의의 적합한 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 캡슐화 물질(22)은 리드 프레임의 미연결(unconnected) 리드들을 제외한, EHF 통신 칩(10)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(10)은 커넥터 PCB(12) 상에 마운트될 수 있다. 커넥터 PCB(12)는 하나 이상의 적층(laminated layer)(28)을 포함할 수 있고, 그것들 중 하나는 PCB 접지면(30)일 수 있다. PCB 접지면(30)은 PCB(12) 상에서 회로들과 구성들에 전기적 접지를 제공하도록 구성된 임의의 적합한 구조일 수 있다.
도 2는 EHF 통신 칩(32)의 사시도이다. 주의할 점은 도 2는 컴퓨터 시뮬레이션 그래픽들을 이용하여 EHF 통신 칩(32)을 묘사하고, 따라서 일부의 구성들이 양식화된 방식으로 도시될 수 있다는 점이다. 도시된 것처럼, EHF 통신 칩(32)은 다이(34), 리드 프레임(24), 본드 와이어들(36)과 같은 하나 이상의 전도성 커넥터, 안테나(38)와 같은 변환기, 하나 이상의 본드 와이어들(40) 및 캡슐화 물질(42)을 포함할 수 있다. 다이(34), 리드 프레임(24), 하나 이상의 본드 와이어들(36), 안테나(38), 안테나 본드 와이어들(40) 및 캡슐화 물질(42)은 도 1에서 설명된 것처럼, EHF 통신 칩(10)의 다이(16), 리드 프레임, 본드 와이어들(18), 안테나(20), 안테나 본드 와이어들 및 캡슐화 물질(22)과 같은 구성들과 기능적으로 유사할 수 있다. 나아가, EHF 통신 칩(32)는 커넥터 PCB(PCB(12)와 유사함)를 포함할 수 있다.
도 2에서, 다이(34)는 다이(34)를 안테나(38)에 연결하는 본드 와이어들(26)를 갖는, EHF 통신 칩(32)에서 캡슐화되는 것을 알 수 있다. 이 실시예에서, EHF 통신 칩(32)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(32)의 PCB 상에서 회로들과 구성들에 전기적 접지를 제공하도록 구성된 임의의 적합한 구조일 수 있다.
EHF 통신 칩들(10 및 32)은 그들 사이에서 EHF 통신을 허용하도록 구성될 수 있다. 나아가, EHF 통신 칩들(10 또는 32) 중 어느 하나는, EHF 통신 칩들 사이의 단방향 또는 양방향 통신을 제공하는, 전자기 신호들을 송신 및/또는 수신하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, EHF 통신 칩들은 단일 PCB 상에 같이 배치(co-locate)될 수 있고, 인트라(intra)-PCB 통신을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, EHF 통신 칩들은 제 1 및 제 2 PCB 상에 배치될 수 있고, 그러므로 인터(inter)-PCB 통신을 제공할 수 있다.
몇몇 상황에서 10 및 32와 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. 예를 들어, 전자기 EHF 신호의 전파를 위해 구성된 커플러 장치 또는 커플링 시스템의 일단은 EHF 전자기 신호의 발생원(source)에 인접하게 배치될 수 있는 반면에 커플러 장치 또는 커플링 시스템의 타단은 EHF 전자기 신호에 대한 수신기에 인접하게 배치될 수 있다. EHF 전자기 신호는, 상기 장치 또는 시스템의 장축을 따라서 전파하는, 상기 신호의 발생원으로부터 커플러 장치 또는 커플링 시스템으로 향할 수 있으며, 신호 수신기에서 수신될 수 있다. 이와 같은 EHF 통신 시스템은 EHF 통신 칩들(10 및 32) 간의 전자기 EHF 신호들의 전파를 위해 구성된 유전체 커플러 장치(40)를 포함하여 도 3에 묘사되어 있다.
본 발명의 커플러 장치들 및 커플링 시스템들은 유전체 몸통을 따라 극고주파(Extremely High Frequency; EHF) 전자기 신호들의 전파를 가능하게 하도록 구성될 수 있으며, 따라서 송신원 및 송신처 간의 EHF 전자기 신호들의 통신을 가능하게 할 수 있다.
도 4는 적어도 하나의 주요 표면(44)을 갖도록 구성된 전기 전도성 몸체(42)를 도시한다. 전기 전도성 몸체(42)는 임의의 적합한 강성(rigid) 또는 반-강성 물질을, 상기 물질이 충분한 전기 전도성을 보여준다면, 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 모든 전도성 몸체(42)의 일부 또는 전부는 전자 장치를 위한 하우징 또는 케이스의 구성요소로서 사용되도록 구성될 수 있다. 전도성 몸체가 적어도 하나의 주요 표면을 갖는다면, 전기 전도성 몸체는 임의의 적절한 기하학적 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 전기 전도성 몸체는 실질적으로 평면일 수 있다. 전기 전도성 몸체가 실질적으로 평면인 경우, 전도성 몸체는 평행사변형 또는 원과 같은 규칙적인 형태를 정의할 수 있거나, 또는 전도성 몸체는 원호(arc)와 같은 불규칙적인 형태를 정의할 수 있다. 전기 전도성 몸체가 비평면인 경우, 전도성 몸체는, 원통, 원뿔, 토러스(torus) 등의 표면의 단면을 닮도록 휘어진 주요 표면을 정의할 수 있다.
전기 전도성 몸체는 주요 표면(44)내에 적어도 하나의 연장 홈(46)을 정의할 수 있다. 연장되는 것 덕분에, 연장 홈(46)은 제1 말단(48) 및 제2 말단(50)을 갖는다. 추가적으로, 전도성 몸체(42)내의 연장 홈(46)의 하부는 홈 바닥(52)으로 정의될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 전도성 몸체(42)는 적어도 두 개의 주요 표면들을 가지며, 제2 주요 표면은 제1 주요 표면으로부터 전도성 몸체(42)의 반대 면 상에 있을 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 전도성 몸체(42)는 실질적으로 직사각형의 주변부뿐만 아니라, 실질적으로 평면적인 기하학적 구조를 보여줄 수 있다. 전도성 몸체가 평면적인 기하학적 구조를 갖는 경우, 전도성 몸체(42)의 제2 주요 표면(54)은 제1 주요 표면(44)로부터 평면인 전도성 몸체의 반대 면 상에 있을 수 있다.
본 예시에서 연장 홈(46), 및 상응하는 홈 바닥(52)은 제1 주요 표면(44)을 대체로 따르는 방향으로 연장된다. 제1 주요 표면(44)이 연장 홈(46)에 근접한 평면에서 연장되는 경우, 바닥(52) 역시 평면이고 연장 홈(46)에 근접한 제1 주요 표면의 평면과 공면(coplanar)일 수 있다. 몇몇 예시들에서 보여질 것과 같이, 상기 바닥은 연장 홈(46)에 근접한 제1 주요 표면의 평면을 가로지르는 방향으로 연장될 수도 있다.
또한 도 4에서 도시된 바와 같이, 연장 홈(46)의 상기 바닥(52)은 개구(56)를 정의할 수 있다. 개구(56)는 바닥(52)를 통과하해 연장되어, 상기 개구(56)는 전도성 몸체(52)의 제2 주요 표면(54)까지 연장된다. 일 실시예에서, 개구(56)는 슬롯(slot)으로서 형성될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 전도성 몸체(42)의 연장 홈(46)은, 유전체 커플러 장치를 형성하는, 연장 홈(46)의 세로축을 따라서 연장되는 제1 유전 물질을 포함하는 유전체 몸체(58)를 포함할 수 있다. 유전체 몸체(58)는 도파관 또는 유전체 도파관으로 나타내어질 수 있으며, 분극된(polarized) EHF 전자기 신호를 유전체 몸체의 길이를 따라서 가이드(또는 전파) 하도록 일반적으로 구성될 수 있다. 유전체 몸체(58)는 가급적이면 적어도 약 2.0의 유전율(dielectric constant)을 갖는 제1 유전 물질을 포함한다. 상당히 큰 유전율을 갖는 물질은 연장 몸체의 선호되는 면적의 감소를 야기할 수 있으며, 이는 EHF 신호가 높은 유전율을 갖는 물질로 들어갈 때 파장의 감소로 인함이다. 가급적이면, 연장 몸체는 유전 물질인 플라스틱 물질을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 유전체 몸체는 연장 홈의 세로축과 실질적으로 평행한 세로축을 가지며, 상기 세로축에 직교하는 유전체 몸체(58)의 단면은 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 나타낸다. 각각의 단면에서, 상기 단면은 그것의 장축을 따라 제1 치수를 갖고, 그것의 단축을 따라 제2 치수를 갖는다. 유전체 몸체(58)가 전자기 EHF 신호의 내부 전파 능력을 향상시키기 위해서, 각각의 단면의 제1 치수의 길이가 도관을 따라 전파될 전자기 EHF 신호의 파장보다 크고; 제2 치수가 도관을 따라 전파될 전자기 EHF 신호의 파장보다 작도록 각각의 유전체 몸체는 적당한 크기로 될 수 있다. 대체 가능한 실시 예에서, 제1 치수는 전파될 전자기 EHF 신호의 파장보다 1.4배 크고, 제2 치수는 전파될 전자기 EHF 신호의 파장의 약 이분의 일보다 크지 않다.
유전체 몸체(58)는 다양한 잠재적인 기하학적 구조들의 어느 것이라도 가질 수 있으나, 일반적으로 연장 홈(46)을 실질적으로 차지하도록 구성된다. 유전체 몸체(58)는 유전체 몸체(58)의 각각의 단면이 직선 및/또는 연속적으로 곡선을 이루는 라인 세그먼트들의 몇몇 조합에 의해 형성되는 윤곽을 갖도록 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 단면은 직사각형, 둥근 사각형, 스타디움(stadium), 또는 슈퍼타원(superellipse)을 정의하는 윤곽을 갖고, 슈퍼타원은 타원들 및 하이퍼타원(hyperellipse)들을 포함하는 형태들을 포함한다.
일 실시예에서, 그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 유전체 몸체(58)는 연장 직육면체를 정의한다. 즉, 유전체 몸체(58)는 자신의 세로축을 따라서 있는 각각의 포인트에서, 상기 세로축에 대해 직교하는 유전체 몸체(58)의 단면이 직사각형을 정의하도록 형성된다.
유전체 몸체(58)는 적어도 일 부분이, 제1 연장 홈에 인접하여 둘러싸는 제1 주요 표면(44)과 이어져 있고/있거나 동일 평면상에 있는, 상부면 또는 접합면(59)을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 상부면(59)은 제1 주요 표면(44)보다 위로 들리거나, 또는 제1 주요 표면(44)보다 아래로 오목할 수 있으며, 또는 제1 주요 표면(44)에 비해서 부분적으로 들리고 부분적으로 오목할 수 있다.
도 6은 도 5의 유전체 커플러 장치(41)의 단면도를 보여준다. 도시된 바와 같이, 유전체 커플러 장치(41)는, 유전체 몸체(58)의 제1 말단(48)에 배치되고 전도성 몸체(42)에서 개구(56)를 통해 연장되는 유전체 말단 부재(60)를 포함한다. 유전체 말단 부재(60)는 유전체 몸체(58)를 따라 전파되는 임의의 EHF 전자기 신호가 집적 회로 패키지(62)와 같은 전송처를 향하도록 도와준다. 일 실시예에서, 개구(56)는 좁은 치수 및 너비 치수를 갖는 슬롯으로서 형성될 수 있으며, 상기 좁은 치수는 유전 물질에서 측정된 송신될 것으로 기대되는 EHF 신호 파장의 이분의 일보다 작으며, 상기 너비 치수는 상기 파장보다 크다. 특정 실시예에서, 개구(56)는 치수가 대략 5mm 및 1.6mm인 정의된 슬롯일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 앞서 설명된 바와 같은 유전체 커플러 장치는 상보적인 제2 유전체 커플러 장치와 짝을 이룰(mate) 수 있도록 구성될 수 있어, 결합되어 유전체 커플링 시스템을 형성한다. 예를 들어, 각각의 전도성 몸체가 해당 전도성 몸체의 주요 표면에 홈을 정의하면, 전도성 몸체들은 면-대-면(face-to-face) 관계로 짝을 이룰 수 있으며 따라서 홈들이 집합적으로(collectively) 연장 공동(cavity)을 형성한다. 결합된 전도성 몸체들은 이 방법으로 전기 전도성 하우징(housing)을 정의할 수 있고, 각각의 커플러의 유전체 몸체는 집합적 유전체 몸체를 형성하기 위해서 다른 하나와 중첩(superimpose)되며, 집합적 유전체 몸체는 EHF 전자기 신호를 상기 집합적 유전체 몸체를 따라 전도하도록 구성된다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 집합적 유전체 몸체(65)를 형성하기 위해서 제1 유전체 몸체(58)가 제2 유전체 몸체(64)와 중첩(superimpose)되는 방식으로 제1 유전체 커플러 장치(41)는 상보적인 제2 유전체 커플러 장치(63)와 짝을 이룬다. 이와 동시에, 전기 전도성 하우징을 형성하기 위해서 제2 유전체 커플러 장치(63)의 제2 전도성 몸체(66)는 제1 전도성 몸체(42)와 짝을 이루고, 상기 전기 전도성 하우징은 유전체 몸체들(58 및 64)에 의해 형성되는 집합적 유전체 몸체(65)를 적어도 부분적으로 둘러싸고 그로 인해, 예를 들어, 통신 칩들(62 및 68)과 같은 전송원 및 전송처 간에 전파되는 EHF 전자기 신호들에 대한 차폐를 제공한다. 요구되는 EHF 전자기 신호는 제1 유전체 말단 부재(60) 및 제2 유전체 말단 부재(70)를 통해 집합적 유전체 몸체(65)로 들어가고 나오며, 상기 제1 유전체 말단 부재(60) 및 상기 제2 유전체 말단 부재(70)는 각각 집합적 유전체 몸체(65)의 각 말단에 배치되며, 제1 및 제2 전도성 몸체들(42 및 66)에 의해 정의되는 전기 전도성 하우징 내의 개구들(56 및 72)을 통해 연장된다. 상기 결과적으로 초래된 커플링 시스템의 유전체 구성요소들은 기계적 또는 물리적으로 접촉할 수 있으나, 필수적인 것은 아니다. 유전체 구성요소들이 요구되는 EHF 전자기 신호의 전송 및/또는 전파를 허용하는 상대적인 공간 및 방향을 갖고 배치된다면, 그러한 공간 및 방향은 커플링 시스템에 대해서 적절한 공간 및 방향이다.
대응되는 커플링 시스템을 형성하기 위해서 두 개의 상보적인 유전체 커플러 장치들이 짝을 이룰 때까지, 상기 결합된 유전체 커플링 시스템(72)의 구성은, 예를 들어, 단일 구성 유전체 커플러 장치(41)의 기능 손상에 의한 기생 방사 전송을 최소화 하기에 유용할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 장치들(41 및 63)은 로터리 리플렉션(rotary reflection) 또는 로토플렉션(rotoflection)으로도 알려져 있는 부적절한 로테이션(improper rotation)에 의해 대칭적으로 관련될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 장치들(41 및 63)의 기하학적 구조는 회전 축에 직교하는 평면을 가로지르는 반사와 결합된 180도의 회전에 의해 관련될 수 있다. 장치들(41 및 63)의 케이스에 있어서, 두 개의 커플러 장치들은 공통 기하학적 구조를 공유하고, 요구되는 커플링 시스템을 형성하기 위해서 서로에게 적절한 관계로 배치된다. 대체 실시예에서, 하나 또는 다른 하나의 커플러 장치들은 고유하게 형성될 수 있어서 그것들은 부적절한 회전 대칭(improper rotational symmetry)으로 결합될 수 있으나, 원하지 않는 기하학적 구조로 결합될 수 없다.
본 발명의 유전체 커플링 시스템들은 EHF 전자기 신호들의 상대적으로 강력한 전송을 제공한다. 예를 들어, 도 8에 도시된 바와 같이 제1 유전체 몸체(58) 및 제2 유전체 몸체(64) 사이에 에어갭(air gap)(71)이 존재하는 경우라도, EHF 전자기 신호들은 집적 회로 패키지(62)로부터 집적 회로 패키지(68)로 성공적으로 전송될 수 있다. 예를 들어, 에어 갭(71)이 1.0mm만큼 큰 경우에도 집적 회로 패키지들 간의 성공적인 통신이 가능하도록 결정될 수 있다. 유전체 몸체들 사이의 물리적인 연결을 필요로 하지 않고 EHF 전자기 통신을 가능하게 하는 것에 의해서, 본 발명의 유전체 커플링 시스템들은 커플링 시스템을 EHF 통신 시스템에 결합시킬 때 추가적인 자유도(degree of freedom)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 커플러 장치들은 커플링 시스템 내에서 활용될 수 있으며, 두 개의 장치들은 EHF 전자기 도파관의 무결성(integrity)을 유지하는 동안 세로 변환을 할 수 있어야 한다. 두 개의 유전체 몸체들이 물리적으로 접촉되면, 이러한 움직임은 커플링 시스템의 조기 고장을 초래하는 마찰 및 유전체 몸체들에 대한 마모를 초래한다. 그러나, 제1 및 제2 유전체 몸체들 사이에 에어 갭을 제공하는 것에 의해서, 실질적으로 유전체 몸체들 사이의 마찰 없이 두 개의 커플러 장치들 사이의 변환이 유리하게 발생된다.
추가로, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 유전체 몸체들(58 및 64)이 세로 방향으로 어긋나는 경우라도, 집적 회로 패키지(62) 및 집적 회로 패키지(68)간의 EHF 전자기 통신은 유지될 수 있으며, 본 발명의 유전체 커플링들을 설치, 조정, 또는 구동할 때 추가적인 기계적 자유도(degree of mechanical freedom) 또한 부여한다.
앞서 논의된 바와 같이, 제1 및 제2 유전체 몸체들은 평면의 접합 면들을 포함할 수 있으며, 상기 평면의 접합 면들은 적어도 부분적으로 주요 표면과 동일 평면상에 있고/있거나 연속될 수 있고, 상기 주요 표면은 그것들 각각의 연장 홈들을 인접하여 둘러싼다. 선택적으로, 제1 및 제2 유전체 몸체들이 중첩될 때 집합적 유전체 몸체를 형성하도록 여전히 구성된다면, 제1 및 제2 유전체 몸체들은 대체 가능한 기하학적 구조를 지니고 있을 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 유전체 몸체는 경사질 수 있으며, 이는 각각의 유전체 몸체가 유전 물질의 연장 직각 삼각형 프리즘으로 형성되어 결합될 때 연장 직육면체인 집합적 유전체 몸체를 형성하도록 모양 및 크기를 갖는 방식에 의한다. 도 10에 도시된 바와 같이, 각각의 제1 경사 유전체 몸체(72) 및 제2 경사 유전체 몸체(74)는 그들의 폭을 가로질러 경사지며, 유전체 몸체들(72 및 74)이 원하는 방향으로 중첩될 때, 집합적 유전체 몸체가 유전 물질의 연장 직육면체를 형성할 수 있도록 각 경사의 경사면이 선택된다. 결과에 해당하는 집합적 유전체 몸체는, 유전체 말단 부분들(60 및 70)과 결합하여, 집적 회로 패키지들(62 및 68) 사이에서 연장되는 유전체 도파관을 형성한다. 각각 요구되는 집합적 유전체 몸체 폭, 두께, 또는 길이의 절반인 유전체 몸체 디자인들; 또는 부분적 또는 불연속적 길이 또는 폭을 갖는 유전체 몸체 디자인들; 또는 다른 대칭적인 또는 비대칭적인 상보적 형상들 및 크기들을 갖는 유전체 몸체 디자인들과 같은, 다양한 대체 가능한 상보적인 유전체 몸체 기하학적 구조들이 구상될 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 제1 및 제2 유전체 말단 부분들은 집합적 유전체 몸체를 둘러싸는 전자 전도성 몸체들 내에 정의된 제1 및 제1 개구들을 통해 각각 연장되며, 유전체 말단 부분들은 요구되는 EHF 전자기 신호를 집합적 유전체 몸체로 향하게 하고, 그리고/또는 집합적 유전체 몸체 밖으로 향하게 하도록 구성된다. 일반적으로, EHF 전자기 신호의 전송원 및 EHF 전자기 신호의 수신기 양자 모두는 EHF 전자기 신호의 전송을 가능하게 하기 위해서 유전체 말단 부분들 중 어느 하나에 인접하게 배치된다. EHF 전자기 신호의 발생원 및/또는 목적지가 변환기(transducer)를 포함하는 경우, 변환기는 일반적으로 EHF 전자기 신호들을 전송 또는 수신하도록 구성되며, 변환기(들)이 인접한 유전체 말단 부분과 적절하게 정렬되어 EHF 전자기 신호들이 그들 사이에서 전송될 수 있도록, 일반적으로 유전체 말단 부분들의 어느 하나에 인접하게 배치된다.
도 11은 본 발명의 선택 가능한 실시 예에 따른 유전체 커플러 장치(76)를 도시한다. 유전체 커플러 장치(76)는 전기 전도성 몸체(78), 전기 전도성 몸체 내의 홈에 배치된 유전체 몸체(80), 전도성 몸체(78) 내의 개구를 통해 연장되는 유전체 말단 부재(82), 및 유전체 말단 부재(82)에 인접하게 배치되는 연관된 집적 회로 패키지(84)를 포함한다. 추가로, 유전체 커플러 장치(76)는 유전체 몸체(80)를 가로질러 연장되는 유전체 오버레이(overlay)(86)를 포함한다. 유전체 오버레이(86)는 유전체 몸체(80)와 같거나 다른 유전 물질로 만들어 질 수 있고, 유전체 몸체(80)로부터 분리될 수 있거나, 아니며 유전체 몸체(80)와 함께 일체로 성형(mold)될 수 있다. 유전체 오버레이(86)는 임의의 요구되는 형태 또는 기하학적 구조를 보여줄 수 있으나 일반적으로 충분히 얇아서, 유전체 오버레이는 관심 있는 EHF 전자기 신호를 유전체 몸체와는 별도로 전도하는 것을 실질적으로 불가능하다. 유전체 오버레이(86)는 회사 로고 또는 다른 장식과 같은 장식용 형태를 가질 수 있거나 또는 상기 오버레이는 커플러 장치의 정렬을 용이하게 하기 위한 가이드를 제공하는 것과 같이 유용한 목적을 내는 데 도움이 될 수 있다. 선택적으로, 또는 추가적으로, 유전체 오버레이(86)는 커플러 장치(76)의 구조 및/또는 기하학적 구조를 사용자 또는 다른 관찰자로부터 숨기는데 도움이 될 수 있다.
도 12 내지 22는 본 발명의 유전체 커플러 장치 및/또는 커플링 시스템의 선택된 추가적인 실시예들을 도시한다. 도 12 내지 22에 걸쳐서, 유사한 참조 번호는 대응되거나 기능적으로 유사한 구성을 표시하기 위해 사용될 수 있다.
도 12 및 13은 홈을 정의하는 전기 전도성 몸체(90), 및 상기 정의된 홈에 놓여지는 유전체 몸체(92)를 포함하는 본 발명의 일 실시예에 따른 유전체 커플러 장치를 도시한다. 도 12 및 13의 유전체 몸체(92)는 도 11을 참조하여 앞서 논의된 바와 같이 전기 전도성 오버레이(94)에 의해 커버되며, 전도성 오버레이는 유전체 몸체(92)의 제1 말단 및 제2 말단들에 근접한 제1 개구들(96) 및 제2 개구(96’)를 각각 정의한다. 개구들(96 및 96’)에 인접한 것들은 각각 제1 및 제2 집적 회로 패키지(98 및 98’)이다. 제1 집적 회로 패키지(98)에서 제2 집적 회로 패키지(98’)로 전송될 EHF 전자기 신호들은 먼저 전자기 오버레이(94) 내의 제1 개구(96)를 통과하고, 유전체 몸체(92)의 길이를 따라 전파되고, 제2 개구(96’)를 통과하고, 제2 집적 회로 패키지(98’)에 도착한다.
도 14 및 15는 전기 전도성 몸체(90) 및 유전체 몸체(92)를 포함하는 본 발명의 선택 가능한 실시예에 따른 유전체 커플러 장치를 도시하되, 상기 유전체 몸체(92)는 전도성 몸체(90)의 표면에 배치되고 전기 전도성 오버레이(94)에 의해 커버된다. 유전체 몸체(92)는, 제1 집적 회로 패키지(98) 및 제2 집적 회로 패키지(98’) 사이에서 전송될 EHF 전자기 신호들을 허용하며, 각 말단에서 전도성 오버레이(94) 너머로 연장된다.
도 16 및 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유전체 커플러 장치를 도시하되, 홈을 정의하는 전기 전도성 몸체(90)를 포함하고, 홈의 바닥은 함의 각 말단들에서 제1 개구(96) 및 제2 개구(96’)를 정의한다. 개구들(96 및 96’)은 전도성 몸체를 통해 전도성 몸체(90)의 대향하는 주요 표면으로 연장된다. 유전체 몸체(92)는 유전체 몸체(92)로부터 제1 개구(96)를 통해 전도성 몸체(90)의 대향하는 주요 표면까지 연장되는 제1 유전체 말단 부분(97), 및 유전체 몸체(92)로부터 제2 개구(96’)를 통해 전도성 몸체(90)의 대향하는 주요 표면까지 연장되는 제2 유전체 말단 부분(97’)을 갖고 정의된 홈 내부에 배치된다. 개구들(96 및 96’)에 인접한 것들은 각각 제1 및 제2 집적 회로 패키지들(98 및 98’)이다. 예를 들어, 제1 집적 회로 패키지(98)로부터 제2 집적 회로 패키지(98’)로 전송될 EHF 전자기 신호는, 먼저 제1 개구(96)에서 제1 유전체 말단 부분(97)을 통과하고, 유전체 몸체(92)의 길이를 따라서 전파되고, 제2 개구(96’)에서 제2 유전체 말단 부분(97’)을 통과하고, 그리고 제2 집적 회로 패키지(98’)로 들어간다.
도 18 및 19는 비평면(nonplanar)인 전기 전도성 몸체(90)를 포함하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 유전체 커플러 장치를 도시한다. 전기 전도성 몸체(90)의 제1 주요 표면은 곡면이며, 곡면 내에 정의된 홈 및 상기 홈 내부에 배치되는 유전체 몸체(92)를 포함한다. 전기 전도성 몸체(90)의 개구(96)는 홈의 바닥에 의해 정의되고, 유전체 말단 부분(97)은 유전체 몸체(92)로부터 개구(96)를 향해 연장된다. 제1 집적 회로 패키지(98)는 유전체 몸체(92)의 제1 말단에 인접하게 배치되는 반면에, 제2 집적 회로 패키지(98’)는 유전체 말단 부분(97)에 인접하게 배치된다. 제1 집적 회로 패키지로부터 제2 집적 회로 패키지로 전송될 EHF 전자기 신호는 먼저 유전체 몸체(92)의 제1 말단을 통과하고, 그 후에 유전체 몸체의 곡선 길이를 따라서 전파되며, 개구(96)의 유전체 말단 부분(97)을 지나고, 그 결과 제2 집적 회로 패키지(98’)로 들어간다.
도 20은 제1 유전체 몸체(92)의 제1 말단에 인접하게 배치되는 제1 집적 회로 패키지(98)를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유전체 커플링을 도시하며, 제1 유전체 몸체(92)는 평면이며 완만하게 구부러진 윤곽을 갖는다. 제1 유전체 몸체(92)는 제2 유전체 몸체(92’)와 정렬되고 실질적으로 중첩되며, 제2 유전체 몸체(92’)는 유사하게 평면이며 완만하게 구부러지고, 제2 집적 회로 패키지(98’)는 제1 집적 회로 패키지에 대해서 반대 측 상에서 제2 유전체 몸체(92’)의 말단에 인접하게 배치된다. 도시된 유전체 커플링은, 제1 및 제2 유전체 몸체들(92 및 92’)이 회전하여 변환(translate)되는 경우라도 EHF 전자기 신호가 제1 및 제2 집적 회로 패키지들 사이에서 전송되는 것을 허용한다. 제1 및 제2 유전체 몸체들 간의 이동의 자유는, EHF 전자기 신호 전송을 실질적으로 방해하지 않는 작은 에어 갭을 갖고 그것들을 분리시키는 것에 의해 향상될 수 있다.
도 21 및 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유전체 커플링을 도시하며, 유전체 커플링은 제1 및 제2 커플러 장치를 포함한다. 제1 커플러 장치는 곡면을 정의하는 제1 전기 전도성 몸체(90)를 포함한다. 홈은 제1 전도성 몸체(90)의 표면 내부를 따라서 정의되며, 유전체 몸체(92)는 제1 홈 내부에 배치된다. 제1 개구(96)는 전도성 몸체(90) 내에 정의되며, 제1 집적 회로 패키지(98)는 제1 개구(96)에 인접하게 배치된다. 제2 구부러진 전도성 몸체(90’)를 포함하는 제2 커플러 장치는 제1 커플러 장치의 곡선의 내부에 배치되고, 제2 연장 홈은 제2 전도성 몸체(90’)의 외부 표면을 따라서 제2 커플러 장치의 제2 전도성 몸체(90’)에 정의된다. 제1 및 제2 커플러 장치들은 제2 연장 홈에 배치된 제2 유전체 몸체(92’)가 제1 커플러 장치의 제1 유전체 몸체(92’)와 실질적으로 정렬되고 실질적으로 중첩되도록 구성된다. 제2 커플러 장치는 제2 전도성 몸체(90’)를 통해 인접한 제2 집적 회로 패키지(98’)로 연장되는 전도성 몸체(90’)에 의해 정의되는 제2 개구(96’)를 더 포함한다. 제1 및 제2 집적 회로 패키지들을 사이에서 전송될 EHF 전자기 신호들은 개구(96)을 통해 집적 회로 패키지(98)로부터 제1 유전체 몸체(92)로 지나간다. 신호는 그 다음에 제1 유전체 몸체(92) 및 제2 유전체 몸체(92’)에 의해 형성되는 집합적 유전체 몸체를 따라서 전파되고, 그 다음에 제2 집적 회로 패키지(98’)에 의해 수신될 수 있는 제2 개구(96’)를 통과한다. 도 19 및 20의 유전체 커플링과 유사하게, 각각의 유전체 몸체들 사이에 충분한 중첩이 존재한다면, 도 21 및 22의 유전체 커플링은, 제1 및 제2 유전체 몸체들(92 및 92’)이 각각의 곡선들을 따라서 변환(translate)되는 경우라도 EHF 전자기 신호가 제1 및 제2 집적 회로 패키지들 사이에서 전송되는 것을 허용한다. 제1 및 제2 유전체 몸체들 간의 이동의 자유는, EHF 전자기 신호 전송을 실질적으로 방해하지 않는, 그들 사이의 작은 에어 갭을 제공하는 것에 의해 향상될 수 있다.
본 발명의 유전체 커플링들은 도 23의 흐름도(100)에 도시된 바와 같이, EHF 전자기 신호들을 이용하는 통신 방법에 대한 구체적인 유용성을 갖고 있다. 상기 방법은 커플링을 형성하기 위해 제1 및 제2 커플링 구성요소들의 짝을 이루는 단계(102)를 포함할 수 있으며, 각각의 커플링 구성요소는 제1 주요 표면을 갖는 전기 전도성 몸체를 포함하고, 각각의 전기 전도성 몸체는 제1 주요 표면에 연장 홈을 정의하며, 각각의 연장 몸체는 바닥을 갖고, 각각의 연장 홈은 그 안에 배치되는 유전체 몸체를 갖는다. 커플링 구성요소들의 전기 전도성 몸체들이 집합적으로 전도성 하우징을 형성하고, 각각의 커플링 구성요소의 유전체 몸체는 다른 하나의 커플링 구성요소의 유전체 몸체와 중첩되어 유전체 도관을 형성하도록, 제1 및 제2 커플링 구성요소들의 짝을 이루는 단계는 커플링 구성요소들의 전기 전도성 몸체들의 제1 주요 표면들을 접촉시키는 단계(104)를 포함할 수 있다. 상기 방법은 결과로 초래된 유전체 도관을 따라서 EHF 전자기 신호를 전파하는 단계(106)를 더 포함할 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 개시가 다양한 변형 및 대체 가능한 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.

Claims (41)

  1. EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치에 있어서,
    제1 주요 표면을 포함하는 제1 전기 전도성 몸체에 있어서, 상기 제1 전기 전도성 몸체는 상기 주요 표면에 제1 연장 홈을 정의하고, 상기 제1 연장 홈은 바닥을 가지는, 상기 제1 전도성 몸체; 및
    상기 제1 연장 홈에 배치되고 상기 EHF 전자기 신호를 전도하도록 구성되는 제1 유전체 몸체를 포함하는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기 전도성 몸체의 상기 제1 주요 표면 상에 배치되며 상기 제1 유전체 몸체의 길이의 적어도 일 부분을 커버하는 표면 오버레이를 더 포함하는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전기 전도성 몸체는 상기 제1 주요 표면에 반대되는 제2 주요 표면을 포함하고,
    상기 제1 연장 홈의 상기 바닥은 상기 제1 전기 전도성 몸체를 통과하여 제1 개구를 정의하며, 상기 개구는 상기 홈 바닥으로부터 상기 제1 연장 홈의 제1 말단에 인접한 상기 제2 주요 표면으로 연장되며,
    상기 장치는, 상기 제1 연장 홈의 제1 말단에 배치되며 상기 제1 전기 전도성 몸체에서 상기 제1 개구를 통해 연장되는 제1 유전체 말단 부재를 더 포함하는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 개구는 상기 제1 연장 홈의 상기 바닥에 정의된 실질적으로 직사각형 슬롯이고, 상기 슬롯은 상기 제1 연장 홈의 세로축을 따라 측정된 슬롯 폭, 및 상기 연장 홈의 폭을 따라 측정된 슬롯 길이를 가지며,
    상기 슬롯 폭은 상기 EHF 전자기 신호의 상기 파장의 약 이분의 일보다 작고, 상기 슬롯 길이는 상기 EHF 전자기 신호의 파장보다 큰, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 개구를 통해 연장되는 상기 유전체 말단 부재에 근접하게 배치되는 집적 회로 패키지를 더 포함하고,
    상기 집적 회로 패키지는 EHF 전자기 신호 변환기를 포함하되, 상기 EHF 전자기 신호 변환기는 상기 유전체 말단 부재로부터 상기 EHF 전자기 신호를 수신하거나 또는 상기 유전체 말단 부재로 상기 EHF 전자기 신호를 전송하도록 구성되는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 EHF 신호 변환기는 안테나를 포함하고, 상기 안테나는 상기 유전체 말단 부재와 실질적으로 정렬되는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유전체 몸체는 접합면을 포함하되, 상기 접합면은 상기 제1 연장 홈에 인접하여 둘러싸는 상기 전기 전도성 몸체의 상기 제1 주요 표면과 실질적으로 연속하는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 제2 장치를 더 포함하고, 상기 제2 장치는,
    제1 주요 표면을 포함하는 제2 전기 전도성 몸체; 상기 제2 전기 전도성 몸체의 상기 제1 주요 표면에 제2 연장 홈을 정의하되, 상기 제2 연장 홈은 바닥을 가지는, 상기 제2 전기 전도성 몸체; 및 상기 제2 연장 홈에 배치되는 제2 유전체 몸체를 포함하고,
    제1 및 제2 유전체 몸체들이 집합적 유전체 몸체-상기 집합적 유전체 몸체는 EHF 전자기 신호를 상기 집합적 유전체 몸체를 따라서 전도하도록 구성됨-를 형성하기 위해서, 각각의 전기 전도성 몸체의 상기 제1 주요 표면을 다른 하나에 실질적으로 근접하게 하는 것에 의해 상기 제1 및 제2 장치들이 짝을 이루도록 구성되는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유전체 몸체들은 서로 정렬되며 물리적으로 접촉하는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 장치들의 상기 상대적인 방향은 로터리 리플렉션(rotary reflection)에 의해 관련되는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    각각의 유전체 몸체는 다른 하나의 유전체 몸체와는 관계 없이 EHF 전자기 신호들을 전파할 수 있는, 상기 시스템.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 집합적 유전체 몸체는 분극된 EHF 전자기 신호들을 전파하기 위한 유전 물질의 연장 직육면체를 형성하는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유전체 몸체들이 중첩되지 않을 때, 각각의 상기 제1 및 제2 유전체 몸체들은 상기 제1 및 제2 연장 홈들 중 적어도 하나의 제1 및 제2 말단들 사이에서 상기 EHF 전자기 신호를 전도하지 않도록 구성되는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 장치들이 짝을 이룰 때 상기 집합적 유전체 몸체가 상기 연장 직육면체를 형성하도록, 각각의 상기 제1 및 제2 유전체 몸체들이 유전 물질의 연장 직각 삼각형 프리즘들을 포함하는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 제2 전기 전도성 몸체는 상기 제1 주요 표면에 반대되는 제2 주요 표면을 포함하고,
    상기 제2 연장 홈의 상기 바닥은 상기 제2 연장 홈의 제1 말단에 인접한 상기 제2 전기 전도성 몸체에 제2 개구를 정의하며, 상기 제2 개구는 상기 제2 홈 바닥으로부터 상기 제2 전기 전도성 몸체의 상기 제2 주요 표면으로 연장되고,
    상기 제2 유전체 몸체는 제2 유전체 말단 부재를 포함하고, 상기 제2 유전체 말단 부재는 상기 제2 연장 홈의 상기 제1 말단에 배치되며 상기 제2 전기 전도성 몸체에서 상기 제2 개구를 통해 연장되고,
    상기 제1 및 제2 유전체 말단 부재들은 상기 집합적 유전체 몸체의 반대되는 말단들에 배치되는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 개구를 통해 연장되는 상기 제1 유전체 말단 부재에 근접하게 배치되며 제1 EHF 전자기 신호 변환기를 포함하는 제1 집적 회로 패키지; 및
    상기 제2 개구를 통해 연장되는 상기 제2 유전체 말단 부재에 근접하게 배치되며 제2 EHF 전자기 신호 변환기를 포함하는 제2 집적 회로 패키지를 더 포함하고,
    상기 집합적 유전체 몸체 및 상기 제1 및 제2 유전체 말단 부재들은, 결합하여, EHF 전자기 신호들을 위한 도파관을 형성하며, 상기 EHF 전자기 신호들을 위한 도파관은 상기 제1 EHF 전자기 신호 변환기 및 상기 제2 EHF 전자기 신호 변환기 사이에서 상기 EHF 전자기 신호를 전도하도록 구성되는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1 및 제2 EHF 전자기 신호 변환기들 중 적어도 하나는 EHF 안테나를 포함하며, 상기 EHF 안테나는 상기 제1 및 제2 유전체 말단 부재들 중 근접한 어느 하나와 실질적으로 정렬되어 배치되는, 상기 커플링.
  18. 제1항에 있어서, 상기 전기 전도성 몸체는 전자 장치의 케이스의 일 부분인, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  19. EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치에 있어서,
    제1 주요 표면 및 상기 제1 주요 표면에 반대되는 제2 주요 표면을 포함하는 제1 전기 전도성 몸체; 및
    상기 제1 주요 표면 상에 배치되며 제1 말단 및 제2 말단을 갖는 제1 유전체 몸체를 포함하고,
    상기 제1 유전체 몸체는 상기 제1 및 제2 말단들 사이에서 상기 EHF 전자기 신호를 전도하도록 구성되며,
    상기 제1 전기 전도성 몸체가 상기 제1 주요 표면으로부터 상기 제2 주요 표면으로 연장되는 적어도 하나의 개구를 정의한다면, 상기 적어도 하나의 개구는 상기 제1 유전체 몸체의 상기 제1 및 제2 말단들 중 어느 하나와 근접하는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    각각의 개구는 상기 전기 전도성 몸체에 정의된 실질적으로 직사각형 슬롯이고, 상기 슬롯은 상기 EHF 전자기 신호의 상기 파장의 약 이분의 일보다 작은 슬롯 폭을 가지며, 상기 슬롯은 상기 EHF 전자기 신호의 파장보다 큰 슬롯 길이를 갖는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 제1 전기 전도성 몸체에서 상기 적어도 하나의 개구 내부에 배치되며 상기 적어도 하나의 개구를 통해 연장되는 제1 유전체 말단 부재를 더 포함하는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 개구를 통해 연장되는 상기 유전체 말단 부재에 근접하게 배치되는 집적 회로 패키지를 더 포함하고,
    상기 집적 회로 패키지는 EHF 전자기 신호 변환기를 포함하되, 상기 EHF 전자기 신호 변환기는 상기 유전체 말단 부재로부터 상기 EHF 전자기 신호를 수신하거나 또는 상기 유전체 말단 부재로 상기 EHF 전자기 신호를 전송하도록 구성되는, EHF 전자기 신호를 전도하기 위한 장치.
  23. EHF 통신 커플링 시스템에 있어서,
    전기 전도성 하우징;
    제1 말단 및 제2 말단을 가지며, 상기 전기 전도성 하우징 사이에 배치되고 상기 전기 전도성 하우징에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 연장 유전체 도관;
    상기 전기 전도성 하우징은 상기 연장 유전체 도관의 상기 제1 말단에 근접한 제1 개구 및 상기 연장 유전체 도관의 상기 제2 말단에 근접한 제2 개구를 정의하며;
    상기 연장 유전체 도관의 상기 제1 말단으로부터 돌출되고 상기 제1 하우징 부분에서 상기 제1 개구를 통과하는 제1 유전체 확장부;
    상기 연장 유전체 도관의 상기 제2 말단으로부터 돌출되고 상기 제2 하우징 부분에서 상기 제2 개구를 통과하는 제2 유전체 확장부를 포함하되,
    상기 커플링 시스템은 상기 제1 유전체 확장부 및 상기 제2 유전체 확장부 사이에서 상기 연장 유전체 도관을 거쳐서 EHF 전자기 신호의 적어도 일 부분을 전파하도록 구성되는, EHF 통신 커플링 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 개구들은 상기 전기 전도성 하우징의 반대 측면들 상에서 정의되는, EHF 통신 커플링 시스템.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 전기 전도성 하우징은 전자 장치를 위한 케이스의 일 부분인, EHF 통신 커플링 시스템.
  26. 제23항에 있어서,
    상기 전기 전도성 하우징은 제1 하우징 부분 및 제2 하우징 부분을 포함하되, 각각의 상기 제1 하우징 부분 및 제2 하우징 부분은 내부면을 가지며,
    상기 전기 전도성 하우징은 상기 하우징 부분들을 면-대-면 관계로 짝을 이루는 것에 의해 형성되는, EHF 통신 커플링 시스템.
  27. 제23항에 있어서,
    각각의 하우징 부분이 그것의 내부면에 홈을 정의하여, 상기 하우징 부분들이 면-대-면 관계로 짝을 이룰 때 상기 홈들은 연장 공동을 집합적으로 형성하고,
    상기 연장 유전체 도관은 그렇게 형성된 상기 연장 공동 내부에 배치되며 상기 연장 공동에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는, EHF 통신 커플링 시스템.
  28. 제23항에 있어서,
    상기 연장 유전체 도관은 유전 물질의 연장 직육면체를 포함하는, EHF 통신 커플링 시스템.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 연장 유전체 도관은 제1 유전체 부분 및 제2 유전체 부분을 포함하며, 상기 제1 및 제2 유전체 부분들이 유전 물질의 상기 연장 직육면체를 집합적으로 형성하는, EHF 통신 커플링 시스템.
  30. 제28항에 있어서,
    각각의 유전체 부분은 다른 하나의 유전체 부분과는 관계 없이 EHF 전자기 신호들을 전파할 수 있는, EHF 통신 커플링 시스템.
  31. 제29항에 있어서, 각각의 유전체 부분은
    상기 연장 직육면체의 전체 두께의 이분의 일에 실질적으로 대응되는 실질적으로 상수(constant)인 두께를 갖는, EHF 통신 커플링 시스템.
  32. 제28항에 있어서, 각각의 유전체 부분은
    상기 연장 직육면체의 전체 폭의 이분의 일에 실질적으로 대응되는 실질적으로 상수(constant)인 폭을 갖는, EHF 통신 커플링 시스템.
  33. 제28항에 있어서,
    각각의 유전체 부분은 연장 직각 삼각형 프리즘에 실질적으로 대응되는, EHF 통신 커플링 시스템.
  34. 제23항에 있어서,
    제1 EHF 전자기 신호 변환기를 포함하는 제1 집적 회로 패키지; 및
    제2 EHF 전자기 신호 변환기를 포함하는 제2 집적 회로 패키지를 더 포함하며,
    상기 제1 집적 회로 패키지는 상기 제1 유전체 확장부에 근접한 상기 전기 전도성 하우징의 외부면 상에 배치되고,
    상기 제2 집적 회로 패키지는 상기 제2 유전체 확장부에 근접한 상기 전기 전도성 하우징의 상기 외부면 상에 배치되는, EHF 통신 커플링 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 커플링 시스템은 상기 제1 EHF 전자기 신호 변환기 및 상기 제2 EHF 전자기 신호 변환기 사이에서 상기 제1 유전체 확장부, 상기 연장 유전체 도관, 및 상기 제2 유전체 확장부를 통해 EHF 전자기 신호의 적어도 일 부분을 전파하도록 구성되는, EHF 통신 커플링 시스템.
  36. EHF 전자기 신호들을 이용하는 통신 방법에 있어서,
    커플링을 형성하기 위해 제1 및 제2 커플링 구성요소들의 짝을 이루는 단계를 포함하되, 각각의 커플링 구성요소는 제1 주요 표면을 갖는 전기 전도성 몸체를 포함하고, 각각의 전기 전도성 몸체는 상기 제1 주요 표면에 연장 홈을 정의하며, 각각의 연장 홈은 바닥을 갖고, 각각의 연장 홈은 그 안에 배치되는 유전체 몸체를 가지며,
    상기 제1 및 제2 커플링 구성요소들의 짝을 이루는 단계는,
    전기 전도성 하우징을 형성하기 위해서 상기 커플링 구성요소들의 상기 전기 전도성 몸체들의 상기 제1 주요 표면들을 충분히 접촉시키는 단계-상기 커플링 구성요소들의 상기 유전체 몸체들은 유전체 도관을 형성하기 위해서 중첩됨-; 및
    상기 유전체 도관을 따라서 EHF 전자기 신호를 전파하는 단계를 포함하는, EHF 전자기 신호들을 이용하는 통신 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    각각의 상기 제1 및 제2 커플링 구성요소들은 유전체 확장부를 포함하되, 상기 유전체 확장부는 상기 유전체 몸체와 인접하고, 상기 전기 전도성 몸체에 의해 정의되는 개구를 통해 돌출되며,
    상기 제1 및 제2 커플링 구성요소들의 짝을 이루는 단계는 커플링 형성 단계를 포함하되, 각각의 상기 유전체 확장부들은 상기 결과로 초래된 유전체 도관의 각 말단에 인접하고, 상기 전기 전도성 하우징을 통해 돌출되는, EHF 전자기 신호들을 이용하는 통신 방법.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 유전체 도관을 따라서 상기 EHF 전자기 신호를 전파하는 단계는
    상기 유전체 확장부들 중 어느 하나에서 상기 EHF 전자기 신호를 수신하는 단계 및 상기 어느 하나의 유전체 확장부를 통해 상기 유전체 도관을 따라서 상기 유전체 확장부들 중 다른 하나로 상기 EHF 전자기 신호를 전파하는 단계를 포함하는, EHF 전자기 신호들을 이용하는 통신 방법.
  39. 제38항에 있어서,
    상기 유전체 도관을 따라서 상기 EHF 전자기 신호를 전파하는 단계는
    상기 유전체 확장부들 중 어느 하나와 적어도 실질적으로 정렬되며 근접한 EHF 변환기를 갖는 제1 집적 회로 패키지로부터 EHF 전자기 신호를 전송하는 단계; 및
    다른 하나의 유전체 확장부와 적어도 실질적으로 정렬되며 근접한 EHF 변환기를 갖는 제2 집적 회로 패키지에서 상기 EHF 전자기 신호를 수신하는 단계를 포함하는, EHF 전자기 신호들을 이용하는 통신 방법.
  40. 제36항에 있어서,
    상기 커플링 구성요소들의 상기 전기 전도성 몸체들의 상기 제1 주요 표면들을 접촉시키는 단계가 상기 유전체 몸체들의 각각의 대향면들을 접촉시키는 단계를 포함하도록, 각 커플링 구성요소의 상기 유전체 몸체는 상기 대향면을 포함하는, EHF 전자기 신호들을 이용하는 통신 방법.
  41. 제36항에 있어서,
    상기 전기 전도성 하우징을 형성하기 위해서 상기 커플링 구성요소들의 상기 전도성 몸체들의 상기 제1 주요 표면들을 접촉시키는 단계는 전자 장치의 케이스의 일 부분을 형성하는 단계를 포함하는, EHF 전자기 신호들을 이용하는 통신 방법.
KR1020157006116A 2012-08-10 2013-08-09 Ehf 통신을 위한 유전체 커플링 시스템 KR20150041653A (ko)

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PCT/US2013/054292 WO2014026089A1 (en) 2012-08-10 2013-08-09 Dielectric coupling systems for ehf communications

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