KR20200079227A - Optical waveguide element and millimeter wave bidirectional interconnects using the same - Google Patents

Optical waveguide element and millimeter wave bidirectional interconnects using the same Download PDF

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KR20200079227A
KR20200079227A KR1020200076243A KR20200076243A KR20200079227A KR 20200079227 A KR20200079227 A KR 20200079227A KR 1020200076243 A KR1020200076243 A KR 1020200076243A KR 20200076243 A KR20200076243 A KR 20200076243A KR 20200079227 A KR20200079227 A KR 20200079227A
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오원석
박강엽
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Abstract

According to the present invention, disclosed are an optical waveguide element and a millimeter-wave bidirectional interconnect using the same. According to the present invention, the millimeter-wave bidirectional interconnect comprises: an uplink transceiver including an uplink transmitter for transmitting a millimeter-wave first frequency signal and a downlink receiver for receiving a millimeter-wave second frequency signal; a downlink transceiver including an uplink receiver for receiving a first frequency signal and a downlink transmitter for transmitting a second frequency signal; and an optical waveguide element formed of a plastic optical fiber and connecting the uplink transceiver and the downlink transceiver.

Description

광도파로 소자 및 이를 이용한 밀리미터파 양방향 인터커넥트{Optical waveguide element and millimeter wave bidirectional interconnects using the same}Optical waveguide element and millimeter wave bidirectional interconnects using the same}

본 발명은 인터커넥트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밀리미터파 통신의 전송거리 및 전송속도를 향상시키는 광도파로 소자 및 이를 이용한 밀리미터파 양방향 인터커넥트에 관한 것이다.The present invention relates to an interconnect, and more particularly, to an optical waveguide device for improving the transmission distance and transmission speed of a millimeter wave communication and a millimeter wave bidirectional interconnect using the same.

밀리미터파(millimeter wave) 기술은 30GHz ~ 300GHz 대역의 캐리어 주파수를 사용하여 데이터를 송수신하는 기술로써, 무선통신 기술로 연구 개발이 활발한 영역이다.Millimeter wave (millimeter wave) technology is a technology that transmits and receives data using a carrier frequency of 30GHz ~ 300GHz band, a wireless communication technology research and development is an active area.

밀리미터파는 파장이 짧아 회로, 부품 등의 소형화가 가능하고, 마이크로파에서 사용하는 주파수보다 훨씬 높은 대역을 사용하므로 매우 높은 데이터 전송용량을 가질 수 있다. 이에, 밀리미터파는 현재의 통신량을 훨씬 상회하는 초다중통신이 가능하나, 무선공간에서의 전송으로 발생되는 손실이 매우 커 상용화에 어려움을 겪고 있다.Since the millimeter wave has a short wavelength, it is possible to miniaturize circuits and components, and it has a very high data transmission capacity because it uses a much higher band than the frequency used by microwaves. Thus, millimeter wave is capable of ultra-multiplex communication far exceeding the current communication amount, but the loss caused by transmission in the wireless space is very large, and thus, it is difficult to commercialize.

특히, 가시성(Line-of-Sight)이 확보되지 않았을 경우, 10dB 이상의 전송손실이 추가되며, 이를 극복하기 위해 빔포밍(beam forming) 기술 등이 연구되고 있으나, 이는 고가의 부품이 필요하다. Particularly, when line-of-sight is not secured, transmission loss of 10 dB or more is added, and beam forming technology, etc., has been studied to overcome this, but this requires expensive components.

따라서, 밀리미터파 기술의 장점을 살리고, 전송손실에 대한 단점을 극복할 수 있는 연구가 진행될 필요가 있다.Therefore, there is a need to conduct research that can take advantage of the millimeter wave technology and overcome the disadvantages of transmission loss.

한국공개특허공보 제10-2013-0132538호(2013.12.04.)Korean Patent Publication No. 10-2013-0132538 (2013.12.04.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 자유공간 상에서 밀리미터파 통신의 전송거리를 1m 이상 전송하면서 1 ~ 2dB의 전송손실을 가지는 광도파로 소자 및 이를 이용한 밀리미터파 양방향 인터커넥트를 제공하는데 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an optical waveguide device having a transmission loss of 1 to 2dB while transmitting a transmission distance of a millimeter wave communication over 1 m in free space and a millimeter wave bidirectional interconnect using the same.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 저비용으로 자유공간 상에서 밀리미터 통신의 전송속도를 10Gbps 이상으로 전송하는 광도파로 소자 및 이를 이용한 밀리미터파 양방향 인터커넥트를 제공하는데 목적이 있다.Another technical problem to be achieved by the present invention is to provide an optical waveguide device that transmits a transmission speed of a millimeter communication in a free space at 10 Gbps or more at low cost and a millimeter wave bidirectional interconnect using the same.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 밀리미터파 양방향 인터커넥트는 밀리미터파인 제1 주파수 신호를 송신하는 업링크 송신기와 밀리미터파인 제2 주파수 신호를 수신하는 다운링크 수신기를 포함하는 업링크 송수신부, 상기 제1 주파수 신호를 수신하는 업링크 수신기와 상기 제2 주파수 신호를 송신하는 다운링크 송신기를 포함하는 다운링크 송수신부 및 플라스틱 광섬유로 형성되고, 상기 업링크 송수신부 및 상기 다운링크 송수신부를 연결하는 광도파로 소자를 포함하고, 상기 광도파로 소자는, 상기 제1 주파수 신호 및 상기 제2 주파수 신호의 송수신을 하는 복수의 안테나 및 양단에 상기 복수의 안테나 중 하나씩과 연결되고, 상기 제1 주파수 신호 및 상기 제2 주파수 신호의 전송을 가이드하는 복수의 광도파로를 포함하고, 상기 복수의 안테나는, 상기 업링크 송신기와 연결되고, 상기 제1 주파수 신호를 송신하는 제1 안테나, 상기 업링크 수신기와 연결되고, 상기 제1 주파수 신호를 수신하는 제2 안테나, 상기 다운링크 송신기와 연결되고, 상기 제2 주파수 신호를 송신하는 제3 안테나 및 상기 다운링크 수신기와 연결되고, 상기 제2 주파수 신호를 수신하는 제4 안테나를 포함하며, 상기 복수의 광도파로는, 각각의 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호의 전송손실이 1 ~ 2dB가 되도록 길이와 폭을 결정하되, 일단이 상기 제1 안테나와 연결되고, 타단이 상기 제2 안테나와 연결되어 상기 제1 주파수 신호가 상기 일단에서 상기 타단으로 전송되도록 가이드하는 제1 광도파로 및 일단이 상기 제3 안테나와 연결되고, 타단이 상기 제4 안테나와 연결되어 상기 제2 주파수 신호가 상기 타단에서 상기 일단으로 전송되도록 가이드하는 제2 광도파로를 포함하고, 상기 제1 주파수 신호 및 상기 제2 주파수 신호는, 안테나의 크기 및 안테나와 광도파로의 커플링에 대한 상관관계를 고려하여 설정되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the millimeter wave bi-directional interconnect according to the present invention includes an uplink transmitter and receiver including an uplink transmitter for transmitting a first frequency signal in millimeter waves and a downlink receiver for receiving a second frequency signal in millimeter waves. An optical waveguide formed of a downlink transmission/reception unit and a plastic optical fiber including an uplink receiver for receiving a 1 frequency signal and a downlink transmitter for transmitting the second frequency signal, and connecting the uplink transmission/reception unit and the downlink transmission/reception unit An element, wherein the optical waveguide element is connected to one of the plurality of antennas at both ends and a plurality of antennas for transmitting and receiving the first frequency signal and the second frequency signal, and the first frequency signal and the first A plurality of optical waveguides for guiding transmission of two frequency signals, the plurality of antennas being connected to the uplink transmitter, a first antenna transmitting the first frequency signal, and the uplink receiver, A second antenna receiving the first frequency signal, a third antenna connected to the downlink transmitter, a third antenna transmitting the second frequency signal, and a downlink receiver, and receiving the second frequency signal It includes an antenna, the plurality of optical waveguides, the length and width are determined so that the transmission loss of each of the first frequency signal and the second frequency signal is 1 ~ 2dB, one end is connected to the first antenna, the other end The first optical waveguide and one end that is connected to the second antenna to guide the first frequency signal to be transmitted from the one end to the other end are connected to the third antenna, and the other end is connected to the fourth antenna to connect the first antenna. And a second optical waveguide guiding the second frequency signal to be transmitted from the other end to the one end, wherein the first frequency signal and the second frequency signal are correlated to the size of the antenna and the coupling between the antenna and the optical waveguide. It is characterized by being set in consideration of.

또한 상기 광도파로 소자는, 상기 복수의 안테나와 상기 복수의 광도파로가 커플링되면 2 ~ 3dB의 커플링 손실을 가지는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical waveguide device is characterized in that it has a coupling loss of 2-3 dB when the plurality of antennas and the plurality of optical waveguides are coupled.

또한 상기 광도파로 소자는, 상기 제1 주파수 신호 및 상기 제2 주파수 신호를 1 ~ 3m까지 전송하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical waveguide device, characterized in that for transmitting the first frequency signal and the second frequency signal to 1 ~ 3m.

또한 상기 광도파로 소자는, 상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호를 10 ~ 30Gbps의 전송속도로 전송하는 것을 특징으로 한다.In addition, the optical waveguide device, characterized in that for transmitting the first frequency signal and the second frequency signal at a transmission rate of 10 ~ 30Gbps.

본 발명에 따른 밀리미터파 양방향 인터커넥트용 광도파로 소자는 업링크 송신기와 연결되어 밀리미터파인 제1 주파수 신호를 송신하는 제1 안테나, 업링크 수신기와 연결되어 상기 제1 주파수 신호를 수신하는 제2 안테나, 다운링크 송신기와 연결되어 밀리미터파인 제2 주파수 신호를 송신하는 제3 안테나, 다운링크 수신기와 연결되어 상기 제2 주파수 신호를 수신하는 제4 안테나, 플라스틱 광섬유로 형성되고, 일단이 상기 제1 안테나와 연결되고, 타단이 상기 제2 안테나와 연결되어 상기 제1 주파수 신호가 상기 일단에서 상기 타단으로 전송되도록 가이드하는 제1 광도파로 및 플라스틱 광섬유로 형성되고, 일단이 상기 제3 안테나와 연결되고, 타단이 상기 제4 안테나와 연결되어 상기 제2 주파수 신호가 상기 타단에서 상기 일단으로 전송되도록 가이드하는 제2 광도파로를 포함하되, 상기 제1 광도파로 및 상기 제2 광도파로는, 각각의 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호의 전송손실이 1 ~ 2dB가 되도록 길이와 폭을 결정하고, 상기 제1 주파수 신호 및 상기 제2 주파수 신호는, 안테나의 크기 및 안테나와 광도파로의 커플링에 대한 상관관계를 고려하여 설정하는 것을 특징으로 한다.The optical waveguide element for a millimeter wave bidirectional interconnect according to the present invention is connected to an uplink transmitter to transmit a first frequency signal that is a millimeter wave, a second antenna connected to an uplink receiver to receive the first frequency signal, A third antenna connected to a downlink transmitter and transmitting a second frequency signal having a millimeter wave, a fourth antenna connected to a downlink receiver and receiving the second frequency signal, formed of a plastic optical fiber, and one end with the first antenna Is connected, the other end is connected to the second antenna is formed of a first optical waveguide and a plastic optical fiber to guide the first frequency signal is transmitted from the one end to the other end, one end is connected to the third antenna, the other end And a second optical waveguide connected to the fourth antenna and guiding the second frequency signal to be transmitted from the other end to the one end, wherein the first optical waveguide and the second optical waveguide each have a first frequency. The length and width are determined so that the transmission loss of the signal and the second frequency signal is 1 to 2 dB, and the first frequency signal and the second frequency signal are correlated to the size of the antenna and the coupling between the antenna and the optical waveguide. It is characterized by setting in consideration of.

본 발명에 따른 광도파로 소자 및 이를 이용한 밀리미터파 양방향 인터커넥트는 자유공간 상에서 밀리미터파 통신의 전송거리를 1m이상 전송하면서 1 ~ 2dB의 전송손실을 가질 수 있다.The optical waveguide device according to the present invention and the millimeter wave bidirectional interconnect using the same may have a transmission loss of 1 to 2 dB while transmitting a transmission distance of millimeter wave communication over 1 m in free space.

또한 저비용으로 자유공간 상에서 밀리미터 통신의 전송속도를 10Gbps 이상으로 전송할 수 있다.In addition, the transmission speed of millimeter communication can be transmitted over 10 Gbps in free space at low cost.

도 1은 본 발명에 따른 밀리미터파 양방향 인터커넥트를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 밀리미터파 양방향 인터커넥트를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 광도파로 소자를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 밀리미터파 양방향 인터커넥트의 송신기를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 밀리미터파 양방향 인터커넥트의 수신기를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5의 수신용 출력버퍼를 상세하게 설명하기 위한 도면이다.1 is a conceptual diagram for explaining a millimeter wave bidirectional interconnect according to the present invention.
2 is a view for explaining a millimeter wave bidirectional interconnect according to the present invention.
3 is a view for explaining an optical waveguide device according to the present invention.
4 is a diagram for explaining a transmitter of a millimeter wave bidirectional interconnect according to the present invention.
5 is a view for explaining a receiver of a millimeter wave bidirectional interconnect according to the present invention.
FIG. 6 is a view for explaining in detail the output buffer for reception of FIG. 5.

종래의 밀리미터파 통신은 밀리미터파 기술을 이용하여 무선채널로 밀리미터파를 전송하는 것이 일반적이었다. 이로 인해, 종래의 밀리미터파 통신은 자유공간 상에서 발생되는 높은 전송손실로 인해 전송거리가 크게 제한을 받았다.In the conventional millimeter wave communication, it is common to transmit millimeter waves through a wireless channel using millimeter wave technology. For this reason, the conventional millimeter wave communication is greatly limited in transmission distance due to high transmission loss generated in free space.

이에 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 연구 중 밀리미터파의 넓은 대역폭으로 높은 전송속도를 가질 수 있다는 점을 착안하여 발명되었다. 본 발명은 초고속 대용량 전송시스템이 필요로 하는 칩간 연결(chip-to-chip interconnect), 보드간 연결(board-to-board interconnet)에 적용될 수 있으며, 종래의 광통신 시스템에 비해 광소자 없이 시스템 구현이 가능하여 가격 경쟁력에서 우위를 점할 수 있다.Accordingly, the present invention was invented in view of the fact that in order to solve this problem, it is possible to have a high transmission rate with a wide bandwidth of millimeter wave. The present invention can be applied to a chip-to-chip interconnect and a board-to-board interconnet required by an ultra-high-speed large-capacity transmission system, and the system is implemented without an optical element compared to a conventional optical communication system. It is possible to dominate the price competitiveness.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 당업자에게 자명하거나 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. First, when adding reference numerals to the components of each drawing, it is noted that the same components have the same reference numerals as possible even though they are displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function is obvious to those skilled in the art or may obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

도 1은 본 발명에 따른 밀리미터파 양방향 인터커넥트를 설명하기 위한 개념도이고, 도 2는 본 발명에 따른 밀리미터파 양방향 인터커넥트를 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명에 따른 광도파로 소자를 설명하기 위한 도면이다.1 is a conceptual diagram for explaining a millimeter wave bidirectional interconnect according to the present invention, FIG. 2 is a diagram for explaining a millimeter wave bidirectional interconnect according to the present invention, and FIG. 3 is for explaining an optical waveguide device according to the present invention It is a drawing.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 밀리미터파 양방향 인터커넥트(이하, 인터커넥트라 함)(10)는 자유공간 상에서 밀리미터파 통신의 전송거리를 1m까지 전송되면서 1 ~ 2dB의 전송손실을 가진다. 또한 인터커넥트(10)는 저비용으로 자유공간 상에서 밀리미터 통신의 전송속도가 10Gbps 이상으로 전송된다. 인터커넥트(10)는 업링크 송수신부(100), 광도파로 소자(200) 및 다운링크 송수신부(300)을 포함한다. 1 to 3, the millimeter wave bidirectional interconnect (hereinafter referred to as interconnect) 10 has a transmission loss of 1 to 2 dB while transmitting a transmission distance of millimeter wave communication to 1 m in free space. In addition, the interconnect 10 transmits a millimeter communication transmission rate of 10 Gbps or more in free space at low cost. The interconnect 10 includes an uplink transmission/reception unit 100, an optical waveguide device 200, and a downlink transmission/reception unit 300.

업링크 송수신부(100)는 업링크 송신기(110) 및 다운링크 수신기(120)를 포함한다. The uplink transmission/reception unit 100 includes an uplink transmitter 110 and a downlink receiver 120.

업링크 송신기(110)는 밀리미터파인 제1 주파수 신호를 송신한다. 업링크 송신기(110)는 제1 발진기(111), 제1 업믹서(113) 및 제1 파워 증폭기(115)를 포함한다. 제1 발진기(111)는 제1 주파수를 가지는 제1 캐리어 신호를 발진한다. 제1 발진기(111)는 LC 타입의 전압제어발진기일 수 있다. 제1 업믹서(113)는 제1 베이스 밴드(base band) 신호를 제1 캐리어 신호에 싣는다. 즉, 제1 업믹서(113)는 제1 베이스 밴드 신호와 제1 캐리어 신호를 믹싱하여 제1 주파수 신호를 생성한다. 제1 주파수 신호는 제1 주파수를 가지며, 제1 베이스 밴드 신호를 포함한다. 제1 파워 증폭기(115)는 제1 주파수 신호가 송신될 수 있도록 증폭을 한다. 이 때, 제1 파워 증폭기(115)는 후술되는 제1 도플러 안테나(310)가 구동될 수 있도록 제1 주파수 신호를 증폭시킬 수 있다.The uplink transmitter 110 transmits a first frequency signal that is a millimeter wave. The uplink transmitter 110 includes a first oscillator 111, a first upmixer 113 and a first power amplifier 115. The first oscillator 111 oscillates a first carrier signal having a first frequency. The first oscillator 111 may be an LC type voltage controlled oscillator. The first upmixer 113 loads the first base band signal onto the first carrier signal. That is, the first upmixer 113 mixes the first baseband signal and the first carrier signal to generate a first frequency signal. The first frequency signal has a first frequency and includes a first base band signal. The first power amplifier 115 amplifies the first frequency signal to be transmitted. At this time, the first power amplifier 115 may amplify the first frequency signal so that the first Doppler antenna 310 described below can be driven.

다운링크 수신기(120)는 밀리미터파인 제2 주파수 신호를 수신한다. 다운링크 수신기(120)는 제1 저잡음 증폭기(121), 제1 주입경로(123), 제2 발진기(125), 제1 다운믹서(127) 및 제1 출력버퍼(129)를 포함한다. 제1 저잡음 증폭기(121)는 후술되는 제4 도플러 안테나(340)를 통해 수신된 제2 주파수 신호를 증폭한다. 이 때, 제1 저잡음 증폭기(121)는 제2 베이스 밴드 신호에 포함된 데이터를 증폭할 수 있다. 제1 저잡음 증폭기(121)의 출력은 제1 주입경로(123)를 통해 제2 발진기(125)로 입력된다. 이를 통해, 제2 발진기(125)는 제2 주파수를 가지는 제2 캐리어 신호를 빠르게 발진할 수 있다. 제2 발진기(125)는 LC 타입의 전압제어발진기일 수 있다. 제1 다운믹서(127)는 제2 주파수 신호에 포함된 제2 베이스 밴드 신호와 제2 캐리어 신호를 분리한다. 제1 출력버퍼(129)는 분리된 제2 베이스 밴드 신호를 출력이 될 수 있도록 변환 및 증폭을 한다. 바람직하게는, 제1 출력버퍼(129)는 신호처리가 용이한 전압신호로 제2 베이스 밴드 신호를 변환 및 증폭할 수 있다.The downlink receiver 120 receives a second frequency signal that is millimeter wave. The downlink receiver 120 includes a first low noise amplifier 121, a first injection path 123, a second oscillator 125, a first downmixer 127, and a first output buffer 129. The first low noise amplifier 121 amplifies the second frequency signal received through the fourth Doppler antenna 340 described below. At this time, the first low noise amplifier 121 may amplify data included in the second base band signal. The output of the first low noise amplifier 121 is input to the second oscillator 125 through the first injection path 123. Through this, the second oscillator 125 can rapidly oscillate the second carrier signal having the second frequency. The second oscillator 125 may be an LC type voltage controlled oscillator. The first downmixer 127 separates the second baseband signal and the second carrier signal included in the second frequency signal. The first output buffer 129 converts and amplifies the separated second baseband signal to be an output. Preferably, the first output buffer 129 can convert and amplify the second base band signal into a voltage signal that is easy to process.

다운링크 송수신부(200)는 다운링크 송신기(210) 및 업링크 수신기(220)를 포함한다.The downlink transmission/reception unit 200 includes a downlink transmitter 210 and an uplink receiver 220.

다운링크 송신기(210)는 밀리미터파인 제2 주파수 신호를 송신한다. 다운링크 송신기(210)는 제3 발진기(211), 제2 업믹서(213) 및 제2 파워 증폭기(215)를 포함한다. 제3 발진기(211)는 제2 주파수를 가지는 제2 캐리어 신호를 발진한다. 제3 발진기(211)는 LC 타입의 전압제어발진기일 수 있다. 여기서, 제2 주파수는 제1 주파수보다 낮은 주파수일 수 있다. 제2 업믹서(213)는 제2 베이스 밴드 신호를 제2 캐리어 신호에 싣는다. 즉, 제2 업믹서(213)는 제2 베이스 밴드 신호와 제2 캐리어 신호를 믹싱하여 제2 주파수 신호를 생성한다. 제2 주파수 신호는 제2 주파수를 가지며, 제2 베이스 밴드 신호를 포함한다. 제2 파워 증폭기(215)는 제2 주파수 신호가 송신될 수 있도록 증폭을 한다. 이 때, 제2 파워 증폭기(215)는 후술되는 제3 도플러 안테나(330)가 구동될 수 있도록 제2 주파수 신호를 증폭시킬 수 있다.The downlink transmitter 210 transmits a second frequency signal, which is a millimeter wave. The downlink transmitter 210 includes a third oscillator 211, a second upmixer 213, and a second power amplifier 215. The third oscillator 211 oscillates the second carrier signal having the second frequency. The third oscillator 211 may be an LC type voltage controlled oscillator. Here, the second frequency may be a frequency lower than the first frequency. The second upmixer 213 loads the second base band signal onto the second carrier signal. That is, the second upmixer 213 mixes the second baseband signal and the second carrier signal to generate a second frequency signal. The second frequency signal has a second frequency and includes a second base band signal. The second power amplifier 215 amplifies the second frequency signal to be transmitted. At this time, the second power amplifier 215 may amplify the second frequency signal so that the third Doppler antenna 330 described below can be driven.

업링크 수신기(220)는 밀리미터파인 제1 주파수 신호를 수신한다. 업링크 수신기(220)는 제2 저잡음 증폭기(221), 제2 주입경로(223), 제4 발진기(225), 제2 다운믹서(227) 및 제2 출력버퍼(229)를 포함한다. 제2 저잡음 증폭기(221)는 후술되는 제2 도플러 안테나(320)를 통해 수신된 제1 주파수 신호를 증폭한다. 이 때, 제2 저잡음 증폭기(221)는 제1 베이스 밴드 신호에 포함된 데이터를 증폭할 수 있다. 제2 저잡음 증폭기(221)의 출력은 제2 주입경로(223)를 통해 제4 발진기(225)로 입력된다. 이를 통해, 제4 발진기(225)는 제1 주파수를 가지는 제1 캐리어 신호를 빠르게 발진할 수 있다. 제4 발진기(225)는 LC 타입의 전압제어발진기일 수 있다. 제2 다운믹서(227)는 제1 주파수 신호에 포함된 제1 베이스 밴드 신호와 제1 캐리어 신호를 분리한다. 제2 출력버퍼(229)는 분리된 제1 베이스 밴드 신호를 출력이 될 수 있도록 변환 및 증폭을 한다. 바람직하게는, 제2 출력버퍼(229)는 신호처리가 용이한 전압신호로 제1 베이스 밴드 신호를 변환 및 증폭할 수 있다.The uplink receiver 220 receives a first frequency signal that is millimeter wave. The uplink receiver 220 includes a second low noise amplifier 221, a second injection path 223, a fourth oscillator 225, a second downmixer 227 and a second output buffer 229. The second low noise amplifier 221 amplifies the first frequency signal received through the second Doppler antenna 320 described below. At this time, the second low noise amplifier 221 may amplify data included in the first base band signal. The output of the second low noise amplifier 221 is input to the fourth oscillator 225 through the second injection path 223. Through this, the fourth oscillator 225 can rapidly oscillate the first carrier signal having the first frequency. The fourth oscillator 225 may be an LC type voltage controlled oscillator. The second downmixer 227 separates the first baseband signal and the first carrier signal included in the first frequency signal. The second output buffer 229 converts and amplifies the separated first baseband signal to be output. Preferably, the second output buffer 229 can convert and amplify the first base band signal into a voltage signal that is easy to process.

광도파로 소자(300)는 업링크 송수신부(100) 및 다운링크 송수신부(200)를 연결한다. 광도파로 소자(300)는 플라스틱 광섬유를 이용하여 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호를 송수신한다. 광도파로 소자(300)는 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호의 송수신을 하는 복수의 안테나와 양단에 복수의 안테나 중 하나씩과 연결되고, 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호의 전송을 가이드하는 복수의 광도파로를 포함한다. 여기서, 안테나는 도플러 안테나일 수 있고, 광도파로는 플라스틱 광도파로일 수 있다. 이 때, 광도파로는 플라스틱 광도파로를 사용함에 따라 안테나와의 커플리에서 발생되는 손실을 2 ~ 3dB로 낮출 수 있다.The optical waveguide device 300 connects the uplink transmission/reception unit 100 and the downlink transmission/reception unit 200. The optical waveguide device 300 transmits and receives a first frequency signal and a second frequency signal using plastic optical fibers. The optical waveguide device 300 is connected to a plurality of antennas for transmitting and receiving a first frequency signal and a second frequency signal, and one of a plurality of antennas at both ends, and a plurality of guides for transmitting the first frequency signal and the second frequency signal Includes an optical waveguide. Here, the antenna may be a Doppler antenna, and the optical waveguide may be a plastic optical waveguide. At this time, as the optical waveguide uses a plastic optical waveguide, the loss generated in the coupler with the antenna can be reduced to 2 to 3 dB.

보다 상세하게는, 광도파로 소자(300)는 4개의 안테나(310, 320, 330, 340) 및 2개의 광도파로(350, 360)를 포함한다. 즉, 광도파로 소자(300)는 업링크 송신기(110)와 연결되고, 제1 주파수 신호를 송신하는 제1 안테나(310), 업링크 수신기(220)와 연결되고, 제1 주파수 신호를 수신하는 제2 안테나(320), 다운링크 송신기(210)와 연결되고, 제2 주파수 신호를 송신하는 제3 안테나(330) 및 다운링크 수신기(120)와 연결되고, 제2 주파수 신호를 수신하는 제4 안테나(340)를 포함한다. 또한 광도파로 소자(300)는 일단이 제1 안테나(310)와 연결되고, 타단이 제2 안테나(320)와 연결되어 제1 주파수 신호의 전송을 가이드하는 제1 광도파로(350) 및 일단이 제3 안테나(330)와 연결되고, 타단이 제4 안테나(340)와 연결되어 제2 주파수 신호의 전송을 가이드하는 제2 광도파로(360)를 포함한다. More specifically, the optical waveguide element 300 includes four antennas 310, 320, 330, and 340 and two optical waveguides 350, 360. That is, the optical waveguide element 300 is connected to the uplink transmitter 110, the first antenna 310 for transmitting the first frequency signal, and the uplink receiver 220, for receiving the first frequency signal The fourth antenna is connected to the second antenna 320, the downlink transmitter 210, the third antenna 330 transmitting the second frequency signal, and the downlink receiver 120, and receiving the second frequency signal. It includes an antenna 340. In addition, the optical waveguide device 300 has one end connected to the first antenna 310, the other end is connected to the second antenna 320, the first optical waveguide 350 and one end to guide the transmission of the first frequency signal The second optical waveguide 360 is connected to the third antenna 330 and the other end is connected to the fourth antenna 340 to guide transmission of the second frequency signal.

여기서, 일반적으로 안테나는 주파수가 높을수록 크기가 작아지고, 광도파로와의 커플링 시에 어려움을 가지게 되지만 신호가 광도파로에서 전송될 때 높은 주파수일수록 낮은 손실을 가지게 된다. 따라서, 본 발명은 안테나의 크기 및 안테나와 광도파로의 커플링에 대한 상관관계를 고려하여 제1 주파수 및 제2 주파수를 설정할 수 있다. 또한 제1 광도파로(250) 및 제2 광도파로(260)는 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호의 전송손실이 최소가 되도록 길이와 폭을 결정할 수 있다.Here, in general, the higher the frequency, the smaller the size, and has difficulty in coupling with the optical waveguide, but the higher the frequency when the signal is transmitted in the optical waveguide, the lower the loss. Accordingly, the present invention can set the first frequency and the second frequency in consideration of the size of the antenna and the correlation between the antenna and the coupling of the optical waveguide. In addition, the first optical waveguide 250 and the second optical waveguide 260 may determine length and width such that transmission loss between the first frequency signal and the second frequency signal is minimized.

이를 통해, 광도파로 소자(300)는 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호를 10Gbps 이상의 전송속도로 전송 가능하고, 1m 이상의 전송거리로 전송 가능하며, 바람직하게는 10 ~ 30Gbps의 전송속도로 전송하고, 1 ~ 3m의 전송거리를 전송할 수 있다. 또한 광도파로 소자(300)는 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호의 전송에서 발생되는 전송손실을 1 ~ 2dB로 낮출 수 있다.Through this, the optical waveguide device 300 is capable of transmitting the first frequency signal and the second frequency signal at a transmission rate of 10 Gbps or more, and is capable of transmitting at a transmission distance of 1 m or more, preferably at a transmission rate of 10 to 30 Gbps, , 1 ~ 3m transmission distance can be transmitted. In addition, the optical waveguide device 300 may reduce transmission loss caused by transmission of the first frequency signal and the second frequency signal to 1 to 2 dB.

도 4는 본 발명에 따른 밀리미터파 양방향 인터커넥트의 송신기를 설명하기 위한 도면이다.4 is a diagram for explaining a transmitter of a millimeter wave bidirectional interconnect according to the present invention.

도 4를 참조하면, 광도파로를 기반으로 인터커넥트(10)는 업링크와 다운링크 송신기를 공통적인 회로를 사용할 수 있다. 즉, 인터커넥트의 송신기(400)는 송신용 발진기(410), 송신용 업믹서(420) 및 송신용 파워 증폭기(430)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the interconnect 10 may use a common circuit for the uplink and downlink transmitters based on the optical waveguide. That is, the transmitter 400 of the interconnect includes an oscillator 410 for transmission, an upmixer 420 for transmission, and a power amplifier 430 for transmission.

송신용 발진기(410)는 LC타입의 전압제어 발진기가 사용하여 구성되며, 아날로그 제어신호(Vtune)을 통해 주파수 튜닝이 가능하다. 송신용 업믹서(420)는 밸룬(balun)을 사용하여 구성되며, 업링크와 다운링크에 모두 적용 가능하다. 여기서, 업링크와 다운링크의 공통적인 회로도를 구현하기 위해, 아래쪽 밸룬(421)은 다운링크, 즉 제1 주파수 신호보다 상대적으로 주파수가 낮은 제2 주파수 신호에만 적용한다. 최종단의 송신용 파워 증폭기(430)는 일반적인 밀리미터파 파워 증폭기를 사용하여 구성되며, 자유공간 상의 밀리미터파 송신기에 비해 낮은 파워이득을 가져도 무방하다.The transmission oscillator 410 is configured using an LC type voltage controlled oscillator, and frequency tuning is possible through an analog control signal V tune . The upmixer 420 for transmission is configured using a balun, and is applicable to both uplink and downlink. Here, in order to implement a common circuit diagram of the uplink and the downlink, the lower balloon 421 is applied only to the downlink, that is, the second frequency signal having a relatively lower frequency than the first frequency signal. The final power amplifier for transmission 430 is constructed using a general millimeter wave power amplifier, and may have a lower power gain than a millimeter wave transmitter in free space.

도 5는 본 발명에 따른 밀리미터파 양방향 인터커넥트의 수신기를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 5의 수신용 출력버퍼를 상세하게 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining a receiver of a millimeter wave bidirectional interconnect according to the present invention, and FIG. 6 is a view for explaining in detail the output buffer for reception of FIG. 5.

도 5 및 도 6을 참조하면, 광도파로를 기반으로 업링크와 다운링크 수신기를 공통적인 회로를 사용할 수 있다. 즉, 인터커넥트의 수신기(500)는 수신용 저잡음 증폭기(510), 수신용 주입경로(520), 수신용 발진기(530), 수신용 다운믹서(540), 수신용 DC 오프셋(550) 및 수신용 출력버퍼(560)를 포함한다.5 and 6, a common circuit may be used for the uplink and downlink receivers based on the optical waveguide. That is, the receiver 500 of the interconnect includes a low noise amplifier 510 for reception, an injection path 520 for reception, an oscillator 530 for reception, a downmixer 540 for reception, a DC offset 550 for reception, and reception. It includes an output buffer 560.

수신용 저잡음 증폭기(510)는 입력된 제1 주파수 신호 또는 제2 주파수 신호를 증폭을 한다. 수신용 발진기(530)는 LC타입의 전압제어발진기를 사용하여 구성하며, 아날로그 및 디지털 제어신호로 모두 제어가 가능하다. 이 때, 수신기는 송신기와 다르게 송신기와 같은 주파수로 미세하게 튜닝이 필요하다. 따라서, 별도로 수신용 주입경로(529)를 구비하여 수신용 저잡음 증폭기(510)를 통해 입력된 신호의 주파수 정보를 수신용 발진기(530)에 전달한다. 수신용 다운믹서(540)는 다운컨버젼(down conversion)된 베이스 밴드 신호를 차동신호간 DC 오프셋 에러를 동반하게 됨으로 네거티브 피드백(negative feedback)을 통해 이를 보상하는 수신용 DC 오프셋(550)을 구비하여 보상을 한다. 따라서, 수신용 다운믹서(540)의 출력 전류는 수신용 출력버퍼(560)을 통해 신호처리가 용이한 전압신호로 변환 및 증폭되어 수신측에 전달된다.The reception low-noise amplifier 510 amplifies the input first frequency signal or second frequency signal. The receiving oscillator 530 is configured using an LC type voltage control oscillator, and can be controlled by both analog and digital control signals. At this time, the receiver needs to be finely tuned to the same frequency as the transmitter unlike the transmitter. Accordingly, a separate injection path 529 for receiving is provided to transmit frequency information of the signal input through the low-noise amplifier 510 for receiving to the receiving oscillator 530. The downmixer 540 for receiving is equipped with a DC offset 550 for receiving, which compensates for the down-converted baseband signal by accommodating a DC offset error between the differential signals through negative feedback. Reward. Accordingly, the output current of the downmixer 540 for reception is converted and amplified into a voltage signal that is easy to process through the output buffer 560 for reception, and is transmitted to the receiving side.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific preferred embodiments described above, and the present invention belongs to the technical field to which the present invention pertains without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, various modifications can be made to anyone skilled in the art, and such changes are within the scope of the claims.

10: 인터커넥트 100: 업링크 송수신부
110: 업링크 송신기 111: 제1 발진기
113: 제1 업믹서 115: 제1 파워 증폭기
120: 다운링크 수신기 121: 제1 저잡음 증폭기
123: 제1 주입경로 125: 제2 발진기
127: 제1 다운믹서 129: 제1 출력버퍼
200: 다운링크 송수신부 210: 다운링크 송신기
211: 제3 발진기 213: 제2 업믹서
215: 제2 파워 증폭기 220: 업링크 수신기
221: 제2 저잡음 증폭기 223: 제2 주입경로
225: 제4 발진기 227: 제2 다운믹서
229: 제2 출력버퍼 300: 광도파로 소자
310: 제1 안테나 320: 제2 안테나
330: 제3 안테나 340: 제4 안테나
350: 제1 광도파로 360: 제2 광도파로
400: 인터커넥트의 송신기 410: 송신용 발진기
420: 송신용 업믹서 421: 밸룬
430: 송신용 파워 증폭기 500: 인터커넥트의 수신기
510: 수신용 저잡음 증폭기 520: 수신용 주입경로
530: 수신용 발진기 540: 수신용 다운믹서
550: 수신용 DC 오프셋 560: 수신용 출력버퍼10: interconnect 100: uplink transceiver
110: uplink transmitter 111: first oscillator
113: first upmixer 115: first power amplifier
120: downlink receiver 121: first low noise amplifier
123: first injection path 125: second oscillator
127: first downmixer 129: first output buffer
200: downlink transceiver 210: downlink transmitter
211: 3rd oscillator 213: 2nd upmixer
215: second power amplifier 220: uplink receiver
221: second low noise amplifier 223: second injection path
225: 4th oscillator 227: 2nd downmixer
229: second output buffer 300: optical waveguide device
310: first antenna 320: second antenna
330: third antenna 340: fourth antenna
350: first optical waveguide 360: second optical waveguide
400: transmitter of interconnect 410: oscillator for transmission
420: transmission upmixer 421: Balun
430: transmit power amplifier 500: interconnect receiver
510: receiving low noise amplifier 520: receiving injection path
530: receiving oscillator 540: receiving down mixer
550: DC offset for reception 560: Output buffer for reception

Claims (5)

밀리미터파인 제1 주파수 신호를 송신하는 업링크 송신기와 밀리미터파인 제2 주파수 신호를 수신하는 다운링크 수신기를 포함하는 업링크 송수신부;
상기 제1 주파수 신호를 수신하는 업링크 수신기와 상기 제2 주파수 신호를 송신하는 다운링크 송신기를 포함하는 다운링크 송수신부; 및
플라스틱 광섬유로 형성되고, 상기 업링크 송수신부 및 상기 다운링크 송수신부를 연결하는 광도파로 소자;를 포함하고,
상기 광도파로 소자는,
상기 제1 주파수 신호 및 상기 제2 주파수 신호의 송수신을 하는 복수의 안테나; 및
양단에 상기 복수의 안테나 중 하나씩과 연결되고, 상기 제1 주파수 신호 및 상기 제2 주파수 신호의 전송을 가이드하는 복수의 광도파로;를 포함하고,
상기 복수의 안테나는,
상기 업링크 송신기와 연결되고, 상기 제1 주파수 신호를 송신하는 제1 안테나;
상기 업링크 수신기와 연결되고, 상기 제1 주파수 신호를 수신하는 제2 안테나;
상기 다운링크 송신기와 연결되고, 상기 제2 주파수 신호를 송신하는 제3 안테나; 및
상기 다운링크 수신기와 연결되고, 상기 제2 주파수 신호를 수신하는 제4 안테나;를 포함하며,
상기 복수의 광도파로는,
각각의 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호의 전송손실이 1 ~ 2dB가 되도록 길이와 폭을 결정하되,
일단이 상기 제1 안테나와 연결되고, 타단이 상기 제2 안테나와 연결되어 상기 제1 주파수 신호가 상기 일단에서 상기 타단으로 전송되도록 가이드하는 제1 광도파로; 및
일단이 상기 제3 안테나와 연결되고, 타단이 상기 제4 안테나와 연결되어 상기 제2 주파수 신호가 상기 타단에서 상기 일단으로 전송되도록 가이드하는 제2 광도파로;를 포함하고,
상기 제1 주파수 신호 및 상기 제2 주파수 신호는,
안테나의 크기 및 안테나와 광도파로의 커플링에 대한 상관관계를 고려하여 설정되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 양방향 인터커넥트.An uplink transmitting and receiving unit including an uplink transmitter for transmitting a millimeter wave first frequency signal and a downlink receiver for receiving a millimeter wave second frequency signal;
A downlink transmission/reception unit including an uplink receiver that receives the first frequency signal and a downlink transmitter that transmits the second frequency signal; And
It is formed of a plastic optical fiber, and an optical waveguide element for connecting the uplink transceiver and the downlink transceiver, including;
The optical waveguide device,
A plurality of antennas for transmitting and receiving the first frequency signal and the second frequency signal; And
It is connected to one of the plurality of antennas at both ends, a plurality of optical waveguides for guiding the transmission of the first frequency signal and the second frequency signal; includes,
The plurality of antennas,
A first antenna connected to the uplink transmitter and transmitting the first frequency signal;
A second antenna connected to the uplink receiver and receiving the first frequency signal;
A third antenna connected to the downlink transmitter and transmitting the second frequency signal; And
And a fourth antenna connected to the downlink receiver and receiving the second frequency signal.
The plurality of optical waveguides,
Determine the length and width so that the transmission loss of each of the first frequency signal and the second frequency signal is 1 ~ 2dB,
A first optical waveguide having one end connected to the first antenna and the other end connected to the second antenna to guide the first frequency signal to be transmitted from the one end to the other end; And
It includes; a second optical waveguide that one end is connected to the third antenna and the other end is connected to the fourth antenna to guide the second frequency signal to be transmitted from the other end to the one end.
The first frequency signal and the second frequency signal,
A millimeter wave bidirectional interconnect characterized by being set in consideration of the size of the antenna and the correlation between the antenna and the coupling of the optical waveguide. 제1항에 있어서,
상기 광도파로 소자는,
상기 복수의 안테나와 상기 복수의 광도파로가 커플링되면 2 ~ 3dB의 커플링 손실을 가지는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 양방향 인터커넥트.According to claim 1,
The optical waveguide device,
When the plurality of antennas and the plurality of optical waveguides are coupled, a millimeter wave bidirectional interconnect characterized by having a coupling loss of 2-3 dB. 제 1항에 있어서,
상기 광도파로 소자는,
상기 제1 주파수 신호 및 상기 제2 주파수 신호를 1 ~ 3m까지 전송하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 양방향 인터커넥트. According to claim 1,
The optical waveguide device,
Millimeter wave bi-directional interconnect, characterized in that the first frequency signal and the second frequency signal is transmitted to 1 to 3m. 제 1항에 있어서,
상기 광도파로 소자는,
상기 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호를 10 ~ 30Gbps의 전송속도로 전송하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 양방향 인터커넥트.According to claim 1,
The optical waveguide device,
Millimeter-wave bidirectional interconnect, characterized in that the first frequency signal and the second frequency signal are transmitted at a transmission speed of 10 to 30 Gbps. 업링크 송신기와 연결되어 밀리미터파인 제1 주파수 신호를 송신하는 제1 안테나;
업링크 수신기와 연결되어 상기 제1 주파수 신호를 수신하는 제2 안테나;
다운링크 송신기와 연결되어 밀리미터파인 제2 주파수 신호를 송신하는 제3 안테나;
다운링크 수신기와 연결되어 상기 제2 주파수 신호를 수신하는 제4 안테나;
플라스틱 광섬유로 형성되고, 일단이 상기 제1 안테나와 연결되고, 타단이 상기 제2 안테나와 연결되어 상기 제1 주파수 신호가 상기 일단에서 상기 타단으로 전송되도록 가이드하는 제1 광도파로; 및
플라스틱 광섬유로 형성되고, 일단이 상기 제3 안테나와 연결되고, 타단이 상기 제4 안테나와 연결되어 상기 제2 주파수 신호가 상기 타단에서 상기 일단으로 전송되도록 가이드하는 제2 광도파로;를 포함하되,
상기 제1 광도파로 및 상기 제2 광도파로는,
각각의 제1 주파수 신호 및 제2 주파수 신호의 전송손실이 1 ~ 2dB가 되도록 길이와 폭을 결정하고,
상기 제1 주파수 신호 및 상기 제2 주파수 신호는,
안테나의 크기 및 안테나와 광도파로의 커플링에 대한 상관관계를 고려하여 설정하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 양방향 인터커넥트용 광도파로 소자.A first antenna connected to the uplink transmitter and transmitting a first frequency signal having a millimeter wave;
A second antenna connected to an uplink receiver to receive the first frequency signal;
A third antenna connected to the downlink transmitter and transmitting a second frequency signal having a millimeter wave;
A fourth antenna connected to a downlink receiver to receive the second frequency signal;
A first optical waveguide formed of a plastic optical fiber, one end connected to the first antenna, and the other end connected to the second antenna to guide the first frequency signal to be transmitted from the one end to the other end; And
It is formed of a plastic optical fiber, one end is connected to the third antenna, the other end is connected to the fourth antenna to guide the second frequency signal to be transmitted from the other end to the one end; includes,
The first optical waveguide and the second optical waveguide,
Determine the length and width so that the transmission loss of each of the first frequency signal and the second frequency signal is 1 ~ 2dB,
The first frequency signal and the second frequency signal,
An optical waveguide device for a millimeter wave bidirectional interconnect, characterized in that it is set in consideration of a correlation between the size of the antenna and the coupling between the antenna and the optical waveguide.
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KR20130132538A (en) 2010-12-17 2013-12-04 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 Periodic near field directors (pnfd) for short-range milli-meter-wave-wireless-interconnect (m2w2-interconnect)

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