TWI715962B - 用於電磁波信號之傳輸的波導 - Google Patents

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Abstract

根據本發明之一項態樣，提供有一種用於傳輸電磁波信號之波導，其包含：一第一介電部分，其包含一介電質；一導體部分，其覆蓋該第一介電部分之一部分；以及一第二介電部分，其環繞該第一介電部分及該導體部分。

Description

用於電磁波信號之傳輸的波導
相關申請案交互參照
本申請案係2019年4月8日提出申請之專利合作條約(PCT)國際申請案第PCT/KR2019/004149號之延續案，其主張2018年4月6日提出申請之韓國專利申請案第10-2018-0040476號之優先權。PCT國際申請案第PCT/KR2019/004149號及韓國專利申請案第10-2018-0040476號之完整內容特此係以參考方式併入本文。
本發明係有關於用於傳輸電磁波信號之波導。
隨著資料流量快速增加，連接諸積體電路之I/O匯流排之資料傳送/接收速度也跟著快速提升。在過去數十年中，具有高成本及電力效率之導體式互連(例如：銅線)已廣泛應用於有線通訊系統。然而，由於電磁感應所造成之集膚效應，此類導體式互連在通道頻寬方面具備固有限制。
同時，已將具有高資料傳送/接收速度之光學式互連引進，並且廣泛用作為導體式互連之一替代方案。然而，光學式互連具有限制，因為其無法完全取代導體式互連，理由在於其安裝及維護成本非常高。
最近，已引進一種新型互連，其包含由介電質所組成之一波導。由於這種新型互連(所謂的電子管)兼具金屬與介電質兩者之優點，因此其具有高成本及電力效率，並且能夠在一短距內實現高速資料通訊。因此，其作為可用於晶片對晶片通訊之一互連而成為人們關注之焦點。
然而，即便使用一習知介電波導，仍存在一群延遲因一非線性相位響應而有一大變化或變異、或由於提升一資料轉移速率(或頻寬)而造成位元錯誤之一問題。
關於這點，本案發明人針對一新穎及發明性波導介紹一種技術，其可減輕相位響應之非線性度，並且防止一高速資料通訊環境中發生位元錯誤。
本發明之一個目的是要解決所有上述問題。
本發明之另一目的是要提供一種波導，其包含一第一介電部分、一導體部分、以及一第二介電部分，其中該導體部分覆蓋該第一介電部分之一部分，並且該第二介電部分環繞該第一介電部分及該導體部分之全部，以使得介電質-導體邊界條件及介電質-介電質邊界條件兩者都作為套用於透過該波導傳輸之一信號的邊界條件而存在。
下文說明實現以上目的之本發明之代表性組態。
根據本發明之一項態樣，提供有一種用於傳輸電磁波信號之波導，其包含：一第一介電部分，其包含一介電質；一導體部分，其覆蓋該第一介電部分之一部分；以及一第二介電部分，其環繞該第一介電部分及該導體部分。
另外，更提供有用以實施本發明之其他波導。
根據本發明，介電質-導體邊界條件及介電質-介電質邊界條件兩者都可作為套用於透過一波導傳輸之一信號的邊界條件而存在，以使得可提升透過該波導傳輸之信號中出現之相位響應之線性度。
根據本發明，有可能減輕使用一波導之通訊中之相位響應之非線性度，以使得可降低一群延遲隨著一頻率變化之變化程度。
根據本發明，有可能經由一波導施作一非彌散信號傳輸通道，以使得可降低符號間干擾(ISI)，並且可大幅降低隨著一資料轉移速率提升而發生位元錯誤之頻率。
在以下本發明之詳細說明中，請參照附圖，其以例示方式展示可實踐本發明之特定實施例。這些實施例係經充分詳細說明而使得所屬技術領域中具有通常知識者能夠實踐本發明。要瞭解的是，本發明之各種實施例雖然彼此不同，仍不必然互斥。舉例而言，本文中所述之特定形狀、結構及特性可透過將一項實施例修改為另一實施例來實施而不脫離本發明之精神及範疇。再者，應瞭解的是，亦可修改各所揭示實施例內個別元件之位置或布置結構而不脫離本發明之精神及範疇。因此，以下詳細說明並非一限制概念，並且若經適當地說明，本發明之範疇僅受限於隨附申請專利範圍及其所有均等論述。在圖式中，數個視圖各處相似的參考符號意指為相同或類似功能。
下文將參照附圖詳細說明本發明之較佳實施例，以使所屬技術領域中具有通常知識者能夠輕易地實施本發明。 波導之組態
下文將論述對於實施本發明至關重要之一波導的內部組態、以及其各別組件之功能。
圖1根據先前技術，說明性地展示一波導之組態。
請參照圖1，根據先前技術之波導可包含一介電核心11、以及環繞介電核心11之導體包層12。
當根據先前技術使用波導傳輸信號時，可能引起下列問題：一群延遲因一非線性相位響應而造成一大變化、以及出現位元錯誤之頻率隨著一實際通訊環境中一資料轉移速率提升而增大。
圖2根據本發明之一項實施例，說明性地展示一波導之組態。
請參照圖2，根據本發明之一項實施例之一波導100可包含：包含一介電質之一第一介電部分110；將第一介電部分110之一部分覆蓋之一導體部分120；以及環繞第一介電部分110及導體部分120之一第二介電部分130。在這裡，根據本發明之一項實施例，第一介電部分110及第二介電部分130中所包括之介電質可具有不同介電係數。
具體而言，根據本發明之一項實施例，可形成導體部分120以覆蓋第一介電部分110之複數個外表面其中一些。
更具體而言，根據本發明之一項實施例，第一介電部分110、導體部分120及第二介電部分130之中央軸可彼此重合。
舉例而言，如圖2所示，第一介電部分110之形式可以是一矩形核心，並且導體部分120之形式可以是將形式為該矩形核心之第一介電部分110之四個表面中之兩個表面(即上表面及下表面)覆蓋之一包層，而第二介電部分130之形式可以是將第一介電部分110及導體部分120全都環繞之一矩形護套，正如根據本發明之一項實施例從沿著與波導100之長度垂直之一方向切割之一截面所見。
然而，請注意，根據本發明之波導100之內部組態或形狀不必然受限於以上所述，並且只要可實現本發明之目的便可加以變更而沒有限制。
圖3A及3B根據本發明之另一實施例，說明性地展示波導之組態。
首先，請參照圖3A，以根據本發明之另一實施例之一波導200來說明，一第一介電部分210之形式可以是一矩形核心，並且一導體部分220之形式可以是將形式為該矩形核心之第一介電部分210之四個表面中之三個表面(即上表面、下表面及左表面)覆蓋之一包層，而一第二介電部分230之形式可以是將第一介電部分210及導體部分220全都環繞之一矩形護套。
其次，請參照圖3B，以根據本發明之另一實施例之一波導300來說明，一第一介電部分310之形式可以是一圓形核心，並且一導體部分320之形式可以是將形式為該圓形核心之第一介電部分310之一外表面之一部分(對應於繞著中央軸之預定角度)覆蓋之一包層，而一第二介電部分330之形式可以是將第一介電部分310及導體部分320全都環繞之一環形護套。
同時，根據本發明之又另一實施例，可假設單一纜線中包括複數個波導。即使在這種狀況中，亦可形成使得介電質-介電質邊界條件及介電質-導體邊界條件兩者都存在之波導。
圖7A及7B根據本發明之又另一實施例，說明性地展示波導之組態。
首先，請參照圖7A，以根據本發明之又另一實施例之一波導700來說明，一第一介電部分710之形式可以是一矩形核心，並且一導體部分720之形式可以是將形式為該矩形核心之第一介電部分710之四個表面中之三個表面(即上表面、下表面及左表面)覆蓋之一包層，而兩個各包含第一介電部分710及導體部分720之波導單元則可予以彼此相鄰設置，並且一第二介電部分730之形式可以是將這兩個各包含第一介電部分710及導體部分720之波導單元全都環繞之一矩形護套。
其次，請參照圖7B，以根據本發明之又另一實施例之一波導800來說明，一第一介電部分810之形式可以是一矩形核心，並且一導體部分820之形式可以是將形式為該矩形核心之第一介電部分810之四個表面中之三個表面(即上表面、下表面及左表面)覆蓋之一包層，而複數個各包含第一介電部分810及導體部分820之波導單元則可採用一預定布置結構予以設置，並且一第二介電部分830之形式可以是將這複數個各包含第一介電部分810及導體部分820之波導單元全都環繞之一矩形護套。
也就是說，如圖7A及7B所示，以根據本發明又另一實施例之波導來說明，即使單一纜線護套中包括複數個波導單元，這複數個波導單元之各者中仍可存在介電質-介電質邊界條件及介電質-導體邊界條件。
同時，根據本發明之一項實施例，導體部分120可由具有導電性之一材料所組成。舉例而言，根據本發明之一項實施例之導體部分120可由諸如銅(Cu)等傳統上廣泛使用之一金屬材料所組成，或可由諸如石墨烯之一非金屬材料所組成。
同時，根據本發明之一項實施例，第一介電部分110之介電係數可大於或小於第二介電部分130之介電係數。舉例而言，第一介電部分110可由介電常數約為2.0之聚四氟乙烯所組成，並且第二介電部分130可由介電常數約為1.2之聚乙烯所組成。再者，舉另一例而言，第一介電部分110可由介電常數約為1.0之空氣所組成，並且第二介電部分130可由介電常數約為2.0之聚四氟乙烯所組成。反言之，第一介電部分110可由聚四氟乙烯所組成，並且第二介電部分130可由空氣所組成。
因此，根據本發明之一項實施例，透過波導100傳輸之一信號(即一電磁波)不僅可沿著介於第一介電部分110與導體部分120之間的一邊界受導引，還可沿著介於所具介電係數不同之第一介電部分110與第二介電部分130之間的一邊界受導引。也就是說，由於以根據本發明之一項實施例之波導100來說明，介電質-導體邊界條件及介電質-介電質邊界條件兩者都可存在，因此經由波導在信號傳輸通道中發生之相位響應之線性度可大幅提升，從而可大幅降低一群延遲隨著一頻率變化而改變(或彌散)之程度。再者，由於以根據本發明之一項實施例之波導100來說明，可施作一非彌散信號傳輸通道，因此可降低符號間干擾(ISI)，並且即使一資料轉移速率提升，仍不會發生位元錯誤。下文將詳細論述該群延遲。
圖4及5展示如何估計根據先前技術之一波導中可能發生之一群延遲、以及根據本發明之一項實施例之一波導中可能發生之一群延遲。
首先，請參照圖4，以根據先前技術之波導(即包含介電核心11、及將介電核心11全都環繞之導體包層12的波導)來說明，可估計該群延遲受一頻率ω之一變化所影響(亦即，該群延遲隨著該頻率變化而改變)。
其次，請參照圖5，以根據本發明之一項實施例之波導(即，包含第一介電部分110、將第一介電部分110之一部分覆蓋之導體部分120、以及將第一介電部分110及導體部分120全都環繞之第二介電部分130的波導)來說明，可假設該群延遲不受一頻率ω之一變化所影響(亦即，即使該頻率有變化，該群延遲仍幾乎不變)。
圖6A及6B展示測試結果，其中一群延遲係針對根據本發明使用一波導、及根據先前技術使用一波導傳送/接收信號之各種狀況來測量。
首先，請參照圖6A中所示之一S21曲線圖，可看出，在針對根據本發明之一項實施例之波導(即，包含第一介電部分110、將第一介電部分110之一部分覆蓋之導體部分120、以及將第一介電部分110及導體部分120全都環繞之第二介電部分130的波導) (更具體而言，具有一如圖3A所示結構之波導)所得之測試結果610、以及針對根據先前技術之波導(即包含介電核心11、及將介電核心11全都環繞之導體包層12的波導)所得之測試結果620中，上拐角頻率或上截止頻率實質相同。
其次，請參照圖6B所示之一群延遲曲線圖，運用根據先前技術之波導時，可能發生非線性相位響應，其可根據經由波導之一信號傳輸通道中一頻率之一變化而提升一群延遲之變化程度。實際上，請參照圖6B，在針對根據先前技術之波導所得之一測試結果620中，可看出，該群延遲隨著頻率在曲線圖裡之頻帶中變化而改變之程度相對較大。
請再參照圖6B所示之群延遲曲線圖，運用根據本發明之波導時，可降低相位響應之非線性度，其可根據經由波導之一信號傳輸通道中一頻率之一變化而大幅降低一群延遲之變化程度。實際上，請參照圖6B，在針對根據本發明之波導所得之一測試結果610中，可看出，該群延遲隨著頻率在曲線圖裡之頻帶中變化而改變之程度顯著偏小。
因此，從以上測試結果可知看出，運用根據本發明之波導100時，可大幅降低一傳輸信號之群延遲之變化(或變異)，這種變化可隨著頻率改變而發生。
雖然上文已針對根據本發明之波導中所包括之組件詳細說明細節或參數，仍請注意，根據本發明之波導之組態不必然受限於以上所述，並且只要可實現本發明之目的或功效便可加以變更而沒有限制。
雖然本發明已依據諸如詳細元件等特定項目以及有限實施例及圖式作說明，其仍然僅被提供用來幫助更一般地理解本發明，並且本發明不受限於以上實施例。本發明所屬技術領域中具有通常知識者將了解的是，可從以上說明進行各種修改及變更。
因此，本發明之精神不應受限於上述實施例，並且隨附申請專利範圍及其均等論述之整個範疇將落入本發明之範疇及精神內。
11‧‧‧介電核心 12‧‧‧導體包層 100、200、300、700、800‧‧‧波導 110、130、210、230、310、330、710、730、810、830‧‧‧介電部分 120、220、320、720、820‧‧‧導體部分 610、620‧‧‧測試結果
圖1根據先前技術，說明性地展示一波導之組態。
圖2根據本發明之一項實施例，說明性地展示一波導之組態。
圖3A及3B根據本發明之另一實施例，說明性地展示波導之組態。
圖4及5展示如何估計根據先前技術之一波導中可能發生之一群延遲、以及根據本發明之一項實施例之一波導中可能發生之一群延遲。
圖6A及6B展示測試結果，其中一群延遲係針對根據本發明使用一波導、及根據先前技術使用一波導傳送/接收信號之各種狀況來測量。
圖7A及7B根據本發明之又另一實施例，說明性地展示波導之組態。
100‧‧‧波導
110、130‧‧‧介電部分
120‧‧‧導體部分

Claims (6)

  1. 一種用於傳輸電磁波信號之波導，其包含：一第一介電部分，其包含一介電質；一導體部分，其僅覆蓋了該第一介電部分之一部分；以及一第二介電部分，其環繞所有該第一介電部分及該導體部分。
  2. 如請求項1之波導，其中該導體部分覆蓋該第一介電部分之多個外表面的其中一些外表面。
  3. 如請求項2之波導，其中該第一介電部分、該導體部分及該第二介電部分之中央軸彼此重合。
  4. 如請求項1之波導，其中該第一介電部分及該第二介電部分中所包括之介電質具有不同介電係數。
  5. 如請求項1之波導，其中透過該波導傳輸之一信號係沿著該第一介電部分與該導體部分之間的一邊界、及該第一介電部分與該第二介電部分之間的一邊界來導引。
  6. 如請求項1之波導，其中根據經由該波導之一信號傳輸通道中之一頻率變化而發生之一群延遲之一變化，不超出一預定位準。
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