WO2019194668A1 - 전자기파 신호 전송을 위한 도파관 - Google Patents

전자기파 신호 전송을 위한 도파관 Download PDF

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WO2019194668A1
WO2019194668A1 PCT/KR2019/004149 KR2019004149W WO2019194668A1 WO 2019194668 A1 WO2019194668 A1 WO 2019194668A1 KR 2019004149 W KR2019004149 W KR 2019004149W WO 2019194668 A1 WO2019194668 A1 WO 2019194668A1
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WO
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dielectric
waveguide
conductor
present
group delay
Prior art date
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PCT/KR2019/004149
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French (fr)
Inventor
배현민
송하일
Original Assignee
한국과학기술원
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/16—Dielectric waveguides, i.e. without a longitudinal conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12—Hollow waveguides
    • H01P3/122—Dielectric loaded (not air)
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/12—Hollow waveguides
    • H01P3/127—Hollow waveguides with a circular, elliptic, or parabolic cross-section
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L25/00—Baseband systems
    • H04L25/02—Details ; arrangements for supplying electrical power along data transmission lines
    • H04L25/03—Shaping networks in transmitter or receiver, e.g. adaptive shaping networks
    • H04L25/03006—Arrangements for removing intersymbol interference
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B3/00—Line transmission systems
    • H04B3/52—Systems for transmission between fixed stations via waveguides

Definitions

  • the present invention relates to waveguides for electromagnetic wave signal transmission.
  • optical-based interconnects with fast data transmission and reception have been introduced and widely used, but optical-based interconnects are very expensive to install and maintain, making perfect for conductor-based interconnects. There is a limit that is difficult to replace.
  • E-TUBE is an interconnect that combines the advantages of both metals and dielectrics, offering high cost and power efficiency and high speed data communication in a short range. It is gaining popularity as an interconnect that can be utilized for chip-to-chip communication.
  • the present inventors propose a novel and advanced waveguide technique that can improve the nonlinearity of the phase response and prevent the occurrence of bit errors in a high speed data communication environment.
  • the object of the present invention is to solve all the above-mentioned problems.
  • the conductor portion covers only a portion of the first dielectric portion and the second dielectric portion surrounds both the first dielectric portion and the conductor portion
  • a waveguide for transmitting an electromagnetic wave signal comprising: a first dielectric portion including a dielectric, a conductor portion covering a portion of the first dielectric portion, and the first dielectric portion and the conductor portion; A waveguide is provided that includes a second dielectric portion.
  • a boundary condition between a dielectric and a conductor and a boundary condition between a dielectric and a dielectric exist as boundary conditions applied to a signal transmitted through the waveguide, a signal transmitted through the waveguide The effect of increasing the linearity of the phase response appearing at is achieved.
  • the nonlinearity of the phase response can be improved in the communication using the waveguide, thereby achieving the effect of reducing the degree of change in the group delay with frequency.
  • ISI inter-signal interference
  • bit error bit error
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a waveguide according to the prior art by way of example.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a waveguide according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a waveguide according to another embodiment of the present invention by way of example.
  • FIGS. 4 and 5 are diagrams illustrating a process of estimating a group delay that may appear in a waveguide according to the related art and a group delay that may occur in a waveguide according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a result of experiments in which a group delay is measured for each of a signal transmission and reception using a waveguide and a signal transmission and reception using a waveguide according to the related art. to be.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a waveguide according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing the configuration of a waveguide according to the prior art by way of example.
  • a waveguide 10 may include a dielectric core 11 and a metal cladding 12 surrounding the dielectric core 11.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a waveguide according to an embodiment of the present invention.
  • the waveguide 100 includes a first dielectric part 110 including a dielectric, a conductor part 120 covering a part of the first dielectric part 110, and a first dielectric part 110.
  • the second dielectric part 130 surrounding the first dielectric part 110 and the conductor part 120 may be included.
  • the dielectric constant of the dielectric material included in the first dielectric part 110 and the dielectric constant of the dielectric material included in the second dielectric part 130 may be different from each other.
  • the conductor portion 120 may be formed in a structure covering a portion of the outer surface of the plurality of outer surfaces of the first dielectric portion 110.
  • the central axis of the first dielectric portion 110, the central axis of the conductor portion 120 and the central axis of the second dielectric portion 130 may coincide with each other.
  • the first dielectric part 110 may be a firing core.
  • the core portion 120 may have a core shape, and the conductor portion 120 may cover two of four surfaces (upper surface and lower surface) of the first dielectric portion 110 having the shape of a shooting core as described above. It may have a shape of a cladding, and the second dielectric part 130 may have a shape of a rectangular jacket surrounding both the first dielectric part 110 and the conductor part 120.
  • the internal configuration or shape of the waveguide 100 according to the present invention is not necessarily limited to those listed above, it will be apparent that it can be changed as much as possible within the scope to achieve the object of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the configuration of a waveguide according to another embodiment of the present invention by way of example.
  • the first dielectric part 210 may have a shape of a shooting core
  • the conductor part ( 220 may have a shape of a cladding covering three surfaces (upper side, lower side, and left side) of four surfaces of the first dielectric part 210 having the shape of a shooting core as described above.
  • the second dielectric part 230 may have a shape of a rectangular jacket surrounding both the first dielectric part 210 and the conductor part 220.
  • the first dielectric part 310 may have a shape of a circular core
  • the conductor part. 320 may have a shape of a cladding covering a portion corresponding to a predetermined angle when the center axis of the outer surface of the first dielectric portion 310 having the shape of a circular core as described above
  • the second The dielectric part 330 may have a shape of an annular jacket surrounding both the first dielectric part 310 and the conductor part 320.
  • a plurality of waveguides are included in one cable.
  • a waveguide in which both dielectric-dielectric boundary conditions and dielectric-conductor boundary conditions exist is formed. Can be.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of a waveguide according to still another embodiment of the present invention.
  • the first dielectric part 710 may have a shape of a shooting core, and the conductor part. 720 may have a shape of a cladding covering three of the four surfaces (upper surface, lower surface and left side) of the first dielectric portion 710 having the shape of the shooting core as described above.
  • the two waveguide units including the first dielectric 710 and the conductor portion 720 may be disposed adjacent to each other, and the second dielectric portion 730 may be the first dielectric portion 710 and the conductor portion 720. It may have a shape of a rectangular jacket surrounding both of the waveguide unit is configured.
  • the first dielectric part 810 may have a shape of a shooting core, and a conductor
  • the portion 820 may have a shape of a cladding covering three surfaces (upper surface, lower surface, and left surface) of four surfaces of the first dielectric portion 810 having the shape of a shooting core as described above.
  • the plurality of waveguide units including the first dielectric 810 and the conductor portion 820 may be arranged according to a predetermined arrangement, and the second dielectric portion 830 may include the first dielectric portion 810 and the conductor portion. It may have a shape of a rectangular jacket surrounding all of the plurality of waveguide units consisting of 820.
  • the dielectric-dielectric boundary condition and the dielectric-conductor boundary in each of the plurality of waveguide units while including the plurality of waveguide units in one cable jacket Conditions can exist.
  • the conductor part 120 may be made of a material having electrical conductivity.
  • the conductor part 120 according to an embodiment of the present invention may be made of a metallic material such as copper (Cu) or a non-metallic material such as graphene.
  • the permittivity of the first dielectric part 110 may be larger or smaller than the permittivity of the second dielectric part 130.
  • the first dielectric part 110 may be made of teflon having a dielectric constant of about 2.0
  • the second dielectric part 130 may be made of polyethylene having a dielectric constant of about 1.2. Can be done.
  • the first dielectric part 110 may be made of air having a dielectric constant of about 1.0
  • the second dielectric part 130 may be made of Teflon having a dielectric constant of about 2.0.
  • the first dielectric part 130 may be made of Teflon
  • the second dielectric part 130 may be made of air.
  • a signal (ie, electromagnetic wave) transmitted through the waveguide 100 may be guided along a boundary between the first dielectric part 110 and the conductor part 120.
  • the dielectric constant may be guided along a boundary between the first dielectric part 110 and the second dielectric part 130 having different dielectric constants. That is, according to the waveguide 100 according to the embodiment of the present invention, since both the dielectric-conductor boundary condition and the dielectric-dielectric boundary condition may exist, the linearity of the phase response appearing in the signal transmission channel through the waveguide is dramatically increased. As a result, as the frequency changes, the degree of change (or dispersion) of the group delay can be greatly reduced.
  • the signal transmission channel can be made non-dispersive, thereby reducing inter-symbol interference (ISI), and further improving the data transmission rate. Increasing it may prevent the bit error from occurring. A detailed description of the group delay will be given later.
  • ISI inter-symbol interference
  • FIGS. 4 and 5 are diagrams illustrating a process of estimating a group delay that may appear in a waveguide according to the related art and a group delay that may occur in a waveguide according to an embodiment of the present invention.
  • a waveguide ie, a first dielectric part 110, a conductor part 120 covering only a part of the first dielectric part 110, and a first conductor part
  • the group delay is not affected by the frequency ⁇ change (i.e. the group delay even if the frequency changes). Can hardly change).
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a result of experiments in which a group delay is measured for each of a signal transmission and reception using a waveguide and a signal transmission and reception using a waveguide according to the related art. to be.
  • the waveguide (ie, the first dielectric part 110 and the conductive part covering only a part of the first dielectric part 110) according to an embodiment of the present invention.
  • a waveguide comprising a 120 and a second dielectric portion 130 surrounding both the first conductor portion 110 and the conductor portion 120; more specifically, as shown in FIG.
  • a waveguide having a structure 610 and a waveguide according to the prior art i.e., a waveguide composed of the dielectric core 11 and the conductor cladding 12 surrounding both of the dielectric cores 11
  • the upper corner frequency or the upper cutoff frequency appear substantially the same with each other.

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Abstract

본 발명은 도파관을 통하여 전송되는 신호에게 적용되는 경계 조건으로서 유전체 및 전도체 사이의 경계 조건과 유전체 및 유전체 사이의 경계 조건이 모두 존재하도록 하는, 전자기파 신호 전송을 위한 도파관(waveguide)으로서, 유전체를 포함하는 제1 유전체부, 제1 유전체부의 일부를 덮는 전도체부, 및 제1 유전체부 및 전도체부를 둘러싸는 제2 유전체부를 포함하는 도파관이 제공된다.

Description

전자기파 신호 전송을 위한 도파관
본 발명은 전자기파 신호 전송을 위한 도파관에 관한 것이다.
데이터 트래픽이 급격하게 증가함에 따라, 집적 회로(IC)를 연결하는 입력/출력 버스(I/O bus)의 데이터 송수신 속도도 빠르게 증가하고 있다. 지난 수십 년 동안, 비용 효율성 및 전력 효율성이 우수한 전도체 기반의 인터커넥트(interconnect)(예를 들면, 구리선 등)가 유선 통신 시스템에서 널리 적용되어 왔다. 하지만, 전도체 기반의 인터커넥트는, 전자기 유도에 기한 표피 효과(skin effect)로 인하여, 채널 대역폭(channel bandwidth)에 근본적인 한계를 가지고 있다.
한편, 전도체 기반의 인터커넥트에 대한 대안으로서, 데이터 송수신 속도가 빠른 광(optical) 기반의 인터커넥트가 소개되어 널리 사용되고 있지만, 광 기반의 인터커넥트는 설치 및 유지보수 비용이 매우 크기 때문에 전도체 기반의 인터커넥트를 완벽하게 대체하기 어렵다는 한계가 존재한다.
최근에는, 유전체로 이루어진 도파관으로 구성되는 새로운 인터커넥트가 소개된 바 있다. 이러한 새로운 인터커넥트(일명, 이-튜브(E-TUBE))는 금속과 유전체의 장점을 모두 가지고 있는 인터커넥트로서, 비용 및 전력 측면에서의 효율성이 높고 짧은 범위에서 빠른 속도의 데이터 통신을 가능하게 하는 장점을 가지고 있어서, 칩-대-칩(chip-to-chip) 통신에 활용될 수 있는 인터커넥트로서 각광을 받고 있다.
하지만, 종래에 소개된 유전체 도파관을 사용하는 경우에도, 비선형적인 위상 응답(non-linear phase response)으로 인하여 발생하는 그룹 딜레이(group delay)의 변화 또는 편차(variation)가 크게 나타나는 문제점이나 데이터 전송 속도(또는 대역폭)을 증가시킴에 따라 비트 에러가 발생하는 문제점이 존재한다.
이에, 본 발명자는, 위상 응답의 비선형성을 개선하고 고속 데이터 통신 환경에서 비트 에러가 발생하는 것을 방지할 수 있는 신규하고도 진보한 도파관에 관한 기술을 제안하는 바이다.
본 발명은 상술한 문제점을 모두 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 제1 유전체부, 전도체부 및 제2 유전체부를 포함하는 도파관에 있어서 전도체부가 제1 유전체부의 일부만을 덮도록 하고 제2 유전체부는 제1 유전체부 및 전도체부를 모두 감싸도록 함으로써, 도파관을 통하여 전송되는 신호에게 적용되는 경계 조건(boundary condition)으로서 유전체 및 전도체 사이의 경계 조건과 유전체 및 유전체 사이의 경계 조건이 모두 존재하도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 대표적인 구성은 다음과 같다.
본 발명의 일 태양에 따르면, 전자기파 신호 전송을 위한 도파관(waveguide)으로서, 유전체를 포함하는 제1 유전체부, 상기 제1 유전체부의 일부를 덮는 전도체부, 및 상기 제1 유전체부 및 상기 전도체부를 둘러싸는 제2 유전체부를 포함하는 도파관이 제공된다.
이 외에도, 본 발명을 구현하기 위한 다른 도파관이 더 제공된다.
본 발명에 의하면, 도파관을 통하여 전송되는 신호에게 적용되는 경계 조건(boundary condition)으로서 유전체 및 전도체 사이의 경계 조건과 유전체 및 유전체 사이의 경계 조건이 모두 존재하도록 할 수 있으므로, 도파관을 통해 전송되는 신호에서 나타나는 위상 응답의 선형성을 높일 수 있게 되는 효과가 달성된다.
또한, 본 발명에 의하면, 도파관을 이용한 통신에서 위상 응답의 비선형성을 개선할 수 있으므로, 주파수에 따라 그룹 딜레이가 변하는 정도를 줄일 수 있게 되는 효과가 달성된다.
또한, 본 발명에 의하면, 도파관을 통한 신호 전송 채널을 비분산적(non-dispersive)으로 만들 수 있으므로, 부호 간 간섭(ISI)을 줄일 수 있게 되고, 나아가 데이터 전송 속도가 증가함에 따라 비트 에러(bit error)가 발생하는 빈도도 획기적으로 줄일 수 있게 되는 효과가 달성된다.
도 1은 종래 기술에 따른 도파관의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도파관의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 종래 기술에 따른 도파관에서 나타날 수 있는 그룹 딜레이와 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관에서 나타날 수 있는 그룹 딜레이를 추정하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 도파관을 이용하여 신호를 송수신하는 경우와 종래 기술에 따른 도파관을 이용하여 신호를 송수신하는 경우 각각에 대하여 그룹 딜레이(group delay)를 측정한 실험을 수행한 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도파관의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
<부호의 설명>
10: 종래 기술에 따른 도파관
11: 종래 기술에 따른 도파관의 유전체 코어
12: 종래 기술에 따른 도파관의 전도체 클래딩
100: 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관
110: 제1 유전체부
120: 전도체부
130: 제2 유전체부
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도파관의 구성
이하에서는, 본 발명의 구현을 위하여 중요한 기능을 수행하는 도파관(100)의 내부 구성 및 각 구성요소의 기능에 대하여 살펴보기로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 도파관의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 도파관(10)은 유전체 코어(dielectric core)(11) 및 유전체 코어(11)를 둘러싸는 전도체 클래딩(metal cladding)(12)을 포함할 수 있다.
종래 기술에 따른 도파관을 이용하여 신호를 전송하는 경우에는, 비선형적인 위상 응답(non-linear phase response)으로 인하여 그룹 딜레이(group delay)의 변화 또는 편차(variation)가 크게 나타나는 문제점이 발생할 수 있고, 실제 통신 환경에서 데이터 전송 속도가 빨라짐에 따라 비트 에러가 발생하는 빈도가 높아지는 문제점도 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관(100)은, 유전체를 포함하는 제1 유전체부(110), 제1 유전체부(110)의 일부를 덮는 전도체부(120) 및 제1 유전체부(110) 및 전도체부(120)를 둘러싸는 제2 유전체부(130)를 포함할 수 있다. 여기서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 유전체부(110)에 포함되는 유전체의 유전율과 제2 유전체부(130)에 포함되는 유전체의 유전율은 서로 다를 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전도체부(120)는 제1 유전체부(110)의 복수의 겉면 중 일부 겉면을 덮는 구조로 형성될 수 있다.
보다 더 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 유전체부(110)의 중심축, 전도체부(120)의 중심축 및 제2 유전체부(130)의 중심축은 서로 일치할 수 있다.
예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관(100)을 그 길이에 대하여 수직한 방향으로 자른 단면에서 보았을 때, 제1 유전체부(110)는 사격형 코어(core)의 형상을 가질 수 있고, 전도체부(120)는 위와 같이 사격형 코어의 형상을 가지는 제1 유전체부(110)의 4개의 면 중 2개의 면(위쪽 면 및 아래쪽 면)을 덮는 클래딩(cladding)의 형상을 가질 수 있으며, 제2 유전체부(130)는 제1 유전체부(110) 및 전도체부(120)을 모두 둘러싸는 사각형 재킷(jacket)의 형상을 가질 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 도파관(100)의 내부 구성 또는 형상이 반드시 상기 열거된 바에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 범위 내에서 얼마든지 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도파관의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 3의 (a)를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도파관(200)에서는, 제1 유전체부(210)가 사격형 코어(core)의 형상을 가질 수 있고, 전도체부(220)는 위와 같이 사격형 코어의 형상을 가지는 제1 유전체부(210)의 4개의 면 중 3개의 면(위쪽 면, 아래쪽 면 및 왼쪽 면)을 덮는 클래딩(cladding)의 형상을 가질 수 있으며, 제2 유전체부(230)는 제1 유전체부(210) 및 전도체부(220)을 모두 둘러싸는 사각형 재킷(jacket)의 형상을 가질 수 있다.
다음으로, 도 3의 (b)를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 도파관(300)의 경우, 제1 유전체부(310)가 원형 코어(core)의 형상을 가질 수 있고, 전도체부(320)는 위와 같이 원형 코어의 형상을 가지는 제1 유전체부(310)의 겉면 중 중심축을 기준으로 할 때 소정의 각도에 해당하는 일부를 덮는 클래딩(cladding)의 형상을 가질 수 있으며, 제2 유전체부(330)는 제1 유전체부(310) 및 전도체부(320)을 모두 둘러싸는 환형 재킷(jacket)의 형상을 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 하나의 케이블 내에 복수의 도파관이 포함되는 경우를 가정할 수 있는데, 이러한 경우에도 유전체-유전체 경계 조건 및 유전체-전도체 경계 조건이 모두 존재하는 도파관이 형성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도파관의 구성을 예시적으로 나타내는 도면이다.
먼저, 도 7의 (a)를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도파관(700)에서는, 제1 유전체부(710)가 사격형 코어(core)의 형상을 가질 수 있고, 전도체부(720)는 위와 같이 사격형 코어의 형상을 가지는 제1 유전체부(710)의 4개의 면 중 3개의 면(위쪽 면, 아래쪽 면 및 왼쪽 면)을 덮는 클래딩(cladding)의 형상을 가질 수 있고, 제1 유전체(710) 및 전도체부(720)로 구성되는 도파관 유닛 2개가 서로 인접하여 배치될 수 있으며, 제2 유전체부(730)는 제1 유전체부(710) 및 전도체부(720)로 구성되는 도파관 유닛 2개를 모두 둘러싸는 사각형 재킷(jacket)의 형상을 가질 수 있다.
다음으로, 도 7의 (b)를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도파관(800)에서는, 제1 유전체부(810)가 사격형 코어(core)의 형상을 가질 수 있고, 전도체부(820)는 위와 같이 사격형 코어의 형상을 가지는 제1 유전체부(810)의 4개의 면 중 3개의 면(위쪽 면, 아래쪽 면 및 왼쪽 면)을 덮는 클래딩(cladding)의 형상을 가질 수 있고, 제1 유전체(810) 및 전도체부(820)로 구성되는 복수의 도파관 유닛이 소정의 배열에 따라 배치될 수 있으며, 제2 유전체부(830)는 제1 유전체부(810) 및 전도체부(820)로 구성되는 복수의 도파관 유닛을 모두 둘러싸는 사각형 재킷(jacket)의 형상을 가질 수 있다.
즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 도파관에서는, 하나의 케이블 자켓 내에 복수의 도파관 유닛이 포함되면서도 복수의 도파관 유닛 각각에서 유전체-유전체 경계 조건 및 유전체-전도체 경계 조건이 존재할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전도체부(120)는 전기 전도성을 가지는 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도체부(120)는, 전통적으로 널리 사용되는 구리(Cu)와 같은 금속성 물질로 이루어지거나 그래핀(graphene)과 같은 비금속성 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 유전체부(110)의 유전율(permittivity)은 제2 유전체부(130)의 유전율보다 크거나 작을 수 있다. 예를 들면, 제1 유전체부(110)는 유전 상수(dielectric constant)가 약 2.0인 테프론(teflon)으로 이루어질 수 있고, 제2 유전체부(130)는 유전 상수가 약 1.2인 폴리에틸렌(polyethylene)으로 이루어질 수 있다. 또한, 다른 예를 들면, 제1 유전체부(110)는 유전 상수가 약 1.0인 공기로 이루어질 수 있고, 제2 유전체부(130)는 유전 상수가 약 2.0인 테프론으로 이루어질 수 있다. 반대로, 제1 유전체부(130)는 테프론으로 이루어지고, 제2 유전체부(130)는 공기로 이루어질 수도 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도파관(100)을 통해 전송되는 신호(즉, 전자기파)는 제1 유전체부(110) 및 전도체부(120) 사이의 경계(boundary)를 따라 가이드될 수 있을 뿐만 아니라 유전율이 서로 다른 제1 유전체부(110) 및 제2 유전체부(130) 사이의 경계를 따라 가이드될 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관(100)에 의하면, 유전체-전도체 경계 조건과 유전체-유전체 경계 조건이 모두 존재할 수 있으므로, 도파관을 통한 신호 전송 채널에서 나타나는 위상 응답의 선형성을 획기적으로 높일 수 있게 되고, 이에 따라 주파수가 변화함에 따라 그룹 딜레이가 변화하는(또는 분산되는) 정도를 획기적으로 줄일 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관(100)에 의하면, 신호 전송 채널을 비분산적(non-dispersive)으로 만들 수 있으므로, 부호 간 간섭(ISI)을 줄일 수 있게 되고, 나아가 데이터 전송 속도를 증가시켜도 비트 에러(bit error)가 발생하지 않도록 할 수 있다. 그룹 딜레이에 관한 자세한 설명은 후술하기로 한다.
도 4 및 도 5는 종래 기술에 따른 도파관에서 나타날 수 있는 그룹 딜레이와 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관에서 나타날 수 있는 그룹 딜레이를 추정하는 과정을 나타내는 도면이다.
먼저, 도 4를 참조하면, 종래 기술에 따른 도파관(즉, 유전체 코어(11) 및 유전체 코어(11)를 모두 둘러싸는 전도체 클래딩(12)으로 구성되는 도파관)의 경우에 그룹 딜레이가 주파수(ω) 변화로부터 영향을 받는 것으로(즉, 주파수가 변함에 따라 그룹 딜레이도 변하는 것으로) 추정할 수 있다.
다음으로, 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관(즉, 제1 유전체부(110), 제1 유전체부(110)의 일부만을 덮는 전도체부(120) 및 제1 전도체부(110)와 전도체부(120)를 모두 둘러싸는 제2 유전체부(130)로 구성되는 도파관)의 경우에 그룹 딜레이가 주파수(ω) 변화로부터 영향을 받지 않는 것으로(즉, 주파수가 변해도 그룹 딜레이가 거의 변하지 않는 것으로) 추정할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 도파관을 이용하여 신호를 송수신하는 경우와 종래 기술에 따른 도파관을 이용하여 신호를 송수신하는 경우 각각에 대하여 그룹 딜레이(group delay)를 측정한 실험을 수행한 결과를 나타내는 도면이다.
먼저, 도 6의 (a)에 도시된 S21 그래프를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관(즉, 제1 유전체부(110), 제1 유전체부(110)의 일부만을 덮는 전도체부(120) 및 제1 전도체부(110)와 전도체부(120)를 모두 둘러싸는 제2 유전체부(130)로 구성되는 도파관; 보다 더 구체적으로는, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 도파관)(610)과 종래 기술에 따른 도파관(즉, 유전체 코어(11) 및 유전체 코어(11)를 모두 둘러싸는 전도체 클래딩(12)으로 구성되는 도파관)(620)은 어퍼 코너 주파수(upper corner frequency) 또는 어퍼 컷오프 주파수(upper cutoff frequency)가 서로 간에 실질적으로 동일하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
다음으로, 도 6의 (b)에 도시된 그룹 딜레이(Group delay) 그래프를 참조하면, 종래 기술에 따른 도파관을 사용하는 경우에, 비선형적인 위상 응답(non-linear phase response)이 나타날 수 있고, 이로 인해 도파관을 통한 신호 전송 채널에서 주파수의 변화에 따른 그룹 딜레이의 변화 정도가 크게 나타날 수 있다. 실제로, 도 6의 (b)를 참조하면, 종래 기술에 따른 도파관에 대한 실험 결과(620)에서 그래프 내 주파수 대역에서 주파수가 변함에 따라 그룹 딜레이가 변하는 정도가 상대적으로 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
계속하여, 도 6의 (b)에 도시된 그룹 딜레이(Group delay) 그래프를 참조하면, 본 발명에 따른 도파관을 사용하는 경우에, 위상 응답의 비선형성을 줄이고 그로 인해 도파관을 통한 신호 전송 채널에서 나타날 수 있는 주파수의 변화에 따른 그룹 딜레이의 변화 정도도 획기적으로 줄일 수 있다. 실제로, 도 6의 (b)를 참조하면, 본 발명에 따른 도파관에 대한 실험 결과(610)에서 그래프 내 주파수 대역에서 주파수가 변함에 따라 그룹 딜레이가 변하는 정도가 현저하게 작게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 위와 같은 실험 결과로부터, 본 발명에 따른 도파관(100)을 사용하면, 주파수 변화에 따라 나타날 수 있는 전송 신호의 그룹 딜레이의 변화(또는 편차)가 획기적으로 낮아질 수 있음을 확인할 수 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 도파관에 포함되는 구성요소에 관한 세부 사양 또는 파라미터에 대하여 구체적으로 설명되었지만, 본 발명에 따른 도파관의 구성이 반드시 상기 열거된 바에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 목적 또는 효과를 달성할 수 있는 범위 내에서 얼마든지 변경될 수 있음을 밝혀 둔다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (6)

  1. 전자기파 신호 전송을 위한 도파관(waveguide)으로서,
    유전체를 포함하는 제1 유전체부,
    상기 제1 유전체부의 일부를 덮는 전도체부, 및
    상기 제1 유전체부 및 상기 전도체부를 둘러싸는 제2 유전체부를 포함하는
    도파관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전도체부는 상기 제1 유전체부의 복수의 겉면 중 일부 겉면을 덮는
    도파관.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 유전체부의 중심축, 상기 전도체부의 중심축 및 상기 제2 유전체부의 중심축은 서로 일치하는
    도파관.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유전체부에 포함되는 유전체의 유전율과 상기 제2 유전체부에 포함되는 유전체의 유전율은 서로 다른
    도파관.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도파관을 통하여 전송되는 신호는, 상기 제1 유전체부 및 상기 전도체부 사이의 경계(boundary)와 상기 제1 유전체부 및 상기 제2 유전체부 사이의 경계를 따라 가이드되는(guided) 도파관.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도파관을 통한 신호 전송 채널에서 주파수의 변화에 따라 나타나는 그룹 딜레이(group delay)의 변화 정도가 기설정된 수준 이하인 도파관.
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