KR102567456B1 - antenna structure - Google Patents
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Abstract
본 발명은 안테나 구조체를 개시한다. 그의 구조체는 유전체 렌즈, 상기 유전체 렌즈 상의 안테나 기판, 및 상기 안테나 기판 상의 안테나 전극들을 포함한다. 여기서, 상기 안테나 전극들의 각각은 배선 전극, 및 상기 배선 전극에 의해 정의되는 삼각형의 모양을 갖는 캐비티를 포함할 수 있다. The present invention discloses an antenna structure. Its structure includes a dielectric lens, an antenna substrate on the dielectric lens, and antenna electrodes on the antenna substrate. Here, each of the antenna electrodes may include a wiring electrode and a cavity having a triangular shape defined by the wiring electrode.
Description
본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유전체 렌즈 결합형 안테나 구조체에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna, and more particularly, to a dielectric lens-coupled antenna structure.
최근 통신의 데이터 트래픽이 급증하면서 통신에 사용되는 주파수 자원의 부족문제가 심각해지고 있다. 이러한 통신용 주파수 자원을 확장하기 위하여 최근 5G 이동통신에서는 밀리미터파 대역의 주파수를 활용한 상용화가 진행되고 있으며 미사용 주파수 대역인 테라헤르츠 대역을 통신에 이용하려는 연구가 진행되고 있다. Recently, as data traffic of communication rapidly increases, the problem of lack of frequency resources used for communication is becoming serious. In order to expand these communication frequency resources, commercialization using millimeter wave band frequencies has recently been carried out in 5G mobile communication, and research is being conducted to use the terahertz band, which is an unused frequency band, for communication.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 고주파 신호의 주기적 반사를 감소시키고, 주기적 이득 감소 현상을 억제하고, 넓은 주파수 대역에서 평탄한 이득 특성을 갖는 안테나 구조체를 제공하는 데 있다. An object to be solved by the present invention is to provide an antenna structure that reduces periodic reflection of a high-frequency signal, suppresses periodic gain reduction, and has flat gain characteristics in a wide frequency band.
본 발명은 안테나 구조체를 개시한다. 그의 구조체는, 유전체 렌즈; 상기 유전체 렌즈 상의 안테나 기판; 및 상기 안테나 기판 상의 안테나 전극들을 포함한다. 여기서, 상기 안테나 전극들의 각각은: 배선 전극; 및 상기 배선 전극에 의해 정의되는 삼각형의 모양을 갖는 빈 평면을 포함할 수 있다. The present invention discloses an antenna structure. Its structure includes a dielectric lens; an antenna substrate on the dielectric lens; and antenna electrodes on the antenna substrate. Here, each of the antenna electrodes includes: a wiring electrode; and an empty plane having a triangular shape defined by the wire electrode.
일 예에 따르면, 상기 유전체 렌즈는 결정 실리콘을 포함할 수 있다. According to one example, the dielectric lens may include crystalline silicon.
일 예에 따르면, 상기 안테나 기판은 3-5족 반도체를 포함할 수 있다. According to one example, the antenna substrate may include a Group 3-5 semiconductor.
일 예에 따르면, 상기 배선 전극은 금을 포함할 수 있다. According to one example, the wire electrode may include gold.
일 예에 따르면, 상기 안테나 전극들의 각각은 상기 캐버티 내에 제공되고, 상기 배선 전극과 분리되는 아일랜드 전극을 더 포함할 수 있다. According to an example, each of the antenna electrodes may further include an island electrode provided in the cavity and separated from the wiring electrode.
일 예에 따르면, 상기 아일랜드 전극은 1nm 내지 10nm의 직경을 가질 수 있다. According to one example, the island electrode may have a diameter of 1 nm to 10 nm.
일 예에 따르면, 상기 배선 전극의 선폭은 20㎛보다 작을 수 있다.According to one example, the line width of the wire electrode may be less than 20 μm.
일 예에 따르면, 상기 배선 전극의 선폭은 10㎛일 수 있다. According to one example, the line width of the wire electrode may be 10 μm.
상술한 바와 같이, 본 발명의 개념에 따른 안테나 구조체는 안테나 전극들의 배선 전극과 상기 배선 전극 내의 빈 평면(empty plane)을 이용하여 고주파 신호의 주기적 반사를 감소시키고, 주기적 이득 감소 현상을 억제하고, 넓은 주파수 대역에서 평탄한 이득 특성을 가질 수 있다.As described above, the antenna structure according to the concept of the present invention reduces periodic reflection of a high-frequency signal and suppresses a periodic gain reduction phenomenon by using a wiring electrode of antenna electrodes and an empty plane in the wiring electrode, It may have a flat gain characteristic in a wide frequency band.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 안테나 구조체의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 배선 전극의 선폭에 따른 에스 파라미터를 보여주는 시뮬레이션이다.
도 3은 도 2의 10㎛의 선폭을 갖는 배선 전극의 에스 파라미터를 보여주는 시뮬레이션이다.
도 4는 고주파 신호의 주파수에 따른 안테나 이득을 보여주는 시뮬레이션이다.
도 5는 본 발명의 개념에 따른 안테나 구조체의 일 예를 보여주는 사시도이다.1 is a perspective view showing an example of an antenna structure according to the concept of the present invention.
FIG. 2 is a simulation showing the S parameter according to the line width of the wiring electrode of FIG. 1 .
FIG. 3 is a simulation showing the S-parameter of the wiring electrode of FIG. 2 having a line width of 10 μm.
4 is a simulation showing antenna gain according to the frequency of a high-frequency signal.
5 is a perspective view showing an example of an antenna structure according to the concept of the present invention.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면들과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당 업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Advantages and features of the present invention, and methods for achieving them, will become clear with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in different forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content will be thorough and complete and the spirit of the present invention will be sufficiently conveyed to those skilled in the art, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 포함한다(comprises) 및/또는 포함하는(comprising)은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 또한, 명세서에서 렌즈, 빈 평면, 배선 전극 및 안테나는 통신 분야에서 주로 사용되는 의미로 이해될 수 있을 것이다. 바람직한 실시 예에 따른 것이기 때문에, 설명의 순서에 따라 제시되는 참조 부호는 그 순서에 반드시 한정되지는 않는다.Terms used in this specification are for describing embodiments and are not intended to limit the present invention. In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" means that a stated component, step, operation and/or device excludes the presence or addition of one or more other components, steps, operations and/or elements. I never do that. Also, in the specification, a lens, an empty plane, a wiring electrode, and an antenna may be understood as meanings mainly used in the communication field. Since it is according to a preferred embodiment, reference numerals presented in the order of description are not necessarily limited to the order.
도 1은 본 발명의 개념에 따른 안테나 구조체(100)의 일 예를 보여준다.1 shows an example of an antenna structure 100 according to the concept of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 안테나 구조체(100)는 보우 타이 안테나 구조체일 수 있다. 일 예에 따르면, 본 발명의 안테나 구조체(100)는 유전체 렌즈(10), 안테나 기판(20), 및 안테나 전극들(30)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the antenna structure 100 of the present invention may be a bow tie antenna structure. According to one example, the antenna structure 100 of the present invention may include a dielectric lens 10, an antenna substrate 20, and antenna electrodes 30.
유전체 렌즈(10)는 안테나 기판(20) 및 안테나 전극들(30)을 지지할 수 있다. 유전체 렌즈(10)은 반구의 모양을 가질 수 있다. 유전체 렌즈(10)의 하부면은 라운드지고, 유전체 렌즈(10)의 상부면은 평탄할 수 있다. 유전체 렌즈(10)는 결정 실리콘을 포함할 수 있다. 또한, 유전체 렌즈(10)는 실리콘 산화물, 또는 실리콘 질화물을 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. The dielectric lens 10 may support the antenna substrate 20 and the antenna electrodes 30 . The dielectric lens 10 may have a hemispherical shape. A lower surface of the dielectric lens 10 may be rounded, and an upper surface of the dielectric lens 10 may be flat. The dielectric lens 10 may include crystalline silicon. Also, the dielectric lens 10 may include silicon oxide or silicon nitride, but the present invention is not limited thereto.
안테나 기판(20)은 유전체 렌즈(10)의 중심 상에 제공될 수 있다. 안테나 기판(20)은 유전체 렌즈(10)의 면적보다 작은 면적을 가질 수 있다. 안테나 기판(20)은 육면체 모양을 가질 수 있다. 안테나 기판(20)은 평면적 관점에서 정사각형의 모양을 가질 수 있다. 안테나 기판(20)은 3-5족 반도체를 포함할 수 있다. 안테나 기판(20)은 갈륨 아세나이드(GaAs), 또는 인듐인(InP)을 포함할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.The antenna substrate 20 may be provided on the center of the dielectric lens 10 . The antenna substrate 20 may have an area smaller than that of the dielectric lens 10 . The antenna substrate 20 may have a hexahedral shape. The antenna substrate 20 may have a square shape in plan view. The antenna substrate 20 may include a Group 3-5 semiconductor. The antenna substrate 20 may include gallium arsenide (GaAs) or indium phosphide (InP), but the present invention is not limited thereto.
안테나 전극들(30)은 안테나 기판(20)의 중심 상에 제공될 수 있다. 안테나 전극들(30)은 보우 타이 안테나 전극들일 수 있다. 안테나 전극들(30)은 2개 내지 N개일 수 있다. N은 자연수일 수 있다. 일 예에 따르면, 안테나 전극들(30)의 각각은 배선 전극(32), 및 빈 평면(34)을 포함할 수 있다. The antenna electrodes 30 may be provided on the center of the antenna substrate 20 . The antenna electrodes 30 may be bow tie antenna electrodes. The number of antenna electrodes 30 may be 2 to N. N may be a natural number. According to one example, each of the antenna electrodes 30 may include a wiring electrode 32 and an empty plane 34 .
배선 전극(32)은 삼각형의 변들에 대응될 수 있다. 배선 전극(32)은 금(Au)을 포함할 수 있다. 배선 전극(32)은 약 20㎛보다 작은 선폭(W)을 가질 수 있다.The wire electrodes 32 may correspond to sides of a triangle. The wiring electrode 32 may include gold (Au). The wire electrode 32 may have a line width W smaller than about 20 μm.
빈 평면(34)은 배선 전극(32) 내에 제공될 수 있다. 빈 평면(34)은 배선 전극(32)에 의해 정의되는 삼각형의 모양을 가질 수 있다. 삼각형은 이등변 삼각형일 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 빈 평면(34)은 배선 전극(32) 내의 안테나 기판(20)을 삼각형 모양으로 노출할 수 있다. 빈 평면(34)은 안테나 전극들(30)의 면적을 감소시켜 고주파 신호(radio frequency signal)의 반사를 최소화할 수 있다.An empty plane 34 may be provided within the wiring electrode 32 . The empty plane 34 may have a triangular shape defined by the wire electrode 32 . The triangle may be an isosceles triangle, and the present invention is not limited thereto. The empty plane 34 may expose the antenna substrate 20 within the wiring electrode 32 in a triangular shape. The empty plane 34 may reduce the area of the antenna electrodes 30 to minimize reflection of a radio frequency signal.
도시되지는 않았지만, 안테나 전극들(30) 상에 포토믹서가 제공될 수 있다. 포토믹서는 안테나 전극들(30)에 고주파 신호를 송신할 수 있다. 고주파 신호는 테라헤르츠 파 또는 밀리미터 파를 포함할 수 있다. 또한, 고주파 신호는 광신호를 포함할 수 있다. 이와 달리, 포토믹서는 안테나 전극들(30)로부터 고주파 신호를 수신할 수 있으며, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.Although not shown, a photomixer may be provided on the antenna electrodes 30 . The photomixer may transmit high-frequency signals to the antenna electrodes 30 . The high-frequency signal may include terahertz waves or millimeter waves. Also, the high frequency signal may include an optical signal. Unlike this, the photomixer may receive high-frequency signals from the antenna electrodes 30, but the present invention is not limited thereto.
포토믹서가 안테나 전극들(30)을 통해 고주파 신호를 송신하면, 고주파 신호는 안테나 기판(20) 및 유전체 렌즈(10)를 통해 대기의 공기 중에 방출될 수 있다. 고주파 신호는 유전체 렌즈(10) 및 공기 사이의 경계에서 반사될 수 있다. 또한, 고주파 신호는 안테나 전극들(30)의 금속에서 재 반사되어 안테나 구조체(100)를 열화시킬 수 있다. 즉, 고주파 신호의 내부 반사는 안테나 전극들(30)의 표면적에 비례하여 증가할 수 있다. When the photomixer transmits a high frequency signal through the antenna electrodes 30, the high frequency signal may be emitted into the air through the antenna substrate 20 and the dielectric lens 10. A high-frequency signal may be reflected at a boundary between the dielectric lens 10 and the air. In addition, the high frequency signal may be reflected back from the metal of the antenna electrodes 30 to deteriorate the antenna structure 100 . That is, internal reflection of a high frequency signal may increase in proportion to the surface area of the antenna electrodes 30 .
배선 전극(32) 및 빈 평면(34)은 안테나 전극들(30)의 표면적을 감소시키고, 고주파 신호의 반사를 최소화할 수 있다. 따라서, 본 발명의 안테나 구조체(100)는 배선 전극(32) 및 빈 평면(34)을 이용하여 고주파 신호의 주기적 반사를 감소시키고, 주기적 이득 감소 현상을 억제할 수 있다.The wire electrode 32 and the empty plane 34 may reduce the surface area of the antenna electrodes 30 and minimize reflection of a high frequency signal. Therefore, the antenna structure 100 of the present invention can reduce periodic reflection of a high frequency signal and suppress a periodic gain reduction phenomenon by using the wiring electrode 32 and the empty plane 34 .
도 2는 도 1의 배선 전극(32)의 선폭(W)에 따른 에스 파라미터를 보여준다. 여기서, 가로축은 고주파 신호의 주파수이고, 세로축은 에스 파라미터일 수 있다.FIG. 2 shows the S parameter according to the line width W of the wiring electrode 32 of FIG. 1 . Here, the horizontal axis may be the frequency of the high-frequency signal, and the vertical axis may be the S-parameter.
도 2를 참조하면, 배선 전극(32)의 선폭(W)이 감소할수록 에스 파라미터는 감소할 수 있다. 10㎛ 및 15㎛의 선폭(W)을 갖는 배선 전극(32)은 -10dB이하의 양호한 에스 파라미터를 가질 수 있다. 20㎛ 및 50㎛의 선폭(W)을 갖는 배선 전극(32)은 -10dB보다 높은 불량한 에스 파라미터를 가질 수 있다. 배선 전극(32)의 선폭(W)이 감소하면, 고주파 신호의 주기적 반사는 감소할 수 있다.Referring to FIG. 2 , the S-parameter may decrease as the line width W of the wire electrode 32 decreases. The wiring electrodes 32 having line widths W of 10 μm and 15 μm may have good S-parameters of -10 dB or less. Wiring electrodes 32 having line widths W of 20 μm and 50 μm may have poor S-parameters higher than -10 dB. When the line width W of the wire electrode 32 decreases, periodic reflection of the high frequency signal may decrease.
도 3은 도 2의 10㎛의 선폭(W)을 갖는 배선 전극(32)의 에스 파라미터를 보여준다. FIG. 3 shows the S-parameter of the wiring electrode 32 of FIG. 2 having a line width W of 10 μm.
도 3을 참조하면, 10㎛의 선폭(W)을 갖는 배선 전극(32)의 에스 파라미터는 -10dB 이하로 우수하게 나타날 수 있다. Referring to FIG. 3 , the S-parameter of the wire electrode 32 having a line width W of 10 μm may be excellently below -10 dB.
도 4는 고주파 신호의 주파수에 따른 안테나 이득을 보여준다. 4 shows an antenna gain according to the frequency of a high-frequency signal.
도 4를 참조하면, 10㎛의 선폭(W)을 갖는 배선 전극(32)은 약 20dBi 이상의 안정적인 안테나 이득을 획득할 수 있다. 안테나 이득은 거의 평탄할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 일반적인 플레이트 안테나 전극은 약 20dBi 이하의 불안정한 안테나 이득을 가질 수 있다.Referring to FIG. 4 , the wiring electrode 32 having a line width W of 10 μm can obtain a stable antenna gain of about 20 dBi or more. The antenna gain can be nearly flat. Although not shown, a typical plate antenna electrode may have an unstable antenna gain of about 20 dBi or less.
따라서, 본 발명의 안테나 구조체(100)는 배선 전극(32) 및 빈 평면(34)을 이용하여 고주파 신호의 주기적 반사를 감소시키고, 주기적 이득 감소 현상을 억제하고, 넓은 주파수 대역에서 평탄한 이득 특성을 가질 수 있다Therefore, the antenna structure 100 of the present invention reduces periodic reflection of a high frequency signal by using the wire electrode 32 and the empty plane 34, suppresses periodic gain reduction, and has flat gain characteristics in a wide frequency band. can have
도 5는 본 발명의 개념에 따른 안테나 구조체(100)의 일 예를 보여준다. 5 shows an example of an antenna structure 100 according to the concept of the present invention.
도 5를 참조하면, 안테나 전극들(30)의 각각은 빈 평면(34) 내의 아일랜드 전극들(36)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 5 , each of the antenna electrodes 30 may further include island electrodes 36 in an empty plane 34 .
아일랜드 전극들(36)은 배선 전극(32)로부터 분리될 수 있다. 아일랜드 전극들(36)은 배선 전극(32)의 재질과 동일한 재질을 포함할 수 있다. 아일랜드 전극들(36)은 금(Au)을 포함할 수 있다. 아일랜드 전극들(36)의 각각은 배선 전극(32)의 선폭보다 작은 직경(D)을 가질 수 있다. 아일랜드 전극들(36)의 직경(D)은 고주파 신호의 파장보다 짧을 수 있다. 아일랜드 전극들(36)의 직경(D)은 약 1㎛ 이하일 수 있다. 예를 들어, 아일랜드 전극들(36)의 직경(D)은 약 1nm 내지 약 10nm일 수 있다. The island electrodes 36 may be separated from the wiring electrode 32 . The island electrodes 36 may include the same material as the material of the wiring electrode 32 . The island electrodes 36 may include gold (Au). Each of the island electrodes 36 may have a diameter D smaller than the line width of the wiring electrode 32 . The diameter D of the island electrodes 36 may be shorter than the wavelength of the high frequency signal. A diameter D of the island electrodes 36 may be about 1 μm or less. For example, the diameter D of the island electrodes 36 may be about 1 nm to about 10 nm.
아일랜드 전극들(36)은 고주파 신호의 내부 반사와 상관없이 포토믹서와의 접촉 면적을 증가시킬 수 있다. 따라서, 아일랜드 전극들(36)은 안테나 전극들(30)의 유효 면적의 증가 없이 고주파 신호를 송신시킬 수 있다. The island electrodes 36 may increase a contact area with the photomixer regardless of internal reflection of the high frequency signal. Accordingly, the island electrodes 36 can transmit high-frequency signals without increasing the effective area of the antenna electrodes 30 .
안테나 구조체(100)의 유전체 렌즈(10) 및 안테나 기판(20)은 도 1과 동일하게 구성될 수 있다.The dielectric lens 10 and the antenna substrate 20 of the antenna structure 100 may be configured the same as those of FIG. 1 .
위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.What has been described above are specific examples for carrying out the present invention. The present invention will include not only the above-described embodiments, but also embodiments that can be simply or easily changed in design. In addition, the present invention will also include techniques that can be easily modified and practiced in the future using the above-described embodiments.
Claims (8)
상기 유전체 렌즈 상의 안테나 기판; 및
상기 안테나 기판 상의 안테나 전극들을 포함하되,
상기 안테나 전극들의 각각은:
삼각형의 변들에 대응되는 배선 전극;
상기 배선 전극에 의해 정의되는 상기 삼각형의 모양을 갖는 빈 평면; 및
상기 배선 전극의 상기 삼각형 내의 상기 빈 평면 상에 제공되어 상기 배선 전극과 분리되고, 상기 배선 전극들의 선폭보다 작은 직경을 갖는 아일랜드 전극을 포함하는 안테나 구조체.
dielectric lens;
an antenna substrate on the dielectric lens; and
Including antenna electrodes on the antenna substrate,
Each of the antenna electrodes:
wiring electrodes corresponding to the sides of the triangle;
an empty plane having the shape of the triangle defined by the wiring electrode; and
and an island electrode provided on the empty plane within the triangle of the wiring electrodes, separated from the wiring electrodes, and having a diameter smaller than a line width of the wiring electrodes.
상기 유전체 렌즈는 결정 실리콘을 포함하는 안테나 구조체.
According to claim 1,
The dielectric lens is an antenna structure comprising crystalline silicon.
상기 안테나 기판은 3-5족 반도체를 포함하는 안테나 구조체.
According to claim 1,
The antenna substrate is an antenna structure comprising a group 3-5 semiconductor.
상기 배선 전극은 금을 포함하는 안테나 구조체.
According to claim 1,
The antenna structure of claim 1, wherein the wire electrode includes gold.
상기 아일랜드 전극은 1nm 내지 10nm의 직경을 갖는 안테나 구조체.
According to claim 1,
The island electrode has a diameter of 1 nm to 10 nm antenna structure.
상기 배선 전극의 선폭은 20㎛보다 작은 안테나 구조체.
According to claim 1,
The antenna structure wherein the line width of the wiring electrode is smaller than 20 μm.
상기 배선 전극의 선폭은 10㎛인 안테나 구조체.According to claim 7,
The antenna structure having a line width of the wire electrode is 10 μm.
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