KR101105960B1

KR101105960B1 - 강유전성 렌즈

Info

Publication number: KR101105960B1
Application number: KR1020077012983A
Authority: KR
Inventors: 올라 타게만; 게보르지안 스파르탁; 아나토리 데레니브; 피에르 피홀; 브래디미르 체르만
Original assignee: 텔레폰악티에볼라겟엘엠에릭슨(펍)
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2012-01-18
Also published as: CN101076921A; ATE395725T1; JP4298777B2; KR20070085940A; WO2006062446A1; JP2008523707A; CN101076921B; DE602004013850D1; US7777683B2; EP1825562B1; EP1825562A1; US20090237322A1

Abstract

렌즈(300,500)는 발생하는 전자파가 빠져나가는 방향(Ω)을 조절하도록 개시된다. 렌즈는 제1 주면(207,507) 및 제1 트랜스(220,222)를 갖는 강유전성 물질로 된 주요 바디(210,510)를 포함한다. 전자파는 트랜스를 통해 렌즈로 들어가고, 렌즈를 빠져나가며, 렌즈는 주요 바디의 제1 방향으로 DC-필드를 생성하는 수단(370,380)을 포함한다. 강유전성 물질로 된 주요 바디(210,510)는 강유전성 물질로 된 다수의 슬랩들(210₁₁-210_NN,510₁₁,510_NN)을 포함하고, 각각의 슬랩은 또한 전도성이 있는 물질로 된 제1 전극(403,603) 및 제2 전극을 포함한다. DC-필드를 생성하는 수단은 제1 및 제2 전극을 사용하여 제1 방향으로 기울어진 DC-필드를 생성할 수 있어서, 주요 바디의 유전 상수는 또한 제1 방향으로 기울어지므로, 전자파를 빠져나가는 것을 조절할 수 있다.

렌즈, 트랜스, 주면, 전극, DC-필드

Description

강유전성 렌즈{A FERROELECTRIC LENS}

본 발명은 렌즈 상으로 입사하는 전자파가 나가는 방향을 조절하는 렌즈에 관한 것이고, 상기 렌즈들은 적어도 제1 주면(main surface) 및 강유전성 바디의 제1 주면에 근접한 제1 트랜스(transformer)를 갖는 강유전성 물질로 된 주요 바디를 포함한다. 렌즈는 또한 주요 바디의 제1 방향으로 제1 DC-필드를 생성하는 수단을 포함하고, 근접한 전자파가 트랜스를 통과하여 렌즈로 들어가거나 렌즈를 빠져나갈 것이다.

강유전성 물질은 물질에서 DC-필드가 발생한다면 유전 상수가 바뀔 수 있다. 이런 특징은 안테나 빔과 같은 전자기 빔의 전기적인 조절을 위해 강유전성 물질로 된 렌즈를 제조하는데 사용될 수 있고, 빔은 렌즈 상으로 입사하는 전자기장의 렌즈로부터 "빠져나간다".

강유전성 물질로 만들어지고 렌즈 상으로 입사하여 렌즈를 빠져나가는 빔이 빠져나가는 방향을 전기적으로 조절하는데 사용되는 빔은 1999년 IEEE Transactions on Antennas and Propagation, pp 458-468, 제 47권, 3호, "Voltage-Controlled Ferroelectric Lens Phased Arrays"에서 공지된다.

이런 조항에 논의되는 장치의 단점은 복잡한 디자인과 가격이다. 장치는 강 유전성 물질로 채워진 다수의 통상적인 도파관 및 장치의 비용을 증가시키는 세션에 부합하는 입력/출력을 사용한다.

다른 강유전성 빔-조절 렌즈는 33^rd EuMC WS6 proceedings, pp 79-82에 공지된다. 이런 문서에 개시된 장치의 단점은 매우 높은 충전 시간 상수뿐만 아니라 렌즈를 구동하는데 필요로 되는 (약 20kV의 크기의) 매우 높은 전압일 것이다. 게다가, 이런 문서에 개시된 바와 같은 넓은 에어리어 강유전성 플레이트(렌즈)들의 구조가 고려된다 - 허용할 수 있는 고밀도화 및 균일성을 갖는 디자인으로 된 큰 사이즈(>5x5cm²)의 플레이트를 제조하기 어렵다.

그러므로 현재 공지된 것보다 제조하기에 덜 비싸고 덜 복잡하게 발생하는 전자기 빔의 출력 방향을 조절하는 강유전성 렌즈를 필요로 한다. 게다가, 이런 새로운 렌즈는 또한 현재 공지되는 렌즈보다 낮은 구동 전압을 필요로 해야만 한다.

이런 필요성은 렌즈 상으로 입사하는 전자파가 나가는 방향을 조절하는 렌즈를 개시하는 본 발명에 의해 해결되는데, 상기 렌즈는 적어도 제1 주면을 갖는 강유전성 물질로 된 주요 몸체를 포함하고, 또한 상기 강유전성 바디의 상기 제1 주면에 근접한 제1 트랜스를 포함한다.

전자파는 트랜스를 통해 렌즈로 들어가거나 빠져나갈 것이고, 이런 렌즈는 또한, 주요 바디의 제1 방향으로 제1 DC-필드를 형성하는 수단을 포함한다.

본 발명에 따라, 강유전성 물질로 된 렌즈의 주요 바디는 강유전성 물질로 된 다수의 분리된 슬랩(slab)을 포함하는데, 상기 다수의 슬랩 각각은 또한 전기적으로 전도성이 있는 물질로 된 제1 및 제2 전극을 포함한다. 또한, DC-필드를 생성하는 수단은 주요 바디의 유전 상수가 또한 상기 제1 방향으로 기울어지는 것에 의해서, 다수의 슬랩에서 제1 및 제2 전극을 사용하여 상기 제1 방향으로 기울어진 DC-필드를 생성할 수 있으므로, 나가는 전자파를 조절할 수 있고, 저가의 디자인 유연성을 제공한다.

그러므로 본 발명에 의해서, 강유전성 물질로 만들어지는 빔-조절 렌즈는 이미 공지된 렌즈보다 제작하는데 비용이 덜 들고, 상세한 설명으로부터 명백해지는 바와 같이, 또한 이미 공지된 렌즈보다 매우 낮은 제어 전압을 필요로 할 것이다.

바람직하게는, DC-필드를 생성하는 수단이 상기 주요 바디의 제1 주면에 필수적으로 평행한 제1 방향으로 상기 제1 DC-필드를 생성하도록 적응된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 렌즈는 제2 트랜스를 더 포함하고, 강유전성 물질로 된 주요 바디는 제2 주면을 갖는데, 이런 각각의 제1 및 제2 트랜스들은 주요 바디의 주면들 중 하나에 근접하게 배열되어, 전자파가 트랜스들 중 하나를 통해 렌즈로 들어오고 트랜스들 중 하나를 통해 렌즈를 빠져나갈 것이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.

도1은 본 발명에 따르는 렌즈의 원리에 대한 다이어그램,

도2는 측면으로부터 횡단면에서의 본 발명에 따르는 렌즈,

도3은 본 발명의 렌즈의 제1 실시예에 대한 주면의 횡단면도,

도4는 본 발명의 렌즈의 제1 실시예에서의 구성요소를 도시하는 도면,

도5는 본 발명의 렌즈의 제2 실시예의 주면에 대한 주면의 횡단면도,

도6은 본 발명의 렌즈의 제2 실시예에서의 구성요소를 도시하는 도면,

도7은 본 발명의 제3 실시에의 측횡단면도를 도시하는 도면,

도8a 및 도8b는 도6의 구성 요소의 변화를 도시하는 도면,

도9a 및 도9b는 본 발명의 버전을 도시하는 도면,

도10은 본 발명의 세부적인 실시예를 도시하는 도면,

도11a 및 도11b는 본 발명의 렌즈의 대한적인 실시예를 도시하는 도면,

도12 및 도13은 본 발명에 따르는 렌즈의 다른 대안적인 실시예의 버전을 도시하는 도면.

도1은 본 발명을 따르는 렌즈(100)의 몇몇 기본 원리를 도시한다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명은 강유전성 물질로 된 바디(110)를 갖는 렌즈(100)를 포함한다. 강유전성 물질에 대한 하나의 특성은 물질이 DC-필드를 겪음으로써 물질의 유전 상수(ε)가 바뀔 수 있다는 것이다.

도1에서 개략적으로 도시되는 바와 같이, 본 발명의 렌즈는 강유전성 물질로 된 바디(110)에 적용될 DC-필드를 생성하는 수단(140)을 포함한다. 강유전성 바디에 걸쳐 또는 강유전성 바디 내에서 생성되는 DC-필드가 일정하지 않은 대신, 적어도 하나의 방향으로 기울어졌다면, 강유전성 바디의 유전 상수(ε)는 DC-필드의 기울기에 따라 바뀔 것이다.

강유전성 물질로 된 바디의 유전 상수를 바꾸기 위한 능력에 대한 애플리케이션: 평면 전자파(150)가 바디(110)의 제1 주면 상에서 발생하고, 발생한 방향은 제1 주면에 수직이다. 파장은 제1 주면을 통해 바디(110)로 들어가고 바디의 제2 주면을 통해 빠져나온다. 본 발명에 따라, DC-수단(140)은 바디(110)에서 제1 방향으로 DC-필드를 생성하는데 사용되고, 도1에 도시된 방향은 화살표로 나타내지고 필수적으로 정사각형이나 직사각형 형태로 도시되는 바디의 한 모서리에 평행하다. DC-수단에 의해 생성되는 DC-필드의 방향은 도1에 도시된 좌표 시스템에서 "x"로 나타내지는 방향이고, x-축은 필수적으로 정사각형 바디의 상기 모서리에 일치한다. 상술된 바와 같이, 본 발명의 렌즈(100)에 생성된 DC-필드는 기울어지므로, 이런 경우에, DC-기울기는 렌즈의 x-방향을 따라 생성된다.

기울어진 DC-필드의 결과는 도1에 또한 도시된다: 평면 전자파(150)는 제1 주면에 수직인 입사각으로 강유전성 바디(110)의 제1 주면을 통해 강유전성 바디(110)로 들어가고, 각(Ω)이 수직으로 발생하는 방향으로 바디의 제2 주면을 통해 렌즈를 빠져나간다.

입사파가 빠져나가는 방향이 강유전성 바디에서 기울어진 DC-필드를 부여하는 수단에 의해서 바뀔 수 있다는 사실은 본 발명에 따르는 렌즈가 빔 조절 장치로서 사용될 수 있다는 것을 의미한다. 도1에 도시된 장치(100)는 단지 본 발명 이면의 기본 원리를 설명하는 것을 돕고, 이제 본 발명을 더 상세히 설명할 것이다.

도2는 도1에서 점선(Ⅱ-Ⅱ)을 따라 횡단면도로 본 발명의 렌즈(200)를 도시한다: 도1의 렌즈(100)와 같이, 도2의 렌즈는 강유전성 물질로 된 바디(210)를 포 함하는데, 이는 후술될 것이다. 바디(210)는 또한 제1 주면(207)을 갖는다.

게다가, 도2의 렌즈(200)는 도1에 도시되지 않은, 매칭 트랜스(matching transformer)(220)를 포함하는데, 이는 강유전성 바디(210)로 된 제1 주면(207)에 근접하게 배열된다. 트랜스(220)의 기능은 렌즈 및 주변 환경 사이에서 전자파가 들어오고 나가는 것을 용이하게 하는데, 이는 상세히 후술될 것이다.

그러므로 파장이 렌즈를 빠져나가는데 적합한 트랜스가 또한 존재한다. 이는 의도된 파장에 대한 입구 표면 및 출구 표면 둘 다에 렌즈를 둘러싸는 트랜스(220)를 둠으로써 성취될 수 있는데, 즉, 제1 트랜스가 하나의 고체 접촉 조각이도록 함으로써, 또는 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 렌즈(200)가 제1 트랜스(220) 외에 제2 트랜스(222)를 포함하도록 함으로 성취되는데, 제2 트랜스는 전자파의 의도된 출구 표면에 근접하게, 즉, 바디(210)의 제2 주면(208)에 인접하게 배열된다.

도2에 도시된 바와 같이, 강유전성 바디(210)는 직사각형 박스의 형태인 것이 바람직하므로, 바디(210)의 제1 주면(207) 및 제2 주면(208)이 박스의 두 개의 대향하는 주면이 된다.

또한 본 발명에 따라, 도2에 도시된 바와 같이, 강유전성 바디(210)는 다수의 분리된 슬랩(210₁-210_N)을 포함한다. 도2에 도시된 바와 같이 슬랩(210₁-210_N)은 서로 근접하게 적층되고, 이런 예에서, 서로의 상부에 강유전성 바디(210)를 형성한다.

그러므로 강유전성 물질로 된 바디(210)의 제1 주면(207)에 수직 방향으로 렌즈(200) 상에서 발생하는 평면 전자파(240)는 제1 트랜스(220) 및 제1 주면(207)을 통해 렌즈로 들어가고 제2 주면(208) 및 제2 트랜스(222)를 통해 바디(210)를 빠져나갈 것이다.

도2에 도시되고 상술된 바와 같이, 파장(250)이 빠져나가는 방향은 바디(210)에 전기장을 도입함으로써 제어될 수 있어서, "단부 슬랩(210₁또는 210_N)"에서 최소이고 다른 "단부 슬랩"에서 대응하여 최소인 것이 바람직한 전기 기울기가 형성된다.

따라서, 본 발명의 렌즈는 주요 바디의 제1 방향으로 제1 DC-필드를 도입하는 수단(DC+,GND)을 포함한다. 이는 이제 도3을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.

도3은 도2에서 도시되는 점선(Ⅲ-Ⅲ)을 따라 횡단면 전면도로 도2의 렌즈(200)를 도시한다. 도3은 다수의 슬랩을 갖는 바디(210)의 구성요소를 명확하게 도시하는데, 이런 특별한 경우에 슬랩들은 행렬과 같이 배열된 신장된 박스형 구조이어서, 각각의 슬랩은 도면에 도시된 바와 같이 2차 행렬(210₁₁-210_NN)의 요소로써 도시될 수 있다.

행렬은 물론 강유전성 바디(210)에 대해서 단지 하나의 적합한 형태이고, 개별적인 슬랩이 신장된 박스형 형태이기 때문에, 다수의 다른 형태의 슬랩 및 강유전성 바디가 본 발명의 범위 내에서 실현될 수 있다. 예를 들어, 이런 특정한 실시예에서, 각각의 열, 즉, 요소(210₁₁-210_1N) 등은 하나의 연속적인 슬랩일 수 있으므로, 바디(210)는 대신 서로의 상부에 배열된 다수의 "기판"들을 포함한다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 렌즈는 또한 렌즈에서 DC-필드 기울기를 생성하는 수단을 포함한다. 이런 수단은 도3에서 명확하게 보여질 수 있고, 이런 예에서, 제1 세트의 "접지선"(370) 및 제2 세트의 DC-선(380)을 포함한다.

도시된 바와 같이, 접지선(270)은 공통 접지 지점(GND)에 연결되고, DC-선은 DC-전력 공급기("V")에 연결된다. DC-필드를 생성하는 수단이 설명되기 전에, 개별적인 요소인, 강유전성 바디(210)의 "슬랩"들은 이제 도4에서 추가적으로 상세히 설명될 것이다.

도4는 도3에서 도시되는 행렬의 슬랩(210xx)들 중 하나를 도시한다. 도4에서 도시되는 바와 같이, 슬랩은 폭(w), 높이(h) 및 길이(l)를 갖는 직사각형 및 박스형이다. 강유전성 물질로 된 바디(210)의 제1 주면(207) 및 제2 주면(208)을 형성하는 폭(w) 및 높이(h)에 의해서 한정되는 두 개의 표면(슬랩의 전"면" 및 후"면")이 있다.

본 발명에 따라, 도3에 도시되는 바와 같은, 행렬의 슬랩들은 예컨대, Ag, Au, Pt 또는 Pd인 전기적으로 전도성이 있는 물질로 된 제1 및 제2 전극을 포함한다. 도4에서 도시되는 형태를 갖는 슬랩들에 대해서, 전극들은 슬랩의 상부 표면(403) 및 하부 표면상에 배열되는 것이 바람직하다. 그러므로 도4의 하부 왼쪽에 도시된 좌표 시스템에 대해서, x-방향으로 서로 근접하게 배열된 두 개의 슬랩은 한 슬랩의 상부 전극 및 다른 슬랩의 하부 전극 사이에서 물리적이고 전기적인 접촉을 가질 것이다. 전극으로 인해서, 각각의 개별적인 슬랩(210₁₁-210_NN)은 기본적인 TEM-파장유도체로써 도시될 수 있다.

도3 및 상술된 DC-필드를 생성하는 수단을 다시 참조하면, 이런 수단은 제1 세트의 접지선(370) 및 제2 세트의 DC-선(380)을 포함한다.

"가장 오른쪽" 열의 슬랩들, 즉, 210_1N,210_2N…210_NN의 슬랩들을 고려하자. 슬랩(210_1N)이 배열되어 이 슬랩의 바로 아래 슬랩 즉, 슬랩(210_2N)의 상부 전극과 접촉한다. 임의의 특정한 열에서 (일반적인 이유로 랩들의 최상부 및 최하부를 제외하고) 전체 슬랩들에 부착된다는 원리이다: 각각의 슬랩의 하부 전극은 슬랩의 바로 아래 슬랩의 상부 전극과 접촉한다.

그러므로 다수의 연결 지점은 두 개의 슬랩들 사이의 교차점에서 생성되고, 각각의 연결 지점은 한 슬랩의 하부 전극 및 바로 아래의 다음 슬랩의 상부 전극을 포함한다. 두 개의 전극은 슬랩들의 측면으로 신장하지 않으므로, 연결 지점은 측면에서 액세스될 수 없고, 여분의 컨덕터가 도입되어 두 개의 전극이 만나는 지점에 전기적인 액세스를 용이하게 한다.

그러므로 두 개의 슬랩들 사이의 교차 또는 연결 지점에서, DC-공급기에 연결 지점을 연결시킴으로써 전위를 성취할 수 있을 것이다. 이는 도3의 실시예에서 행해지는 것이다: 접지에 연결된 제1 전위 선(potential line)(370) 및 DC-공급기에 연결된 제2 전위 선(380)이 있다. 이런 두 개의 전위 선에 의해서, 강유전성 바디(210)에서 기울어진 필드가 다음의 방법에 따라 생성된다: 제2 전위 선(380)이 DC-공급기에 연결되고, 이런 경우 레지스터에, 다수의 전압 분리기를 포함한다.

도3은 7개의 레지스터를 도시하는데, 간략하게 하기 위해서, V_DC=7볼트라고 가정한다. 말할 것도 없이, 레지스터의 수 및 DC-전압의 증폭은 단지 예시이고, 레지스터의 수 및 DC-증폭은 애플리케이션에 따라 필요에 의해 바뀔 수 있다.

V_DC=7V를 사용하면, 각각의 레지스터를 가로질러 1V의 전압일 것이고, 임의의 한 레지스터 및 접지 사이의 전압은 레지스터 옆에 표기되고, 접지에서의 상기 전압은 0볼트 내지 7볼트의 기울기로 바뀐다.

제1 슬랩, 즉 슬랩(210_1N)을 제외하고, 각각의 슬랩의 각 측(상부/하부) 상의 전극이 접지선(370) 내의 지점에 연결될 것이고, 동일한 슬랩의 다른 측(하부/상부) 상의 전극이 제2 전위 선(380) 내의 지점에 연결될 것이다.

그러므로 각각의 슬랩에서 전극들 중 하나가 접지에 연결될 것이고, 다른 전극은 DC-공급에 의해서 공급되는 전위 선에 연결될 것이다.

DC-기울기에서 가장 낮은 전위일 슬랩으로부터 시작하고, 소정의 기울기의 방향에서 진행하는, 슬랩들에 걸쳐진 소정의 DC-기울기를 생성하기 위해서, 각각의 슬랩은 제2 전위 선(380) 내의 지점에 연결되고, 이는 제2 전위 선(380)에 연결된 옆의 슬랩의 지점보다 더 높은 전위를 갖는다.

이에 대한 이해를 쉽게 하기 위해서, 도3은 제2 전위 선(380) 내의 각각의 레지스터 각 측 상의 전압을 나타낸다.

이런 원리를 더 쉽게 이해하기 위해서, 가장 오른쪽 열(열N)의 슬랩에 대해서, DC-선 및 접시에 연결된 슬랩의 지점 사이의 전위가 아래의 표로 도시된다. 물 론 단지 예로써, 16의 행이 도시되기 때문에, 하부 오른쪽 편 모서리의 슬랩은 여기서 210_16,N으로 표시될 것이다.

그러므로 강유전성 물질로 된 바디(210)에 걸쳐 생성되는 DC-기울기가 존재하고, 기울기는 도3에서 화살표(G)로 나타내진다. 차례로 DC-기울기는 바디에서 유전 상수(ε)로 기울기를 생성하고, ε는 DC-전압이 DC-전압이 증가함에 따라 동일한 방향으로 증가하는데, 즉, DC-필드 바이어싱이 높아질수록, 강유전성 물질로 된 ε가 낮아진다.

전위 선(380)을 제어함으로써 기울기를 제어할 수 있기 때문에, 이제 이런 제어가 도2에 관하여 도시되고 설명되는 빠져나가는 전자파(250)의 출력 방향(Ω)을 제어하는데 사용될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 그러므로 도2 및 도3에 도시되고 상술된 DC-수단을 사용함으로써, 도3에 도시된 좌표 시스템을 참조하면 "x" 방향으로 전자파가 빠져나가는 방향을 제어할 수 있을 것이다.

본 발명의 다른 중요한 원리는 또한 DC-수단 또는 바이어싱 수단에 대한 설명으로부터 판별될 것이다: 본 발명의 렌즈 내에 생성되는 DC-필드는 도2에 도시된 발생하는 전자파의 E-필드에 필수적으로 평행할 것이다 이는 상술된 디자인보다 양호한 튜닝 정밀성을 허용하고, 여기서 두 개의 E-필드(바이어싱 필드 및 발생하는 파장 필드)는 종종 다소 서로에 직교한다.

도5는 본 발명의 다른 실시예(500)를 도시하는데, 도3 및 또한 도5에 도시된 좌표 시스템을 다시 참조하면, 빠져나가는 전자기 빔의 방향이 x-방향 및 y-방향 둘 다에서 제어될 수 있다.

상술된 바와 같이, 실시예(500)는 강유전성 물질(510)로 된 바디에 기초한다. 렌즈(500)는 하나 이상의 매칭 트랜스를 바디의 주면에 포함하는데, 이는 도2-4에 관하여 도시되고 설명된 실시예와 유사하고, 이런 이유로, 트랜스를 여기서 다시 설명하지 않을 것이다.

강유전성 바디(510)는 또한 다수의 슬랩(510₁₁-510_NN)으로 구성되는데, 이는 도면에서 N 개의 행 및 N개의 열을 갖는 행렬로 배열된 직사각형 박스형 구조로 도시된다. 실시예(500)에서 사용되는 슬랩들 중 하나는 도6에서 상세히 설명된다.

상기 실시예의 슬랩들과 같이, 도6에 도시된 슬랩(510xx)은 예에서, 슬랩의 상부 표면(603) 및 하부 표면상에 배열된 제1 전극 및 제2 전극을 포함한다. 도3 및 도4의 슬랩들과 더 유사하게는, 슬랩(510xx)이 폭(w), 높이(h) 및 길이(l)를 갖는 직사각형 및 박스형이다. 슬랩의 폭(w) 및 높이(h)에 의해 한정된 두 개의 표면(슬랩의 전"면" 및 후"면")은 강유전성 물질로 된 바디(510)의 제1 주면(507) 및 제2 주면(508)을 형성한다.

그러나 상기 도시된 슬랩과는 반대로, 실시예(500)의 슬랩 또는 TEM-파장유도체(510xx)는 도6에 도시된 두 개의 적층된 구조를 갖으며, 다음과 같이 구성된다:

강유전성 물질로 된 제1 층(605)은 강유전성 물질로 된 제2 층(606)의 상부에 배열되는데, 동일한 종류의 강유전성 물질일 필요가 없다. 이런 두 개의 층(605,606) 사이에는, 전도성 물질로 된 층이 배열되는데, 이는 설명에서 이후 명백해지는 바와 같이 높은 저항성을 갖는 물질인 것이 바람직하다. 상술된 슬랩들과 같이, 슬랩(510xx)은 기초적인 TEM-파장 유도로써 도시될 수 있고, 낮은 저항성을 갖는 전도성 물질로 된 제1 및 제2 전극을 포함하며, 이런 예에서, 제1 전극(603)은 슬랩의 "상부" 표면상에 배열되고, 제2 전극(604)은 슬랩의 대향하는 하부 표면상에 배열된다.

그러므로 도5에 도시된 바와 같이, 도2 및 도3에 도시된 배열의 연결 지점 외에도, 부가적이거나 중간인 연결 지점이 상술된 연결 지점 사이에 생성되고, 부가적인 연결 지점은 높은 저항성으로 된 층으로의 액세스 지점이며, 이는 각각의 슬랩에서 제3 전극으로써 도시될 수 있다.

도5에 도시된 바와 같이, DC-기울기(580)를 생성하는 제1 수단 및 접지 수단(570) 외에도, 렌즈(500)는 강유전성 바디(510)에서 제2 방향으로 DC-기울기를 생성하는 제2 수단(590)을 포함한다. 적합하게는, 후술되는 바와 같이, 제2 기울기 방향이 제1 수단(580)에 의해서 생성되는 제1 기울기 방향에 수직이지만, 다른 방향들이 본 발명 내에서 가능할 수 있다.

도5에 도시된 바와 같이, 기울기를 생성하는 제2 수단(590)은 또한 이런 경우 레지스터 내의 다수의 전압 분리기에 연결된 DC-공급기(V₁)를 포함한다.

도5에 도시된 바와 같이, 제3 전극(607)은 전압 공급기(V₁,V₂) 둘 다에 연결되는데, 바디(510)의 제1 주요 모서리(501) 상의 하나의 전압 공급기(V₁)에서 연결되고, 바디(510)의 대향하는 제2 주요 모서리(502) 상의 다른 전압 분리기(V₂)에 연결된다. 게다가, 연결이 행해지므로 제3 전극(607)의 ("x" 방향의) 제1 측은 두 개의 네트워크(580,590)들 각각에 제1 전압 분리기의 각 측에 연결되고, 제3 전극의 ("x" 방향의) 다음 측은 제2 전압 분리기의 제1 측에 연결될 뿐만 아니라 제1 전압 분리기의 제2 측에 연결된다.

제2 전극의 측 다음의 측은 그래서 제2 저압 분리기의 제2 측에 연결된다. 요약하면, 이제 실현될 원리는 각각의 DC-공급기(V₁,V₂) 중 하나의 전압 분리기가 두 개의 근접한 제3 전근에 연결될 것이라는 것이다.

바디(510)의 슬랩들 사이의 교차점에서 생성되는 연결 지점은 또한 이런 실시예에서, 이런 경우에 접지 네트워크 또는 접지선(570)에 연결됨으로써 사용된다.

도2-4에 관하여 설명된 원리를 사용하면, 전압 공급기(V₂) 또는 전압 공급기(V₁) 둘 중 어느 하나를 사용하여 실시예(500)의 x-방향으로 DC-기울기를 또한 생성할 수 있다는 것이 실현될 것이다. 또한, 제3 전극에서 높은 저항성을 갖는 물질을 사용하는 것이 또한 실현될 것이다: 전압 공급기(V₁,V₂) 사이의 전압차가 존재하고 그들 사이의 연결이 이상적인 컨덕터가 아니라면, DC-기울기가 그 방향으로 또한 생성됨으로써, 전압 차(V₁-V₂)에 의해서 y-방향으로 필수적으로 선형 전압 강하가 존재할 것이다.

그러므로 두 개의 전압 공급기(V₁,V₂)를 제어함으로써, 기판의 유전 상수(ε)는 발생하는 전자파가 빠져나가는 방향은 실시예(500)의 소정의 결과인 두 개의 방향에서 제어될 수 있음으로써, x-방향 및 y-방향 둘 다에서 기울기에 따라 변화가 행해질 수 있다.

강유전성 바디(210)와 유사하게, 강유전성 바디(510)에서, 하나의 행의 요소들, 예컨대, 요소(510₁₁-510_1N)는 분리된 요소들 대신 하나의 연속적인 슬랩일 수 있는데, 즉, 바디(510)는 각각의 상부에 적층되고, 서로 적층된 "기판"으로 구성될 수 있다.

상술되고 첨부된 도면의 실시예는 단지 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위한 예이고, 이는 TEM-파장유도체("슬랩")들의 구조에 이를 때 및 DC-기울기 필드를 생성하는 수단에 이를 때, 여러가지 변화가 가능하다는 것이 인식될 것이다.

대안적인 실시예(700)의 한 예가 도7에 도시된다: 강유전성 렌즈(700)는 강유전성 바디(710)의 두 개의 주면(707,708) 각각에 근접한 매칭 트랜스(720,722)를 갖는 강유전성 바디(710)를 포함한다.

그러나 대안으로써, 렌즈(700)는 상응하는 형태를 갖는 개별적인 매칭 트랜스(720,722)를 갖는 오목한 제1 주면(707) 및 평면 제2 주면(708)을 갖는다. 이런 형태의 렌즈 구성요소는 예컨대, 빔 형태를 형성하고/하거나 출력 빔의 빔 폭을 형성할 수 있게 한다.

본 발명에 따르는 렌즈에 대한 디멘션 및 물질에 대한 일부 예가 또한 주어질 것이다. 이런 물질 및 예시가 본 발명을 따르는 렌즈에 적합할지라도, 이들은 단지 예시적인 것이고, 본 발명의 범위를 제한하는 바로써 보여지는 것이 아니라는 것을 강조해야만 한다.

강유전성 바디의 강유전성 슬랩들에 대한 적합한 물질의 예는 Ba_xSr_1-xTiO₃이사용될 수 있고, 여기서 0≤x≤1이다.

매칭 트랜스에 대해 물질을 선택하게 될 때, 적합한 유전 상수를 갖는 임의의 물질이 선택될 수 있고, 즉 다음의 수학식에 충실해야만 한다:

디면션에 대해서, 강유전성 물질로 된 바디에서 "슬랩"들 또는 TEM-파장유도체들에 대한 여러 문자(w,h,l)들은 다음과 같이 언급될 수 있다: 폭(w)은 예컨대, 제작의 용이성에 의해 결정될 수 있다. 다른 문자에 대해서, 파장유도체들이 큰 블록의 일부로써 제조된다면 파장유도체의 폭(w)이 작을수록 수율은 높아질 것이다.

높이(h) 또는 파장유도체가 상술된 바와 같이 렌즈에 배열될 때 높이일 디멘션에 관해서는, 높이(h)가 렌즈의 의도된 동작을 하는 파장 길이의 반보다 작을 수 있다. 그러므로 우리는 특정한 주파수에 관하여 단지 특정한 높이를 논의할 수 있다. 예를 들어, 렌즈가 ε=200m인 강유전성 물질을 사용하여 10GHz에서 동작하도록 디자인되었다면, 우리는:

을 갖는다.

그러므로 슬랩들의 높이(h)에 대한 일반적인 수학식은:

이고, 여기서 c는 빛의 속도, f는 렌즈에 대해서 의도된 동작을 하는 주파수(중심 주파수) 및 ε_ferr은 사용되는 강유전성 물질의 유전 상수이다.

슬랩의 적합한 높이(h)의 예는 0.5-1mm의 범위이다. 이는 단지 적합한 값의 예이고, 본 발명을 어떠한 방법으로도 제한하지 않는다.

적합한 강유전성 물질에 대해서, 제어 전압의 전형적인 값은 전압이 인가되는 방향에서 10V/㎛일 수 있다. 그러므로 h=1mm인 슬랩의 경우에, 제어 전압은 1kV일 수 있다.

슬랩들의 길이(l)는 그중에서도 특히 렌즈의 스캐닝 각의 필요로 되는 범위에 의해서 한정된다. l의 전형적인 값은 거의 10-20mm의 범위일 것이다.

매칭 트랜스에 대해서, 강유전성 물질로 된 바디의 주면에 대해 수직인 디멘션인, 트랜스들의 깊이는 의도된 동작을 하는 주파수의 4/1-파장길이이어야만 한다. 주파수(10GHz) 및 강유전성의 유전 상수(ε=200)에 대해서, 트랜스의 유전 상수에 대해 상기 수학식 1을 사용하면, 우리는 트랜스 깊이(d_TRANS)를 가질 것이다:

높은 저항성 필름에 대한 적합한 물질의 예는 LaMnO₃/SrTiO₃로 만들어질 수 있다.

도8b는 상술된 파장유도체의 변화물(820)을 도시한다: 도8a에서 배경으로써, 상술된 슬랩이 도시되는데, 즉, 두 개의 전극을 갖는 강유전성 물질로 된 직사각형 박스형 형태(810)이고, 전극 각각은 박스의 대향하는 표면에 위치한다. 도8b에서, 파장유도체는 대신 다층구조(820)로 도시되는데, 즉, 강유전성 물질로 된 교차 층 및 컨덕터를 갖는다. 그러므로 상술된 상부 전극 및 하부 전극 외에도, 파장유도체(820)는 중간 전극 또는 전극층(821) 및 중간 강유전성 층(822)들을 대안적으로 갖는다.

도9a 및 도9b는 상기 도2와 동일한 사시도로부터 보여지는 본 발명에 따르는 렌즈의 변화물(910,920)을 도시하는데, 즉 측면으로부터의 횡단면도이다. 도9a 및 도9에서 도시되는 바와 같이, 강유전성 바디(921,922)의 파장유도체들은 상술된 디멘션(l)인 길이가 다를 수 있다. 게다가, 도9a 및 도9b는 강유전성 물질로 된 바디와 함께 사용되는 트랜스의 대안적인 버전(911,921)을 도시한다: 도9a 및 도9b의 파장유도체들은 길이가 다르기 때문에, 강유전성 물질로 된 바디들의 주면이 매끄럽지 않다. 그러나 트랜스(911,921)는 이에 적응되는데, 즉, 각각의 파장유도체에 대한 트랜스의 ε가 수학식 1에 의해서 결정되고, 각각의 파장유도체에 대한 트랜스의 두께는 λ/4이다.

게다가, 렌즈(910,920)의 밖을 향하도록 하는 트랜스(911,921)의 표면이 매끄럽지만, 도9a의 경우에는, 렌즈(910)가 두 개의 트랜스 부품(911₁,911₂)을 포함하는데, 하나는 강유전성 물질(912)로 된 바디의 각각의 주면에 근접하게 배열되고, 둘 다는 직선 외부 모서리를 갖는데, 이는 강유전성 물질로 된 바디(912)의 신장 주 방향에 일치하게 배열된다.

도9b의 경우에, 렌즈(920)는 또한 두 개의 트랜스 부품(921₁,921₂)을 포함하는데, 하나는 강유전성 물질로 된 바디(912)의 각각의 주면에 근접하게 배열된다. 그러나 이런 트랜스 부품들의 외부 모서리는 볼록하여 그에 따른 렌즈에 필수적으로 계란형 구조를 제공한다.

도10에서, 본 발명의 렌즈(100)는 도3 및 도5와 동일한 사시도로 도시되는데, 즉, 렌즈의 주면들 중 하나를 도시하는 횡단면도, 즉, 트랜스(1001,1002)뿐만 아니라, 렌즈의 주면들 중 하나를 도시하는 횡단면도이다. 도10은 본 발명의 렌즈를 제작할 때 사용할 수 있는 실제 세부사항을 도시한다: 상술된 바와 같이, 렌즈들(1000)은 다수의 전극(1005) 및 전극 및 예컨대, 도3 및 도5에 도시된 바와 같은 DC-전압을 생성하는 수단 사이의 연결을 포함한다. 간섭을 피하기 위해서 그리고 DC-전압으로의 여러 연결 사이의 단락을 피하기 위해서, 특정한 절연층(1003,1004)은 DC-수단들 사이의 연결이 존재하고 전극이 만들어진다면, 강유전성 바디의 주면의 한 측 또는 두 개의 측 상에 배열될 필요가 있을 수 있다. 그러므로 연결은 절연층(1003,1004)에서 "임베드(embed)"될 것이고, 서로로부터 절연된다. 절연층에 대한 물질은 다수의 널리 공지된 절연 물질들 중 임의의 것이 선택될 수 있다.

도11a는 도3, 도5 및 도10의 렌즈와 동일한 사시도로 보여지는, 본 발명을 따르는 렌즈의 다른 실시예(1100)를 도시한다: 지금까지 설명된 렌즈들과 동일한 방법으로, 렌즈(1100)는 강유전성 바디로 만들어진 다수의 TEM-파장유도체를 포함하고, 강유전성 물질로 된 바디를 함께 형성하도록 배열된다. 명확하게 하기 위해서, 트랜스 및 DC-수단은 상술된 바와 같기 때문에 도11에서 도시되지 않는다.

실시예(1100) 및 상술된 실시예들 사이의 중요한 차이점은 다음과 같다: 렌즈(1100)의 TEM-파장유도체들이 제1 및 제2 전극을 구비하지만, 행 아래 위의 파장유도체와 마주하는 이런 측 상에 존재하지 않게 적용할 수 있다. 대신, 렌즈(1100)의 파장유도체들은 동일한 행에서 이웃하는 파장유도체와 마주하는 이런 측 상에 제1 및 제2 전극을 갖는다.

렌즈(1100)의 두 개의 근접한 파장유도체(1102,1104)를 사용하는 것이 도시된다. 그러므로 파장유도체(1102)는 각각의 상기 측들 상의 제1 전극(1101) 및 제2 전극(1103)을 가지며, 그 측들 상의 전극에 직접적으로 근접한 파장유도체(1106)를 갖는 제2 전극(1103)을 공유한다.

도11a에 도시되는 바와 같이, 파장유도체들은 한 행의 파장유도체의 전극이 근접한 행의 파장유도체의 전극과 접촉하는 위험이 없도록 배열된다. 적합하게는, 도11a에서 보여지는 바와 같이 행해진다: 행(1100₁-1100₇)이 직접적으로 근접한 행에 관하여 거리(△)로 대안적으로 위치되어, 한 행의 파장유도체의 전극이 주변 행의 파장유도체의 전극에 접촉하는 위험이 없을 것이다.

도11a의 실시예에 대한 하나의 이점은 상기 실시예와는 반대로 각각의 파장유도체가 개별적으로 처리될 수 있다는 것이다. 그러므로 예를 들어, 전극(1101,1103)은 파장유도체(1102) 등을 처리하는데 사용될 것이다. 이런 실시예에서, DC-바이어싱 네트워크는 강유전성 바디의 주면의 평면에 배열되는 것이 바람직하다.

일반적으로, 각각의 파장유도체가 개별적으로 어드레스 될 수 있는 실시예는 일반적으로 강유전성 바디의 기울기를 형성할 때보다 양호한 유연성을 허용할 것이다.

도11b는 도11에 도시된 렌즈의 대안적인 실시예(1105)를 도시한다. 도11b의 파장유도체들은 도11a의 파장유도체와 유사하고, 주요 차이점은 파장유도체들이 동일한 수의 파장유도체와 함께 열로 배열되지 않으므로, 약간 타원형의 강유전성 바디의 주면을 갖는다는 것이다.

도11에 도시된 실시예는 각각의 파장유도체가 개별적으로 처리될 수 있지만, 기울기(들)가 단지 한 방향으로 생성될 수 있다. 도12는 개선된 실시예를 도시한다: 도11의 파장유도체와 동일한 사시도로 도시되는 렌즈(1200)에서, 다수의 파장유도체가 존재하고, 64개의 파장유도체의 경우에, 8*8 행렬을 형성하도록 규칙적인 행 및 열로 배열된다. 다수의 이런 파장유도체들은 그들의 모든 현재 예에서 제1, 제2, 제3 및 제4 전극을 갖는다.

도시된 예에서, 파장유도체들은 도4에 도시된 파장유도체와 유사한 기본 구조를 갖는 직사각형 및 박스형이다. 렌즈(1200)에서 사용되는 파장유도체는 렌즈(1200)의 주면 각각을 형성하는데 기여하지 않는 "박스" 또는 슬랩"의 각각의 측 상에 하나의 전극을 갖도록 배열된 그들의 전극을 갖는다. 그러므로 (외부 행에 위치된 것과 이격된) 각각의 파장유도체는 각각의 측 상의 전극을 둘러 싸는 다른 파장유도체들 중 하나에 공통인 하나의 전극을 가질 것이다 .

예와 같이, 파장유도체(1200₁₁)를 고려하면: 이런 파장유도체는 네 개의 전극을 가지며 상기 측들 중 각각에 하나의 전극이 존재한다. 파장유도체(1200₁₁)는 상술된 바와 같은 좌표 시스템을 사용하여 "y"-방향으로 이웃하는 파장유도체, 즉, 파장유도체(1200₁₂)와 공통으로 한 측 상에 하나의 전극을 갖는다.

부가적으로, 파장유도체(1200₁₁)는 또한 "x"-측에서 이웃하는 파장유도체(1200₂₁)와 공통으로 그의 전극들 중 하나를 갖는다. 파장유도체(1200₁₁)는 행렬의 상부 왼쪽편 모서리에 위치되고, 그러므로 두 개의 방향에서 어떠한 이웃하는 파장유도체도 갖지 않고, 두 개의 전극은 임의의 다른 파장유도체들과 공유되지 않을 것이지만 원리는 실현될 것이다.

그러므로 도12에서 도시된 실시예에 있어서, 각각의 파장유도체는 개별적으로 처리될 수 있고, 두 개의 방향에서 개별적인 DC-전압을 갖도록 제어되는데, 이는 두 개의 방향으로 조절하는 빔을 가질 수 있는 렌즈 또는 안테나의 결과를 가져온다.

도3 및 도5에 도시된 실시예에 관하여 언급되는 바와 같이, 본 발명의 두드러진 이점은 발생한 파장의 E-필드가 바이어싱 네트워크의 E-필드에 필수적으로 평행할 것이라는 것이다. 도12의 실시예에 대해서, 발생하는 전자파의 E-필드에 관한 더 양호한 유연성이 허용될 수 있는데, 바이어싱 네트워크의 E-필드가 더 양호한 정도의 유연성으로 제어될 수 있기 때문에, 발생한 파장의 E-필드가 임의의 극성을 기본적으로 갖도록 한다.

또한, 도12에 도시된 실시예에서, 렌즈 내의 "로컬 기울기(local gradients)", 즉, 여러 유전 상수(ε)를 갖는 렌즈 내의 에어리어를 생성할 수 있을 것이라고 강조되어야만 한다.

마지막으로, 도13a는 도12의 개념과 동일한 기본 개념을 도시하지만 또한 전 극이 디자인될 수 있는 방법을 도시한다: 지금까지, 전극은 기본적으로 편평하게 도시되었다. 도13a에 도시된 바와 같이, 이는 하나의 실시예이지만, 그들은 또한 그들의 횡단면 형태로 원형일 수 있다.

도13b는 도13의 개별적인 파장유도체들 중 하나를 도시한다.

본 발명은 상술된 실시예의 예들에 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구항의 범위 내에서 자유롭게 바뀔 수 있다. 그러므로, 파장유도체 기술에 널리 공지되는 바와 같이, 파장유도체들은 임의의 수의 횡단면 형태가 주어질 수 있다. 예를 들어, 가능할 수 있는 횡단면 형태는 원형, 타원형, 6각형 등이다.

또한, 본 발명의 파장유도체들은 다른 애플리케이션 내에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 파장유도체는 하이브리드 집적 회로에서 위상 이동기로써 사용될 수 있다.

Claims

렌즈 상으로 입사하는 전자파(240)가 빠져나가는 방향(Ω)을 조절하는 렌즈(200,300,500)로써, 상기 렌즈가 적어도 제1 주면(207,507)을 갖는 강유전성 물질로 된 주요 바디(210,510) 및 상기 강유전성 바디의 상기 제1 주면에 근접한 제1 트랜스(220,222)를 포함하고, 상기 전자파는 상기 트랜스를 통해 상기 렌즈로 들어가고(240), 빠져나오며(250), 상기 렌즈는 상기 주요 바디의 제1 방향으로 제1 DC-필드를 생성하는 수단(370,380)을 더 포함하고, 상기 강유전성 물질로 된 주요 바디(210,510)는 강유전성 물질로 된 다수의 분리된 슬랩들(210₁₁-210_NN,510₁₁-510_NN)을 포함하고, 상기 다수의 슬랩들 중 각각의 슬랩은 전기적으로 전도성이 있는 물질로 된 제1 전극(403,603) 및 제2 전극을 더 포함하고, DC-필드를 생성하는 상기 수단은 상기 다수의 슬랩들의 상기 제1 및 제2 전극을 사용하여 상기 제1 방향으로 기울어진 DC-필드를 생성할 수 있고, 상기 주요 바디의 유전 상수는 상기 제 1 및 제 2 전극에 의한 상기 제1 방향으로의 기울기가 됨으로써, 상기 빠져나가는 전자파를 조절할 수 있으며, DC-필드를 생성하는 상기 수단은 상기 주요 바디의 상기 제1 주면(207,507)에 필수적으로 평행한 제1 방향으로 상기 제1 필드를 생성할 수 있는, 렌즈 상으로 입사하는 전자파가 빠져나가는 방향을 조절하는 렌즈에 있어서,

상기 제1 다수의 슬랩들은 적어도 전기적으로 전도성이 있는 물질로 된 제3 전극(607) 및, 적어도 상기 주요 바디의 제1 및 제2 표면들 중 하나에 평행한 제2 방향이지만, 상기 제1 DC-필드의 방향과 일치하지 않은 방향으로 제2 기울어진 DC-필드를 생성하도록 상기 제3 전극을 사용하는 제2 수단(590)을 포함하며, 상기 주요 바디의 유전 상수가 또한 상기 제3전극에 의한 제2 방향으로의 기울기가 되도록 하여, 상기 제2 방향으로 빠져나가는 전자파를 부가적으로 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 렌즈 상으로 입사하는 전자파가 빠져나가는 방향을 조절하는 렌즈.
제 1항에 있어서,

상기 제3 전극(607)이 5-10 저항율의 높은 저항성을 갖는 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 렌즈 상으로 입사하는 전자파가 빠져나가는 방향을 조절하는 렌즈.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 렌즈는 제2 트랜스를 더 포함하는데, 여기서 상기 강유전성 물질로 된 주요 바디는 제2 주면(208,508)을 가지며, 상기 제1 트랜스 및 제2 트랜스의 각각은 상기 전자파가 상기 트랜스들 중 하나를 통해 상기 렌즈를 빠져나가고 상기 트랜스들 중 다른 트랜스를 통해 빠져나가도록 상기 주요 바디의 주면들 중 하나에 근접하게 배열되는 것을 특징으로 하는 렌즈 상으로 입사하는 전자파가 빠져나가는 방향을 조절하는 렌즈.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 트랜스(220,222)가 상기 강유전성 물질로 된 주요 바디(210,510)를 통해 발생하는 파장의 변환을 용이하게 하도록 적응되는 것을 특징으로 하는 렌즈 상으로 입사하는 전자파가 빠져나가는 방향을 조절하는 렌즈.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 다수의 슬랩에서 슬랩들(210xx,510xx)은 필수적으로 동일한 폭(w), 높이(h) 및 길이(l)를 갖는 신장된 박스형 형태를 가지며, 상기 주요 바디에서 서로 평행한 행 및 열로 배열되며, 상기 박스의 길이가 상기 강유전성 바디의 전자파에 의해 이동되는 거리를 한정하고, 상기 폭 및 상기 높이가 상기 주요 바디의 제1 주면(207,507) 및 제2 주면(208,508)의 서브 에어리어를 한정하는 것을 특징으로 하는 렌즈 상으로 입사하는 전자파가 빠져나가는 방향을 조절하는 렌즈.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

상기 제1 및 제2 전극은 슬랩의 대향하는 측 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 렌즈 상으로 입사하는 전자파가 빠져나가는 방향을 조절하는 렌즈.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,

각각의 슬랩(510₁₁-510_NN)은 서로 근접하게 배열된 두 개의 유사한 슬랩(605,606)으로 구성되고, 상기 제3 전극(607)은 상기 두 개의 작은 슬랩들 사이에 배열된 5-10 저항율의 높은 저항성을 갖는 층인 것을 특징으로 하는 렌즈 상으로 입사하는 전자파가 빠져나가는 방향을 조절하는 렌즈.
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