KR101284757B1 - 다중 주파수 대역용 주파수 선택 반사기 - Google Patents

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Abstract

개시된 기술은 주파수 선택 반사기에 관한 것이다. 개시된 기술은 서로 다른 형태의 세가지 소자들이 서로 교차하지 않고, 대칭 구조를 이루며 배치되는 사각형의 단위 셀; 및 상기 단위 셀이 각 방향에 대하여 주기적으로 배열된 제1 기판 및 제2 기판을 포함하되, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 상기 단위 셀이 배열된 면이 반대 방향을 향하고, 일정한 간격을 이격하여 배치되는 주파수 선택 반사기에 관한 것이다.

Description

다중 주파수 대역용 주파수 선택 반사기{FREQUENCY SELECTIVE SURFACE FOR MULTIBAND}
본 명세서에 개시된 기술은 다중 주파수 대역용 주파수 선택 반사기에 관한 것이다.
주파수 선택 반사기(FREQUENCY SELECTIVE SURFACE, FSS)는 일정한 모양을 갖는 패턴을 주기적으로 배열하여 주파수 선택적 특성을 갖도록 만든 표면을 의미한다. 주파수 선택 반사기는 특정 주파수 대역을 반사 또는 투과 시킬 수 있도록 하는 주파수 필터적 개념으로, 임의 모양의 도체 혹은 개구면을 일정 주기를 갖도록 배열함으로써 특정 주파수 대역의 전자파만을 차폐 또는 투과 시킬 수 있도록 인공적으로 만들어진 평면이다. 주파수 선택 반사기는 단위 셀의 기하학적 구조, 기판의 유전율 및 투자율과 단위 셀의 배열 방법 등을 이용하여 주파수의 선택적 특성을 변화시킬 수 있다. 여기서 주파수 선택 반사기에서 공간적으로 단일주기에 해당하는 일정 모양의 구조를 일반적으로 단위 셀(UNIT CELL)이라 한다.
상중 사각 루프 슬롯 형태를 갖는 주파수 선택 반사기(발명의 명칭), 10-0119-0016811(공개번호), 1999.03.15(공개일자)
개시된 기술이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중 주파수 대역용 주파수 선택 반사기를 제공함에 있다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 기술은 서로 다른 형태의 세가지 소자들이 서로 교차하지 않고, 대칭 구조를 이루며 배치되는 사각형의 단위 셀; 및 상기 단위 셀이 각 방향에 대하여 주기적으로 배열된 제1 기판 및 제2 기판을 포함하되, 상기 제1 기판 및 제2 기판은 상기 단위 셀이 배열된 면이 반대 방향을 향하고, 일정한 간격을 이격하여 배치되는 주파수 선택 반사기를 제공한다.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시 예가 다음의 효과를 전부 포함해야 한다거나 다음의 효과만을 포함한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의해 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에 의한 주파수 선택 반사기는 변형된 사각루프, 예루살렘크로스 및 크로스 다이폴 형태의 소자를 이용하여 다중 주파수 대역에 대해 반사와 투과로 주파수 필터링을 할 수 있고, 다중 주파수 대역 중 특정 주파수 대역에서 대역폭(Band width)이 넓은 장점이 있다. 또한, 본 발명에 의한 주파수 선택 반사기는 반사 주파수 간 이격이 넓은 경우에도 주파수를 분리할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 단위 셀을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 단위 셀이 배열된 기판을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 주파수 선택 반사기를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 주파수 선택 반사기의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 주파수 선택 반사기의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 출원의 실시 예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. “제1 ” 또는 “제2 ” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, “포함하다” 또는 “가지다”등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
도 1은 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 단위 셀을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 주파수 선택 반사기는 서로 다른 형태의 세 가지 소자들이 서로 교차하지 않고, 대칭 구조를 이루며 배치되는 사각형의 단위 셀(100)을 포함한다. 서로 다른 세 가지 소자 중 제1 소자(110)는 단위 셀(100)의 모서리에 서로 분리되어 위치하며, 제1 기판 및 제2 기판에 단위 셀(100)이 배열되는 경우 크로스다이폴 형태를 갖는다. 제2 소자(120)는 제1 소자(110)의 안쪽에 위치하고, 각 변의 중간 부분이 바깥쪽으로 돌출된 모양의 변형된 사각 루프 형태를 갖는다. 소자들 중 제3 소자(130)는 상기 제2 소자(120)의 내부에 위치하며, 중심에 사각형의 홀을 포함하는 예루살렘크로스 형태를 갖는다. 제1 소자(110)은 단위 셀(100)에서는 'ㄱ' 모양 또는 'ㄱ' 을 회전시킨 모양이며, 제1 및 제2 기판에 단위 셀(100)이 배열되면 십자가 형태를 갖는다. 예루살렘크로스는 십자가 모양의 가장자리가 양 옆으로 돌출된 형태를 나타낸다. 세 가지 소자들(110, 120, 130)은 도체로 형성되며, 일 예로서 구리로 형성될 수 있다.
개시된 기술의 일 실시 예에 따른 주파수 선택 반사기는 크로스다이폴, 변형된 사각 루프 및 예루살렘크로스 형태의 소자들(110, 120, 130)을 이용하여 각 소자가 특정 주파수에서 공진을 갖도록 함으로써, 다중 주파수 대역에서 반사와 투과로 주파수 필터링(filtering)을 할 수 있고, 다중 주파수 대역 중 특정 주파수 대역에서 BW(Band Width)가 넓은 특징을 갖는다. 단위 셀(100)에 형성된 제1 내지 제3 소자들의 크기는 공진 주파수의 파장에 비례한다. 변형된 사각루프의 크기는 첫 번째 공진 주파수(첫 번째 반사 구간의 주파수, f1)의 파장(λ1)에 비례하며, 예루살렘 크로스 및 다이폴크로스의 크기는 두 번째 공진 주파수(두 번째 반사 구간의 주파수, f2)의 파장(λ2)에 비례한다. 구체적으로, 변형된 사각루프의 한 변의 길이는 첫 번째 공진 주파수(f1)의 파장(λ1)을 4로 나눈 값일 수 있으며, 예루살렘크로스의 십자가 모양의 길이(L2)는 두 번째 공진 주파수(f2)의 파장(λ2)을 4로 나눈 값일 수 있으며, 다이폴크로스의 길이(L5)는 두 번째 공진 주파수(f2)의 파장(λ2)을 8로 나눈 값일 수 있다. 일 예로서, 단위 셀(100)은 한 변의 길이(Tx, Ty)가 11.1mm이며, 제1 소자(110)는 두께(W2)가 1mm이고, 길이(L5)는 1.8mm이며, 제2 소자(120)는 두께(W3)가 0.7mm이고, 돌출된 부분의 바깥쪽 길이(L3)가 3.3mm이고 안쪽 길이(L4)는 1.3mm이며, 제3 소자(130)는 중심에 위치한 사각루프 안쪽의 한 변의 길이(a1)가 1mm이고, 바깥쪽의 한 변의 길이(a2)가 2.3mm이고, 십자가 모양의 길이(L2)가 3.7mm이고 두께(a3)는 0.8mm이며, 십자가 모양의 가장자리에 돌출된 분분의 두께(W1)가 0.5mm이고 길이(L1)가 2.5mm 일 수 있다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 단위 셀이 배열된 기판을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 주파수 선택 반사기는 단위 셀(100)이 배열된 제1 기판 및 제2 기판을 포함한다. 제1 기판 및 제2 기판은 단위 셀(100)이 각 방향에 대하여 2차원 평면에 주기적으로 배열된다. 단위 셀이 제1 기판 및 제2 기판에 배열되면, 제1 소자(110)는 인접한 단위 셀(100)과 접하여, 4개의 단위 셀(100)이 인접한 영역에 크로스다이폴 형태를 나타낼 수 있다. 주파수 선택 반사기는 단위 셀(100)의 크기, 단위 셀(100) 사이의 간격, 단위 셀(100)에 형성된 소자들의 길이, 폭, 또는 소자간 간격 등을 조절하여 필터링 주파수 대역을 조절할 수 있다.
도 3은 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 주파수 선택 반사기를 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 주파수 선택 반사기(300)는 제1 기판(310) 및 제2 기판(320)을 포함한다. 제1 기판(310) 및 제2 기판(320)은 단위 셀(100)이 주기적으로 배열되어 있다. 제1 기판(310) 및 제2 기판(320)은 단위 셀(100)이 배열된 면이 반대 방향을 향하고 서로 이격되어 배치된다. 제1 기판(310) 및 제2 기판(320)은 유전체이며, 일정한 간격(G)을 두고 이격되어 배치된다. 제1 기판(310) 및 제2 기판(320)의 사이의 간격(G)은 첫 번째 또는 두 번째 공진 주파수의 파장에 비례한다. 일 예로서, 제1 기판(310) 및 제2 기판(320)의 사이의 간격(G)은 첫 번째 또는 두 번째 공진 주파수의 파장을 4로 나눈 값일 수 있다. 제1 및 제2 기판(310, 320)의 두께 또는 유전율은 조절될 수 있다. 주파수 선택 반사기는 제1 및 제2 기판(310, 320)의 두께 또는 유전율을 조절하여 필터링 되는 주파수 대역을 조절할 수 있다. 제1 및 제2 기판(310, 320) 사이는 공기일 수 있다.
도 4는 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 주파수 선택 반사기의 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 4를 참조하면, 제1 기판과 제2 기판 사이의 간격(G)을 8mm로 하였을 때, 주파수 선택 반사기의 1GHz ~ 25GHz까지의 특성을 나타낸다. 이때, 단위 셀(100)은 한 변의 길이(Tx, Ty)가 11.1mm이며, 제1 소자(110)는 두께(W2)가 1mm이고, 길이(L5)는 1.8mm이며, 제2 소자(120)는 두께(W3)가 0.7mm이고, 돌출된 부분의 바깥쪽 길이(L3)가 3.3mm이고 안쪽 길이(L4)는 1.3mm이며, 제3 소자(130)는 중심에 위치한 홀의 한 변의 길이(a1)가 1mm이고, 중심에 위치한 정사각형의 한 변의 길이(a2)가 2.3mm이고, 십자가 모양의 길이(L2)가 3.7mm이고 두께(a3)는 0.8mm이며, 십자가 모양의 가장자리에 돌출된 분분의 두께(W1)가 0.5mm이고 길이(L1)가 2.5mm이다. 상술한 조건하에서, 주파수 선택 반사기는 7.135GHz ~ 9.386GHz 및 20.1025GHz ~ 21.326GHz 구간은 신호를 반사하고, 3.97GHz ~ 5.13GHz 및 10.6785GHz ~ 12.669GHz 구간은 신호를 투과하는 특성을 갖는다. 반사되는 주파수 대역은 Transmission Loss[dB] 기준으로 -20dB이하이며, 투과되는 주파수 대역은 -1dB 이내를 만족하는 특성을 갖는다.
도 5는 개시된 기술의 일 실시 예에 따른 주파수 선택 반사기의 특성을 설명하기 위한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 제1 기판과 제2 기판 사이의 간격(G)을 4mm로 하였을 때, 주파수 선택 반사기의 1GHz ~ 25GHz까지의 특성을 나타낸다. 주파수 선택 반사기는 7.4192GHz ~ 9.3047GHz 및 20.4064GHz ~ 21.3546GHz 구간은 반사하고, 11.133GHz ~ 13.629GHz 및 5.764GHz ~ 6.041GHz 구간은 투과하는 특성을 갖는다. 도 5의 그래프는 제1 기판과 제2 기판 사이의 간격을 제외하고, 도 4에서 주어진 조건과 동일한 조건하에서 기판 사이의 간격(G)을 4mm로 하였을 때, 주파수 선택 반사기가 갖는 특성이다.
개시된 기술의 일 실시 예에 따른 주파수 선택 반사기는 다중 대역화가 가능 하도록 주파수 필터링을 할 수 있다. 또한 통신에서 사용되는 안테나 중 일반적인 카세그레인 안테나 및 옵셋 파라볼라 안테나 등의 반사기에 이용하여 여파기로서 두 개의 주파수 대역은 통과하고 다른 두 개의 주파수 대역은 반사시킴으로써 다중 대역을 수용할 수 있도록 사용 가능하다. 또한 다른 안테나 시스템에서 다중 대역 주파수 필터링을 할 때 응용하여 이용 될 수 있다.

Claims (5)

  1. 서로 다른 형태의 세가지 소자들이 서로 교차하지 않고, 대칭 구조를 이루며 배치되는 사각형의 단위 셀; 및
    상기 단위 셀이 각 방향에 대하여 주기적으로 배열된 제1 기판 및 제2 기판을 포함하되,
    상기 제1 기판 및 제2 기판은 상기 단위 셀이 배열된 면이 반대 방향을 향하고, 일정한 간격을 이격하여 배치되고, 상기 제1 및 제2 기판의 이격되는 간격은 첫 번째 또는 두 번째 공진 주파수의 파장에 비례하는 주파수 선택 반사기.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 소자들 중 제1 소자는 상기 단위 셀의 모서리에 서로 분리되어 위치하며, 상기 제1 기판 및 제2 기판에 배열되는 경우 크로스다이폴 형태를 갖고,
    상기 소자들 중 제2 소자는 상기 제1 소자의 안쪽에 위치하고, 각 변의 중간 부분이 바깥쪽으로 돌출된 모양의 변형된 사각 루프 형태이며,
    상기 소자들 중 제3 소자는 상기 제2 소자의 내부에 위치하며, 사각형의 홀을 포함하는 예루살렘크로스 형태를 갖는 주파수 선택 반사기.
  3. 제 2항에 있어서,
    제1 소자 및 제3 소자의 길이는 두 번째 공진 주파수의 파장에 비례하며,
    제2 소자의 길이는 첫 번째 공진 주파수의 파장에 비례하는 주파수 선택 반사기.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판의 두께 또는 유전율을 조절하여, 필터링되는 주파수 대역을 조절하는 주파수 선택 반사기.
  5. 삭제
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