KR101306784B1

KR101306784B1 - 비대칭적 구조를 가지는 로트만 렌즈 및 이를 이용한 빔 성형 안테나

Info

Publication number: KR101306784B1
Application number: KR1020110147160A
Authority: KR
Inventors: 김재흥
Original assignee: 연세대학교 산학협력단
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-09-10
Also published as: KR20130078298A

Abstract

본 발명은 도체층 내부의 반사를 감소시키기 위한 제1 내부 반사 방지부를 포함하는 제1 도체층, 제1 도체층의 일면에 위치하는 제1 유전체층 및 제1 내부 반사 방지부와 대응되며 내부의 반사를 감소시키기 위한 제2 내부 반사 방지부를 포함하고, 제1 유전체층의 일면에 위치하며, 제1 도체층과 비대칭적인 구조를 가지는 제2 도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 로트만 렌즈 및 이를 이용한 빔 성형 안테나를 제공한다.
본 발명에 따르면, 안테나, 빔 형성 렌즈, 회로를 완전히 구성한 시스템을 구현하기 위한 로트만 렌즈와 이를 이용한 빔 성형 안테나를 제공함으로써, 밀리미터파 대역의 레이더을 장착하기 용이한 평면형으로 컴팩트한 패키징을 제공하는 효과가 있다.

Description

비대칭적 구조를 가지는 로트만 렌즈 및 이를 이용한 빔 성형 안테나{ROTMAN LENS WITH ASYMMETRICAL STURCTURE AND BEAM FORMING ANTENNA BY USING THEREOF}

본 발명은 로트만 렌즈 및 이를 이용한 빔 성형 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 비대칭적으로 설계된 구조를 가지는 로트만 렌즈 및 이를 이용한 빔 성형 안테나를 제공하는 것이다.

초고주파 렌즈는 광학 렌즈의 원리를 초고주파 대역에서 구현한 것으로, 1963년 로트만(Rotman)과 터너(Turner)에 의해 평행판 도파관으로 구현하는 방법이 소개되었다. 여기서, 광학 렌즈가 광파의 파장에 비해 충분한 두께를 갖고 있는 것처럼, 초고주파 렌즈도 전자파 파장의 수배에 해당하는 충분한 크기가 요구된다.

그러므로, 평행판 도파관을 이용하여 초고주파 렌즈를 구현하는 방법의 단점을 해결하기 위하여, 비유전율에 의한 파장 단축을 통하여 소형 경량 구현이 가능한 마이크로스트립 기판을 이용하여 초고주파 렌즈를 구현하는 방법에 대한 연구가 활발히 진행되었다.

초고주파 렌즈 중에서 로트만 렌즈(Rotman lens)로 잘 알려진 3중 초점 렌즈는 초기에는 두께가 얇은 평행판 구조로 설계되었으나, 최근에는 소형 및 제작의 편의성 때문에 그라운드 도체와 마이크로 스트립 형태의 도체패턴 사이에 유전체를 배치시키는 형태로 구현되고 있다. 이러한 마이크로스트립 초고주파 렌즈를 이용한 위상배열 안테나에 대한 특허로서, 제 5099253호 미국특허가 있다. 이 특허에서는, 복수의 소자를 가지는 안테나와, 마이크로웨이브 렌즈로 이루어진 안테나 시스템을 개시하고 있으며, 마이크로웨이브 렌즈는 평행판 영역, 빔 포트들과 배열 포트들로 구성되어 있으며 평행판의 한 벽에는 다수의 빔 포트들이 배치되어 있고, 이 벽의 반대편 벽에는 다수의 배열 포트들이 배치되어 있다.

종래의 마이크로 스트립 형태의 초고주파 렌즈는 도 1에 도시된 바와 같이, 로트만 (Rotman)의 구조식이나 셀튼(shelton)의 대칭구조식에 따르는 형상의 평행판 영역(11)과, 평행판 영역의 제 1 벽(렌즈의 초점원호)을 따라 배치되는 마이크로 스트립 형태의 다수의 빔포트(12), 렌즈의 제 2 벽을 따라 배치되는 마이크로 스트립 형태의 다수의 배열 포트(13)를 가지는 도체패턴을 그라운드 도체판 상에 배치하고, 그 사이에 유전체가 삽입됨으로써 형성되어 있다.

도 1 에 도시된 종래의 마이크로스트립 로트만 렌즈와 같은 초고주파 렌즈는 주로 군사용으로 개발되었으며, 파장이 센티미터 단위의 초고주파 영역에서 응용되는 관계로 마이크로스트립 기판의 비유전율이 주로 3 이하인 테플론 기판을 사용하여 개발되었다. 또한, 넓은 조향 범위를 일정한 각도(넓은 범위를 일정 개수의 빔 수로 나누므로 빔 간격이 조밀하지 못함)로 분할하여 복사빔을 조향(steering)하는 목적으로 이용되어 왔다.

또한, 전기적으로 안테나 빔의 방향을 제어하는 초고주파 대역 또는 밀리미터파 대역의 빔 성형 안테나는 많은 응용 분야를 가지고 있다. 빔 성형 안테나는 레이더, 전자전장비 등의 무기체계를 비롯하여 자동차 충돌방지장치, 자동착륙장치, 통신 중계기 등에 많이 적용되고 있다.

로트만 렌즈와 같은 초고주파 렌즈를 이용한 빔 성형 안테나는 저가이며 구조가 간단하고 신뢰성이 높으며 소형으로 제작이 가능하다는 장점이 있다. 로트만 렌즈는 다중빔 발생이 가능하고 위상과 진폭오차가 적으며 광대역 주파수 범위에서 동작이 가능하다.

로트만 렌즈를 이용하여 레이더를 구현할 경우 한쪽 (배열 포트)은 안테나를 연결하여야 하고 다른 한쪽 (빔포트) 은 회로를 연결하여야 한다. 그리고 안테나, 렌즈, 회로는 연결부위 (예를 들어 슬롯부위) 를 제외하고는 접지면으로 분리되어 있어야 한다.

현재까지 모든 로트만렌즈는 기판의 한쪽 금속면에 패턴을 하고 다른 금속면은 접지면으로 사용한다. 따라서, 기판의 렌즈 형상 패턴 면은 배열 포트와 빔 포트를 모두 동일한 면에 패턴 설계하였다. (아래 그림 참조) 이 경우 배열 포트 또는 빔 포트 둘 중 하나는 중간에 하나의 층을 경유해야 한다. 현재, 다층회로기판의 인접층간의 연결은 슬롯, 또는 via 구조를 이용하는데 이때 입전손실(Insertion loss) 이 적어야 한다. 그러나 중간에 하나이상의 층을 경유하는 경우에는 입전 손실이 매우 크다는 문제점이 있었다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는 도체층 내부의 반사를 감소시키기 위한 제1 내부 반사 방지부를 포함하는 제1 도체층; 상기 제1 도체층의 일면에 위치하는 제1 유전체층; 및 상기 제1 내부 반사 방지부와 대응되며 내부의 반사를 감소시키기 위한 제2 내부 반사 방지부를 포함하고, 상기 제1 유전체층의 일면에 위치하며, 상기 제1 도체층과 비대칭적인 구조를 가지는 제2 도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 로트만 렌즈를 제공하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1 도체층은 제1 소정 개수로 빔 포트(Beam Port)가 배열된 빔 패턴면 및 제2 소정 개수의 슬롯을 구비한 제1 접지면을 더 구비하고, 상기 제2 도체층은 제1 소정 개수의 슬롯을 구비한 제2 접지면 및 제2 소정 개수의 배열 포트(Array port)가 배열된 배열 포트면을 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 빔 패턴면과 상기 제1 접지면은 상기 제1 내부 반사 방지부를 중심으로 대칭 구조를 형성하고, 상기 제2 접지면은 상기 빔 패턴면측에 형성되어, 상기 빔 포트의 말단부의 위치에 상당하는 개소에 슬롯을 구비하며, 상기 배열 포트면은 상기 제2 소정 개수의 슬롯의 위치에 상당하도록 배열 포트의 말단부가 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 내부 반사 방지부는 상기 제1 접지면과 상기 제2 접지면의 면적비가 3:2 가 되도록 위치하여 형성된 내부 반사 방지부인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 내부 반사 방지부 및 상기 제2 내부 반사 방지부는 더미 포트(Dummy Port)인 것을 특징으로 한다.

상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는 제3 도체층, 제2 유전체, 로트만 렌즈, 제3 유전체 및 제4 도체층이 순서대로 적층된 빔 성형 안테나로서, 상기 로트만 렌즈는 도체층 내부의 반사를 감소시키기 위한 제1 내부 반사 방지부를 포함하는 제1 도체층; 상기 제1 도체층의 일면에 위치하는 제1 유전체층; 및 상기 제1 내부 반사 방지부와 대응되며 내부의 반사를 감소시키기 위한 제2 내부 반사 방지부를 포함하고, 상기 제1 유전체층의 일면에 위치하며, 상기 제1 도체층과 비대칭적인 구조를 가지는 제2 도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 로트만 렌즈인 것을 특징으로 하는 빔 성형 안테나를 제공하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제1 도체층은 제1 소정 개수로 빔 포트가 배열된 빔 패턴면 및 제2 소정 개수의 슬롯을 구비한 제1 접지면을 더 구비하고, 상기 제2 도체층은 제1 소정 개수의 슬롯을 구비한 제2 접지면 및 제2 소정 개수의 배열 포트가 배열된 배열 포트면을 더 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제3 도체층은 제2 소정 개수로 배열된 안테나, 및 상기 배열된 안테나에 연결되는 제2 소정 개수의 안테나 지연 선로를 구비하며, 상기 제1 접지면은 상기 안테나 지연 선로 말단부의 위치에 상당하는 개소에 슬롯을 구비하고, 상기 안테나 지연 선로와 상기 배열 포트면은 상기 제1 접지면의 슬롯을 경유하여 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 제4 도체층은 미리 설정된 회로 및 상기 회로에 연결되는 제1 소정 개수의 회로 지연 선로를 구비하며, 상기 제2 접지면은 상기 회로 지연 선로 말단부의 위치에 상당하는 개소에 슬롯을 구비하고, 상기 회로 지연 선로와 상기 빔 패턴면은 상기 제2 접지면의 슬롯을 경유하여 연결된 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 내부 반사 방지부는 상기 제1 접지면과 상기 제2 접지면의 면적비가 3:2 가 되도록 위치하여 형성된 내부 반사 방지부인 것을 특징으로 할 수 있다.

바람직하게는, 상기 제1 내부 반사 방지부 및 상기 제2 내부 반사 방지부는 더미 포트(Dummy Port)인 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명은 안테나, 빔 형성 렌즈, 회로를 완전히 구성한 시스템을 구현하기 위한 로트만 렌즈와 이를 이용한 빔 성형 안테나를 제공함으로써, 밀리미터파 대역의 레이더을 장착하기 용이한 평면형으로 컴팩트한 패키징을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술로서 마이크로스트립 로트만 렌즈를 설명하기 위한 참고도이다.
도 2는 로트만 렌즈에 대한 렌즈 공식을 설명하기 위한 참고도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 구조를 가지는 로트만 렌즈를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 구조를 가지는 로트만 렌즈의 제1 도체층 및 제2 도체층을 설명하기 위한 참고도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 구조를 가지는 로트만 렌즈를 이용한 빔 성형 안테나를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 구조를 가지는 로트만 렌즈의 제1 도체층, 제2 도체층, 제3 도체층 및 제4 도체층을 설명하기 위한 참고도이다.

이하에서는 본 발명의 일부 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

이하의 실시예들은 본 발명의 구성요소들과 특징들을 소정 형태로 결합한 것들이다. 각 구성요소 또는 특징은 별도의 명시적 언급이 없는 한 선택적인 것으로 고려될 수 있다. 각 구성요소 또는 특징은 다른 구성요소나 특징과 결합하지 않은 형태로 실시될 수 있다. 또한, 일부 구성요소들 및/또는 특징들을 결합하여 본 발명의 실시예를 구성할 수도 있다. 본 발명의 실시예들에서 설명되는 동작들의 순서는 변경될 수 있다. 어느 실시예의 일부 구성이나 특징은 다른 실시예에 포함될 수 있고, 또는 다른 실시예의 대응하는 구성 또는 특징과 교체될 수 있다.

본 발명의 실시예들은 다양한 수단을 통해 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 하드웨어, 펌웨어(firmware), 소프트웨어 또는 그것들의 결합 등에 의해 구현될 수 있다.

하드웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 하나 또는 그 이상의 ASICs(application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서, 콘트롤러, 마이크로 콘트롤러, 마이크로 프로세서 등에 의해 구현될 수 있다.

펌웨어나 소프트웨어에 의한 구현의 경우, 본 발명의 실시예들에 따른 방법은 이상에서 설명된 기능 또는 동작들을 수행하는 모듈, 절차 또는 함수 등의 형태로 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 메모리 유닛에 저장되어 프로세서에 의해 구동될 수 있다. 상기 메모리 유닛은 상기 프로세서 내부 또는 외부에 위치하여, 이미 공지된 다양한 수단에 의해 상기 프로세서와 데이터를 주고 받을 수 있다.

이하의 설명에서 사용되는 특정(特定) 용어들은 본 발명의 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 이러한 특정 용어의 사용은 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다른 형태로 변경될 수 있다.

도 2를 참조하여 로트만 렌즈에 대하여 설명한다. 로트만 렌즈는 렌즈 공식을 이용하여 용이하게 설계할 수 있다. 도 2는 일반적인 로트만 렌즈의 설계를 위한 설계 파라미터를 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 설계 파라미터로, 초점 곡선(focal arc), 배열 곡선(array curve), 배열 안테나 면(array plane), 지연 선로(delay line), 초점 거리(focal length, F), 초점 곡선의 반지름(R), 빔 각도(beam angel, α), 스캔 각도(scan angle, φ), 배열 안테나의 위치(N), n번째 지연 선로의길이(지연 길이)(Wn), 배열 곡선의 좌표(P(X,Y)), 기판의 유전상수(εr), 기판의 유효 유전상수(εeff)가 있다.

일반적으로, 로트만 렌즈를 설계함에 있어 계산이 쉽도록 다음 수학식과 같이 N, W, X, Y, G 값은 초점거리 F로 정규화시킬 수 있다.

[수학식 1]

n = N/F, w = W/F, x = X/F, y = Y/F, g = G/F

a0 = sin(α), b0 = sin(φ), b1 = cos(φ) 라 하고, 기판의 유전상수(εr) 및 유효 유전상수(εeff), 빔 각도(α), 스캔 각도(φ), g 값을 설정한 후 다음 수학식을 이용하여 n 값에 따른 w 값을 계산한다.

다음으로, 계산된 w 값과 기판의 유전상수(εr) 및 유효 유전상수(εeff), 스캔 각도 (b0, b1), g 값을 이용하여 배열 곡선의 좌표 x, y를 다음 수학식을 이용하여 계산한다.

한편, 초점 곡선은 호(arc)이기 때문에 중심점(-g+r)과 반지름(r) 값으로 계산이 가능하다.

도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 로트만 렌즈에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 로트만 렌즈(100)는 제1 도체층(110), 제1 유전체(120) 및 제2 도체층(130)이 순서대로 적층되어 있다.

제1 도체층은 빔 포트(Beam Port)가 배열된 빔 패턴면(111), 제1 접지면(113) 및 내부 반사 방지부(117)이 구비되어 있으며, 제2 도체층은 배열 포트면(131), 제2 접지면(133) 및 내부 반사 방지부(137)이 구비되어 있다.

본 발명에 있어서, 로트만 렌즈(100)는 예를 들어 폴리이미드 필름 등과 같은 절연체를 기재로 하여 그 위에 소정 두께의 동박을 접합한 동박 적층 필름으로부터 불필요한 동박을 에칭 제거함으로써 제1 도체층(110)의 빔 패턴면(111), 제1 접지면(113), 제1 내부 반사 방지부(117) 및 제2 도체층(130)의 배열 포트면(131), 제2 접지면(133), 제2 내부 반사 방지부(137)을 형성될 수 있다.

제1 도체층의 빔 패턴면과 제1 접지면을 대칭적으로, 제2 도체층의 배열 포트면과 제2 접지면을 대칭적으로 형성하고, 따라서 마이크로스트립 입전 구조 또한 대칭적으로 설계하는바, 빔 패턴면의 빔 포트와 배열 포트면의 배열 포트 모두 중간층의 경유없이 입전을 할 수 있다.

내부 반사 방지부는 도체층의 내부 반사를 감소시키기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 도체층의 내부 반사를 감소시키기 위하여 제1 내부 반사 방지부를, 제2 도체층의 내부 반사를 감소시키기 위하여 제2 내부 반사 방지부를 구비한다. 제1 내부 반사 방지부와 제2 내부 반사 방지부는 서로 대응되도록 동일한 형상으로 형성될 수 있다.

이때, 접지면의 면적은 대략 반분되나 일반적으로 회로는 매우 적은 접지면을 요구하며 안테나 또한 접지면이 상대적으로 적게 필요한 소형안테나를 적용할 수 있기에 시스템 구현을 위한 3층 구조에 바람직하다.

바람직하게는 회로와 연결되는 빔 패턴면을 위한 제2 접지면이 안테나와 연결되는 배열 패턴면을 위한 제1 접지면에 비하여 상대적으로 매우 적은 접지면을 요구하므로 미리 설정된 비율로 조정할 수 있다. 즉, 제1 접지면과 제2 접지면의 면적비를 상이하게 조절하여 로트만 렌즈의 성능 향상을 도모할 수 있다. 바람직하게는 제2 접지면의 면적비는 제1 접지면의 50~75%범위 이내에서 설정되는 것이 도체층의 내부 반사를 감소시키면서 빔 패턴면과 안테나 패턴면의 성능을 유지시키기에 바람직하다.

내부 반사 방지부는 더미 포트(Dummy Port)를 설계하거나 흡수 측면 (Absorbing Side Wall)를 설계하여 구현할 수 있으며, 본 발명의 설계에 따른 내부 반사를 적절히 감소시켜 시스템에 최소 필요한 층인 3층(안테나, 렌즈, 회로)으로 구성된 로트만 렌즈 빔 형성 안테나를 구현할 수 있다.

본 발명은 렌즈의 배열 포트쪽과 빔 포트쪽을 비대칭적으로 설계하여 렌즈의 상위층과 하위층에 접지면을 배치할 수 있도록 하여 제작에 용이한 마이크로스트립-슬롯-마이크로스트립 트랜지션을 이용할 수 있기에 완전한 시스템을 위해 필요한 3층 (안테나, 렌즈, 회로) 을 트랜지션손실을 최소화하여 구현할 수 있는 구조를 가진다.

도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 구조를 가지는 로트만 렌즈에 대하여 보다 상세하게 설명한다.

제1 도체층(110)의 빔 패턴면(111)은 제1 소정 개수로 빔 포트(Beam Port)가 배열되어 있다. 제1 소정 개수란 회로와 연결되어 트랜지션을 하는 경우 손실을 최소화할 수 있는 개수로 설정되는 것이 바람직하다.

제1 도체층(110)의 제1 접지면(113)은 슬롯(115)을 구비한다. 제1 접지면은 제2 소정 개수의 슬롯(115)을 구비한다. 제1 접지면은 예를 들어 금속판 또는 알루미늄판을 사용할 수 있다. 제1 접지면은 제1 도체층의 면적을 반분하도록 구현할 수 있으나, 바람직하게는 제1 도체층의 면적에 2/3을 차지하도록 구현하는 것이 안테나와 연결되는 배열 포트의 성능 입전 손실을 방지하기 위하여 적절하다.

제2 소정 개수란 사용자가 원하는 주파수 대역의 전파를 획득할 수 있는 개수를 의미한다.

빔 패턴면(111)과 제1 접지면(113)은 제1 내부 반사 방지부를 중심으로 대칭 구조를 형성한다. 즉, 제1 내부 반사 방지부는 빔 패턴면(111)과 제1 접지면(113)의 대칭적인 구조로 인하여 발생될 수 있는 내부 반사를 감소시키는 위치에 형성됨이 바람직하다.

제1 유전체(120)로는 예를 들어, ε_r=3, 두께 0.508mm의 유전물질을 사용할 수 있다.

제2 도체층은 제1 소정 개수의 슬롯을 구비한 제2 접지면(133) 및 제2 소정 개수의 배열 포트(Array Port)가 배열된 배열 포트면(131)을 구비한다.

배열 포트면(131)은 제2 소정 개수의 슬롯(115)의 위치에 상당하도록 배열 포트의 말단부가 위치한다. 로트만 렌즈 바디와 안테나와 연결될 수 있도록 제2 소정 개수의 슬롯(115)를 통과하기 위한 위치에 배열 포트가 배열된다.

제2 접지면(133)은 제1 도체층의 제1 빔 패턴면(111)측에 형성되어, 빔 포트의 말단부의 위치에 상당하는 개소에 슬롯을 구비한다. 바람직하게는 회로와 연결되는 빔 패턴면을 위한 제2 접지면이 안테나와 연결되는 배열 패턴면을 위한 제1 접지면에 비하여 상대적으로 매우 적은 접지면을 요구하므로 미리 설정된 비율로 조정할 수 있다. 즉, 제1 접지면과 제2 접지면의 면적비를 상이하게 조절하여 로트만 렌즈의 성능 향상을 도모할 수 있다. 바람직하게는 제2 접지면의 면적비는 제1 접지면의 50~75%범위 이내에서 설정되는 것이 도체층의 내부 반사를 감소시키면서 빔 패턴면과 안테나 패턴면의 성능을 유지시키기에 바람직하다.

도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 비대칭적 구조를 가지는 로트만 렌즈를 이용한 빔 형성 안테나에 대하여 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 형성 안테나는 제3 도체층(240), 제2 유전체(250), 로트만 렌즈, 제3 유전체(260) 및 제4 도체층(270)이 순서대로 적층된 빔 성형 안테나로서, 로트만 렌즈는 제1 도체층(210), 제1 유전체(220) 및 제2 도체층(230)이 순서대로 적층된 로트만 렌즈이다. 로트만 렌즈에 대하여 상술한 내용과 동일한 내용은 상술한 내용으로 대체한다.
도 5 및 도 6에 나타낸 로트만 렌즈는 도 3에 나타낸 로트만 렌즈(100)와 동일한 구조를 갖는 것으로 설명하며, 도 5 및 도 6에 나타낸 로트만 렌즈의 제1 도체층(210), 제1 유전체(220) 및 제2 도체층(230) 각각은 도 3에 나타낸 로트만 렌즈의 제1 도체층(110), 제1 유전체(120) 및 제2 도체층(130)과 동일한 특성을 가지며, 서로 다른 도면 부호를 적용한다.

제1 유전체(220), 제2 유전체(250) 및 제3 유전체(260)으로는 예를 들어, ε_r=3, 두께 0.508mm의 유전물질을 사용할 수 있다.

제3 도체층(240)은 제2 소정 개수로 배열된 안테나(241), 및 배열된 안테나(241)에 연결되는 제2 소정 개수의 안테나 지연 선로(243)를 구비한다.

제1 도체층(210)의 제1 접지면(213)은 제2 소정 개수의 안테나 지연 선로(243)로 말단부의 위치에 상당하는 개소에 슬롯(215)을 구비하고, 안테나 지연 선로(243)와 배열 포트면(231)은 제1 접지면(213)의 슬롯(215)을 경유하여 연결된다.

제4 도체층(270)은 미리 설정된 회로(271) 및 회로(271)에 연결되는 제1 소정 개수의 회로 지연 선로(273)를 구비하며, 제2 도체층(230)의 제2 접지면(233)은 회로 지연 선로(273) 말단부의 위치에 상당하는 개소에 슬롯(235)을 구비하고, 회로 지연 선로(273)와 빔 패턴면(211)은 제2 접지면(233)의 슬롯(235)을 경유하여 연결된다.

본 발명과 같이 로트만 렌즈의 배열 포트 쪽과 빔 포트 쪽의 접지면을 대칭적으로 하고, 따라서 마이크로스트립 입전구조 또한 대칭적으로 설계하면 배열 포트와 빔 포트 모두 중간층의 경유없이 입전을 할 수 있다. 대칭적 설계로 인해 예상되는 내부반사 문제는 더미포트 설계또는 흡수측면 (absorbing side wall) 의 설계를 통해 적절히 감소시켜 시스템에 최소 필요한 층인 3층 (안테나, 렌즈, 회로) 으로 구성된 로트만렌즈 빔 형성 안테나를 구현할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로, 상기 개시된 실시예 들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

Claims

도체층 내부의 반사를 감소시키기 위한 제1 내부 반사 방지부를 포함하는 제1 도체층;
상기 제1 도체층의 일면에 위치하는 제1 유전체층; 및
상기 제1 내부 반사 방지부와 대응되며 내부의 반사를 감소시키기 위한 제2 내부 반사 방지부를 포함하고, 상기 제1 유전체층의 일면에 위치하며, 상기 제1 도체층과 비대칭적인 구조를 가지는 제2 도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 로트만 렌즈.
제1 항에 있어서,
상기 제1 도체층은 제1 소정 개수로 빔 포트(Beam Port)가 배열된 빔 패턴면 및 제2 소정 개수의 슬롯을 구비한 제1 접지면을 더 구비하고,
상기 제2 도체층은 제1 소정 개수의 슬롯을 구비한 제2 접지면 및 제2 소정 개수의 배열 포트(Array port)가 배열된 배열 포트면을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 로트만 렌즈.
제2 항에 있어서,
상기 빔 패턴면과 상기 제1 접지면은 상기 제1 내부 반사 방지부를 중심으로 대칭 구조를 형성하고,
상기 제2 접지면은 상기 빔 패턴면측에 형성되어, 상기 빔 포트의 말단부의 위치에 상당하는 개소에 슬롯을 구비하며,
상기 배열 포트면은 상기 제2 소정 개수의 슬롯의 위치에 상당하도록 배열 포트의 말단부가 위치하는 것을 특징으로 하는 로트만 렌즈.
제3 항에 있어서, 상기 제1 내부 반사 방지부는
상기 제1 접지면과 상기 제2 접지면의 면적비를 미리 설정된 비율로 조정되도록 형성된 내부 반사 방지부인 것을 특징으로 하는 로트만 렌즈.
제4 항에 있어서, 상기 제1 내부 반사 방지부 및 상기 제2 내부 반사 방지부는 더미 포트(Dummy Port)인 것을 특징으로 하는 로트만 렌즈.
제3 도체층, 제2 유전체, 로트만 렌즈, 제3 유전체 및 제4 도체층이 순서대로 적층된 빔 성형 안테나로서,
상기 로트만 렌즈는
도체층 내부의 반사를 감소시키기 위한 제1 내부 반사 방지부를 포함하는 제1 도체층;
상기 제1 도체층의 일면에 위치하는 제1 유전체층; 및
상기 제1 내부 반사 방지부와 대응되며 내부의 반사를 감소시키기 위한 제2 내부 반사 방지부를 포함하고, 상기 제1 유전체층의 일면에 위치하며, 상기 제1 도체층과 비대칭적인 구조를 가지는 제2 도체층을 포함하는 것을 특징으로 하는 로트만 렌즈인 것을 특징으로 하는 빔 성형 안테나.
제6 항에 있어서,
상기 제1 도체층은 제1 소정 개수로 빔 포트가 배열된 빔 패턴면 및 제2 소정 개수의 슬롯을 구비한 제1 접지면을 더 구비하고,
상기 제2 도체층은 제1 소정 개수의 슬롯을 구비한 제2 접지면 및 제2 소정 개수의 배열 포트가 배열된 배열 포트면을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 빔 성형 안테나.
제7 항에 있어서,
상기 빔 패턴면과 상기 제1 접지면은 상기 제1 내부 반사 방지부를 중심으로 대칭 구조를 형성하고,
상기 제2 접지면은 상기 빔 패턴면측에 형성되어, 상기 빔 포트의 말단부의 위치에 상당하는 개소에 슬롯을 구비하며,
상기 배열 포트면은 상기 제2 소정 개수의 슬롯의 위치에 상당하도록 배열 포트의 말단부가 위치하는 것을 특징으로 하는 빔 성형 안테나.
제8 항에 있어서,
상기 제3 도체층은 제2 소정 개수로 배열된 안테나, 및 상기 배열된 안테나에 연결되는 제2 소정 개수의 안테나 지연 선로를 구비하며,
상기 제1 접지면은 상기 안테나 지연 선로 말단부의 위치에 상당하는 개소에 슬롯을 구비하고,
상기 안테나 지연 선로와 상기 배열 포트면은 상기 제1 접지면의 슬롯을 경유하여 연결된 것을 특징으로 하는 빔 성형 안테나.
제8 항에 있어서,
상기 제4 도체층은 미리 설정된 회로 및 상기 회로에 연결되는 제1 소정 개수의 회로 지연 선로를 구비하며,
상기 제2 접지면은 상기 회로 지연 선로 말단부의 위치에 상당하는 개소에 슬롯을 구비하고,
상기 회로 지연 선로와 상기 빔 패턴면은 상기 제2 접지면의 슬롯을 경유하여 연결된 것을 특징으로 하는 빔 성형 안테나.
제8 항에 있어서, 상기 제1 내부 반사 방지부는
상기 제1 접지면과 상기 제2 접지면의 면적비가 미리 설정된 비율로 조정되도록 형성된 내부 반사 방지부인 것을 특징으로 하는 빔 성형 안테나.
제11 항에 있어서, 상기 제1 내부 반사 방지부 및 상기 제2 내부 반사 방지부는 더미 포트(Dummy Port)인 것을 특징으로 하는 빔 성형 안테나.