KR101449841B1 - 편파 및 주파수 조절이 가능한 재구성 메타 물질 안테나 - Google Patents

편파 및 주파수 조절이 가능한 재구성 메타 물질 안테나 Download PDF

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박병철
김준식
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Abstract

본 발명은 편파 및 주파수 조절이 가능한 재구성 메타 물질 안테나에 관한 것이다. 본 발명에 따른 재구성 메타 물질 안테나는, 유전체 성분의 평판 구조를 가지는 기판; 상기 기판의 하부면에 원형으로 형성되는 제1 패치; 상기 기판의 상부면에 형성되는 원형 패치 및 상기 원형 패치의 외주연을 따라 일정 폭을 가지도록 형성된 적어도 하나의 스트립 패치를 포함하는 제2 패치를 포함하고, 상기 원형 패치와 상기 적어도 하나의 스트립 패치는 적어도 하나의 다이오드를 통하여 연결된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 메타 물질을 이용함으로써 기존의 원형 편파 안테나보다 소형화하기가 더욱 용이하며, 편파 및 주파수 조절이 가능하여 하나의 안테나로 다양한 안테나의 기능을 제공할 수 있다.

Description

편파 및 주파수 조절이 가능한 재구성 메타 물질 안테나{Reconfigurable meta metrial antenna for swichable polarization and frequency}
본 발명은 편파 및 주파수 조절이 가능한 재구성 메타 물질 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 편파 및 주파수 조절이 가능한 하나의 안테나로 다양한 안테나의 기능을 제공할 수 있는 편파 및 주파수 조절이 가능한 재구성 메타 물질 안테나에 관한 것이다.
최근 휴대용 디지털 통신 기기가 대중화됨에 따라, 통신 기기의 크기는 점차적으로 소형화되는 추세에 있지만, 통신 기기에 내장되는 무선 안테나의 효율은 물리적인 크기에 의존하므로 통신 기기가 소형화되는데 제약으로 작용한다.
무선 안테나와 관련하여, 선행기술인 한국공개특허 제2011-0023618호(211.03.08 공개)에는 통신 기기를 소형화할 수 있는 평면 형태의 전방향성 원형편파 안테나가 개시되어 있다.
그러나, 종래 기술에 따르면 하나의 안테나가 하나의 기능만을 수행하였기 때문에 다수의 기능을 무선 통신 기기에 탑재하기 위해서는 다수의 안테나가 내장되어야 하므로 그 크기가 소형화되지 못하는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 편파 및 주파수 조절이 가능한 하나의 안테나로 다양한 안테나의 기능을 제공할 수 있는 편파 및 주파수 조절이 가능한 재구성 메타 물질 안테나를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 재구성 메타 물질 안테나는, 유전체 성분의 평판 구조를 가지는 기판; 상기 기판의 하부면에 원형으로 형성되는 제1 패치; 상기 기판의 상부면에 형성되는 원형 패치 및 상기 원형 패치의 외주연을 따라 일정 폭을 가지도록 형성된 적어도 하나의 스트립 패치를 포함하는 제2 패치를 포함하고, 상기 원형 패치와 상기 적어도 하나의 스트립 패치는 적어도 하나의 다이오드를 통하여 연결된다.
상기 적어도 하나의 스트립 패치는 각각 제1단이 제1 다이오드와 연결되고, 제2단이 제2 다이오드와 연결될 수 있다.
상기 제1 다이오드 및 제2 다이오드가 모두 동작하는 경우, 제1 공진 주파수를 가지는 선형 편파 안테나로 동작하고, 상기 제1 다이오드 및 제2 다이오드가 모두 동작하지 않는 경우, 상기 제1 공진 주파수보다 높은 제2 공진 주파수를 가지는 선형 편파 안테나로 동작할 수 있다.
상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드 중에서 어느 하나의 다이오드만 동작하여 상기 적어도 하나의 스트립 패치가 상기 원형 패치에 반시계 방향으로 연결되는 경우, 제3 공진 주파수 및 상기 제3 공진 주파수보다 높은 제4 공진 주파수를 가지는 원형 편파 안테나로 동작하고, 상기 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수에서 각각 우회전 원형 편파(RHCP), 좌회전 원형 편파(LHCP)가 생성될 수 있다.
상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드 중에서 어느 하나의 다이오드만 동작하여 상기 적어도 하나의 스트립 패치가 상기 원형 패치에 시계 방향으로 연결되는 경우, 상기 제3 공진 주파수 및 상기 제3 공진 주파수보다 높은 제4 공진 주파수를 가지는 원형 편파 안테나로 동작하고, 상기 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수에 각각 좌회전 원형 편파(LHCP) 및 우회전 원형 편파(RHCP)가 생성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 재구성 메타 물질 안테나는, 유전체 성분의 평판 구조를 가지는 기판; 상기 기판의 하부면에 원형으로 형성되는 제1 패치; 상기 기판의 상부면에 형성되는 원형 패치 및 상기 원형 패치의 외주연을 따라 일정 폭을 가지도록 형성된 적어도 하나의 스트립 패치를 포함하는 제2 패치를 포함하고, 상기 원형 패치와 상기 적어도 하나의 스트립 패치는 적어도 하나의 스위치를 통하여 연결된다.
상기 적어도 하나의 스트립 패치는 각각 제1단이 제1 스위치와 연결되고, 제2단이 제2 스위치와 연결될 수 있다.
수신되는 신호의 주파수를 감지하는 감지부; 상기 감지부에서 감지된 주파수가 제1 공진 주파수, 제2 공진 주파수, 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수 중에서 가장 근접하는 공진 주파수를 검출하는 검출부; 및 상기 검출 결과에 따라 상기 제1 스위치 및 제2 스위치 동작을 제어하는 제어부를 더 포함하며, 상기 제1 공진 주파수와 상기 제1 공진 주파수보다 높은 상기 제2 공진 주파수는 선형 편파 안테나에 대응하는 공진 주파수이고, 상기 제3 공진 주파수와 상기 제3 공진 주파수보다 높은 상기 제4 공진 주파수는 원형 편파 안테나에 대응하는 공진 주파수이다.
상기 제어부는, 상기 감지된 주파수가 상기 제1 공진 주파수에 가장 근접한 경우 상기 선형 편파 안테나로 동작하도록 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 모두 턴 온시키고, 상기 감지된 주파수가 상기 제2 주파수에 가장 근접한 경우, 상기 선형 편파 안테나로 동작하도록 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 모두 턴 오프시키고, 상기 감지된 주파수가 상기 제3 공진 주파수 또는 제4 공진 주파수에 가장 근접한 경우, 상기 원형 편파 안테나로 동작하도록 상기 제1 스위치와 제2 스위치 중 어느 하나의 스위치를 턴 온시킬 수 있다.
상기 제1 스위치 및 제2 스위치가 모두 턴 온되는 경우, 상기 제1 공진 주파수를 가지는 선형 편파 안테나로 동작하고, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치가 모두 턴 오프되는 경우, 상기 제2 공진 주파수를 가지는 선형 편파 안테나로 동작하는 하이브리드로 동작하는 재구성 메타 물질 안테나.
상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 중에서 어느 하나의 스위치만 턴 온되어 상기 적어도 하나의 스트립 패치가 상기 원형 패치에 반시계 방향으로 연결되는 경우, 상기 제3 공진 주파수 및 상기 제3 공진 주파수보다 높은 제4 공진 주파수를 가지는 원형 편파 안테나로 동작하고, 상기 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수에서 각각 우회전 원형 편파(RHCP) 및 좌회전 원형 편파(LHCP)가 생성될 수 있다.
상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 중에서 어느 하나의 스위치만 턴 온되어 상기 적어도 하나의 스트립 패치가 상기 원형 패치에 시계 방향으로 연결되는 경우, 상기 제3 공진 주파수 및 상기 제4 공진 주파수를 가지는 원형 편파 안테나로 동작하고, 상기 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수에 각각 좌회전 원형 편파(LHCP) 및 우회전 원형 편파(RHCP)가 생성될 수 있다.
상기 적어도 하나의 스트립 패치는 3개의 스트립 패치로 구성되며, 상기 3개의 스트립 패치 간의 간격은 동일할 수 있다.
상기 제2 패치는 적어도 하나의 홀 또는 홈을 포함하고, 상기 제1 패치 및 제2 패치는, 상기 적어도 하나의 홀 또는 홈에 연결되는 적어도 하나의 비아를 통하여, 상기 기판의 상부면에 서로 대향되도록 위치할 수 있다.
상기 제1 패치는 상기 제2 패치를 통해 전계 또는 자계를 형성하기 위한 급전 선로를 포함하고, 상기 제2 패치는 상기 전계 또는 자계를 형성하기 위한 기준점을 포함할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 메타 물질을 이용함으로써 기존의 원형 편파 안테나보다 소형화하기가 더욱 용이하며, 편파 조절이 가능하여 하나의 안테나로 다양한 안테나의 기능을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편파 및 주파수 조절이 가능한 재구성 메타 물질 안테나를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 재구성 메타 물질 안테나의 동작에 기초한 공진 주파수를 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 편파 및 주파수 조절이 가능한 재구성 메타 물질 안테나를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 재구성 메타 물질 안테나가 감지하는 공진 주파수에 따른 재구성 메타 물질 안테나의 동작을 설명하는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편파 및 주파수 조절이 가능한 재구성 메타 물질 안테나를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1의 재구성 메타 물질 안테나의 동작에 기초한 공진 주파수를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 재구성 메타 물질 안테나는 기판(100), 제1 패치(200), 제2 패치(300), 복수의 스트립 패치(400), 복수의 제1 다이오드(510), 복수의 제2 다이오드(520), 복수의 비아(600)를 포함한다. 도 1에서 보는 바와 같이, 제2 패치(300)의 외곽에는 복수의 스트립 패치(400)가 형성되며, 각각의 스트립 패치(400)는 양단에 위치한 제1 다이오드(510)와 제2 다이오드(520)를 통하여 원형 패치와 연결된다.
먼저, 기판(100)은 유전체 성분의 평판 구조를 가지며, 제1 패치(200)는 기판(100)의 하부면에 원형으로 형성된다.
제2 패치(300)는 기판(100)의 상부면에 형성되는 원형 패치 및 원형 패치의 외주연을 따라 일정 폭을 가지도록 형성된 적어도 하나의 스트립 패치(400)와 연결된다. 여기서, 원형 패치와 적어도 하나의 스트립 패치(400)는 적어도 하나의 다이오드를 통하여 연결된다. 이때, 적어도 하나의 다이오드는 제1 다이오드(510) 및 제2 다이오드(520)를 포함할 수 있다.
적어도 하나의 스트립 패치(400)는 각각 제1단이 제1 다이오드(510)와 연결되고, 제2단이 제2 다이오드(520)와 연결될 수 있다. 여기서, 제1 다이오드(510) 및 제2 다이오드(520)가 모두 동작하는 경우, 제1 공진 주파수를 가지는 선형 편파 안테나로 동작하고, 제1 다이오드(510) 및 제2 다이오드(520)가 모두 동작하지 않는 경우, 제1 공진 주파수보다 높은 제2 공진 주파수를 가지는 선형 편파 안테나로 동작할 수 있다.
도 2a는 도 1의 재구성 메타 물질 안테나가 선형 편파 안테나로 동작하는 경우, 재구성 메타 물질 안테나와 공진 주파수의 그래프를 도시한 도면이다. 도 2a를 참조하면, (a)는 제1 다이오드(510)와 제2 다이오드(520)가 동작하는 경우의 재구성 메타 물질 안테나의 연결 구조를 나타낸 도면이다. 여기서, 재구성 메타 물질 안테나는 제1 다이오드(510)와 제2 다이오드(520)가 동작됨으로 인하여 원형 패치와 적어도 하나의 스트립 패치(400)가 모두 연결된 구조를 가진다.
도 2a의 (b)는 재구성 메타 물질 안테나의 제1 다이오드(510)와 제2 다이오드(520)가 모두 동작하지 않는 경우의 재구성 메타 물질 안테나의 연결 구조를 나타낸 도면이다. 여기서, 재구성 메타 물질 안테나는 제1 다이오드(510)와 제2 다이오드(520)가 모두 동작하지 않음으로 인하여 원형 패치와 적어도 하나의 스트립 패치(400)가 모두 분리된 구조를 가지게 된다.
도 2a의 (a)와 (b)의 중심에 도시한 그래프를 참조하면, (a)의 재구성 메타 물질 안테나는 제1 공진 주파수(f1)를 가지는 선형 편파 안테나로 동작하고, (b)의 재구성 메타 물질 안테나는 제2 공진 주파수(f2)를 가지는 선형 편파 안테나로 동작한다. 여기서, 제1 공진 주파수(f1)는 제2 공진 주파수(f2)보다 낮은 주파수이다.
다시 도 1로 돌아와서, 재구성 메타 물질 안테나는 제1 다이오드(510)와 제2 다이오드(520) 중에서 어느 하나의 다이오드만 동작하여 적어도 하나의 스트립 패치(400)가 원형 패치에 반시계 방향으로 연결되는 경우, 제3 공진 주파수 및 제3 공진 주파수보다 높은 제4 공진 주파수를 가지는 원형 편파 안테나로 동작할 수 있다. 여기서, 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수에서 각각 우회전 원형 편파(RHCP), 좌회전 원형 편파(LHCP)가 생성될 수 있다.
또한, 재구성 메타 물질 안테나는 제1 다이오드(510)와 제2 다이오드(520) 중에서 어느 하나의 다이오드만 동작하여 적어도 하나의 스트립 패치가 원형 패치에 시계 방향으로 연결되는 경우, 제3 공진 주파수 및 제3 공진 주파수보다 높은 제4 공진 주파수를 가지는 원형 편파 안테나로 동작할 수 있다. 여기서, 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수에 각각 좌회전 원형 편파(LHCP) 및 우회전 원형 편파(RHCP)가 생성될 수 있다.
도 2b는 도 1의 재구성 메타 물질 안테나가 원형 편파 안테나로 동작하는 경우, 재구성 메타 물질 안테나와 공진 주파수의 그래프를 도시한 도면이다. 도 2b를 참조하면, (a)는 적어도 하나의 스트립 패치(400)가 원형 패치에 반시계 방향으로 연결되는 경우의 재구성 메타 물질 안테나를 도시한 도면이다. 여기서, 재구성 메타 물질 안테나는 제1 다이오드(510)와 제2 다이오드(520) 중에서 어느 하나의 다이오드만 동작됨으로 인하여 적어도 하나의 스트립 패치(400)가 원형 패치에 반시계 방향으로 연결되는 구조를 가진다.
도 2b의 (b)는 재구성 메타 물질 안테나의 제1 다이오드(510)와 제2 다이오드(520) 중에서 어느 하나의 다이오드만 동작하는 경우의 재구성 메타 물질 안테나의 연결 구조를 나타낸 도면이다. 여기서, 재구성 메타 물질 안테나는 제1 다이오드(510)와 제2 다이오드(520) 중에서 어느 하나의 다이오드만 동작하여 적어도 하나의 스트립 패치(400)가 원형 패치에 시계 방향으로 연결되는 구조를 가진다.
도 2b의 (a)와 (b)의 중심에 도시한 그래프를 참조하면, (a)의 재구성 메타 물질 안테나는 제3 공진 주파수(f3)를 가지는 원형 편파 안테나로 동작하고, (b)의 재구성 메타 물질 안테나는 제4 공진 주파수(f4)를 가지는 원형 편파 안테나로 동작한다. 여기서, 제3 공진 주파수(f3)는 제4 공진 주파수(f4)보다 낮은 주파수이다.
다시 도 1로 돌아와서, 적어도 하나의 스트립 패치는 3 개의 스트립 패치로 구성되며, 3 개의 스트립 패치의 간격은 동일할 수 있다.
제2 패치(300)는 적어도 하나의 홀 또는 홈을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 패치(200) 및 제2 패치(300)는 적어도 하나의 홀 또는 홈에 연결되는 적어도 하나의 비아(600)를 통하여, 기판(100)의 상부면에 서로 대향되도록 위치할 수 있다.
제1 패치(200)는 제2 패치(300)를 통해 전계 또는 자계를 형성하기 위한 급전 선로를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 패치(300)는 전계 또는 자계를 형성하기 위한 기준점을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 재구성 메타 물질 안테나는 메타 물질을 이용함으로써 기존의 원형 편파 안테나보다 소형화하기가 더욱 용이하며, 편파 조절이 가능하여 하나의 안테나로 다양한 안테나의 기능을 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 편파 및 주파수 조절이 가능한 재구성 메타 물질 안테나를 설명하기 위한 사시도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3의 재구성 메타 물질 안테나가 감지하는 공진 주파수에 따른 재구성 메타 물질 안테나의 동작을 설명하는 도면이다.
도 3의 재구성 메타 물질 안테나는 도 1의 재구성 메타 물질 안테나의 다이오드를 스위치(710, 720)로 변경한 실시예이므로, 도 1과 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 재구성 메타 물질 안테나는, 감지부(미도시), 검출부(미도시) 및 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 감지부는 수신되는 신호의 주파수를 감지하고, 검출부는 감지부에서 감지된 주파수가 제1 공진 주파수, 제2 공진 주파수, 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수 중에서 가장 근접하는 공진 주파수를 검출하고, 제어부는 검출 결과에 따라 제1 스위치 및 제2 스위치의 동작을 제어한다. 여기서, 제1 공진 주파수와 제1 공진 주파수보다 높은 제2 공진 주파수는 선형 편파 안테나에 대응하는 공진 주파수이고, 제3 공진 주파수와 제3 공진 주파수보다 높은 제4 공진 주파수는 원형 편파 안테나에 대응하는 공진 주파수이다.
제어부는 감지된 주파수가 제1 공진 주파수에 가장 근접한 경우, 선형 편파 안테나로 동작하도록 복수의 제1 스위치(710) 및 제2 스위치(720)를 모두 턴 온 시키고, 감지된 주파수가 제2 주파수에 가장 근접한 경우, 선형 편파 안테나로 동작하도록 복수의 제1 스위치(710) 및 제2 스위치(720)를 모두 턴 오프시킨다.
또한, 제어부는 감지된 주파수가 제3 공진 주파수 또는 제4 공진 주파수에 가장 근접한 경우, 원형 편파 안테나로 동작하도록 제1 스위치(710)와 제2 스위치(720) 중 어느 하나의 스위치를 턴 온시킬 수 있다.
이에 따라, 재구성 메타 물질 안테나는 제1 스위치(710) 및 제2 스위치(720)가 모두 턴 온되는 경우, 제1 공진 주파수를 가지는 선형 편파 안테나로 동작하고, 제1 스위치(710) 및 제2 스위치(720)가 모두 턴 오프되는 경우, 제2 공진 주파수를 가지는 선형 편파 안테나로 동작할 수 있다.
또한, 재구성 메타 물질 안테나는 제1 스위치(710)와 제2 스위치(720) 중 어느 하나의 스위치만 턴 온되어 적어도 하나의 스트립 패치가 원형 패치에 반시계 방향으로 연결되는 경우, 제3 공진 주파수 및 제3 공진 주파수보다 높은 제4 공진 주파수를 가지는 원형 편파 안테나로 동작할 수 있다. 여기서, 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수에서 각각 우회전 원형 편파(RHCP) 및 좌회전 원형 편파(LHCP)가 생성될 수 있다.
도 4a는 도 3의 재구성 메타 물질 안테나가 감지하는 공진 주파수에 따른 재구성 메타 물질 안테나의 동작을 설명하는 도면이다.
감지부에서 감지된 주파수가 제1 공진 주파수(f1)에 가장 근접한 경우, 재구성 메타 물질 안테나는 제1 공진 주파수(f1)를 가지는 선형 편파 안테나로 동작하도록 제1 스위치(710) 및 제2 스위치(720)가 모두 도통되고, 원형 패치와 적어도 하나의 스트립 패치(400)는 모두 연결된 구조를 가진다.
이와 마찬가지로, 감지부에서 감지된 주파수가 제2 공진 주파수(f2)에 가장 근접한 경우, 재구성 메타 물질 안테나는 제2 공진 주파수(f2)를 가지는 선형 편파 안테나로 동작하도록 제1 스위치(710) 및 제2 스위치(720)가 모두 동작하지 않고, 원형 패치와 적어도 하나의 스트립 패치(400)는 모두 분리된 구조를 가진다.
감지부에서 감지된 주파수가 제3 공진 주파수(f3) 또는 제4 공진 주파수(f4)에 가장 근접하는 경우, 재구성 메타 물질 안테나는 제3 공진 주파수(f3) 또는 제4 공진 주파수(f4)를 가지는 원형 편파 안테나로 동작하도록 제1 스위치(710)와 제2 스위치(720) 중 어느 하나가 동작하고, 원형 패치와 적어도 하나의 스트립 패치(400)는 반시계 방향으로 연결된다.
다시 도 3으로 돌아와서, 재구성 메타 물질 안테나는 제1 스위치(710)와 제2 스위치(720) 중에서 어느 하나의 스위치만 턴 온되어 적어도 하나의 스트립 패치(400)가 원형 패치에 시계 방향으로 연결되는 경우, 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수를 가지는 원형 편파 안테나로 동작할 수 있다. 여기서, 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수에서 각각 좌회전 원형 편파(LHCP) 및 우회전 원형 편파(RHCP)가 생성될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 도 4a와 다른 부분은 재구성 메타 물질 안테나는 제3 공진 주파수(f3) 또는 제4 공진 주파수(f4)를 가지는 원형 편파 안테나로 동작하도록 제1 스위치(710)와 제2 스위치(720) 중 어느 하나가 동작하여, 원형 패치와 적어도 하나의 스트립 패치(400)가 시계 방향으로 연결된다는 것이다. 그 이외의 부분은 도 1 내지 도 3에 걸쳐 재구성 메타 물질 안테나가 원형 편파 안테나로 동작하는 것에 관하여 설명한 것과 동일하므로 그 설명은 생략한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 재구성 메타 물질 안테나는 메타 물질을 이용함으로써 기존의 원형 편파 안테나보다 소형화하기가 더욱 용이하며, 편파 조절이 가능하여 하나의 안테나로 다양한 안테나의 기능을 제공할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 기판 200: 제1 패치
300: 제2 패치 400: 스트립 패치
510: 제1 다이오드 520: 제2 다이오드
600: 비아 710: 제1 스위치
720: 제2 스위치

Claims (15)

  1. 유전체 성분의 평판 구조를 가지는 기판;
    상기 기판의 하부면에 원형으로 형성되는 제1 패치;
    상기 기판의 상부면에 형성되는 원형 패치 및 상기 원형 패치의 외주연을 따라 일정 폭을 가지도록 형성된 적어도 하나의 스트립 패치를 포함하는 제2 패치를 포함하고,
    상기 원형 패치와 상기 적어도 하나의 스트립 패치는 적어도 하나의 다이오드를 통하여 연결되되,
    상기 적어도 하나의 스트립 패치는 각각 제1단이 제1 다이오드와 연결되고, 제2단이 제2 다이오드와 연결되는 재구성 메타 물질 안테나.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 다이오드 및 제2 다이오드가 모두 동작하는 경우, 제1 공진 주파수를 가지는 선형 편파 안테나로 동작하고,
    상기 제1 다이오드 및 제2 다이오드가 모두 동작하지 않는 경우, 상기 제1 공진 주파수보다 높은 제2 공진 주파수를 가지는 선형 편파 안테나로 동작하는 재구성 메타 물질 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드 중에서 어느 하나의 다이오드만 동작하여 상기 적어도 하나의 스트립 패치가 상기 원형 패치에 반시계 방향으로 연결되는 경우, 제3 공진 주파수 및 상기 제3 공진 주파수보다 높은 제4 공진 주파수를 가지는 원형 편파 안테나로 동작하고,
    상기 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수에서 각각 우회전 원형 편파(RHCP), 좌회전 원형 편파(LHCP)가 생성되는 재구성 메타 물질 안테나.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 다이오드와 상기 제2 다이오드 중에서 어느 하나의 다이오드만 동작하여 상기 적어도 하나의 스트립 패치가 상기 원형 패치에 시계 방향으로 연결되는 경우, 상기 제3 공진 주파수 및 상기 제3 공진 주파수보다 높은 제4 공진 주파수를 가지는 원형 편파 안테나로 동작하고,
    상기 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수에 각각 좌회전 원형 편파(LHCP) 및 우회전 원형 편파(RHCP)가 생성되는 재구성 메타 물질 안테나.
  6. 유전체 성분의 평판 구조를 가지는 기판;
    상기 기판의 하부면에 원형으로 형성되는 제1 패치;
    상기 기판의 상부면에 형성되는 원형 패치 및 상기 원형 패치의 외주연을 따라 일정 폭을 가지도록 형성된 적어도 하나의 스트립 패치를 포함하는 제2 패치를 포함하고,
    상기 원형 패치와 상기 적어도 하나의 스트립 패치는 적어도 하나의 스위치를 통하여 연결되되,
    상기 적어도 하나의 스트립 패치는 각각 제1단이 제1 스위치와 연결되고, 제2단이 제2 스위치와 연결되는 재구성 메타 물질 안테나.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    수신되는 신호의 주파수를 감지하는 감지부;
    상기 감지부에서 감지된 주파수가 제1 공진 주파수, 제2 공진 주파수, 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수 중에서 가장 근접하는 공진 주파수를 검출하는 검출부; 및
    상기 검출 결과에 따라 상기 제1 스위치 및 제2 스위치 동작을 제어하는 제어부
    를 더 포함하며,
    상기 제1 공진 주파수와 상기 제1 공진 주파수보다 높은 상기 제2 공진 주파수는 선형 편파 안테나에 대응하는 공진 주파수이고, 상기 제3 공진 주파수와 상기 제3 공진 주파수보다 높은 상기 제4 공진 주파수는 원형 편파 안테나에 대응하는 공진 주파수인 재구성 메타 물질 안테나.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 감지된 주파수가 상기 제1 공진 주파수에 가장 근접한 경우 상기 선형 편파 안테나로 동작하도록 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 모두 턴 온시키고,
    상기 감지된 주파수가 상기 제2 주파수에 가장 근접한 경우, 상기 선형 편파 안테나로 동작하도록 상기 제1 스위치 및 제2 스위치를 모두 턴 오프시키고,
    상기 감지된 주파수가 상기 제3 공진 주파수 또는 제4 공진 주파수에 가장 근접한 경우, 상기 원형 편파 안테나로 동작하도록 상기 제1 스위치와 제2 스위치 중 어느 하나의 스위치를 턴 온시키는 재구성 메타 물질 안테나.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 제2 스위치가 모두 턴 온되는 경우, 상기 제1 공진 주파수를 가지는 선형 편파 안테나로 동작하고,
    상기 제1 스위치 및 제2 스위치가 모두 턴 오프되는 경우, 상기 제2 공진 주파수를 가지는 선형 편파 안테나로 동작하는 재구성 메타 물질 안테나.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 중에서 어느 하나의 스위치만 턴 온되어 상기 적어도 하나의 스트립 패치가 상기 원형 패치에 반시계 방향으로 연결되는 경우, 상기 제3 공진 주파수 및 상기 제3 공진 주파수보다 높은 제4 공진 주파수를 가지는 원형 편파 안테나로 동작하고,
    상기 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수에서 각각 우회전 원형 편파(RHCP) 및 좌회전 원형 편파(LHCP)가 생성되는 재구성 메타 물질 안테나.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치 중에서 어느 하나의 스위치만 턴 온되어 상기 적어도 하나의 스트립 패치가 상기 원형 패치에 시계 방향으로 연결되는 경우, 상기 제3 공진 주파수 및 상기 제4 공진 주파수를 가지는 원형 편파 안테나로 동작하고,
    상기 제3 공진 주파수 및 제4 공진 주파수에 각각 좌회전 원형 편파(LHCP) 및 우회전 원형 편파(RHCP)가 생성되는 재구성 메타 물질 안테나.
  13. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 스트립 패치는 3개의 스트립 패치로 구성되며, 상기 3개의 스트립 패치 간의 간격은 동일한 재구성 메타 물질 안테나.
  14. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제2 패치는 적어도 하나의 홀 또는 홈을 포함하고,
    상기 제1 패치 및 제2 패치는, 상기 적어도 하나의 홀 또는 홈에 연결되는 적어도 하나의 비아를 통하여, 상기 기판의 상부면에 서로 대향되도록 위치하는 것인 재구성 메타 물질 안테나.
  15. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 패치는 상기 제2 패치를 통해 전계 또는 자계를 형성하기 위한 급전 선로를 포함하고,
    상기 제2 패치는 상기 전계 또는 자계를 형성하기 위한 기준점을 포함하는 것인 재구성 메타 물질 안테나.
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