KR101662040B1

KR101662040B1 - 주파수 가변 메타물질 안테나 구조체

Info

Publication number: KR101662040B1
Application number: KR1020117014032A
Authority: KR
Inventors: 노베르토 로페즈; 아자이 구말라
Original assignee: 타이코 일렉트로닉스 서비시스 게엠베하
Priority date: 2008-11-19
Filing date: 2009-11-17
Publication date: 2016-10-04
Also published as: US20100123635A1; US8674891B2; CN102308436B; CN102308436A; WO2010059649A3; WO2010059649A2; KR20110099700A; EP2359436A2; EP2359436A4

Abstract

안테나 디바이스의 주파수를 튜닝하기 위한 안테나 디바이스의 튜닝 소자를 제공하는 장치 및 기술은 복합좌우현(CRLH) 메타물질(MTM) 안테나 디바이스를 포함한다. CRLH MTM 안테나 디바이스용 튜닝 소자의 예로는 각각 피드 라인, 셀 패치, 미앤더 스터브, 비아 라인 및 비아 패드 등의 대응하는 안테나 소자 근처에 형성되는 피드 라인 튜닝 소자, 셀 패치 튜닝 소자, 미앤더 스터브 튜닝 소자, 비아 라인 튜닝 소자, 및 비아 패드 튜닝 소자를 포함한다.

Description

주파수 가변 메타물질 안테나 구조체 {TUNABLE METAMATERIAL ANTENNA STRUCTURES}

우선권 주장 및 관련 출원

본 특허 출원은 둘 다 "TUNABLE METAMATERIAL ANTENNA STRUCTURES"라는 명칭으로 2008년 11월 19일에 출원된 미국 가출원 제61/116,232호 및 2009년 11월 16일에 출원된 미국 실용신안출원 제2/619,109호에 대해 우선권을 주장한다.

상기 출원들의 개시내용은 인용에 의해 본 명세서의 개시내용의 일부로서 포함된다.

본 명세서는 복합좌우현(Composite Right/Left Handed, CRLH) 메타물질(Metamaterial, MTM) 안테나 장치에 관한 것이다.

대부분의 물질에서의 전자기파의 전파(propagation)는 (E,H,β) 벡터 장(field)에 관한 오른손 법칙을 따르며, 여기서 E는 전기장, H는 자기장 및 β는 파 벡터(wave vector)(또는 전파 상수) 나타낸다. 위상 속도 방향은 신호 에너지 전파(그룹 속도)의 방향과 동일하고 굴절률은 양수(positive number)이다. 이러한 물질은 우현(Rright/Handed, RH) 물질이다. 대부분의 자연 물질은 RH 물질이며; 인공 물질도 또한 RH 물질일 수 있다.

메타물질(MTM)은 인공적 구조체이다. 메타물질에 의해 인도(guide)되는 전자기파 에너지의 파장보다 훨씬 작은 구조적 평균 단위 셀 사이즈(ρ)로 설계될 때, 메타물질은 그 인도되는 전자기파 에너지에 대해 균질 매체(homogeneous medium)처럼 행동할 수 있다. RH 물질과는 달리, 메타물질은 음의 굴절률을 나타낼 수 있으며, 여기서 위상 속도 방향은 신호 에너지 전파의 방향과 반대이고, (E,H,β) 벡터장의 상대적 방향은 왼손 법칙을 따른다. 유전율 ε 및 투자율 μ가 동시에 음인 음의 굴절률만을 지원하는 메타물질은 순 좌현(pure Left Handed, LH) 메타물질이다.

많은 메타물질은 LH 메타물질과 RH 메타물질의 혼합물이고, 따라서 복합좌우현 메타물질(CRLH MTM)이다. CRLH MTM은 저주파수에서 LH 메타물질처럼 행동하고 고주파수에서 RH 물질처럼 행동할 수 있다. 다양한 CRLH MTM의 구현 및 특성은 칼로즈(Caloz)와 이토(Itoh)의 "Electromagnetic Metamaterials: Transmission Line Theory and Microwave Applications", John Wiley & Sons(2006)에 기재되어 있다. CRLH MTM 및 안테나에서의 그 애플리케이션은 다츠오 이토(Tatsuo Itoh)의 "Invited paper: Prospects for Metamaterials", 전자학회지(Electronics Letters) 제40권 제16호 (2004년 8월)에 기재되어 있다.

CRLH MTM은 특정 애플리케이션에 맞추어진 전자기적 특성들을 나타내도록 구성 및 설계될 수 있고, 다른 물질을 사용하기 곤란하거나 비실용적이거나 또는 불가능할 수 있는 애플리케이션에 사용될 수 있다. 또한, CRLH MTM은 새로운 애플리케이션을 개발하고 RH 메타물질로는 불가능한 새로운 디바이스를 구성하는데 사용될 수 있다.

본 명세서는 특히 CRLH MTM 안테나 디바이스를 포함하는, 안테나 디바이스의 주파수를 튜닝하기 위한 안테나 디바이스에 튜닝 소자(tuning element)를 제공하는 장치 및 기술의 예를 개시한다.

도 1a는 일 실시예에 따른 CRLH MTM 안테나(안테나 1)의 상층(top layer)의 평면도 사진을 나타낸다.
도 1b는, 도 1a에 나타낸 CRLH MTM 안테나의 하층(bottom layer)의 하면도 사진을 나타낸다.
도 2a는, 도 1a에 나타낸 CRLH MTM 안테나의 상층의 컴퓨터로 생성한 평면도를 나타낸다.
도 2b는, 도 1a에 나타낸 CRLH MTM 안테나의 하층의 컴퓨터로 생성한 평면도를 나타낸다.
도 2c는, 도 2a - 도 2b에 나타낸 CRLH MTM 안테나의 컴퓨터로 생성한 측면도를 나타낸다.
도 2d는 도 2a - 도 2b에 나타낸 CRLH MTM 안테나의 컴퓨터로 생성한 3D도를 나타낸다.
도 3a는 안테나 1의 측정 반사 손실(measured return loss)을 나타낸다.
도 3b는 안테나 1의 측정 효율을 나타낸다.
도 4a는 일 실시예에 따른 CRLH MTM 안테나(안테나 2)의 상층의 평면도 사진을 나타낸다.
도 4b는, 도 4a에 나타낸 CRLH MTM 안테나의 하층의 하면도 사진을 나타낸다.
도 5a는, 도 4a에 나타낸 CRLH MTM 안테나의 상층의 컴퓨터로 생성한 평면도를 나타낸다.
도 5b는, 도 4b에 나타낸 CRLH MTM 안테나의 하층의 컴퓨터로 생성한 평면도를 나타낸다.
도 5c는, 도 5a - 도 5b에 나타낸 CRLH MTM 안테나의 컴퓨터로 생성한 측면도를 나타낸다.
도 5d는 도 5a - 도 5b에 나타낸 CRLH MTM 안테나의 컴퓨터로 생성한 3D도를 나타낸다.
도 6a는 안테나 2의 측정 반사 손실을 나타낸다.
도 6b는 안테나 2의 측정 효율을 나타낸다.
도 7a는 안테나 1과 안테나 2의 측정 반사 손실을 비교하여 나타낸다.
도 7b는 안테나 1과 안테나 2의 측정 효율을 비교하여 나타낸다.
도 8a는 안테나 2에 연결된 피드 라인(feed line) 튜닝 소자의 사진을 나타낸다.
도 8b는, 도 8a에 나타낸 바와 같이 연결된 피드 라인 튜닝 소자의 측정 반사 손실을 나타낸다.
도 8c는, 도 8a에 나타낸 바와 같이 연결된 피드 라인 튜닝 소자의 측정 효율을 나타낸다.
도 9a는 안타나 2에 연결된 셀 패치(cell patch) 튜닝 소자의 사진을 나타낸다.
도 9b는, 도 9a에 나타낸 바와 같이 연결된 셀 패치 튜닝 소자의 측정 반사 손실을 나타낸다.
도 9c는, 도 9a에 나타낸 바와 같이 연결된 셀 패치 튜닝 소자의 측정 효율을 나타낸다.
도 10a는, 안테나 2에 연결된 미앤더 스터브(meandered stub) 튜닝 소자의 사진을 나타낸다.
도 10b는, 도 10a에 나타낸 바와 같이 연결된 미앤더 스터브 튜닝 소자의 측정 반사 손실을 나타낸다.
도 10c는, 도 10a에 나타낸 바와 같이 연결된 미앤더 스터브 튜닝 소자의 측정 효율을 나타낸다.
도 11a는, 안테나 2에 연결된 비아 라인(via line) 튜닝 소자의 사진을 나타낸다.
도 11b는, 도 11a에 나타낸 바와 같이 연결된 비아 라인 튜닝 소자의 측정 반사 손실을 나타낸다.
도 11c는, 도 11a에 나타낸 바와 같이 연결된 비아 라인 튜닝 소자의 측정 효율을 나타낸다.
도 12a는, 안테나 2에 연결된 비아 패드(via pad) 튜닝 소자의 사진을 나타낸다.
도 12b는, 도 12a에 나타낸 바와 같이 연결된 비아 패드 튜닝 소자의 측정 반사 손실을 나타낸다.
도 12c는, 도 12a에 나타낸 바와 같이 연결된 비아 라인 튜닝 소자의 측정 효율을 나타낸다.
도 13a는 가변 주파수 소자(tunable element)를 구비한 CRLH MTM 안테나의 상층의 컴퓨터로 생성된 평면도를 나타낸다.
도 13b는, 도 13a에 나타낸 CRLH MTM 안테나의 하층의 컴퓨터로 생성된 평면도를 나타낸다.
도 14a는 연결 및 부동 전도성 연결 소자(connected and floating conductive connective element)를 가지는 안테나 3의 상층의 컴퓨터로 생성된 평면도이다.
도 14b는 연결 및 부동 전도성 연결 소자를 가지는 안테나 3의 하층의 컴퓨터로 생성된 평면도이다.

이하에서는 안테나 디바이스의 주파수를 튜닝하는 튜닝 소자를 제공하는 기술 및 CRLH MTM 안테나의 예를 소개한다. 다른 유형의 튜닝 소자의 예로는 각각 피드 라인, 셀 패치, 미앤더 스터브, 비아 라인 및 비아 패드 등의 대응하는 안테나 소자(antenna element) 근처에 형성되는 피드 라인 튜닝 소자, 셀 패치 튜닝 소자, 미앤더 스터브 튜닝 소자, 비아 라인 튜닝 소자, 및 비아 패드 튜닝 소자를 포함한다. 몇몇 구현예에서, CRLH MTM 안테나 디바이스는 한 유형의 튜닝 소자로 이루어진 튜닝 소자 또는 둘 이상의 상이한 유형의 튜닝 소자로 이루어진 튜닝 소자를 포함할 수 있다.

일 측면에서, CRLH MTM 안테나 디바이스의 공진 주파수를 튜닝하는 방법이 제공된다. 이 방법은 기판 상에, CRLH MTM 구조체를 형성하도록 구성되고 서로 전자기적으로 결합된 안테나 소자를 포함하는 CRLH MTM 안테나를 제공하는 단계; 및 서로 분리되고 또한 CRLH MTM 안테나와도 분리되며, CRLH MTM 안테나에 가까운 선택된 위치에 형성된 복수의 전도성 튜닝 소자를 제공하는 단계를 포함한다. 각각의 안테나 소자 옆에 위치된 하나 이상의 전도성 튜닝 소자는 선택된 하나 이상의 전도성 튜닝 소자를 각각의 안테나 소자 중 적어도 하나에 연결하도록 선택되어, 선택된 하나 이상의 전도성 튜닝 소자를 CRLH MTM 안테나의 일부로 만들어, CRLH MTM 안테나의 공진 주파수를 선택된 하나 이상의 전도성 튜닝 소자가 연결되지 않은 때의 공진 주파수의 초기값과는 다르게 튜닝하게 한다.

다른 측면에서, CRLH MTM 구조체를 형성하도록 구성되고 서로 전자기적으로 결합된 안테나 소자들을 포함하는 CRLH MTM 안테나를 기판 상에 포함하는 CRLH MTM 안테나 디바이스가 제공된다. 기판 상에는 복수의 전기 전도성(electrically conductive) 튜닝 소자가 제공되며, 이들은 서로 분리되고 또한 CRLH MTM 안테나와 분리된다. 이 튜닝 소자들은 CRLH MTM 안테나에 가까운 선택된 위치에 형성되고, 각각의 안테나 소자 옆에 위치된 전기 전도성 튜닝 소자 중 하나 이상이 각각의 안테나 소자 중 적어도 하나와 연결되거나 연결이 해제될 때, CRLH MTM 안테나의 공진 주파수를 튜닝할 수 있도록 구성된다.

다른 측면에서, 기판, 상기 기판 상에 형성된 전기 전도성 부분, 및 상기 기판 상에 형성된 튜닝 소자를 포함하는 메타물질 안테나 디바이스가 제공된다. 전기 전도성 부분은, 튜닝 소자 중 어느 것도 전기 전도성 부분에 연결되지 않을 때, 제1 복수의 공진 주파수를 발생하는 CRLH MTM 안테나 구조체(antenna structure)를 형성하도록 구성된다. 튜닝 소자 중 하나 이상은, 전도성 부분에 전기적으로 연결될 때, CRLH MTM 안테나 구조체를 재구성하여 제1 복수의 주파수 공진과는 상이한 제2 복수의 주파수 공진을 발생시킨다.

다른 측면에서, 메타물질 안테나 디바이스를 튜닝하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 메타물질 안테나 디바이스용 기판을 제공하는 단계; 기판 상에, 제1 복수의 주파수 공진를 발생시키는 CRLH MTM 안테나 구조체를 형성하도록 복수의 전도성 부분을 형성하는 단계; 기판 상에 복수의 튜닝 소자를 형성하는 단계; 상기 튜닝 소자 중 하나 이상을 전도성 부분에 연결하여 제2 복수의 주파수 공진을 발생시키도록 CRLH MTM 안테나 구조체를 재구성하는 단계를 포함한다.

또 다른 측면에서, CRLH MTM 안테나 디바이스의 영구적으로 형성된(permanently-formed) 구성요소 중 하나 이상의 연결을 변경함으로써 CRLH MTM 안테나 디바이스의 공진 주파수를 튜닝하는 방법이 제공된다. 이 방법은, 기판 상에 CRLH MTM 구조체를 형성하도록 구성되고 서로 전자기적으로 결합된 영구적으로 형성된 전도성 안테나 소자, 및 서로 상이한 위치에 배치되고 또한 영구적으로 형성된 안테나 소자와도 상이한 위치에 배치되며 각각의 영구적으로 형성된 전도성 안테나에 인접한, 영구적으로 형성된 전기 전도성 튜닝 소자를 포함하는, 영구적으로 형성된 안테나 구성요소를 기판 상에 제공하는 단계를 포함한다. 이 방법에서는, 각각의 영구적으로 형성된 안테나 소자 옆에 위치된 하나 이상의 영구적으로 형성된 전기 전도성 튜닝 소자를 선택하여 각각의 영구적으로 형성된 안테나 소자 중 적어도 하나와 연결함으로써, 선택된 하나 이상의 영구적으로 형성된 전기 전도성 튜닝 소자를 CRLH MTM 안테나의 일부로 만들어, CRLH MTM 안테나의 공진 주파수를 선택된 하나 이상의 영구적으로 형성된 전기 전도성 튜닝 소자가 연결되지 않은 때의 공진 주파수의 값과는 다르게 튜닝한다.

이러한 특징 및 다른 특징과 관련 기술, 디바이스 및 애플리케이션은 이하 도면과, 상세한 설명 및 특허청구범위에서 매우 상세하게 설명한다.

CRLH MTM은 특정 애플리케이션에 맞추어진 전자기적 특성을 나타내도록 구성 및 설계될 수 있고, 다른 물질을 사용하기 곤란하거나 비실용적이거나 또는 불가능할 수 있는 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 또한, CRLH MTM은 새로운 애플리케이션을 개발하고 RH 메타물질로는 불가능한 새로운 디바이스를 구성하는 데 사용될 수 있다.

CRLH MTM 안테나 디바이스의 여러 소자는 단일 금속층 또는 다중 금속화층(multiple metallization layer)을 구비한 기판을 사용하여 구성될 수 있다. 안테나 구조체는 피드 라인에 의해 공급되는 하나 이상의 CRLH 단위 셀을 포함하도록 구성될 수 있다. CRLH 단위 셀은 비아 라인을 통해 접지면(ground plane)에 연결되는 셀 패치를 포함한다. 또, 다중 금속화 층에는, 셀 패치 및 비아 라인에 연결하기 위한 비아를 포함할 수 있다. 피드 라인은 셀 패치로의 또는 셀 패치로부터의 신호를 인도하고 예를 들면, 임피던스 정합(impedance matching) 디바이스 역할을 하고 신호원으로부터 피드 라인의 원단(distal end)에 전력을 전달하는 동일 평면 도파관(coplanar waveguide, CPW) 피드에 연결될 수 있다. 피드 라인의 원단과 셀 패치 사이에는 이 소자들을 전자기 결합하기 위한 좁은 갭(gap)이 형성된다. 예를 들면, 일 실시예에서, 이 갭의 폭은 4-8 mil이다. 공진 주파수, 다수 모드의 정합, 및 연관 효율은 셀 패치의 사이즈, 비아 라인의 길이, 피드 라인의 길이, 안테나 소자와 접지 사이의 거리, 그리고 여러 다른 치수 및 레이아웃과 같은 각종 파라미터를 변경함으로써 제어될 수 있다.

종래의 안테나와 달리, 메타물질 안테나 공진은 좌현(LH) 모드의 존재에 의해 영향을 받는다. 일반적으로, LH 모드는 낮은 공진의 여기 및 더 우수한 정합을 촉진하고, 높은 공진에서의 정합을 향상시킬 수 있다. CRLH MTM 안테나 구조체는, 본 명세서에 논의된 바와 같이, CRLH MTM 구조체를 형성하도록 구성되고 서로 전기적으로 연결된, 기판 상의 하나 이상의 영구적으로 형성된 전도성 안테나 소자를 포함한다. 다른 구조체는 서로 상이한 위치에, 또한 영구적으로 형성된 안테나 소자와는 상이한 위치에 배치되고 각각의 영구적으로 형성된 전도성 안테나 소자에 인접하여 공진 주파수를 튜닝하는, 영구적으로 형성된 전기 전도성 튜닝 소자를 포함한다.

제조 후(post fabricated)의 안테나 디바이스에서, 이들 영구적으로 형성된 튜닝 소자는 주파수 요건을 충족시키기 위한 융통성(flexibility)을 제공하도록, 영 옴 저항기(zero ohm resistor)와 같은, 착탈 가능한 소자를 사용하여 변경될 수 있다. 이들 영구적으로 형성된 튜닝 소자의 예로는 공진 주파수를 튜닝하는 하나 이상의 튜닝 소자를 포함한다. 이러한 튜닝 소자가 없을 때, 인쇄 회로 기판( Printed Circuit Board, PCB)) 상에는 우선 안테나가 인쇄되고, 공진 주파수의 튜닝은 PCB 하드웨어의 변경, 예컨대 PCB의 개조(rebuilding), 구성요소의 재설치(remounting) 및 재설치된 구성요소의 재시험을 필요로 할 수 있다. 본 기술은 튜닝 소자를 사용하여 이러한 비용이 많이 들고 긴 단계를 없애며; 그러므로, PCB 상에 안테나 구조체를 형성한 후에 안테나를 타겟 대역으로 튜닝 및 정합시킬 수 있다. PCB 상에 안테나를 프린트한 후에 이루어질 수 있는 안테나의 미세 튜닝, 프로토타이핑(prototyping), 수리 및 다른 프로세스는 이들 튜닝 소자를 사용함으로써 간단해질 수 있다.

더욱 구체적으로는, 본 명세서의 예에서 하나 이상의 튜닝 소자는, 튜닝 소자와 대응하는 안테나 소자 사이에 브리지(bridge) 역할을 하는 영 옴 저항기 또는 영 옴 링크와 같은, 전기를 전도하는 연결 소자에 의해 대응하는 안테나 소자에 결합될 수 있다. 튜닝 소자와 대응하는 안테나 소자 사이의 연결을 조작하는 연결 소자를 사용함으로써 공진 주파수는 그 고유 효율(intrinsic efficiency)에 영향을 미치지 않으면서 증가되거나 감소될 수 있다.

따라서, 인쇄된 안테나 소자 및 튜닝 소자를 구비한 PCB 디바이스를 제조 및 완성 후에, 연결되지 않은 튜닝 소자 중 하나 이상을 안테나에 연결하거나 연결된 튜닝 소자 중 하나 이상을 안테나로부터 연결해제함으로써 안테나의 공진 주파수를 튜닝할 수 있다. 미리 형성된 튜닝 소자에 기초한 이 튜닝 기술은 PCB 상에 형성된 다른 회로 요소를 변경 또는 PCB를 개조할 필요 없이 튜닝 소자의 연결만을 변경함으로써 주파수의 튜닝을 제공한다.

튜닝 소자를 구비한 메타물질 안테나의 몇몇 구현예에서는 원하는 튜닝을 달성하도록 제어될 수 있는 각종 회로 파라미터를 포함한다. 제어 가능한 파라미터의 예는 표 1.0에 나타나 있다.

일부 실시예에 따른 주파수 가변 메타물질 안테나 디바이스에서, 공진 주파수, 다중 모드의 정합, 및 관련 효율은 메타물질 안테나 구조체의 각 소자의 사이즈, 길이 및/또는 형상뿐 아니라 상이한 소자 간의 레이아웃을 변경함으로써 제어될 수 있다. CRLH MTM 안테나 구조체의 가능한 변형의 몇 가지 예는 표 2.0에 나타나 있다.

위의 임의의 조합뿐 아니라 다른 변형들도 메타물질 안테나 디바이스에 구현될 수 있다.

이들 CRLH MTM 안테나 구조체는 종래의 FR-4 기판 또는 플렉시블 인쇄 회로(Flexible Printed Circuit, FPC) 기판을 사용하여 제조될 수 있다. 다른 제조 기술의 예로는 박막 제조 기술, 시스템 온 칩(System On Chip, SOC) 기술, 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic, LTCC) 기술, 및 모노리딕 마이크로파 집적 회로(Monolithic Microwave Integrated Circuit, MMIC) 기술을 포함한다.

안테나 구조체의 일부 구현예에서는, 피드 라인에 전렬을 전달하기 위해 접지된 CPW를 사용한다. 안테나를 공급하는 다른 방식은 상이한 층 상의 접지 면, 프로브형(probed) 패치, 피드 라인의 시작부분(beginning)으로 바로 연결된(lauched) 케이블, 또는 상이한 유형의 무선 주파수(Radio Frequency, RF) 피드 라인 없이 종래의 CPW 라인의 사용을 포함한다.

도 1a 및 도 1b는 FR-4 기판 상에 제조되는 튜닝 소자가 없는 제1 CRLH MTM 안테나 구조체(안테나 1이라고 함)의 실제 샘플의 사진을 나타낸다.

상층(233)의 평면도는 도 1a에 나타나 있고, 하층(235)의 하면도는 도 1b에 나타나 있다. 도 2a - 도 2d는 도 1a - 도 1b에 나타낸 CRLH MTM 안테나의 다양한 컴퓨터로 생성된 평면도이다. 상층(233)의 컴퓨터로 생성된 평면도는 도 2a에 나타나 있고, 하층(235)의 컴퓨터로 생성된 평면도는 도 2b에 나타나 있고, 컴퓨터로 생성된 측명도와 3D도는 도 2c - 도 2d에 각각 나타나 있다. 도 2a - 도 2d를 참조하면, 상층(233)에는 피드 라인(203)이 형성되고, 피드 라인(203)의 원단은 결합 갭(coupling gap)(207)을 통해 마찬가지로 상층(233)에 형성된 셀 패치(205)에 전자기적으로 결합된다. 전력은 접지된 피드 라인(203) 및 결합 갭(207)을 통해 CPW 패드(245)로부터 셀 패치(205)에 전달된다. 기판(231)에는 비아(209)가 형성되어 상층(233)의 셀 패치(205)와 하층(235)의 비아 패드(221)를 연결한다.

비아 라인(223)은 하부 접지 면(243)에서 유래되어 비아 패드(221)와 연결될 때까지 연장된다. 셀 패치(205)는 비아(209), 비아 패드(221), 피드 라인(203), 및 비아 라인(223)과 함께 CRLH 단위 셀을 구성한다.

상층(233)의 피드 라인(203)으로부터 유래되는 것이 상부 접지 면(241)에서 멀리 떨어져 연장되는 미앤더 스터브(211)이다. 이러한 메타물질 안테나 구조체는 피드 라인(203)과 셀 패치(205)가 결합 갭(207)에 의해 분리되기 때문에 슬롯 안테나와는 다르다.

안테나 1의 개별 소자 부품에 대한 개요는 아래의 표 3,0에 제공되어 있다.

다른 구성에서, 상층(233) 상의 비아 라인(223)이 비아 없이 셀 패치(205)에 직접 연결될 수 있다. 또 다른 변형예에서, 제3 층(도시되지 않음) 상의 비아 라인(223)이 하층(235)과 제3 층 사이에 형성된 비아를 통해 셀 패치(205)에 연결될 수 있다. 안테나 1에서는 상층(233) 및 하층(235)뿐 아니라 추가적인 제3 층은 교체할 수 있다.

안테나 1의 구현에 사용된 설계 파라미터 값의 예는 아래의 표 4.0에 제공되어 있다.

메타물질 안테나 구조체는 무선 네트워크에 사용되고 셀 폰 및 기타 애플리케이션을 서비스하는, 800 MHz 내지 900 MHz 대역 및 약 2 GHz에서 효율적인 방사 모드를 생성하도록 위의 설계 파라미터 값에 기초하여 구현될 수 있다.

안테나 1은 도 3a의 측정 반사 손실로부터 알 수 있듯이 저주파수 대역에서 두 개의 공진 주파수를 가질 수 있다. 첫 번째(제1) 공진의 중심은 약 920 MHz이고 두 번째(제2) 공진의 중심은 약 1020 MHz이다. 결합된 이 두 공진은 -6dB 반사 손실의 약 200 MHz의 대역폭을 가지는 저주파수 대역을 구성한다. 주파수 중 가장 낮은 제1 공진은, 셀 패치의 레이아웃 및 형상과 대응하는 비아 라인 구조, 그리고 셀 패치와 피드 라인 사이의 갭에 의해 제어될 수 있는, LH 공진이다. 제2 공진은 RH 공진이며 피드라인으로부터 유래되는 미앤더 스터브의 길이에 의해 제어될 수 있다. 세 번째(제3) 공진은 이 안테나 구조체의 고대역을 구성한다. 이 제3 공진도 RH 공진이며, -6dB의 약 300 MHz의 대역폭을 가지고는 약 2.1 GHz에 중심이 있다. 이 공진은 피드 라인의 물리적 길이와, 피드 라인이 결합 갭을 통해 셀 패치에 결합될 때 추가되는 셀 패치 및 비아 라인의 길이에 의해 결정된, 상대적인 전기적 길이에 의해 제어되는 모노폴 모드에 기인한다. 도 3a에서 알 수 있듯이, 이 안테나 구조체를 펜타 대역(penta-band) 셀폰 애플리케이션에 적합하게 만드는, 두 개의 주대역(major band), ~800 MHz에서 ~900 MHz까지의 "저"주파수 대역과 ~2 GHz의 "고"주파수 대역이 규정될 수 있다. 각 대역과 관련된 측정된 효율 결과는 도 3b에서 볼 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 FR-4 기판 상에 제조되는, 튜닝 소자를 구비한 제2 CRLH MTM 안테나 구조체(안테나 2라고 함)의 실제 샘플의 사진을 나타낸다. 안테나 2는 안테나 1과 유사하고 선택된 위치에 부가된 튜닝 소자를 포함하는 CRLH MTM 안테나 구조체를 나타낸다. 일반적으로, 이들 튜닝 소자는 대응하는 안테나 소자 가까이에 위치된다. 도 4a에는 상층(233)의 평면도를 나타내고, 도 4b에는 하층(235)의 하면도를 나타낸다. 도 5a - 도 5d는, 도 4a - 도 4b에 나타낸 CRLH MTM 안테나의 다양한 컴퓨터로 생성된 도면을 나타낸다. 도 5a에는 상층(233)의 컴퓨터로 생성된 평면도를 나타내고, 도 5b에는 하층(235)의 컴퓨터로 생성된 평면도를 나타내고, 도 5c - 도 5d는 각각 컴퓨터로 생성된 측면도와 3D도을 나타낸다. 도 5a - 도 5c에는 도 5d의 상부 접지(543) 및 하부 접지(545), 그리고 CPW 피드(541)가 생략되어 있다.

안테나 2의 개별 소자의 개요는 아래의 나타낸 표 5.0에 제공되어 있다.

다양한 구현예에 있어, 안테나 2에서 튜닝 소자의 파리미터 값에 대한 몇 가지 예는 아래에 나타낸 표 6.0에 열거되어 있다.

안테나 2는 안테나 1과 동일한 두 개의 주파수 대역을 가지도록 구현될 수 있다. 안테나 2의 두 개의 주파 수 대역은, 도 6a의 측정 반사 손실에 의해 증명된 것처럼, 안테나 1에서와 동일한 세 개의 공진을 가진다. 각 개별 공진은 안테나 1에서와 동일한 방식으로 유래되고(originated) 제어될 수 있으며, 중심 주파수는 실질적으로 안테나 1에서의 중심 주파수와 동일하다. 각 대역과 관련된 측정 효율의 결과는 도 6b로부터 알 수 있다.

도 7a는 각각 실선과 속이 찬 원이 있는 점선으로 표시된, 제1 안테나와 제2 안테나의 측정 반사 손실 결과를 나타낸다. 도 7b는 각각 실선과 속이 찬 원이 있는 점선으로 표시된, 안테나 1 과 안테나 2의 측정 효율 결과를 나타낸다. 도 7a 및 도 7b에서 알 수 있듯이, 튜닝 소자의 추가는 공진 주파수 또는 관련 효율에 의미 있는 영향을 미치지 않는다.

메타물질 안테나 구조체를 튜닝하기 위한 다른 유형의 튜닝 소자가 구현될 있으며, 몇몇 예로는 피드 라인 튜닝 소자, 셀 패치 튜닝 소자, 미앤더 스터브 튜닝 소자, 비아 라인 튜닝 소자, 및 비아 패드 튜닝 소자를 포함한다. 특정한 메타물질 안테나 구조체에서, 상이한 유형의 튜닝 소자 중 어느 하나 또는 둘이 상의 조합이 원하는 튜닝 및 안테나 특성을 얻기 위해 사용될 수 있다. 튜닝 소자는 각 튜닝 소자와 관련된 물리 특성을 변화시키기 위해 전도성 커넥터를 활용하여 튜닝될 수 있다. 이러한 물리 특성의 변화는 결과적으로 저대역 및 고대역에서의 공진 주파수 및 효율에 영향을 미친다.

피드 라인 튜닝 소자

피드 라인 튜닝 소자는 안테나 2의 피드 라인의 원단 가까이에 위치될 수 있다. 브리지 역할을 하는 영 옴 저항기와 같은, 연결 소자에 의해 연결될 때, 피드 라인 튜닝 소자는 피드 라인의 길이를 효과적으로 변경하는 데 사용될 수 있다. 위의 예에서, 고대역에 있어 2 GHz 근처의 RH 공진은, 피드 라인의 길이에 의해 제어되는 모노폴 모드에 기인한다. 그러므로, 피드 라인 튜닝 소자는 고대역 에서의 RH 모노폴 모드 공진의 공진 주파수를 튜닝하는 수단을 제공한다.

도 8a에서 위의 사진은 영 옴 저항기(803)에 의해 피드 라인(801)에 연결되는 제1 피드 라인 튜닝 소자의 경우를 나타낸 것이고, 아래의 사진은 영 옴 저항기에 의해 피드 라인(801)에 연결되는 제1 피드 라인 튜닝 소자 및 다른 영 옴 저항기(805)에 의해 제1 피드 라인 튜닝 소자에 연결되는 제2 피드 라인 튜닝 소자를 나타낸 것이다.

도 8b는 (i) 모든 피드 라인 튜닝 소자가 부동 상태인 경우(안테나 2); (ii) 제1 피드 라인 튜닝 소자가 영 옴 저항기에 의해 피드 라인에 연결되는 경우; 및 제1 피드 라인 튜닝 소자가 영 옴 저항기에 의해 피드 라인에 연결되고 제2 피드 라인 튜닝 소자가 다른 영 옴 저항기에 의해 제1 피드 라인 튜닝 소자에 연결되는 경우의 반사 손실 측정 결과를 나타낸다. 연결된 피드 라인 튜닝 소자의 수가 증가함에 따라, 피드 라인의 유효 길이는 증가하여, 도 8b에 의해 증명된 바와 같이 고대역에서의 RH 모노폴 모드 공진 주파수를 감소시킨다. 연결된 피드 라인 튜닝 소자의 수가 증가함에 따라, 저대역에서의 LH 공진 주파수도 감소하지만, 보다 작은 규모이다. 이것은 갭을 통한 피드 라인에의 용량성 결합의 증가에 기인한 것일 수 있다.

도 8c는 각각 속이 찬 원이 있는 일점 쇄선, 실선 및 점선으로 표시된, 위의 (i), (ii), 및 (iii)의 경우에 대한 효율 측정 결과를 나타낸다. 도 8c로부터 알 수 있듯이, 피크 효율 지점은 연결된 피드 라인 튜닝 소자의 수가 변화함에 따른 공진 주파수에 대응하여 이동한다.

셀 패치 튜닝 소자

셀 패치 튜닝 소자는 안테나 2의 셀 패치 일단(one end) 가까이에 위치될 수 있다. 브리지 역할을 하는 영 옴 저항기와 같은 연결 소자에 의해 연결될 때, 셀 패치 튜닝 소자는 셀 패치의 사이즈, 형상 및 치수를 효과적으로 변경하는 데 사용될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 저대역에서의 LH 공진은 인자들 중에서 특히 셀 패치의 레이아웃 및 형상에 의해 제어될 수 있다. 그러므로 셀 패치 튜닝 소자는 저대역 에서의 LH 모드 공진의 공진 주파수를 튜닝하는 수단을 제공한다.

도 9a에서 위의 사진은 영 옴 저항기(903)에 의해 셀 패치(901)에 연결되는 제1 셀 패치 튜닝 소자의 경우를 나타낸 것이고, 아래의 사진은 영 옴 저항기에 의해 셀 패치(901)에 연결되는 제1 셀 패치 튜닝 소자 및 다른 영 옴 저항기(905)에 의해 제1 셀 패치 튜닝 소자에 연결되는 제2 셀 패치 튜닝 소자를 나타낸 것이다.

도 9b는 (i) 모든 셀 패치 튜닝 소자가 부동 상태인 경우(안테나 2); (ii) 제1 셀 패치 튜닝 소자가 영 옴 저항기에 의해 셀 패치에 연결되는 경우; 및 제1 셀 패치 튜닝 소자가 영 옴 저항기에 의해 셀 패치에 연결되고 제2 셀 패치 튜닝 소자가 다른 영 옴 저항기에 의해 제1 셀 패치 튜닝 소자에 연결되는 경우의 반사 손실 측정 결과를 나타낸다. 연결된 셀 패치 튜닝 소자의 수가 증가함에 따라, 도 9b에 나타낸 바와 같이, 저대역에서의 LH 모드 공진 주파수가 감소한다. 연결된 셀 패치 튜닝 소자의 수가 증가함에 따라, 고대역에서의 RH 모노폴 모드 공진 주파수도 감소하지만, 보다 작은 규모이다. 이 공진 주파수의 감소는 셀 패치의 총 전기적 길이의 증가에 기인한 것일 수 있다.

도 9c는 각각 속이 찬 원이 있는 일점 쇄선, 실선 및 점선으로 표시된, 위의 (i), (ii), 및 (iii)의 경우에 대한 효율 측정 결과를 나타낸다. 도 9c로부터 알 수 있듯이, 피크 효율 지점은 연결된 셀 패치 튜닝 소자의 수가 변화함에 따른 공진 주파수에 대응하여 이동한다.

미앤더 스터브 튜닝 소자

미앤더 스터브 튜닝 소자는 안테나 2의 미앤더 스터브의 첫 번째(제1) 굽이 가까이에 위치될 수 있다. 브리지 역할을 하는 영 옴 저항기와 같은 연결 소자에 의해 연결될 때, 미앤더 스터브 튜닝 소자는 미앤더 라인의 길이를 효과적으로 변경하는 데 사용될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 저대역에서의 제2 공진은 RH 공진이고 피드 라인으로부터 유래되는 미앤더 스터브의 길이에 의해 제어된다. 그러므로, 미앤더 스터브 튜닝 소자는 저대역 에서의 RH 미앤더 모드 공진의 공진 주파수를 튜닝하는 수단을 제공한다.

도 10a에서 위의 사진은 영 옴 저항기(1003)에 의해 연결되는, 미앤더 스터브(1001)의 제1 굽이 가까이에 위치된, 제1 쌍의 미앤더 스터브 튜닝 소자(1003)의 경우를 나타낸 것이고, 아래의 사진은 각각 영 옴 저항기에 의해 연결되는, 제1 및 제2 쌍의 미앤더 스터브 튜닝 소자(1005)를 나타낸 것이다. 제1 쌍과 제2 쌍이 둘 다 연결될 때, 전류는 제2 쌍을 통해 보다 짧은 경로를 취한다. 따라서, 연결된 쌍의 수의 증가는 기본적으로 미앤더 스터브의 길이를 단축에 해당한다. 그저 영 옴 저항기를 제1 쌍과 분리시키고 제2 쌍과 관련된 영 옴 저항기만을 연결시킴으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 10b는 각각 속이 찬 원이 있는 점선, 실선 및 점선으로 표시된, (i) 모든 미앤더 스터브 튜닝 소자가 부동 상태인 경우(안테나 2); (ii) 제1 쌍의 미앤더 스터브 튜닝 소자가 영 옴 저항기에 의해 연결되는 경우; 및 제1 쌍의 미앤더 스터브 튜닝 소자가 영 옴 저항기에 의해 연결되고 제2 쌍의 미앤더 스터브 튜닝 소자도 다른 영 옴 저항기에 의해 연결되는 경우(또는, 등가적으로, 제2 쌍만이 영 옴 저항기에 의해 연결됨)의 반사 손실 측정 결과를 나타낸다. 연결된 미앤더 스터브 튜닝 소자의 쌍의 수가 증가함에 따라, 미앤더 스터브의 길이는 감소하여, 도 10b에 의해 증명된 바와 같이 저대역에서의 RH 미앤더 모드 공진 주파수를 증가시킨다. 고대역의 반사 손실의 변화는, 미앤더 스터브의 기하 형상(geometrical shape)에 의존하는, 보통 2.1 GHz에서 2.2 GHz 사이에 나타나는 RH 모드 공진의 고조파의 이동에 기인한 것일 수 있다.

도 10c는 각각 속이 찬 원이 있는 일점 쇄선, 실선 및 점선으로 표시된, 위의 (i), (ii), 및 (iii)의 경우에 대한 효율 측정 결과를 나타낸다. 도 10c로부터 알 수 있듯이, 피크 효율 지점은 연결된 미앤더 스터브 튜닝 소자의 쌍의 수가 변화함에 따른 공진 주파수에 대응하여 이동한다.

비아 라인 튜닝 소자

비아 라인 튜닝 소자는 안테나 2의 비아 라인의 근단(proximal end) 가까이에 위치될 수 있다. 브리지 역할을 하는 영 옴 저항기와 같은 연결 소자에 의해 연결될 때, 비아 라인 튜닝 소자는 비아 라인의 길이를 효과적으로 변경하는 데 사용될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 저대역에서의 LH 공진을 결정하는 인자 중 하나는 하부 접지로부터 유래되는 비아 라인의 길이이다. 그러므로, 비아 라인 튜닝 소자는 저대역에서의 LH 모드 공진의 공진 주파수를 튜닝하는 수단을 제공한다.

도 11a에서 위의 사진은 영 옴 저항기(1103)에 의해 비아 라인(1101)에 연결되는 제1 비아 라인 튜닝 소자의 경우를 나타낸 것이고, 아래의 사진은 영 옴 저항기에 의해 비아 라인(1101)에 연결되는 제1 비아 라인 튜닝 소자 및 다른 영 옴 저항기(1105)에 의해 비아 라인에 연결되는 제2 비아 라인 튜닝 소자를 나타낸 것이다. 제1 및 제2 비아 라인 튜닝 소자 둘 다가 비아 라인에 연결될 때, 전류는 제2 비아 라인 튜닝 소자를 통해 보다 짧은 경로를 취한다. 따라서, 연결된 튜닝 소자의 수의 증가는 기본적으로 비아 라인의 길이를 단축에 해당한다. 그저 영 옴 저항기를 제1 비아 라인 튜닝 소자과는 분리시키고 제2 비아 라인 튜닝 소자와는 연결시킴으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 11b는 각각 속이 찬 원이 있는 점선, 실선 및 점선으로 표시된, (i) 모든 비아 라인 튜닝 소자가 부동 상태인 경우(안테나 2); (ii) 제1 비아 라인 튜닝 소자가 영 옴 저항기에 의해 비아 라인에 연결되는 경우; 및 제1 비아 라인 튜닝 소자가 영 옴 저항기에 의해 비아 라인에 연결되고 제2 비아 라인 튜닝 소자도 다른 영 옴 저항기에 의해 비아 라인에 연결되는 경우(또는, 등가적으로, 제2 비아 라인 튜닝 소자만이 영 옴 저항기에 의해 비아 라인에 연결됨)의 반사 손실 측정 결과를 나타낸다. 연결된 비아 라인 튜닝 소자의 수가 증가함에 따라, 비아 라인의 길이는 감소하여, 도 11b에 나타낸 바와 같이 저대역에서의 LH 모드 공진 주파수를 증가시킨다. 연결된 비아 라인 튜닝 소자의 수가 증가함에 따라, 고대역에서의 RH 모노폴 모드 공진 주파수도 증가하지만, 보다 작은 규모이다. 이 공진 주파수의 증가는 비아 라인의 총 전기적 길이의 감소에 기인한 것일 수 있다.

도 11c는 각각 속이 찬 원이 있는 일점 쇄선, 실선 및 점선으로 표시된, 위의 (i), (ii), 및 (iii)의 경우에 대한 효율 측정 결과를 나타낸다. 도 11c로부터 알 수 있듯이, 피크 효율 지점은 연결된 비아 라인 튜닝 소자의 수가 변화함에 따른 공진 주파수에 대응하여 이동한다. 도 11c에 보이는 효율의 약간의 감소는 LH 공진과 미앤더 공진의 근접에 의한 대역폭의 감소에 기인한 것이다.

비아 패드 튜닝 소자

비아 라인 튜닝 소자와 유사하게, 비아 패드 튜닝 소자는 비아 라인의 전체 길이를 변화시켜서, 저대역에서의 LH 모드 공진을 튜닝하는 데 사용될 수 있다.

도 12a에서 위의 사진은 영 옴 저항기(1203)에 의해 비아 라인(1201)에 연결되는 제1 비아 패드 튜닝 소자의 경우를 나타낸 것이고, 아래의 사진은 제1 비아 패드 튜닝 소자가 영 옴 저항기에 의해 비아 라인(1201)에 연결되고 제2 비아 패드 튜닝 소자도 다른 영 옴 저항기(1205)에 의해 비아 라인에 연결되는 경우를 나타낸 것이다. 제1 및 제2 비아 패드 튜닝 소자 둘 다가 비아 라인에 연결될 때, 전류는 제2 비아 패드 튜닝 소자를 통해 보다 짧은 경로를 취한다. 따라서, 연결된 튜닝 소자의 수의 증가는 기본적으로 비아 라인의 길이를 단축에 해당한다. 그저 영 옴 저항기를 제1 비아 패드 튜닝 소자와는 분리시키고 제2 비아 패드 튜닝 소자와는 연결시킴으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 12b는 각각 속이 찬 원이 있는 점선, 실선 및 점선으로 표시된, (i) 모든 비아 패드 튜닝 소자가 부동 상태인 경우(안테나 2); (ii) 제1 비아 패드 튜닝 소자가 영 옴 저항기에 의해 비아 라인에 연결되는 경우; 및 (iii) 제1 비아 패드 튜닝 소자가 영 옴 저항기에 의해 비아 라인에 연결되고 제2 비아 패드 튜닝 소자도 다른 영 옴 저항기에 비아 라인에 의해 연결되는 경우(또는, 등가적으로, 제2 비아 패드 튜닝 소자만이 영 옴 저항기에 의해 비아 라인에 연결됨)의 반사 손실 측정 결과를 나타낸다. 연결된 비아 패드 튜닝 소자의 수가 증가함에 따라, 비아 라인의 길이는 감소하여, 도 12b에 나타낸 바와 같이 저대역에서의 LH 모드 공진 주파수를 증가시킨다. 연결된 비아 패드 튜닝 소자의 수가 증가함에 따라, 고대역에서의 RH 모노폴 모드 공진 주파수도 증가하지만, 보다 작은 규모이다. 이 공진 주파수의 증가는 비아 라인의 총 전기적 길이의 감소에 기인한 것일 수 있다.

도 12c는 각각 속이 찬 원이 있는 일점 쇄선, 실선 및 점선으로 표시된, 위의 (i), (ii), 및 (iii)의 경우에 대한 효율 측정 결과를 나타낸다. 도 12c로부터 알 수 있듯이, 피크 효율 지점은 연결된 비아 패드 튜닝 소자의 수가 변화함에 따른 공진 주파수에 대응하여 이동한다. 도 12c에 보이는 효율의 약간의 감소는 LH 공진과 미앤더 공진의 근접에 의한 대역폭의 감소에 기인한 것이다.

도 13a - 도 13b는 안테나 2의 구성을 변경한 가변 주파수 안테나 구조체(안테나 3이라고 함)의 다른 예를 나타낸다. 안테나 3에서는, 각 튜닝 소자와 관련된 모든 개별 전도성 소자가 대응하는 구조체에 동시에 연결될 수 있다. 따라서, 튜닝은 도 13a - 도 13b에 나타낸 바와 같이 선택된 개별 전도성 소자를 연결해제시킴으로써 달성될 수 있다. 예를 들면, 도 13a에서,안테나 3의 피드 라인(1303)의 원단 가까이에 위치된 피드 라인 튜닝 소자(1301)는 브리지 역할을 하는 영 옴 저항기 또는 전도성 스트립과 같은 연결 소자(1305)에 의해 피드 라인(1303)에 동시에 연결된다, 앞서 언급한 바와 같이, 고대역에 있어 2 GHz 근처의 RH 공진은 피드 라인(1303)의 길이에 의해 제어될 수 있고 피드 라인 튜닝 소자(1301)를 연결하는 특정 연결 소자(1305)를 연결해제시킴으로써 변경될 수 있다. 그러므로, 피드 라인 튜닝 소자(1301)는 특정 연결 소자를 선택적으로 연결해제시킴으로써 고대역에서의 RH 모노폴 모드 공진의 공진 주파수를 튜닝하는 수단을 제공한다. 안테나 3의 셀 패치(1309)의 일단 가까이에 위치된 셀 패치 튜닝 소자(1307)는 브리지 역할을 하는 영 옴 저항기 또는 전도성 스트립과 같은 연결 소자(1311)에 의해 셀 패치(1309)에 동시에 연결된다, 이 연결은 셀 패치(1309)의 사이즈, 형상 및 치수를 효과적으로 변경한다. 앞서 언급한 바와 같이, 저대역에서의 LH 공진은 비아 패드 튜닝 소자(1307)를 연결하는 특정 연결 소자(13011)를 연결해제시킴으로써 변경될 수 있는 셀 패치(1309)의 레이아웃 및 형상에 의해 제어된다. 그러므로 셀 패치 튜닝 소자(1307)는 저대역에서의 LH 모드 공진의 공진 주파수를 튜닝하는 수단을 제공한다. 안테나 3의 미앤더 스터브(1315)의 제1 굽이 가까이에 위치된 미앤더 스터브 튜닝 소자(1313)는 브리지 역할을 하는 영 옴 저항기 또는 전도성 스트립과 같은 연결 소자(1317)에 의해 동시에 연결된다. 이러한 연결은 미앤더 라인(1315)의 길이를 효과적으로 변경한다. 앞서 언급한 바와 같이, 저대역에서의 제2 공진은 RH 공진이고 피드 라인(1303)으로부터 유래되는 미앤더 스터브(1315)의 길이에 의해 제어된다. 그러므로, 미앤더 스터브 튜닝 소자(1313)는 저대역에서의 RH 미앤더 모드 공진의 공진 주파수를 튜닝하는 수단을 제공한다. 도 13b를 참조하면, 안테나 3의 비아 라인(1331)의 근단 가까이에 위치된 비아 라인 튜닝 소자(1325)는 브리지 역할을 하는 영 옴 저항기 또는 전도성 스트립과 같은 연결 소자(1333)에 의해 동시에 연결되어, 비아 라인(1331)의 길이를 효과적으로 변경한다. 앞서 언급한 바와 같이, 저대역에서의 LH 공진을 결정하는 인자 중 하나는 하부 접지로부터 유래되는 비아 라인(1331)의 길이이다. 그러므로, 비아 라인 튜닝 소자(1325)는 저대역에서의 LH 모드 공진의 공진 주파수를 튜닝하는 수단을 제공한다. 안테나 3의 비아 라인(1331)의 타단 가까이에 위치된 비아 패드 튜닝 소자(1337)는 브리지 역할을 하는 영 옴 저항기 또는 전도성 스트립과 같은 연결 소자(1341)에 의해 동시에 연결되어, 비아 라인(1331)의 길이를 효과적으로 변경한다. 비아 패드 튜닝 소자(1337)은 비아 라인(1331)의 전체 길이를 변경시켜, 저대역에서의 LH 모드 공진을 튜닝하는 데 사용될 수 있다.

안테나 3에서 하나 이상의 선택된 연결 소자의 연결해제는 각 연결해제된 지점의 튜닝 및 재현 가능한 설계를 가능하게 하는 신속하고 효율적인 수단으로 사용될 수 있다. 앞의 경우와 마찬가지로, 안테나 3의 반사 손실 및 효율은 안테나 2의 경우에서와 동일하다.

안테나 3의 다른 구성에서는, 도 14a - 도 14b에 나타낸 바와 같이, 다른 주파수 가변 소자가 부동 상태인 동안에 특정한 주파수 소자가 연결되거나 다른 소자로부터 연결해제될 수 있다. 앞의 경우와 마찬가지로, 안테나 3의 반사 손실 및 효율은 안테나 2의 경우에서와 동일하다.

본 명세서에 기재된 튜닝 방법 및 구조체는 또한 다중셀 설계, 다층 메타물질 설계, 비평면 메타물질 구조체, 및 기타 메타물질 관련 안테나 설계에 사용될 수 있다.

예를 들면, 다중셀 설계는 "Single-Feed Multi-Cell Metamaterial Antenna Devices"라는 명칭으로 2009년 4월 2일에 출원된 미국 특허출원 제12/408,642호에 기재되어 있다. 멀티셀 설계에서는, 두 개의 셀이 두 개의 반대편 면(opposing surface)을 가지는 기판에 형성될 수 있다. 단일 피드 다중 셀(Single-Feed Multi-Cell) 메타물질 안테나 구조체의 상층은 제1 면 상에 형성된 제1 셀의 제1 셀 전도성 패치; 절연 셀 갭 옆에 제1 셀 전도성 패치에 인접하여 형성된 제2 셀의 제2 셀 전도성 패치; 및 제1 셀 전도성 패치와 제2 셀 전도성 패치 모두에 인접한 제1 면 상에 형성되고, 제1 셀 전도성 패치 및 제2 셀 전도성 패치 각각과 전자기적으로 결합되는 제1 셀용의 용량성 결합 갭과 제2 셀용의 용량성 결합 갭 각각에 의해, 제1 셀 전도성 패치 및 제2 셀 전도성 패치 각각과 분리되어 있는 공용 전도성 론치 스터브(launch stub)를 포함한다. 공용 전도성 론치 스터브는 제1 셀 전도성 패치 및 제2 셀 전도성 패치에 신호를 보내고 이들로부터 신호를 받는 연장된 스트립 라인(strip line)을 포함한다. 제1 면 상의, 제1 셀 전도성 패치 및 제2 셀 전도성 패치와 간격을 두고 떨어진 곳에는 상부 접지용 전도성 전극이 형성된다. 이 예에서, 상부 접지용(top ground) 전도성 전극은, 제1 단자와 제2 단자를 가지며 제2 단자는 피드 라인에 연결되어 있는 접지된 동일 평면 도파관(CPW)을 포함하도록 패터닝된다. 공용의 전도성 론치 스터브는 두 셀 전도성 패치에 또는 이들로부터의 신호를 전도하는 피드 라인에 연결된 연장된 스트립 라인을 가진다.

다중 셀 설계는 다양한 구성으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 론치 스터브는 직사각형, 나선형(원형, 타원형, 직사각형, 및 기타 형상), 또는 미앤더형 등의 다른 기하 형상을 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다; MTM 셀 패치는 직사각형, 나선형(원형, 타원형, 직사각형, 및 기타 형상), 또는 미앤더형 등의 다른 기하 형상을 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다; 비아 패드는 직사각형, 원형, 타원형, 다각형, 또는 부정형 등의 다른 기하 형상 및 사이즈를 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며; 론치 스터브와 MTM 셀 패치 사이의 갭은 직선형, 곡선형, L자형, 미앤더형, 지그재그형, 또는 불연속 선형(discontinued line shape) 등의 상이한 형태를 취할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 어떤 구현예에서 MTM 셀과 GND를 연결하는 비아 트레이스는 상층 또는 하층 위에 위치될 수 있다.

다중 셀 설계에서, 피드 라인 튜닝 소자, 셀 패치 튜닝 소자, 미앤더 스터브 튜닝 소자, 비아 라인 튜닝 소자, 및 비아 패드 튜닝 소자 등의 본 명세서에 기재된 튜닝 소자는 각각 피드 라인, 셀 패치, 미앤더 스터브, 비아 라인 및 비아 패드 등의 대응하는 구조적인 소자 근처에 형성될 수 있다. 각 튜닝 소자는 다른 전도성 커넥터와 연결되거나 연결해제되어 각 튜닝 소자와 연관된 물리 특성을 변화시킬 수 있는 전도성 커넥터 소자를 사용할 수 있다. 물리 특성의 이러한 변화는 결과적으로 저대역 및 고대역에서의 공진 주파수 및 효율에 영향을 미친다.

다른 구현예에서, 본 명세서의 튜닝 소자는 메타물질 안테나 구조체의 둘 이상의 금속화 층에 사용될 수 있다. 둘 이상의 금속화 층을 가지는 적합한 메타물질 구조체의 예는 본 명세서에 기재된 메타물질 구조체 및 다른 메타물질 구조체이다. 예를 들면, "Metamaterial Structures with Multilayer Metallization and Via"라는 명칭으로 2008현 11월 13일에 출원된 미국 특허출원 제12/270,410호에 기재된 다층 금속화 메타물질 구조체를 사용하여 앞서 제시한 몇몇 튜닝 소자를 구현할 수 있다. 위의 미국 특허출원 제12/270,410호의 개시내용 전부는 인용에 의해 본 명세서의 개시내용의 일부로서 포함된다.

미국 특허출원 제12/270,410호는 두 개의 상이한 금속화 층의 전도성 부분들을 연결하는 하나 이상의 전도성 비아를 가지는 다층 금속화 메타물질 구조체를 포함하는, 안테나 및 전송 선로 디바이스용 메타물질 구조체에 기초한 기술 및 장치를 개시한다. 일 측면에서, 메타물질 디바이스는 기판, 기판과 연관되고 복수의 전도성 부분으로 가지도록 패터닝된 복수의 금속화 층, 및 하나의 금속화 층의 전도성 부분과 다른 금속화 층의 전도성 부분을 연결하도록 기판에 형성된 전도성 비아를 포함하여 제공된다. 전도성 부분과 전도성 비아가 복합 좌우현(CRLH) 메타물질 구조체를 형성한다. 이 디바이스의 일 구현예에서, CRLH MTM 구조체의 전도성 부분과 전도성 비아는 메타물질 안테나를 형성하도로 구성되고, 두 개 이상의 주파수 공진을 발생시키도록 구성된다. 다른 구현예에서, CRLH MTM 구조체의 두 개 이상의 주파수 공진은 넓은 대역을 생성할 수 있을 정도로 충분히 가깝다. 다른 구현예에서, CRLH MTM 구조체의 전도성 부분 및 전도성 비아는 저대역에서의 제1 주파수 공진과 고대역에서의 제2 주파수 공진을 발생시키도록 구성되고, 제1 주파수 공진은 좌현(LH) 모드 주파수 공진이고 제2 주파수 공진은 우현(RH) 모드 주파수 공진이다. 또 다른 구현예에서, CRLH MTM 구조체의 전도성 부분 및 전도성 비아는 저대역에서의 제1 주파수 공진, 고대역에서의 제2 주파수 공진, 및 주파수가 제1 주파수 공진에 상당히 가까워서 제1 주파수 공진과 결합되고, 저대역보다 넓은 결합 모드(combined mode) 공진 대역을 제공하는 제3 주파수 공진을 발생시키도록 구성된다.

미국 특허출원 제12/270,410호에 개시된 다른 측면에서, 메타물질 디바이스는 기판; 기판의 제1 면 상에 형성되며, 서로 분리되어 있고 서로 전자기적으로 결합하는 셀 패치 및 론치 패드를 포함하도록 패터닝된 제1 금속화 층; 및 기판의 제1 면과 평행한 제2 면 상에 형성되며, 셀 패치의 풋프린트 밖에 위치된 접지 전극, 셀 패치 밑에 배치된 셀 비아 패드, 접지 전극과 셀 비아 패들 연결하는 셀 비아 라인, 론치 패드 밑에 위치된 상호연결 패드, 및 상호연결 패드에 연결된 피드 라인을 포함하도록 패터링된 제2 금속화 층을 포함하여 제공된다. 이 디바이스는 또한 기판에 형성되어 셀 패치와 셀 비아 패드를 연결하는 셀 비아와 기판에 형성되어 론치 패드와 상호연결 패드를 연결하는 상호연결 비아를 포함한다. 셀 패치와 론치 패드 중 하나는 개구부를 포함하는 형태로 만들어지고, 셀패치와 론치 패드 중 나머지는 이 개구부 내에 위치된다. 셀 패치, 셀 비아, 셀 비아 패드, 셀 비아 라인, 접지 전극, 론치 패드, 상호연결 비아, 상호연결 비아 패드 및 패드 라인이 CRLH MTM 구조체를 형성한다. 다른 측면에서, 무선 통신 디바이스는 안테나를 형성하도록 구성되는 부분을 포함하는 인쇄 회로 기판(PCB)를 포함한다. 안테나는, PCB의 제1 면 상의 상부 금속 패치; PCB의 반대편, 제2 면 상의 하부 금속 패드; 상부 금속 패치와 하부 금속 패드를 연결하는 전도성 비아; 및 PCB의 상면 상의, CRLH 금속 재료 셀과 간격을 둔 위치에 형성되고, 평면 도파관(CPW) 피드 라인, CPW 피드 라인 주의의 상부 접지(GND)을 포함하는 접지된 동일평면 도파관(CPW)을 포함하는, CRLH MTM 셀을 포함한다. CPW 피드 라인은 CRLH MTM 셀의 상부 금속 패치에 가까이 배치되고 용량성으로 결합된 단자를 가진다. 이 안테나는 또한 PCB의 상면 상에 형성된 접지된 CPW 아래에, PCB의 하면 상에 형성된 하부 접지용 금속 패치; 및 하부 접지용 금속 경로(path)와 CRLH MTM 셀의 하부 금속 경로를 연결하는 하부 전도성 경로를 포함한다. 일 구현예에서, 안테나는 예를 들면, 890 MHz에서 960 MHz까지의 셀룰러 대역과 1700 MHz에서 2100 MHz까지의 PCS 대역을 포함할 수 있는, 상이한 주파수 대역에서 두 가지 이상의 공진을 가지도록 구성된다. 또 다른 측면에서, 무선 통신 디바이스는 안테나를 형성하도록 구성되는 부분을 포함하는 인쇄 회로 기판(PCB)를 포함한다. 이 안테나는, PCB의 제1 면 상의 상부 금속 패치; PCB의 상면 상의, CRLH 금속 재료 셀과 간격을 둔 위치에 형성되고, 평면 도파관(CPW) 피드 라인, CPW 피드 라인 주위의 상부 접지(GND)를 포함하며, CPW 피드 라인은 CRLH MTM 셀의 상부 금속 패치에 가까이 배치되고 용량성으로 결합된 단자를 가지는, 접지된 동일평면 도파관(CPW); 및 PCB의 상면에 형성되어 CRLH MTM 셀의 상부 접지와 상부 금속 패치를 연결하는 상부 접지용 금속 경로를 포함하는, CRLH MTM 셀을 포함한다. 일 구현예에서, 안테나는 예를 들면, 890 MHz에서 960 MHz까지의 셀룰러 대역과 1700 MHz에서 2100 MHz까지의 PCS 대역을 포함할 수 있는, 상이한 주파수 대역에서 두 가지 이상의 공진을 가지도록 구성된다.

다층 설계에서, 피드 라인 튜닝 소자, 셀 패치 튜닝 소자, 미앤더 스터브 튜닝 소자, 비아 라인 튜닝 소자, 및 비아 패드 튜닝 소자 등의 튜닝 소자는 각각 피드 라인, 셀 패치, 미앤더 스터브, 비아 라인 및 비아 패드 등의 대응하는 구조적인 소자 근처에 형성될 수 있다. 각 튜닝 소자는 다른 전도성 커넥터와 연결되거나 연결해제되어 각 튜닝 소자와 연관된 물리 특성을 변화시킬 수 있는 전도성 커넥터 소자를 사용할 수 있다. 물리 특성의 이러한 변화는 결과적으로 저대역 및 고대역에서의 공진 주파수 및 효율에 영향을 미친다.

또, 본 명세서의 튜닝 소자는 비평면 메타물질 구성으로 구현될 수 있다. 이러한 비평면 메타물질 안테나 구조체는, 메타물질 안테나의 안테나 섹션들이 비평면 구성으로 공간적으로 분산되도록 메타물질 안테나의 하나 이상의 안테나 섹션이 동일한 메타물질 안테나의 하나 이상의 다른 안테나 섹션으로부터 떨어져 있게 배치하여, 휴대형 무선 통신 디바이스와 같은, 무선 통신 디바이스의 할당된 공간 또는 볼륨에 맞도록 개조된 콤팩트한 구조체를 제공한다. 예를 들면, 메타물질 안테나의 안테나 섹션들이 L자형 안테나 구성 등의 비평면 구성으로 공간적으로 분산되도록, 메타물질 안테나의 하나 이상의 안테나 섹션을 한 유전체 기판 상에 위치시키는 한편 메타물질 안테나의 하나 이상의 다른 안테나 섹션은 다른 유전체 기판에 위치시킬 수 있다. 여러 애플리케이션에서, 메타물질 안테나의 안테나 부분은 3차원(3D) 기판 구조체의 평행 또는 비평행 층 내의 여러 부품을 수용하도록 구성될 수 있다. 이러한 비평면 메타물질 안테나 구조체는 제품 인클로저(product enclosure) 내부 또는 주위에 포장될 수 있다. 비평면 메타물질 안테나 구조체의 안테나 섹션은 공간 절약을 위해 인클로저, 하우징 벽, 안테나 캐리어 또는 다른 패키징 구조체에 결합하도록 구성될 수 있다. 몇몇 구현예에서, 비평면 메타물질 안테나 구조체의 적어도 하나의 안테나 섹션은, 안테나 섹션이 패키징 구조체의 내부나 외부에 있을 수 있는 경우에, 그러한 패키징 구조체의 표면의 인근 표면과 실질적으로 평행으로 인접하여 배치된다. 일부 다른 구현예에서, 메타물질 안테나 구조체는 제품의 하우징의 내벽, 안테나 캐리어의 외면, 또는 디바이스 패키지의 윤곽에 정각(confomal)을 이룰 수 있다. 이러한 비평면 메타물질 안테나 구조체의 풋프린트는 평면 구성의 유사한 메타물질 안테나의 풋프린트보다 작아서, 셀룰러폰과 같은 휴대형 통신 디바이스에 한정된 가용 공간에 적합할 수 있다. 일부 비평면 메타물질 안테나 설계에서, 스위블 기구(swivel mechanism) 또는 슬라이딩 기구가 일체화될 수 있어, 사용되지 않는 동안에 공간을 절약하기 위해 메타물질 안테나의 일부 또는 전체를 접거나 슬라이딩할 수 있다. 또, 메카물질 안테나의 상이한 안테나 섹션들을 지지하기 위한 유전체 스페이서를 구비하거나 구비하지 않는 스택형 기판이 사용될 수 있으며 스택형 기판들 사이에 기계적 및 전기적 접점을 넣어 주 기판 위의 공간을 활용할 수 있다.

비평면, 3D 메타물질 안테나는 다양한 구성으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 여기에 기재된 메타물질 셀 세그먼트는 여러 메타물질 구조체 근처에 형성된 튜닝 소자를 가지는 설계를 구현하기 위해 비평면, 3D 구성으로 배치될 수 있다. 2009년 5월 13일에 출원된 "Non-Planar Metamaterial Antenna Structures"라는 명칭의 미국 특허출원 제12/465,571호는 메타물질 구조체 근처에 튜닝 소자를 구현할 수 있는 3D 안테나 구조체를 개시한다. 이 미국 특허출원 제12/465,571호의 개시내용 전부는 인용에 의해 본 명세서의 개시내용의 일부로서 포함된다.

일 측면에서, 상기 미국 특허출원 제12/465,571호는 인클로저를 형성하는 벽들 및 디바이스 하우징 내부에 위치되고 다른 벽들보다 제1 벽 가까이에 배치된 제1 안테나 부분을 포함하는 디바이스, 및 제2 안테나 부분을 포함하는 안테나 디바이스를 개시한다. 제1 안테나 부분은 제1 벽에 가까운 제1 평면에 배치된 하나 이상의 제1 안테나 구성요소를 포함한다. 제2 안테나 부분은 제1 평면과는 다른 제2 평면에 배치된 하나 이상의 제2 안테나 구성요소를 포함한다. 이 디바이스는 공동의 안테나 부분을 포함하여, 제1 안테나 부분의 하나 이상의 제1 안테나 구성요소와 제2 안테나 부분의 하나 이상의 제2 안테나 부분을 전자기적으로 결합하여 안테나 신호 내의 적어도 하나의 공진 주파수를 지원하고 공진 주파수의 1 파장의 1/2보다 작은 치수를 가지는 복합좌우현(CRLH) 메타물질(MTM) 안테나를 형성한다. 다른 측면에서, 상기 미국 특허출원 제12/465,571호는 패키징 구조체와 결합하도록(engage) 구성된 안테나 디바이스를 포함한다. 이 안테나 디바이스는 패키징 구조체의 제1 평면 섹션에 근접해 있도록 구성된 제1 안테나 섹션을 포함하고, 제1 안테나 섹션은 제1 평면 기판, 및 제1 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제1 전도성 부분을 포함한다. 이 디바이스에는 제2 안테나 섹션이 제공되며, 제2 안테나 섹션은 패키징 구조체의 제2 평면 섹션에 근접해 있도록 구성된다. 이 제2 안테나 섹션은 제2 평면 기판, 및 평면 기판과 연관된 적어도 하나의 제1 전도성 부분을 포함한다. 이 디바이스는 또한 제1 안테나 섹션과 제2 안테나 섹션을 연결하는 공동 안테나 섹션을 포함한다. 적어도 하나의 제1 전도성 부분, 적어도 하나의 제2 전도성 부분 및 공동 안테나 부분이 전체로 안테나 신호 내의 적어도 하나의 공진 주파수를 지원하는 복합좌우현(CRLH) 메타물질(MTM) 안테나를 형성한다. 또 다른 측면에서, 상기 미국 특허출원 제12/465,571호는, 패키징 구조체와 결합하도록 구성되고, 가용성 유전체 재료의 기판 및 기판과 연관된 둘 이상의 전도성 부분을 포함하여, 안테나 신호 내의 적어도 하나의 공진 주파수를 지원하는 복합좌우현(CRLH) 메타물질(MTM) 안테나를 형성하는 안테나 디바이스를 개시한다. CRLH MTM 구조체는 패티징 구조체의 제1 평면 섹션에 근접해 있도록 구성된 제1 안테나 섹션, 패키징 구조체의 제2 평면 섹션에 근접해 있도록 구성된 제2 안테나 섹션, 및 제1 안테나 섹션과 제2 안테나 섹션 사이에 형성되고 패키징 구조체의 제1 평면 섹션과 제2 평면 섹션에 의해 형성된 모서리 가까이 굽은 제3 안테나 섹션으로 나뉜다.

비평면, 3D 메타물질 안테나는, 각각 피드 라인, 셀 패치, 미앤더 스터브, 비아 라인 및 비아 패드 등의 대응하는 구조적인 소자에 연결되는 피드 라인 튜닝 소자, 셀 패치 튜닝 소자, 미앤더 스터브 튜닝 소자, 비아 라인 튜닝 소자, 및 비아 패드 튜닝 소자 등의 튜닝 소자를 사용하도록 구성될 수 있다. 각 튜닝 소자는 다른 전도성 커넥터와 연결되거나 연결해제되어 각 튜닝 소자와 연관된 물리 특성을 변화시킬 수 있는 전도성 커넥터 소자를 사용할 수 있다. 물리 특성의 이러한 변화는 결과적으로 저대역 및 고대역에서의 공진 주파수 및 효율에 영향을 미친다. 또, 상기 구조체는 필터, 파워 컴바이너 및 스플리터(power combiner and splitter), 디플렉서(diplexer) 등의 다른 RF 구성요소 등의 설계에 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 구조체는 RF 프론트엔드(front-end) 서브시스템의 설계에 사용될 수 있다.

이들 구성의 조합을 사용하여 관심대상의 모든 대역에서의 임피던스 정합을 개선하고 고효율을 달성할 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 튜닝 소자는 어떤 공진을 얼만큼 튜닝하는가에 따라 개수, 위치, 사이즈, 형상, 간격 및 여러 다른 기하학적 파라미터 측면에서 변화될 수 있다. 튜닝 소자를 이용한 본 발명의 튜닝 기술은 회로 기판 상에 안테나를 프린트한 후 공진 주파수를 미세 튜닝하는 실제적인 방법을 제공하므로, 최종 설계에 따른 대량 생산 이전의 설계, 프로토타이핑, 수리 및 기타 여러 프로세스를 간단하게 한다.

상기한 예에서, 베이스 메타물질 안테나는 상이한 층 내의 두 개의 전도성 부분을 연결하는 비아를 구비한 두 개의 층을 가지고, 단층 무비아(via-less) 메타물질 안테나 구조체 또는 다층(2층 이상) 메타물질 안테나 구조체는 또한 튜닝 소자로 구현될 수있다. 단층 무비아 구조체에서, 비아 패드 튜닝 소자는 불필요하다.

본 명세서는 많은 세부사항을 포함하지만, 어떤 발명 또는 청구항의 범위에 대한 한정으로 해석되어서는 안되며, 오히려 특정한 실시예에 특유한 특징에 대한 설명으로 해석되어야 한다. 개별 실시예의 측면에서 본 명세서에 기재된 어떤 특정한 특징들은 조합으로 또는 단일 실시예로 구현될 수 있다. 역으로, 단일 실시예의 측면에서 기재된 여러 특징은 또한 다수의 실시예로 각기, 또는 임의 적당한 하위 조합으로 구현될 수 있다. 또, 이상에서 특정 조합으로 작용하는 것으로 기재된 특징들은, 어떤 경우에 그 조합에 대해 행사될 수 있다. 특허청구범위에 기재된 조합은 하위 조합 또는 하위 조합의 변형에 관한 것이다. 본 명세서에서는 특정 구현예를 기재하였다. 그러나 본 명세서에 기재 및 예시된 것에 기초하여 기재된 구현예 및 다른 구현예를 변형 및 향샹시킬 수 있다.

Claims

복합좌우현(Composite Right/Left Handed, CRLH) 메타물질(Metamaterial, MTM) 안테나 디바이스의 공진 주파수를 튜닝하는 방법으로서,
기판 상에, CRLH MTM 구조체를 형성하도록 구성되고 서로 전자기적으로 결합된 복수의 안테나 소자를 포함하는 CRLH MTM 안테나를 제공하는 단계;
상기 기판 상에, 서로 분리되고 또한 상기 CRLH MTM 안테나와도 분리되는 복수의 전기 전도성 튜닝 소자를 제공하는 단계; 및
각각의 안테나 소자 옆에 위치된 하나 이상의 전기 전도성 튜닝 소자를 선택하여 상기 선택된 하나 이상의 전기 전도성 튜닝 소자와 상기 각각의 안테나 소자 중 적어도 하나의 전도성 연결을 포함하는 CRLH MTM 안테나를 재구성함으로써, 상기 선택된 하나 이상의 전기 전도성 튜닝 소자를 상기 CRLH MTM 안테나의 일부로 만들어, 상기 CRLH MTM 안테나의 공진 주파수를 상기 선택된 하나 이상의 전기 전도성 튜닝 소자가 연결되지 않은 때의 공진 주파수와는 다르게 튜닝하는 단계
를 포함하고,
상기 안테나 소자가 피드 라인, 셀 패치, 미앤더 스터브, 비아 라인 및 비아 패드 중 적어도 하나인 것인, 방법.
제1항에 있어서,
제1 복수의 주파수 공진을 발생시키는 복합좌우현(CRLH) 메타물질(MTM) 안테나 구조체를 형성하도록, 상기 기판 상에 복수의 전도성 부분을 형성하는 단계; 및
제2 복수의 주파수 공진을 발생시키도록 상기 CRLH MTM 안테나 구조체를 재구성하기 위해, 상기 전기 전도성 튜닝 소자 중 하나 이상을 상기 전도성 부분에 연결하는 단계
를 포함하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 기판 상에 복수의 전도성 부분을 형성하는 단계는,
접지 전극, 피드 라인 및 셀 패치를 형성하는 단계;
상기 셀 패치와 상기 접지 전극을 연결하도록 비아 라인을 형성하는 단계;
상기 피드 라인의 원단과 상기 셀 패치를 갭을 통해 전자기적으로 결합하여 상기 셀 패치로 신호를 보내거나 상기 셀 패치로부터의 신호를 받는 단계;
일단이 상기 피드 라인에 장착된 미앤더 스터브를 형성하는 단계;
제1 좌현(LH) 모드 공진, 저대역에서의 제1 저 우현(RH) 모드 공진, 및 고대역에서의 제1 고 우현(RH) 모드 공진을 발생시키는 CRLH MTM 안테나 구조체를 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 제1 LH 모드 공진은, 상기 셀 패치의 레이아웃 및 형상과 상기 비아 라인의 구조, 그리고 상기 셀 패치와 상기 피드 라인 사이의 갭에 의해 제어되고, 상기 제1 저 RH 모드 공진은 상기 미앤더 스터브의 길이에 의해 제어되고, 상기 제1 고 RH 모드 공진는 상기 피드 라인의 치수 및 형상에 의해 제어되고,
상기 기판 상에, 복수의 전기 전도성 튜닝 소자를 제공하는 단계는, 상기 피드 라인 가까이에 서로 공간적으로 분리되는 피드 라인 튜닝 소자를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 전기 전도성 튜닝 소자 중 하나 이상을 상기 전도성 부분에 연결하는 단계는, 상기 피드 라인 튜닝 소자 중 하나 이상을 상기 피드 라인과 전기적으로 연결하여, 상기 피드 라인의 치수 및 형상을 변화시켜 상기 CRLH MTM 안테나 구조체를 재구성하여 상기 제1 고 RH 모드 공진과는 상이한 주파수를 가지는 제2 고 RH 모드 공진을 발생시키는 단계를 포함하는, 방법.
제3항에 있어서,
상기 셀 패치와 상기 비아 라인은 상기 기판의 상이한 면 상에 형성되고,
상기 비아 라인에 연결되도록 비아 패드를 형성하는 단계; 및
상기 셀 패치와 상기 비아 패드를 연결하도록 상기 기판 내에 비아를 형성하는 단계를 포함하는 방법.
제2항에 있어서,
상기 기판 상에 복수의 전도성 부분을 형성하는 단계는,
접지 전극, 피드 라인 및 셀 패치를 형성하는 단계;
상기 셀 패치와 상기 접지 전극을 연결하도록 비아 라인을 형성하는 단계;
상기 피드 라인의 원단과 상기 셀 패치를 갭을 통해 전자기적으로 결합하여 상기 셀 패치로 신호를 보내거나 상기 셀 패치로부터 신호를 받는 단계;
일단이 상기 피드 라인에 장착된 미앤더 스터브를 형성하는 단계; 및
제1 LH 모드 공진, 저대역에서의 제1 저 RH 모드 공진, 및 고대역에서의 제1 고 RH 모드 공진을 발생시키는 CRLH MTM 안테나 구조체를 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 기판 상에, 복수의 전기 전도성 튜닝 소자를 제공하는 단계는, 상기 셀 패치 가까이에 서로 공간적으로 분리되는 복수의 셀 패치 튜닝 소자를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 전기 전도성 튜닝 소자 중 하나 이상을 상기 전도성 부분에 연결하는 단계는, 상기 셀 패치 튜닝 소자 중 하나 이상을 상기 셀 패치와 전기적으로 연결하여, 상기 셀 패치의 치수 및 형상을 변화시켜 상기 CRLH MTM 안테나 구조체를 재구성하여 상기 제1 LH 모드 공진과는 상이한 주파수를 가지는 제2 LH 모드 공진을 발생시키는 단계를 포함하는, 방법.
CRLH MTM 구조체를 형성하도록 구성되고 서로 전자기적으로 결합된 안테나 소자들을 포함하는, 기판 상의 CRLH MTM 안테나; 및
서로 분리되고 또한 상기 CRLH MTM 안테나와도 분리되며, 상기 CRLH MTM 안테나에 가까운 선택된 위치에 형성되고, 각각의 안테나 소자 옆에 위치된 복수의 전기 전도성 튜닝 소자 중 하나 이상이 상기 각각의 안테나 소자 중 적어도 하나와 전도성 연결되거나 연결해제될 때, 상기 CRLH MTM 안테나를 재구성함으로써 공진 주파수를 튜닝할 수 있도록 구성된 상기 복수의 전기 전도성 튜닝 소자
를 포함하고,
상기 안테나 소자가 피드 라인, 셀 패치, 미앤더 스터브, 비아 라인 및 비아 패드 중 적어도 하나인 것인, CRLH MTM 안테나 디바이스.
제6항에 있어서,
상기 CRLH MTM 안테나는,
상기 기판의 제1 면 상에 형성된 전도성 셀 패치;
상기 제1 면 상에 상기 셀 패치와 분리되도록 형성되고 상기 셀 패치와 전자기적으로 결합되는 전도성 피드 라인;
상기 셀 패치 밑의, 상기 기판의 제2 면 상에 형성된 전도성 비아 패드;
상기 기판을 관통하여 상기 제1 면 상의 셀 패치와 상기 제2 면 상의 비아 패드를 연결하는 전도성 비아; 및
상기 제2 면 상에 형성되어 상기 제2 면 상의 비아 패드와 접지 전극을 연결하는 비아 라인
을 포함하고,
상기 전기 전도성 튜닝 소자 중 하나는 상기 피드 라인의 원단과 상기 비아 패드 중 하나 옆에 위치되거나, 상기 접지 전극에 연결되는 전도성 소자인, CRLH MTM 안테나 디바이스.
제6항에 있어서,
CRLH MTM 안테나 구조체를 형성하도록 전도성 부분이 구성되고, 상기 CRLH MTM 안테나 구조체는 상기 전기 전도성 튜닝 소자 중 어느 것도 상기 전도성 부분에 연결되지 않을 때 제1 복수의 주파수 공진을 발생시키고,
상기 전기 전도성 튜닝 소자 중 하나 이상은, 상기 전도성 부분에 전기적으로 연결될 때, 상기 CRLH MTM 안테나 구조체를 재구성하여 상기 제1 복수의 주파수 공진과는 상이한 제2 복수의 주파수 공진을 발생시키는, CRLH MTM 안테나 디바이스.
제8항에 있어서,
상기 전도성 부분은,
접지 전극;
셀 패치;
상기 셀 패치와 상기 접지 전극을 연결하는 비아 라인;
원단이 갭을 통해 상기 셀 패치와 전자기적으로 결합하여 상기 셀 패치로 신호를 보내거나 상기 셀 패치로부터 신호를 받는 피드 라인; 및
일단이 상기 피드 라인에 연결되는 미앤더 스터브
를 포함하고,
상기 제1 복수의 주파수 공진은 제1 LH 모드 공진, 저대역에서의 제1 저 RH 모드 공진, 고대역에서의 제1 고 RH 모드 공진을 포함하고,
상기 제1 LH 모드 공진은, 상기 셀 패치의 레이아웃 및 형상과 상기 비아 라인의 구조, 그리고 상기 셀 패치와 상기 피드 라인 사이의 갭에 의해 제어되고, 상기 제1 저 RH 모드 공진은 상기 미앤더 스터브의 길이에 의해 제어되고, 상기 제1 고 RH 모드 공진는 상기 피드 라인의 치수 및 형상에 의해 제어되는, CRLH MTM 안테나 디바이스.
제9항에 있어서,
상기 셀 패치와 상기 비아 라인은 상기 기판의 상이한 면 상에 형성되고,
상기 비아 라인은,
비아 패드; 및
상기 기판에 형성되어 상기 셀 패치와 상기 비아 패드를 연결하는 비아
를 포함하는, CRLH MTM 안테나 디바이스.
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