KR101921580B1

KR101921580B1 - 다중 주파수 대역용 fss 구조

Info

Publication number: KR101921580B1
Application number: KR1020170041127A
Authority: KR
Inventors: 홍익표; 이상화
Original assignee: 공주대학교 산학협력단
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2018-11-23
Also published as: KR20180111005A

Abstract

본 발명은 주파수 선택표면(FSS)에 배열되어 다중 주파수 대역 차단 특성을 가지는 복수의 단위셀을 포함하고, 상기 단위셀은 하나의 제1 패턴 및 상기 제1 패턴을 중앙으로 상기 제1 패턴의 둘레에 형성된 복수의 제2 패턴을 포함하여 상하좌우가 대칭되게 형성되며, 상기 제1 패턴이 변화되어 상기 다중 주파수 대역 중 하나의 주파수 대역의 차단 주파수가 가변되는 다중 주파수 대역용 FSS 구조를 제공한다.

Description

다중 주파수 대역용 FSS 구조{FREQUENCY SELECTIVE SURFACE FOR MULTIBAND}

본 발명은 다중 주파수 대역용 FSS 구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 응용하는 분야에 따라 단위셀에 의한 원하는 주파수 선택 특성을 얻기가 용이한 다중 주파수 대역용 FSS 구조에 관한 것이다.

일반적으로 주파수 선택표면(FSS: frequency selective surface)은 일정한 모양을 갖는 패턴을 주기적으로 배열하여 주파수 선택 특성을 가지도록 만든 평면 또는 표면(surface)을 의미한다.

FSS는 도체 패턴의 모양, 크기, 길이, 폭 등과 같은 기하 구조 및 유전체의 전기적 특성에 따라 임의의 주파수 대역을 차단시킬 수 있다.

FSS에서 공간적으로 단일 주기에 해당하는 일정 모양의 구조를 일반적으로 단위셀(unit cell)이라 한다.

FSS는 단위 셀로 선택한 구조의 기하학적 모양뿐만 아니라 단위 셀의 배열 형태 및 주기, 그리고 사용된 유전체 및 도체의 재질 특성에 따라 주파수 응답특성의 변화가 심하여 사용자가 원하는 주파수 특성을 정확하게 얻기 위한 여러 가지 방법들이 연구되고 있다.

한국공개특허 10-2006-0099874

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 응용하는 분야에 따라 단위셀에 의한 원하는 주파수 선택 특성을 얻기가 용이한 다중 주파수 대역용 FSS 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다중 주파수 대역용 FSS 구조는 주파수 선택표면(FSS)에 배열되어 다중 주파수 대역 차단 특성을 가지는 복수의 단위셀을 포함하고, 상기 단위셀은 하나의 제1 패턴 및 상기 제1 패턴을 중앙으로 상기 제1 패턴의 둘레에 형성된 복수의 제2 패턴을 포함하여 상하좌우가 대칭되게 형성되며, 상기 제1 패턴이 변화되어 상기 다중 주파수 대역 중 하나의 주파수 대역의 차단 주파수가 가변된다.

또한, 상기 제1 패턴은 전체적인 형상이 상기 단위셀의 중앙부의 유전체층상에 루프(loop) 형상으로 형성된 도전체 패턴일 수 있다.

또한, 상기 제1 패턴은 상기 루프 형상으로 형성된 도전체 패턴 내부의 노출된 유전체층의 형상이 4개의 끝단부 각각이 톱니모양으로 형성된"X"자로 되도록 하는 패턴으로 형성되며, 상기 끝단부 중 서로 이웃하는 두 개의 끝단부 사이의 대칭축 선상의 내부패턴간의 이격거리인 차단범위결정 거리를 포함할 수 있다.

또한, 상기 단위셀은 상기 차단범위결정 거리의 길이가 변화되어 상기 다중 주파수 대역 중 하나의 주파수 대역의 차단 주파수가 가변될 수 있다.

또한, 상기 제2 패턴은 전체적인 형상이 상기 끝단부 중 인접한 끝단부의 연장방향과 수직한 방향의 대각선이 구비된 정사각형 형상으로 형성된 도전체 패턴일 수 있다.

또한, 상기 제2 패턴은 상기 정사각형 형상의 4개의 모서리 중 상기 제1 패턴과 인접한 인접모서리가 상기 인접한 끝단부의 톱니모양과 연결되고, 상기 인접모서리의 연장선상의 상기 대각선 및 모서리 각각이 기설정된 갭으로 이격되어 제1 분리패턴 및 제2 분리패턴을 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따른 다중 주파수 대역용 FSS 구조는 단위셀에 의해 차단되는 다중 주파수 대역 중 하나의 주파수 대역의 차단 주파수가 가변되고 그 외의 다중 주파수 대역 각각의 차단 주파수가 가변되지 않고 고정되는 다중 주파수 대역 선택 특성을 가짐으로써, 응용하는 분야에 따라 단위셀에 의한 원하는 주파수 대역 선택 특성을 얻기가 용이한 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 다중 주파수 대역용 FSS 구조는 유전체층상에 하나의 제1 패턴 및 제1 패턴 둘레에 복수의 제2 패턴이 상하좌우 대칭되게 형성되어 단위셀이 이루어짐으로써, 단위셀이 소형화되고 상하좌우 대칭되기 때문에, 입사파의 입사각도에 대한 안정성과 편파에 대한 안정성 특성이 향상되는 효과를 제공한다.

도 1은 실시예에 따른 다중 주파수 대역용 FSS 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 단위셀을 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 제1 패턴을 나타낸 개략도이다.
도 4는 도 2의 제2 패턴을 나타낸 개략도이다.
도 5는 도 1의 제1 패턴의 차단범위결정 거리가 변함에 따른 주파수 응답특성을 나타낸 그래프이다.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 단어 "예시적인" 은 "예로서, 일례로서, 또는 예증으로서 역할을 한다."라는 것을 의미하기 위해 이용된다. "예시적"으로서 본 명세서에서 설명된 임의의 양태들은 다른 양태들에 비해 반드시 선호되거나 또는 유리하다는 것으로서 해석되어야 하는 것만은 아니다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 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.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 다중 주파수 대역용 FSS 구조는 복수의 단위셀을 포함한다.

단위셀은 주파수 선택표면(FSS)에 배열되어 다중 주파수 대역 선택 특성을 가진다.

이때, 단위셀은 그의 중앙부에 형성된 하나의 제1 패턴이 변경됨에 따라 다중 주파수 대역 중 하나의 주파수 대역의 차단 주파수가 가변되고, 그 외의 다중 주파수 대역 각각의 차단 주파수가 가변되지 않고 고정된다.

이하에서는 설명의 편의상 두개의 무선(wireless) 랜(LAN: local area network)(WLAN)대역인 2.4GHz와 5GHz를 동시에 차단하는 이중 주파수 대역 차단 특성을 가지는 단위셀을 설명한다.

도 1은 실시예에 따른 다중 주파수 대역용 FSS 구조를 나타낸 평면도이다. 그리고 도 2는 도 1의 단위셀을 나타낸 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 다중 주파수 대역용 FSS 구조는 복수의 단위셀(10)을 포함한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 단위셀(10)은 유전체층(11)상에 상하좌우가 대칭되게 형성된 도전체 패턴(13)을 포함하며, FSS에 배열되어 2.4GHz와 5GHz의 이중 주파수 대역을 동시에 차단한다. 여기서, 유전체층(11)는 0.2T 두께의 에폭시(epoxy) 수지형인 FR4 등으로 이루어질 수 있다. 그리고 도전체 패턴(13)은 구리, 알루미늄 등 완전 도체(perfect conductor)로 이루어질 수 있다.

또한, 단위셀(10)은 하나의 제1 패턴(30) 및 제1 패턴(30)을 중앙으로 제1 패턴(30)의 둘레에 형성된 4개의 제2 패턴(50)으로 이루어진 도전체 패턴(13)을 포함한다.

도 3은 도 2의 제1 패턴을 나타낸 개략도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 패턴(30)은 전체적인 형상이 단위셀(10) 중앙부의 유전체층(11)상에 루프(loop) 형상으로 형성된다.

또한, 제1 패턴(30)은 루프 형상으로 형성된 제1 패턴(30) 내부의 노출된 유전체층(11)의 형상이 4개의 끝단부(31-1, 31-2, 31-3, 31-4) 각각이 톱니모양으로 형성된"X"자로 되도록 하는 패턴으로 형성된다.

또한, 제1 패턴(30)은 중앙으로 모이는 루프간의 이격거리 즉 끝단부(31-1, 31-2, 31-3, 31-4) 중 서로 이웃하는 두 개의 끝단부 사이의 대칭축 선상의 내부패턴(33)간의 이격거리인 차단범위결정 거리(R)를 포함한다.

도 4는 도 2의 제2 패턴을 나타낸 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 패턴(50)은 전체적인 형상이 제1 패턴(30)의 끝단부(31-1, 31-2, 31-3, 31-4) 중 인접한 끝단부의 연장방향과 수직한 방향의 대각선이 구비된 정사각형 형상으로 형성된다. 여기서, 도 4에 도시된 L_out은 상기 대각선을 이루는 패턴의 최대 길이이고, L_in은 상기 대각선을 이루는 패턴의 최소 길이이다.

또한, 제2 패턴(50)의 4개의 모서리 즉 상기 정사각형 형상의 4개의 모서리 중 제1 패턴(30)과 인접한 인접모서리(51)는 상기 인접한 끝단부의 톱니모양과 연결된다.

또한, 제2 패턴(50)은 인접모서리(51) 연장선상의 제2 패턴(50)의 대각선(53) 및 모서리(55) 각각이 기설정된 갭(G)으로 이격되어 제1 분리패턴(50-1) 및 제2 분리패턴(50-2)을 포함한다.

또한, 제1 분리패턴(50-1)은 내부의 노출된 유전체층(11)의 형상이 화살표 모양이 되도록 하는 패턴으로 형성된다.

또한, 제2 분리패턴(50-2)은 내부의 노출된 유전체층(11)의 형상이 제1 분리패턴(50-1) 내부의 화살표 모양인 유전체층(11)의 형상과 대향하고 대칭인 화살표 모양이 되도록 하는 패턴으로 형성된다.

이때, 제1, 제2 분리패턴(50-1, 50-2) 각각의 내부에 노출된 유전체층(11)의 폭의 크기는 기설정된 갭(G)의 크기와 동일하다. 여기서, 도 4에 도시된 W는 제1, 제2 분리패턴(50-1, 50-2) 각각의 외곽과 단위셀(10)의 외곽 사이의 폭이다.

도 5는 도 1의 제1 패턴의 차단범위결정 거리가 변함에 따른 주파수 응답특성을 나타낸 그래프이다. 여기서, 도 5에 도시된 S는 트렌스미션(transmission)이다.

이에 따라, 단위셀(10)은 유전체층(11)상에 하나의 제1 패턴(30) 및 제1 패턴(30)의 둘레에 형성된 4개의 제2 패턴(50)으로 이루어지며 상하좌우가 대칭되게 형성된 도전체 패턴(13)을 포함하여 2.4GHz와 5GHz의 이중 주파수 대역을 동시에 차단한다. 여기서, 단위셀(10)은 전체적인 형상이 중앙부에 제1 패턴(30)이 위치하고 제2 패턴(50) 각각의 대각선에 의해 정사각형 내에 마름모가 위치한 형상으로 형성된다.

또한, 단위셀(10)은 제1 패턴(30)의 차단범위결정 거리(R)가 변함으로 인해 주파수 특성이 달라진다. 즉, 5GHz의 주파수 대역의 차단 주파수가 가변된다. 그리고 2.4GHz의 주파수 대역의 차단 주파수가 가변되지 않고 고정된다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 패턴(30)의 차단범위결정 거리(R)가 변함에 따라 2.4GHz의 주파수 대역의 차단 주파수가 고정되나, 5GHz의 주파수 대역의 차단 주파수가 가변된다.

예를 들어, 차단범위결정 거리(R)가 길어지면 5GHz의 주파수 대역의 차단 주파수도 커지기 때문에, 차단범위결정 거리(R)가 6mm인 경우(T5)에는 차단범위결정 거리(R)가 2mm인 경우(T1)보다 5GHz의 주파수 대역의 차단 주파수가 더 크다.

상술한 본 발명의 실시예에 따른 다중 주파수 대역용 FSS 구조는 단위셀에 포함된 제1 패턴의 차단범위결정 거리를 적절하게 조정함으로써, 보안시설, 병원, 및 감옥의 실내공간에서 무선LAN 사용을 막아 도청방지 등의 응용하는 분야에 따라 단위셀에 의한 원하는 주파수 선택 특성을 얻기가 용이할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 다중 주파수 대역용 FSS 구조는 단위셀에 포함된 제1 패턴의 차단범위결정 거리가 길어지면 5GHz의 주파수 대역의 차단 주파수도 커지기 때문에, 단위셀에 의해 2.4GHz의 주파수 대역의 차단 주파수가 고정되고, 5GHz의 주파수 대역의 차단 주파수가 가변될 수 있다.

또한, 실시예에 따른 다중 주파수 대역용 FSS 구조는 단위셀에 의해 차단되는 다중 주파수 대역 중 하나의 주파수 대역의 차단 주파수가 가변되고 그 외의 다중 주파수 대역 각각의 차단 주파수가 가변되지 않고 고정되는 다중 주파수 대역 차단 특성을 가짐으로써, 다중 주파수 대역 모두의 차단 주파수가 가변되거나 고정되는 경우보다 응용하는 분야에 따라 단위셀에 의한 원하는 주파수 대역 차단 특성을 얻기가 용이할 수 있다.

또한, 실시예에 따른 다중 주파수 대역용 FSS 구조는 유전체층상에 하나의 제1 패턴(30) 및 제1 패턴(30) 둘레에 4개의 제2 패턴(50)이 상하좌우 대칭되게 형성되어 단위셀이 이루어짐으로써, 소형화되고 상하좌우 대칭된 단위셀 구조로 입사파의 입사각도에 대한 안정성과 편파에 대한 안정성 특성이 우수할 수 있다.

상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 단위셀 11 : 유전체층
13 : 도전체 패턴 30 : 제1 패턴
50 : 제2 패턴

Claims

주파수 선택표면(FSS)에 배열되어 다중 주파수 대역 차단 특성을 가지는 복수의 단위셀;을 포함하고,
상기 단위셀은,
하나의 제1 패턴; 및
상기 제1 패턴을 중앙으로 상기 제1 패턴의 둘레에 형성된 복수의 제2 패턴;
을 포함하여 상하좌우가 대칭되게 형성되며,
상기 제1 패턴은 중앙으로 모이는 루프간의 이격거리 즉 끝단부(31-1, 31-2, 31-3, 31-4)중 서로 이웃하는 두 개의 끝단부 사이의 대칭축 선상의 내부패턴 간의 이격거리인 차단범위결정 거리(R)가 변함으로 인하여 주파수 특성이 변화되어 상기 다중 주파수 대역 중 하나의 주파수 대역의 차단 주파수가 가변되며,
상기 제1 패턴은,
전체적인 형상이 상기 단위셀의 중앙부의 유전체층상에 루프(loop) 형상으로 형성된 도전체 패턴인, 다중 주파수 대역용 FSS 구조.
삭제
청구항 1에 있어서, 상기 제1 패턴은,
상기 루프 형상으로 형성된 도전체 패턴 내부의 노출된 유전체층의 형상이 4개의 끝단부 각각이 톱니모양으로 형성된"X"자로 되도록 하는 패턴으로 형성되며, 상기 끝단부 중 서로 이웃하는 두 개의 끝단부 사이의 대칭축 선상의 내부패턴간의 이격거리인 차단범위결정 거리를 포함하며,
상기 단위셀은,
상기 차단범위결정 거리의 길이가 변화되어 상기 다중 주파수 대역 중 하나의 주파수 대역의 차단 주파수가 가변되는 다중 주파수 대역용 FSS 구조.
삭제
청구항 3에 있어서, 상기 제2 패턴은,
전체적인 형상이 상기 끝단부 중 인접한 끝단부의 연장방향과 수직한 방향의 대각선이 구비된 정사각형 형상으로 형성된 도전체 패턴인,
상기 제2 패턴은,
상기 정사각형 형상의 4개의 모서리 중 상기 제1 패턴과 인접한 인접모서리가 상기 인접한 끝단부의 톱니모양과 연결되고, 상기 인접모서리의 연장선상의 상기 대각선 및 모서리 각각이 기설정된 갭으로 이격되어 제1 분리패턴 및 제2 분리패턴을 포함하는 다중 주파수 대역용 FSS 구조.
삭제