KR102096770B1 - 투과배열안테나 및 투과배열안테나 설계 방법 - Google Patents

투과배열안테나 및 투과배열안테나 설계 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102096770B1
KR102096770B1 KR1020190022236A KR20190022236A KR102096770B1 KR 102096770 B1 KR102096770 B1 KR 102096770B1 KR 1020190022236 A KR1020190022236 A KR 1020190022236A KR 20190022236 A KR20190022236 A KR 20190022236A KR 102096770 B1 KR102096770 B1 KR 102096770B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
transmission
phase
mode
surface unit
degrees
Prior art date
Application number
KR1020190022236A
Other languages
English (en)
Inventor
이정해
이범선
이창현
Original Assignee
홍익대학교 산학협력단
경희대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 홍익대학교 산학협력단, 경희대학교 산학협력단 filed Critical 홍익대학교 산학협력단
Priority to KR1020190022236A priority Critical patent/KR102096770B1/ko
Priority to US16/660,287 priority patent/US11201415B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102096770B1 publication Critical patent/KR102096770B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/065—Patch antenna array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/06—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens
    • H01Q19/062—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using refracting or diffracting devices, e.g. lens for focusing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/22—Antenna units of the array energised non-uniformly in amplitude or phase, e.g. tapered array or binomial array
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/006—Selective devices having photonic band gap materials or materials of which the material properties are frequency dependent, e.g. perforated substrates, high-impedance surfaces
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/0087—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing antenna arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

본 발명은 급전 전파의 모드 및 입사각에 기초하여 투과배열안테나를 설계하는 기술에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나는 복수의 영역에서 서로 다른 표면 구조의 형태로 서로 다른 종 길이를 갖는 복수의 투과표면 단위 셀을 포함하고, 상기 복수의 투과표면 단위 셀은 급전 안테나로부터 입사되는 전파의 모드와 입사각에 기초한 입력 위상(input phase) 및 출력 위상(output phase)에 기초하여 결정된 투과계수의 위상과 상기 서로 다른 종 길이에 기초하여 상기 복수의 영역에서 혼합 배열될 수 있다.

Description

투과배열안테나 및 투과배열안테나 설계 방법{TRANSMITARRAY ANTENNA AND TRANSMITARRAY ANTENNA DESIGN METHOD THEREOF}
본 발명은 급전 전파의 모드 및 입사각에 기초하여 투과배열안테나를 설계하는 기술에 관한 것으로, 급전 전파의 모드 및 입사각에 따른 투과배열안테나 투과표면의 특성 변화에 기초하여 투과배열안테나의 전송 효율을 개선하도록 투과배열안테나의 투과표면을 서로 다른 형태의 복수의 투과표면 단위 셀을 이용하여 설계하는 기술에 관한 것이다.
종래 기술에 따르면, 투과배열안테나(transmitarray antenna)는 고이득 안테나를 설계할 시, 급전부에서 발생하는 손실이 상대적으로 적어 20dB 이상의 고이득 안테나가 요구되는 위성, 레이더 등에서 사용될 수 있다.
또한, 투과배열안테나는 투과표면에 복수의 단위구조 셀이 배열되어 급전 안테나로부터 전파를 수신할 수 있다.
또한, 투과배열안테나의 투과 표면과 급전 안테나 사이의 거리가 가까울 시 급전 안테나로부터 큰 각도로 급전 전파가 입사되면 투과표면의 특성 변화로 투과배열안테나의 효율이 감소될 수 있다.
즉, 투과표면에 입사되는 전파의 입사각이 큰 경우 투과표면의 성능이 열화된다.
따라서, 종래 기술에 따른 투과배열안테나는 급전 전파의 입사각을 최소화하기 위하여 급전 안테나와 투과표면 사이의 충분한 거리로 이격되어 설계된다.
따라서, 종래 기술에 따른 투과배열안테나와 기존 배열안테나와 비교할 경우 안테나의 전체 크기가 커진다는 단점이 존재할 수 있다.
한국공개특허 제10-2018-0035872호, "광대역 어레이 안테나" 미국등록특허 제10080143호, "METHOD OF PLACING AN ANTENNA OF A RADIO ACCESS NETWORK(RAN) ASSET IN A WIRELESS COMMUNICATION NETWORK" 한국등록특허 제10-1756816호, "소형화된 단위구조의 반복 배열을 가지는 대역 저지 동작 주파수 선택 표면 구조" 한국등록특허 제10-1714921호, "메타물질을 이용한 다중 대역 흡수체"
본 발명은 급전 전파의 모드와 입사각에 따른 투과표면의 특성 변화에 따라 서로 다른 특성을 갖는 투과표면 단위 셀을 혼합 배열하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 로우 프로파일(low-profile) 투과배열안테나 설계 시 급전 전파의 모드 및 입사각에 따라 투과표면에 위치하는 투과표면 단위 셀의 성능 저하에 따른 투과배열안테나의 효율 감소를 개선하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 서로 다른 특성 또는 종 길이를 갖는 투과표면 단위 셀 중 급전 전파의 입사특성에 대해 우수한 성능을 갖는 투과표면 단위 셀을 선택적 혼합 배치하여 투과배열안테나의 방사효율을 개선하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 서로 다른 특성 또는 종 길이를 갖는 복수의 투과표면 단위 셀을 선택적으로 배열하여 안테나의 전체 크기를 감소시키면서도 투과배열안테나의 효율을 증가시키는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면 투과배열안테나는 복수의 영역에서 서로 다른 표면 구조의 형태로 서로 다른 종 길이를 갖는 복수의 투과표면 단위 셀을 포함하고, 상기 복수의 투과표면 단위 셀은 급전 안테나로부터 입사되는 전파의 모드와 입사각에 기초한 입력 위상(input phase) 및 출력 위상(output phase)에 기초하여 결정된 투과계수의 위상과 상기 서로 다른 종 길이에 기초하여 상기 복수의 영역에서 혼합 배열될 수 있다.
상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 어느 하나는 상기 복수의 영역 중 어느 하나의 영역에서 상기 급전 안테나로부터 입사되는 전파의 모드와 입사각에 따른 투과계수의 크기와 위상에 기초하여 선택적으로 배열될 수 있다.
상기 복수의 투과표면 단위 셀은 상기 복수의 영역에서 상기 급전 안테나로부터 입사되는 전파의 모드와 입사각에 기초하여 복층 또는 단층으로 혼합 배열될 수 있다.
상기 투과계수의 위상은 상기 입력 위상(input phase)의 음의 값과 상기 출력 위상(output phase)의 결합에 기초하여 계산될 수 있다.
상기 전파의 모드는 TE(transverse electric) 모드 또는 TM(transverse magnetic) 모드를 포함할 수 있다.
상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 어느 하나는 상기 TE(transverse electric) 모드에서 상기 입사각이 0도 내지 60도일 경우, 상기 투과 계수의 위상에 따라 -0.13dB 내지 -2.44dB의 투과계수의 크기를 나타내고, 상기 TM(transverse electric) 모드에서 상기 입사각이 0도 내지 60도일 경우, 상기 투과 계수의 위상에 따라 -0.03dB 내지 -2.87dB의 투과계수의 크기를 나타낼 수 있다.
상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 어느 하나는 상기 TE(transverse electric) 모드에서 상기 입사각이 0도 내지 60도일 경우, 상기 투과 계수의 위상에 따라 -0.15dB 내지 -2.44dB의 투과계수의 크기를 나타내고, 상기 TM(transverse electric) 모드에서 상기 입사각이 0도 내지 60도일 경우, 상기 투과 계수의 위상에 따라 -0.06dB 내지 -1.61dB의 투과계수의 크기를 나타낼 수 있다.
상기 입사각은 상기 복수의 영역의 중심부에서 외곽으로 이동될수록, 0도에서 60도로 증가될 수 있다.
상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 어느 하나의 종 길이는 9mm 내지 10mm이고, 상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 다른 하나의 종 길이는 1.6mm 내지 1.8mm일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 투과배열안테나의 설계 방법은 급전 안테나로부터 입사되는 전파의 모드와 입사각에 기초한 입력 위상(input phase)을 계산하는 단계, 상기 계산된 입력 위상(input phase)에 기초하여 출력 위상(output phase)을 계산하는 단계, 상기 계산된 입력 위상(input phase)의 음의 값과 상기 출력 위상(output phase)를 결합하여 투과계수의 위상을 계산하는 단계 및 상기 계산된 투과계수의 위상에 기초하여 서로 다른 표면 구조의 형태로 서로 다른 종 길이를 갖는 복수의 투과표면 단위 셀을 선택하여 상기 복수의 영역에서 혼합 배열하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 영역에서 혼합 배열하는 단계는, 상기 계산된 투과계수의 위상에 기초하여 상기 복수의 영역의 중심부에 상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 기준 값보다 짧은 종 길이를 갖는 투과표면 단위 셀을 배열하는 단계 및 상기 계산된 투과계수의 위상에 기초하여 상기 복수의 영역의 외곽에 상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 기준 값보다 긴 종 길이를 갖는 투과표면 단위 셀을 배열하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 복수의 영역에서 혼합 배열하는 단계는, 상기 계산된 투과계수의 위상과 상기 서로 다른 종 길이에 기초한 투과 계수의 크기에 따라 상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 어느 하나를 선택하여 상기 복수의 영역에서 혼합 배열하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 급전 전파의 모드와 입사각에 따른 투과표면의 특성 변화에 따라 서로 다른 특성을 갖는 투과표면 단위 셀을 혼합 배열할 수 있다.
본 발명은 로우 프로파일(low-profile) 투과배열안테나 설계 시 급전 전파의 모드 및 입사각에 따라 투과표면에 위치하는 투과표면 단위 셀의 성능 저하에 따른 투과배열안테나의 효율 감소를 개선할 수 있다.
본 발명은 서로 다른 특성 또는 종 길이를 갖는 투과표면 단위 셀 중 급전 전파의 입사특성에 대해 우수한 성능을 갖는 투과표면 단위 셀을 선택적 혼합 배치하여 투과배열안테나의 방사효율을 개선할 수 있다.
본 발명은 서로 다른 특성 또는 종 길이를 갖는 복수의 투과표면 단위 셀을 선택적으로 배열하여 안테나의 전체 크기를 감소시키면서도 투과배열안테나의 효율을 증가시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나의 동작 구조를 설명하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나의 투과표면 단위 셀 구조를 설명하는 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TE 모드로 빗각 입사 시 입사각에 따른 투과계수의 크기와 위상을 설명하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TM 모드로 빗각 입사 시 입사각에 따른 투과계수의 크기와 위상을 설명하는 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TE 모드로 빗각 입사 시 입사각에 따른 투과계수의 크기와 위상을 설명하는 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TM 모드로 빗각 입사 시 입사각에 따른 투과계수의 크기와 위상을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 투과표면 단위 셀에서 입사되는 입사각을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 투과표면 단위 셀에서 최대 이득과 관련된 출력 위상 형성을 위해 요구되는 투과계수의 위상을 설명하는 도면이다.
도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나의 설계 구조를 설명하는 도면이다.
도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나의 방사패턴을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나의 설계 방법과 관련된 흐름도를 설명하는 도면이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
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 표현들, 예를 들어 "~사이에"와 "바로~사이에" 또는 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 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 존재함으로 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나의 동작 구조를 설명하는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 투과배열안테나가 급전 안테나로부터 전파를 수신하는 동작 구조와 관련된 투과배열안테나 시스템을 예시한다.
도 1을 참고하면, 투과배열안테나 시스템(100)은 급전 안테나(110)와 투과배열안테나(120)로 구성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 급전 안테나(110)는 투과배열안테나(120)와 일정 거리 이격되어 배치되고, 전파를 투과배열안테나(120)로 전달할 수 있다.
일례로, 급전 안테나(110)와 투과배열안테나(120)의 투과 표면과 사이 거리와 투과표면의 직경의 비율이 작을수록 로우 프로파일 설계와 관련될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 투과배열안테나(120)는 메타 물질로 구성되어 메타 표면(meta surface)를 형성할 수 있다.
일례로, 투과배열안테나(120)의 표면은 복수의 영역으로 구분되고, 복수의 영역에서 서로 다른 표면 구조의 형태로 서로 다른 횔 길이를 갖는 복수의 투과표면 단위 셀을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 투과배열안테나(120)는 급전 안테나(110)로부터 전파를 수신하되, 수신된 전파는 TM(transverse magnetic) 모드 또는 TE(transverse electric) 모드로 수신될 수 있다.
일례로, 투과배열안테나(120)는 급전 안테나(110)와 마주하는 부분을 통해 전파를 수신하는데, 수신된 전파는 입력 위상(121)을 갖고, 투과배열안테나(120)를 통과하면서 위상 변화(122)가 발생되고, 위상 변화(122)에 따라 출력 위상(123)을 갖을 수 있다.
예를 들어, 위상 변화(122)는 투과배열안테나(120)에 포함된 복수의 투과표면 단위 셀과 전파의 모드 및 입사각과 관련될 수 있다.
또한, 위상 변화(122)는 입력 위상(121)의 음의 값과 출력 위상(123)의 결합에 기초하여 계산되는 투과계수의 위상과 관련될 수 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나의 투과표면 단위 셀 구조를 설명하는 도면이다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나에 배열되는 제1 타입의 투과표면 단위 셀을 예시한다.
도 2a를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 타입의 투과표면 단위 셀(200)은 약 15mm의 변을 갖는 정사각형이되, 내부에 위치하는 구조의 종(longitudinal) 길이(201)가 9mm 내지 10mm일 수 있다.
일례로, 제1 타입의 투과표면 단위 셀(200)의 내부 구조는 15mm의 변을 갖는 정사각형 내 상대적으로 작은 크기의 정사각형이 두 개 위치하는 구조를 갖을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제1 타입의 투과표면 단위 셀(200)은 종(longitudinal) 길이(201)에 기초하여 급전 전파의 모드와 입사각에 따라 투과계수의 크기와 위상이 변경될 수 있다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나에 배열되는 제2 타입의 투과표면 단위 셀을 예시한다.
도 2b를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 제2 타입의 투과표면 단위 셀(210)은 약 15mm의 변을 갖는 정사각형이되, 내부에 위치하는 구조의 종(longitudinal) 길이(211)가 1.6mm 내지 1.8mm일 수 있다.
일례로, 제2 타입의 투과표면 단위 셀(210)의 내부 구조는 15mm의 변을 갖는 정사각형 내 상대적으로 작은 크기의 타원형이 두 개 위치하는 구조를 갖을 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제2 타입의 투과표면 단위 셀(210)은 종(longitudinal) 길이(211)에 기초하여 급전 전파의 모드와 입사각에 따라 투과계수의 크기와 위상이 변경될 수 있다.
도 2c는 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나에 배열되는 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 다층 구조를 예시한다.
도 2c를 참고하면, 투과배열안테나(220)는 복수의 제1 타입의 투과표면 단위 셀이 적층된 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제1 타입의 투과표면 단위 셀(221), 제1 타입의 투과표면 단위 셀(222), 제1 타입의 투과표면 단위 셀(223) 및 제1 타입의 투과표면 단위 셀(224)는 순차적으로 적층될 수 있다.
도 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나에 배열되는 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 다층 구조를 예시한다.
도 2d를 참고하면, 투과배열안테나(230)는 복수의 제2 타입의 투과표면 단위 셀이 적층된 구조를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 제2 타입의 투과표면 단위 셀(231), 제2 타입의 투과표면 단위 셀(232), 제2 타입의 투과표면 단위 셀(233) 및 제2 타입의 투과표면 단위 셀(234)는 순차적으로 적층될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 투과배열안테나는 제1 타입과 제2 타입의 투과표면 단위 셀이 혼합 배열되어 급전 안테나로부터 급전되는 전파의 모드와 입사각에 따라 서로의 성능이 열화되는 구간을 보완할 수 있다.
즉, 복수의 투과표면 단위 셀은 복수의 영역에서 급전 안테나로부터 입사되는 전파의 모드와 입사각에 기초하여 복층 또는 단층으로 혼합 배열될 수 있다.
즉, 본 발명은 로우 프로파일(low-profile) 투과배열안테나 설계 시 급전 전파의 모드 및 입사각에 따라 투과표면에 위치하는 투과표면 단위 셀의 성능 저하에 따른 투과배열안테나의 효율 감소를 개선할 수 있다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TE 모드로 빗각(oblique angle) 입사 시 입사각에 따른 투과계수의 크기와 위상을 설명하는 도면이다.
도 3a를 참고하면, 그래프(300)는 제1 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TE 모드로 0도 또는 15도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(300)의 직선들은 TE 모드로 0도 또는 15도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(300)의 점선들은 TE 모드로 0도 또는 15도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 3b를 참고하면, 그래프(310)는 제1 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TE 모드로 35도 또는 40도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(310)의 직선들은 TE 모드로 35도 또는 40도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(310)의 점선들은 TE 모드로 35도 또는 40도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 3c를 참고하면, 그래프(320)는 제1 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TE 모드로 45도 또는 50도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(320)의 직선들은 TE 모드로 45도 또는 50도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(320)의 점선들은 TE 모드로 45도 또는 50도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 3d를 참고하면, 그래프(330)는 제1 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TE 모드로 55도 또는 60도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(330)의 직선들은 TE 모드로 55도 또는 60도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(330)의 점선들은 TE 모드로 55도 또는 60도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TM 모드로 빗각 입사 시 입사각에 따른 투과계수의 크기와 위상을 설명하는 도면이다.
도 4a를 참고하면, 그래프(400)는 제1 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TM 모드로 0도 또는 15도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(400)의 직선들은 TM 모드로 0도 또는 15도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(400)의 점선들은 TM 모드로 0도 또는 15도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 4b를 참고하면, 그래프(410)는 제1 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TM 모드로 35도 또는 40도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(410)의 직선들은 TM 모드로 35도 또는 40도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(410)의 점선들은 TM 모드로 35도 또는 40도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 4c를 참고하면, 그래프(420)는 제1 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TM 모드로 45도 또는 50도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(420)의 직선들은 TM 모드로 45도 또는 50도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(420)의 점선들은 TM 모드로 45도 또는 50도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 4d를 참고하면, 그래프(430)는 제1 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TM 모드로 55도 또는 60도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(430)의 직선들은 TM 모드로 55도 또는 60도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(430)의 점선들은 TM 모드로 55도 또는 60도 입사되는 전파에 대하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TE 모드로 빗각 입사 시 입사각에 따른 투과계수의 크기와 위상을 설명하는 도면이다.
도 5a를 참고하면, 그래프(500)는 제2 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TE 모드로 0도 또는 15도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(500)의 직선들은 TE 모드로 0도 또는 15도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(500)의 점선들은 TE 모드로 0도 또는 15도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 5b를 참고하면, 그래프(510)는 제2 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TE 모드로 35도 또는 40도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(510)의 직선들은 TE 모드로 35도 또는 40도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(510)의 점선들은 TE 모드로 35도 또는 40도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 5c를 참고하면, 그래프(520)는 제2 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TE 모드로 45도 또는 50도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(520)의 직선들은 TE 모드로 45도 또는 50도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(520)의 점선들은 TE 모드로 45도 또는 50도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 5d를 참고하면, 그래프(530)는 제2 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TE 모드로 55도 또는 60도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(530)의 직선들은 TE 모드로 55도 또는 60도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(530)의 점선들은 TE 모드로 55도 또는 60도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일실시예에 따른 제2 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TM 모드로 빗각 입사 시 입사각에 따른 투과계수의 크기와 위상을 설명하는 도면이다.
도 6a를 참고하면, 그래프(600)는 제2 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TM 모드로 0도 또는 15도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(600)의 직선들은 TM 모드로 0도 또는 15도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(600)의 점선들은 TM 모드로 0도 또는 15도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 6b를 참고하면, 그래프(610)는 제2 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TM 모드로 35도 또는 40도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(610)의 직선들은 TM 모드로 35도 또는 40도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(610)의 점선들은 TM 모드로 35도 또는 40도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 6c를 참고하면, 그래프(620)는 제2 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TM 모드로 45도 또는 50도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(620)의 직선들은 TM 모드로 45도 또는 50도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(620)의 점선들은 TM 모드로 45도 또는 50도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 6d를 참고하면, 그래프(630)는 제2 타입의 투과표면 단위 셀에 급전 전파가 TM 모드로 55도 또는 60도로 입사할 시 투과계수의 크기와 위상을 예시한다.
일례로, 그래프(630)의 직선들은 TM 모드로 55도 또는 60도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
또한, 그래프(630)의 점선들은 TM 모드로 55도 또는 60도 입사되는 전파에 대하여 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이에 따른 투과계수의 크기 변화를 나타낼 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 투과표면 단위 셀에서 입사되는 입사각을 설명하는 도면이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나(700)는 급전 안테나로부터 TM 모드 및 TE 모드의 급전 전파를 수신하되, 복수의 영역 각각에서 서로 다른 입사각으로 급전 전파를 수신할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 급전 안테나로부터 투과배열안테나(700)에 전달되는 전파의 입사각은 복수의 영역의 중심부에서 외각으로 이동될수록, 0도에서 60도로 증가될 수 있다.
예를 들어, 투과배열안테나(700)의 중심부에 네 개의 영역에는 TM 모드 및 TE 모드에서 15도의 입사각으로 전파가 전달 될 수 있으며, 외곽은 TM 모드 및 TE 모드에서 60도의 입사각으로 전파가 전달될 수 있다.
일례로, 투과배열안테나(700)와 급전 안테나 사이의 거리는 1.2 파장으로 이격될 수 있다.
즉, 투과배열안테나(700)는 복수의 영역 각각에서 서로 다른 입사각으로 전파가 수신됨에 따라 서로 다른 특성을 갖는 복수의 투과표면 단위 셀이 배열될 경우, 투과배열안테나(700)의 효율성이 증가될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 투과표면 단위 셀에서 최대 이득과 관련된 출력 위상 형성을 위해 요구되는 투과계수의 위상을 설명하는 도면이다.
도 8은 투과배열안테나에서 출력 위상을 0도로 통일하기 위해 요구되는 투과계수의 위상을 예시한다.
도 8을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나(800)는 급전 안테나로부터 TM 모드 및 TE 모드의 급전 전파를 수신하되, 복수의 영역 각각에서 서로 다른 투과계수의 위상이 요구될 수 있다.
일례로, 투과배열안테나(800)는 TM 모드 및 TE 모드로 구분되어 각각의 영역에서 요구되는 투과계수의 위상 개수는 3개 이하일 수 있다.
투과배열안테나(800)가 출력 위상을 0으로 형성하기 위해 요구되는 투과위상의 계수는 하기 표 1과 같이 나타낼 수 있다.
입사각/ 모드 TE 모드 TM 모드 TE & TM 모드
15° - - 70°
35° 135° 128° -
40° - - 189°
45° 245° 233° -
50° 293° 284° -
55° 20°, 61° 9°, 54° 18°
60° 136°, 171° 134°, 161° -
예를 들어, 투과배열안테나(800)의 투과표면 단위 셀에서 전파의 입사각이 15도 일 경우, 출력 위상을 0도로 형성하기 위해 요구되는 투과위상의 계수는 모드와 관계없이 70도일 수 있다.
다만, 투과배열안테나(800)를 통과한 전파의 출력 위상과 관련하여 투과배열안테나의 투과 효율을 향상시키는 투과위상의 계수는 수학식 1에 기반하여 계산되고, 계산결과에 기반하여 투과위상의 계수는 보완될 수 있다.
[수학식 1]
Required S21 phase = - input phase + α
수학식 1에서 Required S21 phase는 투과위상의 계수를 나타낼 수 있고, input phase는 입력 위상을 나타낼 수 있으며, α는 입력 위상과 출력 위상 사이의 투과위상의 계수를 보완하기 위한 각도를 나타낼 수 있고, α는 출력 위상에 상응할 수 있다.
따라서, 투과계수의 위상은 입력 위상(input phase)의 음의 값과 출력 위상(output phase)의 결합에 기초하여 계산될 수 있다.
투과배열안테나(800)에서 투과계수의 위상에 기반하여 제1 타입의 투과표면 단위 셀과 제2 타입의 투과표면 단위 셀에 기반한 투과계수의 크기는 도 3a 내지 도 6d의 그래프들의 측정 데이터에 기반하여 표 2와 같이 계산될 수 있다. 여기서, α는 61도일 수 있다.
입사각-모드 투과계수의 위상(Required phase of S21) 제1 타입-TE 제2타입-TE 제1타입 -TM 제2타입 -TM
15°- TE&TM 131° -0.13dB -0.15dB -0.12dB -0.14dB
35°-TE -164° -0.2dB -0.74dB - -
35°-TM -171° - - -0.29dB -0.52dB
40°- TE&TM -110° -0.24dB -0.43dB -0.65dB -0.14dB
45°-TE -54° -2.44dB -1dB - -
45°-TM -66° - - -2.87dB -1.48dB
50°-TE -6° -1.57dB -0.83dB - -
50°-TM -15° - - 1.45dB -1.61dB
55°-TE 81° -0.73dB -2.79dB - -
122° -0.9dB -1.71dB - -
55°-TM 70° - - -0.24dB -0.24dB
115° -0.7dB -2.71dB -0.2dB -0.24dB
55°- TE&TM 79° -0.7dB -2.71dB -0.27dB -0.31dB
60°-TE -163° -0.07dB -0.52dB - -
-128° -0.35dB -1.52dB - -
60°-TM -165° - - -0.03 dB -0.1dB
-138° - - -0.09 dB -0.06dB
표 2에 따르면, 복수의 투과표면 단위 셀 중 어느 하나인 제1 타입의 투과표면 단위 셀은 TE(transverse electric) 모드에서 입사각이 0도 내지 60도일 경우, 투과 계수의 위상에 따라 -0.13dB 내지 -2.44dB의 투과계수의 크기를 나타내고, TM(transverse electric) 모드에서 입사각이 0도 내지 60도일 경우, 투과 계수의 위상에 따라 -0.03dB 내지 -2.87dB의 투과계수의 크기를 나타낼 수 있다.
또한, 복수의 투과표면 단위 셀 중 어느 하나인 제2 타입의 투과표면 단위 셀은 TE(transverse electric) 모드에서 입사각이 0도 내지 60도일 경우, 투과 계수의 위상에 따라 -0.15dB 내지 -2.44dB의 투과계수의 크기를 나타내고, TM(transverse electric) 모드에서 입사각이 0도 내지 60도일 경우, 투과 계수의 위상에 따라 -0.06dB 내지 -1.61dB의 투과계수의 크기를 나타낼 수 있다.
도 9a는 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나의 설계 구조를 설명하는 도면이다.
도 9a를 참고하면, 투과배열안테나(900)는 제1 타입의 투과표면 단위 셀(910)과 제2 타입의 투과표면 단위 셀(920)이 혼합 배열될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 투과배열안테나(900)는 복수의 영역에서 서로 다른 표면 구조의 형태로 서로 다른 종 길이를 갖는 복수의 투과표면 단위 셀을 포함한다.
일례로, 복수의 투과표면 단위 셀은 제1 타입의 투과표면 단위 셀(910)과 제2 타입의 투과표면 단위 셀(920)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 복수의 투과표면 단위 셀은 급전 안테나로부터 입사되는 전파의 모드와 입사각에 기초한 입력 위상(input phase) 및 출력 위상(output phase)에 기초하여 결정된 투과계수의 위상과 서로 다른 종 길이에 기초하여 투과배열안테나(90)의 복수의 영역에서 혼합 배열될 수 있다.
즉, 복수의 투과표면 단위 셀 중 어느 하나는 복수의 영역 중 어느 하나의 영역에서 급전 안테나로부터 입사되는 전파의 모드와 입사각에 따른 투과계수의 크기와 위상에 기초하여 선택적으로 배열될 수 있다.
따라서, 본 발명은 서로 다른 특성 또는 종 길이를 갖는 복수의 투과표면 단위 셀을 선택적으로 배열하여 안테나의 전체 크기를 감소시키면서도 투과배열안테나의 효율을 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 타입의 투과표면 단위 셀(910)의 종 길이는 9mm 내지 10mm이고, 제2 타입의 투과표면 단위 셀(920)의 종 길이는 1.6mm 내지 1.8mm일 수 있다.
도 9b는 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나의 방사패턴을 설명하는 도면이다.
도 9b를 참고하면, 그래프(930)는 방사패턴을 나타내고, 직선의 방사 패턴은 제1 타입의 투과표면 단위 셀과 관련될 수 있고, 점선의 방사 패턴은 제2 타입의 투과표면 단위 셀과 관련될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 그래프(930)의 방사패턴에서 제1 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이와 제2 타입의 투과표면 단위 셀의 종 길이는 하기 표 3과 같이 나타낼 수 있다.
입사각-모드 방사패턴의 각도 제1타입 제2타입
15°-TEM 90° 10.05mm 1.77mm
35°-TE 155° 9.29mm 1.64mm
35°-TM 148° 9.46mm 1.63mm
40°-TEM 209° 8.98mm 1.52mm
45°-TE 265° 8.59mm 1.48mm
45°-TM 253° 12.89mm 1.43mm
50°-TE 313° 11.91mm 2.11mm
50°-TM 304° 12.69mm 2.37mm
55°-TE 40° 11.17mm 1.93mm
55°-TE 81° 10.58mm 1.8mm
55°-TM 29° 12.2mm 2.23mm
55°-TM 74° 11.54mm 2.05mm
55°-TEM 38° 12.54mm 2.07mm
60°-TE 156° 9.54mm 1.66mm
60°-TE 191° 8.96mm 1.59mm
60°-TM 154° 9.95mm 1.74mm
60°-TM 181° 9.42mm 1.63mm
본 발명의 일실시예에 따르면 투과배열안테나의 이득은 19.7dBi이며 개구효율은 43.2%일 수 있다. 이 결과는 투과표면과 급전안테나 사이의 거리와 투과표면의 직경의 비율이 0.24를 갖는 로우 프로파일(low-profile) 투과배열안테나로서 매우 높은 효율을 갖는 것을 나타낼 수 있다.
즉, 본 발명은 서로 다른 특성 또는 종 길이를 갖는 투과표면 단위 셀 중 급전 전파의 입사특성에 대해 우수한 성능을 갖는 투과표면 단위 셀을 선택적 혼합 배치하여 투과배열안테나의 방사효율을 개선할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 투과배열안테나의 설계 방법과 관련된 흐름도를 설명하는 도면이다.
도 10을 참고하면, 단계(1001)에서 투과배열안테나의 설계 방법은 입력 위상을 계산한다.
즉, 투과배열안테나의 설계 방법은 급전 안테나로부터 입사되는 전파의 모드와 입사각에 기초한 입력 위상(input phase)을 계산할 수 있다.
단계(1002)에서 투과배열안테나의 설계 방법은 출력 위상을 계산한다.
즉, 단계(1001)에서 계산된 입력 위상(input phase)에 기초하여 출력 위상(output phase)을 계산하되, 입력 위상에 기초하여 출력 위상을 0도로 통일시키기 위해 출력 위상을 계산할 수 있다. 여기서, 계산되는 출력 위상은 수학식 1의 α에 상응할 수 있다.
단계(1003)에서 투과배열안테나의 설계 방법은 투과계수의 위상을 계산한다.
즉, 투과배열안테나의 설계 방법은 입력 위상(input phase)의 음의 값과 출력 위상(output phase)를 결합하여 투과계수의 위상을 계산한다. 여기서, 투과계수의 위상은 출력 위상을 0도로 통일시키기 위해 요구되는 투과계수의 위상일 수 있다.
단계(1004)에서 투과배열안테나의 설계 방법은 투과계수의 위상에 기초하여 투과표면 단위 셀을 선택하여 배열한다.
즉, 투과배열안테나의 설계 방법은 단계(1003)에서 계산된 투과계수의 위상에 기초하여 서로 다른 표면 구조의 형태로 서로 다른 종 길이를 갖는 복수의 투과표면 단위 셀을 선택하여 복수의 영역에서 혼합 배열할 수 있다.
다시 말해, 본 발명은 급전 전파의 모드와 입사각에 따른 투과표면의 특성 변화에 따라 서로 다른 특성을 갖는 투과표면 단위 셀을 혼합 배열할 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
100: 투과배열안테나 시스템 110: 급전 안테나
120: 투과배열안테나 121: 입력 위상
122: 위상 변화 123: 출력 위상
200: 제1 타입의 투과표면 단위 셀
210: 제2 타입의 투과표면 단위 셀

Claims (12)

  1. 복수의 영역에서 서로 다른 표면 구조의 형태로 서로 다른 종 길이를 갖는 복수의 투과표면 단위 셀을 포함하고,
    상기 복수의 투과표면 단위 셀은 급전 안테나로부터 입사되는 전파의 모드와 입사각에 기초한 입력 위상(input phase) 및 출력 위상(output phase)에 기초하여 결정된 투과계수의 위상과 상기 서로 다른 종 길이에 기초하여 상기 복수의 영역에서 혼합 배열되며,
    상기 전파의 모드는 TE(transverse electric) 모드 또는 TM(transverse magnetic) 모드를 포함하고,
    상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 어느 하나는 상기 TE(transverse electric) 모드에서 상기 입사각이 0도 내지 60도일 경우, 상기 투과 계수의 위상에 따라 -0.13dB 내지 -2.44dB의 투과계수의 크기를 나타내고, 상기 TM(transverse magnetic) 모드에서 상기 입사각이 0도 내지 60도일 경우, 상기 투과 계수의 위상에 따라 -0.03dB 내지 -2.87dB의 투과계수의 크기를 나타내는
    투과배열안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 어느 하나는 상기 복수의 영역 중 어느 하나의 영역에서 상기 급전 안테나로부터 입사되는 전파의 모드와 입사각에 따른 투과계수의 크기와 위상에 기초하여 선택적으로 배열되는
    투과배열안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 투과표면 단위 셀은 상기 복수의 영역에서 상기 급전 안테나로부터 입사되는 전파의 모드와 입사각에 기초하여 복층 또는 단층으로 혼합 배열되는
    투과배열안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투과계수의 위상은 상기 입력 위상(input phase)의 음의 값과 상기 출력 위상(output phase)의 결합에 기초하여 계산되는
    투과배열안테나.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 복수의 영역에서 서로 다른 표면 구조의 형태로 서로 다른 종 길이를 갖는 복수의 투과표면 단위 셀을 포함하고,
    상기 복수의 투과표면 단위 셀은 급전 안테나로부터 입사되는 전파의 모드와 입사각에 기초한 입력 위상(input phase) 및 출력 위상(output phase)에 기초하여 결정된 투과계수의 위상과 상기 서로 다른 종 길이에 기초하여 상기 복수의 영역에서 혼합 배열되며,
    상기 전파의 모드는 TE(transverse electric) 모드 또는 TM(transverse magnetic) 모드를 포함하고,
    상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 어느 하나는 상기 TE(transverse electric) 모드에서 상기 입사각이 0도 내지 60도일 경우, 상기 투과 계수의 위상에 따라 -0.15dB 내지 -2.44dB의 투과계수의 크기를 나타내고, 상기 TM(transverse magnetic) 모드에서 상기 입사각이 0도 내지 60도일 경우, 상기 투과 계수의 위상에 따라 -0.06dB 내지 -1.61dB의 투과계수의 크기를 나타내는
    투과배열안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 입사각은 상기 복수의 영역의 중심부에서 외곽으로 이동될수록, 0도에서 60도로 증가되는
    투과배열안테나.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 어느 하나의 종 길이는 9mm 내지 10mm이고, 상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 다른 하나의 종 길이는 1.6mm 내지 1.8mm인
    투과배열안테나.
  10. 급전 안테나로부터 입사되는 전파의 모드와 입사각에 기초한 입력 위상(input phase)을 계산하는 단계;
    상기 계산된 입력 위상(input phase)에 기초하여 출력 위상(output phase)을 계산하는 단계;
    상기 계산된 입력 위상(input phase)의 음의 값과 상기 계산된 출력 위상(output phase)를 결합하여 투과계수의 위상을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 투과계수의 위상에 기초하여 서로 다른 표면 구조의 형태로 서로 다른 종 길이를 갖는 복수의 투과표면 단위 셀을 선택하여 복수의 영역에서 혼합 배열하는 단계를 포함하는
    투과배열안테나의 설계 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 영역에서 혼합 배열하는 단계는,
    상기 계산된 투과계수의 위상에 기초하여 상기 복수의 영역의 중심부에 상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 기준 값보다 짧은 종 길이를 갖는 투과표면 단위 셀을 배열하는 단계; 및
    상기 계산된 투과계수의 위상에 기초하여 상기 복수의 영역의 외곽에 상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 기준 값보다 긴 종 길이를 갖는 투과표면 단위 셀을 배열하는 단계를 포함하는
    투과배열안테나의 설계 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 영역에서 혼합 배열하는 단계는,
    상기 계산된 투과계수의 위상과 상기 서로 다른 종 길이에 기초한 투과 계수의 크기에 따라 상기 복수의 투과표면 단위 셀 중 어느 하나를 선택하여 상기 복수의 영역에서 혼합 배열하는 단계를 포함하는
    투과배열안테나의 설계 방법.
KR1020190022236A 2019-02-26 2019-02-26 투과배열안테나 및 투과배열안테나 설계 방법 KR102096770B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190022236A KR102096770B1 (ko) 2019-02-26 2019-02-26 투과배열안테나 및 투과배열안테나 설계 방법
US16/660,287 US11201415B2 (en) 2019-02-26 2019-10-22 Transmitarray antenna and method of designing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190022236A KR102096770B1 (ko) 2019-02-26 2019-02-26 투과배열안테나 및 투과배열안테나 설계 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102096770B1 true KR102096770B1 (ko) 2020-04-03

Family

ID=70282451

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190022236A KR102096770B1 (ko) 2019-02-26 2019-02-26 투과배열안테나 및 투과배열안테나 설계 방법

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11201415B2 (ko)
KR (1) KR102096770B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112510371A (zh) * 2020-11-27 2021-03-16 南京理工大学 一种一维相扫透射阵天线

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112448172B (zh) * 2021-02-01 2021-04-20 成都天锐星通科技有限公司 平板型相控阵天线

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010226695A (ja) * 2008-09-30 2010-10-07 Ntt Docomo Inc リフレクトアレイ
KR20110070461A (ko) * 2009-12-18 2011-06-24 한국전자통신연구원 빔 조향 장치
KR101714921B1 (ko) 2015-12-17 2017-03-09 한양대학교 산학협력단 메타물질을 이용한 다중 대역 흡수체
KR101756816B1 (ko) 2016-06-01 2017-07-11 공주대학교 산학협력단 소형화된 단위구조의 반복 배열을 가지는 대역 저지 동작 주파수 선택 표면구조
JP2018019136A (ja) * 2016-07-25 2018-02-01 株式会社デンソー 車載用周波数選択板および車載レーダシステム
KR20180035872A (ko) 2015-07-29 2018-04-06 더 유니버시티 오브 맨체스터 광대역 어레이 안테나

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10080143B2 (en) 2015-07-17 2018-09-18 Clearsky Technologies, Inc. Method of placing an antenna of a radio access network (RAN) asset in a wireless communication network

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010226695A (ja) * 2008-09-30 2010-10-07 Ntt Docomo Inc リフレクトアレイ
KR20110070461A (ko) * 2009-12-18 2011-06-24 한국전자통신연구원 빔 조향 장치
KR20180035872A (ko) 2015-07-29 2018-04-06 더 유니버시티 오브 맨체스터 광대역 어레이 안테나
KR101714921B1 (ko) 2015-12-17 2017-03-09 한양대학교 산학협력단 메타물질을 이용한 다중 대역 흡수체
KR101756816B1 (ko) 2016-06-01 2017-07-11 공주대학교 산학협력단 소형화된 단위구조의 반복 배열을 가지는 대역 저지 동작 주파수 선택 표면구조
JP2018019136A (ja) * 2016-07-25 2018-02-01 株式会社デンソー 車載用周波数選択板および車載レーダシステム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
미국등록특허 제10080143호, "METHOD OF PLACING AN ANTENNA OF A RADIO ACCESS NETWORK(RAN) ASSET IN A WIRELESS COMMUNICATION NETWORK"

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112510371A (zh) * 2020-11-27 2021-03-16 南京理工大学 一种一维相扫透射阵天线
CN112510371B (zh) * 2020-11-27 2022-12-02 南京理工大学 一种一维相扫透射阵天线

Also Published As

Publication number Publication date
US20200274254A1 (en) 2020-08-27
US11201415B2 (en) 2021-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102096770B1 (ko) 투과배열안테나 및 투과배열안테나 설계 방법
US8860607B2 (en) Gain enhanced LTCC system-on-package for UMRR applications
US7102582B2 (en) Planar antenna and radio apparatus
CN104037497B (zh) Ku波段收发共口径多层印制天线
US10181645B1 (en) Dual KA band compact high efficiency CP antenna cluster with dual band compact diplexer-polarizers for aeronautical satellite communications
US10186783B2 (en) Modified antipodal vivaldi antenna with elliptical loading
EP3014697B1 (en) Imaging log periodic antenna with staircase balun and related techniques
CN104022360A (zh) 复合结构平面螺旋天线
CN106299660A (zh) 一种低副瓣脊基片集成波导缝隙阵列天线
CN114556698B (zh) 滤波器天线及其制造方法
Tiwari et al. Compact circularly polarized MIMO printed antenna with novel ground structure for wideband applications
Batgerel et al. High‐isolation microstrip patch array antenna for single channel full duplex communications
Uchimura et al. Novel circular polarized antenna array substrates for 60GHz-band
CN113067165B (zh) 宽带小型化法布里-珀罗谐振腔天线
KR101070287B1 (ko) 핀 배열 패치 안테나의 설계 방법, 그 핀 배열 패치 안테나를 이용한 위상 배열 안테나의 설계 방법 및 그 기록 매체
CN114284712B (zh) 一种基于人工表面等离激元的宽带高增益平面端射天线
CN111029740A (zh) 一种基于介质谐振器高次模的高增益双向端射天线阵列
CN116191041A (zh) 太赫兹光子晶体慢波喇叭天线
CN110752446B (zh) 透镜结构、透镜天线及电子设备
CN114665283A (zh) W波段大规模圆口径高效率siw缝隙阵列天线
US20200076066A1 (en) Mass customization of antenna assemblies using metal additive manufacturing
US20020070824A1 (en) Noise filter and high frequency transmitter using noise filter
Elboushi et al. High gain 4-element antenna array for millimeter-wave applications
CN114823254B (zh) 一种用于回旋行波管的超宽带超表面输出窗
CN113471698B (zh) 方向图修正的立体结构

Legal Events

Date Code Title Description
GRNT Written decision to grant