KR102225074B1 - 이온 유체 안테나 - Google Patents

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KR102225074B1
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Abstract

본 개시물의 측면은 이온 유체 안테나를 제공하는 장치에 관한 것이다. 장치는 이온 유체를 내포하도록 구성된 몸체, 몸체에 결합된 음향 트랜스듀서, 및 적어도 하나의 주파수에 따라 음향 트랜스듀서를 구동하도록 구성된 음향 트랜스듀서에 결합된 파워 서플라이를 포함할 수 있다. 본 개시물의 측면은 보안 통신에서 사용되는 이온 유체 안테나를 제공하는 장치로서, 이온 유체를 내포하도록 구성된 몸체, 몸체에 결합된 음향 트랜스듀서, 및 양자 키 분배를 위해 편광 광자를 사용한 데이터의 암호화에 기초하여 음향 트랜스듀서를 구동하도록 구성된 음향 트랜스듀서에 결합된 파워 서플라이를 포함하는, 장치에 관한 것이다.

Description

이온 유체 안테나{IONIC FLUID ANTENNA}
관련 출원(들)에 대한 상호 참조
이 출원은 2014년 7월 30일에 출원된 미국 가 출원 제62/030,918호 및 2014년 7월 30일에 출원된 미국 가 출원 제62/030,910호의 우선권을 주장한다. 전술한 출원의 내용은 본원에 참고로 포함된다.
안테나는 통신 장비와 같은 다양한 응용에서 사용된다. 안테나는 비교적 크거나 부피가 큰 경향이 있어, 이러한 장비와 관련된 풋프린트/공간의 상당 부분을 소모한다. 또한, 부분적으로는 안테나를 제작하는데 사용되는 구성성분/디바이스에 기인하여, 이러한 안테나의 튜닝 범위가 제한되는 경향이 있다. 이 튜닝 범위 이상에서는 커버리지가 제공되지 않는 갭이 존재하여, 안테나 성능/효율면에서 손실이 나타난다.
통신은 제3자에 의해(예를 들어, 통신의 하나 이상의 의도된 수신자의 밖에 있는 당사자들에 의해) 인터셉트되는 것에 취약할 수 있다. 통신의 프라이버시와 보안을 보장하기 위해서는 추가적인 조치가 필요하다.
본 발명의 배경이되는 기술은 미국특허문헌 US6087992에 개시되어 있다.
다음은 본 개시물의 일부 측면의 기본적인 이해를 제공하기 위해 간략화된 요약을 제공한다. 요약은 개시물의 광범위한 개요가 아니다. 이것은 개시물의 핵심적인 또는 중요한 요소를 식별하려는 것도 아니고 개시물의 범위를 정하려는 것도 아니다. 다음의 요약은 단순히 아래의 설명의 서문으로서 간략화된 형태로 본 개시물의 몇몇 일부 개념을 제시한다.
본 개시물의 측면은 이온 유체를 내포하도록 구성된 몸체, 몸체에 결합된 음향 트랜스듀서, 및 적어도 하나의 주파수에 따라 음향 트랜스듀서를 구동하도록 구성된 음향 트랜스듀서에 결합된 파워 서플라이를 포함하는, 이온 유체 안테나를 제공하는 장치에 관한 것이다.
전술한 측면의 다른 실시예에서, 전술한 장치는 추가 요소 또는 특성을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있으며, 따라서 임의의 특정한 구성으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 이온 유체는 플라즈마 및 이온 유체 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며; 몸체는 중공 실린더로서 구성될 수 있으며; 몸체는 비-전도성 재료를 포함할 수 있고, 비-전도성 재료는 유리 및 플라스틱 중 적어도 하나를 포함할 수 있고; 음향 트랜스듀서는 몸체의 제1 단부에 결합되고, 장치는 몸체의 제1 단부에 대향하는 몸체의 제2 단부에 결합된 제2 음향 트랜스듀서를 더 포함할 수 있고; 제2 음향 트랜스듀서는 파워 서플라이에 결합될 수 있고; 장치는 적어도 하나의 주파수에 따라 제2 음향 트랜스듀서를 구동하도록 구성된 제2 음향 트랜스듀서에 결합된 제2 파워 서플라이를 더 포함할 수 있고; 적어도 하나의 주파수는 제2 적어도 하나의 주파수와는 상이할 수 있고; 장치는 음향 트랜스듀서 및 몸체에 결합된 전극; 및 전극에 결합된 라디오 주파수를 생성하도록 구성된 전원을 더 포함할 수 있고; 전극은 이온 유체 안테나가 전송 모드에서 작동될 때 라디오 주파수 신호를 주파수에 따라 변하는 전압으로서 이온 유체에 주입하도록 구성될 수 있고; 전극은 이온 유체 안테나가 수신 모드에서 동작될 때 주파수에 따라 변하는 전압을 추출하도록 구성될 수 있고; 음향 트랜스듀서는 6각형 기하구조의 부분으로서 배열된 복수의 트랜스듀서들 내에 포함될 수 있고; 복수의 트랜스듀서들의 인접한 쌍들은 적어도 하나의 주파수에 따라 구동되도록 구성될 수 있고; 장치는 트랜스듀서에 결합된 공진기; 공진기에 결합된 공진기 네크; 및 네크에 결합된 원추형 커플러를 더 포함할 수 있고, 장치는 튜브, 및 튜브에 결합된 전극을 더 포함할 수 있으며; 튜브는 장치의 동작에 연관된 파장의 약 3/4의 길이이고, 전극은 파장의 약 5/4만큼 상기 트랜스듀서로부터 분리될 수 있고; 공진기는 장치의 동작에 연관된 파장의 약 1/4인 길이를 가질 수 있다.
본 개시물의 측면은 이온 유체를 내포하도록 구성된 몸체, 몸체에 결합된 음향 트랜스듀서, 및 양자 키 분배를 위해 편광 광자를 사용한 데이터의 암호화에 기초하여 음향 트랜스듀서를 구동하도록 구성된 음향 트랜스듀서에 결합된 파워 서플라이를 포함하는, 보안 통신에서 사용되는 이온 유체 안테나를 제공하는 장치에 관한 것이다.
전술한 측면, 특징 및 요소는 달리 명시되지 않는 한 배타성 없이 다양한 조합으로 결합될 수 있다. 이들 특징들 및 요소들뿐만 아니라 이들 동작은 다음의 설명 및 첨부 도면들에 비추어 보다 명확해 질 것이다. 그러나, 다음의 설명 및 도면은 본질적으로 예시적이고 비-한정적인 것으로 의도된 것임을 이해해야 한다.
본 개시물은 예로서 도시되며, 유사한 참조부호가 유사한 요소를 나타내는 첨부된 도면으로 한정되지는 않는다.
도 1은 예시적인 이온 유체 안테나(IFA)의 구조를 도시한다.
도 2는 사용된 방사 매체의 전도율에 대한 안테나의 효율의 예시적인 플롯을 도시한다.
도 3은 4개의 트랜스듀서를 이용하는 정 6각형 기하구조를 탑재하는 예시적인 IFA 구조의 부분을 도시한다.
도 4는 IFA를 제어하고 동작시키기 위한 예시적인 시스템을 도시한다.
도 5는 IFA를 구성하고 동작시키는 예시적인 방법의 흐름도를 도시한다.
도 6은 IFA를 위한 공진기 피드 구조를 도시한다.
다음의 설명 및 도면(이들의 내용은 이 개시물에 참조로서 포함되는)에서 요소들 간에 다양한 연결이 개시됨에 유의한다. 이들 연결은 일반적이며, 달리 명시되지 않는 한, 직접 또는 간접적일 수 있으며, 이 명세서는 이에 관하여 제한되게 하려는 것이 아님에 유의한다. 2 이상의 실체들 간에 결합은 직접 연결 또는 간접적인 연결을 지칭할 수 있다. 간접 연결은 잠재적으로 하나 이상의 개재하는 실체를 포함할 수 있다.
본 개시물의 여러 측면에 따라, 이온 유체 안테나(IFA)와 같은 안테나에 대한 장치, 시스템, 및 방법이 설명된다. 예를 들어, 본 개시물의 측면은 방사 매체로서 고유의 전기적 특성을 갖는 이온 유체를 이용하는 안테나에 관한 것이다. 음파영동은 이온 유체의 라디오 주파수(RF) 전도율을 재단하기 위해 레버리지될 수 있다. 본원에서 사용되는 바와 같이, 음파영동은 음파를 받는 유체의 밀도 변화를 지칭할 수 있다. 보다 일반적으로, 음파영동은 음파를 사용한 입자의 분리를 지칭할 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 하나 이상의 실시예에 따른 IFA 장치 또는 구조(100)가 도시되었다. 구조(100)는 이온 유체를 내포하게 구성된 몸체(1)를 포함한다. 이온 유체는 플라즈마 또는 하나 이상의 이온 유체를 포함할 수 있다. 이온 유체는 예를 들어 6 kS/m(kiloSiemens per meter)보다 큰 전도율을 갖는다면 사용될 수 있다. 염화나트륨 또는 황산구리와 같은 염의 간단한 용액은 수용액으로서 사용되거나, 에틸렌 글리콜과 같은 또 다른 일반적인 솔벤트에 용해될 수 있다. 낮은 융점을 갖는 임의의 염(예를 들면, 소듐 알루미늄 테트라클로라이드, 융점 185℃)은 효율적인 방사 요소를 제공할 것이다.
몸체(1)는 하나 이상의 재료로 제조된 중공 실린더일 수 있다. 이러한 재료는 유리, 플라스틱, 또는 임의의 유사한 비-전도성 재료를 포함할 수 있다. 몸체(1)의 길이는 구조(100)가 사용되는 응용에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 2.4 GHz의 주파수에서 동작하는 Wi-Fi 응용에서, 몸체(1)는 길이가 31mm이고 직경이 14mm인 실린더를 포함할 수 있다. 사용 또는 지원되는 최대 직경은 적용가능한 파워 한도에 따라 달라질 수 있다. 주파수 5.8 GHz에서 동작하는 L-대역 Wi-Fi 응용에서, 몸체(1)는 길이가 13 mm이고 직경이 9 mm인 실린더를 포함할 수 있다. L-대역 Wi-Fi 응용에서 몸체(1)의 더 작은 크기는 L-대역의 전송된 라디오 파의 더 짧은 파장에 기인한다.
몸체(1)는 선형이거나 강체일 필요는 없다. 그러나, 몸체(1)의 기하학적 대칭을 최대화하는 것은 주파수 대역 면에서 가장 작은 가능한 갭을 제공할 수 있다.
제1 트랜스듀서(2)는 몸체(1)의 일 단부에 위치되고, AC 파워 서플라이(3)에 연결한다. 제2 트랜스듀서(4)는 몸체(1)의 제2, 대향하는 또는 다른 단부에 위치된다. 제1 트랜스듀서(2)/또는 제2 트랜스듀서(4)는 음향 트랜스듀서일 수 있다. 도 1의 실시예에서, 제2 트랜스듀서(4)가 있을 수 있고 제1 트랜스듀서(2)를 구동시키는데 필요한 파워량을 줄이기 위해 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 트랜스듀서(4)는 제1 트랜스듀서(2)와 동일하거나 실질적으로 유사할 수 있다. 제2 트랜스듀서(4)는 파워 서플라이(3)를 제1 트랜스듀서(2)와 공유할 수 있다.
일부 실시예에서, 제2 트랜스듀서(4)는 제1 트랜스듀서(2)를 구동시키는데 사용되는 AC 파워 서플라이(3)와는 다른 별도의 AC 파워 서플라이(5)에 의해 구동될 수 있다. 개별적 파워 서플라이(3, 5)는 연속파 튜닝이 제공되는 실시예에서 사용될 수 있다. 연속파 튜닝은 주파수들에 갭에 기인한 대역폭 손실없이 튜닝을 수반할 수 있다. 음향 주파수는 이하에 더욱 설명되는 바와 같이 주파수의 합 또는 차에 기초하여 파라미트로 생성될 수 있다.
도 1의 구조(100)는 몸체(1)의 서로 대향하는 단부들에 위치된 RF 전극(6, 7)을 포함한다. 전극(6, 7)은 트랜스듀서(2, 4)를 몸체(1)에 결합시키는데 사용될 수 있다. RF 파를 생성하는 전원(8)은 예를 들어, 동축 케이블을 통해 전극(6, 7)에 결합된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 다음 식에 따르는 RF 파장(λRF)이 성립될 수 있다.
λRF = c/νRF,
여기서, c는 이온 유체 내에서 광의 속도에 대응하고, νRF는 전원(8)에 의해 출력된 RF 신호의 주파수에 대응한다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 음향 거리 또는 파장(λa)은 몸체(1)에 존재하는 음향 노드에 대해 성립될 수 있다. 파장(λa)은 다음 식에 따른다:
λa = CS/fa,
여기서, CS는 이온 유체 내에서의 음의 속도에 대응하고, fa는 트랜스듀서가 구동되는 주파수에 대응한다. 하나 이상의 구동 주파수가 사용되는 정도까지(하나 이상의 트랜스듀서가 사용되는 실시예에서와 같이), 위에 식은 그에 따라 수정될 수 있다.
수신기 회로(9) 및 T/R 스위치(10)는 통신 목적을 위한 전송 또는 수신 체인의 부분으로서 사용될 수 있다. 회로(9) 및 스위치(10)는 상용(COTS) 제품일 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 사용되는 방사 매체의 전도율의 함수로서(수직축을 따라) 공진 다이폴 안테나의 효율의 플롯(200)이 도시되었다. 공진 다이폴 안테나의 효율은 IFA와 동일한 방식으로 달라질 수 있다. 따라서, 플롯(200)과 관련하여 아래에서 설명되는 개념들은 도 1의 구조(100)와 같은 IFA 또는 IFA 구조에 적용될 수 있다. 플롯(200)에 도시된 바와 같이, 전도율에 작은 증가(수평축을 따른)는 안테나의 방사 효율에 큰 증가(수직축을 따른)로 반영될 수 있다.
플롯(200)은 영역 1, 영역 2 및 영역 3으로서 표기된 3개의 개별 영역으로 세분된다. 영역 2는 서브-영역 2a 및 서브-영역 2b로 더 세분된다. 영역 및 서브-영역에 대해 아래에 설명되는 범위 또는 구획은 예시적인 것이고; 당업자는 영역 또는 서브-영역이 여러 다른 점들 또는 구획의 값들에서 서로 분리될 수 있음을 알 것이다.
영역 1에서, 방사 매체의 전도율은 3 kS/m 미만이다. 영역 1은 일반적으로 안테나 요소에 대한 효율적인 방사를 지원하는데 사용할 수 있는 이동성 전하 캐리어의 수, 양 또는 농도가 불충분한 전도율의 범위를 나타낸다.
약 3 kS/m 내지 4.1 kS/m의 영역 2에서, 이동성 전하 캐리어의 수는 전도율에 비례하여 증가하여, 방사 효율의 급격한 증가를 가져온다.
서브-영역 2a에서, 이온 유체의 전도율은 화학적 도핑에 의해 더 증가될 수 있다. 화학적 도핑의 예는 리튬 이온 배터리의 전도율을 향상시키기 위해 두 금속 입자에 탄소를 첨가함에 의한 화학적 도핑을 기술하는 L. Zhou, "Porous Li4Ti5O12 Coated with N-Doped Carbon from Ionic Liquids for Li-Ion Batteries", Advanced Materials, Volume 23, Issue 11, Pages 1385-1388, March 2011에 의해 제공된다. 이들 동일 입자는 IFA를 위한 액체 현탁액에 사용될 수 있다.
서브-영역 2b에서, RF 전도율은 음파 또는 음파영동을 사용하여 유체의 밀도를 변경함으로써 화학적 도핑으로 달성되는 증가 이상으로 증가될 수 있다.
영역 3은 예를 들어, 11 kS/m 이상의 안테나 요소 전도율을 나타낸다. 이 영역에서는 과잉의 이동성 전하 캐리어가 있으며, 따라서 안테나의 효율은 여전히 증가하지만 영역 2에서보다는 훨씬 덜 빠르다.
응용의 요건에 따라 IFA가 구성될 수 있을 임의의 다수의 방법들이 있다. 이러한 요건은 크기, 무게, 및 비용을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, IFA는 주파수 fa로 구동되는 단일 트랜스듀서를 사용하여 정재파를 생성하도록 구성된다. 전하 캐리어의 밀도는 정재파의 노드에서 더 집중되어, 이온 유체의 전도율을 증가시킨다. 2개의 음향 트랜스듀서를 사용하는 구성에서, 제1 트랜스듀서(예를 들어, 도 1의 트랜스듀서(2))는 fa1의 음향 주파수로 구동되고, 제2 음향 트랜스듀서(예를 들어, 도 1의 트랜스듀서(4))는 fa2의 음향 주파수로 구동된다. 음향 주파수 fa1과 fa2는 결합하여,
합 주파수:
(fa1 + fa2)/2
및 차이 주파수:
(fa1 - fa2)/2
둘 다의 정재파를 생성한다.
음향 트랜스듀서(예를 들어, 도 1의 트랜스듀서(2, 4)) 및 이들의 연관된 구동기 회로(예를 들어, 도 1의 파워 서플라이(3, 5))는 시판되는 상용(COTS)일 수 있다. 두 개의 트랜스듀서를 사용하여, fa1과 fa2의 값들은 미리 결정될 수 있다. 이것은 단일 트랜스듀서에 의해 생성되는 주파수보다 수 배의 가용 주파수 범위를 증가시킨다.
더 복잡한 기하학적 구성으로 추가적인 음향 트랜스듀서를 사용하여 주파수 범위가 더 증가될 수 있다. 예를 들어, 도 3은 한 세트의 4개의 트랜스듀서(302a, 302b, 302c, 302d)를 이용하는 정 6각형 기하구조로서 배열된 IFA 장치 또는 구조(300)의 부분을 도시한다.
도 3에서 인접한 쌍의 음향 트랜스듀서(예를 들어, 트랜스듀서(302a, 302b))가 주파수 fa로 구동되었을 것으로 가정하고, 인접한 쌍의 음향 트랜스듀서로부터의 음향 공진은 다음과 같을 수 있다:
fasin(π/3).
반대로, 도 3에 도시된 바와 같이, 인접한 쌍의 음향 트랜스듀서(예를 들어, 트랜스듀서(302a, 302b))가 2개의 상이한 주파수(예를 들어, fa1 및 fa2)로 구동된다면, 결과적인 음향 주파수의 수는
합 주파수:
((fa1 + fa2)sin(π/3))/2
및 차이 주파수:
((fa1 - fa2)sin(π/3))/2
둘 다를 포함할 수 있다.
IFA는 반-파장이 음향 노드의 주기성에 대응하는 라디오 주파수를 생성하도록 동작될 수 있다. 전송 동작 모드에서, RF 전극(예를 들면, 도 1의 전극(6, 7))은 RF 신호를 주파수 νRF에 따라 변화하는 전압으로서 이온 유체에 주입한다. 유사하게, 수신 동작 모드에서, 주파수 νRF에 따라 변화하는 전압은 전극에 의해 추출된다. 이온 유체의 RF 전도율이 음파영동에 의해 증가되었기 때문에, 유체의 방사 효율이 대응하여 증가하였다. 즉, RF 신호와 음향 파 사이에 공진 조건이 생성된다. 공명 조건에서:
νRF = cfa/2cS,
여기에서 νRF는 RF 신호의 주파수이며, fa은 fa1과 fa2(위에 정의된)의 중첩이고, c는 이온 유체 내에서 광의 속도, cS는 이온 유체 내에서 음의 속도이다. 중첩된 정재 음향 파의 주파수 fa는 5kHz<fa<1MHz의 범위를 가질 수 있고, 결과적인 RF(νRF) 공진 주파수는 약 200x의 주파수 범위인 665MHz<νRF<130 GHz의 범위일 수 있다. 비교로, 종래의 광대역 안테나, 예를 들면, 로그-주기 안테나는 기껏해야 약 15x의 주파수 범위를 가질 수 있다.
본 개시물에 따라 IFA에 의해 가능해진 주파수 범위의 증가를 예시적으로 실증하기 위해, 길이(L)의 튜브에 설치된 IFA(도 1의 구조(100)와 같은)의 예가 고찰될 수 있다. 이 예에서의 음향 공진의 간격은 Δfa=cS/2L로서 주어진다. 고효율 IFA에 근거가 되는 공진 조건은 ΔνRF=c/4L의 간격에서 발생한다.
일부 실시예에서, 하나 이상의 제어 메커니즘은 IFA 구조(예를 들어, 구조(100) 또는 구조(300))에 연결되거나 결합될 수 있다. 예를 들어, 도 4는 제어 메커니즘으로서 기능할 수 있는 컴퓨팅 시스템(400)을 도시한다. 시스템(400)은 하나 이상의 프로세서(일반적으로 프로세서(402)로 도시된) 및 메모리(404)를 포함한다. 메모리(404)는 데이터(406) 및/또는 명령(408)을 저장할 수 있다. 시스템(400)은 명령(408)의 일부 또는 전부를 저장할 수 있는 컴퓨터 판독가능 매체(CRM)(410)를 포함할 수 있다. CRM(410)은 일시적 및/또는 비-일시적 컴퓨터 판독가능 매체를 포함할 수 있다.
데이터(406)는 IFA의 동작과 관련될 수 있는 하나 이상의 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 파라미터는 방사 패턴, 지향성 파라미터, 주파수 파라미터, 주파수 대역 파라미터, 이득 파라미터, 편광 파라미터, (유효) 애퍼처 파라미터, 등 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 데이터(406)는 IFA를 사용하여 수행된 통신과 관련된 신호 또는 값을 포함할 수 있다.
명령(408)은 프로세서(402)에 의해 실행될 때, 본원에 설명된 것과 같은 하나 이상의 방법론적 행동들 또는 프로세스들을 시스템(400)으로 하여금 수행하게 할 수 있다. 예로서, 명령(408)의 실행은 시스템(400)이 IFA의 동작을 제어하게 할 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 본 개시물의 하나 이상의 측면에 따른 방법(500)이 도시되었다. 방법(500)은 IFA와 같은 안테나의 동작을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 방법(500)은 하나 이상의 시스템, 성분 또는 디바이스로 실행될 수 있다. 예를 들어, 방법(500)은 시스템(400) 또는 이의 일부와 함께 실행될 수 있다.
블록(502)에서, IFA에 대한 구성이 선택될 수 있다. 구성은 지원할 응용의 요건에 기초하여 선택될 수 있다. 상술한 바와 같이, 요건은 크기, 무게 및 비용의 명세를 포함할 수 있다. 이외 다른 요건은 블록(502)의 선택의 부분으로서 고려될 수 있다.
블록(504)에서, 블록(502)에서 선택된 IFA의 동작을 제어하기 위해 제어 메커니즘이 선택될 수 있다. 예를 들어, 시스템(400)의 하나 이상의 측면이 IFA를 동작시키기 위한 하나 이상의 파라미터의 명세와 같은 블록(504)의 부분으로서 선택되거나 구성될 수 있다.
블록(506)에서, 블록(502)의 IFA 및/또는 블록(504)의 제어 메커니즘은 본원에 기술된 기술 또는 당업자에게 공지된 다른 기술에 따라 제작될 수 있다.
블록(508)에서, 블록(506)의 제작된 IFA 및/또는 제어 메커니즘이 동작될 수 있다. 블록(508)의 동작은 하나 이상의 신호의 전송 또는 수신을 포함할 수 있다. 신호는 2 이상의 당사자들 또는 실체들 간에 통신을 제공하는 데 사용될 수 있다.
방법(500)은 예시적인 것이다. 일부 실시예에서, 방법(500)의 하나 이상의 블록 또는 동작, 또는 이의 하나 이상의 부분들은 선택적일 수 있다. 블록들 또는 동작들은 도 5에 도시된 것과는 다른 순서 또는 시퀀스로 실행될 수 있다. 일부 실시예에서, 도시되지 않은 하나 이상의 추가 블록 또는 동작이 포함될 수 있다.
일부 실시예에서, IFA의 유체 내에 압력 파의 진폭은 음향 파를 공진 공동을 통해 IFA 튜브에 공급함으로써 증가될 수 있다. 공진 각주파수 ωH는 다음과 같이 (잠재적으로 라디안/초의 관점에서) 표현될 수 있다:
ωH = (A2P0γ/mV0)1/2
여기서, γ는 단열 지수 또는 비열의 비이며, A는 네크의 단면적이고, m은 네크에 질량이고, Po는 공동의 정적 압력이고, Vo는 공동의 정적 체적이다.
원통 또는 직사각형의 네크에 있어서:
A = Vn/Leq,
여기에서, Vn은 네크의 체적이고, Leq는 단부 보정(end correction)을 한 네크의 등가 길이이며, 다음과 같이 표현될 수 있다:
Leq = Ln + 0.6DH,
여기에서, Ln은 네크의 물리적 길이이고, DH는 네크의 유압 직경이다. 전술한 것이 성립된 상태에서, 공진 각주파수 ωH는 다음과 같이 표현될 수 있다 :
ωH = (AVnP0γLeqmV0)1/2
이제 도 6을 참조하면, 본 개시물의 측면에 따른 IFA를 위한 공진기 피드(600)가 도시되었다. 구조(600)는 예를 들어 공진기(예를 들어, 화살표(606)로 나타낸 1/4 파장 음향 공진기)에 결합된 압전 트랜스듀서와 같은 트랜스듀서(602)를 포함할 수 있다. 구조(600)는 공진기 네크(610)(예를 들어, 파장 공진기 네크) 및 원추형 커플러(614)(예를 들어, 파장 원추형 커플러)를 포함한다. 커플러(614)로부터, 구조(600)는 튜브(618)로 천이한다. 튜브(618)는 길이 또는 치수에 관해서 파장의 3/4일 수 있으며, 이 지점에서 구조(600)는 전극(622)으로 천이한다. 전극은 트랜스듀서(602)로부터의 길이 또는 치수에 관해서 파장의 5/4일 수 있다.
전술한 치수 또는 길이는 IFA에 연관된 동작 파장에 관해서 표현될 수 있다.
본원에 기재된 IFA들, 및 그와 관련된 방법은 다음을 포함하는 다수의 특징들을 제공할 수 있다:
1) 대략 200x의 주파수 범위, 예를 들어 500MHz 내지 130GHz인 울트라 광 주파수 대역에 대한 튜닝성. 비교로, 종래의 로그-주기 안테나의 주파수 범위는 500MHz - 7.5GHz 또는 15x이다.
2) 종래의 로그-주기 안테나의 큰 갭(동작 대역의 10%까지)에 대한 거의 연속적인 튜닝성(길이 50cm의 액체 안테나에 대해 Δν=100 MHz)은 액체 안테나를 극히 효율적인 방사체가 되게 한다.
3) 동일한 주파수 대역을 커버하는 종래의 안테나(로그-주기 안테나와 같은)에 비해 컴팩트한 크기(1/10의 체적).
임의의 수의 상업적 응용이 본 개시물의 IFA의 속도를 이용하거나 레버리지할 수 있다. 예로서, 주식 또는 에쿼티의 판매자는 연루된 (높은) 거래량에 기인하여, 거래와 관련하여(예를 들면, 고속 거래) 더 높은 수익 마진을 실현할 수 있다. 이 개시물의 IFA는 인터넷과 같은 다양한 네트워크에 대한 광범위한 영향과 더불어, 안테나 기술에서 급진적인 진보를 나타낸다.
본 개시물의 측면들에 따라, IFA는 보안 통신을 제공하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시물의 IFA는 매우 안전하고 정착된 기술인 양자 키 분배를 위한 편광 광자를 이용한 암호화에 적합하다. 표준 암호화(예를 들어, 64 비트 또는 128 비트 암호화)를 위한 양자 키의 사용에 대한 확장은 두 IFA에 대한 고유한 주파수 스케줄링 테이블을 수립하는 것이 될 것이다. 고유한 주파수 스케줄링 테이블 또는 일회용 패드와 이에 더하여 주파수들 간을 전환하는 IFA의 고유한 능력과의 결합은 전례없는 해독불가한 수준의 암호화 -사실 가능한 절대적인 최고 수준의 암호화- 로 고속 메시지를 보낼 수 있게 한다. 주파수 스케줄링 테이블은 한쌍의 IFA가 소정의 시간 간격 사이에 교환하고 이어 전환하는 일련의 랜덤한 주파수를 포함할 수 있다.
따라서, 본 개시물의 IFA는 가능한 절대적인 최고 수준의 암호화를 요구하는 군용 응용에서 이용될 수 있다. 절대 데이터 보안은 병원의 컴퓨터 네트워크 및 데이터의 기밀성이 중요한 그외 다른 환경 또는 응용에서 레버리지될 수 있다. 상당수의 사람들의 안녕이 의존하는 임의의 응용 -통신 네트워크, 파워 그리드의 컴퓨터 네트워크, 등- 은 사이버 테러리즘의 중대한 위협으로부터 완전히 보호될 것이다.
본 개시물의 측면은 이의 예시적인 실시예에 관하여 기술되었다. 첨부된 청구항의 범위 및 사상 내의 많은 다른 실시예, 수정 및 변형이 본 개시물의 검토로부터 당업자에게 발생할 것이다. 예를 들어, 당업자는 도시된 도면과 관련하여 설명된 단계가 인용된 순서 이외로 수행될 수 있으며, 예시된 하나 이상의 단계가 개시물의 측면에 따라 선택적일 수 있음을 알 것이다.

Claims (21)

  1. 보안 통신에 사용되는 이온 유체 안테나를 제공하기 위한 장치에 있어서,
    이온 유체를 내포하도록 구성된 몸체;
    상기 몸체에 결합된 음향 트랜스듀서; 및
    양자 키 분배를 위해 편광 광자들을 사용한 데이터의 암호화에 기초하여 상기 음향 트랜스듀서를 구동하도록 구성된 상기 음향 트랜스듀서에 결합된 파워 서플라이를 포함하는, 장치.

  2. 제1항에 있어서, 상기 암호화는 상기 이온 유체 안테나 및 제2 이온 유체 안테나에 대한 주파수 스케줄링 테이블의 사용에 기초하여 확장되는, 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 주파수 스케줄링 테이블은 일련의 랜덤 주파수들을 포함하고, 상기 장치는 상기 주파수 스케줄링 테이블을 제2 이온 유체 안테나와 교환하고 소정의 시간 간격들로 상기 주파수 스케줄링 테이블과 제2 주파수 스케줄링 테이블 간을 전환하도록 구성되는, 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 이온 유체는 플라즈마 및 이온 유체 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 몸체는 중공 실린더로서 구성되는, 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 몸체는 비-전도성 재료를 포함하는, 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 비-전도성 재료는 유리 및 플라스틱 중 적어도 하나를 포함하는, 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 음향 트랜스듀서는 상기 몸체의 제1 단부에 결합되고, 상기 장치는 상기 몸체의 상기 제1 단부에 대향하는 상기 몸체의 제2 단부에 결합된 제2 음향 트랜스듀서를 더 포함하는, 장치.


  9. 제8항에 있어서, 상기 제2 음향 트랜스듀서는 상기 파워 서플라이에 결합되는, 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 파워 서플라이는 제1 주파수에 따라 상기 음향 트랜스듀서를 구동하도록 구성되고,
    제2 주파수에 따라 상기 제2 음향 트랜스듀서를 구동하도록 구성된 상기 제2 음향 트랜스듀서에 결합된 제2 파워 서플라이를 더 포함하는, 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제1 주파수는 상기 제2 주파수와는 상이한, 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 음향 트랜스듀서 및 상기 몸체에 결합된 전극; 및
    상기 전극에 결합된 라디오 주파수를 생성하도록 구성된 전원을 더 포함하는, 장치.

  13. 제12항에 있어서, 상기 전극은 상기 이온 유체 안테나가 전송 모드에서 작동될 때 상기 라디오 주파수 신호를 주파수에 따라 변하는 전압으로서 상기 이온 유체에 주입하도록 구성되는, 장치.
  14. 제12항에 있어서, 상기 전극은 상기 이온 유체 안테나가 수신 모드에서 동작될 때 주파수에 따라 변하는 전압을 추출하도록 구성되는, 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 음향 트랜스듀서는 6각형 기하구조의 부분으로서 배열된 복수의 트랜스듀서들에 포함되는, 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 복수의 트랜스듀서들의 인접한 쌍들은 적어도 하나의 주파수에 따라 구동되도록 구성되는, 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 음향 트랜스듀서에 결합된 공진기;
    상기 공진기에 결합된 공진기 네크; 및
    상기 네크에 결합된 원추형 커플러를 더 포함하는, 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    튜브; 및
    상기 튜브에 결합된 전극을 더 포함하는, 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 튜브는 상기 장치의 동작에 연관된 파장의 3/4의 길이이고, 상기 전극은 상기 파장의 5/4만큼 상기 음향 트랜스듀서로부터 분리된, 장치.
  20. 제17항에 있어서, 상기 공진기는 상기 장치의 동작에 연관된 파장의 1/4인 길이를 갖는, 장치.
  21. 삭제
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