KR102228051B1 - Beam steering antenna apparatus using shape memorizing alloy - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 메타표면을 지지하는 형상기억합금 소자에 전압을 가하여 형상기억합금 소자를 수축 팽창시킴으로써, 메타표면에서 방사되는 빔의 방향을 제어하는 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a beam steering antenna device using a shape memory alloy element, and more particularly, by applying a voltage to a shape memory alloy element supporting the meta surface to contract and expand the shape memory alloy element, the beam radiated from the meta surface. It relates to a beam steering antenna device using a shape memory alloy element to control the direction of.
일반적으로 안테나는 무선통신에서 통신 목적을 달성하기 위해 공간에 효율적으로 전파를 방사하거나, 또는 전파에 의해 효율적으로 기전력을 유기시키기 위해 공중에 가설한 도선으로서, 송수신을 위해 전자파를 공간으로 보내거나 받기 위한 장치이다.In general, antennas are wires installed in the air to efficiently emit radio waves in space to achieve the purpose of communication in wireless communication, or to effectively induce electromotive force by radio waves, and send or receive electromagnetic waves into space for transmission and reception. It is a device for.
안테나 중 패치 안테나는 소형 크기, 고효율, 광대역, 다중대역, 특정 방사 패턴, 제조와 통합의 용이성, 및 저비용 등의 장점으로 인해 현재 무선 통신 시스템에서 널리 사용되고 있다.Among antennas, patch antennas are widely used in wireless communication systems at present due to advantages such as small size, high efficiency, broadband, multi-band, specific radiation pattern, ease of manufacture and integration, and low cost.
최근에는, 전체 크기 축소 및 대역폭 확장 등 안테나의 성능을 향상시키기 위해 패치 안테나 상에 메타물질을 배치한 안테나가 연구되고 있으나, 아직까지는 패치 안테나 상에 메타물질을 배치한 안테나에 대하여 효과적으로 빔을 조향할 수 있는 안테나는 개발되지 않은 실정이다. Recently, in order to improve the performance of the antenna, such as reducing the overall size and extending the bandwidth, an antenna in which metamaterials are disposed on a patch antenna has been studied, but so far, the beam is effectively steered for an antenna with metamaterials disposed on the patch antenna. An antenna that can be used has not been developed.
이에, 본 발명의 일 실시예는 메타표면을 갖는 안테나의 빔을 효과적으로 조향할 수 있는 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치를 제공하는데 목적이 있다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a beam steering antenna device using a shape memory alloy element capable of effectively steering a beam of an antenna having a meta surface.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)을 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the problem(s) mentioned above, and another problem(s) not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치 기판 상에 배치되는 패치 안테나; 상기 패치 안테나 상에 배치되고, 상기 패치 안테나에 의해 방사된 빔을 재방사하는 메타표면(metasurface); 상기 메타표면을 지지하고, 입력되는 전압에 따라 팽창 또는 수축하여 상기 메타표면에서 재방사되는 빔의 위치를 조정하는 복수개의 형상기억합금 소자; 및 상기 복수개의 형상기억합금 소자에 각각 연결되어, 연결된 형상기억합금 소자에 전압을 인가하는 전압인가부를 포함하는 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치를 제공한다. An embodiment of the present invention for achieving the above object is a patch antenna disposed on a beam steering antenna device substrate using a shape memory alloy element; A metasurface disposed on the patch antenna and re-emitting a beam radiated by the patch antenna; A plurality of shape memory alloy elements supporting the meta-surface and expanding or contracting according to an input voltage to adjust the position of the beam radiated from the meta-surface; And a voltage applying unit connected to the plurality of shape memory alloy elements to apply voltage to the connected shape memory alloy elements.
일 실시예에서, 상기 복수개의 형상기억합금 소자는 일단이 상기 메타표면에 연결되고, 타단이 수납프레임에 고정된다. In one embodiment, one end of the plurality of shape memory alloy elements is connected to the meta surface and the other end is fixed to the storage frame.
일 실시예에서, 상기 복수개의 형상기억합금 소자는 스프링 형태인 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the plurality of shape memory alloy elements are characterized in that the spring shape.
일 실시예에서, 상기 복수개의 형상기억합금 소자는 4개의 형상기억합금 소자로 이루어지고, 상기 4개의 형상기억합금 소자는 상기 패치 안테나의 중심에서 방위각 0°, 90°, 180°, 270°지점에 위치하는 것을 특징으로 한다. In one embodiment, the plurality of shape memory alloy elements are made of four shape memory alloy elements, and the four shape memory alloy elements are at azimuth angles of 0°, 90°, 180°, and 270° from the center of the patch antenna. It characterized in that it is located in.
일 실시예에서, 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치는 상기 패치 안테나와 상기 메타표면 사이에 개재되고, 상기 패치 안테나에 대응하는 위치에 제1 개구부를 갖고, 상기 형상기억합금 소자에 대응하는 위치에 제2 개구부를 갖는 메타표면 지지부를 더 포함한다. In one embodiment, a beam steering antenna device using a shape memory alloy element is interposed between the patch antenna and the meta surface, has a first opening at a position corresponding to the patch antenna, and corresponds to the shape memory alloy element. It further comprises a metasurface support having a second opening in position.
일 실시예에서, 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치는 상기 패치 안테나와 상기 메타표면 사이에 개재되고, 상기 제1 개구부 내에 배치되며, 상기 메타표면 지지부와 동일한 두께를 갖는 보조 지지부를 더 포함한다. In one embodiment, the beam steering antenna device using a shape memory alloy element further includes an auxiliary support part interposed between the patch antenna and the meta surface, disposed in the first opening, and having the same thickness as the meta surface support part do.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 형상기억합금 소자를 이용하여, 전자기계적으로 메타표면을 갖는 안테나의 빔을 효과적으로 조향할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, by using a shape memory alloy element, it is possible to effectively steer a beam of an antenna having a meta-surface electromechanically.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 종래의 메타표면을 갖는 안테나에 형상기억합금 소자만을 추가하여 저비용으로 용이하게 제작할 수 있다는 장점이 있다. According to an embodiment of the present invention, there is an advantage that it can be easily manufactured at low cost by adding only a shape memory alloy element to a conventional antenna having a meta surface.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치의 구성요소를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치에 의해 조향 방법을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치의 방사패턴을 도시한 도면이다. 1 is an exploded perspective view of a beam steering antenna device using a shape memory alloy element according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing the components of a beam steering antenna device using a shape memory alloy element according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram illustrating a steering method by a beam steering antenna device using a shape memory alloy element according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a method of operating a beam steering antenna device using a shape memory alloy element according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing a radiation pattern of a beam steering antenna device using a shape memory alloy element according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.In the present invention, various modifications may be made and various embodiments may be provided, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each drawing, similar reference numerals have been used for similar elements.
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.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle.
본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of features, numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but one or more other features. It is to be understood that the presence or addition of elements or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof does not preclude in advance.
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 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms including technical or scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms as defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. Does not.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 분산 병렬 딥러닝 시스템 및 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a distributed parallel deep learning system and method will be described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치의 구성요소를 도시한 블록도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치에 의해 조향 방법을 설명하기 위한 개념도이다. 1 is an exploded perspective view of a beam steering antenna device using a shape memory alloy element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a component of a beam steering antenna device using a shape memory alloy element according to an embodiment of the present invention. Is a block diagram showing, and FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a steering method by a beam steering antenna device using a shape memory alloy element according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치는 프레임(10), 기판(20), 패치 안테나(30), 메타표면 지지부(40), 메타표면(metasurface)(50), 복수개의 형상기억합금(SMA) 소자(60) 및 전압인가부(70)를 포함할 수 있다. 또한, 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치는 보조 지지부(45) 및 SMA 소자 가이드부(65)를 더 포함할 수 있다. 1 and 2, a beam steering antenna device using a shape memory alloy element includes a
수납 프레임(10)은 기판(20), 패치 안테나(30), 메타표면 지지부(40), 메타표면(metasurface)(50), 복수개의 형상기억합금(SMA) 소자(60)를 실장하는 안착부와, 안착부에서 폴딩되어 수직을 이루는 4개의 평면부를 포함한다. 이웃하는 평면부는 서로 수직하고, 마주보는 평면부는 서로 평행이다. The
수납 프레임(10)의 평면부에 후술하는 형상기억합금 소자(60)의 일단이 고정될 수 있다. 수납 프레임(10)은 형상기억합금 소자(60)를 고정하는 부분을 홀더라고 칭할 수 있다. 홀더에 의해 형상기억합금 소자(60)는 형상기억합금(SMA) 소자(60)의 변형을 충분히 견딜 수 있는 재료로 형성되어, 형상기억합금(SMA) 소자(60)를 견고하고 안정적으로 지지한다. One end of the shape
기판(20)은 유전 소재로 형성된 유전체 기판을 사용할 수 있으며, 바람직하게 유전율이 높은 소재로 형성될 수 있다.The
유전체 기판의 재료로는 에폭시(epoxy), 듀로이드(Duroid), 테프론(Teflon), 베이크라이트, 고저항 실리콘, 유리, 알루미나, LTCC, 에어폼 등을 본 기술분야에서 통상적으로 사용되는 유전체 기판 재료를 모두 포함할 수 있다.Dielectric substrate materials commonly used in the present technical field include epoxy, Duroid, Teflon, Bakelite, high-resistance silicon, glass, alumina, LTCC, air foam, etc. It can contain all of.
본 발명의 일 실시예에서 기판(20)은 정사각형으로 예시되었지만, 기판의 형상과 크기는 이에 한정되지 않으며, 원형, 직사각형, 다각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.In one embodiment of the present invention, the
패치 안테나(30)는 기판(20) 상에 배치된다. 연결되어 신호를 전달하는 급전부와, 패치 안테나(30)의 하부면에 형성된 접지부를 더 포함할 수 있다.The
메타표면(50)은 패치 안테나(30) 상에 이격되어 배치되고, 메타물질(metamaterials)로 이루어진 복수의 단위 셀(unit cell)을 구비할 수 있다.The meta-
메타물질이란 자연에서 일반적으로 찾을 수 없는 특수한 전자기적 특성이 있도록 인공적으로 설계된 물질 또는 전자기적 구조를 의미하는 것으로, 유전율(permittivity)과 투자율(permeability)이 모두 음수인 물질 또는 그러한 전자기적 구조를 의미한다.Metamaterial refers to a material or electromagnetic structure that is artificially designed to have special electromagnetic properties that are not generally found in nature, and refers to a material or such an electromagnetic structure whose permittivity and permeability are both negative. do.
이러한 물질 또는 구조는 두 개의 음수 파라미터를 가진다는 의미에서 더블네거티브(double negative; DNG) 물질이라 불리기도 하고, 음의 유전율 및 투자율에 의해 음의 반사계수를 가지며, 그에 따라 NRI(Negative Refractive Index) 물질이라고도 불린다.Such a material or structure is also called a double negative (DNG) material in the sense of having two negative parameters, and has a negative reflection coefficient by negative permittivity and permeability, and accordingly, NRI (Negative Refractive Index) Also called substance.
위와 같은 특성에 의하여 메타물질 내에서 전자기파는 플레밍의 오른손 법칙을 따르지 않고 왼손 법칙에 의해 전달된다. 즉, 전자기파의 위상 전파 방향(위상 속도)과 에너지 전달 방향(군 속도)이 반대가 되어, 메타물질을 통과하는 신호는 음의 위상 지연을 갖게 된다. 이에 따라, 메타물질을 LHM(Left-handed Material)이라고도 한다.Due to the above characteristics, electromagnetic waves in metamaterials do not follow Fleming's right-hand rule, but are transmitted by the left-hand rule. That is, the phase propagation direction (phase velocity) of the electromagnetic wave and the energy transmission direction (group velocity) are opposite, so that a signal passing through the metamaterial has a negative phase delay. Accordingly, the meta-material is also referred to as a left-handed material (LHM).
메타물질에서는 β(위상 상수)와 ω(주파수)의 관계가 비선형일 뿐만 아니라, 그 특성 곡선이 좌표 평면의 좌반면에도 존재하는 특성을 보인다. 이러한 비선형 특성에 의하여 메타물질에서는 주파수에 따른 위상차가 작아 광대역 회로의 구현이 가능하며, 위상 변화가 전송 선로의 길이에 비례하지 않으므로 소형의 회로를 구현할 수 있다.In metamaterials, not only the relationship between β (phase constant) and ω (frequency) is nonlinear, but also the characteristic curve exists in the left half of the coordinate plane. Due to this nonlinear characteristic, in the metamaterial, a phase difference according to frequency is small, enabling a wideband circuit to be implemented, and since the phase change is not proportional to the length of a transmission line, a small circuit can be implemented.
본 발명의 일 실시예에 따라 메타표면(50) 각각의 단위 셀은 금속 플레이트(metal plate)로 구성되며, 상기 금속 플레이트가 소정 크기의 간극을 두고 주기성을 가지도록 배열되는 예를 들어, 4 Х4 격자 구조를 형성할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, each unit cell of the meta-
형상기억합금(SMA) 소자(60)는 메타표면(50)을 지지하고, 형상기억합금으로 이루어지고, 입력되는 전압에 따라 팽창 또는 수축한다. 도 3을 참조하면, 메타표면(50)의 위치가 조정되면, 결과적으로 메타표면(50)으로부터 재방사되는 빔의 위치가 조정됨을 알 수 있다. The shape memory alloy (SMA)
형상기억합금(SMA)은 다른 모양으로 변형시키더라도 가열에 의하여 다시 변형 전의 모양으로 되돌아오는 성질을 가진 합금을 말한다. Shape memory alloy (SMA) refers to an alloy having the property of returning to the shape before deformation by heating even if it is deformed into another shape.
본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금(SMA) 소자(60)는 스프링 형상으로, 메타표면(50)과 각각의 일단이 연결되고 타단이 수납프레임에 고정되며, 입력되는 전압에 따라 팽창 또는 수축하여 메타표면(50)의 위치를 조정한다. 형상기억합금(SMA) 소자(60)는 전술한 바와 같이 수납프레임(10)에 고정된다. The shape memory alloy (SMA)
본 발명의 일 실시예에 따른 복수개의 형상기억합금(SMA) 소자(60)는 4개의 형상기억합금 소자로 이루어지고, 상기 4개의 형상기억합금 소자(60)는 상기 패치 안테나(50)의 중심에서 방위각 0°, 90°, 180°, 270°지점에 위치할 수 있다. 그러나, 형상기억합금 소자의 개수 및 배치 위치는 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 복수개의 형상기억합금 소자(60)는 3개의 형상기억합금(SMA) 소자(60)로 이루어지고, 3개의 형상기억합금 소자는 상기 패치 안테나(50)의 중심에서 방위각 0°, 120°, 240°지점에 위치하는 것을 특징으로 한다. 또한, 복수개의 형상기억합금 소자(60)는 2개의 형상기억합금 소자(60)로 이루어지고, 2개의 형상기억합금 소자(60)는 상기 패치 안테나의 중심에서 방위각 0°와 180°지점에 위치할 수 있다. 이와 같이, 복수개의 형상기억합금 소자(60)의 개수를 5개 이상으로 늘릴 수도 있다. A plurality of shape memory alloy (SMA)
복수개의 전압인가부(70)는 복수개의 형상기억합금 소자(60) 각각에 전기적으로 연결되어, 연결된 형상기억합금 소자(60)에 전압을 인가한다. The plurality of
메타표면 지지부(40)는 패치 안테나(30)와 메타표면(50) 사이에 개재되고, 발포 폴리스타이렌으로 형성될 수 있다. The meta-
메타표면 지지부(40)는 중앙에 제1 개구부(H1)를 갖고, 형상기억합금 소자(60)에 대응하는 위치에 제2 개구부(H2)를 갖는다. 제2 개구부(H1)에 의해 형상기억합금 소자(60)는 4개의 조각으로 분리될 수 있다. 형상기억합금 소자(60)는 제2 개구부(H1)에 놓이게 된다. 제2 개구부(H1)에 의해 형상기업합금 소자(60)는 메타표면 지지부(40)와 접촉되지 않는다. The meta
제1 개구부(H1)의 위치는 패치 안테나(30)의 위치에 대응하고, 패치 안테나(30) 보다 큰 직경을 가질 수 있다. The position of the first opening H1 corresponds to the position of the
보조 지지부(45)는 제1 개구부(H1) 상에 높이고, 패치 안테나(30) 보다 작은 단면적을 가질 수 있다. 보조 지지부(45)가 제1 개구부(H1) 상에 놓여서 표면물질(50)이 형상기억합금 소자(60)에 의해 이동되었다가 제자리로 후퇴시 견고하고 안정적인 베이스의 역할을 한다. 또한, 보조 지지부(45)는 메타표면 지지부(40)와 동일한 두께로 형성되어 패치 안테나(30)와 표면물질(50)을 이격시킨다. 즉, 보조 지지부(45)와 메타표면 지지부(40)는 수평면 상에 형성된다. The auxiliary support 45 may be raised above the first opening H1 and may have a smaller cross-sectional area than the
본 발명의 일 실시예를 통해 메타표면(50)은 4방향에서 연결된 형상기억합금 소자(60)에 의해 전자기계적으로 XY 평면 상에서 +X, -X, +Y, -Y 방향으로 이동할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the
SMA 소자 가이드부(65)는 메타표면 지지부(40)에 배치된다. SMA 소자 가이드부(65)는 형상기억합금 소자(60)의 이동축과 평행한 벽면으로서 형상기억합금 소자(60)의 양측에 배치되어, 형상기억합금 소자(60)의 이동축과 수직한 방향으로의 이동을 제한하여 메타표면(50)을 보다 정확하게 이동하도록 한다. SMA 소자 가이드부(65)는 형상기억합금 소자(60)에 접촉하지 않도록 배치되는 것이 바람직하다. The SMA
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치의 동작 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치의 방사패턴을 도시한 도면이다. 4 is a view for explaining a method of operating a beam steering antenna device using a shape memory alloy element according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a beam steering using a shape memory alloy element according to an embodiment of the present invention. It is a diagram showing the radiation pattern of the antenna device.
도 4의 (a)는 형상기억합금 소자에 전압이 가해지지 않은 상태 즉 기본 상태의 빔 조향 안테나 장치를 나타낸 도면이다. 4A is a view showing a beam steering antenna device in a state in which no voltage is applied to the shape memory alloy element, that is, in a basic state.
도 4의 (b) 내지 도 4의 (e)는 기본 상태에서 서로 다른 형상기억합금 소자에 전압이 가해져서 메타표면이 이동한 상태를 나타낸 도면이다. 설명의 편의를 위해, 도 4의 (a)를 모드 I, 도 4의 (b)를 모드 II-1 도 4의 (c)를 모드 II-2, 도 4의 (d)를 모드 III-1, 도 4의 (e)를 모드 III-2라고 한다. 모드 II-1과 모드 II-2는 각각 + X, -X 방향으로 이동한 상태이고, 모드 III-1과 모드 III-2는 각각 +Y, -Y 방향으로 이동한 상태이다. 4B to 4E are diagrams showing a state in which the meta-surface is moved by applying voltage to different shape memory alloy elements in the basic state. For convenience of explanation, FIG. 4(a) is referred to as mode I, FIG. 4(b) is referred to as mode II-1, FIG. 4(c) is referred to as mode II-2, and FIG. 4(d) is referred to as mode III-1. , FIG. 4(e) is referred to as mode III-2. Mode II-1 and Mode II-2 have moved in +X and -X directions, respectively, and Mode III-1 and Mode III-2 have moved in +Y and -Y directions, respectively.
본 발명의 일 실시예에 따른 도 4에 나타낸 빔 조향 안테나 장치는 두께가 1.57 mm 인 Roger 기판 5880이 적용되고, 메타표면은 두께가 0.79 mm 인 Roger 기판 5880이 적용된다. 메타표면 지지부와 보조 지지부는 높이가 14mm이다. 패치 안테나와 메타표면은 메타표면 지지부와 보조 지지부에 의해 분리되어 직접 접촉되지 않는다. In the beam steering antenna device shown in FIG. 4 according to an embodiment of the present invention, a Roger substrate 5880 having a thickness of 1.57 mm is applied, and a Roger substrate 5880 having a thickness of 0.79 mm is applied as the meta surface. The metasurface support and the auxiliary support are 14mm in height. The patch antenna and the metasurface are separated by the metasurface support and the auxiliary support and are not in direct contact.
홀더를 포함한 수납 프레임 및 SMA 가이드부는 3D 프린팅에 의해 PLA(Poly Lactic Acid)로 제작될 수 있다. The storage frame including the holder and the SMA guide may be made of PLA (Poly Lactic Acid) by 3D printing.
본 발명의 일 실시예에에 따른 빔 조향 안테나 장치는 2.3 dB ~ 2.6 GHz에서 -10 dB 임피던스 대역폭을 가진 2.4 GHz에서 작동하며 9 dBi 이상의 실현 이득을 제공한다. 또한, 빔 조향 안테나 장치는 θ = ± 30˚의 고도범위(elevation coverage)에 따라 0 °, 90 °, 180 ° 및 270 °의 다른 방위각 범위를 커버한다. The beam steering antenna device according to an embodiment of the present invention operates at 2.4 GHz with -10 dB impedance bandwidth from 2.3 dB to 2.6 GHz and provides a realization gain of 9 dBi or more. In addition, the beam steering antenna device covers different azimuth ranges of 0 °, 90 °, 180 ° and 270 ° according to an elevation coverage of θ = ± 30 °.
도 5의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 조향 안테나 장치의 도 4의 각각의 모드에 대한 시뮬레이션한 방사패턴을 나타내고, 도 5의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 빔 조향 안테나 장치의 도 4의 각각의 모드에 대하여 직접 측정한 방사패턴을 나타낸다. Figure 5 (a) shows a simulated radiation pattern for each mode of Figure 4 of the beam steering antenna device according to an embodiment of the present invention, Figure 5 (b) is according to an embodiment of the present invention. It shows the radiation pattern directly measured for each mode of FIG. 4 of the beam steering antenna device.
모드 I의 경우, 측정된 피크이득과 방사선 효율은 9.98dBi 및 9.6dBi, 83 % 및 85 %이고, 모드 II의 경우, 측정된 피크이득과 방사선 효율은 9.66 dBi 및 10.3 dBi, 83.6 % 및 84 %였다. 모드 III의 경우 측정된 피크이득과 방사선 효율은 9.53dBi와 9.7dBi, 82.4 %와 83 %이었다. For Mode I, the measured peak gain and radiation efficiency are 9.98 dBi and 9.6 dBi, 83% and 85 %, and for Mode II, the measured peak gain and radiation efficiency are 9.66 dBi and 10.3 dBi, 83.6% and 84 %. Was. In the case of mode III, the measured peak gain and radiation efficiency were 9.53dBi and 9.7dBi, 82.4% and 83%.
도 5의 (a)와 도 5의 (b)를 비교하면, 빔 조향 안테나 장치의 각각의 모드에 대한 방사패턴은 시뮬레이션한 결과와 직접 측정한 결과가 매우 유사한 것을 알 수 있다. Comparing FIG. 5A and FIG. 5B, it can be seen that the radiation pattern for each mode of the beam steering antenna device is very similar to the simulation result and the direct measurement result.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람이라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 실행된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments implemented in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but to explain it, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the claims below, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
10 : 수납 프레임
20: 기판
30 : 패치 안테나
40 : 메타표면 지지부
50 : 메타표면
60 : 형상기억합금 소자10: storage frame
20: substrate
30: patch antenna
40: meta surface support
50: meta surface
60: shape memory alloy element
Claims (6)
상기 패치 안테나 상에 배치되고, 상기 패치 안테나에 의해 방사된 빔을 재방사하는 메타표면(metasurface);
상기 메타표면을 지지하고, 입력되는 전압에 따라 팽창 또는 수축하여 상기 메타표면에서 재방사되는 빔의 위치를 조정하는 복수개의 형상기억합금 소자; 및
상기 복수개의 형상기억합금 소자에 각각 연결되어, 연결된 형상기억합금 소자에 전압을 인가하는 전압인가부
를 포함하는 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치.
A patch antenna disposed on the substrate;
A metasurface disposed on the patch antenna and re-emitting a beam radiated by the patch antenna;
A plurality of shape memory alloy elements supporting the meta-surface and expanding or contracting according to an input voltage to adjust the position of the beam radiated from the meta-surface; And
A voltage applying unit connected to each of the plurality of shape memory alloy elements to apply voltage to the connected shape memory alloy elements
Beam steering antenna device using a shape memory alloy element comprising a.
상기 복수개의 형상기억합금 소자는 일단이 상기 메타표면에 연결되고, 타단이 수납프레임에 고정되는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치.
The method of claim 1,
A beam steering antenna device using a shape memory alloy element, wherein one end of the plurality of shape memory alloy elements is connected to the meta surface and the other end is fixed to the receiving frame.
상기 복수개의 형상기억합금 소자는 스프링 형태인 것을 특징으로 하는 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치.
The method of claim 1,
A beam steering antenna device using a shape memory alloy element, characterized in that the plurality of shape memory alloy elements have a spring shape.
상기 복수개의 형상기억합금 소자는 4개의 형상기억합금 소자로 이루어지고, 상기 4개의 형상기억합금 소자는 상기 패치 안테나의 중심에서 방위각 0°, 90°, 180°, 270°지점에 위치하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치.
The method of claim 1,
The plurality of shape memory alloy elements are composed of four shape memory alloy elements, and the four shape memory alloy elements are located at azimuth angles of 0°, 90°, 180°, and 270° from the center of the patch antenna. Beam steering antenna device using a shape memory alloy element.
상기 패치 안테나와 상기 메타표면 사이에 개재되고, 상기 패치 안테나에 대응하는 위치에 제1 개구부를 갖고, 상기 형상기억합금 소자에 대응하는 위치에 제2 개구부를 갖는 메타표면 지지부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치.
The method of claim 1,
A meta surface support portion interposed between the patch antenna and the meta surface, having a first opening at a position corresponding to the patch antenna, and having a second opening at a position corresponding to the shape memory alloy element
Beam steering antenna device using a shape memory alloy element, characterized in that it further comprises.
상기 패치 안테나와 상기 메타표면 사이에 개재되고, 상기 제1 개구부 내에 배치되며, 상기 메타표면 지지부와 동일한 두께를 갖는 보조 지지부
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 형상기억합금 소자를 이용한 빔 조향 안테나 장치.
The method of claim 5,
An auxiliary support part interposed between the patch antenna and the meta surface, disposed in the first opening, and having the same thickness as the meta surface support part
Beam steering antenna device using a shape memory alloy element, characterized in that it further comprises.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200035912A KR102228051B1 (en) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | Beam steering antenna apparatus using shape memorizing alloy |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020200035912A KR102228051B1 (en) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | Beam steering antenna apparatus using shape memorizing alloy |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102228051B1 true KR102228051B1 (en) | 2021-03-16 |
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ID=75224146
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| KR1020200035912A KR102228051B1 (en) | 2020-03-24 | 2020-03-24 | Beam steering antenna apparatus using shape memorizing alloy |
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|---|---|
| KR (1) | KR102228051B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102446369B1 (en) * | 2021-10-13 | 2022-09-21 | 국방과학연구소 | Transmissive metasurface antenna unit cell using deep learning |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007166001A (en) * | 2005-12-09 | 2007-06-28 | Casio Comput Co Ltd | Antenna and antenna system |
| KR101698131B1 (en) * | 2015-10-22 | 2017-01-19 | 아주대학교 산학협력단 | Broadband circularly polarized antenna using with metasurface |
-
2020
- 2020-03-24 KR KR1020200035912A patent/KR102228051B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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