KR102280810B1 - Beam reconfigurable antenna apparatus using parasitic elements - Google Patents

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Abstract

기생소자를 이용하는 빔 재구성 안테나 장치는 기판에 수직방향으로 배치된 모노폴 안테나, 상기 기판상에 수평 배치되는 복수의 기생 소자들 및 상기 복수의 기생 소자들은 상기 모노폴 안테나의 중심을 기준으로 대칭형태로 배치된다. 상기 복수의 기생 소자들 각각은 길이 방향 중심 영역에 PIN 다이오드를 포함한다. In the beam reconstruction antenna device using a parasitic element, a monopole antenna arranged in a vertical direction on a substrate, a plurality of parasitic elements horizontally arranged on the substrate, and the plurality of parasitic elements are arranged symmetrically with respect to the center of the monopole antenna. do. Each of the plurality of parasitic elements includes a PIN diode in a central region in the longitudinal direction.

Description

기생소자를 이용하는 빔 재구성 안테나 장치{BEAM RECONFIGURABLE ANTENNA APPARATUS USING PARASITIC ELEMENTS}Beam reconstruction antenna device using parasitic elements {BEAM RECONFIGURABLE ANTENNA APPARATUS USING PARASITIC ELEMENTS}

이하 설명하는 기술은 기생 소자를 이용한 빔 재구성 안테나 장치에 관한 것이다.The technology to be described below relates to a beam reconstruction antenna device using a parasitic element.

무선 통신 환경 발전과 더불어 다양한 분야에서 새로운 안테나 장치가 연구 개발되고 있다. 예컨대, 자율 주행 자동차, 무인비행기(UAV, Unmanned Aerial Vehicle), IoT 기기 등 다양한 애플리케이션에서 다양한 지향성을 갖는 안테나 장치가 요구되는 상황이다.With the development of the wireless communication environment, new antenna devices are being researched and developed in various fields. For example, in various applications such as autonomous vehicles, unmanned aerial vehicles (UAVs), and IoT devices, antenna devices having various directivity are required.

미국등록특허 US 9,263,798호US registered patent US 9,263,798

대표적인 스마트 안테나인 DBF(Digital Beamforming) 안테나는 여러 방향으로 지향성을 갖는 방사패턴 형성을 통해 통신 간의 간섭이나 다중경로 페이딩에 유리한 장점이 있다. 다만, 스마트 안테나는 배열 안테나 소자의 증가에 따라 전력 증폭기 및 저잡음 증폭기의 수가 증가하고, 그에 따라 주파수 변환기와 A/D 컨버터 등이 요구된다. 따라서, 스마트 안테나는 고가, 고중량, 고전력 등의 단점이 있다.The DBF (Digital Beamforming) antenna, which is a representative smart antenna, has an advantage in intercommunication interference or multipath fading by forming a radiation pattern having directivity in several directions. However, in the smart antenna, the number of power amplifiers and low-noise amplifiers increases with the increase of array antenna elements, and accordingly, a frequency converter and an A/D converter are required. Accordingly, the smart antenna has disadvantages such as high cost, high weight, and high power.

이하 설명하는 기술은 모노폴 안테나와 기생 소자를 사용하여 다양한 지향성을 가질 수 있는 안테나 장치를 제공하고자 한다.The technology to be described below is intended to provide an antenna device capable of having various directivity using a monopole antenna and a parasitic element.

기생소자를 이용하는 빔 재구성 안테나 장치는 기판에 수직방향으로 배치된 모노폴 안테나, 상기 기판상에 수평 배치되는 복수의 기생 소자들 및 상기 복수의 기생 소자들은 상기 모노폴 안테나의 중심을 기준으로 대칭형태로 배치되고, 상기 복수의 기생 소자들 각각은 길이 방향 중심 영역에 PIN 다이오드를 포함한다. 상기 모노폴 안테나 및 상기 복수의 기생 소자들의 PIN 다이오드에 전력을 공급하는 급전 장치를 포함한다.In the beam reconstruction antenna device using a parasitic element, a monopole antenna arranged in a vertical direction on a substrate, a plurality of parasitic elements horizontally arranged on the substrate, and the plurality of parasitic elements are arranged symmetrically with respect to the center of the monopole antenna. and each of the plurality of parasitic elements includes a PIN diode in a central region in the longitudinal direction. and a power feeding device for supplying power to the monopole antenna and PIN diodes of the plurality of parasitic elements.

다른 측면에서 기생소자를 이용하는 빔 재구성 안테나 장치는 기판에 수직방향으로 배치된 모노폴 안테나, 상기 기판상에 수평 배치되는 복수의 제1 기생 소자들, 상기 기판상에 수직 배치되는 복수의 제2 기생 소자들 및 상기 복수의 제1 기생 소자들 및 상기 복수의 제2 기생 소자들은 각각 상기 모노폴 안테나의 중심을 기준으로 대칭형태로 배치되고, 상기 복수의 제1 기생 소자들을 각각 길이 방향 중심 영역에 PIN 다이오드를 포함하고, 상기 복수의 제2 기생 소자들 각각은 상기 기판에 접촉하는 영역에 PIN 다이오드를 포함한다. 상기 모노폴 안테나 및 상기 PIN 다이오드에 전력을 공급하는 급전 장치를 포함한다.In another aspect, a beam reconstruction antenna device using a parasitic element includes a monopole antenna arranged in a vertical direction on a substrate, a plurality of first parasitic elements horizontally arranged on the substrate, and a plurality of second parasitic elements vertically arranged on the substrate. and the plurality of first parasitic elements and the plurality of second parasitic elements are respectively arranged symmetrically with respect to the center of the monopole antenna, and the plurality of first parasitic elements are respectively arranged in a longitudinal central region of a PIN diode. and, each of the plurality of second parasitic elements includes a PIN diode in a region in contact with the substrate. and a power feeding device for supplying power to the monopole antenna and the PIN diode.

이하 설명하는 기술은 위상 변화기 등의 구성 없이 단일 급전 소자를 사용하여 단순한 구조, 저전력이면서 저가인 안테나를 제공한다. 이하 설명하는 기술은 기생 소자를 이용하여 모노폴 안테나에 다양한 지향성을 부여하는 빔 스위칭 안테나를 제공한다.The technology to be described below provides an antenna with a simple structure, low power and low cost by using a single feeding element without a configuration of a phase changer or the like. The technology to be described below provides a beam switching antenna that provides various directivity to a monopole antenna using a parasitic element.

도 1은 빔 재구성 안테나 장치에 대한 예이다.
도 2는 빔 재구성 안테나 장치에 대한 다른 예이다.
도 3은 기생 소자와 PIN 다이오드의 결합 모식도의 예이다.
도 4는 도 1의 빔 재구성 안테나 장치의 방사 패턴에 대한 예이다.
도 5는 도 2의 빔 재구성 안테나 장치의 방사 패턴에 대한 예이다.1 is an example of a beam reconstruction antenna apparatus.
2 is another example of a beam reconstruction antenna device.
3 is an example of a coupling schematic diagram of a parasitic element and a PIN diode.
FIG. 4 is an example of a radiation pattern of the beam reconstruction antenna device of FIG. 1 .
FIG. 5 is an example of a radiation pattern of the beam reconstruction antenna device of FIG. 2 .

이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The technology to be described below may have various changes and may have various embodiments, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail. However, this is not intended to limit the technology described below to specific embodiments, and it should be understood to include all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the technology described below.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.Terms such as first, second, A, and B may be used to describe various components, but the components are not limited by the above terms, and only for the purpose of distinguishing one component from other components. used only as For example, a first component may be named as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component without departing from the scope of the technology to be described below. and/or includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설명된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In terms of terms used herein, the singular expression should be understood to include the plural expression unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as "comprises" refer to the described feature, number, step, operation, element. , parts or combinations thereof are to be understood, but not to exclude the possibility of the presence or addition of one or more other features or numbers, step operation components, parts or combinations thereof.

도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.Prior to a detailed description of the drawings, it is intended to clarify that the classification of the constituent parts in the present specification is merely a division according to the main function that each constituent unit is responsible for. That is, two or more components to be described below may be combined into one component, or one component may be divided into two or more for each more subdivided function. In addition, each of the constituent units to be described below may additionally perform some or all of the functions of the other constituent units in addition to the main function it is responsible for, and may additionally perform some or all of the functions of the other constituent units. Of course, it may be carried out by being dedicated to it.

또, 방법 또는 동작 방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In addition, in performing the method or the method of operation, each process constituting the method may occur differently from the specified order unless a specific order is clearly described in context. That is, each process may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

최근 국제전기통신연합(ITU, International Telecommunication Union) 산하의 세계 전파통신회의(WRC, World Radio Conference)는 전세계적으로 무인항공기 지상제어 전용으로 5030~5150MHz 대역을 분배하였다. 지상의 무인 항공기 제어 목적으로 5030~5150MHz 대역을 할당하여 수 km까지 통신이 가능하도록 환경을 조성하였다. 이하 설명하는 안테나도 5000MHz 대역 서비스가 가능하다.Recently, the World Radio Conference (WRC) under the International Telecommunication Union (ITU) has allocated the 5030~5150MHz band exclusively for ground control of unmanned aerial vehicles worldwide. For the purpose of controlling unmanned aerial vehicles on the ground, the 5030~5150MHz band was allocated to create an environment to enable communication up to several kilometers. An antenna to be described below is also capable of providing a 5000 MHz band service.

이하 설명하는 기술은 빔 재구성 안테나에 관한 것이다. 단일 안테나 소자는 다양한 방사 패턴을 갖지 못한다. 개발자는 특정한 지향성(방사 패턴)을 갖는 안테나를 개발하고자 할 때 배열 안테나를 사용할 수 있다. 배열 안테나는 2개 이상의 안테나 소자를 동시에 사용한 배열을 포함한다. 이하 설명하는 안테나는 하나의 기본 소자와 기생 소자를 사용하는 안테나 장치에 해당한다. 안테나 소자가 급전 장치로부터 신호를 전달받는 구성이라고 하면, 기생 소자 또는 무급전 소자는 급전 장치로부터 급전을 받지 않는 구성을 의미한다.The technology described below relates to a beam reconstruction antenna. A single antenna element does not have a variety of radiation patterns. When a developer wants to develop an antenna having a specific directivity (radiation pattern), an array antenna can be used. An array antenna includes an array using two or more antenna elements simultaneously. An antenna to be described below corresponds to an antenna device using one basic element and a parasitic element. Assuming that the antenna element receives a signal from the power feeding device, the parasitic element or the non-powered device means a configuration that does not receive power from the power feeding device.

도 1은 빔 재구성 안테나 장치(100)에 대한 예이다. 빔 재구성 안테나 장치(100)는 기판(110), 안테나 소자(120) 및 복수의 기생 소자들(131 ~ 138)을 포함한다. 1 is an example of a beam reconstruction antenna apparatus 100 . The beam reconstruction antenna apparatus 100 includes a substrate 110 , an antenna element 120 , and a plurality of parasitic elements 131 to 138 .

안테나 소자(120)는 단순한 모노폴 안테나일 수 있다. 경우에 따라서, 안테나 소자는 다이폴 안테나, 루프 안테나, 야기 안테나, 비발디 안테나(Vivaldi antenna), 준-야기 안테나 (Quasi-yagi antenna) 등과 같은 다른 유형의 안테나가 사용될 수도 있다. 도 1은 모노폴 안테나(120)를 도시하였다. 이하 모노폴 안테나를 기준으로 설명한다. 모노폴 안테나(120)는 기판(110)상에 수직 방향으로 배치된다.The antenna element 120 may be a simple monopole antenna. In some cases, other types of antennas may be used as the antenna element, such as a dipole antenna, a loop antenna, a Yagi antenna, a Vivaldi antenna, a Quasi-yagi antenna, and the like. 1 illustrates a monopole antenna 120 . Hereinafter, it will be described based on a monopole antenna. The monopole antenna 120 is vertically disposed on the substrate 110 .

기판(110)상에 복수의 기생 소자들(131 ~ 138)이 배치된다. 기생 소자의 개수는 다양할 수 있다. 예컨대, 기생 소자들의 개수는 4개, 6개, 10개, 12개 등 다양할 수 있다. 도 1은 8개의 기생 소자들을 도시한 예이다. 복수의 기생 소자들은 모노폴 안테나(120)의 중심을 기준으로 대칭 형태로 배치된다. 도 1에서 기생 소자(131)와 기생 소자(135)가 서로 대칭이고, 기생 소자(132)와 기생 소자(136)가 서로 대칭이고, 기생 소자(133)와 기생 소자(137)가 서로 대칭이고, 기생 소자(134)와 기생 소자(135)가 서로 대칭이다.A plurality of parasitic elements 131 to 138 are disposed on the substrate 110 . The number of parasitic elements may vary. For example, the number of parasitic elements may vary, such as 4, 6, 10, 12, or the like. 1 is an example showing eight parasitic elements. The plurality of parasitic elements are disposed in a symmetrical form with respect to the center of the monopole antenna 120 . In FIG. 1 , the parasitic element 131 and the parasitic element 135 are symmetric to each other, the parasitic element 132 and the parasitic element 136 are symmetric to each other, and the parasitic element 133 and the parasitic element 137 are symmetric to each other. , the parasitic element 134 and the parasitic element 135 are symmetrical to each other.

기생 소자들(131 ~ 138)은 기판(110)상에 수평 방향으로 배치된다. 이와 같이 기판 평면에 평행인 방향으로 배치되는 기생 소자를 수평형 기생 소자라고 명명한다.The parasitic elements 131 to 138 are disposed on the substrate 110 in a horizontal direction. Parasitic elements arranged in a direction parallel to the plane of the substrate in this way are called horizontal parasitic elements.

기생 소자는 모노폴 안테나(120)와 일정한 간격 d를 갖는다. 복수의 기생소자들은 모노폴 안테나(120)와 모두 동일한 간격을 가질 수 있다.The parasitic element has a constant distance d from the monopole antenna 120 . The plurality of parasitic elements may all have the same spacing as the monopole antenna 120 .

도 1은 급전 장치에 대한 구성을 별도로 도시하지는 않았다. 급전 소자는 기판 내의 비아(VIA)를 통해 안테나 소자(120)에 급전할 수 있다. 후술하겠지만, 급전 장치는 기생 소자의 일부 구성(PIN 다이오드)에 일정한 전압을 공급하기도 한다.1 is not separately shown the configuration of the power feeding device. The feeding element may supply power to the antenna element 120 through the via VIA in the substrate. As will be described later, the power feeding device also supplies a constant voltage to some components (PIN diodes) of the parasitic element.

도 2는 빔 재구성 안테나 장치(200)에 대한 다른 예이다. 빔 재구성 안테나 장치(200)는 기판(210), 안테나 소자(220) 및 복수의 기생 소자들(231 ~ 234 및 241 ~ 244)을 포함한다. 2 is another example of the beam reconstruction antenna apparatus 200 . The beam reconstruction antenna apparatus 200 includes a substrate 210 , an antenna element 220 , and a plurality of parasitic elements 231 to 234 and 241 to 244 .

안테나 소자(220)는 모노폴 안테나일 수 있다. 경우에 따라서, 안테나 소자는 다이폴 안테나, 루프 안테나, 야기 안테나, 비발디 안테나(Vivaldi antenna), 준-야기 안테나 (Quasi-yagi antenna) 등과 같은 다른 유형의 안테나가 사용될 수도 있다. 도 2는 모노폴 안테나(220)를 도시하였다. 이하 모노폴 안테나를 기준으로 설명한다. 모노폴 안테나(220)는 기판(210)상에 수직 방향으로 배치된다.The antenna element 220 may be a monopole antenna. In some cases, other types of antennas may be used as the antenna element, such as a dipole antenna, a loop antenna, a Yagi antenna, a Vivaldi antenna, a Quasi-yagi antenna, and the like. 2 illustrates a monopole antenna 220 . Hereinafter, it will be described based on a monopole antenna. The monopole antenna 220 is vertically disposed on the substrate 210 .

기판(210)상에 복수의 기생 소자들(231 ~ 234 및 241 ~ 244)이 배치된다. 기생 소자의 개수는 다양할 수 있다. 예컨대, 기생 소자들의 개수는 4개, 6개, 10개, 12개 등 다양할 수 있다. 도 2는 모두 8개의 기생 소자들을 도시한 예이다. 복수의 기생 소자들은 모노폴 안테나(220)의 중심을 기준으로 대칭 형태로 배치된다. 도 1에서 기생 소자(231)와 기생 소자(233)가 서로 대칭이고, 기생 소자(232)와 기생 소자(234)가 서로 대칭이고, 기생 소자(241)와 기생 소자(243)가 서로 대칭이고, 기생 소자(242)와 기생 소자(244)가 서로 대칭이다.A plurality of parasitic elements 231 to 234 and 241 to 244 are disposed on the substrate 210 . The number of parasitic elements may vary. For example, the number of parasitic elements may vary, such as 4, 6, 10, 12, or the like. 2 is an example showing all eight parasitic elements. The plurality of parasitic elements are disposed in a symmetrical form with respect to the center of the monopole antenna 220 . In FIG. 1 , the parasitic element 231 and the parasitic element 233 are symmetric to each other, the parasitic element 232 and the parasitic element 234 are symmetric to each other, and the parasitic element 241 and the parasitic element 243 are symmetric to each other. , the parasitic element 242 and the parasitic element 244 are symmetrical to each other.

도 2의 기생 소자들은 두 가지 타입으로 구분된다. 하나는 수평형 기생 소자들(231 ~ 234)이다. 수평형 기생 소자(231 ~ 234)는 도 1에서 설명한 기생 소자와 동일한 요소이다. 다른 하나는 기판(210)상에 수직 방향으로 배치되는 기생 소자들(241 ~ 244)이다. 기판 상에 수직으로 배치되는 기생 소자를 수직형 기생 소자라고 명명한다. 즉, 도 2의 안테나 장치(200)는 수직형 기생 소자들과 수평형 기생 소자들을 혼합하여 사용하는 예이다. The parasitic elements of FIG. 2 are divided into two types. One is the horizontal parasitic elements 231 to 234. The horizontal parasitic elements 231 to 234 are the same elements as the parasitic elements described with reference to FIG. 1 . The other is parasitic elements 241 to 244 arranged in a vertical direction on the substrate 210 . A parasitic element vertically disposed on the substrate is called a vertical parasitic element. That is, the antenna device 200 of FIG. 2 is an example in which vertical parasitic elements and horizontal parasitic elements are mixed and used.

수평형 기생 소자는 모노폴 안테나(220)와 일정한 간격 d1을 갖는다. 복수의 수평형 기생소자들은 모노폴 안테나(220)와 모두 동일한 간격을 가질 수 있다. 한편, 수직형 기생 소자는 모노폴 안테나(220)와 일정한 간격 d2를 갖는다. 복수의 수직형 기생소자들은 모노폴 안테나(220)와 모두 동일한 간격을 가질 수 있다. 나아가, d1과 d2는 동일할 수도 있다. 또는 수평형 기생 소자의 중심과 수직형 기생 소자의 중심이 동심원상에 배치되는 형태일 수도 있다.The horizontal parasitic element has a constant distance d1 from the monopole antenna 220 . The plurality of horizontal parasitic elements may all have the same spacing as the monopole antenna 220 . Meanwhile, the vertical parasitic element has a constant distance d2 from the monopole antenna 220 . The plurality of vertical parasitic elements may all have the same spacing as the monopole antenna 220 . Furthermore, d1 and d2 may be the same. Alternatively, the center of the horizontal parasitic element and the center of the vertical parasitic element may be arranged on a concentric circle.

도 1은 급전 장치에 대한 구성을 별도로 도시하지는 않았다. 급전 소자는 기판 내의 비아(VIA)를 통해 모노폴 안테나(220)에 급전할 수 있다. 후술하겠지만, 급전 장치는 기생 소자의 일부 구성(PIN 다이오드)에 일정한 전압을 공급하기도 한다.1 is not separately shown the configuration of the power feeding device. The power feeding element may feed power to the monopole antenna 220 through the via VIA in the substrate. As will be described later, the power feeding device also supplies a constant voltage to some components (PIN diodes) of the parasitic element.

도 3은 기생 소자와 PIN 다이오드의 결합 모식도의 예이다. 3 is an example of a coupling schematic diagram of a parasitic element and a PIN diode.

PIN(Positive-Intrinsic-Negative) 다이오드는 P-I-N 접합으로 구성된다. PIN 다이오드는 PN 접합 사이에 진성 반도체 층이 있는 구조이다. PIN 다이오드는 인가되는 전압의 크기에 따라 저항값이 변하는 반소체 소자이다.A positive-intrinsic-negative (PIN) diode consists of a P-I-N junction. A PIN diode is a structure with an intrinsic semiconductor layer between the PN junctions. The PIN diode is a semiconductor device whose resistance value changes according to the magnitude of the applied voltage.

인덕터(L)는 주파수가 증가하면서 공진하게 되는 지점(영역)이 있고, 해당 주파수에서는 임피던스 값이 증가하면서 전기적으로 개방 상태가 된다. PIN 다이오드는 인덕터의 SRF(Self Resonating Frequency)를 이용하여 DC 신호로부터 RF 신호의 간섭을 차단한다. The inductor L has a point (region) at which it resonates as the frequency increases, and at the corresponding frequency, the impedance value increases and becomes electrically open. The PIN diode blocks the interference of the RF signal from the DC signal by using the SRF (Self Resonating Frequency) of the inductor.

도 3(A)는 수평형 기생 소자(300)에 대한 예이다. 수평형 기생 소자(300)는 제1 기생 소자(301), PIN 다이오드(302) 및 제2 기생 소자(303)로 구성된다. 제1 기생 소자(301)와 제2 기생 소자(303)는 PIN 다이오드(302)로 연결된 형태이다.3A is an example of a horizontal parasitic element 300 . The horizontal parasitic element 300 includes a first parasitic element 301 , a PIN diode 302 , and a second parasitic element 303 . The first parasitic element 301 and the second parasitic element 303 are connected by a PIN diode 302 .

PIN 다이오드(302)는 인가되는 전압에 따라 제1 기생 소자(301)와 제2 기생 소자(303)가 전기적으로 단락되거나 개방될 수 있다. 급전 장치가 PIN 다이오드(302)에 인가되는 전압을 제어한다. 따라서, 급전 장치는 복수의 기생 소자 각각에 대하여 PIN 다이오드(302)에 인가되는 전압을 제어할 수 있다.In the PIN diode 302 , the first parasitic element 301 and the second parasitic element 303 may be electrically shorted or opened according to an applied voltage. The power supply controls the voltage applied to the PIN diode 302 . Accordingly, the power feeding device may control the voltage applied to the PIN diode 302 for each of the plurality of parasitic elements.

도 3(B)는 수직형 기생 소자(400)에 대한 예이다. 수직형 기생 소자(400)는 기생 소자(401) 및 PIN 다이오드(402)로 구성된다. PIN 다이오드(402)는 기생 소자(401)와 기판이 연결되는 영역 배치될 수 있다. 3B is an example of a vertical parasitic element 400 . The vertical parasitic element 400 includes a parasitic element 401 and a PIN diode 402 . The PIN diode 402 may be disposed in a region where the parasitic element 401 and the substrate are connected.

PIN 다이오드(402)는 인가되는 전압에 따라 기생 소자(401)가 전기적으로 단락되거나 개방될 수 있다. 급전 장치가 PIN 다이오드(402)에 인가되는 전압을 제어한다. 따라서, 급전 장치는 복수의 기생 소자 각각에 대하여 PIN 다이오드(402)에 인가되는 전압을 제어할 수 있다. In the PIN diode 402 , the parasitic element 401 may be electrically shorted or opened according to an applied voltage. The power supply controls the voltage applied to the PIN diode 402 . Accordingly, the power feeding device may control the voltage applied to the PIN diode 402 for each of the plurality of parasitic elements.

도 1의 빔 재구성 안테나 장치(100)가 형성하는 빔 패턴에 대하여 설명한다. 도 4는 도 1의 빔 재구성 안테나 장치의 방사 패턴에 대한 예이다. A beam pattern formed by the beam reconstruction antenna apparatus 100 of FIG. 1 will be described. FIG. 4 is an example of a radiation pattern of the beam reconstruction antenna device of FIG. 1 .

급전 장치는 수평형 기생 소자들(131 ~ 138)의 PIN 다이오드에 인가되는 전압을 제어할 수 있다. 수평형 기생 소자들(131 ~ 138)은 모노폴 안테나(120)와 동일한 공진 주파수 대역을 갖는다. The power feeding device may control the voltage applied to the PIN diodes of the horizontal parasitic elements 131 to 138 . The horizontal parasitic elements 131 to 138 have the same resonant frequency band as the monopole antenna 120 .

(1) PIN 다이오드가 개방되는 경우, 기생 소자들(131 ~ 138)은 전기적으로 분리되어 모노폴 안테나(120)의 중심 주파수에 공진하지 않는다. 이 경우, 모노폴 안테나(120)만 동작하여 무지향성 빔을 형성한다. 도 4(A)는 모노폴 안테나(120)만 동작하는 경우에 대한 방사 패턴(3dBi)의 예이다.(1) When the PIN diode is opened, the parasitic elements 131 to 138 are electrically separated and do not resonate with the center frequency of the monopole antenna 120 . In this case, only the monopole antenna 120 operates to form an omni-directional beam. FIG. 4A is an example of a radiation pattern 3dBi for a case where only the monopole antenna 120 is operated.

(2) PIN 다이오드가 단락되는 경우, 기생 소자들(131 ~ 138)은 전기적으로 연결되어 모노폴 안테나(120)의 중심 주파수에 공진한다. 이 경우, 기생 소자들(131 ~ 138)은 반사기 역할을 한다. (2) When the PIN diode is short-circuited, the parasitic elements 131 to 138 are electrically connected to resonate at the center frequency of the monopole antenna 120 . In this case, the parasitic elements 131 to 138 serve as reflectors.

나아가, 기생 소자들(131 ~ 138) 중 적어도 하나만이 적기적으로 연결되고, 전기적으로 연결된 기생 소자만이 반사기 역할을 할 수도 있다. 즉, 급전 장치가 기생 소자들(131 ~ 138)의 PIN 다이오드 각각에 인가 전압을 제어하여, 복수의 기생 소자들 중 특정한 기생 소자만을 반사기로 작용하게 할 수 있다.Furthermore, at least one of the parasitic elements 131 to 138 may be timely connected, and only the electrically connected parasitic element may serve as a reflector. That is, the power feeding device may control the voltage applied to each of the PIN diodes of the parasitic elements 131 to 138 so that only a specific parasitic element among the plurality of parasitic elements acts as a reflector.

도 4(B)는 기생 소자가 단락된 경우의 방사 패턴(4.6dBi)에 해당한다. 도 4(C)는 도 4(B)의 수평면 방사 패턴 형태를 나타낸다. 도 4(B) 및 도 4(C)는 복수의 기생 소자 중 특정한 기생 소자만이 단락된 경우에 대한 예이다.4(B) corresponds to the radiation pattern (4.6 dBi) when the parasitic element is short-circuited. 4(C) shows the shape of the horizontal plane radiation pattern of FIG. 4(B). 4(B) and 4(C) are examples of a case in which only a specific parasitic element among a plurality of parasitic elements is short-circuited.

도 4(D)는 8개의 수평형 기생 소자가 단락되는 패턴에 따라, 형성되는 빔 패턴에 대한 일부 예이다.4(D) is a partial example of a beam pattern formed according to a pattern in which eight horizontal parasitic elements are short-circuited.

반사기 역할을 하는 기생 소자는 기생 소자 반대 방향으로 빔을 반사시켜 지향성 있는 빔을 형성한다.A parasitic element acting as a reflector reflects the beam in a direction opposite to the parasitic element to form a directional beam.

이와 같이, 빔 재구성 안테나 장치(100)는 수평형 기생 소자들의 동작을 제어하여, 특정 지향성을 갖는 빔 패턴을 형성할 수 있다.In this way, the beam reconstruction antenna apparatus 100 may control the operation of the horizontal parasitic elements to form a beam pattern having a specific directivity.

도 2의 빔 재구성 안테나 장치(200)가 형성하는 빔 패턴에 대하여 설명한다. 도 5는 도 2의 빔 재구성 안테나 장치의 방사 패턴에 대한 예이다. 도 5에서 각 도면의 상단은 빔 패턴의 수평 단면의 예이고, 하단은 상단의 빔 패턴과 동일한 빔 패턴의 수직 단면의 예이다.A beam pattern formed by the beam reconstruction antenna device 200 of FIG. 2 will be described. FIG. 5 is an example of a radiation pattern of the beam reconstruction antenna device of FIG. 2 . In FIG. 5 , the upper end of each drawing is an example of a horizontal cross section of the beam pattern, and the lower end is an example of a vertical cross section of the same beam pattern as the upper beam pattern.

급전 장치는 수평형 기생 소자들(231 ~ 234)의 PIN 다이오드 및/또는 수직형 기생 소자들(241 ~ 244)의 PIN 다이오드에 인가되는 전압을 제어할 수 있다. 수평형 기생 소자들(231 ~ 234) 및 수직형 기생 소자들(241 ~ 244)은 모노폴 안테나(220)와 동일한 공진 주파수 대역을 갖는다. The power feeding device may control the voltage applied to the PIN diodes of the horizontal parasitic elements 231 to 234 and/or the PIN diodes of the vertical parasitic elements 241 to 244 . The horizontal parasitic elements 231 to 234 and the vertical parasitic elements 241 to 244 have the same resonant frequency band as that of the monopole antenna 220 .

(1) PIN 다이오드가 개방되는 경우, 기생 소자들(231 ~ 234, 241 ~ 244)은 전기적으로 분리되어 모노폴 안테나(220)의 중심 주파수에 공진하지 않는다. 이 경우, 모노폴 안테나(220)만 동작하여 무지향성 빔을 형성한다. 도 5(A)는 모노폴 안테나(120)만 동작하는 경우에 대한 방사 패턴(2.9dBi)의 예이다.(1) When the PIN diode is opened, the parasitic elements 231 to 234 and 241 to 244 are electrically separated and do not resonate with the center frequency of the monopole antenna 220 . In this case, only the monopole antenna 220 operates to form an omni-directional beam. FIG. 5A is an example of a radiation pattern (2.9 dBi) for a case where only the monopole antenna 120 is operated.

(2) 수직형 기생 소자들(241 ~ 244)의 PIN 다이오드가 단락되는 경우, 수직형 기생 소자들(241 ~ 244)은 전기적으로 연결되어 모노폴 안테나(220)의 중심 주파수에 공진한다. 이 경우, 수직형 기생 소자들(241 ~ 244)은 도파기 역할을 한다. (2) When the PIN diodes of the vertical parasitic elements 241 to 244 are short-circuited, the vertical parasitic elements 241 to 244 are electrically connected to resonate at the center frequency of the monopole antenna 220 . In this case, the vertical parasitic elements 241 to 244 serve as waveguides.

수직형 기생 소자들(241 ~ 244) 중 적어도 하나만이 적기적으로 연결되고, 전기적으로 연결된 기생 소자만이 도파기 역할을 할 수도 있다. 즉, 급전 장치가 수직형 기생 소자들(241 ~ 244)의 PIN 다이오드 각각에 인가 전압을 제어하여, 복수의 수직형 기생 소자들 중 특정한 기생 소자만을 도파기로 작용하게 할 수 있다. 도 5(B)는 수직형 기생 소자가 단락된 경우의 방사 패턴(4dBi)에 해당한다. 도 5(B)는 수직형 기생 소자 중 특정 기생 소자들이 단락된 경우에 데한 예이다.At least one of the vertical parasitic elements 241 to 244 may be timely connected, and only the electrically connected parasitic element may serve as a waveguide. That is, the power feeding device may control the voltage applied to each of the PIN diodes of the vertical parasitic elements 241 to 244 so that only a specific parasitic element among the plurality of vertical parasitic elements acts as a waveguide. 5(B) corresponds to a radiation pattern (4 dBi) when the vertical parasitic element is short-circuited. 5(B) is an example of a case in which certain parasitic elements among vertical parasitic elements are short-circuited.

도파기 역할을 하는 기생 소자는 기생 소자 방향으로 빔을 진행시켜 지향성 있는 빔을 형성한다. 이와 같이, 빔 재구성 안테나 장치(200)는 수평형 기생 소자들의 동작을 제어하여, 특정 지향성을 갖는 빔 패턴을 형성할 수 있다.The parasitic element serving as a waveguide advances the beam in the direction of the parasitic element to form a directional beam. In this way, the beam reconstruction antenna apparatus 200 may control the operation of the horizontal parasitic elements to form a beam pattern having a specific directivity.

(3) 수평형 기생 소자들(231 ~ 234)의 PIN 다이오드가 단락되는 경우, 수평형 기생 소자들(231 ~ 234)은 전기적으로 연결되어 모노폴 안테나(220)의 중심 주파수에 공진한다. 이 경우, 수평형 기생 소자들(231 ~ 234)은 반사기 역할을 한다. (3) When the PIN diodes of the horizontal parasitic elements 231 to 234 are short-circuited, the horizontal parasitic elements 231 to 234 are electrically connected to resonate at the center frequency of the monopole antenna 220 . In this case, the horizontal parasitic elements 231 to 234 serve as reflectors.

수평형 기생 소자들(231 ~ 234) 중 적어도 하나만이 적기적으로 연결되고, 전기적으로 연결된 기생 소자만이 반사기 역할을 할 수도 있다. 즉, 급전 장치가 수평형 기생 소자들(231 ~ 234)의 PIN 다이오드 각각에 인가 전압을 제어하여, 복수의 수평형 기생 소자들 중 특정한 기생 소자만을 반사기로 작용하게 할 수 있다. 도 5(C)는 수평형 기생 소자가 단락된 경우의 방사 패턴(4dBi)에 해당한다. 도 5(C)는 수평형 기생 소자 중 특정 기생 소자들이 단락된 경우에 대한 예이다.At least one of the horizontal parasitic elements 231 to 234 may be timely connected, and only the electrically connected parasitic element may serve as a reflector. That is, the power feeding device may control the voltage applied to each of the PIN diodes of the horizontal parasitic elements 231 to 234 so that only a specific parasitic element among the plurality of horizontal parasitic elements acts as a reflector. 5(C) corresponds to a radiation pattern (4 dBi) when the horizontal parasitic element is short-circuited. 5(C) is an example of a case in which certain parasitic elements among horizontal parasitic elements are short-circuited.

반사기 역할을 하는 기생 소자는 기생 소자 반대 방향으로 빔을 반사시켜 지향성 있는 빔을 형성한다. 이와 같이, 빔 재구성 안테나 장치(200)는 수평형 기생 소자들의 동작을 제어하여, 특정 지향성을 갖는 빔 패턴을 형성할 수 있다.A parasitic element acting as a reflector reflects the beam in a direction opposite to the parasitic element to form a directional beam. In this way, the beam reconstruction antenna apparatus 200 may control the operation of the horizontal parasitic elements to form a beam pattern having a specific directivity.

도 5(D)는 수직형 기생 소자 및 수평형 기생 소자가 단락된 경우의 방사 패턴(4.9dBi)의 예이다. 도 5(D)는 수평형 기생 소자 중 특정 소자 및 수직형 기생 소자 중 특정 소자가 단락된 경우에 해당한다. 이 경우 안테나는 도파기, 반사판을 가진 준 야기 안테나(Quasi-yagi antenna)처럼 동작 할 수 있다.5(D) is an example of a radiation pattern (4.9 dBi) when a vertical parasitic element and a horizontal parasitic element are short-circuited. FIG. 5(D) corresponds to a case in which a specific element among horizontal parasitic elements and a specific element among vertical parasitic elements are short-circuited. In this case, the antenna can act as a quasi-yagi antenna with a waveguide and reflector.

빔 재구성 안테나 장치(200)는 수평형 기생 소자들과 수직형 기생 소자들의 동작을 제어하여, 다수의 조합 중 특정한 지향성을 갖는 빔 패턴을 형성할 수 있다.The beam reconstruction antenna apparatus 200 may control the operations of the horizontal parasitic elements and the vertical parasitic elements to form a beam pattern having a specific directivity among a plurality of combinations.

또한, 상술한 바와 같은 빔 재구성 방법 내지 빔 재구성 안테나 장치에서의 급전 장치 제어 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 실행가능한 알고리즘을 포함하는 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현될 수 있다. 상기 프로그램은 일시적 또는 비일시적 판독 가능 매체(non-transitory computer readable medium)에 저장되어 제공될 수 있다.In addition, the beam reconstruction method as described above or the method for controlling the power feeding device in the beam reconstruction antenna device may be implemented as a program (or application) including an executable algorithm that can be executed in a computer. The program may be provided by being stored in a temporary or non-transitory computer readable medium.

비일시적 판독 가능 매체란 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상술한 다양한 어플리케이션 또는 프로그램들은 CD, DVD, 하드 디스크, 블루레이 디스크, USB, 메모리카드, ROM (read-only memory), PROM (programmable read only memory), EPROM(Erasable PROM, EPROM) 또는 EEPROM(Electrically EPROM) 또는 플래시 메모리 등과 같은 비일시적 판독 가능 매체에 저장되어 제공될 수 있다.The non-transitory readable medium refers to a medium that stores data semi-permanently, rather than a medium that stores data for a short moment, such as a register, cache, memory, etc., and can be read by a device. Specifically, the various applications or programs described above are CD, DVD, hard disk, Blu-ray disk, USB, memory card, ROM (read-only memory), PROM (programmable read only memory), EPROM (Erasable PROM, EPROM) Alternatively, it may be provided by being stored in a non-transitory readable medium such as an Electrically EPROM (EEPROM) or a flash memory.

일시적 판독 가능 매체는 스태틱 램(Static RAM，SRAM), 다이내믹 램(Dynamic RAM，DRAM), 싱크로너스 디램 (Synchronous DRAM，SDRAM), 2배속 SDRAM(Double Data Rate SDRAM，DDR SDRAM), 증강형 SDRAM(Enhanced SDRAM，ESDRAM), 동기화 DRAM(Synclink DRAM，SLDRAM) 및 직접 램버스 램(Direct Rambus RAM，DRRAM) 과 같은 다양한 RAM을 의미한다.Temporarily readable media include Static RAM (SRAM), Dynamic RAM (DRAM), Synchronous DRAM (SDRAM), Double Data Rate SDRAM (DDR SDRAM), Enhanced SDRAM (Enhanced) SDRAM, ESDRAM), Synchronous DRAM (Synclink DRAM, SLDRAM) and Direct Rambus RAM (Direct Rambus RAM, DRRAM) refers to a variety of RAM.

본 실시례 및 본 명세서에 첨부된 도면은 전술한 기술에 포함되는 기술적 사상의 일부를 명확하게 나타내고 있는 것에 불과하며, 전술한 기술의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시례는 모두 전술한 기술의 권리범위에 포함되는 것이 자명하다고 할 것이다.This embodiment and the drawings attached to this specification merely clearly show a part of the technical idea included in the above-described technology, and within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the above-described technology, those skilled in the art can easily It will be apparent that all inferred modified examples and specific embodiments are included in the scope of the above-described technology.

Claims (12)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 기판에 수직방향으로 배치된 모노폴 안테나;
상기 기판상에 수평 배치되는 복수의 제1 기생 소자들;
상기 기판상에 수직 배치되는 복수의 제2 기생 소자들; 및
상기 복수의 제1 기생 소자들 및 상기 복수의 제2 기생 소자들은 각각 상기 모노폴 안테나의 중심을 기준으로 대칭형태로 배치되고, 상기 복수의 제1 기생 소자들을 각각 길이 방향 중심 영역에 PIN Positive-Intrinsic-Negative) 다이오드를 포함하고, 상기 복수의 제2 기생 소자들 각각은 상기 기판에 접촉하는 영역에 PIN 다이오드를 포함하고,
상기 복수의 제1 기생 소자들은 각각 상기 모노폴 안테나 기준으로 제1 간격으로 배치되고, 상기 복수의 제2 기생 소자들은 각각 상기 모노폴 안테나 기준으로 제2 간격으로 배치되고, 상기 복수의 제1 기생 소자들과 상기 복수의 제2 기생 소자들은 서로 이격되어 배치되고,
상기 모노폴 안테나 및 상기 PIN 다이오드에 전력을 공급하는 급전 장치를 포함하되,
상기 복수의 제1 기생 소자들 중 적어도 하나는 상기 PIN 다이오드가 단락되는 경우, 상기 모노폴 안테나의 중심 주파수에 공진하여 반사기 기능을 수행하고,
상기 복수의 제2 기생 소자들 중 적어도 하나는 상기 PIN 다이오드가 단락되는 경우, 상기 모노폴 안테나의 중심 주파수에 공진하여 도파기 기능을 수행하는 기생소자를 이용하는 빔 재구성 안테나 장치.a monopole antenna disposed in a vertical direction on the substrate;
a plurality of first parasitic elements horizontally disposed on the substrate;
a plurality of second parasitic elements vertically disposed on the substrate; and
The plurality of first parasitic elements and the plurality of second parasitic elements are respectively arranged symmetrically with respect to the center of the monopole antenna, and the plurality of first parasitic elements are respectively placed in a central region in the longitudinal direction of the PIN Positive-Intrinsic elements. -Negative) a diode, and each of the plurality of second parasitic elements includes a PIN diode in a region in contact with the substrate,
Each of the plurality of first parasitic elements is arranged at a first interval with respect to the monopole antenna, and the plurality of second parasitic elements are respectively arranged at a second interval with respect to the monopole antenna, and the plurality of first parasitic elements and the plurality of second parasitic elements are disposed to be spaced apart from each other,
Comprising a power feeding device for supplying power to the monopole antenna and the PIN diode,
At least one of the plurality of first parasitic elements performs a reflector function by resonating with the center frequency of the monopole antenna when the PIN diode is short-circuited,
At least one of the plurality of second parasitic elements uses a parasitic element to perform a waveguide function by resonating with a center frequency of the monopole antenna when the PIN diode is short-circuited. 제6항에 있어서,
상기 복수의 제1 기생 소자들 및 상기 복수의 제2 기생 소자들은 상기 모노폴 안테나와 동일한 공진 주파수를 갖는 기생소자를 이용하는 빔 재구성 안테나 장치.7. The method of claim 6,
The plurality of first parasitic elements and the plurality of second parasitic elements are beam reconstruction antenna devices using a parasitic element having the same resonant frequency as that of the monopole antenna. 제6항에 있어서,
상기 복수의 제1 기생 소자들은 4개이고, 상기 복수의 제2 기생 소자들은 4개인 기생소자를 이용하는 빔 재구성 안테나 장치.7. The method of claim 6,
The plurality of first parasitic elements is four, and the plurality of second parasitic elements is a beam reconstruction antenna device using four parasitic elements. 삭제delete 삭제delete 제6항에 있어서,
상기 급전 장치는 상기 복수의 제1 기생 소자들 각각에 대한 단락 내지 개방을 제어하여 상기 모노폴 안테나가 방사하는 빔의 반사 방향을 제어하는 기생소자를 이용하는 빔 재구성 안테나 장치.7. The method of claim 6,
The power feeding device is a beam reconfiguration antenna device using a parasitic element for controlling the reflection direction of the beam radiated by the monopole antenna by controlling the short-circuit or open of each of the plurality of first parasitic elements. 제6항에 있어서,
상기 급전 장치는 상기 복수의 제2 기생 소자들 각각에 대한 단락 내지 개방을 제어하여 상기 모노폴 안테나가 방사하는 빔의 지향 방향을 제어하는 기생소자를 이용하는 빔 재구성 안테나 장치.7. The method of claim 6,
The power feeding device is a beam reconstruction antenna device using a parasitic element for controlling the directing direction of the beam radiated by the monopole antenna by controlling the short-circuit or open of each of the plurality of second parasitic elements.
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