KR102347529B1 - Dual-band reconfigurable reflective metasurface unit cell for s and x-bands - Google Patents

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KR102347529B1
KR102347529B1 KR1020210125896A KR20210125896A KR102347529B1 KR 102347529 B1 KR102347529 B1 KR 102347529B1 KR 1020210125896 A KR1020210125896 A KR 1020210125896A KR 20210125896 A KR20210125896 A KR 20210125896A KR 102347529 B1 KR102347529 B1 KR 102347529B1
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육종관
김용준
이선규
남용현
이정해
김태형
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국방과학연구소
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Abstract

A dual-band reflective active metasurface unit cell includes: a square fractal metal metapattern, a metal patch, and a PIN diode disposed on a first substrate; a metal ground plate disposed on a second substrate and positioned between the first substrate and the second substrate; a bias line disposed on a lower surface of the second substrate; a first metal via penetrating the first substrate to electrically connect the metal patch and the metal ground plate; and a second metal via penetrating the first substrate and the second substrate to electrically connect the square fractal metal metapattern and the bias line. The dual-band reflective active metasurface unit cell is opened with or without applying the voltage through the bias line, such that turning on/off the PIN diode can be controlled. Accordingly, a phase difference of reflection coefficients in the S band and the X band can be controlled by 180 degrees.

Description

S 및 X 대역의 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀{DUAL-BAND RECONFIGURABLE REFLECTIVE METASURFACE UNIT CELL FOR S AND X-BANDS}DUAL-BAND RECONFIGURABLE REFLECTIVE METASURFACE UNIT CELL FOR S AND X-BANDS

본 발명은 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 S 및 X 대역의 이중 대역에 대해 PIN 다이오드의 온/오프(on/off) 제어에 따라 반사 계수의 위상 차를 180도로 구현 가능한 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에 관한 것이다. The present invention relates to a dual-band reflective active metasurface unit cell, and more particularly, the phase difference of the reflection coefficient of 180 according to the on/off control of the PIN diode for the dual bands of S and X bands. It relates to a road-implementable dual-band reflective active metasurface unit cell.

반사형 안테나는 입력 안테나에서 입사되는 전자기파를 평면파로 변환하여 원하는 방향으로 강하게 전송할 수 있는 고지향성 안테나이다. 반사형 안테나는 높은 지향성을 갖는 장점을 바탕으로 장거리 신호 전송이 필수적인 통신 중계기 및 위성 통신용 안테나, 군사용 및 기상 관측용 레이더 등 광범위한 용도로 활용되고 있다. 포물선형 반사판을 사용하는 기존 반사형 안테나의 경우 반사판에 곡률이 존재하여 부피가 큰 한계를 갖는다. 이를 해결하기 위한 대안으로 평면형 패턴을 이용하여 반사되는 전자기파의 위상 조절을 통해 다양한 방향으로 빔을 형성할 수 있는 메타표면 안테나가 주목받고 있다. 최근 들어 수동형 메타표면의 한계를 극복하고자 반사파의 위상 제어를 통해 다양한 방향으로 빔 조향할 수 있는 반사형 능동 메타표면 안테나에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.The reflective antenna is a highly directional antenna that can convert an electromagnetic wave incident from an input antenna into a plane wave and transmit it strongly in a desired direction. Reflective antennas are being used for a wide range of applications, such as communication repeaters and satellite communication antennas, which are essential for long-distance signal transmission, and radars for military and weather observations, based on the advantage of having high directivity. In the case of a conventional reflective antenna using a parabolic reflector, curvature exists in the reflector and thus has a large limitation in volume. As an alternative to solving this problem, a metasurface antenna that can form a beam in various directions through phase control of reflected electromagnetic waves using a planar pattern is attracting attention. Recently, in order to overcome the limitations of the passive metasurface, research on a reflective active metasurface antenna that can steer a beam in various directions through phase control of reflected waves is being actively conducted.

대표 사례로써 PIN 다이오드를 결합한 반사형 능동 메타표면 안테나가 연구되고 있다. PIN 다이오드는 전압의 온/오프(on/off)에 따라 전류를 흐르게 하거나 차단할 수 있는 반도체 소자로써 메타표면에 결합할 경우 공진 구조의 전기적 길이를 두 가지로 조절하는 것이 가능해진다. 이때, 목표 주파수에서 온/오프에 따라 공진 구조의 반사 계수의 위상차가 180도가 되도록 설계할 경우 0도에서 360도 범위의 반사 계수의 위상을 180도를 기준으로 두 가지로 양자화할 수 있다. 특정 방향으로 빔 조향을 위해 설계된 평면상의 반사 계수의 위상 분포를 0도와 180도로 차분한 뒤 각각을 온/오프로 구분하여 메타표면 단위 셀을 배치할 경우 특정 방향으로 빔 제어가 가능해진다. 또한 빔 조향 각도에 따라 반사파의 위상 분포를 재구성한 뒤 그에 맞게 온/오프 상태를 조정할 경우 다양한 방향으로 능동 빔 제어가 가능하다.As a representative example, a reflective active metasurface antenna combined with a PIN diode is being studied. The PIN diode is a semiconductor device that can flow or block a current depending on the on/off of voltage. When coupled to a metasurface, it becomes possible to control the electrical length of the resonance structure in two ways. In this case, when the phase difference of the reflection coefficient of the resonance structure is designed to be 180 degrees according to on/off at the target frequency, the phase of the reflection coefficient in the range of 0 degrees to 360 degrees can be quantized in two ways based on 180 degrees. When the phase distribution of the reflection coefficient on a plane designed for beam steering in a specific direction is differentiated from 0 degrees and 180 degrees, and then each is turned on/off, and a metasurface unit cell is disposed, beam control in a specific direction becomes possible. In addition, if the phase distribution of the reflected wave is reconstructed according to the beam steering angle and the on/off state is adjusted accordingly, active beam control in various directions is possible.

하지만 기존의 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따라 하나의 대역에서만 반사 계수의 위상차를 180도 조절할 수 있는 한계가 있다. However, there is a limit in that the phase difference of the reflection coefficient can be adjusted by 180 degrees in only one band according to the on/off control of the existing PIN diode.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 두 대역에서 동시에 반사 계수의 위상차를 180도로 제어할 수 있는, 특히 전자기파의 파장이 3배 이상 차이 나는 S 대역과 X 대역에서 동시에 반사 계수의 위상차를 180도로 제어할 수 있는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀을 제공함에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is that it is possible to simultaneously control the phase difference of the reflection coefficient by 180 degrees in both bands, in particular, control the phase difference of the reflection coefficient by 180 degrees at the same time in the S band and the X band where the wavelength of electromagnetic waves is 3 times or more different To provide a dual-band reflective active metasurface unit cell capable of

본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀은 제1 기판 위에 배치되어 있는 사각 프랙탈 금속 메타패턴, 금속 패치 및 PIN 다이오드, 제2 기판 위에 배치되고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 금속 접지판, 상기 제2 기판의 밑면에 배치되어 있는 바이어스 선로, 상기 제1 기판을 관통하여 상기 금속 패치와 상기 금속 접지판을 전기적으로 연결하는 제1 금속 비아, 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 관통하여 상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴과 상기 바이어스 선로를 전기적으로 연결하는 제2 금속 비아를 포함한다.A dual band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention includes a square fractal metal metapattern, a metal patch and a PIN diode disposed on a first substrate, and a second substrate, the first substrate and the A metal ground plate positioned between the second substrates, a bias line disposed on a bottom surface of the second substrate, a first metal via passing through the first substrate to electrically connect the metal patch and the metal ground plate, and and a second metal via passing through the first substrate and the second substrate to electrically connect the square fractal metal meta-pattern to the bias line.

2GHz 내지 4GHz 주파수 범위에 해당하는 S 대역에서 상기 PIN 다이오드의 온/오프를 제어하여 반사 계수의 위상차가 180도 제어되고, 8GHz 내지 12GHz 주파수 범위에 해당하는 X 대역에서 상기 PIN 다이오드의 온/오프를 제어하여 반사 계수의 위상차가 180도 제어될 수 있다.The phase difference of the reflection coefficient is controlled by 180 degrees by controlling the on/off of the PIN diode in the S band corresponding to the 2 GHz to 4 GHz frequency range, and the on/off of the PIN diode is controlled in the X band corresponding to the 8 GHz to 12 GHz frequency range. By controlling it, the phase difference of the reflection coefficient can be controlled by 180 degrees.

상기 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀은 상기 제2 금속 비아와 상기 바이어스 선로가 접촉하는 지점을 중심으로 하는 방사상 형태의 스터브를 더 포함할 수 있다.The dual band reflective active metasurface unit cell may further include a stub having a radial shape centered on a point where the second metal via and the bias line contact each other.

상기 PIN 다이오드의 일단은 상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴에 연결되어 있고, 상기 PIN 다이오드의 타단은 상기 금속 패치에 연결되어 있을 수 있다.One end of the PIN diode may be connected to the square fractal metal metapattern, and the other end of the PIN diode may be connected to the metal patch.

상기 금속 접지판에는 상기 제2 금속 비아보다 넓은 크기의 관통홀이 형성되어 있고, 상기 제2 금속 비아는 상기 관통홀을 통과하여 상기 금속 접지판에 접촉하지 않고 상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴과 상기 바이어스 선로를 전기적으로 연결할 수 있다. A through hole having a size wider than that of the second metal via is formed in the metal ground plate, and the second metal via passes through the through hole and does not come into contact with the metal ground plate and includes the square fractal metal meta pattern and the via. Lines can be electrically connected.

상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴은 사각형 라인 구조가 꼭짓점 부분에서 반복되어 확장되는 구조일 수 있다. The quadrangular fractal metal metapattern may have a structure in which a quadrangular line structure is repeated and expanded at vertices.

상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴은 중앙의 사각형 라인 구조와 상기 사각형 라인 구조의 4개의 꼭짓점 부분 각각에서 확장된 사각형 라인 구조가 형성하는 하나의 프랙탈 구조의 루프를 포함할 수 있다. The quadrangular fractal metal metapattern may include a loop of one fractal structure formed by a central quadrangular line structure and a quadrangular line structure extending from each of the four vertices of the quadrangular line structure.

본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀은 사각 프랙탈 금속 메타패턴 및 상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴에 일단이 연결되어 있는 PIN 다이오드를 포함하는 제1층, 및 상기 제1층의 아래에 위치하고, 상기 PIN 다이오드의 타단에 전기적으로 연결되어 있는 금속 접지판을 포함하는 제2층을 포함하고, 상기 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따라 S 대역 및 X 대역에서 반사 계수의 위상차가 180도 제어될 수 있다. A dual band reflective active metasurface unit cell according to another embodiment of the present invention includes a first layer including a square fractal metal metapattern and a PIN diode having one end connected to the square fractal metal metapattern, and the first layer and a second layer including a metal ground plate located under the PIN diode and electrically connected to the other end of the PIN diode, and the phase difference of the reflection coefficient in the S band and the X band according to the on/off control of the PIN diode 180 degrees can be controlled.

상기 제1층은 상기 PIN 다이오드의 타단에 연결되어 있는 금속 패치를 더 포함하고, 상기 금속 패치는 제1 금속 비아에 의해 상기 금속 접지판과 전기적으로 연결될 수 있다. The first layer may further include a metal patch connected to the other end of the PIN diode, and the metal patch may be electrically connected to the metal ground plate by a first metal via.

상기 제2층의 아래에 위치하고, 상기 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀은 상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴에 전기적으로 연결되는 바이어스 선로를 포함하는 제3층을 더 포함할 수 있다. Located under the second layer, the dual band reflective active metasurface unit cell may further include a third layer including a bias line electrically connected to the square fractal metal metapattern.

상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴은 제2 금속 비아에 의해 상기 바이어스 선로와 전기적으로 연결될 수 있다. The rectangular fractal metal metapattern may be electrically connected to the bias line by a second metal via.

상기 제3층은 상기 제2 금속 비아와 상기 바이어스 선로가 접촉하는 지점을 중심으로 하는 방사상 형태의 스터브를 더 포함할 수 있다.The third layer may further include a stub having a radial shape centered at a point where the second metal via and the bias line contact each other.

상기 금속 접지판에는 상기 제2 금속 비아보다 넓은 크기의 관통홀이 형성되어 있고, 상기 제2 금속 비아는 상기 관통홀을 통과하여 상기 금속 접지판에 접촉하지 않고 상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴과 상기 바이어스 선로를 전기적으로 연결할 수 있다. A through hole having a size wider than that of the second metal via is formed in the metal ground plate, and the second metal via passes through the through hole and does not come into contact with the metal ground plate and includes the square fractal metal meta pattern and the via. Lines can be electrically connected.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀은 온/오프의 제어 전압이 인가되는 사각 프랙탈 금속 메타패턴, 접지 전압이 인가되는 금속 패치, 및 상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴과 상기 금속 패치 사이에 연결되어 있는 PIN 다이오드를 포함하고, 상기 제어 전압에 의해 상기 PIN 다이오드의 온/오프가 제어되어 S 대역 및 X 대역에서 반사 계수의 위상차가 180도 제어될 수 있다. A dual band reflective active metasurface unit cell according to another embodiment of the present invention includes a square fractal metal metapattern to which on/off control voltage is applied, a metal patch to which a ground voltage is applied, and the square fractal metal metapattern and It includes a PIN diode connected between the metal patches, and the on/off of the PIN diode is controlled by the control voltage, so that the phase difference of the reflection coefficients in the S band and the X band can be controlled by 180 degrees.

상기 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀은 상기 접지 전압이 인가되는 금속 접지판, 및 상기 금속 패치와 상기 금속 접지판을 전기적으로 연결하는 제1 금속 비아를 더 포함할 수 있다. The dual band reflective active metasurface unit cell may further include a metal ground plate to which the ground voltage is applied, and a first metal via electrically connecting the metal patch and the metal ground plate.

상기 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀은 상기 제어 전압이 인가되는 바이어스 선로, 및 상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴과 상기 바이어스 선로를 전기적으로 연결하는 제2 금속 비아를 더 포함할 수 있다.The dual band reflective active metasurface unit cell may further include a bias line to which the control voltage is applied, and a second metal via electrically connecting the square fractal metal metapattern to the bias line.

상기 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀은 상기 제2 금속 비아와 상기 바이어스 선로가 접촉하는 지점을 중심으로 하는 방사상 형태의 스터브를 더 포함할 수 있다.The dual band reflective active metasurface unit cell may further include a stub having a radial shape centered on a point where the second metal via and the bias line contact each other.

상기 PIN 다이오드를 온 상태로 제어하기 위해 1.2~1.4 V의 전압을 인가하고, 오프 상태로 제어하기 위해 바이어스 선로를 개방시키거나 0~-3.6 V의 역 전압을 인가할 수 있다.A voltage of 1.2 to 1.4 V may be applied to control the PIN diode in an on state, and a bias line may be opened or a reverse voltage of 0 to -3.6 V may be applied to control the PIN diode in an off state.

본 발명의 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀은 하나의 PIN 다이오드를 이용하여 이중 대역에서 180도 위상 제어가 가능하므로 시스템 복잡도가 낮고 오작동 확률이 낮은 장점을 갖는다.The dual-band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention has advantages of low system complexity and low malfunction probability because 180 degree phase control is possible in dual band using one PIN diode.

또한 본 발명의 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀을 기반으로 반사형 메타표면 안테나를 구현할 경우 단일 개구면을 통해 S 대역 및 X 대역의 이중 대역에서 빔 조향이 가능해지므로 레이더 시스템의 경량화 및 소형화가 가능한 장점이 있다. In addition, when the reflective metasurface antenna is implemented based on the dual band reflective active metasurface unit cell according to the embodiment of the present invention, beam steering is possible in the dual bands of the S band and the X band through a single aperture, so that the radar system It has the advantage of being light-weight and miniaturized.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀의 제1층을 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀의 제2층을 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀의 제3층을 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에서 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따른 S 대역에서의 반사도를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에서 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따른 S 대역에서의 위상을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에서 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따른 X 대역에서의 반사도를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에서 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따른 X 대역에서의 위상을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에서 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따른 S 대역에서의 위상차를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에서 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따른 X 대역에서의 위상차를 나타내는 그래프이다.1 shows a dual band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view illustrating a first layer of a dual band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view illustrating a second layer of a dual band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a plan view illustrating a third layer of a dual band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing reflectivity in the S-band according to on/off control of a PIN diode in a dual-band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the phase in the S-band according to the on/off control of the PIN diode in the dual-band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing reflectivity in the X-band according to on/off control of a PIN diode in a dual-band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing a phase in the X band according to on/off control of a PIN diode in a dual-band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing the phase difference in the S-band according to the on/off control of the PIN diode in the dual-band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the phase difference in the X band according to the on/off control of the PIN diode in the dual-band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

이하, 도 1 내지 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에 대하여 설명한다. Hereinafter, a dual band reflection type active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4 .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀을 나타낸다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀의 제1층을 나타내는 평면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀의 제2층을 나타내는 평면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀의 제3층을 나타내는 평면도이다.1 shows a dual band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention. 2 is a plan view illustrating a first layer of a dual band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention. 3 is a plan view illustrating a second layer of a dual band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention. 4 is a plan view illustrating a third layer of a dual band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 4를 참조하면, 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀(10)은 제1 기판(110), 사각 프랙탈 금속 메타패턴(111), 금속 패치(112), PIN 다이오드(113), 제2 기판(120), 금속 접지판(121), 바이어스 선로(131), 스터브(stub)(132), 제1 금속 비아(141) 및 제2 금속 비아(142)를 포함할 수 있다.1 to 4 , the dual band reflective active metasurface unit cell 10 includes a first substrate 110 , a rectangular fractal metal metapattern 111 , a metal patch 112 , a PIN diode 113 , and a second It may include a second substrate 120 , a metal ground plate 121 , a bias line 131 , a stub 132 , a first metal via 141 , and a second metal via 142 .

제2 기판(120) 위에 금속 접지판(121)이 배치되고, 금속 접지판(121) 위에 제1 기판(110)이 배치되며, 제1 기판(110) 위에 사각 프랙탈 금속 메타패턴(111), 금속 패치(112)와 PIN 다이오드(113)가 배치될 수 있다. 금속 접지판(121)은 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이에 위치한다. 바이어스 선로(131)와 스터브(132)는 제2 기판(120)의 밑면, 즉 금속 접지판(121)이 배치된 면의 반대면에 배치될 수 있다.A metal ground plate 121 is disposed on the second substrate 120, a first substrate 110 is disposed on the metal ground plate 121, a square fractal metal metapattern 111 on the first substrate 110, A metal patch 112 and a PIN diode 113 may be disposed. The metal ground plate 121 is positioned between the first substrate 110 and the second substrate 120 . The bias line 131 and the stub 132 may be disposed on a bottom surface of the second substrate 120 , that is, on a surface opposite to the surface on which the metal ground plate 121 is disposed.

제1 기판(110) 및 제2 기판(120)은 유전체 기판일 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(110) 및 제2 기판(120) 중 적어도 하나는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 재질의 유전율 2.2의 TLY 기판일 수 있다. 사각 프랙탈 금속 메타패턴(111)이 배치된 제1 기판(110)의 두께는 1.6mm일 수 있고, 바이어스 선로(131)와 스터브(132)가 배치된 제2 기판(120)의 두께는 0.5mm일 수 있다. 제1 기판(110) 및 제2 기판(120)의 종류는 제한되지 않으며, 제1 기판(110) 및 제2 기판(120)으로 테플론, FR4 등의 인쇄 회로 기판(PCB)이 사용될 수 있다.The first substrate 110 and the second substrate 120 may be dielectric substrates. For example, at least one of the first substrate 110 and the second substrate 120 may be a polytetrafluoroethylene (PTFE) TLY substrate having a dielectric constant of 2.2. The thickness of the first substrate 110 on which the rectangular fractal metal meta-pattern 111 is disposed may be 1.6 mm, and the thickness of the second substrate 120 on which the bias line 131 and the stub 132 are disposed may be 0.5 mm. can be The types of the first substrate 110 and the second substrate 120 are not limited, and a printed circuit board (PCB) such as Teflon or FR4 may be used as the first substrate 110 and the second substrate 120 .

사각 프랙탈 금속 메타패턴(111), 금속 패치(112)와 PIN 다이오드(113)가 배치된 층을 제1층이라 하고, 금속 접지판(121)이 배치된 층을 제2층이라 하고, 바이어스 선로(131)와 스터브(132)가 배치된 층을 제3층이라 한다. 즉, 제1층은 사각 프랙탈 금속 메타패턴(111), 금속 패치(112)와 PIN 다이오드(113)를 포함할 수 있고, 제2층은 금속 접지판(121)을 포함할 수 있으며, 제3층은 바이어스 선로(131)와 스터브(132)를 포함할 수 있다. 제2층은 제1층의 아래에 위치하고, 제3층은 제2층의 아래에 위치할 수 있다.The layer on which the rectangular fractal metal metapattern 111, the metal patch 112, and the PIN diode 113 are disposed is called a first layer, the layer on which the metal ground plate 121 is disposed is called a second layer, and a bias line The layer on which the 131 and the stub 132 are disposed is referred to as a third layer. That is, the first layer may include a rectangular fractal metal metapattern 111 , a metal patch 112 , and a PIN diode 113 , and the second layer may include a metal ground plate 121 , and the third layer The layer may include a bias line 131 and a stub 132 . The second layer may be positioned under the first layer, and the third layer may be positioned under the second layer.

제1 금속 비아(141)는 제1 기판(110)을 관통하여 금속 패치(112)와 금속 접지판(121)을 전기적으로 연결할 수 있다. 금속 접지판(121)에는 접지 전압이 인가되며, 접지 전압은 제1 금속 비아(141)를 통해 금속 패치(112)에 인가될 수 있다.The first metal via 141 may pass through the first substrate 110 to electrically connect the metal patch 112 and the metal ground plate 121 . A ground voltage may be applied to the metal ground plate 121 , and the ground voltage may be applied to the metal patch 112 through the first metal via 141 .

제2 금속 비아(142)는 제1 기판(110) 및 제2 기판(120)을 관통하여 사각 프랙탈 금속 메타패턴(111)과 바이어스 선로(131)를 전기적으로 연결할 수 있다. 이때, 금속 접지판(121)에는 제2 금속 비아(142)보다 넓은 크기의 관통홀(122)이 형성되어 있으며, 제2 금속 비아(142)는 관통홀(122)을 통과하여 금속 접지판(121)에 접촉하지 않고 사각 프랙탈 금속 메타패턴(111)과 바이어스 선로(131)를 전기적으로 연결할 수 있다. The second metal via 142 may pass through the first substrate 110 and the second substrate 120 to electrically connect the square fractal metal metapattern 111 and the bias line 131 . At this time, a through hole 122 having a larger size than that of the second metal via 142 is formed in the metal ground plate 121 , and the second metal via 142 passes through the through hole 122 to pass through the metal ground plate ( 121), the rectangular fractal metal meta-pattern 111 and the bias line 131 may be electrically connected.

PIN 다이오드(113)는 사각 프랙탈 금속 메타패턴(111)과 금속 패치(112) 사이에 연결되어 있다. 즉, PIN 다이오드(113)의 일단은 사각 프랙탈 금속 메타패턴(111)에 연결되어 있고 타단은 금속 패치(112)에 연결되어 있다. PIN 다이오드(113)는 인가되는 전압에 따라 온(on)/오프(off)되는 능동 소자이다. PIN 다이오드(113)는 온 상태일 때 4.2Ω의 저항과 0.05nH의 인덕터가 직렬로 연결된 회로로 모델링될 수 있으며, 오프 상태일 때 300KΩ의 저항과 42fF의 커패시터가 병렬로 연결된 회로로 모델링될 수 있다.The PIN diode 113 is connected between the square fractal metal metapattern 111 and the metal patch 112 . That is, one end of the PIN diode 113 is connected to the square fractal metal metapattern 111 and the other end is connected to the metal patch 112 . The PIN diode 113 is an active element that is turned on/off according to an applied voltage. The PIN diode 113 can be modeled as a circuit in which a resistance of 4.2Ω and an inductor of 0.05nH are connected in series when it is on, and can be modeled as a circuit in which a resistance of 300KΩ and a capacitor of 42fF are connected in parallel when it is in the off state. have.

스터브(132)는 제2 금속 비아(142)와 바이어스 선로(131)가 접촉하는 지점을 중심으로 하는 방사상(radial) 형태로 형성될 수 있다. 바이어스 선로(131)와 스터브(132)는 동일한 금속으로 형성될 수 있다. 스터브(132)는 바이어스 선로(131)를 통해 누설될 수 있는 고주파 신호를 차단하는 역할을 수행할 수 있다. The stub 132 may be formed in a radial shape centered on a point where the second metal via 142 and the bias line 131 contact each other. The bias line 131 and the stub 132 may be formed of the same metal. The stub 132 may serve to block a high-frequency signal that may leak through the bias line 131 .

도 2에 예시한 바와 같이, 사각 프랙탈 금속 메타패턴(111)은 자기 유사성(self-similarity)과 순환성(recursiveness)을 가진 프랙탈(fractal) 구조이고, 사각형 라인 구조가 꼭짓점 부분에서 반복되어 확장되는 구조일 수 있다. 도 2에서는 중앙의 사각형 라인 구조와 중앙의 사각형 라인 구조의 4개의 꼭짓점 부분 각각에서 확장된 사각형 라인 구조가 하나의 프랙탈 구조의 루프를 형성하고 있는 것을 예시하고 있다.As illustrated in FIG. 2 , the rectangular fractal metal metapattern 111 is a fractal structure having self-similarity and recursiveness, and the rectangular line structure is repeated and expanded at the vertices. can be a structure. In FIG. 2 , the central quadrangular line structure and the quadrangular line structure extended from each of the four vertices of the central quadrangular line structure form a loop of one fractal structure.

이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀(10)은 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로의 길이가 15mm인 정사각형일 수 있다. 이때, 사각 프랙탈 금속 메타패턴(111)의 라인 폭은 1.1mm일 수 있다. 그리고 확장된 사각형 라인 구조의 외부 장변의 길이는 6.1mm일 수 있다. 확장된 사각형 라인 구조가 중앙의 사각형 라인 구조에 연결되는 외부 단변의 길이는 3.2mm일 수 있다. 확장된 사각형 라인 구조의 내부 장변의 길이는 3.9mm일 수 있다. 그리고 제1 방향(X) 또는 제2 방향(Y)으로 인접한 확장된 사각형 라인 구조 간의 거리(또는 중앙의 사각형 라인 구조의 외부 변의 길이)는 2.2mm일 수 있다. The dual band reflection type active metasurface unit cell 10 may be a square having a length of 15 mm in the first direction (X) and the second direction (Y). In this case, the line width of the rectangular fractal metal meta-pattern 111 may be 1.1 mm. In addition, the length of the outer long side of the extended rectangular line structure may be 6.1 mm. The length of the outer short side through which the expanded rectangular line structure is connected to the central rectangular line structure may be 3.2 mm. The length of the inner long side of the expanded rectangular line structure may be 3.9 mm. In addition, the distance between the extended rectangular line structures adjacent in the first direction (X) or the second direction (Y) (or the length of the outer side of the central rectangular line structure) may be 2.2 mm.

금속 패치(112)의 제1 방향(X)으로의 길이는 0.8mm이고, 제2 방향(Y)으로의 길이는 1mm일 수 있다. A length of the metal patch 112 in the first direction (X) may be 0.8 mm, and a length in the second direction (Y) may be 1 mm.

도 3에 예시한 바와 같이, 제1 금속 비아(141)의 직경은 0.5mm일 수 있다. 그리고, 금속 접지판(121)의 관통홀(112)의 직경은 1.2mm이고, 제2 금속 비아(142)의 직경은 0.5mm이며, 제2 금속 비아(142)는 관통홀(112)의 중앙을 관통하여 금속 접지판(121)에 접촉하지 않게 된다. As illustrated in FIG. 3 , the diameter of the first metal via 141 may be 0.5 mm. In addition, the diameter of the through hole 112 of the metal ground plate 121 is 1.2 mm, the diameter of the second metal via 142 is 0.5 mm, and the second metal via 142 is the center of the through hole 112 . It passes through and does not come into contact with the metal ground plate 121 .

도 4에 예시한 바와 같이, 바이어스 선로(131)의 제2 방향(Y)으로 10mm, 제1 방향(X)으로 2.3mm의 길이를 가질 수 있다. 그리고 스터브(132)는 반경 3.55mm인 60도 각도의 방사상 형태로 형성될 수 있다. As illustrated in FIG. 4 , the bias line 131 may have a length of 10 mm in the second direction (Y) and 2.3 mm in the first direction (X). In addition, the stub 132 may be formed in a radial shape with a radius of 3.55 mm and an angle of 60 degrees.

도 2 내지 4에서 예시한 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀(10)의 구성요소들의 수치는 하나의 실시예로서, 본 발명의 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀(10)은 이에 제한되지 않으며 다양한 크기로 설계/제작될 수 있다. The numerical values of the components of the dual band reflection type active metasurface unit cell 10 illustrated in FIGS. 2 to 4 are one example, and the dual band reflection type active metasurface unit cell 10 according to an embodiment of the present invention. is not limited thereto and may be designed/manufactured in various sizes.

바이어스 선로(131)를 통해 PIN 다이오드(113)를 온/오프시키는 제어 전압이 인가된다. 바이어스 선로(131)에 인가된 제어 전압은 제2 금속 비아(142)를 통해 사각 프랙탈 금속 메타패턴(111)에 인가된다. 사각 프랙탈 금속 메타패턴(111)에 인가된 제어 전압이 PIN 다이오드(113)에 전달된다. PIN 다이오드(113)는 제어 전압에 따라 온 또는 오프될 수 있다. PIN 다이오드(113)를 온 상태로 제어하기 위해 1.2~1.4 V의 전압을 인가하고, 오프 상태로 제어하기 위해 바이어스 선로(131)를 개방시키거나 0~-3.6 V의 역 전압을 인가할 수 있다.A control voltage for turning on/off the PIN diode 113 is applied through the bias line 131 . The control voltage applied to the bias line 131 is applied to the square fractal metal metapattern 111 through the second metal via 142 . The control voltage applied to the rectangular fractal metal metapattern 111 is transmitted to the PIN diode 113 . The PIN diode 113 may be turned on or off according to a control voltage. A voltage of 1.2 to 1.4 V may be applied to control the PIN diode 113 in an on state, and a bias line 131 may be opened or a reverse voltage of 0 to -3.6 V may be applied to control the PIN diode 113 in an off state. .

이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀(10)은 2GHz 내지 4GHz 주파수 범위에 해당하는 S 대역에서 제어 전압으로 PIN 다이오드(113)의 온/오프를 제어하여 반사 계수의 위상차를 180도(또는 180도에 가깝게) 제어할 수 있다. 그리고 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀(10)은 8GHz 내지 12GHz 주파수 범위에 해당하는 X 대역에서 제어 전압으로 PIN 다이오드(113)의 온/오프를 제어하여 반사 계수의 위상차를 180도(또는 180도에 가깝게) 제어할 수 있다.The dual-band reflective active metasurface unit cell 10 controls the on/off of the PIN diode 113 with a control voltage in the S band corresponding to the 2 GHz to 4 GHz frequency range to increase the phase difference of the reflection coefficient by 180 degrees (or 180 degrees) close to) can be controlled. And the dual-band reflective active metasurface unit cell 10 controls the on/off of the PIN diode 113 with a control voltage in the X band corresponding to the 8 GHz to 12 GHz frequency range to increase the phase difference of the reflection coefficient by 180 degrees (or 180 close to the figure) can be controlled.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에서 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따른 S 대역에서의 반사도를 나타내는 그래프이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에서 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따른 S 대역에서의 위상을 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing reflectivity in the S-band according to on/off control of a PIN diode in a dual-band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention. 6 is a graph showing the phase in the S-band according to the on/off control of the PIN diode in the dual-band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, S 대역의 중심 주파수 3GHz에서 PIN 다이오드(113)가 온일 때(PIN on)의 반사도는 -0.085dB이고, PIN 다이오드(113)가 오프일 때(PIN off)의 반사도는 -0.714dB인 것으로 측정되었다. 이때, 전력 기준으로 PIN 다이오드(113)의 온/오프에서 반사 효율은 평균 91.4%이다. S 대역에서 PIN 다이오드(113)의 온/오프에 따른 반사도의 차이는 크지 않은 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 5, the reflectivity when the PIN diode 113 is on (PIN on) is -0.085 dB at the center frequency of 3 GHz of the S band, and the reflectivity when the PIN diode 113 is off (PIN off) is - It was measured to be 0.714 dB. At this time, the average reflection efficiency in the ON/OFF of the PIN diode 113 on the basis of power is 91.4%. It can be seen that the difference in reflectivity according to on/off of the PIN diode 113 in the S band is not large.

도 6을 참조하면, S 대역의 중심 주파수 3GHz에서 PIN 다이오드(113)가 온일 때(PIN on)의 위상은 164.4도이고, PIN 다이오드(113)가 오프일 때(PIN off)의 위상은 -11.5도인 것으로 측정되었다. S 대역에서 PIN 다이오드(113)의 온/오프 제어를 통해 반사 계수의 위상차를 180도에 가깝게 제어할 수 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 6 , the phase of the PIN diode 113 when the PIN diode 113 is on (PIN on) is 164.4 degrees at the center frequency of 3 GHz of the S band, and the phase when the PIN diode 113 is off (PIN off) is -11.5 degrees. was measured to be It can be seen that the phase difference of the reflection coefficient can be controlled close to 180 degrees through on/off control of the PIN diode 113 in the S band.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에서 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따른 X 대역에서의 반사도를 나타내는 그래프이다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에서 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따른 X 대역에서의 위상을 나타내는 그래프이다.7 is a graph showing reflectivity in the X-band according to on/off control of a PIN diode in a dual-band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention. 8 is a graph showing a phase in the X-band according to on/off control of a PIN diode in a dual-band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, X 대역의 중심 주파수 10GHz에서 PIN 다이오드(113)가 온일 때(PIN on)의 반사도는 -0.208dB이고, PIN 다이오드(113)가 오프일 때(PIN off)의 반사도는 -0.565dB인 것으로 측정되었다. 이때, 전력 기준으로 PIN 다이오드(113)의 온/오프에서 반사 효율은 평균 91.6%이다. X 대역에서 PIN 다이오드(113)의 온/오프에 따른 반사도의 차이는 크지 않은 것을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 7, the reflectivity when the PIN diode 113 is on (PIN on) at the center frequency of 10 GHz of the X band is -0.208 dB, and the reflectivity when the PIN diode 113 is off (PIN off) is - It was measured to be 0.565 dB. At this time, the average reflection efficiency in the ON/OFF of the PIN diode 113 on the basis of power is 91.6%. It can be seen that the difference in reflectivity according to on/off of the PIN diode 113 in the X band is not large.

도 8을 참조하면, X 대역의 중심 주파수 10GHz에서 PIN 다이오드(113)가 온일 때(PIN on)의 위상은 147.4도이고, PIN 다이오드(113)가 오프일 때(PIN off)의 위상은 -16.1도인 것으로 측정되었다. X 대역에서 PIN 다이오드(113)의 온/오프 제어를 통해 반사 계수의 위상차를 180도에 가깝게 제어할 수 있음을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 8 , at a center frequency of 10 GHz of the X band, the phase when the PIN diode 113 is on (PIN on) is 147.4 degrees, and when the PIN diode 113 is off (PIN off), the phase is -16.1 was measured to be It can be seen that the phase difference of the reflection coefficient can be controlled close to 180 degrees through on/off control of the PIN diode 113 in the X band.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에서 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따른 S 대역에서의 위상차를 나타내는 그래프이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀에서 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따른 X 대역에서의 위상차를 나타내는 그래프이다.9 is a graph showing the phase difference in the S-band according to the on/off control of the PIN diode in the dual-band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention. 10 is a graph showing the phase difference in the X band according to the on/off control of the PIN diode in the dual-band reflective active metasurface unit cell according to an embodiment of the present invention.

도 9 및 10을 참조하면, S 대역의 중심 주파수 3GHz에서 위상차는 대략 176도이고, X 대역의 중심 주파수 10GHz에서 위상차는 대략 163도임을 확인할 수 있다. S 대역 및 X 대역에서 설계된 위상차는 설계 목표 180도에 대비하여 2.2% 및 9.4%의 오차를 나타내며, 이러한 오차는 무시할 수 있는 수준이다. 9 and 10 , it can be seen that the phase difference is approximately 176 degrees at the center frequency of 3 GHz of the S band, and that the phase difference is approximately 163 degrees at the center frequency of 10 GHz of the X band. The phase difference designed in the S band and the X band shows errors of 2.2% and 9.4% with respect to the design target of 180 degrees, and these errors are negligible.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀(10)은 하나의 PIN 다이오드(113)를 이용하여 이중 대역에서 180도 위상 제어를 수행할 수 있다. As described above, the dual-band reflective active metasurface unit cell 10 according to the embodiment of the present invention can perform 180 degree phase control in the dual band using one PIN diode 113 .

지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. The drawings and detailed description of the described invention referenced so far are merely exemplary of the present invention, which are only used for the purpose of explaining the present invention, and are used to limit the meaning or limit the scope of the present invention described in the claims. it is not Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

10: 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀
110: 제1 기판
111: 사각 프랙탈 금속 메타패턴
112: 금속 패치
113: PIN 다이오드
120: 제2 기판
121: 금속 접지판
131: 바이어스 선로
132: 스터브
141: 제1 금속 비아
142: 제2 금속 비아10: Dual-band reflective active metasurface unit cell
110: first substrate
111: square fractal metal meta-pattern
112: metal patch
113: PIN diode
120: second substrate
121: metal ground plate
131: bias line
132: stub
141: first metal via
142: second metal via

Claims (18)

제1 기판 위에 배치되어 있는 사각 프랙탈 금속 메타패턴, 금속 패치 및 PIN 다이오드;
제2 기판 위에 배치되고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 위치하는 금속 접지판;
상기 제2 기판의 밑면에 배치되어 있는 바이어스 선로;
상기 제1 기판을 관통하여 상기 금속 패치와 상기 금속 접지판을 전기적으로 연결하는 제1 금속 비아; 및
상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 관통하여 상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴과 상기 바이어스 선로를 전기적으로 연결하는 제2 금속 비아를 포함하는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.a square fractal metal metapattern, a metal patch, and a PIN diode disposed on the first substrate;
a metal ground plate disposed on a second substrate and positioned between the first substrate and the second substrate;
a bias line disposed on a lower surface of the second substrate;
a first metal via passing through the first substrate to electrically connect the metal patch and the metal ground plate; and
and a second metal via passing through the first substrate and the second substrate to electrically connect the square fractal metal metapattern and the bias line. 제1 항에 있어서,
2GHz 내지 4GHz 주파수 범위에 해당하는 S 대역에서 상기 PIN 다이오드의 온/오프를 제어하여 반사 계수의 위상차가 180도 제어되고,
8GHz 내지 12GHz 주파수 범위에 해당하는 X 대역에서 상기 PIN 다이오드의 온/오프를 제어하여 반사 계수의 위상차가 180도 제어되는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.According to claim 1,
The phase difference of the reflection coefficient is controlled by 180 degrees by controlling the on/off of the PIN diode in the S band corresponding to the 2 GHz to 4 GHz frequency range,
A dual-band reflective active metasurface unit cell in which the phase difference of the reflection coefficient is controlled by 180 degrees by controlling the on/off of the PIN diode in the X band corresponding to the frequency range of 8 GHz to 12 GHz. 제1 항에 있어서,
상기 제2 금속 비아와 상기 바이어스 선로가 접촉하는 지점을 중심으로 하는 방사상 형태의 스터브를 더 포함하는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.According to claim 1,
The dual band reflection type active metasurface unit cell further comprising a stub having a radial shape centered at a point where the second metal via and the bias line contact each other. 제1 항에 있어서,
상기 PIN 다이오드의 일단은 상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴에 연결되어 있고, 상기 PIN 다이오드의 타단은 상기 금속 패치에 연결되어 있는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.According to claim 1,
One end of the PIN diode is connected to the square fractal metal metapattern, and the other end of the PIN diode is connected to the metal patch. 제1 항에 있어서,
상기 금속 접지판에는 상기 제2 금속 비아보다 넓은 크기의 관통홀이 형성되어 있고, 상기 제2 금속 비아는 상기 관통홀을 통과하여 상기 금속 접지판에 접촉하지 않고 상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴과 상기 바이어스 선로를 전기적으로 연결하는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀. According to claim 1,
A through hole having a size wider than that of the second metal via is formed in the metal ground plate, and the second metal via passes through the through hole and does not come into contact with the metal ground plate and includes the square fractal metal meta pattern and the via. A dual-band reflective active metasurface unit cell that electrically connects lines. 제1 항에 있어서,
상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴은 사각형 라인 구조가 꼭짓점 부분에서 반복되어 확장되는 구조인 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀. According to claim 1,
The quadrangular fractal metal metapattern is a double-band reflective active metasurface unit cell in which a quadrangular line structure is repeated and expanded at vertices. 제6 항에 있어서,
상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴은 중앙의 사각형 라인 구조와 상기 사각형 라인 구조의 4개의 꼭짓점 부분 각각에서 확장된 사각형 라인 구조가 형성하는 하나의 프랙탈 구조의 루프를 포함하는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.7. The method of claim 6,
The quadrangular fractal metal metapattern is a double band reflective active metasurface unit cell including a loop of one fractal structure formed by a quadrangular line structure in the center and a quadrangular line structure extending from each of the four vertex portions of the quadrangular line structure. . 사각 프랙탈 금속 메타패턴 및 상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴에 일단이 연결되어 있는 PIN 다이오드를 포함하는 제1층; 및
상기 제1층의 아래에 위치하고, 상기 PIN 다이오드의 타단에 전기적으로 연결되어 있는 금속 접지판을 포함하는 제2층을 포함하고,
상기 PIN 다이오드의 온/오프 제어에 따라 S 대역 및 X 대역에서 반사 계수의 위상차가 180도 제어되는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.a first layer including a square fractal metal metapattern and a PIN diode having one end connected to the square fractal metal metapattern; and
and a second layer including a metal ground plate located under the first layer and electrically connected to the other end of the PIN diode,
A dual-band reflection type active metasurface unit cell in which the phase difference of reflection coefficients in S-band and X-band is controlled by 180 degrees according to on/off control of the PIN diode. 제8 항에 있어서,
상기 제1층은 상기 PIN 다이오드의 타단에 연결되어 있는 금속 패치를 더 포함하고,
상기 금속 패치는 제1 금속 비아에 의해 상기 금속 접지판과 전기적으로 연결되는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.9. The method of claim 8,
The first layer further includes a metal patch connected to the other end of the PIN diode,
The metal patch is a dual band reflective active metasurface unit cell electrically connected to the metal ground plate by a first metal via. 제8 항에 있어서,
상기 제2층의 아래에 위치하고, 상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴에 전기적으로 연결되는 바이어스 선로를 포함하는 제3층을 더 포함하는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.9. The method of claim 8,
The dual band reflection type active metasurface unit cell further comprising a third layer positioned under the second layer and including a bias line electrically connected to the square fractal metal metapattern. 제10 항에 있어서,
상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴은 제2 금속 비아에 의해 상기 바이어스 선로와 전기적으로 연결되는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.11. The method of claim 10,
The quadrangular fractal metal metapattern is a dual band reflective active metasurface unit cell electrically connected to the bias line by a second metal via. 제11 항에 있어서,
상기 제3층은 상기 제2 금속 비아와 상기 바이어스 선로가 접촉하는 지점을 중심으로 하는 방사상 형태의 스터브를 더 포함하는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.12. The method of claim 11,
and the third layer further includes a stub having a radial shape centered at a point where the second metal via and the bias line contact each other. 제11 항에 있어서,
상기 금속 접지판에는 상기 제2 금속 비아보다 넓은 크기의 관통홀이 형성되어 있고, 상기 제2 금속 비아는 상기 관통홀을 통과하여 상기 금속 접지판에 접촉하지 않고 상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴과 상기 바이어스 선로를 전기적으로 연결하는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀. 12. The method of claim 11,
A through hole having a size wider than that of the second metal via is formed in the metal ground plate, and the second metal via passes through the through hole and does not come into contact with the metal ground plate and includes the square fractal metal meta pattern and the via. A dual-band reflective active metasurface unit cell that electrically connects lines. 온/오프의 제어 전압이 인가되는 사각 프랙탈 금속 메타패턴;
접지 전압이 인가되는 금속 패치; 및
상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴과 상기 금속 패치 사이에 연결되어 있는 PIN 다이오드를 포함하고,
상기 제어 전압에 의해 상기 PIN 다이오드의 온/오프가 제어되어 S 대역 및 X 대역에서 반사 계수의 위상차가 180도 제어되는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.A rectangular fractal metal meta-pattern to which an on/off control voltage is applied;
a metal patch to which a ground voltage is applied; and
and a PIN diode connected between the square fractal metal metapattern and the metal patch,
A dual-band reflection type active metasurface unit cell in which on/off of the PIN diode is controlled by the control voltage to control 180 degrees of phase difference of reflection coefficients in S band and X band. 제14 항에 있어서,
상기 접지 전압이 인가되는 금속 접지판; 및
상기 금속 패치와 상기 금속 접지판을 전기적으로 연결하는 제1 금속 비아를 더 포함하는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.15. The method of claim 14,
a metal ground plate to which the ground voltage is applied; and
The dual band reflective active metasurface unit cell further comprising a first metal via electrically connecting the metal patch and the metal ground plate. 제14 항에 있어서,
상기 제어 전압이 인가되는 바이어스 선로; 및
상기 사각 프랙탈 금속 메타패턴과 상기 바이어스 선로를 전기적으로 연결하는 제2 금속 비아를 더 포함하는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.15. The method of claim 14,
a bias line to which the control voltage is applied; and
The dual band reflection type active metasurface unit cell further comprising a second metal via electrically connecting the square fractal metal metapattern and the bias line. 제16 항에 있어서,
상기 제2 금속 비아와 상기 바이어스 선로가 접촉하는 지점을 중심으로 하는 방사상 형태의 스터브를 더 포함하는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.17. The method of claim 16,
The dual band reflection type active metasurface unit cell further comprising a stub having a radial shape centered at a point where the second metal via and the bias line contact each other. 제14 항에 있어서,
상기 PIN 다이오드를 온 상태로 제어하기 위해 1.2~1.4 V의 전압을 인가하고, 오프 상태로 제어하기 위해 바이어스 선로를 개방시키거나 0~-3.6 V의 역 전압을 인가할 수 있는 이중 대역 반사형 능동 메타표면 단위 셀.15. The method of claim 14,
A dual band reflection type active that can apply a voltage of 1.2 to 1.4 V to control the PIN diode in an on state, and to open a bias line or apply a reverse voltage of 0 to -3.6 V to control it in an off state Metasurface unit cell.
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