KR102366248B1 - 반도체 플라즈마 안테나 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 플라즈마 안테나 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 안테나 장치는 복수 개의 PIN 다이오드 셀이 배치되고, 상기 복수 개의 PIN 다이오드 셀 중 미리 지정된 PIN 다이오드 셀을 이용하여 셀 패턴이 형성되는 셀 어레이부 및 상기 미리 지정된 PIN 다이오드 셀의 구동을 제어하는 구동 회로부를 포함한다.

Description

반도체 플라즈마 안테나 장치{Semiconductor plasma antenna apparatus}
본 발명은 반도체 플라즈마 안테나 장치에 관한 것이다.
반도체 플라즈마 안테나는 재구성 특성과 빔형성 특성을 얻기 위해 반도체 플라즈마 셀(예를 들어, PIN 다이오드)과 이 셀을 구동할 수 있는 구동회로가 필수적이다. 반도체 플라즈마 안테나 셀을 구동하기 위한 회로 기법은 기존의 LED 등과 같은 다이오드를 구동하기 위해 사용했던 방식, 예를 들어 도트 매트릭스(Dot matrix) 방식을 채용하여 사용하고 있는 실정이다.
그러나, 반도체 플라즈마 안테나의 셀을 구동하기 위해 도트 매트릭스 방식을 적용하는 경우 다음과 같은 문제가 발생한다.
먼저, 반도체 플라즈마 안테나에서는 정전류 구동방식을 통해 PIN 다이오드의 고유 영역(intrinsic 영역)의 캐리어 농도를 조절할 수 있어야 하지만, 도트 매트릭스 방식은 전압 구동 방식을 사용하기 때문에 전류량을 효과적으로 제어할 수 없으며, 약간의 전압만으로도 많은 전류가 변할 수 있어 안정적으로 다이오드 셀을 구동하기가 어렵다.
둘째, 도트 매트릭스 방식은 모든 다이오드 셀에 제어 스위치를 연결해야 한다. 하지만, 반도체 플라즈마 안테나는 온칩에서 다이오드와 스위치를 구성할 수 없어 제어회로와 다이오드 셀 어레이 간 연결을 위해 다수의 라우팅이 필요하다. 또한, 구동회로는 다수의 라우팅을 모두 연결하기에 입력 패드 수의 제한이 있고, 셀 어레이에 사용되는 라우팅은 금속물질로 이루어져 반도체 플라즈마 안테나의 특성에 영향을 주게 된다.
마지막으로, 도트 매트릭스 방식은 반도체 플라즈마 안테나 셀의 재구성 패턴을 구성하기 위해 게이트와 소스 드라이버를 제어할 수 있는 디지털 블록이 추가적으로 요구되므로 전력소모가 증대될 수 있다.
미국등록특허 제7109124호
본 발명의 목적은, 셀 어레이에서 미리 지정된 특정 PIN 다이오드 셀을 이용하여 반도체 플라즈마 안테나의 셀 패턴을 재구성하고, 구동회로를 통해 반도체 플라즈마 안테나를 구동하도록 하는 반도체 플라즈마 안테나 장치 및 그 구동 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 장치는, 복수 개의 PIN 다이오드 셀이 배치되고, 상기 복수 개의 PIN 다이오드 셀 중 미리 지정된 PIN 다이오드 셀을 이용하여 셀 패턴이 형성되는 셀 어레이부, 및 상기 미리 지정된 PIN 다이오드 셀의 구동을 제어하는 구동 회로부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 구동 회로부는, 상기 셀 어레이부에 형성된 셀 패턴에 대응하는 PIN 다이오드 셀로 출력 전압을 인가하여 상기 셀 패턴의 다이오드 부하를 구동하는 DC-DC 변환기를 구비한 직류 변환부 및 상기 셀 패턴의 다이오드 부하에 대한 정전류를 제어하여 상기 PIN 다이오드 셀의 플라즈마 농도를 조절하는 정전류 제어부를 포함할 수 있다.
상기 셀 패턴은, 상기 미리 지정된 PIN 다이오드 셀이 직렬로 연결된 것을 특징으로 한다.
상기 셀 패턴은, 상기 미리 지정된 PIN 다이오드 셀이 병렬로 연결된 것을 특징으로 한다.
하나의 셀 패턴을 복수 개로 분할하여 복수 개의 다이오드 부하를 구성하는 경우, 상기 DC-DC 변환기의 유형에 따라 각 다이오드 부하를 구성하는 PIN 다이오드 셀의 개수가 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 구동 회로부는, 상기 셀 패턴과 상기 직류 변환부 사이 및 상기 셀 패턴과 상기 정전류 제어부 사이의 신호를 단속하는 스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스위치부는, 상기 셀 어레이부에 복수 개의 셀 패턴이 형성된 경우, 각각의 셀 패턴에 대응하는 복수 개의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 스위치부는, 하나의 셀 패턴을 복수 개로 분할하여 복수 개의 다이오드 부하를 구성하는 경우, 분할된 각 패턴에 대응하는 복수 개의 스위치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 셀 패턴은, 상기 분할된 각 패턴에 대응하는 스위치의 동작에 따라 해당 셀 패턴의 길이를 조절되는 것을 특징으로 한다.
상기 스위치부는, 복수 개의 신호에 대한 입출력을 제어하는 논리 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 셀 어레이부는, 상기 미리 지정된 PIN 다이오드 셀을 이용하여 형성된 셀 패턴을 제외한 영역에 더미 패턴(dummy pattern)이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 구동 회로부는 PCB 기판에 장착되고, 상기 셀 어레이부는 상기 PCB 기판의 접지면을 공유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 사전에 지정된 PIN 다이오드 셀을 이용하여 셀 패턴을 구성함으로써 복잡한 라우팅을 간소화하고 안테나의 성능을 증대시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 반도체 플라즈마 안테나의 셀 어레이를 DC-DC 변환기로 구동함으로써 복잡한 회로구성 없이 패턴을 제어할 수 있으며, 정전류 제어 특성으로 인해 다이오드의 플라즈마 농도를 효율적으로 제어할 수 있으며, 셀 어레이를 하나 또는 복수 개의 블록으로 나누어 제어함으로써 반도체 플라즈마 안테나의 주파수 가변 특성을 얻을 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 구동회로를 장착하는 PCB 기판을 반도체 플라즈마 셀의 접지면으로 사용하여 안테나 동작시 백 로브(back lob)를 감소시켜 안테나 이득 및 방향성 특성을 개선할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 안테나 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 구동 회로부에 대한 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이오드 부하 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이오드 부하 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 플라즈마 안테나 장치의 회로 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 PIN 다이오드 셀의 중첩 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 안테나 장치가 구현되는 실시예를 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 안테나 장치의 구성을 설명하는데 참조되는 도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 안테나 장치(100)(이하에서는 '안테나 장치'라 칭한다.)는 셀 어레이부(100) 및 구동 회로부(200)를 포함할 수 있다.
셀 어레이부(100)는 복수 개의 단위 셀, 예를 들어, PIN 다이오드 셀을 2차원적으로 배열한 형태로 구현된다. 여기서, 셀 어레이부(100)는 셀 패턴(110) 형성을 위한 특정 수의 PIN 다이오드 셀이 미리 지정(pre-define)되고, 미리 지정된 PIN 다이오드 셀을 이용하여 셀 패턴(110)을 재구성할 수 있다.
도 1의 셀 어레이부(100)는 미리 지정된 PIN 다이오드 셀을 이용하여 포물선(parabolic) 형태의 셀 패턴(이하에서는 '제1 패턴'이라 칭한다.)과 직선 형태의 셀 패턴(이하에서는 '제2 패턴'이라 칭한다.)을 구성한 것을 도시하였으나, 미리 지정된 PIN 다이오드 셀을 이용하여 구성된 셀 패턴(110)의 형상은 얼마든지 변경 가능함은 당연한 것이다.
이때, 셀 어레이부(100)에서 미리 지정된 PIN 다이오드 셀을 통해 구성한 셀 패턴을 제외한 영역은 더미 패턴(dummy pattern)으로 채울 수 있다. 여기서, 더미 패턴은 플로팅 노드(floating node)가 되어 안테나에 악영향을 주는 것을 막기 위해 접지와 연결할 수 있다.
구동 회로부(200)는 셀 패턴(110)을 구성하는 PIN 다이오드 셀과 연결되어, PIN 다이오드 셀의 구동을 제어할 수 있다. 이때, 구동 회로부(200)는 미리 지정된 PIN 다이오드 셀만을 구동하기 때문에 셀 어레이부(100)의 전체 셀을 각각 제어하기 위한 라우팅이 필요 없어 반도체 기판상에서 안테나 장치의 성능을 극대화시킬 수 있고, 구동 회로부(200)의 구성을 단순화할 수 있게 된다.
PIN 다이오드 셀로 전압이 인가되면, 해당 PIN 다이오드 셀들에 의해 구성된 셀 패턴(110)의 다이오드 부하가 구동될 수 있다.
이에, 구동 회로부(200)에 대한 세부 구성은 도 2를 참조하여 더욱 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 안테나 장치에 적용된 구동 회로부의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 구동 회로부(200)는 스위치부(210), 직류 변환부(230) 및 정전류 제어부(250)를 포함할 수 있다.
반도체 플라즈마 안테나 장치의 다이오드 부하는 셀 어레이부의 셀 패턴에 의해 구성될 수 있다. 일 예로, 복수 개의 PIN 다이오드 셀을 직렬로 연결하여 하나의 셀 패턴을 구성하고, 구성된 하나의 셀 패턴이 구동 회로부(200)와 연결되어 하나의 다이오드 부하를 구성할 수 있다. 이 경우, 반도체 플라즈마 안테나는 주파수 가변 없이 빔을 형성하고 조향하는 것이 가능하게 된다. 여기서, 미리 지정된 PIN 다이오드 셀을 직렬로 연결한 두 개의 셀 패턴을 구성한 경우, 각각의 셀 패턴에 스위치를 연결하고, 스위치 조작에 따라 구동 회로부(200)와 연결될 수도 있다. 이에 대한 구체적인 실시예는 도 3을 참조하도록 한다.
본 발명의 실시예에서는 PIN 다이오드 셀을 직렬로 연결한 패턴에 대해서만 도시하였으나, 실시 형태에 따라 PIN 다이오드 셀을 병렬로 연결하여 셀 패턴을 구성할 수도 있다. 다만, PIN 다이오드 셀을 병렬로 연결하여 셀 패턴을 구성하는 것에 대한 구체적인 언급은 생략하도록 한다.
다른 예로, 미리 지정된 PIN 다이오드 셀을 이용하여 구성한 셀 패턴을 복수 개로 분할하고, 분할된 각 패턴과 직류 변환부(230)의 DC-DC 변환기를 연결하여 복수 개의 다이오드 부하를 구성할 수 있다. 이 경우, 분할된 각 패턴마다 스위치를 연결하여, 연결된 각 스위치 조작에 의해 직류 변환부(230) 및 정전류 제어부(250)와 연결될 수 있다. 이에 대한 실시예는 도 4를 참조하도록 한다.
스위치부(210)는 셀 어레이부에 미리 지정된 PIN 다이오드 셀에 의해 구성된 셀 패턴으로 출력되는 신호를 스위칭할 수 있다. 여기서, 스위칭부는 셀 패턴과 직류 변환부(230) 사이의 신호를 단속하는 제1 스위치부 및 셀 패턴과 정류 제어부 사이의 신호를 단속하는 제2 스위치부를 포함할 수 있다. 제1 스위치부 및 제2 스위치부는 셀 패턴의 수 또는 셀 패턴에서 분할된 패턴의 수에 대응하는 개수의 스위치를 구비할 수 있다.
일 예로서, 셀 어레이부에 제1 패턴 및 제2 패턴이 구성된 경우, 제1 스위치부 및 제2 스위치부는 제1 패턴 및 제2 패턴과 각각 연결되는 두 개의 스위치를 구비할 수 있다.
만일, 셀 어레이부에 구성된 셀 패턴이 세 개 이상이거나 혹은 하나의 셀 패턴을 복수 개로 분할하여 복수 개의 다이오드 부하를 구성하는 경우, 스위치부(210)는 각각의 셀 패턴 혹은 각각의 다이오드 부하에 대응하는 개수의 스위치가 포함될 수 있다. 여기서, 스위치부(210)는 복수 개의 스위치를 구현해야하는 경우 제어 논리 회로를 구성하여 스위치를 대신할 수도 있다.
직류 변환부(230)는 DC-DC 변환기를 포함할 수 있다. 여기서, DC-DC 변환기는 전압원으로부터 공급되는 전압을 변환하여 미리 지정된 셀 패턴으로 출력함으로써 대응하는 PIN 다이오드 셀의 구동을 제어한다. 이 경우, 다이오드 부하가 구동된다.
DC-DC 변환기는 하나의 셀 패턴에 대응하여 하나의 DC-DC 변환기가 연결될 수 있다. 한편, 하나의 셀 패턴을 복수 개로 분할하여 복수 개의 다이오드 부하를 구성하는 경우, 복수 개의 다이오드 부하와 연결될 수도 있다.
이때, DC-DC 변환기의 출력 전압은 다이오드 부하를 구성하는 직렬 연결된 PIN 다이오드 셀의 개수에 따라 상승하게 된다. 따라서, DC-DC 변환기는 부스트(boost) 형태의 변환기를 적용하도록 한다.
한편, 복수 개의 다이오드 부하를 구성하는 경우, DC-DC 변환기는 벅(buck), 벅 부스트(buck-boost), 부스트(boost), 단일 인덕터 다중 출력(single inductor multiple output, SIMO) DC-DC 변환기 등 다양한 구조의 변환기를 적용할 수도 있다.
정전류 제어부(250)는 DC-DC 변환기에 연결된 다이오드 부하의 정전류를 제어하여 PIN 다이오드 셀의 플라즈마 농도를 조절할 수 있다. 여기서, 다이오드 부하에 대한 실시예는 도 5와 같이 나타낼 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다이오드 부하 구성을 나타낸 것이다.
도 3에서와 같이, 하나의 셀 패턴은 복수 개의 다이오드를 직렬로 연결하여 구성하고, 이때 구성된 하나의 셀 패턴 전체를 하나의 DC-DC 변환기로 구동할 수 있다. 이 경우, 하나의 셀 패턴에 대응하여 하나의 다이오드 부하가 구성될 수 있다.
도 3에서는 셀 어레이부에 두 개의 셀 패턴을 구성한 실시예를 나타내었다. 이 경우, 제1 패턴(111)과 제2 패턴(115)을 하나의 DC-DC 변환기로 구동할 수 있다. 이때, 제1 패턴(111)과 DC-DC 변환기 사이, 제2 패턴(115)과 DC-DC 변환기 사이에 배치한 스위치의 조작에 따라 DC-DC 변환기로부터의 출력 전압을 제1 패턴(111) 및/또는 제2 패턴(115)의 PIN 다이오드 셀로 인가할 수 있다.
한편, 복수 개의 다이오드를 직렬 연결하여 하나의 셀 패턴을 구성하는 경우에는 스위치가 생략될 수 있다. 이 경우, 전체 패턴이 하나의 부하를 구성하기 때문에 반도체 플라즈마 안테나는 주파수 가변 없이 빔형성 및 조향이 가능한 안테나를 구성할 수 있게 된다
물론, 셀 어레이부 상에는 도 3에 도시한 셀 패턴 이외에도 지정된 PIN 다이오드 셀을 이용하여 다른 셀 패턴을 구성할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다이오드 부하 구성을 나타낸 것이다.
반도체 플라즈마 안테나 장치는 셀 어레이부에 미리 지정된 PIN 다이오드 셀을 이용하여 셀 패턴을 구성하면, 구성된 셀 패턴을 복수 개로 분할하여 분할된 각 패턴과 DC-DC 변환기를 연결할 수 있다.
이 경우, 분할된 각 패턴에 대응하는 수의 다이오드 부하를 구성할 수 있다.
일 예로서, 반도체 플라즈마 안테나 장치는 도 4에서와 같이, 제1 패턴(111)을 다섯 개로 분할하고, 분할된 다섯 개의 각 패턴을 DC-DC 변환기와 연결하여 다섯 개의 다이오드 부하(DL1 내지 DL5)를 구성할 수 있다. 이 경우, 분할된 각 패턴마다 스위치를 연결하여, 연결된 각 스위치 조작에 의해 DC-DC 변환기 및 정전류 제어부와 연결될 수 있다.
또한, 반도체 플라즈마 안테나 장치는 도 4에서와 같이, 제2 패턴(115)을 세 개로 분할하고, 분할된 세 개의 각 패턴을 DC-DC 변환기와 연결하여 세 개의 다이오드 부하(DL, DL1, DL2)를 구성할 수 있다.
만일, 셀 어레이부에 구성된 셀 패턴이 세 개 이상이거나 혹은 하나의 셀 패턴을 복수 개로 분할하여 복수 개의 다이오드 부하를 구성하는 경우, 스위치부(210)는 각각의 셀 패턴 혹은 각각의 다이오드 부하에 대응하는 개수의 스위치를 구비해야 하지만, 구비해야 하는 스위치의 개수가 많은 경우에는 스위치가 아닌 제어 논리 회로를 통해 셀 패턴을 선택할 수도 있다. 여기서, 제어 논리 회로는 스위치부(210) 내에 별도로 구현할 수 있으나, DC-DC 변환기 내에 존재하는 전력 스위치의 제어 논리 회로를 이용할 수도 있다.
이와 같이, 복수 개의 다이오드 부하를 구성하는 경우에는 반도체 플라즈마 안테나 장치의 빔 형성 및 조향 기능 외에 주파수를 가변할 수도 있다. 이 경우, DC-DC 변환기는 buck, buck-boost, boost 등 다양한 구조의 변환기를 사용할 수 있다.
다만, 부스트 형태의 DC-DC 변환기를 이용하는 경우에는 셀 패턴에서 직렬 연결된 다이오드의 개수가 유사하도록 패턴을 분할하여 분할된 각 패턴의 출력전압이 거의 일정하도록 한다. 물론, SIMO DC-DC 변환기를 적용하는 경우에는 다이오드의 직렬 연결 개수를 자유롭게 조절할 수도 있다.
도 5는 도 4의 실시예에 SIMO DC-DC 변환기를 적용한 반도체 플라즈마 안테나의 회로 구성을 나타낸 것이다.
도 5를 참조하면, 다이오드 부하 DL1, DL2, DL3, DL4, DL5는 도 4의 제1 패턴에 구성되는 다이오드 부하(DL1 내지 DL5)에 해당된다.
DC-DC 변환기는 입력 전압(VIN)을 변환하여 각각의 다이오드 부하 DL1, DL2, DL3, DL4, DL5에 V1, V2, V3, V4 및 V5의 전압을 인가하게 된다. 이때, DC-DC 변환기는 SIMO 형태의 변환기이므로, V1 내지 V5의 전압이 각기 다른 값을 가질 수 있다. 이 경우, 각 다이오드 부하를 구성하는 다이오드의 직렬 연결 개수를 자유롭게 결정할 수 있다.
도 5에서 정전류 제어부는 논리 제어 회로 및 저항(Rsense)을 포함한다. 이때, 정전류 제어부는 제2 스위치(DS1 내지 DS5)의 제어를 통해 제1 패턴의 길이를 조절할 수 있다.
한편, 논리 제어 회로는 제1 스위치를 대신하는 구성으로, 전체 패턴의 온/오프를 제어할 수 있다. 이때, 논리 제어 회로는 SM 스위치의 입력 신호를 조절하여 DC-DC 변환기의 출력 전압이 인가되는 패턴을 제어할 수 있다.
도 6은 셀 어레이부에 미리 지정된 PIN 다이오드 셀을 이용하여 복수 개의 셀 패턴을 구성하고, 이때 구성된 복수 개의 셀 패턴이 서로 중첩되는 경우의 PIN 다이오드 셀 구조를 나타낸 것이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 셀 어레이부에 구성된 복수 개의 셀 패턴이 서로 중첩되는 경우, 예를 들어, 제1 패턴을 구성하는 PIN 다이오드 셀(601)의 진성(intrinsic) 영역(610)과, 제2 패턴을 구성하는 PIN 다이오드 셀(605)의 진성 영역(610)을 서로 공유하도록 구현할 수 있다.
이 경우, 각 PIN 다이오드 셀의 진성 영역을 공유하여 단위 셀을 디자인함으로써 회로의 면적을 줄이고, 그에 따라 회로 구성 및 라우팅 문제도 해결할 수 있게 된다.
도 7은 PCB 기판에 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 안테나 장치를 구현한 실시예를 나타낸 것이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 플라즈마 안테나 장치는 반도체 웨이퍼 상에 플라즈마 셀을 결합하는 것으로 셀 어레이부(100)를 구현할 수 있다.
반도체 플라즈마 셀은 반도체 플라즈마 리플렉터(110), 인터커넥션 레이어(120), 실리콘 웨이퍼(130) 및 급전부(140)로 구성된다. 이때, 반도체 플라즈마 셀은 접지면(ground plane)을 가지고 있지 않다
이에, 반도체 플라즈마 안테나 장치는 구동 회로부(200)를 장착하는 PCB 기판(300)을 반도체 플라즈마 셀의 접지면(ground plane)으로 사용한다.
구체적으로, 플라즈마 셀은 본딩 와이어 기법을 통해 반도체 웨이퍼 상에 결합 될 수 있으며, 반도체 웨이퍼는 반도체 공정에 후면 접촉(backside contact) 기법 및 실리콘 인터포저(silicon interposer) 기술을 적용하여 PCB 기판(300)과 연결될 수 있다. 이때, 반도체 웨이퍼와 PCB 기판(300)이 연결되면, 플라즈마 셀의 단위 셀 중에서 접지에 연결해야할 핀들을 PCB 기판(300)에 장착된 구동 회로부(200)의 접지면과 공유하도록 함으로써 PCB 기판(300)이 반도체 플라즈마 셀의 접지면으로 동작할 수 있다.
이 경우, 안테나 동작 시의 백 로브(back lob)를 감소시키고, 안테나의 이득 및 지향성(directivity)을 향상시킬 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 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.
100: 셀 어레이부 110, 111, 115: 셀 패턴
120: 인터커넥션 레이어 130: 웨이퍼
140: 급전부 200: 구동 회로부
210: 스위치부 230: 직류 변환부
250: 정전류 제어부 300: PCB 기판

Claims (11)

  1. 복수 개의 PIN 다이오드 셀이 배치되고, 상기 복수 개의 PIN 다이오드 셀 중 미리 지정된 PIN 다이오드 셀을 이용하여 셀 패턴이 형성되는 셀 어레이부; 및
    상기 미리 지정된 PIN 다이오드 셀의 구동을 제어하는 구동 회로부를 포함하고,
    상기 구동 회로부는,
    상기 셀 어레이부에 형성된 셀 패턴에 대응하는 PIN 다이오드 셀로 출력 전압을 인가하여 상기 셀 패턴의 다이오드 부하를 구동하는 DC-DC 변환기를 구비한 직류 변환부; 및 상기 셀 패턴의 다이오드 부하에 대한 정전류를 제어하여 상기 PIN 다이오드 셀의 플라즈마 농도를 조절하는 정전류 제어부를 포함하고,
    상기 셀 어레이부에는 상기 미리 지정된 PIN 다이오드 셀을 이용하여 형성된 셀 패턴을 제외한 영역에 더미 패턴(dummy patten)이 형성되고, 상기 더미 패턴은 상기 셀 패턴에 미치는 영향을 방지하기 위해서 접지(grounded)되며,
    복수의 셀 패턴들이 서로 중첩되는 경우 상기 복수의 셀 패턴들 중 제1 셀 패턴을 구성하는 PIN 다이오드의 진성 영역과 상기 복수의 셀 패턴들 중 제2 셀 패턴을 구성하는 PIN 다이오드의 진성 영역은 상호 공유되는 것을 특징으로 하는,
    반도체 플라즈마 안테나 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀 패턴은,
    상기 미리 지정된 PIN 다이오드 셀이 직렬로 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 안테나 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 셀 패턴은, 상기 미리 지정된 PIN 다이오드 셀이 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 안테나 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    하나의 셀 패턴을 복수 개로 분할하여 복수 개의 다이오드 부하를 구성하는 경우, 상기 DC-DC 변환기의 유형에 따라 각 다이오드 부하를 구성하는 PIN 다이오드 셀의 개수가 조절되는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 안테나 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 회로부는,
    상기 셀 패턴과 상기 직류 변환부 사이 및 상기 셀 패턴과 상기 정전류 제어부 사이의 신호를 단속하는 스위치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 안테나 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 스위치부는,
    상기 셀 어레이부에 복수 개의 셀 패턴이 형성된 경우, 각각의 셀 패턴에 대응하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 안테나 장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 스위치부는,
    하나의 셀 패턴을 복수 개로 분할하여 복수 개의 다이오드 부하를 구성하는 경우, 분할된 각 패턴에 대응하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 안테나 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 셀 패턴은,
    상기 분할된 각 패턴에 대응하는 스위치의 동작에 따라 해당 셀 패턴의 길이를 조절되는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 안테나 장치.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 스위치부는,
    복수 개의 신호에 대한 입출력을 제어하는 논리 제어 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 안테나 장치.
  10. 삭제
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동 회로부는, PCB 기판에 장착되고,
    상기 셀 어레이부는, 상기 PCB 기판의 접지면을 공유하는 것을 특징으로 하는 반도체 플라즈마 안테나 장치.
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