KR102374151B1 - Transmit array having characteristics of active-type polarization conversion and active-type polarization converter - Google Patents

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KR102374151B1 KR1020210114617A KR20210114617A KR102374151B1 KR 102374151 B1 KR102374151 B1 KR 102374151B1 KR 1020210114617 A KR1020210114617 A KR 1020210114617A KR 20210114617 A KR20210114617 A KR 20210114617A KR 102374151 B1 KR102374151 B1 KR 102374151B1
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육종관
노영훈
이인곤
홍익표
김태형
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국방과학연구소
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Abstract

A transmitter array having characteristics of active polarization conversion includes: a first substrate on which a first conductive patch including a first electrode and a second electrode formed in each of a plurality of unit cells is formed; a second substrate on which a second conductive patch including a third electrode and a fourth electrode formed to overlap the first electrode and the second electrode is formed; a first active element disposed between the first electrode and the second electrode to electrically connect the first electrode and the second electrode; and a second active element disposed between the first electrode and the second electrode and electrically connecting the first electrode and the second electrode in a connection direction of forming a 90-degree angle with the connection direction of the first active element.

Description

능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이 및 능동형 편파 변환기{TRANSMIT ARRAY HAVING CHARACTERISTICS OF ACTIVE-TYPE POLARIZATION CONVERSION AND ACTIVE-TYPE POLARIZATION CONVERTER}TRANSMIT ARRAY HAVING CHARACTERISTICS OF ACTIVE-TYPE POLARIZATION CONVERSION AND ACTIVE-TYPE POLARIZATION CONVERTER

본 발명은 편파 변환이 가능한 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이 및 능동형 편파 변환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전기적으로 제어가 가능한 능동 소자를 포함하는 주기 구조(periodic structure)를 이용한 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이 및 능동형 편파 변환기에 관한 것이다. The present invention relates to a transmitter array having an active polarization conversion characteristic capable of polarization conversion and an active polarization converter, and more particularly, to an active polarization conversion characteristic using a periodic structure including an electrically controllable active element. It relates to a transmitter array and an active polarization converter having

트랜스밋 어레이(transmit array) 설계 기술은 밀리미터파(millimeter wave) 대역의 대표적인 응용 분야인 빔 재구성(beam reconfiguration) 기능을 저손실 특성으로 구현이 가능하다는 장점을 바탕으로, 능동 배열 안테나를 대체할 수 있는 후보 기술이다.Transmit array design technology has the advantage of being able to implement the beam reconfiguration function, which is a typical application field of the millimeter wave band, with low loss characteristics, and can replace active array antennas. candidate technology.

일반적인 능동 배열 안테나는 전기적 특성 제어가 가능한 능동 소자를 기반으로 설계된 위상 천이기와 복사소자(radiator)의 배열을 통해 구현되며, 위상 천이기와 복잡한 급전 선로에 의해 야기되는 고정된 손실을 증폭기를 통해 개선하는 방식으로 설계된다. 이러한 빔 재구성 기술은 동작 주파수가 높아짐에 따라 급격히 증가하는 손실을 극복하기 어려운 한계가 있다. 이를 개선하기 위한 방안으로 공간 급전 방식의 트랜스밋 어레이 구조가 개발되고 있다.A general active array antenna is implemented through an arrangement of a phase shifter and a radiator designed based on an active element that can control electrical characteristics, and it is a method that improves the fixed loss caused by the phase shifter and the complicated feed line through an amplifier. designed in a way Such a beam reconstruction technique has a limitation in that it is difficult to overcome a loss that rapidly increases as the operating frequency increases. As a way to improve this, a space-feeding type transmit array structure is being developed.

종래의 트랜스밋 어레이 기술은 특정 주파수 대역에 대하여 임의의 위상 지연 특성을 갖도록 하는 전도성 패턴을 설계하고, 조향하고자 하는 방향으로 빔이 형성되도록 계산된 위상 분포에 맞추어 단위 셀을 배치함으로써 구현된다.The conventional transmit array technology is implemented by designing a conductive pattern to have an arbitrary phase delay characteristic for a specific frequency band, and arranging unit cells according to a calculated phase distribution so that a beam is formed in a direction to be steered.

그러나, 종래의 트랜스밋 어레이 구조는 송수신 안테나로부터 결정되는 편파(polarization)의 방향(전계의 진동 방향)에 국한되어, 송신/수신이 수직/수직 방향 또는 수평/수평 방향인 조건에서만 전파를 수신할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 수동형 편파 변환기가 개발되고 있으나, 수동형 편파 변환기의 경우 수직/수평 또는 수평/수직 방향 조건에 대하여만 동작하는 한계가 있다.However, the conventional transmit array structure is limited to the direction of polarization (direction of vibration of the electric field) determined from the transmit/receive antenna. can In order to solve this problem, a passive polarization converter has been developed, but there is a limitation in that the passive polarization converter operates only for vertical/horizontal or horizontal/vertical direction conditions.

능동형 편파 변환기의 경우, 동작 주파수의 1/4 파장 간격으로 이격된 다층의 적층 구조(stacked structure)를 기반으로 설계되어 이격층(spacing layer)에 의한 변환 손실을 야기하는 한계가 있다.In the case of an active polarization converter, it is designed based on a multi-layered stacked structure spaced by a quarter wavelength interval of an operating frequency, and there is a limit in causing a conversion loss due to a spacing layer.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 전기적으로 제어가 가능한 능동 소자를 포함하는 주기 구조를 이용하여 선택적으로 편파 변환이 가능한 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이 및 능동형 편파 변환기를 제공함에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is to provide a transmitter array and an active polarization converter having an active polarization conversion characteristic capable of selectively polarization conversion using a periodic structure including an electrically controllable active element.

본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이는 복수의 단위 셀 각각에 형성되어 있는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 제1 전도성 패치가 형성된 제1 기판, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 중첩하는 형태로 형성된 제3 전극 및 제4 전극을 포함하는 제2 전도성 패치가 형성된 제2 기판, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 제1 능동 소자, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 상기 제1 능동 소자의 연결 방향과 90도 각도를 이루는 연결 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 제2 능동 소자를 포함한다.A transmitter array having an active polarization conversion characteristic according to an embodiment of the present invention includes a first substrate on which a first conductive patch including a first electrode and a second electrode formed in each of a plurality of unit cells is formed, the first A second substrate on which a second conductive patch is formed including an electrode and a third electrode and a fourth electrode formed to overlap the second electrode, the second substrate being disposed between the first electrode and the second electrode, the first electrode and a first active element electrically connecting the second electrode, and the first electrode in a connection direction disposed between the first electrode and the second electrode and forming a 90 degree angle with the connection direction of the first active element and a second active element electrically connecting the second electrode.

상기 제1 능동 소자와 상기 제2 능동 소자는 전류 방향에 따라 서로 다른 방향으로 전류가 흐르도록 구성된 핀 다이오드인 능동형 편파 변환 특성을 가질 수 있다. The first active element and the second active element may have active-type polarization conversion characteristics that are pin diodes configured to flow currents in different directions according to current directions.

상기 제1 전극은 상기 복수의 단위 셀 각각의 폭보다 직경이 작은 링 형태로 형성되고, 상기 제2 전극은 상기 제1 전극의 내부에 위치하고 상기 제1 전극과 일정 거리 이격되어 있는 원 형태로 형성되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 링 형태의 슬롯이 형성될 수 있다. The first electrode is formed in a ring shape having a diameter smaller than the width of each of the plurality of unit cells, and the second electrode is formed in a circle shape located inside the first electrode and spaced apart from the first electrode by a predetermined distance. and a ring-shaped slot may be formed between the first electrode and the second electrode.

상기 복수의 단위 셀 각각의 폭은 동작 주파수의 1/4 파장 이하이고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 동작 주파수의 1/2 파장보다 작은 주기로 배열될 수 있다. A width of each of the plurality of unit cells may be less than or equal to a quarter wavelength of an operating frequency, and the first electrode and the second electrode may be arranged with a period smaller than a half wavelength of the operating frequency.

상기 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이는 상기 복수의 단위 셀에 제어 신호를 인가하기 위한 입력부, 상기 복수의 단위 셀에 연결되어 상기 제어 신호를 상기 복수의 단위 셀에 전달하는 제어 신호 라인, 및 상기 복수의 단위 셀에 접지 전압을 인가하기 위한 접지부를 더 포함할 수 있다. The transmitter array having the active polarization conversion characteristic includes an input for applying a control signal to the plurality of unit cells, a control signal line connected to the plurality of unit cells to transmit the control signal to the plurality of unit cells, and A ground unit for applying a ground voltage to the plurality of unit cells may be further included.

상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 입력부는 상기 제1 기판의 상부면인 제1 층에 형성되고, 상기 제어 신호 라인은 상기 제1 기판의 하부면인 제2 층에 형성되고, 상기 입력부는 상기 제1 기판을 관통하는 비아 구조를 통해 상기 제어 신호 라인과 전기적으로 연결되고, 상기 제어 신호 라인은 상기 제1 전극과 중첩하는 부분에 형성된 비아 구조를 통해 상기 제1 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.The first electrode, the second electrode, and the input unit are formed on a first layer that is an upper surface of the first substrate, the control signal line is formed on a second layer that is a lower surface of the first substrate, and the input part may be electrically connected to the control signal line through a via structure penetrating the first substrate, and the control signal line may be electrically connected to the first electrode through a via structure formed in a portion overlapping with the first electrode there is.

상기 제2 기판은 상기 제2 기판의 상부면인 제3 층에 형성된 접지판을 더 포함하고, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극은 상기 제2 기판의 하부면인 제4 층에 형성되고, 상기 제3 전극은 상기 제2 기판을 관통하는 비아 구조를 통해 상기 접지판과 전기적으로 연결될 수 있다.The second substrate further includes a ground plate formed on a third layer that is an upper surface of the second substrate, and the third electrode and the fourth electrode are formed on a fourth layer that is a lower surface of the second substrate, The third electrode may be electrically connected to the ground plate through a via structure penetrating the second substrate.

상기 입력부는, 상기 제어 신호가 인가되는 패드, 상기 제어 신호에 의한 과전류를 방지하기 위한 풀업 저항, 및 상기 제어 신호와 무선 신호 간의 격리도 향상을 위한 디커플링 소자를 포함할 수 있다.The input unit may include a pad to which the control signal is applied, a pull-up resistor for preventing overcurrent caused by the control signal, and a decoupling element for improving isolation between the control signal and the wireless signal.

상기 제2 전도성 패치에 입사파가 입사되고 상기 제어 신호가 오프 전압으로 인가되면, 상기 제1 능동 소자가 쇼트 상태가 되고 상기 제2 능동 소자가 오픈 상태가 되어 상기 제1 능동 소자를 통해 제1 방향으로 전류가 흐르고, 상기 제1 전도성 패치에 의해 전류의 방향에 대응하는 제1 편파를 갖는 방사파가 방사될 수 있다. When an incident wave is incident on the second conductive patch and the control signal is applied as an off voltage, the first active element is in a short-circuited state and the second active element is in an open state. A current may flow in the direction, and a radiation wave having a first polarization corresponding to the direction of the current may be radiated by the first conductive patch.

상기 제2 전도성 패치에 입사파가 입사되고 상기 제어 신호가 온 전압으로 인가되면, 상기 제2 능동 소자가 쇼트 상태가 되고 상기 제1 능동 소자가 오픈 상태가 되어 상기 제2 능동 소자를 통해 제2 방향으로 전류가 흐르고, 상기 제1 전도성 패치에 의해 전류의 방향에 대응하는 제2 편파를 갖는 방사파가 방사될 수 있다. When an incident wave is incident on the second conductive patch and the control signal is applied as an on voltage, the second active element is in a short-circuited state and the first active element is in an open state, and a second active element is passed through the second active element. A current may flow in the direction, and a radiation wave having a second polarization corresponding to the direction of the current may be radiated by the first conductive patch.

본 발명의 다른 실시예에 따른 능동형 편파 변환기는 제어 알고리즘에 따라 양 전압의 제1 제어 신호 또는 음 전압의 제2 제어 신호를 인가하는 제어부, 및 상기 제2 제어 신호가 인가되면 접지로부터 상기 제어부로 전류가 흐르도록 하는 제1 능동 소자 및 상기 제1 제어 신호가 인가되면 상기 제어부로부터 상기 접지로 전류가 흐르도록 하는 제2 능동 소자를 각각 포함하는 복수의 단위 셀을 포함하고, 상기 복수의 단위 셀 각각은 상기 제1 능동 소자와 상기 제2 능동 소자가 전기적으로 연결하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 상기 제1 능동 소자가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 연결하는 연결 방향과 상기 제2 능동 소자가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 연결하는 연결 방향은 90도 각도를 이룬다.An active polarization converter according to another embodiment of the present invention includes a control unit that applies a first control signal of a positive voltage or a second control signal of a negative voltage according to a control algorithm, and when the second control signal is applied, from the ground to the control unit a plurality of unit cells each including a first active element for allowing a current to flow and a second active element for allowing a current to flow from the controller to the ground when the first control signal is applied, the plurality of unit cells Each of the first active element and the second active element includes a first electrode and a second electrode that electrically connect, and the first active element connects the first electrode and the second electrode in a connection direction and A connection direction in which the second active element connects the first electrode and the second electrode forms an angle of 90 degrees.

상기 복수의 단위 셀 각각은, 상기 제1 전극과 중첩하는 형태로 형성된 제3 전극, 상기 제2 전극과 중첩하는 형태로 형성된 제4 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 형성된 층과 상기 제3 전극과 상기 제4 전극이 형성된 층 사이의 층에 형성된 접지판을 더 포함할 수 있다.Each of the plurality of unit cells includes a third electrode formed to overlap the first electrode, a fourth electrode formed to overlap the second electrode, and a layer formed with the first electrode and the second electrode; A ground plate formed on a layer between the third electrode and the layer on which the fourth electrode is formed may be further included.

상기 제3 전극은 비아 구조를 통해 상기 접지판과 전기적으로 연결되고, 상기 제4 전극은 비아 구조를 통해 상기 제2 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.The third electrode may be electrically connected to the ground plate through a via structure, and the fourth electrode may be electrically connected to the second electrode through a via structure.

상기 복수의 단위 셀 각각은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 형성된 층과 상기 접지판이 형성된 층 사이의 층에 형성된 제어 신호 라인을 더 포함하고, 상기 제어 신호 라인은 상기 제1 전극과 중첩하는 부분에 형성된 비아 구조를 통해 상기 제1 전극과 전기적으로 연결될 수 있다. Each of the plurality of unit cells further includes a control signal line formed on a layer between the layer on which the first electrode and the second electrode are formed and the layer on which the ground plate is formed, wherein the control signal line overlaps the first electrode. It may be electrically connected to the first electrode through a via structure formed in the portion.

상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 입사파가 입사되고 상기 제2 제어 신호가 인가되면, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 의해 제1 편파를 갖는 방사파가 방사될 수 있다. When an incident wave is incident on the third electrode and the fourth electrode and the second control signal is applied, a radiation wave having a first polarization may be emitted by the first electrode and the second electrode.

상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 입사파가 입사되고 상기 제1 제어 신호가 인가되면, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 의해 제2 편파를 갖는 방사파가 방사될 수 있다. When an incident wave is incident on the third electrode and the fourth electrode and the first control signal is applied, a radiation wave having a second polarization may be emitted by the first electrode and the second electrode.

본 발명의 실시예에 따른 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이는 전기적으로 제어가 가능한 능동 소자를 이용하여 선택적으로 편파 변환을 수행할 수 있으며, 빌드업 방식의 다층 인쇄회로기판 기술을 이용하여 경량화될 수 있고, 편파 변환 손실을 최소화할 수 있다.Transmit array having an active polarization conversion characteristic according to an embodiment of the present invention can selectively perform polarization conversion using an electrically controllable active element, and is lightweight using a build-up type multilayer printed circuit board technology , and the polarization conversion loss can be minimized.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이를 3차원으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 트랜스밋 어레이의 적층 구조에서 각 층에 형성된 전도성 패치를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이의 단위 셀을 나타내는 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이의 단위 셀의 적층 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이가 편파 변환을 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이에 오프 전압의 제어 신호가 인가된 경우의 능동 소자의 동작을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이에 오프 전압의 제어 신호가 인가된 경우의 상부 전도성 패치와 하부 전도성 패치에 흐르는 표면 전류분포 형태를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이에 온 전압의 제어 신호가 인가된 경우의 능동 소자의 동작을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이에 온 전압의 제어 신호가 인가된 경우의 상부 전도성 패치와 하부 전도성 패치에 흐르는 표면 전류분포 형태를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이에서 제공하는 주파수 응답 특성을 동일 편파(수평-수평) 조건에서 전송특성 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이에서 제공하는 주파수 응답 특성을 교차 편파(수직-수평) 조건에서 전송특성 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실싱예에 따른 트랜스밋 어레이와 안테나의 결합 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12의 결합 구조에서 트랜스밋 어레이와 안테나의 방사 패턴이 동일 편파(수직-수직)인 조건에 대하여 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.
도 14는 도 12의 결합 구조에서 트랜스밋 어레이와 안테나의 방사 패턴이 교차 편파(수직-수평)인 조건에 대하여 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a transmit array according to an embodiment of the present invention in three dimensions.
FIG. 2 is a view showing conductive patches formed on each layer in the stacked structure of the transmitter array of FIG. 1 .
3 is a plan view illustrating a unit cell of a transmit array according to an embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view illustrating a stacked structure of unit cells of a transmit array according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a method for controlling polarization conversion by a transmitter array according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an operation of an active element when a control signal of an off voltage is applied to a transmitter array according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating a simulation result of a surface current distribution pattern flowing through an upper conductive patch and a lower conductive patch when a control signal of an off voltage is applied to the transmitter array according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an operation of an active element when a control signal of an on voltage is applied to a transmitter array according to an embodiment of the present invention.
9 is a view showing a simulation result of the distribution of surface currents flowing through an upper conductive patch and a lower conductive patch when a control signal of an on voltage is applied to the transmitter array according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating simulation and measurement results of transmission characteristics under the same polarization (horizontal-horizontal) condition for the frequency response characteristics provided by the transmit array according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating simulation and measurement results of transmission characteristics under cross-polarization (vertical-horizontal) conditions for frequency response characteristics provided by the transmit array according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram schematically illustrating a coupling structure of a transmitter array and an antenna according to an embodiment of the present invention.
13 is a view showing simulation results for a condition in which radiation patterns of a transmitter array and an antenna are of the same polarization (vertical-vertical) in the coupling structure of FIG. 12 .
14 is a diagram illustrating simulation results for a condition in which radiation patterns of a transmitter array and an antenna are cross-polarized (vertical-horizontal) in the combined structure of FIG. 12 .

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, 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 트랜스밋 어레이에 대하여 설명한다. Hereinafter, a transmitter array 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 트랜스밋 어레이를 3차원으로 나타내는 도면이다. 도 2는 도 1의 트랜스밋 어레이의 적층 구조에서 각 층에 형성된 전도성 패치를 나타내는 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이의 단위 셀을 나타내는 평면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이의 단위 셀의 적층 구조를 나타내는 단면도이다. 1 is a diagram illustrating a transmit array according to an embodiment of the present invention in three dimensions. FIG. 2 is a view showing conductive patches formed on each layer in the stacked structure of the transmitter array of FIG. 1 . 3 is a plan view illustrating a unit cell of a transmit array according to an embodiment of the present invention. 4 is a cross-sectional view illustrating a stacked structure of unit cells of a transmit array according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이(10)는 전자적으로 편파 변환이 가능한 능동형 편파 변환기를 이룰 수 있다. 즉, 트랜스밋 어레이(10)는 능동형 편파 변환 특성을 갖는다.1 to 4 , the transmit array 10 according to an embodiment of the present invention may form an active polarization converter capable of electronically polarization conversion. That is, the transmitter array 10 has an active polarization conversion characteristic.

트랜스밋 어레이(10)는 제1 방향 및/또는 제2 방향으로 주기적으로 배열되는 복수의 단위 셀(100)을 포함할 수 있다. 즉, 트랜스밋 어레이(10)는 복수의 단위 셀(100)이 주기적으로 배열되는 주기 구조(periodic structure)를 가질 수 있다. 도 1 및 2에서는 4개의 단위 셀(100)이 2×2 배열되는 구조를 예시하고 있으나, 단위 셀(100)의 개수 및 배열 구조는 제한되지 않는다.The transmit array 10 may include a plurality of unit cells 100 that are periodically arranged in a first direction and/or a second direction. That is, the transmit array 10 may have a periodic structure in which the plurality of unit cells 100 are periodically arranged. 1 and 2 exemplify a structure in which four unit cells 100 are arranged in a 2×2 arrangement, but the number and arrangement structure of the unit cells 100 are not limited.

트랜스밋 어레이(10)는 전도성 패치(conductive patch)가 형성된 제1 기판(110), 전도성 패치가 형성된 제2 기판(120), 그리고 제1 기판(110)과 제2 기판(120) 사이에 위치하여 제1 기판(110)과 제2 기판(120)을 접착시키는 접착층(130)으로 구성될 수 있다. 전도성 패치는 구리와 같이 전기 전도율이 높은 금속으로 패터닝되어 형성될 수 있다. 접착층(130)은 에폭시(epoxy) 계열의 접착 물질을 포함할 수 있다. 제2 기판(120) 위에 접착층(130)이 위치하고, 접착층(130) 위에 제1 기판(110)이 위치할 수 있다. The transmitter array 10 is positioned between a first substrate 110 on which a conductive patch is formed, a second substrate 120 on which a conductive patch is formed, and between the first substrate 110 and the second substrate 120 . Thus, the adhesive layer 130 for bonding the first substrate 110 and the second substrate 120 may be formed. The conductive patch may be formed by patterning with a metal having high electrical conductivity, such as copper. The adhesive layer 130 may include an epoxy-based adhesive material. The adhesive layer 130 may be positioned on the second substrate 120 , and the first substrate 110 may be positioned on the adhesive layer 130 .

도 2의 (a)는 제1 기판(110)의 상부면에 형성된 전도성 패치를 나타내고 있다. 도 2의 (b)는 접착층(130)의 상부면, 즉 제1 기판(110)의 하부면에 형성된 전도성 패치를 나타내고 있다. 도 2의 (c)는 접착층(130)의 하부면, 즉 제2 기판(120)의 상부면에 형성된 전도성 패치를 나타내고 있다. 도 2의 (d)는 제2 기판(120)의 하부면에 형성된 전도성 패치를 나타내고 있다. FIG. 2A illustrates a conductive patch formed on the upper surface of the first substrate 110 . FIG. 2B shows a conductive patch formed on the upper surface of the adhesive layer 130 , that is, the lower surface of the first substrate 110 . FIG. 2C illustrates a conductive patch formed on the lower surface of the adhesive layer 130 , that is, the upper surface of the second substrate 120 . FIG. 2D shows a conductive patch formed on the lower surface of the second substrate 120 .

이하, 제1 기판(110)의 상부면을 제1 층, 제1 기판(110)의 하부면을 제2 층, 제2 기판(120)의 상부면을 제3 층, 제2 기판(120)의 하부면을 제4 층이라 한다. 트랜스밋 어레이(10)의 전도성 패치는 제1 내지 제4 층에 패터닝되어 형성된 전도성 물질을 포함할 수 있다.Hereinafter, the upper surface of the first substrate 110 is the first layer, the lower surface of the first substrate 110 is the second layer, the upper surface of the second substrate 120 is the third layer, and the second substrate 120 is the second layer. The lower surface of is called the fourth layer. The conductive patch of the transmitter array 10 may include a conductive material formed by patterning the first to fourth layers.

트랜스밋 어레이(10)의 중앙 부분에 복수의 단위 셀(100)이 형성되고, 트랜스밋 어레이(10)의 가장자리에는 제어 신호의 인가를 위한 입력부(210) 및 접지 전압(GND)의 인가를 위한 되는 접지부(220)가 형성될 수 있다. 입력부(210) 및 접지부(220)는 제1 층의 가장자리에 형성될 수 있다. A plurality of unit cells 100 are formed in a central portion of the transmitter array 10 , and an input unit 210 for application of a control signal and an input unit 210 for application of a ground voltage GND are formed at an edge of the transmitter array 10 . A grounding unit 220 may be formed. The input unit 210 and the ground unit 220 may be formed at an edge of the first layer.

입력부(210)는 제어 신호가 인가되는 패드(211), 제어 신호에 의한 과전류를 방지하기 위한 풀업(pull-up) 저항(212), 그리고 제어 신호와 무선 신호 간의 격리도 향상을 위한 디커플링 소자(213)를 포함할 수 있다. 패드(211), 풀업 저항(212), 디커플링 소자(213)가 순차적으로 연결되고, 디커플링 소자(213)의 끝단에 제1 기판(110)을 관통하는 비아(via) 구조(214)가 형성될 수 있다. 비아 구조(214)는 제2 층에 형성된 제어 신호 라인(111)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제어 신호 라인(111)은 복수의 단위 셀(100)이 위치한 영역으로 연장되어 복수의 단위 셀(100)에 연결되어 제어 신호를 복수의 단위 셀(100)에 전달한다. 즉, 입력부(210)에 인가된 제어 신호는 복수의 단위 셀(100)에 인가될 수 있다. The input unit 210 includes a pad 211 to which a control signal is applied, a pull-up resistor 212 for preventing overcurrent caused by the control signal, and a decoupling element ( 213) may be included. The pad 211 , the pull-up resistor 212 , and the decoupling element 213 are sequentially connected, and a via structure 214 penetrating the first substrate 110 is formed at an end of the decoupling element 213 . can The via structure 214 may be electrically connected to the control signal line 111 formed in the second layer. The control signal line 111 extends to an area in which the plurality of unit cells 100 are located and is connected to the plurality of unit cells 100 to transmit a control signal to the plurality of unit cells 100 . That is, the control signal applied to the input unit 210 may be applied to the plurality of unit cells 100 .

접지부(220)는 입력부(210)와 동일한 구조로 형성될 수 있다. 즉, 접지부(220)는 접지 전압(GND)이 인가되는 패드, 풀업 저항, 디커플링 소자 및 비아 구조가 순차적으로 연결된 구조를 가질 수 있다. 접지부(220)의 비아 구조는 제3 층에 형성된 접지판(121)과 전기적으로 연결될 수 있다. The ground unit 220 may have the same structure as the input unit 210 . That is, the ground unit 220 may have a structure in which a pad to which the ground voltage GND is applied, a pull-up resistor, a decoupling element, and a via structure are sequentially connected. The via structure of the ground unit 220 may be electrically connected to the ground plate 121 formed in the third layer.

제1 층에 형성된 전도성 패치는 단위 셀(100)마다 형성되어 있는 제1 전극(101)과 제2 전극(102)을 포함한다. 제1 층에 형성된 전도성 패치를 상부 전도성 패치 또는 제1 전도성 패치라 한다. 제1 전극(101)은 단위 셀(100)의 폭(W)보다 직경이 작은 링(ring) 형태로 형성될 수 있다. 제2 전극(102)은 제1 전극(101)의 내부에 위치하고 제1 전극(101)과 일정 거리 이격되어 있는 원 형태로 형성될 수 있다. 제1 전극(101)과 제2 전극(102) 사이에 링 형태의 슬롯이 형성된다. 단위 셀(100)의 폭(W)은 동작 주파수의 1/4 파장 이하일 수 있다. 제1 전극(101)과 제2 전극(102)은 동작 주파수의 1/2 파장보다 작은 주기로 배열될 수 있다. The conductive patch formed on the first layer includes a first electrode 101 and a second electrode 102 formed for each unit cell 100 . The conductive patch formed on the first layer is referred to as an upper conductive patch or a first conductive patch. The first electrode 101 may be formed in a ring shape having a diameter smaller than the width W of the unit cell 100 . The second electrode 102 may be formed in a circular shape positioned inside the first electrode 101 and spaced apart from the first electrode 101 by a predetermined distance. A ring-shaped slot is formed between the first electrode 101 and the second electrode 102 . The width W of the unit cell 100 may be less than or equal to 1/4 wavelength of the operating frequency. The first electrode 101 and the second electrode 102 may be arranged with a period smaller than 1/2 wavelength of the operating frequency.

제어 신호 라인(111)은 제1 전극(101)과 중첩하는 부분에 형성된, 제1 기판(110)을 관통하는 비아 구조를 통해 제1 전극(101)과 전기적으로 연결될 수 있다.The control signal line 111 may be electrically connected to the first electrode 101 through a via structure penetrating the first substrate 110 formed at a portion overlapping the first electrode 101 .

제4 층에 형성된 전도성 패치는 제1 층의 제1 전극(101) 및 제2 전극(102)과 전반적으로 중첩하는 형태로 형성된 제3 전극(122) 및 제4 전극(123)을 포함한다. 제4 층에 형성된 전도성 패치를 하부 전도성 패치 또는 제2 전도성 패치라 한다. 제3 전극(122)은 제1 전극(101)과 중첩하는 링 형태로 형성되고, 제4 전극(123)은 제2 전극(102)과 중첩하는 원 형태로 형성될 수 있다. 제3 전극(122)은 제2 기판(120)을 관통하는 비아 구조를 통해 제3 층의 접지판(121)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 전극(123)은 제1 기판(110), 접착층(130) 및 제2 기판(120)을 관통하는 비아 구조를 통해 제2 전극(102)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 전극(123)은 제3 전극(122)과 전기적으로 연결될 수 있다.The conductive patch formed on the fourth layer includes the third electrode 122 and the fourth electrode 123 formed in a shape that generally overlaps the first electrode 101 and the second electrode 102 of the first layer. The conductive patch formed on the fourth layer is referred to as a lower conductive patch or a second conductive patch. The third electrode 122 may be formed in a ring shape overlapping the first electrode 101 , and the fourth electrode 123 may be formed in a circular shape overlapping the second electrode 102 . The third electrode 122 may be electrically connected to the ground plate 121 of the third layer through a via structure penetrating the second substrate 120 . The fourth electrode 123 may be electrically connected to the second electrode 102 through a via structure penetrating the first substrate 110 , the adhesive layer 130 , and the second substrate 120 . The fourth electrode 123 may be electrically connected to the third electrode 122 .

제1 층에는 제1 전극(101)과 제2 전극(102) 사이(링 형태의 슬롯 부분)에 제1 능동 소자(103) 및 제2 능동 소자(104)가 배치되어 제1 전극(101)과 제2 전극(102)을 전기적으로 연결할 수 있다. 제2 능동 소자(104)의 배치/연결 방향은 제1 능동 소자(103)의 배치/연결 방향과 90도 각도를 이룰 수 있다. 제1 능동 소자(103) 및 제2 능동 소자(104)는 핀 다이오드(PIN diode)를 포함할 수 있다. 제1 능동 소자(103)와 제2 능동 소자(104)는 전류 방향에 따라 서로 다른 방향으로 전류가 흐르도록 구성될 수 있다. In the first layer, a first active element 103 and a second active element 104 are disposed between the first electrode 101 and the second electrode 102 (a ring-shaped slot portion) to form the first electrode 101 . and the second electrode 102 may be electrically connected. The arrangement/connection direction of the second active element 104 may form a 90 degree angle with the arrangement/connection direction of the first active element 103 . The first active element 103 and the second active element 104 may include a PIN diode. The first active element 103 and the second active element 104 may be configured such that current flows in different directions according to the current direction.

이하, 도 5 내지 11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이(10)의 능동형 편파 변환 방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, an active polarization conversion method of the transmitter array 10 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 5 to 11 .

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이가 편파 변환을 제어하는 방법을 나타내는 도면이다.5 is a diagram illustrating a method for controlling polarization conversion by a transmitter array according to an embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 능동형 편파 변환기는 복수의 단위 셀(100)과 제어부(200)를 포함할 수 있다. 여기서는 복수의 단위 셀(100)이 N×M개 배열되는 것으로 예시하고 있으나, 복수의 단위 셀(100)의 개수는 제한되지 않는다. 제어부(200)는 마이크로프로세서 기반의 제어기(201) 및 제어 알고리즘(202)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the active polarization converter may include a plurality of unit cells 100 and a controller 200 . Here, it is exemplified that N×M of the plurality of unit cells 100 are arranged, but the number of the plurality of unit cells 100 is not limited. The control unit 200 may include a microprocessor-based controller 201 and a control algorithm 202 .

제어기(201)는 입력부(210)의 풀업 저항(212)과 디커플링 소자(213), 그리고 제어 신호 라인(111)을 통해 복수의 단위 셀(100) 각각의 제1 능동 소자(103)와 제2 능동 소자(104)에 연결될 수 있다. 제어기(201)는 제어 알고리즘(202)에 따라 복수의 단위 셀(100)에 온(ON) 전압(양 전압, +V)의 제1 제어 신호 또는 오프(OFF) 전압(음 전압, -V)의 제2 제어 신호를 인가할 수 있다. The controller 201 includes a first active element 103 and a second active element 103 of each of the plurality of unit cells 100 through the pull-up resistor 212 and the decoupling element 213 of the input unit 210 , and the control signal line 111 . It may be coupled to the active element 104 . The controller 201 sends a first control signal of an ON voltage (positive voltage, +V) or an OFF voltage (negative voltage, -V) to the plurality of unit cells 100 according to the control algorithm 202 . A second control signal of may be applied.

복수의 단위 셀(100) 각각의 제1 능동 소자(103)와 제2 능동 소자(104)는 전류 방향에 따라 서로 다른 방향으로 전류가 흐르도록 구성된다. 즉, 복수의 단위 셀(100)에 온 전압의 제1 제어 신호가 인가되면 제2 능동 소자(104)를 통해 제어부(200)로부터 접지로 전류가 흐르게 되고, 복수의 단위 셀(100)에 오프 전압의 제2 제어 신호가 인가되면 제1 능동 소자(103)를 통해 접지로부터 제어부(200)로 전류가 흐르게 된다. 이에 따라, 제어부(200)의 제어에 따라 복수의 단위 셀(100)에서 재방사되는 편파의 방향이 변환될 수 있다. The first active element 103 and the second active element 104 of each of the plurality of unit cells 100 are configured to flow in different directions according to the direction of the current. That is, when the first control signal of the on voltage is applied to the plurality of unit cells 100 , a current flows from the controller 200 to the ground through the second active element 104 , and the plurality of unit cells 100 are turned off. When the second control signal of the voltage is applied, a current flows from the ground to the controller 200 through the first active element 103 . Accordingly, the direction of the polarized wave re-radiated from the plurality of unit cells 100 may be changed under the control of the controller 200 .

제어부(200)가 오프 전압의 제2 제어 신호를 인가하는 경우에 대하여 도 6 및 7을 참조하여 설명한다. A case in which the controller 200 applies the second control signal of the off voltage will be described with reference to FIGS. 6 and 7 .

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이에 오프 전압의 제어 신호가 인가된 경우의 능동 소자의 동작을 나타내는 도면이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이에 오프 전압의 제어 신호가 인가된 경우의 상부 전도성 패치와 하부 전도성 패치에 흐르는 표면 전류분포 형태를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating an operation of an active element when a control signal of an off voltage is applied to a transmitter array according to an embodiment of the present invention. 7 is a view showing a simulation result of a surface current distribution that flows through an upper conductive patch and a lower conductive patch when a control signal of an off voltage is applied to the transmitter array according to an embodiment of the present invention.

도 6 및 7을 참조하면, 외부로부터의 입사파가 하부 전도성 패치에 입사되면 하부 전도성 패치에 전류가 유도되고, 유도된 전류에 의해 상부 전도성 패치에 전류가 흐르게 된다. 입사파는 수평 방향의 선형 편파(수평 편파)인 것으로 가정한다. 6 and 7, when an incident wave from the outside is incident on the lower conductive patch, a current is induced in the lower conductive patch, and the current flows in the upper conductive patch by the induced current. It is assumed that the incident wave is a linearly polarized wave in the horizontal direction (horizontal polarization).

이때, 오프 전압의 제2 제어 신호에 의해 제1 능동 소자(103)가 쇼트(short) 상태이고 제2 능동 소자(104)는 오픈(open) 상태이므로 제1 능동 소자(103)를 통해 제1 방향(또는 수평 방향)으로 전류가 흐르게 되며, 상부 전도성 패치에 의해 전류의 방향에 대응하는 제1 편파(수평 편파)를 갖는 방사파가 방사될 수 있다. 즉, 트랜스밋 어레이(10)는 입사파의 편파를 유지하여 방사파를 방사할 수 있다.At this time, since the first active element 103 is in a short state and the second active element 104 is in an open state by the second control signal of the off voltage, the first active element 103 passes through the first active element 103 . A current flows in a direction (or a horizontal direction), and a radiation wave having a first polarization (horizontal polarization) corresponding to the direction of the current may be radiated by the upper conductive patch. That is, the transmitter array 10 may radiate the radiation wave by maintaining the polarization of the incident wave.

제어부(200)가 온 전압의 제1 제어 신호를 인가하는 경우에 대하여 도 8 및 9를 참조하여 설명한다. A case in which the controller 200 applies the first control signal of the on voltage will be described with reference to FIGS. 8 and 9 .

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이에 온 전압의 제어 신호가 인가된 경우의 능동 소자의 동작을 나타내는 도면이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이에 온 전압의 제어 신호가 인가된 경우의 상부 전도성 패치와 하부 전도성 패치에 흐르는 표면 전류분포 형태를 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다.8 is a diagram illustrating an operation of an active element when a control signal of an on voltage is applied to a transmitter array according to an embodiment of the present invention. 9 is a diagram illustrating a simulation result of a surface current distribution pattern flowing through an upper conductive patch and a lower conductive patch when a control signal of an on voltage is applied to the transmitter array according to an embodiment of the present invention.

도 8 및 9를 참조하면, 외부로부터의 입사파가 하부 전도성 패치에 입사되면 하부 전도성 패치에 전류가 유도되고, 유도된 전류에 의해 상부 전도성 패치에 전류가 흐르게 된다. 입사파는 수평 방향의 선형 편파인 것으로 가정한다. 8 and 9 , when an incident wave from the outside is incident on the lower conductive patch, a current is induced in the lower conductive patch, and the current flows in the upper conductive patch by the induced current. It is assumed that the incident wave is a linearly polarized wave in the horizontal direction.

이때, 온 전압의 제1 제어 신호에 의해 제1 능동 소자(103)가 오픈 상태이고 제2 능동 소자(104)는 쇼트 상태이므로 제2 능동 소자(104)를 통해 제2 방향(또는 수직 방향)으로 전류가 흐르게 되며, 상부 전도성 패치에 의해 전류의 방향에 대응하는 제2 편파(수직 편파)를 갖는 방사파가 방사될 수 있다. 즉, 트랜스밋 어레이(10)는 입사파의 편파를 변환하여 방사파를 방사할 수 있다.At this time, since the first active element 103 is in an open state and the second active element 104 is in a short state by the first control signal of the on voltage, the second active element 104 passes through the second direction (or in the vertical direction) current flows, and a radiation wave having a second polarization (vertical polarization) corresponding to the direction of the current may be radiated by the upper conductive patch. That is, the transmitter array 10 may radiate a radiation wave by converting a polarized wave of the incident wave.

이와 같이, 능동형 편파 변환기는 트랜스밋 어레이의 제1 층에 배치된 제1 능동 소자(103)와 제2 능동 소자(104)의 동작을 제어함으로써 원하는 편파 특성을 갖는 방사파를 발생시킬 수 있다. As such, the active polarization converter can generate a radiation wave having a desired polarization characteristic by controlling the operations of the first active element 103 and the second active element 104 disposed in the first layer of the transmitter array.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이에서 제공하는 주파수 응답 특성을 동일 편파(수평-수평) 조건에서 전송특성 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타내는 도면이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스밋 어레이에서 제공하는 주파수 응답 특성을 교차 편파(수직-수평) 조건에서 전송특성 시뮬레이션 및 측정 결과를 나타내는 도면이다. FIG. 10 is a diagram illustrating simulation and measurement results of transmission characteristics under the same polarization (horizontal-horizontal) condition for the frequency response characteristics provided by the transmit array according to an embodiment of the present invention. 11 is a diagram illustrating simulation and measurement results of transmission characteristics under cross-polarization (vertical-horizontal) conditions for frequency response characteristics provided by the transmit array according to an embodiment of the present invention.

도 10 및 11을 참조하면, 입력파의 편파를 유지하여 방사파를 방사하는 경우(수평->수평), 동작 주파수에서 투과계수가 -1.96dB이고 반사계수가 -18.2dB의 특성을 나타내었다. 그리고 입력파의 편파를 변환하여 방사파를 방사하는 경우(수평->수직), 동작 주파수에서 투과계수가 -2.14dB이고 반사계수가 -20.2dB의 특성을 나타내었다. 변파 변환 손실이 크지 않음을 알 수 있다.10 and 11, when the radiation wave is radiated while maintaining the polarization of the input wave (horizontal->horizontal), the transmission coefficient is -1.96 dB and the reflection coefficient is -18.2 dB at the operating frequency. And when the radiation wave is radiated by converting the polarization of the input wave (horizontal->vertical), the transmission coefficient is -2.14dB and the reflection coefficient is -20.2dB at the operating frequency. It can be seen that the wave conversion loss is not large.

이하, 도 12 및 14를 참조하여 트랜스밋 어레이와 안테나의 결합 구조에서 방사 패턴에 따른 성능을 시뮬레이션한 결과에 대하여 설명한다.Hereinafter, a simulation result of the performance according to the radiation pattern in the combined structure of the transmitter array and the antenna will be described with reference to FIGS. 12 and 14 .

도 12는 본 발명의 일 실싱예에 따른 트랜스밋 어레이와 안테나의 결합 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 13은 도 12의 결합 구조에서 트랜스밋 어레이와 안테나의 방사 패턴이 동일 편파인 조건에 대하여 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다. 도 14는 도 12의 결합 구조에서 트랜스밋 어레이와 안테나의 방사 패턴이 교차 편파인 조건에 대하여 시뮬레이션한 결과를 나타내는 도면이다. 12 is a diagram schematically showing a coupling structure of a transmitter array and an antenna according to an embodiment of the present invention. FIG. 13 is a view showing simulation results for a condition in which radiation patterns of a transmitter array and an antenna have the same polarization in the coupling structure of FIG. 12 . 14 is a view showing simulation results for a condition in which radiation patterns of a transmitter array and an antenna are cross-polarized in the coupling structure of FIG. 12 .

도 12 내지 14를 참조하면, 단위 셀이 8×8 배열된 트랜스밋 어레이(10')와 급전용 안테나(20)를 이용하여 주 빔(main beam) 각도에서 이득, HPBW(Half Power Beam Width) 및 SSL(Side-Lobe Level)을 시뮬레이션하였다.12 to 14, the gain at the main beam angle using the transmitter array 10' and the feed antenna 20 in which the unit cells are arranged in an 8×8 arrangement, HPBW (Half Power Beam Width) and SSL (Side-Lobe Level) were simulated.

주 빔 각도 0도에서 이득이 10.1 dBi이고, HPBW는 43.7도이고, SLL은 10 dBc이며, 편파 격리도는 10 dB 이상으로 나타났다. 본 발명의 실시예에 따른 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이의 성능이 편파 변환 특성이 효과적임을 알 수 있다.At a main beam angle of 0°, the gain was 10.1 dBi, the HPBW was 43.7°, the SLL was 10 dBc, and the polarization isolation was more than 10 dB. It can be seen that the polarization conversion characteristic is effective for the performance of the transmitter array having the active polarization conversion characteristic according to the embodiment of the present invention.

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 the 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 the scope of the present invention described in the claims. it is not Therefore, it will be understood by those of ordinary skill in the art 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, 10': 트랜스밋 어레이 20: 급전용 안테나
100: 단위 셀 101: 제1 전극
102: 제2 전극 103: 제1 능동 소자
104: 제2 능동 소자 110: 제1 기판
111: 제어 신호 라인 120: 제2 기판
121: 접지판 122: 제3 전극
123: 제4 전극 130: 접착층
200: 제어부 201: 제어기
202: 제어 알고리즘 210: 입력부
211: 패드 212: 풀업 저항
213: 디커플링 소자 214: 비아 구조
220: 접지부10, 10': Transmit Array 20: Feed Antenna
100: unit cell 101: first electrode
102: second electrode 103: first active element
104: second active element 110: first substrate
111: control signal line 120: second substrate
121: ground plate 122: third electrode
123: fourth electrode 130: adhesive layer
200: control unit 201: controller
202: control algorithm 210: input unit
211: pad 212: pull-up resistor
213: decoupling element 214: via structure
220: ground

Claims (16)

복수의 단위 셀 각각에 형성되어 있는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 제1 전도성 패치가 형성된 제1 기판;
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 중첩하는 형태로 형성된 제3 전극 및 제4 전극을 포함하는 제2 전도성 패치가 형성된 제2 기판;
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되어 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 제1 능동 소자; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 상기 제1 능동 소자의 연결 방향과 90도 각도를 이루는 연결 방향으로 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 전기적으로 연결하는 제2 능동 소자를 포함하는 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이.a first substrate on which a first conductive patch including a first electrode and a second electrode formed on each of the plurality of unit cells is formed;
a second substrate on which a second conductive patch including a third electrode and a fourth electrode overlapping the first electrode and the second electrode is formed;
a first active element disposed between the first electrode and the second electrode to electrically connect the first electrode and the second electrode; and
a second active element disposed between the first electrode and the second electrode and electrically connecting the first electrode and the second electrode in a connection direction forming a 90 degree angle with the connection direction of the first active element; Transmitter array with active polarization conversion characteristics including 제1 항에 있어서,
상기 제1 능동 소자와 상기 제2 능동 소자는 전류 방향에 따라 서로 다른 방향으로 전류가 흐르도록 구성된 핀 다이오드인 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이.According to claim 1,
The first active element and the second active element are pin diodes configured to allow current to flow in different directions depending on the direction of the current. A transmitter array having an active polarization conversion characteristic. 제1 항에 있어서,
상기 제1 전극은 상기 복수의 단위 셀 각각의 폭보다 직경이 작은 링 형태로 형성되고,
상기 제2 전극은 상기 제1 전극의 내부에 위치하고 상기 제1 전극과 일정 거리 이격되어 있는 원 형태로 형성되고,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 링 형태의 슬롯이 형성되는 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이.According to claim 1,
The first electrode is formed in a ring shape having a diameter smaller than the width of each of the plurality of unit cells,
The second electrode is positioned inside the first electrode and is formed in a circular shape spaced apart from the first electrode by a predetermined distance,
A transmitter array having an active polarization conversion characteristic in which a ring-shaped slot is formed between the first electrode and the second electrode. 제3 항에 있어서,
상기 복수의 단위 셀 각각의 폭은 동작 주파수의 1/4 파장 이하이고,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 동작 주파수의 1/2 파장보다 작은 주기로 배열되는 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이.4. The method of claim 3,
The width of each of the plurality of unit cells is less than 1/4 wavelength of the operating frequency,
The first electrode and the second electrode have an active polarization conversion characteristic arranged in a period smaller than a half wavelength of the operating frequency. 제1 항에 있어서,
상기 복수의 단위 셀에 제어 신호를 인가하기 위한 입력부;
상기 복수의 단위 셀에 연결되어 상기 제어 신호를 상기 복수의 단위 셀에 전달하는 제어 신호 라인; 및
상기 복수의 단위 셀에 접지 전압을 인가하기 위한 접지부를 더 포함하는 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이.According to claim 1,
an input unit for applying a control signal to the plurality of unit cells;
a control signal line connected to the plurality of unit cells to transmit the control signal to the plurality of unit cells; and
A transmitter array having an active polarization conversion characteristic further comprising a ground unit for applying a ground voltage to the plurality of unit cells. 제5 항에 있어서,
상기 제1 전극, 상기 제2 전극 및 상기 입력부는 상기 제1 기판의 상부면인 제1 층에 형성되고,
상기 제어 신호 라인은 상기 제1 기판의 하부면인 제2 층에 형성되고,
상기 입력부는 상기 제1 기판을 관통하는 비아 구조를 통해 상기 제어 신호 라인과 전기적으로 연결되고,
상기 제어 신호 라인은 상기 제1 전극과 중첩하는 부분에 형성된 비아 구조를 통해 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이.6. The method of claim 5,
The first electrode, the second electrode, and the input unit are formed on a first layer that is an upper surface of the first substrate,
The control signal line is formed in a second layer that is a lower surface of the first substrate,
the input unit is electrically connected to the control signal line through a via structure penetrating the first substrate;
wherein the control signal line is electrically connected to the first electrode through a via structure formed in a portion overlapping with the first electrode. 제5 항에 있어서,
상기 제2 기판은 상기 제2 기판의 상부면인 제3 층에 형성된 접지판을 더 포함하고,
상기 제3 전극 및 상기 제4 전극은 상기 제2 기판의 하부면인 제4 층에 형성되고,
상기 제3 전극은 상기 제2 기판을 관통하는 비아 구조를 통해 상기 접지판과 전기적으로 연결되는 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이.6. The method of claim 5,
The second substrate further includes a ground plate formed on a third layer that is an upper surface of the second substrate,
The third electrode and the fourth electrode are formed on a fourth layer that is a lower surface of the second substrate,
and the third electrode is electrically connected to the ground plate through a via structure penetrating the second substrate, and has an active polarization conversion characteristic. 제5 항에 있어서,
상기 입력부는,
상기 제어 신호가 인가되는 패드;
상기 제어 신호에 의한 과전류를 방지하기 위한 풀업 저항; 및
상기 제어 신호와 무선 신호 간의 격리도 향상을 위한 디커플링 소자를 포함하는 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이.6. The method of claim 5,
The input unit,
a pad to which the control signal is applied;
a pull-up resistor to prevent overcurrent caused by the control signal; and
A transmitter array having an active polarization conversion characteristic including a decoupling element for improving isolation between the control signal and the radio signal. 제5 항에 있어서,
상기 제2 전도성 패치에 입사파가 입사되고 상기 제어 신호가 오프 전압으로 인가되면, 상기 제1 능동 소자가 쇼트 상태가 되고 상기 제2 능동 소자가 오픈 상태가 되어 상기 제1 능동 소자를 통해 제1 방향으로 전류가 흐르고, 상기 제1 전도성 패치에 의해 전류의 방향에 대응하는 제1 편파를 갖는 방사파가 방사되는 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이.6. The method of claim 5,
When an incident wave is incident on the second conductive patch and the control signal is applied as an off voltage, the first active element is in a short-circuited state and the second active element is in an open state. A transmitter array having an active polarization conversion characteristic in which a current flows in a direction and a radiation wave having a first polarization corresponding to the direction of the current is emitted by the first conductive patch. 제5 항에 있어서,
상기 제2 전도성 패치에 입사파가 입사되고 상기 제어 신호가 온 전압으로 인가되면, 상기 제2 능동 소자가 쇼트 상태가 되고 상기 제1 능동 소자가 오픈 상태가 되어 상기 제2 능동 소자를 통해 제2 방향으로 전류가 흐르고, 상기 제1 전도성 패치에 의해 전류의 방향에 대응하는 제2 편파를 갖는 방사파가 방사되는 능동형 편파 변환 특성을 갖는 트랜스밋 어레이.6. The method of claim 5,
When an incident wave is incident on the second conductive patch and the control signal is applied as an on voltage, the second active element is in a short-circuited state and the first active element is in an open state. A transmitter array having an active polarization conversion characteristic in which a current flows in a direction and a radiation wave having a second polarization corresponding to the direction of the current is emitted by the first conductive patch. 제어 알고리즘에 따라 양 전압의 제1 제어 신호 또는 음 전압의 제2 제어 신호를 인가하는 제어부; 및
상기 제2 제어 신호가 인가되면 접지로부터 상기 제어부로 전류가 흐르도록 하는 제1 능동 소자 및 상기 제1 제어 신호가 인가되면 상기 제어부로부터 상기 접지로 전류가 흐르도록 하는 제2 능동 소자를 각각 포함하는 복수의 단위 셀을 포함하고,
상기 복수의 단위 셀 각각은 상기 제1 능동 소자와 상기 제2 능동 소자가 전기적으로 연결하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고,
상기 제1 능동 소자가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 연결하는 연결 방향과 상기 제2 능동 소자가 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 연결하는 연결 방향은 90도 각도를 이루는 능동형 편파 변환기.a control unit that applies a first control signal of a positive voltage or a second control signal of a negative voltage according to a control algorithm; and
A first active element allowing current to flow from the ground to the control unit when the second control signal is applied and a second active element allowing current to flow from the control unit to the ground when the first control signal is applied comprising a plurality of unit cells,
Each of the plurality of unit cells includes a first electrode and a second electrode electrically connected to the first active element and the second active element,
A connection direction in which the first active element connects the first electrode and the second electrode and a connection direction in which the second active element connects the first electrode and the second electrode form an angle of 90 degrees. . 제11 항에 있어서,
상기 복수의 단위 셀 각각은,
상기 제1 전극과 중첩하는 형태로 형성된 제3 전극;
상기 제2 전극과 중첩하는 형태로 형성된 제4 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 형성된 층과 상기 제3 전극과 상기 제4 전극이 형성된 층 사이의 층에 형성된 접지판을 더 포함하는 능동형 편파 변환기.12. The method of claim 11,
Each of the plurality of unit cells,
a third electrode formed to overlap the first electrode;
a fourth electrode formed to overlap the second electrode; and
and a ground plate formed in a layer between the layer on which the first electrode and the second electrode are formed, and the layer on which the third electrode and the fourth electrode are formed. 제12 항에 있어서,
상기 제3 전극은 비아 구조를 통해 상기 접지판과 전기적으로 연결되고,
상기 제4 전극은 비아 구조를 통해 상기 제2 전극과 전기적으로 연결되는 능동형 편파 변환기.13. The method of claim 12,
The third electrode is electrically connected to the ground plate through a via structure,
and the fourth electrode is electrically connected to the second electrode through a via structure. 제12 항에 있어서,
상기 복수의 단위 셀 각각은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 형성된 층과 상기 접지판이 형성된 층 사이의 층에 형성된 제어 신호 라인을 더 포함하고,
상기 제어 신호 라인은 상기 제1 전극과 중첩하는 부분에 형성된 비아 구조를 통해 상기 제1 전극과 전기적으로 연결되는 능동형 편파 변환기.13. The method of claim 12,
Each of the plurality of unit cells further includes a control signal line formed in a layer between the layer on which the first electrode and the second electrode are formed and the layer on which the ground plate is formed,
The control signal line is an active polarization converter electrically connected to the first electrode through a via structure formed in a portion overlapping with the first electrode. 제12 항에 있어서,
상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 입사파가 입사되고 상기 제2 제어 신호가 인가되면, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 의해 제1 편파를 갖는 방사파가 방사되는 능동형 편파 변환기.13. The method of claim 12,
When an incident wave is incident on the third electrode and the fourth electrode and the second control signal is applied, a radiation wave having a first polarization is emitted by the first electrode and the second electrode. 제12 항에 있어서,
상기 제3 전극 및 상기 제4 전극에 입사파가 입사되고 상기 제1 제어 신호가 인가되면, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 의해 제2 편파를 갖는 방사파가 방사되는 능동형 편파 변환기.13. The method of claim 12,
When an incident wave is incident on the third electrode and the fourth electrode and the first control signal is applied, a radiation wave having a second polarization is emitted by the first electrode and the second electrode.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20090014279A (en) * 2006-04-27 2009-02-09 레이스팬 코포레이션 Antennas, devices and systems based on metamaterial structures
KR20180073716A (en) * 2010-10-15 2018-07-02 시리트 엘엘씨 Surface scattering antennas

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