KR102374153B1 - 액정 기반 반사 메타표면, 및 이를 포함하는 반사 배열 안테나와 안테나 장치 - Google Patents

액정 기반 반사 메타표면, 및 이를 포함하는 반사 배열 안테나와 안테나 장치 Download PDF

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육종관
오정석
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국방과학연구소
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Abstract

액정 기반 반사 메타표면은 제1 기판, 상기 제1 기판의 제1 면에 형성되어 있는 제1 금속층, 상기 제1 기판의 제2 면에 형성되어 있는 제2 금속층 및 상기 제1 기판을 관통하여 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층을 전기적으로 연결하는 제1 금속 비아를 포함하는 제1층, 액정 및 단위 셀의 중앙 부분에 상기 액정이 채워질 수 있는 공간을 제공하는 제2 기판을 포함하는 제2층, 및 제3 기판, 상기 제3 기판의 제1 면에 형성되어 있는 제3 금속층을 포함하는 제3층을 포함하고, 상기 제2 금속층이 상기 액정의 위를 덮고, 상기 제3 금속층이 상기 액정의 아래를 덮고 있다.

Description

액정 기반 반사 메타표면, 및 이를 포함하는 반사 배열 안테나와 안테나 장치{LIQUID CRYSTAL-BASED REFLECTIVE METASURFACE, AND REFLECTIVE ARRAY ANTENNA AND ANTENNA DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 액정 기반 반사 메타표면, 및 이를 포함하는 반사 배열 안테나와 안테나 장치에 관한 것이다.
위상 배열 안테나는 소자 단위로 전파의 위상을 전자적으로 제어함으로써 빔조향 방향을 조정할 수 있다. 이때, 소자 단위의 전파의 위상 제어는 라디오 주파수(Radio Frequency)단의 위상변위기에서 적용되고 있다. 이러한 위상변위기는 위상 배열 안테나의 무게, 크기, 비용 등을 증가시키는 문제가 있다.
최근에는 액정(Liquid Crystal)의 유전율 변화로 전파의 방향을 조절하는 메타표면에 대하여 활발히 연구되고 있다. 전파에 연동하는 액정 기반 반사 메타표면은 주 재료인 액정의 높은 반사 손실로 인해 전파 효율 성능이 낮은 문제가 있다. 나타나 개선이 필요하다.
액정 기반 반사 메타표면의 반사 손실을 줄이기 위해서는 메타표면을 구성하는 유전체의 두께를 증가시켜야 하지만, 이로 인해 액정의 응답 속도가 느려지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 종래의 액정 기반 반사 배열 안테나 구조는 상부 유전체의 두께를 증가시켜도 반사 손실이 크게 개선되지 않는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 반사 손실을 개선할 수 있는 액정 기반 반사 메타표면, 및 이를 포함하는 반사 배열 안테나와 안테나 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면은 제1 기판, 상기 제1 기판의 제1 면에 형성되어 있는 제1 금속층, 상기 제1 기판의 제2 면에 형성되어 있는 제2 금속층 및 상기 제1 기판을 관통하여 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층을 전기적으로 연결하는 제1 금속 비아를 포함하는 제1층, 액정 및 단위 셀의 중앙 부분에 상기 액정이 채워질 수 있는 공간을 제공하는 제2 기판을 포함하는 제2층, 및 제3 기판, 상기 제3 기판의 제1 면에 형성되어 있는 제3 금속층을 포함하는 제3층을 포함하고, 상기 제2 금속층이 상기 액정의 위를 덮고, 상기 제3 금속층이 상기 액정의 아래를 덮고 있다.
상기 제3층은 상기 제3 기판의 제2 면에 형성되어 있는 제4 금속층 및 상기 제3 기판을 관통하여 상기 제3 금속층과 상기 제4 금속층을 전기적으로 연결하는 제2 금속 비아를 더 포함할 수 있다.
상기 제1층은 상기 액정을 활성화하기 위한 직류 전원을 공급하고, 급전 안테나로부터 공급되는 전파에 대해 리액턴스 부하 역할을 하고, 상기 제3층은 접지면 역할을 할 수 있다.
제1 금속층을 통해 상기 액정을 활성화하기 위한 직류 전원이 공급되고, 상기 제3 금속층 및 상기 제4 금속층은 상기 제3 기판과 동일한 면적을 차지하여 금속 접지면을 형성할 수 있다.
상기 제2 금속층은 상기 액정과 동일한 크기와 형태로 형성되어 상기 액정과 중첩할 수 있다.
상기 제1 금속층의 크기에 따라 리액턴스 값이 변경되고, 상기 제1 금속층의 크기의 변경에 의해 전파의 반사 손실과 반사 위상이 조정될 수 있다.
상기 제1 기판의 두께의 변경에 의해 전파의 반사 손실과 임피던스 특성이 조정될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반사 배열 안테나는 제1 방향 및 제2 방향으로 주기적으로 배열되는 복수의 단위 셀을 포함하고, 상기 복수의 단위 셀 각각은, 단위 셀의 중앙 부분에 위치하는 액정, 상부 기판의 제1 면에 형성되어 있는 제1 금속층, 상기 상부 기판의 제2 면에 형성되어 있고 상기 액정의 위를 덮고 있는 제2 금속층, 상기 상부 기판을 관통하여 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층을 전기적으로 연결하는 제1 금속 비아, 및 하부 기판의 제1 면에 형성되어 있고 상기 액정의 아래를 덮고 있는 제3 금속층을 포함한다.
상기 복수의 단위 셀 각각은, 상기 하부 기판의 제2 면에 형성되어 있는 제4 금속층, 및 상기 하부 기판을 관통하여 상기 제3 금속층과 상기 제4 금속층을 전기적으로 연결하는 제2 금속 비아를 더 포함할 수 있다.
제1 금속층을 통해 상기 액정을 활성화하기 위한 직류 전원이 공급되고, 상기 제3 금속층 및 상기 제4 금속층은 상기 제3 기판과 동일한 면적을 차지하여 금속 접지면을 형성할 수 있다.
상기 제2 금속층은 상기 액정과 동일한 크기와 형태로 형성되어 상기 액정과 중첩할 수 있다.
상기 제1 금속층의 크기에 따라 리액턴스 값이 변경되고, 상기 제1 금속층의 크기의 변경에 의해 전파의 반사 손실과 반사 위상이 조정될 수 있다.
상기 상부 기판의 두께의 변경에 의해 전파의 반사 손실과 임피던스 특성이 조정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 안테나 장치는 복수의 단위 셀을 포함하는 반사 배열 안테나, 및 상기 반사 배열 안테나와 일정 거리만큼 이격되어 배치되고, 상기 반사 배열 안테나를 향해 가변 주파수의 전파를 방사하는 급전 안테나를 포함하고, 상기 복수의 단위 셀 각각은, 단위 셀의 중앙 부분에 위치하는 액정, 상부 기판의 제1 면에 형성되어 있는 제1 금속층, 상기 상부 기판의 제2 면에 형성되어 있고 상기 액정의 위를 덮고 있는 제2 금속층, 상기 상부 기판을 관통하여 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층을 전기적으로 연결하는 제1 금속 비아, 및 하부 기판의 제1 면에 형성되어 있고 상기 액정의 아래를 덮고 있는 제3 금속층을 포함한다.
상기 복수의 단위 셀 각각은, 상기 하부 기판의 제2 면에 형성되어 있는 제4 금속층, 및 상기 하부 기판을 관통하여 상기 제3 금속층과 상기 제4 금속층을 전기적으로 연결하는 제2 금속 비아를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 금속층의 크기에 따라 리액턴스 값이 변경되고, 상기 제1 금속층의 크기의 변경에 의해 상기 급전 안테나로부터 전달되는 전파의 반사 손실과 반사 위상이 조정될 수 있다.
상기 상부 기판의 두께의 변경에 의해 상기 급전 안테나로부터 전달되는 전파의 반사 손실과 임피던스 특성이 조정될 수 있다.
액정 기반 반사 메타표면의 구조를 최적화함으로써 액정의 응답 속도에 영향을 주지 않으면서 반사 손실을 대폭 줄일 수 있고, 반사 손실을 개선함에 따라 반사 배열 안테나의 개구면 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 안테나와 반사 배열 안테나를 포함하는 안테나 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면을 갖는 반사 배열 안테나의 단위 셀의 적층 구조를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면을 갖는 반사 배열 안테나의 단위 셀의 분해 사시도이다.
도 4는 비교예에 따른 액정 기반 반사 메타표면을 갖는 반사 배열 안테나의 단위 셀의 적층 구조를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상부 기판의 두께에 따른 반사 손실과 비교예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상부 기판의 두께에 따른 반사 손실을 비교한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상부 기판의 두께에 따른 임피던스 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 비교 예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상부 기판의 두께에 따른 임피던스 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상단 금속층의 크기에 따른 반사 손실을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상단 금속층의 크기에 따른 반사 위상을 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상부 기판의 두께에 따른 액정 반응 속도와 비교예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상부 기판의 두께에 따른 액정 반응 속도를 비교한 그래프이다.
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.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
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.
이하, 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치와 액정 기반 반사 메타표면에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 급전 안테나와 반사 배열 안테나를 포함하는 안테나 장치를 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 안테나 장치(10)는 반사 배열 안테나(100) 및 급전 안테나(200)를 포함한다.
반사 배열 안테나(100)는 제1 방향(X) 및 제2 방향(Y)으로 주기적으로 배열되는 복수의 단위 셀(UC)을 포함한다. 도 1에서는 복수의 단위 셀(UC)이 12×12 배열되는 구조를 예시하고 있으나, 단위 셀(UC)의 개수 및 배열 구조는 제한되지 않는다.
반사 배열 안테나(100)는 액정 기반 반사 메타표면을 가진다. 즉, 복수의 단위 셀(UC)은 액정 기반 반사 메타표면으로 이루어질 수 있다. 액정 기반 반사 메타표면의 구조에 대해서는 도 2 및 3을 참조하여 후술한다.
급전 안테나(200)는 반사 배열 안테나(100)와 일정 거리만큼 이격되어 배치되고, 반사 배열 안테나(100)의 반사면을 향해 가변 주파수의 전파를 방사할 수 있다. 반사 배열 안테나(100)의 반사면은 제1 방향(X)과 제2 방향(Y)에 수직인 제3 방향(Z)을 향하는 면을 의미한다.
반사 배열 안테나(100)는 급전 안테나(200)로부터 입사되는 전파의 위상을 조정하여 반사함으로써 빔조향 기능을 수행할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면을 갖는 반사 배열 안테나의 단위 셀의 적층 구조를 나타내는 단면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면을 갖는 반사 배열 안테나의 단위 셀의 분해 사시도이다.
도 2 및 3을 참조하면, 단위 셀(UC)은 상부 금속(111, 112, 113)이 형성되어 있는 제1층, 액정(121)이 형성되어 있는 제2층 및 하부 금속(131, 132, 133)이 형성되어 있는 제3층으로 구성될 수 있다. 제3층 위에 제2층이 위치하고, 제2층 위에 제1층이 위치한다. 상부 금속(111, 112, 133)과 하부 금속(131, 132, 133)은 구리와 같이 전기 전도율이 높은 금속으로 형성될 수 있다.
제1층은 제1 기판(상부 기판)(110) 및 상부 금속(111, 112, 113)을 포함할 수 있다. 제1 기판(110)은 유전체(dielectric) 물질로 이루어질 수 있다. 상부 금속(111, 112, 113)은 제1 기판(110)의 제1 면(상부면)에 형성되어 있는 제1 금속층(111), 제1 기판(110)의 제2 면(하부면)에 형성되어 있는 제2 금속층(112) 및 제1 기판(110)을 관통하여 제1 금속층(111)과 제2 금속층(112)을 전기적으로 연결하는 제1 금속 비아(113)를 포함할 수 있다. 제2 금속층(112)이 액정(121)의 위를 덮고 있다.
제2층은 제2 기판(중부 기판)(120) 및 액정(121)을 포함할 수 있다. 제2 기판(120)은 유전체 물질로 이루어질 수 있으며, 단위 셀(UC)의 중앙 부분에 액정(121)이 채워질 수 있는 공간을 제공할 수 있다. 액정(121)은 제2층에서 단위 셀(UC)의 중앙 부분을 채우고 있다. 도 3에 예시한 바와 같이, 제2 기판(120)은 평면상에서 사각형의 공간을 제공하고, 액정(121)은 사각형의 공간을 채울 수 있다. 즉, 단위 셀(UC)에서 액정(121)은 사각 형태로 형성될 수 있다. 다만, 단위 셀(UC)에서 액정(121)의 평면상 형태는 제한되지 않는다.
제3층은 액정 기반 반사 메타표면의 접지면 역할을 하며, 제3 기판(하부 기판)(130) 및 하부 금속(131, 132, 133)을 포함할 수 있다. 제3 기판(130)은 유전체 물질로 이루어질 수 있다. 하부 금속(131, 132, 133)은 제3 기판(130)의 제1 면(상부면)에 형성되어 있는 제3 금속층(131), 제3 기판(130)의 제2 면(하부면)에 형성되어 있는 제4 금속층(132) 및 제3 기판(130)을 관통하여 제3 금속층(131)과 제4 금속층(132)을 전기적으로 연결하는 제2 금속 비아(133)를 포함할 수 있다. 제3 금속층(131)이 액정(121)의 아래를 덮고 있다. 제3 금속층(131)과 제4 금속층(132)은 인접한 단위 셀(UC)과 연결되어 있으며, 제3 기판(130)과 동일한 면적을 차지할 수 있다. 즉, 액정 기반 반사 메타표면에서 제3 금속층(131) 및 제4 금속층(132) 각각은 하나의 금속 접지면 형상으로 형성되어 금속 접지면을 형성할 수 있으며, 단위 셀(UC)마다 제2 금속 비아(133)로 연결되어 균일한 접지 특성을 가질 수 있다.
제1층은 액정(121)을 활성화하기 위한 직류 전원을 공급하고, 급전 안테나(200)로부터 공급된 전파에 대해 리액턴스(reactance) 부하 역할을 할 수 있다. 더욱 상세하게, 제1 금속층(111)을 통해 직류 전압이 인가되면 제1 금속 비아(113)를 통해 제2 금속층(112)에 직류 전압이 전달된다. 제2 금속층(112)에 전달된 직류 전압에 의해 액정(121)에 전계가 형성될 수 있다. 제2 금속층(112)은 단위 셀(UC) 내의 액정(121) 전체와 중첩하여 액정(121) 전체에 전계가 형성되도록 할 수 있으며, 이를 위해 제2 금속층(112)은 액정(121)과 동일한 크기(또는 조금 더 큰 크기)와 형태로 형성되어 액정(121)과 중첩할 수 있다.
제1 금속 비아(113)를 통해 제1 금속층(111)과 제2 금속층(112)이 전기적으로 연결시키고, 제2 금속 비아(133)를 통해 제3 금속층(131)과 제4 금속층(132)이 전기적으로 연결시킴으로써 액정(121)의 동작을 위한 전압 인가를 용이하게 할 수 있다.
제1층에 인가되는 직류 전압과 제3층의 접지 전압에 따라 액정(121)의 유전율을 변화하여 급전 안테나(200)로부터 전달된 전파의 위상을 변화시킬 수 있다.
제1 금속층(111)의 크기(면적)(P)에 따라 리액턴스 값이 변경되며, 제1 금속층(111)의 크기(면적)(P)의 변경에 의해 급전 안테나(200)로부터 공급된 전파의 반사 손실과 반사 위상이 조정될 수 있다. 그리고 제1 기판(110)의 두께(H)의 변경에 의해 전파의 반사 손실 특성과 임피던스 특성이 조정/개선될 수 있다. 이에 대하여 도 5 내지 9를 참조하여 후술한다.
이하, 도 4를 참조하여 비교예에 따른 액정 기반 반사 메타표면에 대하여 설명한다. 도 2 및 4에서 상술한 바와 비교하여 차이점 위주로 설명한다.
도 4는 비교예에 따른 액정 기반 반사 메타표면을 갖는 반사 배열 안테나의 단위 셀의 적층 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 비교예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC')의 제1층은 제1 기판(210) 및 제1 전극층(211)을 포함하고, 제2층은 제2 기판(220) 및 액정(221)을 포함하고, 제3층은 제3 기판(230) 및 제2 전극층(231)을 포함한다.
제1 전극층(211)은 제1 기판(210)의 제2 면(하부면)에 형성되어 액정(221)의 위를 덮고 있으며, 제2 전극층(231)은 제3 기판(230)의 제1 면(상부면)에 형성되어 액정(221)의 아래를 덮고 있다.
즉, 비교예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC')에서는 본 발명의 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC)의 제1 금속층(111), 제1 금속 비아(113), 제4 금속층(132) 및 제2 금속 비아(133)가 형성되지 않는다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC)의 반사 손실 및 임피던스 변화와 비교예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC')의 반사 손실 및 임피던스 변화의 비교 결과에 대하여 도 5 내지 7을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상부 기판의 두께에 따른 반사 손실과 비교예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상부 기판의 두께에 따른 반사 손실을 비교한 그래프이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상부 기판의 두께에 따른 임피던스 변화를 나타내는 그래프이다. 도 7은 비교 예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상부 기판의 두께에 따른 임피던스 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5 내지 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC)에서 제1 기판(110)의 두께(H)를 h1, h2, h3 (h1<h2<h3)로 변경하여 반사 손실 및 임피던스를 측정하였으며, 비교예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC')에서 제1 기판(210)의 두께(H')를 h1, h2, h3 (h1<h2<h3)로 변경하여 반사 손실 및 임피던스를 측정하였다.
본 발명의 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC)이 비교예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC')보다 반사 손실을 대폭 줄일 수 있음을 확인할 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC)에서 제1 기판(110)의 두께(H)만을 조정하여 임피던스를 크게 변화시킬 수 있음을 확인할 수 있다. 제1 기판(110)의 두께(H)만을 조정하여 임피던스를 크게 변화시킬 수 있으므로, 본 발명의 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC)은 용이하게 소형화 구현될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면을 포함하는 반사 배열 안테나(100)의 개구면 효율이 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상단 금속층의 크기에 따른 반사 손실을 나타내는 그래프이다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상단 금속층의 크기에 따른 반사 위상을 나타내는 그래프이다.
도 8 및 9를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC)에서 제1 금속층(111)의 크기(면적)(P)를 P1, P2, P3 (P1<P2<P3)로 변경하여 반사 손실 및 반사 위상을 측정하였다. 제1 금속층(111)의 크기(면적)(P)에 따라 전파의 반사 손실과 반사 위상이 조정될 수 있음을 확인할 수 있다. 즉, 제1 금속층(111)의 크기(면적)(P)를 변경하여 리액턴스 부하를 조정할 수 있고, 이에 따라 급전 안테나(200)로부터 공급된 전파의 반사 손실과 반사 위상이 조정될 수 있으므로 본 발명의 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면은 빔조향 기능을 수행할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상부 기판의 두께에 따른 액정 반응 속도와 비교예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀의 상부 기판의 두께에 따른 액정 반응 속도를 비교한 그래프이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC)의 제1 기판(110)의 두께(H)와 비교예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC')의 제1 기판(210)의 두께(H')가 변경되더라도 제2층의 두께(액정의 두께)가 변경되지 않으므로 액정(121, 221)의 응답 속도는 변화되지 않는다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 액정 기반 반사 메타표면의 단위 셀(UC)은 액정의 응답 속도에 영향을 주지 않으면서 반사 손실을 줄일 수 있으며, 반사 배열 안테나의 개구면 효율을 향상시킬 수 있다.
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.
10: 안테나 장치 100: 반사 배열 안테나
110: 제1 기판 111: 제1 금속층
112: 제2 금속층 113: 제1 금속 비아
120: 제2 기판 121: 액정
130: 제3 기판 131: 제3 금속층
132: 제4 금속층 133: 제2 금속 비아
200: 급전 안테나

Claims (17)

  1. 제1 기판, 상기 제1 기판의 제1 면에 형성되어 있는 제1 금속층, 상기 제1 기판의 제2 면에 형성되어 있는 제2 금속층 및 상기 제1 기판을 관통하여 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층을 전기적으로 연결하는 제1 금속 비아를 포함하는 제1층;
    액정 및 단위 셀의 중앙 부분에 상기 액정이 채워질 수 있는 공간을 제공하는 제2 기판을 포함하는 제2층; 및
    제3 기판, 상기 제3 기판의 제1 면에 형성되어 있는 제3 금속층을 포함하는 제3층을 포함하고,
    상기 제2 금속층이 상기 액정의 위를 덮고, 상기 제3 금속층이 상기 액정의 아래를 덮고 있는 액정 기반 반사 메타표면.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제3층은 상기 제3 기판의 제2 면에 형성되어 있는 제4 금속층 및 상기 제3 기판을 관통하여 상기 제3 금속층과 상기 제4 금속층을 전기적으로 연결하는 제2 금속 비아를 더 포함하는 액정 기반 반사 메타표면.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1층은 상기 액정을 활성화하기 위한 직류 전원을 공급하고, 급전 안테나로부터 공급되는 전파에 대해 리액턴스 부하 역할을 하고, 상기 제3층은 접지면 역할을 하는 액정 기반 반사 메타표면.
  4. 제2 항에 있어서,
    제1 금속층을 통해 상기 액정을 활성화하기 위한 직류 전원이 공급되고, 상기 제3 금속층 및 상기 제4 금속층은 상기 제3 기판과 동일한 면적을 차지하여 금속 접지면을 형성하는 액정 기반 반사 메타표면.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 금속층은 상기 액정과 동일한 크기와 형태로 형성되어 상기 액정과 중첩하는 액정 기반 반사 메타표면.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 금속층의 크기에 따라 리액턴스 값이 변경되고, 상기 제1 금속층의 크기의 변경에 의해 전파의 반사 손실과 반사 위상이 조정되는 액정 기반 반사 메타표면.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기판의 두께의 변경에 의해 전파의 반사 손실과 임피던스 특성이 조정되는 액정 기반 반사 메타표면.
  8. 제1 방향 및 제2 방향으로 주기적으로 배열되는 복수의 단위 셀을 포함하고,
    상기 복수의 단위 셀 각각은,
    단위 셀의 중앙 부분에 위치하는 액정;
    상부 기판의 제1 면에 형성되어 있는 제1 금속층;
    상기 상부 기판의 제2 면에 형성되어 있고 상기 액정의 위를 덮고 있는 제2 금속층;
    상기 상부 기판을 관통하여 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층을 전기적으로 연결하는 제1 금속 비아; 및
    하부 기판의 제1 면에 형성되어 있고 상기 액정의 아래를 덮고 있는 제3 금속층을 포함하는 반사 배열 안테나.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 셀 각각은,
    상기 하부 기판의 제2 면에 형성되어 있는 제4 금속층; 및
    상기 하부 기판을 관통하여 상기 제3 금속층과 상기 제4 금속층을 전기적으로 연결하는 제2 금속 비아를 더 포함하는 반사 배열 안테나.
  10. 제9 항에 있어서,
    제1 금속층을 통해 상기 액정을 활성화하기 위한 직류 전원이 공급되고, 상기 제3 금속층 및 상기 제4 금속층은 상기 하부 기판과 동일한 면적을 차지하여 금속 접지면을 형성하는 반사 배열 안테나.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 금속층은 상기 액정과 동일한 크기와 형태로 형성되어 상기 액정과 중첩하는 반사 배열 안테나.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 제1 금속층의 크기에 따라 리액턴스 값이 변경되고, 상기 제1 금속층의 크기의 변경에 의해 전파의 반사 손실과 반사 위상이 조정되는 반사 배열 안테나.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 상부 기판의 두께의 변경에 의해 전파의 반사 손실과 임피던스 특성이 조정되는 반사 배열 안테나.
  14. 복수의 단위 셀을 포함하는 반사 배열 안테나; 및
    상기 반사 배열 안테나와 일정 거리만큼 이격되어 배치되고, 상기 반사 배열 안테나를 향해 가변 주파수의 전파를 방사하는 급전 안테나를 포함하고,
    상기 복수의 단위 셀 각각은,
    단위 셀의 중앙 부분에 위치하는 액정;
    상부 기판의 제1 면에 형성되어 있는 제1 금속층;
    상기 상부 기판의 제2 면에 형성되어 있고 상기 액정의 위를 덮고 있는 제2 금속층;
    상기 상부 기판을 관통하여 상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층을 전기적으로 연결하는 제1 금속 비아; 및
    하부 기판의 제1 면에 형성되어 있고 상기 액정의 아래를 덮고 있는 제3 금속층을 포함하는 안테나 장치.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 복수의 단위 셀 각각은,
    상기 하부 기판의 제2 면에 형성되어 있는 제4 금속층; 및
    상기 하부 기판을 관통하여 상기 제3 금속층과 상기 제4 금속층을 전기적으로 연결하는 제2 금속 비아를 더 포함하는 안테나 장치.
  16. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 금속층의 크기에 따라 리액턴스 값이 변경되고, 상기 제1 금속층의 크기의 변경에 의해 상기 급전 안테나로부터 전달되는 전파의 반사 손실과 반사 위상이 조정되는 안테나 장치.
  17. 제14 항에 있어서,
    상기 상부 기판의 두께의 변경에 의해 상기 급전 안테나로부터 전달되는 전파의 반사 손실과 임피던스 특성이 조정되는 안테나 장치.
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WO2024072077A1 (ko) * 2022-09-27 2024-04-04 삼성전자 주식회사 액정 기반 투과형 재구성 가능한 지능형 표면 장치와 이를 위한 재구성 가능한 지능형 표면 단위 셀 구조

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KR20110026654A (ko) * 2009-09-08 2011-03-16 한국전자통신연구원 밀리미터파 대역 패치 안테나

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