KR102486900B1 - 무선 통신 시스템에서 빔을 제어하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 개시(disclosure)는 무선 통신 시스템에서 빔을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 빔을 제어하기 위한 통신 장치는, 복수의 유닛 셀(unit cell)들이 배치되는 적어도 하나의 층을 포함하는 렌즈와, 빔 패턴을 결정하고, 상기 빔 패턴에 기반하여 상기 복수의 유닛 셀들 각각의 전기 용량(capacitance)을 제어하는 제어부와, 상기 전기 용량이 제어된 상기 렌즈를 통해, 상기 결정된 빔 패턴으로 신호를 송신하는 통신부를 포함하고, 상기 복수의 유닛 셀들 각각은, 제1도전성 부재, 상기 제1 도전성 부재의 적어도 일부와 중첩되는 방식으로 배치되고, 상기 제1 도전성 부재와 이격된 제2 도전성 부재, 및 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재의 중첩되는 부분 사이에 개재(interpose)되는 유전체를 포함하고, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재의 중첩되는 영역은, 외부 전자기파로부터 차폐(shield)되는 방향으로 배치된다. 이를 통해, 본 개시에 따른 장치 및 방법은 저전력(low power) 및 저지연(low latency)로 렌즈를 통해 빔 패턴을 제어할 수 있다는 효과가 있다.

Description

무선 통신 시스템에서 빔을 제어하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING A BEAM IN A WIRELESS COMMUNICATION SYSTEM}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 빔을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 무선 통신 및 레이더 시스템 등에서 통신 속도 증가, 서비스 영역 확대, 레이더 감도 및 분해능 향상을 위해 빔포밍(beam forming, 또는 빔 형성) 기술이 활용되고 있다. 빔포밍을 위해, 전자기파의 빔 방향 및 빔 폭을 제어하는 것이 요구될 수 있다.
빔 패턴 제어를 위해, 위상 배열 안테나가 활용될 수 있다. 위상 배열 안테나에는 다수의 안테나가 1차원 혹은 2차원으로 배열되고, 위상 배열 안테나는 각각의 안테나로부터 방사되는 신호를 지연시킴으로써, 최종적인 빔의 방사 패턴이 특정 방향 또는 형태를 가지도록 할 수 있다. 위상 배열 안테나는 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)에 기반하는 RF(radio frequency) 집적 회로 기술로 구현될 수 있고, 별도의 패키징 수단을 이용하여 회로에 집적될 수 있다.
빔 패턴 제어를 위해, 렌즈 혹은 거울과 같은 광학 장치가 활용될 수 있다. 렌즈 혹은 거울과 같은 수동 광학 부품은 모터와 같은 엑추에이터를 통해 기계적으로 제어될 수 있고, 빔 패턴이 제어될 수 있다.
상술한 것과 같은 빔 패턴제어는, 무선 통신 시스템에서 요구되는 사항들을 만족하기 위해 저전력(low power) 및 낮은 지연(low latency)과 같은 조건들이 만족되어야 한다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 무선 통신 시스템에서 빔을 제어하기 위한 장치 및 방법을 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들은 렌즈를 이용하여 저전력(low power) 및 낮은 지연(low latency)으로 빔을 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들은 렌즈의 유닛 셀(unit cell)들을 전기적인 신호로 제어하여 빔 패턴을 제어하기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들은 외부 전자기파에 대해 비공진(non-resonance) 및 쌍극자(dipole) 특성을 유지할 수 있는 유닛 셀 구조를 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들은 유닛 셀들을 제어하는 제어 배선들이 외부 전자기파를 차폐(shield)하지 않도록 하기 위한 제어 배선의 배치 구조를 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들은 유닛 셀들을 제어하기 위한 제어 배선들의 층이 편광 판으로서 기능하기 위한 제어 배선들의 배치 구조를 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들은 편광 변환을 수행하기 위한 유닛 셀 구조를 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 빔을 제어하기 위한 통신 장치는, 복수의 유닛 셀(unit cell)들이 배치되는 적어도 하나의 층을 포함하는 렌즈와, 빔 패턴을 결정하고, 상기 빔 패턴에 기반하여 상기 복수의 유닛 셀들 각각의 전기 용량(capacitance)을 제어하는 제어부와, 상기 전기 용량이 제어된 상기 렌즈를 통해, 상기 결정된 빔 패턴으로 신호를 송신하는 통신부를 포함한다. 여기에서, 상기 복수의 유닛 셀들 각각은, 제1도전성 부재, 상기 제1 도전성 부재의 적어도 일부와 중첩되는 방식으로 배치되고, 상기 제1 도전성 부재와 이격된 제2 도전성 부재, 및 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재의 중첩되는 부분 사이에 개재(interpose)되는 유전체를 포함한다. 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재의 중첩되는 영역은, 외부 전자기파로부터 차폐(shield)되는 방향으로 배치된다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 빔을 제어하기 위한 통신 장치의 동작 방법은, 빔 패턴을 결정하는 과정과, 상기 빔 패턴에 기반하여 복수의 유닛 셀들 각각의 전기 용량(capacitance)을 제어하는 과정과, 상기 전기 용량이 제어된 상기 렌즈를 통해, 상기 결정된 빔 패턴으로 신호를 송신하는 과정을 포함한다. 상기 복수의 유닛 셀들은 렌즈에 포함된 적어도 하나의 층에 배치되고, 상기 복수의 유닛 셀들 각각은, 제1도전성 부재, 상기 제1 도전성 부재의 적어도 일부와 중첩되는 방식으로 배치되고, 상기 제1 도전성 부재와 단절되는 제2 도전성 부재, 및 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재의 중첩되는 부분 사이에 개재(interpose)되는 유전체를 포함한다. 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재의 중첩되는 영역은, 외부 전자기파로부터 차폐(shield)되는 방향으로 배치된다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 렌즈의 유닛 셀들의 전기 용량(capacitance)을 전기적 신호로 제어함으로써, 저전력 및 저지연으로 빔의 패턴을 제어할 수 있게 한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 유닛 셀의 가변 캐퍼시터 영역이 외부 전자기파로부터 차폐(shield)되는 방향으로 배치됨으로써, 유닛 셀의 구조가 전체로서 쌍극자 구조를 유지하도록 할 수 있고, 광대역에서 렌즈를 통해 빔 패턴을 효과적으로 제어할 수 있게 한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 유닛 셀들을 제어하기 위한 제어 배선들이 서로 다른 층에 배치됨으로써, 외부 전자기파는 제어 배선에 의한 간섭, 손실 혹은 차폐 없이 렌즈를 통과할 수 있게 한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치 및 방법은, 편광 판으로서 기능하는 제어 배선 층들 사이에 편광 변환을 수행하는 유닛 셀들의 층이 배치됨으로써, 제어 배선 층들간 전기적 등가 거리가 미리 설정된 기준을 만족하면서도, 제어 배선 층들간 물리적 거리는 작아질 수 있게 하고, 편광 필터들 및 유닛 셀 층들의 완전한 물리적 집적을 실현할 수 있게 한다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 환경을 도시한다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 빔을 제어하기 위한 통신 장치의 기능적 구성을 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 장치에서 빔을 제어하기 위한 구성을 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 렌즈에 입사된 전자기파가 제어되는 원리를 도시한다.
도 5a 및 5b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 렌즈의 유닛 셀(unit cell)의 구조를 도시한다.
도 6a 내지 6e는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 유닛 셀의 구조들을 도시한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 유닛 셀들을 제어하기 위한 제어 배선들의 배치 형태를 도시한다.
도 8a 내지 8e는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 외부 전자기파의 E면에 대한 각도를 제어하기 위한 제어 배선들의 배치 형태를 도시한다.
도 9a 및 9b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 외부 전자기파의 H면에 대한 각도를 제어하기 위한 제어 배선들의 배치 형태를 도시한다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 서로 다른 방향으로 배치된 제어 배선들을 도시한다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 동일한 제어 배선으로 서로 다른 층을 제어하기 위한 제어 배선의 배치 형태를 도시한다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 유닛 셀에 인가된 제어 전압의 크기와 유닛 셀의 유전율간 관계를 나타내는 그래프를 도시한다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 제어 전압에 기반하여 빔 패턴을 제어하기 위한 과정을 도시한다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 빔 패턴을 제어하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 제어 전압에 기반하여 외부 전자기파의 E면에 대한 각도와 H면에 대한 각도를 독립적으로 제어하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 16은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 렌즈에서 전자기파의 편광 변환이 발생하는 경우의 예를 도시한다.
도 17은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 렌즈의 층들을 도시한다.
도 18a 내지 도 18c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 편광 변환를 위한 유닛 셀 구조를 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 유닛 셀 층에서 편광 변환을 위한 유닛 셀들을 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 본 개시는 무선 통신 시스템에서 빔을 제어하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 무선 통신 시스템에서 렌즈의 전기 용량을 제어하여 빔의 패턴을 제어하기 위한 기술을 설명한다. 이하 설명에서 사용되는 다양한 용어들은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 환경을 도시한다. 도 1은 무선 통신 시스템에서 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 통신 장치 A 110, 통신 장치 B 120을 예시한다.
도 1을 참고하면, 통신 장치 A 110은 통신 장치 B 120에게 신호를 송신할 수 있다. 다시 말해서, 통신 장치 B 120은 통신 장치 A 110으로부터 신호를 수신할 수 있다. 통신 장치 A 110은 신호의 송수신을 위해 빔을 형성할 수 있고, 빔을 이용하여 통신 장치 B 120으로 신호를 송신할 수 있다. 또한, 통신 장치 A 110은 빔을 이용하여 통신 장치 B 120으로부터 신호를 수신할 수 있다. 통신 장치 A 110은 빔 패턴을 제어할 수 있다. 빔 패턴은 빔 방향 및 빔 폭 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 통신 장치 A 110은 렌즈를 포함할 수 있고, 빔이 렌즈를 통과하도록 제어하여 빔 패턴을 제어할 수 있다.
예를 들어, 하향링크 통신 시, 통신 장치 A 110은 기지국(base station), 통신 장치 B 120은 단말(terminal)일 수 있다. 다른 예로, 상향링크 통신 시, 통신 장치 A 110은 단말, 통신 장치 B 120은 기지국일 수 있다. 또한, D2D(device to device) 통신 시, 통신 장치 A 110은 단말, 통신 장치 B 120은 다른 단말일 수 있다. 여기서, D2D 통신은 사이드링크(sidelink) 통신으로 지칭될 수 있다. 또한, 통신 장치 A 110은 기지국, 통신 장치 B 120은 다른 기지국일 수 있다. 나열된 예시들 외, 통신 장치 A 110 및 통신 장치 B 120은 다른 다양한 장치들일 수 있다.
통신 장치 A 110 및 통신 장치 B 120은 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 통신 장치 A 110 및 통신 장치 B 120는 단일 안테나를 포함할 수 있고, 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 통신 장치 A 110및 통신 장치 B 120 각각이 복수의 안테나들을 포함하는 경우, 통신 장치 A 110이 복수의 송신 안테나들을 통해 신호를 송신하고, 통신 장치 B 120가 복수의 수신 안테나들을 통해 신호를 수신하는 시스템은 '다중 입출력(multiple-input multiple-output, MIMO) 시스템'으로 지칭될 수 있다.
이하 도 2 내지 도 15에서, 설명의 편의를 위해 동작의 주체가 통신 장치 A 110 인 것으로 설명되나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 장치의 기능들이 명칭에 의해 한정되지 않는다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템에서 빔을 제어하기 위한 통신 장치의 기능적 구성을 도시한다. 도 2에 예시된 구성은 통신 장치 A 110의 구성으로서 이해될 수 있다. 이하 사용되는 '??부', '??기' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어, 또는, 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 2를 참고하면, 통신 장치는 통신부 210, 저장부 220, 제어부 230, 안테나 240 및 렌즈 250을 포함할 수 있다.
통신부 210은 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행할 수 있다. 예를 들어, 통신부 210은 시스템의 물리 계층 규격에 따라 기저대역 신호 및 비트열(bit sequence) 간 변환 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 제어 정보 송신 시, 통신부 210은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 변조 심볼들을 생성할 수 있다. 또한, 데이터 수신 시, 통신부 210은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원할 수 있다. 또한, 통신부 210은 기저대역 신호를 RF(radio frequency) 대역 신호로 상향변환한 후 안테나 240을 통해 송신하고, 안테나 240을 통해 수신되는 RF 대역 신호를 기저대역 신호로 하향변환할 수 있다. 예를 들어, 통신부 210은 디코더(decoder), 복조기(demodulator), ADC(analog to digital convertor), 수신 필터, 증폭기, 믹서(mixer), 및 오실레이터(oscillator) 등을 포함할 수 있다. 또한, 통신부 210이 신호를 송신하는 경우, 인코더(encoder), 변조기(modulator), DAC(digital to analog convertor), 및 송신 필터 등을 추가적으로 포함할 수 있다.
도 2는 하나의 안테나 240을 도시하나, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 통신부 210은 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. 통신부 210은, 복수의 안테나들 각각을 통해 복수의 스트림들을 수신할 수 있다. 또한, 통신부 210은 다수의 RF 체인들을 포함할 수 있다. 나아가, 통신부 210은 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 빔 포밍은 아날로그 빔포밍과 디지털 빔 포밍을 포함할 수 있다.
통신부 210은 상술한 바와 같이 신호를 송신 및 수신한다. 이에 따라, 통신부 210의 전부 또는 일부는 송신기(transmitter), 수신기(receiver) 또는 송수신기(transceiver)로 지칭될 수 있다. 또한, 이하 설명에서 무선 채널을 통해 수행되는 송신 및 수신은 통신부 210에 의해 상술한 바와 같은 처리가 수행되는 것을 포함하는 의미로 사용된다.
저장부 220은 통신 장치의 동작을 위한 기본 프로그램, 응용 프로그램, 설정 정보 등의 데이터를 저장할 수 있다. 저장부 220은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리 또는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리의 조합으로 구성될 수 있다. 그리고, 저장부 220은 제어부 230의 요청에 따라 저장된 데이터를 제공할 수 있다.
제어부 230은 통신 장치의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부 230은 통신부 210를 통해 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 또한, 제어부 230은 저장부 220에 데이터를 기록하고(write), 읽을 수 있다(read). 그리고, 제어부 230은 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다. 이를 위해, 제어부 230은 적어도 하나의 프로세서(processor) 또는 마이크로(micro) 프로세서를 포함하거나, 또는, 프로세서의 일부로 구성될 수 있다. 제어부 230은 렌즈 250을 개별적으로 제어할 수 있다.
안테나 240은 신호를 송신하기 위해 전자기파를 방사(radiate)할 수 있다. 전자기파는 안테나 240을 통해 빔 형태로 방사될 수 있다. 안테나 240으로부터 방사된 빔은 렌즈 250을 통해 패턴이 제어될 수 있다. 다시 말해서, 안테나 240으로부터 방사된 빔은 렌즈 240을 통해 방향 및/또는 폭이 제어될 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 안테나 240이 빔의 패턴을 제어할 수 있다. 이 경우, 안테나 240은 신호의 위상을 제어할 수 있는 다수의 안테나 요소(element)들을 포함할 수 있다.
렌즈 250은 렌즈 250에 입사된 빔의 방향 및 폭을 변경할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 250은 렌즈 250의 굴절률에 따라 입사된 빔을 굴절시켜 빔의 방향을 변경할 수 있다. 렌즈 250은 복수의 유닛 셀(unit cell)들을 포함할 수 있다. 복수의 유닛 셀들은 각각 고정 또는 가변의 유전율을 가질 수 있으며, 렌즈 250을 통과한 빔의 패턴은 유닛 셀들의 전기 용량 분포 또는 굴절률 분포에 따라 결정될 수 있다.
도 2는 통신 장치의 구성을 예시한다. 여기서, 도 2의 구성이 기지국의 구성인 경우, 통신 장치는 백홀(backhaul) 망과 통신을 수행하기 위한 인터페이스를 제공하는 백홀 통신부를 더 포함할 수 있다.
도 3은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 장치에서 빔을 제어하기 위한 구성을 도시한다. 도 3은 빔을 제어하기 위한 구성으로써 제어부 230, 안테나 240, 제어부 250 및 통신부 210을 도시한다. 그러나, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 빔을 제어하기 위한 구성은 제어부 230, 안테나 240, 제어부 250 및 통신부 210중 일부 구성을 생략하거나, 다른 구성을 더 포함할 수 있다.
안테나 240은 신호를 송신하기 위해 빔을 형성할 수 있다. 안테나 240은 형성된 빔에 따라 신호를 평면파 형태로 방사하거나, 구면파 형태로 방사할 수 있다. 안테나 240을 통해 송신된 신호에 대응하는 전자기파는 렌즈 250에 입사될 수 있다. 이하, 빔포밍에 기반하여 안테나 240을 통해 송신된 신호가 렌즈 250에 입사되는 것은 빔이 렌즈 250에 입사되거나, 신호에 대응하는 전자기파가 입사되는 것으로 표현될 수 있다.
렌즈 250은 렌즈 250에 입사된 빔의 패턴을 변경할 수 있다. 렌즈 250에 입사된 빔의 패턴은 렌즈 250의 굴절률 분포에 따라 변경될 수 있다. 렌즈 250은 유닛 셀 310을 포함하여, 복수의 유닛 셀들이 배치된 적어도 하나의 층(layer)를 포함할 수 있다. 복수의 유닛 셀들 각각은 특정 전기 용량(또는, 굴절률)을 가질 수 있다. 따라서, 렌즈 250에 입사된 빔의 패턴은 복수의 유닛 셀들의 굴절률 분포에 따라 변경될 수 있다.
제어부 230은 렌즈 250에 연결되어, 렌즈 250에 포함된 복수의 유닛 셀들 각각의 전기 용량을 제어하거나, 변경할 수 있다. 다시 말해서, 제어부 230은 렌즈 250의 굴절률 분포를 변경할 수 있다. 이를 위해, 렌즈 250은 제어부 230이 렌즈 250의 유닛 셀들을 제어하기 위한 제어 배선들을 포함할 수 있다. 제어부 230은 렌즈 250에 포함된 복수의 유닛 셀들 각각의 전기 용량을 제어하여, 렌즈 250에 입사된 빔의 패턴이 원하는 패턴으로 변경되도록 할 수 있다.
유닛 셀 310은 렌즈 250을 구성하는 단위로, 적어도 하나의 유전체(dielectric)를 포함할 수 있다. 유전체는, 예를 들어, 반도체 소자, 액정 물질 및 광전 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 유전체는 가변의 유전율을 가질 수도 있고, 고정의 유전율을 가질 수도 있다. 유전체가 가변의 유전율을 가지는 경우, 유전체는 외부의 전기적 신호에 의해 그 유전율이 변경될 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 유닛 셀 310은 가변 캐퍼시터로서 기능하는 가변 캐퍼시터 영역을 포함할 수 있다. 가변 캐퍼시터 영역은 유전체를 포함할 수 있으며, 유닛 셀 310의 전기 용량(capacitance)은 외부의 전기적인 신호(예: 제어부 230으로부터의 제어 신호)에 의해 유전체의 유전율이 변화하거나, 가변 캐퍼시터 영역이 물리적으로 변화하는 것에 의해 변경될 수 있다. 따라서, 제어부 230이 유닛 셀 310 및 렌즈 250의 다른 유닛 셀들의 전기 용량을 적절히 제어하는 경우, 렌즈 250에 입사된 빔의 패턴은 특정 패턴으로 변경될 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 유닛 셀 310의 크기는 렌즈 250에 입사되는 전자기파의 파장 길이의 1/10 내지 1배일 수 있다.
일반적으로, 광학 렌즈가 전자기파의 방향 및 방사 패턴을 변조하는 원리는 특정 굴절률(또는, 유전율)을 가진 물질이 특정 표면 곡면을 가지도록 가공하는 것이다(예: 현미경, 안경용 렌즈). 그러나, 굴절률 경도 광학계(gradient index optics)의 경우, 평면형 표면을 가진 렌즈에서 위치에 따라 굴절률을 변조함으로써 전자파의 방향 및 방사 패턴이 변조될 수 있다. 평면형 표면을 가진 렌즈에서 전자기파의 방향 및 방사 패턴이 변조되는 원리는 도 4에서 보다 상세히 설명된다. 도 4는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 렌즈에 입사된 전자기파가 제어되는 원리를 도시한다. 도 4에 따르면, 렌즈 250에 입사되는 빛(입사광, 또는 전자기파)은 렌즈 250에서 굴절률이 높은 부분으로 굴절된다. 예를 들어, 렌즈 250이 렌즈 250의 오른쪽 부분이 왼쪽 부분보다 굴절률이 높은 굴절률 분포 410을 가지는 경우, 렌즈 250에 입사된 빛은 오른쪽으로 굴절한다. 또 다른 예로, 렌즈 250이 렌즈 250의 왼쪽 부분이 오른쪽 부분보다 굴절률이 높은 굴절률 분포 420을 가지는 경우, 렌즈 250에 입사된 빛은 왼쪽으로 굴절한다. 또 다른 예로, 렌즈 250이 렌즈 250의 양 끝 부분의 굴절률이 상대적으로 낮고, 렌즈 250의 중심부의 굴절률이 상대적으로 높은 굴절률 분포 430을 가지는 경우, 렌즈 250에 입사된 빛은 렌즈 250의 중심부로 집중(focus)된다.
대부분의 광학 렌즈(예: 안경 렌즈)는 렌즈의 모양이나 굴절률을 변경할 수 없으므로, 렌즈에 입사되는 빔의 형태, 전자기파의 방향 및 방사 패턴을 능동적으로 변경할 수 없다. 그러나, 렌즈가 그 모양의 변경이 가능한 광학 물질로 구성된 경우, 렌즈에 입사되는 빔의 형태, 전자기파의 방향 및 방사 패턴이 능동적으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 인간의 수정체는 유연한 광학 물질로 구성되어 있으므로, 눈 주위 근육의 기계적인 움직임에 의해 수정체의 모양이 변경될 수 있고, 수정체는 그 모양의 변경을 통해 능동적으로 광파(전자기파)를 제어할 수 있다. 또 다른 예로, 굴절률 경도 광학계의 원리에 기반하여 렌즈에서 유닛 셀의 위치에 따라 유닛 셀의 굴절률이 외부 전기 신호에 의해 제어되는 경우, 렌즈에 입사되는 빔의 형태, 전자기파의 방향 및 방사 패턴이 능동적으로 변경될 수 있다. 도 3과 같이, 제어부 230은 렌즈 250의 개별 유닛 셀들을 제어하여 유닛 셀들의 전기 용량(또는, 굴절률)을 변경하여, 렌즈에 입사되는 빔이 원하는 향으로 변경되도록 할 수 있다. 예를 들어, 제어부 230이 렌즈 250의 중심부에 위치한 유닛 셀들의 굴절률을 상대적으로 높게 설정하고, 렌즈 250의 주변부에 위치한 유닛 셀들의 굴절률을 상대적으로 낮게 설정한 경우, 안테나 240에 의해 발생되어 렌즈 250에 입사되는 전자기파는 렌즈 250을 통과하여 렌즈 250의 중심부로 집중될 수 있다(또는, 렌즈 250에 입사되는 빔의 빔 폭이 좁아지거나, 렌즈 250에 입사되는 전자기파가 특정 거리에서 초점이 맺힐 수 있다).
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 전기 용량의 제어가 가능한 유닛 셀의 구조는 고리(ring) 구조 또는 변형된(modified) 고리 구조일 수 있다. 이러한 링 구조 또는 변형된 링 구조의 일부에 회로 소자(예: MEMs(micro electro mechanical systems), 광전 물질 또는 반도체 소자)가 조합되는 경우, 회로 소자의 전기 용량 특성은 외부 전기 신호에 의해 제어될 수 있다. 다시 말해서, 고리 구조 또는 변형된 고리 구조는 외부 전자기파에 대해 공진(resonance)하는 주파수를 변경시킬 수 있고, 이에 따라 외부 전자기파에 대해 가변된 전기 용량 특성을 가질 수 있다.
그러나, 고리 구조 또는 변형된 고리 구조의 유닛 셀은 공진 특성으로 인해 실제 전기 용량을 변경할 수 있는 대역폭이 매우 좁다는 문제가 있을 수 있다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시 예들은 광대역에서 전기 용량을 변경할 수 있는 비공진형의 전기 용량 제어 가능한 유닛 셀의 구조를 제안하며, 이는 하기의 도 5a 및 5b에서 보다 상세히 설명된다.
도 5a 및 5b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 렌즈의 유닛 셀의 구조를 도시한다. 도 5a는 유닛 셀 501(및 유닛 셀 502)의 사시도를 도시하고, 도 5b는 유닛 셀 501의 측면도를 도시한다. 이하, 설명의 편의를 위해, 도 5a 및 5b에서 유닛 셀 501의 구조가 설명되나, 렌즈 250의 다른 유닛 셀 또한 하기에서 설명되는 유닛 셀 501의 구조와 동일한 구조를 가질 수 있다.
도 5a 도시된 것과 같이, 유닛 셀 501은 전체로서 I 또는 누운 H 형태의 구조일 수 있다. 이러한 구조의 유닛 셀 501에서, 유닛 셀 501 양 끝의 '-'형태의 구조는 '머리부(또는, 꼬리부)'로 지칭될 수 있고, 머리부와 꼬리부를 잇는 '|'형태의 구조는 '허리부'로 지칭될 수 있다. 도 5a 및 5b의 유닛 셀 구조 510을 참고하면, 유닛 셀 501은 제1 도전성 부재 505, 제1 도전성 부재 505의 적어도 일부와 중첩되는 방식으로 배치되고, 제1 도전성 부재 505와 이격된 제2 도전성 부재 507와, 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507의 중첩되는 부분 사이에 개재(interpose)되는 유전체 503을 포함한다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 이러한 구조의 유닛 셀에 대해, 유닛 셀의 일(one) 도전성 부재에서 유전체와 연결되지 아니한 끝 부분이 머리부이고, 유닛 셀의 다른(another) 도전성 부재에서 유전체와 연결되지 아니한 끝 부분이 꼬리부이고, 도전성 부재들의 나머지 부분이 허리부로 지칭될 수 있다.
상술한 유닛 셀 501의 구조에 따라, 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507은 물리적 또는 전기적으로 단절될 수 있고, 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507의 중첩되는 영역은 유전체 503을 포함할 수 있다. 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507 사이에 전압이 인가되는 경우, 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507의 중첩되는 영역은 가변 캐퍼시터로서 기능할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에서, 각각의 유닛 셀에서 가변 캐퍼시터로서 기능하는 영역은 '가변 캐퍼시터 영역'으로 정의될 수 있다. 다시 말해서, 가변 캐퍼시터 영역은 유닛 셀에 포함된 도전성 부재들의 중첩된 부분과, 중첩된 부분 사이에 개재된 유전체를 포함하는 영역으로 정의될 수 있다. 유닛 셀 501의 전기 용량은, 외부로부터의 전기적 신호에 의해 유전체 503의 유전율이 변화하거나, 가변 캐퍼시터 영역이 물리적으로 변화하는 것에 의해 변경될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507의 중첩되는 영역(즉, 유닛 셀 501의 가변 캐퍼시터 영역)은, 외부 전자기파로부터 차폐(shield)되는 방향으로 배치된다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, '외부 전자기파로부터 차폐되는 방향'은 외부 전자기파의 영향을 받지 않는 방향으로, 유닛 셀(예: 유닛 셀 501)을 예로 들면, 유닛 셀에 수직으로 입사되는 외부 전자기파가 가변 캐퍼시터 영역의 도전성 부재에 수직으로 입사되는 방향을 의미할 수 있다. 또한, '외부 전자기파로부터 차폐되는 방향'은, 유닛 셀에 수직으로 입사되는 외부 전자기파의 전기장 성분과, 유닛 셀의 가변 캐퍼시터 영역에서 전압 인가에 따라 형성되는 전기장 성분이 수직이 되는 방향을 의미할 수 있다. 유닛 셀 501의 가변 캐퍼시터 영역이 외부 전자기파로부터 차폐되는 방향으로 배치됨으로써, 유닛 셀 501은 비공진 특성을 가질 수 있고, 광대역에서 유닛 셀 501의 전기 용량이 제어될 수 있다. 또한, I 또는 누운 H 형태의 유닛 셀 501의 구조는, 유닛 셀 501이 전체로서 전기적인 쌍극자 특성을 유지하도록 할 수 있다. 여기에서, 쌍극자의 크기는, 유닛 셀 501의 전기 용량에 의해 조절 가능하다. 유전체 503은, 예를 들어, 외부의 전기적 신호에 의해 유전율이 변경될 수 있는 반도체 소자, 액정 물질 및 광전 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 유닛 셀 501은 유닛 셀 구조 515와 같은 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 제2 도전성 부재 507은 제1 도전성 부재 505의 일부와 중첩되고, 제1 도전성 부재 505의 다른 일부와 중첩되고, 각각의 중첩되는 부분 사이에 개재되는 유전체 503 및 유전체 509를 포함할 수 있다. 여기에서, 유닛 셀 501에서 각각의 가변 캐퍼시터 영역은 외부 전자기파로부터 차폐되는 방향으로 배치될 수 있다.
도 5a 및 도 5b에서, 유닛 셀 501은 I형태 또는 누운 H 형태인 것으로 설명되었으나, 이는 예시적이고, 유닛 셀 501의 구조에 대해 다양한 변경이 가능하다. 예를 들어, 유닛 셀 501은 비공진 특성을 가지기 위해, 도 6a 내지 6b에 도시된 것과 같은 구조들 중 하나의 구조를 가질 수 있다.
도 6a은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 유닛 셀의 구조들을 도시한다.
도 6a에 따르면, 유닛 셀 501의 구조는 유닛 셀 구조 601, 602, 603, 604, 605 및 606 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 유닛 셀 501의 구조는 유전체 503과 연결되지 않은 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507의 끝 부분(머리부 또는 꼬리부)이 사각 형태인 구조(유닛 셀 구조 601)일 수 있다. 또 다른 예로, 유닛 셀 501의 구조는 유전체 503과 연결되지 않은 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507의 끝 부분(머리부 또는 꼬리부)이 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507의 다른 부분보다 좁은 구조(유닛 셀 구조 602)일 수 있다. 또 다른 예로, 유닛 셀 501의 구조는 유전체 503과 연결되지 않은 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507의 끝 부분(머리부 또는 꼬리부)이 뾰족한 구조(유닛 셀 구조 603)일 수 있다. 또 다른 예로, 유닛 셀 501의 구조는 유전체 503과 연결되지 않은 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507의 끝 부분(머리부 또는 꼬리부)이 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507의 다른 부분보다 넓은 구조(유닛 셀 구조 604)일 수 있다. 또 다른 예로, 유닛 셀 501의 구조는 유전체 503과 연결되지 않은 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507의 끝 부분(머리부 또는 꼬리부)이 둥근 구조(유닛 셀 구조 605)일 수 있다. 또 다른 예로, 유닛 셀 501의 구조는 유전체 503과 연결되지 않은 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507의 끝 부분(머리부 또는 꼬리부)이 화살표 형태인 구조(유닛 셀 구조 606)일 수 있다.
도 6b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 유닛 셀의 다른 구조들을 도시한다. 보다 상세하게, 도 6b는 유닛 셀(예: 유닛 셀 501)에서 가변 소자 도체의 구조들을 도시한다. 여기에서, '가변 소자 도체'는 가변 캐퍼시터 영역에서 각각의 제1 도전성 부재 및 제2 도전성 부재의 중첩된 부분을 지칭한다.
도 6b에 따르면, 가변 소자 도체의 구조는 구조 611, 613 및 615 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 가변 캐퍼시터 영역에서 가변 소자 도체는 삼각형 모양일 수 있고(구조 611), 사각형 모양일 수 있고(구조 613), 둥근 모양일 수 있다(구조 615). 가변 소자 도체의 구조 611, 613 및 615에 따라, 적절한 전기 저항과 전기 용량을 달성하기 위해 달라질 수 있다. 이러한 가변 소자 도체의 구조 611, 613 및 615는 예시적인 것이고, 다양한 변형이 가능하다.
각각의 구조 611, 613 및 615에서 제1 도전성 부재 505의 가변 소자 도체의 아래에(또는, 위에) 제2 도전성 부재 507의 가변 소자 도체가 중첩되는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이고, 제1 도전성 부재 505의 가변 소자 도체 위에(또는, 아래에) 제2 도전성 부재 507의 가변 소자 도체가 중첩될 수 있다.
도 6b에 따르면, 유닛 셀에서 가변 소자 도체의 폭은 유닛 셀의 허리부의 폭보다 좁을 수 있다. 그러나, 이는 예시적인 것이고, 유닛 셀에서 가변 소자 도체의 폭은 유닛 셀의 허리부의 폭보다 넓을 수 있다.
도 6c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 유닛 셀의 다른 구조들을 도시한다. 보다 상세하게, 도 6c는 유닛 셀(예: 유닛 셀 501)에서 허리부의 구조들을 도시한다.
도 6c에 따르면, 허리부의 구조는 구조 621, 623 및 625 중 하나일 수 있다. 예를 들어, 허리부를 구성하는 각각의 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507의 부분은 삼각형 모양일 수 있고(구조 621), 가변 소자 도체와 가까울수록 사각 구조의 폭이 줄어드는 형태일 수 있고(구조 623), 둥글게 깎인 형태일 수 있다(구조 625). 이러한 허리부 구조의 변형을 통해, 유닛 셀 501의 전기적 저항이 적응적으로 설정될 수 있다.
도 6d 및 도 6e는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 유닛 셀의 다른 구조들을 도시한다. 도 6d는 유닛 셀 501의 사시도를 도시하고, 도 6b는 유닛 셀 501의 측면도를 도시한다. 렌즈 250의 다른 유닛 셀 또한 하기에서 설명되는 유닛 셀 501의 구조와 동일한 구조를 가질 수 있다.
도 6d 및 도 6e에 따르면, 유닛 셀 501은 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507뿐만 아니라, 제3 도전성 부재 630(또는, 경우에 따라 제4 도전성 부재 635)를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 하나의 유닛 셀 501에 다수의 가변 캐퍼시터 영역이 형성되어도 유닛 셀 501이 적절하게 동작할 수 있기 때문에, 다수의 도전성 부재들을 포함하는 유닛 셀 구조가 적용(apply)될 수 있고, 설계의 자유도가 증대될 수 있다.
도 6d 및 도 6e의 유닛 셀 구조 641을 참고하면, 유닛 셀 501은 제1 도전성 부재 505, 제1 도전성 부재 505와 이격된 제2 도전성 부재 507, 제1 도전성 부재 505의 적어도 일부 및 제2 도전성 부재 507의 적어도 일부와 중첩되는 방식으로 배치되고, 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507과 이격된 제3 도전성 부재 630과, 제1 도전성 부재 505 및 제3 도전성 부재 630의 중첩되는 부분 사이에 개재되고, 제2 도전성 부재 507 및 제3 도전성 부재 630의 중첩되는 부분 사이에 개재되는 유전체 503을 포함할 수 있다. 이에 따라, 도 6d 및 도 6e의 구조 641을 가지는 유닛 셀 501은 두 개의 가변 캐퍼시터 영역을 포함할 수 있다. 여기에서, 유닛 셀 501의 두 개의 가변 캐퍼시터 영역은 외부 전자기파로부터 차폐되는 방향으로 배치된다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 유닛 셀 501은 유닛 셀 구조 642와 같은 구조를 가질 수 있다. 다시 말해서, 유닛 셀 501은 제1 도전성 부재 505, 제1 도전성 부재 505와 이격된 제2 도전성 부재 507, 제1 도전성 부재 505의 적어도 일부 및 제2 도전성 부재 507의 적어도 일부와 중첩되는 방식으로 배치되고, 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재 507과 이격된 제3 도전성 부재 630과, 제1 도전성 부재 505 및 제3 도전성 부재 630의 중첩되는 부분 사이에 개재되는 제1 유전체와, 제2 도전성 부재 507 및 제3 도전성 부재 630의 중첩되는 부분 사이에 개재되는 제2 유전체를 포함할 수 있다. 이에 따라, 구조 642를 가지는 유닛 셀 501은 두 개의 가변 캐퍼시터 영역을 포함할 수 있다. 여기에서, 유닛 셀 501의 두 개의 가변 캐퍼시터 영역은 외부 전자기파로부터 차폐되는 방향으로 배치된다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 유닛 셀 501은 유닛 셀 구조 643과 같은 구조를 가질 수 있다. 유닛 셀 구조 643은 유닛 셀 구조 642에서 제3 도전성 부재 630의 적어도 일부가 제1 도전성 부재 505 및 제2 도전성 부재간 이격 사이에 중첩적으로 배치된 구조이다. 이에 따라, 구조 643을 가지는 유닛 셀 501은 두 개의 가변 캐퍼시터 영역을 포함할 수 있다. 여기에서, 유닛 셀 501의 두 개의 가변 캐퍼시터 영역은 외부 전자기파로부터 차폐되는 방향으로 배치된다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 유닛 셀 501은 유닛 셀 구조 644와 같은 구조를 가질 수 있다. 유닛 셀 구조 644는 유닛 셀 구조 641의 좌우 대칭적 구조로, 유닛 셀 구조 644의 유닛 셀 501은 제4 도전성 부재 635를 더 포함할 수 있다. 다시 말해서, 유닛 셀 구조 644의 렌즈 250은 앞뒷면이 대칭일 수 있다. 이에 따라, 구조 644를 가지는 유닛 셀 501은 네 개의 가변 캐퍼시터 영역을 포함할 수 있다. 여기에서, 유닛 셀 501의 네 개의 가변 캐퍼시터 영역은 외부 전자기파로부터 차폐되는 방향으로 배치된다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 유닛 셀 501은 유닛 셀 구조 645와 같은 구조를 가질 수 있다. 유닛 셀 구조 645는 유닛 셀 구조 642의 대칭적 구조로, 유닛 셀 구조 645의 유닛 셀 501은 제4 도전성 부재 635를 더 포함할 수 있다. 다시 말해서, 유닛 셀 구조 645의 렌즈 250은 앞뒷면이 대칭일 수 있다. 이에 따라, 구조 645를 가지는 유닛 셀 501은 네 개의 가변 캐퍼시터 영역을 포함할 수 있다. 여기에서, 유닛 셀 501의 네 개의 가변 캐퍼시터 영역은 외부 전자기파로부터 차폐되는 방향으로 배치된다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 유닛 셀 501은 유닛 셀 구조 646와 같은 구조를 가질 수 있다. 유닛 셀 구조 646는 유닛 셀 구조 643의 좌우 대칭적 구조로, 유닛 셀 구조 646의 유닛 셀 501은 제4 도전성 부재 635를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 구조 646를 가지는 유닛 셀 501은 네 개의 가변 캐퍼시터 영역을 포함할 수 있다. 여기에서, 유닛 셀 501의 네 개의 가변 캐퍼시터 영역은 외부 전자기파로부터 차폐되는 방향으로 배치된다.
도 6d 및 도 6e는 복수의 도전성 부재들을 포함하는 유닛 셀의 예시로서 유닛 셀이 세 개의 도전성 부재들을 포함하는 경우를 예시하나, 유닛 셀은 임의의 N개의 도전성 부재들을 포함할 수 있다. 이 경우, N 개의 도전성 부재들을 포함하는 유닛 셀은 M개(M=N)의 가변 캐퍼시터 영역을 형성할 수 있다.
유닛 셀이 복수의 도전성 부재들을 포함하는 경우, 제어 관점에서 복수의 도전성 부재들 중 적어도 두 개의 도전성 부재들은 동일한 제어 배선에 의해 제어될 수 있다. 다시 말해서, 물리적으로 분리된 도전성 부재들의 일부는 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 도전성 부재들 중 적어도 두 개의 도전성 부재들이 동일한 제어 배선에 의해 제어되는 경우, 제어 배선의 복잡도가 감소될 수 있다.
유닛 셀이 복수의 도전성 부재들을 포함하는 경우, 복잡도가 증가될 수 있으나, 유닛 셀의 전체 전기 용량 값을 설계하기 위한 설계(예: 가변 도체 소자의 형태)의 자유도가 증대될 수 있다. 또한, 기 설정된 유닛 셀의 지표(예: 동작 주파수, 가변 위상 변화량)가 용이하게 달성될 수 있다.
앞서 설명된 것처럼, 렌즈 250은 복수의 유닛 셀들이 배치된 적어도 하나의 층을 포함할 수 있고, 제어부 230이 유닛 셀들을 제어하기 위한 제어 배선들을 포함할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 제어 배선들은 평면 디스플레이 또는 메모리 장치에서 단위 소자를 제어하기 위한 제어 배선들과 같이 그물 형태를 가지도록 배치될 수 있다. 비연속적인 전기 용량 제어를 통한 빔 제어를 위해, 유닛 셀은 외부 전자기파의 파장의 약 1/2배를 최대 크기로 가질 수 있다. 다시 말해서, 유닛 셀은 외부 전자기파의 파장의 약 1/2배보다 작거나 같은 크기를 가져야 한다. 이 경우, 유닛 셀을 제어하기 위한 그물 구조의 배선들간 간격 또한 외부 전자기파의 파장의 약 1/2배보다 작을 수 있다. 그러나, 제어 배선들 간 간격이 렌즈 250에 입사된 전자기파의 파장의 1/2이하인 경우, 전자기파는 렌즈 250을 통과하지 못하고 차단될 수 있다. 다시 말해서, 그물 형태의 배선 구조는 렌즈 250에 입사되는 전자기파의 차단을 초래할 수 있다. 결국, 충분히 섬세한 빔 제어를 위해 렌즈 250의 유닛 셀이 작게 설정될 경우, 유닛 셀들을 제어하기 위한 제어 배선의 간격이 줄어들어 외부 전자기파가 렌즈 250을 통과하지 못할 수 있다.
또한, 렌즈 250의 유닛 셀의 전기 용량을 제어하여 빔의 패턴을 변경하기 위해, 렌즈 250의 모든 유닛 셀들에 대한 제어 신호는 시간적으로 지속되어야 한다. 다시 말해서, 렌즈 250의 유닛 셀들을 제어하기 위해 펄스와 같은 형태의 제어 신호는 사용될 수 없다. 디스플레이 패널 또는 메모리 소자의 경우, 단위 이미지 또는 단위 메모리 픽셀에 데이터를 저장하거나 읽고자 할 때에만 단위 이미지 또는 단위 메모리 픽셀이 제어된다. 특히, 디스플레이 패널의 경우 인간의 눈이 약 1/30초 이상의 눈 깜빡임을 인식하지 못하기 때문에, 실제로 이미지 픽셀이 인간이 인식할 수 없는 빠른 속도로 깜빡이거나(즉, 1/30초보다 짧은 시간을 주기로 깜빡임), 특정 시점에 디스플레이 패널이 영상의 일부만을 표현하더라도 기본적인 사용에 문제가 없다.
그러나, 안테나 어레이(antenna array)를 제어하여 빔 형성을 수행하는 경우, 특정 빔 패턴을 지속적으로 유지하기 위해 개별 안테나가 가져야 하는 위상 혹은 지연 값은 시간적으로 단절 없이 유지되어야 한다. 예를 들어, 송신 안테나가 생성하는 최종적인 빔 패턴은 다수의 개별 안테나로부터 방출되는 전자기파의 공간 합에 의해 결정되기 때문에, 특정 안테나로부터 일시적으로라도 다른 위상 혹은 다른 시간 지연을 가지는 전자기파가 방출되는 경우 전체 빔 패턴이 왜곡될 수 있다.
유사하게, 렌즈 250의 모든 유닛 셀들 또한 특정 빔 패턴을 생성하기 위해 동시에 동일하게 제어되어야 한다. 따라서, 렌즈 250의 모든 유닛 셀들을 제어하기 위한 개별 제어 배선이 요구된다. 안테나 어레이의 경우와 달리, 렌즈 250을 이용한 빔의 제어는 전자기파가 렌즈 250을 통과함으로써 제어되는 것이므로, 그물망 구조의 제어 배선 구조는 전자기파를 차폐하여 빔의 제어를 어렵게 만들 수 있다.
따라서, 본 개시의 다양한 실시 예들은 렌즈 250가 외부 전자기파를 차폐하지 않도록 하기 위한 제어 배선 구조를 제안하며, 이는 하기의 도 7 내지 도 11을 통해 보다 상세히 설명된다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 유닛 셀들을 제어하기 위한 제어 배선들의 배치 형태를 도시한다.
도 7을 참고하면, 렌즈 250은 E면(E-plane) 제어 층 710과, H면(H-plane) 제어 층 720을 포함할 수 있다. 여기에서, E면 제어 층 710은 렌즈 250에 입사되는 전자기파의 E면에 대한 각도를 제어하기 위한 제어 배선들(이하, 'E면 제어 배선'으로 지칭된다) 및 유닛 셀들 중 적어도 하나를 포함하고, H면 제어 층 720은 렌즈 250에 입사되는 전자기파의 H면에 대한 각도를 제어하기 위한 제어 배선들(이하, 'H면 제어 배선들'로 지칭된다) 및 유닛 셀들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다시 말해서, 렌즈 250에 입사되는 전자기파의 E면에 대한 각도 및 H면에 대한 각도는, 각각 서로 다른 층(E면 제어 층 710, H면 제어 층 720)에서 독립적으로 제어될 수 있고, 임의의 빔 패턴 생성은 서로 직교인 E면과 H면에 대한 개별적인 제어를 통해 구현될 수 있다.
다른 예로, E면 제어 층 710은 E면 제어 배선들을 포함하고, H면 제어 층 720은 H면 제어 배선들을 포함할 수 있고, 렌즈 250은 별도의 적어도 하나의 유닛 셀 층을 포함할 수 있다. 여기에서, '유닛 셀 층'은 복수의 유닛 셀들을 포함하는 층을 지칭할 수 있다. 이 경우, 유닛 셀 층의 각 유닛 셀은 렌즈 250에 입사되는 전자기파의 E면에 대한 각도가 제어되도록 E면 제어 층 710의 제어 배선들에 의해 제어될 수 있고, 또한 렌즈 250에 입사되는 전자기파의 H면에 대한 각도가 제어되도록 H면 제어 층 720의 제어 배선들에 의해 제어될 수 있다. 다시 말해서, 렌즈 250에 입사되는 전자기파의 E면에 대한 각도와 H면에 대한 각도는 단일 유닛 셀 층에서 한꺼번에 제어될 수 있다.
E면 제어 층 710에서, 제어 배선은 동일 수평선상에 있는 유닛 셀들을 제어하기 위해 수평으로 배치될 수 있고, 제어부 230은 제어 배선을 통해 E면 제어 층 710의 유닛 셀들을 제어하여 렌즈 250에 입사된 빔의 각도를 E면에 대해 제어할 수 있다. H면 제어 층 720에서, 제어 배선은 동일 수직선상에 있는 유닛 셀들을 제어하기 위해 수직으로 배치될 수 있고, 제어부 230은 제어 배선을 통해 H면 제어 층 720의 유닛 셀들을 제어하여 렌즈 250에 입사된 빔의 각도를 H면에 대해 제어할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에서, '수평' 및 '수직'은 제어 배선들간 상대적인 배치 방향을 나타내기 위한 것이고, 절대적인 방향을 의미하지는 아니한다. 이를 통해, 2차원의 렌즈 250에서 빔 제어는 각각의 E면 제어 층 710 및 H면 제어 층 720를 통한 1차원 빔 제어로 단순화 될 수 있으며, 각각의 E면 제어 층 710 및 H면 제어 층 720에서 요구되는 제어 배선의 수가 줄어들 수 있다. 또한, 각 층에서 그물 형태의 제어 배선 구조가 회피될 수 있다.
안테나 240에서 생성된 빔의 패턴이 제어되는 과정은 다음과 같다. 먼저, 안테나 240에서 생성된 빔(또는, 전자기파)은 렌즈 250의 H면 제어 층 720에 입사된다. 입사된 빔이 H면 제어 층 720을 통과함에 따라, H면에 대한 빔의 각도가 원하는 만큼 제어 또는 변경될 수 있다. 다음으로, H면 제어 층 720을 통과한 빔은 E면 제어 층 710에 입사된다. 입사된 빔이 E면 제어 층 710을 통과함에 따라, E면에 대한 빔의 각도가 원하는 만큼 제어 또는 변경될 수 있다. 최종적인 빔의 패턴은 E면에 대한 빔의 각도 및 H면에 대한 빔의 각도에 기반하여 결정되며, 따라서 빔은 E면 제어 층 710과 H면 제어 층 720을 통과함으로써 원하는 패턴으로 제어될 수 있다.
도 7에 따르면, 렌즈 250은 하나의 E면 제어 층 710과 하나의 H면 제어 층 720을 포함하나, 이는 예시적인 것이고, 렌즈 250은 복수의 E면 제어 층들과 복수의 H면 제어 층들을 포함할 수 있다. 또한, 도 7에서 E면 제어 층 710의 제어 배선들과 H면 제어 층 720의 제어 배선들은 서로 직교하는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이고, 제어 배선들의 방향 및 유닛 셀들의 배치는 다양하게 변경될 수 있다.
E면 제어 층 710에서 제어 배선들의 배치 형태는 도 8a 내지 8e에서 보다 상세히 설명된다.
도 8a 내지 8e는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 외부 전자기파의 E면에 대한 각도를 제어하기 위한 제어 배선들의 배치 형태를 도시한다. 예를 들어, 도 8a 내지 8e는 E면 제어 층 710에 포함된 제어 배선들을 배치 형태를 나타낼 수 있다. 이하, 외부 전자기파의 E면에 대한 각도를 제어하기 위한 제어 배선은 'E면 제어 배선'으로 지칭된다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, E면 제어 배선은 외부 전자기파의 전기장 성분에 수직인 등전위면에 배치될 수 있다. 이 경우, E면 제어 층 710을 통과하는 외부 전자기파는 제어 배선에 의해 간섭받지 않을 수 있고, 제어 배선에 의해 차폐되지 않을 수 있다. 다시 말해서, 금속인 E면 제어 배선을 외부 전자기파에 대한 등전위면에 배치함으로써, E면 제어 배선은 외부 전자기파를 방해하지 않을 수 있고, 결국 전자기파의 간섭 혹은 차폐 문제가 해소될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 등전위면은 유닛 셀들에 포함된 도체의 머리 부분을 잇는 선, 꼬리 부분을 잇는 선, 또는 중앙 부분을 잇는 선에 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 8a와 같이, 등전위면은 유닛 셀에 포함된 사각형 모양의 도체의 위쪽 머리 부분과 아래쪽 꼬리 부분을 잇는 선에 형성될 수 있고, E면 제어 배선은 이러한 등전위면을 따라 배치될 수 있다. 또 다른 예로, 도 8b와 같이, 등전위면은 유닛 셀에 포함된 I형 또는 누운 H형 형태의 구조를 갖는 도체의 위쪽 머리 부분과 아래쪽 꼬리 부분을 잇는 선에 형성될 수 잇고, E면 제어 배선은 이러한 등전위면을 따라 배치될 수 있다. 또 다른 예로, 도 8c과 같이, 등전위면은 유닛 셀에 포함된
Figure 112018025921495-pat00001
형태의 구조를 갖는 도체의 중앙 부분을 잇는 선에 형성될 수 있고, E면 제어 배선은 이러한 등전위면을 따라 배치될 수 있다. 또 다른 예로, 도 8d와 같이, 등전위면은 유닛 셀에 포함된 I형 또는 누운 H형 형태의 구조를 갖는 도체의 중앙 부분을 잇는 선에 형성될 수 잇고, E면 제어 배선은 이러한 등전위면을 따라 배치될 수 있다. 또 다른 예로, 도 8e와 같이, 등전위면은 I 또는 누운 H 형태의 구조를 갖는 도체를 포함하는 인접한 유닛 셀들에서 어느 하나의 유닛 셀에 포함된 도체의 꼬리 부분과, 다른 하나의 유닛 셀에 포함된 도체의 머리 부분이 인접하는 위치에 형성될 수 있고, E면 제어 배선은 이러한 등전위면을 따라 배치될 수 있다.
도 8a 내지 8e에서, E면 제어 층 710에서 제어 배선들의 배치 형태가 설명되었다. 이하 도 9a 및 9b에서 H면 제어 층 720에서 제어 배선들의 배치 형태가 보다 상세히 설명된다.
도 9a 및 9b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 외부 전자기파의 H면에 대한 각도를 제어하기 위한 제어 배선들의 배치 형태를 도시한다. 예를 들어, 도 9a 및 9b는 H면 제어 층 720에 포함된 제어 배선들의 배치 형태를 나타낼 수 있다. 이하, 외부 전자기파의 H면에 대한 각도를 제어하기 위한 제어 배선은 'H면 제어 배선'으로 지칭된다.
도 9a는 H면 제어 층 720에 포함된 유닛 셀들의 배치에 관한 평면도이고, 도 9b는 H면 제어 층 720에 포함된 유닛 셀들의 배치에 관한 측면도이다. 도 9a를 참고하면, 제1열에 속한 유닛 셀들을 제어하기 위한 H면 제어 배선 910과 제2 열에 속한 유닛 셀들을 제어하기 위한 H면 제어 배선 920은 제1 열과 제2 열의 사이에 배치되고, 제3열에 속한 유닛 셀들을 제어하기 위한 H면 제어 배선과 제4 열에 속한 유닛 셀들을 제어하기 위한 H면 제어 배선은 제3 열과 제4 열의 사이에 배치되고, 제5열에 속한 유닛 셀들을 제어하기 위한 H면 제어 배선과 제6 열에 속한 유닛 셀들을 제어하기 위한 H면 제어 배선은 제5 열과 제6 열의 사이에 배치된다. 다시 말해서, 인접한 두 개의 열에 속한 유닛 셀들의 그룹을 각각 제어하기 위한 제어 배선들은 서로 중첩적으로 배치된다. H면 제어 배선의 중첩적인 배치는 도 9b를 통해 보다 명확히 이해될 수 있다. 외부 전자기파는 H면 제어 층 720에 수직인 방향(즉, 도 9a에서 나오는 방향)으로 입사되고, H면 제어 층 720을 통과하므로, 배선들의 중첩적 배치를 통해 H면 제어 층 720을 통과하는 전자기파가 경험(experience)하는 배선 간격이 실질적으로 증가될 수 있다. 예를 들어, 유닛 셀의 크기가 외부 전자기파의 파장의 1/2배일 때, 두 개의 제어 배선들의 중첩적 배치를 통해 H면 제어 층 720을 통과하는 전자기파가 경험하는 배선 간격은 파장의 1배이게 되므로, 전자기파가 H면 제어 층 720을 통과하는데 문제가 없다.
도 9a 및 9b에 따르면, 두 개의 H면 제어 배선들이 중첩되나, 이는 예시적인 것이고, 중첩되는 H면 제어 배선들의 수는 제한이 없다. 예를 들어, 제1열에 속한 유닛 셀들을 제어하기 위한 H면 제어 배선 910, 제2 열에 속한 유닛 셀들을 제어하기 위한 H면 제어 배선 920, 제3 열에 속한 유닛 셀들을 제어하기 위한 H면 제어 배선 및 제4 열에 속한 유닛 셀들을 제어하기 위한 H면 제어 배선(4개의 제어 배선들)이 모두 제3 열과 제4 열 사이에 중첩적으로 배치될 수 있다. 이 경우, H면 제어 층 720을 통과하는 전자기파가 경험하는 배선 간격이 더욱 더 증가될 수 있다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 서로 다른 방향으로 배치된 제어 배선들을 도시한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 렌즈에 포함된 제어 층(예: H면 제어 층 또는 E면 제어 층)에서 제어 배선들은 배치 형태 1010과 같이 수직 방향으로 배치될 수 있다. 그러나, 제어 배선들이 수직 방향으로 배치된 하나의 제어 층 대신, 서로 다른 방향으로 제어 배선들이 배치된 복수의 층들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 배치 형태 1020과 같이 수직 방향을 기준으로 오른쪽으로 45도 방향으로 E면 제어 배선들이 배치된 E면 제어 층과, 배치 형태 1030과 같이 수직 방향을 기준으로 왼쪽으로 45도 (즉, 오른쪽 방향으로 -45도) 방향으로 E면 제어 배선들이 배치된 E면 제어 층의 중첩은, 하나의 E면 제어 층에서 E면 제어 배선들이 수직 방향으로 배치된 것과 동일한 효과를 가질 수 있다. 다른 예로, 배치 형태 1020과 같이 수직 방향을 기준으로 오른쪽으로 45도 방향으로 H면 제어 배선들이 배치된 H면 제어 층과, 배치 형태 1030과 같이 수직 방향을 기준으로 왼쪽으로 45도 (즉, 오른쪽 방향으로 -45도) 방향으로 H면 제어 배선들이 배치된 H면 제어 층의 중첩은, 하나의 H면 제어 층에서 H면 제어 배선들이 수직 방향으로 배치된 것과 동일한 효과를 가질 수 있다.
도 10에서, 제어 배선들의 방향 또는 각도는 예시적인 것이고, 중첩된 제어 층들에서 제어 배선들은 다양한 방향 및 각도로 배치될 수 있다.
도 11은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 동일한 제어 배선으로 서로 다른 층을 제어하기 위한 제어 배선의 배치 형태를 도시한다.
도 11을 참고하면, 렌즈 250은 4개의 E면 제어 층들 1120과, 4개의 H면 제어 층들 1140을 포함할 수 있다. 4개의 E면 제어 층들 1120 중 두 개의 E면 제어 층들과, 4개의 H면 제어 층들 1140 중 두 개의 제어 층들은 서로 번갈아 가며(alternatively) 중첩되어 위쪽 제어 층 그룹을 형성할 수 있다. 4개의 E면 제어 층들 1120 중 나머지 두 개의 E면 제어 층들과, 4개의 H면 제어 층들 1140 중 나머지 두 개의 제어 층들 또한 서로 번갈아 가며 중첩되어 아래쪽 제어 층 그룹을 형성할 수 있다.
위쪽 제어 층 그룹과 아래쪽 제어 층 그룹 사이에는 E면 제어 배선 1110과 H면 제어 복층 배선 1130이 배치될 수 있다. 다시 말해서, 제어 배선들로만 구성된 별도의 제어 배선 층이 형성될 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, E면 제어 배선 1110은 하나의 E면 제어 층에 속한 유닛 셀들뿐만 아니라, 복수의 E면 제어 층들(예: 4개의 E면 제어 층들 1120)에 속한 유닛 셀들을 제어할 수 있다. 또한, H면 제어 복층 배선 1130은 하나의 H면 제어 층에 속한 유닛 셀들뿐만 아니라, 복수의 H면 제어 층들(예: 4개의 H면 제어 층들 1140)에 속한 유닛 셀들을 제어할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 제어 배선들로만 구성된 별도의 제어 배선 층이 형성될 수 있고, 제어 배선 층을 통해 복수의 E면 또는 H면 제어 층들에 속한 유닛 셀들을 제어될 수 있다.
도 11에서, 렌즈 250은 4개의 E면 제어 층들 1120과 4개의 H면 제어 층들 1140을 포함하는 것을 도시되었으나, 이는 예시적인 것이고, 렌즈 250은 다양한 수의 E면 제어 층들 및 H면 제어 층들을 포함할 수 있다. 또한, 렌즈 250에 포함된 E면 제어 층들의 수와 H면 제어 층들의 수는 반드시 동일할 필요가 없으며, 제어 배선 층은 렌즈 250에서 다양한 위치에 삽입될 수 있다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 유닛 셀에 인가된 제어 전압의 크기와 유닛 셀의 유전율간 관계를 나타내는 그래프 1200을 도시한다.
그래프 1200에 따르면, 유닛 셀에 인가된 제어 전압의 크기와 유닛 셀의 유전율의 루트 값은 서로 비례 관계에 있다. 그래프 1200와 관계에 기반하여, 유닛 셀에 인가하여야 할 전압의 크기가 결정될 수 있다. 예를 들어, 전자기파의 E면에 대한 각도 또는 H면에 대한 각도를 원하는 만큼 변경하기 위한 유닛 셀의 유전율이 주어진 경우, 그래프 1200와 같은 관계에 기반하여 유닛 셀에 인가하여야 할 전압의 크기가 결정될 수 있다.
안테나 240에서 렌즈 250으로 입사되는 전자기파가 평면파인 경우, 전자기파가 통과하는 유닛 셀의 유전율과 전자기파의 위상 지연간의 관계는 하기의 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112018025921495-pat00002
여기에서,
Figure 112018025921495-pat00003
는 유전율
Figure 112018025921495-pat00004
을 가지는 유닛 셀을 통과한 전자기파의 위상 지연,
Figure 112018025921495-pat00005
는 전자기파의 주파수,
Figure 112018025921495-pat00006
는 전자기파의 속도이다. <수학식 1>에 따르면, 유닛 셀의 유전율은 유닛 셀을 통과하는 전자기파의 위상 지연(phase delay)과 관련이 이 있다.
전자기파를 특정 각도(
Figure 112018025921495-pat00007
)만큼 회전시키기 위해, 전자기파가 입사하는 렌즈 250의 각 유닛 셀에서 지연되어야 할 전자기파의 위상은 하기의 <수학식 2>를 만족하여야 한다:
Figure 112018025921495-pat00008
여기에서,
Figure 112018025921495-pat00009
는 렌즈 250의 중심의 위치,
Figure 112018025921495-pat00010
는 제어하고자 하는 유닛 셀의 위치,
Figure 112018025921495-pat00011
는 렌즈 250의 중심에 수직인 선을 기준으로 전자기파를 굴절시키고자 하는 각도,
Figure 112018025921495-pat00012
는 전자기파의 파장,
Figure 112018025921495-pat00013
는 위치
Figure 112018025921495-pat00014
에서 전자기파의 위상 지연을 의미한다.
또 다른 예로, 렌즈 250에 입사된 전자기파가 렌즈 250을 통과한 후 특정 초점 거리에 초점이 맺히도록 하기 위한 조건은 하기의 <수학식 3>과 같이 표현될 수 있다:
Figure 112018025921495-pat00015
여기에서,
Figure 112018025921495-pat00016
는 렌즈 250의 중심의 위치,
Figure 112018025921495-pat00017
는 제어하고자 하는 유닛 셀의 위치,
Figure 112018025921495-pat00018
는 전자기파의 파장,
Figure 112018025921495-pat00019
는 위치
Figure 112018025921495-pat00020
에서 전자기파의 위상 지연,
Figure 112018025921495-pat00021
는 렌즈 250의 중심에서 렌즈 250을 통과한 전자기파의 초점이 맺히는 지점까지의 거리(초점 거리)를 의미한다.
<수학식 1> 내지 <수학식 3>에 따라, 빔을 제어하기 위한 전압을 결정하기 위한 과정은 하기의 도 13에서 보다 상세히 설명된다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 제어 전압에 기반하여 빔 패턴을 제어하기 위한 과정을 도시한다. 도 13은 설명의 편의를 위해 렌즈 250이 E면 제어 층 710 및 H면 제어 층 720을 포함하는 것을 도시하나, 이는 예시적인 것이고, E면 및/또는 H면 제어 층의 수 및 각 제어 층에서 제어 배선의 배치에 다양한 변경이 가능하다.
<수학식 1> 내지 <수학식 2>에 기반하여, 렌즈 250에 입사되는 전자기파를 E면에 대해 각도
Figure 112018025921495-pat00022
만큼, H면에 대해 각도
Figure 112018025921495-pat00023
만큼 굴절시키기 위한 제어 전압은 하기의 <수학식 4>와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112018025921495-pat00024
여기에서,
Figure 112018025921495-pat00025
는 전자기파의 파장,
Figure 112018025921495-pat00026
는 H면 제어 층 720에서 제어하고자 하는 유닛 셀의 H면에 대한 위치,
Figure 112018025921495-pat00027
는 렌즈 250의 중심에 수직인 선을 기준으로 전자기파를 H면에 대해 굴절시키고자 하는 각도,
Figure 112018025921495-pat00028
는 H면 제어 층 720에서
Figure 112018025921495-pat00029
에 위치한 유닛 셀에 인가하여야 하는 전압,
Figure 112018025921495-pat00030
는 E면 제어 층 710에서 제어하고자 하는 유닛 셀의 E면에 대한 위치,
Figure 112018025921495-pat00031
는 렌즈 250의 중심에 수직인 선을 기준으로 전자기파를 H면에 대해 굴절시키고자 하는 각도,
Figure 112018025921495-pat00032
는 E면 제어 층710에서
Figure 112018025921495-pat00033
에 위치한 유닛 셀에 인가하여야 하는 전압을 의미한다.
<수학식 4>에 따라, 렌즈 250에 입사한 전자기파를 E면에 대해 각도
Figure 112018025921495-pat00034
만큼 굴절시키기 위해, E면 제어 층 710에서 E면에 대한 유닛 셀의 위치
Figure 112018025921495-pat00035
와 유닛 셀에 인가하여야 할 전압
Figure 112018025921495-pat00036
간 관계는 그래프 1310과 같이 표현될 수 있다. 또한, 렌즈 250에 입사한 전자기파를 H면에 대해 각도
Figure 112018025921495-pat00037
만큼 굴절시키기 위해, H면 제어 층 720에서 H면에 대한 유닛 셀의 위치
Figure 112018025921495-pat00038
와 유닛 셀에 인가하여야 할 전압
Figure 112018025921495-pat00039
간 관계는 그래프 1320과 같이 표현될 수 있다. E면 제어 층 710 및 H면 제어 층 720에서 유닛 셀에 대한 제어 전압이 <수학식 4>를 만족하도록 인가되는 경우, 방향 1330으로 렌즈 250에 입사된 전자기파는 E면에 대해 각도
Figure 112018025921495-pat00040
만큼 H면에 대해 각도
Figure 112018025921495-pat00041
만큼 굴절되어, 렌즈 250을 통과한 후 방향 1340으로 전파(propagate)할 수 있다.
또 다른 예로, 또 다른 예로, 렌즈 250에 입사된 전자기파가 렌즈 250을 통과한 후 특정 초점 거리에 초점이 맺히도록 하기 위한 제어 전압은 하기의 <수학식 5>에 따라 결정될 수 있다.
Figure 112018025921495-pat00042
여기에서,
Figure 112018025921495-pat00043
는 H면에 대한 렌즈 250의 중심의 위치,
Figure 112018025921495-pat00044
는 H면 제어 층 720에서 제어하고자 하는 유닛 셀의 H면에 대한 위치,
Figure 112018025921495-pat00045
는 전자기파의 파장,
Figure 112018025921495-pat00046
는 렌즈 250의 중심에서 렌즈 250을 통과한 전자기파의 초점이 맺히는 지점까지의 거리(초점 거리),
Figure 112018025921495-pat00047
는 H면 제어 층 720에서
Figure 112018025921495-pat00048
에 위치한 유닛 셀에 인가하여야 하는 전압,
Figure 112018025921495-pat00049
는 E면에 대한 렌즈 250의 중심의 위치,
Figure 112018025921495-pat00050
는 E면 제어 층 710에서 제어하고자 하는 유닛 셀의 E면에 대한 위치,
Figure 112018025921495-pat00051
는 E면 제어 층710에서
Figure 112018025921495-pat00052
에 위치한 유닛 셀에 인가하여야 하는 전압을 의미한다.
이하 도 14 및 도 15에서 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 통신 장치 A 110의 동작이 설명된다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 빔 패턴을 제어하기 위한 흐름도를 도시한다. 도 14는 통신 장치 A 110의 동작을 예시한다.
도 14를 참고하면, 1401 단계에서, 제어부 230은 빔 패턴을 결정한다. 빔 패턴은 렌즈 250을 통과한 빔의 패턴을 의미한다. 빔 패턴은 빔의 방향 및 빔 패턴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제어부 230은 빔 패턴을 결정하기 위해, 렌즈 250에 입사된 빔이 H면에 대해 굴절되어야 하는 각도(H면 제어 각도)와, E면에 대해 굴절되어야 하는 각도(E면 제어 각도)를 결정할 수 있다.
1403 단계에서, 제어부 230은 결정된 빔 패턴에 기반하여 복수의 유닛 셀들 각각의 전기 용량을 제어한다. 예를 들어, 제어부 230은 렌즈 250의 E면 제어 층 및 H면 제어 층에서 유닛 셀들의 위치에 따라 <수학식 4>에 의해 결정되는 전압을 유닛 셀들에 인가함으로써, 유닛 셀의 전기 용량을 제어할 수 있다.
1405 단계에서, 제어부 230은 통신부 210이 전기 용량이 제어된 렌즈 250을 통해, 결정된 빔 패턴으로 신호를 송신하도록 제어한다. 예를 들어, 통신부 210이 1403 단계에서와 같이 전기 용량이 제어된 렌즈 250에 빔을 입사시키는 경우, 입사된 빔은 렌즈 250을 통과하면서 굴절되어, 렌즈 250을 통과한 후 1401 단계에서와 같이 결정된 빔 패턴을 가질 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 유닛 셀은 제1 도전성 부재, 제1 도전성 부재의 적어도 일부와 중첩되는 방식으로 배치되고, 제1 도전성 부재와 이격된 제2 도전성 부재와, 제1 도전성 부재 및 제2 도전성 부재의 중첩되는 부분 사이에 개재되는 유전체를 포함한다. 여기에서, 제1 도전성 부재 및 제2 도전성 부재의 중첩되는 영역은, 외부 전자기파로부터 차폐되는 방향으로 배치된다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 제어 전압에 기반하여 외부 전자기파의 E면에 대한 각도와 H면에 대한 각도를 독립적으로 제어하기 위한 흐름도를 도시한다. 도 15는 통신 장치 A 110의 동작을 예시한다.
도 15를 참고하면, 1501 단계에서, 제어부 230은 빔 패턴에 대응하는 E면 제어 각도에 기반하여, E면 제어 층에 인가될 제1 제어 전압과, 빔 패턴에 대응하는 H면 제어 각도에 기반하여, H면 제어 층에 인가될 제2 제어 전압을 결정한다. 여기에서, E면 제어 각도는 렌즈 250에 입사된 빔이 렌즈 250을 통과한 후 특정 빔 패턴을 갖기 위해 E면에 대해 굴절되어야 하는 각도를 의미하고, H면 제어 각도는 렌즈 250에 입사된 빔이 렌즈 250을 통과한 후 그 빔 패턴을 갖기 위해 H면에 대해 굴절되어야 하는 각도를 의미한다. 제어부 230은 E면 제어 층에서 유닛 셀들의 E면에 대한 위치에 따라 <수학식 4>를 이용하여 유닛 셀들에 인가할 전압(제1 제어 전압)을 결정할 수 있다. 또한, 제어부 230은 H면 제어 층에서 유닛 셀들의 H면에 대한 위치에 따라 <수학식 4>를 이용하여 유닛 셀들에 인가할 전압(제2 제어 전압)을 결정할 수 있다.
1503 단계에서, 제어부 230은 제1 전압 및 제2 전압에 기반하여, 유닛 셀들의 전기 용량을 제어한다. 예를 들어, 제어부 230은 제1 제어 전압을 E면 제어 층에 인가하여 E면 제어 층의 전기 용량을 제어할 수 있고, 제2 제어 전압을 H면 제어 층에 인가하여 H면 제어 층의 전기 용량을 제어할 수 있다. 상술한 것과 같이, 렌즈 250는 렌즈 250에 입사된 전자기파의 E면에 대한 각도를 제어하기 위한 E면 제어 층과, H면에 대한 각도를 제어하기 위한 H면 제어 층을 포함하고, 각 층에서 렌즈 250에 입사된 전자기파의 E면에 대한 각도와 H면에 대한 각도가 제1 제어 전압 및 제2 제어 전압에 의해 개별적으로 제어될 수 있다. 이에 따라, 렌즈 250에 입사된 전자기파의 E면에 대한 각도를 제어하기 위한 제어 배선과 H면에 대한 각도를 제어하기 위한 제어 배선이 별도의 층에 배치됨으로써, 제어 배선들이 그물망 구조를 갖는 것이 회피될 수 있고, 외부 전자기파가 제어 배선들에 의해 차폐되지 아니할 수 있다.
도 16은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 렌즈 250에서 전자기파의 편광 변환이 발생하는 경우의 예를 도시한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 렌즈 250은 E면 제어 층 1610, 유닛 셀 층 1620 및 H면 제어 층 1630을 포함할 수 있다.
E면 제어 층 1610은 E면 제어 배선들 1613과, 더미(dummy) 배선들 1615를 포함할 수 있다. 여기에서, 더미 배선들 1615는 E면 제어 층 1610에 포함되나, E면 제어 배선과 달리 렌즈 250에 입사된 전자기파의 E면에 대한 각도를 제어하는데 사용되지 아니할 수 있다. 다시 말해서, 더미 배선들 1615는 유닛 셀 층 1620의 유닛 셀들과 전기적으로 연결되지 아니하며, 유닛 셀들을 제어하는데 사용되지 아니할 수 있다. 각각의 더미 배선들 1615는 E면 제어 배선들 1613 중에서 적어도 두 E면 제어 배선들 사이에 배치될 수 있다. E면 제어 층 1610에서, 배선들은 서로 평행하게 배치될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 더미 배선들 1615는 E면 제어 층 1610에서 인접한 배선들간 간격이 미리 설정된 간격 이하가 되도록 배치될 수 있다. E면 제어 층 1610에서 인접한 배선들간 간격이 미리 설정된 간격 이하로 배치됨으로써, E면 제어 층 1610은 편광판 및/또는 편광 필터로서 기능할 수 있다. 다시 말해서, 더미 배선들 1615는 E면 제어 층 1610이 편광판 및/또는 편광 필터로서 기능하도록 배치될 수 있다. 이 경우, E면 제어 층 1610은 특정 방향으로 편광된 전자기파만을 통과시키거나, 입사된 전자기파에서 특정 방향으로 편광된 성분 전자기파만을 통과시킬 수 있다. 전자기파의 편광 방향은 전자기파의 전기장 방향으로 정의될 수 있다. 이에 따라, E면 제어 층 1610은 편광 방향이 E면 제어 층 1610의 배선에 수직인 전자기파만을 통과시키거나, 입사된 전자기파에서 편광 방향이 E면 제어 층 1610의 배선에 수직인 성분 전자기파만을 통과시킬 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해, E면 제어 층 1610의 배선에 수직인 방향은 y 방향으로, E면 제어 층 1610의 배선에 수평인 방향은 x 방향으로 정의된다. 본 개시에서, x 방향 및 y 방향은 서로 수직인 방향을 나타내기 위한 상대적인 방향을 의미하고, 절대적인 방향을 의미하지는 아니한다. 예를 들어, E면 제어 층 1610의 배선에 수직인 방향이 x 방향으로, E면 제어 층 1610의 배선에 수평인 방향은 y 방향으로도 정의될 수 있다. 또한, 본 개시에서, x 방향으로 편광된 전자기파는 x 편광 전자기파로, y 방향으로 편광된 전자기파는 y 편광 전자기파로 지칭될 수 있다. 임의의 전자기파는 x 방향으로 편광된 성분 전자기파와, y 방향으로 편광된 성분 전자기파를 포함할 수 있다. 이하, 전자기파에서 X 방향으로 편광된 성분 전자기파는 전자기파의 x 편광 성분으로, y 방향으로 편광된 전자기파는 전자기파의 y 편광 성분으로 지칭될 수 있다. 상술한 예시들에 따르면, E면 제어 층 1610에서 더미 배선들 1615는 E면 제어 층 1610이 편광판 및/또는 편광 필터로서 기능하게 하기 위해 배치될 수 있다. 그러나, E면 제어 배선들 1613의 인접한 배선들간 간격이 이미 E면 제어 층 1610이 편광판 및/또는 편광 필터로서 기능하기 위한 미리 설정된 간격 이하인 경우, 더미 배선들 1615는 불필요할 수 있다. 다시 말해서, E면 제어 층 1610에서 더미 배선들 1615는 생략될 수 있다.
유닛 셀 층 1620은 유닛 셀 1623을 포함하여, 복수의 유닛 셀들을 포함할 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위해 유닛 셀 1623의 특성이 설명되나, 유닛 셀 1623의 특성은 유닛 셀 층 1620의 다른 유닛 셀들에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다. 유닛 셀 1623은 외부 전자기파로부터 차폐되는 방향으로 배치되는 가변 캐퍼시터 영역을 포함할 수 있다. 이에 따라, 유닛 셀 1623은 비공진 특성을 가질 수 있고, 유닛 셀 1623은 의 구조는 유닛 셀 1623이 전체로서 전기적인 쌍극자 특성을 유지하게 하는 구조일 수 있다. 유닛 셀 1623의 가변 캐퍼시터 영역은 유전체(예: 유전체 503)를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 유닛 셀 1623은 유닛 셀 1623에 입사된 전자기파의 편광 방향을 변경시킬 수 있다. 다시 말해서, 유닛 셀 1623에 입사된 전자기파는 E면 및/또는 H면에 대해 제어부 230에 의해 설정된 각도만큼 굴절되고, 전자기파의 편광 방향이 변경될 수 있다. 예를 들어, y 편광 성분만을 가지는 전자기파가 유닛 셀 1623에 입사된 경우, 전자기파의 편광 방향이 변경되고, 유닛 셀 1623을 통과한 전자기파는 x 편광 성분 및 y 편광 성분을 모두 가질 수 있다. 또한, x 편광 성분만을 가지는 전자기파가 유닛 셀 1623에 입사된 경우, 전자기파의 편광 방향이 변경되고, 유닛 셀 1623을 통과한 전자기파는 x 편광 성분 및 y 편광 성분을 모두 가질 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 다르면, 입사된 전자기파의 편광 방향을 변경시키는 것은 '편광 변환' 및/또는 '편광 회전'으로 지칭될 수 있고, 편광 변환 및/또는 편광 회전을 수행할 수 있는 유닛 셀 1623의 기능은 '편광 변환 기능' 및/또는 '편광 회전 기능'으로 지칭될 수 있다. 입사된 전자기파의 편광 방향을 변경시키기 위한 유닛 셀 1623의 구조는 도 18a 내지 18c에서 보다 상세히 설명된다.
H면 제어 층 1630은 H면 제어 배선들 1633과, 더미 배선들 1635를 포함할 수 있다. 여기에서, 더미 배선들 1635는 H면 제어 층 1630에 포함되나, H면 제어 배선과 달리 렌즈 250에 입사된 전자기파의 H면에 대한 각도를 제어하는데 사용되지 아니할 수 있다. 다시 말해서, 더미 배선들 1635는 유닛 셀 1620의 유닛 셀들과 전기적으로 연결되지 아니하며, 유닛 셀들을 제어하는데 사용되지 아니할 수 있다. 각각의 더미 배선들 1635는 H면 제어 배선들 1633 중에서 적어도 두 H면 제어 배선들 사이에 배치될 수 있다. H면 제어 층 1630에서, 배선들은 서로 평행하게 배치될 수 있다. 또한, H면 제어 층 1630의 배선들은 E면 제어 층 1610의 배선들과 수직으로 배치될 수 있다.
더미 배선들 1615와 유사하게, 더미 배선들 1635는 H면 제어 층 1630에서 인접한 배선들간 간격이 미리 설정된 간격 이하가 되도록 배치될 수 있다. H면 제어 층 1630에서 인접한 배선들간 간격이 미리 설정된 간격 이하로 배치됨으로써, H면 제어 층 1630은 편광판 및/또는 편광 필터로서 기능할 수 있다. 다시 말해서, 더미 배선들 1635는 H면 제어 층 1630이 편광판 및/또는 편광 필터로서 기능하도록 배치될 수 있다. 이 경우, H면 제어 층 1630은 특정 방향으로 편광된 전자기파만을 통과시키거나, 입사된 전자기파에서 특정 방향으로 편광된 성분 전자기파만을 통과시킬 수 있다. 이에 따라, H면 제어 층 1630은 편광 방향이 H면 제어 층 1630의 배선에 수직인 전자기파만을 통과시키거나, 입사된 전자기파에서 편광 방향이 H면 제어 층 1630의 배선에 수직인 성분 전자기파만을 통과시킬 수 있다. 예를 들어, H면 제어 층 1630에서 제어 배선들은 E면 제어 층 1610의 그것들과 수직일 경우, H면 제어 층 1630은 x 편광 전자기파만을 통과시키거나, 입사된 전자기파에서 x 편광 성분만을 통과시킬 수 있다.
상술한 예시들에 따르면, H면 제어 층 1630에서 더미 배선들 1630은 H면 제어 층 1630이 편광판 및/도는 편광 필터로서 기능하게 하기 위해 배치될 수 있다. 그러나, H면 제어 배선들 1633의 인접한 배선들간 간격이 이미 H면 제어 층 1630이 편광판 및/또는 편광 필터로서 기능하기 위한 미리 설정된 간격 이하인 경우, 더미 배선들 1635은 불필요할 수 있다. 다시 말해서, H면 제어 층 1630에서 더미 배선들 1635은 생략될 수 있다.
이하, 편광 판 및/또는 편광 필터로서 기능하는 E면 제어 층 1610 및 H면 제어 층 1630과, 유전율 변조 소자 및 편광 변환 기능을 가진 유닛 셀들을 포함하는 유닛 셀 층 1620을 포함하는 렌즈 250을 전자기파가 통과할 경우 렌즈 250 내부 및 주변에서 발생하는 현상이 설명된다.
도 16에 따르면, y 방향으로 편광된 전자기파 1641이 렌즈 250에 입사된다. 전자기파 1641은 먼저 렌즈 250의 E면 제어 층 1610에 입사된다. 전자기파 1641의 편광 방향(즉, y 방향)이 E면 제어 층 1610의 제어 배선들의 방향과 수직이기 때문에, 전자기파 1641은 E면 제어 층 1610을 손실 없이 통과할 수 있다. 반면, x 편광 전자기파가 E면 제어 층 1610에 입사될 경우, 입사된 전자기파는 E면 제어 층 1610을 통과하지 못하고 반사될 수 있다. E면 제어 층 1610을 통과한 전자기파 1641은 전자기파 1643에 대응한다. 다른 예로, 전자기파 1641은 임의의 방향으로 편광된 전자기파일 수 있다. 이 경우, 전자기파 1641의 x 편광 성분은 E면 제어 층 1610로부터 반사되고, 전자기파 1641의 y 편광 성분이 E면 제어 층 1610을 통과하며, E면 제어 층 1610을 통과한 전자기파 1641의 y 편광 성분이 전자기파 1643에 대응할 수 있다.
전자기파 1643은 유닛 셀 층 1620에 입사된다. 전자기파 1643가 유닛 셀 층 1620을 통과함에 따라, 전자기파 1643은 제어부 230에 의해 제어된 유닛 셀의 유전율에 기반하여 결정된 각도만큼 굴절되고, 전자기파 1643의 편광 방향은 변환된다. 본 개시에서, 기준 면(plane)(예: E면 또는 H면)을 명시하지 아니한 각도는 E면에 대한 각도 및 H면에 대한 각도 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이에 따라, E면 제어 층 1610을 통과한 전자기파 1643은 y 편광 성분만을 가지나, 전자기파 1643이 편광 변환 기능을 가지는 유닛 셀들을 포함하는 유닛 셀 1620을 통과함에 따라 전자기파 1643은 x 편광 성분을 가지는 전자기파 1645와 y 편광 성분을 가지는 전자기파 1647로 나누어 질 수 있다. 전자기파 1645 및 전자기파 1647은 H면 제어 층 1630에 입사된다. 전자기파 1645의 편광 방향(즉, x 방향)이 H면 제어 층 1630의 제어 배선들의 방향과 수직이기 때문에, 전자기파 1645는 H면 제어 층 1630을 손실 없이 통과할 수 있다. 반면, y 방향으로 편광된 전자기파 1647은 H면 제어 층 1630을 통과하지 못하고 반사될 수 있다. 반사된 전자기파 1647은 다시 유닛 셀 층 1620에 입사된다. 전자기파 1647이 유닛 셀 층 1620을 통과함에 따라, 전자기파 1647은 제어부 230에 의해 제어된 유닛 셀의 유전율에 기반하여 결정된 각도만큼 굴절되고, 전자기파 1647의 편광 방향은 변환된다. 다시 말해서, 전자기파 1647은 유닛 셀 층 1620을 통과함으로써, y 편광 성분을 가지는 전자기파 1649와 x 편광 성분을 가지는 전자기파 1651로 나누어 질 수 있다. 전자기파 1649 및 전자기파 1651은 E면 제어 층 1610에 입사된다. 이 경우, y 편광 성분을 가지는 전자기파 1649는 E면 제어 층 1610을 통과하고, x 편광 성분을 가지는 전자기파 1651은 E면 제어 층 1610을 통과하지 못하고 반사될 수 있다. 반사된 전자기파 1651은 다시 유닛 셀 층 1620에 입사된다. 전자기파 1651이 유닛 셀 층 1620을 통과함에 따라, 전자기파 1651은 제어부 230에 의해 제어된 유닛 셀의 유전율에 기반하여 결정된 각도만큼 굴절되고, 전자기파 1651의 편광 방향은 변환된다. 다시 말해서, 전자기파 1651은 유닛 셀 층 1620을 통과함으로써, x 편광 성분을 가지는 전자기파 1653과 y 편광 성분을 가지는 전자기파 1655로 나누어 질 수 있다. 전자기파 1653 및 전자기파 1655는 H면 제어 층 1630에 입사된다. 이 경우, x 편광 성분을 가지는 전자기파 1653은 H면 제어 층 1630을 통과하고, y 편광 성분을 가지는 전자기파 1655는 H면 제어 층 1630을 통과하지 못하고 반사될 수 있다. 반사된 전자기파 1655는 다시 유닛 셀 1620에 입사되고, 상술한 과정들이 반복될 수 있다.
전자기파 1657은 최종적으로 H면 제어 층 1630 및 렌즈 250을 통과한 x 편광 전자기파이다. 따라서, 전체적으로, 전자기파 1641이 렌즈 250에 입사되고, 전자기파 1657이 렌즈로부터 방출된다. 전자기파가 렌즈 250을 통과하는 동안 전자기파는 E면 제어 층 1610 및 H면 제어 층 1630에 의한 반사와, 유닛 셀 층 1620에 의한 굴절 및 편광 변환을 여러 번(several times) 경험(experience)한다. 전자기파가 유닛 셀 1620을 통과할 때마다 굴절 각도는 누적되고, 따라서 최종적으로 렌즈 250로부터 방출되는 전자기파 1657은 렌즈 250에 입사되는 전자기파 1641 대비 누적된 각도만큼 굴절될 수 있다.
렌즈 250에 임의의 각도로 입사된 전자기파가 임의의 각도로 굴절되도록 하기 위해, 렌즈 250의 위상 특성(phase characteristic)은 180도일 것이 요구된다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 렌즈의 위상 특성은 렌즈가 렌즈에 입사된 전자기파의 각도를 굴절시킬 수 있는 각도 범위를 의미한다. 렌즈에 입사된 전자기파의 굴절 각도는 전자기파가 렌즈의 유닛 셀 층을 통과할 때마다 누적되므로, 렌즈의 위상 특성은 전자기파가 유닛 셀 층을 통과하는 횟수에 비례할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 렌즈 250에 입사된 전자기파는 E면 제어 층 1610 및/또는 H면 제어 층 1630에 의한 반사와, 유닛 셀 층 1620에 의한 편광 변환에 따라 유닛 셀 층 1620을 여러 번 통과하고, 전자기파의 굴절 각도가 누적될 수 있으므로, 유닛 셀 층 1620이 굴절시킬 수 있는 각도 범위가 제한되더라도 렌즈 250의 위상 특성이 충분히 보장될 수 있다.
도 16에서, 렌즈 250의 각 층은 입사된 전자기파가 E면 제어 층 1610, 유닛 셀 층 1620 및 H면 제어 층 1630를 순서대로 통과하도록 배치되었으나, 이는 예시적인 것이고, 각 층의 배치 순서는 변경될 수 있다. 예를 들어, 렌즈 250의 각 층은 입사된 전자기파가 H면 제어 층 1630, 유닛 셀 층 1620 및 E면 제어 층 1610을 순서대로 통과하도록 배치될 수 있으며, 이 경우 렌즈 250을 통과한 최종적인 전자기파는 y 편광 전자기파일 수 있다.
도 17은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 렌즈의 층들을 도시한다.
도 17를 참고하면, 렌즈 250은 E면 제어 층 1610, 유닛 셀 층들 1710, 및 H면 제어 층 1630을 포함할 수 있다. 유닛 셀 층들 1710은 유닛 셀 층 1620뿐만 아니라, 유닛 셀 층 1711 및 유닛 셀 층 1713을 포함할 수 있다. 유닛 셀 층 1620은 유닛 셀 1623을 포함하여 복수의 유닛 셀들을 포함할 수 있고, 유닛 셀 층 1711 및 유닛 셀 층 1713 또한 복수의 유닛 셀 층을 포함할 수 있다. 각각의 유닛 셀 층 1710, 1620 및 1730에 포함된 유닛 셀은 유닛 셀 1623과 동일한 기능을 수행할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라, E면 제어 층 1610 및 H면 제어 층 1630은 각각 편광 판 및/또는 편광 필터로서 기능할 수 있다. E면 제어 층 1610 및 H면 제어 층 1630간 거리(즉, 편광 판들간 거리)는 d로 정의될 수 있다.
E면 제어 층 1610 및 H면 제어 층 1630 사이에서 각각의 E면 제어 층 1610 및 H면 제어 층 1630에 의한 지속적인 전자기파의 반사 및/또는 편광 변환에 따라 렌즈 250의 위상 특성이 180도가 되기 위해, 거리 d는 렌즈 250에 입사된 전자기파의 파장의 1/2 또는 그 정수 배일 필요가 있다. 즉, 위상 특성 180도를 달성하기 위해 렌즈의 두께가 제한될 수 있고, 이러한 제한에 따라 렌즈의 두께는 집적하기에 충분히 작지 않을 수 있다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 유닛 셀 층들 1710이 E면 제어 층 1610 및 H면 제어 층 1630 사이에 배치됨으로써, E면 제어 층 1610 및 H면 제어 층 1630간 전기적 등가 거리가 입사된 전자기파의 파장의 1/2 또는 그 정수 배가 되면서도, E면 제어 층 1610 및 H면 제어 층 1630간 물리적 거리(즉, d)는 작아질 수 있다. 즉, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 복수의 유닛 셀 층들 1710이 E면 제어 층 1610 및 H면 제어 층 1630 사이에 배치됨으로써, 편광 필터들(예: E면 제어 층 1610 및 H면 제어 층 1630) 및 유닛 셀 층(들)의 완전한 물리적 집적이 실현될 수 있다. 이 경우, 유닛 셀 층들 1710의 개별 유닛 셀에 대한 제어는 E면 제어 층 1610의 제어 배선 및/또는 H면 제어 층 1630의 제어 배선에 의해 수행될 수 있다. 다시 말해서, 복수의 유닛 셀 층들 1710은 각각의 단일한 E면 제어 층 1610 및 H면 제어 층 1630에 의해 한꺼번에 제어될 수 있다.
도 17에서 렌즈 250은 세 개의 유닛 셀 층들 1710, 1620 및 1730을 포함하는 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이고, 렌즈 250이 포함할 수 있는 유닛 셀 층들의 수는 제한되지 않는다. 다시 말해서, 렌즈 250은 렌즈 250의 위상 특성이 180도가 되기 위한 E면 제어 층 1610 및 H면 제어 층 1630간 전기적 등가 거리가 입사 전자기파의 반파장 또는 그 정수 배가 되기 위한 수의 유닛 셀 층들을 포함할 수 있다.
도 18a 내지 도 18c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 편광 변환을 위한 유닛 셀 구조를 도시한다. 도 18a 내지 도 18c의 유닛 셀 1800은 도 16의 유닛 셀 층 1620에 포함된 유닛 셀(예: 유닛 셀 1623)일 수 있다.
도 18a를 참고하면, 유닛 셀 1800은 제1 도전성 부재 1810; 제1 도전성 부재 1810의 적어도 일부와 중첩되는 방식으로 배치되고, 제1 도전성 부재 1810과 이격된 제2 도전성 부재 1830; 및 제1 도전성 부재 1810 및 제2 도전성 부재 1830의 중첩되는 부분 사이에 개재되는 유전체를 포함할 수 있다. 제1 도전성 부재 1810 및 제2 도전성 부재 1830의 중첩되는 영역(즉, 가변 캐퍼시터 영역 1850)은 외부 전자기파로부터 차폐되는 방향으로 배치될 수 있다.
더하여, 유닛 셀 1800은 제1 도전성 부재 1810으로부터 연장되고, 제1 도전성 부재 1810으로부터 미리 설정된 제1 각도 θ1로 절곡된 제3 도전성 부재 1820을 더 포함하고, 제2 도전성 부재 1830으로부터 연장되고, 제2 도전성 부재로부터 미리 설정된 제2 각도 θ2로 절곡된 제4 도전성 부재 1840을 더 포함할 수 있다. 제1 도전성 부재 1810 및 제3 도전성 부재 1820의 절곡된 부분은 절곡부 1815로 지칭될 수 있고, 제2 도전성 부재 1830 및 제4 도전성 부재 1840의 절곡된 부분은 절곡부 1835로 지칭될 수 있다. 제3 도전성 부재 1820과 제4 도전성 부재 1840은 서로 반대 방향으로 절곡될 수 있고, 제1 각도 θ1 및 제2 각도 θ2는 서로 동일할 수 있다. 도 18a에서, 제1 각도 θ1 및 제2 각도 θ2가 90도인 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이고, 제1 각도 θ1 및 제2 각도 θ2는 다양한 각도를 가질 수 있다.
유닛 셀 1800에 -z 방향으로 전자기파가 입사될 경우, 입사된 전자기파에 의해 제3 도전성 부재 1820 및 제4 도전성 부재 1840에서 x 방향의 전류가 흐를 수 있고, 제1 도전성 부재 1810 및 제2 도전성 부재 1830에서 y 방향의 전류가 흐를 수 있다. 즉, 유닛 셀 1800의 도전성 부재들에서 입사된 전자기파의 편광 방향과 관계 없이 x 방향의 전류 및 y 방향의 전류가 모두 흐를 수 있다. x 방향의 전류에 의해, 유닛 셀 1800을 통과한 전자기파는 x 편광 성분을 가질 수 있고, y 방향의 전류에 의해, 유닛 셀 1800을 통과한 전자기파는 y 편광 성분을 가질 수 있다. 다시 말해서, 유닛 셀 1800에 입사된 전자기파의 편광 방향과 관계 없이, 유닛 셀 1800의 구조에 따라 유닛 셀 1800을 통과한 전자기파는 x 편광 성분 및 y 편광 성분을 모두 가질 수 있으며, 입사된 전자기파에 대한 편광 변환이 수행될 수 있다. 여기에서, 유닛 셀 1800을 통과한 전자기파의 x 편광 성분의 크기는 x 방향의 전류가 흐르는 제3 도전성 부재 1820와 제4 도전성 부재 1840의 길이들의 합(d1+d2)에 비례할 수 있다. 다시 말해서, 유닛 셀 1800을 통과한 전자기파의 x 편광 성분의 크기는 d1+d2가 증가할수록 커질 수 있다. 유사하게, 유닛 셀 1800을 통과한 전자기파의 y 편광 성분의 크기는 y 방향의 전류가 흐르는 제1 도전성 부재 1810과 제2 도전성 부재 1830의 길이들의 합(d2)에 비례할 수 있다. 다시 말해서, 유닛 셀 1800을 통과한 전자기파의 y 편광 성분의 크기는 d2가 증가할수록 커질 수 있다.
도 18a의 유닛 셀 1800에 대해, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 유닛 셀 1800은 도 18b에 도시된 것과 같이 제3 도전성 부재 1820으로부터 연장되고, 제3 도전성 부재 1820으로부터 서로 반대 방향으로 절곡된 도전성 부재 부분들로 구성된 제5 도전성 부재 1860; 및 제4 도전성 부재 1840으로부터 연장되고, 제4 도전성 부재 1840으로부터 서로 반대 방향으로 절곡된 도전성 부재 부분들로 구성된 제6 도전성 부재 1870을 더 포함할 수 있다.
다른 예로, 유닛 셀 1800은 도 18c에 도시된 것과 같이 제3 도전성 부재 1820으로부터 연장되고, 제3 도전성 부재 1820으로부터 미리 설정된 제3 각도 θ3로 절곡된 제7 도전성 부재 1880을 더 포함하고, 제4 도전성 부재 1840으로부터 연장되고, 제4 도전성 부재 1840으로부터 미리 설정된 제4 각도 θ4로 절곡된 제8 도전성 부재 1890을 더 포함할 수 있다. 제7 도전성 부재 1880과 제8 도전성 부재 1890은 서로 반대 방향으로 절곡될 수 있고, 제3 각도 θ3 및 제4 각도 θ4는 서로 동일할 수 있다. 도 18c에서, 제3 각도 θ3 및 제4 각도 θ4가 90도인 것으로 도시되었으나, 이는 예시적인 것이고, 제3 각도 θ3 및 제4 각도 θ4는 다양한 각도를 가질 수 있다. 유닛 셀 1800에 입사된 전자기파의 편광 방향과 관계 없이, 유닛 셀 1800을 통과한 전자기파는 제7 도전성 부재 1880, 제1 도전성 부재 1810, 제2 도전성 부재 1830 및 제8 도전성 부재 1890에 흐르는 y 방향의 전류에 의해 y 편광 성분을 가질 수 있고, 제3 도전성 부재 1820 및 제4 도전성 부재 1840에 흐르는 x 방향 전류에 의해 x 편광 성분을 가질 수 있다. 도 18c에서, 유닛 셀 1800을 통과한 전자기파의 x 편광 성분의 크기는 x 방향의 전류가 흐르는 제3 도전성 부재 1820과 제4 도전성 부재 1840의 길이들의 합(d1+d2)에 비례하고, 해당 전자기파의 y 편광 성분의 크기는 y 방향의 전류가 흐르는 제7 도전성 부재 1880, 제1 도전성 부재 1810, 제2 도전성 부재 1830 및 제8 도전성 부재 1890의 길이들의 합(d4+d2+d5)에 비례할 수 있다.
도 18에 도시된 유닛 셀 1800의 구조는 예시적인 것이고, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 도 5b와 같이, 제2 도전성 부재 1830은 제1 도전성 부재 1810의 다른 일부와 중첩될 수 있고, 그 중첩되는 부분 사이에 유전체가 개재되어 또 다른 가변 캐퍼시터 영역이 형성될 수 있다. 다른 예로, 도 6d 및 도 6e와 같이 유닛 셀 1800은 적어도 하나의 다른 도전성 부재를 더 포함할 수 있고, 적어도 하나의 다른 도전성 부재의 적어도 일부와 제1 도전성 부재 1810 및/또는 제2 도전성 부재 1830이 중첩되어 가변 캐퍼시터 영역(중첩되는 부분 사이에 개재된 유전체를 포함함)이 형성될 수 있다. 또한, 가변 캐퍼시터 영역 1850에서 가변 소자 도체는 도 6b에 도시된 것과 같은 모양을 가질 수 있고, 절곡부 1815 및 1835와 연결되지 아니한 제3 도전성 부재 1820 및 제4 도전성 부재 1840의 끝 부분(머리부 또는 꼬리부에 대응함)은 도 6a에 도시된 것과 같은 모양일 수 있다.
도 19a 및 도 19b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따라 유닛 셀 층 1900에서 편광 변환을 위한 유닛 셀들을 도시한다.
도 19a를 참고하면, 유닛 셀 층 1900은 도 18a의 유닛 셀 1800과 같은 유닛 셀 구조를 가지는 복수의 유닛 셀들을 포함할 수 있다. 도 19a에서, 제1 각도 θ1 및 제2 각도 θ2는 서로 동일하고, 각각 90°보다 큰 각도(예: 135°)일 수 있다.
도 19b를 참고하면, 유닛 셀 층 1900은 도 18b의 유닛 셀 1800과 같은 유닛 셀 구조를 가지는 복수의 유닛 셀들을 포함할 수 있다. 도 19b에서, 제1 각도 θ1 및 제2 각도 θ2는 서로 동일하고, 각각 90°보다 큰 각도(예: 135°)일 수 있다.
도 19a 및 도 19b에서와 같이, 제1 각도 θ1 및 제2 각도 θ2가 90°가 아니더라도, 유닛 셀 1800의 도전성 부재들에 임의의 방향으로 흐르는 전류는 모두 x 방향의 전류 성분과 y 방향의 전류 성분의 합으로 표현될 수 있으므로, 이들 성분 전류들에 의해 유닛 셀 층 1900을 통과한 전자기파는 x 편광 성분과 y 편광 성분을 모두 가질 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (38)

  1. 무선 통신 시스템에서 장치에 있어서,
    렌즈;
    송수신기; 및
    상기 송수신기와 연결되는(coupled with) 적어도 하나의 프로세서를 포함하고,
    상기 적어도 하나의 프로세서는,
    빔 패턴을 결정하고,
    상기 빔 패턴에 기반하여 복수의 유닛 셀들 각각의 전기 용량(capacitance)을 제어하고, 상기 복수의 유닛 셀들은 상기 렌즈에 포함된 적어도 하나의 층에 배치되고;
    상기 전기 용량이 제어된 상기 렌즈를 통해, 상기 결정된 빔 패턴으로 신호를 송신하고,
    상기 적어도 하나의 층은,
    상기 신호의 E면(E-plane)에 대한 각도를 제어하기 위한 제1 층과,
    상기 신호의 H면(H-plane)에 대한 각도를 제어하기 위한 제2 층을 포함하고,
    상기 복수의 유닛 셀들 각각은,
    제1 도전성 부재와,
    상기 제1 도전성 부재의 적어도 일부와 중첩(overlap)되는 방식으로 배치되고, 상기 제1 도전성 부재와 이격된 제2 도전성 부재와,
    상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재의 중첩되는 부분 사이에 개재(interpose)되는 유전체를 포함하고,
    상기 제1 도전성 부재의 영역(region) 및 상기 제2 도전성 부재의 영역은, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재에게 외부 전자기파가 입사(enter)되는 방향으로 중첩되는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유전체는,
    반도체 소자, 액정 물질 및 광전 물질 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재는,
    상기 유전체를 기준으로 서로 대칭 또는 비대 형태인 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 복수의 유닛 셀들 각각은, 상기 복수의 유닛 셀들 각각이 비공진(non-resonance) 특성을 가지기 위한 형태인 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 유닛 셀들 각각은, I 형태 또는 누운 H 형태인 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 복수의 유닛 셀들 각각은, 전체로서 쌍극자(dipole) 특성을 가지는 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재는,
    전기적 또는 물리적으로 단절되는 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는,
    상기 제1 층의 유닛 셀들을 제어하기 위한 복수의 제어 배선들을 포함하고,
    상기 복수의 제어 배선들 각각은, 상기 신호에 대응하는 전자기파에 대한 등전위면(equi-potential plane)을 따라 배치되는 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 렌즈는,
    상기 제2 층의 유닛 셀들을 제어하기 위한 복수의 제어 배선들을 포함하고,
    상기 복수의 제어 배선들 중 적어도 두 개의 제어 배선들은 중첩되어, 각각이 상기 제2 층의 유닛 셀들 중에서 서로 다른 유닛 셀 그룹을 제어하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1 층의 유닛 셀들을 제어하기 위한 복수의 제어 배선들과, 상기 제2 층의 유닛 셀들을 제어하기 위한 복수의 제어 배선들은 서로 수직인 방향으로 배치되는 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 복수의 유닛 셀들은,
    상기 제1 층의 유닛 셀들을 제어하기 위한 복수의 제어 배선들과, 상기 제2 층의 유닛 셀들을 제어하기 위한 복수의 제어 배선들은 서로 다른 방향으로 배치되는 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈는, 상기 제1 층의 유닛 셀들을 제어하기 위한 복수의 제어 배선들을 포함하고,
    상기 복수의 제어 배선들은, 상기 제2 층의 유닛 셀들을 제어하는 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 프로세서는,
    상기 빔 패턴에 대응하는 E면 제어 각도 및 H면 제어 각도를 결정하고, 상기 E면 제어 각도에 기반하여, 상기 제1 층의 유닛 셀들에 인가될 제1 제어 전압을 결정하고, 상기 H면 제어 각도에 기반하여, 상기 제2 층의 유닛 셀들에 인가될 제2 제어 전압을 결정하고, 상기 제1 제어 전압 및 상기 제2 제어 전압에 기반하여, 상기 전기 용량을 제어하도록 구성되고, 여기에서, 상기 제1 제어 전압 및 상기 제2 제어 전압은, 하기의 수학식으로 표현되고,
    Figure 112022090600621-pat00101

    여기에서, 상기
    Figure 112022090600621-pat00102
    는 상기 전자기파의 파장, 상기
    Figure 112022090600621-pat00103
    는 상기 제2 층에서 제어하고자 하는 적어도 하나의 유닛 셀의 H면에 대한 위치, 상기
    Figure 112022090600621-pat00104
    는 상기 H면 제어 각도, 상기
    Figure 112022090600621-pat00105
    는 상기 제2 제어 전압, 상기
    Figure 112022090600621-pat00106
    는 상기 제1 층에서 제어하고자 하는 적어도 하나의 유닛 셀의 E면에 대한 위치, 상기
    Figure 112022090600621-pat00107
    는 상기 E면 제어 각도, 상기
    Figure 112022090600621-pat00108
    는 상기 제1 제어 전압을 의미하는 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 복수의 유닛 셀들 각각은,
    상기 제1 도전성 부재로부터 연장되고, 상기 제1 도전성 부재로부터 미리 설정된 제1 각도로 절곡된 제3 도전성 부재; 및
    상기 제2 도전성 부재로부터 연장되고, 상기 제2 도전성 부재로부터 미리 설정된 제2 각도로 절곡된 제4 도전성 부재를 포함하는 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제3 도전성 부재와 상기 제4 도전성 부재는, 서로 반대 방향으로 절곡된 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제1 각도 및 상기 제2 각도는 동일한 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 제1 층 또는 상기 제2 층에서 인접한 제어 배선들간 간격은, 상기 제1 층 또는 제2 층이 편광 판으로 기능하기 위해 미리 설정된 간격 이하로 설정되는 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 층 또는 상기 제2 층은, 상기 인접한 제어 배선들간 간격이 미리 설정된 간격 이하로 설정되기 위해, 상기 복수의 유닛 셀들과 전기적으로 연결되지 아니하고, 상기 복수의 유닛 셀들을 제어하는데 사용되지 아니하는 적어도 하나의 더미 배선을 더 포함하는 장치.
  20. 무선 통신 시스템에서 장치의 동작 방법에 있어서,
    빔 패턴을 결정하는 과정과,
    상기 빔 패턴에 기반하여 복수의 유닛 셀들 각각의 전기 용량(capacitance)을 제어하는 과정과, 상기 복수의 유닛 셀들은 렌즈에 포함된 적어도 하나의 층에 배치되고,
    상기 전기 용량이 제어된 상기 렌즈를 통해, 상기 결정된 빔 패턴으로 신호를 송신하는 과정을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 층은,
    상기 신호의 E면(E-plane)에 대한 각도를 제어하기 위한 제1 층과,
    상기 신호의 H면(H-plane)에 대한 각도를 제어하기 위한 제2 층을 포함하고,
    상기 복수의 유닛 셀들 각각은,
    제1 도전성 부재와,
    상기 제1 도전성 부재의 적어도 일부와 중첩(overlap)되는 방식으로 배치되고, 상기 제1 도전성 부재와 이격된 제2 도전성 부재와,
    상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재의 중첩되는 부분 사이에 개재(interpose)되는 유전체를 포함하고,
    상기 제1 도전성 부재의 영역(region) 및 상기 제2 도전성 부재의 영역은, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재에게 외부 전자기파가 입사(enter)되는 방향으로 배치되는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 유전체는,
    반도체 소자, 액정 물질 및 광전 물질 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재는,
    상기 유전체를 기준으로 서로 대칭 또는 비대 형태인 방법.
  23. 제22항에 있어서, 상기 복수의 유닛 셀들 각각은, 상기 복수의 유닛 셀들 각각이 비공진(non-resonance) 특성을 가지기 위한 형태인 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 복수의 유닛 셀들 각각은, I 형태 또는 누운 H 형태인 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 복수의 유닛 셀들 각각은, 전체로서 쌍극자(dipole) 특성을 가지는 방법.
  26. 제20항에 있어서, 상기 제1 도전성 부재 및 상기 제2 도전성 부재는,
    전기적 또는 물리적으로 단절되는 방법.
  27. 삭제
  28. 제20항에 있어서, 상기 렌즈는,
    상기 제1 층의 유닛 셀들을 제어하기 위한 복수의 제어 배선들을 포함하고,
    상기 복수의 제어 배선들 각각은, 상기 신호에 대응하는 전자기파에 대한 등전위면(equi-potential plane)을 따라 배치되는 방법.
  29. 제20항에 있어서, 상기 렌즈는,
    상기 제2 층의 유닛 셀들을 제어하기 위한 복수의 제어 배선들을 포함하고,
    상기 복수의 제어 배선들 중 적어도 두 개의 제어 배선들은 중첩되어, 각각이 상기 제2 층의 유닛 셀들 중에서 서로 다른 유닛 셀 그룹을 제어하는 방법.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제1 층의 유닛 셀들을 제어하기 위한 복수의 제어제어 배선들과, 상기 제2 층의 유닛 셀들을 제어하기 위한 복수의 제어 배선들은 서로 수직인 방향으로 배치되는 방법.
  31. 제20항에 있어서, 상기 복수의 유닛 셀들은,
    상기 제1 층의 유닛 셀들을 제어하기 위한 복수의 제어 배선들과, 상기 제2 층의 유닛 셀들을 제어하기 위한 복수의 제어 배선들은 서로 다른 방향으로 배치되는 방법.
  32. 제20항에 있어서,
    상기 렌즈는, 상기 제1 층의 유닛 셀들을 제어하기 위한 복수의 제어 배선들을 포함하고,
    상기 복수의 제어 배선들은, 상기 제2 층의 유닛 셀들을 제어하는 방법.
  33. 제20항에 있어서, 상기 빔 패턴에 기반하여 렌즈에 포함된 복수의 유닛 셀들 각각의 유전율을 제어하는 과정은,
    상기 빔 패턴에 대응하는 E면 제어 각도에 기반하여, 상기 제1 층의 유닛 셀들에 인가될 제1 제어 전압을 결정하고, 상기 빔 패턴에 대응하는 H면 제어 각도에 기반하여 상기 제2 층의 유닛 셀들에 인가될 제2 제어 전압을 결정하는 과정과,
    상기 제1 제어 전압 및 상기 제2 제어 전압에 기반하여, 상기 유전율을 제어하는 과정을 포함하고, 여기에서, 상기 제1 제어 전압 및 상기 제2 제어 전압은, 하기의 수학식으로 표현되고,
    Figure 112022090600621-pat00109

    여기에서, 상기
    Figure 112022090600621-pat00110
    는 상기 전자기파의 파장, 상기
    Figure 112022090600621-pat00111
    는 상기 제2 층에서 제어하고자 하는 적어도 하나의 유닛 셀의 H면에 대한 위치, 상기
    Figure 112022090600621-pat00112
    는 상기 H면 제어 각도, 상기
    Figure 112022090600621-pat00113
    는 상기 제2 제어 전압, 상기
    Figure 112022090600621-pat00114
    는 상기 제1 층에서 제어하고자 하는 적어도 하나의 유닛 셀의 E면에 대한 위치, 상기
    Figure 112022090600621-pat00115
    는 상기 E면 제어 각도, 상기
    Figure 112022090600621-pat00116
    는 상기 제1 제어 전압을 의미하는 방법.
  34. 제20항에 있어서, 상기 복수의 유닛 셀들 각각은,
    상기 제1 도전성 부재로부터 연장되고, 상기 제1 도전성 부재로부터 미리 설정된 제1 각도로 절곡된 제3 도전성 부재; 및
    상기 제2 도전성 부재로부터 연장되고, 상기 제2 도전성 부재로부터 미리 설정된 제2 각도로 절곡된 제4 도전성 부재를 포함하는 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 제3 도전성 부재와 상기 제4 도전성 부재는, 서로 반대 방향으로 절곡된 방법.
  36. 제34항에 있어서, 상기 제1 각도 및 상기 제2 각도는 동일한 방법.
  37. 제20항에 있어서, 상기 제1 층 또는 상기 제2 층에서 인접한 제어 배선들간 간격은, 상기 제1 층 또는 제2 층이 편광 판으로 기능하기 위해 미리 설정된 간격 이하로 설정되는 방법.
  38. 제37항에 있어서, 상기 제1 층 또는 상기 제2 층은, 상기 인접한 제어 배선들간 간격이 미리 설정된 간격 이하로 설정되기 위해, 상기 복수의 유닛 셀들과 전기적으로 연결되지 아니하고, 상기 복수의 유닛 셀들을 제어하는데 사용되지 아니하는 적어도 하나의 더미 배선을 더 포함하는 방법.
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