KR102488591B1 - Leakage wave antenna with reconfigurable beam steering - Google Patents
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Abstract
본 발명은 빔 조향이 가능한 누설파 안테나에 관한 것으로, 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상에 평행하게 배치되는 복수의 마이크로스트립 도체; 각각의 마이크로스트립 도체 사이에 실장되어, 상기 복수의 마이크로스트립 도체를 통해 방사되는 고주파 신호의 빔 조향각을 조절하는 복수의 가변소자; 및 상기 복수의 마이크로스트립 도체를 통해 상기 복수의 가변소자로 미리 결정된 패턴의 DC 바이어스 전압을 인가하는 DC 바이어스 전압 공급부를 포함한다.The present invention relates to a leaky wave antenna capable of steering a beam, comprising: a dielectric substrate; a plurality of microstrip conductors disposed in parallel on the dielectric substrate; a plurality of variable elements mounted between the respective microstrip conductors to adjust a beam steering angle of a high frequency signal radiated through the plurality of microstrip conductors; and a DC bias voltage supply unit for applying a DC bias voltage of a predetermined pattern to the plurality of variable elements through the plurality of microstrip conductors.
Description
본 발명은 누설파 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고정 주파수에서 빔 조향이 가능한 누설파 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a leaky wave antenna, and more particularly, to a leaky wave antenna capable of beam steering at a fixed frequency.
누설파 안테나(leaky wave antenna)는 광 대역폭, 넓은 지향성 및 높은 방사 효율을 가지며, 동작 주파수에 따라 안테나의 빔 조향각이 변하는 특성을 갖는다. 이러한 누설파 안테나는 도파관(waveguide) 구조 또는 마이크로스트립(microstrip) 구조를 통해 구현될 수 있다.A leaky wave antenna has a wide bandwidth, wide directivity, and high radiation efficiency, and has characteristics in that a beam steering angle of the antenna changes according to an operating frequency. Such a leaky wave antenna may be implemented through a waveguide structure or a microstrip structure.
누설파 안테나는 주기적으로 배열된 단위 셀 구조에 적용되는 플로켓 모드 이론(floquet mode theorem)을 이용하여 방사 패턴을 구할 수 있다. 즉, 주기 구조를 갖는 누설파 안테나에서, 한 단위 셀에서의 전류 분포만 알면 각 단위 셀에서의 전류 분포는 위상 차이만 날뿐 모두 동일하기 때문에 전체 구조의 전류 분포를 쉽게 알 수 있고, 전체 구조의 전류 분포를 통해 공간상으로 방사되는 전자파를 계산할 수 있다. 이는 하나의 단위 셀 특성만 알면 효율적인 누설파 안테나의 설계가 가능함을 의미한다.A leaky wave antenna can obtain a radiation pattern using a floquet mode theorem applied to a periodically arranged unit cell structure. That is, in a leaky wave antenna having a periodic structure, if only the current distribution in one unit cell is known, the current distribution in each unit cell is the same except for the phase difference, so it is easy to know the current distribution of the entire structure. Electromagnetic waves radiated in space can be calculated through the current distribution. This means that an efficient leaky wave antenna can be designed if only one unit cell characteristic is known.
변조된 표면 리액턴스 안테나(Modulated Surface Reactance Antenna)는 주기 구조를 갖는 누설파 안테나의 일종으로서, 안테나의 표면 리액턴스가 주기적 분포를 갖도록 구성될 경우 그 표면을 따라 진행하는 전자파의 전파 특성이 수식으로 간단하게 표현 가능하다는 사실이 이론적으로 입증된 바 있다. 또한, 변조된 표면 리액턴스 안테나는 주기 구조를 갖는 표면 리액턴스를 이용하여 빔 조향각을 제어할 수 있다는 사실이 학계에 알려져 있다.A modulated surface reactance antenna is a type of leaky wave antenna having a periodic structure. When the surface reactance of the antenna is configured to have a periodic distribution, the propagation characteristics of electromagnetic waves traveling along the surface can be easily expressed by equations. The fact that it can be expressed has been theoretically proven. In addition, it is known in academia that a modulated surface reactance antenna can control a beam steering angle using surface reactance having a periodic structure.
최근 들어, 고정된 주파수에서 변조된 표면 리액턴스 안테나의 빔 조향각을 조절하기 위한 다양한 방법들이 제안되고 있으나 여러 한계를 지니고 있다. 가령, 종래의 방법들은 표면 리액턴스의 제어 영역이 제한되어 빔 조향각 제어 영역이 그리 넓지 못하다는 문제가 있다. 또한, 종래의 방법들은 안테나의 빔 조향각 제어가 이산적으로만 가능하고 그 차이가 균일하지 못하므로 빔 조향각 영역에 불균형이 발생하게 되는 문제가 있다.Recently, various methods for adjusting the beam steering angle of a surface reactance antenna modulated at a fixed frequency have been proposed, but have various limitations. For example, the conventional methods have a problem that the control area of the surface reactance is limited and the beam steering angle control area is not very wide. In addition, conventional methods have a problem in that an imbalance occurs in a beam steering angle region because the control of the beam steering angle of the antenna is possible only discretely and the difference is not uniform.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 각 마이크로스트립 도체 사이에 배치된 하나 이상의 가변소자들로 인가되는 DC 바이어스 전압을 제어하여 주기 구조를 갖는 표면 리액턴스의 변조 주기 및 평균 표면 리액턴스 값 중 적어도 하나를 조절할 수 있는 누설파 안테나를 제공함에 있다.The present invention aims to solve the foregoing and other problems. Another object is a leaky wave antenna capable of adjusting at least one of a modulation period and an average surface reactance value of surface reactance having a periodic structure by controlling a DC bias voltage applied to one or more variable elements disposed between each microstrip conductor. is in providing
또 다른 목적은 고정된 주파수에서 표면 리액턴스의 변조 주기 및 평균 표면 리액턴스 값 중 적어도 하나를 조절하여 안테나의 빔 조향각을 능동적으로 제어할 수 있는 누설파 안테나를 제공함에 있다.Another object is to provide a leaky wave antenna capable of actively controlling a beam steering angle of the antenna by adjusting at least one of a surface reactance modulation period and an average surface reactance value at a fixed frequency.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 유전체 기판; 상기 유전체 기판 상에 평행하게 배치되는 복수의 마이크로스트립 도체; 각각의 마이크로스트립 도체 사이에 실장되어, 상기 복수의 마이크로스트립 도체를 통해 방사되는 고주파 신호의 빔 조향각을 조절하는 복수의 가변소자; 및 상기 복수의 마이크로스트립 도체를 통해 상기 복수의 가변소자로 미리 결정된 패턴의 DC 바이어스 전압을 인가하는 DC 바이어스 전압 공급부를 포함하는 누설파 안테나를 제공한다.According to one aspect of the present invention to achieve the above or other object, a dielectric substrate; a plurality of microstrip conductors disposed in parallel on the dielectric substrate; a plurality of variable elements mounted between the respective microstrip conductors to adjust a beam steering angle of a high frequency signal radiated through the plurality of microstrip conductors; and a DC bias voltage supply unit for applying a DC bias voltage of a predetermined pattern to the plurality of variable elements through the plurality of microstrip conductors.
본 발명의 실시 예들에 따른 누설파 안테나의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.Effects of the leaky wave antenna according to embodiments of the present invention will be described as follows.
본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 누설파 안테나의 각 마이크로스트립 도체 사이에 배치된 하나 이상의 가변소자들로 인가되는 DC 바이어스 전압을 제어함으로써, 주기 구조를 갖는 표면 리액턴스의 변조 주기 및 평균 표면 리액턴스 값 중 적어도 하나를 용이하게 조절할 수 있다는 장점이 있다. According to at least one of the embodiments of the present invention, by controlling the DC bias voltage applied to one or more variable elements disposed between each microstrip conductor of the leaky wave antenna, the modulation period and average surface of surface reactance having a periodic structure There is an advantage in that at least one of the reactance values can be easily adjusted.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 고정된 주파수에서 표면 리액턴스의 변조 주기 및 평균 표면 리액턴스 값 중 적어도 하나를 조절함으로써, 누설파 안테나의 빔 조향각을 능동적으로 제어할 수 있다는 장점이 있다. In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, by adjusting at least one of the surface reactance modulation period and the average surface reactance value at a fixed frequency, there is an advantage in that the beam steering angle of the leaky wave antenna can be actively controlled. .
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 누설파 안테나의 평균 표면 리액턴스 값을 이용한 빔 조향 제어 방식을 기반으로 연속적인 빔 조향 영역을 구현할 수 있도록 함과 동시에, 표면 리액턴스의 변조 주기를 이용한 빔 조향 제어 방법을 기반으로 안테나의 빔 조향 범위를 넓게 구현할 수 있도록 하는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, a continuous beam steering region can be implemented based on a beam steering control method using an average surface reactance value of a leaky wave antenna, and at the same time, using a modulation period of a surface reactance Based on the beam steering control method, there is an advantage in implementing a wide beam steering range of the antenna.
또한, 본 발명의 실시 예들 중 적어도 하나에 의하면, 평균 표면 리액턴스 값을 이용한 빔 조향 제어 방식과 표면 리액턴스의 변조 주기를 이용한 빔 조향 제어 방식을 조합함으로써, 각각의 방식이 갖는 장/단점이 적절히 융합된 특성을 가지며, 이를 활용하여 단말 사용자를 실시간으로 추적하여 통신을 연결하는 5G 기지국용 안테나 혹은 타겟을 추적하여 탐지하는 레이다용 안테나 등 다양한 분야에 적용 가능하다는 장점이 있다.In addition, according to at least one of the embodiments of the present invention, by combining the beam steering control method using the average surface reactance value and the beam steering control method using the modulation period of the surface reactance, the advantages/disadvantages of each method are appropriately converged. It has the advantage of being applicable to various fields, such as an antenna for a 5G base station that tracks a terminal user in real time and connects communication by using it, or an antenna for a radar that tracks and detects a target.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 누설파 안테나가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects that can be achieved by the leaky wave antenna according to the embodiments of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned are common knowledge in the art to which the present invention belongs from the description below. will be clearly understandable to those who have
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 누설파 안테나의 구조를 나타내는 도면;
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 DC 바이어스 전압 공급부의 구성을 나타내는 도면;
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 누설파 안테나의 단위 셀 구조를 나타내는 도면;
도 4는 각 버랙터 다이오드의 용량에 따른 안테나 단위 셀의 표면 리액턴스 변화를 나타내는 도면;
도 5는 본 발명에 따른 누설파 안테나의 표면 리액턴스 변조 프로파일을 나타내는 도면;
도 6은 본 발명에 따른 누설파 안테나의 표면 리액턴스 분포와 빔 조향각 사이의 관계를 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 7은 본 발명에 따른 누설파 안테나의 평균 표면 리액턴스 값을 제어하는 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 8은 도 7의 표면 리액턴스 제어 방법을 사용한 경우 누설파 안테나의 분산 다이어그램을 나타내는 도면;
도 9는 본 발명에 따른 누설파 안테나의 표면 리액턴스 변조 주기를 제어하는 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 10은 도 9의 표면 리액턴스 제어 방법을 사용한 경우 누설파 안테나의 분산 다이어그램을 나타내는 도면;
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 누설파 안테나의 빔 조향 모드 중 하나를 구동하는 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면;
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 누설파 안테나의 방사 패턴을 시뮬레이션한 그래프와 상기 누설파 안테나의 방사 패턴을 실제 측정한 그래프를 나타내는 도면.1 is a diagram showing the structure of a leaky wave antenna according to an embodiment of the present invention;
2 is a diagram showing the configuration of a DC bias voltage supply unit according to an embodiment of the present invention;
3 is a diagram showing a unit cell structure of a leaky wave antenna according to an embodiment of the present invention;
4 is a diagram showing a change in surface reactance of an antenna unit cell according to the capacitance of each varactor diode;
5 is a diagram showing a surface reactance modulation profile of a leaky wave antenna according to the present invention;
6 is a diagram referred to for explaining the relationship between the surface reactance distribution and the beam steering angle of the leaky wave antenna according to the present invention;
7 is a diagram referenced to explain a method of controlling an average surface reactance value of a leaky wave antenna according to the present invention;
8 is a diagram showing a dispersion diagram of a leaky wave antenna when the surface reactance control method of FIG. 7 is used;
9 is a diagram referenced to explain a method of controlling a surface reactance modulation period of a leaky wave antenna according to the present invention;
10 is a diagram showing a dispersion diagram of a leaky wave antenna when the surface reactance control method of FIG. 9 is used;
11 is a diagram referenced to explain a method of driving one of beam steering modes of a leaky wave antenna according to an embodiment of the present invention;
12 is a diagram showing a graph in which a radiation pattern of a leaky wave antenna is simulated and a graph in which the radiation pattern of the leaky wave antenna is actually measured according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, the embodiments disclosed in this specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar elements are given the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The suffixes "module" and "unit" for components used in the following description are given or used together in consideration of ease of writing the specification, and do not have meanings or roles that are distinct from each other by themselves. In addition, in describing the embodiments disclosed in this specification, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the embodiment disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, the technical idea disclosed in this specification is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and technical scope of the present invention , it should be understood to include equivalents or substitutes.
본 발명은 각 마이크로스트립 도체 사이에 배치된 하나 이상의 가변소자들로 인가되는 DC 바이어스 전압을 제어하여 주기 구조를 갖는 표면 리액턴스의 변조 주기 및 평균 표면 리액턴스 값 중 적어도 하나를 조절할 수 있는 누설파 안테나를 제안한다. 또한, 본 발명은 고정된 주파수에서 표면 리액턴스의 변조 주기 및 평균 표면 리액턴스 값 중 적어도 하나를 조절하여 안테나의 빔 조향각을 능동적으로 제어할 수 있는 누설파 안테나를 제공한다. 이하, 본 명세서에서 사용되는 표면 리액턴스는 표면 임피던스(Surface Impedance)의 허수 부분이고, 상기 표면 임피던스는 표면파의 접속 자기장(tangential magnetic field)에 대한 접선 전기장(tangential electric field)의 비율로 정의될 수 있다.The present invention provides a leaky wave antenna capable of adjusting at least one of a modulation period and an average surface reactance value of surface reactance having a periodic structure by controlling a DC bias voltage applied to one or more variable elements disposed between each microstrip conductor. Suggest. In addition, the present invention provides a leaky wave antenna capable of actively controlling a beam steering angle of the antenna by adjusting at least one of a surface reactance modulation period and an average surface reactance value at a fixed frequency. Hereinafter, surface reactance as used herein is an imaginary part of surface impedance, and the surface impedance may be defined as a ratio of a tangential electric field to a tangential magnetic field of a surface wave. .
이하에서는, 본 발명의 다양한 실시 예들에 대하여, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 누설파 안테나의 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 DC 바이어스 전압 공급부의 일 구성을 나타내는 도면이다.FIG. 1 is a diagram showing the structure of a leaky wave antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a DC bias voltage supply unit shown in FIG. 1 .
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 누설파 안테나(100)는, 주기적으로 변조된 표면 리액턴스 안테나로서, 유전체 기판(110), 방사 패턴부(120), 입력 포트(130), 출력 포트(140), 복수의 가변소자(150), 복수의 RF 초크 인덕터(160) 및 DC 바이어스 전압 공급부(170)를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 구성요소들은 누설파 안테나를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 누설파 안테나는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.1 and 2, a
유전체 기판(dielectric substrate, 110)은 접지면(ground plane) 상에 배치될 수 있다. 상기 유전체 기판(110)은 미리 결정된 유전율 및 두께를 갖도록 형성될 수 있다.A
유전체 기판(110)의 일 영역에는 복수의 DC 와이어 홀(115)이 형성될 수 있다. 상기 복수의 DC 와이어 홀(115)은 DC 바이어스 전압 공급부(170)와 복수의 마이크로스트립 도체(122) 사이를 와이어로 연결하기 위해 유전체 기판(110)을 관통하여 형성될 수 있다. A plurality of DC wire holes 115 may be formed in one region of the
일 예로, 각각의 DC 와이어 홀(115)은 각각의 마이크로스트립 도체(122)의 위치에 대응하여 형성될 수 있다. 또한, 각각의 DC 와이어 홀(115)은 누설파 안테나(100)의 길이 방향, 즉 도면의 X 축 방향을 따라 균등한 간격으로 배열될 수 있다.For example, each DC wire hole 115 may be formed to correspond to a position of each
방사 패턴부(또는 금속 패턴부, 120)는, 유전체 기판(110)의 일 면에 형성되어, 상기 유전체 기판(110)에 수직한 방향, 즉 도면의 Z축 방향으로 RF 신호(즉, 전자파)를 방사하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 방사 패턴부(120)는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등과 같은 전기 전도성이 우수한 금속 재질로 형성될 수 있다.The radiation pattern part (or metal pattern part, 120) is formed on one surface of the
방사 패턴부(120)는 제1 테이퍼드(tapered) 구조부(121), 복수의 마이크로스트립 도체(122)를 포함하는 마이크로스트립 구조부, 제2 테이퍼드 구조부(123)를 포함할 수 있다.The
제1 테이퍼드 구조부(121)는 입력 포트(130)와 마이크로스트립 구조부 사이에 배치되어, 상기 입력 포트(130)로부터 수신되는 RF 신호를 상기 마이크로스트립 구조부로 전달할 수 있다. 상기 제1 테이퍼드 구조부(121)는 마이크로스트립 구조부에서 입력 포트(130) 방향으로 갈수록 점점 가늘어지는 형상으로 구성될 수 있다.The first
복수의 마이크로스트립 도체(122)는 제1 테이퍼드 구조부(121)와 제2 테이퍼드 구조부(123) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 상기 복수의 마이크로스트립 도체(122)는 누설파 안테나(100)의 길이 방향, 즉 도면의 X 축 방향으로 배열될 수 있다. 이때, 각각의 마이크로스트립 도체(122)는 균등한 간격으로 배열될 수 있다.A plurality of
각각의 마이크로스트립 도체(122)는 누설파 안테나(100)의 길이 방향에 수직한 방향, 즉 도면의 Y 축 방향으로 일정 거리만큼 연장되도록 형성될 수 있다. 이때, 각각의 마이크로스트립 도체(122)는 서로 동일 또는 유사한 높이, 너비 및 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 각각의 마이크로스트립 도체(122)는 인접 도체와 평행하게 배치될 수 있다.Each
제2 테이퍼드 구조부(123)는 마이크로스트립 구조부와 출력 포트(140) 사이에 배치되어, 상기 마이크로스트립 구조부로부터 수신되는 RF 신호를 상기 출력 포트(140)로 전달할 수 있다. 상기 제2 테이퍼드 구조부(123)는 마이크로스트립 구조부에서 출력 포트(140) 방향으로 갈수록 점점 가늘어지는 형상으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제2 테이퍼드 구조부(123)는 마이크로스트립 구조부를 기준으로 제1 테이퍼드 구조부(121)의 형상과 대칭되는 형상으로 형성될 수 있다.The second
입력 포트(input port, 130)는 제1 테이퍼드 구조부(121)의 일 단에 연결되어, RF 신호 처리부(미도시)로부터 수신된 RF 신호를 상기 제1 테이퍼드 구조부(121)로 입력하는 기능을 수행할 수 있다. An
출력 포트(output port, 140)는 제2 테이퍼드 구조부(123)의 일 단에 연결되어, 상기 제2 테이퍼드 구조부(123)로부터 수신된 RF 신호를 출력하는 기능을 수행할 수 있다.An output port 140 may be connected to one end of the second
복수의 가변소자는(150)는 유전체 기판(110) 상에서 누설파 안테나(100)의 길이 방향, 즉 도면의 X축 방향과, 상기 누설파 안테나(100)의 길이 방향에 수직한 방향, 즉 도면의 Y축 방향으로 배열될 수 있다. 즉, 복수의 가변소자는(150)는 유전체 기판(110) 상에서 매트릭스(matrix) 형태로 배열될 수 있다.The plurality of
복수의 가변소자(150)는 각각의 마이크로스트립 도체(122) 사이에 실장되어, 상기 마이크로스트립 도체(122)를 통해 방사되는 고주파(RF) 신호의 빔 조향각을 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 각 가변소자(150)의 양 단은 그와 인접한 두 개의 마이크로스트립 도체(122)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이는 인접 마이크로스트립 도체(122)로부터 DC 바이어스 전압을 인가 받기 위함이다. The plurality of
복수의 가변소자(150)는 복수의 마이크로스트립 도체(122)로부터 인가되는 DC 바이어스 전압에 따라 정전 용량(capacitance)이 가변되는 특성을 갖는다. 이에 따라, 복수의 가변소자(150)는 복수의 마이크로스트립 도체(122)로부터 인가되는 DC 바이어스 전압의 패턴에 따라 누설파 안테나(100)의 표면 리액턴스 분포, 즉 표면 리액턴스의 변조 주기 및 평균 표면 리액턴스 값을 조절하는 기능을 수행할 수 있다. 상기 가변소자(150)로는 버랙터 다이오드(Varactor Diode), 그라핀(graphene) 또는 액정(liquid crystal) 등이 사용될 수 있으며 반드시 이에 제한되지는 않는다. 이하, 본 실시 예에서는, 설명의 편의 상, 상기 가변소자(150)로 버랙터 다이오드가 사용되는 것을 예시하여 설명하도록 한다. The plurality of
복수의 RF 초크 인덕터(160)는 복수의 DC 와이어 홀(115)에 인접하여 배치되는 복수의 마이크로스트립 도체(122)의 일 단에 연결되어, 상기 복수의 마이크로스트립 도체(122)에 흐르는 RF 신호가 DC 바이어스 전압 인가 회로를 타고 외부로 넘어가는 현상을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.A plurality of
DC 바이어스 전압 공급부(170)는 복수의 마이크로스트립 도체(122)로 DC 바이어스 전압을 공급하는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 상기 DC 바이어스 전압 공급부(170)는 유전체 기판(110)에 형성된 DC 와이어 홀들(115)과의 와이어 연결을 통해 복수의 마이크로스트립 도체(122)와 전기적으로 연결될 수 있다.The DC bias
일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, DC 바이어스 전압 공급부(170)는 복수의 DC 전압원(171), 복수의 스위치(173) 및 복수의 커넥터(175)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 DC 전압원(171)은 서로 다른 크기의 DC 바이어스 전압을 공급할 수 있다. 복수의 스위치(173)는 복수의 DC 전압원(171)과 복수의 커넥터(175) 사이를 전기적으로 연결하거나 차단할 수 있다. 복수의 커넥터(175)는 복수의 스위치(173)에 연결된 와이어들과 복수의 DC 와이어 홀(115)에 연결된 와이어들을 연결할 수 있다. 한편, 실시 형태에 따라, 상기 복수의 커넥터(175)는 생략 가능하도록 구성될 수 있다.For example, as shown in FIG. 2 , the DC bias
이와 같은 구성 요소들(110~170)을 갖는 누설파 안테나(100)는 주기적인 표면 리액턴스 분포를 생성하는 복수의 단위 셀 구조로 표현될 수 있다. 각각의 단위 셀 구조에 대한 자세한 설명은 아래 도면을 참조하여 후술하도록 한다.The
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 누설파 안테나의 단위 셀 구조를 나타내는 도면이다.3 is a diagram showing a unit cell structure of a leaky wave antenna according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 누설파 안테나(100)의 단위 셀 구조(200)는 유전체 기판(110), 상기 유전체 기판(110)의 일 면에 형성된 제1 및 제2 마이크로스트립 도체(122a, 122b), 상기 제1 및 제2 마이크로스트립 도체(122a, 122b) 사이에 실장된 제1 내지 제4 버랙터 다이오드(150a~150d), 상기 제1 및 제2 마이크로스트립 도체(122a, 122b)의 일 단에 연결된 제1 및 제2 RF 초크 인덕터(160a, 160b)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the
유전체 기판(110)은 DC 바이어스 전압 공급부(미도시)와 제1 마이크로스트립 도체(122a) 사이를 전기적으로 연결하기 위한 제1 DC 와이어 홀(115a)과, DC 바이어스 전압 공급부와 제2 마이크로스트립 도체(122b) 사이를 전기적으로 연결하기 위한 제2 DC 와이어 홀(115b)을 포함할 수 있다.The
제1 및 제2 마이크로스트립 도체(122a, 122b)는 누설파 안테나(100)의 길이 방향에 수직한 방향, 즉 도면의 Y 축 방향으로 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 마이크로스트립 도체(122a, 122b)는 일정 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다.The first and
제1 및 제2 마이크로스트립 도체(122a, 122b)는 제1 및 제2 DC 와이어 홀(115a, 115b)을 통해 미리 결정된 전위 차를 갖는 DC 바이어스 전압을 공급 받을 수 있다.The first and
제1 내지 제4 버랙터 다이오드(150a~150d)는 유전체 기판(110) 상에서 제1 마이크로스트립 도체(122a)와 제2 마이크로스트립 도체(122b) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 제1 내지 제4 버랙터 다이오드(150a~150d)는 누설파 안테나(100)의 길이 방향에 수직한 방향, 즉 도면의 Y축 방향으로 배열될 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 버랙터 다이오드(150a~150d)는 서로 균등한 간격으로 배열될 수 있다. 이는 단위 셀(200)의 Y축 방향에 따른 표면 리액턴스를 균일하게 구현하기 위함이다. The first to
제1 내지 제4 버랙터 다이오드(150a~150d)는, 제1 마이크로스트립 도체(122a)로부터 인가된 제1 DC 바이어스 전압과 제2 마이크로스트립 도체(122b)로부터 인가된 제2 DC 바이어스 전압 간의 전위 차에 따라 정전 용량(capacitance)이 가변된다. 그리고, 상기 제1 내지 제4 버랙터 다이오드(150a~150d)의 정전 용량 변화에 따라 해당 단위 셀(200)의 표면 리액턴스가 가변된다.The first to
예를 들어, 도 4는 고정 주파수에서 각 버랙터 다이오드의 정전 용량에 따른 단위 셀의 표면 리액턴스 범위를 나타내는 그래프이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 각 버랙터 다이오드의 정전 용량에 따라 단위 셀(200)의 표면 리액턴스가 결정되는 것을 확인할 수 있다. 단위 셀(200)의 표면 리액턴스()는 아래 수학식 1을 통해 계산될 수 있다.For example, FIG. 4 is a graph showing the surface reactance range of a unit cell according to the capacitance of each varactor diode at a fixed frequency. As shown in FIG. 4 , it can be confirmed that the surface reactance of the
여기서, x축 방향의 파수(wavenumber)이고, 는 자유 공간의 파수이고, 는 자유 공간의 파동 임피던스(wave impedance)임.here, is the wavenumber in the x-axis direction, is the wave number in free space, is the wave impedance of free space.
이처럼, 각 단위 셀(200)의 표면 리액턴스는 제1 내지 제4 버랙터 다이오드(150a~150d)에 인가되는 제1 및 제2 DC 바이어스 전압의 전위 차에 따라 조절될 수 있다. 그리고, 각 단위 셀(200)의 표면 리액턴스는 누설파 안테나(100)의 표면 리액턴스 분포, 즉 표면 리액턴스의 변조 주기 및 평균 표면 리액턴스 값을 결정할 수 있다.As such, the surface reactance of each
한편, 본 실시 예에서는, 각각의 단위 셀에 네 개의 버랙터 다이오드가 설치되는 것을 예시하고 있으나 반드시 이에 제한되지는 않으며, 그 보다 더 많거나 혹은 더 적은 개수의 버랙터 다이오드가 설치될 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다.Meanwhile, in this embodiment, four varactor diodes are exemplified in each unit cell, but it is not necessarily limited thereto, and more or less varactor diodes may be installed. It will be clear to those skilled in the art.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 누설파 안테나는 각 마이크로스트립 도체 사이에 배치된 하나 이상의 가변소자들로 인가되는 DC 바이어스 전압을 제어하여 주기 구조를 갖는 표면 리액턴스의 변조 주기 및 평균 표면 리액턴스 값 중 적어도 하나를 조절할 수 있다. 또한, 상기 누설파 안테나(100)는 고정된 주파수에서 표면 리액턴스의 변조 주기 및 평균 표면 리액턴스 값 중 적어도 하나를 조절하여 안테나의 빔 조향각을 능동적으로 제어할 수 있다.As described above, the leaky wave antenna according to an embodiment of the present invention controls the DC bias voltage applied to one or more variable elements disposed between each microstrip conductor to determine the modulation period of surface reactance having a periodic structure and At least one of the average surface reactance values can be adjusted. In addition, the
도 5는 본 발명에 따른 누설파 안테나의 표면 리액턴스 변조 프로파일을 나타내는 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 누설파 안테나의 표면 리액턴스 분포와 빔 조향각 사이의 관계를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.5 is a diagram showing a surface reactance modulation profile of a leaky wave antenna according to the present invention, and FIG. 6 is a diagram referenced to explain a relationship between a surface reactance distribution and a beam steering angle of a leaky wave antenna according to the present invention.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 누설파 안테나(100)는 해당 안테나의 길이 방향(즉, X축 방향)을 따라 표면 리액턴스 값이 주기적으로 변조되는 표면 리액턴스 프로파일을 갖도록 형성될 수 있다. 5 and 6, the
누설파 안테나(100)의 표면 리액턴스는 다양한 모양의 주기적 패턴을 갖는 표면 리액턴스 프로파일로 구현될 수 있으며, 좀 더 바람직하게는 구형파 모양의 주기적 패턴을 갖는 표면 리액턴스 프로파일(즉, 구형파 변조 표면 리액턴스 프로파일)로 구현될 수 있다. 이는 누설파 안테나(100)의 표면 리액턴스를 주기적인 구형파 모양으로 구현할 경우, 해당 안테나의 표면 리액턴스 분포가 단순하여 안테나의 빔 조향각을 용이하게 조절할 수 있기 때문이다. 따라서, 이하 본 실시 예에서는, 누설파 안테나(100)의 표면 리액턴스가 주기적인 구형파 모양으로 구현되는 것을 예시하여 설명하도록 한다. The surface reactance of the
이러한 누설파 안테나(100)의 표면 리액턴스(Imag[ZS])는 아래 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.The surface reactance Imag[Z S ] of the
여기서, XS는 평균 표면 리액턴스 값이고, p는 표준 리액턴스의 변조 주기이고, M은 변조 진폭임.where X S is the average surface reactance value, p is the modulation period of the standard reactance, and M is the modulation amplitude.
한편, 주기적으로 변조된 리액턴스 표면 이론에 따르면, 누설파 안테나에서 주기적으로 변조된 리액턴스 표면 상을 전자파가 이동하는 경우, 플로켓 모드 이론에 따라 다수의 공간 고조파들(spatial harmonics)이 생성되고, 상기 다수의 공간 고조파들 중 -1번째 고조파가 해당 안테나의 주요 방사 모드로 사용될 수 있다.Meanwhile, according to the periodically modulated reactance surface theory, when an electromagnetic wave moves on a periodically modulated reactance surface in a leaky wave antenna, a plurality of spatial harmonics are generated according to the Flocket mode theory, and the Among the plurality of spatial harmonics, the -1st harmonic may be used as the main radiation mode of the antenna.
일 예로, 도 6에 도시된 바와 같이, 누설파 안테나(100)의 길이 방향(즉, X축 방향)에서의 파수는 아래 수학식 3과 같이 표현될 수 있다. For example, as shown in FIG. 6 , the wave number in the longitudinal direction (ie, the X-axis direction) of the
여기서, n은 플로켓 고조파의 차수이고, p는 표면 리액턴스의 변조 주기이고, 은 x축 방향에서의 n 차수 플로켓 고조파의 파수이고, 는 x축 방향에서의 기본 모드의 파수이고, 는 n 차수 플로켓 고조파의 위상 상수임.where n is the order of the Flocket harmonics, p is the modulation period of the surface reactance, is the wave number of the nth order Floquet harmonic in the x-axis direction, is the wave number of the fundamental mode in the x-axis direction, is the phase constant of the nth order Flocket harmonic.
플로켓 모드 이론에 따라 -1번째 고조파가 누설파 안테나(100)의 주요 방사 모드로 사용되는 경우(즉, n=-1), 해당 안테나(100)의 위상 상수(phase constant, ) 및 방사 각도(radiation angle, )는 아래 수학식 4 및 5와 같이 정의될 수 있다. According to the Flocket mode theory, when the -1st harmonic is used as the main radiation mode of the leaky wave antenna 100 (ie, n=-1), the phase constant of the corresponding antenna 100 ) and radiation angle, ) can be defined as in
여기서,는 평균 표면 리액턴스 값이고, p는 표준 리액턴스의 변조 주기이고, 는 자유 공간의 파수이고, 는 자유 공간의 파동 임피던스임.here, is the average surface reactance value, p is the modulation period of the standard reactance, is the wave number in free space, is the wave impedance of free space.
상술한 수학식 5에 정의된 바와 같이, 누설파 안테나(100)의 방사 각도()는 해당 안테나의 평균 표면 리액턴스 값()과 표준 리액턴스의 변조 주기(p)를 기반으로 결정될 수 있다. 따라서, 누설파 안테나(100)의 평균 표면 리액턴스 값() 및 표준 리액턴스의 변조 주기(p) 중 적어도 하나를 조절하여 안테나의 빔 조향각을 제어할 수 있다. 여기서, 누설파 안테나(100)의 평균 표면 리액턴스 값() 및 표준 리액턴스의 변조 주기(p)는 상술한 단위 셀들의 표면 리액턴스를 기반으로 조절될 수 있다. As defined in
도 7은 본 발명에 따른 누설파 안테나의 평균 표면 리액턴스 값을 제어하는 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이고, 도 8은 도 7의 표면 리액턴스 제어 방법을 사용한 경우 누설파 안테나의 분산(dispersion) 다이어그램을 나타내는 도면이다. 7 is a diagram referenced to explain a method for controlling the average surface reactance value of a leaky wave antenna according to the present invention, and FIG. 8 is a dispersion diagram of a leaky wave antenna when the surface reactance control method of FIG. 7 is used. It is a drawing showing
먼저, 도 7에 도시된 바와 같이, 누설파 안테나(100)를 구성하는 복수의 단위 셀의 표면 리액턴스를 조절하여 해당 안테나(100)의 평균 표면 리액턴스 값()을 조절할 수 있다. 이때, 새로운 평균 표면 리액턴스 값()은 상술한 도 4의 표면 리액턴스 범위 내에서 조절될 수 있다. 누설파 안테나의 평균 표면 리액턴스 값 제어는 주요 방사 모드인 -1번째 플로켓 모드의 기울기 조절을 야기한다. First, as shown in FIG. 7, by adjusting the surface reactance of a plurality of unit cells constituting the
가령, 도 8에 도시된 바와 같이, 기존 평균 표면 리액턴스 값()을 갖는 누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()는 실선에 해당하고, 새로운 평균 표면 리액턴스 값()을 갖는 누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()는 점선에 해당한다. For example, as shown in FIG. 8, the existing average surface reactance value ( ) -1th Flocket mode of the leaky wave antenna ( ) corresponds to the solid line, and the new average surface reactance value ( ) -1th Flocket mode of the leaky wave antenna ( ) corresponds to the dotted line.
누설파 안테나의 평균 표면 리액턴스 값 제어를 통해, 새로운 평균 표면 리액턴스 값()이 기존 평균 표면 리액턴스 값()보다 더 커진 경우, 새로운 평균 표면 리액턴스 값()을 갖는 누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()의 기울기는 기존 평균 표면 리액턴스 값()을 갖는 누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()의 기울기보다 더 작아진다. 반대로, 새로운 평균 표면 리액턴스 값()이 기존 평균 표면 리액턴스 값()보다 더 작아진 경우, 새로운 평균 표면 리액턴스 값()을 갖는 누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()의 기울기는 기존 평균 표면 리액턴스 값()을 갖는 누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()의 기울기보다 더 커진다. 이처럼, 누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()의 기울기는 해당 안테나의 평균 표면 리액턴스 값에 반비례하는 것을 확인할 수 있다. By controlling the average surface reactance value of the leaky wave antenna, a new average surface reactance value ( ) is the existing average surface reactance value ( ), the new average surface reactance value ( ) -1th Flocket mode of the leaky wave antenna ( ) is the existing mean surface reactance value ( ) -1th Flocket mode of the leaky wave antenna ( ) becomes smaller than the slope of Conversely, the new average surface reactance value ( ) is the existing average surface reactance value ( ), the new average surface reactance value ( ) -1th Flocket mode of the leaky wave antenna ( ) is the existing mean surface reactance value ( ) -1th Flocket mode of the leaky wave antenna ( ) becomes larger than the slope of As such, the -1st floquet mode of the leaky wave antenna ( It can be seen that the slope of ) is inversely proportional to the average surface reactance value of the corresponding antenna.
누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()의 기울기가 해당 안테나의 평균 표면 리액턴스 값()에 따라 가변하기 때문에, 해당 방법은 연속적인 빔 스캐닝을 구현할 수 있다. 이때, 해당 방법을 통해 달성 가능한 빔 스캐닝 범위는 각 단위 셀의 표면 리액턴스 제어 범위에 의존한다. The -1st floquet mode of the leaky wave antenna ( ) is the average surface reactance value of the antenna ( ), the method can implement continuous beam scanning. At this time, the beam scanning range achievable through the corresponding method depends on the surface reactance control range of each unit cell.
도 9는 본 발명에 따른 누설파 안테나의 표면 리액턴스 변조 주기를 제어하는 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이고, 도 10은 도 9의 표면 리액턴스 제어 방법을 사용한 경우 누설파 안테나의 분산 다이어그램을 나타내는 도면이다.9 is a diagram referenced to explain a method for controlling a surface reactance modulation period of a leaky wave antenna according to the present invention, and FIG. 10 is a diagram showing a dispersion diagram of a leaky wave antenna when the surface reactance control method of FIG. 9 is used. to be.
먼저, 도 9에 도시된 바와 같이, 누설파 안테나(100)를 구성하는 복수의 단위 셀의 표면 리액턴스를 조절하여 해당 안테나(100)의 표면 리액턴스 변조 주기(p)를 조절할 수 있다. 누설파 안테나의 표면 리액턴스 변조 주기 제어는 주요 방사 모드인 -1번째 플로켓 모드의 이동(shift)을 야기한다. First, as shown in FIG. 9 , the surface reactance modulation period p of the
가령, 도 10에 도시된 바와 같이, 기존 변조 주기(p)를 갖는 누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()는 실선에 해당하고, 새로운 변조 주기(p')를 갖는 누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()는 점선에 해당한다.For example, as shown in FIG. 10, the -1th Flocket mode of a leaky wave antenna having an existing modulation period (p) ( ) corresponds to a solid line, and the -1th Flocket mode of the leaky wave antenna having a new modulation period (p') ( ) corresponds to the dotted line.
누설파 안테나의 표면 리액턴스 변조 주기 제어를 통해, 새로운 변조 주기(p')가 기존 변조 주기(p)보다 더 커진 경우, 새로운 변조 주기(p')를 갖는 누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()는 기존 변조 주기(p)를 갖는 누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()를 기준으로 우측 방향으로 수평 이동한다. 반대로, 새로운 변조 주기(p')가 기존 변조 주기(p)보다 더 작아진 경우, 새로운 변조 주기(p')를 갖는 누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()는 기존 변조 주기(p)를 갖는 누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()를 기준으로 좌측 방향으로 수평 이동한다. 이처럼, 누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()의 이동 방향은 표면 리액턴스의 변조 주기가 길어지는지 혹은 짧아지는지 여부에 의해 결정되는 것을 확인할 수 있다.Through control of the surface reactance modulation period of the leaky wave antenna, when the new modulation period (p') becomes larger than the previous modulation period (p), the -1th Flocket mode of the leaky wave antenna having the new modulation period (p') ( ) is the -1st floquet mode (of a leaky wave antenna having an existing modulation period p) ), it moves horizontally to the right. Conversely, when the new modulation period (p') is smaller than the existing modulation period (p), the -1th Flocket mode of the leaky wave antenna having the new modulation period (p') ( ) is the -1st floquet mode (of a leaky wave antenna having an existing modulation period p) ), it moves horizontally to the left. As such, the -1st floquet mode of the leaky wave antenna ( It can be seen that the movement direction of ) is determined by whether the modulation period of the surface reactance becomes longer or shorter.
누설파 안테나의 -1번째 플로켓 모드()가 해당 안테나의 표면 리액턴스 변조 주기(p)에 따라 수평 이동하기 때문에, 해당 방법은 불연속적인 빔 스캐닝을 구현할 수 있다. The -1st floquet mode of the leaky wave antenna ( ) moves horizontally according to the surface reactance modulation period p of the corresponding antenna, the method can implement discontinuous beam scanning.
한편, 도면에 도시되고 있지 않지만, 누설파 안테나(100)를 구성하는 복수의 단위 셀의 표면 리액턴스를 조절하여 해당 안테나(100)의 평균 표면 리액턴스 값() 및 표면 리액턴스의 변조 주기(p)를 동시에 조절할 수 있음은 당업자에게 자명할 것이다. On the other hand, although not shown in the figure, by adjusting the surface reactance of a plurality of unit cells constituting the
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 누설파 안테나의 빔 조향 모드 중 하나를 구동하는 방법을 설명하기 위해 참조되는 도면이다. 즉, 도 11의 (a)는 누설파 안테나의 구조를 모식화한 도면이고, 도 11의 (b)는 누설파 안테나의 길이 방향에 따른 표면 리액턴스의 분포도를 나타내는 도면이고, 도 11의 (c)는 버랙터 다이오드의 순서에 따른 표면 리액턴스, 버랙터 캐패시턴스, 버랙터 인가전압을 나타내는 도면이다. 11 is a diagram referenced to explain a method of driving one of beam steering modes of a leaky wave antenna according to an embodiment of the present invention. That is, FIG. 11(a) is a schematic diagram of the structure of a leaky wave antenna, FIG. 11(b) is a diagram showing a surface reactance distribution along the longitudinal direction of the leaky wave antenna, and FIG. 11(c) ) is a diagram showing surface reactance, varactor capacitance, and varactor applied voltage according to the order of varactor diodes.
먼저, 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 누설파 안테나(100)는 평행하게 배치된 복수의 마이크로스트립 도체와, 각각의 마이크로스트립 도체 사이에 배치되는 복수의 버랙터 다이오드를 포함한다. 이하, 본 실시 예에서는, 설명의 편의 상, 각 마이크로스트립 도체 사이에 하나의 버랙터 다이오드가 설치되는 것을 예시하여 설명한다. 아울러, 각각의 버랙터 다이오드는 순방향과 역방향을 번갈아 가도록 설치되는 것을 예시하여 설명한다. First, as shown in (a) of FIG. 11, the
도 11의 (c)에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 버랙터 다이오드에 미리 결정된 낮은 DC 바이어스 전압을 인가하게 되면, 상기 제1 내지 제3 버랙터 다이오드의 정전 용량이 높은 값으로 가변되고, 그에 따라 제1 내지 제3 단위 셀의 표면 리액턴스가 높은 값으로 조절된다. 반대로, 제4 내지 제6 버랙터 다이오드에 미리 결정된 높은 DC 바이어스 전압을 인가하게 되면, 상기 제4 내지 제6 버랙터 다이오드의 정전 용량이 낮은 값으로 가변되고, 그에 따라 제4 내지 제6 단위 셀의 표면 리액턴스가 낮은 값으로 조절된다.As shown in (c) of FIG. 11, when a predetermined low DC bias voltage is applied to the first to third varactor diodes, the capacitance of the first to third varactor diodes is changed to a high value. , and accordingly, the surface reactance of the first to third unit cells is adjusted to a high value. Conversely, when a predetermined high DC bias voltage is applied to the fourth to sixth varactor diodes, the capacitance of the fourth to sixth varactor diodes is changed to a low value, and thus the fourth to sixth unit cells. The surface reactance of is adjusted to a low value.
마찬가지로, 제7 내지 제9 버랙터 다이오드에 동일한 낮은 DC 바이어스 전압을 인가하게 되면, 상기 제7 내지 제9 버랙터 다이오드의 정전 용량이 높은 값으로 가변되고, 그에 따라 제7 내지 제9 단위 셀의 표면 리액턴스가 높은 값으로 조절된다. 반대로, 제10 내지 제12 버랙터 다이오드에 동일한 높은 DC 바이어스 전압을 인가하게 되면, 상기 제10 내지 제12 버랙터 다이오드의 정전 용량이 낮은 값으로 가변되고, 그에 따라 제10 내지 제12 단위 셀의 표면 리액턴스가 낮은 값으로 조절된다.Similarly, when the same low DC bias voltage is applied to the 7th to 9th varactor diodes, the capacitance of the 7th to 9th varactor diodes is changed to a high value, and accordingly, the values of the 7th to 9th unit cells are changed. The surface reactance is tuned to a high value. Conversely, when the same high DC bias voltage is applied to the 10th to 12th varactor diodes, the capacitance of the 10th to 12th varactor diodes is changed to a low value, and accordingly, the 10th to 12th unit cells The surface reactance is adjusted to a low value.
이처럼, 미리 결정된 패턴의 DC 바이어스 전압을 복수의 버랙터 다이오드에 인가하게 되면, 누설파 안테나는, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같은 표면 리액턴스 분포도를 갖게 되고, 그에 따라 상기 표면 리액턴스 분포도에 대응하는 빔 조향각으로 전자파를 방사할 수 있다. 아울러, 복수의 버랙터 다이오드로 인가되는 DC 바이어스 전압을 제어하여 상기 표면 리액턴스 분포도의 변조 주기 및 평균 표면 리액턴스 값 중 적어도 하나를 조절할 수 있고, 이를 기반으로 누설파 안테나의 빔 조향각을 제어할 수 있다.In this way, when a DC bias voltage of a predetermined pattern is applied to a plurality of varactor diodes, the leaky wave antenna has a surface reactance distribution diagram as shown in FIG. Electromagnetic waves may be radiated at a corresponding beam steering angle. In addition, at least one of the modulation period and the average surface reactance value of the surface reactance distribution may be adjusted by controlling the DC bias voltage applied to the plurality of varactor diodes, and the beam steering angle of the leaky wave antenna may be controlled based on this. .
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 누설파 안테나의 방사 패턴을 시뮬레이션한 그래프와 누설파 안테나의 방사 패턴을 실제 측정한 그래프를 나타내는 도면이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 우측에 위치하는 방사 패턴과 좌측에 위치하는 방사 패턴을 비교한 결과, 실제 측정된 누설파 안테나의 방사 패턴이 시뮬레이션된 누설파 안테나의 방사 패턴과 유사하게 동작하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 안테나 실험은 고정된 주파수(가령, 5.8GHz)에서 이루어졌으며, 해당 시뮬레이션을 통해 -39도에서 53도까지의 빔 조향각 범위를 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.12 is a diagram illustrating a graph in which a radiation pattern of a leaky wave antenna is simulated and a graph in which a radiation pattern of a leaky wave antenna is actually measured according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 12, as a result of comparing the radiation pattern located on the right side with the radiation pattern located on the left side, it is found that the radiation pattern of the actually measured leaky wave antenna operates similarly to that of the simulated leaky wave antenna. You can check. This antenna experiment was performed at a fixed frequency (eg, 5.8 GHz), and it can be confirmed that a beam steering angle range from -39 degrees to 53 degrees can be implemented through the corresponding simulation.
한편 이상에서는 본 발명의 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술 되는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, although specific embodiments of the present invention have been described above, various modifications are possible without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, and should be defined by not only the claims to be described later, but also those equivalent to these claims.
100: 누설파 안테나 110: 유전체 기판
120: 방사 패턴부 130: 입력 포트
140: 출력 포트 150: 가변소자
160: RF 초크 인덕터 170: DC 바이어스 전압 공급부100: leaky wave antenna 110: dielectric substrate
120: radiation pattern unit 130: input port
140: output port 150: variable element
160: RF choke inductor 170: DC bias voltage supply
Claims (10)
상기 유전체 기판 상에 평행하게 배치되는 복수의 마이크로스트립 도체;
각각의 마이크로스트립 도체 사이에 실장되어, 상기 복수의 마이크로스트립 도체를 통해 방사되는 고주파(RF) 신호의 빔 조향각을 조절하는 복수의 가변소자; 및
상기 복수의 마이크로스트립 도체를 통해 상기 복수의 가변소자로 미리 결정된 패턴의 DC 바이어스 전압을 인가하는 DC 바이어스 전압 공급부를 포함하되,
상기 복수의 가변소자는, 상기 복수의 마이크로스트립 도체로부터 인가되는 DC 바이어스 전압의 패턴에 따라, 누설파 안테나의 길이 방향에 따른 표면 리액턴스의 변조 주기(p) 및 평균 표면 리액턴스 값(Xs) 중 적어도 하나를 조절하는 것을 특징으로 하는 누설파 안테나.dielectric substrate;
a plurality of microstrip conductors disposed in parallel on the dielectric substrate;
a plurality of variable elements mounted between the respective microstrip conductors to adjust a beam steering angle of a radio frequency (RF) signal radiated through the plurality of microstrip conductors; and
A DC bias voltage supply unit for applying a DC bias voltage of a predetermined pattern to the plurality of variable elements through the plurality of microstrip conductors,
Among the modulation period (p) and average surface reactance value (X s ) of the surface reactance along the longitudinal direction of the leaky wave antenna, according to the pattern of the DC bias voltage applied from the plurality of microstrip conductors, the plurality of variable elements A leaky wave antenna characterized by adjusting at least one of them.
상기 유전체 기판은, 상기 DC 바이어스 전압 공급부와 상기 복수의 마이크로스트립 도체 사이를 와이어로 연결하기 위한 복수의 DC 와이어 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 누설파 안테나.According to claim 1,
The leaky wave antenna according to claim 1 , wherein the dielectric substrate includes a plurality of DC wire holes for connecting wires between the DC bias voltage supply unit and the plurality of microstrip conductors.
상기 복수의 마이크로스트립 도체는, 상기 누설파 안테나의 길이 방향을 따라 균등한 간격으로 배열되는 것을 특징으로 하는 누설파 안테나.According to claim 1,
The leaky wave antenna, characterized in that the plurality of microstrip conductors are arranged at equal intervals along the longitudinal direction of the leaky wave antenna.
상기 복수의 가변소자는, 상기 DC 바이어스 전압의 패턴에 따라 상기 표면 리액턴스의 변조 주기(p) 및 평균 표면 리액턴스 값(Xs)을 조절하는 것을 특징으로 하는 누설파 안테나.According to claim 1,
The leaky wave antenna, characterized in that the plurality of variable elements adjust the modulation period (p) and average surface reactance value (X s ) of the surface reactance according to the pattern of the DC bias voltage.
상기 복수의 가변소자는, 고정된 주파수에서 상기 표면 리액턴스의 변조 주기(p) 및 평균 표면 리액턴스 값(Xs) 중 적어도 하나를 조절하여 상기 고주파 신호의 빔 조향각을 제어하는 것을 특징으로 하는 누설파 안테나.According to claim 1,
The plurality of variable elements control a beam steering angle of the high-frequency signal by adjusting at least one of a modulation period (p) and an average surface reactance value (X s ) of the surface reactance at a fixed frequency Leaky wave, characterized in that antenna.
상기 복수의 가변소자는, 상기 유전체 기판 상에서 매트릭스 형태로 배열되는 것을 특징으로 하는 누설파 안테나.According to claim 1,
The leaky wave antenna according to claim 1 , wherein the plurality of variable elements are arranged in a matrix form on the dielectric substrate.
상기 복수의 가변소자로 버랙터 다이오드(Varactor Diode), 그라핀(graphene) 및 액정(liquid crystal) 중 어느 하나가 사용되는 것을 특징으로 하는 누설파 안테나.According to claim 1,
A leaky wave antenna, characterized in that any one of a varactor diode, graphene, and liquid crystal is used as the plurality of variable elements.
각각의 마이크로스트립 도체의 일 단에 연결되어, 상기 복수의 마이크로스트립 도체에 흐르는 고주파 신호가 상기 DC 바이어스 전압 공급부 방향으로 누설되는 현상을 방지하는 복수의 RF 초크 인덕터를 더 포함하는 누설파 안테나.According to claim 1,
and a plurality of RF choke inductors connected to one end of each of the microstrip conductors to prevent leakage of high-frequency signals flowing through the plurality of microstrip conductors toward the DC bias voltage supply unit.
상기 DC 바이어스 전압 공급부는, 복수의 DC 전압원, 복수의 스위치 및 복수의 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 누설파 안테나.
According to claim 1,
The leaky wave antenna according to claim 1 , wherein the DC bias voltage supply unit includes a plurality of DC voltage sources, a plurality of switches, and a plurality of connectors.
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