KR20040002911A - 강유전성 안테나 및 무선통신 안테나 주파수 튜닝방법 - Google Patents

강유전성 안테나 및 무선통신 안테나 주파수 튜닝방법 Download PDF

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Abstract

FE 유전체-튜닝 안테나 패밀리 및 무선 통신 안테나 주파수 튜닝방법이 제공된다. 상기 방법은 레디에이터를 형성시키고, 상기 레디에이터에 근접하여 강유전성 재료의 유전체를 형성시키며, 상기 강유전체 재료로 일정 전압을 적용시키고, 일정 유전율을 발생시키며, 그리고 상기 유전율에 응답하여 일정 공진 주파수에서 전자기장을 교환시키도록 한다. 상기 방법은 상기 가해진 전압을 변경시키며, 상기 가해진 전압 변경에 응답하여 공진 주파수를 변경시킴을 더욱더 포함한다.
상기 공진 주파수를 변경시킴은 상기 가해진 전압에 응답하여 가변 동작 주파수를 갖는 안테나를 형성시킴을 포함한다. 또한, 가변 동작 주파수를 갖는 안테나를 형성시킴은 상기 공진 주파수와는 무관한 사전에 고정된 특성 임피던스를 갖는 안테나를 형성시킴을 포함한다.

Description

강유전성 안테나 및 무선통신 안테나 주파수 튜닝방법{FERROELECTRIC ANTENNA AND METHOD FOR TUNING SAME}
1. 본 발명 기술 분야
본 발명은 무선 통신 안테나에 대한 것이며, 특히 강유전성 유전체를 사용하여 안테나를 튜팅하는 시스템 및 그 방법에 대한 것이다.
2. 관련 기술의 설명
여러 종류의 종래 안테나 디자인이 있는 바, 이들은 유전체를 사용한다. 일반적으로 안테나에 의해 발생된 필드(계)의 일부는 레디에이터로부터 상기 유전체를 통해 매설지선(접지)로 되돌아간다. 상기와 같은 안테나는 주파수에 공진하도록 튜닝되며 상기 레디에이터(radiator)와 유전체의 파장은 상기 공진 주파수에서 최적의 관계를 갖게된다. 가장 일반적인 유전체는 공기로서 유전율이 1이다. 다른 유전체의 유전율은 공기에 대한 비교값으로 정해진다.
강유전성 물질은 가해진 전압에 응답하여 변경되는 유전율을 갖는다. 이들의 가변 유전율때문에 강유전성 물질은 튜닝가능 컴포넌트를 만드는데 유용하다. 그러나, 현재 사용되는 측정 및 특성화 기술로는 튜닝가능 강유전성 컴포넌트가 손실특성을 개선하기 위해 사용된 처리, 도핑 또는 다른 여타 제작 기술을 추가 사용함에도 불구하고 일정하게 그리고 상당한 크기로 손실이 있게 되는 문제점을 지니고 있다. 따라서 이들 튜닝가능 강유전성 컴포넌트가 널리 사용되고 있지는 않다. RF 또는 마이크로파 영역에서 동작되는 강유전성 튜닝가능 컴포넌트는 특히 손실이 큰 것으로 알려져 있다. 이같은 사실은 레이다 응용에서 경험되는데, 가령 무선 고주파(RF) 또는 마이크로파 손실은 특히 최대 튜닝이 필요한때 벌크(bulk)(약 1.0㎜이상의 두께) FE(강유전성) 재료의 경우 통상적인 것이다. 일반적으로 대부분의 FE 재료는 이들의 손실을 개선하기 위해(줄이기 위해) 추가적인 처리가 취해지지 않는다면 손실이 크다. 이같은 추가적인 처리로는 (1) O2결핍을 보충하기 위해 사전 및 사후 증착 어닐링, (2) 표면 스트레스를 줄이기 위해 버퍼층 사용, (3) 다른 재료와 합금처리 또는 버퍼링, 그리고 (4) 선택적으로 도핑하기 등이 있다.
낮은 파우워 컴포넌트의 제한 범위 튜닝에 대한 요구가 근자에 증가하고 있기 때문에, 강유전성 재료에 대한 관심이 벌크 재료가 아닌 박막의 사용으로 희귀하여왔다. 그러나 높은 강유전성 손실이 있으리라는 가정은 그와 같은 박막 처리 작업에서도 마찬가지로 작용하였다. 종래의 광대역 측정 기술은 벌크이든 박막이든 튜닝가능 가유전성 컴포넌트가 상당한 손실을 가져오리라는 가정을 뒷받침하여왔다. 가령 무선통시에서는 Q가 80이상, 바람직하게는 180이상, 최적한 상태로는 350이상인 것이 약 2GHz 주파수에서 필요하며 이같은 가정이 안테나 디자인에 적용된다.
특히 박막은 사용하는 튜닝가능 강유전성 컴포넌트가 광범위 주파수 애절(agile) 회로에서 사용될 수 있다. 이들은 작은 컴포넌트 크기, 낮은 삽입 손실 또는 같은 삽입 손실에서도 거부가 적음, 낮은 비용과 두 주파수 대역이상에 튜닝될 수 있는 장점을 가지기 때문에 튜닝가능 컴포넌트로서 바람직하다. 멀티플 대역을 커버할 수 있는 튜닝가능 컴포넌트의 장점으로 스위치와 같은 다수의 필요 컴포넌트를 줄일 수 있으며, 이때의 스위치는 이격된 대역사이에서 선택하기 위해 필요하며 멀티플 고정 주파수 컴포넌트가 사용되는 것이다. 상기의 장점은 무선 핸드셋 디자인에서 특히 중요하며, 이같은 경우 다양한 기능의 필요와 낮은 비용 그리고 크기에 대한 요구는 서로 상충되는 조건들이다. 가령 코드 분할 다중 접근(CDMA)에서, 개별 컴포넌트의 퍼포먼스가 크게 스트레스를 받게 된다.
주파수 튜닝 안테나의 목적을 위해 강유전성 재료를 사용함은 공지되어 있다. 그러나, RE 유전체 재의 사용이 항상 효과적이지는 않으며, 특히 FE 재료가 최고 전자기장 밀도 영역에 위치하지 않는때 더욱 그러하다. 종래의 패치(patch) 안테나의 경우, 가장 큰 전자기장 영역은 레이더와 접지사이에 있게된다. 유효하지 않은 FE 유전체 위치로 인하여 유전률 변경이 안테나의 공진 주파수 변화에는 최소의 영향을 미치도록 한다. 공진 주파수에서의 유용한 변경을 달성하기 위하여, 이들 종래의 FE 유전체 안테나는 멀티플 레디에이터에 의존하여야 한다.
만약 안테나의 공진 주파수가 사용중에 선택될 수 있다면 바람직할 것이다.
FE 재료가 안테나의 공진 주파수를 조종하도록 사용될 수 있다면 바람직할 것이다.
FE 재료 안테나의 공진주파수가 전압을 이같은 FE 재료에 가하므로써 변경될 수 있다면 바람직할 것이다.
FE 재료 안테나가 단일 레디에이터 사용으로 종래 디자인 안테나의 공진 주파수를 효과적으로 변경하도록 사용될 수 있다면 바람직할 것이다.
발명의 요약
본 발명은 유전체로서 FE 재료로 만들어진 안테나를 설명한다. 상기 FE 재료의 유전율은 가해진 전압에 의해 제어될 수 있다. 유전율과 공진 주파수 사이에는 고정관계가 있기 때문에, 안테나의 공진 주파수는 상기 가해진 전압을 사용하여 제어될 수 있다.
따라서, 단일-대역 무선 통신 안테나를 주파수 튜닝하기 위한 방법이 제공된다. 상기 방법은 레디에이터를 형성시키고, 상기 레디에이터에 근접하여 강유전성 재료의 유전체를 형성시키며, 상기 강유전체 재료로 일정 전압을 적용시키고, 일정 유전율을 발생시키며, 그리고 상기 유전율에 응답하여 일정 공진 주파수에서 전자기장을 교환시키도록 한다. 상기 방법은 상기 가해진 전압을 변경시키며, 상기 가해진 전압 변경에 응답하여 공진 주파수를 변경시킴을 더욱더 포함한다.
상기 공진 주파수를 변경시킴은 상기 가해진 전압에 응답하여 가변 동작 주파수를 갖는 안테나를 형성시킴을 포함한다. 또한, 가변 동작 주파수를 갖는 안테나를 형성시킴은 상기 공진 주파수와는 무관한 사전에 고정된 특성 임피던스를 갖는 안테나를 형성시킴을 포함한다.
레디에이터를 형성시키는 방법은 단일-레디에이터를 형성시킴을 포함한다.
강유전성 재료를 갖는 유전체를 형성시킴은 고정 유전율을 갖는 제 1 재료로부터 일정 유전체 재료를 갖는 유전체를 형성시키고, 그리고 가변 유전율을 갖는 강유전성 재료로 유전체를 형성시킴을 포함한다. 다음에, 공진 주파수를 수정 또는변경시킴은 상기 강유전성 재료의 가변 유전율에 응답하여 공진 주파수를 변경시킴을 포함한다.
강유전성 재료로 유전체를 형성시킴은 각각이 고정 유전율을 갖는 재료로부터 만들어지는 다수의 유전체 재료로 유전체를 형성시킴을 포함한다. 선택적으로, 강유전성 재료로 유전체를 형성시킴은 각각이 가변. 유전율을 갖는 다수의 강유전성 재료로 유전체를 형성시킴을 포함한다.
상기 설명 방법에 대한 구체적인 사항과 FE 재료 유전체로 만들어지는 일련의 안테나가 하기에서 상세히 설명된다.
관련 발명
본 발명은 2001년 4월 11일자 미국출원 60/283,093 호 가출원을 기초로 하며, 본원 명세서에서 인용된다. 또한, 본 출원은 "Ferro-Electric Tunable Filter" 명칭으로 Stanley S. Toncich 가 출원한 2001년 7월 13일자 제 09/904,631 호, "Tunable Ferro-Electric Multiplexer" 명칭으로 Stanley s. Toncich가 출원한 2001년 7월 24일자 제 09/912,753 호, "Low Loss Tunable Ferro-Electric Device and Method of Characterization" 명칭의 Stanley S. Toncich가 출원한 2001년 8월 8일자 제 09/927,732 호, "Tunable Matching Circuit" 명칭의 Stanley S. Toncich 가 출원한 2001년 8월 10일자 제 09/927,136 호, "Tunable Planar Capacitor" 명칭의 Stanley S. Toncich 가 출원한 2002년 1월 11일자 제 10/044,522 호, "Tunable Isolator Matching Circuit" 명칭의 Stanley S. Toncich 가 출원한 2002년 2월 14일자 제 10/077,654 호, "Arterna Interface Unit" 명칭의 Stanley S. Toncich가 출원한 2002년 2월 12일자 제 10/076,171 호, "Tunable Antenna Matching Circuit" 명칭의 Stanley S. Toncich 가 출원한 2002년 2월 12일자 제 10/075,896 호, "Tunable Low Noise Amplifier" 명칭의 Stanley S. Toncich 및 Tim Forrester가 출원한 2002년 2월 12일자 제 10/075,727 호, 그리고 "Tunable Power Amplifier Matching Circuit" 명칭의 Stanley S. Toncich 가 출원한 2002년 2월 12일자 제 10/075,507 호를 인용한다.
도 1a-1c는 선택적 동작 주파수를 갖는 본 발명 패치 안테나의 도면.
도 2는 도 1a 패치 안테나의 선택적 특징을 설명하는 단면도.
도 3은 멀티플 고정 유전율을 갖는 도 1a 패치 안테나의 선택적 특징을 설명하는 단면도.
도 4는 FE 재료 내부층을 갖는 도 1a 패치 안테나의 선택적 특징을 설명하는 단면도.
도 5a-9e는 본 발명 슬롯 안테나 패밀리를 도시한 도면.
도 10a-10d는 본 발명 도파관 안테나의 개방-단부 도면.
도 11a-11e는 선택적 동작 주파수를 갖는 본 발명 호(horn) 안테나를 도시한 도면.
도 12a-12f는 선택적 동작 주파수를 갖는 본 발명 모노폴(monopole) 안테나를 도시한 도면.
도 13a-13f는 선택적 동작 주파수를 갖는 본 발명 다이폴(dipole) 안테나를 도시한 도면.
도 14는 단일-대역 무선 통신 안테나를 주파수 튜닝하기 위한 본 발명 방법을 설명하는 흐름도.
도 5는 도 14에서 도시된 방법을 선택적 특징을 설명하는 흐름도.
본 발명은 선택가능 동작 주파수를 갖는 안테나 패밀리를 설명한다. 일반적으로, 안테나 각각은 한 레디에이터와 상기 레디에이터에 근접하여 가변 유전율을 갖는 강유전성 재료로 형성된 유전체를 포함한다. 상기 레디에이터는 상기 강유전성 재료 유전율에 응답하는 주파수에서 공진한다. 어떤 안테나는 상기 레디에이터로 연결된 접지를 포함한다. 다른 안테나 디자인은 임의로 지정된 한 접지와 레디에이터를 포함한다. 그러나 어떤 디자인의 경우에는 서로 구분할 수 없는 한 접지와 레디에이터를 포함한다.
하기에서 설명되는 안테나 패밀리는 감지할 수 있는 대역폭 또는 공진 주파수범윌를 달성하기 위하여 멀티플 레디에이터에 의존하는 공지의 안테나에서와는 달리, 단일-레디에이터 안테나 공진 주파수를 효과적으로 튜닝하기 위해 FE 유전체층이 포함한다. 상기 본 발명의 단일-레디에이터 안테나는 이들 각각이 상기 단일 레디에이터에 해당하는 한 기본 공진 주파수(기본 주파수 고조파 감안은 배제)를 갖는다는 점에서, 단일-대역인 것으로 규정된다. 본 발명 안테나 패밀리의 다른 한특징에 따라, 상기 FE 유전체는 레디에이터와 접지(또는 가상접지) 사이의 가장 밀도가 높은 전자장 영역에 위치하여 진다. 결과적으로 상기 FE 재료 유전율 변경이 안테나 공진 주파수의 큰 변경 또는 차이를 발생시킨다.
도 1a-1c는 선택가능한 동작 주파수를 갖는 본 발명 패치 안테나를 도시한 도면이다. 도 1a는 반파 레디에이터 디멘젼을 갖는 단일-대역 패치 안테나 사시도이다. 상기 패치 안테나(100)는 매설지선(102) 그리고 이 매설지선과 겹쳐지는 유전체 재료(104)를 포함한다. 상기 유전체는 상기 강유전성 재료에 가해진 전압에 응답하는 가변 유전율을 가진다. 하나 이상의 레디에이터(106)가 상기 유전율에 응답하는 한 공진 주파수를 갖는 유전체(104)와 겹쳐놓인다. 패치 안테나(100)의 한 특징에 따라, 상기 유전체(104)는 완전히 FE 재료로 이루어진 한 층이다. 이같은 원칙과 패치 안테나의 디자인은 당업자에게 잘 알려져 있다. 상기 FE 재료의 사용이 패치 안테나에 보다 넓은 범위의 선택가능한 동작 주파수를 제공하기는 하지만, 상기 보편적인 디자인 원칙은 본 발명의 FE 재료에 의해 변경되지 않는다. 동축의 피드라인(feedline)(108)은 상기 레디에이터(106)에 여녈된 센터 도선(100)과 매설지선(102)에 연결된 접지를 갖는다.
도 1b는 도 1a의 패치 안테나(100) 평면도이다. 전형적으로, 상기 FE 재료로 만들어지는 유전체는 상기 레디에이터(10b) 가까이에만 위치하여진다. 도면부호(112)는 고정 유전율을 갖는 유전체이다. 도시되지 않은 선택적 실시예에서, 상기 FE 유전체(104)는 상기 레디에이터(106) 전면을 균일하게 둘러싸거나, 유전체(104)(112)가 상기 레디에이터(106) 둘레에서 대칭으로 형성된다.
도 1c는 인버트(상하가 뒤바뀐)-F 평면 안테나 단면도이며, 이는 1/4 파장 레디에이터 디멘젼에 적당하다. 상기 FE 유전체(104)는 단일-레디에이터(106)와 매설지선(102) 사이에 위치하도록 도시되어 있으나, 다른 FE 유전체 패턴 및 분산배치가 사용될 수 있기도 하다.
상기 안테나(100)는 상기 공진 주파수와는 무관한 사전에 고정된 특성 임피던스를 갖는다. 즉, 선택적 동작 주파수에도 불구하고 상기 입력 임피던스는 가령 50오옴으로 유지된다. 선택적으로 상기 안테나(100)는 상기 공진 주파수와는 관계없이 사전에 정해진 일정한 이득을 갖는다.
도 2는 도 1a의 패치 안테나 선택적 특징을 도시하는 단면도이다. 도시된 바오 같이, 싱가 유전체(104)는 고정 유전율을 갖는 제 1 재료로부터 형성된 하나이상의 유전체층(200)과 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(200)에 인접하여 가변 유전율을 갖는 강유전성 재료로부터 형성된 유전체(202)를 포함한다. 도시된 바와 같이 상기 FE 재료(202)를 갖는 유전체는 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(200)와 겹쳐 놓이게 된다. 전형적으로 한 전압이 상기 FE 유전체 층(202)에 인접하여 있는 한 도선에 가해져서 바람직한 유전율을 발생시키도록 한다. "+" 및 "-" 기호로 도시된 전압은 전압 발생기(203)에 의해 공급될 수 있다. 본 발명의 한 특징에 따라, 한 전기 절연체(도시되지 않음)가 상기 층(202)과 상기 전도 레디에이터(106) 사이에 위치하여져서 상기 ac 신호 전압으로부터 상기 바이어스 전압을 격리하도록 한다. 그러나, 상기 안테나 튜닝을 간섭하는 상기 FE 유전체(202)에서 상기 바이어스 전압을 균등하게 분산시키기 위해서는 한 도체 판이 통상 요구된다. 따라서, 상기 dc전압은 통상 상기 레디에이터에 의해 전도되는 ac 신호와 겹쳐지며, 기준 접지가 상기 매설지선(102)으로 공급된다. 선택에 따라서는 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(200)가 상기 강유전성 재료(202)를 갖는 유전체와 겹쳐지기도 한다. 다시한번, 상기 FE 유전체층(202)과 상기 전도 매설지선 사이에 한 절연체가 위하여지고, 상기 매설지선에서의 전압과는 다른 기준 접지가 공급되기도 한다. 그러나, 도시된 바와 같이, 상기 FE 유전체층은 전형적으로 상기 매설지선으로 공급된 기준 접지로 바이어스된다. 본 발명 안테나의 실시예에 따라서는, 상기 바이어스 전압 극성이 도시된 극성과는 반대일 수 있다.
도 3은 멀티플 고정 유전율을 갖는 도 1a 패치 안테나에 대한 선택적 실시예를 도시한 도면이다. 상기 고정 유전율을 갖는 유전체는 상기 고정 유전율(202)을 갖는 유전체 아래에 놓인 제 1 층(200a)을 형성하며, 제 2 층(200b)이 강유전성 재료(202)를 갖는 유전체 위에 놓인다. 상기 두 고정 유전체 층이 같은 유전율을 가질 필요는 없다. 또한 세 개 또는 그 이상의 고정 유전체 층 사용 또는 가능하다. 선택에 따라서는(도시되지 않음), 멀티플 FE 층이 한 고정 유전체 층 둘레에 형성될 수도 있으며, 또는 고정 유전체와 FE 층 모두의 멀티플 층이 사용될 수도 있다. 상기 멀티플 FE 유전체 층 들은 각기 다른 두께를 가질수 있으며, 각기 다른 FE 재료로 만들어지고, 또는 같은 전압에서 각기 다른 유전율을 가질 수 있기도 하다.
도 4는 FE 재료의 내부층을 갖는 도 1a의 패치 안테나 선택적 특징을 도시한 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 강유전성 재료(202)를 갖는 유전체는 고정 유전율을 갖는 유전체(200)내부에 형성된다. 도시되진 않았지만 선택에 따라, 상기 고정 유전율(200)을 갖는 유전체가 상기 FE 유전체(202)의 내부에 형성된다. 또한 멀티플 내부 FE 유전체 영역이 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 강유전성 재료(202)를 갖는 유전체가 바륨 스트론튬 티탄 산염, BaxSr1-xTiO3(BSTO)로부터 형성된다. 그러나 선택적 FE 재료는 잘 알려져있으며 같은 기능을 수행하게 된다. 다시, 도 2에서 상기 강유전성 재료(202)를 갖는 유전체는 0.15-2마이크론 범위의 두께를 갖는 박막층으로 형성될 수 있다. 선택에 따라서는, 강유전성 재료(202)를 갖는 유전체가 1.5-1000 마이크론 범위의 두께를 갖는 후막(206)으로 형성된다. 다른 실시예에서는, 강유전성 재료를 갖는 유전체가 제로 볼트에서 100-5000 사이 범위의 유전율을 갖는다. 또다른 실시에에서는, 상기 유전체가 고정 유전율(200)을 갖는 제 1 재료로부터 형성되며 상기 강유전성 재료로부터 형성된 유전체(202)는 제로 볼트에서 2-100사이 범위의 혼합 유전율을 갖는다.
상기 FE 재료의 유전율은 도핑 및 퀴리점 온도(Tc)를 통해 조정될 수 있다. 자주 사용되는 도핑제로는 산화물로서 사용되는 텅시텐(W), 망간(Mn), 및 마그네슘(Mg)등이 있다. 그러나, 주기표 같은 족내의 다른 등가 원소가 사용될 수 있기도 하다. FE 재료는 가장 큰 유전율을 가지며, 유전체는 온도 상승 또는 하강등 온도변화에 따라 유전율이 급격히 떨어진다. 그러나 Tc 이상의 온도에서는 유전율의 변화가 적다. 따라서, FE 재료의 Tc는 상기 유전체 재료에 의해 밝혀진 동작온도 이하이도록 선택되는 것이 일반적이다.
유전율 1인 공기로 만들어진 안테나는 상대적으로 높은 유전율 재료로 만들어진 안테나보다 손실이 적다. 그러나, 안테나의 크기(유효 파장)을 줄이기 위해서는 상대적으로 높은 유전율 재료가 유용하다. 일반적으로 안테나 디자이너는 100이하의 유전율을 갖는 유전체 재료를 필요로 한다. 상기 FE 재료 유전율은 다양한 가격의 도핑제를 추가하므로써 줄어들 수 있다(바이어스 볼트마다 유전율 변화가 줄어든다). Tc와 도핑제 사이의 적절한 보상교환을 하므로써 바이어스 전압에서 1볼트 이하의 변화에 대하여 FE 재료 유전체에서 2:1보다 큰 변화를 실시할 수 있게 된다.
도 5a-9e는 본 발명의 슬롯 안테나 패밀리를 설명한다. 일반적으로, 단일 대역 슬롯 안테나 각각은 매설지선과 유전체를 포함하며 상기 강유전성 재료는 상기 매설지선위에 놓인다. 그러나, 어떤 슬롯 안테나 레디에이터만을 갖는 것으로 이해될 수 있으며, 또는 가상의 레디에이터와 가상의 매설지선을 가질 수도 있다. 상기 매설지선 또는 레디에이터 어느 하나로 형성된 슬롯은 상기 유전율에 응답하는 전기적 길이를 가지며 상기 강유전성 재료에 가해전 전압에 응답하는 가변 유전율을 갖는다. 한 레디에이터가 위에 올려놓이며 상기 유전체에 근접하여 있게된다.
상기 슬롯 디자인 각각에 있는 레디에이터는 상기 공진 주파수와는 관계없는 사전에 정해진 고정 특성 임피던스를 갖는다. 즉, 상기 슬롯의 전기적 길이는 상기 공진 주파수와 관련 일정하다. 선택에 따라서는, 상기 레디에이터가 상기 공진 주파수와는 무관하게 사전에 정해진 거의 일정한 이득을 가진다. 상기 슬롯(또는 슬롯들)은 일반적으로 상기 유전율에 응답하여 변하는 전기적 길이(electricallength)를 가져서, 상기 유전체에 있어서 공진 주파수 약 ½파장이거나, 상기 유전체에 있어서 공진 주파수 약 ¼파장이도록 한다. 상기 슬롯 안테나의 원리와 디자인은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 다라서 본원 명세서에서 따로 설명되지는 않는다. FE 재료의 사용으로 슬롯 안테나에 보다 광범위의 선택가능 동작 주파수를 제공하기는 하나 디자인의 일반 원리가 본 발명 FE 재료에 의해 변경되는 것은 아니다.
도 5a는 본 발명 마이크로스트립 슬롯 안테나(500)의 사시도이다. 매설지선(502), 레디에이터(504), 및 강유전성 재료의 유전체(506)가 상기 마이크로스트립을 형성시킨다. 일반적으로, 강유전성 재료의 유전체(506)는 도시된 바와 같이 상기 슬롯가까이에 위치하게 된다. 상기 슬롯과는 떨어져서, 한 고정 유전율을 가지는 다른 유전체(507)가 사용될 수 있다. 한 슬롯(508)이 매설지선(502)내에 형성된다. 도시된 바와 같이, 상기 슬롯(508)이 상기 레디에이터(504) 가로질로 위치하나, 꼭 그럴필요가 있는 것은 아니다. 상기 마이크로스트립 슬롯(500)의 다른 실시예에 따라서는, 다수의 슬롯(도시되지 않음)이 사용될 수도 있다.
도 5b는 도 5a의 마이크로스트립 슬롯 안테나 선택적 특징을 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 유전체(506)는 한 고정 유전율을 갖는 제 1 재료로 형성된 하나 이상의 유전체층(510)과 상기 고정 유전율을 갖는 유전체층(510)에 인접하여 가변 유전율을 갖는 강유전성 재료로부터 형성된 유전체(512)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 FE 재료(512)를 갖는 유전체는 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(510)위에 위치한다. 일반적으로 상기 FE 유전체층(512) 가까이에서 도선에전압이 가해져서 바람직한 유전율을 발생시키도록 한다. "+" 및 "-"기호로 표시된 상기 전압이 공급된다. 한 실시예에서, 전기 절연체(도시되지 않음)가 유전층(512)과 전도 레디에이터(504) 사이에 오게되어 상기 바이어스 전압을 상기 ac 신호 전압으로부터 분리시키도록 한다. 그러나, 상기 안테나 튜닝을 간섭하는 상기 FE 유전체(512)위에 상기 바이어스 전압을 균등하게 분산시키기 위해서는 전도체 판이 대게 요구된다. 따라서, 상기 dc 전압이 상기 레디에이터에 의해 전도되는 ac 신호와 대개 겹쳐지며, 상기 기준접지가 상기 매설지선(502)으로 공급된다. 도시되지 않았지마, 선택에 따라 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(510)가 강유전성 재료를 갖는 유전체(512)위에 위치하게 된다. 반복컨데, 상기 FE 유전체층(512)와 전도성 매설지선 사이에 한 절연체가 위치할 수 있으며, 상기 매설지선에서의 전압과는 다른 기준 접지가 공급될 수 있다. 그러나, 도시된 바와 같이 상기 FE 유전체층은 상기 매설접지로 공급된 기준접지로 바이어스되는 것이 일반적이다. 안테나의 실시예에 따라서는 상기 바이어스 전압 극성들이 도시된 극성들과는 반대가 되도록 실시될 수 있기도 하다.
도 5c는 멀티플 고정 유전율 층들을 갖는 도 5a 마이크로스트립 슬롯 안테나의 다른 선택적 실시예를 도시한 단면도이다. 상기 고정 유전율을 갖는 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전층(512) 아래에 놓이는 제 1 층(510a)을 형성시키며, 제 2 층(510b)이 상기 강유전성 재료를 갖는 유전체(512) 위에 놓인다. 상기 두 개의 고정 유전체층이 같은 유전율 또는 두께를 가질 필요는 없다. 세 개 또는 그 이상의 고정 유전체 층이 사용될 수 있기도 하다. 도시되지 않았지만 선택에 따라,멀티플 FE 층들이 고정 유전체 층 둘레에 형성되거나, 고정 유전체 및 FE 층 모두의 멀티플 층들이 사용될 수도 있다. 상기 멀티플 FE 유전체층들은 각기 다른 두께를 갖거나 각기 다른 FE 재료로 만들어질 수 있으며, 또는 같은 전압에 대하여 각기 다른 유전율을 가질 수 있기도 하다.
도 5d는 FE 재료의 한 내부층을 갖는 도 5a의 마이크로스트립 슬롯 안테나 선택적 실시예를 설명하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 강유전성 재료(512)의 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(510)내부에 형성된다. 실시예에서, 멀티플 FE 내부영역이 형성될 수 있다. 도시되진 않았지만 선택에 따라, 상기 고정 유전율의 유전체(510)는 상기 FE 유전체(512)내부에 형성된다. 되풀이되는 바, 추가의 전기 절연체가 매설지선(502) 및 레디에이터(504)를 상기 FE 층(512)로부터 분리시키도록 사용될 수 있다.
선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체(512)는 바륨 스트론튬 티탄산엽, BaxSr1-xTiO3(BSTO)로부터 형성된다. 그러나, 선택적으로 FE 재료는 잘 알려져 있으며 동등하게 기능을 수행할 수 있다. 가령 도 5b로 돌아가서, 강유전성 재료의 유전체(512)는 0.15-2 마이크론 범위 두께를 갖는 박막층(514)으로 형성될 수 있다. 선택적으로 상기 강유전성 재료의 유전체(512)는 1.5-1000마이크론 범위 두께를 갖는 후막층(514)으로 형성되기도 한다. 선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체는 제로볼트에서 100-5000범위의 유전율을 갖는다. 다른 선택적 실시예에서 고정 유전율의 제 1 재료로 형성된 유전체와 강유전성 재료로부터 형성된유전체는 제로 볼트에서 2-100사이 범위의 합성 유전율을 갖는다.
상기 FE 재료의 유전율은 도핑 및 퀴리점 온도(Tc) 제어에 의해 조정될 수 있다. 자주 쓰이는 도핑제로는 산화물로서 삽입되는 텅스텐(W), 망간(Mn), 및 마그네슘(Mg) 등이 있다. 그러나 주기표 같은 족내의 다른 등가 원소가 사용될 수 있기도 한다. FE 재료는 Tc에서 가장 큰 유전율을 가지며, 상기 유전체는 온도가 상승 또는 하강함에 따라 급격하게 떨어진다. 그러나 Tc 이상의 온도에서 유전율의 변화가 대게 작다. 따라서 FE 재료의 Tc는 대게 상기 유전체 재료에의 동작온도 이하이도록 선택된다.
유전율 1인 공기로 만들어진 안테나는 상대적으로 높은 유전율 재료로 만들어진 안테나보다 손실이 적다. 그러나, 안테나의 크기(유효 파장)을 줄이기 위해서는 상대적으로 높은 유전율 재료가 유용하다. 일반적으로 안테나 디자이너는 100이하의 유전율을 갖는 유전체 재료를 필요로 한다. 상기 FE 재료 유전율은 다양한 가격의 도핑제를 추가하므로써 줄어들 수 있다(바이어스 볼트마다 유전율 변화가 줄어든다). Tc와 도핑제 사이의 적절한 보상교환을 하므로써 바이어스 전압에서 1볼트 이하의 변화에 대하여 FE 재료 유전체에서 2:1보다 큰 변화를 실시할 수 있게 된다.
도 6a는 본 발명 동축 슬롯 안테나(600)의 사시도이다. 매설지선(602), 레디에이터(604) 및 FE 재료의 유전체(606)가 매설지선(602)내에 한 슬롯(608)을 갖는 동축선을 형성시킨다. 상기 FE 유전체(606)는 상기 슬롯(608)에 근접해 있다. 상기 슬롯으로부터 떨어져서 한 고정 유전율을 갖는 상이한 유전체(607)가 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 상기 슬롯(608)은 상기 레디에이터(604)로 가로질러 있게되나, 꼭 그래야 하는 것은 아니다. 상기 동축 슬롯 안테나(600)의 다른 실시예에서, 다수의 슬롯(도시되지 않음)이 사용된다.
도 6b는 상기 도 6a의 동축 슬롯 안테나 또다른 실시예를 설명하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 상기 유전체(606)는 한 고정 유전율의 제 1 재료로부터 형성된 한 개 이상의 유전체층(610)과 상기 고정 유전율의 유전체(610)에 인접하여 가변 유전율을 갖는 강유전성 재료로 형성된 유전체(612)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 FE 재료의 유전체(612)는 상기 고정 유전율의 유전체(610)위에 놓이게 된다.
대게 한 전압이 상기 FE 유전체층(612)가까이의 도선에 가해져서 바람직한 유전율을 발생시키도록 한다. "+" 및 "-" 기호로 표시된 전압이 공급된다. 실시예에서, 전기 절연체(도시되지 않음)가 상기 층(612)과 전도체 레디에이터(604)사이에 위치하여 상기 바이어스 전압을 상기 ac 신호 전압으로부터 분리시키도록 한다. 그러나, 상기 안테나 튜닝을 간섭하는 상기 FE 유전체(612)위에 상기 바이어스 전압을 균등하게 분산시키기 위해서는 전도체 판이 대게 요구된다. 따라서, 상기 dc 전압이 상기 레디에이터에 의해 전도되는 ac 신호와 대개 겹쳐지며, 상기 기준접지가 상기 매설지선(602)으로 공급된다. 도시되지 않았지마, 선택에 따라 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(610)가 강유전성 재료를 갖는 유전체(612)위에 위치하게 된다. 반복컨데, 상기 FE 유전체층(612)와 전도성 매설지선 사이에 한 절연체가 위치할 수 있으며, 상기 매설지선에서의 전압과는 다른 기준 접지가 공급될 수 있다.그러나, 도시된 바와 같이 상기 FE 유전체층은 상기 매설접지로 공급된 기준접지로 바이어스되는 것이 일반적이다. 안테나의 실시예에 따라서는 상기 바이어스 전압 극성들이 도시된 극성들과는 반대가 되도록 실시될 수 있기도 하다.
도 6c는 멀티플 고정 유전율 층들을 갖는 도 6a 동축(coaxial) 슬롯 안테나의 다른 선택적 실시예를 도시한 단면도이다. 상기 고정 유전율을 갖는 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전층(612) 아래에 놓이는 제 1 층(610a)을 형성시키며, 제 2 층(610b)이 상기 강유전성 재료를 갖는 유전체(612) 위에 놓인다. 상기 두 개의 고정 유전체층이 같은 유전율 또는 두께를 가질 필요는 없다. 세 개 또는 그 이상의 고정 유전체 층이 사용될 수 있기도 하다. 도시되지 않았지만 선택에 따라, 멀티플 FE 층들이 고정 유전체 층 둘레에 형성되거나, 고정 유전체 및 FE 층 모두의 멀티플 층들이 사용될 수도 있다. 상기 멀티플 FE 유전체층들은 각기 다른 두께를 갖거나 각기 다른 FE 재료로 만들어질 수 있으며, 또는 같은 전압에 대하여 각기 다른 유전율을 가질 수 있기도 하다.
도 6d는 FE 재료의 한 내부층을 갖는 도 6a의 동축(coaxial) 슬롯 안테나 선택적 실시예를 설명하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 강유전성 재료(612)의 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(610)내부에 형성된다. 도면에서는 하나만이 도시되었으나 멀티플 내부영역이 형성될 수 있음을 주목하여야 할 것이다. 도시되진 않았지만 선택에 따라, 상기 고정 유전율의 유전체(610)는 상기 FE 유전체(612)내부에 형성된다. 되풀이되는 바, 추가의 전기 절연체가 매설지선(602) 및 레디에이터(604)를 상기 FE 층(612)로부터 분리시키도록 사용될 수 있다.
선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체(612)는 바륨 스트론튬 티탄산엽, BaxSr1-xTiO3(BSTO)로부터 형성된다. 그러나, 선택적으로 FE 재료는 잘 알려져 있으며 동등하게 기능을 수행할 수 있다. 가령 도 6b로 돌아가서, 강유전성 재료의 유전체(612)는 0.15-2 마이크론 범위 두께를 갖는 박막층(614)으로 형성될 수 있다. 선택적으로 상기 강유전성 재료의 유전체(612)는 1.5-1000마이크론 범위 두께를 갖는 후막층(614)으로 형성되기도 한다. 선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체는 제로볼트에서 100-5000범위의 유전율을 갖는다. 다른 선택적 실시예에서 고정 유전율의 제 1 재료로 형성된 유전체와 강유전성 재료로부터 형성된 유전체는 제로 볼트에서 2-100사이 범위의 합성 유전율을 갖는다.
상기 FE 재료의 유전율은 도핑 및 퀴리점 온도(Tc) 제어에 의해 조정될 수 있다. 자주 쓰이는 도핑제로는 산화물로서 삽입되는 텅스텐(W), 망간(Mn), 및 마그네슘(Mg) 등이 있다. 그러나 주기표 같은 족내의 다른 등가 원소가 사용될 수 있기도 한다. FE 재료는 Tc에서 가장 큰 유전율을 가지며, 상기 유전체는 온도가 상승 또는 하강함에 따라 급격하게 떨어진다. 그러나 Tc 이상의 온도에서 유전율의 변화가 대게 작다. 따라서 FE 재료의 Tc는 대게 상기 유전체 재료에의 동작온도 이하이도록 선택된다.
유전율 1인 공기로 만들어진 안테나는 상대적으로 높은 유전율 재료로 만들어진 안테나보다 손실이 적다. 그러나, 안테나의 크기(유효 파장)을 줄이기 위해서는 상대적으로 높은 유전율 재료가 유용하다. 일반적으로 안테나 디자이너는 100이하의 유전율을 갖는 유전체 재료를 필요로 한다. 상기 FE 재료 유전율은 다양한 가격의 도핑제를 추가하므로써 줄어들 수 있다(바이어스 볼트마다 유전율 변화가 줄어든다). Tc와 도핑제 사이의 적절한 보상교환을 하므로써 바이어스 전압에서 1볼트 이하의 변화에 대하여 FE 재료 유전체에서 2:1보다 큰 변화를 실시할 수 있게 된다.
도 7a-7f는 본 발명의 원형 도파관 슬롯 안테나(700)을 도시한 도면이다. 잘 알려진 바와 같이, 도 7a에서 상기 매설지선과 레디에이터는 잘 구분되지 않으며, 원형도파관 안테나는 레디에이터(704)와 유전체(706)를 포함하는 것으로 설명된다. 도시된 바와 같이, 상기 슬롯(708)은 상기 레디에이터(704)를 가로질러 위치하나, 꼭 그럴필요는 없다. 상기 FE 유전체(706)는 상기 슬롯(708)에 근접하여 위치하여진다. 다른, 고정 유전율 유전체 재료(707)는 상기 슬롯(708)으로부터 떨어져 위치하도록 사용될 수 있다. 상기 원형 도파관 슬롯 안테나(700)의 다른 실시예에서 다수의 슬롯(도시되지 않음)이 사용된다.
도 7b는 도 7a의 마이크로스트립 슬롯 안테나 선택적 특징을 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 유전체(706)는 한 고정 유전율을 갖는 제 1 재료로 형성된 하나 이상의 유전체층(710)과 상기 고정 유전율을 갖는 유전체층(710)에 인접하여 가변 유전율을 갖는 강유전성 재료로부터 형성된 유전체(712)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 FE 재료(712)를 갖는 유전체는 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(710)위에 위치한다. 일반적으로 상기 FE 유전체층(712) 가까이에서 도선에 전압이 가해져서 바람직한 유전율을 발생시키도록 한다. "+" 및 "-"기호로 표시된상기 전압이 공급된다. 한 실시예에서, 전기 절연체(도시되지 않음)가 유전층(712)과 전도 레디에이터(704) 사이에 오게되어 상기 바이어스 전압을 상기 ac 신호 전압으로부터 분리시키도록 한다. 그러나, 상기 안테나 튜닝을 간섭하는 상기 FE 유전체(712)위에 상기 바이어스 전압을 균등하게 분산시키기 위해서는 전도체 판이 대게 요구된다. 따라서, 슬릿(709)는 레디에이터(704)내에 형성되어 두개의 바이어스 전압 극성을 분리시킬 수 있도록 한다. 상기 dc 전압은 상기 레디에이터 절반들에 의해 전도되는 ac 신호와 대개 겹쳐진다. 도시되지 않았지만, 선택에 따라 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(710)가 강유전성 재료를 갖는 유전체(712)위에 위치하게 된다. 안테나의 실시예에 따라서는 상기 바이어스 전압 극성들이 도시된 극성들과는 반대가 되도록 실시될 수 있기도 하다.
도 7c는 멀티플 고정 유전율 층들을 갖는 도 7a 원형 도파관 슬롯 안테나의 다른 선택적 실시예를 도시한 단면도이다. 상기 고정 유전율을 갖는 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전층(712) 아래에 놓이는 제 1 층(710a)을 형성시키며, 제 2 층(710b)이 상기 강유전성 재료를 갖는 유전체(712) 위에 놓인다. 상기 두 개의 고정 유전체층이 같은 유전율 또는 두께를 가질 필요는 없다. 세 개 또는 그 이상의 고정 유전체 층이 사용될 수 있기도 하다. 도시되지 않았지만 선택에 따라, 멀티플 FE 층들이 고정 유전체 층 둘레에 형성되거나, 고정 유전체 및 FE 층 모두의 멀티플 층들이 사용될 수도 있다. 상기 멀티플 FE 유전체층들은 각기 다른 두께를 갖거나 각기 다른 FE 재료로 만들어질 수 있으며, 또는 같은 전압에 대하여 각기 다른 유전율을 가질 수 있기도 하다.
도 7d는 FE 재료의 한 내부층을 갖는 도 7a의 원형 도파관 슬롯 안테나 선택적 실시예를 설명하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 강유전성 재료(712)의 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(710)내부에 형성된다. 실시예에서, 멀티플 내부영역이 형성될 수 있다. 도시되진 않았지만 선택에 따라, 상기 고정 유전율의 유전체(710)는 상기 FE 유전체(712)내부에 형성된다. 내부 영역이 장방형인 것으로 도시되었으나, 원형, 원통형, 그리고 달걀 모양형등이 마찬가지로 사용될 수 있기도 하다.
도 7e 및 7f는 원형 슬롯 도파관 슬롯 안테나 (700)선택적 특징이다. 상기 슬롯은 레디에이터(704)가 바이어스 전압을 가질 필요가 없기 때문에 필요하지 않다. 대신 상기 바이어스 전압은 패널(714)(716)에 의해 공급된다. 이같은 바이어스 패널(714/716)은 상기 FE유전체 어느 측면에서든 다양한 위치에 놓이게 된다.
본 발명의 실시예에 따라, 강유전성 재료(712)를 갖는 유전체가 바륨 스트론튬 티탄 산염, BaxSr1-xTiO3(BSTO)로부터 형성된다. 그러나 선택적 FE 재료는 잘 알려져있으며 같은 기능을 수행하게 된다. 다시, 도 7b에서 상기 강유전성 재료(712)를 갖는 유전체는 0.15-2마이크론 범위의 두께를 갖는 박막층(714)으로 형성될 수 있다. 선택에 따라서는, 강유전성 재료(712)를 갖는 유전체가 1.5-1000 마이크론 범위의 두께를 갖는 후막(714)으로 형성된다. 다른 실시예에서는, 강유전성 재료를 갖는 유전체가 제로 볼트에서 100-5000 사이 범위의 유전율을 갖는다. 또다른 실시에에서는, 상기 유전체가 고정 유전율을 갖는 제 1 재료로부터 형성되며 상기 강유전성 재료로부터 형성된 유전체는 제로 볼트에서 2-100사이 범위의 혼합 유전율을 갖는다.
상기 FE 재료의 유전율은 도핑 및 퀴리점 온도(Tc)를 통해 조정될 수 있다. 자주 사용되는 도핑제로는 산화물로서 사용되는 텅시텐(W), 망간(Mn), 및 마그네슘(Mg)등이 있다. 그러나, 주기표 같은 족내의 다른 등가 원소가 사용될 수 있기도 하다. FE 재료는 가장 큰 유전율을 가지며, 유전체는 온도 상승 또는 하강등 온도변화에 따라 유전율이 급격히 떨어진다. 그러나 Tc 이상의 온도에서는 유전율의 변화가 적다. 따라서, FE 재료의 Tc는 상기 유전체 재료에 의해 밝혀진 동작온도 이하이도록 선택되는 것이 일반적이다.
유전율 1인 공기로 만들어진 안테나는 상대적으로 높은 유전율 재료로 만들어진 안테나보다 손실이 적다. 그러나, 안테나의 크기(유효 파장)을 줄이기 위해서는 상대적으로 높은 유전율 재료가 유용하다. 일반적으로 안테나 디자이너는 100이하의 유전율을 갖는 유전체 재료를 필요로 한다. 상기 FE 재료 유전율은 다양한 가격의 도핑제를 추가하므로써 줄어들 수 있다(바이어스 볼트마다 유전율 변화가 줄어든다). Tc와 도핑제 사이의 적절한 보상교환을 하므로써 바이어스 전압에서 1볼트 이하의 변화에 대하여 FE 재료 유전체에서 2:1보다 큰 변화를 실시할 수 있게 된다.
도 8a는 본 발명 장방형 도파관 슬롯 안테나(800)의 사시도이다. 상기 장방형 도파관 안테나는 레디에이터(804)외 유전체(806)을 포함하는 것으로 도시된다. 그러나 상기 레디에이터와 매설지선 지정은 임의적인 것이다. 도시된 바와 같이,상기 슬롯(808)이 상기 레디에이터(804) 가로질러 위치하나, 꼭 그럴필요가 있는 것은 아니다. 상기 FE유전체는 상기 슬롯(808) 가까이에 위치하여 진다. 고정 유전체(807)는 슬롯(808)에서 떨어져사용될 수있다. 장방형 도파관 슬롯 안테나(800) 다른 실시예에서는 다수의 슬롯(도시되지 않음)이 사용될 수도 있다.
도 8b는 도 8a의 장방형 도파관 슬롯 안테나 다른 특징을 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 유전체(806)는 한 고정 유전율을 갖는 제 1 재료로 형성된 하나 이상의 유전체층(810)과 상기 고정 유전율을 갖는 유전체층(810)에 인접하여 가변 유전율을 갖는 강유전성 재료로부터 형성된 유전체(812)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 FE 재료(812)를 갖는 유전체는 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(810)위에 위치한다. 일반적으로 상기 FE 유전체층(812) 가까이에서 도선에 전압이 가해져서 바람직한 유전율을 발생시키도록 한다. "+" 및 "-"기호로 표시된 상기 전압이 공급된다. 한 실시예에서, 전기 절연체(도시되지 않음)가 유전체층(812)과 전도 레디에이터(804) 사이에 오게되어 상기 바이어스 전압을 상기 ac 신호 전압으로부터 분리시키도록 한다. 그러나, 상기 안테나 튜닝을 간섭하는 상기 FE 유전체(512)위에 상기 바이어스 전압을 균등하게 분산시키기 위해서는 전도체 판이 대게 요구된다. 따라서, 슬릿(809)을 전기적으로 고립시킴은 레디에이터내에 형성될 수있으며 상기 두 바이어스 전압극성을 분리시키도록 한다. 상기 dc전압은 상기 레디에이터 절반들에 의해 전도되는 ac 신호와 대개 겹쳐진다. 도시되지 않았지만, 선택에 따라 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(810)가 강유전성 재료를 갖는 유전체(812)위에 위치하게 된다. 안테나 실시예에따라서는 상기 바이어스 전압 극성이 도시된바와는 반대이도록 될 수있기도 하다.
도 8c는 멀티플 고정 유전율 층들을 갖는 도 8a 장방형 도파관 슬롯 안테나의 다른 선택적 실시예를 도시한 단면도이다. 상기 고정 유전율을 갖는 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전층(812) 아래에 놓이는 제 1 층(810a)을 형성시키며, 제 2 층(810b)이 상기 강유전성 재료를 갖는 유전체(812) 위에 놓인다. 상기 두 개의 고정 유전체층이 같은 유전율 또는 두께를 가질 필요는 없다. 세 개 또는 그 이상의 고정 유전체 층이 사용될 수 있기도 하다. 도시되지 않았지만 선택에 따라, 멀티플 FE 층들이 고정 유전체 층 둘레에 형성되거나, 고정 유전체 및 FE 층 모두의 멀티플 층들이 사용될 수도 있다. 상기 멀티플 FE 유전체층들은 각기 다른 두께를 갖거나 각기 다른 FE 재료로 만들어질 수 있으며, 또는 같은 전압에 대하여 각기 다른 유전율을 가질 수 있기도 하다.
도 8d는 FE 재료의 한 내부층을 갖는 도 8a의 장방형 도파관 슬롯 안테나 선택적 실시예를 설명하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 강유전성 재료(812)의 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(810)내부에 형성된다. 멀티플 내부영역이 비록 하나만 도시되어 있지만 형성될 수 있음을 주목하여야한다. 도시되진 않았지만 선택에 따라, 상기 고정 유전율의 유전체(810)는 상기 FE 유전체(812)내부에 형성된다. 상기 내부 영역이 장방형 형상인 것으로 도시되었으나, 원형, 원통형, 및 계란 형상등과 같은 다른 형상으로 똑같이 실시 될 수있음을 주목하여야한다. 도시되지않은 또다른 변경으로 도 7e 및 7f에서와 같이 dc 바이어스 전압이 상기 레디에이터(804)내부 패널에의해 공급되어, 상기 슬릿(809)가 형성될 필요가 없도록 할수있다.
선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체(812)는 바륨 스트론튬 티탄산엽, BaxSr1-xTiO3(BSTO)로부터 형성된다. 그러나, 선택적으로 FE 재료는 잘 알려져 있으며 동등하게 기능을 수행할 수 있다. 가령 도 8b로 돌아가서, 강유전성 재료의 유전체(812)는 0.15-2 마이크론 범위 두께를 갖는 박막층(814)으로 형성될 수 있다. 선택적으로 상기 강유전성 재료의 유전체(812)는 1.5-1000마이크론 범위 두께를 갖는 후막층(814)으로 형성되기도 한다. 선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체는 제로볼트에서 100-5000범위의 유전율을 갖는다. 다른 선택적 실시예에서 고정 유전율의 제 1 재료로 형성된 유전체와 강유전성 재료로부터 형성된 유전체는 제로 볼트에서 2-100사이 범위의 합성 유전율을 갖는다.
상기 FE 재료의 유전율은 도핑 및 퀴리점 온도(Tc) 제어에 의해 조정될 수 있다. 자주 쓰이는 도핑제로는 산화물로서 삽입되는 텅스텐(W), 망간(Mn), 및 마그네슘(Mg) 등이 있다. 그러나 주기표 같은 족내의 다른 등가 원소가 사용될 수 있기도 한다. FE 재료는 Tc에서 가장 큰 유전율을 가지며, 상기 유전체는 온도가 상승 또는 하강함에 따라 급격하게 떨어진다. 그러나 Tc 이상의 온도에서 유전율의 변화가 대게 작다. 따라서 FE 재료의 Tc는 대게 상기 유전체 재료에의 동작온도 이하이도록 선택된다.
유전율 1인 공기로 만들어진 안테나는 상대적으로 높은 유전율 재료로 만들어진 안테나보다 손실이 적다. 그러나, 안테나의 크기(유효 파장)을 줄이기 위해서는 상대적으로 높은 유전율 재료가 유용하다. 일반적으로 안테나 디자이너는 100이하의 유전율을 갖는 유전체 재료를 필요로 한다. 상기 FE 재료 유전율은 다양한 가격의 도핑제를 추가하므로써 줄어들 수 있다(바이어스 볼트마다 유전율 변화가 줄어든다). Tc와 도핑제 사이의 적절한 보상교환을 하므로써 바이어스 전압에서 1볼트 이하의 변화에 대하여 FE 재료 유전체에서 2:1보다 큰 변화를 실시할 수 있게 된다.
도 9a 및 9b는 각각 본 발명 플레어 노치(flare-noch) 안테나(900)의 부분단면도와 평면도이다. 상기 플레어 노치(flare-noch) 안테나(900)는 매설지선(902), 레디에이터(904), 및 유전체(906a)(906b)로 이루어지며, 적어도 이들중 하나가 FE재료를 포함한다. 상기 매설지선 및 레디에이터의 지정은 임의로 결정 될 수 있다. 도면에는 슬롯 또는 노치(907)가 도시되어 있다. 상기 FE유전체(906a)(906b)는 상기 노치(907)에 인접하여 위치하여있다. 또한 한 피드(feed)가 센터도선(908)과 접지(909)를 같는 것으로 도시되어있다.
도 9c는 도 9b의 플레어-노치 안테나 선택적 특징을 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 유전체(906a)(906b)는 한 고정 유전율을 갖는 제 1 재료로 형성된 하나 이상의 유전체층(910)과 상기 고정 유전율을 갖는 유전체층(910)에 인접하여 가변 유전율을 갖는 강유전성 재료로부터 형성된 유전체(912)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 FE 재료(912)를 갖는 유전체는 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(910)위에 위치한다. 일반적으로 상기 FE 유전체층 가까이에서 도선에 전압이 가해져서 바람직한 유전율을 발생시키도록 한다. "+" 및 "-"기호로 표시된 상기전압이 공급된다. 한 실시예에서, 전기 절연체(도시되지 않음)가 유전층(912)과 전도 레디에이터/매설지선(904) 사이에 오게되어 상기 바이어스 전압을 상기 ac 신호 전압으로부터 분리시키도록 한다. 그러나, 상기 안테나 튜닝을 간섭하는 상기 FE 유전체(912)위에 상기 바이어스 전압을 균등하게 분산시키기 위해서는 전도체 판이 대게 요구된다. 따라서, 상기 dc 전압이 상기 레디에이터/매설지선에 의해 전도되는 ac 신호와 대개 겹쳐지며, 상기 기준접지가 상기 전도패널(914)로 공급된다. 도시되지 않았지만, 선택에 따라 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(910)가 강유전성 재료를 갖는 유전체(912)위에 위치하게 된다. 안테나의 실시예에 따라서는 상기 바이어스 전압 극성들이 도시된 극성들과는 반대가 되도록 실시될 수 있기도 하다.
도 9d는 멀티플 고정 유전율을 같는 도 9b의 플레어-노치 안테나 선택적 특징을 도시하는 평면도이다. 상기 고정 유전율을 갖는 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전층(912) 아래에 놓이는 제 1 층(910a)을 형성시키며, 제 2 층(910b)이 상기 강유전성 재료를 갖는 유전체(912) 위에 놓인다. 상기 두 개의 고정 유전체층이 같은 유전율 또는 두께를 가질 필요는 없다. 세 개 또는 그 이상의 고정 유전체 층이 사용될 수 있기도 하다. 도시되지 않았지만 선택에 따라, 멀티플 FE 층들이 고정 유전체 층 둘레에 형성되거나, 고정 유전체 및 FE 층 모두의 멀티플 층들이 사용될 수도 있다. 상기 멀티플 FE 유전체층들은 각기 다른 두께를 갖거나 각기 다른 FE 재료로 만들어질 수 있으며, 또는 같은 전압에 대하여 각기 다른 유전율을 가질 수 있기도 하다.
도 9e는 FE 재료의 한 내부층을 갖는 도 9b의 도 9b의 플레어-노치 안테나선택적 실시예를 설명하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 강유전성 재료(912)의 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(910)내부에 형성된다. 멀티플 내부영역이 비록 하나만 도시되어 있지만 형성될 수 있음을 주목하여야한다. 도시되진 않았지만 선택에 따라, 상기 고정 유전율의 유전체(910)는 상기 FE 유전체(912)내부에 형성된다. 상기 내부 영역이 장방형 형상인 것으로 도시되었으나, 원형, 원통형, 및 계란 형상등과 같은 다른 형상으로 똑같이 실시 될 수있음을 주목하여야한다. 도시되지않은 또다른 변경으로 FE재료가 레디에이터 일측면에만 내부 영역을 형설할 수 있는데, 가령 이는 유전체(906)이다.
선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체(912)는 바륨 스트론튬 티탄산엽, BaxSr1-xTiO3(BSTO)로부터 형성된다. 그러나, 선택적으로 FE 재료는 잘 알려져 있으며 동등하게 기능을 수행할 수 있다. 가령 도 9c로 돌아가서, 강유전성 재료의 유전체(912)는 0.15-2 마이크론 범위 두께를 갖는 박막층(914)으로 형성될 수 있다. 선택적으로 상기 강유전성 재료의 유전체(912)는 1.5-1000마이크론 범위 두께를 갖는 후막층(914)으로 형성되기도 한다. 선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체는 제로볼트에서 100-5000범위의 유전율을 갖는다. 다른 선택적 실시예에서 고정 유전율의 제 1 재료로 형성된 유전체와 강유전성 재료로부터 형성된 유전체는 제로 볼트에서 2-100사이 범위의 합성 유전율을 갖는다.
상기 FE 재료의 유전율은 도핑 및 퀴리점 온도(Tc) 제어에 의해 조정될 수 있다. 자주 쓰이는 도핑제로는 산화물로서 삽입되는 텅스텐(W), 망간(Mn), 및 마그네슘(Mg) 등이 있다. 그러나 주기표 같은 족내의 다른 등가 원소가 사용될 수 있기도 한다. FE 재료는 Tc에서 가장 큰 유전율을 가지며, 상기 유전체는 온도가 상승 또는 하강함에 따라 급격하게 떨어진다. 그러나 Tc 이상의 온도에서 유전율의 변화가 대게 작다. 따라서 FE 재료의 Tc는 대게 상기 유전체 재료에의 동작온도 이하이도록 선택된다.
유전율 1인 공기로 만들어진 안테나는 상대적으로 높은 유전율 재료로 만들어진 안테나보다 손실이 적다. 그러나, 안테나의 크기(유효 파장)을 줄이기 위해서는 상대적으로 높은 유전율 재료가 유용하다. 일반적으로 안테나 디자이너는 100이하의 유전율을 갖는 유전체 재료를 필요로 한다. 상기 FE 재료 유전율은 다양한 가격의 도핑제를 추가하므로써 줄어들 수 있다(바이어스 볼트마다 유전율 변화가 줄어든다). Tc와 도핑제 사이의 적절한 보상교환을 하므로써 바이어스 전압에서 1볼트 이하의 변화에 대하여 FE 재료 유전체에서 2:1보다 큰 변화를 실시할 수 있게 된다.
도10a-10d는 본 발명 개방 단부 도파관 안테나(1000)를 도시한 도면이다.
도 10a는 선택적 동작 주파수를 갖는 본 발명 개방 단부 도파관 안테나 부분 단면도이다. 상기 개방 단부 도파관 안테나(1000)는 레디에이터(1002), 및 레디에이터(1002)에 인접하여 위치하는 강유전성 재료의 유전체(1006)으로 구성된다. 상기 유전체(1006)는 상기 강유전성 재료에 가해지는 전압에 응답하는 가변 유전율을 가진다. 레디에이터와 매설지선 지정은 임의적인 것이다. 상기 개방 단부(1007)는 접지되 있다. 상기 개방 단부(1007)과는 떨어져서, 한 고정 유전율을 가지는 다른유전체 재료(1005)가 사용될 수 있다. 상기 개방-단부 안테나 원리 및 디자인은 당업자에게 잘알려져 있으며 따라서 설명의 간결함을 위해 본원 명세서에서는 설명되지 아니한다. 비록 FE재료가 개방-단부 안테나에 보다 넓은 범위의 선택가능 동작 주파수를 제공하는 것이나, 상기 디자인 일반 원리는 본 발명 FE재료에의해 변경되지 아니한다.
상기 안테나(1000)는 상기 공진 주파수와는 무관하게 사전에 정해진 고정 특성 임피던스를 가진다. 선택적으로 실시설명 된 바와같이, 상기 안테나(1000)는 상기 공진 주파수와는 무관하게 사전에 정해진 일정 이득을 같게된다.
도 10b는 도 10a의 개방-단부 도파관 안테나 선택적 특징을 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 유전체(1006)는 한 고정 유전율을 갖는 제 1 재료로 형성된 하나 이상의 유전체층(1010)과 상기 고정 유전율을 갖는 유전체층(1010)에 인접하여 가변 유전율을 갖는 강유전성 재료로부터 형성된 유전체(1012)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 FE 재료(1012)를 갖는 유전체는 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(1010)위에 위치한다. 일반적으로 상기 FE 유전체층(1012) 가까이에서 도선에 전압이 가해져서 바람직한 유전율을 발생시키도록 한다. "+" 및 "-"기호로 표시된 상기 전압이 공급된다. 한 실시예에서, 전기 절연체(도시되지 않음)가 유전층(1012)과 전도 레디에이터(1002) 사이에 오게되어 상기 바이어스 전압을 상기 ac 신호 전압으로부터 분리시키도록 한다. 그러나, 상기 안테나 튜닝을 간섭하는 상기 FE 유전체(1012)위에 상기 바이어스 전압을 균등하게 분산시키기 위해서는 전도체 판이 대게 요구된다. 따라서, 전기적 분리 슬롯(1009)이 레디에이터(1002)내에 형성되어 두 개의 바이어스 전압극성을 분리시키도록 한다.상기 dc 전압이 상기 레디에이터 절반들에 의해 전도되는 ac 신호와 대개 겹쳐진다. 도시되지 않았지만, 선택에 따라 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(1010)가 강유전성 재료를 갖는 유전체(1012)위에 위치하게 된다. 안테나의 실시예에 따라서는 상기 바이어스 전압 극성들이 도시된 극성들과는 반대가 되도록 실시될 수 있기도 하다.
도 10c는 멀티플 고정 유전율 층들을 갖는 도 10a 개방-단부 도파관 안테나 선택적 특징을 도시하는 단도면이다. 상기 고정 유전율을 갖는 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전층(1012) 아래에 놓이는 제 1 층(1010a)을 형성시키며, 제 2 층(1010b)이 상기 강유전성 재료를 갖는 유전체(1012) 위에 놓인다. 상기 두 개의 고정 유전체층이 같은 유전율 또는 두께를 가질 필요는 없다. 세 개 또는 그 이상의 고정 유전체 층이 사용될 수 있기도 하다. 도시되지 않았지만 선택에 따라, 멀티플 FE 층들이 고정 유전체 층 둘레에 형성되거나, 고정 유전체 및 FE 층 모두의 멀티플 층들이 사용될 수도 있다. 상기 멀티플 FE 유전체층들은 각기 다른 두께를 갖거나 각기 다른 FE 재료로 만들어질 수 있으며, 또는 같은 전압에 대하여 각기 다른 유전율을 가질 수 있기도 하다.
도 10d는 FE 재료의 한 내부층을 갖는 도 5a의 개방-단부 도파관 안테나 선택적 특징을 도시하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 강유전성 재료(1012)의 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(1010)내부에 형성된다. 실시예에서는 하나만 도시되었지만, 멀티플 FE 내부영역이 형성될 수 있다. 도시되진 않았지만 선택에 따라, 상기 고정 유전율의 유전체(1010)는 상기 FE 유전체(1012)내부에 형성된다.상기 내부 영역이 장방형 형상인 것으로 도시되었으나, 원형, 원통형, 및 계란 형상등과 같은 다른 형상으로 똑같이 실시 될 수있음을 주목하여야한다. 도시되지않은 또다른 변경으로 FE재료가 7e 및 7f와 등가로, 상기 dc바이어스 전압이 상기 레디에이터(1002)내부 패널에 의해 공급되어, 상기 슬릿(1009)이 형성될 필요가 없도록 할 수있다.
선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체(1012)는 바륨 스트론튬 티탄산엽, BaxSr1-xTiO3(BSTO)로부터 형성된다. 그러나, 선택적으로 FE 재료는 잘 알려져 있으며 동등하게 기능을 수행할 수 있다. 가령 도 10b로 돌아가서, 강유전성 재료의 유전체(1012)는 0.15-2 마이크론 범위 두께를 갖는 박막층(1014)으로 형성될 수 있다. 선택적으로 상기 강유전성 재료의 유전체(1012)는 1.5-1000마이크론 범위 두께를 갖는 후막층(1014)으로 형성되기도 한다. 선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체는 제로볼트에서 100-5000범위의 유전율을 갖는다. 다른 선택적 실시예에서 고정 유전율의 제 1 재료로 형성된 유전체와 강유전성 재료로부터 형성된 유전체는 제로 볼트에서 2-100사이 범위의 합성 유전율을 갖는다.
상기 FE 재료의 유전율은 도핑 및 퀴리점 온도(Tc) 제어에 의해 조정될 수 있다. 자주 쓰이는 도핑제로는 산화물로서 삽입되는 텅스텐(W), 망간(Mn), 및 마그네슘(Mg) 등이 있다. 그러나 주기표 같은 족내의 다른 등가 원소가 사용될 수 있기도 한다. FE 재료는 Tc에서 가장 큰 유전율을 가지며, 상기 유전체는 온도가 상승 또는 하강함에 따라 급격하게 떨어진다. 그러나 Tc 이상의 온도에서 유전율의 변화가 대게 작다. 따라서 FE 재료의 Tc는 대게 상기 유전체 재료에의 동작온도 이하이도록 선택된다.
유전율 1인 공기로 만들어진 안테나는 상대적으로 높은 유전율 재료로 만들어진 안테나보다 손실이 적다. 그러나, 안테나의 크기(유효 파장)을 줄이기 위해서는 상대적으로 높은 유전율 재료가 유용하다. 일반적으로 안테나 디자이너는 100이하의 유전율을 갖는 유전체 재료를 필요로 한다. 상기 FE 재료 유전율은 다양한 가격의 도핑제를 추가하므로써 줄어들 수 있다(바이어스 볼트마다 유전율 변화가 줄어든다). Tc와 도핑제 사이의 적절한 보상교환을 하므로써 바이어스 전압에서 1볼트 이하의 변화에 대하여 FE 재료 유전체에서 2:1보다 큰 변화를 실시할 수 있게 된다.
다시 도10a 및 10b로 돌아가서, 비록 상기 개방 단부 도파관 안테나가 도시되긴 하였으나, 상기 분석 및 설명은 개방 단부 원형 도파관 안테나 그리고 개방 단부 장방형 도파관 안테나에 적용되는 것이다. 또한, 상기 개방 단부 도파관 안테나(1000)는 동축 케이블, 병렬 플레이트, 또는 어떤 다른 도파관으로 부터의 신호 공급을 가질 수 있기도 하다.
도11a-11e는 선택 가능 동작 주파수를 갖는 본 발명 혼(horn) 안테나에 대한 도면이다. 도11a에서 도시된 바와 같이, 상기 혼 안테나(1100)는 레디에이터 혼(1102)과 상기 레디에이터 혼에 인접하여 위치한 강유전성 재료를 갖는 유전체(1106)를 포함한다. 상기 유전체는 상기 강유전율 재료에 가해지는 전압에 응답하는 가변 유전율을 가진다. 상기 동축 공급 라인(1004)은 한 센터 도선(1005)을 갖는 것으로 도시된다. 상기 혼(1102)은 상기 유전율에 응답하는 전기적 길이(1109)를 가진다. 상기 전기적 길이는 상기 주파수에 대하여는 상수이다. 상기 혼은 접지되거나 개방될 수 있다. 다시한번, 상기 레디에이터와 매설지선 지정은 임의적인 것이다. 상기 혼 안테나 원리 및 디자인은 당업자에게 잘알려져 있으며 따라서 설명의 간결함을 위해 본원 명세서에서는 설명되지 아니한다. 비록 FE재료가 혼 안테나에 보다 넓은 범위의 선택가능 동작 주파수를 제공하는 것이나, 상기 디자인 일반 원리는 본 발명 FE재료에의해 변경되지 아니한다.
상기 혼 안테나(1100)는 상기 공진 주파수와는 무관하게 사전에 정해진 고정 특성 임피던스를 가진다. 선택적으로 실시설명 된 바와같이, 상기 안테나(1100)는 상기 공진 주파수와는 무관하게 사전에 정해진 일정 이득을 같게된다.
도 11b는 도 11a의 혼 안테나 선택적 특징을 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 유전체(1106)는 한 고정 유전율을 갖는 제 1 재료로 형성된 하나 이상의 유전체층(1110)과 상기 고정 유전율을 갖는 유전체층(1110)에 인접하여 가변 유전율을 갖는 강유전성 재료로부터 형성된 유전체(1112)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 FE 재료(1112)를 갖는 유전체는 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(1110)위에 위치한다. 일반적으로 상기 FE 유전체층(1112) 가까이에서 도선에 전압이 가해져서 바람직한 유전율을 발생시키도록 한다. "+" 및 "-"기호로 표시된 상기 전압이 공급된다. 한 실시예에서, 전기 절연체(도시되지 않음)가 유전층(1112)과 전도 레디에이터 혼(1104) 사이에 오게되어 상기 바이어스 전압을 상기 ac 신호 전압으로부터 분리시키도록 한다. 그러나, 상기 안테나 튜닝을 간섭하는 상기 FE유전체(1112)위에 상기 바이어스 전압을 균등하게 분산시키기 위해서는 전도체 판이 대게 요구된다. 따라서, 전기적으로 분리시키는 슬릿(1108)이 상기 레디에이터(1102)내에 형성되어 상기 두 바이어스 전압 극성을 분리시키도록 할 수 있다. 상기 dc 전압이 상기 레디에이터 절반들에 의해 전도되는 ac 신호와 대개 겹쳐진다. 도시되지 않았지만, 선택에 따라 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(1110)가 강유전성 재료를 갖는 유전체(1112)위에 위치하게 된다. 안테나의 실시예에 따라서는 상기 바이어스 전압 극성들이 도시된 극성들과는 반대가 되도록 실시될 수 있기도 하다.
도 11c 및 11d는 멀티플 고정 유전율 층들을 갖는 도 11a 혼 안테나의 다른 선택적 실시예를 도시한 단면도이다. 상기 고정 유전율을 갖는 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전층(1112) 아래에 놓이는 제 1 층(1110a)을 형성시키며, 제 2 층(1110b)이 상기 강유전성 재료를 갖는 유전체(1112) 위에 놓인다. 상기 두 개의 고정 유전체층이 같은 유전율 또는 두께를 가질 필요는 없다. 세 개 또는 그 이상의 고정 유전체 층이 사용될 수 있기도 하다. 도시되지 않았지만 선택에 따라, 멀티플 FE 층들이 고정 유전체 층 둘레에 형성되거나, 고정 유전체 및 FE 층 모두의 멀티플 층들이 사용될 수도 있다. 상기 멀티플 FE 유전체층들은 각기 다른 두께를 갖거나 각기 다른 FE 재료로 만들어질 수 있으며, 또는 같은 전압에 대하여 각기 다른 유전율을 가질 수 있기도 하다.
도 11e는 FE 재료의 한 내부층을 갖는 도 11a의 혼 안테나 선택적 실시예를 설명하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 강유전성 재료(1112)의 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(1110)내부에 형성된다. 실시예에서, 멀티플 FE 내부영역이 형성될 수 있다. 도시되진 않았지만 선택에 따라, 상기 고정 유전율의 유전체(1110)는 상기 FE 유전체(1112)내부에 형성된다. 상기 내부 영역이 장방형 형상인 것으로 도시되었으나, 원형, 원통형, 및 계란 형상등과 같은 다른 형상으로 똑같이 실시 될 수있음을 주목하여야한다. 도시되지않은 또다른 변경으로 FE재료가 7e 및 7f와 등가로, 상기 dc바이어스 전압이 상기 레디에이터(1002)내부 패널에 의해 공급되어, 상기 슬릿(1009)이 형성될 필요가 없도록 할 수 있다.
선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체(1112)는 바륨 스트론튬 티탄산엽, BaxSr1-xTiO3(BSTO)로부터 형성된다. 그러나, 선택적으로 FE 재료는 잘 알려져 있으며 동등하게 기능을 수행할 수 있다. 가령 도 11b로 돌아가서, 강유전성 재료의 유전체(1112)는 0.15-2 마이크론 범위 두께를 갖는 박막층(1114)으로 형성될 수 있다. 선택적으로 상기 강유전성 재료의 유전체(1112)는 1.5-1000마이크론 범위 두께를 갖는 후막층(1114)으로 형성되기도 한다. 선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체는 제로볼트에서 100-5000범위의 유전율을 갖는다. 다른 선택적 실시예에서 고정 유전율의 제 1 재료로 형성된 유전체와 강유전성 재료로부터 형성된 유전체는 제로 볼트에서 2-100사이 범위의 합성 유전율을 갖는다.
상기 FE 재료의 유전율은 도핑 및 퀴리점 온도(Tc) 제어에 의해 조정될 수 있다. 자주 쓰이는 도핑제로는 산화물로서 삽입되는 텅스텐(W), 망간(Mn), 및 마그네슘(Mg) 등이 있다. 그러나 주기표 같은 족내의 다른 등가 원소가 사용될 수 있기도 한다. FE 재료는 Tc에서 가장 큰 유전율을 가지며, 상기 유전체는 온도가 상승 또는 하강함에 따라 급격하게 떨어진다. 그러나 Tc 이상의 온도에서 유전율의 변화가 대게 작다. 따라서 FE 재료의 Tc는 대게 상기 유전체 재료에의 동작온도 이하이도록 선택된다.
유전율 1인 공기로 만들어진 안테나는 상대적으로 높은 유전율 재료로 만들어진 안테나보다 손실이 적다. 그러나, 안테나의 크기(유효 파장)을 줄이기 위해서는 상대적으로 높은 유전율 재료가 유용하다. 일반적으로 안테나 디자이너는 100이하의 유전율을 갖는 유전체 재료를 필요로 한다. 상기 FE 재료 유전율은 다양한 가격의 도핑제를 추가하므로써 줄어들 수 있다(바이어스 볼트마다 유전율 변화가 줄어든다). Tc와 도핑제 사이의 적절한 보상교환을 하므로써 바이어스 전압에서 1볼트 이하의 변화에 대하여 FE 재료 유전체에서 2:1보다 큰 변화를 실시할 수 있게 된다.
다시 도11a로 돌아가서, 상기 혼 안테나 설명은 동축 케이블, 원형 도파관, 장방형 도파관, 또는 병렬 플레이트 신호 공급을 사용하여, 장방형 도파관, 원형 도파관, 그리고 병렬 플레이트 혼에 동등하게 적용될 수 있는 것이다.
도12a-12f는 선택 가능 동작 주파수를 갖는 본 발명 모노 폴(monopole) 안테나에 대한 도면이다. 도12a에서 도시된 바와 같이, 상기 모노 폴(monopole) 안테나(1200)는 레디에이터(1202), 매설지선(1202), 적어도 부분적으로는 상기 레디에이터(1202)를 둘러싸는 유전체(1206)를 포함한다. 상기 유전체는 상기 강유전율 재료에 가해지는 전압에 응답하는 가변 유전율을 가진다. 상기레디에이터(1202)는 상기 유전율에 응답하는 전기적 길이(1208)를 가진다. 도시되지는 않았지만, 선택적으로 상기 레디에이터(1202)가 헬리컬 형상으로 형성될 수 있기도 하다. 상기 모노 폴 안테나 원리 및 디자인은 당업자에게 잘알려져 있으며 따라서 설명의 간결함을 위해 본원 명세서에서는 설명되지 아니한다. 비록 FE재료가 모노 폴 안테나에 보다 넓은 범위의 선택가능 동작 주파수를 제공하는 것이나, 상기 디자인 일반 원리는 본 발명 FE재료에의해 변경되지 아니한다.
상기 모노 폴 안테나(1200)는 상기 공진 주파수와는 무관하게 사전에 정해진 고정 특성 임피던스를 가진다. 즉, 상기 레디에이터의 전기적 길이는 상기 공진 주파수와는 무관하게 일정하다. 선택적으로 상기 안테나(1200)는 상기 공진 주파수와는 무관하게 사전에 정해진 일정 이득을 같게된다.
도 12b는 도 12a의 모노 폴 안테나 선택적 특징을 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 유전체(1206)는 한 고정 유전율을 갖는 제 1 재료로 형성된 하나 이상의 유전체층(1210)과 상기 고정 유전율을 갖는 유전체층(1210)에 인접하여 가변 유전율을 갖는 강유전성 재료로부터 형성된 유전체(1212)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 FE 재료(1212)를 갖는 유전체는 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(1210)위에 위치한다. 일반적으로 상기 FE 유전체층(1212) 가까이에서 도선에 전압이 가해져서 바람직한 유전율을 발생시키도록 한다. "+" 및 "-"기호로 표시된 상기 전압이 공급된다. 한 실시예에서, 전기 절연체(도시되지 않음)가 유전층(1212)과 상기 레디에이터(1204) 사이에 오게되어 상기 바이어스 전압을 상기 ac 신호 전압으로부터 분리시키도록 한다. 그러나, 상기 안테나 튜닝을 간섭하는 상기 FE 유전체(1212)위에 상기 바이어스 전압을 균등하게 분산시키기 위해서는 전도체 판이 대게 요구된다. 따라서, 상기 dc 전압이 상기 레디에이터(1202)에 의해 전도되는 ac 신호와 대개 겹쳐지며, 기준 접지가 전도 패널(1214)로 공급된다. 안테나의 실시예에 따라서는 상기 바이어스 전압 극성들이 도시된 극성들과는 반대가 되도록 실시될 수 있기도 하다. 또다른 실시예에서는, 상기 레디에디터(1202)가 dc바이어스를 지니지 않으며, 상기 두 바이어스 극성이 패널(1214)에의해 대신 유지된다.
도 12c는 멀티플 고정 유전율 층들을 갖는 도 12a 모노 폴 안테나의 다른 선택적 실시예를 도시한 단면도이다. 상기 고정 유전율을 갖는 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전층(1212) 아래에 놓이는 제 1 층(1210a)을 형성시키며, 제 2 층(1210b)이 상기 강유전성 재료를 갖는 유전체(1212) 위에 놓인다. 상기 두 개의 고정 유전체층이 같은 유전율 또는 두께를 가질 필요는 없다. 세 개 또는 그 이상의 고정 유전체 층이 사용될 수 있기도 하다. 도시되지 않았지만 선택에 따라, 멀티플 FE 층들이 고정 유전체 층 둘레에 형성되거나, 고정 유전체 및 FE 층 모두의 멀티플 층들이 사용될 수도 있다. 상기 멀티플 FE 유전체층들은 각기 다른 두께를 갖거나 각기 다른 FE 재료로 만들어질 수 있으며, 또는 같은 전압에 대하여 각기 다른 유전율을 가질 수 있기도 하다.
도 12d는 FE 재료의 한 내부층을 갖는 도 12a의 모노 폴 안테나 선택적 실시예를 설명하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 강유전성 재료(1212)의 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(1210)내부에 형성된다. 실시예에서는 하나만 도시되었지만, 멀티플 FE 내부영역이 형성될 수 있다. 도시되진 않았지만 선택에 따라, 상기 고정 유전율의 유전체(1210)는 상기 FE 유전체(1212)내부에 형성된다. 상기 내부 영역이 장방형 형상인 것으로 도시되었으나, 원형, 원통형, 및 계란 형상등과 같은 다른 형상으로 똑같이 실시 될 수있음을 주목하여야한다.
도 12e 및 12f는 본 발명 모노 폴 안테나의 또다른 선택적 실시예를 도시한 것이다.
선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체(1212)는 바륨 스트론튬 티탄산엽, BaxSr1-xTiO3(BSTO)로부터 형성된다. 그러나, 선택적으로 FE 재료는 잘 알려져 있으며 동등하게 기능을 수행할 수 있다. 가령 도 12b로 돌아가서, 강유전성 재료의 유전체(1212)는 0.15-2 마이크론 범위 두께를 갖는 박막층(1214)으로 형성될 수 있다. 선택적으로 상기 강유전성 재료의 유전체(1212)는 1.5-1000마이크론 범위 두께를 갖는 후막층(1214)으로 형성되기도 한다. 선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체는 제로볼트에서 100-5000범위의 유전율을 갖는다. 다른 선택적 실시예에서 고정 유전율의 제 1 재료로 형성된 유전체와 강유전성 재료로부터 형성된 유전체는 제로 볼트에서 2-100사이 범위의 합성 유전율을 갖는다.
상기 FE 재료의 유전율은 도핑 및 퀴리점 온도(Tc) 제어에 의해 조정될 수 있다. 자주 쓰이는 도핑제로는 산화물로서 삽입되는 텅스텐(W), 망간(Mn), 및 마그네슘(Mg) 등이 있다. 그러나 주기표 같은 족내의 다른 등가 원소가 사용될 수 있기도 한다. FE 재료는 Tc에서 가장 큰 유전율을 가지며, 상기 유전체는 온도가 상승또는 하강함에 따라 급격하게 떨어진다. 그러나 Tc 이상의 온도에서 유전율의 변화가 대게 작다. 따라서 FE 재료의 Tc는 대게 상기 유전체 재료에의 동작온도 이하이도록 선택된다.
유전율 1인 공기로 만들어진 안테나는 상대적으로 높은 유전율 재료로 만들어진 안테나보다 손실이 적다. 그러나, 안테나의 크기(유효 파장)을 줄이기 위해서는 상대적으로 높은 유전율 재료가 유용하다. 일반적으로 안테나 디자이너는 100이하의 유전율을 갖는 유전체 재료를 필요로 한다. 상기 FE 재료 유전율은 다양한 가격의 도핑제를 추가하므로써 줄어들 수 있다(바이어스 볼트마다 유전율 변화가 줄어든다). Tc와 도핑제 사이의 적절한 보상교환을 하므로써 바이어스 전압에서 1볼트 이하의 변화에 대하여 FE 재료 유전체에서 2:1보다 큰 변화를 실시할 수 있게 된다.
도13a-13f는 선택 가능 동작 주파수를 갖는 본 발명 다이 폴(dipole) 안테나에 대한 도면이다. 도13a에서 도시된 바와 같이, 상기 다이 폴 안테나(1300)는 레디에이터(1302), 매설지선(1302), 적어도 부분적으로는 상기 레디에이터(1302)를 둘러싸는 유전체(1306)를 포함한다. 상기 유전체(1306)는 상기 강유전체 재료에 가해지는 전압에 응답하는 가변 유전율을 갖는 강유전율 재료를 포함한다. 상기 레디에이터와 상기 매설지선은 상기 강유전체 재료에 응답하는 전기적 길이(1308)를 가진다. 도시되지는 않았지만, 선택적으로 상기 레디에이터(1302), 상기 매설지선, 또는 이들 모두는 헬리컬 형상으로 형성될 수 있기도 하다. 상기 다이 폴 안테나 원리 및 디자인은 당업자에게 잘알려져 있으며 따라서 설명의 간결함을 위해 본원명세서에서는 설명되지 아니한다. 비록 FE재료가 다이 폴 안테나에 보다 넓은 범위의 선택가능 동작 주파수를 제공하는 것이나, 상기 디자인 일반 원리는 본 발명 FE재료에의해 변경되지 아니한다.
상기 다이 폴 안테나(1300)는 상기 공진 주파수와는 무관하게 사전에 정해진 고정 특성 임피던스를 가진다. 즉, 상기 레디에이터 및 매설지선의 전기적 길이는 상기 공진 주파수와는 무관하게 일정하다. 대개, 상기 레디에이터(1302) 및 매설지선(1304)의 전기적 길이는 유전체와 관련 공진주파수 파장의 1/2 또는 1/4에 해당된다. 선택적으로 상기 안테나는 상기 공진 주파수와는 무관하게 사전에 정해진 일정 이득을 같게된다.
도 13b는 도 13a의 다이 폴 안테나 선택적 특징을 도시하는 도면이다. 도시된 바와 같이, 상기 유전체(1306)는 한 고정 유전율을 갖는 제 1 재료로 형성된 하나 이상의 유전체층(1310)과 상기 고정 유전율을 갖는 유전체층(1310)에 인접하여 가변 유전율을 갖는 강유전성 재료로부터 형성된 유전체(1312)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 상기 FE 재료(1312)를 갖는 유전체는 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(1310)위에 위치한다. 일반적으로 상기 FE 유전체층(1312) 가까이에서 도선에 전압이 가해져서 바람직한 유전율을 발생시키도록 한다. "+" 및 "-"기호로 표시된 상기 전압이 공급된다. 한 실시예에서, 전기 절연체(도시되지 않음)가 유전층(1312)과 상기 레디에이터(1304) 사이에 오게되어 상기 바이어스 전압을 상기 ac 신호 전압으로부터 분리시키도록 한다. 그러나, 상기 안테나 튜닝을 간섭하는 상기 FE 유전체(1312)위에 상기 바이어스 전압을 균등하게 분산시키기 위해서는전도체 판이 대게 요구된다. 따라서, 상기 dc 전압이 상기 레디에이터(1302)에 의해 전도되는 ac 신호와 대개 겹쳐지며, 기준 접지가 전도 패널(1314)로 공급된다. 안테나의 실시예에 따라서는 상기 바이어스 전압 극성들이 도시된 극성들과는 반대가 되도록 실시될 수 있기도 하다. 또다른 실시예에서는, 상기 레디에디터(1302)가 dc바이어스를 지니지 않으며, 상기 두 바이어스 극성이 패널(1314)에의해 대신 유지된다.
도 13c는 멀티플 고정 유전율 층들을 갖는 도 13a 다이 폴 안테나(1300)의 다른 선택적 실시예를 도시한 단면도이다. 상기 고정 유전율을 갖는 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전층(1312) 아래에 놓이는 제 1 층(1310a)을 형성시키며, 제 2 층(1310b)이 상기 강유전성 재료를 갖는 유전체(1312) 위에 놓인다. 상기 두 개의 고정 유전체층이 같은 유전율 또는 두께를 가질 필요는 없다. 세 개 또는 그 이상의 고정 유전체 층이 사용될 수 있기도 하다. 도시되지 않았지만 선택에 따라, 멀티플 FE 층들이 고정 유전체 층 둘레에 형성되거나, 고정 유전체 및 FE 층 모두의 멀티플 층들이 사용될 수도 있다. 상기 멀티플 FE 유전체층들은 각기 다른 두께를 갖거나 각기 다른 FE 재료로 만들어질 수 있으며, 또는 같은 전압에 대하여 각기 다른 유전율을 가질 수 있기도 하다.
도 13d는 FE 재료의 한 내부층을 갖는 도 13a의 다이 폴 안테나 선택적 실시예를 설명하는 단면도이다. 도시된 바와 같이, 강유전성 재료(1312)의 유전체가 상기 고정 유전율을 갖는 유전체(1310)내부에 형성된다. 실시예에서는 하나만 도시되었지만, 멀티플 FE 내부영역이 형성될 수 있다. 도시되진 않았지만 선택에 따라,상기 고정 유전율의 유전체(1310)는 상기 FE 유전체(1312)내부에 형성된다. 상기 내부 영역이 장방형 형상인 것으로 도시되었으나, 원형, 원통형, 및 계란 형상등과 같은 다른 형상으로 똑같이 실시 될 수있음을 주목하여야한다.
도 13e 및 13f는 본 발명 다이 폴 안테나의 또다른 선택적 실시예를 도시한 것이다.
선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체(1312)는 바륨 스트론튬 티탄산엽, BaxSr1-xTiO3(BSTO)로부터 형성된다. 그러나, 선택적으로 FE 재료는 잘 알려져 있으며 동등하게 기능을 수행할 수 있다. 가령 도 13b로 돌아가서, 강유전성 재료의 유전체(1312)는 0.15-2 마이크론 범위 두께를 갖는 박막층(1314)으로 형성될 수 있다. 선택적으로 상기 강유전성 재료의 유전체(1312)는 1.5-1000마이크론 범위 두께를 갖는 후막층(1314)으로 형성되기도 한다. 선택적 실시예에서, 상기 강유전성 재료의 유전체는 제로볼트에서 100-5000범위의 유전율을 갖는다. 다른 선택적 실시예에서 고정 유전율의 제 1 재료로 형성된 유전체와 강유전성 재료로부터 형성된 유전체는 제로 볼트에서 2-100사이 범위의 합성 유전율을 갖는다.
상기 FE 재료의 유전율은 도핑 및 퀴리점 온도(Tc) 제어에 의해 조정될 수 있다. 자주 쓰이는 도핑제로는 산화물로서 삽입되는 텅스텐(W), 망간(Mn), 및 마그네슘(Mg) 등이 있다. 그러나 주기표 같은 족내의 다른 등가 원소가 사용될 수 있기도 한다. FE 재료는 Tc에서 가장 큰 유전율을 가지며, 상기 유전체는 온도가 상승 또는 하강함에 따라 급격하게 떨어진다. 그러나 Tc 이상의 온도에서 유전율의 변화가 대게 작다. 따라서 FE 재료의 Tc는 대게 상기 유전체 재료에의 동작온도 이하이도록 선택된다.
유전율 1인 공기로 만들어진 안테나는 상대적으로 높은 유전율 재료로 만들어진 안테나보다 손실이 적다. 그러나, 안테나의 크기(유효 파장)을 줄이기 위해서는 상대적으로 높은 유전율 재료가 유용하다. 일반적으로 안테나 디자이너는 100이하의 유전율을 갖는 유전체 재료를 필요로 한다. 상기 FE 재료 유전율은 다양한 가격의 도핑제를 추가하므로써 줄어들 수 있다(바이어스 볼트마다 유전율 변화가 줄어든다). Tc와 도핑제 사이의 적절한 보상교환을 하므로써 바이어스 전압에서 1볼트 이하의 변화에 대하여 FE 재료 유전체에서 2:1보다 큰 변화를 실시할 수 있게 된다.
도 14는 단일-대역 무선 통신 안테나를 주파수 튜닝하기 위한 본 발명 방법을 설명하는 흐름도이다. 상기 흐름도 방법이 설명의 편의를 위해 번호순 단계에 의한 것으로 도시되기는 하였으나 특별히 명시되지 않는한 상기 번호 매김이 어떤 순서를 의미하는 것으로 해석되어서는 아니된다. 상기 단계중 몇가지 단계는 생략될 수 있으며, 병렬로 수행되거나, 엄격한 순서를 지킴을 요구함이 없이 수행될 수도 있는 것이다. 상기 방법은 단계(1400)에서 출발한다. 단계(1402)은 단일-레디에이터를 형성한다. 실시예에 따라, 단계(1404)는 상기 레디에이터로의 매설지선을 형성시킨다. 단계(1406)는 상기 레디에이터에 인접한 강유전성 재료를 갖는 유전체를 형성시킨다. 단계(1408)는 상기 강유전성 재료로 한 전압을 가한다. 상기 전압을 가함에 응답하여 단계(1404)가 유전율을 발생시킨다. 단계(1412)는 상기 유전율에 응답하여 공진주파수에서 전자기장을 전달시킨다.
본 발명 방법의 특정 실시에 따라, 단계(1414)는 가해진 전압을 변경시킨다. 다음에 단계(1416)가 상기 가해진 전압에서의 변경에 응답하여 상기 공진 주파수를 변경시킨다. 일정 실시예에서, 상기 공진 주파수를 변경시킴은 상기 가해진 전압에 응답하여 가변 동작 주파수를 갖는 안테나를 형성시킴을 포함한다. 일정 동작 주파수를 갖는 안테나를 형성시킴은 상기 공진 주파수와는 무관하게 사전에 정해진 고정 특성 임피던스를 갖는 안테나를 형성시킴을 포함한다. 본 발명의 다른 실시 특징에 따라, 한 가변 동작 주파수를 갖는 안테나를 형성시킴은 상기 공진 주파수와는 무관하게 사전에 정해진 일정한 이득을 갖는 안테나를 형성시킴을 포함한다.
본 발명의 다른 실시 특징에 따라, 단계(1406)에서 강유전성 재료로 유전체를 형성시킴은 하위의 단계들을 포함한다. 단계(1406a)는 한 고정 유전율을 갖는 제 1 재료로부터 유전체 재료를 갖는 유전체를 형성시킨다. 단계(1406b)는 가변 유전율을 갖는 강유전성 재료를 갖는 유전체를 형성시킨다. 다음에, 단계(1416)에서 상기 가변 유전율에 응답하여 공진 주파수를 변경시킴은 상기 강유전성 재료의 유전율을 변경시킴에 응답하여 상기 공진 주파수를 변경시킴을 포함한다.
본 발명의 다른 실시 특징에 따라, 단계(1406)에서 강유전성 재료를 갖는 유전체는 다수의 유전체 재료로 유전체를 형성시킴을 포함한다. 선택적으로, 단계(1406)는 각각이 가변 유전율을 가지는 다수의 강유전성 재료로 유전체를 형성시킴을 포함한다.
본 발명의 다른 실시 특징에 따라, 단계(1406)는 강유전성 재료를 갖는 유전체에 인접하여 고정 유전율을 갖는 유전체를 형성시킴을 포함한다. 상기 방법의 한 특정 실시에 따라, 단계(1406a)는 상기 레디에이터에 인접하여 고정 유전율을 갖는 유전체를 형성시킴을 포함한다. 선택에 따라 단계(1406b)는 상기 레디에이터에 인접하여 상기 강유전성 재료를 갖는 유전체를 형성시킴을 포함한다.
또다른 본 발명의 실시 특징에 따라, 단계(1406a)에서 고정 유전율을 갖는 유전체를 형성시킴은 거품(foam), 공기 FR4, 알루미나, 그리고 TMM을 포함하는 그룹으로부터 선택된 재료에서 상기 유전체를 형성시킴을 포함한다. 단계(1406b)는 바륨 스트론튬 티탄산염, BaxSr1-xTiO3(BSTO)로부터의 강유전성 재료로 상기 유전체를 형성시킴을 포함한다.
본 발명의 다른 실시 특징에 따라, 단계(1406)는 0.15-2마이크론 범위 두께를 갖는 박막으로 상기 강유전성 재료를 형성시킴을 포함한다. 선택에 따라, 1.5-1000마이크론 범위 두께의 후막이 형성될 수 있기도 하다. 본 발명 특정 실시예에서 단계(1406)를 제로 볼트에서 100-5000 사이 범위 유전율을 갖는 유전체를 형성시킴을 포함한다. 다른 실시예에서, 강유전성 재료를 갖는 유전체를 형성시킴은 제로 볼트에서 2-100 사이 범위의 혼합 유전율을 갖는 FE 유전체층(단계 1406b) 그리고 고정 유전율층(단계 1406a)을 형성시킴을 포함한다.
본 발명의 특정 실시예에 따라, 단계(1412)에서 공진주파수에서 전자기장을 전달시킴은 824-894MHz 그리고 1850-1990MHZ와 같은 공진 주파수에서 전자기장을 전달시킴을 포함한다.
본 발명의 다른 실시에 따라, 단계(1410)에서 강유전성 재료로 전압을 가함은 0-3.3 볼트 사이 범위 상대적 dc 전압을 가함을 포함한다.
도 15는 도 14에서 도시된 방법의 선택적 특징을 설명하는 흐름도이다. 상기 방법은 단계(1500)에서 시작된다. 단계(1502)는 강유전성 재료를 갖는 유전체에 근접하여 단일-레디에이터를 제공한다. 단계(1504)는 상기 강유전성 재료로 한 전압을 가한다. 상기 가해지는 전압에 응답하여 단계(1506)는 상기 강유전성 재료의 유전율을 변경시킨다. 상기 강유전성 재료의 유전율을 변경시킴에 응답하여, 단계(1508)는 상기 레디에이터의 공진 주파수를 변경시킨다.
FE 유전체 재료로 만들어진 안테나 패밀 리가 제공되었다. 다수의 안테나 스타일이 상기 기본적인 발명사상을 설명하기 위해 제공되었다. 그러나 본 발명은 이들 안테나 디자인으로 제한되어서는 아니될 것이다. 본 발명 FE 유전체 재료는 유전체를 사용하는 어떠한 안테나에도 적용될 것이다.

Claims (49)

  1. 단일-대역 무선 통신 안테나의 주파수 튜닝 방법으로서, 이 방법은,
    - 단일-래디에이터(single-radiator)를 형성하고,
    - 상기 래디에이터에 인접한 위치에 강유전체 물질로 유전체를 형성하며,
    - 강유전체 물질에 전압을 공급하고,
    - 전압 공급에 따라, 유전 상수를 발생시키며,
    - 유전 상수에 따라, 공진 주파수에서 전자기장을 소통시키는,
    이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    - 공급 전압을 변화시키고, 그리고
    - 공급 전압의 변화에 따라 공진 주파수를 수정하는,
    이상의 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 공진 주파수를 수정하는 상기 단계는,
    - 공급 전압에 따라 가변 동작 주파수를 가진 안테나를 형성하는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 가변 동작 주파수를 가진 안테나를 형성하는 상기 단계는,
    - 공진 주파수에 상관없이, 지정된 고정 특성 임피던스를 가진 안테나를 형성하는,
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 가변 동작 주파수를 가진 안테나를 형성하는 상기 단계는,
    - 공진 주파수에 상관없이, 지정된 일정 이득을 가진 안테나를 형성하는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 강유전체 물질로 유전체를 형성하는 상기 단계는,
    - 고정 유전 상수를 가진 제 1 물질로부터 유전체를 형성하고,
    - 가변 유전 상수를 가진 강유전체 물질로 유전체를 형성하는,
    과정을 포함하며, 이때, 유전 상수 변화에 따라 공진 주파수를 수정하는 상기 단계는 강유전체 물질의 유전 상수 변화에 따라 공진 주파수를 수정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 강유전체 물질로 유전체를 형성하는 상기 단계는,
    - 고정 유전상수를 가진 다수의 유전 물질로 유전체를 형성하는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 강유전체 물질로 유전체를 형성하는 상기 단계는,
    - 각각이 가변 유전 상수를 가지는 다수의 강유전체 물질로 유전체를 형성하는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 강유전체 물질로 유전체를 형성하는 상기 단계는,
    - 강유전체 물질의 유전체에 인접한 위치에 고정 유전상수의 유전체를 형성하는,
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 강유전체 물질로 유전체를 형성하는 상기 단계는,
    - 상기 래디에이터에 인접한 위치에 고정 유전 상수의 유전체를 형성하는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  11. 제 6 항에 있어서, 강유전체 물질로 유전체를 형성하는 상기 단계는,
    - 상기 래디에이터에 인접한 위치에 강유전체 물질로 유전체를 형성하는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  12. 제 6 항에 있어서, 고정 유전 상수로 유전체를 형성하는 상기 단계는,
    - 폼(foam), 대기(air), FR4, 알루미나, 그리고 TMM 중에서 선택되는 물질로부터 유전체를 형성하는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  13. 제 2 항에 있어서, 강유전체 물질로 유전체를 형성하는 상기 단계는,
    - BaxSr1-xTiO3(BSTO)로부터 강유전체 물질의 유전체를 형성하는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  14. 제 2 항에 있어서, 강유전체 물질로 유전체를 형성하는 상기 단계는,
    - 0.15-2미크론 범위의 두께를 가진 박막으로 강유전체 물질을 형성하는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  15. 제 2 항에 있어서, 강유전체 물질로 유전체를 형성하는 상기 단계는,
    - 1.5-1000 미크론 범위의 두께를 가진 박막으로 강유전체 물질을 형성하는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  16. 제 2 항에 있어서, 공진 주파수에서 전자기파를 소통시키는 상기 단계는,
    - 824 및 894 MHz 및 1850 및 1990 MHz 중에서 선택되는 공진 주파수에서 소통되는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  17. 제 2 항에 있어서,
    - 상기 래디에이터에 카운터포이즈(counterpoise)를 형성하는
    단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  18. 제 2 항에 있어서, 강유전체 물질에 전압을 공급하는 상기 단계는,
    - 0 - 3.3 볼트 범위의 상대적 직류 전압을 공급하는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  19. 제 2 항에 있어서, 강유전체 물질로 유전체를 형성하는 상기 단계는,
    - 0 볼트에서 100 - 5000 범위의 유전상수로 강유전체 유전층을 형성하는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  20. 제 2 항에 있어서, 강유전체 물질로 유전체를 형성하는 상기 단계는,
    - 0 볼트에서 2 - 100 범위의 복합 유전 상수를 가지는 고정 유전상수 유전층과 강유전체층을 형성하는
    과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  21. 단일-대역 무선 통신 안테나의 주파수 튜닝 방법으로서,
    - 강유전체 물질의 유전체에 인접한 위치에 단일-래디에이터(single-radiator)를 제공하고,
    - 강유전체 물질에 전압을 공급하며,
    - 공급 전압에 따라, 강유전체 물질의 유전 상수를 변화시키고,
    - 강유전체 물질의 유전 상수 변화에 따라, 래디에이터의 공진 주파수를 수정하는,
    이상의 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 주파수 튜닝 방법.
  22. 선택형 동작 주파수를 가진 단일-대역 안테나로서, 상기 안테나는,
    - 단일-래디에이터(single-radiator),
    - 상기 래디에이터에 인접하게 배치되는 가변 유전 상수를 가진 강유전체 물질의 유전체
    를 포함하며, 이때, 상기 래디에이터는 강유전체 물질의 유전 상수에 따라 결정되는 주파수에서 공진하는 것을 특징으로 하는 단일 대역 안테나.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 래디에이터는 공진 주파수에 상관없이, 지정된 고정 특성 임피던스를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나.
  24. 제 22 항에 있어서, 상기 래디에이터는 공진 주파수에 상관없이, 지정된 일정 이득을 가지는 것을 특징으로 하는 안테나.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 유전체는,
    - 고정 유전 상수를 가진 제 1 물질로부터 형성되는 유전체,
    - 가변 유전 상수를 가진 강유전체 물질로부터 형성되는 유전체
    를 포함하며, 이때, 상기 래디에이터는 강유전체 물질의 가변 유전 상수에 따라 결정되는 공진 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 안테나는,
    - 강유전체 물질의 유전체에 전압을 공급하기 위한 수단
    을 추가로 포함하며, 이때, 강유전체 물질의 유전체는 공급 전압에 따라 변화하는 유전 상수를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나.
  27. 제 26 항에 있어서, 강유전체 물질의 유전체는 0볼트에서 100-5000 범위의 유전 상수를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나.
  28. 제 26 항에 있어서, 고정 유전 상수의 제 1 물질로부터 형성되는 유전체와, 강유전체 물질로부터 형성되는 유전체는 0 볼트에서 2 - 100 범위의 복합 유전 상수를 가지는 것을 특징으로 하는 안테나.
  29. 제 22 항에 있어서,
    - 래디에이터에 대한 카운터포이즈(counterpoise)
    를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
  30. 제 22 항에 있어서, 강유전체 물질의 유전체가 BaxSr1-xTiO3(BSTO)로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  31. 제 22 항에 있어서, 강유전체 물질의 유전체는 0.15 - 2 미크론 범위의 두께를 가지는 박막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  32. 제 22 항에 있어서, 강유전체 물질의 유전체는 1.5 - 1000 미크론 범위의 두께를 가지는 박막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나.
  33. 선택형 동작 주파수를 가지는 단일-대역 패치 안테나로서, 이 패치 안테나는,
    - 카운터포이즈(counterpoise),
    - 상기 카운터포이즈 위에 놓이는 강유전체 물질의 유전체로서, 강유전체 물질에 공급되는 전압에 따라 변화하는 유전 상수를 가지는 유전체, 그리고
    - 상기 유전상수에 따라 결정되는 공진 주파수를 가지는 유전체 위의 한개 이상의 래디에이터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일-대역 패치 안테나(single-band patch antenna).
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 안테나는 상기 공진 주파수에 상관없이, 지정된 고정 특성 임피던스를 가지는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  35. 제 33 항에 있어서, 상기 안테나는 공진 주파수에 상관없이, 지정된 일정 이득을 가지는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  36. 제 33 항에 있어서, 상기 유전체는,
    - 고정 유전 상수의제 1 유전 물질로부터 형성되는 한개 이상의 유전층, 그리고
    - 상기 고정 유전 상수를 가진 유전체에 인접한 위치에, 가변 유전 상수를 가진 강유전체 물질로부터 형성되는 유전체
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  37. 제 36 항에 있어서, 강유전체 물질로부터 형성되는 유전체가, 고정 유전 상수를 가진 유전체 위에 놓이는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  38. 제 36 항에 있어서, 고정 유전 상수의 유전체가 강유전체 물질의 유전체 위에 놓이는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  39. 제 36 항에 있어서, 고정 유전 상수를 가진 유전체가, 강유전체 물질의 유전체 아래에 놓인 제 1 층과, 강유전체 물질의 유전체 위에 놓인 제 2 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  40. 제 36 항에 있어서, 강유전체 물질의 유전체가 고정 유전 상수의 유전체에 대해 내측으로 형성되는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  41. 제 36 항에 있어서, 강유전체 물질의 유전체가 고정 유전 상수의 유전체에 대해 외측으로 형성되는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  42. 제 33 항에 있어서, 강유전체 물질을 가진 유전체가 BaxSr1-xTiO3(BSTO)로부터 형성되는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 BSTO 강유전체 물질이 텅스텐, 망간, 마그네슘 중에서 선택되는 산화물 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  44. 제 42 항에 있어서, 강유전체 물질의 유전체가 1볼트 미만의 바이어스 전압변화에 따라 두배가 되는 유전 상수를 가지는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  45. 제 42 항에 있어서, 강유전체 물질의 유전체가 0 볼트에서 100 - 5000 범위의 유전 상수를 가지는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  46. 제 36 항에 있어서, 고정 유전 상수의 제 1 물질로부터 형성되는 유전체와, 강유전체 물질로부터 형성되는 유전체가 0 볼트에서 2 - 100 범위의 복합 유전 상수를 가지는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  47. 제 33 항에 있어서, 강유전체 물질의 유전체가 0.15 - 2 미크론 범위의 두께를 가진 박막층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  48. 제 33 항에 있어서, 강유전체 물질의 유전체가 1.5 - 1000 미크론 범위의 두께를 가지는 박막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
  49. 제 33 항에 있어서, 상기 래디에이터는 1/4파장 및 반파장 중에서 선택되는 유효 파장을 가지는 것을 특징으로 하는 패치 안테나.
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