KR20110057655A - 슬로우 웨이브 구조를 이용하는 엔포트 피딩 시스템 및 이에 포함된 피딩 소자 - Google Patents

슬로우 웨이브 구조를 이용하는 엔포트 피딩 시스템 및 이에 포함된 피딩 소자 Download PDF

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KR20110057655A KR1020090114142A KR20090114142A KR20110057655A KR 20110057655 A KR20110057655 A KR 20110057655A KR 1020090114142 A KR1020090114142 A KR 1020090114142A KR 20090114142 A KR20090114142 A KR 20090114142A KR 20110057655 A KR20110057655 A KR 20110057655A
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Abstract

본 발명은 슬로우 웨이브 구조를 이용하여 전력을 급전하는 피딩 시스템에 관한 것이다. 상기 피딩 시스템은 제 1 기판, 상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴, 상기 제 1 기판으로부터 이격되어 위치하는 제 2 기판 및 상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴은 전기적으로 연결되며, 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴 중 적어도 하나는 슬로우 웨이브 구조를 가진다.
슬로우 웨이브, 페이즈 쉬프터, 피딩, slow wave

Description

슬로우 웨이브 구조를 이용하는 엔포트 피딩 시스템 및 이에 포함된 피딩 소자{N PORT FEEDING SYSTEM USING A SLOW WAVE STRUCTURE AND FEEDING DEVICE INCLUDED IN THE SAME}
본 발명은 피딩 시스템 및 이에 포함된 피딩 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 슬로우 웨이브 구조를 사용하며 입력 전력을 N 포트들로 분배시킬 수 있는 피딩 시스템 및 이에 포함된 피딩 소자에 관한 것이다.
피딩 시스템(Feeding System)은 외부로부터 입력된 전력을 출력단을 통하여 타소자, 예를 들어 복사 소자들로 급전하는 소자로서, 예를 들어 아래의 도 1에 도시된 바와 같은 안테나에 사용되는 페이즈 쉬프터(Phase shifter)일 수 있다.
도 1은 일반적인 안테나를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 안테나는 반사판(100), 반사판(100)의 일측에 형성된 복수의 페이즈 쉬프터들(102) 및 반사판(100)의 타측면에 형성된 복수의 복사 소자들(104)을 포함한다.
페이즈 쉬프터(102)는 해당 복사 소자들(104)로 전달되는 전력(RF 신호)의 위상을 가변시켜서 복사 소자들(104)로부터 출력되는 빔의 각도, 즉 경사각을 조정 한다.
일반적으로, 하나의 페이즈 쉬프터(102)에는 3개의 복사 소자들(104)이 연결되며, 따라서 다수의 복사 소자들(104), 예를 들어 15개의 복사 소자들로 전력을 공급하기 위해서는, 즉 15 포트를 구현하기 위해서는 5개의 페이즈 쉬프터들(102)이 요구된다. 결과적으로, 반사판(100)의 일면 위에는 5개의 페이즈 쉬프터들(102)이 직렬로 배열될 수밖에 없어서 상기 안테나의 사이즈가 증가할 수밖에 없다.
또한, 페이즈 쉬프터들(102)을 각기 제어하므로, 상기 안테나의 경사각을 원하는 각도로 제어하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라 제어하기가 불편하였다.
본 발명의 목적은 안테나의 사이즈를 감소시키면서 사용하기 편리한 N 포트 피딩 시스템 및 이에 포함된 피딩 소자를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템은 제 1 기판; 상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴; 상기 제 1 기판으로부터 이격되어 위치하는 제 2 기판; 및 상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴은 전기적으로 연결되며, 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴 중 적어도 하나는 슬로우 웨이브 구조를 가진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 소자는 제 1 기판; 및 상기 제 1 기판 위에 배열되며, 슬로우 웨이브 구조를 가지는 제 1 패턴을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 패턴은 상기 제 1 기판과 이격된 제 2 기판 위에 배열된 제 2 패턴과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 피딩 소자는 제 1 패턴 및 상기 제 1 패턴과 전기적으로 분리된 제 3 패턴이 배열된 제 1 기판과 이격되어 위치하는 제 2 기판; 및 상기 제 2 기판 위에 역'ㄷ'자 형상을 가지고 배열되는 제 2 패턴을 포함한다. 여기서, 상기 제 2 패턴 중 일부분은 상기 제 1 패턴과 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 패턴 중 다른 일부분은 상기 제 3 패턴과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 피딩 시스템은 제 1 기판; 상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴; 상기 제 1 기판 위에서 상기 제 1 패턴과 대향적으로 배열된 도체인 제 2 패턴; 상기 제 1 기판 위에서 상기 제 1 패턴 및 상기 제 2 패턴과 이격되어 배열된 입력 패턴; 상기 입력 패턴으로부터 분기되며, 상기 제 1 패턴에 대응하는 제 1 급전 패턴; 및 상기 입력 패턴으로부터 분기되며, 상기 제 2 패턴에 대응하는 제 2 급전 패턴을 포함한다.
본 발명에 따른 피딩 시스템은 연속적으로 배열된 슬로우 웨이브 구조를 가지는 제 1 패턴들과 직선 형태의 제 3 패턴을 제 2 패턴들을 이용하여 전기적으로 연결시키는 방법을 통하여 입력 전력을 N 포트들, 예를 들어 15 포트들로 공급할 수 있으므로, 상기 피딩 시스템을 사용하는 안테나의 사이즈가 감소할 수 있다.
또한, 하나의 피딩 시스템만으로 다 포트를 제어할 수 있으므로, 즉 하나의 피딩 시스템의 제어로 다 포트를 구현할 수 있으므로, 사용자의 편리성이 향상될 수 있다.
게다가, 상기 피딩 시스템이 입력된 전력을 지연시키거나 분배시키므로, 상기 피딩 시스템은 페이즈 쉬프터뿐만 아니라 전력 분배기, 지연 소자 등으로 다양하게 활용될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피딩 시스템을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 피딩 시스템의 동작 구조를 도시한 도면이다.
본 실시예의 피딩 시스템(Feeding System)은 입력된 전력을 분배하거나 출력단을 통하여 타소자로 전력을 공급하는 모든 소자를 의미하며, 예를 들어 페이즈 쉬프터(Phase Shifter), 전력 분배기 및 지연 소자 등을 포함한다.
이하, 상기 페이즈 쉬프터를 예로 하여 상기 피딩 시스템의 구조 및 동작을 상술하겠다.
도 2를 참조하면, 상기 피딩 시스템은 상호 이격된 제 1 피딩 소자(200) 및 제 2 피딩 소자(202)를 포함한다.
제 1 피딩 소자(200)는 제 1 유전체 기판(210), 적어도 하나의 제 1 패턴(214), 제 3 패턴(218) 및 적어도 하나의 제 4 패턴(220)을 포함한다. 도시하지는 않았지만, 제 1 패턴들(214) 사이의 커플링을 방지하기 위하여 제 1 패턴들(214) 사이에 커플링 방지 소자들이 더 배열될 수도 있다.
제 2 피딩 소자(202)는 제 2 유전체 기판(212) 및 적어도 하나의 제 2 패턴(216)을 포함한다.
제 1 유전체 기판(210)은 상기 피딩 시스템이 안테나에 사용될 경우 반사판(미도시)의 일측면 위에 배열되며, 소정 유전율을 가지는 유전체 물질로 이루어진다. 이러한 제 1 유전체 기판(210)의 배면에는 후술하는 바와 같이 접지판이 형성된다.
제 1 패턴(214)은 도체이며, 도 2에 도시된 바와 같이 슬로우 웨이브 구 조(Slow wave structure)로 구현된다. 구체적으로는, 제 1 패턴(214)은 베이스 패턴(230) 및 베이스 패턴(230)으로부터 돌출된 적어도 하나의 돌출부(232)로 이루어지며, 바람직하게는 복수의 돌출부들(232)이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 패턴들(214a 내지 214n) 중 일부는 다른 제 1 패턴들과 다른 전기적 길이를 가질 수 있다. 이러한 전기적 길이 차이를 구현하기 위한 일 방법으로, 제 1 패턴들(214a 내지 214n) 중 일부의 돌출부들(232)의 수를 다른 제 1 패턴들(214a 내지 214n)의 돌출부들(232)의 수와 다르게 설정한다. 결과적으로, 제 1 패턴들(214a 내지 214n)을 통하여 복사 소자들(222)로 급전되는 RF 신호들의 위상들의 일부가 다르게 구현될 수 있다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하겠다.
물론, 제 1 패턴들(214a 내지 214n)이 모두 동일한 수의 돌출부들(232)을 가지도록 구현될 수도 있지만, 안테나의 특성상 제 1 패턴들(214a 내지 214n) 중 일부의 돌출부들(232)의 수는 다른 제 1 패턴들(214a 내지 214n)의 돌출부들(232)의 수와 다른 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 1 패턴(214)에 형성된 돌출부들(232)에서, 상부에 형성된 돌출부들(232)의 수가 하부에 형성된 돌출부들(232)의 수와 다를 수도 있다.
돌출부들(232)의 형상을 살펴보면, 도 2에서는 돌출부들(232)이 각기 사각형 형상을 가지는 것으로 도시하였으나 돌출부들(232)은 삼각형 형상, 곡선 형상 등 다양한 형태를 가질 수 있다.
제 3 패턴(218)은 제 1 유전체 기판(200) 위에서 예를 들어 직선 라인 형태로 구현되며, 예를 들어 제 1 패턴들(220)을 모두 커버할 수 있는 길이를 가지고 구현된다.
또한, 제 3 패턴(218)은 입력단으로서 역할을 수행한다. 즉, 제 3 패턴(218)의 일 종단, 도 2에서는 좌측 종단으로 전력(RF 신호)이 입력되며, 입력된 전력은 후술하는 바와 같이 제 2 패턴(216)을 통하여 제 1 패턴들(214)로 전달된다.
제 4 패턴(220)은 도체이며, 제 1 패턴(214)과 출력단 소자, 예를 들어 복사 소자(222)를 전기적으로 연결시킨다. 결과적으로, 제 3 패턴(218)으로 입력된 전력은 제 2 패턴(216), 제 1 패턴(214) 및 제 4 패턴(220)을 통하여 복사 소자(222)로 전달된다. 결과적으로, 복사 소자(222)로부터 특정 방사 패턴이 출력된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 4 패턴들(220)을 통하여 전달되는 RF 신호들의 위상들의 일부 또는 전부가 다를 수 있다. 다만, 안테나의 동작을 고려할 때 상기 위상들이 일정한 규칙을 가지고 구현될 가능성이 높으며, 경사각 조정을 위하여 상기 위상들을 가변시킬 경우 상기 위상들은 후술하는 바와 같이 일정한 패턴을 가지고 가변될 수 있다.
도 2에서는, 제 4 패턴들(220)이 모두 동일한 모양 및 사이즈(폭 및 길이)를 가지는 것으로 도시하였으나, 사용자의 목적, 예를 들어 전력 분배 방법에 따라 제 4 패턴들(220) 중 일부의 모양 또는 사이즈가 다른 제 4 패턴들(220)과 다를 수 있다. 결과적으로, 제 4 패턴들(220) 중 일부의 임피던스가 다른 제 4 패턴들(220)과 다를 수 있다.
제 2 유전체 기판(212)은 소정 유전율을 가지는 유전체 물질로 이루어지며, 제 1 유전체 기판(210)과 동일한 유전율을 가질 수도 있고 다른 유전율을 가질 수도 있다.
제 2 패턴들(216)은 도체로서, 제 2 유전체 기판(212) 위에 예를 들어 규칙적으로 배열되며, 제 1 패턴들(214)에 대응하는 수를 가진다.
이러한 제 2 패턴들(216)은 제 3 패턴(218)과 제 1 패턴들(214)을 전기적으로 연결시키는 역할을 수행한다. 상세하게는, 제 2 패턴(216) 중 일부, 도 2에서는 좌측 부분이 제 3 패턴(218)과 전기적으로 연결되고, 다른 부분, 도 2에서는 우측 부분이 해당 제 1 패턴(214)과 전기적으로 연결된다. 결과적으로, 제 3 패턴(218)으로 입력된 전력이 제 2 패턴(216)을 통하여 제 1 패턴(214)으로 전달된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 패턴(216)은 제 1 패턴(214)과 제 3 패턴(218)을 커플링 방식을 통하여 연결시키며, 도 2에 도시된 바와 같이 역'ㄷ'자 형상을 가질 수 있다. 물론, 제 2 패턴(216)이 제 1 패턴(214)과 제 3 패턴(218)을 전기적으로 연결시킬 수 있는 한, 제 2 패턴(216)의 모양은 특별한 제한되지 않는다.
도 2에서는, 제 2 패턴들(216)의 모양 및 사이즈가 모두 동일한 것으로 도시하였으나, 일부가 다른 모양 또는 사이즈를 가질 수 있다.
요컨대, 제 1 유전체 기판(210) 위에는 상호 전기적으로 분리된 제 1 패턴들(214a 내지 214n) 및 제 3 패턴(218)이 형성되고, 제 2 유전체 기판(212) 위에는 제 2 패턴들(216)이 형성된다. 이러한 구조에서 제 2 유전체 기판(212)이 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 유전체 기판(210) 위로 놓여지면, 제 2 패턴들(216)이 커플링 방식을 통하여 제 1 패턴들(214)과 제 3 패턴(218)을 전기적으로 연결시킨다. 결과적으로, 복사 소자들(222)로부터 소정 방사 패턴이 출력된다.
이러한 구조의 피딩 시스템에서, 복사 소자들(222)로부터 출력되는 방사 패턴의 방향, 즉 경사각을 변화시키고자 하는 경우 복사 소자들(222)로 제공되는 RF 신호들의 위상이 가변되어야 한다. 이것은 제 1 유전체 기판(210)을 고정시킨 상태로 제 2 유전체 기판(212)을 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 유전체 기판(210) 위에서 좌우 방향(가로 방향)으로 움직이도록 제어함에 의해 구현될 수 있다. 물론, 제 2 유전체 기판(212)을 고정시킨 상태에서 제 1 유전체 기판(210)이 좌우 방향으로 움직이도록 제어할 수도 있다.
이하, 상기 피딩 시스템에서 위상 가변 과정을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템의 동작 구조를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 유전체 기판이 제 1 유전체 기판 위에 놓여졌을 때의 피딩 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
제 2 피딩 소자(202)가 제 1 피딩 소자(200) 위로 놓이면, 도 4(A) 및 도 5에 도시된 바와 같이 제 2 패턴(216)의 일부분이 해당 제 1 패턴(214)과 겹쳐지고 제 2 패턴(216)의 다른 일부분이 제 3 패턴(218)과 겹쳐지게 된다. 결과적으로, 제 1 패턴들(214)과 제 3 패턴(218)이 제 2 패턴들(216)을 통하여 전기적으로 연결된다.
이러한 상태에서, 도 4(B)에 도시된 바와 같이 제 2 피딩 소자(202)가 예를들어 우측 방향으로 이동하면, 제 1 패턴(214)과 제 2 패턴(216)의 겹치는 부분과 제 3 패턴(218)과 제 2 패턴(216)의 겹치는 부분이 변화된다. 예를 들어, 제 2 패턴(216)의 종단 부분이 a지점에서 c지점으로, b지점에서 d지점으로 변화되었다고 가정하면, 제 1 패턴들(214)과 해당 제 2 패턴들(216) 사이에서의 전기적 길이는 △l1, △l2, △l3,‥‥△ln만큼 각기 변화되고, 제 3 패턴(218)과 해당 제 2 패턴들(216) 사이에서의 전기적 길이는 모두 △L만큼 변화된다. 따라서, 제 4 패턴(220)으로 출력되는 전력(RF 신호)의 위상(
Figure 112009072257815-PAT00001
)은 아래의 수학식 1과 같이 가변된다.
Figure 112009072257815-PAT00002
, 여기서, N=1, 2,‥,n이며, λg는 상기 RF 신호의 파장이다.
위 수학식 1을 참조하면, 위상(
Figure 112009072257815-PAT00003
)은 △lN과 △L의 합 길이 변화에 비례하여 변화됨을 확인할 수 있다.
이하, 도 4의 구조에서 각 복사 소자들(222)로 출력되는 RF 신호들의 위상 변화를 살펴보겠다. 다만, △L에 대한 고려는 생략한다.
도 4(B)에서와 같이 제 2 패턴들(216)이 이동하면, 제 1 패턴(214a) 및 해당 제 4 패턴(220-1)을 통하여 복사 소자(222-1)로 전송되는 제 1 RF 신호의 위상은 △l1의 전기적 길이에 비례하여 변화되고, 제 2 패턴(214b) 및 해당 제 4 패턴(220-2)을 통하여 복사 소자(222-2)로 전송되는 제 2 RF 신호의 위상은 △l2의 전기적 길이에 비례하여 변화된다. 또한, 제 n 패턴(214n) 및 해당 제 4 패턴(220-n)을 통하여 복사 소자(222-n)로 전송되는 제 n RF 신호의 위상은 △ln의 전기적 길이에 비례하여 변화된다.
도 4(B)에서 제 1 패턴들(214)을 전체적으로 살펴보면, 우측으로 갈 수록 돌출부들(232)의 수가 많아져서 전기적 길이가 더 커지므로, 우측의 복사 소자들(222)로 전송되는 RF 신호들의 위상이 더 크게 변화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 우측의 복사 소자들(222)로 전송되는 RF 신호들의 위상들이
Figure 112009072257815-PAT00004
,
Figure 112009072257815-PAT00005
,‥‥,
Figure 112009072257815-PAT00006
로 순차적으로 변화되도록 구현될 수도 있다.
물론, 제 1 패턴들(214)의 구조를 다르게 설계하면, 왼쪽으로 갈 수록 해당 RF 신호들의 위상이 더 크게 변화될 수도 있다.
위에서는, △L은 고려하지 않았으나 원하는 RF 신호의 위상들이 설정되면 △lN뿐만 아니라 △L도 고려하여 설계되어야 할 것이다. 물론, △L이 RF 신호의 위상 변화에 대한 영향이 작으므로, △L을 무시하고 △lN만을 고려하여 설계할 수도 있다.
요컨대, 본 실시예의 피딩 시스템은 예를 들어 제 2 피딩 소자(202)를 제 1 피딩 소자(200) 상에서 좌우로 이동시키는 방법을 통하여 복사 소자들(222)로 입력되는 RF 신호들의 위상을 가변시킨다. 즉, 상기 피딩 시스템은 페이즈 쉬프터로서 동작한다.
다른 관점에서, 제 4 패턴들(220)이 다른 소자들로의 출력 포트라고 가정하면, 제 3 패턴(218)으로 입력된 전력은 제 4 패턴들(220)을 통하여 상기 출력 포트와 연결된 소자들로 전달된다. 즉, 상기 피딩 시스템은 전력 분배기로서 동작할 수도 있다.
또 다른 관점에서, 하나의 겹쳐진 패턴만을 고려하면 제 2 패턴(216)이 우측으로 이동함에 따라 예를 들어 복사 소자(222)로 제공되는 RF 신호가 지연되게 된다. 즉, 상기 피딩 시스템은 지연 소자로서 동작할 수도 있다.
이하, 도 5에 도시된 구조의 단면(제 2 피딩 소자(202)가 제 1 피딩 소자(200) 위로 위치하였을 때의 단면)을 살펴보겠다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 유전체 기판(210) 위에 제 1 패턴(214)이 형성되고, 제 2 유전체 기판(212) 위에 제 2 패턴(216)이 형성된다. 또한, 제 1 유전체 기판(210)의 배면에 접지판(502)이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 패턴(214)과 제 2 패턴(216) 사이에 소정 유전율을 가지는 유전체층(500)이 위치할 수 있다. 예를 들어, 유전체층(500)은 제 1 패턴들(214) 위에 형성되며, 상호변조왜곡(PIMD)를 감소시키거나 부식을 방지하기 위해 사용된다.
도시하지는 않았지만, 유전체층(500)은 제 3 패턴(218)과 제 2 패턴(216) 사 이에도 존재할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템의 위상 조정 과정을 도시한 도면이다. 다만, △L은 해당 RF 신호의 위상에 영향을 미치지 않는 것으로 가정하고, 도 4에서 우측으로 갈수록 제 1 패턴(214)과 제 2 패턴(216) 사이에서의 전기적 길이 변화(△lN)가 일정한 값 차이를 가지도록 돌출부들(232)이 설계되었다고 가정한다. 즉, △l2=2×△l1, △l3=3×△l1,‥‥, △ln=n×△l
도 6을 참조하면, 제 1 유전체 기판(210) 위에는 예를 들어 n(2이상의 정수)개의 제 1 패턴들(214)이 형성되며, 제 1 패턴들(214)은 n개의 복사 소자들(222)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제 1 패턴들(214)과 제 2 패턴들(216)의 겹치는 영역들, 제 3 패턴(218)과 제 2 패턴들(216)의 겹치는 영역들이 상기 제 2 피딩 소자(202)의 이동에 따라 변화되면, 입력단(제 3 패턴(218) 중 좌측 종단)으로 입력된 전력 중 일부는 첫번째 단의 제 2 패턴(216) 및 제 1 패턴(214a)을 통하여 제 1 복사 소자(222-1)로 전송되고, 나머지 전력은 제 3 패턴(218)을 통하여 두번째 단으로 전달된다. 이 경우, 제 1 패턴(214a)을 통하여 제 1 복사 소자(222-1)로 전달되는 RF 신호의 위상은 전기적 길이 변화(△l1)로 인하여
Figure 112009072257815-PAT00007
만큼 변화된다.
두번째 단을 참조하면, 제 1 단으로부터 제 3 패턴(218)을 통하여 전달된 전력 중 일부는 두번째 단의 제 2 패턴(216) 및 제 1 패턴(214b)을 통하여 제 2 복사 소자(222-2)로 전송되고, 나머지 전력은 제 3 패턴(218)을 통하여 세번째 단으로 전달된다. 이 경우, 제 1 패턴(214)을 통하여 제 2 복사 소자(222-2)로 전달되는 RF 신호의 위상은 전기적 길이 변화(2×△l1)로 인하여
Figure 112009072257815-PAT00008
만큼 변화된다.
즉, 도 6에 도시된 바와 같이
Figure 112009072257815-PAT00009
,
Figure 112009072257815-PAT00010
,‥‥,
Figure 112009072257815-PAT00011
만큼 순차적으로 변화된 위상을 가지는 RF 신호들이 해당 복사 소자들(222)로 전달될 수 있으며, 그 결과 θ만큼 빔의 경사각이 조정될 수 있다.
요컨대, 본 실시예의 피딩 시스템은 각 제 1 패턴들(214)에 형성되는 돌출부들(232)의 수를 이용하여 원하는 경사각에 맞도록 해당 RF 신호들의 위상을 가변시킨다.
종래의 안테나와 비교하면, 종래의 안테나에서는 멀티 포트들을 구현하기 위하여, 즉 다수의 복사 소자들로 전력을 공급하기 위하여 많은 페이즈 쉬프터들이 필요하였다. 그러나, 본 실시예에서는 하나의 피딩 시스템을 이용하여 멀티 포트들을 구현할 수 있으므로, 상기 피딩 시스템을 사용하는 안테나의 사이즈가 감소할 수 있다.
또한, 종래의 안테나에서는 페이즈 쉬프터들을 각기 제어하여 경사각을 조정하여야 하는 불편함이 있었으나, 본 발명의 페이즈 쉬프터는 제 2 피딩 소자(202)를 좌우로 움직이는 간단한 동작만으로 경사각을 조정할 수 있어서 사용상 훨씬 편리해질 수 있다.
위에서는, 제 1 패턴들(214)에 형성된 돌출부들(232)의 사이즈가 모두 동일한 것으로 설명하였으나, 후술하는 바와 같이 일부가 다른 사이즈를 가질 수 있다. 또한, 돌출부들(232)이 사각형 형상을 가졌으나, 타원 형상들 다양한 형상을 가질 수도 있다.
또한, 위에서는 제 1 패턴들(214)에 형성된 돌출부들(232)의 수로 전기적 길이 차이, 즉 위상 차이를 구현하였으나, 제 1 패턴들(214)에 형성된 돌출부들(232)의 수가 모두 동일하게 하고 돌출부들(232)의 사이즈를 다르게 하여 전기적 길이 차이를 구현할 수 있다.
즉, 제 1 패턴들(214)이 슬로우 웨이브 구조를 가지면서 해당 RF 신호를 원하는 위상만큼 변화시킬 수 있는 한 제 1 패턴들(214)의 구조(사이즈, 형상 등)는 다양하게 변형될 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 패턴의 다양한 구조들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7(A) 및 도 7(B)를 참조하면, 돌출부들(232)이 베이스 패턴(230)으로부터 양방향으로 돌출되었던 도 2에서와 달리 돌출부들이 베이스 패턴으로부터 일 방향으로만 돌출된다.
도 7(C) 및 도 7(D)를 참조하면, 돌출부들 중 일부가 다른 돌출부들과 다른 길이를 가질 수 있다.
도 7(E) 및 도 7(F)를 참조하면, 돌출부들 중 일부의 폭이 다른 돌출부들의 폭과 다를 수 있다.
도 7(G)를 살펴보면, 베이스 패턴이 도 7(A) 내지 도 7(F)와 다르게 형성될 수 있다. 즉, 상기 베이스 패턴 중 제 4 패턴과 연결되는 부분의 폭이 돌출부들이 형성된 부분의 폭보다 넓게 구현될 수 있다.
즉, 제 1 패턴이 슬로우 웨이브 구조로 구현되는 한 상기 제 1 패턴의 구조는 다양하게 변형될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 피딩 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예의 피딩 시스템은 제 1 피딩 소자(800) 및 제 2 피딩 소자(802)를 포함한다.
제 1 피딩 소자(800)는 제 1 유전체 기판(810), 적어도 하나의 제 1 패턴(814), 제 3 패턴(818) 및 적어도 하나의 제 4 패턴(820)을 포함한다.
제 2 피딩 소자(802)는 제 2 유전체 기판(812) 및 적어도 하나의 제 2 패턴(816)을 포함한다.
제 1 패턴들(814) 및 제 2 패턴들(816)을 제외한 나머지 구성요소들은 제 1 실시예에서와 동일하므로, 이하 동일한 구성요소들에 대한 자세한 설명은 생략한다.
제 1 패턴(814)은 직선 라인 형태로 이루어지며, 즉 슬로우 웨이브 구조로 구현되었던 제 1 실시예에서와 달리 본 실시예의 제 1 패턴(814)에는 슬로우 웨이브 구조가 구현되지 않는다.
제 2 패턴(816)은 역'ㄷ'자 형상을 가지며, 일부는 해당 제 1 패턴(814)과 전기적으로 연결되고 다른 일부는 제 3 패턴(818)과 전기적으로 연결된다. 다만, 제 1 실시예에서 달리 본 실시예의 제 2 패턴(816)에는 도 8에 도시된 바와 같이 슬로우 웨이브 구조(830)가 구현된다. 즉, 제 2 패턴(816)의 일부분에는 도 8에 도시된 바와 같이 슬로우 웨이브 구조(830)를 위한 적어도 하나의 돌출부들이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 8에 도시된 바와 같이 제 2 패턴(816) 중 제 1 패턴(814)과 겹치는 부분에 슬로우 웨이브 구조가 구현될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도시하지는 않았지만 제 2 패턴(816) 중 제 3 패턴(818)과 겹치는 부분에 슬로우 웨이브 구조가 구현될 수도 있다.
즉, 제 1 패턴에 위상 지연을 위한 슬로우 웨이브 구조를 구현하였던 제 1 실시예에서와 달리, 본 실시예에서는 제 2 패턴(816)에 슬로우 웨이브 구조를 구현한다. 여기서, 동작 방법은 제 1 실시예에서와 유사하므로, 본 실시예의 피딩 시스템의 동작 방법에 대한 설명은 생략한다.
제 1 실시예와 제 2 실시예를 고려하면, 본 발명의 피딩 시스템은 제 1 패턴들과 전력이 입력되는 제 3 패턴을 제 2 패턴들이 전기적으로 연결시키며, 위상 변화를 위하여 제 1 피딩 소자 또는 제 2 피딩 소자를 좌우 방향으로 움직이도록 제어한다. 특히, 제 1 패턴 또는 제 2 패턴에 슬로우 웨이브 구조가 구현된다. 물론, 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴에 모두 슬로우 웨이브 구조가 구현될 수도 있다.
즉, 슬로우 웨이브 구조가 일부 패턴에 구현되고 제 2 패턴이 제 1 패턴과 제 3 패턴을 전기적으로 연결시키는 한 본 발명의 피딩 시스템의 구조는 다양하게 변형될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 피딩 시스템을 도시한 도면이다.
도 9를 참조하면, 본 실시예의 피딩 시스템은 제 1 피딩 소자(900) 및 제 2 피딩 소자(902)를 포함한다.
제 1 피딩 소자(900)는 제 1 유전체 기판(910), 적어도 하나의 제 1 패턴(914), 하나 이상의 제 2 패턴(916), 입력 패턴(922), 제 1 급전 패턴(924) 및 제 2 급전 패턴(926)을 포함한다.
제 2 피딩 소자(902)는 제 2 유전체 기판(912), 적어도 하나의 제 3 패턴(918) 및 하나 이상의 제 4 패턴(920)을 포함한다.
제 1 실시예 및 제 2 실시예서와 달리, 제 1 유전체 기판(910)의 양측에 각기 패턴들(914 및 916)이 존재하고, 각 패턴들(914 및 916)은 해당 복사 소자에 전기적으로 연결된다. 즉, 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서 10개의 제 1 패턴들을 가로 방향으로 순차적으로 배열하였다고 가정하면, 본 실시예의 피딩 시스템에서는 5개의 패턴들은 상단부에 가로 방향으로 하여 순차적으로 배열하고 나머지 5개의 패턴들은 하단부에 가로 방향으로 하여 순차적으로 배열할 수 있다. 결과적으로, 본 실시예의 피딩 시스템의 전체 길이가 제 1 실시예 및 제 2 실시예에서의 피딩 시스템의 전체 길이보다 작아질 수 있다. 또한, 임피던스 정합을 고려할 때 제 4 패턴들(914)로부터 해당 복사 소자들(222) 사이를 연결하는 케이블들(미도시)의 길이가 짧아질 수 있다.
즉, 제 1 실시예 및 제 2 실시예가 1단 구조로 구현하였다고 하면, 본 실시예서는 2단 구조로 구현된다. 여기서, 단은 세로 방향에서의 패턴의 수를 의미한다.
이러한 2단 구조에 맞춰서, 급전 패턴들(924 및 926) 및 패턴들(918 및 920)이 형성된다. 상세하게는, 제 3 패턴들(918)은 제 1 패턴들(914)과 제 1 급전 패턴(924)을 전기적으로 연결시키도록 구현되고, 제 4 패턴들(920)은 제 2 패턴들(916)과 제 2 급전 패턴(926)을 전기적으로 연결시키도록 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 급전 패턴들(924 및 926)은 입력 패턴(922)으로부터 분기된다. 따라서, 입력 패턴(922)으로 입력된 전력은 급전 패턴들(924 및 926)로 각기 분기된다. 여기서, 급전 패턴들(924 및 926)은 동일한 폭을 가질 수도 있고 서로 다른 폭을 가질 수도 있다.
요컨대, 본 실시예의 피딩 시스템은 제 1 피딩 소자의 패턴들을 복수의 단들로 분리하여 배열시키고, 상기 단들의 패턴들로 전력을 공급하기 위하여 복수의 급전 패턴들을 사용한다.
위에서는, 2단만을 설명하였으나 3단 이상으로 피딩 시스템이 구현될 수도 있다. 이 경우에는 도 9에 도시된 바와 같은 분배 구조(입력 패턴 및 급전 패턴들로 이루어짐)가 복수로 존재하여야 하며, 하나의 분배 네트워크를 형성하게 된다. 다만, 피딩 시스템의 복잡도를 고려할 때 외부에서 하나의 케이블 등을 통하여 전력이 입력된 후 상기 전력이 상기 단들에 맞춰서 분배되는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제 1 패턴들과 제 2 패턴들이 중앙에 배열된 상태에서 제 1 급전 패턴이 제 1 유전체 기판의 상단부에 배열되고 제 2 급전 패턴이 상기 제 1 유전체 기판의 하단부에 배열될 수도 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제 1 급전 패턴이 제 1 유전체 기판의 상단부에 배열되고, 제 1 패턴들이 상기 제 1 급전 패턴의 하단에 배열되며, 상기 제 2 급전 패턴이 상기 제 1 패턴들의 하단에 배열되고, 제 2 패턴들이 상기 제 2 급전 패턴의 하단에 배열될 수도 있다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 일반적인 안테나를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 피딩 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 피딩 시스템의 동작 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템의 동작 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 유전체 기판이 제 1 유전체 기판 위에 놓여졌을 때의 피딩 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템의 위상 조정 과정을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제 1 패턴의 다양한 구조들을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 피딩 시스템의 구조를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 피딩 시스템을 도시한 도면이다.

Claims (18)

  1. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴;
    상기 제 1 기판으로부터 이격되어 위치하는 제 2 기판; 및
    상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함하되,
    상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴은 전기적으로 연결되며, 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴 중 적어도 하나는 슬로우 웨이브 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 피딩 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판 위에는 직선 형태의 도체인 제 3 패턴이 형성되되,
    상기 제 2 패턴의 일 종단은 상기 제 1 패턴과 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 패턴의 타 종단은 상기 제 3 패턴과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 피딩 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 패턴은 슬로우 웨이브 구조를 가지면서 상기 제 3 패턴과 평행하게 배열되고, 상기 제 2 패턴은 역'ㄷ'자 형상을 가지며, 상기 제 1 패턴은 제 4 패턴을 통하여 복사 소자와 전기적으로 연결되되,
    위상 가변시 상기 제 1 기판이 고정된 상태로 상기 제 2 기판이 상기 제 3 패턴의 길이 방향으로 하여 움직이는 것을 특징으로 하는 피딩 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴은 커플링 방식을 통하여 연결되고, 상기 제 3 패턴과 상기 제 2 패턴은 커플링 방식을 통하여 연결되는 것을 특징으로 하는 피딩 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판 위에는 복수의 제 1 패턴들이 순차적으로 배열되되,
    상기 위상 가변을 위하여 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판이 상기 제 1 기판 위에서 특정 방향으로 이동한 경우 상기 제 1 패턴들 중 하나와 해당 제 2 패턴 사이에서의 전기적 길이 변화는 상기 제 1 패턴들 중 다른 하나와 해당 제 2 패턴 사이에서의 전기적 길이 변화와 다른 것을 특징으로 하는 피딩 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 각 제 1 패턴들은 직선 형태의 제 1 베이스 패턴 및 상기 제 1 베이스 패턴으로부터 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하며, 상기 제 1 패턴들 중 일부의 돌출부들의 수는 다른 제 1 패턴들의 돌출부들의 수와 다르거나 특정 제 1 패턴에 형성된 돌출부들 중 적어도 하나는 다른 돌출부들과 다른 사이즈를 가지는 것을 특징으로 하는 피딩 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판 위에는 직선 형태의 도체인 제 3 패턴이 형성되고, 상기 제 2 패턴의 일부분은 상기 제 1 패턴과 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 패턴의 다른 일부분은 상기 제 3 패턴과 전기적으로 연결되되,
    상기 제 2 패턴은 역'ㄷ'자 형상을 가지며, 상기 제 2 패턴의 일부분은 슬로우 웨이브 구조로 구현되는 것을 특징으로 하는 피딩 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴 사이에는 소정 유전율을 가지는 유전체층이 위치하는 것을 특징으로 하는 피딩 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 피딩 시스템은 페이즈 쉬프터인 것을 특징으로 하는 피딩 시스템.
  10. 제 1 기판; 및
    상기 제 1 기판 위에 배열되며, 슬로우 웨이브 구조를 가지는 제 1 패턴을 포함하되,
    상기 제 1 패턴은 상기 제 1 기판과 이격된 제 2 기판 위에 배열된 제 2 패턴과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 피딩 소자.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 기판 위에서 상기 제 1 패턴과 평행하게 배열된 제 3 패턴을 더 포함하며, 상기 제 2 패턴은 역 'ㄷ'자 형상을 가지되,
    상기 제 2 패턴의 일부분은 상기 제 1 패턴과 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 패턴의 다른 일부분은 상기 제 3 패턴과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 피딩 소자.
  12. 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 기판 위에는 복수의 제 1 패턴들이 순차적으로 배열되되,
    상기 위상 가변을 위하여 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판이 상기 제 1 기판 위에서 특정 방향으로 이동한 경우 상기 제 1 패턴들 중 하나와 해당 제 2 패턴 사이에서의 전기적 길이 변화는 상기 제 1 패턴들 중 다른 하나와 해당 제 2 패턴 사이에서의 전기적 길이 변화와 다른 것을 특징으로 하는 피딩 소자.
  13. 제 1 패턴 및 상기 제 1 패턴과 전기적으로 분리된 제 3 패턴이 배열된 제 1 기판과 이격되어 위치하는 제 2 기판; 및
    상기 제 2 기판 위에 역'ㄷ'자 형상을 가지고 배열되는 제 2 패턴을 포함하되,
    상기 제 2 패턴 중 일부분은 상기 제 1 패턴과 전기적으로 연결되고, 상기 제 2 패턴 중 다른 일부분은 상기 제 3 패턴과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 피딩 소자.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 2 패턴 중 일부는 슬로우 웨이브 구조로 구현되는 것을 특징으로 하는 피딩 소자.
  15. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴;
    상기 제 1 기판 위에서 상기 제 1 패턴과 대향적으로 배열된 도체인 제 2 패턴;
    상기 제 1 기판 위에서 상기 제 1 패턴 및 상기 제 2 패턴과 이격되어 배열된 입력 패턴;
    상기 입력 패턴으로부터 분기되며, 상기 제 1 패턴에 대응하는 제 1 급전 패턴; 및
    상기 입력 패턴으로부터 분기되며, 상기 제 2 패턴에 대응하는 제 2 급전 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 피딩 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 피딩 시스템은,
    상기 제 1 기판으로부터 이격되어 위치하는 제 2 기판;
    상기 제 2 기판 위에 배열되며, 상기 제 1 패턴과 상기 제 1 급전 패턴을 전기적으로 연결시키는 제 3 패턴; 및
    상기 제 2 기판 위에 배열되며, 상기 제 2 패턴과 상기 제 2 급전 패턴을 전기적으로 연결시키는 제 4 패턴을 더 포함하되,
    상기 제 1 패턴, 상기 제 2 패턴, 상기 제 3 패턴, 상기 제 4 패턴 중 적어도 하나에 슬로우 웨이브 구조가 구현되는 것을 특징으로 하는 피딩 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제 1 패턴은 슬로우 웨이브 구조를 가지면서 상기 제 1 급전 패턴과 평행하게 배열되고, 상기 제 2 패턴은 슬로우 웨이브 구조를 가지면서 상기 제 2 급전 패턴과 평행하게 배열되며, 상기 제 3 패턴 및 상기 제 4 패턴은 각기 역'ㄷ'자 형상을 가지되,
    위상 가변시 상기 제 1 기판이 고정된 상태로 상기 제 2 기판이 상기 급전 패턴들의 길이 방향으로 하여 움직이는 것을 특징으로 하는 피딩 시스템.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 기판 위에는 복수의 제 1 패턴들 및 복수의 제 2 패턴들이 형성되되,
    상기 각 제 1 패턴들 및 제 2 패턴들은 슬로우 웨이브 구조를 가지면서 직선의 제 1 베이스 패턴 및 상기 제 1 베이스 패턴으로부터 돌출된 적어도 하나의 돌출부를 포함하며, 상기 제 1 및 2 패턴들 중 일부의 돌출부들의 수는 다른 제 1 및 2 패턴들의 돌출부들의 수와 다른 것을 특징으로 하는 피딩 시스템.
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