KR20110060404A - 전파렌즈 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

마이크로파 대역의 입사파에 대해 동작 가능한 전파렌즈 및 이의 제조 방법을 개시한다. 전파렌즈는 금속 패턴이 각각 형성된 플렉시블한 다수의 유전체 기판들이 반원통형으로 각각 굽어지고 동심축을 갖도록 반지름 방향으로 적층되며, 금속 패턴 간의 간격과 유전체 기판들 간의 간격이 입사파의 파장보다 작게 설정되며, 반지름 방향의 유효 유전율과 접선 방향의 유효 유전율이 서로 반대 부호가 되도록 금속 패턴의 유전율 및 유전체 기판의 유전율이 설정된 구성을 갖는다.

Description

전파렌즈 및 이의 제조방법{Radio wave lens and method of manufacturing the same}
본 발명은 마이크로파 대역의 입사파에 대해 동작 가능한 전파렌즈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
물체의 형상을 인식하기 위해서는, 물체에서 산란되는 전자기파(광)을 받아서 상(image)을 만들어야 한다. 전자기파는 파동의 일종으로서, 전자기파의 특성은 시간에 따른 위상 변화를 나타내는 주파수 ω와, 공간에 따른 위상 변화를 나타내는 파수 벡터 k로 표시하는 것이 일반적이다.
이 중에서, 주파수는 항상 양의 실수이나, 파수 벡터의 성분들은 경우에 따라 복소수가 될 수 있다. 이것은 주파수와 파수 벡터의 관계를 나타내는 분산식(dispersion relation)으로 주어진다.
전자기파의 분산식은 맥스웰(Maxwell) 방정식에서 유래하며, 균일한 비자성 매질의 경우, 다음과 같다.
k2 = kx 2+ ky 2+ kz 2 = ε×ω2/c2
여기서, ε은 매질의 유전율이며, c는 진공에서 광의 속도이다. kx, ky, kz는 각각 파수 벡터 k의 x, y, z 성분으로서, 각각의 방향에서 단위 길이당 위상 변화를 나타낸다.
k 벡터의 크기가 클수록, 높은 공간 분해능을 구현할 수 있다. 이것은 k 벡터의 크기가 통상적으로 ω에 비례하므로, 주파수가 높은 광, 즉 짧은 파장의 광을 사용할수록 분해능이 높아진다는 경험적인 사실과 일치한다.
어떤 원점에 놓인 물체의 상을 z = zo인 x-y 평면에 만드는 경우를 생각해 보자. 물체에서 산란된 광은 다양한 크기와 방향의 k벡터 성분들로 구성되며, z 방향으로 진행한 일부 산란광이 렌즈 등의 결상 시스템에 의해 상을 이루게 된다.
이때, 높은 분해능이란 서로 분리된 것으로 인식할 수 있는 두 점간의 간격, 즉 △x와 △y를 최소화하는 것이다. 이를 위해, 물체에 도달한 광의 여러 성분 중에서 kx와 ky가 큰 성분들을 이용해서 상을 만들어야 한다.
그러나, 수학식 1에서 알 수 있듯이, kx 2+ ky 2 > ε×ω2/c2 이면 kz는 허수가 되어야 한다. 이것은 z 방향으로 감쇄가 매우 큰 소멸파(evanescent wave)인 것을 의미하며, 물체와 상 간의 거리는 파장의 수분의 일 정도로 제한된다.
예를 들어, 파장이 수백 나노미터 정도인 가시광선인 경우, 물체와 상 간의 거리는 수십 나노미터 정도로 제한되므로, 가시광선 대역의 소멸파를 이용한 상은 실생활에서는 거의 이용되지 않고 있다.
파수 벡터의 각 성분이 모두 실수인 파동을 진행파(propagating wave)라고 하며, 거리에 따른 감쇄가 비교적 작아, 파장에 비해 물체에서 멀리 떨어진 곳에 원거리상을 만들 수 있다. 원거리상은 실생활에 이용할 수 있다. 이때, 파수 벡터의 가장 큰 성분은 ε1/2×ω/c보다 작고, 이때 분해능은 이론적으로 반파장 정도가 된다.
최근에 알려진 하이퍼렌즈는 수직인 두 전기장의 방향에 따른 유전율이 반대 부호인 소위 메타물질을 원통형으로 만든 것이다[Z. Jacob, L. V. Alekseyev, and E. Narimanov, Optical Hyperlens: Far-field imaging beyond the diffraction limit, Opt. Express 14, 8247 (2006)]. 이러한 하이퍼렌즈는 소멸파의 감쇄를 크게 줄이면서 상을 확대시킴으로써, 원리적으로 분해능이 높은 상을 만드는 것을 가능하게 한다.
예를 들어, 원통 좌표계에서 수직인 두 전기장에 대한 유전율 값이 반대 부호인 경우를 생각해 보자. z축을 중심으로 하고 z축에 수직인 하나의 원을 그릴 때, 반지름 방향(r 방향)의 전기장이 느끼는 유전율을 εr, 원에 접선 방향(θ 방향)의 전기장이 느끼는 유전율을 εθ이라 한다. εr < 0, εθ > 0 인 경우, r-θ 평면으로 진행하고 z 방향의 자기장 성분만 갖는 전자기파, 즉 TM파 라고 한다. 이 경우, r, θ 성분을 갖는 전기장의 분산식은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009073789142-PAT00001
수학식 2는 쌍곡선(hyperbola)을 나타내며, 이러한 매질 특성을 이용한 렌즈를 하이퍼렌즈(hyperlens)라고 한다. 수학식 2의 분산식을 따르는 매질의 경우, kr과 kθ는 매우 큰 실수값을 가질 수 있으므로, 감쇄없이 높은 분해능을 구현할 수 있다.
한편, Liu 등은 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(11) 윗면의 반원통형으로 움푹 파인 곳에 35nm 두께의 은(Ag) 박막과 알루미나(Al2O3) 박막을 교대로 쌓은 하이퍼렌즈(12)를 제조하여, 360nm 정도의 자외선 대역에서 반파장 이하의 높은 분해능을 얻은 바 있다[Z. Liu, et. al. Far-Field Optical Hyperlens Magnifying Sub-Diffraction-Limited Objects, Science Vol. 315, p1686, 2007].
도 1에는, 파장에 비해 훨씬 얇은 은 박막과 알루미나 박막이 원통형으로 교대로 쌓인 하이퍼렌즈(12)가 기판(11) 상단에 위치하고 있으며, 여기에 수직으로 광(14)이 입사되고 있다. 하이퍼렌즈(12) 안쪽에 놓인 두 물체(13)에서 산란된 광은 하이퍼렌즈(12)를 반지름 방향으로 투과(15)하여, 기판(11)의 아래쪽으로 나오게 된다.
통상적으로, 자외선 이하의 대역에서, 파장보다 큰 덩어리 상태의 은(Ag)은 음의 유전율 값을 갖고, 파장보다 큰 덩어리 상태의 알루미나는 양의 유전율 값을 가진다. 그러나, 파장에 비해 훨씬 얇은 두께로 교대로 쌓을 경우, 각각의 유전율을 갖는 대신, 전체적으로 다음과 같은 유효 유전율을 갖게 된다.
Figure 112009073789142-PAT00002
Figure 112009073789142-PAT00003
,
여기서 εr, εθ는 각각 반지름과 접선 방향의 전기장이 느끼는 유전율이고, εm과 εd는 덩어리 상태일 때, 은과 알루미나의 유전율이다. 통상적으로, εm은 음의 값으로서 주파수에 따른 변화가 많으며, εd는 양의 값으로서 주파수에 따른 변화가 적다. 수학식 3에 의해 εr와 εθ는 서로 다른 부호가 되며, εm과 εd의 절대값 크기에 따라 εr와 εθ의 부호가 바뀐다.
전술한 바와 같이, 원통형 구조를 채택하는 이유는, 안쪽에 놓인 물질에서 산란되어 렌즈를 지나 바깥으로 나오는 광이 반지름 방향으로 향하므로, 상이 확대되기 때문이다. 확대된 상은 확대되기 전의 산란파에 비해 공간에 따른 위상 변화의 정도가 작으므로, k 벡터의 크기가 작은 진행파로 바뀌는 것을 의미한다.
따라서, 물질에서 산란 후, 큰 k 벡터를 가진 소멸파 성분은 렌즈 내에서는 매질의 특성 때문에 감쇄가 작고, 렌즈를 지난 후에는 진행파로 바뀌어 감쇄가 작으므로 분해능이 높은 원거리상을 만들 수 있게 된다.
그런데, 전술한 도 1에서와 같이, 파장보다 큰 덩어리 상태에서 유전율이 서로 다른 두 물질을 파장보다 훨씬 얇은 층으로 원통형으로 쌓을 경우, 소멸파의 감쇄를 줄이기 위해 수학식 3을 만족하려면, 원통의 내부 반지름은 파장 이상이 되어야 한다.
또한, 소멸파를 진행파로 바꾸려면 상을 확대해야 하는데, 상의 확대율은 원통형 하이퍼렌즈의 내부 반지름에 대한 외부 반지름의 비와 같다. 따라서, 예를 들어, 물체의 상을 3배 확대하여 소멸파를 진행파로 바꾸는 경우, 사용하는 파장이 300nm 인 자외선 대역의 광이라면, 하이퍼렌즈의 내부 반지름과 외부 반지름은 각각 300nm 과 900nm 이 된다. 이때, 렌즈의 두께는 600nm로서 파장의 1/10인 30nm 두께의 은(Ag)과 알루미나(Al2O3) 박막을 쌓을 경우 각각 10층이 필요하다.
이를 파장이 3cm(주파수 10GHz)인 마이크로파 대역에 동작하는 전파렌즈에 적용해 보면, 전파렌즈의 내부 반지름과 외부 반지름은 각각 3cm, 9cm가 되고, 렌즈의 두께는 6cm로서 은과 알루미나 박막을 각각 10개씩 쌓을 경우, 각 층의 두께는 3mm가 된다. 이것은 10GHz에서 은의 표피 깊이(skin depth)인 0.64㎛의 대략 4700 배에 해당하는 두께로서, 입사 후 투과되는 전자기파는 전부 소멸되고 통과하지 못한다.
또한, 은 박막의 두께를 얇게 할 경우, 그만큼 쌓는 개수를 늘어야 하므로 투과하는 전자기파가 소멸되는 정도는 대동소이하다. 따라서, 자외선보다 주파수가 훨씬 낮은 마이크로파 대역에서는 은과 알루미나 박막을 원통형으로 적층한 형태의 전파렌즈는 사용할 수 없다.
본 발명의 과제는 자외선을 포함하여 자외선에 비해 주파수가 훨씬 낮은 마이크로파 대역에서도 사용 가능한 전파렌즈 및 이의 제조방법을 제공함에 있다.
상기의 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 전파렌즈는, 금속 패턴이 각각 형성된 플렉시블한 다수의 유전체 기판들이 반원통형으로 각각 굽어지고 동심축을 갖도록 반지름 방향으로 적층되며, 상기 금속 패턴 간의 간격과 상기 유전체 기판들 간의 간격이 입사파의 파장보다 작게 설정되며, 반지름 방향의 유효 유전율과 접선 방향의 유효 유전율이 서로 반대 부호가 되도록 상기 금속 패턴의 유전율 및 상기 유전체 기판의 유전율이 설정된다.
본 발명의 또 다른 전파렌즈는, 금속 패턴이 각각 형성되고 한쪽에 반원형 홈을 갖는 다수의 기판들이 동심축을 갖고 축 방향으로 적층되며, 상기 금속 패턴 간의 간격과 유전체 기판들 간의 간격이 입사파의 파장보다 작게 설정되며, 반지름 방향의 유효 유전율과 접선 방향의 유효 유전율이 서로 반대 부호가 되도록 상기 금속 패턴의 유전율 및 상기 유전체 기판의 유전율이 설정된다.
본 발명에 따른 전파렌즈의 제조방법은, 다수의 플렉시블한 유전체 기판을 마련하는 단계; 마련된 유전체 기판들에 서로 간의 간격이 입사파의 파장보다 작도록 금속 패턴을 각각 형성하는 단계; 및 금속 패턴이 형성된 유전체 기판들을 반원 통형으로 각각 구부리고 동심축을 갖도록 반지름 방향으로 적층하되, 적층된 유전체 기판들 간의 간격이 입사파의 파장보다 작도록 적층하는 단계;를 포함하며, 상기 유전체 기판을 마련하고 상기 금속 패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 유전체 기판을 적층한 상태에서 반지름 방향의 유효 유전율과 접선 방향의 유효 유전율이 서로 반대 부호가 되도록 상기 유전체 기판의 유전율 및 상기 금속 패턴의 유전율을 설정한다.
본 발명의 또 다른 전파렌즈의 제조방법은, 한쪽에 반원형 홈을 각각 갖는 다수의 기판들을 마련하는 단계; 마련된 기판들에 금속 패턴을 각각 형성하는 단계; 및 금속 패턴이 형성된 기판들을 동심축을 갖고 축 방향으로 적층하되, 적층된 기판들 간의 간격이 입사파의 파장보다 작도록 적층하는 단계;를 포함하며, 상기 기판을 마련하고 상기 금속 패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 기판을 적층한 상태에서 반지름 방향의 유효 유전율과 접선 방향의 유효 유전율이 서로 반대 부호가 되도록 상기 기판의 유전율 및 상기 금속 패턴의 유전율을 설정한다.
본 발명에 따르면, 기존의 하이퍼렌즈가 자외선 영역에서만 동작 가능하던 것에 비해, 자외선 영역뿐 아니라 훨씬 주파수가 낮은 영역인 마이크로파 대역에서도, 소멸파의 감쇄를 크게 줄이면서 물체의 상을 확대시켜 분해능이 높은 상을 만드는 하이퍼렌즈로 동작 가능하다. 또한, 동작 주파수 대역을 다른 대역으로 쉽게 변경 가능한 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 바람직한 실시예에 따른 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전파렌즈를 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 그리고, 도 4는 도 2 및 도 3의 방법에 의해 제조된 전파렌즈를 도시한 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 사각 플레이트 형상으로 이루어지고 플렉시블한 유전체 기판(110)을 다수 개로 마련한다. 유전체 기판(110)들에 금속 패턴(120)을 각각 형성한다. 금속 패턴(120)은 유전체 기판(110)들을 구부리는 방향에 각각 평행하고 축 방향으로 서로 이격된 다수의 평행선 패턴일 수 있다. 그리고, 금속 패턴(120) 간의 간격, 즉 평행선 간의 간격을 입사파(전자기파)의 파장보다 작게, 예컨대 파장의 수분의 일 간격으로 설정한다.
유전체 기판(110)들을 반원통형으로 각각 구부리고 동심축을 갖도록 반지름 방향으로 적층한다. 이때, 유전체 기판(110)들을 등간격으로 서로 이격시켜 적층하며, 이격된 간격을 입사파의 파장보다 작게, 예컨대 파장의 수분의 일 간격으로 설정한다. 유전체 기판(110)들이 서로 이격된 사이의 공간은 공기나 추가적인 유전체 등의 다른 유전체 층(130)으로 채워질 수 있다.
이와 같이 금속 패턴(120) 간의 간격과 유전체 기판(110)들 간의 간격이 파장보다 훨씬 작은 경우, 입사파는 파동의 일반적인 성질에 의해 금속 패턴(120)과 유전체 기판(110) 및 유전체 기판(110)들 사이의 다른 유전체 층(130)을 각각의 개별 물질로 인식하지 않는다. 입사파는 금속 패턴(120)과 유전체 기판(110) 및 유 전체 기판(110)들 사이의 다른 유전체 층(130) 전체를 균일한 성질을 가진 하나의 물질로 인식하며, 하나의 유효 유전율 특성을 나타내게 된다.
이를 이용해서, 금속 패턴(120)을 형성하고 유전체 기판(110)을 마련할 때, 금속 패턴(120)의 유전율 및 유전체 기판(110)의 유전율을 반지름 방향의 유효 유전율과 접선 방향의 유효 유전율이 서로 반대 부호가 되도록 설정한다. 여기서, 전술한 수학식 3에 의해, 반지름 방향의 유효 유전율(εr)과 접선 방향의 유효 유전율(εθ)을 구할 수 있다.
전술한 방법에 의해 제조된 전파렌즈(100)는 도 4에 도시된 바와 같은 구조를 갖게 된다. 도 4의 전파렌즈(100)는 소멸파의 감쇄를 크게 줄이면서 물체의 상을 확대시켜 분해능이 높은 상을 만드는 것을 가능하게 하며, 자외선 대역뿐 아니라 자외선에 비해 주파수가 훨씬 낮은 마이크로파 대역의 입사파에 대해서도 동작 가능하다. 또한, 동작 주파수 대역을 다른 대역으로 쉽게 변경 가능하다.
이에 대해, 도 5 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 도 4에 도시된 전파렌즈의 일부를 떼어낸 단위셀을 나타낸 구성도이다. 전파렌즈(100)는 반원통형으로 굽어진 형상이므로, 전파렌즈(100)로부터 때어낸 단위셀(101)은 굽어진 형상을 갖지만, 크기를 줄일수록 도 5에 도시된 바와 같이, 직육면체에 가까운 구조를 갖게 된다. 이러한 단위셀(101)은 유전체 기판(110)에 금속선(121) 형태의 금속 패턴(120)이 포함되며, 유전체 기판(110)의 앞 뒤로 다른 유전체 층(130)이 위치한다. k는 단위셀에 입사되는 파의 진행 방향, E는 전기장의 방향, H는 자기장의 방향을 나타낸다.
도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 단위셀에 있어서, 전기장이 금속선과 평행인 경우 주파수에 따른 유전율 특성과 투과율 특성을 각각 나타낸 그래프이다. 여기서, 단위셀(101)은 입사파의 진행방향에 따른 두께(2×a)가 5mm, 높이(h)가 10mm, 폭(b)이 5mm, 금속선의 폭(w)이 0.15mm이고, 유전체 기판(110)이 FR4 기판이며, 유전체 기판(110)들 사이의 유전체 층(130)이 공기로 채워진 조건이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 전기장의 방향(E)이 금속선(121)과 평행한 경우, 대략 8GHz 이하에서 음의 유전율을 보이고, 6GHz에서 -1 정도의 유전율 값을 가진다.
그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 6GHz에서 투과계수를 나타내는 S21의 값이 대략 0.8임을 나타낸다. S11은 반사계수를 나타낸 것이다. 따라서, 10개의 단위셀(101)을 지난 입사파는 진폭이 (0.8)10 = 1/10 정도로 줄어들어 출력되고, 20개의 단위셀(101)을 지난 입사파는 진폭이 (0.8)20 = 1/100 정도로 줄어들어 출력되기 때문에, 감지하는데 크게 어렵지 않은 감쇄량을 보임을 확인해볼 수 있다.
이러한 형태의 단위셀(101) 구조에서, a, h, b, w와 유전체 기판 종류 등의 설계 파라미터를 바꿈으로써, 주파수에 따른 음의 유전율 특성은 조정 가능하다.
도 8 및 도 9는 도 5에 도시된 단위셀에 있어서, 입사전기장이 금속선(121) 과 수직인 경우 주파수에 따른 유전율 특성과 투과율 특성을 각각 나타낸 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 유전율은 공진이 생기는 13.5GHz 근처를 포함하여 20GHz까지 음의 값 대신 항상 양이다. 그리고, 도 9에 도시된 바와 같이, 높은 투과율을 가진다. 이에 따라, 단위셀(101)을 도 4와 같이 배열한다면 대략 6GHz 근처의 마이크로파가 입사될 때 손실이 크지 않으면서, 반지름 방향의 유효 유전율(εr)과 접선 방향의 유효 유전율(εθ)이 서로 반대 부호인 매질로 동작하게 된다. 따라서, 이 대역에서 고분해능 전파렌즈(100)가 구현될 수 있는 것이다.
한편, 도 10에 도시된 바와 같이, 플렉시블한 유전체 기판(110)에 형성되는 금속 패턴(120')은 기존의 평행선들과 새로운 교차선들로 형성된 메쉬 패턴일 수 있다. 기존의 평행선들은 유전체 기판(110)을 반원통형으로 굽혔을 때 생기는 동심축 방향으로 일정한 간격으로 배치되며, 교차선들은 평행선들과 수직으로 교차하고 원주를 따라 일정한 간격으로 배치된다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전파렌즈를 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 사시도이다. 그리고, 도 12는 도 11의 방법에 의해 제조된 전파렌즈를 도시한 사시도이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 사각 플레이트 형상으로 이루어지고 한쪽에 반원형 홈(211)을 형성하기 위해 절단한 기판(210)을 다수 개로 마련한다. 여기서, 기판(210)은 플렉시블 유전체 기판보다 저렴한 일반 PCB(printed circuit board), 예컨대 FR4 기판이 이용될 수 있다. 기판(210)들에 금속 패턴을 각각 형성한다. 금속 패턴(220)은 반원형 홈(211)의 원주 방향에 각각 평행하고 반지름 방향으로 서로 이격된 다수의 동심 반원선 패턴일 수 있다. 그리고, 금속 패턴(220) 간의 간격, 즉 반원선 간의 간격을 입사파의 파장보다 작게, 예컨대 파장의 수분의 일 간격으로 설정한다.
기판(210)들을 반원형 홈(211)의 동심축을 중심으로 축 방향으로 적층한다. 이때, 기판(210)들을 등간격으로 서로 이격시켜 적층하며, 이격된 간격을 입사파의 파장보다 작게, 예컨대 파장의 수분의 일 간격으로 설정한다. 기판(210)들이 서로 이격된 사이의 공간은 공기나 추가적인 유전체로 채워질 수 있다. 금속 패턴(220)을 형성하고 기판(210)을 마련할 때, 금속 패턴(220)의 유전율 및 기판(210)의 유전율을 반지름 방향의 유효 유전율(εr)과 접선 방향의 유효 유전율(εθ)이 서로 반대 부호가 되도록 설정한다.
전술한 방법에 의해 제조된 전파렌즈(200)는 도 12에 도시된 구조를 갖게 된다. 도 12의 전파렌즈(200)는 도 4의 전파렌즈(100)와 마찬가지로, 마이크로파 대역의 입사파에 대해서도 동작 가능하게 된다.
한편, 기판(210)들에서 금속 패턴(220)의 최외곽 반원선의 바깥쪽은 절단되지 않거나, 점선(240)을 따라 절단되어 반 고리형으로 구성될 수 있다. 그러나, 기판(210)들에서 금속 패턴(220)의 최내곽 반원선의 안쪽은 점선(250)을 따라 반드 시 절단되어야 한다.
도 13은 도 12에 있어서, 금속 패턴의 다른 예를 나타낸 것이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 금속 패턴(220')은 반원형 홈(211)의 중심으로부터 방사형으로 각각 배열된 다수의 방사선 패턴일 수 있다. 여기서, 기판(210)들에서 금속 패턴(220')의 바깥쪽은 절단되지 않거나, 점선(240)을 따라 절단되어 반 고리형으로 구성될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 종래에 따른 하이퍼렌즈의 일 예를 도시한 사시도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전파렌즈를 제조하는 방법을 설명하기 위한 사시도.
도 4는 도 2 및 도 3의 방법에 의해 제조된 전파렌즈를 도시한 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 전파렌즈의 일부를 떼어낸 단위셀을 나타낸 구성도.
도 6 및 도 7은 도 5에 도시된 단위셀에 있어서, 전기장이 금속선과 평행인 경우 주파수에 따른 유전율 특성과 투과율 특성을 각각 나타낸 그래프.
도 8 및 도 9는 도 5에 도시된 단위셀에 있어서, 전기장이 금속선과 수직인 경우 주파수에 따른 유전율 특성과 투과율 특성을 각각 나타낸 그래프.
도 10은 도 4에 있어서, 금속 패턴의 다른 예를 도시한 정면도.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전파렌즈를 제조하기 위한 방법을 설명하기 위한 사시도.
도 12는 도 11의 방법에 의해 제조된 전파렌즈를 도시한 사시도.
도 13은 도 12에 있어서, 금속 패턴의 다른 예를 도시한 정면도.
〈도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명〉
101..단위셀 110..유전체 기판
120,120,220.220'..금속 패턴 210..일반 PCB

Claims (16)

  1. 금속 패턴이 각각 형성된 플렉시블한 다수의 유전체 기판들이 반원통형으로 각각 굽어지고 동심축을 갖도록 반지름 방향으로 적층되며,
    상기 금속 패턴 간의 간격과 상기 유전체 기판들 간의 간격이 입사파의 파장보다 작게 설정되며,
    반지름 방향의 유효 유전율과 접선 방향의 유효 유전율이 서로 반대 부호가 되도록 상기 금속 패턴의 유전율 및 상기 유전체 기판의 유전율이 설정된 것을 특징으로 하는 전파렌즈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 패턴은,
    상기 유전체 기판들의 굽어진 반원통형의 원주방향과 각각 평행하고 축 방향으로 일정 간격으로 배치된 다수의 평행선 패턴이거나,
    상기 유전체 기판들의 굽어진 반원통형의 원주방향과 각각 평행하고 축 방향으로 일정 간격으로 배치된 다수의 평행선들과 상기 평행선들과 수직으로 교차하고 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치된 다수의 교차선들로 이루어진 메쉬 패턴인 것을 특징으로 하는 전파렌즈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유전체 기판들은 서로 이격되어 적층되며,
    서로 이격된 사이의 공간은 공기나 추가적인 유전체로 채워진 것을 특징으로 하는 전파렌즈.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입사파의 파장은 마이크로파 파장대역인 것을 특징으로 하는 전파렌즈.
  5. 금속 패턴이 각각 형성되고 한쪽에 반원형 홈을 갖는 다수의 기판들이 동심축을 갖고 축 방향으로 적층되며,
    상기 금속 패턴 간의 간격 및 유전체 기판들 간의 간격이 입사파의 파장보다 작게 설정되며,
    반지름 방향의 유효 유전율과 접선 방향의 유효 유전율이 서로 반대 부호가 되도록 상기 금속 패턴의 유전율 및 상기 유전체 기판의 유전율이 설정된 것을 특징으로 하는 전파렌즈.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 금속 패턴은,
    상기 반원형 홈의 원주와 각각 평행하고 반지름 방향으로 서로 이격된 다수의 동심 반원선 패턴이거나, 상기 반원형 홈의 중심으로부터 방사형으로 각각 배열된 다수의 방사선 패턴인 것을 특징으로 하는 전파렌즈.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 기판들은 서로 이격되어 적층되며,
    서로 이격된 사이의 공간은 공기나 추가적인 유전체로 채워진 것을 특징으로 하는 전파렌즈.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 기판들은 각각 반 고리형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전파렌즈.
  9. 제 5항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입사파의 파장은 마이크로파 파장대역인 것을 특징으로 하는 전파렌즈.
  10. 다수의 플렉시블한 유전체 기판을 마련하는 단계;
    마련된 유전체 기판들에 서로 간의 간격이 입사파의 파장보다 작도록 금속 패턴을 각각 형성하는 단계; 및
    금속 패턴이 형성된 유전체 기판들을 반원통형으로 각각 구부리고 동심축을 갖도록 반지름 방향으로 적층하되, 적층된 유전체 기판들 간의 간격이 입사파의 파장보다 작도록 적층하는 단계;를 포함하며,
    상기 유전체 기판을 마련하고 상기 금속 패턴을 형성하는 단계에서는,
    상기 유전체 기판을 적층한 상태에서 반지름 방향의 유효 유전율과 접선 방 향의 유효 유전율이 서로 반대 부호가 되도록 상기 유전체 기판의 유전율 및 상기 금속 패턴의 유전율을 설정하는 것을 특징으로 하는 전파렌즈의 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 금속 패턴을 형성하는 단계에서는,
    상기 유전체 기판들을 구부려서 생기는 원주 방향에 각각 평행하고 축 방향으로 서로 이격되도록 다수의 평행선 패턴으로 형성하거나,
    상기 유전체 기판들을 구부려서 생기는 원주 방향에 각각 평행하고 축 방향으로 서로 이격되도록 다수의 평행선을 형성하고 상기 평행선들과 수직으로 교차하고 원주 방향으로 서로 이격되도록 다수의 교차선들을 형성하여 메쉬 패턴으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전파렌즈의 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 유전체 기판들을 적층하는 단계에서는,
    상기 유전체 기판들을 서로 이격시켜 적층하며, 서로 이격된 사이의 공간은 공기나 추가적인 유전체로 채우는 것을 특징으로 하는 전파렌즈의 제조방법.
  13. 한쪽에 반원형 홈을 각각 갖는 다수의 기판들을 마련하는 단계;
    마련된 기판들에 금속 패턴을 각각 형성하는 단계; 및
    금속 패턴이 형성된 기판들을 동심축을 갖고 축 방향으로 적층하되, 적층된 기판들 간의 간격이 입사파의 파장보다 작도록 적층하는 단계;를 포함하며,
    상기 기판을 마련하고 상기 금속 패턴을 형성하는 단계에서는,
    상기 기판을 적층한 상태에서 반지름 방향의 유효 유전율과 접선 방향의 유효 유전율이 서로 반대 부호가 되도록 상기 기판의 유전율 및 상기 금속 패턴의 유전율을 설정하는 것을 특징으로 하는 전파렌즈의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 금속 패턴을 형성하는 단계에서는,
    상기 반원형 홈의 원주 방향에 각각 평행하고 반지름 방향으로 서로 이격되도록 다수의 동심 반원선 패턴으로 형성하거나, 상기 기판들의 중심으로부터 방사형으로 배열되도록 다수의 방사선 패턴으로 형성하는 것을 특징으로 하는 전파렌즈의 제조방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 기판들을 적층하는 단계에서는,
    상기 기판들을 서로 이격시켜 적층하며, 서로 이격된 사이의 공간은 공기나 추가적인 유전체로 채우는 것을 특징으로 하는 전파렌즈의 제조방법.
  16. 제 13항에 있어서,
    상기 기판을 마련하는 단계에서는,
    상기 기판들을 반 고리형으로 각각 절단하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 전파렌즈의 제조방법.
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