KR20130108180A

KR20130108180A - 프로그램가능 기판을 갖는 프로그램가능 안테나

Info

Publication number: KR20130108180A
Application number: KR1020130030827A
Authority: KR
Inventors: 니콜라오스 알렉소폴로스; 알프레드 그라우 베솔리; 크리쏘울라 키리아지도우
Original assignee: 브로드콤 코포레이션
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2013-10-02
Also published as: EP2642594B1; HK1186846A1; CN103326107B; EP2642594A2; CN103326107A; KR101502608B1; EP2642594A3; CN203351733U; TWI525903B; TW201345047A

Abstract

안테나 회로는 기판, 안테나, 및 투영 인공 자기 미러(PAMM : projected artificial magnetic mirror)를 포함한다. 안테나는 기판 상에서 제조되고 높은 유전율(permittivity)을 가지는 기판의 영역에 위치된다. PAMM은 안테나를 위한 방사 패턴을 가능하게 하기 위하여 기판의 표면 위에서 거리를 두어 인공 자기 도체를 생성한다.

Description

프로그램가능 기판을 갖는 프로그램가능 안테나{PROGRAMMABLE ANTENNA HAVING A PROGRAMMABLE SUBSTRATE}

관련 특허들에 대한 상호 참조

본 특허 출원은, 참조를 위해 본 명세서에 통합되고, 03/22/2012의 임시 출원일 및 61/614,066의 임시 출원 번호(대리인 관리 번호 #BP24568)를 갖는 "PROGRAMMABLE SUBSTRATE AND PROJECTED ARTIFICIAL MAGNETIC CONDUCTOR"라는 명칭의 임시 출원된 특허 출원에 대해 35 USC §119(e) 하에서 우선권을 주장한다.

발명의 기술 분야

본 발명은 일반적으로 전자기학(electromagnetism)에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 전자기 회로에 관한 것이다.

인공 자기 도체(AMC : artificial magnetic conductor)들은 AMC의 표면에서 주파수들의 세트(set)를 통해 표면파 전류(surface wave current)들을 억제하는 것으로 알려져 있다. 이와 같이, AMC는 안테나를 위한 접지 평면(ground plane)으로서, 또는 주파수 선택적 표면 밴드갭(frequency selective surface band gap)으로서 이용될 수 있다.

AMC는 주어진 크기의 금속 정사각형들에 의해 그리고 기판의 층 상의 주어진 간격(spacing)으로 구현될 수 있다. 접지 평면은 기판의 또 다른 층 상에 있다. 금속 정사각형들의 각각은 접지 평면에 결합되어, 금속 정사각형들, 접속부들, 접지 평면, 및 기판의 조합은 저항-인덕터-커패시터(RLC : resistor-inductor-capacitor) 회로를 생성하고, 이 RLC 회로는 주파수들의 세트 내에서 금속 정상각형들과 동일한 층 상에 AMC를 생성한다.

또한, 알려져 있는 바와 같이, 집적 회로(IC : integrated circuit) 기판들은 반도체를 생성하기 위하여 순수한 화합물(예를 들어, 실리콘(silicon), 게르마늄(germanium), 갈륨 비소(gallium arsenide), 등)로 구성된다. 기판의 전도율(conductivity)은 불순물(즉, 도펀트(dopant))을 순수한 화합물에 추가함으로써 변화될 수 있다. 결정질 실리콘 기판에 대하여, 붕소(boron) 또는 인(phosphorus)의 도펀트는 기판의 전도율을 변화시키기 위해 추가될 수 있다.

본 발명은 프로그램가능 기판을 갖는 프로그램가능 안테나 회로를 제공하는 것을 목적으로 한다.

일 측면에 따르면, 회로는,

인쇄된 인덕터(printed inductor);

인쇄된 안테나(printed antenna); 및

제 1 영역에서 상기 인쇄된 인덕터를 지지하고 제 2 영역에서 상기 인쇄된 안테나를 지지하는 기판을 포함하고,

상기 제 1 영역은 높은 투자율(permeability)을 가지고 상기 제 2 영역은 높은 유전율(permittivity)을 가진다.

바람직하게는, 상기 기판은,

기판 재료;

상기 제 1 영역에서 상기 기판 재료에 내장된 비자성 금속유전체 함유물(non-magnetic metallodielectric inclusion)들; 및

상기 제 2 영역에서 상기 기판 재료에 내장된 높은 유전율의 금속유전체 함유물들을 포함한다.

바람직하게는, 상기 회로는,

상기 제 1 영역의 상기 투자율을 조정하기 위한 제 1 가변 임피던스 회로들; 및

상기 제 2 영역의 상기 유전율을 조정하기 위한 제 2 가변 임피던스 회로들을 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 회로는,

반도체 기판의 표면 위에서 거리를 두어, 전자기 특성들로서 인공 자기 도체(AMC : artificial magnetic conductor)를 생성하는 투영 인공 자기 미러(PAMM : projected artificial magnetic mirror)를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 PAMM은 복수의 인공 자기 미러(AMM : artificial magnetic mirror) 셀들을 더 포함하고,

상기 복수의 AMM 셀들의 AMM 셀은,

집중(lumped) 저항-인덕터-커패시터(RLC : resistor-inductor-capacitor) 회로를 형성하는 전도성 소자; 및

상기 전도성 소자에 결합되는 임피던스 소자를 포함하고,

상기 임피던스 소자의 임피던스 및 상기 RLC 회로의 임피던스는 상기 AMC에 기여하는 주어진 주파수 범위 내에서 상기 AMM 셀을 위한 전자기 속성을 설정한다.

바람직하게는, 상기 회로는 상기 기판의 제 3 영역에서 지지되는 커패시터를 더 포함하고,

상기 제 3 영역의 유전율이 변동될 때, 상기 커패시터의 커패시턴스(capacitance)가 변동됨으로써, 라디오 주파수(RF : radio frequency) 버랙터(varactor)를 제공한다.

바람직하게는, 상기 회로는,

상기 기판의 제 3 영역에서 지지되는 듀플렉서(duplexer)로서, 상기 제 3 영역은 높은 유전율 및 높은 투자율 중의 적어도 하나를 가지는 상기 듀플렉서;

상기 기판의 제 3 영역에서 지지되는 다이플렉서(diplexer)로서, 상기 제 3 영역은 높은 유전율 및 높은 투자율 중의 적어도 하나를 가지는 상기 다이플렉서;

상기 기판의 제 3 영역에서 지지되는 전력 증폭기를 위한 부하선으로서, 상기 제 3 영역은 높은 유전율 및 높은 투자율 중의 적어도 하나를 가지는 상기 부하선; 및

상기 기판의 제 3 영역에서 지지되는 위상 시프터(phase shifter)로서, 상기 제 3 영역은 높은 유전율 및 높은 투자율 중의 적어도 하나를 가지는 상기 위상 시프트 중에서 하나를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 회로는 복수의 금속유전체 셀들을 더 포함하고,

상기 복수의 금속유전체 셀들의 셀은,

집중 저항-인덕터-커패시터(RLC) 회로를 형성하는 전도성 소자; 및

상기 전도성 소자에 결합되는 임피던스 소자로서, 상기 임피던스 소자의 임피던스 및 상기 RLC 회로의 임피던스는 주어진 주파수 범위 내에서 상기 셀을 위한 전자기 속성을 설정하는 상기 임피던스 소자를 포함하고,

상기 복수의 금속유전체 셀들의 적어도 일부는 라디오 주파수(RF) 스위치를 효과적으로 제공하기 위하여 별개의 경로를 거쳐 상기 복수의 금속유전체 셀들을 통해 전자기 신호를 조향(steer)하기 위해 조정된다.

일 측면에 따르면, 안테나 회로는,

프로그램가능 주파수 선택적 표면;

상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면과 대체로 평행하며 상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면으로부터 거리를 두고 있는 표면을 가지는 높은 임피던스 표면; 및

전자기 신호를 방사하는 안테나 소스(antenna source)를 포함하고,

상기 전자기 신호는 상기 높은 임피던스 표면으로부터 반사하며 상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면을 통해 방사(radiate)하고, 상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면의 전자기 특성은 상기 안테나 회로의 희망하는 성능을 위해 조정된다.

바람직하게는, 상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면은,

반도체 재료; 및

상기 전자기 특성에 기여하는 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 제공하기 위하여, 반도체 재료에 내장된 기판 함유물들을 포함한다.

바람직하게는, 상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면은,

상기 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 조정하는 하나 이상의 가변 임피던스 회로들을 포함한다.

바람직하게는, 상기 안테나 회로는,

상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면의 또 다른 표면에 병치된(juxtaposed) 표면을 갖는 유전체 커버를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 안테나 소스는 다이폴 안테나(dipole antenna)를 포함한다.

바람직하게는, 상기 높은 임피던스 표면은,

상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면에 대체로 평행하며 상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면으로부터 거리를 두고 있는 표면을 가지는 기판; 및

상기 기판의 또 다른 표면에 병치된 표면을 가지는 접지 평면을 포함한다.

바람직하게는, 상기 높은 임피던스 표면은,

반도체 재료; 및

상기 반도체 재료 내에 내장된 기판 함유물들을 포함하고,

상기 기판 함유물들은 상기 높은 임피던스 표면을 위하여 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 제공한다.

일 측면에 따르면, 안테나 회로는,

기판;

상기 기판 상의 안테나로서, 상기 안테나는 높은 유전율을 가지는 상기 기판의 영역에서 위치되는 상기 안테나; 및

상기 안테나를 위한 방사 패턴을 가능하게 하기 위하여 상기 기판의 표면 위에서 거리를 두어 인공 자기 도체(AMC : artificial magnetic conductor)를 생성하는 투영 인공 자기 미러(PAMM : projected artificial magnetic mirror)를 포함한다.

바람직하게는, 상기 기판은,

기판 재료; 및

상기 기판의 희망하는 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 생성하기 위하여 상기 기판 재료에 내장된 기판 함유물들을 포함한다.

바람직하게는, 상기 안테나 회로는,

상기 기판의 조정된 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 제공하기 위하여 상기 기판의 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 조정하는 하나 이상의 가변 임피던스 회로들을 더 포함한다.

상기 복수의 AMM 셀들의 AMM 셀은,

상기 전도성 소자에 결합되는 임피던스 소자를 포함하고,

바람직하게는, 상기 AMC의 기하학적 형상은,

구(sphere);

부분적인 구;

원통(cylinder);

부분적인 원통;

평면(plane);

직조된 표면(textured surface);

오목한 표면(concaved surface); 및

볼록한 표면(convex surface) 중의 하나를 포함한다.

본 발명에 따르면, 프로그램가능 기판을 갖는 프로그램가능 안테나 회로를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 통신 디바이스들의 실시예의 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 통신 디바이스의 실시예의 개략적인 블록도이다.
도 3은 본 발명에 따른 안테나 및 인덕터를 지지하는 기판의 실시예의 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 안테나 및 인덕터를 지지하는 기판의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 안테나 및 인덕터를 지지하는 기판의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 안테나 및 인덕터를 지지하는 기판의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 투영 인공 자기 미러(PAMM : projected artificial magnetic mirror)의 실시예의 도면이다.
도 8은 본 발명에 따른 PAMM의 인공 자기 미러(AMM : artificial magnetic mirror) 셀의 실시예의 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 투영 인공 자기 미러에 의해 생성되는 인공 자기 도체(AMC)를 갖는 안테나의 실시예의 도면이다.
도 10은 본 발명에 따른 버랙터(varactor), 안테나, 및 인덕터를 지지하는 기판의 실시예의 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 회로, 안테나, 및 인덕터를 지지하는 기판의 실시예의 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 라디오 주파수(RF : radio frequency) 스위치로서 기능하는 금속유전체(metallodielectric) 셀들의 어레이(array)의 실시예의 도면이다.
도 13은 본 발명에 따른 금속유전체 셀의 실시예의 도면이다.
도 14는 본 발명에 따른 안테나의 실시예의 도면이다.
도 15는 본 발명에 따른 도 14 또는 도 16의 안테나의 프로그램가능 주파수 선택적 표면(FSS : frequency selective surface)의 실시예의 도면이다.
도 16은 본 발명에 따른 안테나의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 17은 본 발명에 따른 도 14 또는 도 16의 안테나의 높은 임피던스 표면(high impedance surface)의 실시예의 도면이다.
도 18은 본 발명에 따른 프로그램가능 안테나의 실시예의 도면이다.
도 19는 본 발명에 따른 프로그램가능 안테나의 동작의 예의 도면이다.
도 20은 본 발명에 따른 프로그램가능 안테나의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 21은 본 발명에 따른 프로그램가능 안테나의 동작의 또 다른 예의 도면이다.
도 22는 본 발명에 따른 복수의 전자 회로들을 지지하는 기판의 실시예의 도면이다.
도 23은 본 발명에 따른 복수의 전자 회로들을 지지하는 기판의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 24는 본 발명에 따른 복수의 전자 회로들을 지지하는 기판의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 25는 본 발명에 따른 복수의 전자 회로들을 지지하는 기판의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 26은 본 발명에 따른 복수의 전자 회로들을 지지하는 기판의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 27은 본 발명에 따른 복수의 전자 회로들을 지지하는 기판의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 28은 본 발명에 따른 복수의 전자 회로들을 지지하는 기판의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 29는 본 발명에 따른 복수의 전자 회로들을 지지하는 기판의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 30은 본 발명에 따른 복수의 전자 회로들을 지지하는 프로그램가능 기판의 실시예의 도면이다.
도 31은 본 발명에 따른 복수의 전자 회로들을 지지하는 프로그램가능 기판의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 32는 본 발명에 따른 가변 임피던스 회로(variable impedance circuit)의 AMM 셀 또는 금속유전체 셀의 실시예의 도면이다.
도 33은 본 발명에 따른 가변 임피던스 회로의 AMM 셀 또는 금속유전체 셀의 또 다른 실시예의 도면이다.
도 34는 본 발명에 따른 가변 임피던스 회로의 AMM 셀 또는 금속유전체 셀의 가변 임피던스(variable impedance)의 실시예의 도면이다.
도 35는 본 발명에 따른 가변 임피던스 회로의 AMM 셀 또는 금속유전체 셀의 가변 임피던스의 또 다른 실시예의 도면이다.

도 1은 라디오 주파수(RF : radio frequency) 및/또는 밀리미터파(MMW : millimeter wave) 통신 매체들을 통해 통신하는 통신 디바이스들(10, 12)의 실시예의 개략적인 블록도이다. 통신 디바이스들(10, 12)의 각각은 기저대역 처리 모듈(14), 송신기 섹션(transmitter section)(16), 수신기 섹션(receiver section)(18), 및 라디오 프론트-엔드(radio front-end) 회로(20)를 포함한다. 라디오 프론트-엔드 회로(20)는 도 2 내지 도 35 중의 하나 이상을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것이다. 통신 디바이스(10, 12)는 셀룰러 전화(cellular telephone), 무선 로컬 영역 네트워크(WLAN : wireless local area network) 클라이언트, WLAN 액세스 포인트, 컴퓨터, 비디오 게임 콘솔(video game console) 및/또는 플레이어 유닛(player unit), 등일 수 있음에 주목해야 한다.

동작의 예에서, 통신 디바이스들(10, 12) 중의 하나는 다른 통신 디바이스에 송신하기 위한 데이터(예를 들어, 음성(voice), 텍스트(text), 오디오(audio), 비디오(video), 그래픽스(graphics) 등)를 가진다. 이 사례에서, 기저대역 처리 모듈(14)은 하나 이상의 무선 통신 표준들(예를 들어, GSM, CDMA, WCDMA, HSUPA, HSDPA, WiMAX, EDGE, GPRS, IEEE 802.11, 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), 범용 이동통신 시스템(UMTS : universal mobile telecommunications system), 롱텀 에볼루션(LTE : long term evolution), IEEE 802.16, 에볼루션 데이터 최적화(EV-DO : evolution data optimized), 등)에 따라 데이터(예를 들어, 아웃바운드(outbound) 데이터)를 수신하고 그것을 하나 이상의 아웃바운드 심볼 스트림들로 변환한다. 이러한 변환은, 비화(scrambling), 펑처링(puncturing), 인코딩(encoding), 인터리빙(interleaving), 성상도 맵핑(constellation mapping), 변조(modulation), 주파수 확산(frequency spreading), 주파수 도약(frequency hopping), 빔성형(beamforming), 공간-시간-블록 인코딩(space-time-block encoding), 공간-주파수-블록 인코딩(space-frequency-block) 인코딩, 주파수-시간 도메인 변환(frequency to time domain conversioin), 및/또는 디지털 기저대역-중간 주파수 변환(digital baseband to intermediate frequency conversion) 중의 하나 이상을 포함한다. 기저대역 처리 모듈은 단일 입력 단일 출력(SISO : single input single output) 통신들을 위해 및/또는 다중 입력 단일 출력(MISO : multiple input single output) 통신들을 위해 아웃바운드 데이터(outbound data)를 단일 아웃바운드 심볼 스트림(single outbound symbol stream)으로 변환하고, 단일 입력 다중 출력(SIMO : single input multiple output) 및 다중 입력 다중 출력(MIMO : multiple input multiple output) 통신들을 위해 아웃바운드 데이터를 다중 아웃바운드 심볼 스트림(multiple outbound symbol stream)들로 변환한다는 것에 주목해야 한다.

송신기 섹션(transmitter section)(16)은 하나 이상의 아웃바운드 심볼 스트림들을, 주어진 주파수 대역(예를 들어, 2.4 GHz, 5 GHz, 57-66 GHz 등) 내에서 반송파 주파수(carrier frequency)를 가지는 하나 이상의 아웃바운드 RF 신호들로 변환한다. 실시예에서, 이것은 하나 이상의 상향 변환된(up-converted) 신호들을 생성하기 위하여 하나 이상의 아웃바운드 심볼 스트림들을 국부 발진(local oscillation)과 혼합함으로써 행해질 수 있다. 프론트-엔드(front-end) 회로 및/또는 송신기 섹션에 있을 수 있는 하나 이상의 전력 증폭기(power amplifier)들 및/또는 전력 증폭기 구동기들은 하나 이상의 아웃바운드 RF 신호들을 생성하기 위하여, RF 대역통과(bandpass) 필터링될 수 있는 하나 이상의 상향 변환된 신호들을 증폭한다. 또 다른 실시예에서, 송신기 섹션(16)은 발진(oscillation)을 생성하는 발진기(oscillator)를 포함한다. 아웃바운드 심볼 스트림(들)은 아웃바운드 RF 신호(들)로서 송신되는 위상 조절된 RF 신호(들)를 생성하기 위하여 발진의 위상(phase)을 조절하는 위상 정보(예를 들어, +/- △θ[위상 시프트(phase shift)] 및/또는 θ(t)[위상 변조])를 제공한다. 또 다른 실시예에서, 아웃바운드 심볼 스트림(들)은 아웃바운드 RF 신호(들)를 생성하기 위하여 위상 조절된 RF 신호(들)의 진폭을 조절하기 위해 이용되는 진폭 정보(예를 들어, A(t)[진폭 변조])를 포함한다.

또 다른 실시예에서, 송신기 섹션(14)은 발진(들)을 생성하는 발진기를 포함한다. 아웃바운드 심볼 스트림(들)은 아웃바운드 RF 신호(들)로서 송신되는 주파수 조절된 RF 신호(들)를 생성하기 위하여 발진의 주파수를 조절하는 주파수 정보(예를 들어, +/- △f[주파수 시프트] 및/또는 f(t)[주파수 변조])를 제공한다. 또 다른 실시예에서, 아웃바운드 심볼 스트림(들)은 아웃바운드 RF 신호(들)를 생성하기 위하여 주파수 조절된 RF 신호(들)의 진폭을 조절하기 위해 이용되는 진폭 정보를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 송신기 섹션은 발진(들)을 생성하는 발진기를 포함한다. 아웃바운드 심볼 스트림(들)은 아웃바운드 RF 신호(들)를 생성하기 위하여 발진(들)의 진폭을 조절하는 진폭 정보(예를 들어, +/- △A[진폭 시프트] 및/또는 A(t)[진폭 변조])를 제공한다.

라디오 프론트-엔드 회로(20)는 하나 이상의 아웃바운드 RF 신호들을 수신하고 그것/그것들을 송신한다. 다른 통신 디바이스들의 라디오 프론트/엔드 회로(20)는 하나 이상의 RF 신호들을 수신하고 그것/그것들을 수신기 섹션(18)에 제공한다.

수신기 섹션(18)은 하나 이상의 증폭된 인바운드(inbound) RF 신호들을 생성하기 위하여 하나 이상의 인바운드 RF 신호들을 증폭한다. 다음으로, 수신기 섹션(18)은 혼합된 I 신호 및 혼합된 Q 신호의 하나 이상의 세트(set)들을 생성하기 위하여, 증폭된 인바운드 RF 신호(들)의 동위상(I : in-phase) 및 직교위상(Q : quadrature) 성분들을 국부 발진(들)의 동위상 및 직교위상 성분들과 혼합할 수 있다. 혼합된 I 및 Q 신호들의 각각은 하나 이상의 인바운드 심볼 스트림들을 생성하기 위하여 합성된다. 이 실시예에서, 하나 이상의 인바운드 심볼 스트림들의 각각은 위상 정보(예를 들어, +/- △θ[위상 시프트] 및/또는 θ(t)[위상 변조]) 및/또는 주파수 정보(예를 들어, +/- △f[주파수 시프트] 및/또는 f(t)[주파수 변조])를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서 및/또는 선행하는 실시예를 촉진하기 위하여, 인바운드 RF 신호(들)는 진폭 정보(예를 들어, +/- △A[진폭 시프트] 및/또는 A(t)[진폭 변조])를 포함한다. 진폭 정보를 복원하기 위하여, 수신기 섹션은 포락선 검출기(envelope detector)와 같은 진폭 검출기, 저역통과 필터(low pass filter) 등을 포함한다.

기저대역 처리 모듈(14)은 하나 이상의 무선 통신 표준들(예를 들어, GSM, CDMA, WCDMA, HSUPA, HSDPA, WiMAX, EDGE, GPRS, IEEE 802.11, 블루투스(Bluetooth), 지그비(ZigBee), 범용 이동 통신 시스템(UMTS : universal mobile telecommunications system), 롱텀 에볼루션(LTE : lont term evolution), IEEE 802.16, 에볼루션 데이터 최적화(EV-DO) 등)에 따라 하나 이상의 인바운드 심볼 스트림들을 인바운드 데이터(예를 들어, 음성(voice), 텍스트(text), 오디오(audio), 비디오(video), 그래픽스(graphics), 등)로 변환한다. 이러한 변환은, 디지털 중간 주파수-기저대역 변환(digital intermediate frequency to baseband conversion), 시간-주파수 도메인 변환(time to frequency domain conversion), 공간-시간-블록 디코딩(space-time-block decoding), 공간-주파수-블록 디코딩(space-frequency-block decoding), 복조(demodulation), 주파수 확산 디코딩(frequency spread decoding), 주파수 도약 디코딩(frequency hopping decoding), 빔성형 디코딩(beamforming decoding), 성상도 디맵핑(constellation demapping), 디인터리빙(deinterleaving), 디코딩(decoding), 디펑처링(depuncturing), 및/또는 역비화(descrambling) 중의 하나 이상을 포함할 수 있다. 기저대역 처리 모듈은 단일 입력 단일 출력(SISO) 통신들을 위해 및/또는 다중 입력 단일 출력(MISO) 통신들을 위해 단일 인바운드 심볼 스트림을 인바운드 데이터로 변환하고, 단일 입력 다중 출력(SIMO) 및 다중 입력 다중 출력(MIMO) 통신들을 위하여 다중 인바운드 심볼 스트림들을 인바운드 데이터로 변환한다.

도 2는 기저대역 처리 모듈(14), 송신기 섹션(16), 수신기 섹션(18), 및 프론트-엔드 모듈 또는 회로(20)를 포함하는 통신 디바이스(10, 12)의 실시예의 개략적인 블록도이다. 프론트-엔드 모듈(20)은 안테나(22), 안테나 인터페이스(28), 저잡음 증폭기(LNA : low noise amplifier)(24), 및 전력 증폭기 또는 전력 증폭기 구동기(PA : power amplifier)(26)를 포함한다. 안테나 인터페이스(28)는 안테나 조정 유닛(antenna tuning unit)(32) 및 수신기-송신기 격리 회로(30)를 포함한다. 라디오 프론트-엔드(20)는 수신기 섹션(18)의 구성요소들의 하나 내지 전부를 더 포함할 수 있고, 및/또는 송신기 섹션(16)의 구성요소들의 하나 내지 전부를 더 포함할 수 있음에 주목해야 한다.

동작의 예에서, 전력 증폭기(26)는 송신기 섹션(16)으로부터 수신하는 하나 이상의 아웃바운드 RF 신호들을 증폭한다. 수신기-송신기(RX-TX) 격리 회로(30)(듀플렉서(duplexer), 서큘레이터(circulator), 또는 트랜스포머 발룬(transformer balun), 또는 공통의 안테나를 이용하여 TX 신호 및 RX 신호 사이의 격리를 제공하는 다른 디바이스일 수 있음)는 아웃바운드 RF 신호(들)를 감쇠시킨다. RX-TX 격리 모듈(30)은 기저대역 처리 유닛(14)으로부터 수신된 제어 신호들(34)에 기초하여 아웃바운드 RF 신호(들)(즉, TX 신호)의 감쇠를 조절할 수 있다. 예를 들어, 송신 전력이 상대적으로 낮을 때, RX-TX 격리 모듈(30)은 TX 신호의 그 감쇠를 감소시키기 위하여 조절될 수 있다. RX-TX 격리 모듈(30)은 감쇠된 아웃바운드 RF 신호(들)를 안테나 조정 유닛(32)에 제공한다.

안테나 조정 유닛(ATU)(32)은 안테나(2)의 임피던스와 대체로 일치하는 희망하는 임피던스를 제공하도록 조정된다. 조정되는 바와 같이, ATU(32)는 RX-TX 격리 모듈(30)로부터의 감쇠된 TX 신호를 송신을 위하여 안테나(22)에 제공한다. ATU(32)는 안테나(22)의 임피던스 변화들을 추적하기 위하여 연속적으로 또는 주기적으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 기저대역 처리 유닛(14)은 안테나(22)의 임피던스에 있어서의 변화를 검출할 수 있고, 검출된 변화에 기초하여, 제어 신호들(34)을 ATU(32)에 제공하여 임피던스를 그에 대응하여 변화시킨다.

도 3 내지 도 35 중의 하나 이상을 참조하여 논의된 바와 같이 다양한 방식들로 구현될 수 있는 안테나(22)는 ATU(32)로부터 수신하는 아웃바운드 RF 신호(들)를 송신한다. 또한, 안테나(22)는 ATU(32)에 제공되는 하나 이상의 인바운드 RF 신호들을 수신한다. ATU(32)는 인바운드 RF 신호(들)를 RX-TX 격리 모듈(30)에 제공하고, 이 RX-TX 격리 모듈(30)은 신호(들)를 최소의 감쇠로 LNA(24)에 라우팅(routing) 한다. LNA(24)는 인바운드 RF 신호(들)를 증폭하고, 증폭된 인바운드 RF 신호(들)를 수신기 섹션(18)에 제공한다.

대안적인 실시예에서, 라디오 프론트 엔드(20)는 송신 안테나(22) 및 수신 안테나(22)를 포함한다. 이 실시예에서, 안테나 인터페이스(28)는 2개의 안테나 조정 유닛들을 포함할 수 있고, RX-TX 격리 회로를 생략한다. 따라서, 송신기 섹션(16) 및 수신기 섹션(18)으로의 별개의 경로들 및 별개의 안테나들을 통해 아웃바운드 RF 신호(들) 및 인바운드 RF 신호(들) 사이에 격리가 제공된다.

도 3은 안테나(22) 및 인덕터(inductor)(42)를 지지하는 기판(40)의 실시예의 도면이다. 기판(40)은 높은 투자율(permeability)(μ)을 갖는 제 1 영역(44)과, 높은 유전율(permittivity)(ε)을 갖는 제 2 영역(46)을 포함한다. 기판(40)은 집적 회로(IC) 다이(die), IC 패키지 기판, 인쇄 회로 기판, 및/또는 그 일부분들일 수 있다. 기판(40)의 기본 재료(즉, 기판 재료)는 다음으로 제한되지 않지만, 실리콘 게르마늄, 다공성 알루미나(porous alumina), 실리콘 단결정(monocrystal)들, 갈륨 비소, 및 실리콘 단결정들 중의 하나 이상일 수 있다.

알려져 있는 바와 같이, 투자율은 자기장을 지원하기 위한 기판의 능력의 척도(measure)이다(즉, 자기장에 따라 기판이 얻으며, 기판이 자기장을 얼마나 용이하게 지원할 수 있는지에 대응하는 자화(magnetization)의 정도임). 또한, 알려져 있는 바와 같이, 유전율은 전기장이 기판에 어떻게 효과를 초래하는지 그리고 기판에 의해 효과를 받는지에 대한 척도이다(즉, 기판에서 단위 전하당 발생되며, 기판이 전기장 또는 전기 플럭스를 얼마나 용이하게 지원할 수 있는지에 대응하는 전기장(또는 플럭스(flux))의 척도임). 기판이 높은 유전율을 가질 때, 더 많은 전기 플럭스가 기판에 존재한다는 것에 주목해야 한다.

이 사례에서, 인덕터(42)는 제 1 영역(44)에서 기판 상에 제조되는 인쇄된 인덕터(printed inductor)일 수 있고, 안테나(22)는 제 2 영역(46)에서 기판 상에 제조되는 인쇄된 안테나일 수 있다. 안테나(22) 및 인덕터(42)는 에칭(etching) 또는 증착(depositing)과 같은 기존의 인쇄 회로 제조 프로세스를 이용하여 하나 이상의 금속 층들에서 기판 상에 인쇄될 수 있다. 인덕터(42)는 높은 투자율(예를 들어, 자기장을 지원하기 위한 증가된 능력)을 가지는 제 1 영역(44)에 위치된다. 따라서, 인덕터가 활성일 때, 그것이 생성하는 자기장은 제 1 영역의 투자율에 의해 증대되고, 이것은 인덕터의 품질 인자(quality factor)(즉, Q가 높을수록, 인덕터가 이상적인 인덕터에 더욱 근접하게 접근하는, 유도성 리액턴스(inductive reactance) 대 유도성 저항의 비율)를 개선시킨다. 이와 같이, 온-기판(on-substrate)의 높은 Q의 인덕터가 달성된다.

안테나(22)는 높은 유전율(예를 들어, 전기장을 지원하기 위한 능력)을 가지는 제 2 영역(46)에 위치된다. 따라서, 안테나(22)가 활성일 때, 그것이 생성하는 전기장은 제 2 영역(46)의 유전율에 의해 증대되고, 이것은 안테나(22)의 이득 및/또는 임피던스를 개선시키고, 안테나의 방사 패턴(radiation pattern), 빔 폭(beam width), 및/또는 편파(polarization)에 더욱 양호하게 효력을 낼 수 있다.

이 회로의 응용에서, 인덕터(42)는 프론트 엔드 모듈(20)의 RX-TX 격리 회로(30), 안테나 조정 유닛(32), 전력 증폭기(26), 또는 저잡음 증폭기(24)의 일부일 수 있다. 또한, 제 1 영역은 프론트 엔드 모듈에서 통합되는 다수의 인덕터들을 지지할 수 있다. 또한, 제 2 영역은 안테나 어레이(antenna array), 다이버시티 안테나(diversity antenna), 등으로서 기능하는 다수의 안테나들(22)을 지지할 수 있다.

도 4는 안테나(22) 및 인덕터(42)를 지지하는 기판(40)의 또 다른 실시예의 도면이다. 이 실시예에서, 제 1 영역(44)은 기판(40)의 기판 재료에 내장된 비자성(non-magnetic) 금속유전체 함유물(inclusion)들(48)을 포함한다. 비자성 금속유전체 함유물들(48)은 희망하는 주파수 범위들에서(예를 들어, 인덕터의 동작 주파수에서) 공진(높은) 효과적인 투자율 값들을 나타낸다.

제 2 영역(46)은 기판에 내장된 높은 유전율의 금속유전체 함유물들(50)을 포함한다. 높은 유전율의 금속유전체 함유물들(50)은 기판 손실이 유전체에 필적하며 실리콘이 반-도체(semi-conductor)가 되는 것을 중단하는 천공된 실리콘(perforated silicon)일 수 있다. 높은 유전율의 금속유전체 함유물들은 제 2 영역이 특정 주파수 범위들에서 높은(공진) 유전율을 가지는 것을 가능하게 하고, 이것은 안테나(22)가 기존의 기판 상에 제조된 유사하게 동작하는 안테나에 비해 작아지도록 한다. 제 1 및 제 2 영역들(44 및 46) 각각에서의 함유물들(48 및 50)의 크기, 형상, 및/또는 분포(distribution)는 희망하는 투자율 및/또는 희망하는 유전율을 제공하기 위해 변동될 수 있다는 것에 주목해야 한다.

도 5는 안테나(22) 및 인덕터(42)를 지지하고 변성층(metamorphic layer)(60)(도 30 내지 도 32를 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것임)을 더 포함하는 기판(40)의 또 다른 실시예의 도면이다. 기판(40)은 제 1 영역(44)에서 비자성 금속유전체 함유물들(48)을 포함하고, 제 2 영역(46)에서 높은 유전율의 금속유전체 함유물들(50)을 포함한다.

변성층(60)은 제 1 영역(44)과 연관된 하나 이상의 제 1 가변 임피던스 회로들(62)과, 제 2 영역(46)과 연관된 하나 이상의 제 2 가변 임피던스 회로들(62)을 포함한다(가변 임피던스 회로들의 예들은 도 32 내지 도 35를 참조하여 더욱 상세하게 설명됨). 제 1 가변 임피던스 회로들(62)은 제 1 영역(44)의 투자율을 조정(tune)하도록 동작가능하고, 이에 따라, 인덕터(42)의 속성(property)들(예를 들어, 품질 인자, 인덕턴스(inductance), 저항(resistance), 리액턴스(reactance), 등)을 조정한다. 제 2 가변 임피던스 회로들은 제 2 영역(46)의 유전율을 조정하도록 동작가능하고, 이에 따라, 속성들(예를 들어, 이득, 임피던스, 방사 패턴, 편파, 빔 폭, 등)을 조정한다.

도 6은 안테나(22) 및 인덕터(42)를 지지하고 투영 인공 자기 미러(PAMM)(70)(도 7 및 도 8을 참조하여 더욱 상세하게 설명될 것임)를 더 포함하는 기판(40)의 또 다른 실시예의 도면이다. PAMM(70)은 반도체 기판의 표면 위에서 거리를 두어 인공 자기 도체(AMC : artificial magnetic conductor)를 발생하고, 이것은 인덕터(42) 및/또는 안테나(22)에 영향을 준다. 예를 들어, AMC는 안테나를 위한 접시(dish)로서 기능하기 위하여 포물선 형상(parabolic shape)을 가질 수 있고, 이것은 도 9를 참조하여 더욱 상세하게 논의된다. 또 다른 예로서, AMC는 인덕터의 자기장에 영향을 줄 수 있고, 이에 따라, 인덕터의 속성들을 조정할 수 있다.

도 7은 복수의 또는 어레이인 인공 자기 미러(AMM : artificial magnetic mirror) 셀들(72)을 포함하는 조정가능한(tunable) 투영 인공 자기 미러(PAMM)(70)의 실시예의 도면이다. 하나의 실시예에서, AMM 셀들(72)의 각각은 다른 셀들에서와 실질적으로 동일한 형상, 실질적으로 동일한 패턴, 그리고 실질적으로 동일한 크기인 전도성 소자(conductive element)(예를 들어, 기판의 층 위의 금속 트레이스(metal trace))를 포함한다. 형상은 원형, 정사각형, 직사각형, 6각형, 8각형, 타원형 등일 수 있고, 패턴은 나선형 코일(spiral coil), 상호접속하는 가지(branch)들을 갖는 패턴, n차 피노 곡선(Peano curve), n차 힐버트 곡선(Hilbert curve) 등일 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전도성 소자들은 상이한 형상들, 크기들, 및/또는 패턴들일 수 있다.

AMM 셀 내에서, 전도성 소자는 하나 이상의 커넥터(connector)들(74)(예를 들어, 비아(via)들)에 의해 접지 평면(76)에 결합될 수 있다. 대안적으로, AMM 셀의 전도성 소자는 접지 평면(76)에 용량성으로(capacitively) 결합될 수 있다(예를 들어, 비아들이 없음). 이 도면에서 도시되지 않았지만, AMM 셀의 전도성 소자는 AMM 셀의 임피던스 소자(impedance element)에 결합되고, 이것은 하나 이상의 추후의 도면들을 참조하여 더욱 논의될 것이다.

AMM 셀들의 복수의 전도성 소자들은 어레이(array)로 배열된다(예를 들어, 도시된 바와 같이 3 x 5). 어레이는 상이한 크기 및 형상일 수 있다. 예를 들어, 어레이는 n x n 전도성 소자들의 정사각형일 수 있고, n은 2 이상이다. 또 다른 예로서, 어레이는 일련의 증가하는 크기의 동심원 고리들 및 다수의 전도성 소자들일 수 있다. 또 다른 예로서, 어레이는 3각형 형상, 6각형 형상, 8각형 형상 등일 수 있다.

도 8은 복수의 AMM 셀들(72)의 인공 자기 미러(AMM) 셀(80)의 실시예의 개략적인 블록도이다. AMM 셀(80)은 고정되어 있거나 가변적일 수 있는 전도성 소자(22) 및 임피던스 소자(84)를 포함한다. 전도성 소자는 전기적 전도성 재료(예를 들어, 구리, 금, 알루미늄, 등과 같은 금속)로 구성되고, 집중(lumped) 저항-인덕터-커패시터(RLC : resistor-inductor-capacitor) 회로(예들은 도 32 내지 도 33을 참조하여 논의됨)를 형성하기 위한 형상(예를 들어, 나선형 코일, 상호접속하는 가지들을 갖는 패턴, n차 피노 곡선, n차 힐버트 곡선 등)이다.

임피던스 소자(84)는 전도성 소자(82)에 결합된다. 임피던스 소자(84)의 임피던스 및 RLC 회로의 임피던스는 주어진 주파수 범위 내에서 AMM 셀을 위한 전자기 속성(예를 들어, 방사 패턴, 편파, 이득, 산란 신호 위상, 산란 신호 크기, 이득, 등)을 설정하고, 이것은 AMC의 크기, 형상, 방위(orientation), 및/또는 거리에 기여한다. 가변 임피던스 소자들의 예들은 도 34 내지 도 35를 참조하여 더욱 상세하게 논의된다.

도 9는 그 표면 위의 거리(d)에서 투영 인공 자기 도체(AMC)(94)를 발생하는 투영 인공 자기 미러(PAMM : projected artificial magnetic mirror)(70)와 기판(40)을 가지는 안테나(22)의 도면이다. 투영 AMC(94)의 형상은 PAMM(70)의 인공 자기 미러(AMM) 셀들의 특성(characteristic)들에 기초하고 있고, 상기 특성들은 제어 모듈(90)에 의해 생성되는 바와 같이 제어 정보(92)를 통해 조절가능하다. 이 예에서, 투영 AMC(94)는 y=ax²의 포물선 형상이다. 제어 모듈(90)은 포물선 형상의 "a" 항(term)을 조정하기 위하여 제어 정보(92)를 발생하고, 이에 따라, AMC(94)의 포물선 형상을 변화시킨다. 안테나(22)는 포물선(parabola)의 초점(focal point)에 위치된다는 것에 주목해야 한다. 기판(40)은 기판 함유물들(예를 들어, 비자성 금속유전체 함유물들 및/또는 높은 유전율의 금속유전체 함유물들)을 포함할 수 있고, 조정된 및/또는 조절가능한 투자율 및/또는 유전율 영역들을 가지기 위하여 하나 이상의 가변 임피던스 회로들을 지지하는 변성층(metamorphic layer)을 더 포함할 수 있다.

도 10은 버랙터(varactor), 안테나(22), 및 인덕터(42)를 지지하는 기판(40)의 실시예의 도면이다. 버랙터는 커패시터를 생성하기 위하여 기판(40)의 주 표면들에 병치된(juxtaposed) 금속층들 위에 있는 2개의 커패시터 판들(100)을 포함한다. 기판(40)의 이 영역에서, 유전율은 (예를 들어, PAMM을 통해 또는 변성층에서의 가변 임피던스 회로들을 통해) 조절가능하다. 알려져 있는 바와 같이, 커패시터의 커패시턴스(capacitance)는 커패시터 판들의 물리적 치수들, 판들 사이의 거리, 및 판들을 분리하는 유전체의 유전율의 함수이다. 이와 같이, 기판의 유전율을 조절함으로써, 커패시터의 커패시턴스가 변화하고, 이에 따라, 버랙터로서 기능한다.

이 회로의 응용에서, 인덕터(42) 및/또는 버랙터는 프론트 엔드 모듈(20)의 RX-TX 격리 회로(30), 안테나 조정 유닛(32), 전력 증폭기(26), 또는 저잡음 증폭기(24)의 일부일 수 있다. 또한, 제 1 영역은 프론트 엔드 모듈에서 통합되는 다수의 버랙터들을 지지할 수 있다. 또한, 제 2 영역은 안테나 어레이, 다이버시티 안테나, 등으로서 기능하는 다수의 안테나들(22)을 지지할 수 있다.

도 11은 회로(104), 안테나(22), 및 인덕터(42)를 지지하는 기판(40)의 실시예의 도면이다. 회로(104)는 높은 투자율 및/또는 높은 유전율을 가지는 기판의 영역(106)에서 지지된다. 하나의 예로서, 회로(104)의 동작이 자기장에 기초하고 있는 경우, 회로를 지지하는 영역은 높은 투자율을 가질 수 있다. 또 다른 예로서, 회로(104)의 동작이 전기장에 기초하고 있는 경우, 회로를 지지하는 영역은 높은 유전율을 가질 수 있다.

다양한 구현예들에서, 회로(104)는 저항, 트랜지스터, 커패시터, 인덕터, 다이오드, 듀플렉서(duplexer), 다이플렉서(diplexer), 전력 증폭기를 위한 부하(load), 및/또는 위상 시프터(phase shifter)일 수 있다. 이 구현예들에서, 영역은 다수의 서브-영역(sub-region)들로 분할될 수 있고, 서브-영역들 중의 하나는 회로의 자기장 기반 구성요소를 지지하기 위하여 높은 투자율을 가지고, 또 다른 서브-영역은 회로의 전기장 기반 구성요소를 지지하기 위하여 높은 유전율을 가진다.

도 12는 라디오 주파수(RF) 스위치로서 기능하는 금속유전체 셀들의 어레이(110)의 실시예의 도면이다. 셀들의 어레이(110)는 기판(40) 및/또는 변성층(60) 상에 구현될 수 있다. 어느 경우에 있어서 그리고 도 13에 도시된 바와 같이, 금속유전체 셀(112)은 집중 저항-인덕터-커패시터(RLC) 회로를 형성하는 전도성 소자(114) 및 임피던스 소자(116)를 포함한다. 임피던스 소자(116)의 임피던스 및 RLC 회로(114)의 임피던스는 주어진 주파수 범위 내의 신호들이 통과하도록 하는 대역통과 필터로서 기능하게 하기 위하여 셀을 위한 전자기 속성을 설정한다. 금속유전체 셀들(112)의 예들은 도 32 내지 도 35를 참조하여 더욱 상세하게 논의된다.

동작의 예에서, 금속유전체 셀들의 일부는 라디오 주파수(RF) 스위치를 효과적으로 제공하기 위하여 별개의 경로를 거쳐 복수의 금속유전체 셀들을 통해 전자기 신호(118 및/또는 120)를 조향(steer)하기 위해 조정된다. 예를 들어, RF 신호(118)는 아웃바운드 RF 신호일 수 있고, RF 신호(120)는 인바운드 RF 신호일 수 있고; 이 둘은 특정 프로토콜이고, 이에 따라, 특정한 주파수 대역에 있다. 따라서, 셀들의 어떤 배열은 RF 신호(118)가 셀들을 통해 흐르게 하기 위해 조정되는 반면, 어떤 배열 주위의 셀들은 RF 신호(118)를 차단하기 위해 조정된다. 이와 유사하게, 셀들의 어떤 배열은 RF 신호(120)가 셀들을 통해 흐르게 하기 위해 조정되는 반면, 어떤 배열 주위의 셀들은 RF 신호(120)를 차단하기 위해 조정된다.

멀티-모드 통신 디바이스에서, 상이한 주파수 대역을 가지는 또 다른 프로토콜이 이용되는 경우, 셀들의 어떤 배열은 상이한 경로들을 따라 RF 신호들(118 및 120)을 조향하기 위해 변화될 수 있다. 이러한 방식으로, 조정되는 바와 같이, 셀들은 RF 통신들에서 응용들의 크기를 가지는 효과적인 RF 스위치를 제공한다.

도 14는 프로그램가능 주파수 선택적 표면(FSS : frequency selective surface)(130), 높은 임피던스 표면(132), 및 안테나 소스(antenna source)(134)를 포함하는 안테나(22)(예를 들어, 패브리-페로(Fabry-Perot) 안테나)의 실시예의 도면이다. 프로그램가능 FSS(130)는 높은 임피던스 표면(132)으로부터 거리(d)에 있고 높은 임피던스 표면(132)과 대체로 평행하다.

동작의 예에서, 안테나 소스(134)는 높은 임피던스 표면(132)으로부터 반사(reflect)하고 프로그램가능 주파수 선택적 표면(130)을 통해 방사(radiate)하는 전자기 신호(136)를 방사한다. 프로그램가능 FSS(130)는 행(row)들 및 열(column)들의 격자(grid)로 배열되거나, 선형으로 배열되거나, 또는 일부 다른 패턴인 복수의 슬롯(slot)들을 포함한다. 슬롯들은 프로그램가능 FSS(130)를 관통하거나 또는 부분적으로 관통하는 물리적 홀(physical hole)들일 수 있고, 및/또는 안테나, 프로그램가능 FSS, 높은 임피던스 표면(132), 및/또는 안테나 소스(134)의 전자기 속성들을 제어함으로써 생성되는 전자기 홀(electromagnetic hole)들일 수 있다. 예를 들어, 프로그램가능 주파수 선택적 표면(130)의 하나 이상의 전자기 특성들(E 필드, 자기장, 임피던스, 방사 패턴, 편파, 이득, 산란 신호 위상, 산란 신호 크기, 이득, 유전율, 투자율, 전도율, 등)은 슬롯들의 적어도 일부의 효과적인 크기(effective size), 형상, 위치에 영향을 주기 위해 조정되고, 이에 따라, 안테나의 방사 패턴, 동작의 주파수 대역, 이득, 임피던스, 빔 스캐닝, 및/또는 빔 폭을 조절한다.

안테나 소스(134)는 다이폴 안테나(dipole antenna)일 수 있고, 그 위치는 지지 기판의 속성들을 변화시킴으로써 효과적으로 변화될 수 있다. 예를 들어, 안테나 소스(134)의 효과적인 위치를 변화시킴으로써, 전자기 신호가 높은 임피던스 표면으로부터 반사하는 방식이 변화하고, 이에 따라, 안테나(22)의 동작을 변화시킨다.

도 15는 기판(40), 변성층(60), 슬롯들(138), 및 하나 이상의 가변 임피던스 회로들(62)을 포함하는 도 14 또는 도 16의 안테나의 프로그램가능 주파수 선택적 표면(FSS)(130)의 실시예의 도면이다. 기판(40)은 프로그램가능 FSS(130)를 위한 희망하는 기본 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 제공하기 위하여 기판 함유물들(135)(예를 들어, 비자성 금속유전체 함유물들 및/또는 높은 유전율의 금속유전체 함유물들)을 내부에 내장하였다.

도 16은 유전체 커버(dielectric cover)(140), 프로그램가능 주파수 선택적 표면(FSS)(130), 높은 임피던스 표면(132), 및 안테나 소스(134)를 포함하는 안테나(22)(예를 들어, 패브리-페로 안테나)의 또 다른 실시예의 도면이다. 유전체 커버(140)는 고체층(solid layer)들일 수 있는 하나 이상의 유전체층들을 포함할 수있고, 및/또는, 전자기 밴드-갭(band-gap)을 제공하기 위하여 비아(via)들을 포함할 수 있다.

도 17은 기판(40) 및 접지 평면(142)을 포함하는 도 14 또는 도 16의 안테나의 높은 임피던스 표면(132)의 실시예의 도면이다. 기판(40)은 프로그램가능 주파수 선택적 표면(130)에 대체로 평행하며 프로그램가능 주파수 선택적 표면(130)으로부터 거리가 떨어져 있는 표면을 가지고, 높은 임피던스 표면(132)을 위한 희망하는 기본 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 제공하기 위하여 그 내부에 내장한 기판 함유물들(135)(예를 들어, 비자성 금속유전체 함유물들 및/또는 높은 유전율의 금속유전체 함유물들)을 포함한다.

도 18은 기판(40), 기판(40)의 영역 내에 내장된 금속 함유물들(150), 양방향 결합 회로들(BCC : bidirectional coupling circuits)(156), 및 제어 모듈(152)을 포함하는 프로그램가능 안테나(22)의 실시예의 도면이다. 기판(40)은 실리콘 게르마늄, 다공성 알루미나, 실리콘 단결정들, 및 갈륨 비소 중의 하나의 재료를 가지는 집적 회로(IC) 다이일 수 있고, IC 패키지(package) 기판은 비전도성(non-conductive) 재료 및 반전도성(semi-conductive) 재료 중의 적어도 하나를 포함하고, 및/또는 인쇄 회로 보드(PCB : printed circuit board) 기판은 PCB 비전도성 재료 및 PCB 반전도성 재료 중의 적어도 하나를 포함하는 것에 주목해야 한다.

양방향 결합 회로들(BCC)(156)은 영역 내에 물리적으로 분포되어 있고 금속 함유물들(150)에 물리적으로 인접하고 있다. 도시된 바와 같이, 원(circle)은 동일한 크기, 상이한 크기들, 동일한 형상, 상이한 형상들, 균일한 간격, 및/또는 무작위의 간격인 하나 내지 수백 개의 금속 함유물들(150)을 포함할 수 있다. 금속 함유물들의 크기 또는 크기들은 안테나에 의해 송신되는 또는 수신되는 신호의 파장(wavelength)의 일부인 것에 주목해야 한다.

동작의 예에서, 제어 모듈(152)은 양방향 결합 회로들(156)(예를 들어, 양방향 스위치들, 트랜지스터, 증폭기들, 등)의 세트(set)를 활성화하기 위하여 제어 신호들(154)을 발생한다. 제어 모듈(152)은 기판의 하나 이상의 층들 상에 있을 수 있는 트레이스들의 격자를 통해 제어 신호들(154)을 양방향 결합 회로들(156)에 송신한다. 활성인 양방향 결합 회로들의 세트에 의해, 영역 내에서 전도성 구역(conductive area)을 제공하기 위하여 금속 함유물들(150)의 세트를 상호접속하고, 전도성 구역은 안테나(22)를 제공한다.

도 19는 제어 모듈(152)이 양방향 결합 회로들(156)(예를 들어, 회색 음영 처리된 BCC들)의 세트를 활성하기 위하여 제어 신호들(154)을 발생하는 프로그램가능 안테나(22)의 동작의 예의 도면이다. 활성인 양방향 결합 회로들의 세트에 의해, 영역 내에 전도성 구역을 제공하기 위하여 금속 함유물들(150)(예를 들어, 회색 음영 처리된 함유물들)의 세트를 상호접속한다. 이 예에서, 전도성 구역은 다이폴 안테나(22)를 제공한다.

안테나(22)로의 접속성을 제공하기 위하여, 안테나 결합 회로(158)(예를 들어, 도 2의 안테나 인터페이스(28))가 포함된다. 안테나 결합 회로(158)는 제어 신호들(154)을 통해 활성(active)인 하나 이상의 BCC들에 결합된다.

도 20은 기판(40), 기판(40)의 영역 내에 내장된 금속 함유물들(150), 양방향 전류 증폭기(BCA : bidirectional current amplifier)들(162), 및 제어 모듈(152)을 포함하는 프로그램가능 안테나(22)의 또 다른 실시예의 도면이다. BCA들(162)은 영역 내에 물리적으로 분포되고, 금속 함유물들(150)에 물리적으로 인접해 있다. 도시된 바와 같이, 원은 동일한 크기, 상이한 크기들, 동일한 형상, 상이한 형상들, 균일한 간격, 및/또는 무작위의 간격인 하나 내지 수백 개의 금속 함유물들(150)을 포함할 수 있다. 금속 함유물들의 크기 또는 크기들은 안테나에 의해 송신 또는 수신되는 신호의 파장의 일부인 것에 주목해야 한다.

동작의 예에서, 제어 모듈(152)은 양방향 전류 증폭기들(162)의 세트를 활성화하기 위해 제어 신호들(154)을 발생한다. 제어 모듈(152)은 기판의 하나 이상의 층들 상에 있을 수 있는 트레이스들의 격자를 통해 제어 신호들(154)을 양방향 전류 증폭기들(162)에 송신한다. 활성인 양방향 전류 증폭기들의 세트에 의해, 영역 내에서 전도성 구역을 제공하기 위하여 금속 함유물들(150)의 세트를 상호접속하고, 전도성 구역은 안테나(22)를 제공한다.

도 21은 기판(40), 기판(40)의 영역 내에 내장된 금속 함유물들(150), 양방향 결합 회로들(BCC)(156), 및 제어 모듈(152)을 포함하는 프로그램가능 안테나(22)의 동작의 또 다른 예의 도면이다. 이 도면에서, 가능으로 된 BCC들은 몇몇 금속 함유물들(150)을 포함하는 전기장(164)을 생성한다. 전기장은 안테나의 부분을 제공하는 영역의 전도성 구역을 생성하기 위하여, 필드 내에서 금속 함유물들(150)을 전기적으로 결합한다. 가능으로 되지 않은 BCC들은 전기장을 생성하지 않으며, 이에 따라, 이 구역들에서의 금속 함유물들은 전기적으로 함께 결합되지 않는다. 이와 같이, 이 구역들은 반도체들 또는 유전체들로서 남아 있다.

도 22는 전자 회로들(174-178)(예를 들어, 커패시터, 저항, 인덕터, 트랜지스터, 다이오드, 안테나, 및/또는 그 조합들)을 지지하는 기판(40)의 실시예의 도면이다. 기판(40)(예를 들어, 실리콘 게르마늄, 다공성 알루미나, 실리콘 단결정들, 및/또는 갈륨 비소)은 제 1 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 갖는 제 1 영역(170)과, 제 2 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 갖는 제 2 영역(172)을 포함한다. 제 1 유형의 회로들(174)은 제 1 영역에서 지지되고 제 2 유형의 회로들(176)은 제 2 영역(172)에서 지지된다. 다른 유형들의 회로들(178)은 기판의 다른 영역들에서 지지된다.

조정된 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 갖는 기판(40)의 어떤 영역들에 어떤 유형들의 전자 회로들을 위치시키기 위한 다양한 예들이 존재한다. 예를 들어, 인덕터의 품질 인자는 높은 투자율을 갖는 영역에서 증대된다. 또 다른 예로서, 안테나의 특성들(예를 들어, 이득, 임피던스, 빔 폭, 방사 패턴, 편파, 등)은 높은 유전율을 갖는 영역에서 증대된다(예를 들어, 더 많은 이득, 더 적은 임피던스). 또 다른 예로서, 저항 또는 트랜지스터가 주어진 주파수 대역에서 동작가능한 회로에서 이용될 때, 용량성 성분(capacitive component)을 증대시키고 이 구성요소들의 유도성 성분(inductive component)을 억제하는 것이 바람직할 수 있고, 그 반대도 마찬가지다. 이 특정 예에서, 저항 또는 트랜지스터를 높은 투자율 영역에 위치시키는 것은 유도성 성분을 증대시키고, 저항 또는 트랜지스터를 높은 유전율 영역에 위치시키는 것은 용량성 성분을 증대시킨다.

도 23은 전자 회로들(174-178)을 지지하는 기판(40)의 또 다른 실시예의 도면이다. 기판(40)은 유전체층, 절연층, 및/또는 반도체층일 수 있는 하나 이상의 다른 층들(180)을 더 포함한다. 하나 이상의 다른 층들(180)은 희망하는 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들(예를 들어, 높은 유전율, 높은 투자율, 낮은 유전율, 낮은 투자율, 등)을 제공하기 위하여 기판 함유물들(예를 들어, 비자성 금속유전체 함유물들 및/또는 높은 유전율의 금속유전체 함유물들)을 포함할 수 있다.

도 24는 다수의 기판 층들(182)을 갖는 기판(40)의 또 다른 실시예의 도면이다. 기판 층들(182) 중의 하나 이상은 전자 회로들을 지지하고, 조정된 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 갖는 영역들을 가진다. 예를 들어, 적층된(stacked) 기판 층들(182)은 제 1 및 제 2 유형 전자 회로들(174 및 176)을 지지하기 위한 중첩 영역들(예를 들어, 제 1 및 제 2)을 가질 수 있다.

도 25는 전자 회로들(174-176)을 지지하는 기판(40)의 또 다른 실시예의 도면이다. 이 실시예에서는, 제 1 영역(170)에서, 반도체 기판이 제 1 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 생성하기 위하여 제 1 내장 패턴(embedding pattern)의 기판 함유물들(예를 들어, 금속 함유물들 및/또는 유전체 함유물들)을 포함한다. 또한, 제 2 영역(176)에서, 반도체 기판은 제 2 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 생성하기 위하여 제 2 내장 패턴의 기판 함유물들을 포함한다.

제 1 내장 패턴은 제 1 분량(quantity)의 기판 함유물들, 제 1 간격의 기판 함율물들, 및/또는 제 1 다양한 크기들의 기판 함유물들을 포함한다. 제 2 내장 패턴은 제 2 분량의 기판 함유물들, 제 2 간격의 기판 함유물들, 및/또는 제 2 다양한 크기들의 기판 함유물들을 포함한다. 기판 함유물들은 비자성 금속유전체 함유물들, 높은 유전율의 금속유전체 함유물들, 이산(discrete) RLC 온-다이 구성요소들, 및 기판의 하나 이상의 층들 내의 인쇄된 금속배선일 수 있음에 주목해야 한다.

도 26은 전자 회로들(174-178)을 지지하는 기판(40)의 또 다른 실시예의 도면이다. 이 실시예에서, 기판(40)은 제 1 유형의 회로들(174)(예를 들어, 동작이 자기장에 기초하고 있음)을 지지하기 위한 높은 유효 투자율을 갖는 영역(192)을 가진다. 또한, 기판(40)은 제 2 유형들의 회로들(176)(예를 들어, 동작이 전기장에 기초하고 있음)을 지지하기 위한 높은 유전율을 갖는 영역(194)을 포함한다. 높은 투자율 영역(192)은 기판에서 금속유전체 구조들(188)을 포함함으로써 생성된다. 높은 유전율 영역(194)은 기판(40)에서 천공된 실리콘 패턴(perforated silicon pattern)을 포함함으로써 생성된다.

도 27은 전자 회로들(174-178)을 지지하는 기판(40)의 또 다른 실시예의 도면이다. 이 실시예에서, 기판(40)은 복수의 영역들(170) 및 복수의 제 2 영역들(172)을 포함한다. 제 1 영역들(170)의 각각은 하나 이상의 제 1 유형의 전자 회로들(174)을 지지하고 제 2 영역들(172)의 각각은 하나 이상의 제 2 유형의 전자 회로들(176)을 지지한다.

도 28은 전자 회로들(174-178)을 지지하는 기판(40)의 또 다른 실시예의 도면이다. 이 실시예에서, 기판(40)은 복수의 영역들(170, 172, 200, 및 202)을 포함한다. 제 1 영역(170)은 하나 이상의 제 1 유형의 전자 회로들(174)을 지지하고; 제 2 영역(172)은 하나 이상의 제 2 유형의 전자 회로들(176)을 지지하고; 제 3 영역(200)은 하나 이상의 제 3 유형의 전자 회로들(204)을 지지하고; 제 4 영역(202)은 하나 이상의 제 4 유형의 전자 회로들(206)을 지지한다. 제 3 영역(200)은 제 3 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 가지고, 제 4 영역(202)은 제 4 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 가지는 것에 주목해야 한다.

도 29는 하나 이상의 기판들(40) 및 하나 이상의 변성층들(60)을 포함하는 프로그램가능 기판의 또 다른 실시예의 도면이다. 프로그램가능 기판은 전자 회로들(212)(예를 들어, 커패시터, 저항, 인덕터, 트랜지스터, 다이오드, 안테나, 및/또는 그 조합들)을 지지한다. 기판(40)은 기본 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 제공하기 위하여, 내장된 기판 함유물들(213)(예를 들어, 비자성 금속유전체 함유물들, 높은 유전율의 금속유전체 함유물들, 금속 함유물들, 공기 포켓(air pocket)들, 유전체 함유물들, 이산 RLC 온-다이 구성요소들, 및 기판의 하나 이상의 층들 내의 인쇄된 금속배선)을 포함한다. 변성층(60)은 기판(40)의 영역(210)의 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 조정하는 하나 이상의 가변 회로들(62)을 포함한다.

하나의 예로서, 기판은 주입된 그리고 무작위로 분포된 공기 포켓들을 갖는 다공성 알루미나(porous alumina)일 수 있거나, 또는 형상이 6각형(hexagonal), 형상이 원통형(cylindrical), 형상이 구형(spherical)일 수 있고 및/또는 다른 형상들을 가질 수 있는 다른 재료(예를 들어, 기판 함유물들)일 수 있다. 기판 함유물들의 치수(dimension)들은 제조 프로세스를 통해 제어가능하다. 기판의 전자기(EM : electromagnetic) 속성들은 기판 함유물들의 형상, 크기, 및 간격뿐만 아니라, 기본 재료의 EM 속성들에 의존한다. 기판 함유물들은 정렬된 또는 무작위로 분포된 어레이로 설계될 수 있다. 그 형상, 크기 및 간격은 대역폭을 제어하고, 이 대역폭 상에서 희망하는 재료 속성들이 필요하다. 이러한 속성들은 하나 이상의 변성층들에서 가변 임피던스 회로들의 추가적인 포함에 의해 변동될 수 있다.

본 명세서에서 이용될 수 있는 바와 같이, (a) 기판을 제조하는 동안, 정렬된 기판 함유물들을 가지는 영역들 및/또는 무질서한 또는 무작위로 분포된 기판 함유물들을 갖는 영역들로 제조되는 경우; (b) 기판을 제조하는 동안, 상이한 측방향 크기들 및 치수들과, 이에 따라, 상이한 EM 속성들을 가지는 영역들로 제조되는 경우; (c) 프로그램가능 기판들의 설계를 제어하기 위해 알고리즘이 이용되는 경우; (d) 기판이 가변 기판 EM 속성들(유전율 및/또는 투자율)을 위한 바이어스된 강자성 재료들의 기판 함유물들을 가지는 경우; 및/또는 (e) MEMS를 포함하는 기판이 국부적으로 가변 기판 EM 속성들을 달성하기 위해 스위칭하는 경우, 기판은 프로그램가능하거나 조정되는 것으로 간주된다.

프로그램가능하거나 조정된 기판은 인덕터, 트랜스포머(transformer), 증폭기, 전력 구동기, 필터, 안테나, 안테나 어레이, CMOS 디바이스, GaAs 디바이스, 송신선(transmission line)들, 비아(via)들, 커패시터들, 라디오 트랜시버(radio transceiver), 라디오 수신기, 라디오 송신기 등 중에서 하나 이상을 지지하고 조정하기 위해 이용될 수 있다.

도 30은 전자 회로들(212)을 지지하는 하나 이상의 기판들(40), 하나 이상의 변성층들(60), 및 제어 모듈(220)을 포함하는 프로그램가능 기판의 또 다른 실시예의 도면이다. 기판(40)은 기본 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 제공하기 위하여, 내장된 기판 함율물들(213)을 포함한다. 변성층(60)은 개구들을 갖는 접지(216)와, 개구 내에서, RLC 소자(214)(예를 들어, 배선, 트레이스, 금속 평면, 평면형 코일, 나선형 코일, 등) 및 가변 임피던스(218)를 포함하는 하나 이상의 가변 회로들(62)을 포함한다.

제어 모듈(220)은 기본 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 조정하기 위하여 제어 신호들을 하나 이상의 가변 임피던스 회로들에 제공하고, 이에 따라, 희망하는 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 제공한다. 회로들(62) 사이의 간격(S), RLC 소자들(214)의 길이(l), 및 접지로부터 기판(40)까지의 거리(d)는 프로그램가능 기판의 전자기 속성들에 영향을 준다는 것에 주목해야 한다. 또한, RLC 소자들(214)의 하나의 단부는 개방되어 있다는 것에 주목해야 한다.

도 31은 전자 회로들(212)을 지지하는 하나 이상의 기판들(40), 하나 이상의 변성층들(60), 및 제어 모듈(220)을 포함하는 프로그램가능 기판의 또 다른 실시예의 도면이다. 기판(40)은 기본 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 제공하기 위하여, 내장된 기판 함유물들(213)을 포함한다. 변성층(60)은 개구들을 갖는 접지(216)와, 개구 내에서, RLC 소자(214)(예를 들어, 배선, 트레이스, 금속 평면, 평면형 코일, 나선형 코일, 등) 및 가변 임피던스(218)를 포함하는 하나 이상의 가변 회로들(62)을 포함한다. RLC 소자(214)의 하나의 단부는 접지에 결합되고 다른 하나는 대응하는 가변 임피던스(218)에 결합되는 것에 주목해야 한다.

도 32는 전도성 소자가 집중 RLC 회로(230)로서 표현되어 있는 가변 임피던스 회로의 AMM 셀 또는 금속유전체 셀의 실시예의 개략적인 블록도의 회로이다. 이 예에서, 임피던스 소자(232)는 RLC 회로(232)와 직렬로 결합되는 가변 임피던스 회로이다. 대안적인 실시예에서, 임피던스 소자(232)는 고정된 임피던스 회로일 수 있다는 것에 주목해야 한다.

도 33은 전도성 소자가 집중 RLC 회로(230)로서 표현되어 있는 가변 임피던스 회로의 AMM 셀 또는 금속유전체 셀의 실시예의 개략적인 블록도의 회로이다. 이 예에서, 임피던스 소자(232)는 RLC 회로(230)와 병렬로 결합되는 가변 임피던스 회로이다. 대안으로서, 임피던스 소자(230)는 고정된 임피던스 회로일 수 있다는 것에 주목해야 한다.

도 34는 네거티브 저항(negative resistor)으로서 구현되는 가변 임피던스 회로의 AMM 셀 또는 금속유전체 셀의 가변 임피던스 소자(232)의 실시예의 개략적인 블록도의 회로이다. 네거티브 저항은 연산 증폭기(operational amplifier), 한 쌍의 저항들, 및 저항, 커패시터, 및/또는 인덕터를 포함할 수 있는 수동 구성요소 임피던스 회로(Z)를 포함한다.

도 35는 버랙터(varactor)로서 구현되는 가변 임피던스 회로의 AMM 셀 또는 금속유전체 셀의 가변 임피던스 소자(232)의 또 다른 실시예의 개략적인 블록도의 회로이다. 버랙터는 트랜지스터 및 커패시터를 포함한다. 트랜지스터의 게이트는 게이트 전압(Vgate)에 의해 구동되고, 트랜지스터 및 커패시터의 접속은 조정 전압(Vtune)에 의해 구동된다. 가변 임피던스 소자(232)의 대안적인 실시예로서, 수동 구성요소들의 적어도 하나가 조절가능한 수동 구성요소들(예를 들어, 저항들, 커패시터들, 및/또는 인덕터들)을 이용하여 구현될 수 있다.

본 명세서에서 이용될 수 있는 바와 같이, 용어들 "실질적으로" 및 "대략"은 그 대응하는 용어에 대한 산업상 허용되는 공차 및/또는 항목들 사이의 상대성을 제공한다. 이러한 산업상 허용되는 공차는 1 퍼센트(percent) 미만으로부터 50 퍼센트까지의 범위이고, 부품 값들, 집적 회로 프로세스 변동들, 온도 변동들, 상승 및 하강 시간들, 및/또는 열 잡음에 대응하지만, 이것으로 한정되지 않는다. 항목들 사이의 이러한 상대성은 수 퍼센트의 차이로부터 크기 차이까지의 범위이다. 본 명세서에서 이용될 수도 있는 바와 같이, 용어(들) "동작가능하게 결합되는", "결합되는" 및/또는 "결합하는"은 항목들 사이의 직접 결합 및/또는 중간 항목들을 통한 항목들 사이의 간접 결합을 포함하고(예를 들어, 항목은 부품, 소자, 회로, 및/또는 모듈을 포함하지만, 이것으로 한정되지 않음), 간접 결합에 대하여, 중간 항목은 신호의 정보를 수정하지 않지만, 그 전류 레벨, 전압 레벨 및/또는 전력 레벨을 조절할 수 있다. 본 명세서에서 더욱 이용될 수 있는 바와 같이, 추론된 결합(즉, 하나의 소자가 추론에 의해 또 다른 소자에 결합됨)은 "결합되는"과 동일한 방식으로 2개의 항목들 사이의 직접 및 간접 결합을 포함한다. 본 명세서에서 훨씬 더 이용될 수 있는 바와 같이, 용어 "~하도록 동작가능" 또는 "동작가능하게 결합되는"은 항목이 활성화될 경우에 하나 이상의 그 대응하는 기능들을 수행하기 위하여 전력 접속들, 입력(들), 출력(들) 등 중의 하나 이상을 포함하고, 하나 이상의 다른 항목들에 대한 추론된 결합을 더 포함할 수 있음을 나타낸다. 본 명세서에서 더 이용될 수 있는 바와 같이, 용어 "연관된"은 별개의 항목들 및/또는 또 다른 항목 내에 내장되어 있는 하나의 항목의 직접 및/또는 간접 결합을 포함한다. 본 명세서에서 이용될 수 있는 바와 같이, 용어 "양호하게 비교"는 2개 이상의 항목들, 신호들 등의 사이의 비교가 희망하는 관계를 제공한다는 것을 나타낸다. 예를 들어, 희망하는 관계가 신호 1이 신호 2보다 큰 크기를 가지는 것일 때, 양호한 비교는 신호 1의 크기가 신호 2의 크기보다 클 때, 또는 신호 2의 크기가 신호 1의 크기보다 작을 때에 달성될 수 있다.

본 명세서에서 이용될 수도 있는 바와 같이, 용어들 "처리 모듈", "모듈", "처리 회로", 및/또는 "처리 유닛"은 단일 처리 장치 또는 복수의 처리 장치들일 수 있다. 이러한 처리 장치는 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 처리기, 마이크로컴퓨터, 중앙 처리 유닛, 필드 프로그램가능 게이트 어레이, 프로그램가능 로직 장치들, 상태 머신, 로직 회로, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 회로 및/또는 동작 명령들의 하드 코딩에 기초하여 신호들(아날로그 및/또는 디지털)을 조작하는 임의의 장치일 수 있다. 처리 모듈, 모듈, 처리 회로, 및/또는 처리 유닛은 연관된 메모리 및/또는 집적 메모리 소자를 가질 수 있고, 이것은 단일 메모리 장치, 복수의 메모리 장치들, 및/또는 처리 모듈, 모듈, 처리 회로, 및/또는 처리 유닛의 내장된 회로일 수 있다. 이러한 메모리 장치는 판독전용 메모리, 랜덤 액세스 메모리, 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 정적 메모리, 동적 메모리, 플래시 메모리, 캐시 메모리, 및/또는 디지털 정보를 저장하는 임의의 장치일 수 있다. 처리 모듈, 모듈, 처리 회로, 및/또는 처리 유닛이 하나를 초과하는 처리 장치를 포함할 경우, 처리 장치들은 중심에 위치될 수 있거나(예를 들어, 유선 및/또는 무선 버스 구조를 통해 직접 함께 결합됨), 분산 방식으로 위치될 수 있다(예를 들어, 로컬 영역 네트워크 및/또는 광역 네트워크를 통한 간접 결합을 경유한 클라우드 컴퓨팅)는 것에 주목해야 한다. 또한, 처리 모듈, 모듈, 처리 회로, 및/또는 처리 유닛이 상태 머신, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 논리 회로를 통해 그 기능들 중의 하나 이상을 구현하는 경우, 대응하는 동작 명령들을 저장하는 메모리 및/또는 메모리 소자는 상태 머신, 아날로그 회로, 디지털 회로, 및/또는 논리 회로를 포함하는 회로 내부에 내장될 수 있거나 그 외부에 있을 수 있음에 주목해야 한다. 또한, 도면들의 하나 이상에서 예시된 단계들 및/또는 기능들의 적어도 일부에 대응하는 하드 코딩된 및/또는 동작 명령들을, 메모리 소자는 저장할 수 있고, 처리 모듈, 모듈, 처리 회로, 및/또는 처리 유닛은 실행한다는 것에 주목해야 한다. 이러한 메모리 장치 또는 메모리 소자는 제조 물품 내에 포함될 수 있다.

본 발명은 그 기술된 기능들 및 관계들의 성능을 예시하는 방법 단계들의 도움으로 위에서 설명되었다. 이 기능적 구성 블록들 및 방법 단계들의 경계들 및 순서는 설명의 편의를 위하여 본 명세서에서 임의로 정의되었다. 기술된 기능들 및 관계들이 적절하게 수행되는 한, 대안적인 경계들 및 순서들이 정의될 수 있다. 이와 같이, 임의의 이러한 대안적인 경계들 또는 순서들은 청구된 발명의 범위 및 취지 내에 있다. 또한, 이 기능적 구성 블록들의 경계들은 설명의 편의를 위해 임의로 정의되었다. 어떤 중요한 기능들이 적절하게 수행되는 한, 대안적인 경계들이 정의될 수 있다. 이와 유사하게, 흐름도 블록들은 어떤 중요한 기능성을 예시하기 위하여 본 명세서에서 임의로 정의될 수도 있다. 이용되는 한도까지, 흐름도 블록 경계들 및 순서는 이와 달리 정의될 수 있고, 어떤 중요한 기능성을 여전히 수행할 수 있다. 이와 같이, 두 기능적 구성 블록들 및 흐름도 블록들 순서들의 이러한 대안적인 정의들은 청구된 발명의 범위 및 취지 내에 있다. 또한, 당업자는 본 명세서에서의 기능적 구성 블록들, 및 다른 에시적인 블록들, 모듈들 및 부품들이 예시된 바와 같이, 또는 이산 부품들, 용도 특정 집적 회로들, 적절한 소프트웨어 등을 실행하는 처리기들 또는 그 임의의 조합에 의해 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다.

본 발명은 하나 이상의 실시예들의 측면에서 적어도 부분적으로 설명될 수도 있다. 본 발명의 실시예는 본 발명, 그 측면, 그 특징, 그 개념, 및/또는 그 예를 예시하기 위하여 본 명세서에서 이용된다. 본 발명을 구체화하는 장치, 제조 물품, 머신, 및/또는 프로세스의 물리적인 실시예는 본 명세서에서 논의된 실시예들의 하나 이상을 참조하여 설명된 측면들, 특징들, 개념들, 예들 등의 하나 이상의 포함할 수 있다. 또한, 도면들마다, 실시예들은 동일하거나 상이한 참조 번호들을 이용할 수 있는 동일하거나 유사하게 명명된 기능들, 단계들, 모듈들 등을 포함할 수 있고, 이와 같이, 기능들, 단계들, 모듈들 등은 동일하거나 유사한 기능들, 단계들, 모듈들 등이거나, 또는 상이한 것들일 수 있다.

상기 설명된 도면(들)에서의 트랜지스터들은 전계 효과 트랜지스터(FET : field effect transistor)들로서 도시되어 있지만, 당업자가 인식하는 바와 같이, 트랜지스터들은 바이폴라, 금속 산화물 반도체 전계 효과 트랜지스터(MOSFET : metal oxide semiconductor field effect transistor)들, N-웰 트랜지스터들, P-웰 트랜지스터들, 증가형 모드, 공핍형 모드, 및 제로 전압 임계(VT : voltage threshold) 트랜지스터들을 포함하지만 이것으로 한정되지 않는 임의의 유형의 트랜지스터 구조를 이용하여 구현될 수 있다.

분명히 달리 기술되지 않으면, 본 명세서에서 제시된 임의의 도면들 중의 하나의 도면 내의 소자들로의 신호들, 소자들로부터의 신호들, 및/또는 소자들 사이의 신호들은 아날로그 또는 디지털, 연속 시간 또는 이산 시간, 및 싱글-엔드형(single-ended) 또는 차동형(differential)일 수 있다. 예를 들어, 신호 경로가 싱글-엔드형 경로로서 도시되는 경우, 그것은 또한 차동형 신호 경로를 나타낸다. 이와 유사하게, 단일 경로가 차동형 경로로서 도시되는 경우, 그것은 또한 싱글-엔드형 신호 경로를 나타낸다. 하나 이상의 특정한 아키텍처들이 본 명세서에서 도시되지만, 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 명백히 도시되지 않은 하나 이상의 데이터 버스들, 소자들 사이의 직접 접속성, 및/또는 다른 소자들 사이의 간접 결합을 이용하는 다른 아키텍처들이 유사하게 구현될 수 있다.

용어 "모듈"은 본 발명의 다양한 실시예들의 설명에서 이용된다. 모듈은 하나 이상의 출력 신호들을 생성하기 위하여 하나 이상의 입력 신호들의 처리와 같은 하나 이상의 모듈 기능들을 수행하기 위한 하드웨어를 통해 구현되는 기능적 블록을 포함한다. 모듈을 구현하는 하드웨어는 소프트웨어 및/또는 펌웨어와 함께 동작할 수 있다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 모듈은 그 자체가 모듈들인 하나 이상의 서브-모듈들을 포함할 수 있다.

본 발명의 다양한 기능들 및 특징들의 특정한 조합들은 본 명세서에서 명백히 설명되었지만, 이 특징들 및 기능들의 다른 조합들이 유사하게 가능하다. 본 발명은 본 명세서에서 개시된 특정한 예들에 의해 한정되지 않고, 이 다른 조합들을 명백히 통합한다.

Claims

인쇄된 인덕터(printed inductor);
인쇄된 안테나(printed antenna); 및
제 1 영역에서 상기 인쇄된 인덕터를 지지하고 제 2 영역에서 상기 인쇄된 안테나를 지지하는 기판을 포함하고,
상기 제 1 영역은 높은 투자율(permeability)을 가지고 상기 제 2 영역은 높은 유전율(permittivity)을 가지는, 회로.
청구항 1에 있어서,
상기 기판은,
기판 재료;
상기 제 1 영역에서 상기 기판 재료에 내장된 비자성 금속유전체 함유물(non-magnetic metallodielectric inclusion)들; 및
상기 제 2 영역에서 상기 기판 재료에 내장된 높은 유전율의 금속유전체 함유물들을 포함하는, 회로.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 제 1 영역의 상기 투자율을 조정하기 위한 제 1 가변 임피던스 회로들; 및
상기 제 2 영역의 상기 유전율을 조정하기 위한 제 2 가변 임피던스 회로들을 더 포함하는, 회로.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
반도체 기판의 표면 위에서 거리를 두어, 전자기 특성들로서 인공 자기 도체(AMC : artificial magnetic conductor)를 생성하는 투영 인공 자기 미러(PAMM : projected artificial magnetic mirror)를 더 포함하는, 회로.
청구항 4에 있어서,
상기 PAMM은 복수의 인공 자기 미러(AMM : artificial magnetic mirror) 셀들을 더 포함하고,
상기 복수의 AMM 셀들의 AMM 셀은,
집중(lumped) 저항-인덕터-커패시터(RLC : resistor-inductor-capacitor) 회로를 형성하는 전도성 소자; 및
상기 전도성 소자에 결합되는 임피던스 소자를 포함하고,
상기 임피던스 소자의 임피던스 및 상기 RLC 회로의 임피던스는 상기 AMC에 기여하는 주어진 주파수 범위 내에서 상기 AMM 셀을 위한 전자기 속성을 설정하는, 회로.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판의 제 3 영역에서 지지되는 커패시터를 더 포함하고,
상기 제 3 영역의 유전율이 변동될 때, 상기 커패시터의 커패시턴스(capacitance)가 변동됨으로써, 라디오 주파수(RF : radio frequency) 버랙터(varactor)를 제공하는, 회로.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기판의 제 3 영역에서 지지되는 듀플렉서(duplexer)로서, 상기 제 3 영역은 높은 유전율 및 높은 투자율 중의 적어도 하나를 가지는 상기 듀플렉서;
상기 기판의 제 3 영역에서 지지되는 다이플렉서(diplexer)로서, 상기 제 3 영역은 높은 유전율 및 높은 투자율 중의 적어도 하나를 가지는 상기 다이플렉서;
상기 기판의 제 3 영역에서 지지되는 전력 증폭기를 위한 부하선으로서, 상기 제 3 영역은 높은 유전율 및 높은 투자율 중의 적어도 하나를 가지는 상기 부하선; 및
상기 기판의 제 3 영역에서 지지되는 위상 시프터(phase shifter)로서, 상기 제 3 영역은 높은 유전율 및 높은 투자율 중의 적어도 하나를 가지는 상기 위상 시프트 중에서 하나를 더 포함하는, 회로.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
복수의 금속유전체 셀들을 더 포함하고,
상기 복수의 금속유전체 셀들의 셀은,
집중 저항-인덕터-커패시터(RLC) 회로를 형성하는 전도성 소자; 및
상기 전도성 소자에 결합되는 임피던스 소자로서, 상기 임피던스 소자의 임피던스 및 상기 RLC 회로의 임피던스는 주어진 주파수 범위 내에서 상기 셀을 위한 전자기 속성을 설정하는 상기 임피던스 소자를 포함하고,
상기 복수의 금속유전체 셀들의 적어도 일부는 라디오 주파수(RF) 스위치를 효과적으로 제공하기 위하여 별개의 경로를 거쳐 상기 복수의 금속유전체 셀들을 통해 전자기 신호를 조향(steer)하기 위해 조정되는, 회로.
프로그램가능 주파수 선택적 표면;
상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면과 대체로 평행하며 상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면으로부터 거리를 두고 있는 표면을 가지는 높은 임피던스 표면; 및
전자기 신호를 방사하는 안테나 소스(antenna source)를 포함하는 안테나 회로로서,
상기 전자기 신호는 상기 높은 임피던스 표면으로부터 반사하며 상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면을 통해 방사(radiate)하고, 상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면의 전자기 특성은 상기 안테나 회로의 희망하는 성능을 위해 조정되는, 안테나 회로.
청구항 9에 있어서,
상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면은,
반도체 재료; 및
상기 전자기 특성에 기여하는 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 제공하기 위하여, 반도체 재료에 내장된 기판 함유물들을 포함하는, 안테나 회로.
청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면은,
상기 유전율, 투자율, 및 전도율 특성들을 조정하는 하나 이상의 가변 임피던스 회로들을 포함하는, 안테나 회로.
청구항 9 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면의 또 다른 표면에 병치된(juxtaposed) 표면을 갖는 유전체 커버를 더 포함하는, 안테나 회로.
청구항 9 내지 청구항 12 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안테나 소스는 다이폴 안테나(dipole antenna)를 포함하는, 안테나 회로.
청구항 9 내지 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
상기 높은 임피던스 표면은,
상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면에 대체로 평행하며 상기 프로그램가능 주파수 선택적 표면으로부터 거리를 두고 있는 표면을 가지는 기판; 및
상기 기판의 또 다른 표면에 병치된 표면을 가지는 접지 평면을 포함하는, 안테나 회로.
청구항 9 내지 청구항 14 중 어느 한 항에 있어서,
기판;
상기 기판 상의 안테나로서, 상기 안테나는 높은 유전율을 가지는 상기 기판의 영역에서 위치되는 상기 안테나; 및
상기 안테나를 위한 방사 패턴을 가능하게 하기 위하여 상기 기판의 표면 위에서 거리를 두어 인공 자기 도체(AMC : artificial magnetic conductor)를 생성하는 투영 인공 자기 미러(PAMM : projected artificial magnetic mirror)를 포함하는, 안테나 회로.