KR20170057125A - reflected wave converting device and ECM system using metamaterial surface - Google Patents

reflected wave converting device and ECM system using metamaterial surface Download PDF

Info

Publication number
KR20170057125A
KR20170057125A KR1020160122977A KR20160122977A KR20170057125A KR 20170057125 A KR20170057125 A KR 20170057125A KR 1020160122977 A KR1020160122977 A KR 1020160122977A KR 20160122977 A KR20160122977 A KR 20160122977A KR 20170057125 A KR20170057125 A KR 20170057125A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
meta
material unit
plate
pattern
pattern plate
Prior art date
Application number
KR1020160122977A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101807654B1 (en
Inventor
김홍준
박홍우
한희제
박순우
Original Assignee
경북대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 경북대학교 산학협력단 filed Critical 경북대학교 산학협력단
Priority to US15/350,878 priority Critical patent/US10498042B2/en
Publication of KR20170057125A publication Critical patent/KR20170057125A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101807654B1 publication Critical patent/KR101807654B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/0006Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
    • H01Q15/0086Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00Auxiliary devices
    • H01P1/20Frequency-selective devices, e.g. filters
    • H01P1/2005Electromagnetic photonic bandgaps [EPB], or photonic bandgaps [PBG]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01PWAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08Microstrips; Strip lines
    • H01P3/081Microstriplines
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/44Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

The present invention relates to a reflection frequency converter and ECM system using a surface of an active meta-material which can change the phase of a reflected wave by coupling a variable capacitor to a high impedance surface and frequency of the reflected wave by providing a voltage waveform that varies with time. The present invention comprises: a plate-shaped active meta-material surface formed to be capable of continuously changing the phase of the reflected wave by changing a surface impedance property according to an input voltage; and an arbitrary waveform generator providing a voltage waveform that can linearly change the phase of the reflected wave with time on the surface of the meta-material. The reflected wave frequency generated on the surface of the meta-material is converted according to a frequency of the voltage waveform provided from the arbitrary waveform generator, and a plurality of meta-material unit structures are arranged periodically on the surface of the meta-material, wherein the meta-material unit structure is a high impedance surface having a variable capacitor. Therefore, the capacitance of the variable capacitor is changed according to the applied voltage so that the phase of the reflected wave can be changed.

Description

능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치 및 ECM 시스템{ reflected wave converting device and ECM system using metamaterial surface}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a reflection frequency converting apparatus and an ECM system using an active meta material surface,

본 발명은 고 임피던스 표면(HIS)에 가변 커패시터를 결합하여 반사파의 위상을 변화시킬 수 있는 능동형 메타물질 표면으로, 시간에 따라 변화하는 전압 파형을 제공함으로써 반사파의 주파수를 변환시킬 수 있는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치 및 ECM 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to an active metamaterial surface that can change the phase of a reflected wave by coupling a variable capacitor to a high impedance surface (HIS), and to provide a voltage waveform that varies with time, And to an ECM system.

일반적으로 전자기파를 이용하여 통신을 할 때, 대부분의 경우 도체가 이를 방해하는 역할을 한다. In general, when conducting communications using electromagnetic waves, conductors interfere with it in most cases.

즉, PCB 기판에 안테나를 제작하였을 경우 PCB 기판 아래의 금속 접지판이 전파의 입장에서 볼 때 단락된 회로와 같이 동작하게 되므로 반사계수는 "-1"을 가지게 된다. 이때, 반사계수가 "-1"이라는 것은 동일한 크기로 반사되나 위상이 "180°" 반전된다는 것을 의미하므로, 금속 접지판에서 반사된 전파는 안테나에서 방사되는 전파의 위상이 "180°" 반전되어 반사된다는 사실을 알 수 있다. 이러한 현상은 반사된 전파와 안테나로부터 방사된 전파 간의 상쇄를 일어나게 하며, 안테나의 방사 효율 감소를 일어나게 한다.That is, when an antenna is manufactured on a PCB substrate, the metal ground plate under the PCB substrate operates like a short circuit in view of the radio wave, so that the reflection coefficient is "-1". Since the reflection coefficient is "-1 ", it means that the reflection is the same size but the phase is inverted by" 180 DEG ", so that the radio wave reflected from the metal ground plate is inverted by & It can be seen that it is reflected. This phenomenon causes the cancellation between the reflected radio waves and the radio waves radiated from the antenna, resulting in a decrease in the radiation efficiency of the antenna.

상기한 현상을 최소화하기 위해 기존에는 High-profile antenna라고 하여 일정 두께 이상의 높은 두께의 PCB 기판을 이용하여 안테나를 만드는 것이 제안되었다. 그러나 PCB 기판을 두껍게 하여 안테나를 제작하게 되면 안테나의 두께가 증가하며, 안테나의 유연성이 줄어들기 때문에 핸드폰 안테나와 같이 소형화/유연화를 요구하는 안테나를 제작하기에는 어려움이 따른다. In order to minimize the above-mentioned phenomenon, it has been proposed that an antenna is formed using a high-profile PCB having a thickness greater than a predetermined thickness. However, if an antenna is manufactured by thickening a PCB substrate, the thickness of the antenna increases, and the flexibility of the antenna is reduced. Therefore, it is difficult to fabricate an antenna requiring miniaturization / flexibility like a mobile phone antenna.

이에, 최근에는 이를 해결하기 위해 고 임피던스 표면(High Impedence Surface :HIS) 구조가 제안되었다. HIS 구조는 기존의 금속 접지판에 주기적 구조를 가지는 홈을 파는 등의 표면 구조의 변형을 통해 특정 주파수에서 공진 현상이 일어나도록 된 것으로, 공진 주파수에서 HIS의 표면 임피던스는 그 값이 "0"인 금속과는 달리 무한대의 값을 가지게 된다. 따라서 공진 주파수에서 반사파의 위상은 "0"이 되며 반사되는 전파와 안테나로부터 방사되는 전파의 위상이 동일하게 됨으로써, 안테나의 성능을 향상시킬 수 있게 된다. Recently, a high impedance surface (HIS) structure has been proposed to solve this problem. The HIS structure resonates at a specific frequency by deforming the surface structure such as a groove having a periodic structure in a conventional metal ground plate. The surface impedance of the HIS at the resonance frequency has a value of "0" Unlike metal, it has an infinite value. Therefore, the phase of the reflected wave at the resonance frequency becomes "0 ", and the reflected wave and the radio wave radiated from the antenna have the same phase, thereby improving the performance of the antenna.

그러나, 상기한 HIS에서의 표면 임피던스 특성은 기판 위에 새겨진 금속 구조체의 모양으로 인해 제한되며 동적인 특성을 이끌어낼 수 없다는 제한점이 있다.However, the above-mentioned surface impedance characteristics in the HIS are limited due to the shape of the metal structure engraved on the substrate, and there is a limitation that dynamic characteristics can not be obtained.

한편, 최근에는 상기 HIS를 안테나의 성능 개선 이외에도 군사적 목적으로 사용하기 위한 연구들이 외국에서 많이 진행되고 있다. Meanwhile, in recent years, studies for using the HIS for military purposes in addition to the performance improvement of antennas have been conducted in many foreign countries.

즉, 현대의 항공기들은 많은 수의 안테나를 가지고 있으며 그 목적 또한 재밍, 감청용, 통신용, 레이더용 등 다양하다. In other words, modern aircraft have a large number of antennas and their purpose is various for jamming, interception, communication, radar.

이에, 상기한 HIS 의 적용범위를 보다 확장하기 위해서는 표면에 흐르는 전자기파를 상황에 따라 자유롭게 변형할 수 있는 새로운 형태의 HIS 구조가 요구된다.In order to further expand the application range of the HIS described above, a new type of HIS structure capable of freely modifying electromagnetic waves flowing on the surface depending on the situation is required.

1. 한국등록특허 제1458221호 (발명의 명칭: 가변 메타물질 장치)1. Korean Registered Patent No. 1458221 entitled " Variable Metamaterial Device " 2. 한국등록특허 제1408306호 (발명의 명칭: 주파수 특성을 변화시킬 수 있는 주파수 선택표면 구조 및 이를 이용하여 전자파 차단 기능을 가지는 블라인드 시스템)2. Korean Patent No. 1408306 entitled Frequency selective surface structure capable of changing frequency characteristics and blind system having electromagnetic wave shielding function using it

이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 고 임피던스 표면(HIS)에 가변 커패시터를 결합하여 반사파의 위상을 변화시킬 수 있는 능동형 메타물질 표면으로, 시간에 따라 변화하는 전압 파형을 제공함으로써 반사파의 주파수를 변환시킬 수 있는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치 및 ECM 시스템을 제공함에 그 기술적 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described circumstances, and it is an object of the present invention to provide a voltage meter that changes the phase of a reflected wave by coupling a variable capacitor to a high impedance surface (HIS) And a reflective frequency converter and an ECM system using an active meta material surface capable of converting a frequency of a reflected wave.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 입력되는 전압에 따라 표면 임피던스 특성을 변화시킴으로써 반사파의 위상이 연속적으로 변환가능하도록 구성되는 판 형상의 능동형 메타물질 표면과, 상기 메타물질 표면으로 시간에 따라 반사파의 위상을 선형적으로 변화시킬 수 있는 전압 파형을 제공하는 임의파형 발생기를 포함하여 구성되어, 상기 임의파형 발생기로부터 제공되는 전압파형의 주파수에 따라 상기 메타물질 표면에서 발생되는 반사파 주파수가 변환되도록 구성되고, 상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조가 주기적으로 배치되어 구성되되, 상기 메타물질 단위구조는 가변 커패시터가 구비된 고 임피던스 표면(HIS) 으로써, 인가되는 전압에 따라 상기 가변 커패시터의 커패시턴스가 변화되어 반사파의 위상을 가변시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an active matrix display device including: a plate-shaped active meta material surface configured to continuously convert a phase of a reflected wave by changing a surface impedance characteristic according to an input voltage; And an arbitrary waveform generator for providing a voltage waveform capable of linearly varying the phase of the reflected wave with respect to time, wherein the reflected wave frequency generated from the surface of the meta material in accordance with the frequency of the voltage waveform provided from the arbitrary waveform generator Wherein the meta-material surface is formed by periodically arranging a plurality of meta-material unit structures, wherein the meta-material unit structure is a high-impedance surface (HIS) having a variable capacitor, The capacitance of the variable capacitor is changed so that the phase of the reflected wave is The reflection frequency converter with an active meta-material surface, characterized in that configured to change, is provided.

또한, 상기 메타물질 단위구조는 전도성 재질의 하판과 상판 사이에 일정 두께를 갖는 유전체판이 배치된 형태로 구성되고, 상기 상판은 중공 형성된 제1 패턴판과 제1 패턴판의 중공 부분에 배치되는 제2 패턴판으로 구성되되, 제1 패턴판과 제2 패턴판이 이격되어 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에 띠 형상의 라인패턴을 형성함으로써 이를 통해 커패시턴스 성분을 형성하도록 구성되며, 상기 상판의 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 가변 커패시터가 결합되고, 상기 제2 패턴판의 중앙부분은 비아 핀을 통해 하판과 연결되어 접지를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치가 제공된다.The meta-material unit structure may include a dielectric plate having a predetermined thickness disposed between a lower plate and a top plate of a conductive material. The upper plate may include a hollow first pattern plate, Wherein the first pattern plate and the second pattern plate are spaced apart from each other to form a band-shaped line pattern between the first pattern plate and the second pattern plate, thereby forming a capacitance component, Wherein a variable capacitor is coupled between the first pattern plate and the second pattern plate, and a central portion of the second pattern plate is connected to the lower plate through the via pin to form a ground. A reflection frequency conversion device is provided.

또한, 상기 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 적어도 하나 이상의 가변 커패시터가 결합되어 구성되되, 다각형상의 메타물질 단위구조에 대해서는 각 변에 대해 하나의 가변 커패시터가 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사주파수 변환장치가 제공된다.Also, at least one or more variable capacitors are coupled between the first pattern plate and the second pattern plate, and one variable capacitor is disposed for each side of the polygonal meta-material unit structure. A reflection frequency conversion apparatus using an active meta material surface is provided.

또한, 상기 가변 커패시터는 버랙터 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사주파수 변환장치가 제공된다.Also, a reflective frequency converter using the active meta material surface is provided, wherein the variable capacitor is composed of a varactor diode.

또한, 상기 임의파형 발생기의 일단은 상기 상판의 제1 패턴판과 연결되고 타단은 상기 하판과 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사주파수 변환장치가 제공된다.Also, one end of the arbitrary waveform generator is connected to the first pattern plate of the upper plate, and the other end of the arbitrary waveform generator is connected to the lower plate.

또한, 상기 임의파형 발생기는 목적하는 공진주파수에 대응되는 가변 커패시터의 바이어스 전압을 변화시키기 위한 전압 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치가 제공된다.Also, the arbitrary waveform generator generates a voltage waveform for varying a bias voltage of a variable capacitor corresponding to a desired resonance frequency, and a reflection frequency conversion apparatus using the active meta material surface is provided.

또한, 상기 임의파형 발생기는 메타물질 표면에서의 반사파 위상을 선형적으로 360°변위시키도록 가변 커패시터로 인가되는 전압파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치가 제공된다.Also, the arbitrary waveform generator generates a voltage waveform to be applied to the variable capacitor so that the phase of the reflected wave on the surface of the meta material is linearly shifted by 360 °, and a reflection frequency conversion apparatus using the active meta material surface is provided .

또한, 상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되, 상기 메타물질 단위셀은 적어도 하나 이상의 동일 구조로 구성되는 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되거나, 동일 구조의 메타물질 단위셀이 다양한 크기로 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치가 제공된다.In addition, the surface of the meta material may include a plurality of meta material unit cells having a plurality of meta material unit structures periodically arranged such that the meta material unit cell has at least one meta material unit structure having a certain pattern And a plurality of meta-material unit cells having the same structure are arranged to have a predetermined pattern in various sizes. The present invention provides a reflection frequency conversion apparatus using an active meta-material surface.

또한, 상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되, 상기 메타물질 단위셀은 다각 형상 또는 원형의 메타물질 단위구조 중 적어도 둘 이상의 서로 다른 구조의 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치가 제공된다.Also, the surface of the meta material may be formed by periodically arranging meta material unit cells having a plurality of meta material unit structures, wherein the meta material unit cell has at least two or more different structures of a polygonal or circular meta material unit structure And the meta-material unit structure is arranged so as to have a predetermined pattern.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일측면에 따르면, 장비 표면은 임의 파형발생기로부터 제공되는 입력 전압에 따라 표면 임피던스 특성을 변화시킴으로써 반사파의 위상이 연속적으로 변환 가능하도록 구성되는 판 형상의 능동형 메타물질 표면으로 구성되고, 그 내측에는 상기 메타물질 표면으로 시간에 따라 변화되는 전압 파형을 제공하는 임의파형 발생기를 포함하도록 구성되되, 상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조가 주기적으로 배치되어 구성되며, 상기 메타물질 단위구조는 가변 커패시터가 구비된 고 임피던스 표면(HIS)으로써, 인가되는 전압에 따라 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 가변시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a waveguide structure in which a surface of an equipment is formed by changing a surface impedance characteristic according to an input voltage provided from an arbitrary waveform generator, And an arbitrary waveform generator for providing a voltage waveform that changes with time on the surface of the meta material, wherein the surface of the meta material includes a plurality of meta material unit structures periodically Wherein the meta-material unit structure is a high-impedance surface (HIS) having a variable capacitor, and is configured to vary the capacitance of the variable capacitor according to a voltage applied thereto. An ECM system is provided.

또한, 상기 장비의 내측에는 무선통신수단을 추가로 구비하여 구성되어, 무선 입력되는 신호를 근거로 상기 임의파형 발생기를 통해 출력되는 전압파형을 변경설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.The apparatus may further include a wireless communication unit inside the apparatus to change the voltage waveform output through the arbitrary waveform generator based on a wireless input signal. An ECM system is provided.

또한, 상기 메타물질 단위구조는 전도성 재질의 하판과 상판 사이에 일정 두께를 갖는 유전체판이 배치된 형태로 구성되고, 상기 상판은 중공 형성된 제1 패턴판과 제1 패턴판의 중공 부분에 배치되는 제2 패턴판으로 구성되되, 제1 패턴판과 제2 패턴판이 이격되어 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에 띠 형상의 라인패턴을 형성함으로써 이를 통해 커패시턴스 성분을 형성하도록 구성되며, 상기 상판의 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 가변 커패시터가 결합됨과 더불어, 상기 제2 패턴판의 중앙부분은 비아 핀을 통해 하판과 연결되어 접지를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.The meta-material unit structure may include a dielectric plate having a predetermined thickness disposed between a lower plate and a top plate of a conductive material. The upper plate may include a hollow first pattern plate, Wherein the first pattern plate and the second pattern plate are spaced apart from each other to form a band-shaped line pattern between the first pattern plate and the second pattern plate, thereby forming a capacitance component, Wherein a variable capacitor is coupled between the first pattern plate and the second pattern plate and a central portion of the second pattern plate is connected to the lower plate through the via pin to form a ground. An ECM system is provided.

또한, 상기 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 적어도 하나 이상의 가변 커패시터가 결합되어 구성되되, 다각형상의 메타물질 단위구조에 대해서는 각 변에 대해 하나의 가변 커패시터가 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.Also, at least one or more variable capacitors are coupled between the first pattern plate and the second pattern plate, and one variable capacitor is disposed for each side of the polygonal meta-material unit structure. An ECM system using an active meta-material surface is provided.

또한, 상기 임의파형 발생기의 일단은 상기 상판의 제1 패턴판과 연결되고 타단은 상기 하판과 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.Also, an end of the arbitrary waveform generator is connected to the first pattern plate of the upper plate, and the other end of the arbitrary waveform generator is connected to the lower plate.

또한, 상기 임의파형 발생기는 목적하는 공진주파수에 대응되는 가변 커패시터의 바이어스 전압을 변화시키기 위한 전압 파형을 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.Also, the arbitrary waveform generator is configured to generate a voltage waveform for varying a bias voltage of a variable capacitor corresponding to a desired resonance frequency, wherein an ECM system using the active meta material surface is provided.

또한, 상기 임의파형 발생기는 입사파 주파수에 대해 반사파 위상을 선형적으로 360°위상변위시키도록 가변 커패시터로 인가되는 전압 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.Also, the arbitrary waveform generator generates a voltage waveform to be applied to the variable capacitor so as to linearly phase-shift the reflected wave phase by 360 degrees with respect to the incident wave frequency. The ECM system using the active meta material surface is provided.

또한, 상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되, 상기 메타물질 단위셀은 적어도 하나 이상의 동일 구조로 구성되는 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되거나, 동일 구조의 메타물질 단위셀이 다양한 크기로 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.In addition, the surface of the meta material may include a plurality of meta material unit cells having a plurality of meta material unit structures periodically arranged such that the meta material unit cell has at least one meta material unit structure having a certain pattern And a plurality of meta-material unit cells having the same structure are arranged so as to have a predetermined pattern in various sizes, and the ECM system using the active meta material surface is provided.

또한, 상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되, 상기 메타물질 단위셀은 다각 형상 또는 원형의 메타물질 단위구조 중 적어도 둘 이상의 서로 다른 구조의 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다. Also, the surface of the meta material may be formed by periodically arranging meta material unit cells having a plurality of meta material unit structures, wherein the meta material unit cell has at least two or more different structures of a polygonal or circular meta material unit structure And an ECM system using an active meta material surface, wherein the meta material unit structure is arranged to have a certain pattern.

본 발명에 의하면, HIS 에 가변 커패시터를 일정 패턴상에 결합하여 구성하는 간단한 방법으로 입력 전압 파형에 따라 반사 주파수를 변화시킬 수 있도록 된 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치를 제공할 수 있게 된다.According to the present invention, it is possible to provide a reflection frequency conversion apparatus using a surface of an active meta material that can change a reflection frequency according to an input voltage waveform by a simple method of combining a variable capacitor on a predetermined pattern in HIS .

또한, 본 발명에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치를 ECM 시스템에 적용하는 경우, 장비 표면에서 적군으로부터 온 신호를 저전력으로 왜곡시켜 반사할 수 있기 때문에 종래 ECM 시스템과 비교하여 재밍 신호 송출 성능이 월등하고 소형화가 가능하여 비행기 및, UAV나 소형 로봇, 장갑차와 같은 소형 무기체계를 포함한 각종 장비에 적용하여 사용하는 것이 가능하다. In addition, when the reflection frequency converter using the surface of the active meta material according to the present invention is applied to the ECM system, the signal from the enemy group can be distorted and reflected with low power, It is superior in performance and can be miniaturized, so it can be applied to various equipments including airplane and small weapon system such as UAV, small robot, and armored vehicle.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도2는 도1에 도시된 임의파형 발생기(200)에서 제공되는 전압 파형을 예시한 도면.
도3은 도1에 도시된 메타물질 표면(100)의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도4는 도3에 도시된 메타물질 단위구조(300)의 구성을 도시한 도면.
도5는 도4에 도시된 메타물질 단위구조(300)을 전자적으로 모델링한 도면.
도6은 도4에 도시된 메타물질 단위구조(300)의 특성을 나타낸 그래프.
도7은 메타물질 표면(100) 관련 수식 유도를 위한 공간 모델링 도면.
도8은 메타물질 표면(100)에서의 가변 커패시턴스에 대한 반사파 특성을 나타낸 도면.
도9 내지 도10은 본 발명에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치에 대한 실험결과를 나타낸 도면.
도11 내지 도16은 본 발명에 따른 메타물질 표면 및 메타물질 단위셀의 다양한 구성을 예시한 도면.
도17은 본 발명에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a reflection frequency converter using a surface of an active meta material according to a first embodiment of the present invention; FIG.
2 is a diagram illustrating voltage waveforms provided in the arbitrary waveform generator 200 shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 3 shows a schematic configuration of the meta-material surface 100 shown in FIG. 1; FIG.
4 is a view showing a configuration of the meta-material unit structure 300 shown in Fig. 3; Fig.
FIG. 5 is an electronically modeled metamaterial unit structure 300 shown in FIG. 4. FIG.
FIG. 6 is a graph showing the characteristics of the meta-material unit structure 300 shown in FIG.
7 is a spatial modeling drawing for derivation of meta-material surface 100 related mathematical derivations.
8 is a view showing a reflected wave characteristic for a variable capacitance in the meta-material surface 100. Fig.
9 to 10 are experimental results of a reflection frequency conversion apparatus using the surface of an active meta material according to the present invention.
11 to 16 are diagrams illustrating various configurations of a meta material surface and a meta material unit cell according to the present invention.
17 is a schematic view of an ECM system using an active meta material surface according to the present invention.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The description of the present invention is merely an example for structural or functional explanation, and the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, the embodiments are to be construed as being variously embodied and having various forms, so that the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing technical ideas. Also, the purpose or effect of the present invention should not be construed as limiting the scope of the present invention, since it does not mean that a specific embodiment should include all or only such effect.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치 및 이를 이용한 전자 방해 기술(Electronic Counter Measures :ECM) 시스템에 대해 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.FIG. 1 is a schematic view of a reflection frequency converting apparatus using a surface of an active meta material according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도1에 도시된 바와 같이, 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치는 입력되는 신호를 근거로 표면 임피던스 특성을 변화시킴으로써, 반사 주파수의 위상을 변화시켜 출력하는 능동형의 메타물질 표면(100)과, 상기 메타물질 표면(100)으로 입사하는 입사파의 전달 특성을 시간적으로 변화시키기 위한 제어신호, 즉 전압 파형을 제공하기 위한 임의파형 발생기(200)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 1, the reflection frequency converter using the surface of the meta-material includes an active meta material surface 100 for changing the surface impedance characteristic based on an input signal, And an arbitrary waveform generator 200 for providing a control signal, that is, a voltage waveform, for changing the transfer characteristic of an incident wave incident on the surface 100 of the meta-material in time.

상기 메타물질 표면(100)은 고 임피던스 표면(High Impedence Surface : 이하 HIS 라 칭함) 구조에 가변 커패시터를 결합하여 메타물질 표면(100)의 전기적인 특성을 변화시킴으로써, 입사파에 대한 반사 주파수를 변화시킬 수 있도록 구성된다. The surface of the meta material 100 may be formed by changing the electrical characteristics of the surface 100 of the meta material by coupling a variable capacitor to a high impedance surface (HIS) structure, Respectively.

또한, 상기 임의파형 발생기(200)는 도2에 도시된 바와 같이 메타물질 표면(100)의 전기적인 특성, 보다 상세하게는 표면 임피던스 특성을 변화시키기 위하여 시간에 대해 연속하여 전압레벨이 변화하는 형태의 전압 파형을 메타물질 표면(100)으로 제공한다. 보다 상세하게는 상기 임의파형 발생기(200)는 전압 파형을 통해 상기 메타물질 표면(100)를 구성하는 가변 커패시터의 커패시턴스를 변화시킴으로써, 주기적으로 메타물질 표면(100)에서의 반사파 위상을 선형적으로 변화시킨다. 이때, 반사파 위상의 가변 범위는 360°로 설정될 수 있다.As shown in FIG. 2, the arbitrary waveform generator 200 may be configured to change the voltage level continuously with respect to time to change the electrical characteristics of the surface 100 of the metamaterial 100, more specifically, the surface impedance characteristic. Lt; RTI ID = 0.0 > 100 < / RTI > More specifically, the arbitrary waveform generator 200 periodically changes the phase of the reflected wave from the surface 100 of the metamaterial 100 linearly by varying the capacitance of the variable capacitor constituting the surface 100 of the metamaterial through a voltage waveform Change. At this time, the variable range of the reflected wave phase can be set to 360 degrees.

즉, 상기 임의파형 발생기(200)는 목적하는 공진주파수에 대응되는 가변 커패시터, 예컨대 버랙터 다이오드의 바이어스에 대응되는 전압 파형을 생성하여 제공하도록 구성된다. 이때, 상기 임의파형 발생기(200)는 시간에 대해 메타물질(100)에서의 반사파에 대한 선형적인 위상변위가 기 설정된 주기로 일어나도록 전압파형을 생성하여 메타물질 표면으로 제공할 수 있다. 여기서, 전압파형은 반사파에 대해 360°의 위상변위가 발생되도록 설정될 수 있으며, 전압파형의 선형적인 주기는 랜덤하도록 임의로 설정할 수 있다. That is, the arbitrary waveform generator 200 is configured to generate and provide a voltage waveform corresponding to a bias of a variable capacitor corresponding to a desired resonance frequency, for example, a varactor diode. At this time, the arbitrary waveform generator 200 may generate a voltage waveform to provide a surface of the meta material such that a linear phase shift of the reflected wave in the meta-material 100 occurs with a predetermined period of time. Here, the voltage waveform may be set such that a 360-degree phase shift is generated with respect to the reflected wave, and the linear period of the voltage waveform may be arbitrarily set to be random.

도3은 도1에 도시된 메타물질 표면(100)의 개략적인 형상을 예시한 도면이다. FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic shape of the meta-material surface 100 shown in FIG.

도3에 도시된 바와 같이 메타물질 표면(100)은 판 형상으로 이루어지면서, 다수의 메타물질 단위구조(300)가 주기적으로 배치되는 형태로 구성된다. As shown in FIG. 3, the surface of the meta material 100 is formed in a plate shape, and a plurality of meta-material unit structures 300 are periodically arranged.

보다 상세하게는 상기 메타물질 표면(100)은 기본적으로 전도성 재질의 하판(110)과 상판(120) 사이에 일정 두께를 갖는 유전체판(130)이 배치되어 구성된다. More specifically, the surface 100 of the meta-material is formed by disposing a dielectric plate 130 having a certain thickness between the lower plate 110 and the upper plate 120 of a conductive material.

또한, 상기 상판(120)은 전압에 따라 반사파 주파수를 변화시키기 위한 일정 형태의 패턴이 형성되어 구성되되, 일정 패턴이 주기적으로 다수 배치된 형태로 구성된다. In addition, the upper plate 120 is configured such that a predetermined pattern for changing the frequency of the reflected wave is formed according to a voltage, and a plurality of predetermined patterns are periodically arranged.

즉, 메타물질표면(100)은 상판(120)에 형성되는 일정 패턴을 기준으로 볼 때, 일정 패턴을 갖는 다수의 메타물질 단위구조(300)가 주기적으로 배치된 형태로 구성된다고 볼 수 있다. That is, the surface 100 of the meta-material 100 may be configured such that a plurality of meta-material unit structures 300 having a predetermined pattern are periodically arranged based on a predetermined pattern formed on the topsheet 120.

도4는 도3에 도시된 메타물질 단위구조(300)의 구성을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 외관 사시도이고, (b)는 하판(110)과 상판(120) 및 유전체판(130)의 분리 사시도이다. 도4에는 사각형상으로 구성되는 메타물질 단위구조(300)가 도시되어 있다. FIG. 4 is a perspective view illustrating the structure of the meta-material unit structure 300 shown in FIG. 3. FIG. 4 (b) is a plan view of the lower plate 110, the upper plate 120, and the dielectric plate 130 FIG. FIG. 4 shows a meta-material unit structure 300 having a rectangular shape.

도4에 도시된 바와 같이, 메타물질 단위구조(300)는 하판(110)과 상판(120) 사이에 일정 두께를 갖는 유전체판(130)이 배치되어 구성된다. As shown in FIG. 4, the meta-material unit structure 300 includes a dielectric plate 130 having a predetermined thickness disposed between the lower plate 110 and the upper plate 120.

상기 상판(120)은 중공(121a)형성된 띠 형태의 제1 패턴판(121)과 제1 패턴판(121)의 중공(121a)부분에 형성되는 제2 패턴판(122)으로 구성된다. 그리고, 상기 제2 패턴판(122)은 제1 패턴판(122)과 일정 간격을 형성하도록 배치 구성된다. 즉, 제2 패턴판(122)은 중공(121a)의 면적보다 작은 면적을 갖도록 그 크기가 설정된다. 이에 따라, 제1 패턴판(121)과 제2 패턴판(122) 사이에는 그 이격 간격에 의해 형성되는 띠 형상의 라인 패턴(123)이 형성되고, 이는 커패시턴스 성분을 형성한다. The upper plate 120 includes a first pattern plate 121 in the form of a band and a second pattern plate 122 formed in a hollow portion 121a of the first pattern plate 121. The second pattern plate 122 is arranged to form a predetermined gap with the first pattern plate 122. That is, the size of the second pattern plate 122 is set to have an area smaller than the area of the hollow 121a. Thus, a band-shaped line pattern 123 formed by the spacing between the first pattern plate 121 and the second pattern plate 122 is formed, which forms a capacitance component.

또한, 제1 패턴판(121)과 제2 패턴판(122) 사이에는 적어도 하나 이상의 가변 커패시터(124)가 결합되어 구성된다. 도4 (a)에 도시된 바와 같이 메타물질 단위구조(300)가 사각 형상인 경우, 상판(120) 외주연으로부터 일정 거리 이격되는 위치에 띠 형상, 보다 상세하게는 사각 띠 형상의 라인패턴(122)이 형성되고, 라인패턴(122)상의 4개 변에는 각 변에 하나의 가변 커패시터가 배치된다. 즉, 라인패턴(122)상의 4개 변에는 제1 내지 제4 가변 커패시터, 예컨대, 전압에 따라 커패시턴스가 가변되는 제1 내지 제4 버랙터 다이오드(D1,D2,D3,D4)가 제1 패턴판(121)과 제2 패턴판(122) 사이에 연결되도록 구성된다. At least one variable capacitor 124 is coupled between the first pattern plate 121 and the second pattern plate 122. As shown in FIG. 4A, when the meta-material unit structure 300 has a rectangular shape, a stripe-like line pattern, more specifically, a line-shaped line pattern at a position spaced from the outer periphery of the upper plate 120 122 are formed, and one variable capacitor is disposed on each of the four sides of the line pattern 122. That is, the first to fourth varactor diodes D1, D2, D3 and D4 whose capacitances are variable according to the voltage are connected to the four sides of the line pattern 122, And is connected between the plate 121 and the second pattern plate 122.

또한, 상기 메타물질 단위구조(300)의 상판(120) 중앙부분, 보다 상세하게는 상판(120)의 제2 패턴판(122) 중앙부분에는 비아 핀(Via Pin : 125)을 형성하여 인덕턴스 성분이 추가 설정되도록 구성된다. 이때, 비아 핀(125)은 접지 기능을 수행하는 하판(110)과 연결됨으로써, 상판(120)의 제2 패턴판(122)은 하판(110)과 등전위(접지)를 형성한다. 그리고, 도시되지는 않았지만 임의파형 발생기(200)는 일단이 하판(110)에 결합되고, 타단이 상판(120)의 제1 패턴판(121)에 결합된다. A vias pin 125 is formed at a central portion of the upper plate 120 of the meta-material unit structure 300, more specifically, at a central portion of the second pattern plate 122 of the upper plate 120, Is set to be additionally set. At this time, the via pin 125 is connected to the lower plate 110 performing the grounding function, so that the second pattern plate 122 of the upper plate 120 forms an equal potential (ground) with the lower plate 110. Although not shown, one end of the arbitrary waveform generator 200 is coupled to the lower plate 110 and the other end is coupled to the first pattern plate 121 of the upper plate 120.

한편, 도5 및 도6은 도4에 도시된 메타물질 단위구조(300)의 특성을 설명하기 위한 도면으로, 도5에서 (a)는 메타물질 단위구조(300)의 개념 구조도이고, (b)는 (a)에 도시된 메타물질 단위구조(300)의 등가 회로(b)를 도시한 것이다. 또한, 도6 에서 (a)는 커패시턴스 변화에 따른 메타물질 표면(100)의 임피던스 크기를 나타낸 것이고, 도6에서 (b)는 커패시턴스 변화에 따른 메타물질 표면(100)의 공진주파수 특성을 나타낸 것이다. 5 and 6 are views for explaining the characteristics of the meta-material unit structure 300 shown in FIG. 4. FIG. 5 (a) is a conceptual diagram of the meta-material unit structure 300, ) Shows an equivalent circuit (b) of the meta-material unit structure 300 shown in (a). 6A shows the impedance magnitude of the surface 100 of the meta material according to the change in capacitance and FIG. 6B shows the resonant frequency characteristic of the surface 100 of the meta material according to the change in capacitance .

도5의 (a)에 도시된 바와 같이 메타물질 단위구조(300)는 상판(120)의 제1 패턴판(121)과 제2 패턴판(122) 사이에 가변 커패시터(124)가 결합됨과 더불어, 제2 패턴판(122)의 비아 핀(125)을 통해 하판(110)과 연결되도록 구성된다. 이때, 가변 커패시터(124)는 버랙터 다이오드(D)로 구성될 수 있다. 5A, the meta-material unit structure 300 includes a variable capacitor 124 coupled between the first pattern plate 121 and the second pattern plate 122 of the upper plate 120, And a via pin 125 of the second pattern plate 122 to connect with the lower plate 110. At this time, the variable capacitor 124 may be composed of a varactor diode D.

도5에서 (b)는 (a)에 도시된 메타물질 단위구조(300)의 점선 부분(Z)에 대한 등가회로를 나타낸 것으로, 등가회로는 제1 경로(P1)와 제2 경로(P2)가 병렬로 결합되는 구조로 나타낼 수 있다. 5B shows an equivalent circuit for a dotted line portion Z of the meta-material unit structure 300 shown in FIG. 5A. The equivalent circuit includes a first path P1 and a second path P2, Can be represented by a structure in which they are coupled in parallel.

여기서, 상기 제1 경로(P1)는 버랙터 다이오드(D)에 대응되는 제1 커패시터성분(Cd)과, 제1 패턴판(121)과 제2 패턴판(122)의 이격 거리에 의해 형성된 라인패턴(122)에 의한 제2 커패시터 성분(Cgap)이 합성되어 이루어지는 가변 커패시터와, 이 가변 커패시터(124) 사이에 라인패턴(122) 길이에 대응되는 제1 인덕터(L1)가 직렬 연결되는 형태로 구성된다. 즉, 본 발명에 있어서는 상기 버랙터 다이오드(D)를 통해 입력 전압에 대응하여 가변 커패시터를 가변시키게 된다.The first path P1 includes a first capacitor component Cd corresponding to the varactor diode D and a second capacitor Cd corresponding to a line formed by a distance between the first pattern plate 121 and the second pattern plate 122. [ A variable capacitor in which the second capacitor component Cgap by the pattern 122 is synthesized and a first inductor L 1 corresponding to the length of the line pattern 122 are connected in series between the variable capacitor 124 . That is, in the present invention, the variable capacitor is varied according to the input voltage through the varactor diode D.

또한, 상기 제2 경로(P2)는 유전체판(130)의 두께에 대응되는 제2 인덕터(L2)로 구성된다. 이때, 상판(120)의 중앙 부분과 하판(110)을 인결하는 비아핀(125)에 의해 인덕턴스 성분이 추가 설정될 수 있다. The second path P2 is formed of a second inductor L 2 corresponding to the thickness of the dielectric plate 130. At this time, the inductance component can be additionally set by the via pin 125 connecting the central part of the upper plate 120 and the lower plate 110.

도6에서 (a)는 도5에 도시된 등가회로(B)로부터 유도한 메타물질 표면(100)의 임피던스 특성(Zs)을 나타낸 것이다. 도6 (a)에 도시된 바와 같이 커패시턴스의 변화에 따라 고임피던스가 되는 주파수가 변화함을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 능동형 메타물질 표면(100)은 수동형 HIS 구조에 능동소자인 다이오드를 적용함으로써, 전압에 따라 반사파의 위상을 조절할 수 있는 일종의 반사파 위상변위기로서, 메타물질 표면(100)의 임피던스 특성 변화를 통해 반사파의 위상을 자동 변화시키게 되는 것이다. 6 (a) shows the impedance characteristic Zs of the surface 100 of the meta-material derived from the equivalent circuit B shown in Fig. As shown in FIG. 6 (a), it can be seen that the frequency which becomes the high impedance changes with the change of the capacitance. That is, the active meta material surface 100 according to the present invention is a kind of a reflected wave phase shifter that can adjust the phase of a reflected wave according to voltage by applying a diode, which is an active element, to a passive HIS structure. The phase of the reflected wave is automatically changed through the change of the impedance characteristic.

도6에서 (b)는 도6의 (a)에 도시된 임피던스 특성을 근거로 커패시턴스 변화에 따른 반사파의 공진주파수 특성을 나타낸 것이다. 여기서, 공진주파수(ω)는 반사파의 위상이 "0°"가 되는 지점의 주파수로서, 커패시턴스 변화에 따라 공진주파수(ω)가 변화됨을 알 수 있다. 도6b에는 커패시터가 1.5pF 상태에서의 공진주파수(ω1.5pF)부터 커패시터가 0.5pF 상태에서의 공진주파수(ω0.5pF)가 예시되어 있다. 즉, 도6b를 통해 버랙터 다이오드에 인가되는 역바이어스 전압이 커질수록 공진주파수가 높아짐을 알 수 있다.6 (b) shows the resonance frequency characteristics of the reflected wave according to the capacitance change based on the impedance characteristic shown in (a) of FIG. Here, the resonance frequency (?) Is the frequency at the point where the phase of the reflected wave becomes "0", and the resonance frequency (?) Changes according to the capacitance change. Figure 6b, there is illustrated a capacitor a resonant frequency (ω 0.5pF) of 1.5pF in the resonant frequency from the capacitor (ω 1.5pF) of the state in the state 0.5pF. That is, it can be seen from FIG. 6B that as the reverse bias voltage applied to the varactor diode increases, the resonance frequency increases.

이어, 상기한 능동형 메타물질 표면(100)의 전기적인 특성 및 이를 이용한 반사 주파수 변화 원리를 보다 상세히 설명한다. 도7은 메타물질 표면(100) 관련 수식 유도를 위한 공간 모델링한 도면으로, 입사파(Forward propagation)와 반사파(Backward propagation) 및 표면(surface)이 도시되어 있다.Next, the electrical characteristics of the active meta-material surface 100 and the principle of the reflection frequency change using the same will be described in more detail. FIG. 7 is a spatial modeling diagram for derivation of the meta-material surface 100 related derivation. The forward propagation, the backward propagation, and the surface are shown.

먼저, 도7에 도시된 바와 같이 일반적으로 TEM 특성을 갖는 전자기파가 표면(S)으로 입사하는 경우, 정재파 방정식은 수학식 1과 같다. First, as shown in FIG. 7, when an electromagnetic wave having a TEM characteristic is incident on the surface S, the standing wave equation is expressed by Equation (1).

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

상기 E(x)는 전기장, H(x)는 자기장이며, 아래 첨자 f는 Forward propagation을 의미하며, 아래 첨자 b는 Backward propagation을 의미한다. E (x) is an electric field, H (x) is a magnetic field, subscript f means forward propagation, and subscript b means backward propagation.

이때, 표면 임피던스와 공기의 특성 임피던스는 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.At this time, the surface impedance and the characteristic impedance of air can be defined as shown in Equation (2).

Figure pat00003
Figure pat00003

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, 상기 Zs 는 표면 임피던스이고, η0 는 자유공간의 고유 임피던스 이다. 상기 수학식2를 이용하면 반사계수(Γ)를 산출할 수 있다. 수학식3은 표면에서의 반사계수 산출식이다.Here, Zs is the surface impedance, and? 0 is the intrinsic impedance of the free space. Using the above equation (2), the reflection coefficient (?) Can be calculated. Equation (3) is a reflection coefficient calculation expression on the surface.

Figure pat00005
Figure pat00005

또한, 수학식3을 이용하여 반사파의 위상(ΦR)을 산출할 수 있다. 수학식 4는 반사파의 위상 산출식이다.Further, the phase? R of the reflected wave can be calculated using Equation (3). Equation (4) is a phase calculating equation of the reflected wave.

Figure pat00006
Figure pat00006

이 때 Im은 괄호 안의 수는 허수부를 의미한다. 표면 임피던스는 표면의 물리적 특성에 의해 좌우되며, 도체판일 경우 그 값이 "0°"를 가지므로 반사파의 위상은 "180°"가 된다. 이때, 표면 임피던스는 인덕터와 커패시터의 병렬연결로 모델링 할 수 있으며, 이에 따라 공진주파수가 생기는 것을 확인할 수 있다.In this case, Im means the imaginary part in parentheses. The surface impedance depends on the physical properties of the surface. For a conductor plate, its value is "0 °", so the phase of the reflected wave is "180 °". At this time, the surface impedance can be modeled by parallel connection of the inductor and the capacitor, and it can be confirmed that the resonance frequency is generated.

이에, 본 발명자는 도5에 도시된 바와 같이 LC 공진회로로 모델링되도록 버랙터 다이오드(D)와 패턴 라인(122)을 이용하여 메타물질 표면(100)의 구조를 설계하였다. 도5에 도시된 메타물질 단위구조(300)에서 임피던스는 표면 임피던스(Zs)를 의미한다.The inventors designed the structure of the meta material surface 100 by using the varactor diode D and the pattern line 122 so as to be modeled as an LC resonance circuit as shown in FIG. In the meta-material unit structure 300 shown in FIG. 5, the impedance means a surface impedance Zs.

이에 따라 반사파의 시간영역에서의 방정식은 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.Accordingly, the equation in the time domain of the reflected wave can be expressed by Equation (5).

Figure pat00007
Figure pat00007

또한, 상기 수학식5를 상기 도6a에 도시된 바와 같이 모델링한 메타물질 단위구조(300)의 등가회로를 근거로 정리하면 수학식6과 같다. The equation (5) can be summarized based on the equivalent circuit of the meta-material unit structure 300 modeled as shown in FIG. 6A.

Figure pat00008
Figure pat00008

상기 수학식6에서 전압에 의해 변화 가능한 항은 버랙터 다이오드의 커패시턴스인

Figure pat00009
이다. 이때 조절전압 V에 따른 버랙터 다이오드의 커패시턴스는 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다. In Equation (6), the term that can be changed by the voltage is the capacitance of the varactor diode
Figure pat00009
to be. At this time, the capacitance of the varactor diode according to the adjustment voltage V can be expressed by Equation (7).

Figure pat00010
Figure pat00010

여기서

Figure pat00011
는 버랙터 다이오드의 Zero-bias 상태의 커패시턴스,
Figure pat00012
는 버랙터 다이오드 접합의 Built-in 전압, m은 버랙터 다이오드의 도핑특성을 나타내는 지수이다. here
Figure pat00011
Is the capacitance of the zero-bias state of the varactor diode,
Figure pat00012
Is the built-in voltage of the varactor diode junction, and m is an index representing the doping characteristics of the varactor diode.

이때, 메타물질 표면(100)의 표면 임피던스를 시간에 따라 변화되도록 메타물질 표면(100)으로 시간에 따라 변화하는 전압 파형을 인가하면, 반사파의 위상은 시간에 의해 바뀌게 되며 반사파의 시간영역 방정식은 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 인가 전압에 따라 버랙터 다이오드의 커패시턴스가 변화됨으로써, 이에 대응하여 반사파의 위상이 변화된다. In this case, when a voltage waveform changing with time is applied to the surface 100 of the meta-material so that the surface impedance of the surface 100 of the meta-material changes with time, the phase of the reflected wave changes with time, Can be expressed by Equation (8). That is, the capacitance of the varactor diode changes according to the applied voltage, and the phase of the reflected wave changes correspondingly.

Figure pat00013
Figure pat00013

한편, 인가 전압에 대한 반사파의 위상 관계는 매우 비선형적이기 때문에 조절 전압으로 입력되는 파형에 따라 반사파의 왜곡이 일어날 수 있다(도8 (a) 참조). 이에 본 발명에서는 상기한 반사파의 왜곡을 선형적으로 보정시켜줄 수 있도록 임의파형 생성기(200)를 구현하고, 이를 통해 반사파를 보정시켜 줌으로써, 반사파(

Figure pat00014
)를 시간에 대해 선형적으로 생성할 수 있게 된다. 이를 위한 반사파의 시간영역 방정식은 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다. On the other hand, since the phase relationship of the reflected wave with respect to the applied voltage is very nonlinear, the reflected wave may be distorted according to the waveform input to the regulated voltage (see Fig. 8 (a)). In the present invention, the arbitrary waveform generator 200 is implemented so as to linearly correct the distortion of the reflected wave, and the reflected wave is corrected through the arbitrary waveform generator 200,
Figure pat00014
) Can be generated linearly with respect to time. The time domain equation of the reflected wave for this can be expressed by Equation (9).

Figure pat00015
Figure pat00015

즉, 이는 임의파형 생성기(200)로부터 제공되는 메타물질 표면(100)에 구성되는 버랙터 다이오드의 역전압을 바꿔줄 수 있는 레벨의 저전력을 이용하여 메타물질 표면(100)으로 제공되는 입사파에 대한 반사파의 주파수를 변화시킬 수 있음을 의미한다.That is, it is possible to reduce the inverse voltage of the varactor diode provided in the metamaterial surface 100 provided from the arbitrary waveform generator 200, It means that the frequency of the reflected wave can be changed.

도8은 본 발명에 대응되는 EM 시뮬레이터로 표면에 TEM파를 인가하여 획득한 응답 특성을 나타낸 도면이다. 8 is a graph showing response characteristics obtained by applying a TEM wave to a surface of an EM simulator corresponding to the present invention.

도8에서 (a)는 커패시턴스 변화에 따른 반사파의 위상을 나타낸 것으로, 이를 통해 공진주파수에서 반사파의 위상이 "0°"가 되고 버랙터 다이오드의 커패시턴스를 조정함으로써 공진주파수를 바꿀 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도8에서 (b)는 커패시턴스 변화에 대한 반사계수의 크기를 나타낸 것으로, 이를 통해 반사계수의 크기가 "1"에 가까운 것을 확인할 수 있다. 이는 표면에서의 손실이 거의 없이 반사파의 위상을 조절 전압을 이용해 바꿀 수 있음을 의미한다.In FIG. 8, (a) shows the phase of the reflected wave according to the capacitance change, and it can be seen that the phase of the reflected wave becomes "0 °" at the resonance frequency and the resonance frequency can be changed by adjusting the capacitance of the varactor diode have. 8 (b) shows the magnitude of the reflection coefficient with respect to the capacitance change, and it is confirmed that the magnitude of the reflection coefficient is close to "1". This means that the phase of the reflected wave can be changed by using the regulated voltage with almost no loss at the surface.

한편, 도9 내지 도10은 본 발명자가 본 발명에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치에 대한 실험결과를 나타낸 도면이다.9 to 10 are graphs showing experimental results of a reflection frequency converting apparatus using an active meta material surface according to the present invention.

도9는 인가전압에 대한 반사파 위상변화를 측정한 실험결과이다.FIG. 9 shows the results of an experiment in which the phase change of the reflected wave with respect to the applied voltage is measured.

도9에서 (a)는 커패시턴스 변화에 대한 반사파의 위상변화를 나타낸 것이고, (b)는 2.7GHz 에서의 인가전압에 대한 반사파의 위상변화를 나타낸 것이다. (b)에 의하면 2~13V 전압 범위 내에서 -180°~ 180°의 약 360°의 위상변화가 발생함을 알 수 있다. 9 (a) shows the phase change of the reflected wave with respect to the capacitance change, and (b) shows the phase change of the reflected wave with respect to the applied voltage at 2.7 GHz. (b), it can be seen that a 360 ° phase change of -180 ° to 180 ° occurs within a voltage range of 2 to 13V.

또한, 도10은 2.7GHz 일때의 인가전압에 대한 반사파 위상 그래프를 나타낸 것이다. 이때 인가 전압의 주파수는 10KHz 로 설정하였다. 10 shows a reflected wave phase graph with respect to an applied voltage at 2.7 GHz. At this time, the frequency of the applied voltage was set to 10 kHz.

도10에서 (a)는 입사파의 주파수가 2.7GHz 일때, 선형적인 360° 위상변위를 위한 인가 전압을 나타낸 것으로, 인가 전압 주파수는 10KHz 로 설정하였다. 10 (a) shows the applied voltage for linear 360 ° phase shift when the frequency of the incident wave is 2.7 GHz, and the applied voltage frequency is set to 10 KHz.

또한, 도10에서 (b)는 일반적인 도체 평면에서의 반사파 주파수 스펙트럼 측정 결과를 나타내는 그래프이고, (c)는 본 발명에 따른 메타물질 표면에서의 반사파 주파수 스펙스럼을 나타내는 그래프이다. 도10의 (b)에 도시된 바와 같이 도체 평면에 대해서는 오직 2.7GHz 에 대해서만 반사파가 발생되지만, 본 발명에 따른 메타물질 표면에서는 (c)에 도시된 바와 같이 반사파의 주파수가 2.7GHz 에서 10KHz 만큼 변화한 것을 알 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 메타물질 표면을 이용하여 반사파를 원하는 주파수로 변환하여 출력할 수 있음을 알 수 있다. 10 (b) is a graph showing a result of a reflected wave frequency spectrum measurement on a general conductor plane, and FIG. 10 (c) is a graph showing a reflected wave frequency spectrum on the surface of a metamaterial according to the present invention. As shown in FIG. 10 (b), a reflected wave is generated only at 2.7 GHz for the conductor plane, but at the surface of the meta material according to the present invention, the frequency of the reflected wave is increased from 2.7 GHz to 10 KHz It can be seen that it has changed. Accordingly, it can be seen that the reflected wave can be converted to a desired frequency and output using the surface of the meta material according to the present invention.

한편, 상기 실시예에 있어서는 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 사각 형상의 메타물질 단위구조(300)를 주기적으로 배치하여 본 발명에 따른 메타물질 표면(100)을 구현하도록 실시하였으나, 메타물질 표면(100)은 이에 한정되지 되지 않고, 다양한 패턴을 갖는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 3 and 4, the rectangular meta-material unit structure 300 is periodically arranged to implement the meta-material surface 100 according to the present invention, The material surface 100 is not limited thereto, and may be embodied in various forms having various patterns.

도11 내지 도16 에는 본 발명에 따른 다양한 형상의 메타물질 표면(101~106)과, 이에 대응되는 메타물질 단위셀(301 ~ 306) 형태가 예시되어 있다. 11 to 16 illustrate the shapes of the meta-material surfaces 101 to 106 of various shapes according to the present invention and the shapes of the meta-material unit cells 301 to 306 corresponding thereto.

도11 내지 도15에 도시된 바와 같이, 메타물질 표면(101~105)은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀(301~305)이 주기적으로 배치되어 구성될 수 있다. As shown in FIGS. 11 to 15, the meta material surfaces 101 to 105 may be configured by periodically arranging meta material unit cells 301 to 305 having a plurality of meta material unit structures.

즉, 상기 메타물질 단위셀은 적어도 하나 이상의 동일 구조로 구성되는 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖는 형태로 구성되거나(도11 내지 도13), 동일 구조의 메타물질 단위구조가 다양한 크기로 일정 패턴을 갖도록 구성(도11과 도12)될 수 있다. 예컨대, 메타물질 단위셀은 사각 형상 또는 삼각 형상의 메타물질 단위구조가 다수 배치되어 구성될 수 있다(도11 내지 도13)That is, the meta-material unit cell has a meta-material unit structure having at least one or more identical structures (FIGS. 11 to 13) or a meta-material unit structure having the same structure (Fig. 11 and Fig. 12). For example, the meta-material unit cell may be configured by arranging a plurality of square or triangular meta-material unit structures (Figs. 11 to 13)

또한, 상기 메타물질 단위셀은 크기 또는 형상이 서로 다른 다각 형상 또는 원형의 메타물질 단위구조 중 적어도 둘 이상의 서로 다른 형상의 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성(도14와 도15)될 수 있다. 예컨대, 메타물질 단위셀은 육각 형상의 메타물질 단위구조 주변에 다수의 삼각 형상 메타물질 단위구조가 배치되거나(도14), 원형의 메타물질 단위구조 주변에 다수의 사다리꼴 형상 메타물질 단위구조가 배치되어 구성될 수 있다(도15). In addition, the meta-material unit cell may be configured such that at least two or more different meta-material unit structures of a polygonal or circular meta material unit structure having different sizes or shapes are arranged to have a certain pattern (Figs. 14 and 15) . For example, in the meta-material unit cell, a plurality of triangular meta-material unit structures are arranged around the hexagonal meta material unit structure (Fig. 14), or a plurality of trapezoidal meta- material unit structures are arranged around the circular meta material unit structure (Fig. 15).

또한, 메타물질 표면은 사각 형상 이외에 삼각 형상이나 오각형상, 육각형상 등의 다각 형상의 메타물질 단위구조로 구성될 수 있다. 예컨대 도16에 도시된 바와 같이 메타물질 표면(106)은 육각 형상의 메타물질 단위구조(306)가 다수 배치되어 구성될 수 있다. In addition, the surface of the meta material may have a meta-material unit structure of a polygonal shape such as a triangular shape, a pentagonal shape, or a hexagonal shape in addition to a rectangular shape. For example, as shown in FIG. 16, the meta material surface 106 may be configured by arranging a plurality of hexagonal meta-material unit structures 306.

또한, 본 발명에 있어서는 상기한 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사파 변환장치를 전자전에 이용되는 각종 장비에 적용하여 새로운 형태의 ECM 시스템을 구현하는 것이 가능하다. Also, in the present invention, it is possible to implement a new type ECM system by applying the reflected wave converting device using the surface of the active meta material to various devices used in electronic warfare.

즉, 최근에는 전투기와 이를 탐지/요격하기 위한 레이더와 미사일이 등장하고, 군사용 무선 통신 기술이 발전함에 따라 현대전에서 전자장비는 군사작전에서 없어서는 안되는 중요한 요소가 되었으며, 전장에서는 다양한 주파수와 크기의 전자기 스펙트럼이 존재하는 복잡한 정보환경에서 작전이 이루어진다. 이러한 환경 속에서 아군끼리 사용하는 전자기 스펙트럼의 교환은 원활하게 이루어지게 하며, 적군끼리 사용하는 전자기 스펙트럼은 무용지물로 만드는 전자전의 중요성이 대두되었다. 전자전은 크게 적군의 전자기 방사 무기를 무력화시키는 전자 공격, 적군의 전자 공격으로부터 전자 장비를 보호하는 전자 방어, 아군의 전자기 스펙트럼을 차단하고 적군의 전자기 스펙트럼 에너지를 수집, 도청하는 전자 지원의 세 가지로 나누어진다.In recent years, radar and missiles for detecting and intercepting fighters have appeared, and as military radio communication technologies have evolved, electronic equipment has become an indispensable element in military operations in modern warfare. On the battlefield, electromagnetic waves of various frequencies and sizes Operation is done in a complex information environment where the spectrum exists. In this environment, the exchange of the electromagnetic spectrum used by the allied forces is smoothly performed, and the importance of the electronic warfare which makes the electromagnetic spectrum used by the enemy forces useless has emerged. There are three types of electronic warfare: electronic attacks that neutralize the enemy's electromagnetic radiation weapons, electronic defense that protects electronic equipment from enemy's electronic attacks, electronic support that intercepts the electromagnetic spectrum of the enemy's forces, Divided.

상기 전자전의 전자 공격에는 방해 미사일 발사과 고출력 방사, 재밍 및, 기만 등의 방법이 있다. 상기 고출력 방사 방법은 다양한 주파수의 신호를 포함하는 신호인 전자기파 펄스 (Electromagnetic pulse, EMP)를 고출력으로 방사하여 적군의 레이더 장비를 무력화시키는 기술로서, EMP의 발생을 위해 대형 커패시터 뱅크, Single loop 안테나, 고출력 마이크로파 발생기, EPFCG(Explosively pumped flux compression generator)를 이용하여 순간적으로 높은 전력의 전자기파를 발생시키도록 구성된다. 그러나 고출력 방사의 경우 그 영향이 아군/적군 모두에게 미치므로 그 활용도는 제한적일 수밖에 없다. In the electronic attack of the electronic warfare, there are methods such as interception of missiles, high-power radiation, jamming, and deception. The high-power radiation method is a technique for disabling an enemy radar equipment by emitting electromagnetic pulse (EMP), which is a signal including signals of various frequencies, at a high output, and a large capacitor bank, a single loop antenna, High-power microwave generator, and EPFCG (Explosively Pumped Flux Compression Generator) to generate instantaneous high-power electromagnetic waves. However, in the case of high-power radiation, the effect is limited to both the enemy and the enemy.

또한, 재밍의 경우 적군의 레이더에 강력한 방해전파를 방사하여 적군의 레이더를 무력화시키는 기술로서, 방해하고자 하는 레이더의 유형에 따라 재밍 방식은 여러 가지가 존재하며, 공통적으로 전투기로부터 반사되어 레이더로 돌아가는 신호보다 강력한 신호를 전투기로부터 방사해야 하므로, 고출력의 마이크로파 장비가 필요하다는 단점이 있다. In addition, jamming is a technique to neutralize enemy radars by emitting powerful jamming waves to enemy radars. There are various types of jamming methods depending on the type of radar to be obstructed. Commonly, A signal stronger than the signal must be radiated from the fighter, so that there is a disadvantage that high output microwave equipment is required.

또한, 기만의 경우 레이더가 기체를 식별하기 못하게 하는 기술로써 레이더 탐지고도를 넘어 비행하는 기술, 레이더 반사면적을 줄인 비행기 설계, 레이더 흡수체(Radar absorbent material, RAM)도포 등을 이용한다. 탐지고도를 넘는 기술의 경우 현재 레이더 기술이 많이 발전함에 따라 탐지고도가 높아지면서 그 유용성을 잃은 지 오래이고, 레이더 반사면적을 줄여 비행기를 설계할 경우 비행기를 유체역학적으로 설계할 수 없다는 단점이 있다. 레이더 흡수체의 경우에는 전투기 표면에 지속적으로 도포해 주어야 하며 유지조건 또한 매우 까다롭다는 제한점이 있다. Also, as a technique to prevent radar from identifying the aircraft in the case of deception, it uses technology to fly beyond the radar detection altitude, an airplane design that reduces the radar reflection area, and a radar absorbent material (RAM) application. In the case of technology that exceeds the detection altitude, there is a disadvantage that it can not design the airplane hydrodynamically when the airplane is designed by reducing the reflection area of the radar, . In the case of radar absorbers, it must be applied continuously to the surface of the fighter plane, and the maintenance conditions are also very strict.

또한, 지금까지 ECM기술은 주로 항공기에서만 사용되었으나 최근에는 무인기가 등장하고, 다양한 전투 플랫폼에서 최소 1개 이상의 통신장비를 보유하고 있으므로 이를 방해하기 위한 ECM 기술의 수요는 점차 증가하고 있다.In addition, until now, ECM technology has mainly been used only in airplanes, but recently, there is a demand for ECM technology to prevent it because UAVs appear and UAVs have at least one communication device in various combat platforms.

이에, 도17에 도시된 바와 같이, 항공기나 드론, 소형 로봇, 장갑차 등과 같은 각종 전자전 장비(500)의 표면을 능동형 메타물질 표면(100)으로 구성하고, 그 내측에 임의파형 발생기(미도시)를 구비하여 운전자에 의해 전압 파형을 설정하도록 함으로써, 용이하게 EDM 시스템을 용이하게 구현할 수 있다.17, the surfaces of various electronic equipment 500 such as an aircraft, a drone, a small robot, an armored vehicle and the like are made of the active meta material surface 100, and an arbitrary waveform generator (not shown) So that the EDM system can be easily implemented by setting the voltage waveform by the driver.

이때, 상기 ECM시스템은 무선통신수단(미도시)을 구비하도록 구성하여 관리자가 원격으로 전자전 장비(500) 내에 위치하는 임의파형 발생기의 전압 파형을 변경하도록 실시하는 것도 가능하다. 즉, 상기 장비의 내측에 무선통신수단을 추가로 구비하여 구성되어, 장비 내 제어수단(미도시)에서 외부로부터 무선 입력되는 신호를 근거로 상기 임의파형 발생기를 통해 출력되는 전압파형을 변경설정하도록 구성될 수 있다. At this time, the ECM system may be configured to include wireless communication means (not shown) so that the manager can remotely change the voltage waveform of the arbitrary waveform generator located in the electronic warfare apparatus 500. That is, the apparatus further includes a wireless communication means inside the apparatus, so that a voltage waveform output through the arbitrary waveform generator is changed and set on the basis of a signal wirelessly input from the outside in control means (not shown) Lt; / RTI >

이에 따라 종래 ECM 시스템에서 재밍 또는 기만을 위해 구비되는 고출력의 마이크로파 장치를 필요로 하지 않게 되므로, 소형 로봇이나 장갑차 드론 등의 소형 장비에도 용이하게 ECM 시스템의 구현이 가능하게 된다.As a result, the conventional ECM system does not require a high-output microwave device provided for jamming or deception, and thus it is possible to easily implement an ECM system in a small apparatus such as a small robot or an armored vehicle drone.

100 : 메타물질 표면, 200 : 임의파형 생성기,
110 : 하판, 120 : 상판,
121,122 : 패턴판, 123 : 라인패턴,
124 : 가변 커패시터, 125 : 비아 핀,
130 : 유전체판, 300 : 메타물질 단위구조.
301,302,303,304,305 : 메타물질 단위셀.
100: meta material surface, 200: arbitrary waveform generator,
110: lower plate, 120: upper plate,
121, 122: pattern plate, 123: line pattern,
124: variable capacitor, 125: via pin,
130: dielectric plate, 300: metamaterial unit structure.
301, 302, 303, 304, 305: metamaterial unit cell.

Claims (18)

입력되는 전압에 따라 표면 임피던스 특성을 변화시킴으로써 반사파의 위상이 연속적으로 변환가능하도록 구성되는 판 형상의 능동형 메타물질 표면과,
상기 메타물질 표면으로 시간에 따라 반사파의 위상을 선형적으로 변화시킬 수 있는 전압 파형을 제공하는 임의파형 발생기를 포함하여 구성되어,
상기 임의파형 발생기로부터 제공되는 전압파형의 주파수에 따라 상기 메타물질 표면에서 발생되는 반사파 주파수가 변환되도록 구성되고,
상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조가 주기적으로 배치되어 구성되되,
상기 메타물질 단위구조는 가변 커패시터가 구비된 고 임피던스 표면(HIS) 으로써, 인가되는 전압에 따라 상기 가변 커패시터의 커패시턴스가 변화되어 반사파의 위상을 가변시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치.
A plate-shaped active meta material surface configured to be able to continuously convert the phase of the reflected wave by changing the surface impedance characteristic according to an input voltage,
And an arbitrary waveform generator for providing a voltage waveform that can linearly change the phase of the reflected wave with time on the surface of the meta material,
And a reflected wave frequency generated on the surface of the meta material is converted according to a frequency of a voltage waveform provided from the arbitrary waveform generator,
The surface of the meta material is constituted by periodically arranging a plurality of meta material unit structures,
Wherein the meta-material unit structure is a high-impedance surface (HIS) having a variable capacitor, and is configured to change a phase of a reflected wave by changing a capacitance of the variable capacitor according to an applied voltage. A reflection frequency conversion device using the reflection frequency.
제1항에 있어서,
상기 메타물질 단위구조는 전도성 재질의 하판과 상판 사이에 일정 두께를 갖는 유전체판이 배치된 형태로 구성되고,
상기 상판은 중공 형성된 제1 패턴판과 제1 패턴판의 중공 부분에 배치되는 제2 패턴판으로 구성되되, 제1 패턴판과 제2 패턴판이 이격되어 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에 띠 형상의 라인패턴을 형성함으로써 이를 통해 커패시턴스 성분을 형성하도록 구성되며,
상기 상판의 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 가변 커패시터가 결합되고, 상기 제2 패턴판의 중앙부분은 비아 핀을 통해 하판과 연결되어 접지를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치.
The method according to claim 1,
Wherein the meta-material unit structure is configured such that a dielectric plate having a predetermined thickness is disposed between a lower plate of a conductive material and an upper plate,
Wherein the upper plate comprises a first pattern plate having a hollow shape and a second pattern plate disposed on a hollow portion of the first pattern plate, wherein the first pattern plate and the second pattern plate are spaced apart from each other to form a gap between the first pattern plate and the second pattern plate To form a band-shaped line pattern, thereby forming a capacitance component,
Wherein a variable capacitor is coupled between the first pattern plate and the second pattern plate of the upper plate and the central portion of the second pattern plate is connected to the lower plate through the via pin to form a ground. Reflection frequency converter using surface.
제2항에 있어서,
상기 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 적어도 하나 이상의 가변 커패시터가 결합되어 구성되되,
다각형상의 메타물질 단위구조에 대해서는 각 변에 대해 하나의 가변 커패시터가 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사주파수 변환장치.
3. The method of claim 2,
Wherein at least one variable capacitor is coupled between the first pattern plate and the second pattern plate,
And one variable capacitor is disposed for each side of the polygonal meta-material unit structure. ≪ RTI ID = 0.0 > 8. < / RTI >
제3항에 있어서,
상기 가변 커패시터는 버랙터 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사주파수 변환장치.
The method of claim 3,
Wherein the variable capacitor is formed of a varactor diode.
제2항에 있어서,
상기 임의파형 발생기의 일단은 상기 상판의 제1 패턴판과 연결되고 타단은 상기 하판과 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사주파수 변환장치.
3. The method of claim 2,
Wherein one end of the arbitrary waveform generator is connected to the first pattern plate of the upper plate and the other end is connected to the lower plate.
제1항에 있어서,
상기 임의파형 발생기는 목적하는 공진주파수에 대응되는 가변 커패시터의 바이어스 전압을 변화시키기 위한 전압 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치.
The method according to claim 1,
Wherein the arbitrary waveform generator generates a voltage waveform for varying a bias voltage of a variable capacitor corresponding to a desired resonance frequency.
제6항에 있어서,
상기 임의파형 발생기는 메타물질 표면에서의 반사파 위상을 선형적으로 360°변위시키도록 가변 커패시터로 인가되는 전압파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치.
The method according to claim 6,
Wherein the arbitrary waveform generator generates a voltage waveform to be applied to the variable capacitor so as to linearly shift the phase of the reflected wave on the surface of the meta material by 360 °.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되,
상기 메타물질 단위셀은 적어도 하나 이상의 동일 구조로 구성되는 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되거나, 동일 구조의 메타물질 단위셀이 다양한 크기로 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치.
8. The method according to any one of claims 1 to 7,
Wherein the surface of the meta material is constituted by periodically arranging meta material unit cells having a plurality of meta material unit structures,
The meta-material unit cell may be configured such that the meta-material unit structure having at least one or more identical structures has a certain pattern, or the meta material unit cell having the same structure is arranged to have a predetermined pattern of various sizes A reflective frequency converter using an active meta material surface.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되,
상기 메타물질 단위셀은 다각 형상 또는 원형의 메타물질 단위구조 중 적어도 둘 이상의 서로 다른 구조의 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치.
8. The method according to any one of claims 1 to 7,
Wherein the surface of the meta material is constituted by periodically arranging meta material unit cells having a plurality of meta material unit structures,
Wherein the meta-material unit cell has a meta-material unit structure having at least two or more different structures of a polygonal or circular meta-material unit structure arranged in a predetermined pattern. .
장비 표면은 임의 파형발생기로부터 제공되는 입력 전압에 따라 표면 임피던스 특성을 변화시킴으로써 반사파의 위상이 연속적으로 변환 가능하도록 구성되는 판 형상의 능동형 메타물질 표면으로 구성되고, 그 내측에는 상기 메타물질 표면으로 시간에 따라 변화되는 전압 파형을 제공하는 임의파형 발생기를 포함하도록 구성되되,
상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조가 주기적으로 배치되어 구성되며, 상기 메타물질 단위구조는 가변 커패시터가 구비된 고 임피던스 표면(HIS)으로써, 인가되는 전압에 따라 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 가변시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
The surface of the equipment is composed of a plate-like active meta material surface that is configured to continuously change the phase of the reflected wave by changing the surface impedance characteristic according to the input voltage provided from the arbitrary waveform generator, And an arbitrary waveform generator that provides a voltage waveform that varies according to the voltage waveform,
The surface of the meta-material is constituted by a plurality of meta-material unit structures arranged periodically. The meta-material unit structure is a high-impedance surface (HIS) provided with a variable capacitor. The capacitance of the variable capacitor is varied Wherein the ECM system comprises an active meta material surface.
제10항에 있어서,
상기 장비의 내측에는 무선통신수단을 추가로 구비하여 구성되어, 무선 입력되는 신호를 근거로 상기 임의파형 발생기를 통해 출력되는 전압파형을 변경설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
11. The method of claim 10,
The apparatus according to claim 1, further comprising a wireless communication unit inside the apparatus, and configured to change a voltage waveform output through the arbitrary waveform generator based on a wireless input signal. system.
제10항에 있어서,
상기 메타물질 단위구조는 전도성 재질의 하판과 상판 사이에 일정 두께를 갖는 유전체판이 배치된 형태로 구성되고,
상기 상판은 중공 형성된 제1 패턴판과 제1 패턴판의 중공 부분에 배치되는 제2 패턴판으로 구성되되, 제1 패턴판과 제2 패턴판이 이격되어 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에 띠 형상의 라인패턴을 형성함으로써 이를 통해 커패시턴스 성분을 형성하도록 구성되며,
상기 상판의 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 가변 커패시터가 결합되고, 상기 제2 패턴판의 중앙부분은 비아 핀을 통해 하판과 연결되어 접지를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
11. The method of claim 10,
Wherein the meta-material unit structure is configured such that a dielectric plate having a predetermined thickness is disposed between a lower plate of a conductive material and an upper plate,
Wherein the upper plate comprises a first pattern plate having a hollow shape and a second pattern plate disposed on a hollow portion of the first pattern plate, wherein the first pattern plate and the second pattern plate are spaced apart from each other to form a gap between the first pattern plate and the second pattern plate To form a band-shaped line pattern, thereby forming a capacitance component,
Wherein a variable capacitor is coupled between the first pattern plate and the second pattern plate of the upper plate and the central portion of the second pattern plate is connected to the lower plate through the via pin to form a ground. ECM system using surface.
제12항에 있어서,
상기 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 적어도 하나 이상의 가변 커패시터가 결합되어 구성되되,
다각형상의 메타물질 단위구조에 대해서는 각 변에 대해 하나의 가변 커패시터가 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
13. The method of claim 12,
Wherein at least one variable capacitor is coupled between the first pattern plate and the second pattern plate,
And wherein one variable capacitor is disposed for each side of the polygonal meta-material unit structure.
제12항에 있어서,
상기 임의파형 발생기의 일단은 상기 상판의 제1 패턴판과 연결되고 타단은 상기 하판과 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
13. The method of claim 12,
Wherein one end of the arbitrary waveform generator is connected to the first pattern plate of the upper plate and the other end is connected to the lower plate.
제10항에 있어서,
상기 임의파형 발생기는 목적하는 공진주파수에 대응되는 가변 커패시터의 바이어스 전압을 변화시키기 위한 전압 파형을 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
11. The method of claim 10,
Wherein the arbitrary waveform generator is configured to generate a voltage waveform for varying a bias voltage of a variable capacitor corresponding to a desired resonance frequency.
제10항에 있어서,
상기 임의파형 발생기는 입사파 주파수에 대해 반사파 위상을 선형적으로 360°위상변위시키도록 가변 커패시터로 인가되는 전압 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
11. The method of claim 10,
Wherein the arbitrary waveform generator generates a voltage waveform to be applied to the variable capacitor so as to linearly phase-shift the reflected wave phase by 360 degrees with respect to the incident wave frequency.
제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되,
상기 메타물질 단위셀은 적어도 하나 이상의 동일 구조로 구성되는 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되거나, 동일 구조의 메타물질 단위셀이 다양한 크기로 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
17. The method according to any one of claims 10 to 16,
Wherein the surface of the meta material is constituted by periodically arranging meta material unit cells having a plurality of meta material unit structures,
The meta-material unit cell may be configured such that the meta-material unit structure having at least one or more identical structures has a certain pattern, or the meta material unit cell having the same structure is arranged to have a predetermined pattern of various sizes ECM system using active metamaterial surface.
제10항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되,
상기 메타물질 단위셀은 다각 형상 또는 원형의 메타물질 단위구조 중 적어도 둘 이상의 서로 다른 구조의 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
17. The method according to any one of claims 10 to 16,
Wherein the surface of the meta material is constituted by periodically arranging meta material unit cells having a plurality of meta material unit structures,
Wherein the meta-material unit cell is configured such that at least two or more meta-material unit structures of a polygonal or circular meta-material unit structure have a certain pattern.
KR1020160122977A 2015-11-13 2016-09-26 reflected wave converting device and ECM system using metamaterial surface KR101807654B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/350,878 US10498042B2 (en) 2015-11-13 2016-11-14 Reflection frequency conversion device using active metamaterial surface and ECM system

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20150159450 2015-11-13
KR1020150159450 2015-11-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170057125A true KR20170057125A (en) 2017-05-24
KR101807654B1 KR101807654B1 (en) 2017-12-12

Family

ID=59051434

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160122977A KR101807654B1 (en) 2015-11-13 2016-09-26 reflected wave converting device and ECM system using metamaterial surface

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101807654B1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190074144A (en) * 2017-12-19 2019-06-27 주식회사 케이티 metasurface lens relay device
KR102287491B1 (en) * 2020-04-27 2021-08-09 중앙대학교 산학협력단 An antenna assembly including metasurface for absorpting and transmitting of radio wave and an electronic device including the antenna assembly
KR102347529B1 (en) * 2021-09-23 2022-01-04 국방과학연구소 Dual-band reconfigurable reflective metasurface unit cell for s and x-bands
KR20220099076A (en) * 2021-01-05 2022-07-12 홍익대학교 산학협력단 Reconfigurable reflective-metasurface antenna utilizing three quantized phases
KR20220099075A (en) * 2021-01-05 2022-07-12 홍익대학교 산학협력단 Active meta-surface antenna and near-field beam focusing method using the same
KR20230095436A (en) * 2021-12-22 2023-06-29 홍익대학교 산학협력단 Electromagnetic metamaterial absorber including via holes

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190074144A (en) * 2017-12-19 2019-06-27 주식회사 케이티 metasurface lens relay device
KR102287491B1 (en) * 2020-04-27 2021-08-09 중앙대학교 산학협력단 An antenna assembly including metasurface for absorpting and transmitting of radio wave and an electronic device including the antenna assembly
KR20220099076A (en) * 2021-01-05 2022-07-12 홍익대학교 산학협력단 Reconfigurable reflective-metasurface antenna utilizing three quantized phases
KR20220099075A (en) * 2021-01-05 2022-07-12 홍익대학교 산학협력단 Active meta-surface antenna and near-field beam focusing method using the same
KR102347529B1 (en) * 2021-09-23 2022-01-04 국방과학연구소 Dual-band reconfigurable reflective metasurface unit cell for s and x-bands
KR20230095436A (en) * 2021-12-22 2023-06-29 홍익대학교 산학협력단 Electromagnetic metamaterial absorber including via holes

Also Published As

Publication number Publication date
KR101807654B1 (en) 2017-12-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101807654B1 (en) reflected wave converting device and ECM system using metamaterial surface
US10498042B2 (en) Reflection frequency conversion device using active metamaterial surface and ECM system
EP3320580B1 (en) Metamaterial-based transmitarray for multi-beam antenna array assemblies
EP2882037B1 (en) Wide-frequency wave-absorbing metamaterial, electronic device and method for obtaining wide-frequency wave-absorbing metamaterial
CN108682952B (en) Double-layer cascade dual-polarization broadband band-absorption type frequency selection surface
Wang et al. A high-transmittance frequency-selective rasorber based on dipole arrays
Yoo et al. Angular-and polarization-insensitive metamaterial absorber using subwavelength unit cell in multilayer technology
Azemi et al. A reconfigurable FSS using a spring resonator element
CN107508017B (en) Band-suction type broadband frequency selection structure and application thereof
Zhang et al. Energy selective surface with power-dependent transmission coefficient for high-power microwave protection in waveguide
Shukoor et al. A simple polarization-insensitive and wide angular stable circular ring based undeca-band absorber for EMI/EMC applications
CN107402383B (en) A kind of bi-phase modulated plate and method for implementing radar frequency spectrum shift
CN103367918A (en) Frequency scanning array antenna based on quasi-surface plasmon waveguide
CN108832304B (en) Ultrahigh frequency two-phase modulation board with dual-polarized frequency selection surface and use method thereof
Luo et al. An electrically tunable absorbing metasurface for surface waves and plane waves
Wu et al. An ultrathin and narrow bandpass frequency selective radome with wide reflection bands
Dalkılıç et al. Analysis of conformal frequency selective surface radome
CN102820552B (en) A kind of broadband circular polarizer and antenna system
KR20150139050A (en) Electromagnetic wave absorbation film and absorber with conductor pattern for absorbing near field noise
Sudhendra et al. Design and implementation of a novel rasorber for aircraft stealth applications
Karahan et al. A frequency selective surface design to reduce the interference effect on satellite communication
Wang et al. A miniaturized self-actuated bandpass protection structure based on energy low-pass mechanism
Venkatesan et al. Optimisation of MIMO antenna for 5G applications
CN108718005B (en) Double-resonance microwave absorber
CN102856642B (en) Wideband metamaterial antenna housing

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant