KR20180089270A - 고주파 신호 송/수신 장치 - Google Patents

고주파 신호 송/수신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선 공학에 관한 것이며 보다 구체적으로는, 스위칭 광도전 소자 기반 고주파(HF) 신호 송/수신 장치에 관한 것이다. 본 기술적인 효과는 이득을 희생하지 않고서도 저손실, 전력 제어를 위한 낮은 요구사항들을 갖는 장치의 출력 포트들에서 필요한 위상 분포를 스캐닝/생성할수 있도록 제공하는 것이다. 본 발명에 따르면, 고주파(HF) 신호 송/수신 장치는 그것의 모서리부를 따라 배치된 정합 소자들을 가진 신호 전극; 접지 전극; 상기 신호 전극과 상기 접지 전극 사이의 유전체층; 그 각각이 상기 신호 전극 및 상기 접지 전극에 전기적으로 접속되는 그리드로 배열된 광도전 소자들(PE); 여진 신호(excitation signal) 피드 포인트(feed point), 및 상기 정합 소자들에 전기적으로 접속되는 부하 소자들을 포함하며, 각각의 광도전 소자(PE)는 제어 광속(control light flux)의 부존재 시에 스위치 오프(OFF) 상태를 갖고, 제어 광속의 존재 시에 스위치 온(ON) 상태를 갖고; 상기 스위치 온(ON)된 광도전 소자(PE)들은 상기 여진 신호 피드 포인트로부터 공급되는 신호의 반사 프로파일을 형성하며; 서로 인접하는 광도전 소자(PE)들 간의 거리는 상기 여진 신호의 파장의 절반 미만이 된다.

Description

고주파 신호 송/수신 장치{HIGH-FREQUENCY SIGNAL TRANSMISSION/RECEPTION DEVICE}
본 발명의 다양한 실시예들은 스위칭 광도전 소자(photoconductive elements: PE)를 기반으로 하는 고주파 신호 송/수신 장치에 관련된 것이다.
지속적으로 증가하는 사용자 수요가 모바일 통신 기술의 급속한 발전의 동기가 되고 있다. 현재는 5G 밀리미터파(mmWave) 네트워크들이 활발히 개발 중에 있다. 5G 밀리미터파 네트워크들은 사용자 경험에 기반하면서 인근 장치들과의 연결 용이성과 개선된 에너지 효율과 같은 요소들을 포함하는 보다 높은 성능을 필요로 할 수 있다. 밀리미터파 기술은 안테나 어레이들의 물리학 또는 고속 트랜시버 구조와 관련된 다양한 기본 난제들과 조우한다.
예를 들면, 5GHz 이상의 동작 주파수를 갖는 현재의 무선 주파수(RF) 신호 송/수신 장치(스위치, 위상 가변기, 안테나)의 기본적인 문제점 또는 제약 사항은 다음과 같다.
1)표준 반도체 기술의 사용시에 높은 손실이 발생하며, 그 결과 낮은 에너지 효율을 초래하게 되었고,
2)낮은 기생 특성을 갖는 기성 부품 및 회로가 복잡하거나 대형이면서 고가다.
이전에는, 이러한 주파수에서 고주파 신호 송/수신 장치에 공지의 광도전 소자를 사용하는 것이 다음과 같은 내재적 단점 때문에 실용적이지 못했다.
1) 높은 손실;
2) 제어에 필요한 큰 전력;
3) 조사에 필요한 큰 표면;
예를 들면, 광학 소자를 사용하는 다음과 같은 고주파 스위칭 장치가 알려져 있다.
US 7,965,249 B1, 2011-06-21, "Reconfigurable radio frequency (RF) surface with optical bias for RF antenna and RF circuit applications", Rockwell Collins.
이 문헌은 RF 안테나 및 RF 회로에 적용할 수 있는 광학 바이어스를 가진 재구성 가능한 무선 주파수 표면을 개시한다. 이 표면은 광도전 화합물에 의해 접속된 금속 사각형의 다중 셀 구조(그리드)이다. 이 구조는 안테나들을 제어한다(주파수, 편파에 의해).
이 해결책의 단점은 장치가 수용할 수 있는 스캔 특성을 제공하는데 필요한 대단히 많은 수의 광도전 픽셀이다.
US 2015/349418, 2015-03-12, "Wide band reconfigurable planar antenna with omnidirectional and directional radiation patterns", UNIV DREXEL [US], ADANT TECHNOLOGIES INC [US].
이 문헌은 무지향성 및 지향성 방사 패턴을 갖는 광대역 재구성 가능한 평면 안테나를 개시하며, 여기서는 스위칭이 피드 포인트(feed point)에 있는 다이폴(dipole)들 사이에서 수행된다.
이 안테나의 단점은 큰 스캐닝 단계 및 최대 이득이 다이폴의 이득에 의해 제한된다는 사실을 포함한다.
기존의 신호 송/수신 장치는 광도전 소자를 사용시 높은 손실이 발생되었고, 제어에 필요한 큰 전력이 필요하며, 조사에 필요한 큰 표면을 제공해야 함으로 실용적이지 못하였다.
따라서, 5 GHz 이상의 동작 주파수를 가지며, 동시에 저손실, 낮은 제어 전력 또는 저렴한 비용을 갖는 고주파 신호 송/수신 장치를 당해 기술 분야에 제공할 필요가 있다. 전술한 바와 같이, 종래의 기술들은 이러한 모든 요구사항들을 동시에 충족시킬 수 있는 장치 개발에 적합하지 않다.
본 발명의 다양한 실시 예들은, 종래 기술의 전술한 단점들 중 적어도 일부를 극복하기 위해, 스위칭 광도전 소자를 기반으로 하는 고주파 신호 송/수신 장치를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 고주파 신호 송/수신 장치가 제공되며, 이 장치는 평면 도전판의 형태를 포함하며, 그것의 모서리부에 배치된 복수의 정합 소자을 포함하는 신호 전극; 평면 도전판의 형태를 포함하며, 상기 신호 전극에 평행하게 배치되는 접지 전극; 상기 신호 전극과 상기 접지 전극 사이의 유전체층(상기 유전체층은 공기, 진공일 수 있음); 그 각각이 상기 신호 전극 및 상기 접지 전극에 전기적으로 접속되고, 그리드로 배열되는 복수의 광도전 소자; 여진 신호 피드 포인트(excitation signal feed point), 및 상기 정합 소자들에 전기적으로 접속되는 복수의 부하 소자을 포함하며, 각각의 광도전 소자는 적어도 2개의 상태로 포함되고, 제어 광속(control light flux)의 부존재 시에 낮은 고유 전기 도전율(스위치 오프 상태)을 갖는 유전체 상태와, 제어 광속의 존재 시에 상대적으로 높은 전기 도전율(스위치 온 상태)을 갖는 도체 상태를 갖고; 또한 상기 그리드 내의 광도전 소자들은, 주어진 순간에 제어 광속이 인가되는 광도전 소자들이 상기 여진 신호 피드 포인트로부터 공급되는 신호의 필요로 하는 반사 프로파일에 가까운 커브(curve)를 형성하게 되도록, 배열되고, 서로 인접하는 광도전 소자들 간의 거리는 상기 여진 신호의 파장의 절반 미만이며, 또한 상기 전극들 중의 적어도 하나는 광도전 소자들에 대하여 제어 광속들을 제공하거나 또는 광도전 소자를 다른 전극에 접속시키는 도전 소자들을 장착하기 위한 홀(hole)들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 그 각각이 각 광도전 소자에 접속되는 유전체를 포함하는 복수의 투명 스플리터(dielectric transparent splitter), 및 상기 투명 스플리터를 통과하는 방사 광(radiated light)이 각 광도전 소자에 도달하게 되도록 그 각각이 각 투명 스플리터에 접속되는 복수의 광원들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 그 각각이 각 광도전 소자에 접속되는 복수의 광 도파관들, 또는 상기 광 도파관들을 통과하는 방사 광이 각 광도전 소자에 도달하게 되도록 그 각각이 각 광 도파관들에 접속되는 복수의 광원을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 신호 전극은 원형, 다각형 또는 원형의 섹터(sector)의 형상을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 정합 소자들은 톱니 형태를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 부하 소자는 모노폴 1/4-파 방사체(monopole quarter-wave radiator)이고, 상기 장치는 안테나이며, 또한 상기 접지 전극은 상기 방사체의 동작에 필요한 거리만큼 상기 신호 전극을 벗어나 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 부하 소자는 전송 선로 또는 고주파 커넥터이며, 또한 상기 장치는 그것의 출력 포트들에서 제어 가능한 위상 분포를 갖는 멀티-폴 장치(multi-pole device)일 수 있다.
일 실시예에서는, 적어도 하나의 광도전 소자가, 상기 신호 전극에 접속되어 있는 도전성 점퍼(conductive jumper)를 통해 상기 신호 전극에 접속되고, 상기 유전체층 내의 홀 또는 상기 접지 전극을 통과하며, 또한 상기 접지 전극과의 접촉을 갖지 않을 수 있다.
일 실시예에서는, 적어도 하나의 광도전 소자가, 상기 유전체층 내의 홀에 배치되며, 상기 유전체층의 두께와 동일한 두께를 갖고, 또한 상기 접지 전극은 상기 적어도 하나의 광도전 소자에 대하여 제어 광속을 제공하는 홀을 갖을 수 있다.
일 실시예에서, 상기 신호 전극, 상기 접지 전극 또는 이들 사이의 상기 유전체층은, 각각, 평면 구조의 신호 면, 접지 면 또는 기판을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 평평한 측면들에 의해 서로 대향하며, 고주파 신호 송/수신 장치의 형태를 포함하는 적어도 2개의 평면 안테나를 포함하는 3-차원 안테나가 제공되며, 상기 3-차원 안테나는, 동일한 반사 프로파일을 갖는 상이한 평면 안테나들에 대하여 상이한 위상 시프트를 갖는 동일한 신호를 공급함으로써, 상기 평면 안테나들의 면에 수직한 면에서 스캐닝하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 고주파 신호 송/수신 장치가 제공되며, 상기 장치는, 평면 도전판의 형태를 포함하는 신호 전극; 평면 도전판의 형태를 포함하며, 상기 신호 전극에 평행하게 배치되는 접지 전극; 상기 신호 전극과 상기 접지 전극 사이에 배치되며, 송/수신되는 신호의 1/4 파장 이상의 두께를 갖는 유전체층; 상기 유전체층 내의 홀들에 배열되고, 그리드로 배열되는 복수의 광도전 소자; 각각이 상기 유전체층의 두께 전반에 걸쳐 각 광도전 소자와 접촉하며, 제어 광속을 제공하는 복수의 광 도파관 부분 및 여진 신호 피드 포인트를 포함하며, 각각의 광도전 소자는 상기 신호 전극 및 상기 접지 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 유전체층의 두께와 동일한 두께를 가지며, 또한 적어도 2개의 상태로 포함되고, 즉 제어 광속의 부존재 시에 낮은 고유 전기 도전율(스위치 오프 상태)을 갖는 유전체 상태와, 제어 광속의 존재 시에 상대적으로 높은 전기 도전율(스위치 온 상태)을 갖는 도체 상태를 갖고; 또한 상기 그리드 내의 광도전 소자들은, 제어 광속이 인가되는 광도전 소자들이 상기 여진 신호 피드 포인트로부터 공급되는 신호의 필요로 하는 반사 프로파일에 가까운 커브를 형성하게 되도록, 배열되고; 서로 인접하는 광도전 소자들 간의 거리는 상기 여진 신호의 파장의 절반 미만이며, 상기 전극들 중의 적어도 하나는 상기 광도전 소자들에 대하여 광 도파관들을 공급하는 홀들을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 장치는 상기 광 도파관을 통과하는 방사 광이 각 광도전 소자에 도달하게 되도록 그 각각이 각 광 도파관 부분에 접속되는 복수의 광원을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 광도전 소자와 접촉하는 곳에 있는 광 도파관 부분들 상에는 불연속부들(discontinuities) 및/또는 노치들(notches)이 제공될 수 있다.
본 발명은 안테나의 이득을 희생하지 않고서도 저손실, 낮은 제어 전력 또는 저렴한 비용을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 전력 제어를 위한 낮은 요구사항들을 갖는 장치의 출력 포트들에서 필요한 위상 분포를 스캐닝/생성하는 것을 제공할 수 있다.
도 1(a)(b)은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광도전 소자의 동작 원리를 나타내는 도면 이다.
도 2은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광도전 소자의 접속의 제 1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광도전 소자의 접속의 제 2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광도전 소자의 접속의 제 3 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 1-차원 RF 신호 송/수신 장치의 제 1 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6(a)(b)는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 1-차원 RF 신호 송/수신 장치의 제 2 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7(a)는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광도전 소자 기반 RF 장치를 사용하는 위상 가변기의 종래 기술를 나타내는 도면이다.
도 7(b)는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 광도전 소자 기반 RF 장치를 사용하는 위상 가변기의 나타내는 도면이다.
도 8a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나를 나타내는 도면이다.
도 8b는 도 8a의 A-A' 선단면도 이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 RF 장치 내의 정합 소자들 및 부하의 배열을 나타내는 도면이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 스캐닝을 위한 안테나의 반사 프로파일들을 나타내는 도면이다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 방사 특성을 변경하기 위한 안테나의 반사 프로파일들을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다중빔 방사 패턴을 형성하기 위한 안테나의 반사 프로파일을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전계 분포를 나타내는 도면이다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 내의 광도전 소자들의 배열을 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 풀-사이즈 안테나를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 3-차원 안테나를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 기지국에서 안테나 적용의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 전자 장치를 포함하는 네트워크 환경을 도시한 블록도 이다.
도 1(a)(b)는 광도전 소자의 동작 원리를 나타낼 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명은 광도전 소자의 2가지 상태, 즉, 낮은 고유 전기 도전율(스위치 오프(OFF) 상태)을 갖는 유전체 상태와 광의 영향에 따라 발생하는 비교적 높은 전기 도전율(스위치 온(ON) 상태)을 갖는 도체 상태 사이에서의 스위칭에 기반한 것이다. 도 1(a)와 같이, 스위치 오프(OFF) 상태에서, 광도전 소자의 구조는 안정적이면서 비도전성이며; 이 광도전 소자(photoconductive elements: PE)는 일반적으로 용량 특성을 갖고 자신을 지나가는 전파에 대해 투과적이다. 도 1(b)와 같이, 스위치 온(ON) 상태에서, 광도전 소자가 광에 의해 조사될 경우에는, 전자들의 일부가 궤도를 벗어나 광도전 소자의 도전율이 증가하게 되고, 이것이 일반적으로 저항 특성을 나타내게 되며, 이에 따라 자신에게 오는 전파에 대해 투과적이지 않을 수 있다.(즉 전파를 반사시킴) 광도전 소자용 재료의 예로는 실리콘이 있다.
도 2는 광도전 소자(PE)의 접속(설치)의 제 1 실시예를 나타낼 수 있다. 광도전 소자(PE) 접속의 제 1 실시예에 따르면, 광도전 소자(PE)(1)가 도전판들(5) 사이에 배치되어 그것들과 전기 접촉을 갖게 된다. 광도전 소자(PE)(1)는 유전체를 포함하는 투명 스플리터(2)(예를 들어, 석영)에 접속된다. 제어 광이 투명 스플리터(2)에 접속된 광원(3)으로부터 광도전 소자(1)로 공급되며, 적어도 광도전 소자(PE)(1)를 향하여 그 광이 방사되도록 지향될 수 있다. 상기 투명 스플리터(2)는 광도전 소자(PE)(1) 상의 제어 회로들 및 광원(3)의 영향을 감소시키는데 사용된다. 또한, 한쪽 도전판(5)은 "신호 전극(signal electrode)"으로 지칭될 수 있으며, 그 다른쪽 도전판(5)은 "접지 전극(ground electrode)"으로 지칭될 수 있다. 도전판들 사이의 공간은 유전체층(4)으로 채워질 수 있다. 신호 전극, 접지 전극 및 이들 사이의 유전체층은 각각 신호 면(signal plane), 접지 면(ground plane) 및 회로 보드 기판이 될 수 있다. 광도전 소자(PE)(1)는 도 1(a),(b)와 관련해서 위에서 설명한 광도전성 재료로 제조될 수 있다. 광원은 LED(단순하고 에너지 효율적인 광원), 레이저(LED보다 더 지향적이지만, 더 복잡하고 에너지 효율이 더 낮은 광원등일 수 있다. 광원(3) 또는 투명 스플리터(2)는 단일 소자에 통합될 수도 있다. 표준 버전에서는, 광도전 소자(PE)(1)의 두께가 유전체층(4)의 두께와 동일할 수 있다.
도 3은 광도전 소자(PE)가 인쇄 회로 기판의 표면에 장착되는 광도전 소자(PE)의 접속의 제 2 실시예를 나타낼 수 있다. 접속의 제 2 실시예에 따르면, 제 1 실시예에서와 동일한 소자들이 광도전 소자에 장착되어 사용되지만, 광도전 소자(PE)(1)는 인쇄 회로 기판 외부의 접지 전극에만 인접할 수 있다. 광도전 소자(PE)(1)와 신호 전극 사이의 접촉은, 신호 전극을 광도전 소자(1)와 접속시킬 수 있다. 또한 접지 전극과 접촉하지 않으면서 유전체층(4) 내의 홀(hole)과 접지 전극을 관통하는 도전성 점퍼(conductive jumper)(6)를 통해 제공될 수 있다.
도 4는 광도전 소자(PE)의 접속의 제 3 실시예를 나타낸 것이며, 여기서는 광원(3)이 광도전 소자(PE)(1)로부터 거리를 두고서, 즉 인쇄 회로 기판으로부터 거리를 두고서 배치될 수 있다. 광도전 소자(PE)의 접속의 제 3 실시예는 광섬유(7)가 투명 스플리터(2) 대신에 사용된다는 점에서 제 2 실시예와 상이할 수 있다. 따라서, 제어 회로는 상대적으로 큰 거리를 두고서 스위치로부터 이격될 수 있다.
광도전 소자(PE)의 접속의 제 4 실시예(미도시)는 광섬유(7)가 투명 스플리터 대신에 사용된다는 점에서 제 1 실시예와 상이할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 신호를 송/수신하기 위한 RF 구조의 제 1 기본 실시예를 나타낼 수 있다. 2개의 광도전 소자(501 및 502)가 2개의 도전판(예를 들어, 인쇄 회로 기판 내의) 사이에 배치되며, 각각의 광도전 소자는 양쪽 도전판과 전기 접촉을 갖을 수 있다. 광도전 소자들(501 및 502) 사이의 거리는 통과하는 무선 주파수(RF) 파(신호)의 길이의 절반보다 작으며, 광도전 소자들은 서로 접촉하지 않을 수 있다. 광속(light flux)(빔)의 형태로 각 광도전 소자에 대한 제어가 인가된다. 인가되는 제어 광이 없는 경우, 광도전 소자들은 스위치 오프(OFF) 상태로 존재하며 높은 임피던스를 가지므로, 상기 RF 파를 통과시키게 될 수 있다. 즉, 광도전 소자가 스위치 오프(OFF)될 경우에는, 스위치를 통과하는 RF 신호에 대해 투과적이게 될 수 있다. 인가되는 제어 광이 존재할 경우, 광도전 소자들은 스위치 온(ON)된 상태로 존재하며 낮은 저항을 가지므로, 스위치가 내향(incoming) RF 신호를 반사하게 될 수 있다. 따라서, 광도전 소자들 자체의 크기가 작고, 광을 조사하는데 낮은 광 전력(optical power)이 요구되는(즉, 스위치를 제어하는데 저전력이 요구되는) 간단한 고주파 스위칭 회로가 제공될 수 있다. 또한, 회로에 대한 광도전 소자(PE)의 작은 크기는 일반적으로 전파 매체(유전체)에서 작은 손실만을 발생시킬 수 있다. 이 스위칭 광도전 소자의 기생 용량은 낮다. 예를 들어, 광도전 소자(PE)가 200 ㎛ × 200 ㎛ × 200 ㎛의 크기를 갖는 실리콘 조각인 경우, 전극 간 거리가 200 ㎛이고, 비유전율이 12인 200 ㎛ × 200 ㎛의 전극을 갖는 평행판 캐패시터에 대한 수학식에 의해 계산된 용량은 0.02 pF이며, 이것은 고가의 칩 p-i-n 다이오드 수준이다. 또한, 위에서 나타낸 바와 같이, 이 구조는 인쇄 회로 기판에서 완전히 구현될 수가 있다. 또한, 도 4와 관련하여 전술한 바와 같이, 광원이 광도전 소자(PE)로부터 분리되면, 예를 들어 광섬유 또는 투명 스플리터에 의해 RF 신호 송/수신 장치를 제어 회로로부터 분리할 수가 있다.
도 6(a)(b)는 본 발명에 따른 1-차원 RF 신호 송/수신 장치의 제 2 기본 실시예를 나타낼 수 있다. 도 6(a)와 같이, 4개의 광도전 소자들(601-604)이 스트립 선로(strip line)를 따라 일렬로 배열될 수 있다. 스트립 선로를 지나가는 신호 통과는 광도전 소자들을 스위치 온 (ON)및 오프(OFF)하는 것에 의해 제어될 수가 있다. 예를 들어, 광도전 소자들(601, 602 및 604)이 스위치 오프(OFF)되고, 광도전 소자(603)가 스위치 온(ON)될 경우에는, 신호가 광도전 소자들(601 및 602)의 접속 지점을 통과하지만, 광도전 소자(603)의 접속 지점에서는 반사될 수 있다. 따라서, 저-손실 위상 가변기를 위한 가변 반사 부하(tunable reflective load)가 이러한 평면 구조 내에서 구현된다. 도 6(b)는 위상 가변기의 어느 부분에서 사용될 수 있는 일 예를 나타낼 수 있다.
도 7(a)(b)은 개별적인 위상 가변기의 일 섹션을 나타내는 도면이고, 도 7(a)와 같이, 개별적인 위상 가변기의 일 섹션 볼 때, 종래 기술은 광도전 소자 기반 RF 장치의 사용으로 인하여, 제어 채널로부터 신호 채널을 분리하는데 사용되는 고정 용량, 인덕터, 전송 선로의 세그먼트를 갖을 수 있다.
반면, 도 7(b)와 같이, 개별적인 위상 가변기의 일 섹션 볼 때, 본 발명은 광도전 소자 기반 RF 장치의 사용으로 인하여, 제어 채널로부터 신호 채널을 분리하는데 사용되는 고정 용량, 인덕터, 전송 선로의 세그먼트를 갖는 일반적인 위상 기변기와는 대조적으로 그 크기 및 소자의 수가 감소될 수 있다.
도 8a,b는 본 발명에 따른 2-차원 RF 신호 송/수신 장치에 기초한 안테나(800)를 나타낼 수 있다. 광도전 소자들(803-804)는 그리드(격자, 매트릭스)로 배열되고, 광도전 소자들(803-804)의 그리드는 2개의 도전판(전극들)(801 및 802) 사이에 배치될 수 있다. 광도전 소자들 사이의 거리는 파장의 절반보다 작아야 한다. 신호 전극(801)은 라운드 전극(제어 리플렉터) 및 리플렉터 애퍼처(reflector aperture)를 부하 소자들(806)과 정합시키기 위한 정합 소자들(805)로 구성될 수 있다. 부하 소자는 방사 소자일 수 있으며, 예를 들어, 진공에서 1/4 파장을 갖는 모노폴 방사체(monopole radiator), 또는 전송 선로, 추가 방사를 위한 고주파 커넥터일 수 있다. 정합 소자 또는 부하 소자는, 도 8a,b 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 신호 전극의 모서리부(edge) 상에 배치된다. 이들의 모양과 크기, 밀도 또는 정확한 위치는 안테나에 대한 특정 요구사항에 따라 결정될 수 있다. 도 8A.B에 나타낸 예에서, 정합 소자들(805)은, 신호 전극의 전체 둘레 상에 연속 배치되는 협폭 측이 외부를 향하게 되는 톱니 형상을 가지며, 각 정합 소자의 단부에는 모노폴 방사체와 같은 부하 소자(806)가 배치될 수 있다.
접지 전극(802)은 방사체의 동작에 필요한 거리 만큼 또는 방사 소자의 높이 만큼 신호 전극을 벗어나 연장될 수 있다. 안테나(800)의 중심에서, 접지 전극(802)은 여진 소자(excitation element)(807)를 통해 안테나(800)에 대하여 여진(excitation)이 공급되는 홀(hole)을 갖을 수 있다. 예를 들어, 상기 홀은 신호 전극(801)에 접속되는 중심 도체, 및 접지 전극(802)에 접속되는 외부 도체를 가진 동축 구조로부터 달성될 수 있다.
접지 전극은 신호 전극과 유사할 수 있으며, 이 경우, 예를 들어 전극들이 신호 및 접지 전극에 접속되는 다이폴 방사체가 사용될 수 있음에 유의한다.
그리드로 배열된 광도전 소자들(803-804)을 스위치 온(ON) 및 스위치 오프(OFF)시킴으로써, 스위치 온(ON)된 광도전 소자들(804)을 연결하는 커브(curves)를 통과하는 상이한 반사 프로파일들이 생성될 수 있다. 여진 소자(807)에서 안테나 중심으로부터 공급되는 파는, 앞서의 도 5에서 나타낸 바와 같이, 스위치 온(ON)된 광도전 소자들(804)로부터 반사되어, 반대 방향으로 이동하게 될 수 있다. 안테나의 모서리부에 도달 시에, 이 파는 방사 소자를 통과함으로써 방사된다.
반사 프로파일(808)의 형상을 변경함으로써, 안테나의 방사 특성을 변화시킬 수 있다. 즉 이득, 지향성 계수(directivity factor) 및 다중 빔의 존재를 포함하는 방사 패턴을 변경하는 것이 가능하게 될 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 스캐닝을 위한 도 8a, b의 안테나(800)의 반사 프로파일(808)들의 예를 나타낼 수 있다. 상이한 경우들에 있어서, 광도전 소자들의 제어는, 안테나(800)가 특정의 미리 결정된 방향으로 방사(A1)하는 파라볼릭 반사 프로파일(808)을 형성하는 광도전 소자들을 스위치 온(ON) 하도록 수행될 수 있다. 따라서, 이 반사 프로파일(808)을 변경함으로써, 스캐닝이 행해질 수 있다.
도 11a 내지 도 11d는 방사(A1) 특성을 변경하기 위한 도 8a,b의 안테나(800)의 반사 프로파일(808)들의 예를 나타낼 수 있다. 상이한 경우들에 있어서, 광도전 소자들의 제어는, 안테나가 필요한 방사 특성을 갖는 파라볼릭 반사 프로파일을 형성하는 광도전 소자들을 스위치 온(ON) 하도록 수행될 수 있다. 특히, 도 11a는 안테나의 반사 프로파일들의 예들 중에 지향성 패턴을 갖는 평면파(901)를 나타내는 도면이고, 도 11b는 안테나(800)의 반사 프로파일들의 예들 중에 지향성 패턴을 갖는 발산파(902)를 나타내는 도면이며, 도 11c는 안테나의 반사 프로파일들의 예들 중에 지향성 패턴을 갖는 수렴파(903)를 나타내는 도면이다.
도 11d에 나타낸 지향성 패턴을 갖는 평면파(901)), 발산파(902) 및 수렴파(903)의 지향성(directivity) 및 각도(angle)를 나타낸 그래프이다.
도 12는 다중빔 방사 패턴을 획득하기 위한 도 8a,b의 안테나(800)의 예시적인 반사 프로파일(808)을 나타낸 것이다. 반사 프로파일(808)은, 상이한 방향들로 방사(A1)(A2)가 제공되도록 형성될 수 있다.
그러므로, 인쇄 회로 기판을 포함하는 평면 구조의 기술 내에서 구현되고, 빔의 회전시에 이득을 감소시키지 않으면서 360도의 스캔 각도를 갖고, 다중빔 방사 패턴을 형성하는 능력을 포함하는 제어된 지향성 패턴을 가지며 또한 근접장 동작(포커싱)이 가능한 저손실 안테나가 제공될 수 있다.
도 8a,b 및 도 9에 나타낸 RF 신호 송/수신 장치(800)는, 스위치를 통과하는 전파가 방사 소자들에 의해 대기 중으로 방사되지는 않지만 마이크로스트립 전송 선로를 통해 또는 고주파 커넥터로 더 전송될 시에, 출력 포트들에서 소정의 위상 분포를 형성하기 위한 멀티폴 장치(multipole device)로서 사용될 수 있다. 따라서, 이 장치는 동일한 장점들, 즉 작은 손실, 위상 변화시 투과율의 감소가 없는 360도 위상 변환을 갖을 수 있다.
도 13은 파라볼릭 반사 프로파일(808)이 형성되어 있는 도 8a,b의 안테나(800)에서의 전계 분포의 예를 나타낼 수 있다. 알 수 있는 바와 같이, 26GHz의 주파수에서 선택된 프로파일 또는 크기의 경우, 접지 전극이 무한 도전 면인 경우 안테나 이득은 13dBi이 되고, 유한 치수인 경우 약 10dBi이 된다. 신호 전극의 크기는 26 mm × 26 mm이고 높이는 2.7 mm이며, 광도전 소자의 도전율은 스위치 온(ON) 상태, 비유전율 12, 치수 0.2mm × 0.2mm × 0.2 mm에서 1000 Sm/m이 된다.
도 14a 내지 도 14c는 안테나 내 스위칭 광도전 소자(PE)의 배열에 대한 예들을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 광도전 소자들의 그리드는 광도전 소자들이 셀들의 중심에 배치되는 육각형(도 14a에 도시됨), 원형 대칭(도 14c에 도시됨) 또는 직사각형(도 14b에 도시됨) 등일 수 있다. 생성된 방사 패턴 및 각각의 방사 특성이 그 요구에 가깝게 되도록, 요구되는 반사 프로파일에 따라서 가능한 한 정확하게 광도전 소자들을 배치하는 것이 바람직하다. 따라서, 광도전 소자(PE)들의 실제 위치가, 요구되는 프로파일의 엔빌로프(envelope)에 가까울수록, 얻어지는 방사 특성이 더욱 정확해지게 될 수 있다. 광도전 소자(PE)들의 배열에 대한 필수 조건은 광도전 소자들사이의 거리가 파장의 절반보다 작아야 한다는 점이다. 따라서, 그리드 내 광도전 소자들의 밀도가 클수록, 방사 특성이 그 요구에 더욱더 가까워지게 되어 스캐닝 단계가 작아지게 될 수 있다. 반면에, 그리드 내에 배열된 광도전 소자들의 수가 적을수록, 더욱더 간단하고 저가인 안테나가 될 수 있다. 광도전 소자(PE)들에 대한 정확한 배열은 안테나에 적용되는 세부사항 및 요구사항에 따라 선택될 수 있다.
도 15는 풀 사이즈 안테나의 일 예이며, 여기서는 접지 전극과 신호 전극 사이의 공간이 진공에서의 파장의 약 1/4 정도의 두께를 갖는다(예를 들면, 28 GHz의 주파수에 있어서, 이러한 조건에 따른 리플렉터의 두께는 약 2.5 mm가 되어야 한다). 이 두께는 파가 리플렉터 애퍼처로부터 직접 방사될 수 있을 정도로 충분할 수 있다. 따라서, 리플렉터의 모서리부들에는 정합 소자나 방사체가 필요하지 않게 될 수 있다. 광도전 소자들의 접속에 대한 제 1 실시예가 사용되는 경우, 광도전 소자(PE)들은 리플렉터의 전체 두께를 가로지르게 되므로, 상대적으로 큰 두께를 갖는다. 그러나, 이 경우, 반도체에 있어서 광의 한정된 침투 깊이는 단지 수백 마이크론이기 때문에, 신호 전극의 측으로부터 광전도가 여진될 수 없다. 이러한 제한을 피하기 위해, 도 15에 나타낸 바와 같은 여진(excitation)이 행해질 수 있다. 광도전 소자(PE)가 리플렉터의 전체 두께에 걸쳐 광 도파관과 접촉하고, 제어 광속이 광 도파관을 통해 공급될 경우에는, 굴절률의 차이로 인해 광도전 소자 자체에 광 누설-파 모드(optical leaky-wave mode)가 형성되며(광 도파관은 광도전 소자보다 낮은 굴절률을 가짐), 이로 인해 광도전 소자를 스위치 온(ON) 상태로 스위칭할 수 있게 될 수 있다. 또한, 광 도파관으로부터의 측면 방사가, 광도전 소자의 광 도파관과의 접촉하는 위치에 배치된 불연속부 및/또는 노치 등을 이용하여 형성될 수 있다.
도 16은 도 8a,b 또는 도 15에서 앞서 설명한 평평한 면에 의해 서로 마주하는 복수의 평면 안테나들로 구성된 3-차원 안테나를 나타낼 수 있다. 각 평면 안테나는 반사 프로파일의 면에서만 스캐닝할 수 있다. 그러나, 상이한 위상 시프트를 갖는 동일한 신호가, 소정 순간에 동일한 반사 프로파일을 가진 상이한 평면 안테나들에 공급될 경우에는, 반사 프로파일 면에 수직한 면에서도 또한 스캐닝이 구현될 수 있다. 따라서, 최종 결과물인 3-차원 구조는 2개의 면에서 스캐닝 가능하다.
도 17은 기지국에서의 도 8a,b, 도 15 또는 도 16의 안테나의 적용 예를 나타낼 수 있다. 기지국 타워에 안테나 자체가 배치되는 한편, 제어 회로들은 안테나가 RF 여진(RF excitation)(예를 들면, 전술한 바와 같이, 동축 케이블을 통해) 또는 안테나의 광도전 소자들의 제어(예를 들어, 전술한 바와 같이, 광섬유를 통해)를 수신하게 되는 원격 유닛에 배치할 수 있다. 이 때문에, 제어 회로들을 실내에 배치할 수 있으므로, 외부 영향들로부터의 보호를 위한 요구사항을 단순화할 수 있다.
본 발명은 광도전 소자들에 기반한 RF 장치들의 구조 및 기본예들의 원리를 교시한 것이며, 이러한 원리 및 예들에 의해 안내되는 당업자라면, 창의적 노력 없이도 광도전 소자들에 기반한 RF 장치들의 다른 레이아웃을 생성할 수 있다는 것을 이해해야 한다.
예를 들어, 전술한 바와 같이, 여진 소자가 안테나의 중심에 위치하지만, 360도 미만의 범위에서 스캔이 필요한 경우, 이 여진은 중심이 아니라 안테나의 모서리부에 더 근접한 곳에 공급될 될 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 신호 전극이 원형 형상을 갖지만, 이것이 유일한 선택인 것은 아니며, 예를 들어, 신호 전극은 다각형, 원형 섹터 등의 형상을 가질 수 있다. 작은 스캔 각도가 요구되는 안테나에 대해서는 삼각형 또는 원형 섹터의 형상이 적합할 수도 있다.
응용
본 발명에 따른 광도전 소자 기반 RF 장치 및 마이크로스트립 선로, 위상 가변기 및 스위치 그리고 이들을 사용하여 설계되는 안테나는, 예를 들어, 진보된 5G 밀리미터-파 및 WiGig 이동 네트워크, 각종 센서, 장거리를 포함하는 무선 전력 송신을 위한 Wi-Fi 네트워크, 스마트 하우스 시스템 등에서 RF 신호들의 제어를 필요로 하는 전자 장치에 사용될 수 있다.
본 명세서에서 "제 1", "제 2", "제 3" 등의 용어가 다양한 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이들 요소, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션이 이러한 용어에 의해 제한되지 않아야 한다. 이들 용어는 하나의 요소, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 요소, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 제 1 요소, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어남 없이 제 2 요소, 성분, 영역, 계층 또는 섹션으로 지칭될 수도 있다. 본 명세서에서, "및/또는"이라는 용어는 각각의 나열된 항목들 중 하나 이상의 임의의 조합을 모두 포함한다. 단수로 언급된 요소는 달리 명시되지 않는 한 복수의 요소를 배제하지 않는다.
본 상세한 설명 또는 청구범위에서 단일 요소로서 특정된 요소의 기능이 실제에 있어서는 장치의 여러 구성요소를 통해 구현될 수도 있으며, 그 반대로, 본 상세한 설명 또는 청구범위에서 복수의 개별 요소들로서 특정된 요소들의 기능이 실제에 있어서는 단일 구성요소로 구현될 수도 있다.
일 실시예에서, 본 안테나의 소자들/유닛들은 동일한 프레임/구조/인쇄 회로 기판 상에 배치되며 또한 장착(조립) 동작들에 의해서 구조적으로 및 통신 선로를 통해 기능적으로 서로 접속된 공통 하우징에 배치된다. 달리 명시되지 않는 한, 통신 선로 또는 채널은 기존의 통신 선로이며, 그것의 재료 구현에는 창의적인 노력이 필요하지 않다. 통신 선로는 와이어, 와이어 세트, 버스, 경로, 무선 통신 링크(유도성, 무선 주파수, 적외선, 초음파 등)일 수도 있다. 이러한 통신 링크를 통한 통신 프로토콜은 당해 기술 분야에 공지되어 있으며, 별도로 개시되지 않는다.
요소들의 기능적 관계는 이러한 요소들이 서로 올바르게 협력하고 요소들의 특정 기능을 구현하는 연결로서 이해해야 한다. 기능적 관계에 대한 특정 예들로는 정보 교환을 제공하는 연결, 전류 전송을 제공하는 연결, 기계적 움직임 전달을 제공하는 연결, 빛, 소리, 전자기 또는 기계적 진동들의 전송을 제공하는 연결 등을 들 수 있다. 기능적 관계에 대한 구체적인 형태는 요소들의 상호작용의 성질에 의해 결정되며, 달리 명시되지 않는 한, 본 기술분야에 잘 알려진 원리들을 이용하는 공지의 수단에 의해 제공될 수 있다.
본 장치의 요소들의 구조적 실시예는 당업자에게 공지되어 있으며, 달리 명시하지 않는 한, 본 명세서에서 별도로 설명하지 않는다. 본 안테나의 요소들은 임의의 적절한 재료로 만들어질 수 있다. 이러한 구성요소들은 단지 예로서 기계가공 및 로스트-왁스 주조(lost-wax casting)를 포함하는 공지의 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 전술한 설명에 따른 조립, 연결 동작들 및 다른 동작들은 당업자가 알고 있는 지식에 해당하므로 여기에서 더 상세히 설명하지 않는다.
예시적인 실시예들이 상세히 설명되고 첨부 도면들에 도시되었지만, 이러한 실시예들은 단지 예시적인 것이지 본 발명을 제한하려는 것이 아니며, 또한 본 발명의 본질 및 범위를 벗어나지 않는 본 발명의 다양한 다른 변형 및 실시예는 본 설명에 포함된 정보 및 본 기술분야의 알려진 지식에 기초하여 당업자에게 명백할 것이기 때문에, 본 발명이 특정의 도시 및 기술된 레이아웃들로 제한되어서는 아니된다.
도 18을 참조하여, 다양한 실시예에서의, 네트워크 환경(100) 내의 전자 장치(101)가 기재된다. 전자 장치(101)는 버스(110), 프로세서(120), 메모리(130), 입출력 인터페이스(150), 디스플레이(160), 및 통신 인터페이스(170)를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 전자 장치(101)는, 구성요소들 중 적어도 하나를 생략하거나 다른 구성요소를 추가적으로 구비할 수 있다. 버스(110)는 구성요소들(110-170)을 서로 연결하고, 구성요소들 간의 통신(예: 제어 메시지 또는 데이터)을 전달하는 회로를 포함할 수 있다. 프로세서(120)는, 중앙처리장치, 어플리케이션 프로세서, 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor(CP)) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 프로세서(120)는, 예를 들면, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소들의 제어 또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다.
메모리(130)는, 휘발성 또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 메모리(130)는, 예를 들면, 전자 장치(101)의 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 메모리(130)는 소프트웨어 또는 프로그램(140)을 저장할 수 있다. 프로그램(140)은, 예를 들면, 커널(141), 미들웨어(143), 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)(145), 또는 어플리케이션 프로그램(또는 "어플리케이션")(147) 등을 포함할 수 있다. 커널(141), 미들웨어(143), 또는 API(145)의 적어도 일부는, 운영 시스템으로 지칭될 수 있다. 커널(141)은, 예를 들면, 다른 프로그램들(예: 미들웨어(143), API(145), 또는 어플리케이션 프로그램(147))에 구현된 동작 또는 기능을 실행하는 데 사용되는 시스템 리소스들(예: 버스(110), 프로세서(120), 또는 메모리(130) 등)을 제어 또는 관리할 수 있다. 또한, 커널(141)은 미들웨어(143), API(145), 또는 어플리케이션 프로그램(147)에서 전자 장치(101)의 개별 구성요소에 접근함으로써, 시스템 리소스들을 제어 또는 관리할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다.
미들웨어(143)는, 예를 들면, API(145) 또는 어플리케이션 프로그램(147)이 커널(141)과 통신하여 데이터를 주고받을 수 있도록 중개 역할을 수행할 수 있다. 또한, 미들웨어(143)는 어플리케이션 프로그램(147)으로부터 수신된 하나 이상의 작업 요청들을 우선 순위에 따라 처리할 수 있다. 예를 들면, 미들웨어(143)는 어플리케이션 프로그램(147) 중 적어도 하나에 전자 장치(101)의 시스템 리소스(예: 버스(110), 프로세서(120), 또는 메모리(130) 등)를 사용할 수 있는 우선 순위를 부여하고, 상기 하나 이상의 작업 요청들을 처리할 수 있다. API(145)는 어플리케이션(147)이 커널(141) 또는 미들웨어(143)에서 제공되는 기능을 제어하기 위한 인터페이스로, 예를 들면, 파일 제어, 창 제어, 영상 처리, 또는 문자 제어 등을 위한 적어도 하나의 인터페이스 또는 함수(예: 명령어)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(150)는, 예를 들면, 사용자 또는 다른 외부 기기로부터 입력된 명령 또는 데이터를 전자 장치(101)의 다른 구성요소(들)에 전달하거나, 또는 전자 장치(101)의 다른 구성요소(들)로부터 수신된 명령 또는 데이터를 사용자 또는 다른 외부 기기로 출력할 수 있다.
디스플레이(160)는, 예를 들면, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드(LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(OLED) 디스플레이, 또는 마이크로 전자기계 시스템 (MEMS) 디스플레이, 또는 전자종이(electronic pa광도전 소자r) 디스플레이를 포함할 수 있다. 디스플레이(160)는, 예를 들면, 사용자에게 각종 콘텐츠(예: 텍스트, 이미지, 비디오, 아이콘, 또는 심볼 등)을 표시할 수 있다. 디스플레이(160)는, 터치 스크린을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 전자 펜 또는 사용자의 신체의 일부를 이용한 터치, 제스쳐, 근접, 또는 호버링 입력을 수신할 수 있다. 통신 인터페이스(170)는, 예를 들면, 전자 장치(101)와 외부 장치(예: 제 1 외부 전자 장치(102), 제 2 외부 전자 장치(104), 또는 서버(106)) 간의 통신을 설정할 수 있다. 예를 들면, 통신 인터페이스(170)는 무선 통신 또는 유선 통신을 통해서 네트워크(162)에 연결되어 외부 장치(예: 제 2 외부 전자 장치(104) 또는 서버(106))와 통신할 수 있다.
무선 통신은, 예를 들면, LTE, LTE-A(LTE advance), CDMA(code division multiple access), WCDMA(wideband CDMA), UMTS(universal mobile telecommunications system), WiBro(wireless broadband), 또는 GSM(global system for mobile communications) 등 중 적어도 하나를 사용하는 셀룰러 통신을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 무선 통신은, 도 1의 element 164로 예시된 바와 같이, 예를 들면, 진보된 5G 밀리미터-파 및 WiGig 이동 네트워크, WiFi(wireless fidelity), LiFi(light fidelity), 블루투스, 블루투스 저전력(BLE), 지그비(ZigBee), NFC(near field communication), 자력 시큐어 트랜스미션(magnetic secure transmission), 라디오 프리퀀시(RF), 또는 보디 에어리어 네트워크(BAN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 무선 통신은 GNSS를 포함할 수 있다. GNSS는, 예를 들면, GPS(global positioning system), Glonass(global navigation satellite system), beidou navigation satellite system(이하 "Beidou") 또는 Galileo, the euro광도전 소자an global satellite-based navigation system일 수 있다. 이하, 본 문서에서는, "GPS"는 "GNSS"와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 유선 통신은, 예를 들면, USB(universal serial bus), HDMI(high definition multimedia interface), RS-232(recommended standard232), 전력선 통신, 또는 POTS(plain old telephone service) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 네트워크(162)는 텔레커뮤니케이션 네트워크, 예를 들면, 컴퓨터 네트워크(예: LAN 또는 WAN), 인터넷, 또는 텔레폰 네트워크 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 외부 전자 장치(102, 104) 각각은 전자 장치(101)와 동일한 또는 다른 종류의 장치일 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 전자 장치(101)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 하나 또는 복수의 전자 장치(예: 전자 장치(102,104), 또는 서버(106)에서 실행될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 전자 장치(101)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로 또는 요청에 의하여 수행해야 할 경우에, 전자 장치(101)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 그와 연관된 적어도 일부 기능을 다른 장치(예: 전자 장치(102, 104), 또는 서버(106))에게 요청할 수 있다. 다른 전자 장치(예: 전자 장치(102, 104), 또는 서버(106))는 요청된 기능 또는 추가 기능을 실행하고, 그 결과를 전자 장치(101)로 전달할 수 있다. 전자 장치(101)는 수신된 결과를 그대로 또는 추가적으로 처리하여 요청된 기능이나 서비스를 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 또는 클라이언트-서버 컴퓨팅 기술이 이용될 수 있다.
무선 충전 모듈(180)은 무선 전력 수신기로부터 무선 전력을 수신하거나, 다른 전자 장치로 무선 전력을 송신하여 할 수 있다. 무선 충전 모듈(180)은 유도 방식 또는 공진 방식에 기초하여, 무선 전력을 수신하거나 송신할 수 있다. 무선 충전 모듈(180)은 무선 전력의 송/수신을 위한 코일을 포함할 수도 있다.
MST 모듈(190)은, 예를 들어, 통신 인터페이스(170)와 별도로, 독립적인 모듈로 구비될 수 있다. MST 모듈(190)은 다른 전자 장치와 MST 통신을 수행할 수 있다. 예를 들어, MST 모듈(190)은 정보를 포함하는 신호를 송신하기 위해 시간에 따라 크기가 변경되는 전자기장을 방출할 수 있다. 상기 정보는 무선 결제를 위한 정보를 포함할 수 있다. 상기 다른 전자 장치, 예를 들어 POS 단말기는, 전자기장의 시간에 따른 크기 변경을 검출함으로써, 전자 장치(101)로부터의 정보를 포함하는 신호를 수신할 수 있다. 한편, MST 모듈(190)은 전자기장 방출 또는 검출을 위한 코일을 포함할 수도 있다. MST 모듈(190)은 다른 전자 장치로부터 수신되는 전자기장의 시간에 따른 변경을 검출함으로써, 다른 전자 장치로부터 신호를 수신할 수도 있다.
상기 근거리 통신 모듈(192)은 예를 들면, 셀룰러 모듈, WiFi 모듈, 블루투스 모듈, GNSS 모듈, NFC 모듈 및 RF 모듈들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 근거리 통신 모듈은, 예를 들어, 통신 인터페이스와 별도로, 독립적인 모듈로 구비될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 근거리 통신 모듈은 프로세서(120)의 제어에 따라 동작 모드를 변경할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 근거리 통신 모듈을 제어하여 외부 전자 장치와 데이터를 송수신할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 다양한 실시예의 고주파 신호 송/수신 장치는 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
광도전 소자 : 1 투명 스플리터 : 2
광원 : 3 유전체층 : 4
도전판 : 5 도전성 점퍼 : 6
광섬유 : 7

Claims (19)

  1. 고주파 신호 송/수신 장치에 있어서,
    평면 도전판의 형태를 포함하며, 그것의 모서리부를 따라 배치된 복수의 정합 소자를 포함하는 신호 전극;
    평면 도전판의 형태를 포함하며, 상기 신호 전극에 평행하게 배치되는 접지 전극;
    상기 신호 전극과 상기 접지 전극 사이의 유전체층;
    각각이 상기 신호 전극 및 상기 접지 전극에 전기적으로 접속되고, 그리드로 배열되는 복수의 광도전 소자;
    여진 신호 피드 포인트(excitation signal feed point); 및
    상기 정합 소자들에 전기적으로 접속되는 복수의 부하 소자를 포함하며,
    상기 각각의 광도전 소자는 적어도 2개의 상태로 포함되고, 제어 광속(control light flux)의 부존재 시에 낮은 고유 전기 도전율(스위치 오프 상태)을 갖는 유전체 상태와, 제어 광속의 존재 시에 상대적으로 높은 전기 도전율(스위치 온 상태)을 갖는 도체 상태를 갖고;
    상기 그리드 내의 광도전 소자들은, 주어진 순간에 제어 광속이 인가되는 광도전 소자들이 상기 여진 신호 피드 포인트로부터 공급되는 신호의 필요로 하는 반사 프로파일에 가까운 커브(curve)를 형성하게 되도록 배열되고;
    서로 인접하는 상기 광도전 소자들 간의 거리는 상기 여진 신호의 파장의 절반 미만이며;
    상기 전극들 중의 적어도 하나는 광도전 소자들에 대하여 제어 광속들을 제공하거나 또는 광도전 소자를 다른 전극에 접속시키는 도전 소자들을 장착하기 위한 홀(hole)들을 포함하는 고주파 신호 송/수신 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    그 각각이 상기 각각의 광도전 소자에 접속되는 유전체를 포함하는 복수의 투명 스플리터(dielectric transparent splitter) 및
    상기 투명 스플리터를 통과하는 방사 광(radiated light)이 상기 각각의 광도전 소자에 도달하게 되도록 그 각각이 각 투명 스플리터에 접속되는 복수의 광원을 더 포함하는 고주파 신호 송/수신 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    그 각각이 상기 각각의 광도전 소자에 접속되는 복수의 광 도파관, 및
    상기 광 도파관들을 통과하는 방사 광이 각 광도전 소자에 도달하게 되도록 그 각각이 각 광 도파관들에 접속되는 복수의 광원을 더 포함하는 고주파 신호 송/수신 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 전극은 원형, 다각형 또는 원형의 섹터(sector)의 형상을 포함하는 고주파 신호 송/수신 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 정합 소자들은 톱니 형태를 포함하는 고주파 신호 송/수신 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하 소자는 모노폴 1/4-파 방사체(monopole quarter-wave radiator)이고,
    상기 고주파 신호 송/수신 장치는 안테나이며;
    상기 접지 전극은 상기 방사체의 동작에 필요한 거리만큼 상기 신호 전극을 벗어나 연장되는 고주파 신호 송/수신 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 부하 소자는 전송 선로 또는 고주파 커넥터이고,
    상기 고주파 신호 송/수신 장치는 그것의 출력 포트들에서 제어 가능한 위상 분포를 갖는 멀티폴 장치(multipole device)를 포함하는 고주파 신호 송/수신 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 광도전 소자가, 상기 신호 전극에 접속되어 있는 도전성 점퍼(conductive jumper)를 통해 상기 신호 전극에 접속되고, 상기 유전체층 내의 홀 또는 상기 접지 전극을 통과하며, 또한 상기 접지 전극과의 접촉을 갖지 않는 고주파 신호 송/수신 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 광도전 소자가, 상기 유전체층 내의 홀에 배치되며, 상기 유전체층의 두께와 동일한 두께를 갖고;
    상기 접지 전극은 상기 적어도 하나의 광도전 소자에 대하여 제어 광속을 제공하는 홀을 갖는 고주파 신호 송/수신 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호 전극, 상기 접지 전극 또는 이들 사이의 상기 유전체층은, 각각의 평면 구조의 신호 면, 접지 면 또는 기판을 나타내는 고주파 신호 송/수신 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 고주파 신호 송/수신 장치는, 평평한 측면들에 의해 서로 대향되고, 적어도 2개의 평면 안테나를 포함하는 3-차원 안테나로 이루어지고,
    상기 3-차원 안테나는 동일한 반사 프로파일을 갖는 상이한 평면 안테나들에 대하여 상이한 위상 시프트를 갖는 동일한 신호를 공급함으로써, 상기 평면 안테나들의 면에 수직한 면에서 스캐닝하도록 구성되는 고주파 신호 송/수신 장치.
  12. 고주파 신호 송/수신 장치에 있어서,
    평면 도전판의 형태를 포함하는 신호 전극;
    평면 도전판의 형태를 포함하며, 상기 신호 전극에 평행하게 배치되는 접지 전극;
    상기 신호 전극과 상기 접지 전극 사이에 배치되며, 송/수신되는 신호의 1/4 파장 이상의 두께를 갖는 유전체층;
    상기 유전체층 내의 홀들에 배열되고, 그리드로 배열되는 복수의 광도전 소자;
    각각이 상기 유전체층의 두께 전반에 걸쳐 각 광도전 소자와 접촉하며, 제어 광속을 제공하는 복수의 광 도파관 부분, 및
    여진 신호 피드 포인트를 포함하며,
    각각의 상기 광도전 소자는 상기 신호 전극 및 상기 접지 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 유전체층의 두께와 동일한 두께를 가지며, 적어도 2개의 상태로 포함되고, 제어 광속의 부존재 시에 낮은 고유 전기 도전율(스위치 오프 상태)을 갖는 유전체 상태와, 제어 광속의 존재 시에 상대적으로 높은 전기 도전율(스위치 온 상태)을 갖는 도체 상태를 갖고;
    상기 그리드 내의 상기 광도전 소자들은, 주어진 순간에 제어 광속이 인가되는 상기 광도전 소자들이 상기 여진 신호 피드 포인트로부터 공급되는 신호의 필요로 하는 반사 프로파일에 가까운 커브를 형성하게 되도록, 배열되고;
    서로 인접하는 상기 광도전 소자들 간의 거리는 상기 여진 신호의 파장의 절반 미만이며;
    상기 전극들 중의 적어도 하나는 상기 광도전 소자들에 대하여 광 도파관들을 공급하는 홀들을 포함하는 고주파 신호 송/수신 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 광 도파관을 통과하는 방사 광이 각각의 상기 광도전 소자에 도달하게 되도록 각각의 상기 광 도파관 부분에 접속되는 복수의 광원을 더 포함하는 고주파 신호 송/수신 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 광도전 소자와 접촉하는 곳에 있는 상기 광 도파관 부분들 상에는 불연속부들(discontinuities) 및/또는 노치들(notches)이 제공되는 고주파 신호 송/수신 장치.
  15. 고주파 신호 송/수신 장치에 있어서,
    복수의 정합 소자를 포함하는 신호 전극;
    상기 신호 전극에 평행하게 배치되는 접지 전극;
    상기 신호 전극과 상기 접지 전극 사이의 유전체층;
    각각이 상기 신호 전극 또는 상기 접지 전극에 전기적으로 접속되는 복수의 광도전 소자;
    여진 신호 피드 포인트(excitation signal feed point); 및
    상기 정합 소자들에 전기적으로 접속되는 복수의 부하 소자를 포함하며,
    상기 각각의 광도전 소자는 제어 광속(control light flux)의 부존재 시에 낮은 고유 전기 도전율(스위치 오프 상태)을 갖는 유전체 상태이고, 제어 광속(control light flux)의 존재 시에 높은 전기 도전율(스위치 온 상태)을 갖는 도체 상태를 갖으며;
    상기 그리드 내의 광도전 소자들은, 제어 광속이 인가되는 광도전 소자들이 상기 여진 신호 피드 포인트로부터 공급되는 신호의 필요로 하는 반사 프로파일에 커브(curve)를 형성하게 되도록 배열되는 고주파 신호 송/수신 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 서로 인접하는 상기 광도전 소자들 간의 거리는 상기 여진 신호의 파장의 절반 미만이고,
    상기 신호 전극 및 상기 접지 전극들 중의 적어도 하나는 광도전 소자들에 대하여 상기 제어 광속들을 제공하거나 또는 광도전 소자를 다른 전극에 접속시키는 도전 소자들을 장착하기 위한 홀(hole)들을 포함하는 고주파 신호 송/수신 장치.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 신호 전극 또는 상기 접지 전극은 평면 도전판의 형태를 포함하는 고주파 신호 송/수신 장치.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 복수의 정합 소자는 상기 신호 전극의 모서리부를 따라 배치되는 고주파 신호 송/수신 장치.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 복수의 광도전 소자는 그리드로 배열되고, 적어도 2개 상태로 포함되는 고주파 신호 송/수신 장치.
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