KR20180121549A

KR20180121549A - 통합된 글래스 전이를 갖는 브로드밴드 rf 방사상 도파관 피드

Info

Publication number: KR20180121549A
Application number: KR1020187027301A
Authority: KR
Inventors: 벤자민 사이크스; 모센 세즈거; 로버트 모리; 매튜 라일리
Original assignee: 카이메타 코퍼레이션
Priority date: 2016-03-01
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2018-11-07
Also published as: JP2019507556A; EP3424105B1; IL261334A; EP3424105A1; WO2017151520A1; KR102272577B1; JP6913690B2; CN108713276B; ES2874634T3; US10811784B2; IL261334B; CN108713276A; US20170256865A1

Abstract

안테나 및 이를 이용하기 위한 방법이 공개된다. 하나의 실시예에서, 안테나는 방사상 도파관; 방사상 도파관에 의해 피드되는 RF 피드파에 반응하여 RF(radio frequency) 신호들을 복사하도록 동작가능한 개구면; 및 상기 도파관의 외부 부분들과 상기 개구면 사이의 간극을 통해서 RF 에너지가 빠져나가는 것을 막도록 동작가능한 RF(radio frequency) 초크;를 포함한다.

Description

통합된 글래스 전이를 갖는 브로드밴드 RF 방사상 도파관 피드

본 발명의 실시예들은 안테나의 분야에 관한 것이며; 더욱 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 안테나 소자들을 여기시키기 위하여 이용되는 RF 피드파로부터의 RF 에너지가 안테나로부터 빠져나가는 것을 막기 위해 RF(radio-frequency) 초크(choke)를 갖는 안테나에 관한 것이다.

복사 개구면과 피드 구조물을 통합하는 종래의 평면 안테나들은 전기적 인터페이스로부터의 무관한 복사가 안테나의 복사 패턴(radiation pattern)들을 변질시키는 것을 막기 위하여 RF 신호들뿐만 아니라 직류 전류(DC) 제어 및 전력 조절 신호들을 위한 전류 귀환 경로를 제공하도록 두 개의 서브어셈블리들 사이의 물리적 전도성 연결을 보장한다. 이러한 타입의 안테나들 내의 전형적인 피드 구조물들은 수동 위상 어레이 안테나(passive phased array antenna)들의 경우에 점점 좁아지는(tapering) 개구면뿐만 아니라 전력 분배를 제공하는 공동 피드 배열(corporate feed arrangement) 또는 결합된 직렬/병렬 배열(combined series/parallel arrangement)을 통해서 RF 에너지를 복사 개구면 안으로 피드하는 경향이 있다. 이러한 전력 분배 네트워크들은 전체 피드의 캐스케이딩된(cascaded) 성능이 시스템의 요구사항들을 충족시키는 것을 보장하기 위하여 엄격한 설계 기준의 이용을 필요하게 하는 다수의 RF 전력 분배기들(power dividers) 및 불연속들(discontinuities)을 가지는 경향이 있다. 엣지 급전 방사상 도파관 피드(edge fed radial waveguide feed)의 경우에, 전력 분배는 안테나 반경에 대한 에너지의 희석의 성질에 의해 처리되지만, 강건한 브로드밴드 설계를 달성하기 위해 주의 깊은 설계 원칙들의 이용을 여전히 필요로 한다.

방사상 피드 안테나의 하나의 실례는 층 전이들에서의 불연속 보상(discontinuity compensation)에서뿐만 아니라 진행파(propagating wave)들을 론칭(launching) 및 종결(terminating)하기 위해 상대적으로 좁은 대역 접근을 이용했다. 론치(launch)에서, 4분의 1 파장 오픈 전송선 스텁(quarter-wavelength open transmission line stub)은 축상(axial) TEM(transverse electromagnetic) 모드에서 방사상(radial) TEM 모드로 전환하도록 설계되었다. 4분의 1 파장 오픈 스텁 론치(quarter wavelength open stub launch)는 자유 공간으로 복사하는 것과 같이 도파 모드(guided mode)로부터 준-방사 모드(quasi-radiative mode)로의 전이를 위해 중심 도체의 공진 길이에 의존한다. 론치 구조물의 공진은 본질적으로 대역이 제한되며(band limited), 공진을 보상하기 위한 다른 튜닝 메카니즘을 부가하지 않고서는 20% 대역폭을 넘어서 연장되기 어렵다. 자립형 프로브(free standing probe)도 론치의 평균 전력 처리 용량을 표준 SMA(SubMiniature version A) 중심핀에 대해 대략 10 와트까지 제한한다. 론치에서 축적된 임의의 열은 복사 또는 대류를 통해서만 소산될 것이고, 이것은 도파관 캐비티 내의 공기 흐름 및 프로브의 표면적으로 인해 제한될 것이다. 론치에 부가하여, 바닥 가이드(bottom guide)로부터 꼭대기 저속파 가이드(top slow wave guide)로의 전이는 180도 e-평면 벤드(e-plane bend)에 의해 야기되는 인덕턴스를 상쇄하기(offset) 위해 하나의 용량성 단계를 이용한다. 이러한 접근은 30%를 초과하여 대역폭을 달성하기 위해 도파관 구성요소들에 대해 표준이지만, 모드 전환 및 불연속 보상을 위해 덜 주파수-의존적인 방법을 이용할 필요가 있다.

다른 더 많은 브로드밴드 방사상 도파관 구조물들에서, 브로드밴드 접근법은 하나의 모드에서부터 다른 모드로의 부드러운 전이를 갖는 연속적인 테이퍼 전이(taper transition)를 이용해 왔었다. 이러한 피드 접근법의 예시적인 피드는 도 1a 및 1b에서 도시된다. 이러한 접근법은 커넥터의 중심핀을 꼭대기 가이드 벽(top guide wall)에 단락된(shorted) 플루팅된 전이(fluted transition)에 부착한다. 이러한 접근법은 넓은 대역폭들을 달성할 수 있지만, 이러한 매끄러운 전이들을 생성하는 복잡한 커브들로 인하여 제작이 어려워질 수 있다. 이러한 전이들은 일반적으로 복잡한 곡률을 따르도록 선반(lathe)을 이용해서 제작될 수 있다. 만일 추가적인 보상이 기계가공 목적을 위해 필요하다면, 연속적인 곡률은 용량성 또는 유도성 튜닝을 위한 추가적인 특징들을 제공하는 것이 아니라 전이를 빠르게 하거나 느리게 하는 능력만을 제공한다. 게다가, 층 전이들은 전형적으로 챔퍼(chamfer)들을 이용해서 달성되고, 이것은 브로드밴드 매칭을 달성하도록 조정하기 위해 설계자에게 하나의 노브만을 제공한다.

외부 금속화 층 없이 유전체 기재를 기초로 한 LCD/글래스-기반 복사 개구면의 개발은 상술한 종래의 방법들과 유사한 전기적 부착 방법을 제공하는 것을 막는다.

많은 종래의 위상 어레이 안테나들에서, 복사 개구면은 구조적 강도 및 정렬을 가지고 열(thermal) 및 기후 조절(climate control) 채널을 통합하기 위한 매니폴드(manifold)뿐만 아니라 방사 소자(radiating element) 양쪽 모두로서 기능하는 기계가공된 알루미늄 하우징(machined aluminum housing)으로부터 만들어진다. 이러한 기능을 위해 알루미늄을 이용하는 이점은 알루미늄이 RF 및 DC에서 전도성이 매우 높고, 즉각적으로 이용가능하고, 기계가공 및 조립을 위해 양호한 특징이 있다는 점이다. 이와 달리, 몇몇 종래의 위상 어레이들은 RF 라우팅 및 집적회로(IC) 통합을 위해 엔지니어에게 설계 유연성을 제공하면서 안테나 조립에 관계된 터치 레이버(touch labor)"의 양을 감소시키기 위하여 PCB(printed circuit board) 기술을 이용한다. 이러한 제조 기술들 양쪽 모두는 안테나의 어셈블리가 안테나 새시(chassis) 및 RF 피드 네트워크에 용이하게 접지될 수 있는 우수한 방법들을 제공한다.

안테나 및 이를 이용하기 위한 방법이 공개된다. 하나의 실시예에서, 안테나는 방사상 도파관; 상기 방사상 도파관에 의해 피드되는 RF 피드파에 반응하여 RF(radio frequency) 신호들을 복사하도록 동작가능한 개구면; 및 상기 도파관의 외부 부분들과 상기 개구면 사이의 간극을 통해서 RF 에너지가 빠져나가는 것을 막도록 동작가능한 RF(radio frequency) 초크;를 포함한다.

본 발명은 이하에서 제공되는 상세한 설명 및 본 발명의 다양한 실시예들에 대한 첨부 도면들로부터 더욱 완전하게 이해될 것이지만, 이들은 본 발명을 특정 실시예들에 한정하는 것으로 받아들여지지 않아야 하며, 단지 설명 및 이해를 위한 것이다.
도 1a 및 1b는 단일 층으로 이루어진(single-layered) 방사상 라인 슬롯 안테나 및 플루팅된 론치(fluted launch) 및 모따기된 180도 벤드(chamfered 180˚ bend)를 가진 방사상 안테나 피드를 갖는 이중 층으로 이루어진(doubled-layered) 방사상 라인 슬롯 안테나를 도시한다.
도 2 및 3은 계단으로 이루어진(stepped) RF 론치(launch) 및 종단(termination), 통합된 유전체 전이를 가진 계단으로 이루어진(stepped) 180도 벤드(stepped 180˚ bend), 및 RF 초크들을 갖는 안테나의 하나의 실시예의 측면도를 도시한다.
도 4는 클램핑 메카니즘(clamping mechanism)의 하나의 실시예를 도시한다.
도 5는 도 2의 안테나의 안테나 피드의 RF 성능을 도시한다.
도 6은 RF 초크로서 이용되는 EBG(electromagnetic band gap) 구조물의 하나의 실시예를 도시한다.
도 7은 EBG 구조물을 갖는 PCB-기반 초크의 하나의 실시예의 측면도를 도시한다.
도 8은 원통형 피드 및 EBG 초크를 갖는 안테나의 하나의 실시예를 도시한다.
도 9는 원통형 파 피드(cylindrical wave feed)를 제공하기 위하여 이용되는 동축 피드(coaxial feed)의 하나의 실시예의 평면도를 도시한다.
도 10은 원통형으로 피드되는 안테나(cylindrically fed antenna)의 입력 피드 둘레로 동심원 링(concentric ring)들에 배치된 안테나 소자들의 하나 이상의 어레이들을 갖는 개구면(aperture)을 도시한다.
도 11은 접지면(ground plane) 및 재구성가능한 공진기층(reconfigurable resonator layer)을 포함하는 안테나 소자들의 하나의 로우(row)의 투시도를 도시한다.
도 12는 튜닝가능한(tunable) 공진기/슬롯의 하나의 실시예를 도시한다.
도 13은 물리적 안테나 개구면의 하나의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 14a-d는 슬롯팅된 어레이를 생성하기 위한 상이한 층들의 하나의 실시예를 도시한다.
도 15는 원통형으로 피드되는 안테나 구조의 하나의 실시예의 측면도를 도시한다.
도 16는 나가는 파(outgoing wave)를 가진 안테나 시스템의 다른 실시예를 도시한다.
도 17은 안테나 소자들에 대한 매트릭스 구동 회로망의 배치의 하나의 실시예를 도시한다.
도 18은 TFT 패키지의 하나의 실시예를 도시한다.
도 19는 텔레비전 시스템에서 동시에 이중 수신(dual reception)을 수행하는 통신 시스템의 하나의 실시예의 블록도이다.
도 20은 동시 송수신 경로(simultaneous transmit and receive path)들을 갖는 통신 시스템의 다른 실시예의 블록도이다.

이하의 설명에서, 본 발명의 더욱 완전한 설명을 제공하기 위하여 다수의 세부사항들이 제시된다. 하지만, 본 발명은 이러한 특정 세부사항들 없이도 실시될 수 있다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 다른 예시들에서, 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위하여 잘 알려진 구조물들 및 장치들은 상세하게 도시되는 것이 아니라 블록도 형태로 도시된다.

본 명세서에서 공개되는 것은 넓은 주파수 범위에 대해 엣지 급전 방사상 도파관(edge fed radial waveguide)에서 RF 전력을 분산할 능력을 제공하는 RF(radio-frequency) 론치(launch) 및 RF 초크 조립체를 포함한다. 하나의 실시예에서, RF 초크 어셈블리는 도파관 외부 범위에서 물리적 DC(직류 전류) 전기 연결 없이 글래스-기반 복사 개구면이 방사상 도파관에 연결될 수 있게 한다. 하나의 실시예에서, RF 에너지는 도파관과 복사 개구면의 외부 엣지들에서 안테나 내에 본질적으로 트랩되기(trapped) 때문에, RF 초크의 사용은 RF 주파수의 넓은 범위에 대해 방사상의, 엣지 급전 도파관(edge fed waveguide)을 가지고 원형 복사 개구면에 RF 파(wave)를 피드(feed)하는 것을 가능하게 한다. 대안적인 실시예들에서, 복사 개구면은 사파이어, 융합 실리콘(fused silicon), 쿼츠(quartz)를 포함하되 이에 한정되지 않는, 글래스(glass)가 아닌 기재(substrate)일 수 있다. 개구면은 LCD(liquid crystal display)를 포함할 수 있다.

하나의 실시예에서, RF 초크 어셈블리는 하나 이상의 슬롯을 포함한다. 하나의 실시예에서, 슬롯은 가공된(milled)(기계가공된) 슬롯을 포함한다. 슬롯은 4분의 1파장 변환기(quarter wave transformer)로서 기능할 수 있다. 다른 실시예에서, RF 초크 어셈블리는 EBG(electromagnetic band gap) 초크를 포함한다. EBG 초크는 PCB(printed circuit board)-기반 EBG 초크일 수 있다.

안테나 안으로 통합될 수 있는 브로드밴드 론치 및 종단 피처(feature)들이 또한 본 명세서에서 공개된다.

예시적인 실시예들

하나의 실시예에서, 방사상 도파관; 방사상 도파관에 의해 피드되는 RF 피드파(feed wave)에 반응하여 RF(radio frequency) 신호들을 복사하도록(radiate) 동작가능한 개구면(aperture); 및 도파관의 외부 부분(outer portion)들과 상기 개구면 사이의 간극을 통해서 RF 에너지가 빠져나가는 것을 막도록 동작가능한 RF(radio frequency) 초크(choke);를 포함하는 안테나가 공개된다. 하나의 실시예에서, 도파관과 개구면 사이에 아무런 전기 전도성 연결이 존재하지 않는다. 그러한 경우에, 이 둘은 도파관과 개구면의 외부들에서 클램프 메카니즘(clamp mechanism)을 가지고 제자리에 유지될 수 있다. 그러한 경우에도, 둘 사이에 아무런 전기 전도성 연결이 존재하지 않는다. 하나의 실시예에서, 간극에 근접하여 위치한 슬립면(slip plane)은 도파관 및/또는 복사 개구면의 잠재적인 움직임을 용이하게 한다.

하나의 실시예에서, 도파관은 금속을 포함하고, 개구면은 글래스(glass) 또는 LCD(liquid crystal display) 기재를 포함하고, 도파관과 개구면의 열팽창 계수는 서로 상이하다. 이들은 안테나의 동작 동안 서로 상이한 열팽창 계수를 가지기 때문에, 이들이 상이한 비율로 확장하게 하는 열이 생성될 수 있고, 이것은 서로에 대한 그들의 배치가 포지션들을 바꾸도록 초래해서 도파관 및 복사 개구면이 서로 연결되는 것을 방지한다.

하나의 실시예에서, RF 초크는 간극에서 도파관의 외부 부분에 있는 하나 이상의 슬롯을 포함하고, 슬롯들 각각은 주파수 대역의 RF 에너지를 막는데 이용된다. 하나의 실시예에서, 슬롯들은 도파관의 외부 부분에 있는 링들의 쌍의 일부이다. 링들은 RF 에너지를 복사하기 위해 이용되는 개구면의 활성 영역(active area)들 외부에 있다.

하나의 실시예에서, RF 초크는 EBG(electromagnetic band gap) 구조물을 포함한다. 하나의 실시예에서, EBG 구조물은 하나 이상의 비아를 가진 기재를 포함한다. 하나의 실시예에서, 기재는 하나 이상의 전기 전도성 패치들을 가진 PCB(printed circuit board)를 포함하고, 하나 이상의 비아는 전기 전도성 물질로 도금된다(plated). 하나의 실시예에서, PCB는 전도성 접착제로 도파관에 부착된다. 하나의 실시예에서 대역폭이 좁기 때문에 아무런 비아가 필요하지 않다는 점이 주목된다.

하나의 실시예에서, 개구면은 안테나 소자들의 슬롯팅된 어레이를 가지고, 슬롯팅된 어레이는: 복수의 슬롯들; 및 복수의 패치들을 포함하고, 패치들 각각은 복수의 슬롯들의 슬롯 위에 공동배치되되(co-located) 복수의 슬롯들의 슬롯과는 분리되어 패치/슬롯 쌍을 형성하고, 각각의 패치/슬롯 쌍은 쌍 내의 패치에 대한 전압의 인가를 기초로 하여 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)된다. 하나의 실시예에서, 안테나 소자들은 홀로그래픽 빔 스티어링(holographic beam steering)에서의 사용을 위한 주파수 대역을 위한 빔을 형성하도록 제어되고 함께 동작한다.

도 2 및 3은 RF 초크 어셈블리를 가진 안테나의 하나의 실시예의 측면도를 도시한다. 도 2 및 3을 참조하면, 안테나(200)는 방사상 도파관(201), 안테나 소자들(도시되지 않음)을 가진 기재 또는 글래스층(glass layer)들(패널들)(202)로 이루어진 개구면, 접지면(203), 유전체(또는 다른 층) 전이(204), RF 론치(피드)(205) 및 종단(206)을 포함한다. 하나의 실시예에서 글래스층들(202)은 두 개의 글래스층들을 포함하지만, 다른 실시예들에서 복사 개구면은 단지 하나의 글래스층 또는 하나의 층만을 가진 다른 기재를 포함한다는 점에 유의한다. 이와 달리, 복사 개구면은 RF 에너지(예컨대, 빔)를 복사하기 위해 함께 동작하는 세 개 이상의 층들을 포함할 수 있다.

하나의 실시예에서, 안테나 소자들을 가진 글래스층들(기재)(202)로 이루어진 개구면은 글래스층들(202)로의 180˚층 전이(layer transition)(210) 및 접지면(203)(이것은 가이드 플레이트로서 기능함) 둘레로 방사상 도파관(201)을 따라서 RF 론치(205)의 중심 위치에서부터 안테나(200)의 꼭대기 부분(top portion)에 있는 복사 개구면까지 이동하는, RF 론치(205)로부터 피드된 RF 피드파에 반응하여 RF(radio frequency) 신호들을 복사하도록 동작가능하다. RF 에너지를 이용함으로써, 글래스층들(202)의 안테나 소자들은 RF 에너지를 복사한다. 하나의 실시예에서, 피드파로부터의 RF 에너지에 반응하여 글래스층들에 의해 복사된 RF 에너지는 빔의 형태로 존재한다.

하나의 실시예에서, 글래스층들(또는 다른 기재)(202)은 상업용 텔레비전 제조 기법들을 이용해서 제조되고, 가장 외부의 층(the most external layer)에서 전기 전도성 금속을 가지지 않는다. 복사 개구면의 외부의 층 상에서의 전도성 매체의 부족은 서브어셈블리들의 추가적인 침습적 처리(invasive processing) 없이 서브어셈블리들 간의 물리적 전기 연결을 방지한다. 글래스층들(202)에 피드파를 피드하는 도파관(201) 및 복사 개구면을 형성하는 글래스층들(202) 간의 연결을 제공하기 위해, 연결 이음매(connection seam)로부터의 복사를 방지하도록 등가적인 RF 연결이 만들어진다. 이것이 RF 초크 어셈블리(202)의 목적이다. 다시 말해, RF 초크 어셈블리 RF 초크(220)는 복사 개구면을 형성하는 글래스층들(202)과 도파관(201)의 외부 부분들 사이의 간극을 통해서 RF 에너지가 빠져나가는 것을 막도록 동작가능하다. 게다가, 도파관(201)의 피드 구조물 재료와 글래스층들(202)의 열팽창 계수의 차이는 안테나 매체의 자유로운 평면적 팽창(planar expansion)을 보장하기 위하여 중간 저-마찰면(intermediate low-friction surface)에 대한 필요성을 필연적으로 동반한다.

복사 개구면 및 도파관 하우징을 형성하는 글래스층들(202)은 상이한 열팽창 계수들을 가진 상이한 물질들로 만들어지기 때문에, 온도가 변할 때 물리적 움직임을 허용하기 위하여 도파관(201)의 하우징의 범위에서 만들어지는 어느 정도의 적응(accommodation)이 존재한다. 양쪽 구조물에 물리적으로 손상을 입히지 않고 글래스층들(202) 및 도파관(201) 하우징의 자유로운 움직임을 허용하기 위하여, 글래스층들(202)은 도파관(201)에 영구적으로 부착되지 않는다. 하나의 실시예에서, 글래스층들(202)은 클램핑 타입 피처(clamping type feature)들에 의해서 가까이 밀접하게 접촉해서 기계적으로 유지된다. 다시 말해, 그들의 열팽창 계수가 다르다는 견지에서 글래스층들(202)을 도파관(201)에 대해 일반적으로 제자리에 유지하기 위하여, 클램핑 메카니즘이 포함된다. 도 4는 이러한 클램핑 메카니즘의 예를 도시한다. 도 4를 참조하면, 클램핑 기계장치(clamping machine)(401)가 글래스층들(202) 위에 있는 레이돔(radome), 및 도파관(201)에 연결된다.

하나의 실시예에서, 클램프 피처(clamp feature)들의 아래에는 글래스층들(202)(즉, 폼(foam), 추가적인 박막(thin film), 또는 둘 다)로부터 클램프를 분리하기 위한 물질들이 존재한다. 더 낮은 마찰 저항을 가진 중간 물질(intermediate material)이 슬립면으로 작동하도록 개구면과 피드 사이에 추가된다. 슬립면은 글래스가 측면으로 이동하는 것을 허용한다. 하나의 실시예에서, 상술한 바와 같이, 이것은 층들 사이의 열적 팽창 또는 열적 불일치(thermal mismatch)에 대해 유용할 수 있다. 도 2는 슬립면 위치(slip plane location)(211)의 예를 도시한다.

하나의 실시예에서, 물질은 사실상 박막이고, 예컨대 아크릴(Acrylic), 아세테이트(Acetate), 또는 폴리카보네이트(Polycarbonate)와 같은 플라스틱 물질로 만들어지고, 도파관(201)의 하우징의 글래스 또는 꼭대기(top)의 밑면에 부착된다. 글래스층들(202)에 대한 충격을 완화하고, 도파관(201)에 슬립면을 제공하는 것에 덧붙여, 글래스에 부착될 때 얇은 시트 물질(thin sheet material)은 어느 정도의 추가적인 구조적 지지(structural support)와 글래스에 대한 스크래치 저항(scratch resistance)을 제공한다. 부착은 접착제를 이용해서 이루어질 수 있다.

하나의 실시예에서, 방사상 피드(radial feed)는 개별적인 구성요소가 큰 대역폭, 즉, >50%에 대하여 동작할 수 있도록 설계된다. 피드를 이루는 구성적인 요소들은: RF 론치(205), 180˚층 전이(210), 종단(206), 중간 접지면(intermediate ground plane)(203)(가이드-플레이트(guide-plate)), 유전체 전이(204)의 유전체 충전(loading), 및 RF 초크 어셈블리(220)이다.

하나의 실시예에서, RF 론치(205)는 입력 (동)축상 모드(전파(propagation)의 방향이 컨덕터를 관통하여 존재함)로부터 방사상 모드(RF 파의 전파의 방향이 컨덕터의 엣지로부터 그것의 중심을 향해 일어남)로, 계단으로 이루어진 전이(stepped transition)를 가진다. 이러한 전이는 프로브 인덕턴스(probe inductance)를 보상하는 용량 계단(capacitive step)에 입력 핀(input pin)을 단락시키는데(short), 그래서 임피던스는 방사상 도파관(201)의 전체 높이(full height)까지 계단을 이루어 나간다(step out). 전이에 필요한 계단의 수는 론치의 최초 임피던스와 가이드의 최종 임피던스 간의 차이 및 원하는 동작 대역폭과 관련이 있다. 예를 들어, 하나의 실시예에서, 대역폭의 10% 변화에 대해, 한 계단 전이(one-step transition)가 이용된다; 대역폭의 20% 변화에 대해, 두 계단 전이가 이용된다; 그리고 대역폭의 50% 변화에 대해 세 계단(또는 그 이상) 전이가 이용된다.

핀을 접지면(203)(도파관(201)의 꼭대기판(top plate))에 단락시키는 것은 생성된 열을 RF 론치(205)의 중심핀으로부터, 하나의 실시예에서, 금속(예컨대, 알루미늄, 구리, 황동, 금 등)인 도파관(201)의 하우징 안으로 전도해 버림으로써 더 높은 동작 전력 레벨을 가능하게 한다. 유전체 붕괴(breakdown)의 위험은 계단으로 이루어진 RF 론치(205)와 도파관(201)의 하우징의 바닥 사이의 간극들을 제어하고 임피던스 계단들에서 첨예한 엣지들을 부서뜨림으로써 감소된다.

RF 론치(205)의 꼭대기 종단 전이(top termination transition)는 저속파 유전체 물질의 존재를 위해 추가되는 임피던스 보상과 동일한 방식으로 설계된다. 이산 계단(discrete step)들을 이용해서 임피던스 전이들을 설계함으로써, RF 론치(205)는 3축 CNC(computer numeric control) 엔드밀을 이용해서 쉽게 제조된다.

하나의 실시예에서, 론치 및 종단 설계와 유사한 방식으로 180˚층 전이(210)가 수행된다. 하나의 실시예에서, 챔퍼(chamfer) 또는 단일 계단이 90도 벤드(bend)의 인덕턴스를 보상하기 위해 이용된다. 다른 실시예에서, 복수의 계단들이 이용되고, 브로드밴드 매치를 수행하기 위해 개별적으로 튜닝될 수 있다. 하나의 실시예에서, 꼭대기 도파관의 저속파 유전체 전이(204)는 꼭대기 90도 벤드(top 90 degree bend)에 배치되어서, 완전한 180도 전이에 대한 비대칭을 부가한다. 이러한 유전체 존재는 꼭대기 및 바닥 전이 계단들에 비대칭을 부가함으로써 보상될 수 있다.

의도된 주파수 대역 내의 RF 에너지가 자유 공간으로의 복사 및 이동하는(propagating) 피드 신호와의 보강적 더해짐 없이 RF 초크 어셈블리(220) 인터페이스로부터 반사되도록 RF 초크 어셈블리(220)를 피드 도파관/글래스 인터페이스에 부가함으로써 등가적인 RF 접지 연결이 달성된다. 하나의 실시예에서, 이러한 초크들은 고전압 인가(high power application)를 위한 강건한 RF 연결의 보장을 돕는 전형적인 도파관 초크 플랜지(waveguide choke flange)들을 기초로 한다. 이러한 초크들은 또한 이하에서 상세히 설명하는 바와 같이 EBG(electromagnetic band gap) 구조물들을 기초로 할 수 있다. 송신 및 수신 대역들에서 동시에 사용하기 위한 브로드밴드 초크 배열을 제공하기 위해 여러 개의 RF 초크들이 직렬로 추가될 수 있다.

하나의 실시예에서, RF 초크 어셈블리(220)는 도파관(201) 안으로 통합된 하나 이상의 슬롯들, 또는 채널들을 갖는 도파관 스타일 초크들을 포함한다. 도 2 및 3은 두 개의 슬롯들을 도시한다. 하나의 실시예에서 도파관(201)이 방사상이기 때문에 슬롯들은 실제로 도파관(201)의 꼭대기 내부에 있는 링들이다는 점에 유의한다. 하나의 실시예에서, 슬롯들은 RF 피드 접합점(feed junction)(즉, 도 2에서 내부 엣지(inner edge)(250)로 도시된, 피드파가 통과해서 이동하는 도파관(201)의 내부 부분의 가장 바깥쪽 엣지)의 내부로부터 1/4 파장의 홀수배(예컨대, 1/4, 3/4, 5/4, 등)로 배치되게 설계된다. 하나의 실시예에서, 초크 채널들 또한 반사된 파워가 초크 채널의 꼭대기에서 동상(in phase)이 되도록 파장 깊이의 1/4이다. 하나의 실시예에서, 초크 어셈블리의 전체 위상 길이는 이동하는(propagating) 피드 신호와 위상이 달라질 것이고, 이것은 (예컨대, 슬롯(들)의 꼭대기와 바닥 사이에서) 초크 어셈블리에게 전기적 단락의 등가적인 RF 성능을 제공한다. 이러한 전기적 단락 등가(electrical short equivalence)는 물리적 전기 연결에 대한 필요성 없이 피드 구조물 벽들의 연속성을 유지한다.

두 개의 초크 슬롯들(채널들)이 피드파의 각각의 주파수 대역을 위해 이용될 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 두 개의 초크 슬롯들이 하나의 수신 주파수 대역을 위해 이용되는 동안, 다른 두 개의 슬롯들이 상이한 수신 주파수 대역 또는 송신 주파수 대역을 위해 이용될 수 있다. 예를 들어, 송신 및 수신 주파수 대역들은 각각 Ka 송신 및 수신 주파수 대역들일 수 있다. 다른 예를 위해서, 두 개의 수신 주파수 대역들은 Ka 및 Ku 주파수 대역들, 또는 통신이 일어나는 임의의 대역일 수 있다. 슬롯들의 간격은 위와 동일하다. 다시 말해, 슬롯들은 낮은 임피던스 단락(low impedance short)을 생성하기 위하여 RF 피드 접합점(예컨대, 내부 엣지(250))의 내부로부터 1/4 파장의 홀수배(예컨대, 1/4, 3/4, 5/4, 등)로 배치되게 설계될 것이다. 하나의 실시예에서, 높은 임피던스(이 경우 λ는 차단될 주파수의 파장임)를 위한 사이즈의 폭을 가진 1/4λ 깊이의 슬롯들이다. 슬롯들 각각은 (그 주파수에서 에너지를 차단하기 위하여) 하나의 주파수에서 공진하지만, 초크가 주파수들의 대역을 차단할 것이다. 예를 들어, 슬롯들은 ku 대역의 하나의 주파수에서 공진하지만, 초크는 전체 ku 대역을 커버한다.

도 5는 도 2의 피드의 RF 성능을 도시한다. 도 5를 참조하면, 입력 반환 손실은 50%보다 큰 대역폭에 대해 10 dB보다 양호하다.

대안적인 실시예에서, 안테나는 EBG(electromagnetic band gap) 물질-기반 초크들을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, EBG(electromagnetic band gap) 물질-기반 초크들은 특정 주파수 대역들에 대한 전파를 막는 단위 셀들로서 설계된다. 개별 주파수 대역들에 대해 설계된 단위 셀들은 멀티밴드(multi-band) 또는 브로드밴드 동작을 제공하도록 결합될 수 있다. 도 6 및 도 7은 EBG 단위 셀 초크의 예를 도시한다. 도 6을 참조하면, 단위 셀(600)은 비아들 602A-602D과 같은 복수의 비아들을 가진 PCB(printed circuit board)(601)를 포함한다. PCB 보드의 두께 및 비아들의 사이즈에 따라서, 비아 간격은 조정될 필요가 있을 수 있다. 이와 달리, 테플론(Teflon), 섬유유리(fiberglass) 또는 다른 물질들이 PCB 대신 이용될 수 있다.

하나의 실시예에서, 비아들 602A-602D은 채워지지 않고, 예를 들어, 구리, 알루미늄 등과 같은 전도성 플레이팅(conductive plating)을 가지고 전기도금된다. 예를 들어, n과 같은 다른 물질이 보호를 위해 전도성 플레이팅 위에 증착될 수 있다(deposited). 다른 대안적인 실시예에서, 비아들 602A-602D은 예를 들어 에폭시와 같은 물질로 채워진다.

비아들 602A-602D 각각은 패치들 603A-603D과 같이, 각각 그 위에 도금된 또는 부착된 전기 전도성 패치를 가진다. 패치 및 그것의 비아는 단락(short)처럼 보이는 LC 공진기로서 기능한다. 패치는 필수적인 것이 아니며, 다른 실시예들에서는 이용되지 않는다는 점에 유의한다.

도시된 바와 같이, 4개의 비아들, 즉 비아들 602A-602D이 두 개의 주파수 대역들을 위한 RF 초크로서 이용된다. 하나의 실시예에서, 비아들 602A 및 602C는 송신 주파수 대역을 위한 RF 초크로서 동작하는 반면에, 비아들 602B 및 602D는 수신 주파수 대역을 위한 RF 초크로서 동작한다. 두 개의 비아들의 세트들 양쪽 모두는 수신 주파수 대역들을 위해 이용될 수 있고, 또는 송신 주파수 대역들을 위해 이용될 수 있을 것이다는 점에 유의한다.

조인트에서의 임피던스 불일치가 전체 주파수 대역에 대한 기본적인 도파관 모드에 상쇄적으로(destructively) 부가되지 않는다는 것을 보장하기 위하여, 가장 높은 주파수 EBG 구조물이 도파관 조인트(joint)에 가장 가깝게 배치된다. 도 7은 도파관에 부착된 도 6의 EBG 구조물의 측면도를 도시한다. 도 7을 참조하면, 하나의 실시예에서, PCB(601)는 접착제를 이용해서 도파관에 결합된다. 비아 602A와 같은 제1 비아는 도파관의 사이드(side)와 정렬된다는 점에 유의한다. 하나의 실시예에서, 비아(602A)는 전송 주파수 대역을 위한 초크의 일부이다. 그러므로, 도파관의 내부 측벽 위에 PCB(601)의 경미한 돌출부(overhang)가 존재한다.

하나의 실시예에서, 복사 개구면으로서 작동하는 기재 또는 글래스층들과 EBG 단위 셀 사이에 하나 이상의 쿠션(cushion)이 존재할 수 있다.

도 8은 도 7에서 도시된 초크와 같은 EBG 초크를 가진 원통형 피드를 도시한다.

하나의 실시예에서, (아무런 전도성 접착제가 필요하지 않기 때문에) 비아-없는 보드가 이용되고 단순화된 어셈블리이다.

상술한 본 발명은 외부의 금속화 층들 없이 유전체 기재들을 기초로 한 글래스-기반 또는 LCD-기반 복사 개구면들을 논의하지만, 외부의 금속화 층들을 가진 유전체 기재들을 기초로 한 다른 복사 개구면들이 여전히 이러한 어셈블리 접근법으로부터 이득이 있다는 점에 유의한다.

안테나 실시예들의 예들

상술한 기법들은 플랫 패널 안테나(flat panel antenna)들을 가지고 이용될 수 있다. 이러한 플랫 패널 안테나들의 실시예들이 공개된다. 플랫 패널 안테나들은 안테나 개구면상에서 안테나 소자들의 하나 이상의 어레이들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 안테나 소자들은 액정 셀들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 플랫 패널 안테나는, 로우들 및 칼럼들에 배치되지 않는 안테나 소자들 각각을 고유하게 어드레싱하고 구동하기 위하여 매트릭스 구동 회로망을 포함하는 원통형으로 피드되는 안테나(cylindrically fed antenna)이다. 피드는 원형일 필요가 없다는 점에 유의한다. 하나의 실시예에서, 소자들은 링들 내에 배치된다.

하나의 실시예에서, 안테나 소자들의 하나 이상의 어레이들을 갖는 안테나 개구면은 서로 연결된 복수의 세그먼트들로 이루어진다. 서로 연결될 때, 세그먼트들의 조합은 안테나 소자들의 닫힌 동심원 링(closed concentric ring)들을 형성한다. 하나의 실시예에서, 동심원 링들은 안테나 피드(antenna feed)에 대하여 동심원이다(concentric).

안테나 시스템들의 예들의 개요

하나의 실시예에서, 플랫 패널 안테나는 메타물질 안테나 시스템(metamaterial antenna system)의 일부이다. 통신 위성 지구국들을 위한 메타물질 안테나 시스템의 실시예들이 기술된다. 하나의 실시예에서, 안테나 시스템은 민간의 상용 위성 통신을 위해 Ka-대역 주파수들 또는 Ku-대역 주파수들을 이용해서 동작하는 모바일 플랫폼(mobile platform)(예컨대, 항공, 해양, 육지 등)상에서 작동하는 위성 지구국(ES)의 구성요소(component) 또는 서브시스템(subsystem)이다. 안테나 시스템의 실시예들은 또한 모바일 플랫폼들상에 있지 않은 지구국들(예컨대, 고정된(fixed) 또는 운송가능한(transportable) 지구국들)에서 사용될 수 있다는 점에 유의한다.

하나의 실시예에서, 안테나 시스템은 별개의 안테나들을 통해서 빔들을 형성 및 스티어링 송수신(steer transmit and receive)하기 위하여 표면 산란 메타물질 기술(surface scattering metamaterial technology)을 이용한다. 하나의 실시예에서, 안테나 시스템들은(위상 어레이 안테나(phased array antenna)들과 같이) 빔들을 전기적으로 형성 및 스티어링하기 위하여 디지털 신호 처리를 채용하는 안테나 시스템들과는 대조적으로 아날로그 시스템들이다.

하나의 실시예에서, 안테나 시스템은 3개의 기능적인 서브시스템들로 이루어진다:(1) 원통형 파 피드 아키텍처로 이루어진 도파관 구조물(wave guiding structure);(2) 안테나 소자들의 일부인 파 산란 메타물질 단위 셀(wave scattering metamaterial unit cell)들의 어레이; 및(3) 홀로그램 원리(holographic principle)들을 이용하여 메타물질 산란 소자(metamaterial scattering element)들로부터 조정가능한 방사선 필드(빔)의 형성을 명령하기 위한 제어 구조물(control structure).

도파관 구조물들의 예들

도 9는 원통형 파 피드를 제공하기 위해 이용되는 동축 피드의 하나의 실시예의 평면도를 도시한다. 도 9를 참조하면, 동축 피드는 중심부 컨덕터(center conductor) 및 외부 컨덕터(outer conductor)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 원통형 파 피드 아키텍처는 피드점(feed point)에서부터 원통형 방식으로 외부로 퍼지는 여기(excitation)를 가지고 중심점(central point)에서부터 안테나를 피드한다. 다시 말해, 원통형으로 피드되는 안테나는 바깥쪽을 향해 진행하는 동심원 피드파(outward travelling concentric feed wave)를 생성한다. 그렇지만, 원통형 피드 둘레의 원통형 피드 안테나의 형상은 원형, 정사각형, 또는 임의의 형상일 수 있다. 다른 실시예에서, 원통형으로 피드되는 안테나는 안쪽을 향해 진행하는 피드파(inward travelling feed wave)를 생성한다. 이런 경우에, 피드파는 원형 구조물로부터 가장 자연스럽게 나온다.

도 10은 원통형으로 피드되는 안테나의 입력 피드 둘레의 동심원 링들 내에 배치된 안테나 소자들의 하나 이상의 어레이들을 갖는 개구면을 도시한다.

안테나 소자들

하나의 실시예에서, 안테나 소자들은 패치 안테나(patch antenna)들의 그룹을 포함한다. 패치 안테나들의 이러한 그룹은 산란 메타물질 소자들의 어레이를 포함한다. 하나의 실시예에서, 안테나 시스템 내의 각각의 산란 소자는 하부 컨덕터(lower conductor), 유전체 기재(dielectric substrate), 및 상부 컨덕터(upper conductor)로 이루어지는 단위 셀(unit cell)의 일부이고, 상부 컨덕터는 상부 컨덕터에 에칭되거나(etched) 증착되는(deposited) 상보적 전기 유도성-용량성 공진기("complementary electric LC" 또는 "CELC")를 내장한다.

하나의 실시예에서, 액정(LC)은 산란 소자 둘레의 간극(gap)에 배치된다. 이러한 LC는 상술한 다이렉트 구동 실시예들에 의해 구동된다. 하나의 실시예에서, 액정은 각각의 단위 셀 내에 캡슐화되고(encapsulated), 슬롯과 연관된 하부 컨덕터를 패치와 연관된 상부 컨덕터로부터 분리시킨다. 액정은 액정을 포함하는 분자들의 지향(orientation)의 함수인 유전율(permittivity)을 가지고, 분자들의 지향(및 그래서 유전율)은 액정에 걸리는 바이어스 전압을 조정함으로써 제어될 수 있다. 이러한 속성을 이용해서, 하나의 실시예에서, 액정은 유도파(guided wave)로부터의 에너지의 CELC로의 전송을 위한 온/오프 스위치를 통합한다. 스위칭 온된(switched on) 때, CELC는 전기적 소형 다이폴 안테나(electrically small dipole antenna)와 동일한 전자기파를 방출한다. 본 명세서에서의 교시(teaching)들은 에너지 전송과 관련하여 2진 방식(binary fashion)으로 작동하는 액정을 갖는 것에 한정되지 않는다는 점에 유의한다.

하나의 실시예에서, 이러한 안테나 시스템의 피드 기하구조는 파 피드(wave feed)에서의 파(wave)의 벡터에 대해 안테나 소자들이 45도(45°) 각도로 배치되는 것을 가능하게 한다. 다른 포지션들이(예컨대, 40°에서) 이용될 수 있다는 점에 유의한다. 소자들의 이러한 포지션(position)은 소자들에 의해 수신되는 또는 소자들로부터 송신되는/복사되는(radiated) 자유공간파(free space wave)의 제어를 가능하게 한다. 하나의 실시예에서, 안테나 소자들은 안테나의 동작 주파수의 자유공간 파장보다 작은 소자간 간격(inter-element spacing)을 가지고 배열된다. 예를 들어, 만일 파장당 4개의 산란 소자들이 있다면, 30 GHz 송신 안테나 내의 소자들은 거의 2.5 mm(즉, 30 GHz의 10 mm 자유공간 파장의 1/4)일 것이다.

하나의 실시예에서, 두 세트의 엘리먼트들은 서로 수직이고, 만일 동일한 튜닝 상태(tuning state)로 제어된다면, 동시에 동일한 진폭 여기(amplitude excitation)를 가진다. 이들을 피드파 여기(feed wave excitation)에 대해 +/-45도 회전하는 것은 한 번에 원하는 특성들 양쪽 모두를 달성한다. 하나의 세트를 0도로 회전하고 다른 세트를 90도로 회전하는 것은 수직적 목표(perpendicular goal)를 달성할 것이지만, 동일한 진폭 여기 목표를 달성하지는 않을 것이다. 0도 및 90도는 두 사이드(side)들로부터 단일한 구조 내의 안테나 소자들의 어레이를 피드할 때 격리(isolation)를 달성하기 위해 이용될 수 있다는 점에 유의한다.

각각의 단위 셀로부터의 복사 전력(radiated power)의 양은 제어기를 이용하여 패치에 전압을 인가함(LC 채널에 걸리는 퍼텐셜)으로써 제어된다. 각각의 패치에 대한 트레이스들은 전압을 패치 안테나에 제공하는 데에 이용된다. 전압은 커패시턴스 및 그래서, 빔포밍(beam forming)을 이루기 위해, 개별 소자들의 공진주파수를 튜닝(tune) 또는 디튜닝(detune)하는 데에 이용된다. 요구되는 전압은 사용되고 있는 액정 혼합물에 의존적이다. 액정 혼합물들의 전압 튜닝 특성은 역치 전압(threshold voltage) 및 포화 전압(saturation voltage)에 의해서 주로 기술되고, 역치 전압에서 액정은 전압에 의해 영향받기를 시작하고, 포화 전압 위에서 전압의 증가는 액정에서의 주요한 튜닝을 초래하지 않는다. 이러한 두 개의 특성 파라미터들은 상이한 액정 혼합물들에 대해 달라질 수 있다.

하나의 실시예에서, 상술한 바와 같이, 매트릭스 구동(matrix drive)은 각각의 셀(다이렉트 구동)에 대한 별도의 연결을 가질 필요 없이 모든 다른 셀들과는 별도로 각각의 셀을 구동하기 위하여 전압을 패치들에 인가하는 데에 이용된다. 소자들의 높은 밀도로 인하여, 매트릭스 구동은 각각의 셀을 개별적으로 다루기 위한 효율적인 방법이다.

하나의 실시예에서, 안테나 시스템을 위한 제어 구조물은 2개의 주요한 구성요소들을 가진다: 안테나 시스템을 위한, 구동 전자장치들을 포함하는, 안테나 어레이 제어기는 파 산란 구조물 아래에 존재하는 한편, 매트릭스 구동 스위칭 어레이는 복사를 방해하지 않는 방식으로 복사 RF 어레이 전체에 걸쳐서 사이사이에 배치된다(interspersed). 하나의 실시예에서, 안테나 시스템을 위한 구동 전자장치들은 소자에 대한 AC 바이어스 신호의 진폭 또는 듀티 사이클(duty cycle)을 조정함으로써 각각의 산란 소자에 대한 바이어스 전압을 조정하는 상용 텔레비전 기기들에서 사용되는 상용 오프-더-셀프(off-the shelf) LCD 컨트롤들을 포함한다.

하나의 실시예에서, 안테나 어레이 제어기는 또한 소프트웨어를 실행하는 마이크로프로세서를 포함한다. 제어 구조물은 또한 위치 및 지향 정보를 프로세서에 제공하기 위하여 센서들(예컨대, GPS 수신기, 3축 나침반, 3축 가속도계(accelerometer), 3축 자이로(gyro), 3축 자기계(magnetometer) 등)을 포함하고 있을 수 있다. 위치 및 지향 정보는 지구국 내의 다른 시스템들에 의해 프로세서에 제공될 수 있고, 및/또는 안테나 시스템의 일부가 아닐 수 있다.

더욱 구체적으로, 안테나 어레이 제어기는 어느 소자들이 턴오프되는지 및 이 소자들이 동작의 주파수에서 어느 위상 및 진폭 레벨에서 턴온되는지를 제어한다. 소자들은 전압 인가에 의하여 주파수 동작에 대해 선택적으로 디튜닝된다.

전송을 위해, 제어기는 변조 또는 제어 패턴을 생성하기 위하여 전압신호들의 어레이를 RF 패치들에 공급한다. 제어 패턴은 소자들이 상이한 상태들로 되도록 한다. 하나의 실시예에서, 다중상태 제어(multistate control)가 이용되는데, 여기서 다양한 소자들이 다양한 레벨들로 턴온(turn on) 및 턴오프(turn off)되고, 구형파(즉, 사인 그레이 쉐이드 변조 패턴(sinusoid gray shade modulation pattern))과는 대조적으로 사인 제어 패턴에 더 가깝다. 하나의 실시예에서, 몇몇 소자들은 복사하고 몇몇 소자들은 복사하지 않는 것이 아니라, 몇몇 소자들은 다른 것들보다 더 강하게 복사한다. 가변 복사(variable radiation)는 액정 유전율을 다양한 양으로 조정하는 특정한 전압 레벨들을 인가함으로써 달성되고, 이로써 소자들을 가변적으로(variably) 디튜닝하고, 몇몇 소자들이 다른 것들보다 더 복사하도록 한다.

소자들의 메타물질 어레이에 의한 포커싱된 빔(focused beam)의 생성은 보강 및 상쇄 간섭의 현상에 의해 설명될 수 있다. 개별 전자기파들은 이들이 자유공간에서 만날 때 동일한 위상을 가진다면 합쳐지고(보강 간섭), 파들은 이들이 자유공간에서 만날 때 반대 위상을 가진다면 서로 없앤다(상쇄 간섭). 만일 각각의 연속적인 슬롯이 유도파의 여기점(excitation point)으로부터 상이한 거리에 배치되도록 슬롯팅된 안테나(slotted antenna)의 슬롯들이 배치된다면, 그 소자로부터의 산란파(scattered wave)는 이전의 슬롯의 산란파와는 다른 위상을 가질 것이다. 만일 슬롯들이 유도파장(guided wavelength)의 4분의 1만큼 이격된다면, 각각의 슬롯은 이전의 슬롯으로부터 1/4 위상 지연을 가지고 파를 산란시킬 것이다.

어레이를 이용함으로써, 생성될 수 있는 보강 및 상쇄 간섭의 패턴들의 수는 홀로그래피의 원리들을 이용해서 빔들이 안테나 어레이의 보어 사이트(bore sight)로부터 플러스 또는 마이너스 90도(90°)의 이론상 임의의 방향으로 향하게 될 수 있도록 증가될 수 있다. 그래서, 어느 메타물질 단위 셀들이 턴온 또는 턴오프되는지를 제어함으로써(즉, 어느 셀들이 턴온되고 어느 셀들이 턴오프되는지에 대한 패턴을 변경함으로써), 보강 및 상쇄 간섭의 상이한 패턴이 생성될 수 있고, 안테나는 메인 빔(main beam)의 방향을 변경할 수 있다. 단위 셀들을 턴온 및 턴오프하기 위해 필요한 시간은 빔이 하나의 위치로부터 다른 위치로 스위칭될 수 있는 속도를 좌우한다.

하나의 실시예에서, 안테나 시스템은 업링크 안테나를 위한 하나의 조종가능한 빔(steerable beam)과 다운링크 안테나를 위한 하나의 조종가능한 빔을 생성한다. 하나의 실시예에서, 안테나 시스템은 위성으로부터의 빔들을 수신하고 신호들을 디코딩(decode)하기 위하여 그리고 위성을 향하여 겨냥되는 송신 빔들을 형성하기 위하여 메타물질 기술을 이용한다. 하나의 실시예에서, 안테나 시스템들은(위상 어레이 안테나들과 같이) 빔들을 전기적으로 형성 및 스티어링하기 위하여 디지털 신호 처리를 채용하는 안테나 시스템들과는 대조적으로 아날로그 시스템들이다. 하나의 실시예에서, 안테나 시스템은 특히 종래의 위성 접시 수신기(satellite dish receiver)와 비교할 때, 평면이고 상대적으로 낮은 프로파일(low profile)인 "표면(surface)" 안테나인 것으로 고려된다.

도 11은 접지면 및 재구성가능한 공진기층을 포함하는 안테나 소자들의 하나의 로우의 투시도를 도시한다. 재구성가능한 공진기층(1230)은 튜닝가능한 슬롯들(1210)의 어레이를 포함한다. 튜닝가능한 슬롯들(1210)의 어레이는 원하는 방향으로 안테나를 향하게 하도록 구성될 수 있다. 튜닝가능한 슬롯들 각각은 액정에 걸리는 전압을 변화시킴으로써 튜닝/조정될 수 있다.

제어 모듈(1280)은 도 11의 액정에 걸리는 전압을 변화시킴으로써 튜닝가능한 슬롯들(1210)의 어레이를 변조하기 위한 재구성가능한 공진기층(1230)에 연결된다. 제어 모듈(1280)은 FPGA(Field Programmable Gate Array), 마이크로프로세서, 제어기, SoC(System-on-a-Chip), 또는 다른 처리 로직을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 제어 모듈(1280)은 튜닝가능한 슬롯들(1210)의 어레이를 구동하기 위한 로직 회로망(예컨대, 멀티플렉서)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제어 모듈(1280)은 튜닝가능한 슬롯들(1210)의 어레이상으로 구동될 홀로그래픽 회절 패턴(holographic diffraction pattern)을 위한 사양들을 포함하는 데이터를 수신한다. 홀로그래픽 회절 패턴들은 통신을 위한 적절한 방향으로 홀로그래픽 회절 패턴이 다운링크 빔들(만일 안테나 시스템이 송신을 수행한다면 업링크 빔)을 스티어링하도록 안테나와 위성 간의 공간적 관계에 응답하여 생성될 수 있다. 각각의 도면에서 도시되지 않더라도, 제어 모듈(1280)과 유사한 제어 모듈은 본 공개의 도면들에서 기술된 튜닝가능한 슬롯들의 각각의 어레이를 구동할 수 있다.

RF(Radio frequency) 홀로그래피 또한 유사한 기법들을 이용하는 것이 가능한데, 여기서 RF 레퍼런스 빔이 RF 홀로그래픽 회절 패턴과 마주칠(encounter) 때 원하는 RF 빔이 생성될 수 있다. 위성 통신의 경우에, 레퍼런스 빔은 피드파(1205)(몇몇 실시예들에서 거의 20 GHz)와 같은 피드파의 형태이다.(송신 또는 수신 목적을 위해) 피드파를 복사빔(radiated beam)으로 변환하기 위하여, 간섭 패턴은 원하는 RF 빔(오브젝트 빔(object beam))과 피드파(레퍼런스 빔(reference beam)) 사이에서 산출된다. 피드파가(원하는 형상 및 방향을 갖는) 원하는 RF 빔으로 스티어링되도록(steered) 간섭 패턴은 튜닝가능한 슬롯들(1210)의 어레이상으로 회절 패턴으로서 구동된다. 달리 말해, 홀로그래픽 회절 패턴과 마주치는 피드파는 통신 시스템의 설계 요구조건들에 따라 형성되는 오브젝트 빔을 재구성한다(reconstruct). 홀로그래픽 회절 패턴은 각각의 소자의 여기를 포함하고,

에 의해 산출되고, 여기서

은 도파관 내의 파동방정식이고,

은 나가는 파에 관한 파동방정식이다.

도 12는 튜닝가능한 공진기/슬롯(1210)의 하나의 실시예를 도시한다. 튜닝가능한 슬롯(1210)은 아이리스/슬롯(1212), 복사 패치(radiating patch)(1211), 및 아이리스(1212)와 패치(1211) 사이에 배치된 액정(1213)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 복사 패치(1211)는 아이리스(1212)와 공동배치된다(co-located).

도 13은 물리적 안테나 개구면의 하나의 실시예의 단면도를 도시한다. 안테나 개구면은 재구성가능한 공진기층(1230)에 포함된 아이리스층(iris layer)(1233) 내의 금속층(1236), 및 접지면(1245)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 도 13의 안테나 개구면은 도 12의 복수의 튜닝가능한 공진기/슬롯들(1210)을 포함한다. 아이리스/슬롯(1212)은 금속층(1236) 내의 개구(opening)들에 의해 획정된다. 도 11의 피드파(1205)와 같은 피드파는 위성 통신 채널들과 양립가능한 마이크로파 주파수를 가질 수 있다. 피드파는 접지면(1245)과 공진기층(1230) 사이에서 전파된다.

재구성가능한 공진기층(1230)은 또한 개스킷층(gasket layer)(1232) 및 패치층(patch layer)(1231)을 포함한다. 개스킷층(1232)은 패치층(1231)과 아이리스층(1233) 아래에 배치된다. 하나의 실시예에서, 스페이서(spacer)는 개스킷층(1232)을 대체할 수 있을 것이라는 점에 유의한다. 하나의 실시예에서, 아이리스층(1233)은 금속층(1236)과 같은 구리층을 포함하는 PCB(printed circuit board)이다. 하나의 실시예에서, 아이리스층(1233)은 글래스(glass)이다. 아이리스층(1233)은 다른 타입의 기재(substrate)들일 수 있다.

개구(opening)들은 슬롯들(1212)을 형성하도록 구리층에 에칭될(etched) 수 있다. 하나의 실시예에서, 아이리스층(1233)은 전도성 접합층(conductive bonding layer)에 의해 도 13의 다른 구조물(예컨대, 도파관)에 전도적으로 결합된다(conductively coupled). 실시예에서, 아이리스층은 전도성 접합층에 전도적으로 결합되지 않고, 대신 비전도성 접합층(non-conducting bonding layer)과 인터페이싱된다(interfaced)는 점에 유의한다.

패치층(1231)은 또한 복사 패치들(1211)과 같은 금속을 포함하는 PCB일 수 있다. 하나의 실시예에서, 개스킷층(1232)은 금속층(1236)과 패치(1211) 사이의 치수를 형성하기 위하여 기계적 이격(mechanical standoff)을 제공하는 스페이서들(1239)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 스페이서들은 75미크론이지만, 다른 사이즈들이 이용될 수 있다(예컨대, 3-200 mm). 상술한 바와 같이, 하나의 실시예에서, 도 13의 안테나 개구면은 복수의 튜닝가능한 공진기/슬롯들을 포함하고, 튜닝가능한 공진기/슬롯(1210)은 도 12의 패치(1211), 액정(1213), 및 아이리스(1212)를 포함한다. 액정(1213)을 위한 챔버는 스페이서들(1239), 아이리스층(1233), 및 금속층(1236)에 의해 획정된다. 챔버가 액정으로 채워질 때, 패치층(1231)은 공진기층(1230) 내에 액정을 밀봉하기 위하여 스페이서들(1239)상으로 라미네이팅될 수 있다.

패치층(1231)과 아이리스층(1233) 간의 전압은 패치와 슬롯들(예컨대, 튜닝가능한 공진기/슬롯(1210)) 간의 간극 내에 있는 액정을 튜닝하도록 변조될 수 있다. 액정(1213)에 걸리는 전압을 조정하는 것은 슬롯(예컨대, 튜닝가능한 공진기/슬롯(1210))의 커패시턴스를 변화시킨다. 따라서, 슬롯(예컨대, 튜닝가능한 공진기/슬롯(1210))의 리액턴스는 커패시턴스를 변화시킴으로써 달라질 수 있다. 슬롯(1210)의 공진주파수는 또한 방정식

에 따라 변하고, 여기서 f는 슬롯(1210)의 공진주파수이고, L 및 C는 각각 슬롯(1210)의 인덕턴스 및 커패시턴스이다. 슬롯(1210)의 공진주파수는 도파관을 통해서 전파되는 피드파(1205)로부터 복사되는 에너지에 영향을 미친다. 예로서, 만일 피드파(1205)가 20 GHz라면, 슬롯(1210)이 피드파(1205)로부터의 아무런 에너지와도 실질적으로 결합되지 않도록 슬롯(1210)의 공진주파수가(커패시턴스를 변화시킴으로써) 17 GHz로 조정될 수 있다. 아니면, 슬롯(1210)이 피드파(1205)로부터의 에너지와 결합하고 에너지를 자유공간으로 복사하도록 슬롯(1210)의 공진주파수가 20 GHz로 조정될 수 있다. 주어진 예들은 두 부분(완적히 복사하거나 전혀 복사하지 않음)으로 이루어지지만, 슬롯(1210)의 리액턴스 및 이로 인한 공진주파수의 풀 그레이 스케일 제어(full gray scale control)가 다중 값 범위(multi-valued range)에 대해 전압 변동(voltage variance)을 가지고 가능하다. 그래서, 각각의 슬롯(1210)으로부터 복사되는 에너지는 상세한 홀로그래픽 회절 패턴들이 튜닝가능한 슬롯들의 어레이에 의해 형성될 수 있도록 정교하게 제어될 수 있다.

하나의 실시예에서, 로우 내의 튜닝가능한 슬롯들은 λ/5 만큼 서로 이격된다. 다른 간격들이 이용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 로우 내의 각각의 튜닝가능한 슬롯은 인접한 로우 내의 가장 가까운 튜닝가능한 슬롯으로부터 λ/2 만큼 이격되고, 그래서 상이한 로우들 내의 공통으로 지향된 튜닝가능한 슬롯들이 λ/4 만큼 이격되지만, 다른 간격들이 가능하다(예컨대, λ/5, λ/6.3). 다른 실시예에서, 로우 내의 각각의 튜닝가능한 슬롯은 인접한 로우 내의 가장 가까운 튜닝가능한 슬롯으로부터 λ/3 만큼 이격된다.

실시예들은 발명의 명칭이 "Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna"인 2014년 11월 21일에 출원된 미국 특허출원 제14/550,178호 및 발명의 명칭이 "Ridged Waveguide Feed Structures for Reconfigurable Antenna"인 2015년 1월 30일에 출원된 미국 특허출원 제14/610,502호에서 기술된 바와 같은 재구성가능한 메타물질 기술을 이용한다.

도 14a-14d는 슬롯팅된 어레이를 생성하기 위한 상이한 층들의 하나의 실시예를 도시한다. 안테나 어레이는 도 10에 도시된 예시적인 링들과 같이 링들에 배치된 안테나 소자들을 포함한다. 이 예에서, 안테나 어레이는 두 개의 상이한 타입의 주파수 대역들을 위해 이용되는 두 개의 상이한 타입의 안테나 소자들을 가진다는 점에 유의한다.

도 14a는 슬롯들에 상응하는 위치들을 가진 제1 아이리스 보드층(iris board layer)의 일부를 도시한다. 도 14a를 참조하면, 원들은 아이리스 기재의 하부측(bottom side)에 있는 금속화 내의 개방 영역(open area)들/슬롯들이고, 피드(피드파)에 대한 소자들의 결합을 제어하기 위한 것이다. 이 층은 옵션인(optional) 층이고, 모든 설계들에서 이용되지 않는다는 점에 유의한다. 도 14b는 슬롯들을 포함하는 제2 아이리스 보드층의 일부를 도시한다. 도 14c는 제2 아이리스 보드층의 일부 위의 패치들을 도시한다. 도 14d는 슬롯팅된 어레이의 일부의 평면도를 도시한다.

도 15는 원통형으로 피드되는 안테나 구조물의 하나의 실시예의 측면도를 도시한다. 안테나는 이중층 피드 구조물(즉, 피드 구조물의 두 개의 층들)을 이용하여 내부로 진행하는 파(inwardly travelling wave)를 생성한다. 하나의 실시예에서, 안테나는 원형의 외부 형상을 포함하지만, 이것이 필수적인 것은 아니다. 다시 말해, 원형이 아닌 내부로 진행하는 파 구조물(non-circular inward travelling structure)들이 이용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 도 15의 안테나 구조물은 도 9의 동축 피드를 포함한다.

도 15를 참조하면, 안테나의 하부 레벨(lower level)에서 장(field)을 여기시키기 위하여 동축핀(coaxial pin)(1601)이 이용된다. 하나의 실시예에서, 동축핀(1601)은 바로 입수가능한 50Ω 동축핀이다. 동축핀(1601)은 전도성 접지면(conducting ground plane)(1602)인 안테나 구조물의 바닥에 연결된다(예컨대, 볼팅된다).

전도성 접지면(1602)과는 별도로 내부 컨덕터인 인터스티셜 컨덕터(interstitial conductor)(1603)이다. 하나의 실시예에서, 전도성 접지면(1602) 및 인터스티셜 컨덕터(1603)는 서로 평행하다. 하나의 실시예에서, 접지면(1602)과 인터스티셜 컨덕터(1603) 사이의 거리는 0.1-0.15"이다. 다른 실시예에서, 이 거리는 λ/2일 수 있고, 여기서 λ는 동작의 주파수에서 진행하는 파의 파장이다.

접지면(1602)은 스페이서(1604)를 통해서 인터스티셜 컨덕터(1603)로부터 분리된다. 하나의 실시예에서, 스페이서(1604)는 폼(foam) 또는 공기(air)같은 스페이서이다. 하나의 실시예에서, 스페이서(1604)는 플라스틱 스페이서를 포함한다.

인터스티셜 컨덕터(1603) 위에 유전체층(dielectric layer)(1605)이 존재한다. 하나의 실시예에서, 유전체층(1605)은 플라스틱이다. 유전체층(1605)의 목적은 자유공간 속도에 대하여 상기 진행하는 파(travelling wave)를 늦추는 것이다. 하나의 실시예에서, 유전체층(1605)은 자유공간에 대한 상기 진행하는 파를 30%만큼 느리게 한다. 하나의 실시예에서, 빔포밍을 위해 적절한 굴절률의 범위는 1.2 - 1.8이고, 여기서 자유공간은 정의상(by definition) 1과 동일한 굴절률을 가진다. 이러한 효과를 달성하기 위하여, 예를 들어, 플라스틱과 같은 다른 유전체 스페이서 물질들이 사용될 수 있다. 효과를 보이는 원하는 파를 달성하는 한 플라스틱이 아닌 다른 물질들이 이용될 수 있다는 점에 유의한다. 이와 달리, 예를 들어, 기계가공되거나(machined) 소그래피적으로(lithographically) 획정될 수 있는 주기적 서브-파장 금속 구조(periodic sub-wavelength metallic structures)와 같은 분산 구조(distributed structures)를 가진 물질이 유전체(1605)로서 이용될 수 있다.

RF-어레이(RF-array)(1606)는 유전체(1605)의 위에 있다. 하나의 실시예에서, 인터스티셜 컨덕터(1603)와 RF-어레이(606)의 거리는 0.1 - 0.15"이다. 다른 실시예에서, 이 거리는 λ_eff/2일 수 있고, 여기서 λ_eff는 설계 주파수에서 매체 내의 실효파장(effective wavelength)이다.

안테나는 사이드(side)들(1607 및 1608)을 포함한다. 사이드들(1607 및 1608)은 동축핀(1601)으로부터의 진행하는 파 피드(travelling wave feed)가 반사를 통하여 인터스티셜 컨덕터(1603)(스페이서층) 아래의 영역으로부터 인터스티셜 컨덕터(1603)(유전체층) 위의 영역으로 전파되는 것을 초래하도록 각이 이루어진다(angled). 하나의 실시예에서, 사이드들(1607 및 1608)의 각도는 45°각도이다. 대안적인 실시예에서, 사이드들(1607 및 1608)은 상기 반사를 달성하기 위하여 연속적인 반지름(continuous radius)으로 대체될 수 있다. 도 15는 45도의 각도를 가지는 각진 사이드(angled side)들을 도시하지만, 하부 레벨 피드(lower level feed)에서부터 상부 레벨 피드(upper level feed)로 신호 전송을 달성하는 다른 각도들이 이용될 수 있다. 다시 말해, 하부 피드 내의 실효파장이 일반적으로 상부 피드 내에서와 상이할 것이라는 점을 고려하면, 이상적인 45°각도로부터의 약간의 편차가 하부로부터 상부 피드 레벨로의 전송을 돕는데 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 45°각도들은 단일 스텝(single step)으로 교체된다. 안테나의 한쪽 말단에서의 이 스텝들은 유전체층, 인터스티셜 컨덕터, 및 스페이서층을 돌아다닌다. 동일한 두 개의 스텝들이 이 층들의 다른 말단들에 존재한다.

동작시, 동축핀(1601)으로부터 피드파가 피드인될(fed in) 때, 파는 접지면(1602)과 인터스티셜 컨덕터(1603) 사이의 영역 내에서 동축핀(1601)으로부터 동심적으로(concentrically) 지향되어 바깥쪽을 향해 이동한다. 동심적으로 나가는 파들은 사이드들(1607 및 1608)에 의해 반사되고, 인터스티셜 컨덕터(1603)와 RF 어레이(1606) 영역 내에서 안쪽을 향해 이동한다. 원형 둘레(circular perimeter)의 가장자리(edge)로부터의 반사는 파가 동상으로 있는 것을 초래한다(즉, 이것은 동상 반사(in-phase reflection)이다). 상기 진행하는 파는 유전체층(1605)에 의해 느려진다. 이 지점에서, 상기 진행하는 파는 원하는 산란을 획득하기 위해 RF 어레이(1606) 내의 소자들과 인터페이싱(interacting) 및 여기(exciting)를 시작한다.

상기 진행하는 파를 종결시키기 위하여, 안테나의 기하학적 중심에서 종단(termination)(1609)이 안테나에 포함된다. 하나의 실시예에서, 종단(1609)은 핀 종단(pin termination)(예컨대, 50Ω 핀)을 포함한다. 다른 실시예에서, 종단(1609)은 안테나의 피드 구조물(feed structure)을 통해 미사용 에너지가 도로(back) 반사되는 것을 막도록 미사용 에너지를 종결하는 RF 흡수체(RF absorber)를 포함한다. 이것은 RF 어레이(1606)의 위에서 이용될 수 있을 것이다.

도 16는 나가는 파를 가진 안테나 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 도 16를 참조하면, 두 개의 접지면들(1610 및 1611)은 접지면들 사이에서 유전체층(1612)(예컨대, 플라스틱층 등)을 가지고 서로 실질적으로 평행하다. RF 흡수체들(1619)(예컨대, 저항들)은 두 개의 접지면들(1610 및 1611)에 함께 연결된다. 동축핀(1615)(예컨대, 50Ω)은 안테나를 피드(feed)한다. RF 어레이(1616)는 유전체층(1612) 및 접지면(1611)의 위에 있다.

동작시, 피드파는 동축핀(1615)을 통해서 피드되고, 바깥쪽을 향해 동심적으로 이동하고, RF 어레이(1616)의 소자들과 상호작용한다.

도 15 및 도 16의 양쪽 안테나들에 있는 원통형 피드는 안테나의 서비스 각도를 향상시킨다. 플러스 또는 마이너스 45도 각도 방위각(±45° Az) 및 플러스 또는 마이너스 25도 앙각(±25° El)의 서비스 각도 대신, 하나의 실시예에서, 안테나 시스템은 모든 방향에서 보어 사이트로부터 75도 각도(75°)의 서비스 각도를 가진다. 다수의 개별 방사기(radiator)들로 이루어진 임의의 빔포밍 안테나와 같이, 전체 안테나 이득은 그 자신들이 각도-의존적인 구성 소자(constituent element)들의 이득에 의존적이다. 공통 방사 소자(common radiating element)들을 이용할 때, 빔이 보어 사이트(bore sight)에서 더 떨어져서 겨냥됨에 따라 전체 안테나 이득은 전형적으로 감소한다. 보어 사이트에서 떨어진 75도(75 degrees off bore sight)에서, 약 6 dB의 현저한 이득 저하가 예상된다.

원통형 피드를 갖는 안테나의 실시예들은 하나 이상의 문제를 해결한다. 이것은, 공동 디바이더 네트워크(corporate divider network)를 가지고 피드되는 안테나들에 비하여 피드 구조물을 극적으로 단순화하고, 그래서 전체 필요한 안테나 및 안테나 피드 부피를 줄이며; 더 거친 제어(coarser control)들(단순한 2진 제어까지 확장됨)을 가지고 높은 빔 성능을 유지함으로써 제조 및 제어 에러들에 대한 민감도를 감소시키며; 원통형으로 지향된 피드파들이 원거리 장(far field)에서는 공간적으로 다양한 사이드 로브(side lobe)들을 낳기 때문에 직선 피드(rectilinear feed)들에 비해 더욱 유리한 사이드 로브 패턴을 제공하며; 편광기(polarizer)를 필요로 하지 않으면서 왼쪽 원형(left-hand circular), 오른쪽 원형(right-hand circular), 및 직선 편광(linear polarization)을 허용하는 것을 포함하여 편광이 동적으로 될 수 있도록 하는 것;을 포함한다.

파 산란 소자들의 어레이

도 15의 RF 어레이(1606) 및 도 16의 RF 어레이(1616)는 방사기들로서 작동하는 패치 안테나들(즉, 산란기(scatterer)들)의 그룹을 포함하는 파 산란 서브시스템(wave scattering subsystem)을 포함한다. 패치 안테나들의 이러한 그룹은 산란 메타물질 소자(scattering metamaterial element)들의 어레이를 포함한다.

하나의 실시예에서, 안테나 시스템 내의 각각의 산란 소자는 하부 컨덕터, 유전체 기재, 및 상부 컨덕터로 이루어지는 단위 셀의 일부이고, 상부 컨덕터는 상부 컨덕터에 에칭되거나 증착되는 상보적 전기 유도성-용량성 공진기("complementary electric LC" 또는 "CELC")를 내장한다.

하나의 실시예에서, 액정(LC)은 산란 소자 둘레의 간극에 주입된다. 액정은 각각의 단위 셀 내에 캡슐화되고, 슬롯과 연관된 하부 컨덕터를 패치와 연관된 상부 컨덕터로부터 분리시킨다. 액정은 액정을 포함하는 분자들의 지향의 함수인 유전율을 가지고, 분자들의 지향(및 그래서 유전율)은 액정에 걸리는 바이어스 전압을 조정함으로써 제어될 수 있다. 이러한 속성을 이용해서, 액정은 유도파로부터의 에너지의 CELC로의 전송을 위한 온/오프 스위치로서 작동한다. 스위칭 온된 때, CELC는 전기적 소형 다이폴 안테나와 같은 전자기파를 방출한다.

LC의 두께를 제어하는 것은 빔 스위칭 속도를 증가시킨다. 하부 및 상부컨덕터 사이의 간극(액정의 두께)의 50 퍼센트(50%) 감소는 속도의 4배 증가를 낳는다. 다른 실시예에서, 액정의 두께는 거의 14 밀리세컨드(14 ms)의 빔 스위칭 속도를 낳는다. 하나의 실시예에서, LC는 7 밀리세컨드(7 ms) 요구조건이 충족될 수 있도록 반응성(responsiveness)을 향상시키기 위해 본 기술분야에서 잘 알려진 방법으로 도핑된다.

CELC 소자는 CELC 소자의 평면에 평행하고 CELC 간극 보완물(gap complement)에 수직하게 인가되는 자기장에 반응한다. 전압이 메타물질 산란 단위 셀 내의 액정에 인가될 때, 유도파(guided wave)의 자기장 성분은 CELC의 자기 여기(magnetic excitation)를 유도하고(induce), 이것은 차례로 유도파와 동일한 주파수의 전자기파를 생성한다.

단일 CELC에 의해 생성되는 전자기파의 위상은 유도파의 벡터상의 CELC의 위치에 의해 선택될 수 있다. 각각의 셀은 CELC에 평행한 유도파와 동상의(in phase) 파를 발생시킨다. CELC는 파장보다 작기 때문에, 출력파(output wave)는 그것이 CELC 아래를 통과할 때 유도파의 위상과 동일한 위상을 가진다.

하나의 실시예에서, 이러한 안테나 시스템의 피드 기하구조는 파 피드(wave feed)에서의 파(wave)의 벡터에 대해 CELC 소자들이 45도(45°) 각도로 배치되는 것을 가능하게 한다. 소자들의 이러한 포지션(position)은 소자들로부터 생성되는 또는 소자들에 의해 수신되는 자유공간파(free space wave)의 편광의 제어를 가능하게 한다. 하나의 실시예에서, CELC들은 안테나의 동작 주파수의 자유공간 파장보다 작은 소자간 간격을 가지고 배열된다. 예를 들어, 만일 파장당 4개의 산란 소자들이 있다면, 30 GHz 송신 안테나 내의 소자들은 거의 2.5 mm(즉, 30 GHz의 10 mm 자유공간 파장의 1/4)일 것이다.

하나의 실시예에서, CELC는 둘 사이에 액정을 갖는 슬롯 위에 공동 배치된(co-located) 패치를 포함하는 패치 안테나로 구현된다. 이러한 점에 있어서, 메타물질 안테나는 슬롯팅된(산란) 도파관과 같이 작동한다. 슬롯팅된 도파관에 있어서, 출력파의 위상은 유도파에 대한 슬롯의 위치에 의존한다.

셀 배치

하나의 실시예에서, 안테나 소자들은 체계적 매트릭스 구동 회로(systematic matrix drive circuit)를 가능하게 하는 방식으로 원통형 피드 안테나 개구면상에 배치된다. 셀들의 배치는 매트릭스 구동을 위한 트랜지스터들의 배치를 포함한다. 도 17은 안테나 소자들과 관련한 매트릭스 구동 회로망의 배치의 하나의 실시예를 도시한다. 도 17을 참조하면, 로우 제어기(1701)는 로우 선택신호들(Row1 및 Row2)을 각각 통하여 트랜지스터들(1711 및 1712)에 연결되고, 칼럼 제어기(1702)는 칼럼 선택신호(Column1)를 통하여 트랜지스터들(1711 및 1712)에 연결된다. 트랜지스터(1711)는 또한 패치(1731)에 대한 연결을 통하여 안테나 소자(1721)에 연결되는 한편, 트랜지스터(1712)는 패치(1732)에 대한 연결을 통하여 안테나 소자(1722)에 연결된다.

불규칙적인 그리드(non-regular grid) 내에 배치된 단위 셀들을 가진 원통형 피드 안테나상에 매트릭스 구동 회로망을 구현하기 위한 초기 접근법에서, 두 개의 단계들이 수행된다. 제1 단계에서, 셀들은 동심원 링들상에 배치되고, 셀들의 각각은, 셀 옆에 배치되고 각각의 셀을 개별적으로 구동하기 위하여 스위치로서 작동하는 트랜지스터에 연결된다. 제2 단계에서, 매트릭스 구동 접근법이 필요로 하기 때문에 매트릭스 구동 회로망은 고유 주소를 가지고 모든 트랜지스터에 연결되도록 구성된다. 매트릭스 구동 회로가(LCD들과 유사하게) 로우 및 칼럼 트레이스들에 의해 구성되지만 셀들이 링들 위에 배치되기 때문에, 각각의 트랜지스터에 고유 주소를 할당할 체계적인 방법이 존재하지 않는다. 이러한 맵핑 문제는 모든 트랜지스터들을 커버하기 위해 매우 복잡한 회로망을 낳으며, 라우팅(routing)을 수행하기 위해 물리적 트레이스들의 수의 현저한 증가를 초래한다. 셀들의 높은 밀도 때문에, 이 트레이스들은 커플링 효과(coupling effect)로 인해 안테나의 RF 성능을 방해한다. 또한, 트레이스들의 복잡성 및 높은 패킹 밀도(packing density)로 인하여, 트레이스들의 라우팅은 상업적으로 입수가능한 레이아웃 툴(commercially available layout tool)들에 의해 달성될 수 없다.

하나의 실시예에서, 매트릭스 구동 회로망은 셀들 및 트랜지스터들이 배치되기 전에 미리 정의된다. 이것은 각각이 고유 주소를 가진 셀들 모두를 구동하기 위하여 필요한 트레이스들의 최소수를 보장한다. 이러한 전략은 구동 회로망의 복잡성을 감소시키고 라우팅을 단순화하며, 이것은 이후에 안테나의 RF 성능을 향상시킨다.

더욱 구체적으로, 하나의 접근법에 있어서, 제1 단계에서, 셀들은 각각의 셀의 고유 주소를 기술하는 로우들 및 칼럼들로 이루어진 규칙적인 정사각형 격자(regular rectangular grid)상에 배치된다. 제2 단계에서, 셀들은 제1 단계에서 정의된 바와 같은 로우들 및 칼럼들에 대한 연결 및 주소를 유지하면서 동심원 원들(concentric circle)로 그룹핑되고 변환된다. 이러한 변환의 목적은 링들상에 셀들을 놓기 위한 것일 뿐만 아니라, 셀들 간의 거리 및 링들 간의 거리를 전체 개구면 위에서 일정하게 유지하기 위한 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 셀들을 그룹핑하기 위한 여러 방법들이 존재한다.

하나의 실시예에서, 매트릭스 구동 내의 배치(placement) 및 고유 어드레싱(unique addressing)을 가능하게 하기 위해 TFT 패키지가 이용된다. 도 18은 TFT 패키지의 하나의 실시예를 도시한다. 도 18을 참조하면, TFT 및 홀드 커패시터(hold capacitor)(1803)가 입력 및 출력 포트들을 가지고 도시된다. 로우 및 칼럼을 이용해서 TFT들을 함께 연결하기 위해 트레이스들(1801)에 연결된 두 개의 입력 포트들 및 트레이스들(1802)에 연결된 두 개의 출력 포트들이 존재한다. 하나의 실시예에서, 로우 및 칼럼 트레이스들은 로우 및 칼럼 트레이스들 사이의 커플링을 감소시키고 잠재적으로 최소화하기 위해 90°각도로 교차한다. 하나의 실시예에서, 로우 및 칼럼 트레이스들은 서로 상이한 층들 위에 존재한다.

예시적인 시스템 실시예

하나의 실시예에서, 조합된 안테나 개구면(combined antenna aperture)들이 셋톱박스와 관련하여 동작하는 텔레비전 시스템에서 사용된다. 예를 들어, 이중 수신 안테나의 경우에, 안테나에 의해 수신된 위성 신호들이 텔레비전 시스템의 셋톱박스(예컨대, DirecTV 수신기)에 제공된다. 더욱 구체적으로, 조합된 안테나 동작은 두 개의 상이한 주파수들 및/또는 편광들에서 RF 신호들을 동시에 수신할 수 있다. 다시 말해, 소자들의 하나의 서브-어레이(sub-array)는 하나의 주파수 및/또는 편광에서 RF 신호들을 수신하도록 제어되는 한편, 다른 서브-어레이는 다른 상이한 주파수 및/또는 편광에서 신호들을 수신하도록 제어된다. 주파수 또는 편광에서 이러한 차이들은 텔레비전 시스템에 의해 수신되는 상이한 채널들을 나타낸다. 유사하게, 두 개의 안테나 어레이들은 복수의 채널들을 동시에 수신하기 위하여 두 개의 상이한 빔 포지션들이 두 개의 상이한 위치들(예컨대, 두 개의 상이한 위성들)로부터 채널들을 수신하도록 제어될 수 있다.

도 19는 텔레비전 시스템에서 동시에 이중 수신을 수행하는 통신 시스템의 하나의 실시예의 블록도이다. 도 19를 참조하면, 안테나(1401)는 상술한 바와 같이 상이한 주파수들 및/또는 편광들에서 동시에 이중 수신을 수행하기 위하여 독립적으로 동작가능한 두 개의 공간적으로 인터리빙된 안테나 개구면들(spatially interleaved antenna apertures)을 포함한다. 단지 두 개의 공간적으로 인터리빙된 안테나 동작들이 언급되었지만, TV 시스템은 세 개 이상의 안테나 개구면들(예컨대, 3개, 4개, 5개 등의 안테나 개구면들)을 가질 수 있다는 점에 유의한다.

하나의 실시예에서, 두 개의 인터리빙된 슬롯팅된 어레이들(interleaved slotted arrays)을 포함하는 안테나(1401)가 다이플렉서(diplexer)(1430)에 연결된다. 이 연결은 다이플렉서(1430) 안으로 피드되는 두 개의 신호들을 생성하기 위하여 두 개의 슬롯팅된 어레이들의 소자들로부터 신호들을 수신하는 하나 이상의 피딩 네트워크(feeding network)들을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 다이플렉서(1430)는 상업적으로 입수가능한 다이플렉서이다(예컨대, A1 마이크로파로부터의 모델 PB1081WA Ku-band sitcom diplexor).

다이플렉서(1430)는 LNB(low noise block down converter)들(1426 및 1427)의 쌍에 연결되고, 이것은 본 기술분야에 알려진 방식으로 노이즈 필터링 기능(noise filtering function), 다운 변환 기능(down conversion function), 및 증폭(amplification)을 수행한다. 하나의 실시예에서, LNB들(1426 및 1427)은 ODU(out-door unit) 내에 존재한다. 다른 실시예에서, LNB들(1426 및 1427)은 안테나 장치 안으로 통합된다. LNB들(1426 및 1427)은 텔레비전(1403)에 연결되는 셋톱박스(1402)에 연결된다.

셋톱박스(1402)는 다이플렉서(1430)로부터 출력된 두 개의 신호들을 디지털 형식으로 변환하기 위하여, LNB들(1426 및 1427)에 연결된, ADC(analog-to-digital converter)들(1421 및 1422)의 쌍을 포함한다.

일단 디지털 형식으로 변환되면, 수신된 파(received wave)들상에서 인코딩된 데이터(encoded data)를 획득하기 위하여 신호들이 복조기(1423)에 의해 복조되고 디코더(1424)에 의해 디코딩된다. 이후, 디코딩된 데이터(decoded data)는 제어기(1425)에 보내지고, 제어기(1425)는 그것을 텔레비전(1403)에 보낸다.

제어기(1450)는 단일한 조합된 물리적 개구면상의 양쪽 안테나 개구면들의 인터리빙된 슬롯팅된 어레이 소자들을 포함하여 안테나(1401)를 제어한다.

전 이중(Full Duplex) 통신 시스템의 예

다른 실시예에서, 조합된 안테나 개구면들은 전 이중 통신 시스템에서 사용된다. 도 20은 동시 송수신 경로들을 갖는 통신 시스템의 다른 실시예의 블록도이다. 단지 하나의 송신 경로 및 하나의 수신 경로가 도시되었지만, 통신 시스템은 두 개 이상의 송신 경로 및/또는 두 개 이상의 수신 경로를 포함할 수 있다.

도 20을 참조하면, 안테나(1401)는 상술한 바와 같이 상이한 주파수들에서 동시에 송신 및 수신을 하기 위하여 독립적으로 동작가능한 두 개의 공간적으로 인터리빙된 안테나 어레이들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 안테나(1401)는 다이플렉서(1445)에 연결된다. 연결은 하나 이상의 피딩 네트워크에 의할 수 있다. 하나의 실시예에서, 방사상 피드 안테나(radial feed antenna)의 경우에, 다이플렉서(1445)는 두 개의 신호들을 결합하고, 안테나(1401)와 다이플렉서(1445) 간의 연결은 양쪽 주파수들을 운반할 수 있는 단일한 브로드밴드 피딩 네트워크(broad-band feeding network)이다.

다이플렉서(1445)는 LNB(low noise block down converter)(1427)들에 연결되고, 이것은 본 기술분야에 알려진 방식으로 노이즈 필터링 기능, 다운 변환 기능, 및 증폭을 수행한다. 하나의 실시예에서, LNB(1427)는 ODU(out-door unit) 내에 존재한다. 다른 실시예에서, LNB(1427)는 안테나 장치 안으로 통합된다. LNB(1427)는 모뎀(1460)에 연결되고, 이것은 컴퓨팅 시스템(1440)(예컨대, 컴퓨터 시스템, 모뎀 등)에 연결된다.

모뎀(1460)은 다이플렉서(1445)로부터 출력된 수신 신호를 디지털 형식으로 변환하기 위하여, LNB(1427)에 연결된, ADC(analog-to-digital converter)(1422)를 포함한다. 일단 디지털 형식으로 변환되면, 수신된 파(received wave)들상에서 인코딩된 데이터를 획득하기 위하여 신호들이 복조기(1423)에 의해 복조되고 디코더(1424)에 의해 디코딩된다. 이후, 디코딩된 데이터는 제어기(1425)에 보내지고, 제어기(1425)는 그것을 컴퓨팅 시스템(1440)에 보낸다.

모뎀(1460)은 또한 컴퓨팅 시스템(1440)으로부터 송신되도록 데이터를 인코딩하는 인코더(1430)를 포함한다. 인코딩된 데이터는 변조기(1431)에 의해 변조되고, 이후 DAC(digital-to-analog converter)(1432)에 의해 아날로그로 변환된다. 이후, 아날로그 신호는 BUC(up-convert and high pass amplifier)(1433)에 의해 필터링되고, 다이플렉서(1445)의 하나의 포트에 제공된다. 하나의 실시예에서, BUC(1433)는 ODU(out-door unit) 내에 존재한다.

본 기술분야에서 알려진 방식으로 동작하는 다이플렉서(1445)는 송신을 위해 송신 신호를 안테나(1401)에 제공한다.

제어기(1450)는 단일한 조합된 물리적 개구면상의 안테나 소자들의 두 개의 어레이들을 포함하여 안테나(1401)를 제어한다.

도 20에 도시된 전 이중 통신 시스템은(소프트웨어 업데이트를 포함하여) 인터넷 통신, 비히클(vehicle) 통신 등을 포함하되 이에 한정되지 않는 다수의 애플리케이션들을 가진다는 점에 유의한다.

상술한 상세한 설명의 몇몇 부분들은 컴퓨터 메모리 내의 데이터 비트들 상의 동작들의 알고리듬들 및 기호적 표현(symbolic representation)들의 관점에서 제시된다. 이러한 알고리듬적 서술들 및 표현들은 작업의 본질을 다른 통상의 기술자에게 가장 효과적으로 전달하기 위하여 데이터 처리 기술분야들에서 통상의 기술자들에 의해 사용되는 수단들이다. 알고리듬은 여기에서 일반적으로 원하는 결과를 초래하는 단계들의 자기-일관적 시퀀스(self-consistent sequence)인 것으로 여겨진다. 이 단계들은 물리적 양들(physical quantities)의 물리적 조작(physical manipulation)들을 필요로 하는 것들이다. 일반적으로, 필수적인 것은 아니지만, 이러한 양들은 저장, 전송, 조합, 비교, 및 이와 달리 조작될 수 있는 전기 또는 자기 신호들의 형태를 취한다. 이 신호들을 비트들, 값들, 엘리먼트(element)들, 기호들, 문자들, 용어들, 숫자들 등으로 지칭하는 것은 주로 일반적인 용법이라는 이유로 때때로 편리하다는 점이 입증되었다.

하지만, 이들 모두 및 유사한 용어들은 적절한 물리적 양들과 연관이 있으며, 그 양들에 적용되는 단순히 편리한 라벨(label)들이라는 점을 명심해야 한다. 이하의 논의에서 명백하게 구체적으로 달리 언급되지 않는다면, 본 명세서 전체에 걸쳐서, "처리하는(processing)" 또는 "컴퓨팅하는(computing)" 또는 "산출하는(calculating)" 또는 "결정하는(determining)" 또는 "디스플레이하는(displaying)" 등과 같은 용어들을 이용하는 논의들은, 컴퓨터 시스템의 레지스터들 및 메모리들 내의 물리적(전자) 양들로서 표현되는 데이터를 조작해서 컴퓨터 시스템 메모리들 또는 레지스터들 또는 다른 이러한 정보 저장, 전송 또는 디스플레이 디바이스들 내의 물리적 양들로서 유사하게 표현되는 다른 데이터로 변환하는 컴퓨터 시스템 또는 유사 전자 컴퓨팅 디바이스의 동작 및 처리들을 지칭하는 것으로 이해된다.

본 발명은 또한 본 명세서의 동작들을 수행하기 위한 장치와 관련이 있다. 이러한 장치는 필요한 목적을 위해 특별히 구성되거나, 컴퓨터에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 선택적으로 활성화되거나 재구성되는 범용 컴퓨터를 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 플로피 디스크들, 광학 디스크들, CD-ROM들, 및 자기-광학 디스크(magnetic-optical disk)들을 포함하는 임의의 타입의 디스크, ROM들(read-only memories), RAM들(random access memories), EPROM들, EEPROM들, 자기적 또는 광학적 카드들, 또는 전자 명령들을 저장하기에 적합한 임의의 타입의 매체와 같은 컴퓨터 판독가능 저장매체(computer readable storage medium)에 저장될 수 있고, 각각은 컴퓨터 시스템 버스에 연결될 수 있다.

본 명세서에서 제시된 알고리듬들 및 디스플레이들은 임의의 특정한 컴퓨터 또는 다른 장치에 내재적으로(inherently) 관련이 있지는 않다. 다양한 범용 시스템들이 본 명세서의 교시에 따른 프로그램들과 함께 이용될 수 있고, 또는 필요한 방법 단계들을 수행하기 위하여 더욱 특화된 장치를 구성하는 것이 편리하다고 입증될 수 있다. 다양한 이러한 시스템들을 위해 요구되는 구조는 이하의 서술에서 보일 것이다. 게다가, 본 발명은 임의의 특별한 프로그래밍 언어와 관련하여 기술되지 않았다. 본 명세서에서 기술되는 바와 같은 본 발명의 교시들을 구현하기 위하여 다양한 프로그래밍 언어들이 이용될 수 있다는 점이 이해될 것이다.

기계-판독가능 매체(machine-readable medium)는 기계(예컨대, 컴퓨터)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장 또는 전송하기 위한 임의의 메카니즘을 포함한다. 예를 들어, 기계-판독가능 매체는 ROM(read only memory); RAM(random access memory); 자기 디스크 저장매체; 광항 저장매체; 플래시 메모리 디바이스들; 등을 포함한다.

상술한 설명을 읽은 후에 본 발명의 다수의 변경 및 변형이 의심의 여지 없이 통상의 기술자에게 명백하게 되겠지만, 실례에 의해 도시되고 기술된 임의의 특정한 실시예는 결코 제한으로서 고려되도록 의도되지 않는다고 이해되어야 한다. 그러므로, 다양한 실시예들의 세부사항들에 대한 언급들은, 본 발명의 필수적인 것으로 여겨지는 특징들만을 그 자체로 나열하는 청구항들의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.

본 출원은 발명의 명칭이 "Broadband RF Radial Waveguide Feed with Integrated Glass Transition"인 2016년 3월 1일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/302,042호에 대한 우선권을 주장하며, 이를 참조에 의해 본 명세서에 통합시킨다.

Claims

안테나로서,
방사상 도파관(radial waveguide);
상기 방사상 도파관에 의해 피드되는 RF 피드파(feed wave)에 반응하여 RF(radio frequency) 신호들을 복사하도록(radiate) 동작가능한 개구면(aperture); 및
상기 도파관의 외부 부분(outer portion)들과 상기 개구면 사이의 간극을 통해서 RF 에너지가 빠져나가는 것을 막도록 동작가능한 RF(radio frequency) 초크(choke);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 1에 있어서,
상기 도파관과 상기 개구면 사이에 아무런 전기 전도성 연결이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 1에 있어서,
상기 간극에 근접하여 위치한 슬립면(slip plane)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 1에 있어서,
상기 도파관은 금속을 포함하고, 상기 개구면은 글래스(glass) 또는 LCD(liquid crystal display) 기재를 포함하고, 상기 도파관과 상기 개구면의 열팽창 계수는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 1에 있어서,
상기 RF 초크는 상기 간극에서 상기 도파관의 상기 외부 부분에 있는 하나 이상의 슬롯을 포함하고, 상기 하나 이상의 슬롯 각각은 주파수 대역의 RF 에너지를 막는데 이용되는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 5에 있어서,
상기 하나 이상의 슬롯은 상기 도파관의 상기 외부 부분에 있는 링들의 쌍의 일부인 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 1에 있어서,
상기 RF 초크는 EBG(electromagnetic band gap) 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 7에 있어서,
상기 EBG 구조물은 하나 이상의 비아(via)를 가진 기재(substrate)를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 8에 있어서,
상기 기재는 하나 이상의 전기 전도성 패드를 가진 PCB(printed circuit board)를 포함하고, 상기 하나 이상의 비아는 전기 전도성 물질로 도금된(plated) 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 9에 있어서,
상기 PCB는 전도성 접착제로 상기 도파관에 부착된 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 1에 있어서,
상기 개구면은 안테나 소자들의 슬롯팅된 어레이(slotted array)를 가지고,
상기 슬롯팅된 어레이는:
복수의 슬롯들;
복수의 패치들;
을 포함하고,
상기 패치들 각각은 상기 복수의 슬롯들의 슬롯 위에 공동배치되되(co-located) 상기 복수의 슬롯들의 슬롯과는 분리되어 패치/슬롯 쌍을 형성하고,
각각의 패치/슬롯 쌍은 상기 쌍의 상기 패치에 대한 전압의 인가를 기초로 하여 턴온(turn on) 또는 턴오프(turn off)되는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 11에 있어서,
상기 안테나 소자들은 홀로그래픽 빔 스티어링(holographic beam steering)에서의 사용을 위한 주파수 대역을 위한 빔을 형성하도록 제어되고 함께 동작가능한 것을 특징으로 하는 안테나.
안테나로서,
방사상 도파관;
상기 방사상 도파관에 의해 피드되는 RF 피드파에 반응하여 RF(radio frequency) 신호들을 복사하도록 동작가능한, 복수의 안테나 소자들을 가진 개구면;
상기 피드파를 상기 도파관 안으로 피드하도록 상기 도파관에 연결된 안테나 피드(antenna feed);
상기 피드파가 층의 외부 엣지(outer edge)들에서부터 상기 복수의 안테나 소자들을 피드하기 위해 이동하는, 상기 도파관과 상기 개구면 사이의 층; 및
상기 도파관과 상기 개구면의 외부 부분들 사이의 간극을 통해서 RF 에너지가 빠져나가는 것을 막도록 동작가능한 RF 초크(choke);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 13에 있어서,
상기 층은 접지층 및 유전체층으로 이루어진 그룹 중에서 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 13에 있어서,
상기 도파관과 상기 개구면 사이에 아무런 전기 전도성 연결이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 13에 있어서,
상기 간극에 근접하여 위치한 슬립면(slip plane)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 13에 있어서,
상기 도파관은 금속을 포함하고, 상기 개구면은 글래스(glass) 또는 LCD(liquid crystal display) 기재를 포함하고, 상기 도파관과 상기 개구면의 열팽창 계수는 서로 상이한 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 13에 있어서,
상기 RF 초크는 상기 간극에서 상기 도파관의 상기 외부 부분에 있는 하나 이상의 슬롯을 포함하고, 상기 하나 이상의 슬롯 각각은 주파수 대역의 RF 에너지를 막는데 이용되는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 18에 있어서,
상기 하나 이상의 슬롯은 상기 도파관의 상기 외부 부분에 있는 링들의 쌍의 일부인 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 13에 있어서,
상기 RF 초크는 EBG(electromagnetic band gap) 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 20에 있어서,
상기 EBG 구조물은 하나 이상의 비아를 가진 기재를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 21에 있어서,
상기 기재는 하나 이상의 전기 전도성 패드를 가진 PCB(printed circuit board)를 포함하고, 상기 하나 이상의 비아는 전기 전도성 물질로 도금된 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 22에 있어서,
상기 PCB는 전도성 접착제로 상기 도파관에 부착된 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 13에 있어서,
상기 개구면은 안테나 소자들의 슬롯팅된 어레이를 가지고,
상기 슬롯팅된 어레이는:
복수의 슬롯들;
복수의 패치들;
을 포함하고,
상기 패치들 각각은 상기 복수의 슬롯들의 슬롯 위에 공동배치되되 상기 복수의 슬롯들의 슬롯과는 분리되어 패치/슬롯 쌍을 형성하고,
각각의 패치/슬롯 쌍은 상기 쌍의 상기 패치에 대한 전압의 인가를 기초로 하여 턴온 또는 턴오프되는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 24에 있어서,
상기 복수의 슬롯들의 각각의 슬롯과 복수의 패치들에 있는 관련 패치 사이에 액정이 존재하는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 25에 있어서,
어느 패치/슬롯 쌍들이 온(on)과 오프(off)인지를 제어해서 빔의 생성을 초래하는 제어 패턴을 인가하는 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
청구항 13에 있어서,
상기 안테나 소자들은 홀로그래픽 빔 스티어링에서의 사용을 위한 주파수 대역을 위한 빔을 형성하도록 제어되고 함께 동작가능한 것을 특징으로 하는 안테나.
안테나로서,
방사상 도파관;
상기 방사상 도파관에 의해 피드되는 RF 피드파에 반응하여 RF(radio frequency) 신호들을 복사하도록 동작가능한 개구면; 및
상기 도파관의 외부 부분들과 상기 개구면 사이의 간극을 통해서 RF 에너지가 빠져나가는 것을 막도록 동작가능한 RF(radio frequency) 초크;
를 포함하고,
상기 개구면은 안테나 소자들의 슬롯팅된 어레이를 가지고,
상기 슬롯팅된 어레이는:
복수의 슬롯들;
복수의 패치들;
을 포함하고,
상기 패치들 각각은 상기 복수의 슬롯들의 슬롯 위에 공동배치되되 상기 복수의 슬롯들의 슬롯과는 분리되어 패치/슬롯 쌍을 형성하고,
각각의 패치/슬롯 쌍은 상기 쌍의 상기 패치에 대한 전압의 인가를 기초로 하여 턴온 또는 턴오프되고,
상기 도파관과 상기 개구면 사이에 아무런 전기 전도성 연결이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 안테나.