KR20190042072A - 멀티-레이어 소프트웨어 정의된 안테나 및 그 제조 방법 - Google Patents

멀티-레이어 소프트웨어 정의된 안테나 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20190042072A
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Abstract

멀티-레이어 소프트웨어 제어된 안테나. 방사 패치는 가변 유전상수(VDC) 플레이트 위에 제공된다. 가변 DC 전위는 상기 VDC 플레이트의 다양한 위치에서 유효 유전상수를 제어하기 위해 상기 VDC 플레이트를 가로질러 인가된다. RF 신호는 상기 공급 패치와 지연 라인 사이에 커플링되고, 상기 지연 라인은 상기 RF 신호를 상기 방사 패치에 커플링한다. 상기 방사 패치, VDC 플레이트, 지연 라인 및 공급 패치는 상기 RF 및 DC 신호 경로를 분리하도록 상기 안테나의 다른 레이어에 각각 제공된다. 제어기는 상기 VDC 플레이트를 가로질러 인가된 상기 가변 DC 전위를 제어하도록 소프트웨어 프로그램을 실행하여, 상기 안테나의 동작 특성을 제어할 수 있다.

Description

멀티-레이어 소프트웨어 정의된 안테나 및 그 제조 방법
본 출원은 미국 임시출원 No. 62/382,489 (2016.09.01), 미국 임시출원 No. 62/382,506 (2016.09.01), 미국 임시출원 No. 62/431,393 (2016.12.07) 및 미국 특허출원 No. 15/421,388 (2017.01.31)의 우선권 이익을 주장하며, 상기 출원에 개시된 모든 내용을 원용한다.
개시된 발명은 무선 송신 및/또는 수신 안테나 및 그 제조 방법과 이와 관련된 공급 네트워크(마이크로스트립, 스트립라인 또는 기타)에 관한 것이다.
종래 개시에서, 본 발명자는 안테나의 특성을 제어하기 위해 가변 유전상수를 이용하여 개시하여, 소프트웨어 정의된 안테나를 형성할 수 있다. 이러한 안테나에 대한 상세 내용은 미국 특허 No. 7,466,269에서 찾을 수 있고, 상기 특허에 개시된 모든 내용은 참고로서 인용된다. '269' 특허에 개시된 안테나는 동작 가능하고 LCD 스크린의 상부에 방사 요소(radiating element) 및 공급 라인을 간단하게 형성하여 쉽게 제조 가능하다는 것이 판명되었다. 따라서, 본 명세서에 개시된 바와 같이, 소프트웨어 정의 안테나를 제조하는 다른 가능성을 더 조사하기 위한 추가 연구가 진행되었다.
이하 요약은 본 발명의 일부 양상 및 기능의 기본 이해를 제공하기 위함이다. 본 요약은 본 발명의 광범위한 개관이 아니며, 본 발명의 주요 또는 특정 요소를 특별히 식별하거나 본 발명의 범위를 기술하고자 하는 것은 아니다. 이 요약의 유일한 목적은 아래에 제시된 보다 상세한 설명의 서두로서 단순화된 형태로 본 발명의 일부 개념을 제시하는 것이다.
본 개시는 가변 유전상수 안테나를 위한 다양한 향상 및 발전을 제공한다. 여기에서 실시예는 개선된 안테나 어레이 및 이러한 안테나 어레이 제조 방법을 제공한다.
다양하게 개시된 실시예는 용량성으로 커플링된 공급 라인과 공급 네트워크를 방사 요소에 연결(바이어스 및 근접 커플링과 같은)하는 다른 수단을 가진 안테나를 제공한다. 상기 안테나는, 절연 기판; 상기 절연 기판의 상부 표면에 제공된 전도성 패치; 상기 절연 기판의 하부 표면에 제공된 접지면; 상기 접지면은 그 안에 구멍을 포함하고, 상기 구멍은 상기 전도성 패치 아래 정렬되도록 맞춰지고, RF 신호를 상기 구멍을 통해 상기 전도성 패치에 용량성으로 전송하도록 종단이 상기 구멍 아래 정렬되도록 맞춰진 공급 라인;을 포함한다. 다른 구성도 가능하며 이하의 예시는 선택적 솔루션을 제공하고 시스템을 가장 효과적으로 구현하는 방법에 대한 통찰력을 제공하도록 설정된다.
본 발명의 실시예는 지연 라인을 제어하기 위해 가변 유전체를 사용함으로써 소프트웨어 정의된 안테나를 제공하여, 위상 및/또는 주파수 이동을 생성할 수 있다. 위상 이동은 예를 들어 안테나의 공간 지향(spatial orientation of the antenna) 또는 극성 제어(polarization control)에 사용될 수 있다. 개시된 실시예는 이들 사이의 신호 간섭을 피하도록 안테나 및 통합 공급 설계를 분리한다. 개시된 실시예는 RF 및 DC 전위를 더 분리한다. 방사기(radiator), 통합 공급(corporate feed), 가변 유전체, 위상 이동 제어 라인 등 안테나의 다양한 요소들이 멀티-레이어 안테나 설계의 상이한 레이어에 제공되어서, 설계를 분리하고 크로스-토크(cross-talk)를 피할 수 있다.
개시된 다양한 특징들은 방사 요소 및 공급 라인 사이에서 RF 신호 커플링을 위한 새로운 배치; 신호의 주파수 및 위상 제어를 위한 배치; 멀티 레이어 안테나 및 안테나 제조 방법을 포함한다.
첨부된 도면은 본 명세서에 통합되어 본 명세서의 일부를 구성하고, 본 발명의 실시예를 예시하며, 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 도면은 예시적인 실시예의 주요 특징을 도식적으로 도시하기 위한 것이다. 도면은 실제 실시예의 모든 특징이나 설명된 요소의 상대 치수를 묘사하는 것이 아니며 실제 크기로 그려지는 것은 아니다.
도 1은 일 실시예에 따른 안테나의 평면을 도시한다.
도 2는 각 방사 요소가 수직하는 2개의 공급 라인에 의해 공급될 수 있는 다른 실시예에 따른 안테나의 평면을 도시한다.
도 3a는 일 실시예에 따른 단일 방사 요소의 평면을 도시하고, 도 3b는 일 실시예에 따른 도 3a의 방사 요소의 위치에서 안테나의 관련 섹션의 단면을 도시한다.
도 4는 다른 실시예에 따른 방사 요소의 위치에서 안테나의 관련 섹션의 단면을 도시한다.
도 5는 향상된 밴드폭을 제공하도록 설계된 다른 실시예에 따른 방사 요소의 위치에서 안테나의 관련 섹션의 단면을 도시한다.
도 6a는 단일 방사 요소의 평면을 도시한다. 도 6b는, 도 2에 도시된 것과 유사하게, 각 패치에 2개의 지연 라인이 연결된 실시예에 따라 도 6a의 방사 요소의 위치에서 안테나의 관련 섹션의 단면을 도시한다. 도 6c 및 6d는 RF 라인 바로 밑에 가변 유전체 레이어를 가진 실시예를 설명한다. 상기 RF 라인은 바이어스-T를 통해 AC 전압에 의해 활성화되는데 즉, 2개의 상이한 통합 공급 네트워크를 위한 2개의 레이어만큼 강한 충격을 제공한다. 도 6e는 2개의 상이한 주파수에서 동작하도록 사용될 수 있는 사각 패치를 도시하고, 도 6f는 표준 바이어스-T 회로를 도시한다.
도 7은 가변 유전상수 물질을 제어하기 위한 DC 전위가 전극이 필요 없도록 지연 라인에 인가되는 실시예를 도시한다.
도 8은 각 지연 라인이 상이한 극성을 전송할 수 있도록 단일 패치에 연결된 2개의 지연 라인을 가진 실시예를 도시하고, 도 8a는 도 8에 도시된 실시예의 변형을 도시한다.
도 9는 VDC 플레이트가 VDC 물질의 정의된 영역만을 포함하는 실시예를 도시하고, 도 9a는 도 9에 도시된 실시예의 변형을 도시한다.
도 10은 VDC 플레이트가 사용되지 않는 실시예를 도시한다.
본 발명의 안테나의 실시예가 도면을 참조하여 설명될 것이다. 상이한 실시예 또는 이들의 조합은 상이한 애플리케이션 또는 상이한 이점을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 달성하고자 하는 결과에 따라, 본 명세서에 개시된 상이한 특징들은 요구 사항 및 제약 조건과의 균형을 이루면서 부분적으로 또는 그 전체로, 단독으로 또는 다른 특징들과 함께 이용될 수 있다. 따라서, 소정의 이점은 다른 실시예를 참조하여 강조될 것이나, 개시된 실시예에 한정되지는 않는다. 즉, 본 명세서에 개시된 특징들은 그것들이 설명된 실시예에 한정되지 않고, 다른 특징들과 "혼합되고 매칭"될 수 있고 다른 실시예들에 포함될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 안테나(100)의 평면을 도시한다. 일반적으로, 상기 안테나는 패치 레이어, 트루 타임 지연 레이어(true time delay layer), 슬롯 접지 레이어(slotted ground layer) 및 통합 공급 레이어를 포함하며, 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다. 어떤 경우에는, 추가 레이어가 더해져서 멀티 극성, 넓은 밴드폭 등을 제공한다. 안테나의 다양한 요소들이 절연 기판 위에 인쇄되거나 증착될 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 비록 다양한 기하학적 배치로 임의 개수의 방사기가 사용될 수 있지만, 이 특정 예시에서 안테나는 방사기(110)의 4x4 어레이를 포함하고, 4x4 요소의 정사각형 배치가 일 예시로 선택되었다. 이 예시에서 각 방사기(110)는 절연 레이어(105)의 상부에 제공(예: 증착, 접착 또는 인쇄)된 전도성 패치이고, 여기에 물리적으로 또는 용량성으로 커플링된 지연 공급 라인(115)을 포함하며, 이하에서 보다 상세히 설명될 것이다. 각 지연 공급 라인(115)은 RF 신호를 해당하는 패치(110)에 제공하는 전도체이다. 상기 RF 신호는 상기 지연 라인 아래 위치한 가변 유전체 레이어를 제어함으로써 조작(예: 지연, 주파수 변화, 위상 변화)될 수 있다. 모든 지연 라인을 제어함으로써, 상기 어레이는 다른 방향을 가리키도록 만들어져서, 필요에 따라, 스캐닝 어레이를 제공할 수 있다.
도 1에서, 각 요소는 오직 하나의 공급 라인으로부터 공급된다. 그러나 도 2에 도시된 바와 같이, 각 방사 요소(210)는 예를 들어, 각각 다른 극성을 가진 수직하는 2개의 공급 라인(215, 217)에 의해 공급될 수도 있다. 여기에 제공된 설명은 두 구조 및 임의의 유사 구조에 적용 가능하다.
도 1 및 2에 도시된 안테나의 구조 및 동작은 이하의 도 3a 및 3b의 설명과 도 8을 참조하여 보다 잘 이해될 수 있다. 도 3a는 단일 방사 요소의 평면을 도시하고, 도 3b는 일 실시예에 따른 도 3a의 방사 요소의 위치에서 안테나의 관련 섹션의 단면을 도시한다. 도 8은 도 3a 및 3b의 실시예를 포함하여 여기에 설명된 모든 실시예에 적용 가능한 "투명" 평면도를 제공한다. 그래서 여기 개시된 실시예 중 어느 것을 연구하여도 독자는 더 나은 이해를 위해 도 8 역시 참조해야 한다.
상부 유전체 스페이서(305)는 일반적으로 유전체(절연) 플레이트 또는 유전체 시트의 형태이고, 유리, PET 등으로 만들어질 수 있다. 방사 패치(310)는 예를 들어 전도성 필름 접착, 스퍼터링, 인쇄 등에 의해서 상기 스페이서 위에 형성된다. 각 패치 위치에서, 비아(via)는 유전체 스페이서(305)에 형성되고 방사 패치(310)에 물리적이고 전기적으로 연결되는 콘택트(325)를 형성하기 위해 구리같은 전도성 물질로 채워진다. 지연 라인(315)은 유전체 스페이서(305)의 하부면(또는 상부 바인더(342)의 상부면)에 형성되고, 물리적이고 전기적으로 콘택트(325)에 연결된다. 즉, 상기 지연 라인(315)부터 콘택트(325)를 통해 방사 패치(310)까지 연속적인 전기적 DC 연결이 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 상기 지연 라인(315)은 구불구불한 전도성 라인이고 요구된 지연을 생성하기에 충분한 길이를 가지기 위한 임의의 형상을 가질 수 있어서, RF 신호에서 요구된 위상 이동을 야기할 수 있다.
상기 지연 라인(315)에서 지연은 가변 유전상수 물질(344)을 가진 가변 유전상수(VDC) 플레이트(340)에 의해서 제어된다. VDC 플레이트(340)를 구성하기 위한 임의의 방식이 안테나의 실시예와 함께 사용하기에 적합할 수 있지만, 특정 실시예의 간단한 예시로서 VDC 플레이트(340)는 상부 바인더(342, 예: 유리, PET 등), 가변 유전상수 물질(344, 예: 꼬인 네마틱 액정 레이어) 및 하부 바인더(346)로 구성된다. 다른 실시예에서 바인더 레이어(342, 344) 중 하나 또는 둘 다 생략될 수 있다. 대체하여, 에폭시 또는 유리 비드 같은 접착제가 상기 바인더 레이어(342 및/또는 344) 대신에 사용될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 예를 들어 꼬인 네마틱 액정 레이어를 사용할 때, 상기VDC 플레이트(340)는 상기 스페이서(305)의 하부에 증착 및/또는 접착되거나, 또는 상부 바인더(342) 위에 형성된 정렬 레이어를 또한 포함한다. 상기 정렬 레이어는 폴리미드 계열의 PVA같은 물질의 얇은 레이어가 될 수 있고, 얇은 레이어는 한정 기판(confining substrates)의 모서리에서 액정 분자의 정렬을 위해 문지르거나 자외선 경화된다.
VDC플레이트(340)의 유효 유전상수는 VDC 플레이트(340)를 가로지르는 DC 전위의 인가에 의해 제어될 수 있다. 이를 위해, 전극은 형성되고 제어 가능한 전압 전위에 연결된다. 전극을 형성하는 다양한 배치가 있는데, 몇 가지 예시가 개시된 실시예에서 보여 질 것이다. 도 3b에 도시된 배치에서, 2개의 전극(343, 347) 중 하나는 상기 상부 바인더(342)의 하부 표면에 제공되고, 하나는 상기 하부 바인더(346)의 상부 표면에 제공된다. 일 예시에서, 전극 347은 가변 전압 전위(341)에 연결되고, 전극 343은 접지에 연결된 것으로 도시된다. 다른 예시에서, 전극 343은 가변 전위(349)에 연결될 수도 있다(점선 표시). 그래서, 가변 전위(341) 및/또는 가변 전위(349)의 출력 전압을 변화시킴으로써, 전극(343, 347)에 근접한 VDC 물질의 유전상수는 바꿀 수 있고, 지연 라인(315)에 이동하는 RF 신호는 바뀔 수 있다. 가변 전위(341) 및/또는 가변 전위(349)의 출력 전압 변화는 소프트웨어를 실행하는 제어기(Ctl)를 사용하여 이루어 질 수 있다. 소프트웨어는 제어기로 하여금 가변 전위(341) 및/또는 가변 전위(349)의 적절한 출력 전압을 설정하도록 적절한 제어 신호를 출력하도록 야기한다. 그래서, 안테나의 동작 및 특성은 소프트웨어를 사용하여 제어될 수 있고, 이러한 이유로 소프트웨어 제어된 안테나이다.
이 시점에서 본 명세서에서 '접지(ground)'라는 용어의 사용은 일반적으로 수용가능한 접지 전위 즉, 지구 전위와 고정 전위 또는 유동 전위가 될 수 있는 공통 또는 참조 전위 둘 다로 언급될 수 있다는 것을 명확하게 한다. 유사하게, 도면에서 접지 기호가 사용될 때, 상호교환가능한 지구 또는 공통 전위를 의미하는 약어로서 사용된다. 그래서, 여기에서 접지 용어가 사용될 때마다, 고정 또는 유동 전위가 될 수 있는 공통 또는 참조 전위를 포함한다.
모든 RF 안테나들과 마찬가지로, 수신 및 송신은 하나의 설명이 다른 것에 동일하게 적용되도록 대칭적이다. 본 설명에서 송신을 설명하는 것이 보다 간단할 수 있으나, 수신 역시 반대 방향으로 동일하다.
송신 모드에서 RF 신호는 콘택터(365, 예: 동축 케이블 커넥터)을 통해 공급 패치(360)에 인가된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 공급 패치(360)와 지연 라인(315) 사이에 전기적 DC 연결은 없다. 그러나, 여기 개시된 실시예에서 레이어(layer)들은 RF 단락(short)이 공급 패치(360)와 지연 라인(315) 사이에 제공되도록 설계된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 후면 패널 전도성 접지(또는 공통)(355)는 후면 패널 절연(또는 유전체)(350)의 상부 표면 또는 하부 바인더(346)의 하부 표면에 형성된다. 상기 후면 패널 전도성 접지(355)는 일반적으로 안테나 어레이의 전 영역을 커버하는 전도체 레이어다. 각 RF 공급 위치에서 윈도우(DC 브레이크)(353)가 상기 후면 패널 전도성 접지(355) 내에 제공된다. 상기 RF 신호는 상기 공급 패치(360)으로부터 상기 윈도우(353)를 지나 이동하고, 상기 지연 라인(315)에 커플링된다. 수신하는 동안에는 반대로 일어난다. 그래서, DC 개방 및 RF 단락은 지연 라인(315)과 공급 패치(360) 사이에 형성된다.
일 예시에서, 후면 패널 절연체(350)는 Rogers® (FR-4 인쇄기판)으로 만들어지고 공급 패치(360)는 Rogers 위에 전도성 라인으로 형성될 수 있다. Rogers의 사용 대신 PTFE (Polytetrafluoroethylene or Teflon®) 또는 다른 저손실 물질이 사용될 수 있다.
개시된 실시예의 RF 단락(가상 초크(choke)라고도 함) 설계를 더 이해하기 위해, 도 8을 참조한다. 도 8에서는 8xx 시리즈가 사용된 것 같이 다른 시리즈를 제외하고 도면에서 유사한 요소는 같은 참조번호를 가진다. 또한, 도 8은 각 지연 라인이 다른 신호(예: 다른 극성)를 이송하도록 하나의 패치(810)에 연결된 두 개의 지연 라인을 가진 실시예를 도시한다. 이하 설명은 지연 라인 중 하나에 대한 것이며, 다른 것 역시 유사한 구조를 가질 수 있다.
도 8에서 상기 방사 패치(810)는 콘택트(825)에 의해 지연 라인(815)에 전기적으로 DC 연결된다(다른 공급을 위한 지연 라인은 817로 참조됨). 그래서, 본 실시예에서 RF 신호는 상기 지연 라인(815)으로부터 상기 콘택트(825)를 거쳐서 상기 방사 패치(810)로 직접 전송된다. 그러나, 공급 패치(860)과 지연 라인(815) 사이에는 DC 연결은 없고, RF 신호는 공급 패치(860)과 지연 라인(815) 사이에 용량성 커플링된다. 이것은 접지면(850) 내 구멍(aperture)을 통해 이루어진다. 도 3b에 도시된 바와 같이, VDC 플레이트(340)는 지연 라인(315) 밑에 위치하지만, RF 단락 구성의 보다 나은 이해를 위해 도면을 단순화하도록 도 8에는 도시되지 않았다. 상기 후면 접지면(850)은 부분적으로 윈도우(DC 브레이크, 723)를 보여주는 해치(hatch) 표시로 표현된다. 그래서, 도 8의 실시예에서 RF 경로는 방사 패치(810), 콘택트(825), 지연 라인(815), 용량성으로 윈도우(850)을 통해 공급 패치(860)이다.
RF 신호의 효율적인 커플링을 위해, 윈도우(853)의 길이("L"로 표시)는 공급 패치(860) 내에서 이동하는 RF 신호의 파장의 약 절반(λ/2)으로 설정될 수 있다. 윈도우의 폭("W"로 표시)은 파장의 1/10(λ/10)로 설정될 수 있다. 나아가, RF 신호의 효율적인 커플링을 위해, 공급 패치(860)는 윈도우(853)의 모서리를 넘어 파장의 1/4(λ/4)로 연장될 수 있다("D"로 표시). 비슷하게, 지연 라인(815)의 종단(콘택트(825)의 반대 끝)은 윈도우(853)의 모서리를 넘어 파장의 1/4(λ/4)로 연장될 수 있다("E"로 표시). 공급 패치(860) 내에서 RF 신호 이동은 지연 라인(815) 내에서 신호 이동보다 긴 파장을 가지므로, 거리 D는 거리 E 보다 길게 표현된다.
본 개시에서 파장(λ)에 관한 모든 언급은 관련 매질을 이동하는 파장을 나타내며, 파장은 설계 및 안테나 내 가변 유전체에 인가된 DC 전위에 따라 안테나의 다양한 매질을 지나면서 변화할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 8의 예시에서 상기 지연 라인과 상기 방사 패치 사이의 RF 신호 경로는 저항성 즉, 물리적인 전도성 접촉이다. 반면, 도 8a은 상기 지연 라인과 상기 방사 패치 사이의 RF 신호 경로는 용량성 즉, 이들 사이에 물리적인 전도성 접촉이 없는 변형을 도시한다. 도 8a 및 설명선에 도시된 바와 같이, 커플링 패치(810')는 방사 패치(810)와 한 벌(nest)로 제조된다. 상기 콘택트(825)는 상기 지연 라인(815)와 커플링 패치(810') 사이에 물리적인 전도성 접촉을 형성한다. 상기 방사 패치(810)과 상기 커플링 패치(810') 사이에서 RF 신호의 커플링은 짧은 유전 공간(S)을 건너가는 용량성이다. 상기 공간(S)는 단순히 공기 또는 다른 유전 물질로 채워질 수 있다. 도 8a에서 지연 라인(815)만 상기 방사 패치(810)에 용량성 커플링된 것으로 도시되지만, 이 것은 단지 도시를 위한 것이고, 지연 라인들(815, 817) 모두 상기 방사 패치(810)에 용량성 커플링된 것으로 이해해야 한다.
도 4는 상기 가변 유전상수 물질(444)에 DC 전위를 인가하기 위한 배치를 제외하고 도 3b의 실시예와 유사한 구조를 가진 다른 실시예를 도시한다. 도 4에서, 두 전극(443, 447)은 레이어(444)를 건너가는 것보다 나란히 제공된다. 상기 전극(443, 447)은 하부 바인더(446)의 상부 표면 위에 형성될 수 있다. 나머지 도 4에 도시된 안테나의 구조 및 동작은 도 3b에 도시된 것과 유사하다.
도 5는 향상된 밴드폭을 제공하고로 설계된 다른 예시를 도시한다. 도 5의 안테나의 일반적 구조는, 다른 유전체 레이어가 스페이서(514) 형태로 상기 방사 패치(510) 위에 제공된 것을 제외하고, 여기에 제공된 임의의 실시예를 따를 수 있다. 공진 패치(512)가 상기 스페이서(514)의 상부에 형성된다. 공진 패치(512)는, 좀 더 크다는 것만 제외하고 방사 패치(510)과 같은 형상이다. 즉, 사각형이면 더 큰 폭과 더 큰 길이를 가지고, 정사각형이면 더 큰 측면을 가진다. 상기 RF 신호는 방사 패치(510)과 공진 패치(512) 사이에 스페이서(514)를 지나 용량성으로 커플링된다. 이러한 배치는 방사 패치(510)만 사용하는 것보다 더 큰 밴드폭을 제공한다.
도 6a 및 6b는, 도 2에 도시된 것과 비슷하게, 각 패치에 연결된 2개의 지연 라인을 가진 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 각 지연 라인은 다른 극성을 전송할 수 있다. 하부 유전체(652)는 두 개의 공급 패치(660, 662)로 나누어지고, 각각의 상기 지연 라인(615, 617) 중 하나에 신호를 커플링한다. 상기 2개의 공급 패치(660, 662)는 상호 직각으로 배향된다. 신호 커플링은, 앞선 예시에서 도시된 바와 같이, 전도성 접지(655) 내 윈도우(653)을 통해 용량성으로 이루어진다. 다른 윈도우는 다른 면에 제공되어 본 단면도에 도시되지 않기 때문에, 도 6b에서 오직 하나의 윈도우(653)가 도시된다. 그러나, 두 윈도우의 배치가 도 8에서 보여 질 수 있다.
도 6c는 수직하는 두 공급 라인의 다른 예시를 도시한다. 이 특정 예시에서 하나의 공급 라인은 전송용으로 사용되고 다른 공급 라인은 수신용으로 사용된다. 이 실시예는 방사 패치(610) 및 공진 패치(612)와 관련하여 도시되어 있지만, 이는 반드시 필요한 것은 아니며 도 6b와의 일치를 위해 사용된다. 도 6c의 특정 예시에서 공급 패치(660)는 후면 유전체(650)의 하부에 제공되고 커넥터(665)를 거쳐 전송 라인에 커플링된다. 상기 전송 라인(665)에서 나온 신호는 공급 패치(660)으로부터 전도성 접지(655) 내 윈도우(653)을 통해 상기 방사 패치(610)에 용량성으로 커플링된다. 윈도우(653')를 가진 두번째 전도성 접지(655')는 하부면 유전체(652)의 하부에 제공된다. 두번째 하부면 유전체(652')는 두번째 전도성 접지(655') 아래에 제공되고, 공급 패치(662)는 상기 두번째 하부면 유전체(652')의 하부에 제공된다. 이 예시에서, 공급 패치 유전체(662)는 수신용으로 사용된다. 일 예시에서 방사 패치(610)은 정사각형이여서, 전송 및 수신이 같은 주파수에서 수행되지만, 다른 극성 및/또는 위상일 수 있다. 다른 예시에 따르면, 상기 방사 패치(610)는 사각형(도 6e 참조)이고, 이 경우 전송 및 수신은 다른 주파수에서 이루어질 수 있고, 같거나 다른 극성 및/또는 위상일 수 있다.
도 6d는 하나의 공급 패치가 전송용으로 사용되고 다른 공급 패치가 수신용으로 사용된 다른 예시를 도시한다. 그러나, 도 6d에서 VDC 물질의 제어는 DC 전위를 상기 지연 라인(615)에 공급함으로써 이루어진다. 이것은 예를 들어 수정된 바이어스-T 배치를 사용하여 이루어질 수 있다. 특히, 도 6f는 표준 바이어스-T 회로를 도시한다. RF+DC 노드는 상기 지연 라인(615)에 해당한다. 상기 DC 노드는 상가 가변 전압 전위(641)의 출력에 해당한다. 상기 RF 노드는 공급 패치(660, 662)에 해당한다. 도 6f에 도시된 바와 같이, 상기 RF 노드는 캐패시터(C)를 거쳐 회로에 커플링된다. 그러나, 여기에 설명된 바와 같이, 개시된 실시예에서 상기 RF 신호는 캐패시터(C)가 생략할 수 있도록 상기 지연 라인에 이미 용량성으로 커플링된다. 그래서, 안테나의 DC 측에 인덕터(I)를 통합시켜서, 수정된 바이어스-T 회로가 생성된다.
도 6d에 도시지만 다른 실시예들 중 임의 실시예에서 구현될 수 있는 다른 변형은 바인더 레이어가 제거된다. 도 6d에 도시된 바와 같이, 상기 VDC 물질은 상기 스페이서(605) 및 상기 전도성 접지(655)를 가진 후면 유전체(650) 사이에 샌드위치된다. 일 예시에서, 유리 비드(점선 표시)는 상기 스페이서(605)와 상기 전도성 접지(655)를 가진 후면 유전체(650) 사이의 적절한 분리를 유지하도록 VDC 물질(644) 내에 산재될 수 있다. 물론, 유리 비드는 바인더 레이어가 사용될 때에도 사용될 수 있다.
도 7은 전극이 필요하지 않도록 가변 유전상수 물질을 제어하기 위한 DC 전위가 지연 라인에 인가되는 실시예를 도시한다. 바이어스-T는 RF 신호와 DC 신호를 분리하기 위해 사용될 수 있다. 즉, 두 전극(예: 전극(343) 및 전극(347))은 생략된다. 대신, 가변 전압 전위 공급기(741)의 출력은 상기 지연 라인(715)에 직접 연결되고, 지연 라인(715)과 후면 전도성 접지(755) 사이에 DC 전위를 만든다. 그래서, 지연 라인은, 상기 VDC 물질(744)의 유전상수를 바꾸도록 DC 전압 전위를 수용하고, RF 신호를 공급 패치(760, 762)에 용량성 커플링하는 두 가지 기능을 가진다.
실시예의 개시로부터 이해할 수 있듯이, 공통 요소를 가진 다양한 안테나가 구성될 수 있다. 안테나는, 절연 스페이서; 상기 절연 스페이스 위에 제공된 적어도 하나의 방사 배치; 상기 각 방사 배치는 상기 절연 스페이서의 상부 표면에 제공된 전도성 패치, 상기 절연 스페이서의 하부 표면에 제공된 지연 라인, 및 전도성 물질로 만들어져서 상기 전도성 패치와 지연 라인 사이에 상기 절연 스페이스 내 윈도우를 거쳐 전기적 DC 연결을 제공하는 콘택트를 포함하고, 가변 유전상수(VDC) 플레이트; 후면 절연체; 상기 후면 절연체의 상부 표면에 제공된 후면 전도성 접지; 및 적어도 하나의 방사 배치 각각을 위한 RF 커플링 배치;를 포함하고, 상기 RF 커플링 배치는, 상기 후면 전도성 접지에 형성된 윈도우 및 상기 후면 절연체의 하부 표면 위에 상기 윈도우를 중첩하는 방향으로 제공된 전도성 RF 공급 패치를 포함한다. 몇몇 실시예에서 전극은 상기 VDC 플레이트의 선택된 영역에서 상기 유전상수를 제어하기 위해 제공되고, 다른 실시예에서 지연 라인은 이러한 목적으로 사용된다. 몇몇 실시예에서 상기 전도성 패치는 공기로부터 RF 신호를 커플링하도록 사용되고, 다른 실시예에서 공기로부터 RF 신호를 커플링하도록 사용되는 더 큰 다른 패치에 RF 에너지를 커플링하도록 사용된다. 상기 패치의 크기는 요구되는 RF 파장에 따라 구성된다. 상기 RF 파장은 윈도우, 지연 라인 및 공급 패치의 적절한 크기에 의해서 상기 RF 커플링을 최적화하도록 사용될 수도 있다.
상기 VDC 플레이트는 VDC 물질의 개별적인 픽셀로 분할될 수 있다. 평면 패널 스크린의 LCD 패널은 상기 VDC 플레이트용으로 사용될 수 있다. VDC 픽셀은 상기 전극 또는 상기 지연 라인의 적용 범위에 따라 그룹화될 수 있다. 다른 실시예에서 상기 VDC 물질은 상기 전극 또는 지연 라인에 의해서 제어되는 영역에만 제공된다. 도 9는 상기 VDC 플레이트(940)가 VDC 물질의 정의된 영역만을 포함하는 예시를 도시한다. VDC 영역 942는 지연 라인 915 아래 보이고, VDC 영역 944는 지연 라인 917 아래에 보인다. 각 VDC 영역은 하나의 연속적인 VDC 물질이거나 또는 픽셀로 나누어질 수 있다. 생산의 용이성을 위해 VDC 플레이트(940)의 전 영역은 VDC 물질의 픽셀을 포함할 수 있다. 도 9a는 도 8a에 도시된 것과 유사하지만, 나머지는 도 9에 도시된 바와 동일하게 커플링 패치(910')를 통해 상기 방사 패치(910)에 대한 상기 지연 라인(915)의 용량성 커플링을 도시한다.
여기 개시된 특징들은 위상 및/또는 주파수의 변화가 필요 없을 때에도 안테나를 형성하도록 구현될 수 있다. 도 10은 VDC 플레이트가 사용되지 않은 실시예를 도시한다. 도 10의 실시예에서, 안테나는 절연 기판(1080) 및 상기 절연 기판(1080)의 상부 표면에 제공된 전도성 패치(1010)를 포함한다. 지면(1055)은 상기 절연 기판(1080)의 하부 표면에 제공되고, 상기 접지면은 그 안에 구멍(1053)을 포함한다. 상기 구멍은 상기 전도성 패치(1010) 아래에 정렬되도록 맞춰진다. 공급 라인(1060)은 RF 신호를 상기 구멍(1053)을 통해 상기 전도성 패치(1010)에 용량성으로 전송하기 위해 상기 구멍(1053) 아래에 정렬되도록 맞춰진 종단(terminative end)을 가진다. 후면 유전체는 상기 접지면(1055)와 상기 공급 라인(1060) 사이에 제공된다. 커넥터(1065)는 RF 신호를 상기 공급 라인(1060)에 송수신하도록 사용된다.
각 실시예가 특정 구성 및 요소에 관하여 설명된 다양한 실시예가 상술 되었다. 그러나, 일 실시예의 특징 및 요소는 다른 실시예의 다른 특징 및 요소와 관련하여 사용될 수 있다는 것을 이해해야 하고, 모든 교환(permutations)이 혼란을 피하기 위해 명시적으로 설명된 것은 아니지만, 설명은 이러한 가능성을 포함하도록 의도된다.
일반적으로, 멀티-레이어, 소프트웨어 제어된 안테나가 제공된다. 상기 안테나는 절연 플레이트 위에 방사 패치를 포함한다. 지연 라인은 절연 플레이트의 하부에 제공되고 상기 방사 패치에 RF 커플링된 일단을 가진다. 상기 전기적 커플링은 물리적인 전도성 접촉에 의해서 또는 그들 사이에 물리적인 전도성 접촉없이 근접 커플링에 의해서 이루어 진다. 가변 유전상수(VDC) 플레이트는 상기 지연 라인 아래 제공된다. 접지면은 VDC 플레이트의 하부에 제공되고, 상기 접지면은 그 안에 구멍을 포함하고, 상기 구멍은 상기 방사 패치 아래에 정렬되도록 맞춰진다. 상기 구멍 아래에 정렬되도록 맞춰진 종단을 가진 공급 라인은 RF 신호를 상기 구멍을 통해 상기 전도성 패치에 용량성 전송하기 위해 상기 접지면 아래에 제공된다. 전기적 절연은 상기 공급 라인과 상기 접지면 사이에 제공된다. 예를 들어, 후면 유전체 플레이트는 상기 공급 라인과 상기 접지면 사이에 제공될 수 있다. 몇몇 실시예에서 두 번째 공급 라인은 RF신호를 상기 접지면에 제공된 다른 구멍을 통해 또는 두번째 분리된 접지면을 통해 지연 라인에 커플링할 수 있도록 제공된다.
향상된 밴드폭을 얻기 위해, 공진 패치는 상기 방사 패치 위에 제공될 수 있고, 몇몇 실시예에서 절연 스페이서는 상기 방사 패치와 상기 공진 패치 사이에 제공될 수 있다. 몇몇 실시예에서 전극은 상기 VDC 플레이트에 제공된다. 상기 전극은 제어기(controller)에 연결될 수 있는 가변 전압 전위원에 커플링된다. 다른 실시예에서 상기 VDC 플레이트는 DC 전위를 상기 지연 라인에 인가함으로써 제어된다. DC 전위를 상기 지연 라인에 인가하는 것은 수정된 바이어스-T를 사용하여 구현될 수 있고, 상기 공급 라인, 접지 플레이트, VDC 플레이트 및 지연 라인은 상기 바이어스-T의 RF 레그(leg)를 형성한다. DC 레그(leg)는 중간 인덕터(도 6D참조)를 통해 상기 지연 라인에 커플링될 수 있다.
여기에 설명된 프로세스 및 기술은 본질적으로 임의의 특정 장치와 관련이 없으며, 구성요소의 임의의 적합한 조합에 의해 구현될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 다양한 유형의 범용장치가 본 명세서에 개시된 가르침에 따라 사용될 수 있다. 본 발명은 모든 면에서 제한적이기보다는 예시적인 것으로 의도된 특정 예시와 관련하여 설명되었다. 당업자라면 다른 많은 조합이 본 발명을 실시하기에 적합함을 알 것이다.
또한, 본 발명의 다른 구현예는 본 명세서에 개시된 본 발명의 명세서 및 실시의 고려로부터 당업자에게 명백해질 것이다. 기술된 실시예의 다양한 양태들 및/또는 구성 요소들은 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 본 명세서 및 실시 예는 단지 예시적인 것으로 간주되어야하며, 본 발명의 진정한 범위 및 사상은 다음의 청구 범위에 의해 표시된다.

Claims (20)

  1. 절연 기판;
    상기 절연 기판의 상부 표면에 제공된 전도성 패치;
    상기 절연 기판 아래에 제공된 접지면;
    상기 접지면은, 그 안에 구멍을 포함하고,
    상기 구멍은, 상기 전도성 패치 아래에 정렬되도록 맞춰지고,
    RF 신호를 상기 구멍을 통해 상기 전도성 패치에 용량성 커플링되도록 상기 구멍 아래 정렬되도록 맞춰진 종단을 가진 공급 라인을 포함하는 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전도성 패치 아래 제공되고 콘택트를 거쳐 상기 패치에 연결되는 지연 라인을 더 포함하는 안테나.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 패치와 상기 접지면 사이에 제공된 가변 유전상수(VDC) 레이어를 더 포함하는 안테나.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가변 유전상수 레이어는 액정을 포함하는 안테나.
  5. 청구항 3에 있어서,
    전극 및 상기 전극에 연결된 DC 라인을 더 포함하는 안테나.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 구멍은 상기 공급 라인에서 이동하는 RF 신호의 파장의 약 절반 길이(L)를 가진 안테나.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 구멍은 상기 공급 라인에서 이동하는 RF 신호의 파장의 약 1/10 폭(W)을 가진 안테나.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 공급 라인의 종단은 상기 구멍을 넘어서 상기 공급 라인에서 이동하는 RF 신호의 파장의 약 절반 거리(D)로 연장된 안테나.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 지연 라인의 종단은 상기 구멍을 넘어서 상기 공급 라인에서 이동하는 RF 신호의 파장의 약 절반 거리(D)로 연장된 안테나.
  10. 청구항 2에 있어서,
    상기 지연 라인에 연결된 DC 라인을 더 포함하는 안테나.
  11. 청구항 3에 있어서,
    상기 가변 유전상수 레이어는 가변 유전상수 물질의 픽셀을 포함하는 안테나.
  12. 청구항 3에 있어서,
    상기 가변 유전상수 레이어는 상부 바인더 레이어, 하부 바인더 레이어, 및
    상부 바인더 레이어와 하부 바인더 레이어 사이에 샌드위치된 가변 유전상수 물질을 포함하는 안테나.
  13. 청구항 3에 있어서,
    상기 전도성 패치 위에 제공된 유전체 커버를 더 포함하고,
    상기 유전체 커버의 상부에 제공된 방사 패치는 상기 전도성 패치와 정렬되는 안테나.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 방사 패치는 상기 전도성 패치보다 더 큰 안테나.
  15. 절연 스페이서;
    상기 절연 스페이스 위에 제공된 적어도 하나의 방사 배치;
    상기 적어도 하나의 방사 배치 각각은, 상기 절연 스페이서의 상부 표면에 제공된 전도성 패치, 상기 절연 스페이서의 하부 표면에 제공된 적어도 하나의 지연 라인, 및 전도성 물질로 만들어지고 상기 전도성 패치와 지연 라인 사이에 상기 절연 스페이스 내 윈도우를 거쳐 전기적 DC 연결을 제공하는 해당 콘택트를 포함하고,
    가변 유전상수(VDC) 플레이트;
    후면 절연체;
    상기 후면 절연체의 상부 표면에 제공된 후면 전도성 접지; 및
    상기 적어도 하나의 방사 배치 각각을 위한 RF 커플링 배치;를 포함하고,
    상기 RF 커플링 배치는, 상기 후면 전도성 접지에 형성된 윈도우 및 상기 후면 절연체의 하부 표면 위에 상기 윈도우를 중첩하는 방향으로 제공된 전도성 RF 공급 패치를 포함하는 안테나.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 VDC 플레이트의 선택된 영역에서 유전상수를 제어하도록 구성된 전극을 더 포함하는 안테나.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 후면 절연체는 Rogers 또는 PTFE 물질을 포함하는 안테나.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 절연 스페이서는 PET를 포함하는 안테나.
  19. 청구항 15에 있어서,
    상기 RF 공급 패치에 수직하고 상기 후면 전도성 접지에 형성된 두번째 윈도우에 중첩되는 방향으로 배향된 두번째 RF 공급 패치를 포함하는 안테나.
  20. 청구항 15에 있어서,
    상기 지연 라인은 구불구불한 전도성 라인을 포함하는 안테나.
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