KR20190118832A - 안테나 및 단위 셀 구조 - Google Patents

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KR20190118832A KR1020180042225A KR20180042225A KR20190118832A KR 20190118832 A KR20190118832 A KR 20190118832A KR 1020180042225 A KR1020180042225 A KR 1020180042225A KR 20180042225 A KR20180042225 A KR 20180042225A KR 20190118832 A KR20190118832 A KR 20190118832A
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김현진
고승태
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이영주
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 개시는 안테나 및 단위 셀 구조에 관한 것으로서, 예를 들면, 적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 안테나가 구비된 전자 장치에 관한 것이다.
본 개시의 일 실시예에 따르면, 안테나 장치로서, 적어도 하나의 단위 셀(unit-cell)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 단위 셀은, 유전율을 갖는 부재로 구성되는 유전체; 및 상기 유전체의 상면 및 하면을 관통하는 천공부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공 한다.

Description

안테나 및 단위 셀 구조{STRUCTURE OF ANTENNA AND UNIT-CELL}
본 개시는 안테나 및 단위 셀 구조에 관한 것으로서, 예를 들면, 적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 안테나가 구비된 전자 장치에 관한 것이다.
전자 장치는 저장된 정보를 음향이나 영상으로 출력할 수 있다. 전자 장치의 집적도가 높아지고, 초고속, 대용량 무선통신이 보편화되면서, 최근에는, 이동통신 단말기와 같은 하나의 전자 장치에 다양한 기능이 탑재될 수 있다. 예를 들면, 통신 기능뿐만 아니라, 게임과 같은 엔터테인먼트 기능, 음악/동영상 재생과 같은 멀티미디어 기능, 모바일 뱅킹 등을 위한 통신 및 보안 기능, 일정 관리나 전자 지갑 등의 기능이 하나의 전자 장치에 집약되고 있다.
전자 장치 내에 실장된 통신 장치에 있어서, 4G(4 세대) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 차세대 통신 시스템, 예컨대, 차세대(예: 5 세대) 통신 시스템 또는 pre-차세대 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 차세대 통신 시스템은 밀리미터파(mm Wave)와 같은 초고주파 대역(수십 GHz 대역, 예를 들어, 6GHz 이상, 300GHz 이하 대역)에서의 구현되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파(radio wave)의 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 차세대 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 어레이 다중입출력(massive multi-input multi-output: massive MIMO), 전차원 다중입출력(full dimensional MIMO: FD-MIMO), 안테나 어레이(antenna array), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 개발되고 있다.
차세대 통신(예: 밀리미터파 통신)에 이용되는 안테나 구조에서는 고주파 특성에 의해 주변 환경의 영향을 받을 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 비용적인 측면과 설계적인 측면에서 효율적인 안테나의 단위 셀을 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 안테나가 가용할 수 있는 위상의 범위를 넓힐 수 있는 안테나의 단위 셀의 구조를 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 외부 환경(예컨대, 바람, 비 등)의 영향에 따른 민감도 감소시킬 수 있는 안테나의 단위 셀의 구조를 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는, 적어도 하나의 단위 셀(unit-cell)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 단위 셀은, 유전율을 갖는 부재로 구성되는 유전체; 및 상기 유전체의 상면 및 하면을 관통하는 천공부; 를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 안테나 장치는 상기 유전체의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 위치하는 도체부; 를 더 포함 할 수 있다.
상기 도체부는 적어도 하나의 금속 또는 상기 적어도 하나의 금속의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 유전체의 중심점과 상기 천공부의 중심점은 동일한 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 천공부는 유전체의 외측과 내측 사이에 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 안테나 장치는 상기 유전체의 외측과 내측 사이를 연결하는 연결부; 를 더 포함할 수 있다.
상기 유전체의 내측의 상면 및 하면을 관통하는 내측 천공부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 천공부는 "
Figure pat00001
", "
Figure pat00002
", 또는 "
Figure pat00003
"의 형태인 적어도 하나의 홀을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 안테나는 렌즈 안테나임을 특징으로 할 수 있다.
상기 적어도 하나의 단위 셀은 상기 안테나의 일측에, 동일한 중심점을 기준으로 대칭되는 닫힌 루프(closed loop) 형태로 배치됨을 특징으로 할 수 있다.
상기 안테나 장치는, 배열 안테나를 더 포함하고, 상기 배열 안테나의 출력은 상기 적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 렌즈 안테나에 입력되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는, 적어도 하나의 단위 셀(unit-cell)을 포함하고, 상기 적어도 하나의 단위 셀은, 유전율을 갖는 부재로 구성되는 유전체; 및 상기 유전체의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 위치하는 도체부; 를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 안테나 장치는 상기 유전체의 상면 및 하면을 관통하는 천공부; 를 더 포함할 수 있다.
상기 천공부는 상기 유전체의 외측과 상기 유전체의 내측 사이에 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 안테나 장치는 상기 적어도 하나의 단위 셀은 상기 유전체의 외측과 상기 유전체의 내측 사이를 연결하는 연결부; 를 더 포함 할 수 있다.
상기 안테나 장치는 상기 유전체의 내측의 상면 및 하면을 관통하는 내측 천공부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
상기 천공부는 "
Figure pat00004
", "
Figure pat00005
", 또는 "
Figure pat00006
"의 형태인 적어도 하나의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 렌즈 안테나에 구비되는 단위 셀(unit-cell)은, 유전율을 갖는 부재로 구성되는 유전체; 및 상기 유전체의 상면 및 하면을 관통하는 천공부; 를 포함할 수 있다.
상기 단위 셀은 상기 유전체의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 위치하는 도체부; 을 더 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 렌즈 안테나에 구비되는 단위 셀(unit-cell)로서, 유전율을 갖는 부재로 구성되는 유전체; 및 상기 유전체의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 위치하는 도체부; 을 포함할 수 있다.
상기 단위 셀은 상기 유전체의 상면 및 하면을 관통하는 천공부; 를 더 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 안테나의 위상 에러(phase error)를 감소시킬 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 안테나의 안테나 이득을 높일 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 안테나의 유전 손실(dielectric loss)를 감소시킬 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 안테나의 바람, 비 등의 외부 환경 민감도를 감소시킬 수 있다.
도 1은 전자 장치와 기지국이 포함되는 무선 통신 환경의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 전자 장치(101)에 구비되는 통신 안테나의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 렌즈 안테나의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 안테나의 단위 셀을 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 안테나의 단위 셀을 나타내는 예시도이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 안테나의 단위 셀을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도체부의 크기와 단위 셀이 가용할 수 있는 위상 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 안테나의 단위 셀을 나타내는 평면도이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 안테나의 단위 셀을 나타내는 사시도이다.
도 10a 내지 도 10f는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 안테나의 단위 셀을 나타내는 단면도이다.
도 11a 내지 도 11c는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 적어도 하나의 단위 셀이 렌즈 안테나에 배치되는 형태를 나타내는 예시도이다.
도 12a 및 도 12b는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 적어도 하나의 단위 셀이 렌즈 안테나에 배치되는 형태를 나타내는 예시도이다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 신호가 렌즈 안테나를 통과한 결과를 나타내는 예시도이다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 신호가 렌즈 안테나를 통과한 결과를 나타내는 예시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 개시의 실시예를 상세하게 설명한다. 하기에서 본 개시를 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 개시에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 개시의 자세한 설명에 앞서, 명세서 전체에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.
구성요소들과 "부"들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 "부"들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 "부"들로 더 분리될 수 있다.
한편, 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 개시의 다양한 실시예들은 안테나의 성능을 향상시키는 방법을 제안한다.
본 개시의 다양한 실시예들은 평면형 렌즈(Lens) 안테나의 방사 성능 및/또는 안테나 이득을 향상시키는 방법을 제안한다.
본 개시의 다양한 실시예들은 방사 성능 및/또는 안테나 이득을 향상시키기 위하여 유전체, 구멍(hole), 도체부를 포함하는 단위 셀(unit-cell)을 적어도 하나 이상 포함하는 안테나를 제안한다.
도 1은 전자 장치와 기지국이 포함되는 무선 통신 환경의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 다양한 실시예들이 적용될 수 있는 무선 통신 환경(100)은 전자 장치(101)와 적어도 하나의 기지국들(102, 103, 104)을 포함할 수 있다. 한편, 상기 전자 장치(101)는 상기 적어도 하나의 기지국들(102, 103, 104)과 통신을 수행할 수 있다. 다만, 도 1은 설명의 편의를 위하여 상기 무선 통신 환경(100)이 3개의 기지국(102, 103, 104)만을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 상기 무선 통신 환경(100)이 포함하는 기지국들의 개수 또는 상기 전자 장치(101)와 통신 가능한 기지국들의 개수는 이에 한정되지 아니한다. 또한, 상기 무선 통신 환경(100)은 기지국 이외의 상기 전자 장치(101)와 통신 가능한 다른 네트워크 엔티티(network entity)를 더 포함할 수 있다.
도 1에서의 전자 장치(101)는, 일 예로, 가입자의 가입자의 댁내(구내)에 설치되어 통신 사업자의 종단 지점과 연결되는 모든 단말과 관련 장비를 일컫는 고객 댁내 장치(CPE; Customer-Premises Equipment) 또는 고객 자급 장치(CPE; Customer-Provided Equipment)일 수 있다. 예컨대, 상기 고객 댁내 장치(CPE)는 통신 서비스 사업자의 서비스에 연결하고 LAN(Local Access Network)을 통하여 집안 내에서 서비스를 사용할 수 있게 하는 제품으로 보통 전화, 라우터, 스위치, 주거용 게이트웨이(Residential Gateways, RG), 셋톱 박스, 유무선 통합(fixed mobile convergence) 제품, 홈 네트워킹 어댑터, 인터넷 접근 게이트웨이 등을 의미할 수 있다. 다른 예로, 상기 전자 장치(101)는 사용자 장치(UE; User Equipment), 단말 장치(terminal device), 기지국(base station), 또는 다른 네트워크 엔티티(network entity)일 수 있다.
도 2는 전자 장치(101)에 구비되는 통신 안테나의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 통신 안테나(200)는 배열 안테나(array antenna)(211)와 렌즈 안테나(lens antenna)(212)를 포함한다. 한편, 상기 통신 안테나(200)는, 일 예로, 도 1을 참조하여 전술한 전자 장치(101)에 구비될 수 있다.
여기서, 배열 안테나(211)는 전파를 송신하고 수신하는 역할을 하는 장치로서, 일 예로, 선형 배열 안테나(linear array antenna), 평면 배열 안테나(planar array antenna), 비평면 배열 안테나(nonplanar array antenna), 고정 배열 안테나(fixed array antenna), 위상 배열 안테나(phased array antenna) 등을 포함할 수 있다. 또한, 상기 배열 안테나(211)는 특수한 구조를 갖는 안테나 배열에서 개개의 안테나 소자가 입력신호를 수신하여 얻은 정보를 이용하여, 기설정된 알고리즘(algorithm)에 의해 자동으로 안테나의 빔패턴을 최적화하는 시스템을 포함할 수 있다. 이러한 배열 안테나 시스템은 수신한 신호로부터 산출한 파라미터 값을 이용하여 원하는 단말기로는 최대 이득을 주고 원치 않는 방향으로는 최소 이득을 주는 이상적인 빔을 제공할 수 있다. 그러나, 이상적인 빔특성 제공을 위해서는 각 배열 안테나와 안테나 소자간 RF 경로(path)의 위상 특성이 동일하게 보정되어야 하고 이를 보정하는 기술로서, 일 예로, 캘리브레이션(calibration) 기술이 이용될 수 있다. 여기서, 캘리브레이션 기술은 (안테나) 특성을 조절하여 일정한 기준에 일치시키려는 작업을 일컫을 수 있다.
배열 안테나(211)에서 전송되는 신호(파장)는 배열 안테나의 중심(또는 상기 배열 안테나와 대응되도록 배치된 렌즈 안테나의 중심)으로부터 거리가 멀어질수록 위상이 커지는 경향이 있을 수 있다. 이에 따라, 배열 안테나(211)만을 이용하는 경우 본래 전송하려는 신호와의 위상차(phase difference)가 발생하거나, 안테나 이득(antenna gain)이 감소하는 경우가 발생할 수 있다. 여기서, 안테나 이득이라 함은 전파 빔을 원하는 방향으로 모아서 보냄으로써 실제적으로 전파를 수신하는 영역에서의 전력 밀도가 증가하는 효과를 의미할 수 있다. 한편, 여기서 말하는 위상이라 함은 싸인(sin)파 또는 코싸인(cos)파가 지연(delay)되는 정도를 의미할 수 있다.
렌즈 안테나(212)는 전자기파(EM波; electromagnetic wave)의 평면 파두(波頭; planar wave front)를 한 초점에 맞추거나, 또는 반대로, 하나의 점원(點源; point source)으로부터 발산하는 구면파(球面波; spherical wave)를 평면파(平面波; plane wave)로 방사하는 안테나일 수 있다.
한편, 도 2는 통신 안테나(200)가 배열 안테나(array antenna)(211)와 렌즈 안테나(lens antenna)(212)를 포함하는 경우를 도시한다. 상기 렌즈 안테나(212)에서 전송되는 신호(파장)는 상기 렌즈 안테나(212)의 중심으로부터 거리가 멀어질수록 위상이 작아지게 되는 경향 또는 위상이 지연되는 정도가 작아지는 경향이 있을 수 있다. 따라서, 일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이 배열 안테나(211)와 렌즈 안테나(212)를 연속적으로 배열된 (또는 상기 렌즈 안테나(212)가 상기 배열 안테나(211)의 전방에 설치된) 통신 안테나(200)를 이용하여 신호를 전송(송출)하는 경우, 안테나 중심으로부터 거리가 달라지더라도 동일한 위상을 갖는 신호를 송신할 수 있다. 이를 통하여, 공간상에 전자기파의 위상 특성(phase profile)을 동위상으로 변환시켜 안테나 이득을 높이는 효과를 얻을 수 있다. 다시 말해, 배열 안테나(211)와 렌즈 안테나(212)를 포함하는 통신 안테나(200)를 이용하여 직진 형태로 신호를 방출할 수 있다.
도 2를 참조하면, 첫 번째 그래프(221)는 배열 안테나(211)로부터 송출되는 신호가 렌즈 안테나(212)의 위치를 기준으로 상기 렌즈 안테나(212)의 중심으로부터의 거리(도 2의 'n')가 멀어질수록 위상이 커지게 되는 경향을 도시한다. 예컨대, 상기 첫 번째 그래프(221)는 상기 렌즈 안테나(212)가 없다고 가정하고, 상기 렌즈 안테나(212)가 배치될 위치에서, 상기 배열 안테나(211)로부터 송출되는 신호가 상기 렌즈 안테나(212)의 중심으로부터의 거리가 멀어질수록 위상이 커지게 되는 것을 나타낼 수 있다. 다른 예로, 상기 첫 번째 그래프(221)는 상기 배열 안테나(211)에서 송출된 신호가 렌즈 안테나(212)에 도달하기 직전에 측정된 결과를 나타내는 그래프일 수 있다.
두 번째 그래프(222)는 렌즈 안테나(212)에 입사된 신호가 상기 렌즈 안테나(212)의 중심으로부터 거리(도 2의 'n')가 멀어짐에 따라, 상기 입사된 신호가 상기 렌즈 안테나(212)를 통과 또는 투과한 신호의 위상이 작아지게 되는 경향(또는 위상이 지연되는 정도가 작아지게 되는 경향)을 도시한다. 예컨대, 상기 두 번째 그래프(222)는 상기 렌즈 안테나(212)의 성질을 나타낼 수 있으며, 상기 렌즈 안테나(212)의 종류에 따라 변할 수 있다.
세 번째 그래프(223)는 배열 안테나(211)에서 송출된 신호가 렌즈 안테나(212)를 통과 또는 투과하는 경우 얻을 수 있는 신호의 경향을 도시한다. 예컨대, 상기 세 번째 그래프(223)는 상기 배열 안테나(211)와 상기 렌즈 안테나(212)를 포함하는 통신 안테나(200)를 이용하는 경우 동위상 신호가 송출됨을 나타낼 수 있다. 또한, 상기 세 번째 그래프(223)는 상기 배열 안테나(211)와 상기 렌즈 안테나(212)를 포함하는 상기 통신 안테나(200)를 이용하는 경우 안테나 이득(antenna gain)을 얻을 수 있음을 나타낸다. 여기서, 안테나 이득이라 함은 전파 빔을 원하는 방향으로 모아서 보냄으로써 실제적으로 전파를 수신하는 영역에서의 전력 밀도가 증가하는 효과를 의미할 수 있다. 상기 렌즈 안테나(212)는 상기 배열 안테나(211)에서 송출되는 신호의 위상을 보상해주는 역할을 수행할 수 있다. 다시 말해, 상기 배열 안테나(211)와 상기 렌즈 안테나(212)를 포함하는 상기 통신 안테나(200)는, 상기 렌즈 안테나(212)의 중심으로부터 거리가 다름에 상관 없이 동일한 위상(φ)을 갖는 신호를 송출할 수 있다.
도 3은 렌즈 안테나의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 렌즈 안테나(300)는 적어도 하나의 단위 셀(unit-cell)(311, 312, 313,...)을 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 적어도 하나의 단위 셀(311, 312, 313,...)과 상기 렌즈 안테나(300)의 기판은 화학적 및/또는 물리적 결합에 의하여 서로 결합될 수 있다. 한편, 도 3의 렌즈 안테나(300)는, 일 예로, 도 1의 전자 장치(101)에 구비될 수 있으며, 도 2의 렌즈 안테나(212)일 수 있다.
예컨대, 단위 셀(311, 312, 313,...)이 커버할 수 있는 위상의 범위는, 1층 구조의 단위 셀의 경우 약 50°, 2층 구조의 단위 셀의 경우 약 170°, 3층 구조의 단위 셀의 경우 약 300°, 5층 구조의 단위 셀의 경우 약 360°의 범위를 커버할 수 있다. 여기서, 단위 셀이 몇 층 구조인지 여부는 단위 셀(311, 312, 313,...)을 구성하는 평판(또는 기판)의 개수를 기반으로 결정될 수 있다.
한편, 안테나의 설계 측면에서 비교적 성능 저하가 없다고 하기 위해서는 안테나가 가용(커버)할 수 있는 위상의 범위가 약 300°가 되어야 한다. 즉, 약 300°의 위상 범위를 커버할 수 있는 3층 구조의 단위 셀을 필요로 한다. 다만, 비용적인 측면에서 단위 셀의 층수가 낮을수록 비용 절감이 가능하다는 점을 고려하여, 본 개시는 1층 또는 2층 구조의 단위 셀(또는 복수의 단위 셀을 포함하는 렌즈 안테나)이 커버할 수 있는 위상의 범위를 넓이는 기술을 제안한다.
다시 말해, 본 개시는 이하 다양한 단위 셀 구조에 대하여 제안한다.
도 4는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 안테나의 단위 셀을 나타내는 예시도이다.
도 4를 참조하면, 안테나의 단위 셀(unit-cell)(400)은 일 실시예에 따라 유전체(411)로 구성되는 셀(cell)일 수 있다. 여기서, 유전체(411)는 외부 전기장에 반응하여 전기쌍극자를 만드는 물질로 구성될 수 있으며, 예컨대, PCB(printed circuit board) 기판으로 사용할 수 있는 물질(예; FR-4(flame retardant 4), Teflon, PTFE(polytetrafluoroethylene) 등), 인쇄 가능한 합성수지(Poly Carbonate, PE(Poly Ethylene), PT 등), 세라믹(LTCC; Low Temperature Co-fired Ceramic) 등으로 구성될 수 있다. 다만, 상기 유전체(411)를 구성하는 물질의 종류는 전술한 내용에 한정되지 아니한다.
도 4의 그래프(420)는 유전체(411)를 포함하는 단위 셀(400)의 유전율(permittivity)과, 임의의 입사파가 상기 유전체(411)를 포함하는 단위 셀(400)를 통과 또는 투과했을 때의 상기 신호의 위상(phase)[degree](또는, "단위 셀이 가용할 수 있는 위상"라고 칭한다.) 사이의 관계를 나타낸다. 도 4의 그래프(420)를 참조하면, 유전체(411)의 유전율이 높아질수록 상기 단위 셀(400)이 가용할 수 있는 위상이 점점 커지는 것을 알 수 있다. 다시 말해, 상기 유전체(411)의 유전율과 상기 단위 셀(400)이 가용할 수 있는 위상의 절대값의 크기는 서로 비례함을 알 수 있다.
도 4의 그래프(420)를 참조하면, 유전체(411)의 유전율이 1.0인 경우에는 입사파가 상기 단위 셀(400)을 투과(통과)했을 때의 위상은 약 0°에 해당되며, 상기 유전체(411)의 유전율이 3.5인 경우에는 입사파가 상기 단위 셀(400)을 투과했을 ?의 위상은 약 (-)170°에 해당될 수 있다. 한편, 도 4의 그래프(420)에 기재된 값들은 일 예에 따른 테스트 결과를 나타내기 위한 것에 불과하므로, 유전체(411)의 유전율에 대응되는 위상(phase)은 상기 도 4의 그래프(420)에 기재된 바와 다를 수 있음은 자명한 사실이다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 안테나의 단위 셀을 나타내는 예시도이다.
도 5를 참조하면, 안테나의 단위 셀(unit-cell)(510)은 일 실시예에 따라 천공부(512)를 포함하는 유전체(511)를 포함하는 셀(cell)일 수 있다. 여기서, 상기 천공부(512)는 상기 단위 셀(510)의 상면과 하면을 관통하는 구멍, 홀(hole), 관통홀, 중공, 빈 공간, 에어(air) 등으로 대체하여 칭할 수 있다.
유전체(511)의 외형은, 일 예로, 도 5에 도시된 바와 같이 상면에서 보아, 정방형 또는 장방형으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 유전체(511)의 외형은 육면체 모양으로 형성된 유전체의 중심에 육면체 모양의 천공부(512)를 형성하여, 상기 유전체(511)를 상면에서 보면 상기 유전체(511)의 상면의 중심에 정방형 또는 장방형의 천공부(512)가 위치하고, 상기 유전체(511)가 상기 천공부(512)를 둘러싸는 형태의 정방형 또는 장방형으로 형성될 수 있다.
천공부(512)는, 일 예로, 도 5에 도시된 바와 같이 상면이 사각형으로 형성될 수 있다. 다른 예로, 상기 천공부(512)는 상면이 다각형, 원형, 링 등의 다른 모양으로 형성될 수 있다.
천공부(512)는, 일 예로, 단위 셀(510) 또는 유전체(511)의 모양에 대응되거나 동일한 모양일 수 있다. 예컨대, 상기 천공부(512)는 정방형 또는 직방형의 단위 셀(510) 또는 유전체(511)에 형성되는 정방형 또는 직방형의 홀(hole)을 포함할 수 있다. 또는, 상기 천공부(512)는 정방형 또는 직방형의 단위 셀(510) 또는 유전체(511)의 중심이 아닌 엣지(edge)를 따라 형성되어, 상기 천공부(512)가 상기 단위 셀(510)의 중심에 위치하는 유전체를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 천공부(512)는, 다른 예로, 단위 셀(510) 또는 유전체(511)의 모양과 대응되지 않거나 다른 모양일 수 있다.
천공부(512)는, 일 예로, 상기 천공부(512)의 중심이 단위 셀(510) 또는 유전체(511)의 중심과 동일하게 형성될 수 있다. 상기 천공부(512)는, 다른 예로, 단위 셀(510) 또는 유전체(511)의 중심이 아닌 위치에 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 천공부(512)는 적어도 둘 이상의 홀(hole)을 포함하여, 상기 적어도 둘 이상의 홀의 중심이 단위 셀(510) 또는 유전체(511)의 중심으로부터 벗어날 수 있다.
천공부(512)의 크기(LH)는 상기 단위 셀(510)의 크기에 대응되는 크기일 수 있다. 예컨대, 상기 천공부(512)의 크기(LH)는 상기 단위 셀(510)의 크기, 즉 유전체(511)의 크기보다 작게 형성될 수 있다.
단위 셀(510)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 하나의 천공부(512)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 상기 단위 셀(510)은 둘 이상의 천공부를 포함할 수 있으며, 상기 둘 이상의 천공부의 모양, 크기, 및/또는 상기 둘 이상의 천공부들 사이의 간격은 서로 균일(동일)하거나 또는 상이하게 형성될 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 단위 셀(510)이 천공부(512)를 더 포함하게 됨에 따라, 상기 단위 셀(510)을 포함하는 안테나의 외부 환경(바람, 비 등)의 영향에 따른 민감도 감소시킬 수 있다. 즉, 외부 환경에 따른 안테나(또는 전자 장치)의 성능 편차를 줄이거나, 외부 영향 저감 설계가 가능해진다. 또한, 안테나(또는 전자 장치)는 천공부(512)를 포함하는 단위 셀(510)을 포함함에 따라 기구적으로 불안적인 측면을 해소할 수 있다.
또한, 유전체(511) 자체가 유전 손실(dielectric loss)를 갖는데, 안테나의 단위 셀(510)이 천공부(512)를 포함함에 따라 상기 유전체(511)가 차지했던 공간이 빈 공간(air)으로 대체되어 상기 유전 손실을 감소시킬 수 있다. 한편, 유전 손실이라 함은 신호가 유전체를 통과함으로써 발생하는 전력 손실 등을 나타낼 수 있다.
도 5의 그래프(520)는 천공부(512)의 크기(LH)와, 임의의 입사파가 유전체(511) 및 천공부(512)를 포함하는 단위 셀(510)을 통과 또는 투과했을 때 발생하는 신호의 위상(phase)[degree] (또는, "단위 셀이 가용할 수 있는 위상"라고 칭한다.) 사이의 관계를 나타낸다. 도 5의 그래프(520)를 참조하면, 상기 천공부(512)의 크기가 커질수록 상기 단위 셀(510)이 가용할 수 있는 위상이 점점 작아지는 것 또는 위상이 지연되는 정도가 작아지는 것을 알 수 있다.
도 5의 그래프(520)를 참조하면, 천공부(512)의 크기에 따라 약 160°의 위상의 범위를 가용할 수 있음을 알 수 있다. 한편, 도 5의 그래프(520)에 기재된 값들은 일 예에 따른 테스트 결과를 나타내기 위한 것에 불과하므로, 천공부(512)의 크기에 대응되는 위상(phase)은 상기 도 5의 그래프(510)에 기재된 바와 다를 수 있음은 자명한 사실이다.
또한, 도 4의 그래프(420)와 도 5의 그래프(520)를 참조하면, 천공부(512)의 크기를 조절함으로써, 유전체(411)의 유전율을 바꾸는 경우처럼 단위 셀(510)이 가용할 수 있는 위상의 범위를 조절할 수 있음을 알 수 있다. 예컨대, 렌즈 안테나에 천공부(512)의 크기가 상이한 복수의 단위 셀(510)을 포함시킴으로써, 상기 렌즈 안테나를 투과하는 신호의 위상을 조절할 수 있는 렌즈 안테나를 동일한 유전율을 갖는 동일한 유전체만을 이용하여 생산하는 것이 가능해진다. 따라서, 안테나 생산 시 단일 유전체를 이용할 수 있으므로, 공정의 단순화 측면에서 효율적일 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 안테나의 단위 셀을 나타내는 사시도이다.
도 6a는 일 실시예에 따라 유전체(611) 및 도체부(612)를 포함하는 단위 셀(unit-cell)(610)을 도시하며, 도 6b는 다른 실시예에 따라 유전체(621), 도체부(622), 천공부(623)를 포함하는 단위 셀(620)을 도시한다.
도 6a를 참조하면, 일 실시예에 따른 단위 셀(610)은 유전체(611) 및 도체부(612)를 포함할 수 있다. 상기 도체부(612)는 도체 패턴, 금속 패턴, 패턴부, 패터닝부(patterning unit) 등으로 대체하여 칭할 수 있다. 일 예로, 상기 도체부(612)는 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 철(Fe), 백금(Pt), 텅스텐(W) 또는 이들의 합금으로 이루어진 부재일 수 있다. 다만, 상기 도체부(612)를 구성하는 물질의 종류는 전술한 내용에 한정되지 아니한다.
한편, 도체부(612)은 유전체(611)의 상면 및/또는 하면에 형성 또는 부착될 수 있다. 일 예로, 상기 도체부(612)는 상기 유전체(611)의 상면 및/또는 하면에 얹히는(올리는) 부재일 수 있다. 다른 예로, 상기 도체부(612)와 상기 유전체(611)의 상면 및/또는 하면은 물리적 또는 화학적 결합에 의하여 서로 결합될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 다른 실시예에 따른 단위 셀(620)은 유전체(621), 도체부(622), 천공부(623)를 포함한다. 한편, 상기 일 실시예에 따른 단위 셀(610), 유전체(611), 도체부(612)과 관련하여 전술한 내용들은 다른 실시예에 따른 단위 셀(620), 유전체(621), 도체부(622)에 대해서도 적용될 수 있음은 자명한 사실이다.
천공부(623)는 도 6b에 도시된 바와 같이 상면이 사각형으로 형성될 수 있다. 다른 예로, 상기 천공부(623)는 상면이 다각형, 원형, 링 등의 다른 모양으로 형성될 수 있다
천공부(623)는, 일 예로, 단위 셀(620) 또는 유전체(621)의 모양에 대응되거나 동일한 모양일 수 있다. 예컨대, 상기 천공부(623)는 정방형 또는 직방형의 단위 셀(620) 또는 유전체(621)에 형성되는 정방형 또는 직방형의 홀(hole)을 포함할 수 있다. 또는, 상기 천공부(623)는 정방형 또는 직방형의 단위 셀(620) 또는 유전체(621)의 중심이 아닌 엣지(edge)를 따라 형성되어, 상기 천공부(623)가 상기 단위 셀(620)의 중심에 위치하는 유전체를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 천공부(623)는, 다른 예로, 단위 셀(620) 또는 유전체(621)의 모양과 대응되지 않거나 다른 모양일 수 있다.
천공부(623)는, 일 예로, 상기 천공부(623)의 중심이 단위 셀(620) 또는 유전체(621)의 중심과 동일하게 형성될 수 있다. 상기 천공부(623)는, 다른 예로, 단위 셀(620) 또는 유전체(621)의 중심이 아닌 위치에 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 천공부(623)는 적어도 둘 이상의 홀(hole)을 포함하여, 상기 적어도 둘 이상의 홀의 중심이 단위 셀(620) 또는 유전체(621)의 중심으로부터 벗어날 수 있다.
천공부(623)의 크기(LH)는 상기 도체부(622)의 크기(LP)에 대응되는 크기이거나, 상기 단위 셀(620)의 크기에 대응되는 크기일 수 있다. 예컨대, 상기 천공부(623)의 크기(LH)는 상기 단위 셀(620)의 크기, 즉 유전체(621)의 크기보다 작게 형성될 수 있다.
단위 셀(620)은, 도 6b에 도시된 바와 같이, 하나의 천공부(623)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 상기 단위 셀(620)은 둘 이상의 천공부를 포함할 수 있으며, 상기 둘 이상의 천공부의 모양, 크기, 및/또는 상기 둘 이상의 천공부들 사이의 간격은 서로 균일(동일)하거나 또는 상이하게 형성될 수 있다.
도 7은 도체부의 크기와 단위 셀이 가용할 수 있는 위상 사이의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7의 그래프(700)는 도체부의 크기(Patch Size, LP)가 커질수록 단위 셀을 투과하는 신호의 위상(phase)이 지연(delay)되는 정도가 점점 커지는 경향을 도시한다.
도 7의 그래프(700)는, 일 예로, 단위 셀의 천공부의 크기(LH)는 0.5mm로 유지하면서 상기 단위 셀이 포함하는 도체부의 크기(LP)만을 가변하면서 측정한 결과를 나타내는 그래프일 수 있다. 상기 도 7의 그래프(700)를 참조하면, 단위 셀의 천공부의 크기를 1mm에서 4mm로 가변함에 따라, 상기 단위 셀이 가용할 수 있는 위상의 범위가 (-)170°에서 (-)350°까지임을 확인할 수 있다.
한편, 도 5의 그래프(520)와 도 7의 그래프(700)를 참조하면, 렌즈 안테나가 유전체, 천공부, 도체부 중 적어도 하나를 포함하는 적어도 하나의 단위 셀들의 조합을 포함함에 따라, 상기 렌즈 안테나는 0°내지 (-)360°의 위상차를 발생시키는 것이 가능해진다. 다시 말해, 상기 렌즈 안테나는 360°의 위상 범위 전체에 대하여 확보하는 것이 가능해진다.
또한, 본 개시에 따라 적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 렌즈 안테나는, 생산 비용 측면에서 효율적인 단층 구조의 단위 셀들을 이용하면서도, 안테나의 설계 측면에서 필요한 위상 범위 360°를 확보하는 것이 가능해진다.
도 8a 내지 도 8d는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 안테나의 단위 셀을 나타내는 평면도이다.
도 8a는 도 5의 단위 셀(510)에 대한 평면도이다.
도 8a를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 단위 셀(unit-cell)(510)은 유전체(511) 천공부(512)를 포함하는 셀(cell)일 수 있다.
도 8b는 도 6의 단위 셀(620)에 대한 평면도이다.
도 8b를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 단위 셀(620)은 유전체(621), 도체부(622), 및/또는 천공부(623)를 포함하는 셀일 수 있다.
도 8c는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 단위 셀(830)을 도시한다.
도 8c를 참조하면, 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 단위 셀(830)은 유전체의 외측(831), 유전체의 내측(832), 연결부(833), 제1 천공부(834), 제2 천공부(835), 및/또는 도체부(836)를 포함하는 셀일 수 있다.
유전체의 외측(831)은 상기 단위 셀(830)의 상면 및/또는 하면이 제1 천공부(834) 및/또는 제2 천공부(835)에 의해 바깥 부분과 안쪽 부분으로 분리되는 경우, 상기 바깥 부분을 나타낼 수 있다. 예컨대, 상기 유전체의 외측(831)은 상기 단위 셀(830)의 상면 및/또는 하면의 테두리를 나타낼 수 있다.
유전체의 내측(832)은 상기 단위 셀(830)의 상면 및/또는 하면이 제1 천공부(834) 및/또는 제2 천공부(835)에 의해 바깥 부분과 안쪽 부분으로 분리되는 경우, 상기 안쪽 부분을 나타낼 수 있다.
연결부(833)는 상기 유전체의 외측(831)과 상기 유전체의 내측(832)을 연결하는 부재일 수 있다.
제1 천공부(834) 및/또는 제2 천공부(835)는 상기 유전체의 외측과 상기 유전체의 내측 사이에 형성되는 홀(hole)일 수 있다. 예컨대, 상기 제1 천공부(834)와 제2 천공부(835)는 상기 단위 셀(830)의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 형성될 수 있으며, 서로 동일한 모양으로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 제1 천공부(834) 및/또는 제2 천공부(835)는 "
Figure pat00007
", "
Figure pat00008
", "
Figure pat00009
", "
Figure pat00010
", "
Figure pat00011
", 또는 "
Figure pat00012
" 등의 다양한 형태인 적어도 하나의 홀을 포함할 수 있다.
도체부(836)는 단위 셀(830)의 상면 및/또는 하면의 중심 부분에 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 단위 셀(830)의 상면에서 보아, 상기 도체부(836)가 유전체의 내측(832)에 의해 둘러 쌓인 형상일 수 있다.
도 8d는 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 단위 셀(840)을 도시한다.
도 8d를 참조하면, 본 개시의 또 다른 실시예에 따른 단위 셀(840)은 유전체의 외측(841), 유전체의 내측(842), 연결부(843), 제1 내지 제4 천공부(844-847), 및/또는 도체부(848)를 포함하는 셀일 수 있다.
유전체의 외측(841)은 상기 단위 셀(840)의 상면 및/또는 하면이 제1 내지 제4 천공부(844-847)에 의해 바깥 부분과 안쪽 부분으로 분리되는 경우, 상기 바깥 부분을 나타낼 수 있다. 예컨대, 상기 유전체의 외측(841)은 상기 단위 셀(840)의 상면 및/또는 하면의 테두리를 나타낼 수 있다.
유전체의 내측(842)은 상기 단위 셀(840)의 상면 및/또는 하면이 제1 내지 제4 천공부(844-847)에 의해 바깥 부분과 안쪽 부분으로 분리되는 경우, 상기 안쪽 부분을 나타낼 수 있다.
연결부(843)는 상기 유전체의 외측(831)과 상기 유전체의 내측(842)을 연결하는 부재일 수 있다.
제1 내지 제4 천공부(844-847)는 상기 유전체의 외측과 상기 유전체의 내측 사이에 형성되는 홀(hole)일 수 있다. 예컨대, 상기 제1 내지 제4 천공부(844-847)는 상기 단위 셀(830)의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 형성될 수 있으며, 서로 동일한 모양으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 내지 제4 천공부(844-847)는 단위 셀(840)의 상면에서 보아, 상기 상면의 각 모서리에 형성될 수 있다. 일 예로, 상기 제1 내지 제4 천공부(844-847)는 "
Figure pat00013
"의 형태인 적어도 하나의 홀을 포함할 수 있다.
도체부(848)는 단위 셀(840)의 상면 및/또는 하면의 중심 부분에 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 단위 셀(840)의 상면에서 보아, 상기 도체부(848)가 유전체의 내측(842)에 의해 둘러 쌓인 형상일 수 있다.
도 9a 내지 도 9c는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 안테나의 단위 셀을 나타내는 사시도이다.
도 9a는 도 6b의 단위 셀(620) 및 도 8b의 단위 셀(620)의 사시도이다.
도 9a를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 단위 셀(unit-cell) (620)은 유전체(621), 도체부(622), 및/또는 천공부(623)를 포함하는 셀일 수 있다.
도 9b는 도 8c의 단위 셀(830)의 사시도이다.
도 9b를 참조하면, 본 개시의 다른 실시예에 따른 단위 셀(830)은 유전체의 외측(831), 유전체의 내측(832), 연결부(833), 제1 천공부(834), 제2 천공부(835), 및/또는 도체부(836)를 포함하는 셀일 수 있다.
도 9c는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 단위 셀(930)의 사시도이다.
도 9c를 참조하면, 단위 셀(930)은 유전체의 외측(931), 유전체의 내측(932), 연결부(933), 제1 천공부(934), 제2 천공부(935), 도체부(936), 및/또는 제3 천공부(937)를 포함하는 셀일 수 있다. 예컨대, 상기 단위 셀(930)은 유전체의 외측(931)과 유전체의 내측(932) 사이에서 상기 단위 셀(930)의 상면과 하면을 관통하는 제1 천공부(934) 및 제2 천공부(935)를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 제1 천공부(934)와 제2 천공부(935)는 상기 단위 셀(930)의 중심을 기준으로 서로 대칭되는 위치에 형성될 수 있으며, 서로 동일한 모양으로 형성될 수 있다. 한편, 상기 연결부(933)는 유전체의 외측(931)과 유전체의 내측(932)을 연결하는 부재일 수 있다.
또한, 상기 단위 셀(930)은 유전체의 내측(932)에 상기 단위 셀(930)의 상면과 하면을 관통하는 제3 천공부(937)를 더 포함할 수 있다.
도 10a 내지 도 10f는 본 개시의 다양한 실시예에 따른, 안테나의 단위 셀을 나타내는 단면도이다.
도 10a는 도 9a의 단위 셀(620)을 점선 A-A`를 기준으로 절단하는 경우의 단면도이다. 도 10a를 참조하면, 천공부(623)는 상기 단위 셀(620)의 상면과 하면을 관통한다.
도 10b는 도 9b의 단위 셀(830)을 점선 B-B`를 기준으로 절단하는 경우의 단면도이다. 도 10b를 참조하면, 제1 천공부(923)와 제2 천공부(924)는 상기 단위 셀(830)의 상면과 하면을 관통한다.
도 10c는 도 9c의 단위 셀(930)을 점선 C-C`를 기준으로 절단하는 경우의 단면도이다. 도 10c를 참조하면, 제1 천공부(934), 제2 천공부(935), 및 제3 천공부(937)는 상기 단위 셀(930)의 상면과 하면을 관통한다.
도 10d는 도 10a에서 도시하는 단위 셀(620)을 응용하는 예시로서, 단위 셀(1030)이 천공부(623)가 홈(1032)을 포함하는 경우를 도시한다. 여기서, 홈은 리세스(recess)로 대체하여 칭할 수 있다. 한편, 상기 천공부(623)는 상기 단위 셀(620)의 상면과 하면을 관통하는 것이지만, 상기 홈(1032)은 상기 단위 셀(1030)의 높이 중 일부만 파인 부분을 의미할 수 있다.
도 10e는 도 10b에서 도시하는 단위 셀(830)을 응용하는 예시로서, 제1 천공부(834) 및 제2 천공부(835) 대신 제1 홈(1044) 및 제2 홈(1045)를 포함하는 경우를 도시한다. 한편, 상기 제1 천공부(834) 및 제2 천공부(835)는 상기 단위 셀(830)의 상면과 하면을 관통하는 것이지만, 상기 제1 홈(1044) 및 제2 홈(1045)은 상기 단위 셀(1040)의 높이 중 일부만 파인 부분을 의미할 수 있다.
도 10f는 도 10c에서 도시하는 단위 셀(930)을 응용하는 예시로서, 제1 천공부(934), 제2 천공부(935), 및 제3 천공부(937) 대신 제1 홈(1054), 제2 홈(1055), 제3 홈(1057)을 포함하는 경우를 도시한다. 한편, 상기 제1 천공부(934), 제2 천공부(935), 및 제3 천공부(937)는 상기 단위 셀(930)의 상면과 하면을 관통하는 것이지만, 상기 제1 홈(1054), 제2 홈(1055), 제3 홈(1057)은 상기 단위 셀(1050)의 높이 중 일부만 파인 부분을 의미할 수 있다.
즉, 도 10a 내지 도 10f는 단위 셀(unit-cell)에 형성되는 홀(구멍)의 깊이가 다양할 수 있음을 나타낸다.
도 11a 내지 도 11c는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 적어도 하나의 단위 셀이 렌즈 안테나에 배치되는 형태를 나타내는 예시도이다.
도 11a를 참조하면, 렌즈 안테나(1100)는 적어도 하나의 단위 셀을 포함한다. 예컨대, 상기 적어도 하나의 단위 셀과 상기 렌즈 안테나(1100)의 기판은 화학적 및/또는 물리적 결합에 의하여 서로 결합될 수 있다.
일 예로, 상기 적어도 하나의 단위 셀은 도 11a에 도시된 바와 같이 동일한 중심점을 기준으로 대칭되는 닫힌 루프(closed loop)의 형태로 배치될 수 있다. 상기 닫힌 루프의 형태는 도 11a에 도시된 바와 같이 원형(또는 링)일 수 있으며, 마름모, 사각형, 오각형 등과 같은 다른 형태일 수도 있다.
예컨대, 렌즈 안테나(1100)에 포함되는 적어도 하나의 단위 셀은 동일한 유전율을 갖는 유전체로 구성되나, 천공부의 크기(또는 모양, 개수)를 달리하거나, 도체부의 크기(또는 모양, 개수)를 달리할 수 있다.
다른 예로, 렌즈 안테나(1100)는 유전율, 천공부의 크기(또는 모양, 개수), 및 도체부의 크기(또는 모양, 개수) 중 적어도 하나가 상이한 적어도 하나의 단위 셀을 포함할 수 있다.
도 11b 및 도 11c는, 각각 도 11a의 1110과 1120에 대응되는 부분을 확대한 도면이다.
도 11b 및 도 11c에서 점은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 천공부들 중 하나에 해당되며, 사각형은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도체부에 해당될 수 있다. 예컨대, 점을 포함하는 사각형의 경우 유전체, 도체부, 천공부를 모두 포함하는 단위 셀일 수 있다.
도 12a 및 도 12b는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 적어도 하나의 단위 셀이 렌즈 안테나에 배치되는 형태를 나타내는 예시도이다.
도 12a를 참조하면, 렌즈 안테나(1200)는 적어도 하나의 단위 셀을 포함한다.
일 예로, 상기 적어도 하나의 단위 셀은 도 12에 도시된 바와 같이 열린 루프(open loop)의 형태로 배치될 수 있다.
예컨대, 렌즈 안테나(1200)에 포함되는 적어도 하나의 단위 셀은 동일한 유전율을 갖는 유전체로 구성되나, 천공부의 크기(또는 모양, 개수)를 달리하거나, 도체부의 크기(또는 모양, 개수)를 달리할 수 있다.
다른 예로, 렌즈 안테나(1200)는 유전율, 천공부의 크기(또는 모양, 개수), 및 도체부의 크기(또는 모양, 개수) 중 적어도 하나가 상이한 적어도 하나의 단위 셀을 포함할 수 있다.
도 12b는, 도 12a의 1210에 대응되는 부분을 확대한 도면이다.
도 12b에서 점은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 천공부들 중 하나에 해당되며, 사각형은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 도체부에 해당될 수 있다. 예컨대, 점을 포함하는 사각형의 경우 유전체, 도체부, 천공부를 모두 포함하는 단위 셀일 수 있다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 신호가 렌즈 안테나를 통과한 결과를 나타내는 예시도이다.
도 13은 입력 신호(1301)가 렌즈 안테나(1302)를 투과(통과)했을 때의 출력 신호(1303)를 도시한다. 한편, 상기 출력 신호(1303)는 일 예에 따른 실험 결과에 불과하며, 다른 실험 결과에 따라 달라질 수 있다.
렌즈 안테나(1302)는 도 13에 도시된 바와 같이 열린 루프(open loop) 형태로 배치되는 적어도 하나의 단위 셀을 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 단위 셀은 닫힌 루프(closed loop) 등의 다른 형태로도 배치될 수 있다.
상기 입력 신호(1301)는, 예컨대, 이상적인(ideal) 입력 값을 나타낼 수 있으며, 상기 출력 신호(1303)는 이상적인 결과 값을 나타낼 수 있다.
도 13에서 상기 출력 신호(1303)(예; 이상적인 출력 신호)는 렌즈 안테나의 중앙으로부터의 거리(예; x축 거리)가 같을 경우 동일한 위상(phase, φ)을 갖는 결과를 도시한다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 신호가 렌즈 안테나를 통과한 결과를 나타내는 예시도이다.
도 14는 입력 신호(1401)가 렌즈 안테나(1402)를 투과(통과)했을 때의 출력 신호(1403)를 도시한다. 한편, 상기 출력 신호(1403)는 일 예에 따른 실험 결과에 불과하며, 다른 실험 결과에 따라 달라질 수 있다.
렌즈 안테나(1402)는 도 14에 도시된 바와 같이 열린 루프(open loop) 형태로 배치되는 적어도 하나의 단위 셀을 포함할 수 있으며, 상기 적어도 하나의 단위 셀은 닫힌 루프(closed loop) 등의 다른 형태로도 배치될 수 있다.
상기 입력 신호(1401)는, 예컨대, 실제 통신 환경과 유사한 입력 값을 나타낼 수 있으며, 상기 출력 신호(1403)는 실제 통신 환경에서의 결과 값을 나타낼 수 있다.
이상에서 설명한 본 개시의 다양한 실시예의 전자 장치 및 전자 장치 안테나 구조는 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 개시의 기술적 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 안테나 장치로서,
    적어도 하나의 단위 셀(unit-cell)을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 단위 셀은,
    유전율을 갖는 부재로 구성되는 유전체; 및
    상기 유전체의 상면 및 하면을 관통하는 천공부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 위치하는 도체부; 를 더 포함하는 안테나 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도체부는 적어도 하나의 금속 또는 상기 적어도 하나의 금속의 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유전체의 중심점과 상기 천공부의 중심점은 동일한 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 천공부는 유전체의 외측과 내측 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유전체의 외측과 내측 사이를 연결하는 연결부; 를 더 포함하는 안테나 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 유전체의 내측의 상면 및 하면을 관통하는 내측 천공부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 천공부는 "
    Figure pat00014
    " 또는 "
    Figure pat00015
    "의 형태인 적어도 하나의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 렌즈 안테나임을 특징으로 하는 안테나 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 단위 셀은 상기 안테나의 일측에, 동일한 중심점을 기준으로 대칭되는 닫힌 루프(closed loop) 형태로 배치됨을 특징으로 하는 안테나 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    배열 안테나를 더 포함하고,
    상기 배열 안테나의 출력은 상기 적어도 하나의 단위 셀을 포함하는 렌즈 안테나에 입력되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  12. 안테나 장치로서,
    적어도 하나의 단위 셀(unit-cell)을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 단위 셀은,
    유전율을 갖는 부재로 구성되는 유전체; 및
    상기 유전체의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 위치하는 도체부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 유전체의 상면 및 하면을 관통하는 천공부; 를 더 포함하는 안테나 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 천공부는 상기 유전체의 외측과 상기 유전체의 내측 사이에 형성되는 것을 특징으로 하고,
    상기 적어도 하나의 단위 셀은 상기 유전체의 외측과 상기 유전체의 내측 사이를 연결하는 연결부; 를 더 포함하는 안테나 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 유전체의 내측의 상면 및 하면을 관통하는 내측 천공부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 천공부는 "
    Figure pat00016
    " 또는 "
    Figure pat00017
    "의 형태인 적어도 하나의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  17. 렌즈 안테나에 구비되는 단위 셀(unit-cell)로서,
    유전율을 갖는 부재로 구성되는 유전체; 및
    상기 유전체의 상면 및 하면을 관통하는 천공부; 를 포함하는 단위 셀.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 유전체의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 위치하는 도체부; 을 더 포함하는 단위 셀.
  19. 렌즈 안테나에 구비되는 단위 셀(unit-cell)로서,
    유전율을 갖는 부재로 구성되는 유전체; 및
    상기 유전체의 상면 및 하면 중 적어도 하나에 위치하는 도체부; 을 포함하는 단위 셀.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 유전체의 상면 및 하면을 관통하는 천공부; 를 더 포함하는 단위 셀.
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