KR20230022991A - 조종 가능한 안테나 및 조종 가능한 안테나의 가열 및/또는 템퍼링 방법 - Google Patents

조종 가능한 안테나 및 조종 가능한 안테나의 가열 및/또는 템퍼링 방법 Download PDF

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카르스텐 프리츠쉬
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메르크 파텐트 게엠베하
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Abstract

복수의 방사 소자(12) 및 방사 소자(12)에 의해 방출될 신호의 위상을 이동시키고/시키거나 진폭을 조정하도록 구성된 복수의 조정기 소자(14)를 포함하는 조종 가능한 안테나(10)가 개시된다. 방사 소자(12) 각각은 조정기 소자(14) 중 하나에 결합되고, 조정기 소자(14)는 각각은 액정 매질을 포함하며, 조정기 소자(14)는 위상 및/또는 진폭의 조정이 액정 매질의 상태에 따라 달라지도록 구성된다. 조종 가능한 안테나(10)는 조정기 소자(14)에 연결되고 조정기 소자(14)의 액정 매질의 유전 가열에 적합한 신호를 생성하도록 구성된 신호 발생기(20)를 추가로 포함한다.
본 발명의 다른 양태는 이러한 조종 가능한 안테나(10)의 액정 매질의 온도를 가열하고/하거나 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

조종 가능한 안테나 및 조종 가능한 안테나의 가열 및/또는 템퍼링 방법
본 발명은 복수의 방사 소자(radiating element) 및 방사 소자에 의해 방출될 신호의 위상을 이동시키고/시키거나 진폭을 조정하도록 구성된 복수의 조정기 소자(modifier element)를 포함하는 조종 가능한 안테나(steerable antenna)에 관한 것으로서, 하나 이상의 방사 소자가 하나 이상의 조정기 소자에 결합되고, 조정기 소자 각각은 액정 매질을 포함하며, 조정기 소자는 위상 및/또는 진폭의 조정이 액정 매질의 상태에 따라 달라지도록 구성된다. 또한, 본 발명은 그러한 조종 가능한 안테나의 액정 매질의 온도를 가열하고/하거나 제어하는 방법에 관한 것이다.
특히 위성 통신 및 마이크로파 지상 통신 시스템에서, 조종 가능한 안테나는 안테나가 지속적으로 위성 또는 지상 통신 파트너를 향하도록 하는 데 유용하다. 안테나 빔을 이동시키기 위해 조종 가능한 안테나는 기계적으로 이동될 수 있다. 위상 안테나 어레이는 당 업계에 공지되어 있고 이동 부품을 사용하지 않고 안테나의 메인 빔 방향을 조종할 수 있다. 이러한 위상 안테나 어레이는, 안테나 빔 방향을 제어하기 위해 개별 소자 사이의 상대적 위상이 제어될 수 있는 여러 개의 개별 안테나 소자를 포함한다.
문헌[C. Fritzsch et al., SID Symposium Digest of Technical Papers, 50, 2019, 1098-1101]에 다른 기술 분야에서의 액정 응용이 기술되어 있다. 특히, 전자 빔 조종 안테나에 대한 액정의 사용이 개시되어 있다. 이러한 안테나는 기계적 이동 부품 없이 안테나 빔을 다른 방향으로 향하게 할 수 있다. 이러한 안테나는 안테나의 방사 소자에 연결되는 복수의 액정 기반 위상 이동 소자를 포함한다. 특정 증분 위상 이동을 도입하면 방사 필드의 위상 전면이 기울어질 수 있으므로 안테나 빔도 원하는 방향으로 기울어진다.
US 2014/0266897 A1은 2차원 빔 조종 가능한 위상 어레이 안테나를 개시한다. 상기 안테나는 복수의 전력 분배기, 전자적으로 조정 가능한 복수의 위상 이동기 및 복수의 방사 소자를 포함한다. 안테나의 개별 소자는 적어도 전자적으로 조정 가능한 위상 이동기, 바이어싱 네트워크(biasing network) 및 방사 소자를 포함한다. 위상 이동기는 인가된 전기장에 의해 조정 가능한 액정 물질을 포함한다. 위상 이동기는 각각 액정 물질 옆에 배열된 구불구불한(meandered) 마이크로스트립 라인을 포함한다. 마이크로스트립 라인은 방사 소자에 결합된다.
문헌[H. Maune et al., Crystals, 8(9), 2018, 355]은 다양한 조정 가능한 액정(LC) 기반 마이크로파 구성 요소를 기술한다. 특히, 유전체로 채워진 직사각형 도파관을 갖는 LC 기반 위상 이동기를 기술한다.
문헌[A. Gaebler et al., International Journal of Antennas and Propagation, Vol 2009, Article ID 876989]은 액정으로 채워진 마이크로스트립 라인을 형성하는 평면형 저온 동시 소성 세라믹 시트(low temperature cofired ceramics sheets)를 포함하는 위상 이동기를 기술한다. 전기 바이어스 장(electrical bias field)를 적용함으로써 전송선의 유효 유전율을 조정할 수 있다.
문헌[Tien-Lun Ting, Optics Express, 27(12), 2019, 17138]은 여러 개의 액정 기반 위상 이동기를 기술한다. 위상 이동기의 한 유형은, 100㎛보다 큰 두께를 갖는 액정층에 인접하게 신호 라인이 배열된 마이크로스트립 라인을 포함한다. 또 다른 유형은, 일반적으로 10㎛ 미만의 셀 갭(cell gap)을 갖는 얇은 액정층에 인접하게 배열된 동일 평면 도파관을 포함한다.
US 2015/0288063 A1은 도파관 및 도파관의 상단 덮개(lid)로서 도파관에 결합된 메타물질(metamaterial) 층을 포함하는 홀로그래픽(holographic) 메타물질 안테나를 개시한다. 상기 안테나는 도파관의 상단 덮개에 배열된 조정 가능한 슬롯의 어레이를 추가로 포함한다. 조정 가능한 슬롯은 조정 가능한 슬롯 내의 유전체 재료를 조정함으로써 조정될 수 있다. 하나의 실시양태에서, 유전체 재료는 액정에 인가되는 전압을 변화시킴으로써 조정되는 액정이다. 안테나 빔의 조종을 위해 홀로그래픽 회절 패턴이 결정되고, 결정된 회절 패턴에 따라 상기 조정 가능한 슬롯의 어레이가 구동된다.
사용된 액정 매질의 특성은 온도에 따라 다르다. 특히 안테나가 저온 조건에서 작동되는 경우, 액정을 가열하도록 일반적으로 발열체를 포함하는 것이 요구된다.
US 2019/0229431 A1은 패치(patch) 전극을 갖는 TFT 기판, 액정층, 슬롯을 갖는 슬롯 전극, 유전체 기판 및 전도성 반사판을 이 순서대로 포함하는 스캐닝(scanning) 안테나를 개시한다. 전도성 반사판과 슬롯 전극은 마이크로파용 도파관을 형성한다. 상기 안테나는 복수의 안테나 유닛을 포함하고, 각각의 안테나 유닛은 슬롯 전극에 대응하는 슬롯 및 대응하는 패치 전극을 갖는다. 각 패치 전극에서 여기된 마이크로파의 위상은 안테나 유닛의 액정 전기용량의 정전 용량 값을 변경함으로써 변경된다. 안테나는 액정층을 가열하도록 저항 막 히터를 추가로 포함할 수 있다.
US 2018/0146511 A1은 무선 주파수(RF) 안테나 소자의 어레이를 갖는 물리적 안테나 구경(aperture)을 갖는 안테나를 개시한다. RF 안테나 소자는 액정 매질을 포함할 수 있다. 또한, 상기 안테나는 RF 안테나 소자 배열의 RF 안테나 소자 쌍 사이에 배열되는 복수의 발열체(heating element)를 포함한다. 발열체는 가열 와이어(heating wire)으로 구성된다. 액정 매질의 온도를 모니터링하도록 온도 센서를 사용할 수 있다. 다른 실시양태에서, 액정의 전기용량이 온도 측정에 사용될 수 있다.
추가 발열체, 예를 들어 와이어 히터 또는 저항 막 형태의 저항 발열체는 일반적으로 안테나 소자 외부에 배열된다. 따라서, 안테나 소자의 액정 매질의 가열은, 발열체에 의해 도입된 열이 열 전도에 의해 액정 매질로 전파되어야 하기 때문에 지연된다. 또한, 액정 매질이 균일하게 가열되지 않아 LC 매질 내에서 열 평형에 도달하기까지 오랜 대기 시간이 필요하다. 따라서, 액정 매질을 직접 가열하는 것이 바람직할 것이다.
유전(dielectric) 가열은 교류 전기장이 액정 매질과 같은 유전체 매질을 가열하는 과정이다. 이 가열은 유전체 내의 분자 쌍극자 회전에 의해 발생한다. 극성 분자는 전기 쌍극자 모멘트를 가진다. 이러한 쌍극자 모멘트는 교류 전기장에서 정렬되며, 그 결과, 회전하는 분자가 전기력을 통해 다른 분자를 밀고 당기고 충돌하여 그 물질 내의인접한 분자 및 원자에 에너지를 분배한다. 온도는 물질의 원자 및 분자의 평균 운동 에너지와 관련이 있으므로, 이 과정은 물질의 온도를 상승시킨다.
교류 전기장은 액정에서 유전 가열을 발생시킬 수 있다. 문헌[M. Schadt, Molecular Crystals and Liquid Crystals, 66(1), 1981, 319-336]에 네마틱(nematic) 액정층의 온도 변화를 유도하도록 사용된 유전 가열에 관한 실험이 기술된다.
광학 장치에서 액정층의 온도를 제어하도록 유전 가열을 사용하는 것도 알려져 있다. EP 0 370 627 A2은 불투명 상태와 투명 상태 사이에서 전환될 수 있는 광학 장치를 개시한다. 상기 장치는 분산형 액정 액적(droplet)을 포함하는 광학 물질을 포함한다. 광학 물질은 인듐-주석 산화물 코팅 판 사이에 배열된다. 장치의 온도를 올리기 위해, 고주파 가열 전기장이 광학 물질에 인가되어 광학 물질에서 유전 가열이 발생한다.
EP 3 349 208 A1는 상부 기판, 하부 기판 및 두 기판 사이의 액정층을 포함하는 액정 표시 장치를 개시한다. 액정층의 전기용량 변화는 전류 센서를 이용하여 감지되고, 감지된 전기용량을 이용하여 액정층의 온도가 결정된다. 액정층의 온도 의존성을 보상하기 위해 온도에 따라 구동 신호가 제어된다. 온도를 도출하고 필요한 보정을 결정하는 데 순람표(look-up table)가 사용될 수 있다.
산업 및 자동차 응용 분야에 필요한 전체 온도 범위에서, 특히 약 -40°C 내지 0°C 범위의 저온에서, 작동할 수 있고 필요한 작동 온도까지 빠르고 안정적으로 템퍼링할 수 있는 조종 가능한 안테나가 필요하다.
복수의 방사 소자 및 방사 소자에 의해 방출될 신호의 위상을 이동시키고/시키거나 진폭을 조정하도록 구성된 복수의 조정기 소자를 포함하는 조종 가능한 안테나로서, 하나 이상의 방사 소자가 하나 이상의 조정기 소자에 결합되고, 조정기 소자 각각은 액정 매질을 포함하며, 조정기 소자는 위상 및/또는 진폭의 조정이 액정 매질의 상태에 따라 달라지도록 구성되는, 조종 가능한 안테나가 제안된다. 조종 가능한 안테나는, 조정기 소자에 연결되고 조정기 소자의 액정 매질의 유전 가열에 적합한 가열 신호를 생성하도록 구성된 신호 발생기를 추가로 포함한다.
바람직한 실시양태에서, 각각의 방사 소자는 복수의 조정기 소자에 결합된다.
다른 바람직한 실시양태에서, 복수의 방사 소자는 각각의 조정기 소자에 결합된다.
바람직하게는, 방사 소자는 그리드(grid) 형태 또는 동심(concentric) 링 형태로 배열된다. 또한, 방사 소자를 포함하는 조종 가능한 안테나의 활성 부분이 본질적으로 편평하도록 방사 소자를 평면에 배열하는 것이 바람직하다.
조정기 소자는 각각의 조정기 소자에 연결된 방사 소자에 의해 방출되는 방사선의 위상 및/또는 진폭을 조정하는 데 사용된다. 이러한 위상 및/또는 진폭의 조정은 액정 매질의 상태에 따라 달라진다. 액정 매질의 상태는 전기장에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 조정기 소자는 액정 매질에 전기장을 인가하도록 구성된 전극을 포함한다. 전기장은 각각의 전극에 제어 신호를 인가하여 제어될 수 있다.
바람직하게는, 조정기 소자는 위상 이동기로서 구성된다. 위상 이동기는, 신호 위상을 변경하고 이상적으로는 안테나 신호의 주파수에 걸쳐 평탄한 위상 응답을 갖는 장치이다. 조정기 소자가 위상 이동기로서 구성되면, 조종 가능한 안테나는 위상 어레이 안테나로서 구성된다. 액정 기반 위상 이동기의 위상 응답은 안테나 신호의 주파수에 따라 달라질 수 있다. 그러나, 주파수 응답을 고려하면, 액정 기반 위상 이동기가 위상 어레이 안테나에 사용될 수도 있다.
위상 어레이 안테나에서, 안테나 신호는 방사 소자에 연결된 위상 이동기로 분배된다. 모든 위상 이동기가 동위상(in-phase) 출력을 생성하도록 구성된 경우, 방사된 신호의 위상 전면이 안테나 표면에 평행하게 정렬되며, 따라서 안테나 표면에 수직으로 안테나 빔을 향하게 된다. 특정 증분 위상 이동을 도입하면, 방사된 장의 위상 전면이 기울어지므로 안테나 빔도 원하는 방향을 향해 기울어진다. 동일한 원리가 위상 어레이 안테나에 의해 수신된 신호에도 준용하여 적용된다.
위상 이동기는 신호의 위상을 조정하기 위해 활성 구성 요소로서 액정 매질을 포함한다. 또한, 위상 이동기는 바람직하게는 안테나 신호를 전송하도록 구성된 도파관을 갖는다.
바람직하게는, 안테나는 가변 감쇠기(variable attenuator)로서 구성된 조정기 소자를 포함하고, 매우 바람직하게는 각각의 가변 감쇠기는 위상 이동기로서 구성된 조정기 소자에 제각기 연결된다.
방사 소자를 포함하는 조종 가능한 안테나의 활성 부분의 치수, 예를 들어 직경 또는 길이 및 폭은, 방사 주파수(안테나에 의해 전송되거나 수신되는 신호의 주파수)에 따라 달라진다. 이론적으로, 두 방사 소자 사이의 거리는 λ/2이며, 이때 λ은 각각 방출되거나 수신되는 방사선의 파장이다. 정사각형 모양의 안테나가 다수의 "N*N" 방사 소자("N"은 정수, 바람직하게는 10 내지 100 범위)를 갖는 경우, 조종 가능한 안테나의 활성 부분의 크기는 길이와 폭이 약 N (λ/2)*N(λ/2)이다.
안테나의 활성 부분의 전체 치수는 안테나 이득(gain)에 영향을 미친다. 따라서, 원하는 안테나 이득에 따라 활성 부분의 전체 치수가 선택된다. 예를 들어, 정사각형 모양의 조종 가능한 안테나는 5cm 내지 500cm 범위의 가장자리 길이를 갖는 활성 부분을 포함할 수 있으며, 방사 소자의 수는 2x2(4개 소자) 내지 100x100(10000개 소자) 범위로 선택될 수 있다. 활성 부분의 일반적인 전체 치수(구경 크기)는 위성 통신의 경우 40cm x 40cm 내지 80cm x 80cm 범위이다.
바람직하게는, 도파관은 액정 층에 인접하게 배열된 마이크로스트립 라인 또는 동일 평면 도파관으로서 또는 적어도 부분적으로 액정 매질로 채워진 중공 도파관으로서 구성된다.
마이크로스트립 라인에서는, 안테나에 의해 방출되거나 수신될 안테나 신호를 전달하는 신호 라인이 접지면에 인접하게 배열되며, 신호 라인과 접지면은 갭(gap) 또는 유전체 기판에 의해 이격된다. 마이크로스트립 라인의 여러 변형이 당 업계의 전문가에게 알려져 있다. 바람직하게는, 마이크로스트립 라인은, 접지면과 전도 라인이 각각 별도의 기판에 배열되고 기판은 접지면과 신호 라인 모두가 액정 매질로 채워진 갭을 마주보도록 배열되는, 역(inverted) 마이크로스트립 라인으로서 구성된다. 이러한 구성에서 갭 폭은 일반적으로 100μm보다 크다.
접지면은 바람직하게는, 액정 매질의 상태를 제어하도록 전기장을 인가하는 데 사용되는 전극 중 하나로서 사용된다. 신호 라인은 제어 신호에 의해 전기장을 인가하기 위한 제2 전극으로 사용될 수 있다. 전기장이 인가되면, 액정 매질에서 액정의 배향이 바뀌고, 이에 따라 마이크로스트립 라인을 통해 전파되는 신호에 의해 감지되는 션트(shunt) 전기용량이 변경된다.
동일 평면 도파관에서는, 안테나에 의해 방출되거나 수신될 안테나 신호를 전달하는 신호 라인이 신호 라인의 양쪽에 배열된 한 쌍의 접지 라인과 함께 제1 기판 상에 배열된다. 액정 매질을 둘러싸는 공동(cavity)을 형성하도록, 신호 라인을 전달하는 제1 기판의 측면을 향하도록 제2 기판이 배열된다. 공동은 액정 매질로 채워진다. 갭 폭 및 이에 따른 액정층의 두께는 일반적으로 10㎛ 미만이다.
공동을 향하는 제2 기판의 표면 상에 상부 전극이 배열될 수 있다. 액정 매질의 상태를 제어하기 위한 전기장을 인가하도록 신호 라인이 제1 전극으로 사용될 수 있다. 상부 전극 및/또는 접지 라인은 액정 매질의 상태를 제어하기 위한 전기장을 인가하도록 제2 전극으로 사용될 수 있다. 상부 전극과 접지 라인은 전기적으로 연결될 수 있다.
마이크로스트립 라인 또는 동일 평면 도파관으로서 구성된 위상 이동기는 예를 들어, 문헌[Tien-Lun Ting, Optics Express, 27(12), 2019, 17138]에 기술되어 있다.
중공 도파관을 포함하는 위상 이동기에서, 바이어싱 전극은, 예를 들어 금속 직사각형 도파관으로서 구성될 수 있는 중공 도파관의 2개의 대향면(opposing surfaces) 상에 배열된다. 중공 도파관은 적어도 부분적으로 액정 매질로 채워지고, 액정 매질의 배향 상태는 2개의 바이어싱 전극에 제어 신호를 인가함으로써 제어될 수 있는 전기장에 의해 제어된다.
이러한 위상 이동기는 예를 들어, 문헌[H. Maune et al., Crystals, 8(9), 2018, 355]에 기술되어 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 조종 가능한 안테나는 홀로그래픽 안테나로서 구성된다. 이러한 홀로그래픽 안테나에서는 홀로그래픽 발광 패턴이 형성된다. 방출되는 안테나 신호의 빔 방향 및 빔 형상은 홀로그램 형태의 변경에 의해 변경될 수 있다.
이러한 홀로그래픽 조종 가능한 안테나의 방사 방출 소자는 바람직하게는 메타물질 층의 일부이고, 이때 홀로그래픽 패턴은 조정기 소자에 의해 제어된다. 도파관 및 도파관에 결합된 메타물질 층을 갖는 이러한 홀로그래픽 조종 가능한 안테나는 예를 들어, US 2015/0288063 A1로부터 알려져 있다.
예를 들어, 조정기 소자는 공명 소자로 구성되며 공명 주파수는 액정 매질의 상태에 따라 달라진다. 조정기 소자는, 적어도 부분적으로 액정 매질로 채워지고 액정 매질의 배향 상태를 제어하기 위한 전기장을 인가하도록 하는 전극을 갖는 공동(cavity)을 포함할 수 있다. 전기장을 제어하도록, 전극에 제어 신호를 인가할 수 있다.
이러한 홀로그래픽 조종 가능한 안테나에서, 조종 가능한 안테나는 복수의 슬롯을 갖는 공통 도파관을 추가로 포함하고, 조정기 소자는 공통 도파관과 슬롯 사이에 배열되는 것이 바람직하다. 조정기 소자는, 각각의 슬롯의 리액턴스(reactance)를 조정함으로써 적어도 각각의 방사 소자에 의해 방출되는 방사선의 진폭을 제어하도록 구성된다.
바람직하게는, 조종 가능한 안테나는 복수의 슬롯 및 조정기 소자를 포함하는 메타물질 층을 포함한다. 복수의 슬롯 각각은 방사 소자에 결합되고 방사 소자는 바람직하게는 어레이(array) 형태로 배열된다. 조정기 소자를 통해, 방사 소자의 어레이는 안테나에 의해 방출되는 안테나 신호를 조종하기 위한 홀로그래픽 회절 패턴을 형성하도록 구성된다.
방출될 안테나 신호는 공통 도파관에 의해 공급되고 조정 가능한 슬롯을 통해 방사 소자로 안내되며, 조정기 소자에 의해, 각각의 조정기 소자의 액정 매질에 인가된 전기장에 따라 각 조정 가능한 슬롯의 리액턴스가 조정될 수 있다.
방사 소자의 간격은, 방사 소자를 포함하는 안테나의 활성 부분이 방출 또는 수신된 신호에 대해 메타물질층으로서 작용하도록, 바람직하게는 λ/2 미만이다. 또한, 안테나의 활성 부분의 직경 또는 가장자리 길이와 같은 전체 치수는 바람직하게는 많은 파장의 길이로 치수화된다.
액정 매질은 바람직하게는, 안테나 신호에 대해 바람직한 주파수 범위에서 양호한 조정 가능성이 제공되도록, 또한 액정 매질이 안테나에 의해 방출 또는 수신될 안테나 신호에 대해 낮은 흡수 또는 손실을 갖도록 선택된다. 사용되는 액정 매질에 대한 두 가지 핵심 매개변수는 조정성(tunability)과 유전 손실 탄젠트(tangent)이다.
조정성 τ는 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pct00001
이때
Figure pct00002
는 분자축에 평행한 유전율이고,
Figure pct00003
는 분자축에 수직인 유전율이다. 조정성 τ는 액정 매질의 가능한 최고의 상대 유전율 변화를 나타낸다.
유전 손실 탄젠트 tan δ는 각 신호 주파수에서 유전율의 허수부와 실수부의 비율로 정의되며 다음과 같이 지정된다.
Figure pct00004
유전 손실 탄젠트 tan δ는 유전 흡수에 대한 수치이며, 이에 따라 안테나 신호의 흡수 손실을 나타낸다. 따라서, 액정매질은, 안테나 신호의 원하는 주파수에 대해 조정성 τ가 최대화되고 유전 손실 탄젠트 tanδ가 최소화되도록 선택된다.
액정 매질의 특성, 특히 조정성 τ, 유전 손실 탄젠트 tanδ 및 회전 점도(
Figure pct00005
1)는 온도 의존적이며, 회전 점도는 응답 시간에 영향을 미친다. 따라서, 액정 매질의 온도는 바람직하게는 설정된 작동 온도로 제어된다. 특히, 액정 매질은, 특히 응답 시간의 관점에서, 원하는 작동 온도에 도달하도록 가열된다. 빠른 응답은 낮은 회전 점도를 필요로 한다.
본 발명의 조종 가능한 안테나에는, 조정기 소자에 연결되고, 조정기 소자의 액정 매질의 유전 가열에 적합한 가열 신호를 생성하도록 구성된 신호 발생기가 제공된다.
유전 가열은, 인가된 신호가, 액정 매질을 가열하는 교류 전기장을 발생시키는 과정이다. 이 가열은 매질 내에서 분자 쌍극자 회전에 의해 발생한다. 액정 매질의 액정 분자는 전기 쌍극자 모멘트를 갖는 극성 분자이다. 이러한 쌍극자 모멘트는 교류 전기장에서 자체 정렬되며, 그 결과, 회전하는 분자가 전기력을 통해 다른 분자를 밀고 당기고 충돌하여 그 물질 내의 인접한 분자 및 원자에 에너지를 분배한다. 온도는 물질의 원자 및 분자의 평균 운동 에너지와 관련이 있으므로, 이 과정은 액정 매질의 온도를 상승시킨다.
유전 가열에 적합한 가열 신호의 주파수는 바람직하게는 조종 가능한 안테나에 의해 방출되는 안테나 신호의 주파수보다 몇 배 작은 크기로 선택된다. 예를 들어, 유전 가열에 사용되는 주파수는 10Hz 내지 1MHz 범위에서 선택되고 안테나 신호의 주파수는 1GHz 내지 110GHz 범위에서 선택된다. 이에 따라, 신호 발생기는 선택된 주파수의 가열 신호를 공급하도록 구성된다.
액정 매질 및/또는 가열 신호의 주파수는 바람직하게는 손실 탄젠트 tan δ가 가열 신호의 주파수에 대해 최대값을 갖도록 선택된다.
본원에서 사용되는 바와 같이, 유전 가열을 위한 최적 주파수는 손실 탄젠트 tan δ가 주어진 온도 및 액정 매질의 배향 상태에 대해 최대값을 갖는 주파수이다.
본 발명에 따른 안테나에 사용되는 매질은 바람직하게는 90℃ 이상, 보다 바람직하게는 100℃ 이상, 보다 바람직하게는 110℃ 이상, 보다 바람직하게는 120℃ 이상, 보다 바람직하게는 130℃ 이상, 특히 바람직하게는 140℃ 이상, 매우 특히 바람직하게는 150℃ 이상의 등명점(clearing point)을 갖는다.
본 발명에 따른 안테나에 사용되는 매질의 네마틱 상(nematic phase)은 바람직하게는 적어도 0℃ 또는 그 이하로부터 90℃ 또는 그 이상까지 확장된다. 본 발명에 따른 매질이 훨씬 더 넓은 네마틱 상 범위, 바람직하게는 적어도 -10℃ 또는 그 이하 내지 120℃ 또는 그 이상, 매우 바람직하게는 적어도 -20℃ 또는 그 이하 내지 140℃ 또는 그 이상, 특히 적어도 -30℃ 또는 그 이하 내지 150℃ 또는 그 이상, 매우 특히 바람직하게는 적어도 -40℃ 또는 그 이하 내지 170℃ 또는 그 이상의 네마틱 상 범위를 나타내는 것이 유리하다.
본 발명에 따른 안테나에 사용되는 액정 매질의 유전 이방성(dielectric anisotropy, Δε)은 1kHz 및 20℃에서, 바람직하게는 3 이상, 보다 바람직하게는 7 이상, 매우 바람직하게는 10 이상이다.
본 발명에 따른 안테나에 사용되는 액정 매질의 복굴절(birefringence, Δn)은 589nm(NaD) 및 20℃에서, 바람직하게는 0.280 이상, 보다 바람직하게는 0.300 이상, 더욱 바람직하게는 0.320 이상, 매우 바람직하게는 0.330 이상, 특히 0.350 이상이다.
본 발명에 따른 안테나에 사용되는 액정 매질의 Δn은 589 nm(NaD ) 및 20℃에서, 바람직하게는 0.200 내지 0.900 범위, 보다 바람직하게는 0.250 내지 0.800 범위, 더욱 바람직하게는 0.300 내지 0.700 범위, 매우 특히 바람직하게는 0.350 내지 0.600 범위이다.
적합한 액정 매질은 종래 문헌으로부터 공지되어 있다. 바람직한 매질은 예를 들어 WO2013/034227, EP2982730, EP 3312251, EP 3543313, 및 WO 2019/243223에 개시되어 있다.
매우 바람직하게는, 본 발명에 따른 안테나는 하기 화학식 I, II 및 III의 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는 액정 매질을 포함한다.
Figure pct00006
상기 식에서,
R1 은 H, 또는 1 내지 17개의 C 원자를 갖는 비불소화된 알킬 또는 비불소화된 알콕시, 또는 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 비불소화된 알케닐, 비불소화된 알케닐옥시 또는 비불소화된 알콕시알킬을 나타내며, 이때 하나 이상의 CH2- 기가
Figure pct00007
Figure pct00008
로 대체될 수 있으며,
n은 0, 1 또는 2이며,
Figure pct00009
은 각각의 경우에 서로 독립적으로,
Figure pct00010
를 나타내며, 이 때 RL 은 각 경우에 동일하거나 상이하게, H 또는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내며,
Figure pct00011
은 대안적으로
Figure pct00012
Figure pct00013
를 나타내며,
R2 는 H, 또는 1 내지 17개의 C 원자를 갖는 비불소화된 알킬 또는 비불소화된 알콕시, 또는 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 비불소화된 알케닐, 비불소화된 알케닐옥시 또는 비불소화된 알콕시알킬을 나타내며, 이때 하나 이상의 CH2- 기가
Figure pct00014
Figure pct00015
로 대체될 수 있으며,
Z21 은 trans-CH=CH-, trans-CF=CF- 또는 -C≡C-를 나타내며,
Figure pct00016
은 서로 독립적으로,
Figure pct00017
를 나타내며, 이 때 RL 은 각 경우에 동일하거나 상이하게 H 또는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내며;
R3은 H, 또는 1 내지 17개의 C 원자를 갖는 비불소화된 알킬 또는 비불소화된 알콕시, 또는 2 내지 15개의 C 원자를 갖는 비불소화된 알케닐, 비불소화된 알케닐옥시 또는 비불소화된 알콕시알킬을 나타내며, 이때 하나 이상의 CH2- 기가
Figure pct00018
Figure pct00019
로 대체될 수 있으며,
Z31 및 Z32 중 하나는 trans-CH=CH-, trans-CF=CF- 또는 -C≡C-를 나타내며, 다른 하나는 독립적으로, -C≡C-, trans-CH=CH-, trans-CF=CF- 또는 단일 결합을 나타내며,
Figure pct00020
은 서로 독립적으로,
Figure pct00021
를 나타내며, 이 때 RL 은 각 경우에 동일하거나 상이하게, H 또는 1 내지 6개의 C 원자를 갖는 알킬을 나타내며,
Figure pct00022
은 대안적으로
Figure pct00023
를 나타낸다.
조정기 소자의 액정 매질을 템퍼링하도록 유전 가열을 사용하는 것은, 저온 환경(특히 0°C 미만의 온도)에서 조종 가능한 안테나에 전원이 공급되는 콜드 스타트(cold-start) 상황에서 특히 유용하다. 유전 가열은 액정 매질의 빠른 가열을 가능하게 하며, 그 특성은 온도 의존적이다. 조정기 소자의 액정 매질에 근접하게 배열된 저항성 히터와 같은 종래의 전기 히터에 의한 것보다 작동 온도에 훨씬 더 빨리 도달된다. 유전 가열에 의해, 가열될 액체 결정 매질 내에서 열이 직접 생성된다. 외부 히터에서 액정 매질로의 열 전도로 인한 시간 지연이 없다.
바람직하게는, 조정기 소자 각각은 적어도 2개의 전극을 갖고, 이때 제1 전극은 액정 매질의 상태를 조정하기 위한 전기장을 인가하도록 구성되며, 제2 전극은 신호 발생기에 연결되고 액정 매질의 유전 가열을 위한 전기장을 인가하도록 구성된다.
대안적으로, 조정기 소자 각각은 적어도 하나의 전극을 가지며, 이는 액정 매질의 상태를 조정하기 위한 전기장을 인가하도록 구성되고, 또한 신호 발생기에 추가로 연결되며 액정 매질의 유전 가열을 위한 전기장을 인가하도록 구성된다.
가열 신호뿐만 아니라 제어 신호를 생성하도록 신호 발생기가 사용될 수 있다. 이들 신호 발생기는 2개의 독립적인 신호 발생기 형태로 제공될 수 있다. 대안적으로 제어 신호와 가열 신호 모두에 대한 공통 신호 발생기가 제공될 수도 있다.
바람직하게는, 조종 가능한 안테나는 조정기 소자의 액정 매질의 온도를 측정하도록 구성된 온도 센서를 추가로 포함한다. 이를 통해 액정 매질의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 상기 측정은 온도를 제어하거나 조종 가능한 안테나의 작동 상태에 관한 피드백을 제공하는데 사용될 수 있다.
바람직하게는, 조종 가능한 안테나는, 조정기 소자의 액정 매질의 온도에 따라 유전 가열에 적합한 가열 신호의 주파수를 조정하도록 구성된 제어 유닛을 추가로 포함한다. 따라서, 제어 유닛은 신호 발생기에 연결되고, 신호 발생기는 출력 신호의 주파수가 제어 유닛에 의해 제공되는 제어 신호에 따라 조정될 수 있도록 구성된다.
예를 들어, 제어 유닛은 액정 매질의 온도를 원하는 온도 설정점으로 제어하도록, 비례-적분-미분(PID; proportional-integral-derivative)제어기와 같은 온도 조절기를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 안테나는 유전 가열의 전력 입력을 측정하기 위한 수단 및 전력 입력 값에 기초하여 LC의 온도 변화에 따른 최적 주파수를 추적하도록 구성된 추적 시스템을 포함한다. 이것은, 온도가 변할 때(예를 들어 가열 시 온도가 상승할 때) 유전 가열이 최적 주파수에서 작동될 수 있기 때문에 유용하다.
물론, 조종 가능한 안테나는 예를 들어, 환경적 영향으로부터 보호하기 위해 방사 소자를 덮도록 배열된 레이돔(radome) 또는 보호층과 같은 추가 구성 요소를 포함할 수 있다. 또한, 조종 가능한 안테나는, 조정기 소자의 각각의 액정 매질의 유전 가열에 더하여 추가 가열을 제공하도록 예를 들어, 전기 발열체와 같은 추가 히터를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 조종 가능한 안테나를 가열 및/또는 템퍼링하는 방법이 제공된다. 조종 가능한 안테나는 복수의 방사 소자 및 방사 소자에 의해 방출될 신호의 위상을 이동시키고/시키거나 진폭을 조정하도록 구성된 복수의 조정기 소자를 포함하고, 이때 각각의 방사 소자는 조정기 소자 중 하나에 결합되고, 조정기 소자 각각은 액정 매질을 포함하며, 조정기 소자는 위상 및/또는 진폭의 조정이 액정 매질의 상태에 따라 달라지도록 구성된다. 상기 방법은 조정기 소자의 액정 매질에 액정 매질의 유전 가열에 적합한 주파수를 갖는 교류 전기장을 인가하는 것을 포함한다.
상기 조종 가능한 안테나는 바람직하게는 본 명세서에 기술된 조종 가능한 안테나 중 하나이다.
바람직하게는, 유전 가열을 위한 교류 전기장을 인가하기 위해 액정 매질 부근에 및/또는 인접하게 배열된 전극에 가열 신호가 인가된다. 전기장을 인가하기 위해, 가열 신호가 상기 전극에 인가될 수 있다.
유전 가열에 사용되는 가열 신호에 대해 선택되는 주파수는 바람직하게는, 액정 매질이 선택된 주파수에 대해 흡수 최대값을 갖도록 선택된다.
액정 매질의 물리적 특성은 온도 의존적이므로, 상기 방법은 바람직하게는 액정 매질의 온도를 측정하고, 측정된 온도에 따라 가열 신호의 주파수를 조정하여 교류 전기장의 주파수를 조정하는 단계를 추가로 포함한다.
예를 들어, 유전 가열에 사용되는 흡수 최대값의 온도에 대한 의존성은 실험적으로 결정될 수 있다.
바람직하게는, 가열 신호의 주파수는 측정된 온도로부터 순람표에 의해 결정된다. 예를 들어, 순람표는 실험 데이터에 기초하여 작성될 수 있다.
손실 탄젠트는 가열 신호의 온도와 주파수에 따라 달라진다.
도 4a는 액정 방향자(director)에 수직인 손실 탄젠트의 온도 및 주파수 의존성을 보여주고,
도 4b는 예시적인 액정 매질에 대한 액정의 방향자에 평행한 손실 탄젠트의 온도 및 주파수 의존성을 보여준다.
액정의 상이한 배향 상태에 대해 복수의 순람표가 제공된다. 배향은 액정의 상태를 제어하도록 인가되는 제어 신호에 따라 달라진다.
바람직한 실시양태에서, 가열 신호가 인가되기 전 또는 인가되는 동안 액정이 전기장에 평행하게 정렬되도록 액정이 완전히 전환된다.
순람표를 통해, 유전 가열에 사용되는 주파수 조정을 구현하는 제어 장치에는 단지 몇 개의 계산 리소스만이 필요하다. 순람표의 두 항목 사이에 있는 온도의 경우, 보간법(interpolation)을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 가열 신호의 주파수는 안테나의 유전 가열의 전력 입력 값에 따라 조정된다. 전력 입력 값은 주어진 액정 배향에 대한 각 주파수 값과 연관된다. 높은 전력 입력 값은 높은 손실 탄젠트에 해당하며, 액정과 안테나의 양호하게 빠른 가열을 유발한다. 가열을 위한 작동 주파수는 최고 전력 입력을 가지는 주파수 값으로서 선택된다.
바람직하게는, 최적 주파수는, i) 안테나(10)의 전력 입력을 모니터링하면서 미리 결정된 주파수 범위를 통해 해당 주파수를 스위핑하는 단계, ii) 전력 입력이 최대가 되는 주파수를 결정하는 단계에 의해 결정된다.
바람직하게는, 상기 방법은, i) 안테나의 가열의 전력 입력을 측정하는 단계, ii) 상기 전력 입력에서 변화가 발생했는지 여부를 결정하는 단계, 그리고 만약 그렇다면, iii) 상기 변화에 응답하여 가열 신호의 주파수를 변화시켜, 주파수에 따른 전력 입력의 변화가 조정되어 미리 결정된 값, 바람직하게는 0을 유지하도록 하는 단계를 포함하는 최적 주파수를 추적하기 위한 방법을 추가로 포함한다.
선택적으로, 결과는 나중에 참조할 수 있도록 전자적으로 저장된다.
바람직하게는, 액정 매질의 온도는 액정 매질 내에 또는 액정 매질 부근에 배열된 온도 센서를 통해 측정된다.
추가적으로 또는 대안적으로, 온도는 액정 매질의 전기용량 측정을 통해 결정된다.
액정 매질의 전기용량은 예를 들어, 액정 매질의 상태를 제어하고/하거나 유전 가열에 사용되는 신호를 인가하기 위한 전기장을 인가하기 위해 사용되는 동일한 전극을 사용하여 측정될 수 있다. 예를 들어, 전기용량의 온도에 대한 의존성은 실험적으로 결정될 수 있다.
바람직하게는, 측정된 전기용량으로부터 온도를 결정하기 위해 순람표가 사용된다. 다시 말하자면, 순람표를 사용하면 온도 제어를 수행하는 데 단지 몇 개의 계산 리소스만이 필요하다. 순람표의 두 항목 사이에 있는 전기용량 값의 경우, 보간법을 사용할 수 있다.
바람직하게는, 액정 매질의 가열은 40℃ 이하, 바람직하게는 -40℃ 내지 40℃ 범위, 보다 바람직하게는 -35℃ 내지 20℃, 특히 바람직하게는 -30℃ 내지 10℃ 범위, 특히 -30℃ 내지 0℃의 액정 매질의 온도를 위해 수행된다.
바람직하게는, 온도 제어가 수행되고 액정 매질의 온도가 미리 결정된 온도 설정점으로 제어된다.
도 1은 4개의 방사 소자를 갖는 조종 가능한 안테나의 도식 블록도이다.
도 2는 위상 이동기로서 구성된 조정기 소자의 개략도이다.
도 3은 예시적인 액정 매질에 대한 유전율의 실수부의 온도 및 주파수 의존성을 도시한다.
도 4a는 예시적인 액정 매질에 대한 액정 방향자에 수직인 손실 탄젠트의 온도 및 주파수 의존성을 도시한다.
도 4b는 예시적인 액정 매질에 대한 액정 방향자에 평행한 손실 탄젠트의 온도 및 주파수 의존성을 도시한다.
도면은 본 발명의 개략적이고 비제한적 표현일 뿐이다.
도 1에는 4개의 방사 소자(12)를 갖는 조종 가능한 안테나(10)의 도식 블록도가 도시되어 있다. 조종 가능한 안테나(10)는 조종 가능한 안테나(10)에 의해 방출될 안테나 신호를 공급하기 위한 안테나 신호 입력부(16)를 갖는다. 또한, 조종 가능한 안테나(10)는 제어 유닛(50)을 포함한다.
도 1의 조종 가능한 안테나(10)는 위상 어레이 안테나로서 구성되며, 각 방사 소자(12)는 위상 이동기로서 구성된 조정기 소자(14) 및 분배 네트워크(18)를 통해 안테나 신호 입력부(16)에 연결된다. 도 1의 예에서 상기 방사 소자(12)는 2x2 배열로 배열되어 있다.
안테나 신호 입력부(16)에 공급되는 안테나 신호는 분배 네트워크(18)에 의해 방사 소자(12)에 연결된 위상 이동기로 분배된다. 모든 위상 이동기가 동위상 출력을 생성하도록 구성된 경우, 방사된 신호의 위상 전면이 안테나 표면에 평행하게 정렬되며, 따라서 안테나 빔이 안테나 표면에 대해 수직으로 향하게 된다. 특정 증분 위상 이동을 도입할 때 방사 필드의 위상 전면은 기울어지므로 안테나 빔도 원하는 방향쪽으로 기울어진다.
위상 이동기로서 구성되는 조정기 소자(14) 각각은 액정 매질을 포함하고 위상 이동기는 액정 매질의 상태에 따라 달라진다. 액정 매질의 상태는 조정기 소자(14)에 배열된 전극을 사용하여 인가되는 전기장에 의해 제어된다. 전기장은 상기 전극에 인가되는 제어 신호에 따라 달라진다.
도 1에 도시된 예시적인 실시양태에서, 제어 유닛(50)은 안테나 빔을 조종하는데 필요한 위상 이동을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 제어 유닛(50)은, 위상 이동기로서 구성되는 각각의 조정기 소자(14)에 연결된 제어 신호 발생기(22)에 연결된다.
액정 매질의 물리적 특성은 온도 의존적이므로, 조종 가능한 안테나(10)의 조정기 소자(14)의 적어도 액정 매질이 작동 온도 범위 내의 온도를 갖도록 하는 것이 필요하다. 이는 온도가 0°C 미만인 저온 환경에서 특히 중요하다. 조정기 소자(14)의 액정 층을 가열하기 위해, 조종 가능한 안테나(10)는 조정기 소자(14)에 연결되는 가열 신호 발생기(20)를 추가로 포함한다. 가열 신호 발생기(20)는 액정 층의 유전 가열을 위한 전기장 발생에 적합한 가열 신호를 제공하도록 구성된다. 따라서, 조정기 소자(14)는 전극을 포함하며, 이는 가열 신호가 전극에 인가될 때 액정 매질 내에 전기장을 생성하기 위해 사용된다.
도 1에 도시된 실시양태에서, 가열 신호 발생기(20) 및 제어 신호 발생기(22)는 조합된 신호를 생성하는 공통 신호 발생기로서 구성된다. 조합된 신호는 이후 각각의 조정기 소자(14)에서 액정 매질 옆에 배열된 한 쌍의 전극에 인가된다.
도 1에 도시된 실시양태에서, 제어 유닛(50)은 조정기 소자(14)의 액정 매질의 온도를 제어하도록 추가로 구성된다. 따라서, 제어 유닛(50)은 가열 신호 발생기(20)에 연결되고 또한 조정기 소자(14) 중 하나의 액정 매질에 근접하게 배열된 온도 센서(40)에 연결된다. 다른 실시양태에서, 각 조정기 소자(14)에 대해 온도 센서(40)를 배열하는 것이 가능하다.
제어 유닛(50)은 예를 들어, 온도 센서(40)에 의해 제공되는 피드백을 사용하여 원하는 온도 설정점으로 조정기 소자(14)의 액정 매질의 온도를 제어하기 위한 비례-적분-미분(PID) 제어기와 같은 온도 제어기를 포함할 수 있다.
가열 신호에 대한 최적 주파수를 선택하기 위해, 제어 유닛(50)은 저장된 순람표를 갖는 기억 장치를 포함할 수 있다. 순람표의 항목은 액정 매질의 각 온도에 대해 유전 가열에 사용되는 정확한 주파수를 제공한다.
도 2는 위상 이동기로서 구성된 조정기 소자(14)를 개략도로 도시한다.
위상 이동기는 동일 평면 도파관(30)으로서 구성된 마이크로스트립 라인을 포함한다. 동일 평면 도파관(30)은, 도 1의 분배 네트워크(18) 및 각각의 하나의 방사 소자(12)에 연결된, 제1 기판(141) 상에 배열된 신호 라인(142)을 포함한다.
신호 라인(142)은 신호 라인(142)의 양측에 배열된 한 쌍의 접지 라인(146)과 함께 제1 기판(141) 상에 배열된다. 액정층(143) 형태의 액정 매질을 둘러싸는 공동을 형성하기 위해, 신호 라인(142)을 전달하는 제1 기판(141)의 측면을 향하도록 제2 기판(145)이 배열된다. 액정층(143)의 갭 폭 및 그에 따른 두께는 일반적으로 10㎛ 미만이다.
도 2에 도시된 실시양태에서, 액정층(143)을 대면하는 제2 기판(145)의 표면 상에 상부 전극(144)이 배열된다. 액정층(143)의 액정 매질의 상태를 제어하기 위한 전기장의 인가를 위해, 신호 라인(142)은 제1 전극으로 사용될 수 있다. 상부 전극(144) 및/또는 접지 라인(146)은 액정 매질의 상태를 제어하기 위한 전기장 인가 및 액정 매질의 가열을 위한 전기장 인가를 위해 제2 전극으로서 사용될 수 있다.
매질 N1 및 N2는 다음과 같은 조성 및 물리적 특성을 가진다.
실시예 N1
Figure pct00024
Figure pct00025
실시예 N2
Figure pct00026
Figure pct00027
도 3은 100Hz 내지 100kHz 범위의 다양한 주파수에 대한 예시적인 액정 매질 N1의 유전율 ε' 대 온도의 실수부를 도시한다.
제1 곡선(201)은 분자 축에 평행한 유전율을 나타낸다. 제2 곡선(202)은 100Hz의 주파수에 대한 분자 축에 수직인 유전율을 나타낸다. 100kHz까지의 추가 주파수에 대한 곡선이 약간만 다르기 때문에 100Hz에 대한 제2 곡선(202)만이 예로서 도시되어 있다. 제3 곡선(203)은 분자 축에 평행한 유전율과 수직인 유전율 사이의 차이 Δε를 나타낸다.
도 3의 다이어그램에서 알 수 있듯이, 최대 유전율은 온도에 따라 변화한다.
도 4a는, 실시예 N2의 액정 혼합물에 대한, 방향자에 수직인 손실 탄젠트의 온도 및 주파수 의존성을 도시한다. 예를 들어, 0°C에서, 액정의 수직 배향에 대해 1Hz의 가열 신호를 인가하는 것이, 여기에서 가장 높은 손실 탄젠트 값이 관찰되기 때문에 유리하다(tanδ = 3.61). 20°C로 가열하면 최대값이 1.58Hz로 이동한다(tanδ = 5.67).
도 4b는 액정 매질 N2에 대해 방향자에 평행한 손실 탄젠트의 온도 및 주파수 의존성을 도시한다. 예를 들어, -30°C에서, 평행 배향에 대한 손실 탄젠트의 가장 높은 값은, 이 경우 유전 가열에 대한 최적 주파수인 631Hz(tanδ = 0.685)의 주파수에서 관찰된다. 예를 들어 -10°C로 가열하면, 최적 주파수, 즉 최대 손실이 10kHz로 이동한다(tanδ = 0.717).
10: 조종 가능한 안테나
12: 방사 소자
14: 조정기 소자
16: 안테나 신호 입력부
18: 분배 네트워크
20: 가열 신호 발생기
22: 제어 신호 발생기
30: (동일 평면) 도파관
40: 온도 센서
50: 제어 유닛
141: 제1 기판
142: 신호 라인
143: 액정층
144: 상부 전극
145: 제2 기판
146: 접지 라인
201: 제1 곡선
202: 제2 곡선
203: 제3 곡선

Claims (23)

  1. 복수의 방사 소자(radiating element)(12), 및
    방사 소자(12)에 의해 방출될 신호의 위상을 이동시키고/시키거나 진폭을 조정하도록 구성된 복수의 조정기 소자(modifier element)(14)
    를 포함하는 조종 가능한 안테나(steerable antenna)(10)로서,
    하나 이상의 상기 방사 소자(12)가 하나 이상의 상기 조정기 소자(14)에 결합되고,
    상기 조정기 소자(14) 각각은 액정 매질을 포함하며;
    상기 조정기 소자(14)는 위상 및/또는 진폭의 조정이 액정 매질의 상태에 따라 달라지도록 구성되고,
    상기 조종 가능한 안테나(10)가, 상기 조정기 소자(14)에 연결되고 상기 조정기 소자(14)의 액정 매질의 유전(dielectric) 가열에 적합한 신호를 생성하도록 구성된 신호 발생기(20)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 조종 가능한 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 방사 소자(12)는 그리드(grid) 형태 또는 동심(concentric) 링 형태로 배열되는, 조종 가능한 안테나(10).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 조정기 소자(14)는 위상 이동기로서 구성되는, 조종 가능한 안테나(10).
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 안테나는 가변 감쇠기(variable attenuator)로서 구성된 조정기 소자(14)를 추가로 포함하는, 조종 가능한 안테나(10).
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 위상 이동기는 도파관(30)을 갖는, 조종 가능한 안테나(10).
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 도파관(30)은 액정 층에 인접하게 배열된 마이크로스트립 라인 또는 동일 평면 도파관으로서 또는 적어도 부분적으로 액정 매질로 채워진 중공 도파관으로서 구성되는, 조종 가능한 안테나(10).
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 조종 가능한 안테나(10)는 복수의 슬롯을 갖는 공통 도파관을 추가로 포함하고, 상기 조정기 소자(14)는 상기 공통 도파관과 상기 슬롯 사이에 배열되는, 조종 가능한 안테나(10).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정기 소자(14) 각각은 적어도 2개의 전극을 갖고, 이때 제1 전극은 상기 액정 매질의 배향 상태를 조정하기 위한 전기장을 인가하도록 구성되며, 제2 전극은 상기 신호 발생기(20)에 연결되고 액정 매질의 유전 가열을 위한 전기장을 인가하도록 구성되는, 조종 가능한 안테나(10).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정기 소자(14) 각각은 적어도 하나의 전극(144)을 가지며, 이 전극은 상기 액정 매질의 배향 상태를 조정하기 위한 전기장을 인가하도록 구성되고 상기 신호 발생기(20)에 추가로 연결되며 상기 액정 매질의 유전 가열을 위한 전기장을 인가하도록 구성되는, 조종 가능한 안테나(10).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조종 가능한 안테나(10)는 상기 조정기 소자(14)의 액정 매질의 온도를 측정하도록 구성되는 온도 센서(40)를 추가로 포함하는, 조종 가능한 안테나(10).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조정기 소자(14)의 액정 매질의 온도에 따라 유전 가열에 적합한 신호의 주파수를 조정하도록 구성된 제어 유닛(50)이 제공되는, 조종 가능한 안테나(10).
  12. 복수의 방사 소자(12), 및
    방사 소자(12)에 의해 방출될 신호의 위상을 이동시키고/시키거나 진폭을 조정하도록 구성되는 복수의 조정기 소자(14)
    를 포함하는 조종 가능한 안테나(10)를 가열 및/또는 템퍼링하는 방법으로서,
    하나 이상의 상기 방사 소자(12)가 하나 이상의 상기 조정기 소자(14)에 결합되고,
    상기 조정기 소자(14) 각각은 액정 매질을 포함하며;
    상기 조정기 소자(14)는 위상 및/또는 진폭의 조정은 액정 매질의 상태에 따라 달라지도록 구성되고,
    상기 조정기 소자(14)의 액정 매질에 상기 액정 매질의 유전 가열에 적합한 주파수를 갖는 교류 전기장이 인가되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 액정 매질의 온도가 측정되고 측정된 온도에 따라 상기 교류 전기장의 주파수가 조정되는, 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 주파수는 상기 측정된 온도로부터 순람표(look up table)에 의해 결정되는, 방법.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 교류 전기장의 주파수는 상기 안테나(10)의 유전 가열의 전력 입력에 따라 조정되는, 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 주파수는
    i) 상기 안테나(10)의 전력 입력을 모니터링하면서 미리 결정된 주파수 범위를 통해 해당 주파수를 스위핑하는 단계,
    ii) 상기 전력 입력이 최대가 되는 주파수를 결정하는 단계
    에 의해 결정되는, 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    i) 상기 안테나의 유전 가열의 전력 입력을 측정하는 단계,
    ii) 상기 전력 입력에서 변화가 발생했는지 여부를 결정하는 단계, 그리고 만약 그렇다면,
    iii) 상기 변화에 응답하여 가열 신호의 주파수를 변화시켜, 주파수에 따른 전력 입력의 변화가 조정되어 미리 결정된 값을 유지하도록 하는 단계
    를 추가로 포함하는 방법.
  18. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 온도는 액정 매질 내에 또는 액정 매질 부근에 배열된 온도 센서(40)를 통해 측정되는, 방법.
  19. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 온도는 액정 매질의 전기용량 측정을 통해 결정되는, 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 측정된 전기용량으로부터 온도를 결정하기 위해 순람표가 사용되는, 방법.
  21. 제 12 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 액정 매질의 가열이 40℃ 이하, 바람직하게는 -40℃ 내지 40℃ 범위의 액정 매질의 온도에서 수행되는, 방법.
  22. 제 12 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 온도 제어가 수행되고 액정 매질의 온도가 미리 결정된 온도 설정점으로 제어되는, 방법.
  23. 제 12 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조종 가능한 안테나(10)는 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 조종 가능한 안테나(10)인, 방법
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