KR20230028805A - 분할된 접지 전극을 갖는 가변 유전 상수 안테나 - Google Patents

분할된 접지 전극을 갖는 가변 유전 상수 안테나 Download PDF

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Abstract

다층 안테나는, 방사 소자들을 포함하는 방사층; RF 신호를 방사 소자들에 결합하기 위한 지연 라인들을 포함하는 송신층; 가변 유전 상수(VDC) 판을 포함하는 제어층; RF 신호를 지연 라인들의 각각에 결합하기 위한 장치를 포함하는 RF 결합층; 및 RF 신호를 위한 접지부로서 기능하는 접지층을 포함한다. 접지층은, 또한, VDC 제어 신호를 위한 접지부로서 기능할 수 있다. 접지면은 복수의 전도성 접지 패치를 포함할 수 있고, 각각의 전도성 접지 패치는, 이웃하는 전도성 접지 패치로부터, 최대 400 Hz의 구형파를 위한 브레이크로서 보이지만 RF 신호를 위한 단락부로서 보이는 거리만큼 분리된다. RF 신호의 파장의 1/10 이하로 분리하는 것이 유익하다.

Description

분할된 접지 전극을 갖는 가변 유전 상수 안테나{VARIABLE DIELECTRIC CONSTANT ANTENNA HAVING SPLIT GROUND ELECTRODE}
본원은, 2017년 7월 19일자로 출원한 미국 특허출원번호 제15/654,643호에 대한 우선권을 주장하며, 그 개시 내용의 전문은 본원에 참고로 원용된다.
본 발명은, 무선 송신 및/또는 수신 안테나, 및 이러한 안테나와, 이것들과 연관된 마이크로스트립, 스트립라인 등의 급전 네트워크를 제조하는 방법에 관한 것이다.
종래 기술에서, 본 발명자는, 안테나의 특성을 제어하도록 가변 유전 상수(variable dielectric constant; VDC)를 이용하여 소프트웨어 정의 안테나를 형성하는 안테나를 개시하였다. 그러한 안테나에 대한 세부 사항은 미국 특허번호 제7,466,269호에서 찾을 수 있으며, 그 개시 내용의 전문은 본원에 참고로 원용된다. '269 특허에 개시된 안테나는, LCD 스크린 위에 단순히 방사 소자들과 급전 라인들을 형성함으로써 동작할 수 있고 제조하기 쉬운 것으로 입증되었다. 따라서, 소프트웨어 정의 안테나를 개선할 수 있는 다른 가능성을 추가로 조사하도록 추가 연구가 진행되었다.
모출원에서는, 본 발명자가 가변 유전 상수 안테나를 개선한 다양한 실시예를 개시하였다. 이들 실시예에서의 많은 개선점(본원에 설명이 포함됨)은 다층의 제조에 존재하며, 이에 따라 다양한 신호 경로를 분리한다. 특정 안테나 설계에 관계없이, '269 특허에 설명된 바와 같이, 안테나의 소프트웨어 제어는 개별 VCD 픽셀에 인가되는 신호를 통해 행해진다. 이는, 제어기가 각 픽셀을 개별적으로 처리할 수 있어야 함을 의미한다. 또한, 비용을 고려하기 위해, LCD 스크린의 표준 제어기, 예를 들어, 평판 텔레비전의 제어기를 이용하는 것이 바람직하다.
종래의 평판 TV 제어기는, 설계된 리프레시율(refresh rate)에 따라 스크린 상의 이미지를 리프레시하도록 구형파 신호를 픽셀들에 전송한다. 그러나, 종래의 제어기는 제어 신호와 접지 신호 모두를 각각의 픽셀에 발행한다. 즉, 종래의 TV에서는, 각 픽셀이 2개의 전극을 갖는다. 제어기는 공통 신호 및 구형파 신호를 발행하는데, 하나는 입력 전극에 인가되는 것이고, 하나는 픽셀의 접지 또는 공통 전극에 인가되는 것이다. 이러한 방식으로, 제어기는 이러한 이중 신호들을 각 픽셀에 직렬로 발행하여 전체 스크린을 리프레시할 수 있다. 그러나, '269 특허와 모출원에서 설명된 바와 같이, 접지면은 모든 방사 소자 및 모든 VDC 픽셀에 대하여 공통이다. 이는, 표준 제어기가 접지 신호를 각 픽셀에 개별적으로 발행하므로, 표준 제어기의 사용을 방해한다. 따라서, 모든 방사 소자에 대한 공통 접지를 유지하면서 각 VDC 픽셀에 개별적인 접지 신호를 발행하는 종래의 제어기를 사용할 수 있는 해결책이 필요하다.
다음에 따르는 개요는 본 발명의 일부 양태와 특징에 대한 기본적인 이해를 제공하도록 포함된 것이다. 이 개요는, 본 발명의 광범위한 개요가 아니며, 따라서 본 발명의 핵심 또는 중요 요소들을 식별하거나 본 발명의 범위를 구분하려는 것이 아니다. 이 개요의 유일한 목적은, 본 발명의 일부 개념을 이하에 제시된 더욱 상세한 설명의 서두로서 단순화된 형태로 제시하는 것이다.
본 개시 내용은, 가변 유전 상수 안테나에 대한 다양한 향상점 및 개선점을 제공한다. 본원에 개시된 실시예들은 개선된 안테나 어레이 및 이러한 안테나 어레이를 제조하는 방법을 제공한다. 또한, 본원에 개시된 실시예들은 표준 평판 스크린 제어기를 사용하여 안테나를 제어할 수 있게 하여 VDC 픽셀을 제어한다. 구체적으로, 실시예들은, 방사 소자들에 대한 공통 접지부와 VDC 픽셀들에 대한 개별 접지부를 모두 갖는 단일 접지면을 제공한다.
개시된 실시예들에 따르면, 접지면은, 행들 사이에 (예를 들어, 에칭 또는 스크라이빙에 의해) DC 브레이크들을 형성함으로써 DC 측면에서 행들로 분할된다. 이어서, 제어기는 접지 신호를 관심 픽셀의 행으로 전송하도록 통전된다. 제어기는, 또한, 활성화 신호를 관심 픽셀로 전송하지만 그 동일한 행의 다른 픽셀들에는 취소 신호를 전송하도록 통전된다. 취소 신호는 그 동일한 행에 인가되는 접지 신호와 동일할 수 있다. 이러한 방식으로, 제어기는 행 단위로 픽셀들을 직렬로 활성화할 수 있다. 각각의 행에 대하여, 각각의 주어진 사이클에서, 하나의 픽셀만이 활성화 신호를 수신하는 반면, 행의 나머지 픽셀들은 취소 신호를 얻는다. 다음 사이클에서는, 활성화 신호가 행의 다음 픽셀에 인가된다.
다른 실시예에 따르면, 접지면은 DC 측면에서 개별 패치들로 분할된다. 본 실시예는 RF 측면에서 초콜릿 바에 비교될 수 있으며, 전체 바는 하나의 연결된 조각이지만, DC 측면에서 볼 때는 개별적인 아일랜드들이 존재한다. 본 실시예에 따르면, 각 픽셀의 접지부는 개별적으로 어드레싱될 수 있다.
개시된 다양한 실시예는 분할된 접지면을 갖는 안테나를 제공한다. 안테나는, 절연 기판; 절연 기판의 상부면 상에 제공된 복수의 방사 패치; 가변 유전 상수 재료의 복수의 픽셀; 및 복수의 방사 패치와 픽셀 제어기에 결합된 접지면을 포함하고, 접지면은, 접지면을, DC 아일랜드들 간의 RF 신호의 용량성 결합을 가능하게 하는 크기를 갖는 DC 브레이크에 의해 분리되는 복수의 DC 아일랜드로 분할하는 복수의 DC 브레이크를 포함한다. 일 실시예에서, DC 브레이크는 행 또는 열을 형성하는 반면, 다른 일 실시예에서, DC 브레이크는 행과 열 모두를 형성하여, 복수의 방사 패치의 각각의 방사 패치에 대해 개별적인 DC 접지부를 제공한다. 일 실시예에서, DC 브레이크는 DC 접지부의 행들을 형성하며, 각 행은 픽셀 제어기의 접지 신호에 개별적으로 결합된다.
개시된 실시예는 다층 안테나를 제공하며, 다층 안테나는, 절연 스페이서의 상부면 상에 제공되고 행과 열의 어레이로 배열된 복수의 방사 패치를 포함하는 방사층; 행과 열의 어레이로 배열된 복수의 지연 라인을 포함하는 송신층으로서, 각각의 지연 라인은 복수의 패치들 중 대응하는 하나에 결합된, 송신층; 가변 유전 상수(VDC) 판을 포함하는 제어층; RF 신호를 방사 패치들의 각각에 결합하기 위한 RF 결합부; 및 복수의 전도성 접지 패치를 포함하는 접지층을 포함하고, 각각의 전도성 접지 패치는 이웃하는 전도성 접지 패치로부터 RF 신호의 파장의 1/10 이하의 거리만큼 분리된다. 전도성 접지 패치들의 각각은 지연 라인들의 행 아래 또는 지연 라인들 중 단일 지연 라인 아래에 정렬될 수 있다. 각각의 전도성 접지 패치는 제어기의 공통 신호 출력에 개별적으로 결합되고, 모든 전도성 접지 패치는 RF 신호에 대한 공통 접지부를 협력하여 형성한다. 전도성 접지 패치들의 각각은 전도성 지연 라인들 중 하나 아래에 정렬된 적어도 하나의 애퍼처를 더 포함할 수 있다.
개시된 다양한 실시예는, 용량성 결합된 급전 라인 및 비아와 근접 결합부와 같이 급전 네트워크를 방사 소자들에 연결하는 다른 수단을 갖는 안테나를 제공한다. 안테나는, 절연 기판; 절연 기판의 상부면 상에 제공된 전도성 패치; 절연 기판의 하부면 상에 제공되며, 내부에 애퍼처를 포함하고, 애퍼처는 전도성 패치 아래에 정렬되도록 위치맞춤된, 접지면; 및 RF 신호를 애퍼처를 통해 전도성 패치에 용량적으로 송신하게끔 애퍼처 아래에 정렬되도록 위치맞춤된 종단부를 갖는 급전 라인을 포함한다. 다른 구성도 가능하며, 다음에 따르는 예는, 선택적 솔루션을 제공하고 시스템을 가장 효과적으로 구현하는 방법에 대한 통찰력을 제공하도록 설정된 것이다.
본 발명의 실시예들은, 지연 라인을 제어하여 위상 및/또는 주파수 시프트를 생성하도록 가변 유전체를 사용하여 소프트웨어 정의 안테나를 제공한다. 위상 시프트는, 예를 들어, 안테나의 공간적 배향 또는 편광 제어를 위해 사용될 수 있다. 개시된 실시예들은, 안테나와 공동 급전(corporate feed) 설계를 결합해제하여 이들 사이의 신호 간섭을 피한다. 개시된 실시예들은 또한 RF 전위와 DC 전위를 결합해제한다. 라디에이터, 공동 급전부, 가변 유전체, 위상 시프트 제어 라인 등의 안테나의 다양한 소자들은, 다층 안테나 설계의 상이한 층들에 제공되므로, 설계를 결합해제하고 누화를 피한다.
개시된 다양한 특징은, 방사 소자와 급전 라인 간에 RF 신호를 결합하기 위한 신규한 구성; 신호의 주파수와 위상을 제어하기 위한 장치; 다층 안테나; 및 안테나의 제조 방법을 포함한다.
본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 구성하는 첨부 도면은, 본 발명의 실시예들을 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하고 예시하는 역할을 한다. 도면은 예시적인 실시예들의 주요 특징을 도식적으로 도시하도록 의도된 것이다. 도면은, 실제 실시예의 모든 특징 또는 도시된 요소들의 상대적인 치수를 나타내도록 의도된 것은 아니며, 축척대로 도시되어 있지는 않다.
도 1은 일 실시예에 따른 안테나의 평면도를 도시한다.
도 1a 내지 도 1c 및 도 1e는 개시된 실시예들에 따른 안테나의 접지면의 평면도를 도시한다.
도 1d는 개시된 실시예들 중 임의의 실시예에 따른 안테나를 위한 접지면을 이용하는 일 실시예의 단면도를 도시한다.
도 2는 다른 일 실시예에 따른 안테나의 평면도를 도시하며, 여기서 각각의 방사 소자는 2개의 직교 급전 라인에 의해 급전될 수 있다.
도 3a는 일 실시예에 따라 단일 방사 소자의 평면도를 도시하는 반면, 도 3b는 일 실시예에 따라 도 3a의 방사 소자의 위치에서 안테나의 관련 섹션들의 단면도를 도시한다.
도 3c는 도 3b의 안테나의 변형예의 단면도이다.
도 4는 다른 일 실시예에 따라 방사 소자의 위치에서 안테나의 관련 섹션들의 단면도를 도시한다.
도 5는 향상된 대역폭을 제공하도록 설계된 다른 일 실시예에 따라 방사 소자의 위치에서 안테나의 관련 섹션들의 단면도를 도시한다.
도 6a는 단일 방사 소자의 평면도를 도시하고, 도 6b는 도 2에 도시된 것과 유사하게 각 패치에 2개의 지연 라인이 연결된 일 실시예에 따라 도 6a의 방사 소자의 위치에서 안테나의 관련 섹션들의 단면도를 도시하고, 도 6c와 도 6d는, RF 라인 바로 아래에 가변 유전층을 갖고 2개의 상이한 공동 급전 네트워크를 위한 2개의 층 및 강한 임팩트 라인을 제공하도록 바이어스-T를 통해 AC 전압에 의해 RF 라인이 활성화되는 실시예를 설명한다. 도 6e는 2개의 상이한 주파수에서 동작하는 데 사용될 수 있는 직사각형 패치를 도시하는 반면, 도 6f는 표준 바이어스-T 회로를 도시한다.
도 7은 가변 유전 상수 재료를 제어하기 위한 DC 전위가 지연 라인 자체에 인가되어 전극이 필요하지 않은 일 실시예를 도시한다.
도 8은 각각의 지연 라인이 상이한 편광을 가질 수 있도록 단일 패치에 연결된 2개의 지연 라인을 갖는 일 실시예를 도시하는 반면, 도 8a는 도 8에 도시된 실시예의 변형예를 도시한다.
도 9는 VDC 판이 VDC 재료의 정의된 영역만을 포함하는 일 실시예를 도시하는 반면, 도 9a는 도 9에 도시된 실시예의 변형예를 도시한다.
도 10은 VDC 판이 사용되지 않는 일 실시예를 도시한다.
이제 본 발명의 안테나의 실시예들을 도면을 참조하여 설명한다. 상이한 실시예들 또는 이들의 조합은 상이한 응용분야를 위해 또는 상이한 이점을 달성하기 위해 사용될 수 있다. 달성하고자 하는 결과에 따라, 본 명세서에 개시된 상이한 특징들은, 부분적으로 또는 최대로, 단독으로 또는 다른 특징들과 조합하여, 이점을 요건 및 제약과 균형을 이루면서 이용될 수 있다: 그러므로, 일부 이점들은, 상이한 실시예들에 관하여 강조되지만, 개시된 실시예들로 한정되지는 않는다. 즉, 본 명세서에 개시된 특징들은, 이들이 기술된 실시예로 한정되지 않으며, 다른 특징들과 "혼합 및 매칭"될 수 있으며 다른 실시예들에 포함될 수 있다.
모든 RF 안테나에서와 같이, 수신 및 송신은 대칭이므로, 하나에 대한 설명이 나머지 하나에 동일하게 적용된다. 본 설명에서는, 송신을 설명하는 것이 더 쉬울 수 있지만, 수신도 방향이 반대이면서 동일하다.
본 명세서에 기술된 다양한 실시예는, 표준 또는 특별히 설계된 평판 패널 디스플레이 제어기에 의해 제어될 수 있는 다층 안테나를 제공한다. 안테나는, RF 신호를 방사 및 수신하기 위한 방사 소자들을 포함하는 방사층; RF 신호를 방사 소자들에 결합하기 위한 지연 라인들을 포함하는 송신층; 가변 유전 상수(VDC) 판을 포함하는 제어층; RF 신호를 각각의 지연 라인에 결합하기 위한 장치를 포함하는 RF 결합층; 및 RF 신호에 대한 접지부로서 기능하는 접지층을 포함한다. 일부 실시예에서, 접지층은, 또한, VDC 제어 신호에 대한 접지부로서 기능한다. 접지면이 VDC 제어 신호에 대한 접지부로서 기능하는 실시예에서, 접지면은 복수의 전도성 접지 패치를 포함할 수 있으며, 각각의 전도성 접지 패치는, 이웃하는 전도성 접지 패치로부터 400 Hz까지의 구형파에 대한 브레이크로서 보이지만 RF 신호에 대해서는 단락부로서 보이는 거리만큼 분리된다. 그러한 경우에, RF 신호의 파장의 1/10 이하로 분리하는 것이 유리하다.
도 1d는, 접지면(360)이 본 명세서에 설명된 실시예에 따라 구성되는 것을 제외하고는 '269 특허의 도 3a 내지 도 3c의 실시예의 단면도를 도시한다. '269 특허에 기술된 바와 같이, 방사 소자(320)들과 전도성 라인(320')은 유리 패널일 수 있는 절연층(330) 위에 제공된다. 절연층(330)은, 투명 전극(325), 상측 유전판(330'), 액정(350), 하측 유전판(355), 및 하측 전극, 즉, 접지면(360)을 포함하는 LCD 위에 제공된다. 액정은 파선으로 도시된 바와 같이 구역들에 제공될 수 있고, 구역들은 전극들(325)에 대응할 수 있다. '269 특허에 따르면, 하측 전극(360)은 공통 전위, 예를 들어, 접지부에 연결된다. 그러나, 개시된 본 실시예에서, 접지면(360)은, 아래에서 더 후술하는 바와 같이, 분할되고 공통 RF 접지부에 또한 결합되어 있는 동안 제어기의 다수의 접지 출력에 연결된다. 투명 전극들(325)은, 제어기에 의해 개별적으로 공급되는 전위부(390)에 개별적으로 결합될 수 있다. 임의의 투명 전극(325) 상의 전위가 변할 때, 그 아래의 액정의 유전 상수가 변함으로써, 전도성 라인(320I)의 위상 변화를 유도한다. 위상 변화는, 투명 전극(325)에 인가되는 전압의 양을 선택함으로써, 즉 er를 제어함으로써, 또한 전압이 인가되는 전극의 수를 제어함으로써, 즉 d를 제어함으로써, 제어될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 안테나(100)의 평면도를 도시한다. 일반적으로, 안테나는, 더 상세하게 후술하는 바와 같이, 패치층, 실제 시간 지연층, 슬롯형 접지층 및 공동 급전층을 포함하는 다층 안테나이다. 일부 경우에는, 다중 편광, 더욱 넓은 대역폭 등을 제공하는 추가 계층이 추가된다. 안테나의 다양한 소자는 절연 기판 상에 인쇄되거나 증착될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 이러한 특정 예의 안테나는 방사기들(110)의 4×4 어레이를 포함하지만, 다양한 기하학적 구조 및 구성으로 된 임의의 개수의 방사기를 사용할 수 있고, 4×4 소자들의 정사각형 구성은 단지 일례로 선택된 것이다. 이 예에서, 각각의 방사기(110)는, 절연층(105)의 상부에 제공(예를 들어, 증착, 접착, 또는 인쇄)된 전도성 패치이고, 추가로 후술하는 바와 같이 물리적으로 또는 용량적으로 지연 급전 라인(115)에 결합된다. 각각의 지연 급전 라인(115)은 RF 신호를 대응하는 해당 패치(110)에 제공하는 구불구불한 전도체이다. RF 신호는, 지연 라인 아래에 위치설정된 가변 유전층을 제어함으로써 조작될 수 있으며, 예컨대, 지연, 주파수 변경, 위상 변경될 수 있다. 모든 지연 라인을 제어함으로써, 어레이는 필요에 따라 상이한 방향을 가리키게 될 수 있으며, 이에 따라 스캐닝 어레이를 제공할 수 있다.
도 1에서, 각각의 소자는 하나의 급전 라인(115)으로부터만 급전된다. 그러나, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 방사 소자(210)는, 예를 들어, 각각 상이한 편광을 갖는 2개의 직교 급전 라인(215 및 217)에 의해 급전될 수 있다. 여기에 제공된 설명은 위의 두 아키텍처 및 어떠한 유사 아키텍처에도 적용될 수 있다.
도 1과 도 2에 도시된 안테나의 구조 및 동작은, 도 8을 추가로 참조하여 도 3a 및 도 3b에 대한 다음 설명으로부터 더 잘 이해될 수 있다. 도 3a는 단일 방사 소자(310)의 평면도를 도시하는 반면, 도 3b는 도 3a의 방사 소자(310)의 위치에서 안테나의 관련 섹션들의 단면도를 도시한다. 도 8은, 도 3a와 도 3b의 실시예를 포함하여 본 명세서에 기술된 모든 실시예에 적용가능한 "투명한" 평면도를 제공한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 임의의 실시예를 검토할 때, 독자는 더 나온 이해를 위해 도 8도 참조해야 한다. 유사하게, 도 1a와 도 1b는 본 명세서에 개시된 임의의 실시예 및 '269 특허에 개시된 실시예에서 사용될 수 있는 접지면의 실시예를 도시한다.
상부 유전 스페이서(305)는, 일반적으로 유전(절연) 판 또는 유전 시트의 형태이며, 예를 들어, 유리, PET 등으로 제조될 수 있다. 방사 패치(310)는, 예를 들어, 전도성 필름의 접착, 스퍼터링, 인쇄 등에 의해 스페이서 위에 형성된다. 각각의 패치 위치에서, 비아는, 유전 스페이서(305)에 형성되고 전도성 재료, 예컨대, 구리로 충전되어, 방사 패치(310)에 물리적으로 및 전기적으로 연결되는 접촉부(325)를 형성한다. 지연 라인(315)은, 유전 스페이서(305)의 하부면(또는 상부 바인더(342)의 상부면) 상에 형성되고, 접촉부(325)에 물리적으로 및 전기적으로 연결된다. 즉, 접촉부(325)를 통해 지연 라인(315)으로부터 방사 패치(310)로의 연속적인 DC 전기 연결부가 존재한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 지연 라인(315)은, 구불구불한 전도성 라인이며, 원하는 지연을 생성하는 데 충분한 길이를 갖도록 임의의 형상을 취할 수 있고, 이에 따라 RF 신호에 원하는 위상 시프트를 야기할 수 있다.
지연 라인(315)에서의 지연은, 가변 유전 상수 재료(344)를 갖는 가변 유전 상수(VDC) 판(340)에 의해 제어된다. VDC 판(340)을 구성하기 위한 임의의 방식이 안테나의 실시예와 함께 사용하는 데 적합할 수 있지만, 특정 실시예에 대한 약칭으로 표현한다면, VDC 판(340)은, 상부 바인더(342)(예를 들어, 유리 PET 등)， 가변 유전 상수 재료(344)(예를 들어, 트위스티드 네마틱 액정층)，및 하부 바인더(346)로 이루어진 것으로 도시되어 있다. 다른 실시예들에서는, 바인더 층들(342 및 344) 중 하나 또는 모두가 생략될 수 있다. 대안으로, 바인더 층들(342 및/또는 344) 대신 에폭시 또는 유리 비드와 같은 접착제를 사용할 수 있다.
일부 실시예에서, 예를 들어, 트위스티드 네마틱 액정층을 사용할 때, VDC 판(340)은, 스페이서(305)의 하부 상에 증착 및/또는 접착될 수 있거나 상부 바인더(342) 상에 형성될 수 있는 정렬층도 포함한다. 정렬층은, 폴리이미드계 PVA와 같은 얇은 재료충일 수 있으며, 한정된 기판의 가장자리에서 LC의 분자들을 정렬하도록 UV 방사로 문질러지거나 경화된다.
VDC 판(340)의 유효 유전 상수는 VDC 판(340)에 걸쳐 DC 전위를 인가함으로써 제어될 수 있다. 이를 위해, 전극들이 형성되고 제어가능한 전압 전위부에 연결된다. 전극을 형성하기 위한 다양한 구성이 있으며, 개시된 실시예들에서는 몇 개의 예를 도시한다. 도 3b에 도시된 구성에서는, 2개의 전극(343 및 347)이 제공되는데, 하나는 상부 바인더(342)의 하부면 상에 제공되고 나머지 하나는 하부 바인더(346)의 상부면 상에 제공된다. 일례로, 전극(347)은 가변 전압 전위부(341)에 연결된 반면, 전극(343)은 접지부에 연결된 것으로 도시되어 있다. 점선으로 도시된 하나의 대안으로서, 전극(343)은 가변 전위부(349)에도 연결될 수 있다. 도 3c는, 제어기가 두 개의 신호인, 제어 신호 및 접지 또는 공통 신호를 발행하는 변형을 도시한다. 제어 신호는 전극(343)에 인가되고, 공통 신호는 접지면(355)에 인가된다.
따라서, 가변 전위부(341) 및/또는 가변 전위부(349)의 출력 전압을 변경함으로써, 전극들(343 및 347) 근처에서 VDC 재료의 유전 상수를 변경할 수 있고, 이에 따라 지연 라인(315)을 통해 이동하는 RF 신호를 변경할 수 있다. 가변 전위부(341) 및/또는 가변 전위부(349)의 출력 전압의 변경은 제어기(Ctl)를 사용하여 행해질 수 있으며, 이러한 제어기는, 제어기가 적절한 제어 신호를 출력하여 가변 전위부(341) 및/또는 가변 전위부(349)의 적절한 출력 전압을 설정하게 하는 소프트웨어를 실행한다. 유사하게, 종래의 제어기는, 도 3c에 도시된 바와 같이 안테나의 특성을 제어하기 위한 제어 신호 및 공통 신호를 제공하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 안테나의 성능과 특성은 소프트웨어를 사용하여 제어될 수 있고, 이에 따라 소프트웨어 제어형 안테나를 제어할 수 있다.
이때, 본 설명에서 접지라는 용어의 사용은 일반적으로 허용가능한 접지 전위, 즉, 대지 전위 및 설정 전위 또는 부동 전위일 수 있는 공통 또는 기준 전위 모두를 나타낸다는 점이 명백하다. 예를 들어, 종래의 LCD 디스플레이 제어기는 픽셀당 2개의 신호를 출력하는데, 그 중 하나는 접지 또는 공통 신호라고 칭한다. 유사하게, 도면에서는 접지에 대한 부호가 사용되지만, 이는 대지 또는 공통 전위를 상호교환 가능하게 나타내도록 약칭으로서 사용된다. 따라서, 접지라는 용어가 본 명세서에서 사용될 때마다, 설정 또는 부동 전위일 수 있는 공통 또는 기준 전위라는 용어가 해당 위치에 포함된다.
송신 모드에서, RF 신호는 커넥터(365)(예를 들어, 동축 케이블 커넥터)를 통해 급전 패치(360)에 인가된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 급전 패치(360)와 지연 라인(315) 사이에는 전기적 DC 연결이 없다. 그러나, 개시된 실시예들에서, 층들은, RF 단락이 급전 패치(360)와 지연 라인(315) 사이에 제공되도록 설계된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 후면 전도성 접지부(또는 공통부)(355)는 후면 절연체(또는 유전체)(350)의 상부면 또는 하부 바인더(346)의 하부면 상에 형성된다. 후면 전도성 접지부(355)는 일반적으로 안테나 어레이의 전체 영역을 덮는 전도체 층이다. 각각의 RF 급전 위치에서, 후면 전도성 접지부(355)에는 윈도우(DC 브레이크)(353)가 제공된다. RF 신호는, 윈도우(353)를 통해 급전 패치(360)로부터 이동하고, 지연 라인(315)에 결합된다. 반대의 경우는 수신 중에 발생한다. 따라서, 지연 라인(315)과 급전 패치(360) 사이에 DC 개방부 및 RF 단락부가 형성된다.
일례로, 후면 절연체(350)는 Rogers®(FR-4 인쇄 회로 기판)로 제조되고, 급전 패치(360)는 Rogers®상에 형성된 전도성 라인일 수 있다. Rogers를 사용하는 대신, PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌 또는 Teflon®) 또는 기타 저손실 재료를 사용할 수 있다.
개시된 실시예들의 RF 단락부(가상 초크라고도 함) 설계를 더 이해하기 위해, 도 8을 참조한다. 도 8은, 단일 패치(810)에 연결된 2개의 지연 라인을 갖는 실시예를 도시하며, 여기서, 각 지연 라인은 상이한 신호를, 예를 들어, 다른 편광으로 전달될 수 있다. 다음에 따르는 설명은, 지연 라인들 중 나머지 지연 라인도 동일한 구성을 가질 수 있으므로, 지연 라인들 중 하나에 관한 것이다.
도 8에서, 방사 패치(810)는 접촉부(825)에 의해 지연 라인(815)에 전기적으로 DC 연결된다(다른 급전을 위한 지연 라인은 참조번호 817로 지칭한다)．따라서, 본 실시예에서, RF 신호는 접촉부(825)를 통해 지연 라인(815)으로부터 방사 패치(810)로 직접 송신된다. 그러나, 급전 패치(860)와 지연 라인(815) 사이에는 DC 연결이 이루어지지 않으며, 오히려, RF 신호는 급전 패치(860)와 지연 라인(815) 사이에 용량성 결합된다. 이는 접지면(850)의 애퍼처를 통해 이루어진다. 도 3b에 도시된 바와 같이, VDC 판(340)은 지연 라인(315) 아래에 위치설정되어 있지만, 도 8에서는, 도면을 간략화하여 RF 단락 특징을 더 잘 이해하도록 도시되어 있지 않다. 후방 접지면(850)은 윈도우(DC 브레이크)(853)를 또한 나타내는 빗금 마크로 부분적으로 표현된다. 따라서, 도 8의 예에서, RF 경로는, 방사 패치(810), 접촉부(825), 지연 라인(815), 윈도우(850)를 통해 급전 패치(860)로 용량적으로 이어진다.
RF 신호의 효율적인 결합을 위해, "L"로 표시된 윈도우(853)의 길이는, 급전 패치(860)에서 이동하는 RF 신호의 파장의 약 절반, 즉 λ/2로 설정되어야 한다. "W"로 표시된 윈도우의 폭은, 파장의 약 10분의 1, 즉 λ/10로 설정해야 한다. 또한, RF 신호의 효율적인 결합을 위해, 급전 패치(860)는, D로 표시된 바와 같이, 윈도우(853)의 가장자리를 넘어 약 1/4 파장인 λ/4만큼 연장된다. 유사하게, 지연 라인(815)의 종단 단부(접촉부(826)의 반대측 단부)는, E로 표시된 바와 같이, 윈도우(853)의 가장자리를 넘어 1/4 파장인 λ/4만큼 연장된다. 급전 패치(860)에서 이동하는 RF 신호는 지연 라인(815)에서 이동하는 신호보다 긴 파장을 갖기 때문에, 거리(D)는 거리(E)보다 길게 도시된다는 점에 주목한다.
본 개시 내용에서, 파장 λ에 대한 모든 참조는, 안테나 내의 가변 유전 재료에 인가되는 전위 및 설계에 따라 파장이 안테나의 다양한 매체에서 이동함에 따라 파장이 변할 수 있으므로, 관련 매체에서 이동하는 파장을 나타낸다는 점에 주목해야 한다.
전술한 바와 같이, 도 8의 예에서, 지연 라인과 방사 패치 사이의 RF 신호 경로는, 저항성, 즉 물리적 전도성 접촉을 통해 이루어진다. 한편, 도 8a는, 지연 라인과 방사 패치 사이의 RF 신호 경로가 용량성인, 즉, 지연 라인과 방사 패치 사이에 물리적 전도성 접촉이 없는 변형예를 도시한다. 도 8a 및 해당 설명에 도시된 바와 같이, 결합 패치(810')는 방사 패치(810) 옆에 제조된다. 접촉부(825)는 지연 라인(815)과 결합 패치(810') 사이에 물리적 전도성 접촉부를 형성한다. 방사 패치(810)와 결합 패치(810') 사이의 RF 신호의 결합은 짧은 유전 공간(S)에 걸친 용량성이다. 공간(S)은 단순히 공기일 수 있거나 다른 유전 재료로 충전될 수 있다. 도 8a에서는 지연 라인(815)만이 방사 패치(810)에 용량성 결합된 것으로 도시되어 있지만, 이것은 단지 예시를 위해 행해진 것이고, 지연 라인(815, 817)이 방사 패치(810)에 용량성 결합될 수 있음을 이해해야 한다.
도 1a를 참조하면, 일 실시예에 따른 접지면(155)의 평면도가 도시되어 있다. 도 1a에서, 방사 패치(110) 및 지연 라인(115)은, 독자가 접지면의 요소들을 배향시킬 수 있도록 점선으로 도시되어 있다. 도 1a에 도시된 접지면(155)은, 본 명세서에 기술된 바와 같이 '269 특허의 수정된 실시예를 포함하여 본 명세서에 개시된 다른 실시예들 중 임의의 실시예로 구현될 수 있다.
도 1a에 도시된 접지면(155)의 실시예는 평판 디스플레이 제어기(Ctl)를 이용하여 안테나의 VDC 픽셀을 제어할 때 특히 유용하다. 제어기는, 픽셀을 활성화하도록 제어 및 공통 신호를 전송하는 임의의 표준 제어기, 예를 들어, American Zettler Displays의 모델 ZEDV04-E-A, Amulet Technologies의 모델 CBC-2, Digital View의 모델 4171300XX-3 등일 수 있다. 이러한 종래의 디스플레이 제어기는, 공통 신호를 한 행의 픽셀들에 전송한 다음 그 행의 각 픽셀에 활성화 신호를 직렬로 발행함으로써 디스플레이 상의 이미지를 리프레시한다. 이어서, 디스플레이 제어기는, 다음 행에 공통 신호를 발행하고 그 행의 각 픽셀에 활성화 신호를 직렬로 발행한다. 도 1a의 실시예를 사용하여, 제어기는 안테나의 픽셀들을 제어하도록 유사한 방식으로 사용될 수 있다.
일반적으로, 접지면(155)은 단순히 구리와 같은 전도성 재료의 판 또는 코팅일 수 있다. 전도성 재료는 접지면 층의 전체 영역을 덮을 수 있다. 또한, 본 명세서에 설명된 바와 같이, RF 신호를 용량적으로 결합하기를 원하는 경우, 지연 라인(115)과 정렬된 접지면에 윈도우(153)가 형성될 수 있다. 완성을 위해 도면에는 윈도우(153)가 포함되어 있지만, 본 명세서에 개시된 분할된 접지 특징부는 결합 윈도우(153)의 유무에 관계없이 구현될 수 있다.
공통 신호 및 활성화 신호를 모두 전송하는 표준 제어기(Ctl)를 이용하기 위해, 분할된 접지 특징부가 도 1a의 실시예에서 구현된다. 구체적으로, 세장형(elongated) DC 브레이크(157)는, 접지면에 형성되어, 접지면을 접지 스트립(155a 내지 155d)으로서 도 1a에 도시된 행들로 분할하고 있다. 각각의 접지 스트립(155a 내지 155d)은 방사 소자들 및 대응하는 지연 라인들의 행 아래에 제공된다. 각각의 접지 스트립(155a 내지 155d)은 제어기에 독립적으로 연결된다. 따라서, 제어기는 각각의 접지 스트립(155a 내지 155d)에 공통 신호를 독립적으로 인가할 수 있다. 이어서, 제어기는 공통 신호를 수신하는 접지 스트립에 대응하는 픽셀들에 활성화 신호를 직렬로 인가할 수 있다.
이와 관련하여, 각각의 지연 라인 및/또는 방사 패치에 대해, 인가되는 활성화 신호를 필요로 하는 하나 초과의 픽셀 및 이에 따른 하나 초과의 전극이 존재할 수 있음에 주목해야 한다. 그럼에도 불구하고, 이들 픽셀 모두 및 이에 따른 대응 전극들은 공통 신호를 수신하는 스트립 위에 위치설정된다. 반대로, 후술하는 바와 같이, 활성화 신호는 지연 라인에 인가될 수 있고, 따라서 지연 라인 아래의 모든 VDC 픽셀을 동시에 활성화할 수 있다. 또한, 도 1a에서는 접지 스트립들이 "행" 배향으로 도시되어 있지만, 접지 스트립들을 "열" 배향으로 배열함으로써 동일한 효과가 얻어질 수 있음에 주목해야 한다.
분할된 접지부의 특징은 RF 신호가 연속성을 갖는 것으로 보이도록 크기가 정해진 DC 브레이크를 사용하여 달성된다는 점이다. 즉, 브레이크(157)는, DC 신호에 대한 및 제어기의 비교적 낮은 주파수 구형파(일반적으로 50 Hz 내지 400 Hz)에 대한 분리를 제공하지만, 고주파 RF 신호에 대해서는 단락부로서 보인다. 결과적으로, 동일한 접지면이 RF 신호를 위한 접지부와 픽셀 제어를 위한 공통부로서 사용될 수 있다. RF 접지 신호에 대한 단락으로서 보이는 DC 브레이크를 형성하는 것을 달성하기 위해, DC 브레이크의 폭은 전도성 재료에서 이동하는 RF 신호의 파장에 대해 λ/10을 초과해서는 안 된다.
따라서, 본 발명의 실시예들은 안테나를 제공하며, 안테나는, 절연 기판; 절연 기판의 상부면에 제공된 복수의 전도성 패치; 가변 유전 상수(VDC) 판; VDC 판 위에 제공되며, RF 신호를 복수의 전도성 패치 중 하나에 각각 결합하는 복수의 전도성 지연 라인; 및 VDC 판 아래에 제공된 접지면을 포함하고, 접지면은, RF 신호의 접지 경로를 위한 단락부를 형성하도록 크기가 정해진 적어도 하나의 DC 브레이크를 포함한다. VDC 판은 복수의 VDC 픽셀을 정의할 수 있고, 안테나는 복수의 VDC 픽셀의 각각에 대응하는 적어도 하나의 활성화 전극을 더 포함할 수 있다. 복수의 지연 라인의 각각은 제어기로부터 활성화 신호를 수신하도록 구성된 활성화 신호 입력부를 포함할 수 있다. 각각의 방사 패치는 전도성 스터브를 포함할 수 있고, 각각의 전도성 스터브는 제어기의 활성화 신호 라인에 결합된다. 세장형 행들의 각각은 제어기의 공통 신호 출력부에 독립적으로 결합된다.
접지면은, 접지면을 복수의 접지 스트립으로 분할하는 복수의 세장형 DC 브레이크를 포함할 수 있다. 유사하게, 접지면은 전체 접지면을 각각 횡단하는 복수의 DC 브레이크를 포함할 수 있고, 이에 따라 접지면을 복수의 물리적으로 분리된 접지 패치로 분할한다. DC 브레이크의 폭은 RF 신호의 파장에 대하여 λ/10 이하이다. 접지면은 복수의 애퍼처를 더 포함할 수 있고, 각각의 애퍼처는 전도성 지연 라인 중 하나 아래에 정렬된다. 접지면은 복수의 DC 브레이크를 포함할 수 있고, 각각의 DC 브레이크는 전체 접지면을 횡단하며, 이에 따라 접지면을 복수의 세장형 행으로 분할하고, 각 행은 전도성 지연 라인들의 행 아래에 정렬된다.
도 1a에 도시된 분할된 접지부 실시예는 단지 일례이지만, 상이한 응용 분야에 적합하도록 다른 많은 설계를 구현할 수 있다. 예시를 위해, 몇 가지 예를 이하에서 설명한다.
도 1b는, 방사 패치 및 지연 라인을 위한 개별적 접지 스트립들(155a 내지 155h)을 제공하도록 접지면이 분할되는 예를 도시한다. 일례로, 이러한 구성은, (예를 들어, 공진 주파수를 변경하도록) 패치 아래의 VDC 픽셀 및 (예를 들어, 어레이의 스캐닝 또는 조향을 야기하도록) 지연 라인 아래의 VDC 픽셀을 개별적으로 활성화하는 데 사용될 수 있다. 이는 동일한 또는 다른 제어기에 의해 행해질 수 있다.
한편, 도 1c는, 각각의 방사 패치 유닛 및 대응 지연 라인에 각자의 고유한 개별 접지 패치가 제공된 일례를 도시한다. 이러한 구성을 이용하면, 개별 활성화 및 공통 신호들을 수신함으로써 각 유닛의 VDC 픽셀들을 독립적으로 제어할 수 있다. 도 1c에서는, 4개의 접지 라인이 각 행에서 종단되는 것으로 도시되어 있으며, 해당 행의 각 접지 패치가 제어기에 개별적으로 연결되어 있음을 나타낸다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 분할 라인들은 방사 패치와 대응하는 지연 라인 사이에 정렬될 수 있다. 이러한 예는 도 1e에 도시되어 있으며, 2×2 방사 소자(110)의 안테나 어레이에 대한 분할된 접지면을 도시하고 있다. 방사 패치(110) 및 지연 라인(115)은, 접지면(155)과는 다른 층에 있으므로, 점선으로 도시되어 있다. 또한, 독자의 더욱 양호한 배향을 가능하게 하도록, 방사 패치와 대응하는 지연 라인 사이의 접촉부(125)는 원형으로 도시되어 있다. 본 실시예에서, 접지면은 방사 소자(110)와 이에 대응하는 지연 라인(115) 사이에 정렬되어 아래로 통과하는 DC 브레이크(157)를 포함하여, 접지 패치(155a 내지 155d)를 생성하며, 여기서 접지 패치(155b 및 155d)는, 다른 접지 패치에 겹쳐지는 다른 방사 패치에 연결된 지연 라인 및 방사 패치를 둘러싸는 영역을 덮는다.
또한, 도 1e의 실시예에서는, 크로스 DC 브레이크도 제공되므로, 각 지연 라인 아래에 별도의 접지 패치가 생성된다. 결과적으로, 공통 신호는 특정 지연 라인의 각 접지 경로에 독립적으로 전달될 수 있다. 선택적으로, RF 신호를 지연 라인에 결합하도록 결합 윈도우(153)가 또한 제공된다.
또한, 도 1e의 실시예에서, 각각의 패치는 전도성 스터브(111)를 포함한다. 각각의 전도성 스터브(111)는 제어기의 활성화 신호 라인(101)에 연결된다. 따라서, 제어기가 활성화 신호 라인들(101) 중 하나에 활성화 신호를 인가할 때, 그 신호는 활성화 신호 라인(101)을 통해 스터브(111)로, 이어서 방사 패치(110)로, 그 후 접촉부(125)를 통해 지연 라인으로 전송된다. 해당 지연 라인 아래의 접지 패치가 공통 신호를 수신함에 따라, 접지 패치와 지연 라인 사이의 VDC 재료가 활성화된다.
본 명세서에 기술된 분할된 접지면의 실시예들 중 임의의 실시예는 다양한 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 접지면은, 먼저 하나의 큰 전도성 코팅으로서 제조될 수 있으며, 예를 들어, 구리 또는 다른 전도성 재료에 의한 스퍼터링 또는 코팅을 이용함으로써 제조될 수 있다. 그 후, 단일 코팅에 에칭, 스크라이빙 등을 행하여 DC 브레이크를 형성할 수 있다. 반대로, 접지면은, 예를 들어, 구리 또는 다른 전도체에 의한 스퍼터링 또는 코팅 동안 마스크를 사용함으로써 DC 브레이크와 함께 제조될 수 있다. 대안으로, 접지면은, RF 신호의 파장의 10분의 1 이하만큼 서로 분리된 다수의 접지 패치로서 제조될 수 있다. 분리 거리는, 최대 400Hz 주파수의 구형파 신호에 대한 브레이크로서 보이지만 안테나의 RF 주파수에 대해서는 단락부로서 보이도록 구성된다.
도 4는, 가변 유전 재료(444)에 DC 전위를 인가하기 위한 구성을 제외하고는 도 3b와 유사한 구성을 갖는 다른 일 실시예를 도시한다. 도 4에서, 2개의 전극(443 및 447)은 층(444)을 횡단하기보다는 나란히 제공된다. 전극(443, 447)은 하부 바인더(446)의 상부면 상에 형성될 수 있다. 그 외의 경우에는, 도 4에 도시된 안테나의 구조 및 동작이 도 3b에 도시된 것과 유사하다.
도 5는 향상된 대역폭을 제공하도록 설계된 다른 일례를 도시한다. 스페이서(514) 형태로 된 다른 유전층이 방사 패치(510) 위에 제공된 것을 제외하고는 도 5의 안테나의 일반적인 구조는 본원에 제공된 임의의 실시예에 따른 것일 수 있다. 공진 경로(512)가 스페이서(514)의 상부 상에 형성된다. 공진 패치(512)는, 더 크다는 점, 즉, 직사각형이면 더 큰 폭과 더 긴 길이를 갖고 정사각형이면 더 큰 크기를 갖는다는 점을 제외하고는 방사 패치(510)와 동일한 형상을 갖는다. RF 신호는, 스페이서(514)에 걸쳐 방사 패치(510)와 공진 패치(512) 사이에 용량적으로 결합된다. 이 구성은 단지 방사 패치(510)를 사용하는 것보다 큰 대역폭을 제공한다.
도 6a와 도 6b는, 도 2에 도시된 것과 유사하게, 각각의 패치에 연결된 2개의 지연 라인을 갖는 일 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 각각의 지연 라인은 상이한 편광으로 송신을 행할 수 있다. 하부 유전체(652)는 2개의 급전 패치(660 및 662)를 분리하며, 각각의 급전 패치는 신호를 지연 라인(615 및 617)의 각각에 결합한다. 2개의 급전 패치(660 및 662)는 서로 직교 배향된다. 신호 결합은, 이전 예에 도시된 바와 같이 전도성 접지부(655)에서 윈도우(653)를 통해 용량적으로 행해진다. 도 6b에서는, 다른 윈도우가 이 단면에 도시되지 않은 다른 평면에 제공되기 때문에, 하나의 윈도우(653)만이 도시되어 있다. 그러나 두 개의 윈도우의 구성은 도 8에서 볼 수 있다. 본 실시예에 대한 분할된 접지 특징부를 구현할 때, DC 브레이크는, 2개의 지연 라인을 구분하도록 제조될 수 있거나, 2개의 지연 라인을 동일한 접지 패치 또는 접지 행 상에 있게 할 수 있다.
도 6c는 2개의 직교 급전 라인의 다른 일례를 도시한다. 이러한 특정 예에서, 하나의 급전 라인은 송신에 사용되고 나머지 하나는 수신에 사용된다. 본 실시예는 방사 패치(610) 및 공진 패치(612)와 관련하여 예시되어 있지만, 이것은 필요하지 않으며 도 6b와의 예시의 일관성을 위해서만 사용된 것이다. 도 6c의 특정 예에서, 급전 패치(660)는, 후면 유전체(650)의 하부 상에 제공되고 커넥터(665)를 통해 송신 라인에 결합된다. 송신 라인(665)으로부터의 신호는, 급전 패치(660)로부터 전도성 접지부(655)의 윈도우(653)를 통해 방사 패치(610)로 용량성 결합된다. 하부면 유전체(652)의 하부 상에는 윈도우(653')를 갖는 제2 전도성 접지부(655')가 제공된다. 본 실시예에서는, 전도성 접지부(655)를 분할된 접지부로서 갖는 것으로서 충분하지만, 대안으로 전도성 접지부(655 및 655')는 분할된 접지부일 수 있다. 제2 하부면 유전체(652')는 제2 전도성 접지부(655') 아래에 제공되고, 급전 패치(662)는 제2 하부면 유전체(652')의 하부 상에 제공된다. 이 예에서, 급전 패치 유전체(662)는 수신에 사용된다. 일례로, 방사 패치(610)는 정사각형이므로, 송신 및 수신은 동일한 주파수에서 수행되지만, 상이한 편광 및/또는 위상에 있을 수 있다. 다른 일례에 따르면, 방사 패치(610)는 직사각형이고(도 6e 참조), 이 경우에 송신 및 수신은 상이한 주파수에서 수행될 수 있으며, 이는 동일하고 상이한 편광 및/또는 위상일 수 있다.
도 6d는 하나의 급전 패치가 송신에 사용되고 다른 하나는 수신에 사용되는 다른 일례를 도시한다. 그러나, 도 6d에서, VDC 재료의 제어는 DC 전위를 지연 라인(615)에 공급함으로써 수행된다. 이는, 예를 들어, 수정된 바이어스-T 장치를 사용하여 수행될 수 있다. 구체적으로, 도 6f는 표준 바이어스-T 회로를 도시한다. RF+DC 노드는 지연 라인(615)에 대응한다. DC 노드는 가변 전압 전위(641)의 출력에 대응한다. RF 노드는 급전 패치(660 및 662)에 대응한다. 도 6f에 도시된 바와 같이, RF 노드는 커패시터(C)를 통해 회로에 결합된다. 그러나, 본 명세서에 설명된 바와 같이, 개시된 실시예에서의 RF 신호는 커패시터(C)가 생략될 수 있도록 지연 라인에 미리 용량성 결합되어 있다. 따라서, 인덕터(I)를 안테나의 DC 측에 통합함으로써, 수정된 바이어스-T 회로가 생성된다. 공통 또는 접지 신호는 전도성 접지부(655)에 인가될 수 있으며, 이것은 본 명세서에 개시된 실시예들 중 임의의 실시예에 따라 분할된 접지부로서 구현될 수 있다.
도 6d에 도시되어 있지만, 다른 실시예들 중 임의의 실시예에서 구현될 수 있는 다른 변형예는 바인더 층을 제거한 것이다. 도 6d에 도시된 바와 같이, VDC 재료는 스페이서(605)와 전도성 접지부(655)를 갖는 후면 유전체(650) 사이에 개재된다. 일례로, (파선으로 도시된) 유리 비드는, 스페이서(605)와 전도성 접지부(655)를 갖는 후면 유전체(650) 간의 적절한 분리를 유지하도록 VDC 재료(644) 내에 산재될 수 있다. 물론, 바인더 층을 사용할 때 유리 비드를 사용될 수도 있다.
도 7은, 가변 유전 재료를 제어하기 위한 DC 전위가 지연 라인 자체에 인가되어 전극이 필요하지 않은 일 실시예를 도시한다. 각 픽셀을 제어하기 위해 활성화 신호 및 공통 신호를 제공하는 표준 제어기를 사용할 수 있다. RF 및 활성화 신호를 분리하도록 바이어스-T를 사용할 수 있다. 제어기(Ctl)의 출력은 지연 라인(715)에 (예를 들어, 바이어스-T를 통해) 결합되어, 지연 라인(715)과 후면 전도성 접지부(755) 간에 DC 전위를 확립한다. 후면 전도성 접지부(755)는, 상술한 실시예들에 개시된 바와 같이, 분할된 접지부일 수 있으며, 이때 제어기의 공통 신호는 이용되는 분할된 접지부에 따라 접지 스트립 또는 접지 패치에 인가된다. 결과적으로, 지연 라인은 2개의 기능을 갖는데, 즉, DC 전압 전위를 수용하여 VDC 재료(744)의 유전 상수를 변경하고, RF 신호를 급전 패치(760 및 762)에 용량성 결합한다.
실시예들의 개시 내용으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 공통 요소들을 갖는 다양한 안테나를 구성할 수 있으며, 이러한 안테나는, 절연 스페이서; 절연 스페이서 상에 제공된 적어도 하나의 방사 장치로서, 각각의 방사 장치는, 절연 스페이서의 상부면 상에 제공된 전도성 패치, 절연 스페이서의 하부면 상에 제공된 지연 라인, 및 전도성 재료로 이루어지고 절연 스페이서의 윈도우를 통해 전도성 패치와 지연 라인 사이에 전기적 DC 연결을 제공하는 접촉부를 포함하는, 방사 장치; 가변 유전 상수(VDC) 판; 후면 절연체; 후면 절연체의 상부면 위에 제공된 후면 전도성 접지부; 및 적어도 하나의 방사 장치 각각에 대한 RF 결합 장치를 포함하고, RF 결합 장치는, 후면 전도성 접지부에 형성된 윈도우, 및 후면 절연체의 하부면 위에 윈도우에 대한 중첩 배향으로 제공된 전도성 RF 급전 패치를 포함한다. 일부 실시예에서는, VDC 판의 선택된 영역에서의 유전 상수를 제어하기 위해 전극이 제공되는 반면, 다른 경우에는 지연 라인이 이러한 목적으로 사용된다. 일부 실시예에서, 전도성 패치는, 공기로부터의 RF 신호를 결합하는 데 사용되는 반면, 다른 경우에는 RF 에너지를, 공기로부터의 RF 신호를 결합하는 데 사용되는 다른 더 큰 패치에 결합하는 데 사용된다. 패치의 크기는 원하는 RF 파장에 따라 구성된다. RF 파장은, 또한, 윈도우, 지연 라인, 및 급전 패치의 크기를 적절히 조절함으로써 RF 결합을 최적화하는 데 사용될 수 있다.
VDC 판은 VDC 재료의 개별 픽셀들로 분할될 수 있다. VDC 판에 대해서는 평판 패널의 LCD 패널이 사용될 수 있다. VDC 픽셀들은 전극 또는 지연 라인들의 영역 커버리지에 따라 그룹화될 수 있다. 다른 실시예에서, VDC 재료는 전극 또는 지연 라인에 의해 제어되는 영역에만 제공된다. 도 9는 VDC 판(940)이 VDC 재료의 정의된 영역만을 포함하는 예를 도시한다. VDC 영역(942)은 지연 라인(915) 아래에 도시되어 있고 VDC 영역(944)은 지연 라인(917) 아래에 도시되어 있다. VDC 영역들의 각각은 VDC 재료의 하나의 연속 영역일 수 있거나 픽셀들로 분할될 수 있다. 용이한 생산을 위해, VDC 판(940)의 전체 영역은 VDC 재료의 픽셀들을 포함할 수 있다. 도 9a는, 도 8a에 도시된 것과 유사한 결합 패치(910')를 통한 지연 라인(915)의 방사 패치(910)로의 용량성 결합을 도시하지만, 그 외의 경우에는 도 9에 도시된 것과 동일하다.
본 명세서에 개시된 특징부들은 위상 및/또는 주파수의 변화가 필요하지 않은 경우에도 안테나를 형성하도록 구현될 수 있다. 도 10은 VDC 판이 사용되지 않는 실시예를 도시한다. 도 10의 실시예에서, 안테나는 절연 기판(1080)을 포함하고, 전도성 패치(1010)는 절연 기판(1080)의 상부면 상에 제공된다. 접지면(1055)은 절연 기판(1080)의 하부면 상에 제공되며, 애퍼처(1053)를 내부에 포함한다. 애퍼처는 전도성 패치(1010) 아래에 정렬되도록 위치맞춤된다. 급전 라인(1060)의 종단 단부는, RF 신호를 애퍼처(1053)를 통해 전도성 패치(1010)에 용량성으로 송신하도록, 애퍼처(1053) 아래에 정렬되도록 위치맞춤된다. 후면 유전체는 접지면(1055)과 급전 라인(1060) 사이에 제공된다. 급전 라인(1060)에/급전 라인으로부터 RF 신호를 송신/수신하도록 커넥터(1065)가 사용된다.
다양한 실시예를 전술하였으며, 여기서 각각의 실시예는 소정의 특징부 및 요소들과 관련하여 설명되어 있다. 그러나, 일 실시예의 특징 및 요소는 다른 실시예의 다른 특징 및 요소와 함께 사용될 수 있으며, 설명은, 혼란을 피하도록 모든 순열이 명시적으로 설명된 것은 아니지만 이러한 가능성을 커버하도록 의도된 것임을 이해해야 한다.
일반적으로, 다층 소프트웨어 제어 안테나를 제공한다. 안테나는 절연체 판 위에 방사 패치를 포함한다. 지연 라인은, 절연체 판의 하부 상에 제공되며, 방사 패치에 RF 결합된 일 단부를 갖는다. 전기적 결합은, 물리적 전도성 접촉에 의해 또는 물리적 전도성 연결을 사이에 두지 않고 근접 결합에 의해 이루어질 수 있다. 가변 유전 상수(VDC) 판을 지연 라인 아래에 제공한다. 접지면은 VDC 판의 하부 상에 제공되며, 접지면은 애퍼처를 내부에 포함하고, 애퍼처는 방사 패치 아래에 정렬되도록 위치맞춤된다. 애퍼처 아래에 정렬되도록 위치맞춤된 종단 단부를 갖는 급전 라인은, RF 신호를 애퍼처를 통해 전도성 패치에 용량성으로 송신하도록, 접지면 아래에 제공된다. 급전 라인과 접지면 사이에 전기적 절연이 제공된다. 예를 들어, 후면 유전판을 급전 라인과 접지면 사이에 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 접지면에 제공된 다른 애퍼처를 통해 또는 별도의 제2 접지면을 통해 RF 신호를 지연 라인에 결합할 수 있는 제2 공급 라인을 제공한다.
향상된 대역폭을 얻기 위해, 공진 패치가 방사 패치 위에 제공될 수 있으며, 일부 실시예에서는 절연 스페이서가 방사 패치와 공진 패치 사이에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 전극은 VDC 판에 제공된다. 전극은 가변 전압 전위원에 결합되며, 이러한 전위원은 제어기에 연결될 수 있다. 다른 실시예에서, VDC 판은 지연 라인에 DC 전위를 인가함으로써 제어된다. 지연 라인에 DC 전위를 인가하는 것은 수정된 바이어스-T를 사용하여 구현될 수 있으며, 여기서, 급전 라인, 접지 판, VDC 판, 및 지연 라인은 바이어스-T 회로의 RF 레그를 형성한다. DC 레그는 중간 인덕터를 통해 지연 라인에 결합될 수 있다(도 6d 참조). 접지면은 분할된 접지면일 수 있다.
본 명세서에 기술된 공정과 및 기술은 본질적으로 임의의 특정 장치에 관련되지 않으며 구성요소들의 임의의 적절한 조합에 의해 구현될 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 다양한 유형의 범용 장치가 본 명세서에 기재된 교시에 따라 사용될 수 있다. 본 발명은 모든 면에서 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된 특정 예와 관련하여 설명되었다. 통상의 기술자는 많은 상이한 조합이 본 발명을 실시하는 데 적합하다는 것을 이해할 것이다.
또한, 본 발명의 다른 구현예들은 본원에 개시된 본 발명의 명세서 및 실시를 고려할 때 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 설명된 실시예들의 다양한 양태 및/또는 구성요소는 단독으로 또는 임의의 조합으로 사용될 수 있다. 본 명세서 및 실시예는 단지 예시적인 것으로 간주되며, 본 발명의 진정한 범위 및 사상은 다음의 청구범위에 의해 지시된다.

Claims (20)

  1. 안테나로서,
    절연 기판;
    상기 절연 기판의 상부면 상에 제공된 복수의 전도성 패치;
    가변 유전 상수(variable dielectric constant; VDC) 판;
    상기 VDC 판 위에 제공된 복수의 전도성 지연 라인으로서, 상기 지연 라인들의 각각이 RF 신호를 상기 복수의 전도성 패치 중 하나와 결합하는, 복수의 전도성 지연 라인; 및
    상기 VDC 판 아래에 제공되고, 상기 RF 신호의 접지 경로를 위한 단락부를 형성하기 위한 크기를 갖는 적어도 하나의 DC 브레이크를 포함하는 접지면을 포함하는, 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 VDC 판은 복수의 VDC 픽셀을 정의하고, 상기 안테나는 상기 복수의 VDC 픽셀의 각각에 대응하는 적어도 하나의 활성화 전극을 더 포함하는, 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 지연 라인의 각각은 제어기로부터 활성화 신호를 수신하도록 구성된 활성화 신호 입력을 포함하는, 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 활성화 신호는 구형파 신호를 포함하는, 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접지면은, 상기 접지면을 복수의 접지 스트립으로 분할하는 복수의 세장형(elongated) DC 브레이크를 포함하는, 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 DC 브레이크의 폭은 상기 RF 신호의 파장에 대하여 λ/10 이하인, 안테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 접지면은 복수의 애퍼처를 더 포함하고, 각 애퍼처는 상기 전도성 지연 라인들 중 하나 아래에 정렬된, 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 접지면은 복수의 DC 브레이크를 포함하고, 각 DC 브레이크는 상기 접지면 전체를 횡단하고, 이에 따라 상기 접지면을 물리적으로 분리된 복수의 접지 패치로 분할하는, 안테나.
  9. 제1항에 있어서,
    각각의 방사 패치는 전도성 스터브를 포함하고, 각각의 전도성 스터브는 제어기의 활성화 신호 라인에 결합된, 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    각각의 전도성 지연 라인은 제어기의 활성화 신호 라인에 결합된, 안테나.
  11. 제8항에 있어서,
    제어기를 더 포함하고, 상기 제어기는 복수의 공통 신호 출력을 포함하고, 각각의 공통 신호 출력은 상기 접지 패치들 중 하나에 결합된, 안테나.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 가변 유전 상수 층은, 상부 바인더 층, 하부 바인더 층, 상기 상부 바인더 층과 상기 하부 바인더 층 사이에 개재된 가변 유전 상수 재료, 및 상기 상부 바인더 층과 상기 하부 바인더 층 사이에 분산된 복수의 스페이서를 포함하는, 안테나.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 접지면은 복수의 DC 브레이크를 포함하고, 각각의 DC 브레이크를 상기 접지면 전체를 횡단하고 이에 따라 상기 접지면을 복수의 세장형 행으로 분할하고, 각 행은 전도성 지연 라인들의 행 아래에 정렬된, 안테나.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 세장형 행들의 각각은 제어기의 공통 신호 출력에 독립적으로 결합된, 안테나.
  15. 다층 안테나로서,
    절연 스페이서의 상부면 상에 제공되고 행과 열의 어레이로 배열된 복수의 방사 패치를 포함하는 방사층;
    행과 열의 어레이로 복수의 지연 라인을 포함하는 송신층으로서, 각각의 지연 라인은 상기 복수의 방사 패치 중 대응하는 하나에 결합된, 송신층;
    가변 유전 상수(VDC) 판을 포함하는 제어층;
    RF 신호를 상기 방사 패치들의 각각에 결합하기 위한 RF 결합부; 및
    복수의 전도성 접지 패치를 포함하는 접지층을 포함하고,
    각각의 전도성 접지 패치는 상기 RF 신호의 파장의 1/10 이하의 거리만큼 이웃하는 전도성 접지 패치로부터 분리된, 다층 안테나.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전도성 접지 패치들의 각각은 상기 지연 라인들의 행 아래에 정렬된, 다층 안테나.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 전도성 접지 패치들의 각각은 상기 지연 라인들 중 단일 지연 라인 아래에 정렬된, 다층 안테나.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 전도성 접지 패치들의 각각은 제어기의 공통 신호 출력에 개별적으로 결합된, 다층 안테나.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 전도성 접지 패치들 모두는 상기 RF 신호를 위한 공통 접지부를 협력하여 형성하는, 다층 안테나.
  20. 제15항에 있어서, 상기 전도성 접지 패치들의 각각은 상기 전도성 접지 패치들 중 하나 아래에 정렬된 적어도 하나의 애퍼처를 포함하는, 다층 안테나.
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