KR20230072509A - An antenna having radio frequency liquid crystal (rflc) mixtures with high rf tuning, broad thermal operating ranges, and low viscosity - Google Patents
An antenna having radio frequency liquid crystal (rflc) mixtures with high rf tuning, broad thermal operating ranges, and low viscosity Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230072509A KR20230072509A KR1020237015487A KR20237015487A KR20230072509A KR 20230072509 A KR20230072509 A KR 20230072509A KR 1020237015487 A KR1020237015487 A KR 1020237015487A KR 20237015487 A KR20237015487 A KR 20237015487A KR 20230072509 A KR20230072509 A KR 20230072509A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- antenna
- elements
- feed
- same
- liquid crystal
- Prior art date
Links
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 title claims abstract description 103
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 claims abstract description 6
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 claims abstract description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 9
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 8
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 6
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 5
- 125000000876 trifluoromethoxy group Chemical group FC(F)(F)O* 0.000 claims description 5
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N Cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 125000003545 alkoxy group Chemical group 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 125000004093 cyano group Chemical group *C#N 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 125000000113 cyclohexyl group Chemical group [H]C1([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])(*)C([H])([H])C1([H])[H] 0.000 claims description 3
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 claims description 3
- 150000002540 isothiocyanates Chemical class 0.000 claims description 3
- 125000002496 methyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 3
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 125000001301 ethoxy group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])O* 0.000 claims description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 2
- 125000000956 methoxy group Chemical group [H]C([H])([H])O* 0.000 claims description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 2
- 125000002572 propoxy group Chemical group [*]OC([H])([H])C(C([H])([H])[H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims description 2
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 33
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 26
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 16
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 14
- 125000006850 spacer group Chemical group 0.000 description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 12
- 238000003491 array Methods 0.000 description 11
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 10
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 10
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 10
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 7
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 230000015654 memory Effects 0.000 description 5
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 5
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 4
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- YJTKZCDBKVTVBY-UHFFFAOYSA-N 1,3-Diphenylbenzene Chemical group C1=CC=CC=C1C1=CC=CC(C=2C=CC=CC=2)=C1 YJTKZCDBKVTVBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- JRXXLCKWQFKACW-UHFFFAOYSA-N biphenylacetylene Chemical compound C1=CC=CC=C1C#CC1=CC=CC=C1 JRXXLCKWQFKACW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004590 computer program Methods 0.000 description 2
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- -1 cyclohexyl-phenyl Chemical group 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000000113 differential scanning calorimetry Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 238000001093 holography Methods 0.000 description 2
- 230000009878 intermolecular interaction Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- YEQIPOFHZWXPBP-UHFFFAOYSA-N 1-butoxy-2-cyclohexyl-3-isocyanatobenzene Chemical compound C(CCC)OC=1C(=C(C=CC=1)N=C=O)C1CCCCC1 YEQIPOFHZWXPBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VYMCYYVUEUCQIF-UHFFFAOYSA-N 1-phenyl-2-(2-phenylethynyl)benzene Chemical compound C1=CC=CC=C1C#CC1=CC=CC=C1C1=CC=CC=C1 VYMCYYVUEUCQIF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XSJSZNOTZZELGR-UHFFFAOYSA-N 2-cyclohexyl-1-isocyanato-3-pentylbenzene Chemical compound C(CCCC)C=1C(=C(C=CC=1)N=C=O)C1CCCCC1 XSJSZNOTZZELGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004990 Smectic liquid crystal Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 125000000484 butyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 210000002858 crystal cell Anatomy 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 238000007306 functionalization reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000003187 heptyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 125000004051 hexyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 125000001147 pentyl group Chemical group C(CCCC)* 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 229930195734 saturated hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 125000004360 trifluorophenyl group Chemical group 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/065—Patch antenna array
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K19/00—Liquid crystal materials
- C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
- C09K19/06—Non-steroidal liquid crystal compounds
- C09K19/08—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
- C09K19/10—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings
- C09K19/14—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings linked by a carbon chain
- C09K19/18—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings linked by a carbon chain the chain containing carbon-to-carbon triple bonds, e.g. tolans
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/364—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith using a particular conducting material, e.g. superconductor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
- H01Q15/006—Selective devices having photonic band gap materials or materials of which the material properties are frequency dependent, e.g. perforated substrates, high-impedance surfaces
- H01Q15/0066—Selective devices having photonic band gap materials or materials of which the material properties are frequency dependent, e.g. perforated substrates, high-impedance surfaces said selective devices being reconfigurable, tunable or controllable, e.g. using switches
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/0006—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices
- H01Q15/0086—Devices acting selectively as reflecting surface, as diffracting or as refracting device, e.g. frequency filtering or angular spatial filtering devices said selective devices having materials with a synthesized negative refractive index, e.g. metamaterials or left-handed materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/0006—Particular feeding systems
- H01Q21/0031—Parallel-plate fed arrays; Lens-fed arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
- H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
- H01Q21/064—Two dimensional planar arrays using horn or slot aerials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
- H01Q3/44—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the electric or magnetic characteristics of reflecting, refracting, or diffracting devices associated with the radiating element
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K19/00—Liquid crystal materials
- C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
- C09K19/06—Non-steroidal liquid crystal compounds
- C09K19/08—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
- C09K19/10—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings
- C09K19/12—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings at least two benzene rings directly linked, e.g. biphenyls
- C09K2019/121—Compounds containing phenylene-1,4-diyl (-Ph-)
- C09K2019/122—Ph-Ph
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K19/00—Liquid crystal materials
- C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
- C09K19/06—Non-steroidal liquid crystal compounds
- C09K19/08—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
- C09K19/10—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings
- C09K19/12—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings at least two benzene rings directly linked, e.g. biphenyls
- C09K2019/121—Compounds containing phenylene-1,4-diyl (-Ph-)
- C09K2019/123—Ph-Ph-Ph
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K19/00—Liquid crystal materials
- C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
- C09K19/06—Non-steroidal liquid crystal compounds
- C09K19/08—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
- C09K19/10—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings
- C09K19/14—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings linked by a carbon chain
- C09K19/18—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings linked by a carbon chain the chain containing carbon-to-carbon triple bonds, e.g. tolans
- C09K2019/181—Ph-C≡C-Ph
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K19/00—Liquid crystal materials
- C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
- C09K19/06—Non-steroidal liquid crystal compounds
- C09K19/08—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
- C09K19/10—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings
- C09K19/14—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings linked by a carbon chain
- C09K19/18—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing at least two benzene rings linked by a carbon chain the chain containing carbon-to-carbon triple bonds, e.g. tolans
- C09K2019/183—Ph-Ph-C≡C-Ph
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K19/00—Liquid crystal materials
- C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
- C09K19/06—Non-steroidal liquid crystal compounds
- C09K19/08—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
- C09K19/30—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing saturated or unsaturated non-aromatic rings, e.g. cyclohexane rings
- C09K19/3001—Cyclohexane rings
- C09K19/3003—Compounds containing at least two rings in which the different rings are directly linked (covalent bond)
- C09K2019/3009—Cy-Ph
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K19/00—Liquid crystal materials
- C09K19/04—Liquid crystal materials characterised by the chemical structure of the liquid crystal components, e.g. by a specific unit
- C09K19/06—Non-steroidal liquid crystal compounds
- C09K19/08—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings
- C09K19/30—Non-steroidal liquid crystal compounds containing at least two non-condensed rings containing saturated or unsaturated non-aromatic rings, e.g. cyclohexane rings
- C09K19/3001—Cyclohexane rings
- C09K19/3028—Cyclohexane rings in which at least two rings are linked by a carbon chain containing carbon to carbon single bonds
- C09K2019/3036—Cy-C2H4-Ph
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K2219/00—Aspects relating to the form of the liquid crystal [LC] material, or by the technical area in which LC material are used
- C09K2219/11—Aspects relating to the form of the liquid crystal [LC] material, or by the technical area in which LC material are used used in the High Frequency technical field
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
향상된 성능을 갖는 무선 주파수(radio frequency, RF) 액정(RFLC) 혼합물을 포함하는 장치가 개시된다. 하나의 실시예에서, 향상된 성능은 높은 RF 동조, 넓은 열 동작 범위 및 낮은 점도를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 장치는, 각각의 안테나 소자가 액정(LC) 구조를 갖는 복수의 안테나 소자를 가지는 안테나 소자 어레이를 포함하는 안테나를 구비하며, 상기 LC 구조는 다음의 것들 중 적어도 양성자, 수소(H) 또는 헤테로 원자 중 하나 이상과 더불어 측방향으로 기능하도록 된 하나 이상의 혼합물을 포함한다.A device comprising a radio frequency (RF) liquid crystal (RFLC) mixture with improved performance is disclosed. In one embodiment, improved performance includes high RF tuning, wide thermal operating range, and low viscosity. In one embodiment, the device comprises an antenna comprising an antenna element array having a plurality of antenna elements, each antenna element having a liquid crystal (LC) structure, wherein the LC structure comprises at least a proton of: and one or more mixtures adapted to function laterally with one or more of hydrogen (H) or heteroatoms.
Description
우선권preference
본 특허 출원은 명칭이 "높은 RF 동조, 넓은 열 동작 범위 및 낮은 점도를 갖는 고주파 액정(RFLC) 혼합물"인 2016 년 5 월 20 일에 출원된 대응하는 미국 가특허출원 제 62/339,550 호에 대한 우선권을 주장하며, 이를 참조에 의해 본원에 통합한다.This patent application is filed on May 20, 2016, titled "High RF Tuning, Wide Thermal Operating Range, and Low Viscosity High Frequency Liquid Crystal (RFLC) Mixtures," filed on May 20, 2016, in response to corresponding U.S. Provisional Patent Application Serial No. 62/339,550. Priority is claimed, which is incorporated herein by reference.
발명의 분야field of invention
본 발명의 실시예들은 액정(liquid crystal, LC)을 갖는 무선 주파수(radio frequency, RF) 장치의 분야에 관한 것이며; 더욱 구체적으로, 본 발명의 실시예들은 메타 재료-동조 안테나에서의 사용에 적합한 높은 RF 동조 및 낮은 점도를 갖는 무선 주파수(RF) 장치에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to the field of radio frequency (RF) devices with liquid crystals (LC); More specifically, embodiments of the present invention relate to radio frequency (RF) devices having high RF tuning and low viscosity suitable for use in metamaterial-tuned antennas.
최근에, 장치의 일부로서 액정(LC) 기반의 메타 재료 소자를 사용하는 표면 산란 안테나 및 다른 고주파 장치가 공개되었다. 안테나의 경우, LC는 안테나 소자를 동조하기 위한 안테나 소자의 일부로서 사용되어 왔다. 이러한 장치의 성능은 적어도 부분적으로는 사용되는 LC에 따라 달라진다. 따라서, 이를 사용하는 장치의 성능을 향상시키는 특성을 갖는 LC를 개발하는 것이 바람직하다.Recently, surface scattering antennas and other high frequency devices using liquid crystal (LC) based metamaterial elements as part of the device have been disclosed. In the case of antennas, LCs have been used as part of an antenna element to tune the antenna element. The performance of these devices depends, at least in part, on the LC used. Therefore, it is desirable to develop LCs having properties that improve the performance of devices using them.
향상된 성능을 갖는 무선 주파수(RF) 액정(RFLC) 혼합물을 포함하는 장치가 개시된다. 하나의 실시예에서, 향상된 성능은 높은 RF 동조, 넓은 열 동작 범위 및 낮은 점도를 포함한다. 하나의 실시예에서, 상기 장치는, 각각의 안테나 소자가 액정(LC) 구조를 갖는 복수의 안테나 소자를 가지는 안테나 소자 어레이를 포함하는 안테나를 구비하며, 상기 LC 구조는 다음의 것들 중A device comprising a radio frequency (RF) liquid crystal (RFLC) mixture with improved performance is disclosed. In one embodiment, improved performance includes high RF tuning, wide thermal operating range, and low viscosity. In one embodiment, the device comprises an antenna comprising an antenna element array having a plurality of antenna elements, each antenna element having a liquid crystal (LC) structure, the LC structure comprising one of the following:
적어도 양성자, 수소(H) 또는 헤테로 원자 중 하나 이상과 더불어 측방향으로 기능하도록 된 하나 이상의 혼합물을 포함한다.It includes one or more mixtures adapted to function laterally with at least one of protons, hydrogen (H) or heteroatoms.
본 발명은 이하에서 제공되는 상세한 설명 및 본 발명의 다양한 실시예들에 대한 첨부 도면들로부터 더욱 완전하게 이해될 것이지만, 이들은 본 발명을 특정 실시예들에 한정하는 것으로 받아들여지지 않아야 하며, 단지 설명 및 이해를 위한 것이다.
도 1은 입사 마이크로파 방사선에 대한 액정(LC) 네마틱상의 상대적인 배향의 표현을 도시한다.
도 2의 (a)는 메타 네트워크 안테나 기술 단일 소자 내부의 필드 방위 및 농도의 컴퓨터 모델링 기반의 표현을 도시한다.
도 2의 (b)는 대표적인 메타 네트워크 안테나 기술 단일 소자의 사진이다.
도 2의 (c)는 공진 주파수 동조의 표현을 도시한다.
도 3은 간단한 선형 조합 모델을 이용하여 만들어진 Δn 추정치와 결합된 무선 주파수(RF) 동조 연구로부터의 대략적인 결과를 도시한다.
도 4 내지 도 8은 선택된 LC 혼합물에 대한 열 추적(시차 주사 열량계)을 도시한다.
도 9는 원통형 파 피드(cylindrical wave feed)를 제공하기 위하여 이용되는 동축 피드(coaxial feed)의 하나의 실시예의 평면도를 도시한다.
도 10은 원통형으로 피드되는 안테나(cylindrically fed antenna)의 입력 피드 둘레로 동심원 링(concentric ring)들에 배치된 안테나 소자들의 하나 이상의 어레이들을 갖는 개구면(aperture)을 도시한다.
도 11은 접지면(ground plane) 및 재구성가능한 공진기층(reconfigurable resonator layer)을 포함하는 안테나 소자들의 하나의 로우(row)의 투시도를 도시한다.
도 12는 동조가능한(tunable) 공진기/슬롯의 하나의 실시예를 도시한다.
도 13은 물리적 안테나 개구면의 하나의 실시예의 단면도를 도시한다.
도 14a 내지 도 14d는 슬로팅된 어레이를 생성하기 위한 상이한 층들의 하나의 실시예를 도시한다.
도 15는 원통형으로 피드되는 안테나 구조의 하나의 실시예의 측면도를 도시한다.
도 16은 나가는 파(outgoing wave)를 가진 안테나 시스템의 다른 실시예를 도시한다.
도 17은 안테나 소자들에 대한 매트릭스 구동 회로망의 배치의 하나의 실시예를 도시한다.
도 18은 TFT 패키지의 하나의 실시예를 도시한다.
도 19는 텔레비전 시스템에서 동시에 이중 수신(dual reception)을 수행하는 통신 시스템의 하나의 실시예의 블록도이다.
도 20은 동시 송수신 경로(simultaneous transmit and receive path)들을 갖는 통신 시스템의 다른 실시예의 블록도이다.The present invention will be more fully understood from the detailed description provided below and the accompanying drawings of various embodiments of the invention, which should not be taken as limiting the invention to the specific embodiments, but merely description and It is for understanding.
Figure 1 shows a representation of the relative orientation of a liquid crystal (LC) nematic phase to incident microwave radiation.
2(a) shows a computer modeling-based representation of the field orientation and concentration inside a single element of the meta network antenna technology.
Figure 2 (b) is a photograph of a representative meta-network antenna technology single element.
Figure 2(c) shows an expression of resonant frequency tuning.
Figure 3 shows approximate results from a radio frequency (RF) tuning study combined with Δn estimates made using a simple linear combinatorial model.
Figures 4-8 show heat traces (differential scanning calorimetry) for selected LC mixtures.
9 shows a top view of one embodiment of a coaxial feed used to provide a cylindrical wave feed.
10 shows an aperture with one or more arrays of antenna elements arranged in concentric rings around the input feed of a cylindrically fed antenna.
11 shows a perspective view of one row of antenna elements including a ground plane and a reconfigurable resonator layer.
12 shows one embodiment of a tunable resonator/slot.
13 shows a cross-sectional view of one embodiment of a physical antenna aperture.
14A-14D show one embodiment of different layers for creating a slotted array.
15 shows a side view of one embodiment of a cylindrically fed antenna structure.
16 shows another embodiment of an antenna system with outgoing waves.
17 shows one embodiment of the arrangement of matrix drive circuitry for antenna elements.
18 shows one embodiment of a TFT package.
19 is a block diagram of one embodiment of a communication system that performs dual reception simultaneously in a television system.
20 is a block diagram of another embodiment of a communication system having simultaneous transmit and receive paths.
액정(LC) 혼합물을 포함하는 무선 주파수(RF) 장치 및 이를 사용하는 방법이 개시된다. 하나의 실시예에서, RF 장치는 안테나, 위상 어레이 또는 광 변조기를 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, LC 혼합물은 파이 접합된 아병원성(pi-conjugated mesogenic) (액정) 화합물을 포함하는 RFLC(Radio Frequency Liquid Crystal, 고주파 액정) 혼합물이다. 하나의 실시예에서, RFLC는 메타 네트워크 안테나 기술의 능동 소자로서 사용하기에 적합한 혼합물이다. 메타 네트워크(metanetworks) 안테나 기술에 유용하게 하기 위해, RFLC 혼합물은 큰 전압 동조가능한 RF 유전체 이방성(광학적 Δη ≥ 0.3, RF Δε ≥ 1.33), 수용가능한 온도 안정성 특성(-40℃ 또는 그 이하에서의 장기간 저장 안정성, 클리어링 포인트(clearing point, 투명점) ≥ 125℃), 낮은 RF 손실(Δε/Tanδ ≥ 75), 및 허용가능한 점탄성 특성(γi/K3 ≤ 15)을 보인다.A radio frequency (RF) device comprising a liquid crystal (LC) mixture and methods of using the same are disclosed. In one embodiment, an RF device may include an antenna, phased array, or light modulator. In one embodiment, the LC mixture is a Radio Frequency Liquid Crystal (RFLC) mixture comprising pi-conjugated mesogenic (liquid crystal) compounds. In one embodiment, the RFLC is a mixture suitable for use as the active element of a meta network antenna technology. To be useful in metanetworks antenna technology, the RFLC mixture has a large voltage tunable RF dielectric anisotropy (optical Δη ≥ 0.3, RF Δε ≥ 1.33), acceptable temperature stability characteristics (long-term at -40 °C or below), It exhibits storage stability, clearing point ≥ 125° C.), low RF loss (Δε/Tanδ ≥ 75), and acceptable viscoelastic properties (γi/K3 ≤ 15).
본원에서의 목적을 위해, "동조 범위(tuning range, 튜닝 범위)"는 RF 유전 상수, Δε(RF)의 변화량으로 정의되고, 광학적 응용에 있어서 이것은 Δn으로 정의된다.For purposes herein, "tuning range" is defined as the change in the RF dielectric constant, Δε(RF), and for optical applications it is defined as Δn.
하나의 실시예에 있어서, 본원에 개시된 액정 혼합물은 높은 복굴절 액정이다. 높은 복굴절은 전형적으로 필드(field)에서 Δn > 0.3으로 인식된다. 이들은 다음의 것들: 1) 공진 소자 기반의 홀로그램 안테나, 반사-어레이 및 위상 어레이와 같은 안테나 응용; 및 2) 예를 들어 LIDAR(light imaging detection and ranging, 광 이미징 검출 및 거리 측정)에 사용되는 것과 같은 공간 광 변조기를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 응용에 이용될 수 있다. 복굴절 액정이 상기의 응용 분야에서 유용하게 하기 위해서는 빠른 스위칭 시간과 높은 동조 범위를 보여야 한다.In one embodiment, the liquid crystal mixture disclosed herein is a highly birefringent liquid crystal. High birefringence is typically recognized as Δn > 0.3 in the field. These include: 1) antenna applications such as holographic antennas based on resonant elements, reflection-arrays and phased arrays; and 2) spatial light modulators, such as, for example, those used in light imaging detection and ranging (LIDAR). For birefringent liquid crystals to be useful in the above applications, they must exhibit fast switching times and high tuning ranges.
본 발명의 실시예들은, 큰 무선 주파수(RF) 유전체 동조(높은 복굴절)가 낮은 융점 및 낮은 회전 점도와 결합되는 일련의 액정 혼합물을 포함한다. 하나의 실시예에 있어서, LC 혼합물은 -63℃의 낮은 융점 및 ~ 13의 회전 점도와 결합된 135℃의 높은 클리어링 포인트를 갖는다. 이러한 주요 혁신 기술은, 이러한 재료가 빠른 스위칭 속도를 제공하고 저온에서 작동할 수 있도록 한다. 전형적으로 증가된 복굴절은 증가된 점도 및 높은 융점을 수반하기 때문에 일반적으로 달성하기가 어렵다. 이러한 재료는 안테나 능동 소자의 동작을 가능하게 하고, 따라서 안테나 어레이의 구성을 가능하게 한다.Embodiments of the present invention include a series of liquid crystal mixtures in which large radio frequency (RF) dielectric tuning (high birefringence) is combined with low melting point and low rotational viscosity. In one example, the LC blend has a high clearing point of 135°C combined with a low melting point of -63°C and a rotational viscosity of ~13. These key innovations enable these materials to offer fast switching speeds and operate at low temperatures. Increased birefringence is generally difficult to achieve because typically it is accompanied by increased viscosity and high melting point. These materials enable the operation of the antenna active element and thus the construction of the antenna array.
하나의 실시예에서, 사용되는 액정은 1) 충분한 유전체 동조(광학적 Δη ≥ 0.3, RF Δε ≥ 1.33); 2) 허용가능한 이완 시간(~ 20ms, γ1/K3 ≤ 15); 3) 적절한 열 특성(-40℃ 또는 그 이하에서의 장기간 저장 안정성, 클리어링 포인트 ≥ 125℃); 4) 타당한 RF 손실(Δε/Tanδ ≥ 75)을 제공한다. 이러한 특성의 조합은 비교적 독특하다. 이러한 특성들 중 어느 것도 특이적으로 최적화될 수 있다. 그러나, 모든 요구 사항을 동시에 충족시키는 재료를 구현하는 것은 훨씬 더 어렵다. 그러므로, 이러한 재료(혼합물)와 설계 전략은 본질적으로 독특하고 가치가 있다.In one embodiment, the liquid crystal used has 1) sufficient dielectric tuning (optical Δη ≥ 0.3, RF Δε ≥ 1.33); 2) acceptable relaxation time (~ 20 ms, γ1/K3 ≤ 15); 3) adequate thermal properties (long-term storage stability at -40°C or below, clearing point > 125°C); 4) Provides reasonable RF losses (Δε/Tanδ ≥ 75). This combination of characteristics is relatively unique. Any of these properties can be specifically optimized. However, it is much more difficult to implement a material that simultaneously meets all requirements. Therefore, these materials (mixtures) and design strategies are inherently unique and valuable.
상업적으로 사용되고 있는 대부분의 액정은 단일 분자 구조가 아니다. 그들은 각각 독특한 물리적, 화학적 특성을 나타내는 수개의 화합물의 혼합물로 구성된다. 따라서, 적당한 극성과 분극률 이방성을 갖는 단일 분자 구조를 설계하기 위해 분자 수준의 구조/특성 관계가 사용된다. 이러한 동일한 구조/특성 관계는 모든 동작 요건을 만족시키는 응축 상(액정 메조 상)을 생성하기 위해 동시에 사용된다.Most liquid crystals in commercial use do not have a single molecular structure. They are composed of a mixture of several compounds, each exhibiting unique physical and chemical properties. Therefore, molecular-level structure/property relationships are used to design single-molecule structures with appropriate polarity and polarizability anisotropy. This same structure/property relationship is used simultaneously to create a condensed phase (liquid crystal mesophase) that satisfies all operating requirements.
본 발명의 실시예들은 사용가능한 LC 혼합물에 대해 특정 화학적 "레시피(recipe)"를 제공할 뿐만 아니라, 합리적으로 설계된 특성을 갖는 새로운 혼합물을 생성하기 위해 추가로 사용될 수 있는 일련의 일반적인 개념을 제공한다.The embodiments of the present invention not only provide specific chemical “recipes” for useable LC mixtures, but also provide a set of general concepts that can be further used to create new mixtures with rationally designed properties. .
제공된 특정 화학 구조는 특정의 화학적 및 물리적 특성을 조정하기 위해 다중 혼합물 "레시피"로 사용될 수 있다. 시연된 일반적인 구조/특성 관계는 성능 특성이 크게 향상된 신재료를 설계하는 데 사용될 수 있다.A given chemical structure can be used in multiple mixture “recipes” to tailor specific chemical and physical properties. The general structure/property relationship demonstrated can be used to design new materials with significantly improved performance properties.
하나의 실시예에 있어서는, 본원에 개시된 고복굴절 액정은 분자 레벨에서 큰 길이/폭 분극 이방성을 생성한다. 하나의 실시예에서, 이는 길고 단단한 π-전자 접합된 코어(예를 들어, 톨레인(tolane))를 생성함으로써 달성된다. 그 자체로( 기능화되지 않음), 그러한 분자는 강한 분자간 상호 작용으로 인해 매우 높은 융점을 갖는다. 하나의 실시예에 있어서는, 융점을 낮추고 네마틱 (액정) 상 형성을 위해, 긴 탄소 꼬리가 한쪽 단부에 부착된다. 반대쪽 단부에는, 예를 들어 이소티오시아네이트(Isothiocyanate, NCS), 트리플루오로메톡시(trifluoromethoxy, OCF3), 시아노(cyano, CN), 브롬화물(bromide, Br) 또는 티플루오로페닐(tifluorophenyl, C6H2F3)과 같은 극성 그룹(polar group, 극성기)이 복굴절을 더욱 증가시키고, 영구적인 쌍극자를 도입하기 위해 사용된다.In one embodiment, the highly birefringent liquid crystals disclosed herein produce a large length/width polarization anisotropy at the molecular level. In one embodiment, this is achieved by creating a long, rigid π-electron bonded core (eg, tolane). As such (unfunctionalized), such molecules have very high melting points due to strong intermolecular interactions. In one embodiment, a long carbon tail is attached to one end to lower the melting point and form the nematic (liquid crystal) phase. At the opposite end, for example, isothiocyanate (NCS), trifluoromethoxy (OCF 3 ), cyano (CN), bromide (Br) or tifluorophenyl , C 6 H 2 F 3 ) are used to further increase birefringence and introduce permanent dipoles.
이 아이디어는 상기의 일반 구조(GS 1, GS 2, GS 3 및 GS 4)를 통해 표현될 수 있다. GS 1, GS 2 및 GS 4의 경우, 코어는 숫자 m의 단위로 표현된다. 이 코어는 양성자, H, 및/또는 예를 들어 불소(F), 브롬화물(Br) 또는 염소(chlorine, Cl)와 같은 헤테로 원자와 함께 측방향으로 기능될 수 있다. 예를 들어 메틸(CH3), 에틸(CH2CH3), 프로필(CH2CH2CH3) 또는 메톡시(OCH3), 에톡시(OCH2CH3), 프로폭시(OCH2CH3) 또는 트리플루오로메톡시(OCF3)와 같은 알킬 그룹(alkyl group, 알킬기)과 같은 다른 그룹이 또한 다양한 R 위치에 도입될 수 있다. 이러한 측방향 기능화(lateral functionalization)는 스멕틱상(smectic phase) 형성을 탐탁찮게 여기거나 및/또는 회전 점도 γ, 탄성 상수 κ 및 융점 Tm을 수정하기 위해 분자간 상호 작용을 변형시킨다. 코어를 길게 하면(m을 증가시키면) 일반적으로 복굴절이 증가한다. 이 경우, A는 하기의 구조 1 내지 6에서 볼 수 있는 포화 탄소 사슬, 또는 알콕시(OCnH(2n+1)), 또는 유사하게 기능화된 시클로헥실 및/또는 페닐 모이어티(phenyl moiety, 페닐 잔기)이다. 탄소 사슬이 길수록 일반적으로 융점은 낮아진다. 이 경우, B는 이소티오시아네이트(NCS), 트리플루오로메톡시(OCF3), 시아 노(CN), 브롬화물(Br) 또는 티플루오로페닐(C6H2F3)과 같은 제2 알킬 또는 알콕시 사슬 또는 극성 그룹이다. 구조 GS 3는 Z 및 Y가 서로 독립적으로 단일 또는 삼중 결합을 나타내는 상보적 구조 모티프(complementary structural motif)를 예시한다.This idea can be expressed through the above generic structures (
액정 혼합물 생성Create a liquid crystal mixture
다음의 것은 안테나의 안테나 소자에 있어서 메타재료 소자로서 사용될 수 있는 6개의 LC 화학 구조의 예시적인 실시예들이다.The following are exemplary embodiments of six LC chemical structures that can be used as metamaterial elements in the antenna element of an antenna.
위에 나타낸 반응식 1의 6개의 구조에 있어서는, 액정 혼합물은 상기 구조 중 임의의 것 또는 전부를 함유하며, 여기서 D = CH2, O, S, Se; R1-R12 = CnH(2n+1), H, F, Cl, SCnH(2n+1), SeCnH(2n+1), Br; 및 X = NCS, F, Br, Cl, H이다.For the six structures of
구조 1 내지 6으로서 반응식 1에 나타낸 어떠한 화합물도 실온에서 액체는 아니다. 액정으로 되도록 하기 위해서는 혼합물이 유용한 동작 온도 범위 내의 액체이어야 한다. 실온에서 액체를 형성하기 위해, 특정 양의 각 화합물을 칭량하고 이들을 함께 혼합한 다음 화합물이 녹아 함께 혼합될 때까지 가열함으로써, 일반적인 구조 GS 1, GS 2, GS 3 및 특정 구조 1 내지 6으로 나타낸 것들과 같은 유사한 화합물의 혼합물이 제조된다. 적절한 혼합물은 실온에서 재응고(동결)되지 않는다. 혼합물은 서로 다른 길이의 탄소 사슬(n = 1-7)을 갖는 하나의 특정 기본 구조를 혼합하는 것처럼 간단할 수도 있고, 또는 변화하는 중량 퍼센트에서 많은 다른 구조를 추가하는 것처럼 복잡할 수도 있다.None of the compounds shown in
1-6 및/또는 GS 1 / GS 2에 의해 예시된 것과 같은 기본 구조는 물리적 특성 면에서 상이할 뿐만 아니라, 복굴절 Δn 면에서도 상이할 수 있다. 따라서, 상이한 중량 퍼센트를 함유하는 혼합물은 또한 상이한 광학 특성을 가질 것이다. 본원의 목적을 위해, 기본 혼합물은 상술한 바와 같이 특정한 물리적 및 광학적 특성을 갖도록 재단될 수 있다.1-6 and/or
구조 및 공통 단위의 이름 지정(명명)Naming of structures and common units (naming)
구조 1 내지 6은 모두 서브 유닛을 공유한다.
구조 1은 시클로헥실-페닐로 알려져 있다. 이것은 함께 부착된 시클로헥실 고리와 페닐 고리로 구성된다. 왼쪽에서, n은 포화 탄화수소 꼬리에 있는 탄소의 수를 의미한다. 탄소의 수는 일반적으로 n = 1과 n = 7 사이에서 변화하는바, n = 1 메틸; n = 2 에틸; n = 3 프로필; n = 4 부틸; n = 5 펜틸; n = 6 헥실; n = 7 헵틸이다. 하나의 실시예에서, D는 탄소 및 2개의 수소(여분의 탄소가 첨가됨)이고, X = NCS 및 n = 4이다. 이러한 경우에, 구조 번호 1은 펜틸-시클로헥실페닐 이소시아네이트로 명명된다. 동일한 기본 구조가 유지되고, D가 산소로 변경되었다면, 그 구조는 부톡시시클로헥실페닐 이소시아네이트로 명명된다.
구조 2는 본원에서 톨레인(tolane)으로 언급된다. 톨레인은 기본적으로는 삼중 결합의 양쪽 단부에 있는 2개의 페닐 고리이다. 동일한 명명 규약을 이용하면, 하나의 실시예에서, D = CH2이고 X = NCS일 때, 구조 번호 2는 펜틸-이소티오시아네이토 톨레인으로 명명된다.Structure 2 is referred to herein as tolane. Tolein is basically two phenyl rings at either end of a triple bond. Using the same naming convention, in one embodiment, when D = CH2 and X = NCS, structure number 2 is named pentyl-isothiocyanato tolein.
구조 3은 구조 1과 2의 조합이다. 이것은 본원에서 사이클로헥실-톨레인으로 언급된다. 하나의 실시예에서, D = CH2이고 X = NCS이다. 이 경우, 구조 3은 펜틸-이소티오시안토 시클로헥실-톨레인으로 명명된다.Structure 3 is a combination of
구조 4는 본원에서 페닐-톨레인으로 언급된다. 페닐 고리는 기본 톨레인 구조에 첨가된다. 하나의 실시예에서, D = CH2이고 X = NCS이다. 이 경우, 구조 4는 펜틸-이소티오시안토 페닐-톨레인으로 명명된다.Structure 4 is referred to herein as a phenyl-tolane. A phenyl ring is added to the basic tolein structure. In one embodiment, D = CH2 and X = NCS. In this case, structure 4 is named pentyl-isothiocyanto phenyl-tolein.
구조 5는 본원에서 페닐-비스-톨레인으로 언급된다. 이것은 페닐 그룹과 다른 페닐 고리 사이에 두 개의 삼중 결합을 가지고 있다. 하나의 실시예에서, D = CH2이고 X = NCS이다. 이 경우, 구조 5는 펜틸-이소티오시안토 페닐-비스톨레인으로 명명된다.Structure 5 is referred to herein as phenyl-bis-tolein. It has two triple bonds between the phenyl group and the other phenyl ring. In one embodiment, D = CH2 and X = NCS. In this case, structure 5 is named pentyl-isothiocyanto phenyl-bistolein.
구조 6은 본원에서 함께 부착된 3개의 페닐 고리를 갖는 터페닐로 언급된다.하나의 실시예에서, D = CH2이고 X = NCS이다. 이 경우, 구조 6은 펜틸-이소티오시안토 터페닐로 명명된다.Structure 6 is referred to herein as a terphenyl having three phenyl rings attached together. In one embodiment, D = CH2 and X = NCS. In this case, structure 6 is named pentyl-isothiocyanto terphenyl.
하기의 반응식 2는 본원에 개시된 안테나에서 사용하기 위한 혼합물의 다른 세트를 예시한다. 각 혼합물은 NCS 말단 그룹(terminal group, 말단기)의 사용을 포함한다.Scheme 2 below illustrates another set of mixtures for use in the antennas disclosed herein. Each mixture includes the use of NCS terminal groups.
LC 단일 분자 및 혼합물 시험 결과LC single molecule and mixture test results
표 1 : 반응식 2에서 선택된 LC 단일체에 대응하여 수집된 열 데이터Table 1: Thermal data collected corresponding to selected LC monoliths in Scheme 2.
(Tm)melting
(Tm)
(Tc)clearing
(Tc)
(Tcr)frieze
(Tcr)
11.7i
111.7f
111.7h
4TOLCl
4OTOLCl
FNCST1
TFNCST1
111.7n
111.7o11.7h
11.7i
111.7f
111.7h
4TOLCl
4OTOLCl
FNCST1
TFNCST1
111.7n
111.7o
53.5
103
96.9
44.4
81.9
49
68
77
6364.2
53.5
103
96.9
44.4
81.9
49
68
77
63
64.5
--
--
--
--
--
218
239
24371.6
64.5
--
--
--
--
--
218
239
243
34.2
--
51
--
61.7
--
--
--
----
34.2
--
51
--
61.7
--
--
--
--
--
--
--
0.28
0.26
~0.29
0.50
~0.38
~0.380.28
--
--
--
0.28
0.26
~0.29
0.50
~0.38
~0.38
표 2 : 혼합 비율 및 동조 결과(동조는 △f로서 GHz로 주어짐)Table 2: Mixing ratio and tuning results (tuning is given in GHz as Δf)
전술한 바와 같이, 유용한 액정 혼합물은 변화하는 중량 퍼센트로 다수의 고유 기본 구조(LC 단일체)를 조합함으로써 제조된다. 반응식 2는 이 작업을 위해 종합적으로 제조된 LC 단일체의 라이브러리를 보여준다. 표 1은 반응식 2에 나타낸 LC 단일체의 열 특성을 나타낸다. "용융(melt)"이란 용어는 융점, 즉 화합물이 결정질 고체로부터 액체로 상을 변화시키는 온도를 나타내기 위해 사용된다. "프리즈(freeze, 동결)"이란 용어는 응고점, 즉 10℃/분의 선형 속도로 냉각시에 동결이 재발생(재연)되는 온도를 나타낸다. 복굴절 Δn은 이용가능한 경우에 표시된다. 클리어링 포인트는 네마틱 상이 등방성으로 되는 (그리고 외관상 유백색으로부터 투명으로 시각적으로 변화하는) 온도를 나타낸다. 표 1의 검사로부터, 가장 낮은 용융 LC 단일체인 4TOLCl은 44.4℃에서 녹는다. 이것은 실온(~19℃)보다 현저히 높다. 마찬가지로, 가장 높은 클리어링 포인트는 111.7o에 의해 표시된다.As mentioned above, useful liquid crystal mixtures are prepared by combining a number of unique basic structures (LC monoliths) in varying weight percentages. Scheme 2 shows a library of LC monoliths that was comprehensively prepared for this work. Table 1 shows the thermal properties of the LC monolith shown in Scheme 2. The term “melt” is used to denote the melting point, ie, the temperature at which a compound changes phase from a crystalline solid to a liquid. The term “freeze” refers to the freezing point, i.e., the temperature at which freezing re-occurs (renews) upon cooling at a linear rate of 10° C./min. Birefringence Δn is indicated where available. The clearing point represents the temperature at which the nematic phase becomes isotropic (and visually changes from opalescent in appearance to transparent). From the examination of Table 1, the lowest melting LC monolith, 4TOLC1, melts at 44.4°C. This is significantly higher than room temperature (~19 °C). Likewise, the highest clearing point is indicated by 111.7o.
표 2는 화합물의 라이브러리를 사용하여 제조된 각종의 혼합물을 나타낸다. 사용된 각 화합물의 중량 퍼센트가 주어지고, 결과적인 열 및 동조 특성이 주어진다.Table 2 shows the various mixtures prepared using the library of compounds. The weight percentages of each compound used are given, and the resulting thermal and tuning properties are given.
혼합물이 -64℃만큼 낮게 동결되고 153℃만큼 높게 클리어되는 반응식 2에 나타낸 LC 단일체를 이용하여 제조될 수 있음은 표 2의 검사에 의해 더 설명될 수 있다. 이들 값은 지금까지 보고된 가장 넓은 네마틱 온도 범위에 필적한다.That mixtures can be prepared using the LC monolith shown in Scheme 2 that freezes as low as -64°C and clears as high as 153°C can be further illustrated by the inspection of Table 2. These values are comparable to the widest nematic temperature range reported so far.
도 1 및 도 2의 (a)~(c)는 메타 네트워크 안테나 기술에 관한 동조의 개념을 도시한다. 이러한 개념은 하나의 실시예에 따라 메타 네트워크 소자 어레이 기반의 안테나를 구성하는 많은 것 중의 하나의 단일의 소자라는 용어로 가장 잘 설명된다. 본원에 논의된 것과 같은 네마틱상 액정 혼합물은, 메타 네트워크 안테나 기술단일 소자 내에 내장된다. 도 1은 입사 마이크로파 방사선에 대한 LC 네마틱 상의 상대적인 배향의 표현을 도시한다. 전계가 가해지면, LC는 그 방향을 바꾸고 그에 따라 그 Δn을 매개로 해서 도 1에 주어진 방정식에 대응하는 Δf를 생성한다. 이 Δf는 안테나 기술의 동작을 결정한다.1 and 2 (a) to (c) show the concept of tuning related to the meta network antenna technology. This concept is best described in terms of one single element among many that constitutes an antenna based array of meta network elements, according to one embodiment. Nematic-phase liquid crystal mixtures, such as those discussed herein, are embedded within a single element of meta-network antenna technology. Figure 1 shows a representation of the relative orientation of the LC nematic phase to the incident microwave radiation. When an electric field is applied, the LC changes its direction and thus produces, via its Δn, Δf corresponding to the equation given in Figure 1. This Δf determines the behavior of the antenna technology.
도 2의 (a)는 메타 네트워크 안테나 기술 단일 소자 내부의 필드 방위 및 농도의 컴퓨터 모델링 기반 표현을 도시한다. 도 2의 (b)는 대표적인 메타 네트워크 안테나 기술 단일 소자의 사진이다. 도 2의 (c)는 표 2 및 표 3에서 △f로서 언급된 공진 주파수 동조의 표현을 도시한다.Fig. 2(a) shows a computer modeling-based representation of the field orientation and concentration inside a single element of the meta network antenna technology. Figure 2 (b) is a photograph of a representative meta-network antenna technology single element. Figure 2(c) shows the expression of resonant frequency tuning referred to as Δf in Tables 2 and 3.
도 3은 단순 선형 결합 모델을 사용하여 이루어진 Δn 추정치와 결합된 RF 동조 연구로부터의 근사적인 결과를 나타낸다. 플로트 13.1과 13.2에 대한 선형 결합 분석을 이용하면, 13.1과 13.2에 대한 Δn은 각각 0.37과 0.34로 추정될 수 있다. 이것을 그들의 평균 동조 결과와 대비하여 플로팅하면, ~1.85 GHz에서 동조하도록 하기 위해서는 ~0.4의 Δn에 도달해야 한다.Figure 3 shows approximate results from RF tuning studies combined with Δn estimates made using a simple linear combination model. Using linear combination analysis for plots 13.1 and 13.2, Δn for 13.1 and 13.2 can be estimated to be 0.37 and 0.34, respectively. Plotting this against their average tuning result, a Δn of ~0.4 must be reached to tune at ~1.85 GHz.
전술한 바와 같이, Δn을 증가시키는 가장 간단한 방법은 가장 높은 Δn 혼합물 성분(이 경우, TFNCST1)의 양을 증가시킨다. 그러나, 이 솔루션은 전체 혼합물이 재형성되지 않는 한 양호한 열 성능을 유지하지 못한다. 예를 들어, 13.1은 표 2에 주어진 혼합물의 가장 큰 Δn을 표시하지만, 이것은 또한 가장 좁은 네마틱 온도 범위도 표시한다. 이것을 해결하기 위해, 몇 가지 새로운 혼합물을 조사했다. 현재까지 가장 성공적인 혼합물은 13.8이었다. 이 혼합물은 ~0.39 - ~0.4의 추정된 Δn을 갖는다. 13.8은 특히 높은 클리어링 포인트를 갖는 매우 넓은 네마틱 온도 범위를 표시한다. 이것은 다소 증가된 점도를 수반하지만, 그 증가는 극적이지 않다. 이것을 해결하기 위해, △n의 별다른 감소없이 5CHBT의 양을 증가시킬 수 있다. -20℃에서의 벌크 테스트는, 13.8이 이 온도에서 상당히 안정적으로 유지되는 것을 보임을 나타낸다.As mentioned above, the simplest way to increase Δn is to increase the amount of the highest Δn mixture component (in this case, TFNCST1). However, this solution does not maintain good thermal performance unless the entire mixture is reformed. For example, 13.1 indicates the largest Δn of the mixture given in Table 2, but it also indicates the narrowest nematic temperature range. To address this, several new mixtures were investigated. The most successful mixture to date has been 13.8. This mixture has an estimated Δn of ~0.39 - ~0.4. 13.8 indicates a very wide nematic temperature range with a particularly high clearing point. This is accompanied by somewhat increased viscosity, but the increase is not dramatic. To solve this, the amount of 5CHBT can be increased without significant decrease in Δn. Bulk testing at -20°C indicates that 13.8 remains fairly stable at this temperature.
마이크로웨이브 손실 및 동조 측정Microwave Loss and Tuning Measurements
표 3 : 13.17 GHz에서 측정한 선택된 LC 혼합물에 대한 수직 유전 상수 ε'perp 및 평행 유전 상수 ε'para, Δε(13 GHz) 및 손실 탄젠트Table 3: Perpendicular dielectric constant ε'perp and parallel dielectric constant ε'para, Δε(13 GHz) and loss tangent for selected LC mixtures measured at 13.17 GHz
Δε(Δn)이 증가함에 따라, 여기에 나타낸 혼합물의 경우에 RF 손실도 증가 한다는 것을 주목해야 한다. 그러나, 13.8의 경우에, 이 손실은 메타 네트워크 안테나 기술에 대해 수용 가능하다.It should be noted that as Δε(Δn) increases, so does the RF loss for the mixtures shown here. However, in the case of 13.8, this loss is acceptable for the metanetwork antenna technique.
도 4 내지 도 8은 선택된 LC 혼합물에 대한 열 추적(시차 주사 열량계)을 도시한다. 이들 값은 표 2에 주어진 값에 대응한다.Figures 4-8 show heat traces (differential scanning calorimetry) for selected LC mixtures. These values correspond to the values given in Table 2.
전술한 LC는 이하의 특징을 갖는 안테나 실시예들에 포함될 수 있다.The aforementioned LC may be included in antenna embodiments having the following characteristics.
안테나 실시예들의 예들Examples of Antenna Embodiments
상술한 기법들은 플랫 패널 안테나(flat panel antenna)들을 가지고 이용될 수 있다. 이러한 플랫 패널 안테나들의 실시예들이 공개된다. 플랫 패널 안테나들은 안테나 개구면상에서 안테나 소자들의 하나 이상의 어레이들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 안테나 소자들은 액정 셀들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 플랫 패널 안테나는, 로우들 및 칼럼들에 배치되지 않는 안테나 소자들 각각을 고유하게 어드레싱하고 구동하기 위하여 매트릭스 구동 회로망을 포함하는 원통형으로 피드되는 안테나(cylindrically fed antenna)이다. 하나의 실시예에서, 소자들은 링들 내에 배치된다.The techniques described above may be used with flat panel antennas. Embodiments of such flat panel antennas are disclosed. Flat panel antennas include one or more arrays of antenna elements on the antenna aperture. In one embodiment, the antenna elements include liquid crystal cells. In one embodiment, a flat panel antenna is a cylindrically fed antenna that includes matrix drive circuitry to uniquely address and drive each of the antenna elements that are not arranged in rows and columns. In one embodiment, the elements are arranged in rings.
하나의 실시예에서, 안테나 소자들의 하나 이상의 어레이들을 갖는 안테나 개구면은 서로 연결된 복수의 세그먼트들로 이루어진다. 서로 연결될 때, 세그먼트들의 조합은 안테나 소자들의 닫힌 동심원 링(closed concentric ring)들을 형성한다. 하나의 실시예에서, 동심원 링들은 안테나 피드(antenna feed)에 대하여 동심원이다(concentric).In one embodiment, an antenna aperture having one or more arrays of antenna elements consists of a plurality of interconnected segments. When connected together, the combination of segments form closed concentric rings of antenna elements. In one embodiment, the concentric rings are concentric with respect to the antenna feed.
안테나 시스템들의 예들의 개요Overview of Examples of Antenna Systems
하나의 실시예에서, 플랫 패널 안테나는 메타재료 안테나 시스템(metamaterial antenna system)의 일부이다. 통신 위성 지구국들을 위한 메타재료 안테나 시스템의 실시예들이 기술된다. 하나의 실시예에서, 안테나 시스템은 민간의 상용 위성 통신을 위해 Ka-대역 주파수들 또는 Ku-대역 주파수들을 이용해서 동작하는 모바일 플랫폼(mobile platform)(예컨대, 항공, 해양, 육지 등)상에서 작동하는 위성 지구국(ES)의 구성요소(component) 또는 서브시스템(subsystem)이다. 안테나 시스템의 실시예들은 또한 모바일 플랫폼들상에 있지 않은 지구국들(예컨대, 고정된(fixed) 또는 운송가능한(transportable) 지구국들)에서 사용될 수 있다는 점에 유의한다.In one embodiment, the flat panel antenna is part of a metamaterial antenna system. Embodiments of a metamaterial antenna system for communication satellite earth stations are described. In one embodiment, the antenna system operates on a mobile platform (e.g., air, marine, land, etc.) operating using Ka-band frequencies or Ku-band frequencies for commercial commercial satellite communications. It is a component or subsystem of a satellite earth station (ES). Note that embodiments of the antenna system may also be used in earth stations that are not on mobile platforms (eg, fixed or transportable earth stations).
하나의 실시예에서, 안테나 시스템은 별개의 안테나들을 통해서 빔들을 형성 및 스티어링 송수신(steer transmit and receive)하기 위하여 표면 산란 메타재료 기술(surface scattering metamaterial technology)을 이용한다. 하나의 실시예에서, 안테나 시스템들은(위상 어레이 안테나(phased array antenna)들과 같이) 빔들을 전기적으로 형성 및 스티어링하기 위하여 디지털 신호 처리를 채용하는 안테나 시스템들과는 대조적으로 아날로그 시스템들이다.In one embodiment, the antenna system uses surface scattering metamaterial technology to steer transmit and receive beams through separate antennas. In one embodiment, the antenna systems are analog systems as opposed to antenna systems that employ digital signal processing to electrically shape and steer the beams (such as phased array antennas).
하나의 실시예에서, 안테나 시스템은 3개의 기능적인 서브시스템들로 이루어진다: (1) 원통형 파 피드 아키텍처로 이루어진 도파관 구조(wave guiding structure); (2) 안테나 소자들의 일부인 파 산란 메타재료 단위 셀(wave scattering metamaterial unit cell)들의 어레이; 및 (3) 홀로그램 원리(holographic principle)들을 이용하여 메타재료 산란 소자(metamaterial scattering element)들로부터 조정가능한 방사선 필드(빔)의 형성을 명령하기 위한 제어 구조(control structure).In one embodiment, the antenna system consists of three functional subsystems: (1) a wave guiding structure consisting of a cylindrical wave feed architecture; (2) an array of wave scattering metamaterial unit cells that are part of the antenna elements; and (3) a control structure to command the formation of a tunable radiation field (beam) from metamaterial scattering elements using holographic principles.
도파관 구조의 예들Examples of Waveguide Structures
도 9는 원통형 파 피드를 제공하기 위해 이용되는 동축 피드의 하나의 실시예의 평면도를 도시한다. 도 9를 참조하면, 동축 피드는 중심부 컨덕터(center conductor) 및 외부 컨덕터(outer conductor)를 포함한다. 하나의 실시예에서, 원통형 파 피드 아키텍처는 피드점(feed point)에서부터 원통형 방식으로 외부로 퍼지는 여기(excitation)를 가지고 중심점(central point)에서부터 안테나를 피드한다. 다시 말해, 원통형으로 피드되는 안테나는 바깥쪽을 향해 진행하는 동심원 피드파(outward travelling concentric feed wave)를 생성한다. 그렇지만, 원통형 피드 둘레의 원통형 피드 안테나의 형상은 원형, 정사각형, 또는 임의의 형상일 수 있다. 다른 실시예에서, 원통형으로 피드되는 안테나는 안쪽을 향해 진행하는 피드파(inward travelling feed wave)를 생성한다. 이런 경우에, 피드파는 원형 구조로부터 가장 자연스럽게 나온다.9 shows a top view of one embodiment of a coaxial feed used to provide a cylindrical wave feed. Referring to FIG. 9 , the coaxial feed includes a center conductor and an outer conductor. In one embodiment, a cylindrical wave feed architecture feeds the antenna from a central point with the excitation spreading outward in a cylindrical fashion from the feed point. In other words, a cylindrically fed antenna generates an outward traveling concentric feed wave. However, the shape of the cylindrical feed antenna around the cylindrical feed may be circular, square, or any shape. In another embodiment, a cylindrically fed antenna produces an inward traveling feed wave. In this case, the feed wave most naturally emerges from the circular structure.
도 10은 원통형으로 피드되는 안테나의 입력 피드 둘레의 동심원 링들 내에 배치된 안테나 소자들의 하나 이상의 어레이들을 갖는 개구면을 도시한다.10 shows an aperture with one or more arrays of antenna elements disposed in concentric rings around the input feed of the antenna that is cylindrically fed.
안테나 소자들antenna elements
하나의 실시예에서, 안테나 소자들은 패치 안테나(patch antenna)들의 그룹을 포함한다. 패치 안테나들의 이러한 그룹은 산란 메타재료 소자들의 어레이를 포함한다. 하나의 실시예에서, 안테나 시스템 내의 각각의 산란 소자는 하부 컨덕터(lower conductor), 유전체 기재(dielectric substrate), 및 상부 컨덕터(upper conductor)로 이루어지는 단위 셀(unit cell)의 일부이고, 상부 컨덕터는 상부 컨덕터에 에칭되거나(etched) 증착되는(deposited) 상보적 전기 유도성-용량성 공진기("complementary electric LC" 또는 "CELC")를 내장한다. 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, CELC의 맥락에서의 LC는 액정과는 반대로 인덕턴스 - 커패시턴스를 지칭한다.In one embodiment, the antenna elements include a group of patch antennas. This group of patch antennas includes an array of scattering metamaterial elements. In one embodiment, each scattering element in the antenna system is part of a unit cell consisting of a lower conductor, a dielectric substrate, and an upper conductor, the upper conductor Embodies a complementary electric inductive-capacitive resonator ("complementary electric LC" or "CELC") that is etched or deposited in the top conductor. As can be understood by those skilled in the art, LC in the context of CELC refers to inductance minus capacitance as opposed to liquid crystal.
하나의 실시예에서, 액정(LC)은 산란 소자 둘레의 간극(gap)에 배치된다. 이러한 LC는 상술한 다이렉트 구동 실시예들에 의해 구동된다. 하나의 실시예에서, 액정은 각각의 단위 셀 내에 캡슐화되고(encapsulated), 슬롯과 연관된 하부 컨덕터를 패치와 연관된 상부 컨덕터로부터 분리시킨다. 액정은 액정을 포함하는 분자들의 지향(orientation)의 함수인 유전율(permittivity)을 가지고, 분자들의 지향(및 그래서 유전율)은 액정에 걸리는 바이어스 전압을 조정함으로써 제어될 수 있다. 이러한 속성을 이용해서, 하나의 실시예에서, 액정은 유도파(guided wave)로부터의 에너지의 CELC로의 전송을 위한 온/오프 스위치를 통합한다. 스위칭 온된(switched on) 때, CELC는 전기적 소형 다이폴 안테나(electrically small dipole antenna)와 동일한 전자기파를 방출한다. 본원에서의 교시(teaching)들은 에너지 전송과 관련하여 2진 방식(binary fashion)으로 작동하는 액정을 갖는 것에 한정되지 않는다는 점에 유의한다.In one embodiment, a liquid crystal (LC) is disposed in a gap around the scattering element. This LC is driven by the direct drive embodiments described above. In one embodiment, liquid crystal is encapsulated within each unit cell, separating the bottom conductor associated with the slot from the top conductor associated with the patch. A liquid crystal has a permittivity that is a function of the orientation of molecules comprising the liquid crystal, and the orientation (and thus permittivity) of the molecules can be controlled by adjusting the bias voltage across the liquid crystal. Using this property, in one embodiment, the liquid crystal incorporates an on/off switch for the transfer of energy from a guided wave to the CELC. When switched on, the CELC emits the same electromagnetic waves as an electrically small dipole antenna. Note that the teachings herein are not limited to having liquid crystals operate in a binary fashion with respect to energy transfer.
하나의 실시예에서, 이러한 안테나 시스템의 피드 기하구조는 파 피드(wave feed)에서의 파(wave)의 벡터에 대해 안테나 소자들이 45도(45°) 각도로 배치되는 것을 가능하게 한다. 다른 포지션(position)들이(예컨대, 40°각도에서) 이용될 수 있다는 점에 유의한다. 소자들의 이러한 포지션은 소자들에 의해 수신되는 또는 소자들로부터 송신되는/복사되는(radiated) 자유공간파(free space wave)의 제어를 가능하게 한다. 하나의 실시예에서, 안테나 소자들은 안테나의 동작 주파수의 자유공간 파장보다 작은 소자간 간격(inter-element spacing)을 가지고 배열된다. 예를 들어, 만일 파장당 4개의 산란 소자들이 있다면, 30 GHz 송신 안테나 내의 소자들은 거의 2.5 mm(즉, 30 GHz의 10 mm 자유공간 파장의 1/4)일 것이다.In one embodiment, the feed geometry of this antenna system allows the antenna elements to be positioned at a forty-five degree (45°) angle to the vector of the wave in the wave feed. Note that other positions (eg, at a 40° angle) may be used. This positioning of the elements enables control of the free space wave received by or transmitted/radiated from the elements. In one embodiment, the antenna elements are arranged with inter-element spacing less than the free-space wavelength of the antenna's operating frequency. For example, if there are 4 scattering elements per wavelength, the elements in a 30 GHz transmitting antenna will be approximately 2.5 mm (ie, 1/4 of a 10 mm free space wavelength at 30 GHz).
하나의 실시예에서, 두 세트의 엘리먼트들은 서로 수직이고, 만일 동일한 동조 상태(tuning state)로 제어된다면, 동시에 동일한 진폭 여기(amplitude excitation)를 가진다. 이들을 피드파 여기(feed wave excitation)에 대해 +/-45도 회전하는 것은 한 번에 원하는 특성들 양쪽 모두를 달성한다. 하나의 세트를 0도로 회전하고 다른 세트를 90도로 회전하는 것은 수직적 목표(perpendicular goal)를 달성할 것이지만, 동일한 진폭 여기 목표를 달성하지는 않을 것이다. 0도 및 90도는 두 사이드(side)들로부터 단일한 구조 내의 안테나 소자들의 어레이를 피드할 때 격리(isolation)를 달성하기 위해 이용될 수 있다는 점에 유의한다.In one embodiment, the two sets of elements are perpendicular to each other and, if controlled to the same tuning state, have the same amplitude excitation at the same time. Rotating them +/-45 degrees relative to the feed wave excitation achieves both desired characteristics at once. Rotating one set by 0 degrees and the other by 90 degrees will achieve the perpendicular goal, but not the same amplitude excitation goal. Note that 0 degrees and 90 degrees can be used to achieve isolation when feeding an array of antenna elements within a single structure from both sides.
각각의 단위 셀로부터의 복사 전력(radiated power)의 양은 제어기를 이용하여 패치에 전압을 인가함(LC 채널에 걸리는 퍼텐셜)으로써 제어된다. 각각의 패치에 대한 트레이스들은 전압을 패치 안테나에 제공하는 데에 이용된다. 전압은 커패시턴스 및 그래서, 빔포밍(beam forming)을 이루기 위해, 개별 소자들의 공진주파수를 동조(tune) 또는 디동조(detune)하는 데에 이용된다. 요구되는 전압은 사용되고 있는 액정 혼합물에 의존적이다. 액정 혼합물들의 전압 동조 특성은 역치 전압(threshold voltage) 및 포화 전압(saturation voltage)에 의해서 주로 기술되고, 역치 전압에서 액정은 전압에 의해 영향받기를 시작하고, 포화 전압 위에서 전압의 증가는 액정에서의 주요한 동조를 초래하지 않는다. 이러한 두 개의 특성 파라미터들은 상이한 액정 혼합물들에 대해 달라질 수 있다.The amount of radiated power from each unit cell is controlled by applying a voltage to the patch (potential across the LC channel) using a controller. The traces for each patch are used to provide voltage to the patch antenna. The voltage is used to tune or detune the capacitance and thus the resonant frequency of the individual elements to achieve beam forming. The voltage required depends on the liquid crystal mixture being used. The voltage tuning characteristics of liquid crystal mixtures are mainly described by a threshold voltage and a saturation voltage. It does not lead to major sympathy. These two characteristic parameters can be different for different liquid crystal mixtures.
하나의 실시예에서, 상술한 바와 같이, 매트릭스 구동(matrix drive)은 각각의 셀(다이렉트 구동)에 대한 별도의 연결을 가질 필요 없이 모든 다른 셀들과는 별도로 각각의 셀을 구동하기 위하여 전압을 패치들에 인가하는 데에 이용된다. 소자들의 높은 밀도로 인하여, 매트릭스 구동은 각각의 셀을 개별적으로 다루기 위한 효율적인 방법이다.In one embodiment, as described above, the matrix drive patches the voltage to drive each cell separately from all other cells without having to have a separate connection to each cell (direct drive). It is used to authorize Due to the high density of elements, matrix drive is an efficient way to address each cell individually.
하나의 실시예에서, 안테나 시스템을 위한 제어 구조는 2개의 주요한 구성요소들을 가진다: 안테나 시스템을 위한, 구동 전자장치들을 포함하는, 안테나 어레이 제어기는 파 산란 구조 아래에 존재하는 한편, 매트릭스 구동 스위칭 어레이는 복사를 방해하지 않는 방식으로 복사 RF 어레이 전체에 걸쳐서 사이사이에 배치된다(interspersed). 하나의 실시예에서, 안테나 시스템을 위한 구동 전자장치들은 소자에 대한 AC 바이어스 신호의 진폭 또는 듀티 사이클(duty cycle)을 조정함으로써 각각의 산란 소자에 대한 바이어스 전압을 조정하는 상용 텔레비전 기기들에서 사용되는 상용 오프-더-셀프(off-the shelf) LCD 컨트롤들을 포함한다.In one embodiment, the control structure for the antenna system has two major components: the antenna array controller, including the drive electronics, for the antenna system resides beneath the wave scattering structure, while the matrix drive switching array are interspersed throughout the radiating RF array in a manner that does not interfere with the radiation. In one embodiment, the drive electronics for the antenna system are used in commercial television devices to adjust the bias voltage for each scattering element by adjusting the amplitude or duty cycle of the AC bias signal for the element. Includes off-the-shelf LCD controls.
하나의 실시예에서, 안테나 어레이 제어기는 또한 소프트웨어를 실행하는 마이크로프로세서를 포함한다. 제어 구조는 또한 위치 및 지향 정보를 프로세서에 제공하기 위하여 센서들(예컨대, GPS 수신기, 3축 나침반, 3축 가속도계(accelerometer), 3축 자이로(gyro), 3축 자기계(magnetometer) 등)을 포함하고 있을 수 있다. 위치 및 지향 정보는 지구국 내의 다른 시스템들에 의해 프로세서에 제공될 수 있고, 및/또는 안테나 시스템의 일부가 아닐 수 있다.In one embodiment, the antenna array controller also includes a microprocessor running software. The control structure also uses sensors (e.g., GPS receiver, 3-axis compass, 3-axis accelerometer, 3-axis gyro, 3-axis magnetometer, etc.) to provide position and heading information to the processor. may contain Position and heading information may be provided to the processor by other systems within the earth station and/or may not be part of the antenna system.
더욱 구체적으로, 안테나 어레이 제어기는 어느 소자들이 턴오프되는지 및 이 소자들이 동작의 주파수에서 어느 위상 및 진폭 레벨에서 턴온되는지를 제어한다. 소자들은 전압 인가에 의하여 주파수 동작에 대해 선택적으로 디동조된다.More specifically, the antenna array controller controls which elements are turned off and at what phase and amplitude levels they are turned on at the frequency of operation. The elements are selectively detuned for frequency operation by application of a voltage.
전송을 위해, 제어기는 변조 또는 제어 패턴을 생성하기 위하여 전압신호들의 어레이를 RF 패치들에 공급한다. 제어 패턴은 소자들이 상이한 상태들로 되도록 한다. 하나의 실시예에서, 다중상태 제어(multistate control)가 이용되는데, 여기서 다양한 소자들이 다양한 레벨들로 턴온(turn on) 및 턴오프(turn off)되고, 구형파(즉, 사인 그레이 쉐이드 변조 패턴(sinusoid gray shade modulation pattern))과는 대조적으로 사인 제어 패턴에 더 가깝다. 하나의 실시예에서, 몇몇 소자들은 복사하고 몇몇 소자들은 복사하지 않는 것이 아니라, 몇몇 소자들은 다른 것들보다 더 강하게 복사한다. 가변 복사(variable radiation)는 액정 유전율을 다양한 양으로 조정하는 특정한 전압 레벨들을 인가함으로써 달성되고, 이로써 소자들을 가변적으로(variably) 디동조하고, 몇몇 소자들이 다른 것들보다 더 복사하도록 한다.For transmission, the controller supplies an array of voltage signals to the RF patches to create a modulation or control pattern. The control pattern causes the elements to be put into different states. In one embodiment, multistate control is used, where various elements are turned on and off at various levels, and a square wave (i.e., a sinusoidal gray shade modulation pattern) is used. In contrast to the gray shade modulation pattern), it is closer to the sine control pattern. In one embodiment, rather than some elements radiating and some elements not radiating, some elements radiate more strongly than others. Variable radiation is achieved by applying specific voltage levels that adjust the liquid crystal permittivity by varying amounts, thereby variably detuning the elements and causing some elements to radiate more than others.
소자들의 메타재료 어레이에 의한 포커싱된 빔(focused beam)의 생성은 보강 및 상쇄 간섭의 현상에 의해 설명될 수 있다. 개별 전자기파들은 이들이 자유공간에서 만날 때 동일한 위상을 가진다면 합쳐지고(보강 간섭), 파들은 이들이 자유공간에서 만날 때 반대 위상을 가진다면 서로 없앤다(상쇄 간섭). 만일 각각의 연속적인 슬롯이 유도파의 여기점(excitation point)으로부터 상이한 거리에 배치되도록 슬로팅된 안테나(slotted antenna)의 슬롯들이 배치된다면, 그 소자로부터의 산란파(scattered wave)는 이전의 슬롯의 산란파와는 다른 위상을 가질 것이다. 만일 슬롯들이 유도파장(guided wavelength)의 4분의 1만큼 이격된다면, 각각의 슬롯은 이전의 슬롯으로부터 1/4 위상 지연을 가지고 파를 산란시킬 것이다.The generation of a focused beam by a metamaterial array of elements can be explained by the phenomena of constructive and destructive interference. Individual electromagnetic waves add up if they have the same phase when they meet in free space (constructive interference), and waves cancel each other if they have opposite phases when they meet in free space (destructive interference). If the slots of a slotted antenna are arranged such that each successive slot is placed at a different distance from the excitation point of the guided wave, the scattered wave from that element is the same as that of the previous slot. It will have a different phase than the scattered wave. If the slots are spaced apart by a quarter of the guided wavelength, each slot will scatter the wave with a 1/4 phase lag from the previous slot.
어레이를 이용함으로써, 생성될 수 있는 보강 및 상쇄 간섭의 패턴들의 수는 홀로그래피의 원리들을 이용해서 빔들이 안테나 어레이의 보어 사이트(bore sight)로부터 플러스 또는 마이너스 90도(90°)의 이론상 임의의 방향으로 향하게 될 수 있도록 증가될 수 있다. 그래서, 어느 메타재료 단위 셀들이 턴온 또는 턴오프되는지를 제어함으로써(즉, 어느 셀들이 턴온되고 어느 셀들이 턴오프되는지에 대한 패턴을 변경함으로써), 보강 및 상쇄 간섭의 상이한 패턴이 생성될 수 있고, 안테나는 메인 빔(main beam)의 방향을 변경할 수 있다. 단위 셀들을 턴온 및 턴오프하기 위해 필요한 시간은 빔이 하나의 위치로부터 다른 위치로 스위칭될 수 있는 속도를 좌우한다.By using an array, the number of patterns of constructive and destructive interference that can be created is such that, using the principles of holography, the beams can travel in any direction theoretically plus or minus 90 degrees (90°) from the bore sight of the antenna array. It can be increased so that it can be directed to . So, by controlling which metamaterial unit cells are turned on or off (i.e., by changing the pattern of which cells are turned on and which cells are turned off), different patterns of constructive and destructive interference can be created and , the antenna can change the direction of the main beam. The time required to turn the unit cells on and off dictates the speed at which the beam can be switched from one location to another.
하나의 실시예에서, 안테나 시스템은 업링크 안테나를 위한 하나의 조종가능한 빔(steerable beam)과 다운링크 안테나를 위한 하나의 조종가능한 빔을 생성한다. 하나의 실시예에서, 안테나 시스템은 위성으로부터의 빔들을 수신하고 신호들을 디코딩(decode)하기 위하여 그리고 위성을 향하여 겨냥되는 송신 빔들을 형성하기 위하여 메타재료 기술을 이용한다. 하나의 실시예에서, 안테나 시스템들은(위상 어레이 안테나들과 같이) 빔들을 전기적으로 형성 및 스티어링하기 위하여 디지털 신호 처리를 채용하는 안테나 시스템들과는 대조적으로 아날로그 시스템들이다. 하나의 실시예에서, 안테나 시스템은 특히 종래의 위성 접시 수신기(satellite dish receiver)와 비교할 때, 평면이고 상대적으로 낮은 프로파일(low profile)인 "표면(surface)" 안테나인 것으로 고려된다.In one embodiment, the antenna system produces one steerable beam for the uplink antenna and one steerable beam for the downlink antenna. In one embodiment, the antenna system uses metamaterial technology to receive beams from a satellite and to decode signals and to form transmit beams aimed towards the satellite. In one embodiment, the antenna systems are analog systems as opposed to antenna systems that employ digital signal processing to electrically shape and steer the beams (such as phased array antennas). In one embodiment, the antenna system is considered to be a "surface" antenna that is planar and relatively low profile, especially when compared to a conventional satellite dish receiver.
도 11은 접지면 및 재구성가능한 공진기층을 포함하는 안테나 소자들의 하나의 로우의 투시도를 도시한다. 재구성가능한 공진기층(1230)은 동조가능한 슬롯들(1210)의 어레이를 포함한다. 동조가능한 슬롯들(1210)의 어레이는 원하는 방향으로 안테나를 향하게 하도록 구성될 수 있다. 동조가능한 슬롯들 각각은 액정에 걸리는 전압을 변화시킴으로써 동조/조정될 수 있다.11 shows a perspective view of one row of antenna elements including a ground plane and a reconfigurable resonator layer. Reconfigurable resonator layer 1230 includes an array of
제어 모듈(1280)은 도 11의 액정에 걸리는 전압을 변화시킴으로써 동조가능한 슬롯들(1210)의 어레이를 변조하기 위한 재구성가능한 공진기층(1230)에 연결된다. 제어 모듈(1280)은 FPGA(Field Programmable Gate Array), 마이크로프로세서, 제어기, SoC(System-on-a-Chip), 또는 다른 처리 로직을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 제어 모듈(1280)은 동조가능한 슬롯들(1210)의 어레이를 구동하기 위한 로직 회로망(예컨대, 멀티플렉서)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 제어 모듈(1280)은 동조가능한 슬롯들(1210)의 어레이상으로 구동될 홀로그래픽 회절 패턴(holographic diffraction pattern)을 위한 사양들을 포함하는 데이터를 수신한다. 홀로그래픽 회절 패턴들은 통신을 위한 적절한 방향으로 홀로그래픽 회절 패턴이 다운링크 빔들(만일 안테나 시스템이 송신을 수행한다면 업링크 빔)을 스티어링하도록 안테나와 위성 간의 공간적 관계에 응답하여 생성될 수 있다. 각각의 도면에서 도시되지 않더라도, 제어 모듈(1280)과 유사한 제어 모듈은 본 공개의 도면들에서 기술된 동조가능한 슬롯들의 각각의 어레이를 구동할 수 있다.The control module 1280 is coupled to the reconfigurable resonator layer 1230 for modulating the array of
RF(Radio frequency) 홀로그래피 또한 유사한 기법들을 이용하는 것이 가능한데, 여기서 RF 레퍼런스 빔이 RF 홀로그래픽 회절 패턴과 마주칠(encounter) 때 원하는 RF 빔이 생성될 수 있다. 위성 통신의 경우에, 레퍼런스 빔은 피드파(1205)(몇몇 실시예들에서 거의 20 GHz)와 같은 피드파의 형태이다.(송신 또는 수신 목적을 위해) 피드파를 복사빔(radiated beam)으로 변환하기 위하여, 간섭 패턴은 원하는 RF 빔(오브젝트 빔(object beam))과 피드파(레퍼런스 빔(reference beam)) 사이에서 산출된다. 피드파가(원하는 형상 및 방향을 갖는) 원하는 RF 빔으로 스티어링되도록(steered) 간섭 패턴은 동조가능한 슬롯들(1210)의 어레이상으로 회절 패턴으로서 구동된다. 달리 말해, 홀로그래픽 회절 패턴과 마주치는 피드파는 통신 시스템의 설계 요구조건들에 따라 형성되는 오브젝트 빔을 재구성한다(reconstruct). 홀로그래픽 회절 패턴은 각각의 소자의 여기를 포함하고, Whoiogram = win * wout에 의해 산출되고, 여기서 win은 도파관 내의 파동방정식이고, wout은 나가는 파에 관한 파동방정식이다.Radio frequency (RF) holography is also possible using similar techniques, where a desired RF beam can be generated when an RF reference beam encounters an RF holographic diffraction pattern. In the case of satellite communications, the reference beam is in the form of a feed wave, such as feed wave 1205 (approximately 20 GHz in some embodiments). To convert, an interference pattern is calculated between the desired RF beam (object beam) and the feed wave (reference beam). The interference pattern is driven as a diffraction pattern onto the array of
도 12는 동조가능한 공진기/슬롯(1210)의 하나의 실시예를 도시한다. 동조가능한 슬롯(1210)은 아이리스/슬롯(1212), 복사 패치(radiating patch)(1211), 및 아이리스(1212)와 패치(1211) 사이에 배치된 액정(1213)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 복사 패치(1211)는 아이리스(1212)와 공동배치된다(co-located).12 shows one embodiment of a tunable resonator/
도 13은 물리적 안테나 개구면의 하나의 실시예의 단면도를 도시한다. 안테나 개구면은 재구성가능한 공진기층(1230)에 포함된 아이리스층(iris layer)(1233) 내의 금속층(1236), 및 접지면(1245)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 도 13의 안테나 개구면은 도 12의 복수의 동조가능한 공진기/슬롯들(1210)을 포함한다. 아이리스/슬롯(1212)은 금속층(1236) 내의 개구(opening)들에 의해 획정된다. 도 11의 피드파(1205)와 같은 피드파는 위성 통신 채널들과 양립가능한 마이크로파 주파수를 가질 수 있다. 피드파는 접지면(1245)과 공진기층(1230) 사이에서 전파된다.13 shows a cross-sectional view of one embodiment of a physical antenna aperture. The antenna aperture includes a metal layer 1236 in an iris layer 1233 included in the reconfigurable resonator layer 1230, and a
재구성가능한 공진기층(1230)은 또한 개스킷층(gasket layer)(1232) 및 패치층(patch layer)(1231)을 포함한다. 개스킷층(1232)은 패치층(1231)과 아이리스층(1233) 아래에 배치된다. 하나의 실시예에서, 스페이서(spacer)는 개스킷층(1232)을 대체할 수 있을 것이라는 점에 유의한다. 하나의 실시예에서, 아이리스층(1233)은 금속층(1236)과 같은 구리층을 포함하는 PCB(printed circuit board)이다. 하나의 실시예에서, 아이리스층(1233)은 글래스(glass)이다. 아이리스층(1233)은 다른 타입의 기재(substrate)들일 수 있다.The reconfigurable resonator layer 1230 also includes a gasket layer 1232 and a patch layer 1231 . A gasket layer 1232 is disposed below the patch layer 1231 and the iris layer 1233 . Note that in one embodiment, a spacer may replace gasket layer 1232 . In one embodiment, iris layer 1233 is a printed circuit board (PCB) that includes a copper layer, such as metal layer 1236 . In one embodiment, iris layer 1233 is glass. The iris layer 1233 can be other types of substrates.
개구(opening)들은 슬롯들(1212)을 형성하도록 구리층에 에칭될(etched) 수 있다. 하나의 실시예에서, 아이리스층(1233)은 전도성 접합층(conductive bonding layer)에 의해 도 13의 다른 구조(예컨대, 도파관)에 전도적으로 결합된다(conductively coupled). 실시예에서, 아이리스층은 전도성 접합층에 전도적으로 결합되지 않고, 대신 비전도성 접합층(non-conducting bonding layer)과 인터페이싱된다(interfaced)는 점에 유의한다.Openings may be etched into the copper layer to form
패치층(1231)은 또한 복사 패치들(1211)과 같은 금속을 포함하는 PCB일 수 있다. 하나의 실시예에서, 개스킷층(1232)은 금속층(1236)과 패치(1211) 사이의 치수를 형성하기 위하여 기계적 이격(mechanical standoff)을 제공하는 스페이서들(1239)을 포함한다. 하나의 실시예에서, 스페이서들은 75미크론이지만, 다른 사이즈들이 이용될 수 있다(예컨대, 3-200 mm). 상술한 바와 같이, 하나의 실시예에서, 도 13의 안테나 개구면은 복수의 동조가능한 공진기/슬롯들을 포함하고, 동조가능한 공진기/슬롯(1210)은 도 12의 패치(1211), 액정(1213), 및 아이리스(1212)를 포함한다. 액정(1213)을 위한 챔버는 스페이서들(1239), 아이리스층(1233), 및 금속층(1236)에 의해 획정된다. 챔버가 액정으로 채워질 때, 패치층(1231)은 공진기층(1230) 내에 액정을 밀봉하기 위하여 스페이서들(1239)상으로 라미네이팅될 수 있다.The patch layer 1231 may also be a PCB including metal like the
패치층(1231)과 아이리스층(1233) 간의 전압은 패치와 슬롯들(예컨대, 동조가능한 공진기/슬롯(1210)) 간의 간극 내에 있는 액정을 동조하도록 변조될 수 있다. 액정(1213)에 걸리는 전압을 조정하는 것은 슬롯(예컨대, 동조가능한 공진기/슬롯(1210))의 커패시턴스를 변화시킨다. 따라서, 슬롯(예컨대, 동조가능한 공진기/슬롯(1210))의 리액턴스는 커패시턴스를 변화시킴으로써 달라질 수 있다. 슬롯(1210)의 공진주파수는 또한 방정식 에 따라 변하고, 여기서 f는 슬롯(1210)의 공진주파수이고, L 및 C는 각각 슬롯(1210)의 인덕턴스 및 커패시턴스이다. 슬롯(1210)의 공진주파수는 도파관을 통해서 전파되는 피드파(1205)로부터 복사되는 에너지에 영향을 미친다. 예로서, 만일 피드파(1205)가 20 GHz라면, 슬롯(1210)이 피드파(1205)로부터의 아무런 에너지와도 실질적으로 결합되지 않도록 슬롯(1210)의 공진주파수가(커패시턴스를 변화시킴으로써) 17 GHz로 조정될 수 있다. 아니면, 슬롯(1210)이 피드파(1205)로부터의 에너지와 결합하고 에너지를 자유공간으로 복사하도록 슬롯(1210)의 공진주파수가 20 GHz로 조정될 수 있다. 주어진 예들은 두 부분(완적히 복사하거나 전혀 복사하지 않음)으로 이루어지지만, 슬롯(1210)의 리액턴스 및 이로 인한 공진주파수의 풀 그레이 스케일 제어(full gray scale control)가 다중 값 범위(multi-valued range)에 대해 전압 변동(voltage variance)을 가지고 가능하다. 그래서, 각각의 슬롯(1210)으로부터 복사되는 에너지는 상세한 홀로그래픽 회절 패턴들이 동조가능한 슬롯들의 어레이에 의해 형성될 수 있도록 정교하게 제어될 수 있다.The voltage between the patch layer 1231 and the iris layer 1233 can be modulated to tune the liquid crystal in the gap between the patch and slots (eg, tunable resonator/slot 1210). Adjusting the voltage across
하나의 실시예에서, 로우 내의 동조가능한 슬롯들은 λ/5 만큼 서로 이격된다. 다른 간격들이 이용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 로우 내의 각각의 동조가능한 슬롯은 인접한 로우 내의 가장 가까운 동조가능한 슬롯으로부터 λ/2 만큼 이격되고, 그래서 상이한 로우들 내의 공통으로 지향된 동조가능한 슬롯들이 λ/4 만큼 이격되지만, 다른 간격들이 가능하다(예컨대, λ/5, λ/6.3). 다른 실시예에서, 로우 내의 각각의 동조가능한 슬롯은 인접한 로우 내의 가장 가까운 동조가능한 슬롯으로부터 λ/3 만큼 이격된다.In one embodiment, the tunable slots within a row are spaced apart from each other by λ/5. Other intervals may be used. In one embodiment, each tunable slot in a row is spaced λ/2 from the nearest tunable slot in an adjacent row, so that commonly oriented tunable slots in different rows are spaced λ/4 apart; Other spacings are possible (eg, λ/5, λ/6.3). In another embodiment, each tunable slot in a row is spaced λ/3 from the nearest tunable slot in an adjacent row.
실시예들은 발명의 명칭이 "Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna"인 2014년 11월 21일에 출원된 미국 특허출원 제14/550,178호 및 발명의 명칭이 "Ridged Waveguide Feed Structures for Reconfigurable Antenna"인 2015년 1월 30일에 출원된 미국 특허출원 제14/610,502호에서 기술된 바와 같은 재구성가능한 메타재료 기술을 이용한다.Embodiments are described in U.S. Patent Application Serial No. 14/550,178, filed on November 21, 2014, entitled "Dynamic Polarization and Coupling Control from a Steerable Cylindrically Fed Holographic Antenna" and entitled "Ridged Waveguide Feed Structures for U.S. patent application Ser. No. 14/610,502, filed Jan. 30, 2015, "Reconfigurable Antenna" uses reconfigurable metamaterial technology.
도 14a 내지 도 14d는 슬로팅된 어레이를 생성하기 위한 상이한 층들의 하나의 실시예를 도시한다. 안테나 어레이는 도 10에 도시된 예시적인 링들과 같이 링들에 배치된 안테나 소자들을 포함한다. 이 예에서, 안테나 어레이는 두 개의 상이한 타입의 주파수 대역들을 위해 이용되는 두 개의 상이한 타입의 안테나 소자들을 가진다는 점에 유의한다.14A-14D show one embodiment of different layers for creating a slotted array. The antenna array includes antenna elements arranged in rings, such as the exemplary rings shown in FIG. 10 . Note that in this example, the antenna array has two different types of antenna elements used for two different types of frequency bands.
도 14a는 슬롯들에 상응하는 위치들을 가진 제1 아이리스 보드층(iris board layer)의 일부를 도시한다. 도 14a를 참조하면, 원들은 아이리스 기재의 하부측(bottom side)에 있는 금속화 내의 개방 영역(open area)들/슬롯들이고, 피드(피드파)에 대한 소자들의 결합을 제어하기 위한 것이다. 이 층은 옵션인(optional) 층이고, 모든 설계들에서 이용되지 않는다는 점에 유의한다. 도 14b는 슬롯들을 포함하는 제2 아이리스 보드층의 일부를 도시한다. 도 14c는 제2 아이리스 보드층의 일부 위의 패치들을 도시한다. 도 14d는 슬로팅된 어레이의 일부의 평면도를 도시한다.Figure 14a shows a portion of the first iris board layer with locations corresponding to slots. Referring to FIG. 14A , the circles are open areas/slots in the metallization on the bottom side of the iris substrate, for controlling the coupling of the elements to the feed (feed wave). Note that this layer is an optional layer and is not used in all designs. 14b shows a portion of the second iris board layer that includes slots. 14c shows patches over a portion of the second iris board layer. 14D shows a top view of a portion of a slotted array.
도 15는 원통형으로 피드되는 안테나 구조의 하나의 실시예의 측면도를 도시한다. 안테나는 이중층 피드 구조(즉, 피드 구조의 두 개의 층들)을 이용하여 내부로 진행하는 파(inwardly travelling wave)를 생성한다. 하나의 실시예에서, 안테나는 원형의 외부 형상을 포함하지만, 이것이 필수적인 것은 아니다. 다시 말해, 원형이 아닌 내부로 진행하는 파 구조(non-circular inward travelling structure)들이 이용될 수 있다. 하나의 실시예에서, 도 15의 안테나 구조는 도 9의 동축 피드를 포함한다.15 shows a side view of one embodiment of a cylindrically fed antenna structure. The antenna uses a double-layer feed structure (ie, two layers of the feed structure) to generate an inwardly traveling wave. In one embodiment, the antenna includes a circular outer shape, although this is not required. In other words, non-circular inward traveling structures may be used. In one embodiment, the antenna structure of FIG. 15 includes the coaxial feed of FIG. 9 .
도 15를 참조하면, 안테나의 하부 레벨(lower level)에서 장(field)을 여기시키기 위하여 동축핀(coaxial pin)(1601)이 이용된다. 하나의 실시예에서, 동축핀(1601)은 바로 입수가능한 50Ω 동축핀이다. 동축핀(1601)은 전도성 접지면(conducting ground plane)(1602)인 안테나 구조의 바닥에 연결된다(예컨대, 볼팅된다).Referring to FIG. 15, a
전도성 접지면(1602)과는 별도로 내부 컨덕터인 인터스티셜 컨덕터(interstitial conductor)(1603)이다. 하나의 실시예에서, 전도성 접지면(1602) 및 인터스티셜 컨덕터(1603)는 서로 평행하다. 하나의 실시예에서, 접지면(1602)과 인터스티셜 컨덕터(1603) 사이의 거리는 0.1-0.15"이다. 다른 실시예에서, 이 거리는 λ/2일 수 있고, 여기서 λ는 동작의 주파수에서 진행하는 파의 파장이다.Apart from the
접지면(1602)은 스페이서(1604)를 통해서 인터스티셜 컨덕터(1603)로부터 분리된다. 하나의 실시예에서, 스페이서(1604)는 폼(foam) 또는 공기(air)같은 스페이서이다. 하나의 실시예에서, 스페이서(1604)는 플라스틱 스페이서를 포함한다.
인터스티셜 컨덕터(1603) 위에 유전체층(dielectric layer)(1605)이 존재한다. 하나의 실시예에서, 유전체층(1605)은 플라스틱이다. 유전체층(1605)의 목적은 자유공간 속도에 대하여 상기 진행하는 파(travelling wave)를 늦추는 것이다. 하나의 실시예에서, 유전체층(1605)은 자유공간에 대한 상기 진행하는 파를 30%만큼 느리게 한다. 하나의 실시예에서, 빔포밍을 위해 적절한 굴절률의 범위는 1.2-1.8이고, 여기서 자유공간은 정의상(by definition) 1과 동일한 굴절률을 가진다. 이러한 효과를 달성하기 위하여, 예를 들어, 플라스틱과 같은 다른 유전체 스페이서 물질들이 사용될 수 있다. 효과를 보이는 원하는 파를 달성하는 한 플라스틱이 아닌 다른 물질들이 이용될 수 있다는 점에 유의한다. 이와 달리, 예를 들어, 기계가공되거나(machined) 리소그래피적으로(lithographically) 획정될 수 있는 주기적 서브-파장 금속 구조(periodic sub-wavelength metallic structures)와 같은 분산 구조(distributed structures)를 가진 물질이 유전체(1605)로서 이용될 수 있다.Over the interstitial conductor 1603 is a
RF-어레이(RF-array)(1606)는 유전체(1605)의 위에 있다. 하나의 실시예에서, 인터스티셜 컨덕터(1603)와 RF-어레이(606)의 거리는 0.1-0.15"이다. 다른 실시예에서, 이 거리는 Aeff/2일 수 있고, 여기서 Aeff는 설계 주파수에서 매체 내의 실효파장(effective wavelength)이다.Above the dielectric 1605 is an RF-array 1606 . In one embodiment, the distance between the interstitial conductor 1603 and the RF-array 606 is 0.1-0.15". In another embodiment, this distance may be Aeff/2, where Aeff is within the medium at the design frequency. is the effective wavelength.
안테나는 사이드(side)들(1607 및 1608)을 포함한다. 사이드들(1607 및 1608)은 동축핀(1601)으로부터의 진행하는 파 피드(travelling wave feed)가 반사를 통하여 인터스티셜 컨덕터(1603)(스페이서층) 아래의 영역으로부터 인터스티셜 컨덕터(1603)(유전체층) 위의 영역으로 전파되는 것을 초래하도록 각이 이루어진다(angled). 하나의 실시예에서, 사이드들(1607 및 1608)의 각도는 45°각도이다. 대안적인 실시예에서, 사이드들(1607 및 1608)은 상기 반사를 달성하기 위하여 연속적인 반지름(continuous radius)으로 대체될 수 있다. 도 15는 45도의 각도를 가지는 각진 사이드(angled side)들을 도시하지만, 하부 레벨 피드(lower level feed)에서부터 상부 레벨 피드(upper level feed)로 신호 전송을 달성하는 다른 각도들이 이용될 수 있다. 다시 말해, 하부 피드 내의 실효파장이 일반적으로 상부 피드 내에서와 상이할 것이라는 점을 고려하면, 이상적인 45°각도로부터의 약간의 편차가 하부로부터 상부 피드 레벨로의 전송을 돕는데 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 다른 실시예에서, 45°각도들은 단일 스텝(single step)으로 교체된다. 안테나의 한쪽 말단에서의 이 스텝들은 유전체층, 인터스티셜 컨덕터, 및 스페이서층을 돌아다닌다. 동일한 두 개의 스텝들이 이 층들의 다른 말단들에 존재한다.The antenna includes
동작시, 동축핀(1601)으로부터 피드파가 피드인될(fed in) 때, 파는 접지면(1602)과 인터스티셜 컨덕터(1603) 사이의 영역 내에서 동축핀(1601)으로부터 동심적으로(concentrically) 지향되어 바깥쪽을 향해 이동한다. 동심적으로 나가는 파들은 사이드들(1607 및 1608)에 의해 반사되고, 인터스티셜 컨덕터(1603)와 RF 어레이(1606) 영역 내에서 안쪽을 향해 이동한다. 원형 둘레(circular perimeter)의 가장자리(edge)로부터의 반사는 파가 동상으로 있는 것을 초래한다(즉, 이것은 동상 반사(in-phase reflection)이다). 상기 진행하는 파는 유전체층(1605)에 의해 느려진다. 이 지점에서, 상기 진행하는 파는 원하는 산란을 획득하기 위해 RF 어레이(1606) 내의 소자들과 인터페이싱(interacting) 및 여기(exciting)를 시작한다.In operation, when the feed wave is fed in from the
상기 진행하는 파를 종결시키기 위하여, 안테나의 기하학적 중심에서 종단(termination)(1609)이 안테나에 포함된다. 하나의 실시예에서, 종단(1609)은 핀 종단(pin termination)(예컨대, 50Ω 핀)을 포함한다. 다른 실시예에서, 종단(1609)은 안테나의 피드 구조(feed structure)를 통해 미사용 에너지가 도로(back) 반사되는 것을 막도록 미사용 에너지를 종결하는 RF 흡수체(RF absorber)를 포함한다. 이것은 RF 어레이(1606)의 위에서 이용될 수 있을 것이다.To terminate the traveling wave, a
도 16는 나가는 파를 가진 안테나 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 도 16를 참조하면, 두 개의 접지면들(1610 및 1611)은 접지면들 사이에서 유전체층(1612)(예컨대, 플라스틱층 등)을 가지고 서로 실질적으로 평행하다. RF 흡수체들(1619)(예컨대, 저항들)은 두 개의 접지면들(1610 및 1611)에 함께 연결된다. 동축핀(1615)(예컨대, 50Ω)은 안테나를 피드(feed)한다. RF 어레이(1616)는 유전체층(1612) 및 접지면(1611)의 위에 있다.16 shows another embodiment of an antenna system with outgoing waves. Referring to FIG. 16 , two ground planes 1610 and 1611 are substantially parallel to each other with a dielectric layer 1612 (eg, a plastic layer, etc.) between the ground planes. RF absorbers 1619 (eg, resistors) are coupled together to two ground planes 1610 and 1611 . A coaxial pin 1615 (e.g., 50Ω) feeds the antenna. The
동작시, 피드파는 동축핀(1615)을 통해서 피드되고, 바깥쪽을 향해 동심적으로 이동하고, RF 어레이(1616)의 소자들과 상호작용한다.In operation, the feed wave is fed through the coaxial pin 1615 and travels concentrically outward and interacts with the elements of the
도 15 및 도 16의 양쪽 안테나들에 있는 원통형 피드는 안테나의 서비스 각도를 향상시킨다. 플러스 또는 마이너스 45도 각도 방위각(±45° Az) 및 플러스 또는 마이너스 25도 앙각(±25° El)의 서비스 각도 대신, 하나의 실시예에서, 안테나 시스템은 모든 방향에서 보어 사이트로부터 75도 각도(75°)의 서비스 각도를 가진다. 다수의 개별 방사기(radiator)들로 이루어진 임의의 빔포밍 안테나와 같이, 전체 안테나 이득은 그 자신들이 각도-의존적인 구성 소자(constituent element)들의 이득에 의존적이다. 공통 방사 소자(common radiating element)들을 이용할 때, 빔이 보어 사이트(bore sight)에서 더 떨어져서 겨냥됨에 따라 전체 안테나 이득은 전형적으로 감소한다. 보어 사이트에서 떨어진 75도(75 degrees off bore sight)에서, 약 6 dB의 현저한 이득 저하가 예상된다.The cylindrical feed in both antennas of FIGS. 15 and 16 improves the service angle of the antenna. Instead of a plus or minus 45 degree angular azimuth (±45° Az) and a plus or minus 25 degree elevation (±25° El) service angle, in one embodiment, the antenna system has a 75 degree angle from the bore sight in all directions ( 75°) service angle. As with any beamforming antenna made up of multiple individual radiators, the overall antenna gain is dependent on the gains of the constituent elements, which themselves are angle-dependent. When using common radiating elements, the overall antenna gain typically decreases as the beam is aimed further away from the bore sight. At 75 degrees off bore sight, a significant gain drop of about 6 dB is expected.
원통형 피드를 갖는 안테나의 실시예들은 하나 이상의 문제를 해결한다. 이것은, 공동 디바이더 네트워크(corporate divider network)를 가지고 피드되는 안테나들에 비하여 피드 구조를 극적으로 단순화하고, 그래서 전체 필요한 안테나 및 안테나 피드 부피를 줄이며; 더 거친 제어(coarser control)들(단순한 2진 제어까지 확장됨)을 가지고 높은 빔 성능을 유지함으로써 제조 및 제어 에러들에 대한 민감도를 감소시키며; 원통형으로 지향된 피드파들이 원거리 장(far field)에서는 공간적으로 다양한 사이드 로브(side lobe)들을 낳기 때문에 직선 피드(rectilinear feed)들에 비해 더욱 유리한 사이드 로브 패턴을 제공하며; 편광기(polarizer)를 필요로 하지 않으면서 왼쪽 원형(left-hand circular), 오른쪽 원형(right-hand circular), 및 직선 편광(linear polarization)을 허용하는 것을 포함하여 편광이 동적으로 될 수 있도록 하는 것;을 포함한다.Embodiments of an antenna with a cylindrical feed solve one or more problems. This dramatically simplifies the feed structure compared to antennas fed with a corporate divider network, thus reducing the overall required antenna and antenna feed volume; reducing sensitivity to fabrication and control errors by maintaining high beam performance with coarser controls (extended to simple binary control); Cylindrically oriented feed waves provide a more advantageous side lobe pattern than rectilinear feeds because they result in spatially varied side lobes in the far field; Allowing polarization to be dynamic, including allowing left-hand circular, right-hand circular, and linear polarization without requiring a polarizer. includes;
파 산란 소자들의 어레이Array of Wave Scattering Elements
도 15의 RF 어레이(1606) 및 도 16의 RF 어레이(1616)는 방사기들로서 작동하는 패치 안테나들(즉, 산란기(scatterer)들)의 그룹을 포함하는 파 산란 서브시스템(wave scattering subsystem)을 포함한다. 패치 안테나들의 이러한 그룹은 산란 메타재료 소자(scattering metamaterial element)들의 어레이를 포함한다.The RF array 1606 of FIG. 15 and the
하나의 실시예에서, 안테나 시스템 내의 각각의 산란 소자는 하부 컨덕터, 유전체 기재, 및 상부 컨덕터로 이루어지는 단위 셀의 일부이고, 상부 컨덕터는 상부 컨덕터에 에칭되거나 증착되는 상보적 전기 유도성-용량성 공진기("complementary electric LC" 또는 "CELC")를 내장한다.In one embodiment, each scattering element in the antenna system is part of a unit cell consisting of a bottom conductor, a dielectric substrate, and a top conductor, the top conductor being a complementary electrical inductive-capacitive resonator etched or deposited on the top conductor. ("complementary electric LC" or "CELC").
하나의 실시예에서, 액정(LC)은 산란 소자 둘레의 간극에 주입된다. 액정은 각각의 단위 셀 내에 캡슐화되고, 슬롯과 연관된 하부 컨덕터를 패치와 연관된 상부 컨덕터로부터 분리시킨다. 액정은 액정을 포함하는 분자들의 지향의 함수인 유전율을 가지고, 분자들의 지향(및 그래서 유전율)은 액정에 걸리는 바이어스 전압을 조정함으로써 제어될 수 있다. 이러한 속성을 이용해서, 액정은 유도파로부터의 에너지의 CELC로의 전송을 위한 온/오프 스위치로서 작동한다. 스위칭 온된 때, CELC는 전기적 소형 다이폴 안테나와 같은 전자기파를 방출한다.In one embodiment, liquid crystal (LC) is injected into the gap around the scattering element. Liquid crystal is encapsulated within each unit cell and separates the lower conductor associated with the slot from the upper conductor associated with the patch. A liquid crystal has a permittivity that is a function of the orientation of the molecules comprising the liquid crystal, and the orientation (and thus permittivity) of the molecules can be controlled by adjusting the bias voltage across the liquid crystal. Using this property, the liquid crystal acts as an on/off switch for the transfer of energy from the guided wave to the CELC. When switched on, the CELC emits electromagnetic waves like an electrical miniature dipole antenna.
LC의 두께를 제어하는 것은 빔 스위칭 속도를 증가시킨다. 하부 및 상부컨덕터 사이의 간극(액정의 두께)의 50 퍼센트(50%) 감소는 속도의 4배 증가를 낳는다. 다른 실시예에서, 액정의 두께는 거의 14 밀리세컨드(14 ms)의 빔 스위칭 속도를 낳는다. 하나의 실시예에서, LC는 7 밀리세컨드(7 ms) 요구조건이 충족될 수 있도록 반응성(responsiveness)을 향상시키기 위해 본 기술분야에서 잘 알려진 방법으로 도핑된다.Controlling the thickness of the LC increases the beam switching speed. A 50 percent (50%) reduction in the gap (thickness of the liquid crystal) between the bottom and top conductors results in a 4x increase in speed. In another embodiment, the thickness of the liquid crystal results in a beam switching speed of approximately 14 milliseconds (14 ms). In one embodiment, the LC is doped in a manner known in the art to improve responsiveness so that the 7 millisecond (7 ms) requirement can be met.
CELC 소자는 CELC 소자의 평면에 평행하고 CELC 간극 보완물(gap complement)에 수직하게 인가되는 자기장에 반응한다. 전압이 메타재료 산란 단위 셀 내의 액정에 인가될 때, 유도파(guided wave)의 자기장 성분은 CELC의 자기 여기(magnetic excitation)를 유도하고, 이것은 차례로 유도파와 동일한 주파수의 전자기파를 생성한다.The CELC element responds to a magnetic field applied parallel to the plane of the CELC element and perpendicular to the CELC gap complement. When a voltage is applied to the liquid crystal in the metamaterial scattering unit cell, the magnetic field component of the guided wave induces magnetic excitation of the CELC, which in turn generates an electromagnetic wave with the same frequency as the guided wave.
단일 CELC에 의해 생성되는 전자기파의 위상은 유도파의 벡터상의 CELC의 위치에 의해 선택될 수 있다. 각각의 셀은 CELC에 평행한 유도파와 동상의(in phase) 파를 발생시킨다. CELC는 파장보다 작기 때문에, 출력파(output wave)는 그것이 CELC 아래를 통과할 때 유도파의 위상과 동일한 위상을 가진다.The phase of the electromagnetic wave generated by a single CELC can be selected by the position of the CELC on the vector of the guided wave. Each cell generates a wave in phase with the guided wave parallel to the CELC. Since the CELC is smaller than the wavelength, the output wave has the same phase as the guided wave when it passes under the CELC.
하나의 실시예에서, 이러한 안테나 시스템의 피드 기하구조는 파 피드(wave feed)에서의 파(wave)의 벡터에 대해 CELC 소자들이 45도(45°) 각도로 배치되는 것을 가능하게 한다. 소자들의 이러한 포지션(position)은 소자들로부터 생성되는 또는 소자들에 의해 수신되는 자유공간파(free space wave)의 편광의 제어를 가능하게 한다. 하나의 실시예에서, CELC들은 안테나의 동작 주파수의 자유공간 파장보다 작은 소자간 간격을 가지고 배열된다. 예를 들어, 만일 파장당 4개의 산란 소자들이 있다면, 30 GHz 송신 안테나 내의 소자들은 거의 2.5 mm(즉, 30 GHz의 10 mm 자유공간 파장의 1/4)일 것이다.In one embodiment, the feed geometry of this antenna system allows the CELC elements to be placed at a forty-five degree (45°) angle to the vector of the wave in the wave feed. This position of the elements allows control of the polarization of free space waves generated from or received by the elements. In one embodiment, the CELCs are arranged with an element-to-element spacing less than the free-space wavelength of the antenna's operating frequency. For example, if there are 4 scattering elements per wavelength, the elements in a 30 GHz transmitting antenna will be approximately 2.5 mm (ie, 1/4 of a 10 mm free space wavelength at 30 GHz).
하나의 실시예에서, CELC는 둘 사이에 액정을 갖는 슬롯 위에 공동 배치된(co-located) 패치를 포함하는 패치 안테나로 구현된다. 이러한 점에 있어서, 메타재료 안테나는 슬로팅된(산란) 도파관과 같이 작동한다. 슬로팅된 도파관에 있어서, 출력파의 위상은 유도파에 대한 슬롯의 위치에 의존한다.In one embodiment, a CELC is implemented as a patch antenna comprising a patch co-located over a slot with liquid crystal between the two. In this respect, metamaterial antennas act like slotted (scattering) waveguides. For a slotted waveguide, the phase of the output wave depends on the position of the slot relative to the guided wave.
셀 배치cell placement
하나의 실시예에서, 안테나 소자들은 체계적 매트릭스 구동 회로(systematic matrix drive circuit)를 가능하게 하는 방식으로 원통형 피드 안테나 개구면상에 배치된다. 셀들의 배치는 매트릭스 구동을 위한 트랜지스터들의 배치를 포함한다. 도 17은 안테나 소자들과 관련한 매트릭스 구동 회로망의 배치의 하나의 실시예를 도시한다. 도 17을 참조하면, 로우 제어기(1701)는 로우 선택신호들(Row1 및 Row2)을 각각 통하여 트랜지스터들(1711 및 1712)에 연결되고, 칼럼 제어기(1702)는 칼럼 선택신호(Column1)를 통하여 트랜지스터들(1711 및 1712)에 연결된다. 트랜지스터(1711)는 또한 패치(1731)에 대한 연결을 통하여 안테나 소자(1721)에 연결되는 한편, 트랜지스터(1712)는 패치(1732)에 대한 연결을 통하여 안테나 소자(1722)에 연결된다.In one embodiment, the antenna elements are arranged over the cylindrical feed antenna aperture in a manner enabling a systematic matrix drive circuit. The arrangement of cells includes the arrangement of transistors for driving the matrix. Figure 17 shows one embodiment of the arrangement of matrix drive circuitry in relation to antenna elements. Referring to FIG. 17 , the
불규칙적인 그리드(non-regular grid) 내에 배치된 단위 셀들을 가진 원통형 피드 안테나상에 매트릭스 구동 회로망을 구현하기 위한 초기 접근법에서, 두 개의 단계들이 수행된다. 제1 단계에서, 셀들은 동심원 링들상에 배치되고, 셀들의 각각은, 셀 옆에 배치되고 각각의 셀을 개별적으로 구동하기 위하여 스위치로서 작동하는 트랜지스터에 연결된다. 제2 단계에서, 매트릭스 구동 접근법이 필요로 하기 때문에 매트릭스 구동 회로망은 고유 주소를 가지고 모든 트랜지스터에 연결되도록 구성된다. 매트릭스 구동 회로가(LCD들과 유사하게) 로우 및 칼럼 트레이스들에 의해 구성되지만 셀들이 링들 위에 배치되기 때문에, 각각의 트랜지스터에 고유 주소를 할당할 체계적인 방법이 존재하지 않는다. 이러한 맵핑 문제는 모든 트랜지스터들을 커버하기 위해 매우 복잡한 회로망을 낳으며, 라우팅(routing)을 수행하기 위해 물리적 트레이스들의 수의 현저한 증가를 초래한다. 셀들의 높은 밀도 때문에, 이 트레이스들은 커플링 효과(coupling effect)로 인해 안테나의 RF 성능을 방해한다. 또한, 트레이스들의 복잡성 및 높은 패킹 밀도(packing density)로 인하여, 트레이스들의 라우팅은 상업적으로 입수가능한 레이아웃 툴(commercially available layout tool)들에 의해 달성될 수 없다.In an initial approach to implementing a matrix drive network on a cylindrical feed antenna with unit cells arranged in a non-regular grid, two steps are performed. In a first step, the cells are arranged on concentric rings, and each of the cells is connected to a transistor that is placed next to a cell and acts as a switch to individually drive each cell. In a second step, the matrix drive circuitry is configured to connect to every transistor with a unique address, as the matrix drive approach requires. Since matrix drive circuitry is constructed by row and column traces (similar to LCDs) but cells are arranged on rings, there is no systematic way to assign a unique address to each transistor. This mapping problem results in a very complex circuitry to cover all transistors and a significant increase in the number of physical traces to perform routing. Due to the high density of cells, these traces hinder the RF performance of the antenna due to the coupling effect. Also, due to the complexity and high packing density of the traces, routing of the traces cannot be achieved by commercially available layout tools.
하나의 실시예에서, 매트릭스 구동 회로망은 셀들 및 트랜지스터들이 배치되기 전에 미리 정의된다. 이것은 각각이 고유 주소를 가진 셀들 모두를 구동하기 위하여 필요한 트레이스들의 최소수를 보장한다. 이러한 전략은 구동 회로망의 복잡성을 감소시키고 라우팅을 단순화하며, 이것은 이후에 안테나의 RF 성능을 향상시킨다.In one embodiment, the matrix drive circuitry is predefined before cells and transistors are placed. This ensures the minimum number of traces needed to drive all of the cells, each with a unique address. This strategy reduces the complexity of the drive circuitry and simplifies routing, which in turn improves the RF performance of the antenna.
더욱 구체적으로, 하나의 접근법에 있어서, 제1 단계에서, 셀들은 각각의 셀의 고유 주소를 기술하는 로우들 및 칼럼들로 이루어진 규칙적인 정사각형 격자(regular rectangular grid)상에 배치된다. 제2 단계에서, 셀들은 제1 단계에서 정의된 바와 같은 로우들 및 칼럼들에 대한 연결 및 주소를 유지하면서 동심원 원들(concentric circle)로 그룹핑되고 변환된다. 이러한 변환의 목적은 링들상에 셀들을 놓기 위한 것일 뿐만 아니라, 셀들 간의 거리 및 링들 간의 거리를 전체 개구면 위에서 일정하게 유지하기 위한 것이다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 셀들을 그룹핑하기 위한 여러 방법들이 존재한다.More specifically, in one approach, in a first step, cells are laid out on a regular rectangular grid of rows and columns describing each cell's unique address. In the second step, the cells are grouped and transformed into concentric circles while maintaining the addresses and connections to the rows and columns as defined in the first step. The purpose of this transformation is not only to place the cells on the rings, but also to keep the distance between cells and between rings constant over the entire aperture. To achieve this goal, several methods exist for grouping cells.
하나의 실시예에서, 매트릭스 구동 내의 배치(placement) 및 고유 어드레싱(unique addressing)을 가능하게 하기 위해 TFT 패키지가 이용된다. 도 18은 TFT 패키지의 하나의 실시예를 도시한다. 도 18을 참조하면, TFT 및 홀드 커패시터(hold capacitor)(1803)가 입력 및 출력 포트들을 가지고 도시된다. 로우 및 칼럼을 이용해서 TFT들을 함께 연결하기 위해 트레이스들(1801)에 연결된 두 개의 입력 포트들 및 트레이스들(1802)에 연결된 두 개의 출력 포트들이 존재한다. 하나의 실시예에서, 로우 및 칼럼 트레이스들은 로우 및 칼럼 트레이스들 사이의 커플링을 감소시키고 잠재적으로 최소화하기 위해 90°각도로 교차한다. 하나의 실시예에서, 로우 및 칼럼 트레이스들은 서로 상이한 층들 위에 존재한다.In one embodiment, a TFT package is used to enable unique addressing and placement within the matrix drive. 18 shows one embodiment of a TFT package. Referring to Fig. 18, a TFT and
예시적인 시스템 실시예Exemplary System Embodiment
하나의 실시예에서, 조합된 안테나 개구면(combined antenna aperture)들이 셋톱박스와 관련하여 동작하는 텔레비전 시스템에서 사용된다. 예를 들어, 이중 수신 안테나의 경우에, 안테나에 의해 수신된 위성 신호들이 텔레비전 시스템의 셋톱박스(예컨대, DirecTV 수신기)에 제공된다. 더욱 구체적으로, 조합된 안테나 동작은 두 개의 상이한 주파수들 및/또는 편광들에서 RF 신호들을 동시에 수신할 수 있다. 다시 말해, 소자들의 하나의 서브-어레이(sub-array)는 하나의 주파수 및/또는 편광에서 RF 신호들을 수신하도록 제어되는 한편, 다른 서브-어레이는 다른 상이한 주파수 및/또는 편광에서 신호들을 수신하도록 제어된다. 주파수 또는 편광에서 이러한 차이들은 텔레비전 시스템에 의해 수신되는 상이한 채널들을 나타낸다. 유사하게, 두 개의 안테나 어레이들은 복수의 채널들을 동시에 수신하기 위하여 두 개의 상이한 빔 포지션들이 두 개의 상이한 위치들(예컨대, 두 개의 상이한 위성들)로부터 채널들을 수신하도록 제어될 수 있다.In one embodiment, combined antenna apertures are used in a television system operating in conjunction with a set top box. For example, in the case of dual receive antennas, satellite signals received by the antennas are provided to a set top box (eg, a DirecTV receiver) of a television system. More specifically, combined antenna operation can simultaneously receive RF signals at two different frequencies and/or polarizations. In other words, one sub-array of elements is controlled to receive RF signals at one frequency and/or polarization, while another sub-array is controlled to receive signals at a different frequency and/or polarization. controlled These differences in frequency or polarization represent different channels received by the television system. Similarly, two antenna arrays can be controlled such that two different beam positions receive channels from two different locations (eg, two different satellites) in order to receive a plurality of channels simultaneously.
도 19는 텔레비전 시스템에서 동시에 이중 수신을 수행하는 통신 시스템의 하나의 실시예의 블록도이다. 도 19를 참조하면, 안테나(1401)는 상술한 바와 같이 상이한 주파수들 및/또는 편광들에서 동시에 이중 수신을 수행하기 위하여 독립적으로 동작가능한 두 개의 공간적으로 인터리빙된 안테나 개구면들(spatially interleaved antenna apertures)을 포함한다. 단지 두 개의 공간적으로 인터리빙된 안테나 동작들이 언급되었지만, TV 시스템은 세 개 이상의 안테나 개구면들(예컨대, 3개, 4개, 5개 등의 안테나 개구면들)을 가질 수 있다는 점에 유의한다.19 is a block diagram of one embodiment of a communication system that performs simultaneous dual reception in a television system. Referring to FIG. 19 ,
하나의 실시예에서, 두 개의 인터리빙된 슬로팅된 어레이들(interleaved slotted arrays)을 포함하는 안테나(1401)가 다이플렉서(diplexer)(1430)에 연결된다. 이 연결은 다이플렉서(1430) 안으로 피드되는 두 개의 신호들을 생성하기 위하여 두 개의 슬로팅된 어레이들의 소자들로부터 신호들을 수신하는 하나 이상의 피딩 네트워크(feeding network)들을 포함할 수 있다. 하나의 실시예에서, 다이플렉서(1430)는 상업적으로 입수가능한 다이플렉서이다(예컨대, A1 마이크로파로부터의 모델 PB1081WA Ku-band sitcom diplexor).In one embodiment, an
다이플렉서(1430)는 LNB(low noise block down converter)들(1426 및 1427)의 쌍에 연결되고, 이것은 본 기술분야에 알려진 방식으로 노이즈 필터링 기능(noise filtering function), 다운 변환 기능(down conversion function), 및 증폭(amplification)을 수행한다. 하나의 실시예에서, LNB들(1426 및 1427)은 ODU(out-door unit) 내에 존재한다. 다른 실시예에서, LNB들(1426 및 1427)은 안테나 장치 안으로 통합된다. LNB들(1426 및 1427)은 텔레비전(1403)에 연결되는 셋톱박스(1402)에 연결된다.
셋톱박스(1402)는 다이플렉서(1430)로부터 출력된 두 개의 신호들을 디지털 형식으로 변환하기 위하여, LNB들(1426 및 1427)에 연결된, ADC(analog-to-digital converter)들(1421 및 1422)의 쌍을 포함한다. The set-top box 1402 includes analog-to-digital converters (ADCs) 1421 and 1422 connected to the
일단 디지털 형식으로 변환되면, 수신된 파(received wave)들상에서 인코딩된 데이터(encoded data)를 획득하기 위하여 신호들이 복조기(1423)에 의해 복조되고 디코더(1424)에 의해 디코딩된다. 이후, 디코딩된 데이터(decoded data)는 제어기(1425)에 보내지고, 제어기(1425)는 그것을 텔레비전(1403)에 보낸다.Once converted to digital form, the signals are demodulated by
제어기(1450)는 단일한 조합된 물리적 개구면상의 양쪽 안테나 개구면들의 인터리빙된 슬로팅된 어레이 소자들을 포함하여 안테나(1401)를 제어한다.
전 이중(Full Duplex) 통신 시스템의 예Example of Full Duplex Communication System
다른 실시예에서, 조합된 안테나 개구면들은 전 이중 통신 시스템에서 사용된다. 도 20은 동시 송수신 경로들을 갖는 통신 시스템의 다른 실시예의 블록도이다. 단지 하나의 송신 경로 및 하나의 수신 경로가 도시되었지만, 통신 시스템은 두 개 이상의 송신 경로 및/또는 두 개 이상의 수신 경로를 포함할 수 있다.In another embodiment, combined antenna apertures are used in a full duplex communication system. 20 is a block diagram of another embodiment of a communication system having simultaneous transmit and receive paths. Although only one transmit path and one receive path are shown, a communication system may include more than one transmit path and/or more than one receive path.
도 20을 참조하면, 안테나(1401)는 상술한 바와 같이 상이한 주파수들에서 동시에 송신 및 수신을 하기 위하여 독립적으로 동작가능한 두 개의 공간적으로 인터리빙된 안테나 어레이들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 안테나(1401)는 다이플렉서(1445)에 연결된다. 연결은 하나 이상의 피딩 네트워크에 의할 수 있다. 하나의 실시예에서, 방사상 피드 안테나(radial feed antenna)의 경우에, 다이플렉서(1445)는 두 개의 신호들을 결합하고, 안테나(1401)와 다이플렉서(1445) 간의 연결은 양쪽 주파수들을 운반할 수 있는 단일한 브로드밴드 피딩 네트워크(broad-band feeding network)이다.Referring to FIG. 20,
다이플렉서(1445)는 LNB(low noise block down converter)(1427)들에 연결되고, 이것은 본 기술분야에 알려진 방식으로 노이즈 필터링 기능, 다운 변환 기능, 및 증폭을 수행한다. 하나의 실시예에서, LNB(1427)는 ODU(out-door unit) 내에 존재한다. 다른 실시예에서, LNB(1427)는 안테나 장치 안으로 통합된다. LNB(1427)는 모뎀(1460)에 연결되고, 이것은 컴퓨팅 시스템(1440)(예컨대, 컴퓨터 시스템, 모뎀 등)에 연결된다.A
모뎀(1460)은 다이플렉서(1445)로부터 출력된 수신 신호를 디지털 형식으로 변환하기 위하여, LNB(1427)에 연결된, ADC(analog-to-digital converter)(1422)를 포함한다. 일단 디지털 형식으로 변환되면, 수신된 파(received wave)들상에서 인코딩된 데이터를 획득하기 위하여 신호들이 복조기(1423)에 의해 복조되고 디코더(1424)에 의해 디코딩된다. 이후, 디코딩된 데이터는 제어기(1425)에 보내지고, 제어기(1425)는 그것을 컴퓨팅 시스템(1440)에 보낸다.The modem 1460 includes an analog-to-digital converter (ADC) 1422 connected to the
모뎀(1460)은 또한 컴퓨팅 시스템(1440)으로부터 송신되도록 데이터를 인코딩하는 인코더(1430)를 포함한다. 인코딩된 데이터는 변조기(1431)에 의해 변조되고, 이후 DAC(digital-to-analog converter)(1432)에 의해 아날로그로 변환된다. 이후, 아날로그 신호는 BUC(up-convert and high pass amplifier)(1433)에 의해 필터링되고, 다이플렉서(1445)의 하나의 포트에 제공된다. 하나의 실시예에서, BUC(1433)는 ODU(out-door unit) 내에 존재한다.Modem 1460 also includes an
본 기술분야에서 알려진 방식으로 동작하는 다이플렉서(1445)는 송신을 위해 송신 신호를 안테나(1401)에 제공한다.
제어기(1450)는 단일한 조합된 물리적 개구면상의 안테나 소자들의 두 개의 어레이들을 포함하여 안테나(1401)를 제어한다.
도 20에 도시된 전 이중 통신 시스템은(소프트웨어 업데이트를 포함하여) 인터넷 통신, 비히클(vehicle) 통신 등을 포함하되 이에 한정되지 않는 다수의 애플리케이션들을 가진다는 점에 유의한다.Note that the full duplex communication system shown in FIG. 20 (including software updates) has many applications, including but not limited to internet communication, vehicle communication, and the like.
상술한 상세한 설명의 몇몇 부분들은 컴퓨터 메모리 내의 데이터 비트들 상의 동작들의 알고리듬들 및 기호적 표현(symbolic representation)들의 관점에서 제시된다. 이러한 알고리듬적 서술들 및 표현들은 작업의 본질을 다른 통상의 기술자에게 가장 효과적으로 전달하기 위하여 데이터 처리 기술분야들에서 통상의 기술자들에 의해 사용되는 수단들이다. 알고리듬은 여기에서 일반적으로 원하는 결과를 초래하는 단계들의 자기-일관적 시퀀스(self-consistent sequence)인 것으로 여겨진다. 이 단계들은 물리적 양들(physical quantities)의 물리적 조작(physical manipulation)들을 필요로 하는 것들이다. 일반적으로, 필수적인 것은 아니지만, 이러한 양들은 저장, 전송, 조합, 비교, 및 이와 달리 조작될 수 있는 전기 또는 자기 신호들의 형태를 취한다. 이 신호들을 비트들, 값들, 엘리먼트(element)들, 기호들, 문자들, 용어들, 숫자들 등으로 언급하는 것은 주로 일반적인 용법이라는 이유로 때때로 편리하다는 점이 입증되었다.Some portions of the detailed description above are presented in terms of algorithms and symbolic representations of operations on data bits within a computer memory. These algorithmic statements and representations are the means used by those skilled in the data processing arts to most effectively convey the substance of their work to others skilled in the art. An algorithm is generally considered herein to be a self-consistent sequence of steps leading to a desired result. These steps are those requiring physical manipulations of physical quantities. Usually, though not necessarily, these quantities take the form of electrical or magnetic signals capable of being stored, transferred, combined, compared, and otherwise manipulated. It has proven convenient at times, principally for reasons of common usage, to refer to these signals as bits, values, elements, symbols, characters, terms, numbers, or the like.
하지만, 이들 모두 및 유사한 용어들은 적절한 물리적 양들과 연관이 있으며, 그 양들에 적용되는 단순히 편리한 라벨(label)들이라는 점을 명심해야 한다. 이하의 논의에서 명백하게 구체적으로 달리 언급되지 않는다면, 본원 전체에 걸쳐서, "처리하는(processing)" 또는 "컴퓨팅하는(computing)" 또는 "산출하는(calculating)" 또는 "결정하는(determining)" 또는 "디스플레이하는(displaying)" 등과 같은 용어들을 이용하는 논의들은, 컴퓨터 시스템의 레지스터들 및 메모리들 내의 물리적(전자) 양들로서 표현되는 데이터를 조작해서 컴퓨터 시스템 메모리들 또는 레지스터들 또는 다른 이러한 정보 저장, 전송 또는 디스플레이 디바이스들 내의 물리적 양들로서 유사하게 표현되는 다른 데이터로 변환하는 컴퓨터 시스템 또는 유사 전자 컴퓨팅 디바이스의 동작 및 처리들을 언급하는 것으로 이해된다.However, it should be borne in mind that all of these and similar terms are merely convenient labels associated with, and applied to, appropriate physical quantities. Throughout this application, unless explicitly stated otherwise in the following discussion, "processing" or "computing" or "calculating" or "determining" or " Discussions using terms such as "displaying" and the like refer to the manipulation of data represented as physical (electronic) quantities within the registers and memories of a computer system to store, transmit, or store information in computer system memories or registers or other such information. It is understood to refer to the operations and processes of a computer system or similar electronic computing device that converts into other data similarly represented as physical quantities within display devices.
본 발명은 또한 본원의 동작들을 수행하기 위한 장치와 관련이 있다. 이러한 장치는 필요한 목적을 위해 특별히 구성되거나, 컴퓨터에 저장된 컴퓨터 프로그램에 의해 선택적으로 활성화되거나 재구성되는 범용 컴퓨터를 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 플로피 디스크들, 광학 디스크들, CD-ROM들, 및 자기-광학 디스크(magnetic-optical disk)들을 포함하는 임의의 타입의 디스크, ROM들(read-only memories), RAM들(random access memories), EPROM들, EEPROM들, 자기적 또는 광학적 카드들, 또는 전자 명령들을 저장하기에 적합한 임의의 타입의 매체와 같은 컴퓨터 판독가능 저장매체(computer readable storage medium)에 저장될 수 있고, 각각은 컴퓨터 시스템 버스에 연결될 수 있다.The invention also relates to apparatus for performing the operations herein. Such a device may include a general-purpose computer that is specially configured for the necessary purpose or that is selectively activated or reconfigured by a computer program stored on the computer. Such a computer program may be used on any type of disk, including floppy disks, optical disks, CD-ROMs, and magnetic-optical disks, read-only memories (ROMs), random RAMs (RAMs). access memories), EPROMs, EEPROMs, magnetic or optical cards, or any type of medium suitable for storing electronic instructions, each may be connected to a computer system bus.
본원에서 제시된 알고리듬들 및 디스플레이들은 임의의 특정한 컴퓨터 또는 다른 장치에 내재적으로(inherently) 관련이 있지는 않다. 다양한 범용 시스템들이 본원의 교시에 따른 프로그램들과 함께 이용될 수 있고, 또는 필요한 방법 단계들을 수행하기 위하여 더욱 특화된 장치를 구성하는 것이 편리하다고 입증될 수 있다. 다양한 이러한 시스템들을 위해 요구되는 구조는 이하의 서술에서 보일 것이다. 게다가, 본 발명은 임의의 특별한 프로그래밍 언어와 관련하여 기술되지 않았다. 본원에서 기술되는 바와 같은 본 발명의 교시들을 구현하기 위하여 다양한 프로그래밍 언어들이 이용될 수 있다는 점이 이해될 것이다.The algorithms and displays presented herein are not inherently related to any particular computer or other device. A variety of general purpose systems may be used with programs in accordance with the teachings herein, or it may prove convenient to construct more specialized apparatus to perform the necessary method steps. The required structure for a variety of these systems will appear in the description below. Moreover, the present invention has not been described in the context of any particular programming language. It will be appreciated that a variety of programming languages may be used to implement the teachings of the invention as described herein.
기계-판독가능 매체(machine-readable medium)는 기계(예컨대, 컴퓨터)에 의해 판독가능한 형태로 정보를 저장 또는 전송하기 위한 임의의 메카니즘을 포함한다. 예를 들어, 기계-판독가능 매체는 ROM(read only memory); RAM(random access memory); 자기 디스크 저장매체; 광항 저장매체; 플래시 메모리 디바이스들; 등을 포함한다.A machine-readable medium includes any mechanism for storing or transmitting information in a form readable by a machine (eg, a computer). For example, a machine-readable medium may include read only memory (ROM); random access memory (RAM); magnetic disk storage media; Gwanghang storage medium; flash memory devices; Include etc.
상술한 설명을 읽은 후에 본 발명의 다수의 변경 및 변형이 의심의 여지 없이 통상의 기술자에게 명백하게 되겠지만, 실례에 의해 도시되고 기술된 임의의 특정한 실시예는 결코 제한으로서 고려되도록 의도되지 않는다고 이해되어야 한다. 그러므로, 다양한 실시예들의 세부사항들에 대한 언급들은, 본 발명의 필수적인 것으로 여겨지는 특징들만을 그 자체로 나열하는 청구항들의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.While numerous modifications and variations of the present invention will undoubtedly become apparent to those skilled in the art after reading the foregoing description, it should be understood that any particular embodiment shown and described by way of illustration is in no way intended to be considered limiting. . Therefore, references to details of various embodiments are not intended to limit the scope of the claims, which per se recite only those features deemed essential of the invention.
Claims (29)
각각의 안테나 소자가 액정(LC) 구조를 갖는 복수의 안테나 소자를 가지는 안테나 소자 어레이를 구비하되, 상기 LC 구조가 다음의 것들 중
적어도 양성자, 수소(H) 또는 헤테로 원자 중 하나 이상과 더불어 측방향으로 기능하도록 된 하나 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
As an antenna,
An antenna element array having a plurality of antenna elements, each antenna element having a liquid crystal (LC) structure, wherein the LC structure is one of the following
An antenna comprising at least one mixture adapted to function laterally with at least one of protons, hydrogen (H) or heteroatoms.
The antenna of claim 1, wherein the hetero atom includes at least one selected from the group consisting of fluorine (F), bromide (Br), and chlorine (Cl).
2. The antenna according to claim 1, wherein Rx, Ry and Rz comprise one or more alkyl groups.
4. The method of claim 3, wherein the at least one alkyl group is methyl (CH 3 ) ethyl (CH 2 CH 3 ), propyl (CH 2 CH 2 CH 3 ), or methoxy (OCH 3 ), ethoxy (OCH 2 CH 3 ) , propoxy (OCH 2 CH 3 ), or trifluoromethoxy (OCF 3 ) An antenna characterized in that it comprises at least one selected from the group consisting of.
The antenna according to claim 1, wherein A is any one of a saturated carbon chain, an alkoxy (OC n H (2n+1) ), a cyclohexyl or a phenyl moiety.
The antenna according to claim 1, wherein B is any one of a second alkyl, alkoxy chain or polar group.
7. The method of claim 6, wherein the polar group is a heteroatom, cyano (CN) or isothiocyanate (NCS), trifluoromethoxy (OCF 3 ), cyano (CN), bromide (Br) or trifluoro An antenna comprising phenyl (C 6 H 2 F 3 ).
여기서, D는 CH2, O, S 또는 Se이고; R1-R12는 CnH(2n+1), H, F, Cl, SCnH(2n+1), SeCnH(2n+1) 또는 Br과 동일하며; X는 NCS와 동일하며, F, Br, Cl 또는 H와 동일하고, n은 정수이다.
2. The antenna of claim 1, wherein the mixture includes one or more of the following.
wherein D is CH 2 , O, S or Se; R1-R12 are the same as C n H (2n+1) , H, F, Cl, SC n H (2n+1) , SeC n H (2n+1) or Br; X is equal to NCS, equal to F, Br, Cl or H, and n is an integer.
9. The antenna according to claim 8, wherein n is 1 to 7.
9. The antenna of claim 8, wherein D is one carbon and two hydrogens, X is equal to NCS, and n is equal to 4 in Structure 1.
9. The antenna of claim 8, wherein D is one oxygen and two hydrogens, X is equal to NCS, and n is equal to 4 in structure 1.
9. The antenna of claim 8 wherein D is the same and X is the same as NCS in structure 2.
9. The antenna of claim 8 wherein D is the same and X is the same as NCS in structure 3.
9. The antenna of claim 8 wherein D is the same and X is the same as NCS in structure 4.
9. The antenna of claim 8 wherein D is the same and X is the same as NCS in structure 5.
9. The antenna of claim 8 wherein D is the same and X is the same as NCS in structure 6.
상기 피드로부터 동심원으로 전파하는 피드 웨이브를 입력하는 안테나 피드;
복수의 슬롯들;
복수의 패치들을 구비하되,
상기 패치들 각각은 상기 LC 셀들을 이용하여 상기 복수의 슬롯들 상에 동일 위치에 배치되고 상기 LC 셀들을 이용하여 상기 복수의 슬롯들 중에서 하나의 슬롯으로부터 분리되어 패치/슬롯 쌍을 형성하며, 각 패치/슬롯 쌍은 제어 패턴에 의해 지정된 쌍의 패치로의 전압의 인가에 기초하여 턴 오프 또는 턴 온되는 것을 특징으로 하는 안테나.
According to claim 1,
an antenna feed that inputs a feed wave that propagates concentrically from the feed;
a plurality of slots;
Provide a plurality of patches,
Each of the patches is disposed at the same position on the plurality of slots using the LC cells and is separated from one of the plurality of slots using the LC cells to form a patch/slot pair, each An antenna characterized in that the patch/slot pair is turned off or turned on based on the application of a voltage to the patch of the pair specified by the control pattern.
2. The antenna of claim 1, wherein the antenna elements are controlled and operable together to form a beam for a frequency band for use in holographic beam steering.
2. The antenna elements of claim 1, wherein the antenna elements are part of a tunable slot array comprising a plurality of slots, each slot tuned to provide a desired scatter at a given frequency, the elements within the tunable slot array being located in one or more rings. An antenna characterized in that it is.
각각의 안테나 소자가 액정(LC) 구조를 갖는 복수의 안테나 소자를 가지는 안테나 소자 어레이를 포함하되,
상기 LC 구조는 하기 화합물 중 2종 이상의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
As an antenna,
An antenna element array having a plurality of antenna elements, each antenna element having a liquid crystal (LC) structure,
The antenna, characterized in that the LC structure comprises a mixture of two or more of the following compounds.
21. The antenna of claim 20, wherein the mixture comprises at least 7 compounds.
21. The antenna of claim 20, wherein the mixture comprises at least eight compounds.
21. The antenna of claim 20, wherein the mixture comprises nine or more compounds.
21. The antenna of claim 20 wherein the mixture comprises at least 11.7h, 11.7i and 11.1h.
25. The antenna of claim 24 wherein the mixture also includes at least 111.7n and 111.7o.
25. The antenna of claim 24 wherein the mixture also includes at least 4TOLC1 or FNCST1.
상기 피드로부터 동심원으로 전파하는 피드 웨이브를 입력하는 안테나 피드;
복수의 슬롯들;
복수의 패치들을 구비하되,
상기 패치들 각각은 상기 LC 셀들을 이용하여 상기 복수의 슬롯들 상에 동일 위치에 배치되고 상기 LC 셀들을 이용하여 상기 복수의 슬롯들 중에서 하나의 슬롯으로부터 분리되어 패치/슬롯 쌍을 형성하며, 각 패치/슬롯 쌍은 제어 패턴에 의해 지정된 쌍의 패치로의 전압의 인가에 기초하여 턴 오프 또는 턴 온되는 것을 특징으로 하는 안테나.
According to claim 20,
an antenna feed that inputs a feed wave that propagates concentrically from the feed;
a plurality of slots;
Provide a plurality of patches,
Each of the patches is disposed at the same position on the plurality of slots using the LC cells and is separated from one of the plurality of slots using the LC cells to form a patch/slot pair, each An antenna characterized in that the patch/slot pair is turned off or turned on based on the application of a voltage to the patch of the pair specified by the control pattern.
21. The antenna of claim 20, wherein the antenna elements are controlled and operable together to form a beam for a frequency band for use in holographic beam steering.
21. The antenna elements of claim 20, wherein the antenna elements are part of a tunable slot array comprising a plurality of slots, each slot tuned to provide a desired scatter at a given frequency, the elements within the tunable slot array being located in one or more rings. An antenna characterized in that it is.
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201662339550P | 2016-05-20 | 2016-05-20 | |
US62/339,550 | 2016-05-20 | ||
US15/600,514 | 2017-05-19 | ||
US15/600,514 US10224620B2 (en) | 2017-05-19 | 2017-05-19 | Antenna having radio frequency liquid crystal (RFLC) mixtures with high RF tuning, broad thermal operating ranges, and low viscosity |
PCT/US2017/033707 WO2017201515A1 (en) | 2016-05-20 | 2017-05-20 | An antenna having radio frequency liquid crystal (rflc) mixtures with high rf tuning, broad thermal operating ranges, and low viscosity |
KR1020217037964A KR20210147080A (en) | 2016-05-20 | 2017-05-20 | An antenna having radio frequency liquid crystal (rflc) mixtures with high rf tuning, broad thermal operating ranges, and low viscosity |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020217037964A Division KR20210147080A (en) | 2016-05-20 | 2017-05-20 | An antenna having radio frequency liquid crystal (rflc) mixtures with high rf tuning, broad thermal operating ranges, and low viscosity |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20230072509A true KR20230072509A (en) | 2023-05-24 |
KR102652402B1 KR102652402B1 (en) | 2024-03-28 |
Family
ID=60325653
Family Applications (3)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020217037964A KR20210147080A (en) | 2016-05-20 | 2017-05-20 | An antenna having radio frequency liquid crystal (rflc) mixtures with high rf tuning, broad thermal operating ranges, and low viscosity |
KR1020237015487A KR102652402B1 (en) | 2016-05-20 | 2017-05-20 | An antenna having radio frequency liquid crystal (rflc) mixtures with high rf tuning, broad thermal operating ranges, and low viscosity |
KR1020187035572A KR20190039028A (en) | 2016-05-20 | 2017-05-20 | Antennas with Radio Frequency Liquid Crystal (RFLC) Mixtures with High RF Tuning, Wide Thermal Operating Range, and Low Viscosity |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020217037964A KR20210147080A (en) | 2016-05-20 | 2017-05-20 | An antenna having radio frequency liquid crystal (rflc) mixtures with high rf tuning, broad thermal operating ranges, and low viscosity |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020187035572A KR20190039028A (en) | 2016-05-20 | 2017-05-20 | Antennas with Radio Frequency Liquid Crystal (RFLC) Mixtures with High RF Tuning, Wide Thermal Operating Range, and Low Viscosity |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP3458871A4 (en) |
JP (2) | JP2019520738A (en) |
KR (3) | KR20210147080A (en) |
CN (1) | CN109716158A (en) |
WO (1) | WO2017201515A1 (en) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109643848B (en) * | 2016-08-12 | 2021-04-13 | 夏普株式会社 | Scanning antenna |
KR102665014B1 (en) * | 2017-09-14 | 2024-05-13 | 메르크 파텐트 게엠베하 | Isothiocyanato tolan derivative |
CN108865180B (en) * | 2018-08-17 | 2021-10-01 | 西安近代化学研究所 | Liquid crystal composition and high-frequency assembly comprising same |
JP2020094175A (en) | 2018-12-03 | 2020-06-18 | Jnc株式会社 | Liquid crystal composition for use in phase control of electromagnetic wave signal |
CN113528154B (en) * | 2020-04-14 | 2023-08-11 | 西安近代化学研究所 | Liquid crystal composition with extremely low dielectric loss and high-frequency component thereof |
US20230313043A1 (en) * | 2020-07-08 | 2023-10-05 | Merck Patent Gmbh | Optical component |
TW202219253A (en) * | 2020-08-06 | 2022-05-16 | 日商Dic股份有限公司 | Compound, composition, liquid crystal composition, and device |
JP2022048990A (en) | 2020-09-15 | 2022-03-28 | Jnc株式会社 | Liquid crystal composition used in element for phase control of electromagnetic wave signal |
CN114253015B (en) * | 2020-09-22 | 2024-04-19 | 成都天马微电子有限公司 | Liquid crystal antenna, manufacturing method thereof and communication equipment |
CN116333755A (en) * | 2021-12-24 | 2023-06-27 | 西安近代化学研究所 | Liquid crystal compound and composition with high clearing point and low dielectric loss |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004285085A (en) * | 2003-03-19 | 2004-10-14 | Dainippon Ink & Chem Inc | Variable functional device |
US20150236412A1 (en) * | 2014-02-19 | 2015-08-20 | Adam Bily | Dynamic polarization and coupling control from a steerable cylindrically fed holographic antenna |
JP2016037607A (en) * | 2014-08-08 | 2016-03-22 | メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングMerck Patent Gesellschaft mit beschraenkter Haftung | Liquid crystal medium and high-frequency component comprising the same |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102004029429B4 (en) * | 2003-07-11 | 2019-04-04 | Merck Patent Gmbh | Components for high frequency technology |
CN103703103B (en) * | 2011-03-24 | 2016-04-27 | 默克专利股份有限公司 | Mesomorphic compound, liquid crystal media and the parts for high frequency technique |
-
2017
- 2017-05-20 CN CN201780031364.8A patent/CN109716158A/en active Pending
- 2017-05-20 EP EP17800317.4A patent/EP3458871A4/en active Pending
- 2017-05-20 WO PCT/US2017/033707 patent/WO2017201515A1/en unknown
- 2017-05-20 KR KR1020217037964A patent/KR20210147080A/en not_active Application Discontinuation
- 2017-05-20 KR KR1020237015487A patent/KR102652402B1/en active IP Right Grant
- 2017-05-20 JP JP2018560814A patent/JP2019520738A/en active Pending
- 2017-05-20 KR KR1020187035572A patent/KR20190039028A/en not_active IP Right Cessation
-
2021
- 2021-04-05 JP JP2021064042A patent/JP7174101B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004285085A (en) * | 2003-03-19 | 2004-10-14 | Dainippon Ink & Chem Inc | Variable functional device |
US20150236412A1 (en) * | 2014-02-19 | 2015-08-20 | Adam Bily | Dynamic polarization and coupling control from a steerable cylindrically fed holographic antenna |
JP2016037607A (en) * | 2014-08-08 | 2016-03-22 | メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングMerck Patent Gesellschaft mit beschraenkter Haftung | Liquid crystal medium and high-frequency component comprising the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2021132377A (en) | 2021-09-09 |
EP3458871A1 (en) | 2019-03-27 |
CN109716158A (en) | 2019-05-03 |
JP7174101B2 (en) | 2022-11-17 |
KR20190039028A (en) | 2019-04-10 |
JP2019520738A (en) | 2019-07-18 |
KR20210147080A (en) | 2021-12-06 |
WO2017201515A1 (en) | 2017-11-23 |
KR102652402B1 (en) | 2024-03-28 |
EP3458871A4 (en) | 2020-01-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10224620B2 (en) | Antenna having radio frequency liquid crystal (RFLC) mixtures with high RF tuning, broad thermal operating ranges, and low viscosity | |
KR102652402B1 (en) | An antenna having radio frequency liquid crystal (rflc) mixtures with high rf tuning, broad thermal operating ranges, and low viscosity | |
US11274252B2 (en) | Mixed left/right chiral liquid crystal for improved switching speed and tunability for RF devices | |
US10985457B2 (en) | Method and apparatus for monitoring and compensating for environmental and other conditions affecting radio frequency liquid crystal | |
KR102624582B1 (en) | Broad tunable bandwidth radial line slot antenna | |
KR102272577B1 (en) | Broadband RF radial waveguide feed with integrated glass transition | |
EP3488490B1 (en) | Antenna combiner | |
US11049658B2 (en) | Storage capacitor for use in an antenna aperture | |
US11705634B2 (en) | Single-layer wide angle impedance matching (WAIM) | |
US20190097299A1 (en) | Integrated transceiver for antenna systems | |
US20210313705A1 (en) | Rf element design for improved tuning range | |
KR20210141951A (en) | Non-circular center-feed antenna and method for using same | |
KR20220115934A (en) | Radial Feed Segmentation Using Wedge Plate Radial Waveguides |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A107 | Divisional application of patent | ||
A201 | Request for examination | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |