WO2010150934A1 - 엔포트 피딩 시스템 및 이에 포함된 페이즈 쉬프터, 지연 소자 - Google Patents

엔포트 피딩 시스템 및 이에 포함된 페이즈 쉬프터, 지연 소자 Download PDF

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WO2010150934A1
WO2010150934A1 PCT/KR2009/003615 KR2009003615W WO2010150934A1 WO 2010150934 A1 WO2010150934 A1 WO 2010150934A1 KR 2009003615 W KR2009003615 W KR 2009003615W WO 2010150934 A1 WO2010150934 A1 WO 2010150934A1
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WO
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pattern
patterns
substrate
phase shifter
shape
Prior art date
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PCT/KR2009/003615
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English (en)
French (fr)
Inventor
오정근
정민석
일나르바탈로브
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(주)에이스안테나
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters
    • H01P1/184—Strip line phase-shifters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/18—Phase-shifters

Definitions

  • the present invention relates to a feeding system and a phase shifter and a delay element included therein, and more particularly, to a feeding system and a phase shifter and a delay element included therein to feed power using 'U' shaped metal patterns. will be.
  • the feeding system is a device that supplies power input from the outside to another device through an output terminal, and may be, for example, a phase shifter used in an antenna as shown in FIG. 1 below.
  • 1 is a diagram illustrating a general antenna.
  • the antenna includes a reflector plate 100, a plurality of phase shifters 102 formed on one side of the reflector plate 100, and a plurality of radiation elements 104 formed on the other side of the reflector plate 100. Include.
  • the phase shifter 102 adjusts the angle of the beam output from the radiation elements 104, that is, the inclination angle, by varying the phase of the power (RF signal) transmitted to the corresponding radiation elements 104.
  • phase shifter 102 Generally, three radiating elements 104 are connected to one phase shifter 102, so to power a plurality of radiating elements 104, for example 15 radiating elements, ie 15 ports.
  • Five phase shifters 102 are required to implement. Accordingly, five phase shifters 102 may be arranged in series on one surface of the reflector 100, and as a result, the size of the antenna may be increased.
  • phase shifters 102 are controlled separately, it is not only easy to control the inclination angle of the antenna to a desired angle, but also it is inconvenient.
  • a phase shifter comprises a first substrate; A first pattern being a conductor arranged on the first substrate; A second substrate spaced apart from the first substrate; And a second pattern which is a conductor arranged on the second substrate.
  • the first pattern and the second pattern overlap, and the electrical length of the overlapping portion of the patterns is changed when the phase is changed.
  • the first pattern has an inverted 'U' shape
  • the second pattern has a 'U' shape, and a right portion of the first pattern and a left portion of the second pattern overlap.
  • a first dielectric layer having a predetermined dielectric constant exists between the first pattern and the second pattern.
  • a plurality of first patterns are arranged on the first substrate, and a plurality of second patterns are arranged on the second substrate, and third patterns electrically connected to the central portions of the first patterns are further arranged on the first substrate.
  • the third patterns are electrically connected to corresponding radiation elements, and the first patterns are electrically connected to each other through corresponding second patterns.
  • Some of the first patterns and the corresponding third pattern are electrically connected through a coupling method, and the other first pattern and the corresponding third pattern are directly connected.
  • a second dielectric layer is present between the first pattern connected through the coupling method and the third pattern.
  • At least one of the third patterns has a different length or width than the other third patterns.
  • a coupling prevention element is further formed on the first substrate to prevent coupling between the third patterns.
  • Some of the power supplied to the left part of the particular first pattern (the left part of the inverted 'U' shape) is provided through the coupling method from the center part (the central part of the inverted 'U' shape) to the corresponding third pattern.
  • the remaining power is provided from the center portion to the right portion (the right portion of the inverted 'U' shape), wherein the width of the portion of the left portion of the first pattern is different from the width of the other portion.
  • the length of the third pattern is changed in proportion to the frequency of the phase shifter.
  • the phase is variable, the first substrate is fixed, the second substrate is variable, some of the second patterns have a different shape from other second patterns, and a ground plate is formed on the rear surface of the first substrate.
  • Sub-phase shifter comprises a first substrate; And a first pattern which is a conductor arranged on the first substrate.
  • the first pattern overlaps a second pattern, which is a conductor arranged on a second substrate positioned at a predetermined distance from the first substrate, and an electrical length of a portion where the patterns overlap is changed when the phase is changed.
  • the first pattern has an inverted 'U' shape
  • the second pattern has a 'U' shape
  • the right part of the first pattern and the left part of the second pattern overlap.
  • a first dielectric layer is arranged on the first pattern, and the first dielectric layer is positioned between the first pattern and the second pattern.
  • a plurality of first patterns are arranged on the first substrate, and a plurality of second patterns are arranged on the second substrate, wherein the first patterns are electrically connected to each other through corresponding second patterns, and the sub phase shifter And third patterns electrically connected to central portions of the first patterns on the first substrate, the third patterns being electrically connected to corresponding radiation elements.
  • Some of the first patterns and the corresponding third pattern are electrically connected through a coupling method, and the other first pattern and the corresponding third pattern are directly connected.
  • the sub phase shifter further includes a second dielectric layer positioned between the first pattern and the third pattern connected through the coupling scheme.
  • At least one of the third patterns has a different length or width than the other third patterns.
  • the sub phase shifter further includes a coupling preventing element positioned between the third patterns to prevent coupling between the third patterns.
  • Some of the power supplied to the left part of the particular first pattern (the left part of the inverted 'U' shape) is provided through the coupling method from the center part (the central part of the inverted 'U' shape) to the corresponding third pattern.
  • the remaining power is provided from the center portion to the right portion (the right portion of the inverted 'U' shape), wherein the width of the portion of the left portion of the first pattern is different from the width of the other portion.
  • the length of the third pattern is changed in proportion to the frequency of the phase shifter.
  • a sub phase shifter includes: a second substrate positioned at a predetermined distance from a first substrate on which a first pattern of a conductor is arranged; And a second pattern, which is a conductor arranged on the second substrate, wherein the second pattern overlaps the first pattern, and an electrical length of the overlapping portion of the patterns is changed when the phase is changed.
  • the first pattern has an inverted 'U' shape
  • the second pattern has a 'U' shape
  • the right part of the first pattern and the left part of the second pattern overlap.
  • a delay device includes a first substrate; A first pattern arranged on the first substrate and being a conductor having an inverted 'U' shape; A second substrate spaced apart from the first substrate; And a second pattern arranged on the second substrate, the second pattern being a conductor having a 'U' shape, wherein a right side portion of the first pattern and a left side portion of the second pattern overlap each other, and overlapping of the patterns.
  • the electrical length of the part changes in proportion to the phase delay.
  • a dielectric layer is present between the first pattern and the second pattern.
  • the second substrate is moved while the first substrate is fixed, and a ground plate is formed on the rear surface of the first substrate.
  • the length of the right part of the first pattern and the left part of the second pattern is the same.
  • the power inputted through a method of overlapping firstly arranged inverted 'U' shaped second patterns and second 'U' shaped second patterns connecting the first patterns to a rear end is provided.
  • a multi-port for example 15 ports.
  • one feeding system may be used to supply the corresponding power to fifteen radiation elements.
  • the size of the antenna using the feeding system can be reduced.
  • the feeding system delays or distributes the input power
  • the feeding system can be utilized in various ways such as a delay element as well as a phase shifter.
  • 1 is a diagram illustrating a general antenna.
  • FIG. 2 is a view showing a feeding system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a view illustrating an operation structure of the feeding system of FIG.
  • FIG. 4 is a view showing an operation structure of a feeding system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion “A” of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a phase adjustment process of a phase shifter according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 and 8 schematically illustrate a feeding system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a portion B of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a radiation pattern of an antenna using a conventional phase shifter and a radiation pattern of an antenna using a phase shifter of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating reflection loss according to an inclination angle in an antenna using the phase shifter of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing a feeding system according to an embodiment of the present invention
  • Figure 3 is a view showing the operation structure of the feeding system of FIG.
  • the feeding system of the present embodiment means all devices that supply power input from the outside to other devices through an output terminal, and include, for example, a phase shifter and a delay device.
  • phase shifter as an example.
  • the phase shifter includes a first sub phase shifter 200 and a second sub phase shifter 202.
  • the first sub phase shifter 200 includes a first dielectric substrate 210, at least one first pattern 220, at least one third pattern 222, and at least one anti-coupling element 224.
  • the second sub phase shifter 202 includes a second dielectric substrate 212 and at least one second pattern 226.
  • the first dielectric substrate 210 is arranged on one side of a reflector (not shown) and is made of a dielectric material having a predetermined dielectric constant.
  • a ground plate is formed on the rear surface of the first dielectric substrate 210 as described later.
  • the first pattern 220 is a conductor and is formed on the first dielectric substrate 210.
  • the first pattern 220 may have an inverted 'U' shape, ie an inverted 'U' shape, as shown in FIG. 2.
  • the first pattern 220 may also be said to have a 'U' shape according to the viewing angle.
  • the 'U' shape means all patterns consisting of a left pattern, a center pattern, and a right pattern, as will be described later.
  • One pattern 220A of the first patterns 220 serves as an input terminal, that is, specific power is input from the outside through the pattern 220A. Then, the input power is finally output to the corresponding radiation element 228 through the output end side pattern 220B.
  • the feeding system is not a phase shifter, the input power may not be output to the radiation element 228 but to another element.
  • the third pattern 222 is formed on the first dielectric substrate 210 as a conductor, and is electrically connected to the first pattern 220. In addition, the third pattern 222 is electrically connected to the corresponding radiation element 228. Accordingly, the powers input to the first patterns 220 are provided to the radiation elements 228 through the third patterns 222, respectively, so that the radiation elements 228 generate beams in a specific direction. Let's do it.
  • the phases of the powers (RF signals) flowing in the third patterns 222 may be different, and preferably vary with a certain rule. Detailed description thereof will be described later.
  • At least one of the third patterns 222 may have an impedance value different from other third patterns as shown in FIG. 2.
  • at least one of the third patterns 222 may have a length or width different from that of the other third patterns.
  • the magnitudes of the powers supplied to the respective radiation elements 228 may be different.
  • This impedance value will be determined according to the characteristics of the beam to be implemented.
  • the length of the third pattern 222 may vary according to frequency.
  • the anti-coupling elements 224 are conductors and are arranged between the third patterns 222 on the first dielectric substrate 210 to prevent coupling between the third patterns 222.
  • the second dielectric substrate 212 is made of a dielectric material having a predetermined dielectric constant, and may have the same dielectric constant as the first dielectric substrate 210 or may have a different dielectric constant.
  • the second patterns 226 are conductors and are formed, for example, regularly on the second dielectric substrate 212. According to an embodiment of the present invention, the second pattern 226 may have a 'U' shape as shown in FIG. 2.
  • the second sub phase shifter 202 having the structure as described above is placed on the first sub phase shifter 200 as shown in FIG. 3, and moves as shown in FIG. 3 when the phase is changed.
  • the second patterns 226 are arranged in a structure for electrically connecting the first patterns 220 as described below.
  • FIG. 4 is a view illustrating an operation structure of a feeding system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion “A” of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention.
  • the patterns 226 overlap.
  • the left pattern 226A of the specific second pattern 226 overlaps the right pattern of the first pattern 220C
  • the right pattern 226C of the second pattern 226 is the first pattern. It overlaps with the left pattern of 220D.
  • the first pattern 220C is electrically connected to the first pattern 220D through the second pattern 226. That is, the first patterns 220 are electrically connected to each other through the corresponding second patterns 226.
  • the power input to the first pattern 220C is output to the first pattern 220D through the second pattern 226.
  • the length of the side pattern (right pattern or left pattern) of the first patterns 220C and 220D is measured.
  • the first pattern 220C or 220D and the second pattern 226 may be at most l. m1 Or l m2 as much as ( l m1 And l m2 Can be overlapped).
  • l m1 And l m2 Can be overlapped.
  • only a part of the first pattern 220C or 220D and the second pattern 226 overlap as shown in FIG. 5 (A).
  • the length of the non-overlapping pattern of the first patterns 220C or 220D is l s and l m1 and l m2 have the same length, 0 ⁇ l s ⁇ l m1 .
  • the phase of the power (RF signal) output in the first pattern 220D ( ) Is varied according to the change of l s , that is, the change in the electrical length L, as shown in Equation 1 below.
  • ⁇ g is the wavelength of the RF signal.
  • phase ( ) Is changed in proportion to the change in length of l s .
  • electrical length L is changed in proportion to l s .
  • FIG. 5 (A) considers only one overlapped pattern of the patterns of FIG. 4, in the case of the n-port phase shifter, there are (n-1) overlapped patterns.
  • the electrical length l T of all the overlapped patterns is expressed by Equation 2 below.
  • ⁇ g, max means the largest wavelength in the bandwidth of the phase shifter
  • ⁇ g, min means the smallest wavelength in the bandwidth
  • ⁇ r is the dielectric constant of the first substrate 210.
  • the first pattern 220D The output power (RF signal) is delayed. That is, although the structure shown in Fig. 5A corresponds to a part of the phase shifter, it can itself function as a delay element. That is, the feeding system of the present exemplary embodiment may function as a delay element through a method of overlapping the first patterns 220 and the second patterns 226.
  • the degree of delay will depend on the number of patterns 220 and 226 and the length of the overlapping portion.
  • a first pattern 220 is formed on the first dielectric substrate 210, and a second pattern 226 is formed on the second dielectric substrate 212.
  • a ground plate 404 is formed on the rear surface of the first dielectric substrate 210.
  • a dielectric layer 402 having a predetermined dielectric constant is further disposed between the first pattern 220 and the second pattern 226.
  • dielectric layer 402 is formed over first patterns 220 and is used to reduce intermodulation distortion (PIMD) or to prevent corrosion.
  • PIMD intermodulation distortion
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a phase adjustment process of a phase shifter according to an embodiment of the present invention.
  • n (an integer of 2 or more) third patterns 222 are formed on the first dielectric substrate 210, and the third patterns 222 are n radiation elements 228. ) Can be connected.
  • the input terminal (the front end of the first patterns, 220- Some of the power input to 1) is transmitted to the first radiation element 228-1 through the third pattern 222-1 without changing the phase, and the remaining power is provided to the next first pattern 220-2. do.
  • some of the power provided to the first pattern 220-2 is changed due to the change 2 ⁇ l of the overlapping area of the patterns 220 and 226. It is transmitted to the second radiation element 228-2 through the corresponding third pattern 222-2 with the phase changed by. The remaining power is provided to the next first pattern 220-3.
  • the power provided to the first pattern 220-3 is due to the change in the overlapping area of the patterns 220 and 226 (4 ⁇ l since it is the change in the accumulated area). It is transmitted to the second radiation element 228-3 through the corresponding third pattern 222-3 with the phase changed by. The remaining power is provided to the next first pattern 220-4.
  • the inclination angle of the beam may be adjusted by ⁇ as shown in FIG. 6 (B).
  • the phase shifter of the present embodiment controls the length of overlapping portions between the first patterns 220 and the second patterns 226 to achieve a desired tilt angle.
  • phase shifters were needed to implement multi-ports, that is, to power a plurality of radiation elements.
  • the multi-ports can be implemented by using a single phase shifter to increase the number of patterns 220 and 226, the size of the antenna can be reduced.
  • phase shifter of the present invention can adjust the inclination angle by only a simple operation of moving the second sub phase shifter 202, thereby making it much more convenient. .
  • the feeding system of the present invention can be used as a phase shifter, but can also be used as a delay element or the like, that is, various applications are possible.
  • FIG. 7 and 8 schematically illustrate a feeding system according to another embodiment of the present invention.
  • first patterns 710 are formed on the first dielectric substrate 700, and second patterns 712 are formed on the second dielectric substrate 702.
  • the second patterns 712 may have a different structure from other patterns, for example, have a different size. That is, the second patterns 712 of the feeding system of the present embodiment may have a different structure from the second patterns 226 shown in FIG. 2.
  • the first patterns 710 also do not all have the same structure as in the first patterns 200 shown in FIG. 2 and some may have different structures, for example, different sizes.
  • the second dielectric substrate 702 may be implemented to move over the first dielectric substrate 700.
  • first patterns 810 may be formed on a first dielectric substrate 800
  • second patterns 812 may be formed on a second dielectric substrate 802.
  • the second dielectric substrate 802 may be implemented to move on the first dielectric substrate 800.
  • the second dielectric substrate 802 of the present embodiment may move along a curved path as shown in FIG. 8.
  • the structure of the first patterns, the structure of the second patterns, and the method for overlapping the first patterns with the second patterns may overlap the first patterns with the second patterns.
  • Various modifications may be made so long as the patterns are electrically connected to each other.
  • 9 is an enlarged view of a portion B of FIG. 4 according to an embodiment of the present invention. 9 illustrates only the structure of the first sub phase shifter 200 except for the structure of the second sub phase shifter 202.
  • the first pattern 220 is electrically connected to the third pattern 222.
  • the third pattern 222 may be connected to or directly connected to the center pattern 902 of the first pattern 220 through a coupling method.
  • the input end side (shear) to which power is input uses a coupling method to prevent breakage of the patterns 220 and 222 because the magnitude of the input power is large. Since the size of the rear end is small, there is little fear of destruction, so the first patterns 220 and the third patterns 222 are directly connected in consideration of loss and return loss.
  • the dielectric layer 400 is formed between the first pattern 220 and the third pattern 222 as shown in FIG.
  • the first pattern 220 includes a left pattern 900, a center pattern 902, and a right pattern 904, and specific power is input to the input terminal pattern 910 of the left pattern 900.
  • the power input through the input terminal pattern 910 passes through the matching terminal pattern 912 of the left pattern 900 and then branches from the center pattern 902 to the right pattern 904 and the third pattern 222.
  • the power distribution may include the thickness h c of the dielectric layer 400, the width d p of the third pattern 222, the length l c of the third pattern 222, and the center pattern 902. It is affected by the width d c .
  • the matching end pattern 912 and the center pattern of the left pattern 900 are transferred.
  • 902 performs an impedance matching role.
  • the impedance matching may be performed by controlling the width d m of the matching end pattern 912 and the width d c of the center pattern 902.
  • the width d c of the central pattern 902 corresponds to an inductive component for adjusting the capacitance component according to the thickness h c of the dielectric layer 400.
  • the width d m of the matching end pattern 912 is wider than the width of the input end pattern 910.
  • the matching end pattern 912 and the center pattern 902 of the left pattern 900 are impedance It plays a matching role.
  • the width d m of the matching end pattern 912 is wider than the width of the input end pattern 910, and the width of the input end pattern 910 may be the same as the width of the right pattern 904. Can be.
  • the impedance matching is mainly affected by the width d m of the matching end pattern 912 and the width d c of the center pattern 902.
  • the widths d m of the matching end patterns 912 of the first patterns 220 may also be different.
  • some of the first patterns 220 may have a shape different from other first patterns, for example, a different width d m .
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a radiation pattern of an antenna using a phase shifter of the present invention
  • FIG. 11 is a diagram illustrating reflection loss according to an inclination angle in an antenna using the phase shifter of the present invention.
  • the radiation pattern of FIG. 10 is a result measured between 1.71 ms and 2.17 ms.
  • the size of the minor lobe other than the main beam has a value of ⁇ 20 ⁇ s or less.
  • the minor lobe is significantly larger than -20 dB, although not shown. That is, it is confirmed from FIG. 10 that the antenna of the present invention is improved in performance compared to the conventional antenna.
  • the return loss of the antenna using the phase shifter of the present invention is maintained at ⁇ 20 dB or less despite the variable inclination angle (five inclination angles). That is, it is confirmed that the antenna has excellent return loss characteristics.

Landscapes

  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Switches, Polarizers, And Phase Shifters (AREA)

Abstract

본 발명은 'U'자 형상의 금속 패턴들을 이용하여 전력을 피딩하는 피딩 시스템에 관한 것이다. 상기 피딩 시스템으로서 페이즈 쉬프터는 제 1 기판, 상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴, 상기 제 1 기판으로부터 이격되어 위치하는 제 2 기판, 및 상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴은 겹쳐지며, 상기 패턴들 중 겹쳐지는 부분의 전기적 길이는 위상 가변시 변화된다.

Description

엔포트 피딩 시스템 및 이에 포함된 페이즈 쉬프터, 지연 소자
본 발명은 피딩 시스템 및 이에 포함된 페이즈 쉬프터, 지연 소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 'U'자 형상의 금속 패턴들을 이용하여 전력을 피딩하는 피딩 시스템 및 이에 포함된 페이즈 쉬프터, 지연 소자에 관한 것이다.
피딩 시스템(feeding)은 외부로부터 입력된 전력을 출력단을 통하여 타소자로 공급하는 소자로서, 예를 들어 아래의 도 1에 도시된 바와 같은 안테나에 사용되는 페이즈 쉬프터(Phase shifter)일 수 있다.
도 1은 일반적인 안테나를 도시한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 안테나는 반사판(100), 반사판(100)의 일측에 형성된 복수의 페이즈 쉬프터들(102) 및 반사판(100)의 타측면에 형성된 복수의 복사 소자들(104)을 포함한다.
페이즈 쉬프터(102)는 해당 복사 소자들(104)로 전달되는 전력(RF 신호)의 위상을 가변시켜서 복사 소자들(104)로부터 출력되는 빔의 각도, 즉 경사각을 조정한다.
일반적으로, 하나의 페이즈 쉬프터(102)에는 3개의 복사 소자들(104)이 연결되므로, 다수의 복사 소자들(104), 예를 들어 15개의 복사 소자들로 전력을 공급하기 위해서는, 즉 15 포트를 구현하기 위해서는 5개의 페이즈 쉬프터들(102)이 요구된다. 따라서, 반사판(100)의 일면 위에는 5개의 페이즈 쉬프터들(102)이 직렬로 배열될 수밖에 없으며, 그 결과 상기 안테나의 사이즈가 커질 수밖에 없다.
또한, 페이즈 쉬프터들(102)은 각기 별개로 제어되므로, 상기 안테나의 경사각을 원하는 각도로 제어하기가 용이하지 않을 뿐만 아니라 불편하였다.
본 발명의 목적은 안테나의 사이즈를 감소시키면서 사용하기 편리한 피딩 시스템 및 이에 포함된 페이즈 쉬프터, 지연 소자를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 페이즈 쉬프터는 제 1 기판; 상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴; 상기 제 1 기판으로부터 이격되어 위치하는 제 2 기판; 및 상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴은 겹쳐지며, 상기 패턴들 중 겹쳐지는 부분의 전기적 길이는 위상 가변시 변화된다.
상기 제 1 패턴은 역'U'자 형상을 가지고, 상기 제 2 패턴은 'U'자형 형상을 가지되, 상기 제 1 패턴의 우측 부분과 상기 제 2 패턴의 좌측 부분이 겹쳐진다.
상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴 사이에는 소정 유전율을 가지는 제 1 유전체층이 존재한다.
상기 제 1 기판 위에는 복수의 제 1 패턴들이 배열되고, 상기 제 2 기판 위에도 복수의 제 2 패턴들이 배열되되, 상기 제 1 기판 위에는 상기 제 1 패턴들의 중앙 부분에 전기적으로 연결된 제 3 패턴들이 더 배열되고, 상기 제 3 패턴들은 해당 복사 소자들에 전기적으로 연결되며, 상기 제 1 패턴들은 해당 제 2 패턴들을 통하여 상호 전기적으로 연결된다.
상기 제 1 패턴들 중 일부와 해당 제 3 패턴은 커플링(Coupling) 방식을 통하여 전기적으로 연결되며, 다른 제 1 패턴과 해당 제 3 패턴은 직접적으로 연결된다.
상기 커플링 방식을 통하여 연결되는 제 1 패턴과 해당 제 3 패턴 사이에는 제 2 유전체층이 존재한다.
상기 제 3 패턴들 중 적어도 하나는 다른 제 3 패턴들과 다른 길이 또는 다른 폭을 가진다.
상기 제 1 기판 위에는 상기 제 3 패턴들 사이에 존재하여 상기 제 3 패턴들 사이의 커플링을 방지하는 커플링 방지 소자가 더 형성된다.
특정 제 1 패턴의 좌측 부분(역 'U'자 형상 중 좌측 부분)으로 급전된 전력 중 일부는 중앙 부분(역 'U'자 형상 중 중앙 부분)에서 해당 제 3 패턴으로 커플링 방식을 통하여 제공되고, 나머지 전력은 상기 중앙 부분에서 우측 부분(역 'U'자 형상 중 우측 부분)으로 제공되되, 상기 제 1 패턴의 좌측 부분 중 일부분의 폭은 다른 부분의 폭과 다르다.
상기 제 3 패턴의 길이는 상기 페이즈 쉬프터의 주파수에 비례하여 변화된다.
위상 가변시 상기 제 1 기판은 고정되고 상기 제 2 기판은 가변되고, 상기 제 2 패턴들 중 일부는 다른 제 2 패턴들과 다른 모양을 가지며, 상기 제 1 기판의 배면에는 접지판이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 서브 페이즈 쉬프터는 제 1 기판; 및 상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴을 포함한다. 여기서, 상기 제 1 패턴은 상기 제 1 기판과 소정 거리 이격되어 위치하는 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴과 겹쳐지며, 상기 패턴들이 겹쳐지는 부분의 전기적 길이는 위상 가변시 변화된다.
상기 제 1 패턴은 역'U'자 형상을 가지고, 상기 제 2 패턴은 'U'자 형상을 가지되, 상기 제 1 패턴의 우측 부분과 상기 제 2 패턴의 좌측 부분이 겹쳐진다.
상기 제 1 패턴 위에는 제 1 유전체층이 배열되며, 상기 제 1 유전체층은 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴 사이에 위치한다.
상기 제 1 기판 위에는 복수의 제 1 패턴들이 배열되고, 상기 제 2 기판 위에도 복수의 제 2 패턴들이 배열되되, 상기 제 1 패턴들은 해당 제 2 패턴들을 통하여 상호 전기적으로 연결되고, 상기 서브 페이즈 쉬프터는 상기 제 1 기판 위에서 상기 제 1 패턴들의 중앙 부분에 전기적으로 연결된 제 3 패턴들(해당 복사 소자와 전기적으로 연결됨)을 더 포함한다.
상기 제 1 패턴들 중 일부와 해당 제 3 패턴은 커플링 방식을 통하여 전기적으로 연결되며, 다른 제 1 패턴과 해당 제 3 패턴은 직접적으로 연결된다.
상기 서브 페이즈 쉬프터는 상기 커플링 방식을 통하여 연결되는 제 1 패턴과 해당 제 3 패턴 사이에 위치하는 제 2 유전체층을 더 포함한다.
상기 제 3 패턴들 중 적어도 하나는 다른 제 3 패턴들과 다른 길이 또는 다른 폭을 가진다.
상기 서브 페이즈 쉬프터는 상기 제 3 패턴들 사이에 위치하여 상기 제 3 패턴들 사이의 커플링을 방지하는 커플링 방지 소자를 더 포함한다.
특정 제 1 패턴의 좌측 부분(역 'U'자 형상 중 좌측 부분)으로 급전된 전력 중 일부는 중앙 부분(역 'U'자 형상 중 중앙 부분)에서 해당 제 3 패턴으로 커플링 방식을 통하여 제공되고, 나머지 전력은 상기 중앙 부분에서 우측 부분(역 'U'자 형상 중 우측 부분)으로 제공되되, 상기 제 1 패턴의 좌측 부분 중 일부분의 폭은 다른 부분의 폭과 다르다.
상기 제 3 패턴의 길이는 상기 페이즈 쉬프터의 주파수에 비례하여 변화된다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 서브 페이즈 쉬프터는 그 위에 도체인 제 1 패턴이 배열된 제 1 기판과 소정 이격되어 위치하는 제 2 기판; 및 상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함하되, 상기 제 2 패턴은 상기 제 1 패턴과 겹쳐지며, 상기 패턴들 중 겹쳐지는 부분의 전기적 길이는 위상 가변시 변화된다.
상기 제 1 패턴은 역'U'자 형상을 가지고, 상기 제 2 패턴은 'U'자 형 형상을 가지되, 상기 제 1 패턴의 우측 부분과 상기 제 2 패턴의 좌측 부분이 겹쳐진다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지연 소자는 제 1 기판; 상기 제 1 기판 위에 배열되며, 역 'U'자 형상을 가지는 도체인 제 1 패턴; 상기 제 1 기판으로부터 이격되어 위치하는 제 2 기판; 및 상기 제 2 기판 위에 배열되며, 'U'자 형상을 가지는 도체인 제 2 패턴을 포함하되, 상기 제 1 패턴의 우측 부분과 상기 제 2 패턴의 좌측 부분이 겹쳐지며, 상기 패턴들 중 겹쳐지는 부분의 전기적 길이는 위상 지연에 비례하여 변화된다.
상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴 사이에는 유전체층이 존재한다.
위상 지연시 상기 제 1 기판은 고정된 상태에서 상기 제 2 기판이 움직이며, 상기 제 1 기판의 배면에는 접지판이 형성된다.
상기 제 1 패턴의 우측 부분과 상기 제 2 패턴의 좌측 부분의 길이가 동일하다.
본 발명에 따른 피딩 시스템은 연속적으로 배열된 역 'U'자 형상의 제 1 패턴들과 상기 제 1 패턴들을 연결시키는 'U'자 형상의 제 2 패턴들을 겹치는 방법을 통하여 입력된 전력을 후단으로 공급하고 상기 제 1 패턴들로 입력된 전력을 각기 해당 출력단들로 출력시키므로, 다포트, 예를 들어 15 포트를 구현할 수 있다. 예를 들어, 하나의 피딩 시스템을 이용하여 15개의 복사 소자들로 해당 전력을 공급할 수 있다. 따라서, 상기 피딩 시스템을 사용하는 안테나의 사이즈가 감소할 수 있다.
또한, 다 포트를 제어하기 위하여 하나의 피딩 시스템만을 조정하면 되므로, 사용자가 상기 피딩 시스템을 사용하기가 용이하고 편리할 수 있다.
게다가, 상기 피딩 시스템이 입력된 전력을 지연시키거나 분배시키므로, 상기 피딩 시스템은 페이즈 쉬프터뿐만 아니라 지연 소자 등 다양하게 활용될 수 있다.
도 1은 일반적인 안테나를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 피딩 시스템의 동작 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템의 동작 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 "A" 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 위상 조정 과정을 도시한 도면이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피딩 시스템을 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 B 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 10은 종래의 페이즈 쉬프터를 사용하는 안테나의 방사 패턴과 본 발명의 페이즈 쉬프터를 사용하는 안테나의 방사 패턴을 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 페이즈 쉬프터를 사용하는 안테나에서 경사각에 따른 반사 손실을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 자세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템을 도시한 도면이고, 도 3은 도 2의 피딩 시스템의 동작 구조를 도시한 도면이다.
본 실시예의 피딩 시스템(feeding system)은 외부로부터 입력된 전력을 출력단을 통하여 타소자로 공급하는 모든 소자를 의미하며, 예를 들어 페이즈 쉬프터(Phase Shifter) 및 지연 소자 등을 포함한다.
이하, 상기 페이즈 쉬프터를 예로 하여 상기 피딩 시스템의 구조 및 동작을 상술하겠다.
도 2를 참조하면, 상기 페이즈 쉬프터는 제 1 서브 페이즈 쉬프터(200) 및 제 2 서브 페이즈 쉬프터(202)를 포함한다.
제 1 서브 페이즈 쉬프터(200)는 제 1 유전체 기판(210), 적어도 하나의 제 1 패턴(220), 하나 이상의 제 3 패턴(222) 및 적어도 하나의 커플링 방지 소자(224)를 포함한다.
제 2 서브 페이즈 쉬프터(202)는 제 2 유전체 기판(212) 및 적어도 하나의 제 2 패턴(226)을 포함한다.
제 1 유전체 기판(210)은 반사판(미도시)의 일측면 위에 배열되며, 소정 유전율을 가지는 유전체 물질로 이루어진다. 이러한 제 1 유전체 기판(210)의 배면에는 후술하는 바와 같이 접지판이 형성되어 있다.
제 1 패턴(220)은 도체로서, 제 1 유전체 기판(210) 위에 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 패턴(220)은 도 2에 도시된 바와 같이 'U'자가 뒤집어진 형상, 즉 역 'U'자 형상을 가질 수 있다. 물론, 제 1 패턴(220)은 보는 각도에 따라 'U'자 형상을 가진다고도 말할 수 있다. 여기서, 'U'자 형상은 후술하는 바와 같이 좌측 패턴, 중앙 패턴 및 우측 패턴으로 이루어지는 모든 패턴을 의미한다.
제 1 패턴들(220) 중 일 패턴(220A)은 입력단으로서 역할을 하며, 즉 외부로부터 특정 전력이 패턴(220A)을 통하여 입력된다. 그런 후, 상기 입력된 전력은 최종적으로 출력단측 패턴(220B)을 통하여 해당 복사 소자(228)로 출력된다. 물론, 상기 피딩 시스템이 페이즈 쉬프터가 아닌 경우, 상기 입력된 전력은 복사 소자(228)로 출력되지 않고 다른 소자로 출력될 수 있다.
제 3 패턴(222)은 도체로서 제 1 유전체 기판(210) 위에 형성되고, 해당 제 1 패턴(220)과 전기적으로 연결된다. 또한, 제 3 패턴(222)은 해당 복사 소자(228)와 전기적으로 연결된다. 따라서, 제 1 패턴들(220)로 입력된 전력들은 각기 해당 제 3 패턴들(222)을 통하여 복사 소자들(228)로 제공되며, 그 결과 복사 소자들(228)이 특정 방향의 빔을 발생시킨다. 여기서, 제 3 패턴들(222)로 흐르는 전력들(RF 신호들)의 위상들은 각기 다를 수 있으며, 바람직하게는 일정한 규칙을 가지고 가변된다. 이에 대한 자세한 설명은 후술하겠다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 3 패턴들(222) 중 적어도 하나는 도 2에 도시된 바와 같이 다른 제 3 패턴들과 다른 임피던스값을 가질 수 있다. 예를 들어, 제 3 패턴들(222) 중 적어도 하나는 다른 제 3 패턴들과 다른 길이 또는 폭을 가질 수 있다. 결과적으로, 각 복사 소자들(228)로 공급되는 전력들의 크기가 다를 수 있다. 이는 임피던스값은 구현하고자 하는 빔의 특성에 따라 결정될 것이다. 또한, 제 3 패턴(222)의 길이는 주파수에 따라 가변될 수 있다.
커플링 방지 소자들(224)은 도체로서, 제 1 유전체 기판(210) 위에서 제 3 패턴들(222) 사이에 배열되어 제 3 패턴들(222) 사이의 커플링을 방지한다.
제 2 유전체 기판(212)은 소정 유전율을 가지는 유전체 물질로 이루어지며, 제 1 유전체 기판(210)과 동일한 유전율을 가질 수도 있고 다른 유전율을 가질 수도 있다.
제 2 패턴들(226)은 도체로서, 제 2 유전체 기판(212) 위에 예를 들어 규칙적으로 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 2 패턴(226)은 도 2에 도시된 바와 같이 'U'자 형상을 가질 수 있다.
위에 설명한 바와 같은 구조를 가지는 제 2 서브 페이즈 쉬프터(202)는 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 서브 페이즈 쉬프터(200) 위로 놓여지고, 위상 가변시 도 3에 도시된 바와 같이 움직인다. 여기서, 제 2 패턴들(226)은 후술하는 바와 같이 제 1 패턴들(220)을 전기적으로 연결시키는 구조로 배열된다.
이하, 상기 페이즈 쉬프터에서 위상 가변 과정을 첨부된 도면들을 참조하여 상술하겠다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 피딩 시스템의 동작 구조를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 "A" 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이 제 2 서브 페이즈 쉬프터(202)가 제 1 서브 페이즈 쉬프터(200) 위로 놓이면, 도 4 및 도 5(A)에 도시된 바와 같이 제 1 패턴들(220)과 제 2 패턴들(226)이 겹치게 된다. 상세하게는, 예를 들어 특정 제 2 패턴(226)의 좌측 패턴(226A)이 제 1 패턴(220C)의 우측 패턴과 겹쳐지고, 제 2 패턴(226)의 우측 패턴(226C)이 제 1 패턴(220D)의 좌측 패턴과 겹쳐진다. 결과적으로, 제 1 패턴(220C)이 제 2 패턴(226)을 통하여 제 1 패턴(220D)과 전기적으로 연결된다. 즉, 제 1 패턴들(220)은 해당 제 2 패턴들(226)을 통하여 상호 전기적으로 연결된다.
전력 관점에서 살펴보면, 제 1 패턴(220C)으로 입력된 전력은 제 2 패턴(226)을 통하여 제 1 패턴(220D)으로 출력된다.
제 1 패턴들(220C 및 220D)의 측면 패턴(우측 패턴 또는 좌측 패턴)의 길이를 lm1이라 하고 제 2 패턴(226)의 측면 패턴(우측 패턴 또는 좌측 패턴)의 길이를 lm2라 하면, 제 1 패턴(220C 또는 220D)과 제 2 패턴(226)은 최대 lm1 또는 lm2 만큼 ( lm1 과 lm2 중 작은값) 겹칠 수 있다. 일반적으로는, 제 1 패턴(220C 또는 220D)과 제 2 패턴(226)은 도 5(A)에 도시된 바와 같이 일부만이 겹친다.
제 1 패턴(220C 또는 220D) 중 겹치지 않은 패턴의 길이를 ls라 하고 lm1 과 lm2 가 동일한 길이를 가진다고 가정하면, 0≤ls≪lm1이다.
위에서 설명한 바와 같이 제 2 서브 페이즈 쉬프터(202)가 제 1 서브 페이즈 쉬프터(200) 위에서 움직이므로, 제 1 패턴(220C 또는 220D)과 제 2 패턴(226)이 겹치는 영역의 크기가 가변된다. 결과적으로, 상기 움직임에 따라 ls및 전기적 길이(L)가 변화된다. 따라서, 제 1 패턴(220D)으로 출력되는 전력(RF 신호)의 위상(
Figure PCTKR2009003615-appb-I000001
)은 아래의 수학식 1과 같이 ls의 변화, 즉 전기적 길이(L)의 변화에 따라 가변된다.
수학식 1
Figure PCTKR2009003615-appb-M000001
λg는 상기 RF 신호의 파장이다.
위 수학식 1을 참조하면, 위상(
Figure PCTKR2009003615-appb-I000002
)은 ls의 길이 변화에 비례하여 변화됨이 확인된다. 여기서, 전기적 길이(L)는 ls에 비례하여 변화된다.
도 5(A)는 도 4의 패턴들 중 하나의 겹쳐진 패턴만을 고려하였으나, 실제적으로는 n 포트 페이즈 쉬프터인 경우 (n-1)개의 겹쳐진 패턴이 존재한다. 이 경우, 모든 겹쳐진 패턴들의 전기적 길이(lT)는 아래의 수학식 2와 같다.
수학식 2
Figure PCTKR2009003615-appb-M000002
여기서, λg,max는 상기 페이즈 쉬프터의 대역폭에서 가장 큰 파장을 의미하고, λg,min은 상기 대역폭에서 가장 작은 파장을 의미하며, εr은 제 1 기판(210)의 유전상수이다.
수학식 2를 참조하면, 모든 겹쳐진 패턴들의 전기적 길이(lT)는 포트들의 수 및 대역폭 범위에 따른 파장에 따라 가변됨이 확인된다.
위 도 5(A)에 도시된 구조를 다른 관점에서 살펴보면, 도 3에서 제 2 서브 페이즈 쉬프터(202)가 우측 방향으로 이동함에 따라 전기적 길이(L)가 길어지는 경우, 제 1 패턴(220D)으로 출력되는 전력(RF 신호)이 지연되게 된다. 즉, 도 5(A)에 도시된 구조는 페이즈 쉬프터의 일부분에 해당하기도 하지만, 그 자체로도 지연 소자로서 기능할 수 있다. 즉, 본 실시예의 피딩 시스템은 제 1 패턴들(220)과 제 2 패턴들(226)을 겹치는 방법을 통하여 지연 소자로서 기능할 수 있다. 여기서, 상기 지연 정도는 패턴들(220 및 226)의 수 및 겹치는 부분의 길이에 따라 달라질 것이다.
이하, 도 5(A)에 도시된 구조의 단면을 살펴보겠다.
도 5(B)에 도시된 바와 같이, 제 1 유전체 기판(210) 위에 제 1 패턴(220)이 형성되고, 제 2 유전체 기판(212) 위에 제 2 패턴(226)이 형성된다. 또한, 제 1 유전체 기판(210)의 배면에 접지판(404)이 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 1 패턴(220)과 제 2 패턴(226) 사이에 소정 유전율을 가지는 유전체층(402)이 더 위치한다. 예를 들어, 유전체층(402)은 제 1 패턴들(220) 위에 형성되며, 상호변조왜곡(PIMD)를 감소시키거나 부식을 방지하기 위해 사용된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 페이즈 쉬프터의 위상 조정 과정을 도시한 도면이다.
도 6를 참조하면, 제 1 유전체 기판(210) 위에는 예를 들어 n(2이상의 정수)개의 제 3 패턴들(222)이 형성되며, 제 3 패턴들(222)은 n개의 복사 소자들(228)에 연결될 수 있다.
제 1 패턴들(220)과 해당 제 2 패턴들(226)의 겹치는 영역들이 상기 제 2 서브 페이즈 쉬프터의 이동에 따라 모두 일정하게 변화된다고 가정하면, 입력단(제 1 패턴들 중 전단부, 220-1)으로 입력된 전력 중 일부는 위상 변화없이 해당 제 3 패턴(222-1)을 통하여 제 1 복사 소자(228-1)로 전송되고, 나머지 전력은 다음 제 1 패턴(220-2)으로 제공된다. 이 경우, 제 1 패턴(220-2)으로 제공된 전력 중 일부는 패턴들(220 및 226)의 겹치는 영역의 변화(2△l)로 인하여
Figure PCTKR2009003615-appb-I000004
만큼 변화된 위상을 가지고 해당 제 3 패턴(222-2)을 통하여 제 2 복사 소자(228-2)로 전송되고, 나머지 전력은 다음 제 1 패턴(220-3)으로 제공된다. 물론, 제 1 패턴(220-3)으로 제공된 전력 중 일부는 패턴들(220 및 226)의 겹치는 영역의 변화(누적된 영역의 변화이므로 4△l)로 인하여
Figure PCTKR2009003615-appb-I000005
만큼 변화된 위상을 가지고 해당 제 3 패턴(222-3)을 통하여 제 2 복사 소자(228-3)로 전송되고, 나머지 전력은 다음 제 1 패턴(220-4)으로 제공된다.
즉, 도 6(A)에 도시된 바와 같이
Figure PCTKR2009003615-appb-I000006
,
Figure PCTKR2009003615-appb-I000007
,‥‥,
Figure PCTKR2009003615-appb-I000008
만큼 순차적으로 변화된 위상을 가지는 RF 신호들이 해당 복사 소자들(228)로 입력되며, 그 결과 도 6(B)에 도시된 바와 같이 θ만큼 빔의 경사각이 조정될 수 있다.
요컨대, 본 실시예의 페이즈 쉬프터는 제 1 패턴들(220)과 제 2 패턴들(226) 사이의 겹치는 부분들의 길이를 제어하여 원하는 경사각을 구현한다.
종래의 안테나에서는 멀티 포트들을 구현하기 위하여, 즉 다수의 복사 소자들로 전력을 공급하기 위하여 많은 페이즈 쉬프터들이 필요하였다. 그러나, 본 실시예에서는 하나의 페이즈 쉬프터를 사용하여 패턴들(220 및 226)의 수를 증가시키는 방법을 통하여 멀티 포트들을 구현할 수 있으므로, 상기 안테나의 사이즈가 감소할 수 있다.
또한, 종래의 안테나에서는 페이즈 쉬프터들을 각기 제어하여 경사각을 조정하여야 하는 불편함이 있었으나, 본 발명의 페이즈 쉬프터는 제 2 서브 페이즈 쉬프터(202)를 움직이는 간단한 동작만으로 경사각을 조정할 수 있어서 사용상 훨씬 편리해졌다.
게다가, 본 발명의 피딩 시스템은 페이즈 쉬프터로도 사용 가능하지만, 지연 소자 등으로도 사용 가능하며, 즉 다양한 활용이 가능하다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 피딩 시스템을 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 7을 참조하면, 제 1 유전체 기판(700) 위에 제 1 패턴들(710)이 형성되고, 제 2 유전체 기판(702) 위에 제 2 패턴들(712)이 형성된다.
제 2 패턴들(712) 중 일부는 다른 패턴들과 다른 구조를, 예를 들어 다른 사이즈를 가질 수 있다. 즉, 본 실시예의 피딩 시스템의 제 2 패턴들(712)은 도 2에 도시된 제 2 패턴들(226)과는 다른 구조를 가질 수 있다. 물론, 제 1 패턴들(710) 또한 도 2에 도시된 제 1 패턴들(200)에서처럼 모두 동일한 구조를 가지지 않고 일부는 다른 구조, 예를 들어 다른 사이즈를 가질 수 있다.
이러한 구조에서도, 제 2 유전체 기판(702)이 제 1 유전체 기판(700) 위에서 움직이도록 구현될 수 있다.
도 8을 참조하면, 제 1 유전체 기판(800) 위에 제 1 패턴들(810)이 형성되고, 제 2 유전체 기판(802) 위에 제 2 패턴들(812)이 형성될 수 있다. 이 경우에도 제 2 유전체 기판(802)이 제 1 유전체 기판(800) 위에서 움직이도록 구현될 수 있다. 다만, 본 실시예의 제 2 유전체 기판(802)은 직선 경로를 따라서 움직였던 도 2의 제 2 유전체 기판(212)과 달리 도 8에 도시된 바와 같이 곡선 경로를 따라서 움직일 수 있다.
요컨대, 본 실시예의 피딩 시스템에서 제 1 패턴들의 구조, 제 2 패턴들의 구조 및 상기 제 1 패턴들과 상기 제 2 패턴들을 겹치기 위한 방법은 상기 제 1 패턴들과 상기 제 2 패턴들이 겹쳐서 상기 제 1 패턴들을 상호 전기적으로 연결시키는 한 다양하게 변형될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 4의 B 부분을 확대하여 도시한 도면이다. 다만, 도 9는 제 2 서브 페이즈 쉬프터(202)의 구조를 제외하고 제 1 서브 페이즈 쉬프터(200)의 구조만을 도시하였다.
도 9(A)에 도시된 바와 같이, 제 1 패턴(220)은 제 3 패턴(222)과 전기적으로 연결된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제 3 패턴(222)은 제 1 패턴(220) 중 중앙 패턴(902)과 커플링 방식을 통하여 연결되거나 직접적으로 연결될 수 있다. 바람직하게는, 도 4에 도시된 바와 같이 전력이 입력되는 입력단측(전단)은 입력되는 전력의 크기가 크기 때문에 패턴들(220 및 222)의 파괴를 방지하기 위하여 커플링 방식을 사용하고, 전력의 크기가 작아진 후단측은 파괴의 염려가 거의 없으므로 손실(loss, return loss)을 고려하여 제 1 패턴들(220)과 제 3 패턴들(222)이 직접적으로 연결되는 방식을 사용한다.
커플링 방식으로 연결될 때의 구조를 살펴보면, 도 9(B)에 도시된 바와 같이 제 1 패턴(220)과 제 3 패턴(222) 사이에 유전체층(400)이 형성된다.
이하, 도 9에 도시된 구조에서 전력이 전달되는 과정을 살펴보겠다.
제 1 패턴(220)은 좌측 패턴(900), 중앙 패턴(902) 및 우측 패턴(904)으로 이루어지며, 특정 전력은 좌측 패턴(900) 중 입력단 패턴(910)으로 입력된다.
이어서, 입력단 패턴(910)으로 입력된 전력은 좌측 패턴(900) 중 매칭단 패턴(912)을 통과한 후 중앙 패턴(902)에서 우측 패턴(904)과 제 3 패턴(222)으로 분기된다. 이 경우, 상기 전력 분배는 유전체층(400)의 두께(hc), 제 3 패턴(222)의 폭(dp), 제 3 패턴(222)의 길이(lc) 및 중앙 패턴(902)의 폭(dc)에 의해 영향 받는다.
다만, 전력 전달 과정에 있어서 전력의 손실을 최소화시키는 것이 중요하므로, 이를 위한 임피던스 매칭(impedance matching)이 고려된다.
도 9(A)를 다시 참조하면, 제 1 패턴(220)의 좌측 패턴(900)으로부터 제 3 패턴(222)으로 전력이 전달될 때 좌측 패턴(900) 중 매칭단 패턴(912) 및 중앙 패턴(902)이 임피던스 매칭 역할을 수행한다. 상세하게는, 상기 임피던스 매칭은 매칭단 패턴(912)의 폭(dm)과 중앙 패턴(902)의 폭(dc)를 제어함에 의해 이루어질 수 있다. 여기서, 중앙 패턴(902)의 폭(dc)은 유전체층(400)의 두께(hc)에 따른 용량 성분을 조절하기 위한 유도성 성분에 해당한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 매칭단 패턴(912)의 폭(dm)은 입력단 패턴(910)의 폭보다 넓다.
제 1 패턴(220)의 좌측 패턴(900)으로부터 우측 패턴(904)으로 전력이 전달될 때 임피던스 매칭을 고려하면, 좌측 패턴(900) 중 매칭단 패턴(912) 및 중앙 패턴(902)이 임피던스 매칭 역할을 수행한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 매칭단 패턴(912)의 폭(dm)은 입력단 패턴(910)의 폭보다 넓고, 입력단 패턴(910)의 폭은 우측 패턴(904)의 폭과 동일할 수 있다.
즉, 상기 임피던스 매칭은 매칭단 패턴(912)의 폭(dm)과 중앙 패턴(902)의 폭(dc)에 주로 영향을 받는다. 여기서, 제 3 패턴들(222)로 전달되는 전력들의 크기가 다를 수 있으므로, 제 1 패턴들(220)의 매칭단 패턴들(912)의 폭들(dm)도 다를 수 있다. 다시 말하면, 제 1 패턴들(220) 중 일부는 다른 제 1 패턴들과 다른 모양, 예를 들어 다른 폭(dm)을 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 페이즈 쉬프터를 사용하는 안테나의 방사 패턴을 도시한 도면이고, 도 11은 본 발명의 페이즈 쉬프터를 사용하는 안테나에서 경사각에 따른 반사 손실을 도시한 도면이다. 여기서, 도 10의 방사 패턴은 1.71㎓와 2.17㎓ 사이에서 측정된 결과이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 피딩 시스템(페이즈 쉬프터)을 사용하는 안테나에서 주빔(main beam) 외의 minor lobe의 크기가 -20㏈ 이하의 값을 가진다. 종래의 페이즈 쉬프터를 사용하는 안테나에서 minor lobe는 도시하지는 않았지만 -20㏈보다 상당히 크게 나왔다. 즉, 도 10을 통하여 본 발명의 안테나가 종래의 안테나에 비하여 성능이 개선됨이 확인된다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 페이즈 쉬프터를 사용하는 안테나의 반사 손실(return loss)이 경사각의 가변(5개의 경사각)에도 불구하고 -20㏈ 이하로 유지됨이 확인된다. 즉, 상기 안테나가 우수한 반사 손실 특성을 가짐이 확인된다.
상기한 본 발명의 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (27)

  1. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴;
    상기 제 1 기판으로부터 이격되어 위치하는 제 2 기판; 및
    상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함하되,
    상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴은 겹쳐지며, 상기 패턴들 중 겹쳐지는 부분의 전기적 길이는 위상 가변시 변화되는 것을 특징으로 하는 페이즈 쉬프터.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 패턴은 역'U'자 형상을 가지고, 상기 제 2 패턴은 'U'자형 형상을 가지되, 상기 제 1 패턴의 우측 부분과 상기 제 2 패턴의 좌측 부분이 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 페이즈 쉬프터.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴 사이에는 소정 유전율을 가지는 제 1 유전체층이 존재하는 것을 특징으로 하는 페이즈 쉬프터.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 제 1 기판 위에는 복수의 제 1 패턴들이 배열되고, 상기 제 2 기판 위에도 복수의 제 2 패턴들이 배열되되,
    상기 제 1 기판 위에는 상기 제 1 패턴들의 중앙 부분에 전기적으로 연결된 제 3 패턴들이 더 배열되고, 상기 제 3 패턴들은 해당 복사 소자들에 전기적으로 연결되며, 상기 제 1 패턴들은 해당 제 2 패턴들을 통하여 상호 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 페이즈 쉬프터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 패턴들 중 일부와 해당 제 3 패턴은 커플링(Coupling) 방식을 통하여 전기적으로 연결되며, 다른 제 1 패턴과 해당 제 3 패턴은 직접적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 페이즈 쉬프터.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 커플링 방식을 통하여 연결되는 제 1 패턴과 해당 제 3 패턴 사이에는 제 2 유전체층이 존재하는 것을 특징으로 하는 페이즈 쉬프터.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 패턴들 중 적어도 하나는 다른 제 3 패턴들과 다른 길이 또는 다른 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 페이즈 쉬프터.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 기판 위에는 상기 제 3 패턴들 사이에 존재하여 상기 제 3 패턴들 사이의 커플링을 방지하는 커플링 방지 소자가 더 형성되는 것을 특징으로 하는 페이즈 쉬프터.
  9. 제 4 항에 있어서, 특정 제 1 패턴의 좌측 부분(역 'U'자 형상 중 좌측 부분)으로 급전된 전력 중 일부는 중앙 부분(역 'U'자 형상 중 중앙 부분)에서 해당 제 3 패턴으로 커플링 방식을 통하여 제공되고, 나머지 전력은 상기 중앙 부분에서 우측 부분(역 'U'자 형상 중 우측 부분)으로 제공되되,
    상기 제 1 패턴의 좌측 부분 중 일부분의 폭은 다른 부분의 폭과 다른 것을 특징으로 하는 페이즈 쉬프터.
  10. 제 4 항에 있어서, 상기 제 3 패턴의 길이는 상기 페이즈 쉬프터의 주파수에 비례하여 변화되는 것을 특징으로 하는 페이즈 쉬프터.
  11. 제 2 항에 있어서, 위상 가변시 상기 제 1 기판은 고정되고 상기 제 2 기판은 가변되고, 상기 제 2 패턴들 중 일부는 다른 제 2 패턴들과 다른 모양을 가지며, 상기 제 1 기판의 배면에는 접지판이 형성되는 것을 특징으로 하는 페이즈 쉬프터.
  12. 제 1 기판; 및
    상기 제 1 기판 위에 배열된 도체인 제 1 패턴을 포함하되,
    상기 제 1 패턴은 상기 제 1 기판과 소정 거리 이격되어 위치하는 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴과 겹쳐지며, 상기 패턴들이 겹쳐지는 부분의 전기적 길이는 위상 가변시 변화되는 것을 특징으로 하는 서브 페이즈 쉬프터.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 제 1 패턴은 역'U'자 형상을 가지고, 상기 제 2 패턴은 'U'자 형상을 가지되, 상기 제 1 패턴의 우측 부분과 상기 제 2 패턴의 좌측 부분이 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 서브 페이즈 쉬프터.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 패턴 위에는 제 1 유전체층이 배열되며, 상기 제 1 유전체층은 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 서브 페이즈 쉬프터.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 제 1 기판 위에는 복수의 제 1 패턴들이 배열되고, 상기 제 2 기판 위에도 복수의 제 2 패턴들이 배열되되,
    상기 제 1 패턴들은 해당 제 2 패턴들을 통하여 상호 전기적으로 연결되고, 상기 서브 페이즈 쉬프터는 상기 제 1 기판 위에서 상기 제 1 패턴들의 중앙 부분에 전기적으로 연결된 제 3 패턴들(해당 복사 소자와 전기적으로 연결됨)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 페이즈 쉬프터.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 패턴들 중 일부와 해당 제 3 패턴은 커플링 방식을 통하여 전기적으로 연결되며, 다른 제 1 패턴과 해당 제 3 패턴은 직접적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 서브 페이즈 쉬프터.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 서브 페이즈 쉬프터는 상기 커플링 방식을 통하여 연결되는 제 1 패턴과 해당 제 3 패턴 사이에 위치하는 제 2 유전체층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 페이즈 쉬프터.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 제 3 패턴들 중 적어도 하나는 다른 제 3 패턴들과 다른 길이 또는 다른 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 서브 페이즈 쉬프터.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 서브 페이즈 쉬프터는 상기 제 3 패턴들 사이에 위치하여 상기 제 3 패턴들 사이의 커플링을 방지하는 커플링 방지 소자를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서브 페이즈 쉬프터.
  20. 제 15 항에 있어서, 특정 제 1 패턴의 좌측 부분(역 'U'자 형상 중 좌측 부분)으로 급전된 전력 중 일부는 중앙 부분(역 'U'자 형상 중 중앙 부분)에서 해당 제 3 패턴으로 커플링 방식을 통하여 제공되고, 나머지 전력은 상기 중앙 부분에서 우측 부분(역 'U'자 형상 중 우측 부분)으로 제공되되,
    상기 제 1 패턴의 좌측 부분 중 일부분의 폭은 다른 부분의 폭과 다른 것을 특징으로 하는 서브 페이즈 쉬프터.
  21. 제 15 항에 있어서, 상기 제 3 패턴의 길이는 상기 페이즈 쉬프터의 주파수에 비례하여 변화되는 것을 특징으로 하는 페이즈 쉬프터.
  22. 그 위에 도체인 제 1 패턴이 배열된 제 1 기판과 소정 이격되어 위치하는 제 2 기판; 및
    상기 제 2 기판 위에 배열된 도체인 제 2 패턴을 포함하되,
    상기 제 2 패턴은 상기 제 1 패턴과 겹쳐지며, 상기 패턴들 중 겹쳐지는 부분의 전기적 길이는 위상 가변시 변화되는 것을 특징으로 하는 서브 페이즈 쉬프터.
  23. 제 22 항에 있어서, 상기 제 1 패턴은 역'U'자 형상을 가지고, 상기 제 2 패턴은 'U'자 형 형상을 가지되, 상기 제 1 패턴의 우측 부분과 상기 제 2 패턴의 좌측 부분이 겹쳐지는 것을 특징으로 하는 서브 페이즈 쉬프터.
  24. 제 1 기판;
    상기 제 1 기판 위에 배열되며, 역 'U'자 형상을 가지는 도체인 제 1 패턴;
    상기 제 1 기판으로부터 이격되어 위치하는 제 2 기판; 및
    상기 제 2 기판 위에 배열되며, 'U'자 형상을 가지는 도체인 제 2 패턴을 포함하되,
    상기 제 1 패턴의 우측 부분과 상기 제 2 패턴의 좌측 부분이 겹쳐지며, 상기 패턴들 중 겹쳐지는 부분의 전기적 길이는 위상 지연에 비례하여 변화되는 것을 특징으로 하는 지연 소자.
  25. 제 24 항에 있어서, 상기 제 1 패턴과 상기 제 2 패턴 사이에는 유전체층이 존재하는 것을 특징으로 하는 지연 소자.
  26. 제 24 항에 있어서, 위상 지연시 상기 제 1 기판은 고정된 상태에서 상기 제 2 기판이 움직이며, 상기 제 1 기판의 배면에는 접지판이 형성되는 것을 특징으로 하는 지연 소자.
  27. 제 24 항에 있어서, 상기 제 1 패턴의 우측 부분과 상기 제 2 패턴의 좌측 부분의 길이가 동일한 것을 특징으로 하는 지연 소자.
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