WO2020040624A1 - 빔 조향 및 집속을 위한 안테나 장치 - Google Patents

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니콜레비치 마쿠린미카일
이종민
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Definitions

  • the present disclosure relates to an antenna apparatus for beam steering and focusing.
  • One embodiment of the present disclosure provides an efficient antenna device for beam steering and focusing.
  • the signal splitter for dividing the first signal received from the signal source to generate a second signal containing the N in-phase signals
  • a signal source virtual beam controller for generating a third signal including N signals by shifting the phase of each signal included in the second signal, and shifting the phase of each signal included in the third signal by 0 degrees or 180 degrees.
  • a transmission beam control unit for generating a fourth signal including N signals, and a transmitter including N transmission antennas for transmitting each signal included in the fourth signal. can do.
  • the signal dividing unit includes a signal supply unit for transmitting the first signal, and a receiver including N reception antennas for receiving the first signal from the signal supply unit.
  • the first signal may be provided in phase with the N reception antennas.
  • the N reception antennas may be provided in an antenna near the field (radiative near-field region) of the signal supply.
  • the N receive antennas are disposed on a plane
  • the signal supply unit includes a waveguide for transmitting the first signal to reach the N receive antennas in a plane wave.
  • An antenna device can be provided.
  • the N receiving antennas may be arranged on a plane at regular intervals
  • the signal supply unit may provide an antenna device, characterized in that it comprises N transmit antennas arranged on the plane at a predetermined interval. have.
  • the N receive antennas are arranged on a plane at regular intervals
  • the signal supply unit includes N transmit antennas arranged on a plane on a semi-periodical basis to correspond to the predetermined intervals.
  • An antenna device can be provided.
  • each of the N reception antennas is a slot antenna formed on the ground plane
  • the signal source virtual beam control unit can provide an antenna device characterized in that coupled to the slot antenna via a stripline. have.
  • the signal source virtual beam control unit the phase of each signal included in the third signal is phased so that the phase is the same as when the first signal is transmitted at one point to reach the N transmit antennas It is possible to provide an antenna device characterized in that the transition.
  • the N transmit antennas are arranged on a plane at regular intervals, and the signal source virtual beam control unit has a phase of each signal included in the third signal, and the first signal is the center of the plane.
  • the antenna device can be provided by shifting the phase so as to be the same as when the transmission is transmitted at a point away from the plane perpendicular to the plane and reaches the N transmission antennas.
  • the signal source virtual beam control unit may provide an antenna device, characterized in that the value for shifting the phase of each signal included in the second signal is a fixed value.
  • the signal source virtual beam control unit may provide an antenna device, characterized in that for changing the phase of each signal included in the second signal through a delay line by a fixed value.
  • an antenna device may be provided such that a difference in length between delay lines with respect to signals included in the second signal is limited within a wavelength.
  • the transmission beam control unit depending on the phase shift value of each signal for adjusting the transmission beam on the assumption that the signals included in the third signal is in phase, 0 degrees or 180 degrees to the phase shift value to be applied to each signal It is possible to provide an antenna device characterized in that the degree is determined.
  • the transmission beam control unit based on the phase shift value of each signal for adjusting the transmission beam on the assumption that the signals included in the third signal is in phase, of the respective signals by the signal source virtual beam control unit According to the sum of the phase shift values, an antenna device may be provided, wherein the phase shift value to be applied to each signal is determined to be 0 degrees or 180 degrees.
  • the transmission beam control unit based on the phase shift value of each signal for adjusting the transmission beam on the assumption that the signals included in the third signal is in phase, of each signal by the signal source virtual beam control unit According to a value obtained by subtracting a phase shift value, an antenna device may be provided, wherein the phase shift value to be applied to each signal is determined to be 0 degrees or 180 degrees.
  • each of the N transmit antennas can be provided with an antenna device, characterized in that formed in a rectangular patch with the corners diagonally processed so that the transmission signal is circularly polarized.
  • the antenna device comprises a multi-layered substrate comprising three main layers, wherein the first main layer of the multi-layered substrate has a phase of zero degrees of the radiation signal of the transmitter and the patch antenna including the patch antenna.
  • the transmission beam adjusting unit including a switching element that can be changed by 180 degrees, and wherein the second main layer below the first main layer of the multilayer substrate includes a fixed phase shift section by a delay line.
  • a virtual beam adjuster wherein the third major layer below the second major layer of the multilayer substrate includes the receiver including a receive antenna array.
  • the antenna device comprises a multi-layered substrate comprising two main layers, the first main layer of the multi-layered substrate having a zero degree phase of the radiation signal of the transmitter and the patch antenna including the patch antenna.
  • the transmission beam adjusting unit including a switching element that can be changed by 180 degrees, wherein the second main layer below the first main layer of the multilayer substrate includes a fixed phase shift section by a delay line.
  • an original virtual beam adjuster wherein the ground layer below the second major layer of the multilayer substrate comprises the receiver comprising a slot antenna array.
  • a receiver including N signal receivers, a signal source virtual beam control unit for shifting the phase of each of the N signals received by the N signal receivers, the signal source virtual beam control A transmission beam adjuster for shifting the phase of each of the N signals phase shifted by 0 degrees or 180 degrees, and N transmit antennas for transmitting each of the N signals shifted phase by the transmit beam adjuster; It can provide an antenna device comprising a transmitting unit comprising.
  • the signal source virtual beam adjuster when the same first signal is received by the N signal receiver, the phase of the N signals phase shifted by the signal source virtual beam adjuster,
  • An antenna device can be provided which shifts a phase so as to be the same as when one signal is transmitted at one point and reaches N transmit antennas arranged in a plane.
  • An embodiment of the present disclosure includes a program stored in a computer-readable recording medium for executing a method according to an embodiment of the present disclosure on a computer.
  • An embodiment of the present disclosure includes a computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing a method according to an embodiment of the present disclosure on a computer.
  • One embodiment of the present disclosure provides a simple, small, inexpensive and efficient antenna device.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an antenna device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2A illustrates a side view of a unit cell structure of a controllable antenna array and a plan view of a third main layer of the cell according to an embodiment of the present disclosure.
  • 2B is a side view of a unit cell structure of a controllable antenna array according to an embodiment of the present disclosure and a plan view of a second main layer of a cell.
  • 2C is a side view of a unit cell structure of a controllable antenna array according to an embodiment of the present disclosure and a plan view of a first main layer of a cell.
  • FIG. 3 is a view illustrating a beam steering / focusing method by a method of controlling a phase of a conventional TX device.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of simulating the beam steering / focusing method of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a steering / focusing method based on a virtual focus according to one embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a simulation of the beam steering / focusing method of FIG. 5.
  • FIG. 7 illustrates a semi-periodic structure of a fixed feed array according to an alternative embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a side view (sectional view) of a unit cell structure of a controllable antenna array and a plan view of a second main layer of the cell according to an alternative embodiment of the present disclosure.
  • FIG 9 illustrates an alternative embodiment of a patch antenna of a first major layer of a unit cell of a controllable antenna array.
  • FIG. 10 is a block diagram schematically illustrating a configuration of an antenna device according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a signal splitter according to an embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 12 is a block diagram showing the detailed configuration of the signal splitter shown in FIG. 11 in the configuration of the antenna device shown in FIG.
  • an antenna device may include a fixed feed array and a controllable antenna array (discrete control lens).
  • the antenna device may be used for transmission and reception.
  • the side dimensions of the two antenna arrays can be basically the same.
  • the apertures of the fixed feed array and the controllable antenna array may be the same.
  • the fixed feed array may receive energy through the input stage and distribute the received energy to N antenna radiating elements that form a radiating aperture. Fixed feed arrays should have low losses. To this end, the fixed feed array can be formed based on a metallic waveguide structure.
  • the radiating element of the fixed feed array may be periodically arranged in front of the corresponding receiving element (RX element) of the controllable antenna array.
  • the radiating elements of the fixed feed array and the receiving elements of the controllable antenna array may be arranged in parallel with each other.
  • the fixed feed array may include a power distribution circuit having a plurality of outputs, where each output may excite a single radiating element or group of radiating elements.
  • the power distribution circuit can be based on a metal waveguide structure.
  • Fixed feed arrays can emit radio waves with linear polarization. Any suitable antenna array may be used as the fixed feed array, for example, the following may be used.
  • the power distribution circuit may be a two-dimensional structure that realizes the same number of outputs as the number of opening elements.
  • the power distribution circuit may be a one-dimensional structure that realizes an output number equal to the number of slotted waveguides.
  • the power distribution circuit may be a multi-sectional radial waveguide in which slots are formed according to the fixed array opening shape.
  • the power divider / combiner may be a 2D structure that realizes the number of outputs such as the number of slots.
  • Controllable antenna arrays are used for beam steering or beam focusing.
  • the controllable antenna array may have a multilayer planar structure (multilayer printed circuit board) comprising three main layers as follows.
  • the first main layer may comprise a transmitting element (TX element) having a reconfigurable structure which is capable of phase shifting of 0 degrees or 180 degrees with respect to the transmit / receive signal periodically arranged.
  • TX element transmitting element
  • 0 degrees and 180 degrees may be any state of a predefined TX device.
  • the second main layer can comprise a connection structure with a fixed phase shift, connecting the TX element and the RX element.
  • the third main layer may comprise an RX element that receives radio waves from the radiating elements of the fixed feed array, arranged periodically.
  • the fixed feed array and the controllable antenna array may have the same period (interval) between the elements, which may be denoted D x , D y for the x and y axes, respectively.
  • This period may be selected according to the single beam steering condition as follows.
  • ⁇ is the wavelength and ⁇ S max is the maximum beam steering angle.
  • the distance between the two arrays can be determined according to the following formula.
  • D array is the maximum length of the controllable antenna array.
  • the distance between the arrays should be high enough to exclude the possibility that the reactive field of the radiating elements of the fixed feed array will be coupled with the controllable antenna array. That is, D coupling > ⁇ / 4.
  • This assumption means that the arrays are placed in the Fresnel Region, i.e., the radial near-field region of the array.
  • a controllable antenna array is a planar multilayer printed circuit board (PCB) consisting of three main layers, with a ground layer between the main layers.
  • PCB printed circuit board
  • FIGS. 2A-2C the operation of a unit cell of a controllable antenna array for a TX mode, i.e., when a signal is transmitted from an input of the antenna to a controllable antenna array via a fixed feed array, will now be described.
  • the third major layer of the cell may comprise a receiving antenna element (RX element) in the form of a rectangular patch antenna with linear polarization.
  • RX element receiving antenna element
  • elliptical patch elements may be used as receive antenna elements.
  • the patch antenna may be connected to the second major layer through a plated VIA hole through the window of the second ground layer. VIA holes can be made according to standard production techniques for multilayer printed circuit boards.
  • the second ground layer may provide shielding for patch antennas of the third major layer and shielding for transmission lines of the second major layer.
  • the electromagnetic field radiated by the elements of the fixed feed array may be received by the RX elements of the controllable antenna array and transferred to the second major layer for phase shift and transmission to the TX elements.
  • connection between the patch antenna and the second major layer may be through a slot opening in the second ground layer.
  • Slot openings can be made in the form of rectangular or dumbbell-shaped slots.
  • a strip conductor orthogonal to the long side of the slot opening can be connected with the patch antenna next to the second ground layer.
  • FIG. 2B is a side view (sectional view) of a unit cell structure of a controllable antenna array according to an embodiment of the present disclosure and a plan view of a second main layer of the cell.
  • the electromagnetic signal may enter the strip communication line of the second major layer through the VIA connecting from the third major layer to the second major layer.
  • the signal can then pass through a fixed phase transition period made in the form of a delay line (transmission line) having a length L PS .
  • Each unit cell of the controllable antenna array may have its own different LPS transmission line, calculated according to the principles described below.
  • the mmWave electromagnetic signal may be supplied to the TX device through the window of the first ground layer through the VIA connecting from the second major layer to the first major layer.
  • the low frequency control signal may be applied to the TX element via a VIA connected from the low frequency control line to the TX element from the second major layer to the first major layer.
  • a bandstop filter can be used to separate the low frequency control line and the mmWave signal to prevent the mmWave signal from reaching the low frequency control line.
  • This may be a filter made of a parallel connected radial line segment (shown in the figure) or a quarter wave open segment of a parallel connected transmission line between the low frequency control line and the VIA connected from the second main layer to the first main layer.
  • the low frequency control signal may be a DC signal.
  • 2C is a side view (sectional view) of a unit cell structure of a controllable antenna array according to an embodiment of the present disclosure and a plan view of a first main layer of a cell.
  • the first major layer may comprise a TX element in the form of a rectangular patch antenna with oblique diagonally cut edges to excite radiation with circularly polarized light. Slots may be made in the patch-antenna, and within the slots, VIA may come from the second major layer to the first major layer.
  • the patch antenna can be excited by connecting the main portion of the patch antenna from the second main layer to the VIA by the controllable switching element.
  • the switching elements have the same direction as shown in FIG.
  • the TX element forms circularly polarized radiation in phase of 0 degrees or 180 degrees.
  • the closed switching element opens and the open switching element closes.
  • the structure of the patch antenna can be grounded through a grounded VIA connected via a millimeter wave band reject filter. This ground is to implement low frequency control of the switching element. Since the control potential is supplied to the structure-oriented controllable element via VIA connected from the second major layer to the first major layer, ground can be designed to provide zero potential to the surface of the patch antenna.
  • the low frequency control signal should be bipolar (eg ⁇ 1V). That is, when a signal is supplied, one of the devices is opened, the other is closed, and reversed when the polarity of the signal changes.
  • An antenna according to an embodiment of the present disclosure has a small size, low loss, and a simple structure.
  • a PIN diode, a MEMS switch, a photoconductive switch, or the like may be used as the switching element.
  • the antenna described above in the RX mode operates as follows.
  • the signal is passed from the free space controllable array of TX elements to the fixed array elements through the interaction region and to the output of the fixed array connected to the receiver via the fixed array splitting system.
  • Planar waves arrive at a controllable antenna array from a fixed feed array (not shown).
  • a fixed feed array not shown
  • R i is the distance between the i th element with coordinates (x i , y i , 0) and the focal M with coordinates (x, y, z).
  • the controllable state of the TX device can be determined by converting ⁇ i to two states. For example, after removing an integer multiple of 2 ⁇ from ⁇ i , the controllable state of the TX element can be determined according to the following relationship.
  • a mod b is the operation to find the remainder of the division, a is the dividend and b is the divisor.
  • the phase shift of the ith TX element can be determined based on the following equation.
  • ⁇ S and ⁇ S are the elevation angles and azimuth angles in the required beam steering direction, respectively.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of simulating the beam steering / focusing method of FIG. 3.
  • the left side of FIG. 4 shows the phase distribution results (0,180 degrees) for a 16x16 array of TX elements.
  • a parasitic mirror beam is formed. Parasitic mirror beams are very undesirable because their presence causes a loss of energy equal to the amount of energy of the main beam, reducing the efficiency of the wireless system when using the mmWave antenna array. This is a major drawback when applying the Fresnel lens principle directly to the steering lens array.
  • a steering / focusing method based on a virtual focus will now be described with reference to FIG. 5.
  • a fixed phase shift for each unit cell of the controllable antenna array is proposed.
  • the controllable antenna array is irradiated with spherical waves from a virtual focal point (virtual point emitter) with coordinates (0, 0, -F).
  • the controllable antenna array is irradiated with plane waves from the fixed feed array.
  • a phase shift can be added for each unit cell of the controllable antenna array using a fixed phase shift interval in the second major layer of the cell.
  • Each fixed phase shift section should have the following phase shift.
  • the length increase ⁇ L PSi of the delay line of the i-th unit cell with respect to the length L PS min of the delay line of the unit cell having the minimum phase shift of the controllable antenna array can be calculated by the following formula.
  • phase shift min ( ⁇ VFi ) corresponds to the phase shift of the unit cell having the minimum phase shift of the controllable antenna array
  • ⁇ PS is a propagation constant of the fixed phase shift period. to be.
  • the unit cell having the minimum phase shift may be a unit cell in the center of the controllable antenna array.
  • L PS min may be formed for a specific tracking configuration of the mmWave signal transmission line of the second major layer of the controllable antenna array.
  • L PS min may be the minimum length of a transmission line between two VIAs connecting the second main layer with the first main layer and the third main layer.
  • the length of the fixed phase shift interval of the i-th unit cell may be calculated as follows.
  • the total phase shift of each i-th cell may be considered.
  • ⁇ i may be calculated according to the above-described equations for beam focusing and steering.
  • the state of the TX element may be determined according to the above-described equation.
  • the final phase distribution for all TX elements of the controllable antenna array can be obtained from the following formula:
  • the controllable state of the TX device can be determined by converting ⁇ FULLi into two states.
  • the state of the TX element may be determined using ⁇ FULLi instead of ⁇ i in the above-described formula. That is, after removing an integer multiple of 2 ⁇ from ⁇ FULLi , the controllable state of the TX element can be determined according to the following relationship.
  • the final phase distribution for all TX elements of the controllable antenna array can be obtained from the following formula:
  • the compensation phase shift of each i th cell may be taken into account to realize beam focusing / steering.
  • ⁇ i may be calculated according to the above-described equations for beam focusing and steering.
  • ⁇ COMPi can be converted into two states to determine the controllable state of the TX element.
  • the state of the TX element may be determined using ⁇ COMPi instead of ⁇ i in the above-described formula. That is, after removing the integer multiple of 2 ⁇ from ⁇ COMPi , the controllable state of the TX element can be determined according to the following relationship.
  • the final phase distribution for all TX elements of the controllable antenna array can be obtained from the following formula:
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a simulation of the beam steering / focusing method of FIG. 5.
  • FIG. 6 shows the phase distribution obtained for a 16x16 array of TX elements. 6 shows the calculated radiation pattern. As can be seen from the radiation pattern, when using the phase control method of the TX element according to the present disclosure, no parasitic beam is formed. Thus, this embodiment has a considerably lower loss compared to the embodiment of FIG.
  • Antenna according to the present disclosure is capable of both beam steering and beam focusing.
  • the mirror effect can be eliminated by using a virtual focus that can obtain a characteristic of a direction pattern similar to a lens array having a radiator at a real focus, which is a certain distance from the controllable lens array plane.
  • This actual focal length is typically similar to the horizontal size of the array.
  • the overall size of the antenna according to the present disclosure is much smaller than the prior art structure.
  • the antenna control method according to the present disclosure may be implemented by a processing device that executes program code recorded in a computer readable medium.
  • the fixed feed array may have a quasi-periodic structure. That is, the radiating elements of the fixed feed array may be placed semi-periodically along the x and y axes. The arrangement of these elements may be desirable in accordance with engineering considerations related to the wiring of the excitation channel of the fixed array elements. In this case, the RX elements and the TX elements of the controllable antenna array may be arranged periodically.
  • the elements of the fixed feed array can be grouped into groups of N1 elements, for example, and the distances on the x and y axes between the elements of the fixed feed array in the group and the distances between the elements of the controllable antenna array are not equal, so D ' Although x (y) ⁇ D x (y) , groups of elements of the fixed feed array may be periodically arranged at intervals of N 1 * D x (y) . This arrangement makes it possible to expand the area of the antenna.
  • the excitation signal enters through a slot (slot antenna) of the second ground layer and is received by the strip line link of the second major layer via electromagnetic coupling.
  • the second ground layer forms the conductive element of the slot antenna and also forms a shield for the transmission line of the second main layer.
  • the unit cell of the controllable antenna array according to the present embodiment operates in a similar manner to the embodiment of FIGS. 2B-2C.
  • This embodiment provides a simpler cell structure of a controllable antenna array. This embodiment has a narrower bandwidth that matches the slot RX elements of the controllable antenna array compared to the patch elements of the controllable antenna array.
  • FIG. 9 illustrates an alternative embodiment of a patch antenna of a first major layer of a unit cell of a controllable antenna array.
  • a rectangular patch antenna that is linearly polarized may be used as the TX element of the first major layer of the unit cell of the controllable antenna array. Such an embodiment may be useful in a linearly polarized communication system.
  • phase shift provided by the fixed phase shift interval of each cell of the controllable antenna array may be reduced by an integer multiple of 2 ⁇ radians as follows:
  • Antennas according to the present disclosure may be used in the millimeter wavelength range, but alternatively any wavelength range capable of radiating and controlled steering / focusing of electromagnetic waves may be used.
  • any wavelength range capable of radiating and controlled steering / focusing of electromagnetic waves may be used.
  • short waves, submillimeter (terra hertz) radiation, and the like can be used.
  • the small and very effective steering antenna array system of the present disclosure can be used in wireless communication systems of the enhanced 5G and WiGig standards.
  • both the base station and the antenna of the terminal can use the present disclosure.
  • the base station can realize beam steering by time division between users.
  • the antenna of the user terminal may be steered to the base station location.
  • the present disclosure can be used for all types of LWPT systems, namely outdoor / indoor, automobiles, mobiles and the like. High power transfer efficiency is guaranteed in all scenarios.
  • the power delivery device can be built using the antenna array structure described above, thus realizing beam steering for beam charging for devices in charge in the near field or devices located in the far field.
  • the proposed antenna When used in robotics, the proposed antenna can be used to detect / avoid obstacles.
  • the present disclosure can also be used for automotive radar.
  • an antenna device 100 may include a signal splitter 110, a signal source virtual beam adjuster 120, a transmit beam adjuster 130, and a transmitter 140. It may include.
  • the signal dividing unit 110 may generate a second signal including N in-phase signals by dividing the first signal received from the signal source.
  • the second signal is a set of signals including a plurality of signals.
  • the division of the signal may be a power division of the signal.
  • the signal divider may be a conventional wired power divider, or may divide the signal into N using an antenna array as described above.
  • the signal source virtual beam controller 120 may generate a third signal including N signals by shifting the phase of each signal included in the second signal.
  • the third signal is a set of signals including a plurality of signals.
  • the signal source virtual beam control unit 120 shifts the phases of the in-phase signals generated by dividing the signal received from the signal source differently, so as to obtain an effect as if a specific type of beam is emitted from the signal source. Can be.
  • the signal source virtual beam adjuster 120 shifts the phase so that the phase of each signal included in the third signal is the same as when the first signal is transmitted at one point and reaches the N transmit antennas of the transmitter 140.
  • N transmit antennas of the transmitter 140 may be disposed on a plane.
  • N transmit antennas of the transmitter 140 may be disposed on a plane at regular intervals.
  • the signal source virtual beam adjuster 120 reaches a phase of each signal included in the third signal at the N transmit antennas of the transmitter 140 arranged at regular intervals on the plane by transmitting the first signal at one point. You can shift the phase to be the same as in one case.
  • the N transmit antennas of the transmitter 140 are arranged on a plane at regular intervals, and the signal source virtual beam controller 120 has a phase of each signal included in the third signal, and a first signal from the center of the plane.
  • the phase may be shifted to be the same as when the transmission is transmitted at a point away from the plane perpendicular to the plane and reaches N transmission antennas of the transmitter 140.
  • a value at which the signal source virtual beam controller 120 shifts the phase of each signal included in the second signal may be a fixed value.
  • the signal source virtual beam controller 120 may shift the phase of each signal included in the second signal by a fixed value through a delay line.
  • the length difference between the delay lines with respect to the signals included in the second signal may be larger than the wavelength, but in this case, the length difference between the delay lines may be limited within the wavelength by reducing the length by an integer multiple of the wavelength.
  • the signal source virtual beam controller 120 may include the fixed phase shift section of the second main layer described above.
  • the transmission beam adjuster 130 may generate a fourth signal including N signals by shifting the phase of each signal included in the third signal by 0 degrees or 180 degrees, and the transmitter 140 may transmit the fourth signal. It may include N transmit antennas for transmitting each signal included. That is, the transmission beam adjuster 130 may perform beam steering or beam focusing by shifting phases of signals transmitted through the N transmit antennas of the transmitter 140.
  • the transmission beam adjuster 130 may determine a phase shift value of 0 degrees or 180 degrees to be applied to each signal according to the phase shift value of each signal for adjusting the transmission beam under the assumption that the signals included in the third signal are in phase. have.
  • the control of the transmission beam may include beam steering or beam focusing.
  • the transmission beam control unit 130 shifts the phase shift of each signal by the signal source virtual beam control unit 120 to the phase shift value of each signal for adjusting the transmission beam under the assumption that the signals included in the third signal are in phase. Depending on the value added, it is possible to determine a phase shift value of 0 degrees or 180 degrees to be applied to each signal.
  • the transmission beam adjuster 130 shifts the phase of each signal by the signal source virtual beam adjuster 120 at a phase shift value of each signal for adjusting the transmission beam under the assumption that the signals included in the third signal are in phase. Depending on the subtracted value, it is possible to determine a phase shift value of 0 degrees or 180 degrees to be applied to each signal.
  • Each of the N transmit antennas of the transmitter 140 may be formed as a rectangular patch having an edge diagonally processed so that the transmission signal is circularly polarized. Rectangular patches can only be diagonally facing two corners.
  • circular polarization may be a concept including elliptical polarization as well as complete circular polarization.
  • the transmission beam adjuster 130 may include the switching element of the first main layer described above, and the transmitter 140 may include the patch antenna of the first main layer described above.
  • the antenna device according to the present invention is an expensive phase shifter. Not required, beam conditioning can be done with a 1-bit signal per cell.
  • the signal divider 110 may include a signal supply 111 and a receiver 112.
  • the signal supply unit 111 may transmit the first signal to the receiver 112.
  • the receiver 112 may receive the first signal and output a second signal including N in-phase signals.
  • the receiver 112 may include N signal receivers.
  • the signal receiver may be an antenna that receives the first signal from the signal supply 111.
  • the receiver 112 includes N reception antennas for receiving the first signal from the signal supply 111, and the first signal transmitted from the signal supply 111 may be received in phase with the N reception antennas.
  • the N reception antennas of the receiver 112 may be disposed in the radiation short range region, that is, the Fresnel region, of the signal supply 111.
  • the N reception antennas of the reception unit 112 may be disposed on a plane, and the signal supply unit 111 may include a wave guide for transmitting the first signal to the N reception antennas as plane waves.
  • Antennas arranged on a plane may include antennas arranged on a straight line.
  • the N receive antennas of the receiver 112 may be arranged on a plane at regular intervals.
  • the signal supply unit 111 may include N transmit antennas arranged on a plane at intervals equal to the interval between the N receive antennas of the receiver 112.
  • the constant interval may include a constant interval in the x-axis direction and a constant interval in the y-axis direction.
  • the plane in which the N reception antennas of the reception unit 112 are arranged may be parallel to the plane in which the N transmission antennas of the signal supply unit 111 are arranged.
  • the signal supply unit 111 may include N transmit antennas arranged on a plane in a semi-periodical manner so as to correspond to a gap between the N receive antennas.
  • Each of the N reception antennas of the reception unit 112 is a slot antenna formed on the ground plane, and the signal source virtual beam control unit 120 may be coupled with the slot antenna through a stripline.
  • the stripline of the signal source virtual beam controller 120 may be orthogonal to the opening long side of the slot antenna.
  • the signal supply 111 may include the radiating element of the fixed feed array described above, and the receiver 112 may include the receiving element of the third main layer described above.
  • the receiver 112 may include a slot antenna of the second ground layer described with reference to FIG. 8.
  • FIG. 12 is a block diagram showing the detailed configuration of the signal splitter shown in FIG. 11 in the configuration of the antenna device shown in FIG.
  • the antenna device 200 according to an embodiment of the present disclosure may be a lens device except for the signal supply unit 111. That is, the antenna device 200 according to an embodiment of the present disclosure includes a receiver 112 including N signal receivers, and a signal source virtual for shifting the phase of each of the N signals received by the N signal receivers.
  • the antenna device 200 may include the controllable antenna array described above.
  • the signal source virtual beam adjuster 120 phases the N signals that are phase shifted by the signal source virtual beam adjuster 120. It is possible to shift the phase to be the same as when reaching N transmit antennas which are transmitted at one point and arranged in the plane.
  • the signal source virtual beam adjuster 120 reaches a phase of each signal included in the third signal, and the first signal is transmitted at one point and reaches N transmit antennas of the receiver 112 arranged at regular intervals on a plane. You can shift the phase to be the same as in one case.
  • the N transmit antennas of the receiver 112 are arranged on a plane at regular intervals, and the signal source virtual beam adjuster 120 has a phase of each signal included in the third signal, and a first signal from the center of the plane.
  • the phases may be shifted so as to be the same as when they are transmitted at a point separated by a predetermined distance in a direction perpendicular to the plane and reach the N transmit antennas of the receiver 112.
  • the transmission beam control unit 130 is a signal of the phase shift value of each signal for adjusting the transmission beam under the assumption that the signals to apply a phase shift of 0 degrees or 180 degrees, in phase, each signal by the signal source virtual beam control unit 120
  • the phase shift value 0 or 180 degrees to be applied to each signal may be determined according to the addition or subtraction of the phase shift value of.
  • the antenna device 200 includes a multi-layer substrate including three main layers, and the first main layer of the multi-layer substrate has a phase of the radiation signal of the transmitter 140 and the patch antenna including the patch antenna at 0 degrees or 180 degrees.
  • a signal source virtual beam control unit including a transmission beam control unit 130 including a switching element that can be changed, and a second main layer below the first main layer including a fixed phase shift section by a delay line ( 120, and the third major layer below the second major layer may include a receiver 112 that includes a receive antenna array.
  • the antenna device 200 includes a multi-layer substrate including two main layers, and the first main layer of the multi-layer substrate has a phase of the radiation signal of the transmitter 140 and the patch antenna including the patch antenna at 0 degrees or 180 degrees.
  • a signal source virtual beam control unit including a transmission beam control unit 130 including a switching element that can be changed, and a second main layer below the first main layer including a fixed phase shift section by a delay line ( 120, and the ground layer below the second major layer may include a receiver 112 that includes a slot antenna array.
  • Embodiments of the present disclosure may be written as a program product executable by a computer, and the written program may be stored in a computer-readable recording medium.
  • Computer-readable recording media include all recording media such as magnetic media, optical media, ROM, RAM, and the like.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

본 개시의 일 실시예는, 신호원으로부터 수신한 제1 신호를 분할하여 N개의 동상의 신호들이 포함된 제2 신호를 생성하는 신호 분할부, 제2 신호에 포함된 각 신호의 위상을 천이시켜 N개의 신호가 포함된 제3 신호를 생성하는 신호원 가상 빔 조절부, 제3 신호에 포함된 각 신호의 위상을 0도 또는 180도 천이시켜 N개의 신호가 포함된 제4 신호를 생성하는 송신 빔 조절부, 및 제4 신호에 포함된 각 신호를 송신하는 N개의 송신 안테나를 포함하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.

Description

빔 조향 및 집속을 위한 안테나 장치
본 개시는 빔 조향 및 집속을 위한 안테나 장치에 관한 것이다.
최근 5G 통신, WPT 시스템, 자동차 레이더 등에서 빔 조향 및 빔 집속 기술이 사용됨에 따라 낮은 손실, 높은 이득, 작은 크기, 넓은 조향 각도, 낮은 가격 등을 갖는 안테나 개발 연구가 진행되고 있다. 특히 mmWave 응용분야에서 간단하고 효율적인 안테나 어레이 기술이 요구된다.
본 개시의 일 실시예는, 빔 조향 및 집속을 위한 효율적인 안테나 장치를 제공한다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 개시의 일 실시예는, 신호원으로부터 수신한 제1 신호를 분할하여 N개의 동상의 신호들이 포함된 제2 신호를 생성하는 신호 분할부, 상기 제2 신호에 포함된 각 신호의 위상을 천이시켜 N개의 신호가 포함된 제3 신호를 생성하는 신호원 가상 빔 조절부, 상기 제3 신호에 포함된 각 신호의 위상을 0도 또는 180도 천이시켜 N개의 신호가 포함된 제4 신호를 생성하는 송신 빔 조절부, 및 상기 제4 신호에 포함된 각 신호를 송신하는 N개의 송신 안테나를 포함하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 신호 분할부는, 상기 제1 신호를 송신하는 신호 공급부, 및 상기 신호 공급부로부터 상기 제1 신호를 수신하는 N개의 수신 안테나들을 포함하는 수신부를 포함하며, 상기 신호 공급부에서 송신된 상기 제1 신호는 상기 N개의 수신 안테나들에 동상으로 수신되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 N개의 수신 안테나들이 상기 신호 공급부의 방사 근거리 영역(radiative near-field region)에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 N개의 수신 안테나들은 평면상에 배치되고, 상기 신호 공급부는 상기 제1 신호가 상기 N개의 수신 안테나들에 평면파(plane wave)로 도달하도록 송신하는 웨이브가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 N개의 수신 안테나들은 일정 간격으로 평면상에 배치되고, 상기 신호 공급부는 상기 일정 간격으로 평면상에 배치되는 N개의 송신 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 N개의 수신 안테나들은 일정 간격으로 평면상에 배치되고, 상기 신호 공급부는 상기 일정 간격에 대응되도록 준-주기적으로 평면상에 배치되는 N개의 송신 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 N개의 수신 안테나들 각각은 접지면에 형성되는 슬롯 안테나이고, 상기 신호원 가상 빔 조절부는 스트립라인을 통해 상기 슬롯 안테나와 커플링되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 신호원 가상 빔 조절부는, 상기 제3 신호에 포함된 각 신호의 위상이, 상기 제1 신호가 한 점에서 송신되어 상기 N개의 송신 안테나에 도달한 경우와 같아지도록 위상을 천이시키는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 N개의 송신 안테나들은 일정 간격으로 평면상에 배치되고, 상기 신호원 가상 빔 조절부는, 상기 제3 신호에 포함된 각 신호의 위상이, 상기 제1 신호가 상기 평면의 중심으로부터 상기 평면에 대한 수직 방향으로 소정의 거리 만큼 떨어진 점에서 송신되어 상기 N개의 송신 안테나에 도달한 경우와 같아지도록 위상을 천이시키는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 신호원 가상 빔 조절부가 상기 제2 신호에 포함된 각 신호의 위상을 천이시키는 값은 고정된 값인 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 신호원 가상 빔 조절부는, 딜레이 라인을 통해 상기 제2 신호에 포함된 각 신호의 위상을 고정된 값 만큼 천이시키는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 제2 신호에 포함된 신호들에 대한 딜레이 라인들 간의 길이 차이가 파장 이내로 제한되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 송신 빔 조절부는, 상기 제3 신호에 포함된 신호들이 동상이라는 가정 하에 송신 빔을 조절하기 위한 각 신호의 위상 천이 값에 따라, 각 신호에 가할 위상 천이 값 0도 또는 180도를 결정하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 송신 빔 조절부는, 상기 제3 신호에 포함된 신호들이 동상이라는 가정 하에 송신 빔을 조절하기 위한 각 신호의 위상 천이 값에, 상기 신호원 가상 빔 조절부에 의한 각 신호의 위상 천이 값을 더한 값에 따라, 각 신호에 가할 위상 천이 값 0도 또는 180도를 결정하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 송신 빔 조절부는, 상기 제3 신호에 포함된 신호들이 동상이라는 가정 하에 송신 빔을 조절하기 위한 각 신호의 위상 천이 값에서, 상기 신호원 가상 빔 조절부에 의한 각 신호의 위상 천이 값을 뺀 값에 따라, 각 신호에 가할 위상 천이 값 0도 또는 180도를 결정하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, N개의 송신 안테나 각각은, 송신 신호가 원 편광 되도록 모서리가 사선 처리된 사각형 패치로 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 안테나 장치는 3개의 주요 층을 포함하는 다층 기판을 포함하고, 상기 다층 기판의 제1 주요 층은 패치 안테나를 포함하는 상기 송신부 및 상기 패치 안테나의 방사 신호의 위상을 0도 또는 180도로 변경시킬 수 있는 스위칭 소자를 포함하는 상기 송신 빔 조절부를 포함하고, 상기 다층 기판의 제1 주요 층의 아래의 제2 주요 층은 딜레이 라인에 의한 고정 위상 천이 구간을 포함하는 상기 신호원 가상 빔 조절부를 포함하고, 상기 다층 기판의 제2 주요 층의 아래의 제3 주요 층은 수신 안테나 어레이를 포함하는 상기 수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 안테나 장치는 2개의 주요 층을 포함하는 다층 기판을 포함하고, 상기 다층 기판의 제1 주요 층은 패치 안테나를 포함하는 상기 송신부 및 상기 패치 안테나의 방사 신호의 위상을 0도 또는 180도로 변경시킬 수 있는 스위칭 소자를 포함하는 상기 송신 빔 조절부 를 포함하고, 상기 다층 기판의 제1 주요 층의 아래의 제2 주요 층은 딜레이 라인에 의한 고정 위상 천이 구간을 포함하는 상기 신호원 가상 빔 조절부를 포함하고, 상기 다층 기판의 제2 주요 층의 아래의 접지 층은 슬롯 안테나 어레이를 포함하는 상기 수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
본 개시의 일 실시예는, N개의 신호 수신기들을 포함하는 수신부, 상기 N개의 신호 수신기들에 의해 수신된 N개의 신호들 각각의 위상을 천이시키는 신호원 가상 빔 조절부, 상기 신호원 가상 빔 조절부에 의해 위상 천이된 N개의 신호들 각각의 위상을 0도 또는 180도 천이시키는 송신 빔 조절부, 및 상기 송신 빔 조절부에 의해 위상 천이된 N개의 신호들 각각을 송신하는 N개의 송신 안테나를 포함하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 신호원 가상 빔 조절부는, 상기 N개의 신호 수신기에 의해 동일한 제1 신호가 수신되었을 때, 상기 신호원 가상 빔 조절부에 의해 위상 천이된 N개의 신호들의 위상이, 상기 제1 신호가 한 점에서 송신되어 평면에 배치된 N개의 송신 안테나에 도달한 경우와 같아지도록 위상을 천이시키는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
본 개시의 일 실시예는, 본 개시의 일 실시예에 의한 방법을 컴퓨터에서 실행시키도록 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장된 프로그램을 포함한다.
본 개시의 일 실시예는, 본 개시의 일 실시예에 의한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 포함한다.
본 개시의 일 실시예는, 간단하고 작고 저렴하고 효율적인 안테나 장치를 제공한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 의한 안테나 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예에 의한 제어 가능한 안테나 어레이의 단위 셀 구조의 측면도 및 셀의 제3 주요 층의 평면도를 도시한 도면이다.
도 2b는 본 개시의 일 실시예에 의한 제어 가능한 안테나 어레이의 단위 셀 구조의 측면도 및 셀의 제2 주요 층의 평면도를 도시한 도면이다.
도 2c는 본 개시의 일 실시예에 의한 제어 가능한 안테나 어레이의 단위 셀 구조의 측면도 및 셀의 제1 주요 층의 평면도를 도시한 도면이다.
도 3은 종래의 TX 소자의 위상을 제어하는 방법에 의한 빔 조향/집속 방법을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 빔 조향/집속 방법을 시뮬레이션한 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 의한 가상 초점에 기초한 조향/집속 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 도 5의 빔 조향/집속 방법을 시뮬레이션한 예를 도시한 도면이다.
도 7은 본 개시의 대안적 일 실시예에 의한 고정 피드 어레이의 준-주기적 구조를 도시한 도면이다.
도 8은 본 개시의 대안적 일 실시예에 의한 제어 가능한 안테나 어레이의 단위 셀 구조의 측면도(단면도) 및 셀의 제2 주요 층의 평면도를 도시한 도면이다.
도 9는 제어 가능한 안테나 어레이의 단위 셀의 제1 주요 층의 패치 안테나의 대안적인 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 의한 안테나 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 의한 신호 분할부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 12는 도 10에 도시된 안테나 장치의 구성에 도 11에 도시된 신호 분할부의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
본 개시의 기술적 사상을 명확화하기 위하여 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 본 개시를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 도면들 중 실질적으로 동일한 기능구성을 갖는 구성요소들에 대하여는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호들 및 부호들을 부여하였다. 설명의 편의를 위하여 필요한 경우에는 장치와 방법을 함께 서술하도록 한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 의한 안테나 장치의 구성을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 안테나 장치는 고정 피드 어레이(fixed feed array)와 제어 가능한 안테나 어레이(controllable antenna array)(이산 제어 렌즈)를 포함할 수 있다. 안테나 장치는 송신용 및 수신용으로 사용될 수 있는데, 이하 편의상 송신의 경우를 중점적으로 설명하도록 한다. 두 안테나 어레이의 측면 치수는 기본적으로 동일할 수 있다. 적어도 상호 작용 영역에서, 고정 피드 어레이와 제어 가능한 안테나 어레이의 개구(aperture)들이 동일할 수 있다. 고정 피드 어레이는 입력단을 통해 에너지를 수신하고, 수신된 에너지를 분배하여 방사 개구를 형성하는 N 개의 안테나 방사 소자(antenna radiating element)들에 공급할 수 있다. 고정 피드 어레이는 손실이 적어야 한다. 이를 위해, 고정 피드 어레이는 금속 도파관 구조(metallic waveguide structure)에 기초하여 형성될 수 있다. 고정 피드 어레이의 방사 소자는 제어 가능한 안테나 어레이의 대응되는 수신 소자(RX 소자)의 앞에 주기적으로 배치될 수 있다. 고정 피드 어레이의 방사 소자들과 제어 가능한 안테나 어레이의 수신 소자들은 서로 평행하게 배치될 수 있다.
따라서, 고정 피드 어레이는 복수의 출력들을 갖는 전력 분배 회로를 포함할 수 있으며, 여기서 각각의 출력은 단일 방사 소자 또는 방사 소자 그룹을 여기시킬 수 있다. 전력 분배 회로는 금속 도파관 구조에 기초할 수 있다. 고정 피드 어레이는 선형 편광으로 전파를 방출할 수 있다. 고정 피드 어레이로서 임의의 적합한 안테나 어레이가 사용될 수 있으며, 예를 들면 다음과 같은 것들이 사용될 수 있다.
1) 전력 분배 회로를 갖는 개방된 직사각형 도파관 어레이(Array of opened rectangular waveguides). 이 경우, 전력 분배 회로는 개구 소자들의 수와 동일한 출력의 수를 실현하는 2차원 구조일 수 있다.
2) 슬롯형 직사각형 도파관 어레이(Array of slotted rectangular waveguides). 이 경우, 전력 분배 회로는 슬롯형 도파관들의 수와 동일한 출력 수를 실현하는 1차원 구조일 수 있다.
3) 슬롯형 방사형 도파관 어레이(Slotted radial waveguide array). 이 경우, 전력 분배 회로는 고정 어레이 개구 형상에 따라 슬롯이 형성된 다단 방사상 도파관(Multi-sectional radial waveguide)일 수 있다.
4) 릿지 갭 도파관(Ridge gap waveguide) 전력 분배/결합기가 있는 슬롯 어레이. 이 경우 전력 분배기/결합기는 슬롯의 수와 같은 출력의 수를 실현하는 2D 구조일 수 있다.
제어 가능한 안테나 어레이는 빔 조향 (Beam steering) 또는 빔 집속(Beam focusing)을 위해 사용된다. 제어 가능한 안테나 어레이는 다음과 같은 3개의 주요 층을 포함하는 다층 평면 구조(다층 인쇄 회로 기판)를 가질 수 있다.
- 제1 주요 층은 주기적으로 배치된, 송신/수신 신호에 대한 0도 또는 180도의 위상 천이가 가능한 재구성 가능한 구조를 갖는 송신 소자(TX 소자)를 포함할 수 있다. 여기서 0도와 180도는 미리 정의된 TX 소자의 임의의 상태일 수 있다.
- 제2 주요 층은 TX 소자와 RX 소자를 연결하는, 고정된 위상 천이를 갖는 연결 구조를 포함할 수 있다.
- 제3 주요 층은 주기적으로 배치된, 고정 피드 어레이의 방사 소자들로부터의 전파를 수신하는 RX 소자를 포함할 수 있다.
고정 피드 어레이와 제어 가능한 안테나 어레이는 소자들 사이의 주기(간격)가 동일할 수 있으며, 이는 x 및 y 축에 대해 각각 D x, D y로 표시될 수 있다. 이 주기는 다음과 같이 단일 빔 조향 조건에 따라 선택될 수 있다.
Figure PCTKR2019010840-appb-img-000001
여기서 λ는 파장, θ S max는 최대 빔 조향 각도이다.
D x,y ≥ λ/2일 수 있다.
두 어레이들 사이의 거리는 다음 공식에 따라 결정될 수 있다.
D coupling < 2D array 2/λ
여기서 D array는 제어 가능한 안테나 어레이의 최대 길이이다.
한편, 어레이들 사이의 거리는 고정 피드 어레이의 방사 소자들의 리액티브 필드가 제어 가능한 안테나 어레이와 커플링될 가능성을 배제할 정도로 충분히 높아야 한다. 즉, D coupling > λ/4 이어야 한다. 이러한 가정은 어레이들이 프레넬 영역(Fresnel Region), 즉 어레이의 방사 근거리 영역(Radiative near-field region)에 배치됨을 의미한다.
제어 가능한 안테나 어레이의 RX 소자들의 설계는 평면파(plane wave)를 수신하기 위해 최적화된다. 즉, 입사 평면파에 대한 최소 반사 계수를 가져야 한다. 제어 가능한 안테나 어레이의 TX 소자들은 원하는 빔 조향 범위에서 최소 반사 계수로 동작해야 한다. 제어 가능한 안테나 어레이는 3개의 주요 층들으로 구성되는 평면 다층 인쇄 회로 기판 (PCB)이며, 주요 층들 사이에는 접지 층이 있다.
이제, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여, TX 모드, 즉 신호가 안테나의 입력단으로부터 고정 피드 어레이를 거쳐 제어 가능한 안테나 어레이로 전송되는 경우에 대해 제어 가능한 안테나 어레이의 단위 셀의 동작을 설명한다.
도 2a는 본 개시의 일 실시예에 의한 제어 가능한 안테나 어레이의 단위 셀 구조의 측면도(단면도) 및 셀의 제3 주요 층의 평면도를 도시한 도면이다. 셀의 제3 주요 층은 선형 편광을 갖는 직사각형 패치 안테나 형태의 수신 안테나 소자(RX 소자)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 타원형 패치 소자가 수신 안테나 소자로 사용될 수도 있다. 패치 안테나는 제2 접지 층의 윈도우를 통과하는 도금된 VIA 홀을 통해 제2 주요 층에 연결될 수 있다. VIA 홀은 다층 인쇄 회로 기판의 표준 생산 기술에 따라 만들어질 수 있다. 제2 접지 층은 제3 주요 층의 패치 안테나에 대한 차폐 및 제2 주요 층의 전송선에 대한 차폐를 제공할 수 있다. 고정 피드 어레이의 소자들에 의해 방사된 전자기장은 제어 가능한 안테나 어레이의 RX 소자들에 의해 수신되고, 위상 천이 및 TX 소자들로의 전송을 위해 제2 주요 층으로 전달될 수 있다.
다른 실시예에서, 패치 안테나와 제2 주요 층 사이의 연결은 제2 접지 층의 슬롯 개구을 통해 이루어질 수 있다. 슬롯 개구은 직사각형 또는 아령 모양의 슬롯 형태로 만들어 질 수 있다. 이 경우, 슬롯 개구의 장측에 직교하는 스트립 도체는 제2 접지 층의 옆에서 패치 안테나와 연결될 수다.
도 2b는 본 개시의 일 실시예에 의한 제어 가능한 안테나 어레이의 단위 셀 구조의 측면도(단면도) 및 셀의 제2 주요 층의 평면도를 도시한 도면이다. 전자기 신호는 제3 주요 층으로부터 제2 주요 층으로 연결되는 VIA를 통해 제2 주요 층의 스트립 통신 라인으로 들어갈 수 있다. 그 후, 신호는 길이 L PS를 갖는 딜레이 라인(전송 라인)의 형태로 만들어진 고정 위상 천이 구간을 통과할 수 있다. 제어 가능한 안테나 어레이의 각 단위 셀은 후술할 원리에 따라 계산된, 자신만의 다른 LPS의 전송 라인을 가질 수 있다. 또한, mmWave 전자기 신호는 제2 주요 층으로부터 제1 주요 층으로 연결되는 VIA를 통해 제1 접지 층의 윈도우를 통과하여 TX 소자로 공급될 수 있다. 동시에, 저주파 제어 신호는 저주파 제어 라인으로부터 TX 소자로 제2 주요 층에서 제1 주요 층으로 연결되는 VIA를 통해 TX 소자에 가해질 수 있다. 저주파 제어 라인과 mmWave 신호를 분리하기 위해 대역저지 필터를 사용하여 mmWave 신호가 저주파 제어 라인에 도달하는 것을 방지할 수 있다. 이는 저주파 제어 라인과 제2 주요층으로부터 제1 주요 층으로 연결된 VIA 사이에 내장된 병렬 연결된 방사상 라인 세그먼트(그림에 도시 됨) 또는 병렬 연결된 전송 라인의 1/4 파 개방 세그먼트로 만들어진 필터일 수 있다. 저주파 제어 신호는 DC 신호일 수 있다.
도 2c는 본 개시의 일 실시예에 의한 제어 가능한 안테나 어레이의 단위 셀 구조의 측면도(단면도) 및 셀의 제1 주요 층의 평면도를 도시한 도면이다. 제1 주요 층은 원 편광으로 방사선을 여기시키기 위해 비스듬한 대각선으로 깎인 모서리를 갖는 직사각형 패치 안테나 형태의 TX 소자를 포함할 수 있다. 패치-안테나 내에 슬롯이 만들어질 수 있고, 슬롯 내에서 VIA가 제2 주요 층에서 제1 주요 층으로 올 수 있다. 제어 가능한 스위칭 소자에 의해 패치 안테나의 주요 부분을 제2 주요 층으로부터 제1 주요 층으로의 VIA에 연결함으로써 패치 안테나가 여기될 수 있다. 스위칭 소자는 도 2c에 도시된 바와 같이 동일한 방향을 가지며, 제어 전압이 제2 주요 층에서 제1 주요 층으로 연결되는 VIA에 인가될 때, 두 스위칭 소자 중 하나만이 닫히고, 나머지 스위칭 소자는 열려 있게 된다. 이 경우, TX 소자는 0도 또는 180도의 위상으로 원 편광 방사를 형성한다. 제어 전압이 극성을 반대로 변경하면 닫힌 스위칭 소자가 열리고 열린 스위칭 소자가 닫히게 된다.
이때, 여기 전류는 그 방향이 변화되고, 따라서 TX 소자의 방사선 필드의 위상은 역전된다. 패치 안테나의 구조는 밀리미터 파 대역 저지 필터를 통해 연결된 접지 VIA를 통해 접지될 수 있다. 이러한 접지는 스위칭 소자의 저주파 제어를 구현하기 위함이다. 제어 전위가 제2 주요 층에서 제1 주요 층으로 연결되는 VIA를 통해 구조 중심의 제어 가능한 소자에 공급되므로, 접지는 패치 안테나의 표면에 0 전위를 제공하도록 설계될 수 있다. 이러한 실시예에서, 저주파 제어 신호는 양극성(bipolar)이어야 한다(예를 들어, ±1V). 즉, 신호가 공급 될 때 소자 중 하나가 열리고 다른 소자가 닫히며, 신호의 극성이 바뀌면 반대로 된다.
따라서, 제어 가능한 안테나 어레이 셀의 방사의 1 비트(0, 180도) 위상 제어가 구현된다. 본 개시의 실시예에 의한 안테나는 소형 크기, 저손실, 및 간단한 구조를 갖는다. 이러한 단위 셀 구조에서 스위칭 소자로서 PIN 다이오드, MEMS 스위치, 광 도전 스위치 등이 사용될 수 있다.
RX 모드에서 상술한 안테나는 다음과 같이 작동한다. 신호가 자유 공간에서 제어 가능한 어레이의 TX 소자로, 상호 작용 영역을 통해 고정 어레이 소자들로, 그리고 고정 어레이 분할 시스템을 통해 수신기에 연결된 고정 어레이의 출력단으로 전달된다.
이제, 도 3을 참조하여 종래의 TX 소자의 위상을 제어하는 방법에 의한 빔 조향/집속 방법을 설명한다.
고정 피드 어레이(미도시)로부터 제어 가능한 안테나 어레이에 평면파가 도달한다. 본 실시예에서는 제어 가능한 안테나 어레이에 고정 위상 천이가 없다. 제어 가능한 안테나 어레이는 고정 피드 어레이로부터의 평면파에 의해 여기되므로, 제어 가능한 안테나 어레이의 모든 RX 소자에 의해 수신된 방사는 동일한 위상을 갖는다. 이 경우 어떤 지점 M에서 방사선의 초점을 맞추려면 i 번째 TX 소자의 다음 위상 천이를 구현해야 한다.
Figure PCTKR2019010840-appb-img-000002
여기서
Figure PCTKR2019010840-appb-img-000003
, R i는 좌표 (x i, y i, 0)를 가진 i 번째 소자와 좌표 (x, y, z)를 가진 초점 M 사이의 거리이다.
Δφ i를 두 가지 상태로 변환하여 TX 소자의 제어 가능한 상태를 결정할 수 있다. 예를 들어, Δφ i에서 2π의 정수배를 제거한 후, TX 소자의 제어 가능한 상태를 다음 관계에 따라 결정할 수 있다.
Figure PCTKR2019010840-appb-img-000004
여기서 Δφ 0i = Δφ i mod 2π 이다.
a mod b는 나눗셈의 나머지를 찾는 연산이고, a는 피제수이고, b는 제수이다.
방향 (θ S,φ S)으로 방사선을 조향하는 경우, i 번째 TX 소자의 위상 천이는 다음 식에 기초하여 결정할 수 있다.
Figure PCTKR2019010840-appb-img-000005
여기서 θ S, φ S는 각각 필요한 빔 조향 방향의 고도각 및 방위각이다.
이러한 조향/집속 방법을 사용할 때, 기생 "거울" 효과가 발생한다. 이는 주요 빔 또는 초점에 추가하여 정반사 빔 또는 초점이 형성되는 것이다.
도 4는 도 3의 빔 조향/집속 방법을 시뮬레이션한 예를 도시한 도면이다. 예시적인 실시예에서, D x,y = 0.6λ인 TX 소자의 어레이(16x16)가 있고, 좌표 θ S = 30도, φ S = 0의 방향으로 빔을 조향해야 한다.
도 4의 좌측은 TX 소자의 16x16 어레이에 대한 위상 분포 결과(0,180도)를 도시한다. 도 4의 우측은 어레이의 계산된 방사 패턴을 φ=0의 단면으로 도시한다. 방사 패턴으로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 3에 의한 TX 소자의 위상을 제어하는 방법을 사용할 때, 기생 거울 빔이 형성된다. 기생 거울 빔은 그 존재로 인해 메인 빔의 에너지 량과 동일한 에너지의 양이 손실되어 mmWave 안테나 어레이를 사용할 때 무선 시스템의 효율을 감소시키기 때문에 매우 바람직하지 않다. 이는 조향 렌즈 어레이에 프레넬 렌즈 원리를 직접 적용할 때의 주요 단점이다.
이제, 도 5를 참조하여 본 개시의 일 실시예에 의한 가상 초점에 기초한 조향/집속 방법을 설명한다. 본 개시의 일 실시예에 의하면, 제어 가능한 안테나 어레이의 각 단위 셀에 대한 고정된 위상 천이가 제안된다. 거울 효과를 보상하기 위해, 제어 가능한 안테나 어레이는 좌표 (0, 0, -F)를 갖는 가상 초점(가상 점 방사기)으로부터 구면파로 조사된다고 가정한다. 실제로는 제어 가능한 안테나 어레이는 고정 피드 어레이로부터 평면파가 조사된다. 가상 초점의 효과를 도입(시뮬레이션)하기 위해, 셀의 제2 주요 층에서 고정 위상 천이 구간을 사용하여 제어 가능한 안테나 어레이의 각 단위 셀에 대해 위상 천이를 추가할 수 있다. 각 고정 위상 천이 구간은 다음과 같은 위상 천이를 가져야 한다.
Figure PCTKR2019010840-appb-img-000006
따라서, 제어 가능한 안테나 어레이의 최소 위상 천이를 갖는 단위 셀의 딜레이 라인의 길이 L PS min에 대한 i 번째 단위 셀의 딜레이 라인의 길이 증가 ΔL PSi는 다음 공식에 의해 계산 될 수 있다.
Figure PCTKR2019010840-appb-img-000007
여기서 위상 천이 min(Δφ VFi) 는 제어 가능한 안테나 어레이의 최소 위상 천이를 갖는 단위 셀의 위상 천이에 해당하며, β PS는 고정 위상 천이 구간의 전파 상수(propagation constant)이다.
Figure PCTKR2019010840-appb-img-000008
이다. 최소 위상 천이를 갖는 단위 셀은 제어 가능한 안테나 어레이의 중앙에 있는 단위 셀일 수 있다.
L PS min은 제어 가능한 안테나 어레이의 제2 주요 층의 mmWave 신호 전송 라인의 특정 트래킹 구성을 위해 형성될 수 있다. L PS min은 제2 주요 층을 제1 주요 층 및 제3 주요 층과 연결하는 두 VIA 사이의 전송 라인의 최소 길이일 수 있다.
따라서 i 번째 단위 셀의 고정 위상 천이 구간의 길이는 다음과 같이 계산될 수 있다.
L PSi = L PS min + ΔL PSi
빔 집속/조향을 실현하기 위해 각 i 번째 셀의 전체 위상 천이를 고려할 수 있다.
Δφ FULLi = Δφ i + Δφ VFi,
여기서 Δφ i는 전술한 빔 집속 및 조향에 관한 식에 따라 계산될 수 있다.
TX 소자의 상태는 전술한 식에 따라 결정될 수 있다.
제어 가능한 안테나 어레이의 모든 TX 소자에 대한 최종 위상 분포는 다음 공식으로 얻을 수 있다.
Δφ FULLi = State i + Δφ VFi,
일 실시예에서, Δφ FULLi를 두 가지 상태로 변환하여 TX 소자의 제어 가능한 상태를 결정할 수 있다. 예를 들어, TX 소자의 상태는 전술한 식에서 Δφ i 대신 Δφ FULLi를 이용하여 결정할 수 있다. 즉, Δφ FULLi에서 2π의 정수배를 제거한 후, TX 소자의 제어 가능한 상태를 다음 관계에 따라 결정할 수 있다.
Figure PCTKR2019010840-appb-img-000009
여기서 Δφ 0FULLi = Δφ FULLi mod 2π 이다.
제어 가능한 안테나 어레이의 모든 TX 소자에 대한 최종 위상 분포는 다음 공식으로 얻을 수 있다.
Δφ FULLi = State i + Δφ VFi,
다른 실시예에서, 빔 집속/조향을 실현하기 위해 각 i 번째 셀의 보상 위상 천이를 고려할 수 있다.
Δφ COMPi = Δφ i - Δφ VFi,
여기서 Δφ i는 전술한 빔 집속 및 조향에 관한 식에 따라 계산될 수 있다.
최종적으로, Δφ COMPi를 두 가지 상태로 변환하여 TX 소자의 제어 가능한 상태를 결정할 수 있다. 예를 들어, TX 소자의 상태는 전술한 식에서 Δφ i 대신 Δφ COMPi를 이용하여 결정할 수 있다. 즉, Δφ COMPi에서 2π의 정수배를 제거한 후, TX 소자의 제어 가능한 상태를 다음 관계에 따라 결정할 수 있다.
Figure PCTKR2019010840-appb-img-000010
여기서 Δφ 0COMPi = Δφ COMPi mod 2π이다.
제어 가능한 안테나 어레이의 모든 TX 소자에 대한 최종 위상 분포는 다음 공식으로 얻을 수 있다.
Δφ FULLi = State i + Δφ VFi,
도 6은 도 5의 빔 조향/집속 방법을 시뮬레이션한 예를 도시한 도면이다. 예시적인 실시예에서, D x,y = 0,6λ인 TX 소자의 어레이(16x16)가 있고, 좌표 θ S = 30도, φ S = 0의 방향으로 빔을 조향해야 한다. 가상 초점의 위치는 F=6λ이다.
도 6의 좌측은 TX 소자의 16x16 어레이에 대해 얻어진 위상 분포를 도시한다. 도 6의 우측은 계산된 방사 패턴을 도시한다. 방사 패턴으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 개시에 의한 TX 소자의 위상 제어 방법을 사용할 때, 기생 빔이 형성되지 않는다. 따라서, 이 실시예는 도 4의 실시예와 비교하여 손실이 상당히 낮다.
본 개시에 의한 안테나는 빔 조향 및 빔 집속이 모두 가능하다. 이 경우, 제어 가능한 렌즈 어레이 평면으로부터 일정 걸이 떨어진 곳인 실제 초점에 방사기가 있는 렌즈 어레이와 유사한 방향 패턴의 특성을 얻을 수 있는 가상 초점을 사용하여 거울 효과를 제거 할 수 있다. 이러한 실제 초점 거리는 통상적으로 어레이의 가로 크기와 비슷하다. 본 개시에 의한 안테나의 전체 크기는 종래 기술이 구조에 비해 훨씬 작다.
본 개시에 의한 안테나 제어 방법은 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록된 프로그램 코드를 실행하는 처리 장치에 의해 구현 될 수 있다.
이하에서 본 개시의 대안적인 실시예들을 설명한다.
도 7에 도시된 본 개시의 대안적인 일 실시예에 의하면, 기술적 요구에 기초하여, 고정 피드 어레이는 준-주기적(quasi-periodic) 구조를 가질 수 있다. 즉, 고정 피드 어레이의 방사 소자는 x 및 y축을 따라 준-주기적으로 배치될 수 있다 이러한 소자의 배치는 고정 어레이 소자들의 여기(excitation) 채널의 배선과 관련된 공학적 고려에 따라 바람직할 수 있다. 이 경우, 제어 가능한 안테나 어레이의 RX 소자들 및 TX 소자들은 주기적으로 배열될 수 있다. 고정 피드 어레이의 소자들은 예를 들어 N1개의 소자들의 그룹으로 그룹화 될 수 있으며 그룹 내의 고정 피드 어레이의 소자들 사이의 x 및 y 축상의 거리와 제어 가능한 안테나 어레이의 소자들 사이의 거리는 같지 않아 D' x(y)≠D x(y)이지만, 고정 피드 어레이의 소자들의 그룹들은 N 1 * D x(y)을 주기로 주기적으로 배치될 수 있다. 이러한 배치에 의해 안테나의 면적을 확장시킬 수 있게 된다.
도 8에 도시된 안테나 어레이의 단위 셀 구조의 대안적인 일 실시예에서는, 도 2a 내지도 2c의 실시예와 비교하여 수신 패치 안테나를 갖는 제3 주요 층이 없다. 이 실시예에서, 여기 신호는 제2 접지 층의 슬롯(슬롯 안테나)을 통해 들어가고, 전자기 결합을 통해 제2 주요 층의 스트립 라인 링크에 의해 수신된다. 이 실시예에서, 제2 접지 층은 슬롯 안테나의 전도성 소자를 형성하고, 또한 제2 주요 층의 전송선에 대한 차폐를 형성한다. 본 실시예에 의한 제어 가능한 안테나 어레이의 단위 셀은 도 2b-2c의 실시예와 유사한 방식으로 동작한다. 이 실시예는 제어 가능한 안테나 어레이의 보다 간단한 셀 구조를 제공한다. 이러한 실시예는 제어 가능한 안테나 어레이의 패치 소자와 비교하여 제어 가능한 안테나 어레이의 슬롯 RX 소자를 매칭시키는 더 좁은 대역폭을 갖는다.
도 9는 제어 가능한 안테나 어레이의 단위 셀의 제1 주요 층의 패치 안테나의 대안적인 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 9에 도시된 본 개시의 대안적인 일 실시예에서, 제어 가능한 안테나 어레이의 단위 셀의 제1 주요 층의 TX 소자로서 선형 편광되는 직사각형 패치 안테나가 사용될 수 있다. 이러한 실시예는 선형 편광 통신 시스템에서 유용할 수 있다.
다른 대안적인 일 실시예에 의하면, 제어 가능한 안테나 어레이의 각 셀의 고정 위상 천이 구간에 의해 제공되는 위상 천이는 다음과 같이 2π 라디안의 정수배 만큼 감소될 수 있다 :
Figure PCTKR2019010840-appb-img-000011
이것은 제어 가능한 안테나 어레이 셀의 고정 위상 천이 구간의 필요한 길이를 감소시킬 수 있으며, 따라서 안테나 어레이에서의 손실 및 그 크기를 감소시킬 수 있다.
본 개시에 의한 안테나는 밀리미터 파장 범위에서 사용될 수 있으나, 대안적으로 전자기파의 방사 및 제어된 조향/집속이 가능한 임의의 파장 범위가 사용될 수 있다. 예를 들어, 단파, 서브밀리미터(테라 헤르츠) 방사선 등이 사용될 수 있다.
본 개시에 의한 작고 매우 효과적인 조향 안테나 어레이 시스템은 향상된 5G 및 WiGig 표준의 무선 통신 시스템에 이용될 수 있다. 이 경우, 기지국 및 단말의 안테나 모두 본 개시를 이용할 수 있다. 이 경우, 기지국은 사용자들 사이의 시분할로 빔 조향을 실현할 수 있다. 사용자 단말의 안테나는 기지국 위치로 조향될 수 있다.
본 개시는 모든 유형의 LWPT 시스템, 즉 실외/실내, 자동차, 모바일 등에 이용될 수 있다. 모든 시나리오에서 높은 전력 전송 효율이 보장된다. 전력 전달 장치가 전술한 안테나 어레이 구조를 사용하여 구축될 수 있고, 따라서 근거리 영역에서 충전중인 장치에 대한 빔 집속 또는 원거리 필드에 위치한 장치에 전력을 전송하기 위한 빔 조향을 실현할 수 있다.
로봇 공학에 사용될 때, 제안된 안테나는 장애물을 감지/회피하는 데 사용될 수 있다. 본 개시는 또한 자동차 레이더에도 사용될 수 있다.
도 10은 본 개시의 일 실시예에 의한 안테나 장치의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 10을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 안테나 장치(100)는 신호 분할부(110), 신호원 가상 빔 조절부(120), 송신 빔 조절부(130), 및 송신부(140)를 포함할 수 있다. 신호 분할부(110)는 신호원으로부터 수신한 제1 신호를 분할하여 N개의 동상의 신호들이 포함된 제2 신호를 생성할 수 있다. 여기서 제2 신호는 복수의 신호들이 포함된 신호의 집합이다. 여기서 신호의 분할은 신호의 전력 분할일 수 있다. 신호 분할부는 통상적인 유선 전력 분할기일 수도 있고, 상술한 것과 같이 안테나 어레이를 이용하여 신호를 N개로 분할할 수도 있다.
신호원 가상 빔 조절부(120)는 제2 신호에 포함된 각 신호의 위상을 천이시켜 N개의 신호가 포함된 제3 신호를 생성할 수 있다. 제3 신호는 복수의 신호들이 포함된 신호의 집합이다. 신호원 가상 빔 조절부(120)는 신호원으로부터 수신된 신호가 분할되어 생성된 동상의 신호들의 위상을 서로 다르게 천이시킴으로써, 마치 신호원에서 특정 형태의 빔이 방사된 것과 같은 효과를 얻도록 할 수 있다.
신호원 가상 빔 조절부(120)는 제3 신호에 포함된 각 신호의 위상이, 제1 신호가 한 점에서 송신되어 송신부(140)의 N개의 송신 안테나에 도달한 경우와 같아지도록 위상을 천이시킬 수 있다. 송신부(140)의 N개의 송신 안테나는 평면상에 배치될 수 있다. 송신부(140)의 N개의 송신 안테나는 일정 간격으로 평면상에 배치될 수 있다. 신호원 가상 빔 조절부(120)는 제3 신호에 포함된 각 신호의 위상이, 제1 신호가 한 점에서 송신되어 평면상에 일정 간격으로 배치된 송신부(140)의 N개의 송신 안테나에 도달한 경우와 같아지도록 위상을 천이시킬 수 있다.
송신부(140)의 N개의 송신 안테나들은 일정 간격으로 평면상에 배치되고, 신호원 가상 빔 조절부(120)는 제3 신호에 포함된 각 신호의 위상이, 제1 신호가 상기 평면의 중심으로부터 상기 평면에 대한 수직 방향으로 소정의 거리 만큼 떨어진 점에서 송신되어 송신부(140)의 N개의 송신 안테나에 도달한 경우와 같아지도록 위상을 천이시킬 수 있다.
신호원 가상 빔 조절부(120)가 제2 신호에 포함된 각 신호의 위상을 천이시키는 값은 고정된 값일 수 있다. 신호원 가상 빔 조절부(120)는 딜레이 라인을 통해 제2 신호에 포함된 각 신호의 위상을 고정된 값 만큼 천이시킬 수 있다. 제2 신호에 포함된 신호들에 대한 딜레이 라인들 간의 길이 차이가 파장보다 커질 수도 있으나, 이 경우 파장의 정수배 만큼 길이를 감소시킴으로써 딜레이 라인들 간의 길이 차이를 파장 이내로 제한될 수 있다. 신호원 가상 빔 조절부(120)는 상술한 제2 주요 층의 고정 위상 천이 구간을 포함할 수 있다.
송신 빔 조절부(130)는 제3 신호에 포함된 각 신호의 위상을 0도 또는 180도 천이시켜 N개의 신호가 포함된 제4 신호를 생성할 수 있으며, 송신부(140)는 제4 신호에 포함된 각 신호를 송신하는 N개의 송신 안테나를 포함할 수 있다. 즉, 송신 빔 조절부(130)는 송신부(140)의 N개의 송신 안테나를 통해 송신되는 신호들의 위상을 천이시킴으로써 빔 조향 또는 빔 집속을 수행할 수 있다.
송신 빔 조절부(130)는 제3 신호에 포함된 신호들이 동상이라는 가정 하에 송신 빔을 조절하기 위한 각 신호의 위상 천이 값에 따라, 각 신호에 가할 위상 천이 값 0도 또는 180도를 결정할 수 있다. 여기서 송신 빔의 조절은 빔 조향 또는 빔 집속을 포함할 수 있다. 송신 빔 조절부(130)는 제3 신호에 포함된 신호들이 동상이라는 가정 하에 송신 빔을 조절하기 위한 각 신호의 위상 천이 값에, 신호원 가상 빔 조절부(120)에 의한 각 신호의 위상 천이 값을 더한 값에 따라, 각 신호에 가할 위상 천이 값 0도 또는 180도를 결정할 수 있다. 송신 빔 조절부(130)는 제3 신호에 포함된 신호들이 동상이라는 가정 하에 송신 빔을 조절하기 위한 각 신호의 위상 천이 값에서, 신호원 가상 빔 조절부(120)에 의한 각 신호의 위상 천이 값을 뺀 값에 따라, 각 신호에 가할 위상 천이 값 0도 또는 180도를 결정할 수 있다.
송신부(140)의 N개의 송신 안테나 각각은 송신 신호가 원 편광 되도록 모서리가 사선 처리된 사각형 패치로 형성될 수 있다. 사각형 패치는 서로 마주보는 두 모서리만 사선 처리될 수 있다. 여기서 원 편광은 완전한 원 편광뿐만 아니라 타원 편광을 포함하는 개념일 수 있다. 송신 빔 조절부(130)는 상술한 제1 주요 층의 스위칭 소자를 포함할 수 있고, 송신부(140)는 상술한 제1 주요 층의 패치 안테나를 포함할 수 있다.
신호원 가상 빔 조절부(120)의 위상 천이 값은 고정된 값이고 송신 빔 조절부(130)의 위상 천이 값은 0도와 180도 두 값이기 때문에 본 발명에 의한 안테나 장치는 값비싼 위상 천이기를 필요로 하지 않으며, 빔 조절은 각 셀당 1비트 신호로 할 수 있다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 의한 신호 분할부의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 11을 참조하면, 신호 분할부(110)는 신호 공급부(111)와 수신부(112)를 포함할 수 있다. 신호 공급부(111)는 수신부(112)로 제1 신호를 송신할 수 있다. 수신부(112)는 제1 신호를 수신하여 N개의 동상 신호를 포함하는 제2 신호를 출력할 수 있다.
수신부(112)는 N개의 신호 수신기를 포함할 수 있있다. 신호 수신기는 신호 공급부(111)로부터 제1 신호를 수신하는 안테나일 수 있다. 수신부(112)는 신호 공급부(111)로부터 제1 신호를 수신하는 N개의 수신 안테나들을 포함하며, 신호 공급부(111)에서 송신된 제1 신호는 N개의 수신 안테나들에 동상으로 수신될 수 있다. 수신부(112)의 N개의 수신 안테나들은 신호 공급부(111)의 방사 근거리 영역, 즉 프레넬 영역에 배치될 수 있다. 수신부(112)의 N개의 수신 안테나들은 평면상에 배치되고, 신호 공급부(111)는 제1 신호가 N개의 수신 안테나들에 평면파로 도달하도록 송신하는 웨이브가이드를 포함할 수 있다. 안테나들은 평면상에 배치된다는 것은, 안테나들이 직선상에 배치되는 것을 포함할 수 있다.
수신부(112)의 N개의 수신 안테나들은 일정 간격으로 평면상에 배치될 수 있다. 신호 공급부(111)는 수신부(112)의 N개의 수신 안테나들 간의 간격과 동일한 간격으로 평면상에 배치되는 N개의 송신 안테나를 포함할 수 있다. 여기서 간격이 일정하다는 것은, x축 방향의 간격과 y축 방향의 간격 각각이 일정한 것을 포함할 수 있다. 수신부(112)의 N개의 수신 안테나들이 배치되는 평면과 신호 공급부(111)의 N개의 송신 안테나들이 배치되는 평면은 평행할 수 있다. 신호 공급부(111)는 N개의 수신 안테나들 간의 간격에 대응되도록 준-주기적으로 평면상에 배치되는 N개의 송신 안테나를 포함할 수 있다.
수신부(112)의 N개의 수신 안테나들 각각은 접지면에 형성되는 슬롯 안테나이고, 신호원 가상 빔 조절부(120)는 스트립라인을 통해 슬롯 안테나와 커플링될 수 있다. 신호원 가상 빔 조절부(120)의 스트립라인은 슬롯 안테나의 개구 장측에 직교할 수 있다.
신호 공급부(111)는 상술한 고정 피드 어레이의 방사 소자를 포함할 수 있고, 수신부(112)는 상술한 제3 주요 층의 수신 소자를 포함할 수 있다. 수신부(112)는 도 8과 관련하여 설명한 제2 접지 층의 슬롯 안테나를 포함할 수 있다.
도 12는 도 10에 도시된 안테나 장치의 구성에 도 11에 도시된 신호 분할부의 세부 구성을 도시한 블록도이다. 도 12를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 의한 안테나 장치(200)는 신호 공급부(111)를 제외한 렌즈 장치일 수 있다. 즉, 본 개시의 일 실시예에 의한 안테나 장치(200)는 N개의 신호 수신기들을 포함하는 수신부(112), N개의 신호 수신기들에 의해 수신된 N개의 신호들 각각의 위상을 천이시키는 신호원 가상 빔 조절부(120), 신호원 가상 빔 조절부(120)에 의해 위상 천이된 N개의 신호들 각각의 위상을 0도 또는 180도 천이시키는 송신 빔 조절부(130), 및 송신 빔 조절부(130)에 의해 위상 천이된 N개의 신호들 각각을 송신하는 N개의 송신 안테나를 포함하는 송신부(140)를 포함할 수 있다. 안테나 장치(200)는 상술한 제어 가능한 안테나 어레이를 포함할 수 있다.
신호원 가상 빔 조절부(120)는 N개의 신호 수신기에 의해 동일한 제1 신호가 수신되었을 때, 신호원 가상 빔 조절부(120)에 의해 위상 천이된 N개의 신호들의 위상이, 제1 신호가 한 점에서 송신되어 평면에 배치된 N개의 송신 안테나에 도달한 경우와 같아지도록 위상을 천이시킬 수 있다.
신호원 가상 빔 조절부(120)는 제3 신호에 포함된 각 신호의 위상이, 제1 신호가 한 점에서 송신되어 평면상에 일정 간격으로 배치된 수신부(112)의 N개의 송신 안테나에 도달한 경우와 같아지도록 위상을 천이시킬 수 있다. 수신부(112)의 N개의 송신 안테나들은 일정 간격으로 평면상에 배치되고, 신호원 가상 빔 조절부(120)는 제3 신호에 포함된 각 신호의 위상이, 제1 신호가 상기 평면의 중심으로부터 상기 평면에 대한 수직 방향으로 소정의 거리 만큼 떨어진 점에서 송신되어 수신부(112)의 N개의 송신 안테나에 도달한 경우와 같아지도록 위상을 천이시킬 수 있다.
송신 빔 조절부(130)는 0도 또는 180도의 위상 천이를 가할 신호들이 동상이라는 가정 하에 송신 빔을 조절하기 위한 각 신호의 위상 천이 값에, 신호원 가상 빔 조절부(120)에 의한 각 신호의 위상 천이 값을 더하거나 뺀 값에 따라, 각 신호에 가할 위상 천이 값 0도 또는 180도를 결정할 수 있다.
안테나 장치(200)는 3개의 주요 층을 포함하는 다층 기판을 포함하고, 다층 기판의 제1 주요 층은 패치 안테나를 포함하는 송신부(140) 및 패치 안테나의 방사 신호의 위상을 0도 또는 180도로 변경시킬 수 있는 스위칭 소자를 포함하는 송신 빔 조절부(130)를 포함하고, 제1 주요 층의 아래의 제2 주요 층은 딜레이 라인에 의한 고정 위상 천이 구간을 포함하는 신호원 가상 빔 조절부(120)를 포함하고, 제2 주요 층의 아래의 제3 주요 층은 수신 안테나 어레이를 포함하는 수신부(112)를 포함할 수 있다.
안테나 장치(200)는 2개의 주요 층을 포함하는 다층 기판을 포함하고, 다층 기판의 제1 주요 층은 패치 안테나를 포함하는 송신부(140) 및 패치 안테나의 방사 신호의 위상을 0도 또는 180도로 변경시킬 수 있는 스위칭 소자를 포함하는 송신 빔 조절부(130)를 포함하고, 제1 주요 층의 아래의 제2 주요 층은 딜레이 라인에 의한 고정 위상 천이 구간을 포함하는 신호원 가상 빔 조절부(120)를 포함하고, 제2 주요 층의 아래의 접지 층은 슬롯 안테나 어레이를 포함하는 수신부(112)를 포함할 수 있다.
본 개시의 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행될 수 있는 프로그램 제품으로 작성 가능하고, 작성된 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 저장될 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 자기 매체, 광학 매체, ROM, RAM 등 모든 기록매체를 포함한다.
지금까지 본 개시에 대하여 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 중심으로 상세히 살펴보았다. 이러한 실시예들은 이 개시를 한정하려는 것이 아니라 예시적인 것에 불과하며, 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 이러한 실시예들을 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다. 비록 본 명세서에 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 개시의 개념을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 본 개시의 각 동작은 반드시 기재된 순서대로 수행되어야 할 필요는 없고, 병렬적, 선택적 또는 개별적으로 수행될 수 있다.
본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 전술한 설명이 아니라 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 하며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 균등물은 현재 공지된 균등물뿐만 아니라 장래에 개발될 균등물 즉 구조와 무관하게 동일한 기능을 수행하도록 개시된 모든 구성요소를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (20)

  1. 신호원으로부터 수신한 제1 신호를 분할하여 N개의 동상의 신호들이 포함된 제2 신호를 생성하는 신호 분할부;
    상기 제2 신호에 포함된 각 신호의 위상을 천이시켜 N개의 신호가 포함된 제3 신호를 생성하는 신호원 가상 빔 조절부;
    상기 제3 신호에 포함된 각 신호의 위상을 0도 또는 180도 천이시켜 N개의 신호가 포함된 제4 신호를 생성하는 송신 빔 조절부; 및
    상기 제4 신호에 포함된 각 신호를 송신하는 N개의 송신 안테나를 포함하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 분할부는,
    상기 제1 신호를 송신하는 신호 공급부, 및
    상기 신호 공급부로부터 상기 제1 신호를 수신하는 N개의 수신 안테나들을 포함하는 수신부를 포함하며,
    상기 신호 공급부에서 송신된 상기 제1 신호는 상기 N개의 수신 안테나들에 동상으로 수신되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 N개의 수신 안테나들이 상기 신호 공급부의 방사 근거리 영역(radiative near-field region)에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 N개의 수신 안테나들은 평면상에 배치되고,
    상기 신호 공급부는 상기 제1 신호가 상기 N개의 수신 안테나들에 평면파(plane wave)로 도달하도록 송신하는 웨이브가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 N개의 수신 안테나들은 일정 간격으로 평면상에 배치되고,
    상기 신호 공급부는 상기 일정 간격으로 평면상에 배치되는 N개의 송신 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 N개의 수신 안테나들은 일정 간격으로 평면상에 배치되고,
    상기 신호 공급부는 상기 일정 간격에 대응되도록 준-주기적으로 평면상에 배치되는 N개의 송신 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 N개의 수신 안테나들 각각은 접지면에 형성되는 슬롯 안테나이고,
    상기 신호원 가상 빔 조절부는 스트립라인을 통해 상기 슬롯 안테나와 커플링되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 신호원 가상 빔 조절부는,
    상기 제3 신호에 포함된 각 신호의 위상이, 상기 제1 신호가 한 점에서 송신되어 상기 N개의 송신 안테나에 도달한 경우와 같아지도록 위상을 천이시키는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 N개의 송신 안테나들은 일정 간격으로 평면상에 배치되고,
    상기 신호원 가상 빔 조절부는,
    상기 제3 신호에 포함된 각 신호의 위상이, 상기 제1 신호가 상기 평면의 중심으로부터 상기 평면에 대한 수직 방향으로 소정의 거리 만큼 떨어진 점에서 송신되어 상기 N개의 송신 안테나에 도달한 경우와 같아지도록 위상을 천이시키는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 신호원 가상 빔 조절부가 상기 제2 신호에 포함된 각 신호의 위상을 천이시키는 값은 고정된 값인 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신호원 가상 빔 조절부는,
    딜레이 라인을 통해 상기 제2 신호에 포함된 각 신호의 위상을 고정된 값 만큼 천이시키는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 신호에 포함된 신호들에 대한 딜레이 라인들 간의 길이 차이가 파장 이내로 제한되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 송신 빔 조절부는,
    상기 제3 신호에 포함된 신호들이 동상이라는 가정 하에 송신 빔을 조절하기 위한 각 신호의 위상 천이 값에 따라, 각 신호에 가할 위상 천이 값 0도 또는 180도를 결정하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 송신 빔 조절부는,
    상기 제3 신호에 포함된 신호들이 동상이라는 가정 하에 송신 빔을 조절하기 위한 각 신호의 위상 천이 값에, 상기 신호원 가상 빔 조절부에 의한 각 신호의 위상 천이 값을 더한 값에 따라, 각 신호에 가할 위상 천이 값 0도 또는 180도를 결정하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 송신 빔 조절부는,
    상기 제3 신호에 포함된 신호들이 동상이라는 가정 하에 송신 빔을 조절하기 위한 각 신호의 위상 천이 값에서, 상기 신호원 가상 빔 조절부에 의한 각 신호의 위상 천이 값을 뺀 값에 따라, 각 신호에 가할 위상 천이 값 0도 또는 180도를 결정하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    N개의 송신 안테나 각각은,
    송신 신호가 원 편광 되도록 모서리가 사선 처리된 사각형 패치로 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  17. 제2항에 있어서,
    상기 안테나 장치는 3개의 주요 층을 포함하는 다층 기판을 포함하고,
    상기 다층 기판의 제1 주요 층은 패치 안테나를 포함하는 상기 송신부 및 상기 패치 안테나의 방사 신호의 위상을 0도 또는 180도로 변경시킬 수 있는 스위칭 소자를 포함하는 상기 송신 빔 조절부를 포함하고,
    상기 다층 기판의 제1 주요 층의 아래의 제2 주요 층은 딜레이 라인에 의한 고정 위상 천이 구간을 포함하는 상기 신호원 가상 빔 조절부를 포함하고,
    상기 다층 기판의 제2 주요 층의 아래의 제3 주요 층은 수신 안테나 어레이를 포함하는 상기 수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  18. 제2항에 있어서,
    상기 안테나 장치는 2개의 주요 층을 포함하는 다층 기판을 포함하고,
    상기 다층 기판의 제1 주요 층은 패치 안테나를 포함하는 상기 송신부 및 상기 패치 안테나의 방사 신호의 위상을 0도 또는 180도로 변경시킬 수 있는 스위칭 소자를 포함하는 상기 송신 빔 조절부를 포함하고,
    상기 다층 기판의 제1 주요 층의 아래의 제2 주요 층은 딜레이 라인에 의한 고정 위상 천이 구간을 포함하는 상기 신호원 가상 빔 조절부를 포함하고,
    상기 다층 기판의 제2 주요 층의 아래의 접지 층은 슬롯 안테나 어레이를 포함하는 상기 수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  19. N개의 신호 수신기들을 포함하는 수신부;
    상기 N개의 신호 수신기들에 의해 수신된 N개의 신호들 각각의 위상을 천이시키는 신호원 가상 빔 조절부;
    상기 신호원 가상 빔 조절부에 의해 위상 천이된 N개의 신호들 각각의 위상을 0도 또는 180도 천이시키는 송신 빔 조절부; 및
    상기 송신 빔 조절부에 의해 위상 천이된 N개의 신호들 각각을 송신하는 N개의 송신 안테나를 포함하는 송신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 신호원 가상 빔 조절부는,
    상기 N개의 신호 수신기에 의해 동일한 제1 신호가 수신되었을 때,
    상기 신호원 가상 빔 조절부에 의해 위상 천이된 N개의 신호들의 위상이,
    상기 제1 신호가 한 점에서 송신되어 평면에 배치된 N개의 송신 안테나에 도달한 경우와 같아지도록 위상을 천이시키는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2688949C1 (ru) 2018-08-24 2019-05-23 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Антенна миллиметрового диапазона и способ управления антенной
WO2021085669A1 (ko) * 2019-10-30 2021-05-06 엘지전자 주식회사 5g 안테나를 구비하는 전자 기기
KR102316108B1 (ko) * 2020-05-28 2021-10-26 서울대학교산학협력단 단일 체인 재구성 메타 누설 안테나 기반의 지능형 rf 융합 처리 장치 및 그 동작방법
RU2759918C1 (ru) * 2021-02-12 2021-11-18 Акционерное общество «Обнинское научно-производственное предприятие «Технология» им. А.Г.Ромашина» Конструкция неподвижного поляризационного зеркала двухзеркальной антенной системы
FR3122780A1 (fr) * 2021-05-07 2022-11-11 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Cellule d’antenne à réseau transmetteur
FR3125173A1 (fr) * 2021-07-07 2023-01-13 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Cellule d’antenne à réseau transmetteur
KR102395132B1 (ko) * 2021-10-12 2022-05-04 국방과학연구소 전자적 빔조향과 편파변환제어가 가능한 전파연동 다기능 메타표면 장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140097986A1 (en) * 2012-08-24 2014-04-10 City University Of Hong Kong Phased array, a coherent source array, an antenna array and a system for controlling thereof
KR101605975B1 (ko) * 2014-12-24 2016-03-23 주식회사 코프 2단계 위상 시프터를 구비한 rf 빔포밍 시스템 장치 및 방법
US20160226142A1 (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Robert Leroux Phase control for antenna array
JP2016208229A (ja) * 2015-04-21 2016-12-08 忠 高野 電磁波ビーム伝送装置
RU2688949C1 (ru) * 2018-08-24 2019-05-23 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Антенна миллиметрового диапазона и способ управления антенной

Family Cites Families (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3881178A (en) 1973-04-03 1975-04-29 Hazeltine Corp Antenna system for radiating multiple planar beams
DE2405520A1 (de) 1974-02-06 1975-08-14 Siemens Ag Phasengesteuerte antennenanordnung
US4381509A (en) 1981-02-23 1983-04-26 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Cylindrical microwave lens antenna for wideband scanning applications
US4388626A (en) 1981-03-05 1983-06-14 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Phased array antennas using frequency multiplication for reduced numbers of phase shifters
US4460897A (en) 1981-04-02 1984-07-17 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Scanning phased array antenna system
GB2250865B (en) 1983-06-25 1992-11-18 Emi Ltd Antenna arrangement
US4825216A (en) 1985-12-04 1989-04-25 Hughes Aircraft Company High efficiency optical limited scan antenna
CA1317657C (en) 1988-11-02 1993-05-11 Her Majesty The Queen In Right Of Canada As Represented By The Minister Of National Defence Of Her Majesty's Canadian Government Two dimensional acousto-optic signal processor using a circular antenna array and a butler matrix
US4937584A (en) 1988-12-22 1990-06-26 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Adaptive phase-shifter nulling techniques for large-aperture phases arrays
US5041849A (en) 1989-12-26 1991-08-20 Xerox Corporation Multi-discrete-phase Fresnel acoustic lenses and their application to acoustic ink printing
US5214438A (en) 1990-05-11 1993-05-25 Westinghouse Electric Corp. Millimeter wave and infrared sensor in a common receiving aperture
FR2729505A1 (fr) 1995-01-18 1996-07-19 Alcatel Espace Antenne multifaisceaux forte capacite a balayage electronique en emission
US5793798A (en) * 1995-12-18 1998-08-11 Ail Systems, Inc. Virtual beam system
FR2750258B1 (fr) * 1996-06-24 1998-08-21 Europ Agence Spatiale Systeme de conformation de faisceau zonal reconfigurable pour une antenne embarquee sur un satellite en orbite et procede d'optimisation de la reconfiguration
JP3010442B1 (ja) 1998-10-09 2000-02-21 郵政省通信総合研究所長 光制御フェイズドアレイアンテナ
US6184827B1 (en) * 1999-02-26 2001-02-06 Motorola, Inc. Low cost beam steering planar array antenna
US6351240B1 (en) * 2000-02-25 2002-02-26 Hughes Electronics Corporation Circularly polarized reflect array using 2-bit phase shifter having initial phase perturbation
WO2001079821A1 (de) 2000-04-14 2001-10-25 Zeptosens Ag Gitter-wellenleiter-struktur zur verstärkung eines anregungsfeldes und deren verwendung
US7554508B2 (en) * 2000-06-09 2009-06-30 Parker Vision, Inc. Phased array antenna applications on universal frequency translation
US20040052489A1 (en) 2001-04-02 2004-03-18 Duveneck Gert Ludwig Optical structure for multi-photon excitation and the use thereof
IL149430A0 (en) 2001-05-07 2004-08-31 Rafael Armament Dev Authority Cylindrical ray imaging steered beam array (crisba) antenna
RU2237267C2 (ru) 2001-11-26 2004-09-27 Волков Леонид Викторович Способ формирования изображений в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне волн (варианты) и система формирования изображений в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне волн
CN2561106Y (zh) * 2002-08-07 2003-07-16 西安海天天线科技股份有限公司 天线阵可调移相器
NZ521823A (en) 2002-10-04 2005-11-25 Ind Res Ltd An array of antenna elements used as a microwave sensor to grade produce such as fruit
US7212153B2 (en) 2003-12-05 2007-05-01 Safeview, Inc. Millimeter-wave active imaging system with fixed array
US7271461B2 (en) 2004-02-27 2007-09-18 Banpil Photonics Stackable optoelectronics chip-to-chip interconnects and method of manufacturing
WO2006122040A2 (en) * 2005-05-05 2006-11-16 Automotive Systems Laboratory, Inc. Antenna
DE102005040267B4 (de) 2005-08-24 2007-12-27 Universität Karlsruhe Verfahren zum Herstellen einer mehrschichtigen elektrostatischen Linsenanordnung, insbesondere einer Phasenplatte und derartige Phasenplatte
JP2007258863A (ja) * 2006-03-22 2007-10-04 Nec Corp 線路切換型移相器、それを含む多ビット移相回路およびそれを用いたフェーズドアレイアンテナ
US7602337B2 (en) * 2006-11-30 2009-10-13 The Boeing Company Antenna array including a phase shifter array controller and algorithm for steering the array
GB0701087D0 (en) 2007-01-19 2007-02-28 Plasma Antennas Ltd A displaced feed parallel plate antenna
US8164531B2 (en) * 2008-05-20 2012-04-24 Lockheed Martin Corporation Antenna array with metamaterial lens
US8477408B2 (en) 2009-04-02 2013-07-02 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Electronically reconfigurable planar crossbar array optical elements
US20110074646A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Snow Jeffrey M Antenna array
US8421684B2 (en) * 2009-10-01 2013-04-16 Qualcomm Incorporated Methods and apparatus for beam steering using steerable beam antennas with switched parasitic elements
US8456351B2 (en) 2010-04-20 2013-06-04 International Business Machines Corporation Phased array millimeter wave imaging techniques
US9660339B2 (en) * 2010-12-04 2017-05-23 Chian Chiu Li Beam steering and manipulating apparatus and method
WO2012093392A1 (en) * 2011-01-05 2012-07-12 Beam Networks Ltd. Circularly and linearly polarized planar phased array antennae and network systems employing such
US9000982B2 (en) * 2012-03-09 2015-04-07 Lockheed Martin Corporation Conformal array antenna
EP2698870A1 (en) * 2012-08-14 2014-02-19 Alcatel-Lucent Antenna feed
US20140085693A1 (en) 2012-09-26 2014-03-27 Northeastern University Metasurface nanoantennas for light processing
CN103094713B (zh) 2013-01-18 2016-05-18 厦门大学 K波段平面贴片透镜天线
GB2511845A (en) 2013-03-15 2014-09-17 Bae Systems Plc Directional multiband antenna
US9683928B2 (en) 2013-06-23 2017-06-20 Eric Swanson Integrated optical system and components utilizing tunable optical sources and coherent detection and phased array for imaging, ranging, sensing, communications and other applications
US10411345B2 (en) 2013-12-03 2019-09-10 Teknologian Tutkimuskeskus Vtt Oy Optically controlled phase shifter
US20150200452A1 (en) * 2014-01-10 2015-07-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Planar beam steerable lens antenna system using non-uniform feed array
EP3092525A4 (en) 2014-01-11 2017-06-28 Université Laval Method and apparatus for creation and electrical tuning of spatially non-uniform reflection of light
WO2015117020A1 (en) * 2014-01-31 2015-08-06 Quintel Technology Limited Antenna system with beamwidth control
US9482796B2 (en) 2014-02-04 2016-11-01 California Institute Of Technology Controllable planar optical focusing system
RU2595941C2 (ru) 2014-05-06 2016-08-27 Общество с ограниченной ответственностью "Радио Гигабит" Система радиорелейной связи с подстройкой луча
US10756445B2 (en) * 2014-12-12 2020-08-25 The Boeing Company Switchable transmit and receive phased array antenna with high power and compact size
EP3089365A1 (en) * 2015-04-27 2016-11-02 Alcatel Lucent Directional device for phase shifting and attenuating signals
KR102407142B1 (ko) * 2017-06-30 2022-06-10 삼성전자주식회사 빔 스티어링 소자 및 이를 포함하는 전자 장치
CN107645070B (zh) 2017-07-31 2020-10-02 东南大学 基于一维微波平面透镜和双渐变槽天线线阵的多波束天线
US11404797B2 (en) * 2020-01-02 2022-08-02 International Business Machines Corporation Time-based beam switching in phased arrays
US20210376461A1 (en) * 2020-06-01 2021-12-02 Qualcomm Incorporated Hybrid phased-array and steering lenses for beam steering
US11916304B2 (en) * 2021-04-02 2024-02-27 Anokiwa Ve, Inc. Correction of systematic error for electronically steered antennas using on-chip programming

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140097986A1 (en) * 2012-08-24 2014-04-10 City University Of Hong Kong Phased array, a coherent source array, an antenna array and a system for controlling thereof
KR101605975B1 (ko) * 2014-12-24 2016-03-23 주식회사 코프 2단계 위상 시프터를 구비한 rf 빔포밍 시스템 장치 및 방법
US20160226142A1 (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Robert Leroux Phase control for antenna array
JP2016208229A (ja) * 2015-04-21 2016-12-08 忠 高野 電磁波ビーム伝送装置
RU2688949C1 (ru) * 2018-08-24 2019-05-23 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Антенна миллиметрового диапазона и способ управления антенной

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3764462A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3764462A4 (en) 2021-07-07
KR20200023254A (ko) 2020-03-04
US20210234269A1 (en) 2021-07-29
US11688941B2 (en) 2023-06-27
EP3764462A1 (en) 2021-01-13
RU2688949C1 (ru) 2019-05-23
CN112424995A (zh) 2021-02-26
KR102674616B1 (ko) 2024-06-12

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