WO2023113095A1 - 슬롯 안테나 - Google Patents

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WO2023113095A1
WO2023113095A1 PCT/KR2021/095140 KR2021095140W WO2023113095A1 WO 2023113095 A1 WO2023113095 A1 WO 2023113095A1 KR 2021095140 W KR2021095140 W KR 2021095140W WO 2023113095 A1 WO2023113095 A1 WO 2023113095A1
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WO
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slot antenna
waveguide
slots
cover member
antenna
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/095140
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English (en)
French (fr)
Inventor
오상민
이주용
Original Assignee
한국과학기술원
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08—Microstrips; Strip lines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
    • H01P3/02—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type with two longitudinal conductors
    • H01P3/08—Microstrips; Strip lines
    • H01P3/081—Microstriplines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas

Definitions

  • the present technology relates to a slot antenna.
  • the 5th generation (5G) mobile communication technology has been commercialized and various services are being launched. As 5G technology matures, competition to secure technology for the 6th generation (6G) is getting fiercer. At the current rate of technological development, 6G technology is expected to emerge around 2030, and the movement of countries and companies to take the lead in preparation in advance is already accelerating.
  • the structure is simple and easy to manufacture, but a slot with a 0.5 wavelength interval is required, so the signal emitted from the slot antenna shows a phase difference of 0 degrees or 180 degrees, and the completed waveguide tube slot antenna is fixed. has a radiation pattern.
  • phase control of a beam is possible using a phase shifter, but phase control is difficult in a waveguide antenna, and beam forming is also difficult therefrom.
  • the conventional path difference phase control technique has difficulties in application due to strong coupling characteristics in a place where an E field is strong in a waveguide tube slot antenna.
  • This embodiment is intended to solve the above problems. That is, providing a reconfigurable slot antenna to more easily change the beam pattern is one of the problems to be solved by the present embodiment.
  • the slot antenna of the present invention includes a wave guide for inducing radio waves; a plurality of slots passing through the waveguide and arranged in an array; Cover members respectively cover the slots, and the cover members block or transmit the radio waves to shape the beam of the radio waves.
  • the cover member is the conductive metal that reflects the radio waves into the waveguide.
  • the cover member is a dielectric material having an electrically controllable permittivity.
  • the dielectric material is hafnium oxide (HfO2).
  • the slots are arranged at predetermined intervals along the propagation direction of the radio wave in the waveguide, and are arranged in at least two rows.
  • the predetermined interval is an integer multiple of the waveguide wavelength ( ⁇ ) in the waveguide in a part of the array, and the half-wavelength (0.5( ⁇ ) in the waveguide) in another part of the array. is an odd multiple of
  • the predetermined interval is an integer multiple of the wavelength of the propagation ( ⁇ ) in the waveguide.
  • a beam in which destructive interference occurs with two signals of 180 degrees is formed.
  • the predetermined interval is an odd multiple of the half-wavelength of the propagation in the waveguide (0.5( ⁇ )).
  • a beam having destructive interference with two signals of 180 degrees is formed.
  • the slot antenna is used as a Hermite Gaussian mode antenna.
  • the slot antenna is reconfigurable by controlling the cover member to block or transmit the radio waves.
  • an advantage of being able to shape the beam pattern of an antenna using a cover member is provided.
  • FIG. 1A and 1B are diagrams showing the outline of an antenna according to this embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic plan view for explaining the operation of the dielectric material cover member 200 covering the slot 100a1.
  • FIG. 3A is a diagram schematically showing an antenna according to the present embodiment.
  • 3B is a view showing a state in which the slots 100b1 and 100b2 arranged in the same column are covered with a metal cover member 200
  • FIG. 3C is a view showing a beam formed from the antenna illustrated in FIG. 3B.
  • FIG. 4A is a view showing a state in which slots 100a1 and 100b2 arranged in different columns are opened as metal cover members
  • FIG. 4B is a view showing beams formed by the antenna illustrated in FIG. 4A.
  • 5A to 5D are diagrams illustrating performing 1-bit beamforming with an antenna according to this embodiment.
  • FIGS. 6A to 6F are diagrams illustrating an embodiment in which a Hermite Gaussian (HG) mode antenna is generated using the slot antenna according to the present embodiment.
  • HG Hermite Gaussian
  • 1A and 1B are diagrams showing the outline of an antenna according to this embodiment.
  • the antenna according to this embodiment includes a waveguide 300 for inducing radio waves, and a plurality of slots 100a1, 100a2, 100b1, and 100b2 passing through the waveguide 300 and arranged in an array.
  • a waveguide 300 for inducing radio waves and a plurality of slots 100a1, 100a2, 100b1, and 100b2 passing through the waveguide 300 and arranged in an array.
  • ...) and cover members 200 covering the slots, respectively, and the cover members 200 block or transmit radio waves to shape the beam of the radio waves.
  • the waveguide 300 is exemplified as a rectangular waveguide, but this is only an embodiment, and may have a spherical cross section or a waveguide having a ridge therein.
  • a plurality of slots 100a1, 100a2, 100b1, 100b2, ... penetrating the waveguide 300 are formed on one surface of the waveguide 300.
  • the plurality of slots 100a1, 100a2, 100b1, 100b2, ... may be arranged at predetermined intervals in two or more rows along the traveling direction k of radio waves.
  • the plurality of slots 100a1, 100a2, 100b1, 100b2, ... may be spaced apart at regular intervals d.
  • the constant interval d may be an integer multiple of the wavelength ⁇ of the radio wave in the waveguide.
  • the constant interval d may be an odd multiple of a half wavelength (0.5 ⁇ ) of a radio wave in the waveguide.
  • the regular interval (d) in some of the slot antennas arranged in an array, may be an odd multiple of a half wavelength (0.5 ⁇ ) of the radio wave in the waveguide, and in another portion of the slot antennas arranged in an array, the regular interval ( d) may be an integer multiple of the wavelength ( ⁇ ) of the radio wave in the waveguide.
  • the antenna illustrated in FIG. 1A includes a cover member 200 covering one of the slots arranged in two rows.
  • the cover member 200 may be moved to cover one of the slots arranged in two rows according to the desired shape of the beam.
  • the cover member 200 covers the slots 100a1, 100a2, ... arranged in column a.
  • the cover member 200 covers the slots 100a1, 100a2, ... so that radio waves are reflected inside the covered slots 100a1, 100a2, ... waveguide.
  • the cover member 200 may be formed of a conductive metal.
  • the cover member 200 may cover all of the plurality of slots 100a1, 100a2, 100b1, 100b2, .... 2 is a schematic plan view for explaining the operation of the dielectric material cover member 200 covering the slot 100a1.
  • the cover member 200 may be formed of a dielectric material having an electrically controllable permittivity.
  • the effective permittivity of the dielectric material constituting the cover member 200 is increased according to the magnitude of the supplied voltage. It changes. Accordingly, by adjusting the thickness of the cover member 200 and the magnitude of the applied voltage, the permittivity of the cover member 200 is controlled so that radio waves in the waveguide can be radiated through the slot or reflected into the waveguide.
  • the dielectric material constituting the cover member 200 may be, for example, hafnium oxide (Hf02).
  • 3A is a diagram schematically showing an antenna according to the present embodiment.
  • the antenna includes slots 100a1, 100a2, 100b1, and 100b2 arranged in two rows.
  • the blue axis corresponds to the propagation direction (k) of the wave, and z is the normal vector of the slotted waveguide surface.
  • the slots 100a1 and 100a2 or 100b1 and 100b2 arranged in the same column are spaced apart by integer multiples of the wavelength ⁇ in the waveguide of the radio wave, respectively.
  • FIG. 3B is a view showing a state in which the slots 100b1 and 100b2 arranged in the same column are covered with a metal cover member 200
  • FIG. 3C is a view showing a beam formed from the antenna illustrated in FIG. 3B.
  • FIG. 3B when the slots 100a1 and 100a2 arranged in the same column are opened in a state in which the slots arranged in the same column are spaced apart by an integer multiple of the wavelength ⁇ in the waveguide of the wave, radio waves radiated from adjacent slots have a phase difference of 0 degree from each other. Therefore, as illustrated in FIG. 3C, since constructive interference is made in the center, a beam pattern protruding in the z direction is formed.
  • FIG. 4A is a view showing a state in which slots 100a1 and 100b2 arranged in different columns are opened as metal cover members
  • FIG. 4B is a view showing beams formed by the antenna illustrated in FIG. 4A.
  • the radio waves emitted from the adjacent slots have a phase difference of 180 degrees from each other. have Accordingly, destructive interference occurs at the center of the slots to form a beam pattern that is depressed in the z direction from the center, as illustrated in FIG. 4B.
  • the radio waves radiated from the adjacent slots are mutually Since it has a phase difference of 180 degrees, destructive interference similar to that illustrated in FIG. 4B forms a sunken beam pattern in the z direction.
  • the radio waves emitted from the adjacent slots have a phase difference of 0 degrees. Accordingly, constructive interference occurs at the center of the slots to form a beam pattern protruding from the center in the z direction, similar to that illustrated in FIG. 3C.
  • FIG. 5A to 5D are diagrams illustrating performing 1-bit beamforming with an antenna according to this embodiment.
  • each of the slots 100a1, 100a2, ... is spaced apart by an integral multiple of the wavelength ⁇ of the wave inside the waveguide.
  • the radio waves emitted from the open slots 100a1, 100a2, ... as described above all have the same phase so that the phase difference is 0 degrees. Accordingly, a beam pattern having a main lobe at 0 degree is formed as illustrated in FIG. 5B.
  • open slots 100b1 and 100a2 have a phase difference of 180 degrees, and radio waves emitted from open slots 100a2 and 100a3 all have the same phase, so the phase difference is 0 degrees.
  • the slots have the same arrangement as 100b1, 100a2 and 100a3.
  • an embodiment forms a beam pattern with a main lobe at ⁇ 40 degrees. Therefore, as illustrated in FIGS. 5A to 5D, according to the present embodiment, an advantage of 1-bit beamforming is provided.
  • FIGS. 6A to 6F are diagrams illustrating an embodiment in which a Hermite Gaussian (HG) mode antenna is generated using the slot antenna according to the present embodiment.
  • the Hermite Gaussian mode antenna can be easily formed as an antenna according to the present embodiment because the HG mode generated in the orthogonal coordinate axis among the orthogonal spatial multiplexing modes consists only of antennas with a phase difference of 0 degree and 180 degree.
  • the spatial multiplexing mode introduced in the Hermite Gaussian mode antenna has the advantage that there is no interference between other modes and multiple signals can be multiplexed and transmitted.
  • 6A, 6C and 6E show generated antenna phases for generating HG mode ⁇ 1,0>, HG mode ⁇ 1,1>, and HG mode ⁇ 2,2>, respectively.
  • 6B, 6D and 6F show radiation patterns in HG mode ⁇ 1,0>, HG mode ⁇ 1,1>, and HG mode ⁇ 2,2>, respectively.
  • the Hermite Gaussian mode antenna is composed of antennas having a phase difference of 0 degrees and 180 degrees, which can be easily implemented as a slot antenna according to the present embodiment.

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Abstract

본 발명에 의한 슬롯 안테나는 전파를 유도하는 도파관; 상기 도파관을 관통하며, 어레이로 배열된 복수의 슬롯들; 상기 슬롯을 각각 덮는 커버 부재들을 포함하며, 상기 커버 부재는 상기 전파를 차단하거나, 투과하여 상기 전파의 빔을 셰이핑(shaping)한다.

Description

슬롯 안테나
본 기술은 슬롯 안테나와 관련된다.
5세대(5G) 이동통신기술이 상용화 되어 각종 서비스가 출시되고 있다. 5G 기술이 성숙함에 따라 6세대(6G)를 대비한 기술확보에 대비하는 경쟁이 치열해지고 있다. 현재의 기술 발전속도로 보면 6G 기술은 약 2030년 경에 대두될 것으로 여겨지는데 미리 선도적인 준비를 취하는 국가 및 기업의 움직임이 벌써부터 가속화되고 있다.
5G, 6G 기술 발전에 따라 sub-THz 대역까지 활용 주파수가 높아지고 있으며, 손실을 줄이기 위해 도파관 안테나의 필요성이 점차 증가하고 있다. 한편, 슬롯 안테나(slot antenna)의 경우 구조가 간단하여 제작이 용이하나, 0.5 파장 간격의 슬롯이 필요하여 슬롯 안테나에서 방사되는 신호는 0도 또는 180도 위상차를 보이며, 완성된 도파관 슬롯 안테나는 고정된 방사 패턴을 가진다.
기존에는 위상 천이기를 사용하여 빔의 위상 제어가 가능하나, 도파관 안테나에서는 위상 제어가 곤란하고, 그로부터 빔 포밍(beam forming)도 어렵다. 또한, 종래의 경로차 위상 제어 기술은 도파관 슬롯 안테나에서 전기장(E field)가 강한 곳에서는 강하게 커플링되는 특성 때문에 활용에 난점이 있다.
본 실시예는 상술한 문제점을 해소하기 위한 것이다. 즉, 보다 용이하게 빔 패턴을 변형할 수 있도록 재구성 가능한 슬롯 안테나를 제공하는 것이 본 실시예로 해결하고자 하는 과제 중 하나이다.
본 발명의 슬롯 안테나는 전파를 유도하는 도파관; 상기 도파관을 관통하며, 어레이로 배열된 복수의 슬롯들; 상기 슬롯을 각각 덮는 커버 부재들을 포함하며, 상기 커버 부재는 상기 전파를 차단하거나, 투과하여 상기 전파의 빔을 셰이핑(shaping)한다.
본 발명의 어느 한 모습에 의하면, 상기 커버 부재는 상기 전파를 도파관 내부로 반사시키는 상기 전도성 금속이다.
본 발명의 어느 한 모습에 의하면, 상기 커버 부재는 전기적 제어 가능한 유전율을 가지는 유전 물질(dielectric material)이다.
본 발명의 어느 한 모습에 의하면, 상기 유전 물질은 하프늄 옥사이드(HfO2)이다.
본 발명의 어느 한 모습에 의하면, 상기 슬롯들은, 상기 도파관 내 상기 전파의 진행 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 배열되고, 적어도 두 열(two rows)로 배열되는 어레이 형태이다.
본 발명의 어느 한 모습에 의하면, 상기 미리 정해진 간격은, 상기 어레이 일부에서 상기 도파관 내 상기 전파 파장(λ)의 정수배이고,상기 어레이의 다른 일부에서 상기 도파관 내 상기 전파 반파장(0.5(λ)의 홀수배이다.
본 발명의 어느 한 모습에 의하면, 상기 미리 정해진 간격은, 상기 도파관 내 상기 전파 파장(λ)의 정수배이다.
본 발명의 어느 한 모습에 의하면, 동일한 상기 열에 배치된 인접한 두 슬롯이 개방되면 위상차가 0도인 두 신호로 보강 간섭이 일어난 빔이 형성된다.
본 발명의 어느 한 모습에 의하면, 인접한 상기 열에 배치된 인접한 두 슬롯이 개방되면 180도인 두 신호로 상쇄 간섭이 일어난 빔이 형성된다.
본 발명의 어느 한 모습에 의하면, 상기 미리 정해진 간격은, 상기 도파관 내 상기 전파 반파장(0.5(λ)의 홀수배이다.
본 발명의 어느 한 모습에 의하면, 동일한 상기 열에 배치된 인접한 두 슬롯이 개방되면 180도인 두 신호로 상쇄 간섭이 일어난 빔이 형성된다.
본 발명의 어느 한 모습에 의하면, 인접한 상기 열에 배치된 인접한 두 슬롯이 개방되면 0도인 두 신호로 보강 간섭이 일어난 빔이 형성된다.
본 발명의 어느 한 모습에 의하면, 상기 슬롯 안테나는 허마이트 가우시안 모드 안테나로 사용된다.
본 발명의 어느 한 모습에 의하면, 상기 슬롯 안테나는 상기 커버 부재가 상기 전파를 차단하거나, 투과하도록 제어하여 재구성 가능하다.
본 발명에 의하면 커버 부재를 이용하여 안테나의 빔 패턴을 셰이핑할 수 있다는 장점이 제공된다.
도 1A 및 도 1B는 본 실시예에 의한 안테나의 개요를 도시한 도면이다.
도 2는 슬롯(100a1)을 커버하는 유전물질 커버 부재(200)의 동작을 설명하기 위한 개요적 평면도이다.
도 3A는 본 실시예에 따른 안테나를 개요적으도 도시한 도면이다. 도 3B는 금속 커버 부재(200)로 동일한 열에 배치된 슬롯들(100b1, 100b2)을 덮은 상태를 도시한 도면이고, 도 3C는 도 3B로 예시된 안테나에서 형성된 빔을 도시한 도면이다.
도 4A는 금속 커버 부재로 서로 다른 열에 배치된 슬롯들(100a1, 100b2)을 개방한 상태를 도시한 도면이고, 도 4B는 도 4A로 예시된 안테나에서 형성된 빔을 도시한 도면이다.
도 5A 내지 도 5D는 본 실시예에 의한 안테나로 1 비트 빔포밍을 수행하는 것을 예시한 도면들이다.
도 6A 내지 6F는 본 실시예에 의한 슬롯 안테나를 이용하여 허마이트 가우시안(HG, Hermite Gaussian) 모드 안테나를 생성한 실시예를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예를 설명한다. 도 1A 및 도 1B는 본 실시예에 의한 안테나의 개요를 도시한 도면이다. 도 1A 및 도 1B를 참조하면, 본 실시예에 의한 안테나는 전파를 유도하는 도파관(300)과, 도파관(300)을 관통하며, 어레이로 배열된 복수의 슬롯들(100a1, 100a2, 100b1, 100b2, ...)과, 상기 슬롯을 각각 덮는 커버 부재(200)들을 포함하며, 커버 부재(200)들은 전파를 차단하거나, 투과하여 상기 전파의 빔을 셰이핑(shaping)한다.
도파관(300)은 직사각형 도파관(rectagular wave guide)인 것을 예시하나, 이는 실시예일 따름이며, 단면이 구형이거나, 내부에 릿지(ridge)를 가지는 도파관일 수 있다.
도파관(300)의 일 표면에는 도파관(300)을 관통하는 복수의 슬롯들(100a1, 100a2, 100b1, 100b2, ...)이 형성된다. 도시된 실시예에서, 복수의 슬롯들(100a1, 100a2, 100b1, 100b2, ...)은 전파의 진행 방향(k)을 따라 두 개 이상의 열(row)로 미리 정해진 간격으로 배열될 수 있다.
일 실시예로, 복수의 슬롯들(100a1, 100a2, 100b1, 100b2, ...) 사이는 일정한 간격(d)로 이격될 수 있다. 일 실시예로, 일정한 간격(d)은 도파관 내 전파의 파장(λ)의 정수배일 수 있다. 다른 실시예로, 일정한 간격(d)은 도파관 내 전파의 반 파장(0.5λ)의 홀수배일 수 있다. 다른 실시예로, 어레이로 배치된 슬롯 안테나의 일부에서, 일정한 간격(d)은 도파관 내 전파의 반 파장(0.5λ)의 홀수배일 수 있으며, 어레이로 배치된 슬롯 안테나의 다른 일부에서 일정한 간격(d)은 도파관 내 전파의 파장(λ)의 정수배일 수 있다.
도 1A로 예시된 안테나는 두 열로 배치된 슬롯 중 어느 하나를 커버하는 커버 부재(200)를 포함한다. 커버 부재(200)는 목적하는 빔의 형태에 따라 두 열로 배치된 슬롯들 중 어느 하나를 커버하도록 움직일 수 있다. 도 1A로 예시된 실시예에서 커버 부재(200)는 a 열에 배치된 슬롯들(100a1, 100a2, ...)을 커버하는 것을 예시한다. 도 1A로 예시된 실시예에서 커버 부재(200)는 커버된 슬롯들(100a1, 100a2, ...) 도파관 내부에서 전파가 반사되도록 슬롯들(100a1, 100a2, ...)을 커버한다. 일 실시예로, 커버 부재(200)는 전도성 금속으로 형성될 수 있다.
도 1B로 예시된 실시예에서, 커버 부재(200)는 복수의 슬롯들(100a1, 100a2, 100b1, 100b2, ...)을 모두 커버할 수 있다. 도 2는 슬롯(100a1)을 커버하는 유전물질 커버 부재(200)의 동작을 설명하기 위한 개요적 평면도이다. 도 1B 및 도 2를 참조하면, 커버 부재(200)는 전기적으로 조절 가능한 유전율(permitivitty)를 가지는 유전 물질(dielectric material)로 형성될 수 있다.
도 2로 예시된 바와 같이 유전 물질 커버 부재(200)에 전파 진행 방향(k)과 수평한 방향으로 전압을 제공하면, 제공된 전압의 크기에 따라 커버 부재(200)를 이루는 유전 물질의 유효 유전율이 변화한다. 따라서, 커버 부재(200)의 두께와 제공되는 전압의 크기를 조절하여 커버 부재(200)의 유전율을 제어하여 도파관 내의 전파가 슬롯을 통하여 방사되거나, 도파관 내로 전파를 반사시킬 수 있다. 도 1B 및 도 2로 예시된 실시예에서, 커버 부재(200)를 이루는 유전 물질은 일 예로 하프늄 옥사이드(Hf02)일 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 4를 참조하여 본 실시예에 의한 안테나의 동작을 설명한다. 도 3A는 본 실시예에 따른 안테나를 개요적으도 도시한 도면이다. 도 3A를 참조하면, 안테나는 두 열로 배치된 슬롯들(100a1, 100a2, 100b1, 100b2)을 포함한다. 청색축은 전파의 진행 방향(k)에 상응하고, z는 슬롯이 형성된 도파관 표면의 법선 벡터이다. 동일한 열에 배치된 슬롯들인 100a1, 100a2 혹은 100b1, 100b2 각각 전파의 도파관 내 파장(λ)의 정수배만큼 이격되었다.
도 3B는 금속 커버 부재(200)로 동일한 열에 배치된 슬롯들(100b1, 100b2)을 덮은 상태를 도시한 도면이고, 도 3C는 도 3B로 예시된 안테나에서 형성된 빔을 도시한 도면이다. 도 3B로 도시된 것과 같이 동일한 열에 배치된 슬롯들이 각각 전파의 도파관 내 파장(λ)의 정수배만큼 이격된 상태에서 동일한 열에 배치된 슬롯들(100a1, 100a2)을 개방하면 인접한 슬롯들에서 방사되는 전파는 서로 0도의 위상차를 가진다. 따라서 도 3C로 예시된 것과 같이 중앙에서 보강간섭이 이루어지므로 z 방향으로 돌출된 빔 패턴을 형성한다.
도 4A는 금속 커버 부재로 서로 다른 열에 배치된 슬롯들(100a1, 100b2)을 개방한 상태를 도시한 도면이고, 도 4B는 도 4A로 예시된 안테나에서 형성된 빔을 도시한 도면이다. 도 4A로 도시된 것과 같이 동일한 열에 배치된 슬롯들이 각각 전파의 도파관 내 파장(λ)의 정수배만큼 이격된 상태에서 서로 다른 열에 배치된 슬롯을 개방하면 인접한 슬롯들에서 방사되는 전파는 서로 180도의 위상차를 가진다. 따라서, 슬롯들의 중심에서는 상쇠간섭이 발생하여 도 4B로 예시된 것과 같이 중심에서z 방향으로 함몰된 빔 패턴을 형성한다.
도시되지 않은 실시예에서, 동일한 열에 배치된 슬롯들이 각각 전파의 도파관 내 반파장(0.5λ)의 홀수배만큼 이격된 경우에는, 동일한 열에 배치된 슬롯들을 개방하면 인접한 슬롯들에서 방사되는 전파는 서로 180도의 위상차를 가지므로, 도 4B로 예시된 것과 유사하게 상쇠 간섭하여 z 방향으로 함몰된 빔 패턴을 형성한다.
또한, 동일한 열에 배치된 슬롯들이 각각 전파의 도파관 내 반파장(λ)의 홀수배만큼 이격된 상태에서 서로 다른 열에 배치된 슬롯을 개방하면 인접한 슬롯들에서 방사되는 전파는 서로 0도의 위상차를 가진다. 따라서, 슬롯들의 중심에서는 보강간섭이 발생하여 도 3C로 예시된 것과 유사하게 중심에서 z 방향으로 돌출된 빔 패턴을 형성한다.
도 5A 내지 도 5D는 본 실시예에 의한 안테나로 1 비트 빔포밍을 수행하는 것을 예시한 도면들이다. 도 5로 예시된 실시예에서, 각각의 슬롯들(100a1, 100a2, ...)은 도파관 내부에서 전파의 파장(λ) 정수배 만큼 이격되었다. 도 5A로 예시된 실시예에서, 위에서 설명된 바와 같이 개방된 슬롯들(100a1, 100a2, ...)에서 방사된 전파는 모두 동일한 위상을 가져 위상차는 0도이다. 따라서, 도 5B로 예시된 것과 같이 0도에서 주엽을 가지는 빔 패턴을 형성한다.
도 5C를 참조하면, 개방된 슬롯들인 100b1과 100a2는 서로 180도의 위상차이를 가지며, 개방된 슬롯들인 100a2와 100a3에서 방사된 전파는 모두 동일한 위상을 가져 위상차는 0도이다. 본 실시예에서 슬롯들은 100b1, 100a2 및 100a3와 동일한 배치를 가진다. 도 5C로 예시된 것과 같이 실시예는 ±40도에서 주엽을 가지는 빔 패턴을 형성한다. 따라서, 도 5A 내지 도 5D로 예시된 것과 같이 본 실시예에 의하면 1 비트 빔 포밍 가능하다는 장점이 제공된다.
도 6A 내지 6F는 본 실시예에 의한 슬롯 안테나를 이용하여 허마이트 가우시안(HG, Hermite Gaussian) 모드 안테나를 생성한 실시예를 도시한 도면이다. 허마이트 가우시안 모드 안테나는 직교한 공간 다중 모드 중 직교 좌표축으로 발생하는 HG 모드는 0도와 180도 위상차 나는 안테나로만 구성되어 있어 본 실시예에 의한 안테나로 용이하게 형성될 수 있다. 허마이트 가우시안 모드 안테나에서 교한 공간 다중 모드는 다른 모드간 간섭이 없고 여러 신호를 다중화하여 보내는 것이 가능하다는 장점을 가진다.
도 6A, 도 6C 및 도 6E는 각각 HG 모드 <1,0>, HG 모드 <1,1>, HG 모드 <2,2>을 생성하는 생성 안테나 위상을 도시한다. 도 6B, 도 6D 및 도 6F는 각각 HG 모드 <1,0>, HG 모드 <1,1>, HG 모드 <2,2>에서의 방사 패턴을 도시한다.
도 6으로 예시된 것과 같이 허마이트 가우시안 모드 안테나는 0도와 180도의 위상차를 가지는 안테나로 구성되며, 이는 본 실시예에 의한 슬롯 안테나로 구현이 용이하다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 전파를 유도하는 도파관;
    상기 도파관을 관통하며, 어레이로 배열된 복수의 슬롯들;
    상기 슬롯을 각각 덮는 커버 부재들을 포함하며,
    상기 커버 부재는 상기 전파를 차단하거나, 투과하여 상기 전파의 빔을 셰이핑(shaping)하는 슬롯 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는
    상기 전파를 도파관 내부로 반사시키는 상기 전도성 금속인 슬롯 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 커버 부재는
    전기적 제어 가능한 유전율을 가지는 유전 물질(dielectric material)인 슬롯 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유전 물질은 하프늄 옥사이드(HfO2)인 슬롯 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯들은,
    상기 도파관 내 상기 전파의 진행 방향을 따라 미리 정해진 간격으로 배열되고, 적어도 두 열(two rows)로 배열되는 어레이 형태인 슬롯 안테나.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 미리 정해진 간격은,
    상기 어레이 일부에서 상기 도파관 내 상기 전파 파장(λ)의 정수배이고,
    상기 어레이의 다른 일부에서 상기 도파관 내 상기 전파 반파장(0.5(λ)의 홀수배인 슬롯 안테나.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 미리 정해진 간격은,
    상기 도파관 내 상기 전파 파장(λ)의 정수배인 슬롯 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    동일한 상기 열에 배치된 인접한 두 슬롯이 개방되면 위상차가 0도인 두 신호로 보강 간섭이 일어난 빔이 형성되는 슬롯 안테나.
  9. 제7항에 있어서,
    인접한 상기 열에 배치된 인접한 두 슬롯이 개방되면 180도인 두 신호로 상쇄 간섭이 일어난 빔이 형성되는 슬롯 안테나.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 미리 정해진 간격은,
    상기 도파관 내 상기 전파 반파장(0.5(λ)의 홀수배인 슬롯 안테나.
  11. 제10항에 있어서,
    동일한 상기 열에 배치된 인접한 두 슬롯이 개방되면 180도인 두 신호로 상쇄 간섭이 일어난 빔이 형성되는 슬롯 안테나.
  12. 제10항에 있어서,
    인접한 상기 열에 배치된 인접한 두 슬롯이 개방되면 0도인 두 신호로 보강 간섭이 일어난 빔이 형성되는 슬롯 안테나.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나는 허마이트 가우시안 모드 안테나로 사용되는 슬롯 안테나.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나는
    상기 커버 부재가 상기 전파를 차단하거나, 투과하도록 제어하여 재구성 가능한 슬롯 안테나.
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