KR101189507B1

KR101189507B1 - Apparatus for controlling reflection coefficient of signal and method for manufacturing thereof in a wireless communication system

Info

Publication number: KR101189507B1
Application number: KR1020090117455A
Authority: KR
Inventors: 김동호; 최재익; 주정호; 이왕주
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2029-11-30
Also published as: KR20110060764A

Abstract

본 발명은, 무선 통신 시스템에서 안테나가 고 이득 및 광대역을 갖도록 안테나의 방사를 위해 입사되는 신호의 반사 계수(reflection coefficient)의 위상(phase) 및 크기(magnitude)를 제어하는 장치 및 상기 제어하는 장치의 제조 방법에 관한 것로, 소정 유전체 매질의 유전체 기판 하부에 위치하는 소정 형상의 제1도체부, 및 상기 유전체 기판 하부에 위치하여 상기 제1도체부와 대응하는 소정 형상의 제2도체부를 포함하며, 상기 제1도체부 또는 상기 제2도체부 중 하나의 도체부로 입사되며 요구 주파수 대역을 갖는 신호의 반사 계수의 크기는, 상기 제2도체부에서 보다 상기 제1도체부에서 더 큰 값을 가지며, 상기 신호의 반사 계수의 위상은, 상기 제2도체부에서 보다 상기 제1도체부에서 더 작은 값을 갖는다.Summary of the Invention The present invention relates to an apparatus for controlling phase and magnitude of a reflection coefficient of a signal incident for radiation of an antenna such that the antenna has high gain and wideband in a wireless communication system. A method of manufacturing a semiconductor device, the method comprising: a first conductor portion having a predetermined shape positioned under a dielectric substrate of a predetermined dielectric medium; and a second conductor portion having a predetermined shape positioned under the dielectric substrate and corresponding to the first conductor portion. The reflection coefficient of the signal incident to one of the first conductor part or the second conductor part and having a required frequency band has a larger value at the first conductor part than at the second conductor part. The phase of the reflection coefficient of the signal has a smaller value in the first conductor portion than in the second conductor portion.

반사 계수, 위상, 크기, 반사 계수 조절, 안테나 Reflection coefficient, phase, magnitude, reflection coefficient adjustment, antenna

Description

Apparatus for controlling reflection coefficient of signal and method for manufacturing according in wireless communication system

본 발명은 무선 통신 시스템에 관한 것으로서, 특히 무선 통신 시스템에서 안테나가 고 이득 및 광대역을 갖도록 안테나의 방사를 위해 입사되는 신호의 반사 계수(reflection coefficient)의 위상(phase) 및 크기(magnitude)를 제어하는 장치 및 상기 제어하는 장치의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wireless communication system, and in particular, to control the phase and magnitude of the reflection coefficient of a signal incident for the radiation of the antenna so that the antenna has a high gain and wideband in the wireless communication system. And a manufacturing method of the controlling device.

무선 통신 시스템에서 신호 송수신을 위해 다양한 형태의 안테나들이 제안되었으며, 상기 안테나는 전자기파 신호를 송수신하기 위한 무선 통신 시스템에서 필수 구성 요소로서, 특정 주파수의 전자기파에 대해 공진하여 해당 주파수의 전자기파 신호를 송수신하도록 한다. 특히, 최근 무선 통신 시스템이 급속도록 발전함에 따라 안테나가 다양한 용도로 사용될 뿐만 아니라 보다 안테나의 이득을 향상시키기 위한 다양한 방안들이 제안되고 있다. 이러한 안테나의 이득을 향상시키기 위한 방안으로 패브리 페로(Fabry-Perot) 형태의 공진기를 이용하는 기술이 제안되었다. 상기 패브리 페로 공진기 안테나는, 안테나의 급전 장치를 패브리 페로 공진기 내부에 위치시켜 안테나에서 나온 전자파가 공진기에서 공진하면서 이득을 증대시키는 방안이다.Various types of antennas have been proposed for transmitting and receiving signals in a wireless communication system, and the antenna is an essential component in a wireless communication system for transmitting and receiving electromagnetic signals, and resonates with respect to electromagnetic waves of a specific frequency to transmit and receive electromagnetic signals of a corresponding frequency. do. In particular, with the recent rapid development of wireless communication systems, not only the antenna is used for various purposes, but also various methods for improving the gain of the antenna have been proposed. In order to improve the gain of such an antenna, a technique using a Fabry-Perot type resonator has been proposed. The Fabry-Perot resonator antenna is a method of increasing the gain while the electromagnetic wave from the antenna resonates in the resonator by placing the antenna feeding device inside the Fabry-Perot resonator.

그러나, 전술한 패브리 페로 공진기 안테나는, 안테나 이득 대역폭이 극히 좁은 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위한 방안으로 상대적으로 높은 이득을 유지하면서 대역폭을 넓히기 위해 공진기 상단의 안테나 상부 덮개(superstrate)의 단위 셀의 크기에 변화를 주는 방안이 제안되었으나, 대역폭을 크게 확장시키는 데에는 한계가 있다. 따라서, 안테나의 이득을 증가시키면서 대역폭을 확장시키기 위한 방안이 필요하다.However, the aforementioned Fabry-Perot resonator antenna has a disadvantage that the antenna gain bandwidth is extremely narrow. In order to overcome this disadvantage, a method of changing the unit cell size of the antenna superstrate on the top of the resonator to increase the bandwidth while maintaining a relatively high gain has been proposed, but there is a limit to greatly expanding the bandwidth. have. Therefore, there is a need for a method for extending the bandwidth while increasing the gain of the antenna.

따라서, 본 발명의 목적은, 무선 통신 시스템에서 입사되는 신호의 반사 계수의 위상 및 크기를 제어하는 장치 및 상기 제어하는 장치의 제조 방법을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an apparatus for controlling the phase and magnitude of a reflection coefficient of a signal incident in a wireless communication system and a method of manufacturing the controlling apparatus.

본 발명의 다른 목적은, 무선 통신 시스템에서 안테나의 이득을 증대시키면서 대역폭을 광대역으로 확장하기 위한 반사 계수 제어 장치 및 상기 제어 장치의 제조 방법을 제공함에 있다.Another object of the present invention is to provide a reflection coefficient control device and a method of manufacturing the control device for extending the bandwidth to a wide bandwidth while increasing the gain of the antenna in a wireless communication system.

본 발명의 또 다른 목적은, 무선 통신 시스템에서 고 이득 안테나의 이득 감 소를 최소화하며 고 이득 안테나를 통해 방사하고자 하는 신호의 반사 계수의 위상 및 크기를 특정 주파수 대역에서 제어 가능한 장치 및 상기 장치의 제조 방법을 제공함에 있다.It is still another object of the present invention to minimize the gain reduction of a high gain antenna in a wireless communication system and to control the phase and magnitude of a reflection coefficient of a signal to be emitted through a high gain antenna in a specific frequency band. It is to provide a manufacturing method.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 반사 계수 제어 장치에 있어서, 소정 유전체 매질의 유전체 기판 하부에 위치하는 소정 형상의 제1도체부; 및 상기 유전체 기판 하부에 위치하여 상기 제1도체부와 대응하는 소정 형상의 제2도체부;를 포함하며, 상기 제1도체부 또는 상기 제2도체부 중 하나의 도체부로 입사되며 요구 주파수 대역을 갖는 신호의 반사 계수의 크기는, 상기 제2도체부에서 보다 상기 제1도체부에서 더 큰 값을 가지며, 상기 신호의 반사 계수의 위상은, 상기 제2도체부에서 보다 상기 제1도체부에서 더 작은 값을 갖는 것을 특징으로 한다.An apparatus of the present invention for achieving the above objects, the reflection coefficient control apparatus, comprising: a first conductor portion of a predetermined shape located under the dielectric substrate of a predetermined dielectric medium; And a second conductor portion positioned below the dielectric substrate, the second conductor portion having a predetermined shape corresponding to the first conductor portion, and incident into one of the conductor portions of the first conductor portion or the second conductor portion and having a required frequency band. The magnitude of the reflection coefficient of the signal has a larger value in the first conductor portion than in the second conductor portion, and the phase of the reflection coefficient of the signal is more in the first conductor portion than in the second conductor portion. It is characterized by having a smaller value.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 반사 계수 제어 장치의 제조 방법에 있어서, 소정 유전체 매질의 유전체 기판 하부에, 금속 도체를 패터닝(patterning)하여 소정 형상의 제1도체부를 형성하는 단계; 상기 유전체 기판 하부에, 금속 도체를 패터닝하여 상기 제1도체부와 대응하는 소정 형상의 제2도체부를 형성하는 단계; 및 상기 제1도체부 및 상기 제2도체부를 하나의 유닛 셀(unit cell)로 하여, 상기 유닛 셀 복수개를 적어도 하나 이상의 유전체 기판에 배열하는 단계;를 포함하며, 상기 유닛 셀로 입사되며 요구 주파수 대역을 갖는 신호의 반사 계수의 크기는, 상기 제1도체부에서 1의 값을 가지고, 상기 제2도체부에서 상기 제1도체부에서 보다 더 작은 값을 가지며; 상기 신호의 반사 계수의 위상은, 상기 제1도체부에서 기 설정된 이상 반사 계수(ideal reflection coefficient)의 위상 값을 가지고, 상기 제2도체부에서 상기 제1도체부에서보다 더 큰 값을 갖는 것을 특징으로 한다.In accordance with an aspect of the present invention, a method of manufacturing a reflection coefficient control device includes: forming a first conductor portion having a predetermined shape by patterning a metal conductor under a dielectric substrate of a predetermined dielectric medium; ; Patterning a metal conductor under the dielectric substrate to form a second conductor portion having a predetermined shape corresponding to the first conductor portion; And arranging a plurality of the unit cells on at least one dielectric substrate using the first conductor portion and the second conductor portion as one unit cell, and incident on the unit cell and in a required frequency band. The magnitude of the reflection coefficient of the signal having a has a value of 1 in the first conductor portion and a smaller value in the first conductor portion in the second conductor portion; The phase of the reflection coefficient of the signal has a phase value of an ideal reflection coefficient preset in the first conductor portion, and has a larger value in the second conductor portion than in the first conductor portion. It features.

본 발명은, 무선 통신 시스템에서 안테나를 통해 방사하고자 신호의 반사 계수의 위상 및 크기를 제어함으로써, 안테나의 이득을 증대시킬 뿐만 아니라, 고 이득 안테나의 이득 감소를 최소화하며, 또한 안테나의 대역폭을 광대역으로 확장할 수 있다. 그에 따라, 본 발명은, 넓은 주파수 대역에서 높은 안테나 이득을 획득할 수 있다.The present invention not only increases the gain of the antenna, but also minimizes the gain reduction of the high gain antenna by controlling the phase and magnitude of the reflection coefficient of the signal to be emitted through the antenna in the wireless communication system, and also widens the bandwidth of the antenna. Can be extended to Accordingly, the present invention can obtain a high antenna gain in a wide frequency band.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 하기의 설명에서는 본 발명에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that in the following description, only parts necessary for understanding the operation according to the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted so as not to distract from the gist of the present invention.

본 발명은, 무선 통신 시스템에서 입사되는 신호의 반사 계수(reflection coefficient)의 위상(phase) 및 크기(magnitude)를 제어하는 장치 및 상기 제어하 는 장치의 제조 방법을 제안한다. 본 발명의 실시 예에서는, 소정의 유전율을 갖는 유전체 기판 상하부에 소정 형상의 도체들을 패터닝(patterning)하여 각각 형성하며, 이렇게 패터닝되어 형성된 도체들을 통해 입사되는 신호의 반사 계수의 위상 및 크기를 제어한다. 여기서, 상기 유전체 기판 하부에는 소정 형상의 제1도체부가 형성되고, 상기 유전체 기판 상부에는 상기 제1도체부에 대응되는 제2도체부가 형성되며, 이렇게 형성된 제1도체부 및 제2도체부를 유닛 셀(unit cell)로 하여, 하나의 유닛 셀을 통해 반사 계수의 위상 및 크기를 제어하거나, 또는 상기 유닛 셀을 복수개를 배열하여 반사 계수의 위상 및 크기를 제어한다. 다시 말해, 본 발명의 실시 예에 따른 장치는, 전술한 바와 같이 하나의 유닛 셀로 구현된 구조, 또는 복수의 유닛 셀들이 배열된 구조를 가지며, 이러한 구조를 통해 입사되는 신호의 반사 계수의 위상 및 크기를 제어한다.The present invention proposes an apparatus for controlling the phase and magnitude of a reflection coefficient of a signal incident in a wireless communication system and a method of manufacturing the controlling apparatus. In an embodiment of the present invention, conductors having a predetermined shape are patterned and formed on upper and lower dielectric substrates having a predetermined dielectric constant, and the phase and magnitude of reflection coefficients of signals incident through the patterned conductors are controlled. . Here, a first conductor portion having a predetermined shape is formed below the dielectric substrate, and a second conductor portion corresponding to the first conductor portion is formed on the dielectric substrate, and the first conductor portion and the second conductor portion formed in this way are unit cell. As a unit cell, the phase and magnitude of the reflection coefficient are controlled through one unit cell, or a plurality of the unit cells are arranged to control the phase and magnitude of the reflection coefficient. In other words, the apparatus according to the embodiment of the present invention, as described above has a structure implemented by one unit cell, or a plurality of unit cells arranged, the phase of the reflection coefficient of the signal incident through the structure and Control the size

또한, 본 발명의 실시 예에서는, 전술한 바와 같이 구현된 유닛 셀의 크기, 모양, 유전 매질의 유전율, 두께 등을 조절함으로써 반사 계수의 크기 및 위상, 예컨대 위상 값 및 위상 기울기뿐만 아니라 주파수 대역 등을 조절한다. 여기서, 본 발명의 실시 예에 따른 반사 계수 제어 장치는, 주파수의 증가에 대해 반사 계수의 크기 및 위상을 조절하며, 특히 반사 계수의 위상 기울기를 양수, 영(0), 음수로 조절하여, 이를 통해 안테나의 이득을 증대시키고 주파수 대역을 광대역으로 확장한다.In addition, in the embodiment of the present invention, by adjusting the size, shape, dielectric constant of the dielectric medium, thickness, etc. of the unit cell implemented as described above, the magnitude and phase of the reflection coefficient, for example, the phase value and phase slope as well as the frequency band, etc. Adjust. Herein, the reflection coefficient control apparatus according to the embodiment of the present invention adjusts the magnitude and phase of the reflection coefficient with respect to the increase in frequency, and in particular, by adjusting the phase slope of the reflection coefficient to positive, zero, and negative numbers. This increases the gain of the antenna and extends the frequency band to wideband.

아울러, 본 발명의 실시 예에서는, 유전체 기판 하부에 패터닝되어 형성되는 제1도체부에서 반사 계수의 크기 및 위상을 조절하고, 상기 유전체 기판 상부에 패 터닝되어 형성되는 제2도체부에서 반사 계수의 크기 및 위상을 각각 조절함으로써, 안테나의 사용 환경에 상응하여 사용자가 안테나를 사용하고자 하는 주파수 대역(이하, '요구 주파수 대역'이라 칭하기로 함)에서 반사 계수의 크기 및 위상을 동적으로 조절한다. 여기서, 상기 요구 주파수 대역은, 안테나를 통해 방사되기 위해 입사되는 신호의 주파수 대역으로, 하나의 유닛 셀 또는 복수개가 배열된 유닛 셀들을 통해 반사 계수의 크기 및 위상을 제어할 신호의 주파수 대역을 의미한다. 이러한 요구 주파수 대역을 가지며 입사되는 신호의 반사 계수의 크기 및 위상을 제어하기 위해, 본 발명의 실시 예에서는, 상기 제1도체부 및 제2도체부에 의해 구현된 유닛 셀을 통해 상기 요구 주파수 대역에서 반사 계수의 위상의 기울기를 양수, 영(0), 음수의 값을 갖도록 조절하며, 이를 통해 반사 계수의 크기 및 위상을 제어한다.In addition, in the embodiment of the present invention, the reflection coefficient is adjusted in the second conductor portion formed on the dielectric substrate by adjusting the magnitude and phase of the reflection coefficient in the first conductor portion formed under the dielectric substrate. By adjusting the magnitude and phase, respectively, the magnitude and phase of the reflection coefficient are dynamically adjusted in the frequency band (hereinafter, referred to as a 'required frequency band') in which the user intends to use the antenna in accordance with the use environment of the antenna. Here, the required frequency band is a frequency band of a signal incident to be radiated through an antenna, and means a frequency band of a signal for controlling the magnitude and phase of a reflection coefficient through one unit cell or a plurality of unit cells arranged. do. In order to control the magnitude and phase of the reflection coefficient of the incident signal having such a required frequency band, in the embodiment of the present invention, the required frequency band through the unit cell implemented by the first conductor portion and the second conductor portion. In, the slope of the phase of the reflection coefficient is adjusted to have positive, zero, and negative values, thereby controlling the magnitude and phase of the reflection coefficient.

그리고, 본 발명의 실시 예에서는, 전술한 바와 같이 구현된 유닛 셀을 하나, 또는 복수개를 배열하여 패브리 페로(Fabry-Perot) 형태의 공진기를 이용하는 안테나의 이득을 증대시키면서, 뿐만 아니라 안테나의 대역폭, 즉 상기 요구 주파수 대역의 대역폭을 광대역으로 확장시킨다. 이때, 상기 하나 또는 복수개가 배열되는 유닛 셀은 광대역에서도 패브리 페로 공진기의 주파수 공진 조건을 만족하여 광대역에서 높은 안테나 이득을 획득할 수 있다. 그러면 이하에서는, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 반사 계수 제어 장치를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.In an embodiment of the present invention, by increasing the gain of an antenna using a Fabry-Perot resonator by arranging one or a plurality of unit cells implemented as described above, as well as the bandwidth of the antenna, That is, the bandwidth of the required frequency band is extended to a wide band. In this case, the one or a plurality of unit cells can obtain a high antenna gain in the broadband by satisfying the frequency resonance condition of the Fabry-Perot resonator even in the broadband. Next, a reflection coefficient control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 반사 계 수 제어 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 여기서, 도 1은 본 발명의 실시 예에 따라 반사 계수의 크기 및 위상 제어를 위해 구현되는 유닛 셀의 유전체 기판 하부를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따라 반사 계수의 크기 및 위상 제어를 위해 구현되는 유닛 셀의 유전체 기판 상부를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 반사 계수의 크기 및 위상 제어를 위해 구현되는 유닛 셀의 유전체 기판 측면을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따라 상기 유닛 셀을 복수개 배열한 유전체 기판 상하부를 나타낸 도면이다.1 to 4 schematically illustrate the structure of a reflection coefficient control apparatus in a wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention. 1 is a diagram illustrating a lower portion of a dielectric substrate of a unit cell implemented for controlling the magnitude and phase of reflection coefficients according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a magnitude and phase of reflection coefficients according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating an upper portion of a dielectric substrate of a unit cell implemented for control, and FIG. 3 is a diagram illustrating a dielectric substrate side of a unit cell implemented for controlling magnitude and phase of reflection coefficients according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram illustrating upper and lower portions of a dielectric substrate in which a plurality of unit cells are arranged according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 상기 반사 계수 제어 장치는, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이 하나의 유닛 셀로 구현되거나, 도 4에 도시한 바와 같이 상기 유닛 셀 복수개가 배열되어 구현될 수 있다. 그리고, 상기 유닛 셀은, 소정의 유전체 매질(ε_r)의 유전체 기판(100,200,300) 하부에 소정 사이즈를 가지며 소정의 형상을 갖는 금속 도체가 패터닝되어 형성된 제1도체부(110,320)와, 상기 유전체 기판(100,200,300) 상부에 상기 제1도체부(110,320)와 대응되며 소정 사이즈로 소정의 형상을 갖는 금속 도체가 패터닝되어 형성된 제2도체부(210,310)를 포함한다.1 to 4, the reflection coefficient control apparatus may be implemented as one unit cell as illustrated in FIGS. 1 to 3, or a plurality of unit cells may be arranged as illustrated in FIG. 4. have. The unit cell may include first conductor parts 110 and 320 formed by patterning a metal conductor having a predetermined size and having a predetermined shape under the dielectric substrates 100, 200 and 300 of a predetermined dielectric medium ε _r , and the dielectric substrate. The second conductor parts 210 and 310 correspond to the first conductor parts 110 and 320, and are formed by patterning a metal conductor having a predetermined shape in a predetermined size.

여기서, 상기 제1도체부(110,320)와 상기 제2도체부(210,310)는, 사각 루프 및 사각 패치를 일 예의 형상으로 하여 도시하였지만, 삼각, 오각 및 원형 등 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 유전체 기판(100,200,300)은, 안테나의 사용 환경에 상응하여 사용자가 안테나를 사용하고자 하는 주파수 대역, 즉 요구 주파수 대역의 대역폭을 광대역으로 확장 가능하도록 다양한 형상으로 소정 두께(d), x-축 및 y-축 상에서의 소정 크기(p), 및 소정 재질(도전율, 유전율, 투자율 등)의 물질로 형성되며, 상기 제1도체부(110,320)는 소정의 선 폭(w) 및 길이(a)를 갖는 금속 도체가 패터닝되어 형성되고, 상기 제2도체부(210,310)는, 소정 길이(b)를 갖는 사각 패치의 금속 도체가 패터닝되어 형성된다.Here, the first conductor parts 110 and 320 and the second conductor parts 210 and 310 have rectangular loops and rectangular patches as examples, but may have various shapes such as triangular, pentagonal and circular. In addition, the dielectric substrates 100, 200, and 300 may have a predetermined thickness (d) and x− in various shapes so that the user can use the antenna in accordance with the antenna environment, that is, the bandwidth of the required frequency band can be broadly expanded. It is formed of a material of a predetermined size (p) on the axis and y-axis, and a predetermined material (conductivity, dielectric constant, permeability, etc.), and the first conductor parts 110 and 320 have a predetermined line width (w) and length (a). Is formed by patterning a metal conductor, and the second conductor portions 210 and 310 are formed by patterning a metal patch of a rectangular patch having a predetermined length (b).

상기 요구 주파수 대역은, 전술한 바와 같이 안테나의 사용 환경에 상응하여 사용자가 안테나를 사용하고자 하는 주파수 대역으로, 안테나를 통해 방사되기 위해 입사되는 신호의 주파수 대역을 의미한다. 즉, 상기 요구 주파수 대역은, 상기 유전체 기판(100,200,300) 상하부에 형성된 제1도체부(110,320) 및 제2도체부(210,310)에 의해 구현된 하나의 유닛 셀, 또는 도 4에 도시한 바와 같이 복수개가 배열된 유닛 셀들을 통해 반사 계수의 크기 및 위상을 제어할 신호의 주파수 대역을 의미한다. 그에 따라, 상기 하나의 유닛 셀 또는 복수개가 배열된 유닛 셀들은, 상기 요구 주파수 대역을 가지며 입사되는 신호의 반사 계수의 크기 및 위상을 제어한다.As described above, the required frequency band refers to a frequency band in which the user intends to use the antenna in accordance with the use environment of the antenna, and refers to a frequency band of a signal incident to be radiated through the antenna. That is, the required frequency band includes one unit cell implemented by the first conductor parts 110 and 320 and the second conductor parts 210 and 310 formed above and below the dielectric substrates 100, 200 and 300, or as illustrated in FIG. 4. Means a frequency band of a signal to control the magnitude and phase of the reflection coefficient through the unit cells arranged. Accordingly, the one unit cell or a plurality of unit cells arranged thereon controls the magnitude and phase of the reflection coefficient of the incident signal having the required frequency band.

그리고, 상기 제1도체부(110,320)와 상기 제2도체부(210,310) 간의 두께, 즉 상기 유전체 기판(100,200,300)의 두께(d)는, 상기 유닛 셀로 입사되는 신호의 약 1/100 정도를 가짐이 바람직하지만, 상기 두께(d)는, 상기 요구 주파수 대역의 대역폭 및 상기 유닛 셀에서 제어하고자 하는 반사 계수의 크기에 상응하여 결정된다. 즉, 상기 제1도체부(110,320)와 상기 제2도체부(210,310)의 패터닝된 형상 및 크기뿐만 아니라 유전체 기판(100,200,300)의 두께에 상응하여 반사 계수의 크기 및 위상을 제어한다.The thickness d between the first conductor parts 110 and 320 and the second conductor parts 210 and 310, that is, the thickness d of the dielectric substrates 100, 200 and 300, has about 1/100 of the signal incident to the unit cell. Although this is preferable, the thickness d is determined corresponding to the bandwidth of the required frequency band and the magnitude of the reflection coefficient to be controlled in the unit cell. That is, not only the patterned shape and size of the first conductor parts 110 and 320 and the second conductor parts 210 and 310, but also the size and phase of the reflection coefficient are controlled according to the thicknesses of the dielectric substrates 100, 200 and 300.

또한, 상기 제1도체부(210,320)는, 상기 유전체 기판(100,200,300)의 하부에 형성되며, 급전 안테나 또는 피더(feeder) 등의 급전을 통해 신호가 입사(wave incidence)된다. 여기서, 본 발명의 실시 예에서는, 설명의 편의를 위해 상기 유전체 기판(100,200,300)의 하부 또는 배면에 신호의 입사점 또는 급전점이 존재하여 상기 제1도체부(110,320)와 상기 제2도체부(210,310) 중 상기 제1도체부(110,320)에 먼저 신호가 입사되는 것을 중심으로 설명하기로 한다. 하지만, 본 발명은, 상기 유전체 기판(100,200,300)의 상부에 신호의 입사점 또는 급전점이 존재하여 상기 제2도체부(210,310)에 먼저 신호가 입사되는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.In addition, the first conductor parts 210 and 320 are formed under the dielectric substrates 100, 200 and 300, and a signal is incident through a power supply such as a feed antenna or a feeder. Here, in the embodiment of the present invention, for the convenience of description, the first conductor part 110, 320 and the second conductor part 210, 310 are present at the lower or rear side of the dielectric substrate 100, 200, 300 because the incident point or feed point of the signal exists. ) Will be described based on the first incident signal to the first conductor portion (110,320). However, the present invention can be equally applied to a case where a signal incident point or a feed point is present on the dielectric substrates 100, 200, and 300 so that the signal is first incident on the second conductor parts 210 and 310.

이렇게 상기 제1도체부(110,320)는, 상기 제2도체부(210,310)보다 먼저 신호가 입사됨에 따라, 상기 제2도체부(210,310)에서의 반사 계수의 크기보다 큰 반사 계수의 크기를 가지며, 상기 요구 주파수 대역에서 요구되는 반사 계수의 위상 값에 근접한 위상 값을 갖는다. 여기서, 상기 제1도체부(110,320)에서의 반사 계수의 위상은, 위상 특성, 예컨대 위상의 기울기가 양수가 되어 상기 요구 주파수 대역에서 기 설정된 이상 반사 계수(ideal reflection coefficient)의 위상(phase) 값을 갖도록 결정된다. 여기서, 상기 이상 반사 계수의 위상은, 선형적(linear) 또는 비선형적(non-linear) 값으로, 상기 요구 주파수 대역을 가지며 입사되는 신호의 반사 계수의 크기 및 위상을 하나의 유닛 셀 또는 복수개가 배열된 유닛 셀들을 통해 제어할 경우, 사용자의 요구에 상응하여 안테나가 최대로 신호를 방사할 수 있도록 하는 상기 요구 주파수 대역에서 최적의 반사 계수의 위상을 의미한다. 그리고, 상 기 이상 반사 계수의 위상은, 상기 요구 주파수 대역에서 소정 시뮬레이션 등을 통해 기 설정된다.In this way, the first conductor part 110 and 320 has a magnitude of a reflection coefficient larger than that of the reflection coefficient in the second conductor part 210 and 310 as a signal is incident before the second conductor part 210 and 310. It has a phase value close to the phase value of the reflection coefficient required in the required frequency band. Here, the phase of the reflection coefficient in the first conductor portion (110,320), the phase characteristic, for example, the phase value of the ideal reflection coefficient (ideal reflection coefficient) in the predetermined frequency band is a positive slope of the phase Is determined to have. Here, the phase of the abnormal reflection coefficient is a linear or non-linear value, one unit cell or a plurality of phases of the magnitude and phase of the reflection coefficient of the incident signal having the desired frequency band When controlled through the arranged unit cells, it means the phase of the optimal reflection coefficient in the required frequency band to allow the antenna to emit the maximum signal in accordance with the user's request. The phase of the abnormal reflection coefficient is preset through a predetermined simulation in the required frequency band.

또한, 상기 제1도체부(110,320)는, 요구 주파수 대역에서 반사 계수의 크기가 1에 근접하는 값, 바람직하게는 요구 주파수 대역에서 반사 계수의 크기가 1을 갖도록 하여 입사된 신호의 대부분 에너지를 상기 제2도체부(210,310) 방향으로 반사하도록 한다. 즉, 상기 제1도체부(110,320)에서의 반사 계수의 위상은 요구 주파수 대역에서 전술한 바와 같이 이상 반사 계수의 위상 값을 갖고, 상기 반사 계수의 크기는 상기 요구 주파수 대역에서 1의 값을 갖는다.In addition, the first conductor parts 110 and 320 have a value in which the magnitude of the reflection coefficient is close to 1 in the required frequency band, and preferably has a magnitude of the reflection coefficient in the required frequency band so that most of the energy of the incident signal is 1. The second conductor portion 210, 310 to reflect in the direction. That is, the phase of the reflection coefficient in the first conductor unit 110 and 320 has a phase value of the abnormal reflection coefficient as described above in the required frequency band, and the magnitude of the reflection coefficient has a value of 1 in the required frequency band. .

그리고, 상기 제2도체부(210,310)는, 전술한 바와 같이 상기 제1도체부(110,320)에 입사하여 통과 및 반사된 신호가 입사됨에 따라, 상기 제1도체부(110,320)에서의 반사 계수의 크기보다 작은 반사 계수의 크기를 가지며, 상기 제1도체부(110,320)에서의 반사 계수의 위상 값보다 큰 반사 계수의 위상 값을 갖는다. 여기서, 상기 제2도체부(210,310)에서의 반사 계수의 위상은, 상기 제1도체부(110,320)에서의 반사 계수의 위상 값보다 큰 위상 값을 가짐이 바람직하며, 그에 따라 상기 제2도체부(210,310)에서의 반사 계수의 크기는, 상기 요구 주파수 대역에서 상기 제1도체부(110,320)에서의 반사 계수의 크기보다 작게 된다.As described above, the second conductor portion 210 and 310 enters into the first conductor portion 110 and 320, and as a signal passed and reflected therein is incident, the reflection coefficients of the first conductor portion 110 and 320 are changed. The reflection coefficient is smaller than the size and has a phase value of the reflection coefficient that is larger than the phase value of the reflection coefficient in the first conductor parts 110 and 320. Here, the phase of the reflection coefficient in the second conductor portion (210, 310), preferably has a phase value larger than the phase value of the reflection coefficient in the first conductor portion (110, 320), accordingly the second conductor portion The magnitude of the reflection coefficient at 210 and 310 is smaller than the magnitude of the reflection coefficient at the first conductor portions 110 and 320 in the required frequency band.

이렇게 상기 유닛 셀은, 상기 유전체 기판(100,200,300)의 상하부에 전술한 바와 같은 반사 계수의 크기 및 위상으로 형성된 제1도체(110,320) 및 제2도체(210,310)에 의해 요구 주파수 대역에서 반사 계수의 크기 및 위상을 안테나의 사용 환경에 상응하여 동적으로 제어한다. 여기서, 상기 유닛 셀로 입사되는 신호 가 제1도체부(110,320)부터 입사하는 경우에서, 전술한 제1도체부(110,320)와 제2도체부(210,310) 간에서의 반사 계수의 크기 및 위상 값이 서로 바뀔지라도, 상기 유닛 셀은, 전술한 바와 같이 동일하게, 요구 주파수 대역에서 반사 계수의 크기 및 위상을 안테나의 사용 환경에 상응하여 동적으로 제어한다.In this way, the unit cell is the size of the reflection coefficient in the required frequency band by the first conductor 110,320 and the second conductor 210,310 formed in the size and phase of the reflection coefficient as described above in the upper and lower portions of the dielectric substrate (100, 200, 300) And the phase is dynamically controlled in accordance with the use environment of the antenna. In the case where the signal incident on the unit cell is incident from the first conductor parts 110 and 320, the magnitude and phase value of the reflection coefficient between the first conductor parts 110 and 320 and the second conductor parts 210 and 310 described above may be reduced. Even if they are interchanged with each other, the unit cell dynamically controls the magnitude and phase of the reflection coefficient in the required frequency band in correspondence with the use environment of the antenna as described above.

또한, 상기 유닛 셀은, 안테나의 주파수 대역폭, 즉 상기 반사 계수의 크기 및 위상 제어가 가능한 요구 주파수 대역을 광대역으로 확장하기 위해 도 4에 도시한 바와 같이 복수개가 배열될 수 있다. 즉, 하나의 유전체 기판(400) 하부에 복수의 제1도체부들(410)를 형성하고 상기 하나의 유전체 기판(400) 상부에 복수의 제2도체부들(420)를 형성하여 복수개의 유닛 셀들을 배열한다. 그러면 여기서, 도 5 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 반사 계수의 크기 및 위상 제어를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.In addition, a plurality of unit cells may be arranged as shown in FIG. 4 in order to widen a frequency bandwidth of an antenna, that is, a required frequency band capable of controlling the magnitude and phase of the reflection coefficient to a wide band. That is, a plurality of first conductor parts 410 are formed under one dielectric substrate 400, and a plurality of second conductor parts 420 are formed on one dielectric substrate 400 to form a plurality of unit cells. Arrange. Next, the magnitude and phase control of the reflection coefficient according to the embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 5 to 7.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 반사 계수의 크기 및 위상 제어를 설명하기 위한 그래프이다. 여기서, 도 5는, 본 발명의 실시 예에 따라 유닛 셀에서 반사 계수의 크기를 S(scattering)-파라미터로 나타낸 그래프이고, 도 6은, 본 발명의 실시 예에 따라 유닛 셀에서 반사 계수의 위상을 S-파라미터로 나타낸 그래프이며, 도 7은, 본 발명의 실시 예에 따라 유닛 셀에 신호가 입사될 경우의 반사 특성을 S-파라미터로 나타낸 그래프이다.5 to 7 are graphs for explaining magnitude and phase control of reflection coefficients in a wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention. 5 is a graph showing the magnitude of the reflection coefficient in the unit cell according to an embodiment of the present invention as S (scattering) parameter, and FIG. 6 is a phase of the reflection coefficient in the unit cell according to the embodiment of the present invention. 7 is a graph showing S-parameters, and FIG. 7 is a graph showing S-parameters of reflection characteristics when a signal is incident on a unit cell according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5 내지 도 7을 참조하면, 전술한 바와 같이 유닛 셀은, 유전체 기판(100,200,300) 상하부에 구현된 제1도체부(110,320) 및 제2도체부(210,310)에 의해, 상기 제1도체부(110,320)에서의 반사 계수의 크기(520)가 상기 제2도체 부(210,310)에서의 반사 계수의 크기(530)보다 큰 값을 가진다. 그에 따라, 상기 유닛 셀에서의 반사 계수의 크기(510)는, 전체 주파수 대역에서 반사 계수의 크기(510)의 기울기가 양수의 값을 가지지만, 요구 주파수 대역, 예컨대 1.7㎓～ 1.9㎓ 대역에서 반사 계수의 크기(510)의 기울기가 음수, 0, 양수의 값을 갖게 된다.5 to 7, as described above, the unit cell is formed by the first conductor parts 110 and 320 and the second conductor parts 210 and 310 formed on upper and lower portions of the dielectric substrates 100, 200 and 300. The magnitude 520 of the reflection coefficient at 110 and 320 has a larger value than the magnitude 530 of the reflection coefficient at the second conductor portions 210 and 310. Accordingly, the magnitude 510 of the reflection coefficient in the unit cell has a positive value while the slope of the magnitude 510 of the reflection coefficient in the entire frequency band is positive, but in the required frequency band, for example, 1.7 Hz to 1.9 Hz band. The slope of the magnitude 510 of the reflection coefficient is negative, zero, or positive.

즉, 상기 요구 주파수 대역에서 증가만을 나타내는 상기 제1도체부(110,320) 및 제2도체부(210,310)에서의 반사 계수의 크기(520,530)와는 달리, 상기 유닛 셀에서의 반사 계수의 크기(510)의 증감이 나타나며, 그에 따라 상기 유닛 셀은, 상기 요구 주파수 대역에서 반사 계수의 크기 조절이 가능하게 된다. 또한, 상기 요구 주파수 대역에서 상기 유닛 셀에서의 반사 계수의 크기(510)는, 0.6 이상을 값을 가지므로, 전술한 패브리 페로 형태의 공진기를 이용하는 안테나에 상기 유닛 셀의 적용이 용이하며, 또한 적용할 경우 안테나의 이득을 증대시키고 주파수 대역을 광대역으로 확장시킨다.That is, unlike the magnitudes 520 and 530 of the reflection coefficients in the first conductor parts 110 and 320 and the second conductor parts 210 and 310 which represent only an increase in the required frequency band, the magnitudes of the reflection coefficients in the unit cell 510 are different. In this case, the unit cell can adjust the magnitude of the reflection coefficient in the required frequency band. In addition, since the magnitude 510 of the reflection coefficient in the unit cell in the required frequency band has a value of 0.6 or more, it is easy to apply the unit cell to an antenna using the Fabry-Perot type resonator described above. When applied, the gain of the antenna is increased and the frequency band is extended to broadband.

그리고, 상기 유닛 셀은, 전술한 바와 같이 유전체 기판(100,200,300) 상하부에 구현된 제1도체부(110,320) 및 제2도체부(210,310)에 의해, 상기 제1도체부(110,320)에서의 반사 계수의 위상(620)가 상기 제2도체부(210,310)에서의 반사 계수의 위상(630)보다 작은 값을 가진다. 그에 따라, 상기 유닛 셀에서의 반사 계수의 위상(610)은, 전체 주파수 대역에서 반사 계수의 위상(610)의 기울기가 음수의 값을 가지지만, 요구 주파수 대역, 예컨대 1.7㎓～ 1.9㎓ 대역에서 반사 계수의 위상(610)의 기울기가 음수, 0, 양수의 값을 갖게 된다.As described above, the unit cell has reflection coefficients in the first conductor parts 110 and 320 by the first conductor parts 110 and 320 and the second conductor parts 210 and 310 which are formed above and below the dielectric substrates 100, 200 and 300. Phase 620 has a smaller value than the phase 630 of the reflection coefficient in the second conductor portions 210 and 310. Accordingly, the phase 610 of the reflection coefficient in the unit cell has a negative value in the slope of the phase 610 of the reflection coefficient in the entire frequency band, but in the required frequency band, for example, the 1.7 Hz to 1.9 Hz band. The slope of the phase 610 of the reflection coefficient has negative, zero, and positive values.

즉, 상기 요구 주파수 대역에서 감소만을 나타내는 상기 제1도체부(110,320) 및 제2도체부(210,310)에서의 반사 계수의 위상(620,630)과는 달리, 상기 유닛 셀에서의 반사 계수의 크기(610)의 증감이 나타나며, 그에 따라 상기 유닛 셀은, 상기 요구 주파수 대역에서 반사 계수의 위상 조절이 가능하게 된다.That is, unlike the phases 620 and 630 of the reflection coefficients in the first conductor portions 110 and 320 and the second conductor portions 210 and 310 which show only a decrease in the required frequency band, the magnitude 610 of the reflection coefficient in the unit cell is 610. ), So that the unit cell can adjust the phase of the reflection coefficient in the required frequency band.

여기서, 상기 유닛 셀에 평면파 신호가 입사될 경우, 상기 유닛 셀에서 입사된 평면파 신호의 반사 계수의 크기(710)는, 요구 주파수 대역에서 반사 계수의 크기(710)의 기울기가 음수, 0, 양수의 값을 갖게 되므로, 상기 요구 주파수 대역에서 상기 유닛 셀에서의 반사 계수의 크기(710)의 증감이 나타내며, 그에 따라 상기 유닛 셀은, 상기 요구 주파수 대역에서 반사 계수의 크기 조절이 가능하게 된다. 또한, 상기 요구 주파수 대역에서 상기 유닛 셀에서의 반사 계수의 크기(710)는, 0.6 이상을 값을 가지므로, 전술한 패브리 페로 형태의 공진기를 이용하는 안테나에 상기 유닛 셀의 적용이 용이하며, 또한 적용할 경우 안테나의 이득을 증대시키고 주파수 대역을 광대역으로 확장시킨다.Here, when the plane wave signal is incident on the unit cell, the magnitude 710 of the reflection coefficient of the plane wave signal incident on the unit cell has a negative, zero, or positive slope of the magnitude of the reflection coefficient 710 in the required frequency band. Since the value of, the increase and decrease of the magnitude 710 of the reflection coefficient in the unit cell in the required frequency band is represented, thereby allowing the unit cell to adjust the magnitude of the reflection coefficient in the required frequency band. In addition, since the magnitude 710 of the reflection coefficient of the unit cell in the required frequency band has a value of 0.6 or more, it is easy to apply the unit cell to an antenna using the Fabry-Perot type resonator described above. When applied, the gain of the antenna is increased and the frequency band is extended to broadband.

또한, 상기 유닛 셀에서 입사된 평면파 신호의 반사 계수의 위상(720)은, 요구 주파수 대역에서 반사 계수의 위상(720)의 기울기가 음수, 0, 양수의 값을 갖게 되며, 특히, 상기 요구 주파수 대역에서 전술한 바와 같이 이상 반사 계수의 위상(730)과 근접한 위상 값을 갖는다. 즉, 상기 유닛 셀에서 입사된 평면파 신호의 반사 계수의 위상(720)이 주파수 대역에 상응하여 선형적 값을 갖는 상기 이상 반사 계수의 위상(730)을 가짐으로, 상기 유닛 셀은, 상기 요구 주파수 대역에서 반사 계수의 위상 조절이 가능하게 된다. 그러면 여기서, 도 8 내지 도 12를 참조하 여 본 발명의 실시 예에 따른 복수의 유닛 셀들을 배열하여 구현한 반사 계수 제어 장치를 보다 구체적으로 설명하기로 한다.In addition, the phase 720 of the reflection coefficient of the plane wave signal incident from the unit cell has a slope of the phase 720 of the reflection coefficient in a required frequency band having a negative, zero, and positive value, in particular, the required frequency. As described above in the band, it has a phase value close to the phase 730 of the abnormal reflection coefficient. That is, the phase 720 of the reflection coefficient of the plane wave signal incident on the unit cell has the phase 730 of the abnormal reflection coefficient having a linear value corresponding to the frequency band, so that the unit cell is the required frequency. It is possible to adjust the phase of the reflection coefficient in the band. Next, a reflection coefficient control device implemented by arranging a plurality of unit cells according to an embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 8 to 12.

도 8 내지 도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 복수의 유닛들이 배열된 반사 계수 제어 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 12는 상기 복수의 유닛들이 배열된 반사 계수 제어 장치에 의한 이득을 도시한 그래프이다. 여기서, 도 8 내지 도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 복수의 유닛 셀들이 배열된 반사 계수 제어 장치가 적용된 안테나들을 나타낸 도면이며, 도 12는 도 8 내지 도 11에 도시한 안테나들의 대역폭 확장 이득을 나타낸 그래프이다.8 to 11 are schematic views illustrating a structure of a reflection coefficient control apparatus in which a plurality of units are arranged in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a reflection coefficient control in which the plurality of units is arranged. It is a graph showing the gain by the device. 8 to 11 are diagrams illustrating antennas to which a reflection coefficient control apparatus in which a plurality of unit cells are arranged, according to an embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a bandwidth extension gain of the antennas shown in FIGS. 8 to 11. This is a graph.

도 8 내지 도 12를 참조하면, 도 8에 도시한 바와 같이 복수의 유닛 셀들이 배열된 제1안테나는, 하나의 유전체 기판(800)의 하부에 복수의 제1도체부들(820)이 패터닝되어 형성되고 상기 하나의 유전체 기판(800)의 상부에 복수의 제2도체부들(810)이 패터닝되어 형성됨에 따라 복수의 유닛 셀들이 배열된다. 그리고, 상기 복수의 유닛 셀들이 배열된 유전체 기판(800) 하부에 상기 제1도체부들(820)로 신호가 입사되도록 급전 안테나(840)가 위치하고, 상기 급전 안테나(840) 하부에는 상기 급전 안테나(840)의 접지면으로 접지 기판(830)이 위치한다. 또한, 상기 제1안테나는, 상기 유전체 기판(800)이 상부 덮개가 되어 상기 접지 기판(830)과 함께 패브리 페로 형태의 공진기를 형성한다.8 to 12, as shown in FIG. 8, a first antenna in which a plurality of unit cells are arranged includes a plurality of first conductor parts 820 patterned under a single dielectric substrate 800. As a plurality of second conductor parts 810 are formed on the dielectric substrate 800, the plurality of unit cells are arranged. In addition, a feed antenna 840 is positioned under the dielectric substrate 800 on which the plurality of unit cells are arranged so that a signal is incident to the first conductor portions 820, and a feed antenna 840 is disposed below the feed antenna 840. The ground substrate 830 is positioned as the ground plane of the 840. In addition, the first antenna, the dielectric substrate 800 is the upper cover to form a resonator of the Fabry-Perot form with the ground substrate 830.

그에 따라, 상기 제1안테나는, 상기 급전 안테나(840)에서 신호가 급전되면, 급전된 신호가 상기 복수의 유닛 셀들, 특히 복수의 제1도체부들(820)로 입사되고, 상기 복수의 유닛 셀들에 의해 신호의 반사 계수의 크기 및 위상이 조절한 후 신호 를 방사한다. 이때, 상기 신호는 상기 복수의 제2도체부들(810)을 통해 ＋z-축 방향으로 방사되며, 여기서 전술한 바와 같이 상기 제1도체부들(820)과 상기 제2도체부들(810)의 전기적 특성(예컨대, 각 도체들에서의 반사 계수의 크기 및 위상)이 서로 바뀔지라도 상기 제1안테나는 동일하게 동작한다.Accordingly, when the signal is fed from the feed antenna 840, the first antenna is incident to the plurality of unit cells, especially the plurality of first conductor parts 820, and the plurality of unit cells. By controlling the magnitude and phase of the signal's reflection coefficient, the signal is emitted. In this case, the signal is emitted in the + z-axis direction through the plurality of second conductor parts 810, where the electrical characteristics of the first conductor parts 820 and the second conductor parts 810 are described above. Although the first antenna (eg, magnitude and phase of the reflection coefficient in each conductor) is interchanged with each other, the first antenna operates the same.

그리고, 도 9에 도시한 바와 같이 복수의 유닛 셀들이 배열된 제2안테나는, 하나의 급전 안테나(960)를 기준으로 복수의 유닛 셀들이 배열된 두개의 유전체 기판들(900,930)이 상하부에 위치한다. 즉, 상기 제2안테나는, 상기 급전 안테나(960)의 상부에 위치하는 제1유전체 기판(900)의 하부에 복수의 제1도체부(920)가 형성되고 상기 하나의 유전체 기판(900)의 상부에 복수의 제2도체부(910)가 형성되어 복수의 유닛 셀들이 배열된다. 그리고, 상기 급전 안테나(960)의 하부에 위치하는 제2유전체 기판(930)의 상부에 복수의 제1도체부(940)가 형성되고 상기 하나의 유전체 기판(930)의 하부에 복수의 제2도체부(950)가 형성되어 복수의 유닛 셀들이 배열된다. 여기서, 상기 제2안테나는, 상기 제1안테나의 접지 기판(830)이 아닌 복수의 유닛 셀들이 배열된 유전체 기판, 즉 제2유전체 기판(930)이 위치한다.In addition, as shown in FIG. 9, in the second antenna in which a plurality of unit cells are arranged, two dielectric substrates 900 and 930 in which a plurality of unit cells are arranged with respect to one feeding antenna 960 are positioned on the upper and lower sides. do. That is, the second antenna may include a plurality of first conductor parts 920 formed below the first dielectric substrate 900 positioned above the power supply antenna 960, and the first dielectric substrate 900 may be formed. A plurality of second conductor portions 910 are formed on the upper portion of the plurality of unit cells. In addition, a plurality of first conductor parts 940 is formed on an upper portion of the second dielectric substrate 930 positioned below the feed antenna 960, and a plurality of second portions are disposed below the one dielectric substrate 930. The conductor portion 950 is formed to arrange a plurality of unit cells. Here, the second antenna is a dielectric substrate, that is, a second dielectric substrate 930, in which a plurality of unit cells are arranged, not the ground substrate 830 of the first antenna.

그에 따라, 상기 제2안테나는, 상기 급전 안테나(960)에서 신호가 급전되면, 급전된 신호가 상기 복수의 유닛 셀들, 특히 복수의 제1도체부들(920,940)로 입사되고, 상기 복수의 유닛 셀들에 의해 신호의 반사 계수의 크기 및 위상을 조절한 후 신호를 방사한다. 이때, 상기 신호는 상기 복수의 제2도체부들(910,950)을 통해 －z-축 방향 및 ＋z-축 방향으로 방사되며, 여기서 전술한 바와 같이 상기 제1도체 부들(920,940)과 상기 제2도체부들(910,950)의 전기적 특성(예컨대, 각 도체들에서의 반사 계수의 크기 및 위상)이 서로 바뀔지라도 상기 제2안테나는 동일하게 동작한다. 그리고, 상기 제2안테나는, 하나의 급전 안테나(960)를 기준으로 복수의 유닛 셀들이 배열된 두개의 유전체 기판들(900,930)이 상하부에 위치함에 따라, 안테나의 이득 증대 및 대역폭 확장을 극대화한다.Accordingly, when the signal is fed from the feed antenna 960, the second antenna is incident to the plurality of unit cells, particularly the plurality of first conductor parts 920 and 940, and the plurality of unit cells. By adjusting the magnitude and phase of the reflection coefficient of the signal to emit the signal. In this case, the signal is radiated in the -z-axis direction and the + z-axis direction through the plurality of second conductor parts 910 and 950, where the first conductor parts 920 and 940 and the second conductor parts are as described above. The second antenna behaves the same even if the electrical characteristics of 910 and 950 (eg, magnitude and phase of the reflection coefficient in the respective conductors) are interchanged. In addition, the second antenna maximizes gain and bandwidth expansion of the antenna as two dielectric substrates 900 and 930 having a plurality of unit cells arranged on the basis of one feed antenna 960 are positioned above and below. .

또한, 도 10에 도시한 바와 같이 복수의 유닛 셀들이 배열된 제3안테나는, 원통형 형태의 유전체 기판(1000)의 내부에 복수의 제1도체부들(1020)이 패터닝되어 형성되고 상기 유전체 기판(1000)의 외부에 복수의 제2도체부들(1010)이 패터닝되어 형성됨에 따라 복수의 유닛 셀들이 배열된다. 그리고, 상기 복수의 유닛 셀들이 배열된 유전체 기판(1000) 내부 중심부에 상기 제1도체부들(1020)로 신호가 입사되도록 급전 안테나(1030)가 위치한다.In addition, as shown in FIG. 10, the third antenna, in which a plurality of unit cells are arranged, is formed by patterning a plurality of first conductor parts 1020 inside the cylindrical substrate 1000. As the plurality of second conductor parts 1010 are patterned and formed outside the 1000, a plurality of unit cells are arranged. In addition, a feed antenna 1030 is positioned so that a signal is incident to the first conductor parts 1020 at an inner center of the dielectric substrate 1000 where the plurality of unit cells are arranged.

그에 따라, 상기 제3안테나는, 상기 급전 안테나(1030)에서 신호가 급전되면, 급전된 신호가 상기 복수의 유닛 셀들, 특히 복수의 제1도체부들(1020)로 입사되고, 상기 복수의 유닛 셀들에 의해 신호의 반사 계수의 크기 및 위상이 조절한 후 신호를 방사한다. 이때, 상기 신호는 상기 복수의 제2도체부들(1010)을 통해 전방향으로 방사되며, 여기서 전술한 바와 같이 상기 제1도체부들(1020)과 상기 제2도체부들(1010)의 전기적 특성(예컨대, 각 도체들에서의 반사 계수의 크기 및 위상)이 서로 바뀔지라도 상기 제3안테나는 동일하게 동작한다.Accordingly, when the signal is fed from the feed antenna 1030, the third antenna is incident to the plurality of unit cells, especially the plurality of first conductor parts 1020, and the plurality of unit cells. By controlling the magnitude and phase of the reflection coefficient of the signal, the signal is emitted. In this case, the signal is emitted in all directions through the plurality of second conductor parts 1010, and as described above, the electrical characteristics of the first conductor parts 1020 and the second conductor parts 1010 (eg, Although the magnitude and phase of the reflection coefficient in the respective conductors are interchanged with each other, the third antenna operates the same.

아울러, 도 11에 도시한 바와 같이 복수의 유닛 셀들이 배열된 제4안테나는, 원통형 형태의 유전체 기판(1100)의 내부에 복수의 제1도체부들(1120)이 패터닝되 어 형성되고 상기 유전체 기판(1100)의 외부에 복수의 제2도체부들(1110)이 패터닝되어 형성됨에 따라 복수의 유닛 셀들이 배열된다. 그리고, 상기 복수의 유닛 셀들이 배열된 유전체 기판(1100) 내부에 상기 제1도체부들(1120)로 신호가 입사되도록 복수의 급전 안테나들(1140,1150,1160)이 위치하고, 상기 복수의 급전 안테나들(1130)의 내부 중심부에는 상기 급전 안테나들(1140,1150,1160)의 접지면으로 접지 기판(1130)이 위치한다.In addition, as shown in FIG. 11, the fourth antenna, in which a plurality of unit cells are arranged, is formed by patterning a plurality of first conductor parts 1120 inside the cylindrical substrate 1100. As a plurality of second conductor parts 1110 are patterned and formed outside the 1100, a plurality of unit cells are arranged. In addition, a plurality of feed antennas 1140, 1150, and 1160 are positioned in the dielectric substrate 1100 on which the plurality of unit cells are arranged so that a signal is incident to the first conductor parts 1120. The ground substrate 1130 is positioned at a ground surface of the feed antennas 1140, 1150, and 1160 at an inner center of the field 1130.

그에 따라, 상기 제4안테나는, 상기 복수의 급전 안테나들(1140,1150,1160)에서 신호가 급전되면, 급전된 신호가 상기 복수의 유닛 셀들, 특히 복수의 제1도체부들(1120)로 입사되고, 상기 복수의 유닛 셀들에 의해 신호의 반사 계수의 크기 및 위상이 조절한 후 신호를 방사한다. 이때, 상기 신호는 상기 복수의 제2도체부들(1110)을 통해 전방향으로 방사되며, 여기서 전술한 바와 같이 상기 제1도체부들(1120)과 상기 제2도체부들(1110)의 전기적 특성(예컨대, 각 도체들에서의 반사 계수의 크기 및 위상)이 서로 바뀔지라도 상기 제4안테나는 동일하게 동작한다.Accordingly, when the signal is fed from the plurality of feed antennas 1140, 1150, and 1160, the fourth antenna is incident to the plurality of unit cells, particularly the plurality of first conductor parts 1120. The signal is emitted after the magnitude and phase of the reflection coefficient of the signal are adjusted by the plurality of unit cells. In this case, the signal is emitted in all directions through the plurality of second conductor parts 1110, and as described above, the electrical characteristics of the first conductor parts 1120 and the second conductor parts 1110 (eg, Although the magnitude and phase of the reflection coefficient in the respective conductors are interchanged with each other, the fourth antenna operates the same.

이렇게 복수의 유닛 셀들이 배열된 제1안테나 내지 제4안테나는, 도 12에 도시한 바와 같이 안테나 이득을 증대시킨다. 다시 말해, 상기 안테나들의 실현 이득(realized gain)(1210)은, 최대 이득이 약 13.5㏈이고, 3㏈ 이득 대역폭이 약 270㎒로 중심 주파수 기준 약 15%가 되며, 상기 안테나들의 지향성(directivity)(1220)은, 상기 실현 이득(1210)을 만족시킨다. 이러한 안테나들은, 일반적인 패브리 페로 형태의 공진기를 이용하는 안테나에 비해 대역폭이 5배 이상 확장된 결과이다. 그러면 여기서, 도 13을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따 른 반사 계수 제어 장치의 제조 과정을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.The first to fourth antennas in which a plurality of unit cells are arranged in this way increase the antenna gain as shown in FIG. 12. In other words, the realized gain 1210 of the antennas has a maximum gain of about 13.5 GHz, a 3 GHz gain bandwidth of about 270 MHz, which is about 15% of the center frequency, and directivity of the antennas. 1220 satisfies the realized gain 1210. These antennas are a result of an extended bandwidth of five times or more than an antenna using a conventional Fabry-Perot type resonator. Then, the manufacturing process of the reflection coefficient control apparatus according to the embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 13.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 반사 계수 제어 장치의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 13 is a diagram schematically illustrating a manufacturing process of a reflection coefficient control apparatus in a wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.

도 13을 참조하면, 1310단계에서, 소정의 유전체 매질(ε_r)의 유전체 기판 하부에 소정의 형상 및 소정 사이즈를 갖는 금속 도체를 패터닝(patterning)하여 도 1에 도시한 바와 같은 제1도체부를 형성한다.Referring to FIG. 13, in operation 1310, a metal conductor having a predetermined shape and a predetermined size is patterned under a dielectric substrate of a predetermined dielectric medium ε _r to form a first conductor portion as shown in FIG. 1. Form.

그리고, 1320단계에서 상기 유전체 기판 상부에 소정의 형상 및 소정 사이즈를 갖는 금속 도체를 패터닝하여 도 2에 도시한 바와 같이 상기 제1도체부와 대응하는 제2도체부를 형성한다. 여기서, 상기 제1도체부에서의 반사 계수의 위상은, 상기 제2도체부에서의 반사 계수의 위상보다 작은 값을 가지며, 바람직하게는 요구 주파수 대역에서 이상 반사 계수의 위상 값을 갖는다. 그리고, 상기 제2도체부에서의 반사 계수의 크기는, 상기 제2도체부에서의 반사 계수의 크기보다 큰 값을 가지며, 바람직하게는 요구 주파수 대역에서 1에 근접한 값을 갖는다.In operation 1320, a metal conductor having a predetermined shape and a predetermined size is patterned on the dielectric substrate to form a second conductor portion corresponding to the first conductor portion as shown in FIG. 2. Here, the phase of the reflection coefficient in the first conductor portion has a smaller value than the phase of the reflection coefficient in the second conductor portion, and preferably has a phase value of the abnormal reflection coefficient in the required frequency band. The magnitude of the reflection coefficient in the second conductor portion is larger than the magnitude of the reflection coefficient in the second conductor portion, and preferably has a value close to 1 in the required frequency band.

이렇게 유전체 기판 상하부에 제1도체부 및 제2도체부가 형성되어 유닛 셀이 형성되면, 안테나의 이득을 증대하고 주파수 대역폭을 확장시키기 위해 1330단계에서 도 4에 도시한 바와 같이 복수의 유닛 셀들을 배열한다. 여기서, 도 8 내지 도 11에 도시한 바와 같이 상기 복수의 유닛 셀들이 배열된 반사 계수 제어 장치를 안테나에 적용할 수 있다.When the first and second conductor parts are formed on the upper and lower portions of the dielectric substrate to form a unit cell, the plurality of unit cells are arranged as shown in FIG. 4 in step 1330 to increase the gain of the antenna and to expand the frequency bandwidth. do. 8 to 11, the reflection coefficient control apparatus in which the plurality of unit cells are arranged may be applied to an antenna.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Meanwhile, in the detailed description of the present invention, specific embodiments have been described, but various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be limited by the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims, as well as the appended claims.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 반사 계수 제어 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.1 to 4 schematically illustrate the structure of a reflection coefficient control apparatus in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

도 5 내지 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 반사 계수의 크기 및 위상 제어를 설명하기 위한 그래프.5 to 7 are graphs for explaining magnitude and phase control of reflection coefficients in a wireless communication system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 8 내지 도 11은 본 발명의 실시 예에 따라 무선 통신 시스템에서 복수의 유닛들이 배열된 반사 계수 제어 장치의 구조를 개략적으로 도시한 도면.8 to 11 schematically illustrate the structure of a reflection coefficient control apparatus in which a plurality of units are arranged in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 복수의 유닛들이 배열된 반사 계수 제어 장치에 의한 이득을 도시한 그래프.12 is a graph illustrating a gain by a reflection coefficient control apparatus in which a plurality of units are arranged in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 통신 시스템에서 반사 계수 제어 장치의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면.13 is a view schematically illustrating a manufacturing process of a reflection coefficient control apparatus in a wireless communication system according to an embodiment of the present invention.

Claims

An apparatus for controlling reflection coefficient in a wireless communication system,

A first conductor portion having a predetermined shape positioned under the dielectric substrate of the predetermined dielectric medium; And

A second conductor portion positioned on the dielectric substrate and corresponding to the first conductor portion;

The magnitude of the reflection coefficient of the signal incident to one of the first conductor portions or one of the second conductor portions and having a required frequency band has a larger value in the first conductor portion than in the second conductor portion, And a reflection coefficient phase of the signal has a smaller value in the first conductor portion than in the second conductor portion.

The method of claim 1,

The magnitude of the reflection coefficient of the signal in the first conductor portion has a value of 1, and the phase of the reflection coefficient of the signal in the first conductor portion has a phase value of a preset ideal reflection coefficient. Reflection coefficient control device characterized in that.

The method of claim 1,

A reflection coefficient control device characterized in that the unit cell controls the magnitude and phase of the reflection coefficient of the signal using the first conductor portion and the second conductor portion as one unit cell.

The method of claim 3,

And the slope of the magnitude and phase of the reflection coefficient of the signal in the unit cell has negative, zero, and positive values.

The method of claim 3,

And the phase of the reflection coefficient of the signal in the unit cell has a phase value of a predetermined ideal reflection coefficient.

The method of claim 1,

A dielectric substrate in which a plurality of unit cells are arranged, wherein the first conductor portion and the second conductor portion are one unit cell;

A feed antenna positioned under the dielectric substrate to feed and input the signal to the plurality of unit cells; And

And a ground substrate positioned below the power feeding antenna to ground the power feeding antenna to implement a predetermined antenna.

The method of claim 1,

Two dielectric substrates each having a plurality of unit cells arranged with the first conductor portion and the second conductor portion as one unit cell; And

And a feed antenna positioned at an intermediate portion between the two dielectric substrates to feed and inject the signal into the plurality of unit cells, thereby implementing a predetermined antenna.

The method of claim 1,

A cylindrical dielectric substrate having a plurality of unit cells arranged inside and outside with the first conductor portion and the second conductor portion as one unit cell; And

And a feed antenna positioned at an inner center of the cylindrical dielectric substrate to feed and inject the signal into the plurality of unit cells, thereby implementing a predetermined antenna.

The method of claim 1,

A feed antenna positioned inside the cylindrical dielectric substrate to feed and input the signal to the plurality of unit cells; And

And a ground substrate positioned at an inner center of the cylindrical dielectric substrate to ground the feed antenna, wherein the reflection coefficient control device is configured to implement a predetermined antenna.

In the method of manufacturing a reflection coefficient control device in a wireless communication system,

Patterning a metal conductor under the dielectric substrate of the predetermined dielectric medium to form a first conductor portion having a predetermined shape;

Patterning a metal conductor on the dielectric substrate to form a second conductor portion having a predetermined shape corresponding to the first conductor portion; And

Arranging the plurality of unit cells on at least one dielectric substrate using the first conductor portion and the second conductor portion as one unit cell;

The magnitude of the reflection coefficient of the signal incident on the unit cell and having the required frequency band has a value of 1 in the first conductor portion and a smaller value in the first conductor portion in the second conductor portion;

The phase of the reflection coefficient of the signal has a phase value of an ideal reflection coefficient preset in the first conductor portion, and has a larger value in the second conductor portion than in the first conductor portion. The manufacturing method of the reflection coefficient control apparatus characterized by the above-mentioned.