KR102374150B1

KR102374150B1 - Array antenna using active metasurface

Info

Publication number: KR102374150B1
Application number: KR1020210136016A
Authority: KR
Inventors: 육종관; 정재영; 김종영
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2021-10-13
Filing date: 2021-10-13
Publication date: 2022-03-11

Abstract

An array antenna using active metasurface includes: a phase shift layer which distributes current supplied from a high-frequency generator to a plurality of unit cells and adjusts a phase of each of the plurality of unit cells; a plurality of antenna units receiving a phase-controlled current from the phase shift layer and corresponding to the plurality of unit cells; and a polarization conversion antenna layer for performing polarization conversion by adjusting control voltage applied to the plurality of antenna units. Therefore, it is possible to solve a problem of space limitation and radio wave interlocking loss of the existing transmissive array antenna.

Description

Array antenna using active metasurface {ARRAY ANTENNA USING ACTIVE METASURFACE}

본 발명은 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 능동형 메타표면을 이용한 빔조향 및 편파변환이 가능한 배열 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an array antenna using an active metasurface, and more particularly, to an array antenna capable of beam steering and polarization conversion using an active metasurface.

현재, 가장 많이 사용되고 있는 위상 배열 안테나는 높은 개구 효율을 보이지만 빔제어 기능 구현을 위해 안테나 뒷 단에 별도의 값비싸고 무거운 고주파 회로가 요구된다. 최근에는 위상 배열 안테나의 단점을 극복할 수 있는 메타표면 기반의 배열 안테나에 대한 연구가 진행되고 있다. Currently, the most widely used phased array antenna shows high aperture efficiency, but a separate expensive and heavy high-frequency circuit is required at the rear end of the antenna to implement the beam control function. Recently, research on a metasurface-based array antenna that can overcome the disadvantages of a phased array antenna is being conducted.

메타표면 기반 배열 안테나는 대부분이 투과형 배열 안테나 구조를 차용하고 있다. 투과형 배열 안테나는 외부의 급전 안테나(feed antenna)로 부터 방사된 전파가 메타표면 구조와 연동되어 빔 제어를 수행하는 구조이다. 이 경우, 메타표면에 입사하는 전파의 파면 특성에 따라 안테나 성능이 크게 좌우되고, 급전 안테나와 메타표면 간 충분한 거리가 요구되며, 전파연동 손실로 인해 개구 효율이 저하되는 문제점이 있다.Most of the metasurface-based array antennas use the transmission-type array antenna structure. Transmissive array antenna is a structure in which radio waves radiated from an external feed antenna are interlocked with the metasurface structure to perform beam control. In this case, antenna performance is greatly affected by the wavefront characteristics of radio waves incident on the metasurface, a sufficient distance between the feeding antenna and the metasurface is required, and aperture efficiency is lowered due to radio wave interlocking loss.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 급전 안테나를 사용하지 않고 메타표면에 직접 급전하는 방식을 사용하여 기존의 투과형 배열 안테나가 가지는 공간제약과 전파연동 손실 문제를 해결할 수 있는 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나를 제공함에 있다.The technical problem to be solved by the present invention is an array antenna using an active metasurface that can solve the space limitation and radio wave interlocking loss problem of the existing transmission-type array antenna by using a method of directly feeding the metasurface without using a feeding antenna. is to provide.

본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나는 고주파 발생기로부터 급전되는 전류를 복수의 단위 셀에 분배하고, 상기 복수의 단위 셀 각각의 위상을 조절하는 위상 천이층, 및 상기 위상 천이층으로부터 위상이 조절된 전류를 인가받고, 상기 복수의 단위 셀에 대응하는 복수의 안테나부를 포함하고, 상기 복수의 안테나부에 인가되는 제어 전압을 조정하여 편파변환을 수행하는 편파변환 안테나층을 포함한다.An array antenna using an active metasurface according to an embodiment of the present invention distributes a current fed from a high frequency generator to a plurality of unit cells, and a phase shift layer for adjusting the phase of each of the plurality of unit cells, and the phase shift A polarization conversion antenna layer that receives a phase-controlled current from the layer, includes a plurality of antenna units corresponding to the plurality of unit cells, and performs polarization conversion by adjusting a control voltage applied to the plurality of antenna units do.

상기 위상 천이층은, 상기 복수의 단위 셀에 대응하는 복수의 위상 천이기, 각종 제어 전압이 입력되는 복수의 패드를 포함하는 패드부, 및 상기 고주파 발생기로부터 급전되는 전류가 입력되는 고주파 급전부를 포함하고, 상기 복수의 위상 천이기는 서로 다른 제어 배선에 연결되어 독립적으로 제어 전압을 인가받아 상기 복수의 단위 셀 각각의 위상을 독립적으로 조절하고, 상기 고주파 급전부에 급전된 전류는 급전 배선을 통해 상기 복수의 위상 천이기에 분배될 수 있다.The phase shift layer may include a pad unit including a plurality of phase shifters corresponding to the plurality of unit cells, a plurality of pads to which various control voltages are input, and a high frequency power supply unit to which a current supplied from the high frequency generator is input. Including, wherein the plurality of phase shifters are connected to different control wirings and independently receive control voltages to independently adjust the phases of each of the plurality of unit cells, and the current fed to the high-frequency power feeding unit is fed through the feeding wirings. It may be distributed among the plurality of phase shifters.

상기 복수의 위상 천이기 각각은, 직렬로 연결된 제1 반사형 위상 천이기 및 제2 반사형 위상 천이기를 포함할 수 있다.Each of the plurality of phase shifters may include a first reflective phase shifter and a second reflective phase shifter connected in series.

상기 제1 반사형 위상 천이기는, 상기 급전 배선에 연결되어 있는 제1 하이브리드 커플러, 상기 제1 하이브리드 커플러의 한 포트에 연결되어 있는 제1 버랙터 다이오드와 제1 반사형 부하, 및 상기 제1 하이브리드 커플러의 다른 한 포트에 연결되어 있는 제2 버랙터 다이오드와 제2 반사형 부하를 포함할 수 있다.The first reflective phase shifter may include a first hybrid coupler connected to the feed wiring, a first varactor diode and a first reflective load connected to one port of the first hybrid coupler, and the first hybrid It may include a second varactor diode and a second reflective load connected to the other port of the coupler.

상기 제2 반사형 위상 천이기는, 상기 제1 하이브리드 커플러에 연결되어 있는 제2 하이브리드 커플러, 상기 제2 하이브리드 커플러의 한 포트에 연결되어 있는 제3 버랙터 다이오드와 제3 반사형 부하, 및 상기 제2 하이브리드 커플러의 다른 한 포트에 연결되어 있는 제4 버랙터 다이오드와 제4 반사형 부하를 포함할 수 있다. The second reflective phase shifter includes a second hybrid coupler connected to the first hybrid coupler, a third varactor diode and a third reflective load connected to one port of the second hybrid coupler, and the third 2 may include a fourth varactor diode and a fourth reflective load connected to the other port of the hybrid coupler.

상기 복수의 위상 천이기 각각은, 상기 제1 하이브리드 커플러와 상기 제2 하이브리드 커플러를 연결하는 배선에 연결되는 RF 초크, 및 상기 RF 초크에 연결되어 있고, 상기 복수의 단위 셀 각각의 위상값을 조절하기 위한 제1 제어 전압이 인가되는 제1 제어 배선을 포함할 수 있다.Each of the plurality of phase shifters is connected to an RF choke connected to a wire connecting the first hybrid coupler and the second hybrid coupler, and the RF choke, and adjusts a phase value of each of the plurality of unit cells It may include a first control line to which a first control voltage is applied.

상기 복수의 위상 천이기 각각은, 상기 제2 하이브리드 커플러에 연결되어 있는 출력 배선을 포함하고, 상기 출력 배선에 끝단에 위치한 제1 컨택부가 상기 편파변환 안테나층과 전기적으로 연결될 수 있다.Each of the plurality of phase shifters may include an output wire connected to the second hybrid coupler, and a first contact portion located at an end of the output wire may be electrically connected to the polarization conversion antenna layer.

상기 복수의 안테나부 각각은, 상기 위상 천이층과 전기적으로 연결되어 상기 위상이 조절된 전류가 인가되는 제1 안테나 패치, 상기 제1 안테나 패치와 일정 거리 이격되어 있고, 제2 제어 배선에 연결되어 있는 제2 안테나 패치, 상기 제1 안테나 패치와 상기 제2 안테나 패치 사이에서 제1 방향으로 전류가 흐르도록 상기 제1 안테나 패치와 상기 제2 안테나 패치를 전기적으로 연결하는 제1 PIN 다이오드, 상기 제1 안테나 패치와 일정 거리 이격되어 있고, 제3 제어 배선에 연결되어 있는 제3 안테나 패치, 및 상기 제1 안테나 패치와 상기 제3 안테나 패치 사이에서 제2 방향으로 전류가 흐르도록 상기 제1 안테나 패치와 상기 제3 안테나 패치를 전기적으로 연결하는 제2 PIN 다이오드를 포함할 수 있다.Each of the plurality of antenna units is a first antenna patch electrically connected to the phase shift layer to which the phase-controlled current is applied, spaced apart from the first antenna patch by a predetermined distance, and connected to a second control wire, a second antenna patch, a first PIN diode electrically connecting the first antenna patch and the second antenna patch so that a current flows in a first direction between the first antenna patch and the second antenna patch; A third antenna patch spaced apart from the first antenna patch by a predetermined distance and connected to a third control wire, and the first antenna patch so that a current flows in a second direction between the first antenna patch and the third antenna patch and a second PIN diode electrically connecting the third antenna patch.

상기 제1 안테나 패치는 상기 제1 방향에 평행한 양측으로 돌출되고, 상기 제2 방향으로 평행한 양측으로 돌출된 십자가 모양일 수 있다. The first antenna patch may have a cross shape protruding from both sides parallel to the first direction and protruding from both sides parallel to the second direction.

상기 제2 안테나 패치는 상기 제1 안테나 패치의 상기 제1 방향에 평행하게 돌출된 하나의 돌출부 끝단에 인접하여 슬롯을 형성하고, 상기 제1 안테나 패치의 상기 제2 방향에 평행하게 돌출된 하나의 돌출부의 끝에 인접하여 슬롯을 형성하도록 배치되고, 상기 제1 안테나 패치의 돌출부와 상기 제2 안테나 패치는 사이에 사각형의 공간을 형성하는 창틀 모양으로 형성될 수 있다.The second antenna patch forms a slot adjacent to the end of one protrusion that protrudes parallel to the first direction of the first antenna patch, and one of the first antenna patches protrudes parallel to the second direction of the first antenna patch. It is arranged to form a slot adjacent to the end of the protrusion, and the protrusion of the first antenna patch and the second antenna patch may be formed in a window frame shape forming a rectangular space therebetween.

상기 제3 안테나 패치는 상기 제1 안테나 패치의 상기 제1 방향에 평행하게 돌출된 다른 하나의 돌출부 끝단에 인접하여 슬롯을 형성하고, 상기 제1 안테나 패치의 상기 제2 방향에 평행하게 돌출된 다른 하나의 돌출부의 끝에 인접하여 슬롯을 형성하도록 배치되고, 상기 제1 안테나 패치의 돌출부와 상기 제3 안테나 패치는 사이에 사각형의 공간을 형성하는 창틀 모양으로 형성될 수 있다.The third antenna patch forms a slot adjacent to the end of the other protrusion protruding parallel to the first direction of the first antenna patch, and another protrusion protruding parallel to the second direction of the first antenna patch. It is arranged to form a slot adjacent to the end of one protrusion, and the protrusion of the first antenna patch and the third antenna patch may be formed in a window frame shape forming a rectangular space therebetween.

상기 제2 안테나 패치의 연장된 끝단과 상기 제3 안테나 패치의 연장된 끝이 인접하여 슬롯을 형성하고, 상기 제2 안테나 패치의 연장된 부분과 상기 제3 안테나 패치의 연장된 부분은 상기 제1 안테나 패치의 돌출된 부분 사이에 사각형의 공간을 형성하는 창틀 모양으로 형성될 수 있다.The extended end of the second antenna patch and the extended end of the third antenna patch are adjacent to each other to form a slot, and the extended part of the second antenna patch and the extended part of the third antenna patch are connected to the first It may be formed in the shape of a window frame forming a rectangular space between the protruding portions of the antenna patch.

상기 제1 안테나 패치, 상기 제2 안테나 패치 및 상기 제3 안테나 패치는 4개의 창을 형성하는 창틀에서 하나의 창틀이 제거된 깨진 창문 형상을 형성할 수 있다. The first antenna patch, the second antenna patch, and the third antenna patch may form a broken window shape in which one window frame is removed from a window frame forming four windows.

상기 제1 PIN 다이오드를 온시키고 상기 제2 PIN 다이오드를 오프시키면 상기 제1 방향의 수평편파가 발생할 수 있다.When the first PIN diode is turned on and the second PIN diode is turned off, horizontal polarization in the first direction may be generated.

상기 제1 PIN 다이오드를 오프시키고 상기 제2 PIN 다이오드를 온시키면 상기 제2 방향의 수직편파가 발생할 수 있다.When the first PIN diode is turned off and the second PIN diode is turned on, vertical polarization in the second direction may be generated.

본 발명의 실시예에 따른 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나는 급전 안테나를 사용하지 않고 메타표면에 직접 급전하는 방식을 사용함으로써 기존의 투과형 배열 안테나가 가지는 공간제약과 전파연동 손실 문제를 해결할 수 있고, 소형 및 경량화할 수 있다.The array antenna using an active metasurface according to an embodiment of the present invention uses a method of directly feeding the metasurface without using a feeding antenna, thereby solving the space constraint and radio wave interlocking loss problem of the existing transmissive array antenna, It can be compact and lightweight.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나를 나타내는 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나의 위상 천이층을 나타내는 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 천이층에 배치된 위상 천이기를 나타내는 평면도이다.
도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 천이층의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나의 편파변환 안테나층을 나타내는 평면도이다.
도 9는 수평편파 방사시 편파변환 안테나층에 흐르는 전류를 분포를 나타내는 도면이다.
도 10은 수직편파 방사시 편파변환 안테나층에 흐르는 전류를 분포를 나타내는 도면이다.
도 11 및 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나의 빔조향 성능을 나타내는 그래프이다.1 is an exploded perspective view showing an array antenna using an active metasurface according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view illustrating a phase shift layer of an array antenna using an active metasurface according to an embodiment of the present invention.
3 is a plan view illustrating a phase shifter disposed on a phase shift layer according to an embodiment of the present invention.
4 to 7 are diagrams illustrating simulation results of a phase shift layer according to an embodiment of the present invention.
8 is a plan view illustrating a polarization conversion antenna layer of an array antenna using an active metasurface according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating a distribution of a current flowing through a polarization conversion antenna layer during horizontal polarization radiation.
10 is a diagram illustrating a distribution of a current flowing through a polarization conversion antenna layer during vertical polarization radiation.
11 and 12 are graphs showing simulation results of an array antenna using an active metasurface according to an embodiment of the present invention.
13 is a graph illustrating beam steering performance of an array antenna using an active metasurface according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.In order to clearly explain the present invention, parts irrelevant to the description are omitted, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, throughout the specification, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타표면을 이용한 빔조향 및 편파변환이 가능한 배열 안테나에 대하여 설명한다. Hereinafter, an array antenna capable of beam steering and polarization conversion using an active metasurface according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나를 나타내는 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view showing an array antenna using an active metasurface according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나(10)는 순차적으로 적층되어 있는 위상 천이층(100), 제1 접지층(200), 절연층(300), 제2 접지층(400) 및 편파변환 안테나층(500)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , an array antenna 10 using an active metasurface according to an embodiment of the present invention is sequentially stacked with a phase shift layer 100 , a first ground layer 200 , and an insulating layer 300 . , a second ground layer 400 and a polarization conversion antenna layer 500 may be included.

능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나(10)는 복수의 단위 셀을 포함할 수 있다. 도 1에서는 복수의 단위 셀이 2×2 배열 구조로 배열되어 있는 것으로 예시하고 있다. 이하, 복수의 단위 셀이 2×2 배열 구조로 배열되어 있는 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 복수의 단위 셀의 개수 및 배열 구조는 제한되지 않는다. 예를 들어, 복수의 단위 셀은 4×4, 8×8, 16×16 등의 다양한 배열 구조로 배열될 수 있다.The array antenna 10 using an active metasurface may include a plurality of unit cells. 1 exemplifies that a plurality of unit cells are arranged in a 2×2 array structure. Hereinafter, it will be described as an example in which a plurality of unit cells are arranged in a 2×2 array structure. However, the number and arrangement of the plurality of unit cells are not limited. For example, the plurality of unit cells may be arranged in various arrangement structures such as 4×4, 8×8, 16×16, and the like.

위상 천이층(100)은 외부의 고주파 발생기로부터 급전되는 전류를 복수의 단위 셀에 분배하고, 복수의 단위 셀 각각의 위상을 조절할 수 있다. 즉, 위상 천이층(100)에 의해 빔조향이 수행될 수 있다. 위상 천이층(100)의 구체적인 구성에 대해서는 도 2 및 3을 참조하여 후술한다.The phase shift layer 100 may distribute current supplied from an external high-frequency generator to a plurality of unit cells, and may adjust a phase of each of the plurality of unit cells. That is, beam steering may be performed by the phase shift layer 100 . A detailed configuration of the phase shift layer 100 will be described later with reference to FIGS. 2 and 3 .

제1 접지층(200)은 위상 천이층(100)에 접지 전압을 제공하는 역할을 수행할 수 있다.The first ground layer 200 may serve to provide a ground voltage to the phase shift layer 100 .

절연층(300)은 에폭시와 같은 절연 물질로 이루어진 기판으로 위상 천이층(100)과 제1 접지층(200)을 포함한 하층 및 제2 접지층(400)과 편파변환 안테나층(500)을 포함한 상층 간의 접착 및 위치를 고정하는 등의 역할을 수행할 수 있다.The insulating layer 300 is a substrate made of an insulating material such as epoxy, and includes a lower layer including the phase shift layer 100 and the first ground layer 200 and the second ground layer 400 and the polarization conversion antenna layer 500 . It can perform a role such as adhesion between the upper layers and fixing the position.

제2 접지층(400)은 편파변환 안테나층(500)에 접지 전압을 제공하는 역할을 수행할 수 있다.The second ground layer 400 may serve to provide a ground voltage to the polarization conversion antenna layer 500 .

편파변환 안테나층(500)은 제1 접지층(200), 절연층(300) 및 제2 접지층(400)을 관통하는 비아(via)를 통해 위상 천이층(100)과 전기적으로 연결되어 있으며, 위상 천이층(100)으로부터 위상이 조절된 전류를 인가받는다. 편파변환 안테나층(500)은 복수의 단위 셀에 대응하는 복수의 안테나부(도 8의 510 참조)를 포함하고, 복수의 안테나부(510)에 인가되는 제어 전압을 조정하여 편파변환을 수행할 수 있다. 즉, 편파변환 안테나층(500)에 의해 편파변환이 수행될 수 있다. 편파변환 안테나층(500)을 통해 빔조향 및 편파변환된 전파가 외부로 방사될 수 있다. 편파변환 안테나층(500)의 구체적인 구성에 대해서는 도 8을 참조하여 후술한다.The polarization conversion antenna layer 500 is electrically connected to the phase shift layer 100 through a via passing through the first ground layer 200 , the insulating layer 300 , and the second ground layer 400 , , a phase-controlled current is applied from the phase shift layer 100 . The polarization conversion antenna layer 500 includes a plurality of antenna units (refer to 510 of FIG. 8 ) corresponding to a plurality of unit cells, and performs polarization conversion by adjusting a control voltage applied to the plurality of antenna units 510 . can That is, polarization conversion may be performed by the polarization conversion antenna layer 500 . Beam steering and polarization-converted radio waves through the polarization conversion antenna layer 500 may be radiated to the outside. A detailed configuration of the polarization conversion antenna layer 500 will be described later with reference to FIG. 8 .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나의 위상 천이층을 나타내는 평면도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 천이층에 배치된 위상 천이기를 나타내는 평면도이다.2 is a plan view illustrating a phase shift layer of an array antenna using an active metasurface according to an embodiment of the present invention. 3 is a plan view illustrating a phase shifter disposed on a phase shift layer according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 3을 참조하면, 위상 천이층(100)은 복수의 단위 셀에 대응하는 복수의 위상 천이기(110)를 포함한다. 그리고 위상 천이층(100)은 제어 전압 인가를 위한 패드부(120) 및 외부의 고주파 발생기로부터 급전되는 전류가 입력되는 고주파 급전부(130)를 포함할 수 있다. 패드부(120)는 각종 제어 전압이 입력되는 복수의 패드를 포함할 수 있다.2 and 3 , the phase shift layer 100 includes a plurality of phase shifters 110 corresponding to a plurality of unit cells. In addition, the phase shift layer 100 may include a pad unit 120 for applying a control voltage and a high frequency power supply unit 130 to which a current supplied from an external high frequency generator is input. The pad unit 120 may include a plurality of pads to which various control voltages are input.

복수의 위상 천이기(110)는 서로 다른 제어 배선(121)에 연결되어 있으며, 각 제어 배선(121)은 서로 다른 패드에 연결되어 복수의 위상 천이기(110)에 서로 다른 제어 전압을 전달할 수 있다. 즉, 복수의 위상 천이기(110) 각각은 독립적으로 제어 전압을 인가받을 수 있으며, 제어 전압에 따라 복수의 단위 셀 각각의 위상이 독립적으로 조절될 수 있다.The plurality of phase shifters 110 are connected to different control wires 121 , and each control wire 121 is connected to different pads to transmit different control voltages to the plurality of phase shifters 110 . there is. That is, each of the plurality of phase shifters 110 may be independently applied with a control voltage, and the phases of each of the plurality of unit cells may be independently adjusted according to the control voltage.

고주파 급전부(130)는 급전 배선(131)을 통해 복수의 위상 천이기(110)에 연결되어 있다. 고주파 급전부(130)에 급전된 전류는 급전 배선(131)을 통해 복수의 위상 천이기(110)에 분배될 수 있다.The high frequency power feeding unit 130 is connected to the plurality of phase shifters 110 through a power feeding line 131 . The current fed to the high frequency power feeding unit 130 may be distributed to the plurality of phase shifters 110 through the feeding wiring 131 .

도 3에 예시한 바와 같이, 복수의 위상 천이기(110) 각각은 직렬로 연결된 제1 반사형 위상 천이기(1100) 및 제2 반사형 위상 천이기(1200)를 포함할 수 있다. As illustrated in FIG. 3 , each of the plurality of phase shifters 110 may include a first reflective phase shifter 1100 and a second reflective phase shifter 1200 connected in series.

제1 반사형 위상 천이기(1100)는 제1 하이브리드 커플러(1110), 제1 버랙터 다이오드(varactor diode)(1120), 제1 반사형 부하(reflective load)(1121), 제2 버랙터 다이오드(1130) 및 제2 반사형 부하(1131)를 포함할 수 있다. The first reflective phase shifter 1100 includes a first hybrid coupler 1110 , a first varactor diode 1120 , a first reflective load 1121 , and a second varactor diode It may include a 1130 and a second reflective load 1131 .

제1 하이브리드 커플러(1110)는 제1 포트(P11), 제2 포트(P12), 제3 포트(P13) 및 제4 포트(P14)를 포함한다. 제1 포트(P11)는 입력 포트로서 급전 배선(131)에 연결되어 있으며, 제1 포트(P11)로 고주파 급전부(130)에 급전된 전류가 입력될 수 있다. 제2 포트(P12)에 제1 버랙터 다이오드(1120)가 연결되어 있으며, 제1 버랙터 다이오드(1120)에 제1 반사형 부하(1121)가 연결될 수 있다. 제3 포트(P13)에 제2 버랙터 다이오드(1130)가 연결되어 있으며, 제2 버랙터 다이오드(1130)에 제2 반사형 부하(1131)가 연결될 수 있다. 제4 포트(P14)는 출력 포트로서 제2 반사형 위상 천이기(1200)의 입력 포트에 연결될 수 있다. The first hybrid coupler 1110 includes a first port P11 , a second port P12 , a third port P13 , and a fourth port P14 . The first port P11 is an input port and is connected to the power feeding wire 131 , and the current fed to the high frequency power feeding unit 130 may be input through the first port P11 . A first varactor diode 1120 may be connected to the second port P12 , and a first reflective load 1121 may be connected to the first varactor diode 1120 . A second varactor diode 1130 may be connected to the third port P13 , and a second reflective load 1131 may be connected to the second varactor diode 1130 . The fourth port P14 may be connected to an input port of the second reflective phase shifter 1200 as an output port.

제2 반사형 위상 천이기(1200)는 제2 하이브리드 커플러(1210), 제3 버랙터 다이오드(1220), 제3 반사형 부하(1221), 제4 버랙터 다이오드(1230) 및 제4 반사형 부하(1231)를 포함할 수 있다. The second reflective phase shifter 1200 includes a second hybrid coupler 1210 , a third varactor diode 1220 , a third reflective load 1221 , a fourth varactor diode 1230 , and a fourth reflective type A load 1231 may be included.

제2 하이브리드 커플러(1210)는 제1 포트(P21), 제2 포트(P22), 제3 포트(P23) 및 제4 포트(P24)를 포함한다. 제1 포트(P21)는 입력 포트로서 제1 하이브리드 커플러(1110)의 제4 포트(P14)에 연결될 수 있다. 제2 포트(P22)에 제3 버랙터 다이오드(1220)가 연결되어 있으며, 제3 버랙터 다이오드(1220)에 제3 반사형 부하(1221)가 연결될 수 있다. 제3 포트(P23)에 제4 버랙터 다이오드(1230)가 연결되어 있으며, 제4 버랙터 다이오드(1230)에 제4 반사형 부하(1231)가 연결될 수 있다. 제4 포트(P24)는 출력 포트로서 위상이 조절된 전류(신호)가 출력될 수 있다. The second hybrid coupler 1210 includes a first port P21 , a second port P22 , a third port P23 , and a fourth port P24 . The first port P21 may be connected to the fourth port P14 of the first hybrid coupler 1110 as an input port. A third varactor diode 1220 may be connected to the second port P22 , and a third reflective load 1221 may be connected to the third varactor diode 1220 . A fourth varactor diode 1230 may be connected to the third port P23 , and a fourth reflective load 1231 may be connected to the fourth varactor diode 1230 . The fourth port P24 is an output port, and a phase-controlled current (signal) may be output.

제1 하이브리드 커플러(1110)의 제4 포트(P14)와 제2 하이브리드 커플러(1210)의 제1 포트(P21) 사이를 연결하는 배선에는 저항 역할을 하는 RF 초크(choke)(1300)가 연결되고, RF 초크(1300)에 제1 제어 배선(121)이 연결될 수 있다. 제2 하이브리드 커플러(1210)의 제4 포트(P24)에는 출력 배선(1401)이 연결되어 있으며, 출력 배선(1401)의 끝단에는 편파변환 안테나층(500)과 전기적으로 연결되는 제1 컨택부(CT1)가 위치할 수 있다. 출력 배선(1401)에는 커패시터(1400) 및 인덕터(1500)에 연결되어 있을 수 있다. An RF choke 1300 serving as a resistor is connected to the wiring connecting the fourth port P14 of the first hybrid coupler 1110 and the first port P21 of the second hybrid coupler 1210 and , the first control wire 121 may be connected to the RF choke 1300 . The output wire 1401 is connected to the fourth port P24 of the second hybrid coupler 1210, and an end of the output wire 1401 has a first contact part electrically connected to the polarization conversion antenna layer 500 ( CT1) may be located. The output wiring 1401 may be connected to the capacitor 1400 and the inductor 1500 .

제1 내지 제4 버랙터 다이오드(1120, 1130, 1220, 1230)는 제1 제어 배선(121)을 통해 입력되는 제1 제어 전압(바이어스 전압)에 의해 동시에 제어될 수 있다. 제1 제어 전압에 따라 위상값이 조절된 전류(신호)가 편파변환 안테나층(500)으로 출력될 수 있다.The first to fourth varactor diodes 1120 , 1130 , 1220 , and 1230 may be simultaneously controlled by a first control voltage (bias voltage) input through the first control line 121 . A current (signal) whose phase value is adjusted according to the first control voltage may be output to the polarization conversion antenna layer 500 .

도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위상 천이층의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.4 to 7 are diagrams illustrating simulation results of a phase shift layer according to an embodiment of the present invention.

도 4 내지 7을 참조하면, 제1 제어 전압(바이어스 전압)(V)이 0V 내지 12V일 때, 위상 천이층(100)의 S 파라미터와 위상 천이를 시뮬레이션하였다. 중심주파수(f_s) 120MHz 대역폭에서 S₁₁ < -10dB이고 S₂₁ > -2.5dB, 위상 변화폭 > 440도임을 확인할 수 있다. 4 to 7 , when the first control voltage (bias voltage) V is 0V to 12V, the S parameter and the phase shift of the phase shift layer 100 are simulated. It can be seen that S ₁₁ < -10 dB, S ₂₁ > -2.5 dB, and phase change > 440 degrees in the center frequency (f _s ) 120MHz bandwidth.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나의 편파변환 안테나층을 나타내는 평면도이다. 도 9는 수평편파 방사시 편파변환 안테나층에 흐르는 전류를 분포를 나타내는 도면이다. 도 10은 수직편파 방사시 편파변환 안테나층에 흐르는 전류를 분포를 나타내는 도면이다.8 is a plan view illustrating a polarization conversion antenna layer of an array antenna using an active metasurface according to an embodiment of the present invention. 9 is a diagram illustrating a distribution of a current flowing through a polarization conversion antenna layer during horizontal polarization radiation. 10 is a diagram illustrating a distribution of a current flowing through a polarization conversion antenna layer during vertical polarization radiation.

도 8을 참조하면, 편파변환 안테나층(500)은 복수의 단위 셀에 대응하는 복수의 안테나부(510)를 포함한다. 복수의 안테나부(510) 각각은 제2 제어 배선(541) 및 제3 제어 배선(542)에 연결되어 있다.Referring to FIG. 8 , the polarization conversion antenna layer 500 includes a plurality of antenna units 510 corresponding to a plurality of unit cells. Each of the plurality of antenna units 510 is connected to a second control line 541 and a third control line 542 .

복수의 안테나부(510) 각각은 제1 안테나 패치(511), 제2 안테나 패치(512), 제3 안테나 패치(513), 제1 PIN 다이오드(521), 제2 PIN 다이오드(522), 제1 인덕터(531) 및 제2 인덕터(532)를 포함할 수 있다.Each of the plurality of antenna units 510 includes a first antenna patch 511 , a second antenna patch 512 , a third antenna patch 513 , a first PIN diode 521 , a second PIN diode 522 , A first inductor 531 and a second inductor 532 may be included.

제1 안테나 패치(511)는 안테나부(510)의 중앙에 배치되고, 제2 안테나 패치(512)와 제3 안테나 패치(513)는 제1 안테나 패치(511)와 일정 거리 이격되어 제1 안테나 패치(511)의 주변에 배치될 수 있다. 제2 안테나 패치(512)와 제3 안테나 패치(513)는 물리적으로 분리되어 있다.The first antenna patch 511 is disposed in the center of the antenna unit 510 , and the second antenna patch 512 and the third antenna patch 513 are spaced apart from the first antenna patch 511 by a predetermined distance to the first antenna It may be disposed on the periphery of the patch 511 . The second antenna patch 512 and the third antenna patch 513 are physically separated from each other.

제1 안테나 패치(511)는 제1 방향(X)에 평행한 양측으로 돌출되고, 제2 방향(Y)에 평행한 양측으로 돌출된 십자가 모양일 수 있다. 제1 안테나 패치(511)에는 위상 천이기(110)와 전기적으로 연결되는 제2 컨택부(CT2)가 위치하고, 제2 컨택부(CT2)는 제1 접지층(200), 절연층(300) 및 제2 접지층(300)을 관통하는 비아를 통해 위상 천이층(100)의 제1 컨택부(CT1)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 안테나 패치(511)는 위상 천이층(100)으로부터 위상이 조절된 전류를 인가받을 수 있다.The first antenna patch 511 may have a cross shape protruding from both sides parallel to the first direction (X) and protruding from both sides parallel to the second direction (Y). A second contact unit CT2 electrically connected to the phase shifter 110 is positioned in the first antenna patch 511 , and the second contact unit CT2 includes a first ground layer 200 and an insulating layer 300 . And it may be electrically connected to the first contact portion CT1 of the phase shift layer 100 through a via penetrating the second ground layer 300 . The first antenna patch 511 may receive a phase-adjusted current from the phase shift layer 100 .

제2 안테나 패치(512)는 제1 안테나 패치(511)의 제1 방향(X)에 평행하게 돌출된 하나의 돌출부의 끝단에 인접하여 슬롯을 형성하고, 제1 안테나 패치(511)의 제2 방향(Y)에 평행하게 돌출된 하나의 돌출부의 끝단에 인접하여 슬롯을 형성하도록 배치될 수 있다. 제1 안테나 패치(511)의 돌출부와 제2 안테나 패치(512)는 사이에 사각형의 공간을 형성하는 창틀 모양으로 형성될 수 있다.The second antenna patch 512 forms a slot adjacent to the end of one protrusion protruding parallel to the first direction (X) of the first antenna patch 511 , and the second antenna patch 511 . It may be arranged to form a slot adjacent to an end of one protrusion protruding parallel to the direction Y. The protrusion of the first antenna patch 511 and the second antenna patch 512 may be formed in a window frame shape forming a rectangular space therebetween.

제2 안테나 패치(512)는 제1 인덕터(531)를 통해 제2 제어 배선(541)에 연결되어 있으며, 제2 제어 배선(541)을 통해 인가되는 제2 제어 전압을 인가받을 수 있다. 제2 제어 배선(541)은 패드부(120)에 포함된 어느 하나의 패드에 연결되어 있을 수 있다. The second antenna patch 512 is connected to the second control line 541 through the first inductor 531 , and may receive a second control voltage applied through the second control line 541 . The second control wiring 541 may be connected to any one pad included in the pad unit 120 .

제1 안테나 패치(511)와 제2 안테나 패치(512) 사이에 제1 PIN 다이오드(521)가 배치되고, 제1 안테나 패치(511)와 제2 안테나 패치(512)가 제1 PIN 다이오드(521)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 PIN 다이오드(521)는 제1 방향(X)(수평 방향)으로 전류가 흐르도록 제1 안테나 패치(511)와 제2 안테나 패치(512)를 전기적으로 연결할 수 있다. 제1 안테나 패치(511)와 제2 안테나 패치(512) 사이에서 PIN 다이오드가 배치되지 않는 슬롯은 제1 안테나 패치(511)와 제2 안테나 패치(512) 사이의 커패시터로 작용할 수 있다. A first PIN diode 521 is disposed between the first antenna patch 511 and the second antenna patch 512 , and the first PIN diode 521 is disposed between the first antenna patch 511 and the second antenna patch 512 . ) can be electrically connected by The first PIN diode 521 may electrically connect the first antenna patch 511 and the second antenna patch 512 so that a current flows in the first direction (X) (horizontal direction). A slot in which a PIN diode is not disposed between the first antenna patch 511 and the second antenna patch 512 may act as a capacitor between the first antenna patch 511 and the second antenna patch 512 .

제3 안테나 패치(513)는 제1 안테나 패치(511)의 제1 방향(X)에 평행하게 돌출된 다른 하나의 돌출부의 끝단에 인접하여 슬롯을 형성하고, 제1 안테나 패치(511)의 제2 방향(Y)에 평행하게 돌출된 다른 하나의 돌출부의 끝단에 인접하여 슬롯을 형성하도록 배치될 수 있다. 제1 안테나 패치(511)의 돌출부와 제3 안테나 패치(513)는 사이에 사각형의 공간을 형성하는 창틀 모양으로 형성될 수 있다. The third antenna patch 513 forms a slot adjacent to the end of the other protrusion that protrudes parallel to the first direction (X) of the first antenna patch 511 , and forms the first antenna patch 511 . It may be arranged to form a slot adjacent to the end of the other protrusion protruding parallel to the second direction (Y). The protrusion of the first antenna patch 511 and the third antenna patch 513 may be formed in a window frame shape forming a rectangular space therebetween.

또한, 제2 안테나 패치(512)의 연장된 끝단은 제3 안테나 패치(513)의 연장된 끝단과 인접하여 슬롯을 형성할 수 있고, 제2 안테나 패치(512)의 연장된 부분과 제3 안테나 패치(513)의 연장된 부분은 제1 안테나 패치(511)의 돌출부 사이에 사각형의 공간을 형성하는 창틀 모양으로 형성될 수 있다. 제1 안테나 패치(511), 제2 안테나 패치(512) 및 제3 안테나 패치(513)는 4개의 창을 형성하는 창틀에서 하나의 창틀이 제거된 형상(깨진 창문 형태)을 형성할 수 있다. 깨진 창문 형태는 방사 패턴의 좌우 대칭성을 향상시킬 수 있는 형태이다. In addition, the extended end of the second antenna patch 512 may form a slot adjacent to the extended end of the third antenna patch 513 , the extended portion of the second antenna patch 512 and the third antenna The extended portion of the patch 513 may be formed in the shape of a window frame forming a rectangular space between the protrusions of the first antenna patch 511 . The first antenna patch 511 , the second antenna patch 512 , and the third antenna patch 513 may form a shape (broken window shape) in which one window frame is removed from a window frame forming four windows. The broken window shape is a shape that can improve the left-right symmetry of the radiation pattern.

제3 안테나 패치(513)는 제2 인덕터(532)를 통해 제3 제어 배선(542)에 연결되어 있으며, 제3 제어 배선(542)을 통해 인가되는 제3 제어 전압을 인가받을 수 있다. 제3 제어 배선(542)은 패드부(120)에 포함된 다른 하나의 패드에 연결되어 있을 수 있다. The third antenna patch 513 is connected to the third control line 542 through the second inductor 532 , and may receive a third control voltage applied through the third control line 542 . The third control wire 542 may be connected to another pad included in the pad part 120 .

제1 안테나 패치(511)와 제3 안테나 패치(513) 사이에 제2 PIN 다이오드(522)가 배치되고, 제1 안테나 패치(511)와 제3 안테나 패치(513)가 제2 PIN 다이오드(522)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 PIN 다이오드(522)는 제2 방향(Y)(수직 방향)으로 전류가 흐르도록 제1 안테나 패치(511)와 제3 안테나 패치(513)를 전기적으로 연결할 수 있다. 제1 안테나 패치(511)와 제3 안테나 패치(513) 사이에서 PIN 다이오드가 배치되지 않는 슬롯은 제1 안테나 패치(511)와 제3 안테나 패치(513) 사이의 커패시터로 작용할 수 있다. A second PIN diode 522 is disposed between the first antenna patch 511 and the third antenna patch 513 , and the first antenna patch 511 and the third antenna patch 513 are connected to the second PIN diode 522 . ) can be electrically connected by The second PIN diode 522 may electrically connect the first antenna patch 511 and the third antenna patch 513 so that current flows in the second direction (Y) (vertical direction). A slot in which the PIN diode is not disposed between the first antenna patch 511 and the third antenna patch 513 may act as a capacitor between the first antenna patch 511 and the third antenna patch 513 .

제2 제어 배선(541)에 인가되는 제2 제어 전압은 제1 PIN 다이오드(521)의 온(on)/오프(off)를 제어하는 전압이다. 제3 제어 배선(542)에 인가되는 제3 제어 전압은 제2 PIN 다이오드(522)의 온/오프를 제어하는 전압이다. 즉, 제2 제어 전압에 의해 제1 PIN 다이오드(521)의 온/오프가 제어되고, 제3 제어 전압에 의해 제2 PIN 다이오드(522)의 온/오프가 제어될 수 있다.The second control voltage applied to the second control line 541 is a voltage that controls the on/off of the first PIN diode 521 . The third control voltage applied to the third control line 542 is a voltage that controls on/off of the second PIN diode 522 . That is, the on/off of the first PIN diode 521 may be controlled by the second control voltage, and the on/off of the second PIN diode 522 may be controlled by the third control voltage.

제1 PIN 다이오드(521)와 제2 PIN 다이오드(522)의 온/오프에 따라 수직편파 또는 수평편파가 발생될 수 있다. 제1 PIN 다이오드(521)를 온시키고 제2 PIN 다이오드(522)를 오프시키면 도 9에 예시한 바와 같이 안테나부(510)에 전류 흐름이 발생하여 제1 방향(X)의 수평편파(제1 편파)가 발생될 수 있다. 그리고 제1 PIN 다이오드(521)를 오프시키고 제2 PIN 다이오드(522)를 온시키면 도 10에 예시한 바와 같이 안테나부(510)에 전류 흐름이 발생하여 제2 방향(Y)의 수직편파(제2 편파)가 발생될 수 있다. Vertically polarized wave or horizontally polarized wave may be generated according to on/off of the first PIN diode 521 and the second PIN diode 522 . When the first PIN diode 521 is turned on and the second PIN diode 522 is turned off, a current flow occurs in the antenna unit 510 as illustrated in FIG. polarization) may occur. Then, when the first PIN diode 521 is turned off and the second PIN diode 522 is turned on, a current flow occurs in the antenna unit 510 as illustrated in FIG. 2 polarization) may occur.

이와 같이, 제1 PIN 다이오드(521)와 제2 PIN 다이오드(522)의 온/오프를 제어하여 편파를 변환(재구성)할 수 있다. 그리고 제2 제어 배선(541)과 제3 제어 배선(542)을 사용하여 제1 PIN 다이오드(521)와 제2 PIN 다이오드(522)의 온/오프를 제어함으로써, RF 전류에 의한 제1 PIN 다이오드(521)와 제2 PIN 다이오드(522)의 오작동을 방지하고 편파변환 스위칭 타임을 확보할 수 있다. 그리고 제1 안테나 패치(511), 제2 안테나 패치(512), 제3 안테나 패치(513) 사이에 슬롯을 적소에 배치함으로써 특정 PIN 다이오드에 인가되는 제어 전압이 다른 PIN 다이오드에 인가되지 않도록 하고 슬롯의 폭 조정을 통해 커패시턴스를 최적화하여 임피던스 매칭 대역폭을 확보할 수 있다. In this way, the polarization can be converted (reconfigured) by controlling the on/off of the first PIN diode 521 and the second PIN diode 522 . And by controlling the ON/OFF of the first PIN diode 521 and the second PIN diode 522 using the second control wiring 541 and the third control wiring 542, the first PIN diode by the RF current It is possible to prevent malfunction of the 521 and the second PIN diode 522 and secure the polarization conversion switching time. And by disposing a slot between the first antenna patch 511, the second antenna patch 512, and the third antenna patch 513 in place, the control voltage applied to a specific PIN diode is not applied to another PIN diode, and the slot The impedance matching bandwidth can be secured by optimizing the capacitance by adjusting the width of .

도 11 및 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나의 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.11 and 12 are graphs showing simulation results of an array antenna using an active metasurface according to an embodiment of the present invention.

도 11 및 12를 참조하면, 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나(10)의 이득이 4dB보다 크고, 수평편파와 수직편파의 대역폭이 120MHz보다 크고, 편파격리도가 30dB보다 큰 것을 알 수 있다.11 and 12, it can be seen that the gain of the array antenna 10 using the active metasurface is greater than 4 dB, the bandwidths of horizontal and vertical polarization are greater than 120 MHz, and the degree of polarization isolation is greater than 30 dB.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나의 빔조향 성능을 나타내는 그래프이다.13 is a graph illustrating beam steering performance of an array antenna using an active metasurface according to an embodiment of the present invention.

도 13을 참조하면, 복수의 단위 셀이 2 2 배열 구조인 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나(10)의 빔조향 성능을 보여주고 있다. 0도 내지 45도의 빔조향 범위에서 3.67dBi 내지 6.65dBi의 이득이 있음을 알 수 있다. Referring to FIG. 13 , the beam steering performance of the array antenna 10 using an active metasurface having a plurality of unit cells 2 2 array structure is shown. It can be seen that there is a gain of 3.67 dBi to 6.65 dBi in the beam steering range of 0 degrees to 45 degrees.

지금까지 참조한 도면과 기재된 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. The drawings and the detailed description of the described invention referenced so far are merely exemplary of the present invention, which are only used for the purpose of explaining the present invention, and are used to limit the meaning or the scope of the present invention described in the claims. it is not Therefore, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be defined by the technical spirit of the appended claims.

10: 능동형 메타표면을 이용한 배열 안테나
100: 위상 천이층 110: 위상 천이기
120: 패드부 121: 제1 제어 배선
130: 고주파 급전부 131: 급전 배선
200: 제1 접지층 300: 절연층
400: 제2 접지층 500: 편파변환 안테나층
510: 안테나부 511: 제1 안테나 패치
512: 제2 안테나 패치 513: 제3 안테나 패치
521: 제1 PIN 다이오드 522: 제2 PIN 다이오드
531: 제1 인덕터 532: 제2 인덕터
541: 제2 제어 배선 542: 제3 제어 배선
1100: 제1 반사형 위상 천이기 1110: 제1 하이브리드 커플러
1120: 제1 버랙터 다이오드 1121: 제1 반사형 부하
1130: 제2 버랙터 다이오드 1131: 제2 반사형 부하
1200: 제2 반사형 위상 천이기 1210: 제2 하이브리드 커플러
1220: 제3 버랙터 다이오드 1221: 제3 반사형 부하
1230: 제4 버랙터 다이오드 1231: 제4 반사형 부하10: Array antenna using active metasurface
100: phase shift layer 110: phase shifter
120: pad part 121: first control wiring
130: high frequency power feeding unit 131: feeding wiring
200: first ground layer 300: insulating layer
400: second ground layer 500: polarization conversion antenna layer
510: antenna unit 511: first antenna patch
512: second antenna patch 513: third antenna patch
521: first PIN diode 522: second PIN diode
531: first inductor 532: second inductor
541: second control wiring 542: third control wiring
1100: first reflective phase shifter 1110: first hybrid coupler
1120: first varactor diode 1121: first reflective load
1130: second varactor diode 1131: second reflective load
1200: second reflective phase shifter 1210: second hybrid coupler
1220: third varactor diode 1221: third reflective load
1230: fourth varactor diode 1231: fourth reflective load

Claims

a phase shift layer that distributes current fed from the high frequency generator to a plurality of unit cells and adjusts a phase of each of the plurality of unit cells; and
A polarization conversion antenna that receives a phase-controlled current from the phase shift layer, includes a plurality of antenna units corresponding to the plurality of unit cells, and performs polarization conversion by adjusting control voltages applied to the plurality of antenna units comprising a layer,
The phase shift layer,
a plurality of phase shifters corresponding to the plurality of unit cells;
a pad unit including a plurality of pads to which various control voltages are input; and
and a high-frequency power supply unit to which the current fed from the high-frequency generator is input;
The plurality of phase shifters are connected to different control wires to independently control the phases of each of the plurality of unit cells by receiving a control voltage,
An array antenna using an active meta-surface in which the current fed to the high-frequency power feeding unit is distributed to the plurality of phase shifters through feeding wires.

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According to claim 1,
Each of the plurality of phase shifters,
An array antenna using an active metasurface comprising a first reflective phase shifter and a second reflective phase shifter connected in series.

4. The method of claim 3,
The first reflective phase shifter,
a first hybrid coupler connected to the feed wiring;
a first varactor diode and a first reflective load connected to one port of the first hybrid coupler; and
An array antenna using an active metasurface including a second varactor diode and a second reflective load connected to the other port of the first hybrid coupler.

5. The method of claim 4,
The second reflective phase shifter,
a second hybrid coupler connected to the first hybrid coupler;
a third varactor diode and a third reflective load connected to one port of the second hybrid coupler; and
An array antenna using an active metasurface including a fourth varactor diode and a fourth reflective load connected to the other port of the second hybrid coupler.

6. The method of claim 5,
Each of the plurality of phase shifters,
an RF choke connected to a wire connecting the first hybrid coupler and the second hybrid coupler; and
An array antenna using an active metasurface including a first control wire connected to the RF choke and to which a first control voltage for adjusting a phase value of each of the plurality of unit cells is applied.

6. The method of claim 5,
Each of the plurality of phase shifters,
and an output wire connected to the second hybrid coupler,
An array antenna using an active metasurface in which a first contact portion located at an end of the output wire is electrically connected to the polarization conversion antenna layer.

a phase shift layer that distributes current fed from the high frequency generator to a plurality of unit cells and adjusts a phase of each of the plurality of unit cells; and
A polarization conversion antenna that receives a phase-controlled current from the phase shift layer, includes a plurality of antenna units corresponding to the plurality of unit cells, and performs polarization conversion by adjusting control voltages applied to the plurality of antenna units including the layer
Each of the plurality of antenna units,
a first antenna patch electrically connected to the phase shift layer to which the phase-controlled current is applied;
a second antenna patch spaced apart from the first antenna patch by a predetermined distance and connected to a second control wire;
a first PIN diode electrically connecting the first antenna patch and the second antenna patch such that a current flows between the first antenna patch and the second antenna patch in a first direction;
a third antenna patch spaced apart from the first antenna patch by a predetermined distance and connected to a third control wire; and
Array using an active metasurface including a second PIN diode electrically connecting the first antenna patch and the third antenna patch so that a current flows in a second direction between the first antenna patch and the third antenna patch antenna.

9. The method of claim 8,
The first antenna patch is an array antenna using an active meta-surface having a cross shape protruding on both sides parallel to the first direction, and protruding on both sides parallel to the second direction.

10. The method of claim 9,
The second antenna patch has a slot adjacent to an end of one protrusion protruding parallel to the first direction of the first antenna patch, and a slot protruding parallel to the second direction of the first antenna patch. disposed to form a slot adjacent the end of the protrusion,
An array antenna using an active metasurface formed in the shape of a window frame forming a rectangular space between the protrusion of the first antenna patch and the second antenna patch.

10. The method of claim 9,
The third antenna patch forms a slot adjacent to the end of the other protrusion protruding parallel to the first direction of the first antenna patch, and the other protruding part protruding parallel to the second direction of the first antenna patch. disposed to form a slot adjacent the end of one protrusion,
An array antenna using an active metasurface formed in the shape of a window frame forming a rectangular space between the protrusion of the first antenna patch and the third antenna patch.

10. The method of claim 9,
The extended end of the second antenna patch and the extended end of the third antenna patch are adjacent to each other to form a slot, and the extended part of the second antenna patch and the extended part of the third antenna patch are formed in the first An array antenna using an active metasurface that is formed in the shape of a window frame that forms a rectangular space between the protruding parts of the antenna patch.

10. The method of claim 9,
The first antenna patch, the second antenna patch, and the third antenna patch are array antennas using an active metasurface to form a broken window shape in which one window frame is removed from a window frame forming four windows.

9. The method of claim 8,
An array antenna using an active metasurface in which horizontal polarization in the first direction is generated when the first PIN diode is turned on and the second PIN diode is turned off.

9. The method of claim 8,
An array antenna using an active metasurface in which vertical polarization in the second direction is generated when the first PIN diode is turned off and the second PIN diode is turned on.