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KR101319611B1 - Artificial magnetic conductor - Google Patents

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KR101319611B1
KR101319611B1 KR1020100026784A KR20100026784A KR101319611B1 KR 101319611 B1 KR101319611 B1 KR 101319611B1 KR 1020100026784 A KR1020100026784 A KR 1020100026784A KR 20100026784 A KR20100026784 A KR 20100026784A KR 101319611 B1 KR101319611 B1 KR 101319611B1
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윤지환
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Abstract

인공 자기 도체는 도체층, 접지층 및 비아(via)를 포함한다. 도체층은 제1 방향에 형성되어 있으며, 복수의 격자 셀을 포함한다. 접지층은 제1 방향과 반대인 제2 방향에 형성되어 있으며, 복수의 격자 셀과 동일한 크기를 갖는 복수의 격자 셀과 형태를 변형하지 않은 도체판을 포함하는 인공 자기 도체보다 더 낮은 주파수를 생성하도록 형성된다. 비아(via)는 도체층과 접지층 사이에 형성되어 있어 도체층과 접지층을 전기적으로 연결한다.Artificial magnetic conductors include a conductor layer, a ground layer, and vias. The conductor layer is formed in the first direction and includes a plurality of lattice cells. The ground layer is formed in a second direction opposite to the first direction and generates a lower frequency than the artificial magnetic conductor including a plurality of lattice cells having the same size as the plurality of lattice cells and an unmodified conductor plate. It is formed to. Vias are formed between the conductor layer and the ground layer to electrically connect the conductor layer and the ground layer.

Description

인공 자기 도체 구조{ARTIFICIAL MAGNETIC CONDUCTOR}Artificial Magnetic Conductor Structure {ARTIFICIAL MAGNETIC CONDUCTOR}

본 발명은 인공 자기 도체 구조에 관한 것으로, 특히 접지층을 변형한 인공 자기 도체 구조에 관한 것이다. The present invention relates to an artificial magnetic conductor structure, and more particularly to an artificial magnetic conductor structure in which the ground layer is modified.

본 발명은 지식경제부의 IT원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2007-F-041-03, 과제명: 지능형 안테나 기술개발].The present invention is derived from a study conducted as part of the IT source technology development project of the Ministry of Knowledge Economy [Task Management Number: 2007-F-041-03, Task name: Intelligent antenna technology development].

인공 자기 도체 (Artificial Magnetic Conductor)는 자연계에 일반적으로 존재하지 않는 현상을 나타내는 메타물질(metamaterial)의 하나로서, 기존 기술들의 물리적 한계를 극복할 수 있는 핵심 기술로서 주목 받고 있다. 이러한 인공 자기 도체는 자연계에서 볼 수 있는 전기 도체(Electric Conductor)와 달리 인공적으로 특정 주파수 영역에서 자기 도체(Magnetic Conductor)의 특성을 지니는 표면을 지닌 구조를 의미한다.Artificial Magnetic Conductor is one of the metamaterials that represent phenomena that do not generally exist in the natural world, and is drawing attention as a core technology that can overcome the physical limitations of existing technologies. Unlike the electrical conductors found in nature, the artificial magnetic conductor refers to a structure having a surface having characteristics of magnetic conductors in a specific frequency region artificially.

인공 자기 도체는 전기 전도체로 형성되어 있다. 이러한 인공 자기 도체의 표면은 돌기형의 구조로 형성되어 커패시턴스(capacitance) 성분과 인덕턴스(inductance) 성분을 발생시킨다. 이러한 성분들은 주파수 함수로 표현될 수 있으며, 특정 주파수 영역에서는 이 성분들에 의해 표면 임피던스가 매우 높아지는 특성을 가지게 된다. 일반적인 전도체의 경우, 표면 임피던스는 "0"을 가지고 반사계수가 "-1"을 가지게 되어 영상 전류가 역위상을 가지게 되나, 인공 자기 도체의 경우 표면 임피던스가 매우 큰 값을 가지고 반사계수가 "+1"을 가지게 되어 영상전류가 동위상을 가지는 특성을 가진다. 또한 높은 표면 임피던스로 인하여 표면파의 전파를 억제시킬 수 있다.Artificial magnetic conductors are formed of electrical conductors. The surface of the artificial magnetic conductor is formed of a protrusion structure to generate a capacitance component and an inductance component. These components can be expressed as a function of frequency, and in certain frequency domains, these components have a characteristic that the surface impedance becomes very high. In the case of a general conductor, the surface impedance is "0" and the reflection coefficient is "-1", so that the image current is reversed. In the case of artificial magnetic conductors, the surface impedance is very large and the reflection coefficient is "+". 1 ", so that the image current has a phase in phase. In addition, due to the high surface impedance, it is possible to suppress the propagation of surface waves.

이러한 종래의 인공 자기 도체는 어떠한 변형도 가해지지 않은 일반 도체판을 접지층으로 가지고 있다. 이처럼 일반 도체판을 접지층으로 가지고 있으며, 동일한 격자 셀 크기로 형성되어 있는 종래 인공 자기 도체에서 주파수 영역을 낮추기 위해서는 격자 셀 간의 커패시턴스를 증가시키거나 또는 인덕턴스를 증가시키는 방법을 이용한다. 그러나 격자 셀을 이용하여 커패시턴스를 증가시키는 경우 인공 자기 도체로 동작하는 주파수 대역폭이 좁아지게 되며, 인덕턴스를 증가시키는 경우 인공 자기 도체 구조체의 크기와 무게를 증가시켜야 하는 문제점이 있다.This conventional artificial magnetic conductor has a common conductor plate without any deformation as a ground layer. As described above, in order to lower the frequency range in a conventional artificial magnetic conductor having a common conductor plate as a ground layer and having the same lattice cell size, a method of increasing capacitance or increasing inductance between lattice cells is used. However, when the capacitance is increased by using a grid cell, the frequency bandwidth of the artificial magnetic conductor is narrowed, and when the inductance is increased, the size and weight of the artificial magnetic conductor structure have to be increased.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 특정 주파수 영역의 특성에 따라 인공 자기 도체의 접지층을 변형할 수 있으며, 인공 자기 도체의 크기를 보다 작게 구현할 수 있는 인공 자기 도체 구조에 관한 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention relates to an artificial magnetic conductor structure capable of modifying the ground layer of the artificial magnetic conductor according to the characteristics of a specific frequency region, and to implement a smaller size of the artificial magnetic conductor.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 제1 방향에 형성되어 있으며, 복수의 격자 셀을 포함하는 도체층, 그리고 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향에 형성되어 있으며, 상기 복수의 격자 셀과 동일한 크기를 갖는 복수의 격자 셀과 형태를 변형하지 않은 도체판을 포함하는 인공 자기 도체보다 더 낮은 주파수를 생성하는 접지층을 포함한다.It is formed in a first direction according to a feature of the present invention for achieving the above object, is formed in a conductor layer including a plurality of lattice cells, and in a second direction opposite to the first direction, And a ground layer that produces a lower frequency than an artificial magnetic conductor comprising a plurality of lattice cells having the same size as the lattice cells and an unmodified conductor plate.

또한, 본 발명의 다른 특징에 따른 복수의 격자 셀을 포함하는 도체층, 상기 도체층에 대응하여 십자(cross) 형태의 구조로 형성되어 있으며, 상기 십자 형태에 의해 상기 복수의 격자 셀에 서로 다른 대응하는 면을 제공하는 접지층, 그리고 상기 도체층과 상기 접지층 사이에 형성되어 있어 상기 도체층과 상기 접지층을 전기적으로 연결하는 비아(via)를 포함한다.In addition, a conductor layer including a plurality of lattice cells according to another feature of the present invention is formed in a cross-shaped structure corresponding to the conductor layer, and different from the plurality of lattice cells by the cross shape. A ground layer providing a corresponding surface, and a via formed between the conductor layer and the ground layer to electrically connect the conductor layer and the ground layer.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따른 복수의 격자 셀을 포함하는 도체층, 상기 도체층에 대응하여 미앤더(meander) 형태의 구조로 형성되어 있으며, 상기 미앤더(meander) 형태에 의해 상기 복수의 격자 셀에 서로 다른 대응하는 면을 제공하는 접지층, 그리고 상기 도체층과 상기 접지층 사이에 형성되어 있어 상기 도체층과 상기 접지층을 전기적으로 연결하는 비아(via)를 포함한다. In addition, a conductor layer including a plurality of lattice cells according to another aspect of the present invention, is formed in a meander structure corresponding to the conductor layer, the plurality of meander (meander) And a ground layer providing different corresponding surfaces to the grid cells of the via, and a via formed between the conductor layer and the ground layer to electrically connect the conductor layer and the ground layer.

또한, 본 발명의 또 다른 특징에 따른 복수의 격자 셀을 포함하는 도체층, 상기 도체층에 대응하여 스파이럴(spiral) 형태의 구조로 형성되어 있으며, 상기 스파이럴(spiral) 형태에 의해 상기 복수의 격자 셀에 서로 다른 대응하는 면을 제공하는 접지층, 그리고 상기 도체층과 상기 접지층 사이에 형성되어 있어 상기 도체층과 상기 접지층을 전기적으로 연결하는 비아(via)를 포함한다.In addition, a conductor layer including a plurality of lattice cells according to another feature of the present invention, and formed in a spiral (coral) form corresponding to the conductor layer, the plurality of lattice by the spiral (spiral) And a ground layer providing different corresponding faces to the cell, and a via formed between the conductor layer and the ground layer to electrically connect the conductor layer and the ground layer.

본 발명의 실시예에 따르면 인공 자기 도체의 격자 셀의 접지층을 다양한 형태로 변형하여 형성함에 따라 인덕턴스를 증가시킬 수 있으며 그에 따라 동일한 격자 셀 크기에서 인공 자기 도체로 동작하는 주파수 영역을 낮출 수 있다. According to the embodiment of the present invention, the inductance can be increased by modifying the ground layer of the grating cell of the artificial magnetic conductor in various forms, thereby lowering the frequency domain operating as the artificial magnetic conductor at the same grating cell size. .

그리고, 본 발명의 실시예에 따르면 인공 자기 도체의 격자 셀의 접지층을 다양한 형태로 변형하여 인덕턴스를 증가시킴에 따라 대역폭을 증가시킬 수 있다. In addition, according to the embodiment of the present invention, the ground layer of the grating cell of the artificial magnetic conductor may be modified in various forms to increase the bandwidth as the inductance is increased.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면 인공 자기 도체의 격자 셀의 접지층을 다양한 형태로 변형하여 형성함에 따라 저비용, 경량, 얇은 두께, 쉬운 제작공정 및 내열성 등과 같은 개선된 특성을 가질 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, as the ground layer of the grid cell of the artificial magnetic conductor is formed in various forms, it may have improved characteristics such as low cost, light weight, thin thickness, easy manufacturing process, and heat resistance.

도 1은 일반적인 인공 자기 도체를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 일반적인 인공 자기 도체의 반사위상 주파수 특성의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인공 자기 도체의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도3에 도시한 인공 자기 도체의 등가회로를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3에 도시한 인공 자기 도체의 주파수 특성의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3에 도시한 인공 자기 도체의 접지층의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 도시한 인공 자기 도체의 주파수 특성의 한 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 3에 도시한 인공 자기 도체의 접지층의 또 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 도 8에 도시한 인공 자기 도체의 주파수 특성의 한 예를 나타내는 도면이다.1 is a view schematically showing a general artificial magnetic conductor.
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of reflection phase frequency characteristics of the general artificial magnetic conductor illustrated in FIG. 1.
3 is a view showing an example of an artificial magnetic conductor according to an embodiment of the present invention.
4 is a view schematically showing an equivalent circuit of the artificial magnetic conductor shown in FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of frequency characteristics of the artificial magnetic conductor illustrated in FIG. 3.
FIG. 6 is a diagram illustrating another example of the ground layer of the artificial magnetic conductor illustrated in FIG. 3.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of frequency characteristics of the artificial magnetic conductor illustrated in FIG. 6.
FIG. 8 is a view showing still another example of the ground layer of the artificial magnetic conductor shown in FIG. 3.
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of frequency characteristics of the artificial magnetic conductor illustrated in FIG. 8.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

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. Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it can further include other components, without excluding other components unless specifically stated otherwise.

도 1은 일반적인 인공 자기 도체를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 2는 도 1에 도시한 일반적인 인공 자기 도체의 반사위상 주파수 특성의 한 예를 나타내는 도면이다. 1 is a view schematically showing a general artificial magnetic conductor, Figure 2 is a view showing an example of the reflection phase frequency characteristics of the general artificial magnetic conductor shown in FIG.

도 1 및 도 2를 참고하면, 일반적인 인공 자기 도체(10)는 접지층(11), 격자 셀(12)을 포함하는 도체층(13) 및 비아(14)(via)를 포함한다. 일반적인 인공 자기 도체(10)의 도 2에 도시한 바와 같이 격자 셀(12) 간의 커패시턴스 성분과 인덕턴스 성분으로 발생되는 표면 임피던스의 변화에 따라 반사계수의 위상분포가 달라진다. 즉, 일반적인 인공 자기 도체(10)는 반사계수의 위상이 0°가 되는 주파수에서 완벽한 자기 도체의 성질을 가지게 된다.1 and 2, a typical artificial magnetic conductor 10 includes a ground layer 11, a conductor layer 13 including a lattice cell 12, and vias 14. As shown in FIG. 2 of the general artificial magnetic conductor 10, the phase distribution of the reflection coefficient varies according to the change of the surface impedance generated by the capacitance component and the inductance component between the grating cells 12. That is, the general artificial magnetic conductor 10 has the property of a perfect magnetic conductor at a frequency at which the phase of the reflection coefficient becomes 0 °.

이러한 일반적인 인공 자기 도체(10)는 변형되지 않은 일반 도체판을 접지층(11)으로 가지고 있으며, 주어진 격자 셀(12) 크기에서 인공 자기 도체(10)로 동작하여 주파수 영역을 낮추거나 특정 주파수 영역에서 인공 자기 도체(10)로 동작하므로 크기를 소형화하는데 한계가 있다.This general artificial magnetic conductor 10 has an unmodified general conductor plate as the ground layer 11, and acts as an artificial magnetic conductor 10 at a given grating cell 12 size to lower the frequency domain or a specific frequency domain. Since it operates as an artificial magnetic conductor 10, there is a limit to downsizing.

이처럼 일반적인 인공 자기 도체(10)에서 동일한 격자 셀(12)의 크기에서 주파수 영역을 낮추기 위해서는 접지층(11)과 상단의 도체층(13)의 크기를 변형하여 격자 셀 간의 커패시턴스를 증가시키거나 또는 접지층(11)과 도체층(13)의 거리를 늘려 인덕턴스를 증가시키는 방법을 이용한다. 그러나 접지층(11)과 도체층(13)의 크기를 변형하여 커패시턴스를 증가시키는 경우 주파수 대역폭이 좁아지게 되며, 접지층(11)과 도체층(13)의 거리를 늘려 인덕턴스를 증가시키는 경우 인공 자기 도체(10)의 크기와 무게가 증가되는 문제점이 있다. In order to reduce the frequency region at the same size of the same grating cell 12 in the general artificial magnetic conductor 10, the capacitance between the grating cells is increased by modifying the size of the ground layer 11 and the upper conductive layer 13. The method of increasing the inductance by increasing the distance between the ground layer 11 and the conductor layer 13 is used. However, if the capacitance is increased by modifying the size of the ground layer 11 and the conductor layer 13, the frequency bandwidth is narrowed, and if the inductance is increased by increasing the distance between the ground layer 11 and the conductor layer 13, There is a problem that the size and weight of the magnetic conductor 10 is increased.

이러한 문제를 해결하기 위하여 인공 자기 도체의 접지층을 다양한 형태로 변형한 본 발명의 실시예에 다른 인공 자기 도체의 구조에 대하여 도 3 내지 도 9를 참조하여 구체적으로 설명한다. In order to solve this problem, the structure of the artificial magnetic conductor according to the embodiment of the present invention in which the ground layer of the artificial magnetic conductor is modified in various forms will be described in detail with reference to FIGS. 3 to 9.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인공 자기 도체의 한 예를 나타내는 도면이다. 도 4는 도3에 도시한 인공 자기 도체의 등가회로를 개략적으로 나타내는 도면이며, 도 5는 도 3에 도시한 인공 자기 도체의 주파수 특성의 한 예를 나타내는 도면이다.3 is a view showing an example of an artificial magnetic conductor according to an embodiment of the present invention. 4 is a diagram schematically showing an equivalent circuit of the artificial magnetic conductor shown in FIG. 3, and FIG. 5 is a diagram showing an example of frequency characteristics of the artificial magnetic conductor shown in FIG.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 인공 자기 도체(20)는 도체층(100), 접지층(200) 및 비아(300)(via)를 포함한다.3 illustrates an artificial magnetic conductor 20 according to an exemplary embodiment of the present invention, which includes a conductor layer 100, a ground layer 200, and a via 300.

도체층(100)은 인공 자기 도체(20)의 제1 방향에 위치하며, 전기 용량성을 갖는 격자 셀(110)을 포함한다. 본 발명의 실시예에서는 격자 셀(110)의 크기 및 간격이 균일한 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 격자 셀(110)의 크기 및 간격은 비균일하게 형성될 수도 있다.The conductor layer 100 is located in the first direction of the artificial magnetic conductor 20 and includes a grating cell 110 having capacitive characteristics. In an embodiment of the present invention, the size and spacing of the grid cells 110 is illustrated as being uniform, but the present invention is not limited thereto, and the size and spacing of the grid cells 110 may be formed non-uniformly.

접지층(200)은 인공 자기 도체(20)의 제1 방향과 반대인 제2 방향에 위치하며, 비아(300)를 통해 격자 셀(110)과 전기적으로 연결된다. 접지층(200)은 도 1에 도시한 일반적인 인공 자기 도체(10)의 접지층(11)을 십자(cross) 형태의 모양으로 변형한 구조로 형성된다. 구체적으로, 접지층(200)은 사각형 형태로 이루어진 프레임 슬롯(210a, 210b, 210c, 210d), 각 프레임 슬롯(210a, 210b)의 중심을 연결하는 제1 슬롯(220) 및 각 프레임 슬롯(210c, 210d)의 중심을 연결하는 슬롯(230)을 포함한다. 이때, 슬롯(220)과 슬롯(230)은 십자 형태로 접지층(200)의 중심지점(Center Point, CP)을 통해 연결된다. The ground layer 200 is positioned in a second direction opposite to the first direction of the artificial magnetic conductor 20 and is electrically connected to the grating cell 110 through the via 300. Ground layer 200 The ground layer 11 of the general artificial magnetic conductor 10 shown in FIG. 1 is formed in a cross-shaped shape. Specifically, the ground layer 200 is a frame slot (210a, 210b, 210c, 210d) of the rectangular shape, the first slot 220 and each frame slot 210c connecting the center of each frame slot (210a, 210b) And a slot 230 connecting the center of 210d. In this case, the slot 220 and the slot 230 are connected in a cross shape through a center point (CP) of the ground layer 200.

비아(300)는 도체층(100)과 접지층(200)을 사이에서 전기적으로 연결된다.Via 300 is electrically connected between conductor layer 100 and ground layer 200.

이러한 인공 자기 도체(20)의 등가회로는 도 4와 같이 도시될 수 있으며, 인공 자기 도체(20)에서 커패시턴스 성분은 도체층(100)의 이웃하는 격자 셀(110)들 간의 근접성에 의해 발생하며, 인덕턴스 성분은 격자 셀(110) 내부의 루프 구조로 인해 발생된다. 인공 자기 도체(20)에서 격자 셀(110)을 통해 형성되는 격자 구조는 격자 셀들 간의 커패시턴스 성분과 인덕턴스 성분에 의한 공진 특성을 가진다. 격자 구조에서 발생되는 커패시턴스 성분(C)과 인덕턴스 성분(L)에 의한 표면 임피던스는 수학식1과 같다.The equivalent circuit of the artificial magnetic conductor 20 may be illustrated as shown in FIG. 4, in which the capacitance component is generated by the proximity between neighboring lattice cells 110 of the conductor layer 100. The inductance component is generated due to the loop structure inside the grating cell 110. The grating structure formed through the grating cell 110 in the artificial magnetic conductor 20 has a resonance characteristic due to the capacitance component and the inductance component between the grating cells. The surface impedance generated by the capacitance component C and the inductance component L generated in the lattice structure is expressed by Equation 1 below.

Figure 112010019019421-pat00001
Figure 112010019019421-pat00001

여기에서, Zs는 격자 구조에 의해 발생되는 도체층(100)의 표면 임피던스이다. C 는 격자 구조에서 발생되는 커패시턴스 성분이며, L은 격자 구조에서 발생되는 인덕턴스 성분이다. Here, Z s is the surface impedance of the conductor layer 100 generated by the lattice structure. C is the capacitance component generated in the lattice structure, and L is Inductance component generated in the lattice structure.

도체층(100)의 표면에서의 반사계수는 수학식 2와 같으며, 반사계수의 위상은 수학식 3과 같다.The reflection coefficient on the surface of the conductor layer 100 is shown in Equation 2, and the phase of the reflection coefficient is shown in Equation 3.

Figure 112010019019421-pat00002
Figure 112010019019421-pat00002

Figure 112010019019421-pat00003
Figure 112010019019421-pat00003

여기서, Γ는 도체층(100)의 표면에서의 반사계수이며, η은 자유공간 임피던스이며, Φ는 반사 계수의 위상이다.Is the reflection coefficient at the surface of the conductor layer 100, η is the free space impedance, and Φ is the phase of the reflection coefficient.

인공 자기 도체(20)의 주파수 대역폭은 반사계수의 위상이 0°인 주파수를 중심으로 하여 ±90°이내의 값을 가지는 주파수 영역으로 정의된다. 이러한 인공 자기 도체(20)의 반사계수의 위상이 0°이 되는 주파수는 수학식 4와 같으며, 주파수 대역폭은 수학식 5와 같다.The frequency bandwidth of the artificial magnetic conductor 20 is defined as a frequency domain having a value within ± 90 ° with respect to the frequency at which the phase of the reflection coefficient is 0 °. The frequency at which the phase of the reflection coefficient of the artificial magnetic conductor 20 becomes 0 ° is expressed by Equation 4, and the frequency bandwidth is expressed by Equation 5.

Figure 112010019019421-pat00004
Figure 112010019019421-pat00004

Figure 112010019019421-pat00005
Figure 112010019019421-pat00005

C 는 격자 구조에서 발생되는 커패시턴스 성분이며, L은 격자 구조에서 발생되는 인덕턴스 성분이며, η은 자유공간 임피던스이다.C is a capacitance component generated in the lattice structure, L is an inductance component generated in the lattice structure, and η is a free space impedance.

수학식 4를 참고하면 인공 자기 도체(20)의 반사계수의 위상이 0°가 되는 주파수는 격자 셀(110)의 인덕턴스 성분(L)과 커패시턴스 성분(C)에 반비례한다. 따라서, 격자 셀(110)의 구조를 변형하여 인덕턴스나 커패시턴스를 증가시키면 주파수를 감소시킬 수는 있다. 그러나, 인공 자기 도체(20)의 주파수 대역폭은 수학식 5를 참고하면 인덕턴스 성분(L)에 비례하고 커패시턴스 성분(C)에 반비례하므로, 커패시턴스 성분(C)을 증가시켜 인공 자기 도체(20)의 반사계수의 위상이 0°가 되도록 주파수를 낮추면 대역폭이 줄어들게 되며, 인덕턴스 성분(L)을 증가시켜 인공 자기 도체(20)의 반사계수의 위상이 0°가 되도록 주파수를 높이면 대역폭이 증가된다. Referring to Equation 4, the frequency at which the phase of the reflection coefficient of the artificial magnetic conductor 20 becomes 0 ° is inversely proportional to the inductance component L and the capacitance component C of the grating cell 110. Therefore, if the structure of the grating cell 110 is modified to increase inductance or capacitance, the frequency can be reduced. However, the frequency bandwidth of the artificial magnetic conductor 20 is proportional to the inductance component L and inversely proportional to the capacitance component C. Referring to Equation 5, the capacitance component C is increased to increase the capacitance of the artificial magnetic conductor 20. When the frequency is reduced so that the phase of the reflection coefficient is 0 °, the bandwidth is reduced. When the frequency is increased so that the phase of the reflection coefficient of the artificial magnetic conductor 20 is 0 ° by increasing the inductance component L, the bandwidth is increased.

이러한 격자 구조에 따른 커패시턴스 성분(C)과 인덕턴스 성분(L)을 결정하는 격자 셀(111)의 구조 및 크기가 인공 자기 도체(20)에서와 일반적인 인공 자기 도체(10)에서 동일하다고 가정하면, 도 5에 도시한 바와 같이 인공 자기 도체(20)에서는 십자 형태의 모양으로 형성된 접지층(200)에 의해 반사계수의 위상이 0°가 되는 주파수가 1.7GHz가 되어 일반적인 인공 자기 도체(10)의 접지층(11)에서의 주파수인 2.21GHz 보다 감소한 것을 확인할 수 있다.Assuming that the structure and size of the grating cell 111 determining the capacitance component C and the inductance component L according to the lattice structure are the same in the artificial magnetic conductor 20 and in the general artificial magnetic conductor 10, As shown in FIG. 5, in the artificial magnetic conductor 20, the frequency at which the reflection coefficient phase becomes 0 ° is 1.7 GHz by the ground layer 200 formed in the shape of a cross. It can be seen that the frequency of the ground layer 11 is reduced from 2.21 GHz.

도 6은 도 3에 도시한 인공 자기 도체의 접지층의 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 7은 도 6에 도시한 인공 자기 도체의 주파수 특성의 한 예를 나타내는 도면이다.FIG. 6 is a diagram illustrating another example of the ground layer of the artificial magnetic conductor illustrated in FIG. 3. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of frequency characteristics of the artificial magnetic conductor illustrated in FIG. 6.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인공 자기 도체(20)의 접지층(200')은 미앤더(meander) 형태의 구조로 형성된다. As shown in FIG. 6, the ground layer 200 ′ of the artificial magnetic conductor 20 according to the embodiment of the present invention is formed in a meander structure.

접지층(200')은 사각형 형태로 이루어진 프레임 슬롯(210a, 210b, 210c, 210d) 및 미앤더 형태의 슬롯(240a, 240b, 240c, 240d)를 포함한다. 구체적으로, 접지층(200')의 프레임 슬롯(210a)은 중심지점(CP)과 연결되어 있는 미앤더 형태의 슬롯(240a)과 연결되어 있으며, 프레임 슬롯(210b)은 중심지점(CP)과 연결되어 있는 미앤더 형태의 슬롯(240b)과 연결되어 있으며, 프레임 슬롯(210c)은 중심지점(CP)과 연결되어 있는 미앤더 형태의 슬롯(240c)과 연결되어 있으며, 프레임 슬롯(210d)은 중심지점(CP)과 연결되어 있는 미앤더 형태의 슬롯(240d)과 연결되어 있다. 슬롯(240a)과 슬롯(240b)은 중심지점(CP)을 사이에 두고 대칭으로 형성되며, 슬롯(240c)과 슬롯(240d)은 중심지점(CP)을 사이에 두고 대칭으로 형성된다.The ground layer 200 ′ includes frame slots 210a, 210b, 210c, and 210d having a rectangular shape and slots 240a, 240b, 240c and 240d having a meander shape. Specifically, the frame slot 210a of the ground layer 200 ′ is connected to the meander shaped slot 240a connected to the center point CP, and the frame slot 210b is connected to the center point CP. Is connected to the meander-shaped slot 240b is connected, the frame slot 210c is connected to the meander-shaped slot 240c is connected to the center point (CP), the frame slot 210d is It is connected to a meander-shaped slot 240d connected to the center point CP. The slot 240a and the slot 240b are symmetrically formed with the center point CP interposed therebetween, and the slot 240c and the slot 240d are symmetrically formed with the center point CP therebetween.

미앤더 형태의 접지층(200')을 포함하는 인공 자기 도체(20)에서도 역시 격자 셀(111)의 구조 및 크기가 일반적인 인공 자기 도체(10)에서 동일하다고 가정하면, 도 7에 도시한 바와 같이 인공 자기 도체(20)에서는 미앤더 형태의 모양으로 형성된 접지층(200')에 의해 반사계수의 위상이 0°가 되는 주파수가 1.36GHz가 되어 일반적인 인공 자기 도체(10)의 접지층(11)에서의 주파수인 2.21GHz 보다 감소한 것을 확인할 수 있다.In the artificial magnetic conductor 20 including the meander shaped ground layer 200 ′, assuming that the structure and size of the grating cell 111 are the same in the general artificial magnetic conductor 10, as shown in FIG. 7. In the artificial magnetic conductor 20, the ground layer 200 'formed in the shape of a meander shape has a frequency of 1.36 GHz in which the phase of the reflection coefficient is 0 °, so that the ground layer 11 of the general artificial magnetic conductor 10 is formed. It can be seen that the decrease in frequency from 2.21 GHz.

도 8은 도 3에 도시한 인공 자기 도체의 접지층의 또 다른 예를 나타내는 도면이다. 도 9는 도 8에 도시한 인공 자기 도체의 주파수 특성의 한 예를 나타내는 도면이다.FIG. 8 is a view showing still another example of the ground layer of the artificial magnetic conductor shown in FIG. 3. FIG. 9 is a diagram illustrating an example of frequency characteristics of the artificial magnetic conductor illustrated in FIG. 8.

도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 인공 자기 도체(20)의 접지층(200'')은 스파이럴(spiral) 형태의 구조로 형성된다. As shown in FIG. 8, the ground layer 200 ″ of the artificial magnetic conductor 20 according to the embodiment of the present invention is formed in a spiral structure.

접지층(200'')은 사각형 형태로 이루어진 프레임 슬롯(210a, 210b, 210c, 210d) 및 스파이럴(spiral) 형태의 슬롯(250a, 250b, 250c, 250d)을 포함한다. 구체적으로, 접지층(200'')의 프레임 슬롯(210a)은 중심지점(CP)과 연결되어 있는 스파이럴 형태의 슬롯(250a)과 연결되어 있으며, 프레임 슬롯(210b)은 중심지점(CP)과 연결되어 있는 스파이럴 형태의 슬롯(250b)과 연결되어 있으며, 프레임 슬롯(210c)은 중심지점(CP)과 연결되어 있는 스파이럴 형태의 슬롯(250c)과 연결되어 있으며, 프레임 슬롯(210d)은 중심지점(CP)과 연결되어 있는 스파이럴 형태의 슬롯(250d)과 연결되어 있다.The ground layer 200 ″ includes frame slots 210a, 210b, 210c and 210d having a rectangular shape and slots 250a, 250b, 250c and 250d having a spiral shape. Specifically, the frame slot 210a of the ground layer 200 ″ is connected to a spiral slot 250a connected to the center point CP, and the frame slot 210b is connected to the center point CP. It is connected to the spiral slot 250b connected to each other, the frame slot 210c is connected to the spiral slot 250c connected to the center point CP, and the frame slot 210d is the center point. It is connected to a spiral slot 250d connected to the CP.

스파이럴 형태의 접지층(200'')을 포함하는 인공 자기 도체(20)에서도 역시 격자 셀(111)의 구조 및 크기가 일반적인 인공 자기 도체(10)에서 동일하다고 가정하면, 도 9에 도시한 바와 같이 인공 자기 도체(20)에서는 스파이럴 형태의 모양으로 형성된 접지층(200')에 의해 반사계수의 위상이 0°가 되는 주파수가 0.99GHz가 되어 일반적인 인공 자기 도체(10)의 접지층(11)에서의 주파수인 2.21GHz 보다 감소한 것을 확인할 수 있다.In the artificial magnetic conductor 20 including the spiral type ground layer 200 ″, assuming that the structure and size of the grating cell 111 are the same in the general artificial magnetic conductor 10, as shown in FIG. 9. As described above, in the artificial magnetic conductor 20, the frequency at which the phase of reflection coefficient is 0 ° is 0.99 GHz by the ground layer 200 ′ formed in a spiral shape, so that the ground layer 11 of the general artificial magnetic conductor 10 is formed. We can see that the frequency is reduced from 2.21GHz.

본 발명의 실시예에 따른 인공 자기 도체(20)의 접지층(200)을 십자 형태의 구조, 미앤더 형태의 구조 및 스파이럴 형태의 구조를 도시하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 접지층(200)은 인공 자기 도체(20)로 동작할 수 있는 범위 내에서 다양한 형태로 형성될 수 있다.Although the ground layer 200 of the artificial magnetic conductor 20 according to the embodiment of the present invention has been described with a cross-shaped structure, a meander structure, and a spiral structure, the present invention is not limited thereto. The layer 200 may be formed in various forms within a range capable of operating as the artificial magnetic conductor 20.

이와 같이, 본 발명의 실시예에서는 접지층(200)을 다양한 형태로 변형하여 인공 자기 도체(20)를 형성함에 따라 격자 셀이 동일한 조건에서 보다 낮은 주파수에서 인공 자기 도체로 동작하도록 설계할 수 있으며, 특정 주파수에서 인공 자기 도체로 동작하는 구조를 보다 작은 크기로 구현할 수 있다.As described above, according to the exemplary embodiment of the present invention, as the artificial magnetic conductor 20 is formed by modifying the ground layer 200 in various forms, the grid cell may be designed to operate as the artificial magnetic conductor at a lower frequency under the same conditions. As a result, a structure that operates as an artificial magnetic conductor at a specific frequency can be implemented in a smaller size.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다. The embodiments of the present invention described above are not implemented only by the apparatus and method, but may be implemented through a program for realizing the function corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention or a recording medium on which the program is recorded.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

Claims (11)

제1 방향에 형성되어 있으며, 복수의 격자 셀을 포함하는 도체층, 그리고
상기 제1 방향과 반대인 제2 방향에 형성되어 있으며, 상기 복수의 격자 셀과 동일한 크기를 갖는 복수의 격자 셀과 형태를 변형하지 않은 도체판을 포함하는 인공 자기 도체보다 더 낮은 주파수를 생성하는 접지층
을 포함하는 인공 자기 도체.A conductor layer formed in the first direction and including a plurality of lattice cells, and
A lower frequency than an artificial magnetic conductor formed in a second direction opposite to the first direction and including a plurality of lattice cells having the same size as the plurality of lattice cells and a conductor plate which is not deformed. Ground layer
Artificial magnetic conductor comprising a. 제1항에 있어서,
상기 도체층과 상기 접지층 사이에 형성되어 있어 상기 도체층과 상기 접지층을 전기적으로 연결하는 비아(via)를 포함하는 인공 자기 도체.The method of claim 1,
And a via formed between the conductor layer and the ground layer to electrically connect the conductor layer and the ground layer. 제1항에 있어서,
상기 접지층은 상기 도체판의 소정 부분을 변형한 구조이며, 십자(cross) 형태의 구조, 미앤더(meander) 형태의 구조 및 스파이럴(spiral) 형태의 구조 중 어느 하나로 형성되는 인공 자기 도체.The method of claim 1,
The ground layer is a structure in which a predetermined portion of the conductor plate is modified, and formed of any one of a cross-shaped structure, a meander-type structure, and a spiral-type structure. 제3항에 있어서,
상기 미앤더(meander) 형태의 접지층에서의 주파수는 상기 십자(cross) 형태의 접지층에서의 주파수보다 작으며, 스파이럴(spiral) 형태의 접지층에서의 주파수보다 큰 인공 자기 도체.The method of claim 3,
And the frequency in the meander shaped ground layer is less than the frequency in the cross shaped ground layer and greater than the frequency in the spiral shaped ground layer. 복수의 격자 셀을 포함하는 도체층,
상기 도체층에 대응하여 십자(cross) 형태의 구조로 형성되어 있으며, 상기 십자 형태에 의해 상기 복수의 격자 셀에 서로 다른 대응하는 면을 제공하는 접지층, 그리고
상기 도체층과 상기 접지층 사이에 형성되어 있어 상기 도체층과 상기 접지층을 전기적으로 연결하는 비아(via)
를 포함하는 인공 자기 도체.A conductor layer comprising a plurality of lattice cells,
A ground layer having a cross-shaped structure corresponding to the conductor layer, the ground layer providing a different corresponding surface to the plurality of lattice cells by the cross shape; and
A via formed between the conductor layer and the ground layer to electrically connect the conductor layer and the ground layer
Artificial magnetic conductor comprising a. 제5항에 있어서,
상기 접지층은,
사각형 형태를 형성하도록 연결된 제1 내지 제4 프레임 슬롯,
상기 제1 프레임 슬롯과 평행한 상기 제2 프레임 슬롯의 중심을 연결하는 제1 슬롯, 그리고
상기 제1 프레임 슬롯 및 제2 프레임 슬롯과 수직으로 연결되는 상기 제3 프레임슬롯과 상기 제4 프레임 슬롯의 중심을 연결하는 제2 슬롯을 포함하는 인공 자기 도체.The method of claim 5,
The ground layer,
First to fourth frame slots connected to form a rectangular shape,
A first slot connecting a center of the second frame slot parallel to the first frame slot, and
And a second slot connecting a center of the third frame slot and a fourth frame slot vertically connected to the first frame slot and the second frame slot. 복수의 격자 셀을 포함하는 도체층,
상기 도체층에 대응하여 미앤더(meander) 형태의 구조로 형성되어 있으며, 상기 미앤더(meander) 형태에 의해 상기 복수의 격자 셀에 서로 다른 대응하는 면을 제공하는 접지층, 그리고
상기 도체층과 상기 접지층 사이에 형성되어 있어 상기 도체층과 상기 접지층을 전기적으로 연결하는 비아(via)
를 포함하는 인공 자기 도체.A conductor layer comprising a plurality of lattice cells,
A ground layer formed in a meander shaped structure corresponding to the conductor layer, the ground layer providing a different corresponding surface to the plurality of lattice cells by the meander shape; and
A via formed between the conductor layer and the ground layer to electrically connect the conductor layer and the ground layer
Artificial magnetic conductor comprising a. 제7항에 있어서,
상기 접지층은,
제1 프레임 슬롯,
상기 제1 프레임 슬롯과 평행한 제2 프레임 슬롯,
상기 제1 프레임 슬롯과 상기 제2 프레임 슬롯과 수직으로 연결되는 제3 및 제4 프레임 슬롯, 그리고
상기 제1 내지 제4 프레임 슬롯에 각각 연결되어 있는 상기 미앤더 형태의 제1 슬롯 내지 제4 슬롯을 포함하는 인공 자기 도체.The method of claim 7, wherein
The ground layer,
First frame slot,
A second frame slot parallel to the first frame slot,
Third and fourth frame slots vertically connected to the first frame slot and the second frame slot, and
An artificial magnetic conductor comprising the meander shaped first to fourth slots respectively connected to the first to fourth frame slots. 제8항에 있어서,
상기 제1 슬롯과 상기 제2 슬롯은 중심지점을 사이에 두고 대칭으로 형성되며, 상기 제3슬롯과 상기 제4 슬롯은 상기 중심지점을 사이에 두고 대칭으로 형성되는 인공 자기 도체.9. The method of claim 8,
And the first slot and the second slot are formed symmetrically with a center point interposed therebetween, and the third slot and the fourth slot are symmetrically formed with the center point interposed therebetween. 복수의 격자 셀을 포함하는 도체층,
상기 도체층에 대응하여 스파이럴(spiral) 형태의 구조로 형성되어 있으며, 상기 스파이럴(spiral) 형태에 의해 상기 복수의 격자 셀에 서로 다른 대응하는 면을 제공하는 접지층, 그리고
상기 도체층과 상기 접지층 사이에 형성되어 있어 상기 도체층과 상기 접지층을 전기적으로 연결하는 비아(via)
를 포함하는 인공 자기 도체.A conductor layer comprising a plurality of lattice cells,
A ground layer formed in a spiral shape corresponding to the conductor layer, and providing a different corresponding surface to the plurality of lattice cells by the spiral shape, and
A via formed between the conductor layer and the ground layer to electrically connect the conductor layer and the ground layer
Artificial magnetic conductor comprising a. 제10항에 있어서,
상기 접지층은,
제1 프레임 슬롯,
상기 제1 프레임 슬롯과 평행한 제2 프레임 슬롯,
상기 제1 프레임 슬롯과 상기 제2 프레임 슬롯에 수직으로 연결되는 제3 및제4 프레임 슬롯, 그리고
상기 제1 내지 제4 프레임 슬롯에 각각 연결되어 있는 상기 스파이럴 형태의 제1 슬롯 내지 제4 슬롯을 포함하는 인공 자기 도체.The method of claim 10,
The ground layer,
First frame slot,
A second frame slot parallel to the first frame slot,
Third and fourth frame slots vertically connected to the first frame slot and the second frame slot, and
An artificial magnetic conductor comprising the first to fourth slots of the spiral form connected to the first to fourth frame slots, respectively.
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