KR102375208B1 - metasurface lens relay device - Google Patents
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Abstract
밀리미터파 대역의 무선 신호를 중계하는 중계 장치로서, 건물 유리창의 제1 위치에 설치되며, 기지국 또는 단말 중 어느 하나로부터 전송되는 무선 신호의 위상을 조정하여, 위상이 조정된 무선 신호를 출력하는 제1 장착부, 그리고 제1 장착부가 설치된 유리창의 반대면에 제1 장착부와 결착되도록 설치되며, 제1 장착부를 통해 출력된 위상이 조정된 무선 신호를 외부로 출력하는 제2 장착부를 포함하며, 제1 장착부는 상기 무선 신호의 위상을 조정하기 위해 메타물질을 포함한다.As a repeater for repeating a millimeter wave band radio signal, it is installed at a first position on a window of a building, and adjusts the phase of a radio signal transmitted from either a base station or a terminal to output a phase-adjusted radio signal 1 mounting unit, and a second mounting unit installed to be coupled to the first mounting unit on the opposite surface of the glass window on which the first mounting unit is installed, and outputting a phase-adjusted wireless signal output through the first mounting unit to the outside; The mounting unit includes a metamaterial to adjust the phase of the radio signal.
Description
본 발명은 초고주파 기반 차세대 이동통신 서비스를 위한 메타표면 렌즈 중계 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a metasurface lens relay device for a next-generation mobile communication service based on ultra-high frequency.
최근 이동형 UHD(ultra-high definition) TV 등 다양하고 고품질의 서비스를 제공하기 위해, 서비스 제공 업체는 더 많은 주파수 대역을 요구한다. 1∼4세대 통신 시스템에서 주로 사용되었던 6GHz 이하 대역은 이미 포화 상태가 되어 있어, 6GHz 이상 대역의 주파수가 주목 받고 있다. 특히, 서브 밀리미터파(sub millimeter radio wave) 또는 밀리미터파(millimeter wave) 대역은, 약 1GHz의 대역폭을 확보할 수 있기 때문에 주목 받고 있다. Recently, in order to provide various and high-quality services such as portable ultra-high definition (UHD) TVs, service providers require more frequency bands. The band below 6 GHz, which was mainly used in the 1st to 4th generation communication systems, is already saturated, and frequencies above 6 GHz are attracting attention. In particular, the sub millimeter wave (sub millimeter radio wave) or millimeter wave (millimeter wave) band is attracting attention because it can secure a bandwidth of about 1 GHz.
전자기파의 특성상 주파수 대역이 올라갈수록 지향성이 높아지고, 같은 안테나 형태에 대해서 낮은 주파수 대역의 전자기파보다 빔 폭이 좁아지며, 투과성보다는 반사성이 높아진다. LTE의 경우 주로 700MHz에서 4GHz 대역을 사용하고, 셀 환경에 따라서 도심지역은 수백m 정도의 셀 반경을 가지게 되고, 교외 개활 지역의 경우 수km까지 커버리지를 가질 수 있다. Due to the characteristics of electromagnetic waves, the higher the frequency band, the higher the directivity, the narrower the beam width than the electromagnetic wave of a lower frequency band for the same antenna type, and the higher the reflectivity than the transmittance. In the case of LTE, the 700 MHz to 4 GHz band is mainly used, and depending on the cell environment, an urban area has a cell radius of several hundred meters, and a suburban open area can have a coverage of up to several kilometers.
밀리미터파는 도심지역에서 LOS(line of sight)를 가로막는 장애물들이 많기 때문에, 전자기파의 특성에 따라 LTE에 비해서 무선 신호의 커버리지가 축소된다. 따라서 LTE와 같은 방식으로 셀 커버리지를 설계 하기가 힘들다. 특히, 수분에 대해서 밀리미터 전파가 폐색되는 특성이 강하기 때문에, 가로수의 잎으로 인해 커버리지 홀이 발생할 정도로 감쇄가 심각하다. 상대적으로 교외 개활 지역의 경우는 LOS 장애물이 관목 등 식수를 제외하고는 적기 때문에, LTE 대비 커버리지가 축소되지 않거나 오히려 확장될 수도 있다.Since millimeter waves have many obstacles blocking the line of sight (LOS) in urban areas, the coverage of wireless signals is reduced compared to LTE according to the characteristics of electromagnetic waves. Therefore, it is difficult to design cell coverage in the same way as LTE. In particular, the attenuation is severe enough to cause a coverage hole due to the leaves of a street tree because the millimeter radio wave is blocked with respect to moisture. In the case of relatively open suburban areas, LOS obstacles are few except for planting water such as shrubs, so coverage may not be reduced or rather expanded compared to LTE.
밀리미터파 대역의 부족한 투과성으로 인해, 도심에서는 O2I(outdoor to indoor) 커버리지를 확보하는 것은 불가능하다. 더군다나 상대적으로 저주파수 대역인 LTE에서도 O2I 커버리지를 확보하기는 쉽지 않기 때문에 빌딩 내는 도심, 외곽 등과 함께 하나의 모폴로지(morphology)로 취급된다.Due to insufficient transmittance of the millimeter wave band, it is impossible to secure O2I (outdoor to indoor) coverage in a city center. Moreover, since it is not easy to secure O2I coverage even in LTE, which is a relatively low frequency band, the inside of a building is treated as a single morphology along with the city center and the suburbs.
기존의 LTE에서는 건물, 빌딩 내 커버리지를 확보하기 위해, 빌딩의 규모에 따라 다양한 중계기를 활용한다. 일반 가정집, 아파트 등 서비스 대상의 작은 단위 일 경우 또는 무선 백홀로써 RF 중계기를 사용하고, 중/대형 건물 또는 지하철 등의 경우는 다중 대역 디지털 중계기를 사용한다. 사용자들의 무선 통신 사용 시간, 데이터 사용량의 대부분을 건물, 빌딩 내에 사용하는 추세이기 때문에 중계기의 기능과 성능의 중요성이 높고 이에 따라 장비 가격이 상승하게 되어 구축 비용이 상승하게 된다.In existing LTE, various repeaters are used depending on the size of the building to secure coverage within the building. In the case of a small unit of service target such as a general house or apartment, an RF repeater is used as a wireless backhaul, and in the case of a medium/large building or subway, a multi-band digital repeater is used. Since most of the time and data used by users for wireless communication is used in buildings and buildings, the function and performance of the repeater are very important, and accordingly, the equipment price rises and the construction cost rises.
따라서, 본 발명은 밀리미터파 대역의 초고주파 대역을 활용하여 이동통신 서비스 영역을 확대하기 위한 메타표면 렌즈 중계 장치를 제공한다.Accordingly, the present invention provides a metasurface lens repeater for expanding the mobile communication service area by utilizing the ultra-high frequency band of the millimeter wave band.
상기 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 하나의 특징인 밀리미터파 대역의 무선 신호를 중계하는 중계 장치로서,As a relay device for relaying a radio signal of a millimeter wave band, which is a feature of the present invention for achieving the technical problem of the present invention,
건물 유리창의 제1 위치에 설치되며, 기지국 또는 단말 중 어느 하나로부터 전송되는 무선 신호의 위상을 조정하여, 위상이 조정된 무선 신호를 출력하는 제1 장착부, 그리고 상기 제1 장착부가 설치된 유리창의 반대면에 상기 제1 장착부와 결착되도록 설치되며, 상기 제1 장착부를 통해 출력된 위상이 조정된 무선 신호를 외부로 출력하는 제2 장착부를 포함하며, 상기 제1 장착부는 상기 무선 신호의 위상을 조정하기 위해 메타물질을 포함한다.A first mounting unit installed at a first position of a building glass window, adjusting the phase of a radio signal transmitted from either a base station or a terminal, and outputting a phase-adjusted radio signal, and the opposite side of the glass window in which the first mounting unit is installed and a second mounting unit installed on a surface to be coupled to the first mounting unit and outputting a phase-adjusted wireless signal output through the first mounting unit to the outside, wherein the first mounting unit adjusts the phase of the radio signal Metamaterials are included to
상기 제1 장착부는, 상기 제1 장착부의 외곽으로 보여지며 방수 처리 소재로 구현된 전면부, 그리고 상기 전면부의 제1 측면에 구비되며, 상기 무선 신호의 위상을 조절하는 후면부를 포함하며, 상기 후면부는, 상기 메타물질이 미리 설정된 위치에 분포되어 있으며, 상기 분포한 메타물질이 상기 무선 신호의 위상을 조정하여 상기 위상이 조정된 무선 신호가 상기 유리창의 임의의 초점으로 집중되도록 출력하는 메타표면 렌즈부를 포함할 수 있다.The first mounting part includes a front part which is seen as an outside of the first mounting part and implemented with a waterproofing material, and a rear part which is provided on the first side of the front part and adjusts the phase of the radio signal, the rear part is, the meta-material is distributed in a preset position, and the distributed meta-material adjusts the phase of the radio signal to output the phase-adjusted radio signal to be focused on an arbitrary focus of the glass window. may include wealth.
상기 메타표면 렌즈부는, 상기 메타물질의 분포에 따라 다른 위상으로 무선 신호의 위상을 각각 조정하는 복수의 단위 셀을 포함할 수 있다.The metasurface lens unit may include a plurality of unit cells each adjusting the phase of the radio signal to a different phase according to the distribution of the metamaterial.
상기 복수의 단위 셀 각각은, 임의의 두께와 넓이를 가지는 기판, 그리고 상기 기판 상에서, 미리 설정된 무선 위상 값을 토대로 무선 신호의 위상을 조정하도록 상기 메타물질이 분포되어 있는 유전체 패치를 포함할 수 있다.Each of the plurality of unit cells may include a substrate having an arbitrary thickness and width, and a dielectric patch in which the metamaterial is distributed to adjust the phase of a radio signal based on a preset radio phase value on the substrate. .
상기 복수의 단위 셀 각각은, 메타표면 렌즈 중계 장치의 중심에서 각각의 단위 셀 중심까지의 거리, 메타표면 렌즈 중계 장치의 초점 거리, 자유 공간에서의 파수(wavenumber), 그리고 빛의 파장 길이를 토대로 상기 무선 신호의 위상을 조정할 위상 값을 토대로 메타물질이 분포될 수 있다.Each of the plurality of unit cells is based on the distance from the center of the metasurface lens repeater to the center of each unit cell, the focal length of the metasurface lens repeater, the wavenumber in free space, and the wavelength length of light. A metamaterial may be distributed based on a phase value to adjust the phase of the radio signal.
상기 후면부는, 상기 제2 장착부와 유리창을 사이에 두고 제1 장착부가 결착되도록 하는 제1 결착부, 그리고 상기 메타표면 렌즈부를 포함하는 후면부를 외부 환경으로부터 보호하는 제1 방수부를 더 포함할 수 있다.The rear part may further include a first coupling part for binding the first mounting part with the second mounting part and the glass window interposed therebetween, and a first waterproof part for protecting the rear part including the meta surface lens part from the external environment. .
상기 제2 장착부는, 상기 제2 장착부의 외곽으로 보여지며 방수 처리 소재로 구현된 전면부, 상기 전면부의 하단에 설치되며 상기 제1 장착부와 상기 유리창을 사이에 두고 상기 제1 결착부와의 결착을 통해 상기 제2 장착부가 유리에 결착되도록 하는 제2 결착부, 그리고 상기 제2 장착부를 외부 환경으로부터 보호하는 제2 방수부를 포함할 수 있다.The second mounting part is a front part that is seen as an outside of the second mounting part and is implemented with a waterproofing material, is installed at the lower end of the front part, and binds to the first binding part with the first mounting part and the glass window interposed therebetween. It may include a second fastening part for binding the second mounting part to the glass, and a second waterproofing part for protecting the second mounting part from the external environment.
상향 링크 무선 신호를 처리하는 경우 상기 제1 장착부는 건물 옥내, 상기 제2 장착부는 건물 옥외에 설치되고, 하향 링크 무선 신호를 처리하는 경우 상기 제1 장착부는 건물 옥외, 상기 제2 장착부는 건물 옥내에 설치될 수 있다. When processing an uplink radio signal, the first mounting unit is installed inside a building, and the second mounting unit is installed outside a building. When processing a downlink radio signal, the first mounting unit is installed outside the building, and the second mounting unit is installed inside the building. can be installed on
본 발명에 따르면, 초대용량 데이터 서비스를 제공할 수 있는 대역인 밀리미터파의 커버리지를 확장할 수 있다.According to the present invention, it is possible to extend the coverage of millimeter wave, which is a band capable of providing a very large data service.
또한, 본 발명에 따르면 고가의 중계 장치가 아닌 전력을 소모하지 않는 회로 소재의 초박형 장치를 통해, 단순한 결착만으로 짧은 시간 내에 중계 장치를 설치할 수 있으므로, 5G 또는 이후 세대의 통신 시스템의 구축 시간과 비용을 크게 절감할 수 있다.In addition, according to the present invention, a relay device can be installed in a short time with simple binding through an ultra-thin device of a circuit material that does not consume power rather than an expensive relay device, so the construction time and cost of 5G or later generations of communication systems can be greatly reduced.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 메타표면 렌즈 중계 장치의 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메타표면 렌즈 중계 장치의 제1 장치부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 메타표면 렌즈 중계 장치의 제2 장치부의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 메타표면 렌즈부의 예시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 메타표면 렌즈부를 구성하는 단위 셀의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 건물에 설치된 메타표면 렌즈 중계 장치의 예시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 메타표면 렌즈 중계 장치가 무선 신호를 건물 내부로 중계하는 예시도이다.1 is an exemplary diagram of a metasurface lens relay device according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a first device unit of a metasurface lens relay device according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a second device unit of a metasurface lens relay device according to an embodiment of the present invention.
4 is an exemplary view of a meta-surface lens unit according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary view of a unit cell constituting a meta-surface lens unit according to an embodiment of the present invention.
6 is an exemplary view of a metasurface lens relay device installed in a building according to an embodiment of the present invention.
7 is an exemplary diagram in which the metasurface lens repeater relays a wireless signal to the inside of a building according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 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 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the 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. However, the present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar 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 "includes" a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless otherwise stated.
이하 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 초고주파 기반 차세대 이동통신 서비스를 위한 메타표면 렌즈 중계 장치에 대해 설명한다.Hereinafter, a metasurface lens relay device for a next-generation mobile communication service based on ultra-high frequency according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
본 발명의 실시예에서는 중계 장치는 메타 물질(meta material)을 이용한 중계 장치를 예로 하여 설명한다. 여기서 메타 물질은 자연계에 존재하지 않는 물성을 가지는 가공된 인공적 물질을 말한다. 메타 물질은 메타 원자로 구성된 물질이다.In the embodiment of the present invention, a relay device using a meta material will be described as an example. Here, the meta-material refers to a processed artificial material having physical properties that do not exist in nature. A metamaterial is a material composed of meta atoms.
메타 원자는 목적에 따라 설계된 내부 구조가 있으며, 구조, 크기, 주기적/준 주기적 배열에 따라 다양한 물성을 가지게 된다. 예를 들면, 전자기파 메타 원자를 통해서 음의 굴절률, 무한의 굴절률을 가질 수 있고, 이를 통해 빛의 경로를 임의로 수정하여 투명 망토를 구현할 수 있다. A meta atom has an internal structure designed according to its purpose, and has various properties depending on the structure, size, and periodic/quasi-periodic arrangement. For example, it is possible to have a negative refractive index and an infinite refractive index through an electromagnetic wave meta-atom, and through this, a transparent cloak can be implemented by arbitrarily modifying the path of light.
메타 원자의 크기는 파장보다 약 1/10 정도로 매우 작으며, 단지 굴절률보다는 전자기파의 유전율, 투자율을 제어하기 위해 설계한다. 본 발명의 실시예에서는 메타 물질 중 2차원의 전자기파 메타 원자로 구성된 메타표면을 통한 전자기파 렌즈 형태의 밀리미터파 대역을 위한 메타표면 렌즈 중계 장치를 제안한다.The size of meta atoms is very small, about 1/10 of the wavelength, and it is designed to control the dielectric constant and permeability of electromagnetic waves rather than just the refractive index. An embodiment of the present invention proposes a metasurface lens relay device for a millimeter wave band in the form of an electromagnetic wave lens through a metasurface composed of two-dimensional electromagnetic wave meta atoms among metamaterials.
먼저, 도 1을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 메타표면 렌즈 중계 장치에 대해 설명한다.First, a metasurface lens relay device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 .
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 메타표면 렌즈 중계 장치의 예시도이다.1 is an exemplary diagram of a metasurface lens relay device according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 메타표면 렌즈 중계 장치(100)는 건물 외부에 설치되는 제1 장치부(110)와, 제1 장치부(110)의 위치와 동일한 위치의 건물 내부에 설치되는 제2 장치부(120)를 포함한다. As shown in FIG. 1 , the metasurface
무선 신호가 외부에 설치된 기지국(도면 미도시)로부터 옥내에 위치한 단말들(도면 미도시)로 전달되는 하향 링크 신호인 경우에는, 하향 링크 무선 신호를 옥내로 전달하기 위해 제1 장치부(110)가 옥외에 설치되고 제2 장치부(120)가 옥내에 설치된다. 그리고 무선 신호가 하향 링크 신호의 경우에는, 하향 링크 무선 신호를 옥외로 전달하기 위해 제1 장치부(110)가 옥외에 설치되고, 제2 장치부(120)가 옥내에 설치된다.When the radio signal is a downlink signal transmitted from an externally installed base station (not shown) to indoor terminals (not shown), the
여기서, 제1 장치부(110)와 제2 장치부(120)에 대해 도 2 및 도 3을 참조로 설명한다. 본 발명의 실시예에서는 설명의 편의를 위하여 하향 링크 무선 신호를 처리하는 경우의 메타표면 렌즈 중계 장치(100)에 대해 예를 들어 설명한다.Here, the
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 메타표면 렌즈 중계 장치의 제1 장치부의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 메타표면 렌즈 중계 장치의 제2 장치부의 구성도이다.2 is a configuration diagram of a first device unit of a metasurface lens relay device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a configuration diagram of a second device part of a metasurface lens relay device according to an embodiment of the present invention.
먼저, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 장치부(110)의 전면부(111)는 유리창의 외곽에 보여지는 부분으로, 방수 처리가 된 소재이다. 여기서 전면부(111)의 방수 처리된 소재는 다양한 소재가 이용될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 어느 하나의 소재로 한정하지 않는다.First, as shown in (a) of FIG. 2 , the
그리고 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 전면부(111)의 하단에 구비된 제1 장치부(110)의 후면부(112)에는 중계 역할을 수행하는 메타표면 렌즈부(113), 제2 장치부(120)와 결착시켜주는 결착부(114), 그리고 외부 환경에 대한 안전도를 높이기 위한 방수부(115)를 포함한다.And, as shown in (b) of FIG. 2, the meta-
여기서, 결착부(114)는 강력 자석 또는 이에 상응하는 장치로 구현된다. 그리고 메타표면 렌즈부(113)는 복수의 단위 셀을 포함하고 있다.Here, the
한편, 도 2에서 설명한 제1 장치부(110)와 결착되는 제2 장치부(120)에 대해 도 3을 참조로 설명하면, 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이 제2 장치부(120)는 전면부(121)와 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이 후면부(122)로 구비된다.Meanwhile, referring to FIG. 3 for the
전면부(121)는 제1 장치부(110)의 전면부(111)와 동일한 방수 소재로 구성된다. 후면부(122)는 제1 장치부(110)와 결착되는 결착부(123) 그리고 실내 방수를 위한 방수부(124)를 포함한다. The
여기서, 제1 장치부(110)에 구비되어 있는 메타표면 렌즈부(113)에 대해 도 4를 참조로 설명한다.Here, the meta
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 메타표면 렌즈부의 예시도이다.4 is an exemplary view of a meta-surface lens unit according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 중계 장치에 구비되는 메타표면 렌즈부(113)는 복수의 단위 셀(116)들로 구성되어 있다. 그리고 각각의 단위 셀(116)들은 미리 설계된 메타표면 렌즈 중계 장치(100)의 초점에 맞춰 상향 링크 무선 신호 또는 하향 링크 무선 신호의 위상을 조절하여 옥외 신호를 옥내로 전송하거나, 옥내 신호를 옥외로 전송한다.As shown in FIG. 4 , the meta
본 발명의 실시예에서는 289개의 단위 셀(116)들이 하나의 메타표면 렌즈부(113)를 구성하는 것을 예로 하여 설명하나, 반드시 이와 같이 한정되는 것은 아니다. 여기서, 복수의 단위 셀(116) 중 하나인 단위 셀에 대해 도 5를 참조로 먼저 설명한다.In the embodiment of the present invention, although 289
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 메타표면 렌즈부를 구성하는 단위 셀의 예시도이다.5 is an exemplary view of a unit cell constituting a meta-surface lens unit according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시된 바와 같이, 메타표면 렌즈부(113)을 구성하는 단위 셀(116)은 임의의 두께 H와 넓기 W의 기판(117), 그리고 상기 기판(117)상에 설치되며 미리 설정된 무선 위상 값을 토대로 무선 신호의 위상을 조정하도록 메타물질이 분포되어 있는 유전체 패치(118)를 통해서 유입되는 무선 신호의 위상을 변경시킨다. 여기서, 유전체 패치(118)는 기판(117)의 중앙에 다양한 패턴으로 설치된다. As shown in FIG. 5 , the
도 5에서는 기판(117)의 끝에 임의의 두께(B)를 가지는 제1 패턴이 설치되어 있고, 제1 패턴 내부에 정사각형의 제2 패턴이 삽입되어 있다. 제1 패턴의 높이는 C이고, 제2 패턴의 길이는 A라고 가정한다. 이러한 형태의 단위 셀로 밀리미터파의 무선 신호가 유입되면, 제1 패턴과 제2 패턴에서 중계 장치의 초점에 맞게 위상을 조정한 후, 무선 신호를 출력한다.In FIG. 5 , a first pattern having an arbitrary thickness B is provided at the end of the
상기 도 4를 이어 설명하면 각 단위 셀(116)에서 조정하는 무선 신호의 위상 값(Φ)은 다음 수학식 1을 통해 결정된다.4, the phase value Φ of the radio signal adjusted by each
여기서, r은 메타표면 렌즈 중계 장치(100)의 중심에서 단위 셀 중심까지의 거리, f는 메타표면 렌즈 중계 장치(100)의 초점 거리, n0은 자유 공간에서의 파수(wavenumber)로 2π/λ0으로 계산되며, λ0는 빛의 파장 길이를 의미한다. 수학식 1의 위상 값에 따라 고정된 두께의 단위 셀 별 유전체 패치의 구성을 결정할 수 있다.Here, r is the distance from the center of the
일반 광학 렌즈에서 초점 거리를 짧게 만들기 위해서는, 볼록 렌즈의 경우 렌즈 자체의 두께를 두껍게 만들어야 한다. 따라서 볼록 렌즈를 이용할 경우 중계기에 설치하기 불편하고 설계가 어려워진다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따른 메타표면 렌즈 중계 장치를 이용할 경우, 얇은 평면 기판만으로 중계 장치를 구현할 수 있기 때문에 설치가 용이하다.In order to make the focal length shorter in a general optical lens, in the case of a convex lens, the thickness of the lens itself should be increased. Therefore, when a convex lens is used, it is inconvenient to install the repeater and the design becomes difficult. However, when using the metasurface lens relay device according to an embodiment of the present invention, the relay device can be implemented using only a thin flat substrate, so that installation is easy.
이상에서 설명한 제1 장치부(110)와 제2 장치부(120)로 이루어진 메타표면 렌즈 중계 장치(100)가 건물에 설치될 경우 옥외와 옥내에서 바라본 중계 장치의 예에 대해 도 6을 참조로 설명한다.When the metasurface
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 건물에 설치된 메타표면 렌즈 중계 장치의 예시도이다.6 is an exemplary view of a metasurface lens relay device installed in a building according to an embodiment of the present invention.
도 6의 (a)는 건물에 설치된 메타표면 렌즈 중계 장치(100)를 옥외에서 살펴본 예시도이고, 도 6의 (b)는 건물에 설치된 메타표면 렌즈 중계 장치(100)를 옥내에서 살펴본 예시도이다.Figure 6 (a) is an exemplary view looking at the
도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 유리창(200)을 기준으로 옥외에는 제1 장치부(110)를, 옥내에는 제2 장치부(120)를 위치시킨다. 그리고, 제1 장치부(110)와 제2 장치부(120)에 각각 구비되어 있는 결착부(123, 114)를 정렬하여 밀착시켜, 제1 장치부(110)와 제2 장치부(120)가 밀착된 형태로 메타표면 렌즈 중계 장치(100)를 설치한다. As shown in (a) and (b) of FIG. 6 , the
도 6의 (a)와 (b)는 하향 링크 무선 신호를 처리하기 위한 메타표면 렌즈 중계 장치(100)의 설치 예에 대해 나타낸 것이다. 만약 상향 링크 무선 신호를 처리하기 위한 메타표면 렌즈 중계 장치(100)를 설치하는 경우는 제1 장치부(110)와 제2 장치부(120)의 위치를 유리창(200)을 기준으로 반대로 위치시킨 후 설치할 수 있다.6 (a) and (b) show an example of installation of the
다음은 본 발명의 실시예에 따라 메타표면 렌즈 중계 장치(100)가 무선 신호를 건물 내부로 중계하는 예에 대해 도 7을 참조로 설명한다.Next, an example in which the
도 7은 본 발명의 실시예에 따라 메타표면 렌즈 중계 장치가 무선 신호를 건물 내부로 중계하는 예시도이다.7 is an exemplary diagram in which the metasurface lens repeater relays a wireless signal to the inside of a building according to an embodiment of the present invention.
도 7에 도시된 바와 같이, 건물 유리창에 설치된 메타표면 렌즈 중계 장치(100)가 설치되어 있다. 외부 기지국(도면 미도시)로부터 무선 신호가 전송되면, 제1 장치부(110)는 무선 신호가 유리창에 의해 반사되지 않고 옥내로 투과되도록 무선 신호의 위상을 조정하여 하나의 초점으로 집중시킨다. As shown in FIG. 7 , the meta-
하나의 초점으로 집중된 무선 신호들은 제2 장치부(120)를 통해 옥내로 전송된다. 여기서, 제1 장치부(110)에 구비된 복수의 단위 셀 별 위상 값 각각을 계산하는 수학식 1의 초점 거리는, 유리창 두께에 따라 달리 설정된다.The wireless signals focused on one focus are transmitted indoors through the
이상에서는 메타물질을 이용하여 구현된 메타표면 렌즈부(113)의 단위 셀(116)이 미리 단위 셀 별 위상 값이 정해져 설치된 것을 예로 하여 설명하였다. 그러나, 메타표면 렌즈 중계 장치(100)가 설치되는 주변 환경에 따라 단위 셀(116)의 위상값을 자동으로 확인하여 메타표면 렌즈 중계 장치(100)를 각각 달리 구현할 수도 있다. 또는, 하나의 메타표면 렌즈 중계 장치(100)에 고정된 단위 셀(116)이 28GHz의 무선 신호가 전송되는 상태에 따라 고정된 것이 아니라, 동적으로 다른 형태를 띄도록 메타물질을 배치시키도록 구현할 수도 있다. In the above, the
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.Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements by those skilled in the art using the basic concept of the present invention as defined in the following claims are also provided. is within the scope of the right.
Claims (9)
건물 유리창의 제1 위치에 설치되며, 기지국 또는 단말 중 어느 하나로부터 전송되는 무선 신호의 위상을 조정하여, 위상이 조정된 무선 신호를 출력하는 제1 장착부, 그리고
상기 제1 장착부가 설치된 유리창의 반대면에 상기 제1 장착부와 결착되도록 설치되며, 상기 제1 장착부를 통해 출력된 위상이 조정된 무선 신호를 외부로 출력하는 제2 장착부
를 포함하며,
상기 제1 장착부는 상기 무선 신호의 위상을 조정하기 위해 메타물질을 포함하는 메타표면 렌즈 중계 장치.A repeater for relaying a millimeter wave band radio signal, comprising:
A first mounting unit installed at a first position of a building glass window, adjusting the phase of a wireless signal transmitted from either a base station or a terminal, and outputting a phase-adjusted wireless signal; and
A second mounting unit installed to be coupled to the first mounting unit on the opposite surface of the glass window on which the first mounting unit is installed, and outputting a phase-adjusted wireless signal output through the first mounting unit to the outside
includes,
The first mounting unit is a metasurface lens repeater comprising a metamaterial to adjust the phase of the radio signal.
상기 제1 장착부는,
상기 제1 장착부의 외곽으로 보여지며 방수 처리 소재로 구현된 전면부, 그리고
상기 전면부의 제1 측면에 구비되며, 상기 무선 신호의 위상을 조절하는 후면부
를 포함하며,
상기 후면부는,
상기 메타물질이 미리 설정된 위치에 분포되어 있으며, 상기 분포한 메타물질이 상기 무선 신호의 위상을 조정하여 상기 위상이 조정된 무선 신호가 상기 유리창의 임의의 초점으로 집중되도록 출력하는 메타표면 렌즈부
를 포함하는 메타표면 렌즈 중계 장치.According to claim 1,
The first mounting portion,
The front part which is seen as the outer part of the first mounting part and is implemented with a waterproofing material, and
The rear part is provided on the first side of the front part and adjusts the phase of the radio signal
includes,
The rear part,
The meta-material is distributed at a preset position, and the meta-surface lens unit outputs the distributed meta-material to adjust the phase of the radio signal so that the phase-adjusted radio signal is focused on an arbitrary focus of the glass window.
A metasurface lens repeater comprising a.
상기 메타표면 렌즈부는,
상기 메타물질의 분포에 따라 다른 위상으로 무선 신호의 위상을 각각 조정하는 복수의 단위 셀
을 포함하는 메타표면 렌즈 중계 장치.3. The method of claim 2,
The meta surface lens unit,
A plurality of unit cells each adjusting the phase of the radio signal to a different phase according to the distribution of the metamaterial
A metasurface lens repeater comprising a.
상기 복수의 단위 셀 각각은,
임의의 두께와 넓이를 가지는 기판, 그리고
상기 기판 상에서, 미리 설정된 무선 위상 값을 토대로 무선 신호의 위상을 조정하도록 상기 메타물질이 분포되어 있는 유전체 패치
를 포함하는 메타표면 렌즈 중계 장치.4. The method of claim 3,
Each of the plurality of unit cells,
A substrate having any thickness and width, and
On the substrate, a dielectric patch in which the metamaterial is distributed to adjust the phase of a radio signal based on a preset radio phase value
A metasurface lens repeater comprising a.
상기 복수의 단위 셀 각각은,
메타표면 렌즈 중계 장치의 중심에서 각각의 단위 셀 중심까지의 거리, 메타표면 렌즈 중계 장치의 초점 거리, 자유 공간에서의 파수(wavenumber), 그리고 빛의 파장 길이를 토대로 상기 무선 신호의 위상을 조정할 위상 값을 토대로 메타물질이 분포되는 메타표면 렌즈 중계 장치.5. The method of claim 4,
Each of the plurality of unit cells,
The phase to adjust the phase of the radio signal based on the distance from the center of the metasurface lens repeater to the center of each unit cell, the focal length of the metasurface lens repeater, the wavenumber in free space, and the wavelength length of light A metasurface lens relay device in which metamaterials are distributed based on values.
상기 후면부는,
상기 제2 장착부와 유리창을 사이에 두고 제1 장착부가 결착되도록 하는 제1 결착부, 그리고
상기 메타표면 렌즈부를 포함하는 후면부를 외부 환경으로부터 보호하는 제1 방수부
를 더 포함하는 메타표면 렌즈 중계 장치.6. The method of claim 5,
The rear part,
a first fastening part for fastening the first mounting part with the second mounting part and the glass window interposed therebetween; and
A first waterproof part that protects the rear part including the meta surface lens part from the external environment
A meta-surface lens relay device further comprising a.
상기 제2 장착부는,
상기 제2 장착부의 외곽으로 보여지며 방수 처리 소재로 구현된 전면부,
상기 전면부의 하단에 설치되며 상기 제1 장착부와 상기 유리창을 사이에 두고 상기 제1 결착부와의 결착을 통해 상기 제2 장착부가 유리에 결착되도록 하는 제2 결착부, 그리고
상기 제2 장착부를 외부 환경으로부터 보호하는 제2 방수부
를 포함하는 메타표면 렌즈 중계 장치.7. The method of claim 6,
The second mounting portion,
The front part which is seen as the outside of the second mounting part and implemented with a waterproofing material,
a second binding part installed at the lower end of the front part and binding the second mounting part to the glass through binding with the first binding part with the first mounting part and the glass window interposed therebetween; and
A second waterproofing part for protecting the second mounting part from an external environment
A metasurface lens repeater comprising a.
상기 제1 결착부와 제2 결착부는 강력 자석으로 구현되는 메타표면 렌즈 중계 장치.8. The method of claim 7,
The first binding portion and the second binding portion is a meta-surface lens relay device implemented as a strong magnet.
상향 링크 무선 신호를 처리하는 경우 상기 제1 장착부는 건물 옥내, 상기 제2 장착부는 건물 옥외에 설치되고,
하향 링크 무선 신호를 처리하는 경우 상기 제1 장착부는 건물 옥외, 상기 제2 장착부는 건물 옥내에 설치되는 메타표면 렌즈 중계 장치.8. The method of claim 7,
When processing an uplink radio signal, the first mounting unit is installed inside a building, and the second mounting unit is installed outside the building,
When processing a downlink radio signal, the first mounting unit is a metasurface lens repeater installed outdoors, and the second mounting unit is installed inside the building.
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