KR101807654B1 - 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치 및 ecm 시스템 - Google Patents

능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치 및 ecm 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고 임피던스 표면(HIS)에 가변 커패시터를 결합하여 반사파의 위상을 변화시킬 수 있는 능동형 메타물질 표면으로, 시간에 따라 변화하는 전압 파형을 제공함으로써 반사파의 주파수를 변환시킬 수 있는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치 및 ECM 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치 및 ECM 시스템은 입력되는 전압에 따라 표면 임피던스 특성을 변화시킴으로써 반사파의 위상이 연속적으로 변환가능하도록 구성되는 판 형상의 능동형 메타물질 표면과, 상기 메타물질 표면으로 시간에 따라 반사파의 위상을 선형적으로 변화시킬 수 있는 전압 파형을 제공하는 임의파형 발생기를 포함하여 구성되어, 상기 임의파형 발생기로부터 제공되는 전압파형의 주파수에 따라 상기 메타물질 표면에서 발생되는 반사파 주파수가 변환되도록 구성되고, 상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조가 주기적으로 배치되어 구성되되, 상기 메타물질 단위구조는 가변 커패시터가 구비된 고 임피던스 표면(HIS) 으로써, 인가되는 전압에 따라 상기 가변 커패시터의 커패시턴스가 변화되어 반사파의 위상을 가변시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치 및 ECM 시스템{ reflected wave converting device and ECM system using metamaterial surface}
본 발명은 고 임피던스 표면(HIS)에 가변 커패시터를 결합하여 반사파의 위상을 변화시킬 수 있는 능동형 메타물질 표면으로, 시간에 따라 변화하는 전압 파형을 제공함으로써 반사파의 주파수를 변환시킬 수 있는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치 및 ECM 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 전자기파를 이용하여 통신을 할 때, 대부분의 경우 도체가 이를 방해하는 역할을 한다.
즉, PCB 기판에 안테나를 제작하였을 경우 PCB 기판 아래의 금속 접지판이 전파의 입장에서 볼 때 단락된 회로와 같이 동작하게 되므로 반사계수는 "-1"을 가지게 된다. 이때, 반사계수가 "-1"이라는 것은 동일한 크기로 반사되나 위상이 "180°" 반전된다는 것을 의미하므로, 금속 접지판에서 반사된 전파는 안테나에서 방사되는 전파의 위상이 "180°" 반전되어 반사된다는 사실을 알 수 있다. 이러한 현상은 반사된 전파와 안테나로부터 방사된 전파 간의 상쇄를 일어나게 하며, 안테나의 방사 효율 감소를 일어나게 한다.
상기한 현상을 최소화하기 위해 기존에는 High-profile antenna라고 하여 일정 두께 이상의 높은 두께의 PCB 기판을 이용하여 안테나를 만드는 것이 제안되었다. 그러나 PCB 기판을 두껍게 하여 안테나를 제작하게 되면 안테나의 두께가 증가하며, 안테나의 유연성이 줄어들기 때문에 핸드폰 안테나와 같이 소형화/유연화를 요구하는 안테나를 제작하기에는 어려움이 따른다.
이에, 최근에는 이를 해결하기 위해 고 임피던스 표면(High Impedence Surface :HIS) 구조가 제안되었다. HIS 구조는 기존의 금속 접지판에 주기적 구조를 가지는 홈을 파는 등의 표면 구조의 변형을 통해 특정 주파수에서 공진 현상이 일어나도록 된 것으로, 공진 주파수에서 HIS의 표면 임피던스는 그 값이 "0"인 금속과는 달리 무한대의 값을 가지게 된다. 따라서 공진 주파수에서 반사파의 위상은 "0"이 되며 반사되는 전파와 안테나로부터 방사되는 전파의 위상이 동일하게 됨으로써, 안테나의 성능을 향상시킬 수 있게 된다.
그러나, 상기한 HIS에서의 표면 임피던스 특성은 기판 위에 새겨진 금속 구조체의 모양으로 인해 제한되며 동적인 특성을 이끌어낼 수 없다는 제한점이 있다.
한편, 최근에는 상기 HIS를 안테나의 성능 개선 이외에도 군사적 목적으로 사용하기 위한 연구들이 외국에서 많이 진행되고 있다.
즉, 현대의 항공기들은 많은 수의 안테나를 가지고 있으며 그 목적 또한 재밍, 감청용, 통신용, 레이더용 등 다양하다.
이에, 상기한 HIS 의 적용범위를 보다 확장하기 위해서는 표면에 흐르는 전자기파를 상황에 따라 자유롭게 변형할 수 있는 새로운 형태의 HIS 구조가 요구된다.
1. 한국등록특허 제1458221호 (발명의 명칭: 가변 메타물질 장치) 2. 한국등록특허 제1408306호 (발명의 명칭: 주파수 특성을 변화시킬 수 있는 주파수 선택표면 구조 및 이를 이용하여 전자파 차단 기능을 가지는 블라인드 시스템)
이에 본 발명은 상기한 사정을 감안하여 창출된 것으로, 고 임피던스 표면(HIS)에 가변 커패시터를 결합하여 반사파의 위상을 변화시킬 수 있는 능동형 메타물질 표면으로, 시간에 따라 변화하는 전압 파형을 제공함으로써 반사파의 주파수를 변환시킬 수 있는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치 및 ECM 시스템을 제공함에 그 기술적 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 입력되는 전압에 따라 표면 임피던스 특성을 변화시킴으로써 반사파의 위상이 연속적으로 변환가능하도록 구성되는 판 형상의 능동형 메타물질 표면과, 상기 메타물질 표면으로 시간에 따라 반사파의 위상을 선형적으로 변화시킬 수 있는 전압 파형을 제공하는 임의파형 발생기를 포함하여 구성되어, 상기 임의파형 발생기로부터 제공되는 전압파형의 주파수에 따라 상기 메타물질 표면에서 발생되는 반사파 주파수가 변환되도록 구성되고, 상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조가 주기적으로 배치되어 구성되되, 상기 메타물질 단위구조는 가변 커패시터가 구비된 고 임피던스 표면(HIS) 으로써, 인가되는 전압에 따라 상기 가변 커패시터의 커패시턴스가 변화되어 반사파의 위상을 가변시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치가 제공된다.
또한, 상기 메타물질 단위구조는 전도성 재질의 하판과 상판 사이에 일정 두께를 갖는 유전체판이 배치된 형태로 구성되고, 상기 상판은 중공 형성된 제1 패턴판과 제1 패턴판의 중공 부분에 배치되는 제2 패턴판으로 구성되되, 제1 패턴판과 제2 패턴판이 이격되어 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에 띠 형상의 라인패턴을 형성함으로써 이를 통해 커패시턴스 성분을 형성하도록 구성되며, 상기 상판의 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 가변 커패시터가 결합되고, 상기 제2 패턴판의 중앙부분은 비아 핀을 통해 하판과 연결되어 접지를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치가 제공된다.
또한, 상기 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 적어도 하나 이상의 가변 커패시터가 결합되어 구성되되, 다각형상의 메타물질 단위구조에 대해서는 각 변에 대해 하나의 가변 커패시터가 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사주파수 변환장치가 제공된다.
또한, 상기 가변 커패시터는 버랙터 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사주파수 변환장치가 제공된다.
또한, 상기 임의파형 발생기의 일단은 상기 상판의 제1 패턴판과 연결되고 타단은 상기 하판과 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사주파수 변환장치가 제공된다.
또한, 상기 임의파형 발생기는 목적하는 공진주파수에 대응되는 가변 커패시터의 바이어스 전압을 변화시키기 위한 전압 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치가 제공된다.
또한, 상기 임의파형 발생기는 메타물질 표면에서의 반사파 위상을 선형적으로 360°변위시키도록 가변 커패시터로 인가되는 전압파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치가 제공된다.
또한, 상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되, 상기 메타물질 단위셀은 적어도 하나 이상의 동일 구조로 구성되는 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되거나, 동일 구조의 메타물질 단위셀이 다양한 크기로 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치가 제공된다.
또한, 상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되, 상기 메타물질 단위셀은 다각 형상 또는 원형의 메타물질 단위구조 중 적어도 둘 이상의 서로 다른 구조의 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치가 제공된다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 일측면에 따르면, 장비 표면은 임의 파형발생기로부터 제공되는 입력 전압에 따라 표면 임피던스 특성을 변화시킴으로써 반사파의 위상이 연속적으로 변환 가능하도록 구성되는 판 형상의 능동형 메타물질 표면으로 구성되고, 그 내측에는 상기 메타물질 표면으로 시간에 따라 변화되는 전압 파형을 제공하는 임의파형 발생기를 포함하도록 구성되되, 상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조가 주기적으로 배치되어 구성되며, 상기 메타물질 단위구조는 가변 커패시터가 구비된 고 임피던스 표면(HIS)으로써, 인가되는 전압에 따라 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 가변시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.
또한, 상기 장비의 내측에는 무선통신수단을 추가로 구비하여 구성되어, 무선 입력되는 신호를 근거로 상기 임의파형 발생기를 통해 출력되는 전압파형을 변경설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.
또한, 상기 메타물질 단위구조는 전도성 재질의 하판과 상판 사이에 일정 두께를 갖는 유전체판이 배치된 형태로 구성되고, 상기 상판은 중공 형성된 제1 패턴판과 제1 패턴판의 중공 부분에 배치되는 제2 패턴판으로 구성되되, 제1 패턴판과 제2 패턴판이 이격되어 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에 띠 형상의 라인패턴을 형성함으로써 이를 통해 커패시턴스 성분을 형성하도록 구성되며, 상기 상판의 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 가변 커패시터가 결합됨과 더불어, 상기 제2 패턴판의 중앙부분은 비아 핀을 통해 하판과 연결되어 접지를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.
또한, 상기 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 적어도 하나 이상의 가변 커패시터가 결합되어 구성되되, 다각형상의 메타물질 단위구조에 대해서는 각 변에 대해 하나의 가변 커패시터가 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.
또한, 상기 임의파형 발생기의 일단은 상기 상판의 제1 패턴판과 연결되고 타단은 상기 하판과 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.
또한, 상기 임의파형 발생기는 목적하는 공진주파수에 대응되는 가변 커패시터의 바이어스 전압을 변화시키기 위한 전압 파형을 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.
또한, 상기 임의파형 발생기는 입사파 주파수에 대해 반사파 위상을 선형적으로 360°위상변위시키도록 가변 커패시터로 인가되는 전압 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.
또한, 상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되, 상기 메타물질 단위셀은 적어도 하나 이상의 동일 구조로 구성되는 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되거나, 동일 구조의 메타물질 단위셀이 다양한 크기로 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.
또한, 상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되, 상기 메타물질 단위셀은 다각 형상 또는 원형의 메타물질 단위구조 중 적어도 둘 이상의 서로 다른 구조의 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템이 제공된다.
본 발명에 의하면, HIS 에 가변 커패시터를 일정 패턴상에 결합하여 구성하는 간단한 방법으로 입력 전압 파형에 따라 반사 주파수를 변화시킬 수 있도록 된 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치를 제공할 수 있게 된다.
또한, 본 발명에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치를 ECM 시스템에 적용하는 경우, 장비 표면에서 적군으로부터 온 신호를 저전력으로 왜곡시켜 반사할 수 있기 때문에 종래 ECM 시스템과 비교하여 재밍 신호 송출 성능이 월등하고 소형화가 가능하여 비행기 및, UAV나 소형 로봇, 장갑차와 같은 소형 무기체계를 포함한 각종 장비에 적용하여 사용하는 것이 가능하다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도2는 도1에 도시된 임의파형 발생기(200)에서 제공되는 전압 파형을 예시한 도면.
도3은 도1에 도시된 메타물질 표면(100)의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도4는 도3에 도시된 메타물질 단위구조(300)의 구성을 도시한 도면.
도5는 도4에 도시된 메타물질 단위구조(300)을 전자적으로 모델링한 도면.
도6은 도4에 도시된 메타물질 단위구조(300)의 특성을 나타낸 그래프.
도7은 메타물질 표면(100) 관련 수식 유도를 위한 공간 모델링 도면.
도8은 메타물질 표면(100)에서의 가변 커패시턴스에 대한 반사파 특성을 나타낸 도면.
도9 내지 도10은 본 발명에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치에 대한 실험결과를 나타낸 도면.
도11 내지 도16은 본 발명에 따른 메타물질 표면 및 메타물질 단위셀의 다양한 구성을 예시한 도면.
도17은 본 발명에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템을 개략적으로 도시한 도면.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치 및 이를 이용한 전자 방해 기술(Electronic Counter Measures :ECM) 시스템에 대해 설명한다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치의 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도1에 도시된 바와 같이, 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치는 입력되는 신호를 근거로 표면 임피던스 특성을 변화시킴으로써, 반사 주파수의 위상을 변화시켜 출력하는 능동형의 메타물질 표면(100)과, 상기 메타물질 표면(100)으로 입사하는 입사파의 전달 특성을 시간적으로 변화시키기 위한 제어신호, 즉 전압 파형을 제공하기 위한 임의파형 발생기(200)를 포함하여 구성된다.
상기 메타물질 표면(100)은 고 임피던스 표면(High Impedence Surface : 이하 HIS 라 칭함) 구조에 가변 커패시터를 결합하여 메타물질 표면(100)의 전기적인 특성을 변화시킴으로써, 입사파에 대한 반사 주파수를 변화시킬 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 임의파형 발생기(200)는 도2에 도시된 바와 같이 메타물질 표면(100)의 전기적인 특성, 보다 상세하게는 표면 임피던스 특성을 변화시키기 위하여 시간에 대해 연속하여 전압레벨이 변화하는 형태의 전압 파형을 메타물질 표면(100)으로 제공한다. 보다 상세하게는 상기 임의파형 발생기(200)는 전압 파형을 통해 상기 메타물질 표면(100)를 구성하는 가변 커패시터의 커패시턴스를 변화시킴으로써, 주기적으로 메타물질 표면(100)에서의 반사파 위상을 선형적으로 변화시킨다. 이때, 반사파 위상의 가변 범위는 360°로 설정될 수 있다.
즉, 상기 임의파형 발생기(200)는 목적하는 공진주파수에 대응되는 가변 커패시터, 예컨대 버랙터 다이오드의 바이어스에 대응되는 전압 파형을 생성하여 제공하도록 구성된다. 이때, 상기 임의파형 발생기(200)는 시간에 대해 메타물질(100)에서의 반사파에 대한 선형적인 위상변위가 기 설정된 주기로 일어나도록 전압파형을 생성하여 메타물질 표면으로 제공할 수 있다. 여기서, 전압파형은 반사파에 대해 360°의 위상변위가 발생되도록 설정될 수 있으며, 전압파형의 선형적인 주기는 랜덤하도록 임의로 설정할 수 있다.
도3은 도1에 도시된 메타물질 표면(100)의 개략적인 형상을 예시한 도면이다.
도3에 도시된 바와 같이 메타물질 표면(100)은 판 형상으로 이루어지면서, 다수의 메타물질 단위구조(300)가 주기적으로 배치되는 형태로 구성된다.
보다 상세하게는 상기 메타물질 표면(100)은 기본적으로 전도성 재질의 하판(110)과 상판(120) 사이에 일정 두께를 갖는 유전체판(130)이 배치되어 구성된다.
또한, 상기 상판(120)은 전압에 따라 반사파 주파수를 변화시키기 위한 일정 형태의 패턴이 형성되어 구성되되, 일정 패턴이 주기적으로 다수 배치된 형태로 구성된다.
즉, 메타물질표면(100)은 상판(120)에 형성되는 일정 패턴을 기준으로 볼 때, 일정 패턴을 갖는 다수의 메타물질 단위구조(300)가 주기적으로 배치된 형태로 구성된다고 볼 수 있다.
도4는 도3에 도시된 메타물질 단위구조(300)의 구성을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 외관 사시도이고, (b)는 하판(110)과 상판(120) 및 유전체판(130)의 분리 사시도이다. 도4에는 사각형상으로 구성되는 메타물질 단위구조(300)가 도시되어 있다.
도4에 도시된 바와 같이, 메타물질 단위구조(300)는 하판(110)과 상판(120) 사이에 일정 두께를 갖는 유전체판(130)이 배치되어 구성된다.
상기 상판(120)은 중공(121a)형성된 띠 형태의 제1 패턴판(121)과 제1 패턴판(121)의 중공(121a)부분에 형성되는 제2 패턴판(122)으로 구성된다. 그리고, 상기 제2 패턴판(122)은 제1 패턴판(122)과 일정 간격을 형성하도록 배치 구성된다. 즉, 제2 패턴판(122)은 중공(121a)의 면적보다 작은 면적을 갖도록 그 크기가 설정된다. 이에 따라, 제1 패턴판(121)과 제2 패턴판(122) 사이에는 그 이격 간격에 의해 형성되는 띠 형상의 라인 패턴(123)이 형성되고, 이는 커패시턴스 성분을 형성한다.
또한, 제1 패턴판(121)과 제2 패턴판(122) 사이에는 적어도 하나 이상의 가변 커패시터(124)가 결합되어 구성된다. 도4 (a)에 도시된 바와 같이 메타물질 단위구조(300)가 사각 형상인 경우, 상판(120) 외주연으로부터 일정 거리 이격되는 위치에 띠 형상, 보다 상세하게는 사각 띠 형상의 라인패턴(122)이 형성되고, 라인패턴(122)상의 4개 변에는 각 변에 하나의 가변 커패시터가 배치된다. 즉, 라인패턴(122)상의 4개 변에는 제1 내지 제4 가변 커패시터, 예컨대, 전압에 따라 커패시턴스가 가변되는 제1 내지 제4 버랙터 다이오드(D1,D2,D3,D4)가 제1 패턴판(121)과 제2 패턴판(122) 사이에 연결되도록 구성된다.
또한, 상기 메타물질 단위구조(300)의 상판(120) 중앙부분, 보다 상세하게는 상판(120)의 제2 패턴판(122) 중앙부분에는 비아 핀(Via Pin : 125)을 형성하여 인덕턴스 성분이 추가 설정되도록 구성된다. 이때, 비아 핀(125)은 접지 기능을 수행하는 하판(110)과 연결됨으로써, 상판(120)의 제2 패턴판(122)은 하판(110)과 등전위(접지)를 형성한다. 그리고, 도시되지는 않았지만 임의파형 발생기(200)는 일단이 하판(110)에 결합되고, 타단이 상판(120)의 제1 패턴판(121)에 결합된다.
한편, 도5 및 도6은 도4에 도시된 메타물질 단위구조(300)의 특성을 설명하기 위한 도면으로, 도5에서 (a)는 메타물질 단위구조(300)의 개념 구조도이고, (b)는 (a)에 도시된 메타물질 단위구조(300)의 등가 회로(b)를 도시한 것이다. 또한, 도6 에서 (a)는 커패시턴스 변화에 따른 메타물질 표면(100)의 임피던스 크기를 나타낸 것이고, 도6에서 (b)는 커패시턴스 변화에 따른 메타물질 표면(100)의 공진주파수 특성을 나타낸 것이다.
도5의 (a)에 도시된 바와 같이 메타물질 단위구조(300)는 상판(120)의 제1 패턴판(121)과 제2 패턴판(122) 사이에 가변 커패시터(124)가 결합됨과 더불어, 제2 패턴판(122)의 비아 핀(125)을 통해 하판(110)과 연결되도록 구성된다. 이때, 가변 커패시터(124)는 버랙터 다이오드(D)로 구성될 수 있다.
도5에서 (b)는 (a)에 도시된 메타물질 단위구조(300)의 점선 부분(Z)에 대한 등가회로를 나타낸 것으로, 등가회로는 제1 경로(P1)와 제2 경로(P2)가 병렬로 결합되는 구조로 나타낼 수 있다.
여기서, 상기 제1 경로(P1)는 버랙터 다이오드(D)에 대응되는 제1 커패시터성분(Cd)과, 제1 패턴판(121)과 제2 패턴판(122)의 이격 거리에 의해 형성된 라인패턴(122)에 의한 제2 커패시터 성분(Cgap)이 합성되어 이루어지는 가변 커패시터와, 이 가변 커패시터(124) 사이에 라인패턴(122) 길이에 대응되는 제1 인덕터(L1)가 직렬 연결되는 형태로 구성된다. 즉, 본 발명에 있어서는 상기 버랙터 다이오드(D)를 통해 입력 전압에 대응하여 가변 커패시터를 가변시키게 된다.
또한, 상기 제2 경로(P2)는 유전체판(130)의 두께에 대응되는 제2 인덕터(L2)로 구성된다. 이때, 상판(120)의 중앙 부분과 하판(110)을 인결하는 비아핀(125)에 의해 인덕턴스 성분이 추가 설정될 수 있다.
도6에서 (a)는 도5에 도시된 등가회로(B)로부터 유도한 메타물질 표면(100)의 임피던스 특성(Zs)을 나타낸 것이다. 도6 (a)에 도시된 바와 같이 커패시턴스의 변화에 따라 고임피던스가 되는 주파수가 변화함을 알 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 능동형 메타물질 표면(100)은 수동형 HIS 구조에 능동소자인 다이오드를 적용함으로써, 전압에 따라 반사파의 위상을 조절할 수 있는 일종의 반사파 위상변위기로서, 메타물질 표면(100)의 임피던스 특성 변화를 통해 반사파의 위상을 자동 변화시키게 되는 것이다.
도6에서 (b)는 도6의 (a)에 도시된 임피던스 특성을 근거로 커패시턴스 변화에 따른 반사파의 공진주파수 특성을 나타낸 것이다. 여기서, 공진주파수(ω)는 반사파의 위상이 "0°"가 되는 지점의 주파수로서, 커패시턴스 변화에 따라 공진주파수(ω)가 변화됨을 알 수 있다. 도6b에는 커패시터가 1.5pF 상태에서의 공진주파수(ω1.5pF)부터 커패시터가 0.5pF 상태에서의 공진주파수(ω0.5pF)가 예시되어 있다. 즉, 도6b를 통해 버랙터 다이오드에 인가되는 역바이어스 전압이 커질수록 공진주파수가 높아짐을 알 수 있다.
이어, 상기한 능동형 메타물질 표면(100)의 전기적인 특성 및 이를 이용한 반사 주파수 변화 원리를 보다 상세히 설명한다. 도7은 메타물질 표면(100) 관련 수식 유도를 위한 공간 모델링한 도면으로, 입사파(Forward propagation)와 반사파(Backward propagation) 및 표면(surface)이 도시되어 있다.
먼저, 도7에 도시된 바와 같이 일반적으로 TEM 특성을 갖는 전자기파가 표면(S)으로 입사하는 경우, 정재파 방정식은 수학식 1과 같다.
Figure 112016092872885-pat00001
Figure 112016092872885-pat00002
상기 E(x)는 전기장, H(x)는 자기장이며, 아래 첨자 f는 Forward propagation을 의미하며, 아래 첨자 b는 Backward propagation을 의미한다.
이때, 표면 임피던스와 공기의 특성 임피던스는 수학식 2와 같이 정의할 수 있다.
Figure 112016092872885-pat00003
Figure 112016092872885-pat00004
여기서, 상기 Zs 는 표면 임피던스이고, η0 는 자유공간의 고유 임피던스 이다. 상기 수학식2를 이용하면 반사계수(Γ)를 산출할 수 있다. 수학식3은 표면에서의 반사계수 산출식이다.
Figure 112016092872885-pat00005
또한, 수학식3을 이용하여 반사파의 위상(ΦR)을 산출할 수 있다. 수학식 4는 반사파의 위상 산출식이다.
Figure 112016092872885-pat00006
이 때 Im은 괄호 안의 수는 허수부를 의미한다. 표면 임피던스는 표면의 물리적 특성에 의해 좌우되며, 도체판일 경우 그 값이 "0°"를 가지므로 반사파의 위상은 "180°"가 된다. 이때, 표면 임피던스는 인덕터와 커패시터의 병렬연결로 모델링 할 수 있으며, 이에 따라 공진주파수가 생기는 것을 확인할 수 있다.
이에, 본 발명자는 도5에 도시된 바와 같이 LC 공진회로로 모델링되도록 버랙터 다이오드(D)와 패턴 라인(122)을 이용하여 메타물질 표면(100)의 구조를 설계하였다. 도5에 도시된 메타물질 단위구조(300)에서 임피던스는 표면 임피던스(Zs)를 의미한다.
이에 따라 반사파의 시간영역에서의 방정식은 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016092872885-pat00007
또한, 상기 수학식5를 상기 도6a에 도시된 바와 같이 모델링한 메타물질 단위구조(300)의 등가회로를 근거로 정리하면 수학식6과 같다.
Figure 112016092872885-pat00008
상기 수학식6에서 전압에 의해 변화 가능한 항은 버랙터 다이오드의 커패시턴스인
Figure 112016092872885-pat00009
이다. 이때 조절전압 V에 따른 버랙터 다이오드의 커패시턴스는 수학식 7과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016092872885-pat00010
여기서
Figure 112016092872885-pat00011
는 버랙터 다이오드의 Zero-bias 상태의 커패시턴스,
Figure 112016092872885-pat00012
는 버랙터 다이오드 접합의 Built-in 전압, m은 버랙터 다이오드의 도핑특성을 나타내는 지수이다.
이때, 메타물질 표면(100)의 표면 임피던스를 시간에 따라 변화되도록 메타물질 표면(100)으로 시간에 따라 변화하는 전압 파형을 인가하면, 반사파의 위상은 시간에 의해 바뀌게 되며 반사파의 시간영역 방정식은 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다. 즉, 인가 전압에 따라 버랙터 다이오드의 커패시턴스가 변화됨으로써, 이에 대응하여 반사파의 위상이 변화된다.
Figure 112016092872885-pat00013
한편, 인가 전압에 대한 반사파의 위상 관계는 매우 비선형적이기 때문에 조절 전압으로 입력되는 파형에 따라 반사파의 왜곡이 일어날 수 있다(도8 (a) 참조). 이에 본 발명에서는 상기한 반사파의 왜곡을 선형적으로 보정시켜줄 수 있도록 임의파형 생성기(200)를 구현하고, 이를 통해 반사파를 보정시켜 줌으로써, 반사파(
Figure 112016092872885-pat00014
)를 시간에 대해 선형적으로 생성할 수 있게 된다. 이를 위한 반사파의 시간영역 방정식은 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016092872885-pat00015
즉, 이는 임의파형 생성기(200)로부터 제공되는 메타물질 표면(100)에 구성되는 버랙터 다이오드의 역전압을 바꿔줄 수 있는 레벨의 저전력을 이용하여 메타물질 표면(100)으로 제공되는 입사파에 대한 반사파의 주파수를 변화시킬 수 있음을 의미한다.
도8은 본 발명에 대응되는 EM 시뮬레이터로 표면에 TEM파를 인가하여 획득한 응답 특성을 나타낸 도면이다.
도8에서 (a)는 커패시턴스 변화에 따른 반사파의 위상을 나타낸 것으로, 이를 통해 공진주파수에서 반사파의 위상이 "0°"가 되고 버랙터 다이오드의 커패시턴스를 조정함으로써 공진주파수를 바꿀 수 있음을 확인할 수 있다. 또한, 도8에서 (b)는 커패시턴스 변화에 대한 반사계수의 크기를 나타낸 것으로, 이를 통해 반사계수의 크기가 "1"에 가까운 것을 확인할 수 있다. 이는 표면에서의 손실이 거의 없이 반사파의 위상을 조절 전압을 이용해 바꿀 수 있음을 의미한다.
한편, 도9 내지 도10은 본 발명자가 본 발명에 따른 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치에 대한 실험결과를 나타낸 도면이다.
도9는 인가전압에 대한 반사파 위상변화를 측정한 실험결과이다.
도9에서 (a)는 커패시턴스 변화에 대한 반사파의 위상변화를 나타낸 것이고, (b)는 2.7GHz 에서의 인가전압에 대한 반사파의 위상변화를 나타낸 것이다. (b)에 의하면 2~13V 전압 범위 내에서 -180°~ 180°의 약 360°의 위상변화가 발생함을 알 수 있다.
또한, 도10은 2.7GHz 일때의 인가전압에 대한 반사파 위상 그래프를 나타낸 것이다. 이때 인가 전압의 주파수는 10KHz 로 설정하였다.
도10에서 (a)는 입사파의 주파수가 2.7GHz 일때, 선형적인 360° 위상변위를 위한 인가 전압을 나타낸 것으로, 인가 전압 주파수는 10KHz 로 설정하였다.
또한, 도10에서 (b)는 일반적인 도체 평면에서의 반사파 주파수 스펙트럼 측정 결과를 나타내는 그래프이고, (c)는 본 발명에 따른 메타물질 표면에서의 반사파 주파수 스펙스럼을 나타내는 그래프이다. 도10의 (b)에 도시된 바와 같이 도체 평면에 대해서는 오직 2.7GHz 에 대해서만 반사파가 발생되지만, 본 발명에 따른 메타물질 표면에서는 (c)에 도시된 바와 같이 반사파의 주파수가 2.7GHz 에서 10KHz 만큼 변화한 것을 알 수 있다. 이에 따라 본 발명에 따른 메타물질 표면을 이용하여 반사파를 원하는 주파수로 변환하여 출력할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 상기 실시예에 있어서는 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 사각 형상의 메타물질 단위구조(300)를 주기적으로 배치하여 본 발명에 따른 메타물질 표면(100)을 구현하도록 실시하였으나, 메타물질 표면(100)은 이에 한정되지 되지 않고, 다양한 패턴을 갖는 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도11 내지 도16 에는 본 발명에 따른 다양한 형상의 메타물질 표면(101~106)과, 이에 대응되는 메타물질 단위셀(301 ~ 306) 형태가 예시되어 있다.
도11 내지 도15에 도시된 바와 같이, 메타물질 표면(101~105)은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀(301~305)이 주기적으로 배치되어 구성될 수 있다.
즉, 상기 메타물질 단위셀은 적어도 하나 이상의 동일 구조로 구성되는 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖는 형태로 구성되거나(도11 내지 도13), 동일 구조의 메타물질 단위구조가 다양한 크기로 일정 패턴을 갖도록 구성(도11과 도12)될 수 있다. 예컨대, 메타물질 단위셀은 사각 형상 또는 삼각 형상의 메타물질 단위구조가 다수 배치되어 구성될 수 있다(도11 내지 도13)
또한, 상기 메타물질 단위셀은 크기 또는 형상이 서로 다른 다각 형상 또는 원형의 메타물질 단위구조 중 적어도 둘 이상의 서로 다른 형상의 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성(도14와 도15)될 수 있다. 예컨대, 메타물질 단위셀은 육각 형상의 메타물질 단위구조 주변에 다수의 삼각 형상 메타물질 단위구조가 배치되거나(도14), 원형의 메타물질 단위구조 주변에 다수의 사다리꼴 형상 메타물질 단위구조가 배치되어 구성될 수 있다(도15).
또한, 메타물질 표면은 사각 형상 이외에 삼각 형상이나 오각형상, 육각형상 등의 다각 형상의 메타물질 단위구조로 구성될 수 있다. 예컨대 도16에 도시된 바와 같이 메타물질 표면(106)은 육각 형상의 메타물질 단위구조(306)가 다수 배치되어 구성될 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서는 상기한 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사파 변환장치를 전자전에 이용되는 각종 장비에 적용하여 새로운 형태의 ECM 시스템을 구현하는 것이 가능하다.
즉, 최근에는 전투기와 이를 탐지/요격하기 위한 레이더와 미사일이 등장하고, 군사용 무선 통신 기술이 발전함에 따라 현대전에서 전자장비는 군사작전에서 없어서는 안되는 중요한 요소가 되었으며, 전장에서는 다양한 주파수와 크기의 전자기 스펙트럼이 존재하는 복잡한 정보환경에서 작전이 이루어진다. 이러한 환경 속에서 아군끼리 사용하는 전자기 스펙트럼의 교환은 원활하게 이루어지게 하며, 적군끼리 사용하는 전자기 스펙트럼은 무용지물로 만드는 전자전의 중요성이 대두되었다. 전자전은 크게 적군의 전자기 방사 무기를 무력화시키는 전자 공격, 적군의 전자 공격으로부터 전자 장비를 보호하는 전자 방어, 아군의 전자기 스펙트럼을 차단하고 적군의 전자기 스펙트럼 에너지를 수집, 도청하는 전자 지원의 세 가지로 나누어진다.
상기 전자전의 전자 공격에는 방해 미사일 발사과 고출력 방사, 재밍 및, 기만 등의 방법이 있다. 상기 고출력 방사 방법은 다양한 주파수의 신호를 포함하는 신호인 전자기파 펄스 (Electromagnetic pulse, EMP)를 고출력으로 방사하여 적군의 레이더 장비를 무력화시키는 기술로서, EMP의 발생을 위해 대형 커패시터 뱅크, Single loop 안테나, 고출력 마이크로파 발생기, EPFCG(Explosively pumped flux compression generator)를 이용하여 순간적으로 높은 전력의 전자기파를 발생시키도록 구성된다. 그러나 고출력 방사의 경우 그 영향이 아군/적군 모두에게 미치므로 그 활용도는 제한적일 수밖에 없다.
또한, 재밍의 경우 적군의 레이더에 강력한 방해전파를 방사하여 적군의 레이더를 무력화시키는 기술로서, 방해하고자 하는 레이더의 유형에 따라 재밍 방식은 여러 가지가 존재하며, 공통적으로 전투기로부터 반사되어 레이더로 돌아가는 신호보다 강력한 신호를 전투기로부터 방사해야 하므로, 고출력의 마이크로파 장비가 필요하다는 단점이 있다.
또한, 기만의 경우 레이더가 기체를 식별하기 못하게 하는 기술로써 레이더 탐지고도를 넘어 비행하는 기술, 레이더 반사면적을 줄인 비행기 설계, 레이더 흡수체(Radar absorbent material, RAM)도포 등을 이용한다. 탐지고도를 넘는 기술의 경우 현재 레이더 기술이 많이 발전함에 따라 탐지고도가 높아지면서 그 유용성을 잃은 지 오래이고, 레이더 반사면적을 줄여 비행기를 설계할 경우 비행기를 유체역학적으로 설계할 수 없다는 단점이 있다. 레이더 흡수체의 경우에는 전투기 표면에 지속적으로 도포해 주어야 하며 유지조건 또한 매우 까다롭다는 제한점이 있다.
또한, 지금까지 ECM기술은 주로 항공기에서만 사용되었으나 최근에는 무인기가 등장하고, 다양한 전투 플랫폼에서 최소 1개 이상의 통신장비를 보유하고 있으므로 이를 방해하기 위한 ECM 기술의 수요는 점차 증가하고 있다.
이에, 도17에 도시된 바와 같이, 항공기나 드론, 소형 로봇, 장갑차 등과 같은 각종 전자전 장비(500)의 표면을 능동형 메타물질 표면(100)으로 구성하고, 그 내측에 임의파형 발생기(미도시)를 구비하여 운전자에 의해 전압 파형을 설정하도록 함으로써, 용이하게 EDM 시스템을 용이하게 구현할 수 있다.
이때, 상기 ECM시스템은 무선통신수단(미도시)을 구비하도록 구성하여 관리자가 원격으로 전자전 장비(500) 내에 위치하는 임의파형 발생기의 전압 파형을 변경하도록 실시하는 것도 가능하다. 즉, 상기 장비의 내측에 무선통신수단을 추가로 구비하여 구성되어, 장비 내 제어수단(미도시)에서 외부로부터 무선 입력되는 신호를 근거로 상기 임의파형 발생기를 통해 출력되는 전압파형을 변경설정하도록 구성될 수 있다.
이에 따라 종래 ECM 시스템에서 재밍 또는 기만을 위해 구비되는 고출력의 마이크로파 장치를 필요로 하지 않게 되므로, 소형 로봇이나 장갑차 드론 등의 소형 장비에도 용이하게 ECM 시스템의 구현이 가능하게 된다.
100 : 메타물질 표면, 200 : 임의파형 생성기,
110 : 하판, 120 : 상판,
121,122 : 패턴판, 123 : 라인패턴,
124 : 가변 커패시터, 125 : 비아 핀,
130 : 유전체판, 300 : 메타물질 단위구조.
301,302,303,304,305 : 메타물질 단위셀.

Claims (18)

  1. 입력되는 전압에 따라 표면 임피던스 특성을 변화시킴으로써 반사파의 위상이 연속적으로 변환가능하도록 구성되는 판 형상의 능동형 메타물질 표면과,
    상기 메타물질 표면으로 시간에 따라 반사파의 위상을 선형적으로 변화시킬 수 있는 전압 파형을 제공하는 임의파형 발생기를 포함하여 구성되어,
    상기 임의파형 발생기로부터 제공되는 전압파형의 주파수에 따라 상기 메타물질 표면에서 발생되는 반사파 주파수가 변환되도록 구성되고,
    상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조가 주기적으로 배치되어 구성되되,
    상기 메타물질 단위구조는 가변 커패시터가 구비된 고 임피던스 표면(HIS) 으로써, 인가되는 전압에 따라 상기 가변 커패시터의 커패시턴스가 변화되어 반사파의 위상을 가변시키도록 구성되고,
    상기 메타물질 단위구조는 전도성 재질의 하판과 상판 사이에 일정 두께를 갖는 유전체판이 배치된 형태로 구성되고,
    상기 상판은 중공 형성된 제1 패턴판과 제1 패턴판의 중공 부분에 배치되는 제2 패턴판으로 구성되되, 제1 패턴판과 제2 패턴판이 이격되어 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에 띠 형상의 라인패턴을 형성함으로써 이를 통해 커패시턴스 성분을 형성하도록 구성되며,
    상기 상판의 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 가변 커패시터가 결합되고, 상기 제2 패턴판의 중앙부분은 비아 핀을 통해 하판과 연결되어 접지를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 적어도 하나 이상의 가변 커패시터가 결합되어 구성되되,
    다각형상의 메타물질 단위구조에 대해서는 각 변에 대해 하나의 가변 커패시터가 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사주파수 변환장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가변 커패시터는 버랙터 다이오드로 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사주파수 변환장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 임의파형 발생기의 일단은 상기 상판의 제1 패턴판과 연결되고 타단은 상기 하판과 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사주파수 변환장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 임의파형 발생기는 목적하는 공진주파수에 대응되는 가변 커패시터의 바이어스 전압을 변화시키기 위한 전압 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 임의파형 발생기는 메타물질 표면에서의 반사파 위상을 선형적으로 360°변위시키도록 가변 커패시터로 인가되는 전압파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치.
  8. 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되,
    상기 메타물질 단위셀은 적어도 하나 이상의 동일 구조로 구성되는 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되거나, 동일 구조의 메타물질 단위셀이 다양한 크기로 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치.
  9. 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되,
    상기 메타물질 단위셀은 다각 형상 또는 원형의 메타물질 단위구조 중 적어도 둘 이상의 서로 다른 구조의 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 반사 주파수 변환장치.
  10. 장비 표면은 임의 파형발생기로부터 제공되는 입력 전압에 따라 표면 임피던스 특성을 변화시킴으로써 반사파의 위상이 연속적으로 변환 가능하도록 구성되는 판 형상의 능동형 메타물질 표면으로 구성되고, 그 내측에는 상기 메타물질 표면으로 시간에 따라 변화되는 전압 파형을 제공하는 임의파형 발생기를 포함하도록 구성되되,
    상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조가 주기적으로 배치되어 구성되며, 상기 메타물질 단위구조는 가변 커패시터가 구비된 고 임피던스 표면(HIS)으로써, 인가되는 전압에 따라 상기 가변 커패시터의 커패시턴스를 가변시키도록 구성되고,
    상기 메타물질 단위구조는 전도성 재질의 하판과 상판 사이에 일정 두께를 갖는 유전체판이 배치된 형태로 구성되고,
    상기 상판은 중공 형성된 제1 패턴판과 제1 패턴판의 중공 부분에 배치되는 제2 패턴판으로 구성되되, 제1 패턴판과 제2 패턴판이 이격되어 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에 띠 형상의 라인패턴을 형성함으로써 이를 통해 커패시턴스 성분을 형성하도록 구성되며,
    상기 상판의 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 가변 커패시터가 결합되고, 상기 제2 패턴판의 중앙부분은 비아 핀을 통해 하판과 연결되어 접지를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 장비의 내측에는 무선통신수단을 추가로 구비하여 구성되어, 무선 입력되는 신호를 근거로 상기 임의파형 발생기를 통해 출력되는 전압파형을 변경설정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
  12. 삭제
  13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 패턴판과 제2 패턴판 사이에는 적어도 하나 이상의 가변 커패시터가 결합되어 구성되되,
    다각형상의 메타물질 단위구조에 대해서는 각 변에 대해 하나의 가변 커패시터가 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 임의파형 발생기의 일단은 상기 상판의 제1 패턴판과 연결되고 타단은 상기 하판과 연결되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 임의파형 발생기는 목적하는 공진주파수에 대응되는 가변 커패시터의 바이어스 전압을 변화시키기 위한 전압 파형을 생성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 임의파형 발생기는 입사파 주파수에 대해 반사파 위상을 선형적으로 360°위상변위시키도록 가변 커패시터로 인가되는 전압 파형을 생성하는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
  17. 제10항, 제11항, 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되,
    상기 메타물질 단위셀은 적어도 하나 이상의 동일 구조로 구성되는 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되거나, 동일 구조의 메타물질 단위셀이 다양한 크기로 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
  18. 제10항, 제11항, 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메타물질 표면은 다수의 메타물질 단위구조로 이루어지는 메타물질 단위셀이 주기적으로 배치되어 구성되되,
    상기 메타물질 단위셀은 다각 형상 또는 원형의 메타물질 단위구조 중 적어도 둘 이상의 서로 다른 구조의 메타물질 단위구조가 일정 패턴을 갖도록 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 능동형 메타물질 표면을 이용한 ECM 시스템.
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