KR0115493Y1 - Structure of a herical array antenna - Google Patents
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Abstract
본 고안은 헬리컬 안테나의 구조에 관한 것으로, 헬리컬 안테나에 구비된 각 헬리컬(20) 사이에 벌집구조의 칸막이(30)를 설치하여, 상기 벌집구조의 칸막이(30)의 의해 외부의 압력으로 부터 헬리컬(20)을 보호함과 더불어 각 헬리컬(20) 사이를 격리시켜 헬리컬(20) 사이의 상호간섭을 막는 구조로 되어, 외부의 압력으로 부터 상기 각 헬리컬을 보호하는 한편, 상기 각 헬리컬을 사이를 격리시켜 각 헬리컬 사이의 상호간섭을 막을 수 있는 것이다.The present invention relates to a structure of a helical antenna, and installs a honeycomb partition 30 between each helical 20 provided in the helical antenna, and the helical from the external pressure by the partition 30 of the honeycomb structure. In addition to the protection of the (20) and the structure between the helical 20 to prevent mutual interference between the helical 20, and protects the helical from the external pressure, while the helical between each It can be isolated to prevent mutual interference between each helical.
Description
제1도는 본 고안에 따른 헬리컬 어레이 안테나의 개략적인 평면도.1 is a schematic plan view of a helical array antenna according to the present invention.
제2도는 본 고안에 따른 헬리컬 어레이 안테나의 개략적인 단면도.2 is a schematic cross-sectional view of a helical array antenna according to the present invention.
제3도는 종래의 헬리컬 어레이 안테나의 개략적인 단면도이다.3 is a schematic cross-sectional view of a conventional helical array antenna.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
10 : 평면 금속판 20 : 헬리컬 방사 소자10: flat metal plate 20: helical radiating element
30 : 벌집구조의 칸막이 40 : 안테나 레이돔30: honeycomb partition 40: antenna radome
50 : 공진기 60 : 안테나 피더50: resonator 60: antenna feeder
본 고안은 헬리컬 어레이 안테나의 구조에 관한 것으로, 헬리컬 단위소자 각각의 사이에 벌집구조의 칸막이를 설치하여 스프링 형태의 헬리컬 방사소자가 외압에 의하여 찌그러지는 것을 방지함과 동시에, 방사소자간 사이의 상호간섭을 차단 하도록 구현된 헬리컬 어레이 안테나의 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a structure of a helical array antenna, and installs a honeycomb partition between each helical unit element to prevent the spring-type helical radiating element from being distorted by external pressure, and at the same time between the radiating elements. It relates to a structure of a helical array antenna implemented to block interference.
위성통신 원리는 우주공간에 마이크로파 전파대역의 중계장치를 탑재한 정지위성을 쏘아 올려 지구국에서 발사한 전파를 정지위성에서 수신하여 다시 그 신호를 지구의 다른 장소로 재발신하는 시스템을 말한다.Satellite communication principle refers to a system that launches a geostationary satellite equipped with a microwave radio band in space and receives radio waves from earth stations from the satellites and sends the signals back to other places on Earth.
현재 사용되고 있는 통신위성은 지구의 궤도상도 약 35,860㎞ 위에 쏘아 올려 궤도에 진입시켜 지구의 자전주기와 같이 회전하게 한다.Currently used communication satellites are shot at about 35,860 kilometers above the Earth's orbit and enter orbits so that they rotate like the Earth's rotation cycle.
즉 지구에서 볼 때 지구의 어느 한 곳에 정지되어 있는 것처럼 보이게 되는데 이러한 위성을 정지위성이라하며, 이러한 정지위성은 송신을 위한 시간제약을 받지 않으며 전 지구를 포함하는 통신을 위해 많은 수의 위성이 필요하지 않게 되는 장점을 지닌다.In other words, when viewed from the earth, it appears to be stationary anywhere on the earth. These satellites are called geostationary satellites. These satellites are not time-limited for transmission and do not require a large number of satellites to communicate across the globe. It has the advantage of not being.
통신위성을 이용한 위성통신 시스템은 지상으로부터의 전파를 수신ㆍ증폭해서 주파수를 변환한 후 다시 지구로 송신하기 위한 통신위성과, 전파가 전달되는 채널 및 지구에서 전파를 송수신하는 지구국으로 구성된다.The satellite communication system using a communication satellite consists of a communication satellite for receiving and amplifying radio waves from the ground, converting frequencies, and transmitting them back to earth, and a channel through which radio waves are transmitted, and an earth station transmitting and receiving radio waves from the earth.
통신위성은 일반적으로 송수신용 및 Telemeter용 안테나군과 위성 중계기 및 전원계 등으로 구성되고 외벽은 동축형으로 태양 전지가 붙어 있다.The communication satellite is generally composed of antenna group for transmitting / receiving and telemeter, satellite repeater and power meter, and outer wall is coaxial type and solar cell is attached.
안테나군은 Hemi/Zone 빔 안테나, 14/11㎓ㆍSpot 빔 안테나 등이 사용되며, 주파수 대역과 빔의 크기 정도에 따라 선택하여 이용된다.As the antenna group, a Hemi / Zone beam antenna, a 14/11 GHz spot beam antenna, or the like is used. The antenna group is selected depending on the frequency band and the beam size.
통신위성은 위성 중계기라는 정치를 이용하여 무선신호를 중계하는 데, 위성 중계기는 지구상의 송신소로부터 송신되어 오는 신호를 수신하여 그 크기를 증폭시키고 주파수를 바꾸어 재송신시킴으로써 지구상의 수신 안테나로 포착할 수 있게 한다.Communication satellites relay radio signals using politics called satellite repeaters. Satellite repeaters receive signals from the earth's transmitting stations, amplify their size, retransmit frequencies, and capture them with the receiving antennas on the earth. do.
지구국은 지구국 안테나와, 저잡음 증폭부, 대전력 증폭부, 변복조부, 제어부 및 송신부로 이루어진다.The earth station consists of an earth station antenna, a low noise amplifier, a large power amplifier, a demodulator, a controller, and a transmitter.
지구국은 전파를 수신하는 형태에 따라 고정국과, 연안국, 해안국, 육상 이동국, 및 개별 수신국으로 분류할 수 있으며, 위성 방송 수신 방법에 따라 개별 수신과 공동 수신으로 분류할 수도 있다.Earth stations may be classified into fixed stations, coast stations, coast stations, land mobile stations, and individual receiving stations according to the form of receiving radio waves, or may be classified into individual reception and joint reception according to satellite broadcasting reception methods.
개별수신은 위성전파를 가정 또는 사무실등에서 개별적으로 소형 접시모양의 안테나 수신 설비를 이용하여 직접 수신하는 것으로 직접위성방송(DBS:Direct Broadcasting Satellite)이라 한다.Individual reception is a direct broadcast satellite (DBS: Direct Broadcasting Satellite) is to receive the radio waves directly at home or office using a small dish-shaped antenna reception equipment.
위성 방송 수신용 안테나로는 파라볼라 안테나 및 오프셋 파라볼라 안테나가 주로 사용되었으나 이들 접시형 안테나는 부피가 크고 설치가 용이하지 못하다.Parabolic antennas and offset parabolic antennas are mainly used as antennas for satellite broadcasting reception, but these dish antennas are bulky and not easy to install.
따라서, 부피가 작고 가벼운 평판형 안테나의 사용이 요구되고 있으며 그러한 평판형 안테나로는 마이크로스트립 패치, 스롯을 사용한 어레이 안테나, 헬리컬이나 스파이랄 안테나를 배열한 어레이 안테나 등이 있다.Accordingly, there is a demand for the use of small and light flat plate antennas, and such flat antennas include microstrip patches, array antennas using slots, and array antennas in which helical or spiral antennas are arranged.
특히, 하나의 소자로 구성된 안테나는 일반적으로 전파복사 범위가 넓고 이득이 적기 때문에 원거리 통신이나 전파의 효율적인 이용에 부적당한 경우가 많은 반면, 하나의 소자로 구성된 안테나를 여러개 배열하여 하나의 안테나로 하는 어레이 안테나는 각각의 소자에서 복사되는 전파가 방향에 따라서 합성되거나 상쇄되기 때문에 예리한 특성을 갖게 된다.In particular, an antenna composed of one element is generally inadequate for long-distance communication or efficient use of radio waves because of its wide radio range and low gain.However, an antenna composed of one element may be arranged in a single antenna. Array antennas have a sharp characteristic because the radio waves radiated from each element are synthesized or canceled in a direction.
상기와 같은 통신정지위성의 궤도는 경사각이 0°로써 적도면상에 존재하고, 이심율이 0으로서 원형이 형태를 갖는다.The trajectory of the communication stationary satellite as described above exists on the equator with an inclination angle of 0 °, and an eccentricity of 0 has a circular shape.
위성의 각속도는 지구의 각 속도와 같고 방향도 같으며 위성의 궤적이 적도 상공의 한점에 나타나고 이때 위성은 이지점에 수직으로 존재한다.The angular velocity of the satellite is the same as the angular velocity of the earth, and the direction is the same, and the trajectory of the satellite appears at one point above the equator, where the satellite is perpendicular to this point.
따라서 지상에서 볼 때 위성이 상공에 고정되어 있는 것처럼 보이는 것이다.Thus, from the ground, the satellite appears to be fixed in the air.
가정 또는 사무실에서 사용되는 DBS용 수신 안테나는 파라볼라 수신 안테나(직경 : 36∼39 inch) 또는 DBS용 소형 안테나(직경 : 18 inch)가 사용된다.DBS receiving antennas used in homes or offices are used parabolic receiving antennas (diameter: 36 to 39 inches) or DBS miniature antennas (diameter: 18 inches).
DBS용 수신 안테나는 정확히 위성을 향하지 않으면 수신이 불가능하며, VHF안테나의 경우 비교적 대충의 방향조정으로 수신할 수 있게 된다.The receiving antenna for DBS cannot be received unless it is pointed at the satellite precisely. In the case of the VHF antenna, the receiving antenna can be relatively adjusted.
특히, VHF, UHF대에서 고효율의 투사기로 사용되고 있는 헬리컬 안테나는 동축 급전선의 중심도체에 나선형의(스프링 형태) 도체를 연결하고, 동축 케이블의 외부 도체는 접지평면(ground plane)과 연결한 형태의 안테나이다.In particular, the helical antenna, which is used as a high-efficiency projector in the VHF and UHF bands, connects a spiral (spring type) conductor to the center conductor of the coaxial feeder, and the outer conductor of the coaxial cable is connected to the ground plane. Antenna.
이 헬리컬 안테나를 어레이 소자로 하는 헬리컬 어레이 안테나를 위성 방송 수신 안테나로 사용할 수 있다.A helical array antenna having this helical antenna as an array element can be used as a satellite broadcasting reception antenna.
제3도는 종래의 헬리컬 어레이 안테나에 대한 단면도로서, 평면 금속판(10)의 상부에 다수개의 스프링 형태의 헬리컬 방사 소자(20)들이 배열되어 있으며 그 상부에는 헬리컬 방사소자(20)를 보호하기 위한 안테나 레이돔(40)이 덮어져 있는 한편, 상기 각각의 헬리컬 방사소자(20)들이 소형 안테나로 작용하여 수신된 위성전파를 공진기(50)에서 전체적으로 집적하여 안테나 피더(60)에서 집속되어 외부로 전달되도록 되어 있다.3 is a cross-sectional view of a conventional helical array antenna, wherein a plurality of spring-type helical radiating elements 20 are arranged on an upper portion of the flat metal plate 10, and an antenna for protecting the helical radiating element 20 thereon. While the radome 40 is covered, each of the helical radiating elements 20 acts as a small antenna so that the received satellite waves are collectively integrated in the resonator 50 to be focused at the antenna feeder 60 and transmitted to the outside. It is.
이러한 헬리컬 어레이 안테나는 헬리컬 방사소자(20)가 스프링 형태로 구성되어 있기 때운에 임의의 외압에 의해 쉽게 찌그러질 수 있으며, 찌그러진 부위의 수신 특성이 저하되므로 전체 평면 안테나의 이득(Gain)에 영향을 미치게 된다.Since the helical radiating element 20 is configured in the form of a spring, the helical array antenna can be easily crushed by any external pressure, and the reception characteristics of the crushed portion are degraded, thereby affecting the gain of the entire planar antenna. Go crazy.
따라서, 종래의 헬리켈 안테나는 외부에 덮개에 해당하는 안테나 레이돔(40)을 설치하여 헬리컬 방사 소자를 보호하도록 하였다.Therefore, in the conventional helical antenna, an antenna radome 40 corresponding to a cover is installed outside to protect the helical radiating element.
그러나 레이돔(40)이 견디지 못할정도의 강한 압력을 받게되거나, 레이돔(40)을 안테나로부터 분리시키고자 할 때 외부의 압려과 레이돔(40)의 하중까자 받게되면 헬리컬 방사소자(20)가 손상될 염려가 있다.However, the helical radiating element 20 may be damaged when the radome 40 is subjected to a strong pressure that cannot withstand or when the radome 40 is subjected to external pressure and the load of the radome 40 when the radome 40 is separated from the antenna. There is concern.
또한, 각 헬리컬 방사소자(20)들간의 상호간섭 및 기생효과에 의한 수신장애가 발생되는 문제점이 있었다.In addition, there is a problem in that reception disturbances are caused by mutual interference and parasitic effects between the helical radiating elements 20.
이에, 본 고안은 상기와 같은 종래의 제 문제점을 해소하기 위한 것으로, 각각의 헬리컬 방사소자들 사이에 벌집구조의 칸막이를 설치하여 상기 벌집구조의 칸막이의 상하지지력에 의한 외압에 의한 찌그러짐을 방지함과 동시에, 칸막이 재질을 유전율이 상당히 큰것을 사용하여 방사소자를 격리시키므로써 헬리컬 방사소자간의 상호간섭 및 기생효과를 차단하는 헬리컬 어레이 안테나의 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, by installing a partition of the honeycomb structure between each of the helical radiation elements to prevent the distortion due to the external pressure by the upper and lower bearing force of the partition of the honeycomb structure. At the same time, it is an object of the present invention to provide a structure of a helical array antenna that blocks mutual interference and parasitic effects between the helical radiating elements by isolating the radiating element by using a partition material having a very high dielectric constant.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 헬리켈 어레이 안테나의 구조는, 평면 금속판의 상부에 다수개의 스프링 형태의 헬리컬 방사소자들이 배열되며 그상부에는 안테나 레이돔이 덮어져 있는 한편, 각 헬리컬 방사소자를 통해 수신된 전파들이 공진기에서 집적되어 안테나 피더를 통해 외부로 전달하는 헬리컬 어레이 안테나에 있어서, 상기 각각의 헬리컬 방사소자들 사이마다 평면 금속판과 레이돔 상하간에 벌집구조의 칸막이를 설치하며, 상기 벌집구조의 칸막이는 외압을 견딜정도의 상하지지력이 강한 특성 및 상호간섭을 차단할 정도의 소정의 유전율을 갖는 재질로 구성되어있는 것을 특징으로 한다.The structure of the helical array antenna of the present invention for achieving this purpose, a plurality of spring-shaped helical radiating elements are arranged on the top of the flat metal plate and the antenna radome is covered thereon, and through each helical radiating element A helical array antenna in which received radio waves are integrated in a resonator and transmitted to the outside through an antenna feeder, wherein a partition of a honeycomb structure is provided between the helical radiators between a flat metal plate and a radom top and bottom. Is characterized by consisting of a material having a strong upper and lower finger strength to withstand external pressure and a predetermined dielectric constant to block mutual interference.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제1도는 본 고안에 따른 헬리컬 어레이 안테나의 개략적인 평면도이고, 제2도는 본 고안에 따른 헬리컬 어레이 안테나의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic plan view of a helical array antenna according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a helical array antenna according to the present invention.
제1도를 참조하면, 헬리컬 어레이 안테나는 평면 금속판(10)의 상부에 다수개의 헬리컬 방사소자(20)들이 배열되어 있고 상기 각 헬리컬 방사소자(20)들 사이에는 벌집구조의 칸막이(30)가 설치되어 있다.Referring to FIG. 1, in the helical array antenna, a plurality of helical radiating elements 20 are arranged on the flat metal plate 10, and a partition 30 having a honeycomb structure is formed between the helical radiating elements 20. It is installed.
제2도를 참조하면, 벌집구조의 칸막이(30)의 상부에 레이돔(40)이 덮어져 있으며 상기 각각의 헬리컬 방사소자(20)는 소형 안테나로 작용하여 위성전파를 수신하고 수신된 전파는 공진기(50)속에서 집적된 후 안테나 피더(60)를 통해 외부로 전달된다.Referring to FIG. 2, the radome 40 is covered over the partition 30 of the honeycomb structure, and each of the helical radiating elements 20 serves as a small antenna to receive satellite waves and the received radio waves are resonators. After being integrated in 50, it is transmitted to the outside through the antenna feeder 60.
여기서, 상기 벌집구조의 칸막이(30)는 중량이 작으면서도 상하를 지지하는 지지력이 강한 재질이며, 또한 유전율이 상당히 큰 물질을 사용하는 것이 바람직하다.Here, the honeycomb partition 30 is made of a material having a small weight and a strong supporting force for supporting the top and bottom, and a material having a very high dielectric constant.
상기 벌집구조의 칸막이(30)는 방사 소자를 보호하기 위한 보조수단으로서, 상기 벌집구조의 칸막이는 외압에도 찌그러지지 않고 견딜수 있을 정도의 상하지지력이 있으면서도 중량이 가벼우며, 방사 소자들간의 간섭을 차단하는 단위방사소자들간의 간섭이나 기생 효과를 차단할 수 있을 정도의 상당히 큰 유전율을 갖고 있으면 충분하다.The honeycomb partition 30 is an auxiliary means for protecting the radiating element. The partition of the honeycomb structure is light in weight and has an upper and lower bearing capacity to withstand the external pressure without being distorted, and blocks interference between the radiating elements. It is sufficient to have a permittivity that is large enough to block interference or parasitic effects between unit radioactive elements.
예컨데, 칸막이 재질로 합성 수지(Bakelite)를 사용하는 것이 바람직하다.For example, it is preferable to use a synthetic resin (Bakelite) as the partition material.
합성수지는 유전율이 εr = 4.8 정도이며 가격적으로도 저렴하다.Synthetic resins have a dielectric constant of εr = 4.8 and are inexpensive.
본 고안은 평면 금속판(10)의 상부에 다수개의 헬리켈 방사소자(20)들이 배열되고 상기 각각의 헬리컬 방사소자(20)들 사이에는 벌집구조의 칸막이(30)가 설치되어 있으며 그 상부에는 레이돔(40)이 덮어져 있어서, 상기 벌집구조의 칸막이(30)의 지지력에 의해 외부의 압력으로부터 헬리켈 방사소자(20)의 찌그러짐을 방지한다.In the present invention, a plurality of helical radiating elements 20 are arranged on an upper portion of the flat metal plate 10, and a partition 30 having a honeycomb structure is installed between the respective helical radiating elements 20, and a radome is disposed thereon. The 40 is covered to prevent crushing of the helical radiating element 20 from external pressure by the holding force of the partition 30 of the honeycomb structure.
또한 상기 칸막이(30)는 각 헬리컬방사소자(20)들을 독립적으로 격리시켜 상호간섭이나 기생효과를 차단시켜주어 각각의 헬리컬방사소자들이 개별적 안테나로서 확실한 수신을 하도록 도와 준다.In addition, the partition 30 isolates each helical radiating element 20 independently to block mutual interference or parasitic effects, thereby helping each helical radiating element to be reliably received as an individual antenna.
통신위성등의 공중선에 의해 전달되는 전파는 안테나의 레이돔(40)을 거쳐 어레이 원리에 의해 구성된 각 헬리컬 방사소자(20)에 수신되며, 칸막이(30)에 의해 상호간섭이 차단되어 각 헬리컬 방사소자(20)들은 독립적인 소형 안테나로 작용하여 전파를 수신한다.Radio waves transmitted by aerials such as communication satellites are received by the helical radiating elements 20 configured by the array principle via the radome 40 of the antenna, and the interference is blocked by the partition 30 so that each helical radiating element is blocked. 20 act as independent small antennas to receive radio waves.
상기 각 헬리컬방사소자(20)에 수신된 전파는 매우 미약하므로 공진기(50)에서 공진되고 공진된 신호는 안테나 피더(60)를 통해 집속되어 외부로 출력한다.Since the radio waves received by the helical radiating elements 20 are very weak, the signals resonated and resonated by the resonator 50 are focused through the antenna feeder 60 and output to the outside.
현실적으로 헬리컬 단위소자를 사용한 어레이 안테나를 설계하고자 할 때, 현재 사용되는 시뮬레이션 툴에서는 헬리컬을 전기적 등가회로로 구성하여 헬리컬 단위소자의 각각의 정합특성만을 고려하기 때문에, 헬리컬 소자간의 상호 인덕턴스(커플링 효과)에 대한 특성은 고려하여 설계할 수 없는 실정이다.In order to realistically design an array antenna using helical unit elements, the simulation tool used today considers the matching characteristics of helical unit elements only by configuring the helical as an electric equivalent circuit, so that mutual inductance (coupling effect) between helical elements is considered. ) Cannot be designed with consideration in mind.
따라서, 합성수지와 같이 유전율이 비교적 큰 물질의 칸막이를 헬리컬 방사소자간에 삽입하여 구성하면 헬리컬 방사소자간의 상호 간섭 및 상호 인덕턱스가 휠씬 감소하게 된다.Therefore, when a partition of a material having a relatively high dielectric constant is inserted between the helical radiating elements such as a synthetic resin, mutual interference and mutual inductance between the helical radiating elements are greatly reduced.
결국, 유전율이 큰 칸막이를 이용하여 상호 인덕턴스를 감소시키므로써, 방사소자간의 상호인덕턴스가 고려되지 않았던 시뮬레이션으로 설계한 상황과 유사하게 되어 시뮬레이션에 의한 오차가 줄어들어 정확한 설계가 가능하고, 또한 설계시간도 단축되는 효과가 있다.As a result, the mutual inductance is reduced by using a partition having a large dielectric constant, which is similar to the situation designed by the simulation in which mutual inductance between radiating elements is not taken into consideration, and the error caused by the simulation is reduced, so that accurate design is possible and the design time is also reduced. There is a shortening effect.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안에 따르면, 각 헬리컬 사이에 벌집구조의 칸막이를 설치하여 상기 벌집구조의 칸막이에 의해 외부의 압력으로부터 상기 각 헬리컬방사소자를 보호함과 동시에 상기 각 헬리컬방사소자 사이를 격리시켜 각 헬리컬방사소자간의 상호 간섭 및 커플링 효과를 방지할 수 있는 것이다.As described above, according to the present invention, a partition of a honeycomb structure is provided between each helical to protect each helical radiator from external pressure by the partition of the honeycomb structure and at the same time to isolate between the helical radiating elements. By doing so, it is possible to prevent mutual interference and coupling effects between the helical radiating elements.
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
REGI | Registration of establishment | ||
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