KR101408070B1 - 반사배열 안테나 - Google Patents

Abstract

본 명세서는 임의의 곡면형 반사판(Arbitrary Curvature Plate)을 이용한 반사배열 안테나에 관한 것이다. 이를 위하여 본 명세서에 따른 반사배열 안테나는, 임의의 곡면 또는 평면이 포함된 플랫폼에 설치되는 반사배열 안테나에 있어서, 상기 임의의 플랫폼의 일면에 배치되는 반사판; 상기 반사판의 일면에 미리 설정된 간격으로 이격 배치되는 복수의 반사 배열 소자; 및 상기 반사판에 배치된 상기 복수의 반사 배열 소자에 전자파 광선을 방사하는 급전 안테나;를 포함한다.

Description

반사배열 안테나{Relflectarray Antenna}

본 명세서는 반사배열 안테나에 관한 것으로, 특히 임의의 곡면형 반사판(Arbitrary Curvature Plate)을 이용한 반사배열 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 반사배열 안테나(Reflectarray Antenna)는 반사판 안테나와 같이 반사판과 급전안테나로 구성되지만 곡면형의 반사판 대신 배열 소자들이 있는 평면 반사판을 이용한다. 반사배열 안테나는 평면 반사판을 사용하면서도 반사판 안테나와 마찬가지로 동위상면을 구현할 수 있다. 이는 반사판에 배치된 특정 구조의 반사 배열 소자들이 형상에 따라 임의의 위상 지연 특성을 가질 수 있기 때문에 가능하다. 즉, 반사판 안테나의 설계와 마찬가지로 초점에서 출발한 광선이 반사판에 반사되어 나올 때 동일한 경로를 지난 것처럼 되도록 설계한다. 이를 위해 초점에서 출발한 전자파가 각 반사 배열 소자들에 도달하는 경로의 차이를 반사 배열 소자에서 반사되며 발생하는 위상차(Phase Delay)로 보상한다. 이런 방법으로 반사판에서 동위상면을 형성하고 높은 이득 특성을 만족할 수 있다.

이와 같은 상기 반사배열 안테나는, 특정 형태인 평면 구조의 반사판을 사용함에 따라, 설치 및 사용에 제한이 따른다.

한국 특허 출원 번호 제10-2011-0022511호

본 명세서의 목적은, 임의의 곡면 구조를 갖는 반사판을 이용하여 반사배열 안테나를 구성하는 반사배열 안테나를 제공하는 데 있다.

본 명세서의 실시예에 따른 반사배열 안테나는, 임의의 곡면 또는 평면이 포함된 플랫폼에 설치되는 반사배열 안테나에 있어서, 상기 임의의 플랫폼의 일면에 배치되는 반사판; 상기 반사판의 일면에 미리 설정된 간격으로 이격 배치되는 복수의 반사 배열 소자; 및 상기 반사판에 배치된 상기 복수의 반사 배열 소자에 전자파 광선을 방사하는 급전 안테나;를 포함한다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 반사판은, 상기 반사 배열 소자의 위상 지연을 근거로 임의의 곡면 형태로 형성할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 반사판은, 상기 반사배열 안테나가 설치될 상기 플랫폼의 일면을 그대로 반사판으로 구성할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 반사 배열 소자는, 사각형, 원형, 링형 및, 흠(Groove) 중 어느 하나의 구조로 형성할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 복수의 반사 배열 소자 각각은, 상기 급전 안테나로부터 방사된 전자파 광선의 전자파 경로 차를 반사 위상 값으로 보상할 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 복수의 반사 배열 소자의 반사 위상 값은, 0° ~ 360°범위일 수 있다.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 복수의 반사 배열 소자의 반사 위상 값은, 상기 전자파 광선의 시작점부터 상기 반사 배열 소자까지의 거리를 근거로 동위상면에 필요한 반사 배열 소자의 위상 지연 값을 산출할 수 있다.

본 명세서의 실시예에 따른 반사배열 안테나는, 임의의 곡면 구조를 갖는 반사판을 이용하여 반사배열 안테나를 구성함으로써, 기존의 반사판 안테나나 반사배열 안테나가 갖고 있는 반사판 구조의 제약을 해결하여, 높은 이득의 반사배열 안테나를 임의의 특정 곡면 또는 평면에 설치할 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시예에 따른 반사배열 안테나는, 안테나가 설치될 플랫폼의 면을 그대로 이용하여 반사배열 안테나를 구성함으로써, 활용도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시예에 따른 반사배열 안테나는, 임의의 곡면 구조를 갖는 반사판을 이용하여 반사배열 안테나를 구성함으로써, 고이득 안테나 적용 외에도 특정 구조의 반사판을 사용하는 장치들을 개선할 수 있다.

도 1은 본 명세서의 일 실시예에 따른 반사배열 안테나의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 임의의 곡면형 반사배열 안테나의 동작 원리를 설명하는 단면도(우측)와, 각 반사 배열 소자에서 필요한 위산 지연 값에 대한 도(좌측)이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 따른 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 명세서의 실시예에 따른 반사배열 안테나(10)의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 반사배열 안테나(10)는, 임의의 구조의 반사판(100), 반사 배열 소자(200) 및, 급전 안테나(300)로 구성된다. 도 1에 도시된 반사배열 안테나(10)의 구성 요소 모두가 필수 구성 요소인 것은 아니며, 도 1에 도시된 구성 요소보다 많은 구성 요소에 의해 반사배열 안테나(10)가 구현될 수도 있고, 그보다 적은 구성 요소에 의해서도 반사배열 안테나(10)가 구현될 수도 있다.

상기 임의의 구조의 반사판(100)은, 다양한 구조(예를 들어, 곡면 및, 평면 등 포함)로 형성한다.

또한, 상기 임의의 구조의 반사판(100)은, 마이크로스트립 기판 및, 도체 판 등으로 형성한다.

또한, 상기 임의의 구조의 반사판(100)은, 특정 구조의 반사판을 별도로 형성할 필요는 없으며, 상기 반사배열 안테나(10)가 설치될 플랫폼의 면을 그대로 상기 임의의 구조의 반사판(100)으로 사용할 수도 있다.

즉, 상기 반사배열 안테나(10)가 설치될 플랫폼에 임의의 곡면이 있을 경우, 상기 플랫폼의 임의의 곡면을 그대로 상기 반사배열 안테나(10)의 상기 임의의 구조의 반사판(100)으로 이용(또는, 구성/형성)할 수 있다.

상기 반사 배열 소자(200)는, 상기 임의의 구조의 반사판(100)에 배치된다. 이때, 상기 임의의 구조의 반사판(100)에는, 복수의 반사 배열 소자(200)가 미리 설정된 간격으로 이격 배치된다.

또한, 상기 반사 배열 소자(200)는, 사용 목적에 따라 사각형, 원형, 링형 및, 흠(Groove) 등의 다양한 구조로 형성한다.

또한, 상기 반사 배열 소자(200)는, 0° ~ 360°범위 내의 임의의 반사 위상을 구현(또는, 형성)한다.

즉, 상기 반사 배열 소자(200)는, 상기 급전 안테나(300)로부터 방사된 전자파 광선의 전자파 경로 차를 반사 위상 값으로 보상한다.

이와 같이, 상기 반사판(100)의 임의의 위치에 각각 형성되는 상기 반사 배열 소자(200)는, 상기 반사 배열 소자(200)의 구조에 따라 원하는 반사 위상을 구현할 수 있으므로, 반드시 평면형 반사판에 상기 반사 배열 소자(200)를 배치하지 않더라도 전자파가 입사할 수 있는 임의의 곡면형 반사판(100)에서도 전자파 경로 차를 알면, 상기 전자파 경로 차를 근거로 반사 위상 값을 보상하여 동위상면을 구현할 수 있다.

상기 급전 안테나(feeder)(300)는, 전자파 광선을 방사(Radiation)한다.

또한, 상기 급전 안테나(300)는, 상기 반사판(100)을 구성하는 포물면의 초점에 위치한다.

또한, 상기 급전 안테나(300)로부터 방사된 전자파 광선은, 상기 임의의 구조의 반사판(100)에 배치된 복수의 상기 반사 배열 소자(200)에서 서로 다른 경로 차가 발생한다.

이때, 상기 임의의 곡면의 반사판(100)에 배치된 복수의 상기 반사 배열 소자(200)에서 상기 경로 차를 반사 위상(또는, 반사 위상 값/반사 위상 지연 값)으로 보상하여 동위상면을 형성한다. 여기서, 상기 반사 위상 지연 값은, 상기 급전 안테나(300)에서 상기 전자파 광선이 방사되는 시작점(또는, 초점)으로부터 상기 복수의 반사 배열 소자(200)까지의 각각의 거리를 산출(또는, 확인)하여 동위상면에 필요한 해당 반사 배열 소자(200)의 반사 위상 지연 값을 산출(또는, 확인)한다.

일 예로, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 급전 안테나(300)에서 출발한 두 개의 서로 다른 전자파 광선(410, 420) 중 하나의 전자파 광선(420)은, 상기 급전 안테나(300)의 위치와 곡면의 형상에 의해 경로 차(430)가 발생한다. 이러한 상기 경로 차(430)는, 상기 임의의 곡면의 반사판(100)에 배치된 해당하는 상기 반사 배열 소자(200)에서 상기 경로 차(430)를 반사 위상으로 보상하여 동위상면(440)을 형성한다. 이때, 상기 반사 배열 소자(200)의 반사 위상(또는, 반사 위상 지연 값)은, 상기 전자파 광선의 시작점부터 상기 반사 배열 소자(200)까지의 거리를 근거로 동위상면(440)에 필요한 해당 반사 배열 소자의 위상 지연 값을 산출할 수 있다.

이와 같이, 상기 반사배열 안테나(10)는, 상기 반사배열 안테나(10)에 사용되는 반사판(100)을 특별히 정해진 곡면이나 평면이 아닌 임의의 어떤 형태로 형성하도라도, 상기 반사배열 안테나(10)의 기본 요건인 동위상면을 형성할 수 있다.

또한, 이와 같이, 임의의 곡면 구조를 갖는 반사판을 이용하여 반사배열 안테나를 구성하여, 기존의 반사판 안테나나 반사배열 안테나가 갖고 있는 반사판 구조의 제약을 해결하여, 높은 이득의 반사배열 안테나를 임의의 특정 곡면 또는 평면에 설치할 수 있다.

또한, 이와 같이, 안테나가 설치될 플랫폼의 면을 그대로 이용하여 반사배열 안테나를 구성하여, 활용도를 향상시킬 수 있다.

또한, 이와 같이, 임의의 곡면 구조를 갖는 반사판을 이용하여 반사배열 안테나를 구성하여, 고이득 안테나 적용 외에도 특정 구조의 반사판을 사용하는 장치들을 개선할 수 있다.

본 명세서의 실시예는 앞서 설명한 바와 같이, 특정 곡면 또는 평면으로 구성할 수 없는 상황에서도 높은 이득의 반사배열 안테나를 설치할 수 있다. 일 예로, 차량과 같은 이동형 플랫폼에 탑재하는 반사배열 안테나의 경우, 공기 저항을 고려하여 이동에 유리한 유선형의 반사판 구조를 간단히 적용할 수 있다. 다른 일 예로, 위성용 안테나와 같이 탑재체 무게 및 형태에 제약이 큰 상황에서도 반사배열 안테나의 반사판 구조를 임의로 설정함으로써 위성 탑재체 구성에 유리할 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시예는 앞서 설명한 바와 같이, 안테나가 설치될 플랫폼의 면을 그대로 이용하여 반사배열 안테나를 구성할 수 있다. 즉, 안테나가 설치될 플랫폼에 임의의 곡면이 있다면 이를 바로 반사배열 안테나의 반사판으로 이용할 수 있다. 일 예로, 차량, 선박 등과 같은 플랫폼에 임의의 곡면이 존재한다면 반사판 안테나 또는 반사배열 안테나를 추가로 설치하지 않고, 플랫폼의 도체 판에 반사 배열 소자를 구성하고 급전 안테나만 설치함으로써 안테나를 설치할 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시예는 앞서 설명한 바와 같이, 고이득 안테나 적용 외에도 특정 구조의 반사판을 사용하는 장치들을 개선할 수 있다. 일 예로, 자이로트론과 같은 진공 튜브는 추가로 특정 구조의 반사 거울(Mirror)을 여러 개 사용하여 모드 변환기를 구성하므로 장치 크기가 증가하게 된다. 상기 모드 변환기 반사 거울을 임의의 형태로 구성하면서 원하는 전자파 위상을 형성할 수 있다면 튜브 구조 내에 모드 변환기를 구성하여 장치를 더 단순한 구조로 할 수 있다.

전술한 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 반사배열 안테나 100: 반사판
200: 반사 배열 소자 300: 급전 안테나

Claims (7)

1. 임의의 곡면 또는 평면이 포함된 플랫폼에 설치되는 반사배열 안테나에 있어서,
   상기 임의의 플랫폼의 일면에 배치되는 반사판;
   상기 반사판의 일면에 미리 설정된 간격으로 이격 배치되는 복수의 반사 배열 소자; 및
   상기 반사판에 배치된 상기 복수의 반사 배열 소자에 전자파 광선을 방사하는 급전 안테나를 포함하며,
   상기 반사판은, 상기 반사 배열 소자의 위상 지연을 근거로 임의의 곡면 형태로 형성하며, 상기 반사배열 안테나가 설치될 상기 플랫폼의 일면을 그대로 반사판으로 구성하며,
   상기 복수의 반사 배열 소자 각각은 상기 급전 안테나로부터 방사된 전자파 광선의 전자파 경로 차를 반사 위상 값으로 보상하며,
   상기 복수의 반사 배열 소자의 반사 위상 값은 상기 전자파 광선의 시작점부터 상기 반사 배열 소자까지의 거리를 근거로 동위상면에 필요한 반사 배열 소자의 위상 지연 값을 산출하는 것을 특징으로 하는 반사배열 안테나.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 반사 배열 소자는,
   사각형, 원형, 링형 및, 흠(Groove) 중 어느 하나의 구조로 형성하는 것을 특징으로 하는 반사배열 안테나.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서, 상기 복수의 반사 배열 소자의 반사 위상 값은,
   0° ~ 360°범위인 것을 특징으로 하는 반사배열 안테나.
7. 삭제

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