KR102136445B1 - 고주파 급전 기능을 갖는 전개 구조물 - Google Patents

Abstract

간편한 전개 기구를 사용하여 저손실로, 저항성 잡음을 부가하지 않고,　마이크로파를 급전할 수 있는 고주파 급전 방식을 제공한다. 전개 구조물의 제1 구조물에 고정된 초크 플랜지를 갖는 제1 도파관 및 상기 전개 구조물의 제2 구조물에 고정된　커버 플랜지를 갖는 제2 도파관을 구비하고, 상기 전개 구조물을 전개 상태로 할 때, 상기 초크 플랜지와 상기 커버 플랜지가 대향하고, 상기 제1 및 제2 도파관을 통해 상기 전개 구조물의 복수의 부품 사이에서 고주파를 급전한다.

Description

고주파 급전 기능을 갖는 전개 구조물{SYSTEM FOR FEEDING HIGH-FREQUENCY WAVES TO DEPLOYMENT STRUCTURE}

본 발명은 전개 구조물에 고주파를 급전하는 방식에 관한 것이다.

인공위성 탑재 안테나 등에서는 고주파를 전개 구조물에 급전하는 것이 시스템 구성상 필요한 경우가 있다.

종래 실시되어 온 방법으로는　전개 부분에 가요성 케이블이나 도파관을 비롯한 도파로를 사용하는 방법이 있다. 도 1은 특허문헌 1에 기재되어 있는 가요성 도파관을　전개 부분에 사용한 예이다. 그러나 일반적으로　가요성 도파로는　리지(ridge) 도파로와 비교하여　고주파 손실이 크고, 특히 고주파가 될수록 그 경향이 현저하며, 안테나 등의 고주파 특성의 열화를 초래한다. 가요성 도파로의 고주파 손실은 저항성이 있는 것이며, 수신 시스템에 대해서는 잡음 부하로 인한 시스템 잡음 온도의 증가를 초래한다. 또한, 가요성이 있다고 해도 그 저항 굽힘 토크는 무시할 수 없는 것이며, 또한, 저온 환경에서는 증가하는 경향이 크고 불확실성이 크다. 그러므로 가요성 도파로를 사용하는 것은 전개 기구의 설계나 시험에 있어서도 문제가 되는 경우가 많다.

이에 대해 전개 부분에 가요성 도파로를 사용하지 않는 방법이 제안되고 있다. 제1 방법은 리지　도파관만을 사용하고, 전개 부분의 도파관 개구부에는 힌지를 이용한 기구에 의해　2 개의　도파관 개구부 부근에 구비된 볼록부·오목부 또는 핀 구멍부를 감합하는 방식이 제안되고 있다. 이는 특허문헌 1에 기재되어 있으며, 그 개념도를 도 2, 도 3에 나타낸다. 그러나 이 방법은 감합을 위한　기계 정밀도나 토크 량의 문제가 있어, 감합력을 충분히 취할 수 없는 경우에는 도체 사이의 접촉 저항의 증가에 따른 고주파 손실과 잡음 부가가 우려된다. 그러므로 본 방식의 실시 사례는 알려져 있지 않다.

제2 방법은 어느 한 축의 주위로 회전하는　2 개의 구조물에 각각 고정된 도파로를 그 회전축 주위의 축 대칭성을 이용하여 고주파적으로 결합한 로터리 조인트를 이용하는 방법이다. 도 4는 동축 케이블을 사용한 로터리 조인트의 예이고, 도 5는 원형 도파관을 사용한 로터리 조인트의 예이다(비특허문헌 1). 이 방법은 전송에 이용되는 구형 도파관 TE10 모드를 원형 도파관 TM01 모드나 동축 TEM 모드 등과 같은 축 대칭 모드로 변환하지만, 모드 변환에 따른 고주파 손실이 있다. 또한 하중이나 위치 정확도를 담당하는 전개 기구로서의 힌지 축과 전기 특성을 담당하는 로터리 조인트의 회전축이 동축이며, 기구로서의 복잡함이 증가한다. 고주파 급전의 방향은 전개 축에 직교하는 경우가 많지만, 로터리 조인트를 사용하는 방식은 고주파 도파로를 직각으로 2회 방향 전환하여야 하며, 기구가 커지게 된다.

일본 특허 공개 평6-296108호 공보

시마다리카 기술보고서(島田理化技報) 제18권, 35-43장, 2006년

이상과 같이 인공위성 탑재 안테나 등에서 마이크로파 및 밀리미터파의 고주파를 전개 구조물에 급전하는 간편하며, 기기의 고주파 특성을 열화시키지 않는 방식은 아직 제안되지 않았다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 인공위성 탑재 안테나 등의 전개 구조물에 전개시의 저항 토크가 되는 가요성 급전로를 사용하지 않고, 간편한 전개 기구를 사용하여 저손실로, 저항성 잡음을 부가하지 않고,　마이크로파를 급전할 수 있는 고주파 급전 방식을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본원의 제1 발명은　전개 구조물을 구성하는　복수의 부품 사이에서　복수의 도파관을 통해 고주파를 급전하는 고주파 급전 방식에 있어서, 상기 전개 구조물의 제1 부품에 고정된 초크 플랜지를 갖는 제1 도파관 및 상기 전개 구조물의 제2 부품에 고정된　커버 플랜지를 갖는 제2 도파관을 구비하고, 상기 전개 구조물을 전개 상태로 할 때, 상기 초크 플랜지와 상기 커버 플랜지가 대향하고, 상기 제1 및 제2 도파관을 통해 상기 전개 구조물의 복수의 부품 사이에서 고주파를 급전하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본원의 제2 발명은 상기 제1 발명에 있어서, 상기 제1 도파관은 상기 제1 부품에 직접 고정되고, 상기 제2 도파관은 상기 제2 부품에 직접 고정되는 것을 특징으로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본원의 제2 발명은 상기 제1 발명에 있어서, 상기 제1 부품 및 제2 부품은 힌지 각각의 가동 부분에 연결되고, 해당 힌지의 동작으로 전개 가능이 되고, 상기 제1 도파관 및 제2 도파관은 상기 힌지 각각의 가동 부분과 일체형 구조로 되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 초크 플랜지의 초크 홈의 형상은 원형으로 할 수 있지만, 이 형상을 비원형의 곡선으로 구성하면 고주파 신호의 손실을 보다　많이 저감할 수 있다.

도 1은 특허문헌 1에 기재된 가요성 도파관을 전개 부분에 사용한 종래예를 나타낸 도면이다.
도 2는 특허문헌 1에 기재된 도파관 연결부의 요철부를 감합하는 종래예를 나타낸 도면이다.
도 3은 특허문헌 1에 기재된 도파관 연결부의 핀 구멍을 감합하는 종래예를 나타낸 도면이다.
도 4는 비특허문헌 1에 기재된 동축 케이블을 사용한 로터리 조인트의 종래예를 나타낸 도면이다.
도 5는 비특허문헌 1에 기재된 원형 도파관을 사용한 로터리 조인트의 종래예를 나타낸 도면이다.
도 6은 초크 플랜지와 커버 플랜지를 나타낸 도면이며, (a)는 장변 중앙에서의 단면도, (b)는 사시도에 좌표계를 나타낸 도면이다.
도 7은　간극이 있는 초크 플랜지와 커버 플랜지가 붙은 2 개의 도파관의 배치를 나타낸 도면이다.
도 8은 2 개의 도파관을 모두　커버 플랜지로 한 경우의 간극에 의한 손실의 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는　한 쪽의　도파관을　초크 플랜지, 다른 쪽의　도파관을 커버 플랜지로 한 경우의 간극에 의한 손실의 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에서 전개 기구의 힌지와 도파관 개구부를 일체로 한 경우를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에서 힌지와 도파관 개구부를 분리한 부품으로 구성한 경우를 나타낸 도면이다.
도 12는 원형 초크 홈을 갖는 초크 플랜지의 정면도이다.
도 13은 비원형 초크 홈을 갖는 초크 플랜지의 정면도이다.
도 14는 한 쪽의 플랜지를 원형 초크 플랜지로 한 경우와 비원형 초크 플랜지로 한 경우의　고주파 신호의 손실을 비교하는 실험 결과를 나타낸 도면이다.

1. 초크 플랜지

초크 플랜지로 널리 알려진 구조에 대하여 도 6을 이용하여 설명한다. 도 6(a)에 구형 도파관의 장변 중앙점에서의 단면도를, 동 도면 (b)에 사시도와 좌표계를 나타낸다. 여기서, 도 6(a)는 동 도면 (b)의 y-z평면에서 자른 단면도이다. 도 6(a)에서는 급전용의 좌우로부터의 도파관이 점(AA')에서 간극을 갖고 대향하고 있다. 한편, 도 6(a)의　좌측 도파관의 플랜지에는 홈이 설치되어 있고, 다른 쪽의 우측 도파관 플랜지는 평평하다. 이 평평한 도파관 플랜지는 커버 플랜지라 한다.

2개의 도파관 사이의 간극은 전송 선로로 간주할 수 있고,　그 전송 모드의 파장을 λ로 한다. 급전용 도파관을 기본파인 TE01 모드로 사용하는 경우에는 이 λ는 급전용 도파관의 관내 파장에 거의 동일하다. 도 6(a)에 나타낸 바와 같이, 점(A)에서 약 λ/4 떨어진 점(B)에 깊이(BC)가 약 λ/4인 홈이 좌측 도파관에 설치되어 있다. 홈(BC)도 동일한 전송 선로로 간주할 수 있다. 이러한 구조에서는 간극이 구성하는 전송 선로(ABD)에는 점(B)에서 직렬로 전송 선로(BC)가 연결되어 있다.

전송 선로(BC)는 점(C)에서 도체로　단락되어 매우 낮은 임피던스를 갖는다. λ/4 떨어진 점(B)에서 이　임피던스는 전송 선로에 의해 변환되고, 매우 높은 임피던스가 된다. 간극(BD)은 그 형상이나 주변 물체에 의해 어떤 임피던스를 갖는지 확정하기 어렵지만, 이 매우 높은 직렬의 임피던스(BC)에 의해 합성된 전송 선로의 점(B)의 임피던스는 매우 높은 값이 된다. 이를 급전용 도파관면 점(A)로 보면, λ/4 의 전송 선로의 특성에 따라 매우 낮은 임피던스로 변환된다. 그러므로 점(A)에서는 도파관면에 흐르는 고주파 전류(도파관면의 벽 전류)는 간극이 있는 것의 변위 전류의 형태로 원활하게 흘러, 급전용 도파관의 전송 모드는 흐트러지지 않고 유지된다.

이와 같이 도파관 주변에 홈을 설치한 초크 플랜지는 홈 바닥의 도체에 의한 단락 효과를 홈의 깊이 방향과 홈의 동경 방향의 전송 선로에 의해, 물리적으로 간극이 있어도 그 부분을 등가적으로 낮은 임피던스로 할 수 있고,　간극에서의 고주파 누설이나 손실을 효과적으로 줄일 수 있다. 또한, 비록 손실이 있어도, 그것은 고주파 전자기장의 누출이 원인이며, 저항성 잡음을 부가하는 것은 아니다.

MIL 규격 등의 표준 규격의 초크 플랜지에서는 권장 주파수 범위 전역(일반적으로 차단 주파수의 1.3~1.9배의 주파수)에서 초크 동작이 유효하게 기능한다.

2. 간극을 갖고 대향하는 두 개의 도파관의 급전 손실 측정

2 개의 도파관 개구 사이에 간극이 있는 경우의 초크 플랜지의 효과를 설명한다. 이하에서는 일례로 XX밴드(9.6GHz)의 주파수를 사용한 경우에 대해 설명한다. 또한, 다른 주파수를 사용한 경우로의 일반화는 사용하는 파장과 간극의 상대 비율을 이용하면 된다.

초크 홈이 구비된 표준 구형 플랜지(SQUARE FLANGE CHOKE, CBR100)가 부착된 구형 도파관 WR-90/R100(개구 22.86×10.16mm) 및 평평한 구형 플랜지(SQUARE FLANGE PLAIN, UBR100)가　부착된 동 규격의 도파관을 사용하였다. 구형 도파관의 장변 방향을 x축, 단변 방향을 y축, 도파관의 전파 방향을 z축으로 정의한다(도 6(b) 참조). 2개의 도파관 단면을 평행하게 하여 정규 도파관의 밀착된 연결 위치에서 x축 방향으로 Δx, y축 방향으로 Δy, z축 방향으로 Δz만큼 떨어뜨려 간극을 두고 설치한다. 이러한 간극이 있는 2 개의 도파관의 배치를 도 7에 나타낸다.

벡터 네트워크 분석기를 사용하여 간극이 있는 2개의 도파관의 9.60GHz의 전파 손실(S12 및 S21)을 측정했다. 2개의 도파관을 정규 위치(Δx=Δy=Δz=0)에서 밀착시킨 상태에서의 전파 손실의 증가를 "간극이 있는 경우의 손실"로 정의했다.

먼저, 기본적인 구성으로 2 개의 도파관 모두 커버 플랜지를 장착한 경우의 결과를 나타낸다. 2 개의 도파관의 단면 방향의 상대 위치로서, 중심 위치(Δx=Δy=0mm)의 경우,　장변에 따른 방향으로 0.5mm 어긋난 위치(Δx=0.5mm, Δy=0mm)의 경우, 및 단변에 따른　방향으로 0.5mm 어긋난 위치(Δx=0mm, Δy=0.5mm)의 경우에 대해, z축 방향의 간극 Δz의 함수로서 "간극에 의한 손실"을 도 8에 도시했다. Δz가 0.1mm라는 미세한 간극에서도 약 0.3dB, Δz가 0.5mm에서는 약 1dB의 손실이 발생하는 것을 알 수 있다.

다음으로, 한쪽 도파관에　초크 플랜지를, 다른 도파관에는 커버 플랜지를 장착한 결과를 나타낸다. 2 개의 도파관의 단면 방향의 상대 위치로서 중심 위치(Δx=Δy=0mm)의 경우, 장변에 따른 방향으로 1mm 어긋난 위치(Δx=1mm, Δy=0mm)의 경우, 및 단변에 따른 방향으로 1mm　어긋난 위치(Δx=0mm, Δy=1mm)의 경우에 대해, z축 방향의 간극(Δz)의 함수로서 "간극에 의한 손실"을 도 9에 도시한다(가로축의 스케일이 도 8과 다른 것에 주의함). 2 개의 도파관이 중심 위치에 있는(Δx=Δy=0mm) 경우에는 간극(Δz)=0.5mm에서는 0.01dB(0.2 %), 1.0mm에서는 0.05dB(1 %) 및 2mm에서는 0.13dB(3 %)의 손실이 측정되었다. 이는 초크 플랜지를 사용하지 않는 경우(도 8)와 비교하여 손실은 크게 감소하고 있다.

초크 플랜지를 사용하여도 2 개의 도파관이 단면 방향으로 완전히 정면으로 마주하지 않고,　"어긋나는" 것도　실제로 일어나므로, 그 경우의 특성에 대해 설명한다. z방향의 간극이 1mm 이상인 영역(Δz>1mm)에서는 정면으로 마주보고 있는 경우와 거의 동일한 손실을 나타내고 있다. 단, z방향의 간극이 1mm 이하의 영역(Δz<1mm)에서는 주파수 및 2 개의 도파관의 3차원적인 간극에 의존하는 공진 현상적인 손실의 증가가 관측되었다. 이 상태에서는 플랜지 사이의 간극에서 누출되는 전자파 강도가 증가하고 있는 것이　관측되고, 초크 플랜지 기능이 공진적으로 열화되고 있음을 시사하고 있다. 이 실험에서는 표준 초크 플랜지(SQUARE FLANGE CHOKE, CBR100)를 사용했지만, 이 공진적인 현상을　저감할 수 있는 구조적인 연구의 여지가 있을 수 있다고 짐작할 수 있다.

3. 도파관의 대향에 의한 전개 안테나로의 급전

본 발명에서는 마이크로파 및 밀리미터파 영역에서 가장 작고　손실이 적은　급전 방식인 리지(ridge) 도파관에 의한 급전 방식을 채택한다. 전개부로의　급전에 대해서는,　가요성의 도파관이나 케이블로 변환하는 방식은　현저한 고주파 손실, 전개시 저항 토크, 전기계장의 번잡성의 측면에서, 이를 회피한다.

대신 전개부에서는 2 개의 도파관의 단면에 초크 플랜지와 커버 플랜지를 구비하여 양자를 대향시키는 방식을 제안한다.

이때 발생하는 도파관 단면 사이의 간극에 의한 손실은 초크 플랜지를 사용함에 따라 크게 줄일 수 있다. X 밴드(9.6GHz)에서는 2 개의 도파관이 단면 방향의 중심 위치 (Δx=Δy=0mm)에 있는 경우, z방향의 간극(Δz)=0.5mm (λ/60)에서는 0.01dB (0.2 %), 1.0mm (λ/30)에서는 0.05dB (1 %), 및 2mm (λ/15)에서는 0.13dB (3 %)의 손실에 그친다.

단, 간극에 의한 손실은 2 개의 도파관이 완전히　정면으로 마주하지 않고, 단면 내에서 0.3mm(λ/100) 정도 이상 어긋나 있는 경우에는 초크 플랜지의 동작이 열화되고, 간극에 의한 손실이 증가한다. 그러나 이 현상은 z방향의 간극이 2mm (λ/15) 이상의 영역에서는 무시할 수 있는 정도로 작아진다. z방향의 간극이 2mm (λ/15) 이상인 영역에서는 이 현상은 점차 무시할 수 있게 되지만, 다른 한편으로는 z방향의 간극에 의해 손실이 증가해 간다.

이상과 같은 초크 플랜지의 특성에 따라, 과제 해결의 방법으로 다음의 두 가지 경우를 제안한다.

정밀도가 낮은　전개 기구의 경우:

단면 방향(x, y)에 대해 λ/30(X 밴드는 1mm 정도)의 정밀도로 2 개의 도파관을 대향시키고, 전파 방향 z에 대해서는 λ/15(X 밴드는 2mm 정도)의 간극을 유지한다. 이를 통해　간극에 의한 손실은 0.13dB 정도(약 3 %)가 될 수 있다.

정밀도가 높은 전개 기구의 경우:

단면 방향(x, y)에 대해 λ/100 (X 밴드는 0.3mm 정도)의 정밀도로 2 개의 도파관을 대향시키고, 전파 방향 z에 대해서는 λ/60 (X 밴드는 0.5mm 정도) 이하의 간극을 유지한다. 이를 통해 간극에 의한 손실은 X 밴드에서는 0.01dB (약 0.2 %) 이하로 줄일 수 있다.

도 10, 도 11에 전개부의 구조를 나타낸다. 도 10에서는 전개 기구의 힌지와 도파관 개구부가 일체이다. 도 11에서는 힌지와 도파관 개구부를 분리한 부품으로 구성하고 있다.

본 발명에 따르면, 전개 구조물에 고주파를 급전할 때 종래 기술에서 문제가 되었던 점을 해결할 수 있다. 즉, 가요성 도파관, 케이블 및 로터리 조인트를 이용하지 않기 때문에 이러한 저항 굽힘 토크에 관한 설계, 제작, 시험상의 문제를 피할 수 있다. 특히 저항 굽힘 토크를 없앰으로써 전개 충격을 완화할 수 있다.

또한, 상기의 "정밀도가 낮은 전개 기구의 경우"에서 2개의 도파관은　높은 파장의 1/30 정도(X 밴드는 1mm)의 낮은 정밀도로 전개 상태에서 대향하면 되기　때문에　마이크로파　대역,　장 밀리미터파는 복잡하고 정밀도가 높은　전개 기구가 불필요하다.

또한, 가요성 도파로나 케이블 및 모드 변환기를 이용하지 않기 때문에 고주파 손실을 저감할 수 있다. 또한 전개부의 슬라이딩·접촉부를 고주파 전자기장이 전파할 수 없기 때문에 저항성 잡음이 부가되는 일이 없다는 이점도 있다.

우주 이용 분야에서는 위성 통신, 레이더　관측 미션, 태양 발전·마이크로파 전송 등에 있어, 대면적의 안테나에서 고주파를 송신하거나 수신할 필요성이　종종 보여진다. 그러한 시스템에서는 고주파 손실이 시스템상　중요한 성능이 된다.

X 밴드 이상의 마이크로파, 밀리미터파에서는 중공의 도파관이 가장 손실이 적은 전송로가 된다. 또한, 도파관은 마이크로파, 밀리미터파로 고효율 안테나인 카세그레인 안테나나 도파관 슬롯 안테나와의 친화력이 좋다. 도파관에는 이상과 같은 큰 이점이 있지만, 저손실의 리지　도파관에는 가요성이 없기 때문에 시스템에 구현할 때에는 라우팅이나 전개부 등에서 계장·의장상의 문제가 많다.

이 문제에 대해서 종래 행해져 온 방법에는 i) 도파관 대신에 가요성이 있는 동축 케이블을 사용하는 방법, ii) 전원 손실을 회피하기 위해 안테나의 가장 가까운, 또는 전개 안테나 패널마다, 주파수 변환기, 위상변위기, 고주파 전송용 대전력 증폭기 내지는 수신용 저잡음 증폭기 등의 전자 장치를 구현하는 방법이 있다.

i) 방법에서는 가요성이 큰 동축 케이블은 고주파 손실이 크고, 시스템 성능을 희생하여 구현 용이성을 우선한 것이다. ii) 방법에서는 기계 환경, 열 환경, 방사선 환경이 열악한 전개 안테나나 패널에 복잡한 전자기기 시스템을 구현할 필요가 있기 때문에 시스템이 무겁고 고비용이 되는 경향이 있다. ii) 방법을 사용하기 적합한 것은, 각 안테나 요소의 가장 가까운 곳에 가변 위상변위기와　전력 증폭기를 설치할 필요가　있는　전자적인 방사 빔 스위프를 필요로 하는 시스템 및 10m 이상의 거리를 급전할 필요가 있는 대형 전개 안테나라고 할 수 있다.

본 발명을 이용할 수 있는 분야의 일례로는 전자파 빔의 전자 스위프를 필요로 하지 않는　수 m 정도의 전개 안테나를　적은 비용에 경량으로 실현하는 기술이다. 최근 발전이 현저한 고효율 도파관 슬롯 안테나를 몇 개 전개시킨 다음, 위성 본체에 탑재한 고주파 송수신 장치로부터 본 발명 기술을 이용하여 저손실로 도파관을 급전한다. 이를 통해　로켓 탑재시의 수납 공간이 1m 이하인 소형 위성을 이용하여 마이크로파 합성 개구 레이더에 의한 지구 관측·감시 임무가 가능하게 된다.

최근에는 소형 위성에 의한 다양한 지구 관측·감시 임무가 실현되고 있지만, 그 대부분의 관측 기기는 구경 수 10cm의 광학 망원경이다. 야간이나 날씨에 좌우되지 않고, 관측·감시를 실시하려면　수 m 크기의 안테나를 필요로 하는 합성 개구 레이더(SAR) 등의 전파 센서를 소형 위성에 간편하게 장착할 필요가 있다. 본 발명에 의하면 이러한 것이 가능하다.

힌지와 도파관이 일체

이　발명의 일 실시예를 도면을 이용하여 설명한다. 도 10은 전개형 안테나의 전개 기구를 나타내는 사시도이다. 이 도면에서 부호 1, 2는 종래의 전개형 안테나의 전개 기구부와 완전히 동일한 것이다. 5는 힌지부와 도파관부를 일체화한 힌지 플레이트이며, 도파관 개구면의　한 쪽(A)은　초크 플랜지를, 다른 쪽(B)은 커버 플랜지를 가지고 있다.

다음으로, 동작에 대해 설명한다. 전개력을 갖는　나선형 스프링(2)의 작용에 의해, 안테나 패널(1)은 전개하고, 힌지부와 도파관부를 일체화한 힌지 플레이트(5)는 도파관 개구면끼리의 플랜지부(A, B)를 대향시킨다.

힌지와 도파관이 별개

이하,　이 발명의 다른 실시예에 대해　도면을 사용하여 설명한다. 도 11은 본 발명의 제2 실시예를 나타내는 사시도이다. 이 도면에서 부호 1, 2, 6은 종래의 전개형 안테나의 전개 기구부와 완전히 동일한 것이다. 특히 그 전개 힌지 기구는 어떠한 것도 가능하다. 안테나 패널에 별도 연결된 도파관 개구면의 한 쪽(A)은 초크 플랜지를,　다른 쪽(B)은 커버 플랜지를 가지고 있다.

다음으로, 동작에 대해 설명한다. 전개력을 갖는 나선형 스프링(2)의 작용에 의해, 안테나 패널(1)은 전개하고, 힌지부와 도파관부를 일체화한 힌지 플레이트(5)는 도파관 개구면끼리의 플랜지부(A, B)를 대향시킨다.

도파관 이외의 급전계라도 접합면에서 도파관으로 변환한다.

전개 패널의 접합부 이외의 영역에서는 도파관 이외의 급전계를 사용하고 있는 경우라도 연결부에서 도파관으로 변환한 후, 접합부에서 저손실로 전개부에 적합한 본 방식을 사용하는 것을 고려할 수 있다.

4. 비원형 초크 플랜지

지금까지 설명한 초크 플랜지의 초크 홈은 도 6(b)에 나타낸 바와 같이 원형이었다. 이 원형 초크 홈의 형상은 도 12에서 표준 구형 도파관의 단면인 직사각형(ABCD)의 장변(AB 및 CD) 각각의 중간점에서 각 측면에 대해 수직　외측 방향으로 λ/4(λ는 사용하는 전자파의 파장) 떨어진　2 점(E, F)의 근방을 지나는 지름이 최소인 원이며, 초크 홈의 깊이는 약 λ/4의 홈(도 6(a) 참조)이다.

도파관 내부에서의 전자기장 분포는 장변의 중앙점 부근에서 최대이며, 원형 초크 홈에서는 장변의 중앙점　부근에서 장변에서 λ/4 떨어진 위치에 초크 홈이 오는 한편,　단변측에서는 단변에서의 거리는 이보다 짧아지지만 통상적으로 이러한 것이 문제가 되는 경우는 적다. 그러나 우주선의 전개물의 힌지 부분에서는 더 높은 특성이 요구된다. 원형 초크 홈의 경우 실제로 도 9에서 타원의 점선으로 둘러싼 부분에 나타낸 바와 같이 큰 손실이 존재하고 있다.

본원 발명자들은 초크 플랜지에 대해 도 13에 나타낸 바와 같은　비원형 초크 홈을 설치하면, 원형 초크 홈보다 우수한 특성을 나타내는 것을 발견했다. 이 비원형 초크 홈의 형상은 표준 구형 도파관에서 도파관의 단면인 직사각형(ABCD)의 장변(AB　및　CD)와 단변(BC 및　DA)의 각각의 중간점에서 각각의 변에 대해 수직 외측 방향으로 λ/4 떨어진 4 점(E, F, G, H)의 근방을 지나는 곡선으로 이루어진다. 이 곡선에는 타원형, 난형 등을 포함하는 원 이외의 곡선이 포함된다. 그리고 초크 홈의 깊이는 원형 초크 홈과 마찬가지로 약 λ/4의 홈이다.

도 14는 한 쪽의 플랜지를 원형 초크 플랜지로 한 경우와 비원형 초크 플랜지로 한 경우의 고주파 신호의 손실을 비교하는 실험 결과를 나타낸 도면이다. 도 14에서는 어떠한 경우에도 초크 플랜지와 커버 플랜지 사이에 Δx=1mm, Δy=0mm의 차이를 주고, 도파관의 축 방향의 간극(Δz)을 변화시켜 고주파 신호의 손실을 측정했다. 이 도면에서 알 수 있듯이,　원형 초크 플랜지에서는 축 방향의 간극(Δz)과　주파수에 의존하는 공진적인 손실의 증가가 보여진다. 이에 비해, 비원형 초크 플랜지에서는 원형 초크 플랜지와 같은 공진적인 손실의 증가는 거의 없다.

따라서 도 10 및 도 11에 나타낸 실시예에서, 원형 초크 플랜지 대신 비원형 초크 플랜지를 사용함으로써 고주파 신호의 손실을 더 저감하는 것이 가능해진다.

1 안테나 패널
2 나선형 스프링
3 힌지
4 가요성 도파관
5 힌지 플레이트
6 초크 플랜지
7 커버 플랜지

Claims (9)

1. 회전축의 주위를 회전하여 전개되는 복수의 평면 패널들과,
   상기 복수의 평면 패널들이 전개되었을 때, 상기 복수의 평면 패널들 중 하나에서 다른 평면 패널로 고주파를 공급하기 위한 도파관으로서, 상기 복수의 평면 패널들 각각에 설치된 도파관들을 구비하고,
   상기 도파관들 각각은 고주파 신호의 진행 방향이 상기 평면 패널과 평행하고, 상기 회전축과 수직이 되도록 대응하는 상기 평면 패널에 설치되고,
   상기 복수의 평면 패널들이 전개되었을 때, 인접하는 상기 평면 패널들 중 하나에 설치된 도파관의 단부에 설치된 초크 플랜지와, 상기 인접하는 평면 패널들 중 다른 하나에 설치된 도파관의 단부에 설치된 커버 플랜지가 서로 간격을 가지도록 대향하여 배치되도록 구성되며,
   상기 초크 플랜지 및 상기 커버 플랜지에서의 상기 도파관의 단면 형상은 직사각형이며,
   상기 초크 플랜지의 초크 홈의 형상은 상기 인접하는 평면 패널들 중 하나에 설치된 상기 도파관의 직사각형 단면의, 전계 강도가 최대인 변들 각각에서 λ/4의 거리만큼 떨어진 점들을 지나는 비원형 곡선으로 구성된 전개 구조물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 평면 패널들 각각은 힌지의 가동 부분에 연결되어, 상기 힌지의 회전 동작으로 전개되도록 구성되고, 상기 도파관들 각각은 상기 힌지의 가동 부분과 일체형 구조로 되어 있는 전개 구조물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 전개 구조물은 전개 안테나의 일부인 전개 구조물.
4. 회전축의 주위를 회전하여 전개되는 복수의 평면 패널들과,
   상기 복수의 평면 패널들이 전개되었을 때, 상기 복수의 평면 패널들 중 하나에서 다른 평면 패널로 고주파를 공급하기 위한 도파관으로서, 상기 복수의 평면 패널들 각각에 설치된 도파관들을 구비하고,
   상기 도파관들 각각은 고주파 신호의 진행 방향이 상기 평면 패널과 평행하고, 상기 회전축과 수직이 되도록 대응하는 상기 평면 패널에 설치되고,
   상기 복수의 평면 패널들이 전개되었을 때, 인접하는 상기 평면 패널들 중 하나에 설치된 도파관의 단부에 설치된 초크 플랜지와, 상기 인접하는 평면 패널들 중 다른 하나에 설치된 도파관의 단부에 설치된 커버 플랜지가 서로 간격을 가지도록 대향하여 배치되도록 구성되며,
   상기 초크 플랜지 및 상기 커버 플랜지에서의 상기 도파관의 단면 형상은 직사각형이며,
   상기 초크 플랜지의 초크 홈의 형상은 상기 도파관의 단면인 직사각형의 각각의 변의 중간점에서 각각의 변에 대해 수직 외측 방향으로 λ/4 떨어진 4 점의 근방을 지나는 비원형 곡선으로 구성된 전개 구조물.
5. 제4항에 있어서,
   상기 복수의 평면 패널들 각각은 힌지의 가동 부분에 연결되어, 상기 힌지의 회전 동작으로 전개되도록 구성되고, 상기 도파관들 각각은 상기 힌지의 가동 부분과 일체형 구조로 되어 있는 전개 구조물.
6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
   상기 전개 구조물은 전개 안테나의 일부인 전개 구조물.
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