KR102549082B1 - 고차모드를 억제하는 광대역 셉텀 편파기 - Google Patents

고차모드를 억제하는 광대역 셉텀 편파기 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 따른 셉텀 편파기는, 도파관 몸체; 상기 도파관 몸체의 내측에 길이 방향으로 배치되고 상기 도파관 몸체를 두 부분으로 나누는 계단 형태의 셉텀을 포함하고, 서로 다른 높이의 단층부들을 구비하여 기 설정된 주파수 대역에서 고차모드를 감소시킬 수 있다. 또한, 일 실시예에 따른 셉텀 편파기는, 다각형 단면을 가지는 도파관 몸체; 상기 도파관 몸체의 내측에 길이 방향으로 배치되고 상기 도파관 몸체를 두 부분으로 나누는 계단 형태의 셉텀; 및 상기 도파관 몸체의 외부 표면에 배치되는 주름부를 포함하고, 기 설정된 주파수 대역에서 고차모드를 감소시킬 수 있다.

Description

고차모드를 억제하는 광대역 셉텀 편파기{WIDEBAND SEPTUM POLARIZER FOR REDUCING HOM}
본 발명은 기 설정된 주파수 대역에서 고차모드를 억제하는 광대역 셉텀 편파기(Wideband Septum Polarizer for Reducing HOM)가 개시된다. 구체적으로, 사용 주파수 대역 중 상대적으로 높은 주파수대역에서 발생하는 TM11 및 TE11과 같은 고차모드(HOM; Higher Order Mode)를 감소 또는 억제시킴으로써 원활한 통신 특성을 보장하는 고차모드를 억제하는 광대역 셉텀 편파기가 개시된다.
편파(Polarization; 편광)는 전자기파에서 전기장 진동 방향이 특정한 방향으로 진동하는 현상이고, 1차원적인 직선 방향 진동뿐만 아니라 회전하기도 한다. 전자기파는 전기장과 자기장이 진동하면서 전파되는 파동의 일종이며, 전기장과 자기장이 진동하는 방향은 전자기파의 진행 방향에 수직이다.
편파기(Polarizer; 편광기, 편광자)는 들어오는 전자기파에서 동일한 방향으로 진동하는 성분에만 반응을 하여 받아들이고, 다른 성분은 통과시켜버리는 전자기적 수동 소자이다.
셉텀 편파기는 원형 편파를 사용하는 통신 안테나의 핵심 부품으로 컴팩트하고 제작 비용이 적게 들며 우수한 축비(Axial ratio) 특성을 지니므로 널리 사용된다.
미국 공개특허공보 제2019-0190161호(INTEGRATED TRACKING ANTENNA ARRAY, 2019.06.20.)에는 통합 추적 안테나 배열에 대해 개시되어 있다.
전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.
일 실시예의 목적은, 광대역 통신으로 대표적인 Ka-Band 대역 위성 통신 시에 낮은 주파수 대역보다 상대적으로 높은 주파수 대역에서 (일반적으로 위성지구국 안테나의 낮은 주파수 대역은 수신 대역이며, 상대적으로 높은 주파수 대역은 송신대역으로 사용함.) 발생되는 TM11 및 TE11과 같은 고차모드(HOM; Higher Order Mode)를 감소 또는 억제시킴으로써 원활한 통신 특성을 보장하는, 고차모드를 억제하는 광대역 셉텀 편파기를 제공하는 것이다.
일 실시예의 목적은, 셉텀 편파기의 고차모드를 억제하여 안테나의 Co-pol 및 Cross-pol의 빔 패턴 왜곡을 줄이고 대칭성을 증가시킴으로써, 사이드로브에 의한 인접 위성 간섭을 낮추고 고차모드에 의한 안테나 Gain 감소를 방지할 수 있는, 고차모드를 억제하는 광대역 셉텀 편파기를 제공하는 것이다.
일 실시예의 목적은, 축비(Axial ratio) 및 격리(Isolation)와 같은 기본모드의 특성 열화 없이 고차모드를 감소시키는, 고차모드를 억제하는 광대역 셉텀 편파기를 제공하는 것이다.
실시예에서 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
일 측에 따르면, 일 실시예에 따른 셉텀 편파기는, 도파관 몸체; 상기 도파관 몸체의 내측에 길이 방향으로 배치되고 상기 도파관 몸체를 두 부분으로 나누는 계단 형태의 셉텀을 포함할 수 있고, 서로 다른 높이의 단층부들을 구비하여 기 설정된 주파수 대역에서 고차모드를 감소시킬 수 있다.
상기 셉텀은, 상기 도파관 몸체 전방 측에 배치되는 제1 단층부; 상기 제1 단층부의 후측에 배치되어 고차모드를 감소시키는 제2 단층부; 및 상기 제2 단층부의 후측에 배치되고 상기 제1 단층부와 대향 되도록 배치되는 제3 단층부를 포함할 수 있다.
상기 제1 단층부는 적어도 하나 이상의 스텝으로 구성되고, 상기 제1 단층부의 스텝은 각각의 높이가 차이 나도록 형성되고 전방에서 후방으로 낮은 높이의 스텝부터 높은 높이의 스텝까지 차례로 배열될 수 있다.
상기 제2 단층부는, 상기 제1 단층부의 높이보다 높은 높이를 가지고, 적어도 하나 이상의 쌍의 스텝으로 형성되며, 상기 쌍의 스텝은 높이가 다른 적어도 2개의 스텝으로 형성되고 상기 적어도 2개의 스텝 중 높이가 높은 스텝이 전방에 배치되고 높이가 낮은 스텝이 후방에 배치될 수 있다.
상기 제2 단층부는, 전방 측에 배치되는 제1 쌍의 스텝; 상기 제1 쌍의 스텝의 후측에 배치되는 제2 쌍의 스텝; 및 상기 제2 쌍의 스텝의 후측에 배치되는 제3 쌍의 스텝을 포함할 수 있고, 상기 제1 쌍의 스텝의 평균 높이는 상기 제2 쌍의 스텝의 평균 높이보다 낮으며 상기 제2 쌍의 스텝의 평균 높이는 상기 제3 쌍의 스텝의 평균 높이보다 낮을 수 있다.
상기 제3 단층부는, 상기 제2 단층부보다 높이가 높게 구성되고, 적어도 하나 이상의 스텝으로 구성되며, 상기 제3 단층부의 스텝은 전방에서 후방으로 갈수록 낮은 높이의 스텝부터 높은 높이의 스텝으로 배열될 수 있다.
일 실시예에 따른 셉텀 편파기는, 다각형 단면을 가지는 도파관 몸체; 상기 도파관 몸체의 내측에 길이 방향으로 배치되고 상기 도파관 몸체를 두 부분으로 나누는 계단 형태의 셉텀; 및 상기 도파관 몸체의 외부 표면에 배치되는 주름부를 포함할 수 있고, 기 설정된 주파수 대역에서 고차모드를 감소시킬 수 있다.
상기 주름부는, 상기 셉텀 외측의 상기 도파관 몸체의 표면에 배치되고, 상기 셉텀과 만나지 않는 상기 도파관 몸체의 표면에 배치될 수 있다.
상기 셉텀은 높이가 다른 n개의 스텝들을 포함할 수 있고, 상기 주름부는 n+1개의 단차를 포함할 수 있다.
상기 주름부의 이웃하는 단차들은 높낮이 또는 폭 또는 깊이가 다르게 형성될 수 있다.
일 실시예에 따른 고차모드를 억제하는 광대역 셉텀 편파기에 의하면, 광대역 통신으로 대표적인 Ka-Band 대역 위성 통신 시에 낮은 주파수 대역보다 상대적으로 높은 주파수 대역에서 (일반적으로 위성지구국 안테나의 낮은 주파수 대역은 수신 대역이며, 상대적으로 높은 주파수 대역은 송신대역으로 사용함.) 발생되는 TM11 및 TE11과 같은 고차모드(HOM)를 감소 또는 억제시킴으로써 원활한 통신 특성을 보장할 수 있다.
일 실시예에 따른 고차모드를 억제하는 광대역 셉텀 편파기에 의하면, 셉텀 편파기의 고차모드를 억제하여 안테나의 Co-pol 및 Cross-pol의 빔 패턴 왜곡을 줄이고 대칭성을 증가시킴으로써, 사이드로브에 의한 인접 위성 간섭을 낮추고 고차모드에 의한 안테나 Gain 감소를 방지할 수 있다.
일 실시예에 따른 고차모드를 억제하는 광대역 셉텀 편파기에 의하면, 축비(Axial ratio) 및 격리(Isolation)와 같은 기본모드의 특성 열화 없이 고차모드를 감소시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 고차모드를 억제하는 광대역 셉텀 편파기의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 셉텀 편파기의 사시도를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 셉텀 편파기의 단면도를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 셉텀 편파기의 저면도를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 셉텀 편파기의 기 설정된 주파수 대역에서의 데시벨(dB) 테스트 결과 그래프를 나타낸다.
도 5a 내지 도 5c는 일 실시예에 따른 셉텀 편파기의 데시벨에 따른 패턴 데이터 결과 그래프를 나타낸다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 셉텀 편파기(10)의 사시도를 나타내고, 도 2는 일 실시예에 따른 셉텀 편파기(10)의 단면도를 나타내며, 도 3은 일 실시예에 따른 셉텀 편파기(10)의 저면도를 나타낸다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 일 실시예에 따른 셉텀 편파기(10)는, 도파관 몸체(100), 도파관 몸체(100)의 내측에 길이 방향으로 배치되고 도파관 몸체(100)를 두 부분으로 나누는 계단 형태의 셉텀(200)을 포함할 수 있다. 도파관 몸체(100)는 사각 기둥 또는 원 기둥의 형태일 수 있고, 다각 기둥의 형태일 수도 있으며 어느 형태에 국한되지 않는다.
셉텀(200)은, 도파관 몸체(100) 전방 측에 배치되는 제1 단층부(210), 제1 단층부(210)의 후측에 배치되어 고차모드를 감소시키는 제2 단층부(220) 및 제2 단층부(220)의 후측에 배치되고 제1 단층부(210)와 대향 되도록 배치되는 제3 단층부(230)를 포함할 수 있다. 도파관 몸체(100)의 전방 측은 도 1에서의 좌표계에서 Z축의 양의 방향에 가까이 위치한 측면이고, 도파관 몸체(100)의 후측 내지 후방 측은 Z축의 음의 방향에 가까이 위치한 측면일 수 있다. 셉텀(200)은 전체적으로 도파관 몸체(100) 후방 측에 위치할 수 있고, 또한 셉텀(200)은 도파관 몸체(100)의 후방 측을 두 부분으로 나누는 중격(中隔)으로서의 역할을 수행할 수 있다.
도 1 또는 도 2에서 도시된 바와 같이, 제1 단층부(210)는 적어도 하나 이상의 스텝으로 구성되고, 제1 단층부(210)의 스텝은 각각의 높이가 차이 나도록 형성되고 전방에서 후방으로 낮은 높이의 스텝부터 높은 높이의 스텝까지 차례로 배열될 수 있다. 도 2에서 제1 단층부(210)는 제1 스텝(2101) 및 제2 스텝(2102)로 구성되고, 제2 스텝(2102)은 제1 스텝(2101) 보다 높이가 높게 형성될 수 있다. 제1 단층부(210)는 2개의 스텝으로 구성되었으나, 1개 또는 그 이상의 스텝으로도 구성될 수 있다.
제2 단층부(220)는, 제1 단층부(210)의 높이보다 높은 높이를 가지고, 적어도 하나 이상의 쌍의 스텝으로 형성되며, 상기 쌍의 스텝은 높이가 다른 적어도 2개의 스텝으로 형성되고 상기 적어도 2개의 스텝 중 높이가 높은 스텝이 전방에 배치되고 높이가 낮은 스텝이 후방에 배치될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 단층부(220)는, 전방 측에 배치되는 제1 쌍의 스텝(221), 제1 쌍의 스텝(221)의 후측에 배치되는 제2 쌍의 스텝(222), 및 제2 쌍의 스텝(222)의 후측에 배치되는 제3 쌍의 스텝(223)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 쌍의 스텝(221)의 평균 높이는 제2 쌍의 스텝(222)의 평균 높이보다 낮으며 제2 쌍의 스텝(222)의 평균 높이는 제3 쌍의 스텝(223)의 평균 높이보다 낮을 수 있다. 제1 쌍의 스텝(221)은 제3 스텝(2211) 및 제4 스텝(2212)를 포함하고, 제3 스텝(2211)이 제4 스텝(2212)보다 전방 측에 위치되며 높이가 높을 수 있다. 제2 쌍의 스텝(222)은 제5 스텝(2221) 및 제6 스텝(2222)를 포함하고, 제5 스텝(2221)이 제6 스텝(2222)보다 전방 측에 위치되며 높이가 높을 수 있다. 제3 쌍의 스텝(223)은 제7 스텝(2231) 및 제8 스텝(2232)를 포함하고, 제7 스텝(2231)이 제8 스텝(2232)보다 전방 측에 위치되며 높이가 높을 수 있다. 제3 스텝(2211), 제5 스텝(2221) 및 제7 스텝(2231)이 각각 제4 스텝(2212), 제6 스텝(2222) 및 제8 스텝(2232) 보다 전방 측에 배치됨으로써 기본 모드의 변화 없이 고차모드(HOM)를 상쇄시켜 감소시킬 수 있다.
제3 단층부(230)는, 제2 단층부(220)보다 높이가 높게 구성되고, 적어도 하나 이상의 스텝으로 구성되며, 제3 단층부(230)의 스텝은 전방에서 후방으로 갈수록 낮은 높이의 스텝부터 높은 높이의 스텝으로 배열될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제3 단층부(230)는 제9 스텝으로 구성될 수 있고, 1개의 스텝뿐만 아니라 1개 이상의 스텝으로도 구성될 수 있다. 또한, 전방에서 후방으로 갈수록 높이가 높아져야 되는 조건을 만족시킬 수 있어야 한다.
도 1 및 도 3을 참조하여, 일 실시예에 따른 셉텀 편파기(10)는, 다각형 단면을 가지는 도파관 몸체(100), 도파관 몸체(100)의 내측에 길이 방향으로 배치되고 도파관 몸체(100)를 두 부분으로 나누는 계단 형태의 셉텀(200), 및 도파관 몸체(100)의 외부 표면에 배치되는 주름부(300)를 포함할 수 있다. 도파관 몸체(100) 및 셉텀(200)은 위 설명한 바와 동일하므로, 도파관 몸체(100) 및 셉텀(200)에 대해 간략히 설명한다.
주름부(300)는 셉텀(200) 외측의 도파관 몸체(100)의 표면에 배치되고, 셉텀(200)과 만나지 않는 도파관 몸체(100)의 표면에 배치될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이 주름부(300)는 셉텀(200)과 접하지 않는 도파관 몸체(100)의 외부 표면에 배치될 수 있다. 구체적으로, 셉텀(200)의 길이방향의 평면(YZ 평면)과 평행한 도파관 몸체(100)의 외부 표면에 배치될 수 있다. 또한, 설계의 경우에 따라서 기존에 배치된 주름부(300)뿐만 아니라 셉텀(200)과 가까이 위치된 도파관 몸체(100)의 2면(XZ 평면과 평행한 표면)에 주름부(300)가 더 배치될 수 있다.
셉텀(200)은 높이가 다른 n개의 스텝들을 포함할 수 있고, 주름부(300)는 n+1개의 단차를 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 셉텀(200)은 높이가 다른 9개의 스텝들을 포함하며, 주름부(300)는 이 보다 하나 더 많은 10개의 단차들을 포함할 수 있다. 여기서, 주름부(300)의 개수를 정의할 때, 도파관 몸체(100)의 길이방향으로 자른 단면에서의 주름부(300)의 개수로 정의할 수 있다.
도 3에서의 주름부(300)는 제1 단차(301), 제2 단차(302), 제3 단차(303), 제4 단차(304), 제5 단차(305), 제6 단차(306), 제7 단차(307), 제8 단차(308), 제9 단차(309) 및 제10 단차(310)를 포함할 수 있다. 설계의 경우에 따라서 주름부의 개수는 셉텀의 스텝 개수에 따라 변경될 수 있다. 예를 들어, 셉텁의 스텝의 개수가 11개이면 주름부의 개수는 12개로 설계될 수 있다.
주름부(300)의 이웃하는 단차들은 높낮이 또는 폭 또는 깊이가 다르게 형성될 수 있다. 구체적으로, 높낮이는 Y축 상의 치수이고, 폭은 Z축 상의 치수이며, 깊이는 X축 상의 치수일 수 있다. 도 1에서의 주름부(300)의 단차들은 일괄적으로 높낮이를 일정하게 구성하였으나 서로 다른 단차들로 구성될 수도 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 단차(302)에 이웃하는 제1 단차(301) 및 제3 단차(303)는 제2 단차(302)의 폭 또는 깊이와 다르게 형성되고, 다른 단차들도 서로 이웃하는 단차와 폭 또는 깊이가 다르게 형성될 수 있다.
따라서, 셉텀 편파기(10)는, 셉텀(200)에서의 서로 다른 높이의 제1 단층부(210), 제2 단층부(220) 및 제3 단층부(230)를 구비하고, 주름부(300)를 구비함으로써, Ka-band와 같은 기 설정된 주파수 대역에서 고차모드(HOM)를 감소시킬 수 있다.
이하에서는 일 실시예에 따른 셉텀 편파기(10)의 성능에 대해 도 4a 내지 도 5c를 참조하여 상세히 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 셉텀 편파기(10)의 기 설정된 주파수 대역에서의 데시벨(dB) 테스트 결과 그래프를 나타내고, 도 5a 내지 도 5c는 일 실시예에 따른 셉텀 편파기(10)의 데시벨에 따른 패턴 데이터 결과 그래프를 나타낸다.
도 4a 및 도 4b를 참조하여, 도 4a는 일반적인 셉텀 편파기에 대해 테스트한 결과 그래프이다. 즉, 일반적인 셉텀 편파기는 일 실시예의 셉텀 편파기(10)와 달리 셉텀이 일정한 방향으로 높이가 증가하는 편파기를 의미한다. 또한, 여기서의 일반적인 셉텀 편파기는 주름부를 포함하지 않는다. 도 4b는 일 실시예의 셉텀 편파기(10)에 대해 테스트한 결과 그래프이다.
도 4a 및 도 4b에서 모두 수신대역은 17.7~20.2 GHz, 송신대역은 27.5~30.0 GHz의 주파수를 사용하였다. 또한, 'S1(1),1(1)'은 리턴 손실(Return loss), 'S2(1),1(1)'은 포트-대-포트 격리(Port-to-Port Isolation, 이하 격리)를 각각 의미하며, 리턴 손실 및 격리는 기본모드에 해당한다. 또한, 'S3(3),1(1)', 'S3(4),1(1)'은 TM11, TE11을 각각 의미하고 이는 고차모드(HOM)에 해당한다.
도 4a에서 일반적인 셉텀 편파기의 수신대역에서의 리턴 손실은 -22dB 이하, 격리는 -20dB 이하이고, 송신대역에서의 리턴 손실은 -23dB 이하, 격리는 -26dB 이하로 확인될 수 있다. 또한, 일반적인 셉텀 편파기의 송신대역에서의 TM11은 -23dB 이하, TE11은 -19dB 이하로 확인될 수 있다.
도 4b에서 일 실시예의 셉텀 편파기(10)의 수신대역에서의 리턴 손실은 -22dB 이하, 격리는 -21dB 이하이고, 송신대역에서의 리턴 손실은 -24dB 이하, 격리는 -26dB 이하로 확인될 수 있다. 또한, 일 실시예의 셉텀 편파기(10)의 송신대역에서의 TM11은 -26dB 이하, TE11은 -26dB 이하로 확인될 수 있다.
도 4a와 도4b에서의 기본모드 값은 거의 비슷한 값을 보이나, 송신대역 주파수에서의 고차모드 값은 일 실시예의 셈텀 편파기(10)가 더 낮은 값을 보인다. 따라서, 일 실시예의 셈텀 편파기(10)가 일반적인 셉텀 편파기보다 더 좋은 성능인 것을 확인할 수 있다. 여기서, 고차모드의 값은 낮으면 좋은 성능이라는 것을 의미하고, 도 4b에 도시된 바와 같이 20.4GHz 근방을 기준으로 아래 주파수, 즉 수신대역의 고차모드는 cut-off가 되어 발생하지 않을 수 있다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하여, 도 5a, 도 5b 및 도 5c에서 모두 실선은 일반적인 셉텀 편파기를 적용한 파라볼릭 안테나의 패턴 데이터(이하, 일반적인 셉텀 편파기를 적용한 패턴 데이터)이며, 파선은 일 실시예에 따른 셉텀 편파기(10)를 적용한 파라볼릭 안테나의 패턴 데이터(이하, 셉텀 편파기(10)를 적용한 패턴 데이터)이다. 일반적인 셉텀 편파기를 적용한 패턴 데이터는 도 4a에 도시된 바와 같이 송신대역에서의 고차모드 레벨이 -20dB 정도에서 측정되었으며, 셉텀 편파기(10)를 적용한 패턴 데이터는 도 4b에 도시된 바와 같이 고차모드 레벨이 -25dB 정도에서 측정되었다. 상기 파라볼릭 안테나의 패턴 데이터의 종류에는 Co-pol 패턴 및 X-pol 패턴이 있을 수 있다.
도 5a는 Co-pol 패턴을 나타내고, 도 5b는 Co-pol 패턴의 메인 빔(Main beam)을 확대한 것을 나타내며, 도 5c는 X-pol 패턴을 나타낸다. 도 5a에서 일반적인 셉텀 편파기를 적용한 Co-pol 패턴이 셉텀 편파기(10)를 적용한 Co-pol 패턴 보다 비대칭이고, 약 3dB 이상 오버 슈팅(Over shooting)하는 것이 확인될 수 있다. 반대로 말하면, 셉텀 편파기(10)를 적용한 Co-pol 패턴이 일반적인 셉텀 편파기를 적용한 Co-pol 패턴보다 대칭적이고, 고차모드가 감소되어 Co-pol 패턴이 개선되며, 셉텀 편파기(10)가 일반적인 셉텀 편파기보다 상대적으로 양호한 성능을 달성하는 것이 확인될 수 있다. 도 5b에서는 셉텀 편파기(10)를 적용한 Co-pol 패턴의 피크 레벨(Peak level)보다 일반적인 셉텀 편파기를 적용한 Co-pol 패턴의 피크 레벨이 0.4dB 정도 낮은 것을 확인할 수 있다. 이는 일반적인 셉텀 편파기 적용 시, 고차모드에 의해 신호 레벨이 감소한다는 것을 표현할 수 있다. 도 5c에서는 셉텀 편파기(10)를 적용한 X-pol 패턴이 일반적인 셉텀 편파기를 적용한 X-pol 패턴보다 대칭적이며, 고차모드가 감소된 것을 확인할 수 있다. 도 5a 내지 도 5c에서 패턴이 대칭적이면 고차모드가 감소되어 성능이 개선된 것을 의미할 수 있다.
일반적인 셉텀 편파기로 광대역 위성 통신을 할 때, 사용 주파수 대역 중 상대적으로 높은 주파수대역에서 발생하는 고차모드의 영향으로 안테나의 Co-pol과 Cross-pol 패턴이 비대칭으로 왜곡될 수 있다. 따라서 임의의 각도에 해당되는 사이드로브 레벨이 높아져서 인접 위성에 간섭을 유발하거나 특정주파수의 고차모드의 레벨의 증가함으로써 해당 주파수의 신호 레벨은 반대로 감소할 수 있다. 또한, 일반적인 셉텀 편파기는 비록 콤팩트하고 우수한 축비 특성을 가지고 있지만, 광대역 통신에는 적합하지 않으며, 주파수의 사용에 제한적일 수 있다. 그러므로, 일 실시예에 따른 셉텀 편파기(10)는 아래의 효과와 함께 이를 보완하고 개선시킬 수 있다.
이로써, 일 실시예에 따른 셉텀 편파기(10)에 의하면, 광대역 통신으로 대표적인 Ka-Band 대역 위성 통신 시에 낮은 주파수 대역보다 상대적으로 높은 주파수 대역에서 (일반적으로 위성지구국 안테나의 낮은 주파수 대역은 수신 대역이며, 상대적으로 높은 주파수 대역은 송신대역으로 사용함.) 발생되는 TM11 및 TE11과 같은 고차모드(HOM)를 감소 또는 억제시킴으로써 원활한 통신 특성을 보장할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 셉텀 편파기(10)에 의하면, 셉텀 편파기의 고차모드를 억제하여 안테나의 Co-pol 및 Cross-pol의 빔 패턴 왜곡을 줄이고 대칭성을 증가시킴으로써, 사이드로브에 의한 인접 위성 간섭을 낮추고 고차모드에 의한 안테나 Gain 감소를 방지할 수 있다.
또한, 일 실시예에 따른 셉텀 편파기(10)에 의하면, 축비(Axial ratio), 리턴 손실(Return loss) 및 격리(Isolation)와 같은 기본모드의 특성 열화 없이 고차모드를 감소시킬 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
10: 셉텀 편파기 100: 도파관 몸체
200: 셉텀 210: 제1 단층부
2101: 제1 스텝 2102: 제2 스텝
220: 제2 단층부 221: 제1 쌍의 스텝
2211: 제3 스텝 2212: 제4 스텝
222: 제2 쌍의 스텝 2221: 제5 스텝
2222: 제6 스텝 223: 제3 쌍의 스텝
2231: 제7 스텝 2232: 제8 스텝
230: 제3 단층부(제9 스텝) 300: 주름부
301: 제1 단차 302: 제2 단차
303: 제3 단차 304: 제4 단차
305: 제5 단차 306: 제6 단차
307: 제7 단차 308: 제8 단차
309: 제9 단차 310: 제10 단차

Claims (10)

  1. 도파관 몸체;
    상기 도파관 몸체의 내측에 길이 방향으로 배치되고, 상기 도파관 몸체를 두 부분으로 나누는 계단 형태의 셉텀;
    을 포함하고,
    서로 다른 높이의 단층부들을 구비하여,
    기 설정된 주파수 대역에서 고차모드를 감소시키고,
    상기 셉텀은,
    상기 도파관 몸체 전방 측에 배치되는 제1 단층부;
    상기 제1 단층부의 후측에 배치되어, 고차모드를 감소시키는 제2 단층부; 및
    상기 제2 단층부의 후측에 배치되고, 상기 제1 단층부와 대향 되도록 배치되는 제3 단층부;
    를 포함하고,
    상기 제2 단층부는,
    상기 제1 단층부의 높이보다 높은 높이를 가지고,
    적어도 하나 이상의 쌍의 스텝으로 형성되며,
    상기 쌍의 스텝은 높이가 다른 적어도 2개의 스텝으로 형성되고, 상기 적어도 2개의 스텝 중 높이가 높은 스텝이 전방에 배치되고 높이가 낮은 스텝이 후방에 배치되는,
    셉텀 편파기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 단층부는 적어도 하나 이상의 스텝으로 구성되고,
    상기 제1 단층부의 스텝은 각각의 높이가 차이 나도록 형성되고 전방에서 후방으로 낮은 높이의 스텝부터 높은 높이의 스텝까지 차례로 배열되는,
    셉텀 편파기.
  4. 삭제
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 단층부는,
    전방 측에 배치되는 제1 쌍의 스텝;
    상기 제1 쌍의 스텝의 후측에 배치되는 제2 쌍의 스텝; 및
    상기 제2 쌍의 스텝의 후측에 배치되는 제3 쌍의 스텝;
    을 포함하고,
    상기 제1 쌍의 스텝의 평균 높이는 상기 제2 쌍의 스텝의 평균 높이보다 낮으며, 상기 제2 쌍의 스텝의 평균 높이는 상기 제3 쌍의 스텝의 평균 높이보다 낮은,
    셉텀 편파기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 단층부는,
    상기 제2 단층부보다 높이가 높게 구성되고,
    적어도 하나 이상의 스텝으로 구성되며,
    상기 제3 단층부의 스텝은 전방에서 후방으로 갈수록 낮은 높이의 스텝부터 높은 높이의 스텝으로 배열되는,
    셉텀 편파기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 도파관 몸체는 다각형 단면을 가지고,
    상기 도파관 몸체의 외부 표면에 배치되는 주름부를 더 포함하는,
    셉텀 편파기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 주름부는,
    상기 셉텀 외측의 상기 도파관 몸체의 표면에 배치되고,
    상기 셉텀과 만나지 않는 상기 도파관 몸체의 표면에 배치되는,
    셉텀 편파기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 셉텀은 높이가 다른 n개의 스텝들을 포함하고,
    상기 주름부는 n+1개의 단차를 포함하는,
    셉텀 편파기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 주름부의 이웃하는 단차들은 높낮이 또는 폭 또는 깊이가 다르게 형성되는,
    셉텀 편파기.
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