KR20120081410A - 듀얼 회전편파 안테나 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 선형편파를 회전편파로 변환하는 격막(sceptum) 편파기에서 편파기의 형태는 사각형이며 선형편파 포트중 적어도 하나는 격막이 격막과 접촉한 길이가 큰 쪽의 편파기의 측벽에서 격막 좌우 면에서 한면에 선형 편파 포트가 형성되도록 배치도록 한 편파기를 이용하여 하나의 방사소자를 구성하고 도파관으로 이루어진 급전망을 구성하여 생성된 얇고 간단한 구조의 듀얼 회전편파 안테나에 관한 것이다.
Description
본 발명은 듀얼 회전편파 안테나에 관한 것으로, 새로운 격막 편파기 포트구조를 이용하여 안테나의 성능을 향상시키고 안테나의 구조를 단순화 할 수 있으며 두께를 축소할 수 있는 듀얼 회전편파 혼 어레이 안테나에 관한 것이다.
도파관은 마이크로파(MICRO WAVE) 이상 높은 주파수의 전자기파(이하, ‘ 전자파’라 한다.) 에너지를 전송하는 전송선로의 일종이며, 구리 등의 전기도체로 형성된 관(管)의 내부에 전자기파가 전송되도록 한 것이고, 일종의 고역(高域) 차단필터 특성이 있으며, 차단 파장보다도 긴 파장의 전자파는 전달되지 않는다. 그리고 도파관의 축을 따라 전달되는 전자기파의 파장은 관내파장(管內波長)이라 한다.
즉, 도파관은 속이 빈 금속관이고, 관내 전달되는 파장의 기본 모드(MODE)는 도파관의 크기에 의하여 결정되는 일정한 차단 파장을 가진다.
일반적으로 저주파 신호는 도체인 2 개의 구리선 등을 통하여 전송되지만, 고주파가 되 면 도체의 표면효과로 인하여 도체 손실이 늘어나고 주위의 절연물 등에 의한 유전체 손실도 증가한다.
그러나 도파관은 전자파가 내부의 벽 사이를 반사하면서 전송하므로 손실(감쇄)이 적고, 외부로부터 잡음 유입을 차단하는 동시에 전자파의 불필요한 외부 방사를 차단하는 특성에 의하여 고출력의 마이크로파 등을 전송하는 전송선로에 적합하며, 단면은 원형, 사각형, 타원형 등과 같이 다양한 모양을 한다.
이러한 도파관의 관내에 전송되는 전자파를 공기 중으로 방사(RADIATION)(송신)하는 경우 안테나 기능을 하며, 도파관 안테나 또는 혼(HORN) 안테나라 한다. 안테나는 송신과 수신을 한다.
도파관을 이용한 혼 안테나는 전자파를 출력하는 개구부와 공기층과의 임피던스 매칭(MATCHING, 정합)이 정상적으로 이루어지지 않는 경우, 출력된 전자파 에너지의 일부가 출력되지 못하고 반사되어 해당 전자장치로 입력되므로, 출력전력(OUTPUT POWER)이 낮아지고, 반사된 에너지에 의하여 해당 전자회로의 출력단을 열화시키며 수명을 단축시킨다.
그러므로 혼 안테나는 개구부의 크기를 단계별로 확장시켜 임피던스를 매칭하므로 최대한의 에너지가 방사되도록 한다.
무선주파수의 파장이 1㎜~1m 범위인 전자파를 마이크로웨이브라 하며, 파장이 0.1 내지 1 미터(m)인 유에이치에프(ULTRA HIGH FREQUENCY : UHF)를 포함하여 극초단파라 하고, 제2차 세계대전 때 레이더(RADAR) 등의 개발에 의하여 사용이 활성화되었다.
밀리미터파(MILLIMETRIC WAVE) 또는 이에이치에프(EXTREMELY HIGH FREQUENCY : EHF)는 파장이 수 밀리미터(mm)이며, 센치미터파 또는 에스에이치에프(SUPER HIGH FREQUENCY : SHF)는 파장이 1 내지 10 센티미터(cm)이다.
무선신호는 그 주파수가 높을수록 직진성이 강하여 지상 방향에서는 방해물에 차단되고 가시거리 전달로 제한되지만, 방해물이 없는 하늘 방향으로는 적은 전력으로 먼 거리를 전달하므로 인공위성 등과의 무선통신 주파수로 사용된다.
극초단파 이상의 무선주파수 신호는 그 성질이 빛과 매우 유사하므로 광학적인 이론, 음파를 집중하는 메가폰의 원리 등을 적용할 수 있다.
정보통신 기술이 발전하면서 고주파의 전파를 일상에서 자주 사용하게 되고 있다. 아직까지 선형편파 도파관 혼 배열 안테나는 여러 종류로 개발이 이루어져 왔으나 회전편파 도파관 혼 안테나의 개발에서 중요한 편파기 및 급전망에서의 적절한 구조 개발에 어려움을 겪고 있다.
전파의 종류에는 선형편파인 수평, 수직 편파가 있고 , 회전편파에 좌현편파(LHCP),우현편파(RHCP)가 있다.
평판형 듀얼 선형편파 또는 회전편파 도파관 혼배열 안테나는 선형편파 또는 회전편파의 신호를 송신 또는 수신하는 방사소자들의 배열로 이루어진다. 방사소자들 각각은 다시 혼부, 편파기, 급전망의 구조로 이루어지며, 편파기는 입사포트 및 분리된 편파신호가 출입하는 제1 편파포트, 제 2편파 포트로 구성되고, 제 1편파포트와 연결되는 제 1 급전망, 그리고 제 2 편파포트와 연결되는 제2 급전망의 구성을 이루게 된다. 제 1급전망과 제 2 급전망중 혼과 가까운 위치에 있는 급전망이 제 1급전망이다.
이 때, 급전망을 이루는 요소에는 기본적으로 4가지로 나뉘게 되는데, E-Plane 꺽임, E-plane T분배기, H-Plane 꺽임, H-Plane T-분배기로 나뉜다.
이러한 종래의 안테나의 설계도면에서 제품을 생산하기 위해서는 설계된 모양대로 목업을 가공하는 방법 및 사출물에 도금하는 방법, 금속을 설계도면대로 가공하는 방법이 대표적으로 생산하는 방법이었다. 이 때 각 혼부, 편파기,급전망들의 구조가 복잡한 3차원 미로처럼 연결되어 있어 접시형 안테나처럼 한 개의 판으로 생산할 수 없고 몇 개의 층의 패널이 결합되어야만 전체 안테나가 될 수 있다.
종래의 듀얼 회전편파 안테나의 경우 안테나 소자의 편파기는 회전 편파의 편파를 분리하는 장치로 격막 편파기가 사용되었으며, LNB의 피드혼에 주로 사용되고 있는 구조를 이용한 것이다. 격막 편파기는 3개의 입출력 포트를 가지는 도파관 장치이다. 그 중 한 포트는 회전편파 신호를, 나머지 2개의 포트는 선형편파 신호를 통과시키는 포트이다. 격막 편파기는 원형 도파관으로부터 만들 수도 있고 또 다른 방법으로는 2개의 직사각형 도파관에서 형성될 수도 있다. 2개의사각 도파관에서 형성되는 경우 2개의 동일한 사이즈의 직사각형 도파관이 모여 하나의 격막을 지나 정사각형 도파관으로 이어지는 형태를 띤다.
격막 편파기에서 선형편파의 신호는 격막의 작용으로 인해 회전편파의 신호로 변환되기도 하고 반대로 회전편파의 신호가 선형편파 신호로 변환되기도 한다. 2개의 직사각형 도파관중 어느 하나에 선형편파 신호가 입사되면 어떤 포트에 입사했느냐에 따라 좌현편파(LHCP,Left Hand Circular Polarization) 또는 우현편파(Right Hand Circular Polarization)가 발생한다.
종래의 듀얼 회전편파 도파관 혼 안테나에서는 격막 편파기에서 회전편파 포트의 위치가 선형편파로 전환되는 2개의 포트의 위치와 정반대에 놓여 있으며 두개의 선형편파 포트는 각각 격막을 사이에 두고 나뉘는 형상이어서 평판형 싱글 회전편파 안테나를 위한 급전망의 설계는 종래의 평판형 듀얼 선형편파 안테나의 설계에서 주로 사용되어 왔던 E-Plane Bend 및 E-Plane T 분배기의 조합의 방식에 쉽게 설계되었던 반면에 듀얼 회전편파용 급전망의 설계에서는 편파기에서 급전망으로 연결되는 포트의 위치가 분리된 편파 모두 한 방향에 몰려 있어서 기존의 E-Plane Bend 및 E-Plane T 분배기의 조합의 방식에 따라서 연결하는 경우 신호의 위상이 서로 깨뜨려져서 안테나로서의 구성이 불가능했다. 이러한 문제의 극복은 종래 출원에서 제시되었던 E-plane에서 H-Plane으로의 도파관 꺾임 구조의 도입으로 인해 가능해졌다. 하지만 종래의 출원의 안테나의 경우 목업의 제조시에는 4개의 패널로 가능하나, 양산 제조시에는 5개의 패널이 소요되어야 제작이 가능했다. 종래의 듀얼 선형편파 안테나에서는 4개 또는 3개의 패널만으로도 안테나의 제조가 가능하였으나 종래의 이 도파관꺽임 구조를 이용한 듀얼회전편파 안테나에서는 편파기 포트의 구조상 제 1편파 포트와 제1 급전망과의 연결을 위해서 부득이하게 방향을 꺽기 위해 듀얼선형편파 안테나에서는 없었던 중간층이 더 필요하게 되어 패널의 수가 하나가 추가되어 필요하여 비용이 많이 추가되는 단점이 있었다.
본 발명의 목적은 듀얼 회전 편파를 모두 수신이 가능하면서도 더욱 간단하게 제작이 가능한 구조의 듀얼 선형 편파 안테나를 제시하고자 한다.
종래의 듀얼 회전편파 안테나의 문제점은 편파기의 특성상 선형편파에서 회전편파로 변환되거나 또는 회전편파에서 선형편파로 변환되는 데에는 일정 거리가 필요하며 두개의 선형편파 포트의 방향 및 위치가 동일한 방향으로 격막을 가운데로 하여 나뉘어진 구조로서 격막편파기의 회전편파 포트의 반대쪽에서만 위치해야만 했다는 데 있었다. 이 때문에 2개의 포트 중 제2 급전망의 도파관은 종래의 E-Plane Bend 및 E-Plane T 분배기의 반복적 조합으로 쉽게 도파관 급전망을 구성하는 것이 가능하였으나, 제 1 편파 포트에 연결할 급전망의 구조는 E-Plane 에서 H-Plane으로의 꺽임구조가 사용되었으며, 안테나의 제작상 총 5개, 즉 혼층과 편파기 상부를 포함한 층, 제1 급전망층의 상부층, 제1 급전층의 하부 및 중간층의 상부를 포함한 층, 중간층의 하부 및 제2 급전망층의 상부층, 제2급전망층의 하부층 등의 패널로 분리해야 제작이 가능하다. 이와 같이 중간층이 사용되는 구조에서 중간층을 제거하여, 안테나의 제작시 총 4개, 즉 혼층과 편파기 상부를 포함한 층, 제1 급전망층의 상부층, 제1 급전층의 하부 및 제 2 급전망의 상부를 포함한 층, 제2급전망층의 하부층 등의 패널로 듀얼 회전편화 도파관안테나를 제공하며 총 4개의 패널로 제작 가능한 듀얼 회전 편파 안테나를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 우현편파와 좌현편파를 분리하여 송신 및 수신하는 평판형 회전편파 도파관 안테나에 있어서,
상기 도파관 안테나에서 각각 우현편파와 좌현편파를 분리하여 송신 및 수신하는 도파관 안테나 소자들이 다수 배열되어 급전망으로 서로 연결되어 형성되며,
상기 도파관 안테나 소자들은 각각 상기 송신과 수신하는 전파의 이득을 높이는 혼부; 및 상기 전파를 좌현편파와 우현편파로 분리하는 단면이 사각형인 편파기부;로 구성되며, 상기 편파기부는 내면 일측 상단과 마주보는 일측 하단을 경사 형상으로 연결하며 동일한 크기의 용적으로 분할하는 격막; 및 좌현 편파와 우현편파로 분리된 전파를 각각 선형편파로 변형하여 송신 및 수신하는 포트로 구성되며,
상기 편파기부에서 상기 격막의 좌 또는 우측 중 일측의 하단은 막혀있고, 상기 격막의 하단이 막혀 있는측이면서 상기 사각형 편파기부에서 4개의 측면중 격막의 상단이 닿아 있는 측면에 분리된 제 1편파 신호가 송신 또는 수신하는 제 1 포트가 위치하며, 격막의 좌 또는 우측 중 나머지 일측의 하단에 제 2 편파 신호가 송신 또는 수신하는 제 2 포트가 위치하는 것을 특징으로 하는 평판형 회전편파 도파관 안테나를 제시한다.
상기 제 1 편파 및 제 2편파 포트는 각각 단면이 직사각형의 도파관으로 되는 것이 바람직하다.
상기 편파기에서 측벽이나 상기 격막의 좌 또는 우측중 막힌 하단 또는 제 2포트에는 계단형상의 돌기, 사각 돌기 및 사선방향의 돌기 및 모서리 형상이 추가로 형성될 수 도 있다.
본 발명에 따른 듀얼 회전 편파 도파관 혼배열 안테나는 종래의 기술을 이용한 것보다 수직면을 놓고 볼 때 도파관이 형성되는 층이 하나가 줄어들어 간단한 구조로 구조가 가능함에 따라 제품을 생산시에 제작해야 하는 패널의 수를 줄일 수 있어 비용절감 효과가 있을 뿐 아니라 구조가 간단하여 제조시에 많은 문제 발생 소지를 줄일 수 있다.
도 1은 종래의 듀얼 회전편파 도파관 혼 안테나의 역상으로 그려진 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 안테나 소자의 역상 도시도이다
도 2는 본 발명에 따른 안테나 소자의 역상 도시도이다
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명을 통해 듀얼 회전편파 안테나가 더욱 간단한 구조로 제조될 수 있어서 생산비용을 절감할 수 있어서 많은 산업적 가치를 지닌다고 할 수 있다.
100 : 평판형 도파관 혼안테나의 혼부
200 : 편파기부
210 : 편파기부의 제 1 편파 포트
220 : 편파기부의 제 2 편파 포트
230 : 편파기부 내의 격막
240 : 제 1편파 포트측 편파기 측벽의 사각 돌기
250 : 제 2편파 포트 입구의 계단형 돌기
260 : 제 2 편파 포트측 편파기 측벽의 사각 돌기
300 : 제 1 급전망
400 : 제 2 급전망
310 : E-Plane T 분배기(E-Plane T Junction)
320 : E-Plane 꺽임(E-Plane Bend)
200 : 편파기부
210 : 편파기부의 제 1 편파 포트
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250 : 제 2편파 포트 입구의 계단형 돌기
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300 : 제 1 급전망
400 : 제 2 급전망
310 : E-Plane T 분배기(E-Plane T Junction)
320 : E-Plane 꺽임(E-Plane Bend)
Claims (1)
- 우현편파와 좌현편파를 분리하여 송신 및 수신하는 평판형 회전편파 도파관 안테나에 있어서,
상기 도파관 안테나에서 각각 우현편파와 좌현편파를 분리하여 송신 및 수신하는 도파관 안테나 소자들이 다수 배열되어 급전망으로 서로 연결되어 형성되며,
상기 도파관 안테나 소자들은 각각 상기 송신과 수신하는 전파의 이득을 높이는 혼부; 및
상기 전파를 좌현편파와 우현편파로 분리하는 단면이 사각형인 편파기부;로 구성되며,
상기 편파기부는 내면 일측 상단과 마주보는 일측 하단을 경사 형상으로 연결하며 동일한 크기의 용적으로 분할하는 격막; 및
좌현 편파와 우현편파로 분리된 전파를 각각 선형편파로 변형하여 송신 및 수신하는 포트로 구성되며,
상기 편파기부에서 상기 격막의 좌 또는 우측 중 일측의 하단은 막혀있고, 상기 격막의 하단이 막혀 있는측이면서 상기 사각형 편파기부에서 4개의 측면중 격막의 상단이 닿아 있는 측면에 분리된 제 1편파 신호가 송신 또는 수신하는 제 1 포트가 위치하며, 격막의 좌 또는 우측 중 나머지 일측의 하단에 제 2 편파 신호가 송신 또는 수신하는 제 2 포트가 위치하는 것을 특징으로 하는 평판형 회전편파 도파관 안테나.
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