KR20130055183A - 빔 틸트를 위한 원형 트롬본 위상가변기 - Google Patents

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KR20130055183A
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Abstract

본 발명은 빔틸트를 위한 원형 트롬본 위상가변기에 관한 것으로서, 입력된 신호를 분배하고 위상을 가변시키는 마이크로스트립(microstrip) 선로의 일부 패턴이 일면에 형성되어 있는 고정기판; 및 절연막을 경계로 상기 고정기판과 맞닿아 설치되고, 회전운동이 가능하며, 상기 회전운동에 따라 상기 고정기판에 형성된 패턴과 가변적으로 커패시티브 커플링(capacitive coupling)되는 트롬본(Trombone) 형태의 패턴이 형성되어 있어서, 상기 고정기판과 함께 상기 마이크로스트립 선로를 가변적으로 형성하는 가변기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

빔 틸트를 위한 원형 트롬본 위상가변기{CIRCULAR TROMBONE LINE PHASE-SHIFTER FOR BEAM TILT}
본 발명은 빔틸트를 위한 원형 트롬본 위상가변기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 트롬본 타입(Trombone Type)의 커플링 패턴을 가지면서 동시에 원형 타입(Circular Type)으로 형성된 위상가변기에 관한 것이다.
빔 틸트를 위한 위상가변기란, 전기적인 빔 틸트 방식에 사용되는 장치로서, 일렬로 배열된 각 안테나 방사소자에 급전되는 신호의 위상차를 가변시켜서 전기적인 빔 틸팅을 가능하게 하는 장치이다.
이러한 위상 가변기는 입력신호를 적절히 지연시킴으로서 입력신호와 출력신호간의 위상차가 발생하도록 하는 장치인데, 대표적으로 전송선로의 물리적인 길이를 달리하는 방식으로 구현될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 3를 참조하여 종래에 사용된 위상가변기를 살펴본다.
먼저, 도 1 및 도 2는 종래에 사용되던 빔 틸트를 위한 트롬본 타입(Trombone Typle)의 위상가변기를 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 트롬본 타입의 위상가변기는 직선운동을 하는 가변기판을 포함하였는데, 이러한 가변기판의 직선운동을 통해 고정기판과 가변기판의 패턴들을 동적으로 커패시티브 커플링(Capacitive Coupling) 시키고, 이에 따라 위상 가변 선로를 형성하여 위상가변기로 동작하였다.
하지만, 이러한 종래의 트롬본 타입의 위상가변기는 구조적인 문제점이 있었는데, 구체적으로 트롬본 형태의 선로를 이동하기 위하여 복잡한 이동체가 필요하다는 문제점과, 이동기판을 고정기판으로 밀착시키기 위한 스프링이 상기 이동체에 부착되어 있어 이동체를 지지하기 위한 금속 하우징 수단이 더 필요하다는 문제점이 있었다.
또한 종래의 트롬본 타입의 위상기는, 상기와 같이 하우징 수단이나 이동체의 구성을 사용하지 않더라도, 가변기판의 직선 이동경로 전체에서 상기 가변기판을 가이드 하거나 지지하는 구성이 필요하여 구조적으로 복잡하고 생산성을 저해시킬 수 있다는 문제점이 있었다.
그리고 종래의 트롬본 타입의 위상가변기는, 상기 가변기판이 일직선 운동 중에 경로를 이탈할 수도 있다는 위험성과, 직선운동을 하는 상기 가변기판의 슬라이딩을 저지시키는 슬라이딩 저지수단(Sliding Stop)이 추가적으로 필요하다는 문제점이 있었다.
따라서, 위상가변기 분야에서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 새로운 유형의 위상가변기의 개발이 요구되고 있다.
다음으로, 도 3은 종래에 사용되던 와이퍼 타입의 위상가변기를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 종래에 사용되던 와이퍼 형태의 위상가변기는, 분기점의 이동에 의하여 좌우로 위상이 변화하고, 가변기판과 고정기판이 형성하는 마이크로 스트립 선로 상에서 신호의 위상과 크기(magnitude)가 모두 조절되는데, 이러한 구성에 의해 파워분배 기능은 매우 약하고 일반적인 설계가 매우 어려웠다. 구체적으로 동일 분기점의 좌우에서는 파워 값이 대칭이 되는 제약이 있었고, 분기점의 접촉 상태에 따라서 실제 설계 값으로부터 파워 분배 값이 달리지는 문제점도 있었다.
따라서, 종래의 위상가변기 분야에서, 이러한 문제점도 해결할 수 있는 새로운 유형의 위상가변기의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 기술적인 요구를 충족시키기 위해서 발명되었으며, 상기와 같은 문제점을 해결함은 물론, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 용이하게 개발할 수 없는 기술을 제공하기 위해 발명되었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 종래의 트롬본 타입의 위상가변기에서 직선운동의 양방향 모두에서 구비해야 했던, 가변기판 슬라이딩 저지수단(sliding stop)의 구성을 단순화시키는 것을 해결과제로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 가변기판이 직선운동을 하면서 생길 수 있는 운동경로 이탈의 위험을 제거하는 것을 해결과제로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 가변기판의 이동을 지지하기 위한 지지부나 하우징의 구성을 최소화시킬 수 있게 하는 것을 해결과제로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 위상가변기의 구성을 단순화시키고 면적을 감소시킬 수 있으므로, 이러한 위상가변기가 포함되는 빔틸팅 안테나의 제작비용을 감소시키고 생산성을 현저하게 높일 수 있게 하는 것을 해결과제로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 타입의 위상가변기는, 입력신호의 크기(magnitude)를 먼저 조절하고, 고정기판과 가변기판이 형성하는 위상 가변 선로에서는 신호의 위상만을 가변시키는 것을 해결과제로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 타입의 위상가변기는, 위상가변기 설계의 자유도(degree of freedom)을 증가시키고 임의의 파워 분배가 가능하게 하는 것을 해결과제로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 타입의 위상가변기는, 신호의 크기(magnitude)조정을 위해 위상가변 선로 전체를 교체해야 했던 종래의 문제점을 해결하는 것을 해결과제로 한다.
또한, 본 발명이 일 실시예에 따른 원형 트롬본 타입의 위상가변기는, 설계단계에서 의욕한 신호의 위상과 크기를 실제로도 용이하게 구현할 수 있게 하여, 전기적인 빔틸팅의 정교함을 높일 수 있게 하는 것을 해결과제로 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 입력된 신호를 분배하고 위상을 가변시키는 마이크로스트립(microstrip) 선로의 일부 패턴이 일면에 형성되어 있는 고정기판; 및 절연막을 경계로 상기 고정기판과 맞닿아 설치되고, 회전운동이 가능하며, 상기 회전운동에 따라 상기 고정기판에 형성된 패턴과 가변적으로 커패시티브 커플링(capacitive coupling)되는 트롬본(Trombone) 형태의 패턴이 형성되어 있어서, 상기 고정기판과 함께 상기 마이크로스트립 선로를 가변적으로 형성하는 가변기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 입력되는 신호를 분배하고, 분배된 신호들의 크기(magnitude)를 조정하는 신호분배기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 고정기판과 가변기판이 함께 형성하는 가변적인 마이크로스트립 선로가 신호들의 위상만을 가변시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 신호분배기가 상기 고정기판상에 형성된 패턴으로 구현되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 가변기판이 회전운동을 함에 따라, 신호가 통과하게 되는 상기 마이크로스트립 선로 상의 물리적인 거리가 변화하게 되고, 이에 따라 신호의 위상이 가변되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 가변기판에 형성된 트롬본 형태의 패턴을 U자형에 대응시킬 때, 상기 U자형 중 마주보는 두 선에 대응하는 부분이 각각 곡선의 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 곡선이 상기 가변기판의 회전중심부를 중심으로 하는 원 둘레의 일부인 것을 특징으로 한다.
또한, 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 가변기판에는 상기 트롬본 형태의 패턴이 복수 개 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 복수 개의 트롬본 형태의 패턴이 위상이 가변되는 출력신호의 개수만큼 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 복수 개의 트롬본 형태의 패턴이 상기 가변기판의 회전중심부를 중심으로 하는 원들의 둘레 상에 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 복수 개의 트롬본 형태의 패턴이 상기 원들의 둘레를 따라 시계방향 또는 반시계 방향을 향하도록 형성되어서, 상기 가변기판이 회전운동을 할 경우에 서로간에 양 또는 음으로 비례하게 위상으로 가변시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 복수 개의 트롬본 형태의 패턴이 2개씩 그룹을 이루어서 형성되며, 상기 그룹을 이루는 2개의 트롬본 형태의 패턴들이 서로 같은 원의 둘레 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 그룹을 이루는 2개의 트롬본 형태의 패턴들이 각각 시계방향 또는 반시계방향의 서로 다른 방향을 향하도록 형성되어서, 상기 가변기판이 회전운동을 할 경우에 서로간에 음으로 비례하도록 위상을 가변시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 절연막이 고정기판 및 가변기판이 맞닿는 면 중 적어도 일면에서 이루어지는 PSR(Photo Solder Resist) 처리에 의해 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 고정기판이 신호가 입력되는 입력패턴과 위상이 가변된 신호가 출력되는 출력패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 입력패턴과 출력패턴에 입출력케이블이 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 종래의 트롬본 타입의 위상가변기에서 직선운동의 양방향 모두에서 구비해야 했던, 가변기판 슬라이딩 저지수단(sliding stop)의 구성을 단순화시킬 수 있다. 따라서, 위상가변기 전체의 구조를 더욱 단순화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 가변기판이 직선운동을 하면서 생길 수 있는 운동경로 이탈의 위험을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 가변기판의 이동을 지지하기 위한 지지부나 하우징의 구성을 최소화시킬 수 있으므로 공간상의 이득을 현저하게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 위상가변기의 구성을 단순화시키고 면적을 감소시킬 수 있으므로, 이러한 위상가변기가 포함되는 빔틸팅 안테나의 제작비용을 감소시키고 생산성을 현저하게 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 타입의 위상가변기는, 신호의 크기(magnitude)를 독립적으로 조절하며, 고정기판과 가변기판이 형성하는 가변선로에서는 위상만을 가변시키게 할 수 있다. 따라서, 고정기판과 가변기판이 형성하는 선로가 위상가변에만 집중할 수 있으므로, 위상가변기의 정교함을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 타입의 위상가변기는, 위상가변기 설계의 자유도(degree of freedom)을 증가시키고 임의의 파워 분배가 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 타입의 위상가변기는, 신호의 크기(magnitude)조정을 위해 위상가변 선로 전체를 재구성해야 했던 종래의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명이 일 실시예에 따른 원형 트롬본 타입의 위상가변기는, 설계단계에서 의욕한 신호의 위상과 크기를 실제로도 용이하게 구현할 수 있게 하여, 전기적인 빔틸팅의 정교함을 높일 수 있다.
도 1 내지 도 3은 종래에 사용되고 있던 위상가변기를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기의 마이크로스트립 패턴의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기의 고정기판과 가변기판을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기에 입출력케이블이 연결된 모습을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기의 고정기판과 가변기판을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기가 포함하는 신호분배 패턴의 한가지 실시예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기가 포함하는 신호분배기가 별도의 기판에 형성된 것 것을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기를 설명한다. 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기를 상세하게 설명한다.
먼저, 도 4 내지 도 6을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 입력된 신호의 위상을 가변시키는 마이크로스트립(microstrip) 선로의 일부 패턴이 일면에 형성되어 있는 고정기판(100), 절연막을 경계로 상기 고정기판과 맞닿아 설치되고, 회전운동이 가능하며, 상기 회전운동에 따라 상기 고정기판에 형성된 패턴과 가변적으로 커패시티브 커플링(capacitive coupling)되는 트롬본(Trombone) 형태의 패턴이 형성되어 있어서, 상기 고정기판과 함께 상기 마이크로스트립 선로를 가변적으로 형성하는 가변기판(200), 상기 고정기판에 형성된 입력패턴 및 출력패턴과 전기적으로 연결되는 입출력케이블(300)을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상 가변기는, 입력되는 신호를 분배하고, 분배된 신호의 크기(magnitude)를 조정하는 신호분배기(180)를 더 포함할 수 있다.
상기 고정기판(100)은, 신호의 위상을 가변시키는 마이크로스트립(microstrip) 선로의 일부 패턴이 일면에 형성되어 있는 구성으로서, 신호 입력을 위한 입력패턴, 위상이 가변된 신호를 안테나 방사소자로 출력하기 위한 출력패턴 및 기판중심부가 형성되어 있는 구성이다.
이러한 상기 고정기판(100)에 형성된 패턴의 일 실시예를 자세히 살펴보면, 상기 고정기판(100)의 마이크로스트립 선로 패턴은 도 4 및 도 5와 같이 입력패턴(120), 제1출력패턴(130), 제2출력패턴(140), 제3출력패턴(150), 제4출력패턴(160), 제5출력패턴(170) 및 이들을 각각 연결시키기 위한 선로패턴(110)을 포함하여 형성될 수 있다.
여기서 상기 입력패턴(120)은 신호가 입력되는 패턴을 의미하고, 상기 제5출력패턴(170)은 입력신호와 같은 위상을 가지는 신호를 출력시키기 위한 출력패턴을 의미한다. 또한, 상기 제 1 내지 제 4 출력패턴(130 내지 160)은 위상이 가변된 4개의 신호를 출력시키기 위한 패턴이며, 출력케이블과 연결되어서 위상이 가변된 신호를 안테나의 방사소자에 전달하는 역할을 하는 구성을 의미한다. 그리고, 상기 선로패턴(110)은 상기 입력패턴(120)과 상기 출력패턴(130 내지 170)들을 연결시키는 패턴을 의미하는데, 여기서 상기 입력패턴(120)과 상기 제1 내지 4 출력패턴(130 내지 160)들의 연결은 완전하게 연결되지 않고 중간이 단절된 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이것은 단절된 패턴과 뒤에서 살펴볼 상기 가변기판(200)의 패턴들을 커패시티브 커플링(Capacitive Coupling) 시켜서 상기 가변기판(200)의 회전운동에 따라 위상을 일괄적으로 가변시키기 위한 것인데, 이에 따라 각각의 출력패턴(130 내지 160)에 전달되는 신호의 위상을 양 또는 음으로 비례하게(+2A, +A, -A, -2A) 가변시킬 수 있기 때문이다.
한편, 상기 선로패턴(110)은 패턴 중의 일부가 곡선의 형태로 형성될 수 있는데, 여기서 상기 곡선은 바람직하게는 도 4와 같이 상기 기판중심부(190)를 중심으로하는 원의 둘레의 일부일 수 있다. 또한, 상기 선로패턴(110)이 포함하는 단절된 패턴은 도 4와 같이 상기 가변기판(200)에 형성되는 트롬본 형태의 패턴과 대응되는 형태로 형성되는 것이 바람직한데, 구체적으로 상기 트럼본 형태의 패턴을 U자형에 비유할 때 상기 U자형 중 마주보는 두 선에 해당하는 패턴부분과 대응되는 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 이렇게 상기 트롬본 형태의 패턴과 상기 단절된 패턴을 대응되는 형태로 형성하여야, 두 패턴이 서로 오버랩되고 커패시티브 커플링을 이루어서 완전한 입출력 선로를 형성하게 되며, 상기 가변기판(200)의 회전운동에 따라 상기 오버랩되는 면적이 변화되어서 위상 가변 선로를 동적으로 형성하기 때문이다.
다음으로, 상기 고정기판(100)에 형성된 기판중심부(190)를 살펴보면, 상기 기판중심부(190)는 상기 고정기판(100)의 중심부에 형성되는 구성이며, 바람직하게는 기판중심 홀(Hole)의 형태로 형성될 수 있다. 이러한 상기 기판중심부(190)는 바람직하게는 상기 고정기판(100) 상에서 곡선의 형태로 형성될 수 있는 선로패턴(110)들의 곡률 중심의 위치에 형성될 수 있는데, 이러한 상기 기판중심부(190)에 가변기판(200)의 회전운동을 위한 회전축이 통과하고 결합되어서 상기 가변기판(200)의 회전운동을 가능하게 할 수 있다.
끝으로, 상기에서 살핀 고정기판(100)에 형성된 패턴은 출력신호의 개수 등에 따라 다양하게 형성될 수 있으며, 도 4 및 도 5에 포함되어 있는 패턴들로 한정되지 않는다. 구체적으로, 도 7과 같이 출력패턴이 7개인 형태로도 구성될 수 있으며, 이 이외에도 출력패턴을 9개 11개 13개 등으로 구성하여 상기 고정기판(100)을 형성할 수 있다.
상기 가변기판(200)은, 절연막을 경계로 상기 고정기판(100)과 맞닿아 설치되고, 회전운동이 가능하며, 상기 회전운동에 따라 상기 고정기판(100)에 형성된 패턴과 가변적으로 커패시티브 커플링(capacitive coupling)되는 트롬본(Trombone) 형태의 패턴이 형성되어 있어서, 상기 고정기판(100)과 함께 상기 마이크로스트립 선로를 가변적으로 형성하는 기판을 의미한다.
여기서 상기 가변기판(200)에 형성되어 있는 패턴은, 상기 고정기판(100)의 마이크로스트립 선로 패턴상에 형성되어 있는 단절된 패턴에 대응되는 패턴으로, 트롬본 라인(Trombone Line)의 형태로 형성되며, 상기 단절된 패턴과 절연막을 경계로 커패시티브 커플링되어 완전한 마이크로스트립 선로를 형성하게 되는 구성을 의미한다. 이러한 상기 가변기판(200)의 마이크로스트립 선로 패턴은 각각의 단절된 패턴과 커플링 되어야 하는데, 이를 위해 상기 고정기판(100)에 형성되어 있는 단절된 패턴의 수만큼 가변기판(200)의 패턴을 형성해야 한다. (참고로, 상기 단절된 패턴의 수는 위상이 가변되어서 출력되는 신호의 수와 같으며, 결국 상기 가변기판(200)에 형성되는 트롬본 형태의 패턴은 위상이 가변되어 출력되는 신호의 개수만큼 형성되게 된다.)
도 4 및 도 5를 참조하여, 상기 가변기판(200)에 형성되는 패턴의 일 실시예를 좀 더 상세하게 살펴보면, 상기 가변기판(200)에 형성된 트롬본 형태의 패턴은 상기 트롬본 형태를 U자형에 비유할 때, U자형 중 마주보는 두 선에 대응하는 부분이 도 4 및 도 5와 같이 각각 곡선의 형태로 형성될 수 있다. 이 경우 상기 곡선은 상기 가변기판(200)의 회전중심부(250)를 중심으로 하는 원 둘레의 일부인 것이 바람직한데, 이러한 형태로 형성되어야 가변기판(200)의 회전운동으로 패턴들의 오버랩을 일정하게 조절될 수 있기 때문이다. 도 4를 참조하여 살펴보면, 상기 가변기판(200)의 트롬본 형태의 패턴과 상기 고정기판(100)의 단절된 패턴 부분이 곡선의 형태를 이루면서 일부 오버랩되고, 여기서 상기 곡선은 상기 가변기판의 회전중심부(고정기판의 기판중심부)를 중심으로 하는 원들의 둘레와 같은 곡률을 가지도록 구성된다. 따라서, 상기 가변기판(200)의 회전중심부(250)와 상기 고정기판(100)의 기판중심부(190)가 회전축 등에 의해 회전가능한 형태로 결합하고, 상기 가변기판(200)이 회전운동을 하게 되면, 오버랩되는 선로의 길이가 양 또는 음으로 일정하게 조절되게 된다.
한편, 상기 가변기판(200)에 형성되는 트롬본 형태의 패턴은 복수 개가 형성될 수 있는데, 이러한 복수 개의 트롬본 형태의 패턴은 위에서도 언급하였듯이 위상이 가변되는 출력신호의 개수만큼 형성될 수 있다. 또한, 상기 복수 개의 트롬본 형태의 패턴은, 상기 가변기판(200)의 회전중심부(250)를 중심으로 하는 원들의 둘레 상에 각각 형성될 수 있는데, 바람직하게는 도 5와 같이 상기 복수 개의 트롬본 형태의 패턴이 2개씩 그룹을 이루어서 형성되며, 상기 그룹을 이루는 2개의 트롬본 형태의 패턴들이 서로 같은 원의 둘레 상에 형성될 수 있다. 그리고, 상기 복수 개의 트롬본 형태의 패턴은, 도 5와 같이 상기 원들의 둘레를 따라 시계방향 또는 반시계 방향을 향하도록 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 가변기판(200)이 회전운동을 할 경우에는 서로 간에 양 또는 음으로 비례하면서 위상을 가변시킬 수 있게 된다.
이러한 상기 가변기판(200)은 절연막을 경계로 상기 고정기판(100)과 맞닿아 설치되는데, 이 경우 상기 가변기판(200)의 각 패턴의 일부가 상기 고정기판(100)의 패턴과 오버랩되어 커패시티브 커플링을 이루게 된다. 구체적으로 도 4와 같이 상기 가변기판(200)의 트롬본 형태의 패턴 중의 일부와 상기 고정기판(100)의 단절된 패턴 부분이 오버랩되며, 바람직하게는 상기 패턴들이 상기 기판중심부(190) 또는 회전중심부(250)를 중심으로 하는 원들의 둘레 상에서 오버랩되어 커패시티브 커플링을 이루게 된다. 이에 따라 완전한 마이크로스트립 선로가 형성되며 입력신호가 입력패턴(120)을 따라 각각의 출력패턴(130 내지 160)으로 흘러가게 된다.
이렇게 마이크로스트립 선로가 형성된 상태에서의 위상의 가변을 살펴보면, 상기 가변기판(200)의 회전 운동에 의해서 달성되는데, 구체적으로 상기 가변기판(200)의 회전중심부(250)와 상기 고정기판(100)의 기판중심부(190)가 회전축에 의해 결합된 상태에서 상기 가변기판(200)이 회전운동을 하게 되며, 이에 따라 각 패턴들이 오버랩되는 길이가 양(+, 오버랩되는 길이 증가) 또는 음(-, 오버랩되는 길이 감소)으로 비례하게 변화하게 된다. 따라서, 이러한 오버랩 길이의 변화에 따라 각각의 오버랩 지점에서 신호가 통과하게 되는 물리적인 길이가 변화하게 되며, 이러한 과정에 의해 위상의 가변이 이루어지게 된다.
도 4를 참조하여 위상이 가변되는 과정을 더욱 상세하게 살펴보면, 도면을 바라보는 시점을 기준으로 시계방향으로 가변기판(200)이 회전운동을 할 때, 상기 가변기판(200)의 제1패턴(210)이 오버랩되는 길이는 증가(+2X)하고, 상기 가변기판(200)의 제3패턴(230)이 오버랩되는 길이는 감소(-2X)한다. 또한, 상기 가변기판(200)의 제2패턴(220)이 오버랩되는 길이는 증가(+X)하고, 상기 가변기판(200)의 제4패턴(240)이 오버랩되는 길이는 감소(-X)한다.(참고로, 여기서 상기 제1패턴(210) 및 제3패턴(230)의 오버랩되는 길이의 변화(+2X, -2X)가 상기 제2패턴(220) 및 제4패턴(240)의 오버랩되는 길이의 변화(+X, -X)보다 2배 큰 것은, 상기 제1패턴(210) 및 제3패턴(230)이 상기 가변기판(200)의 회전중심부(250)로부터 2배 더 멀리 떨어진 원의 둘레 상에 형성되어 있기 때문에, 상기 제2패턴(220) 및 제4패턴(240)과 같이 회전하여도 더 많은 거리를 이동하기 때문이다) 따라서 분배된 신호가 상기 가변기판(200)의 제1패턴(210)을 지날 때는 오버랩의 증가로 물리적인 길이가 감소하여 신호의 위상이 앞서게 되고(-2A), 상기 가변기판(200)의 제3패턴(230)을 지날 때는 오버랩의 감소로 물리적인 길이가 증가하여 신호의 위상이 지연(+2A)되게 된다. 또한, 분배된 신호가 상기 가변기판(200)의 제3패턴(230)을 지날 때는 오버랩의 증가로 물리적인 길이가 감소하여 신호의 위상이 앞서게 되고(-A), 상기 가변기판(200)의 제4패턴(240)을 지날 때는 오버랩의 감소로 물리적인 길이가 증가하여 신호의 위상이 지연(+A)되게 된다.
한편, 상기 고정기판(100)과 가변기판(200) 사이에 형성되는 상기 절연막은, 고정기판(100) 또는 가변기판(200)의 맞닿는 면 중의 적어도 일면에 절연물질을 형성하여 구성될 수 있는데, 기판 사이에서 절연기능을 수행하고 상기 가변기판(200)이 절연막을 경계로 고정기판(100)과 맞닿은 상태에서 매끄럽게 이동할 수 있도록 하는 물질로 구성되는 것이 바람직하다. 대표적으로 상기 기판들을 PSR(Photo Solder Resist)처리하여 절연막을 형성할 수 있으며, 이러한 PSR 처리는 상기 가변기판(200), 고정기판(100) 모두에게 진행되거나 한쪽 기판에 대해서만 진행될 수도 있다.
끝으로, 상기에서 살핀 가변기판(200)에 형성된 패턴은 출력신호의 개수 등에 따라 다양하게 형성될 수 있으며, 도 4 및 도 5에 포함되어 있는 패턴들로 한정되지 않는다. 구체적으로, 도 7과같이 6개의 트롬본 타입의 패턴이 상기 가변기판(200)에 형성되도록 구성될 수 있으며, 이 외에도 8개, 10개 등 다양한 개수의 패턴이 형성될 수 있다.
상기 입출력케이블(300)은, 상기 고정기판(100)에 형성된 입력패턴(120) 및 출력패턴(130 내지 170)과 전기적으로 연결되는 구성으로서, 상기 입력패턴(120)에 입력신호를 공급하고 상기 출력패턴(130 내지 170)에서 위상이 가변된 신호를 공급받아서 다른 안테나 요소들에 전달하는 구성을 의미한다.
이러한 상기 입출력케이블(300)은, 입력패턴(120)과 연결되는 입력케이블 및 출력패턴과 연결되는 출력케이블을 포함하고, 바람직하게는 위상이 가변된 출력 신호들을 안테나의 방사소자들에 전송하게 되는데, 상기 안테나 방사소자들이 이러한 위상이 가변된 신호들에 의해 전파를 방사 하게 되므로 전기적인 빔 틸팅(Beam Tilting)이 일어나게 된다.
상기 신호분배기(180)는, 입력되는 신호를 분배하고, 분배된 신호의 크기(magnitude)를 조정하는 구성을 의미하는 것으로서, 결국 입력되는 신호를 분배하고 파워(power)를 조절하는 구성을 의미한다.
이러한 상기 신호분배기(180)는, 상기 고정기판(100)과 가변기판(200)이 형성하는 위상가변 선로들과는 독립된 상태로 구성되는데, 이에 따라 상기 고정기판(100)과 가변기판(200)이 함께 형성하는 마이크로스트립 선로가 위상가변에만 집중할 수 있게 된다.
또한, 상기 신호분배기(180)는 바람직하게는 도 4 내지 도 7과 같이 상기 고정기판(100)상에 형성되는 것이 바람직한데, 더욱 바람직하게는 도 8과 같이 상기 고정기판(100)상에 형성된 패턴의 형태로 구성될 수 있다. 도 8을 참조하여 상기 신호분배기(180)의 일 실시예를 살펴보면, 상기 신호분배기(180)는 입력신호를 5개의 신호로 분배하는 형태로 구성될 수 있으며, 분배된 신호들이 흐르게 되는 패턴의 굵기 등의 구성을 변화시켜 신호들의 크기(magnitude) 및 파워(power)를 조절하게 된다.
한편, 상기 신호분배기(180)는 도 4 내지 도 8과 같은 형태 이외에도 다양하게 구성될 수 있는데, 예를 들어 도 9와 같이 상기 고정기판(100)과 분리된 형태로 구성되거나, 상기 고정기판(100)의 바닥면에서 일체형으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 신호분배기(180)가 분배하는 신호의 수는 다양하게 형성될 수 있으며, 신호의 크기를 조절하는 패턴의 모양도 다양하게 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 원형 트롬본 위상가변기의 동작 예를 살펴보면, 먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 입력신호를 신호분배기(180)를 통해 분배시키며 분배되는 신호의 크기 및 파워를 조절한다. 즉, 신호의 위상을 가변시키기 전에 신호의 크기 및 파워를 조절하며, 그 후에 크기 및 파워가 조절된 신호를 상기 고정기판(100)과 가변기판(200)이 형성하는 선로에 전달한다.
다음으로 본 발명에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 상기 고정기판(100)과 가변기판(200)의 패턴들을 커패시티브 커플링 시켜 선로를 형성하고, 이 상태에서 상기 가변기판(200)을 회전운동시켜서 각 출력 선로의 물리적 길이를 변화시킨다. 따라서 이러한 물리적인 길이의 변화에 따라 각 출력 신호의 위상이 가변 되며, 위상이 가변된 신호들이 출력되고 방사소자들에 전달되어서 빔 틸팅을 유도하게 된다.
도 4를 참조하여 실시예를 설명하면, 도 4에서 상기 가변기판(200)이 시계 방향으로 회전운동을 할 때, 상기 가변기판(200)의 제1패턴(210)이 오버랩되는 길이는 증가(+2X)하고, 상기 가변기판(200)의 제3패턴(230)이 오버랩되는 길이는 감소(-2X)한다. 또한, 상기 가변기판(200)의 제2패턴(220)이 오버랩되는 길이는 증가(+X)하고, 상기 가변기판(200)의 제4패턴(240)이 오버랩되는 길이는 감소(-X)한다. (참고로, 여기서 상기 제1패턴(210) 및 제3패턴(230)의 오버랩되는 길이의 변화(+2X, -2X)가 상기 제2패턴(220) 및 제4패턴(240)의 오버랩되는 길이의 변화(+X, -X)보다 2배 큰 것은, 상기 제1패턴(210) 및 제3패턴(230)이 상기 가변기판(200)의 회전중심부(250)로부터 2배 더 멀리 떨어진 원의 둘레 상에 형성되어 있기 대문에, 상기 제2패턴(220) 및 제4패턴(240)과 같이 회전하여도 더 많은 거리를 이동하기 때문이다.)
따라서 분배된 신호가 상기 가변기판(200)의 제1패턴(210)을 지날 때는 오버랩의 증가로 물리적인 길이가 감소하여 신호의 위상이 앞서게 되고(-2A), 상기 가변기판(200)의 제3패턴(230)을 지날 때는 오버랩의 감소로 물리적인 길이가 증가하여 신호의 위상이 지연(+2A)되게 된다. 또한, 분배된 신호가 상기 가변기판(200)의 제3패턴(230)을 지날 때는 오버랩의 증가로 물리적인 길이가 감소하여 신호의 위상이 앞서게 되고(-A), 상기 가변기판(200)의 제4패턴(240)을 지날 때는 오버랩의 감소로 물리적인 길이가 증가하여 신호의 위상이 지연(+A)되게 된다.
한편, 상기 각 출력패턴(130 내지 160)들에 전달된 위상이 가변된 신호들과 상기 제5출력패턴에 전달된 신호는, 출력케이블을 따라 일렬로 형성되어 있는 각 방사기에게 전달되는데, 이에 따라 빔 틸팅이 일어나게 된다.
이상에서 살핀 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 종래의 트롬본 타입의 위상가변기에서 필요했던 가변기판 슬라이딩 저지수단(sliding stop)의 구성을 제거하여 위상가변기의 구조를 단순화시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 가변기판이 직선운동을 하면서 생길 수 있는 운동경로 이탈의 위험을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 가변기판의 이동을 지지하기 위한 지지부나 하우징의 구성을 최소화시킬 수 있으므로 공간상의 이득을 현저하게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 위상가변기는, 위상가변기의 구성을 단순화시키고 면적을 감소시킬 수 있으므로, 이러한 위상가변기가 포함되는 빔틸팅 안테나의 제작비용을 감소시키고 생산성을 현저하게 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 타입의 위상가변기는, 입력신호의 크기(magnitude)를 먼저 조절한 뒤에, 고정기판과 가변기판이 형성하는 위상 가변 선로에서는 위상만을 가변시킬 수 있다. 즉, 신호의 크기(magnitude)를 독립적으로 조절하며, 고정기판과 가변기판이 형성하는 가변선로에서는 위상만을 가변시키게 할 수 있다. 따라서, 고정기판과 가변기판이 형성하는 선로가 위상가변에만 집중할 수 있으므로, 위상가변기의 정교함을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 타입의 위상가변기는, 위상가변기 설계의 자유도(degree of freedom)을 증가시키고 임의의 파워 분배가 가능하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 원형 트롬본 타입의 위상가변기는, 신호의 크기(magnitude)조정을 위해 위상가변 선로 전체를 교체해야 했던 종래의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명이 일 실시예에 따른 원형 트롬본 타입의 위상가변기는, 설계단계에서 의욕한 신호의 위상과 크기를 실제로도 용이하게 구현할 수 있게 하여, 전기적인 빔틸팅의 정교함을 높일 수 있다.
위에서 설명된 본 발명의 실시 예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
100 : 고정기판 110 : 고정기판의 선로패턴
120 : 입력패턴 130 : 제1출력패턴
140 : 제2출력패턴 150 : 제3출력패턴
160 : 제4출력패턴 170 : 제5출력패턴
180 : 신호분배기 190 : 기판중심부
200 : 가변기판 210 : 가변기판의 제1패턴
220 : 가변기판의 제2패턴 230 : 가변기판의 제3패턴
240 : 가변기판의 제4패턴 250 : 회전중심부
300 : 입출력케이블

Claims (15)

  1. 트롬본 타입(Trombone Type)의 위상가변기에 있어서,
    신호의 위상을 가변시키는 마이크로스트립(microstrip) 선로의 일부 패턴이 일면에 형성되어 있는 고정기판; 및
    절연막을 경계로 상기 고정기판과 맞닿아 설치되고, 회전운동이 가능하며, 상기 회전운동에 따라 상기 고정기판에 형성된 패턴과 가변적으로 커패시티브 커플링(capacitive coupling)되는 트롬본(Trombone) 형태의 패턴이 형성되어 있어서, 상기 고정기판과 함께 상기 마이크로스트립 선로를 가변적으로 형성하는 가변기판;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    입력되는 신호를 분배하고, 분배된 신호들의 크기(magnitude)를 조정하는 신호분배기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 고정기판과 가변기판이 함께 형성하는 가변적인 마이크로스트립 선로는, 신호들의 크기는 조정하지 않고 위상만을 가변시키는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 신호분배기는 상기 고정기판상에 형성된 패턴으로 구현되는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변기판이 회전운동을 함에 따라, 신호가 통과하게 되는 상기 마이크로스트립 선로 상의 물리적인 거리가 변화하게 되고, 이에 따라 신호의 위상이 가변되는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 가변기판에 형성된 트롬본 형태의 패턴을 U자형에 대응시킬 때, 상기 U자형 중 마주보는 두 선에 대응하는 부분은, 각각 곡선의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 곡선은 상기 가변기판의 회전중심부를 중심으로 하는 원 둘레의 일부인 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변기판에는 상기 트롬본 형태의 패턴이 복수 개 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수 개의 트롬본 형태의 패턴은 위상이 가변되는 출력신호의 개수만큼 형성되는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복수 개의 트롬본 형태의 패턴은, 상기 가변기판의 회전중심부를 중심으로 하는 원들의 둘레 상에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수 개의 트롬본 형태의 패턴은, 상기 원들의 둘레를 따라 시계방향 또는 반시계 방향을 향하도록 형성되어서, 상기 가변기판이 회전운동을 할 경우에 서로간에 양 또는 음으로 비례하게 위상으로 가변시키는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 복수 개의 트롬본 형태의 패턴은 2개씩 그룹을 이루어서 형성되며, 상기 그룹을 이루는 2개의 트롬본 형태의 패턴들은, 서로 같은 원의 둘레 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.

  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 그룹을 이루는 2개의 트롬본 형태의 패턴들은 각각 시계방향 또는 반시계방향의 서로 다른 방향을 향하도록 형성되어서, 상기 가변기판이 회전운동을 할 경우에 서로간에 음으로 비례하도록 위상을 가변시키는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연막은, 고정기판 및 가변기판이 맞닿는 면 중 적어도 일면에서 이루어지는 PSR(Photo Solder Resist) 처리에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 고정기판은, 신호가 입력되는 입력패턴과 위상이 가변된 신호가 출력되는 출력패턴을 포함하고, 상기 입력패턴과 출력패턴에는 입출력케이블이 연결되는 것을 특징으로 하는 원형 트롬본 위상가변기.


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KR102099686B1 (ko) * 2019-02-21 2020-04-10 주식회사 알에프텍 안테나 위상 변위기

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