KR0150724B1 - Waveguide structure of planar antenna feeding device - Google Patents
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Abstract
본발명은 평면안테나 급전장치의 도파관 구조에 관한 것으로서, 평면안테나와 파라볼릭 안테나용 저잡음 컨버터와의 호환성과 평면안테나의 부엽특성을 개선하도록 한 것이다.The present invention relates to a waveguide structure of a planar antenna feeder, and to improve the compatibility of the planar antenna and low noise converter for parabolic antennas and to improve the sidelobe characteristics of the planar antenna.
이와같이 본발명의 목적은 방송주파수 신호를 주신하는 방사소자기판에 형성된 다수개의 제 1 방사소자를 구비하고, 상기 제 1 방사소자에서 수신된 방송주파수신호를 전자장결합방식으로 재수신하는 급전선로기판을 구비하고, 상기 급전선로기판에 전기적으로 접속된 다수개의 제 2 방사소자와 접속되어 평면안테나의 부엽특성이 향상되도록 제 2 방사소자에 집전된 동위상 전파를 급전하기 위하여 두선로(A)(B)의 길이의 차가 가이드 파장(λg)의 반이 되도록 구성된 이중급전선로를 구비하고, 상기 이중급전선로에 급전된 전파를 저잡음 컨버터로 출력하고 평면안테나의 부피를 최소화되도록 직각형태로 꺽여진 급전도파관을 구비하여 평면안테나의 부엽특성이 향상되고 평면안테나와 저잡음컨버터가 호환성있게 사용하도록 함으로서 상기의 목적을 이룰수 있도록 하였다.As such, an object of the present invention is to provide a feed line substrate having a plurality of first radiating elements formed on a radiating element substrate for giving a broadcasting frequency signal, and receiving the broadcasting frequency signal received by the first radiating element by an electromagnetic coupling method. And two wires (A) (B) for feeding in-phase radio waves collected in the second radiating element so as to be connected to a plurality of second radiating elements electrically connected to the feed line substrate to improve the side lobe characteristics of the planar antenna. A feed waveguide having a double feed line configured so that the difference in length is equal to half the guide wavelength lambda g, and outputting the electric wave fed to the double feed line to the low noise converter and bent at right angles to minimize the volume of the plane antenna. By improving the sidelobe characteristics of the planar antenna and the planar antenna and the low-noise converter can be used interchangeably to achieve the above object To achieve this.
Description
제1도는 종래의 평면안테나와 파라볼릭 안테나용 저잡음 컨버터와의 체결구성도.1 is a fastening configuration of a conventional planar antenna and a low noise converter for a parabolic antenna.
제2도는 종래의 평면안테나의 구조도.2 is a structural diagram of a conventional planar antenna.
제3도는 종래의 평면안테나 급전장치의 구성도.3 is a block diagram of a conventional planar antenna power feeding device.
제4도는 종래의 평면안테나의 방사특성도.4 is a radiation characteristic diagram of a conventional planar antenna.
제5도는 본발명의 평면안테나와 파라볼릭 안테나용 저잡음 컨버터와의 체결구성도.5 is a fastening diagram of a planar antenna of the present invention and a low noise converter for a parabolic antenna.
제6도는 본발명의 평면안테나의 구조도.6 is a structural diagram of a plane antenna of the present invention.
제7도는 본발명의 평면안테나 급전장치의 구성도.7 is a block diagram of a planar antenna power feeding device of the present invention.
제8도는 본발명의 평면안테나의 구조 및 안테나패턴 구성도.8 is a structure and antenna pattern configuration of a planar antenna of the present invention.
제9도는 본발명의 평면안테나의 방사특성도.9 is a radiation characteristic diagram of the planar antenna of the present invention.
제10도는 본발명의 평면안테나의 급전도파관으로서,10 is a feed waveguide of the planar antenna of the present invention,
(a)는 급전도파관의 단면도.(a) is a sectional view of a feed waveguide.
(b)는 급전도파관의 등가회로도.(b) is an equivalent circuit diagram of a feed waveguide.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
101 : 평면안테나 102 : 급전도파관101: plane antenna 102: feed waveguide
103 : 저잡음 컨버터 104 : 방사소자기판103: low noise converter 104: radiating element substrate
105 : 발포재 106 : 급전선로기판105: foam material 106: feeder line substrate
107 : 접지면 108 : 급전도파관 커버107: ground plane 108: feed waveguide cover
111 : 이중급전선로 113 : 슬롯111: double feed line 113: slot
114 : 제 1 방사소자 114' : 제 2 방사소자114: first radiating element 114 ': second radiating element
본발명은 평면안테나 급전장치의 도파관 구조에 관한 것으로서, 특히 평면안테나와 파라볼릭 안테나용 저잡음컨버터와의 호환성과 평면안테나의 부엽특성을 개선하도록 한 것이다.The present invention relates to a waveguide structure of a planar antenna power feeding device, and in particular, to improve compatibility of a planar antenna and a low noise converter for a parabolic antenna and to improve sidelobe characteristics of a planar antenna.
종래의 평면안테나 급전장치의 도파관구조와 그 주변부의 구성은 제1도내지 제4도에서와 같이 설명한다.The waveguide structure of the conventional planar antenna power feeding device and its peripheral portion will be described as in FIGS. 1 to 4.
제1도내지 제4도에서와 같이 평면안테나(1)와 파라볼릭 안테나용 저잡음 컨버터(3)사이에 끼워져서 저잡음컨버터(3)로 전파를 출력하는 급전도파관(2)으로 구성되어 있다.As shown in FIGS. 1 to 4, a feed waveguide 2 is inserted between the planar antenna 1 and the low noise converter 3 for the parabolic antenna to output radio waves to the low noise converter 3.
상기 평면안테나(1)는 제2도에서와 같이 방사소자기판(4), 발포재(5), 급전선로기판(6), 발포재(5), 접지면(7), 급전도파관(2)으로 순차적으로 조립 구성되어 있다.The planar antenna 1 has a radiating element substrate 4, a foam member 5, a feed line substrate 6, a foam member 5, a ground plane 7, and a feed waveguide 2 as shown in FIG. Assembling sequentially.
상기 평면안테나(1)에 수직으로 급전도파관(2)에 의해서 체결된 파라볼릭 안테나용 저잡음컨버터(3)와, 상기 급전선로기판(6)에 형성된 단일급전선로(9)와, 상기 급전선로기판(6)위에 구비되어 급전도파관(2)을 덮도록 형성된 급전도파관 커버(8)로 구성되어 있다.A low noise converter 3 for a parabolic antenna fastened by a feed waveguide 2 perpendicular to the plane antenna 1, a single feed line 9 formed on the feed line substrate 6, and the feed line substrate And a feed waveguide cover 8 provided above (6) to cover the feed waveguide 2.
이와같은 구성을 가지는 평면안테나 급전장치의 도파관 구조의 동작설명과 이에따른 문제점을 다음에서 설명한다.The operation of the waveguide structure of the planar antenna power feeder having such a configuration and the problems thereof will be described below.
제1도내지 제4도에서 도시한 바와같이 현재 위성방송은 크게 4㎓와 12㎓ 주파수대열을 주로 사용하고 있다.As shown in FIG. 1 to FIG. 4, satellite broadcasting is mainly using 4 GHz and 12 GHz frequency bands.
이와같이 주파수가 높은 대역에서는 파장이 작아지며, 특히 12㎓주파수는 파장이 더욱 작아진다.In this high frequency band, the wavelength becomes smaller, and particularly, the 12 kHz frequency becomes smaller.
그러므로 현재 사용되고 있는 반사형 파라볼릭 안테나(1)를 대체할 수 있는 평면안테나(1)의 사용이 가능할 수 있다.Therefore, it is possible to use a planar antenna 1 which can replace the reflective parabolic antenna 1 currently used.
즉 12㎓ 주파수 대역을 수신할 수 있는 방사소자를 수백개 이상 방사소자기판(4)위에 구성하면 반사형 파라볼릭 안테나와 동등한 성능을 지닌 평면안테나(1)의 구성이 가능하다.That is, if the radiation element capable of receiving the 12 kHz frequency band is configured on the radiation element substrate 4 or more, the planar antenna 1 having the same performance as that of the reflective parabolic antenna is possible.
이러한 평면안테나(1)는 포토에칭방식을 사용하므로 대량생산이 가능하며 겨울철 적설의 영향을 피할 수 있다.Since the planar antenna 1 uses the photo etching method, mass production is possible and the influence of snowfall in winter can be avoided.
그리고 위성방송 수신시스템은 12㎓ 주파수 대역을 수신하는 평면안테나(1)와 약 1㎓ 주파수 대역으로 주파수 변환 및 저잡음을 증폭하는 저잡음컨버터(3)가 필요하다.In addition, the satellite broadcasting reception system requires a planar antenna (1) for receiving a 12 kHz frequency band and a low noise converter (3) for amplifying frequency conversion and low noise in the about 1 kHz frequency band.
이때 12㎓ 주파수를 수신하는 평면안테나(1)와 그 후면에 파라볼릭 안테나용 저잡음컨버터(3)사이에 구비된 급전도파관(2)으로 인하여 체결된다. 여기서 평면안테나(1)는 방사소자기판(4)에 구성된 수백개이상의 방사소자가 위성으로부터 송신되는 전파를 각각 개별적으로 수신하여 최종한개의 급전선로, 즉 단일 급전선로(9)를 통하여 출력된다.At this time, the fastening waveguide 2 is provided between the planar antenna 1 receiving the 12 kHz frequency and the low noise converter 3 for the parabolic antenna on its rear surface. Here, the planar antenna 1 receives hundreds of radiating elements configured on the radiating element substrate 4 separately from each other and transmits the radio waves transmitted from the satellites, respectively, and is output through a single feed line, that is, a single feed line 9.
이때 단일급전선로(9)를 통해서 출력된 신호는 다시 급전도파관(2)에서 저잡음컨버터(3)로 출력된다.At this time, the signal output through the single feed line 9 is again output from the feed waveguide 2 to the low noise converter (3).
이와같은 구조의 평면안테나의 방사특성을 측정하면 제4도에서 도시된 바와같이 주엽좌우에 발생되는 부엽의 레벨은 -13 ∼ -15㏈가 나타난다.When the radiation characteristics of the planar antenna of such a structure are measured, as shown in FIG.
그리고 급전도파관(2)의 크기는 평면안테나(1)의 사용주파수에 따라 결정되며 상세한 크기는 초고주파 전송선로 핸드북에서 찾을 수 있다.And the size of the feed waveguide (2) is determined according to the frequency of use of the planar antenna (1), the detailed size can be found in the ultra-high frequency transmission line handbook.
그리고 직접위성방송 12㎓ 주파수 대역의 경우는 19.05 X 9.525[㎜]의 구형도파관을 사용한다.For the 12 GHz frequency band, a rectangular waveguide of 19.05 X 9.525 [mm] is used.
그러나 이러한 평면안테나 급전장치의 도파관구조는 평면안테나에 수직방향으로 파라볼릭 안테나용 저잡음컨버터가 구성되므로 평면안테나의 부피가 커서 설치공간이 좁은장소에서의 사용이 불가능한 문제점이 있었다.However, the waveguide structure of the planar antenna power feeding device has a problem in that a low noise converter for parabolic antenna is configured in a direction perpendicular to the planar antenna, so that the plane antenna has a large volume and thus cannot be used in a small installation space.
또한 급전선로기판에서 단일급전선로로 통해서 급전하였을 때 제4도에서 나타난 바와 같이 부엽레벨이 -13 ∼ -15㏈정도여서 동일한 크기의 파라볼릭 안테나와 비교하면 부엽레벨의 특성이 나쁘므로 인접위성방송 주파수와의 간섭이 되는 문제점이 있었다.In addition, when feeding from a feeder board through a single feeder line, as shown in FIG. 4, the side leaf level is about -13 to -15㏈, so the characteristics of the side leaf level are poor compared to parabolic antennas of the same size. There was a problem of interference with frequency.
참고적으로 파라볼릭 안테나의 부엽특성은 -20㏈정도의 수준이다.For reference, the parabolic antenna's side lobe characteristics are around -20㏈.
따라서 본발명은 방송주파수 신호를 수신하는 방사소자기판에 형성된 다수개의 제 1 방사소자를 구비하고, 상기 제 1 방사소자에서 수신된 방송주파수신호를 전자장결합방식으로 재수신하는 급전선로기판을 구비하고, 상기 급전선로기판에 전기적으로 접속된 다수개의 제 2 방사소자와 접속되어 평면안테나의 부엽특성이 향상되도록 제 2 방사소자에 집전된 동위상전파를 급전하기 위하여 두선로(A)(B)의 길이의 차가 가이드파장(λg)의 반이 되도록 구성된 이중급전선로를 구비하고, 상기 이중급전선로에 급전된 전파를 저잡음 컨버터로 출력하고 평면안테나의 부피를 최소화되도록 직각형태로 꺽여진 급전도파관을 구비함으로서 평면안테나의 부엽특성이 향상되고 평면안테나와 저잡음컨버터가 호환성있게 사용하도록 하는데 목적이 있다.Accordingly, the present invention includes a plurality of first radiating elements formed on a radiating element substrate for receiving a broadcasting frequency signal, and a feed line substrate for re-receiving the broadcasting frequency signals received by the first radiating element by an electromagnetic coupling method. The two lines (A) and (B) are connected to a plurality of second radiating elements electrically connected to the feed line substrate to feed the in-phase propagation collected in the second radiating element to improve the side lobe characteristics of the planar antenna. It has a double feed line configured so that the difference in length is half the guide wavelength (λg), and the feed waveguide is bent in a right angle to output the electric wave fed to the double feed line to the low noise converter and minimize the volume of the plane antenna. By doing so, the side lobe characteristics of the planar antenna can be improved and the planar antenna and the low noise converter can be used interchangeably.
본발명의 평면안테나 급전장치의 도파관구조와 그 주변부의 구성은 제5도내지 제10도에서와 같이 설명한다.The waveguide structure of the planar antenna power feeding device of the present invention and the configuration of the periphery thereof will be described as in FIGS. 5 to 10.
제5도에서와 같이 평면안테나(101)와 파라볼릭 안테나용 저잡음컨버터(103)사이에 끼워져서 저잡음컨버터(103)로 전파를 출력하는 직각형태로 꺽여진 급전도파관(102)에 의해서 체결되도록 구성한다.As shown in FIG. 5, the antenna is inserted between the planar antenna 101 and the low noise converter 103 for the parabolic antenna, and is fastened by the feed waveguide 102 bent in a right angle to output radio waves to the low noise converter 103. do.
상기 평면안테나(101)는 제6도에서와같이 방사소자기판(104), 2㎜두께의 발포재(105), 급전선로기판(106), 2㎜두께의 발포재(105), 접지면(107), 급전도파관(102)순으로 적충되도록 구성한다.As shown in FIG. 6, the planar antenna 101 includes a radiating element substrate 104, a foam member 105 having a thickness of 2 mm, a feed line substrate 106, a foam member 105 having a thickness of 2 mm, and a ground plane ( 107), the feed waveguide 102 is configured to be loaded in order.
상기 방사소자기판(104)과 급전선로선로기판(106)은 두께가 25∼ 100μ이며 P.E.T필름과 알루미늄필름이 접착제로 결합되어 있는 구조이다.The radiating element substrate 104 and the feed line line substrate 106 have a thickness of 25 to 100 µ and a structure in which a P.E.T film and an aluminum film are bonded with an adhesive.
그리고 제7도는 급전장치의 구성을 나타낸 것으로서 방사소자기판(104)위에 급전도파관(102)을 덮도록 형성된 급전도파관 커버(108)와 상기 급전도파관커버(108)의 하단에 구비되어 이중급전선로(111)가 상단면에 A,B로 형성된 급전선로기판(106)과, 상기 급전선로기판(106) 하단에 직각형태로 꺽여진 급전도파관(102)으로 구성한다.7 shows the configuration of the power feeding device, which is provided at the bottom of the feed waveguide cover 108 and the feed waveguide cover 108 formed to cover the feed waveguide 102 on the radiating element substrate 104. 111 is composed of a feed line substrate 106 formed of A and B on an upper end surface thereof, and a feed waveguide 102 bent at right angles to the lower end of the feed line substrate 106.
상기 급전도파관(106)은 제10도의 (a)에서 도시한 바와같이 a,b,c 3면으로 곡선 커팅하며 (b)의 등가회로와 같은 기생 리액턴스를 감소시킬 수 있도록 구성한다.The feed waveguide 106 is curved so as to cut into three planes a, b, and c as shown in (a) of FIG. 10, and is configured to reduce parasitic reactance such as the equivalent circuit of (b).
그리고 제8도는 평면안테나 구조 및 안테나 패턴 구성도로서 방사소자 기판(104)상에 구성되는 제 1 방사소자(114)와의 간격(sp)는 평면안테나(101)의 사용주파수의 0.7 ∼ 0.9λo사이로 유지하도록 구성하며, 상기 제 1 방사소자(114)는 슬롯(113)사이에 구성되며, 상기 슬롯(113)의 길이(L)은 평면안테나(101)의 사용주파수의 0.5λo로 구성하며, 상기 방사소자 기판(104)의 하단에 구비된 급전선로기판(106)의 상단면에 형성된 제 2 방사소자(114')로 구성한다.8 is a planar antenna structure and antenna pattern configuration diagram. The spacing sp of the first radiating element 114 formed on the radiating element substrate 104 is between 0.7 and 0.9λo of the operating frequency of the planar antenna 101. The first radiating element 114 is configured between the slots 113, the length (L) of the slot 113 is composed of 0.5λo of the frequency of use of the planar antenna 101, The second radiating element 114 ′ is formed on the upper end surface of the feed line substrate 106 provided at the lower end of the radiating element substrate 104.
이와같이 구성된 본발명의 작용, 효과를 제5도 내지 제10도를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation and effect of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 5 to 10.
제8도에서 도시한 바와같이 방사소자기판(104)상에 수백개 이상의 방사소자에서 위성으로부터 송신되는 방송주파수신호를 수시하여 방사소자기판(104)의 하단에 구성된 급전선로기판(106)에서 전자장 결합방식으로 다시 수신한다.As shown in FIG. 8, on the radiating element substrate 104, an electric field is generated at a feed line substrate 106 configured at the lower end of the radiating element substrate 104 by receiving broadcast frequency signals transmitted from satellites from hundreds of radiating elements. Receive again in a combined fashion.
이와같이 수신된 방송주파수는 최종출력이 이중급전선로(111)를 통하여 출력된다.The broadcast frequency received in this way is output the final output through the double feed line (111).
이때 이중급전선로(111)의 A와 B선로가 서로 반대방향으로 구성되므로 A와 B의 선로의 길이는 서로 λg/2(λg는 안내파장)만큼 차이가 나도록 구성하면 동위상으로 합성되므로 최종 한 개의 선로로 출력한 결과와 동일하다.At this time, since the A and B lines of the double feed line 111 are configured in opposite directions, the lengths of the lines of A and B differ from each other by λg / 2 (λg is the guide wavelength). This is the same as the output of two lines.
그리고 이중급전선로(111)의 간격은 0.5㎜ 정도가 적당하며 이중급전선로(111)로 합성된 방송주파수 신호는 하단에 구성되어 직각형태로 꺽여진 급전도파관(102)으로 전송된다.And the interval of the double feed line 111 is suitable about 0.5mm and the broadcast frequency signal synthesized by the double feed line 111 is transmitted to the feed waveguide 102 bent at a right angle configured at the bottom.
그리고 급전도파관(102)은 제10도의 (a)에서와 같이 a, b, c 3면으로 곡선 커팅하면 (b)의 등가회로와 같은 기생리액턴스를 감소시킬 수 있다.The feed waveguide 102 may reduce parasitic reactance, such as the equivalent circuit of (b), by curvedly cutting the three surfaces a, b, and c as shown in (a) of FIG. 10.
이때 등가회로에서 기생리액턴스를 반사파를 발생하므로 급전도파관(102)의 3면 커팅을 하면 공진이 일어나서 반사파를 없애는 효과를 가지게 된다.At this time, since the parasitic reactance generates the reflected wave in the equivalent circuit, when the three-sided cutting of the feed waveguide 102 is performed, resonance occurs to remove the reflected wave.
그리고 급전도파관(102)의 일단에는 저잡음컨버터(103)가 수평으로 체결되어 있으며, 평면안테나(101)는 파라볼릭 안테나용 저잡음컨버터(103)와도 호환성 있게 사용할 수 있다.In addition, the low noise converter 103 is horizontally fastened to one end of the feed waveguide 102, and the planar antenna 101 may be used in a compatible manner with the low noise converter 103 for the parabolic antenna.
이와같이 평면안테나(101)를 전자파 무반사실에서 방사특성을 측정한 결과를 제9도에서 도시하였는데, 부엽레벨이 -23 ∼ -25[㏈]정도에서 우수한 특성을 가진 것을 알 수 있다.Thus, the results of measuring the radiation characteristics of the plane antenna 101 in the electromagnetic anechoic chamber are shown in FIG. 9, and it can be seen that the side lobe level has excellent characteristics in the range of about -23 to -25 [㏈].
여기서 급전도파관(102)의 크기는 12㎓ 주파수 대역의 위성방송인 경우 19.05 X 9.525[㎜]의 구형도파관을 사용한다.In this case, the size of the feed waveguide 102 is 19.05 X 9.525 [mm] in the case of satellite broadcasting in the 12 kHz frequency band.
이때 구형 도파관은 차단주파수를 가지고 있기 때문에 주파수에 따라서 크기가 달라지는데, 이때 구형도파관의 크기결정은 다음과 같은 식을 사용한다.At this time, since the rectangular waveguide has a cutoff frequency, the size varies according to the frequency. In this case, the size of the rectangular waveguide is determined by the following equation.
구형도파관의 차단주파수는,The cutoff frequency of the rectangular waveguide is
fc = Wc/2π이다.fc = Wc / 2π.
(c는 광속도, ε는 유전율, μ는 투자율이다)(c is the speed of light, ε is the permittivity, μ is the permeability)
그리고 가장 낮은 주파수를 갖는 모드를 그 도파관의 기본모드라 하는데 이와같은 경우에는 차단주파수가 다음과같이 간략하게 된다.And the mode with the lowest frequency is called the basic mode of the waveguide. In this case, the cutoff frequency is simplified as follows.
fc = c/2afc = c / 2a
(a는 구형도파관의 가로축이며 c는 광속도이다.)(a is the horizontal axis of the rectangular waveguide, and c is the speed of light.)
이상에서 상세히 설명한 바와같이 평면안테나 급전장치의 직각형태로 꺽여진 도파관을 사용하였을때에 별도의 평면안테나용 저잡음 컨버터를 개발하지 않아도 평면안테나와 파라볼릭 안테나용 저잡음 컨버터와 호환성 있게 사용할 수 있어 원가절감의 효과가 있다.As described in detail above, when a waveguide bent in a rectangular shape of a planar antenna feeder is used, a low noise converter for a planar antenna and a parabolic antenna can be used interchangeably without a separate low noise converter for a planar antenna. Has the effect of.
그리고 급전선로기판에 형성된 이중급전선로를 구성함으로서 평면안테나의 부엽레벨이 -23 ∼ -25㏈로 저부엽특성을 얻어서 월등히 성능이 향상되는 효과 있다.In addition, by constructing the double feeder line formed on the feeder line board, the sublobe level of the planar antenna is -23 to -25㏈, so that the low-lobe characteristic is obtained, which greatly improves the performance.
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| KR1019950029869A KR0150724B1 (en) | 1995-09-13 | 1995-09-13 | Waveguide structure of planar antenna feeding device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR0150724B1 (en) |
-
1995
- 1995-09-13 KR KR1019950029869A patent/KR0150724B1/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR970018834A (en) | 1997-04-30 |
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