KR0152533B1 - 선형편파 인공위성과 단일 또는 이중원형편파 지구국 안테나와의 접촉용 편파변환기 장치 - Google Patents
선형편파 인공위성과 단일 또는 이중원형편파 지구국 안테나와의 접촉용 편파변환기 장치Info
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Abstract
단일 혹은 이중 원형편파 지구국 안테나를 선형편파 인공위성과 접촉하기 위하여 단일 혹은 이중편파 지구국 안테나로 변환한 것이다.
제1구체예에서 두 직교 편파간에 90° 미분 위상 시프트를 제공하는 자유공간 미앤더 라인 편파기가 지구국 안테나 공급시스템의 전면에 배치되었다.
제2구체예에서 전력분할(전송) 혹은 전력결합(수신) 회로망은 편파 변환을 달성하기 위한 미분 위상 시프트회로와 연결되어 동작한다.
Description
제1도는 본 발명의 선형편파 인공위성과 접촉하는 원형편파 지구국 안테나에 대한 미앤더 라인 편파기의 사용예를 도시한 것이다.
제2도는 본 발명의 미분 위상시프트 회로를 가진 전력 분할(전송) 및 전력결합(수신) 회로망의 사용예를 도시한 것이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 이중 원형편파 공급시스템 12 : 미앤더 편파기
14, 16 : 수신단자 18, 20 : 저잡음 증폭기
22, 30 : 하이브리드 24, 32 : 가변위상시프터
[발명의 배경]
인공위성과 지구국간의 전송은 선형편파 혹은 원형편파중의 하나의 편파안테나를 사용한다. 인공위성통신의 연결을 최적화하기 위해서는 본질적으로 지구국 안테나의 편파와 인공위성 안테나의 편파를 일치시켜야 한다. 따라서 인공위성에 원형편파가 사용되면 지구국에도 또한 원형편파를 사용하는것이 최선이며 선형편파에 대해서도 유사하다. 현재 다수의 인공위성통신 시스템에서는 이중 직교편파를 채택하여 사용함으로써 제한된 주파수원을 가장 효과적으로 이용하고 있으며, 따라서 이러한 시스템에서는 편파안테나의 특성이 가장 중요한 요소가 된다.
예를 들어 원형편파 지구국 안테나가 인공위성의 선형편파 신호를 수신하려면 편파의 비정합성에 의한 연결에 의하여 3dB의 전력손실이 생긴다. 또한 인공위성에 이중선형편파가 사용되면 상응하는 두 신호간의 간섭에 의하여 인공위성통신을 쓸모없게 만들것이다.
상기한 문제가 완화될 수 있다면, 이것은 때로는 중대한 투자를 의미하지만, 지구국은 본래 의도와는 다르게 인공위성용으로 편파의 구조를 무시하고 사용될 수 있다. 또한 이러한 문제들은 상당한 비용의 추가없이 원형 또는 선형편파 중 하나를 지구국에서 선택할 수 있는 방법으로 해결되면 지구국은 원형 및 선형편파 인공위성의 양자에 대하여 작동하도록 미리 준비하여 설계할 수 있다. 따라서 그것은 통신을 악화시키지 않고 지구국의 존속기간동안 상이한 편파구조를 갖는 인공위성을 서로 대체할 수 있기 때문에 인공위성 조정자에게 커다란 유연성을 제공한다.
그러므로 본 발명의 목적은 단일 또는 이중원형 편파지구국이 비용이 저렴하고 기존의 지구국 하드웨어에 설치가 용이한 변형부를 사용하여 선형편파 인공위성과 접촉하는데 적합한 기술을 제공하는 것이다. 상기 변형부는 본래의 형태를 회복하기 위하여 용이하게 제거할 수 있다.
본 발명의 다른 목적은 현저한 비용의 추가나 작동상의 어려움 없이 지구국이 어느때라도 원형 혹은 선형편파통신에 적응할 수 있도록 설계 및 제조될 수 있는 수단을 제공하는 것이다.
[발명의 요약]
상기한 본 발명의 목적은 (1) 원형편파안테나 공급 시스템의 전면에 90° 미분 위상변화를 주는 자유공간 미앤더 라인(meander line)편파기를 배치하여 미앤더 라인 편파기의 방향을 적절히 조정 또는 (2) 미분 위상시프트회로와 함께 전력분배(전송) 또는 전력결합(수신) 회로망을 기존의 공급시스템의 외부에 설치하여, 단일 또는 이중 원형편파 지구국 안테나와 전송 및 수신연결선의 3dB전력손실을 회복하기 위하여 기존의 지구국 공급기의 재배치나 변경없이 선형편파 인공위성 시스템과 정합시키고 이중 선형편파 신호사이에 발생할 간섭을 피하도록 하여서 달성할 수 있다.
[발명의 상세한 설명]
명확히 하기 위하여, 본 발명의 설명은 선형편파신호가 인공위성으로부터 전송되어 본 발명이 적용된 원형편파 지구국 안테나에 의하여 수신되는 상황으로 한정된다. 즉 신호가 각 지구국으로부터 인고위성으로 전송되는 반대의 경우는 전자기장 이론의 상반정리를 적용하면 즉시 이해될 것이다.
본 발명의 제 일의 구체예는 이중 원형편파 지구국 안테나 시스템(10)과 90° 미분 위상시프트를 가진 미앤더 라인 편파기(12)의 결합을 나타내는 제1도를 참고하여 설명된다.
일례로 1973년 5월(pp 376-378)판 IEEE Transactions on Antennas and Propogation의 Meander line Polarizer에서 영(Young), 로빈슨(Robinson) 및 해킹(Hacking)에 의해 설명한 바와 같이 미앤더 라인 편파기(12)는 미앤더 라인 편파의 미분위상 시프트가 90°이면 미앤더 라인에 45°각도로 배열된 선형 평면편파의 편파를 환형편파를 갖는 평면파로 변화시킨다.
미앤더 라인에 45°로 편향된 두 직교 선형 평면편파가 편파기에 입사하면 하나의 편파는 우향 원형 편파(Right Hand Circular Polarization)로 변환되고 반면에 다른 편파는 좌향원형 편파(Left Hand Circular Polarization)로 변환된다. 따라서 편파기를 통하여 전송된 후에도 두 신호는 직교상태를 유지한다. 각도가 45°가 아니면 전송된 신호는 타원편파가 되나 직교상태는 유지된다.
선형편파신호를 지상에 전송하는 인공위성을 고찰해보자, 만일 미앤더 라인 편파기가 임의의 회전각으로 원형편파 지구국 안테나 공급기의 전면에 위치하면 입력신호를 타원형의 편파신호로 변환할 것이다. 이것은 공급 시스템의 우향 원형편파 및 좌향 원형편파의 단자 양쪽에서 수신될 것이다. 공급기 전면의 미앤더 라인 편파기를 회전시켜서 이 두 신호의 전력 레벨을 측정하면 하나의 단자에서 최대 신호전력 레벨이고 동시에 다른 단자가 최소인 위치를 발견할 수 있다. 이것은 입사편파에 관하여 편파기에 45°로 배열된 것에 일치하며 선형 편파신호를 수신하기 위한 최적의 위치이다. 또한 최대 및 최소전력을 갖는 단자의 역활을 바꾸면 직교 선형편파 신호를 수신하기에 최적인 동일한 단자의 위치가 된다.
본 발명의 상기 구체예에서는 공급시스템의 전면에 편파기를 용이하게 설치하고 제거할 수 있으므로 기존의 지구국에 최소의 영향을 끼치며 모든 점에서 기존의 안테나 및 공급시스템이 존재하기 때문에 본래의 원형편파로부터 변환되거나 본래의 원형편파로 재변환될 수 있다는 점을 주목하라. 또한 본 발명은 단일 원형편파 안테나를 단일 선형편파 안테나로 변환시키는 것과 같이 이중 원형편파 지구국 안테나를 이중 선형편파 안테나로 변환하는데 용이하게 적용될 수 있다는 점에 주목하라.
본 발명의 두번째 구체예는 제2도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
상기에는 이중 원형편파 공급시스템(10)과 결합된 전력 결합기 및 미분 위상 시프트 회로의 사용을 보여준다. 선형편파가 인공위성에서 이중 원형편파 지구국 안테나로 전송되면 안테나 공급시스템의 우향원형편파 및 좌향원형편파 수신단자(14,16)의 각각에 신호가 발생한다. 두 신호는 각각 원래 신호전력의 절반을 가지며 원형편파 공급시스템의 편파기에 대하여 입사된 선형편파의 방위각에 따른 위상차 및 단자에 대한 거리차를 가진다.
본 발명의 상기 구체예에서는 공급시스템의 우향 원형편파(RHCP) 및 좌향 원형편파(LHCP)단자에 연결된 저잡음 증폭기(이하 LNA)(18,20)의 신호는 90° 미분 위상시프트를 제공하는 3-dB 하이브리드(22)를 사용하여 결합된다. 또한 가변위상 시프터(24)가 LNA로부터 히이브리드(22)로 향한 통로중 하나에 삽입된다. 하이브리드의 두 출력단자의 신호를 감시하면서 위상시프터(24)를 조정하여 신호가 한 단자에서 최대가되고 다른 단자에서 최소가 되는 조정점을 찾는다.
따라서 확정된 위치는 특별한 입사선형편파의 방위각에 대하여는 최적 조건이다. 또한 직교 선형편파에 대해서도 최적 조건이되며 이 경우에 하이브리드로부터의 두 출력단자는 역할이 반대가 될것이다. 전송측에는 동작이 유사하며 하나의 입력단자에서 하이브리드(30)에 제공되는 선형편파 신호를 가지며 두 출력단자 사이에 간격이 있다. 하이브리드 출력 둥 하나는 위상 시프트없이 공급시스템 전송단자(상기예에서 LHCP단자)에 직접 결합되고 다른 하이브리드 출력은 가변위상시프터(32)를 경유하여 잔여전송단자에 결합된다.
위상시프터(32)를 조정하여 안테나 공급시스템 출력의 공간편파방향을 공급시스템 출력신호를 수신하는 안테나의 공간편파방향과 정합시킬 수 있다.(일례로 인공위성내장형 안테나) 방향배열이 정합되면 최대 전력이 수신안테나에 전송되고 그 위치가 최적점이 된다. 일례로 공간편파위치의 최적배열은 인고위성 루프-백(loop-back) 반송파 감지방법을 사용하여 증명할 수 있다.
본 발명의 상기 구체예는 임의의 현존하는 지구국 모형에 최소의 영향을 미치며 본래의 원형편파 동작으로 신속히 역전될 수 있다는 점을 주목하라. 또한 본 발명의 상기 구체예는 히이브리드의 사용에 제한을 받지 않을뿐 아니라 일례로 매직 티(magic tee)와 같은 간단한 전력분할기에도 적용된다. 그러나 이 경우에는 단일성형 편파에만 적용하는 것이 가능하다.
본 발명의 상기 구체예에 대한 상기의 설명이 인공위성에서 지구국의 안테나로 전송되는 것에 관해서만 되었지만 동등하게 지구국에서 인공위성으로의 전송에도 적용될 수 있다. 제 일의 구체예에서의 최적 방위각이 전송 및 수신신호에 대하여 동일하다는 것에 주목하라. 한편 제2구체예에서는 한 장치는 전송단자에 다른 장치는 수신단자에 결합시켜서 각 회로의 위상 시프터를 독립적으로 조정하는 것이 필요하다.
첨부된 특허청구의 범위에 의하여 규정된 본 발명의 범위내에서 상기 특별한 예에 대한 여러 변경과 변형이 가능하다는 것을 주목하라. 본 발명의 구체예가 임의의 두 직교편파에 적용될 수 있다는 것이 강조되었다. 또한 가변위상시프터가 전송 및 수신 RHCP단자에 결합된 상태호 예시되었지만 다른 신호에 관하여 수신된 한 신호의 위상 및 다른 신호에 관하여 전송하는 한 신호의 위상시프트 수단이 존재하는 한 RHCP 통로내에 또는 LHCP통로내에 또는 LHCP통로 및 RHCP통로내에 하나씩 대체할 수 있다.
또한 LNA(18,20) 를 통상의 업무를 수행하는 공급시스템에 가장 근접시킨 예가 설명되었지만 두 LNA(18,20) 는 단일 선형편파 수신용 하이브리드의 한 출력단자에 단일 LNA로 대체시킬 수 있다. 이것은 비용을 절감할 것이니 잡음온도(noise temperature)는 높아질 것이다.
Claims (11)
- 우향 원형편파(RHCP) 전송단자 및 좌향 원형편파(LHCP)전송단자를 갖는 이중 원형편파 공급시스템 ; 및 상기 우향 원형편파 및 좌향 원형편파의 전송단자에 결합되고 최소한 한 방향으로 선형편파신호를 상기 공급시스템이 전송하도록 하는 상기 입력신호에 반응하는 편파 변환수단; 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선형편파신호에 상응하는 신호를 전송하는 입력신호에 반응하는 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 편파 변환수단이 직교한 두 방향으로 선형편파신호를 상기 공급시스템이 전송하도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 편파 변환수단이 최소한 하나의 신호를 수신하고 그것을 제1 및 제2 출력사이에서 분할하는 전력분배수단; 및 상기 출력 중 하나는 상기 우향 원형편파 및 좌향 원형편파 전송단자에 결합하고 반면 상기 제1 및 제2 출력 중 다른 하나를 상기 제1 출력에 관한 가변위상시프트를 가진 상기 좌향 원형편파 및 우향 편파 전송단자 중 나머지 하나와 연결하는 결합수단;으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 전력분할수단이 하이브리드 분할기인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제3항있어서, 상기 전력분할수단이 매직 티(magic tee)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 좌향 원형편파 수신단자(LHCP) 및 우향 원형편파 수신단자(RHCP)를 가진 이중 원형편파 공급시스템; 및 상기 공급시스템에 수신된 선형편파신호를 감지하는 상기 좌향 원형편파 및 우향 원형편파 수신단자에 연결된 편파 변환수단; 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선형편파 신호 수신용 장치.
- 제6항에 있어서, 상기 편파 변환수단이 제1 및 제2 결합기 입력에서 제1 및 제2 신호의 수신 및 상기 제1 및 제2신호를 결합기 출력에 연결하는 전력결합수단; 및 상기 좌향 원형편파 및 우향 원형편파 수신단자 중 하나를 상기 제1결합기에 결합시키고 반면에 상기 제1 결합기 입력에 대하여 가변위상 시프트를 가진 제2결합기 입력에 상기 좌향 원형편파 및 우향 원형편파 수신단자 중 다른 하나를 결합시키는 수단; 으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제7항에 있어서, 사익 전력결합수단이 히이브리드 결합기인 것을 특징으로 하는 장치.
- 제7항에 있어서, 상기 전력결합수단이 매직 티를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 입력신호 제공단계;및 좌향 원형편파(LHCP)및 우향 원형편파(RHCP) 전송단자를 가진 이중원형 편파 공급시스템이 최소한 한 방향으로 선형편파신호를 전송하도록 하는 편파 변환수단을 통하여 상기 좌향 원형편파 및 우향 원형편파 전송단자로 상기 입력신호를 전달하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 상기 공급시스템을 통하여 상기 입력신호에 상응하는 선형편파신호를 전송하는 방법.
- 좌향 원형편파(LHCP)수신단자 및 우향 원형편파(RHCP)수신단자를 가진 이중 원형편파 공급시스템을 통하여 상기 선형편파신호를 수신하는 단계; 및 상기 좌향 원형편파 및 우향 원형편파 수신단자로부터의 출력신호를 상기 공급시스템에 수신된 선형편파신호 감지용 상기 좌향 원형편파 및 우향 원형편파 수신단자에 결합된 편파 변환기를 통하여 전달하는 단계; 로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선형편파신호의 수신방법.
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