KR100188371B1 - 도파관-피드된 플레이너 슬롯 어레이, 및 리니어 쇼트 백파이어 어레이에 의해 형성된 듀얼 편광 공통 개구 어레이 - Google Patents

도파관-피드된 플레이너 슬롯 어레이, 및 리니어 쇼트 백파이어 어레이에 의해 형성된 듀얼 편광 공통 개구 어레이 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수직 편광을 제공하는 수직 편광 안테나 어레이, 및 수평 편광을 제공하는 수평 편광 안테나 어레이를 포함하는 공통 개구 듀얼 편광 어레이에 관한 것이다. 수직 판광 안테나 어레이는 에어 갭에 의해 측방향으로 분리된 스태거 패턴으로 구성된 방사 슬롯의 다수의 세트를 포함하는 플랫 플레이트 션트 슬롯 정재파 어레이를 포함한다. 수평 편광 안테나 어레이는 방사 슬롯의 콜리니어 어레이, 스트립 반사기, 및 쇼트 백파이어 안테나 어레이를 형성하는 다수의 배플을 포함한다. 콜리니어 슬롯은 수직 편광 안테나 어레이의 방사 슬롯에 직교하여 배치된다. 피드 네트워크는 수직 편광 안테나 어레이에 결합된 종방향 배열 피드 슬롯의 센터드 콜리니어 정재파 어레이 및 수평 편광 안테나 어레이에 결합된 피드 슬롯의 콜리니어 어레이를 포함하는 수직 편광 및 수평 편광 안테나 어레이에 결합되어 있다. 다수의 배플은 실효 개구를 증가시키기 위해 수평 편광 안테나 어레이에 인접하여 배치될 수 있다. 피드 네트워크는 장방형 도파관에 배치된 오프셋 공명 조리개, 또는 곡류형 스트립라인을 포함하는 박스형 스트립라인을 포함할 수 있다. 수직 편광 안테나 어레이는 수직 편광 안테나 어레이의 방사슬롯의 세트들 사이의 갭에 배치된 다수의 도파관 쇼트를 더 포함할 수 있다.

Description

도파관-피드된 플레이너 슬롯 어레이, 및 리니어 쇼트 백파이어 어레이에 의해 형성된 듀얼 편광 공통 개구 어레이
제1a도, 제1b도 및 제1c도는 본 발명의 원리에 따른 공통 개구 듀얼 편광 어레이의 평면도 및 단면도.
제2도는 제1도의 공통 개구 듀얼 편광 어레이에 사용된 피드 네트워크의 도면.
제3도는 제1도의 공통 개구 듀얼 편광 어레이의 후면도.
제4a도 및 제4b도는 제1도의 공통 개구 듀얼 편광 어레이의 메인 안테나 어레이의 섹션들 사이의 비교적 긴 갭에 배치된 도파관 쇼트들(shorts)의 도면.
제5a도 및 제5b도는 제1도의 공통 개구 듀얼 편광 어레이에 사용될 수 있는 피드 도파관의 2가지 구현을 도시한 도면.
제6a도 및 제6b도는 파장 개구가 5개인 제1도의 공통 개구 듀얼 편광 어레이의 성능을 도시하는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 공통 개구 듀얼 편광 어레이 11 : 수직 편광 안테나 어레이
12 : 수평 편광 안테나 어레이 16 : 피드 네트워크
17 : 스트립 반사기 18 : 배플
19 : 피드 슬롯 25 : 종방향 배치 피드 슬롯
26a, 26b : 방사 슬롯의 세트 27 : 방사 슬롯
28 : 에어 갭 32 : 박스형 곡류형 스트립라인
35 : 도파관 쇼트 36 : 오프셋 공명 조리개
본 발명은 안테나 어레이에 관한 것으로서, 특히, 센터드 콜리니어 정재파 어레이(centered collinear standing wave array)에 의해 피드되는 플랫 플레이트 션트 슬롯 정재파 어레이(flat plate shunt slot standing wave array) 및 쇼트 백파이어 어레이(short backfire wave)를 사용하는 공통 개구 듀얼 편광 어레이(common aperture dual polarization array)에 관한 것이다.
최신 시커(seeker)는 수평 및 수직 편광 요소가 있는 전자기 에너지를 방출하는 고성능 안테나를 필요로 한다. 현재 다양한 듀얼-편광 시커 안테나 어레이가 공지되어 있으며 본 발명에 의해 성능 향상이 기대된다. 상기 안테나들은 듀얼 편광 피드(dual polization feed)를 사용하는 반사 안테나 어레이를 포함한다. 반사 안테나 어레이는 덩치가 크고 효율이 낮다. 더욱이, 반사 안테나 어레이 내에서 저 사이드로브 어레이 패턴(low sidelobe array pattern)을 실현하기 어렵다.
제2안테나 어레이는 패치 안테나 어레이(patch antenna array)이다. 패치 안테나 어레이는 가격이 저렴하고 프로파일(profile)이 낮은 반면에, 각 엘리먼트의 대역폭이 매우 좁다. 따라서, 패치 엘리먼트 안테나를 사용하여 고성능 안테나 어레이를 만드는 것은 매우 어렵다. 또한, 패치 안테나 어레이는 효율이 매우 열악하다.
제3안테나 어레이는 수직 편광을 제공하는 장방형 도파관(rectangular waveguide)에 의해 피드된(fed) 션트 슬롯 어레이(shunt soot array), 및 수평 편광을 제공하는 스트립라인(stripline)에 의해 피드된 다이폴 어레이로 구성된 안테나 어레이의 조합이다. 이러한 조합 안테나 어레이는 효율적인 수직 편광 어레이를 채용할 수 있는 반면에, 스트립라인에 의해 피드된 다이폴 어레이는 덩치가 크다. 보다 구체적으로, 저 사이드로브 패턴을 획득하기 위해 요구되는 각 다이폴의 스트립라인에서 보여진 입력 임피던스의 제어는 매우 실현하기 어려우며, 어레이의 전체 입력 매치 또한 실현하기 매우 어렵다. 수직 편광 어레이 및 각 어레이가 상이한 송신 라인을 사용하기 때문에 수평 편광 어레이 간의 위상 매칭 또한 어렵다.
제4안테나 어레이는 도파관에 의해 피드된 전 실장(fully populated) 편광 정재파 어레이이다. 이 안테나 어레이는에 출원된 계류중인 미합중국 특허 출원 제.호 Common Aperture Dual Polarization Array Fed By Rectangular Waveguides에 개시되어 있으며, 본 발명의 양수인에게 양도되어 있다. 이 안테나 어레이는 수평 편광 어레이의 요구된 이득이 한 쿼드런트의 메인 수직 편광 어레이의 이득보다 근소하게 큰 경우에 매우 복잡하다. 그러한 복잡성은 결과적으로 가격을 높이고 안테나 어레이를 생산하기 어렵게 한다.
결론적으로, 상기-언급된 안테나 어레이를 개선시키는 공통 개구 듀얼 편광 어레이를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다. 센터드 콜리니어 정재파 안테나 어레이에 의해 피드되는 플랫 플레이트 션트 슬롯 정재파 어레이 및 쇼트 백파이어 어레이를 사용하는 공통 개구 듀얼 편광 어레이를 제공하는 것 또한 본 발명의 목적이다.
본 발명은 효율적인 정재파 어레이를 사용하는 듀얼 편광(수직 편광 및 수평 편광) 공통 개구 어레이를 포함한다. 메인(수직 편광) 어레이는 종방향 플랫 플레이트 션트 슬롯 정재파 어레이에 의해 실현되며, 수평 편광 어레이는 센터드 콜리니어 정재파 안테나 어레이에 의해 피드되는 쇼트 백파이어 안테나 어레이를 사용하여 실현된다. 쇼트 백파이어 안테나는 슬롯의 리니어 어레이, 스트립 반사기, 및 다수의 배플(baffle)을 포함한다.
특히, 공통 개구 듀얼 편광 어레이는 스태거 패턴(stagger pattern)으로 구성 되고 에어 갭에 의해 측방향으로 분리된 다수의 방상 슬롯(radiating slot)의 세트를 포함하는 플랫 플레이트 션트 슬롯 정재파 어레이를 포함하는 수직 편광 안테나 어레이, 및 수직 편광 안테나 어레이의 방사 슬롯에 직각으로 배치된 센터드 종방향 방사 슬롯의 콜리니어 어레이를 포함하는 수평 편광 안테나 어레이를 포함한다.
피드 네트워크는 메인 편광 안테나 어레이에 결합된 종방향 정렬 피드 슬롯의 센터드 콜리니어 정재파 어레이, 및 제2보조 수평 편광 안테나 어레이에 결합된 피드 슬롯의 콜리니어 어레이를 포함하는 수직 편광 및 수평 편광 안테나 어레이에 결합되어 있다.
공통 개구 듀얼 편광 어레이는 또한 실효 개구를 증가시키기 위해 채택된 수평 편광 안테나 어레이에 인접하여 배치된 다수의 배플들을 포함할 수 있다. 피드 네트워크는 장방형 도파관에 배치된 오프셋 공명 조리개를 포함할 수 있으며, 또는 곡류형(meandered) 스트립라인을 포함하는 박스형(boxed) 스트립라인을 포함할 수 있다. 수직 편광 안테나 어레이는 상기 수직 편광 안테나 어레이의 방사 슬롯의 세트들 간의 갭에 배치된 다수의 도파관 쇼트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 로우 프로파일 공통 개구 듀얼 편광 어레이는 정재파 어레이에 의해 피드되며, 종래의 어레이에 비해 다음과 같은 장점을 갖는다. 본 발명의 듀얼-편광 안테나 어레이는 콤팩트하며, 로우 프로파일을 가지며, 양쪽 어레이에 대해서 효율이 높다. 본 발명의 듀얼 편광 안테나 어레이의 수직 편광과 수평 편광과의 위상 매칭은 단순한데, 그것은 양쪽 어레이가 같은 종류의 송신 라인, 즉 스트립라인을 사용하기 때문이다. 메인 어레이(수직 편광)는 로우 사이드로브 패턴을 만들며, 장방형 도파관에 의해 피드된 션트 슬롯을 사용하여 소망된 개구 분포를 실현하는 것이 용이하기 때문에 비교적 단순하다. 배플과 스트립 반사기는 상기 배플 및 스트립 반사기와 메인 어레이(수직 편광) 간의 간섭이 최소화되도록 설계될 수 있다.
현재 RF 시커 디자인의 경향은 가격과 부피는 감소시키면서 고성능을 얻을 수 있는 것에 주안점을 두고 있다. 본 발명의 공통 개구 듀얼 편광 어레이는 미디어 사이즈에서 라지-사이즈의 안테나 어레이까지 사용할 수 있는 고성능의 로우프로파일 듀얼 편광시커 안테나를 제공하며 다양한 미사일 시커에 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 특성 및 장점은 다음의 상세한 설명을 도면과 결부시켜서 참조함으로써 보다 용이하게 이해할 수 있을 것이며, 유사한 참조 번호는 유사한 구조요소를 가리킨다.
제1a도, 제1b도 및 제1c도는 본 발명의 원리에 따른 공통 개구 듀얼 편광 어레이(10)의 평면도 및 단면도를 도시한다. 공통 개구 듀얼 편광 어레이(10)는 메인 수직 편광 안테나 어레이(11) 및 제2보조 수평 편광 안테나 어레이(12)를 포함한다. 메인 수직 편광 안테나 어레이(11)는 플랫 플레이트 션트 슬롯 정재파 어레이를 포함한다. 메인 수직 편광 안테나 어레이(11)는 스태거 패턴으로 구성된 다수의 방사 슬롯(27)의 세트들(26a, 26b)로 구성된다. 다수의 방사 슬롯(27)의 세트들(26a, 26b)은 에어 갭(28)에 의해 분리된다. 메인 수직 편광 안테나 어레이(11)는 피드 네트워크(16)의 일부분인 2개의 센터드 콜리니어 정재파 피드 어레이(13a)를 포함하는 제1및 제2 수직 편광 안테나 피드 어레이(13a)에 의해 피드된다. 2개의 센터드 콜리니어 정재파 피드 어레이(13a)는 유전체 기판(15b)에 의해 지지된 2개의 에어 스트립라인(15a)에 의해 제공될 수 있다.
제2보조 수평 편광 안테나 어레이(12)는 방사 슬롯(19)의 콜리니어 어레이, 스트립 반사기(17), 및 2개의 배플(18)을 포함하는 쇼트 백파이어 어레이(12)이다.
스트립 반사기(17)는 다수의 지지대(14)에 의해 메인 수직 편광 안테나 어레이(11)에 부착되어 있다. 다수의 배플(18)은 제2보조 수평 편광 안테나 어레이(12)의 종방향 에지로부터 측방향으로 소정의 거리만큼 떨어져서 대칭적으로 배치된다. 다수의 배플(18)이 전방측의 메인 수직 편광 안테나 어레이(11)의 피드 슬롯(25)에 의해 형성된 라인을 따라 제2보조 수평 편광 안테나 어레이(12)에 근접하여 배치된다. 제2수평 편광 안테나 어레이(12)는 피드 네트워크(16)의 일부인 센터드 콜리니어 정재파 피드 어레이(13b)를 포함하는 수평 편광 안테나 피드(13b)에 의해 피드된다. 센터드 콜리니어 정재파 피드 어레이(13b)는 유전체 기판(15b)에 의해 지지된 에어 스트립라인(15a)에 의해 제공될 수 있다.
제2도는 제1도의 공통 개구 듀얼 편광 어레이(10)에 사용된 피드 네트워크(16)의 도면이다. 제1 및 제2수직 편광 안테나 피드 어레이(13a) 및 수평 편광 안테나 피드 어레이(13b)는 서스펜디드(suspended) 에어 스트립라인(15a)을 포함한다. 서스펜디드 에어 스트립라인(15a)은, 일례로, 듀로이드(duroid)와 같은 유전체 기판(15b)에 의해 지지될 수 있다. 제2도는 각 피드(13a)(13b)가 곡류형 박스형 스트립라인을 포함한다는 것을 도시한다. 그러나, 제5a도 및 제5b도에 관하여 논의된 바와 같이, 센터드 콜리니어 정재파 어레이(13)에 대한 피드(13a)는 장방형 도파관에 배치된 오프셋 공명 조리개를 또한 포함할 수 있다. 피드 네트워크(16)는 센터드 콜리니어 정재파 어레이(13)를 형성한다. 피드 네트워크(16)는 가상적으로 도시된 메인 수직 편광 안테나 어레이(11)에 대한 다수의 종방향 배열 피드 슬롯의 세트(27)의 세트를 포함한다. 또한, 제2보조 수평 편광 안테나 어레이(12)에 대한 피드 슬롯(19)의 콜리니어 어레이가 가상적으로 도시되어 있다.
제3도는 제1도의 공통 개구 듀얼 편광 어레이(10)의 후면도이다. 메인 수직 편광 안테나 어레이(11)의 피드 슬롯(25)이 도시되어 있으며, 메인 수직 편광 안테나 어레이(11)의 방사 슬롯(27)이 가상적으로 도시되어 있다. 제2보조 수평 편광 안테나 어레이(12)의 방사 슬롯(19)은 어레이(12)의 중심선(centerline)을 따라 배치되어 있는 것이 도시되어 있다. 다수의 쇼트(35)가 메인 수직 편광 안테나 어레이(11)의 방사 슬롯(27)의 세트(26a, 26b)들 사이의 갭(28)에 배치되어 있다.
제4a도 및 제4b도는 메인 안테나 어레이(11)의 센션들 사이의 비교적 긴 갭(28)에 배치된 도파관 쇼트(35)들의 제1도의 공통 개구 듀얼 편광 어레이(10)의 평면도 및 측면도이다. 제2보조 수평 편광 안테나 어레이(12)에 인접하여 배치된 배플(18)의 사용은 어레이(12)의 실효 개구를 증가시킨다.
제5a도 및 제5b도는 제1도의 공통 개구 듀얼 편광 어레이(10)에 사용될 수 있은 센터드 콜리니어 정재파 피드 어레이(13a, 13b)의 2가지 구현을 도시한 도면이다. 제5a도에는 센터드 콜리니어 정재파 피드 어레이(13)가 장방형 도파관(37)에 배치된 오프셋 공명 조리개(36)를 포함할 수 있다는 것이 도시되어 있다. 제5b도에는 센터드 콜리니어 정재파 피드 어레이(13a, 13b)가 장방형 도파관(37)에 배치된 곡류형 스트립라인(15a)을 포함하는 박스형 스트립라인을 포함할 수 있다.
동작 중에, 본 발명의 공통 개구 듀얼 편광 어레이(10)는 전체 개구가 메인 수직 편광 안테나 어레이(11)용으로 사용되도록 하고, 전체 개구의 일부는 수평 편광 어레이(12)용으로 사용되도록 한다. 메인 수직 편광 안테나 어레이(11)는 일례로, 장방형 도파관 (37)에 의해 피드된 슬롯(19)의 효율이 높은 종방향 션트 슬롯 정재파 어레이를 사용하여 실현된다. 메인 수직 편광 어레이(11)는 제2도에 도시된 바와 같이 슬롯(27)의 개별 방사 세트(26a)(26b)의 쇼트(35)에 의해 형성된 어레이의 중간에 자연적인 벽을 갖는다. 메인 수직 편광 어레이(11)의 중간에 있는 긴 갭(28)은 슬롯(27)의 방사 세트(26a)(26b)의 쇼트(35)를 이동시킴으로써 발생되며, 수평 편광 어레이(12)는 제3도에 도시된 바와 같이 센터드 콜리니어 종방향 슬롯(25)의 정재파 어레이에 의해 실현된다.
센터드 콜리니어 종방향 슬롯(25)은 제5a도 및 제5b도에 도시된 바와 같이 장방형 도파관(37)내에서 곡류형 박스형 스트립라인(15a) 또는 오프셋 공명 조리개(36)에 의해 피드될 수 있다. 2개의 안테나 어레이(11)(12)의 편광의 직교성은 수직 편광을 제공하는 슬롯(27)과 수평 편광을 제공하는 슬롯(19)이 서로 수직하기 때문에 제공된다. 그러나, 수평 편광을 제공하는 슬롯(29)의 긴 콜리니어 어레이는 바람직하지 않은 팬 빔 안테나 패턴을 제공한다.
콜리니어 종방향 슬롯(19)에 의해 피드된 쇼트 백파이어 어레이(13)의 사용은 메인 수직 편광 안테나 어레이(11)를 방해하지 않고 바람직하지 않은 팬 빔 패턴 대신에 마음에 드는 라운드 빔 패턴을 발생시킨다. 쇼트 백파이어 어레이(13)는 콜리니어 어레이(12)(수평 편광 안테나 어레이)의 개구 사이즈를 배플(18)내의 스퀘어 영역까지 효과적으로 증가시킨다. 콜리니어 어레이(12)로부터 방사된 에너지는 좁은 스트립 반사기(17)에 의해 반사되며 배플(18)내의 영역을 채워간다. 좁은 스트립 반사기(17) 및 배플(18)은 쇼트 백파이어 어레이(13)와 메인 수직 편광 안테나 어레이(11)간의 상호 작용이 최소화될 수 있도록 편광기의 금속 스트립을 사용하여 설계된다.
5 파장 개구용의 수직 및 수평 편광 빔에 대한 컴퓨터 발생 안테나 패턴이 제5a도 및 제5b도에 도시되어 있다. 특히, 제5a도 및 제5b도는 5 파장 개구를 갖는 제1도의 공통 개구 듀얼 편광 어레이(10)의 성능을 보여주는 그래프를 도시한다.
여기까지, 플랫 플레이트 션트 슬롯 정재파 어레이 및 센터드 콜리니어 정재파 어레이에 의해 피드되는 쇼트 백파이어 어레이를 사용하는 혁신적이고 향상된 공통 개구 듀얼 편광 어레이(10)가 설명되었다. 상술된 실시예는 단지 본 발명의 원리의 응용을 시연하는 많은 특정 실시예 중에 설명을 위한 일부임이 이해될 것이다. 분명히, 수많은 다른 배치들이 당분야의 업자들에 의해 본 발명의 범위를 벗어남 없이 쉽게 고안될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (5)

  1. 공통 개구 듀얼 편광 어레이(10)에 있어서, 스태거 패턴으로 구성된 방사 슬롯(27)들의 다수 세트(26a, 26b)를 포함하고 에어 갭(28)에 의해 측방향으로 분리된 플랫 플레이트 션트 슬롯 정재파 어레이(flat plate shunt slot standing wave array)를 포함하는 수직 편광 안테나 어레이(11); 상기 수직 편광 안테나 어레이(11)의 방상 슬롯(27)에 직각으로 배치된 센터드(centered) 종방향 방사 슬롯(19), 스트립 반사기(17) 및 다수의 배플(18)들을 포함하는 수평 편광 안테나 어레이(12); 및 상기 수직 편광 안테나 어레이(11)에 결합된 종방향 정렬 피드 슬롯(25)의 센터드 콜리니어 정재파 어레이, 및 상기 수평 편광 안테나 어레이(12)에 결합된 피드 슬롯(19)의 콜리니어 어레이를 포함하는 상기 수직 편광 및 수평 편광 안테나 어레이(11)(12)에 결합되어 있는 피드 네트워크(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 개구 듀얼 편광 어레이.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다수의 배플(18)들은 실효 개구를 증가시키기 위해 상기 수평 편광 안테나 어레이(12)에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 공통 개구 듀얼 편광 어레이.
  3. 제1항에 있어서, 상기 피드 네트워크(16)는 장방형 도파관(37) 내에 배치된 오프셋 공명 조리개(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 개구 듀얼 편광 어레이.
  4. 제1항에 있어서, 상기 피드 네트워크(16)는 박스형 곡류형 스트립라인(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 개구 듀얼 편광 어레이.
  5. 제1항에 있어서, 상기 수직 편광 안테나 어레이(11)는 상기 수직 편광 안테나 어레이(11)의 방사 슬롯들(27)의 세트(26a, 26b)들 간의 갭(28) 내에 배치된 다수의 도파관 쇼트(35)들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공통 개구 듀얼 편광 어레이.
KR1019960019968A 1995-06-06 1996-06-05 도파관-피드된 플레이너 슬롯 어레이, 및 리니어 쇼트 백파이어 어레이에 의해 형성된 듀얼 편광 공통 개구 어레이 KR100188371B1 (ko)

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US08/469,831 US5619216A (en) 1995-06-06 1995-06-06 Dual polarization common aperture array formed by waveguide-fed, planar slot array and linear short backfire array
US08/469,831 1995-06-06
US8/469,831 1995-06-06

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KR970002845A KR970002845A (ko) 1997-01-28
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