KR100221741B1 - 나선형 1차 방사기 및 그것을 구비한 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 마이크로파대역에 있어서 사용되는 나선형 1차방사기에 관한 것으로서, 소망의 지향성을 유지하면서, 양호한 교차편파특성 및 임피던스특성을 확보하고, 또 컨버터로서의 소형경량화를 도모하는 것을 목적으로 한 것이며, 그 구성에 있어서, 개구면근처의 내경치수가 바닥면 근처의 내경치수보다 큰 계단형상의 통형상도체로 이루어진 도파관과, 상기 도파관의 바닥면의 축심에 설치된 나선형소자로 구성한 것을 특징으로 한 것이며, 도파관을 계단형상의 통형상으로 함으로써, 교차편파특성 및 임피던스특성에 뛰어난 소형의 나선형 1차방사기를 얻을 수 있다.

Description

나선형 1차 방사기 및 그것을 구비한 컨버터

제1도는 본 발명의 실시예의 설명에 사용하는 위성방송수신장치의 사시도.

제2도는 본 발명의 제1실시예에서의 나선형 1차방사기의 평면도.

제3도는 제2도에 표시한 절단선(S1-S1)을 따라 절단한 나선형 1차방사기의 단면도.

제4도는 본 발명의 제2실시예에서의 나선형 1차방사기의 평면도.

제5도는 제4도에 표시한 절단선(S2-S2)을 따라 절단한 나선형 1차방사기의 단면도.

제6도는 본 발명의 실시예에 사용하는 캡의 일례의 평면도.

제7도는 제6도에 표시한 절단선(S3-S3)을 따라 절단한 캡의 단면도.

제8도는 본 발명의 제3실시예에서의 나선형 1차방사기의 단면도.

제9도는 본 발명의 제3실시예에서의 또하나의 나선형 1차방사기의 단면도.

제10도는 본 발명의 제4실시예에서, 나선형 1차방사기와 컨버터회로와의 접속상태를 표시한 단면도.

제11도는 본 발명의 제4실시예에서, 컨버터회로를 실장하기 전의 상태를 표시한 단면도.

제12도는 본 발명의 제4실시예에서의 컨버터회로를 실장한 후의 상태를 표시한 단면도.

제13도, 제14도, 제15도 및 제16도는 각각 종래의 나선형 1차방사기의 단면도.

제17도는 종래의 나선형 1차방사기를 사용한 컨버터의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 안테나 2 : 지주

3 : 지지암 4 : 컨버터

5 : 유전체스페이서 6 : 도파관

7 : 제1원통부 8 : 제2원통부

9 : 개구면 10 : 바닥면

11 : 나선형소자 12 : 접어구부린 부분

13 : 직선부 14 : 유전체지지부

20 : 유전체컵 21, 22, 23 : 캡(cap)

30 : U자형 환형상홈 31 : V자형 환형상홈

40 : 마이크로스트립선로 41 : 프린트기판

42 : 가설대(架台)

본 발명은, 마이크로파대역에서 원편파(圓偏波)모드를 동축모드로 변환하는 나선형(Helical)1차방사기와, 이것을 구비한 컨버터에 관한 것이다.

마이크로파대역에서 사용되는 종래의 나선형 1차방사기로서는, 예를들면, 일본특허공개공보평 4-200104호에 기재되어 있는 1차방사기가 있다. 제13도의 단면도에 표시한 이 1차방사기에서, 도파관(50)은, 내경이 개구면(51)에서부터 바닥면(52)을 향해서 테이퍼형상으로 작아지는 컵형상을 가진다. 그리고, 도파관(50)의 바닥면(52)에는 나선형소자(60)가 배치되고, 개구면(51)에는 개구면(51)을 폐쇄하는 유전체재료의 캡(70)이 배치되어 있다.

이의 변형예로서, 제14도에 표시한 1차방사기도 있다. 이 경우는, 도파관(50)의 안 깊숙한 부분(53)을 소정의 길이와 구경을 가진 원통형상으로 형성하고 있다. 이 구성에 의해, 나선형소자(60)의 주위 도체조건을 일정화하여 소망의 지향성을 얻을 수 있도록 하고 있다.

기타, 제15도 및 제16도에 표시한 바와 같이, 개구면(51)보다도 바깥쪽(공간쪽)으로 돌출한 볼록형상의 캡(71), (72)을 가진 1차방사기도 알려져 있다.

이와 같은 나선형 1차방사기를 사용한 컨버터로서, 제17도에 표시한 바와 같이, 가설대(82)에 1차방사기를 장착한 컨버터가 알려져 있다. 컨버터회로를 구성하는 마이크로스트립선로(80)가 표면에 형성된 프린트기판(81)이 가설대(82)에 장착되어 있고, 마이크로스트립선로(80)는 나선형소자(60)의 직선부(61)와 납땜에 의해 접속되어 있다.

나선형소자자체가 광대역에 걸쳐서 뛰어난 교차편파특성을 가지는 것은 이미 알려져 있다. 그러나, 제13도 및 제14도에 표시한 바와 같이, 나선형소자(60)를 도체로 이루어진 도파관(50)내에 실장하였을 경우, 그 특성은 손상되어, 소망의 교차편파성능을 얻을 수 없다. 또 제13도에 표시한 나선형 1차방사기의 경우는, 개구직경이 변화하는 동시에 캡(70)과 나선형소자(60)와의 간격이 서서히 변화한다. 따라서, 소망의 지향성이 얻어지는 개구직경위치에 있어서 공간과의 양호한 임피던스정합 및 양호한 교차편파특성을 얻을 수 없어, 나선형소자(60)의 형상변경이 부득이하게 된다. 또, 도파관(50)의 개구직경을 일정하게 하고, 테이퍼각도를 변화시켰을 경우에 있어서도, 나선형소자(60)와 도파관(50)의 내부형상과의 정합조건이 손상되기 때문에, 소망의 특성을 얻을 수 없다. 또, 제14도에 표시한 나선형 1차방사기의 경우, 나선형소자(60)와 도파관(50)의 내부형상과의 정합조건을 일정하게 유지하고, 또한 소망의 지향성을 얻기 위해서는, 도파관(50)에 있어서의 원통형상의 안 깊숙한 부분(53)의 길이를 충분히 길게 할 필요가 있다. 이 때문에, 1차방사기의 전체길이가 커지는 결점이 있다.

한편, 제15도 및 제16도에 표시한 나선형 1차방사기에서는, 볼록형상의 캡(71), (72)을 사용함으로써, 공간과 나선형소자(60)와의 사이의 임피던스정합 및 교차편파특성이 개선된다. 그러나, 캡(71), (72)이 개구면보다 바깥쪽으로 돌출하고, 또, 나선형소자(60)로부터의 영향을 받지않도록 하기 위하여, 캡(71), (72)을 나선형소자(60)로부터 소정간격만큼 멀어지게 하지 않으면 안된다. 따라서 1차 방사기의 전체길이치수가 커져버린다.

제17도에 표시한 컨버터의 경우는, 나선형소자(60)에 프린트기판(81)의 이면으로부터 급전하기 때문에, 나선형소자(60)의 직선부(61)와 마이크로스트립선로(80)가 직교하도록 접속되어 있다. 즉, 1차방사기와 컨버터회로는 L자형으로 연결되어 있다. 따라서, 컨버터전체의 치수가 커져버린다.

본 발명은, 소망의 지향성을 가지고, 공간과의 임피던스정합 및 교차편파특성등 성능의 최적화를 도모한 소형의 나선형 1차방사기 및 이 나선형 1차방사기를 사용한 소형컨버터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 나선형 1차방사기의 하나의 태양은, 개구면근처의 내경치수가 바닥면근처의 내경치수보다 큰 계단형상의 통형상도체로 이루어진 도파관과, 이 도파관의 바닥면의 축심에 설치된 코일스프링형상의 나선형소자로 구성되어 있는 것이다.

본 발명의 나선형 1차방사기의 또하나의 태양은, 도파관의 바닥면쪽에 오목한 형상을 가진 유전체캡에 의해, 도파관의 개구면을 폐쇄한 것이다.

본 발명의 나선형 1차방사기의 또하나의 태양은, 도파관의 개구면 근처에 환형상(環狀)홈을 형성한 것이다.

본 발명의 컨버터는, 상기 나선형 1차방사기와, 나선형소자의 직선부와 전기적으로 접속된 프린트기판위의 마이크로스트립선로로 구성되는 것이다.

이하 본 발명의 실시예에 대해서 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

제1도는, 본 발명의 실시예의 설명에 사용하는 위성방송수신장치의 외관사시도이다. 위성방송수신장치는, 지주(2)에 장착된 파라볼라안테나(1)와, 지지암(3)을 개재해서 장착된 컨버터(4)로 구성된다. 컨버터(4)는, 본 발명의 나선형 1차방사기와 컨버터회로를 일체화해서 구성하고 있다.

[실시예 1]

제2도 및 제3도에 표시한 나선형 1차방사기에 있어서는, 안쪽이 계단형상으로 오목한 도파관(6), 즉, 내경이 큰 제1원통부(7)를 개구면(9)쪽에, 내경이 작은 제2원통부(8)를 바닥면쪽에 배설한 도파관(6)이 사용된다. 코일스프링형상의 나선형소자(11)는, 제2원통부(8)내이고 또한 바닥면(10)위의 중심위치에, 소정치수의 직경 및 두께를 가진 유전체스페이서(5)를 개재해서 배치되어 있다. 그리고, 나선형소자(11)의 접어구부린 부분(12)에서부터 뻗은 직선부(13)가 바닥면(10)의 중심에 형성한 유전체지지부(14)(동축회로부)에 삽입되어 지지되어 있다. 개구면(9)은 유전체캡(20)에 의해 폐쇄되어 있다.

이 제1실시예의 경우에는, 제1원통부(7)의 구경을 제2원통부(8)의 구경보다 크게 하므로써, 제1원통부(7)가 나선형소자(11)에 주는 영향을 경감할 수 있다. 그 결과, 제2원통부(8)와 나선형소자(11)에 의해 얻게된 교차편파특성을 양호하게 유지할 수 있다. 또, 공간과 나선형 1차방사기와의 사이에서 양호한 임피던스정합을 얻을 수 있다.

또한, 이 나선형 1차방사기가 컨버터에 짜넣어질 때, 나선형소자(11)의 직선부(13)가 마이크로스트립선로(도시생략)와 납땜된다. 그리고, 나선형소자(11)에 있어서의 원편파모드가 동축모드를 거쳐서 마이크로스트립회로모드로 변환된다.

[실시예 2]

제4도 및 제5도에 표시한 나선형 1차방사기는, 제2도 및 제3도에 표시한 유도체캡(20)을 유도체캡(21)으로 바꾼예이다. 캡(21)은, 중앙부가 도파관(6)의 바닥면(10)쪽으로 오목한 만곡면(21a)을 가진다. 이와 같이 바닥면(10)쪽으로 오목한 캡(21)을 사용하므로써, 교차편파특성 및 지향성에 영향을 주는 일없이, 임피던스특성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또, 캡(21)이 위쪽으로 돌출하고 있지 않기 때문에, 나선형 1차방사기의 높이가 낮아지고, 소형화된다.

또한, 캡(21)대신에, 제6도 및 제7도에 표시한 캡(22)을 사용해도 된다. 캡(22)은, 도파관(6)의 바닥면(10)쪽으로 오목한 제1만곡면(22a)과 제2만곡면(22b)으로 이루어진 다단형상의 만곡면을 가진다. 그리고, 제1만곡면(22a)과 제2만곡면(22b)에 있어서는, 양자의 곡률변경이 다르다. 이와 같은 캡(22)을 사용하므로써, 임피던스특성을 미세조정할 수 있다.

[실시예 3]

제8도에 표시한 나선형 1차방사기는, 제4도 및 제5도에 표시한 제2실시예의 변형예이다. 본 실시예에서는, 제1원통부(7)의 외주에 코르게이트회로인 U자형상의 환형상홈(30)을 형성하고 있다. 이 구성에 의해, 파라볼라안테나(1)와의 정합성을 고려한 지향성의 조정이 가능하게 된다. 또한, 이 1차 방사기에서는, 개구면(9)에 대응하는 부분이 오목한 만곡면(23a)을 가진 캡(23)이 사용된다.

또, U자형상의 환형상홈(30)대신에, 제9도에 표시한 V자형상의 환형상홈(31), 즉 홈의 폭이 깊이방향을 향해서 테이퍼형상으로 작아지는 환형상홈(31)을 사용해도 된다. 이 경우, 개구면(9)을 폐쇄하는 캡의 형상을 변화시키지 않아도, 임피던스특성 및 교차편파특성에 의존하는 일없이 지향성의 미세조정이 가능하게 된다. 따라서, 양호한 교차편파특성 및 임피던스특성을 유지하면서, 파라볼라안테나의 반사경에 적응한 소망의 지향성을 얻을 수 있다.

또한, 환형상홈의 단면형상은, U자형상이나 V자형상에 한하지 않고, 기타의 단면형상이어도 된다.

[실시예 4]

제10도는, 제9도에 표시한 나선형 1차방사기를 조립해 넣은 컨버터를 표시한다. 나선형소자(11)는, 컨버터를 구성하는 고주파회로와의 정합을 양호하게 하기 위하여, 1차방사기의 바닥면(10)에 소정두께를 가진 원반형상의 유전체스페이서(5)를 개재해서 배치되어 있다. 또, 나선형소자(11)의 직선부(13)와 유전체지지부(14)에 의해 동축회로가 형성되어 있다. 나선형소자(11)의 직선부(13)와 마이크로스트립선로(40)가 일직선으로 배열되도록, 양자는 납땜등으로 전기적으로 접속되어 있다.

제11도 및 제12도는, 컨버터회로를 구성하기 위하여, 프린트기판(41)위에 형성한 마이크로스트립선로(40)를 가설대(42)에 실장하는 순서를 표시하고 있다. 또한, 가설대(42)는 도파관(6)과 일체적으로 형성되어 있다.

먼저, 제11도에 표시한 바와 같이, 도면의 좌측방향으로부터 소정의 지그를 사용해서 나선형소자(11)의 접어구부린 부분(12)을 압압하면서, 직선부(13)를 유전체지지부(14)에 삽입하여 고정한다. 다음에, 표면에 마이크로스트립선로(40)를 형성한 프린트기판(41)을, 도면의 위쪽으로부터 가설대(42)에 삽입한다. 그후, 제12도에 표시한 바와 같이, 프린트기판(41)을 왼쪽, 즉 나선형소자(11)쪽으로 슬라이드시켜, 직선부(13)와 마이크로스트립선로(40)를 납땜하여, 전기적으로 접속한다. 또한, 가설대(42)의 길이는, 프린트기판(41)의 길이와 직선부(13)의 접속부분의 길이와의 합계길이보다도 소정치수만큼 크게하고 있다. 따라서, 프린트기판(41)을 슬라이드시킴으로써, 나선형소자(11)와 마이크로스트립선로(40)가 일직선으로 배열되도록, 양자를 접속할 수 있다.

이와 같이, 나선형소자(11)와 컨버터회로를 구성하는 마이크로스트립선로(40)를 일직선상에 배열함으로써, 즉, 나선형소자(11)와 프린트기판(41)을 일직선상에 배열함으로써, 스트레이트(straight)구조의 컨버터를 얻을 수 있다. 그 결과, 컨버터의 소형경량화를 도모할 수 있는 동시에, 종래의 안테나구성과의 호환성도 있다. 또, 다른 용도, 예를들면 복수의 위성으로부터의 전파를 동시에 수신할 수 있는 듀얼빔안테나에 탑재하는 경우에 있어서도, 위성으로부터의 전파가 차단되는 일이 없고, 블로킹(Blocking)에 의한 영향을 경감할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는, 나선형 1차방사기에 있어서의 도파관의 단면형상이 원형인 예를 표시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 도파관의 단면형상이 타원형이나 직사각형등, 원형이외의 단면형상이라도 된다. 또, 내부가 계단형상의 도파관에 있어서, 단차의 수는 1단에 한정되는 것은 아니며, 2단이상이어도 된다. 또, 도파관의 개구면근처의 외주에 형성한 코르게이트회로(corrugated circuit)인 환형상홈은, 원통형홈에 한정되는 것은 아니며, 타원형홈이나 직사각형홈 등의 환형상홈이어도 된다.

따라서, 본 발명의 정신 및 범위내에 있는 변형예는, 모두 특허청구의 범위에 포함되는 것이다.

Claims (8)

1. 내부에 계단형상을 가지는 원통형상도체로 이루어진 도파관과, 베이스의 중심에 배치된 나선형안테나소자와, 유전재료로 이루어지고, 상부가 상기 베이스를 향해 돌출하고 개구면 아래에 위치하는 오목한 면을 가지고, 상기 개구면을 폐쇄하는 캡을 구비한 나선형 1차 방사기로서, 상기 도파관의 개구면 근처의 직경은 상기 도파관의 베이스근처의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 나선형 1차방사기.
2. 제1항에 있어서, 상기 오목한 면은 상이한 곡률을 가지는 복수레벨의 오목한 면인 것을 특징으로 하는 나선형 1차방사기.
3. 제1항에 있어서, 상기 개구면의 외주를 따라 상기 원통형상 도체위에 배치된 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 나선형 1차방사기.
4. 제3항에 있어서, 상기 홈은 홈의 폭이 깊이방향을 향해 점점 좁아지는 단면형상을 가지는 것을 특징으로 하는 나선형 1차방사기.
5. 내부에 계단형상을 가지는 원통형상도체로 이루어진 도파관과; 베이스의 중심에 배치된 나선형안테나소자와; 유전재료로 이루어지고, 상부가 상기 베이스를 향해 돌출하고 개구면 아래에 위치하는 오목한 면을 가지고, 상기 개구면을 폐쇄하는 캡을 구비한 나선형 1차 방사기와, 상기 나선형 안테나소자의 직선부와 전기적으로 접속된 마이크로스트립선로를 구비한 컨버터로서, 상기 도파관의 개구면 근처의 직경은 상기 도파관의 베이스근처의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 컨버터.
6. 제5항에 있어서, 상기 오목한 면은 상이한 곡률을 가지는 복수레벨의 오목한 면인 것을 특징으로 하는 컨버터.
7. 제5항에 있어서, 상기 개구면의 외주를 따라 상기 원통형상 도체위에 배치된 홈을 구비한 것을 특징으로 하는 컨버터.
8. 제7항에 있어서, 상기 홈은 홈의 폭이 깊이방향을 향해 점점 좁아지는 단면형상을 가지는 것을 특징으로 하는 컨버터.