KR100240894B1

KR100240894B1 - 여할제곱형 피아식별 안테나

Info

Publication number: KR100240894B1
Application number: KR1019970012677A
Authority: KR
Inventors: 이돈신
Original assignee: 이돈신; 주식회사하이게인안테나
Priority date: 1997-04-07
Filing date: 1997-04-07
Publication date: 2000-01-15
Also published as: KR19980076130A

Abstract

본 발명은 해상에서 움직이는 선박이나 비행체와 같은 목표물을 탐지, 추적, 식별하는 여할제곱형 피아식별 안테나에 관한 것으로서, 특히 혼 안테나의 양측면에 각각 1개씩의 피아식별 안테나를 부착한 여할제곱형 피아식별 안테나에 관한 것이다. 본 발명은 탐지용 전파를 복사하는 혼 안테나와, 심방형 패턴을 갖는 전파를 복사하여 피아를 식별하기 위한 전방향성 안테나와, 혼 안테나의 양측면에 설치되어 있으며 피아를 식별하기 위한 2개의 피아식별 안테나와, 혼 안테나에서 복사된 전파를 반사하여 여할제곱형 복사패턴을 형성하기 위해 곡면으로 변형되어 있으며 혼 안테나 및 피아식별 안테나에서 복사된 전파를 반사하고 수신된 전파를 혼 안테나와 피아식별 안테나로 각각 반사하는 반사판을 더 포함한다. 그리고, 피아식별 안테나 각각에서 출력된 신호를 180도 결합하여 합패턴과 차패턴의 신호를 생성하고, 차패턴의 신호를 전방향성 안테나에서 출력된 신호와 재결합하여 노치패턴의 신호를 생성한 다음, 합페턴과 노치패턴의 신호를 출력하는 결합기를 더 포함한다. 일실시예로 피아식별 안테나는 대수주기 안테나 또는 야기 안테나를 사용하였다. 따라서, 반사판 복사효율과 전파특성이 매우 높아지는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 피아식별 안테나의 구조를 단순하게 하고, 혼 안테나와 피아식별 안테나의 상호간섭을 최소화 할 수 있다.

Description

여할제곱형 피아식별 안테나

본 발명은 해상에서 움직이는 선박이나 비행체와 같은 목표물을 탐지, 추적, 식별하는 여할제곱형 피아식별 안테나에 관한 것으로서, 특히 혼 안테나의 양측면에 각각 1개씩의 피아식별 안테나를 부착한 여할제곱형 피아식별 안테나에 관한 것이다.

해상 탐지용 안테나는 주로 1~8 GHz 범위의 높은 주파수 대역에 사용되는 것으로써, 종래의 안테나 시스템은 탐지 및 추적 안테나의 뒷면 또는 상단에 별도의 피아식별 안테나를 반사판과 함께 구성하였다.

이런 경우, 피아식별 안테나를 여러개의 안테나 소자를 이용하여 구성하였기 때문에 구조적으로 단순화되지 못하였다. 그리고, 탐지 안테나와 피아식별 안테나가 근접한 위치에 놓이게 되므로 상호 간섭을 주게 되었다. 또한, 단일 주파수대역만을 사용함으로써 반사판의 운용효율이 낮았었다.

따라서, 반사판의 효율을 향상시키고 피아식별 안테나의 구조를 단순하게 하기 위한 여할제곱형 피아식별 안테나의 개발이 요구되고 있다.

이에, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반사판의 효율을 향상시키고 피아식별 안테나의 구조를 단순하게 하기 위한 여할제곱형 피아식별 안테나를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달상하기 위한 본 발명은 탐지용 전파를 복사하는 혼 안테나와; 심방형 패턴을 갖는 전파를 복사하여 피아를 식별하기 위한 전방향성 안테나와; 상기 혼 안테나의 양측면에 설치되어 있으며 피아를 식별하기 위한 2개의 피아식별 안테나와; 상기 혼 안테나에서 복사된 전파를 반사하여 여할제곱형 복사패턴을 형성하기 위해 곡면으로 변형되어 있으며 혼 안테나 및 피아식별 안테나에서 복사된 전파를 반사하고 수신된 전파를 혼 안테나와 피아식별 안테나로 각각 반사하는 반사판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 피아식별 안테나 각각에서 출력된 신호를 180도 결합하여 합패턴과 차패턴의 신호를 생성하고, 상기 차패턴의 신호를 상기 전방향성 안테나에서 출력된 신호와 재결합하여 노치패턴의 신호를 생성한 다음, 상기 합패턴과 상기 노치패턴의 신호를 출력하는 결합기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예로 피아식별 안테나를 대수주기 안테나 또는 야기 안테나로 구성하였다.

제1도는 본 발명에 따른 여할제곱형 피아식별 안테나의 측면도.

제2도는 제1도의 평면도.

제3도는 제1도의 급전 계통도이고,

제4도는 피아식별 안테나의 일실시예를 설명하는 도면이고,

제5도는 전방향성 안테나의 일실시예를 설명하는 도면이고,

제6도는 180도 하이브리드(Rat-Race Hybrid)를 설명하는 도면이고,

제7도는 제1도의 결합기를 설명하는 도면이고,

제8도는 노치 패턴을 만들어 내는 과정을 설명하는 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 혼 안테나 2, 2' : 피아식별 안테나

3 : 금속반사판(금속망) 4 : 도파관

6 : 동축 급전선 7 : 로타리 조인트

8 : 전방향성 안테나 9 : 유전체

10 : 지지대 11 : 결합기

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

제1도는 본 발명에 따른 여할제곱형 피아식별 안테나의 측면도이고, 제2도는 제1도의 평면도이고, 제3도는 제1도의 급전 계통도이다.

여할제곱형 피아식별 안테나는 탐지용 전파를 복사하는 혼 안테나(1)와, 심방형 패턴을 갖는 전파를 복사하여 피아를 식별하기 위한 전방향성 안테나(8)와, 혼 안테나의 양측면에 피아를 식별하기 위한 피아식별 안테나(2,2')와, 혼 안테나에서 복사된 전파를 반사하여 여할제곱형 복사패턴을 형성하기 위해 곡면으로 변형되어 있으며, 혼 안테나 및 피아식별 안테나에서 복사된 전파를 반사하고 수신된 전파를 혼 안테나와 피아식별 안테나로 각각 반사하는 반사판(3)을 포함한다.

일실시예로 피아식별 안테나(2,2')는 일반적으로 공지되어 있는 대수주기 안테나(또는 야기 안테나)를 사용하여 구성하고, 혼 안테나(1)의 양측에 각각 1개씩 부착되어 있다.

그리고, 피아식별 안테나 각각에서 출력된 신호를 180도 결합하여 합패턴과 차패턴의 신호를 생성하고, 차패턴의 신호를 전방향성 안테나에서 출력된 신호와 재결합하여 노치패턴의 신호를 생성한 다음, 합패턴과 상기 노치패턴의 신호를 출력하는 결합기(11)를 더 포함한다.

제1도 내지 제3도를 참고하면, 혼 안테나(1)가 금속반사판(3) 전면에 지지대(10)에 고정되어 위치하고 있으며, 극초단파 대역을 사용한다. 금속반사판(3)은 오프세트형 파라볼릭 곡면을 변형하여 수직면내에 여할제곱형 복사패턴이 형성되도록 하므로써 비행체의 저앙각과 고앙각을 동시에 탐지할 수 있다.

혼 안테나(1) 양옆에 UHF 또는 낮은 주파수의 극초단파 대역을 사용하는 피아식별 안테나(2,2')를 부착하였으며, 금속반사판(3)의 후방 상단에 전방향성 안테나(8)를 유전체(9)(또는 공기 절연체)를 이용하여 부착하였다.

이와 같이 구성된 여할제곱형 피아식별 안테나의 작동을 설명하면 다음과 같다.

극초단파 대역의 고주파 신호를 로타리 조인트(7)에 인입하면, 고주파 신호는 도파관(4)으로 회전하면서 급전된다. 도파관(4)을 통하여 혼 안테나(1)에 급전된 고주파 신호는 금속반사판(3)으로 복사되고, 금속반사판(3) 의 전면 방향으로 재반사되어 여할제곱형 수직 복사패턴을 형성하게 된다.

공간으로 복사된 신호가 비행체에 부딪쳐서 반사되면, 이 신호를 상기 과정과 반대 과정을 거쳐서 혼 안테나(1)가 수신하게 된다. 그리고 수신된 신호를 검출 및 분석함으로써 저앙각과 고앙각의 목표물 거리와 고도를 측정하게 된다.

본 발명의 혼 안테나(1)는 주파수 범위가 광대역인 특징을 가지고 있다. 전파의 모드를 천천히 변화시켜 구면파를 파라볼라 반사경으로 평면파로 변화시키고, 동시에 빔의 방향을 틀어주어 파원쪽으로 전파가 돌아오지 않도록 하고 있다. 따라서 주파수가 변화해도 지향성과 정재파비가 악화되지 않는다.

그리고 고효율(개구효율:60-80%)이며, 수직편파, 수평편파, 원편파 신호를 사용할 수 있다. 또한 부엽레벨이 낮다. 왜냐하면, 1차 방사기 등의 방해물이 전파통로에 없으므로 산란파가 적고, 전자 혼이 사용되고 있으므로 1차 방사기에서의 측면과 후방에서의 불필요한 방사가 없다.

한편, 여할제곱형 수직 복사패턴을 형성하는 혼 안테나(1)의 양쪽에 각각 1개씩 부착한 피아식별 안테나(2,2')의 동작 과정은 다음과 같다.

로타리 조인트(7)에 입력된 고주파 신호(UHF 대역과 낮은 주파수의 극초단파 대역)는 로타리 조인트(7)를 회전통과 한 후, 결합기(11)에 급전된다. 결합기에 급전된 고주파 신호는 동축급전선(6)을 통해 피아식별용 안테나(2,2')로 입력된다. 그런 다음에 금속반사판(3)으로 복사되고, 이 신호는 재반사되어 공중으로 복사된다.

복사된 신호에는 암호화된 코드가 포함되어 있는데, 비행체가 코드를 인식하는 경우에는 자동으로 응답신호를 복사한다. 만약 코드를 인식하지 못하는 경우에는 응답신호를 복사하지 않으며, 복사된 응답신호는 피아식별용 안테나(2,2')에서 수신하게 된다.

다른 한편으로 결합기(11)에서 전방향성 안테나(8)로 입력된 고주파 신호가 공중으로 복사된다. 공간으로 복사된 신호가 비행체에 부딪쳐서 반사되면, 이 신호를 전방향성 안테나(8)가 수신하게 된다.

제4도는 피아식별 안테나의 일실시예를 설명하는 도면이다. 여기서, 피아식별 안테나는 대수주기 안테나로 구성되어 있다.

제5도는 전방향성 안테나의 일실시예를 설명하는 도면이다. 컨넥터(20)로 입력된 고주파 신호는 라디에이터(22)를 통하여 방사된다. 이 때 반사판(24)은 방사된 신호가 심방형의 패턴이 되도록 하며, 토스트(26)는 튜닝 및 정재파를 매칭한다. 디스크(28)는 상하로 조절되어 주파수를 매칭하며, 서포트(30)는 라디에이터(22)를 지지한다. 레이돔(32)은 안테나를 외부로부터 보호한다.

제6도는 180도 하이브리드(Rat-Race Hybrid)을 설명하는 도면이다. 제6a도는 도파관형 하이브리드를 설명하는 도면이고, 제6b는 전기적인 등가회로이다.

렛레이스 링(180도 하이브리드 링(Hybrid Ring))이 피아식별을 위한 Δ(차) 패턴과 ∑(합)패턴을 발생하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

제6도를 참조하면, 렛레이스 링의 2개 입력포트(1,3)와 2개의 출력포트(2,4)중에서 제 1 출력포트(2)에는 동위상의 ∑패턴이, 제 2출력포트(4)에는 180도의 위상차가 나는 Δ패턴이 출력된다. 여기서, ∑패턴은 목표물을 포착하도록 하는 패턴이다. 그리고, Δ패턴은 ∑패턴의 사이드로브에서 잘못 포착되는 목표물을 제거하고, ∑패턴이 예리하게 목표물을 포착하도록 하는 패턴이다.

위와 같은 구조의 렛레이스 링이 가지고 있는 2개의 입력포트(1,3)가 피아식별 안테나(2,2')와 각각 연결된다.

제7도는 제1도의 결합기를 설명하는 도면이다. 결합기(11)는 180도 하이브리드 렛레이스 링 (Rat Race Ring)과 윌킨슨(Willkilson) 디바이더가 사용된다. 각각의 피아식별 안테나(2,2')로부터 입력된 신호는 위에서 설명한 렛레이스 링을 사용하여 ∑패턴과 Δ패턴을 발생시킨다. 그리고 윌킨스 디바이더(R,W)를 사용하여 전방향성 안테나(8)로부터 입력된 신호를 Δ패턴과 결합시키므로써 노치(Notch)패턴을 발생시킨다.

결합기를 전체적으로 보면, 2개의 렛레이스 링 입력포트에 피아식별 안테나가 각각 연결되고, 윌킨슨 디바이더의 입력단에 전방향성 안테나가 연결된다. 출력으로는 렛레이스링에서 생성된 ∑패턴과 윌킨슨 디바이더에서 생성된 노치패턴이 출력된다.

반대로, 복사하기 위한 신호가 결합기에 입력되면, 결합기 내부의 전력분배기를 통하여 일정한 비율로 피아식별 안테나와 전방향성 안테나로 신호가 분배된다. 따라서 걸합기는 양방향성으로 사용된다.

제8도는 노치 패턴을 만들어 내는 과정을 설명하는 도면이다. X축은 각도, Y축은 각도에 따른 안테나 패턴의 세기를 나타낸다.

제8a도는 각각의 피아식별 안테나(2,2')에서 수신한 신호로부터 생성시킨 ∑패턴과 Δ패턴을 도시한 것이다. 피아식별 안테나는 0도 부근의 ∑패턴과 Δ패턴이 교차하는 두 지점 사이(∑패턴＞Δ패턴)에서 들어오는 신호만을 사용한다. 이 영역에서 ∑패턴이 Δ 패턴보다 큰 세기를 가지며 이 영역을 벗어나게 되면 ∑패턴과 Δ 패턴의 구분이 모호해지는 경우가 발생한다. 따라서 교차점 바깥쪽의 패턴 구분의 모호성을 없애기 위하여 피아식별 안테나의 Δ패턴에 기존 전방향성 안테나의 패턴(제8도에 점선으로 도시됨)을 합성하면 교차점 바깥쪽 영역에서는 Δ패턴의 크기가 ∑패턴보다 높게 되어 Δ패턴과 ∑패턴의 구분이 확실해진다. Δ패턴과 전방향성 안테나의 패턴을 결합한 패턴이 제8c도에 도시되어 있다. 그러나 이 경우 0도 부근에서 오히려 ∑패턴과 Δ패턴의 차이가 덜 생기는 경우가 발생한다.

그래서, 본 발명에서는 교차점 안팎에서의 ∑패턴과 Δ패턴의 구분을 더욱 확실하게 하기 위하여 심방향(Cardioid) 패턴을 가지는 전방향성 안테나를 사용한다. 심방형 패턴은 8b도에 실선으로 도시되어 있다.

심방형 패턴은 기존의 전방향성 안테나와 비교하면 0도 부근에서 세기가 약하고, 교차점 외부에서는 기존의 전방향성 안테나보다 세기가 큰 특성을 갖는다. 따라서 기존의 전방향성 안테나 패턴과 Δ패턴을 합성한 경우보다 두 교차점의 안팎에서의 패턴구분이 더욱 확실해진다. 이 경우의 패턴이 8d도에 도시되어 있다.

즉, 노치 패턴이 피아식별 안테나의 부엽영역에 존재하는 ∑패턴과 Δ 패턴상의 모호함을 제거함으로써, ∑패턴의 사이드로브를 완벽하게 커버하고 주 빔을 두각시키게 된다. 그러므로 결합기(11)에서 출력된 노치패턴을 가지고 더욱 확실하게 피아식별 하게 된다.

이와 같이, 피아식별 안테나(2,2')와 전방향성 안테나(8)를 통하여 다른 복사팬턴이 형성되도록 하기 때문에, 비행체의 피아식별이 더 확실하게 되는 것이다.

본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 대수주기 안테나(혹은 야기 안테나)를 피아식별 안테나로 탐지용 피드혼 양옆에 1개씩 부착함으로써, 반사판 복사효율과 전파특성이 매우 높아지는 효과를 얻을 수 있다. 또한 피아식별 안테나의 구조를 단순하게 하고, 혼 안테나와 피아식별 안테나의 상호간섭을 최소화 할 수 있다.

Claims

탐지용 전파를 복사하는 혼 안테나와; 심방형 패턴을 갖는 전파를 복사하여 피아를 식별하기 위한 전방향성 안테나와; 상기 혼 안테나의 양측면에 설치되어 있으며 피아를 식별하기 위한 2개의 피아식별 안테나와; 상기 혼 안테나에서 복사된 전파를 반사하여 여할제곱형 복사패턴을 형성하기 위해 곡면으로 변형되어 있으며, 상기 혼 안테나 및 피아식별 안테나에서 복사된 전파를 반사하고, 수신된 전파를 상기 혼 안테나와 피아식별 안테나로 각각 반사하는 반사판을 포함하는 것을 특징으로 하는 여할제곱형 피아식별 안테나.
제1항에 있어서, 상기 피아식별 안테나 각각에서 출력된 신호를 180도 결합하여 합패턴과 차패턴의 신호를 생성하고, 상기 차패턴의 신호를 상기 전방향성 안테나에서 출력된 신호와 재결합하여 노치패턴의 신호를 생성한 다음, 상기 합패턴과 상기 노치패턴의 신호를 출력하는 결합기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 여할제곱형 피아식별 안테나.
제1항에 있어서, 상기 피아식별 안테나는 대수주기 안테나인 것을 특징으로 하는 여할제곱형 피아식별 안테나.
제1항에 있어서, 상기 피아식별 안테나는 야기 안테나인 것을 특징으로 하는 여할제곱형 피아식별 안테나.