KR100272790B1 - 초고주파 안테나 시스템 - Google Patents

초고주파 안테나 시스템 Download PDF

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마사히로 후지모또
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Abstract

본 발명은 초고주파 안테나 시스템을 제공하는 것으로서, 접시형 반사기 또는 루네부르크 렌즈와 같이 상기 수단의 집속을 위한 수단을 구비한다.
집속된 초고주파를 수신하는 주 피드는, 관형 또는 공동 구조물에 의해서 지지 된다. 이러한 관형 구조물은 저잡음 변환기(LNC)와 같은 전자 수단을 에워싼다.
본 발명에 따른 장치에 의해서, 필요한 피더 라인의 길이는 감소되거나, 그러한 라인이 필요없게 된다. 따라서 상기 조립체를 위한 시간 및 비용이 절감되고 수행능력이 개선된다.

Description

초고주파 안테나 시스템
본 발명은 반사기, 렌즈등과 같은 초고주파 집속 수단과, 초점에 배치되어 입사 초고주파 비임이 접속되는 주급전 안테나를 구비하는 안테나 시스템에 관한 것이다.
초고주파 신호를 수신하기 위해서, 파라볼라 반사기와 이 파라볼라 반사기의 초점에 제공된 급전 혼을 구비하는 안테나 시스템을 사용하는 것이 널리 공지되어 있다.
미합중국 특허 제 4,742,359호에는, 급전 혼이 두개의 단부를 갖는 헬리컬 안테나에 의해 대체될 수 있으며 그에 따라서 제1단부를 급전선에 연결하는 것이 공지되어 있다. 계속되는 설명을 위해서, 급전선이 헬리컬 안테나의 축과 정렬되는 것이 이해되어야 한다. 헬리컬 안테나는 소위 엔드화이어 헬리컬 안테나로서 제조될 수 있는데, 최대 수신 출력 상태하에서 제1단부에서의 신호 전력 흐름의 방향은 수신된 전파와 같은 방향이다. 이러한 헬리컬 안테나는 소위 백화이어 헬리컬 안테나로서 제조될 수 있는데, 최대 수신 출력 상태하에서 제1단부에서의 신호 전력 흐름의 방향은 수신된 전파의 반대 방향이다.
전술한 미합중국 특허에는 하나의 안테나 시스템이 개시되어 있는데, 상기 안테나 시스템은 반사기와 한 쌍의 단부가 있는 코일을 갖는 주 헬리컬 안테나를 구비하며, 코일은 헬리컬 안테나의 축이 반드시 반사기의 축과 일치하도록 반사기의 초점에 배치된다. 급전선은 외부 회로와 안테나 시스템을 연결시킨다. 따라서 주 헬리컬 안테나는 반사기로부터 가장 가까운 단부에서 급전선과 연결된 백화이어 헬리컬 안테나를 나타내며 헬리컬 안테나의 다른 단부는 지지부없이 서 있으며, 급전선은 동축 케이블이다.
전형적인 준-강성 케이블은 위성 TV 신호의 전류 방향 수신을 위해 사용되는 12㎓의 주파수에서 1.5㏈/m의 삽입 손실을 가진다. 종래의 시스템에서, 40㎝의 직경을 갖는 반사기에 대해서 거의 0.1미터의 길이가 필요하며, 따라서 거의 0.15㏈의 전체 케이블 손실이 발생한다. 이 값은 (전형적으로 1.4㏈이하인) 안테나 시스템의 잡음에 직접 가산되며, 미래의 위성 TV 시스템에 사용되는 22㎓와 같은 고주파수에서 상당히 높을 것이다.
본 발명의 목적은, 주급전 안테나 및 외부 전자회로 사이에 초고주파용 급전선의 사용이 상당히 감소되거나 또는 거의 필요없으며, 초고주파 신호의 강도가 개선된 전자기, 양호하게는 초고주파 신호 수신 소형 안테나 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명에 따른 안테나 시스템은 반사기, 예를 들면 파라볼라 또는 초고주파 렌즈, 예를 들면 루네부르크(Luneburg) 형태와 같은 집속 수단을 구비한다. 집속 수단은 하나의 초점 또는 여러 초점에 각각 수신된 초고주파 빔을 집속시키며, 이들 각각의 초점에 주급전기가 제공되는데, 이 주급전기는 공동 구조물 하우징에 의해서 지지되며, 공동 구조물 하우징은 관형, 원형, 사각형등 같은 형상이 될 수 있다. 이 공동 구조물 하우징은 전자 수단, 예를 들면 저잡음 변환기(LNC)를 포함하며, 이 저잡음 변환기는 주급전기에 의해 수신된 신호를 변환, 필터링 및 증폭시킨다.
전자 수단을 공동 구조물 하우징내에 배치시킴으로써, 준-강성 동축케이블과 같은 비싼 급전선의 사용을 상당히 줄일 수 있거나 또는 상기 급전선을 사용하지 않을 수 있다. 더욱이, 각각의 링크 또는 커넥터 또한 사용하지 않아도 된다. 본 발명에 따른 안테나 시스템은 종래 기술에 비해서 부품 감소, 경량화 및 비용 절약을 가져온다.
더욱이, 상기와 같은 케이블의 삽입 손실이 감소될 수 있거나 방지되어 잡음 특성이 개선되며 안테나 시스템의 성능이 향상될 수 있다.
공동 구조물 하우징에 조절 장치가 제공되면 급전기의 위치는 예를들어 다른 직경의 반사기를 사용함으로써 다른 초점을 가진 집속 수단에 적합하도록 변경될 수 있다.
헬리컬 코일을 사용하면 헬리컬 코일이 쉽게 변경될 수 있다는 장점을 가지며, 그에 따라서 우수원(형) 편파 또는 좌수원(형) 편파를 갖는 신호수신이 가능하다.
백화이어 헬리컬 안테나를 사용하면 안테나 시스템이 매우 소형화되는 장점이 있다.
전자 수단의 부품이 집적되어 단일 초고주파 집적 회로로서 또는 혼성 회로 부품으로서 구현되면 공간 및 비용이 절감될 수 있다.
특히 초고주파 반사기를 사용하는 종래의 시스템에서 처럼 필요한 급전선의 수가 많으면, 본 발명은 종래의 시스템을 양호하게 대체할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징, 장점 및 상세는 이하의 실시예 및 첨부된 도면에 의해 명백해질 것이다.
제1도는 파라볼라 반사기를 사용하는 본 발명의 안테나 시스템의 실시예 1을 나타낸 도면.
제2도는 사용되는 공동 구조물 하우징을 상세히 나타낸 도면.
제3도는 구형 루네부르크형 렌즈 및 엔드화이어 헬리컬 주급전기를 사용하는 실시예 2를 나타낸 도면.
제4도는 반구형 루네부르크형 렌즈 및 백화이어 헬리컬 주급전기를 사용하는 실시예 3을 나타낸 도면.
제1도는 제2도에 상세히 도시된 공동 구조물 하우징(11)이 배치된 파라볼라 반사기(10)를 사용하는 본 발명의 실시예 1을 도시한다.
제2도는 하부 인쇄 회로 기판(13a) 및 상부 인쇄 회로 기판(13b)상에 전자 소자를 갖는 저잡음 변환기와 같은 전자 수단(13)을 장착한 공동 구조물 하우징(11)을 도시하며, 상기 하부 및 상부 인쇄회로기판은 후면이 마주보게 배치되어 있다. 백화이어 헬리컬 안테나로서 본 실시예에서 구형되는 주급전기(14)는 플라스틱 레이돔(17)에 의해 에워싸이며 라인(15)을 통해서 전자 수단(13)에 접속된다.
공동 구조물 하우징은 금속 관형 지지대(16)로 이루어지며, 이 지지대(16)는 전자 수단(13) 및 금속판(16a)을 에워싼다. 금속판(16a)은 인쇄회로기판(13a,13b) 사이에 배치되며, 이 인쇄회로기판(13a,13b)은 여러 나사(12a) 및 너트(12b)에 의해 고정된다.
외부 전자파에 의해서 쉽게 영향을 받거나 또는 전자파를 방사할 수 있는 중요한 전자소자는 하우징(18)에 의해서 보호되며, 하우징(18)은 상부 인쇄회로기판(13b)에 납땜 접속된다. 본 실시예에서, 중요한 전자 소자는 발진기의 부품이며, 그것의 주파수는 조절장치(19)에 의해서 변경될 수 있으며, 조절장치(19)는 하우징(18)의 상부에 제공된다.
주급전기(14)로부터 입력되는 신호는 전자 수단(13)에 의해서 증폭, 필터링 및/또는 변환되며, 이에 따른 출력신호는 출력 커넥터(20)를 통해서 도시되지 않은 다른 장치에 전달된다.
사용되는 집속 수단, 본 실시예에서는 파라볼라 반사기(10)에 따라 주급전기(14)의 위치를 조절하기 위해서 조절 마운팅(21)이 제공된다. 이는 간단한 나사 조절부 또는 임의의 다른 공지된 조절장치로서 구현될 수 있다.
바람직하게, 주급전기(14)는 관형 지지부(16)에 링크될 수 있는 캐리어(30)에 고정되며, 캐리어(30)는 주급전기(14)와 전자 수단(13) 사이의 전기 접촉을 위한 수단, 즉 라인(15)의 접촉 엘리먼트를 포함한다.
캐리어(30)는 여러 종류의 주급전기가 설치될 수 있도록 매우 간단히 교환될 수 있다.
제3도 및 제4도는 루네부르크형 렌즈를 사용하는 또 다른 실시예를 도시한다. 제1도 및 제2도를 참조로하여 설명된 실시예 1에서와 동일한 기능을 수행하는 수단은 동일한 참조부호를 가지며, 본 발명을 이해하는데 필요로 할 때에만 설명된다.
제3도는 본 발명의 실시예 2의 원리를 도시한다. 구형 루네부르크형 렌즈(22)는 초점(24)으로 입사빔(23)을 굴절시킨다.
공동 구조물 하우징(11)은 엔드화이어 헬리컬 안테나로서 실시되는 주급전기(14)가 초점(24) 근처에 배치되는 방식으로 루네부르크형 렌즈 외부에 배치된다. 공동 구조물 하우징(11)은 제3도에 도시된 바와 같이 지지 수단(25)에 고정된다.
본 실시예에서는 거의 모든 형태의 급전기가 가능하다. 즉, 본 실시예에서는 급전기 혼, 폴리로드 급전기, 패치 안테나 급전기, 비발디 안테나 급전기 등이 가능하다.
제4도는 금속판(27)에 부착된 반구형 루네부르크형 렌즈(26)를 사용하는 실시예 3의 원리를 기술한다. 이 금속판(27)은 입사빔(23)을 반사하며, 반구형 루네부르크형 렌즈(26)는 입사빔(23)을 초점(24)으로 굴절시킨다.
공동 구조물 하우징(11)은, 백화이어 헬리컬 안테나로서 구현되는 주급전기(14)가 초점(24) 근방에 배치되는 방식으로 반구형 루네부르크형 렌즈내에 배치된다.
공동 구조물 하우징(11)은 금속판(27)에 고정된다. 실시예 3에서와 같이 실시예 2에서도, 사용되는 렌즈(22,26)의 굴절율은 초점(24)이 렌즈 표면의 내부 또는 외부에 배치되도록 변화될 수 있다. 따라서, 수신된 신호의 강도는 개선될 수 있다.
한편, 주급전기(14)의 위치가 변화되어 신호 강도가 개선될 수 있다.
제1도 및 제4도를 참조하여 설명될 실시예에서 급전기 형태의 변형은 지지부의 끝에 급전기가 배치되어야 한다는 것에 의해서 제한되지만, 집속 수단(10,22)에 의해 초점이 잡히는 전파를 수신하는데 도움이 된다. 적절한 급전기에 대한 다른 실시예는 주 다이폴 안테나, 링 포커스 급전기 및 “짧은 백화이어”안테나이다. 간략화 하기 위하여, 조절 마운팅(21)은 제3도 및 제4도에 표시하지 않았다. 이러한 수단은 초점(24)의 위치와 관련하여 급전기(14)의 위치를 조절하기 위해서 제공될 수 있다.
여러 초고주파 빔의 수신에 사용될 수 있는 제3도 및 제4도에 따른 안테나 시스템의 변형으로 여러 주급전기가 제공될 수 있다. 이들 급전기는 수신될 빔의 초점에 또는 그 근방에 배치되며, 하나 이상의 급전기는 공통 공동 구조물 하우징 및/또는 개별 공동 구조물 하우징에 의해 지지되며, 공동 구조물 하우징은 대응하는 전자 수단을 에워싼다.
이 실시예의 변형에서, 집속 수단은 입사 초고주파를 굴절시키는 회절 격자를 포함하거나 회절 격자로 제조될 수 있다. 주급전기 안테나는 입사 초고주파중 하나를 취할 수 있다.
본 발명은 초고주파 안테나 시스템을 제공하는데, 이 안테나 시스템은 파라볼라 반사기 또는 루네부르크형 렌즈와 같은 집속 수단을 포함한다.
집속된 초고주파를 수신하는 주급전기는 공동 구조물 하우징에 의해서 지지된다. 이러한 공동 구조물 하우징은 저잡음 변환기(LNC)와 같은 전자 수단을 에워싼다.
제1도 및 제4도의 실시예에 있어서, 주급전기 나선은 백화이어 모드에서 작동해야 한다. 이 경우에, 본 발명은 급전선을 상당히 제거하거나 감소시켜서 성능을 개선하고 저가로 제공할 수 있는 장점이 있다. 지지부내의 소형 전자 수단은 종래 기술과 비교하여 더 적은 기계 부품을 필요로하며, 더 가볍고, 비용이 저렴하다.
제3도에 따른 실시예는 종래의 설계에 비해 더 소형이며, 기계적으로 간단하며, 더 가볍다.
본 발명에 따른 장치에 의해서, 요구된 급전선의 길이는 줄어들거나 또는 이러한 급전선은 사용하지 않아도 된다. 따라서, 조립에 필요한 시간 및 비용이 절약되며, 그 성능이 개선된다. 또한, 기계부품이 더싸며 간단하고, 더 가볍다. 반사기뒤에 변환 수단을 필요로 하지 않기 때문에 설치에 필요한 공간이 줄어든다.
실시예의 또 다른 변형은 다음과 같은 변형 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
- 주급전기(14)는, 평면으로 가압된 유전체 지지부를 사용하고 급전기의 중앙 도체를 수용하기 위해 돌출된 중앙 도체를 이동시키는 간단한 동축 구조물에 의해서 전자 수단에 접속된다. 이러한 방식으로, 급전기는 서로 다른 위성에 맞도록 쉽게 교환될 수 있으며, 검사 커넥터는 요구되는 바와 같이 접속될 수 있다. 전형적인 급전기 형태는 헬리컬 급전기 및 마이크로 스트립 급전기이다.
- 전자 수단은, 저잡음 증폭기(LNA), 대역 통과 필터(BPF) 및 단일 초고주파 집적회로(MMIC)가 하나의 회로기판상에 배치되고 전원 소자가 또 다른 회로 기판상에 배치되는 방식으로 실시될 수 있다. MMIC를 사용함으로써, 개별 소자의 수(예를 들어 50개)는 감소되어 전자 수단의 크기가 감소될 수 있다.
- LAN는 초저 잡음 특성을 얻기 위해서 두개의 높은 전자 이동도 트랜지스터(HEMT)를 사용할 수 있다.
- BPF는 병렬 결합 마이크로스트립 라인 필터로서 구현될 수 있으며, 길이를 최소화하기 위해 어느 정도의 각도로, 예를 들면 30도로 회전될 수 있다.
- 사용된 소자는 크기를 최소화하기 위해서 표면 마운트(leadless)형태일 수 있다.
더욱이, 위성과 같은 다양한 소스로부터 신호를 수신하기 위해서 동종형 렌즈, 루네부르크형 렌즈등과 같은 렌즈와 함께 본 발명을 사용하면 소스가 함께 근접하는 장점이 있다. 렌즈 반경의 2배 거리로 오프셋 초점을 갖는 렌즈를 사용함으로써(이것은 렌즈의 크기/무게, 급전기의 방향성/크기, LNC의 규격을 고려할 때 최적으로 고려된다), 3도 정도 서로 근접된 위성으로부터의 신호가 수신될 수 있다.
렌즈형 안테나를 사용하기 위해서 본 발명은 렌즈에 방사상으로 장착하기 위한 최적의 형태를 가질 수 있다. 다중 소스 응용에서(예를 들면 지구궤도의 다중 위성), 방사상으로 장착된 소형화 구성은 본 발명의 여러 버전이 근접된 초점에 배치되도록 한다.

Claims (6)

  1. 반사, 굴절 및/또는 회절에 의해 초고주파 빔을 적어도 하나의 초점에 집속하는 초고주파 집속수단(26)과, 상기 초점에 배치되고 백화이어 헬리컬 안테나인 헬리컬 주급전기(14)와, 상기 수신된 초고주파에 대응하는 신호를 변환, 필터링 및/또는 증폭하고 상기 주급전기(14)를 지지하는 공동 구조물 하우징(11)내에 장착되는 전자수단(13)을 포함하며, 상기 집속수단(26)은 반구형 초고주파 렌즈, 특히 루네부르크형 렌즈(26)이며, 상기 전자수단(13)의 공동 구조물 하우징(11)은 상기 초고주파 렌즈(26)의 반사측면과 초점사이에 제공되는 것을 특징으로 하는 초고주파 수신 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공동 구조물 하우징(11) 내부에는 캐리어(30)가 제공되며, 상기 주급전기(14)는 상기 캐리어(30)에 고정되며, 상기 캐리어(30)는 여러 종류의 주급전기(14)를 교환할 수 있도록 상기 주급전기(14) 및 상기 전자 수단(13) 사이의 전기접촉을 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 초고주파 수신 안테나 시스템.
  3. 반사에 의해 초고주파 빔을 적어도 하나의 초점에 집속하는 초고주파 집속수단으로써의 파라볼라 반사기(10)와, 상기 초점에 배치되고 상기 백화이어 헬리컬 안테나인 헬리컬 주급전기(14)와, 상기 수신된 초고주파에 대응하는 신호를 변환, 필터링 및/또는 증폭하고 공동 구조물 하우징(11)내에 장착되는 전자 수단(13)을 포함하며; 상기 공동 구조물 하우징(11)이 관형이며 상기 공동 구조물 하우징(11)의 제1단부가 상기 파라볼라 반사기(10)에 근접하게 배치되며; 상기 공동 구조물 하우징(11)의 제2단부에는 캐리어(30)가 제공되며, 상기 공동 구조물 하우징(11)의 제2단부는 상기 주급전기(14)에 고정되어 상기 주급전기(14)를 지지하며 또한 상기 주급전기(14)로 연장되며; 상기 캐리어(30)는 상기 공동 하우징(11)에 교환가능하게 링크되며, 여러 종류의 주급전기(14)의 설치를 위하여 상기 캐리어(30)를 교환할 수 있도록 상기 주급전기(14) 및 상기 전자 수단(13)사이의 전기 접촉을 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 초고주파 수신 안테나 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 공동 구조물 하우징(11)은 상기 집속수단(10, 26, 27)의 반사부분의 홀내에 장착되는 것을 특징으로 하는 초고주파 수신 안테나 시스템.
  5. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자 수단(13)의 부품은 집적되어 혼성 또는 집적회로, 예를들어 단일 초고주파 집적회로(MMIC)의 일부분으로써 구현되는 것을 특징으로 하는 초고주파 수신 안테나 시스템.
  6. 제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 상기 조절 장치(21)는 상기 주급전기(14)의 위치가 그들의 특성에 따라 상기 집속 수단(10, 26)에 맞게 변경되도록 하는 것을 특징으로 하는 초고주파 수신 안테나 시스템.
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