KR100314819B1 - 케이에이 밴드 대역 직교 편파 변환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직교 편파되는 송수신 신호를 별도의 분리장치 없이 수평편파와 수직편파로 분리하여 송수신하는 직교 편파 변환기(Orthogonal Mode Transducer: OMT)에 관한 것으로서 특히, Ka-band 대역(대략 20 ~ 40 GHz)에서 이용이 가능하도록 소형으로 설계되고, 직교 편파 변환기를 송수신부에 직접 부착이 가능한 케이에이 밴드 대역 직교 편파 변환기에 관한 것으로서, 신호를 발신하는 송신부와, 전파되는 신호를 수신하는 수신부와, 상기 송수신 신호를 방사하거나 모으는 혼 안테나 등으로 구성된 송수신 겸용 통신기기에 있어서, 몸체(10)의 내측을 축 방향으로 관통하여 원통형으로 형성된 원형도파관부(11)와; 상기 원형도파관부(11)의 일측 개구면측의 외면에 형성되는 혼안테나연결부(12)와; 상기 원형도파관부(11)의 타측 개구면에 삽입되어 설치되는 튜닝봉(13)과; 상기 혼안테나연결부(12)의 수직 상측면에 형성되는 송신부연결부(14)와; 상기 수직 상측면으로부터 상기 원형도파관부(11)까지 수직으로 관통하여 형성되는 프로브삽입부(15)와; 상기 송신부연결부(14)의 반대측 면에 형성되는 수신부연결부(16)와; 상기 송신부연결부(14)의 반대측 면으로부터 상기 원형도파관부(11)에 수직으로 관통하여 상기 프로브삽입부(15)에 대향하여 형성되는 구형도파관부(17)로 구성되어, Ka-band 대역에서 사용할 수 있으면서 기구적인 제작 난이도를 배제하여 제작이 용이하여 금형화 할 수 있고, 크기를 소형화시킬 수 있는 것이다.

Description

케이에이 밴드 대역 직교 편파 변환기 {Orthogonal mode transducer for Ka-band}

본 발명은 직교 편파되는 송수신 신호를 별도의 분리장치 없이 수평편파와 수직편파로 분리하여 송수신하는 직교 편파 변환기(Orthogonal Mode Transducer)에 관한 것으로서 특히, Ka-band 대역에서 이용이 가능하도록 설계되고, 직교 편파 변환기를 송수신부에 직접 부착이 가능하며, 분리판을 삽입하여 송수신 신호를 분리하는 분리판 삽입형 직교 편파 변환기가 가지고 있는 복잡한 구조와 정밀성 요구를 해소하여, Ka-band 대역에서 사용할 수 있으면서 기구적인 제작 난이도를 배제하여 제작이 용이하여 금형화 할 수 있고, 크기를 소형화시킬 수 있는 케이에이 밴드(Ka-band) 대역 직교 편파 변환기에 관한 것이다.

최근에는 통신 기술이 급속도로 발전되면서 무선 전파를 이용하는 통신 서비스가 급증하고 있으며, 많은 부분이 상용화되는 단계에 이르렀다.

위성통신은 상기와 같은 무선통신 서비스의 한 예로서, 크게 지구국과 인공위성으로 구성되며, 지구국에서 인공위성으로 전송되는 전파를 상향링크(Up link) 신호라 하고, 반대로 인공위성에서 지구국으로 전송되는 전파를 하향링크(Down link)신호라 한다.

상기와 같은 위성통신 시스템에서 사용하는 송수신 신호는 송신신호와 수신신호간의 간섭을 배제하기 위하여 다른 대역의 주파수 예를 들어, 송신신호는 14GHz 대역, 수신신호는 12 GHz 대역을 사용하고 있다.

그러나, 이와 같이 송수신 신호간의 대역을 달리 하더라도 위성통신이 빈번히 행해지게 되는 경우에는 인접 위성간의 간섭 및 송수신 신호간의 간섭이 문제될 수 있으므로 최근에는 간섭의 염려가 없는 편파를 이용하는 방법이 널리 이용되고 있다.

통신에서 이용되는 전파는 전자기파의 일종으로서, 전자기파는 진행 방향에 대하여 서로 직교하는 전계와 자계로 이루어지며, 전계가 진동하는 상태에 따라 직선 모양으로 진동하는 직선편파(linear polarized wave)와 회전하는 형태로 진동하는 원편파(circular polarized wave)로 구분된다.

이중에서 직선편파는 전계의 진동 방향에 따라 수직편파와 수평편파로 구별되며, 수평편파를 이용하는 경우에 전계의 진동 방향이 지면에 대해 수평이고 수직편파를 이용하는 수신신호의 경우에는 전계의 진동 방향이 지면에 대하여 수직이다.

상기 편파를 이용함에 있어서, 지구국에서 인공위성으로 방사하는 상향링크 신호는 수평편파를 이용하고, 인공위성에서 지구로 방사하는 하향링크 신호는 수직편파를 이용하는 것이다.

지구국이 아닌 인공위성에서나 TV 방송에서의 방송국 등에서는 규모가 큰 송신부와 수신부를 분리하여 설치하는 것이 일반적이다.

그러나, 상기와 같은 위성통신의 지구국이나 가입자는 송수신 겸용안테나를 사용하고 있으며, 따라서, 수평편파와 수직편파를 정확히 구분하여 출력하는 직교편파 변환기가 필수적이다.

또한 최근에는 상기와 같은 위성통신 외에도, 광대역 무선가입자망(B-WLL : Broad band Wireless Local Loop) 서비스가 큰 관심을 불러일으키고 있다.

상기 기술은 농어촌지역과 같이 인구밀도가 희박한 지역에 전화를 가설할 경우 가설비를 줄이기 위한 방편으로 70년대 초 미국 벨연구소에서 처음 고안되었지만 무선주파수의 확보가 쉽지 않았고, 안테나와 무선 송수신장치의 제조 및 설치비용이 과다하여 상용화단계에까지 이르지 못했었다.

그러나 1990년대 중반 전자통신기술의 급속한 발달로 시장이 급속히 형성되고 있다.

무선가입자망의 장점을 요약하면, 전자기술의 발달로 회선 당 단가가 저렴한 경제성과 함께 유선선로에 비해 설치가 용이하다는 점이고 전파가 도달하는 지역은 어디에나 간편하게 설치할 수 있어 통신망 구축이 용이하다는 점이다.

또한 상기 광대역 무선가입자망 서비스는 향후 이동성을 가진 광대역 이동 멀티미디어 서비스가 가능한 무선 가입자망의 구현을 목표로 하고 있으나, 그 사용주파수가 대략 24 ~ 27 GHz로 Ka-band 에 속하고, 양방향 통신이 가능해야 하므로 송수신 신호의 분리를 위해서 직교 편파 변환기가 필수적이라고 할 수 있다.

도 1은 상기 직교 편파 변환기의 일례로서, 종래의 직교 편파 변환기의 사시도이고, 도 2는 도 1의 중심축(a-a선)을 따라 절단한 사시도로서, 본체(1)에 수직하게 형성된 수신포트(2)의 중심부에는 그 장축이 원통형 도파관(1a)의 길이방향에 평행하게 형성된 구형 도파관(2a)이 설치되어 있고, 상기 본체(1)의 길이방향으로연장된 송신포트(3)의 중심부에는 그 장축이 상기 수신포트(2)의 장축과 직교하는 구형 도파관(3a)이 형성되어 있다.

그리고 상기 송신포트(3)의 구형 도파관(3a)과 상기 수신포트(2)의 구형 도파관(2a) 사이의 상기 원통형 도파관(1a)의 중심축 상에는 전도성 재질로 된 분리판(4)이 설치되는데, 이 분리판(4)은 원통형 도파관(1a)의 측벽에 형성된 안내홈(1b)에 안내되어 고정되는 구성을 나타내고 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 직교 편파 변환기는 대부분 위성 방송용으로 만들어진 Ku-band 대역(대략 9 ~ 18 GHz 대역)용이며, 그 구조가 복잡하고 크기가 상대적으로 커서 이를 Ka-band 대역에 적용할 경우에 제품의 크기가 전체적으로 비대하여 사용이 불편할 뿐 아니라 성능이 제대로 나타나지 않는 문제점이 있었다.

또한 종래의 직교 편파 변환기는 대체로, 상기와 같이, 원형 도파관에서 구형 도파관으로 변환하여 송수신 신호를 분리하는 형태와, 분리판을 삽입하여 송수신 신호를 분리하는 분리판 삽입형의 두 가지가 있으며, 이들은 모두 그 기구적인 제작이 매우 어렵고 구조가 복잡한 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, Ka-band 대역에서 사용할 수 있으며, 기구적인 제작 난이도를 배제하여 제작이 용이하여 금형화 할 수 있고, 크기를 월등하게 소형화시킬 수 있는 직교 편파 변환기를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은 Ka-band 대역에서 이용이 가능하도록 설계하고, 직교 편파 변환기를 송수신부에 직접 부착이 가능하도록 하며, 분리판을 삽입하여 송수신 신호를 분리하는 분리판 삽입형 직교 편파 변환기가 가지고 있는 복잡한 구조와 정밀성 요구를 해소함으로써 달성된다.

도 1은 종래의 직교 편파 변환기의 사시도,

도 2는 도 1의 중심축(a-a선)을 따라 절단한 사시도,

도 3은 본 발명의 케이에이 밴드 대역 직교 편파 변환기를 나타내는 사시도,

도 4는 본 발명의 케이에이 밴드 대역 직교 편파 변환기를 나타내는 투시도,

도 5는 도 3의 A - A'선을 따라 절단한 사시도,

도 6은 본 발명의 케이에이 밴드 대역 직교 편파 변환기를 이용하여 신호를

송수신하는 상태를 나타내는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 몸체 11 : 원형도파관부

12 : 혼안테나연결부 13 : 튜닝봉

14 : 송신부연결부 15 : 프로브삽입부

16 : 수신부연결부 17 : 구형도파관부

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 케이에이 밴드 대역 직교 편파 변환기를 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 케이에이 밴드 대역 직교 편파 변환기를 나타내는 투시도이며, 도 5는 도 3의 A - A'선을 따라 절단한 사시도로서, 신호를 발신하는 송신부와, 전파되는 신호를 수신하는 수신부와, 상기 송수신 신호를 방사하거나 모으는 혼 안테나 등으로 구성된 송수신 겸용 통신기기에 있어서, 몸체(10)의 내측을 축 방향으로 관통하여 원통형으로 형성된 원형도파관부(11)와; 상기 원형도파관부(11)의 일측 개구면측의 외면에 형성되는 혼안테나연결부(12)와; 상기 원형도파관부(11)의 타측 개구면에 삽입되어 설치되는 튜닝봉(13)과; 상기 혼안테나연결부(12)의 수직 상측면에 형성되는 송신부연결부(14)와; 상기 수직 상측면으로부터 상기 원형도파관부(11)까지 수직으로 관통하여 형성되는 프로브삽입부(15)와; 상기 송신부연결부(14)의 반대측 면에 형성되는 수신부연결부(16)와; 상기 송신부연결부(14)의 반대측 면으로부터 상기 원형도파관부(11)에 수직으로 관통하여 상기 프로브삽입부(15)에 대향하여 형성되는 구형도파관부(17)로 구성된다.

상기 튜닝봉(13)은 상기 원형도파관부(11)에 유동 가능하도록 삽입되며 적정 위치에서 고정 가능하도록 하여, 편파신호가 가장 안정적이고, 높은 이득으로 분리될 수 있는 상태의 위치에 고정하도록 하는 것을 특징으로 한다.

상기 혼안테나연결부(12), 송신부연결부(14), 및 수신부연결부(16)는 몸체(1)에 다수개의 구멍을 형성하여 나사결합으로 연결하도록 되어있다.

또한, 상기 프로브삽입부(15)와 구형도파관부(17)는 대략적으로 동축선상에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 몸체(1)는 대체로 높이가 낮은 정사각기둥형의 도체를 사용하며, 대략적으로 기둥의 중앙을 관통하도록 원형도파관부(11)가 형성된다.

따라서 상기 원형도파관부(11)의 양 끝부분에는 두 개의 개구면이 형성되며, 이중 한쪽에는 다수개의 구멍을 형성한 혼안테나연결부(12)를 형성하여, 이 부분에 혼안테나(H)를 연결하여 신호를 효과적으로 송수신할 수 있도록 한다.

또한 상기 개구면 중 다른 쪽에는 삽입되었을 때 유동 가능한 크기로 제작된 튜닝봉(13)이 삽입된다.

상기 원형도파관부(11)의 상측(도 3 내지 도 5에서 보았을 때)에는 송신부가 연결될 수 있도록 다수개의 구멍을 형성한 송신부연결부(14)가 형성된다.

상기 송신부연결부(14)가 형성된 면의 대략 중앙부로부터 상기 원형도파관부(11)까지는 원통형의 관통부가 형성되어 송신기의 프로브가 위치하여 신호를 송신할 수 있도록 프로브삽입부(15)가 형성된다.

또한 상기 송신부연결부(14)의 반대측면에는 수신부가 연결될 수 있도록 다수개의 구멍을 형성한 수신부연결부(16)가 형성되며, 상기 프로브삽입부(15)의 반대측에는 수신된 신호가 유입되는 구형도파관부(17)가 상기 원형도파관부(11)에 관통하여 수직으로 형성된다.

도 6은 본 발명의 케이에이 밴드 대역 직교 편파 변환기를 이용하여 신호를 송수신하는 상태를 나타내는 개략도로서, 상기 도 3 내지 도 6을 참고하여 본 발명의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저 수신된 신호(RX)는 수평편파로서, 혼안테나(H)를 통하여 원형도파관부(11)로 유입되면 튜닝봉(13)에서 반사가 일어나 정상파를 형성하면서 구형도파관부(17)로 유입된 신호(RX')가 수신부에서 수신되게 된다.

또한, 송신부에서 발생되는 신호(TX)는 수직편파로서, 상기 프로브삽입부(15)에 위치하는 프로브에서 신호를 방사하여 상기 혼안테나(H)를 통하여 신호를 내보내게 된다.

이 과정에서 튜닝봉(13)은 상기한 바와 같이, 유동 가능하여 주파수가 가장 안정적이며, 높은 이득으로 분리될 수 있는 상태로 조절하여 고정시킬 수 있는 것이다.

이상과 같은 본 발명은 Ka-band 대역에서 사용할 수 있으며, 기구적인 제작 난이도를 배제하여 제작이 용이하여 금형화 할 수 있고, 크기를 소형화시킬 수 있는 효과가 있는 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 신호를 발신하는 송신부와, 전파되는 신호를 수신하는 수신부와, 상기 송수신 신호를 방사하거나 모으는 혼 안테나 등으로 구성된 송수신 겸용 통신기기에 있어서,

   몸체의 내측을 축 방향으로 관통하여 원통형으로 형성된 원형도파관부와;

   상기 원형도파관부의 일측 개구면측의 외면에 형성되는 혼안테나연결부와;

   상기 원형도파관부의 타측 개구면에 삽입되어 설치되는 튜닝봉과;

   상기 혼안테나연결부의 수직 상측면에 형성되는 송신부연결부와;

   상기 수직 상측면으로부터 상기 원형도파관부까지 수직으로 관통하여 형성되는 프로브삽입부와;

   상기 송신부연결부의 반대측 면에 형성되는 수신부연결부와;

   상기 송신부연결부의 반대측 면으로부터 상기 원형도파관부에 수직으로 관통하여 상기 프로브삽입부에 대향하여 형성되는 구형도파관부로 구성되는 것을 특징으로 하는 케이에이 밴드 대역 직교 편파 변환기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 튜닝봉은 상기 원형도파관부에 유동 가능하도록 삽입되며 적정 위치에서 고정 가능하도록 하여,

   편파신호가 가장 안정적이며, 높은 이득으로 분리될 수 있는 상태의 위치에고정하도록 하는 것을 특징으로 하는 케이에이 밴드 대역 직교 편파 변환기.
3. 제 1항에 있어서, 상기 프로브삽입부와 구형도파관부는 대략적으로 동심선상에 형성되는 것을 특징으로 하는 케이에이 밴드 대역 직교 편파 변환기.