KR100532155B1 - 위상변위기용 측정지그 - Google Patents

Abstract

반사된 전파의 간섭을 방지하고 반사 또는 투과손실 없이 에너지가 전달되도록, 입력포트와 출력포트 및 더미포트로 이루어지는 3개의 포트를 가지며 내부에 격벽이 설치되는 셉텀 편파기와, 셉텀 편파기의 출력포트에 연결되는 내면은 사각단면을 가지며 반대쪽 내면은 원형단면을 갖도록 서서히 변화하는 내면형상을 갖는 트랜지션과, 트랜지션의 원형단면쪽에 연결되고 내면이 다단으로 형성되는 임피던스 정합기를 포함하는 위상변위기용 측정지그를 제공한다.

셉텀 편파기는 3개의 포트가 대략 "Y"형상으로 배치되고, 입력포트와 더미포트로 나뉘어지는 쪽의 중앙부에는 격벽이 설치되며, 임피던스 정합기는 유전율이 매우 높은 위상변위기와 유전율이 낮은 도파관 사이에서 전파의 반사 또는 투과 손실없이 에너지가 전달되도록 트랜지션에 연결되는 쪽은 내경이 크고 반대쪽은 내경이 작도록 형성된다.

Description

위상변위기용 측정지그 {Measurement Jig for Phase Shifter}

본 발명은 위상변위기용 측정지그에 관한 것으로, 보다 상세하게는 셉텀 편파기를 이용하여 반사된 전파의 간섭을 방지하고 반사 또는 투과손실 없이 에너지가 전달되도록 임피던스 정합기를 사용한 위상변위기용 측정지그에 관한 것이다.

일반적으로 레이더(radar)는 전자파를 방사하여 목표 물체의 표면으로부터 반사되는 전자파의 에코를 수신하는 장치로, 송신부, 안테나, 송수신전환부, 수신부, 표시부 등으로 구성되며, 접시안테나(parabolic antenna), 위상배열안테나(phased array antenna) 등을 주로 사용된다.

상기 레이더에 사용되는 안테나에 있어서, 접시안테나는 기계식 회전방식에 의하여 빔을 주사(scan)하고 있으며, 위상배열안테나는 위상을 제어하여 전자빔을 전자적으로 주사한다.

최근에는 다수의 고속으로 이동하는 목표(표적)를 동시에 추적할 필요성이 크게 증대되고 있다. 그러나 기계식 회전방식으로 주사하는 접시안테나의 경우에는 1분에 6회, 최대 12회 회전하여도 좁은 각도(대략 2°정도)의 빔을 방사하므로, 음속 3배 이상의 비행체를 탐지하여 식별, 추적하는 것은 불가능하다. 따라서 레이더용으로 고정된 위치에서 전자적으로 위상을 제어하여 전자빔을 주사하는 위상배열안테나의 사용이 크게 증대되고 있다.

그리고 최근 무선이동통신 기술이 급격하게 발전하면서, 보다 더 향상된 품질의 서비스를 제공하기 위하여 전송속도를 증가시키는 기술과 한정된 전파자원을 효율적으로 이용하기 위한 기술이 중요한 기술로 대두되고 있다. 여기에서 한정된 전파자원을 효율적으로 이용하기 위한 기술로 CDMA, Power Control, 스마트안테나(Smart Antenna) 등이 제안되고 있다.

상기 스마트안테나는 공간 다중화를 이용하여 불필요한 신호는 제거하고 필요로 하는 신호만 검출해내는 기술로서, 적응 빔형성 알고리즘(adaptive beamforming algorithm)을 사용한다. 상기 적응 빔형성 알고리즘은 위상배열안테나를 통하여 수신되는 신호들을 적응 배열 프로세서를 이용하여 적절한 가중치를 곱하여 송신신호를 예측하는 역할을 담당한다.

상기와 같이 차세대 무선이동통신기술로 각광받고 있는 스마트안테나에 있어서도 기지국의 송수신안테나로 위상배열안테나를 사용하고 있다.

상기와 같이 사용되는 위상배열안테나는 복사소자(radiating element), 급전장치(loading unit), 위상변위기(phase shifter) 등으로 구성되며, 수백∼수만개의 소자 안테나(예를 들면 다이폴(Dipole) 또는 더블렛(Doublet) 안테나 등을 사용)를 소정의 패턴으로 배열하여 설치하고, 배열된 각 소자 안테나의 전류 위상을 변화시키는 것에 의하여 방사패턴을 공간에서 주사할 수 있는 안테나이며, 하나의 위상배열로 다수의 목표물을 추적하는 것이 가능하고, 비행기와 같은 이동체의 표면에 설치하는 경우 표면의 형상에 대응하여 소자 안테나를 배열하는 것이 가능하다.

상기 위상배열안테나용 위상변위기는 페라이트의 자화특성을 이용하여 위상을 변화시키는 장치로서, 위상변위의 정밀도에 따라 위상배열안테나의 성능에 큰 차이가 있으므로, 그 특성을 정확하게 측정하는 것이 매우 중요하다.

종래에는 위상변위기의 측정장치에 2-포트 원편파기를 사용하므로, 측정시에 임피던스 정합에 문제가 발생하거나 그 외의 예상치 못한 전파의 반사가 발생한 경우에 측정장치 내부에서 반사된 전파가 다중 반사를 일으키고 주신호를 간섭하여 왜곡현상을 일으키는 문제가 있다. 따라서 종래 위상변위기용 측정장치로 측정된 위상변위기는 어느 정도의 오차를 가지게 되고, 이러한 오차는 정교하게 제어되어야 하는 위상변위기에서는 매우 치명적인 결함이 된다.

본 발명은 이러한 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 셉텀 편파기를 이용하여 반사된 전파의 간섭을 방지하고 반사 또는 투과손실 없이 에너지가 전달되도록 임피던스 정합기를 사용한 위상변위기용 측정지그를 제공하는 데, 그 목적이 있다.

본 발명이 제안하는 위상변위기용 측정지그는 입력포트와 출력포트 및 더미포트로 이루어지는 3개의 포트를 가지며 내부에 격벽이 설치되는 셉텀 편파기(septum polarizer)와, 상기 셉텀 편파기의 출력포트에 연결되는 내면은 사각단면을 가지며 반대쪽 내면은 원형단면을 갖도록 서서히 변화하는 내면형상을 갖는 트랜지션(transition)과, 상기 트랜지션의 원형단면쪽에 연결되고 내면이 다단으로 형성되는 임피던스 정합기를 포함하여 이루어진다.

상기 셉텀 편파기는 3개의 포트가 대략 "Y"형상으로 배치되고, 입력포트와 더미포트로 나뉘어지는 쪽의 중앙부로부터 출력포트쪽으로 소정의 길이로 격벽이 설치된다.

상기 임피던스 정합기는 유전율이 매우 높은 위상변위기와 유전율이 낮은 도파관 사이에서 전파의 반사 또는 투과 손실없이 에너지가 전달되도록 상기 트랜지션에 연결되는 쪽은 내경이 크고 반대쪽은 내경이 작게 형성된다.

다음으로 본 발명에 따른 위상변위기용 측정지그의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 발명에 따른 위상변위기용 측정지그의 일실시예는 도 1∼도 8에 나타낸 바와 같이, 입력포트(12)와 출력포트(14) 및 더미포트(13)로 이루어지는 3개의 포트를 가지며 내부에 격벽(16)이 설치되는 셉텀 편파기(10)와, 상기 셉텀 편파기(10)의 출력포트(14)에 연결되는 내면은 사각단면(22)을 가지며 반대쪽 내면은 원형단면(24)을 갖도록 서서히 변화하는 내면형상을 갖는 트랜지션(20)과, 상기 트랜지션(20)의 원형단면(24)쪽에 연결되고 내면이 다단으로 형성되는 임피던스 정합기(30)를 포함하여 이루어진다.

상기 셉텀 편파기(10), 트랜지션(20), 임피던스 정합기(30)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 서로 일체로 연결되며, 측정장치의 테이블(2)에 설치된 지지대(4), (5)에 조립 고정된다.

상기 테이블(2)에는 임피던스 정합기(30)에 연결되는 위상변위기(8)를 지지하기 위한 변위기지지대(6)도 설치된다.

상기 테이블(2)에는 도파관(9)으로부터 전파가 입력되어 위상변위기(8)로 안내하는 한세트의 셉텀 편파기(10), 트랜지션(20), 임피던스 정합기(30)가 지지대(4)를 통하여 설치됨과 동시에, 다른쪽에 위상변위기(8)로부터 방사된 전파를 수신하여 측정을 행하기 위한 다른 한세트의 셉텀 편파기(10), 트랜지션(20), 임피던스 정합기(30)가 지지대(5)를 통하여 소정의 간격을 두고 마주하여 설치된다.

상기 마주하여 설치되는 2세트의 셉텀 편파기(10), 트랜지션(20), 임피던스 정합기(30)의 구조는 서로 동일하게 이루어지며, 대칭구조로 설치된다.

상기에서 측정을 행하기 위한 다른 한세트의 셉텀 편파기(10)의 경우에는 입력포트(12)가 출력쪽으로 기능하며, 출력포트(14)가 위상변위기(8)로부터 복사된 전파가 입력되는 입력쪽으로 기능하게 된다.

상기 셉텀 편파기(10)는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 3개의 포트가 대략 "Y"형상으로 배치된다. 상기 3개의 포트는 각각 출력포트(14), 입력포트(12), 더미포트(13)로 사용되며, 출력포트(14)를 중심으로 입력포트(12)와 더미포트(13)가 가지형상으로 벌어지는 형상으로 형성된다.

상기 셉텀 편파기(10)는 입력포트(12)와 더미포트(13)로 나뉘어지는 쪽 중앙부로부터 출력포트(14)쪽으로 소정의 길이로 격벽(16)을 설치한다.

상기 격벽(16)은 상기 출력포트(14)쪽에 근접하는 위치까지 설치하는 것이 가능하다.

상기 격벽(16)은 순차적으로 높이가 변화하는 다단으로 형성한다. 예를 들면 상기 격벽(16)은 출력포트(14)쪽으로 갈수록 단계적으로 높이가 낮아지는 형상으로 형성하여 설치한다.

상기에서는 격벽(16)을 다단으로 형성하는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 경사로 형성하는 것도 가능하고, 곡면(볼록곡면, 오목곡면, 반원, 포물선, 쌍곡선 등의 다양한 곡면)으로 형성하는 것도 가능하다.

상기 격벽(16)을 설치하는 것에 의하여 입력포트(12)로 입사되는 선형편파가 수직성분 및 수평성분의 위상차가 발생되어 원편파를 생성시키게 된다.

상기와 같이 셉텀 편파기(10)를 구성하는 것에 의하여 임피던스 정합이 정확하게 이루어지지 않거나 그 외의 예상치 못한 문제로 전파의 반사가 발생한 경우에도 출력포트(14)쪽으로부터 반사되는 전파는 더미포트(13)쪽으로 흡수된다. 따라서 다중반사를 방지하는 것이 가능하다.

상기에서 격벽(16)은 입력포트(12)와 더미포트(13)로 나뉘어지는 끝부분으로부터 출력포트(14)까지 거리의 1/2이상의 길이로 설치하는 것이 충분하게 출력포트(14)쪽으로부터 반사되는 반사파가 입력포트(12)쪽으로 향하지 않고 더미포트(13)쪽으로 흡수되므로 바람직하다.

상기 입력포트(12), 더미포트(13) 및 출력포트(14)의 끝면에는 다른 구성 부품과 연결하기 위한 체결구멍(도면에 나타내지 않음)을 형성한다.

상기 트랜지션(20)은 도 5∼도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 셉텀 편파기(10)의 출력포트(14)에 연결되는 쪽은 사각단면(22)으로 형성하고, 상기 임피던스 정합기(30)에 연결되는 쪽은 원형단면(24)으로 형성한다.

상기 트랜지션(20)의 내면은 사각단면(22)에서 서서히 원형단면(24)으로 변형되는 형상으로 형성한다.

상기 트랜지션(20)의 양쪽 끝부분에는 각각 상기 셉텀 편파기(10) 및 임피던스 정합기(30)가 조립되는 플랜지(23), (25)가 설치된다. 상기 플랜지(23), (25)에는 각각 볼트나 작은나사 등이 체결되는 체결구멍(28)이 형성된다.

상기 임피던스 정합기(30)는 도 1 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 유전율이 매우 높은 위상변위기(8)와 유전율이 낮은 도파관(9) 사이에서 전파의 반사 또는 투과 손실없이 에너지가 전달되도록 상기 트랜지션(20)에 연결되는 쪽은 내경이 크고 반대쪽은 내경이 작게 형성된다. 즉 상기 임피던스 정합기(30)는 상기 트랜지션(20)에 연결되는 쪽은 대경부(32)로 구성하고, 위상변위기(8)가 연결되는 쪽은 소경부(34)로 구성한다.

상기에서 대경부(32)와 소경부(34) 사이에는 하나이상의 정합용 단차부(36)가 형성된다.

상기 정합용 단차부(36)에는 보다 정확한 임피던스 정합을 위하여 소정의 유전체를 설치하는 것도 가능하다.

상기 임피던스 정합기(30)에 있어서 대경부(32)는 길게 형성하고, 소경부(34) 및/또는 정합용 단차부(36)는 짧게 형성한다.

상기 임피던스 정합기(30)의 양쪽 끝부분에는 각각 트랜지션(20) 및 지지대(4)에 조립하기 위한 플랜지(33), (35)를 설치한다. 상기 플랜지(33), (35)에는 볼트나 작은나사 등을 체결하기 위한 체결구멍(도면에 나타내지 않음)을 형성한다.

상기에서는 본 발명에 따른 위상변위기용 측정지그의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 위상변위기용 측정지그에 의하면, 입력포트와 별도로 더미포트가 형성된 3개의 포트를 가지며 격벽이 설치되는 셉텀 편파기를 사용하므로, 전파의 반사가 발생하는 경우에도 반사된 전파가 더미포트로 흡수되고 입력포트쪽으로는 반사되지 않아 주신호를 간섭하여 왜곡을 일으키는 현상을 방지하는 것이 가능하다. 따라서 위상변위기의 측정값을 정밀하게 얻는 것이 가능하고, 보다 정확하게 위상변위기의 특성을 확인하는 것이 가능하다.

또 본 발명에 따른 위상변위기용 측정지그에 의하면, 유전율이 높은 위상변위기와 유전율이 상대적으로 낮은 도파관 사이에서 반사 또는 투과 손실이 없이 에너지를 전달시키는 것이 가능하도록 임피던스 정합기를 구성하므로, 효과적인 에너지의 사용이 가능하고, 불필요한 전력소모를 줄이는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 위상변위기용 측정지그의 일실시예를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 위상변위기용 측정지그의 일실시예를 개략적으로 나타내는 정면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 셉텀 편파기의 일실시예를 나타내는 평면 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 셉텀 편파기의 일실시예를 나타내는 정면 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 트랜지션의 일실시예를 나타내는 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 트랜지션의 일실시예를 나타내는 우측면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 트랜지션의 일실시예를 나타내는 좌측면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 임피던스 정합기의 일실시예를 나타내는 정면 단면도이다.

Claims (6)

1. 입력포트와 출력포트 및 더미포트로 이루어지는 3개의 포트를 가지며 내부에 격벽이 설치되는 셉텀 편파기와,

   상기 셉텀 편파기의 출력포트에 연결되는 내면은 사각단면을 가지며 반대쪽 내면은 원형단면을 갖도록 서서히 변화하는 내면형상을 갖는 트랜지션과,

   상기 트랜지션의 원형단면쪽에 연결되고 내면이 다단으로 형성되는 임피던스 정합기를 포함하는 위상변위기용 측정지그.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 셉텀 편파기는 출력포트를 중심으로 입력포트와 더미포트가 가지형상으로 벌어지는 "Y"형상으로 3개의 포트가 배치되고,

   상기 셉텀 편파기는 입력포트와 더미포트로 나뉘어지는 쪽 중앙부로부터 출력포트쪽으로 소정의 길이로 격벽을 설치하는 위상변위기용 측정지그.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 격벽은 순차적으로 높이가 변화하는 다단으로 형성하는 위상변위기용 측정지그.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 트랜지션 및 임피던스 정합기의 양쪽 끝부분에는 각각 플랜지가 설치되는 위상변위기용 측정지그.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 임피던스 정합기는

   상기 트랜지션에 연결되는 쪽은 대경부로 구성하며 위상변위기가 연결되는 쪽은 소경부로 구성하고,

   상기 대경부와 소경부 사이에는 하나이상의 정합용 단차부를 형성하고,

   상기 대경부는 길게 소경부 및 정합용 단차부는 짧게 형성하는 위상변위기용 측정지그.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 정합용 단차부에는 소정의 유전체를 설치하는 위상변위기용 측정지그.