KR100600814B1 - 신호 집적 형태의 단락면을 갖는 전송선-도파관 신호 변환장치 및 그를 이용한 송신 능동 빔형성 시스템 - Google Patents

신호 집적 형태의 단락면을 갖는 전송선-도파관 신호 변환장치 및 그를 이용한 송신 능동 빔형성 시스템 Download PDF

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    • H01P5/00—Coupling devices of the waveguide type
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Abstract

본 발명은 신호 집적 형태의 단락면을 갖는 전송선-도파관 신호 변환 장치 및 그를 이용한 송신 능동 빔형성 시스템에 것으로, 전송선-도파관 신호 변환 장치에 있어서, 신호를 전파하기 위한 도파관; 및 상기 도파관의 길이 방향에 대해 수직으로 상기 도파관 내부에 삽입되어 무선주파수 신호를 전달하는 RF 프로브를 포함하되, 상기 도파관 단락면에서 반사된 기본주파수 신호가 상기 RF 프로브에서 상기 도파관 개구면으로 여기된 기본주파수 신호와 동위상이 되도록 하고, 상기 도파관 단락면에서 반사된 2차 고조파 신호가 상기 RF 프로브에서 상기 도파관 개구면으로 여기된 2차 고조파 신호와 반대 위상이 되도록 하기 위하여, 상기 도파관의 개구면에 대향되는 상기 도파관의 단락면이, 상기 RF 프로브로부터 상기 도파관 단락면까지의 수평 방향 거리가 임의의 거리를 가지며, 상기 RF 프로브로부터 여기된 RF 신호가 상기 RF 프로브 지점으로 반사되도록 신호를 집적할 수 있는 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
도파관, 전송선, 단락면, 원통형, 2차 고조파, 송신 능동 빔형성

Description

신호 집적 형태의 단락면을 갖는 전송선-도파관 신호 변환 장치 및 그를 이용한 송신 능동 빔형성 시스템{Cable to waveguide transition apparatus with backshort of signal accumulation form, and active phase shifting system using it}
도 1 은 종래의 평면 형태의 단락면을 갖는 동축선-도파관 신호 변환 장치의 내부 평면도,
도 2 는 상기 도 1의 A-A'의 단면도,
도 3 은 상기 도 1의 B-B'의 단면도,
도 4 는 상기 도 1의 도파관에서의 기본 주파수 신호 경로도,
도 5 는 상기 도 1의 도파관에서의 2차 고조파 신호 경로도,
도 6 은 본 발명에 따른 신호 집적 형태의 단락면을 갖는 전송선-도파관 신호 변환 장치의 일실시예 내부 평면도,
도 7 은 상기 도 6의 C-C'의 일실시예 단면도,
도 8 은 상기 도 6의 D-D'의 일실시예 단면도,
도 9 는 상기 도 6의 도파관에서 TE10 기본 모드의 Z축 방향/E 필드 기본주 파수의 일실시예 신호 경로 및 위상도,
도 10 은 상기 도 6의 도파관에서 TE10 기본 모드의 Z축 방향/E 필드 2차 고조파의 일실시예 신호 경로 및 위상도,
도 11 은 본 발명에 따른 신호 집적 형태의 단락면을 갖는 전송선-도파관 신호 변환 장치의 일실시예 단면 사시도,
도 12 는 본 발명에 따른 전송선-도파관 신호 변환 장치의 전달 특성 및 반사 특성을 설명하기 위한 일실시예 시뮬레이션 그래프,
도 13 은 본 발명에 따른 전송선-도파관 신호 변환 장치가 적용되는 송신 능동 빔형성 시스템의 일실시예 구성도,
도 14 는 상기 도 13의 각 입력포트에서 위상변위기에 5비트 위상을 가했을 경우 입력 반사손실을 나타낸 일실시예 시뮬레이션 그래프,
도 15 는 상기 도 13에서 위상 제어 신호를 인가하여 위상을 0°~ 180°까지 변화시켰을 경우 출력쪽에서의 반사손실을 나타낸 일실시예 시뮬레이션 그래프,
도 16 은 상기 도 13에서 각각의 포트에서 위상을 11.25°, 22.5°, 45°, 90°, 180°씩 변화시켰을 경우의 위상 변화량을 나타낸 일실시예 시뮬레이션 그래프이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
101,601 : 도파관 102 : 단락면
103,603 : 동축선 104,604 : RF 프로브
602 : 원통형 단락면
본 발명은 신호 집적 형태의 단락면을 갖는 전송선-도파관 신호 변환 장치 및 그를 이용한 송신 능동 빔형성 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전송선(예를 들면, 동축선)과 도파관과의 상호 전환 방식에 있어서, 도파관내의 단락면을 신호 집적 형태(바람직하게는 원통 형태)의 구조로 설계함으로써, 동축선의 프로브 단자로부터 단락면까지의 거리를 단축하여 장치의 소형화를 실현하고, 아울러 동축선으로부터 여기된 2차 고조파를 제거할 수 있는 전송선-도파관 신호 변환 장치 및 그를 이용한 송신 능동 빔형성 시스템에 관한 것이다.
이하의 실시예에서는 전송선(예를 들면, 동축선(coaxial cable))으로부터 구형 도파관(rectangular waveguide)으로의 신호 변환 장치로서, 동축선-도파관 신호 변환 장치를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 1 은 종래의 평면 형태의 단락면을 갖는 동축선-도파관 신호 변환 장치의 내부 평면도이다.
일반적으로, 종래의 동축선-도파관 신호 변환 장치에서, 구형 도파관(101)의 단락면(102)은 동축선(103)의 알에프(이하, "RF"라 함) 프로브(104) 중심으로부터 λg/4(여기서, λg는 도파관의 한 파장 길이, waveguide wavelength)(d) 떨어진 위치에, 평면의 금속도체가 접지면(ground plane) 형태가 되도록 설계되어 있다.
도 2 및 도 3 은 각각 상기 도 1의 A-A'와 B-B'의 단면도로서, 구형 도파관(101)과 그 단락면(102), RF 프로브(104)의 위치를 상세하게 설명하기 위한 도면이다.
그리고, 도 4 및 도 5 는 각각 상기 도 1의 도파관(101)에서의 기본주파수 및 2차 고조파 신호 경로도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, TE10 기본 모드의 경우, RF 프로브(104)로부터 단락면(102)으로 여기된 기본주파수 신호(401)는 단락면(102)과 도파관벽(109)에 의해 1,2차 반사되어, RF 프로브(104)에서 개구면 방향으로 여기된 기본주파수 신호(402)의 동일 파면(wave front)(403)인 D 지점을 지난다. 이때, D 지점에 도달한 반사 기본주파수 신호(404)는 RF 프로브(104)에서 개구면 방향으로 여기된 기본주파수 신호(402)와 서로 동위상을 이루어 신호의 감쇄없이 개방된 도파관 쪽으로 진행하게 된다(405). 즉, 반사 기본주파수 신호(404)는 D 지점에서 RF 프로브(104)에서 개구면 방향으로 여기된 기본주파수 신호(402)와 서로 동위상을 이룬다.
그러나, 도 5에 도시된 바와 같이, RF 프로브(104)로부터 단락면(102)으로 여기된 2차 고조파 신호(505)는 단락면(102)에 의해 반사되어 도파관(101) 쪽으로 여기되는데, 이때 단락면(102)에 의해 반사된 2차 고조파 신호(501)는 도파관 개구면으로 여기된 2차 고조파 신호(503)의 2차 고조파 동일 파면(504)인 Q 지점을 지 난다. 그런데, Q 지점에 도달한 반사 2차 고조파 신호(501)는 RF 프로브(104)에서 도파관 개구면으로 여기된 2차 고조파 신호(503)와 상호 동위상이 되지 않을 뿐만 아니라, 180°의 위상 차이 또한 발생하지 않으므로 상쇄되지 않고 도파관(101) 쪽으로 진행하게 된다(502). 즉, 반사 2차 고조파 신호(501)는 Q 지점에서 RF 프로브(104)에서 도파관 개구면으로 여기된 2차 고조파 신호(503)와 서로 동위상을 이루지 않을 뿐만 아니라(만일 동위상을 이룬다면 신호의 감쇄없이 개방된 도파관 쪽으로 진행함), 180°의 위상 차이도 나지 않기 때문에 상쇄되지도 않는다.
따라서, 2차 고조파 신호(505,503)의 경우, 도파관의 개구면으로 여기된 2차 고조파 신호(503)와 단락면(102)으로 여기되어 반사되어 되돌아 온 반사 2차 고조파 신호(501,502)가 도파관의 개구면으로 여기된 2차 고조파 신호(503)의 동일 위상면인 동일 파면(504)에서 상호 180°의 위상 차이가 나타나지 않기 때문에, 쉽게 제거되지 않는다.
그러므로, 충분한 2차 고조파 신호 억압이 필요할 경우, 시스템은 높은 차 고조파 억압 특성을 갖는 필터 설계로 인해 시스템이 많이 복잡해지게 되는 문제점이 있다.
한편, 종래 방식을 RF 프로브(104)에서 단락면(102) 까지의 거리(d) 측면에서 살펴보면 다음과 같다.
λ를 신호의 한 파장길이로 나타낼 때, 도파관(101)의 한 파장길이 λg는 다음의 [수학식 1]과 같이 표현된다.
Figure 112004026511429-pat00001
즉, 상기 [수학식 1]에서 보는 바와 같이, 일반적으로 λg는 λ보다 길다. 그러므로, 동축선-도파관 신호 변환 장치를 설계할 때, 이 설계 방법을 따르게 되면 d가 λg/4이므로, 신호의 1/4 파장인 λ/4 보다 더 길게 된다. 따라서, 종래의 방법에 따라 설계를 할 경우, λ/4로 설계하는 경우보다 더 커지게 된다.
또한, 기구물적으로 길이 제약이 있을 경우, d를 짧게 설계하여야 한다. 그렇다고, d를 짧게 하게 되면, RF 프로브(104)에서 개구면으로 여기된 기본주파수 신호(402)와, 단락면(102)으로 여기되어 단락면(102)과 도파관벽(109)에 의해 1,2차 반사된 신호(404)는 개구면으로 여기된 기본주파수 신호(402)의 동위상면(403)인 D 지점에서 상호 동위상을 이루지 못하게 되므로, 도파관(101) 내에서 개구면으로 전파되는 기본주파수 신호의 전송 특성이 열화될 수밖에 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 전송선(예를 들면, 동축선)과 도파관과의 상호 전환 방식에 있어서, 도파관내의 단락면을 신호 집적 형태(바람직하게는 원통 형태)의 구조로 설계함으로써, 동축선의 프로브 단자로부터 단락면까지의 거리를 단축하여 장치의 소형화를 실현하고, 아울러 동축선으로부터 여기된 2차 고조파를 제거할 수 있는 전송선-도파관 신호 변환 장치 및 그를 이용한 송신 능동 빔형성 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전송선-도파관 신호 변환 장치에 있어서, 신호를 전파하기 위한 도파관; 및 상기 도파관의 길이 방향에 대해 수직으로 상기 도파관 내부에 삽입되어 무선주파수 신호를 전달하는 RF 프로브를 포함하되, 상기 도파관 단락면에서 반사된 기본주파수 신호가 상기 RF 프로브에서 상기 도파관 개구면으로 여기된 기본주파수 신호와 동위상이 되도록 하고, 상기 도파관 단락면에서 반사된 2차 고조파 신호가 상기 RF 프로브에서 상기 도파관 개구면으로 여기된 2차 고조파 신호와 반대 위상이 되도록 하기 위하여, 상기 도파관의 개구면에 대향되는 상기 도파관의 단락면이, 상기 RF 프로브로부터 상기 도파관 단락면까지의 수평 방향 거리가 임의의 거리를 가지며, 상기 RF 프로브로부터 여기된 RF 신호가 상기 RF 프로브 지점으로 반사되도록 신호를 집적할 수 있는 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 송신 능동 빔형성 시스템에 있어서, 각 포트별로 입력되는 무선주파수(RF) 신호에 전압을 인가하여, 포트별 출력 이득을 동일하게 유지시 키기 위한 포트별 신호세기 조정수단; 각 포트별로 인가되는 제어신호에 따라, 전압 조정된 입력 RF 신호의 위상을 제어하여 빔의 조향(빔 틸딩)을 제어하기 위한 포트별 위상제어수단; 상기 위상 제어된 RF 신호를 합성하기 위한 신호합성수단; 상기 합성된 RF 신호를 증폭하기 위한 증폭수단; 상기 증폭된 RF 신호의 잡음을 필터링하기 위한 필터링수단; 상기 필터링된 RF 신호를 전달하기 위한 전송선의 RF 프로브; 및 상기 RF 프로브로부터 여기된 RF 신호를 상기 RF 프로브 지점으로 반사하는 신호 집적 형태의 단락면을 구비하여, 상기 RF 신호를 외부로 송신하기 위한 도파관을 포함하되, 상기 단락면의 신호 집적 형태로 인하여, 상기 단락면에서 반사된 기본주파수 신호가 상기 RF 프로브에서 도파관 개구면으로 여기된 기본주파수 신호와 동위상이 되고, 상기 단락면에서 반사된 2차 고조파 신호가 상기 RF 프로브에서 도파관 개구면으로 여기된 2차 고조파 신호와 반대 위상이 되어 상쇄되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전송선-도파관 신호 변환 장치는, 도파관의 단락면을 원통형 구조로 설계하여, 동축선의 RF 프로브로부터 단락면의 어떠한 지점까지도 거리가 기본주파수 신호의 1/4 파장인 λ/4가 되므로, 도파관의 개구면으로 여기된 기본주파수 신호와 단락면으로 여기되어 반사된 기본주파수 신호가 서로 동위상이 되도록 하며(장치의 소형화를 실현함), 또한 도파관의 단락면을 원통형 구조로 설계할 경우, 도파관의 개구면으로 여기된 2차 고조차 신호와 단락면으로 여기되어 반사된 2차 고조파 신호가 180°의 위상 차이가 나기 때문에 상호 상쇄되어 없어지게 된다(동축선으로부터 여기된 2차 고조파를 제거함).
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 6 은 본 발명에 따른 신호 집적 형태의 단락면을 갖는 전송선-도파관 신호 변환 장치의 일실시예 내부 평면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 신호 집적 형태의 단락면을 갖는 전송선-도파관 신호 변환 장치는, 도파관(601)과 원통형 단락면(602) 및 동축선(603)을 포함하여 이루어진다.
보다 상세하게 살펴보면, 본 발명에 따른 신호 집적 형태의 단락면을 갖는 전송선-도파관 신호 변환 장치는, 신호를 전파하기 위한 도파관(601)과, 도파관(601)에 무선주파수(RF) 신호를 전달하기 위한 동축선(603)의 RF 프로브(604)와, RF 프로브(604)로부터 여기된 RF 신호를 RF 프로브 지점으로 반사하는 신호 집적 형태(바람직하게는 원통 형태)를 갖는 단락면(602)을 포함하되, 단락면(602)의 신호 집적 형태로 인하여, 단락면(602)에서 반사된 기본주파수 신호가 RF 프로브(604)에서 도파관 개구면으로 여기된 기본주파수 신호와 동위상이 되도록 하고, 단락면(602)에서 반사된 2차 고조파 신호가 RF 프로브(604)에서 도파관 개구 면으로 여기된 2차 고조파 신호와 반대 위상이 되도록 하여 상쇄시킨다.
도파관(601) 및 단락면(602)은 금속 재질로서, 특히 단락면(602)은 도파관(601) 내부에 원통형으로 배치된다.
본 발명의 바람직한 실시예로서, 단락면(602)을 원통 형태로 도시하였으나, 그 형태는 신호를 프로브 지점(604)으로 모을 수 있는 평면이 아닌 어떠한 다각면의 형태도 가능함을 미리 밝혀둔다. 따라서, 상기 단락면(602)의 형상은 신호 집적 형태를 갖는 한, 그 형상(원통형, 다각형상)에 구애받지 않는다.
또한, 본 발명에서, RF 신호를 전달하는 동축선(603) 역시, 동축선의 형태가 아닌 마이크로스트립 형태 등의 도파관(601)과 연결할 수 있는 전송선이면 족하다.
또한, 본 발명의 일실시예로서, 단락면(602)은 수직으로 세워진 형태의 원통형이지만, 다른 도파관 모드 동작을 위해서는 수평으로 설치된 구조일 수도 있다.
도 7 및 도 8 은 상기 도 6의 C-C' 및 D-D'의 일실시예 단면도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 도파관(601)의 상단에는 동축선(603)이 위치하며, 동축선의 신호선인 RF 프로브(604)가 도파관(601) 내부로 적정 길이만큼 삽입되게 된다.
여기서, RF 프로브(604)는 입력 임피던스 정합을 고려하여 길이 및 모양을 다양한 형상으로 설계할 수 있으며, 또한 유전체가 RF 프로브(604)와 함께 이용될 수도 있다.
또한, 단락면(602)의 크기(즉, RF 프로브(604)에서 단락면(602) 까지의 거리임)(R)는 기본적으로 중심주파수의 1/4 파장인 λ/4로 설계되지만 응용을 위해 다 양한 크기로 변화될 수도 있다. 다만, 단락면(602)의 형상은 신호를 RF 프로브(604)로 모을 수 있도록 신호 집적 형태(원통형 혹은 그외 다각면의 형태)를 갖도록 한다.
도 9 는 상기 도 6의 도파관에서 TE10 기본 모드의 Z축 방향/E 필드 기본주파수의 일실시예 신호 경로 및 위상도이다.
본 발명에 따른 전송선-도파관 신호 변환 장치에서, 동축선(603)은 도파관(601)의 진행 방향과 수직으로 RF 프로브(604)를 도파관(601) 내로 적정 길이만큼 삽입시켜, TE10 기본모드의 기본주파수 신호(901,902)를 여기시킬 수 있다. 이때, RF 프로브(604)에서 여기된 TE10 기본모드의 기본주파수 신호(901,902)는 단락면(602)과 도파관(601) 내의 개구면으로 각각 진행하게 되고, RF 프로브(604)에서 여기되어 단락면(602)으로 진행하는 기본주파수 신호(901)는 단락면(602)에서 반사되어 처음으로 여기되었던 RF 프로브(604)로 반사되어 되돌아 오게 된다. 이때의 위상 변화를 살펴보면 다음과 같다.
RF 프로브(604)에서 여기된 TE10 기본모드의 기본주파수 신호(901)의 E 필드 위상이 0°라고 가정하면, 단락면(602)의 F(실제로는 F' 지점과 같다) 지점에 도달한 기본주파수 신호(903)는 기본주파수 신호의 1/4 파장인 거리 λ/4만큼 이동하였으므로, RF 프로브(604)에서의 Z축 방향 E 필드 기본주파수 신호(901)와는 90°의 위상차를 보이게 된다.
그리고, 단락면(602)의 F 지점에서 반사되어 RF 프로브(604)로 되돌아가는 F' 지점의 기본주파수 신호(904)는 단락면(602)으로 입사되는 기본주파수 신호(903)와 180°의 위상차를 보이게 된다.
그러므로, 단락면(602)에서 반사되어 RF 프로브(604)로 되돌아가는 기본주파수 신호(904)의 위상은 RF 프로브(604)에서 여기된 기본주파수 신호(901)와 270°의 위상차를 보이게 된다.
이때, 단락면(602)에서 반사되어 RF 프로브(604)로 되돌아가는 기본주파수 신호(904)는 RF 프로브(604)에 도달할 경우, RF 프로브(604)에서 도파관(601)의 개구면으로 진행하는 신호(902)와 360°의 위상차(즉, 동위상)가 된다. 즉, 단락면(602)에서 반사되어 RF 프로브(604)로 되돌아가는 기본주파수 신호(904)는 RF 프로브(604)에서 도파관(601)의 개구면으로 진행하는 신호(902)와 서로 동위상을 이루어 신호의 감쇄없이 개방된 도파관 쪽으로 진행하게 된다(905).
따라서, 본 발명의 신호 집적 형태(바람직하게는 원통형)의 단락면(602)을 갖는 전송선-도파관 신호 변환 장치에 따르면, RF 프로브(604)와 단락면(602)까지의 거리(그 크기(R)가 중심주파수의 1/4 파장인 λ/4임)를 단축할 수 있으므로, 제품의 크기를 감축할 수 있다(장치의 소형화를 실현함).
도 10 은 상기 도 6의 도파관에서 TE10 기본 모드의 Z축 방향/E 필드 2차 고조파의 일실시예 신호 경로 및 위상도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, RF 프로브(604)에서 여기된 2차 고조파 신호들(1001,1002)은 단락면(602)과 도파관(601) 내의 개구면으로 각각 진행하게 된다.
이때, RF 프로브(604)에서 여기된 2차 고조파 신호들(1001,1002) 중, 단락면(602)으로 진행하는 2차 고조파 신호(1001)는 단락면(602)에서 반사되어 처음으로 여기된 RF 프로브(604)로 되돌아오게 된다. 이때의 위상 변화를 상세히 살펴보면 다음과 같다.
RF 프로브(604)에서 여기된 2차 고조파 신호(1001)의 위상이 0°라고 가정하면, 단락면(602)의 G(실제로는 G' 지점과 같다) 지점에 도달한 2차 고조파 신호(1003)는 2차 고조파의 1/2 파장인 거리 λ/2만큼 이동하였으므로, RF 프로브(604)에서 여기된 2차 고조파 신호(1001)와 180°의 위상차를 보이게 된다.
그리고, 단락면(602)의 G 지점에서 반사되어 RF 프로브(604)로 되돌아가는 G' 지점의 반사 2차 고조파 신호(1004)는 단락면(602)으로 입사되는 2차 고조파 신호(1003)와 180°의 위상차를 보이게 된다.
그러므로, 단락면(602)에서 반사되어 RF 프로브(604)로 되돌아가는 반사 2차 고조파 신호(1004)의 위상은 RF 프로브(604)에서 여기된 2차 고조파 신호(1001)와 360°의 위상차를 보이게 된다. 즉, 동위상이 된다.
그리고, 단락면(602)에서 반사되어 RF 프로브(604)로 되돌아가는 2차 고조파 신호(1004)는 RF 프로브(604)에 도달할 경우, RF 프로브(604)에서 도파관(601)의 개구면으로 진행하는 2차 고조파 신호(1002)와 180°의 위상차, 즉 완전한 반대 위상이 되므로 2차 고조파를 제거할 수 있다.
즉, 단락면(602)에서 반사되어 RF 프로브(604)로 되돌아가는 2차 고조파 신 호(1004)는 RF 프로브(604)까지 2차 고조파의 1/2 파장인 거리 λ/2만큼 이동하므로, 최초 반사 2차 고조파 신호(1004)와 180°의 위상차를 보이게 된다. 따라서, RF 프로브(604)에서는 반사 2차 고조파 신호(1004)와 RF 프로브(604)에서 도파관(601)의 개구면으로 진행하는 2차 고조파 신호(1002)가 180°의 위상차를 가지므로 서로 상쇄된다.
도 11 은 본 발명에 따른 신호 집적 형태의 단락면을 갖는 전송선-도파관 신호 변환 장치의 일실시예 단면 사시도이고, 도 12 는 본 발명에 따른 전송선-도파관 신호 변환 장치의 전달 특성 및 반사 특성을 설명하기 위한 일실시예 시뮬레이션 그래프이다.
도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전송선-도파관 신호 변환 장치는, 20.5GHz에서 중심 주파수 특성을 보이며, 동작 주파수 대역에서 5GHz 이상의 20dB 임피던스 대역폭을 유지하고 있음을 알 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 신호 집적 형태의 단락면(602)을 갖는 전송선-도파관 신호 변환 장치는, 신호를 잘 모을 수 있도록 도파관(601)의 단락면(602)을 원통형 구조로 설계하여, 동축선(603)의 RF 프로브(604)로부터 단락면(602)의 어떠한 지점까지도 거리가 기본주파수 신호의 1/4 파장인 λ/4가 되게 함으로써, 도파관(601)의 개구면으로 여기된 기본주파수 신호와 단락면(602)으로 여기되어 반사된 기본주파수 신호가 서로 동위상이 되어 도파관(601)의 개구면으로 각각 진행되게 하여, 장치의 소형화를 이루면서도 도파관(601) 내에서 개구면으로 전파되는 기본주파수 신호의 전송 특성의 열화를 방지할 수 있으며, 또한 도파관(601)의 개구면으로 여기된 2차 고조차 신호와 단락면(602)으로 여기되어 반사된 2차 고조파 신호가 180°의 위상 차이로 인하여 상호 상쇄되어 없어지게 되어 2차 고조파 신호를 제거할 수 있다.
상기 신호 집적 형태의 단락면을 갖는 전송선-도파관 신호 변환 장치를 송신 안테나의 핵심 기능을 담당하는 송신 능동 빔형성 시스템에 적용해 보면 도 13과 같다.
도 13에 도시된 바와 같이, 송신 능동 빔형성 시스템(APM : Active Phase Shifter Module)은 가변신호 감쇄기(VA)(131), 위상변위기(PS : Phase Shifter)(132), 신호합성기(PS : Power Combiner))(133), 고출력 증폭기(SSPA : Solid State Power Amplifier)(134), 저역통과필터(LPF : Low Pass Filter)(135), 전송선-도파관 신호 변환 장치(136) 등으로 이루어진다.
이를 구체적으로 살펴보면, 본 발명에 따른 송신 능동 빔형성 시스템은, 각 포트별로 입력되는 무선주파수(RF) 신호에 전압을 인가하여, 포트별 출력 이득을 동일하게 유지시키기 위한 가변신호 감쇄기(131)와, 각 포트별로 인가되는 제어신호에 따라, 전압 조정된 입력 RF 신호의 위상을 제어하여 빔의 조향(빔 틸딩)을 제어하기 위한 위상변위기(132)와, 위상 제어된 RF 신호를 합성하기 위한 신호합성기(133-1~133-3)와, 합성된 RF 신호를 증폭하기 위한 증폭기(134-1,134-2)와, 증폭된 RF 신호의 잡음을 필터링하기 위한 저역통과필터(135)와, 전송선(예를 들면, 동축선)과 도파관과의 상호 전환 방식에 있어서, 도파관내의 단락면을 신호 집적 형태(바람직하게는 원통 형태)의 구조로 설계함으로써, 동축선의 프로브 단자 로부터 단락면까지의 거리를 단축하여 장치의 소형화를 실현하고, 아울러 동축선으로부터 여기된 2차 고조파를 제거할 수 있는 전송선-도파관 신호 변환 장치(136)를 포함한다.
여기서, 전송선-도파관 신호 변환 장치(136)는 필터링된 RF 신호를 전달하기 위한 전송선의 RF 프로브와, RF 프로브로부터 여기된 RF 신호를 RF 프로브 지점으로 반사하는 신호 집적 형태의 단락면을 구비하여, RF 신호를 외부로 송신하기 위한 도파관으로 구성되고, 단락면의 신호 집적 형태로 인하여, 단락면에서 반사된 기본주파수 신호가 RF 프로브에서 도파관 개구면으로 여기된 기본주파수 신호와 동위상이 되고, 단락면에서 반사된 2차 고조파 신호가 RF 프로브에서 도파관 개구면으로 여기된 2차 고조파 신호와 반대 위상이 되어 상쇄된다.
따라서, 본 발명의 송신 능동 빔형성 시스템은 신호 집적 형태의 단락면을 갖는 전송선-도파관 신호 변환 장치를 통해 전체 시스템의 소형화를 꾀하면서도 전파되는 기본주파수 신호의 전송 특성의 열화를 방지할 수 있고 2차 고조파 신호를 쉽게 제거할 수 있다.
상기 전송선-도파관 신호 변환 장치(136)의 단락면은 신호 집적 형태를 갖는 원통 형상으로 설계되어, RF 프로브로부터 단락면의 어떠한 지점까지도 거리가 기본주파수 신호의 1/4 파장인 λ/4가 되므로, 도파관의 개구면으로 여기된 기본주파수 신호와 단락면으로 여기되어 반사된 기본주파수 신호가 서로 동위상이 되며, 도파관의 개구면으로 여기된 2차 고조차 신호와 단락면으로 여기되어 반사된 2차 고조파 신호가 180°의 위상 차이가 나 상호 상쇄된다.
본 발명의 송신 능동 빔형성 시스템에 대해 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.
송신 능동 빔형성 시스템은 송신 RF 채널 형성부로부터 각 RF 채널(빔) 신호를 받아 이들의 신호세기 및 위상을 독립적으로 제어한다. 송신 능동 빔형성 시스템의 제어 기능을 살펴보면, 전자적 빔 조향 기능, 독립적인 빔 제어 기능, 전자적 빔 조향을 위한 제어 기능, 각 RF 신호의 세기를 조절하는 기능, 각 빔 RF 신호를 합성하는 기능, 무선(Air)상으로 신호를 송신하기 위한 고출력 증폭 기능, 자체에서 발생하는 열을 외부로 방출하는 열처리 기능 등을 수행한다.
또한, 송신 능동 빔형성 시스템의 각 서브 모듈들은 외부의 시스템 제어부에 의해 제어되며, 위상변위기(132)는 11.25˚ 간격으로 제어가 가능한 5비트 디지털 형태이며, 가변신호 감쇄기(131)는 0.5dB 이하의 해상도를 지닌다.
5비트 위상변이기(132)를 통과한 4개의 신호를 출력쪽에서 이득(Gain)을 측정하면 4개 포트의 이득(Gain)이 달라진다. 이는 5비트 위상변위기(132)의 특성이 각각 다르기 때문이다. 따라서, 4개 포트의 이득(Gain)을 맞춰주기 위하여 외부에서 전압을 인가하면 출력쪽에서 이득(Gain)을 동일하게 할 수 있다. 이를 가변신호 감쇄기(131)를 통해 수행한다.
입력 RF 신호는 SMP Connector를 통과하여 가변신호 감쇄기(131)를 거쳐 5비트 위상변위기(11.25˚, 22.5˚, 45˚, 90˚, 180˚)로 인가된다. 이후에, 위상변위기(132)는 외부에서 인가되는 제어신호에 따라 입력 빔의 위상을 제어하여 빔조향(빔 틸팅) 기능을 수행한다. 그리고, 4개의 입력 신호는 2-to-1 way 신호합성기(133-1,133-2)를 거치면서 2개의 신호로 합성되고 다시 2-to-1 way 신호합성기(133-3)를 거쳐 하나의 신호로 합성되어, 고출력 증폭기(134-1,134-2)를 거쳐 1,2차 신호 증폭되고, 고주파 잡음신호를 걸러주기 위하여 저역통과필터(135)를 통과하여 전송선-도파관 신호 변환 장치(136)를 거쳐 출력된다.
각 입력 포트에서 위상변위기(132)에 5비트 위상을 가했을 경우, 입력 반사손실은 도 14에 도시된 바와 같이 20GHz ~ 21GHz 내에서 -13dB 이하의 특성을 보여준다.
또한, 위상변위기(132)에 위상 제어 신호를 인가하여 위상을 0˚ ~ 180˚까지 변화시켰을 경우, 출력쪽에서의 반사손실은 도 15와 같다.
또한, 각각의 포트에서 위상을 11.25˚, 22.5˚, 45˚, 90˚, 180˚씩 변화 했을 경우 위상의 변화량은 도 16과 같다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명은, 도파관의 단락면을 다각형 구조, 특히 원통형 구조로 설계함으로써 전달선-도파관 신호 변환시 RF 프로브로부터 단락면까지의 거리를 단축하여 장치의 소형화를 도모하면서도, 도파관 내에서 개구면으로 전파되는 기본주파수 신호의 전송 특성의 열화를 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 도파관의 단락면을 다각형 구조, 특히 원통형 구조로 설계함으로써 RF 프로브에서 여기된 2차 고조파 신호와 단락면에서 반사되어 되돌아 온 2차 고조파 반사신호가 180°의 위상 차이를 갖도록 하여, 2차 고조파 신호를 쉽게 제거할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 신호 집적 형태의 단락면을 갖는 전송선-도파관 신호 변환 장치를 송신 능동 빔형성 시스템에 적용하여, 전체 시스템의 소형화를 꾀하면서도 전파되는 기본주파수 신호의 전송 특성의 열화를 방지할 수 있고 2차 고조파 신호를 쉽게 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 전송선-도파관 신호 변환 장치에 있어서,
    신호를 전파하기 위한 도파관; 및
    상기 도파관의 길이 방향에 대해 수직으로 상기 도파관 내부에 삽입되어 무선주파수 신호를 전달하는 RF 프로브를 포함하되,
    상기 도파관 단락면에서 반사된 기본주파수 신호가 상기 RF 프로브에서 상기 도파관 개구면으로 여기된 기본주파수 신호와 동위상이 되도록 하고, 상기 도파관 단락면에서 반사된 2차 고조파 신호가 상기 RF 프로브에서 상기 도파관 개구면으로 여기된 2차 고조파 신호와 반대 위상이 되도록 하기 위하여,
    상기 도파관의 개구면에 대향되는 상기 도파관의 단락면이,
    상기 RF 프로브로부터 상기 도파관 단락면까지의 수평 방향 거리가 임의의 거리를 가지며, 상기 RF 프로브로부터 여기된 RF 신호가 상기 RF 프로브 지점으로 반사되도록 신호를 집적할 수 있는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 전송선-도파관 신호 변환 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도파관의 단락면이
    상기 RF 프로브로부터 상기 단락면까지 일정 수평 거리를 갖는 원통 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 전송선-도파관 신호 변환 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 도파관의 단락면이
    다각면으로 형성된 것으로 특징으로 하는 전송선-도파관 신호 변환 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 RF 프로브로부터 상기 단락면까지의 일정 수평 거리가 기본주파수 신호의 λ/4인 것을 특징으로 하는 전송선-도파관 신호 변환 장치.
  5. 삭제
  6. 송신 능동 빔형성 시스템에 있어서,
    각 포트별로 입력되는 무선주파수(RF) 신호에 전압을 인가하여, 포트별 출력 이득을 동일하게 유지시키기 위한 포트별 신호세기 조정수단;
    각 포트별로 인가되는 제어신호에 따라, 전압 조정된 입력 RF 신호의 위상을 제어하여 빔의 조향(빔 틸딩)을 제어하기 위한 포트별 위상제어수단;
    상기 위상 제어된 RF 신호를 합성하기 위한 신호합성수단;
    상기 합성된 RF 신호를 증폭하기 위한 증폭수단;
    상기 증폭된 RF 신호의 잡음을 필터링하기 위한 필터링수단;
    상기 필터링된 RF 신호를 전달하기 위한 전송선의 RF 프로브; 및
    상기 RF 프로브가 길이 방향에 대해 수직으로 그 내부에 삽입되어 상기 RF 프로브로부터 여기된 RF 신호를 외부로 송신하는 도파관을 포함하되,
    상기 도파관 단락면에서 반사된 기본주파수 신호가 상기 RF 프로브에서 상기 도파관 개구면으로 여기된 기본주파수 신호와 동위상이 되도록 하고, 상기 도파관 단락면에서 반사된 2차 고조파 신호가 상기 RF 프로브에서 상기 도파관 개구면으로 여기된 2차 고조파 신호와 반대 위상이 되도록 하기 위하여,
    상기 도파관의 개구면에 대향되는 상기 도파관의 단락면이,
    상기 RF 프로브로부터 상기 도파관 단락면까지의 수평 방향 거리가 임의의 거리를 가지며, 상기 RF 프로브로부터 여기된 RF 신호가 상기 RF 프로브 지점으로 반사되도록 신호를 집적할 수 있는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 송신 능동 빔형성 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 도파관의 단락면이
    상기 RF 프로브로부터 상기 단락면까지 수평 거리가 기본주파수 신호의 λ/4가 되도록 원통 형상을 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 송신 능동 빔형성 시스템.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100815154B1 (ko) * 2007-02-27 2008-03-19 한국전자통신연구원 도파관 구조를 가지는 위성통신 다중대역 안테나의 급전장치
US9225048B2 (en) * 2011-02-23 2015-12-29 General Electric Company Antenna protection device and system
CN107834133A (zh) * 2017-09-15 2018-03-23 电子科技大学 新型同轴‑矩形波导模式转换器
US11978954B2 (en) 2021-06-02 2024-05-07 The Boeing Company Compact low-profile aperture antenna with integrated diplexer

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4672388A (en) * 1984-06-15 1987-06-09 Fay Grim Polarized signal receiver waveguides and probe
JPH1041716A (ja) * 1996-07-19 1998-02-13 Fujitsu General Ltd 導波管型一次放射器

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5349949A (en) 1976-10-18 1978-05-06 Hitachi Ltd Pellet bonding method
KR920002772A (ko) 1990-07-31 1992-02-28 다까다 데쯔오 신규 w위치 카르복시 알코올 산화효소
US6549106B2 (en) * 2001-09-06 2003-04-15 Cascade Microtech, Inc. Waveguide with adjustable backshort

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4672388A (en) * 1984-06-15 1987-06-09 Fay Grim Polarized signal receiver waveguides and probe
JPH1041716A (ja) * 1996-07-19 1998-02-13 Fujitsu General Ltd 導波管型一次放射器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
04672388 *
10041716 *

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