KR100624049B1 - 원편파 수신용 정방 격자 혼 배열 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원편파 수신용 정방 격자 혼 배열 안테나에 관한 것으로 특히, 개구부가 정방형인 피라미드형 혼(1)과, 정방형 도파관(2)으로 구성된 원편파 수신용 정방 격자 혼 배열 안테나에 있어서, 양단부를 상기 피리미드형 혼(1)의 경사각에 부응하는 경사각으로 절단시킨 4개의 도체판(31)을 서로 격자를 이루도록 결합시키되, 각각의 도체판(31)은 피라미드형 혼(1)의 경사각에 부응하는 경사각을 갖도록 배치하여 피라미드형 혼(1)의 내부에 9개의 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)들이 형성되도록 하고, 상기한 9개의 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3) 중 4 모서리부에 형성된 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)를 제외한 나머지 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)의 내부에는 서로 다른 두께의 위상차 보상용 유전체판(4)을 부가 설치하여 고 이득, 광 대역의 2중 원편파를 수신할 수 있도록 한 것이다.

Description

원편파 수신용 정방 격자 혼 배열 안테나{omitted}

도 1은 종래 장방형 혼 안테나의 사시도

도 2a 내지 도 2c는 종래 원편파 수신용 혼 안테나들의 예시도

도 3은 본 발명 배열 안테나의 분해 사시도

도 4는 본 발명 안테나의 종단면도

도 5는 본 발명 안테나의 정면도

도면중 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 피라미드형 혼 2 : 정방형 도파관

3 : 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자 4 : 위상차 보상용 유전체판

31 : 도체판

본 발명은 원편파 수신용 정방 격자 혼 배열 안테나에 관한 것으로 더욱 상세히는, 좌회전 또는 우회전 원편파를 동시에 수신할 수 있는 2중 원편파 수신용 혼 안테나로서 혼 개구부와 급전 도파관 부위가 정 방향인 정방형 혼 개구부 내에 일정 높이와 각도로 기울어진 얇은 금속판을 9개의 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자를 이루도록 설치하여 고 이득, 광 대역의 2중 원편파를 수신할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 안테나는 무선전파를 자유공간으로 방사하거나 수신하기 위한 것으로, 다양한 분류기준이 있으나 통상적으로 선형 안테나, 개구면 안테나, 마이크로 스트립 안테나, 배열 안테나, 반사기 안테나, 렌즈 안테나 등으로 구분할 수 있다.

상기 안테나에서 방사되는 전파는 일정한 패턴을 갖는데, 방사되는 전파의 편파는 전계나 자계가 진동하는 방향과 파동이 진행하는 방향에 따라 직선편파, 원편파, 타원편파 등으로 구분된다.

상기한 수 개의 안테나 중 배열 안테나는, 많은 안테나 소자를 배열하여 각 소자의 여진 전류의 위상을 조절하고, 안테나를 특정 방향, 동일 위상으로 하여 주 빔을 형성하는 안테나를 말하며, 주로 위성용 자동 지향 안테나 등으로 이용된다.

또한, 안테나에서 방사되는 전파의 편파 중 원편파는 전파 방향에 직각인 면에서 전계의 크기와 방향을 나타내는 벡터 끝의 궤적이 원을 그리는 전파로써, 일반적으로 진폭이 같고 편파면이 서로 직교하며 위상이 90˚ 다른 두 직선 편파 성분으로 나눌 수 있지만, 그 진폭들이 다른 경우 합성파는 전파 방향에 수직인 면상에서 타원형을 그리게 되는데, 이것을 타원 편파라고 하며, 원편파 또는 타원 편파에서 전파 방향에 직각인 면의 전계 벡터가 전파 방향을 향하여 시계 방향으로 회전하는 것을 우회전 타원 편파, 반 시계 방향으로 회전하는 것을 좌회전 타원 편파라 한다.

종래에 있어서 초고주파 통신 송신용 안테나에 주로 사용되고 있는 혼 안테나는 도 1에 나타낸 바와 같이, 직사각형 개구부를 갖는 피라미드형 혼(1)과 직사각형의 급전 도파관(2)으로 구성되어 있는데, 이와 같은 구성의 혼 안테나는 오직 직선편파 만을 중간 정도의 이득으로 송수신 할 수 있는 안테나로 사용할 수 있다.

한편, 종래 혼 안테나에 있어서 원편파는 수직 전계성분과 수평 전계성분이 90˚위상 차를 갖고 진행하는 전파도로, 도 2a내지 도 2c에 도시한 바와 같이 안테나에서 수직 전계성분과 수평을 모두 송수신할 수 있어야 되므로 원형 혼(11)과 원형 도파관(21) 또는 정방형 혼(12)과 정방형 도파관(22) 혹은 마름모형 혼(13)과 마름모형 도파관(23)을 갖는 구조로 안테나를 형성하여 사용하고 있다.

또, 전파의 송수신에 따른 고 이득을 얻기 위해서는 이러한 안테나 소자들을 평면상에서 적당한 간격으로 2차원 배열하고, 이들과 연결되는 급전선로를 통해 한 지점으로 전파를 집결시켜 고 이득의 배열 안테나를 형성하게 된다.
또한, 배열 안테나의 안테나 소자들 사이 간격은 송수신하는 주파수 파장의 0.5배에서 1.0배 정도로 구성하였을 때 측엽을 최소로 하고 고 이득을 얻을 수 있으나, 종래의 혼 안테나는 도 1 및 도 2a 내지 도 2c에 나타낸 바와 같이 그 개구부를 주로 2파장에서 수십 파장 이상의 크기를 갖기 때문에 물리적으로 고 이득 배열 안테나에 배치시켜 안테나 소자들로 사용할 수 없고, 또 개구부가 장방형인 경우 원편파 자체의 송신이 불가능한 문제점이 있다.

삭제

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 정방형 혼 안테나의 개구부 내부를 9개의 소형 정방 격자형 혼 안테나 소자들로 구획시켜 이들 소형 혼 안테나 소자들을 공간 급전시키는 방식으로 통해 배열 이득을 높일 수 있도록 함은 물론 가로 세로 비가 1:1인 정방형으로 하여 광 대역의 2중 원편파 송수신도 가능하고, 2차원으로 평면 배열시켜 사용할 수 있는 원편파 수신용 정방 격자 혼 배열 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 개구부가 정방형인 피라미드형 혼과, 정방형 도파관으로 구성된 원편파 수신용 정방 격자 혼 배열 안테나에 있어서, 4개의 도체판을 서로 격자를 이루도록 결합시키되 각각의 도체판은 피라미드형 혼의 경사각에 부응하는 경사각을 갖도록 배치하여 피라미드형 혼의 내부에 9개의 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자들이 형성되도록 하고,4 모서리부를 제외한 상기 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자의 내부에는 서로 다른 두께의 위상 차 보상용 유전체판을 설치하여 줌으로써 달성할 수 있다.

따라서, 공간 급전한 원편파 안테나를 2차원으로 배열시킬 수 있어 고 이득의 원편파를 얻을 수 있는 것이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 배열 안테나의 분해 사시도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명 안테나의 종단면도를 나타낸 것이며, 도 5는 본 발명 안테나의 정면도를 나타낸 것이다.

이에 따르면, 개구부가 정방형인 피라미드형 혼(1)과, 정방형 도파관(2)으로 구성된 원편파 수신용 정방 격자 혼 배열 안테나에 있어서, 양단부를 상기 피리미드형 혼(1)의 경사각에 부응하는 경사각으로 절단시킨 4개의 도체판(31)을 서로 격자를 이루도록 결합시키되, 각각의 도체판(31)은 피라미드형 혼(1)의 경사각에 부응하는 경사각을 갖도록 배치하여 피라미드형 혼(1)의 내부에 9개의 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)들이 형성되도록 한 것을 기본적인 특징으로 한다.

삭제

또한, 본 발명은 상기한 9개의 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3) 중 4 모서리부에 형성된 소형 정방형 격자 혼 안테나소자(3)를 제외한 나머지 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)의 내부에는 위상 차 보상용 유전체판(4)을 부가 설치한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)들 중 중앙부에 위치한 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)에 설치되는 위상 차 보상용 유전체판(4)의 두께를 상기 중앙부에 위치한 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)를 중심으로 상변, 하변, 우측변, 좌측변에 인접한 다른 소형 정방형격자 혼 안테나 소자(3)들에 설치되는 위상 차 보상용 유전체판(4)의 두께보다 두껍게 형성시켜 모든 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)를 통과한 수신전파간의 위상 차가 거리 차에 무관하게 없도록 한 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 피라미드형 혼(1)의 정방형 개구부에는, 그 양단부가 상기 피리미드형 혼(1)의 경사각에 부응하는 경사각으로 절단시킨 형상을 갖고 상호 격자를 이루도록 결합된 4개의 도체판(31)을 설치하여 피라미드형 혼(1)의 내부에 9개의 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)들이 형성되도록 하되, 각각의 도체판(31)은 피라미드형 혼(1)의 경사각에 부응하는 경사각을 갖도록 배치하여 상기 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)들은 공간 급전을 통해 정방형 도파관(2)에 접속한다.

이때, 상기 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)들의 가로, 세로 길이는 파장의 0.5배에서 1.0배 정도로 하여 배열 이득을 높일 수 있도록 하고, 가로 세로비가 1:1안 정방형으로 형성하여 2중 원편파의 송수신이 가능하도록 한다.

한편, 상기 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)들의 격자 구조는 피라미드형 혼(1)의 폭을 3등분한 구성을 갖는 것으로, 각각의 격자 부위가 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)로써 각각 동작하게 되며, 각각의 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)의 하방부 길이는 정방형 도파관(2)의 길이보다 약간 크게 하여 신호가 반사없이 정합될 수 있도록 한다.

한편, 상기 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)들에서 공간 급전에 따라 9개 상기 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)까지의 거리 차로 인한 급전신호의 위상 차가 나게 되어 이득이 저하된다.

따라서, 본 발명에서는 상기 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3) 중 4 모서리부에 형성된 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)를 제외한 나머지 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)의 내부에는 각각 서로 다른 두께의 위상 차 보상용 유전체판(4)을 부가 설치하여 동일한 위상신호가 고 이득으로 송, 수신되도록 하였다.

이 때, 상기 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)들 중 중앙부에 위치한 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)에는 두꺼운 위상 차 보상용 유전체판(4)을 삽입 설치하여 위상지연을 크게 하고, 이 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)의 상변, 하변, 우측변, 좌측변에 인접한 다른 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)들은 상대적으로 얇은 위상 차 보상용 유전체판(4)을 삽입 설치하여 위상지연을 작게 하며, 대각선 방향 모서리에 있는 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)내에는 위상 차 보상용 유전체판(4)을 삽입 설치하지 않음으로써 위상지연이 없게 되어 모든 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)들에서 수신되는 전파간의 위상 차를 없앨 수 있다.

한편, 본 발명이 적용된 혼 안테나 수 개를 가로 세로 방향으로 2차원 평면으로 배열시키면 원편파 수신용 정방 격자 혼배열 안테나가 형성된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 하나의 정방형 혼 안테나 개구부의 내부를 수 개의 도체판을 통해 9개의 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자로 구획 형성시키고, 이들 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자 사이의 위상 차는 유전체판을 삽입하여 보상해 줌으로써 고 이득, 광 대역의 2중 원편파를 수신할 수 있는 등 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

1. 개구부가 정방형인 피라미드형 혼(1)과, 정방형 도파관(2)으로 구성된 원편파 수신용 정방 격자 혼 배열 안테나에 있어서,

   양단부를 상기 피리미드형 혼(1)의 경사각에 부응하는 경사각으로 절단시킨 4개의 도체판(31)을 서로 격자를 이루도록 결합시키되, 각각의 도체판(31)은 피라미드형 혼(1)의 경사각에 부응하는 경사각을 갖도록 배치하여 피라미드형 혼(1)의 내부에 9개의 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)들이 형성하고,

   상기 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)의 내부에는 선택적으로 위상 차 보상용 유전체판(4)을 부가 설치한 것을 특징으로 하는 원편파 수신용 정방 격자 혼 배열 안테나.
2. 제 1 항에 있어서, 위상 차 보상용 유전체판(4)은,

   상기한 9개의 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3) 중 4 모서리부에 형성된 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)를 제외한 나머지 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)의 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 원편파 수신용 정방 격자 혼 배열 안테나.
3. 제 2 항에 있어서,

   중앙부에 위치한 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)에 설치되는 위상 차 보상용 유전체판(4)의 두께를,

   상기 중앙부에 위치한 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)를 중심으로 상변, 하변, 우측변, 좌측변에 인접한 다른 소형 정방형격자 혼 안테나 소자(3)들에 설치되는 위상 차 보상용 유전체판(4)의 두께보다 두껍게 형성시켜 모든 소형 정방형 격자 혼 안테나 소자(3)를 통과한 수신 전파간의 위상 차가 거리 차에 무관하게 없도록 한 것을 특징으로 하는 원편파 수신용 정방 격자혼 배열 안테나.

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