KR100801030B1 - 듀얼선형편파 혼어레이 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 듀얼선형편파 혼어레이 안테나에 관한 것으로서, 전자파의 진행방향을 따라 테이퍼지도록 형성된 혼부와, 혼부의 폭이 좁은 일단에 형성된 내측개구에 내측개구의 중앙영역을 향해 돌출형성된 적어도 하나의 돌출턱을 가지며, 혼부로 입사 또는 출사되는 전자파를 안내하는 혼; 혼과 연결되며, 제1편파를 안내하는 제1편파가이드; 혼과 연결되며, 제1편파가이드와 평행하게 배치되어 제1편파와 직각의 방향을 갖는 제2편파를 안내하는 제2편파가이드;를 포함한다. 이에 의해, 안테나의 성능을 향상시킴과 동시에 안테나의 크기를 축소시킬 수 있다.

혼, 어레이, 편파, 편파가이드, 편파필터링부, 도파관, 혼합관, 레이어

Description

듀얼선형편파 혼어레이 안테나{HORN ARRAY TYPE ANTENNA FOR DUAL LINEAR POLARIZATION}

도 1은 일반적인 혼안테나의 혼의 단면도,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 정면측 사시도,

도 3는 도 2의 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 배면측 사시도,

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 사시도,

도 5는 도 4의 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 투명 사시도,

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 5의 혼이 채용된 혼 어레이 안테나의 사시도,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 측단면도,

도 8는 도 2의 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 혼 영역의 사시도,

도 9는 도 8의 혼의 평면도,

도 10와 도 12는 도 8의 혼의 단면 사시도,

도 11는 도 8의 혼의 전면 단면도,

도 13는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼의 사시도,

도 14는 도 13의 혼의 평면도,

도 15는 도 13의 혼의 측면도,

도 16은 도 13의 혼의 단면 사시도,

도 17는 도 13의 혼의 측단면도,

도 18는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼의 사시도,

도 19는 본 발명에 따른 혼의 간략한 측단면도,

도 20는 도 19의 혼과 동일한 크기의 외측개구와 동일한 길이를 갖는 혼의 간략한 측단면도,

도 21는 도 19의 혼과 동일한 성능을 갖는 혼의 간략한 측단면도,

도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼의 간략한 측단면도,

도 23는 도 19의 혼의 S11파라미터를 나타낸 그래프,

도 24는 도 20의 혼의 S11파라미터를 나타낸 그래프,

도 25는 도 21의 혼의 S11파라미터를 나타낸 그래프,

도 26은 도 2의 편파필터링부의 확대 사시도,

도 27 내지 도 29는 도 26의 편파필터링부의 제1편파의 S파라미터를 나타낸 그래프,

도 30 내지 도 32는 도 26의 편파필터링부의 제2편파의 S파라미터를 나타낸 그래프,

도 33는 도 2의 제1편파가이드의 사시도,

도 34는 도 33의 제1편파가이드의 투시도,

도 35는 도 33의 제1편파가이드의 평면도,

도 36는 도 33의 제1편파가이드의 측면도,

도 37는 편파필터링부가 결합된 상태의 제1편파가이드의 사시도,

도 38는 제2도파관과 제2연결관의 투명 사시도,

도 39는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1혼합관을 간략하게 도시한 사시도,

도 40는 제1혼합관에서 한 쌍의 제5돌출부를 제거한 상태의 사시도,

도 41는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼합관을 간략하게 도시한 사시도,

도 42는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 혼합관을 간략하게 도시한 사시도,

도 43는 도 39의 제1혼합관의 S11파라미터를 보인 그래프,

도 44는 도 40의 제1혼합관의 S11파라미터를 보인 그래프,

도 45는 도 41의 제1혼합관의 S11파라미터를 보인 그래프,

도 46는 도 42의 제1혼합관의 S11파라미터를 보인 그래프,

도 47은 도 2의 제2편파가이드의 사시도,

도 48은 도 2의 제2편파가이드의 사시도,

도 49는 도 2의 제2편파가이드의 단면 사시도,

도 50는 종래의 제2편파가이드의 사시도,

도 51와 도 52는 본 발명에 따른 제1편파가이드와 제2편파가이드가 결합된 상태의 사시도,

도 53는 제3 및 제4도파관의 양단부와, 편파필터링부와의 결합영역을 나타낸 사시도,

도 54는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자계와 전계의 진행방향을 90°전환시킬 수 있는 전파 벤딩부를 다양한 방향에서 나타낸 투명 사시도,

도 55는 도 54의 전파 벤딩부를 설명하기 위한 참고도이고,

도 56는 도 54의 전파 벤딩부를 설명하기 위한 다른 참고도이고,

도 57는 도 54의 S11파라미터를 보인 그래프이고,

도 58는 본 발명에 따른 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 각 레이어 분해사시도,

도 59은 본 발명에 따른 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 제1레이어의 사시도,

도 60은 도 58의 제1레이어의 평면도,

도 61는 도 58의 제1레이어의 배면도,

도 62는 도 58의 제1중간레이어의 사시도,

도 63는 도 58의 제1중간레이어의 평면도,

도 64는 도 58의 제1중간레이어의 배면도,

도 65는 도 58의 제2레이어의 사시도,

도 66는 도 58의 제2레이어의 평면도,

도 67는 도 58의 제2레이어의 배면도,

도 68는 도 58의 제2중간레이어의 사시도,

도 69는 도 58의 제2중간레이어의 배면도,

도 70는 도 58의 제3레이어의 사시도,

도 71는 도 58의 제3레이어의 평면도,

도 72는 본 발명에 따른 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 S11계수를 보인 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 안테나 10 : 혼

15 : 혼부 17 : 돌출턱

20 : 편파필터링부 25 : 단차

27 : 통로 30 : 제1편파가이드

35 : 제1도파관 36 : 제1돌출부

37 : 제1가로막 40 : 제2도파관

41 : 제2돌출부 42 : 제2가로막

45 : 제1혼합관 46 : 제1메인개구

47 : 제3가로막 48 : 제1연결관

49 : 제2연결관 50 : 제2편파가이드

55 : 제3도파관 56 : 제3돌출부

57 : 반사면 58 : 제4가로막

60 : 제4도파관 61 : 제4돌출부

62 : 반사면 62 : 제5가로막

65 : 제2혼합관 66 : 제2메인개구

67 : 제6가로막 100 : 제1레이어

150 : 제1중간레이어 200 : 제2레이어

250 : 제2중간레이어 300 : 제3레이어

본 발명은 듀얼선형편파 혼어레이 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 안테나의 성능을 향상시키고, 안테나의 크기를 축소시킬 수 있는 듀얼선형편파 혼어레이 안테나에 관한 것이다.

극초단파대 이상의 파는 파장이 매우 짧고 그 성질이 빛과 매우 비슷하다. 극초단파대 이상의 파를 효율적으로 수신 및 송신하기 위해, 광학의 원리와, 메가폰이 음파를 집중시키는 원리를 이용하여 지향성을 향상시킨 안테나가 제작되어 사용되고 있다. 이러한 안테나로는, 혼안테나, 포물면경 안테나, 전파렌즈 안테나, 및 도파관에 직접 구멍을 뚫은 슬롯 안테나 등이 있다.

이 중, 혼안테나는 도파관의 선단을 나팔모양으로 형성하고, 도파관의 양측을 개방한 다음, 도파관의 한쪽을 진동시켜 전파가 도파관을 통해 이동하여 공중으로 방사되도록 한다. 이 때, 도파관과 공중 간의 임피던스 정합이 되어 있지 않기 때문에 전파의 일부가 반사되므로, 모든 에너지가 공중으로 방사되지 않는다. 따라서, 혼안테나의 설계시, 도파관의 개구를 서서히 넓혀서 공중과 도파관과의 임피 던스를 정합시킴으로써, 최대한 많은 에너지가 개구로부터 방사되도록 한다.

도 1은 일반적인 혼안테나의 혼의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 혼안테나는 공중을 향한 외측개구(2)와, 진동이 시작되는 측의 내측개구(3)를 갖는다. 이러한 혼안테나는, 외측개구(3)의 면적이 안테나의 성능을 좌우하며, 외측개구(3)의 면적이 클수록 안테나의 성능이 좋다. 그리고, 외측개구(2)와 내측개구(3)와의 면적 비율(S₂/S₁)도 안테나의 성능에 영향을 미치며, 외측개구(2)와 내측개구(3)의 면적 비율(S₂/S₁), 즉, 외측개구(2)와 내측개구(3)의 면적차이와 그 경사도가 중요한 요소이다. 이에 따라, 혼의 길이가 길어지게 되고, 혼의 길이가 길어지면 전체적으로 안테나의 크기가 커진다.

한편, 최근 통신기술의 발달과, 통신기기의 소형화 추세에 따라 안테나의 크기를 소형화하는 것이 안테나 설계의 이슈가 되고 있다.

이에 따라, 안테나의 성능을 향상시키고, 적어도 안테나의 성능을 유지하면서 안테나의 크기를 소형화할 수 있는 방법이 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은, 안테나의 성능을 향상시키고, 안테나의 크기를 소형화할 수 있도록 하는 듀얼선형편파 혼어레이 안테나를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 전자파의 진행방향을 따라 테이퍼지도록 형성된 혼부와, 상기 혼부의 폭이 좁은 일단에 형성된 내측개구에 상 기 내측개구의 중앙영역을 향해 돌출형성된 적어도 하나의 돌출턱을 가지며, 상기 혼부로 입사 또는 출사되는 전자파를 안내하는 혼; 상기 혼과 연결되며, 제1편파를 안내하는 제1편파가이드; 상기 혼과 연결되며, 상기 제1편파가이드와 평행하게 배치되어 상기 제1편파와 직각의 방향을 갖는 제2편파를 안내하는 제2편파가이드;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 혼은, 상기 돌출턱이 형성된 내측개구와 상기 제1편파가이드를 연결하는 편파필터링부를 더 포함할 수 있다.

상기 편파필터링부의 일측면에는 복수개의 단차가 형성되어 상기 편파필터링부의 폭이 상기 제1편파가이드 측으로 갈수록 좁아지는 것이 바람직하다.

상기 편파필터링부의 단차 영역에는 상기 제1편파가이드와의 연결을 위한 개구가 형성될 수 있다.

상기 돌출턱은 상기 내측개구의 둘레를 따라 형성되며, 상기 돌출턱이 상기 내측개구를 향해 돌출된 폭에 따라 상기 내측개구의 형상이 결정될 수 있다.

상기 내측개구의 형상은, 사각형상으로 형성될 수 있다.

상기 제1편파가이드는, 한 쌍의 상기 혼과 연결되는 한 쌍의 개구를 갖는 제1도파관; 다른 한 쌍의 상기 혼과 연결되는 한 쌍의 개구를 가지며, 상기 제1도파관과 평행하게 배치되는 제2도파관; 상기 제1도파관과 상기 제2도파관 사이에 배치되어 상기 제1도파관과 제2도파관을 연결하며, 제1편파가 입사 또는 출사되는 제1메인개구를 갖는 제1혼합관을 포함할 수 있다.

상기 제1도파관의 각 개구는 상기 한 쌍의 편파필터링부와 연결되며, 상기 제1도파관의 중앙영역의 상부에는 상기 제1편파의 진행방향을 변경시키는 제1돌출부가 하향 돌출되어 있고, 상기 제1돌출부의 하부에는 상기 제1편파를 분리 또는 결합시키기 위한 제1가로막이 상향 돌출된 것이 바람직하다.

상기 제2도파관의 각 개구는 상기 다른 한 쌍의 편파필터링부와 연결되며, 상기 제2도파관의 중앙영역의 하부에는 상기 제2편파의 진행방향을 변경시키는 제2돌출부가 상향 돌출되어 있고, 상기 제2돌출부의 상부에는 상기 제1편파를 분리 또는 결합시키기 위한 제2가로막이 하향 돌출된 것이 바람직하다.

상기 제1 및 제2돌출부는, 상기 제1 및 제2도파관의 길이방향을 따라 길게 형성되며, 상기 제1 및 제2도파관의 내부로 돌출된 직육면체로 형성될 수 있다.

상기 제1 및 제2가로막은, 상기 중앙영역에 상기 제1 및 제2도파관의 가로 폭에 대응되는 폭으로 형성되며, 소정 두께 이하로 형성될 수 있다.

상기 제1혼합관에는 제1편파가 입사 또는 출사되는 제1메인개구가 형성되며; 상기 제1혼합관은, 상기 제1도파관과 연결되는 제1연결관과, 상기 제2도파관과 연결되는 제2연결관을 더 포함할 수 있다.

상기 제1연결관은, 상기 제1도파관의 중앙영역의 상부에 연결되며, 상기 제1혼합관을 향해 소정 각도로 하향 절곡된 것이 바람직하다.

상기 제2연결관은, 상기 제2도파관의 중앙영역의 하부에 연결되며, 상기 제1혼합관을 향해 소정 각도로 상향 절곡된 것이 바람직하다.

상기 제1혼합관의 제1연결관과 제2연결관의 사이에는 상기 제1 및 제2연결관의 길이방향의 가로로 돌출된 제3가로막이 형성될 수 있다.

상기 제1혼합관은 길이방향을 따라 일영역에 상기 제1혼합관의 내측으로 돌출되어 상기 제1혼합관의 폭을 축소시키는 돌출부가 형성될 수 있다.

상기 제2편파가이드는, 한 쌍의 상기 편파필터링부와 연결되며 제2편파의 진행방향을 변경하는 제3도파관; 다른 한 쌍의 상기 편파필터링부와 연결되며, 상기 제3도파관과 평행하게 배치되는 제4도파관; 상기 제3도파관과 상기 제4도파관을 연결하며, 제2편파가 입사 또는 출사되는 제2메인개구를 갖는 제2혼합관;을 포함할 수 있다.

상기 제3도파관의 양측 단부는 상향 개구되어 상기 편파필터링부와 연결되며, 상기 편파필터링부와 관통하는 부분에는 상기 제2편파의 진행방향을 변경하는 제3돌출부가 형성될 수 있다.

상기 제3도파관의 중앙영역에는 상기 제2혼합관을 향해 소정 폭만큼 연장된 제4가로막이 형성될 수 있다.

상기 제3도파관의 양측 단부에는 상기 제3돌출부에 대항되는 면에 소정 각도로 경사진 반사면이 형성될 수 있다.

상기 제4도파관의 양측 단부는 상향 개구되어 상기 편파필터링부와 연결되며, 상기 편파필터링부와 관통하는 부분에는 상기 제2편파의 진행방향을 변경하는 제4돌출부가 형성될 수 있다.

상기 제4도파관의 중앙영역에는 상기 제2혼합관을 향해 소정 폭만큼 연장된 제5가로막이 형성될 수 있다.

상기 제4도파관의 양측 단부에는 상기 제4돌출부에 대항되는 면에 소정 각도 로 경사진 반사면이 형성될 수 있다.

상기 제2혼합관의 상기 제3도파관과 제4도파관의 사이에는 상기 제3 및 제4도파관의 길이방향을 따라 돌출된 제6가로막이 형성될 수 있다.

상기 혼의 상부에 적어도 2개의 개구면을 형성하는 리브가 상기 혼의 상부에 형성될 수 있다.

상기 복수개의 단차의 반대측면에 돌출턱이 형성될 수 있다.

한편, 상기 목적은, 전자파의 진행방향을 따라 테이퍼지도록 형성되는 혼부와, 상기 혼부의 폭이 좁은 일단에 형성된 내측개구에 상기 내측개구의 중앙영역을 향해 돌출형성된 돌출턱을 가지며, 상기 혼부로 입사 또는 출사되는 전자파를 안내하는 복수의 혼이 형성된 제1레이어; 상기 혼과 연결되며, 제1편파를 안내하는 제1편파가이드가 형성된 제2레이어; 상기 혼과 연결되며, 상기 제1편파가이드와 평행하게 배치되어 상기 제1편파와 직각의 방향을 갖는 제2편파를 안내하는 제2편파가이드가 형성된 제3레이어;를 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼선형편파 혼어레이 안테나에 의해서도 달성될 수 있다.

상기 제1레이어와 상기 제2레이어 사이에 위치하며, 상기 돌출턱이 형성된 내측개구와 상기 제1편파가이드를 연결하는 편파필터링부가 형성된 제1중간레이어를 포함할 수 있다.

상기 제1중간레이어에 형성된 편파필터링부의 일측면에는 복수개의 단차가 형성되어 상기 편파필터링부의 폭이 상기 제1편파가이드 측으로 갈수록 좁아지는 것이 바람직하다.

상기 제2레이어에 형성된 제1편파가이드는, 한 쌍의 상기 혼과 연결되는 한 쌍의 개구를 갖는 제1도파관; 다른 한 쌍의 상기 혼과 연결되는 한 쌍의 개구를 가지며, 상기 제1도파관과 평행하게 배치되는 제2도파관; 상기 제1도파관과 상기 제2도파관 사이에 배치되어 상기 제1도파관과 제2도파관을 연결하며, 제1편파가 입사 또는 출사되는 제1메인개구를 갖는 제1혼합관을 포함할 수 있다.

상기 편파필터링부는 상기 제2레이어까지 연장되어 형성되어 상기 제1편파가이드의 개구와 연결될 수 있다.

상기 제1레이어의 상기 제1중간레이어를 향한 면에는, 상기 제1도파관상에 형성되어 상기 제1편파를 분리 또는 결합시키는 제1가로막과, 상기 제2도파관상에 형성된 상기 제1편파의 진행방향을 변경시키는 제2돌출부가 형성될 수 있다.

상기 제1중간레이어에는, 상기 제1편파의 진행방향을 변경시키는 상기 제1도파관의 제1돌출부와, 상기 제1편파를 분리 또는 결합시키는 제2도파관의 제2가로막이 형성될 수 있다.

상기 제2레이어에는, 상기 제1도파관의 중앙영역의 상부에 연결되며, 상기 제1혼합관을 향해 소정 각도로 하향 절곡된 제1연결관; 상기 제2도파관의 중앙영역의 하부에 연결되며, 상기 제1혼합관을 향해 소정 각도로 상향 절곡된 제2연결관; 상기 제1연결관과 제2연결관 사이에 배치되며 제1편파가 입사 또는 출사되는 제1메인개구를 갖는 제1혼합관;이 형성될 수 있다.

상기 제3레이어에 형성된 상기 제2편파가이드는, 한 쌍의 상기 편파필터링부와 연결되며 제2편파의 진행방향을 변경하는 제3도파관; 다른 한 쌍의 상기 편파필 터링부와 연결되며, 상기 제3도파관과 평행하게 배치되는 제4도파관; 상기 제3도파관과 상기 제4도파관을 연결하며, 제2편파가 입사 또는 출사되는 제2메인개구를 갖는 제2혼합관;을 포함할 수 있다.

상기 제2레이어와 상기 제3레이어 사이에는 상기 편파필터링부가 형성된 제2중간레이어가 배치되는 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 듀얼선형편파 혼어레이 안테나는, 전자파를 수신하거나 송신하는 역할을 모두 수행하나, 후술할 실시예에서는 설명의 편의성을 도모하기 위하여, 먼저 전자파를 수신하는 역할을 기준으로 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 각 구성요소에 대해 설명하고, 전자파를 송신하는 역할은 그 이후에 설명하기로 한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1편파는 지구의 적도와 나란한 편파인 H편파(Horizontal Polarization)이고, 제2편파는 지구의 적도와 수직인 V편파(Vertical Polarization)이다.

도 2는 본 발명에 따른 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 정면측 사시도이고, 도 3는 도 2의 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 배면측 사시도이고, 도 7은 본 발명에 따른 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 측단면도이다.

본 듀얼선형편파 혼어레이 안테나(1)는, 전자파가 입사되는 복수의 혼(10)과, 제1편파를 안내하는 제1편파가이드(30)와, 제2편파를 안내하는 제2편파가이드(50)를 포함한다. 여기서, 4개의 혼(10), 제1편파가이드(30) 및 제2편파가이드(50)가 하나의 안테나 단위를 형성한다. 이하에서는 안테나 단위를 기준으로 듀 얼선형편파 혼어레이 안테나(1)에 대해 설명하기로 한다.

4개의 혼(10)은 공간을 향해 개방되어 있고, 혼(10)의 하부에는 제1편파가이드(30)가 형성되고, 제1편파가이드(30)의 하부에는 제2편파가이드(50)가 형성된다. 여기서, 혼(10)과 제1 및 제2편파가이드(30,50)는 전자파가 이동하는 공간이며, 혼(10)과 제1 및 제2편파가이드(30,50)를 형성하기 위한 프레임의 형상은 후술하기로 한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 사시도이고, 도 5는 도 4의 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 투명 사시도이다.

도 4와 도 5를 참조하면, 혼의 상부에 십자형 리브(401)가 설치되어, 혼의 상부에 4개의 작은 개구면이 형성된다. 이와 같이 혼의 상부를 여럿의 개구면으로 나눔으로써, 안테나의 사이드 로브를 줄이고 방사 효율을 높일 수 있다.

도 5에 따른 혼어레이 안테나는 도 22에 예시된 혼이 채용되어 있지만, 도 19에 예시된 혼이나 다른 혼을 채용하더라도 괜찮다.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 5의 혼이 채용된 혼 어레이 안테나의 사시도이다. 도 6를 참조하면, 하나의 안테나 단위에 16개의 개구면이 형성된다.

도 8는 도 2의 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 혼 영역의 사시도, 도 9는 혼의 평면도, 도 10와 도 12는 혼의 단면 사시도, 도 11는 혼의 전면 단면도이다.

혼(10)은 입사면 상에서 상호 직각의 방향을 갖는 제1편파와 제2편파가 입사되도록 전자파를 안내하며, 사각뿔형상으로 형성된 혼부(15)와, 혼부(15)의 일측 단부에 형성된 편파필터링부(20)를 포함한다.

혼부(15)는, 전자파의 진행방향을 따라 테이퍼지도록 형성되며, 전자파의 진행방향을 따라 양단이 개방되어 외측개구와 내측개구가 형성되어 있다. 혼부(15)의 폭이 좁은 일단에 사각형상으로 형성된 내측개구에는 중앙영역으로 돌출한 돌출턱(17)이 형성되어 있으며, 돌출턱(17)은 내측개구의 둘레를 따라 형성된다. 돌출턱(17)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 내측개구를 따라 소정의 폭으로 돌출되어, 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 도 9에서는, 내측개구를 따라서 일정한 폭만큼 돌출됨으로써 사각 형상의 개구를 형성한다.

도 13는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼의 사시도, 도 14는 도 13의 혼의 평면도, 도 15는 도 13의 혼의 측면도, 도 16는 도 13의 혼의 단면 사시도, 도 17는 도 13의 혼의 측단면도이다. 이 도면들을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 혼은 1개이상의 돌출턱(18a, 18b)을 혼의 테이퍼진곳에 가지고 있고, 4개의 개구면을 형성하는 십자형 리브(401)를 가지고 있다. 또한, 편파필터링부(20)의 일측면에는 돌출턱(19)이 형성되어 있어서, 수직편파의 S11 파라미터가 보다 개선되는 효과를 발휘한다.

본 실시예는, 돌출턱을 2개 가지고 있고 4개의 개구면을 형성할 수 있는 십자형 리브를 가지고 있지만 이는 어디까지나 예시적인 것이므로, 돌출턱의 개수나 개구면의 개수는 변경가능하다.

도 18는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼의 사시도이다. 도 18에 따른 혼은, 1개이상의 돌출턱을 혼의 테이퍼진곳에 가지고 있고, 4개의 개구면을 형성하는 십자형 리브(401)를 가지고 있다.

도 19는 본 발명에 따른 혼의 간략한 측단면도, 도 20는 도 19의 혼과 동일한 크기의 외측개구와 동일한 길이를 갖는 혼의 간략한 측단면도, 도 21는 도 19의 혼과 동일한 성능을 갖는 혼의 간략한 측단면도이다.

본 발명과 도 20에 도시된 따른 혼의 길이는 61.0mm이고, 도 21에 도시된 혼의 길이는 71.0mm이다. 그리고 각 혼(10)의 외측개구의 폭은 48.0mm로 동일하다.

이러한 세 개의 혼에 의한 안테나 이득을 위성방송 대역(KU BAND)인 10.7GHz ~ 12.75GHz 중 중심주파수 11.7GHz, 상측파대의 12.75GHz, 하측파대의 10.7GH에서 비교한 결과가 다음의 표 1에 나타나 있다.

	본 발명	도 20	도 21
10.7GHz	14.8[dBi]	14.3[dBi]	14.8[dBi]
11.7GHz	15.8[dBi]	15.1[dBi]	15.8[dBi]
12.7GHz	16.1[dBi]	15.6[dBi]	16.1[dBi]

실험결과에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명의 혼(10)과 도 21에 도시된 혼이 모든 주파수 대역에서 동일한 성능을 나타내고 있음을 알 수 있다. 그러나, 본 발명의 혼(10)과 동일한 길이와 동일한 외부개구의 크기를 갖는 도 20의 혼은 본 발명의 혼(10)에 비해, 10.7GHz 대역에서는 0.5dBi, 11.7GHz 대역에서는 0.7dBi, 12.7GHz대역에서는 0.5dBi만큼 안테나 이득이 작음을 알 수 있다. 일반적으로 안테나 이득의 차가 1dBi인 경우 성능이 33%이 향상된다고 보므로, 본 발명의 혼(10)은 동일한 크기의 종래의 혼에 비해 약 18%의 성능이 향상되었음을 알 수 있다. 그리고 동일한 성능의 혼에 비해서는 10mm 정도 높이를 감소시킬 수 있다.

도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼의 간략한 측단면도이다. 도 22를 참조하면, 혼의 테이퍼진 부분에 내측으로 돌출된 한쌍의 돌출턱이 2개(18a, 18b) 형성되어 있다. 이처럼 돌출턱(18a, 18b)을 적어도 1개 이상 형성시킴으로써 혼 안테나의 성능이 거의 유지하거나 개선되면 혼 안테나의 높이는 줄일 수 있다. 도 22에 따른 혼의 길이와 크기는 앞서의 도 19의 혼의 길이와 크기가 다를 수 있다.

도 23는 도 19의 혼의 S11파라미터를 나타낸 그래프, 도 24는 도 20의 혼의 S11파라미터를 나타낸 그래프, 도 25는 도 21의 혼의 S11파라미터를 나타낸 그래프이다.

S11파라미터는 안테나로부터 방사된 전자파가 다시 안테나로 되돌아오는 정도를 나타내며, 작을수록 좋고, 일반적으로 -10dB 이하를 만족하면 허용할 수 있는 정도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 혼(10)은 11.6GHz에서 S11파라미터가 -40dB이하이므로, S11파라미터가 양호하다고 볼 수 있다. 이러한 결과는, 12.2GHz에서 S11파라미터가 -50dB로 나타난 도 20의 혼과, 약 11GHz에서 -30dB의 S11파라미터를 나타낸 도 21의 혼에 비해서도 양호한 편임을 알 수 있다.

이와 같이, 혼부(15)의 내측개구에 돌출턱(17)을 형성하면, 내측개구의 폭과 외측개구의 폭을 유지한 상태에서 혼부(15)의 길이를 짧게 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 안테나(1)의 이득을 감소시키지 아니한다.

이러한 혼부(15)의 내측개구에 연결된 편파필터링부(20)는, 특정 편파만을 통과시킨다. 제1편파는 편파필터링부(20)를 통과하지 못하여 제1편파가이드(30)로 가이드되며, 제2편파는 편파필터링부(20)의 단차(25)가 있는 영역을 통과하여 제2편파가이드(50)로 가이드된다.

도 26은 도 2의 편파필터링부의 확대 사시도이다. 여기서, 편파필터링부(20)의 포트1은 혼(10)과 연결되고, 포트2는 제1편파가이드(30)와 연결되며, 포트3은 제2편파가이드(50)와 연결된다.

편파필터링부(20)는 내측개구로부터 제2편파가이드(50)까지 연장되며, 편파필터링부(20)의 일측 면에는 내측개구로부터 일정 구간 동안 복수의 단차(25)가 계단형상으로 형성되어 있다. 이러한 단차(25)에 의해 편파필터링부(20)의 폭이 일측방향으로 좁아지게 되고, 편파필터링부(20)를 통과하는 제1편파와 제2편파가 분리되어 각각 제1편파가이드(30)와 제2편파가이드(50)로 제공된다. 편파필터링부(20)의 넓은 폭과 동일한 전계방향을 갖는 제1편파는 제1편파가이드(30)로 제공되고, 편파필터링부(20)의 좁은 폭과 동일한 전계방향을 갖는 제2편파는 편파필터링부(20)를 따라 이동하여 제2편파가이드(50)로 제공된다. 단차(25)의 갯수와 크기 및 길이는 제2편파가이드(50)로 안내되는 제2편파의 주파수에 따라 변경될 수 있다.

한편, 단차(25)의 중앙영역에는 제1편파가이드(30)와 연결되는 통로(27)가 형성되어 있다. 통로(27)로 길이방향을 따라 제1편파가이드(30)로 갈수록 단계적으로 넓어지며, 제1편파가이드(30)로 제공되는 제1편파의 주파수에 따라 통로(27)를 형성하는 단계의 폭과 길이 및 높이가 변경될 수 있다.

도 27 내지 도 29는 도 26의 편파필터링부의 제1편파의 S파라미터를 나타낸 그래프이다. 여기서, 도 27는 포트1의 S11파라미터이고, 도 28는 포트1과 포트2간의 S21파라미터이고, 도 29는 포트1과 포트3간의 S31파라미터이다.

도시된 바와 같이, 제1편파는 S11파라미터는 약 10.7GHz에서 약 -24dB이며, S21파라미터는 S11파라미터와 동일한 주파수대역에서 높게 나타나고 있다. 즉, 제1편파가 제1포트에서 입력되어 제2포트로 입력되고 있음을 알 수 있다.

도 30 내지 도 32는 도 26의 편파필터링부의 제2편파의 S파라미터를 나타낸 그래프이다. 여기서, 도 30는 포트1의 S11파라미터이고, 도 31는 포트1과 포트2간의 S21파라미터이고, 도 29는 포트1과 포트3간의 S31파라미터이다.

도시된 바와 같이, 제2편파는 S11파라미터는 주파수대역이 높을수록 작아지고 있으며 위성방송의 전영역에 걸쳐 -10dB 이하이다. 그리고, S31파라미터는 주파수대역이 높을수록 커지고 있다. 즉, 제2편파가 제1포트에서 입력되어 제3포트로 입력되고 있음을 알 수 있다.

도 33는 도 2의 제1편파가이드의 사시도, 도 34는 도 33의 제1편파가이드의 투시도, 도 35는 도 33의 제1편파가이드의 평면도, 도 36는 도 33의 제1편파가이드의 측면도이며, 도 37는 편파필터링부(20)가 결합된 상태의 제1편파가이드의 사시도이고, 도 38는 제2도파관과 제2연결관의 투명 사시도이다.

제1편파가이드(30)는, 4개의 혼(10)으로 입사된 제1편파를 안내하여 제1메인개구(46)로 출사하며, 도 33에 도시된 바와 같이, 제1편파가이드(30)는 4개의 편파필터링부(20)에 연결되는 4개의 개구(A, B, C, D)를 갖는다.

제1편파가이드(30)는, 한 쌍의 개구를 갖는 제1도파관(35)과, 한 쌍의 개구를 가지며 제1도파관(35)과 평행하게 배치되는 제2도파관(40)과, 제1도파관(35)과 제2도파관(40)을 연결하며 제1편파를 출사시키는 제1혼합관(45)을 포함한다.

제1도파관(35)과 제2도파관(40)은 그 양단부에 각각 개구가 형성되며, 각 개구는 편파필터링부(20)의 통로(27)와 연결된다. 즉, 하나의 제1편파가이드(30)는 4개의 편파필터링부(20)와 연결되고, 4개의 혼부(15)로 입사된 제1편파를 제공받는다.

제1도파관(35)에는, 길이방향을 따라 중앙영역에 제1돌출부(36)와, 양 개구로부터의 제1편파를 결합시키기 위한 제1가로막(37)이 형성되어 있다. 제1돌출부(36)는 제1도파관(35)의 상부영역에 형성되며, 제1도파관(35)의 길이방향을 따라 긴 직육면체 형상으로 형성된다. 제1편파의 방향을 도 36를 참조하여 설명하면, 제1도파관(35)에 입사되는 제1편파는 개구의 가로방향의 성분을 가지며, 제1돌출부(36)에 의해 진행방향이 변환되어 제1연결관에 들어간 제1편파는 상하방향의 성분을 가지게 된다.

제1가로막(37)은, 도 34와 도 36에 도시된 바와 같이, 제1돌출부(36)에 대응되는 위치에 제1도파관(35)의 하부면으로부터 상향 돌출되어 제1돌출부(36)의 하부까지 연장 형성된다. 제1가로막(37)의 폭은 개구의 폭과 거의 동일하며, 그 두께는 소정 이하로 얇게 형성된다.

이러한 제1도파관(35)에서는, 도 36에 도시된 바와 같이, 양 개구로부터 이동된 각 제1편파는 제1가로막(37)에 도달하여 합쳐지고, 제1돌출부(36)를 만나 진행방향이 바뀐 다음, 제1혼합관(45)을 향해 이동된다.

제2도파관(40)은, 제1도파관(35)이 상하방향으로 뒤집힌 형상으로 형성된다. 제2도파관(40)의 중앙영역에도 제2돌출부(41)와, 양 개구로부터의 제1편파를 결합시키기 위한 제2가로막(42)이 형성되어 있다. 그러나, 제1도파관(35)과는 달리, 제2돌출부(41)는 제2도파관(40)의 하부영역에 형성되고, 제2가로막(42)은 제2도파관(40)의 상부영역에 형성된다. 이와 같이, 제1도파관(35)과 제2도파관(40)의 구조를 각각 상하가 바뀌도록 배치함으로써, 제1도파관(35)으로부터의 제1편파와 제2도파관(40)으로부터의 제1편파의 위상이 반대가 되는 것을 방지하여, 제1도파관(35)으로부터의 제1편파와 제2도파관(40)으로부터의 제1편파가 상쇄되는 것을 방지할 수 있다.

제2도파관(40)으로 입사된 제1편파는, 도 36에 도시된 바와 같이, 제2도파관(40)의 상부에 위치한 제2가로막(42)에서 합쳐지고, 제2돌출부(41)에 의해 진행방향이 변환된 다음, 제1혼합관(45)을 향해 이동된다.

이러한 제1도파관(35)과 제2도파관(40)으로 입사되는 제1편파의 주파수에 따라서, 제1 및 제2가로막(37,42)의 두께 및 길이와, 제1 및 제2돌출부(36,41)의 두께 및 길이가 변경될 수 있다.

제1혼합관(45)은, 제1도파관(35)과 연결되는 제1연결관(48)과, 제2도파관(40)과 연결되는 제2연결관(49)을 포함하며, 제1연결관(48)과 제2연결관(49)으로부터의 제1편파가 출사되는 제1메인개구(46)를 갖는다.

제1연결관(48)은 제1도파관(35)의 중앙영역의 상부에 연결되며, 제1도파관(35)과 평행하게 연장된 다음 제1혼합관(45)의 제3가로막(47)이 형성된 방향을 향해 소정 각도로 하향 절곡된다. 제2연결관(49)은, 제2도파관(40)의 중앙영역의 하부에 연결되며, 제2도파관(40)과 평행하게 연장된 다음 제1혼합관(45)의 제3가로막(47)이 형성된 방향을 향해 소정 각도로 상향 절곡된다.

제1혼합관(45)은 제1연결관(48)과 제2연결관(49)의 길이방향의 가로로 형성되며, 제1 및 제2연결관(48,49)에 인접한 일단부에는 제1혼합관(45)의 길이방향을 따라 돌출된 제3가로막(47)이 형성되어 있다. 그리고 제1혼합관(45)의 길이방향을 따라 일영역에는 제1혼합관(45)의 양측벽으로부터 내측으로 돌출되어 제1혼합관(45)의 폭을 축소시키는 한 쌍의 제5돌출부(44)가 형성되어 있다. 이러한 제1혼합관(45)에 도달한 제1연결관(48)과 제2연결관(49)으로부터의 제1편파는 제3가로막(47)에서 합쳐져 제1메인개구(46)로 출사된다.

한편, 제3가로막(37)과 한 쌍의 제5돌출부(44)의 길이와 두께에 따라, 제1혼합관(45)에 입사되는 신호의 중심 주파수가 결정된다. 즉, 제3가로막(37)과 한 쌍의 제5돌출부(44)의 길이와 두께를 조절하면, 제1혼합관(45)에 입사되는 신호의 중심 주파수를 이동시킬 수 있다. 그리고 한 쌍의 제5돌출부(44)의 유무에 따라 제1혼합관(45)의 성능이 좌우된다.

이제, 도 39 내지 도 42를 참조하여 본원 발명의 일 실시예에 따른 혼합관을 설명한다. 한편, 설명의 편의상 PORT 2-3 통로는 도 39, 도 40, 도 41, 도 42 에서의 PORT 2와 PORT 3가 서로 마주하여 형성하고 있는 통로를 의미하고, PORT 1 통로는 도 39, 도 40, 도 41에서의 PORT 1부터 PORT 2-3 통로와 만나기 까지의 통로를 의미하는 것으로 사용한다.

도 39는 본 발명에 따른 제1혼합관을 간략하게 도시한 사시도이고, 도 40는 제1혼합관에서 한 쌍의 제5돌출부를 제거한 상태의 사시도이다.

도 39를 참조하면, 한 쌍의 제5돌출부(44)가 PORT 1 통로의 길이 방향을 따라 일부 영역에서 제1혼합관(45)의 내측으로 돌출되어 있고, 제1혼합관(45)의 PORT 1 통로의 좌우 폭(도 39의 PORT 1 통로의 장변(張邊)의 폭)이 감소되도록 형성되어 있다.

도 43는 도 39의 제1혼합관의 S11파라미터를 보인 그래프이고, 도 44는 도 40의 제1혼합관의 S11파라미터를 보인 그래프이다. 여기서, 제1연결관(48) 및 제2연결관(49)에 연결되는 측을 각각 포트2와 포트3으로 하고, 제1메인개구(46)를 포트1로 설정한다.

도 43에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1혼합관(45)은 11.75GHz 대역에서 S11파라미터가 약 -29dB로 나타났다. 이는 포트1을 통해 입사되거나 출사되는 전자파의 반사가 적다는 것을 나타낸다. 그러나, 도 44에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제5돌출부(44)가 제거된 제1혼합관은 동일 주파수 대역에서 S11파라미터가 약 -18dB로 나타났다. 이는 제5돌출부(44)가 제1혼합관(45)의 성능을 향상시킴을 알 수 있다.

도 41는 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼합관을 간략하게 도시한 사시도이고, 도 42는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 혼합관을 간략하게 도시한 사시도이며, 도 45는 도 41의 S11파라미터를 보인 그래프이고, 도 46는 도 45의 S11파라미터를 보인 그래프이다.

도 41를 참조하면, 한 쌍의 제6돌출부(51)가 PORT 1 통로의 길이 방향을 따라 일부 영역에 혼합관의 내측으로 돌출되어 있고, 혼합관의 상하의 폭(도 41의 PORT 1 통로의 단변(短邊))의 폭)이 감소되도록 형성되어 있다. 또한, 한 쌍의 홈부(52)가 PORT 2-3 통로의 길이방향으로 형성되어 있고, 특히 가로막(47)과 인접하여 나란하게 외측으로 오목하게 형성되어 있다. 도 45를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도 41의 혼합관은 11.75GHz 대역에서 S11파라미터가 약 -32dB로 나타났다.

도 42를 참조하면, PORT 2-3 통로의 일부 영역에 제7돌출부(54a, 54b)가 존재한다. 제7돌출부(54a)는, PORT 2-3 통로의 일 영역에 혼합관의 내측으로 돌출 형성되어 있고, 특히 PORT 2-3 통로의 단변 방향을 감소시키는 방향으로 형성되어 있다. 한편, 다른 한쌍의 제7돌출부(54b)는, PORT 1 통로와 PORT 2-3 통로가 만나는 부분과 인접한 부분에 혼합관의 내측으로 돌출 형성되어 있으며, 특히 PORT 2-3 통로의 단변 방향을 감소시키는 방향으로 형성되어 있다.

이상에서 예시하여 설명한 도 39, 도 41, 또는 도 42의 혼합관은 한쪽 포트(PORT 1)로 입사된 전파를 양쪽(PORT 2, PORT3)으로 분배하거나, 양쪽 포트(PORT 2, PORT 3)에서 입사된 전파를 다른쪽 포트(PORT 1)으로 모아주는 기능을 한다. 따라서, 도 39, 도 41, 및 도 42에 따른 혼합관은, 임의의 안테나에, 2개의 파를 입사받아서 하나로 모으거나, 하나의 파를 입사받아서 두개로 나누는 기능블록으로서 사용가능하다.

도 47와 도 48는 도 2의 제2편파가이드(50)의 사시도이고, 도 49는 도 2의 제2편파가이드(50)의 단면 사시도이고, 도 50는 종래의 제2편파가이드의 사시도이다.

제2편파가이드(50)는, 제1편파가이드(30)와 평행하게 배치되며, 편파필터링부(20)를 통해 전달된 제2편파를 제공받아 출사한다.

제2편파가이드(50)는, 제2편파의 진행방향을 변경하는 제3도파관(55)과, 제3도파관(55)과 평행하게 배치되는 제4도파관(60)과, 제3도파관(55)과 상기 제4도파관(60)을 연결하며 제2편파가 출사되는 제2메인개구(66)를 갖는 제2혼합관(65)을 포함한다.

제3도파관(55)과 제4도파관(60)의 양측 단부는 상향 개구되어 각각 편파필터링부(20)와 연결되며, 제3도파관(55)과 제4도파관(60)은 각각 제1 및 제2도파관(35,40)과 직각으로 배치된다. 즉, 제3도파관(55)과 제4도파관(60)은 각각 제1도파관(35)과 제2도파관(40)을 연결하는 방향으로 배치된다.

제3도파관(55)의 양측 단부에는 편파필터링부(20)와 관통하는 영역에 제3돌출부(56)가 형성되어 있다. 제3돌출부(56)는 제3도파관(55)의 길이방향을 따라 긴 직육면체 형상으로 형성되며, 제3도파관(55)의 바닥면으로부터 상향 돌출 형성된다. 편파필터링부(20)의 좁은 폭을 따라 전계방향을 갖는 제2편파는, 제3돌출부(56)를 만나면 진행방향이 변환된다.

이러한 제3돌출부(56)에 대항되는 면은 소정 각도로 경사진 반사면(57)으로 형성되어 있다. 제3돌출부(56)에서 진행방향이 변환된 제2편파는 반사면(57)에서 반사된다.

제3도파관(55)의 중앙영역에는 제2혼합관(65)을 향해 길이방향의 가로로 소정 폭만큼 연장된 제4가로막(58)이 형성되어 있다. 제3도파관(55)의 양단부에서 반사면(57)에 의해 반사된 각 제2편파는 제4가로막(58)에서 만나 합쳐진 다음, 제2혼합관(65)을 향해 진행하게 된다.

제4도파관(60)은 제3도파관(55)과 동일한 형상으로 형성된다. 즉, 제4도파관(60)의 양측 단부에도 편파필터링부(20)와 관통하는 영역에 제4돌출부(61)가 형성되어 있다. 그리고 제4도파관(60)의 제4돌출부(61)에 대항되는 면은 소정 각도로 경사진 반사면(62)이 형성되어 있고, 제4도파관(60)의 중앙영역에는 제4도파관(60)의 길이방향의 가로로 소정 폭만큼 연장된 제5가로막(63)이 형성되어 있다.

이러한 제4도파관(60)으로 입사된 제2편파는 제4돌출부(61)에 의해 진행방향이 변환되고, 반사면(62)에 반사되어 제5가로막(63)으로 진행한다. 제4도파관(60)의 양 단부로부터의 제2편파는 제5가로막(63)에서 만나 제2혼합관(65)을 향해 진행하게 된다. 여기서, 제4 및 제5가로막(58,63) 두께와 길이 및 반사면(57,62)의 폭과 높이에 따라, 제2편파가이드(50)의 입사 및 출사되는 제2편파의 주파수를 조절할 수 있다.

도 51와 도 52는 본 발명에 따른 제1편파가이드와 제2편파가이드가 결합된 상태를 다른 각도에서 본 사시도이다.

도 51와 도 52에 도시된 바와 같이 제1편파가이드와 제2편파가이드는 서로 수직하여 결합된다.

도 53는 제3 및 제4도파관의 양단부와, 편파필터링부와의 결합영역을 나타낸 사시도이다.

도시된 바와 같이, 편파필터링부(20)는 직사각형의 통로로 형성되며, 제2편파는 편파필터링부(20)의 좁은 폭을 따라 전계방향이 형성된다. 편파필터링부(20)에 연결된 제3 및 제4도파관(60)의 단부영역은 상하방향으로 좁은 직사각형 형상으로 형성되며, 이에 따라, 제2편파가 제3 및 제4돌출부(56,61)를 만나면 상하방향으로 전계방향이 변환된다. 또한, 진행방향도 90°전환된다. 이러한 이유로 본원 명세서에서는, 도 53의 부분을 전파 벤딩부라고도 언급한다.

한편, 제2혼합관(65)은 제3도파관(55)과 제4도파관(60) 사이에 제3 및 제4도파관(55,60)과 평행하게 형성되며, 제1혼합관(45)과 직각을 이루도록 형성된다. 따라서, 제2혼합관(65)의 일단부에 형성된 제2메인개구(66)는 제1메인개구(46)와 직각을 이루게 된다. 이러한 제2혼합관(65)의 제2메인개구(66)에 대항되는 단부에는 제3 및 제4도파관(55,60)의 길이방향을 따라 돌출된 제6가로막(67)이 형성되어 있으며, 제3 및 제4도파관(55,60)으로부터의 제2편파는 제6가로막(67)에서 만나 혼합된 다음 제2메인개구(66)를 향해 진행하여 출사된다.

이러한 제2혼합관(65)은, 제1혼합관(45)과 마찬가지로, 제6가로막(67)과 한 쌍의 돌출부(64)의 길이와 두께의 조절에 따라, 입사 및 출사되는 신호의 주파수 대역을 변경할 수 있다. 또한, 제2편파가이드(50)에도 돌출부(64)가 형성되어 있어서, 도 43에 도시된 S11파라미터에서 볼 수 있는 바와 마찬가지로, 안테나의 성능을 향상시킨다.

한편, 도 50에 도시된 바와 같이 종래의 제2편파가이드는 높이에 비해 가로폭이 좁게 형성되었다. 즉, 제2편파가이드의 높이가 비교적 높게 형성되어 있다. 반면, 도 47에 도시된 본 발명에 따른 제2편파가이드(50)는, 가로 폭에 비해 높이를 낮게 형성하고 있다. 이렇게 형성할 경우, 본 제2편파가이드(50)는 종래에 비해 약 50%의 높이를 갖게 된다. 이에 따라, 제2편파가이드(50)의 높이를 낮출 수 있을 뿐만 아니라, 전체적으로 안테나(1)의 크기를 소형화할 수 있게 된다.

도 54는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자계와 전계의 진행방향을 90°전환시킬 수 있는 전파 벤딩부를 다양한 방향에서 나타낸 투명 사시도들이고, 도 55는 도 54의 전파 벤딩부를 설명하기 위한 참고도이며, 도 57는 도 54의 S11파라미터를 보인 그래프이다.

도 54의 전파 벤딩부는 제3 및 제4도파관의 양단부와, 편파필터링부와의 결합영역에 사용될 수 있다. 또한, 전계와 자계를 모두 90°방향 전환시키고자 하는 경우에 사용가능하다. 도 57을 참조하면, 도 54의 전파 벤딩부는 S11파라미터가 양호하다.

도 55와 같은 구조는 전계를 90° 방향전환 시킬 수 있고, 도 56와 같은 구조는 자계를 90°방향전환시킬 수 있다. 도 54를 참조하면, 도 55의 구조와 도 56의 구조가 모두 포함되어 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 전계와 자계를 모두 90° 방향전환시킬 수 있다.

상술한 구성에 의한 듀얼선형편파 혼어레이 안테나(1)에서 제1편파와 제2편파가 분리되어 수신되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 혼(10)을 통해 전자파가 입사되면, 전자파는 혼부(15)를 따라 안내된 다음, 돌출턱(17)을 거쳐 편파필터링부(20)로 제공된다. 편파필터링부(20)는 복수의 단차(25)에 의해 일측의 폭이 점차 좁아지며, 이에 따라, 편파필터링부(20)의 긴 폭과 동일한 전계방향을 갖는 제1편파는 편파필터링부(20)를 통과하지 못하고 편파필터링부(20)의 제1편파가이드(30)를 향한 개구를 통해 제1편파가이드(30)로 입사된다. 그리고, 편파필터링부(20)의 짧은 폭과 동일한 전계방향을 갖는 제2편파는 편파필터링부(20)를 따라 하향 이동하여 제2편파가이드(50)로 입사된다.

4개의 혼(10)을 통해 입사된 전자파 중 제1편파는 제1편파가이드(30)의 제1 및 제2도파관(35,40)의 각 개구로 입사된다. 제1도파관(35)에서는 각 개구로 입사된 제1편파가 제1가로막(37)에서 만나 합쳐진 다음, 제1돌출부(36)에서 전계방향이 상하방향으로 변경된다. 제2도파관(40)에서는 각 개구로 입사된 제1편파가 제2가로막(42)에서 합쳐진 다음, 제2돌출부(41)에서 전계방향이 상하방향으로 변경된다. 제1도파관(35) 및 제2도파관(40)으로부터의 제1편파는 제1 및 제2연결관(48,49)을 통해 이동되어 제1혼합관(45)으로 안내된다. 제1혼합관(45)에서는 제1도파관(35) 및 제2도파관(40)으로부터의 제1편파가 제3가로막(47)에서 만나 합쳐진 다음 제1메인개구(46)로 출사된다.

한편, 편파필터링부(20)를 통해 제2편파가이드(50)로 안내된 제2편파는, 편파필터링부(20)의 좁은 폭과 동일한 전계방향을 갖는다. 제2편파는 각각 제3 및 제4도파관(55,60)에 형성된 제3 및 제4돌출부(56,61)를 만나서 진행방향이 변환된다. 제2편파는 제3 및 제4도파관(55,60)의 반사면(57,62)에서 반사되어 제4 및 제5가로막(58,63)으로 이동하며, 제4 및 제5가로막(58,63)에서 합쳐진 다음, 제2혼합관(65)으로 이동한다. 제2혼합관(65)의 제6가로막(67)에서는 제3 및 제4도파관(55,60)으로부터의 제2편파가 합쳐지며, 합쳐진 제2편파는 제2혼합관(65)의 제2메인개구(66)를 통해 출사된다.

한편, 듀얼선형편파 혼어레이 안테나(1)에서 제1편파와 제2편파가 송신되는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

제2메인개구(66)를 통해 제2혼합관(65)으로 입사된 제2편파는 제6가로막(67)에서 분리되어 제3 및 제4도파관(55,60)으로 안내된다. 제3 및 제4도파관(55,60)에서는 각각 제4 및 제5가로막(58,63)에 의해 제2편파가 다시 한번 분리되고, 분리된 편파는 반사면(57,62)에서 반사되어 각각 제3 및 제4돌출부(56,61)로 제공된다. 제2편파는, 제3 및 제4돌출부(56,61)에서 진행방향이 편파필터링부(20)쪽으로 변경되고, 편파필터링부(20)를 통해서 상승한다.

한편, 제1메인개구(46)를 통해 제1혼합관(45)으로 입사된 제1편파는, 제3가로막(47)에서 분리되고, 각각 제1 및 제2연결관(48,49)을 통해 제1 및 제2도파관(35,40)으로 전달된다. 제1 및 제2도파관(35,40)에서는 제1 및 제2돌출부(36,41)에서 제1편파의 진행방향이 변경되고, 제1 및 제2가로막(37,42)에 의해 각 개구로 제1편파가 진행된다. 각 개구를 통해 각 편파필터링부(20)로 출사된 제1편파는 제2편파가이드(50)로부터의 제2편파와 합쳐져 혼부(15)를 통해 공중으로 방사된다.

이러한 듀얼선형편파 혼어레이 안테나(1)를 제작하기 위한 구성을 안테나 단위로 살펴보면 다음과 같다.

도 58은 본 발명에 따른 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 각 레이어 분해사시도이고, 도 59는 본 발명에 따른 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 제1레이어의 사시도, 도 60는 제1레이어의 평면도, 도 61는 제1레이어의 배면도이다.

본 듀얼선형편파 혼어레이 안테나는, 제1레이어(100), 제1중간레이어(150), 제2레이어(200), 제2중간레이어(250), 제3레이어(300)로 이루어진다.

제1레이어(100)에는 혼(10)의 혼부(15)와 돌출턱(17)이 형성되어 있다. 이에 따라, 제1레이어(100)의 정면에는 혼부(15)가 형성되고, 제1레이어(100)의 배면에는 내측개구가 형성된다.

도 62는 제1중간레이어의 사시도, 도 63는 제1중간레이어의 평면도, 도 64는 제1중간레이어의 배면도이다.

제1중간레이어(150)는 제1레이어(100)에 형성된 내측개구와 연결되는 편파필터링부(20)가 형성되고, 편파필터링부(20)는 제1중간레이어(150)의 각 모서리에 인접한 영역을 관통하여 형성된다. 그리고 제1중간레이어(150)의 배면에는 제1편파가이드(30)의 제1도파관(35), 제2도파관(40), 제1혼합관(45)의 상측 일부분이 형성되며, 제1도파관(35)의 제1돌출부(36), 제2도파관(40)의 제2가로막(42), 제1혼합관(45)의 제3가로막(47)의 일부분이 형성되어 있다.

도 65는 제2레이어의 사시도, 도 66는 제2레이어의 평면도, 도 67는 제2레이어의 배면도이다.

제2레이어(200)는 제1편파가이드(30)의 하부영역과, 편파필터링부(20)가 형성된다. 즉, 제2레이어(200)에는 제1도파관(35)의 제1가로막(37), 제2도파관(40)의 제2돌출부(41), 제1혼합관(45)의 제3가로막(47)의 나머지부분이 형성되어 있다. 그리고 제1편파가이드(30)의 제1 및 제2도파관(35,40)의 각 개구에는 편파필터링부(20)가 형성되어 있고, 편파필터링부(20)는 제2레이어(200)를 관통하여 형성된다. 이에 따라, 제2레이어(200)의 배면에는 편파필터링부(20)만이 형성된다.

도 68는 제2중간레이어의 사시도, 도 69는 제2중간레이어의 배면도이다.

제2중간레이어(250)에는 편파필터링부(20)가 관통하여 형성되며, 제2중간레이어(250)의 배면에는 제2편파가이드(50)의 상측 일부영역이 형성된다. 제2중간레이어(250)의 배면에는 제3 및 제4도파관(55,60)의 제4 및 제5가로막(58,63)과, 제2혼합관(65)의 제6가로막(67)이 형성된다.

도 70는 제3레이어의 사시도이고, 도 71은 제3레이어의 평면도이다.

제3레이어(300)에는 제2편파가이드(50)의 하측 영역이 형성된다. 제3레이어(300)는 제2중간레이어(250)와 함께 제2편파가이드(50)를 형성하며, 제3 및 제4도파관(55,60), 제2혼합관(65)이 형성되어 있다. 그리고 제4 및 제5가로막(58,63)과, 제6가로막(67)과 함께, 제3 및 제4돌출부(56,61)가 형성되어 있다.

한편, 상술한 실시예에서는 4개의 혼으로 이루어진 안테나 단위를 기준으로 본 발명에 따른 혼어레이 안테나를 설명하였다. 일반적으로 혼어레이 안테나는 안테나 이득이 27dB이상인 것이 바람직하며, 31dB이상이면 성능이 양호하다. 이러한 성능을 갖기 위해, 하나의 안테나 단위로 이루어진 혼어레이 안테나를 구성할 수도 있으나, 일반적으로 혼어레이 안테나는 가로와 세로로 4개의 안테나 단위가 배치되된다. 즉, 총 16개의 안테나 단위가 하나의 혼어레이 안테나를 구성하게 된다. 상술한 본 발명에 따라 혼어레이 안테나를 구성할 경우, 윗면적이 390mm*390mm가 되고, 높이는 61mm정도가 된다.

다음의 표 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 하나의 안테나 단위로 이루어진 혼어레이 안테나의 안테나 이득을 나타내고 있다.

	10.7GHz	11.7GHz	12.7GHz
제1편파	20.6dBi	21.3dBi	21.4dBi
제2편파	20.5dBi	21.2dBi	21.3dBi

제1편파가이드(30)의 안테나 이득은, 제1메인개구(46)를 통해 전자파가 입사하여 혼부(15)를 통해 출사되는 경우의 안테나 이득으로서, 위성방송의 각 주파수대역에서 20dBi이상의 안테나 이득을 보이고 있다. 제2편파가이드(50)의 안테나 이득은 제2메인개구(66)를 통해 전자파가 입사하여 혼부(15)를 통해 출사되는 경우의 안테나 이득으로서, 제1편파가이드(30)와 마찬가지로, 위성방송의 각 주파수대역에서 20dBi이상의 안테나 이득을 보이고 있다.

다음의 표 3은 16개의 안테나 단위로 이루어진 혼어레이 안테나의 안테나 이득을 나타내고 있다.

	10.7GHz	11.7GHz	12.7GHz
제1편파	33.0dBi	33.7dBi	34.0dBi
제2편파	33.0dBi	33.6dBi	33.9dBi

제1편파가이드(30)의 안테나 이득은, 위성방송의 각 주파수대역에서 33dBi 이상이며, 제2편파가이드(50)의 안테나 이득도, 위성방송의 각 주파수대역에서 33dBi 이상이다.

표 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 단위를 이용하여 구성한 혼어레이 안테나는, 우수한 안테나 성능을 가짐을 알 수 있다.

도 72는 본 발명에 따른 듀얼선형편파 혼어레이 안테나의 S11계수를 보인 그래프이다. 도시된 바와 같이, 전자파가 방사되는 혼(10)에서의 S11계수 그래프에 따르면, 약 11.4GHz의 중심주파수를 중심으로 동작주파수가 형성되며, -10dB 이하의 S11계수를 갖는 동작주파수가 10GHz 내지 13GHz에 이른다. 즉, 본 듀얼선형편파 혼어레이 안테나(1)는, 위성방송의 주파수 대역인 10.7GHz 내지 12.75GHz 대역에서 동작하며, 동작주파수 대역에서의 S11도 -10dB 이하이므로 특성이 우수함을 알 수 있다.

이러한 듀얼선형편파 혼어레이 안테나(1)는, 혼(10)에 돌출턱(17)을 형성함에 따라 안테나(1)의 효율을 유지시킨 상태에서 혼(10)의 높이를 축소할 수 있다. 또한, 제2편파가이드(50)를 가로폭을 높이보다 넓게 형성함으로써, 제2편파가이드(50)의 높이를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전체적으로 듀얼선형편파 혼어레이 안테나(1)의 크기를 소형화할 수 있다. 또한, 크기를 축소시켰음에도 불구하고, 표 3에 나타난 바와 같이, 혼어레이 안테나의 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.

이상에서 제1편파와 제2편파는 전계를 기준으로 설명하였지만, 자계에도 적용될 수 있다. 또한, 본원의 일 실시예에 따른 혼(10), 제1편파가이드(30), 제2편파가이드(50)를 제작하기 위한 구성으로서 도시된 도 58 내지 도 20에 도시된 실시예는, 어디까지나 예시적인 것이다. 필요에 따라서 사출성형과 같은 방법으로 혼(10), 제1편파가이드(30), 제2편파가이드(50) 중 적어도 2개 이상을 한번에 제작할 수 도 있을 것이다. 본원의 일 실시예에 따른 혼(10), 제1편파가이드(30), 제2편파가이드(50)를 제작함에 있어서, 도 58내지 도 71에 도시된 레이어의 개수에 한정되지 아니한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 안테나의 성능을 향상시키고, 안테나의 크기를 축소시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (36)

1. 듀얼선형편파 혼어레이 안테나로서,

   서로 수직인 제1편파와 제2편파를 수신하는 혼부; 및

   상기 혼부와 연결되며, 상기 혼부가 수신한 2개의 편파들을 서로 분리하는 편파필터링부;를 포함하며,

   상기 혼부는 양 단이 개구인 통형상이고,

   상기 개구 각각은 정사각형이며,

   상기 양 단 중 일단의 폭은 상기 양 단 중 타단의 폭보다 좁고,

   상기 폭이 좁은 일단에는 상기 일단의 중심방향으로 돌출형성되는 돌출턱이 형성되며, 그리고

   상기 편파필터링부는 4개의 측면을 가지고 양 단이 개구인 통형상이고,

   상기 편파필터링부의 양 단 중 일단은 상기 혼부와 연결되어 상기 혼부로부터 상기 제1편파와 상기 제2편파를 수신하고, 상기 편파필터링부의 양 단 중 타단은 상기 제2 편파를 출사하며,

   상기 4개의 측면 중 하나의 측면에는 상기 편파필터링부의 중심방향으로 돌출되는 단차를 포함하며,

   상기 단차가 형성된 측면의 중앙에는 제1편파를 출사하는 통로가 형성된 것을 특징으로 하는 듀얼선형편파 혼어레이 안테나.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 편파필터링부의 단차는 복수개이며, 이들 복수개의 단차는 돌출의 정도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 듀얼선형편파 혼어레이 안테나.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 복수개의 단차의 반대측면에 돌출턱이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 듀얼선형편파 혼어레이 안테나.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 편파필터링부의 복수개의 단차는 그 돌출의 정도가 상기 편파필터링부의 양 단 중 필터링되지 않은 편파를 출사하는 단으로 갈수록 더 커지는 것을 특징으로 하는 듀얼선형편파 혼어레이 안테나.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1편파를 출사하는 상기 편파필터링부의 단차가 형성된 측면의 중앙에형성된 개구와 연결되어 제1편파를 안내하는 제1편파가이드; 및

   상기 제2편파를 출사하는 상기 편파필터링부의 양단 중 타단과 연결되어 제2편파를 안내하는 제2편파가이드;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 듀얼선형편파 혼어레이 안테나.
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