KR100833174B1 - 광대역 위상배열 안테나용 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나모듈 및 상기 안테나 모듈이 장착된 위상배열 안테나 - Google Patents

광대역 위상배열 안테나용 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나모듈 및 상기 안테나 모듈이 장착된 위상배열 안테나 Download PDF

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소준호
신진우
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Abstract

본 발명은 C, X, Ku밴드의 주파수대역에서 동작하는 광대역 위상배열 안테나인 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈에 관한 것이다. 본 발명에 따른 위상배열 안테나는 전자파 특성 및 견고성을 증대시킬 수 있으며, 안테나 또는 모듈의 수가 많은 위상배열 안테나의 조립 및 운용 시 교체성을 향상할 수 있다. 또한, 위상배열 안테나 뒤에 연결되는 송수신 모듈의 선택에 따라 선형편파, 원형편파 또는 편파가 서로 교차하는 각각 한쌍의 송신안테나와 수신안테나로도 사용할 수 있으며, 모듈 조립구조를 강화하기 위한 구조의 개발을 통해 안테나 모듈의 조립특성을 강화할 수 있다.
광대역, 위상배열 안테나, 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈

Description

광대역 위상배열 안테나용 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈 및 상기 안테나 모듈이 장착된 위상배열 안테나{Ridged Tapered Slot Antenna Module for Wideband Phased Array Antenna And The Wideband Phased Array Antenna Including The Ridged Tapered Slot Antenna Module}
도 1은 종래의 위상배열 안테나의 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 위상배열 안테나의 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈의 평면도와 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈의 분해 사시도.
도 5는 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트 및 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트의 확대 사시도.
도 6는 안테나 모듈을 고정하기 위해 고정볼트와 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈의 위치관계를 도시하는 평면도와 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈과 MPO 커넥터의 연결관계를 도시하는 사시도.
<발명의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트
12,22: 슬롯
14,24: 안착홈
19: 삽입부
20: 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트
29: 가이드홈
30: 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈
40: 동축 케이블 커버
42: 걸림턱
60: MPO 커넥터
63: MPO 커넥터 삽입부
70: 동축 케이블
130: 고정볼트
133: 접시머리 십자형 볼트
135: 사각 평와셔
140: 모듈 설치판
본 발명은 C, X, Ku밴드의 주파수대역에서 동작하는 광대역 위상배열 안테나용 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈에 관한 것이다.
위상배열 안테나는 위상배열 시스템에 사용되는 안테나로서, 안테나를 회전 및 경사시켜 전자파 빔의 형성과 전파 방향을 조정하는 기존의 기계적인 안테나 대신 전자적으로 위상을 조정할 수 있는 다수의 안테나 배열을 조합시켜서 전방위에 대하여 기계적인 구동 장치가 없이 전파빔을 조정함으로써 물체의 탐지와 추적이 가능한 신개념의 안테나 시스템이다.
위상 배열 안테나는 안테나 빔을 조합하고 조향시키기 위하여 안테나를 움직이지 않고 배열 조합내의 각각 배열 안테나의 출력에 대한 상대적인 위상을 조정하여 배열 안테나 출력의 시간지연을 유도함으로써, 전체 안테나시스템의 전파방사 패턴과 빔의 전파 방향을 결정하게 된다.
광범위한 영역을 빔 조향하기 위한 위상배열 안테나를 구성하는 각 안테나의 개구면은 사용주파수 대역에서 가장 높은 주파수 대역인 Ku밴드의 파장에 의해 제한된다. 그러므로 기존의 다중 기판으로 구성된 기판형태의 비발디 안테나를 사용할 경우, 개구면 크기가 작아지게 되고, 급전부인 스트립라인에서 양쪽 기판의 이중 슬롯라인(Bilateral slot line)의 결합을 좋게 하기 위해 두께가 얇아지게 되므로 본딩(Bonding)에 의한 안테나 제작 시 기판 내의 안테나 정렬(alignment) 상의 어려움과 기판 두께에 맞는 어댑터를 다시 설계해야 하는 문제점이 발생하게 된다. 또한 빔 조향시 기판형 안테나 내부 자체의 공진으로 인해 발생하는 영향을 없애기 위해 삽입한 비아 홀(Via hole)구조로 인해 안테나의 견고성이 약해지는 단점이 있다.
도 1은 종래의 위상배열 안테나(100)를 도시한다. 도시된 바와 같이, 위상배열 안테나(100)는 다수의 안테나가 열(세로)방향으로 일체화된 안테나(110)와 다수의 안테나가 행(가로)방향으로 일체화된 안테나(120)의 조합에 의해 구성된다. 안테나 모듈의 수가 많은 위상배열 안테나를 구성할 때, 하나의 도체판에 다수의 안테나(110, 120)로 행과 열을 구성하였으나, 이러한 방법은 행과 열 전체를 동시에 조립해야 하므로, 위상배열 안테나 뒤에 연결되는 송수신 모듈과의 연결에 문제점을 발생시키며, 열 또는 행에서 하나의 안테나가 동작하지 않았을 때 열 또는 행 전체를 교체해야 하는 문제점이 있다.
따라서, 비아홀을 갖지 않으며, 조립성과 운용시의 교체성을 향상시키는 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈과 그 모듈이 장착된 광대역 위상배열 안테나를 제 공하는 것을 본 발명의 목적으로 한다.
종래의 위상배열 안테나의 견고성에 부정적인 영향을 미치던 비아 홀이 없는 도체로 이루어지며, 동축 케이블 커버가 분리되는 구조를 채택하여, 기계적인 가공성과 조립성을 향상시키고, 모듈의 교체를 편리하게 하는 모듈화된 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈 및 상기 모듈이 장착된 광대역 위상배열 안테나를 제안하는 것이 본 발명의 기술적인 과제이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 도체로 구성된 판재 형상으로 구성되고, 전자파 신호를 공급하기 위한 동축 케이블을 안착시킬 수 있도록 형성된 안착홈, MPO 커넥터가 삽입될 수 삽입될 수 있도록 형성된 MPO 커넥터 삽입부, 서로 결합하기 위하여 각각 상부와 하부에 형성된 슬롯을 포함하는 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트
상기 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트의 안착홈에 각각 장착되는 동축 케이블; 및
장착된 상기 동축 케이블을 덮고, 볼트에 의해 고정되는 동축 케이블 커버;를 포함하여 구성되며,
상기 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트는 서로 직교하도록 상기 슬롯에 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트는 슬롯 내부에 형성된 삽입부(19)가 슬롯 내부에 형성된 가이드홈(29)에 삽입되어 결합이 강화되는 것이 바람직하다.
상기 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20)는 슬롯 내부에 형성된 삽입부(19)가 슬롯 내부에 형성된 가이드홈(29)에 삽입되어 결합이 강화되는 것을 특징으로 하는 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈.
이하 도면과 함께 본 발명에 따른 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈 및 광대역 위상배열 안테나에 대하여 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 광대역 위상배열 안테나의 사시도이다. 본 발명에 따른 광대역 위상배열 안테나는 모듈 설치판(140)에 모듈화된 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈(30) 다수 개를 설치하여 구성한다. 본 발명에 따른 광대역 위상배열 안테나는 필요에 따라서 다양한 크기로 제작될 수 있다. 즉, 설치판(140)의 크기에 따라서 광대역 위상배열 안테나의 크기를 결정할 수 있게 된다. 그리고 위상배열 안테나의 완성 후에도 일부의 고장난 안테나 모듈의 교체가 용이하다는 장점이 있다.
도 3은 본 발명에 따른 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈의 평면도와 측면도이다. 상기 안테나 모듈은 두 개의 릿지형 테이퍼드 슬롯 플레이트를 직교하게 결합하여 조립이 가능하다. 도시된 바와 같이, 두 개의 릿지형 테이퍼드 슬롯 플레이트는 슬롯에 의한 끼움방식으로 결합된다. 이러한 끼움 방식의 결합은 도 4에 도시되어 있다.
도 4는 본 발명에 따른 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈의 분해 사시도이다. 각각의 릿지형 테이퍼드 슬롯 플레이트는 도체로 구성된 판재 형상으로 구성되며, 전자파 신호를 공급하기 위한 동축 케이블을 안착시킬 수 있는 안착홈(14,24)과, MPO 커넥터(60)가 삽입될 수 있는 MPO 커넥터 삽입부(63)(도 7에 도시)와, 모듈결합을 위한 슬롯(12,22)이 각각 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트에 형성된다. 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)는 MPO커낵터 삽입부 반대측에서부터 플레이트의 중앙부까지 슬롯(12)이 형성되며, 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20)는 MPO 커낵터 삽입부측에서부터 플레이트의 중앙부까지 슬롯(22)이 형성된다. 기본적으로 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)과 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20)는 슬롯을 형성하기 전까지 동일한 구조로 성형 제조될 수 있다.
여기서, '상부'라 함은 슬롯 플레이트의 MPO 커넥터 삽입부(63) 반대측을 말하고, '하부'라 함은 슬롯 플레이트에서 상대적으로 MPO 커넥터 삽입부(63) 측에 가까운 부분을 말한다. 이에 따라 상기한 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20)도 그 명칭이 붙여졌음이 이해될 것이다.
릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트는 두개의 안테나를 각각 가지고 있으며, 자유로운 전자파 방사를 위해서 안테나 개구면 형상은 상기 플레이트를 테이퍼(Taper) 형상으로 가공하여 구성될 수 있다. 상기 안테나의 테이퍼드 플레이트 곡면은 전자기파가 자유공간으로 복사되어 방출되는 부분이다.
그리고, 개구면은 사용주파수 대역에서 가장 높은 주파수 대역인 Ku밴드의 파장에 의해 제한된다. 그러므로 기존의 다중 기판으로 구성된 기판형태의 비발디 안테나를 사용할 경우, 개구면 크기가 작아지게 되고, 급전부인 스트립라인에서 양쪽 기판의 이중 슬롯라인(Bilateral slot line)의 결합을 좋게 하기 위해 두께가 얇아지게 되므로 본딩(Bonding)에 의한 안테나 제작시 기판 내의 안테나 정렬(alignment) 상의 어려움과 함께 기판 두께에 맞는 어댑터를 다시 설계해야 하는 문제점이 발생하게 된다.
또한, 종래의 기판형 광대역 위상배열 넛치 안테나의 경우, 빔 조향 시 기판형 안테나 내부 자체의 공진으로 인해 발생하는 영향을 없애기 위해 삽입된 비아 홀(Via-hole)구조로 인해 안테나의 견고성이 약해지는 단점이 있었으나, 본 발명에 따른 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈은 비아 홀이 없는 도체로 이루어진 구조로 인해 안테나의 견고성을 증대시킬 수 있다.
도 5는 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트 및 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트의 확대 사시도이다. 상부 슬롯(12)과 하부 슬롯(22)의 결합강도를 강화하기 위하여, 도시된 바와 같이, 각각의 슬롯에 삽입부(19)와 가이드홈(29)을 형성할 수 있다. 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)에 형성된 삽입부(19)는 양 릿지형 테이퍼드 슬롯 플레이트가 결합하는 경우에 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20)에 형성된 가이드홈(29) 내로 슬라이딩되어 결합될 수 있다. 그러면, 단순히 슬롯에 의한 결합의 경우보다 결합강도가 강화된다.
릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈을 구성하는 릿지형 테이퍼드 슬롯 플레이트에 형성된 각각의 슬롯(12,22)은 사각 형태의 홈이다. 폭과 깊이가 동일하므로 하부 슬롯(22)에는 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)가 삽입되고, 상부 슬롯(12)에는 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20)가 삽입된다. 각각 슬롯에 삽입됨에 의하여, 기본적인 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈(30)의 형상이 완성된다.
릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20)의 표면에는 각각 동축 케이블(70)이 장착될 수 있는 안착홈(14,24)이 형성되어 있다. 상기 안착홈에는 외부에서 공급되는 전자파 신호가 전달되는 동축 케이블(70)이 장착된다. 상기 동축 케이블(70)은 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈(30)의 조립 후 후술하는 착탈식 MPO 커넥터(60)와 연결된다.
상기 각각의 릿지형 테이퍼드 슬롯 플레이트(10, 20)의 하부에는 두 개의 착탈식 MPO 커넥터(60)가 장착될 수 있는 착탈식 MPO 커넥터 삽입부(63)가 형성되어 있다. MPO 커넥터를 장착함으로써, 송수신 모듈과 위상배열 안테나를 플러그 인(Plug-in) 구조로 결합할 수 있도록 하였다. 이는 위상배열 안테나와 송수신 모듈과의 조립성을 향상시킨 것이다. 상기 안착홈(14,24)에 안착되는 상기 동축 케이블(70)은 동축 케이블 커버(40)로 고정된다. 동축 케이블 커버(40)는 볼트에 의하여 릿지형 테이퍼드 슬롯 플레이트에 고정된다. 또한, 본 발명에 따른 실시예에서, 상기 동축 케이블은 사각형 형태로 절곡되어 있다.
또한, 상기 동축 케이블 커버(40)는 안착홈에 장착된 동축 케이블(70)을 고정하는 역할 이외에도 안테나의 고정볼트(130)에 의하여 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈을 모듈 설치판(140)에 고정하는 역할도 한다. 이와 같은 효과는 동축 케이블 커버(40)의 표면에 형성된 돌출된 걸림턱(42)이 고정볼트에 의하여 고정되어 가능하다.
도 6(a),(b)는 본 발명에 따른 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈(30) 두 개의 평면도와 사시도이다. 도시된 바와 같이, 상기 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈은 접시머리 십자형 볼트(133)와 사각 평와셔(135)로 구성되는 고정볼트(130)에 의해 상기 모듈 설치판(140)에 일정한 방향성을 가지고 설치된다. 각각의 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈의 변으로 구성되는 형상은 고정볼트가 들어가서 모듈 설치판에 조립될 수 있도록 단면은 정사각형 형상을 가져야 한다. 인접하는 안테나 모듈들은 유격에 의하여 발생할 수 있는 결함을 줄이기 위해 서로 유격없이 조립되어야 한다.
도 7은 본 발명에 따른 위상배열 안테나 모듈과 MPO 커넥터(60)와의 결합관계를 도시한다. 본 발명에 따른 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈(30)은, MPO 커넥터(60)에 나사를 형성하고 이에 대응되도록 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20)의 하면에 각각 MPO 커넥터 삽입부(63)를 형성함으로써, 송수신 모듈과 안테나 모듈과의 결합을 플러그 인 방식으로 가능하게 할 수 있다. 또한, 일부의 안테나 모듈의 고장이나 오작동의 경우에도 송수신 모듈을 쉽게 제거하고, 모듈을 교체할 수 있으므로, 유지, 보수의 측면에서도 편리함을 줄 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 광대역 위상배열 안테나용 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈은 위상배열 안테나의 조립성, 견고성, 전파특성 그리고 유지, 보수 용이성을 증대시킬 수 있다. 또한 위상배열 안테나 뒷면에 연결되는 송신 또는 수신 모듈의 선택에 따라 선형편파, 원형편파 또는 편파가 서로 교차하는 각각 한쌍의 송신안테나와 수신안테나로도 사용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 도체로 구성된 판재 형상으로 구성되고, 전자파 신호를 공급하기 위한 동축 케이블(70)을 안착시킬 수 있도록 형성된 안착홈(14,24), MPO 커넥터(60)가 삽입될 수 있도록 형성된 MPO 커넥터 삽입부(63), 서로 결합하기 위하여 각각 상부와 하부에 형성된 슬롯(12,22)을 포함하는 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20);
    상기 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20)의 안착홈(14,24)에 각각 장착되는 동축 케이블(70); 및
    장착된 상기 동축 케이블(70)을 덮고, 볼트에 의해 고정되는 동축 케이블 커버(40);를 포함하여 구성되며,
    상기 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20)는 서로 직교하도록 상기 슬롯(12,22)에 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20)는 슬롯 내부에 형성된 삽입부(19)가 슬롯 내부에 형성된 가이드홈(29)에 삽입되어 결합이 강화되는 것을 특징으로 하는 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈.
  3. 도체로 구성된 판재 형상으로 구성되고, 전자파 신호를 공급하기 위한 동축 케이블(70)을 안착시킬 수 있도록 형성된 안착홈(14,24), MPO 커넥터(60)가 삽입될 수 있도록 형성된 MPO 커넥터 삽입부(63), 서로 결합하기 위하여 각각 상부와 하부에 형성된 슬롯(12,22)을 포함하는 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20);
    상기 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20)의 안착홈(14,24)에 각각 장착되는 동축 케이블(70); 및
    장착된 상기 동축 케이블(70)을 덮고, 볼트에 의해 고정되는 동축 케이블 커버(40);를 포함하여 구성되며,
    상기 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20)는 서로 직교하도록 상기 슬롯(12,22)에 삽입되어 결합되는 것을 특징으로 하는 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈(30)과;
    상기 동축 케이블 커버(40)를 압박하는 형태로 고정하기 위한, 접시머리 십자형 볼트(133)와 사각 평와셔(133)로 구성되는 고정볼트(130)와; 그리고
    상기 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나 모듈(30)이 일정한 방향성을 가지며 설치되고, 상기 고정볼트(130)가 연결된 모듈 설치판(140)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 위상배열 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 릿지형 테이퍼드 상부 슬롯 플레이트(10)와 릿지형 테이퍼드 하부 슬롯 플레이트(20)는 슬롯 내부에 형성된 삽입부(19)가 슬롯 내부에 형성된 가이드홈(29)에 삽입되어 결합이 강화되는 것을 특징으로 하는 광대역 위상배열 안테나.
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KR1020060116799A KR100833174B1 (ko) 2006-11-24 2006-11-24 광대역 위상배열 안테나용 릿지형 테이퍼드 슬롯 안테나모듈 및 상기 안테나 모듈이 장착된 위상배열 안테나

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KR101682620B1 (ko) 2015-10-23 2016-12-05 국방과학연구소 위상배열 안테나모듈
KR101799866B1 (ko) * 2016-09-27 2017-11-22 국방과학연구소 테이퍼드 슬롯 안테나 및 이를 구비하는 평면배열 안테나 모듈

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KR20010079910A (ko) * 1998-09-23 2001-08-22 칼 제이. 호크 듀얼 채널 마이크로파 송수신 모듈을 포함하는 안테나어셈블리
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