KR100891188B1 - 고속 모노펄스 추적 레이더 안테나 - Google Patents

고속 모노펄스 추적 레이더 안테나 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속 모노펄스 추적 레이더 안테나를 개시한다.
본 발명의 고속 모노펄스 추적 레이더 안테나는 접시형 금속박막과 접시형 절연체 사이에 허니컴 셀들이 채워져 가볍고, 금속박막이 전파를 반사할 수 있도록 접시형 반사판(10)과, 급전선관에 의해 지지되며 상기 접시형 반사판의 촛점 위치에 설치되어 전체 합신호와 수평차신호, 수직차신호를 제공하는 모노 펄스 피드혼(20)과, 접시형 반사판의 후면 중앙에 설치되어 급전선관으로부터 전체 합신호와 수평차신호, 수직차신호를 제공받는 송수신기(30)와, 송수신기를 보호하기 위한 함체(40)와, 접시형 반사판을 고속으로 회전시켜 물체를 추적하기 위한 구동수단으로 구성된다.
따라서 본 발명에 따르면 허니컴 구조로 가볍게 구성한 반사판의 촛점 위치에 가벼운 알루미늄 합금으로 구성한 모노펄스 피드 혼을 부착한 후, 피드 혼 지지대 겸용으로 급전선관(5)을 사용하여 고속으로 회전하면서 고속으로 이동하는 비행물체를 추적할 수 있다.
모노펄스 피드혼, 고속, 합신호, 차신호, 추적 안테나, 레이더, 허니컴

Description

고속 모노펄스 추적 레이더 안테나{ HIGH SPEED MONOPULSE TRACKING RADAR ANTENNA }
도 1은 본 발명에 따른 파라보릭 반사판 촛점에 모노펄스혼 설치한 고속 모노펄스 추적 레이더 안테나의 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 고속 모노펄스 추적 레이더 안테나의 후면도,
도 3은 본 발명에 따른 피드 혼의 제1 실시예로서 4출력 모노펄스 혼을 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 피드 혼의 제2 실시예로서 원편파 멀티모드 모노펄스 혼을 도시한 도면,
도 5는 본 발명에 따른 피드 혼의 제3 실시예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 부반사경, 주반사경 구성한 고속 모노펄스 추적 레이더 안테나의 측면도,
도 7은 본 발명에 따른 도 6의 고속 모노펄스 추적 레이더 안테나의 후면도,
도 8은 본 발명에 따른 모노펄스 추적 안테나의 복사패턴도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1: 방설커버 5: 급전선겸 피드혼 지지대
10: 주반사판 11: 금속 또는 도전성 박막층
12: 절연층 H: 허니컴 또는 발포성 수지
20: 모노펄스 피드혼 21:4개의 도파관
22a,22b: 수평 합신호 출력단 23a,23b: 합신호 출력단
삭제
26: 피드혼 개구부 27: 코르게이트
31: 코니컬 혼 31-1:코르게이트 혼
35: 모드변환링 33: 동축 출력 커넥터
34: 도파관-동축 변환출력 합신호
36: 2분배기
30: 송수신기 40: 함체
50: 부반사판 51: 금속박막층
52: 절연층 55: 피드혼 개구면
56: 방설커버 57: 피드혼 함체
58: 혼 개구면 칸막이 59: 함체 수직 칸막이
65: 수평차신호 출력 플렌지 66: 수직차신호 플렌지
69,69': 출력도파관
본 발명은 마이크로웨이브 주파수대(X, Ku, Ka 밴드) 고속 추적 레이더 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속 모노 펄스 추적 레이더 안테나에 관한 것이다.
일반적으로, 추적 레이더 안테나는 항공기나 미사일과 같이 고속으로 이동하는 물체를 탐지하여 추적하기 위한 안테나로서, 물체의 이동을 신속하게 추적하기 위하여 경량화가 요구된다.
그런데 종래의 추적 레이더 안테나는 반사판과, 피드 혼, 함체 등이 알루미늄과 같은 금속으로 이루어져 중량이 크기 때문에 고속회전이 어렵고, 대용량의 구동장치로 고속 회전시킬 경우에는 구동장치가 비싸고 고장이 자주 발생하는 문제점이 있었다. 즉, 종래의 추적 안테나는 주반사판을 금속 알루미늄판 또는 FRP를 사용하고 피드 혼도 광각으로 크게 구성하여 중량이 무거워서( 예컨대, 직경 약 1m, 중량 100Kg 이상) 회전속도가 느려 고속 추적이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 허니컴 또는 발포성 수지 셀의 양면에 섬유강화플라스틱(FRP)과 금속박막 또는 카본 화이바를 부착한 소재를 사용하고, 알루미늄으로 된 모노펄스 피드 혼을 이용하여 경량화가 가능한 고속 모노펄스 추적 레이더 안테나를 제공하는 것이다. 즉, 본 발명은 고속 회전이 용이하도록 하기 위하여 허니컴 또는 발포성 수지 구조로 접시형 반사판을 가볍게 구성하고, 촛점 위치에 알루미늄으로 가볍게 구성한 모노펄스 피드 혼을 부착하며, 피드 혼 지지대겸 용 급전선관을 이용하여 신호를 후면 송수신기에 접속하여 고속으로 자동 추적할 수 있는 고속 추적 레이더 안테나를 제공하는 것이다.
또한 모노펄스 피드 혼도 종래는 4개의 개구면 피드혼으로 구성하여 합,차 복사패턴차가 3~5dB 생겨서 비능률적인 것을, 본 발명은 1개의 피드 혼으로 구성하여 합,차 복사패턴차가 1dB 이내로 되게 하여 추적 가능 거리를 3배 이상 향상시킨 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 접시형 금속 또는 카본 화이버 박막과 접시형 절연체 사이에 허니컴 또는 발포성수지 셀들이 채워져 가볍고, 상기 금속박막이 전파를 반사할 수 있도록 접시형 반사판; 급전선관에 의해 지지되며 상기 접시형 반사판의 촛점 위치에 설치되어 전체 합신호와 수평차신호, 수직차신호를 제공하는 단일 개구면 모노 펄스 피드혼; 상기 접시형 반사판의 후면 중앙에 설치되어 상기 급전선관으로부터 상기 전체 합신호와 수평차신호, 수직차신호를 제공받는 송수신기; 상기 송수신기를 보호하기 위한 함체; 및 상기 접시형 반사판을 고속으로 회전시켜 물체를 추적하기 위한 구동수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.
또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는 접시형 금속박막과 접시형 절연체 사이에 허니컴 셀들이 채워져 가볍고, 상기 금속박막이 전파를 반사할 수 있도록 접시형 주반사판; 허니컴 절연체의 양면에 카세그린 또는 변형의 유리섬유강화플라스틱판이 부착되어 있고, 전파를 상기 주반사판측으로 반사시키기 위한 부반사판; 상기 접시형 반사판의 전면 중앙에 설치되어 전체 합신호와 수평차신호, 수직차신호를 제공하는 단일 개구면 모노펄스 피드 혼; 상기 접시형 반사판의 후면 중앙에 설치되어 상기 모노펄스 피드 혼으로부터 전체 합신호와 수평차신호, 수직차신호를 제공받는 송수신기; 상기 송수신기를 보호하기 위한 함체; 및 상기 주반사판을 고속으로 회전시켜 물체를 추적하기 위한 구동수단으로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 고속 모노펄스 추적 레이더 안테나의 측면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고속 모노펄스 추적 레이더 안테나의 후면도이다.
본 발명에 따른 고속 모노펄스 추적 레이더 안테나는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 주반사판(10)과, 주반사판(10)의 촛점(F) 위치에 설치된 모노펄스 피드 혼(20), 주반사판(10)의 후면에 설치되고 모노펄스 피드 혼(20)에 급전선(5)을 통해 연결되는 송수신기(30), 송수신기(30)를 보호하기 위한 함체(40)로 구성된다.
도 1을 참조하면, 반사판(10)은 접시형 금속박막 또는 카본 화이버(11)와 카본 화이바 또는 얇은 에폭시 등 절연체 판(12) 사이에 경중량 허니컴 셀(H) 혹은 발포성 수지 우레탄 등을 형성하여 전체적으로 중량이 가볍게 구성함과 아울러 접시형 반사판의 곡면 변형이 생기지 않게 되어 있다. 그리고 접시형 금속박막(11)은 촛점 위치에 설치된 모노펄스 피드 혼(20)으로부터 방사된 전파를 공기 중으로 반사하고, 공기 중으로부터 수신된 전파를 모아 촛점(F) 위치의 피드 혼(20)으로 전달한다. 위와 같이 구성된 안테나 반사판은 수직자동추적 수신회전장치와 수평자동추적수신 회전장치를 고속으로 1초에 최대 180°까지 고속 회전 가능하게 하였다.
본 발명에 따른 모노펄스 피드 혼(20)은 반사판의 전면 촛점(F) 위치에 4방향의 급전선관(동축급전선 또는 구형/원형 도파관)으로 설치되는데, 피드 혼 개구의 촛점이 접시형 반사판의 초점에 일치하도록 설치되고, 모노펄스 피드 혼(20)은 경량 고강도 알루미늄 합금으로 이루어진다. 그리고 본 발명에 따른 모노펄스 피드 혼(20)은 작은 1개의 사각형으로 된 개구가 내부로 갈수록 사다리형으로 넓어지는 개구부(도3의 26)와, 2x2로 배열된 사각형 모양의 TE10 모드 도파관으로 이루어져 상기 개구부와 연결되는 도파관부(도3의 21)와, 수평 2행의 도파관 신호를 각각 합성하여 2개의 수평합신호를 구한 후 이 2개의 수평합신호를 다시 합성하여 4개 도파관의 합신호를 출력하는 합신호 플렌지(도3의 22a)와, 수평 2행의 도파관 신호를 각각 합성하여 2개의 수평합신호를 구한 후 두 수평합신호의 차를 구해 수평차신호를 출력하는 수평차신호 플렌지(도3의 23a)와, 수직 2열의 도파관 신호를 각각 합성하여 2개의 수직합신호를 구한 후 두 수직합신호의 차를 구해 수직차신호를 출력하는 수직차신호 플렌지(도3의 24a)로 구성된다.
그리고 반사판(10) 뒷면에는 송수신기(30)가 부착되어 있고, 송수신기(30)는 함체(40)에 의해 보호되고, 로타리 조인트를 통해 신호가 전송되고 있으며, 급전선관(5)을 통하여 모노펄스 피드 혼(20)과 연결되어 합성신호와 차신호를 급전선 커넥터를 통해 입력받는다.
그리고 경우에 따라 절연체로 된 방설/방습 커버(1)를 부착하여 외부 장애물에 의해 안테나가 파손되는 것을 방지한다.
도 3은 본 발명에 따른 피드 혼의 제1 실시예로서 4출력 모노펄스 피드 혼을 도시한 도면으로서, (A)는 측면도이고, (B)는 정면도이며, (C)는 후면도, (D)는 수평차신호 플렌지 및 동축 어답터를 도시한 도면이고, (E)는 B-B'절개 단면도이고, (F)는 수직차신호 플렌지 및 의사부하흡수 터미널부이고, (G)는 평면도이다.
본 발명에 따른 모노펄스 피드 혼의 제1 실시예는 도 3에 도시된 바와 같이, 피드 혼 개구의 촛점이 접시형 반사판 초점에 일치하게 설치되고, 하나의 작은 사각형이 내부로 갈수록 사다리형으로 넓어지는 개구부(26)와, TE10 모드 도파관 4개가 2x2 형태로 배열되어 상기 개구부(26)와 연결되는 도파관부(21)와, 수평 2행의 도파관 신호를 각각 합성하여 2개의 수평합신호를 구한 후 이 2개의 수평합신호를 다시 합성하여 4개 도파관의 합신호를 출력하는 합신호 플렌지(22a)와, 수평 2행의 도파관 신호를 각각 합성하여 2개의 수평합신호를 구한 후 두 수평합신호의 차를 구해 수평차신호를 출력하는 수평차신호 플렌지(23a)와, 수직 2열의 도파관 신호를 각각 합성하여 2개의 수직합신호를 구한 후 두 수직합신호의 차를 구해 수직차신호를 출력하는 수직차신호 플렌지(24a)와, 차신호 의사부하 흡수 터미널 플렌지(25a)와 흡수 터미널(25b), 피드 혼 보호커버(20a), 방설커버(20b)로 구성된다. 여기서, 급전선관(5)으로 도파관을 사용시에는 각 플렌지(22a,23a,24a)에 직접 연결하고, 동축 케이블을 사용시에는 동축 어답터(22b,23b,24b)를 통해 연결된다.
도 3을 참조하면, 피드 혼의 개구(26)는 작은 1개의 사각형으로 구성되었지만 내부는 사다리형으로 넓어진 다음 직사각형으로 된 4개의 TE10 모드 도파관으로 분배되고, 2x2 도파관 신호를 모두 합성하여 총합성신호를 플렌지(22a)와 동축 어답터(22b)로 출력하고, 수평차신호는 수평차신호 플렌지(23a)와 어답터(23b)로 출력한다.
또한 수직차신호는 도 3의 (F,E)와 같이 상하 각각 2열의 TE10모드 도파관으로부터 차신호 출력 플렌지(24a)와 동축 어답터(24b)를 통해 출력된다.
위에서 수평차신호 플렌지(23a)와 수직차신호 플렌지(24a)는 피드 혼(20)을 수직편파 또는 90°로 틀어서 수평편파 부착하여 운영함에 따라서 상호 상대적으로 교체 운영이 가능하다.
이와 같이 하여 출력된 합성신호와 차신호를 피드 혼 지지용 급전관(동축 또는 도파관)(5)을 통하여 반사판(10)의 뒷면에 부착된 송수신기 함체(40)로 전송한다. 이때, 급전선관(5)으로 동축형을 사용시에는 도파관을 동축으로 변환하는 동축 어답터 부착 후 동축 급전선관에 연결하고, 급전선관으로 도파관을 사용시는 동축 어답터(22b,23b,24b)를 제거하고 직접 도파관 출력 플렌지(22a,23a,24a)에 연결하여 함체(40)로 급전한다.
또한 도 3의 피드 혼(20)은 침습을 보호하기 위하여 개구면(26)을 방설/방습용 절연커버(20b)로 보호하였고, 피드 혼 전체도 절연커버(20a)로 포설하고, 경우에 따라 안테나 보호하기 위하여 보호용 커버를 부설할 수도 있다.
도 4는 본 발명에 따른 피드 혼의 제2 실시예로서 원편파 멀티모드 모노펄스 피드 혼을 도시한 도면이다.
삭제
도 4를 참조하면, 원편파의 경우 원뿔형 코르게이트 혼(31) 또는 코니컬 혼(31-1)을 부착하여 TE11모드와 TM01 멀티모드 혼으로 형성하고, 원형 도파관 연결 후 TM01모드 변환링(35)을 삽입하고, 종단에 동축 커넥터(33)를 부착하여 모노펄스 차(△)신호 인출하고, TM01모드 변환링(35) 앞부분에서 직각으로 TE11모드 원형 도파관으로 인출하여 어답터(34)를 부착하여 합(Σ)신호를 인출한다. 모노펄스차(△)는 2분배기(36)를 부착(미약 전파 경우 증폭 후 분배)하여 수평차신호(△Az)는 수평자동추적수신 회전장치로 연결하고 수직차신호(△EL)는 수직자동추적수신 회전장치에 연결하여 운영하므로 경제적이다.
삭제
도 5는 본 발명에 따른 피드 혼의 제3 실시예를 도시한 것으로,(ㄱ)은 정면도, (ㄴ)은 측면도, (ㄷ)은 평면도, (ㄹ)은 A,A'의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 수직편파복사 혼은 1개 사각형 피드혼 개구면(55)을 금속 알루미늄으로 구성하고, 내부는 3개의 금속판(58)으로 수평으로 구분하여 수직으로 4 간격으로 분리하고, 내부로 들어가서 다시 1개의 수직판 칸막이(59)로 구분하여 2등분하도록 도파관 함체(57)를 구성한다.
이와 같이 하여 내부에서 8개의 도파관을 형성한 후 재합성하여 4개의 도파관으로 구성한 후 다시 합성하여 합성신호(∑)를 합성신호 플렌지(67)로 인출하고, 수직차신호를 수직차신호 플렌지(66)로 인출하며, 수평차신호를 수평차신호 플렌지(65)로 인출한다. 위 안테나 개구면은 방습하기 위하여 방습커버(56)를 부착한다.
[다른 실시예]
한편, 반사판 직경이 클 경우에는 도 6 및 도 7과 같이 넓은 개구각 피드 혼을 주반사판 중앙에 설치하고, 부반사판을 정면에 부착하여 카세그렌형으로 구성하여 주반사판에 수신된 고주파신호가 부반사판에 집속 후 다시 반사하여 피드 혼에 입력하게 한다.
또한 주반사판이 클 경우에는 부반사판을 사용하고 피드 혼 개구면을 넓게 하고 경우에 따라 코르게이트형으로 하여 합신호와 수평파신호, 수직차신호의 차이를 적게 하여 주반사판 중앙에 설치하고, 합, 수평차, 수직차 출력단자가 직접 함체에 부착한 송수기에 접속되도록 구성한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고속 모노펄스 추적 레이더 안테나는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 주반사판(10)과, 주반사판(10)의 전면 중앙 위치에 설치된 모노펄스 피드 혼(20), 주반사판의 전면 촛점위치에 설치된 부반사판(50), 부반사판(50)을 지지하기 위한 지지대(8), 주반사판(10)의 후면에 설치되고 모노펄스 피드 혼(20)에 연결되는 송수신기(30)를 보호하기 위한 함체(40)로 구성된다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 반사판(10)은 접시형 금속박막(11)과 카본 화이바 또는 얇은 에폭시 등 절연체 판(12) 사이에 경중량 허니컴 셀(H) 혹은 발포성 수지 우레탄 등을 형성하여 전체적으로 중량이 가볍게 구성함과 아울러 접시형 반 사판의 곡면 변형이 생기지 않게 되어 있다. 그리고 접시형 금속박막(11)은 촛점 위치에 설치된 카세그레인형 부반사판(50)은 모노펄스 피드 혼(20)으로부터 방사된 전파를 주반사판(10)으로 반사하고, 주반사판(10)으로부터 수신된 전파를 중앙의 피드 혼(20)으로 전달한다.
이때, 부반사판(50)도 허니컴 셀(H)의 절연체 양면에 유리섬유강화플라스틱(FRP) 판(52)과 금속박막 또는 카본 화이버(51)을 부착하고, 부반사판의 내측(주반사판측)의 금속박막(51)은 전파를 주반사판(10)측으로 반사한다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 모노펄스 피드 혼(20)은 도 3, 도 4, 도 5에 도시된 실시예의 피드 혼을 사용한다. 이와 같이 하여 구성된 모노펄스 복사패턴은 도 8과 같이 합성패턴(∑) 최대치와 수직,수평 차패턴(EL△,Az△) 최대치의 차가 0.5~ 1dB 이내이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 추적 안테나에 사용되는 반사판 등을 절연체의 허니컴 셀에 금속도금된 FRP판 또는 카본 화이버를 부착한 구조로 구현하여 전체적으로 중량을 가볍게 함으로써 저용량의 구동 모터로 신속하게 구동할 수 있어 경제적이고, 소형화가 가능하여 이동이 편리하므로 야전에 배치하여 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따르면 허니컴 구조로 가볍게 구성한 반사판의 촛점 위치에 가벼운 알루미늄으로 구성한 모노펄스 피드 혼을 부착한 후, 피드 혼 지지대 겸용으로 급전선관을 사용하여 고속으로 회전하면서 고속으로 이동하는 비행물체를 추적할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 모노펄스 피드혼의 합신호(∑)와 차신호(EL△,Az△) 차이가 0.5~1dB 이내 이므로 원거리 추적 효율이 형상되어 종래 것보다 약 3배 이상 원거리 추적이 가능하다.

Claims (6)

  1. 접시형 금속박막과 접시형 절연체 사이에 허니컴 또는 발포성 수지 셀들이 채워져 가볍고, 상기 접시형 금속박막이 전파를 반사할 수 있도록 된 접시형 반사판;
    급전선관에 의해 상기 접시형 반사판에 지지되며 상기 접시형 반사판의 촛점 위치에 설치되어 전체 합신호와 수평차신호, 수직차신호를 제공하는 모노 펄스 피드 혼;
    상기 접시형 반사판의 후면 중앙에 설치되어 상기 급전선관으로부터 상기 전체 합신호와 수평차신호, 수직차신호를 제공받는 송수신기;
    상기 송수신기를 보호하기 위한 함체; 및
    상기 접시형 반사판을 고속으로 회전시켜 물체를 추적하기 위한 구동수단으로 이루어지고,
    상기 모노펄스 피드 혼은
    상기 모노 펄스 피드 혼 개구의 촛점이 상기 접시형 반사판의 초점에 일치하게 설치되고, 작은 1개의 사각형으로 된 개구가 내부로 갈수록 사다리형으로 넓어지도록 된 개구부와,
    사각형 모양의 TE10 모드 도파관 4개가 수평으로 2개, 수직으로 2개 배열되어 2x2 구조로 배치되고 각 도파관의 일단이 상기 개구부와 연결되는 도파관부;
    상기 2x2 구조의 도파관부에서 수평으로 배열된 2개의 도파관 신호를 각각 합성하여 2개의 수평합신호를 구한 후 이 2개의 수평합신호를 다시 합성하여 4개 도파관의 전체 합신호를 출력하는 합신호 플렌지;
    상기 2x2 구조의 도파관부에서 수평으로 배열된 2개의 도파관 신호를 각각 합성하여 2개의 수평합신호를 구한 후 두 수평합신호의 차를 구해 수평차신호를 출력하는 수평차신호 플렌지; 및
    상기 2x2 구조의 도파관부에서 수직으로 배열된 2개의 도파관 신호를 각각 합성하여 2개의 수직합신호를 구한 후 두 수직합신호의 차를 구해 수직차신호를 출력하는 수직차신호 플렌지를 구비한 것을 특징으로 하는 고속 모노펄스 추적 레이더 안테나.
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