KR100982968B1 - 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기 - Google Patents
고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기는, 3방향의 통로를 갖는 주 몸체부와, 주 몸체부의 상면에 결합되어 전체적으로 하나의 사각관 형태의 구조체를 이루도록 하는 커버를 포함하고, 상기 주 몸체부는, 고주파 대역의 원형 편파의 송수신을 위한 공통 포트; 공통 포트와 동일 축선상에 마련되며, 공통 포트를 통한 원형 편파의 송신을 위한 수직 또는 수평 편파가 입력되는 송신 포트; 송신 포트에 대해 직교하는 방향에 마련되며, 상기 공통 포트를 통해 수신된 원형 편파로부터 수직 또는 수평 편파를 수신하기 위한 수신 포트; 및 송신 포트와 수신 포트의 각 내측의 직교 지점으로부터 공통 포트의 입구를 향해 일정 길이만큼 연장 형성되며, 송신 포트와 수신 포트의 내부 연장 통로를 일정 길이만큼 구분하고, 공통 포트를 통해 수신된 원형 편파를 수직 또는 수평 편파로 변환시켜 줌으로써 수신 포트에 의한 수직 또는 수평 편파의 수신을 가능하게 하거나, 송신 포트를 통해 입력된 수직 또는 수평 편파를 원형 편파로 변환시켜 줌으로써 공통 포트에 의한 원형 편파의 송신을 가능하게 하는 격벽을 포함한다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 내부에 다단형 계단 구조의 격벽을 구비함으로써 고주파 대역에서 송신 RHCP와 수신 LHCP를 동시에 분리하고, 임계치(20dB) 이하의 입출력 포트 반사 손실율과 송수신 분리도를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 위성통신 단말이나 마이크로웨이브 통신 장비 등과 같은 통신 시스템에 채용될 수 있는 직교모드 변환기에 관한 것으로서, 특히 그 내부에 다단계형 격벽(septum) 구조를 형성함으로써 고주파 대역에서 송신 RHCP(Right Hand Circular Polarization:우회전 원형 편파)와 수신 LHCP(Left Hand Circular Polarization:좌회전 원형 편파)를 동시에 분리하고, 임계치 이하의 입출력 포트 반사 손실율과 송수신 분리도를 얻을 수 있는 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기에 관한 것이다.
인공 위성(예컨대, 무궁화 5호)의 X-대역(X-band) 중계기는 상향 링크 RHCP와 하향 링크 LHCP를 편파를 사용하므로, 지상 고정용 단말은 선형 편파(linear polarization)를 RHCP와 LHCP 편파로 변환해 주는 직교모드 변환기가 필요하다.
도 1은 종래 위성통신 다중대역 안테나용 X 대역 직교모드 변환기의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 위성통신 다중대역 안테나용 X 대역 직교모드 변환 기(특허출원번호 10-2007-0019618호 참조)는 X 대역(7.25-7.75GHz, 7.9-8.4GHz) 및 Ku 대역(12.25-12.75GHz, 14.0-14.5GHz) 신호를 모두 통과시키기 위한 공용 포트 (101)와, X 대역 신호는 차단하고, Ku 대역 신호는 통과시키기 위한 직선 포트 (102)와, 크기가 서로 다른 공용 포트(101)와 직선 포트(102) 사이의 임피던스 정합을 위한 커넥터(103)와, X 대역의 수평편파 신호는 통과시키고, X 대역의 수직편파 신호는 차단하기 위한 제1 측면 포트(104)와, X 대역의 수직편파 신호는 통과시키고, X 대역의 수평편파 신호는 차단하기 위한 제2 측면 포트(105)와, 상기 직선 포트(102)를 통과하는 Ku 대역 신호의 반사계수 증가를 억제하기 위한 격막(106)과, 상기 제1 및 제2 측면 포트(104)(105)의 반사손실을 감소시키기 위한 결합 슬롯(coupling slot)(107)을 포함한다.
이상과 같은 구성의 종래 위성통신 다중대역 안테나용 X 대역 직교모드 변환기는 4개의 주파수 대역(7.25-7.75GHz, 7.9-8.4GHz, 12.25-12.75GHz, 14.0-14.5GHz)에서 동작하여 위성통신 다중대역 안테나에 4개 대역의 RF 신호가 서로 간섭없이 급전될 수 있으며, 특정 주파수 대역의 통신 불능 상태에서 타 주파수 대역을 대체하여 이용할 수 있다.
그런데, 이상과 같은 종래 직교모드 변환기는 전술한 바와 같이 특정 대역의 주파수에 대한 차단 또는 통과 기능은 수행할 수 있으나, 직교모드 변환기 자체에 의해 수직 또는 수평 편파의 선형 편파를 원형 편파로 변환하거나, 반대로 원형 편파를 수직 또는 수평 편파의 선형 편파로 변환하는 기능은 없다. 따라서, 선형 편파를 원형 편파로 변환하거나 원형 편파를 선형 편파로 변환하기 위해서는 직교모 드 변환기의 공용 포트(101) 및 직선 포트(102)에 각각 별도의 편파기가 설치되어야 하며, 이에 따라 장치의 구성이 복잡해지고 그에 따른 별도의 비용이 수반된다.
본 발명은 이상과 같은 사항을 감안하여 창출된 것으로서, 그 내부에 다단계형 계단 구조의 격벽(septum)을 구비함으로써 고주파 대역에서 송신 RHCP와 수신 LHCP를 동시에 분리하고, 임계치 이하의 입출력 포트 반사 손실율과 송수신 분리도를 얻을 수 있는 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기를 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기는,
3방향의 통로를 갖는 주 몸체부와, 상기 주 몸체부의 상면에 결합되어 전체적으로 하나의 사각관 형태의 구조체를 이루도록 하는 커버를 포함하고,
상기 주 몸체부는,
고주파 대역의 원형 편파의 송수신을 위한 공통 포트;
상기 공통 포트와 동일 축선상에 마련되며, 상기 공통 포트를 통한 원형 편파의 송신을 위한 수직 또는 수평 편파가 입력되는 송신 포트;
상기 송신 포트에 대해 직교하는 방향에 마련되며, 상기 공통 포트를 통해 수신된 원형 편파로부터 수직 또는 수평 편파를 수신하기 위한 수신 포트; 및
상기 송신 포트와 상기 수신 포트의 각 내측의 직교 지점으로부터 상기 공통 포트의 입구를 향해 일정 길이만큼 연장 형성되며, 상기 송신 포트와 상기 수신 포트의 내부 연장 통로를 상기 일정 길이만큼 구분하고, 상기 공통 포트를 통해 수신된 원형 편파를 수직 또는 수평 편파로 변환시켜 줌으로써 상기 수신 포트에 의한 수직 또는 수평 편파의 수신을 가능하게 하거나, 상기 송신 포트를 통해 입력된 수직 또는 수평 편파를 원형 편파로 변환시켜 줌으로써 상기 공통 포트에 의한 원형 편파의 송신을 가능하게 하는 격벽을 포함하는 점에 그 특징이 있다.
여기서, 상기 격벽은 다단형 계단 구조로 구성될 수 있다.
또한, 상기 다단형 계단 구조는 바람직하게는 상기 송신 포트와 상기 수신 포트에서의 각각의 반사 손실(return loss)이 20dB 이하가 되도록, 그리고 상기 송신 포트와 상기 수신 포트의 분리도(isolation)도 20dB 이하가 되도록 전체 계단 구조에서의 각 단의 높이와 길이가 설정된다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 그 내부에 다단형 계단 구조의 격벽(septum)을 구비함으로써 고주파 대역에서 송신 RHCP와 수신 LHCP를 동시에 분리하고, 임계치(20dB) 이하의 입출력 포트 반사 손실율과 송수신 분리도를 얻을 수 있는 장점이 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기 의 구조를 보여주는 부분 절제 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기는 3방향의 통로를 갖는 주 몸체부(210)와, 그 주 몸체부(210)의 상면에 결합되어 전체적으로 하나의 사각관 형태의 구조체를 이루도록 하는 커버(220)를 포함한다. 여기서, 이와 같은 주 몸체부(210)와 커버(220)의 결합 방식으로는 나사 에 의한 결합방식, 용접에 의한 결합방식, 접착제에 의한 결합 방식 등이 채용될 수 있다. 또한, 상기 주 몸체부(210)의 재질로는 금속 재질(예를 들면, 알루미늄)이 사용될 수 있다.
상기 주 몸체부(210)는 공통 포트(212), 송신 포트(214), 수신 포트(216) 및 격벽(septum)(218)을 포함한다.
상기 공통 포트(212)는 고주파 대역(예컨대, X-band로서 송신:7.9-8.4GHz, 수신:7.25-7.75GHz)의 원형 편파(RHCP, LHCP)를 송신 및 수신한다.
상기 송신 포트(214)는 상기 공통 포트(212)와 동일 축선상에 마련되며, 공통 포트(212)를 통한 원형 편파의 송신을 위한 수직 또는 수평 편파가 입력된다.
상기 수신 포트(216)는 상기 송신 포트(214)에 대해 직교하는 방향에 마련되며, 상기 공통 포트(212)를 통해 수신된 원형 편파로부터 수직 또는 수평 편파를 수신한다.
상기 격벽(218)은 상기 송신 포트(214)와 상기 수신 포트(216)의 각 내측의 직교 지점으로부터 상기 공통 포트(212)의 입구를 향해 일정 길이만큼 연장 형성되며, 상기 송신 포트(214)와 상기 수신 포트(216)의 내부 연장 통로를 상기 일정 길 이만큼 구분하고, 상기 공통 포트(212)를 통해 수신된 원형 편파를 수직 또는 수평 편파로 변환시켜 줌으로써 상기 수신 포트(216)에 의한 수직 또는 수평 편파의 수신을 가능하게 하거나, 상기 송신 포트(214)를 통해 입력된 수직 또는 수평 편파를 원형 편파로 변환시켜 줌으로써 상기 공통 포트(212)에 의한 원형 편파의 송신을 가능하게 한다. 여기서, 이와 같은 격벽(218)은 다단형, 예를 들면, 본 실시예에서와 같이 5단형 계단 구조로 구성될 수 있다.
또한, 상기 다단형 계단 구조는 바람직하게는 상기 송신 포트(214)와 수신 포트(216)에서의 각각의 반사 손실(return loss)이 20dB 이하가 되도록, 그리고 상기 송신 포트(214)와 수신 포트(216)의 분리도(isolation)도 또한 20dB 이하가 되도록 전체 계단 구조에서의 각 단의 높이와 길이가 설정된다.
여기서, 이상과 같이 반사 손실을 20dB 이하가 되도록 하는 것은, 상기 송신 포트(214)로는 2KW 이상의 고출력 전자파가 입력되는 바, 이때 반사 손실이 20dB 이하가 되어야 입력 전력이 99% 이상 전달될 수 있고, 반사 손실이 커지면 반사된 전력이 증폭기를 손상시킬 수 있기 때문이다. 또한, 분리도도 20dB 이하가 되어야 수신 포트(216)로 결합되는 전력을 충분히 감쇠시킬 수 있기 때문이다.
도 3은 본 발명에 따른 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기에 있어서, 격벽의 다단형 계단 구조를 보여주는 정면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기에 있어서, 격벽(218)은 전술한 바와 같이 다단형 계단 구조를 갖는데, 이때 전체 계단 구조에서의 각 단의 높이(a,c,e,g,i)와 길이(b,d,f,h,j)는 송수신 포트에서의 반사 손실 및 분리도가 각각 20dB 이하가 되도록 설정된다. 다음의 표 1은 그러한 설계 개념하에서 각 단의 높이와 길이가 설계된 일 예를 보여준다.
| 위 치 | a | b | c | d | e | f | g | h | i | j | k | l | m |
| 크기(mm) | 3 | 13 | 4 | 12 | 4 | 11 | 6 | 4 | 7 | 16 | 24 | 10.5 | 3 |
(위의 표에서 l은 송신(수신) 포트의 폭, m은 격벽의 두께를 각각 나타냄)
그러면, 이상과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기의 동작에 대해 간략히 설명해 보기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기에 있어서, 공통 포트에 원형 편파가 입사되는 경우의 파의 변환과정을 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, A∼D는 공통 포트에 LHCP 원형 편파의 수평 성분으로서의 수평 편파가 입사할 때의 파의 변환과정을 나타낸 것이고, E∼H는 LHCP 원형 편파의 수직 성분으로서의 수직 편파가 입사할 때의 파의 변환과정을 나타낸 것이다.
먼저, 공통 포트(212)에 수평 편파가 입사할 경우를 살펴보기로 한다. A와 같이 공통 포트(212)에 LHCP 원형 편파의 수평 성분인 수평 편파가 입사하면, 그 입사된 수평 편파는 공통 포트(212)의 내부로 일정 길이만큼 입사 시와 동일한 형태로 진행한다. 그러다가 공통 포트(212)의 내부에 형성되어 있는 격벽(218) 부분에 도달하면, B 및 C와 같이 격벽(218)의 다단형 계단 구조를 거치면서 파의 형태가 변하게 되며, 최종적으로 D와 같이 수평 편파는 송신 포트(214) 및 수신 포트 (216)로 분리된다. 이때 송신 포트(214) 및 수신 포트(216)로 분리된 수평 편파는 동일한 위상을 갖게 된다.
다음에, 공통 포트(212)에 수직 편파가 입사할 경우를 살펴보면, E와 같이 공통 포트(212)에 입사된 LHCP 원형 편파의 수직 성분인 수직 편파는, 마찬가지로 공통 포트(212)의 내부로 일정 길이만큼 입사 시와 동일한 형태로 진행한다. 그러다가 공통 포트(212)의 내부에 형성되어 있는 격벽(218) 부분에 도달하면, F 및 G와 같이 격벽(218)의 다단형 계단 구조를 거치면서 파의 형태가 변하게 되며, 최종적으로 H와 같이 입사시의 수직 편파는 수평 편파로 변환되어 송신 포트(214)와 수신 포트(216)에 분배된다. 이때 송신 포트(214) 및 수신 포트(216)에 분배된 수평 편파는 180°의 위상차를 갖게 된다.
이상과 같이, 공통 포트(212)에 LHCP 원형 편파가 계속 입사하게 되면, 송신 포트(214) 및 수신 포트(216))에는 최종적으로 D 및 H와 같이 두 개의 형태를 갖는 수평 편파가 생성된다. 이때 D 및 H에서 각각 좌측의 송신 포트(214)에 있는 수평 편파는 서로 위상이 180°차이가 나므로 상쇄되어 실제로 신호가 존재하지 않게 된다. 그러나, D 및 H에서 각각 우측의 수신 포트(216)에 있는 수평 편파는 서로 동위상이므로 신호가 남아있게 된다. 이렇게 하여 공통 포트(212)를 통해 입사된 LHCP 원형 편파로부터 선형 편파인 수평 편파를 최종적으로 수신 포트(216)에 의해 수신하게 된다.
이상은 공통 포트(212)를 통해 LHCP 원형 편파가 입사하는(수신되는) 경우를 예를 들어 설명한 것으로, RHCP 원형 편파가 공통 포트(212)를 통해 송신되는 경우에도 동일한 원리에 의해 파의 변환 과정을 거치게 된다.
즉, 수평 또는 수직 편파가 송신 포트(214)로 입력되고, 그 수평 또는 수직 편파가 격벽(218)의 다단형 계단 구조를 거치면서 RHCP 원형 편파로 변환되어 최종적으로 공통 포트(212)를 통해 송신된다.
이상, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명에 관하여 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경, 응용될 수 있음은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호 범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 위성통신 다중대역 안테나용 X 대역 직교모드 변환기의 일 예를 보여주는 도면.
도 2는 본 발명에 따른 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기의 구조를 보여주는 부분 절제 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기의 격벽의 다단형 계단 구조를 보여주는 정면도.
도 4는 본 발명에 따른 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기의 공통 포트에 원형 편파가 입사되는 경우의 파의 변환과정을 보여주는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
101...공용 포트 102...직선 포트
103...커넥터 104...제1 측면 포트
105...제2 측면 포트 106...격막
107...결합 슬롯 210...주 몸체부
212...공통 포트 214...송신 포트
216...수신 포트 218...격벽
220...커버
Claims (3)
- 전체적으로 다단형 계단구조 격벽을 중심으로 좌우에 송신 및 수신 포트가 위치하고 격벽의 다단형 계단구조가 없어지는 부분에 공통 포트가 위치하는 3방향의 통로를 갖는 주 몸체부와, 상기 주 몸체부의 상면에 결합되어 전체적으로 하나의 사각관 형태의 구조체를 이루도록 하는 커버를 포함하고,상기 주 몸체부는,다단형 계단구조 격벽이 끝나면서 고주파 대역의 원형 편파의 송수신을 위한 공통 포트;상기 공통 포트와 동일 축선상에 상기 공통 포트와 180도 반대방향으로 위치하며, 다단형 계단구조 격벽이 시작되는 부분이며, 상기 공통 포트를 통한 원형 편파의 수신을 위한 선형 편파가 입력되는 수신 포트;상기 수신포트에 대해 직교하는 방향에 위치되며, 다단형 계단구조 격벽이 시작되는 부분이며, 송신 선형편파를 다단형 계단구조 격벽을 이용하여 원형 편파로 변환시키는 송신 포트;상기 수신 포트와 상기 송신 포트의 각 내측의 직교 지점으로부터 상기 공통 포트의 입구를 향해 일정 길이만큼 연장 형성되며, 그 일정 길이만큼 연장 형성됨에 따라 상기 송신 포트와 상기 수신 포트의 내부 연장 통로를 상기 일정 길이만큼 구분하는 격벽을 포함하며,상기 격벽은 다단형 계단 구조로 구성되고,상기 다단형 계단 구조는 상기 송신 포트와 상기 수신 포트에서의 각각의 반사 손실(return loss)이 20dB 이하가 되도록, 그리고 상기 송신 포트와 상기 수신 포트의 분리도(isolation)도 20dB 이하가 되도록 전체 계단 구조에서의 각 단의 높이와 길이가 설정되며,상기 공통 포트를 통해 수신된 원형 편파의 수직 및 수평편파 성분은 상기 격벽의 다단형 계단 구조를 통과하면서 격벽 좌우의 송수신 포트로 선형편파를 형성하게 되며, 송신 포트에 형성되는 두 개의 선형편파는 180도 위상차로 상쇄되고 수신포트에 형성되는 두 개의 선형편파는 동일한 위상을 가지므로 수신 포트로 신호 수신을 가능하게 하고, 상기 송신 포트를 통해 입력된 선형편파는 상기 격벽의 다단형 계단 구조를 통과하면서 상호 90도 위상차를 갖는 수직 및 수평편파 성분을 형성하여 원형편파로 변환되어 상기 공통 포트에 의한 원형편파의 송신을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기.
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| KR1020080071419A KR100982968B1 (ko) | 2008-07-23 | 2008-07-23 | 고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기 |
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| KR100880861B1 (ko) * | 2001-11-07 | 2009-01-30 | 톰슨 라이센싱 | 이중 원형 편파를 갖는 주파수-분리기 도파관 모듈 및 송수신기 |
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