KR101019670B1

KR101019670B1 - 도파관 변환기

Info

Publication number: KR101019670B1
Application number: KR1020100078367A
Authority: KR
Inventors: 박창현
Original assignee: 엘아이지넥스원 주식회사
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2011-03-07

Abstract

본 발명은 T형 도파관과 구형 도파관을 연결시키는 도파관 변환기에 관한 것이다.
본 발명은 T형 돌출부 도파관과 접속되어 연통되는 직사각형의 중공 단면을 가지며, 상기 T형 돌출부 도파관의 T형 돌출부와 대응되는 위치에 제1 돌출부가 돌출 형성되는 제1 변환부; 상기 제1 변환부와 연통되는 직사각형의 중공 단면을 가지며, 상기 제1 돌출부와 대응되는 위치에 제2 돌출부가 돌출 형성되는 제2 변환부; 및 상기 제2 변환부와 연통되는 직사각형의 중공 단면을 가지며, 상기 제2 돌출부와 대응되는 위치에 제3 돌출부가 돌출 형성되며, 후단이 구형 도파관과 접속되어 연통되는 제3 변환부;를 포함하며, 상기 제1 변환부, 상기 제2 변환부 및 상기 제3 변환부가 순차적으로 배열되어 일체로 형성된다.

Description

도파관 변환기{Waveguide transducer}

본 발명은 도파관 변환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 T형 도파관과 구형 도파관을 연결시키는 도파관 변환기에 관한 것이다.

도파관은 일정한 형상의 중공의 단면을 가지며 도체로 형성된 일종의 하이패스필터로서, 마이크로파 대역 및 밀리미터파 대역 등의 고주파용의 전송 선로로서 사용되어 차단주파수 이상의 전파를 통과하도록 구현된다. 이러한 도파관은 도체에 의한 저항손실이 적고, 전파중의 전파에너지의 손실이 적으며, 유전체 손실이 적고, 방사손실이 없으며, 외부 전자계와 완전히 격리시킬 수 있을 뿐만 아니라 취급할 수 있는 전력이 크기 때문에 널리 사용되고 있다.

도파관은 중공 단면의 형상에 따라 직사각형 단면을 가지는 구형 도파관(Rectangular Waveguide), 원형 단면을 가지는 원형 도파관(Circular Waveguide), 직사각형 또는 원형 단면의 윗면 또는 아랫면에 돌출부가 형성되는 돌출부 도파관 (Ridge Waveguide) 등으로 나눠진다.

이중 돌출부 도파관은 돌출부의 형상에 따라 특성이 변하는데, 돌출부가 높고 넓을수록 용량이 증가하여 특성 임피던스가 낮아지므로 돌출부가 없는 구형 도파관보다 차단 파장을 짧게 할 수 있다. 따라서 돌출부의 단면의 형상을 적당하게 선택하면 광대역 전송로용으로 사용할 수 있으며, 구형 도파관보다 작은 면적으로 동일한 대역의 주파수를 전송할 수 있다. 이러한 돌출부 도파관에는 돌출부의 단면 형상이 'T'자 형인 T형 돌출부 도파관도 이용된다. T형 돌출부 도파관은 구형 도파관 대비 작은 면적으로 넓은 대역의 주파수를 통과시킬 수 있는 장점이 있다.

그러나 여전히 상대적으로 부피가 큰 구형 도파관 없이는 낮은 손실의 송수신 입출력을 구현하기가 어렵고 높은 파워를 다룰 수가 없다. 또한 도파관 소자들의 전자파 특성을 측정하기 위한 계측장비들은 모두 표준 구형 도파관 기준으로 구현되어 있다. 이에 더해 소자들의 특성을 측정하기 위한 시스템 마저 구형 도파관으로 구현되어 있다. 따라서 광대역 특성을 가지는 T형 돌출부 도파관의 전자파 성능 시험을 위해서는 T형 돌출부 도파관과 구형 도파관간의 신호를 왜곡 없이 전달해주는 변환기가 필요하다.

본 발명은 T형 돌출부 도파관과 구형 도파관을 접속시켜 양 도파관 사이에서 전자파를 큰 손실 없이 전달할 수 있는 도파관 변환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은, T형 돌출부 도파관과 접속되어 연통되는 직사각형의 중공 단면을 가지며, 상기 T형 돌출부 도파관의 T형 돌출부와 대응되는 위치에 제1 돌출부가 돌출 형성되는 제1 변환부; 상기 제1 변환부와 연통되는 직사각형의 중공 단면을 가지며, 상기 제1 돌출부와 대응되는 위치에 제2 돌출부가 돌출 형성되는 제2 변환부; 및 상기 제2 변환부와 연통되는 직사각형의 중공 단면을 가지며, 상기 제2 돌출부와 대응되는 위치에 제3 돌출부가 돌출 형성되며, 후단이 구형 도파관과 접속되어 연통되는 제3 변환부;를 포함하며, 상기 제1 변환부, 상기 제2 변환부 및 상기 제3 변환부가 순차적으로 배열되어 일체로 형성되는 도파관 변환기를 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 제1 돌출부는 단면이 'T'자 형상인 것이 바람직하며, 나아가 상기 제2 돌출부 및 상기 제3 돌출부는 단면이 'I'자 형상이며, 상기 제2 돌출부가 돌출되는 수준이 상기 제3 돌출부가 돌출되는 수준보다 높게 형성되는 것이 바람직하다.

또한 상기 제1 변환부, 상기 제2 변환부 및 상기 제3 변환부 각각의 단면 형상은 길이 방향을 따라 일정하게 형성되는 것이 바람직하며, 이때 상기 제1 변환부, 상기 제2 변환부 및 상기 제3 변환부의 단면적은 각각 차례로 감소하는 것이 바람직하다.

또한 상기 제1 돌출부, 상기 제2 돌출부 및 상기 제3 돌출부 각각의 단면 형상은 길이 방향을 따라 일정하게 형성되는 것이 바람직하며, 이때 상기 제1 돌출부, 상기 제2 돌출부 및 상기 제3 돌출부의 단면적은 각각 차례로 감소하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, T형 돌출부 도파관과 구형 도파관을 접속시켜 양 도파관 사이에서 전파가 큰 손실 없이 흐르게 함으로써 T형 돌출부 도파관의 성능 시험에 유용하게 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 변환기가 접속되는 T형 돌출부 도파관의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 변환기가 접속되는 구형 도파관의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 변환기의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 변환기의 분해사시도이다.
도 5는 도 3의 A-A'선의 단면도이다.
도 6은 도 3의 B-B'선의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 변환기를 이용하여 T형 돌출부 도파관의 성능을 시험하기 위한 구성도이다.
도 8은 관심주파수 범위에서 본 발명에 의한 T형 돌출부 도파관-표준 구형 도파관 변환기의 반사 손실 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하의 설명에서 '전방' 및 '후방'은 제1 변환부(10) 내지 제3 변환부(30)가 배치되는 위치를 기준으로 설명하는데, 제1 변환부(10), 제2 변환부(20) 및 제3 변환부(30)가 일체로 결합되어 구성되는 도파관 변환기(1)에 있어서, 제1 변환부(10)가 배치되는 쪽을 '전방'이라 하고, 제3 변환부(30)가 배치되는 쪽을 '후방'이라 하며, 도면상에서 도파관 변환기(1)가 향하고 있는 방향과는 관계 없다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 변환기가 접속되는 T형 돌출부 도파관의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 변환기가 접속되는 구형 도파관의 사시도이다.

그리고 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 변환기의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 변환기의 분해사시도이며, 도 5는 도 3의 A-A'선의 단면도이고, 도 6은 도 3의 B-B'선의 단면도이다.

또한 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 변환기를 이용하여 T형 돌출부 도파관의 성능을 시험하기 위한 구성도이며, 도 8은 관심주파수 범위에서 본 발명에 의한 T형 돌출부 도파관-표준 구형 도파관 변환기의 반사 손실 시뮬레이션 결과를 도시하는 그래프이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 변환기가 접속되는 T형 돌출부 도파관(Ridge Waveguide)(40)은, 소정의 폭과 높이를 가지는 중공 단면(42)을 가지며, 일측 둘레로부터 내측으로 수직하게 돌출되는 'T'자형 단면의 돌출부(44)가 형성된다. T형 돌출부 도파관(40)의 중공 단면(42)의 둘레에는 소정의 두께를 가지는 벽(46)이 형성되며, 중공 단면(42) 및 T형 돌출부(44)의 단면 형상은 T형 돌출부 도파관(40)의 길이 방향을 따라 일정하게 유지된다.

도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 변환기(1)가 접속되는 구형 도파관(Rectangular Waveguide)(50)은, 소정의 폭과 높이를 가지는 중공 단면(52)을 가지며, 중공 단면(52)의 둘레에는 소정의 두께를 가지는 벽(56)이 형성된다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 도파관 변환기(1)는, T형 돌출부 도파관(40)과 접속되어 연통되는 직사각형의 중공 단면(12)을 가지며, T형 돌출부 도파관(40)의 T형 돌출부(44)와 대응되는 위치에 제1 돌출부(14)가 돌출 형성되는 제1 변환부(10)와, 제1 변환부(10)와 연통되는 직사각형의 중공 단면(22)을 가지며, 제1 돌출부(14)와 대응되는 위치에 제2 돌출부(24)가 돌출 형성되는 제2 변환부(20)와, 제2 변환부(20)와 연통되는 직사각형의 중공 단면(32)을 가지며, 제2 돌출부(24)와 대응되는 위치에 제3 돌출부(34)가 돌출 형성되며, 후단이 구형 도파관(50)과 접속되어 연통되는 제3 변환부(30)를 포함하며, 제1 변환부(10), 제2 변환부(20) 및 제3 변환부(30)가 순차적으로 배열되어 일체로 형성되도록 구성될 수 있다.

제1 변환부(10), 제2 변환부(20) 및 제3 변환부(30) 각각은, 전체적으로 직육면체 형상으로 형성되며, 길이 방향으로는 직사각형의 중공 단면(12, 22, 32)이 관통되어 형성되며, 중공 단면(12, 22, 32)의 둘레는 벽(16, 26, 36)에 의해 밀폐된다. 이와 같은 구성에 의하여 각 변환부(10, 20, 30)는 길이 방향의 중공 단면(12, 22, 32)이 고주파의 전송 경로가 되는 독립적인 도파관이 된다. 각 변환부(10, 20, 30)는 직육면체 형상으로 형성되고 길이 방향으로 관통 형성되는 중공 단면(12, 22, 32)이 형성된다는 점에서 유사하나, 각 변환부(10, 20, 30)에 형성되는 중공 단면(12, 22, 32) 각각은 서로 다른 소정의 폭과 높이를 가지며, 각 변환부(10, 20, 30)에는 서로 다른 단면 형상의 돌출부(14, 24, 34)가 각각 형성된다. 다시 말해 본 발명에 따른 도파관 변환기(1)는 세 단계의 천이 구조로 이루어지며, 세가지 형태의 단면 모양을 가진다.

우선 제1 변환부(10)의 구성을 살펴보면, 제1 변환부(10)는 T형 돌출부 도파관(40)의 중공 단면(42)과 동일하거나 조금 더 큰 폭과 높이를 가지는 중공 단면(12)을 가지며, T형 돌출부 도파관(40)의 T형 돌출부(44)와 대응되는 위치에 형성되는 제1 돌출부(14)를 가진다. 제1 변환부(10)와 T형 돌출부 도파관(40)은 서로 접속되어 연통되는데, 이때 접속 시 제1 변환부(10)의 중공 단면(12)과 T형 돌출부 도파관(40)의 중공 단면(42)의 중심을 서로 일치시키는 것이 바람직하다.

제1 변환부(10)에 형성되는 제1 돌출부(14)는 T형 돌출부 도파관(40)의 T형 돌출부(44)와 동일한 'T'자 형상으로 형성되는 것이 바람직하며, 이때 제1 돌출부(14)의 두께 및 폭은 T형 돌출부 도파관(40)의 T형 돌출부(44)와 동일하거나 조금 더 작게 형성되는 것이 바람직하다.

다음으로 제2 변환부(20)의 구성을 살펴보면, 제2 변환부(20)는 제1 변환부(10)의 후단에 배치되는데, 제1 변환부(10)의 중공 단면(12)보다 조금 더 큰 폭과 높이를 가지는 중공 단면(22)을 가지며, 제1 돌출부(14)와 대응되는 위치에 형성되는 제2 돌출부(24)를 가진다.

제2 돌출부(24)는 제1 돌출부(14)와 같이 'T'자형으로 형성되거나 'T'자형에서 측방향으로 연장되는 부분이 생략된 형상인 'I'자형으로 형성될 수 있다. 제2 돌출부(24)의 폭은 제1 돌출부(14)의 폭과 동일하거나 조금 작게 형성될 수 있으며, 돌출되는 수준 또한 제1 돌출부(14)보다 동일 수준 또는 조금 낮은 수준으로 형성될 수 있다. 즉, 도 6을 기준으로 제1 돌출부(14)와 제2 돌출부(24)의 끝단은 동일 수평선 상에 놓이거나, 제2 돌출부(24)의 끝단이 제1 돌출부(14)의 끝단보다 조금 더 높은 선상에 놓일 수 있다. 한편 제2 돌출부(24)가 'T'자형으로 형성되는 경우 돌출부(24)의 끝단에서 측방향으로 연장되는 부분의 두께 및 연장 길이는 제1 돌출부(14)의 그것보다 조금 더 작게 형성되는 것이 바람직하다.

마지막으로 제3 변환부(30)의 구성을 살펴보면, 제3 변환부(30)는 제2 변환부(20)의 후방에 배치되며, 제3 변환부(30)의 후단에는 구형 도파관(50)이 접속되어 연통된다. 따라서 제3 변환부(30)의 중공 단면(32)의 폭과 높이는 제2 변환부(20)의 중공 단면(22)의 그것보다는 조금 더 크면서도, 구형 도파관(50)의 중공 단면(52)의 그것보다는 조금 더 작게 형성되는 것이 바람직하다.

또한 제3 변환부(30)제2 돌출부(24)와 대응되는 위치에 형성되는 제3 돌출부(34)를 가진다. 제3 돌출부(34)는 'I'자형으로 형성되는 것이 바람직하며, 돌출되는 높이 또한 제2 돌출부(24)보다 조금 더 낮은 수준으로 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 도 6을 기준으로 제3 돌출부(34)의 끝단은 제2 돌출부(24)의 끝단보다 조금 더 높은 선상에 위치하게 된다.

상기와 같이 중공 단면(12, 22, 32)을 가지는 제1 변환부(10) 내지 제3 변환부(30)가 순차적으로 배치며, 제1 변환부(10)의 전방에는 T형 돌출부 도파관(40)이 접속되고, 제3 변환부(30)의 후방에는 구형 도파관(50)이 접속됨으로써 T형 돌출부 도파관(40)과 구형 도파관(50)이 연통외어 고주파는 양 도파관(40, 50) 사이를 통과할 수 있게 된다. 이때 도파관 변환기(1)는 구형 도파관(50)과 T형 돌출부 도파관(40)의 주요 모드로 커플된다. 따라서 도 7에 도시된 바와 같이 T형 돌출부 도파관(40)의 양단에 도파관 변환기(1)를 접속시키고, 도파관 변환기(1)의 후단에 네트워크 분석기(60)가 연결되는 구형 도파관(50)을 접속시켜 T형 돌출부 도파관(40)의 성능을 시험할 수 있게 된다.

본 발명의 가장 큰 특징은 순차적으로 배치되어 일체로 형성되는 제1 변환부(10) 내지 제3 변환부(30)에 있어서 후방으로 갈 수록 중공 단면(12, 22, 32)의 폭과 너비가 점진적으로 증가되며, 돌출부(14, 24, 34)의 형상이 'T'형에서 'I'형으로 변화하며 돌출 높이 또한 점진적으로 감소한다는데 있다. 이와 같이 본 발명에 의한 도파관 변환기(1)는 중공 단면(12, 22, 32) 및 돌출부(14, 24, 34)의 형상이 점진적으로 변화하는 3단 계단식 천이구조를 적용하여 변환기(1)의 전체적인 길이를 줄일 수 있으며, 적은 손실로 신호의 왜곡 없이 T형 돌출부 도파관(40)과 구형 도파관(50) 사이를 연결시켜 전자파의 흐름을 변환시킬 수 있다.

한편, 제1 변환부(10) 내지 제3 변환부(30)의 각 중공 단면(12, 22, 32)의 중심 및 각 돌출부(14, 24, 34)의 중심선이 일치하도록 하는 것이 중요하므로, 각 변환부(10, 20, 30)는 최초 가공시부터 일체로 결합된 상태로 제작되는 것이 바람직하다. 나아가 구형 도파관(50)도 제3 변환부(30)와 접속 시 양측의 중공 단면(32, 52)의 중심이 일치되어야 하므로 구형 도파관(50) 또한 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이 도파관 변환기(1)에 일체로 형성될 수도 있다. 구형 도파관(50)이 도파관 변환기(1)에 일체로 형성되는 경우 조립이 용이하고 접속 신뢰성이 향상될 수 있다.

도 8에는 WR62 표준 도파관에 본 발명에 의한 도파관 변환기를 접속시켜 반사 특성을 시뮬레이션한 결과가 도시되는데, 도 8에 도시된 바와 같이 시뮬레이션 결과 반사 손실(Return Loss)이 관심주파수 영역(-250~250 주파수 대역)에서 -35dB 이하의 저반사 특성을 가지며, 그 이외의 영역에서도 -25dB 이하의 저반사 손실 특성을 가지는 것을 볼 수 있어 변환기로서의 충분한 성능을 확인할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1 : 도파관 변환기 10 : 제1 변환부
12 : 중공 단면 14 : 제1 돌출부
20 : 제2 변환부 22 : 중공 단면
24 : 제2 돌출부 30 : 제3 변환부
32 : 중공 단면 34 : 제3 돌출부
40 : T형 돌출부 도파관 42 : 중공 단면
44 : T형 돌출부 50 : 구형 도파관
52 : 중공 단면 60 : 네트워크 분석기

Claims

T형 돌출부 도파관과 접속되어 연통되는 직사각형의 중공 단면을 가지며, 상기 T형 돌출부 도파관의 T형 돌출부와 대응되는 위치에 제1 돌출부가 돌출 형성되는 제1 변환부;
상기 제1 변환부와 연통되는 직사각형의 중공 단면을 가지며, 상기 제1 돌출부와 대응되는 위치에 제2 돌출부가 돌출 형성되는 제2 변환부; 및
상기 제2 변환부와 연통되는 직사각형의 중공 단면을 가지며, 상기 제2 돌출부와 대응되는 위치에 제3 돌출부가 돌출 형성되며, 후단이 구형 도파관과 접속되어 연통되는 제3 변환부;
를 포함하며,
상기 제1 변환부, 상기 제2 변환부 및 상기 제3 변환부가 순차적으로 배열되어 일체로 형성되는 도파관 변환기.
제1항에 있어서,
상기 제1 돌출부는 단면이 'T'자 형상인
도파관 변환기.
제2항에 있어서,
상기 제2 돌출부 및 상기 제3 돌출부는 단면이 'I'자 형상이며, 상기 제2 돌출부가 돌출되는 수준이 상기 제3 돌출부가 돌출되는 수준보다 높게 형성되는 도파관 변환기.
제1항에 있어서,
상기 제1 변환부, 상기 제2 변환부 및 상기 제3 변환부 각각의 단면 형상은 길이 방향을 따라 일정한 도파관 변환기.
제4항에 있어서,
상기 제1 변환부의 단면적이 제일 작고, 상기 제3 변환부의 단면적이 제일 큰 도파관 변환기.
제1항에 있어서,
상기 제1 돌출부, 상기 제2 돌출부 및 상기 제3 돌출부 각각의 단면 형상은 길이 방향을 따라 일정한 도파관 변환기.
제6항에 있어서,
상기 제1 돌출부의 단면적이 제일 크고, 상기 제3 돌출부의 단면적이 제일 작은 도파관 변환기.