KR101044959B1 - 더블리지드 도파관을 이용한 삼중대역 스위처블 피더 시스템 - Google Patents

더블리지드 도파관을 이용한 삼중대역 스위처블 피더 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 더블리지드 도파관 턴스타일 정션(Double Ridged WaveGuide turnstile junction)과 스위치(Double Ridged WaveGuide Switch)를 이용하여 삼중대역 대역폭 확보와 대역 선택이 가능하고, 정합 성능을 개선한 동축 직교모드로 전송되는 삼중대역 스위처블 피더 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 삼중대역 피드혼 안테나와 결합되어 고대역(Ka Band)은 내측 제1 도파관으로 전송하고 저대역(X/Ku Band)은 외측 제2도파관으로 전송하기 위한 동축 도파관; 삼중대역(X/Ku/Ka Band)의 입출력을 전송하기 위한 각 대역 도파관; 상기 동축 도파관에 연결되어 직교모드 전송과 정합 개선을 위한 턴스타일 정션부; 상기 X 대역 도파관으로 부터 선형이나 원형 편파의 무선 신호를 전송하기 위한 X 대역 송수신부; 상기 Ku 대역 도파관으로 부터 수평과 수직편파의 신호를 전송하기 위한 Ku 대역 송수신부; 및 턴스타일 정션을 중심으로 더블리지드 도파관 스위치가 연결되고 마주보는 양쪽 포트에 X/Ku 대역 송수신부의 각 대역 연결 도파관과 필터 결합으로 구성된다.

Description

더블리지드 도파관을 이용한 삼중대역 스위처블 피더 시스템 {X/KU/KA TRIPLE BAND DOUBLE-RIDGED WAVEGUIDE SWITCHABLE FEEDER SYSTEM}
본 발명은 위성 통신 시스템에서 하나의 안테나로 세 가지 이상의 대역을 지원하는 삼중대역(Triple Band) 안테나의 급전 전송 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 더블리지드 도파관 턴스타일 정션(Double Ridged WaveGuide turnstile junction)을 통해 대역폭 및 정합 성능을 개선하고 스위치(Double Ridged WaveGuide Switch)로 광대역 정합과 대역 선택(X/Ka,Ku/Ka)이 가능하도록 하는 더블리지드 도파관을 이용한 삼중대역 스위처블 피더 시스템에 관한 것이다.
현재 위성통신시스템은 통신 대역의 확장에 따라 하나의 안테나로 두 가지 이상의 대역을 사용하는 추세로 발전하고 있으며, 해외 군사용 위성 통신 단말에는 X/Ka Dual Band가, 상업용 위성 통신 지구국 안테나 등에는 C/Ku, Ku/Ka L/Ka Dual Band가 적용되어 다중대역으로 확장이 필수적이다.
이와 같이 전송량 확대와 가입자의 계속적 증가로 인한 주파수 확장이 필요하기 때문에 기존 위성통신 시스템과의 연속성을 가지기 위해 국내에도 점차 다중 대역 통신 시스템의 개발에 관심을 기울이고 있다.
통상, 위성 통신 시스템에서 하나의 안테나로 두 가지 이상의 대역으로 통신하고자 할 때는 다중대역(Multi Band) 안테나와, 다중대역 안테나에 각 대역의 신호를 급전해주기 위한 급전 전송(Feeder) 시스템을 필요로 한다.
본 발명은 상기와 같은 필요성을 충족시키기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 삼중대역의 대역폭 확보와 정합개선을 위해 더블리지드 도파관 턴스타일 정션(Double-ridged WaveGuide turnstile junction)을 이용하고 필터와 도파관 변환부 및 스위치(Double-ridged WaveGuide Switch)를 통해 대역 선택과 광대역 정합까지 가능하도록 하는 더블리지드 도파관을 이용한 삼중대역 스위처블 피더 시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 삼중 대역 안테나의 피드혼과 결합되고 고대역(Ka Band)은 내측 제1 도파관으로 전송하고, 저대역(X/Ku Band)은 외측 제2 도파관으로 전송하기 위한 동축 도파관; X 대역의 입출력을 전송하기 위한 X 대역 도파관; Ku 대역의 입출력을 전송하기 위한 Ku 대역 도파관; Ka 대역의 입출력을 전송하기 위한 Ka 대역 도파관; 상기 동축 도파관에 연결되어 직교모드 전송과 정합 개선을 위한 더블리지드 도파관 턴스타일 정션부; 상기 X 대역 도파관으로부터 선형이나 원형 편파의 무선 신호를 전송하기 위한 X 대역 송수신부; 상기 Ku 대역 도파관으로 부터 수평과 수직편파의 신호를 전송하기 위한 Ku 대역 송수신부; 및 제어신호에 따라 상기 X 대역 송수신부와 상기 Ku 대역 송수신부 중 하나를 선택하여 상기 턴스타일 정션부로 연결하는 더블리지드 도파관 스위치를 구비한 것을 특징으로 한다.
상기 더블리지드 도파관 턴스타일 정션부는, 상기 동축 도파관으로부터 전송된 저대역의 두 대역을 확보하고 연결되는 턴스타일 정션부와 정합을 위한 동축 도파관 내 외측부에 적용된 계단식 변환기와, 네 개의 더블리지드 도파관과, 상기 더블리지드 도파관 중심의 튜닝 스터브로 구성되어 정합 특성을 개선한 것이다.
상기 X 대역 송수신부는, 상기 X 대역 도파관으로부터 전송된 저대역 무선신호를 원형 도파관 기본 전송 모드 TE11에서 동축 도파관의 TE11 전송 모드로 변환하는 계단식 원형/동축 도파관 변환기와, 상기 계단식 원형/동축 도파관 변환기와 연결되어 상기 X대역 도파관으로부터 전송되는 무선신호를 합성과 분기하는 연결 도파관과, 상기 연결 도파관과 상기 더블리지드 도파관 스위치 사이에서 Ku 대역 신호를 저지하고 X 대역 신호 통과를 위한 필터를 포함하고,
상기 Ku 대역 송수신부는, 상기 Ku대역 도파관으로부터 전송되는 수평과 수직 편파의 무선신호를 합성과 분기하는 연결 도파관과, 상기 연결 도파관과 상기 더블리지드 도파관 스위치 사이에서 X 대역 신호를 저지하고 Ku대역을 통과하는 필터를 포함한다.
본 발명에 따른 더블리지드 도파관을 이용한 삼중대역 피더 시스템은 턴스타일 정션(turnstile junction)을 이용하여 정합 개선과 삼중대역 대역폭을 확보하고, 스위치(Double-Ridged WaveGuide Switch)와 필터, 계단식 원형/동축 도파관 변환기 및 연결 도파관으로 대역 선택이 가능한 광대역의 정합 특성을 제공한다. 따라서 본 발명은 광대역의 대역폭 확보를 통한 대역선택을 가능하게 하고, 정합 성능을 크게 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명이 적용된 다중대역 안테나 시스템의 전체 구성을 도시한 개략도,
도 2는 본 발명에 따른 더블리지드 도파관 턴스타일 정션을 이용한 삼중대역 스위처블 피더 시스템의 전체 사시도,
도 3은 도 2에 도시된 사시도의 1/4을 절개한 단면도,
도 4는 도 2에 도시된 사시도의 1/4을 절개한 단면도의 다른 예,
도 5는 본 발명에 따른 더블리지드 도파관 턴스타일 정션을 이용한 삼중대역 스위처블 피더 시스템의 정면도,
도 6은 본 발명에 따른 더블리지드 도파관 턴스타일 정션을 이용한 삼중대역 스위처블 피더 시스템의 측면 단면도이다.
본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시 예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시 예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다
도 1은 본 발명이 적용된 삼중대역 안테나 시스템의 전체 구성을 도시한 개략도이다.
본 발명이 적용된 삼중대역 안테나 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 피드혼(22)과 반사판(24)으로 이루어져 삼중대역의 전파를 송수신할 수 있는 삼중대역 안테나(20)와, X 대역 송수신기(30-1) 및 Ku 대역 송수신기(30-2)로부터 전송되는 무선(RF)신호와 Ka대역 송수신기(30-3)로부터 전송되는 무선(RF)신호를 삼중대역 안테나(20)와 결합시키는 본 발명의 삼중대역 스위처블 피더 시스템(10)으로 구성된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 삼중대역 더블리지드 도파관 스위처블 피더 시스템(10)은 중앙의 튜닝 스터브(stub)를 중심으로 4개의 더블리지드 도파관과 결합된 턴스타일 정션(turnstile junction)을 이용하여 광대역의 대역폭 확보와 정합 특성을 개선한 것이다. 또한 후술하는 바와 같이 원형 도파관 기본 전송 모드 TE11에서 동축 도파관의 TE11 전송 모드로 변환하는 계단식 원형/동축 도파관 변환기, 및 연결 도파관과 필터는 광대역 정합이 용이하도록 개선한 것이다. 따라서 본 발명은 광대역의 정합 특성을 제공하고, 전송 손실을 줄일 수 있다.
그리고 본 발명은 더블리지드 도파관 스위치(Double-Ridged WaveGuide Switch)의 각 포트에 전송되는 Ku 대역의 분기된 수평/수직 편파 신호가 턴스타일 정션(turnstile junction)으로 전송되며, 또한 X 대역 역시 선형이나 원형 편파의 신호가 턴스타일 정션(turnstile junction)을 거쳐 동축 도파관 출력 포트를 통해 다중대역 안테나의 동축 피드혼(22)으로 전송된다. 그외 Ka대역은 동축 도파관의 내부 도체 안으로 전송된다.
도 2는 본 발명에 따른 동축 직교 모드로 전송되는 삼중대역 더블리지드 도파관 스위처블 피더 시스템(Triple-band Double-Ridged WaveGuide Switchable Feeder system)의 전체 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 사시도의 1/4을 절개한 단면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 사시도의 1/4을 절개한 단면도의 다른 예이다. 또한 도 5는 본 발명에 따른 동축 직교 모드로 전송되는 삼중대역 스위처블 피더 시스템(Triple-band Switchable Feeder system)의 정면도이고, 도 6은 측면의 단면도이다.
본 발명의 더블리지드 도파관 턴스타일 정션을 이용한 삼중대역 피더 시스템(10)은 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 낮은 주파수 대역(X/Ku Band)의 무선신호를 전송하기 위한 X 대역 도파관(130) 및 Ku 대역 도파관(140-1,140-2)과, 높은 주파수 대역(Ka Band)의 무선신호를 전송하기 위한 Ka 대역 도파관(120), 삼중대역 안테나(20)의 피드혼(22)과 결합되고 높은 주파수 대역과 낮은 주파수 대역을 전송하기 위한 동축 도파관(110)과, 동축 도파관(110) 내 외측에 적용된 계단식 변환부(124)에 연결되며, 튜닝 스터브(122)를 중심으로 4개의 더블리지드 도파관과 결합되어 정합 특성을 개선시킨 더블리지드 도파관 턴스타일 정션(Double-Ridged WaveGuide turnstile junction)과, 대역 선택을 위한 4개의 스위치(S)의 각 포트를 통해 연결되는 Ku대역 필터(170-1,170-2)와 연결 도파관(150-1,150-2)으로 형성된 Ku 대역 송수신부와, 스위치(S)의 타 포트에 연결되어 X 대역 필터(180-1,180-2)와 연결 도파관(160-1,160-2) 및 원형/동축 계단식 변환부(132)로 결합된 X 대역 송수신부로 구성되어 있다.
도 2 내지 도 6을 참조하면, X 대역 도파관(130)은 X 대역의 무선신호를 X대역 송수신기(30-1)측으로 전송하는 원형 도파관으로서 단부에 플렌지(130a)가 형성되어 있고, Ku 대역 도파관(140-1,140-2)은 Ku 대역의 무선신호를 Ku 대역 송수신기(30-2)측으로 전송하는 구형 도파관으로서 단부에 플렌지(130a)가 형성되어 있으며, Ka대역 도파관(120)은 Ka대역의 무선신호를 Ka대역 송수신기(30-3)측으로 전송하는 도파관으로서 단부에 플렌지(120a)가 형성되어 있다.
동축 도파관(110)은 Ka 대역 도파관(120)으로부터 전송된 고대역 무선신호를 내부 중심에서 전송하는 제1 도파관(112)과, 4개의 스위치(S) 각 포트에서 전송되는 저대역(X/Ku Band) 무선신호를 제1 도파관(112)의 외측 공간을 통해 전송하는 제2 도파관(114)으로 이루어져 있다.
더블리지드 도파관 턴스타일 정션부(Double-Ridged WaveGuide turnstile junction)는 중심의 튜닝 스터브(122)를 통해 매칭을 개선시키는 구조로서, 동축 도파관(110)과 연결된 계단식 변화부(124)와 4개의 더블리지드 도파관이 90도 간격으로 연결되어 스위치(S)와 결합되어 있다.
X 대역 송수신부는 X 대역 도파관(130)으로부터 전송된 신호를 저대역 원형 도파관 기본 전송 모드 TE11에서 동축 도파관(110)의 TE11 전송 모드로 변환하는 계단식 원형/동축 도파관 변환기(132)와, 동축 모드로 변환된 저대역 신호를 서로 직교 모드로 전송하는 연결 도파관(160-1,160-2)과, 전송된 신호의 X 대역을 통과시키는 필터(180-1,180-2)와 기본 도파관에서 더블리지드 도파관으로 변환하는 변환기로 구성된다.
Ku 대역 송수신부는 Ku 대역 도파관(140-1,140-2)으로부터 전송된 수평과 수직 편파의 분기된 저대역 신호를 연결 도파관(160-1,160-2)으로 전송하며, 전송된 신호의 Ku 대역을 통과시키는 필터(180-1,180-2)와 기본 도파관에서 더블리지드 도파관으로 변환하는 변환기로 구성된다.
4개의 스위치(S)는 각 포트를 통해 수직 편파와 수평 편파 신호를 전송하는 Ku 대역 송수신부와, 선형편파 혹은 원형편파로 전송되어 지는 X 대역 송수신부로 구분되며, 스위치(S)를 통해 X 대역이나 Ku 대역중 하나를 선택하여 "X/Ka" 대역 전송과 "Ku/Ka" 대역 전송이 가능한 구조이다.
이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 더블리지드 도파관 턴스타일 정션을 이용한 삼중대역 스위처블 피더 시스템의 동축 직교 모드 전송과정을 저대역(X/Ku Band)과 고대역(Ka Band)으로 구분하여 설명하기로 한다.
1. 저대역(X/Ku Band)의 전송경로
우선 저대역(X Band)의 전송경로는, X 대역의 입출력 전송 원형 도파관(130)으로 전송된 신호가 계단식 원형/동축 도파관 변환기(132)를 지나면서 원형 도파관(130) 기본 전송 모드 TE11에서 동축 도파관(110)의 TE11 전송 모드로 변환된다. 이때 계단식 원형/동축 도파관 변환기(132)의 계단은 모드 변환시 광대역 정합을 도와주는 치수로 선정한다.
동축 모드로 변환된 저대역의 무선신호의 서로 직교하는 모드는 연결 도파관(160-1,160-2)으로 각각 전송되며, 타 대역을 저지하고 X 대역을 통과하는 필터(180-1,180-2)를 거쳐 대역 선택을 가능하게 하는 스위치(S)와 결합하게 된다.
그리고 또 다른 저대역(Ku Band)의 전송경로는 Ku 대역의 입출력 전송 도파관(140-1,140-2)으로 전송된 수평/수직의 편파신호가 분기되어 연결 도파관(150-1,150-2)으로 각각 전송되며, 타 대역을 저지하고 Ku 대역을 통과하는 필터(170-1,170-2)를 거쳐 대역 선택을 가능하게 하는 스위치(S)와 결합하게 된다.
4개의 스위치(s)는 포트의 스위칭 제어신호에 따라 Ku 대역 신호나 X 대역 신호중 하나를 선택하여 튜닝 스터브(122) 측으로 연결한다. 본 발명의 실시예에서는 Ku 대역이 선택된 경우를 도시하고 있다.
이후 네 개의 스위치(S)로 선택되어 전송되는 각 저대역(X/Ku Band)의 신호는 다시 튜닝 스터브(122)를 중심으로 네 개의 더블리지드 도파관으로 연결 된 턴스타일 정션(Double-Ridged WaveGuide turnstile junction)부를 통해 분기된 신호로 합성된 후, 동축 도파관(110) 내의 외측에 연결된 계단식 변환부(124)를 거쳐 TE11 전송 모드로 동축 도파관(110)의 제2 도파관(114)으로 전송된다.
그리고 동축 도파관(110)의 저대역(X/Ku Band) 신호는 원형 편파 또는 선형 편파로 삼중대역 피드혼(22)으로 전달된다.
2. 고대역(Ka Band)의 전송 경로
고대역(Ka Band) 무선신호는 동축 도파관(110)의 Ka대역의 입출력 전송 원형 도파관(120)을 통해 원형 또는 선형 편파로 전송되고, 이 무선신호는 동축 도파관(110)의 제1 도파관(112)을 통해 역시 원형 또는 선형 편파로 다중 대역 피드혼(22)으로 전달된다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
110: 동축 도파관 112: 제1 도파관
114: 제2 도파관
120: Ka 대역 도파관 122: 스터브
124: 계단식 동축 변환기
130: X 대역 도파관 132: 계단식 원형/동축 도파관 변환기
140: Ku 대역 도파관
150: Ku 대역 연결 도파관 160: X 대역 연결 도파관
170: Ku 대역 필터 180:X 대역 필터

Claims (4)

  1. 삼중 대역 안테나의 피드혼과 결합되고 고대역(Ka Band)은 내측 제1 도파관으로 전송하고, 저대역(X/Ku Band)은 외측 제2 도파관으로 전송하기 위한 동축 도파관;
    X 대역의 입출력을 전송하기 위한 X 대역 도파관;
    Ku 대역의 입출력을 전송하기 위한 Ku 대역 도파관;
    Ka 대역의 입출력을 전송하기 위한 Ka 대역 도파관;
    상기 동축 도파관에 연결되어 직교모드 전송과 정합 개선을 위한 더블리지드 도파관 턴스타일 정션부;
    상기 X 대역 도파관으로부터 선형이나 원형 편파의 무선 신호를 전송하기 위한 X 대역 송수신부;
    상기 Ku 대역 도파관으로 부터 수평과 수직편파의 신호를 전송하기 위한 Ku 대역 송수신부; 및
    제어신호에 따라 상기 X 대역 송수신부와 상기 Ku 대역 송수신부 중 하나를 선택하여 상기 턴스타일 정션부로 연결하는 더블리지드 도파관 스위치를 구비한 것을 특징으로 하는 더블리지드 도파관을 이용한 삼중대역 스위처블 피더 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 더블리지드 도파관 턴스타일 정션부는,
    상기 동축 도파관으로부터 전송된 저대역의 두 대역을 확보하고 연결되는 턴스타일 정션부와 정합을 위한 동축 도파관 내 외측부에 적용된 계단식 변환기와,
    네 개의 더블리지드 도파관과,
    상기 더블리지드 도파관 중심의 튜닝 스터브로 구성되어
    정합 특성을 개선한 것을 특징으로 하는 더블리지드 도파관을 이용한 삼중대역 스위처블 피더 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 X 대역 송수신부는,
    상기 X 대역 도파관으로부터 전송된 저대역 무선신호를 원형 도파관 기본 전송 모드 TE11에서 동축 도파관의 TE11 전송 모드로 변환하는 계단식 원형/동축 도파관 변환기와,
    상기 계단식 원형/동축 도파관 변환기와 연결되어 상기 X대역 도파관으로부터 전송되는 무선신호를 합성과 분기하는 연결 도파관과,
    상기 연결 도파관과 상기 더블리지드 도파관 스위치 사이에서 Ku 대역 신호를 저지하고 X 대역 신호 통과를 위한 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 더블리지드 도파관을 이용한 삼중대역 스위처블 피더 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 Ku 대역 송수신부는,
    상기 Ku대역 도파관으로부터 전송되는 수평과 수직 편파의 무선신호를 합성과 분기하는 연결 도파관과,
    상기 연결 도파관과 상기 더블리지드 도파관 스위치 사이에서 X 대역 신호를 저지하고 Ku대역을 통과하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 더블리지드 도파관을 이용한 삼중대역 스위처블 피더 시스템.
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