KR101101268B1

KR101101268B1 - 배열 합성 혼 안테나

Info

Publication number: KR101101268B1
Application number: KR1020110008571A
Authority: KR
Inventors: 우종명
Original assignee: 충남대학교산학협력단
Priority date: 2011-01-28
Filing date: 2011-01-28
Publication date: 2012-01-04

Abstract

본 발명은 배열 합성 혼 안테나에 관한 것으로서, 혼 안테나를 배열 합성하여 사용함으로써 큰 이득을 얻고 파라볼라 안테나 사용 시 발생하던 스필오버에 의한 이득 손실을 보전할 수 있으며, 다수의 소형 파워 제너레이터를 사용함으로써, 무게 및 부피가 크고 구현이 어려운 단일 파워 제너레이터를 대체하여 큰 파워를 낼 수 있는 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 그 길이가 축소될 수 있도록, 전단부와 후단부로 구분되는 텔레스코픽 타입의 다단구조로서, 혼 안테나가 소정 개수 배열 합성되어 있는 혼 안테나부; 및 다수개의 제너레이터로 이루어지며, 각각의 혼 안테나의 끝단에 형성되어 전원을 공급하며, 급전을 수행하는 제너레이터부; 를 포함한다.

Description

배열 합성 혼 안테나{ARRAY AND SYNTHESIS HORN ANTENNA}

본 발명은 High Power Microwave Weapon용 배열 합성 혼 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 파라폴라 안테나를 대신하여 혼 안테나를 배열 합성하여 큰 이득을 얻고, 스필오버에 의한 이득 손실을 보전할 수 있으며, 다수의 소형 파워 제너레이터를 사용함으로써 파라볼라 안테나 사용 시 요구되는 무게 및 크기가 큰 단일 파워 제너레이터를 대체할 수 있으며, 혼 안테나 배열 합성시 발생하는 고차 모드를 극복하였으며, 혼 안테나에 단락구조를 적용함으로써 후엽 및 측엽의 방사 억제가 가능하며, 이동이 편리하도록 텔레스코픽 타입의 다단구조가 적용된 배열 합성 혼 안테나에 관한 것이다.

최근 비살상 무기인 전자 폭탄과 도 1 의 (a) 에 도시된 바와 같이 high power microwave weapon이 개발되고 있다. 이러한 high power microwave weapon은 일반적으로 파라볼라 안테나를 사용하고 있다.

이러한 파라볼라 안테나는 단일 소스로 큰 출력을 내야 하기 때문에, 도 1 의 (a) 에 도시된 바와 같이 매우 큰 파워 제너레이터가 필요하다. 이러한 큰 파워를 내는 제너레이터는 만들기 어려울 뿐만 아니라 많은 제작비용을 필요로 한다.

또한, 도 1 의 (a) 및 (b) 에 나타낸 High power microwave weapon은 각각 x-band와 94GHz의 주파수를 사용하였으나, 더 낮은 주파수를 사용하게 되면 안테나의 물리적 크기가 매우 커지는 문제가 발생한다. 그리고, 파라볼라 안테나는 스필오버로 인한 강한 후엽의 방사가 존재하므로, 후방에 있는 아군에게도 큰 피해를 입힐 위험성까지 내포하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1 목적은, 혼 안테나를 배열 합성하여 사용함으로써 큰 이득을 얻고 파라볼라 안테나 사용 시 발생하던 스필오버에 의한 이득 손실을 보전할 수 있으며, 다수의 소형 파워 제너레이터를 사용함으로써, 무게 및 부피가 크고 구현이 어려운 단일 파워 제너레이터를 대체하여 큰 파워를 낼 수 있는 안테나를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 제 2 목적은, 혼 안테나 배열시 발생하는 고차 모드를 H-면 접촉 길이를 단축하여 고차모드에 의한 빔폭 확장 및 이득 저하를 줄이는 안테나를 제공함에 있다.

또한 본 발명의 제 3 목적은, 혼 안테나부의 전단부를 후방으로 이동 가능한 텔레스코픽 타입의 다단구조로 형성함으로써, High Power Microwave Weapon 적용 시에도 기동성을 높일 수 있는 안테나를 제공함에 있다.

그리고 본 발명의 제 4 목적은, 혼 안테나부에 단락구조를 부착함으로써, 후엽 및 측엽으로의 방사를 억제시킬 수 있는 안테나를 제공함에 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 배열 합성 혼 안테나에 관한 것으로서, 그 길이가 축소될 수 있도록, 전단부와 후단부로 구분되는 텔레스코픽 타입의 다단구조로서, 혼 안테나가 소정 개수 배열 합성되어 있는 혼 안테나부; 및 다수개의 제너레이터로 이루어지며, 각각의 혼 안테나의 끝단에 형성되어 전원을 공급하며, 급전을 수행하는 제너레이터부; 를 포함한다.

또한 상기 전단부는 후단부 보다 큰 크기를 가지며, 상기 전단부의 내측에 후단부가 위치되도록, 상기 전단부가 후방으로 이동 가능한 것을 특징으로 한다.

또한 상기 혼 안테나부의 상부 전면 및 하부 배면에는 단락구조가 부착되어 있으며, 각각의 단락구조는, 구획되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 단락구조가 2개 이상 부착될 경우, 서로 단차를 가지도록 부착 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 각각의 제너레이터와 연결되는 혼 안테나의 끝단에서, 맞닿아 배열된 혼 안테나들은 동일한 일측 방향으로 소정길이 절개되되, H-plane에 해당하는 혼 안테나간의 절개길이는 단축되어 있는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제너레이터는, 배열 합성된 혼 안테나의 개수만큼 구비되어, 각각의 혼 안테나의 끝단에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 혼 안테나를 배열 합성하여 사용함으로써 파라볼라 안테나 사용 시 발생하던 스필오버에 의한 이득 손실을 보전할 수 있으며, 다수의 소형 제너레이터를 사용함으로써, 고 이득을 구현할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 따르면, 혼 안테나부의 전단부를 후방으로 이동 가능한 텔레스코픽 타입의 다단구조로 형성함으로써, High Power Microwave Weapon 적용 시에도 기동성을 높일 수 있는 효과도 있다.

또한 본 발명에 따르면, 혼 안테나의 H-면을 단축하여 혼 안테나 배열 시 발생하는 고차 모드를 억제하여 빔폭을 줄일 수 있고 이득을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.

그리고 본 발명에 따르면, 혼 안테나부에 단락구조를 부착함으로써, 후엽 및 측엽으로의 방사를 억제시킬 수 있는 효과도 있으며, High Power Microwave Weapon 적용 시에 후방의 아군의 피해를 방지할 수 있는 효과도 있다.

도 1 은 파라폴라 안테나를 사용한 종래 고출력 마이크로웨이브 안테나를 보이는 일예시도.
도 2 는 본 발명에 따른 기본 혼 안테나를 보이는 일예시도.
도 3a 는 본 발명에 따른 기본 혼 안테나에 단락구조가 적용된 1단 단락구조 혼 안테나를 보이는 일예시도.
도 3b 는 본 발명에 따른 최적화된 1단 단락구조 혼 안테나를 보이는 일예시도.
도 4a 는 본 발명에 따른 1단 단락구조 혼 안테나에 1층을 더 쌓아 2단 단락구조를 가지는 2단 단락구조 혼 안테나를 보이는 일예시도.
도 4b 는 본 발명에 따른 최적화된 2단 단락구조를 가지는 2단 단락구조 혼 안테나를 보이는 일예시도.
도 5a 는 본 발명에 따른 2단 단락구조 혼 안테나에 1층을 더 쌓아 3단 단락구조를 가지는 3단 단락구조 혼 안테나를 보이는 일예시도.
도 5b 는 본 발명에 따른 최적화된 3단 단락구조를 가지는 3단 단락구조 혼 안테나를 보이는 일예시도이다.
도 6a 는 본 발명에 따른 3단 단락구조 혼 안테나에 1층을 더 쌓아 4단 단락구조를 가지는 4단 단락구조 혼 안테나를 보이는 일예시도.
도 6b 는 본 발명에 따른 최적화된 4단 단락구조를 가지는 4단 단락구조 혼 안테나를 보이는 일예시도.
도 7a 는 본 발명에 따른 실제 제작된 3단 단락구조 혼 안테나 및 그 반사손실을 보이는 그래프.
도 7b 는 본 발명에 따른 실제 제작된 3단 단락구조 혼 안테나의 시뮬레이션 방사패턴과, 측정된 방사패턴을 보이는 그래프.
도 8 은 본 발명에 따른 기본 혼 안테나에 관한 일예시도 및 기본 혼 안테나 4개가 2×2 배열된 혼 안테나를 보이는 일예시도.
도 9 는 본 발명에 따른 2×2 배열 혼 안테나의 반사손실과 방사패턴을 보이는 그래프.
도 10 은 본 발명에 따른 2×2 배열된 혼 안테나가 합성된 2×2 배열 합성 혼 안테나를 보이는 일예시도.
도 11 은 본 발명에 따른 2×2 배열 합성 혼 안테나의 반사손실 및 방사패턴을 보이는 그래프.
도 12 는 본 발명에 따른 2×2 배열 합성 혼 안테나의 윗면 및 그 전계분포를 보이는 그래프.
도 13 은 본 발명에 따른 혼 안테나간 절개길이가 단축된 2×2 배열 합성 혼 안테나의 윗면 및 그 전계분포를 보이는 그래프.
도 14 는 본 발명에 따른 도 13 의 안테나의 반사손실 및 방사패턴을 보이는 그래프.
도 15 는 본 발명에 따른 단락구조 개수에 따른 SLL과 FBR 변화를 보이는 일예시도.
도 16 은 본 발명에 따른 구획을 나눈 단락구조 개수에 따른 SLL과 FBR 변화를 보이는 일예시도.
도 17 은 본 발명에 따른 2단 단락구조를 적용하여 2×2 배열 합성 혼 안테나에 관한 일예시도 및 측정된 반사손실을 보이는 그래프.
도 18 은 본 발명에 따른 2×2 배열 합성 혼 안테나에서 단락구조 유무에 따른 시뮬레이션 방사패턴과, 측정된 방사패턴을 보이는 그래프.
도 19 는 본 발명에 따른 배열 합성 혼 안테나에 관한 일예시도.
도 20 은 본 발명에 따른 High Power Microwave Weapon용으로 제작된 배열 합성 혼 안테나에 관한 일예시도.

본 발명의 구체적 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 배열 합성 혼 안테나의 구조 및 특성의 기술에 앞서, 기본 혼 안테나(Pyramidal) 및 기본 혼 안테나의 단락구조에 관하여 설명하도록 한다.

도 2 에 도시된 기본 혼 안테나의 시뮬레이션 결과, 2.45GHz에서 반사손실 -12.36dB, 이득 10dBi, 빔폭 50.2°[E], 59.7°[H], Front to Back Ratio(FBR) 22.02dB, Side Lobe Level(SLL) -22dB로 후엽과 함께 측엽에도 불필요한 전력 손실이 발생함을 확인하였다.

이러한 전력 손실은 개구 안테나에 대한 접지면 가장자리 회절현상 때문에 발생한다. 개구면 끝에서 발생하는 회절로 인한 전파를 막기 위해 단락구조를 사용하였다. 단락구조의 길이는 3λ/4(92mm)로 끝이 short되어 있어, 개구면 끝에서 회절된 전파가 후방으로 방사되지 못하도록 막아주며, 도체 자체에서 방사되는 클리핑 전류 또한 막아주기 때문에 후엽 및 측엽으로의 방사가 억제되는 원리를 갖는다.

도 3a 및 도 3b 는 도 2 에 도시된 기본 혼 안테나에 단락구조가 적용된 1단 단락구조 혼 안테나를 보이는 일예시도이다.

도 3b 에 도시된 바와 같이, 최적화된 1단 단락구조 혼 안테나의 깊이는 92mm(3λ/4)이고, 폭은 가로세로 동일하게 20mm이다.

상술한 최적화된 1단 단락구조 혼 안테나의 시뮬레이션 결과, 2.45GHz에서 반사손실 -10.89dB, 이득 10.9dBi, 빔폭 47.7°[E], 54.9°[H], FBR 49.56dB, SLL -30.3dB로 기본 혼 안테나에 비해 후엽 및 측엽으로의 방사가 많이 억제됨을 확인하였다.

도 4a 및 도 4b 는 도 3 에 도시된 1단 단락구조 혼 안테나에 1층을 더 쌓아 2단 단락구조를 가지는 2단 단락구조 혼 안테나를 보이는 일예시도이다.

도 4a 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 2단 단락구조를 -z방향으로 L₁만큼 이동(2단 단락구조를 -z 방향으로 35mm 이동)시켜 시뮬레이션 한 결과, 즉, 개구면에서 급전부 쪽으로 35mm 떨어진 곳에 단락구조를 부착시켰을 때, E-plane에서는 후엽과 부엽 모두 많이 억제되었고, H-plane에서는 후엽이 많이 억제되는 것을 확인하였다.

도 4b 에 도시된 바와 같이, 최적화된 2단 단락구조 혼 안테나의 깊이는 3λ/4(92mm)이며, 폭은 가로세로 동일하게 20mm로 하였고, 최적화된 L₁=-35mm(0.286λ)이다.

최적화된 2단 단락구조 혼 안테나의 시뮬레이션 결과, 2.45GHz에서 반사손실 -10.67dB, 이득 11dBi, 빔폭 47.1°[E], 56.9°[H], FBR 32.9dB, SLL -32.9dB로 기본 혼 안테나에 비해 후엽으로 손실되는 전력은 줄었으나, 부엽은 제한조건에 만족할 만한 수준은 아니었다.

도 5a 및 도 5b 는 도 4a 및 도 4b 에 도시된 2단 단락구조 혼 안테나에 1층을 더 쌓아 3단 단락구조를 가지는 3단 단락구조 혼 안테나를 보이는 일예시도이다.

도 5a 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 2단 단락구조가 -z방향으로 35mm에 위치한 상태에서, 3단 단락구조를 -z방향으로 L₂만큼 이동(3단 단락구조를 -z 방향으로 65mm 이동)시켜 시뮬레이션 한 결과, 즉, 개구면에서 급전부 쪽으로 65mm(0.531λ) 떨어진 곳에 단락구조를 부착시켰을 때, E-plane과 H-plane에서 부엽이 많이 억제됨을 확인하였다.

도 5b 에 도시된 바와 같이, 최적화된 3단 단락구조 혼 안테나의 깊이는 3λ/4(92mm)이며, 폭은 가로세로 동일하게 20mm로 하였고, 최적화된 L₁=-35mm(0.286λ)이다.

최적화된 3단 단락구조 혼 안테나의 시뮬레이션 결과, 2.45GHz에서 반사손실 -11.04dB, 이득 14.1dBi, 빔폭 46.2°[E], 41.6°[H], FBR 36.56dB, SLL -34dB로 1단과 2단 단락구조 혼 안테나에 비에 후엽으로의 전력 손실이 다소 증가했지만, 기본 혼 안테나보다는 많이 감소하였다. 그리고, 측엽으로의 방사는 다른 구조의 안테나 보다 적음을 확인할 수 있다.

도 6a 및 도 6b 는 도 5a 및 도 5b 에 도시된 3단 단락구조 혼 안테나에 1층을 더 쌓아 4단 단락구조를 가지는 4단 단락구조 혼 안테나를 보이는 일예시도이다.

도 6a 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 2단 단락구조가 -z방향으로 35mm, 3단 단락구조가 -z방향으로 65mm에 위치한 상태에서, 4단 단락구조를 -z방향으로 L₃만큼 이동(4단 단락구조를 -z 방향으로 95mm 이동)시켜 시뮬레이션 한 결과, L₃=-95mm에서 최적임을 확인하였으나, E-plane과 H-plane 모두 방사패턴의 변화는 미비하였다.

도 6b 에 도시된 바와 같이, 최적화된 4단 단락구조 혼 안테나의 깊이는 3λ/4(92mm)이며, 폭은 가로세로 동일하게 20mm로 하였다.

시뮬레이션 결과, 2.45GHz에서 반사손실 -10.95 dB, 이득 11.1dBi, 빔폭 46.4°[E], 58°[H], FBR 31.94dB, SLL -31.9dB로 앞의 다른 구조의 안테나에 비해 특별히 개선된 점은 찾아볼 수 없었다.

정리하면, 단락구조의 개수가 늘어남에 따라 변수가 증가하였고, 이 변수들을 고려하여 시뮬레이션을 수행하였다. 하지만, 4단 단락구조 혼 안테나는 3단 단락구조 혼 안테나에 비해 후엽 및 측엽 억제 측면에서 봤을 때, 크게 개선된 점을 찾을 수 없었고, 오히려 안테나의 크기가 커짐에 따라 제작의 용이성이 떨어지고 제작비용이 더 많이 들것으로 예상되어 3단의 단락구조 혼 안테나가 최적임을 확인하였다.

따라서, 본 발명에서는 도 7a 의 (a)에 도시된 바와 같이 3단 단락구조 혼 안테나를 실제 제작하였다. 이때, 반사손실과 방사패턴을 도 7a 의 (b) 및 도 7b 의 (a), (b) 에 도시된 바와 같다.

도 7a 의 (b) 에 도시된 바와 같이, 2.45GHz에서 측정된 반사손실 -13.81dB, 이득 11.9dBi, 빔폭 47°[E], 51°[H], FBR 35.7dB, SLL -31.1dB로 시뮬레이션과 유사함을 알 수 있었다. 도 7b 의 (a) 및 (b) 에는 시뮬레이션 방사패턴과, 측정된 방사패턴을 나타내었다.

이를 통해, 3단 단락구조 혼 안테나의 후엽 및 측엽 억제 성능이 뛰어남을 확인할 수 있었으며, offset 3단 단락구조 혼 안테나의 특성은 [표 1] 에 나타낸 바와 같다.

[표 1]

[표 1] 에 도시된 바와 같이, offset 3단 단락구조 혼 안테나의 후엽 및 측엽 억제 성능이 뛰어남을 확인할 수 있었다.

이하에서는, 기본 혼 안테나가 다수 배열된 배열 합성 혼 안테나에 관하여 설명하도록 한다.

기본 혼 안테나의 구조는 도 8 의 (a) 에 도시된 바와 같다. 이때, 하나의 혼 안테나로는 높은 이득을 얻을 수 없기 때문에 이득 향상을 위해서 도 8 의 (b) 와 같이 기본 혼 안테나 4개를 2×2 배열하였다.

기본 혼 안테나의 경우 이득이 10 dBi였으나, 4개의 안테나를 2×2 배열했을 때 이득이 16.1dBi로 약 6.1dBi 이득 향상 효과를 나타내었다.

2×2 배열 혼 안테나의 반사손실 및 방사패턴은 도 9 의 (a) 및 (b) 와 같다. 시뮬레이션 결과 반사손실은 설계주파수 2.45GHz에서 -10.09dB를 나타내고 있으며 -10dB 대역폭은 196MHz(8%)를 나타내었다. 이득은 16.1dBi, 빔폭은 E, H-plane에서 25.4°로 동일하였으며 FBR은 38.04dB였다.

한편, 이득을 더욱 향상시키기 위해, 상기 도 9 의 2×2로 배열된 혼 안테나를 합성시켜, 도 10 에 도시된 바와 같이 2×2 배열 합성 혼 안테나를 설계하였다.

그 결과 합성시키기 전에는 이득이 16.1dBi였으나, 합성 후 18dBi로 이득이 약 1.9dBi 향상되었다.

2×2 배열 합성 혼 안테나의 반사손실과 방사패턴은 도 11 의 (a) 및 (b) 에 나타내었다. 시뮬레이션 결과, 반사손실은 설계주파수 2.45GHz에서 -10.96dB를 나타내고 있으며 -10dB 대역폭은 482MHz(19.67%)를 나타내었다. 이득은 18dBi, 빔폭은 E-plane에서 14.2°, H-plane에서 43°였으며 FBR은 28.25dB였다.

도 10 에 나타낸 바와 같이, 이득 향상을 위해 안테나를 배열하고 합성시켰다. 하지만, 배열된 안테나를 합성시키면서 H-plane의 빔폭이 25.4°에서 43°로 확장되는 현상이 발생하였다. 본 발명에서는 high power microwave weapon의 활용을 위한 혼 안테나의 설계하고자 하고 있으며, 이는 협소한 빔폭에 가능한 많은 에너지를 모아 국부적인 부분에 열을 높이는 효과가 있어야 한다. 따라서 H-plane의 넓은 빔폭은 큰 결함이 될 수 있다.

이러한 문제의 원인을 알아보기 위해, 도 12 에 나타낸 바와 같이, 2×2 배열 합성 혼 안테나의 윗면에 점선으로 표시한 부분을 절단하여 전계분포를 시뮬레이션 하였고, 그 결과를 도 12 의 (b) 에 나타내었다. 시뮬레이션 결과 각 배열 혼에 기본 모드인 TE₁₀으로 급전 설계하였으나, 도 12 의 (b) 와 같이 고차모드로 변화하여서 H-plane의 빔폭이 넓어짐을 확인하였다.

이러한 현상을 극복하기 위해서, 도 13 의 (c) 와 같이 H-plane에 해당하는 혼 안테나간의 절개길이가 다른 면의 혼 안테나간의 절개길이보다 단축되어 있는 구조를 제안한다.

도 13 의 (d) 에 나타낸 바와 같이, 제안된 구조의 전계분포를 보면 고차 모드가 단일 모드로 변화되었음을 확인하였다. 그 결과 H-plane 빔폭이 43°에서 13.6°로 줄어들었으며, 이로 인해 이득이 18dBi에서 21.1dBi로 향상되었다.

도 14 의 (a) 는 도 13 의 (c) 의 안테나 구조에 대한 반사손실을 보이는 그래프이며, 도 14 의 (b), (c) 는 도 12 의 (a) 의 안테나 구조에 대하여 시뮬레이션된 E-plane의 방사패턴 및 H-plane의 방사패턴을 각각 나타낸다.

시뮬레이션 결과, 도 14 의 (a) 에 도시된 바와 같이 반사손실은 설계주파수 2.45GHz에서 -11.15dB를 나타내고 있으며, -10dB 대역폭은 318MHz(12.97%)를 나타내었다. 이득은 21.1dBi, 빔폭은 E-plane에서 14°, H-plane에서 13.6°였으며 FBR은 27.21dB 였다. 또한, 도 14 의 (b) 및 (c) 의 방사패턴에서 알 수 있듯이, 이득이 증가하고 H-plane의 빔폭이 줄어들었음을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 후엽 및 측엽을 억제시키기 위해서 빔폭을 개선시킨 2× 2 배열 합성 혼 안테나에 단락구조를 적용하였다.

도 15 에는 단락구조의 개수에 따른 SLL과 FBR의 변화를 나타내었다. 그 결과, SLL은 큰 -10dB 정도에서 큰 변화를 보이지 않았지만 2단 단락구조의 경우 FBR이 36.46dB로 가장 뛰어났다. 후엽 및 측엽의 억제 효과를 높이기 위해서 단락구조를 도파관의 길이와 가장 유사한 길이로 동일하게 구획을 나누어 보았고, 도 16 에 구획을 나눈 단락구조의 개수에 따른 SLL과 FBR의 변화를 나타내었다.

시뮬레이션 결과, SLL은 단락구조의 구획을 나누지 않았을 때와 마찬가지로 큰 변화가 없었지만, FBR의 경우, 단락구조의 구획을 나누었을 경우 일반 단락구조보다 전체적으로 FBR이 높음을 확인하였다. 2단 단락구조의 경우 FBR이 38.04dB로 가장 뛰어났고, 이를 실제 제작하여 측정하였다.

또한, 도 17 에 도시된 바와 같이, 2단 단락구조를 적용하여 2×2 배열 합성 혼 안테나를 개시한다.

제작된 안테나와 측정된 반사손실을 도 17 의 (b) 에 나타내었다. 그 결과, 설계주파수 2.45GHz에서 2×2 배열 합성 혼 안테나는 -15.88dB이었고, 2단 단락구조 2×2 배열 합성 혼 안테나는 -16.57dB였다. -10dB대역폭은 855MHz(34.90%)로 큰 차이를 보이지 않았다.

도 18 은 2×2 배열 합성 혼 안테나에서 단락구조 유무에 따른 시뮬레이션 방사패턴과, 측정된 방사패턴을 보이는 그래프이다.

도 18 의 (a) 및 (c) 에서 E-plane의 시뮬레이션과 측정 방사패턴을 보면 단락구조가 없는 혼 안테나(실선)에 비해 단락구조가 있는 혼 안테나(점선)의 측엽 및 후엽이 억제됨을 확인할 수 있다.

아래의 [표 2] 에 2×2 배열 합성 혼 안테나와, 2단 단락구조 2×2 배열 합성 혼 안테나의 시뮬레이션과 실제 제작한 안테나의 특성을 비교하여 나타내었다.

측정된 데이터에서 FBR을 보면 단락구조가 없는 안테나가 33.2dB 이고, 2단 단락구조가 있는 안테나가 39.66dB로, 상기 도 18 의 방사패턴 비교로 알 수 있었듯이 단락구조의 존재가 후엽 및 측엽 억제에 뛰어난 효과가 있음을 다시 한 번 확인할 수 있었다.

[표 2]

도 19 내지 도 20 은 도 2 내지 도 18 에서 언급해왔던 안테나에 관한 실험결과를 바탕으로, High Power Microwave Weapon용으로 제작된 본 발명의 특징적인 일양상에 따른 배열 합성 혼 안테나(100)에 관한 일예시도로서, 도시된 바와 같이 혼 안테나부(110) 및 제너레이터부(120)를 포함한다.

구체적으로, 혼 안테나부(110)는 도파관을 이용하며, 혼 안테나가 2×2 배열 합성된 구조이다.

또한, 혼 안테나부(110)는 도 20 에 도시된 바와 같이 그 길이가 축소될 수 있도록, 전단부(10)와 후단부(20)로 구분되는 다단구조이다.

즉, 혼 안테나부(110)는 텔레스코픽(Telescopic) 타입의 다단구조로서, 상기 전단부(10)의 내측에 후단부(20)가 위치되도록 상기 전단부(10)는 후단부(20) 보다 큰 크기를 가지는 바, 상기 전단부(10)가 후방으로 이동 가능하다.

이는, 본 발명에 따른 High Power Microwave Weapon용으로 제작되어, 이동시 기동성을 강조하기 위한 구조이다.

또한, 후엽 및 측엽으로의 방사를 억제시키기 위하여, 혼 안테나부(110) 전단부(10)의 상부 전면 및 하부 배면에는 단락구조(111)가 부착되어 있다.

여기서, 각각의 단락구조(111)는, FBR이 뛰어나도록 하기 위하여, 도파관과 유사한 길이로 동일하게 구획되어 있으며, 상기 단락구조(111)가 2개 이상 부착될 경우, 서로 단차를 가지도록 부착 형성된다.

한편, 각각의 제너레이터와 연결되는 혼 안테나의 끝단에서, 맞닿아 배열된 혼 안테나들은 동일한 일측 방향으로 소정길이 절개되어 있다.

이때, H-plane에 해당하는 혼 안테나간의 절개길이 즉, 윗면에 배열 합성된 안테나간의 절개길이는 다른 면의 혼 안테나간의 절개길이보다 단축되어 있다.

이는, 혼 안테나 2×2 배열 시 발생하는 고차모드를 억제하여 빔폭을 줄이고, 이득을 향상시킬 수 있다.

제너레이터부(120)는 다수개의 제너레이터로 이루어지며, 각각의 혼 안테나의 끝단에 형성되어 전원을 공급하며, 급전을 수행한다. 즉, 각 제너레이터는, 배열 합성된 혼 안테나의 개수만큼 구비되어, 각각의 혼 안테나의 끝단에 형성될 수 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100: 배열 합성 혼 안테나 110: 혼 안테나부
111: 단락구조 120: 제너레이터부
10: 전단부 20: 후단부

Claims

배열 합성 혼 안테나에 있어서,
그 길이가 축소될 수 있도록, 전단부(10)와 후단부(20)로 구분되는 텔레스코픽 타입의 다단구조로서, 혼 안테나가 소정 개수 배열 합성되어 있는 혼 안테나부(110); 및
다수개의 제너레이터로 이루어지며, 각각의 혼 안테나의 끝단에 형성되어 전원을 공급하며, 급전을 수행하는 제너레이터부(120); 를 포함하는 배열 합성 혼 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 전단부(10)는 후단부(20) 보다 큰 크기를 가지며,
상기 전단부(10)의 내측에 후단부(20)가 위치되도록, 상기 전단부(10)가 후방으로 이동 가능한 것을 특징으로 하는 배열 합성 혼 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 혼 안테나부(110)의 상부 전면 및 하부 배면에는 단락구조(111)가 부착되어 있으며, 각각의 단락구조(111)는, 구획되어 있는 것을 특징으로 하는 배열 합성 혼 안테나.
제 3 항에 있어서,
상기 단락구조(111)가 2개 이상 부착될 경우, 서로 단차를 가지도록 부착 형성되는 것을 특징으로 하는 배열 합성 혼 안테나.
제 1 항에 있어서,
각각의 제너레이터와 연결되는 혼 안테나의 끝단에서,
맞닿아 배열된 혼 안테나들은 동일한 일측 방향으로 소정길이 절개되되, H-plane에 해당하는 혼 안테나간의 절개길이는 단축되어 있는 것을 특징으로 하는 배열 합성 혼 안테나.
제 1 항에 있어서,
상기 제너레이터는,
배열 합성된 혼 안테나의 개수만큼 구비되어, 각각의 혼 안테나의 끝단에 형성되는 것을 특징으로 하는 배열 합성 혼 안테나.