KR101555591B1 - 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 안테나의 이득 및 방사패턴의 변화없이, 안테나에 의한 공기 저항을 감소시키고 경량화가 가능한 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나에 관한 것이다.
본 발명에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나는, 전자기파를 집속하여 반사하는 반사판을 구비한 반사판 안테나에 있어서, 상기 반사판에는 상기 반사판의 전체면적에 대하여 상기 반사판을 관통하도록 상기 안테나의 작동주파수의 파장보다 작은 크기로 관통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

공기 저항 및 중량이 감소된 안테나{Antenna for reducing air resistance and weight}

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 안테나의 이득 및 방사패턴의 변화없이, 안테나에 의한 공기 저항을 감소시키고 경량화가 가능한 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나에 관한 것이다.

반사판 안테나는 무선, 라디오, 텔레비전, 레이더 및 통신 등 다양한 분야에서 원하는 방향으로 전자기파를 전달하는데 널리 사용된다.

반사판 안테나는 단일 포물형 반사판 안테나 또는 카세그레인 안테나, 그랙리안 안테나, 축이동 안테나와 같은 이중 반사판 안테나 등이 대표적인 형태로 제공된다.

한편, 최근에는 안테나의 주반사판을 곡면형태가 아닌 위상보정을 기반으로 구현된 반사배열안테나 등이 새로운 형태의 안테나 형태로 제안되고 있다.

하지만, 종래 기술에　따른 반사판 안테나가 적용된 대형 안테나 시스템에서는 안테나의 부피가 매우 커져서 상기 반사판 안테나를 지지하기 위해 매우 크고 견고한 지지대를 필요로 한다.

또한, 상기 반사판 안테나를 전투차량, 군함, 군용 비행기 등의 기동장비에 장착하는 경우, 상기 반사판 안테나면에 가해지는 공기 저항으로 인하여 기동장비의 기동성을 저하시키는 문제점이 있다.

한편, 하기의 선행기술문헌은 '마이크로웨이브 접시형 반사판 안테나'에 관한 것으로서, 반사판 테와 포물면 반사판이 일체형으로 이루어지고 원형 피더를 이용하여 다양한 편파를 사용할 수 있는 접시형(parabolic) 반사판 안테나에 관한 기술이 개시되어 있으나, 앞서 살펴본 바와 같은 문제점을 가지고 있다.

KR 10-0685382 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 반사판 안테나에 가해지는 공기저항을 감소시키고, 반사판 안테나의 중량이 감소되며, 안테나의 이득 및 방사패턴에는 변함이 없도록 상기 반사판 안테나의 표면에 작동주파수의 파장보다 작은 크기의 구멍이 형성되도록 한 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나는, 전자기파를 집속하여 반사하는 반사판을 구비한 반사판 안테나에 있어서, 상기 반사판에는 상기 반사판의 전체면적에 대하여 상기 반사판을 관통하도록 관통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 관통공의 크기는 상기 안테나의 작동주파수의 파장보다 작은 크기로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 관통공은 다각형, 원형, 타원형 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 관통공은 그 단면적이 상기 반사판의 표면으로부터 깊어질수록 넓어지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 관통공은 그 단면적이 상기 반사판의 표면으로부터 깊어질수록 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 관통공은 그 단면적이 상기 반사판의 표면으로부터 깊어질수록 넓어지다가 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 관통공은 그 단면적이 상기 반사판의 표면으로부터 깊어질수록 좁아지다가 넙어지도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 안테나는, 주초점 포물경 반사판 안테나, 주초점 금속 도파관 배열안테나, 카세그레인 안테나, 오프셋 안테나, 축이동 안테나 중 선택된 어느 하나 인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나에 따르면, 반사판 안테나의 표면에 다수의 관통공이 형성되어 있어서, 상기 관통공을 통하여 공기의 유동이 가능해지므로, 안테나에 작용하는 공기저항이 크게 감소한다.

또한, 상기 관통공이 형성되는 만큼, 안테나의 중량이 감소된다.

상기와 같이, 관통공이 형성됨으로써, 상기 공기저항이 감소되고 경량화가 가능해짐으로써, 상기 안테나를 지지하기 위한 지지대를 소형화할 수 있고, 안테나가 장착되는 기동장비의 기동성을 저해하지 않게 된다.

아울러, 상기 관통공의 크기가 안테나의 작동주파수의 파장보다 작은 크기로 형성됨으로써, 공기저항 감소와 경량화를 달성함에도 불구하고, 안테나 이득 및 방사패턴에는 변함이 없으므로, 안테나의 성능은 그대로 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나를 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나에서 일부를 절개한 절개사시도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나에서 관통공의 단면형상을 도시한 평면도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나에서 관통공의 단면적의 변화를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나를 도시한 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나에서 일부를 절개한 절개사시도.
도 7은 본 발명에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나가 전투차량에 장착된 예를 도시한 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나가 군함에 장착된 예를 도시한 사시도.
도 9는 본 발명에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나가 군용 비행기에 장착된 예를 도시한 사시도.
도 10은 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나를 도시한 사시도.
도 11은 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나를 도시한 사시도.
도 12는 본 발명에 따른 또 다른 실시예에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나를 도시한 사시도.

이하 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나는, 전자기파를 집속하여 반사하는 반사판을 구비한 반사판 안테나에서, 상기 반사판에는 상기 반사판의 전체면적에 대하여 상기 반사판을 관통하도록 상기 안테나의 작동주파수의 파장보다 작은 크기로 관통공이 형성되도록 한다.

도 1 및 도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나가 도시되어 있다.

본 실시예에서는 주초점 포물경 반사 안테나(10)에 관통공(12)이 형성되도록 한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 주초점 포물경 반사 안테나(10)에서 전자기파를 집속하여 반사하는 반사판(11)에 관통공(12)이 형성된다.

상기 관통공(12)은 상기 반사판(11)의 전체 면적에 대하여 고르게 분포하도록 형성되어 있다. 상기 관통공(12)은 그 단면이 상기 안테나(10)의 작동주파수의 파장이하의 직경을 갖는 원형의 형태로 형성된다. 따라서, 상기 관통공(12)은 상기 반사판(11)에 드릴링 등의 기계적인 가공을 통하여 형성되도록 할 수 있다.

이 때, 상기 관통공(12)을 통하여 전자기파가 도파되지 않도록 상기 관통공(12)의 단면적, 위치 등이 적절하게 조절함으로써, 상기 반사판(11)을 통하여 반사되는 전자기파의 크기 손실과 위상변화가 없도록 함으로써, 상기 관통공(12)이 형성된 반사판(11)으로 입사되는 전자기파가 반사판(11)의 뒷면으로 도파되지 않고 반사되도록 한다.

한편, 상기 반사판(11)에 형성되는 관통공(12)의 형태는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 그 단면이 원형으로 형성되는 것이 바람직하나, 삼각형 또는 사각형과 같은 다각형, 타원형의 형태로도 형성될 수 있다.

즉, 도 3a 내지 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 관통공(12)의 단면은 다각형, 원형 또는 타원형 등과 같이 어떠한 형태로도 형성될 수 있다. 다만, 상기 반사판(11)에 상기 관통공(12)을 형성하기 위한 용이성을 고려하여 상기 관통공(12)은 그 단면이 원형으로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 관통공(12)은 상기 반사판(11)의 반사면으로부터 상기 반사판(11)의 뒷면에 이르기까지 그 단면이 일정하게 형성될 수 도 있지만, 가변되는 형태로 형성될 수도 있다. 즉, 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 관통공(12)은 관통공(12)의 길이방향을 따라 반사판(11)의 반사면으로부터 깊어질수록(F에서 R로 갈수록), 단면적이 넓어지도록 형성될 수 있다. 또한, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 관통공(12)의 단면적이 반사판(11)의 반사면(F)으로부터 반사판(11)의 후면(R)으로 갈수록 단면적이 좁아지도록 형성될 수도 있다. 아울러, 도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 관통공(12)의 단면적이 반사판(11)의 반사면(F)으로부터 반사판(11)의 후면(R)으로 갈수록 넓어지다가 좁아지거나, 좁아지다가 넓어지도록 형성될 수 있다.

도 5 및 도 6에는 본 발명의 다른 실시예에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나가 도시되어 있다.

본 실시예에서는 주초점 금속 도파관 배열안테나(20)에 관통공(23)이 형성되도록 한다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 주초점 금속 도파관 배열안테나(20)에서 전자기파를 집속하여 반사하는 반사판(21)에 관통공이 형성되도록 한다.

즉, 반사판(21)과, 상기 반사판(21)에 형성된 금속 도파관(22)이 형성되는 주초점 금속 도파관 배열안테나(20)에서, 상기 금속 도파관(22)의 내부에 상기 반사판(21)을 관통하는 관통공(23)이 형성되도록 한다.

상기 관통공(23)은 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이 단면이 원형의 형태로 형성될 수 있으나, 도 3a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 단면의 형태가 다양하게 형성될 수 있고, 단면적도 가변되도록 형성될 수 있다.

여기서, 상기 관통공(23)의 크기는 상기 관통공을 도파할 수 있는 임계주파수에 따라 결정된다. 상기 주초점 금속도파관 배열안테나(20)에서 관통공의 임계주파수는 상기 안테나(20)의 작동주파수보다 높은 주파수를 가져야 하는데, 이는 주파수가 파장의 역수형태이므로, 상기 관통공(23)의 임계 주파수의 파장은 입사되는 전자기파의 파장보다 짧아야함을 의미한다.

이러한 이유는, 상기 관통공(23)의 크기가 입사되는 전자기파의 파장보다 짧아야 상기 관통공(23)에서 입사되는 전자기파가 관통공(23)의 안쪽으로 결합되지 않아, 상기 관통공(23)의 안쪽으로 전자기파가 도파될 수 없음을 의미한다.

상기 관통공(23)의 임계주파수(f_c)는 상기 관통공(23)의 단면적과 모양에 따라 변화된다. 예컨대, 상기 관통공(23)의 단면의 형태가 사각형인 경우의 임계 주파수(f_c)는 다음의 식-1로 표현될 수 있다.

[식-1]

(c : 광속, a : 관통공의 폭, b : 관통공의 높이)

한편, 상기 관통공(23)의 단면이 원형인 경우에는 임계 주파수(f_c)가 다음의 식-2와 식-3으로 표현될 수 있다.

[식-2]

(c : 광속, r : 관통공의 반경,

: n차 베셀미분방정식(Bessel's differential equation)의 m번째 해)

[식-3]

(c : 광속, r : 관통공의 반경, P_mn ; n차 베셀방정식(Bessel's equation)의 m번째 해)

여기서, 식-2는 전자기파의 진행방향으로 전기장 성분이 없는 TE모드(Transverse Electric mode)에서의 임계주파수이며, 식-3은 전자기파의 진행방향으로 자기장 성분이 없는 TM모드(Transverse Magnetic mode)에서의 임계주파수이다.

따라서, 상기 관통공(23)의 임계주파수는 상기 관통공(23)의 단면모양, 크기에 따라 결정되는 바, 이에 따라 상기 관통공(23)의 단면모양과 크기를 조절함으로써, 상기 안테나(20)의 작동주파수를 유지하면서 공기저항과 무게를 감소시킬 수 있다.

도 7 내지 도 9에는 앞서 살펴본 반사 안테나가 기동장비에 장착된 예가 도시되어 있다.

도 7에는 전투차량(V)에 반사면에 관통공이 형성된 주초점 포물경 반사 안테나(10)가 설치된 예가 도시되어 있고, 도 8에는 군함(S)에 반사면에 관통공이 형성된 주초점 금속 도파관 배열안테나 안테나(20)가 설치된 예가 도시되어 있으며, 도 9에는 군용비행기(F)에 반사면에 관통공이 형성된 반사 안테나주초점 포물경 반사 안테나(10)가 설치된 예가 도시되어 있다.

도 7 및 도 9에서는 주초점 포물경 반사 안테나(10)가 기동장비에 장착된 예가 되시되어 있고, 도 8에는 주초점 금속도파관 배열 안테나(20)가 기동장비에 장착된 예가 도시되어 있는데, 상기 기동장비에 장착되는 안테나의 종류는 필요에 따라 선택하여 적용할 수 있다.

아울러, 도 10 내지 도 12에는 다른 형태의 안테나에 관통공이 형성된 실시예에 대해서 도시되어 있다.

도 10에는 카세그레인 안테나(30)에서 반사판(31)에 관통공(31a)이 형성된 예가 도시되어 있다. 상기 반사판(31)의 전체면적에 관통공(31)이 형성되어 있고, 상기 반사판(31)에 마주보도록 부반사판(33)이 배치되어 있으며, 상기 반사판(31)에 방사기(33)가 설치된다.

도 11에는 오프셋 안테나(40)에서 반사판(41)에 관통공(41a)이 형성된 예가 도시되어 있으는데, 상기 오프셋 안테나(40)에서도 상기 카세그레인 안테나(30)와 같이, 부반사판(42)과 방사기(43)가 설치된다.

도 12에는 축이동 안테나(50)의 반사판(51)에 관통공(51a)이 형성된 예가 도시되어 있고, 상기 축이동 안테나(50)에서 반사판(51)과 이격되게 부반사판(52)이 형성된 구성이 도시되어 있다.

상기 도 10 내지 도 12에 각각 도시된 안테나에서 반사판에 형성된 관통공은 각각 그 단면모양과 크기가 다르게 형성될 수 있으며, 상기 관통공의 단면의 크기는 안테나의 작동주파수보다 작게 형성된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나에서는, 안테나의 반사판에 상기 안테나의 작동주파수보다 작은 크기를 갖는 관통공이 형성되어 있어서, 상기 관통공의 부피에 해당하는 만큼 반사판의 중량감소가 가능하다.

또한, 상기 관통공을 통하여 공기의 유동이 가능하여, 상기 안테나의 이동시 또는 상기 안테나로 바람이 부는 경우, 상기 안테나에 작용하는 공기저항이 감소된다.

따라서, 상기 안테나가 기동장비에 장착되는 경우에는 안테나를 포함한 전체 기동장비의 중량이 감소되고, 상기 안테나에 작용하는 공기저항이 감소되기 때문에, 기동장비의 기동성이 향상된다.

10 : 주초점 포물경 반사안테나 11 : 반사판
12 : 관통공 20 : 주초점 금속도파관 배열안테나
21 : 반사판 22 : 금속도파관
23 : 관통공 30 : 카세그레인 안테나
40 : 오프셋 안테나 50 : 축이동 안테나

Claims (8)

1. 전자기파를 집속하여 반사하는 반사판을 구비한 반사판 안테나에 있어서,
   상기 반사판에는 상기 반사판의 전체면적에 대하여 상기 반사판을 관통하도록 관통공이 형성되고,
   상기 관통공의 크기는 상기 안테나의 작동주파수의 파장보다 작은 크기로 형성되며,
   상기 관통공은 다각형, 원형, 타원형 중 어느 하나로 형성되고,
   상기 관통공은 반사판의 반사면으로부터 상기 반사판의 뒷면에 이르기까지 단면이 가변되도록 형성되며,
   상기 관통공의 단면이 사각형이면, 상기 관통공의 임계주파수는 하기의 [식-1]로 정의되고,
   상기 관통공의 단면이 원형이면서, 전자기파의 진행방향으로 전기장 성분이 없는 TE모드(Transverse Electric mode)에서의 관통공의 임계주파수는 하기의 [식-2]로 정의되며,
   상기 관통공의 단면이 원형이면서, 전자기파의 진행방향으로 자기장 성분이 없는 TM모드(Transverse Magnetic mode)에서의 관통공의 임계주파수는 하기의 [식-3]으로 정의되는 것을 특징으로 하는 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나.
   [식-1]
   

   

   
   (c : 광속, a : 관통공의 폭, b : 관통공의 높이)
   [식-2]
   

   

   
   (c : 광속, r : 관통공의 반경,

   

   : n차 베셀미분방정식(Bessel's differential equation)의 m번째 해)
   [식-3]
   

   

   
   (c : 광속, r : 관통공의 반경, P_mn ; n차 베셀방정식(Bessel's equation)의 m번째 해)
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 관통공은 그 단면적이 상기 반사판의 표면으로부터 깊어질수록 넓어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 관통공은 그 단면적이 상기 반사판의 표면으로부터 깊어질수록 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 관통공은 그 단면적이 상기 반사판의 표면으로부터 깊어질수록 넓어지다가 좁아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 관통공은 그 단면적이 상기 반사판의 표면으로부터 깊어질수록 좁아지다가 넙어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 안테나는, 주초점 포물경 반사판 안테나, 주초점 금속 도파관 배열안테나, 카세그레인 안테나, 오프셋 안테나, 축이동 안테나 중 선택된 어느 하나 인 것을 특징으로 하는 공기 저항 및 중량이 감소된 안테나.

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