KR101566449B1 - 밀리미터파 대역 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나 - Google Patents

밀리미터파 대역 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나 Download PDF

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Abstract

밀리미터파 대역의 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나을 공개한다. 본 발명은 외부에서 집속된 다중 모드 신호를 인가 받아, 기설정된 모드까지의 고차모드 신호를 전달하는 원형 도파관, 사각 도파관 형태로 구현되어 원형 도파관에서 전달되는 고차모드 신호에서 합 채널 신호 및 차 채널 신호를 추출하기 위한 기설정된 모드 범위의 신호를 전달하는 고차모드 필터 및 2 X 2 배열된 4개의 개별 사각 도파관을 구비하여, 고차모드 필터에서 필터링된 신호를 인가받아 4개의 이중 편파 신호로 분할하여 출력하는 배열 도파관을 포함한다.

Description

밀리미터파 대역 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나{HIGHER ORDER MODE HORN ANTENNA FOR MONOPULSE SEEKER USING MILLIMETER-WAVE}
본 발명은 고차모드 안테나에 관한 것으로, 특히 밀리미터파 대역의 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나에 관한 것이다.
레이더를 포함한 다양한 종류의 탐색기는 대부분 송신 신호를 방사하고, 표적에 반사된 반사파를 수신하여 분석함으로써 표적을 감지하고 추적한다. 일반적으로 탐색기는 전파의 반사 및 산란 특성을 이용하여 표적의 방위 및 거리를 판별함으로써, 표적의 위치에 관한 정보를 획득한다.
기존의 탐색기는 통상 RF(RADIO FREQUENCY) 주파수 대역을 사용하여 표적을 감지 및 추적하였으나, 최근에는 탐색기의 소형화와 높은 해상도 및 표적식별 성능 향상을 위해 밀리미터파 주파수 대역(Ka, W-band)을 주로 사용하고 있다. 밀리미터파 주파수 대역의 신호는 파장이 1 ~ 10mm 로 매우 짧아 소형화 및 고해상도화에 유리하다는 장점이 있다.
한편 모노펄스 방식을 사용해 표적을 정밀 추적하는 RF 주파수 대역의 탐색기는 주로 슬롯 배열 안테나와 반사판 안테나를 사용하였다. 그러나 밀리미터파 주파수 대역의 탐색기에서는 짧은 파장 길이로 인해 기존의 슬롯 배열 안테나의 제작이 어렵다. 이에 W-band 이상의 주파수에서는 이중 반사판 구조의 카세그레인 안테나(Cassegrain Antenna)가 주로 사용되고 있다. 또한 위성 통신 및 위치 추적에 사용되는 Ku 및 Ka-band 주파수의 안테나도 높은 이득 특성을 갖는 반사판 안테나가 주로 사용되고 있다.
기존의 반사판 안테나를 이용하는 밀리미터파 대역의 탐색기에서 모노펄스 신호는 급전혼 안테나에서 생성되며, 이때 급전혼은 원형 혼에서 기본 모드의 합 채널 신호와 고차모드의 차 채널 신호를 통해 표적의 위치를 추적할 수 있도록 구성된다.
도1 은 종래의 모노펄스 신호를 획득하기 위한 안테나의 일예를 나타내며, 도2 는 도1 의 안테나를 위한 급전부의 구성을 나타낸다.
도1 의 안테나는 원형 혼 안테나의 후면에 원형 및 동축 도파관(wg1, wg2) 구조가 연결되며, 도파관(wg1, wg2)의 측면에 차 채널 신호를 획득하기 위한 8개의 슬롯(sl)이 구비된다. 8개의 슬롯(sl)을 통해 인가된 신호는 도2 에 도시된 바와 같이 다시 6개의 180° 하이브리드 커플러(hcp1 ~ hcp6) 및 1개의 90° 하이브리드 커플러(hcp7)를 이용하여 차 채널 신호를 생성한다.
한편 합 채널 신호는 원형 도파관의 후면에 배치되는 편파 분리기(OMT : Ortho-Mode Transducers)를 통해 수직 및 수평의 합 채널 신호로 수신된다.
즉 기존의 모노펄스 신호를 획득하기 위한 안테나는 고차모드 차 채널 신호를 획득하기 위해 8개의 슬롯(sl)과 7개의 하이브리드 커플러(hcp1 ~ hcp7)(6개의 180° 하이브리드 커플러 및 1개의 90° 하이브리드 커플러)를 필요로 하였다.
그러나 파장이 짧은 밀리미터파 대역의 탐색기에서 슬롯(sl)은 고정밀도의 가공을 요구한다. 따라서 안테나에 정밀 가공이 필요한 슬롯의 개수가 증가하게 되면, 제조비용의 크게 상승하는 문제가 있다. 또한 차 채널 신호를 생성하기 위한 다수의 하이브리드 커플러(hcp1 ~ hcp7)와 합 채널 신호를 생성하기 위한 편파 분리기(OMT) 등을 구비하여야 하므로, 복잡한 급전부의 구조가 요구되어 소형화 및 제작이 어렵고, 비용이 상승한다는 문제가 있다.
또한 도2 에 도시된 급전부는 터미네이션(term)이 필요하다. 이는 급전부가 PCB 기판 형태로 구성되는 경우에는 문제가 되지 않으나, 고주파대역에서 도파관 형태의 급전부 구성 시에는 도파관에 터미네이션(term)을 구현하는 것이 용이하지 않다는 문제가 있다.
한국 공개 특허 제10-2010-0114570호 (2010.10.26 공개)
본 발명의 목적은 간단한 구조로 저비용으로 제작이 용이하고, 제작시 오차에 의한 영향이 적으며, 소형화가 가능한 밀리미터파 대역 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나는 외부에서 집속된 다중 모드 신호를 인가 받아, 기설정된 모드까지의 고차모드 신호를 전달하는 원형 도파관; 사각 도파관 형태로 구현되어 상기 원형 도파관에서 전달되는 상기 고차모드 신호에서 2개의 합 채널 신호 및 2개의 차 채널 신호를 추출하기 위한 기설정된 모드 범위의 신호를 전달하는 고차모드 필터; 및 2 X 2 배열된 4개의 개별 사각 도파관을 구비하여, 상기 고차모드 필터에서 필터링된 신호를 인가받아 4개의 이중 편파 신호로 분할하여 출력하는 배열 도파관; 을 포함한다.
상기 배열 도파관은 상기 2 X 2 배열된 4개의 개별 사각 도파관을 구비하여, 상기 고차모드 필터에서 필터링된 신호를 4개의 이중 편파 신호로 분할하여 출력하는 후단부; 및 상기 고차모드 필터의 형상에 대응하는 형상과 상기 4개의 개별 사각 도파관에 대응하는 크기를 갖는 사각 도파관 구현되며, 상기 고차모드 필터와 상기 4개의 개별 사각 도파관 사이에 결합되어, 상기 고차모드 필터에서 인가되는 신호를 상기 4개의 개별 사각 도파관 각각으로 전달하는 전단부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고차모드 안테나는 상기 배열 도파관의 상기 4개의 개별 사각 도파관에서 출력되는 4개의 신호로부터 상기 2개의 합 채널 신호로서 수직 편파 합 채널 신호 및 수평 편파 합채널 신호를 생성하고, 상기 2개의 차 채널 신호로서 제1 및 제2 차 채널 신호를 생성하는 급전부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 급전부는 각각 상기 배열 도파관의 상기 4개의 개별 사각 도파관에서 출력되는 4개의 신호 중 서로 다른 2개의 신호를 인가받고, 인가된 2개의 신호에 대한 합 신호 및 차 신호를 생성하여 출력하는 제1 및 제2 하이브리드 커플러; 상기 제1 및 제2 하이브리드 커플러 각각에서 출력되는 상기 합 신호를 인가받고, 2개의 상기 합 신호를 합하여 상기 수직 편파 합 채널 신호를 생성하며, 2개의 상기 합 신호의 차로부터 상기 제1 차 채널 신호를 생성하는 제3 하이브리드 커플러; 및 상기 제1 및 제2 하이브리드 커플러 각각에서 출력되는 상기 차 신호를 인가받고, 2개의 상기 차 신호를 합하여 상기 수평 편파 합 채널 신호를 생성하며, 2개의 상기 차 신호의 차로부터 상기 제2 차 채널 신호를 생성하는 제4 하이브리드 커플러; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 내지 제4 하이브리드 커플러는 180° 하이브리드 커플러인 것을 특징으로 한다.
상기 원형 도파관은 상기 모노펄스 탐색기에서 운용되는 신호의 주파수에 대응하는 반지름을 갖고, 상기 고차모드 신호로써 TE21모드까지의 신호를 전달하고, 상기 TE21모드를 초과하는 고차모드의 신호는 차단하는 것을 특징으로 한다.
상기 고차모드 필터는 상기 모노펄스 탐색기에서 운용되는 신호의 주파수에 대응하는 넓이의 정사각 도파관 형태로 구현되며, 상기 원형 도파관에서 인가되는 상기 고차모드 신호에서 TE11모드로부터 TE20모드까지의 신호를 추출하여 상기 배열 도파관으로 전송하는 것을 특징으로 한다.
상기 고차모드 안테나는 외부의 신호를 집속하여 상기 원형 도파관으로 인가하는 원추형 혼 안테나; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고차모드 안테나는 외부의 신호를 집속하여 상기 원형 도파관 또는 상기 원추형 혼 안테나 중 적어도 하나로 전달하는 적어도 하나의 반사판 안테나; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 고차모드 안테나는 상기 원형 도파관에서 사각 도파관 형태로 구현되는 상기 고차모드 필터로 상기 고차모드 신호가 천이될 때, 발생하는 신호의 손실이나 왜곡을 최소화하기 위해 상기 원형 도파관과 상기 고차모드 필터 사이에 배치되는 도파관 천이부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 밀리피터파 대역의 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나는 고차모드 신호를 인가받을 수 있는 원형 도파관을 통해 신호를 인가받아 사각 도파관으로 천이시킨 후, 합 채널 및 차 채널 신호를 생성하기 위한 2 X 2 배열의 개별 사각 도파관으로 신호를 전달하여 합 채널 및 차 채널 신호를 생성하기 위한 급전부로 신호를 전송한다. 그리고 급전부는 4개의 180° 하이브리드 커플러를 구비하는 매우 간략한 구조를 갖는다. 그러므로 기존 안테나에 비해 저비용, 소형으로 제작가능하며, 제작 오차에 의한 영향을 적게 받아 탐색기의 정밀도 및 신뢰도를 높일 수 있다.
도1 은 종래의 모노펄스 신호를 획득하기 위한 안테나의 일예를 나타낸다.
도2 는 도1 의 안테나를 위한 급전부의 구성을 나타낸다.
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 고차모드 안테나를 포함하는 카세그레인 안테나를 나타낸다.
도4 는 도3 의 고차모드 안테나의 구성을 나타낸다.
도5 는 도4 의 고차모드 안테나의 단면과 정면 및 후면에서 바라본 형상을 나타낸다.
도6 은 배열 도파관의 급전부 연결 형태의 일예를 나타낸다.
도7 은 도4 의 고차모드 안테나를 위한 급전부의 구성을 나타낸다.
도8 및 도9 는 급전부에서 출력되는 합 채널 신호 및 차 채널 신호의 방사 패턴에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 고차모드 안테나를 포함하는 카세그레인 안테나를 나타낸다.
도3 을 참조하면 카세그레인 안테나는 반사판 안테나(rfa)와 고차모드 안테나(hma) 및 급전부(fedu)를 구비한다.
반사판 안테나(rfa)는 주 반사판 안테나(rfa1) 및 부 반사판 안테나(rfa2)를 구비하고, 고차모드 안테나(hma)에서 인가되는 신호를 반사하여 외부로 방사하거나, 외부에서 인가되는 신호를 집속하여 고차모드 안테나(hma)로 전달한다. 고차모드 안테나(hma)에서 방사되는 신호는 우선 부 반사판 안테나(rfa2)에 반사되어 주 반사판 안테나(rfa1)로 인가되고, 주 반사판 안테나(rfa1)는 인가된 신호를 다시 반사하여 외부로 방사한다. 외부에서 인가되는 신호를 집속하는 경우에는 반대로 주 반사판 안테나(rfa1)이 1차로 외부의 신호를 집속하여 부 반사판 안테나(rfa2)로 전송하고, 부 반사판 안테나(rfa2)는 주 반사판 안테나(rfa1)에서 반사된 신호를 다시 반사하여 고차모드 안테나(hma)로 집속한다.
도3 에서는 본 발명의 고차모드 안테나가 카세그레인 안테나에 적용되는 것을 가정하여, 2개의 반사판 안테나(rfa1, rfa2)를 구비하는 것으로 도시하였으나, 고차모드 안테나(hma)는 그레고니안 반사판, 단일 파라볼릭 반사판 및 오프셋 파라볼릭 반사판 안테나 등 급전 혼 안테나를 사용하는 어떠한 구조의 안테나 형태에도 적용 가능하다.
고차모드 안테나(hma)는 주 반사판 안테나(rfa1)의 중심의 초점 위치에 배치되어 급전부(fedu)에서 인가되는 신호를 반사판 안테나(rfa)로 방사하거나, 반사판 안테나(rfa)에서 인가되는 신호를 급전부(fedu)로 전달한다. 특히 본 발명에서 고차모드 안테나(hma)는 원형 도파관을 이용하여 다중 모드(Multi-mode) 신호를 수신하고, 고차모드 필터 및 2X2 배열 구조의 사각 도파관을 구비하여 합 채널 및 차 채널 신호를 생성하기 위한 4개의 신호를 급전부(fedu)로 출력한다.
급전부(fedu)는 고차모드 안테나(hma)로부터 4개의 신호를 인가받아 2개의 합 채널 신호와 2개의 차 채널 신호를 획득한다. 본 발명에서 급전부(fedu)는 4개의 180° 하이브리드 커플러를 구비하는 매우 단순한 구성으로 2개의 합 채널 신호와 2개의 차 채널 신호를 획득할 수 있다.
도4 는 도3 의 고차모드 안테나의 구성을 나타내고, 도5 는 도4 의 고차모드 안테나의 단면과 정면 및 후면에서 바라본 형상을 나타내며, 도6 은 배열 도파관의 급전부 연결 형태의 일예를 나타낸다.
도4 및 도5 를 참조하여, 본 발명의 고차모드 안테나(hma)를 상세하게 설명하면, 고차모드 안테나(hma)는 원추형의 혼 안테나(hrn), 원형 도파관(cwg), 도파관 천이부(ts), 고차모드 필터(hmf) 및 배열 도파관(awg)를 구비한다.
혼 안테나(hrn)는 부 반사판(rfa2)에서 반사되어 전달되는 신호를 집속하여 원형 도파관(cwg)으로 인가한다. 본 발명에서 혼 안테나(hrn)는 원형 도파관(cwg)의 형상에 대응하여 원추형으로 구현되는 것이 바람직하다. 그리고 도4 에서는 혼 안테나(hrn)은 합 채널 신호의 충분한 이득과 고각 방위각의 방사 패턴의 최적화를 위해 2중 원추 구조를 적용하였으나, 단일 원추 구조나 다른 원추 구조로 구현되어도 무방하다.
그리고 혼 안테나(hrn)는 부 반사판(rfa2)에서 반사되어 전달되는 신호를 집속하기 위한 구성으로, 부 반사판(rfa2)에서 반사되는 신호가 원형 도파관(cwg)로 용이하게 집속될 수 있다면, 혼 안테나(hrn)는 생략될 수 있다.
원형 도파관(cwg)은 고차모드 모노펄스에 사용되는 방사 패턴을 획득하기 위해 원형으로 구현된다. 사각형 형태의 도파관의 경우, 단일 편파(수직 편파 또는 수평 편파) 신호만을 전달할 수 있어, 이중 편파 신호를 전달하기 위해서는 이후 단에 편파 분리기(OMT)가 요구되는 데 반해, 원형 도판관(cwg)는 고차모드의 신호를 전달할 수 있어, 이후 급전부(fedu)가 합 채널 신호를 생성하기 위한 편파 분리기(OMT)를 요구하지 않는다.
그리고 본 발명에서 고차모드 안테나(hma)의 원형 도파관(cwg)은 고차모드신호인 TE21모드 신호까지 차단되지 않고 통과할 수 있도록 구성되어야 한다. 원형 도파관(cwg)의 차단 주파수(fc)는 수학식1 에 따라 원형 도파관(cwg)의 반지름(a)에 의해 결정된다.
Figure 112015070720084-pat00001
(여기서, fc 는 차단 주파수이고, a는 원형 도파관의 반지름을 나타내며, c는 빛의 속도를 나타낸다. 그리고 p'21은 원형 TE21모드에 대한 상수로 3.054이다.)
따라서 탐색기에서 운용되는 신호의 주파수(f)는 원형 도파관(cwg)의 차단 주파수(fc)를 초과(f > fc)해야 한다.
도파관 천이부(ts)는 원형 도파관(cwg)과 고차모드 필터(hmf)를 연결하는 구성으로, 원형 도파관(cwg)와 고차모드 필터(hmf) 사이에서 신호를 천이할 때 발생할 수 있는 신호의 손실이나 왜곡을 최소화하여 천이시킨다. 도파관 천이부(ts)는 도5 에 도시된 바와 같이, 원형 도파관(cwg)와 고차모드 필터(hmf) 사이의 반사 계수를 줄이고 원활한 모드 변환을 위해 2단 천이 구조로 구현될 수 있다.
고차모드 필터(hmf)는 원형 도파관(cwg)을 통해 전송되는 신호가 도파관 천이부(ts)에서 천이되면, TE21모드 이상의 고차모드 신호를 필터링하여 차단하고, TE11모드 및 TE20모드의 신호를 배열 도파관(awg)으로 전송한다. 이는 TE21모드 이상의 고차모드 신호에 의해 급전부(fedu)에서 획득하는 차 채널 신호에 왜곡이 발생하지 않도록 하기 위함이다.
고차모드 필터(hmf)는 TE21모드 이상의 고차모드 신호를 용이하게 차단할 수 있도록 사각 도파관의 형태로 구현된다. 사각 도파관 형태의 고차모드 필터(hmf)의 차단 주파수는 수학식 2와 같이 계산된다.
Figure 112015070720084-pat00002
(여기서, m과 n은 도파관의 모드 계수로서, 0이상의 정수이다. 그리고 fcmn은 TEmn모드 또는 TMmn모드에 대한 차단 주파수를 나타내고, c는 빛의 속도를 나타내며, a 및 b는 각각 사각 도파관의 폭 및 높이를 나타낸다.)
상기한 바와 같이 본 발명에서 고차모드 필터(hmf)는 TE20모드 이하 모드의 신호는 통과시키고, TE21모드 이상의 고차모드 신호는 차단해야 하므로, 탐색기에서 사용하는 주파수(f)는 수학식 3을 만족해야 한다.
Figure 112015070720084-pat00003
그리고 고차모드 필터(hmf)는 배열 도파관(awg)과 연결되므로, 배열 도파관(awg)의 형태에 대응하여 정사각 도파관으로 구성되는 것이 제작에 용이하다.
고차모드 필터(hmf)가 정사각 도파관으로 구현되면, 수학식 2에서 a 와 b가 동일(a = b)하다. 이에 수학식3 에 수학식 2를 대입하면, 고차모드 필터(hmf)는 수학식 4를 만족하도록 설계될 수 있다.
Figure 112015070720084-pat00004
배열 도파관(awg)은 고차모드 필터(hmmf)에서 필터링된 신호를 인가받고, 급전부(fedu)가 합 채널 신호와 차 채널 신호를 생성할 수 있도록, 인가된 신호를 4개의 신호로 분배하여 4개의 포트(P1 ~ P4)를 통해 급전부(fedu)로 출력한다.
급전부(fedu)와 연결되는 배열 도파관(awg)의 후단부는 2 X 2 배열된 4개의 개별 사각 도파관을 구비하여, 고차모드 필터(hmf)에서 인가되는 신호를 4개의 신호로 분배한다. 그리고 배열 도파관(awg)에서 고차모드 필터(hmf)에 연결되는 전단부는 2 X 2 배열된 개별 사각 도파관의 크기에 대응하는 크기를 갖는 사각 도파관으로 구현되어 고차모드 필터(hmf)에서 인가되는 신호가 용이하게 4개의 개별 사각 도파관으로 분배되도록 한다.
도4 및 도5 에서는 2 X 2 배열된 4개의 개별 사각 도파관 및 사각 도파관이 정사각 도파관 형태의 고차모드 필터(hmf)와 결합이 용이하도록 정사각형으로 구현되었다. 그러나 배열 도파관(awg)과 연결되는 급전부(fedu)는 대부분 정사각형 구조가 아니라 폭이 넓은 직사각형 형태의 일반적인 표준 도파관(예를 들면, WR-10의 경우, 폭 2.54mm이고, 높이 1.27mm)을 사용한다.
따라서 2 X 2 배열된 4개의 개별 사각 도파관은 도6의 (a)에 도시된 바와 같이 급전부(fedu)와 연결되는 4개의 포트(P1 ~ P4)가 정사각형 형태(FC1)로 구현될 수 있을 뿐만 아니라, (b)에 도시된 바와 같이 급전부(fedu)의 직사각 도파관에 대응하여 직사각형 형태(b)로 구현될 수도 있다. 다만 4개의 개별 사각 도파관이 (b)와 같이 직사각형 형태로 구현되는 경우, 배열 도파관(awg)의 전단부의 전단 사각 도파관에서 인가되는 신호가 직사각형 형태의 4개의 개별 사각 도파관으로 인가되도록 개별 천이부(미도시)를 추가로 더 구비할 수 있다.
상기에서 원형 도파관(cwg)와 배열 도파관(awg)은 도파관 천이부(ts) 및 고차모드 필터(hmf) 없이 직접 연결되도록 구성될 수도 있으나, 신호 손실과 왜곡 및 정확한 합 채널 및 차 채널 신호를 획득하기 위해서는 도파관 천이부(ts) 및 고차모드 필터(hmf)가 구비되는 것이 바람직하다.
도7 은 도4 의 고차모드 안테나를 위한 급전부의 구성을 나타낸다.
도7 에 도시된 바와 같이, 본 발명은 4개의 180° 하이브리드 커플러(hyc1 ~ hyc4)를 구비한다. 4개의 180° 하이브리드 커플러(hyc1 ~ hyc4) 각각의 구조는 공지된 기술이므로, 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
제1 하이브리 커플러(hcp1)는 배열 도파관(awg) 4개의 포트(P1 ~ P4) 중 제1 및 제2 포트(P1, P2)에서 출력되는 신호(A, B)를 인가받아, 두 신호(A, B)의 합 신호(A + B) 및 차 신호(A - B)를 생성한다. 한편 제2 하이브리드 커플러(hcp2)는 배열 도파관(awg) 4개의 포트(P1 ~ P4) 중 제3 및 제4 포트(P3, P4)에서 출력되는 신호(C, D)를 인가받아, 두 신호(C, D)의 합 신호(C + D) 및 차 신호(C - D)를 생성한다.
제3 하이브리드 커플러(hcp3)는 제1 및 제2 하이브리드 커플러(hcp1, hcp2)에서 생성된 2개의 합 신호(A + B, C + D)를 인가받고, 2개의 합신호를 합한 제1 합 채널 신호(Sum_V-pol = A + B + C + D)와 2개의 합 신호의 차인 제1 차 채널 신호(Del_1 = A + B - C - D)를 생성하여 출력한다. 반면 제4 하이브리드 커플러(hcp4)는 제1 및 제2 하이브리드 커플러(hcp1, hcp2)에서 생성된 2개의 차 신호(A - B, C - D)를 인가받아, 2개의 차신호의 합을 제2 차 채널 신호(Del_2 = A - B + C - D)로 생성하고, 2개의 차신호의 차를 제2 합 채널 신호(Sum_H-pol = A - B - C + D)로 생성하여 출력한다.
여기서 제1 합 채널 신호(Sum_V-pol)는 수직 편파 신호에 대한 합 채널 신호이며, 제2 합 채널 신호(Sum_H-pol)는 수평 편파 신호에 대한 합 채널 신호이다. 상기한 바와 같이 본 발명의 고차모드 안테나는 원형 도파관(cwg)를 이용하여 고차모드 신호를 인가받을 수 있으므로, 급전부(fedu)는 편파 분리기(OMT)를 구비하지 않고, 4개의 180° 하이브리드 커플러(hyc1 ~ hyc4)만으로도 2개의 합 채널 신호(Sum_V-pol, Sum_H-pol)와 2개의 차 채널 신호(Del_1, Del_2)를 추출할 수 있다.
따라서 도7 에 도시된 본 발명의 고차모드 안테나를 위한 급전부(fedu)는 7개의 하이브리드 커플러(hcp1 ~ hcp7)(6개의 180° 하이브리드 커플러 및 1개의 90° 하이브리드 커플러)와 터미네이션(term)이 필요한 도2 의 급전부와 달리, 4개의 180° 하이브리드 커플러(hyc1 ~ hyc4)를 구비하는 매우 간략한 구성으로 2개의 합 채널 신호(Sum_V-pol, Sum_H-pol)와 2개의 차 채널 신호(Del_1, Del_2)를 모두 추출할 수 있다.
급전부(fedu)가 4개의 180° 하이브리드 커플러(hyc1 ~ hyc4)만으로 2개의 합 채널 신호(Sum_V-pol, Sum_H-pol)와 2개의 차 채널 신호(Del_1, Del_2)를 모두 추출할 수 있는 것은, 상기한 바와 같이 고차모드 안테나(hma)가 고차모드 신호를 인가받아 필터링하여 TE11모드 및 TE20 모드의 신호를 전달할 수 있기 때문이다.
도8 및 도9 는 급전부에서 출력되는 합 채널 신호 및 차 채널 신호의 방사 패턴에 대한 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도8 및 도9 는 급전부(fedu)가 도4 의 고차모드 안테나(hma)의 배열 도파관(awg)의 4개의 개별 사각 도파관으로 2개의 합 채널 신호(Sum_V-pol, Sum_H-pol)와 2개의 차 채널 신호(Del_1, Del_2)를 인가하였을 때, 고차모드 안테나(hma)에서 방사되는 신호의 방사 패턴을 나타낸 것이다.
도8 은 2개의 합 채널 신호에 대한 방사 패턴을 나타내고, 도9 는 2개의 차 채널 신호에 대한 방사 패턴을 나타낸다.
도8 의 (a) 및 (b)에 도시된 합 채널 신호(Sum_V-pol, Sum_H-pol)에 대한 방사 패턴을 분석하면, (a)의 수직 편파 합 채널 신호(Sum_V-pol)에 대한 방사 패턴에는 수직 성분 대부분인데 반해, (b)의 수평 편파 합 채널 신호(Sum_H-pol)에 대한 방사 패턴에는 수평 성분이 대부분이다. 즉 2개 합 채널 신호(Sum_V-pol, Sum_H-pol)는 서로 직교(Orthogona) 패턴임을 확인할 수 있다.
한편 도9 의 (a) 및 (b)에 도시된 차 채널 신호(Del_1, Del_2)에 대한 방사 패턴을 분석하면, (a)와 (b)의 차 채널 신호(Del_1, Del_2)는 전체 필드에 대해서는 45° 회전된 결과를 나타내지만, 수직 편파(V-pol.) 및 수평 편파(H-pol.) 성분으로 구분하여 분석하면, 두 개의 차 채널 신호(Del_1, Del_2)에 따라 방사되는 신호의 방사 패턴이 서로 직교함을 확인할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 외부에서 집속된 다중 모드 신호를 인가 받아, 기설정된 모드까지의 고차모드 신호를 전달하는 원형 도파관;
    사각 도파관 형태로 구현되어 상기 원형 도파관에서 전달되는 상기 고차모드 신호에서 2개의 합 채널 신호 및 2개의 차 채널 신호를 추출하기 위한 기설정된 모드 범위의 신호를 전달하는 고차모드 필터; 및
    2 X 2 배열된 4개의 개별 사각 도파관을 구비하여, 상기 고차모드 필터에서 필터링된 신호를 인가받아 4개의 이중 편파 신호로 분할하여 출력하는 배열 도파관; 을 포함하는 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 배열 도파관은
    상기 2 X 2 배열된 4개의 개별 사각 도파관을 구비하여, 상기 고차모드 필터에서 필터링된 신호를 4개의 이중 편파 신호로 분할하여 출력하는 후단부; 및
    상기 고차모드 필터의 형상에 대응하는 형상과 상기 4개의 개별 사각 도파관에 대응하는 크기를 갖는 사각 도파관 구현되며, 상기 고차모드 필터와 상기 4개의 개별 사각 도파관 사이에 결합되어, 상기 고차모드 필터에서 인가되는 신호를 상기 4개의 개별 사각 도파관 각각으로 전달하는 전단부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 고차모드 안테나는
    상기 배열 도파관의 상기 4개의 개별 사각 도파관에서 출력되는 4개의 신호로부터 상기 2개의 합 채널 신호로서 수직 편파 합 채널 신호 및 수평 편파 합채널 신호를 생성하고, 상기 2개의 차 채널 신호로서 제1 및 제2 차 채널 신호를 생성하는 급전부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 급전부는
    각각 상기 배열 도파관의 상기 4개의 개별 사각 도파관에서 출력되는 4개의 신호 중 서로 다른 2개의 신호를 인가받고, 인가된 2개의 신호에 대한 합 신호 및 차 신호를 생성하여 출력하는 제1 및 제2 하이브리드 커플러;
    상기 제1 및 제2 하이브리드 커플러 각각에서 출력되는 상기 합 신호를 인가받고, 2개의 상기 합 신호를 합하여 상기 수직 편파 합 채널 신호를 생성하며, 2개의 상기 합 신호의 차로부터 상기 제1 차 채널 신호를 생성하는 제3 하이브리드 커플러; 및
    상기 제1 및 제2 하이브리드 커플러 각각에서 출력되는 상기 차 신호를 인가받고, 2개의 상기 차 신호를 합하여 상기 수평 편파 합 채널 신호를 생성하며, 2개의 상기 차 신호의 차로부터 상기 제2 차 채널 신호를 생성하는 제4 하이브리드 커플러; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 하이브리드 커플러는
    180° 하이브리드 커플러인 것을 특징으로 하는 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 원형 도파관은
    상기 모노펄스 탐색기에서 운용되는 신호의 주파수에 대응하는 반지름을 갖고, 상기 고차모드 신호로써 TE21모드까지의 신호를 전달하고, 상기 TE21모드를 초과하는 고차모드의 신호는 차단하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 고차모드 필터는
    상기 모노펄스 탐색기에서 운용되는 신호의 주파수에 대응하는 넓이의 정사각 도파관 형태로 구현되며, 상기 원형 도파관에서 인가되는 상기 고차모드 신호에서 TE11모드로부터 TE20모드까지의 신호를 추출하여 상기 배열 도파관으로 전송하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 고차모드 안테나는
    외부의 신호를 집속하여 상기 원형 도파관으로 인가하는 원추형 혼 안테나; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 고차모드 안테나는
    외부의 신호를 집속하여 상기 원형 도파관 또는 상기 원추형 혼 안테나 중 적어도 하나로 전달하는 적어도 하나의 반사판 안테나; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 고차모드 안테나는
    상기 원형 도파관에서 사각 도파관 형태로 구현되는 상기 고차모드 필터로 상기 고차모드 신호가 천이될 때, 발생하는 신호의 손실이나 왜곡을 최소화하기 위해 상기 원형 도파관과 상기 고차모드 필터 사이에 배치되는 도파관 천이부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 탐색기용 고차모드 안테나.
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