KR101733947B1

KR101733947B1 - 도파관형 모노펄스 피드

Info

Publication number: KR101733947B1
Application number: KR1020150161796A
Authority: KR
Inventors: 김동현; 권순호; 마진아; 한정우; 최용태
Original assignee: 한국항공우주연구원
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2015-11-18
Publication date: 2017-05-08

Abstract

본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드는 제1 원형접지판; 제1 원형접지판의 가장자리 부분에서 전방으로 기립 형성되어 전기적으로 연결된 제1 원형공동; 제1 원형공동 내부에 십자형으로 배치되어 하위대역에서 동작하는 복수의 외측 도파관형 방사소자; 외측 도파관형 방사소자의 안쪽으로 구비된 제2 원형접지판; 제2 원형접지판의 가장자리 부분에서 전방으로 기립 형성되어 전기적으로 연결된 제2 원형공동; 제2 원형공동 내부에 십자형으로 배치되어 상위대역에서 동작하는 복수의 내측 도파관형 방사소자; 외측 도파관형 방사소자들를 개별적으로 급전하기 위해 구비된 복수의 외측 동축선; 내측 도파관형 방사소자들를 개별적으로 급전하기 위해 구비된 복수의 내측 동축선; 및 외측 동축선 및 내측 동축선과 연결되어 이중 원편파 또는 이중 선편파를 동시에 형성할 수 있는 모노펄스 비교기 회로;를 포함하여, 합채널 패턴 및 고각/방위각 방향에서의 차채널 패턴을 효과적으로 형성할 수 효과가 있다.

Description

도파관형 모노펄스 피드{Waveguide-type Monopulse Feed}

본 발명은 도파관형 모노펄스 피드에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 위성 발사체, 미사일, 유도탄 등 원거리 이동체로부터 방사된 원격 전송 신호를 추적하거나 송수신하기 위해 구비되며, 이중 원편파 혹은 이중 선편파를 갖고 합/차채널을 동시에 구현할 수 있는 것을 특징으로 하는 도파관형 모노펄스 피드에 관한 것이다.

원거리 이동체(위성 발사체, 미사일, 유도탄)의 궤적을 추적하고 이로부터 방사되는 원격전송 신호를 송수신하기 위해서는 합채널 패턴과 방위각 및 고각 방향으로의 차채널 패턴을 갖는 급전피드가 적용된 고이득 반사경이 이용된다.

원거리 이동체와 지상 안테나와의 통신은 장거리상에서 이루어지므로 송신기에서 방사된 원격 전송 신호의 편파 성분에 회전이 발생되므로 지상에서 수신되는 안테나는 이중 원편파 또는 이중 선형편파를 갖는 것이 요구된다.

또한, 주파수 자원의 활용성을 극대화하기 위해서는 상기 추적용 반사경 안테나가 이중대역으로 동작하는 것이 바람직하다. 이중대역 안테나 시스템은 동작 주파수에 따라 추가적인 안테나 시스템의 구축 또는 안테나 피드의 물리적인 교체 없이 두 주파수 대역을 동시에 운용하는 것을 의미한다.

이와 같은 이중대역 피드는 두 대역 신호를 동시에 송수신할 수 있는 피드로서, 주파수 격리도와 요구되는 이득 패턴 등을 고려하여 피드의 형태가 선정된다.

원격전송 신호를 송수신하거나 추적하기 위한 반사경 안테나에 이중대역 피드가 연결되는 경우, 제한된 공간 내에서 두 주파수 대역의 방사소자를 모두 배치하여야 하며 동일 반사경에서 각 대역별 피드가 요구하는 이득패턴을 구현하는데 어려움이 있다. 또한 각 대역 사이에서 상호 간섭에 의한 특성 악화가 발생되는 문제가 있다.

대한민국 등록실용신안공보 10-0428815호(2006. 10. 09)

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 서로 다른 크기의 직경을 갖는 원형공동 2개를 설치하고, 상기 2개의 원형공동 내부에 상위대역과 하위대역에서 각각 동작되는 4개의 도파관형 방사소자를 십자형으로 배열하고, 이에 적절한 크기와 위상을 갖는 신호가 공급될 수 있는 모노펄스 비교기 회로를 연결해 줌으로써 소형화되고 고성능을 갖는 도파관형 모노펄스 피드의 제공을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드는 제1 원형접지판; 상기 제1 원형접지판의 가장자리 부분에서 전방으로 기립 형성되어 전기적으로 연결된 제1 원형공동; 상기 제1 원형공동 내부에 십자형으로 배치되어 하위대역에서 동작하는 복수의 외측 도파관형 방사소자; 상기 외측 도파관형 방사소자의 안쪽으로 구비된 제2 원형접지판; 상기 제2 원형접지판의 가장자리 부분에서 전방으로 기립 형성되어 전기적으로 연결된 제2 원형공동; 상기 제2 원형공동 내부에 십자형으로 배치되어 상위대역에서 동작하는 복수의 내측 도파관형 방사소자; 상기 외측 도파관형 방사소자들를 개별적으로 급전하기 위해 구비된 복수의 외측 동축선; 상기 내측 도파관형 방사소자들를 개별적으로 급전하기 위해 구비된 복수의 내측 동축선; 및 상기 외측 동축선 및 상기 내측 동축선과 연결되어 이중 원편파 또는 이중 선편파를 동시에 형성할 수 있는 모노펄스 비교기 회로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드는 원형 접지판을 포함하는 2개의 원형공동 사이에 각 대역별 4개의 도파관형 방사소자를 십자형으로 배열함으로써 합채널 패턴 및 고각/방위각 방향에서의 차채널 패턴을 효과적으로 형성할 수 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드는 각 대역별로 동작하는 도파관형 방사소자들 사이에 제 2 원형공동이 배치됨으로써 상위대역과 하위대역 간의 격리도 특성을 향상시킴으로써, 각 대역 사이에서 상호 간섭을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드는 원형공동 2개의 크기와 높이를 개별적으로 조정함으로써 합채널 및 차채널의 이득 패턴을 최적화할 수 있는 효과가 있다.

마지막으로, 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드는 각 대역에서 구성된 도파관형 방사소자들이 개별적으로 동축선으로 급전되고, 다수의 동축선들이 다수의 채널을 형성시키기 위해 구비된 모노펄스 비교기 회로에 연결됨으로써 원편파 및 선편파를 갖는 합/차채널 신호가 용이하게 형성되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 사시도,
도 2a는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 하위대역 방사소자를 상세히 설명하기 위한 정면도,
도 2b는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 상위대역 방사소자를 상세히 설명하기 위한 정면도,
도 3은 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 배면도,
도 4는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드를 구성하는 도파관형 방사소자의 가로방향 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드를 구성하는 도파관형 방사소자의 세로방향 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드를 구성하는 십자 배열된 방사소자의 배면과 방사 소자 내부의 전계 분포를 도시한 도면,
도 7은 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 모노펄스 비교기 회로 구성도,
도 8은 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 하위대역 반사계수의 예측치를 나타낸 도면,
도 9a, 9b, 9c, 9d, 9e는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 하위대역에서 합채널 이득패턴, 합채널 축비패턴, 차채널 이득패턴, 차채널 축비패턴의 예측치를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명에 따른 모노펄스 피드의 상위대역 반사계수의 예측치를 나타낸 도면,
도 11a, 11b, 11c, 11d, 11e는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 상위대역에서 합채널 이득패턴, 합채널 축비패턴, 차채널 이득패턴, 차채널 축비 패턴의 예측치를 나타낸 도면, 및
도 12는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 제1 원형접지판으로부터 11mm 이격된 위치에 있는 모노펄스 피드의 위상 중심점에서 도시한 상위대역 합/차채널, 하위대역 합/차채널 신호의 위상패턴을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 전체 형상을 도시하나 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 정면도이다.

도 1 또는 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 도파관 모노펄스 피드는 제1 원형접지판(290), 상기 제1 원형접지판(290)의 가장자리 부분에서 전방으로 기립 형성되어 전기적으로 연결된 제1 원형공동(200), 상기 제1 원형공동(200) 내부에 하위대역에서 동작되며, 도 2a에 도시된 바와 같이 십자형으로 배치된 4개의 외측 도파관형 방사소자(210: 210a, 210b, 210c, 210d)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 도파관 모노펄스 피드는 상기 외측 도파관형 방사소자(210)의 안쪽으로 구비된 제2 원형접지판(390), 상기 제2 원형접지판(390)의 가장자리 부분에서 전방으로 기립 형성되어 전기적으로 연결된 제2 원형공동(300), 상기 제2 원형공동(300)과 상기 제2 원형접지판(390)으로 구비된 내부에 상위대역에서 동작되고, 도 2b에 도시된 바와 같이 십자형으로 배열된 4개의 내측 도파관형 방사소자(310: 310a, 310b, 310c, 310d)를 더 포함한다.

상술한 구성을 갖는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드는 각각의 대역에서 동작되는 상기 내측 및 외측 도파관형 방사소자들(210, 310)이 2개의 상기 원형공동(200, 300) 내측에 배열된다.

이때, 상기 원형공동(200, 300)의 직경 크기와 전방으로 기립된 높이를 조정하여 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드에서 형성되는 합/차채널의 이득 패턴을 최적화할 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 배면 부분을 상세히 설명하기 위한 도면이다. 상기 도파관형 모노펄스 피드는 상술한 바와 같이, 총 8개의 방사소자 즉, 상기 외측 도파관형 방사소자(210: 210a, 210b, 210c, 210d)와 상기 내측 도파관형 방사소자(310: 310a, 310b, 310c, 310d)로 구성되고, 상기 방사소자들 중에서 하위대역에서 동작되는 상기 외측 도파관형 방사소자(210: 210a, 210b, 210c, 210d)를 개별적으로 급전하기 위해 구비된 4개의 외측 동축선(240: 240a, 240b, 240c, 240d)과 상위대역에서 동작되는 상기 내측 도파관형 방사소자(310: 310a, 310b, 310c, 310d)를 개별적으로 급전하기 위해 구비된 4개의 내측 동축선(340: 340a, 340b, 340c, 340d) 등으로 구성된다.

도 4와 도 5는 본 발명에 의한 도파관형 모노펄스 피드의 방사소자로 적용된 도파관형 방사소자의 측단면 구조를 구체적으로 도시한 도면이다.

도 4를 참고하여 도파관형 방사소자(210)를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 외측 도파관형 방사소자(210)는 일정 크기의 사각 도파관(220)내에, 상기 사각 도파관의 개구면에서 반사를 최소화하기 위해 구비된 고유전율 유전체층(230), 공기층(231), 저유전율 유전체층(232) 등을 구비하고, 상기 도파관형 방사소자의 크기를 소형화하기 위해 방사소자 내부에 배치된 두 개의 금속 릿지(233, 234)와 릿지 도파관(235), 상기 릿지 도파관(235)을 50Ω 특성임피던스를 갖는 동축선과 정합시키기 위해 구비된 계단형 임피던스변환부(236, 237), 상기 계단형 임피던스변환부(236, 237)의 일측에 연결되는 동축선의 프로브(242), 상기 동축선의 프로브(242) 하단에 배치되어 임피던스 정합을 용이하게 하는 공기영역(238), 상기 도파관형 방사소자를 급전시키기 위해 구비된 동축선(240)을 포함한다.

상술한 바와 같이, 상기 외측 도파관형 방사소자(210)에 대하여 구체적으로 설명하고, 구조가 동일한 상기 내측 도파관형 방사소자(310)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

도 5는 상기 도파관형 방사소자의 임피던스 정합과 광대역화를 위해 구비된 도파관의 단면(도 4의 B-B')을 자세히 설명한 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 릿지 도파관(235)은 상기 사각 도파관(220)내부에 밀착되어 구성된 상기 두 릿지(233, 234)의 높이(H)와 폭(W) 및 간격(S) 등을 조정하여 특성 임피던스가 자유롭게 구현될 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 도파관 모노펄스 피드의 실시 예에 있어서 하위대역에서 동작하며 십자 형태로 배열된 4개의 상기 외측 도파관형 방사소자(210: 210a, 210b, 210c, 210d)의 배면 구조와 방사소자 내부의 전계 분포를 도시한 도면으로써, 4개의 상기 외측 도파관형 방사소자(210: 210a, 210b, 210c, 210d)의 급전을 위해 개별적으로 구비된 상기 외측 동축선(240a, 240b, 240c, 240d), 상기 외측 도파관형 방사소자(210: 210a, 210b, 210c, 210d) 내부의 계단형 임피던스변환부(336, 337) 등을 구체적으로 도시한 것이다.

상기 외측 도파관형 방사소자(210: 210a, 210b, 210c, 210d) 각각에 연결된 상기 외측 동축선(240: 240a, 240b, 240c, 240d)이 상기 도파관형 모노펄스 피드의 중앙 방향으로 배치되어 있으므로 각 도파관 내부에서 형성되는 전계 분포는 도 6에 도시한 바와 같다.

상술한 바와 같이, 설명된 하위대역에서 동작하는 상기 외측 도파관형 방사소자(210: 210a, 210b, 210c, 210d)의 배면 구조와 전계부포는 상위대역에서 동작하는 상기 내측 도파관형 방사소자(310: 310a, 310b, 310c, 310d)에도 동일하게 적용된다.

도 7은 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드에 연결되어 원편파 혹은 선편파 성분을 갖는 합/차채널 패턴을 형성하기 위해 구비된 모노펄스 비교기 회로를 도시한 것이다.

상기 모노펄스 비교기 회로를 자세히 설명하기 위해, 도 6의 각 도파관형 방사소자 배면에 표기된 전계 분포를 참조로 한다.

참고로, 도 7에 도시된 하위대역에서 동작되도록 구비된 모노펄스 비교기 회로의 동작 원리는 상위대역에서도 동일하게 적용된다.

도 6에 도시된 상기 외측 도파관형 방사소자(210: 210a, 210b, 210c, 210d)의 배면 구조와 연관하여, 중앙 우측에 배치된 도파관형 방사소자의 동축선(240a)과 중앙 좌측에 배치된 도파관형 방사소자의 동축선(240c)은 도 7에 도시된 모노펄스 비교기 회로(400)의 첫번째에 설치된 제1 180°하이브리드 회로(410a)와 동축선으로 연결된다.

두 신호(a, c)는 상기 제1 180°하이브리드 회로(410a)의 입력으로 들어가고, 상기 제1 180°하이브리드 회로(410a)의 차 포트로 수평 편파를 갖는 합채널 신호(a-c)를 형성(출력)하고, 상기 제1 180°하이브리드 회로(410a)의 합 포트로 수평 편파를 갖는 고각 방향 차채널 신호(a+c)를 형성한다.

이것은 상기 두 신호(a 및 c)의 전계 방향이 서로 다르기 때문이다.

이와 동일한 방법으로 중앙 상단에 배치된 방사소자와 연결된 급전용 동축선(240b)과 중앙 하단의 방사소자와 연결된 급전용 동축선(240d)을 제2 180° 하이브리드 회로(410b)의 입력 포트에 동축선으로 연결하면, 상기 제2 180°하이브리드 회로(410b)의 차 포트로 수직 편파를 갖는 합채널 신호(b-d)를 형성하고, 상기 제2 180°하이브리드 회로(410b)의 합 포트로 수직 편파를 갖는 방위각 방향 차채널 신호(b+d)를 형성한다.

여기서, 상기 외측 도파관형 방사소자(210: 210a, 210b, 210c, 210d) 각각에 연결된 상기 급전용 외측 동축선(240: 240a, 240b, 240c, 240d)과 상기 제1 및 제2 180°하이브리드 회로(410a, 410b)를 연결하는 동축선은 모두 동일한 길이로 구성된다.

상기 제1 및 제2 180°하이브리드 회로(410a, 410b)를 통해 각각 형성된 수평방향 합채널 신호(a-c)와 수직방향 합채널 신호(b-d)는 동일 길이를 갖는 동축선을 통해 제1 90°하이브리드 회로(420)의 입력단과 연결되어 좌원편파 합채널 신호(∑LHCP)와 우원편파 합채널 신호(∑RHCP)를 생성하게 된다.

상기 제1 180°하이브리드 회로(410a)의 합 포트로 형성된 고각 방향 차채널 신호(a+c)는, 보다 구체적으로 설명하면 도 6에 제시된 바와 같이 서로 반대방향의 전계 방향을 갖고 형성된 두 신호의 합은 수직편파 성분을 갖고 고각 방향 차채널 패턴(△EL)을 형성한다.

이와 동일한 방법으로 상기 제2 180°하이브리드 회로(410b)의 합 포트에 형성된 방위각 방향 차채널 신호(b+d)는 수평편파를 가지며 방위각 방향 차채널 패턴(△AZ)을 형성한다.

상기 고각 방향 차채널 신호(a+c)는 제1 1:1 Wilkinson 전력분배기(430a)를 통해 두 신호로 분기되고, 상기 분기된 신호 중 하나는 1:1 Wilkinson 전력합성기(431)의 입력단에 인가되고, 상기 나머지 분기 신호는 제2 90° 하이브리드 회로(432)의 입력단에 인가된다.

이와 동일한 방법으로, 상기 방위각 방향 차채널 신호(b+d)는 제2 1:1 Wilkinson 전력분배기(430b)를 통해 두 신호로 분기되고, 상기 분기된 신호 중 하나는 상기 1:1 Wilkinson 전력합성기(431)의 입력단으로 인가되고, 상기 나머지 분기 신호는 상기 제2 90° 하이브리드 회로(432)의 입력단에 인가된다.

상기 고각 방향 차채널 신호(a+c)와 방위각 방향 차채널 신호(b+d)의 일부 전력은 상기 1:1 Wilkinson 전력 합성기(431)으로 합해져서 선편파 성분을 갖고 동시에 방위각 및 고각 방향으로의 차채널(△L)이 형성된다.

상기 제2 90°하이브리드 회로(432)는 상기 고각 방항 차채널 신호(a+c)와 상기 방위각 방향 차채널 신호(b+d)를 입력으로 받고, 일측 출력단으로 우원편파 성분을 가지는 차채널 신호(R)가 형성되고, 다른 일측 출력단으로 좌원편파 성분을 갖는 차채널 신호(L)가 형성된다.

이때, 형성되는 두 개의 차채널 패턴(△EL, △AZ)의 최대 널은 상기 피드의 중심에서 오프셋 되어 발생하게 된다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 우원편파 신호(R)와 좌원편파 신호(L)을 제곱근 회로(433)에 통과시켜 최종 원편파 성분을 갖는 차채널 신호(△C)를 형성하도록 하였다.

도 8 내지 도 12는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 반사계수와 이득 패턴을 제시한 것으로서 하위대역은 S-대역으로 상위대역은 C-대역으로 표기한다.

도 8은 본 발명이 적용된 도파관형 모노펄스 피드의 S-대역 반사계수(801) 특성을 나타낸 도면으로 -10dB 반사계수 대역폭이 1.94-2.5GHz로써 25% 이상의 대역폭을 가진다.

도 9a는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 S-대역 원편파 합채널 이득패턴(901a)을 도시한 것이다. 도 9a에서 볼 수 있듯이, 원편파 합채널 신호의 최대이득은 9dBic이며 통상적인 추적 안테나 반사경의 조향각도 ±64°에서 최대이득으로부터 11.5dB 감소된 양호한 이득 패턴을 제공한다.

도 9b는 본 발명에 따른 적용된 도파관형 모노펄스 피드의 S-대역 원편파 합채널 신호의 축비 패턴(901b)을 도시한 것으로서 각도 0°에서 0dB의 축비 값을 갖고 각도 범위 ±40°내에서 5dB 이하의 축비 특성을 보인다.

도 9c는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 S-대역 선편파 차채널 이득패턴(901c)을 도시한 것이다. 도 9c에서 볼 수 있듯이, 선편파 차채널 신호의 최대이득은 9dBi이고 -60dB 이하의 깊은 영점을 가진다.

도 9d는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 S-대역 원편파 차채널 이득패턴(901d)을 도시한 것이다. 도 9d에서 볼 수 있듯이, 원편파 차채널 신호의 최대이득은 7.2dBic이고 -60dB 이하의 깊은 영점을 가진다.

도 9e는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 S-대역 원편파 차채널 신호의 축비패턴(901e)을 도시한 것으로서 5dB의 이하의 축비 패턴이 각도 범위 ±108°내에서 형성된다.

도 10은 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 상위대역인 C-대역 반사계수(1001) 특성을 나타낸 도면으로 -10dB 반사계수 대역폭이 4.3-5.65GHz로써 28%이상의 대역폭을 가진다.

도 11a는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 C-대역 원편파 합채널 이득패턴(1101a)을 도시한 것이다. 도 9a에서 볼 수 있듯이, 원편파 합채널 신호의 최대이득은 9dBic이며 통상적인 추적 안테나 반사경 조향 각도인 ±64°내에서 최대이득으로부터 12dB 감소된 양호한 이득 패턴 특성을 제공한다.

도 11b는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 C-대역 원편파 합채널 신호의 축비패턴(1101b)을 도시한 것으로서 각도 범위 ±25°에서 5dB 이하의 양호한 축비 특성을 제공한다.

도 11c는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 C-대역 선편파 차채널 이득패턴(1101c)을 도시한 것이다. 도 11c에서 볼 수 있듯이, 선편파 차채널 신호의 최대이득은 9dBi이고 -60dB 이하의 깊은 영점을 가진다.

도 11d는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 C-대역 원편파 차채널 이득패턴(1101d)을 도시한 것이다. 도 11d에서 볼 수 있듯이, 원편파 차채널 신호의 최대이득은 8.8dBic이고 -60dB 이하의 깊은 영점을 가진다.

도 11e는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 C-대역 원편파 차채널 신호의 축비패턴(1101e)을 도시한 것으로서 각도 범위 ±108°에서 5dB 이하의 축비 특성을 보인다.

도 12는 본 발명에 따른 도파관형 모노펄스 피드의 S-대역, C-대역 각각의 합채널과 차채널의 위상패턴(1201a, 1201b, 1201c, 1201d)을 도시한 것이다. 상기 도면은 접지판으로부터 11mm 떨어진 높이에 위치하는 안테나 위상 중심점에서 위상패턴으로서 모든 채널의 위상변화가 반사경 조영각도인 ±64°이내에서 최대 38°이내이다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 하기에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100 : 도파관형 모노펄스 피드
200 : 제1 원형공동
290 : 제1 원형접지판
210, 210a, 210b, 210c, 210d : 외측 도파관형 방사소자
220 : 도파관
230 : 고유전율 유전체층
231 : 공기층
232 : 저유전율 유전체층
233, 234 : 금속 릿지
235 : 릿지 도파관
236, 237 : 임피던스변환부
238 : 공기영역
240, 240a, 240b, 240c, 240d : 외측 동축선
242 : 프로브
300 :제2 원형공동
310, 310a, 310b, 310c, 310d : 내측 도파관형 방사소자
340, 340a, 340b, 340c, 340d : 내측 동축선
400 : 모노펄스 비교기 회로
410a : 제1 180°하이브리드 회로
410b : 제2 180°하이브리드 회로
420 : 제1 90°하이브리드 회로
430a : 제1 1:1 Wilkinson 전력분배기
430b : 제2 1:1 Wilkinson 전력분배기
431 : 1:1 Wilkinson 전력합성기
432 : 제2 90°하이브리드 회로
433 : 제곱근 회로

Claims

제1 원형접지판(290);
상기 제1 원형접지판(290)의 가장자리 부분에서 전방으로 기립 형성되어 전기적으로 연결된 제1 원형공동(200);
상기 제1 원형공동(200) 내부에 십자형으로 배치되어 하위대역에서 동작하는 복수의 외측 도파관형 방사소자(210: 210a, 210b, 210c, 210d);
상기 외측 도파관형 방사소자(210)의 안쪽으로 구비된 제2 원형접지판(390);
상기 제2 원형접지판(390)의 가장자리 부분에서 전방으로 기립 형성되어 전기적으로 연결된 제2 원형공동(300);
상기 제2 원형공동(300) 내부에 십자형으로 배치되어 상위대역에서 동작하는 복수의 내측 도파관형 방사소자(310: 310a, 310b, 310c, 310d);
상기 외측 도파관형 방사소자(210: 210a, 210b, 210c, 210d)를 개별적으로 급전하기 위해 구비된 복수의 외측 동축선(240: 240a, 240b, 240c, 240d);
상기 내측 도파관형 방사소자(310: 310a, 310b, 310c, 310d)를 개별적으로 급전하기 위해 구비된 복수의 내측 동축선(340: 340a, 340b, 340c, 340d); 및
상기 외측 동축선(240) 및 상기 내측 동축선(340)과 연결되어 이중 원편파 또는 이중 선편파를 동시에 형성할 수 있는 모노펄스 비교기 회로(400);를 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관형 모노펄스 피드.
제 1항에 있어서,
상기 외측 및 내측 도파관형 방사소자(210, 310)는
일정 크기의 사각 도파관(220);
상기 도파관(220)의 개구면에서 반사를 감쇄시키기 위해 차례로 배치되어 구비된 고유전율 유전체층(230), 공기층(231) 및 저유전율 유전체층(232);
상기 도파관형 방사소자 내부에 배치된 두 개의 금속 릿지(233, 234)와 릿지 도파관(235);
상기 릿지 도파관(235)을 특성임피던스를 갖는 동축선과 정합시키기 위해 구비된 계단형 임피던스변환부(236, 237);
상기 계단형 임피던스변환부(236, 237)의 일측에 연결되는 동축선의 프로브(242); 및
상기 동축선의 프로브(242) 하단에 배치되어 임피던스 정합을 용이하게 하는 공기영역(238);을 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관형 모노펄스 피드.
제 2항에 있어서,
상기 특성임피던스는
상기 도파관(220) 내부에 밀착되어 구성된 두 개의 상기 금속 릿지(233, 234)의 높이(H)와 폭(W) 및 간격(S)의 조정을 통해 변환되는 것을 특징으로 하는 도파관형 모노펄스 피드.
제 1항에 있어서,
상기 모노펄스 비교기 회로(400)는
상기 외측 동축선(240: 240a, 240b, 240c, 240d) 또는 상기 내측 동축선(340: 340a, 340b, 340c, 340d)과 연결되어 수평방향 또는 수직방향 합채널 신호와 차채널 신호를 형성하는 제1 및 제2 180°하이브리드 회로(410a, 410b);
상기 제1 및 제2 180°하이브리드 회로(410a, 410b)에서 형성된 상기 수평방향 합채널 신호와 수직방향 합채널 신호을 입력받아 좌원편파 합채널 신호(∑LHCP)와 우원편파 합채널 신호(∑RHCP)를 형성하는 제1 90°하이브리드 회로(420);
상기 제1 및 제2 180°하이브리드 회로(410a, 410b)에서 형성된 상기 수평방향 차채널 신호와 수직방향 차채널 신호을 각각 입력받아 분기하는 제1 및 제2 1:1 Wilkinson 전력분배기(430a, 430b);
상기 제1 및 제2 1:1 Wilkinson 전력분배기(430a, 430b)에 분기된 신호 중 하나의 신호를 입력받아 합성하여 선편파 성분을 갖고 동시에 방위각 및 고각 방향으로 차채널(△L)을 형성하는 1:1 Wilkinson 전력합성기(431); 및
상기 제1 및 제2 1:1 Wilkinson 전력분배기(430a, 430b)에 분기된 신호 중 다른 하나의 신호를 입력받아 일측 출력단으로 우원편파 성분을 가지는 차채널 신호(R)가 형성되고, 다른 일측 출력단으로 좌원편파 성분을 갖는 차채널 신호(L)가 형성 제2 90°하이브리드 회로(432);를 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관형 모노펄스 피드.
제 4항에 있어서,
상기 제1 180°하이브리드 회로(410a)의 합 포트로 형성된 차채널 신호는 고각 방향 차채널 패턴(△EL)을 형성하고, 상기 제2 180°하이브리드 회로(410b)의 합 포트로 형성된 차채널 신호는 방위각 방향 차채널 패턴(△AZ)을 형성하는 것을 특징으로 하는 도파관형 모노펄스 피드.
제 5항에 있어서,
상기 모노펄스 비교기 회로(400)는
상기 도파관형 모노펄스 피드의 중심에서 오프셋 되어 발생하는 상기 고각 방향 차채널 패턴(△EL)와 상기 방위각 방향 차채널 패턴(△AZ)의 최대 널을 방지하기 위해, 상기 우원편파 성분을 가지는 차채널 신호(R)와 상기 좌원편파 성분을 갖는 차채널 신호(L)를 통과시켜 최종 원편파 성분을 갖는 차채널 신호(△C)를 형성하는 제곱근 회로(433);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관형 모노펄스 피드.