KR101769250B1 - 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치 - Google Patents

동축 케이블-도파관 트랜지션 장치 Download PDF

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탁진필
김윤남
강도구
이호주
민병혁
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

동축 케이블-도파관 트랜지션 장치가 개시된다. 개시된 장치는, 홀이 형성된 도파관; 외심 및 내심을 포함하며, 상기 내심이 상기 홀을 통해 삽입되는 동축 케이블을 포함하되, 상기 도파관의 내벽에는 제1 위치에 제1 블록 세트가 형성되고, 제2 위치에 제2 블록 세트가 형성되며, 상기 제1 블록 세트 및 상기 제2 블록 세트 각각은 상기 도파관 내벽에 상, 하, 좌, 우에 형성되는 4개의 블록을 포함하며, 상기 제1 위치는 상기 제2 위치에 비해 상기 내심에 인접한다. 개시된 장치는 광대역인 Ka 대역에서 양호한 정합 특성을 제공할 수 있다.

Description

동축 케이블-도파관 트랜지션 장치{Coaxial Cable-Waveguide Transition Device}
본 발명은 트랜지션(Transition) 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 위성통신용 Ka 대역의 동축케이블-도파관 트랜지션 장치에 관한 것이다.
무선 통신 산업의 급속한 발전과 밀리미터파 위성 통신 및 레이더 시스템 등의 사용을 위해서 밀리미터파 대역을 이용한 부품 개발의 요구가 증가되고 있다.
기존의 위성 통신은 주로 C 대역, X 대역, K 대역을 주로 사용하여 통신하였으나 통신량의 증가와 대용량 통신을 위한 넓은 채널 대역폭 확보의 어려움 때문에 차츰 Ka 대역의 필요성이 대두되고 있다.
이에 따라 Ka 대역을 지원하는 통신위성이 국외뿐만 아니라 국내에서도 증가하고 있다. Ka 대역은 비, 구름 등의 대기 상태에 따라 전파가 감쇄가 잘 일어나기 때문에 도파관 안테나에서 동축 케이블로 신호를 전달하는 동축케이블 - 도파관 트랜지션 장치 역시 손실에 취약한 문제를 가지고 있다.
근래에 들어 26.5GHz ~ 40GHz의 Ka 대역에서 동작하는 광대역 트랜지션 장치가 절실히 요구되고 있으며 광대역에 대해 양호한 정합 특성을 가지는 트랜지션 장치의 개발이 필요하다.
본 발명에서는 Ka 대역을 지원하는 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치를 제안한다.
또한, 본 발명에서는 광대역인 Ka 대역에서 양호한 정합 특성을 제공하는 동축 케이블-도파관 트랜지스터 장치를 제안하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따르면, 홀이 형성된 도파관; 외심 및 내심을 포함하며, 상기 내심이 상기 홀을 통해 삽입되는 동축 케이블을 포함하되, 상기 도파관의 내벽에는 제1 위치에 제1 블록 세트가 형성되고, 제2 위치에 제2 블록 세트가 형성되며, 상기 제1 블록 세트 및 상기 제2 블록 세트 각각은 상기 도파관 내벽에 상, 하, 좌, 우에 형성되는 4개의 블록을 포함하며, 상기 제1 위치는 상기 제2 위치에 비해 상기 내심에 인접하는 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치가 제공된다.
상기 제1 및 제2 블록 세트 각각의 상하 블록은 대칭적인 구조를 가진다.
상기 제1 및 제2 블록 세트 각각의 좌우 블록은 대칭적인 구조를 가진다.
상기 제1 블록 세트의 상하 블록의 길이는 상기 제2 블록 세트의 상하 블록의 길이보다 짧다.
상기 동축 케이블의 상기 내심의 종단에는 도체 디스크가 결합된다.
본 발명에 따르면, 광대역인 Ka 대역에서 양호한 정합 특성을 제공하는 동축 케이블-도파관 트랜지스터 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치의 전면 단면도를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치의 측부 단면도를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치와 특성 비교를 위한 제1 레퍼런스 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치의 측부 단면도를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치와 특성 비교를 위한 제2 레퍼런스 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치의 측부 단면도를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지션 장치, 제1 레퍼런스 트랜지션 장치 및 제2 레퍼런스 트랜지션 장치의 반사 계수를 도시한 그래프.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치의 전면 단면도를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치의 측부 단면도를 도시한 도면이다.
동축 케이블-도파관 트랜지션 장치는 동축 케이블의 신호를 도파관으로 적절하게 전이시키거나 도파관의 신호를 동축케이블로 적절하게 전이시키기 위한 동축케이블과 도파관의 결합체를 의미한다.
동축 케이블과 도파관 각각은 RF 신호의 전송이 가능한 전송 선로로서 기능하며, 어느 전송 선로에서 다른 전송 선로로 RF 신호가 전이될 때 필연적으로 손실이 발생한다. 또한, 동축 케이블과 도파관 각각은 서로 다른 전달 특성을 가지기에 서로 전송이 가능한 대역폭이 상이하므로 광대역에 대해 신호의 전이를 수행하는 것은 매우 어려운 문제이다.
동축 케이블은 외심과 외심과 이격되어 형성되는 내심을 포함하며 외심은 접지 전위를 유지하고 내심으로는 신호가 인가되는 전송 선로이다.
도파관은 내부에 캐비티가 형성되는 전송 선로로서 4면이 차폐되는 캐비티가 길이 방향으로 형성된 구조의 전송 선로이다.
동축 케이블의 신호와 도파관 신호 사이의 전이를 위해 동축 케이블의 일부는 도파관의 캐비티 내부로 삽입된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 동축 케이블(100) 및 도파관(150)이 도시되어 있으며, 도파관(150)에는 홀(160)이 형성되며, 형성된 홀(160)로 동축 케이블(100)이 삽입된다.
동축 케이블(100)은 내심(102) 및 외심(104)을 포함한다. 도파관(150)의 홀(160)로는 동축 케이블(100)의 내심(102)이 삽입된다. 내심(102)의 삽입으로 인해 동축 케이블의 내심(102)은 도파관(150)의 캐비티(152) 내에 위치하게 된다. 동축 케이블의 내심(102)의 종단에는 도체 디스크(110)가 결합될 수 있다.
동축 케이블의 외심(104)은 도파관(150)의 하우징(154)과 전기적으로 접촉한다. 동축 케이블의 외심(104)과 도파관(150) 하우징(154)의 접촉으로 인해 공통 접지 연결 상태가 된다.
일례로, 동축 케이블(100)을 통해 전송되는 RF 신호는 동축 케이블(100)로부터 도파관(150)으로 전이되어 도파관(150)을 통해 전송된다. 이때, 도파관(150)의 캐비티(152)를 통해 RF 신호가 전송된다. 물론, 반대로 도파관을 통해 전송되는 RF 신호가 도파관(150)으로부터 동축 케이블(100)로 전이되어 동축 케이블(100)을 통해 RF 신호가 전송될 수도 있다.
도파관(150)은 일례로 위성 통신용 혼 안테나와 결합될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 종류의 안테나와 결합될 수 있고 도파관(150) 자체가 안테나로 기능할 수도 있을 것이다.
본 발명에서는 광대역에 대해 양호한 임피던스 매칭을 구현하기 위해 다수의 블록을 각각 포함하는 제1 블록 세트(200) 및 제2 블록 세트(220)를 도파관 내벽에 형성한다.
제1 블록 세트(200)는 제1 위치에 도파관의 상하좌우에 형성되는 블록 집합을 의미하는 것이며, 제1 블록 세트(200)는 제2 블록 세트(220)에 비해 동축 케이블(100)의 내심(102)에 인접하여 형성한다.
제2 블록 세트(220)는 제2 위치에 도파관의 상하좌우에 형성되는 블록 집합을 의미한다.
도 1을 참조하면, 제1 블록 세트(200)는 4개의 블록(202, 204, 206, 208)을 포함한다. 제1 블록 세트에서 상하 블록(202, 204)은 서로 대칭적인 구조를 가지며, 좌우 블록(206, 208)은 서로 대칭적인 구조를 가진다.
도 1을 참조하면, 상하 블록(202, 204)은 좌우 블록(206, 208)에 비해 좁은 폭을 가진다. 도 2를 참조하면, 상하 블록(202, 204)은 좌우 블록(206, 208)에 비해 긴 길이를 가진다.
제1 블록 세트(200) 및 제2 블록 세트(220)의 각 블록들은 도파관 내벽과 일체형으로 형성되며, 도파관과 동일한 재질로 형성된다. 즉, 제1 블록 세트(200) 및 제2 블록 세트(220)의 각 블록들은 도파관 내벽으로부터 돌출되는 형태를 가지는 것이다.
각 블록들은 도파관이 성형되면서 일체형으로 형성되는 것이 바람직하나, 필요에 따라 동일한 재질의 블록을 도파관에 결합할 수도 있을 것이다.
제2 블록 세트(220)는 제1 블록 세트(200)에 비해 동축 케이블(100)의 내심으로부터 먼 거리에 형성되며, 제2 블록 세트 역시 4개의 블록(222, 224, 226, 229)을 포함하며, 각 블록은 상, 하, 좌, 우에 형성된다. 상하 블록(222, 224)은 서로 대칭적인 구조를 가지며, 좌우 블록(226, 228) 역시 서로 대칭적인 구조를 가진다.
도 1 및 도 2를 통해 확인되는 바와 같이, 본 발명의 트랜지션 장치는 제1 위치에 제1 블록 세트를 형성하는 블록들이 상, 하, 좌, 우에 형성되고, 제2 위치에 제2 블록 세트를 형성하는 블록 들이 상, 하, 좌, 우에 형성되는 것이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제2 위치는 제1 위치에 비해 동축 케이블의 내심으로부터 멀리 떨어져 있다.
도 2를 참조하면, 제1 블록 세트(200)의 상하 블록(202, 204)과 제2 블록 세트(220)의 상하 블록(222, 224)은 서로 다른 길이를 가진다. 바람직하게는 제2 블록 세트(220)의 상하 블록(222, 224)은 제1 블록 세트(200)의 상하 블록(202, 204)에 비해 긴 길이를 가진다.
광대역에서의 양호한 임피던스 매칭을 위해 제2 블록 세트(220)의 상하 블록(222, 224)은 제1 블록 세트(200)의 상하 블록(202, 204)에 비해 길게 형성되어야 한다.
한편, 도 1 및 도 2에는 제1 블록 세트 및 제2 블록 세트 이외에 두 개의 추가적인 좌우 블록(250, 252)이 도시되어 있다. 도 2에는 좌우 블록 중 하나만 표시되어 있으나 각 좌우 블록은 좌우에 대칭적으로 형성되는 블록이다. 추가적인 좌우 블록(250, 252)은 보다 양호한 임피던스 매칭을 위해 형성될 수 있으며, 필요에 따라 형성되지 않아도 무방하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치와 특성 비교를 위한 제1 레퍼런스 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치의 측부 단면도를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치와 특성 비교를 위한 제2 레퍼런스 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치의 측부 단면도를 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1 레퍼런스 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치는 제2 블록 세트의 상하 블록(322, 324)과 제1 블록 세트의 상하 블록(302, 304)의 길이가 동일한 트랜지션 장치이다.
도 4를 참조하면, 제2 레퍼런스 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치는 제2 블록 세트의 상하 블록(422, 424)의 길이가 제1 블록 세트의 상하 블록(402, 404)에 비해 짧은 트랜지션 장치이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지션 장치, 제1 레퍼런스 트랜지션 장치 및 제2 레퍼런스 트랜지션 장치의 반사 계수를 도시한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지션 장치는 Ka 대역에서 양호한 임피던스 매칭 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다. 그러나, 제1 레퍼런스 트랜지션 장치와 제2 레퍼런스 트랜지션 장치는 반사 계수가 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지션 장치 보다는 높게 나타나며 따라서 임피던스 매칭 특성이 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜지션 장치에 비해 양호하지 않음을 확인할 수 있다.
도 5의 그래프를 통해 제1 블록 세트의 상하 블록의 길이가 제2 블록 세트의 상하 블록의 길이에 비해 짧을 때 더 양호한 임피던스 매칭 특성이 확보되는 것을 확인할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치가 Ka 대역에서 활용 가능한 임피던스 매칭 특성을 보이는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다

Claims (5)

  1. 홀이 형성된 도파관;
    외심 및 내심을 포함하며, 상기 내심이 상기 홀을 통해 삽입되는 동축 케이블을 포함하되,
    상기 도파관의 내벽에는 제1 위치에 제1 블록 세트가 형성되고, 제2 위치에 제2 블록 세트가 형성되며,
    상기 제1 블록 세트 및 상기 제2 블록 세트 각각은 상기 도파관 내벽에 상, 하, 좌, 우에 형성되는 4개의 블록을 포함하며, 상기 제1 위치는 상기 제2 위치에 비해 상기 내심에 인접하는 것을 특징으로 하는 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 블록 세트 각각의 상하 블록은 대칭적인 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 블록 세트 각각의 좌우 블록은 대칭적인 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 블록 세트의 상하 블록의 길이는 상기 제2 블록 세트의 상하 블록의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 동축 케이블의 상기 내심의 종단에는 도체 디스크가 결합되는 것을 특징으로 하는 동축 케이블-도파관 트랜지션 장치.





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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2006157198A (ja) 2004-11-26 2006-06-15 New Japan Radio Co Ltd 非導波管線路−導波管変換器
JP2007088797A (ja) 2005-09-22 2007-04-05 Stanley Electric Co Ltd 同軸導波管変換器およびデバイスの評価システム

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