KR101817172B1 - Dual-Polarized Monopulse Horn Antenna with Circular Horn for Millimeter-Wave Band Seeker - Google Patents
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Abstract
Description
본 실시예가 속하는 기술 분야는 탐색기에 적용되는 원형 개구면을 포함한 이중편파 모노펄스 방식의 혼 안테나에 관한 것이다. The technical field to which this embodiment belongs is a dual polarization monopulse type horn antenna including a circular opening surface applied to a searcher.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The contents described in this section merely provide background information on the present embodiment and do not constitute the prior art.
모노펄스 신호를 획득하기 위한 급전혼 구조는 4혼 방식과 고차 모드 방식으로 구분된다. The feed horn structure for obtaining a monopulse signal is divided into a 4-horn method and a higher-order mode method.
4혼 방식은 사각형 도파관을 기반으로 급전혼을 구성하고, 급전혼의 후면에 2x2 배열로 도파관 급전부를 구성하며, 급전혼의 후단에 연결된 비교기에 의해 합 패턴 및 차 패턴을 형성하는 방식이다. 4혼 방식은 사각형 도파관에 기반하므로 급전혼의 개구면이 사각형 구조를 갖는다. 4혼 방식은 이중편파에 적용시 방사 패턴의 부엽이 증가하고 방위각과 고각의 대칭성을 유지하기 어려운 문제가 있다.4 horn method constitutes a feeding horn based on a rectangular waveguide, a waveguide feeding part is constituted by a 2x2 array on the rear side of the feeding horn, and a sum pattern and a difference pattern are formed by a comparator connected to the rear end of the feeding horn. 4 horn method is based on a rectangular waveguide, the opening surface of the feed horn has a rectangular structure. 4 horn method is problematic in that it is difficult to maintain the symmetry of the azimuth angle and the elevation angle when the double side polarization is applied to the side lobe of the radiation pattern.
고차 모드 방식은 원형 도파관을 기반으로 도파관 내부에서 생성되는 고차 모드를 사용하여 방사 패턴을 형성하는 방식이다. 고차 모드 방식은 원형 도파관에 기반하므로 급전혼의 개구면이 원형 구조를 갖는다. 고차 모드는 한 개의 차 패턴에 수직 편파와 수평 편파가 혼합되어 있기 때문에 위치 추적을 위해서 두 개의 고차 모드 차 패턴을 비교하여 표적 위치를 계산할 필요가 있다. 고차 모드 방식은 수직 편파와 수평 편파가 개별적으로 동작하는 일반적인 이중편파 시스템에 곧바로 적용하기 곤란한 문제가 있다.The higher-order mode method is a method of forming a radiation pattern using a higher-order mode generated inside a waveguide based on a circular waveguide. Since the higher-order mode method is based on a circular waveguide, the opening surface of the feed horn has a circular structure. Since the high-order mode is a mixture of vertical polarization and horizontal polarization in one car pattern, it is necessary to compute the target position by comparing two higher-order mode difference patterns for position tracking. The high-order mode method has a problem that it is difficult to apply directly to a general dual-polarized system in which the vertical polarization and the horizontal polarization operate separately.
본 발명의 실시예들은 복수의 사각형 도파관에 연결되고 사각형에서 원형으로 변하는 구조를 갖는 도파관 변환부의 폭과 길이를 조절하여 전파 모드 간의 비율을 조절하고, 두 개 이상의 고차 모드를 합성하여 합 패턴 또는 차 패턴을 형성하는 원형 도파관을 포함하는 모드 합성부의 길이를 조절하여 전파 모드 간의 위상차를 조절함으로써, 원형 개구면을 적용하여 전기적으로 90도 대칭의 방사 패턴을 형성하는 데 발명의 주된 목적이 있다.Embodiments of the present invention are directed to a waveguide conversion apparatus, which is connected to a plurality of rectangular waveguides and adjusts a width and a length of a waveguide conversion unit having a structure that changes from a square to a circle to adjust the ratio between the propagation modes, The main purpose of the invention is to adjust the phase difference between the propagation modes by adjusting the length of the mode combining section including the circular waveguide forming the pattern, thereby forming a radiation pattern of 90 degrees symmetrical electrically by applying the circular opening face.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.Other and further objects, which are not to be described, may be further considered within the scope of the following detailed description and easily deduced from the effects thereof.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 이중편파의 신호를 송수신하는 복수의 사각형 도파관을 포함하는 입출력 도파관, 상기 복수의 사각형 도파관에 연결되고 사각형에서 원형으로 변하는 구조를 갖는 도파관 변환부, 상기 도파관 변환부에 연결되고 두 개 이상의 고차 모드를 합성하여 합 패턴 또는 차 패턴을 형성하는 원형 도파관을 포함하는 모드 합성부, 및 상기 모드 합성부에 연결된 원형 개구면을 포함하는 모노펄스 안테나를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an input / output waveguide including a plurality of rectangular waveguides for transmitting and receiving signals of dual polarization, a waveguide conversion unit connected to the plurality of rectangular waveguides and having a structure changed from a quadrangle to a circle, A mode synthesizer including a circular waveguide connected to form a sum pattern or a difference pattern by combining two or more higher order modes, and a monopulse antenna including a circular aperture connected to the mode synthesizer.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 복수의 사각형 도파관에 연결되고 사각형에서 원형으로 변하는 구조를 갖는 도파관 변환부의 폭과 길이를 조절하여 전파 모드 간의 비율을 조절하고, 두 개 이상의 고차 모드를 합성하여 합 패턴 또는 차 패턴을 형성하는 원형 도파관을 포함하는 모드 합성부의 길이를 조절하여 전파 모드 간의 위상차를 조절함으로써, 원형 개구면을 적용하여 전기적으로 90도 대칭의 방사 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the embodiments of the present invention, the ratio between the propagation modes is adjusted by adjusting the width and length of the waveguide conversion unit connected to a plurality of rectangular waveguides and having a structure changing from a quadrangle to a circle, By modulating the phase difference between the propagation modes by adjusting the length of the mode combining section including the circular waveguide which forms the sum pattern or the difference pattern by combining the modes, it is possible to form a radiation pattern of 90 degrees symmetrical electrically by applying the circular opening face There is an effect.
여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.Even if the effects are not expressly mentioned here, the effects described in the following specification which are expected by the technical characteristics of the present invention and their potential effects are handled as described in the specification of the present invention.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 모노펄스 안테나를 예시한 도면이다.
도 3은 기존의 4혼 방식 안테나를 예시한 도면이다.
도 4는 기존의 4혼 방식 안테나의 방사 패턴을 예시한 도면이다.
도 5는 기존의 4혼 방식 안테나의 전계 분포를 예시한 도면이다.
도 6은 기존의 고차 모드 방식 안테나를 예시한 도면이다.
도 7은 기존의 고차 모드 방식 안테나의 방사 패턴을 예시한 도면이다.
도 8은 기존의 고차 모드 방식 안테나의 전계 분포를 예시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나의 도파관 변환부를 예시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나의 도파관 변환부를 통해 원형 도파관으로 전달되는 전파 모드의 전계를 예시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나의 모드 합성부의 길이에 따른 개구면의 전계 및 방사 패턴을 예시한 도면이다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나를 시뮬레이션한 결과를 예시한 도면이다.
도 14는 기존의 4혼 방식 안테나와 본 발명의 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나의 안테나 구조, 개구면 전계, 및 방사 패턴을 비교한 것이다.1 and 2 are views illustrating a monopulse antenna according to embodiments of the present invention.
3 is a diagram illustrating an existing 4-horn antenna.
4 is a diagram illustrating a radiation pattern of a conventional 4-horn antenna.
5 is a view illustrating an electric field distribution of a conventional 4-horn antenna.
6 is a diagram illustrating an existing high-order mode antenna.
7 is a view illustrating a radiation pattern of a conventional high-order mode type antenna.
8 is a view illustrating an electric field distribution of a conventional high-order mode type antenna.
9 is a view illustrating a waveguide conversion unit of a monopulse antenna according to an embodiment of the present invention.
10 is a view illustrating an electric field of a propagation mode transmitted to a circular waveguide through a waveguide conversion unit of a monopulse antenna according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating an electric field and a radiation pattern of an opening surface according to a length of a mode combining unit of a monopulse antenna according to an embodiment of the present invention.
12 and 13 are diagrams illustrating simulation results of a monopulse antenna according to an embodiment of the present invention.
14 compares the antenna structure, opening surface electric field, and radiation pattern of a conventional 4-horn antenna and a monopulse antenna according to an embodiment of the present invention.
이하, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하고, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Will be described in detail with reference to exemplary drawings.
본 실시예들에 따른 모노펄스 안테나는 밀리미터파 대역 탐색기에 적용될 수 있다.The monopulse antenna according to the present embodiments can be applied to a millimeter wave band searcher.
모노펄스 안테나는 하나의 펄스로 방위각과 고각에서 동시에 목표물의 위치를 탐지할 수 있는 안테나이다. 모노펄스 안테나는 합 채널과 차 채널 간의 교차점 각도를 주요 파라미터로 사용한다. 합 채널은 원거리 목표물 감지와 간선 신호 억압을 위해 높은 지향성과 낮은 부엽을 요구하고, 차 채널은 낮은 부엽과 조준에서 예리한 경사각을 요구한다.A monopulse antenna is an antenna that can detect the position of a target at the azimuth angle and elevation angle simultaneously with one pulse. The monopulse antenna uses the intersection angle between the sum channel and the car channel as the main parameter. The sum channel requires high directivity and low side lobes for remote target sensing and trunk signal suppression, and the secondary channel requires a sharp tilt angle at low side lobes and aim.
모노펄스 안테나에서 도파관 전파 모드는 크게 횡방향 전계(Transverse Electric Field/Wave, TE 모드)와 횡방향 자계(Transverse Magnetic Field/Wave, TM 모드)로 구분된다. 전파 모드에 따라 차단주파수가 있고, 도파관 형태에 따른 경계조건 차이로 진행방향 및 전계 성분의 특징이 규정된다.In a monopulse antenna, waveguide propagation modes are classified into a transverse electric field / wave (TE mode) and a transverse magnetic field / wave (TM mode). There is a cutoff frequency according to the propagation mode, and the characteristics of the traveling direction and the electric field component are defined by the boundary condition difference according to the waveguide type.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 모노펄스 안테나를 예시한 도면이다.1 and 2 are views illustrating a monopulse antenna according to embodiments of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 모노펄스 안테나는 입출력 도파관(100), 도파관 변환부(200), 모드 합성부(300), 및 원형 개구면(400)을 포함한다. 모노펄스 안테나는 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 모노펄스 안테나는 직교 모드 변환기 및 모노펄스 비교기를 포함할 수 있다.1, the monopulse antenna includes an input /
입출력 도파관(100)은 2x2 배열의 사각형 도파관을 포함한다. 복수의 사각형 도파관은 이중편파의 신호를 송수신한다. 개별 도파관은 이중편판의 신호를 송수신하기 위해 정사각형 구조를 갖는다. 입출력 도파관(100)의 후단에 직교 모드 변환기 및 모노펄스 비교기가 결합되어 합 패턴 및 차 패턴의 모노펄스 신호를 생성한다.The input /
도파관 변환부(200)는 2x2 배열의 사각형 도파관에 사각형 도파관을 결합하고 사각형 도파관을 원형 도파관으로 변하는 구조를 갖는다.The
모드 합성부(300)는 도파관 변환부(200)에 연결되고 두 개 이상의 고차 모드를 합성하여 합 패턴 또는 차 패턴을 형성한다.The
원형 개구면(400)은 모드 합성부(300)에 연결되고 이중편파 신호를 송수신한다.The
도 2를 참조하면, 직교 모드 변환기(OMT)는 복수의 사각형 도파관에 각각 연결되며, 수신된 신호를 수직 편파 신호와 수평 편파 신호로 분리한다. 4개의 직교 모드 변환기(OMT1, OMT2, OMT3, OMT4)는 2x2 배열의 사각형 도파관에 각각 연결되어 수직 편파 신호와 수평 편파 신호를 각각 생성한다.Referring to FIG. 2, an orthogonal mode converter (OMT) is connected to each of a plurality of rectangular waveguides, and separates a received signal into a vertical polarization signal and a horizontal polarization signal. The four orthogonal mode transducers (OMT1, OMT2, OMT3, and OMT4) are respectively connected to a square waveguide of 2x2 array to generate a vertical polarization signal and a horizontal polarization signal, respectively.
모노펄스 비교기는 직교 모드 변환기에 연결되며, 수직 편파 신호 또는 수평 편파 신호에 대해 합 패턴과 두 개의 차 패턴을 생성한다. 모노펄스 비교기는 수평 편파의 4개의 신호에 대하여 합 패턴 SUM_H과 두 개의 차 패턴 △AZ_H, △EL_H를 생성한다. 모노펄스 비교기는 수직 편파의 4개의 신호에 대하여 합 패턴 SUM_V과 두 개의 차 패턴 △AZ_V, △EL_V를 생성한다.The monopulse comparator is connected to the orthogonal mode converter and generates a sum pattern and two differential patterns for the vertically polarized signal or the horizontally polarized signal. The monopulse comparator generates a sum pattern SUM_H and two difference patterns AZ_H and EL_H for four signals of horizontal polarization. The monopulse comparator generates a sum pattern SUM_V and two difference patterns AZ_V and DEL_ EL_V for four signals of vertically polarized waves.
기존의 4혼 방식 안테나 및 기존의 고차 모드 방식 안테나와 달리, 본 실시예에 따른 모노펄스 안테나는 사각형에서 원형으로 변하는 구조를 갖는 도파관 변환부의 폭과 길이를 조절하여 전파 모드 간의 비율을 조절하고, 두 개 이상의 고차 모드를 합성하여 합 패턴 또는 차 패턴을 형성하는 원형 도파관을 포함하는 모드 합성부의 길이를 조절하여 전파 모드 간의 위상차를 조절함으로써, 원형 개구면을 적용하여 전기적으로 90도 대칭의 방사 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다.The monopulse antenna according to the present embodiment adjusts the ratio between the propagation modes by adjusting the width and the length of the waveguide conversion unit having a structure changing from a quadrangle to a circle, By adjusting the phase difference between the propagation modes by adjusting the length of the mode combining section including a circular waveguide that forms a sum pattern or a difference pattern by combining two or more higher order modes, Can be formed.
이하에서는 도 3 내지 도 5를 참조하여, 기존의 4혼 방식 안테나를 설명하기로 한다.Hereinafter, a conventional 4-horn antenna will be described with reference to FIGS. 3 to 5. FIG.
도 3은 기존의 4혼 방식 안테나의 구조를 도시하고, 도 4의 (a) 내지 (c)는 기존의 4혼 방식 안테나의 방사 패턴으로 SUM 패턴, DAZ 패턴, DEI 패턴을 각각 도시하고, 도 5의 (a) 내지 (c)는 기존의 4혼 방식 안테나의 전계 분포로 SUM(TE10), DAZ(TE20), DEI(TE11+TM11)를 각각 도시하고 있다.4 (a) to 4 (c) show the SUM pattern, the DAZ pattern, and the DEI pattern in the radiation pattern of the conventional 4-horn antenna, respectively, 5 (a) to 5 (c) show SUM (TE10), DAZ (TE20) and DEI (TE11 + TM11) as the electric field distributions of the existing four horn antenna.
4혼 방식은 사각형 도파관을 기반으로 구성되며, 피라미드 형태의 방사부와 2x2 배열의 도파관 급전부로 구성된다. 급전혼 후면의 모노펄스 비교와 결합해 합/차 패턴을 생성하며, 차 패턴은 각 편파별 방위각 차 패턴과 고각 차 패턴의 독립적인 방사 패턴을 갖는다. 4 horn system is based on a rectangular waveguide and consists of a pyramidal radiator and a 2x2 arrayed waveguide feeder. And generates a sum / difference pattern by combining with the monopulse comparison of the rear surface of the feeding horn, and the difference pattern has an independent radiation pattern of the azimuth difference pattern and the high angle pattern for each polarized wave.
하지만, 4혼 방식은 이중편파 적용을 위해서는 90도 대칭적인 구조로 구성되어야 하므로, 90도 대칭구조를 적용하기 위해서 개구면은 정사각형 구조가 되어야 한다. 정사각형 구조에서 개구면은 TE10 모드와 같이 수평방향으로 Sin 분포, 수직방향으로는 균일(Uniform)한 전계 분포를 갖게 되므로, 방사 패턴의 고각/방위각의 대칭성을 얻을 수 없고 부엽 준위가 증가하는 문제가 있다.However, since the 4-horn method needs to have a 90-degree symmetrical structure for dual polarization application, the opening surface must have a square structure in order to apply the 90-degree symmetric structure. In the square structure, since the opening surface has Sin distribution in the horizontal direction and uniform distribution in the vertical direction as in the TE10 mode, symmetry of the radiation pattern at high angle / azimuth angle can not be obtained, have.
이하에서는 도 6 내지 도 8을 참조하여, 기존의 고차 모드 방식 안테나를 설명하기로 한다.Hereinafter, a conventional high-order mode antenna will be described with reference to FIGS. 6 to 8. FIG.
도 6은 기존의 고차 모드 방식 안테나의 구조를 도시하고, 도 7의 (a) 및 (b)는 기존의 고차 모드 방식 안테나의 방사 패턴으로 기본 모드(TE11) 패턴, 고차 모드(TE21) 패턴을 각각 도시하고, 도 8은 기존의 고차 모드 방식 안테나의 전계 분포로 기본 모드(TE11), 고차 모드(TE21), 고차 모드(TE21)를 각각 도시하고 있다.FIGS. 7A and 7B show a radiation pattern of a conventional high-order mode type antenna and a pattern of a basic mode TE11 and a high-order mode TE21, respectively, And FIG. 8 shows a basic mode TE11, a higher-order mode TE21 and a higher-order mode TE21, respectively, as electric field distributions of the existing higher-order mode type antennas.
고차 모드 방식은 원형 또는 동축 도판관을 기반으로 구성되면, 급전혼의 개구면이 원형구조이다. 합 채널의 방사 패턴이 원대칭의 방사 패턴을 갖고, 고차 모드의 차 패턴이 수직/수평 편파를 모두 수신 가능하다.When the high-order mode system is constructed on the basis of a circular or coaxial plate pipe, the opening surface of the feed horn is circular. The radiation pattern of the sum channel has a circularly symmetrical radiation pattern and the difference pattern of the higher-order mode can receive both vertical and horizontal polarized waves.
하지만, 고차 모드 방식은 한 개의 차 패턴에 수직/수평 편파가 섞여 있기 때문에 위치추적을 위해서는 두 개의 고차 모드 차 패턴의 비교를 통해 표적 위치를 계산하는 과정이 필요하며, 고차 모드 방식은 수직/수평 편파를 사용하지만, 수직/수평 편파가 동일한 크기와 90도 위상차를 갖는 원형 편파에만 적용할 수 있어, 수직/수평 편파가 개별적으로 동작하는 일반적인 이중편파 시스템에 적용이 곤란한 문제가 있다. 고차 모드 방식에서는 TE21 모드만을 모노펄스 신호의 차 패턴을 형성하는데 사용하기 때문에, 방사 패턴이 수직과 수평이 혼합된 패턴을 가질 수 밖에 없다.However, the higher-order mode method requires a process of calculating the target position by comparing two higher-order mode difference patterns in order to track the position because a single car pattern is mixed with vertical / horizontal polarizations. It is difficult to apply it to a general dual polarization system in which the vertical / horizontal polarization operates separately because vertical polarization and horizontally polarized wave can be applied only to circular polarization with the same size and 90-degree phase difference. In the higher-order mode, only the TE21 mode is used to form the difference pattern of the monopulse signal, so the radiation pattern must have a pattern of mixed vertical and horizontal patterns.
이러한 4혼 방식 및 고차 모드 방식 간의 방사 패턴의 차이는 급전혼에 사용되는 도파관 및 개구면 형상과 연관된다. 도파관 내부에서의 전계 분포는 전자파의 경계조건(Boundary Condition)에 의해 결정된다. 금속면에서의 전계는 금속면과 수직 성분만을 가질 수 있다. The difference in the radiation pattern between the 4-horn and higher-order mode schemes is related to the waveguide and aperture shape used in the feed horn. The electric field distribution inside the waveguide is determined by the boundary condition of the electromagnetic wave. The electric field on the metal surface may have only the metal surface and the vertical component.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 실시예에 따른 모노펄스 안테나는 도파관 변환부의 폭과 길이를 조절하여 전파 모드 간의 비율을 조절하고, 모드 합성부의 길이를 조절하여 전파 모드 간의 위상차를 조절한다. In order to solve this problem, the monopulse antenna according to the embodiment controls the ratio between the propagation modes by adjusting the width and length of the waveguide conversion unit, and adjusts the phase difference between the propagation modes by adjusting the length of the mode combination unit.
도 9는 모노펄스 안테나의 도파관 변환부를 예시한 도면이고, 도 10은 모노펄스 안테나의 도파관 변환부를 통해 원형 도파관으로 전달되는 전파 모드의 전계를 예시한 도면이다.FIG. 9 is a view illustrating a waveguide conversion unit of a monopulse antenna, and FIG. 10 is a view illustrating an electric field of a propagation mode transmitted to a circular waveguide through a waveguide conversion unit of a monopulse antenna.
도파관 변환부(200)는 복수의 사각형 도파관 전체를 합친 단면적보다 크기가 작은 사각형 구조를 갖는 변환 도파관(210)를 포함한다. 예컨대, 변환 도파관(210)은 계단 형식으로 구현될 수 있다. 변환 도파관(210)의 폭과 길이를 조절하여 원형 도파관(310)으로 전달되는 복수의 도파관 전파 모드 간의 비율을 조절한다.The
도파관 변환부(200)는 변환 도파관(210)의 폭과 길이를 조절하여 원형 도파관(310)으로 전달되는 TE21 모드 및 TE01 모드를 1 대 1 비율로 매칭시켜 방위각 차 패턴(DAZ)을 형성할 수 있다. The
도파관 변환부(200)는 변환 도파관(210)의 폭과 길이를 조절하여 원형 도파관(310)으로 전달되는 TM01 모드 및 TE21 모드를 1 대 1 비율로 매칭시켜 고각 차 패턴(DEI)을 형성할 수 있다.The
기존의 고차 모드 방식은 3번째 모드인 TE21 모드까지만 통과하고, 이후의 고차 모드는 차단하는 직경으로 제작된다. 즉, 원형 도파관의 반지름 a는 수학식 1과 같이 표현된다.The existing high-order mode method passes through only the third mode TE21 mode, and the subsequent high-order mode is cut off to a diameter. That is, the radius a of the circular waveguide is expressed by Equation (1).
c는 빛의 속도이고, f는 동작 주파수이다. p'21 및 p'01은 베셀함수의 영점(Zeros of Bessel Funcion), 즉, 원형 도파관의 TE21 모드 및 TE01 모드에 대한 상수로, 3.054와 3.832 값을 갖는다. c is the speed of light, and f is the operating frequency. p'21 and p'01 are constants for the Zeros of Bessel function, i.e. TE21 mode and TE01 mode of the circular waveguide, and have values of 3.054 and 3.832.
본 실시예에 따른 원형 도파관의 직경은 원형 도파관의 4번째 모드인 TE01 모드와 5번째 모드인 TM11 모드까지 동작하도록, 이후의 고차 모드인 TE31 모드부터 차단하는 직경으로 제작된다. 즉, 원형 도파관의 반지름 범위는 고차 모드인 TE31 모드부터 차단하도록 설정되며, 원형 도파관의 반지름 a는 수학식 2과 같이 표현된다.The diameter of the circular waveguide according to the present embodiment is fabricated to have diameters that cut off from the TE31 mode, which is the next higher mode, so as to operate up to the fourth mode TE01 mode and the fifth mode TM11 mode of the circular waveguide. That is, the radius range of the circular waveguide is set to block from the TE31 mode, which is the higher-order mode, and the radius a of the circular waveguide is expressed as shown in Equation (2).
c는 빛의 속도이고, f는 동작 주파수이다. p'21 및 p'31은 베셀함수의 영점(Zeros of Bessel Funcion), 즉, 원형 도파관의 TE21 모드 및 TE31 모드에 대한 상수로, 3.054와 4.201 값을 갖는다.c is the speed of light, and f is the operating frequency. p'21 and p'31 are constants for the Zeros of Bessel function, i.e. TE21 mode and TE31 mode of the circular waveguide, and have values of 3.054 and 4.201, respectively.
원형 도파관은 기본 모드(TE11)부터 4, 5번째 모드인 TE01 모드, TM11 모드까지 모두 통과 가능하다. 2x2 배열의 사각형 도파관에 인가되는 신호에 의해 5개의 모드 중에서 일부 모드만이 원형 도파관과 커플링되어 전달된다.The circular waveguide can pass from the basic mode (TE11) to the fourth and fifth mode, TE01 mode and TM11 mode. Due to the signal applied to the square waveguide of the 2x2 array, only some of the five modes are coupled and transmitted with the circular waveguide.
도 10을 참조하면, 모노펄스 안테나는 도파관 변환부(200)를 통해 4개의 입력 신호 A, B, C, 및 D에 대하여 합 패턴 A+B+C+D과 두 개의 차 패턴 (A-B)+(C-D), (A+B)-(C+D)을 출력할 수 있다.Referring to FIG. 10, a monopulse antenna receives a sum pattern A + B + C + D and two difference patterns AB + B + C + D for four input signals A, B, C, and D through a
방위각 차패턴(DAz)의 경우 TE21 모드와 TE01 모드가 전달되며, 원하는 방사 패턴을 얻기 위해서 TE21 모드와 TE01 모드의 비율이 1:1을 유지해야 한다. 고각 차패턴(DEl)에서도 TM01 모드와 TE21 모드의 비율이 1:1을 유지하며 전달되어야 한다.In the case of the azimuth difference pattern (DAz), the TE21 mode and the TE01 mode are transmitted. In order to obtain the desired radiation pattern, the ratio of the TE21 mode and the TE01 mode must be maintained at 1: 1. The ratio of the TM01 mode to the TE21 mode should be maintained at 1: 1 in the high angle pattern (DEl).
도 11은 모노펄스 안테나의 모드 합성부의 길이에 따른 개구면의 전계 및 방사 패턴을 예시한 도면이다. 11 is a diagram illustrating an electric field and a radiation pattern of an opening surface according to a length of a mode combining section of a monopulse antenna.
고각 차패턴(DEl)의 경우에, TM01과 TE21이 1:1 비율을 유지하고 두 모드가 90도 위상차를 만족하면, 고각 차패턴을 형성할 수 있다. 두 모드의 비율이 1:1을 만족시키지 못하거나, 90도 위상차를 만족하지 못하며, 개구면의 전계는 수직과 수평이 혼합된 전계를 갖고, 원치 않는 방사 패턴을 나타내게 된다.In the case of the elevation angle pattern DE1, if the TM01 and TE21 maintain the 1: 1 ratio and the two modes satisfy the 90 degree phase difference, an elevation angle pattern can be formed. The ratio of the two modes does not satisfy 1: 1, or the phase difference of 90 degrees is not satisfied, and the electric field of the opening surface has a mixed electric field of vertical and horizontal, and exhibits an unwanted radiation pattern.
모노펄스 안테나는 도파관 변환부를 통하여 원형 도파관으로 전달되는 모드별 신호의 비율을 조절하고, 모드 합성부의 길이를 조절해 TM01과 TE21이 90도 위상차를 갖도록 한다.The monopulse antenna adjusts the ratio of the mode-specific signal transmitted to the circular waveguide through the waveguide conversion unit and adjusts the length of the mode combining unit so that TM01 and TE21 have a phase difference of 90 degrees.
본 실시예에서는 두 개 이상의 고차모드를 합성하는데, 모드 합성부의 길이를 조절하여 원형 도파관으로 전달되는 복수의 도파관 전파 모드 간의 위상차를 조절한다. In this embodiment, two or more higher-order modes are synthesized, and the length of the mode combining section is adjusted to adjust the phase difference between the waveguide propagation modes transmitted to the circular waveguide.
모노펄스 안테나는 상이한 도파관 전파 모드의 전파 상수의 차이 및 90도 위상의 홀수배로 표현되는 제1 조건 및 제2 조건을 만족하도록 모드 합성부의 길이를 설정한다. The monopulse antenna sets the length of the mode combining unit so as to satisfy the first condition and the second condition expressed by the difference of the propagation constants of the different waveguide propagation modes and the odd multiple of the 90 degree phase.
제1 조건은 수학식 3과 같이 표현되고, 제2 조건은 수학식 4와 같이 표현된다.The first condition is expressed by Equation (3), and the second condition is expressed by Equation (4).
βTE21는 TE21 모드의 전파 상수이고, βTE01는 TE01 모드의 전파 상수이고, n은 홀수이다.? TE21 is the propagation constant of the TE21 mode,? TE01 is the propagation constant of the TE01 mode, and n is the odd number.
βTE21는 TE21 모드의 전파 상수이고, βTM01는 TM01 모드의 전파 상수이고, m은 홀수이다. 모드 합성부의 길이 L은 두 조건을 만족시키도록 설정되며, 각 고차모드는 서로 다른 β(전파 상수)값을 갖는다.β is the propagation constant of the TE21 mode, TE21, TM01 β is the propagation constant of the TM01 mode, m is an odd number. The length L of the mode combining section is set to satisfy the two conditions, and each higher order mode has a different? (Propagation constant) value.
도 12 및 도 13은 모노펄스 안테나를 시뮬레이션한 결과이고, 도 12는 원형 개구면의 전계 분포이고, 도 13는 수직편파의 방사 패턴을 나타낸다. 도 12 및 도 13을 참조하면, 본 실시예는 원형 도파관을 포함하면서도 합 패턴 또는 차 패턴을 형성함을 쉽게 파악할 수 있다.Figs. 12 and 13 show the result of simulating a monopulse antenna, Fig. 12 shows an electric field distribution on a circular opening surface, and Fig. 13 shows a radiation pattern of a vertical polarized wave. Referring to FIGS. 12 and 13, it can easily be understood that the present embodiment includes a circular waveguide, but also forms a sum pattern or a difference pattern.
도 14는 기존의 4혼 방식 안테나와 본 발명의 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나의 안테나 구조, 개구면 전계, 및 방사 패턴을 비교한 것이다.14 compares the antenna structure, opening surface electric field, and radiation pattern of a conventional 4-horn antenna and a monopulse antenna according to an embodiment of the present invention.
기존의 4혼 방식으로 수직/수평의 이중편파를 수신할 수 있도록 설계하면, 90도 대칭 구조가 되어야 하므로 개구면이 정사각형 구조가 되어야 한다. 개구면의 전계 분포는 TE10 모드로 수평 방향으로 Sin 분포, 수직 방향으로 균일한 전계 분포를 갖는다. 도 14에 도시된 바와 같이, 방사 패턴의 고각/방위각의 대칭성을 얻을 수 없고 부엽 준위가 증가하는 문제가 있다. 즉, 구조적으로는 90도 대칭구조이지만, 전기적으로는 90도 대칭을 얻을 수 없다.If it is designed to receive vertical / horizontal dual polarized waves by the existing 4-horn method, the opening surface should be a square structure because it should be a 90 degree symmetrical structure. The electric field distribution on the opening surface has a Sin distribution in the horizontal direction and a uniform electric field distribution in the vertical direction in the TE10 mode. As shown in Fig. 14, there is a problem in that the symmetry of the high angle / azimuth of the radiation pattern can not be obtained and the side leaf level increases. In other words, although it is structurally 90-degree symmetrical, it can not obtain a 90-degree symmetry electrically.
반면에, 본 실시예는 원형 개구면을 적용해 전기적으로도 90도 대칭의 방사 패턴을 얻을 수 있다.On the other hand, the present embodiment can obtain a radiation pattern symmetrically 90 degrees electrically by applying a circular opening surface.
본 실시예들에 따른 동작은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 실행을 위해 프로세서에 명령어를 제공하는 데 참여한 임의의 매체를 나타낸다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, 자기 매체, 광기록 매체, 메모리 등이 있을 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수도 있다. 본 실시예를 구현하기 위한 기능적인(Functional) 프로그램, 코드, 및 코드 세그먼트들은 본 실시예가 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다.The operations according to the present embodiments may be implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. A computer-readable medium represents any medium that participates in providing instructions to a processor for execution. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, or a combination thereof. For example, there may be a magnetic medium, an optical recording medium, a memory, and the like. The computer program may be distributed and distributed on a networked computer system so that computer readable code may be stored and executed in a distributed manner. Functional programs, codes, and code segments for implementing the present embodiment may be easily deduced by programmers of the technical field to which the present embodiment belongs.
본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present embodiments are for explaining the technical idea of the present embodiment, and the scope of the technical idea of the present embodiment is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present embodiment should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.
100: 입출력 도파관 110: 사각형 도파관
200: 도파관 변환부 210: 변환 도파관
300: 모드 합성부 310: 원형 도파관
400: 원형 개구면100: input / output waveguide 110: rectangular waveguide
200: waveguide conversion unit 210: conversion waveguide
300: Mode combining unit 310: Circular waveguide
400: circular opening face
Claims (13)
상기 복수의 사각형 도파관에 연결되고 사각형에서 원형으로 변하는 구조를 갖는 도파관 변환부;
상기 도파관 변환부에 연결되고 두 개 이상의 고차 모드를 합성하여 합 패턴 또는 차 패턴을 형성하는 원형 도파관을 포함하는 모드 합성부; 및
상기 모드 합성부에 연결된 원형 개구면을 포함하며,
상기 모드 합성부의 길이를 조절하여 상기 원형 도파관으로 전달되는 복수의 도파관 전파 모드 간의 위상차를 조절하고, 상이한 도파관 전파 모드의 전파 상수의 차이 및 90도 위상의 홀수배로 표현되는 제1 조건 및 제2 조건을 만족하도록 상기 모드 합성부의 길이를 설정하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 안테나.An input / output waveguide including a plurality of rectangular waveguides for transmitting and receiving signals of dual polarization;
A waveguide conversion unit connected to the plurality of rectangular waveguides and having a structure changing from a square to a circle;
A mode synthesizer including a circular waveguide connected to the waveguide conversion unit and combining two or more higher-order modes to form a sum pattern or a difference pattern; And
And a circular opening surface connected to the mode combining section,
The mode combining unit adjusts the phase difference between the plurality of waveguide propagation modes to be transmitted to the circular waveguide by adjusting the length of the mode combining unit and adjusts the difference between the propagation constants of the different waveguide propagation modes and the first condition and the second condition The length of the mode combining section is set so that the length of the mode combining section satisfies the following equation.
상기 모노펄스 안테나는 밀리미터파 대역 탐색기에 적용되는 것을 특징으로 하는 모노펄스 안테나.The method according to claim 1,
Wherein the monopulse antenna is applied to a millimeter wave band searcher.
상기 도파관 변환부는 상기 복수의 사각형 도파관 전체를 합친 단면적보다 크기가 작은 사각형 구조를 갖는 변환 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 안테나.The method according to claim 1,
Wherein the waveguide conversion unit includes a conversion waveguide having a rectangular structure having a size smaller than a cross sectional area of the plurality of rectangular waveguides.
상기 변환 도파관의 폭과 길이를 조절하여 상기 원형 도파관으로 전달되는 복수의 도파관 전파 모드 간의 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 안테나.The method of claim 3,
Wherein a ratio between a plurality of waveguide propagation modes transmitted to the circular waveguide is adjusted by adjusting a width and a length of the conversion waveguide.
상기 변환 도파관의 폭과 길이를 조절하여 상기 원형 도파관으로 전달되는 TE21 모드 및 TE01 모드를 1 대 1 비율로 매칭시켜 방위각 차 패턴을 형성하거나, 상기 변환 도파관의 폭과 길이를 조절하여 상기 원형 도파관으로 전달되는 TM01 모드 및 TE21 모드를 1 대 1 비율로 매칭시켜 고각 차 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 모노펄스 안테나.5. The method of claim 4,
And the width and the length of the converted waveguide are adjusted to form the azimuth difference pattern by matching the TE21 mode and the TE01 mode transmitted to the circular waveguide at a ratio of 1 to 1 or by adjusting the width and length of the converted waveguide, And the transmitted TM01 mode and the TE21 mode are matched one by one to form an angle difference pattern.
상기 원형 도파관의 반지름 범위는 고차 모드인 TE31 모드부터 차단하도록 설정되는 것을 특징으로 하는 모노펄스 안테나.The method according to claim 1,
Wherein the radial range of the circular waveguide is set to be cut off from a TE31 mode which is a higher-order mode.
상기 원형 도파관의 반지름이
The radius of the circular waveguide
상기 제1 조건은
The first condition is
상기 제2 조건은
The second condition is
상기 복수의 사각형 도파관에 각각 연결되며, 수신된 신호를 수직 편파 신호와 수평 편파 신호로 분리하는 직교모드 변환기를 포함하는 모노펄스 안테나.The method according to claim 1,
And an orthogonal mode converter connected to the plurality of rectangular waveguides and separating the received signal into a vertical polarization signal and a horizontal polarization signal.
상기 직교모드 변환기에 연결되며, 상기 수직 편파 신호 또는 상기 수평 편파 신호에 대해 합 패턴과 두 개의 차 패턴을 생성하는 모노펄스 비교기를 포함하는 모노펄스 안테나.
13. The method of claim 12,
And a monopulse comparator coupled to the orthogonal mode transducer for generating a sum pattern and two differential patterns for the vertical polarization signal or the horizontal polarization signal.
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