KR101864070B1 - Hybrid horn antenna fed by vivaldi - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비발디 급전 하이브리드 혼 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저주파 대역의 정합과 고주파 대역의 이득을 향상시킴과 동시에 안테나를 소형화할 수 있도록 한 비발디 급전 하이브리드 혼 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a Vivaldi feeding hybrid horn antenna, and more particularly, to a Vivaldi feeding hybrid horn antenna capable of improving the matching of a low frequency band and the gain of a high frequency band and miniaturizing the antenna.
비발디 안테나는 유전체 기판을 이용하여 제작하며 급전선은 마이크로 스트립 라인(microstrip line)을 통해 형성한다. 비발디 안테나는 제작이 용이하고 광대역 특성이 있어, 레이다 시스템, 자동차 통신 시스템 등의 어플리케이션에서 주로 적용된다.The Vivaldi antenna is fabricated using a dielectric substrate and the feed line is formed through a microstrip line. Vivaldi antennas are easy to manufacture and have broadband characteristics, and they are mainly applied to applications such as radar systems and automobile communication systems.
혼 안테나는 안테나 이득 측정을 위한 표준 안테나이며, 저주파수 대역에서 부피가 큰 형상을 가지게 된다. 혼 안테나는 측정용, 접시 안테나의 급전용 등의 어플리케이션에서 주로 사용된다.The horn antenna is a standard antenna for antenna gain measurement and has a bulky shape in the low frequency band. Horn antennas are mainly used in applications such as measurement, dish antenna, etc.
비발디 안테나 및 혼 안테나는 많은 응용 분야에서 널리 채택되었지만, 안테나 크기의 소형화에 대한 요구가 증가하면서 기술적인 문제가 발생하고 있다. 예를 들어, 빔 분할, 낮은 전후방비(FBR, Front-to-Back Ratio), 이득 저하 및 고주파 대역과 저주파 대역의 패턴 왜곡에서 임피던스 부정합 등의 문제가 있다.Vivaldi antennas and horn antennas have been widely adopted in many applications, but technical problems have arisen as the demand for miniaturization of antenna sizes increases. For example, beam splitting, front-to-back ratio (FBR), gain degradation, and impedance mismatch in pattern distortion in high and low frequency bands.
본 발명의 목적은 비발디 안테나와 혼 안테나의 장점을 혼용하여 저주파 대역의 임피던스 정합과 고주파 대역의 이득을 향상시킴과 동시에 안테나를 소형화할 수 있도록 한 비발디 급전 하이브리드 혼 안테나를 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a Vivaldi feed hybrid horn antenna capable of improving impedance matching in a low frequency band, gain in a high frequency band and miniaturizing an antenna by using the advantages of a Vivaldi antenna and a horn antenna.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 혼 안테나를 표준 안테나로 사용하고, 비발디 안테나를 혼 안테나의 급전으로 사용한다.According to an aspect of the present invention, a horn antenna is used as a standard antenna, and a vivaldi antenna is used as a horn antenna.
상기 혼 안테나는 단면이 직사각형인 피라미드 형상 혼을 포함하며, 상기 비발디 안테나는 상기 혼 내부에 삽입된 구조이다.The horn antenna includes a pyramidal horn having a rectangular cross section, and the vivaldi antenna is inserted into the horn.
상기 비발디 안테나는 상기 혼 내부에 삽입된 유전체 기판과, 상기 유전체 기판에 인쇄된 발룬, 전송 라인 및 방사부를 포함한다.The Vivaldi antenna includes a dielectric substrate inserted into the horn, a balun printed on the dielectric substrate, a transmission line, and a radiating part.
상기 유전체 기판은 양면이 상기 혼과 이격되게 상기 혼 내부에 삽입된다.The dielectric substrate is inserted into the horn so that both sides thereof are separated from the horn.
상기 방사부가 상기 혼과 전기적으로 연결된다.The radiating part is electrically connected to the horn.
상기 방사부는 곡률을 형성한다.The radiating portion forms a curvature.
상기 방사부의 곡률은 The curvature of the radiating portion
상기 혼은 길이방향 외면이 소정의 경사를 갖는 첫 번째 섹션과 상기 첫 번째 섹션의 경사에 비해 상대적으로 큰 경사를 갖는 두 번째 섹션을 포함하는 단면이 직사각형인 피라미드 형상이다.The horn is a pyramid shape having a rectangular cross section including a first section having a predetermined inclination in its longitudinal outer surface and a second section having a relatively large inclination relative to the inclination of the first section.
상기 방사부는 상기 혼의 개구면으로부터 소정길이 돌출된다.The radiating portion is protruded by a predetermined length from the opening surface of the horn.
상기 첫 번째 섹션의 길이(l4), 상기 두 번째 섹션의 길이(l5), 상기 방사부가 상기 혼의 개구면으로부터 돌출된 길이(l6)를 조절하여 이득 특성을 개선한다.The first length (l 4) of the second section, the two improves the length (l 5), said radiating portion gain characteristic by controlling the length (l 6) protruding from the horn opening surface of the second section.
상기 안테나를 등가 회로로 모델링할 수 있으며 안테나의 모드를 분석 추출할 수도 있다.The antenna can be modeled by an equivalent circuit and the mode of the antenna can be analyzed and extracted.
본 발명은 혼 안테나에 비발디 안테나를 혼용하여 소형화가 가능하고, 혼 안테나가 비발디 안테나의 외곽을 감싸는 구조 및 지향성 향상을 통해 고주파수 대역에서 이득을 향상시키며, 혼의 길이 및 방사부의 곡률을 최적의 상태로 설계하여 저주파수 대역에서 더 나은 임피던스 정합이 가능한 효과가 있다.A horn antenna can be miniaturized by mixing a horn antenna with a Vivaldi antenna. The horn antenna improves the gain in the high frequency band by improving the structure and directional structure of the outer circumference of the Vivaldi antenna. The horn has an optimized length and curvature It is possible to achieve better impedance matching at low frequencies.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 비발디 급전 하이브리드 혼 안테나의 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 비발디 급전 하이브리드 혼 안테나의 측면도.
도 3은 본 발명의 실시예의 안테나의 반사 계수를 시뮬레이션 및 측정한 그래프.
도 4는 본 발명의 실시예의 안테나의 이득을 시뮬레이션 및 측정하여 나타낸 그래프.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예의 안테나를 zx 및 zy평면에서 시뮬레이션하고 방사패턴을 측정한 그래프. [(a)와 (b)는 1GHz, (c)와 (d)는 2GHz, (e)와 (f)는 3GHz, (g)와 (h)는 4GHz, (i)와 (j)는 5GHz]
도 7은 본 발명의 실시예의 안테나의 등가 회로 모델.
도 8은 도 7의 안테나의 등가 모델 회로를 EM 시뮬레이션하여 입력 임피던스와 등가 회로 모델의 저항(Resistance)을 나타낸 그래프.
도 9는 도 7의 안테나의 등가 모델 회로를 EM 시뮬레이션하여 입력 임피던스와 등가 회로 모델의 리액턴스(Reactance)를 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명의 실시예의 안테나의 개방 단면 a3, b3에서 Ey-필드 크기를 측정한 그래프. [실험 주파수: 2GHz]
도 11은 본 발명의 실시예의 안테나의 개방 단면 a3, b3에서 Ey-필드 크기를 측정한 그래프. [실험 주파수: 4GHz]
도 12는 본 발명의 실시예의 안테나의 EM 시뮬레이션한 AA', BB', CC'에서 Ey-필드 분포 및 EM 시뮬레이션과 모드 조합을 비교하여 DD'에 대한 Ey-필드 분포 크기를 나타낸 그래프. [실험 주파수: 2GHz]
도 13은 본 발명의 실시예의 안테나의 EM 시뮬레이션한 AA', BB', CC'에서 Ey-필드 분포 및 EM 시뮬레이션과 모드 조합을 비교하여 DD'에 대한 Ey-필드 분포 크기를 나타낸 그래프. [실험 주파수: 4GHz]1 is a perspective view of a Vivaldi feeding hybrid horn antenna according to an embodiment of the present invention;
2 is a side view of a Vivaldi feed hybrid horn antenna according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing simulation and measurement of the reflection coefficient of the antenna of the embodiment of the present invention.
4 is a graph showing simulation and measurement of gain of an antenna of an embodiment of the present invention.
Figs. 5 and 6 are graphs of simulating the antenna of the embodiment of the present invention in the zx and zy planes and measuring the radiation pattern. Fig. [(a) and (b) are 2 GHz, (c) and (d) are 2 GHz, (g) and (h) are 4 GHz, ]
7 is an equivalent circuit model of an antenna of an embodiment of the present invention.
8 is a graph showing the input impedance and the resistance of the equivalent circuit model by EM simulation of the equivalent model circuit of the antenna of Fig.
9 is a graph showing the input impedance and the reactance of an equivalent circuit model by EM simulation of the equivalent model circuit of the antenna of Fig.
10 is a graph showing the Ey-field size measured at the open end faces a3 and b3 of the antenna of the embodiment of the present invention. [Experimental frequency: 2 GHz]
11 is a graph showing the Ey-field size measured at the open end faces a3 and b3 of the antenna of the embodiment of the present invention. [Experimental frequency: 4 GHz]
FIG. 12 is a graph showing the Ey-field distribution and the EM-simulation distribution of the antennas of AA ', BB', and CC 'of the antenna of the embodiment of the present invention, [Experimental frequency: 2 GHz]
FIG. 13 is a graph showing Ey-field distribution and magnitude of Ey-field distribution for DD 'by comparing the EM simulation and the mode combination at AA', BB ', and CC' of the antenna of the embodiment of the present invention. [Experimental frequency: 4 GHz]
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 비발디 급전 하이브리드 혼 안테나는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 비발디 안테나(20)를 혼 안테나(10)의 급전으로 사용하여 안테나를 소형화한다.As shown in FIGS. 1 and 2, the Vivaldi feed hybrid horn antenna of the present invention uses a Vivaldi
또한, 고주파에서 향상된 이득을 위해 혼 안테나(10)가 비발디 안테나(20)의 외곽을 감싸는 구조가 된다. 이를 위해 혼 안테나(10)의 혼(11) 내부에 비발디 안테나(20)를 삽입 배치한다.Also, the
혼(11)은 동판으로 제작되며 단면이 직사각형인 피라미드 형상으로 된다.The
피라미드 형상 혼(11)은 길이방향 외면 경사도에 따라 첫 번째 섹션(13)과 두 번째 섹션(15)으로 구분되며, 첫 번째 섹션(13)의 외면 경사에 비해 두 번째 섹션(15)의 외면 경사가 더 크게 형성된다.The pyramid
첫 번째 섹션(13)은 필요한 고주파 주파수까지 임피던스 매칭을 향상시키기 위해 면적이 작고, 두 번째 섹션(15)은 저주파 주파수에 필요한 이득을 얻기 위해 필요한 개구 면적이 선형적으로 증가하는 형상으로 된다.The
그에 따라, 혼(11)의 개구 면적은 첫 번째 섹션(13)과 두 번째 섹션(15)의 경사도에 의해 선형적으로 증가하며, 혼(11)의 개구 면적 증가는 이득 향상과 연결된다.The opening area of the
본 실시예에서 혼(11)의 개구 면적 a1×b1은 첫 번째 섹션(13)에서 혼의 길이 l4에 대해 a2×b2까지 선형적으로 증가하고, 혼(11)의 길이가 l5인 두 번째 섹션(15)에서 a3×b3까지 증가한다. In the present embodiment, the opening area a 1 x b 1 of the
비발디 안테나(20)는 평면 형상의 유전체 기판(21)에 발룬(23), 전송 라인(25), 방사부(29)를 인쇄하여 제작된다. 유전체 기판(21)은 유전율 εr=4.4, tanζ=0.018인 FR4 기판일 수 있다.The Vivaldi
발룬(23), 전송 라인(25), 방사부(29)는 두께 1mm인 FR4 기판상의 금속 표면을 에칭하여 제작되고, 혼(11)은 두께 0.4mm인 동판을 구부려 제작할 수 있다. The
비발디 안테나(20)는 방사부(29)가 혼 안테나(10)와 전기적으로 연결된다.The
비발디 안테나(20)는 유전체 기판(21)의 양면이 혼(11)과 이격되게 혼(11) 내부에 삽입 배치된다. The Vivaldi
발룬(23)은 혼 안테나(10)의 급전부(Feeding point)(17)에 연결된다. 발룬(23)은 길이가 l1이며, 두 번째 섹션(15)의 단일 종단 동축 피드와 전송 라인(25) 간의 전환으로 작동한다. The
발룬(23)의 접지면은 전송 라인(25)과 연결되는 부분에서 임피던스 정합 향상을 위해 테이퍼진(tapered) 구조를 갖는다. 본 실시예에서 발룬(23)의 접지면 너비는 l2 길이에 대해 b1에서 t까지 선형으로 테이퍼진 구조를 갖는다. b1은 첫 번째 섹션(13)의 개구면의 세로 길이이고, t는 전송 라인(25)을 형성하는 마이크로 스트립 라인의 폭이다. The ground plane of the
전송 라인(25)을 형성하는 마이크로 스트립 라인의 폭(t)은 기본 마이크로 스트립 라인 방정식을 사용하여 결정한다.The width t of the microstrip line forming the
전송 라인(25)은 발룬(23)의 입력 전력을 임피던스 정합을 통해 방사부(29)에 전달한다. 방사부(29)가 혼 안테나(10)와 전기적으로 연결된다. 방사부(29)는 혼(11)의 두 번째 섹션(15)의 개구면으로부터 소정길이(l6) 돌출된다.The
방사부(29)는 소형화된 안테나에서 전기적 길이를 길게 하기 위해 소정의 곡률을 형성한다. 이러한 방사부(29) 곡률은 더 나은 임피던스 정합을 수행한다.The
방사부(29)는 유전체 기판(21)에 두 개가 인쇄되고 중앙을 기준으로 세로로 대칭되게 배치되어 TE10 모드를 향상시킨다.Two radiating
TE10 모드는 Dominant Mode이며 광대역 주파수 특성을 가지며 직선편파가 적용된다.The TE10 mode is a dominant mode with broadband frequency characteristics and linear polarization.
위치 z에서 임피던스는 하기의 수식 Z(z)에 의해 나타낼 수 있다. Z(z)는 z의 함수이고, 1n은 테이퍼진 전송 라인 부분의 함수이다.Impedance at position z can be represented by the following equation Z (z). Z (z) is a function of z, and 1n is a function of the tapered transmission line portion.
여기서, l1<z<l1+l3이고,Here, l 1 < z < l 1 + l 3 ,
이다.to be.
반파장으로써 b3의 폭에 의해 결정되는 로우 엔드 주파수가 공진 안테나로 동작하여 저주파 특성을 향상시키기 위해, 방사부의 곡률은 하기의 지수함수 수식 f1(z), f2(z)에 의해 설계된다.The curvature of the radiating part is designed by the following exponential functions f 1 (z) and f 2 (z) in order to improve the low frequency characteristics by operating the low-end frequency determined by the width of b 3 as a half wavelength by the resonant antenna do.
여기서, C1, C2…C6은 모델링에 사용된 계수이고, z는 위치 z이고, l1은 발룬(23)의 길이, l3는 전송 라인(25)의 길이이다. Here, C 1 , C 2 ... C 6 is the coefficients used in the model, z is the position z, l 1 is the length, l 3 of the
상술한 구조를 갖는 안테나는 첫 번째 섹션 길이(l4), 두 번째 섹션의 길이(l5), 방사부(29)가 혼(11)의 두 번째 섹션(15)의 개구면으로부터 돌출된 길이(l6)를 조절하여 이득 특성을 개선할 수 있다.The antenna having the above-described structure is the first section length (l 4), the two length (l 5), the
이하에서는 본 발명의 실시예의 작용을 설명하기로 한다.Hereinafter, the operation of the embodiment of the present invention will be described.
아래의 표 1은 본 발명의 실시예에 의한 안테나 측정값이다.Table 1 below shows antenna measurement values according to an embodiment of the present invention.
도 3에는 본 발명의 실시예에 의한 안테나의 반사 계수를 시뮬레이션 및 측정한 그래프가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 실시예의 안테나의 이득을 시뮬레이션 및 측정하여 나타낸 그래프가 도시되어 있다.FIG. 3 is a graph showing simulation and measurement of the reflection coefficient of the antenna according to the embodiment of the present invention. FIG. 4 is a graph showing simulation and measurement of the gain of the antenna of the embodiment of the present invention.
도 3에 도시된 바에 의하면, 1GHz 및 5GHz에서 각각 -11dB 및 -9.1dB의 측정값을 보여주며, 전체 주파수 범위의 반사 계수는 -3dB 보다 작다.3 shows measured values of -11 dB and -9.1 dB at 1 GHz and 5 GHz, respectively, and the reflection coefficient of the entire frequency range is smaller than -3 dB.
도 4에 도시된 바에 의하면, 1GHz 에서 5.24dBi 및 5GHz에서 5.35dBi로 향상된 이득을 보여주며 기존의 비발디 안테나 및 비슷한 크기의 혼 안테나보다 이득이 높음이 확인된다. As shown in FIG. 4, the gain is improved to 5.24 dBi at 1 GHz and 5.35 dBi at 5 GHz, and it is confirmed that the gain is higher than that of a conventional Vivaldi antenna and a horn antenna of a similar size.
이득은 3.5GHz 이하의 저주파수 범위에서 시뮬레이션과 일치한다. 3.5GHz 이상에서 약간의 불일치가 관찰되는 것은 고주파수 범위에서 매우 민감한 안테나의 시뮬레이션과 제작 사이의 오차로 인한 것이다. The gain is consistent with the simulation in the low-frequency range below 3.5 GHz. A slight discrepancy above 3.5 GHz is due to errors between simulation and fabrication of highly sensitive antennas in the high-frequency range.
도 3 및 도 4로부터, 저주파수의 개선은 비발디 안테나의 전기적 길이를 확대하여 임피던스 정합을 이룬 것에 의해 이루어지고, 고주파수의 이득 향상은 혼 안테나의 높은 지향성 특성을 채택하여 이루어짐을 확인할 수 있다.3 and 4, improvement of the low frequency is achieved by enlarging the electrical length of the Vivaldi antenna to achieve impedance matching, and it is confirmed that the gain enhancement of high frequency adopts the high directivity characteristic of the horn antenna.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예의 안테나를 zx 및 zy평면에서 시뮬레이션하고 방사패턴을 측정한 그래프를 나타낸 것이다. [(a)와 (b)는 1GHz, (c)와 (d)는 2GHz, (e)와 (f)는 3GHz, (g)와 (h)는 4GHz, (i)와 (j)는 5GHz]FIGS. 5 and 6 are graphs illustrating radiation patterns of the antenna according to the embodiment of the present invention in the zx and zy planes. [(a) and (b) are 2 GHz, (c) and (d) are 2 GHz, (g) and (h) are 4 GHz, ]
도 5 및 도 6에 도시된 바에 의하면, 고주파 영역에서 지향성을 향상시키기 때문에 방사패턴은 zy 평면에서 주파수가 증가함에 따라 더 좁아짐이 확인된다. 5 and 6, it is confirmed that the radiation pattern is further narrowed as the frequency increases in the zy plane because the directivity is improved in the high frequency region.
상기한 실시예의 안테나는 저주파수 대역의 비발디 안테나의 동작을 확인하기 위해 등가 회로로 모델링하거나, 고주파수 대역의 혼 안테나 특성을 확인하기 위해 모드 분해법으로 안테나의 모드를 분석 및 추출하는 방법을 적용하여 안테나의 동작원리를 분석할 수 있다.In order to confirm the operation of the Vivaldi antenna in the low frequency band, the antenna of the above embodiment may be modeled as an equivalent circuit, or a method of analyzing and extracting the mode of the antenna using the mode decomposition method may be used to confirm the characteristics of the horn antenna in the high frequency band. The operating principle can be analyzed.
도 7은 본 발명의 실시예의 안테나의 등가 회로 모델을 나타낸 것이다. 7 shows an equivalent circuit model of the antenna of the embodiment of the present invention.
도 7은 저주파수에서 본 발명의 실시예의 안테나의 동작원리를 검사하기 위한 등가 회로 모델이다.7 is an equivalent circuit model for examining the operation principle of the antenna of the embodiment of the present invention at a low frequency.
인덕턴스(inductance) LF는 길이 l1의 발룬(23)과 SMA 커넥터를 나타내기 위해 삽입된다. 길이 l3인 전송 라인(25)은 임피던스가 수식 Z(z)에 근거하는 위치 z에 사용된다.The inductance LF is inserted to indicate the
도 8은 도 7의 안테나의 등가 모델 회로를 EM 시뮬레이션하여 입력 임피던스와 등가 회로 모델의 저항(Resistance)을 나타낸 그래프이고, 도 9는 안테나의 등가 모델 회로를 EM 시뮬레이션하여 입력 임피던스와 등가 회로 모델의 리액턴스(Reactance)를 나타낸 그래프이다.FIG. 8 is a graph showing the input impedance and resistance of the equivalent circuit model by EM simulation of the equivalent model circuit of the antenna of FIG. 7; FIG. 9 is a graph showing the resistance of the equivalent model circuit of the antenna, A graph showing a reactance.
도 8 및 도 9에 도시된 바에 의하면, 등가 회로와 시뮬레이션의 두 곡선이 서로 잘 일치하며, lGHz와 2GHz에서 약 50Ω의 입력저항을 나타낸다. 첫 번째 요소(L1,C1,R1)는 1GHz 이하에서의 공진을 나타내며, 두 번째 요소(L2,C2,R3)와 세 번째 요소(L1,C1,R1)는 1.36GHz, 2.16GHz가 나타났다. 8 and 9, the two curves of the equivalent circuit and the simulation are in good agreement with one another, and exhibit an input resistance of about 50? At 1 GHz and 2 GHz. The first element (L 1 , C 1 , R 1 ) represents the resonance below 1 GHz and the second element (L 2 , C 2 , R 3 ) and the third element (L 1 , C 1 , R 1 ) 1.36 GHz, 2.16 GHz.
도 8 및 도 9의 그래프에 나타난 입력 임피던스 특징은, 본 발명의 실시예의 안테나의 저주파수 대역에서의 동작원리가 기존의 비발디 안테나의 동작원리와 유사함을 보여준다.The input impedance characteristics shown in the graphs of FIGS. 8 and 9 show that the operating principle in the low frequency band of the antenna of the embodiment of the present invention is similar to that of the conventional Vivaldi antenna.
도 10은 본 발명의 실시예의 안테나의 개방 단면 a3, b3에서 Ey-필드 크기를 측정한 그래프이고[주파수: 2GHz], 도 11은 본 발명의 실시예의 안테나의 개방 단면 a3, b3에서 Ey-필드 크기를 측정한 그래프[주파수: 4GHz] 이다.Fig. 10 is a graph of the Ey-field size measured at the open cross-sections a3 and b3 of the antenna of the embodiment of the present invention [frequency: 2 GHz] It is a graph measuring the size [frequency: 4 GHz].
a3, b3에서의 Ey-필드 모드 분해는 데이터 피팅 방법으로 수행된다. The Ey-field mode decomposition at a 3 , b 3 is performed by a data fitting method.
비발디 안테나에 인쇄된 두 개의 방사부는 고주파 대역에서 전면 방향 이득(bore-sight again)을 증가시킨다. The two radiators printed on the Vivaldi antenna increase the bore-sight again in the high frequency band.
안테나의 모드를 정확하게 분석하기 위해 AA', BB', CC', DD'에서 Ey-필드 크기를 검사한다. Ey-필드 크기의 모드 분해는 하기 수식인 고조파 함수의 비선형 최소제곱법을 사용하여 수행한다.To accurately analyze the mode of the antenna, the Ey-field size is checked at AA ', BB', CC ', and DD'. Mode decomposition of the Ey-field size is performed using the nonlinear least-squares method of the harmonic function:
여기서, 
계수 Bm과 Dn은 x축 및 y축을 따른 모드의 고유값을 나타내고, Am, Cn이 사용할 모드의 계수이다. Am은 사인 함수 계수 A1, A2, A3...로 사용되고, Cn은 코사인 함수 계수 C1, C2, C3...로 사용된다. The coefficients Bm and Dn represent the eigenvalues of the modes along the x and y axes, and Am and Cn are coefficients of the mode to be used. Am is used as the sine function coefficients A 1 , A 2 , A 3 ..., and Cn is used as the cosine function coefficients C 1 , C 2 , C 3 ....
2GHz 및 4GHz에서 Ey-필드 크기는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, AA', BB', CC'선을 따라 일정하기 때문에 아래의 도 12 및 도 13에서 보여주는 필드의 모드가 가정된다.Since the Ey-field size at 2 GHz and 4 GHz is constant along the AA ', BB', and CC 'lines as shown in FIGS. 10 and 11, the modes of the fields shown in FIGS. 12 and 13 below are assumed.
도 12는 본 발명의 실시예의 안테나의 EM 시뮬레이션한 AA', BB', CC'에서 Ey-필드 분포 및 EM 시뮬레이션과 모드 조합을 비교하여 DD'에 대한 Ey-필드 분포 크기를 나타낸 그래프이고[주파수: 2GHz], 도 13은 본 발명의 실시예의 안테나의 EM 시뮬레이션한 AA', BB', CC'에서 Ey-필드 분포 및 EM 시뮬레이션과 모드 조합을 비교하여 DD'에 대한 Ey-필드 분포 크기를 나타낸 그래프[주파수: 4GHz]이다.FIG. 12 is a graph showing Ey-field distribution and magnitude of Ey-field distribution with respect to DD 'by comparing the EM-simulation and the mode combination at AA', BB ', and CC' of the antenna according to the embodiment of the present invention : 2 GHz], FIG. 13 shows Ey-field distribution and EM simulation and mode combination at AA ', BB', and CC 'of the antenna of the embodiment of the present invention, Graph [frequency: 4 GHz].
도 12 및 도 13에 도시된 바에 의하면, EM 모드를 사용하여 계산된 필드는 점선으로 표시되고 분해 모드 조합으로 얻은 Ey-필드는 실선으로 표시된다.12 and 13, the field calculated using the EM mode is indicated by a dotted line, and the Ey-field obtained by the decomposition mode combination is indicated by a solid line.
도 12 및 도 13에 도시된 DD'를 관찰하여 x축을 따라 사인 곡선을 나타내는 첫번째 m을 결정하는 것이 중요하다. 결과 코사인 함수 계수는 C0가 C1, C2, ...에 비해 지배적이고 전술한 수식 (3a)의 계수로 병합된다.It is important to observe DD 'shown in FIGS. 12 and 13 to determine the first m representing the sinusoid along the x-axis. Results cosine function coefficients are merged into a coefficient of the formula (3a) a dominant and above relative to the C 0 C 1, C 2, ....
한편, 사인 함수 계수 A1, A3...는 의미있는 값을 가지지만, A2, A4...는 대칭으로 인해 거의 무시할 수 있다.On the other hand, sinusoidal coefficients A 1 , A 3 ... have a meaningful value, but A 2 , A 4 ... can be almost neglected due to symmetry.
결과, 도 12에 도시된 바와 같이, 2GHz의 필드는 TE10 모드 A1의 크기가 다른 모드보다 큰 TE10 모드, TE30 모드, TE50 모드로 분해될 수 있다. Result, also, the 2GHz field, as shown in Figure 12 may be decomposed into a TE10 mode, TE10 mode A 1 is greater than the size of the other mode, TE30 mode, TE50 mode.
반면, 도 13에 도시된 바와 같이, 4GHz에서 지배적 모드 TE10 모드는 TE50 모드, TE90 모드와 같은 다른 고차 모드를 무시하기에 Ey-필드가 충분히 크다.On the other hand, as shown in FIG. 13, the dominant mode TE10 mode at 4 GHz is sufficiently large to ignore other higher-order modes such as TE50 mode and TE90 mode.
상기한 DD'의 모드 분해 결과, 강화된 TE10 모드로 인해 특히 고주파 대역에서 혼 안테나에 의해 지향성이 향상되었음이 확인된다.As a result of the above mode decomposition of DD ', it is confirmed that the directionality is improved by the horn antenna especially in the high frequency band due to the enhanced TE10 mode.
상기한 결과는 본 발명의 안테나가 TE10 모드를 강화함에 의해 특히 고주파 대역에서 지향성을 향상시킴을 증명한다.The above results demonstrate that the antenna of the present invention enhances the directivity especially in the high frequency band by enhancing the TE10 mode.
상술한 결과로부터, 본 발명의 비발디 급전 하이브리드 혼 안테나는 소형화가 가능하고, 지향성을 향상시켜 저주파수 대역에서는 안티포탈 비발디 안테나 특성으로부터 저주파수 이득을 개선하였으며, 고주파수 대역에서는 혼안테나 특성을 가져 이득 향상이 있음을 확인할 수 있다.From the above results, it can be seen that the Vivaldi feed hybrid horn antenna of the present invention can be downsized and improves the directivity, thereby improving the low frequency gain from the anti-portal Vivaldi antenna characteristics in the low frequency band and improving the gain in the high frequency band can confirm.
이와 같이, 본 발명은 혼 안테나에 비발디 안테나를 혼용하여 소형화가 가능하고, 혼 안테나가 비발디 안테나의 외곽을 감싸는 구조 및 지향성을 향상시켜 고주파수 대역에서 이득을 향상시키며, 혼의 길이 및 방사부의 곡률을 최적의 상태로 설계하여 저주파수 대역에서 더 나은 임피던스 정합이 가능함을 알 수 있다.As described above, according to the present invention, it is possible to miniaturize the horn antenna by mixing a Vivaldi antenna, improve the structure and directivity of the horn antenna around the outer circumference of the Vivaldi antenna to improve the gain in the high frequency band, It can be seen that better impedance matching is possible in the low frequency band.
본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Best Mode for Carrying Out the Invention The present invention has been described with reference to the drawings and the specification. Although specific terms are used herein, they are used for the purpose of describing the present invention only and are not used to limit the scope of the present invention described in the meaning of the claims or the claims. Therefore, it is to be understood that the present invention may be embodied in many other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.
10: 혼 안테나 11: 혼
13: 첫 번째 섹션 15: 두 번째 섹션
17: 급전부 20: 비발디 안테나
21: 유전체 기판 23: 발룬
25: 전송 라인 29: 방사부10: Horn antenna 11: Horn
13: First Section 15: Second Section
17: feeding part 20: Vivaldi antenna
21: dielectric substrate 23: balun
25: transmission line 29:
Claims (11)
비발디 안테나를 혼 안테나의 급전으로 사용하며,
상기 혼 안테나는 단면이 직사각형인 피라미드 형상 혼을 포함하며,
상기 비발디 안테나는 상기 혼 내부에 삽입된 구조이고,
상기 비발디 안테나는
상기 혼 내부에 삽입된 유전체 기판; 및
상기 유전체 기판에 인쇄된 발룬, 전송 라인 및 방사부를 포함하며,
상기 유전체 기판은 양면이 상기 혼과 이격되게 상기 혼 내부에 삽입되고,
상기 방사부가 상기 혼과 전기적으로 연결되며,
상기 방사부는 곡률을 형성하고,
상기 방사부의 곡률은
[여기서, C1, C2…C6은 모델링에 사용된 계수(설계값)이고, z는 위치 z이고, l1은 발룬의 길이, l3는 전송 라인의 길이이다.]Horn antenna is used as standard antenna,
Vivaldi antenna is used as feeding of horn antenna,
The horn antenna includes a pyramidal horn having a rectangular cross section,
The Vivaldi antenna is inserted into the horn,
The Vivaldi antenna
A dielectric substrate inserted in the horn; And
A balun printed on the dielectric substrate, a transmission line and a radiating portion,
Wherein the dielectric substrate is inserted into the horn so that both surfaces thereof are separated from the horn,
The radiator being electrically connected to the horn,
The radiating portion forms a curvature,
The curvature of the radiating portion
[Where C 1 , C 2 ... C 6 is the coefficient (design value) used in the modeling, z is the position z, l 1 is the length of the balun, and l 3 is the length of the transmission line.
상기 혼은 길이방향 외면이 소정의 경사를 갖는 첫 번째 섹션과 상기 첫 번째 섹션의 경사에 비해 상대적으로 큰 경사를 갖는 두 번째 섹션을 포함하는 단면이 직사각형인 피라미드 형상인 것을 특징으로 하는 비발디 급전 하이브리드 혼 안테나.The method according to claim 1,
Characterized in that the horn is a pyramidal shape having a rectangular cross section including a first section having a predetermined inclination in its longitudinal outer surface and a second section having a relatively large inclination relative to the inclination of the first section. Horn antenna.
상기 방사부는 상기 혼의 개구면으로부터 소정길이 돌출된 것을 특징으로 하는 비발디 급전 하이브리드 혼 안테나.
The method according to claim 1,
Wherein the radiating portion is protruded by a predetermined length from an opening surface of the horn.
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|---|---|---|---|
| KR1020170027046A KR101864070B1 (en) | 2017-03-02 | 2017-03-02 | Hybrid horn antenna fed by vivaldi |
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| KR (1) | KR101864070B1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| EP0257881A2 (en) * | 1986-08-29 | 1988-03-02 | Decca Limited | Slotted waveguide antenna and array |
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-
2017
- 2017-03-02 KR KR1020170027046A patent/KR101864070B1/en active IP Right Grant
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