KR102001668B1 - 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법 - Google Patents

Abstract

제조가 용이하고 치수정밀도가 우수하며 변형을 방지할 수 있도록, 모재를 절삭하여 방사개구면과 급전면, 복수의 비교면을 각각 형성하고, 절삭가공된 방사개구면과 급전면, 복수의 비교면을 맞대어 임시 고정하고, 클램프를 이용하여 임시 고정된 가조립안테나를 클램핑하고, 클램핑된 가조립안테나를 진공브레이징하는 과정을 포함하여 이루어지되, 방사개구면과 급전면, 급전면과 비교면 및 비교면과 비교면의 서로 마주보는 양면 중 일면에 크래드층을 형성하는 과정을 더 포함하여 이루어지는 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법을 제공한다.

Description

레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법 {Waveguide Slot Array Antenna for Lader of Manufacturing Method}

본 발명은 레이더용 안테나의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제조가 용이하고 치수정밀도가 우수하며 열변형을 방지할 수 있는 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 극초단파용 송수신 안테나로는 파라볼라 안테나(parabolic antenna), 마이크로스트립 안테나(microstrip antenna) 및 도파관 슬롯 배열 안테나 등이 있다.

파라볼라 안테나는 포물면경의 초점에서 나온 빛이 반사경에 의해 반사된 후, 평행광선이 된다는 광학적인 특징을 이용한 것으로, 크기가 크다는 단점이 있다.

마이크로스트립 안테나는 기판으로 이용되는 유전체의 손실계수에 따라 송신 또는 수신되는 신호의 급전손실이 크고, 대역폭이 매우 작아 광대역을 필요로하는 시스템에는 적용하기가 곤란한 단점이 있다.

도파관 슬롯 배열 안테나는 고효율의 평면형 안테나이며, 교차 편파 특성이 우수하고 고출력 송신이 가능하며 견고한 구조를 가지므로 항공기 및 레이더 시스템, 미사일 탐색기 등에 많이 적용되고 있다.

등록특허공보 제10-1133528호에는 Ka 대역의 모노펄스 레이더용 도파관 광벽 종방향 슬롯 배열 안테나에 대해 개시되어 있다.

Ka 대역의 모노펄스 레이더용 도파관 광벽 종방향 슬롯 배열 안테나는 전면이 방사 슬롯들의 배열로 이루어지고 후면이 상기 방사 슬롯들의 배열로 전력을 급전하기 위한 도파관들로 이루어지는 방사개구면과, 전면이 상기 도파관들로 전력을 급전하기 위한 복수의 급전 슬롯들의 배열로 이루어지고 후면이 상기 급전 슬롯들의 배열로 급전하기 위한 급전 도파관들로 이루어지는 급전면과, 상기 도파관들로부터 입력된 수신 신호들로부터 합 신호, 고각 차 신호 및 방위각 차 신호를 생성하도록 형성되는 비교면으로 구성되며, 상기 방사개구면, 급전면, 비교면은 진공 브레이징 기법으로 접합된다.

진공 브레이징은 접합부에 용가재를 삽입하고 진공로에 투입하여 열을 가하는 방식으로 시행될 수 있는데, 이러한 방식은 제조가 어렵고 복잡할 뿐만 아니라 용가재가 접합부에 전체적으로 균일한 두께로 삽입되기 어려우므로 제품의 치수정밀도가 저하되는 문제점을 안고 있다.

또한, 진공 브레이징은 가해지는 열에 의해 모재가 변형되면서 뒤틀리거나 접합면이 분리되는 문제가 많이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 점에 조감하여 이루어진 것으로서, 모재를 절삭가공하여 방사개구면과 급전면, 비교면을 형성하기 이전에 모재에 크래드층을 일체로 형성하므로 제조가 용이하고 치수정밀도를 높일 수 있는 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법을 제공하는 데, 그 목적이 있다.

그리고 본 발명의 다른 목적은 진공브레이징시 모재에 열전도가 잘 이루어지고 열변형이 방지되는 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명이 제안하는 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법은 모재를 절삭가공하여 방사개구면과 급전면, 복수의 비교면을 각각 형성하고, 절삭가공된 상기 방사개구면과 급전면, 복수의 비교면을 맞대어 임시 고정하고, 클램프를 이용하여 상기 임시 고정된 가조립안테나를 클램핑하고, 상기 클램핑된 가조립안테나를 진공브레이징하는 과정을 포함한다.

상기 임시고정공정에서는 절삭에 의해 형성된 각 면들을 복수의 볼트를 이용하여 체결하는 볼트체결방식과 절삭에 의해 형성된 각 면들의 모서리를 일정 간격마다 용접하는 용접방식을 병용한다.

상기 클램피는 그라파이트를 사용하여 이루어지고 원판형상으로 형성되며 상기 가조립안테나를 사이에 두고 설치되는 한 쌍의 클램핑부재와, 상기 한 쌍의 클램핑부재 사이에 상기 가조립안테나 주위를 따라 설치되는 복수의 스페이서와, 한 쌍의 상기 클램핑부재 중 어느 하나와 스페이서를 체결하는 복수의 제1볼트와, 한 쌍의 상기 클램핑부재 중 다른 하나와 스페이서를 체결하는 복수의 제2볼트를 포함한다.

상기 방사개구면과 급전면, 급전면과 비교면 및 비교면과 비교면의 서로 마주보는 양면 중 어느 일면에는 크래드층을 형성한다.

상기 크래드층은 상기 모재를 절삭하기 이전에 일체로 형성한다.

여기서, 모재는 AL60계열의 알루미늄합금으로 이루어지고, 크래드층은 AL40계열의 알루미늄합금으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법에 의하면, 절삭가공 이전에 모재에 크래드층을 일체로 형성하므로 제조가 용이하고 접합부가 전체적으로 균일하게 접합되며 제품의 치수정밀도가 향상된다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법에 의하면, 진공브레이징시 그라파이트로 이루어지는 클램핑부재를 이용하여 양측에서 제품을 클램핑하므로 제품에 열이 잘 전달되고 열변형을 최소화시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법에 있어서 방사개구면, 급전면 및 비교면을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법에 있어서 방사개구면의 전면 및 후면을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법에 있어서 급전면의 전면 및 후면을 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법에 있어서 가조립안테나의 전면을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법에 있어서 가조립안테나의 후면을 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법에 있어서 가조립안테나를 나타내는 측면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법에 있어서 클램핑공정을 나타내는 사시도이다.

본 발명에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 등의 용어는 발명상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명 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. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시예에 따른 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 실시예에 따라 제시된 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 발명 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

본 발명의 일실시예에 따른 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법은 도 1에 나타낸 바와 같이, 절삭공정(P10)과, 임시고정공정(P20)과, 클램핑공정(P30)과, 진공브레이징공정(P40)을 포함한다.

상기 절삭공정(P10)에서는 도 2에 나타낸 바와 같이, 모재를 절삭하여 방사개구면(10)과 급전면(20), 복수의 비교면(30)을 각각 형성한다.

상기 각 면들(10), (20), (30)의 절삭은 레이저 절삭가공으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 제조방법에 있어서는 종래 Ka 대역 모노펄스 레이더용 도파관 종방향 슬롯 배열 안테나와 마찬가지의 구조로 이루어지도록 상기 절삭공정(P10)에서 절삭을 통해 각 면들(10), (20), (30)을 형성할 수 있다.

방사개구면(10)은 도 3에 나타낸 바와 같이, 모재를 절삭가공하여 전면에 방사슬롯(12)들이 배열되는 방사슬롯면(11)을 형성하고 후면에 상기 방사슬롯(12)으로 급전을 행하는 도파관(15)들이 형성되는 방사도파관면(14)을 형성한다.

급전면(20)은 도 4에 나타낸 바와 같이, 전면에 상기 도파관(12)들로 전력을 급전하기 위한 복수의 급전슬롯(22)들이 배열되는 급전슬롯면(21)을 형성하고 후면에 상기 급전슬롯(22)들의 배열로 급전하기 위한 급전도파관(25)이 형성되는 급전도파관면(24)을 형성한다.

비교면(30)은 상기 도파관(12)들로부터 입력된 수신신호들로부터 합 신호, 고각 차 신호 및 방위각 차 신호를 생성하도록 형성된다.

비교면(30)은 도 1을 참조하면, 3개로 이루어질 수 있다. 즉 제1비교면(31)과 제2비교면(32) 그리고 제3비교면(33)으로 이루어질 수 있다._

상기 제1비교면(31)은 송신신호를 상기 도파관들 각각으로 균등하게 분배하고, 상기 수신신호들을 상기 도파관들로부터 입력받기 위한 복수의 입력포트들을 형성한다.

상기 제2비교면(32)은 복수의 상기 입력포트들로 입력된 수신 신호들을 매직-티 구조로 조합하여 상기 합 신호, 고각 차 신호 및 방위각 차 신호를 생성하도록 형성한다.

상기 제3비교면(33)은 상기 제2비교면이 생성한 상기 합 신호, 고각 차 신호 및 방위각 차 신호를 외부 수신기로 전송하도록 형성된다.

상기 절삭공정(P10)을 거쳐 형성된 방사개구면(10)과 급전면(20), 복수의 비교면(30)은 상기 임시고정공정(P20)을 통해 임시 고정된다.

상기 임시고정공정(P20)에서는 도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 절삭에 의해 형성된 각 면들(10), (20), (30)을 복수의 볼트(4)를 이용하여 체결하는 볼트체결방식과 절삭에 의해 형성된 각 면들의 모서리를 일정 간격마다 용접하는 용접방식을 병용하여 가조립안테나(2)를 형성한다.

상기 가조립안테나(2)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 각 면들(10), (20), (30) 사이에 크래드층(40)을 구비한다. 즉 가조립안테나(2)는 상기 방사개구면(10)과 급전면(20) 사이, 급전면(20)과 비교면(30) 사이 및 비교면(30) 사이 사이에 각각 크래드층(40)을 구비한다.

상기 크래드층(40)은 알루미늄합금으로 이루어지고 상기 절삭공정(P10) 이전에 압연을 통해 모재와 일체형으로 형성한다.

상기에서 크래드층(40)은 AL40계열의 알루미늄합금으로 이루어지고 AL60계열의 알루미늄합금으로 이루어지는 모재의 일측이나 양측에 형성할 수 있다.

상기 크래드층(40)은 AL40계열 중에서도 AL4343, AL4004, AL4047 등이 사용될 수 있고, 모재는 AL6951이 사용될 수 있다.

상기 크래드층(40)은 상기 브레이징공정(P40)에서 열에 의해 용해된 후 냉각되면서 각 면들(10), (20), (30)을 접합 고정시킨다.

상기 클램핑공정(P30)에서는 도 8에 나타낸 바와 같이, 클램프(50)를 이용하여 상기 임시 고정된 가조립안테나(2)를 클램핑한다.

상기 클램프(50)는 원판형상으로 형성되고 상기 가조립안테나(2)를 사이에 두고 설치되는 한 쌍의 클램핑부재(52)와, 한 쌍의 상기 클램핑부재(52) 사이에 상기 가조립안테나(2) 주위를 따라 설치되는 복수의 스페이서(54)와, 한 쌍의 상기 클램핑부재(52) 중 어느 하나와 스페이서(54)를 체결하는 복수의 제1볼트(56)와, 한 쌍의 상기 클램핑부재(52) 중 다른 하나와 스페이서(54)를 체결하는 복수의 제2볼트(56)를 포함한다.

상기 클램핑부재(52)는 가볍고 열변형률이 낮으며 열전도도가 우수한 그라파이트로 이루어진다. 특히 그라파이트는 고온에서도 열변형이 잘 이루어지지 않으므로 가조립안테나가 뒤틀리는 것을 방지할 수 있다.

상기 스페이서(54)는 상기 가조립안테나(2)의 각 면들(10), (20), (30)을 형성하는 재질과 동일한 AL60계열의 알루미늄합금으로 이루어진다.

상기 스페이서(54)를 모재와 동일한 재질로 형성하면 브레이징공정에서 온도변화로 인해 가조립안테나(2)의 두께가 미세하게 변화될 때 한 쌍의 클램핑부재(52)는 서로 간의 거리가 가조립안테나(2)의 두께 변화에 대응하여 유연되게 변화되면서 가조립안테나(2)를 클램핑할 수 있다.

상기 진공브레이징공정(P40)에서는 가조립안테나(2)가 클램프(50)에 클램핑된 상태로 진공로 내에서 브레이징하여 각 면들(10), (20), (30)을 접합시킨다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.

2 : 가조립안테나 4 : 볼트
10 : 방사개구면 11 : 방사슬롯면
12 : 방사슬롯 14 : 방사도파관면
15 : 방사도파관 20 : 급전면
21 : 급전슬롯면 22 : 급전슬롯
24 : 급전도파관면 25 : 급전도파관
30 : 반사면 31 : 제1반사면
32 : 제2반사면 33 : 제3반사면
40 : 크래드층 50 : 클램프
52 : 클램핑부재 54 : 스페이서
56 : 제1볼트 58 : 제2볼트

Claims (6)

1. 모재를 절삭가공하여 방사개구면과 급전면, 복수의 비교면을 각각 형성하고,
   절삭가공된 상기 방사개구면과 급전면, 복수의 비교면을 맞대어 임시 고정하고,
   클램프를 이용하여 상기 임시 고정된 가조립안테나를 클램핑하고,
   상기 클램핑된 가조립안테나를 진공브레이징하는 과정을 포함하고,
   상기 방사개구면과 급전면, 급전면과 비교면 및 비교면과 비교면의 서로 마주보는 양면 중 어느 일면에 크래드층을 일체로 형성하는 과정을 더 포함하고,
   상기 클램프는 그라파이트를 사용하여 이루어지고 원판형상으로 형성되며 상기 가조립안테나를 사이에 두고 설치되는 한 쌍의 클램핑부재와, 상기 한 쌍의 클램핑부재 사이에 상기 가조립안테나 주위를 따라 설치되는 복수의 스페이서와, 한 쌍의 상기 클램핑부재 중 어느 하나와 스페이서를 체결하는 복수의 제1볼트와, 한 쌍의 상기 클램핑부재 중 다른 하나와 스페이서를 체결하는 복수의 제2볼트를 포함하고,
   상기 스페이서와 모재는 동일 계열의 알루미늄합금을 사용하여 이루어지는 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 임시고정공정은,
   절삭에 의해 형성된 각 면들을 복수의 볼트를 이용하여 체결하는 볼트체결방식과 절삭에 의해 형성된 각 면들의 모서리를 일정 간격마다 용접하는 용접방식을 병용하는 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법.
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 크래드층은,
   상기 모재를 절삭가공하기 이전에 압연을 통해 모재와 일체로 형성하는 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 모재는 AL60계열의 알루미늄합금으로 이루어지고,
   상기 크래드층은 AL40계열의 알루미늄합금으로 이루어지는 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나의 제조방법.
6. 청구항 1, 청구항 2, 청구항 4, 청구항 5 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조되는 레이더용 도파관 슬롯 배열 안테나.

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