KR102015530B1 - 평면형 반사판을 포함하는 모노펄스 안테나 - Google Patents

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남상욱
최은철
김지형
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국방과학연구소
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Abstract

본 발명은 두 개의 평면형 반사판을 포함하는 이중편파 모노펄스 안테나에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나는 주 반사판, 상기 주 반사판과 대향하는 부 반사판, 및 상기 주 반사판 및 상기 부 반사판을 통해 이중편파 신호를 송수신하는 급전부를 포함하고, 상기 주 반사판 및 상기 부 반사판은 각각 평면형으로 구성되고, 상기 주 반사판 및 상기 부 반사판의 반사면에는 상기 이중편파 신호의 위상을 변화시키는 복수의 배열소자들이 배치되며, 상기 복수의 배열소자들 각각은 마이크로스트립(microstrip)으로 구성된다.

Description

평면형 반사판을 포함하는 모노펄스 안테나{Monopulse antenna comprising planar reflectors}
본 발명은 이중편파 모노펄스 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 두 개의 평면형 반사판을 포함하는 이중편파 모노펄스 안테나에 관한 것이다.
전파신호를 추적하거나 표적을 탐지하기 위해 다중경로 페이딩, 의도적 전파방해, 신호 및 표적 식별 특성을 고려하여 이중편파 전파가 널리 이용되고 있다. 전파신호 추적을 위해 스캔 안테나, 모노펄스 안테나, 위상배열 안테나 등이 사용되고 있다. 특히 모노펄스 안테나는 구조 상의 장점으로 인해 널리 사용되고 있다.
모노펄스 안테나는 하나의 펄스로 방위각과 고각에서 동시에 목표물의 위치를 탐지할 수 있는 안테나이다. 목표물을 탐지하기 위해선 모노펄스 안테나의 합 채널과 차 채널의 신호를 도출해야 하므로 모노펄스 비교기가 필수적으로 사용된다. 또한, 이중편파의 경우 각각의 편파에 대해서 신호를 해석하기 위해서 직교모드 변환기가 널리 사용된다. 따라서 이중편파 모노펄스 안테나는 신호를 송, 수신하는 방사체 부와 입력된 신호를 해석하기 위한 직교모드 편파기와 모노펄스 비교기로 구성할 수 있는데, 종래의 안테나들은 각 단을 도체로 제작되어 그 부피와 무게가 크다는 단점을 갖고 있다.
본 발명은 두 개의 반사판으로 구성되는 모노펄스 안테나에 있어서, 반사판들에 의한 부피 및 무게를 감소시킬 수 있는 방안을 제안하고자 한다.
또한 본 발명은 반사면에 배치되는 배열소자의 크기 변화에 대한 반사 위상(반사 계수 위상, reflection phase)의 민감도를 최소화시킬 수 있는 방법을 제안하고자 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나는 주 반사판; 상기 주 반사판과 대향하는 부 반사판; 및 상기 주 반사판 및 상기 부 반사판을 통해 이중편파 신호를 송수신하는 급전부를 포함하고, 상기 주 반사판 및 상기 부 반사판은 각각 평면형으로 구성되고, 상기 주 반사판 및 상기 부 반사판의 반사면에는 상기 이중편파 신호의 위상을 변화시키는 복수의 배열소자들이 배치된다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나에서 상기 복수의 배열소자들 각각은 마이크로스트립(microstrip)으로 구성된다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나에서 상기 마이크로스트립은, 기판; 상기 기판의 일면에 배치되는 이중 공진소자; 상기 기판의 타면에 배치되는 유전체층; 및 상기 기판의 타면과 상기 유전체층을 사이에 두고 배치되는 접지부를 포함한다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나에서 상기 유전체층은 공기 및 로하셀 발포체(rohacell foam) 중 적어도 어느 하나로 구성된다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나에서 상기 기판은 한 변의 길이가 1.6mm 이하인 정사각형으로 구성된다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나에서 상기 이중 공진소자는, 상기 기판의 일면의 중심에 배치되는 정사각형 패치; 및 상기 정사각형 패치를 이격되어 둘러싸도록 배치되는 정사각형 루프를 포함한다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나에서 상기 정사각형 패치의 한 변의 길이는 0.1mm 이상 1.4mm 이하의 값을 갖는다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나에서 상기 정사각형 루프의 외측 한 변의 길이는 0.3mm 이상 1.6mm 이하의 값을 갖는다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나에서 상기 정사각형 루프의 내측 변과 외측 변 사이의 폭(width)은 0.05mm 이상 0.15mm 이하의 값을 갖는다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나에서 상기 복수의 배열소자 중 어느 하나의 배열소자는, 다른 어느 하나의 배열소자와 상기 정사각형 패치의 길이(length), 상기 정사각형 루프의 길이(length), 및 상기 정사각형 루프의 폭(width) 중 어느 하나가 상이하도록 구성된다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나에서 상기 이중편파 신호는 w대역(w-band)의 신호이다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나에서 상기 급전부는 정사각형의 개구면을 갖는 도파관으로 구성된다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나에서 상기 복수의 배열소자들은 0˚~ 360˚범위의 반사 위상(reflection phase)을 갖는다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나 제작 방법은 주 반사판을 배치하는 단계; 상기 주 반사판과 대향하도록 부 반사판을 배치하는 단계; 이중편파 신호를 송수신하는 급전부를 상기 주 반사판의 중심을 관통하도록 배치하는 단계; 및 상기 주 반사판 및 상기 부 반사판의 반사면에 상기 이중편파 신호의 위상을 변화시키는 복수의 배열소자들을 배치하는 단계를 포함하고, 상기 주 반사판 및 상기 부 반사판은 각각 평면형으로 구성된다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나 제작 방법에서 상기 복수의 배열소자들을 배치하는 단계는, 정사각형 패치 및 상기 정사각형 패치를 둘러싸는 정사각형 루프를 이중 공진소자로 포함하는 마이크로스트립(microstrip)으로 각각의 배열소자를 구성하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나 제작 방법에서 상기 복수의 배열소자들을 배치하는 단계는,상기 정사각형 패치 및 상기 정사각형 루프 중 어느 하나의 크기를 변화시키며 0˚~ 360˚의 반사 위상 범위를 획득하는 단계; 상기 반사면 내의 일 지점에 대하여 요구되는 반사 위상 값을 산출하는 단계; 상기 반사 위상 범위 중에서 상기 요구되는 반사 위상 값이 획득되는 상기 정사각형 패치 및 상기 정사각형 루프의 크기를 선택하는 단계; 상기 선택된 크기의 상기 정사각형 패치 및 상기 정사각형 루프로 상기 마이크로스트립을 구성하는 단계; 및 상기 구성된 마이크로스트립을 상기 반사면 내의 일 지점에 배치하는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나 제작 방법에서 상기 0˚~ 360˚의 반사 위상 범위를 획득하는 단계는, 상기 정사각형 패치의 크기 및 상기 정사각형 루프의 크기 중 어느 하나를 고정시키고, 다른 하나를 변화시키는 단계를 포함한다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나 제작 방법에서 상기 정사각형 루프의 크기는 상기 정사각형 루프의 한 변의 길이 및 상기 정사각형 루프의 폭을 조정하여 변화된다.
본 발명에 따르면 마이크로스트립으로 배열소자를 구성하고, 반사판을 평면형으로 구성함으로써, 반사판의 무게 및 부피를 줄일 수 있다. 또한 본 발명에 따르면 약 31˚/0.1mm 수준의 낮은 민감도를 갖도록 이중 공진소자의 크기를 조정하여 반사 위상을 획득함으로써, 공정오차 등과 같은 요인으로부터 발생하는 위상 변화의 오차를 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나의 사시도를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나의 측면도를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에서 배열소자로 사용되는 마이크로스트립의 측면도를 나타낸다.
도 4는 일 실시예에서 배열소자로 사용되는 마이크로스트립의 평면도를 나타낸다.
도 5 및 도 6은 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나의 제작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7 내지 도 11은 패치 및 루프의 크기 변화에 따른 모노펄스 안테나의 반사 위상을 나타낸다.
도 12는 주 반사판 및 부 반사판에 대한 기하광학을 나타낸다.
도 13 및 도 14는 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나의 제작 방법에 따라 배치된 배열소자들을 나타낸다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 오로지 예시를 위한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 하기 설명은 실시예들을 구체화하기 위한 것일 뿐 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하는 것이 아님은 물론이다. 상세한 설명 및 실시예로부터 당해 기술분야의 전문가가 용이하게 유추할 수 있는 것은 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 사용되는 '구성된다' 또는 '포함한다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나의 사시도를, 도 2는 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나의 측면도를 나타낸다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나는 주 반사판(10), 부 반사판(20), 급전부(30), 직교모드 편파기(미도시), 및 모노펄스 비교기(미도시)를 포함한다.
주 반사판(10) 및 부 반사판(20)은 평면형으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서 주 반사판(10)의 직경은 약 120mm, 부 반사판(20)의 직경은 약 20mm 로 형성될 수 있으며, 일 실시예와 다른 크기의 직경으로도 구성될 수 있다.
종래의 모노펄스 안테나는 주 반사판(10) 및 부 반사판(20)이 곡면형으로 형성되나, 본 발명에서는 주 반사판(10) 및 부 반사판(20)을 평면형으로 형성함으로써, 종래 기술에 비해 반사판의 부피를 감소시킬 수 있다.
급전부(30)는 주 반사판(10) 및 부 반사판(20)을 통해 이중편파 신호를 송수신할 수 있다. 급전부(30)는 부 반사판(20)을 향하여 개방된 개구면을 갖는 도파관으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서 급전부(30)의 개구면은 정사각형으로 형성되나, 이와 달리 원형 등으로 형성될 수 있다.
급전부(30)의 입력, 출력 단에는 4혼 방식을 적용하여 4개의 직교모드 편파기와 2개의 모노펄스 비교기가 부착될 수 있다. 직교모드 편파기는 이중편파에서 각각의 편파에 대한 신호를 해석하는 기능을 수행하고, 모노펄스 비교기는 합 채널과 차 채널의 신호를 도출하는 기능을 수행할 수 있다.
주 반사판(10) 및 부 반사판(20)에서 반사된 이중편파 신호는 급전부(30)의 개구면에서 동일한 위상을 가져야 한다. 이를 위해 주 반사판(10) 및 부 반사판(20)의 반사면(11, 21)에는 이중편파 신호의 위상을 변화시키는 복수의 배열소자들(40)이 배치된다.
복수의 배열소자들(40)은 마이크로스트립(microstrip)으로 구성될 수 있다. 종래의 모노펄스 안테나는 이중편파 신호의 위상 조정을 위해 반사면이 곡면형으로 이루어진 도체 반사판을 이용하였으나, 본 발명에서는 반사면(11, 21)을 마이크로스트립으로 구성함으로써, 종래 기술에 비해 반사판의 무게를 감소시킬 수 있다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나에서 사용되는 배열소자의 구조를 살펴보기 위해 도 3 및 도 4를 참조한다.
도 3은 일 실시예에서 배열소자(40)로 사용되는 마이크로스트립의 측면도를, 도 4는 일 실시예에서 배열소자(40)로 사용되는 마이크로스트립의 평면도를 나타낸다. 일 실시예에서 마이크로스트립은 패치(41), 루프(42), 기판(43), 유전체층(44), 및 접지부(45)로 구성된다.
이중 공진소자로 패치(41) 및 루프(42)가 이용된다. 패치(41) 및 루프(42)로 이중 공진소자를 구성함으로써, 0˚~360˚의 반사 위상(반사 계수 위상, reflection phase) 범위를 획득할 수 있다.
일 실시예에서 패치(41)로는 정사각형 패치가, 루프(42)로는 정사각형 루프가 사용된다. 그 외에도 원형 패치 등과 같이 다른 형상의 소자가 사용될 수 있다.
패치(41) 및 루프(42)는 기판(43)의 일면 상에 배치되며, 기판(43)의 타면과 접지부(45) 사이에는 유전체층(44)이 배치된다. 이때, 패치(41)는 기판(43)의 중앙에 위치하도록 배치될 수 있으며, 루프(42)는 패치(41)를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
유전체층(44)은 공기 또는 공기와 전기적 특성이 유사한 로하셀 발포체(rohacell foam)로 구성될 수 있다. 로하셀 발포체로 유전체층을 구성할 경우, 공기와 유사한 유전율을 구현하면서 동시에 기판(43)과 접지부(45)를 용이하게 이격시킬 수 있다. 일 실시예에서 유전체층(44)이 로하셀 발포체로 구성되는 경우를 예로 들었으나 이에 국한되지 않으며, 공기와 유사한 유전율을 갖는 다른 소재로도 구성될 수 있다.
일 실시예에 따른 모노펄스 안테나에서 송수신하는 이중편파 신호는 w대역(w-band)의 신호로, 매우 높은 주파수의 특성상 배열소자는 크기가 1.6mm 이하로 구성될 수 있다. 즉, 기판(43)의 한 변의 길이는 1.6mm 이하로 구성될 수 있다.
이와 같이 매우 작은 크기로 배열소자를 구성할 경우, 공정상의 오차 등에 따라서 설계된 배열소자의 반사 위상이 변형될 수 있다. 또한 이중 공진소자에서 두 개의 공진소자의 크기를 동시에 변화시킬 경우, 상대적인 L, C 값의 변화가 커지게 되므로 반사 위상의 변화가 크게 일어날 수 있다.
이러한 점을 극복하기 위해, 이하에서는 배열소자의 길이 오차에 따른 반사 위상 변화를 최소화시킬 수 있는 모노펄스 안테나의 제작 방법에 대해 살펴본다.
도 5 및 도 6은 일 실시예에 따른 모노펄스 안테나의 제작 방법을 나타낸 순서도이다. 이하에서는 도 1 내지 도 4에 도시된 모노펄스 안테나의 구조를 바탕으로, 도 5 및 도 6을 참조하여 모노펄스 안테나의 제작 방법을 살펴본다.
모노펄스 안테나는 단계 50에 따라 평면형으로 구성된 주 반사판(10)을 배치하고, 단계 60에 따라 평면형으로 구성된 부 반사판(20)을 주 반사판(10)과 대향하도록 배치하고, 단계 70에 따라 주 반사판(10)을 관통하도록 급전부(30)를 배치하고, 단계 80에 따라 주 반사판(10) 및 부 반사판(20)에 복수의 배열소자들(40)을 배치하여 제작할 수 있다.
이때, 단계 80에서 복수의 배열소자들(40)은 이중편파 신호가 급전부(30)의 개구면에서 동위상을 갖도록 설계될 수 있다. 이에 대한 상세한 설계 방법을 도 6을 참조하여 살펴본다.
단계 81에서 패치(41)의 크기 및 루프(42)의 크기 중 어느 하나를 변화시키며 0˚~360˚의 반사 위상 범위를 획득한다. 보다 상세하게, 패치의 크기는 패치의 길이(L1)를 조정하여 변화시키고, 루프의 크기는 루프의 길이(L2) 및 폭(W1)을 조정하여 변화시킬 수 있다.
도 7은 패치의 크기는 일정하게 유지하고 루프의 크기를 변화시키며 획득한 반사 위상을 나타낸다. 패치의 길이(L1)는 0.1mm로 일정하게 유지되었고, 루프의 길이(L2)는 0.3mm에서 0.5mm로, 루프의 폭(W1)은 0.05mm에서 0.15mm로 점진적으로 증가되었다. 이와 같은 루프의 크기 변화에 따라 반사 위상은 약 270˚에서 약 261˚로 변화되었다.
루프의 길이(L2)가 0.3mm에서 0.5mm로 0.2mm 변화함에 따라 반사 위상은 약 9˚변하였으므로, 루프의 길이(L2) 변화에 대한 반사 위상 변화의 민감도는 약 4.5˚/0.1mm로 산출된다. 또한 루프(42)의 폭 변화는 패치(41)를 기준으로 반대편에 위치한 부분의 폭 변화까지 고려해야 하므로, 루프의 일 부분의 폭(W1)이 0.05mm에서 0.15mm로 변화됨에 따라 루프의 전체 폭은 0.1mm에서 0.3mm로 변화된다. 따라서 루프의 전체 폭 변화에 대한 반사 위상 변화의 민감도는 약 4.5˚/0.1mm로 산출된다.
도 8은 패치의 크기는 일정하게 유지하고 루프의 크기를 변화시키며 획득한 반사 위상을 나타낸다. 패치의 길이(L1)는 0.1mm로, 루프의 폭(W1)은 0.15mm로 일정하게 유지되었고, 루프의 길이(L2)는 0.5mm 에서 1.6mm로 점진적으로 증가되었다. 그에 따라 반사 위상은 약 261˚에서 65˚로 변화되었다.
루프의 길이(L2)가 0.5mm 에서 1.6mm로 1.1mm 변화함에 따라 반사 위상은 약 199˚변하였으므로, 루프의 길이(L2) 변화에 대한 반사 위상 변화의 민감도는 약 18.1˚/0.1mm로 산출된다.
도 9는 루프의 크기는 일정하게 유지하고 패치의 크기를 변화시키며 획득한 반사 위상을 나타낸다. 루프의 길이(L2)는 1.6mm로, 루프의 폭(W1)은 0.15mm로 일정하게 유지되었고, 패치의 길이(L1)는 0.1mm에서 0.4mm로 점진적으로 증가되었다. 그에 따라 반사 위상은 약 65˚에서 37˚로 변화되었다.
패치의 길이(L1)가 0.1mm 에서 0.4mm로 0.3mm 변화함에 따라 반사 위상은 약 28˚변하였으므로, 패치의 길이(L1) 변화에 대한 반사 위상 변화의 민감도는 약 9.3˚/0.1mm로 산출된다.
도 10은 패치의 크기는 일정하게 유지하고 루프의 크기를 변화시키며 획득한 반사 위상을 나타낸다. 패치의 길이(L1)는 0.4mm로, 루프의 길이(L2)는 1.6mm로 일정하게 유지되었고, 루프의 폭(W1)은 0.15mm에서 0.05mm로 점진적으로 감소되었다. 그에 따라 반사 위상은 약 37˚에서 -25˚로 변화되었다.
루프(42)의 폭 변화는 패치(41)를 기준으로 반대편에 위치한 부분의 폭 변화까지 고려해야 하므로, 루프의 일 부분의 폭(W1)이 0.15mm 에서 0.05mm 로 변화됨에 따라 루프의 전체 폭은 0.3mm에서 0.1mm로 변화된다. 따라서 루프의 전체 폭 변화에 대한 반사 위상 변화의 민감도는 약 31˚/0.1mm로 산출된다.
도 11은 루프의 크기는 일정하게 유지하고 패치의 크기를 변화시키며 획득한 반사 위상을 나타낸다. 루프의 길이(L2)는 1.6mm로, 루프의 폭(W1)은 0.05mm로 일정하게 유지되었고, 패치의 길이(L1)는 0.4mm에서 1.4mm로 점진적으로 증가되었다. 그에 따라 반사 위상은 약 -25˚에서 -162˚로 변화되었다.
패치의 길이(L1)가 0.4mm 에서 1.4mm로 1.0mm 변화함에 따라 반사 위상은 약 137˚변하였으므로, 패치의 길이(L1) 변화에 대한 반사 위상 변화의 민감도는 약 13.7˚/0.1mm로 산출된다.
이와 같이 패치(41)의 크기 및 루프(42)의 크기 중 어느 하나를 변화시키며 약 270˚에서 261˚, 약 261˚에서 65˚, 약 65˚에서 37˚, 약 37˚에서 -25˚, 약 -25˚에서 -162˚의 반사 위상 범위가 획득되었으므로, 종합하면 0˚~360˚의 반사 위상 범위가 획득될 수 있다.
또한 패치(41)의 크기 및 루프(42)의 크기 변화에 대한 반사 위상 변화의 민감도를 약 31˚/0.1mm 수준으로 설계할 수 있다. W-대역의 특성상 높은 주파수로 인해 배열소자는 그 크기가 1mm 단위로 작게 설계되어야 하는 조건에서, 약 31˚/0.1mm 수준의 낮은 민감도를 통해 공정오차 등과 같은 요인으로부터 발생하는 위상 변화의 오차를 최소화할 수 있다.
단계 81에 따라 패치(41) 및 루프(42)의 크기를 변화시키며 0˚~360˚의 반사 위상 범위가 획득되면, 단계 82에서 반사면 내의 일지점에서 요구되는 반사 위상 값을 산출한다.
일 지점에서 요구되는 반사 위상 값은 도 12에 도시된 주 반사판(10a) 및 부 반사판(20a)에 대한 기하광학(ray optics)에 의해 산출될 수 있다.
(수학식 1)
Figure 112018089331647-pat00001
(수학식 2)
Figure 112018089331647-pat00002
여기서,
Figure 112018089331647-pat00003
은 주 반사판(10a)의 일 지점(M)에서 산출되는 반사 위상 값을,
Figure 112018089331647-pat00004
은 부 반사판(20a)의 일 지점(S)에서 산출되는 반사 위상 값을 나타낸다.
다음으로 단계 83에서 산출된 반사 위상 값에 대응되는 패치 및 루프의 크기가 선택될 수 있다. 예를 들어 일 지점(M)에서 요구되는 반사 위상 값이 65˚인 경우, 65˚의 반사 위상이 획득된 패치의 길이(L1)는 0.1mm, 루프의 길이(L2)는 1.6mm, 루프의 폭(W1)은 0.15mm이므로, 해당 크기가 선택될 수 있다. 또는 일 지점(S)에서 요구되는 반사 위상 값이 -25˚인 경우, -25˚의 반사 위상이 획득된 패치의 길이(L1)는 0.4mm, 루프의 길이(L2)는 1.6mm, 루프의 폭(W1)은 0.05mm이므로, 해당 크기가 선택될 수 있다.
다음으로 단계 84에서 선택된 크기의 패치 및 루프로 마이크로스트립을 구성하고, 단계 85에서 구성된 마이크로스트립을 반사면 내의 일 지점에 배치한다.
이상의 방법에 따라 모노펄스 안테나를 설계하면, 도 13과 같이 일 지점에 위치한 배열소자(40b)은 다른 지점에 위치한 배열소자(40a)와 루프의 크기가 다르도록, 또는 다른 지점에 위치한 배열 소자(40c)와 패치의 크기가 다르도록 구성될 수 있다. 이상의 방법에 따라 설계된 모노펄스 안테나의 반사면은 도 14와 같을 수 있다.
이상의 방법에 따라 마이크로스트립으로 평면형 반사판을 구성함으로써, 기존의 곡면형 도체 반사판으로 구성된 안테나에 비하여 무게 및 부피를 감소시킬 수 있다. 또한 약 31˚/0.1mm 수준의 낮은 민감도를 갖도록 이중 공진소자의 크기를 조정하여 반사 위상을 획득함으로써, 공정오차 등과 같은 요인으로부터 발생하는 위상 변화의 오차를 최소화할 수 있다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
10: 주 반사판 11: 주 반사판의 반사면
20: 부 반사판 21: 부 반사판의 반사면
30: 급전부 40: 배열소자
41: 패치 41: 루프
43: 기판 44: 유전체층
45: 접지부

Claims (18)

  1. 주 반사판;
    상기 주 반사판과 대향하는 부 반사판; 및
    상기 주 반사판 및 상기 부 반사판을 통해 이중편파 신호를 송수신하는 급전부를 포함하고,
    상기 주 반사판 및 상기 부 반사판은 각각 평면형으로 구성되고,
    상기 주 반사판 및 상기 부 반사판의 반사면에는 상기 이중편파 신호의 위상을 변화시키는 복수의 배열소자들이 배치되고,
    상기 복수의 배열소자들 각각은 마이크로스트립(microstrip)으로 구성되고,
    상기 마이크로스트립은,
    기판, 상기 기판의 일면에 배치되는 이중 공진소자, 상기 기판의 타면에 배치되는 유전체층, 및 상기 기판의 타면과 상기 유전체층을 사이에 두고 배치되는 접지부를 포함하고,
    상기 이중 공진소자는,
    상기 기판의 일면의 중심에 배치되는 정사각형 패치 및 상기 정사각형 패치를 이격되어 둘러싸도록 배치되는 정사각형 루프를 포함하고,
    상기 이중편파 신호는 w대역(w-band)의 신호이고,
    상기 복수의 배열소자들 중 어느 하나의 배열소자는 다른 어느 하나의 배열소자와 상기 정사각형 루프의 폭(width)이 상이하도록 구성되고,
    상기 정사각형 루프의 외측 한 변의 길이는 0.3mm 이상 1.6mm 이하의 값을 갖는, 모노펄스 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체층은 공기로 구성되는, 모노펄스 안테나.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 한 변의 길이가 1.6mm 이하인 정사각형으로 구성되는, 모노펄스 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 정사각형 패치의 한 변의 길이는 0.1mm 이상 1.4mm 이하의 값을 갖는, 모노펄스 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 정사각형 루프의 내측 변과 외측 변 사이의 폭(width)은 0.05mm 이상 0.15mm 이하의 값을 갖는, 모노펄스 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배열소자 중 어느 하나의 배열소자는,
    다른 어느 하나의 배열소자와 상기 정사각형 패치의 길이(length), 상기 정사각형 루프의 길이(length), 및 상기 정사각형 루프의 폭(width) 중 어느 하나가 상이하도록 구성되는, 모노펄스 안테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 급전부는 정사각형의 개구면을 갖는 도파관으로 구성되는, 모노펄스 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 배열소자들은 0˚~ 360˚범위의 반사 위상(reflection phase)을 갖는, 모노펄스 안테나.
  9. 주 반사판을 배치하는 단계;
    상기 주 반사판과 대향하도록 부 반사판을 배치하는 단계;
    이중편파 신호를 송수신하는 급전부를 상기 주 반사판의 중심을 관통하도록 배치하는 단계; 및
    상기 주 반사판 및 상기 부 반사판의 반사면에 상기 이중편파 신호의 위상을 변화시키는 복수의 배열소자들을 배치하는 단계를 포함하고,
    상기 주 반사판 및 상기 부 반사판은 각각 평면형으로 구성되고,
    상기 복수의 배열소자들을 배치하는 단계는,
    정사각형 패치 및 상기 정사각형 패치를 둘러싸는 정사각형 루프를 이중 공진소자로 포함하는 마이크로스트립(microstrip)으로 각각의 배열소자를 구성하는 단계를 포함하고,
    상기 복수의 배열소자들을 배치하는 단계는,
    상기 정사각형 패치 및 상기 정사각형 루프 중 어느 하나의 크기를 변화시키며 0˚~ 360˚의 반사 위상 범위를 획득하는 단계;
    상기 반사면 내의 일 지점에 대하여 요구되는 반사 위상 값을 산출하는 단계;
    상기 반사 위상 범위 중에서 상기 요구되는 반사 위상 값이 획득되는 상기 정사각형 패치 및 상기 정사각형 루프의 크기를 선택하는 단계;
    상기 선택된 크기의 상기 정사각형 패치 및 상기 정사각형 루프로 상기 마이크로스트립을 구성하는 단계; 및
    상기 구성된 마이크로스트립을 상기 반사면 내의 일 지점에 배치하는 단계를 더 포함하고,
    상기 이중편파 신호는 w대역(w-band)의 신호이고,
    상기 정사각형 루프의 크기는 상기 정사각형 루프의 폭을 조정하여 변화되고,
    상기 정사각형 루프의 외측 한 변의 길이는 0.3mm 이상 1.6mm 이하의 값을 갖는, 모노펄스 안테나의 제작 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 0˚~ 360˚의 반사 위상 범위를 획득하는 단계는,
    상기 정사각형 패치의 크기 및 상기 정사각형 루프의 크기 중 어느 하나를 고정시키고, 다른 하나를 변화시키는 단계를 포함하는, 모노펄스 안테나의 제작 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 정사각형 루프의 크기는 상기 정사각형 루프의 한 변의 길이 및 상기 정사각형 루프의 폭을 조정하여 변화되는, 모노펄스 안테나의 제작 방법.
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