KR102112202B1 - 편파 변환 일체형 혼 안테나 및 그 제조 방법 - Google Patents

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한국전자통신연구원
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Abstract

편파 변환 일체형 혼 안테나 및 그 제조 방법이 개시된다. 일 실시예에 따른 일체형 혼 안테나는, 혼(horn) 및 상기 혼의 내벽에 의해 정의되는 내부 공간에 적어도 일부가 위치하는 편파기를 포함한다.

Description

편파 변환 일체형 혼 안테나 및 그 제조 방법{POLARIZATION CONVERSION INTEGRATED HORN ANTENNA AND MANUFACTURING METHOD THE SAME}
아래 실시예들은 편파 변환 일체형 혼 안테나 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
혼 안테나(Horn Antenna)는 개구면 안테나의 일종으로 도파관의 단면이 점차적으로 넓어지며 도파관과 공간 간에 전자파 에너지가 방사 천이 될 수 있도록 하는 구조를 가진다.
최근에는 다중 빔 또는 성형 빔을 구현하기 위해 다중 혼을 사용하는 경우가 증가하고 있다. 또한 이동형 안테나에 대한 요구도 증가하고 있다. 이와 같은 응용 분야에 사용하기 위해서 혼 안테나의 무게 및 부피를 줄이려는 연구가 진행중이다.
하지만, 일반적으로 혼 안테나는 혼과 편파기를 별도로 구성하고 있다. 혼 안테나가 혼, 편파기, 및 트랜지션 등을 별도로 구성하는 경우에는 혼 안테나의 무게 및 부피를 어느 한계점 이상 줄이기 어렵다.
실시예들은 혼의 내부에 편파기를 위치시켜 혼과 편파기를 일체형으로 구현함으로써, 혼 안테나를 소형화 및 경량화 할 수 있는 기술을 제공할 수 있다.
일 실시예에 따른 일체형 혼 안테나는, 혼(horn) 및 상기 혼의 내벽에 의해 정의되는 내부 공간에 적어도 일부가 위치하는 편파기를 포함한다.
상기 편파기는, 상기 내부 공간 중에서 상기 혼의 개구부의 내벽에 의해 정의되는 제1 내부 공간에 위치하는 제1 영역 및 상기 제1 영역으로부터 상기 혼의 개구부의 반대 방향으로 연장되어 상기 내부 공간 중에서 상기 혼의 도파관의 내벽에 의해 정의되는 제2 내부 공간에 위치하는 제2 영역을 포함할 수 있다.
상기 제2 영역은 상기 도파관의 내벽의 적어도 일부에 대응하도록 위치할 수 있다.
상기 제2 영역의 둘레 방향의 면의 적어도 일부가 상기 도파관의 내벽에 접촉할 수 있다.
상기 도파관은, 상기 제2 영역의 하부의 일부를 고정하기 위해 상기 도파관의 내벽으로부터 수직방향으로 연장되는 고정부를 포함할 수 있다.
상기 편파기는, 상기 제2 영역으로부터 상기 개구부의 반대 방향으로 연장되는 제3 영역을 더 포함할 수 있다.
상기 도파관과 직접 연결되는 트랜지션(transition)을 더 포함하고, 상기 제3 영역은, 상기 트랜지션의 내벽의 적어도 일부에 대응하도록 위치할 수 있다.
상기 제3 영역의 둘레 방향의 면의 적어도 일부가 상기 트랜지션의 내벽에 접촉할 수 있다.
일 실시예에 따른 일체형 혼 안테나 제조 방법은, 혼(horn)을 형성하는 단계 및 상기 혼의 내벽에 의해 정의되는 내부 공간에 편파기의 적어도 일부를 위치시키는 단계를 포함한다.
상기 위치시키는 단계는, 상기 편파기의 제1 영역을 상기 내부 공간 중에서 상기 혼의 개구부의 내벽에 의해 정의되는 제1 내부 공간에 위치시키는 단계 및 상기 편파기의 상기 제1 영역으로부터 상기 혼의 개구부의 반대 방향으로 연장되는 제2 영역을 상기 내부 공간 중에서 상기 혼의 도파관의 내벽에 의해 정의되는 제2 내부 공간에 위치시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 영역은 상기 도파관의 내벽의 적어도 일부에 대응하도록 위치될 수 있다.
상기 제2 영역의 둘레 방향의 면의 적어도 일부가 상기 도파관의 내벽에 접촉할 수 있다.
상기 혼을 형성하는 단계는, 상기 개구부를 형성하는 단계와, 상기 도파관을 형성하는 단계 및 상기 제2 영역의 하부의 일부를 고정하기 위해 상기 도파관의 내벽으로부터 수직방향으로 연장되는 고정부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제조 방법은, 상기 도파관과 직접 연결되는 트랜지션(transition)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 편파기의 상기 제2 영역으로부터 상기 개구부의 반대 방향으로 연장되는 제3 영역이 상기 트랜지션의 내벽의 적어도 일부에 대응하도록 위치할 수 있다.
상기 제3 영역의 둘레 방향의 면의 적어도 일부가 상기 트랜지션의 내벽에 접촉할 수 있다.
도 1은 혼과 편파기가 단순 결합된 형태의 혼 안테나의 일 예를 나타낸다.
도 2는 혼과 편파기가 단순 결합된 형태의 혼 안테나의 다른 예를 나타낸다.
도 3은 혼과 편파기가 단순 결합된 형태의 혼 안테나의 또 다른 예를 나타낸다.
도 4는 혼과 편파기가 단순 결합된 형태의 혼 안테나의 또 다른 예를 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 따른 일체형 혼 안테나의 일 예를 나타낸다.
도 6은 도 5에 도시된 일체형 혼 안테나의 측면 투시도를 나타낸 도면이다.
도 7은 일 실시예에 따른 일체형 혼 안테나의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 8은 편파기를 포함하지 않는 일체형 혼 안테나의 전계 특성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9는 일체형 혼 안테나의 전계 특성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 10은 일체형 혼 안테나의 반사 손실 특성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 11은 일체형 혼 안테나의 효율 주파수 특성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 12는 일체형 혼 안테나의 패턴 특성의 일 예를 나타낸 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1 또는 제2등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 실시예의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 혼과 편파기가 단순 결합된 형태의 혼 안테나의 일 예를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 혼 안테나(Horn Antenna)는 개구면 안테나의 일종으로 도파관의 단면이 점차적으로 넓어지며 도파관과 공간 간에 전자파 에너지가 방사 및 변화될 수 있도록 하는 구조를 가질 수 있다.
혼 안테나는 선형 편파(linearly polarized wave)를 원형 편파(circular polarized wave)로, 또는 원형 편파를 선형 편파로 변환시켜 주기 위해 편파기를 포함할 수 있다. 편파는 순시 전계 벡터(instantaneous field vector)의 끝이 만드는 괘적일 수 있다. 선형 편파는 전계 벡터가 시간에 따라 위/아래 또는 좌/우로 움직임에 따라 수직 편파 또는 수평 편파로 각각 정의할 수 있다. 원형 또는 타원 편파는 ITU-R V.573의 정의를 따를 수 있다.
전계의 진행방향에서 보았을 때 순시 전계 벡터가 오른쪽 또는 시계 방향으로 회전하면 오른쪽 편파, 왼쪽 또는 반시계 방향으로 회전하면 왼쪽 편파라고 할 수 있다. 원형 편파는 수직, 수평 편파의 신호 크기는 동일하고 90도 위상차가 발생할 때 생성될 수 있다.
수직, 수평 편파의 크기비(r)와 위상차(Df)에 따라서 축비(AR, Axial Ratio) 또는 교차 편파 레벨(XPI)이 결정될 수 있다. 축비(AR)는 수학식 1로 계산할 수 있고, 교차 편파 레벨(XPI)은 수학식 2로 계산할 수 있다.
Figure 112018111468251-pat00001
Figure 112018111468251-pat00002
편파 변환된 신호를 송신 또는 수신하기 위해서 기존 혼 안테나는 도 1과 같이 혼과 편파기를 결합하였을 수 있다. 일반적으로, 혼 안테나는 혼과 편파기가 별도로 구성될 수 있다. 기존 혼 안테나는 도 1 내지 도 4와 같이 혼과 편파기를 별도로 개발하여 조립하는 형태일 수 있다. 편파기와 표준 도파관 사이에는 별도의 트랜지션(transition)을 두어 TE10 모드 선형 편파가 여기 되도록 하였을 수 있다.
혼 안테나의 구조는 혼(110), 편파기(120), 트랜지션(130), 표준 도파관(140), 및 인터페이스 및 플랜지(flange)를 위한 구조체 외벽(150)으로 구성될 수 있다. 편파기(120)는 수직, 수평 편파의 크기는 동일하게 유지하면서 위상을 조절해서 원형 편파를 생성하는 장치이기 때문에 위상 조절 장치라고도 불릴 수 있다.
도 2는 혼과 편파기가 단순 결합된 형태의 혼 안테나의 다른 예를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 혼 안테나는 개구부(210), 편파기(220), 트랜지션(230), 표준 도파관(240)으로 구성될 수 있다. 편파기 구조(221)는 도파관 내부 측벽을 따라 연속적이고 평탄한 구조로 구현될 수도 있고, 내부 측벽에 다른 구조를 연장하여 계단형으로 구현될 수도 있다. 편파기 측벽 구조는 쌍으로 사용하여 수직, 수평 편파의 위상을 조절할 수 있다. 기존 혼 안테나의 교차 편파 특성은 25 dB이고 축비는 0.9 dB, 반사손실은 25 dB 이상 특성을 가질 수 있다. 안테나 효율이 수치로 제시되지는 않았지만 효율 열화 되는 것을 막기 위해 다중 기울기를 갖는 혼을 제안하였을 수 있다. 하지만, 도 2에 도시된 혼(210, 220)은 단독 길이만 10l 이상이 될 수 있다.
도 3은 혼과 편파기가 단순 결합된 형태의 혼 안테나의 또 다른 예를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 혼 안테나는 위성방송을 수신하기 위해 타원형 반사판 안테나와 타원형 급전 혼이 사용되었을 수 있다. 물리적인 공간 확보를 할 수 있어 다중 혼이 사용되는 경우 유리한 점이 있을 수 있다. 이를 위해 타원형 트랜지션(310), 추가적인 위상차 발생 구조(320), 원형 도파관(330)이 구성될 수 있다. 추가적인 위상차 발생 구조(320)는 타원형 트랜지션(310)에 의한 위상차와 반대 기울기의 위상차를 형성하고 이를 보상하기 위한 구조일 수 있다. 도 3에는 표현되지 않았지만 표준 도파관으로 연결하기 위해서는 트랜지션 또한 필요할 수 있다. 하지만, 타원형 급전 혼은 일반적인 원형 급전 혼보다 다소 복잡하고 장축과 단축 전계의 위상차가 발생하기 때문에 교차 편파 특성을 달성하기가 어려울 수 있다.
도 4는 혼과 편파기가 단순 결합된 형태의 혼 안테나의 또 다른 예를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 혼 안테나는 도파관 내부에 유전체 슬랩이나 금속 포스트를 사용하지 않고 계란형의 도파관으로 편파기를 구현할 수 있다. 계란형 도파관은 동일한 반경을 갖는 2 개의 원을 소정의 거리를 두고 연결하고 입력 도파관에 대해 45도 회전하여 구성될 수 있다. 기존 혼 안테나는 30-31 GHz 주파수 대역에서 28 dB 반사 손실, 약 90+5도의 위상차, ±0.3dB 크기 차이를 가질 수 있다. 이는 수학식 1에 의해 약 1.1 dB의 축비를 의미할 수 있다. 도 4의 혼 안테나는 입력 도파관(410), 편파기(420), 임피던스 정합용 90도 도파관(460), 혼(130)으로 구성될 수 있다. 도 4의 혼 안테나는 입력 도파관인 WR28 표준 도파관과 편파기를 연결하기 위해 트랜지션(450)을 사용하였을 수 있다. 하지만, 기존 혼 안테나의 전체 길이는 5.4l이며 효율은 언급되지 않았을 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 상술한 바와 같이, 기존 혼 안테나는 편파기의 형태를 달리하여 성능을 개선하고 구조를 단순하게 하고자 하였으나 혼과 원형 편파 발생 장치를 별도로 구성하고 있다. 최근에는 다중 빔 또는 성형 빔을 구현하기 위해 다중 혼을 사용하는 경우가 증가하고 있다. 또한, 이동형 안테나에 대한 요구도 증가하고 있다. 이와 같은 응용 분야에 사용하기 위해서 혼 안테나의 무게 및 부피를 줄이려는 연구가 진행중일 수 있다. 하지만 도 1 내지 도 4에서 살펴본 바와 같이, 혼 안테나가 혼, 편파기, 트랜지션 등을 별도로 구성하는 경우에는 혼 안테나의 무게 및 부피를 어느 한계점 이상 줄이기 어려울 수 있다.
또한, 혼 안테나가 다중 빔 또는 성형 빔을 위한 배열 소자로 사용되는 경우 단위 소자의 효율이 높아야 함은 물론 부피가 작아야 할 수 있다. 혼 안테나는 다중 혼 구조뿐 아니라 이동형(선박, 차량, 비행기, 철도 등)으로 사용되는 경우 부피 및 무게가 작아야 설치 및/또는 운용이 유리할 수 있다.
이하에서는 도 5 내지 도 12를 참조하여 실시예에 따른 혼과 편파기를 일체형으로 구현한 혼 안테나에 대해서 설명하도록 한다.
도 5는 일 실시예에 따른 일체형 혼 안테나의 일 예를 나타내고, 도 6은 도 2에 도시된 일체형 혼 안테나의 측면 투시도를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 일체형 혼 안테나(10)는 혼(horn; 510), 및 편파기(polarizer; 520)를 포함한다. 또한, 일체형 혼 안테나(10)는 트랜지션(transition; 530), 표준 도파관(540), 및 구조체 외벽(550)을 더 포함할 수 있다.
일체형 혼 안테나(10)는 원형 편파 신호 송수신을 위해 혼과 편파 변환 기능을 하나의 구조에 결합시켜 혼 안테나의 구조를 간소화할 수 있다. 일체형 혼 안테나(10)의 입출력은 혼(510)과 표준 도파관(540)을 통해 이루어질 수 있다.
일체형 혼 안테나(10)는 혼(510)의 내부에 편파기(520)가 삽입될 수 있다. 또한, 일체형 혼 안테나(10)는 트랜지션(530)이 편파기(520)에 직접 연결될 수 있고, 트랜지션(530)과 표준 도파관(540)이 직접 연결되어 그 길이 및 부피가 극적으로 감소될 수 있다.
일체형 혼 안테나(10)는 일체형 구조로 인해 구조체 외벽(550)의 부피 또한 줄일 수 있다. 일체형 혼 안테나(10)가 구현된 일 예로, 일체형 혼 안테나(10)의 전체 길이는 1.32l에 불과할 수 있다.
혼(510)은 개구부(aperture; 510a) 및 도파관(510b)를 포함할 수 있다. 혼(510)은 전자파를 개구부(aperture; 510a)로 인도하여 내부 및/또는 외부 공간으로 방사할 수 있다.
편파기(520)는 혼(510)의 내벽에 의해 정의되는 내부 공간(1000)에 적어도 일부가 위치할 수 있다. 즉, 편파기(520)는 내부 공간(1000)에 삽입될 수 있다. 편파기(520)는 내부 공간(1000)에 삽입되어 내부 공간(1000)을 정의하는 내벽과 대응되는 구조로 밀착 결합함으로써 내부 공간(1000)에 고정될 수 있다.
또한, 혼(510)의 내부에 편파기(520)를 위치시켜 혼(510)과 편파기(520)를 일체형으로 구현함으로써, 혼 안테나(10)는 소형화 및 경량화될 수 있다. 이에, 안테나 시스템 구현의 단순화 및 비용 절감의 효과를 얻을 수 있다.
내부 공간(1000)은 제1 내부공간(1100) 및 제2 내부 공간(1200)을 포함할 수 있다. 또한, 내부 공간(1000)은 제3 내부 공간(1300) 및 제4 내부 공간(1400)을 더 포함할 수 있다.
편파기(520)는 선형 편파(linearly polarized wave)를 원형 편파(circular polarized wave)로 변환할 수 있다. 편파기(520)는 원형 편파를 선형 편파로 변환할 수 있다.
예를 들어, 편파기(520)는 아이리스(iris), 포스트(post), 유전체, 격벽(septum), 그루브(groove), 코르게이션(corrugation), 불연속 절단면 등으로 위상 조절이 가능하고 편파를 변환할 수 있는 어떠한 형태로도 구현될 수 있다.
트랜지션(530)은 도파관(510b)과 직접 연결될 수 있다. 트랜지션(530)은 혼(510), 및 편파기(520)와 함께 일체형으로 구현될 수 있다.
표준 도파관(540)은 트랜지션(530)과 직접 연결될 수 있다. 표준 도파관(540)은 혼(510), 편파기(520), 및 트랜지션(530)과 함께 일체형으로 구현될 수 있다.
구조체 외벽(550)은 혼(510)과 트랜지션(530), 및/또는 표준 도파관(540)을 모두 포함하며 그 외벽을 둘러싸는 형태로 구현될 수 있다. 구조체 외벽(550)은 일정 두께를 갖는 원통형으로 단순화될 수 있다. 구조체 외벽(550)은 원통형, 정육면체형, 직육면체형 등의 입체 도형의 형태로 구현될 수 있다.
도 6을 참조하면, 혼(510)은 개구부(510a) 및 도파관(510b)을 포함할 수 있다. 또한, 편파기(520)는 제1 영역(521), 제2 영역(522), 및 제3 영역(523)을 포함할 수 있다.
개구부(510a)는 내벽에 의해 정의되는 제1 내부 공간(1100)을 포함할 수 있다. 제1 내부 공간(1100)에는 제1 영역(521)이 위치될 수 있다.
도파관(510b)은 내벽에 의해 정의되는 제2 내부 공간(1200)을 포함할 수 있다. 제2 내부 공간(1200)에는 제2 영역(522)이 위치될 수 있다.
도파관(510b)은 제2 영역(522)의 하부의 일부를 고정하기 위해 도파관(510b)의 내벽으로부터 수직방향으로 연장되는 고정부(510c)를 포함할 수 있다. 고정부(510c)에는 편파기(520)가 제2 내부 공간(120)에 삽입되는 경우 고정부(510c)에 대응하는 편파기(520)의 형태로 인하여 편파기(520)가 고정될 수 있다.
제1 영역(521)은 내부 공간(1000) 중에서 혼(510)의 개구부(510a)의 내벽에 의해 정의되는 제1 내부 공간(1100)에 위치할 수 있다.
제2 영역(522)은 제1 영역(521)으로부터 혼(510)의 개구부(510a)의 반대 방향으로 연장되는 영역일 수 있다. 개구부(510a)의 반대 방향이라는 것은 개구부(510a)의 단면이 점차적으로 좁아지는 방향을 의미할 수 있다. 제2 영역(522)은 내부 공간(1000) 중에서 혼(510)의 도파관(510b)의 내벽에 의해 정의되는 제2 내부 공간(1200)에 위치할 수 있다.
제2 영역(522)은 도파관(510b)의 내벽의 적어도 일부에 대응하도록 위치할 수 있다. 또한, 제2 영역(522)의 둘레 방향의 면의 적어도 일부가 도파관(510b)의 내벽에 접촉할 수 있다.
제3 영역(523)은 제2 영역(522)으로부터 개구부(510a)의 반대 방향으로 연장되는 영역일 수 있다. 제3 영역(523)은 내부 공간(1000) 중에서 혼(510)의 트랜지션(530)의 내벽에 의해 정의되는 제3 내부 공간(1300)에 위치할 수 있다. 제3 영역(523)은 트랜지션(530)의 내벽의 적어도 일부에 대응하도록 위치할 수 있다. 제3 영역(523)의 둘레 방향의 면의 적어도 일부가 트랜지션(530)의 내벽에 접촉할 수 있다.
제3 영역(523)은 트랜지션(530)의 내벽과의 고정 결합을 위한 제3 고정부(미도시)를 포함할 수 있다. 제3 고정부(미도시)는 제3 영역(523)의 제3 내부공간(1300)과의 접촉면의 일측에 형성될 수 있다.
제3 내부공간(1300)은 제3 영역(523)과의 접촉면과 고정 결합을 위한 제4 고정부(미도시)를 포함할 수 있다. 제4 고정부(미도시)는 트랜지션(530)의 내벽 중에서 제3 영역(523)과의 접촉면의 일측에 형성될 수 있다.
제3 영역(523)은 제3 고정부(미도시) 및 제4 고정부(미도시)의 착탈 결합으로 트랜지션(530)에 고정될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 일체형 혼 안테나의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7을 참조하면, 혼(510)을 형성할 수 있다(710). 예를 들어, 혼(510)은 개구부(510a)와 도파관(510b)을 포함하여 형성할 수 있다. 도파관(510b)에는 제2 영역(522)의 하부의 일부를 고정하기 위해 도파관(510b)의 내벽으로부터 수직방향으로 연장되는 고정부(510c)를 형성할 수 있다.
편파기(520)는 혼(510)의 내벽에 의해 정의되는 내부 공간에 적어도 일부를 위치시킬 수 있다(930). 예를 들어, 편파기(520)의 제1 영역(521)을 내부 공간(1000) 중에서 혼(510)의 개구부(510a)의 내벽에 의해 정의되는 제1 내부 공간(1100)에 위치시킬 수 있다.
또한, 편파기(520)의 제1 영역(521)으로부터 혼(510)의 개구부(510a)의 반대 방향으로 연장되는 제2 영역(522)을 내부 공간(1000) 중에서 혼(510)의 도파관(510b)의 내벽에 의해 정의되는 제2 내부 공간(1200)에 위치시킬 수 있다. 제2 영역(522)은 도파관(510b)의 내벽의 적어도 일부에 대응하도록 위치시킬 수 있다.
이에 더하여, 트랜지션(530)을 도파관(510b)과 직접 연결할 수 있다. 제3 영역(523)은 트랜지션(530)의 내벽의 적어도 일부에 대응하도록 위치시킬 수 있다.
도 8은 편파기를 포함하지 않는 일체형 혼 안테나의 전계 특성의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 9는 일체형 혼 안테나의 전계 특성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 일체형 혼 안테나(10)가 편파기(520)를 포함하지 않는 경우는 시간에 따라 전계가 회전하지 않고 직선 방향으로만 진행하는 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 9를 참조하면, 일체형 혼 안테나(10)에 편파기(520)를 삽입할 경우 전계가 회전하면서 원형 편파를 송수신할 수 있게 되는 것을 확인할 수 있다. 전계의 회전 방향(오른쪽 또는 왼쪽)은 편파기(520)의 위치에 따라 결정되며, 도 9에서는 오른쪽 원형 편파 특성을 나타내었다.
도 10은 일체형 혼 안테나의 반사 손실 특성의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 11은 일체형 혼 안테나의 효율 주파수 특성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 일체형 혼 안테나(10)는 동작 주파수 대역에서 25 dB 이상의 반사 손실 특성을 가질 수 있다.
도 11을 참조하면, 일체형 혼 안테나(10)의 안테나 전체 효율은 동작 주파수 대역에서 약 -1 dB 이상의 우수한 성능을 보일 수 있다. 이는 97.7% 안테나 효율을 의미할 수 있다.
기존 혼 안테나는 안테나의 길이가 5-10l 이상으로 구현되었을 수 있다. 하지만, 일체형 혼 안테나(10)는 기존 혼 안테나보다 길이가 76%~90% 축소되어 단지 1.3l 길이로 높은 효율을 얻을 수 있다. 일체형 혼 안테나(10)는 기존 혼 안테나 기술과 비교하면 기존 혼 안테나 대비 24~10%의 길이만으로 높은 효율을 얻을 수 있다.
도 12는 일체형 혼 안테나의 패턴 특성의 일 예를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 제2 선(1220)은 TE11과 TM11 모드가 합성된 이론적인 하이브리드 모드 혼의 패턴을 나타낼 수 있다. 제1 선과 제2 선은 동일 편파 특성이고, 제3 선과 제4 선은 교차 편파 특성을 나타낼 수 있다. 이론적인 하이브리드 모드 혼의 교차 편파 특성은 약 15 dB일 수 있다.
제1 선(1210)은 일체형 혼 안테나(10)의 동일 편파 특성이며 제3 선(1230)은 일체형 혼 안테나(10)의 교차 편파 특성일 수 있다. 일체형 혼 안테나(10)의 교차 편파 특성은 약 25 dB이고, 수학식 2에 의해 0.92 dB의 축비 특성을 가질 수 있다.
또한, 도 12에서 알 수 있듯이 일체형 혼 안테나(10)는 이론적인 하이브리드 모드 혼 안테나에 비해 우수한 교차 편파 특성을 가질 수 있다.
도 8 내지 도 12에서 상술한 바와 같이, 혼 안테나(10)의 전기적 성능은 유지하고 부피와 무게를 줄임으로써, 다중 혼이 요구되는 위상배열 안테나 및 이동형 운반장치(선박, 차량, 비행기, 철도 등)에 설치되는 안테나에 효과적으로 사용될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

Claims (15)

  1. 혼(horn); 및
    상기 혼의 내벽에 의해 정의되는 내부 공간에 적어도 일부가 위치하고, 상기 혼과 일체형으로 형성되는 편파 변환을 위한 유전체
    를 포함하고,
    상기 유전체는,
    상기 내부 공간 중에서 상기 혼의 개구부의 내벽에 의해 정의되는 제1 내부 공간에 위치하는 제1 영역; 및
    상기 제1 영역으로부터 상기 혼의 개구부의 반대 방향으로 연장되어 상기 내부 공간 중에서 상기 혼의 도파관의 내벽에 의해 정의되는 제2 내부 공간에 위치하는 제2 영역
    을 포함하고,
    상기 도파관은,
    상기 제2 영역의 하부의 일부를 고정하기 위해 상기 도파관의 내벽으로부터 수직방향으로 연장되는 고정부
    를 포함하는 일체형 혼 안테나.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 영역은 상기 도파관의 내벽의 적어도 일부에 대응하도록 위치하는
    일체형 혼 안테나.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 영역의 둘레 방향의 면의 적어도 일부가 상기 도파관의 내벽에 접촉하는
    일체형 혼 안테나.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유전체는,
    상기 제2 영역으로부터 상기 개구부의 반대 방향으로 연장되는 제3 영역을 더 포함하는
    일체형 혼 안테나.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도파관과 직접 연결되는 트랜지션(transition)
    을 더 포함하고,
    상기 제3 영역은,
    상기 트랜지션의 내벽의 적어도 일부에 대응하도록 위치하는
    일체형 혼 안테나.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 영역의 둘레 방향의 면의 적어도 일부가 상기 트랜지션의 내벽에 접촉하는
    일체형 혼 안테나.
  9. 혼(horn)을 형성하는 단계; 및
    상기 혼의 내벽에 의해 정의되는 내부 공간에 상기 혼과 일체형으로 형성되도록 편파 변환을 위한 유전체의 적어도 일부를 위치시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 위치시키는 단계는,
    상기 유전체의 제1 영역을 상기 내부 공간 중에서 상기 혼의 개구부의 내벽에 의해 정의되는 제1 내부 공간에 위치시키는 단계; 및
    상기 유전체의 상기 제1 영역으로부터 상기 혼의 개구부의 반대 방향으로 연장되는 제2 영역을 상기 내부 공간 중에서 상기 혼의 도파관의 내벽에 의해 정의되는 제2 내부 공간에 위치시키는 단계
    를 포함하고,
    상기 혼을 형성하는 단계는,
    상기 개구부를 형성하는 단계;
    상기 도파관을 형성하는 단계; 및
    상기 제2 영역의 하부의 일부를 고정하기 위해 상기 도파관의 내벽으로부터 수직방향으로 연장되는 고정부를 형성하는 단계
    를 포함하는 일체형 혼 안테나 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 영역은 상기 도파관의 내벽의 적어도 일부에 대응하도록 위치되는
    일체형 혼 안테나 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 영역의 둘레 방향의 면의 적어도 일부가 상기 도파관의 내벽에 접촉하는
    일체형 혼 안테나 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 제9항에 있어서,
    상기 도파관과 직접 연결되는 트랜지션(transition)을 형성하는 단계
    를 더 포함하는,
    상기 유전체의 상기 제2 영역으로부터 상기 개구부의 반대 방향으로 연장되는 제3 영역이 상기 트랜지션의 내벽의 적어도 일부에 대응하도록 위치하는
    일체형 혼 안테나 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제3 영역의 둘레 방향의 면의 적어도 일부가 상기 트랜지션의 내벽에 접촉하는
    일체형 혼 안테나 제조 방법.
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