KR102147952B1 - 패턴이 형성된 혼 안테나 및 이를 구비한 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

본 실시예들은 측면에 패턴이 형성되며, 개구면을 통해 송신 전파를 외부로 송신하거나, 외부로부터 수신 전파를 수신하는 복사 소자 및 복사 소자의 일측에 연결되어 송신 전파 및 수신 전파를 전달하기 위해 일측이 개구된 형태로 형성되는 도파관을 포함하는 혼 안테나 및 이를 구비한 안테나 장치를 제공한다.

Description

패턴이 형성된 혼 안테나 및 이를 구비한 안테나 장치{horn antenna including pattern and antenna having the same}

본 발명은 혼 안테나 및 이를 구비한 안테나 장치에 관한 것으로, 특히 주름 형태의 패턴이 형성된 혼 안테나 및 이를 구비한 안테나 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

일반적인 혼 안테나의 크기(전파 방사 방향의 크기)는 개구면의 크기에 비례하여 최적화된 전기적 성능을 가지도록 설계된다. 균일한 혼 안테나의 배열이 아닌 배열 위치마다 혼의 개구면 크기가 다른 배열의 경우 개구면 크기 차이에 의해 혼 안테나 각각의 높이가 다르게 되어 물리적으로 정렬시키려면 입력 도파관 영역이 증가되거나 경로 차에 의한 손실 측면에서 문제가 있다.

종래의 위상배열 안테나 구조는 주기적인 구조로 동일한 배열소자를 사용하여 구성된다. 이 경우 그레이팅 로브가 발생하지 않는 배열 간격을 유지시켜야 성능을 유지할 수 있다. 하지만 배열소자의 수를 줄이기 위해 배열간격을 비주기적으로 늘리면 배열간격이 상대적으로 넓어져 그레이팅 로브가 발생하는데 이러한 성능 제한 사항을 극복하기 위해 비주기적인 배열 구조로 최적화하여 배열 소자 수를 줄이고 그레이팅 로브 레벨을 낮출 수 있다. 특히 혼 안테나를 배열소자로 사용하는 링 배열 구조에서 비주기적인 배열 구조를 사용하게 되면, 배열안테나의 효율을 늘리기 위해 크기가 다른 혼 배열 소자를 사용해야만 한다. 이럴 경우, 혼 안테나 개구면 차이에 의해 각각의 혼 안테나 높이가 달라져 배열안테나의 물리적인 형상이 소자 별로 차이가 발생하는 문제가 있다.

본 발명의 실시예들은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, Ka 대역에서 동작하는 혼 안테나의 개구면의 크기별로 혼 측면에 주름을 최적화하여 혼 배열 소자 별 개구면 차이에 의한 경로 손실을 최적화하여 물리적으로 배열 안테나 끝면을 동일하게 유지하고 고효율을 유지하는데 발명의 주된 목적이 있다.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.

본 실시예의 일 측면에 의하면, 본 발명은 측면에 패턴이 형성되며, 개구면을 통해 송신 전파를 외부로 송신하거나, 외부로부터 수신 전파를 수신하는 복사 소자 및 상기 복사 소자의 일측에 연결되어 상기 송신 전파 및 상기 수신 전파를 전달하기 위해 일측이 개구된 형태로 형성되는 도파관을 포함하는 혼 안테나.

바람직하게는, 상기 복사 소자는 상기 개구면의 지름 크기에 따라 결정된 측면의 패턴의 형상 또는 패턴 간의 간격으로 형성되며, 상기 패턴은 상기 개구면 및 상기 도파관과 나란한 방향으로 음각 형태 또는 양각 형태로 형성되고, 상기 복사 소자의 내측 또는 외측에 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 도파관을 일정한 간격에 따라 고정하는 고정부를 더 포함하고, 상기 고정부는 다수의 상기 도파관이 고정되는 다수의 홀을 불규칙적인 배열 간격으로 형성하고, 하나의 복사 소자 당 하나의 상기 도파관과 연결되어 상기 연결된 도파관 당 하나의 상기 홀이 구비되며, 상기 다수의 홀은 복수의 복사 소자가 형성하는 개구면의 지름 크기에 따라 일정한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복수의 복사 소자는 서로 다른 개구면의 지름을 가지는 제1 안테나 어레이, 제2 안테나 어레이, 제3 안테나 어레이, 제4 안테나 어레이 및 제5 안테나 어레이로 형성되며, 상기 고정부의 중심에서 고정되며, 제1 지름을 형성하는 제1 안테나 어레이, 상기 제1 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제2 지름을 형성하는 제2 안테나 어레이, 상기 제2 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제3 지름을 형성하는 제3 안테나 어레이, 상기 제3 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제4 지름을 형성하는 제4 안테나 어레이 및 상기 고정부의 외각에서 상기 제4 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제5 지름을 형성하는 제5 안테나 어레이를 포함한다.

바람직하게는, 상기 복수의 복사 소자는 상기 고정부의 중심에 고정된 제1 안테나 어레이 보다 상기 고정부의 외각에 고정된 상기 제5 안테나 어레이가 더 큰 개구면의 지름 크기를 형성하며, 상기 제1 지름은 상기 제2 지름보다 작고, 상기 제2 지름은 상기 제3 지름보다 작고, 상기 제3 지름은 상기 제4 지름보다 작고, 상기 제4 지름은 상기 제5 지름보다 작은 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복사 소자는 상기 제1 안테나 어레이, 상기 제2 안테나 어레이, 상기 제3 안테나 어레이, 상기 제4 안테나 어레이 및 제5 안테나 어레이가 동일한 높이를 형성하도록 설계되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복수의 복사 소자는 개구면의 지름, 측면의 패턴의 간격 및 측면의 패턴의 형상에 의해 상기 복수의 복사 소자의 높이가 결정되며, 상기 복수의 복사 소자의 높이는 원뿔 형태 또는 원통형태가 결합되며, 측면의 패턴이 증가함에 따라 줄어드는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 측면에 패턴이 형성되는 복수의 복사 소자를 구비하는 혼 안테나, 상기 복수의 복사 소자 별로 상이한 편파를 가진 편파 신호가 인가되며, 상기 편파 신호를 급전 편파 신호로 출력하는 급전기 및 상기 급전 편파 신호의 위상을 지연하여 방사 방향이 조정된 방사 편파를 송신 전파로 상기 복수의 복사 소자에 제공하는 위상 변환 모듈을 포함하는 안테나 장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 혼 안테나는 측면에 패턴이 형성되며, 개구면을 통해 송신 전파를 외부로 송신하거나, 외부로부터 수신 전파를 수신하는 복사 소자, 상기 복사 소자의 일측에 연결되어 상기 송신 전파 및 상기 수신 전파를 전달하기 위해 일측이 개구된 형태로 형성되는 도파관 및 상기 도파관을 일정한 간격에 따라 고정하는 고정부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 고정부는 다수의 상기 도파관이 고정되는 다수의 홀을 불규칙적인 배열 간격으로 형성하고, 하나의 복사 소자 당 하나의 상기 도파관과 연결되어 상기 연결된 도파관 당 하나의 상기 홀이 구비되며, 상기 다수의 홀은 복수의 복사 소자가 형성하는 개구면의 지름 크기에 따라 일정한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복수의 복사 소자는 서로 다른 개구면의 지름을 가지는 제1 안테나 어레이, 제2 안테나 어레이, 제3 안테나 어레이, 제4 안테나 어레이 및 제5 안테나 어레이로 형성되며, 상기 고정부의 중심에서 고정되며, 제1 지름을 형성하는 제1 안테나 어레이, 상기 제1 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제2 지름을 형성하는 제2 안테나 어레이, 상기 제2 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제3 지름을 형성하는 제3 안테나 어레이, 상기 제3 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제4 지름을 형성하는 제4 안테나 어레이 및 상기 고정부의 외각에서 상기 제4 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제5 지름을 형성하는 제5 안테나 어레이를 포함한다.

바람직하게는, 상기 복수의 복사 소자는 상기 고정부의 중심에 고정된 제1 안테나 어레이 보다 상기 고정부의 외각에 고정된 상기 제5 안테나 어레이가 더 큰 개구면의 지름 크기를 형성하며, 상기 제1 지름은 상기 제2 지름보다 작고, 상기 제2 지름은 상기 제3 지름보다 작고, 상기 제3 지름은 상기 제4 지름보다 작고, 상기 제4 지름은 상기 제5 지름보다 작은 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복사 소자는 상기 제1 안테나 어레이, 상기 제2 안테나 어레이, 상기 제3 안테나 어레이, 상기 제4 안테나 어레이 및 제5 안테나 어레이가 동일한 높이를 형성하도록 설계되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 본 발명은 개구면의 크기가 다르더라도 혼 안테나 측면의 주름 설계를 최적화하여 안테나의 물리적인 정렬을 수행하고 손실을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼 안테나를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼 안테나의 형상을 나타내는 예시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼 안테나의 복수의 복사 소자를 나타내는 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동일한 방사면 높이를 가지는 혼 안테나 형상을 나타내는 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼 안테나 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방위각/고각 패턴 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 나타내는 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 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.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 발명은 패턴이 형성된 혼 안테나 및 이를 구비한 안테나 장치에 관한 것이다.

종래 기술인 위상배열 안테나 구조는 주기적인 구조로 동일한 복사 소자를 사용하여 구성된다. 이 경우 그레이팅 로브가 발생하지 않는 배열 간격을 유지시켜야 성능을 유지할 수 있다. 하지만 복사 소자의 수를 줄이기 위해 배열 간격을 비주기적으로 늘리면 배열 간격이 상대적으로 넓어져 그레이팅 로브가 발생하는데 이러한 성능 제한 사항을 극복하기 위해 비주기적인 배열 구조로 최적화하여 복사 소자 수를 줄이고 그레이팅 로브 레벨을 낮출 수 있다. 특히, 혼 안테나를 복사 소자로 사용하는 링 배열 구조에서 비주기적인 배열 구조를 사용하게 되면, 배열 안테나의 효율을 늘리기 위해 크기가 다른 혼 복사 소자를 사용해야만 한다. 이럴 경우, 혼 안테나의 개구면 차이에 의해 각각의 혼 안테나의 높이가 달라져 배열 안테나의 물리적인 형상이 소자 별로 차이가 발생한다. 일반적인 혼 안테나는 개구면에 따라 최적 효율을 낼 수 있는 혼 안테나 높이가 결정된다.

상술한 상황에서, 본 발명의 혼 안테나(10)는 복수 종의 상이한 개구면 혼 안테나의 높이를 동일하게 유지하면서 이득을 극대화하고 물리적인 형상을 유지할 수 있는 방안을 제시한다.

혼 안테나(10)는 Ka 대역에서 동작하고, 개구면의 크기 별로 혼 측면에 주름을 최적화하여 혼 복사 소자별 개구면의 차이에 의한 경로 손실을 최적화하여 물리적으로 배열안테나 끝면을 동일하게 유지하고 고효율을 유지할 수 있다.

혼 안테나(10)를 포함하는 안테나 장치는 표적을 추적하는 장치로서, 표적에 전자기파를 방사하거나, 표적에 반사되는 전자기파를 감지할 수 있다. 안테나 장치는 적의 박격포를 비롯하여 선박 및 차량, 야포, 로켓의 위치를 신속, 정확하게 탐지하고 탐지된 표적을 축적하며 추할 때 사용될 수 있다.

혼 안테나(10)는 센서류를 사용하는 시스템에 모두 적용할 수 있다. 특히, 레이더, 위성용 합성 개구 레이더(SAR, Synthetic Aperture Radar) 및 탐색기 등과 같이 경량화된 센서가 요구되는 시스템의 안테나로써 적용 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼 안테나를 개략적으로 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 혼 안테나(10)는 복사 소자(100), 도파관(200) 및 고정부(300)를 포함한다. 혼 안테나(10)는 도 1에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.

복사 소자(100)는 측면에 패턴이 형성되며, 개구면을 통해 송신 전파를 외부로 송신하거나, 외부로부터 수신 전파를 수신할 수 있다.

도파관(200)은 복사 소자(100)의 일측에 연결되어 송신 전파 및 수신 전파를 전달하기 위해 일측이 개구된 형태로 형성될 수 있다.

고정부(300)는 도파관(200)을 일정한 간격에 따라 고정할 수 있다.

고정부(300)는 다수의 도파관(200)이 고정되는 다수의 홀을 불규칙적인 배열 간격으로 형성하고, 하나의 복사 소자 당 하나의 도파관(300)과 연결되어 연결된 도파관(300) 당 하나의 홀이 구비될 수 있다.

다수의 홀은 복수의 복사 소자가 형성하는 개구면의 지름 크기에 따라 일정한 간격으로 형성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 고정부(300)는 트랜지션일 수 있다. 트랜지션은 직, 병렬 제어에서 회로 접속 상태를 의미하며, 복사 소자(100) 및 도파관(200)을 위상 변환 모듈과 연결하는 회로일 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

복사 소자(100) 및 도파관(200)은 도 2를 참조하여 자세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼 안테나의 형상을 나타내는 예시도이다.

도 2의 (a)는 기존의 혼 안테나를 나타내는 예시도이며, 도 2의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼 안테나를 나타내는 예시도이다.

도 2의 (a)를 참조하면, 기존의 혼 안테나는 혼 안테나의 개구면의 크기에 따라 축의 길이가 최적화되도록 설계될 수 있다. 기존의 혼 안테나는 혼 안테나의 개구면에 따라 축의 길이가 증가해야 최대 이득을 얻을 수 있다.

기존의 혼 안테나는 혼 안테나의 개구면의 크기가 바뀌면 효율을 최적화하기 위해 혼 안테나의 길이가 길어져야 하고, 개구면에 따라 길이가 달라질 수 있다. 이러한 경우, 불규칙한 배열을 사용하며, 개구면이 다른 혼 안테나를 사용해야 하는 배열 안테나의 경우 혼 안테나의 높이가 다르게 되어 방사면의 물리적인 정렬 및 전기적 손실 측면에서 제한사항이 발생하는 문제가 있을 수 있다.

도 2의 (b)를 참조하면, 본 발명의 혼 안테나(100)는 측면에 패턴을 설계함에 따라 혼 안테나의 개구면의 크기가 다르더라도 축의 길이가 모두 동일하게 설계할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2의 (a) 및 도 2의 (b)는 개구면의 크기가 동일하게 28mm로 형성되어 있지만, 도 2의 (a)는 혼 안테나(10)의 높이가 75mm이고, 도 2의 (b)는 혼 안테나(10)의 높이가 35mm로 다르게 형성될 수 있다.

도 2의 (a) 및 도 2의 (b)는 복사 소자(100)의 측면에 형성된 패턴에 의해 높이가 차이가 날 수 있으며, 이를 통해 측면에 패턴을 형성함에 따라 높이가 낮게 설계할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복사 소자(100)는 개구면이 원형으로 형성되는 것으로 예시하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 사각형, 삼각형 등 다각형의 개구면으로 형성될 수 있다.

복수의 복사 소자(100)는 도 3을 참조하여 자세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼 안테나의 복수의 복사 소자를 나타내는 예시도이다.

복사 소자(100)는 개구면의 지름 크기에 따라 결정된 측면의 패턴의 형상 또는 패턴 간의 간격으로 형성될 수 있다.

패턴은 개구면 및 도파관(200)과 나란한 방향으로 음각 형태 또는 양각 형태로 형성되고, 복사 소자(100)의 내측 또는 외측에 형성될 수 있다.

구체적으로 패턴은 상술한 바와 같이 개구면 및 도파관(200)과 나란한 방향으로 음각 형태 또는 양각 형태로 형성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 패턴은 주름 형태로 형성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 패턴은 개구면 및 도파관(200)과 나란한 방향으로 평행하게 형성되는 것으로 예시하였으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 지그재그 형상과 같이 일정하게 형성되지 않는 형상으로 형성될 수 있으며, 개구면의 지름과 상관없이 혼 안테나의 축의 길이가 일정하게 설계되는 형상으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 혼 안테나(10)는 도 3과 같이 모두 동일한 혼 안테나(10)의 높이를 가지도록 최적화될 수 있다.

도 3을 참조하면, 축의 길이는 개구면에서부터 도파관(200)까지의 길이를 의미하며, 도 3의 (a), (b), (c), (d) 및 (e)에서의 x의 길이를 의미할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 3을 참조하면, 복수의 복사 소자(100)는 서로 다른 개구면의 지름을 가지는 제1 안테나 어레이(110), 제2 안테나 어레이(120), 제3 안테나 어레이(130), 제4 안테나 어레이(140) 및 제5 안테나 어레이(150)로 형성될 수 있다. 복수의 복사 소자(100)는 도 3에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.

도 3의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 안테나 어레이를 나타내는 예시도이며, 도 3의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 안테나 어레이를 나타내는 예시도이며, 도 3의 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제3 안테나 어레이를 나타내는 예시도이며, 도 3의 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제4 안테나 어레이를 나타내는 예시도이며, 도 3의 (e)는 본 발명의 일 실시예에 따른 제5 안테나 어레이를 나타내는 예시도이다.

제1 안테나 어레이(110)는 고정부(300)의 중심에서 고정되며, 제1 지름(112)을 형성할 수 있다.

제2 안테나 어레이(120)는 제1 안테나 어레이(110)의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제2 지름(122)을 형성할 수 있다.

제3 안테나 어레이(130)는 제2 안테나 어레이(120)의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제3 지름(132)을 형성할 수 있다.

제4 안테나 어레이(140)는 제3 안테나 어레이(130)의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제4 지름(142)을 형성할 수 있다.

제5 안테나 어레이(150)는 고정부(300)의 외각에서 제4 안테나 어레이(140)의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제5 지름(152)을 형성할 수 있다.

복수의 복사 소자(100)는 고정부(300)의 중심에 고정된 제1 안테나 어레이(110) 보다 고정부(300)의 외각에 고정된 제5 안테나 어레이(130)가 더 큰 개구면의 지름 크기를 형성할 수 있다.

제1 지름(112)은 제2 지름(122)보다 작다. 제2 지름(122)은 제3 지름(132)보다 작다. 제3 지름(132)은 제4 지름(142)보다 작다. 제4 지름(142)은 제5 지름(152)보다 작다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2 지름(122)은 제1 지름(112) 및 제3 지름(132) 중간 크기의 지름으로 형성될 수 있으며, 제3 지름(132)은 제2 지름(122) 및 제4 지름(142) 중간 크기의 지름으로 형성될 수 있으며, 제4 지름(142)은 제3 지름(132) 및 제5 지름(152) 중간 크기의 지름으로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제5 안테나 어레이(150)의 제5 지름(152)은 28mm의 지름으로 형성될 수 있으며, 제4 안테나 어레이(140)의 제4 지름(142)은 24mm의 지름으로 형성될 수 있으며, 제3 안테나 어레이(130)의 제3 지름(132)은 20mm의 지름으로 형성될 수 있으며, 제2 안테나 어레이(120)의 제2 지름(142)은 16mm의 지름으로 형성될 수 있으며, 제1 안테나 어레이(110)의 제1 지름(142)은 12mm의 지름으로 형성될 수 있다. 이는 제1 안테나 어레이(110), 제2 안테나 어레이(120), 제3 안테나 어레이(130), 제4 안테나 어레이(140) 및 제5 안테나 어레이(150)의 지름이 일정한 비율을 가지도록 형성되는 것을 의미한다. 혼 안테나(10)의 복수의 복사 소자(100)의 지름은 일정한 비율을 가지도록 한정되는 것은 아니며, 복사 소자의 수를 줄이면서 빔 성능 열화를 최소화할 수 있는 지름으로 형성될 수 있다.

복사 소자(100)는 제1 안테나 어레이(110), 제2 안테나 어레이(120), 제3 안테나 어레이(130), 제4 안테나 어레이(140) 및 제5 안테나 어레이(150)가 동일한 높이를 형성하도록 설계될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 혼 안테나(10)는 복사 소자(100)의 측면에 패턴 형상을 최적화하여 개구면의 지름이 다른 다수의 혼 안테나의 축의 높이를 동일하게 유지하면서 최대 이득을 확보할 수 있다. 여기서, 혼 안테나(10)의 측면에 형성되는 패턴 형상은 주름 형상으로 복사 소자(100)의 개구면의 지름에 따라 서로 다른 형상을 형성할 수 있다.

제1 안테나 어레이(110), 제2 안테나 어레이(120), 제3 안테나 어레이(130), 제4 안테나 어레이(140) 및 제5 안테나 어레이(150)가 동일한 높이를 형성하도록 설계하는 것은 도 4를 참조하여 자세히 설명한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 동일한 방사면 높이를 가지는 혼 안테나 형상을 나타내는 예시도이다.

도 4의 (a)는 혼 안테나의 복수의 복사 소자를 나타내는 예시도이며, 도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 동일한 방사면 높이(H)를 가지는 혼 안테나의 형상을 나타내는 예시도이다.

복수의 복사 소자(100)는 개구면의 지름, 측면의 패턴의 간격 및 측면의 패턴의 형상에 의해 복수의 복사 소자(100)의 높이가 결정될 수 있다.

복수의 복사 소자(100)의 높이는 원뿔 형태 또는 원통형태가 결합되며, 측면의 패턴이 증가함에 따라 줄어들 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복사 소자(100)의 개구면의 지름이 서로 다른 혼 안테나(10)는 혼 안테나(10)의 길이가 동일하게 최적화된 형상을 형성하곡 있다. 여기서, 혼 안테나(10)의 길이는 안테나의 높이, 즉 축의 길이를 나타내며, 도 4의 (b)의 H를 의미할 수 있다.

도 4를 참조하면, 복수의 복사 소자(100)는 제1 안테나 어레이(110)가 16개로 형성되어 있으며, 제2 안테나 어레이(120)가 16개로 형성되어 있으며, 제3 안테나 어레이(130)가 16개로 형성되어 있으며, 제4 안테나 어레이(140)가 12개로 형성되어 있으며, 제5 안테나 어레이(150)가 8개로 형성되어 있다.

복수의 복사 소자(100)의 제1 안테나 어레이(110), 제2 안테나 어레이(120), 제3 안테나 어레이(130), 제4 안테나 어레이(140) 및 제5 안테나 어레이(150)의 개수는 반드시 상술한 바에 한정되지 않으며, 빔 조향 목적에 따라 배열 구조 및 개수가 변화할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 혼 안테나(10)는 복수의 복사 소자(100)가 4분할 대칭 구조로 형성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼 안테나 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.

도 5는 다수의 복사 소자(100)가 서로 같은 축의 길이를 형성하도록 최적화된 설계를 통해 제작된 혼 안테나(10)를 이용한 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5는 최적화 설계를 통해 높이를 줄이고 효율을 높인 혼 안테나(10)의 결과와 동일한 개구면과 디렉티비티 특성을 가지는 일반적인 혼 안테나의 지름을 확인할 수 있다.

도 5의 가로축은 혼 안테나의 길이를 나타내며, 세로축은 디렉티비티를 나타낼 수 있다. 혼 안테나(10)의 개구면의 지름이 3.7

일 때, 최적화된 설계를 나타낼 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

디렉티비티(Directivity)는 지향성을 의미하며, 복사되는 전파의 방향에 따른 상대적 크기를 의미할 수 있다.

도 5를 참조하면, 혼 안테나(10)의 길이가 커질수록 디렉티비티의 크기가 커지는 것을 볼 수 있으며, 이는 혼 안테나(10)의 길이가 커질수록 혼 안테나(10)의 개구면의 크기가 커지는 것을 의미한다.

혼 안테나(10)의 길이는 개구면의 크기와 상관없이 복사 소자(100) 측면의 패턴 형상에 의해 일정한 길이로 설계할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 방위각/고각 패턴 시뮬레이션 결과를 나타내는 그래프이다.

도 6은 도 3의 (e)의 혼 안테나의 구조 및 일반 혼 안테나의 구조의 3차원 시뮬레이션 및 방위각/고각 시뮬레이션 결과를 나타낼 수 있다.

도 6을 참조하면, 일반 혼 안테나와 본 발명의 혼 안테나(10)는 거의 유사한 이득 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

본 발명의 혼 안테나(10)는 일반 혼 안테나에 비해 방위각, 고각 패턴 상의 리플 특성이 더 우수한 것을 확인할 수 있다. 여기서, 방위각은 위치를 표시하는 지평 좌표의 하나이고, 고각은 고저선과 포신축이 이루는 수직각 또는 연장선과 조준선이 이루는 각을 의미할 수 있다.

패턴을 형성하는 혼의 최적화를 통해 설계된 혼 안테나(10)의 경우, 동일한 이득을 가지며, 높이를 조절할 수 있어 배열 안테나 적용 시 물리적인 형상 및 전기적인 특성 최적화에 기여할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 장치를 나타내는 예시도이다.

도 7을 참조하면, 안테나 장치는 혼 안테나(10), 위상 변환 모듈(20) 및 급전기(20)를 포함한다. 안테나 장치는 도 7에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.

혼 안테나(10)는 측면에 패턴이 형성되는 다수의 복사 소자를 구비할 수 있다.

위상 변환 모듈(20)은 급전 편파 신호의 위상을 지연하여 방사 방향이 조정된 방사 편파를 송신 전파로 다수의 복사 소자에 제공할 수 있다.

급전기(30)는 다수의 복사 소자 별로 상이한 편파를 가진 편파 신호가 인가되며, 편파 신호를 급전 편파 신호로 출력할 수 있다.

급전기(30)는 다수의 복사 소자 별로 상이한 편파를 가진 편파 신호가 인가되며, 상기 편파 신호를 급전 편파 신호로 출력할 수 있다.

급전기(30)는 비주기적 배열 구조로 형성되어 있으며, 각각의 복사 소자 별로 다른 방향의 출력 편파가 적용될 수 있다.

급전기(30)는 다수의 레이어가 적층된 형태로 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 급전기(30)는 총 3개의 레이어(Layer)가 적층되는 형태로 제1 레이어에서 인가된 신호는 제2 레이어 및 제3 레이어에서 상하/좌우 대칭을 유지하며 최종 분기될 수 있다.

급전기(30)는 공동(Corporate) 급전 방식일 수 있다.

혼 안테나(10)의 다수의 복사 소자(100)들과 급전기(30)의 적층된 다수의 레이어의 끝 단 부분이 연결되어 있을 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

위상 변환 모듈(20)은 급전 편파 신호의 위상을 지연하여 동일한 편파로 형성된 방사 편파를 제공할 수 있다.

위상 변환 모듈(20)은 제어부(24) 및 위상 천이기(22)를 포함할 수 있다.

제어부(24)는 표적을 지향하기 위해 변화하는 위상의 값을 계산하여 급전 편파 신호를 제어할 수 있다. 여기서, 급전 편파 신호의 제어는 위상 천이기(22)를 제어함에 따라 제어할 수 있다.

위상 천이기(22)는 위상의 값을 기반으로 급전 편파 신호의 위상을 변환하여 방사 편파 신호를 생성할 수 있다.

위상 천이기(22)는 다수의 복사 소자(100)의 각각에 대응되어 위치하며, 급전기(30) 및 혼 안테나(10)를 연결하여 편파를 제어할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 복사 소자(100)는 위상 천이기(22)와 대응되도록 연결되며, 하나의 복사 소자(100)는 하나의 위상 천이기(22)와 연결되어 동작할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 혼 안테나

Claims (13)

1. 측면에 패턴이 형성되며, 개구면을 통해 송신 전파를 외부로 송신하거나, 외부로부터 수신 전파를 수신하는 복사 소자;
   상기 복사 소자의 일측에 연결되어 상기 송신 전파 및 상기 수신 전파를 전달하기 위해 일측이 개구된 형태로 형성되는 도파관; 및
   상기 도파관을 일정한 간격에 따라 고정하는 고정부를 더 포함하고,
   상기 고정부는,
   다수의 상기 도파관이 고정되는 다수의 홀을 불규칙적인 배열 간격으로 형성하고, 하나의 복사 소자 당 하나의 상기 도파관과 연결되어 상기 연결된 도파관 당 하나의 상기 홀이 구비되며,
   상기 다수의 홀은 복수의 복사 소자가 형성하는 개구면의 지름 크기에 따라 일정한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 혼 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복사 소자는,
   상기 개구면의 지름 크기에 따라 결정된 측면의 패턴의 형상 또는 패턴 간의 간격으로 형성되며,
   상기 패턴은 상기 개구면 및 상기 도파관과 나란한 방향으로 음각 형태 또는 양각 형태로 형성되고, 상기 복사 소자의 내측 또는 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 혼 안테나.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 복사 소자는,
   서로 다른 개구면의 지름을 가지는 제1 안테나 어레이, 제2 안테나 어레이, 제3 안테나 어레이, 제4 안테나 어레이 및 제5 안테나 어레이로 형성되며,
   상기 고정부의 중심에서 고정되며, 제1 지름을 형성하는 제1 안테나 어레이;
   상기 제1 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제2 지름을 형성하는 제2 안테나 어레이;
   상기 제2 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제3 지름을 형성하는 제3 안테나 어레이;
   상기 제3 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제4 지름을 형성하는 제4 안테나 어레이; 및
   상기 고정부의 외각에서 상기 제4 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제5 지름을 형성하는 제5 안테나 어레이를 포함하는 혼 안테나.
5. 제4항에 있어서,
   상기 복수의 복사 소자는,
   상기 고정부의 중심에 고정된 상기 제1 안테나 어레이 보다 상기 고정부의 외각에 고정된 상기 제5 안테나 어레이가 더 큰 개구면의 지름 크기를 형성하며,
   상기 제1 지름은 상기 제2 지름보다 작고,
   상기 제2 지름은 상기 제3 지름보다 작고,
   상기 제3 지름은 상기 제4 지름보다 작고,
   상기 제4 지름은 상기 제5 지름보다 작은 것을 특징으로 하는 혼 안테나.
6. 제4항에 있어서,
   상기 복사 소자는 상기 제1 안테나 어레이, 상기 제2 안테나 어레이, 상기 제3 안테나 어레이, 상기 제4 안테나 어레이 및 상기 제5 안테나 어레이가 동일한 높이를 형성하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 혼 안테나.
7. 제1항에 있어서,
   상기 복사 소자는 상기 개구면의 지름, 측면의 패턴의 간격 및 측면의 패턴의 형상에 의해 상기 복사 소자의 높이가 결정되며,
   상기 복사 소자의 높이는 원뿔 형태 또는 원통형태가 결합되며, 측면의 패턴이 증가함에 따라 줄어드는 것을 특징으로 하는 혼 안테나.
8. 측면에 패턴이 형성되는 복수의 복사 소자를 구비하는 혼 안테나;
   상기 복수의 복사 소자 별로 상이한 편파를 가진 편파 신호가 인가되며, 상기 편파 신호를 급전 편파 신호로 출력하는 급전기; 및
   상기 급전 편파 신호의 위상을 지연하여 방사 방향이 조정된 방사 편파를 송신 전파로 상기 복수의 복사 소자에 제공하는 위상 변환 모듈을 포함하고,
   상기 혼 안테나는 도파관을 일정한 간격에 따라 고정하는 고정부를 포함하고,
   상기 고정부는,
   다수의 상기 도파관이 고정되는 다수의 홀을 불규칙적인 배열 간격으로 형성하고, 하나의 복사 소자 당 하나의 상기 도파관과 연결되어 상기 연결된 도파관 당 하나의 상기 홀이 구비되며,
   상기 다수의 홀은 복수의 복사 소자가 형성하는 개구면의 지름 크기에 따라 일정한 간격으로 형성되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 혼 안테나는,
   측면에 패턴이 형성되며, 상기 개구면을 통해 송신 전파를 외부로 송신하거나, 외부로부터 수신 전파를 수신하는 복사 소자; 및
   상기 복사 소자의 일측에 연결되어 상기 송신 전파 및 상기 수신 전파를 전달하기 위해 일측이 개구된 형태로 형성되는 도파관을 더 포함하는 안테나 장치.
10. 삭제
11. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 복사 소자는,
    서로 다른 개구면의 지름을 가지는 제1 안테나 어레이, 제2 안테나 어레이, 제3 안테나 어레이, 제4 안테나 어레이 및 제5 안테나 어레이로 형성되며,
    상기 고정부의 중심에서 고정되며, 제1 지름을 형성하는 제1 안테나 어레이;
    상기 제1 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제2 지름을 형성하는 제2 안테나 어레이;
    상기 제2 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제3 지름을 형성하는 제3 안테나 어레이;
    상기 제3 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제4 지름을 형성하는 제4 안테나 어레이; 및
    상기 고정부의 외각에서 상기 제4 안테나 어레이의 주위를 감싸는 형상으로 고정되며, 제5 지름을 형성하는 제5 안테나 어레이를 포함하는 안테나 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 복사 소자는,
    상기 고정부의 중심에 고정된 상기 제1 안테나 어레이 보다 상기 고정부의 외각에 고정된 상기 제5 안테나 어레이가 더 큰 개구면의 지름 크기를 형성하며,
    상기 제1 지름은 상기 제2 지름보다 작고,
    상기 제2 지름은 상기 제3 지름보다 작고,
    상기 제3 지름은 상기 제4 지름보다 작고,
    상기 제4 지름은 상기 제5 지름보다 작은 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
13. 제11항에 있어서,
    상기 복사 소자는 상기 제1 안테나 어레이, 상기 제2 안테나 어레이, 상기 제3 안테나 어레이, 상기 제4 안테나 어레이 및 상기 제5 안테나 어레이가 동일한 높이를 형성하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.

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