KR102190082B1 - 원추형 프로파일 캐비티 구조를 갖는 고 수압 내성 나선형/사인형/로그-퍼 안테나. - Google Patents

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    • H01Q17/007—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems with means for controlling the absorption

Abstract

본 발명은 캐비티(2), 캐비티(2)의 베이스에 배치되고, 내부에 발룬(5)을 배치하기 위한 중공 구조 및 그 상부에 구멍을 갖는 원추형 구조(7); 원추형 구조(7)와 대면하는 캐비티(2)의 벽에 배치된 전자기 흡수체(8) 및 흡수체(8)와 원추형 구조(7) 사이의 공간을 채우는 유전체(9)를 포함한다. 제안된 바와 같이 안테나 캐비티 구조를 변형한 결과, 이들 안테나의 캐비티에는 고압 저항성 흡수재(8)(즉, 벌집 구조) 대신에 균일한 폼/엘라스토머 흡수제(고압 저항이 없는)가 사용되었다. 이로 인해 안테나(1)는 여전히 높은 압력 레벨에 저항할 수 있었다.

Description

원추형 프로파일 캐비티 구조를 갖는 고 수압 내성 나선형/사인형/로그-퍼 안테나.
본 발명은 높은 정수압 내압 나선형/사인형/로그-퍼 안테나에 관한 것이다.
나선형/사인형/로그-퍼 안테나는 매우 넓은 대역 범위(18:1 또는 그 이상의 대역폭 비율)에 걸쳐 일정한 입력 임피던스 및 방사 특성(예 : 이득, 축 무선(나선형), 빔 대칭, 빔 폭)을 제공한다. 단순한 나선형/사인형/로그-퍼 안테나는 양방향으로 방사된다. 이들 안테나의 원추형 버전은 지향성 방사선을 제공하기 위한 대안이지만, 그것이 배치될 쉘의 표면 상에 생성되는 돌출부가 일부 응용에서 공기 또는 액체 내부의 이동을 방지할 것이기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 단방향 방사가 필요한 응용 분야의 경우 일반적으로 나선형/사인형/로그-퍼 안테나는 전자기 흡수재로 채워진 캐비티 구조에 배치된다. 안테나가 작동하는 가장 높은 파장(최저 주파수에서)에서 전형적인 lmax/3(나선형 및 사인형) 또는 lmax/2(로그-퍼)직경을 갖는 이 안테나는 플랫폼 또는 차량에 "플러시 마운트"될 수 있다. 이러한 기능을 통해 이러한 유형의 안테나는 일반적으로 전자전 관행에 사용된다.
평면 안테나의 경우, 흡수체 캐비티는 일반적으로 거품 흡수체로 채워진다. 이 안테나의 폼 흡수제는 고압에서 충분한 기계적 저항을 제공하지 않는다. 전체 안테나를 별도의 내압, 누수 방지 레이돔에 배치하면 내압 문제를 해결할 수 있다. 그러나 이것은 크기, 비용 및 전기적 특성면에서 효과적인 해결책이 아닐 수 있다(예 : 레이돔이 매우 넓은 작동 대역에서 우수한 전자기 전송을 갖도록 보장). 대신, 자체적으로 내압성인 안테나가 바람직할 수 있다.
고압에 견딜 수 있는 벌집 모양의 흡수재를 이러한 안테나의 캐비티에 사용하여 내압성을 만들 수 있다. 그러나, 안테나에서 허니컴 흡수체를 사용하는 것은 그들의 적용에 관한 특정 도전이 있다. 즉, 내압 캐비티 지지 안테나를 개발하기 위한 허니 콤 흡수체로서 내압 흡수재를 사용하면 비용, 생산 및 공급 측면에서 문제가 발생할 수있다. 이러한 허니 콤 구조 모델링은 안테나 시뮬레이션 중에도 쉽지 않다.
내압성 허니컴 흡수체의 가장 중요한 단점은 허니컴 구조가 얇은 벽 구조로 인해 고압 환경에서 캐비티(안테나 카드, 간격 재료 등) 내의 다른 층에있는 재료에 대한 손상으로 인한 것이다. 고압 수준에서의 테스트 결과는 허니 콤 구조가 공μ 내에 있는 다른 요소를 절단하는 것으로 나타났다.
또한, 이들 허니컴 흡수체는 비균질 구조이므로, 유전 상수와 같은 전기적 계수를 식별하고이를 안테나 설계에 사용하는 것은 어려운 과제이다. 또한, 이러한 허니컴 흡수체의 계산 시뮬레이션 모델링에는 많은 세부 사항이 포함되어야 하며, 이러한 방식으로 생성된 모델의 전자기 시뮬레이션을 수행하려면 매우 높은 계산 리소스(메모리 및 CPU 전력)가 필요하다. 이들 허니 콤 구조는 균일 한 재료가 아니므로, 상세하게 모델링하고 그에 따라 안테나를 설계하는 것은 어렵다. 이러한 불균일 한 구조를 모델링하지 않으면 안테나 설계에 모호함이 생겨 안테나 실현/검증 활동 중 프로토 타입 제작 반복 횟수가 증가하고 따라서 비용과 시간의 증가가 경험된다.
이러한 안테나의 허니컴 셀 구조에 안테나 공급 구조를 배치하면 기계적 문제가 발생할 수도있다. 일반적으로 이러한 안테나의 급전 구조는 단일 허니컴 셀에 맞지 않으며 여러 셀을 사용하거나(셀 간 벽을 절단하여) 임의의 방향으로 허니 콤 구조를 절단해야 한다. 이러한 절단은 벌집 구조의 내압성에 부정적인 영향을 미친다. 또한 때때로 벌집 모양의 셀은 일반적인 육각형(또는 사각형)(도 4a) 대신 평평하게(도 4b) 된다. 이로 인해 재료 특성에 이방성이 발생할 수 있으며, 이로 인해 안테나의 편광 특성에 결함이 발생할 수 있다. 예를 들어, 원형 편파를 가질 것으로 예상되는 안테나의 축비는 높을 수 있거나, 이중 선형 편파(사인형과 같은) 안테나의 다른 포트는 다른 패턴(포트의 90도 각도 회전과 무관)을 나타낼 수 있다.
종래 기술의 미국 특허 문서 US3686674는 마이크로파 나선형 안테나 구조를 기술한다. 본 발명은 다른 금속 구조에 삽입된 원추형 구조물을 포함한다. 단순 원뿔은 발룬과 안테나 카드를 분리하는 데 사용되지만 이 원추형 구조물은 측벽에 방사선을 반사하는 기능이 없다. 또한, 캐비티의 바닥은 또한 흡수제 재료로 코팅되고, 흡수제는 고압 레벨의 영향을받는 측벽과 콘 사이의 영역에 배치된다. 따라서, 본 발명에서는 고압 저항에 의문의 여지가 없으며, 안테나 패턴을 보정하기 위해 새로운 흡수재 레이아웃이 제안되었다.
참고서류
1) 나선형 안테나를 위한 주파수 독립 백업 캐비티 US3192531
2) 다양한 크기의 반사 캐비티를 갖는 광대역 나선형 안테나 US3358288
3) 캐비티 백업 스파이럴 안테나 US3441937
4) 모드 억제 기능이있는 캐비티 기반 스파이럴 안테나 US3555554
5) 마이크로파 나선형 안테나 구조 US3686674
6) 잠수함 용 다목적 안테나 시스템 US3911441
7) 잠수함 공인 안테나 조리개 US7580003B1
8) C.Fumeaux 이외, 캐비티 기반 아르키메데스 나선형 안테나의 유한 볼륨 시간 영역 분석, 안테나 및 전파에 대한 IEEE 거래, Vol.54, No 3, 2006 년 3 월
본문 내에 포함되어 있음.
캐비티 백업 안테나에서 가장 높은 압력은 압축 방향으로 발생하며 측면 힘은 없다. 안테나 표면에 대한 압력 효과로 인한 모든 수직 힘은 서브 부품에 의해 안테나 캐비티 바닥으로 전달된다. 이러한 사실을 염두에 두고, 새로운 고압 내성 안테나에 고압 저항(예 : 허니컴)을 가진 흡수재를 사용하지 않도록 캐비티 구조가 변경되었다. 제안 된대로 안테나 캐비티를 수정함으로써, 고압 저항성(허니 콤) 흡수체 대신에 자체적으로 고압 저항을 갖지 않는 균일 한 폼/엘라스토머 흡수제가 사용되었고 결과적으로 여전히 고압 레벨에 저항할 수 있는 안테나가 되었다.
제안된 원추형 구조물을 사용함으로써, 흡수체 재료는 캐비티의 측면 상에 효율적인 방식으로 배치될 수 있다. 이 새로운 캐비티 구조를 사용하면 고압 저항 흡수 장치를 사용하지 않고 발포체 또는 탄성 흡수 장치를 사용하여 고압 저항 스파이럴 / 신파 / 로그 안테나를 얻을 수 있다.
본문 내에 포함되어 있음.
이 목적을 달성하기 위해 개발 된 안테나는 첨부 된 도면에 도시되어 있으며 이들 도면은 다음과 같다;
도 1. 본 발명의 안테나의 분해 단면도.
도 2. 본 발명의 안테나의 단면도.
도 3. 원뿔 각도가 다른 원추형 구조물의 모양.
도 4. 규칙적인 육각형 및 평평한 벌집 구조의 모양.
도면의 각 부분에는 번호가 매겨져 있으며 이 번호는 다음 항목을 나타낸다.
1. 안테나
2. 캐비티
3. 안테나 카드
4. 레이돔
5. 발룬
6. 커넥터
7. 원추형 구조물
8. 흡수체
9. 유전체
10. 지지 재료
11. 홈
12. 밸브
높은 정수압 내압 안테나(1)의 가장 간단한 형태는;
- 베이스와 측벽으로 둘러싸인 캐비티(2),
- 캐비티(2)의 상부에 배치된 안테나 카드(3),
- 캐비티(2)와 안테나 카드(3)의 상단을 덮는 레이돔(4),
- 한쪽 끝에서 발룬(5)에 연결된 커넥터(6),
- 캐비티의 바닥에 배치된 원추형 구조물(7), 내부에 발룬을 넣을 수 있는 중공 구조 및 상단의 구멍,
- 본 발명의 범위 내에서 캐비티(2) 구조의 변형의 결과로서 원추형 구조물(7)과 대면하는 캐비티(2)의 측벽에만 배치된 전자기 흡수체 재료,
- 흡수체(8)와 원추형 구조물(7) 사이의 공간을 채우는 유전체 재료(9)
를 포함한다.
도 1 및 도 2에 도시된 본 발명의 바람직한 실시 예에서, 안테나(1)는베이스 및 측벽을 갖는 캐비티(2)를 포함한다. 언급된 도면에 도시된 측벽은 원통형 형상에 속하지만, 본 발명은 이 형상에 제한되지 않으며; 벽은 또한 다른 형상(예를 들어, 직사각형, 오각형, 육각형 프리즘 등)에 속할 수 있다.
상기 캐비티(2)의 베이스에서 커넥터(6)가 통과하기 위한 구멍이 제공되었다[그러나 본 발명은 이에 제한되지 않으며 커넥터(6)는 또한 안테나(1)의 측벽에 배치될 수 있다]. 커넥터(6)의 한쪽 끝은 발룬(5)에 연결되고 다른 쪽 끝은 캐비티(2)의 바닥(또는 측벽)에 있는 구멍을 통과한다.
캐비티(2)의 중공 원추형 구조물(7)이 베이스 상에 배치된다. 원추형 구조물(7)은 임의의 기하학적 형태일 수 있다(예를 들어, 규칙적인 원뿔형 또는 삼각형, 직사각형, 오각형, 육각형 피라미드 등).
발룬(5)은 원추형 구조물(7)의 베이스 중심에서 상단을 향해 연장되고, 발룬(5)의 다른 쪽 끝(커넥터에 납땜되지 않은 끝)은 원추형 구조물(7)의 상단에 열린 구멍을 통과한 후에 안테나 카드에 납땜된다.
캐비티(2) 벽은 압력(예를 들어, 발포체 또는 엘라스토머 물질)에 저항성이 없는 전자기 흡수체(8)로 코팅된다. 또한, 균질한 유전체 재료(9)는 원뿔형 구조물(7)과 흡수체(8) 사이의 공간에 배치된다. 안테나 카드(3)는 캐비티(2)의 상단에 있다. 원추형 구조물(7)의 상단이 내압성 균일 유전체 재료(9) 중 하나로 채워지고 안테나 카드(3)가이 원뿔형 구조물(7) 위에 놓이면, 압력은 원추형 구조물(7)을 통해 캐비티(2)의 베이스로 간접적으로 전달된다. 따라서, 이 원추형 구조물(7)에 의해, 압력에 저항성이 없는 흡수체(8)가 베이스(압력 힘이 높은) 대신 측벽(압력 힘이 낮은)에 배치될 수 있다.
캐비티(2)의 상부는 내부 공간 및 외부 벽을 갖는 레이돔(4)으로 덮여있다. 레이돔(4)은 외벽을 둘러싸고 금속 캐비티(2)에 연결되는 플랜지를 갖는다. 유사하게, 캐비티(2)의 외벽에는 레이돔(4)을 설치하기 위한 플랜지가 있다. 레이돔(4)이 캐비티(2) 위에 배치되면, 캐비티(2)와 레이돔(4)의 플랜지가 서로 접촉하게되고, 이 플랜지의 구멍을 통해 나사를 사용하여 레이돔(4)은 캐비티(2)에 장착된다. 본 발명의 다른 실시 예에서, 레이돔(4)은 플랜 지형 구조 대신에 캐비티(2)가 형성된 외부 나사산 상에 장착될 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시 예에서, 레이돔(4)은 캐비티(2) 위에 직접 접착될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서, 레이돔(4)은 안테나(1) 구조물에 직접 배치될 수 있으며, 그 사이에 압력 저항성 유전체 재료(9)를 배치하지 않고 안테나 카드(3)를 가압할 수 있고, 필요한 경우, 본 발명의 다른 실시 예에서, 레이돔(4)은 안테나 카드(3) 상에 내압 지지 재료(10)를 배치한 후에 배치될 수 있다.
내부에 발룬(5)이 있는 원추형 구조물(7)은 발룬(5)과 캐비티(2)를 서로 분리하고 결과적으로, 캐비티(2) 내부로부터 발룬(5)에 대한 간섭이 방지된다. 원추형 구조물(7)의 실제 기능은 안테나 카드(3)로부터 베이스(캐비티(2) 내부로)를 향한 복사 방향을 캐비티(2)의 내벽에 배치된 흡수체(8)로 변경하는 것이다. 이것은 도 3a 내지 3c에서 몇 가지 다른 원뿔 각도로 표시된다. 원추 각이 2α 인 원추에 대해 간단한 기하학적 빔 추적으로 표시할 수 있고, 빔은 수직 측벽으로부터 흡수(90-α)/α 시간을 반사하는데, 이는 흡수체 재료(8)로 덮일 캐비티의 벽이다(그러나 본 발명이 이것으로 제한되지는 않지만, 측벽은 베이스에 수직하지 않고 캐비티(2)의 베이스를 향해 확장될 수 있다). 흡수체(8)의 흡수 특성에 따라 각도(α)가 감소 또는 증가될 수 있다. 예를 들어 α=18o 값은 빔이 캐비티를 떠나기 전에 흡수체 표면에서 4 번 반사된다(도 3a). 이 숫자는 α=30o(도 3b)의 경우 2이고 α=45o(도 3c)의 경우 1이다. 이 제어는 제안된 방법의 또 다른 장점이다. 흡수체 성능이 불충분한 경우 α 각도가 감소될 수 있고, 따라서 캐비티(2)로 방출되는 전자기파가 흡수체 재료(8)를 반복적으로 통과하게 되고 안테나(1)의 성능이 향상될 수 있다. 결과적으로 얇은 흡수체 표면에서도 효과적인 전자기 흡수가 가능하다.
언급된 안테나의 방수성을 보장하기 위해 특정 조치가 취해졌다. 첫 번째는 밀폐형 커넥터(6)를 선택하는 것이다. 결과적으로, 레이돔(4)의 물리적 변형(충돌)으로 인해 발생할 수 있는 바람직하지 않은 누수는 안테나(1)로만 제한되고 다른 부품에 대한 누수는 방지된다. 다른 측정은 개스킷 홈(11)이 캐비티(2)의 외벽 및 캐비티(2)의 플랜지에 배치되었다는 것이다. 첫 번째는 안테나(1)를 놓을 장치와 안테나(1) 사이의 방수성을 보장하기 위한 것이다. 두 번째는 캐비티(2)와 레이돔(4) 사이의 수밀성을 보장하기 위한 것이다. 이 홈(11)의 필요성과 개수는 기밀성에 대한 신뢰성 요구에 따라 결정되어야 한다.
본 발명의 일 실시 예에서, 캐비티(2)의 베이스 상에 배치된 밸브(12)가 존재한다. 상기 밸브(12) 덕분에 안테나(1)의 공기/가스 흐름을 제어할 수 있다. 따라서, 안테나(1)의 구성 요소들을 조립하는 동안 공기의 상대 습도에 의해 야기되는 안테나(1)의 습도 제한을 방지하기 위해 안테나(1)의 공기가 건조 공기로 대체될 수 있다.

Claims (14)

  1. 안테나(1)에 있어서,
    안테나(1)는, 베이스 및 벽을 가진 내부 공간을 갖는 캐비티(2), 캐비티(2) 위에 배치된 안테나 카드(3), 캐비티(2) 및 안테나 카드(3)의 상단을 덮는 레이돔(4) 및 발룬에 연결된 일단을 갖는 커넥터(6)를 포함하고,
    - 캐비티(2)의 베이스에 배치되고, 내부에 발룬(5)을 배치하기 위한 중공 구조 및 그 상부에 구멍을 갖는 원추형 구조물(7);
    - 원추형 구조물(7)과 대면하는 캐비티(2)의 벽에 배치된 전자기 흡수체(8); 및
    - 흡수체(8) 및 원추형 구조물(7) 사이의 공간을 채우는 유전체 재료(9);
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 안테나(1).
  2. 제1항에 있어서,
    흡수체(8)가 발포체로 만들어진 것을 특징으로 하는, 안테나(1).
  3. 제1항에 있어서,
    흡수체(8)가 엘라스토머 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는, 안테나(1).
  4. 제1항에 있어서,
    레이돔(4)이 내부 공간을 갖는 것을 특징으로 하는, 안테나(1).
  5. 제4항에 있어서,
    지지부(10)가 압력에 저항하고 레이돔(4)의 공간을 채우는 것을 특징으로 하는, 안테나(1).
  6. 제5항에 있어서,
    지지부(10)가 유전체 재료로 만들어진 것을 특징으로 하는, 안테나(1).
  7. 제1항에 있어서,
    커넥터(6)가 방수 특성을 갖는 것을 특징으로 하는, 안테나(1).
  8. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 개스킷 홈(11)이, 캐비티(2)가 연결될 유닛 및 캐비티(2)의 외부 몸체의 계면에서 개방된 것을 특징으로 하는, 안테나(1).
  9. 제1항에 있어서,
    적어도 하나의 홈(11)이 캐비티(2)의 플랜지에서 개방된 것을 특징으로 하는, 안테나(1).
  10. 제1항에 있어서,
    플랜지들이 레이돔(4)과 캐비티(2) 상에 있는 것을 특징으로 하는, 안테나(1).
  11. 제1항에 있어서,
    밸브(12)가 캐비티(2)의 베이스 또는 측벽에 배치된 것을 특징으로 하는, 안테나(1).
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나(1)는 나선형 안테나 형태인, 안테나(1).
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나(1)는 사인형 안테나 형태인, 안테나(1).
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안테나(1)는 평면 로그-퍼 안테나의 형태인, 안테나(1).
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