KR102197088B1 - 이중편파 하이브리드 커플러 및 이를 포함하는 안테나 시스템 - Google Patents

이중편파 하이브리드 커플러 및 이를 포함하는 안테나 시스템 Download PDF

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백종균
채희덕
박종국
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Abstract

본 발명에 따르면, 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 위상 차이가 발생하도록 위상을 지연하는 위상 천이기 및 상기 위상 천이기를 통해 위상 차이가 발생한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 다시 위상 차이가 발생하도록 하고, 서로 다른 경로로 분배하는 도파관 하이브리드를 포함하여 이중편파를 분리 없이 입력 받아 동시에 모노펄스 신호를 생성하는 이중편파 하이브리드 커플러 및 이를 포함하는 안테나 시스템이 개시된다.

Description

이중편파 하이브리드 커플러 및 이를 포함하는 안테나 시스템 {Dual Polarized Hybrid Coupler and Antenna System having the same}
본 발명은 하이브리드 커플러 및 이를 포함하는 안테나 시스템에 관한 것으로, 특히 이중편파에 대해서 모노펄스 신호를 생성하는 하이브리드 커플러 및 이를 포함하는 안테나 시스템에 관한 것이다.
유도무기의 탐색기용 안테나는 모노펄스 방식을 사용해 표적을 정밀 추적하며, 주로 도파관 타입의 모노펄스 비교기를 통해 모노펄스 신호를 생성한다.
또한, 현대전에서 전자 방해 기술의 발전으로 탐색기용 안테나는 신호원의 각도 위치를 정밀하게 추적하기 위해 각도 분해능을 높이는 모노펄스 기능뿐만 아니라, 재밍 영향을 대응 할 수 있는 안테나 개발이 필요하다. 이중편파 안테나는 표적에서 반사되는 수직/수평의 이중편파를 수신함으로서 표적의 식별 능력과 재밍 대응 능력의 향상이 가능하다. 따라서 위치 추적의 정확도를 향상시키기 위해 수직/수평의 이중편파를 사용하는 기술이 요구된다.
본 발명은 이중편파 하이브리드 커플러 및 이를 포함하는 안테나 시스템에 관한 것으로 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 위상 차이가 발생하도록 위상을 지연하는 위상 천이기 및 상기 위상 천이기를 통해 위상 차이가 발생한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 다시 위상 차이가 발생하도록 하고, 서로 다른 경로로 분배하는 도파관 하이브리드를 포함하여 이중편파를 분리 없이 입력 받아 동시에 모노펄스 신호를 생성하는데 그 목적이 있다.
또한, 이중편파에 대해서 모노펄스 신호를 생성할 때, 편파를 우선적으로 분리하지 않으므로, 구조를 단순화하며 크기, 무게, 제작성을 쉽게 하는데 또 다른 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.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러는, 표적에서 반사되는 수직/수평의 이중편파를 수신하는 안테나와 결합되어 수직/수평의 이중편파 신호를 입력 받는 제1 포트 및 제2 포트, 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 위상 차이가 발생하도록 위상을 지연하는 위상 천이기 및 상기 위상 천이기를 통해 위상 차이가 발생한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 다시 위상 차이가 발생하도록 하고, 서로 다른 경로로 분배하는 도파관 하이브리드를 포함한다.
또한, 상기 도파관 하이브리드와 연결되며, 상기 도파관 하이브리드를 통과한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호의 합이 출력되는 제3 포트 및 상기 도파관 하이브리드를 통과한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호의 차가 출력되는 제4 포트를 더 포함한다.
또한, 상기 위상 천이기와 상기 도파관 하이브리드 사이에 위치하며, 상기 도파관 하이브리드의 분배 구조에 따라 달라지는 임피던스의 매칭을 수행하는 임피던스 매칭 도파관을 더 포함한다.
여기서, 상기 도파관 하이브리드는, 사다리꼴 형상의 분배 구조인 제1 사다리꼴 분배구조와 제2 사다리꼴 분배 구조를 포함하여, 이중편파 신호를 동시에 분배한다.
여기서, 상기 도파관 하이브리드는, 상기 제1 포트 측과 상기 제2 포트 측에 각각 연결되도록 상기 제1 포트와 제2 포트가 이격되는 위치를 중심으로 대칭 구조로 형성되되, 상기 제1 포트 측과 상기 제2 포트 측이 연결되는 부분에 제1 사다리꼴 분배구조가 위치하며, 상기 제1 사다리꼴 구조로부터 수직으로 위치하는 부분에 제2 사다리꼴 구조가 위치한다.
여기서, 상기 제1 포트 및 제2 포트는, 상기 수직/수평의 이중편파 신호에 대해 모노펄스 신호를 생성하도록 정사각형 도파관 구조이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러를 포함하는 안테나 시스템은, 모노펄스 방식을 사용해 표적을 정밀 추적하는 안테나 시스템에 있어서, 상기 표적에서 반사되는 수직/수평의 이중편파를 수신하는 이중편파 안테나, 상기 이중편파 안테나와 결합되어 수직/수평의 이중편파 신호를 입력 받는 제1 포트 및 제2 포트, 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 위상 차이가 발생하도록 위상을 지연하는 위상 천이기 및 상기 위상 천이기를 통해 위상 차이가 발생한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 다시 위상 차이가 발생하도록 하고, 서로 다른 경로로 분배하는 도파관 하이브리드를 포함한다.
또한, 상기 도파관 하이브리드와 연결되며, 상기 도파관 하이브리드를 통과한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호의 합이 출력되는 제3 포트, 상기 도파관 하이브리드를 통과한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호의 차가 출력되는 제4 포트 및 상기 제3 포트 및 제4 포트와 연결되어, 생성된 모노펄스 신호에서 수직/수평 편파를 분리하는 편파 분리기(OMT)를 더 포함한다.
또한, 상기 위상 천이기와 상기 도파관 하이브리드 사이에 위치하며, 상기 도파관 하이브리드의 분배 구조에 따라 달라지는 임피던스의 매칭을 수행하는 임피던스 매칭 도파관을 더 포함한다.
여기서, 상기 도파관 하이브리드는, 사다리꼴 형상의 분배 구조인 제1 사다리꼴 분배구조와 제2 사다리꼴 분배 구조를 포함하여, 이중편파 신호를 동시에 분배한다.
여기서, 상기 도파관 하이브리드는, 상기 제1 포트 측과 상기 제2 포트 측에 각각 연결되도록 상기 제1 포트와 제2 포트가 이격되는 위치를 중심으로 대칭 구조로 형성되되, 상기 제1 포트 측과 상기 제2 포트 측이 연결되는 부분에 제1 사다리꼴 분배구조가 위치하며, 상기 제1 사다리꼴 구조로부터 수직으로 위치하는 부분에 제2 사다리꼴 구조가 위치한다.
여기서, 상기 제1 포트 및 제2 포트는, 상기 수직/수평의 이중편파 신호에 대해 모노펄스 신호를 생성하도록 정사각형 도파관 구조이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 위상 차이가 발생하도록 위상을 지연하는 위상 천이기 및 상기 위상 천이기를 통해 위상 차이가 발생한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 다시 위상 차이가 발생하도록 하고, 서로 다른 경로로 분배하는 도파관 하이브리드를 포함하여 이중편파를 분리 없이 입력 받아 동시에 모노펄스 신호를 생성할 수 있다.
또한, 이중편파에 대해서 모노펄스 신호를 생성할 때, 편파를 우선적으로 분리하지 않으므로, 구조를 단순화하며 크기, 무게, 제작성을 쉽게 할 수 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 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러의 합 신호 출력 도파관(Port3)에서 수직편파 신호를 인가하여 도파관 내의 수직편파 전계 분포를 확인한 시뮬레이션 결과이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러의 합 신호 출력 도파관(Port3)에서 수평편파 신호를 인가하여 도파관 내의 수평편파 전계 분포를 확인한 시뮬레이션 결과이다.
도 6은 상기 도 4에서 나타내는 전계 분포를 수치로 나타낸 것이다.
도 7은 상기 도 5에서 나타내는 전계 분포를 수치로 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러의 차 신호 출력 도파관(Port4)에서 수직편파 신호를 인가하여 도파관 내의 수직편파 전계 분포를 확인한 시뮬레이션 결과이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러의 차 신호 출력 도파관(Port4)에서 수평편파 신호를 인가하여 도파관 내의 수평편파 전계 분포를 확인한 시뮬레이션 결과이다.
도 10은 상기 도 8에서 나타내는 전계 분포를 수치로 나타낸 것이다.
도 11은 상기 도 9에서 나타내는 전계 분포를 수치로 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러를 포함하는 안테나 시스템을 종래의 안테나 시스템과 비교하여 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 관련된 이중편파 하이브리드 커플러 및 이를 포함하는 안테나 시스템에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 이중편파 하이브리드 커플러 및 이를 포함하는 안테나 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러는 제1 및 제2 수직/수평편파 입력 도파관, 90도 도파관 위상 천이기, 90도 도파관 하이브리드, 수직/수평편파 합 신호 출력 도파관, 수직/수평편파 차 신호 출력 도파관, 임피던스 매칭 도파관을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러의 구조를 하기 도 1 내지 도 3에서 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러의 사시도와 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러(10)는 제1 포트(100), 제2 포트(200), 위상 천이기(300), 도파관 하이브리드(400), 제3 포트(500), 제4 포트(600), 임피던스 매칭 도파관(700)을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러(10)는 이중편파를 분리 없이 입력 받아 동시에 모노펄스 신호를 생성하는 커플러이며, 단일편파 180도 하이브리드 커플러와 같은 구성으로 90°하이브리드와 90°위상 천이기로 구성되어 있지만, 수직편파와 수평편파를 동시에 모노펄스 신호를 생성하는 기능을 수행 할 수 있는 구조이다.
이중편파 180도 하이브리드 커플러 구조는 4Port 구조이며, 입력 받은 신호를 두 출력 Port에 동일한 크기로 분배하고 다른 입력 Port는 격리한다. 또한 분배된 두 출력의 위상 차이는 180도 나도록 신호를 전달한다.
제1 포트(100)와 제2 포트(200)는 표적에서 반사되는 수직/수평의 이중편파를 수신하는 안테나와 결합되어 수직/수평의 이중편파 신호를 입력 받는다.
제1 포트(100)와 제2 포트(200)는 상기 수직/수평의 이중편파 신호에 대해 모노펄스 신호를 생성하도록 정사각형 도파관 구조(S1)이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러(10)의 입출력 도파관은 이중편파의 신호를 송수신 하기 위해서 정사각형의 도파관 구조를 가지며 이중편파 안테나와 결합되어 수직/수평편파를 입출력 받을 수 있다.
종래의 커플러 구조는 직사각형의 도파관에서 단일편파에 대한 기본 모드가 유지되도록 설계되어 있으므로 단일편파에 대해서만 한정적으로 동작한다. 따라서 이중편파에 대한 신호가 모노펄스 신호 생성이 필요로 할 시, 각 편파별로 적용해야 하는 단점이 있다.
단일 편파에 대한 180도 하이브리드 커플러 구조의 도파관은 일반적으로 표준 데이터로 정의된 직사각형 구조를 사용하지만, 본 발명의 일 실시예에 따르면 이중편파 180도 하이브리드 커플러 구조의 도파관는 수직/수평의 이중편파에 대해 모노펄스 신호를 생성 할 수 있도록 정사각형 도파관 구조를 사용한다.
위상 천이기(300)는 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 위상 차이가 발생하도록 위상을 지연한다.
위상 천이기(300)는 90도 도파관 위상 천이기로 입력 받은 두 신호를 90도 위상 차이가 발생하도록 위상 지연하는 기능을 수행하며, 도파관의 길이와 폭을 조절하여 설계 할 수 있으며 각 수직/수평 편파 별로 설계 된다.
90도 도파관 위상천이기는 도파관의 길이와 폭을 조절하여 90도 위상 지연하는 역할을 한다.
도파관 하이브리드(400)는 상기 위상 천이기를 통해 위상 차이가 발생한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 다시 위상 차이가 발생하도록 하고, 서로 다른 경로로 분배한다. 이때 동일한 크기로 분배하는 것이 바람직하다.
도파관 하이브리드(400)는 사다리꼴 형상의 분배 구조인 제1 사다리꼴 분배구조(420)와 제2 사다리꼴 분배 구조(410)를 포함하여, 이중편파 신호를 동시에 분배한다.
도파관 하이브리드(400)는 제1 사다리꼴 분배구조(420)와 제2 사다리꼴 분배 구조(410)가 적용되어 수직/수평 편파를 동시에 분배할 수 있다.
구체적으로, 도파관 하이브리드(400)는 상기 제1 포트 측과 상기 제2 포트 측에 각각 연결되도록 상기 제1 포트와 제2 포트가 이격되는 위치를 중심으로 대칭 구조로 형성되되, 상기 제1 포트 측과 상기 제2 포트 측이 연결되는 부분에 제1 사다리꼴 분배구조(420)가 위치하며, 상기 제1 사다리꼴 구조로부터 수직으로 위치하는 부분에 제2 사다리꼴 구조(410)가 위치한다.
구체적으로, 90도 도파관 하이브리드(400)는 대칭 구조를 가지고 두 도파관 경로 사이에 맞붙는 구조로 되어 있으며 맞붙는 구조의 양 쪽 끝에 사다리꼴 분배 구조가 위치한다. 사다리꼴 분배 구조는 수직/수평편파의 기본모드가 모두 잘 형성되도록 하여 입력 받은 수직/수펴편파 신호를 두 출력 Port에 동일한 크기로 분배하고 다른 입력 Port는 격리한다. 또한 분배된 두 출력의 위상 차이는 90도 나도록 하는 역할을 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러(10)는 도파관 하이브리드(400)에 제1 사다리꼴 분배구조(420)와 제2 사다리꼴 분배 구조(410)를 적용함에 따라 이중편파를 분리 없이 입력 받아 동시에 모노펄스 신호를 생성하기 때문에 기존의 기술보다 단순한 구조로 모노펄스 신호를 생성할 수 있으며, 무게 및 제작성에서도 유리 할 수 있다.
일반적인 단일편파 90도 하이브리드와 90도 위상 천이기는 수직편파에 대해서 합/차 신호를 생성하기 때문에 본 발명의 일 실시예에 따른 사다리꼴 분배 구조 없이도 구현되지만, 이중편파에 대해 합/차 신호 생성 시, 사다리꼴 분배 구조와 같은 새로운 구조가 필요하다. 사다리꼴 분배 구조는 90도 도파관 하이브리드의 신호 분배 구간에 위치하며 수직/수평편파가 90도 위상 차이를 가지고 동일한 크기로 분배하는 역할을 한다. 수직편파에 대한 전계 분포는 전계가 수직 방향으로 형성되어 진행하기 때문에 도파관 높이가 일정한 구조에서는 기본모드가 잘 유지되어 진행한다. 하지만 수평편파의 전계 분포는 전계가 수평 방향으로 형성되어 진행하기 때문에 도파관 폭에 영향을 받게 된다. 도파관 폭은 두 도파관 경로가 맞붙는 구조에서 변화 하기 때문에 수평편파에 대한 전계가 기본 모드를 유지 하지 못하게 된다. 따라서 수평편파에 대한 기본 모드가 잘 유지 될 수 있도록 도파관 폭을 설계해야 하며 본 발명의 일 실시예 의하면 사다리꼴 분배 구조를 적용하여 설계된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러(10)는 90도 도파관 위상 천이기(300)와 90도 도파관 하이브리드(400)를 결합하여 180도 하이브리드 커플러 구조를 가지게 된다.
이후, 수직/수평편파 합 신호 출력 도파관으로 두 신호의 합 신호가 출력되고 수식/수평편파 차 신호 출력 도파관으로 두 신호의 차 신호가 출력하는 역할을 한다.
제3 포트(500)는 상기 도파관 하이브리드와 연결되며, 상기 도파관 하이브리드를 통과한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호의 합이 출력된다.
제4 포트(600)는 상기 도파관 하이브리드를 통과한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호의 차가 출력된다.
즉, Port3는 Port1과 Port2의 신호의 합이 출력되고, Port4 신호는 Port1과 Port2 신호의 차가 출력된다. 두 신호의 합/차 신호는 90도 도파관 하이브리드와 90도 위상천이기를 결합하여 생성된다.
임피던스 매칭 도파관(700)은 상기 위상 천이기와 상기 도파관 하이브리드 사이에 위치하며, 상기 도파관 하이브리드의 분배 구조에 따라 달라지는 임피던스의 매칭을 수행한다.
임피던스 매칭 도파관은 90도 하이브리드 분배 구조와 입출력 도파관의 특성 임피던스가 다르기 때문에 도파관 임피던스 매칭을 위한 구조이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러의 합 신호 출력 도파관(Port3)에서 수직편파 신호를 인가하여 도파관 내의 수직편파 전계 분포를 확인한 시뮬레이션 결과이다.
시뮬레이션 결과에서, 두 입력 제1 포트 및 제2 포트로 동일한 크기로 신호가 분배되고 동일한 위상으로 전계 분포가 모드가 잘 유지되어 진행하는 것을 확인 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러의 합 신호 출력 도파관(Port3)에서 수평편파 신호를 인가하여 도파관 내의 수평편파 전계 분포를 확인한 시뮬레이션 결과이다.
시뮬레이션 결과에서, 두 입력 제1 포트 및 제2 포트로 동일한 크기로 신호가 분배되고 동일한 위상으로 전계 분포가 모드가 잘 유지되어 진행하는 것을 확인 할 수 있다.
도 6은 상기 도 4에서 나타내는 전계 분포를 수치로 나타낸 것이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 합 신호 출력 도파관(Port3)에서 수직편파 신호를 인가하여 각 Port의 S-Parameter를 시뮬레이션하여 확인 할 수 있다.
도 6의 (a)는 신호가 제3 포트(Port3)에서 제1 포트 및 제2 포트(Port1/2)로 인가되었을 때, 신호의 손실을 의미하여, 약 -3dB 손실로 인가되어 신호의 절반으로 잘 분배 된 것을 나타낸다.
도 6의 (b)는 신호가 제3 포트(Port3)에서 제1 포트 및 제2 포트(Port1/2)로 인가되었을 때, 그 경로의 위상을 나타내며 제1 포트(Port1)와 제2 포트(Port2)로 가는 신호의 위상이 거의 일치 하는 것을 확인 할 수 있다.
도 7은 상기 도 5에서 나타내는 전계 분포를 수치로 나타낸 것이다.
도 7의 (a) 및 (b)는 합 신호 출력 도파관(Port3)에서 수평편파 신호를 인가하여 각 Port의 S-Parameter를 시뮬레이션하여 확인 할 수 있다.
도 7의 (a)는 신호가 제3 포트(Port3)에서 제1 포트 및 제2 포트(Port1/2)로 인가되었을 때, 신호의 손실을 의미하여, 약 -3dB 손실로 인가되어 신호의 절반으로 잘 분배 된 것을 나타낸다.
도 7의 (b)는 신호가 제3 포트(Port3)에서 제1 포트 및 제2 포트(Port1/2)로 인가되었을 때, 그 경로의 위상을 나타내며 제1 포트(Port1)와 제2 포트(Port2)로 가는 신호의 위상이 거의 일치 하는 것을 확인 할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러의 차 신호 출력 도파관(Port4)에서 수직편파 신호를 인가하여 도파관 내의 수직편파 전계 분포를 확인한 시뮬레이션 결과이다.
시뮬레이션 결과에서, 두 입력 제1 포트 및 제2 포트로 동일한 크기로 신호가 분배되고 180도 위상 차이로 전계 분포가 모드가 잘 유지되어 진행하는 것을 확인 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러의 차 신호 출력 도파관(Port4)에서 수평편파 신호를 인가하여 도파관 내의 수평편파 전계 분포를 확인한 시뮬레이션 결과이다.
시뮬레이션 결과에서, 두 입력 제1 포트 및 제2 포트로 동일한 크기로 신호가 분배되고 180도 위상 차이로 전계 분포가 모드가 잘 유지되어 진행하는 것을 확인 할 수 있다.
도 10은 상기 도 8에서 나타내는 전계 분포를 수치로 나타낸 것이다.
도 10의 (a) 및 (b)는 차 신호 출력 도파관(Port4)에서 수직편파 신호를 인가하여 각 Port의 S-Parameter를 시뮬레이션하여 확인 할 수 있다.
도 10의 (a)는 신호가 제4 포트(Port4)에서 제1 포트 및 제2 포트(Port1/2)로 인가되었을 때, 신호의 손실을 의미하여, 약 -3dB 손실로 인가되어 신호의 절반으로 잘 분배 된 것을 나타낸다.
도 10의 (b)는 신호가 제4 포트(Port4)에서 제1 포트 및 제2 포트(Port1/2)로 인가되었을 때, 그 경로의 위상을 나타내며 제1 포트(Port1)와 제2 포트(Port2)로 가는 신호의 위상이 거의 180도 차이가 나는 것을 확인 할 수 있다.
도 11은 상기 도 9에서 나타내는 전계 분포를 수치로 나타낸 것이다.
도 11의 (a) 및 (b)는 차 신호 출력 도파관(Port4)에서 수평편파 신호를 인가하여 각 Port의 S-Parameter를 시뮬레이션하여 확인 할 수 있다.
도 11의 (a)는 신호가 제4 포트(Port4)에서 제1 포트 및 제2 포트(Port1/2)로 인가되었을 때, 신호의 손실을 의미하여, 약 -3dB 손실로 인가되어 신호의 절반으로 잘 분배 된 것을 나타낸다.
도 11의 (b)는 신호가 제4 포트(Port4)에서 제1 포트 및 제2 포트(Port1/2)로 인가되었을 때, 그 경로의 위상을 나타내며 제1 포트(Port1)와 제2 포트(Port2)로 가는 신호의 위상이 거의 180도 차이가 나는 것을 확인 할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러를 포함하는 안테나 시스템을 종래의 안테나 시스템과 비교하여 나타낸 도면이다.
도 12는 이중편파 모노펄스 비교기 개념도를 단일편파 180도 하이브리드 커플러와 이중편파 180도 하이브리트 커플러가 적용하였을 때를 비교한 것이다.
도 12의 (a)는 종래의 단일편파 180도 하이브리드 커플러가 적용된 경우를 나타낸 것이고, 도 12의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러가 적용된 경우를 나타낸 것이다.
도 12의 (b)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러를 포함하는 안테나 시스템은 이중편파 하이브리드 커플러(10), 이중편파 안테나(20), 편파 분리기(31, 32, 33, 34)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러를 포함하는 안테나 시스템은 모노펄스 방식을 사용해 표적을 정밀 추적하는 안테나 시스템이다.
모노펄스 신호 생성은 일반적으로 방위각, 고각에 대하여 합/차 패턴을 안테나 4개를 사용하여 구현한다. 도 12의 (a)에 나타난 바와 같이, 종래의 단일편파 180도 하이브리드 커플러를 적용하여 이중편파 모노펄스 비교기를 구현 할 경우, 이중편파 안테나를 통해 받은 이중편파를 우선 수직/수평편파로 분리하여야 하기 때문에 안테나 뒷 단에 OMT(편파분리기)를 위치하여 편파를 분리한 뒤, 각 편파 별로 4개의 180도 하이브리드 커플러를 총 8개를 적용하여 구현하게 된다.
반면 도 12의 (a)에 나타난 바와 같이, 이중편파 180도 하이브리드 커플러를 적용하였을 때, 4개의 180도 하이브리드 커플러(10)를 사용해 안테나(20)로부터 이중편파를 바로 받아서 모노펄스 신호를 생성하고 최종 단에 OMT(31, 32, 33, 34)를 위치하여 수직/수평편파를 분리한다. 따라서 180도 하이브리드 커플러의 수는 반으로 줄일 수 있는 장점이 생긴다.
이중편파 모노펄스용 안테나에서 모노펄스 비교기는 복잡한 구조의 180도 하이브리드 커플러와 8개(방위각/고각 모노펄스 신호 생성 시)의 180도 하이브리드로 인해 공간적인 제약과 제작이 어려운 점이 발생한다. 따라서 이중편파 180도 하이브리드를 적용하여 모노펄스 비교기를 보다 간단한 구조로 구현 할 수 있을 것으로 판단된다.
여기서, 이중편파 안테나(20)는 상기 표적에서 반사되는 수직/수평의 이중편파를 수신하며, 4개의 이중편파 안테나(21, 22, 23, 24) 각각에 4개의 180도 하이브리드 커플러(10)가 각각 연결되며, 편파 분리기(OMT)(31, 32, 33, 34)는 상기 제3 포트 및 제4 포트와 연결되어, 생성된 모노펄스 신호에서 수직/수평 편파를 분리한다.
종래의 180도 하이브리드 커플러는 단일편파에 대해서만 모노펄스 신호를 생성하기 때문에 이중편파 모노펄스 신호를 사용하는 시스템에서는 편파를 먼저 분리하여 각 편파 별 모노펄스 비교기를 적용해야 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이중편파 하이브리드 커플러 및 이를 포함하는 안테나 시스템은 편파를 분리하지 않고 이중편파를 동시에 모노펄스 신호를 생성하기 때문에 180도 하이브리드 커플러 개수가 반으로 감소 할 수 있으며, 이로 인하여 안테나 구조를 단순화 할 수 있고, 안테나 무게 또한 감소 할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 전술한 실시예에 한정되지 않고 특허 청구 범위에 기재된 내용과 동등한 범위 내에 있는 다양한 실시 형태가 포함되도록 해석되어야 할 것이다.
10: 이중편파 하이브리드 커플러
100: 제1 포트
200: 제2 포트
300: 위상 천이기
400: 도파관 하이브리
500: 제3 포트
600: 제4 포트
700: 임피던스 매칭 도파관

Claims (12)

  1. 표적에서 반사되는 수직/수평의 이중편파를 수신하는 안테나와 결합되어 수직/수평의 이중편파 신호를 입력 받는 제1 포트 및 제2 포트;
    상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 위상 차이가 발생하도록 위상을 지연하는 위상 천이기;
    상기 위상 천이기를 통해 위상 차이가 발생한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 다시 위상 차이가 발생하도록 하고, 이중편파 신호를 서로 다른 경로로 동시에 분배하는 도파관 하이브리드; 및
    상기 위상 천이기와 상기 도파관 하이브리드 사이에 위치하며, 상기 도파관 하이브리드의 분배 구조에 따라 달라지는 임피던스의 매칭을 수행하는 임피던스 매칭 도파관을 포함하며,
    상기 도파관 하이브리드는,
    상기 제1 포트 측과 상기 제2 포트 측에 각각 연결되도록 상기 제1 포트와 제2 포트가 이격되는 위치를 중심으로 대칭 구조로 형성되며, 대칭 구조를 가지고 상기 제1 포트 측과 상기 제2 포트의 두 도파관 경로 사이가 맞붙는 구조로 되어 있으며 맞붙는 구조의 양 쪽 끝에 사다리꼴 분배 구조가 위치하되,
    상기 제1 포트 측과 상기 제2 포트 측이 연결되는 부분에 사다리꼴 형상의 제1 사다리꼴 분배구조가 위치하며, 상기 제1 사다리꼴 분배구조로부터 수직으로 위치하는 부분에 사다리꼴 형상의 제2 사다리꼴 구조가 위치하는 것을 특징으로 하는 이중편파 하이브리드 커플러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도파관 하이브리드와 연결되며, 상기 도파관 하이브리드를 통과한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호의 합이 출력되는 제3 포트; 및
    상기 도파관 하이브리드를 통과한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호의 차가 출력되는 제4 포트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이중편파 하이브리드 커플러.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 포트 및 제2 포트는,
    상기 수직/수평의 이중편파 신호에 대해 모노펄스 신호를 생성하도록 정사각형 도파관 구조인 것을 특징으로 하는 이중편파 하이브리드 커플러.
  7. 모노펄스 방식을 사용해 표적을 정밀 추적하는 안테나 시스템에 있어서,
    상기 표적에서 반사되는 수직/수평의 이중편파를 수신하는 이중편파 안테나;
    상기 이중편파 안테나와 결합되어 수직/수평의 이중편파 신호를 입력 받는 제1 포트 및 제2 포트;
    상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 위상 차이가 발생하도록 위상을 지연하는 위상 천이기; 및
    상기 위상 천이기를 통해 위상 차이가 발생한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호가 다시 위상 차이가 발생하도록 하고, 이중편파 신호를 서로 다른 경로로 동시에 분배하는 도파관 하이브리드; 및
    상기 위상 천이기와 상기 도파관 하이브리드 사이에 위치하며, 상기 도파관 하이브리드의 분배 구조에 따라 달라지는 임피던스의 매칭을 수행하는 임피던스 매칭 도파관을 포함하며,
    상기 도파관 하이브리드는,
    상기 제1 포트 측과 상기 제2 포트 측에 각각 연결되도록 상기 제1 포트와 제2 포트가 이격되는 위치를 중심으로 대칭 구조로 형성되며, 대칭 구조를 가지고 상기 제1 포트 측과 상기 제2 포트의 두 도파관 경로 사이가 맞붙는 구조로 되어 있으며 맞붙는 구조의 양 쪽 끝에 사다리꼴 분배 구조가 위치하되,
    상기 제1 포트 측과 상기 제2 포트 측이 연결되는 부분에 사다리꼴 형상의 제1 사다리꼴 분배구조가 위치하며, 상기 제1 사다리꼴 분배구조로부터 수직으로 위치하는 부분에 사다리꼴 형상의 제2 사다리꼴 구조가 위치하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도파관 하이브리드와 연결되며, 상기 도파관 하이브리드를 통과한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호의 합이 출력되는 제3 포트;
    상기 도파관 하이브리드를 통과한 상기 제1 포트에서 입력 받은 이중편파 신호와, 상기 제2 포트에서 입력 받은 이중편파 신호의 차가 출력되는 제4 포트; 및
    상기 제3 포트 및 제4 포트와 연결되어, 생성된 모노펄스 신호에서 수직/수평 편파를 분리하는 편파 분리기(OMT);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제1 포트 및 제2 포트는,
    상기 수직/수평의 이중편파 신호에 대해 모노펄스 신호를 생성하도록 정사각형 도파관 구조인 것을 특징으로 하는 안테나 시스템.
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