KR102332501B1 - 원편파 윈도우 및 이를 포함하는 안테나 - Google Patents

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김기호
이건
정재훈
이우상
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국방과학연구소
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Abstract

원편파 윈도우는 선형편파를 방사하는 혼 안테나의 개구면에 부착되어 상기 혼 안테나의 내부를 외부와 차단하는 제1 유전체 윈도우, 상기 제1 유전체 윈도우와 이격 거리만큼 이격되어 마주하는 제2 유전체 윈도우, 및 상기 제1 유전체 윈도우와 상기 제2 유전체 윈도우의 사이에서 대각선 방향으로 연장되어 주기적으로 배열되고, 상기 선형편파를 원형편파로 변환하는 금속 격자를 포함한다.

Description

원편파 윈도우 및 이를 포함하는 안테나{CIRCULARLY POLARIZED WINDOW AND ANTENNA INCLUDNIG THE SAME}
본 발명은 원편파 윈도우 및 이를 포함하는 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 혼(Horn) 형태의 개구를 갖는 혼 안테나의 개구면에서 선형편파를 원형편파로 변환하는 원편파 윈도우 및 이를 포함하는 안테나에 관한 것이다.
원편파 또는 원형편파는 안테나로부터 복사된 전자기파의 전계가 진행 방향의 수직면에서 회전하는 현상으로 무선통신, 레이더 등과 같은 전파 송수신 시스템의 효율을 향상시키는데 유용하게 사용되어 왔으며 회전하는 방향에 따라 RHCP(Right Hand Circular Polarization) 및 LHCP(Left Hand Circular Polarization)로 구분된다.
한편, 윈도우는 혼 안테나의 개구면을 전파가 투과하는 유전체 재질로 막는 구조로 주로 특정 주파수의 전자기파를 메가와트 급의 고출력으로 방사할 때 혼 안테나 내부를 진공으로 유지하거나 가스를 채워서 절연 특성을 높이기 위한 목적으로 사용된다.
혼 안테나에서 원편파를 발생시키는 방법으로 대한민국 등록특허 제982968호(발명의 명칭: "고주파 대역의 원형 편파 송수신용 직교모드 변환기"), 대한민국 등록특허 제1228014호(발명의 명칭: "위성용 도파관 셉텀 편파기") 등에 개시된 바와 같이 안테나와 연결된 도파관 내부에 설치한 격막 구조의 편파기 또는 변환기가 이용될 수 있다. 하지만, 이러한 구조는 상대적으로 복잡하여 제작 난이도가 높고 임의의 편파를 선택하여 사용해야 하는 상황에는 적용하기에 불리한 면이 있다. 예컨대, 이와 같은 도파관 셉텀 편파기가 부착된 안테나에서 복사되는 전자기파를 원형편파에서 선형편파로 변경하거나 또는 원형편파의 회전 방향을 반대로 바꾸기에는 적합하지 않은 방식이다.
도파관 내부에 설치하는 셉텀 편파기와 달리 혼 안테나 개구면 바깥쪽의 자유공간 상에 금속 띠를 전계 방향과 45도가 되도록 주기적으로 배열한 격자 구조를 이용하여 원편파를 발생하는 편파기를 사용할 수 있다. 이런 격자형 편파기는 비교적 단순한 구조이며 혼 안테나 외부에 장착하므로 탈부착이 쉽다는 장점이 있다. 하지만, 혼 안테나의 개구면과 충분히 이격하여 1/4 파장 두께의 금속 띠를 설치하므로 부피가 크다는 단점이 있다. 특히, 혼 안테나를 통해 고출력 전자기파를 원편파로 방사하는 경우 절연을 위한 유전체 윈도우가 추가되므로 지지구조를 포함한 기구적 결합은 매우 크고 복잡해진다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 혼 안테나에서 방사되는 선형편파를 복잡하거나 부피가 큰 편파기를 사용하지 않고 간단히 원편파로 변환할 수 있고 제작과 설치가 용이하고 변환되는 편파의 종류를 변경할 수 있는 원편파 윈도우 및 이를 포함하는 안테나를 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 원편파 윈도우는 선형편파를 방사하는 혼 안테나의 개구면에 부착되어 상기 혼 안테나의 내부를 외부와 차단하는 제1 유전체 윈도우, 상기 제1 유전체 윈도우와 이격 거리만큼 이격되어 마주하는 제2 유전체 윈도우, 및 상기 제1 유전체 윈도우와 상기 제2 유전체 윈도우의 사이에서 대각선 방향으로 연장되어 주기적으로 배열되고, 상기 선형편파를 원형편파로 변환하는 금속 격자를 포함한다.
상기 금속 격자는 상기 혼 안테나를 정면에서 보았을 때 오른쪽으로 45도 각도의 대각선 방향으로 연장되어 배열될 수 있다.
상기 금속 격자는 상기 혼 안테나를 정면에서 보았을 때 왼쪽으로 45도 각도의 대각선 방향으로 연장되어 배열될 수 있다.
상기 금속 격자는 상기 제1 유전체 윈도우와 상기 제2 유전체 윈도우의 사이에서 탈부착이 가능할 수 있다.
상기 제1 유전체 윈도우 및 상기 제2 유전체 윈도우 중 적어도 하나는 상기 금속 격자와 접촉하는 표면에 상기 금속 격자가 삽입되는 장착 홈을 포함할 수 있다.
상기 원편파 윈도우는 상기 제1 유전체 윈도우와 상기 제2 유전체 윈도우 사이에 위치하고, 상기 제1 유전체 윈도우와 상기 제2 유전체 윈도우가 상기 이격 거리만큼 이격되어 결합되도록 지지하는 윈도우 지지대, 및 상기 제1 유전체 윈도우와 상기 제2 유전체 윈도우를 상기 혼 안테나에 결합시키는 고정 볼트를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 안테나는 혼 형태의 개구를 가지고 선형편파를 방사하는 혼 안테나, 및 상기 혼 안테나의 개구면에 부착되는 원편파 윈도우를 포함하고, 상기 원편파 윈도우는 서로 마주하고 이격 거리만큼 이격된 2개 층으로 이루어진 유전체 윈도우를 포함한다.
상기 원편파 윈도우는 상기 유전체 윈도우의 2개 층 사이에서 대각선 방향으로 연장되어 주기적으로 배열되고, 상기 선형편파를 원형편파로 변환하는 금속 격자를 더 포함할 수 있다.
상기 원편파 윈도우는 상기 금속 격자의 방향이 반전되도록 상기 혼 안테나의 개구면에 부착될 수 있다.
상기 금속 격자는 상기 혼 안테나를 정면에서 보았을 때 오른쪽 또는 왼쪽으로 45도 각도의 대각선 방향으로 연장되어 배열될 수 있다.
상기 금속 격자는 상기 유전체 윈도우의 2개 층 사이에서 탈부착이 가능할 수 있다.
상기 유전체 윈도우의 2개 층 중 적어도 하나는 상기 금속 격자와 접촉하는 표면에 상기 금속 격자가 삽입되는 장착 홈을 포함할 수 있다.
상기 유전체 윈도우는 상기 혼 안테나 내부를 진공으로 유지하거나 또는 상기 혼 안테나 내부에 절연 가스를 채워 기밀을 유지하도록 상기 혼 안테나에 체결될 수 있다.
상기 유전체 윈도우는, 상기 유전체 윈도우의 2개 층 사이에 위치하고, 상기 유전체 윈도우의 2개 층이 상기 이격 거리만큼 이격되어 결합되도록 지지하는 윈도우 지지대, 및 상기 유전체 윈도우를 상기 혼 안테나에 결합시키는 고정 볼트를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 원편파 변환 기능을 유지하면서 혼 안테나의 유전체 윈도우로도 활용 가능하여 제작과 설치가 용이한 원편파 윈도우 및 이를 포함하는 안테나를 제공할 수 있다. 또한, 금속 격자의 탈부착 및 반전을 통해 혼 안테나의 편파 변경을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원편파 윈도우가 장착된 안테나를 나타낸다.
도 2는 도 1의 원편파 윈도우를 투영하여 나타낸다.
도 3은 비교예의 격자형 원편파기와 혼 안테나를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유전체 윈도우만을 장착한 안테나를 나타낸다.
도 5는 도 2의 원편파 윈도우를 반전시켜 장착한 안테나를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 금속 격자 장착 홈을 포함하는 원편파 윈도우를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 윈도우 지지대를 포함하는 원편파 윈도우가 장착된 안테나를 나타낸다.
도 8은 도 7의 원편파 윈도우를 장착한 안테나의 반사 손실 그래프를 나타낸다.
도 9는 도 4의 유전체 윈도우만을 장착한 안테나의 반사 손실 그래프를 나타낸다.
도 10은 도 7의 원편파 윈도우를 장착한 안테나의 방사 패턴 그래프를 나타낸다.
도 11은 도 4의 유전체 윈도우만을 장착한 안테나의 방사 패턴 그래프를 나타낸다.
도 12는 도 7의 원편파 윈도우를 장착한 안테나의 축비 그래프를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 원편파 윈도우가 장착된 안테나를 나타낸다. 도 2는 도 1의 원편파 윈도우를 투영하여 나타낸다.
도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 안테나는 선형편파의 전자기파를 방사하는 혼 안테나(10) 및 혼 안테나(10)의 개구면에 부착되는 원편파 윈도우(20)를 포함한다.
혼 안테나(10)는 혼(Horn) 형태의 개구를 갖는 안테나이다. 혼 안테나(10)는 형태에 따라 피라미달(pyramidal) 혼 안테나, 원뿔형 혼 안테나, 부채꼴 혼 안테나 등을 포함할 수 있다. 이하, 혼 안테나(10)가 피라미달 혼 안테나인 것으로 예를 들어 설명한다. 예를 들어, 혼 안테나(10)는 가로 180mm, 세로 150mm 크기의 사각형의 개구면을 가질 수 있다.
원편파 윈도우(20)는 제1 유전체 윈도우(21), 제2 유전체 윈도우(22) 및 금속 격자(23)를 포함할 수 있다. 제1 유전체 윈도우(21)는 혼 안테나(10)의 개구면에 부착되어 혼 안테나(10) 내부를 외부와 차단한다. 제2 유전체 윈도우(22)는 제1 유전체 윈도우(21)와 일정 거리 이격되어 마주한다. 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22)는 혼 안테나(10)에서 방사되는 전자기파를 낮은 손실로 투과시키를 역할을 한다. 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22)의 두께와 이격 거리는 동작 주파수와 윈도우의 유전율을 고려하여 각 경계면에서 반사된 전자기파의 합이 최소가 되도록 설계된다. 즉, 원편파 윈도우(20)는 입사하는 전자기파의 반사 손실이 특정 동작 주파수에서 최소가 되도록 설계된다.
금속 격자(23)는 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22)의 사이에서 대각선 방향으로 연장되는 금속판을 주기적으로 배열한 구조로 구성된다. 금속 격자(23)는 혼 안테나(10)의 개구면을 정면으로 보았을 때 45도 각도의 대각선 방향으로 연장되어 배열될 수 있다. 예시한 바와 같이, 금속 격자(23)는 혼 안테나(10)를 정면에서 보았을 때 오른쪽으로 45도 각도의 대각선 방향으로 연장되어 배열될 수 있다.
금속 격자(23)는 혼 안테나(10)에서 방사되는 선형편파의 전자기파를 원형편파로 변환하는 역할을 한다. 금속 격자(23)의 폭, 두께, 간격은 설계 사양으로서 원편파 윈도우(20)가 장착된 혼 안테나(10)의 방사 패턴, 축비, 이득, 반사 계수 등과 같은 성능을 결정한다. 도 1 및 2에서 예시한 바와 같이, 금속 격자(23)는 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22)와 함께 원편파 윈도우(20)로 일체형으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 원편파 윈도우(20)는 얇고 간단한 기구적 형상으로 혼 안테나(10)의 윈도우로서의 역할과 동시에 편파기로서의 역할을 수행할 수 있다.
도 3은 비교예의 격자형 원편파기와 혼 안테나를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 도 1의 실시예의 규격을 갖는 혼 안테나(10)에 대응하여 윈도우(90)와 격자형 원편파기(100)를 설치한 비교예를 나타낸다. 도 1 및 도 3의 혼 안테나(10)는 동일하게 설계된 것으로 S대역에서 동작하며 가로 180mm, 세로 150mm의 개구면을 갖는다.
도 3의 윈도우(90)의 두께는 다중 반사를 상쇄하여 최소 반사 특성을 구현하는 유전율을 고려하여 파장의 1/4 길이에 근접한 값을 갖도록 설정되어야 한다. 이에 비해, 도 1 및 2의 원편파 윈도우(20)는 제1 유전체 윈도우(21) 및 제2 유전체 윈도우(22)를 포함한 2개 층으로 이루어짐에 따라 제1 유전체 윈도우(21) 및 제2 유전체 윈도우(22)의 유전율, 두께, 간격 등의 더 많은 설계 변수를 가지게 된다. 이에 따라 도 1 및 2의 원편파 윈도우(20)는 설계 자유도가 더욱 높고 중간의 공기층에 의해 더욱 가볍게 제작될 수 있다.
격자형 원편파기(100)는 적절한 길이의 금속 띠를 주기적으로 적층하여 만든 일종의 평면 도파관으로서, 격자 방향을 입사되는 전자기파의 전계 방향과 45도가 되게 하면 편파기를 통과하는 전자기파의 수직 편파 성분과 수평 편파 성분이 그 크기는 같고 위상차는 90도가 되어 원편파가 발생된다. 격자형 원편파기(100)의 간격과 폭은 대략 파장의 0.7 내지 0.8배로 설계되며, 혼 안테나(10)의 개구면과의 거리는 원거리 조건에 근접하도록 충분히 이격되어야 한다. 이에 따라, 격자형 원편파기(100)의 면적은 개구면에서 방사되어 퍼져나가는 전자기파가 투과할 수 있도록 확장되어야 한다.
예를 들어, 폭 90mm인 격자구조가 가로, 세로 각 350mm인 면적에 걸쳐 위치한 격자형 원편파기(100)가 혼 안테나(10)의 윈도우(90)에서 약 250mm 떨어진 곳에 위치하게 된다. 실제, 이러한 구조의 격자형 원편파기(100)를 구현하기 위해서는 격자를 지지하기 위한 구조와 이를 혼 안테나 앞에 장착하여 고정하기 위한 구조 등이 요구된다.
반면, 도 1 및 2에 예시한 본 발명의 실시예에 따른 원편파 윈도우(20)는 동일한 혼 안테나(10)에 대하여 개구면에 두께 40mm의 컴팩트한 원편파 윈도우(20)만을 결합하여 유사한 기능을 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 유전체 윈도우만을 장착한 안테나를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 도 1의 원편파 윈도우(20)에서 금속 격자(23)를 탈착하여 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22)만을 혼 안테나(10)에 장착할 수 있다. 제1 유전체 윈도우(21)는 혼 안테나(10)의 개구면에 장착되고, 제2 유전체 윈도우(22)는 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22) 사이에 배치될 수 있는 지지대(미도시) 등에 의해 이격 거리만큼 이격되어 제1 유전체 윈도우(21)에 부착될 수 있다.
일반적인 안테나는 운용 환경과 사용 목적에 따라 선형편파 또는 원편파를 선택하여 사용하게 된다. 하지만, 종래의 기술인 도파관 내부에 설치하는 셉텀 편파기나 도 3과 같은 격자형 원편파기(100)는 대부분 한번 혼 안테나(10)에 설치 완료된 이후에는 편파기를 변경하여 편파를 선택하기가 쉽지 않은 구조로 운용되고 있다.
하지만, 본 발명의 실시예의 경우, 도 4에 예시한 바와 같이, 원편파 윈도우(20)가 혼 안테나(10)에 부착된 상태로 제2 유전체 윈도우(22)를 분리하여 금속 격자(23)를 탈부착하거나, 또는 제2 유전체 윈도우(22)를 분리하지 않고 금속 격자(23)를 밀어내는 방식으로 금속 격자(23)를 쉽게 탈부착할 수 있다. 또한, 금속 격자(23)의 탈부착에 따른 원편파 윈도우(20)의 전체 외형의 변경이 없으므로, 사용자가 혼 안테나(10)에서 방사되는 전자기파의 편파를 선형편파와 원편파 중 선택하는데 매우 유리하다.
도 5는 도 2의 원편파 윈도우를 반전시켜 장착한 안테나를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 원편파는 전자기파의 진행 방향 기준으로 전계의 회전 방향에 따라 시계 방향으로 회전하는 RHCP(Right Hand Circular Polarization)와 반시계 방향으로 회전하는 LHCP(Left Hand Circular Polarization)로 나누어진다. 송수신 안테나를 통해 원편파인 전자기파를 전송할 때 송신 안테나와 수신 안테나의 편파 특성이 일치하여야 높은 전달 특성이 구현될 수 있다.
상기한 선형편파와 원편파의 선택과 유사하게, 원편파에서도 RHCP와 LHCP 중 사용자의 요구에 따라 최소한의 조치로 변경이 가능하다면 안테나를 다양한 용도로 사용할 수 있는 이점이 있다.
도 2의 실시예에서, 재1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22) 사이의 금속 격자(23)는 혼 안테나(10)를 정면에서 보았을 때 오른쪽으로 45도 기울어진 형태로 배치되어 있다. 이러한 윈편파 윈도우(20)가 도 1과 같이 혼 안테나(10)에 부착되면 방사되는 원편파는 LHCP 특성을 나타내게 된다.
만약, 동일한 구성으로 원편파의 회전 방향을 반대인 RHCP로 변경하려면, 앞뒤가 대칭인 원편파 윈도우(20)를 도 5와 같이 반전시켜 부착하면 쉽게 구현된 수 있다. 즉, 제2 유전체 윈도우(22)가 혼 안테나(10)의 개구면에 부착되어 혼 안테나(10) 내부를 외부와 차단하고, 제1 유전체 윈도우(21)가 제2 유전체 윈도우(22)와 일정 거리 이격되어 마주하고, 금속 격자(23)의 방향이 정면에서 보았을 때 왼쪽으로 45도 기울어진 형태로 배치될 수 있다.
또는, 제1 유전체 윈도우(21)는 그대로 혼 안테나(10)에 부착해 두고 금속 격자(23)의 방향만 바꾸어 조립하여 원편파의 회전 방향을 RHCP로 변경할 수도 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 금속 격자 장착 홈을 포함하는 원편파 윈도우를 나타낸다.
도 6을 참조하면, 제1 유전체 윈도우(21) 및 제2 유전체 윈도우(22) 중 적어도 하나는 금속 격자(23)가 삽입되는 장착 홈(24)을 포함할 수 있다. 장착 홈(24)은 금속 격자(23)가 배열되는 위치에 대응하여 금속 격자(23)와 접촉하는 제1 유전체 윈도우(21)의 표면 또는 제2 유전체 윈도우(22)의 표면 중 적어도 하나에 형성될 수 있다. 도 6에 예시한 바와 같이, 장착 홈(24)은 정면에서 보았을 때 오른쪽으로 45도 기울어진 대각선 방향으로 연장되는 형태로 형성될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 원편파 윈도우(20)의 장점 중 하나는 원편파를 생성하는 금속 격자(23)의 탈부착 및 변경이 용이하다는 것이다. 금속 격자(23)를 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22) 사이에 고정하는 한 가지 방법으로, 도 6에 예시한 바와 같이 제1 유전체 윈도우(21)의 표면 또는 제2 유전체 윈도우(22)의 표면 중 적어도 하나에 장착 홈(24)을 형성하는 것이다.
이러한 경우, 금속 격자(23)의 폭은 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22) 사이의 이격 거리보다 넓어지게 되는데, 이는 상기한 바와 같이 원편파 윈도우(20)의 설계 사양 중 하나로 축비를 향상시키는 요소이다. 또한, 장착 홈(24)은 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22) 사이에 금속 격자(23)를 탈부착 및 위치 고정을 위한 기계적 특성을 향상시킬 수 있다. 만약, 금속 격자(23)를 제거하고 장착 홈(24)이 있는 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22)를 선형편파 발생 목적으로 사용하더라도, 장착 홈(24)의 크기가 파장에 대비하여 충분히 작으므로 혼 안테나(10)의 방사 특성에 영향을 미치지는 않는다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 윈도우 지지대를 포함하는 원편파 윈도우가 장착된 안테나를 나타낸다.
도 7을 참조하면, 원편파 윈도우(20)는 윈도우 지지대(25) 및 고정 볼트(26)를 더 포함할 수 있다. 혼 안테나(10), 제1 유전체 윈도우(21), 제2 유전체 윈도우(22) 및 금속 격자(23)의 구성은 도 1, 2 및 6에서 상술한 바와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
윈도우 지지대(25)는 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22) 사이에 위치한다. 윈도우 지지대(25)는 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22)의 4개의 모서리 부분에 위치할 수 있다. 다만, 윈도우 지지대(25)의 위치 및 개수는 다양하게 변경될 수 있다. 윈도우 지지대(25)는 제1 유전체 윈도우(21) 및 제2 유전체 윈도우(22)의 이격 거리에 해당하는 길이를 가지고 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22)가 이격 거리만큼 이격되어 결합되도록 지지할 수 있다. 윈도우 지지대(25)는 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22) 중 하나와 일체형으로 제조될 수 있다. 윈도우 지지대(25)는 고정 볼트(26)와 체결될 수 있는 나사 구멍을 포함할 수 있고, 제1 유전체 윈도우(21) 및 제2 유전체 윈도우(22)에도 동일한 위치에 나사 구멍이 형성되어 있을 수 있다.
고정 볼트(26)는 정면으로부터 제2 유전체 윈도우(22), 윈도우 지지대(25) 및 제1 유전체 윈도우(21)의 나사 구멍으로 삽입되어 원편파 윈도우(20)를 혼 안테나(10)에 결합시킬 수 있다. 즉, 고정 볼트(26)는 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22)를 혼 안테나(10)에 결합시키는 역할을 할 수 있다.
윈도우 지지대(25)와 고정 볼트(26)는 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22)의 이격 거리를 정확하게 유지하고 결합력을 증대시켜 원편파 윈도우(20)의 기구적 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 윈도우 지지대(25)가 적용됨으로써 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22) 사이의 금속 격자(23)를 더욱 용이하게 탈부착할 수 있다.
혼 안테나(10)를 통해 방사하는 전자기파가 메가와트에 이르는 높은 출력일 경우, 제1 유전체 윈도우(21)는 혼 안테나(10) 내부를 진공으로 유지하거나 또는 혼 안테나(10) 내부에 절연 가스를 채워 기밀을 유지하도록 체결하기도 한다. 이렇게 윈도우의 기밀성을 높여야 하는 경우에, 도 7에 예시한 개구면의 네 모서리에 장착한 고정 볼트(26)의 개수를 혼 안테나(10)의 개구면의 테두리를 따라 증가시켜 결합력을 높일 수 있다. 이때, 고정 볼트(26)는 방사되는 전자기파에 간섭을 최소화하기 위해 혼 안테나(10)에 직접 부착되는 제1 유전체 윈도우(21)에 설치될 수도 있다. 또는, 고정 볼트(26)는 금속이 아닌 유전체 재질로 제작되어 결합될 수도 있다.
도 8은 도 7의 원편파 윈도우를 장착한 안테나의 반사 손실 그래프를 나타낸다. 도 9는 도 4의 유전체 윈도우만을 장착한 안테나의 반사 손실 그래프를 나타낸다.
도 8 및 9의 반사 손실 그래프를 비교하면, 금속 격자(23)가 포함되지 않은 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22)만 장착한 안테나의 반사 손실이 0.8 내지 1.2 구간의 대역에서 상대적으로 낮은 손실 특성을 보이지만, 금속 격자(23)가 포함된 원편파 윈도우(20)를 장착한 안테나도 동작 주파수 영역에서 반사 손실이 ­15dB 이하의 우수한 특성을 보이는 것을 알 수 있다.
도 10은 도 7의 원편파 윈도우를 장착한 안테나의 방사 패턴 그래프를 나타낸다. 도 11은 도 4의 유전체 윈도우만을 장착한 안테나의 방사 패턴 그래프를 나타낸다.
도 10 및 11을 참조하면, 도 7의 금속 격자(23)가 포함된 원편파 윈도우(20)를 장착한 안테나의 방사 패턴 및 도 4의 금속 격자(23)가 포함되지 않고 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22)만 장착한 안테나의 방사 패턴을 시뮬레이션한 결과이다.
시뮬레이션 결과, 도 10의 방사 패턴은 동작 주파수 빔에 대해 메인 로브의 크기는 11.2dBi, 3dB 빔폭은 52.4도, 백 로브의 크기는 ­8.3dB의 특성을 나타내었다. 반면, 도 11의 방사 패턴은 동작 주파수 빔에 대해 메인 로브의 크기는 11.7dBi, 3dB 빔폭은 58.9도, 백 로브의 크기는 ­6.1dB의 특성을 나타내었다.
메인 로브의 크기 측면에서 금속 격자(23)가 포함되지 않고 제1 유전체 윈도우(21)와 제2 유전체 윈도우(22)만이 장착된 안테나의 특성이 약간 우수한 것으로 나타났지만 그 차이는 매우 미미한 수준으로 금속 격자(23)에 의한 안테나의 이득 감소는 크지 않음을 알 수 있다.
도 12는 도 7의 원편파 윈도우를 장착한 안테나의 축비 그래프를 나타낸다.
도 12를 참조하면, 도 7의 원편파 윈도우(20)를 장착한 안테나의 수치 해석을 통한 축비의 예측 결과를 나타낸다. 3dB 빔폭 내에서 축비는 전반적으로 4dB 이하를 유지하고 있으며, 특히 혼 안테나(10)가 지향하는 조준 방향인 0도에서 0.9dB 이하의 우수한 특성을 보임을 알 수 있다.
도 3에 예시한 비교예의 혼 안테나(10)의 윈도우(90)와 격자형 원편파기(100)의 축비의 예측 결과는 0도를 기준으로 10dB에 달하며, 이를 낮추기 위해서는 더 큰 격자형 원편파기(100)를 혼 안테나(10)로부터 더 이격시켜 설치해야 함을 감안하면, 본 발명의 원편파 윈도우(20)의 우수성을 확인할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 간략히 설명하였으나, 본 발명의 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자가 본 발명을 벗어나지 않는 범위 안에서 용이하게 치환, 변경하는 것이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
예를 들어, 본 발명의 실시예들은 피라미달 혼 안테나를 가정하여 기술하였으나, 개구면이 원형인 원뿔형 혼 안테나나 부채꼴 혼 안테나 등에도 동일한 방법으로 활용이 가능할 수 있다는 것을 당업자는 이해할 수 있을 것이다.
또한, 전술한 실시예들은 하나의 혼 안테나(10)에 원편파 윈도우(20)를 부착하는 것을 상정하였으나, 복수의 혼 안테나(10)가 선형 또는 평면 배열된 경우에도 본 발명은 활용될 수 있으며, 이렇게 배열 확장되는 경우 본 발명의 기구적 우수성은 더욱 부각될 수 있다.
그러므로, 상기 실시예들은 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 기술적 사상 및 그 균등물까지 미치는 것으로 보아야 할 것이다.
10: 혼 안테나
20: 원편파 윈도우
21: 제1 유전체 윈도우
22: 제2 유전체 윈도우
23: 금속 격자
24: 장착 홈
25: 윈도우 지지대
26: 고정 볼트

Claims (14)

  1. 선형편파를 방사하는 혼 안테나의 개구면에 부착되어 상기 혼 안테나의 내부를 외부와 차단하는 제1 유전체 윈도우;
    상기 제1 유전체 윈도우와 이격 거리만큼 이격되어 마주하는 제2 유전체 윈도우; 및
    상기 제1 유전체 윈도우와 상기 제2 유전체 윈도우의 사이에서 대각선 방향으로 연장되어 주기적으로 배열되고, 상기 선형편파를 원형편파로 변환하는 금속 격자를 포함하는 원편파 윈도우.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 격자는 상기 혼 안테나를 정면에서 보았을 때 오른쪽으로 45도 각도의 대각선 방향으로 연장되어 배열되는 원편파 윈도우.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 격자는 상기 혼 안테나를 정면에서 보았을 때 왼쪽으로 45도 각도의 대각선 방향으로 연장되어 배열되는 원편파 윈도우.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 격자는 상기 제1 유전체 윈도우와 상기 제2 유전체 윈도우의 사이에서 탈부착이 가능한 원편파 윈도우.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 윈도우 및 상기 제2 유전체 윈도우 중 적어도 하나는 상기 금속 격자와 접촉하는 표면에 상기 금속 격자가 삽입되는 장착 홈을 포함하는 원편파 윈도우.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 유전체 윈도우와 상기 제2 유전체 윈도우 사이에 위치하고, 상기 제1 유전체 윈도우와 상기 제2 유전체 윈도우가 상기 이격 거리만큼 이격되어 결합되도록 지지하는 윈도우 지지대; 및
    상기 제1 유전체 윈도우와 상기 제2 유전체 윈도우를 상기 혼 안테나에 결합시키는 고정 볼트를 더 포함하는 원편파 윈도우.
  7. 삭제
  8. 혼 형태의 개구를 가지고 선형편파를 방사하는 혼 안테나; 및
    상기 혼 안테나의 개구면에 부착되는 원편파 윈도우를 포함하고,
    상기 원편파 윈도우는 서로 마주하고 이격 거리만큼 이격된 2개 층으로 이루어진 유전체 윈도우를 포함하고,
    상기 원편파 윈도우는 상기 유전체 윈도우의 2개 층 사이에서 대각선 방향으로 연장되어 주기적으로 배열되고, 상기 선형편파를 원형편파로 변환하는 금속 격자를 더 포함하는 안테나.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 원편파 윈도우는 상기 금속 격자의 방향이 반전되도록 상기 혼 안테나의 개구면에 부착될 수 있는 안테나.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 금속 격자는 상기 혼 안테나를 정면에서 보았을 때 오른쪽 또는 왼쪽으로 45도 각도의 대각선 방향으로 연장되어 배열되는 안테나.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 금속 격자는 상기 유전체 윈도우의 2개 층 사이에서 탈부착이 가능한 안테나.
  12. 제8 항에 있어서,
    상기 유전체 윈도우의 2개 층 중 적어도 하나는 상기 금속 격자와 접촉하는 표면에 상기 금속 격자가 삽입되는 장착 홈을 포함하는 안테나.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 유전체 윈도우는 상기 혼 안테나 내부를 진공으로 유지하거나 또는 상기 혼 안테나 내부에 절연 가스를 채워 기밀을 유지하도록 상기 혼 안테나에 체결되는 안테나.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 유전체 윈도우는,
    상기 유전체 윈도우의 2개 층 사이에 위치하고, 상기 유전체 윈도우의 2개 층이 상기 이격 거리만큼 이격되어 결합되도록 지지하는 윈도우 지지대; 및
    상기 유전체 윈도우를 상기 혼 안테나에 결합시키는 고정 볼트를 더 포함하는 안테나.
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