KR102418087B1 - 반사형 안테나 장치 및 그 설계방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 반사형 안테나 장치는 안테나 장치에 있어서, 송신기로부터 전자파를 수신하여 상기 안테나 장치로 분배하는 급전부; OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 전자파를 생성하기 위한 단차가 형성된 부반사판; 및 상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드와 동일한 전자파를 생성하기 위한 단차가 형성되고 상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드 전자파와 자신에 의해 생성된 OAM 모드 전자파를 상쇄하여 원역장으로 복사하는 주반사판을 포함할 수 있다.

Description

반사형 안테나 장치 및 그 설계방법{Reflective antenna apparatus and method for design thereof}
본 발명은 반사형 안테나 장치 및 그 설계방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 초점 대 직경 비율을 가진 반사판(Reflector) 혹은 반사배열(Reflectarray) 안테나 기술에 관한 것이다.
초고주파 대역에서 사용되는 반사판이나 반사배열 안테나는 대형 고이득 안테나 설계에 빈번하게 응용된다. 대형 안테나를 구성하는 반사판이나 반사배열 기판은 주반사판으로 사용되어 축방향 급전부(Axial Feed)에서 방사된 전자파를 전방으로 강하게 집속하여 고이득 특성을 획득한다.
이때 주반사판과 축방향 급전부 사이 간격은 초점 거리 정도가 필요하기 때문에 이러한 초점거리 보장을 위해 안테나 설치 시 안테나 자체가 차지하는 공간이 넓어지는 단점이 있다. 이에 안테나 차지 공간(Antenna Profile)을 줄이고 싶다면 초점 대 직경 비율(f/D)을 낮추어야 한다.
그러나 초점대 직경 비율을 낮추기 위해 주반사판과 축방향 급전부 사이 간격을 좁히는 경우 급전부로의 불필요한 전자파의 유입이 많아져 급전부의 반사도 특성이 나빠지는 문제점이 있다.
특허공개번호 WO 2005-069443호
본 발명의 실시예는 주반사판과 부반사판의 구조를 변형하여 부반사판에 의해 반사되어 급전부로 불필요하게 유입되는 전자파를 최소화하면서 주반사판을 통해 전방으로 복사되는 전자파를 최대화하여, 낮은 초점 대 직경 비율(f/D)을 가지는 동시에 반사도 특성이 우수한 반사형 안테나 장치 및 그 안테나 설계 방법을 제공하고자 한다.
구체적으로는, 주반사판과 부반사판에 단차를 형성하여 OAM 모드를 생성하는 반사형 안테나 장치 및 그 안테나 설계방법을 제공하고자 한다.
또한, 주반사판과 부반사판에 반사배열기판을 형성하여 OAM 모드를 생성하는 반사형 안테나 장치 및 그 안테나 설계방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재들로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 반사형 안테나 장치는 안테나 장치에 있어서, 송신기로부터 전자파를 수신하여 상기 안테나 장치로 분배하는 급전부; OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 전자파를 생성하기 위한 단차가 형성된 부반사판; 및 상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드와 동일한 전자파를 생성하기 위한 단차가 형성되고 상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드 전자파와 자신에 의해 생성된 OAM 모드 전자파를 상쇄하여 원역장으로 복사하는 주반사판을 포함할 수 있다.
상기 주반사판은 접시의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 단차가 형성될 수 있다.
상기 부반사판은 접시의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 단차가 형성될 수 있다.
상기 주반사판은 복수의 단차가 형성될 수 있고, 상기 부반사판은 복수의 단차가 형성될 수 있다.
상기 부반사판은 카세그레인(Cassegrain) 형태, 그레고리(Gregory) 형태, ADE(Axially Displaced Ellipse) 형태 중 적어도 하나의 형태로 구성될 수 있다.
상기 주반사판은 상기 단차의 수에 의해 반사되는 OAM 모드의 특성을 결정할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 안테나 장치는 안테나 장치에 있어서, 송신기로부터 전자파를 수신하여 상기 안테나 장치로 분배하는 급전부; OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 전자파를 생성하기 위한 반사배열 기판이 형성된 부반사판; 및 상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드와 동일한 전자파를 생성하기 위한 반사배열기판이 형성되고, 상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드 전자파와 자신에 의해 생성된 OAM 모드 전자파를 상쇄하여 원역장으로 복사하는 주반사판을 포함할 수 있다.
상기 반사배열기판은 반사파의 위상을 변화시키는 공진체들의 정해진 배열을 기반으로 구성될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 반사형 안테나 장치는 안테나 장치에 있어서, 송신기로부터 전자파를 수신하여 상기 안테나 장치로 분배하는 급전부; OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 전자파를 생성하기 위한 반사배열 기판이 형성된 부반사판; 및 상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드와 동일한 전자파를 생성하기 위한 단차가 형성되고, 상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드 전자파와 자신에 의해 생성된 OAM 모드 전자파를 상쇄하여 원역장으로 복사하는 주반사판을 포함할 수 있다.
상기 주반사판은 접시의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 단차가 형성될 수 있다.
상기 주반사판은 복수의 단차가 형성될수 있다.
상기 주반사판은 상기 단차의 수에 의해 반사되는 OAM 모드의 특성을 결정할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예에 따른 반사형 안테나 장치는 안테나 장치에 있어서, 송신기로부터 전자파를 수신하여 상기 안테나 장치로 분배하는 급전부; OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 전자파를 생성하기 위한 단차가 형성된 부반사판; 및 상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드와 동일한 전자파를 생성하기 위한 반사배열기판이 형성되고, 상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드 전자파와 자신에 의해 생성된 OAM 모드 전자파를 상쇄하여 원역장으로 복사하는 주반사판을 포함할 수 있다.
상기 부반사판은 복수의 단차가 형성될 수 있다.
상기 부반사판은 카세그레인(Cassegrain) 형태, 그레고리(Gregory) 형태, ADE(Axially Displaced Ellipse) 형태 중 적어도 하나 이상의 형태로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 안테나 설계 방법은 제 1 OAM 모드를 생성하는 부반사판에서 급전부로부터 방사된 전자파를 반사하는 단계; 제 2 OAM 모드를 생성하는 주반사판에서 상기 부반사판에서 반사된 반사파를 반사하여 상기 부반사판의 제 1 OAM 모드와 상기 주반사판의 제 2 OAM 모드가 상쇄된 최종 반사파를 출력하는 단계; 및 상기 최종 반사파의 주빔 특성을 확인하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 주빔 특성이 미리 정한 값을 만족하는 경우 상기 제 1 OAM 모드와 상기 제 2 OAM 모드가 변경되도록 상기 부반사판 및 상기 주반사판을 형성하고, 상기 최종 반사판의 주빔 특성을 다시 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제 1 OAM모드와 상기 제 2 OAM 모드가 동일한 경우, 주빔 특성은 고이득 특성을 가질 수 있다.
또한, 상기 최종 반사판의 OAM 모드는 상기 제 1 OAM 모드에서 상기 제 2 OAM 모드를 차감한 것임을 특징으로 한다.
본 기술에 따른 안테나 장치는 주반사판과 부반사판의 구조를 변형하여 초점 대 직경비율을 감소시키면서도 급전부와 부반사판부의 간격이 가까워짐에 따른 반사도 특성 악화를 개선하여 고이득 특성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 안테나 장치의 구조도다.
도 2a는 초점 대 직경비율이 높은 카세그레인 반사판 안테나의 반사도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 초점 대 직경비율이 낮은 반사형 안테나 장치의 반사도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3a는 초점 대 직경비율이 높은 카세그레인 반사판 안테나의 이득 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 초점 대 직경비율이 낮은 반사형 안테나 장치의 이득 특성을 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 안테나 장치의 구조도다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 OAM 모드 상쇄를 이용해 원하는 안테나 주빔(Main Beam) 특성을 조정하기 위한 안테나 설계방법을 나타내는 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 설계 기술을 적용한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 낮은 초점 대 직경 비율을 가진 반사판(Reflector) 혹은 반사배열(Reflectarray) 안테나에 관한 것으로서, 주반사판과 급전부 사이의 초점 대 직경비율을 낮추어 공간 차지를 최소화하는 동시에 반사도 특성이 우수하면서도 고이득 특성을 가지는 반사형 안테나 장치를 개시한다.
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 반사형 안테나 장치의 구조도다.
본 발명의 실시예에 따른 반사형 안테나 장치는 주반사판(100), 부반사판(200), 주반사판(100)과 부반사판(200) 사이에 구비되는 급전부(300)를 구비한다.
주반사판(100)은 금속 접시 구조로 형성되고, 주반사판(100) 표면 상부에 급전부(300)가 소정의 기둥형태로 형성되고, 급전부(300) 상부에 금속 접시 구조의 부반사판(200)이 구비된다. 이때, 주반사판(100)은 부반사판(200)에 비해 넓은 면적을 가진다. 여기서, 접시란 안테나의 주반사판 또는 부반사판과 같은 반사판에서 전자파를 외부로 반사하기 위한 표면을 의미한다.
급전부(300)는 송신기(미도시)로부터 전자파를 수신하여 안테나 장치로 분배하는 기능을 수행한다. 본 발명에서의 급전부(300)는 통상의 반사형 안테나에 사용되는 급전부와 동일하게 구현될 수 있다.
주반사판(100)은 축방향 급전부(300)에서 방사된 전자파를 전방으로 강하게 집속하여 고이득 특성을 가진다.
주반사판(100)과 부반사판(200)은 각각 단차(400, 500)가 형성되어, 금속 접시가 공전 각운동량(Orbital Angular Momentum; 이하, OAM라 함) 모드를 생성한다. OAM 모드는 전자파 모드를 이용하여 전자파를 송신 혹은 수신하는 기법으로 주파수, 편파, 다중 안테나 배치 특성 등이 동일하더라도 OAM 모드의 수학적 직교성을 이용하여 통신 신호를 구별할 수 있는 통신방식이다. 이때, 전자파 모드들은 서로 직교하며 독립적으로 전자파 전력을 전달할 수 있다. 따라서 공전 각운동량 기법을 무선 통신에 적용하면, 각각의 공전 각운동량 모드들이 서로 다르며 구분 가능한 독립적인 통신 채널을 구성할 수 있다.
주반사판(100)은 일반적인 주반사판 접시와는 다르게 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 단차(400)가 형성되도록 주반사판(100)의 깊이가 구 좌표계의
Figure 112016019782615-pat00001
방향으로 연속적으로 변경되도록 하였다. 이때 생기는 주반사판(100)의 깊이 변화와 단차(400)의 빈도수에 의해 반사되는 OAM 모드의 특성이 결정된다.
부반사판(200)은 급전부(300)에 의해 지지되어 주반사판(100) 상에 이격되어 형성될 수 있다. 부반사판(200)은 일반적인 부반사판 접시와는 다르게 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 단차(500)가 형성되도록 부반사판(200)의 깊이가 구 좌표계의
Figure 112016019782615-pat00002
방향으로 연속적으로 변경되도록 하였다. 그러면, 급전부(300)에서 방사된 전자파가 부반사판(200)에서 전반사되면서 부반사판의 단차(500)에 의해 0이 아닌 특정한 OAM 모드 번호를 가진 전자파로 반사된다.
모드 번호가 0이 아닌 OAM 모드는 진행 방향의 전자파 진폭이 0이므로, 급전부(300)로 유입되는 전자파 전력이 매우 적어 초점 대 직경비율(f/D)이 낮더라도 급전부(300) 측면의 반사도 특성이 개선될 수 있다.
부반사판(200)에 의해 반사된 특정한 OAM 모드를 가진 전자파는 다시 주반사판(100)에서 반사되어 주반사판(100)의 단차(400)에 의해 특정한 OAM 모드 번호가 더해진 전자파가 반사형 안테나의 전방으로 강하게 복사된다.
즉 전자파의 OAM 모드 번호(
Figure 112016019782615-pat00003
)가 0이 아니면 진행 방향(구 좌표계의
Figure 112016019782615-pat00004
)을 기준으로 전자파의 종단면 위상(구 좌표계의
Figure 112016019782615-pat00005
)이 360도의 배수로 일정하게 변하게 된다. 이때 진행 방향(
Figure 112016019782615-pat00006
)의 전자파 진폭은 0이 되고, 진행 방향을 기준으로 약간 이격되는 각도 지점(
Figure 112016019782615-pat00007
)에 전자파 진폭의 최대점이 존재한다.
만약 OAM 모드 번호가 0이면 진행 방향(
Figure 112016019782615-pat00008
)으로 전자파의 종단면 위상이 일정하므로, 일반적인 전자파 복사 특성을 가진다. 도 1의 안테나가 전방으로 복사하는 OAM 모드 번호
Figure 112016019782615-pat00009
는 아래 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
Figure 112016019782615-pat00010
여기서
Figure 112016019782615-pat00011
은 주반사판(100)이 만드는 OAM 모드 번호,
Figure 112016019782615-pat00012
는 부반사판(200)이 만드는 OAM 모드 번호,
Figure 112016019782615-pat00013
는 도 1의 반사판 안테나가 복사하는 전체 전자파의 OAM 모드 번호이다. 만약
Figure 112016019782615-pat00014
라면,
Figure 112016019782615-pat00015
이 되어 일반적인 고이득 특성을 가진 전자파 복사 특성이 얻어진다.
반면 부반사판(200)의 단차(500) 특성을 역전시켜
Figure 112016019782615-pat00016
으로 설정하면
Figure 112016019782615-pat00017
이 되어 효율적인 고차 OAM 모드 생성이 필요한 OAM 통신 장비용 안테나 설계에 이용할 수 있다.
상기 수학식 1은 기존의 모든 주반사판과 부반사판 구조에 적용될 수 있다. 예를 들어, 쌍곡 표면을 사용하는 카세그레인(Cassegrain) 형태, 타원 표면을 사용하는 그레고리(Gregory) 형태, 축방향으로 이격된 타원을 사용하는 ADE(Axially Displaced Ellipse) 형태 등의 부반사판 접시를 변형하여 고차 OAM 모드(
Figure 112016019782615-pat00018
)를 생성하고,
Figure 112016019782615-pat00019
과 동일한 OAM 모드 번호를 반사하도록 주반사판을 변형하여 고이득 특성을 가진 전자파 생성에 적용될 수 있다. 즉, 상기 수학식 1을 이용하면, 일반적인 주반사판과 부반사판 구조를 변형하여 낮은 초점 대 직경비율(f/D)를 가지더라도 급전부의 반사도 특성이 매우 좋은 대형 안테나를 설계할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 반사형 안테나 장치는 주반사판(100)과 부반사판(200)의 단차(400)를 이용하여 반사도 특성이 우수하면서 고이득 특성을 가질 수 있다.
도 2a는 초점 대 직경비율이 낮은 일반적인 카세그레인 반사판 안테나의 반사도 특성을 나타내는 그래프이다.
즉 도 2a는 초점 대 직경비율(f/D)이 0.3인 일반적인 카세그레인 반사판 안테나의 급전부 반사도 특성을 나타낸다. 도 2a의 그래프를 보면 주파수 17 GHz와 19 GHz 근방에서 반사도가 나빠지는 것을 알 수 있다
도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 초점 대 직경비율이 낮은 반사형 안테나 장치의 반사도 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2b는 초점대 직경 비율(f/D)이 0.3인 카세그레인 반사판 안테나의 주반사판과 부반사판에 단차를 주어
Figure 112016019782615-pat00020
,
Figure 112016019782615-pat00021
을 생성한 경우의 반사도 특성을 나타낸다. 도 2b를 참조하면 주파수 16 GHz과 20 GHz 사이에 이르는 전 주파수 대역에서 도 1의 실시예에 따른 OAM 모드 상쇄 반사판 안테나의 반사도 특성이 매우 좋은 것을 알 수 있다.
도 3a는 초점 대 직경비율이 낮은 일반적인 카세그레인 반사판 안테나의 이득 특성을 나타내는 그래프이다. 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 초점 대 직경비율이 낮은 반사형 안테나 장치의 이득 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3a 및 도 3b 모두 초점 대 직경비율(f/D)이 0.3이고 주파수 대역이 17 GHz를 기준으로 안테나의 이득특성을 나타낸다. 도 3a과 도 3b의 그래프를 비교하면 도 3a에 비해 도 3b의 본 발명의 실시예에 따른 OAM 모드 상쇄 반사형 안테나 장치의 이득이 더 큼을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반사형 안테나 장치의 구조도이다. 즉, 도 4에서는 반사판이 아닌 반사배열(Reflectarray)을 이용한 안테나 장치의 구조를 도시한다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 OAM 모드 상쇄 반사배열 안테나는 주반사판(600), 부반사판(700), 급전부(800)를 포함한다.
주반사판(600) 및 부반사판(700)은 반사판이 배열된 사각형의 배열판 구조로 형성된다. 그러나 주반사판(600)은 사각형으로 한정되는 것이 아니라 다양한 반사판 배열 형태로 구현될 수 있다. 주반사판(600)과 부반사판(700)은 마이크로스트립 패치(Microstrip Patch) 기반 반사배열로 구성되어 제작이 용이하며 평면형 특성을 가진다.
주반사판(600) 상부에 급전부(800)가 형성되고 급전부(800)의 상부에 부반사판(700)이 형성되어 주반사판(600)과 부반사판(700)은 소정 거리 이격된다.
급전부(800)는 혼(Horn) 안테나를 가정하였으나 반사형 안테나에 사용하는 다양한 급전 안테나를 모두 사용할 수 있다. 예를 들어 혼 안테나 대신 동축선 급전을 이용한 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하면 안테나 차지 공간이 매우 축소된 거의 평면인 초점대 직경비율(f/D)이 낮은 반사형 안테나를 효과적으로 제작할 수 있다.
도 4에서는 주반사판(600)과 부반사판(700)이 모두 반사배열기판 구조로 형성된 예를 개시하고 있으나, 주반사판(600)은 반사배열기판 구조로 형성하고 부반사판(700)에는 단차를 가지는 구조로 형성하여도 도 1 및 도 4의 구조와 동일한 효과를 도출할 수 있다. 이때 반사배열기판은 반사파의 위상을 변화시키는 공진체들의 정해진 배열을 기반으로 형성될 수 있다.
반대로, 주반사판(600)은 단차를 가지는 구조로 형성하고 부반사판(700)은 반사배열기판 구조로 형성하여도 도 1 및 도 4의 구조와 동일한 효과를 도출할 수 있다.
이때, 본 발명에서는 주반사판(600)과 주반사판(700)의 반사판 표면 변형의 예로서 단차를 형성하는 예를 개시하고 있으나, 초점대 직경비율(f/D)을 낮출 수 있는 다양한 형태의 반사판 표면 변형이 가능하다.
이러한 실시예들은 모두 주반사판과 부반사판이 동일한 OAM 모드를 생성하여 OAM 모드를 서로 상쇄시킴으로써 급전부에 인가되는 전자파의 영향을 최소화하여 급전부의 반사도 특성을 개선할 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따른 OAM 모드 전자파를 생성하는 안테나 장치는 기존의 주반사판, 부반사판, 급전부의 설계를 그대로 활용하고, 주반사판과 부반사판 표면의 변형을 통해 동일한 OAM 모드를 각각 생성하여 서로 상쇄시키므로, 급전부의 반사도 특성이 우수한 대형 안테나를 간편하게 제작할 수 있다. 따라서, 안테나 설계자에게 상당한 편의를 제공한다.
본 명세서는 주반사판과 부반사판의 표면 가공을 통해 각각 동일한 OAM(Orbital Angular Momentum) 모드를 생성하여 서로 상쇄시키므로 낮은 초점 대 직경 비율(f/D) 하에서도 급전부의 반사도 특성이 우수한 것을 특징으로 하는 반사형 안테나 장치를 개시한다. 이 안테나 장치는 f/D가 낮은 조건에서도 급전부의 반사도 특성이 좋기 때문에 안테나 이득이 높으며 안테나 차지 공간도 매우 적은 평면형 안테나 설계에 상당한 편의를 제공한다.
이하, 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 OAM 모드 상쇄를 이용해 원하는 안테나 주빔(Main Beam) 특성을 조정하기 위한 안테나 설계방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
먼저, 급전부(300)에서 방사된 전자파는 부반사판(200)에서 1차 반사된다. 이때 부반사판(200)이 제 1 OAM 모드(
Figure 112016019782615-pat00022
)를 생성하는 경우 부반사판(200)은 제 1 OAM 모드(
Figure 112016019782615-pat00023
)의 모드 번호를 가진 OAM 모드를 생성하여 반사한다(S101).
그 후, 주반사판(100)에서 제 2 OAM 모드(
Figure 112016019782615-pat00024
)를 생성하는 경우, 상기 과정 S101에서 반사된 반사파는 제 2 OAM 모드(
Figure 112016019782615-pat00025
)를 더하여 2차 반사파를 구성한다.
이러한 급전부(300), 부반사판(200), 주반사판(100)을 진행한 전자파는 상술한 수학식 1과 같은 OAM 모드 상쇄 특성을 가지게 된다(S103). 즉, 부반사판(200)과 주반사판(100)이 각각 특정한 OAM 모드를 반사하여 최종 반사파에서 OAM 모드가 상쇄되었기 때문이다.
이 후, 도 6의 컴퓨터 시스템의 프로세서(1100)에서 최종 반사파의 주빔 특성을 확인하고(S104), 원하는 주빔 특성이 획득되지 않았다면 S101 단계부터 반복수행한다.
반면에 도 6의 컴퓨터 시스템의 프로세서(1100)는 최종 반사파에서 원하는 주빔 특성이 얻어진 경우 OAM 모드 상쇄를 이용한 안테나 설계 과정을 종료한다(S105).
이와 같이, 본 발명에서는 안테나 장치 설계 시 특정 OAM 모드 상쇄를 통해 낮은 초점 대 직경비율(f/D)를 가지면서 반사도 특성이 우수한 안테나를 설계할 수 있다.
도 6은 도 5에서 설명한 본 발명의 실시예에 따른 안테나 설계 기술을 구현한 컴퓨터 시스템의 구성도이다.
도 6을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(1000)은 버스(1200)를 통해 연결되는 적어도 하나의 프로세서(1100), 메모리(1300), 사용자 인터페이스 입력 장치(1400), 사용자 인터페이스 출력 장치(1500), 스토리지(1600), 및 네트워크 인터페이스(1700)를 포함할 수 있다.
프로세서(1100)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600)에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리(1300) 및 스토리지(1600)는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리(1300)는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서(1100)에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈, 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM과 같은 저장 매체(즉, 메모리(1300) 및/또는 스토리지(1600))에 상주할 수도 있다.
예시적인 저장 매체는 프로세서(1100)에 커플링되며, 그 프로세서(1100)는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서(1100)와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로(ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.
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. 또한, 명세서에 기재된 "...부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 주반사판
200 : 부반사판
300 : 급전부
400, 500 : 단차

Claims (20)

  1. 안테나 장치에 있어서,
    송신기로부터 전자파를 수신하여 상기 안테나 장치로 분배하는 급전부;
    OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 전자파를 생성하기 위한 단차가 형성된 부반사판; 및
    상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드와 동일한 전자파를 생성하기 위한 단차가 형성되고 상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드 전자파와 자신에 의해 생성된 OAM 모드 전자파를 상쇄하여 원역장으로 복사하는 주반사판
    을 포함하는 반사형 안테나 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주반사판은 접시의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 안테나 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 부반사판은 접시의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 안테나 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 주반사판은 복수의 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 안테나 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 부반사판은 복수의 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 안테나 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 부반사판은
    카세그레인(Cassegrain) 형태, 그레고리(Gregory) 형태, ADE(Axially Displaced Ellipse) 형태 중 적어도 하나의 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 반사형 안테나 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 주반사판은
    상기 단차의 수에 의해 반사되는 OAM 모드의 특성을 결정하는 것을 특징으로 하는 반사형 안테나 장치.
  8. 안테나 장치에 있어서,
    송신기로부터 전자파를 수신하여 상기 안테나 장치로 분배하는 급전부;
    OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 전자파를 생성하기 위한 반사배열 기판이 형성된 부반사판; 및
    상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드와 동일한 전자파를 생성하기 위한 반사배열기판이 형성되고, 상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드 전자파와 자신에 의해 생성된 OAM 모드 전자파를 상쇄하여 원역장으로 복사하는 주반사판
    을 포함하는 반사형 안테나 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 반사배열기판은 반사파의 위상을 변화시키는 공진체들이 배열된 것을 특징으로 하는 반사형 안테나 장치.
  10. 안테나 장치에 있어서,
    송신기로부터 전자파를 수신하여 상기 안테나 장치로 분배하는 급전부;
    OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 전자파를 생성하기 위한 반사배열 기판이 형성된 부반사판; 및
    상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드와 동일한 전자파를 생성하기 위한 단차가 형성되고, 상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드 전자파와 자신에 의해 생성된 OAM 모드 전자파를 상쇄하여 원역장으로 복사하는 주반사판
    을 포함하는 반사형 안테나 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 주반사판은 접시의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 안테나 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 주반사판은 복수의 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 안테나 장치.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 주반사판은
    상기 단차의 수에 의해 반사되는 OAM 모드의 특성을 결정하는 것을 특징으로 하는 반사형 안테나 장치.
  14. 안테나 장치에 있어서,
    송신기로부터 전자파를 수신하여 상기 안테나 장치로 분배하는 급전부;
    OAM(Orbital Angular Momentum) 모드 전자파를 생성하기 위한 단차가 형성된 부반사판; 및
    상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드와 동일한 전자파를 생성하기 위한 반사배열기판이 형성되고, 상기 부반사판에 의해 생성된 OAM 모드 전자파와 자신에 의해 생성된 OAM 모드 전자파를 상쇄하여 원역장으로 복사하는 주반사판
    을 포함하는 반사형 안테나 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 부반사판은 복수의 단차가 형성된 것을 특징으로 하는 반사형 안테나 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 부반사판은
    카세그레인(Cassegrain) 형태, 그레고리(Gregory) 형태, ADE(Axially Displaced Ellipse) 형태 중 적어도 하나의 형태로 구성되는 반사형 안테나 장치.
  17. 제 1 OAM 모드를 생성하는 부반사판에서 급전부로부터 방사된 전자파를 반사하는 단계;
    제 2 OAM 모드를 생성하는 주반사판에서 상기 부반사판에서 반사된 반사파를 반사하여 상기 부반사판의 제 1 OAM 모드와 상기 주반사판의 제 2 OAM 모드가 상쇄된 최종 반사파를 출력하는 단계; 및
    상기 최종 반사파의 주빔 특성을 확인하는 단계
    를 포함하는 안테나 설계 방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 주빔 특성이 미리 정한 값을 만족하지 않는 경우 상기 제 1 OAM 모드와 상기 제 2 OAM 모드가 변경되도록 상기 부반사판의 표면의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 제1 단차가 형성되도록 상기 부반사판의 깊이를 구좌표계의 방위각
    Figure 112022021637849-pat00034
    방향으로 연속적으로 변경하고, 상기 주반사판의 표면의 가장 높은 부분과 가장 낮은 부분 사이에 제2 단차가 형성되도록 상기 주반사판의 깊이를 구좌표계의 방위각
    Figure 112022021637849-pat00035
    방향으로 연속적으로 변경하고, 상기 최종 반사판의 주빔 특성을 다시 확인하는 단계; 를 더 포함하는 안테나 설계 방법.
  19. 청구항 18 있어서,
    상기 제 1 OAM모드와 상기 제 2 OAM 모드가 동일한 경우, 주빔 특성은 고이득 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 안테나 설계 방법.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 최종 반사판의 OAM 모드는 상기 제 1 OAM 모드에서 상기 제 2 OAM 모드를 차감한 것을 특징으로 하는 안테나 설계 방법.
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