KR102439526B1 - 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 본 발명에서는 능동위상배열 안테나와 반사판 안테나를 동시에 구현할 수 있는 하이브리드 안테나 구조를 제시하여 서로 다른 안테나 구조를 요구하는 시스템에서 따로 개구면을 구성하지 않고 하나의 개구면에 두 가지 구조의 안테나를 공유함으로써 비용, 무게, 공간적 측면에서 이득을 가질 수 있고 이중 대역의 안테나 운용 특성을 얻을 수 있는 장점이 있다.

Description

능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나{DUAL BAND HYBRIDE ANTENNA FOR ACTIVE PHASED ARRAY ANTENNA AND PASSIVE REFLECTOR ANTENNA SIMULTANEOUS ACTUATION}

본 발명은 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나에 관한 것이다.

최근 탐색기나 추적레이다 등에서는 다대역의 안테나를 동시 운용하여 타겟의 보다 정확한 정보를 획득하고자 하는 추세이다. 수동형 안테나만을 이용할 경우에는 단순한 구조로 고이득 특성을 얻을 수 있으나 빔조향 등이 불가한 기능적 제약이 있고 능동위상배열 안테나는 기능적으로는 우수하지만 구성이 복잡해지고 가격이 비싸지는 단점이 있다.

일반적으로 반사판 안테나와 능동위상배열 안테나를 동시에 요구하는 시스템에서는 두 개의 안테나를 분리하여 각각 운용하게 되지만 이 경우 개구면이 따로 구성되기 때문에 공간의 효율적인 사용에 제약이 있다. 즉, 반사판 안테나와 능동위상배열 안테나를 개구면을 따로 구성하여 운용할 경우 공간적 제약사항이 커지는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 필요성 및/또는 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명에서는 능동위상배열 안테나와 반사판 안테나를 동시에 구현할 수 있는 하이브리드 안테나 구조를 제시하여 서로 다른 안테나 구조를 요구하는 시스템에서 따로 개구면을 구성하지 않고 하나의 개구면에 두 가지 구조의 안테나를 공유할 수 있도록 한 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나를 제공함을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나의 일측면에 따르면, 제1 주파수 성분의 수직 편파의 빔패턴을 형성하여 방사하는 제1 주파수 능동위상배열 안테나; 제2 주파수 성분의 수평 편파 RF 신호를 방사하는 제2 주파수 급전 혼; 상기 제1 주파수 능동위상배열 안테나에서 방사되어 수직 편파로 입사된 수직 편파의 빔패턴을 투과시켜 안테나 외부로 방사하거나 상기 제2 주파수 급전 혼에서 방사된 수평 편파 RF 신호를 반사시키는 제1 및 제2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔; 및 상기 제1 및 제2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔에서 반사되어 입사된 수평 편파 RF 신호를 수직 편파 RF 신호로 변환하여 반사시키는 제2 주파수 편파변환 반사판을 포함하고, 상기 제1 및 제2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔은 상기 제2 주파수 편파변환 반사판에서 반사되어 입사된 수직 편파 RF 신호를 투과시켜 안테나 외부로 방사할 수 있다.

상기 제1 주파수 능동위상배열 안테나는 다이폴 급전 슬롯 배열 구조의 안테나 또는 캐비티 백(Cavity-back) 슬롯 배열 구조의 안테나일 수 있다.

상기 다이폴 급전 슬롯 배열 구조의 안테나는 제1 주파수 슬롯 안테나 급전을 위한 편파변환 반사판 슬롯 급전 다이폴(Dipole)을 구비할 수 있다.

상기 캐비티 백(Cavity-back) 슬롯 배열 구조의 안테나는 제1 주파수 슬롯 안테나 급전을 위한 캐비티 백(Cavity-back) 구조로 스트립 결합(strip coupling)될 수 있다.

상기 제2 주파수 급전 혼은 합패턴과 차패턴의 수평 편파 급전 RF 신호를 방사할 수 있다.

상기 제1 및 제2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔은 인버스(Inverse) 파라볼릭 형태로 구성되어 상기 제2 주파수 급전 혼에서 방사된 수평 편파 RF 신호를 반사시킬 수 있다.

상기 제1 및 제2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔은 금속 가공을 통한 그리드 형태로 구현할 수 있다.

상기 제1 및 제2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔은 에칭을 통해 유전체 면에 주기적인 금속 스트립(strip) 패턴을 형성하여 구현할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 의하면, 본 발명에서는 능동위상배열 안테나와 반사판 안테나를 동시에 구현할 수 있는 하이브리드 안테나 구조를 제시하여 서로 다른 안테나 구조를 요구하는 시스템에서 따로 개구면을 구성하지 않고 하나의 개구면에 두 가지 구조의 안테나를 공유함으로써 비용, 무게, 공간적 측면에서 이득을 가질 수 있고 이중 대역의 안테나 운용 특성을 얻을 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나 전체 형상을 예시한 도면이다.
도 2는 도 1의 이중대역 하이브리드형 안테나 전체 형상에서 F1 주파수와 F2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 이중대역 하이브리드형 안테나 전체 형상에서 F2 주파수 급전혼을 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 이중대역 하이브리드형 안테나 전체 형상에서 F2 주파수 편파변환반사판과 F1 주파수 능동위상배열 안테나 슬롯 배열 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 이중대역 하이브리드형 안테나 전체 형상에서 F2 주파수 편파변환반사판과 F1 주파수 능동위상배열 안테나 다이폴 급전 슬롯 배열 구조의 단위 소자를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 이중대역 하이브리드형 안테나 전체 형상에서 F2 주파수 편파변환반사판과 F1 주파수 능동위상배열 안테나 캐비티 백(Cavity-back) 슬롯 배열 구조의 단위 소자를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 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. 또한, 본 발명에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 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.

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. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 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.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나 전체 형상을 예시한 도면이고, 도 2는 도 1의 이중대역 하이브리드형 안테나 전체 형상에서 F1 주파수와 F2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔을 나타내는 도면이며, 도 3은 도 1의 이중대역 하이브리드형 안테나 전체 형상에서 F2 주파수 급전혼을 나타내는 도면이고, 도 4는 도 1의 이중대역 하이브리드형 안테나 전체 형상에서 F2 주파수 편파변환반사판과 F1 주파수 능동위상배열 안테나 슬롯 배열 구조를 나타내는 도면이며, 도 5는 도 1의 이중대역 하이브리드형 안테나 전체 형상에서 F2 주파수 편파변환반사판과 F1 주파수 능동위상배열 안테나 다이폴 급전 슬롯 배열 구조의 단위 소자를 나타내는 도면이며, 도 6은 도 1의 이중대역 하이브리드형 안테나 전체 형상에서 F2 주파수 편파변환반사판과 F1 주파수 능동위상배열 안테나 캐비티 백(Cavity-back) 슬롯 배열 구조의 단위 소자를 나타내는 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나는 도 1에 예시된 구조에서와 같이 능동위상배열 안테나와 반사판 안테나를 한 공간에 구성할 수 있다. 여기서, 2개의 대역에서 안테나로 동작하는 원리는 다음과 같다.

F1 주파수(제1 주파수)

도 5에 예시된 다이폴 급전 슬롯 배열 안테나 또는 도 6에 예시된 캐비티 백(Cavity-back) 슬롯 배열 안테나가 단위소자로 구성된 도 4와 같은 능동위상배열 안테나로 동작하여 수직 편파의 빔패턴을 형성하여 방사되면 도 2의 F1/F2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔(400)에 수직 편파로 입사하고 투과되어 안테나 외부로 방사될 수 있다.

F2 주파수(제2 주파수)

도 3의 F2 주파수 급전혼(300)에서 합패턴/차패턴의 수평 편파 급전 RF 신호가 방사되면, 도 2의 F1/F2 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔(400)이 인버스(Inverse) 파라볼릭 형태로 구성되어 파라볼릭 반사판처럼 수평 편파 RF 신호가 반사되고, 도 4의 F2 주파수 편파변환반사판(100)에 입사한 수평 편파 RF 신호는 수직 편파 RF 신호로 변환되어 반사되며, 다시 도 2의 F1/F2 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔(400)에 수직 편파로 입사하고 투과되어 안테나 외부로 방사될 수 있다.

따라서, 본 발명에서 F1 주파수에서는 안테나 뒷단에 각각 송수신모듈(TRM)을 구성하여 능동위상배열 안테나의 동작 특성 즉 빔 조향 특성을 구현할 수 있다.

그리고, F2 주파수에서는 반사판 안테나 동작을 구현하여 고이득의 모노펄스 빔패턴을 구현할 수 있다.

또한, F2 주파수는 F1 주파수의 수배 이상으로 선택하여 보다 정밀한 고이득 빔을 구현할 수 있다.

하기에서는 각 도면을 참조하여 본 발명의 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나에 대하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1에서와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나는 F2 주파수 편파변환 반사판(100)과, F1 주파수 능동위상배열 안테나(200)와, F2 주파수 급전 혼(300)과, F1/F2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔(400)을 포함하는 구조를 가질 수 있다.

F1/F2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔(400)의 동작 특징은 도 2에서와 같이 파라볼릭 형태의 반사판 역할을 수행하여 F2 주파수 성분의 수평편파 E-field 반사, F1 및 F2 주파수 성분의 수직편파 전계(E-field) 투과 특성을 가질 수 있다. F1/F2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔(400)은 금속 가공을 통한 그리드 형태로 구현하거나 에칭을 통해 유전체 면에 주기적인 금속 스트립(strip) 패턴을 형성하여 구현할 수 있다.

F2 주파수 급전 혼(300)의 동작 특징은 도 3에서와 같이 F2 주파수 성분의 수평편파 전계(E-field) 급전(합패턴/차패턴 급전) 특성을 가질 수 있다. 급전 혼은 일반적으로 반사판 안테나에 사용되는 형태로 구현할 수 있다.

F2 주파수 편파변환 반사판(100)과 F1 주파수 능동위상배열 안테나(200)의 슬롯(slot) 배열 구조의 동작 특징은 도 4에서와 같이 F2 주파수 성분의 수평편파 전계(E-field)를 반사하면서 수직편파로 편파 회전하는 특성을 가질 수 있다. 또한, F1 주파수 능동위상배열 안테나(200)는 다이폴(dipole) 급전 슬롯 배열 또는 캐비티 백(Cavity-back) 슬롯 배열 구조를 가질 수 있다.

F2 주파수 편파변환 반사판(100)과 F1 주파수 능동위상배열 안테나(200)의 다이폴 급전 슬롯 배열 구조의 단위 소자는 도 5에서와 같이 편파 변환 반사판의 상부가 유전체 앞면으로서 F2 주파수 주기적인 패치 배열을 통한 편파 변환 특성을 구현하고, F1 주파수 슬롯 안테나 특성 유지를 위한 링 형태 패치를 진행할 수 있다. 편파 변환 반사판의 하부가 유전체 뒷면으로서 F2 주파수 그라운드와 F1 주파수 슬롯 안테나를 포함할 수 있다. 또한, F1 주파수 슬롯 안테나 급전을 위한 다이폴로서 편파 변환 반사판 슬롯 급전 다이폴(500)을 더 포함할 수 있다.

?편, F2 주파수 편파변환 반사판(100)과 F1 주파수 능동위상배열 안테나(200)의 캐비티 백(Cavity-back) 슬롯 배열 구조의 단위 소자는 도 6에서와 같이 편파 변환 반사판의 상부가 유전체 앞면으로서 F2 주파수 주기적인 패치 배열을 통한 편파 변환 특성을 구현하고, F1 주파수 슬롯 안테나 특성 유지를 위한 링 형태 패치를 진행할 수 있다. 또한, 편파 변환 반사판의 하부가 유전체 뒷면으로서 F2 주파수 그라운드와 F1 주파수 슬롯 안테나를 포함할 수 있다. 또한, 편파 변환 반사판 슬롯 동작을 위한 캐비티 백(Cavity-back) 구조를 더 포함할 수 있다. 즉, F1 주파수 슬롯 안테나 급전을 위한 캐비티 백(Cavity-back) 구조로 스트립 결합(strip coupling)될 수 있다.

전술한 본 발명의 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나는 반사판 안테나와 능동위상배열 안테나가 동시에 운용되는 시스템에서 공간의 효율적인 사용이 요구되는 분야나 이중대역 안테나를 동시 운용하고 하는 레이다에 이용될 수 있다.

상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

100 : F2 주파수 편파변환 반사판
200 : F1 주파수 능동위상배열 안테나
300 : F2 주파수 급전 혼
400 : F1/F2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔
500 : 편파 변환 반사판 슬롯 급전 다이폴

Claims (8)

1. 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나로서,
   제1 주파수 성분의 수직 편파의 빔패턴을 형성하여 방사하는 제1 주파수 능동위상배열 안테나;
   제2 주파수 성분의 수평 편파 RF 신호를 방사하는 제2 주파수 급전 혼;
   상기 제1 주파수 능동위상배열 안테나에서 방사되어 수직 편파로 입사된 수직 편파의 빔패턴을 투과시켜 안테나 외부로 방사하거나 상기 제2 주파수 급전 혼에서 방사된 수평 편파 RF 신호를 반사시키는 제1 및 제2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔; 및
   상기 제1 및 제2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔에서 반사되어 입사된 수평 편파 RF 신호를 수직 편파 RF 신호로 변환하여 반사시키는 제2 주파수 편파변환 반사판을 포함하고,
   상기 제1 및 제2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔은 상기 제2 주파수 편파변환 반사판에서 반사되어 입사된 수직 편파 RF 신호를 투과시켜 안테나 외부로 방사하는 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 주파수 능동위상배열 안테나는,
   다이폴 급전 슬롯 배열 구조의 안테나 또는 캐비티 백(Cavity-back) 슬롯 배열 구조의 안테나인 것을 특징으로 하는 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 다이폴 급전 슬롯 배열 구조의 안테나는,
   제1 주파수 슬롯 안테나 급전을 위한 편파변환 반사판 슬롯 급전 다이폴(Dipole)을 구비하는 것을 특징으로 하는 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나.
   
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 캐비티 백(Cavity-back) 슬롯 배열 구조의 안테나는,
   제1 주파수 슬롯 안테나 급전을 위한 캐비티 백(Cavity-back) 구조로 스트립 결합(strip coupling)되는 것을 특징으로 하는 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 주파수 급전 혼은,
   합패턴과 차패턴의 수평 편파 급전 RF 신호를 방사하는 것을 특징으로 하는 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 및 제2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔은,
   인버스(Inverse) 파라볼릭 형태로 구성되어 상기 제2 주파수 급전 혼에서 방사된 수평 편파 RF 신호를 반사시키는 것을 특징으로 하는 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 및 제2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔은,
   금속 가공을 통한 그리드 형태로 구현한 것을 특징으로 하는 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나.
   
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 및 제2 주파수 편파 선택적 평면(FSS) 레이돔은,
   에칭을 통해 유전체 면에 주기적인 금속 스트립(strip) 패턴을 형성하여 구현한 것을 특징으로 하는 능동위상배열 안테나와 수동형 반사판 안테나의 동시 구현을 위한 이중대역 하이브리드형 안테나.

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