KR102470610B1 - 부엽 억제를 위한 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

회피 영역에 관계 없이 RF 장치에 의한 고각 이득 패턴의 부엽을 억제하기 위해 특정한 형상의 커버를 포함하는 안테나 장치에 관한 기술을 개시한다.

Description

부엽 억제를 위한 안테나 장치{ANTENNA DEVICE FOR SIDE LOBE SUPPRESSION}

본 명세서의 실시 예는 회피 영역 내에 배치되는 RF 장치에 의한 고각 이득 패턴의 부엽을 개선하기 위한 커버를 더 포함하는 안테나 장치에 관한 것이다.

안테나 중에서 파라볼릭 오프셋(parabolic offset) 안테나는 위성 신호 송수신을 위하여 널리 사용된다. 한편, 이러한 파라볼릭 오프셋 안테나를 급전하기 위한 혼(horn) 안테나를 파라볼릭 오프셋 안테나로부터 이격된 일정 위치에 고정하여야 한다. 이러한, 혼 안테나를 고정하기 위한 구조물에 의해 파라볼릭 오프셋 안테나의 안테나 이득이 저하되거나 또는 방사 패턴에서 부엽(sidelobe) 수준이 상승하게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 파라볼릭 오프셋 안테나 설계 시 안테나 이득뿐만 아니라 부엽 억제 설계가 필요하다. 하지만, 파라볼릭 오프셋 안테나 설계 시 혼 지지대에 측에 송신부 및 수신부와 관련된 RF 장치들이 설치되며, RF 장치가 산란체 역할을 함으로써 부엽 수준이 상승될 수 있었다.

이에, 광선 추적 기술을 이용하여 산란된 전파를 예측하여 고각 이득 패턴에 최대한 영향을 주지 않는 회피 영역을 설정하고, 회피 영역을 고려한 RF 장치의 위치와 각도에 기초하여 설계할 수 있다. 다만, 외부 환경에 따라서 회피 영역을 고려하여 설계된 위치에 RF 장치를 설치하지 못하는 상황이 발생할 수 있고, 이와 같은 상황에서도 안테나 고각 이득 패턴의 부엽에 영향을 주지 않는 기술이 필요하다.

본 명세서의 실시 예는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로 회피 영역 내에 배치되는 RF 장치에 의한 고각 이득 패턴의 부엽을 개선하기 위한 커버를 더 포함하는 안테나 장치와 관련된 것이다. 본 실시 예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예 들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 명세서의 일 실시 예에 따르는 안테나 장치는, 반사판의 주면은 파라볼릭 곡면 특성을 따르며 하나의 초점을 가지고 상기 초점의 높이가 상기 반사판의 중앙 높이보다 낮은 오프셋 파라볼릭 곡면; 기 설정된 위치에서 상기 오프셋 파라볼릭 곡면을 비추는 피드 혼; 및 RF 장치, 및 상기 RF 장치 위에 배치되는 특정한 형상의 커버를 포함할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 특정한 형상은, 오각뿔 형태인 것을 특징으로 할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 오각뿔 형태의 밑면은, 직사각형과 이등변 삼각형이 결합된 구조인 것을 특징으로 할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 오각뿔 형태의 꼭지점은, 상기 직사각형과 공유되는 상기 이등변 삼각형의 밑변의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 오각뿔 형태의 밑면은, 상기 RF 장치 보다 큰 것을 특징으로 할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 피드 혼은, 부반사판 없이 상기 오프셋 파라볼릭 곡면의 중앙을 향하는 구조인 것을 특징으로 할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 피드 혼은, 카세그레인 및 그레고리안 부반사판의 중앙을 향하는 구조이고, 상기 카세그레인 및 상기 그레고리안 부반사판은, 상기 오프셋 파라볼릭 곡면의 중앙을 향하는 구조인 것을 특징으로 할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 RF 장치 및 상기 커버는, 기 설정된 회피 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 커버는, 상기 회피 영역에 위치한 상기 RF 장치로 인해 발생하는 고각 이득 패턴의 부엽을 억제하는 것을 특징으로 할 수 있다.

기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 명세서의 실시 예에 따르면 아래와 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.

실시 예에 따르면, RF 장치 위에 특정한 형상의 커버를 배치함으로써 고각 이득 패턴의 부엽이 억제될 수 있다. 구체적으로, 회피 영역 내부 또는 외부에 관계 없이 RF 장치 위에 특정한 형상의 커버를 배치함으로써 고각 이득 패턴의 부엽이 개선될 수 있다. 이때, 오각뿔 형상의 커버로서, 오각뿔의 꼭지점은 이등변 삼각형의 밑변의 중앙에 위치함으로써 광선을 산란시켜 고각 이득 패턴의 부엽이 억제될 수 있다. 이와 같은 구조의 커버를 사용할 경우 RF 장치가 배치되는 위치와 관계없이 고각 이득 패턴의 부엽이 개선된 안테나 장치가 사용될 수 있다.

실시 예의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1a는 일 실시 예에 따른 오프셋 파라볼릭 안테나의 지오메트리를 나타내고, 도 1b는 개구면의 정면도와 수식적 표현방식을 나타내고, 도 1c는 n=2일때

과 벡터의 거리를 나타낸다.
도 2a 내지 도 2c는 일 실시 예에 따른

일 때, 오프셋 파라볼릭 곡면과 회피 영역의 시각화를 나타낸다.
도 3은 일 실시 예에 따른 커버를 더 포함하는 안테나 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 커버의 구체적인 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 커버의 유무에 따른 시뮬레이션을 나타내는 도면이다.

실시 예들에서 사용되는 용어는 본 개시에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 개시에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 개시의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.

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 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 “~부”, “~모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

명세서 전체에서 기재된 “a, b, 및 c 중 적어도 하나”의 표현은, ‘a 단독’, ‘b 단독’, ‘c 단독’, ‘a 및 b’, ‘a 및 c’, ‘b 및 c’, 또는 ‘a,b,c 모두’를 포괄할 수 있다.

이하에서 언급되는 "단말"은 네트워크를 통해 학습 장치나 타 단말에 접속할 수 있는 컴퓨터나 휴대용 단말로 구현될 수 있다. 여기서, 컴퓨터는 예를 들어, 웹 브라우저(WEB Browser)가 탑재된 노트북, 데스크톱(desktop), 랩톱(laptop) 등을 포함하고, 휴대용 단말은 예를 들어, 휴대성과 이동성이 보장되는 무선 통신 장치로서, IMT(International Mobile Telecommunication), CDMA(Code Division Multiple Access), W-CDMA(W-Code Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등의 통신 기반 단말, 스마트폰, 태블릿 PC 등과 같은 모든 종류의 핸드헬드(Handheld) 기반의 무선 통신 장치를 포함할 수 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 개시의 실시 예에 대하여 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예들을 상세히 설명한다.

도 1a는 일 실시 예에 따른 오프셋 파라볼릭 안테나의 지오메트리를 나타내고, 도 1b는 개구면의 정면도와 수식적 표현방식을 나타내고, 도 1c는 n=2일때

과 벡터의 거리를 나타낸다.

본 명세서에 따르면, 안테나 장치를 설계할 때 혼 지지대 및 RF 장치 설치에 의한 부엽 영향성을 광선 추적(ray tracing) 방법으로 추적하여 특정 각도 범위 밖에서 부엽 영향성이 없도록 설계하는 방법을 제공하는데 있다. 이와 같은 특정 각도 범위에 기초하여 부엽 영향성이 억제되는 회피 영역이 결정될 수 있다. 회피 영역 내에서는 부엽 영향성이 억제되지 않으므로, 회피 영역 밖에 혼 지지대 및 RF 장치가 위치하도록 설계함으로써 부엽 영향성이 억제될 수 있다.

실시 예에 따르면, 안테나 장치는 하나의 초점을 가지며 오프셋 파라볼릭 곡면 중점 높이가 초점의 높이보다 높은 오프셋 파라볼릭 곡면(100); 및 기 설정된 위치에서 상기 오프셋 파라볼릭 곡면(100)을 비추도록 구성되는 피드 혼(200)을 포함하도록 구성된다.

한편, 안테나 장치는 특정 각도 범위 밖에서 부엽 수준을 기 설정된 수준 이하로 제한하도록 설계된 위치에 배치된 혼 지지대(미도시)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 회피 영역의 밖에 상기 혼 지지대 및 RF장치를 거치하여 설계할 수 있다. 구체적으로, 상기 회피 영역은 원하는 부엽 수준에 따른 혼 지지대 회피 기준선의 집합을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편, 피드 혼(200)은 부반사판 없이 상기 오프셋 파라볼릭 곡면(100)을 비추도록 하는 제1 구조로 구성될 수 있다. 또는, 피드 혼(200)은, 카세그레인 및 그레고리안 부반사판의 중앙을 향하는 구조이고, 상기 카세그레인 및 상기 그레고리안 부반사판이 상기 오프셋 파라볼릭 곡면의 중앙을 향하는 제2구조로 구성될 수 있다.

실시 예에 따른 회피 영역을 결정하기 위하여 이하의 파라미터를 다음과 같이, 정의한다. 실시 예에 따른 오프셋 파라볼릭 곡면의 고유 파라미터인 초점값, 오프셋 높이와 기준 회피 각도에 따라서 회피 영역이 계산될 수 있다.

는 기준 고각 각도,

는 기준 방위각 각도, f는 안테나의 초점, D는 유효 개구면의 직경, h는 안테나의 중점과 초점 사이의 높이, n은 오프셋 파라볼릭 곡면 테두리 개수로 정의한다. 회피 영역을 계산하기 위해서 오프셋 파라볼릭 곡면 테두리의 식을 아래의 수학식 1과 같이 정의한다.

[수학식 1]

수학식 1에서

으로 정의하여, 테두리 개수 n에 따라 개구면 식의 각도

를 정의한다. 이때, 주 방사방향에서 바라본 오프셋 파라볼릭 곡면은 원 형태일 수 있다.

회피 영역을 정의하기 위해 파라볼릭 안테나의 n개의 테두리에서 ray tracing 기법과 스넬스 법칙을 이용하여 아래의 수학식 2를 계산한다.

[수학식 2]

은 기준 고각 각도

와 기준 방위각 각도

에 따라서 반사판 안쪽으로 반사되는 벡터를 정의한다.

를 기준으로 회피 영역을 지정할 수 있다. 수학식 2에 따라

은 반사판 안쪽으로 반사되는 벡터로 안테나 지오메트리 상의 좌표에서 일정 지면 이하까지 기준으로

를 이용하여 선을 그려야 한다. 기준 지면

에 따라서, 아래의 수학식 3으로 벡터의 거리 l을 계산할 수 있다.

[수학식 3]

기준 지면

에 따른 벡터의 거리 l을 계산하여, 아래의 수학식 4와

를 이용하여 회피 영역에 대응하는 회피 기준선을 아래의 수학식 5로 정의할 수 있다.

[수학식 4]

[수학식 5]

오프셋 파라볼릭 테두리 L_i에 따른 회피 기준선 집합을 이용하여 회피 영역을 생성 가능하다. 구체적으로, 회피 영역은 원하는 부엽 수준에 따른 회피 기준선 집합을 이용하여 생성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 원하는 부엽 수준이 메인 빔으로부터 특정 각도(θ) 이상의 범위에서 부엽 수준이 -30dBc 또는 -40dBc 이하가 되도록 설계되는 경우, 상기 특정 각도(θ)와 부엽 수준에 따라 서로 다른 회피 기준선 집합이 생성될 수 있다. 또는, 원하는 부엽 수준이 메인 빔으로부터 특정 각도 범위(θ1 내지 θ2) 에서 선형적으로 감소(SLL₁ 에서 SLL₂)되도록 설계되는 경우에도, 상기 특정 각도(θ1 내지 θ2) 와 부엽 수준(SLL₁ 에서 SLL₂)에 따라 서로 다른 회피 기준선 집합이 생성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 회피 영역 내에서는 부엽 수준이 억제되지 않으므로, 회피 영역 밖에 혼 지지대 및 RF 장치가 위치하도록 설계될 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 일 실시 예에 따른

일 때, 오프셋 파라볼릭 곡면과 회피 영역의 시각화를 나타낸다. 한편, 도 1 및 2를 참조하면, 혼 지지대(미도시)는 회피 영역의 바깥쪽에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다. 도 1 및 도 2에 따라 결정된 회피 영역의 바깥쪽에 혼 지지대 및 RF 장치가 위치하도록 설계됨으로써 고각 이득 패턴에 대한 부엽 영향성이 억제될 수 있다.

다만, 외부 환경에 따라 회피 영역 바깥쪽이 아닌 내부에 RF 장치가 위치해야하는 경우가 있으며, 이와 같은 상황에서도 고각 이득 패턴에 대한 부엽 영향성이 억제될 수 있는 기술이 필요하다. 이하, 회피 영역 내부에 RF 장치가 위치하는 상황에서 고각 이득 패턴에 대한 부엽 영향성을 억제하기 위해 특정한 형상의 커버를 더 포함하는 안테나 장치에 대해 기술한다.

도 3은 일 실시 예에 따른 커버를 더 포함하는 안테나 장치를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 오프셋 파라볼릭 곡면과 피드 혼 사이에 RF 장치를 설치할 경우, RF 장치 위에 커버가 배치된 안테나 장치를 나타낸다. 실시 예에 따르면, 오각뿔 형상의 커버 아래에 위치하는 RF 장치를 피드 혼과 오프셋 파라볼릭 곡면 사이에 설치할 경우, RF 장치로 인한 고각 이득 패턴의 부엽이 억제될 수 있다. 구체적으로, RF 장치를 도 1과 도 2에 따른 광선 추적 기술을 이용하여 회피 영역 밖이 아니라 내부에 설치할 경우에도, RF 장치 위에 배치된 커버로 인해 고각 이득 패턴의 부엽이 개선될 수 있다. 이와 같은 커버는 오각뿔 형태의 커버일 수 있으며, 커버의 형상과 관련하여 자세한 내용은 이하 도 4를 참조한다.

도 4는 일 실시 예에 따른 커버의 구체적인 구조를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 커버는 hopeless diamond 구조를 변형한 오각뿔 형상일 수 있다. 구체적으로, 커버의 밑면은 직사각형과 이등변 삼각형이 결합된 구조일 수 있다. 예를 들면, 도 4와 같이 직사각형의 한 변과 이등변 삼각형의 한 변이 공유되는 구조로서, 커버의 밑면은 오각형 형상일 수 있다. 또한, 오각뿔의 꼭지점은 이등변 삼각형 밑변의 중앙에 위치하는 구조일 수 있다. 구체적으로, 직사각형과 공유되는 이등변 삼각형의 밑 변의 중앙에 오각뿔의 꼭지점이 위치하는 구조일 수 있다. 이와 같은 오각뿔 꼭지점의 위치로 인해, RF 장치에 의한 광선을 분산 또는 산란시킴으로써 고각 이득 패턴의 부엽 억제의 효과가 있다. 이때, 오각뿔의 꼭지점의 높이는 밑면의 크기에 기초하여 결정될 수 있다. 이와 같은 구조의 커버를 이용함으로써, 고각 이득 패턴의 부엽 억제의 효과가 도 5와 같이 개선될 수 있다.

실시 예에 따르면, RF 장치가 회피 영역 내부 또는 바깥에 설치되는지와 관계 없이 커버로 인해 고각 이득 패턴의 부엽이 개선될 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2에 따를 경우, 전술한 내용을 통해 결정된 회피 영역 밖에 RF 장치를 배치해야 하는 한계가 있었지만, 도 4와 같은 구조의 커버를 포함하는 안테나 장치일 경우 회피 영역 내 또는 밖에 설치되더라도 고각 이득 패턴의 부엽이 개선될 수 있다.

도 5는 일 실시 예에 따른 커버의 유무에 따른 시뮬레이션을 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 그래프(510)은 커버가 포함된 안테나 장치에 따른 고각 이득 패턴의 시뮬레이션 결과에 대응하고, 그래프(520)은 커버가 포함되지 않은 안테나 장치에 따른 고각 이득 패턴의 시뮬레이션 결과에 대응할 수 있다. 그래프(510)과 그래프(520)로부터, 커버가 포함된 안테나 장치를 이용할 경우 다양한 고각에서 균일한 안테나 이득이 획득됨을 확인할 수 있다.

본 실시 예는 전자적인 환경 설정, 신호 처리, 및/또는 데이터 처리 등을 위하여 종래 기술을 채용할 수 있다. “매커니즘”, “요소”, “수단”, “구성”과 같은 용어는 넓게 사용될 수 있으며, 기계적이고 물리적인 구성들로서 한정되는 것은 아니다. 전술한 실시예들은 일 예시일 뿐 후술하는 청구항들의 범위 내에서 다른 실시예들이 구현될 수 있다.

Claims (9)

1. 반사판의 주면은 파라볼릭 곡면 특성을 따르며 하나의 초점을 가지고 상기 초점의 높이가 상기 반사판의 중앙 높이보다 낮은 오프셋 파라볼릭 곡면;
   기 설정된 위치에서 상기 오프셋 파라볼릭 곡면을 비추는 피드 혼; 및
   RF 장치, 및 상기 RF 장치 위에 배치되는 오각뿔 형태의 커버를 포함하고,
   상기 오각뿔 형태의 밑면은, 직사각형과 이등변 삼각형이 결합된 구조인 것을 특징으로 하는,
   안테나 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 오각뿔 형태의 꼭지점은, 상기 직사각형과 공유되는 상기 이등변 삼각형의 밑변의 중앙에 위치하는 것을 특징으로 하는,
   안테나 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 오각뿔 형태의 밑면은, 상기 RF 장치 보다 큰 것을 특징으로 하는,
   안테나 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 피드 혼은, 부반사판 없이 상기 오프셋 파라볼릭 곡면의 중앙을 향하는 구조인 것을 특징으로 하는,
   안테나 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 피드 혼은, 카세그레인 및 그레고리안 부반사판의 중앙을 향하는 구조이고,
   상기 카세그레인 및 상기 그레고리안 부반사판은, 상기 오프셋 파라볼릭 곡면의 중앙을 향하는 구조인 것을 특징으로 하는,
   안테나 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 RF 장치 및 상기 커버는, 기 설정된 회피 영역 내에 위치하는 것을 특징으로 하는,
   안테나 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 커버는,
   상기 회피 영역에 위치한 상기 RF 장치로 인해 발생하는 고각 이득 패턴의 부엽을 억제하는 것을 특징으로 하는,
   안테나 장치.

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