KR102476234B1 - 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

안테나 장치로서, 파라볼릭 반사판; 유전체 지지대; 상기 유전체 지지대의 상단부에 연결되는 부반사판; 및 상기 유전체 지지대의 하단부에 연결되는 도파관을 포함하고, 상기 파라볼릭 반사판은 고이득을 위해 초점 거리 대 직경의 비율(ratio of focal length to diameter)이 기 설정된 값보다 큰 곡면을 갖고, 상기 유전체 지지대의 일 영역에 교차편파 억제를 위한 주름(corrugation)이 형성되는, 안테나 장치를 제공한다.

Description

안테나 장치{ANTENNA APPARATUS}

본 개시는 안테나 장치에 관한 것이다.

파라볼릭 반사판 안테나는 위성통신용 안테나로써 널리 사용된다. 파라볼릭 안테나는 위성통신을 위한 높은 신호 이득을 취할 수 있으며, 대용량의 통신 속도를 지원하기 위해 필수적인 넓은 대역폭 구현이 비교적 용이하다. 한편, 위성통신용 안테나는 ITU (International Telecommunication Union) 에서 권고하는 규격인 안테나 방사 패턴을 만족해야 하는데, ITU에서 권고하는 교차편파패턴을 만족하기 위한 급전혼의 설계가 중요하다.

고이득의 안테나 신호를 얻기 위한 주반사판의 파라볼릭 곡면은 보통 0.25보다 큰 F/D(F: 파라볼릭 촛점거리, D: 안테나 직경) 값을 가진다. 한편, 이 파라볼릭 곡면을 측면에서 바라본다면 곡면의 초점에 위치하는 급전혼의 전파 방사영역이 파라볼릭 곡면 바깥으로 노출되게 되므로, 급전혼에서 방사되는 전자파의 일부는 파라볼릭 반사판에 반사되지 않고 안테나 측면으로 직접 방사된다. 전자기파의 편파는 반사판 등의 전도체 물질을 만나는 경우 위상이 반대로 바뀌는데, 파라볼릭 반사판에 도달하지 못하고 주반사판 바깥으로 직접 방사되는 전자기파는 파라볼릭 반사판에 도달한 전자기파와 서로 위상이 반대가 된다. 따라서 이러한 파라볼릭 곡면을 사용하는 경우 측면으로 방사되는 교차편파레벨이 ITU에서 권고하는 레벨을 초과할 수 있다. 따라서 높은 안테나 이득을 유지하면서도 교차편파레벨을 낮출 수 있는 방안이 요구된다.

본 발명은 반사판 안테나의 급전혼에서 방사된 전자파의 일부가 주반사판에 반사되지 않고 안테나 측면으로 직접 방사되는 문제를 해결하여, 안테나 측면 방향의 교차편파레벨을 감소시키는 실시 예를 포함한다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 과제로 한정되지 않으며, 이하의 실시 예들로부터 또 다른 기술적 과제들이 유추될 수 있다.

일 실시 예에 따라, 안테나 장치는, 파라볼릭 반사판; 유전체 지지대; 상기 유전체 지지대의 상단부에 연결되는 부반사판; 및 상기 유전체 지지대의 하단부에 연결되는 도파관을 포함하고, 상기 파라볼릭 반사판은 고이득을 위해 초점 거리 대 직경의 비율(ratio of focal length to diameter)이 기 설정된 값보다 큰 곡면을 갖고, 상기 유전체 지지대의 일 영역에 교차편파 억제를 위한 주름(corrugation)이 형성될 수 있다.

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

본 개시에 따르면, 고이득을 위한 초점거리 대 직경의 안테나 장치는 유전체 지지대의 일 영역에 교차편파 억제를 위한 주름을 형성하여 급전혼의 측면 방향 전파 레벨을 낮추고 최종적으로 안테나의 측면 방향 교차편파레벨을 낮추어 ITU 권고 안테나 규격 패턴을 만족할 수 있다.

발명의 효과는 이상에서 언급한 효과만으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위 기재로부터 당해 기술 분야의 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 유전체 지지대를 갖는 안테나 장치를 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 안테나의 상면도를 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 안테나 장치에 포함된 급전혼의 일 단면을 나타낸다.
도 4는 다른 실시예에 따른 안테나 장치에 포함된 급전혼의 일 단면을 나타낸다.
도 5는 일 측면의에서 바라본 주름(162)이 형성된 유전체 지지대를 나타낸다.
도 6은 일 실시예에 따른 주름의 형상을 나타낸다.
도 7은 도 3에서의 유전체 지지대를 사용한 안테나 장치의 이득 특성 그래프이다.
도 8은 일 실시예인 도 4의 유전체 지지대를 사용한 안테나 장치의 안테나 이득 특성을 나타낸다.
도 9 및 10은 일 실시예에 따른 유전체 지지대의 단면을 나타낸다.
도 11은 일 실시예에 따른 부반사판을 나타낸다.

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.

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, 및 c 모두'를 포괄할 수 있다.

명세서 전체에서 "주름(Corrugation)"이란, 물체의 표면으로부터 물체 표면 바깥 방향으로 돌출된 부분를 뜻하며, 그 세부적인 형태에는 제한이 없으며, 돌출된 구조가 여러 개인 경우 각각의 돌출된 부분 모두가 별개의 주름이 된다. 주름은 물체와 일체형일 수도 있고, 물체로부터 분리 및 장착 가능할 수도 있다. 또한 주름의 재질은 주름을 제외한 물체의 나머지 부분과 같을 수도 있고, 다를 수도 있다.

명세서 전체에서 "축외각(Off-axis angle)"은 안테나의 초점을 원점으로 하고 안테나의 중심 전방을 기준 축으로 하여 잰 방위각을 말한다. 안테나의 지향 방향은 축외각이 0도일 수 있고, 안테나 지향 방향에 수직인 방향은 축외각이 90도가 될 수 있으며, 안테나 뒤편 방향은 축외각이 180도가 될 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 개시의 실시예를 설명한다.

도 1은 일 실시예에 따른 유전체 지지대를 갖는 안테나 장치를 나타낸다.

일 실시예에 따라, 안테나 장치(1)는 주반사판(100), 부반사판(120), 유전체 지지대(110), 및 도파관(130)을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 안테나 장치(1)는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

전파는 도파관(130)의 입구를 통해 급전되어, 유전체 지지대(110)를 통과하고, 부반사판(120)에 반사될 수 있다. 부반사판(120)은 주반사판(100)의 초점에 위치하고 있기 때문에, 부반사판(120)에 반사된 전파가 주반사판(100)에 다시 반사되고 안테나의 지향 방향으로 전파가 방사될 수 있다. 여기서 주반사판(100)의 곡면은 파라볼릭 곡면이 될 수 있으며, 이에 한정되지 않고, 하나 이상의 초점을 갖는 모든 곡면이 될 수 있다.

안테나 반사판의 높은 이득을 위해 초점거리 대 직경의 비율(ratio of focal length to diameter)인 F/D 값이 기 설정된 값 보다 커질 수 있다. 여기서, F는 초점 거리(Focal Length)를 의미하고, D는 주반사판 직경(Diameter)을 의미한다. 예를 들어, 안테나 반사판의 높은 이득을 얻기 위해 F/D 값이 0.25보다 같거나 크도록 설정될 수 있다.

도 2는 일 실시예에 따른 안테나의 상면도를 나타낸다.

부반사판(120)은 주반사판(100)의 초점에 위치할 수 있고 F/D 값이 커지면 직경 대비 초점 거리가 더 길어지게 되어 부반사판(120)은 주반사판(100)의 반사면과 더욱 멀어지게 된다. 도 2에서 부반사판(120)은 주반사판(100)으로 가려지지 않고 외부로 노출되는 것을 볼 수 있다. 이러한 경우, 부반사판(120)에 반사된 전파 중 일부는 주반사판(100)에 반사되지 않고 안테나의 측면으로 진행하게 되고, 결과적으로 안테나 측면 방향의 교차편파레벨이 높아질 수 있다. 교차편파레벨이 일정 수준 이상 높아지는 경우, ITU(International Telecommunication Union)에서 권고하는 안테나 규격 패턴을 준수할 수 없게 되고, 통신 품질 및 성능이 저하될 수 있다.

유전체 지지대(110)는 교차편파 억제를 위한 주름을 포함할 수 있다. 다시 말해, 유전체 지지대(110)의 일 영역에 교차편파 억제를 위한 주름이 형성될 수 있다. 예를 들어, 주름은 유전체 지지대(110)의 중심축과 동축을 갖는 중공의 원통 형상일 수 있고, 유전체 지지대(110)의 중심축의 방향을 따라 유전체 지지대(110)로부터 돌출되어 형성될 수 있다. 일 실시예에 따라, 유전체 지지대(110)의 상단부에 복수의 주름들이 형성될 수 있다.

일 실시예에 따라, 안테나 장치(1)는 도파관(130)에 연결되는 편파기(170)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 편파기(170)는 원형 편파를 위한 편파기일 수 있다. 예를 들어, 편파기(170)는 격벽구조 편파기(septum polarizer), 주름형 편파기(corrugated polarizer), 및 유전체 날개(dielectric vane)가 적용된 편파기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 안테나 장치에 포함된 급전혼의 일 단면을 나타낸다.

급전혼(11)은 유전체 지지대(112), 부반사판(122), 및 도파관(132)을 포함할 수 있다. 또한, 급전혼(11)은 유전체 지지대(112)에 임피던스 정합을 위한 계단형 임피던스 정합부(152)를 더 포함할 수 있다.

도 4는 다른 실시예에 따른 안테나 장치에 포함된 급전혼의 일 단면을 나타낸다.

급전혼(12)은 유전체 지지대(114), 부반사판(124), 및 도파관(134)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따라, 도 4의 유전체 지지대(114), 부반사판(124), 및 도파관(134) 각각은 도 1 및 2의 유전체 지지대(110), 부반사판(120), 및 도파관(130) 각각에 대응될 수 있다. 또한, 급전혼(12)은 유전체 지지대(114)에 임피던스 정합을 위한 계단형 임피던스 정합부(154)를 더 포함할 수 있다.

유전체 지지대(114)의 일 영역에 주름(162)이 형성될 수 있다. 주름(162)은 유전체 지지대(114)의 상단부의 일 영역에 형성될 수 있다. 예를 들어, 주름(162)은 유전체 지지대(114)의 중심축 방향을 따라 유전체 지지대(114)로부터 돌출되어 형성될 수 있다. 일 실시예에 따라, 주름(162)은 중공의 원통 형상에서 상단부 일부분이 모따기 또는 모깎기한 형상이 될 수 있다.

일 실시예에 따라, 유전체 지지대(14)의 상단부에 복수개의 주름(162)이 형성될 수 있다. 이 때 복수개의 주름(162) 각각은 그 높이가 서로 다를 수 있으며, 보다 구체적으로는 복수개의 주름(162) 중 제1주름의 내경(Inner diameter)이 복수의 주름(162) 중 제2주름의 외경(Outer diameter)보다 더 크고, 제1주름의 높이가 제2주름의 높이보다 더 클 수 있다.

본 개시에서 유전체 지지대(114)에 주름(162)이 형성됨으로써 교차편파 레벨이 억제될 수 있다. 다시 말해, 유전체 지지대(114)에 형성되는 주름(162)을 통해 부반사판(124)에서 반사되어 주반사판(100)에 반사되지 않고 안테나 측면으로 직접 방사되는 전파를 줄일 수 있다. 일 실시예에 따라, 유전체 지지대(114)과 주름(162)은 몰딩 등의 방법으로 유전체 지지대(114) 상단부와 주름(162)이 맞닿는 부분에 경계가 생기지 않도록 일체형으로 제작될 수 있다.

유전체 지지대(114)는 부반사판(124)과 도파관(134) 사이에 존재하면서 유전체 재질을 가지는 그 어떤 구조물도 될 수 있다. 도 4에서, 유전체 지지대(114)는 상단부가 원뿔대 형태이고 하단부는 상단부의 원뿔대와 이어지는 원통 모양으로 도시되었으나, 이는 일 실시예일뿐, 상단부와 하단부는 이와 다른 형상이 될 수 있으며, 그 형상이 같거나 다를 수 있다.

일 실시예에 따라, 유전체 지지대(114)의 유전체는 유전율이 2보다 클 수 있다. 예를 들어, 유전체의 재질은 테플론(teflon), 알루미나(alumina), 및 세라믹(ceramic) 등일 수 있다.

도 5는 일 측면의에서 바라본 주름(162)이 형성된 유전체 지지대(114)를 나타낸다. 도 6은 일 실시예에 따른 주름(162)의 형상을 나타낸다.

도 7은 도 3에서의 급전혼(11)을 사용한 안테나 장치의 이득 특성 그래프이다.

앞서 설명하였듯, 고이득을 가지는 안테나는 F/D 값이 크기 때문에, 초점인 부반사판의 위치가 도 2와 같이 안테나 전방으로 튀어나올 수 있다. 이 경우, 부반사판에서 반사된 전파 중 주반사판의 가장자리 부분에 도달하지 못한 전파는 주반사판에 반사되지 못하고 직접 방사되는데, 이를 Spill over라 한다. 도 7의 그래프를 살펴보면, 100도 이하의 축외각에서는 주반사판에 반사되지 못한 전파가 직접 안테나 측면으로 방사되는 Spill over 현상이 발생한다.

도 7에서 Horn pattern은 주반사판을 제외한 급전혼만의 이득 특성을 나타낸다. 따라서 Horn pattern은 도파관과 유전체 지지대를 거쳐 부반사판에 반사된 전파의 이득 특성을 나타낸다. 도 7에서 축외각 약 100도 이하 일정 범위에서 Horn pattern의 이득이 다소 높은 것을 볼 수 있다. 이로 인해 안테나 장치 전체의 이득 특성을 나타내는 Reflector pattern이 축외각 약 100도 이하 일정 범위에서 ITU-R S.731-1 보다 높은 이득을 가지므로, ITU의 권고 규격을 충족하지 못하게 된다.

도 8은 도 4의 급전혼(12)를 사용한 안테나 장치의 안테나 이득 특성을 나타낸다.

도 3의 급전혼(11)을 사용한 도 7에서와 달리, 도 8에서의 Horn pattern은 도 7에 비하여 축외각 약 100도 이하 일정 범위에서 더 낮은 레벨을 가짐을 볼 수 있다. 이로 인해 Reflector pattern은 축외각 약 100도 이하 일정 범위에서 ITU-R S.731-1 보다 낮은 이득을 가지므로, ITU의 권고 규격을 충족하게 된다.

도 9 및 10은 일 실시예에 따른 유전체 지지대의 단면을 나타낸다.

일 실시예에 따라, 유전체 지지대(116)는 도 1 및 2의 유전체 지지대(110)에 대응될 수 있다. 일 실시예로서, 유전체 지지대(116)는 주름(164)이 장착될 수 있는 장착 영역(16)을 포함할 수 있다. 주름(164)의 장착 및 분리가 가능하므로, 상황에 맞는 주름을 장착하여 교차 편파 레벨이 조절될 수 있다. 일 실시예에 따라, 복수 개의 서로 다른 높이와 두께를 갖는 주름(164)을 장착할 수 있는 복수개의 장착 영역(16) 형성될 수 있다. 여기서 장착 영역(16)은 주름(164)을 유전체 지지대(116)에 장착 또는 분리할 수 있는 그 어떤 구조라도 될 수 있다. 예를 들어 장착 영역(16)은, 주름(164)과 서로 상응하는 나사산을 가져서 주름을 돌려 끼울 수 있는 나사산 구조, 주름(164)을 끼워 맞춰 구조의 횡압력과 마찰력으로 주름을 잡아주는 구조, 또는 접착제로 주름(164)을 붙일 수 있는 구조 등을 가질 수 있다.

도 10에서 장착 영역(16)은 유전체 지지대(116)의 상단부에 형성되는 것으로 묘사되었으나, 이는 일 실시예일뿐, 장착 영역(16)은 유전체 지지대(116)의 하단부는 물론 그 어느 부분에라도 형성될 수 있다.

도 11은 일 실시예에 따른 부반사판을 나타낸다.

부반사판(124)는 도 1의 부반사판(120)에 대응될 수 있다.

도 11에서 도시되어 있듯이, 부반사판(124)은 주름형 구조를 가질 수 있다. 다른 실시예에 따라, 부반사판(124)은 계단형 구조를 가질 수 있다. 부반사판(12)의 재질은 알루미늄 등의 금속이 될 수 있다.

본 실시 예에서 설명하는 특정 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 안테나 관련 구성들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.

본 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 "상기"의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 한정되는 것은 아니다. 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

Claims (11)

1. 안테나 장치로서,
   파라볼릭 반사판;
   유전체 지지대;
   상기 유전체 지지대의 상단부에 연결되는 부반사판; 및
   상기 유전체 지지대의 하단부에 연결되는 도파관을 포함하고,
   상기 파라볼릭 반사판은 고이득을 위해 초점 거리 대 직경의 비율(ratio of focal length to diameter)이 기 설정된 값보다 큰 곡면을 갖고,
   상기 유전체 지지대의 일 영역에 교차편파 억제를 위한 복수의 분리 가능한 주름(corrugation)들이 형성되고,
   상기 유전체 지지대의 상단부에 상기 복수의 분리 가능한 주름들이 결합되고,
   상기 유전체 지지대는 상기 복수의 분리 가능한 주름들 각각의 형상에 대응되는 복수의 장착 영역을 포함하고,
   상기 복수의 장착 영역 각각을 통해 상기 복수의 분리 가능한 주름들 각각이 상기 유전체 지지대에 장착되는, 안테나 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기 설정된 값은 0.25인, 안테나 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유전체 지지대의 하단부는 계단형 임피던스 정합부를 포함하고,
   상기 복수의 분리 가능한 주름들 각각은 상기 상단부의 일 영역에 결합 가능한, 안테나 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 분리 가능한 주름들 각각은 상기 유전체 지지대의 중심축과 동축을 갖는 중공의 원통 형상인, 안테나 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 분리 가능한 주름들은 상기 유전체 지지대의 중심축의 방향을 따라 상기 유전체 지지대로부터 돌출되어 형성된, 안테나 장치.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 분리 가능한 주름들은,
   상기 유전체 지지대의 중심축과 동축을 갖는 중공의 원통 형상인 제1주름, 및 상기 중심축과 동축을 갖는 중공의 원통 형상인 제2주름을 포함하고,
   상기 제1주름의 내경(inner diameter)이 상기 제2주름의 외경(outer diameter) 보다 크고, 상기 제1주름의 높이가 상기 제2주름의 높이보다 큰, 안테나 장치.
8. 삭제
9. 제1항 내지 제5항 및 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유전체 지지대는 유전율이 2보다 큰 유전체로 구성되는, 안테나 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 도파관에 연결되는 편파기를 더 포함하고,
    상기 편파기는 격벽구조 편파기(septum polarizer), 주름형 편파기(corrugated polarizer), 및 유전체 날개(dielectric vane)가 적용된 편파기 중 적어도 하나를 포함하는, 안테나 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 부반사판의 구조는 계단형 구조 및 주름형 구조 중 어느 하나이고, 상기 부반사판의 재질은 알루미늄인, 안테나 장치.
    

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