KR102522733B1 - 나선형 코러게이션 혼 안테나 - Google Patents

나선형 코러게이션 혼 안테나 Download PDF

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KR102522733B1
KR102522733B1 KR1020210128579A KR20210128579A KR102522733B1 KR 102522733 B1 KR102522733 B1 KR 102522733B1 KR 1020210128579 A KR1020210128579 A KR 1020210128579A KR 20210128579 A KR20210128579 A KR 20210128579A KR 102522733 B1 KR102522733 B1 KR 102522733B1
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Abstract

나선형 코러게이션 혼 안테나가 개시된다. 나선형 코러게이션 혼 안테나는 제1 모드의 전자기파를 급전받는 원형 도파관; 상기 원형 도파관에 연결되며, 제1 모드를 여기하여 제2 모드로 전환하는 모드 전환부; 및 상기 모드 전환부와 연결되며, 상기 제2 모드를 방사하는 방사부를 포함하되, 상기 방사부는 소정 각도를 가지는 하나의 홈이 연속적으로 연결된 코러게이션 구조로 형성된다.

Description

나선형 코러게이션 혼 안테나{Helical corrugation horn antenna}
본 발명은 나선형 코러게이션 혼 안테나에 관한 것이다.
원형 코러게이트 혼 안테나의 경우 하이브리드 모드인 HE11모드를 진행 및 방사시키는 안테나로 공기 중에서 진행하는 평면파와 유사한 모드 특성을 가짐으로써 높은 효율성을 가지며 복사 패턴이 대칭이고, side-lobe가 낮은 장점이 있다.
그러나, 주파수가 점점 높아질수록 파장이 짧아지게 되어 칩과 다른 외부 구조의 크기는 점점 작아지게 되며, 이로 인해 CNC 밀링 등의 방법으로 제작되는 혼 안테나의 제작 난이도가 높아지게 된다.
종래의 원형 코러게이트 도파관은 도파관 내부에 홈을 파야하는 특성상 도파관을 횡 방향으로 두 덩이로 잘라서 제작하게 되며, 이로 인해 전파진행방향과 수직한 방향으로 끊어진 구조로 인해 제작상의 오차 등 다양한 문제로 인한 성능 변화가 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 나선형 코러게이션 혼 안테나를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 소정의 각도를 가지는 하나의 홈이 연속적으로 연결된 코러게이션을 가지는 나선형 코러게이션 혼 안테나를 제공하기 위한 것이다.
이를 통해, 본 발명은 분리된 복수의 부분이 결합된 코러게이션 구조가 아니라 한 개로 제작된 코러게이션을 통해 결합에 대한 오차가 없으며 표면 전류 흐름에 문제가 없는 나선형 코러게이션 혼 안테나를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 나선형 코러게이션 혼 안테나가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 모드의 전자기파를 급전받는 원형 도파관; 상기 원형 도파관에 연결되며, 제1 모드를 여기하여 제2 모드로 전환하는 모드 전환부; 및 상기 모드 전환부와 연결되며, 상기 제2 모드를 방사하는 방사부를 포함하되, 상기 방사부는 소정 각도를 가지는 하나의 홈이 연속적으로 연결된 코러게이션 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 나선형 코러게이션 혼 안테나가 제공될 수 있다.
상기 모드 전환부와 상기 방사부는 하나의 홈이 연속적으로 연결되는 코러게이션을 통해 연결될 수 있다.
상기 모드 전환부와 상기 방사부는 서로 상이한 각도를 가질 수 있다.
상기 소정 각도는 주파수에 따라 상이하게 형성될 수 있다.
상기 모드 전환부와 상기 방사부는 일체로 제작되되, 복수의 부분이 결합되지 않으며, 한 개의 부분으로 표면 전파를 방사하도록 제작될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 나선형 코러게이션 혼 안테나가 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 모드의 전자기파를 급전받는 원형 도파관; 상기 원형 도파관에 연결되며, 제1 모드를 여기하여 제2 모드로 전환하는 모드 전환부; 및 상기 모드 전환부와 연결되며, 상기 제2 모드를 방사하는 방사부를 포함하되, 상기 방사부는 소정 각도를 가지는 하나의 홈이 연속적으로 연결된 코러게이션 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 나선형 코러게이션 혼 안테나가 제공될 수 있다.
상기 모드 전환부와 상기 방사부는 하나의 홈이 연속적으로 연결되는 코러게이션을 통해 연결될 수 있다.
상기 모드 전환부와 상기 방사부는 서로 상이한 각도를 가질 수 있다.
상기 소정 각도는 주파수에 따라 상이하게 형성될 수 있다.
상기 모드 전환부와 상기 방사부는 일체로 제작되되, 복수의 부분이 결합되지 않으며, 한 개의 부분으로 표면 전파를 방사하도록 제작될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 코러게이션 혼 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 도면.
도 2 및 도 3은 종래와 본 발명의 일 실시예에 따른 혼 안테나의 성능을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 코러게이션 혼 안테나의 방사 패턴을 나타낸 그래프.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 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.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 코러게이션 혼 안테나의 구조를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2 및 도 3은 종래와 본 발명의 일 실시예에 따른 혼 안테나의 성능을 나타낸 그래프이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 코러게이션 혼 안테나의 방사 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 코러게이션 혼 안테나(100)는 원형 도파관(110), 모드 전환부(120) 및 방사부(130)를 포함하여 구성된다.
원형 도파관(110)은 미리 결정된 제1 모드의 전자기파가 급전되는 급전 수단이다. 예를 들어, 제1 모드는 TE(transverse electric) 모드일 수 있으며, TE11, TE21 모드일 수 있다. TE11 모드는 특수한 전송선을 따라서 전파되는 전자가 중에서 그 진행 방향에 자계 성분 H는 있으나, 전계 성분 E가 전혀 없는 전기적 횡파가 형성될 수 있다. 전송선에 따르는 이와 같은 모드를 TE 모드라 한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 원형 도파관(110)은 TE 모드만 전파될 수 있다.
모드 전환부(120)는 원형 도파관(110)과 방사부(130)를 연결한다.
이러한 모드 전환부(120)는 원형 도파관(110)을 통해 입사되는 제1 모드를 방사부(130)에서 방사되는 제2 모드로 전환하기 위한 수단이다.
예를 들어, 모드 전환부(120)는 미리 결정된 다른 모드(제3 모드)의 전자기파를 발생할 수 있다. 여기서, 제3 모드는 TM 모드일 수 있다. TM 모드는 특수한 전송선을 따라서 전파되는 전자파 중에서 진행 방향에 전계 성분 E는 있으나, 자계 성분 H는 전혀 없는 자기적 횡파를 형성한다.
모드 전환부(120)로 원형 도파관(110)으로부터 제1 모드(TE11)모드가 입력된 후 모드 전환부(120)에서 제3 모드(TM 모드)가 형성됨에 따라 모드 전환부(120)는 제2 모드(HE11)를 방사부(130)로 전달할 수 있다.
제3 모드(TM 모드)는 모드 전환부(120) 내부에 연속성을 갖는 다수의 기울기 및/또는 코러게이션을 통해 형성될 수 있다. 즉, 모드 전환부(120) 또한 내부에 하나의 홈에 의해 연속적으로 연결되는 코러게이션을 가질 수 있다.
모드 전환부(120)가 형성되는 경사각은 원형 도파관(110)을 기준으로 발생되는 전자기파의 모드에 따라 달라질 수 있다.
이러한 모드 전환부(120)는
Figure 112021111713124-pat00001
로 확장시킨 부분에서
Figure 112021111713124-pat00002
길이로 천천히 줄어들게 된다. 모드 전환부(120)는 방사부(130)와 마찬가지로 연속적인 코러게이트 구조를 가지되, 모드 전환부(120)의 원형 도파관(110)이 연결되는 부분과 방사부(130)가 연결되는 부분의 각도는 서로 상이할 수 있다. 즉, 모드 전환부(120)는 원형 도파관(110)과 연결되는 부분에서
Figure 112021111713124-pat00003
로 확장시킨 부분에서
Figure 112021111713124-pat00004
길이로 천천히 줄어듬에 따라 원형 도파관(110)이 연결되는 부분과 방사부(130)와 연결되는 부분의 각도가 상이할 수 있다.
방사부(130)는 모드 전환부(120)에 의해 전환된 제2 모드를 방사하기 위한 수단이다. 방사부(130) 내부에는 소정의 각도를 가지는 하나의 홈이 끊김 없이 연속적으로 연결된 코러게이션이 형성될 수 있다. 즉, 코러게이션은 하나의 홈이 끊김 없이 연속적으로 연결된 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 코러게이션의 길이는 방사하고자 하는 전자기파 또는 주파수에 따라 상이해질 수 있다. 또한, 방사부(130) 내부에 형성되는 코러게이션의 각도는 주파수 또는/및 방사되는 전자기파에 따라 달라질 수 있다. 또한, 방사부(130)는 도 1에서 보여지는 바와 같이, 개구부(140)로 진행할수록 직경이 점진적으로 커지도록 형성될 수 있다.
방사부(130)에 의해 방사된 제2 모드(HE11)는 개구부(140)에서 가우시안 빔으로 전환되며, 가우시안 빔과 제2 모드(HE11)의 전환율은 98%로 매우 높은 효율성을 가질 수 있다.
여기서, 개구부(140)는 방사부(130)의 말단부일 수 있다. 개구부(140)의 크기는 예를 들어,
Figure 112021111713124-pat00005
로 형성될 수 있다. 여기서,
Figure 112021111713124-pat00006
는 파장일 수 있다.
예를 들어, 타겟 주파수 대역이 Q-band(33-50GHz)로 파장이 약 7.5mm인 경우를 가정하기로 한다.
예를 들어, 원형 도파관의 직경은 7mm이며, 원형 도파관의 길이는 약 5mm일 수 있다. 이와 같은 경우, 모드 전환부(120)의 길이는 약 5mm일 수 있으며, 코러게이션의 길이는 약 36mm이되, 나선형 코러게이션의 각도는 매우 작으며, 홈 너비는 약 1mm로 형성되고, 홈의 간격 또한 1mm로 형성될 수 있다. 또한, 확장된 혼 안테나 개구부(140)의 크기는
Figure 112021111713124-pat00007
로 약 22.5mm로 형성될 수 있다. 이와 같은 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 코러게이션 혼 안테나의 성능은 도 2에 도시된 바와 같다. 종래와 비교하여 S-parameter, Far-field Pattern, 내부의 E-field 분포 모두 차이가 없으며, 제조 공정은 간단하여 구현이 쉬운 장점이 있으며, 또한 종래와 달리 표면 전류 흐름에서 문제가 없는 이점이 있음을 알 수 있다.
다만, 주파수와 개구부의 크기는 구현에 따라 상이하게 결정될 수 있으며, 주파수와 개구부의 크기가 상이해짐에 따라 코러게이션을 형성하는 각도, 너비, 간격 또한 다양하게 형성될 수 있음은 당연하다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방사부(130)는 소정의 각도를 가지는 하나의 홈이 연속적으로 연결되는 코러게이션이 형성될 수 있다. 이를 통해, 종래와 달리 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 코러게이션 혼 안테나(100)는 복수의 부분이 결합된 코러게이션 구조가 아니라 하나의 홈이 연속적으로 연결된 한 부분으로 제작된 코러게이션을 통해 표면 전류 흐름의 문제가 없는 이점이 있다.
도 3는 종래와 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 코러게이션 혼 안테나의 S11성능을 나타낸 그래프이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 코러게이션 혼 안테나의 방사 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 3에서 보여지는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 나선형 코러게이션 혼 안테나는 기존 코러게이션 혼안테나와 성능 차이가 없으며, 도 4에서 보여지는 바와 같이, 방사 패턴 방사패턴이 E-면(plane), H-면(plane) 모두 대칭임을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 나선형 코러게이션 혼 안테나
110: 원형 도파관
120: 모드 전환부
130: 방사부
140: 개구부

Claims (5)

  1. 제1 모드의 전자기파를 급전받는 원형 도파관;
    상기 원형 도파관에 연결되며, 제1 모드를 여기하여 제2 모드로 전환하는 모드 전환부; 및
    상기 모드 전환부와 연결되며, 상기 제2 모드를 방사하는 방사부를 포함하되,
    상기 방사부는 소정 각도를 가지는 하나의 홈이 연속적으로 연결된 코러게이션 구조로 형성되되,
    상기 모드 전환부는 상기 방사부와 하나의 홈이 연속적으로 연결되는 코러케이션을 통해 연결되되, 상기 원형 도파관이 연결되는 부분에서
    Figure 112022136914787-pat00012
    길이를 가지며 상기 방사부와 연결되는 부분에서
    Figure 112022136914787-pat00013
    길이로 줄어듬에 따라 상기 원형 도파관이 연결되는 부분과 상기 방사부가 연결되는 부분에서 서로 다른 각도를 가지는 연속적인 코러게이션 구조로 상기 방사부와 한 개의 조각으로 표면 전파를 방사하도록 일체형으로 제작되는 특징으로 하는 나선형 코러게이션 혼 안테나.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 소정 각도는 주파수에 따라 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 나선형 코러게이션 혼 안테나.
  5. 삭제
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