KR102649377B1 - 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나 - Google Patents

Abstract

본 개시에 따른 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나는 다수의 단위 안테나 영역을 가지는 배열 안테나와, 전자기파를 발생시키는 다수의 광원과, 광원들 각각의 발진 위상을 동기화하기 위해 두 광원 사이에 연결설치되는 다수의 RF 커플러와, 어느 한 광원과 어느 한 단위 안테나 영역을 연결하는 다수의 전송선로를 포함함으로써, 고출력 전자기파의 전송이 안정적으로 이루어지고, 도파관에서의 아킹으로 인한 광원의 손상이 방지되며, 배열 안테나에서 고출력의 전자기파 방사 특성을 얻을 수 있고 또한 방사각도의 유지가 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나 {WAVEGUIDE ARRAY ANTENNA WITH A PLURALITY OF SOURCES}

본 발명은 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 전자기파의 전송이 안정적이고, 도파관에서의 아킹으로 인한 광원의 손상이 방지되며, 배열 안테나에서 고출력의 전자기파 방사 특성을 얻을 수 있으면서 방사각도 유지가 가능한 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나에 관한 것이다.

통신/보안/우주/국방 분야에서 드론/무인기/차량과 같은 불법 이동체를 무력화하거나 전자기기를 무력화하기 위해 고출력 배열 안테나가 사용되고 있다.

또한, 의료 분야에서는 고출력 전자기파를 이용한 선형가속기(LINAC)가 암치료에 사용되고 있으며, 비파괴검사 분야에서도 배열 안테나가 사용되고 있다.

본 개시의 배경이 되는 기술로서, 배열 안테나에서 고출력의 전자기파 방사 특성을 얻기 위해, 고출력의 광원(source)을 사용하거나, 광원들 각각의 출력을 RF 결합기(combiner)에서 결합하는 기술이 공지되어 있다.

그러나 고출력의 광원을 사용하든, RF 결합기를 사용하든 고출력의 전자기파를 배열 안테나로 전송하는 과정에서, 전송선로의 절연 파괴(breakdown)로 인한 아킹(arching)이 발생하여 고출력 전자기파의 전송이 불안정하다는 문제와 광원이 손상(damage)되는 문제가 있다.

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 전자기파의 전송이 안정적이고, 아킹에 의한 광원의 손상이 방지되며, 배열 안테나에서 고출력의 전자기파 방사 특성을 얻을 수 있으면서 방사각도 유지가 가능한 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나를 제공하는 데 목적이 있다.

상기 과제가 해결될 수 있도록 구성된 본 발명의 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나는, 다수의 단위 안테나 영역을 가지는 배열 안테나와, 전자기파를 발생시키는 다수의 광원과, 광원들 각각의 발진 위상을 동기화하기 위해 두 광원 사이에 연결설치되는 다수의 RF 커플러(coupler)와, 어느 한 광원과 어느 한 단위 안테나 영역을 연결하는 다수의 전송선로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

RF 커플러로서, 도파관 또는 RF 케이블 등이 사용될 수 있다.

또한, 광원으로서 마그네트론(magnetron)이 사용될 수 있으며, 전송선로들의 길이가 동일할 수 있다.

본 발명에 따르면, RF 커플러에 의해 위상이 동기화된 전자기파가 광원들 각각에서 발생하여 배열 안테나에서 고출력의 전자기파로 방사되므로, 전자기파를 장거리에 전송할 수 있고, 높은 에너지의 전자빔이나 엑스레이를 얻을 수 있으며, 방사각도 유지도 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 광원들 각각에서 발생한 전자기파가 다수의 전송선로를 통해서 단위 안테나 영역들 각각에 전송되므로, 고출력 광원이나 RF 결합기의 사용으로 인한 종래 문제가 발생하지 않는다.

그 외 작용효과는 후술하는 실시예에서 구체적으로 설명될 것이다.

도 1은 본 개시에 따른 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나의 일 실시예를 나타낸 것이다.

이하, 첨부도면에 기초하여, 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나의 실시예에 따른 구성 및/또는 작용효과가 구체적으로 설명된다.

이하의 설명에서, 어느 한 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 그 구성요소들 사이에 또 다른 구성요소가 "개재"될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 각 구성요소의 상세 설명에서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등과 같은 용어가 사용될 수 있는데, 그러한 용어는 해당 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 해당 구성요소의 본질, 차례, 순서나 개수 등이 한정되지 않는다.

또한, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성 및 기능에 대한 상세(詳細) 설명이 생략될 수 있다.

≪관련 지식≫

다수의 광원("다중 광원"이라고도 한다.)을 가지는 배열 안테나에서, 광원들 각각의 발진 위상은 동일하지 않은 것이 일반적이다.

이 때문에, 기존에는 각 광원에서 발생한 전자기파를 위상 천이기를 거쳐 RF 결합기에 입력하여 고출력 전자기파로 결합한 후에 단일 전송선로를 통해 안테나로 전송했는데, 고출력 전자기파의 전송시, 전자기파의 반사로 인해, 광원이 손상되는 문제가 있었다.

광원의 손상은 반사파와 송신파를 분리하는 서큘레이터(circulator)를 채용함으로써 줄일 수 있지만, 서큘레이터의 최대 입력은 주파수가 높을수록 최대 허용 피크 파워가 급격히 작아지는 문제가 있고, RF 결합기는 ㎿ 이상의 고출력을 입력하기 불가능할 뿐 아니라 입력 포트 사이의 절연값이 낮아서 고출력 입력시나 최대 입력 초과시에 간섭과 아킹이 발생하는 문제가 있다.

≪실시예≫

본 발명은 위상 천이기(phase shifter)와 RF 결합기를 사용하는 기존 방식과 달리, RF 커플러에 의해 각 광원의 발진 위상을 동기화한 후 정해진 전송선로를 통해 배열 안테나의 각 단위 안테나 영역에 전자기파를 전송함으로써, 배열 안테나에서 고출력의 전자기파가 방사될 수 있도록 함과 아울러 방사각도가 유지될 수 있게 한 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 도파관 배열 안테나를 나타낸 것으로서, 4개의 광원(S)과, 두 광원(S) 사이에 연결설치된 4개의 RF 커플러(C)와, 각각의 광원(S)에 접속된 4개의 전송선로(F)와, 각각의 전송선로(F)가 접속된 4개의 단위 안테나 영역을 갖는 배열 안테나(A)로 구성되어 있다.

본 실시예에서, 배열 안테나(A)는 슬롯 도파관 배열 안테나일 수 있다. 슬롯 도파관 배열 안테나는, 일반적으로, 광원에서 발생한 전자기파가 입력되는 급전 슬롯 배열부(Feed Slot Array)와, 급전 슬롯 배열부로부터 입력되는 전자기파가 다수의 방사 슬롯을 통해 방사되는 방사 슬롯 배열부(Radiation Slot Array)를 포함하는데, 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 통상의 창작능력을 발휘하여 용도에 맞는 슬롯 도파관 배열 안테나를 쉽게 설계/제작할 수 있다고 본다.

본 실시예에서, 광원(S)은 마그네트론(magnetron)일 수 있으며, 도파관 또는 RF 케이블 등이 RF 커플러(C)로 사용될 수 있다.

또한, 동일 평면에 배치되는 각각의 단위 안테나 영역은 서로에 대해 x축 대칭이거나 y축 대칭인 것이 바람직하고, 전송선로(F)들 각각의 길이는 동일한 것이 바람직하다. 이에 의해, 배열 안테나(A)에서 고출력 전자기파의 방사각도를 유지할 수 있고, 전송 과정에서 위상 오차가 생기는 것을 방지할 수 있다.

본 실시예에서, 각 광원(S)의 발진 위상은 두 광원(S) 사이에 연결설치된 RF 커플러(C)에 의해 동기화된다. 각 광원(S)의 전자기파는 1:1 대응관계에 있는 단위 안테나 영역에 전송선로(F)를 통해 입력되고, 위상이 동기화된 전자기파가 배열 안테나(A)에서 결합하여 고출력의 전자기파로 방사된다.

이와 같이, 본 발명은 위상 천이기/RF 결합기/서큘레이터를 요구하는 복잡한 종래 구성 대신에, RF 커플러(C)로 광원(S)들 각각의 발진 위상을 동기화하는 간이(簡易) 구성에 의해 배열 안테나(A)에서 고출력의 전자기파 방사 특성을 얻을 수 있고, 방사각도의 유지가 가능하며, 광원의 손상을 억제할 수 있다.

이상, 본 개시의 실시예에 대해 설명했지만, 전술한 실시예는 예시에 불과하다. 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 나타난 기술적 사상의 본질로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 수정 및 변형 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 보호범위와 기술적 구성은 전술한 실시예로 한정되지 않고, 이하와 같은 사항을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

[1] 안테나로 전송하기 위한 전자기파가 발생되는 다수의 광원과, 광원들 각각의 발진 위상을 동기화하기 위해서 두 광원 사이에 연결설치되는 다수의 RF 커플러와, 각 광원에 접속되는 다수의 전송선로, 및, 각 전송선로가 다수의 단위 안테나 영역에 접속되는 안테나를 포함하는, 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나.

[2] 전술한 [1]에 있어서, RF 커플러는 도파관 또는 RF 케이블인 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나.

[3] 전술한 [1] 또는 [2]에 있어서, 배열 안테나는 다수의 단위 안테나 영역이 동일 평면에 배치된 슬롯 도파관 배열 안테나인 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나.

[4] 전술한 [1] 내지 [3]에 있어서, 각 전송선로는 길이가 동일한, 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나.

[5] 전술한 [1] 내지 [4]에 있어서, 각 광원은 마그네트론인, 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나.

[6] 전술한 [1] 내지 [5]에 있어서, 각 단위 안테나 영역은 서로에 대해 x축 또는 y축 대칭인, 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나.

Claims (6)

1. 전자기파를 발생시키는 다수의 광원;
   광원들 각각의 발진 위상을 동기화하기 위해서 두 광원 사이에 연결설치되는 다수의 RF 커플러;
   각 광원에 접속되는 다수의 전송선로; 및
   각 전송선로가 다수의 단위 안테나 영역에 접속되는 배열 안테나;
   를 포함하는 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 RF 커플러는 도파관 또는 RF 케이블인 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 배열 안테나는 상기 다수의 단위 안테나 영역이 동일 평면에 배치된 슬롯 도파관 배열 안테나인 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나.
4. 청구항 3에 있어서,
   각 전송선로는 길이가 동일한, 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나.
5. 청구항 4에 있어서,
   각 광원은 마그네트론인, 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   각 단위 안테나 영역은 서로에 대해 x축 또는 y축 대칭인, 다중 광원을 가지는 도파관 배열 안테나.

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