KR20010054058A

KR20010054058A - 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나

Info

Publication number: KR20010054058A
Application number: KR1019990054680A
Authority: KR
Inventors: 김호동; 박종설; 유희선
Original assignee: 김덕용; 주식회사 케이엠더블유
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 1999-12-03
Publication date: 2001-07-02
Also published as: KR100552121B1

Abstract

본 발명은 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나에 관한 것으로, 안테나의 고이득을 실현하면서도 크기를 최소화할 수 있도록, 하면에 송신될 신호를 인가받기 위한 도파관 급전부가 형성되고, 상면에는 상기 도파관 급전부를 통해 입력된 신호를 안내하여 분배시키는 제1급전 도파관이 형성된 급전판 부재; 상기 급전판 부재 상에 적층되게 장착되고, 하면에는 상기 제1급전 도파관과 실질적으로 동일한 형상을 가지며 상기 도파관 급전로를 통해 입력된 신호를 안내하여 분배시키는 제2급전 도파관이 형성되고, 상면에는 상기 분배된 신호를 방사하기 위한 방사홈이 다수 형성된 방사판 부재; 및 상기 방사판 부재 상에 적층되게 장착되며, 상기 분배된 신호를 외부로 안내하는 다수의 슬롯이 형성된 슬롯판 부재를 포함한다.

Description

도파관 슬롯 어레이 평면 안테나{FLAT ANTENNA HAVING WAVEGUIDE SLOT ARRAY}

본 발명은 안테나에 관한 것으로, 특히 극초단파 대역에서 고이득 특성을 지니도록한 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 사용되고 있는 극초단파용 송수신 안테나로는 파라볼라 안테나(parabolic antenna), 마이크로스트립 안테나(microstrip antenna) 및 도파관 슬롯 어레이 안테나 등이 있다.

상기 파라볼라 안테나는 포물면경의 초점에서 나온 빛은 반사경에 의해 반사된 후, 평행광선이 된다는 광학적인 특징을 이용한 것으로, 크기가 크다는 단점이 있다.

그리고, 상기 마이크로스트립 안테나는 기판으로 이용되는 유전체의 손실계수에 따라 송신 또는 수신되는 신호의 급전손실이 크고, 대역폭이 매우 작아 광대역을 필요로하는 시스템에는 적용하기가 곤란한 단점이 있다.

그리고, 상기한 종래의 도파관 슬롯 어레이 안테나는, 도1에 도시된 바와 같이, 다수의 슬롯(1)이 형성된 상판(2)과, 다수의 직선형 도파관(3)이 상면에 형성된 하판(4)으로 구성되어 있다. 이때, 상기 하판(4)의 일측 중앙에는 측면급전부(5)가 형성된다.

상기 다수의 슬롯(1)은 각 직선형 도파관(3)에 대응하는 여러 개의 그룹(group)으로 나뉘어지며, 상기 각 그룹 내의 슬롯(1)들은 직렬로 배열된다.

이와 같이 구성된 종래의 도파관 슬롯 어레이 안테나에서는, 측면급전부(5)를 통해 신호가 인가되면, 그 신호가 각 직선형 도파관(3)을 따라 전송되며, 전송 중에 직렬로 배열되어 있는 슬롯(1)을 통해 방사된다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 도파관 슬롯 어레이 안테나는, 슬롯이 직선형 도파관에 대해 직렬로 배열되어 있기 때문에 측면급전부에서 가까운 곳에 위치한 슬롯은 방사량이 많고, 측면급전부에서 멀리 위치된 단부로 갈수록 방사량이 적게 된다. 이에 따라, 상기한 종래의 슬롯 어레이 안테나는 불균일한 방사를 일으키므로써, 사이드로브 특성이 저하되는 단점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 고이득을 실현하면서도 크기를 최소화할 수 있는 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나를 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래 기술의 도파관 슬롯 어레이 안테나의 구성을 나타낸 분해 사시도.

도2a 내지 도2c는 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나를 나타낸 평면도, 측면도, 및 저면도.

도3a 내지 도3c는 본 발명에 따른 급전판을 상세하게 나타낸 평면도, 측면도, 및 저면도.

도4a 내지 도4c는 본 발명에 따른 방사판을 상세하게 나타낸 평면도, 측면도, 및 저면도.

도5a 내지 도5c는 본 발명에 따른 슬롯판을 상세하게 나타낸 평면도, 측면도, 및 저면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 급전판 12 : 도파관 급전부

14 : 제1급전 도파관 16 : 제1전계면 T형 분배기

18 : 벌지 20 : 방사판

22 : 제2급전 도파관 24 : 제2전계면 T형 분배기

25 : 방사도파관 26 : 자계면 T형 분배기

28 : 방사홈 29 : 캐비티

30 : 슬롯판 32 : 그루브

34 : 슬롯 36 : 배플

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 하면에 송신될 신호를 인가받기 위한 도파관 급전부가 형성되고, 상면에는 상기 도파관 급전부를 통해 입력된 신호를 안내하여 분배시키는 제1급전 도파관이 형성된 급전판 부재; 상기 급전판 부재 상에 적층되게 장착되고, 하면에는 상기 제1급전 도파관과 실질적으로 동일한 형상을 가지며 상기 도파관 급전로를 통해 입력된 신호를 안내하여 분배시키는 제2급전 도파관이 형성되고, 상면에는 상기 분배된 신호를 방사하기 위한 방사홈이 다수 형성된 방사판 부재; 및 상기 방사판 부재 상에 적층되게 장착되며, 상기 분배된 신호를 외부로 안내하는 다수의 슬롯이 형성된 슬롯판 부재를 포함하는 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나를 제공한다.

본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나는, 도2a, 도2b 및 도2c에 도시된 바와 같이 송신할 신호를 입력받아 방사하기까지 안내하는 급전판(10)과, 상기 급전판(10)의 상측에 적층되도록 결합되어 신호를 방사시키는 방사판(20)과, 상기 방사판(20)의 상측에 적층되도록 결합되어 방사판(20)의 방사신호를 분배해주는 슬롯판(30)을 포함한다. 상기 급전판(10), 방사판(20) 및 슬롯판(30)의 가장자리에는 다수의 나사홀이 형성되며, 상기 판(10, 20, 30)은 나사홀에 체결된 볼트에 의해 결합된다.

상기 급전판(10)에는, 도3a 내지 도3c에 도시된 바와 같이, 저면에 송신할 신호를 인가받기 위한 도파관 급전부(12)가 형성된다. 상기 급전판(10)의 상면에는 도파관 급전부(12)를 통해 입력된 신호를 안내하는 제1급전 도파관(14)이 형성되는데, 상기 제1급전 도파관(14)은 상하좌우 대칭구조를 갖도록 형성된다. 상기 제1급전 도파관(14)에는 도파관 급전부(12)를 통해 입력된 신호를 전계면 분배시키기 위한 제1전계면 T형 분배기(16)가 다수 형성된다. 상기 제1전계면 T형 분배기(16)의 단부에는 벌지(bulge)(18)가 각각 형성된다.

상기 방사판(20)은, 도4a 내지 도4c에 도시된 바와 같이, 저면에 제1급전 도파관(14)과 실질적으로 동일한 형상을 가진 제2급전 도파관(22)이 형성되며, 상기 제2급전 도파관(22)은 제1급전 도파관(14)과 마찬가지로 도파관 급전부(12)를 통해 입력된 신호를 안내한다. 상기 방사판(20) 중앙의 도파관 급전부(12)에 대응하는 위치에는 신호를 자계면 분배시키기 위한 자계면 T형 분배기(26)가 구비된다. 상기 제2급전 도파관(22)에는 입력된 신호를 분배시키기 위한 제2전계면 T형 분배기(24)가 구비된다. 그리고, 상기 각 제2전계면 T형 분배기(24)의 각 단부에는 방사도파관(25)이 형성된다. 또한, 상기 방사판(20)의 상면에는 방사도파관(25)에 도달한 신호가 방사될 수 있도록 방사홈(28)이 형성된다.

여기서, 상기 급전판(10)과 방사판(20)이 결합될 경우, 상기 제1급전 도파관(14) 및 제2급전 도파관(22)은 밀폐된 도파로(waveguide)를 형성한다.

그리고, 상기 각 방사홈(28)의 가장자리에는 방사홈(28)보다 큰 캐비티(cavity)(29)가 형성된다.

본 실시예에서, 상기 방사홈(28)은 8개의 방사홈 열(row)을 형성하며, 상기 각 방사홈 열에 포함되는 방사홈(28) 및 캐비티(29)의 수는 8개이다.

상기 슬롯판(30)은, 도5a 내지 도5c에 도시된 바와 같이, 상면에 다수의 그루브(grooves)(32)가 상기 방사홈 열에 평행하게 형성된다(도시예에서는 16개의 그루브가 형성되어 있다).

상기 각 그루브(32)에는 방사판(20)으로부터 방사된 신호를 분배하기 위한 다수의 슬롯(34)이 직렬로 형성된다. 그리고, 인접한 2개의 그루브(32)에 형성된 슬롯(34)은 4개가 하나의 그룹을 이루며, 상기 각 슬롯(34) 그룹은 방사판(20)에 형성된 캐비티(29) 1개에 대응된다. 즉, 슬롯(34)은 1개의 캐비티(29)에 4개의 슬롯(32)이 대응되는 크기를 가진다.

또한, 상기 각 그루브(32) 사이에 형성된 배플(baffle)(36)은 빔각을 좁게 해주어, 결국 이득을 높여주는 역할을 한다.

이하, 상기한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나의 동작에 대하여 상세히 설명한다.

도파관 급전로(12)를 통해 입력된 신호는 자계면 T형 분배기(26)에 의해 자계면 분배되고, 상기 자계면 T형 분배기(26)에 의해 분배된 신호는 각각의 제1 및 제2전계면 T형 분배기(16, 24)에 의해 전계면 분배된다.

상기 각각의 제1 및 제2전계면 T형 분배기(16, 24)에 의해 분배된 신호는 방사도파관(25)에 이르러 방사홈(28)을 통해 방사된다.

이때, 급전 도파관을 통해 방사도파관(25)에 도달한 신호가 방사홈(28)을 통해 방사되기 위해서는 방향을 바꾸어야만 되는데, 이때 반사손실이 발생하게 되며, 상기 반사손실은 벌지(18)에 의해 최소화된다. 즉, 벌지(18)를 통해 신호의 방향을 바꾸어 줌으로써 반사손실을 최대로 줄일 수 있는 것이다.

한편, 상기 벌지(18)를 통해 방향이 바뀐 신호는 상기 방사판(20)의 상면에 형성된 다수의 방사홈(28)을 통해 방사되는데, 상기 급전 도파관이 상하좌우로 대칭구조이기 때문에 균일한 급전이 이루어지고 또한 균일한 방사가 이루어질 수 있다.

상기 방사홈(28)을 통해 방사되는 신호는 4개의 슬롯을 통해 분배되어 방사된다. 이때, 캐비티(29)는 방사홈(28)을 통해 방사되는 신호를 4개의 슬롯(34)에 균일하게 분배시킨다.

상기한 바와 같이, 본 발명에서는 균일한 방사가 이루어지게 되고, 이로 인해 이득이 높아질 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니다.

상기한 바와 같이 구성된 본 발명은, 급전도파관이 상하좌우 대징구조로 되어 있기 때문에 균일한 급전 및 균일한 방사를 수행할 수 있어, 사이드로브 특성이 향상되며, 이득이 높은 효과가 있다.

또한, 본 발명은 평면형이기 때문에 크기가 최소화될 수 있는 효과가 있다.

Claims

하면에 송신될 신호를 인가받기 위한 도파관 급전부가 형성되고, 상면에는 상기 도파관 급전부를 통해 입력된 신호를 안내하여 분배시키는 제1급전 도파관이 형성된 급전판 부재;

상기 급전판 부재 상에 적층되게 장착되고, 하면에는 상기 제1급전 도파관과 실질적으로 동일한 형상을 가지며 상기 도파관 급전로를 통해 입력된 신호를 안내하여 분배시키는 제2급전 도파관이 형성되고, 상면에는 상기 분배된 신호를 방사하기 위한 방사홈이 다수 형성된 방사판 부재; 및

상기 방사판 부재 상에 적층되게 장착되며, 상기 분배된 신호를 외부로 안내하는 다수의 슬롯이 형성된 슬롯판 부재

를 포함하는 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나.
제 1 항에 있어서,

상기 급전판 부재의 제1급전 도파관 및 상기 방사판 부재의 제2급전 도파관이 상하좌우 대칭되게 형성되는 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나.
제 2 항에 있어서,

상기 급전판 부재가,

상기 제1급전 도파관에 연결되어, 상기 안내되는 신호를 분배시키기 위한 다수의 제1전계면 분배기를 포함하는 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나.
제 3 항에 있어서,

상기 급전판 부재가,

상기 제1전계면 분배기의 단면에 신호의 방향을 바꾸기 위한 다수의 벌지를 더 포함하는 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

상기 방사판 부재가,

상기 제2급전 도파관의 중앙부에 형성되어, 상기 도파관 급전부를 통해 입력된 신호의 자계면 분배를 위한 자계면 분배기; 및

상기 제2급전 도파관에 연결되어, 상기 안내되는 신호를 분배시키기 위한 제2전계면 분배기

를 포함하는 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나.
제 5 항에 있어서,

상기 방사판 부재 상에 형성되어, 상기 방사홈을 통해 방사되는 신호를 상기 슬롯판 부재의 슬롯을 통해 균일하게 방사되도록 하기 위한 캐비티를 더 포함하는 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나.
제 6 항에 있어서,

상기 캐비티와 상기 슬롯판 부재의 슬롯은, 상기 캐비티 1개당 4개의 슬롯이 대응되도록 형성된 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나.
제 7 항에 있어서,

상기 슬롯판 부재 상에 형성되어 상기 안테나의 이득을 향상시키는 다수의 배플을 더 포함하는 도파관 슬롯 어레이 평면 안테나.