KR20020075209A - Multi-layer waveguide antenna - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다중 구조를 갖는 도파관 슬롯안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도파관 슬롯 형태를 다층구조로 설계하고 다수의 나사홀이 형성되어 나사홀에 체결된 볼트에 의해 결합되므로 제작이 간단하고, 특성면에서는 예리한 지향성을 갖게하여 결국 고 이득을 갖는 다중 구조를 갖는 도파관 슬롯안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a waveguide slot antenna having a multiple structure, and more particularly, the waveguide slot antenna is designed in a multi-layered structure, and a plurality of screw holes are formed and coupled by bolts fastened to the screw holes. In terms of aspect, the present invention relates to a waveguide slot antenna having a multi-structure having sharp directivity, and thus high gain.
일반적으로 도파관은 속이 빈 금속관으로 일종의 고역통과 필터로 관내 모드는 일정한 차단 파장을 가지며 이러한 기본모드는 도파관의 크기에 의해 결정된다. 또한 도파관은 평행 2선식 선로나 동축케이블 등에 비해 감쇠가 적은 이점이 있어 마이크로파 전송선로에 있어서 주로 고출력용으로 사용되어져 왔다. 도파관은 여러 가지 단면의 모양을 가지며 이러한 단면 모양에 따라 원형 도파관, 사각형 도파관, 타원형 도파관 등으로 나뉜다.In general, the waveguide is a hollow metal tube, which is a kind of high pass filter. The mode of the tube has a constant cutoff wavelength, and the basic mode is determined by the size of the waveguide. In addition, the waveguide has the advantage of low attenuation compared to the parallel two-wire or coaxial cable has been used mainly for high power in the microwave transmission line. The waveguide has various cross-sectional shapes and is divided into a circular waveguide, a square waveguide, an elliptical waveguide, and the like according to the cross-sectional shape.
그리고, 높은 주파수에서도 손실이 작은 유전체 재료가 개발된 후에 유전체 기판을 이용한 마이크로 스트립 패치 어레이 안테나가 실용화되어 소형의 안테나가 제작되어 사용되고 있다. 하지만 이러한 유전체 기판의 특성에 의한 유전체 손실이필연적으로 발생하고 또한 도체의 저항 손실이 발생하여 고 이득의 안테나 제작에 많은 어려움이 있고 유전체 기판의 가격이 높아서 상용화에 한계를 가지고 있다.In addition, after the development of a dielectric material having a low loss even at a high frequency, a microstrip patch array antenna using a dielectric substrate is put into practical use, and a small antenna is manufactured and used. However, the dielectric loss due to the characteristics of the dielectric substrate inevitably occurs, and the resistance loss of the conductor occurs, which makes it difficult to manufacture a high-gain antenna and has a limitation in commercialization due to the high price of the dielectric substrate.
이러한 유전체 물질을 사용하지 않고 일반적인 도파관에 슬롯 형태의 구멍을 뚫어 사용되는 도파관 슬롯 안테나는 유전체 물질을 사용하는 평면 안테나 보다 역사는 오래되었지만 크기, 무게, 제작과정의 정밀도 및 작업의 어려움 때문에 유전체를 물질을 이용한 평면 안테나에 밀리고 있는 실정이다.The waveguide slot antenna, which uses slotted holes in a typical waveguide without using such a dielectric material, has a long history than a planar antenna using a dielectric material, but the dielectric material is formed due to its size, weight, manufacturing process precision, and difficulty of operation. The situation is pushed by a planar antenna using the.
특히, 도파관 슬롯 안테나는 유전체 물체를 이용한 평면 안테나보다 설계가 어려우며 그레이팅 로브 특성이 나타나기 쉬우며 고 이득의 안테나를 만들기가 어렵다.In particular, waveguide slot antennas are more difficult to design than planar antennas using dielectric materials, and are more likely to exhibit grating lobe characteristics, making it difficult to produce high gain antennas.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 본 발명은 도파관 슬롯 형태를 다층구조로 설계하고, 다층구조의 내부 공간을 활용하여 단층구조의 도파관보다 고 이득을 갖으며, 동일 크기의 유전체 물질을 이용한 평면형 안테나 보다 대역폭 면에서 유리하며 또한 수신이득이 우수한 특성을 나타내고, 수신율이 좋은 특성을 갖는 다중 구조를 갖는 도파관 슬롯안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is to solve the above problems, the present invention is designed to form a waveguide slot in a multi-layer structure, utilizing the internal space of the multi-layer structure has a higher gain than the waveguide of the single-layer structure, dielectric of the same size It is an object of the present invention to provide a waveguide slot antenna having a multi-structure having an advantage in bandwidth and excellent reception gain and having a good reception rate than a planar antenna using a material.
도 1은 본 발명에 의한 도파관 슬롯안테나의 구성을 보인 분해 사시도.1 is an exploded perspective view showing the configuration of a waveguide slot antenna according to the present invention.
도 2a는 본 발명에 의한 도 1의 상부 도체판을 보인 평면도.Figure 2a is a plan view showing the upper conductor plate of Figure 1 according to the present invention.
도 2b는 본 발명에 의한 상부 도체판을 보인 정면도.Figure 2b is a front view showing the upper conductor plate according to the present invention.
도 2c는 본 발명에 의한 상부 도체판의 단면도.Figure 2c is a cross-sectional view of the upper conductor plate according to the present invention.
도 3a는 본 발명에 의한 도 1의 중간 도체판을 보인 평면도.Figure 3a is a plan view showing the intermediate conductor plate of Figure 1 according to the present invention.
도 3b는 본 발명에 의한 중간 도체판을 보인 정면도.Figure 3b is a front view showing an intermediate conductor plate according to the present invention.
도 3c는 본 발명에 의한 중간 도체판을 보인 단면도.Figure 3c is a cross-sectional view showing an intermediate conductor plate according to the present invention.
도 4a는 본 발명에 의한 도 1의 하부 도체판을 보인 평면도.Figure 4a is a plan view showing the lower conductor plate of Figure 1 according to the present invention.
도 4b는 본 발명에 의한 하부 도체판을 보인 정면도.Figure 4b is a front view showing a lower conductor plate according to the present invention.
도 4c는 본 발명에 의한 하부 도체판을 보인 단면도이다.Figure 4c is a cross-sectional view showing a lower conductor plate according to the present invention.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
100 : 도파관 슬롯안테나 110 : 상층도체판100: waveguide slot antenna 110: upper conductor plate
111 : 돌기부 112 : 슬롯111: protrusion 112: slot
113 : 캐비티 형식의 관 114 : 끼움턱113: cavity type tube 114: fitting jaw
120 : 중층도체판 121 : 방사혼120: middle conductor plate 121: radioactive blend
122 : 제2도파관 123 : 제2급전로122: second waveguide 123: second feed route
124 : 제2분배로 130 : 하층도체판124: second distribution 130: lower conductor plate
131 : 방사도파관 132 : 제1도파관131: radiation waveguide 132: first waveguide
133 : 제1급전로 134 : 다단돌출부133: first feeder 134: multi-stage projection
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 그 하면에는 일측이 개방되고 중앙부로 소정의 폭과 소정의 길이를 갖으며 주파수 신호를 한 곳으로 모아 출력할 수있는 도파관 급전로가 형성되고, 상기 급전로와 연결되어 주파수 신호를 도파관의 급전로까지 안내 및 분배시키는 역할을 하는 제1도파관이 형성되며, 상기 제1도파관의 일측에 연결 형성되어 주파수를 수신하는 방사 도파관이 형성되고, 방사 도파관 내부에 신호의 방향을 바꾸어 주어 손실을 최대로 줄일 수 있는 다단 돌출부가 형성된 하층 도체판; 상기 하층 도체판의 상부에 적층되며, 그 상부의 일측에 소정의 간격을 두고 상부에서 하부로 관통되어 방사 도파관과 연결되는 다수개의 방사혼이 형성되고, 일측에는 상기 제 1도파관과 동일한 형상을 가지며 도파관 급전로와 연결되어 주파수 신호를 도파관의 급전부까지 안내 및 분배시키는 제 2도파관을 포함한 중층도체판; 및 그 상부에는 소정의 간격을 두고 돌기가 형성되고, 상기 돌기의 일측에 소정의 간격을 두고 상부에서 하부로 관통되어 외부의 신호를 도파관 안으로 분배하기 위한 다수의 슬롯이 형성되고, 일측에는 상기 다수의 슬롯 중 4개의 슬롯에 대응되는 크기를 가지며 4개의 슬롯은 하나의 그룹을 이루어 한 개의 캐비티 형식의 관과 연결되며 이러한 다수의 캐비티 형식 및 다수의 방사혼이 형성된 상층 도체판; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 구조를 갖는 도파관 슬롯 안테나를 제공한다.According to the present invention for achieving the above object, a waveguide feed path having one side open and having a predetermined width and a predetermined length to a central portion and collecting and outputting a frequency signal in one place is formed on the lower surface thereof. Is connected to the first waveguide is formed to guide and distribute the frequency signal to the feed path of the waveguide is formed, the radiation waveguide is formed is connected to one side of the first waveguide to receive the frequency, the signal inside the radiation waveguide Lower conductor plate formed with a multi-stage protrusion that can reduce the loss by changing the direction of the maximum; Stacked on top of the lower conductor plate, a plurality of radiation horn penetrating from the top to the bottom at a predetermined interval on the upper side of the lower conductive plate is connected to the radiation waveguide is formed, one side has the same shape as the first waveguide A middle conductor plate connected to the waveguide feed path and including a second waveguide for guiding and distributing a frequency signal to a feed portion of the waveguide; And a protrusion is formed at an upper portion of the protrusion at a predetermined interval, and a plurality of slots are formed at one side of the protrusion to penetrate from an upper portion to a lower portion to distribute an external signal into the waveguide. An upper conductor plate having a size corresponding to four slots of the slots, the four slots being connected to one cavity type tube in a group, and having a plurality of cavity types and a plurality of radiation horns formed thereon; It provides a waveguide slot antenna having a multiple structure comprising a.
또한, 본 발명에 따른 상기 하층도파관의 방사 도파관 일측에는 방사혼을 통하여 들어온 신호는 도파관 내부로 인가되기 위해서 신호의 방향을 바꾸어 주기 위한 돌출부가 필요하며, 이 때 반사손실이 발생하며 이러한 반사손실을 최대한 줄이기 위해 다단 돌출부가 더 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, one side of the radiation waveguide of the lower waveguide according to the present invention requires a projection for changing the direction of the signal in order to be applied to the inside of the waveguide, the reflection loss occurs and this reflection loss In order to reduce as much as possible characterized in that the multi-stage projection is further formed.
또한, 본 발명에 따른 상기 상층도체판의 슬롯 및 캐비티 형식의 관을 통해들어온 주파수신호는 상기 중층도체판의 방사혼을 거쳐 상기 하층도체판의 방사도파관으로 원활히 전달될 수 있도록 적층형의 구조에서 연통되어 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the frequency signal introduced through the tube of the slot and cavity type of the upper conductor plate according to the present invention communicates in a laminated structure so that it can be smoothly transferred to the radiation waveguide of the lower conductor plate through the radiation horn of the middle conductor plate. It is characterized in that the formed.
또한, 본 발명에 따른 상기 중층도체판의 방사혼을 통하여 들어온 신호는 제 2도파관과 상기 하층 도체판의 제 1도파관 사이를 원활이 흐를 수 있도록 적층형의 구조에서 연통되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the signal input through the radiation horn of the middle conductor plate according to the invention is characterized in that it is formed to communicate in a laminated structure so as to flow smoothly between the second waveguide and the first waveguide of the lower conductor plate.
그리고 상기 중층도체판 및 상기 하층도체판에 형성된 방사도파관 및 제1 도파관, 제2 도파관은 서로 대칭적 구조를 이루어 급전로 까지의 균일 분배로를 형성하여 균일방사가 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the radiation waveguide, the first waveguide, and the second waveguide formed in the middle conductor plate and the lower conductor plate have a symmetrical structure and form a uniform distribution path to the feed passage, thereby forming uniform radiation.
또한 급전로에 소정의 길이를 두어 설치하고자 하는 위치에 따라 급전부의 위치를 조정할 수 있는 것을 특징으로 한다.In addition, it is characterized in that the position of the feeder can be adjusted according to the position to be provided by placing a predetermined length in the feeder.
그리고 상기 중층도체판 및 상기 하층도체판에 형성된 방사도파관 및 제 1도파관, 제 2도파관이 그룹별로 서로 대칭구조이므로 크기 및 이득별로 나누어 쓸 수 있음을 특징으로 한다.In addition, since the radiation waveguide, the first waveguide, and the second waveguide formed in the middle conductor plate and the lower layer conductor plate are symmetrical structures for each group, they can be divided by size and gain.
이하, 본 발명에 의한 다중 구조를 갖는 도파관 슬롯안테나를 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a waveguide slot antenna having a multiple structure according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 의한 도파관 슬롯안테나의 구성을 보인 분해 사시도이고, 도 2a는 본 발명에 의한 도 2의 상부 도체판을 보인 평면도이며, 도 2b는 본 발명에 의한 상부 도체판을 보인 정면도이고, 도 2c는 본 발명에 의한 상부 도체판의 단면도이며, 도 3a는 본 발명에 의한 도 2의 중간 도체판을 보인 평면도이고, 도3b는 본 발명에 의한 중간 도체판을 보인 정면도이며, 도 3c는 본 발명에 의한 중간 도체판을 보인 단면도이고, 도 4a는 본 발명에 의한 하부 도체판을 보인 평면도이며, 도 4b는 본 발명에 의한 하부 도체판을 보인 정면도이고, 도 4c는 본 발명에 의한 하부 도체판을 보인 단면도이다.1 is an exploded perspective view showing the configuration of a waveguide slot antenna according to the present invention, Figure 2a is a plan view showing an upper conductor plate of Figure 2 according to the present invention, Figure 2b is a front view showing an upper conductor plate according to the present invention. 2C is a cross-sectional view of an upper conductor plate according to the present invention, FIG. 3A is a plan view showing an intermediate conductor plate of FIG. 2 according to the present invention, and FIG. 3B is a front view showing an intermediate conductor plate according to the present invention, and FIG. 3C. Is a cross-sectional view showing an intermediate conductor plate according to the present invention, Figure 4a is a plan view showing a lower conductor plate according to the present invention, Figure 4b is a front view showing a lower conductor plate according to the present invention, Figure 4c according to the present invention It is sectional drawing which shows the lower conductor board.
도 1 내지 도 4c에 도시된 바와 같이 본 발명의 도파관 슬롯 안테나(100)는 하층도체판(130)과, 중층도체판(120)과, 상층도체판(110)으로 이루어지며, 상기 하층도체판(130)과 중층도체판(120)과 상층도체판(110)은 적층되어 설치된다.As shown in FIGS. 1 to 4c, the waveguide slot antenna 100 of the present invention includes a lower conductor plate 130, a middle conductor plate 120, and an upper conductor plate 110. The 130, the middle conductor plate 120, and the upper conductor plate 110 are stacked and installed.
상기 하층도체판(130)은 그 하면에는 일측이 개방되고 중앙부로 소정의 폭을 갖으며 주파수 신호 통로가 되는 제1급전로(133)가 형성된다. 상기 제1급전로(133)와 연결되어 주파수 신호가 전송될 수 있도록 제1도파관(132)이 형성되고, 상기 제1도파관(132)의 일측에 연결 형성되어 주파수를 수신하는 방사도체관(131)이 형성된다.The lower conductive plate 130 has a first feed path 133 formed at one side thereof with an open side, a predetermined width to the center, and a frequency signal path. A first waveguide 132 is formed to be connected to the first feed path 133 so that a frequency signal can be transmitted, and is formed to be connected to one side of the first waveguide 132 to receive a frequency. ) Is formed.
또한, 상기 하층도파관(130)의 방사도파관(131) 내부에 신호의 방향을 바꾸어 주기 위한 돌출부가 형성되는데 이 때 손실을 최대한으로 줄일 수 있는 다단 돌출부(134)가 일체로 형성된다.In addition, a protrusion is formed inside the radiation waveguide 131 of the lower waveguide 130 to change the direction of the signal. In this case, a multi-stage protrusion 134 may be integrally formed to reduce the loss to the maximum.
상기 중층도체판(120)은 상기 하층도체판(130)의 상부에 적층되며, 그 상부에 방사혼(121)이 상부에서 하부로 관통되어 소정의 간격을 두고 다수개 형성된다.The intermediate conductor plate 120 is stacked on the upper portion of the lower conductor plate 130, and a plurality of radiation horns 121 penetrate from the upper portion to the lower portion thereof at a predetermined interval.
상기 중층도체판(120)에는 상기 상층도체판(110)을 통해 수신되는 주파수 신호가 원활하게 전송될 수 있도록 다수의 방사혼(121)과 제2도파관(122)과 제2분배로(123)가 서로 연통되어 형성된다.The plurality of radiation horns 121, the second waveguide 122, and the second distribution channel 123 are disposed on the middle conductor plate 120 so that the frequency signals received through the upper conductor plate 110 can be smoothly transmitted. Are formed in communication with each other.
그리고 상기 상층도체판(110)은 그 상부에는 소정의 간격을 두고 돌기부(111)가 형성되고, 상기 돌기부(111)의 일측에 소정의 간격을 두고 상부에서 하부로 관통되는 슬롯(112)이 형성되며, 하면에는 캐비티 형식의 관(113)이 형성된다.In addition, the upper conductive plate 110 has a protrusion 111 formed at a predetermined interval on an upper portion thereof, and a slot 112 penetrating from an upper portion to a lower portion at a predetermined interval on one side of the protrusion 111 is formed. On the lower surface, a cavity 113 of a cavity type is formed.
또한, 상기 상층도체판(110)의 하부에는 상기 중층도체판(120)에 적층 가능하도록 끼움턱(114)이 더 형성된다.In addition, a fitting jaw 114 is further formed below the upper conductor plate 110 so as to be stacked on the middle conductor plate 120.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 다중 구조를 갖는 도파관 슬롯안테나의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the effect of the waveguide slot antenna having a multiple structure according to the present invention configured as described above are as follows.
도 1에 도시된 바와 같이 상층도체판(110)의 슬롯(112)을 통해 외부의 주파수신호가 인가되고, 인가된 주파수 신호는 그 하면에 형성되어 있는 캐비티 형식의 관(113)에 모아져 상기 중층도체판(120)의 방사혼(113)과 상기 하층도체판(130)의 방사도파관(131)까지 연통되어 전달된다.As shown in FIG. 1, an external frequency signal is applied through the slot 112 of the upper conductive plate 110, and the applied frequency signal is collected in the cavity-type tube 113 formed on the lower surface thereof. The radiation horn 113 of the conductor plate 120 and the radiation waveguide 131 of the lower conductor plate 130 communicate with each other.
전달된 주파수 신호는 상기 하층도체판(130)의 방사도파관(131)의 내부에 설치되어 있는 다단돌추부(134)에 의해 신호의 방향이 전환되고 전환된 신호는 상기 중층도체판(120)의 일측에 형성되어 있는 제 2도파관(122)과 상기 하층도체판(130)의 일측에 연통되어 형성되어 있는 상기 하층도체판(130)의 제 1도파관(132)까지 전달된다.The transmitted frequency signal is switched by the multi-stage projection 134 installed inside the radiation waveguide 131 of the lower conductive plate 130, and the converted signal is converted into the multilayer conductor plate 120. The second waveguide 122 formed on one side and the first waveguide 132 of the lower conductor plate 130 formed in communication with one side of the lower conductor plate 130 are transmitted.
그리고, 도파관이 형성되는 원리는 상기 상층도체판(110), 상기 중충도체판(120) 및 하층도체판(130)이 적층되며, 상기 중충도체판(120)의 제2도파관(122)과 상기 하층도체판(130)의 제1도파관(132)이 닫힌 상태로 되어 제1 및 제2도파관(122, 132)이 형성된다. 이렇게 형성된 도파관은 전송손실이 거의 없는 일종의 무손실 전송선로가 되는 것이다.In addition, the principle that the waveguide is formed is the upper conductor plate 110, the heavy conductor plate 120 and the lower conductor plate 130 is laminated, the second waveguide 122 of the heavy conductor plate 120 and the The first waveguide 132 of the lower conductor plate 130 is closed to form first and second waveguides 122 and 132. The waveguide thus formed is a kind of lossless transmission line with almost no transmission loss.
이상에서와 같이 제1 및 2도파관(122, 132)을 다층의 적층형 구조로 설계하여 체결된 나사구멍에 볼트와 너트에 의해 결합되므로 제작이 간단하고, 다층구조의 내부 공간을 활용하여 고 이득을 얻을 수 있고, 평판형의 소형안테나를 제작할 수 있는 것이다.As described above, since the first and second waveguides 122 and 132 are designed in a multilayered multilayer structure, the first and second waveguides 122 and 132 are coupled by bolts and nuts to the fastened screw holes, thereby simplifying the manufacturing process, and utilizing the internal space of the multilayer structure to achieve high gain. It is possible to obtain a flat antenna of a small size.
본 발명의 도파관 슬롯 안테나(100)는 동일 크기의 유전체 물질을 이용한 평면형 안테나 보다 대역폭과 신호의 전송 면에서 유리하며, 수신이득이 우수한 특성을 보인다.The waveguide slot antenna 100 of the present invention is advantageous in terms of bandwidth and signal transmission, and has excellent reception gain than a planar antenna using a dielectric material of the same size.
이하 본 발명에 의한 다중 구조를 갖는 도파관 슬롯안테나는 위성통신 및 근거리의 고주파 통신장비에 들어가는 안테나에 관한 것으로 저항손실 및 방사손실이 작아서 고출력의 안테나로 사용할 수 있으며, 유전손실이 적어 고 이득을 얻을 수 있다.Hereinafter, a waveguide slot antenna having a multi-structure according to the present invention relates to an antenna that enters satellite communication and high-frequency communication equipment in a short range, and can be used as a high output antenna because of low resistance loss and radiation loss, and high gain due to low dielectric loss. Can be.
또한, 조립형의 도체판을 이용하여 안테나를 제작함으로써 제작이 쉽고 소형화가 가능하며, 설치 및 휴대가 간단하며 안테나의 설치비용을 절감할 수 있는 효과를 가져온다.In addition, by fabricating the antenna using the assembled conductive plate, it is easy to manufacture and miniaturized, it is easy to install and carry, and brings the effect of reducing the installation cost of the antenna.
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