KR20030010450A - 유전체 렌즈를 구비한 위성안테나용 피드혼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전체 렌즈를 사용하여 성능의 저하없이 피드혼의 부피를 감소시킬 수 있는 유전체 렌즈를 구비한 위성안테나용 피드혼에 관한 것으로, 본 발명은 위성안테나용 피드혼에 있어서, 윗쪽으로 갈수록 직경이 커지는 깔대기모양으로 형성하고, 위성안테나의 반사판에 의해 반사된 신호들을 집중시키는 혼부; 상기 혼부의 직경이 좁은 쪽에 일체로 형성하고, 직경이 일정한 내부공간을 갖는 원기둥형상의 피드부; 및 유전체로 형성하여, 상기 혼부에서 피드부에 걸쳐 그 내부에 삽입하고, 상기 혼부로 입력되는 신호를 피드부의 내부 공간으로 집중시키는 유전체 렌즈를 구비함을 요지로 한다.

Description

유전체 렌즈를 구비한 위성안테나용 피드혼{FEED HORN OF SATELLITE ANTENNA WITH DIELECTRIC LENS}

본 발명은 위성신호를 수신하는 위성안테나에 구비되어 신호를 수집하는 피드혼에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유전체 렌즈를 사용하여 성능의 저하없이 피드혼의 부피를 줄일 수 있는 유전체 렌즈를 구비한 위성안테나용 피드혼에 관한 것이다.

일반적으로, 가정에서 위성을 통해 송출되는 위성방송신호를 수신하여 시청할 수 있게 하는 위성방송수신시스템은 옥외에 설치되는 위성안테나로 위성신호를 수신하고, 수신된 수 GHz대역의 위성신호를 저잡음주파수변환기(LNB)를 통해 주파수다운시킨 후 옥내의 위성방송수신기로 인가한다. 옥내의 위성방송수신기는 상기 주파수변환된 위성방송신호를 입력받아 디지탈변환, 복호화, 부호화처리를 하여 원하는 채널의 오디오/비디오신호를 TV입력신호형태로 출력한다. 상기 위성방송수신기로부터 출력된 오디오/비디오신호는 각각 TV에 입력되어 영상 및 음성이 발생된다.

이러한 위성신호 수신시스템에 있어서, 위성안테나는 위성신호를 효과적으로 수신할 수 있도록, 위성신호를 반사하여 한점으로 집중시키는 포물면 형태의 반사기와, 상기 반사기에 의해 반사되는 신호들이 집중되는 지점에 위치하여 위성신호를 수집하여 전기신호로 변환하는 피드혼으로 이루어진다. 상기 피드혼은 저잡음주파수변환기와 결합된다.

이때, 종래에는 도 1에 도시한 바와 같이, 피드혼의 혼부(1a)를 안테나에서 공기(377옴) 중으로 임피던스 정합을 위하여 물결모양으로 형성시키는 방식이 사용되고 있다.

도 2는 상기 도 1에 도시한 종래의 물결 모양의 혼(corrugated horn)을 갖는 피드혼에 대한 A-A' 단면도로서, 도시된 바와 같이, 혼부(1a)에는 안쪽으로 들어갈수록 높이가 일정한 비율로 낮아지고 그 직경이 좁은 원기둥형태를 중첩하여 형성시킨다. 이는 수신신호의 방향성을 크게하여 신호가 집중될 수 있도록 하기 위한 것이다.

일반적으로, 안테나의 주요 특성을 반사손실(S11)과, 방향성을 나타내는 방사패턴으로 설명되는데, 실제로 위성수신에 있어서는 저잡음주파수변환기(LNB)의 고주파동작주파수(10.7GHz~12.75GHz)의 중심주파수인 11.7GHz에서 HFSS(High Frequency Structure Simulator)로 시뮬레이션 해본 결과, 상기 종래의 안테나특성은 반사손실(S11) 값이 -23.923dB로 나왔으며, 방사패턴은 도 5에 도시한 바와 같이 나타났다.

그러나, 종래 피드혼은 혼부에 물결모양을 형성하기 위해서 금형으로 제작하므로, 금형 제작비에 의해 단가가 상승하고 무게가 무거우며, 원하는 방향성을 얻기 위한 다단계 물결모양으로 인하여 그 만큼 부피가 커지며, 또한, 위성의 위치가 방위각 상으로 그다지 많이 틀어져 있지 않아 하나의 위성안테나로 여러 개의 위성신호를 수신하는 것이 요구되어 지는데, 종래의 피드혼은 부피가 커서 여러개를 설치하는 경우에는 신호 집중 영역에 모두 수용될 수 없다는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 기존의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 그 목적은 유전체 렌즈를 사용하여 성능의 저하없이 피드혼의 부피를 감소시킬 수 있는 유전체 렌즈를 구비한 위성안테나용 피드혼를 제공하는데 있다.

도 1은 종래 위성안테나의 피드혼 구조를 보이는 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시한 피드혼의 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 유전체 렌즈를 구비한 피드혼의 제1 실시예에 대한 구조를 보이는 단면도이다.

도 4는 도 3의 피드혼에 구비되는 유전체 렌즈의 사시도이다.

도 5는 종래 피드혼을 구비한 안테나의 방사패턴을 보인 그래프이다.

도 6은 본 발명의 피드혼을 구비한 안테나의 방사패턴을 보인 그래프이다.

도 7은 본 발명에 따른 유전체 렌즈를 구비한 피드혼의 제2 실시예에 대한 구조를 보이는 단면도이다.

도 8a-8d는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예의 피드혼에 대한 특성 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

31 : 피드혼32 : 혼부

33 : 피드부34 : 유전체 렌즈

34a : 내부공간

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 위성안테나용 피드혼에 있어서, 윗쪽으로 갈수록 직경이 커지는 깔대기모양으로 형성하고, 위성안테나의 반사판에 의해 반사된 신호들을 집중시키는 혼부; 상기 혼부의 직경이 좁은 쪽에 일체로 형성하고, 직경이 일정한 내부공간을 갖는 원기둥형상의 피드부; 및 유전체로 형성하여, 상기 혼부에서 피드부에 걸쳐 그 내부에 삽입하고, 상기 혼부로 입력되는 신호를 피드부의 내부 공간으로 집중시키는 유전체 렌즈를구비함을 특징으로 한다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성수단으로서, 본 발명은 위성안테나용 피드혼에 있어서, 윗쪽으로 갈수록 직경이 커지는 깔대기모양으로 형성하고, 위성안테나의 반사판에 의해 반사된 신호들을 집중시키는 혼부; 상기 혼부의 직경이 좁은 쪽에 일체로 형성하고, 직경이 일정한 내부공간을 갖는 원기둥형상의 피드부; 및 유전체로 형성하여, 상기 혼부에서 피드부에 걸쳐 그 내부에 삽입하고, 상기 혼부로 입력되는 신호를 피드부의 내부 공간으로 집중시키고, 상기 유전체에 내부공간을 형성한 유전체 렌즈를 구비함을 특징으로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 유전체 렌즈를 구비한 피드혼의 제1 실시예에 대한 구조를 보이는 단면도이고, 도 4는 도 3의 피드혼에 구비되는 유전체 렌즈의 사시도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 위성안테나용 피드혼(31)은 윗쪽으로 갈수록 직경이 커지는 깔대기모양으로 형성하고, 위성안테나의 반사판에 의해 반사된 신호들을 집중시키는 혼부(32)와, 상기 혼부(32)의 직경이 좁은 쪽에 일체로 형성하고, 직경이 일정한 내부공간을 갖는 원기둥형상의 피드부(33)와, 유전체로 형성하여, 상기 혼부(32)에서 피드부(33)에 걸쳐 그 내부에 삽입하고, 상기 혼부(32)로 입력되는 신호를 피드부(33)의 내부 공간으로 집중시키는 유전체 렌즈(34)로 구성한다.

상기 유전체 렌즈(34)는 길이방향을 중심축으로 하여, 중앙에 가장 큰 직경을 갖고, 이 중앙을 중심으로 중심축을 따라 양측으로 가면서 단계적으로 작은 직경을 갖는 계단식 원통형으로 형성된다.

이와 같은 본 발명의 유전체 렌즈(34)는 공기와의 임피던스 정합기능을 수행하는데, 여기서 임피던스 정합은 상기 유전체 렌즈(34)의 모양 및 유전율과 관계되며, 본 발명에 따른 상기한 바와 같은 형상을 갖는 유전체 렌즈(34)에 의해서, 위성안테나의 반사판에 의해 반사된후 한방향으로 모이는 위성신호들을 집중한다.

전술한 본 발명의 피드혼을 안테나에 적용한 경우에, 종래 물결모양의 피드혼에 의해 이루어지던 것과 유사한 방사패턴을 얻을 수 있다.

도 3 및 도 4에 도시한 본 발명의 피드혼을 위성안테나에 적용하여 LNB의 고주파 동작주파수(10.7GHz~12.75GHz)의 중심주파수(11.7GHz)에서 시뮬레이션한 결과를 도 6에 도시하였다.

도 6에 도시된 본 발명에 따른 피드혼을 적용시의 방사패턴과 도 5에 도시한 종래 구조의 피드혼을 적용시의 방사패턴을 비교해 보면, 거의 유사한 특성을 나타냄을 알 수 있다.

또한, 상기 시뮬레이션에 의해, 본 발명과 같은 형태의 유전체 렌즈(34)를 삽입하여 피드혼을 구성한 경우, 상기 시뮬레이션에서 반사손실이 -17.225dB로 나타났다. 즉, 종래의 경우(-23.923dB)와 비교할때 특별한 차이가 없음을 알 수 있다.

이에 반해서, 본 발명과 같이 피드혼의 내부에 유전체 렌즈(34)를 삽입하는 경우, 종래와 같이 피드혼의 혼부에 물결모양을 형성하지 않아도 되므로, 그 만큼 혼부의 구조가 간단해지고, 종래에 요구되었던 금형 제작 필요없이, 상기와 같이 단순한 깔대기모양으로 혼부를 형성함으로서 피드혼의 부피가 작아지게 된다.

더하여, 본 발명의 유전체 렌즈는 특정 크기에 제한되지 않으며, 위성안테나, 파라볼라안테나의 사이즈에 대응하여 유전율 및 크기를 변경할 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 유전체 렌즈를 구비한 피드혼의 제2 실시예에 대한 구조를 보이는 단면도로서, 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 해당하는 위성안테나용 피드혼(31)은 윗쪽으로 갈수록 직경이 커지는 깔대기모양으로 형성하고, 위성안테나의 반사판에 의해 반사된 신호들을 집중시키는 혼부(32)와, 상기 혼부(32)의 직경이 좁은 쪽에 일체로 형성하고, 직경이 일정한 내부공간을 갖는 원기둥형상의 피드부(33)와, 유전체로 형성하여, 상기 혼부(32)에서 피드부(33)에 걸쳐 그 내부에 삽입하고, 상기 혼부(32)로 입력되는 신호를 피드부(33)의 내부 공간으로 집중시키고, 상기 유전체에 내부공간(34a)을 형성한 유전체 렌즈(34)로 구성한다.

상기 내부공간(34a)을 갖는 유전체 렌즈(34)는 길이방향을 중심축으로 하여, 중앙에 가장 큰 직경을 갖고, 이 중앙을 중심으로 중심축을 따라 양측으로 가면서 단계적으로 작은 직경을 갖는 계단식 원통형으로 형성하며, 상기 유전체 렌즈(34)의 내부공간(34a)은 외부 형태에 대응하도록 형성된다.

여기서, 본 발명에 따른 제2 실시예에 대한 피드혼(31)은 상기한 본 발명의 제1 실시에에 해당하는 피드혼과 기본적으로 동일한 기능을 수행하는 것으로서, 상기한 본 발명의 제1 실시에서 설명된 바와 같다.

다만, 이러한 본 발명의 제2 실시예에 해당하는 피드혼(31)은 내부공간(34a)을 갖는 유전체 렌즈(34)가 적용된 경우로서, 이는 상기 제1 실시예에 해당하는 내부공간이 없는 유전체에 비해, 내부공간(34a)에 의해서 그 만큼 유전체 손실을 감소시킬 수 있다.

도 8a-8d는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예의 피드혼에 대한 특성 그래프로서, 도 8a 내지 도 8d는 각각 낮은 수평편파, 낮은 수직편파, 높은 수평편파 및 높은 수직편파에 대한 신호대잡음비(S/N비) 및 비트 오류(BER: Bit Error Rate)을 측정한 결과 그래프이다. 도 8a-8d를 참조하면, 내부공간이 없는 꽉찬 유전체 렌즈를 구비한 피드혼인 제1 실시예에 비해, 내부공간이 있는 유전체 렌즈를 구비한 피드혼인 제2 실시예에서 대체적으로 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같이, 기존의 물결모양으로 혼부를 구성하지 않고도 기능적으로는 종래와 유사한 성능을 얻을 수 있는 효과가 있으며, 이와 같이 혼부를 물결모양으로 구성하지 않아도 됨으로서 피드혼의 부피를 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 신호 집중 영역에 여러개의 피드혼을 수용할 수 있는 우수한 효과가 있다.

뿐만 아니라, 종래와 같은 금형제작이 필요없어, 그 만큼 저렴하게 제작할 수 있고, 또한, 종래의 피드혼에 비해 경량이라는 장점이 있다.

Claims (4)

1. 위성안테나용 피드혼에 있어서,

   윗쪽으로 갈수록 직경이 커지는 깔대기모양으로 형성하고, 위성안테나의 반사판에 의해 반사된 신호들을 집중시키는 혼부;

   상기 혼부의 직경이 좁은 쪽에 일체로 형성하고, 직경이 일정한 내부공간을 갖는 원기둥형상의 피드부; 및

   유전체로 형성하여, 상기 혼부에서 피드부에 걸쳐 그 내부에 삽입하고, 상기 혼부로 입력되는 신호를 피드부의 내부 공간으로 집중시키는 유전체 렌즈를 구비함을 특징으로 하는 유전체 렌즈를 이용한 위성안테나용 피드혼.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 유전체 렌즈는

   길이방향을 중심축으로 하여, 중앙에 가장 큰 직경을 갖고, 이 중앙을 중심으로 중심축을 따라 양측으로 가면서 단계적으로 작은 직경을 갖는 계단식 원통형으로 형성한 것을 유전체 렌즈를 이용한 위성안테나용 피드혼.
3. 위성안테나용 피드혼에 있어서,

   윗쪽으로 갈수록 직경이 커지는 깔대기모양으로 형성하고, 위성안테나의 반사판에 의해 반사된 신호들을 집중시키는 혼부;

   상기 혼부의 직경이 좁은 쪽에 일체로 형성하고, 직경이 일정한 내부공간을 갖는 원기둥형상의 피드부; 및

   유전체로 형성하여, 상기 혼부에서 피드부에 걸쳐 그 내부에 삽입하고, 상기 혼부로 입력되는 신호를 피드부의 내부 공간으로 집중시키고, 상기 유전체에 내부공간을 형성한 유전체 렌즈를 구비함을 특징으로 하는 유전체 렌즈를 이용한 위성안테나용 피드혼.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 내부공간을 갖는 유전체 렌즈는

   길이방향을 중심축으로 하여, 중앙에 가장 큰 직경을 갖고, 이 중앙을 중심으로 중심축을 따라 양측으로 가면서 단계적으로 작은 직경을 갖는 계단식 원통형으로 형성하며,

   상기 유전체 렌즈의 내부공간은 외부 형태에 대응하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 유전체 렌즈를 이용한 위성안테나용 피드혼.