KR200366457Y1 - Satallite broadcasting antenna equipped plane-reflex-arrangement-plate - Google Patents
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Abstract
본 고안은 평면 반사면을 구비한 위성방송 수신안테나에 관한 것으로서, 자세하게는 평면 평면 반사배열 판상의 유전체층 위에 사용 파장보다 적은 주기로 반사소자를 2차원적으로 배열하여 이루어진 평면 반사판을 구비한 위성방송 수신안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a satellite broadcasting receiving antenna having a planar reflecting surface, and in particular, a satellite broadcasting receiving system having a planar reflecting plate formed by arranging reflecting elements two-dimensionally at a period less than a wavelength of use on a dielectric layer on a planar reflecting plate. Relates to an antenna.
급전부분과 평면 반사면으로 구성되는 반사배열 안테나에 있어서, 급전부분은 기존의 혼 안테나(1)와 저잡음 증폭기(2)를 사용하고, 파라볼라 반사곡면(3)을 대체하기 위하여 테플론 양면 기판을 이용해서 각각의 반사소자들을 사각형 소자(2차 복사하는 반사소자)로 구성하여 평면 반사배열 판을 구현한 것을 특징으로 하는 평면 반사배열 판(9)을 구비한 평면형 위성방송 수신안테나이다.In the reflective array antenna consisting of a feed portion and a plane reflective surface, the feed portion uses a conventional horn antenna (1) and a low noise amplifier (2), and uses a Teflon double-sided substrate to replace the parabola reflective curved surface (3). It is a planar satellite broadcast receiving antenna having a planar reflecting array plate 9, characterized in that each reflecting element is composed of a rectangular element (reflecting element for secondary radiation) to implement a planar reflecting array plate.
Description
본 고안은 평면 반사면을 구비한 위성방송 수신안테나에 관한 것으로서, 자세하게는 평면 반사배열 판상의 유전체층 위에 사용 파장보다 적은 주기로 반사소자를 2차원적으로 배열하여 이루어진 평면 반사판을 구비한 위성방송 수신안테나에 관한 것이다.The present invention relates to a satellite broadcasting receiving antenna having a planar reflecting surface, and in particular, a satellite broadcasting receiving antenna having a planar reflecting plate formed by two-dimensionally arranging reflecting elements on a dielectric layer on a planar reflecting plate with a period less than the wavelength used. It is about.
일반적인 위성방송용 수신안테나는 도1에 도시된 바와 같으며, 전파수신감도를 높이기 위하여 파라볼라안테나를 사용하였다. 이러한 안테나는 지향특성과 이득을 높이기 위하여 급전부로써 저잡음 증폭단(2)이 결합된 혼 안테나(1)와 곡면인 파라볼라 반사면(3)을 채택하였다. 저잡음증폭기(2)는 파라볼라 반사면(3)에 삼각지지대(4)에 의해 지지되고, 저잡음증폭기(2) 내측에 혼안테나(1)가 구비되며, 파라볼라 반사면(3)은 안테나 지지대(5)에 의해서 지지된다.The general satellite broadcasting reception antenna is shown in FIG. 1, and a parabola antenna is used to increase radio wave sensitivity. The antenna adopts a horn antenna 1 combined with a low noise amplifying stage 2 and a parabolic reflecting surface 3 as a feeding part to increase directivity and gain. The low noise amplifier 2 is supported by a triangular support 4 on the parabola reflecting surface 3, the horn antenna 1 is provided inside the low noise amplifier 2, and the parabola reflecting surface 3 is an antenna support 5. Supported by).
이와 같은 파라볼라안테나는 곡면형 반사체이기 때문에 전체 크기가 커지고, 무게가 많이 나가며, 구조적인 특성으로 옥상 또는 베란다에 설치해야 함으로써 설치에 제한을 많이 받게 된다. 또한, 안테나 시스템의 성능을 고려하여 인접하는 주파수에서 사용하는 혼 안테나를 사용할 수 밖에 없으며, 주 빔의 각도를 변경하는 것이 어려운 문제점이 있었다.Since the parabola antenna is a curved reflector, the overall size is large, weighty, and due to its structural characteristics, the parabola antenna has to be installed on the roof or the veranda, and thus the installation is limited. In addition, considering the performance of the antenna system can not only use the horn antenna used in the adjacent frequency, there was a problem that it is difficult to change the angle of the main beam.
그리고, 이와 같은 파라볼라안테나의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 도2에 도시된 바와 같이 마이크로스트립 소자배열 안테나 구조가 있다. 이 구조는 접지된 유전체 판(6) 위에 유한한 개수의 복사소자(7)가 있고 각 소자에 전력을 공급하기 위하여 전력분배회로(8)가 결합되어 있는데, 무게가 가볍고 배열판 자체가 안테나로서 평면체라는 장점이 있으나 모든 구조가 반사면에 수직인 방향으로 주빔이 형성되어 주빔을 이동시키거나 대역폭을 미세 조정해야 하는 불편한 점이 있었고, 특히, 전력분배회로에 의한 전력손실이 크다는 문제점이 있었다.In addition, there is a microstrip device array antenna structure as shown in FIG. 2 to solve the problems of the parabola antenna. This structure has a finite number of radiating elements (7) on the grounded dielectric plate (6) and the power distribution circuit (8) is combined to supply power to each element. Although there is an advantage of being a planar body, the main beam is formed in a direction perpendicular to the reflecting surface, and there is an inconvenience in that the main beam is moved or the bandwidth is finely adjusted.
본 고안은 이상과 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 접지된 평면인 유전체층 위에 일정한 주기로 배열하되 사용파장 보다 적은 반사소자를 배열하는 방식으로 제작하여 파라볼라 반사곡면을 대체함으로써 설치가 용이하고 전력분배회로에 의한 전력손실이 거의 없는 평면 반사배열판을 구비한 위성방송 수신안테나를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the above problems, it is arranged in a regular cycle on the grounded dielectric layer, but arranged in a way that reflects less than the wavelength used to replace the parabola reflection curved surface is easy to install and power distribution circuit It is to provide a satellite broadcasting receiving antenna having a planar reflecting array plate with almost no power loss.
도 1은 종래의 위성방송용 파라볼라 안테나를 도시한 사시도1 is a perspective view showing a conventional parabolic antenna for satellite broadcasting
도 2는 종래의 위성방송용 마이크로스트립 소자 안테나를 도시한 사시도2 is a perspective view showing a conventional microstrip device antenna for satellite broadcasting
도 3의 (가)는 본 고안에 따른 평면 반사배열을 도시한 사시도Figure 3 (a) is a perspective view showing a planar reflection arrangement according to the present invention
도 3의 (나)는 본 고안 일실시 예에 따른 반사배열을 이용한 수신안테나의 사시도Figure 3 (b) is a perspective view of a receiving antenna using a reflection array according to an embodiment of the present invention
도4는 본 고안 단일 소자의 구조를 나타낸 도면.4 is a view showing the structure of a single device of the present invention.
도5는 본 고안 실시 예로서 소자의 길이에 따른 위상의 변화를 나타낸 도면5 is a view showing a change in phase according to the length of the device as an embodiment of the present invention
도6은 반사배열 안테나의 복사패턴을 설명하는 상대전력측정치를 도시한 도면.FIG. 6 shows relative power measurements illustrating radiation patterns of a reflective array antenna; FIG.
* 도면 중 주요부호에 대한 설명* Description of the main symbols in the drawings
1. 혼 안테나 2. 저잡음 증폭기1. Horn antenna 2. Low noise amplifier
3. 파라볼라 반사면 4. 삼각 지지대3. Parabola reflector 4. Tripod support
5. 안테나 지지대 6. 유전체 판5. Antenna support 6. Dielectric plate
7. 구형 소자 안테나 8. 전력분배회로7. Spherical element antenna 8. Power distribution circuit
9. 평면 반사배열판 10. 유전체 층9. Flat Reflective Array 10. Dielectric Layer
11. 구형소자 배열 12. 커넥터11.Spherical Element Array 12.Connector
이하, 본 고안의 구성을 설명한다.Hereinafter, the configuration of the present invention.
급전부분과 평면 반사면으로 구성되는 반사배열 안테나에 있어서, 급전부분은 기존의 혼안테나(1)와 저잡음 증폭기(2)를 사용하고, 파라볼라 반사곡면(3)을 대체하기 위하여 테플론 양면 기판을 이용해서 각각의 반사소자들을 사각형 소자(2차 복사하는 반사소자)로 구성하여 평면 반사배열판을 구현한 것을 특징으로 하는 평면 반사배열판(9)을 구비한 평면형 위성방송 수신안테나이다.In the reflective array antenna consisting of a feed portion and a planar reflecting surface, the feed portion uses a conventional horn antenna (1) and a low noise amplifier (2), and uses a Teflon double-sided substrate to replace the parabolic reflecting surface (3). It is a planar satellite broadcast receiving antenna having a planar reflecting array plate 9 characterized in that each reflecting element is composed of a rectangular element (reflecting element for secondary radiation) to implement a planar reflecting array plate.
도 3의 (가)와 (나)는 본 고안에 따른 평면 반사배열을 도시한 사시도와 본 고안 일실시 예에 따른 평면 반사배열을 이용한 수신안테나의 사시도로서, 테플론 양면기판의 접지된 유전체층(10) 위에 사각형 소자(2차 복사하는 반사소자)(11)가 사용 파장보다 적은 일정 주기로 배열된 평면 반사배열판(9)이 형성되고, 혼안테나(1)와 커넥터(12)가 포함된 저잡음증폭기(2)가 평면 반사배열판(9)에 삼각지지대(4)에 의해 지지 구성된다.3A and 3B are perspective views showing a planar reflecting arrangement according to the present invention and a reception antenna using the planar reflecting arrangement according to an embodiment of the present invention, wherein the grounded dielectric layer 10 of the Teflon double-sided board is provided. A low-noise amplifier including a horn antenna 1 and a connector 12 on which a planar reflective array plate 9 in which rectangular elements (reflecting elements for secondary radiation) 11 are arranged at regular intervals less than a used wavelength is formed. (2) is supported by the triangular support 4 to the planar reflection array plate 9.
이하 본 고안에 따른 일실시예를 설명한다.Hereinafter will be described an embodiment according to the present invention.
일반적으로 평면형 반사배열 안테나는 두개의 기본소자로 구성되는데 하나는 급전소자이고 다른 하나는 평평하거나 약간 구부러진 얇은 반사면이다. 반사면에서는 도 2와 같은 기존의 위성통신 수신안테나 구조와는 다르게 전력 분배회로가 없고 단지 사각형, 원형, 그리드형, 링형 등의 반사소자가 2차원적으로 배열되어 존재한다. 결국 급전소자에서 1차 복사가 이루어지고 이 반사면으로 복사되어 다시 재복사 되는 과정을 거치게 된다. 이와 같은 구조를 반사배열(reflectarray)이라고 한다.Generally, a planar reflection array antenna is composed of two basic elements, one of which is a feeding element and the other of which is a flat or slightly curved thin reflective surface. On the reflective surface, unlike the conventional satellite communication receiving antenna structure as shown in FIG. 2, there is no power distribution circuit, and only two-dimensional reflection elements such as a square, a circular, a grid, and a ring are present. Eventually, the primary element is radiated from the feeder element and is then radiated back to the reflective surface. Such a structure is called a reflective array.
본 고안에서는 무궁화 위성을 이용한 위성방송을 수신하기 위하여 테플론 양면기판을 이용하여 반사배열을 구현하고, 각 반사소자(reflecting elements)들은 사각형 소자로 구성하였으며, 급전부분은 원형 혼안테나와 저잡음 증폭기가 결합된 구조를 제안하고 해석하였다. 먼저 반사소자에 흐르는 등가자기전류와 산란 전자장, 이득 및 복사패턴을 구하였고, 제안된 구조를 설계 제작 및 실험하여 복사패턴을 측정하였다.In this design, reflecting array is implemented by using Teflon double-sided board to receive satellite broadcasting using Mugunghwa satellite, each reflecting element is composed of square element, and the feeding part is a combination of circular horn antenna and low noise amplifier. The proposed structure is proposed and interpreted. First, the equivalent magnetic current flowing through the reflecting element, the scattering field, the gain and the radiation pattern were obtained, and the radiation pattern was measured by designing, fabricating and testing the proposed structure.
본 고안에서는 고이득, 가벼운 무게, 저가의 반사배열 안테나를 설계하기 위하여 사용주파수는 현재 무궁화 위성의 위성방송으로 사용되는 주파수를 선택하였다.In order to design high gain, light weight, low cost reflective array antenna, we selected the frequency used for satellite broadcasting of Mugunghwa satellite.
먼저 급전소자를 선택해야 하는데 이는 상용화된 급전 혼안테나를 사용하였고, 다음으로 반사배열을 설계하도록 한다. 도면 4에 단위 셀에 대한 사각형 단일 소자 구조를 도시하였다. 먼저 단일 소자의 경우 반사배열판의 효율적인 반사소자로서 동작하려면 x, y 방향의 길이는 다음과 같은 식으로 결정할 수 있다First, the feeding element should be selected, which uses a commercially available feeding horn antenna, and then designes the reflection array. 4 shows a rectangular single device structure for a unit cell. First, in the case of a single device to operate as an efficient reflector of the reflector array, the length in the x and y directions can be determined by
, ,
여기에서 fr은 사용주파수, c는 광속이고, 효율적인 상대유전율 eeff와 x 방향의 전기적 미소길이 ΔWx는 각각 다음과 같이 주어진다.Where fr is the operating frequency, c is the luminous flux, and the effective relative dielectric constant e eff and the electrical micro-length ΔW x in the x direction are given by
일단 단일 소자의 길이로부터 계산한 소자의 전류를 구하여 소자에서의 반사전장의 크기와 위상을 구한 후, 소자의 길이를 미세하게 가변하여 이에 따른 반사전장의 크기와 위상을 계산한다. 이는 파라볼라안테나에서 혼안테나에서 반사곡면을 지나는 경로길이와 본 고안에서 평면 반사배열판을 지나는 경로길이가 서로 다르기 때문에 반사전장이 특정한 각도로 집중하도록 보상할 필요가 있는데 이것을 평면 반사배열판의 각 반사소자에서 보상해야 하기 때문이다. 도면 5에 반사소자의 길이에 따른 반사전장의 위상의 변화를 도시하였다. 도면에서 f=12 [GHz]에서 공진하는 공진 길이를 기준으로 소자 길이를 가변하면 위상은 0°에서 360°까지 가변할 수 있음을 보여주었다. 이때 각 반사소자에서 발생하는 위상오차는 반사배열 안테나의 지향성과 대역폭, SLL에 영향을 미치게 된다.Once the current of the device is calculated from the length of a single device to determine the magnitude and phase of the reflected electric field in the device, the length of the device is slightly varied to calculate the magnitude and phase of the reflected electric field. This is because the path length from the parabola antenna to the reflection surface at the horn antenna is different from the path length from the planar reflection array to the present invention. Therefore, it is necessary to compensate the reflection electric field to concentrate at a specific angle. This is because the device must compensate. 5 shows a change in the phase of the reflected electric field according to the length of the reflecting element. In the figure, when the device length is changed based on the resonance length resonating at f = 12 [GHz], the phase can be varied from 0 ° to 360 °. At this time, the phase error generated in each reflective element affects the directivity, bandwidth, and SLL of the reflective array antenna.
일반적으로 반사배열 안테나의 최대 지향성(maximum directivity)은 반사소자의 개수와 x, y 방향의 주기와 관계가 있다. 널리 알려진 텍스트에서는 최대 지향성 D는로 주어진다. 여기에서 N은 반사판의 반사소자의 개수이고, a, b는 각각 x, y 방향의 주기이다.In general, the maximum directivity of the reflective array antenna is related to the number of reflective elements and the period in the x and y directions. In well known text, the maximum directivity D is Is given by Where N is the number of reflecting elements of the reflecting plate, and a and b are periods in the x and y directions, respectively.
반사배열 안테나의 제작 및 실험Fabrication and Experiment of Reflected Array Antenna
마이크로스트립 소자 반사배열 안테나 구조를 제작하는 과정은 다음과 같다.The process of fabricating the microstrip element reflective array antenna structure is as follows.
먼저 마이크로스트립 소자 반사배열을 제작하기 위해서 위에서 언급한 식들과 도면 5 그리고 일반적인 배열 이론을 이용하여 요구하는 이득과 지향특성을 구현할 수 있는 사각형 소자로 이루어진 반사배열을 제작하였다. 다음으로 혼안테나와 저잡음 증폭기를 포함하는 급전부분을 삼각 지지대를 이용하여 마이크로스트립 소자 반사배열판과 결합하였다. 도면 3의 (나)에 실제 제작된 마이크로스트립 소자반사배열 안테나 구조를 도시하였다.First, in order to fabricate the microstrip element reflection array, the reflection array consisting of the rectangular element that can achieve the required gain and directivity characteristics was fabricated using the above-mentioned equations, Figure 5, and general array theory. Next, the feed portion including the horn antenna and the low noise amplifier was combined with the microstrip element reflecting array plate using a triangular support. FIG. 3B shows the structure of the actually manufactured microstrip element reflection array antenna.
제작된 반사배열 안테나의 복사패턴을 구하고자 상대전력을 측정하였다. 챔버에서 스텝 모터를 이용하여 몇 회에 걸쳐 0.5°의 각도로 상대전력을 측정하여 도면 6에 복사패턴을 도시하였다. 도면6에서 반대의 편파(cross polarization)인 경우 -33 [dB] 이하로 나타나므로 양호한 특성을 보여 주고 있다. 동일한 편파(co-polarization)의 경우 평균 -32.2 [dB]의 SLL을 측정하였다. 계산한 이론치는 약 -34 [dB]로 실험치와 약간의 차이는 있지만 이는 제작 시 반사배열을 평탄하게 하지 못했거나 급전소자의 위치가 최대의 전계강도를 수신하지 못하는 위치에 있다고 판단되므로 언제든지 수정이 가능하다 하겠다. 따라서 반사배열 안테나가 고이득 위성방송용 수신안테나로서 매우 유용한 안테나라는 것을 확인할 수 있었다.Relative power was measured to obtain the radiation pattern of the manufactured array antenna. The radiation pattern is illustrated in FIG. 6 by measuring the relative power at an angle of 0.5 ° several times using a step motor in the chamber. In the case of cross polarization in Fig. 6, it is represented by -33 [dB] or less, which shows good characteristics. For the same co-polarization, the average SLL of -32.2 [dB] was measured. The calculated theoretical value is about -34 [dB], which is slightly different from the experimental value. However, it can be modified at any time because it is considered that the reflection array is not flattened at the time of manufacture or that the position of the feed element is in a position that does not receive the maximum electric field strength. I will. Therefore, it was confirmed that the reflected array antenna is a very useful antenna as a reception antenna for high gain satellite broadcasting.
본 고안의 효과는 다음과 같다.The effect of the present invention is as follows.
본 고안 안테나는 전체 크기가 작고 무게가 적게 나가며, 안테나가 평면체이기 때문에 제작과 설치가 용이한 것으로, 특히, 도 2와 같은 소자배열 안테나의 전력분배회로에서의 전력손실이 없으며, 주빔의 형성을 자유로이 조정할 수 있어 수신상태가 우수한 장점이 있다.The designed antenna is small in size and low in weight, and is easy to manufacture and install because the antenna is a flat body. In particular, there is no power loss in the power distribution circuit of the element array antenna as shown in FIG. It can be freely adjusted to have an excellent reception state.
Claims (1)
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2004
- 2004-06-16 KR KR20-2004-0016848U patent/KR200366457Y1/en not_active IP Right Cessation
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