KR200406226Y1 - 위상배열안테나용 위상변위기 - Google Patents

Abstract

보빈을 사용하지 않는 것이 가능하며 생산성 및 양산성이 향상되고 부품수가 절감되어 원가절감이 가능하도록, 원기둥형상의 도파부재와 도파부재의 외주면에 설치되고 나선형상 코일로 이루어지는 변위부재를 포함하고, 도파부재는 원기둥형상의 페라이트봉과 페라이트봉의 양쪽 측면에 각각 접합되는 유전체를 포함하고, 변위부재는 표면에 접착제가 코팅된 선재를 권선하여 자기융착으로 성형된 코일과 코일과 연결되는 단자핀이 설치되는 커넥터와 코일을 보호하도록 페라이트봉에 설치되고 커넥터를 고정하는 하우징을 포함하는 위상배열안테나용 위상변위기를 제공한다.

위상배열안테나, 위상변위기, 코일, 접착제, 자기융착, 권선, 보빈, 선재

Description

위상배열안테나용 위상변위기 {Phase Shifter for Phased Array Antenna}

도 1은 본 고안에 따른 위상배열안테나용 위상변위기의 일실시예를 개략적으로 나타내는 평면도이다.

도 2는 본 고안에 따른 위상배열안테나용 위상변위기의 일실시예에 있어서 코일을 나타내는 사시도이다.

도 3은 본 고안에 따른 위상배열안테나용 위상변위기의 일실시예에 있어서 코일을 권선하기 위한 선재를 나타내는 단면도이다.

본 고안은 위상배열안테나용 위상변위기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자기융착성 접착제가 코팅된 선재를 이용하여 형성한 코일을 사용하는 것에 의하여 생산성을 개선한 위상배열안테나용 위상변위기에 관한 것이다.

일반적으로 레이더(radar)는 전자파를 방사하여 목표 물체의 표면으로부터 반사되는 전자파의 에코를 수신하는 장치로, 목표물의 존재를 에코의 검출 또는 목표물내 자동응답기(레이더응답기)로부터의 응답신호를 수신하는 것에 의하여 확인할 때 주로 사용하는 장치이다. 또 레이더는 항공기, 로켓, 선박, 공항, 항만, 대 기상태의 식별, 항행지원, 감시, 관찰, 측정 등에 널리 사용되고 있다. 그리고 레이더는 사용목적에 따라 탐색용과 추적용으로 나누며, 탐색용은 폭이 넓은 전자파 빔이 이용되고, 추적용은 폭이 좁은 빔이 이용된다.

상기 레이더는 송신부, 안테나, 송수신전환부, 수신부, 표시부 등으로 구성되며, 안테나로는 접시안테나(parabolic antenna), 위상배열안테나(phased array antenna) 등이 사용된다.

상기 레이더에 사용되는 안테나에 있어서, 접시안테나는 기계식 회전방식에 의하여 빔을 주사(scan)하고 있으며, 위상배열안테나는 위상을 제어하여 전자빔을 전자적으로 주사한다.

최근에는 다수의 고속으로 이동하는 목표(표적)를 동시에 추적할 필요성이 크게 증대되고 있다. 그러나 기계식 회전방식으로 주사하는 접시안테나의 경우에는 1분에 6회, 최대 12회 회전하여도 좁은 각도(대략 2°정도)의 빔을 방사하므로, 음속 3배 이상의 비행체를 탐지하여 식별, 추적하는 것은 불가능하다. 따라서 레이더용으로 고정된 위치에서 전자적으로 위상을 제어하여 전자빔을 주사하는 위상배열안테나의 사용이 크게 증대되고 있다.

그리고 최근 무선이동통신 기술이 급격하게 발전하면서, 보다 더 향상된 품질의 서비스를 제공하기 위하여 전송속도를 증가시키는 기술과 한정된 전파자원을 효율적으로 이용하기 위한 기술이 중요한 기술로 대두되고 있다. 여기에서 한정된 전파자원을 효율적으로 이용하기 위한 기술로 CDMA, Power Control, 스마트안테나(Smart Antenna) 등이 제안되고 있다.

상기 스마트안테나는 공간 다중화를 이용하여 불필요한 신호는 제거하고 필요로 하는 신호만 검출해내는 기술로서, 적응 빔형성 알고리즘(adaptive beamforming algorithm)을 사용한다. 상기 적응 빔형성 알고리즘은 위상배열안테나를 통하여 수신되는 신호들을 적응 배열 프로세서를 이용하여 적절한 가중치를 곱하여 송신신호를 예측하는 역할을 담당한다.

상기와 같이 차세대 무선이동통신기술로 각광받고 있는 스마트안테나에 있어서도 기지국의 송수신안테나로 위상배열안테나를 사용하고 있다.

상기와 같이 사용되는 위상배열안테나는 복사소자(radiating element), 급전장치(loading unit), 위상변위기(phase shifter) 등으로 구성되며, 수백∼수만개의 소자 안테나(예를 들면 다이폴(Dipole) 또는 더블렛(Doublet) 안테나 등을 사용)를 소정의 패턴으로 배열하여 설치하고, 배열된 각 소자 안테나의 전류 위상을 변화시키는 것에 의하여 방사패턴을 공간에서 주사할 수 있는 안테나이며, 하나의 위상배열로 다수의 목표물을 추적하는 것이 가능하고, 비행기와 같은 이동체의 표면에 설치하는 경우 표면의 형상에 대응하여 소자 안테나를 배열하는 것이 가능하다.

상기 위상배열안테나에 있어서 주요한 문제는 급전에 요구되는 회로망의 복잡화와 제한된 대역폭, 소자간의 상호결합 및 임피던스 정합 등이 있으며, 반도체 기술 및 회로기술의 발달로 복잡한 회로망에 대한 문제는 어느 정도 해결되고 있다.

종래 위상배열안테나용 위상변위기는 원기둥형상의 페라이트봉과 유전체 및 절연층으로 이루어지는 도파부재와, 상기 도파부재의 외주면에 나선형으로 권선되 는 코일로 이루어지고 직류 전류가 인가되는 변위부재로 구성된다.

상기 도파부재는 송신 또는 수신되는 전파를 유도하는 도파관으로 기능하며, 원기둥형상의 페라이트봉 및 유전체의 외주면을 절연층이 감싸는 형상으로 이루어진다.

상기와 같이 구성되는 위상변위기는 변위부재에 직류 전류의 인가방향을 소정의 패턴으로 변경(스위칭)함에 따라 도파부재를 따라 흐르는 전파의 위상이 변위되어 진행하게 된다.

종래 위상변위기는 원통형 보빈에 권선된 코일을 사용하므로, 코일을 제작하는 과정에서 보빈에 코일을 권선하는 과정과 권선된 코일을 보빈에 접착제 등을 이용하여 고정하는 과정 등의 복잡한 공정을 거치게 되어 생산성이 낮다.

그리고 보빈을 사용함에 따라 제조원가가 상승되는 문제가 있다.

본 고안의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 표면에 자기융착성 접착제가 코팅된 선재를 권선하여 코일을 형성하므로 보빈을 사용하지 않는 것이 가능하므로 생산성 및 양산성이 향상되고 부품수가 절감되어 원가절감이 가능한 위상배열안테나용 위상변위기를 제공하기 위한 것이다.

본 고안이 제안하는 위상배열안테나용 위상변위기는 원기둥형상의 도파부재와 상기 도파부재의 외주면에 설치되고 나선형상 코일로 이루어지는 변위부재를 포함하여 이루어지고, 상기 도파부재는 원기둥형상의 페라이트봉과 상기 페라이트봉 의 양쪽 측면에 각각 접합되는 유전체를 포함하여 이루어지고, 상기 변위부재는 표면에 접착제가 코팅된 선재를 권선하여 자기융착으로 성형된 코일과 상기 코일과 연결되는 단자핀이 설치되는 커넥터와 상기 코일을 보호하도록 상기 페라이트봉에 설치되고 상기 커넥터를 고정하는 하우징을 포함하여 이루어진다.

다음으로 본 고안에 따른 위상배열안테나용 위상변위기의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

먼저 본 고안에 따른 위상배열안테나용 위상변위기의 일실시예는 도 1에 나타낸 바와 같이, 원기둥형상의 도파부재(10)와, 상기 도파부재(10)의 외주면에 설치되고 나선형상 코일(22)로 이루어지는 변위부재(20)를 포함하여 이루어진다.

상기 도파부재(10)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 원기둥형상의 페라이트봉(12)과, 상기 페라이트봉(12)의 양쪽 측면에 각각 일체로 접합되는 유전체(14)를 포함하여 이루어진다.

상기에서 유전체(14)는 입출력단으로 기능한다.

또 상기 도파부재(10)의 페라이트봉(12)의 외주면과 유전체(14)의 외주면 일부에는 상기 변위부재(20)의 코일(22)과 단락되는 것을 방지하기 위하여 절연층을 도포한다. 이 때 상기 유전체(14)의 끝부분 일부는 절연층을 도포하지 않고 표면을 그대로 노출시킨다.

상기 변위부재(20)는 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 표면에 접착제가 코팅된 선재를 권선하여 자기융착으로 성형된 코일(22)과, 상기 코일(22)과 연결되는 3개의 단자핀(32)이 설치되는 커넥터(30)와, 상기 코일(22)을 보호하도록 상기 페 라이트봉(12)에 설치되고 상기 커넥터(30)를 고정하는 하우징(28)을 포함하여 이루어진다.

상기 하우징(28)은 양쪽 끝부분에 테이프(29) 등을 감아서 부착하는 것에 의하여 페라이트봉(12)의 외주면에 밀착된 상태로 고정 설치된다.

상기 변위부재(20)의 3개의 단자핀(32)은 각각 리셋(reset)단자, 셋(set)단자, 접지(ground)단자로 구성된다.

상기 변위부재(20)의 코일(22)에는 상기 단자핀(32)을 통하여 직류 전류의 양극과 음극을 소정의 패턴으로 스위치하여 인가한다. 상기 변위부재(20)의 코일(22)에 인가하는 직류 전류의 인가방향을 스위칭하는 것에 의하여 도파부재(10)를 따라 이동하는 전파에 작용하는 힘의 방향이 달라지게 되고, 전파에 소정의 위상차가 발생하게 되며, 이에 의하여 위상변위가 이루어진다.

상기 코일(22)을 형성하는 선재(21)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 구리 등의 도전성 재료로 형성되는 심재(23)와, 상기 심재(23)의 표면에 코팅되는 자기융착성 접착제(24)로 이루어진다.

상기에서 자기융착성 접착제(24)는 선재(21)를 나선형상으로 권선하여 코일(22)을 형성한 다음 전기적인 쇼트(short)를 가하거나 열을 가하면, 이웃하는 접착제(24)끼리 서로 융착하여 일체화되는 성질을 갖고 있다.

상기 자기융착성 접착제(24)로는 폴리비닐부티랄수지, 폴리아미드수지, 에폭시수지, 페놀수지, 폴리에스테르수지, 폴리에스테르이미드수지 등에서 선정하여 단독 또는 혼합하여 사용한다.

상기와 같이 자기융착성 접착제(24)가 코팅된 선재(21)를 이용하여 코일(22)을 권선하고 전기적인 쇼트나 열을 가하게 되면, 권선되어 성형된 형상이 유지되므로 보빈을 사용할 필요가 없다.

따라서 보빈이 없는 코일(22)을 직접 페라이트봉(12)에 삽입하여 조립하는 것이 가능하므로, 조립작업이 용이하다.

상기에서는 본 고안에 따른 위상배열안테나용 위상변위기의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 고안은 이에 한정되는 것이 아니고 실용신안등록청구범위와 고안의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 고안의 범위에 속한다.

상기와 같이 이루어지는 본 고안에 따른 위상배열안테나용 위상변위기에 의하면, 변위부재의 코일을 자기융착성 접착제가 코팅된 선재를 이용하여 형성하므로, 보빈을 사용하지 않아도 된다. 따라서 부품수가 감소되고 원가절감이 이루어진다. 또 코일을 제조하는 과정이 권선과정만으로 완료되므로 매우 간단하게 이루어지고, 생산성 및 양산성이 크게 향상된다.

Claims (2)

1. 원기둥형상의 도파부재와, 상기 도파부재의 외주면에 설치되고 나선형상 코일로 이루어지는 변위부재를 포함하고,

   상기 도파부재는 원기둥형상의 페라이트봉과, 상기 페라이트봉의 양쪽 측면에 각각 접합되는 유전체를 포함하고,

   상기 변위부재는 표면에 접착제가 코팅된 선재를 권선하여 자기융착으로 성형된 코일과, 상기 코일과 연결되는 단자핀이 설치되는 커넥터와, 상기 코일을 보호하도록 상기 페라이트봉에 설치되고 상기 커넥터를 고정하는 하우징을 포함하고,

   상기 코일을 형성하는 선재는 도전성 재료로 형성되는 심재와, 상기 심재의 표면에 코팅되는 자기융착성 접착제로 이루어지는 위상배열안테나용 위상변위기.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 접착제는 폴리비닐부티랄수지, 폴리아미드수지, 에폭시수지, 페놀수지, 폴리에스테르수지, 폴리에스테르이미드수지 중에서 선정하여 단독 또는 혼합하여 사용하는 위상배열안테나용 위상변위기.

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