KR20080084158A - 도파관 슬롯 어레이 평면안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나는, 신호를 인가받기 위한 도파관 급전부가 형성되며, 본 도파관 급전부를 통해 입력된 신호를 안내하여 분배시키는 도파관이 형성된 급전판 부재와, 본 급전판 부재를 통해 분배된 신호를 방사하기 위한 방사홈이 다수 형성된 방사판 부재와, 상기 방사판 부재 상에 적층 장착되어 상기 분배된 신호를 외부로 안내하기 위한 다수의 슬롯이 형성된 슬롯판 부재를 포함하는 도파관 슬롯 어레이 평면안테나로서, 상기 급전판 부재와 상기 방사판 부재와 상기 슬롯판 부재가 레이저 빔에 의한 레이저용접 방식으로 상호 접합되는 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 안테나의 구성 요소들 상호간의 결합 특성을 향상시켜 삽입손실을 감소시킴으로써 고이득을 실현할 수 있으며, 결합 공정을 자동화할 수 있다.

도파관, 슬롯, 어레이, 평면안테나

Description

도파관 슬롯 어레이 평면안테나{SLOT ARRAY TYPE FLAT ANTENNA COMPRISING WAVEGUIDE}

도 1 은 종래 기술의 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 구성을 도시한 저면도, 평면도, 측면도이며,

도 2 는 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 급전판 부재의 사시도이며,

도 3 은 도 2 에 도시된 급전판 부재의 이면도이며,

도 4 는 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 방사판 부재의 사시도이며,

도 5 는 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 슬롯판 부재의 평면도이며,

도 6 은 도 5 에 도시된 상기 슬롯판 부재의 이면도이며,

도 7 은 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 방사판 부재와 슬롯판 부재의 레이저 접합을 도시한 도면이며,

도 8 은 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 급전판 부재가 레이저 접합되는 상태를 도시한 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 급전판 부재 12: 급전부

14: 도파관 15: 바닥면

16: 전계면 분배기 18: 벌지

20: 방사판 22: 방사홈

30: 슬롯판 32: 그루브

34: 슬롯 36: 배플

본 발명은 안테나에 관한 것으로, 특히 극초단파 대역에서 고이득을 얻을 수 있도록 급전판 부재와 방사판 부재와 슬롯판 부재를 레이저 빔에 의한 레이저용접 방식으로 상호 접합시킨 도파관 슬롯 어레이 평면안테나에 관한 것이다.

일반적으로 이용되고 있는 극초단파용 송수신 안테나로는 파라볼라 안테나(Parabolic Antenna), 마이크로스트립 안테나(Microstrip Antenna) 및 도파관 슬롯 어레이 안테나 등이 있다.

상기 파라볼라 안테나는 포물반경의 초점에서 나온 빛이 반사경에 의해 반사된 후 평행광선이 된다는 광학적인 특징을 이용한 것으로 부피가 크다는 단점을 가진다.

한편, 상기 마이크로스트립 안테나는 기판으로 이용되는 유전체의 손실계수에 따라, 송신 또는 수신되는 신호의 급전 손실이 크고 대역폭이 매우 작아 광대역 을 필요로 하는 시스템에서는 적용하기 곤란한 단점이 있다.

그리고, 상기 종래의 도파관 슬롯 어레이 평면안테나는 도 1 에 도시된 바와 같이, 급전부(1)가 형성된 급전판 부재(3)와 다수의 슬롯(7)이 형성된 슬롯판 부재(9)와 상기 급전판 부재(3)와 슬롯판 부재(9) 사이에 설치되는 방사판 부재(6)를 포함한다.

상기 급전판 부재(3)는 상기 방사판 부재(6) 및 슬롯판 부재(9)와 결합되기 위한 다수의 제 1 체결구(2) 및 이와 같은 결합과정에서 기준 위치를 정하기 위한 기준위치설정부재(2-1)을 포함한다.

상기 슬롯판 부재(9) 역시 상기 급전판 부재(3) 및 방사판 부재(6)와 결합되기 위한 다수의 제 2 체결구(8)를 포함하며, 상기 급전판 부재(3)에 포함된 제 1 체결구(2)와 상기 슬롯판 부재(9)에 포함된 제 2 체결구(8)가 나사 또는 볼트와 너트 등의 체결수단에 의해 체결됨으로써, 상기 급전판 부재(3), 방사판 부재(6) 및 슬롯판 부재(9)가 상호 결합되었다.

이때, 상기 급전판 부재(3)와 방사판 부재(6)에는 상하 대칭의 도파관이 각각 형성되어, 상기 두 판부재가 상하로 결합되었을 때, 완전한 도파관이 형성된다.

그러나, 상기와 같은 종래 도파관 슬롯 어레이 평면안테나는 나사 또는 볼트와 너트 같은 체결수단에 의해 체결되기 때문에, 미시적 관점에서 체결수단이 위치하는 부분에서의 점접촉적인 결합으로 볼 수 있으며, 이와 같은 이유로 상기 안테나 구성요소들 사이의 결합 기밀도가 저하되는 문제점이 있었다.

즉, 상기와 같은 점접촉적인 결합으로 인해 신호를 안내하는 도파관에는 미 세한 틈이 발생하게 되며, 이와 같은 틈은 신호의 삽입손실의 원인이 되어 전체적인 신호 전달특성을 악화시키는 원인이 된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 안테나의 구성 요소들 상호간의 결합 특성을 향상시켜 삽입손실을 감소시킴으로써, 고이득을 실현할 수 있는 도파관 슬롯 평면안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 안테나의 구성 요소들 상호간의 결합 공정을 자동화 할 수 있는 도파관 슬롯 평면안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기와 같은 결합 공정 자동화에 의해 균일한 신호 전달 특성을 발휘하면서도 대량 생산이 가능한 도파관 슬롯 평면안테나를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나는, 신호를 인가받기 위한 도파관 급전부가 형성되며, 본 도파관 급전부를 통해 입력된 신호를 안내하여 분배시키는 도파관이 형성된 급전판 부재와, 본 급전판 부재를 통해 분배된 신호를 방사하기 위한 방사홈이 다수 형성된 방사판 부재와, 상기 방사판 부재 상에 적층 장착되어 상기 분배된 신호를 외부로 안내하기 위한 다수의 슬롯이 형성된 슬롯판 부재를 포함하는 도파관 슬롯 어레이 평면안테나로서, 상기 급전판 부재와 상기 방사판 부재와 상기 슬롯판 부재가 레이저 빔에 의한 레이저용 접 방식으로 상호 접합되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 신호를 안내하기 위한 도파관이 상기 급전판 부재에 형성되며, 상기 도파관은 상기 급전판 부재의 바닥면을 기준으로 하여 일측으로 형성된다.

또한, 상기 급전판 부재의 바닥면은 0.1밀리미터(mm)이상 4밀리미터(mm) 이하의 두께로 형성된다.

또한, 상기 방사판 부재는 0.1밀리미터(mm)이상 4밀리미터(mm) 이하의 두께로 형성된다.

바람직하게는, 먼저 상기 슬롯판 부재에 상기 방사판 부재의 일측이 겹쳐진 상태에서 레이저 빔에 의해 상호 접합되고, 이후 상기 방사판 부재의 타측에 상기 급전판 부재가 겹쳐진 상태에서 레이저 빔에 의해 상호 접합된다.

바람직하게는, 상기 급전판 부재의 도파관은 상하좌우 대칭을 이루도록 형성된다.

또한, 상기 급전판 부재는 상기 도파관에 연결되어 상기 안내되는 신호를 분배시키기 위한 다수의 전계면 분배기 또는 자계면 분배기를 포함할 수 있다.

바람직하게는, 상기 방사판 부재 상의 방사홈과 상기 슬롯판 부재 상의 슬롯은 1개의 방사홈 당 4개의 슬롯이 대응되도록 형성된다.

또한, 상기 슬롯판 부재는 안테나 이득 향상을 위한 다수의 배플을 추가적으로 포함할 수 있다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나 를 상세히 설명하기로 한다.

도 2 는 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 급전판 부재의 사시도이며, 도 3 은 도 2 에 도시된 급전판 부재의 이면도이며, 도 4 는 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 방사판 부재의 사시도이며, 도 5 는 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 슬롯판 부재의 평면도이며, 도 6 은 도 5 에 도시된 상기 슬롯판 부재의 이면도이다

도 2 및 3 을 참조하면, 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 급전판 부재(10)는 신호를 인가받기 위한 급전부(12)를 포함한다.

상기 급전판 부재(10)의 이면에는 상기 급전부(12)를 통해 입력된 신호를 안내하는 도파관(14)이 형성되는데, 본 도파관(14)은 상하좌우 대칭 구조를 이루도록 형성된다.

상기 도파관(14)에는 상기 급전부(12)를 통해 입력된 신호를 전계면 분배시키기 위한 T형 전계면 분배기(16)가 다수 형성된다.

이때, 물론 상기 신호를 자계면 분배시키기 위한 T 형 자계면 분배기로 형성시킬 수도 있다.

상기 전계면 분배기(16)의 단부에는 신호의 전달 방향 변화에 따른 반사 손실을 최소화 시키기 위해 벌지(Bulge)(18)가 각각 형성된다.

여기서, 신호를 안내하기 위한 상기 도파관(14)은 상기 급전판 부재(10)의 바닥면(15)으로부터 소정 높이(t) 융기 형성된다.

이와 같이, 상기 도파관(14)을 상기 급전판 부재(10)의 바닥면(15)을 기준으 로 하여 일측으로 소정 높이(t) 형성시킴으로써, 신호 안내를 위한 도파관의 높이를 본 급전판 부재(10) 내에 확보할 수 있다.

그리하여, 상기 급전판 부재(10)의 바닥면(15) 및 상기 방사판(20)을 각각 레이저 용접이 가능한 얇은 두께로 형성하는 것이 가능해진다.

상기 급전판 부재(10)의 바닥면(15)은 0.1밀리미터(mm) 이상 4밀리미터(mm)이하의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

만약 상기 바닥면(15)의 두께가 0.1밀리미터 미만으로 형성될 경우, 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 외관을 형성하는 상기 급전판 부재(10)에 작용되는 하중으로 인한 변형이 용이한 단점을 가지게 되며, 4밀리미터를 초과한 두께로 형성될 경우 레이저 용접에 의한 접합을 이루기가 어려워지는 문제점이 있다.

도 4 를 참조하면, 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 방사판 부재(20)에는 신호를 방사시킬 수 있는 다수의 방사홈(22)이 형성된다.

상기 방사판 부재(20)가 상기 급전판 부재(10)와 결합됨으로써, 상기 도파관(14)은 밀폐된 도파로(Waveguide)를 형성하게 된다.

상기 방사판 부재(20) 역시 0.1밀리미터(mm) 이상 4밀리미터(mm)이하의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 방사판 부재(20)의 두께가 0.1밀리미터 미만으로 형성될 경우, 본 방사판 부재(20) 내에 포함되는 방사홈(22)의 가공시 작용되는 하중에 의해 상기 방사판 부재(20)가 용이하게 변형될 수 있으며, 4밀리미터 초과한 두께로 형성될 경우 레이저 용접에 의한 접합을 이루기가 어려워지는 문제점이 있다.

도 5 를 참조하면, 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 슬롯판 부재(30)에는 다수의 그루브(grooves)(32)가 상기 방사홈(22)에 대응되도록 형성된다.

상기 각 그루브(32)에는 상기 방사판 부재(20)로부터 방사된 신호를 분배하기 위한 다수의 슬롯(34)이 직렬 형성된다.

이때, 인접한 2개의 그루브(32)에 형성된 슬롯(34)은 4개가 하나의 그룹을 형성하며, 상기 각 슬롯(34) 그룹은 상기 방사판 부재(20)에 형성된 1개의 방사홈(22)에 대응된다.

즉, 상기 슬롯(34)은 1개의 방사홈(22)에 4개의 슬롯(34)이 대응되도록 형성된다.

상기 그루브(32) 사이에는 신호 전달 특성을 향상시키기 위한 배플(Baffle)(36)이 형성되어, 안테나의 이득(Gain)을 높여주는 역할을 한다.

이상과 같은 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 동작은 다음가 같다.

급전부(12)를 통해 입력된 신호는 먼저 자계면 분배되어 도파관(14)을 통해 전달되고, 이후 다수의 "T"형 전계면 분배기(16)에 의해 전계면 분배된다.

상기 전계면 분배기(16)에 의해 분배된 신호는 방사도파관(25)에 이르러 방사홈(22)을 통해 방사된다.

이때, 도파관(14)을 통해 상기 방사도파관(25)에 도달한 신호가 방사홈(22) 을 통해 방사되기 위해서는 방향을 전환해야만 되는데, 이때 반사손실이 발생하게 되며, 이러한 반사손실은 상기 벌지(18)에 의해 최소화된다.

즉, 벌지(18)를 통해 신호의 경로 변경을 보다 용이하게 함으로써, 반사손실을 최소로 줄일 수 있다.

한편, 상기 벌지(18)를 통해 경로가 변경된 신호는 상기 방사판 부재(20)의 방사홈(22)을 통해 방사되는데, 상기 도파관(14)이 대칭구조를 가지므로 균일한 급전 및 방사가 가능해진다.

상기 방사홈(28)을 통해 방사되는 신호는 4개의 슬롯(34)을 통해 균일하게 분배 방사된다.

도 7 은 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 방사판 부재와 슬롯판 부재의 레이저 접합을 도시한 도면이며, 도 8 은 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나의 급전판 부재가 레이저 접합되는 상태를 도시한 도면이다.

먼저, 도 7 을 참조하면, 상기 방사판 부재(20)가 상기 슬롯판 부재(30)에 겹쳐지고 상기 방사판 부재(20)와 슬롯판 부재(30)를 상호 접합시키기 위해 레이저 용접이 이루어진다.

상기 두 부재(20, 30)간의 접합을 위해 도 7 에는 격자 형태의 용접선(40)이 도시되었으나, 이러한 용접선의 형태에 제한되는 것은 아니며, 여러 다양한 형태의 용접선을 구성하도록 용접하는 것이 가능하다.

이러한, 상기 두 부재(20, 30) 간의 레이저 용접에 의해 본 두 부재 (20, 30)간의 결합 시 발생되는 미세한 틈을 최소화시킬 수 있으며, 이에 의해 신호 전 달 특성을 보다 향상시킬 수 있다.

다음으로 도 8 을 참조하면, 상기 레이저 용접된 방사판 부재(20)와 슬롯판 부재(30) 상에 급전판 부재(10)가 겹쳐지고, 본 급전판 부재(10)와 상기 방사판 부재(20) 사이에 레이저 용접이 이루어진다.

바람직하게는, 상기 급전판 부재(10)에 포함된 융기된 도파관(14)의 경계면(50)을 따라 용접함으로써, 상기 급전판 부재(10)와 방사판 부재(20) 사이의 접합을 구현할 수 있다.

한편, 상기 급전판 부재(10)와 방사판 부재(20), 그리고 슬롯판 부재(30)를 겹친 상태에서 상기 세 부재(10, 20, 30)의 겹쳐진 경계면(60)을 레이저 용접함으로써, 상기 각 부재(10, 20, 30) 상호간의 접합을 구현할 수도 있다.

이상에서, 본 발명에 따른 도파관 슬롯 어레이 평면안테나가 실시예와 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 하기될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이다.

본 발명에 의해, 안테나의 구성 요소들 상호간의 결합 특성을 향상시켜 삽입손실을 감소시킴으로써, 고이득을 실현할 수 있다.

또한, 안테나의 구성 요소들 상호간의 결합 공정을 자동화하여 공정수율을 향상시킴으로써, 생산단가를 저하시킬 수 있다.

또한, 상기와 같은 결합 공정 자동화에 의해 균일한 신호 전달 특성을 발휘할 수 있는 안테나의 대량 생산이 가능해진다.

Claims (9)

1. 신호를 인가받기 위한 도파관 급전부가 형성되며, 본 도파관 급전부를 통해 입력된 신호를 안내하여 분배시키는 도파관이 형성된 급전판 부재와,

   상기 급전판 부재를 통해 분배된 신호를 방사하기 위한 방사홈이 다수 형성된 방사판 부재와,

   상기 방사판 부재 상에 적층 장착되어 상기 분배된 신호를 외부로 안내하기 위한 다수의 슬롯이 형성된 슬롯판 부재를 포함하는 도파관 슬롯 어레이 평면안테나에 있어서,

   상기 급전판 부재와 상기 방사판 부재와 상기 슬롯판 부재가 레이저 빔에 의한 레이저용접 방식으로 상호 접합되는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 어레이 평면안테나.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호를 안내하기 위한 도파관이 상기 급전판 부재에 형성되며, 상기 도파관은 상기 급전판 부재의 바닥면을 기준으로 하여 일측으로 형성되는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 어레이 평면안테나.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 급전판 부재의 바닥면은 0.1밀리미터(mm)이상 4밀리미터(mm) 이하의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 어레이 평면안테나.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 방사판 부재는 0.1밀리미터(mm)이상 4밀리미터(mm) 이하의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 어레이 평면안테나.
5. 제 1 항 또는 2 항에 있어서, 먼저 상기 슬롯판 부재에 상기 방사판 부재의 일측이 겹쳐진 상태에서 레이저 빔에 의해 상호 접합되고, 이후 상기 방사판 부재의 타측에 상기 급전판 부재가 겹쳐진 상태에서 레이저 빔에 의해 상호 접합되는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 어레이 평면안테나.
6. 제 2 항 또는 3 항에 있어서,

   상기 급전판 부재의 도파관은 상하좌우 대칭을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 어레이 평면안테나.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 급전판 부재는 상기 도파관에 연결되어 상기 안내되는 신호를 분배시키기 위한 다수의 전계면 분배기 또는 자계면 분배기를 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 어레이 평면안테나.
8. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,

   상기 방사판 부재 상의 방사홈과 상기 슬롯판 부재 상의 슬롯은 1개의 방사홈 당 4개의 슬롯이 대응되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 어레이 평면안테나.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 슬롯판 부재는 안테나 이득 향상을 위한 다수의 배플을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 도파관 슬롯 어레이 평면안테나.

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