KR20090035009A - 안테나를 위한, 메시 평면에서 최적화된 컴팩트 오소모드 변환 장치 - Google Patents

Abstract

안테나를 위한 오소모드 변환 장치 (orthomode transducer device) (D) 로서, (ⅰ) 서로 직교하는 제 1 편파 및 제 2 편파를 갖는 제 1 전자기 모드 및 제 2 전자기 모드의 주요 축에 따른 전파를 위해 설계되고, 상기 제 1 전자기 모드 및 제 2 전자기 모드에 적합한 원형 포트 (AC) 와 제 2 엔드에 커플링된 제 1 엔드에 제공되는 주요 가이드 (GP), (ⅱ) 제 1 전자기 모드의 제 1 보조 축에 따른 전파를 위해 설계되고, 직렬 윈도우 (FSP) 를 통해 주요 가이드의 제 2 엔드에 직렬로 커플링된 제 1 엔드와 직렬 포트 (AS) 에 커플링된 제 2 엔드에 제공되는 제 1 보조 가이드 (GA1), 및 (ⅲ) 제 2 전자기 모드의 제 2 보조 축에 따른 전파를 위해 설계되고, 적어도 하나의 병렬 윈도우 (FPL, FPT) 를 통해 주요 가이드에 커플링되고, 병렬 포트 (AP) 에 커플링된 제 1 엔드에 제공되는 제 2 보조 가이드 (GA2) 를 포함한다. 제 1 보조 가이드 (GA1) 와 제 2 보조 가이드 (GA2) 는 중첩된다. 각각의 병렬 윈도우 (FPL, FPT) 는, 주요 가이드 (GP) 의 상부 벽 (PS) 과 제 2 보조 가이드 (GA2) 의 하부 벽 (PI) 사이로 정의되고, 주요 축에 관하여 배향되어, 제 2 모드를 어떤 모드에서 다른 모드로 선택적으로 이동시키기 위해 주요 가이드가 제 2 보조 가이드로 커플링될 수 있게 하고, 주요 가이드와 제 1 보조 가이드 사이에 제 1 모드 전파를 생성한다.

오소모드 변환 장치, 안테나, 주요 가이드, 보조 가이드, 직렬 윈도우, 병렬 윈도우

Description

안테나를 위한, 메시 평면에서 최적화된 컴팩트 오소모드 변환 장치{COMPACT ORTHOMODE TRANSDUCTION DEVICE OPTIMIZED IN THE MESH PLANE, FOR AN ANTENNA}

본 발명은 송신 및/또는 수신 안테나 분야, 선택적으로는 그 어레이 유형의 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이러한 안테나를 갖춘 오소모드 변환 장치 (orthomode transducer devices)(또는 "변환기") 에 관한 것이다.

"안테나"는 본원에서 오소모드 변환 장치에 커플링된 단일 기본 방사원과 어레이 안테나 둘 다를 의미하는 것으로 이해한다.

또한, "어레이 안테나"는 송신 및/또는 수신 시 기능할 수 있고 기본 방사원의 어레이와, 능동 시스템(들)에 의해, 선택된 다이아그램에 따라서 기본 방사원에 의해 전송될 (또는 반대 방향으로, 파동의 형태로 공간으로부터 수신될) 무선주파수 신호의 진폭 및/또는 위상을 제어하는데 적합한 제어 수단을 포함하는 안테나를 의미하는 것으로 이해한다. 결과적으로, 소위, 디렉트 라디에이션 안테나 (종종 영문 두문자로 DRA로 지칭함) 와 같을 수 있는데, 이것은 능동이고 보다 드물게는 수동이며, 또는 반사기(들) 시스템의 전면에 위치된 어레이 유형의 능동 소스 또는 수동 소스이다.

더욱이, "오소모드 변환기"는 당업자에게 두문자 OMT로 알려진 수단을 의미하는 것으로 이해한다, 즉, 제 1 편파를 갖는 제 1 전자기 모드 또는 제 1 편파에 직교하는 제 2 편파를 갖는 제 2 전자기 모드 중 어느 한 모드로 선택적으로 (전송 시) 이것을 공급하거나 (수신시) 공급받도록, 호른 스피커 (horn) 와 같은 기본 방사원에 접속되도록 설계된 장치를 말한다. 제 1 및 제 2 편파는 일반적으로 직선 (수평(H) 및 수직(V)) 이다. 그러나, 적절한 위상 상태들을 생성하기 위해서 부가적인 컴포넌트들을 부가함으로써 원형 편파도 생성될 수 있다.

이러한 변환기는 예를 들어,

-서로 직교하는 제 1 편파 및 제 2 편파를 갖는 제 1 전자기 모드 및 제 2 전자기 모드의 주요 (무선전기; radioelectric) 축에 따른 전파를 위해 설계되고, (제 1 전자기 모드 및 제 2 전자기 모드에 적합한 원형 포트에 커플링되고 기본 방사원에 접속되도록 설계된) 제 1 엔드와 제 2 엔드가 제공되는 주요 (웨이브)가이드,

-제 1 전자기 모드의 제 1 보조 (무선전기) 축에 따른 전파를 위해 설계된 제 1 보조 (웨이브)가이드로서, 제 1 무선전기 축은 주요 가이드의 무선전기 축과 동일선 상에 있지만 반드시 주요 가이드와 일치하지는 않으며, 제 1 보조 가이드에 직렬 윈도우를 통해 주요 가이드의 제 2 엔드에 직렬로 커플링된 제 1 엔드와, 제 1 모드에 적합한 직렬 포트에 커플링된 제 2 엔드가 제공되는, 상기 제 1 보조 (웨이브)가이드, 및

-제 2 전자기 모드의 제 2 보조 (무선전기) 축에 따른 전파를 위해 설계되고, 적어도 하나의 병렬 윈도우를 통해 주요 가이드에 커플링되고, 제 2 모드에 적합한 병렬 포트에 커플링된 제 1 엔드가 제공되는 적어도 하나의 제 2 보조 가이드를 포함한다.

당업자에게 공지된 바와 같이, 어레이 안테나에서, 방사 요소 (또는 기본 방사원) 를 삽입하는데 이용할 수 있는 공간은, 조작상의 필요 (의도된 주파수 대역, 성능의 최적화, (DRA의 경우) 어레이의 로브들에 의한 손실의 감소, (반사기 안테나와 어레이형 소스의 경우) 초점 지점의 샘플링) 에 의해 고정된, 어레이의 메시 (또는 기본 패턴) 의 사이즈에 의존한다.

본원에서 의도한 이중 극성(bipolarization)의 애플리케이션에서, 및 특히 이중 극성이 직선일 때, 대응하는 기본 방사원 바로 뒤에 오소모드 변환기 (OMT) 를 위치시키는 것이 필수적이다. 그러나, OMT들이 웨이브가이드 기술로 생성될 때, (주요 축과 직교하는) 메시의 평면에서의 그 사이즈는 그 메시의 평면에서의 그 사이즈 보다 빠르게 커진다 (일반적으로 1.2λ 이상이며, 여기서 λ는 진공에서의 운영 파장이다). 특히, 가장 일반적으로 사용되는 OMT에서, 메시의 평면에서의 그 사이즈가 일반적으로 약 3λ이더라도, 적어도 하나의 제 2 보조 가이드가 벤드에 의해 주요 가이드 (또는 OMT의 본체) 에 접속된다. 이 경우, OMT들의 사이즈와 메시의 사이즈 간의 양립이 불가능하다.

W. Steffe에 의한 "A novel compact OMJ for Ku band intelsat applications", IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 1995년 6월, AP-S. Digest, volume 1 문헌에서, 감소된 컴팩트니스의 오소모드 접합 (또는 OMJ들) 의 생성을 제안한다. 이 유형의 OMJ는, 정사각 단면이며, (제 1 전자기 모드의 전파에 적합하게) 직렬 윈도우를 통해 직렬로 제 1 보조 가이드에 커플링되도록 설계된, 상술된 유형의 주요 (웨이브)가이드, 및 병렬 윈도우를 통해 주요 가이드에 커플링되고, 제 2 모드에 적합한 병렬 포트에 커플링되도록 설계된 제 1 엔드가 제공되는, 제 2 전자기 모드의 전파에 적합한 직사각 단면의 제 2 보조 가이드를 포함한다. 병렬 윈도우는 주요 가이드의 측벽과 (그 직사각 단면의 보다 단변의 높이와 동일한 높이에 걸쳐 연장된) 제 2 보조 가이드의 측벽 사이로 정의되는 반면, 제 2 보조 가이드는 그 직사각 단면의 보다 장변의 거리와 동일한 거리에 걸쳐 메시의 평면에서 연장된다. 따라서, OMJ는 여전히 너무 높다고 판명된 일반적으로 약 2λ인 메시의 평면인 공간을 요구한다. 또한, 포트들의 위치는 완성된 안테나의 구조를 더 많이 복잡하게 하고 질량 및 사이즈 요구의 평가를 증가시키는 영향을 끼친다.

알려진 해결책은 완전히 만족스럽지 않다; 따라서, 본 발명은 이 상태를 개선하는 것을 목표로 한다.

결국, 서론 부분의 시작시 나타낸 유형의 안테나 (선택적으로 어레이 안테나) 를 위한 오소모드 변환 장치를 제안한다:

-제 1 및 제 2 보조 가이드들은 상하로 위치되어, 그 제 1 및 제 2 (무선전기) 보조 축은 주요 가이드의 주요 (무선전기) 축과 평행하고;

- 각각의 병렬 윈도우는 주요 가이드의 상부 벽과 제 2 보조 가이드의 하부 벽 사이로 정의되고, 주요 축에 관하여 배향되어, 한편으로는, 일 가이드로부터 다른 가이드로 제 2 모드를 선택적으로 이동시키기 위해 주요 가이드가 제 2 보조 가이드에 커플링될 수 있게 하고, 다른 한편으로는, 제 1 모드가 주요 가이드와 제 1 보조 가이드 사이에 전파하게 한다.

다른 말로, 본 발명은, 제 2 보조 가이드를 (선택적으로, 약간의 측방향 오프셋을 가지고) 주요 가이드 위에, 주요 가이드와 나란하지 않게 배치시키고, 제 1 및 제 2 보조 가이드가 동일 배향을 갖는지 또는 배향들이 서로 직교하는지 여부에 의존하여 주요 축에 대하여 평행하거나 횡단하는 위치에서 각 병렬 윈도우를 정의하는 것을 제안한다.

본 발명에 따른 장치는 개별적으로 또는 조합하여 취해질 수도 있는 다른 특징들을 포함할 수도 있고, 특히:

-제 2 보조 가이드는, 예를 들어, 제 1 엔드에 대향하는 제 2 엔드를 포함하고, 단락 (short-circuit) 을 정의하기 위해 클로즈될 수도 있다.

-제 1 실시형태에서, 주요 축에 평행한 장변과 이 장변보다 훨씬 짧은 길이의 단변을 갖는 직사각형상의 병렬 윈도우를 포함하고, 한편으로는, 주요 가이드의 상부 벽의 거의 중심으로 정의되고, 다른 한편으로는, 제 2 보조 축에 대하여 측방향으로 오프셋이 있는 제 2 보조 가이드의 하부 벽의 영역 내로 정의될 수도 있다. 이 경우, 제 1 및 제 2 보조 가이드와 직렬 및 병렬 포트들은 (제 1 및 제 2 보조 가이드가 동일한 배향을 갖는 상황에 해당하는) 장변이 서로 평행한 가로의 직사각 단면을 갖는다;

제 2 보조 가이드의 하부 벽의 영역은, 예를 들어, 이 제 2 보조 가이드의 측벽에 가깝게 위치된다.

-제 2 실시 형태에서, 주요 축과 제 2 보조 축은 상하로 위치되어 거의 중첩될 수도 있다. 이 경우, 각각의 병렬 윈도우는 주요 축과 직교하는 장변과 장 변보다 훨씬 짧은 길이의 단변을 가진 직사각형이고, 주요 축과 제 2 보조 축에 대하여 중심 위치 또는 중심에서 벗어난 위치에서 정의된다. 또한, 제 1 보조 가이드와 직렬 포트는, 장변이 서로 평행한 직사각 단면을 갖고, 제 2 보조 가이드와 병렬 포트는, (제 1 및 제 2 보조 가이드가 상이한 배향을 갖는 상황에 해당하는) 장변이 서로 평행하고 제 1 보조 가이드와 직렬 포트의 장변과는 직각을 이루는 직사각 단면을 갖는다;

선택된 거리만큼 떨어지고 각각의 윈도우에 의해 커플링된 에너지의 일부를 변조하기 위해서 동일하게 또는 상이하게 선택된 사이즈의 1개, 2개, 심지어 3개 (또는 심지어 그 이상의) 의 직사각형 병렬 윈도우들을 포함할 수도 있다.

본 발명은 또한, 상기 나타낸 유형의 오소모드 변환 장치를 갖추고 단일 기본 방사원에 커플링된 안테나를 제안한다.

본 발명은 또한, 상기 나타낸 유형의 복수의 오소모드 변환 장치들을 갖추고 예를 들어, 6각형의 선택된 메시를 갖는 어레이로 배열된 기본 방사원에 커플링된 어레이 안테나를 제안한다.

또한, 본 발명의 특징들 및 이점들은 아래의 상세한 설명과 첨부된 도면을 검토함으로써 명확해질 것이다:

-도 1은 본 발명에 따른 오소모드 변환 장치의 제 1 예시적 실시 형태의 투시도를 매우 개략적으로 도시한다.

-도 2는 도 1에 도시된 오소모드 변환 장치의 제 1 예시적 실시 형태의 측면도 (YZ 평면) 를 매우 개략적으로 도시한다.

-도 3은 도 1에 도시된 오소모드 변환 장치의 제 1 예시적 실시 형태의 상면도 (XY 평면) 를 매우 개략적으로 도시한다.

-도 4는 도 1에 도시된 오소모드 변환 장치의 제 1 예시적 실시 형태의 XZ 평면의 단면도를 매우 개략적으로 도시한다.

-도 5는 본 발명에 따른 오소모드 변환 장치의 제 2 예시적 실시 형태의 투시도를 매우 개략적으로 도시한다.

-도 6은 도 5에 도시된 오소모드 변환 장치의 제 2 예시적 실시 형태의 상면도 (YZ 평면) 를 매우 개략적으로 도시한다.

-도 7은 도 5에 도시된 오소모드 변환 장치의 제 2 예시적 실시 형태의 상면도 (XY 평면) 를 매우 개략적으로 도시한다.

-도 8은 도 5에 도시된 오소모드 변환 장치의 제 2 예시적 실시 형태의 XY 평면의 단면도를 매우 개략적으로 도시한다.

도 9는 어레이 안테나 어레이의 메시 (예를 들어, 여기서 6각형) 의 노드들에서 도 1 내지 도 4에 도시된 유형의 오소모드 변환 장치의 배열을 매우 개략적으로 도시한다.

도 10은 어레이 안테나 어레이의 메시 (예를 들어, 여기서 6각형) 의 노드들 에서 도 5 내지 도 8에 도시된 유형의 오소모드 변환 장치의 배열을 매우 개략적으로 도시한다.

첨부된 도면은 본 발명을 완성하는 역할을 할 뿐만 아니라 본 발명을 명확하게 하는데 기여한다.

본 발명의 목적은, 최적화된 컴팩트니스를 가지며, 바람직하게는 디커플링 베인 (vane)(또는 셉텀(septum)) 없이 (선택적으로, 어레이 형) 송신 및/또는 수신 안테나를 위한 오소모드 변환 장치의 생산을 가능하게 하는 것이다.

제한하고자 의도하는 것이 아닌 예로써, 다음에서, 이 안테나는 디렉트 라디에이션 어레이 (DRA) 안테나이고, 예를 들어, 능동이라고 가정할 것이다. 따라서, 이 안테나는 예를 들어 본 발명에 따른 오소모드 변환 장치 (D) 에 각각 커플링된 호른 스피커들 (horns) 과 같은 기본 방사원의 어레이와, 선택된 다이어그램에 따라 기본 방사원에 의해 송신될 (또는 수신 방향에서, 파동의 형태로 공간으로부터 수신될) 무선주파수 신호들의 진폭과 위상을 능동 시스템(들)에 의해 제어하기 적합한 제어 수단을 포함한다. 그러나, 본 발명은 이 유형의 안테나로 제한되지 않는다. 실제로, 한편으로는, DRA 또는 다른 어레이 안테나 중 어떤 유형, 특히 예를 들어 능동 또는 수동, 재배열 가능한 또는 재배열 가능하지 않은 FAFR형 안테나와 같은 반사기(들) 시스템의 전면에 위치된 어레이 소스들과 관련되고, 다른 한편으로는, 본 발명에 따른 장치에 커플링된 단일 기본 방사원과 관련된다.

예를 들어, 이 어레이 안테나는 보드 상의, Ka 대역 (18.2 GHz 내지 20.2 GHz에서 송신 또는 27.5 GHz 내지 30 GHz에서 수신) 또는 Ku 대역 (10.7 GHz 내지 12.75 GHz에서 송신 또는 13.75 GHz 내지 14.5 GHz에서 수신) 의 멀티미디어 텔레커뮤니케이션 위성이다. 그럼에도 불구하고, 제안된 장치는 어떤 다른 주파수 대역에 적용 가능하게 있다. 더욱이, 방사된 2개의 극성은 동일한 주파수 대역 또는 상이한 주파수 대역에 존재할 수도 있다.

본 발명에 따른 오소모드 변환 장치 (D) 의 제 1 예시적 실시 형태를 설명하기 위해 먼저 도 1 내지 도 4를 참고한다.

본 발명에 따른 도 1에 개략적으로 도시된 바와 같이, 오소모드 변환 장치 (D) 는 원형 포트 (AC) 에 커플링된 적어도 하나의 주요 웨이브가이드 (또는 본체) (GP), 주요 (웨이브)가이드 (GP) 와 (도 4에 표시된) 직렬 포트 (AS) 에 직렬로 커플링된 제 1 보조 웨이브가이드 (GA1), 및 주요 가이드 (GP) 와 (도 4에 표시된) 병렬 포트 (AP) 에 병렬로 커플링된 제 2 보조 웨이브가이드 (GA2) 를 포함한다.

주요 가이드 (GP) 는 예를 들어 직사각 또는 정사각형인 (XZ 평면의) 평행 6면체 단면이다. 그러나, 솔루션이 바람직하지 않더라도 주요 가이드 (GP) 가 원형인 것 또한 가능하다. 또한, 이것은 장치 (D) 의 주요 무선전기 축을 정의하는 세로 방향 (Y) 으로 연장된다. 그 치수는, 서로에 대하여 직교하는 제 1 편파 (P1) 와 제 2 편파 (P2) 를 각각 갖는, 제 1 및 제 2 전자기 모드에 따라서 무선주파수 (RF) 신호의 주요 (무선전기) 축 (Y) 에 따른 전파를 허용하도록 선택된다.

예를 들어, 제 1 및 제 2 전자기 모드는 각각 TE10 (주요 모드) 과 TE01이다.

예를 들어, 제 1 편파 (P1) 와 제 2 편파 (P2) 는 직선형이고, 예를 들어, P1은 수직 (V) 이고 P2는 수평 (H), 또는 그 반대가 된다. 그러나, 본 발명은 또한, 필수적인 전기 위상 상태를 얻을 목적으로 적절한 컴포넌트를 추가함으로써 (예를 들어, 2개의 직사각 가이드 포트에 하이브리드 커플러들을 추가함으로써, 또는 주요 원형 가이드 상의 편광자를 추가함으로써) 원형 편파를 생성하는 것을 허용한다는 것을 관찰할 것이다.

주요 가이드 (GP) 는 두 개의 "측"벽 (PL) (YZ 평면), "하부"벽 (XY 평면), 및 "상부"벽 (PS) (XY 평면) 을 포함한다. 본원에서 "측면", "하부", 및 "상부"의 개념은 도면을 참고로 하여 이해하여야 하고, 가이드의 상부 벽 (PS) 은 결과적으로 이 동일한 가이드의 하부 벽 위에 그리고 상기 가이드의 2개의 측벽 (PL) 과 직각을 이루어 위치된다. 물론, 이러한 개념들은 오로지 설명을 용이하게 하기 위해 사용되고, 일단 장치 (D) 가 안테나 (본원에서 예를 들어 어레이형) 에 통합되면 주요 가이드 (GP) 또는 보조 가이드 (GA1) 또는 (GA2) 의 벽의 최종 배향과 관련이 없다.

이러한 측벽 (PL), 하부 및 상부벽 (PS) 은 제 1 및 제 2 엔드가 제공되는 주요 캐비티를 내부적으로 한정한다. 제 1 엔드는, (각각 제 1 편파 (P1) 와 제 2 편파 (P2) 를 갖는) 제 1 모드와 제 2 모드에 적합하고 기본 방사원에 접속되도록 설계된 원형 포트 (AC) 에 커플링된다. "직렬" 윈도우 (FSP) 로 지칭되는 윈도우는 제 2 엔드로 정의된다. 직사각형이 매우 바람직하고, 그 장변은, 예를 들어, Z 축과 평행하게 된다.

주요 가이드 (GP) 의 상부벽 (PS) 은, "병렬" 윈도우 (FPL 또는 FPT) 라 지칭되는 윈도우의 일부를 구성하는 선택된 형상의 적어도 하나의 어퍼처를 포함한다.

제 1 보조 (웨이브)가이드 (GA1) 는, 예를 들어, 일반적으로 (다른 형상, 특히, 원형 또는 타원형을 생각할 수도 있지만) 직사각형의 단면 (XZ 평면) 을 가진 평행 6면체 형상이다. 또한, 그 (제 1) 보조 무선전기 축을 정의하는 세로 방향 (Y) 으로 연장된다. 따라서, 말하자면, 주요 가이드 (GP) 는 Y 축을 따라서 연장된다. 그 치수는, 제 1 편파 (P1) 를 갖는 제 1 전자기 모드에 다른 무선주파수 (RF) 신호의 제 1 보조 (무선전기) 축에 따른 전파가 가능하게 선택된다.

제 1 보조 가이드 (GA1) 는 2개의 "측"벽들 (YZ 평면), "하부"벽 (XY 평면), 및 "상부"벽 (XY 평면) 을 포함한다. 이러한 측, 하부, 및 상부 벽들은 제 1 및 제 2 엔드에 제공되는 제 1 보조 캐비티를 내부적으로 한정한다. 제 1 엔드는 직렬 윈도우 (FSP) 를 통해 주요 가이드 (GP) 의 제 2 엔드에 직렬로 커플링된다. 제 2 엔드는 제 1 편파 (P1) 를 갖는 제 1 모드에 적합하고 XZ 평면에서 정의된 직렬 포트 (AS) 에 커플링된다.

예를 들어, 직렬 포트 (AS) 는 직사각형이다. 도 1 내지 도 4에 도시된 제 1 예시적 실시 형태에서, 직렬 포트 (AS) 는 X 축에 평행한 장변 (GC1) 과 Z 축에 평행한 단변 (PC1) 을 갖는다.

제 1 보조 가이드 (GA1) 가 순수 평행 6면체가 아닐 수도 있다는 것을 주목한다. 도시된 바와 같이, 전기적 성능을 최적화할 목적으로 가이드의 가로 치수 (임피던스 정합을 위한 스텝 트랜스포머) 의 변경을 생성하도록, (Y 방향과 직교하는 평면에서) 선택된 섹션과 (Y 방향의) 길이의 평행 6면체 형상의 적어도 2부분을 부분적으로 구성할 수도 있다.

제 2 보조 (웨이브)가이드 (GA2) 는 일반적으로, 예를 들어, 직사각형의 단면 (XZ 평면) 을 가진 평행 6면체 형상이다. 또한, 그 (제 2) 보조 무선전기 축을 정의하는 세로 방향 (Y) 으로 연장된다. 그 치수는, 제 2 편파 (P2) 를 갖는 제 2 전자기 모드에 따라서 무선주파수 (RF) 신호의 제 2 보조 (무선전기) 축에 따른 전파를 허용하도록 선택된다.

제 2 보조 가이드 (GA2) 는 2개의 "측"벽들 (YZ 평면), "하부"벽 (PI) (XY 평면), 및 "상부"벽 (XY 평면) 을 포함한다. 이러한 측, 하부 (PI), 및 상부 벽들은 제 1 및 제 2 엔드에 제공되는 제 2 보조 캐비티를 내부적으로 한정한다. 제 1 엔드는 제 2 편파 (P2) 를 갖는 제 2 모드에 적합하고 XZ 평면에서 정의된 병렬 포트 (AP) 에 커플링된다. 제 2 엔드는 제 2 보조 캐비티 내의 전기적 단락을 정의하도록 엔드 벽 (PT) (XZ 평면) 에 의해 종료되는 것이 바람직하다.

제 2 보조 가이드 (GA2) 의 하부 벽 (PI) 은, 주요 가이드 (GP) 의 상부 벽 (PS) 내로 정의되고 병렬 윈도우 (FPL 또는 FPT) 의 보완 부분을 구성하는 것으로서 동일하게 선택된 형상의 적어도 하나의 어퍼처를 포함한다.

예를 들어, 병렬 포트 (AP) 는 직사각형이다. 도 1 내지 도 4에 도시된 제 1 예시적인 실시 형태에서, 병렬 포트 (AP) 는 X 축에 평행한 장변 (GC2) 과 Z 축에 평행한 단변 (PC2) 을 갖는다.

제 1 보조 가이드 (GA1) 와 유사한 방식으로, 제 2 보조 가이드 (GA2) 는 순수 평행 6면체가 아닐 수도 있다는 것을 주목한다. 도시된 바와 같이, 전기적 성능을 최적화할 목적으로 스텝 트랜스포머를 생성하도록 상이한 사이즈 (Y 방향과 직교하는 평면의 섹션과 Y 방향의 길이) 를 갖는 평행 6면체 형상의 적어도 2부분을 구성할 수도 있다.

제 1 보조 가이드 (GA1) 와 유사한 방식으로, 주요 가이드 (GP) 는 순수 평행 6면체가 아닐 수도 있다는 것을 주목한다. 임피던스 정합을 위하여 적어도 2가지, 하나는 평행 6면체의 형상, 다른 하나는 원통 형상 부분이 상이하게 구성될 수도 있다.

제 1 GA1과 제 2 GA2 보조 가이드는 상하로 위치되어 그 제 1 및 제 2 보조 무선전기 축이 주요 가이드 (GP) 의 주요 무선전기 축과 평행하다. 이와 같이, 제 2 보조 가이드 (GA2) 는 또한 적어도 부분적으로, 주요 가이드 (GP) 의 상부 벽 (PS) 위에 위치된다.

주요 가이드 (GP) (및 그 원형 포트 (AC)) 와 제 1 GA1과 제 2 GA2 보조 가이드들은 2 또는 3 부분이 함께 구성될 수도 있다는 것을 주목하는 것이 중요하다. 그러나, 사용된 제조 방법에 따라서 전체로 일체 성형 (single-piece) 을 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 주요 가이드 (GP) 와 제 1 보조 가이드 (GA1) 의 상부 벽들은, 주요 캐비티와 보조 캐비티의 일부를 정의하도록 구성되더라도, 제 2 보조 가이드 (GA2) 의 하부 벽 (PI) 과 일치한다는 것은 명백하다.

상술된 바와 같이, 각각의 병렬 윈도우 (FPL 또는 FPT) 는 주요 가이드 (GP)의 상부 벽 (PS) 과 제 2 보조 가이드 (GA2) 의 하부 벽 (PI) 사이로 정의된다. 예를 들어, 주요 가이드 (GP) 의 상부 벽 (PS) 과 제 2 보조 가이드 (GA2) 의 하부 벽 (PI) 이 서로 반대로 배치되거나 일치하여 배치될 때, 병렬 윈도우 (FPL 또 는 FPT) 는 주요 가이드 (GP) 의 상부 벽 (PS) 과 제 2 보조 가이드 (GA2) 의 하부 벽 (PI) 에서 서로 대응하는 2개의 어퍼처로만 구성될 수도 있다. 그러나, 병렬 윈도우 (FPL 또는 FPT) 는 또한, 서로 대응하는 2개의 어퍼처로 구성될 수도 있고 이러한 2개의 어퍼처들 사이에 가이딩 기능을 제공하는 접속 엘리먼트에 의해 구성될 수도 있다 (이 솔루션은 접속 엘리먼트의 두께 (또는 길이) 를 가능한 한 많이 제한하려는 시도로 인해 현재 바람직하지 않은 솔루션이다).

각각의 병렬 윈도우 (FPL 또는 FPT) 는 2가지의 이유에 대하여 주요 무선 주파수 축과 관련있는 선택된 방식으로 지향된다. 이 지향은 무엇보다도 먼저, (제 2 편파 (P2) 를 갖는) 제 2 모드가, 수신 (Rx) 시 주요 가이드 (GP) 로부터 제 2 보조 가이드 (GA2) 로 또는 송신 (Tx) 시 제 2 보조 가이드 (GA2) 로부터 주요 가이드 (GP) 로 중 어느 하나로 선택적으로 전송되도록, (주요 가이드 (GP) 에 의해 정의된) 주요 캐비티와 (제 2 보조 가이드 (GA2)에 의해 정의된) 제 2 보조 캐비티와의 커플링을 허용해야 한다. 더욱이, 이 지향은 (제 1 편파 (P1) 를 갖는) 제 1 모드가, 수신 (Rx) 시 주요 가이드 (GP) 로부터 제 1 보조 가이드 (GA1) 로 또는 송신 (Tx) 시 제 1 보조 가이드 (GA1) 로부터 주요 가이드 (GP) 로 중 어느 하나로 전파하도록 강제해야 한다.

제 2 모드의 커플링은, 장변이 Y 방향에 평행한 장변의 세로의 직사각형 윈도우의 경우, 병렬 윈도우 (FPL) 의 길이와 제 2 보조 가이드 (GA2) 의 제 2 보조 무선주파수 축과 관련된 (X 방향의) 그 측방향 오프셋, 또는 장변이 X 방향에 평행한 가로의 직사각형 윈도우의 경우, 길이(들) 및/또는 병렬 윈도우 (FPT) 의 수 및 /또는 제 2 보조 RF 축과 관련된 각 병렬 윈도우 (FPT) 의 중앙의 위치 및/또는 윈도우들 사이의 거리 중 어느 하나에 의해 강제된다.

제 2 보조 가이드 (GA2) 의 엔드 벽 (PT) 상에 위치된 단락과, 가장 가까운 윈도우 (FPL 또는 FPT) 사이의 거리는 또한 조정 파라미터의 일부를 형성할 수도 있다는 것을 주목한다.

여러 병렬 윈도우 (FPT) 의 사용은 그 윈도우들 간의 전력의 분배를 허용한다.

또한, 각각의 병렬 윈도우 (FLP 또는 FPT) 의 협소성 (narrowness) 은 최소화될 제 1 편파 (P1) 의 여기를 가능하게 한다, 다른 말로, 제 1 편파 (P1) 의 리젝션 (rejection) 의 레벨이 고정될 수 있게 한다. 이것은, 본원에서도 가능하지만, 디커플링 베인 (또는 셉텀(septum)) 의 사용은 피한다. 예를 들어, 약 λ/10과 λ/20 사이에서 폭이 선택되고, λ는 장치 (D) 의 오퍼레이팅 파장이다.

각각의 병렬 윈도우 (FPL 또는 FPT) 의 위치는, 제 2 모드에 대응하고, 주요 가이드 (GP) 의 상부 벽 (PS) 과 제 2 보조 가이드의 하부 벽 (PI) 상에서 생성되는 현재의 라인들과의 커플링을 최적화하도록 선택된다.

더욱이, 각각의 병렬 윈도우 (FPL 또는 FPT) 의 배향은 X 방향의 장치 (D) 에 대해 추구되는 컴팩트니스에 의존한다. 두 부류의 실시 형태를 생각할 있다.

제 1 부류는, 각각의 병렬 윈도우 (FPL) 가 (Y 방향에 평행한 장변 (또는 길이)의) "세로" 직사각이고 주요 가이드 (GP) 의 주요 축과 평행하게 위쪽에 위치되 는 동시에 제 2 보조 가이드 (GA2) 의 제 2 보조 무선주파수 축과 관련하여 측방향으로 (X 방향으로) 오프셋되는 실시 형태와 함께 한다.

제 2 부류는, 각각의 병렬 윈도우 (FPL) 가 (X 방향에 평행한 장변 (또는 길이) 의) "가로" 직사각이고 주요 가이드 (GP) 의 주요 축과 제 2 보조 가이드 (GA2) 의 제 2 보조 축과 관련하여 중심에 있는 (주요 축과 제 2 보조 축이 상하로 위치된다) 실시 형태와 함께 한다. "중심에 있는 위치"란 본원에서 제 2 보조 축의 양 쪽에 동일한 가로 연장을 갖는 것을 의미하는 것으로 이해한다. 제 2 보조 RF 축과 관련된 병렬 윈도우 (FPT) 의 위치를 정하는 것은 전송되는 전력을 적어도 부분적으로 한정하게 한다.

제 1 부류는 도 1 내지 도 4에 도시된 제 1 실시 형태에 대응한다. 이 예에서, 하나의 세로의 직사각 병렬 윈도우 (FPL) 가 도시되었지만, 여러(적어도 2)개를 이용하여 상하로 Y축을 따라 동일한 배향을 갖게 배치하는 것도 생각할 수 있다. 이 경우, 윈도우들의 길이가 반드시 일치할 필요는 없다.

제 2 보조 축과 관련된 세로 윈도우 (FPL) 의 측방향 (또는 가로의) 오프셋이 더 클수록, 제 2 모드의 현재의 라인들의 커플링이 더 효과적이다. 도시된 예에서 (도 4 참조), 세로 윈도우 (FPL) 는 후자의 측벽에 가깝게 위치된 제 2 보조 가이드 (GA2) 의 하부 벽 (PI) 의 영역으로 통한다. 그러므로, 이 커플링이 최적이다. 그러나, 제 2 보조 축과 관련된 세로 윈도우 (FPL) 의 측방향 오프셋이 더 클수록, 제 2 보조 가이드 (GA2) 의 측방향 오프셋은 주요 가이드 (GP) 와 제 1 보조 가이드 (GA1) 와 더욱 관련된다. 제 2 보조 가이드 (GA2) 의 이 측 방향 오프셋팅은 적어도, 그 폭 (장변)(GC2) 과 동일하거나 절반이다. 결과적으로, 장치 (D) 에 필요한 가로 (X 방향으로의) 공간은 적어도, 주요 가이드 (GP) 의 폭 (GC1) 과 제 2 보조 가이드 (GA2) 의 절반의 합인, GC1+GC2/2와 동일하다.

이 제 1 예시적 실시 형태에서, 병렬 윈도우 (FPL) 의 "세로" 배향으로 인해, 제 1 GA1과 제 2 GA2 보조 가이드들과 직렬 AS 및 병렬 AP 포트들은, 장변이 모두 X 방향으로 평행한 직사각 단면을 갖는다. 결과적으로, 제 1 GA1과 제 2 GA2 보조 가이드들과 직렬 AS 및 병렬 AP 포트들은 모두 동일한 "가로" 배향 (X 방향으로 장변 GC1, GC2) 을 갖는다.

제 2 부류는 도 5내지 도 8에 도시된 제 2 예시적 실시 형태에 대응한다. 예를 제한하지 않음으로써, 동일한 가로 직사각형의 3개의 병렬 윈도우 (FPT) 가 도시되지만, 이들 중 1개, 또는 2개, 심지어 3개 이상을 병렬로 이용하는 것도 생각할 수 있다.

가로 윈도우 (FPT) 의 수가 더 크고 각각의 가로 윈도우 (FPT) 의 (X 방향의) 길이가 더 길수록, 제 2 모드의 현재의 라인들의 커플링이 더 효율적인 경향이 있을 것이다. 도시된 예에서 (도 5 내지 도 7 참조), 3 개의 가로 윈도우 (FPT) 는 길이가 동일하고 각 쌍은 등거리이다. 그러나, 이것이 필수적인 것은 아니다 (윈도우들 사이의 거리는 사실상 변할 수 있다). 윈도우들의 길이 또한 조정 파라미터일 수도 있다는 것을 주목한다.

본원에서 제 2 보조 축이 주요 축과 제 1 보조 축 상에서 정확하게 중첩됨에 따라서, 제 2 보조 가이드 (GA2) 는 완전하게 또는 거의, 주요 가이드 (GP) 와 제 1 보조 가이드 (GA1) 상에, 완벽하게 위치된다. 결과적으로, 장치 (D) 의 (X 방향의) 필수 가로 공간은 가장 큰 가로 연장을 갖는 보조 또는 주요 가이드의 그것과 동일하다. 따라서, 장치 (D) 에 필요한 가로 공간은 적어도 제 2 부류의 실시 형태에 대하여 최소이다.

이 제 2 예시적 실시 형태에서, 각 병렬 윈도우 (FPT) 의 "가로" 배향으로 인해, 제 1 보조 가이드 (GA1) 와 그 직렬 포트 (AS) 는, 장변이 (GC1) 이 Z 방향에 평행한 직사각 단면을 갖는 한편, 제 2 보조 가이드 (GA2) 와 그 병렬 포트 (AP) 는, 장변 (GC1) 이 X 방향으로 평행한 직사각 단면을 갖는다. 따라서, 직렬 AS 및 병렬 AP 포트와 같이, 제 1 GA1과 제 2 GA2 보조 가이드는 상이한 배향을 갖는다.

도 9는 제 1 부류에 속하고 어레이 안테나 어레이의 6각형 메시 (또는 기본 패턴) Mi의 예의 노드들에 위치된 7개의 오소모드 변환 장치 (Di1 내지 Di7) 를 개략적으로 도시한다.

유사하게, 도 10은 제 2 부류에 속하고 어레이 안테나 어레이의 6각형 메시 (또는 기본 패턴) Mi의 예의 노드들에 위치된 7개의 오소모드 변환 장치 (Di1 내지 Di7) 를 개략적으로 도시한다.

물론, 본 발명에 따른 오소모드 변환 장치 (D) 는, 어레이 안테나 어레이의 메시 (또는 기본 패턴) Mi의 다른 유형, 예를 들어, 삼각, 직사각, 또는 어떤 형태든 (즉, 패턴이 주기적일 필요는 없다) 구성하기 위해서, 관련하여 상이하게 배열될 수도 있다.

더욱이, 앞의 예시적인 장치 (D) 에서, 주요 가이드 (GP) 가, 직렬 보조 가이드 (GA1) 에 직렬로 커플링되고 병렬 보조 가이드 (GA2) 에 병렬로 커플링된다고 설명되었다. 그러나, 주요 가이드 (GP)는 직렬 보조 가이드 (GA1) 에 직렬로 커플링될 수도 있고 1개, 2개, 3개 또는 4개의 병렬 보조 가이드 (GA2) 에 병렬로 커플링될 수도 있다. 후자의 경우, 병렬 보조 가이드 (GA2) 가 (XY 평면 및 YZ 평면에 평행한) 그 다양한 측 벽에서 주요 가이드 (GP) 에 커플링된다. 이것은 장치 (D) 가 1과 5 사이의 수 많은 주파수 대역에서의 동작할 수 있게 한다. 이러한 다양한 병렬 보조 가이드 (GA2) 가 Y 축을 따라 동일한 쪽에 놓인 모든 그 윈도우를 가질 필요는 없다는 것을 주목한다. 더욱이, 주요 가이드 (GP) 의 캐비티의 단면 또한 Y축을 따라 변할 수도 있어 상기 윈도우들의 다양한 위치를 생각할 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 또한, 이 경우와 같이, 예를 들어, 단일 주파수 또는 이중 주파수 이중극성을 요구하는 단일 또는 분리된 소스들을 갖는, 공간 요구 제약이 주요 제약이 아닌 때 사용될 수 있다.

본 발명은, 오로지 예시적인 오소모드 변환 장치와 (선택적인 어레이형의) 상술된 안테나의 실시 형태로 제한되지 않고 아래의 청구 범위 내에서 당업자가 상상할 수 있는 모든 변형을 포함한다.

Claims (5)

1. 안테나를 위한 오소모드 변환 장치 (orthomode transducer device) (D) 로서,

   (ⅰ) 서로 직교하는 제 1 편파 및 제 2 편파를 갖는 제 1 전자기 모드 및 제 2 전자기 모드의 주요 축에 따른 전파를 위해 설계되고, 상기 제 1 전자기 모드 및 제 2 전자기 모드에 적합한 원형 포트 (AC) 에 커플링된 제 1 엔드 및 제 2 엔드가 제공되는 주요 가이드 (GP),

   (ⅱ) 상기 제 1 전자기 모드의 제 1 보조 축에 따른 전파를 위해 설계되고, 직렬 윈도우 (FSP) 를 통해 상기 주요 가이드 (GP) 의 상기 제 2 엔드에 직렬로 커플링된 제 1 엔드와 상기 제 1 전자기 모드에 적합한 직렬 포트 (AS) 에 커플링된 제 2 엔드가 제공되는 제 1 보조 가이드 (GA1), 및

   (ⅲ) 상기 제 2 전자기 모드의 제 2 보조 축에 따른 전파를 위해 설계되고, 적어도 하나의 병렬 윈도우 (FPL, FPT) 를 통해 상기 주요 가이드 (GP) 에 커플링되고, 상기 제 2 전자기 모드에 적합한 병렬 포트 (AP) 에 커플링된 제 1 엔드가 제공되는 제 2 보조 가이드 (GA2) 를 포함하며,

   상기 제 1 보조 가이드 (GA1) 와 상기 제 2 보조 가이드 (GA2) 는 어느 한 가이드가 다른 가이드 위에 위치되어, 상기 제 1 보조 축과 상기 제 2 보조 축은 상기 주요 축에 평행하고,

   각각의 병렬 윈도우 (FPL, FPT) 는, 상기 주요 가이드 (GP) 의 상부 벽 (PS) 과 상기 제 2 보조 가이드 (GA2) 의 하부 벽 (PI) 사이로 정의되고, 상기 주요 축에 관하여 배향되어, 상기 제 2 전자기 모드를 일 가이드로부터 다른 가이드로 선택적으로 이동시키기 위해 상기 주요 가이드 (GP) 가 상기 제 2 보조 가이드 (GA2) 에 커플링될 수 있게 하고, 상기 제 1 전자기 모드가 상기 주요 가이드 (GP) 와 상기 제 1 보조 가이드 (GA1) 사이에서 전파하게 하고,

   상기 주요 축과 상기 제 2 보조 축은, 어느 한 축이 다른 축 상에 거의 중첩되고,

   상기 오소모드 변환 장치는, 상기 주요 축과 직교하는 장변과 상기 장변 보다 훨씬 짧은 길이를 갖는 단변을 가진 직사각형상을 갖고, 상기 주요 축과 상기 제 2 보조 축에 관하여 중심에서 벗어난 위치에서 정의되는 적어도 하나의 병렬 윈도우 (FPT) 를 포함하고,

   상기 제 1 보조 가이드 (GA1) 와 상기 직렬 포트 (AS) 는, 장변이 서로 평행한 직사각 단면들을 갖고, 상기 제 2 보조 가이드 (GA2) 및 상기 병렬 포트 (AP) 는, 장변이 서로 평행하고 상기 제 1 보조 가이드 (GA1) 와 상기 직렬 포트 (AS) 의 장변과 직교하는 직사각 단면들을 갖는 것을 특징으로 하는 오소모드 변환 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 보조 가이드 (GA2) 는, 상기 제 1 엔드에 대향하며 단락 (short-circuit) 을 정의하기 위해 클로즈되는 제 2 엔드를 포함하는 것을 특징으로 하는 오소모드 변환 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재되고, 단일 기본 방사원에 커플링된 단일의 오소모드 변환 장치 (D) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재되고, 선택된 메시를 갖는 어레이 내에 배열된 기본 방사원에 각각 커플링된 복수의 오소모드 변환 장치 (D) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 어레이 안테나.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 메시는 6 각형인 것을 특징으로 하는 어레이 안테나.

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