KR20090047015A - 개선된 원편파 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내측에 도파관이 형성되는 상판 도체판과 최상층의 편파기 사이에 유전체판을 추가로 형성하여 임피던스 매칭과 축비 및 축비 대역폭을 향상시킬 수 있도록 하는 개선된 원편파 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나에 관한 것이다.
본 발명에 따른 개선된 원편파 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나는 하층 도체판과 중층 도체판이 결합되어 내측에 위성 주파수 신호가 전송되는 도파관 및 급전로가 형성되며, 상기 중층 도체판의 상부에 결합되어 도파관과 연통되는 다수의 캐비티 및 슬롯이 형성되어 위성 주파수 신호를 송수신하는 상층 도체판이 구비된 도파관 슬롯 배열 안테나에 있어서, 상기 상층 도체판(200)의 상부에는 직선편파를 원편파로 변환하는 다수의 스트립 도체(110) 및 매칭 스터브(120)가 형성된 편파기(100)가 적층되고, 상기 상층 도체판(200)과 편파기(100) 사이에는 공간 임피던스와의 임피던스 매칭을 수행하는 유전체판(500)이 삽입되어 적층되는 것을 특징으로 한다.
안테나, 위성, 원편파, 도파관, 슬롯, 유전체판

Description

개선된 원편파 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나 {Improved Waveguide Slot Array Antenna For Receiving Circularly Polarized Wave}
본 발명은 원편파 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내측에 도파관이 형성되는 도체판과 최상층의 편파기 사이에 유전체판을 추가로 형성하여 임피던스 매칭과 축비 및 축비 대역폭을 향상시킬 수 있도록 하는 개선된 원편파 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나에 관한 것이다.
위성 안테나 중 도파관 슬롯 배열 안테나는 위성 신호가 전송되는 급전라인을 도파관으로 형성함으로써 종래 마이크로 스트립 패치 어레이 안테나 등에서 신호의 전송과정에서 발생하는 급전 손실을 최소화할 수 있도록 하고 있다.
도파관 슬롯 배열 안테나는 통상 내측에 급전로 및 도파관이 형성되는 하층 도체판과 중층 도체판 및 상층 도체판이 적층되어 이루어지는데, 이러한 다중 구조를 갖는 도파관 슬롯 배열 안테나는 도파관을 통하여 위성 신호가 전송됨으로써 저항손실 및 방사손실이 적은 효과가 있다.
이러한 하층 도체판과 중층 도체판 및 상층 도체판으로 이루어진 안테나는 통상 직선편파를 수신하기 위한 도파관 슬롯 배열 안테나이기 때문에 직선편파가 아닌 원편파를 수신하는 경우 수신 효율이 떨어지는 문제점이 발생한다.
따라서, 직선편파를 원편파로 바꾸어 주기 위한 스트립 도체가 형성된 편파기를 상층 도체판 상부에 위치시켜 원편파를 수신하게 되는데, 이 편파기를 상층 도체판 상부에 위치시키는 경우에도 임피던스 매칭과 축비 및 축비 대역폭이 좋지 못하여 수신 효율이 떨어지는 문제점이 여전히 남아 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 국내등록특허 제686606호 "원편파 수신용 위성 도파관 슬롯 배열 안테나"를 제안하였는데, 이 등록특허는 직선편파를 원편파로 변환하는 편파기에 스트립 도체 및 매칭 스터브를 형성하여 원편파의 축비 및 축비 대역폭을 향상시켰으며, 상층 도체판의 슬롯 상단에 그루브를 형성하여 안테나 임피던스 매칭 및 원편파 축비와 축비 대역폭을 향상시켜 고효율의 원편파를 수신할 수 있도록 하고 있다.
하지만, 상기 등록특허는 편파기가 상층 도체판 상단에 직접 적층되기 때문에 위성 신호 및 통신 주파수 대역 이동시 임피던스 미스 매칭이 발생하여 안테나 이득이 감소되고 축비 주파수 변동시 축비 특성이 악화되거거나 축비 대역폭이 감소하는 문제가 종종 발생하였다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 원편파 수신용 슬롯 배열 안테나의 상층 도체판과 편파기 사이에 일정한 유전율과 두께를 갖는 유전체판을 추가로 결합함으로써 임피던스 매칭과 축비 및 축비 대역폭을 향상시킴으로써 고효율의 원편파 위성 신호를 수신할 수 있도록 하는 개선된 원편파 수신용 슬롯 배열 안테나를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 개선된 원편파 수신용 슬롯 배열 안테나는 하층 도체판과 중층 도체판이 결합되어 내측에 위성 주파수 신호가 전송되는 도파관 및 급전로가 형성되며, 상기 중층 도체판의 상부에 결합되어 도파관과 연통되는 다수의 캐비티 및 슬롯이 형성되어 위성 주파수 신호를 송수신하는 상층 도체판이 구비된 도파관 슬롯 배열 안테나에 있어서, 상기 상층 도체판의 상부에는 직선편파를 원편파로 변환하는 다수의 스트립 도체 및 매칭 스터브가 형성된 편파기가 적층되고, 상기 상층 도체판과 편파기 사이에는 공간 임피던스와의 임피던스 매칭을 수행하는 유전체판이 삽입되어 적층되어 이루어진다.
상기 유전체판은 양면테이프를 통하여 상부의 편파기와 하부의 상층 도체판과 결합되는데, 상기 양면테이프에는 하부의 상층 도체판에 형성된 슬롯에 대응되도록 상하가 관통된 관통공이 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 개선된 원편파 수신용 슬롯 배열 안테나는 직선편파를 원편파로 변환하는 편파기와 슬롯이 형성된 상층 도체판 사이에 일정한 유전율과 두께를 갖는 유전체판을 형성하여 공간 임피던스와의 임피던스 매칭을 용이하게 하여 사용 주파수 이동시 발생하는 임피던스 미스 매칭에 의한 안테나 손실을 줄여 안테나 이득을 개선하고 원편파 축비 및 축비 대역폭을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 개선된 원편파 수신용 슬롯 배열 안테나의 결합 사시도이고, 도 2는 개선된 원편파 수신용 슬롯 배열 안테나의 분해 사시도이며, 도 3은 원편파 수신용 슬롯 배열 안테나의 결합 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 개선된 원편파 수신용 슬롯 배열 안테나는 하층 도체판(400), 중층 도체판(300), 상층 도체판(200), 유전체판(500) 및 편파기(100)가 적층되어 이루어지는데, 하층 도체판(400)과 중층 도체판(300) 및 상층 도체판(200)에는 나사 등의 체결수단을 통하여 상호 결합하기 위한 체결공(401)(301)(201)이 대응되는 위치에 각각 형성된다.
상기 하층 도체판(400)과 중층 도체판(300)에는 위성 신호를 전송하기 위한 도파관(420)(320)과 신호를 분배하기 위한 분배기(421,422,423)가 형성된다.
한편, 상기 하층 도체판(400)에는 위성 신호를 수신하여 수신되는 위성 신호의 방향을 변경시켜 도파관(420)에 전송하는 방사관(430) 및 벌지(Bulge)(440)가 형성되고, 도파관(420)의 말단에는 위성 신호를 외부로 출력하는 급전로(410)가 형성된다. 또한, 상기 중층 도체판(300)에는 분배기를 통하여 분배되는 도파관(320)의 최종단에 상부 외측과 연통되는 방사홈(310)이 형성된다.
상기 상층 도체판(200)에는 상하부를 관통하는 다수의 슬롯(Slot)(210)이 형성되고, 상기 슬롯(210)의 상부 주위에는 슬롯(210)을 중심으로 소정의 깊이로 상부가 개방된 그루브(Groove)(230) 및 상기 그루브(230) 사이의 경계를 형성하는 상면(240)이 형성된다. 또한, 상층 도체판(200)의 하부에는 하측이 개방되고 상측이 슬롯(210)과 연통되는 캐비티(Cavity)(220)가 형성되는데, 이 캐비티(220)는 인접하는 슬롯 4개와 연통되는 크기로 구분되어 각각 형성된다.
상기 슬롯(210)은 위성 신호를 수신하는 역할을 수행하고, 상기 그루브(230) 및 상면(240)은 다수의 슬롯(210)에 각각 수신되는 위성 신호간의 간섭을 최소화하는 역할을 수행하며, 상기 캐비티(220)는 안테나의 임피던스 대역폭을 확장시키면서 각 슬롯(210)을 통하여 수신되는 위성 신호를 모아 중층 도체판(300)의 방사홈(310)에 전달하는 역할을 수행한다. 상기 그루브(230)의 형태는 직선 편파를 임의의 각도로 회전시키기 위해 슬롯(210)의 길이와 동일 내지 유사한 직경을 갖는 원형기둥으로 형성된다. 상기 다수의 그루브(230) 사이의 경계를 형성하는 상면(240)은 각 슬롯(210)에 인가되는 위성 신호가 옆으로 새어 나가 상호 간섭 현상을 일으키는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 편파기(100)는 필름 타입으로 이루어지는데, 이 편파기(100)에는 상기 상층 도체판(200)의 상부에는 직선편파를 원편파로 변환하는 스트립 도체(110)와, 상기 스트립 도체의 양측에 돌출 형성되어 임피던스를 변화시키는 매칭 스터브(120)가 형성된다. 상기 스트립 도체(110)는 슬롯(210)과의 방사 간섭에 의해 직선편파를 원편파로 바꾸어 주는 역할을 수행하는데, 이 스트립 도체(110)는 슬롯(210)에서 방사되는 주파수 신호가 적당히 방사되면서 동시에 스트립 도체(110)에 영향을 주도록 하기 위하여는 상기 슬롯(210)과 45도 내외의 각도를 이루도록 형성된다. 상기 매칭 스터브(120)는 스트립 도체(110)를 통하여 변환하는 원편파의 축비 및 축비 대역폭을 향상시키는 역할을 수행한다. 이 매칭 스터브(120)는 인덕턴스 또는 커패시턴스로 작용함으로써 스트립 도체(110)와 결합되어 안테나의 임피던스를 변화시키게 되고, 이에 따라 안테나의 공진 주파수를 이동시키거나 대역폭을 더 넓게 확산시켜 축비 대역폭을 향상시키는 역할을 수행하게 된다. 또한, 이 매칭 스터브(120)는 스트립 도체(110)에 의해 원편파로 변환되는 주파수 신호의 위상을 변경시킴으로써 축비가 향상된 원편파를 생성할 수 있도록 한다.
상기 유전체판(500)은 일정한 유전율과 두께를 갖는 판으로서 편파기(100)와 상층 도체판(200) 사이에 적층되는데, 이 유전체판(500)은 낮은 삽입손실과 낮은 유전율을 갖도록 형성되어 표면파를 방지하고 주파수 대역폭을 증가시키는 역할을 수행하게 된다. 상기 유전체판(500)은 편파기(100)와 상층 도체판(200) 사이에 공기층을 삽입한 것과 같은 역할을 수행할 수 있도록 유전율이 공기의 유전율과 유사하게 형성되는데, 본 발명의 실시예에서 상기 유전체판(500)의 유전율은 1~2를 갖도록 형성된다.
상기 유전체판(500)은 편파기(100)와 상층 도체판(200)이 유전체판(500)의 유전율로 유전체판(500) 두께만큼 이격되어 유지될 수 있도록 지지하는 역할을 수행하게 된다.
만약, 상층 도체판(200)과 편파기(100) 사이가 너무 근접해 있게 되면, 상층 도체판(200)으로 유도된 신호가 편파기(100)의 스트립 도체(110)로 여기될 때 임피던스 미스 매칭이 발생하여 편파기(100)의 스트립 도체(110)로 여기된 신호의 일부만이 공간으로 방사되는 문제점이 발생하게 된다. 또한, 상층 도체판(200)과 편파기(100) 사이가 멀어질수록 임피던스 및 축비 대역폭은 증가되지만 스트립 도체(110)와 슬롯(210) 사이에 전달되는 에너지의 세기가 작아져 임피던스 매칭이 어렵게 된다.
따라서, 상층 도체판(200)과 편파기(100)의 스트립 도체(110)간의 간격이 적절히 조절되어야 하는데, 이러한 상층 도체판(200)과 편파기(100)의 스트립 도체(110)간의 간격은 유전체판(500)의 두께에 의해 조절된다. 본 발명의 실시예에서는 이러한 상층 도체판(200)과 편파기(110)의 스트립 도체(110)의 임피던스 매칭을 고려하여 상기 유전체판(500)의 두께를 1㎜ 내외로 형성하였다.
이러한 유전체판(500)은 상층 도체판(200)과 편파기(100)의 스트립 도체(110)간의 간격을 적절히 조절해 주고 상층 도체판(200)과 편파기(100) 사이에 일정한 유전율을 제공하여 안테나 방사부의 상대 유전율을 낮추어 줌으로써, 공간 임피던스와의 임피던스 매칭을 용이하게 하여 위성 신호 수신 및 통신 주파수 대역 이동시 발생하였던 임피던스 미스 매칭에 따른 안테나 손실을 줄여 안테나의 이득을 개선할 수 있도록 하며, 사용 대역 변경에 따라 축비 주파수 변동시 나타나는 축비 특성 악화와 축비 대역폭 감소 문제를 해결해 주게 된다.
상기 유전체판(500)의 상부는 양면테이프(510)를 통하여 상부의 편판기(100)와 결합되고, 하부 또한 양면테이프(510)를 통하여 하부의 상층 도체판(200)과 결합된다. 이 양면테이프(510)에는 하부의 상층 도체판(200)에 형성된 슬롯(210) 및 글로부(230)와 대응되는 위치에 관통공(511)이 형성되어 상층 도체판(200)과 편파기(100) 사이에 위치한 양면테이프(510)의 유전율로 인한 상대유전율의 변화에 따라 발생할 수 있는 약간의 손실을 줄여주는 역할을 하게 된다. 이 양면테이프(510)는 두께가 얇고 투면한 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 개선된 원편파 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나는 편판기(100)와 상판 도체판(200) 사이에 유전체판(500)이 삽입되어 공간 임피던스와의 임피던스 매칭을 용이하게 하며 아테나의 이득 개선과 원편파의 축비 및 축비 대역폭을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 개선된 원편파 수신용 슬롯 배열 안테나의 결합 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 개선된 원편파 수신용 슬롯 배열 안테나의 분해 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 개선된 원편파 수신용 슬롯 배열 안테나의 결합 단면도이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 편파기 110 : 스트립 도체
120 : 매칭 스터브 200 : 상층 도체판
210 : 슬롯 220 : 캐비티
230 : 글로브 240 : 상면
300 : 중층 도체판 310 : 방사홈
400 : 하층 도체판 410 : 급전로
420 : 도파관 430 : 방사관
440 : 벌지 500 : 유전체판
510 : 양면테이프 511 : 관통공

Claims (4)

  1. 하층 도체판과 중층 도체판이 결합되어 내측에 위성 주파수 신호가 전송되는 도파관 및 급전로가 형성되며, 상기 중층 도체판의 상부에 결합되어 도파관과 연통되는 다수의 캐비티 및 슬롯이 형성되어 위성 주파수 신호를 송수신하는 상층 도체판이 구비된 도파관 슬롯 배열 안테나에 있어서,
    상기 상층 도체판(200)의 상부에는 직선편파를 원편파로 변환하는 다수의 스트립 도체(110) 및 매칭 스터브(120)가 형성된 편파기(100)가 적층되고,
    상기 상층 도체판(200)과 편파기(100) 사이에는 공간 임피던스와의 임피던스 매칭을 수행하는 유전체판(500)이 삽입되어 적층되는 것을 특징으로 하는 원편파 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체판(500)은 양면테이프(510)를 통하여 상부의 편파기(100)와 하부의 상층 도체판(200)과 결합되는 것을 특징으로 하는 원편파 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 양면테이프(510)에는 하부의 상층 도체판(200)에 형성된 슬롯(210)에 대응되도록 상하가 관통된 관통공(511)이 형성되는 것을 특징으로 하는 원편파 수 신용 도파관 슬롯 배열 안테나.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 유전체판(500)은 유전율이 1~2를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 원편파 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나.
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