KR20100049933A - 유전체 장하혼 및 이를 이용한 이중 반사판 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유전체 장하혼을 이용하여 정재파를 개선하고 메탈라스망의 반사판을 이용하여 강한 풍압에도 견딜 수 있고 경량인 유전체 장하혼 및 이를 이용한 이중 반사판 안테나에 관한 것이다. 본 발명의 안테나는, 주반사판과, 주반사판의 중앙을 관통하여 오목면의 전방으로 길게 돌출되는 원형 도파관, 일부가 원형 도파관의 단부 내측에 삽입되고 일부가 노출되어 송신 급전신호를 방사하는 유전체 장하혼, 및 원형 도파관의 전방 단부에 절연체 지지부재를 통해 연결되어 유전체 장하혼의 송신신호를 주반사판측으로 반사하고 주반사판에서 반사되어 집중된 수신신호를 유전체 장하혼측으로 반사하는 절연체로 둘러싼 부반사판부를 포함하고, 유전체 장하혼은 반경이 가장 큰 돌출테를 중심으로 양쪽으로 비대칭인 원뿔 형태로 되어 한쪽의 원뿔 형태는 원형 도파관에 삽입되어 도파관과 결합하는 역할을 하고, 다른 쪽의 원뿔 형태는 빔을 상기 금속도체 부반사판에 방사하는 역할을 하며, 돌출테의 인접부분에는 원통형 링 금속구조물이 삽입되어 원통형 링 금속구조물이 가이드 역할을 하여 원형 도파관과의 접합부분에서의 손실을 줄여 빔을 모아주고 개구임피던스를 변화시켜주는 역할을 함으로써 정재파 특성를 개선시키는 것이다.

유전체 장하혼, 원통형 링 금속구조물, 메탈라스, 이중 반사판, 안테나

Description

유전체 장하혼 및 이를 이용한 이중 반사판 안테나{DIELECTRIC LOADED HORN AND DUAL REFLECTOR ANTENNA USING THE SAME }

본 발명은 이중 반사판 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유전체 장하혼을 이용하여 정재파를 개선하고 메탈라스망의 반사판을 이용하여 강한 풍압에도 견딜 수 있고 경량인 유전체 장하혼 및 이를 이용한 이중 반사판 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 반사경 안테나(Reflector Antenna)는 전파천문학, 초고주파통신, 위상추적 등을 목적으로 널리 사용되는 안테나로서, 반사경의 형태에 따라 평판 반사경 안테나, 코너 반사경 안테나, 전방 급전형 파라볼라 안테나, 카세그레인 안테나 등으로 구분된다.

위성통신, 전파망원경 등에 널리 사용되는 카세그레인(Cassegrain reflector form) 안테나는 긴 전송선이 필요한 전방급전방식의 문제점을 해결하기 위한 안테나로서, 전형적인 카세그레인 안테나는 주반사면은 포물선 형태로 하고 부반사면은 쌍곡선 형태로 만들어 급전점을 포물선의 축을 따라 정점 또는 근처에 두는 방식이다. 전형적인 카세그레인 형태의 변형으로서, 그레고리언 형태(Gregorian reflector form)의 반사경 안테나가 있다.

한편, 이중 반사판형 파라볼라 안테나는 통상 대형의 주반사경과 주반사경에 지지되는 소형의 부반사경, 급전 혼, 안테나 지지구조물 등으로 구성된다. 이때, 소형 반사판 안테나(D<50λ)를 이중 반사판 구조의 형태로 구현할 경우에 급전부의 특성과 부반사판의 크기가 안테나 특성에 가장 큰 영향을 미친다. 이중 반사판 안테나의 특성상 부반사판의 크기를 증가시킬수록 안테나의 음영지역이 증가하여 안테나의 효율 및 부엽특성을 저하시키게 된다. 따라서 부반사판의 크기를 최대한 작게 하면 안테나 효율 및 부엽특성을 향상시킬 수 있는데, 부반사판의 크기를 감소시키기 위해서는 급전기의 빔폭이 상대적으로 좁아져야 한다. 그리고 급전기의 빔폭은 개구면의 크기와 반비례하므로 상대적으로 급전기의 개구면의 크기가 커져야한다. 또한 급전기 개구면의 크기는 반사판 안테나의 음영지역에 영향을 미치지 않도록 부반사판 크기보다 작아야 한다.

그런데 종래의 이중 반사판형 파라볼라 안테나는 부반사판이 크고 복사기 개구가 도파관보다 넓어서 전파복사시 주반사판에서 복사하는 전력을 부반사판이 차폐하여 소형 부반사판형 파라볼라 안테나에서는 효율이 나쁘고, 부엽 복사패턴이 커서 인접 통신 서비스 지역에 간섭을 일으키는 문제점이 있다. 또한 이중 반사판을 사용하게 되면 정재파 특성이 나빠진다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 유전체 길이로 빔폭을 조정하기 때문에 개구크기를 늘이지 않고 빔폭을 최적화시킬 수 있는 유전체 장하혼을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 유전체 장하혼을 이용하여 급전기의 개구 크기를 감소시킴과 동시에 금속도체 부반사판의 크기를 감소시킬 수 있으며 주반사판을 메탈라스망으로 구현하여 가볍고 소형이며 풍압에 강한 소형 이중 반사판 안테나를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 안테나는, 접시형태로 이루어진 주반사판; 상기 주반사판의 중앙을 관통하여 오목면의 전방으로 길게 돌출되는 원형 도파관; 일부가 원형 도파관의 단부 내측에 삽입되고 일부가 노출되어 송신 급전신호를 방사하는 유전체 장하혼; 및 상기 원형 도파관의 전방 단부에 절연체 지지부재를 통해 연결되어 상기 유전체 장하혼의 송신신호를 주반사판측으로 반사하고 주반사판에서 반사되어 집중된 수신신호를 유전체 장하혼측으로 반사하는 절연체로 둘러싼 부반사판부를 포함한 것을 특징으로 한다.

상기 주반사판은 메탈라스망으로 된 것으로서, 예컨대 탄소강 또는 알루미늄 박판(薄板)에 일정한 방향으로 등간격의 절단면을 내고 옆으로 길게 늘여서 마름모 꼴 형상을 가진 메탈라스망으로 된 것이다.

상기 유전체 장하혼은 반경이 가장 큰 돌출테를 중심으로 양쪽으로 비대칭인 원뿔 형태로 되어 한쪽의 원뿔 형태는 상기 원형 도파관에 삽입되어 도파관과 결합하는 역할을 하고, 다른 쪽의 원뿔 형태는 빔을 상기 금속도체 부반사판에 방사하는 역할을 하며, 상기 돌출테의 인접부분에는 원통형 링 금속구조물이 삽입되어 상기 원통형 링 금속구조물이 가이드 역할을 하여 상기 원형 도파관과의 접합부분에서의 손실을 줄여 빔을 모아주고 개구임피던스를 변화시키는 역할을 함으로써 정재파 특성를 개선시키는 것이다.

본 발명에 따른 이중 반사판 안테나는 유전체 장하혼을 이용하여 급전기의 개구 크기를 감소시킴과 동시에 금속도체 부반사판의 크기를 감소시킬 수 있으며 주반사판을 마름모꼴 형상을 가진 메탈라스망으로 구현하여 전면 풍압 감소와 중량 감소를 얻을 수 있는 효과가 있다. 즉, 안테나 전면에서 부는 풍압은 주반사판의 전파 수신방향유지를 힘들게 하며, 강한 풍압의 경우에는 반사판의 곡률을 파손하여 안테나의 성능을 저하시키는 원인이 될수 있는 위험요소이다. 기존의 솔리드 타입의 반사판 안테나는 안테나 전면에서 불어오는 풍압에 의하여 안테나 전체에 영향을 받지만, 본 발명에 따라 메탈라스망을 이용한 반사판 안테나는 마름모꼴 구조로 인하여 솔리드 타입보다 약 56%의 풍압 접촉 면적을 감소시켜 안테나에 가해지는 유해 풍압을 저감시킬 수 있다. 또한, 마름모꼴 구조로 인한 면적감소는 중량 감소로 이어져 솔리드 타입에 비해 약 53%의 중량 감소를 얻을 수 있다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 이중 반사판 안테나를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 이중 반사판 안테나의 정면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 이중 반사판 안테나의 측면도이다.

본 발명에 따른 이중 반사판 안테나는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 메탈라스망으로 접시형태로 이루어진 주반사판(10)과, 주반사판의 중앙을 관통하여 오목면의 전방으로 길게 돌출되는 원형 도파관(30)과, 일부가 원형 도파관의 단부 내측에 삽입되고 일부가 노출되어 송신 급전신호를 방사하는 유전체 장하혼(40)과, 원형 도파관의 전방 단부에 절연체 지지부재를 통해 연결되어 유전체 장하혼의 송신신호를 주반사판측으로 반사하고 주반사판에서 반사되어 집중된 수신신호를 유전체 장하혼측으로 반사하는 절연체로 둘러싼 부반사판부(20)로 구성된다.

본 발명의 안테나에 사용되는 주반사판(10)은 메탈라스(metal lath)망(12)으로 된 접시형 구조로서, 도 2의 확대도면에서와 같이 그물망처럼 마름모꼴 공간을 통해 공기가 원활히 소통될 수 있어 풍압에 의한 영향을 받지않고 중량이 가벼워 구동 및 설치가 용이한 장점이 있다. 즉, 본 발명의 메탈라스망을 이용한 주반사판 (10)은 탄소강 또는 알루미늄 박판(薄板)에 일정한 방향으로 등간격의 절단면을 내고 옆으로 길게 늘여서 마름모꼴 형상을 가진 메탈라스망을 반사판으로 하는 구조를 가지고 있다. 이러한 본 발명의 메탈라스망을 이용한 반사판 안테나는 일반적인 솔리드 타입의 반사판 안테나 대신 메탈라스망을 이용하므로 풍압과 중량에 유리한 형상을 제공하며, 구조적으로 안정적인 안테나 제작이 가능하다. 이러한 주반사판(10)은 송신시에는 절연체로 둘러싼 부반사판부(20)에서 반사된 전파를 공기중으로 반사시키고 수신시에는 공기중으로부터 수신된 전파를 집중시켜 절연체로 둘러싼 부반사판부(20)로 반사시킨다.

원형 도파관(30)은 주반사판(10)의 중앙을 수평으로 관통하여 오목면의 전방으로 길게 돌출되어 있으며 전방의 개구부에는 도 3의 확대도면에서와 같이 원뿔형의 유전체 장하혼(40)이 삽입되어 있다.

그리고 절연체로 둘러싼 부반사판부(20)는 원형 도파관(30)보다 반경이 큰 원통형의 절연체 지지부재(22)에 의해 원형 도파관(30)의 개구면에 부착되는 부반사판(21)으로 이루어져 금속도체 부반사판(21)이 송신시에는 유전체 장하혼(40)으로부터 방사된 전파를 주반사판측으로 반사하고 수신시에는 주반사판(10)으로부터 집중된 전파를 유전체 장하혼(40)으로 반사시킨다.

도 4는 본 발명에 이용되는 유전체 장하혼의 사시도이고, 도 5는 본 발명에 이용되는 유전체 장하혼의 측면도이며, 도 6은 본 발명에 따라 유전체 장하혼에 끼우는 원통형 링 금속 구조물의 사시도이다.

본 발명에 따른 유전체 장하혼(40)은 도 4에 도시된 바와 같이, 반경이 가장 큰 돌출테(42a)를 중심으로 양쪽으로 비대칭인 원뿔 형태로 되어 한쪽의 원뿔 형태는 원형 도파관에 삽입되어 도파관과 결합하는 역할을 하고 다른 쪽의 원뿔 형태는 빔을 금속도체 부반사판(21)에 방사하는 역할을 한다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 돌출테의 우측 원뿔부는 도 3의 확대도면에서와 같이 원형 도파관(30)의 개구를 거쳐 내부에 삽입되는 부분으로서, 꼭지가 잘린 원추형으로 후방으로 갈수록 좁아지다가 원통형으로 연장된 후 다시 원추형으로 종단되는 형상으로 되어 있다. 돌출테의 좌측 원뿔부는 원형 도파관(30)에 삽입되지 않고 노출되는 부분으로서, 정재파 특성를 개선시키기 위한 원통형 링 금속구조물(44)이 삽입될 수 있도록 폭이 좁은 원통부를 거쳐 원추형으로 종단된다. 도 7을 참조하면, 유전체 혼의 형상은 복사패턴 및 임피던스정합에 따라 다양한 형태로 변형되어져 사용할 수 있다.

이러한 유전체 장하혼(40)의 역할은 안테나의 이득을 높이고 개구 효율을 높여주며 패턴의 예리함을 얻게 하고 효율적으로 HE11 Mode로의 여기를 지원한다. 또한 본 발명에 따라 유전체 장하혼(40)에 원통형의 구조물(즉, 원통형 링 금속구조물 44)을 삽입하여 정재파의 특성을 향상시킬 수 있다. 이와 같이 유전체 장하혼에 원통형 링 금속 구조물(44)을 삽입함으로써 원통형 링 금속 구조물(44)이 가이드 역할을 하여 원형 도파관(30)과의 접합부와 인접해 있는 부분에서의 손실을 줄여 빔을 모아주고 개구 임피던스를 변화시켜 주는 역할을 한다.

원통형 링 금속 구조물(44)은 도 6에 도시된 바와 같이 원통형 링으로서 높 이와 지름에 의해 특성이 틀려지며 실험적인 수치들에 의해서 최적의 수치를 찾을 수 있다. 원통형 링 금속 구조물의 높이가 높아지게 되면 스필오버(Spillover)가 발생하게 되며, 지름이 크게 되면 아무런 역할도 하지 못하고 작게 되면 주파수가 차단되게 된다. 이와 같이 본 발명에 따른 이중 반사판 구조의 안테나에서 유전체 장하혼(40)에 원통형 링 금속 구조물(44)을 삽입함으로써 정재파의 특성을 개선할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 유전체 장하 혼은 도 7에 도시된 바와 같이, 다양한 형태의 변형 예가 가능하다. 도 7을 참조하면, 유전체 장하 혼의 전체 형상도 다양하게 변형할 수 있음과 아울러 원통형 링 금속 구조물의 삽입 위치도 변경하여 사용할 수 있다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 이중 반사판 안테나를 도시한 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 이중 반사판 안테나의 정면도,

도 3은 본 발명에 따른 이중 반사판 안테나의 측면도,

도 4는 본 발명에 이용되는 유전체 장하혼의 사시도,

도 5는 본 발명에 이용되는 유전체 장하혼의 측면도,

도 6은 본 발명에 따라 유전체 장하혼에 끼우는 원통형 링 금속 구조물의 사시도,

도 7은 본 발명에 이용되는 유전체 장하혼의 변형 형태 측면도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 주반사판 12: 메탈라스망

20: 절연체로 둘러싼 부반사판부 21: 금속도체 부반사판

22: 절연체 지지부재 30: 원형 도파관

40: 유전체 장하혼 42: 유전체 혼

42a: 돌출테 44: 원통형 링 금속 구조물

Claims (5)

1. 접시형태로 이루어진 주반사판;

   상기 주반사판의 중앙을 관통하여 오목면의 전방으로 길게 돌출되는 원형 도파관;

   일부가 원형 도파관의 단부 내측에 삽입되고 일부가 노출되어 송신 급전신호를 방사하는 유전체 장하혼; 및

   상기 원형 도파관의 전방 단부에 절연체 지지부재를 통해 연결되어 상기 유전체 장하혼의 송신신호를 주반사판측으로 반사하고 주반사판에서 반사되어 집중된 수신신호를 유전체 장하혼측으로 반사하는 절연체로 둘러싼 부반사판부를 포함하는 이중 반사판 안테나.
2. 제1항에 있어서, 상기 주반사판은

   메탈라스망으로 된 것을 특징으로 하는 이중 반사판 안테나.
3. 제2항에 있어서, 상기 주반사판은

   탄소강 또는 알루미늄 박판(薄板)에 일정한 방향으로 등간격의 절단면을 내고 옆으로 길게 늘여서 마름모꼴 형상을 가진 메탈라스망으로 된 것을 특징으로 하는 이중 반사판 안테나.
4. 제1항에 있어서, 상기 유전체 장하혼은

   반경이 가장 큰 돌출테를 중심으로 양쪽으로 비대칭인 원뿔 형태로 되어 한쪽의 원뿔 형태는 상기 원형 도파관에 삽입되어 도파관과 결합하는 역할을 하고, 다른 쪽의 원뿔 형태는 빔을 상기 금속도체 부반사판에 방사하는 역할을 하며, 상기 돌출테의 인접부분에는 원통형 링 금속 구조물이 삽입되어

   상기 원통형 링 금속 구조물이 가이드 역할을 하여 상기 원형 도파관과의 접합부분에서의 손실을 줄여 빔을 모아주고 개구 임피던스를 변화시키는 역할을 함으로써 정재파 특성를 개선시키는 것을 특징으로 하는 이중 반사판 안테나.
5. 반경이 가장 큰 돌출테를 중심으로 양쪽으로 비대칭인 원뿔 형태로 되어 한쪽의 원뿔 형태는 원형 도파관에 삽입되어 도파관과 결합하는 역할을 하고, 다른 쪽의 원뿔 형태는 빔을 금속도체 부반사판에 방사하는 역할을 하며, 상기 돌출테의 인접부분에는 원통형 링 금속 구조물이 삽입되어

   상기 원통형 링 금속 구조물이 가이드 역할을 하여 상기 원형 도파관과의 접합부분에서의 손실을 줄여 빔을 모아주고 개구 임피던스를 변화시키는 역할을 함으로써 정재파 특성를 개선시키는 것을 특징으로 하는 이중 반사판 안테나의 유전체 장하혼.

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