KR20100080652A - 안테나 장치에서 사용하는 반위상분배기와 이를 이용한 안테나 장치 - Google Patents

안테나 장치에서 사용하는 반위상분배기와 이를 이용한 안테나 장치 Download PDF

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Abstract

반위상 분배기와 이를 이용한 안테나 장치가 개시된다.
종래 안테나 장치에서 발룬(Valun)스터브(Stub)라고 불리는 장치는 주로 1/4파장 접지 스터브를 이용하여 급전된 신호를 공진시켜 안테나의 다이폴의 양 소자에 균등의 반위상 전력을 공급하는 기능을 수행한다.
허나, 상기 종래의 발룬 스터브는 1/4파장의 설치고도를 필요로 하며, 반드시 안테나를 구성하는 개별 소자별로 부가됨으로써 이중편파 안테나와 같이 복잡한 구성에서 급전라인의 구성이 복잡하여 안테나 제조가 어려워질 뿐만 아니라, 심지어는 편파간 신호간섭을 일으켜 안테나 개발이 어려워지는 문제점이 있었다.
본 발명은 별도의 반위상 분배기를 제작 및 안테나의 분배부에 설치하여 안테나 소자의 높이에 무관하게 소자별로 평행전력을 공급할 수 있으며, 안테나 다이폴 소자의 극성별로 신호를 합성 및 분배를 자유롭게 할 수 있음으로 인하여 이중편파 안테나와 같이 복잡한 신호조합을 간단히 이룰 수 있고, 상기 본 발명의 반위상분배기를 유전체반사판 후면에 취부 할 수 있어 안테나의 소자 설치면인 전방에 서 불필요한 전파간섭요소를 배제하는 효과가 있다.
발룬 스터브, 평행급전 , 패턴합성, 이중편파 안테나

Description

안테나 장치에서 사용하는 반위상분배기와 이를 이용한 안테나 장치{Phase Inverting Divider and Antenna Equipment Using That Device}
본 발명은 안테나 소자에 급전된 신호를 공진시켜 안테나의 다이폴의 양 소자에 균등의 반위상 전력을 공급하는 기능을 수행하는 발룬(Valun) 스터브(Stub)와 이를 이용한 안테나 장치에 관한 것이다.
종래 안테나에서 발룬 스터브의 장치는 도1의 예와 같이 안테나 다이폴 소자의 극성별로 제1소자(11)와 제2소자(12)에 균등의 반위상 전력을 공급하는 기능으로서 세부적인 기능을 살피면, 입출력부(16)에 입력된 신호는 급전선을 따라서 급전선의 실드(Shield)선은 다이폴의 일명 “-극성”이라는 제2소자(12)에 연결되며, 상기급전선의 심선은 다이폴의 일명 “+극성” 이라는 제1소자에 연결된다.
이때, 상기 제1소자와 반사판에는 대략 1/4파장 길이의 발룬스터브가 연결되어 반사판(10)면에서 상기 급전선의 실드(13)와 쇼트되어 쇼트-스터브(Short-Stub)공진을 일으키게 되며, 이에 따라서 제1소자(11)와 제2소자(12)의 급전점에서는 최대크기의 정재파(Standing Wave)가 발생되어 제1소자(11)와 제2소자(12)에 반전된 균등한 전력이 발생한다.
허나, 상기의 발룬 스터브는 1/4파장의 설치고도(17)를 필요로 하여 패치안테나와 같이 저고도의 안테나장치에는 적용이 어려우며, 또한 반드시 안테나를 구성하는 개별 소자별로 부가됨으로써 이중편파 안테나와 같이 3내지 4개의 다이폴이 1개의 소자군을 형성하는 복잡한 구성에서는 급전라인의 구성이 복잡하여 안테나 제조가 어려워질 뿐만 아니라, 상기 발룬스터브와 그에 따른 분배 급전부의 공간 구성으로 인하여 심지어는 편파간 신호간섭을 유발하여 의도했던 방사패턴을 얻지 못하는 등 개발이 어려워지는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 안테나에서 상기한 바와 같은 종래 발룬스터브의 문제점을 해결하기 위하여,
다이폴 소자와는 분리된 장소에서 마이크로 스트립라인의 형태로 반위상의 균등한 출력을 발생시켜 안테나 소자에 극성별로 급전하거나, 이미 출력된 편파의 신호를 반위상의 마이크로 스트립라인으로 변환하여 원하는 편파의 신호로 재 조합하는 장치를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위하여,
전송된 1개의 신호와 이를 수용하는 유전체 기판상에서 대략 직각의 방향으로 일정길이의 평행선로와 연결하고 출력단에서는 공진 스터브를 조합 연결함으로써 평행성을 향상시키며, 상기 평행선로의 출력을 다시 상기 유전체 기판상에 2개의 분배라인과 각각 연결함으로써 2개의 상반된 위상이며, 균등한 세기의 마이크로 스트립라인 형태의 출력을 얻으며, 이를 이용하여 평행성이 향상된 저고도의 안테나장치와 편파를 재조합하는 이중편파안테나를 설계하는데 응용할 수 있다.
상기 해결수단으로부터 발생되는 효과는,
배열 안테나를 제작하는 경우 복사기별로 필요한 발룬 스터브 대신 최종 합성부에 본 발명의 반전위상 분배기 1개를 구성함으로써 안테나 제조가 용이하며, 특히 패치와 같은 저고도의 복사기소자에 극성별로 평행전력을 공급함으로써 대칭성이 개선된 양질의 방사패턴을 얻을 수 있으며, 2종의 편파성 안테나 신호를 재 조합하여 편파의 방향을 변환함으로서 필요한 편파성 안테나를 용이하게 구현할 수 있는 효과가 있다.
상기한 바와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 반위상 분배기는 도2에 의하여 상세히 설명된다.
유전체 반사판상(20)에 마이크로 스트립라인 형태의 하나의 입출력부(22)를 갖는다. 상기 입출력부(22)는 상기 유전체 반사판(20)과는 대략 직각인 형태로 수직 고정된 또 다른 유전체 PCB(21)에 구성된 평행선로(23)의 일 측면 라인(283)에 연결되며, 상기 유전체 반사판(20)의 접지(282)는 상기 평행선로(23)의 또다른 일측면라인에 연결된다.
따라서, 상기 입출력부(22)의 신호는 상기 유전체 PCB(21)상의 평행선로(23)로 전송되게 되며, 일정거리를 평행전송 되는 동안 유전체 반사판(20)의 접지(282)와는 전송 상관성이 약해지며, 상기 접지(282)에 대하여 상기 평행선로의 일측라인과 다른 일측라인은 상호 반전된 특성으로 전환된다.
이때, 상기 평행선로의 각 일측라인을 다시 유전체 반사판상(20)의 마이크로 스트립라인으로 연결하면, 상기 평행선로의 각 일 측라인은 상호 반전된 위상의 특성으로 유전체 반사판(20)상의 마이크로 스트립라인(26,27)으로 분배 출력된다.
따라서 상기 평행선로에 필요한 전송길이는 길면 길수록 평행화에 유리하나, 물리 적 손실을 고려하여 대략 1/4파장 내지 그 이상으로 하고 종단 또는 경로상에 에 추가적으로 보편적으로 1/4파장의 종단(25)이 쇼트되거나,
반파장으로서 종단이 오픈된 발룬 스터브(24)를 연결하여 평행화를 보완한다.
이때, 상기 발룬 스터브의 길이는 길수록 공진주파수 범위가 좁아지므로 협대역용으로 사용한다.
결과적으로 본 발명의 반위상 분배기는 유전체 반사판(20)의 1개의 마이크스트립라인 형태의 신호가 상기 유전체 반사판(20)과는 대략 직각으로 고정된 유전체 PCB상의 평행선로를 통과한 다음, 2개의 상기 유전체 반사판(20)상의 마이크로 스트립라인으로 연결되면서 상호 위상이 반전된 신호로 분배하는 장치이다.
다음은 상기 본 발명 반전 위상 분배기를 안테나 소자의 급전에 이용하는 사례를 도3에 의하여 설명한다.
유전체 반사판(30)상의 상반극성의 다이폴(31,32)이 설치된다.
상기 상반된 극성의 다이폴에는 유전체PCB로 이루어진 유전체 급전부 상에 평행선로로서 급전라인(34)이 있어 상기 상반된 균등의 전력을 공급할 때 상기 다이폴(31,32)에서 방사되는 수직 패턴은 정확이 전방을 기준으로 대칭형을 이룰 수 있다.
따라서, 상기 급전라인(34)는 직접적으로 유전체 반사판(30)과 접속되지 않고 상기 유전체 반사판(30)상의 상기 다이폴(31,32)이 설치된 배면에 마이크로 스트립라인으로 구성된 분배전송라인(38)을 통하여 상기 다이폴(31,32)과는 다른 위치에서 본 발명의 반위상발생부(35)와 연결되며, 상기 반위상 발생부(35)에서는 균 등의 반위상전력을 발생시켜 결과적으로 다이폴의 설치고도(37)와는 무관한 전방에 대칭형의 방사패턴을 구현할 수 있다.
다음은 상기 본 발명 반전 위상 분배기를 이용하여 편파신호를 재조합하는 사례를 도4에 의하여 설명한다
제1수직편파 소자(41)와 제2수직편파 소자(42)로 이루어진 0도 편파인 수직편파 성분과 수평편파소자(43)로 이루어진 90도편파인 수평편파 성분으로 구성된 이중편파 안테나에 있어서, 상기 수평과 수직의 방사패턴은 반사판의 구조나 다이폴의 구성개수에 의하여 상호 커버리지가 일치하기 어려운 문제점이 있다.
따라서, 상기 수직과 수평의 성분을 조합하여 커버리지가 일치된 직교성의 이중편파를 형성할 필요가 발생한다.
이때, 본 발명의 반위상 분배기가 사용되며, 편파신호가 재조합되는 원리는 다음과 같다.
먼저 수직편파 성분은 상기 2개의 수직편파 소자(41,42)에 의하여 수신되어 동위상분배기(46)에 의하여 합성되고 이합성된 신호는 본 발명의 반위상분배기(45)에 의하여 0도와 180도라는 상반된 두 신호로 분배된다.
한편,수평편파 성분은 수평편파 소자(43)에 의하여 수신되고 수평편파 분배부(44)에 의하여 동위상의 두 신호로 분배된다.
상기 수직편파의 분배된 신호 중 0도편파 신호와 수평편파의 일분배된 신호를 적정의 비율로 조합하는 +45도편파 합성부(48)에 의하여 상기 수직과 수평의 편파신호가 조합된 +45도 편파신호를 출력할 수있으며,
상기 수직편파의 분배된 신호 중 180도편파 신호와 수평편파의 일 분배된 신호를 적정의 비율로 조합하는 -45도편파 합성부(47)에 의하여 상기 +45도 편파와는 직교성인 -45도 편파신호를 출력할 수 있다.
이때, 상기 편파신호를 조합하는 적정의 비율은 실제 수평과 수직의 수신세기에 의하여 +45도 내지 -45도 편파가 되도록 합성비율을 분배기의 설계에 의하여 의하여 조정하는 것이다.
또한, 상기 수평과 수직의 편파를 조합함에 있어 그 구성을 수직과 수평의 조합으로 바꾸어 본 발명의 반위상 분배기를 수직편파 측에 둔다고 하더라도 출력되는 편파는 직교성이 되므로 같은 원리를 사용한다고 보아야 할 것 이다.
상기와 같이 본 발명의 반위상 분배기에 대한 응용의 범위는 다양하므로 이 같이 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에 게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 종래 안테나 소자에 사용하는 발룬 스터브를 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명 반위상 분배기를 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명 반위상 분배기를 이용하여 안테나 소자에 적용하는 경우를 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명 반위상 분배기를 이용하여 편파신호를 조합하는 경우를 설명하기 위한 도면.
*** 도면의 주요부분에 대한 도면부호의 설명 ***
10 : 반사판 20,30 : 유전체 반사판
11,31 : 제1소자 12,32 : 제2소자
13 : 급전선 14 : 발룬 스터브
15 : 급전부 16,22,36 : 입출력부
17 : 설치높이
21,285,295 : 유전체 PCB 23,283 : 반위상 발생부
24,284 : 발룬 스터브 25 : 반사점
26 : 제1분배부 27 : 제2분배부
281,282,291 : 유전체 접지면 294 : 반위상 출력단
296 : 솔더링
33 : 유전체 급전부 34 : 급전라인
35 : 반위상 발생부 38 : 분배 전송라인
41 : 제1수직편파 소자 42 : 제2수직편파 소자
43 : 수평편파 소자 44 : 수평편파 분배부
45 : 수직편파 반위상 분배부 46 : 수직편파 합성부
47 : -45도편파 합성부 48 : +45도편파 합성부

Claims (4)

  1. 안테나 소자에 RF 신호를 급전하기 위한 분배기를 구성함에 있어,
    유전체 반사판상에(20) 하나의 입출력부(22) 및,
    상기 유전체 반사판(20)과는 대략 직각의 형태로서 고정된 또 다른 유전체 PCB(21) 및 ,
    상기 유전체 PCB(21)에서 일측은 상기 입출력부(22)와 접속되며, 다른 일측은 상기 유전체 반사판(20)의 접지면과 접속하여 일정거리를 전송하되, 평행선로로서 구성하는 특징의 반위상 발생부(23) 및,
    상기 반위상 발생부(23)의 2개측 출력과 각각 접속되어 상호 반전된 위상의 출력을 전송하는 유전체 반사판(20)상의 2개의 전송라인(26,27)을
    포함하는 특징의 반위상 분배기.
  2. 제1항에 있어서,
    반위상 발생부(23)의 경로에 일측이 쇼트되거나 오픈된 평행선로로 구성된 발룬스터브(Valun Stub)를 부가하는 특징의 반위상 분배기
  3. 제1항과 제2항에 있어,
    반위상 분배기를 사용하여 안테나 소자와는 분리된 장소에서 급전신호를 반전된 신호로서 평행화 및 분배하여 전송라인으로 급전하는 특징의 안테나 장치
  4. 제1항과 2항에 있어,
    반위상분배기를 사용하여 직교성의 이중편파 신호를 상기 편파와는 다른 각도의 직교성의 편파로서 재조합하는 특징의 안테나 장치
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