KR20100105328A - 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고차 모드 억압 구조를 적용하여 안테나의 방사특성 및 광대역 특성을 개선할 수 있는 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나에 관한 것으로, 본 발명은 각각 전자기파를 가이드하기 위한 내부면과 상기 내부면의 맞은편에 배치되는 외부면을 포함하며, 서로 마주보게 배치되는 한 쌍의 상하 리지; 상기 상하 리지의 상기 외부면과 각각 고정적으로 부착되는 상하 플레어; 상기 상하 플레어와 결합되어 사각형의 콘 구조를 형성하는 좌우 플레어; 상기 상하 리지와 상기 좌우 플레어 사이에 대칭적으로 위치하고 있는 금속도체;를 포함하며, 상기 금속도체는, 상기 상하 플레어와 단락되어 장착되어, 상기 상하 리지와 상기 좌우 플레어 사이에 형성되는 높은 전계의 진행을 억제하여 TE30모드 억제 및 TE10모드로의 변환을 수행하여 혼의 개구면에서 TE10모드에 가까운 방사패턴을 출력하는 기능을 수행함으로써, 리지 도파관에 장착이 간편하고 고차모드를 효과적으로 억제할 수 있는 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나를 제공한다.

이중 리지 혼 안테나, 광대역, 고차모드 억압

Description

고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나{DOUBLE-RIDGED HORN ANTENNA WITH HIGHER-ORDER MODE SUPPRESSOR}

본 발명은 이중 리지 혼 안테나에 관한 것으로, 특히 고차 모드 억압 구조를 적용하여 안테나의 방사특성 및 광대역 특성을 개선할 수 있는 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나에 관한 것이다.

이중 리지 혼 안테나 또는 이중 리지 도파관은 선형 편극 안테나의 일종이다. 리지(Ridge)를 사용한 광대역 혼 안테나(Hone Antenna)는 20세기 초에 제안되었으며 현재까지 많이 이용되고 있는 광대역 안테나 모델 중 하나이다.

도 1 내지 도 3은 일반적인 이중 리지 광대역 혼 안테나의 측면도와 정면도 및 상면도를 각각 나타낸 것이다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 일반적인 이중 리지 광대역 혼 안테나(100)의 동작원리를 설명하면, 상하 플레어(112)와 좌우 플레어(114)는 전계를 혼에서 진행하고 혼 안테나(100)의 형태를 유지하는 역할을 한다. 급전부(130)에 입력된 에너지는 상부 리지와 전기적으로 단락된 금속도체(120) 를 통하여 상부 리지는 (+)로 대전되고 급전부(130)의 접지면과 연결된 하부 리지는 (-)로 대전된다. 상하 리지에 형성된 전계는 혼의 개구면 방향으로 진행하게 되는데 이때 상하 리지간의 간격은 혼 개구면의 임피던스에 서서히 수렴되도록 exponential impedance transformation를 사용하여 간격을 넓혀 광대역 임피던스 매칭을 행한다.

또한 리지 혼 안테나의 구조상 상하 리지(110)간에 매우 높은 전계가 형성되는 반면에 상하 리지(110)과 좌우 플레어(114) 사이에는 낮은 전계가 형성된다. 따라서 좌우 플레어(114)는 사용하지 않아도 동작에는 큰 무리가 없는 모델도 개발되었다. 일반적인 혼 안테나와 달리 상하 리지(110)를 혼 내부에 장착하는 이유는 혼 안테나의 동작 주파수를 범위를 넓히기 위한 것이다. 리지가 삽입됨으로써 기본모드인 TE10모드가 형성되는 시작 주파수를 낮출 수 있고, 고차모드와 간격이 넓어지면서 광대역에 걸쳐 일정한 방사패턴을 가지는 특성을 있다. 여기서 고차모드는 TE20모드 이상을 지칭하는데 일반적으로 급전부를 중심으로 좌우 대칭인 구조에서는 TE20 모드는 억제되므로 TE30 모드가 첫번째 고차모드가 되는 점을 감안하여 TE10에서 TE30출현까지를 광대역 혼 안테나의 동작 주파수 범위로 생각할 수 있다.

그러나 반사손실을 기준으로 동작 주파수를 계산하는 상황과 달리 실제 리지 안테나의 경우는 상한 주파수에 근접할수록 고차모드로 인한 방사패턴 왜곡이 발생하게 되는 문제점을 지적받아 왔으며 이를 개선하기 위한 연구가 진행되고 있다.

미국등록특허 제7,161,550호(2005.10.20공개, 이하 '문헌1'이라 함)인 "Dual- and Quad-ridged horn antenna with improved antenna pattern characteristics"에는 광대역 리지 혼 안테나의 방사특성을 개선하기 위해 일부 구조물을 추가하고, 자성물질 및 그루브(Groove)를 사용하는 2중 및 4중 혼 안테나가 개시되어 있다. 문헌1에는 해당 혼 안테나가 구체적으로 방사패턴을 얼마나 개선시키게 되는지 기재되어 있지 않아 성능 향상을 파악할 수 없으나, 높은 상품성을 위해서 구조를 단순화하고 제작이 간편해야 된다는 점에서는 개선도가 떨어지는 문제점이 있다. 특히, 문헌1은 자성물질의 성능 및 도포에 따라서 안테나 방사패턴이 많은 영향을 받게 되므로 재현성이 좋지 못한 문제점이 있다.

따라서 TE30모드를 억제할 수 있다면 방사패턴의 왜곡을 억제할 수 있으므로 기존의 이중 리지 혼 안테나보다 넓은 대역에서 동작하는 안테나를 구현할 수 있다. 그러므로 동작 대역이 향상된 새로운 안테나 모델을 위한 TE30모드를 억제할 수 있는 구조가 요망된다.

한편, 미국등록특허 제4,692,723호(1985.07.08공개, 이하 '문헌2'라 함)와 미국등록특허 제4,890,117호(1989.12.26등록, 이하 '문헌3'이라 함)에 개시되어 있는 협대역 통과 유전체 필터에서 고차모드를 제거하는 기술(문헌2)과, 혼 안테나의 급전에서 TM모드를 TE모드로 변환하는 기술(문헌3)이 배경기술로서 이해될 수 있으나, 문헌2와 문헌3에서 고차모드를 제거 또는 변환하기 위해 제시하고 있는 기술적인 내용은 본 발명이 해결하고자 하는 종래기술의 문제점과 상이하며 본 발명이 해결하고자 하는 과제와는 거리가 있다.

따라서 전술한 종래기술에 따른 광대역 리지 혼 안테나의 방사패턴 왜곡 문제를 해결하기 위한 본 발명의 목적은 리지 도파관에 장착이 간편하고 고차모드를 효과적으로 억제할 수 있는 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나는, 각각 전자기파를 가이드하기 위한 내부면과 상기 내부면의 맞은편에 배치되는 외부면을 포함하며, 서로 마주보게 배치되는 한 쌍의 상하 리지; 상기 상하 리지의 상기 외부면과 각각 고정적으로 부착되는 상하 플레어; 상기 상하 플레어와 결합되어 사각형의 콘 구조를 형성하는 좌우 플레어; 상기 상하 리지와 상기 좌우 플레어 사이에 대칭적으로 위치하고 있는 금속도체;를 포함한다.

이때, 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나는, 상기 상하 리지로 전류를 공급하기 위한 급전단자; 및 상기 급전단자를 통해 공급되는 외부 전원으로부터 상기 상하 리지로 전류를 전송하기 위한 급전용 도체;를 더 구비함이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나의 상기 금속도체는, 상기 상하 플레어와 단락되어 장착된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나의 상기 금속도체는, 상기 상하 리지와 상기 좌우 플레어 사이에 형성되는 높은 전계의 진행을 억제하여 TE30모드 억제 및 TE10모드로의 변환을 수행하여 혼의 개구면에서 TE10모드에 가까운 방사패턴을 출력하는 기능을 수행함으로써, 리지 도파관에 장착이 간편하고 고차모드를 효과적으로 억제할 수 있는 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나를 제공한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 기존의 이중 리지 광대역 혼 안테나에서 발생하는 TE30모드를 억제하여 방사패턴의 왜곡을 개선함으로써 더 넓은 대역에서 안테나가 동작할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 기존의 이중 리지 광대역 혼 안테나의 리지 도파관에 장착이 간편한 구조로서, 방사패턴의 향상효과 대비 구조가 단순하여 제작이 간편한 장점이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것 이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나를 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나의 측면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나의 정면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나의 상면도를 나타낸 것이다.

도 4 내지 도 6를 참조하면, 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나(200)는 사각형 혼 안테나 내에 서로 반대 방향으로 배치된 한 쌍의 상하 리지(210)를 포함한다. 각 상하 리지(210)는 대체로 볼록한 내부면과 대체로 직선적인 외부면을 가질 수 있다. 대부분의 경우, 각 외부면은 혼 안테나(200)를 형성하는 상하 플레어(212) 및 좌우 플레어(214) 중 하나에 고정적으로 부착될 수 있다. 결합될 때, 상하 플레어(212) 및 좌우 플레어(214)들은 기부보다 상당히 넓은 개구면을 가진 사각형의 콘 구조를 형성할 수 있다. 어떤 경우에는, 사각형 박스(혹은 "공동 구조")가 비슷한 형태로 기부에 결합될 수 있다. 이 공동 구조는 전력원(미 도시함)으로부터 동축 전송선(미 도시함)을 통하여 상하 리지(210)로 전류를 공급하기 위한 급전단자(230)을 포함 할 수 있다.

급전용 도체(220)는 또한 동축 전송선에서 혼 안테나(200)의 상하 리지(210) 로 전류를 전송하기 위하여 제공될 수 있다. 동축 전송선에서 급전용 도체(220)로의 이송은 혼 안테나의 급전 지역(즉, 상하 리지에 전력이 공급되는 지점) 부분을 포함한다는 점에서 혼 안테나의 중요한 부분이다. 전력이 공급될 때, 상하 리지(210)의 내부면은 기부로부터 혼 안테나(200)의 "목"을 통하여 그리고 안테나(200)의 "입" 또는 개구면을 통하여 이동하는 방사 에너지를 가이드하기 위하여 테이퍼진 도파관으로 기능한다.

본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나(200)의 고차모드 억제구조는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 이중리지 도파관의 상하 리지(210)와 좌우 플레어(214) 사이에 대칭적으로 위치하고 있는 금속도체(240)에 특징이 있다. 상기 금속도체(240)는 상하 플레어(212)와 단락되어 장착된다. 상기 급전도체(220)에서 급전된 전계는 TE10모드로 진행되지만, 주파수가 높은 경우는 TE10모드와 TE30모드로 공존하게 되는데 이중 리지 구조의 특성상 리지 상하간에 높은 전계가 형성되므로 상하 리지(210)와 좌우 플레어(214)간에는 낮은 전계가 형성되어 TE10모드가 진행한다. 한편, TE30모드의 경우는 상하 리지(210)와 좌우 플레어(214)간에 높은 전계가 형성되어 진행한다.

따라서 상하 리지(210)와 플레어(214)간에 금속 도체를 삽입시켜 진행을 억제하는 경우 TE30모드 억제됨과 동시에 TE10모드로 변환이 발생하여 혼의 개구면에서는 TE10모드에 가까운 방사패턴이 출력된다.

도 4 내지 도 6에 도시한 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나(200)의 방사패턴 왜곡에 대한 개선도를 도 7 및 도 8에 나타내었다.

도 7은 일반적인 이중 리지 광대역 혼 안테나에서 TE30모드를 입력한 경우의 방사패턴도이고, 도 8은 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나에서 TE30모드를 입력한 경우의 방사패턴도이다.

도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나는 기존의 이중 리지 광대역 혼 안테나에서 발생하는 TE30모드를 억제하여 방사패턴의 왜곡을 개선함으로써 더 넓은 대역에서 안테나가 동작할 수 있도록 한다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.

도 1은 일반적인 이중 리지 광대역 혼 안테나의 측면도,

도 2는 일반적인 이중 리지 광대역 혼 안테나의 정면도,

도 3은 일반적인 이중 리지 광대역 혼 안테나의 상면도,

도 4는 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나의 측면도,

도 5는 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나의 정면도,

도 6은 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나의 상면도,

도 7은 일반적인 이중 리지 광대역 혼 안테나에서 TE30모드를 입력한 경우의 방사패턴도,

도 8은 본 발명에 따른 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나에서 TE30모드를 입력한 경우의 방사패턴도.

<도면의 주요 부호에 대한 설명>

200: 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나

210: 리지 212: 상하 플레어

214: 좌우 플레어 220: 급전용 도체

230: 급전단자 240: 고차모드 억압용 금속도체

Claims (4)

1. 이중 리지 혼 안테나에 있어서,

   각각 전자기파를 가이드하기 위한 내부면과 상기 내부면의 맞은편에 배치되는 외부면을 포함하며, 서로 마주보게 배치되는 한 쌍의 상하 리지;

   상기 상하 리지의 상기 외부면과 각각 고정적으로 부착되는 상하 플레어;

   상기 상하 플레어와 결합되어 사각형의 콘 구조를 형성하는 좌우 플레어;

   상기 상하 리지와 상기 좌우 플레어 사이에 대칭적으로 위치하고 있는 금속도체;를 포함하는 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 상하 리지로 전류를 공급하기 위한 급전단자; 및

   상기 급전단자를 통해 공급되는 외부 전원으로부터 상기 상하 리지로 전류를 전송하기 위한 급전용 도체;를 더 구비함을 특징으로 하는 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나.
3. 제 2항에 있어서, 상기 금속도체는,

   상기 상하 플레어와 단락되어 장착된 것을 특징으로 하는 고차모드 억압구조 를 갖는 이중 리지 혼 안테나.
4. 제 3항에 있어서, 상기 금속도체는,

   상기 상하 리지와 상기 좌우 플레어 사이에 형성되는 높은 전계의 진행을 억제하여 TE30모드 억제 및 TE10모드로의 변환을 수행하여 혼의 개구면에서 TE10모드에 가까운 방사패턴을 출력하는 것을 특징으로 하는 고차모드 억압구조를 갖는 이중 리지 혼 안테나.

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