KR20150005403A - 수동 위상 변위기를 이용한 능동 빔 조향 레이더 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 4차원 다기능 레이더 혹은 3차원 레이더 안테나에서 수동 저손실 위상변위기를 송수신측이 공동으로 사용하고, 송신은 각 복사소자마다 고출력증폭기(HPA)를 사용하나 수신측은 수동 위상변위기 통과한 각각의 신호들을 합성기로 합성하여 최종 1개의 저잡음 증폭기를 사용하여 신호대잡음비를 개선한 수동 위상 변위기 및 이를 이용한 능동 빔 조향 레이더 안테나에 관한 것이다. 본 발명의 안테나는 3차원이나 4차원 초고주파 레이더를 구성하는 다수의 복사소자들에 능동 RF안테나모듈을 부착함에 있어서, 각각의 복사소자에 저손실/고전력 수동 위상변위기를 부착하고, 후단에 써큐레이터를 부착한 후 송신 HPA를 부착하여 송신측은 능동소자 배열 안테나로 구성하고, 수신측은 써큐레이터에서 분리 후 합성기에서 전체 복사소자의 수신신호를 총합성 후 1개의 수신 LNA로 수신하여 신호대잡음비를 개선하여 장거리의 소형 목표물도 탐지 가능하게 한 것이다. 또한 상기 수신 LNA는 예비 LNA와 자동절체기를 부착해서 고장시 자동으로 예비 LNA로 교체되고, 경고신호를 운영실로 송출하도록 되어 있다.

Description

수동 위상 변위기 및 이를 이용한 능동 빔 조향 레이더 안테나{PASSIVE PHASE SHIFTER AND ACTIVE BEAM FORMING RADAR ANTENNA USING THE SAME}

본 발명은 위상 변위기 및 이를 이용한 레이더 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주로 6 GHz 이하 낮은 주파수대의 4차원 다기능 레이더 혹은 3차원 레이더 안테나에서 수동 위상변위기를 송수신측이 공동으로 사용하고, 송신은 각 복사소자마다 고출력증폭기(HPA)를 사용하나 수신측은 수동 위상변위기 통과한 각각의 신호들을 합성기로 합성하여 최종 1개의 저잡음 증폭기를 사용하여 신호대잡음비를 개선한 수동 위상 변위기 및 이를 이용한 능동 빔 조향 레이더 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 레이더 시스템은 전파를 발사한 후 물체에서 반사되는 반사파를 이용하여 목표물의 존재와 거리(방향) 등을 탐지하는 무선 감시 시스템인데, 종래에는 수평방향은 기계식 회전에 의하여 빔을 발사하여 수평방향과 거리를 알아내고 앙각방향 회전 레이더를 병용하여 목표물의 고도를 탐지하였다. 이와 같이 2개의 안테나를 사용하는 불편을 해소하고자 개발된 3차원 레이더는 종래 직각 방향 레이더의 목 부분의 기계적인 운동을 전기적인 빔의 조작으로 처리하여 하나의 안테나로 목표물을 탐지할 수 있도록 된 것이다.

그런데 종래에 사용중인 3차원 4차원 능동 배열 안테나는 RF 모듈 1식에 HPA, LNA, 능동 위상변위기가 한꺼번에 설치되어 복사소자 수만큼 LNA가 욕구되어( 예를 들어 복사소자가 2000개 경우 LNA도 2000 개 설치) 전체 LNA에서 발생되는 자체 잡음도 커서 원거리의 작은 목표(미사일 소형비행체)에서 반사되어 오는 전파는 탐지가 불가능한 문제점이 있다.

또한 종래에 사용중인 능동 배열 안테나는 위와 같이 많은 LNA를 사용하므로 강력한 전자폭탄 EMP 신호 입력시 전체 LNA가 파손되고, 따라서 동시에 수 많은 LNA를 교체할 수 없어 시스템 운영이 중단되는 문제점이 있다.

그리고 종래의 수동(Pasive) 배열 안테나는 대출력관 마그네트론이나 진행파관(TWT) 등을 사용하여 첨두치(P-P) 전력을 크게 하고 펄스폭을 좁게 하여 공간 분배기로 분배 후 각 복사소자에 공급하였다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 수동 위상변위기를 송수신측이 공동으로 사용하고, 송신은 각 복사소자마다 고출력 증폭기(HPA)를 사용하나 수신측은 수동 위상변위기를 통과한 각각의 신호들을 합성기로 합성하여 최종 1개의 저잡음 증폭기(LNA)를 사용하여 신호대잡음(S/N)비를 향상시킨 수동 위상 변위기 및 이를 이용한 능동 빔 조향 레이더 안테나를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 안테나는, 3D, 4D 초고주파 레이더 구성함에 소요되는 많은 복사소자들에 능동 고주파모듈을 부착함에 각각 복사소자에 저손실 고전력 수동 위상변위기를 부착하고, 후단에 써큐레이터 부착 후 송신 HPA를 부착하여 송신측은 능동소자 배열안테나 구성하고, 수신측은 써큐레이터에서 분리 후 합성기에서 전체 복사소자 수신신호를 총합성 후 1개의 LNA로 수신하여 신호대 잡음비 대폭개선하여 장거리 작은 목표물도 수신 가능하게 한 것을 특징으로 한다. 상기 수신 LNA는 예비기와 자동절체기 부착해서 고장시 자동으로 예비 LNA로 교체되고, 경고신호를 운영실로 송출하는 것이다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 수동 위상변위기는 낮은 초고주파대에서 사용하기 위하여 페라이트판 2개를 포개고, 그 사이에 도체판 띠를 넣을 수 있게 길게 홈을 판 후 도체를 넣고, 덮은 후 페라이트판 외부에 도체판을 양면으로 덮어서 스트립라인 구성하고, 중심의 도체판 띠, 페라이트판 양측에 길게 구멍을 내서 자화용 코일을 감아서 전파 진행방향으로 자화 세기 가변하여 전파 진행속도를 가감시켜서 위상 변위시키거나 경우에 따라 중심 도체판 띠에도 전기신호를 보내서 전파 진행방향과 직각되게 자화시켜 위상변위시키는 수동 위상변위기와, 상기 수동 위상변위기의 코일들에 제어용 전기신호를 공급하는 위상 컨트롤 제어보드로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 수동 위상변위기는 6GHz 이하 낮은 초고주파에 적용하는 수동 페라이트 저손실 고출력 로드형 위상변위기로, 페라이트 봉에 양 끝에 정합용 유전체 부착 후, 봉 둘레에 도체를 도금하여 원형 도파관을 형성하고, 상기 원형 도파관 양 옆에 자화용 코일을 감은 요크형 페라이트를 부착해서 상기 페라이트 봉에 전파 진행방향으로 자화의 세기 가감하여 진행파 위상 변위시키고, 송수신 직선편파 경우는 페라이트 봉 양끝에 4방향 영구자석(NSNS)을 부착해서 페라이트 봉 통과시 원형편파로 변환하고, 출력시 다시 직선편파로 변환하며 고출력전송시 열이 발생하므로 방열 금속판을 부착해서 방열시키고, 외부는 금속함체로 구성하고 측면에는 위상 컨트롤 보드를 부착한 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 수동 위상변위기 여러개를 1개의 함체에 배열해 넣고 위상 컨트롤 보드는 1개의 PCB 기판에 각각의 수동 위상변위기를 구동하는 반도체 소자들을 배치한 후, 커넥터를 통해서 빔 스티어링 유닛으로 접속하여 간단하게 전체 위상변위를 위한 명령을 받을 수 있게 모듈화할 수 있다.

본 발명은 다수의 복사소자들로부터 수신된 수신신호들을 모두 합성한 후 1개의 LNA만 사용하므로 신호대잡음비를 개선하여 적은 안테나로도 원거리 탐지를 가능케 하는 장점이 있다.

또한 본 발명은 LNA를 액티브 LNA와 스탠바이(예비) LNA로 이중화시켜 액티브 LNA가 고장날 경우, 자동절체기에 의해 예비 LNA로 자동 교체하여 운영하면서 파손된 1개의 LNA 만 교체함으로써 EMP 공격에도 중단없이 운영할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 각각 HPA의 첨두치(P-P) 전력은 작게 하고 대신 펄스폭 대역을 원거리의 경우 100~200us까지 확장하여 실효전력을 높혀서 작은 첨두치(p-p) 전력으로도 TWT 대출력 레이더 장치와 동일한 성능을 발휘할 수 있다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 4차원 다기능 레이더 안테나를 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 4차원 다기능 레이더 안테나의 구성 블럭도,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 3차원 레이더 안테나를 도시한 도면,
도 4는 본 발명에 따른 3차원 레이더 안테나의 구성 블럭도,
도 5a 내지 도 5c는 본 발명에 따른 스트립라인형 수동 위상변위기를 도시한 도면,
도 6은 본 발명에 따른 로드형 페라이트 수동 위상변위기의 입체도,
도 7a 내지 7g는 본 발명에 따른 로드형 페라이트 수동 위상변위기를 도시한 도면,
도 8a 내지 8d는 본 발명에 따른 모듈형 페라이트 수동 위상변위기를 도시한 도면이다.

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.

[4차원 다기능 레이더 안테나]

도 1은 본 발명에 따른 4차원 다기능 레이더 안테나의 기구적인 구성을 도시한 도면으로서, (1a)는 입체도이고, (1b)는 평면도이며, (1c)는 측면도이다.

본 발명에 따른 4차원 다기능 레이더 안테나(100)는 도 1a 내지 1c에 도시된 바와 같이, 수직으로 n열의 복사소자(120)가 탑재된 RF안테나모듈들(110-1~110-m)이 수평으로 m개 배열되어 m × n 복사소자 어레이를 형성하고 있고, RF안테나모듈들(110-1~110-m)은 함체(101)에 실장된다.

각 RF안테나모듈(110-1~110-m)에는 n개의 복사소자(120)와, n개의 수동(passive) 위상변위기(111), n개의 써큐레이터(112), n개의 HPA(113)가 실장되어 있고, 함체(101)의 후면에는 송신 분배기(133)와 수신 합성기(141-1,141-2)가 실장되어 있으며, 함체(101)는 회전장치(102)에 의해 회전할 수 있도록 지지대(104)에 지지되어 있으며, 회전장치(102)에는 각도센서(103) 등이 부착되어 있다. 이 회전체(102)는 초기 설치 방향각 정할 경우에만 사용하고 운영시는 고정하고, 수평빔 조향하여 방향 탐지한다.

도 2는 본 발명에 따른 4차원 다기능 레이더 안테나의 구성 블럭도이다.

본 발명에 따른 4차원 다기능 레이더 안테나(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, n개의 복사소자(120-1~120-n)가 탑재되어 있고 송신신호를 입력받아 n개의 복사소자(120-1~120-n)로 분배하고 수신신호를 합성하여 모듈 합신호와 수직차신호를 출력하는 m개의 RF안테나모듈(110-1~110-m)과, 고주파 송신기(131)의 송신신호를 증폭하는 고주파증폭기(132)와, 증폭된 고주파신호를 m개의 RF안테나모듈(110-1~110-m)로 분배하는 송신 분배기(133)와, 분배합성기(134), 빔 스티어링 컨트롤러(135), 좌측의 m/2개의 RF안테나모듈(110-1~110-m/2)로부터 수신된 신호를 합성하는 제1 합성기(141-1)와, 우측의 m/2개의 RF안테나모듈(110-(m/2+1)~110-m)로부터 수신된 신호를 합성하는 제2 합성기(141-2)와, 제1 합성기(141-1)와 제2 합성기(141-2)의 신호를 입력받아 전체 합(Σ)신호와 수평차(Az△) 신호를 생성하는 하이브리드(142)와, 하이브리드(142)의 합신호를 증폭하는 액티브 LNA(143-1)와, 하이브리드의 합신호를 증폭하는 스탠바이 LNA(144-1)와, 하이브리드의 수평차(Az△)신호를 증폭하는 액티브 LNA(143-2)와, 하이브리드의 수평차(Az△)신호를 증폭하는 스탠바이 LNA(144-2)와, m개의 RF안테나모듈로부터 입력되는 수직차(E△)신호를 합성하는 제3 합성기(141-3)와, 제3 합성기의 수직차(E△)신호를 증폭하는 액티브 LNA(143-3)와, 제3 합성기의 수직차신호를 증폭하는 스탠바이 LNA(144-3)와, 액티브 증폭기(143-1,2,3)와 스탠바이 증폭기(144-1,2,3)를 자동으로 교체하는 자동절체기(150)와, 수신장치(145)와 신호처리제어기(146)로 구성된다.

도 2를 참조하면, m개의 RF안테나모듈(110-1~110-m)은 제1 송신 분배기(133)에서 1차 분배된 송신신호를 입력받아 n개로 2차 분배하는 제2 송신 분배기(114)와, 제2 분배기(114)에서 2차 분배된 고주파송신신호를 고출력으로 증폭하는 HPA(113-1~113-n)와, 고주파 송신신호와 고주파 수신신호를 분리하는 써큐레이터(112-1~112-n)와, 빔 스티어링 컨트롤러(135)로부터 입력되는 제어신호(c)에 따라 송신신호와 수신신호의 위상을 가변하는 수동 위상변위기(111-1~111-n)와, 수동 위상변위기(111-1~111-n)에 연결되어 송신신호를 공기중으로 복사하고 수신신호를 수신하는 n개의 복사소자(120-1~120-n)와, 상측에 있는 써쿨레이터(112-1~112-n/2)의 수신신호를 하나로 합성하는 제1 수신신호 합성기(115)와, 하측에 있는 써쿨레이터(112-n/2+1~112-n)의 수신신호를 하나로 합성하는 제2 수신신호 합성기(116)와, 제1 수신신호 합성기(115)와 제2 수신신호 합성기(116)의 합과 차를 구해 모듈 합(Σ)신호와 수직차(E△)신호를 출력하는 하이브리드(117)로 구성된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 고주파 송신기(131)의 송신신호는 고주파 증폭기(132)에서 증폭된 후, 송신분배기(133)에서 m개의 송신신호로 분배된 후 각 RF안테나모듈(110-1~110--m)에 공급된다. 각 RF안테나모듈(110-1~110-m)에 공급된 송신신호는 모듈내 분배기(114)에서 다시 n개의 송신신호로 분배된 후, 각 고출력증폭기(HPA; 113-1~113-n)로 공급되어 증폭된다.

HPA(113-1~113-n)에서 증폭된 송신신호는 써큐레이터(112-1~112-n)를 거쳐 수동 위상변위기(111-1~111-n)로 입력되고, 수동 위상변위기(111-1~111-n)는 빔 스티어링 컨트롤러(135)로부터 전달되는 제어신호(C)에 따라 빔을 형성하도록 송신신호의 위상을 변위시킨 후 복사소자(120-1~120-n)를 통해 공기중으로 복사한다. 이때 수동 위상변위기(111-1~111-n)의 모니터링 단자(M)로부터 출력되는 모니터신호는 분배합성기(134)를 통해 빔 스티어링 컨트롤러 감시 테스터 장치(135)로 전달된다.

한편, 복사소자(120-1~120-n)에서 수신된 수신신호는 수동 위상변위기(111-1~111-n)와 써쿨레이터(112-1~112-n)를 거쳐 수신측 합성기(115,116)로 전송된다. 이때 수직으로 배열된 n개의 복사소자중에서 n/2개의 상측 복사소자로부터 수신된 수신신호는 합성기1(115)에서 합성되고, n/2개의 하측 복사소자로부터 수신된 수신신호는 합성기2(116)에서 합성된다. 그리고 합성기1과 합성기2에서 합성된 신호는 각각 하이브리드로 입력되고, 하이브리드(117)는 합신호와 수직차신호를 출력한다.

m개의 각 RF안테나모듈중 우측 m/2개의 RF안테나모듈에서 출력되는 합신호는 제1 합성기(141-1)에서 합성되고, 좌측 m/2개의 RF안테나모듈에서 출력되는 합신호는 제2 합성기(141-2)에서 합성되며, m개의 각 RF안테나모듈에서 출력되는 수직차신호는 제3 합성기(141-3)에서 하나의 신호로 합성된다. 또한 제1 합성기(141-1)의 합신호와 제2 합성기(141-2)의 합신호는 하이브리드(142)로 입력되고, 하이브리드(142)는 전체 합신호와 수평차신호를 출력한다.

그리고 전체 합(Σ)신호와, 수평차(Az△)신호, 수직차(E△)신호는 각각 해당 액티브 LNA(143-1,143-2,143-3)에서 증폭된 후 수신장치(145)로 전송된다. 이때 액티브 LNA(143-1,143-2,143-3)에 장애가 발생될 경우에는 자동절체기(150)가 해당 액티브 LNA를 스탠바이 LNA(144-1,144-2,144-3)로 자동으로 절체하여 중단없이 동작할 수 있게 하고, 경보신호를 운영실로 보내 고장난 LNA를 교체할 수 있게 한다.

이와 같이 본 발명은 송신은 고주파송신기 출력 후 증폭해서 송신 분배기 분배 후 각각의 복사소자에 부착한 수동 위상변위기에 부착한 송신 HPA에 전송하여 고출력증폭 수동위상변위기 통과 후 각각 복사소자에서 전송한다. 이 경우 각각의 위상변위기에 펄스전력을 빔조향장치(빔스티어링 어셈블리)에서 위상변위기에 부착된 컨트롤 제어 PCB에서 출력한 위상 변위용 신호를 위상변위기에 공급해서 수평 수직 빔 조향을 하면서 전파복사하게 구성한 것이다. 또한 위상변위기 출력단에는 감시용 단자(M)를 부착해서 각각의 단자 온/오프하게 하여 출력신호 레벨 및 위상을 감시할 수 있게 하고, 이 단자에 고주파신호 절체하여 수신상태도 감시 가능하게 구성하였다.

이와 같은 본 발명의 안테나 구성은 단일 방향 즉 +/-45도, 90도 빔조향하였으나 4방향 설치하여 90도 곱하기 4 = 360도 전방향 빔 조향하게 할 수도 있다. 앙각도 각각 +/-45도 90도 조향 가능하게 구성할 수 있다.

그리고 각각의 복사소자 위상 변위기에 송신 HPA는 전부 부착하였으나 수신은 위상변위기 출력 써큐레이터에서 분리해서 합성기로 합성 후 최후 1개씩 전체합, 수직차, 수평차 3개 부착해서(mxn부착하지 않고), LNA잡음 대폭 줄여서 mxn개 LNA 부착 때보다 획기적으로 수신신호대 잡음비를 개선하여 원거리 작은 목표에서 반사하는 미약 전파 탐지 가능하여 탐지거리를 대폭 늘렸다.

또한 향후 전투시 EMP 폭탄 공격시, mxn개 LNA 전부 파손시 재기불능이지만 본 발명은 3개만 파손되므로 즉시 예비품으로 자동 스위치 동작 교체하여 즉시 운영하고, 파손된 LNA 즉시 교체 가능케 했다.

[3차원 다기능 레이더 안테나]

도 3은 본 발명에 따른 3차원 레이더 안테나를 도시한 도면으로서, (3a)는 정면도, (3b)는 평면도, (3c)는 측면도이다.

본 발명에 따른 3차원 다기능 레이더 안테나(200)는 도 3a 내지 도 3c에 도시된 바와 같이, 진행파형 슬롯 도파관 안테나(210-1~210-n)을 수직으로 여러단 배열하고, 안테나 종단 의사부하 연결하고 다른쪽 각각 급전부에 "ㄷ"형 도파관으로 후면으로 급전케 하고, 각각에 수동 위상변위기(212-1~212-n)를 부착하고, 후단에 송신용 고출력 증폭기(214-1~214-n)와 써큐레이터(213-1~213-n)를 부착하고, 송신분배기(216)에 연결한 것이다.

또한 써큐레이터들(213-1~213-n)의 수신단자 출력들을 수신 합성기(215)에 입력케 하여 여러개 수신 도파관형 슬롯 안테나 신호 합성하여 수동으로 고이득으로 증가시킨 후, 1개의 저잡음 증폭기(242)로 증폭하여 수신장치(246)로 전송하여 높은 신호대 잡음비 형성하여 고성능/고감도 레이다를 구성한다. 본 발명의 안테나는 수직복사 빔은 조향하지만 수평 회전하면서 목표 탐지한다.

도 4는 본 발명에 따른 3차원 레이더 안테나의 구성 블럭도이다.

본 발명에 따른 3차원 레이더 안테나(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, n 개의 진행파형 슬롯 도파관 복사소자(210-1~210-n)와, 제어신호에 따라 송신신호와 수신신호의 위상을 변위하는 수동 위상변위기(212-1~212-n)와, 송신신호와 수신신호를 분리하기 위한 써큐레이터(213)와, 분배된 송신신호를 고출력으로 증폭하기 위한 고출력증폭기(214)와, 송신기(220), 송신기의 송신신호를 분배하기 위한 송신분배기(216), 써쿨레이터(213)의 수신신호를 하나로 합성하기 위한 수신 합성기(215)와, 합신호를 증폭하기 위한 액티브 LNA(242)와, 스탠바이 LNA(244), 액티브 LNA(242)가 고장나면 자동으로 스탠바이 LNA(244)로 교체하는 자동절체기(230)와, 수신장치(246)로 구성된다.

도 4를 참조하면, 각각의 수동 위상변위기(212-1~212-n)에 테스트 모니터용 단자(M) 부착하고, 이들을 분배합성기(217)에 연결해서 각각의 동작 상태 위상, 출력등을 감시 조정 가능하게 하고, 경우에 따라 이 단자에 테스트 신호를 입력시켜서 수신동작 상태를 감시할 수 있게 하였다,

또한 빔 스티어링 유닛(270)에서 빔 조향 컨트롤 신호를 위상변위기(212-1~212-n)에 보내서 위상 변위하게 하여 수직 자동 빔 조향하게 한다. 수직 n단 송신은 전부 HPA(214-1~214-n)를 부착하였지만 수신은 써큐레이터(213-1~213-n)에서 분리 후 합성기(215)에서 합성 출력하였다.

앞서 4차원 레이더(100)에서는 LNA를 전체 합, 수직차, 수평차 3조를 부착하였지만 3차원 레이더 안테나(200)는 탐색만 하므로 전체 합을 위한 1조의 LNA만 부착하고, 예비품 LNA를 부착해서 파손시 자동 절체기(230)의 소프트웨어 작동 즉시 자동 교체 운영 가능케 하고 경고신호를 운영실로 전송한다.

이와 같이 본 발명은 각각에 복사소자 부착한 위상변위기(212-1~212-n) 단자에 써큐레이터(213-1~213-n) 부착하고, 수신단자들을 합성기(215)에 연결하여 합성 수신신호 고이득 올려서 신호대잡음비를 올려서 1개의 저잡음 증폭기(242)에서 증폭해서 목표물에서 반사하여 오는 미약한 전파를 수신 가능하게 한 것이다. 또한 저잡음 증폭기(242) 고장시 즉시 교체할 예비 LNA(244)를 설치해 고장나면 즉시 교체 가능케 하였다.

[수동 위상변위기]

도 5는 본 발명에 따른 스트립라인형 수동 위상변위기를 도시한 도면으로서, (5a)는 정면도, (5b)는 평면도, (5c)는 위상 컨트롤 보드 평면도이다.

도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명에 따른 스트립라인형 페라이트 위상변위기(300)는 고주파 통과용 금속 얇은 도체대(303) 양면에 페라이트판(302)을 길게 홈을 파서 부착하고, 외부 양면에 금속판으로 덮어서 스트립 라인을 구성하고, 양 끝에 길게 홈을 파서 양면에 코일(312-1,312-2)을 감아서 전기신호 인가 H방향 전파진행으로 자화시키고, 경우에 따라 금속도체대(303)에도 전원선(306)을 부착해서 수평방향으로 자화시켜서 위상 변위 동작케한 도면이다.

이 코일 도체(312-1,312-2)에 구동전기신호를 인가하는 자화 전원구동부(322-1,322-2)와 컨트롤 제어부(324)를 부착한 PCB 위상 컨트롤 제어보드(321)를 부착하였다, 이 PCB 보드(321)는 고장시 변위기(310)로부터 탈착이 가능하게 탈착핀(307)과 커넥터(308)로 연결하였다. 또한 신호전송 커넥터(308) 통해 빔 스티어링 컨트롤 유닛(135)에 연결 운영하게 한다.

도 6은 본 발명에 따른 로드형 페라이트 수동 위상변위기의 입체도이고, 도 7은 본 발명에 따른 로드형 페라이트 수동 위상변위기를 도시한 도면으로서, (7a)는 측면도이고, (7b)는 저면도이며, (7c)는 좌측면도, (7d)는 우측면도, (7e) 내지 (7g)는 단면도이다.

본 발명에 따른 로드형 페라이트 위상 변위기(400)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 원형 봉형 페라이트(410) 양 끝에 유전체 원형봉(412) 부착하고, 외부 전체를 금속 도금(411)하여 내부 페라이트와 유전체 유전율 넣은 원형 도파관을 구성하고, 페라이트봉 외부 자화하기 위한 자화용 요크 페라이트(430)를 양면에 부착하고 자화하기 위한 전선코일(432)을 감아 가변 전기에너지를 통해서 자화변화시켜서 위상변위하게 한다.

복사소자가 단일 직선편파로 사용할 경우는 페라이트(410) 양끝에 영구자석(420-1,420-2)을 부착해서 직선편파를 원편파 변환하여 진행 위상 변위 후 다시 직선 편파로 바꾸어서 출력하게 한다.

이 경우는 양쪽 끝에 도파관 후렌지(402-1,402-2) 부착하고, 수신측은 WG 어답터(470) 부착해서 동축형 코넥터(472)로 인출한다. 장거리 탐지 경우 대출력 송신을 해야 하므로 이 경우 페라이트에서 열이 발생하므로 방열금속 요크봉(434)을 도면과 같이 밀착해 방열한다. 도 7에서 407은 탈착핀이고, 408,409는 커넥터이다.

도 8은 본 발명에 따른 모듈형 페라이트 수동 위상변위기를 도시한 도면으로서, (8a)는 입체도, (8b)는 정면도, (8c)는 측면도, (8d)는 컨트롤보드 개략도이다.

도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 본 발명에 따른 모듈형 페라이트 수동 위상변위기(500)는 위상 변위기(400) 8개를 1개의 함체(502)에 장착한 후, 위상변위기 복사소자(510)를 원형 유전체로 하여 입체도면과 같이 구성해 중간에 위상제어 컨트롤 PCB보드(540)를 부착해서 커넥터(505,506) 통해서 빔 스티어링 유닛(135)에서 보내는 신호에 의해 각각의 위상변위기 코일에 자화 전원구동부(520) 통해 신호 보내서 자화하고, 컨트롤 제어부(530) 제어 전기신호를 제공하여 자화 세기를 가변해서 RF위상 변위한 후 복사하게 한다. 도 8c에서 508은 탈착핀이다.

본 발명의 실시예에서 8조의 위상변위기를 삽입한 모듈 구조는 하나의 예에 불과하고, 본 발명은 제품 형태에 따라 4조, 6조, 10조 등 다양하게 모듈을 구성할 수 있다. 또한 본 발명의 모듈형 위상변위기는 함체(502)에 조립시 방열이 용이하게 하기 위하여 함체(502)의 상하를 메시형 또는 다공성 금속판으로 덮개 씌웠다.

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.

100: 4차원 레이더 안테나 101,201: 함체
102,202: 회전장치 103,203: 각도센서
104,204: 지지대 110-1~110-m: RF안테나모듈
111-1~111-n,212-1~212-n: 수동위상변위기
112-1~112-n,213-1~213-n: 써큐레이터
113-1~113-n,214-1~214-n: HPA 114,216: 분배기
115,116,215: 합성기 117,142: 하이브리드
131: 고주파 송신기 132: 고주파 증폭기
133: 분배기 134: 분배합성기
135: 빔 스티어링 컨트롤러,모니터,테스터 141-1~141-3: 합성기
143-1~143-3: 액티브 LNA 144-1~144-3: 스탠바이 LNA
145: 수신장치 146: 신호처리제어기,컨트롤러,전시기,모니터
150: 자동절체기 120-1~120-n: 복사소자
210-1~210-n: 복사소자
300: 페라이트 스트립라인형 수동 위상변위기
400: 페라이트 봉형 수동 위상변위기
500: 페라이트 봉형 수동 위상변위기 8소자 모듈
322,520: 자화 전원구동부 324,530: 컨트롤 제어부
540: PCB 보드판

Claims (5)

1. 3차원이나 4차원 초고주파 레이더를 구성하는 다수의 복사소자들에 능동 RF안테나모듈을 부착함에 있어서,
   각각의 복사소자에 저손실/고전력 수동 저손실 위상변위기를 부착하고, 후단에 써큐레이터를 부착한 후 송신 HPA를 부착하여 송신측은 능동소자 배열 안테나로 구성하고, 수신측은 써큐레이터에서 분리 후 합성기에서 전체 복사소자의 수신신호를 총합성 후 1개의 수신 LNA로 수신하여 신호대잡음비를 개선하여 장거리의 소형 목표물도 탐지 가능하게 한 것을 특징으로 하는 수동 위상 변위기를 이용한 능동 빔 조향 레이더 안테나.
2. 제1항에 있어서, 상기 수신 LNA는 예비 LNA와 자동절체기를 부착해서 고장시 자동으로 예비 LNA로 교체되고, 경고신호를 운영실로 송출하는 것을 특징으로 하는 수동 위상 변위기를 이용한 능동 빔 조향 레이더 안테나.
3. 낮은 초고주파수대에서 사용하기 위하여 페라이트판 2개를 포개고, 그 사이에 도체판 띠를 넣을 수 있게 길게 홈을 판 후 도체를 넣고, 덮은 후 페라이트판 외부에 도체판을 양면으로 덮어서 스트립라인 구성하고, 중심의 도체판 띠, 페라이트판 양측에 길게 구멍을 내서 자화용 코일을 감아서 전파 진행방향으로 자화 세기 가변하여 전파 진행속도를 가감시켜서 위상 변위시키는 수동 위상변위기와,
   상기 수동 위상변위기의 코일들에 제어용 전기신호를 공급하는 위상 컨트롤 제어보드로 이루어진 것과 경우에 따라 중심도체판 띠에도 제어용 전기신호 컨트롤하여 전파진행방향 90ㅀ되게 자화하여 전파속도 가감 변위하는 것을 특징으로 하는 저손실/고출력 수동 페라이트 위상 변위기.
4. 6GHz 이하 낮은 초고주파에 적용하는 수동 페라이트 저손실/고출력 로드형 위상변위기로, 페라이트 봉의 양 끝에 정합용 유전체 부착한 후, 봉 둘레에 도체를 도금하여 원형 도파관을 형성하고, 상기 원형 도파관 양 옆에 자화용 코일을 감은 요크형 페라이트를 부착해서 상기 페라이트 봉에 전파 진행방향으로 자화의 세기를 가감하여 진행파 위상을 변위시키고,
   송수신 직선편파 경우는 페라이트 봉 양끝에 4방향 영구자석(NSNS)을 부착해서 페라이트 봉 통과시 원형편파로 변환하고, 출력시 다시 직선편파로 변환하며, 고출력 전송시 열이 발생하므로 방열 금속판을 부착해서 방열시키고, 외부는 금속함체로 구성하고 측면에는 위상 컨트롤 보드를 부착한 것을 특징으로 하는 수동 저손실 위상변위기.
5. 제4항에 있어서, 상기 수동 위상변위기 여러개를 1개의 함체에 배열해 넣고 위상 컨트롤 보드는 1개의 PCB 기판에 각각의 수동 위상변위기를 구동하는 반도체 소자들을 배치한 후, 커넥터를 통해서 빔 스티어링 유닛으로 접속하여 간단하게 전체 위상변위를 위한 명령을 받을 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 수동 위상변위기 모듈.

Images