KR20150013051A - 도파관 복사기, 어레이 안테나 복사기, 및 합성 개구 레이더 시스템 - Google Patents

Abstract

도파관 복사기, 어레이 안테나 복사기 및 합성 개구 레이더 시스템
복수의 횡방향 또는 종방향 슬롯(12; 32)을 가진 슬롯 도파관(10; 30)을 포함하는 도파관 복사기가 개시되고, 상기 도파관(10; 30) 내부에 추가적인 내측 전도체(14; 34)가 제공되며, 상기 내측 전도체(14; 34)는 그 결과가 진행파 원리에 따른 피드(feed)이도록 슬롯(12; 32)의 정렬에 따라 형성되고, 도파관(10; 30)의 모든 슬롯(12; 32)은 동일 위상으로 여기될 수 있다.

Description

도파관 복사기, 어레이 안테나 복사기, 및 합성 개구 레이더 시스템 {WAVEGUIDE RADIATOR, ARRAY ANTENNA RADIATOR AND SYNTHETIC APERTURE RADAR SYSTEM}

발명은 슬롯 도파관을, 상기 도파관에 제공되는 복수의 슬롯과 함께 구비한 도파관 복사기(waveguide radiator)에 관한 것이다. 발명은 어레이 안테나 복사기 및 합성 개구 레이더 시스템에 또한 관계한다.

(복사기 또는 서브어레이로 또한 불리는 문헌에서) 도파관 복사기 또는 어레이 안테나 복사기가, 예를 들어, 단일 또는 이중 편광을 갖는 합성 개구 레이더(SAR) 시스템의 위상-어레이 안테나에 사용된다. 지금까지, 소위 마이크로스트립 패치 안테나 또는 슬롯 도파관 안테나가 복사기로 사용되고 있다.

마이크로스트립 패치 안테나는 높은 전기적 손실을 나타내고, 자신의 급전망으로 인해, (대략 20cm의 X-대역에서) 대략 7개의 파장보다 큰 복사기 길이로 효율적으로 구현될 수 없다. 소위 T/R 모듈(송신/수신 모듈)에 의해 HF 송신 전력의 분산된 발생을 갖는 능동형 안테나의 경우에, 복사기의 후방 측부 상에 위치하는 능동형 모듈의 열을 전방으로 소산시키는 문제가 또한 존재한다.

다른 한편으로, 슬롯 도파관 안테나는 실현가능한 상대 대역폭(<5%)에서 전기적 공진 거동에 의해 제한된다. 더욱이, 이들은 높은 제조 정확도를 요구하고, 단지 매우 고비용을 갖는 이중-편광 어레이 안테나로 생성될 수 있다. 종래 기술에 사용되는 개념은 수직 편광을 위한 종방향 슬롯 및 내측 웹을 갖는 도파관과, 수평 편광을 위한 횡방향 슬롯 및 대각 삽입 와이어를 갖는 장방형 도파관이다. 여기서 문제는 도파관 내로 연결된 동축 케이블들에 요구되는 트랜지션(transitions)이다.

추가적인 내측 전도체, 소위 바라인(barline)이 제공되는 슬롯 도파관을 포함하는 도파관 복사기는 DE 10 2006 057 144 A1 호에서 공지되어 있다. 이러한 내측 전도체는 동일한 위상으로 도파관의 모든 슬롯을 여기시키기 위해, 편광-의존적 방식으로 특별히 성형된다. 기존 슬롯 도파관에 반해, 전파 모드가 더이상 분산되지 않고, 동축 라인의 모드, 즉, TEM 모드에 대응한다. 이에 의해, 대역폭은 증가할 수 있다. 더욱이, TEM 모드의 경우에 어떤 하위 제한 주파수(소위 컷오프 주파수)가 존재하지 않기 때문에, 도파관의 단면적이 크게 감소할 수 있다. 기계적으로 간단한 방식으로, 예를 들어, 상업적으로 이용가능한 SMA 설치 소켓에 의해, 구현될 수 있는 직접 동축 트랜지션에 의해 커플링이 이루어질 수 있다.

기능적으로 및/또는 구조적으로 개선된 도파관 복사기를 제안하는 것이 발명의 일 목적이다. 도파관 복사기는 광대역이어야 할 것이고, 효율적이고 가격경쟁력있는 방식으로 생산되어야 할 것이며, 따라서, 우주-기반 또는 항공-기반 합성 개구 레이더(SAR) 시스템에 사용될 수 있는 평면형 어레이 안테나의 구축에 사용될 수 있어야 한다.

이 목적은 청구항 1의 특징에 따른 도파관 복사기와, 청구항 12의 특징에 따른 어레이 안테나 복사기와, 청구항 16의 특징에 따른 합성 개구 레이더 시스템에 의해 실현된다. 유리한 구조가 종속항으로부터 나타난다.

이 목적은 복수의 횡방향 또는 종방향 슬롯을 구비한 슬롯 도파관을 포함하는 도파관 복사기에 의해 실현된다. 도파관이 횡방향 슬롯을 가질 경우, 도파관의 복사 편광 방향은 도파관의 종방향에 대응한다. 슬롯 도파관이 종방향 슬롯을 가질 경우, 도파관의 복사 편광 방향은 도파관의 횡방향에 대응한다. 따라서, 슬롯의 정렬에 따라, 수평 또는 수직 편광된 파가 복사될 수 있다. 도파관 내에 끼워맞춰진 추가적인 내측 전도체의 형상은, 그 결과가 진행파 원리에 따른 피드(feed)인 방식으로 슬롯의 정렬에 독립적으로 구현되며, 도파관의 모든 슬롯은 동일 위상으로 여기될 수 있다.

도파관 내부에 위치한 내측 전도체(소위 바라인(barline))로 인해, 분산없는 횡방향 전자기파 전파 모드(TEM 모드)가 지원된다. 내측 전도체는 종향방 또는 횡방향 슬롯을 구체적으로 여기시킬 수 있도록 편광 의존적 방식으로 성형된다. DE 10 2006 057 144 A1 호에 설명된 도파관 복사기에 비해, 제안된 도파관 복사기는 훨씬 큰 대역폭을 특징으로 한다.

내측 전도체를 고정시키기 위해, 유전 물질층이 도파관에 배치되며, 그 표면 상에 내측 전도체가 예를 들어, 접착 본딩에 의해, 끼워맞춰진다.

도파관을 따라 유전층의 높이 또는 두께는 균일하지 않지만 개별적으로 성형된 높이 프로파일을 갖는다. 내측 전도체의 형상 및 높이 프로파일을 이용하여, 도파관을 따라 슬롯의 전기장 강도의 위상 및 진폭이 구체적으로 영향받을 수 있어서, 예를 들어, 지정 값 미만의 안테나 복사 패턴의 사이드 로브(side lobes)를 억제하기 위해, 임의의 요망되는 개구 조명이 구현될 수 있다. 같은 방식으로, 예를 들어, 안테나 이득을 최대화시키고 반값 전폭(full width half maximum)을 최소화시키기 위해, 도파관을 따라 균일 진폭 및 위상 점유가 실현될 수 있다.

도파관 복사기의 각각의 슬롯은 개별적인 기하학적 치수를 가질 수 있다. 그러나, 도파관 복사기가 종방향 슬롯만 또는 횡방향 슬롯만 가질 수도 있다.

내측 전도체의 구체적인 형상은 도파관을 따라 유사한 기하구조의 반복적 섹션들로 구성된다. 이러한 섹션들의 길이는 여기서, 도파관을 따라 인접 슬롯들의 간격과 동일하다. 특히, 교대로 배열되는 직선 및 트위스트 전도체 섹션들로부터, 추가적인 내측 전도체가 형성될 수 있다.

정상파를 갖는 공진 피드와 관련한 일 형태는 각자의 섹션 각각에 위치하는 추가적인 1/4 파장 변환기다. 이러한 1/4 파장 변환기는 내측 전도체를 점차 가늘어지게 함으로써, 즉, 전도체 폭을 감소시킴으로써, 구현된다. 이러한 테이퍼 또는 전도체 폭 감소의 길이는 라인 파장의 정확히 1/4의 전기적 경로 길이에 대응하도록 선택되는 것이 바람직하다. 전도체 폭 감소는 테이퍼 섹션을 따라 파동 임피던스의 증가를 유발한다. 1/4 파장 변환기를 이러한 방식으로 구현함으로써, 이러한 위치에서 원래 나타났어야할 반사점이 보정된다.

도파관 단부 영역에서, 내측 전도체는 열린 스터브(open stub)와 같은 직선 섹션을 가질 수 있다.

DE 10 2006 057 144 A1 호에 설명된 복사기가 정상파를 갖는 피드를 이용하지만, 발명에 따른 도파관은 소위 진행파 피드를 이용한다.

신호 연결은 갈바닉 방식으로 연결된 동축 트랜지션에 의해 도파관 복사기의 중심에서 이루어질 수 있고, (가령, SMA, SMP 연결을 통해) 연결된 동축 케이블의 내측 전도체는 내측 전도체의 급전점에 직접 연결된다. 연결된 동축 케이블의 외측 전도체는 도파관의 벽체에 직접 연결된다.

급전점은, 복사기의 후방 측부 상에 부착되는 회로 보드로 적절한 위치에서 트랜지션할 수 있도록, 횡방향으로 약간 시프트될 수 있다.

횡방향 슬롯을 갖는 슬롯 도파관의 경우에, 도파관의 급전점은 종방향으로 도파관의 기하 중심에 대해 시프트될 수 있다. 구체적인 구현예에서, 시프트는 대략 6 내지 7mm일 수 있고, 이러한 시프트는 발생될 신호의 파장 또는 주파수에 의존한다.

횡방향 슬롯을 가진 슬롯 도파관의 다른 구조에서, 도파관의 급전점은, 모든 슬롯의 위치에서 전기적 위상이 중심 주파수에서 동일하도록, 도파관에 배열될 수 있다.

종방향 슬롯을 가진 슬롯 도파관의 경우에, 추가적인 내측 전도체는, 슬롯 도파관의 종방향으로, 기하 중심에 배열되는 급전점을 갖는다. 추가적인 내측 전도체를 갖는 슬롯 도파관은 급전점 주위로 거울 대칭으로 형성될 수 있다.

전체적으로, 복사기의 급전점에서 공급되는 파동은 내측 전도체의 단부까지 반사없이 복사기의 중심에서 전파될 수 있다.

발명은 공진 피드에 반해, 훨씬 큰 대역폭을 구현할 수 있는 장점을 가진다. 예를 들어, 분산이 없는 점, 단면 크기 감소, 컷오프 주파수가 없는 점, 제조 허용공차에 대한 견고성, 더 큰 복사기 길이의 가능성, 저렴한 제조 비용, 짧은 생산 시간, 문제점없는 동축 케이블 트랜지션, 높은 파워 공급 가능, 낮은 오옴 손실, 높은 교차-극성 억제와 같은, 종래의 슬롯 도파관에 관한 DE 10 2006 057 144 A1 호에서 언급된 장점은 모두 유효하게 유지된다.

도파관 복사기의 발전, 특히 내측 전도체 및 슬롯의 정확한 기하학적 치수 결정은, 전자기 시뮬레이션법을 이용하여 수행된다. 여기서 설명되는 복사기의 거동은 적절한 등가 회로도를 갖는 네트워크 모델에 의해 대략 설명될 수 있다. 이러한 모델들은 등가 회로도에 존재하는 요소들의 치수를 최적화시키기 위해 제 1 단계에서 통상적으로 사용된다. 제 2 단계에서, 이러한 치수들은 적절한 기하학적 파라미터로 변환된다. 이를 위해, 상업적으로 이용가능한 소프트웨어 패킷을 이용할 수 있다. 전파 분석(full wave analysis)을 이용하여 실제 기하구조(3D 모델)의 전자기적 거동을 연산할 수 있다.

발명에 따른 어레이 안테나 복사기는 앞서 설명한 종류의 횡방향 슬롯을 가진 하나 또는 복수의 슬롯 도파관과, 종방향 슬롯을 가진 하나 또는 복수의 슬롯 도파관을 포함한다. 일 구성에서, 슬롯 도파관은 횡방향으로 나란히 배열될 수 있고, 횡방향 슬롯을 가진 도파관과 종방향 슬롯을 가진 도파관이 서로 교대로 인접하여 놓인다. 여기서, 도파관, 즉, 모든 도파관은 동일한 길이를 갖는 것이 바람직하다.

횡방향 슬롯을 가진 도파관은 종방향 슬롯을 가진 도파관에 대해 상향으로 오프셋되어, 어레이 안테나 복사기의 계단형 구조를 생성할 수 있다. 여기서 상측부는 슬롯들이 위치하는 각자의 도파관의 측부다.

합성 개구 레이더 시스템, 특히, 고해상도 합성 개구 레이더 시스템은 앞서 설명한 조율의 적어도 하나의 어레이 안테나 복사기를 포함한다.

발명은 도면의 예시적 실시예를 이용하여 아래에서 더욱 상세하게 설명된다.

도 1은 횡방향 슬롯을 가진 발명에 따른 도파관 복사기의 도면,
도 2는 도 1로부터 도파관 내부에 배열되는 유전층의 높이 프로파일이며,
도 3은 도 1로부터 횡방향 슬롯을 갖는 도파관 내 내측 전도체(바라인)의 형상의 도면,
도 4는 도 3으로부터 내측 전도체의 중앙 영역의 확대도,
도 5는 도 3으로부터 내측 전도체의 단부 영역의 확대도,
도 6은 종방향 슬롯을 가진 발명에 따른 도파관 복사기의 도면,
도 7은 도 6으로부터 도파관 내부에 배열되는 유전층의 높이 프로파일이고,
도 8은 도 6으로부터 종방향 슬롯을 가진 도파관 복사기의 내측 전도체(바라인)의 형상의 도면,
도 9는 도 8로부터 내측 전도체의 중앙 영역의 확대도,
도 10은 도 8로부터 내측 전도체의 단부의 영역의 확대도,
도 11은 횡방향 슬롯을 가진 도파관과, 종방향 슬롯을 가진 도파관의 조합으로부터 이중-편광 어레이 안테나 복사기의 도면,
도 12는 동일 크기의 이상 개구에 비해 복사기에서 나타는 전체 손실 dB의 그래픽 표현이고,
도 13은 dB 단위의 적응의 그래픽 표현이며,
도 14는 진행파 피드를 갖는 복사기의 dB 단위 복사 성질(안테나 복사 패턴)의 그래픽 표현이고,
도 15는 공진 피드 및 정상파를 갖는 복사기의 dB 단위 복사 성질(안테나 복사 패턴)의 그래픽 표현이다.

아래 표시되는 절대값 및 치수는 단지 예시적인 값에 불과하고, 어떤 방식으로도 발명을 이러한 치수로 제한하지 않는다. 도면은 발명을 도식적으로만 보여주고, 특히 축적에 맞다고 간주되어서는 안된다.

이후, 슬롯 도파관(이후 도파관(10, 30)으로 표시됨)과, 도파관(10, 30)에 배열되는 내측 전도체(14, 34)를 포함하는 발명에 따른 도파관 복사기의 구조가 설명된다. 사용되는 내측 전도체(14, 34)의 형상이 다른, 횡방향 슬롯(12)(도 1) 및 종방향 슬롯(32)(도 6)을 갖는 슬롯 도파관(10, 30) 사이의 차별화가 여기서 이루어진다. 횡방향 슬롯(32)을 갖는 도파관(30)에 대한 내측 전도체(34)의 정확한 구조는 도 8 내지 도 10에 예시된다.

아래 표시되는 기하학적 치수는 9.6GHz의 중심 주파수에서 X-대역의 예시적 실시예에 관한 것이다. 여기서 설명되는 복사기는 서로 다른 중심 주파수를 위해 또한 즉각적으로 설계될 수 있다. 이러한 경우에, 치수는 대응하는 도파관의 비를 통해 확대/축소될 수 있다.

도파관(10, 30)은 횡방향 슬롯(12) 또는 종방향 슬롯(32)이 제공되는 기존의 장방형 도파관으로부터 형성된다. 도파관(10, 30)의 내부는 유전 물질로 충전된다. 유전층(24, 44)이 도 2 및 도 7에 예시된다. 종래 기술에 따른 복사기가 일정 층 두께를 갖지만, 발명의 유전층(24, 44)은 도파관의 종방향으로 가변적인 높이 또는 두께를 갖는다.

유전층용으로 사용되는 물질의 선택은 그 전기적 성질에 의해, 즉, 상대 유전율 및 손실각에 의해, 결정된다. 상대 유전율은 내측 전도체 상에서 구동되는 진행파의 전파 속도(속도 팩터)에 영향을 미친다. 동일 위상을 갖는 여기를 실현하기 위해 도파관을 따라 인접 슬롯들 사이의 간격은 진행파의 일 파장에 정확하게 대응한다. 더욱이, 슬롯 간격은 바람직하지 않은 사이드로브(소위 그레이팅 로브(grating lobe))를 피하기 위해, 자유공간 파장보다 짧다. 통상적으로, 슬롯 간격은 자유공간 파장의 0.5배 내지 0.9배 범위에 놓인다. 그 결과, 통상적으로 1.2 내지 3.0 범위에 놓이는 상대 유전율 값을 얻는다. 손실각은 유전 손실을 가능한 작게 유지하기 위해, 가능한 작아야하고, 적절한 물질의 경우 이 값은 1x10^-3보다 작아야 한다.

도파관을 따른 유전층(24, 44)의 두께는 특성 프로파일을 갖는다. 슬롯(12, 32)의 위치에서의 높이는 진행파의 커플-아웃 파워(coupled-out power) 부분을 결정한다. 높이가 높을 경우 더욱 강렬한 커플 아웃이 도출되고, 높이가 낮은 경우에 그 역도 성립한다.

도 2 및 도 7에 예시되는 예는 모든 슬롯(12, 32)의 균질 여기의 경우를 보여준다. 유전층(24, 44)의 두께는 이러한 경우에, 꾸준하게 증가하는 상대적 비율이 진행파의 파워 감소로부터 커플 아웃되어야 하기 때문에, 각자의 도파관(10, 30)의 외측 단부를 향해 증가한다.

다음의 설명으로부터 제시되는 바와 같이, 두개의 변형예의 다른 공통점은 내측 전도체(14, 34)가 감소 전도체 폭(18, 38)을 갖는 서브섹션을 갖는다는 점이다(도 4, 8 참조). 이들은 변환선으로 작용하고, 선 상에서 반사(진행파)의 발생을 방지한다.

이후, 횡방향 슬롯을 갖는 도파관의, 그리고, 종방향 슬롯을 갖는 도파관의, 특징들이 별도로 설명된다:

횡방향 슬롯을 가진 도파관:

도 1은 횡방향 슬롯(12)을 가진 도파관(10)을 도시한다. 횡방향 슬롯(12)을 가진 도파관(10) 내 내측 전도체(14)의 형상이 도 3에 예시된다. 슬롯의 위치가 도 3에서 화살표로 표시된다. 급전점(16)을 포함하는 중앙 영역이 도 4에 확대되어 예시된다. 급전점(16)은 종방향으로 대략 6mm 만큼 기하 중심으로부터 시프트된다. 이러한 시프트는 급전점으로부터 도파관(10)의 우측부 및 좌측부 내로 연장되는 진행파의 180도의 위상차를 나타낸다. 이러한 방식으로, 도파관(10)의 우측부 및 좌측부 내 슬롯의 동일 위상을 갖는 여기(excitation)를 얻을 수 있다.

내측 전도체(14)는 감소된 전도체 폭을 갖는 섹션(18)(변환선)과 함께 직접 급전점(16)에서 시작된다. 이들은 여기서 세부적으로 예시되지 않는 통상적으로 50오옴의 연결된 동축 케이블의 특성파 임피던스로 변환하는 기능을 한다. 도파관(10)의 단부를 향해 내측 전도체(14)의 추가적인 코스는 감소된 전도체 폭을 갖는 직선 섹션(18)과, 트위스트 섹션(20)으로 구성된다. 따라서, 직선 섹션은 변환선으로 작용한다. 나머지 섹션(20)의 트위스트는 도파관(10)의 종방향으로 진행파의 전파 속도의 지연을 유발한다. 높은 수준의 트위스트는 큰 지연으로 나타나고,그 역도 마찬가지다. 이를 통해, 인접 슬롯(12)들 사이의 위상차가 정확히 360도로 설정될 수 있다.

슬롯(12)은 도파관(10)의 외벽 내로 횡방향으로 절단된다. 이들은 대략 4mm의 절단 깊이로, 측벽 내로 돌출한다. 슬롯(12)의 폭은 대략 2 - 3mm다. 슬롯(12)은 공진 거동을 나타내고, 공진 주파수는 복사기의 중심 주파수와 일치한다.

아래에 위치하는 도파관(10)의 섹션(22)을 갖는 도파관(10) 단부에서의 최외측 슬롯(12A)은 특별한 특징을 보여준다. 종래 기술에 따르면, 진행파 선의 단부가 종종 저항적으로 종료된다. 이는 선 단부에서 남아있는 파워가 저항기에서 소실되기 때문에 바람직하지 않은 손실이다. 모든 슬롯의 균질 여기를 갖는 진행파 복사기의 여기서 도입되는 개념에서, 선의 단부에 남아 있는 파워는 최외측 슬롯을 통해 완전히 복사되며, 그 결과 추가적인 손실이 방지된다. 이를 위해, 유전층의 높이 프로파일은 최외측 슬롯(12A)에 남은 파워가 나머지 슬롯에서 커플 아웃되는 파워에 대응하여, 이러한 경계 조건을 고수함으로써 모든 슬롯(12, 12A)의 균질 점유가 실현되도록, 설계된다. 이러한 이유로, 도 5는 도 3으로부터 내측 전도체의 단부 영역의 확대도를 도시하며, 섹션(22)을 갖는 논-트위스트 열린 선 단부를 볼 수 있고, 이는 설명되는 성질을 뒷받침한다.

종방향 슬롯을 가진 도파관

도 6은 종방향 슬롯을 가진 도파관(30)을 도시한다. 종방향 슬롯(32)을 가진 도파관 내 내측 전도체(34)의 형상이 도 8에 예시된다. 급전점(36)을 포함하는 중앙 영역은 도 9에 확대하여 예시된다. 종방향으로 보았을 때, 급전점(36)은 기하 중심에 위치한다. 횡방향 슬롯을 가진 도파관의 경우에서와 같이 종방향으로 시프트는 이 경우에 요구되지 않는다 - 왜냐하면, 동일 위상을 갖는 슬롯(32)의 여기가 도파관(30)의 우측 및 좌측 절반의 대칭 구조에 의해 실현될 수 있기 때문이다.

내측 전도체(34)는 감소된 전도체 폭의 변환선과 함께 급전점(36)에서 직접 시작된다. 이들은 통상적으로 50 오옴의 연결된 동축 케이블의 특성 파 임피던스로 변환하도록 기능한다. 도파관의 단부를 향한 내측 전도체(34)의 추가적인 경로는 직선 섹션(40)과 트위스트 섹션(40)으로 구성된다. 섹션(40)의 트위스트 형상은 내측 전도체가 슬롯(32)의 중앙 위치에서 횡방향으로 이어지는 방식으로 실현된다. 이는 종방향 슬롯(32)을 연결하는데 필요하며, 왜냐하면, 이를 위해, 횡방향으로 유도되는 전류의 흐름이 도파관(30)의 벽체 상에 존재하여야 하기 때문이다. 도 8의 슬롯 위치는 화살표로 표시된다.

섹션(40)의 트위스트 형상은 도파관의 종방향으로 진행파의 전파 속도를 추가적으로 지연시키는 효과를 갖는다. 더욱 트위스트된 형상은 더 큰 지연을 야기하고, 그 역도 마찬가지다. 이를 통해, 인접 슬롯 간의 위상차가 정확히 360도로 설정될 수 있다.

슬롯(32)은 도파관(30)의 외벽 내로 종방향으로 절단된다. 슬롯(32)은 자유공간 파장의 대략 절반의 길이를 갖는다. 정확한 길이는 슬롯마다 약간씩 다를 수 있다. 슬롯의 폭은 대략 2mm다. 슬롯은 공진 거동을 나타내며, 공진 주파수는 복사기의 중심 주파수와 일치한다.

아래에 위치하는 내측 전도체(34)의 섹션(42)을 갖는 도파관(30)의 단부에서의 최외곽 슬롯(32A)은 특별한 특징을 보여준다. 종래 기술에 따르면, 진행파 선의 단부는 종종 진행파 원리를 이용하여 복사기에서 저항적으로 종료된다. 이는 바람직하지 않은 손실을 야기하는데, 왜냐하면, 선의 단부에 남은 파워가 저항기에서 소실되기 때문이다. 모든 슬롯(32)의 균질 여기를 갖는 진행파 복사기의 여기서 도입되는 개념에서, 선의 단부에 남은 파워는 최외곽 슬롯(32A)을 통해 완전히 복사되고, 그 결과, 추가적인 손실이 방지된다. 이를 위해, 유전층(44)의 높이 프로파일은, 최외곽 슬롯(32A)에 남은 파워가 나머지 슬롯(32)에서 커플 아웃되는 파워에 대응하여, 이 경계 조건을 고수함으로써 모든 슬롯(32, 32A)의 균질 점유가 실현될 수 있도록, 설계된다. 도 10은 도 3로부터 내측 전도체의 단부 영역의 확대도를 도시한다. 설명되는 성질을 뒷받침하는 내측 전도체(34)의 섹션(42)을 갖는 논-트위스트의 열린 선 단부를 볼 수 있다.

이중-편광 복사기 어레이

횡방향 슬롯을 갖는 도파관(10)을 종방향 슬롯을 갖는 도파관(30)과 조합함으로써, 이중-편광 복사기 어레이(60)가 간단한 방식으로 구현될 수 있다. 여기서 설명되는 복사기 개념을 이용하여 도파관의 폭이 (파장의 1/4까지) 크게 감소할 수 있기 때문에, 매우 큰 피봇 범위(>±60°)를 갖는, 이중-편광된 전기적으로 제어가능한 어레이 안테나가 구현될 수 있다.

도 11은 이중-편광 복사기 어레이(60)(어레이 안테나 복사기)의 구조를 도시한다. 이는 각각의 경우에 종방향 슬롯(32)을 가진 도파관(30)과 교번되는 횡방향 슬롯(12)을 가진 슬롯 도파관(10)의 조성으로 구성된다. 횡방향 슬롯(12)을 가진 도파관(10)은 종방향 슬롯(32)을 가진 도파관(30)에 대해 상향으로 대략 7mm 내지 8mm 만큼 오프셋되어, 계단형 구조가 생성된다.

종래 기술로부터 알려진 도파관 복사기에 비해, 제안된 도파관 복사기는 다시 훨씬 증가한 대역폭을 특징으로 한다. 이는 예를 들어, X-대역에 대해 250mm 길이의 복사기로 도 12 내지 도 15에서 예시된다.

도 12는 동일 크기의 이상적 개구에 비해 복사기에서 발생하는 dB 단위의 전체 전기적 손실의 예시를 보여준다. 실선으로 그려지는 곡선은 진행파 피드를 갖는 복사기의 손실을 나타내고, 쇄선으로 그려지는 곡선은 정상파를 갖는 공진 피드에서의 손실을 나타낸다.

도 13은 dB 단위 적응의 예시를 도시하며, 실선 곡선은 진행파 피드를 갖는 복사기와 연관되고, 쇄선 곡선은 공진 피드(정상파)를 갖는 복사기와 연관된다.

도 14는 진행파 피드를 갖는 복사기의 dB 단위의 복사 성질(안테나 복사 패턴)의 예시를 도시하며, 쇄선 곡선은 8.7GHz에서 안테나 복사 패턴을 보여주고, 실선 곡선은 9.6GHz(중심 주파수)에서 안테나 패턴을 보여주며, 점선 곡선은 10.5GHz에서 안테나 복사 패턴을 보여준다.

도 15는 마지막으로, 공진 피드 및 정상파를 갖는 복사기의 dB 단위 복사 성질(안테나 복사 패턴)의 예시를 도시하며, 쇄선 곡선은 8.7GHz에서 안테나 복사 패턴을 보여주고, 실선 곡선은 9.6GHz(중심 주파수)에서 안테나 복사 패턴을 보여주며, 점선 곡선은 10.5GHz에서 안테나 복사 패턴을 보여준다.

10 횡방향 슬롯을 가진 슬롯 도파관
12 횡방향 슬롯
12A 도파관 단부의 횡방향 슬롯
14 횡방향 슬롯을 가진 도파관의 내측 전도체
16 횡방향 슬롯을 가진 도파관의 급전점
18 내측 전도체의 변환선 섹션(횡방향 슬롯의 도파관)
20 내측 전도체의 트위스트 서브섹션(횡방향 슬롯의 도파관)
22 열린 스터브를 가진 내측 전도체의 각 섹션(횡방향 슬롯의 도파관)
24 횡방향 슬롯을 가진 도파관의 유전층
30 종방향 슬롯을 가진 슬롯 도파관
32 종방향 슬롯
32A 도파관 단부의 종방향 슬롯
34 종방향 슬롯을 가진 도파관의 내측 전도체
36 종방향 슬롯을 가진 도파관의 급전점
38 내측 전도체의 변환선 섹션(종방향 슬롯의 도파관)
40 내측 전도체의 트위스트 서브섹션(종방향 슬롯의 도파관)
42 열린 스터브를 가진 내측 전도체의 각 섹션(종방향 슬롯의 도파관)
44 종방향 슬롯을 가진 도파관의 유전층
60 이중-편광 복사기 어레이

Claims (16)

1. 복수의 횡방향 또는 종방향 슬롯(12; 32)을 구비한 슬롯 도파관(10; 30)과,
   상기 도파관(10; 30) 내에 제공되는 추가적인 내측 전도체(14; 34) - 상기 내측 전도체는, 진행파 원리에 따라 피드(feed)가 이루어지는 방식으로 슬롯(12; 32)의 정렬에 따라 형성되며, 도파관(10; 30)의 모든 슬롯(12; 32)이 동일 위상으로 여기될 수 있음 - 를 포함하는
   도파관 복사기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 슬롯 도파관(10; 30)은 유전 물질(24; 44)로 부분적으로 충전되고, 상기 유전 물질 상에 상기 내측 전도체(14; 34)가 배열되는
   도파관 복사기.
3. 제 2 항에 있어서,
   도파관(10; 30)을 따라 상기 유전 물질(24; 44)의 높이는, 도파관(10; 30)을 따라 상기 슬롯(12; 32)의 진폭 점유에 영향을 미치기 위해, 적어도 일부 섹션에서 변하는
   도파관 복사기.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 내측 전도체(14; 34)는 교대로 배열되는 직선 및 트위스트 전도체 섹션(18, 20; 38, 40)으로부터 형성되는
   도파관 복사기.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내측 전도체(14; 34)는, 나머지 선에 대해, 감소된 전도체 폭을 갖는, 그리고, 변환선(18; 38)으로 작용하는, 전도체 섹션(18, 20; 38, 40)을 포함하는
   도파관 복사기.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내측 전도체(14; 34)는 도파관(10; 30)을 따라 각자의 선형 전도체 섹션(18, 20; 38, 40)들로 구성되고, 상기 전도체 섹션의 길이는 도파관을 따라 인접 슬롯(12; 32)의 간격과 동일한
   도파관 복사기.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내측 전도체(14; 34)는 상기 도파관(10; 30)의 단부 영역에서 열린 스터브(22; 42) 형태의 직선 섹션을 갖는
   도파관 복사기.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   횡방향 슬롯(12)을 가진 슬롯 도파관(10)의 경우에, 상기 도파관(10)의 급전점(16)은 종방향으로 도파관의 기하중심에 대해 시프트되는
   도파관 복사기.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   횡방향 슬롯(12)을 가진 슬롯 도파관(10)의 경우에, 상기 도파관(10)의 급전점(16)은, 모든 슬롯(12)의 위치에서 전기적 위상이 중심 주파수에서 동일하도록, 상기 도파관(10)에 배열되는
   도파관 복사기.
10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    종방향 슬롯(32)을 갖는 슬롯 도파관(30)의 경우에, 상기 내측 전도체(34)는, 슬롯 도파관(30)의 종방향으로 기하 중심에 배열되는 급전점(36)을 갖는
    도파관 복사기.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 내측 전도체(34)를 갖는 상기 슬롯 도파관(30)은 상기 급전점(36) 주위로 거울 대칭으로 형성되는
    도파관 복사기.
12. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 횡방향 슬롯(12)을 가진 하나 이상의 슬롯 도파관(10)과, 제 1 항 내지 제 7 항, 제 10 항, 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 종방향 슬롯(32)을 가진 하나 이상의 슬롯 도파관(30)을 포함하는
    어레이 안테나 복사기.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 슬롯 도파관(10; 30)은 횡방향으로 나란히 배열되고, 상기 횡방향 슬롯(12)을 갖는 도파관(10) 및 종방향 슬롯(32)을 갖는 도파관(30)이 교대로 서로 옆에 놓이는
    어레이 안테나 복사기.
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 도파관(10; 30)은 동일한 길이를 갖는
    어레이 안테나 복사기.
15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    횡방향 슬롯(12)을 가진 도파관(10)은 어레이 안테나 복사기의 계단형 구조를 생성하도록, 종방향 슬롯(32)을 갖는 도파관(30)에 대해 상향으로 오프셋되는
    어레이 안테나 복사기.
16. 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 어레이 안테나 복사기(60)를 포함하는,
    고해상도 합성 개구 레이더 시스템.
    

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