KR20150105380A - 편파기 및 편파기 작동 방법 - Google Patents

편파기 및 편파기 작동 방법 Download PDF

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KR20150105380A
KR20150105380A KR1020157020920A KR20157020920A KR20150105380A KR 20150105380 A KR20150105380 A KR 20150105380A KR 1020157020920 A KR1020157020920 A KR 1020157020920A KR 20157020920 A KR20157020920 A KR 20157020920A KR 20150105380 A KR20150105380 A KR 20150105380A
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모르텐 하겐센
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트라네 앤드 트라네 아/에스
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Abstract

두 개의 상태들 사이에서 변경될 수 있는, 셉텀 편파기와 같은, 편파기로서, 도파관 내에서의 신호들의 편파가 도파관에 연결된 수신기들/송신기들을 변경해야 할 필요 없이 쉽게 변경되도록 셉텀이 실질적으로 도파관의 종축선을 중심으로 180도 회전된다.

Description

편파기 및 편파기 작동 방법{A POLARIZER AND A METHOD OF OPERATING THE POLARIZER}
본 발명은 편파기, 특히, 원형 편파 신호/에너지와 선형 편파 신호/에너지 간의 변환을 위해 삼각형 금속 요소가 사용되는, 주로 "셉텀 편파기(septum polarizer)"라고 하는 특수한 종류의 편파기에 관한 것이다.
셉텀 편파기에 대해서는 한국특허공개공보 KR20100131147호에 나와 있다.
본 발명은, 수신기/송신기가 동일한 위치들에 유지되지만 편파는 교체될 수 있도록 편파 요소가 변경될 수 있게 셉텀 편파기를 개선하는 것에 관한 것이다.
제1 태양에서, 본 발명은 한 개의 중앙 도파관 및 중앙 도파관과 연통되는 제1 도파관과 제2 도파관을 포함하며,
- 제1 도파관과 제2 도파관이 중앙 도파관들 중 한 개와 연통되고, 제1 도파관과 제2 도파관은 상기 한 개의 중앙 도파관을 통해 연장되고 그 중앙 도파관의 종축선을 포함하는 평면의 각기 다른 사이드들에서 상기 한 개의 중앙 도파관과 연통되며,
- 각각의 중앙 도파관이 개구를 구비하고 상기 평면에서 그리고 종축선을 따라 연장되는 편파 요소를 안에 포함하고, 상기 편파 요소는, 평면 상에 투영될 때, 종축선의 일측 사이드에 있는 제1 영역과 종축선의 다른, 반대측 사이드에 있으며 제1 영역보다 작은 제2 영역을 구비하는 도전성 요소인, 편파기에 관한 것으로서,
상기 편파기가 두 개의 상태들 사이에서 변경되도록 구성되되,
- 제1 상태에서는, 제1 도파관과 제2 도파관이 연통되는 실제 중앙 도파관의 편파 요소가, 제1 영역이 상기 실제 도파관의 종축선의 제1 사이드에 있는 평면의 제1 부분에 위치된 채로, 평면에서 연장되며, 그리고
- 제2 상태에서는, 제1 도파관과 제2 도파관이 연통되는 실제 중앙 도파관의 편파 요소가, 제1 영역이 상기 실제 도파관의 종축선의, 제1 부분의 반대측에 있는, 제2 사이드에 있는 평면의 제2 부분에 위치된 채로, 평면에서 연장되도록 구성된다.
여기서, 편파기는 수신되거나 혹은 송신되는 방사선 또는 신호의 편파를 변경시키도록 구성된 요소이다. 본 발명의 편파기는 선형 편파 신호와 원형 편파 신호 사이에서 변환하는 동시에 도파관들 내부의 신호들을 제어하거나 혹은 안내하도록 구성되어 있다.
다수의 중앙 도파관들이 존재한다. 중앙 도파관들의 수는 1, 2, 3, 4, 5, 6 또는 그 이상일 수 있다. 바람직한 실시예에서는, 단 한 개의 중앙 도파관이 사용된다. 다른 실시예에서는, 두 개의 중앙 도파관들이 사용되지만, 필요에 따라서는 더 많은 중앙 도파관들이 사용될 수 있다.
제1 도파관과 제2 도파관은 신호들이 중앙 도파관으로부터 제1 도파관과 제2 도파관들로 혹은 제1 도파관과 제2 도파관들로부터 중앙 도파관으로 흐를 수 있도록 중앙 도파관과 연통된다. 일 실시예에서, 한 개 이상의 도파관들이 각각 중앙 도파관과, 제1 도파관 및 제2 도파관 사이에서 신호를 안내하도록 구성된다.
제1 도파관과 제2 도파관들은 신호들을 안내하기 위한 중공 도파관들이거나, 혹은 신호를 유도하여 중앙 도파관을 따라 안내하도록 중앙 도파관 내로 연장하는 한 개 이상의 컨덕터를 구비한, 동축 케이블과 같은, 다른 종류의 신호 가이드일 수 있다.
제1 도파관과 제2 도파관은 중앙 도파관들 중 한 중앙 도파관과 연통된다. 그러면 다른 모든 중앙 도파관들은, 이들이 신호들을 수신하고, 변환하고 출력하는 기능을 수행할 수 있다 하더라도, 작동하지 않는다.
제1 도파관과 제2 도파관은, 한 개의 중앙 도파관을 통해 연장하고 상기 중앙 도파관의 종축선을 포함하는 평면의 각기 다른 사이드들에서 한 개의 중앙 도파관과 연통된다. 종축선은 중앙 도파관의 종축선 및/또는 대칭축선일 수 있다. 일반적으로, 도파관은 임의의 형상을 구비할 수 있지만, 장방형/정방형/원형/타원형 형상들이 대부분이다.
편파 요소가 도전성, 바람직하게는 금속이고, 평면 상에 투영될 때, 종축선의 일측 사이드에 있는 제1 영역과 종축선의 다른 반대측 사이드에 있으면서 제1 영역보다 작은 제2 영역을 구비하는 요소이면, 편파 요소는 중앙 도파관 내에서 편파 요소를 향해 진행하는 원형 편파 신호를 편파 요소의 일측 사이드 상에서만 주로 진행하는 선형 편파 신호로 변환하는 이른바 셉텀 편파기의 셉텀 기능을 수행할 수 있다. 여기에서부터, 신호는 제1 도파관과 제2 도파관 중 한 개의 도파관으로 안내될 수 있다. 우선회 편파 신호 및 좌선회 편파 신호는 편파 요소의 서로 반대측에 있는 두 개의 사이드들로 안내될 것이다. 당연히, 신호들의 방향은 반전될 수 있고, 이에 의해 편파 요소의 작용이 반대로 이루어질 수 있다.
당연히, 편파 요소의 제1 영역과 제2 영역 또는 이들에 상응하는 부분들의 기능은 영역들 그 자신 및 편파 요소의 제1 영역과 제2 영역을 형성하는 부분들의 형상들 둘 다에 의해 규정될 것이다. 하기에서 더 설명하겠지만, 편파 요소 및 그 평면 상에의 투영이 대체로 삼각형인 형상이 바람직하지만, 삼각형으로부터 벗어난 형상도 가능하다. 미국 특허 US4395685호는 셉텀 기능을 하지만 단일의 삼각형 형상으로부터 많이 벗어난 형상을 갖는 편파 요소의 형상들을 다수 개시하고 있다.
이 점에서, 제1 영역과 제2 영역은 일반적으로, 투영된 편파 요소의 윤곽과 종축선에 의해 규정되는 영역들일 것이다.
편파 요소에 대해 중앙 도파관의 개구로부터 멀리 있는 종방향 위치에서, 편파 요소의 윤곽/영역들은 편파 요소가 투영 시 평면에서 중앙 도파관의 폭의 적어도 50%, 예컨대 적어도 75%, 예컨대 적어도 90% 연장하거나 혹은 걸치는(span) 위치에서 규정될 수 있다. 어떤 상황들에서는, 편파 요소는 중앙 도파관에 고정될 수 있으며, 이에 의해 체결/고정 위치에서의 편파 요소의 경계가 다수의 위치들에서 규정될 수 있다.
바람직하게는, 제1 영역이 제2 영역의 적어도 110%, 예컨대 적어도 120%, 예컨대 적어도 130%, 예컨대 적어도 140%, 예컨대 적어도 150%, 예컨대 적어도 160%, 예컨대 적어도 175%일 수 있다.
바람직하게는, 제1 영역 및/또는 제1 영역을 형성하는 편파 요소의 부분은 제2 영역 및/또는 제2 영역을 형성하는 편파 요소의 부분보다 개구를 향해 종방향으로 더 연장될 수 있다. 제1 영역은 개구로부터 개구와 가장 가까운 제2 영역의 지점보다 개구와 가장 가까운 제1 영역의 지점까지의 거리의 적어도 1%, 예컨대 2%, 예컨대 5%, 예컨대 10%만큼 더 종방향으로 연장될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 영역을 형성하거나 혹은 생성하는 부분을 포함하는 편파 요소의 부분은 바람직하게는, 예컨대 하기에서 설명하는 형상과 구성을 갖는, 적어도 대략 삼각형 형상이다. 편파 요소의 다른 부분은 종축선을 따라 연장하는 대략 세장형 형상 또는 삼각형 형상과 같은 다른 형상을 가질 수 있다. 각각의 중앙 도파관은 개구를 구비하는데, 이 개구는 바람직하게는 전자기 에너지를 수신하고 그리고/또는 발신하도록 구성된다. 이 도파관은, 필요에 따라, 다른 도파관들 또는 파라볼라 반사기와 같은 안테나 구조물에 부착되거나 혹은 연결될 수 있다.
평면은 종축선을 포함하며, 바람직하게는, 만일 도파관이 대칭인 단면을 구비하는 경우에는, 도파관의 대칭 평면이다.
당연히, 한 요소를 일 방향으로 회전하는 것은 시스템의 나머지 부분을 대신 다른 방향으로 회전하는 것에 의해 이루어질 수 있다. 여기서, 제1 상태와 제2 상태는 동일한 평면을 이용하여 규정된다. 따라서, 평면은 편파 요소 및/또는 중앙 도파관의 회전/병진 이동과 무관하게 유지될 것이다. 일반적으로, 다수의 중앙 도파관이 사용되는 경우에도, 실제 중앙 도파관의 종축선은 두 상태들에서 동일할 것이다.
편파 요소는, 평면 상에 투영될 때, 청구된 특징들을 가지며, 주로, 평행한 두 개의 사이드들을 갖는 평평한 요소일 수 있다. 대안적으로, 편파 요소는 테이퍼진 형상과 같이 평평하지 않는 형상을 가질 수 있는데, 바람직하게는 개구에 가장 가까운 편파 요소의 제1 부분에 얇은 부분을 그리고 그 후측 부분에 두꺼운 부분을 가진다. 그러한 상황에서는, 중앙 도파관 내에서 개구로부터 편파 요소를 향해 그리고 이를 지나서 진행하는 신호는, 제1 부분에서부터 후측 부분까지 편파 요소를 따라 진행할 때 점점 더 두꺼워지는 편파기 요소를 통과하게 된다.
편파기는 두 상태들 사이에서 변경되도록 구성된다. 이러한 변경은 하기에서 설명하는 것처럼 여러 가지 방법으로 수행될 수 있다.
일반적으로, 평면은 상기 평면을 일측 사이드에 있는 제1 부분과 타측 사이드에 있는 제2 부분으로 구분하는 종축선을 포함한다.
편파 요소는 평면 내에 위치되며, 이에 의해 종축선은 편파 요소의 적어도 일 부분 내에서 연장한다. 그러면, 편파 요소의 작동은 (개구로부터) 수신된 원형 편파 신호들을 신호의 편파 방향에 따라 편파 요소들의 사이드들 중 한 사이드를 향해 안내하는 것일 것이며, 이에 의해 제1 도파관과 제2 도파관이 평면의 개별 사이드들로부터 중앙 도파관과 연통될 것이고, 이에 따라 제1 도파관과 제2 도파관 중 한 도파관이 편파 요소의 그리고 평면의 한 사이드로부터 에너지를 수신할 수 있고 제1 도파관과 제2 도파관 중 다른 도파관은 편파 요소/평면의 다른 사이드로부터 에너지를 수신할 수 있다.
제1 도파관과 제2 도파관은 중앙 도파관의 사이드들 또는 중앙 도파관의 바닥부와 연통될 수 있다.
그러면, 두 상태들의 전반적인 작동은 좌선회 원형 편파 신호가 실제 중앙 도파관의 개구로부터 편파 요소를 향해 진행할 때의 작동을 나타냄으로써 예시될 수 있다. 제1 상태에서, 제1 영역은 평면의 제1 부분에 있고, 제2 상태에서는 제2 부분에 있다. 따라서 두 개의 상태들에서 편파 요소의 형상은 변환된 선형 편파 신호가 상태들 중 한 상태에서는 편파 요소의 일측 사이드에 그리고 다른 상태에서는 타측 사이드에 생성되도록 변화된다. 중앙 도파관 내에서 개구로부터 편파 요소를 향해 진행하는 우선회 원형 편파 신호에 대해서도 상황은 동일하다(다만 반대임). 또한, 두 개의 상태들은 중앙 도파관에서 수신되는 제1/제2 도파관들 중 한 도파관으로부터의 선형 편파 신호를 상태들 중 한 상태에서는 우선회 원형 편파 신호로 그리고 다른 상태에서는 좌선회 원형 편파 신호로 변환할 것이다.
한 개 이상의 중앙 도파관이 구비될 수 있으므로, 실제 중앙 도파관은 제1/제2 도파관들이 연통하는 중앙 도파관이다. 따라서 편파 요소들을 갖는 임의의 다른 중앙 도파관들의 작동은 전혀 중요하지 않다.
당연히, 편파 요소의 형상은 평면 내에서 제1 영역이 제2 영역보다 크다는 영역 정의를 충족해야 한다. 이는 여러 가지 방법들로 이루어질 수 있고, 편파 요소의 형상들은 여러 가지가 알려져 있다.
일반적으로, 편파 요소는 (개구에서부터 중앙 도파관의 후측을 향하는 방향으로) 단면이 점점 커지는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 상황은 제1 영역을 획정하는 부분과 제2 영역을 획정하는 부분 둘 다에 대해 적용될 수 있다.
바람직하게는, 편파 요소는 종방향 사이드, 후측 사이드 및 제3 사이드를 갖는 대략 삼각형인 형상을 갖는다. 사이드들은 직선일 수 있지만, 반드시 그럴 필요는 없다. 특히, 제3 사이드는, 평면 상에 투영될 때, 제1 요소들이 종방향 사이드들과 평행하고 제2 요소들은 제1 사이드들을 상호 연결하는 계단 형상을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 제2 사이드들은 바람직하게는 제1 요소들과 직교한다.
대안적인 실시예에서, 제1 영역은 삼각형 형상을 갖는다. 그러면, 제2 영역 역시 삼각형 형상을 가질 수 있거나, 혹은 그 일부분이 제1 부분과 함께 삼각형 형상을 형성할 수 있다.
종방향 사이드는 관련된 중앙 도파관의 제1 사이드와 적어도 실질적으로 평행하다. 바람직하게는, 종방향 사이드는 제1 사이드와 접촉하며, 어떤 실시예들에서는, 편파 요소가 중앙 도파관의 제1 사이드에 고정되고, 이에 따라 종방향 사이드가 제1 사이드와 편파 요소 간의 접점에 위치된다. 바람직하게는, 종방향 사이드는, 제1 사이드에 대해, 평면 내에서의 제1 사이드로부터 제2 사이드까지의 거리의 20% 이하, 예컨대 15% 이하, 예컨대 10% 이하, 예컨대 5% 이하, 예컨대 4% 이하, 예컨대 3% 이하, 예컨대 2% 이하, 예컨대 1% 이하의 거리에 위치된다.
삼각형 형상의 후측 사이드는 그다지 중요하지 않다. 편파 요소는 바람직하게는 중앙 도파관의 제1 사이드에서부터 제2의 반대측 사이드까지 연장하지만, 이는 필수적인 것은 아니다. 바람직하게는, 편파 요소는 평면 내의 제1 사이드에서부터 제2 사이드까지의 거리의 적어도 50%, 예컨대 적어도 55%, 예컨대 적어도 60%, 예컨대 적어도 65%, 예컨대 적어도 70%, 예컨대 적어도 75%, 예컨대 적어도 80%, 예컨대 적어도 85%, 예컨대 적어도 90%, 예컨대 적어도 95%, 예컨대 적어도 96%, 예컨대 적어도 97%, 예컨대 적어도 98%, 예컨대 적어도 99%만큼 연장하거나 혹은 걸친다. 후측 사이드는 중앙 도파관 및/또는 제1 도파관 및/또는 제2 도파관에 고정될 수 있고, 이에 따라 그 실제 위치는 많은 위치들 중 한 위치일 수 있다. 후측 사이드는 종방향 사이드와 직교하거나 혹은 그렇지 않을 수 있다.
제3 사이드는 편파 요소의 실제 작동을 규정하는 사이드이다. 편파 요소의 이 사이드는 바람직하게는 제2 사이드보다 제1 사이드에 더 가까운 한 위치에서부터 제1 사이드보다 제2 사이드에 더 가까운 위치까지 연장하고, 이에 따라 중앙 도파관 내에서 개구에서부터 편파 요소를 향하는 방향으로 진행하는 신호는 우선 평면 내에서 종방향 사이드와 제3 사이드가 교차하고 난 다음 폭이 점점 커지는 제1 부분을 지나고, 마지막으로 편파 요소의 범위/폭이 평면 내에서 가장 큰 편파 요소의 후측 사이드를 지나게 된다.
제3 사이드가 종방향 사이드와의 교차점에서부터 후측 사이드와의 교차점까지 거의 직선인 사이드를 갖는 거의 삼각형인 형상을 제공하기는 하지만, 제3 사이드는 제1 사이드에서부터 제2 사이드로의 평면 내에서의 범위 또는 폭이 제2 표면으로 지향되는 볼록 부분을 형성하는 국부 최대부들 또는 국부 영역들 또는 부분들을 포함할 수 있다.
편파 요소가, 후측 사이드에 혹은 후측 사이드 근처에, 평면 내에서의 그 범위/폭이 증가하지 않고, 편파 요소의 일부분 또는 편파 요소의 후측 사이드와 제1/제2 도파관들 사이에서 연장하는 도파관의 부분으로 보일 수 있는 부분을 구비할 수 있다는 점에 유의하자.
각기 다른 삼각형 형상들, 예컨대 제3 사이드의 각기 다른 계단 형상들(계단 높이 및 길이)이 편파기에서 변환될 신호들의 각기 다른 신호 파장들에 대해 바람직할 수 있다는 점에 유의하자. 이러한 형상들은 예를 들면 셉텀 편파기에서 늘 선택될 수 있는 형상들이므로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 잘 알 것이다.
바람직한 실시예에서, 편파기는 단 한 개의 중앙 도파관을 구비한다. 이 실시예에서는, 단 한 개의 편파 요소가 사용될 수 있는데, 이 편파 요소는 중앙 도파관 내부에 완전히 포함될 수 있다. 이 편파 요소는 중앙 도파관 내부에 고정될 수 있거나, 혹은 중앙 도파관 내에 예컨대 종축선과 평행한, 예컨대 종축선과 동일한 회전축선을 중심으로 회전 가능하게 구비될 수 있다. 바람직하게는, 회전축선은 평면 내부에 있다. 이 실시예에서, 편파 요소는 단일의 삼각형 요소일 수 있다.
편파 요소가 중앙 도파관 내에 회전가능하게 구비되면, 중앙 도파관은 제 도파관과 제2 도파관에 고정될 수 있는데, 이는 편파 요소가 회전, 예컨대 적어도 실질적으로 180도 회전하는 것에 의해서 두 개의 상태들 사이에서 편파 특성들의 희망하는 변화가 일어날 수 있게 되기 때문이다.
편파 요소가 중앙 도파관에 고정되면, 중앙 도파관은 바람직하게는 제1 도파관과 제2 도파관에 대해 회전되도록 구성된다. 이러한 방식에서, 회전은 180도 회전일 수 있다. 또한, 다른 회전들 역시 바람직할 수 있다. 흥미로운 실시예에서, 다수의 제1 도파관들 및/또는 제2 도파관들이 구비될 수 있는데, 이들은 중앙 도파관의 각기 다른 각도에서 중앙 도파관과 연통되도록 위치되고, 이에 따라 중앙 도파관이 각기 다른 위치들로 회전하면 각기 다른 제1/제2 도파관들이 중앙 도파관과 연통될 것이다. 그러면, 제1/제2 도파관들에/내에 각기 다른 수신기들/송신기들이 구비될 수 있고, 제1/제2 도파관들의 선택 및 이에 따른 중앙 도파관의 각각의 회전에 따라 각기 다른 종류의 작동이 이루어질 수 있다. 이러한 실시예에서는, 제1 도파관과 제2 도파관의 쌍들이 중앙 도파관 둘레에 그리고 각기 다른 회전 위치들에 대칭적으로 구비될 수 있다. 이러한 상황에서는, 회전은 종축선 또는 종축선과 평행한 축선을 중심으로 한 회전일 수 있다.
편파 요소와 중앙 도파관 사이의 전기 접속이 양호한 것이 보통은 바람직하고, 이에 따라 편파 요소가 중앙 도파관에 고정되어 있는 실시예가 바람직하다.
이와 관련하여, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 도파관들을, 예컨대, 부품들 사이에 간격이 있을 수 있지만 한 부품이 안내되는 신호들의 파장과 관련하여 선택되는 치수를 갖는 홈을 그 안에 구비하는 초크 장치와 같은, 회전 관계로 상호 연결하는 여러 가지 방법들을 알고 있을 것이다.
일 실시예에서, 편파 요소는 중앙 도파관 내부에 고정되지 않고 중앙 도파관에 대해 이동 가능하다. 그러면, 일 실시예에서, 편파 요소는 제1 부분과 제2 부분을 구비하는데, 제1 부분과 제2 부분 각각은 상술한 특징들을 갖는 도전성, 바람직하게는 금속 요소이지만, 여기서 제1 영역을 획정하는 부분들이 제2 영역들을 획정하는 부분들 사이에 위치되거나, 혹은 제2 영역을 획정하는 부분들이 제1 영역들을 획정하는 부분들 사이에 위치된다. 삼각형 실시예에서, 이는, 평면 상에 투영될 때, 제1 부분과 제2 부분 둘 다의 제3 사이드들이 제1 부분과 제2 부분의 종방향 사이드들 사이에 구비되거나 혹은 제1 부분과 제2 부분의 제3 사이드들 중 어느 것도 제1 부분과 제2 부분의 종방향 사이드들 사이에 구비되지 않는다는 것을 의미한다.
따라서 제1 부분을 중앙 도파관 내에 위치시키는 것에 의해 제1 상태가 되고 제2 부분을 위치시키는 것에 의해서는 제2 상태가 되도록 형상들이 반전된다고 할 수 있다.
제1 상태와 제2 상태를 변경하는 것은 중앙 도파관 내부에서 제1 부분을 제2 부분으로 교체하는 것이고, 이는 편파 요소를 병진 이동시키고 그리고/또는 회전시키는 것에 의해 간단하게 이루어진다.
제1 부분과 제2 부분은 평면 상에 투영될 때 동일한 단면 형상을 갖도록 선택되지만, 종방향 사이드와 직교하는 축선에 대해 반전되거나 혹은 거울 상일 수 있고, 잠재적으로는 후속해서 회전될 수 있다. 그러나 이는 필수는 아니다.
다른 실시예에서, 편파기는 하나 이상의 중앙 도파관을 구비한다. 그러면, 중앙 도파관 각각은 제1 도파관과 제2 도파관이 관련된 중앙 도파관과 연통하는 작동 위치로부터 제1 도파관과 제2 도파관이 관련된 중앙 도파관과 연통하지 않는 비작동 위치로 변위될 수 있다.
일 실시예에서, 중앙 도파관은, 예컨대 서로 고정되는 것처럼, 상호 연결되고, 한 개의 중앙 도파관의 작동 위치로의 그리고 작동 위치로부터의 이동은 병진 이동 및/또는 회전이다.
이 실시예에서, 개별 중앙 도파관들 내의 편파 요소들은 필요에 따라 개별 중앙 도파관들에 고정될 수 있다.
제2 태양에서, 본 발명은 본 발명의 제1 태양에 따른 편파기를 작동시키는 방법에 관한 것으로서,
I. 편파기를 제1 상태에서 작동시키는 단계,
II. 편파기를 제2 상태로 변환시키는 단계, 및
III. 편파기를 제2 상태에서 작동시키는 단계를 포함한다.
개별 작동 단계들은 표준 셉텀 편파기의 작동처럼 수행된다. 즉, 원형 편파 신호들이 수신되어 제1 도파관 및/또는 제2 도파관으로 공급되는 선형 편파 신호들로 변환될 수 있으며, 그리고/또는 신호들은 반대 방향으로 진행할 수 있다. 작동 단계들은 초, 분, 시간 및/또는 일과 같은 임의의 지속 시간(time duration)을 가질 수 있다.
위에서 설명한 것처럼, 제1 상태에서 제2 상태로의 전환은 여러 가지 방법들로 수행될 수 있다.
일 실시예에서는, 편파기가 단 한 개의 중앙 도파관을 구비하며, 단계(II)는 편파 요소를 중앙 도파관 내에서 회전시키는 단계를 포함한다. 이러한 상황에서, 중앙 도파관은 제1 도파관 및/또는 제2 도파관에 부착되고 그리고/또는 고정될 수 있으며, 회전은 종축선과 평행한 축선을 중심으로 한 180도 회전일 수 있다.
다른 실시예에서, 편파 요소는 중앙 도파관에 고정되고, 단계(II)는, 예컨대 제1 도파관 및/또는 제2 도파관에 대해 그리고/또는 종축선과 평행한 축선을 중심으로 하여, 중앙 도파관을 회전시키는 단계를 포함한다. 이러한 상황에서, 도파관들 사이의 회전 상호연결을 제공하는 상술한 방법이 사용될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 편파 요소는 상술한 제1 부분과 제2 부분을 구비하며, 단계(II)는 제1 부분을 중앙 도파관의 외부로 그리고 제2 부분을 중앙 도파관의 내부로 이동시켜서 제1 상태에서 제2 상태로 변환시키는 단계를 포함할 수 있다. 제1 부분과 제2 부분은 서로 고정될 수 있고, 단계(II)는 편파 요소를 회전시키고 그리고/또는 병진 이동시키는 단계를 포함할 수 있다.
마지막 실시예에서, 편파기는 적어도 두 개의 중앙 도파관들을 구비한다. 그러면, 단계(II)는 중앙 도파관들 중 제1 중앙 도파관, 즉 단계(I)에서 제1 도파관과 제2 도파관이 제1 중앙 도파관과 연통하는 작동 위치에 위치되는 제1 중앙 도파관을 제2 중앙 도파관으로 교체하고, 이에 따라 단계(II)에서 제2 중앙 도파관이 제1 도파관과 제2 도파관이 제2 중앙 도파관과 연통하는 작동 위치에 위치된다. 교체 단계는 회전 단계 및/또는 병진 이동 단계일 수 있다.
당연히, 상술한 편파 요소 및/또는 중앙 도파관(들)의 병진 이동 및/또는 회전은 임의의 종류의 모터, 병진기(translator)/회전기(rotor)와 같은 이동 요소에 의해 수행될 수 있다. 이동 요소는, 예컨대 액압/가스압에 의해 작동되는 선형 액추에이터와 같은, 선형 액추에이터, 나사식 회전 스핀들 등일 수 있다. 대안적으로, 필요에 따라, 이동은 스텝 모터 등과 같은 모터에 의해 야기될 수 있다. 이러한 이동은 ASIC, FPGA, (하드-와이어드(hard-wired) 제어식 또는 소프트웨어 제어식) 프로세서 등과 같은 임의의 종류의 제어기에 의해 제어될 수 있다. 제어기는 필요에 따라 한 개 이상의 편파 요소 및/또는 중앙 도파관들의 위치를 결정하는 한 개 이상의 센서에 접속될 수 있고, 프로세서는 필요에 따라 단일 요소이거나 혹은 분산형 프로세서일 수 있다.
또한, 필요에 따라, 제1/제2 도파관으로부터 신호를 수신하고 그리고/또는 제1/제2 도파관으로 신호를 송신하도록 연결되거나 혹은 그렇게 하도록 구성된 수신기, 송신기 및/또는 트랜시버의 작동은 제어기에 의해 제어될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 바람직한 실시예들을 설명한다.
도 1은 셉텀 편파기의 기능을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 2는, 편파기 요소가 중앙 도파관의 일부분과 함께 회전되는, 본 발명에 따른 제1 실시예를 도시하는 도면이다.
도 3은, 편파기 요소가 중앙 도파관 내에서 회전되는, 본 발명에 따른 제2 실시예를 도시하는 도면이다.
도 4는, 편파기 요소가 중앙 도파관의 내, 외부로 병진 이동할 수 있는 두 개의 부분들을 갖는 병진 요소인, 본 발명에 따른 제3 실시예를 도시하는 도면이다.
도 5는, 별도의 도파관들로서 그 중 하나가 중앙 도파관이 되는 위치로 병진 이동하는, 도파관들에 각각 구비되는 두 개의 편파기 요소를 포함하는, 본 발명에 따른 제4 실시예를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에서 사용하기 위한 편파 요소들의 여러 가지 형상들을 도시하는 도면이다.
도 7은 도 5의 실시예의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 1에서는, 두 개의 터미널들(1, 4) 간의 통신을 도시하고 있는데, 이러한 통신은 보통 파라볼라 안테나들(2, 3)을 통해 일어난다. 터미널(4)에서 수신된 신호는, 이른바 셉텀과 같은, 편파 요소(20)를 포함하고 있는 중앙 도파관(12)에서 수신된다. 중앙 도파관(12)으로부터, 제1 도파관(14)과 및 제2 도파관(16)이 각각 수신기(5) 및 송신기(6)에 이르도록 이들을 향해 연장된다.
셉텀 또는 편파 요소(20)의 기능은, 수신된 편파 신호가 좌선회 원형 편파되어 있는지 혹은 우선회 원형 편파되어 있는지에 따라 도파관들(14, 16) 중 하나로 공급되는 원형 편파 신호를 선형 편파 신호로 변환하는 것이다.
신호가 다른 방향으로 진행할 때에는, 반대의 현상이 일어난다. 즉, 송신기(6)가 선형 편파 신호를 발신하는데, 이 선형 편파 신호는 중앙 도파관(12)을 통과하는 도중에 편파 요소(20)에 의해, 멀리 떨어져 있는 터미널(1)로 공급되는 원형 편파 신호로 변환된다.
일예로, 터미널(1)은 위성이고 터미널(4)은 선박의 안테나와 같은 지상 터미널이며, 이에 의해 점대점 통신이 이루어진다.
도 2에는, 중앙 도파관(12), 제1 도파관(14), 제2 도파관(16) 및 편파 요소(20)를 구비하는 본 발명에 따른 편파기(10)가 도시되어 있다. 편파 요소(20)는 대체로 삼각형이며 종방향 사이드(22)와, 후측 사이드(24)와, 제3 사이드(26)를 구비하고 있다.
종방향 사이드(22)는 중앙 도파관(12)의 종축선(18)과 평행하고, 후측 사이드(24)는 종방향 사이드(22)와 직교한다.
편파 요소(20)의 형상은 도 1을 참조하여 설명한 셉텀 편파기에 있어서의 셉텀의 기능을 제공한다.
편파 요소(20)가 180도로 회전되어 있는 중앙 도파관에 구비되었으면, 수신된 동일한 원형 편파 신호가 다시 선형 편파 신호로 변환될 것이지만, 이제는 각각 제1 도파관(14) 및 제2 도파관(16) 중 다른 도파관으로 들어간다.
이러한 다른 모드에서, 편파 요소(20)는 여전히 중앙 도파관의, 중앙 도파관의 종축선을 포함하는, 동일한 평면에 위치될 것이지만, 종방향 사이드(22)는, 종축선과 비교하여, 평면의 일측 사이드로부터 타측 사이드로 이동될 것이다.
제1 실시예에서, 이 두 개의 모드들은 각각 중앙 도파관(12)을 편파 요소(20) 및 제1 도파관(14)과 제2 도파관(16)의 근단부들(14', 16')과 함께 회전시키는 것에 의해 변경되는데, 이에 반해 제1 도파관(14)과 제2 도파관(16)의 말단부들(14", 16")은 각각 고정되고 예를 들어 신호 수신기/송신기에 연결된 채로 유지된다.
이 실시예는, 회전부들(14', 16')과 고정된 말단부들(14", 16") 사이의 각각의 신호 연결이 연결 지점들에 있는 간단한 초크 장치(choke arrangements)에 의해 유지될 수 있는 장점이 있다. 따라서 근단부들(14', 16')과 말단부(14", 16")들 간의 접촉 문제가 발생하지 않는다. 회전 전후에, 종축선은 동일하게 유지되고 평면도 동일하다는 점에 유의하자.
도 3에는 다른 실시예가 도시되어 있는데, 이 실시예의 편파 요소(20) 역시 중앙 도파관(12) 내에 완전히 들어가 있다. 역시, 제1 도파관(14)과 제2 도파관(16)도 구비되어 있다.
이 실시예에서, 편파 요소(20)는 중앙 도파관의 종축선(18)(도 2 참조)과 평행한 축선을 중심으로 하여 제1 위치에서부터 제2 위치까지 회전될 수 있으며, 도면에서는 종방향 사이드(22)가 상부 위치 및 하부 위치에 각각 있다.
이 실시예는, 편파 요소(20) 만이 회전되며, 이러한 회전이 수단(예컨대, 소형 모터)에 의해 달성될 수 있는 장점이 있다. 다른 장점은 편파 요소(20)를 교체하는 것만으로 다른 주파수 대역을 커버하도록 편파기가 변경될 수 있다는 점이다. 편파 요소(20)의 사이드들을 따르는 전기 접속은 핑거 스톡 개스킷(finger stock gaskets) 또는 이와 유사한 장치들에 의해 유지될 수 있다.
도 4에는, 편파 요소(20')가 상/하 이동에 의해 병진 이동될 수 있는 제3 실시예가 도시되어 있다. 편파 요소(20')는 두 개의 부분들(21, 21')을 구비하는데, 이들은 중앙 도파관(12) 내에 순차적으로 위치될 수 있다.
부분(21)이 중앙 도파관에 구비되면, 이로 인해 발생되는 선형 편파 신호는 예컨대 제1 도파관(14)으로 들어갈 것이고, 다른 부분(21')이 중앙 도파관에 구비되면 제2 도파관(16)으로 들어갈 것이다.
우측 상부 모서리에, 부분(21)과 부분(21')의 교환이 병진 이동 대신 회전을 이용하여 수행되도록 구성된 요소(20')가 도시되어 있다.
이 실시예는 요소(20') 만이 이동되며, 여기서 이러한 이동이 역시 간단한 수단에 의해 달성될 수 있는 장점이 있다. 다른 장점은 편파 요소(20')를 교체하는 것만으로 또는 주파수 대역을 변경하기 위해 역시 회전 또는 병진 이동이 사용되도록 요소(20')에 각기 다른 주파수 대역에 맞추어져 있는 요소들(21, 21')을 제공하는 것에 의해, 다른 주파수 대역을 커버하도록 편파기가 변경될 수 있다는 점이다. 도파관(12)의 종방향 슬롯은 단지 예시적으로만 도시되어 있다. 바람직하게는 이 슬롯은 편파 요소(20')에 부착될 수 있는 금속 '뚜껑'에 의해 덮인다. 편파 요소(20')의 사이드들을 따르는 전기 접속은 핑거 스톡 개스킷 또는 이와 유사한 장치들에 의해 유지될 수 있다.
도 5에는, 두 개의 개별 편파 요소(23)가 도파관(12, 12')에 각각 구비되고, 도파관들이 이중 근단부 도파 요소들(14', 16' 및 14"(미도시), 16")에 각각 연결되어 있어, 상부 도파관(12)과 상부 편파 요소(23)가 사용될 때에는, 채널(12)이 수신 도파관(17)으로부터 원형 편파 신호를 수신하고, 편파 요소(23)가 원형 편파 신호를 선형 편파 신호로 변환하여 도파관들(14', 16') 중 한 도파관을 통해 제1 말단 도파관(14)과 제2 말단 도파관(16) 중 한 도파관으로 공급하도록 된 제4 실시예가 도시되어 있다.
선형 편파 신호가 말단 도파관들(14, 16) 중 다른 도파관으로 공급되게 하는 것이 바람직한 경우에는, 도파관들(14", 16") 중 한 도파관으로 신호를 공급하는 편파 요소(23')가 구비되어 있는 도파관(12')이 사용된다. 이러한 이동은 중앙 요소를 채널들(12, 12', 14', 16' 14", 16") 및 편파 요소들(23, 23')과 함께 상방으로 또는 하방으로 이동시키는 것에 의해 이루어진다.
이 실시예는 편파 요소 자신과 이를 둘러싸는 도파관 사이에 어떤 접촉 문제도 발생하지 않는다는 장점이 있다. 도파관 연결 지점에서의 접촉은 간단한 초크 장치에 의해 유지될 수 있다. 당연히, 두 개의 편파 요소들(23, 23')이 도 4의 편파 요소(20')로 교체될 수 있고, 이에 따라 두 개의 개별 요소들 대신 단일 요소가 사용될 수 있다.
도 7에는 다른 실시예가 종축선이 도면의 우측에서 좌측으로 이어지는 단면도로 도시되어 있다. 두 개의 중앙 도파관들(12, 12')이 도시되어 있고, 근단부 도파관들(14', 14", 16', 16") 및 말단부 도파관들(14, 16)도 도시되어 있다. 편파 요소들(23, 23') 역시 도시되어 있고, 지시된 회전축선(점, 평면 밖으로 연장하는 축선)을 중심으로 하는 회전에 의해 도파관(12)이 도파관(12')의 위치로 이동되고, 이에 따라 도파관들(16', 14')이 각각 도파관들(14, 16)에 연결된다.
당연히, 제1 도파관과 제2 도파관은, 중앙 도파관(12, 12')와 직교하는 방향 이외의 방향, 예컨대 도파관과 평행한 방향 또는 임의의 다른 방향으로 연장될 수 있다. 이 도파관들은 편파 요소에 의해 획정되는 평면에 대해 대칭이거나 혹은 대칭이 아닐 수 있다.
도파관들은 정방형/장방형으로 도시되어 있지만, 원형, 타원형 등과 같은 다른 형상들 역시 사용될 수 있다.
도 6에는 각기 다른 형상의 편파 요소들(20, 20', 23, 23')이 도시되어 있다. 이 기능을 충족시키는 편파 요소의 주된 형상은 바람직하게는 대체로 삼각형이다. 그러나, 이하의 설명에서 명백한 것처럼, 이러한 형상은 조정이 가능하다.
예시(A)에서는, 편파 요소(20)가 종방향 사이드(22)와, 후측 사이드(24)와 직선형인 제3 사이드(26)를 갖는 단순 삼각형이다.
예시(B)에서는, 제3 사이드(26)가 직선이 아닌 계단 형상이다. 또한, 제3 사이드는 대체로 좌측에서부터 우측으로 가면서 종방향 사이드에 접근한다.
예시(C)에서는, 계단 형상의 제3 사이드(26)가 도시되어 있는데, 도시된 편파 요소의 제3 사이드는 국부 최대부(local maximum)(26'), 즉 좌측에서부터 우측으로 가면서 종방향 사이드(도면에서는 수직)와 제3 사이드 간의 거리가 국부적으로 증가하는 부분을 구비한다.
예시(D)에서는, 제3 사이드가 매끄러운 비직선 형상을 갖는다. 역시, 국부 최대부(26')가 도시되어 있고, 편파 요소의 작동은 유지된다.
예시(E)에서는, 제3 사이드가 역시 계단 형상이지만, 긴 "최상부(26")"가 도시되어 있다. 주된 기능이 - 여기서는 계단 형상부로 도시되어 있는 - 높이 감소부의 기능이기 때문에 이 부분(26")은 편파 요소(20)의 작동과 상관없다.
이 예시를 도 3과 비교하면, "최상부(26")"가 편파 요소의 나머지 부분과 함께 회전되거나 혹은 도 3에 도시된 것처럼 주 도파관(12)에 대해 고정된 채 유지될 수 있음을 알 수 있다. 편파 효과는 편파 요소(20)의 경사부에 의해 결정되고, 편파 요소의 임의의 연장 또는 후속하는 (도파관에서의 신호 진행 방향으로의) 도파관(12)의 분할은 이와 관련해서는 전혀 또는 거의 중요하지 않다.
마지막으로, 예시(F)에서는, 종축선을 따라 이어지지만 종축선 위의 단면의 면적을 증가시키는 세장형 요소(26'")가 도시되어 있다. 이러한 종류의 편파 요소의 장점들을 미국 특허 US43395685호에서 알 수 있는데, 여기서는 이러한 종류에 속하는 다른 형상들도 도시 및 설명하고 있다. 종축선 아래의 제1 영역은 대체로 삼각형이고, (바닥에서부터 부분(26'") 아래의 허리까지의) 제2 부분의 일부를 구비한 제1 영역이라는 것을 알 수 있다.
도 8에는 중앙 도파관(12)으로 들어가는 종축선을 따라 도시한 또 다른 실시예가 도시되어 있는데, 편파 요소(23)는 중앙 도파관에 위치되어 있고, 중앙 도파관 내에 제1 도파관(14)과 제2 도파관(16)이 연통되어 있다. 제1 도파관과 제2 도파관이 채널(12)의 후측에서 개방되어 있음을 알 수 있다.
채널들(14', 16')로 된 두 개의 추가 세트들이 도시되어 있다. 이들은 편파 요소(23)가 도시된 위치에 있을 때에는 막혀있지만, 편파 요소가 90도 회전되면 중앙 채널(12)을 향해 개방된다.
180도 회전시키면 예컨대 도 3과 관련하여 설명한 것과 같지만, 90도 회전되면 두 개의 서로 다른 채널들(14', 16')이 개방되고 그 후 이들은 연결될 수 있다.

Claims (13)

  1. 적어도 한 개의 중앙 도파관 및 중앙 도파관과 연통되는 제1 도파관과 제2 도파관을 포함하며,
    - 제1 도파관과 제2 도파관이 중앙 도파관들 중 한 개와 연통되고, 제1 도파관과 제2 도파관은 상기 한 개의 중앙 도파관을 통해 연장되고 그 중앙 도파관의 종축선을 포함하는 평면의 각기 다른 사이드들에서 상기 한 개의 중앙 도파관과 연통되며,
    - 각각의 중앙 도파관이 개구를 구비하고 상기 평면에서 그리고 중축선을 따라 연장되는 편파 요소를 안에 포함하고, 상기 편파 요소는, 평면 상에 투영될 때, 종축선의 일측 사이드에 있는 제1 영역과 종속선의 다른, 반대측 사이드에 있으며 제1 영역보다 작은 제2 영역을 구비하는 도전성 요소인, 편파기로서,
    상기 편파기가 두 개의 상태들 사이에서 변경되도록 구성되되,
    - 제1 상태에서는, 제1 도파관과 제2 도파관이 연통되는 실제 중앙 도파관의 편파 요소가, 제1 영역이 상기 실제 도파관의 종축선의 제1 사이드에 있는 평면의 제1 부분에 위치된 채로, 평면에서 연장되며, 그리고
    - 제2 상태에서는, 제1 도파관과 제2 도파관이 연통되는 실제 중앙 도파관의 편파 요소가, 제1 영역이 상기 실제 도파관의 종축선의, 제1 부분의 반대측에 있는, 제2 사이드에 있는 평면의 제2 부분에 위치된 채로, 평면에서 연장되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 편파기.
  2. 제1항에 있어서,
    편파 요소가, 관련된(pertaining) 중앙 도파관의 제1 사이드와 적어도 실질적으로 평행하게 연장되는 종방향 사이드와, 관련된 중앙 도파관의 제1 사이드로부터 반대쪽의 제2 사이드까지 적어도 실질적으로 연장되는 후측 사이드와, 제3 사이드를 갖는 대략 삼각형 형상이고, 종방향 사이드와 제3 사이드가 교차하는 부분에 위치된 편파 요소의 제1 부분이 편파 요소의 후측 사이드보다 더 관련된 중앙 도파관의 개구와 가까우며,
    - 제1 상태에서는, 실제 중앙 도파관의 편파 요소가, 종방향 사이드가 평면의 제1 부분에서 연장되는 상태로, 상기 평면에서 연장되며, 그리고
    - 제2 상태에서는, 실제 중앙 도파관의 편파 요소가, 종방향 사이드가 평면의 제2 부분에서 연장되는 상태로, 상기 평면에서 연장되는 것을 특징으로 하는 편파기.
  3. 제2항에 있어서,
    편파 요소의 제3 사이드가, 평면 상에 투영될 때, 계단 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 편파기.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    단 한 개의 중앙 도파관을 포함하는 것을 특징으로 하는 편파기.
  5. 제4항에 있어서,
    편파 요소가 중앙 도파관 내에 회전 가능하게 구비되는 것을 특징으로 하는 편파기.
  6. 제4항에 있어서,
    편파 요소는 중앙 도파관에 고정되고, 중앙 도파관이 제1 도파관 및 제2 도파관에 대해 회전되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 편파기.
  7. 제4항에 있어서,
    편파 요소가 제1 부분과 제2 부분을 구비하고, 제1 부분과 제2 부분은 각각, 평면 상에 투영될 때, 종축선의 일측 사이드에 있는 제1 영역과 종축선의 다른 반대측 사이드에 있으면서 제1 영역보다 작은 제2 영역을 구비하는 도전성 요소이며,
    제1 부분과 제2 부분 둘 다의 제1 영역들이 제1 부분과 제2 부분의 제2 영역들 사이에 구비되거나, 혹은 제2 영역들이 제1 부분과 제2 부분의 제1 영역들 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 편파기.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 두 개의 중앙 도파관들을 포함하며, 각각의 도파관은 제1 도파관과 제2 도파관이 관련된 중앙 도파관과 연통되는 작동 위치로부터 제1 도파관과 제2 도파관이 상기 중앙 도파관과 연통되지 않는 비작동 위치까지 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 편파기.
  9. 제1항에 따른 편파기를 작동시키는 방법으로,
    I. 편파기를 제1 상태에서 작동시키는 단계,
    II. 편파기를 제2 상태로 변환시키는 단계, 및
    III. 편파기를 제2 상태에서 작동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    편파기가 단 한 개의 중앙 도파관을 구비하며,
    단계(II)가 편파 요소를 도파관 내에서 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    편파 요소가 중앙 도파관에 고정되며,
    단계(II)가 중앙 도파관을 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    편파 요소가 제1 부분과 제2 부분을 구비하며, 제1 부분과 제2 부분 각각이, 평면 상에 투영될 때, 중앙 도파관의 제1 사이드와 실질적으로 평행하게 연장되는 종방향 사이드와, 하측 사이드와, 제3 사이드를 갖는 대략 삼각형 형상의 도전성 요소이며,
    평면 상에 투영될 때, 제1 부분과 제2 부분 둘 다의 제3 사이드들이 제1 부분과 제2 부분의 종방향 사이드들 사이에 구비되거나 혹은 제1 부분과 제2 부분의 제3 사이드들 중 어느 것도 제1 부분과 제2 부분의 종방향 사이드들 사이에 구비되지 않으며,
    단계(II)가 제1 부분을 중앙 도파관의 외부로 그리고 제2 부분은 중앙 도파관의 내부로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    편파기가 적어도 두 개의 중앙 도파관들을 구비하며,
    단계(II)가, 중앙 도파관들 중 제1 중앙 도파관으로서 제1 도파관과 제2 도파관이 제1 중앙 도파관과 연통하는 작동 위치에 위치되는 제1 중앙 도파관을 제2 중앙 도파관으로 교체하고, 이에 따라 제2 중앙 도파관이 제1 도파관과 제2 도파관이 제2 중앙 도파관과 통하는 작동 위치에 위치되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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