KR20170063277A - 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나 - Google Patents

Abstract

백플레이트, 웨이브가이드, 브라켓 및 레이돔을 포함하는 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나가 개시된다. 본 발명의 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나는 수평방향으로 연장되며 전파를 반사하는 반사판, 반사판의 상측 및 하측과 결합하되, 반사된 전파 또는 웨이브가이드에서 방사된 전파를 이송하는 플레이트, 웨이브가이드를 수용할 수 있는 암각요철이 형성되며, 일정 간격으로 배치되어 반사판과 플레이트와 결합하는 편파필터를 포함하는 백플레이트, 전파를 방사하는 복수 개의 슬롯을 포함하되, 편파필터의 암각요철에 수용되는 웨이브가이드, 웨이브가이드를 고정하기 위해 백플레이트의 편파필터와 결합되는 브라켓 및 안테나에 대한 방수를 위해 플레이트와 결합되는 레이돔을 포함한다. 본 발명에 따르면, 안테나를 소형화 및 경량화할 수 있고, 수직편파를 억제할 수 있어 레이더의 표적 탐지오류를 줄일 수 있다.

Description

웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나{Waveguide Slot Array Antenna}

본 발명은 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 안테나를 소형화 및 경량화할 수 있고, 수직편파를 억제할 수 있는 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나에 관한 것이다.

선박용 레이더 등의 레이더 장치에서는 비교적 간단히 선명한 수평 지향특성이 얻어지는 도파관(waveguide)에 의한 슬롯 어레이 안테나가 많이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 슬롯 어레이 안테나의 일례로서, 안테나 전체가 레이돔(radome)에 수납된 오픈형 슬롯 어레이 안테나의 단면도를 도시한 것이다. 도 1에 있어서 표시되는 도파관(11)은, 표준 치수 도파관에 어레이(array)를 구성하는 복수의 교대 경사 슬롯(도시하지 않음)을 갖고 있다. 도파관 홀더(12b)는 슬롯 도파관(11)을 끼워 고정하는 동시에 정합부(10)를 형성하여, 플레어(flare)(12a) 공간과의 정합을 하는 동시에 수평 편파 모드(level polarization mode)의 안정화를 실행한다.

교차 편파 억압용 스크린(13)은, 경사 슬롯에 의해 일부 남은 수직편파성분을 제거하는 것으로, 파장에 대하여 충분히 좁은 수직의 격자이다. 본 예에서는, 금속판에 다수의 슬릿을 설치한 것으로 절곡하고, 도파관 홀더(12b)에 나사 또는 리벳으로 고정하고 있다. 또한, 스크린은 그 자체가 생략되는 경우 복사부 내측에 설치될 경우가 있으며, 이때 판금으로 절곡 가공된 도파관 홀더(12b)로 슬롯 도파관을 유지하고, 또 정합부(10)를 구성하는 동시에, 플레어(12a)를 형성하여 수직면의 지향성을 제한하고 있다.

이와 같은 통상적인 레이더 안테나가 가지는 문제점은 플레어의 수평방향의 길이가 길어 안테나 전체의 크기가 크고 무게가 무거운 문제점이 있다. 또한, 필요한 빔 넓이를 제공하기 위하여, 수직방향으로 놓여있는 개구부의 크기가 커서, 높은 바람에 대한 저항을 제공한다는 것이다. 공기역학적으로 매우 불리한 구조이기 때문에 안테나는 레이더 안테나의 정확한 회전을 제공하도록 크고 강력한 모터로 구동되는 마운팅에 강력하게 고정되어야 한다. 이로써, 그 회전은 바람의 속도와 방향의 영향을 최소로 받는다. 따라서 레이더 안테나의 수직 차원을 감소하는 것이 절실히 요구되고 있다.

한편, 슬롯 어레이 안테나는 슬롯 간의 간격과 슬롯의 각도 및 길이 등의 물리적 구조에 따라 안테나 이득, 빔폭, 부엽의 크기 등의 복사 특성이 결정된다. 특히 슬롯 어레이 안테나에서 생성되는 부엽의 크기는 슬롯 간의 간격과 각 슬롯으로부터 복사되는 에너지의 크기 분포에 의해 결정된다. 이러한 부엽은 비단 슬롯 어레이 안테나에만 나타나는 특성이 아닌 일반적인 안테나 특성이다.

슬롯 어레이 안테나의 슬롯들이 기울어져 형성되는 경우 슬롯에서 형성되는 전계가 슬롯의 수평방향(x-방향) 성분과 수직방향(y-방향) 성분을 모두 갖는 방향으로 형성된다. 또한, 슬롯의 기울어진 정도에 따라 수직방향 성분의 크기가 달라진다. 이에 모든 슬롯에서 각각 반복적으로 나타나는 비규칙적인 요소 즉, 슬롯마다 크기가 다른 전계의 수직방향 성분에 의해서 부엽이 형성되게 된다.

이러한 부엽은 슬롯 어레이 안테나의 복사효율을 저감시키는 요인이 되며, 슬롯 어레이 안테나를 적용한 레이더 시스템에서 이와 같은 부엽을 통한 방해전파로부터 시스템을 보호하기 어렵게 한다. 그리고 레이더의 반향 신호가 주엽뿐만 아니라, 이 부엽을 통해 수신되는 불요 표적 신호를 발생하게 된다. 따라서 이와 같은 부엽을 일정 크기 이하로 억제하는 것이 필요하다.

대한민국 등록특허공보 제10-1164842호(2012.07.11.공고)

본 발명의 목적은 상술한 문제를 해결하기 위한 것으로 크기를 소형화하고 무게를 경량화할 수 있는 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 기울어진 슬롯에서 복사되는 수직방향 성분의 방사를 억제할 수 있는 구조를 갖는 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나를 제공함에 있다.

본 발명에 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나는, 백플레이트, 웨이브가이드, 브라켓 및 레이돔을 포함하며, 상기 백플레이트는, 수평방향으로 연장되며 전파를 반사하는 반사판; 상기 반사판의 상측 및 하측과 결합하되, 상기 반사된 전파 또는 상기 웨이브가이드에서 방사된 전파를 이송하는 플레이트; 상기 웨이브가이드를 수용할 수 있는 암각요철이 형성되며, 일정 간격으로 배치되어 상기 반사판과 상기 플레이트와 결합하는 편파필터; 를 포함하고, 상기 웨이브가이드는, 전파를 방사하는 복수 개의 슬롯을 포함하되, 상기 편파필터의 암각요철에 수용되며, 상기 브라켓은, 상기 웨이브가이드를 고정하기 위해 상기 백플레이트의 편파필터와 결합되고, 상기 레이돔은, 안테나에 대한 방수를 위해 상기 플레이트와 결합되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 웨이브가이드는, 복수 개의 슬롯이 상기 반사판과 마주보도록 편파필터의 암각요철에 수용되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 편파필터의 일정 간격은 파장의 1/2 미만인 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 편파필터의 일정 간격은 파장의 1/5 이상인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 웨이브가이드는, 상기 편파필터의 암각요철에 슬롯 이외의 부분이 수용되도록 결합되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 플레이트는, 계단형 형상으로 확장되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나에 따르면 안테나의 크기를 소형화하고 무게를 경량화함으로써 바람의 영향을 줄일 수 있어 크고 강력한 모터를 대체할 수 있어 비용과 전력을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 고각 방사특성을 좋게 하기 위하여 안테나 높이를 조절할 수 있으며, 개구부 폭 양 끝단의 방사 분포를 작게 하고 가운데 부분의 방사 분포를 크게 할 수 있어 바람직한 방사분포를 맞출 수 있는 효과가 있다.

또한, 기울어진 슬롯에서 복사되는 수직방향 성분의 방사를 억제함으로써, 수직방향 성분에 따라 발생하는 부엽을 최소화하여 레이더 표적 탐지오류 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 슬롯 어레이 안테나의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 분해 정면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 백플레이트 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 백플레이트 분해도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 백플레이트 우면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 웨이브가이드 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 웨이브가이드 정면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 웨이브가이드 우측면도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 웨이브가이드 평면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 브라켓 사시도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 브라켓 정면도이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 브라켓 우측면도이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 브라켓 평면도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 브라켓 좌측면도이다.
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 레이돔 사시도이다.
도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯으로부터 방사된 전파를 예시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면 번호를 부여하고 이에 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 종래기술에 따른 슬롯 어레이 안테나의 단면도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 사시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 측면도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 분해 사시도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 분해 측면도, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 백플레이트 사시도, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 백플레이트 분해도, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 백플레이트 정면도, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 웨이브가이드 사시도, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 웨이브가이드 정면도, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 웨이브가이드 측면도, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 웨이브가이드 평면도, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 브라켓 사시도, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 브라켓 정면도, 도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 브라켓 우측면도, 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 브라켓 평면도, 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 브라켓 좌측면도, 도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나의 구성요소인 레이돔 사시도, 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이브가이드 슬롯으로부터 방사된 전파를 예시한 도면이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나는, 백플레이트(100), 웨이브가이드(200), 브라켓(300) 및 레이돔(400)을 포함한다.

도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 백플레이트(100)는, 반사판(110), 플레이트(120) 및 편파필터(130)를 포함한다.

반사판(110)은 웨이브가이드(200)에서 방사된 전파를 반사시킨다.

플레이트(120)는 반사판(110)의 상측면 및 하측면과 결합하여, 반사판(110)에 의해 반사된 전파와 웨이브가이드(200)에서 직접 방사된 전파를 안테나의 개구부 방향으로 이송한다.

바람직하게는 플레이트(120)는 평면형상 또는 계단형상으로 안테나의 개구부를 향해 확장된다. 즉, 플레이트(120)와 반사판(110)이 결합되는 높이(반사판(110)의 수직 길이)보다 플레이트(120)와 레이돔(400)이 결합되는 높이(레이돔(400)의 수직 길이, 안테나의 높이)를 길게 하기 위하여 평면형상으로 확장되거나 계단형상으로 확장되도록 한다.

따라서, 안테나의 높이를 조절하여 원하는 고각 방사특성을 얻을 수 있는 효과가 있다.

편파필터(130)는 웨이브가이드(200)를 수용하기 위한 암각요철이 형성된다. 또한 편파필터(130)는 일정 간격으로 배치되어 반사판(110) 및 플레이트(120)와 결합한다. 이 때, 편파필터(130)가 배치되는 일정 간격은 현재 주파수 파장 길이의 1/2 미만으로 하는 것이 바람직하다. 편파필터(130)가 배치되는 일정 간격이 1/2 이상으로 커지면 고차 모드에 의한 수직편파 성분이 방사되는 문제가 발생하므로 주파수 파장 길이의 1/2 미만으로 한다.

예를 들어, 주파수가 9.2GHz ~ 9.5GHz인 경우, 파장의 길이가 약 32mm이므로 편파필터(130)의 일정 간격은 반 파장보다 짧은 16mm 이하로 배치하는 것이 바람직하다.

이와 같이 파장의 1/2 미만의 간격으로 편파필터(130)를 배치함으로써 수직편파 성분을 억제하고 이에 따라 부엽(side lobe)의 발생을 최소화하여 레이더 표적 탐지오류가 발생하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

더욱 바람직하게는 편파필터(130)가 배치되는 일정 간격을 현재 주파수 파장 길이의 1/5 이상으로 한다. 편파필터(130)가 배치되는 일정 간격이 너무 좁으면 슬롯을 기울이는 정도가 제한될 수 있고, 방사효율이 떨어질 수 있기 때문이다.

도 9 내지 도 12을 참조하면, 웨이브가이드(200)는 전파를 방사하는 복수 개의 슬롯을 포함하며, 편파필터(130)의 암각요철에 수용되어 백플레이트(100)와 결합된다. 웨이브가이드(200)는 구형 웨이브가이드(rectangular waveguide) 구조인 것이 바람직하며, 동일한 간격으로 다양한 각도 및 길이를 갖는 복수 개의 슬롯이 형성될 수 있다.

바람직하게는, 웨이브가이드(200)의 복수 개의 슬롯이 반사판(110)과 마주보도록 편파필터(130)의 암각요철에 수용된다. 또한, 웨이브가이드(200) 슬롯이 위치한 부분 이외의 부분이 편파필터(130)의 암각요철에 수용될 수 있도록 결합된다.

도 19를 참조하면, 웨이브가이드(200) 복수 개의 슬롯이 안테나의 개구부를 향하지 않고 반사판(110)을 마주보도록 결합됨으로써, 웨이브가이드(200)에서 방사된 전파가 반사판(110)에서 반사되어 플레이트를 따라 개구부로 이송된다. 또한 웨이브가드에서 직접 방사된 전파가 플레이트(120)를 따라 개구부로 이송된다. 이와 같은 구조에 따라 본 발명의 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나는 종래 혼 형상의 플레어보다 짧은 길이로도 방사 특성을 충분히 좋게 할 수 있어, 안테나를 소형화하고 무게를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 13 내지 도 17을 참조하면, 브라켓(300)은 웨이브가이드(200)를 고정하기 위해 백플레이트(100)의 편파필터(130)와 결합된다.

도 18을 참조하면, 레이돔(400)(radome)은 플레이트(120)와 결합하여 전체 안테나를 방수한다. 레이돔(400)은 방수처리가 된 유전체를 사용하고, 플레이트(120)와 레이돔(400) 사이에 에폭시 본드를 이용하여 접착시키는 것이 바람직하다. 또한, 일정 간격으로 백플레이트(100)에 탭을 만들어 나사를 조여줄 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

100 : 백플레이트 110 : 반사판
120 : 플레이트 130 : 편파필터
200 : 웨이브가이드 210 : 웨이브가이드 슬롯
300 : 브라켓 400 : 레이돔

Claims (6)

1. 백플레이트, 웨이브가이드, 브라켓 및 레이돔을 포함하는 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나에 있어서,
   상기 백플레이트는,
   수평방향으로 연장되며 전파를 반사하는 반사판;
   상기 반사판의 상측 및 하측과 결합하되, 상기 반사된 전파 또는 상기 웨이브가이드에서 방사된 전파를 이송하는 플레이트;
   상기 웨이브가이드를 수용할 수 있는 암각요철이 형성되며, 일정 간격으로 배치되어 상기 반사판과 상기 플레이트와 결합하는 편파필터; 를 포함하고,
   상기 웨이브가이드는,
   전파를 방사하는 복수 개의 슬롯을 포함하되, 상기 편파필터의 암각요철에 수용되며,
   상기 브라켓은,
   상기 웨이브가이드를 고정하기 위해 상기 백플레이트의 편파필터와 결합되고,
   상기 레이돔은,
   안테나에 대한 방수를 위해 상기 플레이트와 결합되는 것을 특징으로 하는 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 웨이브가이드는,
   복수 개의 슬롯이 상기 반사판과 마주보도록 편파필터의 암각요철에 수용되는 것을 특징으로 하는 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 편파필터의 일정 간격은 파장의 1/2 미만인 것을 특징으로 하는 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 편파필터의 일정간격은 파장의 1/5 이상인 것을 특징으로 하는 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 웨이브가이드는,
   상기 편파필터의 암각요철에 슬롯 이외의 부분이 수용되도록 결합되는 것을 특징으로 하는 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나.
   
6. 제2항에 있어서,
   상기 플레이트는,
   평면형 또는 계단형으로 확장되는 것을 특징으로 하는 웨이브가이드 슬롯 어레이 안테나.

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