KR20190068321A - 다양한 주파수 대역에 활용 가능한 혼 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 주파수 대역에 활용 가능한 혼 안테나에 관한 것으로, 주파수 대역의 범위에 따라 크기를 다르게 적용하는 도파관과, 상기 도파관과 연결되고, 직사각형의 단면을 갖도록 4개의 플레이트를 결합하여 이루어지며 개구된 방향으로 점차 단면이 넓어지는 형상을 갖는 혼과, 상기 도파관의 일면 외부에 부착되어 신호를 송신 및 수신하기 위한 급전부를 포함하며, 상기 플레이트의 양측 가장자리에는 요철 형상의 결합부가 형성되어, 서로 인접한 결합부끼리의 요철을 끼움으로써, 구조가 간단하고 제작이 용이해서 저비용으로 간단한 제작이 가능하고, 안테나의 성능을 유지 또는 개선하면서 안테나를 소형화 및 경량화할 수 있다.

Description

다양한 주파수 대역에 활용 가능한 혼 안테나{AVAILABLE HORN ANTENNA IN VARIOUS FREQUENCY}

본 발명은 다양한 주파수 대역에 활용 가능한 혼 안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조가 간단하고 제작이 용이해서 저비용으로 간단한 제작이 가능하고, 안테나의 성능을 유지 또는 개선하면서 안테나를 소형화 및 경량화할 수 있도록 하는 혼 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 혼 안테나(horn antenna)는 도파관(가운데가 비어 있는 관형의 도체)의 선단을 나팔 모양으로 하여 공간으로 전파가 방사될 수 있도록 만든 일종의 개구면 안테나로서, 그 형상에 따라 원뿔형으로 형성된 추형 혼 안테나(Conic horn antenna), 혼의 마주보는 2변이 평행이고 다른 2변이 확산되는 선형 혼 안테나(sectoral horn antenna), 혼의 측면이 피라미드와 같은 원뿔형을 이룬 피라미드형 혼 안테나(pyramidal horn antenna), 큰 이득이나 낮은 지향성을 얻기 위한 것으로서 혼 리플렉터 안테나(horn reflector antenna) 등이 있다.

이와 같은 혼 안테나는 광학의 원리와, 메가폰이 음파를 집중시키는 원리를 이용하여 지향성을 향상시킨 안테나로서, 도파관의 선단을 나팔모양의 혼으로 형성하고, 도파관의 양측을 개방한 다음, 도파관의 한쪽을 진동시켜 전자파가 도파관을 통해 이동하여 공중으로 방사되도록 한다.

이러한 혼 안테나는 전자파의 전달이 가능하도록 금속으로 제작되며, 신호를 정확한 비율로 배분하기 위해 정밀한 금속가공을 적용해야 하는데, 그로 인해 공정이 복잡할 뿐만 아니라, 공정의 제작 오차에 따라 성능이 크게 변화하는 문제가 있었다.

한국공개특허 10-2010-0049955호(2010.05.13)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 구조가 간단하여 제작공정이 단순하여 용이하므로 공정의 제작 오차의 발생을 줄이고, 저비용으로 제작이 가능한 혼 안테나를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에서는 주파수 대역의 범위에 따라 크기를 다르게 적용하는 도파관과, 상기 도파관과 연결되고, 직사각형의 단면을 갖도록 4개의 플레이트를 결합하여 이루어지며 개구된 방향으로 점차 단면이 넓어지는 형상을 갖는 혼을 포함하며, 상기 플레이트의 양측 가장자리에는 요철 형상의 결합부가 형성되어, 서로 인접한 결합부끼리의 요철을 끼움으로써, 상기 혼의 조립이 가능한 것을 특징으로 하는 혼 안테나가 제공된다.

상기 플레이트는 4개 모두 사다리꼴 형태를 갖으며, 상기 도파관에서 혼의 개구부까지 일정한 비율로 확장될 수 있다.

여기서, 서로 인접하게 조립되는 상기 플레이트의 결합부는 요철을 형성함에 있어서, 요(凹)부와 철(凸)부가 서로 교차하여 형성됨으로써, 인접한 결합부의 요철을 끼우면 조립이 가능하고, 상기 철(凸)부의 돌출된 면이 인접한 플레이트의 외면과 동일한 평면을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 도파관 또는 상기 혼은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 도파관과 혼의 연결부위는 레이저 용접에 의해 연결될 수 있고, 서로 인접한 결합부끼리의 요철을 끼워 조립한 후 레이저 용접에 의해 각각의 요철을 연결하여 혼을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 혼 안테나는 상기 도파관의 일면 외부에 부착되어 신호를 송신 및 수신하기 위한 급전부를 더 포함할 수 있다.

이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 혼 안테나의 모서리 부분을 요철구조로 형성하여 조립이 가능하도록 구성함으로써, 구조가 간단하여 제작공정이 단순하고 용이하므로 공정의 제작 오차의 발생을 줄이고, 저비용으로 혼 안테나의 제작이 가능한 효과가 있다.

또한, 안테나의 성능을 유지 또는 개선하면서 안테나를 소형화 및 경량화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 혼 안테나를 도시한 전체 사시도이다.
도 2는 도 1의 혼 안테나를 도시한 정면도이다.
도 3은 도 1의 혼 안테나를 도시한 측면도이다.
도 4는 도 1의 혼 안테나를 도시한 저면도이다.
도 5는 본 발명의 혼 안테나를 제조하는 방법을 설명하기 위한 것으로서, 혼의 제1 플레이트와 제2 플레이트를 분해하여 도시한 부분 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼 안테나를 도시한 정면도이다.
도 7은 도 6의 혼 안테나를 도시한 측면도이다.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼 안테나를 도시한 전체 사시도이고, 도 2는 도 1의 혼 안테나를 도시한 정면도이고, 도 3은 도 1의 혼 안테나를 도시한 측면도이고, 도 4는 도 1의 혼 안테나를 도시한 저면도이다.

본 실시예에 따른 혼 안테나는 도파관(10) 및 상기 도파관(10)과 연결되는 혼(20)을 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에서, 도파관(10) 및/또는 혼(20)은 알루미늄 재질로 이루어질 수 있으며, 도파관(10)은 종단면 및 횡단면의 모양이 사각형으로 마련되고, 가로의 길이가 세로의 길이보다 작게 설계된다. 다만, 도파관(10)은 직육면체 형상의 도파관(10)으로 설정하였지만, 본 발명이 이에 한정하지 않고, 주파수의 대역에 따라 크기가 달라질 수 있다.

예컨대, 1 ~ 8㎓ 범위 내에서 주파수 대역을 1.12 ~ 1.80㎓, 1.80 ~ 2.60㎓, 2.60 ~ 3.95㎓, 3.95 ~ 5.85㎓, 5.85 ~ 8.20㎓의 5개 영역으로 구분할 때, 각 주파수 범위에 따라 도파관(10)의 크기를 다르게 적용하여 제조할 수 있는 것이다(도 6 및 도 7 참조).

또한, 상기 주파수 대역에 대하여 실시예를 제시하였으나, 본 발명은 상기 주파수 대역에 한정하지 않고 다양한 주파수 대역에 대하여 실시할 수 있다.

본 실시예에서는 기본적으로 도파관(10)의 크기는 상위주파수에 해당하는 도파관 모델을 이용하였지만, 출력 폭은 상위주파수의 중간주파수로 설정할 수 있으며, 출력 폭을 제외한 나머지 물리적 크기는 표준 도파관의 내부 폭과 높이(도 6의 L5) 그리고 두께를 사용하여 도파관(10)의 길이는 차단 파장(cut-off wavelength)의 길이로 할 수 있다. 도파관(10)은 82.55㎜, 22.15㎜ 등의 내부 폭이나 47.55㎜ 등의 내부 길이를 구비할 수 있다.

상기 도파관(10)의 일면 외부에는 신호를 송신 및 수신하기 위한 급전부(도 6 및 도 7의 참조부호 40 참조)가 설치되고, 상면에는 커버(30)가 설치될 수 있다.

그리고, 상기 혼(20)은 상기의 설계된 도파관(10)에 따라서 설계될 수 있다. 상기 혼(20)은 일단이 상기 도파관(10)과 연결되는데, 상기 도파관(10)과 혼(20)의 연결부위는 레이저 용접에 의해 연결될 수 있다. 용접부(12)와 연결되는 도파관(10)의 하단부 외표면은 경사진 형태 또는 경사부(14)로 형성될 수 있다.

또한, 상기 혼(20)은 직사각형의 횡단면을 갖도록 4개의 플레이트(22)(24)를 결합하여 이루어지는 것으로, 타단에 개구부(21)가 형성되어 개구된 방향으로 점차 단면이 넓어지는 혼(horn) 형상으로 구성되어, 도파관(10)에서 전송되는 전자기파를 외부의 소정방향으로 송출되거나, 외부에서 전송되는 전자기파가 유입되어 상기 도파관으로 진입하는 경로 역할을 수행할 수 있다.

송출되거나 유입되기 위해 도파관(10)을 따라 진행하는 전자기파는 상기 혼(20)을 통과하면서 여러 방향으로 산란될 수 있다. 따라서, 혼(20)의 개구부(21)를 목표로 하는 송출 방향을 향해 설치하더라도, 혼(20)을 통과한 전자기파는 여러 방향으로 진행될 수 있고, 일부의 전자기파만이 원하는 송출방향의 수신자에게 도달할 수 있다. 여기서, 목표로 하는 방향으로 전자기파를 전송할 수 있는 정도를 안테나 이득(antenna gain)으로 볼 수 있다.

이와 같은 본 실시예의 혼(20)에서는, 도 2 내지 도 4에서 보는 바와 같이, 4개의 플레이트들(22)(24) 모두가 사다리꼴 형태를 갖도록 형성된다. 따라서, 상기 도파관(10)에서 혼(20)의 개구부(21)까지 일정한 비율로 확장되는 혼(horn) 형상으로 만들어질 수 있다. 여기서, 두 쌍의 플레이트들(22)(24)은 4곳의 모서리 경계부들에서 서로 끼워맞춰지는 결합부들(22a)(24a)에 의해 혼 형태로 조립될 수 있다.

커버(30)는 도파관(10) 상단부에 밀착 고정될 수 있다. 도파관(10)에 커버(30)를 설치하기 위해 커버(30)의 가장자리를 관통하는 다수의 체결수단(32)이 도파관(10) 상단부의 홀에 결합할 수 있다. 체결수단(32)은 나사나 못을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

도 5는 본 발명의 혼 안테나를 제조하는 방법을 설명하기 위한 것으로서, 혼의 제1 플레이트와 제2 플레이트를 분해하여 도시한 분해사시도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 혼 안테나는 두 개의 서로 다른 사이즈의 플레이트들(22)(24)의 양측 가장자리에 요철 형상의 결합부(22a)(24a)가 형성되어, 서로 인접한 결합부(22a)(24a)끼리의 요철을 끼움으로써, 상기 혼(20)의 조립이 가능한 것을 특징으로 한다.

여기서, 서로 인접하게 조립되는 상기 플레이트의 결합부(22a)(24a)는 요철을 형성함에 있어서, 요(凹)부와 철(凸)부가 서로 교차하여 형성됨으로써, 인접한 결합부들(22a)(24a)의 요철을 끼우면 조립이 가능한 것이다.

예를 들어, 제1 플레이트(22)의 결합부(22a)와 제2 플레이트(24)의 결합부(24a)를 살펴보면, 제1 플레이트(22)에서 요(凹)부가 형성되는 위치와 맞물리는 제2 플레이트(24)의 결합부(24a)는 철(凸)부가 형성됨으로써, 인접한 결합부(22a)(24a)의 요철을 끼우면 상기 혼(20)의 조립이 가능하며, 이와 같이 혼(20)의 제작공정이 단순하여 용이하므로 공정의 제작 오차의 발생을 줄일 수 있고, 저비용으로 제작이 가능한 혼 안테나를 제공할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명에서는 상기 플레이트의 결합부(22a)(24a)의 요철을 형성함에 있어서, 상기 철(凸)부의 돌출된 면이 인접한 플레이트의 외면과 동일한 평면을 이루도록 형성될 수 있다.

즉, 제1 플레이트(22)의 결합부(22a)와 제2 플레이트(24)의 결합부(24a)에 형성된 요철을 끼우게 되면, 상기 제1 플레이트(22)의 철(凸)부의 돌출된 면이 제2 플레이트(24)의 외면과 동일한 평면을 이루도록 형성되고, 제2 플레이트(24)의 철(凸)부의 돌출된 면이 제1 플레이트(22)의 외면과 동일한 평면을 이루도록 형성되어 상기 요철의 결합된 면이 한 개의 면으로 연결되어 매끈하게 형성될 수 있는 것이다.

따라서, 요철을 이용하여 4개의 플레이트를 조립하여 제작공정을 단순화하면서도 요철로 인한 결합부가 울퉁불퉁하게 돌출되지 않고 매끈하게 형성될 수 있으므로, 제작된 혼(20)의 완성도를 높일 수 있다.

이와 같이, 요철을 이용하여 조립완성된 혼(20)은 서로 인접한 결합부(22a)(24a)의 요철을 끼워 조립한 연결부위를 레이저 용접에 의해 연결하여 혼(20)을 제조할 수 있다.

이때, 본 발명에서는 상기 결합부(22a)(24a)의 요철이 울퉁불퉁하게 이루어지지 않고, 한 개의 면으로 연결되어 매끈하게 형성되므로, 용접이 용이하며 제작공정의 오차의 발생을 줄이고, 저비용으로 혼 안테나의 제작이 가능한 효과가 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼 안테나를 도시한 정면도이다. 도 7은 도 6의 혼 안테나를 도시한 측면도이다.

도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼 안테나는 목표 주파수에 따라 서로 다른 크기로 제조될 수 있다. 이러한 주파수에 따른 본 실시예의 혼 안테나에 대한 설계 사양을 예시하면 아래의 [표 1]과 같다.

[표 1]에서, L1은 혼 안테나의 전체 높이(커버를 제외함), L2은 혼(20)의 높이, L3은 혼(20)의 개구면의 길이, L4는 혼의 개구면의 폭, L5는 도파관(10)의 높이, L6은 도파관(10) 또는 커버(30)의 평면상 길이, L7은 도파관(10) 또는 커버(30)의 평면상 폭, L8은 혼의 반대측에 위치한 도파관(10)의 말단부에서 도파관의 일측벽 중앙부를 관통하는 급전부(40)를 지지하는 플레이트(42)의 높이 또는 폭, L9는 도파관(10)의 말단부에서 급전부(40)까지의 높이 또는 간격, 그리고 t1은 플레이트(42)의 두께를 각각 나타낸다.

혼(20), 도파관(10), 커버(30)의 각 플레이트의 두께는 5.0㎜ 내지 3.0㎜일 수 있다. 도파관(10)의 두께는 커버와의 결합을 위해 혼의 플레이트의 두께보다 두꺼울 수 있다. 일례로, 혼의 각 플레이트의 두께가 5.0㎜일 때, 도파관(10)의 플레이트의 두께는 5.53㎜일 수 있다. 단, 도파관(10)의 경사부(14)와 용접부(12)는 제외될 수 있다.

위의 설계 사양에서 높이는 혼 안테나의 정면 방향을 달리 설정하는 경우 길이에 해당할 수 있고, 유사하게 용어 길이, 폭, 높이 등도 정면 방향의 설정에 따라 높이, 길이, 폭 등의 다른 용어로 대체될 수 있다.

본 실시예에 의하면, 혼을 구성하는 하나, 두 개 또는 4개의 플레이트를 일정 크기의 알루미늄 원판을 사용하여 간편하게 제작하고, 이렇게 제작되고 양 측면에 결합부를 구비하는 플레이트를 조립하여 효과적으로 혼을 제조할 수 있다. 또한, 이러한 혼을 사용하여 혼 안테나를 효율적으로 제조할 수 있다.

한편, 혼 안테나의 제조에 있어서, 급전부(40)를 설치하지 않고 제조 및 유통가능하므로, 본 발명에서는 급전부를 포함하지 않은 혼 안테나도 본 발명의 권리범위에 속한다고 할 것이다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10: 도파관 20: 혼
22: 제1 플레이트 22a: 결합부
24: 제2 플레이트 24a: 결합부

Claims (7)

1. 주파수 대역의 범위에 따라 크기를 다르게 적용하는 도파관; 및
   상기 도파관과 연결되고, 직사각형의 단면을 갖도록 4개의 플레이트를 결합하여 이루어지며 개구된 방향으로 점차 단면이 넓어지는 형상을 갖는 혼;
   을 포함하며,
   상기 플레이트의 양측 가장자리에는 요철 형상의 결합부가 형성되어, 서로 인접한 결합부끼리의 요철을 끼움으로써, 상기 혼의 조립이 가능한 것을 특징으로 하는 혼 안테나.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 플레이트는 4개 모두 사다리꼴 형태를 갖으며, 상기 도파관에서 혼의 개구부까지 일정한 비율로 확장되는 것을 특징으로 하는 혼 안테나.
   
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   서로 인접하게 조립되는 상기 플레이트의 결합부는 요철을 형성함에 있어서, 요(凹)부와 철(凸)부가 서로 교차하여 형성됨으로써, 인접한 결합부의 요철을 끼우면 조립이 가능하고,
   상기 철(凸)부의 돌출된 면이 인접한 플레이트의 외면과 동일한 평면을 이루도록 형성되는 것을 특징으로 하는 혼 안테나.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 도파관 또는 상기 혼은 알루미늄 재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 혼 안테나.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 도파관과 혼의 연결부위는 레이저 용접에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 혼 안테나.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   서로 인접한 결합부끼리의 요철을 끼워 조립한 후 레이저 용접에 의해 각각의 요철을 연결하여 혼을 제조하는 것을 특징으로 하는 혼 안테나.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 도파관의 일면 외부에 부착되어 신호를 송신 및 수신하기 위한 급전부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 혼 안테나.

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