KR20210072602A - 도파관 전이 구조체 - Google Patents

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/10—Resonant slot antennas

Abstract

도파관 전이 구조체가 개시된다. 일 실시예에 따른 도파관 전이 구조체는, 제1 도파관, 내부에 제1 금속 격벽이 형성된 제2 도파관 및 내부에 상기 제1 금속 격벽과 연결된 제2 금속 격벽이 형성된 연결 도파관을 포함하고, 상기 연결 도파관은, 길이 방향을 기준으로 일단에 상기 제1 도파관이 연결되고, 타단에 상기 제2 도파관이 연결된다.

Description

도파관 전이 구조체{WAVEGUIDE TRANSITION STRUCTURE}
개시되는 실시예들은 도파관 전이 구조체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구형 도파관과 부분 H 평면(partial H-Plane)형 도파관의 전이 구조 설계 기술과 관련된다.
초소형 면적을 가지는 레이더, 군사위성용 이중편파 고이득 안테나를 설계하기 위해서 부분 H 평면(partial H-Plane)형 도파관을 이용하여 2차원 구조의 슬롯 어레이 안테나를 설계한다.
하지만, 부분 H 평면형 도파관의 급전 구조는 복잡하기 때문에 구형(rectangular) 도파관의 급전 구조를 사용하는 것이 경제적이다. 또한, 안테나 시스템에서 구형 도파관과 부분 H 평면형 도파관의 전이(transition) 구조를 설계하는 것이 필수적이다.
이때, 구형 도파관의 단면적과 부분 H 평면형 도파관의 단면적은 서로 다르다. 따라서, 구형 도파관과 부분 H 평면형 도파관을 단순히 테이퍼드(tapered) 형태로 이어주게 되면, 구형 도파관의 차단 주파수(cutoff frequency)에 의해 부정합(mismatching)이 발생하게 된다.
한국등록특허 제10-0906351호 (2009.07.30. 공고)
개시되는 실시예들은 서로 상이한 면적을 가지는 구형 도파관과 부분 H 평면(partial H-Plane)형 도파관의 전이 구조에 대한 도파관 전이 구조체를 제공하기 위한 것이다.
일 실시예에 따른 도파관 전이 구조체는, 제1 도파관, 내부에 제1 금속 격벽이 형성된 제2 도파관 및 내부에 상기 제1 금속 격벽과 연결된 제2 금속 격벽이 형성된 연결 도파관을 포함하고, 상기 연결 도파관은, 길이 방향을 기준으로 일단에 상기 제1 도파관이 연결되고, 타단에 상기 제2 도파관이 연결된다.
상기 제1 도파관은, 구형(rectangular) 도파관일 수 있다.
상기 제2 도파관은, 부분 H 평면(partial H-Plane)형 도파관일 수 있다.
상기 제2 금속 격벽은, 상기 제2 도파관에서 상기 제1 도파관을 향하는 방향으로 갈수록 높이가 낮아지는 테이퍼드(tapered) 형태로 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따른 도파관 전이 구조체는, 제1 도파관, 각각 내부에 제1 금속 격벽이 형성된 복수의 제2 도파관 및 내부에 각각 상기 복수의 제2 도파관 각각에 형성된 제1 금속 격벽 중 하나와 연결된 복수의 제2 금속 격벽이 형성된 연결 도파관을 포함하고, 상기 연결 도파관은, 길이 방향을 기준으로 일단에 상기 제1 도파관이 연결되고, 양 측면에 각각 상기 복수의 제2 도파관 중 하나가 연결된다.
개시되는 실시예들에 따르면, 내부에 금속 격벽이 형성된 연결 도파관을 이용하여 제1 도파관 및 제2 도파관을 연결함으로써, 제1 도파관 및 제2 도파관을 통해 파동이 전파되는 과정에서 반사되는 파동 없이 모든 파동을 전파시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 도파관 전이 구조체의 사시도
도 2는 일 실시예에 따른 도파관 전이 구조체에 따른 반사 계수를 나타낸 그래프
도 3은 일 실시예에 따른 도파관 전이 구조체에 따른 전달 계수를 나타낸 그래프
도 4는 다른 실시예에 따른 도파관 전이 구조체의 사시도
도 5은 다른 실시예에 따른 도파관 전이 구조체에 따른 반사 계수를 나타낸 그래프
도 6은 다른 실시예에 따른 도파관 전이 구조체에 따른 전달 계수를 나타낸 그래프
이하, 도면을 참조하여 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 이에 제한되지 않는다.
실시예들을 설명함에 있어서, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 또한, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
도 1은 일 실시예에 따른 도파관 전이 구조체(100)의 사시도이다.
도 1을 참조하면, 도파관 전이 구조(100)는 제1 도파관(110), 제2 도파관(130) 및 연결 도파관(150)을 포함한다.
이때, 도파관은 마이크로파 이상의 높은 주파수 대역에서 전기 에너지나 신호를 전송하기 위한 전송로이다.
일 실시예에서, 제1 도파관(110)은 구형(rectangular) 도파관일 수 있다.
제2 도파관(130)은 내부에 제1 금속 격벽(131)이 형성된다.
일 실시예에서, 제2 도파관(130)은 부분 H 평면(partial H-plane)형 도파관일 수 있다.
부분 H 평면형 도파관은 내부에 H 평면과 평행한 방향으로 금속 격벽이 삽입된 형태의 도파관일 수 있다. 이때, 도파관의 길이 방향을 y축, 도파관의 폭 방향을 x축, 도파관의 높이 방향을 z축이라고 가정하면, H 평면은 y-z축을 기준으로 형성되는 평면일 수 있다.
구체적으로, 제1 금속 격벽(131)은 폭이 좁고, 제2 도파관(130)의 하부면을 기준으로 높이가 형성되되, 제2 도파관(130)의 높이보다 낮게 형성될 수 있다. 또한, 제1 금속 격벽(131)은 제2 도파관(130)의 길이 방향과 동일한 길이 방향으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 금속 격벽(131)은 제2 도파관(130)의 중앙 영역에 형성될 수 있다.
연결 도파관(150)은 내부에 제1 금속 격벽(131)과 연결된 제2 금속 격벽(151)이 형성된다.
또한, 연결 도파관(150)은 길이 방향을 기준으로 일단에 제1 도파관(110)이 연결되고, 타단에 제2 도파관(130)이 연결된다.
구체적으로, 길이 방향을 기준으로 연결 도파관(150)의 일단은 제1 도파관(110)의 일단과 연결될 수 있다. 여기서, 연결 도파관(150)의 일단의 높이 및 폭은 제1 도파관(110)의 일단의 높이 및 폭과 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 길이 방향을 기준으로 연결 도파관(150)의 일단과 반대되는 방향에 위치한 연결 도파관(150)의 타단은 제2 도파관(130)의 일단과 연결될 수 있다. 여기서, 연결 도파관(150)의 타단의 높이 및 폭은 제2 도파관(130)의 일단의 높이 및 폭과 동일하게 형성될 수 있다.
한편, 제2 금속 격벽(151)은 폭이 좁고, 제2 도파관(130)의 하부면을 기준으로 높이가 형성되되, 제2 도파관(130)의 높이보다 낮게 형성될 수 있다. 또한, 제2 금속 격벽(151)은 연결 도파관(150)의 길이 방향과 동일한 길이 방향으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 금속 격벽(151)은 테이퍼드(tapered) 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 금속 격벽(151)은 제2 도파관(130)에서 제1 도파관(110)을 향하는 방향으로 갈수록 높이가 낮아질 수 있다.
구체적으로, 연결 도파관(150)의 타단과 제2 도파관(130)의 일단이 연결되므로, 길이 방향을 기준으로 제2 금속 격벽(151)의 일단과 제1 금속 격벽(131)의 일단이 연결될 수 있다. 여기서, 제2 금속 격벽(151)의 일단의 높이 및 폭은 제1 금속 격벽(131)의 일단의 높이 및 폭과 동일하게 형성될 수 있다.
또한, 제2 금속 격벽(151)은 제2 금속 격벽(151)의 일단에서 제2 금속 격벽(151)의 일단과 반대되는 방향에 위치한 제2 금속 격벽(151)의 타단을 향하는 방향으로 갈수록 높이가 낮아질 수 있다. 이때, 연결 도파관(150)의 일단은 금속 격벽이 형성되지 않은 제1 도파관(110)의 일단과 연결되므로, 제2 금속 격벽(151)의 타단의 높이는 '0'과 가까워지도록 형성될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 도파관 전이 구조체의 반사 계수(Reflection coefficient)를 나타낸 그래프이다.
도 2에서, 그래프의 가로축은 주파수(Frequency)를 의미하고, 그래프의 세로축은 반사 계수를 의미한다.
구체적으로, 도 2에 도시된 그래프는 도 1에 도시된 도파관 전이 구조체(100)의 반사 계수를 나타낸 그래프이다.
도 2를 참조하면, 대부분의 주파수 대역에서 도파관 전이 구조체(100)의 반사 계수가 -10dB 보다 작은 것을 확인할 수 있다. 즉, 도파관 전이 구조체(100) 상에서 파동이 전파되는 과정에서 반사되는 파동이 거의 없다는 것을 의미한다.
따라서, 도파관 전이 구조체(100)의 반사 특성이 좋다는 것을 확인할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 도파관 전이 구조체의 전달 계수(Transmission coefficient)를 나타낸 그래프이다.
도 3에서, 그래프의 가로축은 주파수를 의미하고, 그래프의 세로축은 전달 계수를 의미한다.
구체적으로, 도 3에 도시된 그래프는 도 1에 도시된 도파관 전이 구조체의 전달 계수를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 대부분의 주파수 대역에서 도파관 전이 구조체(100)의 전달 계수가 0dB에 근접하는 것을 확인할 수 있다. 즉, 도파관 전이 구조체(100) 상에서 대부분의 파동이 반사되지 않고 전파된다는 것을 의미한다.
따라서, 도파관 전이 구조체(100)의 전달 특성이 좋다는 것을 확인할 수 있다.
도 4는 다른 실시예에 따른 도파관 전이 구조체(400)의 사시도이다.
일 실시예에서, 도 4에 도시된 도파관 전이 구조체(400)는 구형 도파관 및 부분 H 평면형 도파관으로 구성된 전력 분배기일 수 있다. 구체적으로, 도파관 전이 구조체(400)는 'T' 자형 전력 분배기일 수 있다.
도 4를 참조하면, 도파관 전이 구조체(400)는 제1 도파관(410), 복수의 제2 도파관(430-1, 430-3) 및 연결 도파관(450)을 포함한다.
일 실시예에서, 제1 도파관(410)은 구형 도파관이고, 복수의 제2 도파관(430-1, 430-3)은 부분 H 평면형 도파관일 수 있다.
복수의 제2 도파관(430-1, 430-3)은 각각 내부에 제1 금속 격벽(431-1, 431-3)이 형성된다.
연결 도파관(450)은 내부에 각각 복수의 제2 도파관(430-1, 430-3) 각각에 형성된 제1 금속 격벽(431-1, 431-3) 중 하나와 연결된 복수의 제2 금속 격벽(451-1, 451-3)이 형성된다.
또한, 연결 도파관(450)은 길이 방향을 기준으로 일단에 제1 도파관(410)이 연결되고, 양 측면에 각각 복수의 제2 도파관(430-1, 430-3) 중 하나가 연결된다.
구체적으로, 길이 방향을 기준으로 연결 도파관(450)의 일단은 제1 도파관(410)의 일단과 연결될 수 있다.
또한, 길이 방향을 기준으로 연결 도파관(450)의 일단과 반대되는 방향에 위치한 타단과 인접한 연결 도파관(450)의 양 측면에 각각 복수의 제2 도파관(430-1, 430-3) 중 하나가 연결될 수 있다. 구체적으로, 연결 도파관(450)의 일단과 반대되는 방향에 위치한 연결 도파관(450)의 좌측면 끝단 및 우측면 끝단에 각각 제2 도파관(430-1, 430-3)의 일단이 연결될 수 있다.
이때, 복수의 제2 도파관(430-1, 430-3)은 각각 제1 금속 격벽(431-1, 431-3)을 포함함으로, 연결 도파관(450)은 각각 복수의 제1 금속 격벽(431-1, 431-3) 중 하나와 연결되는 복수의 제2 금속 격벽(451-1, 451-3)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 복수의 제2 금속 격벽(451-1, 451-3) 각각의 일단은 복수의 제1 금속 격벽(431-1, 431-3) 중 하나의 일단과 연결될 수 있다. 또한, 복수의 제2 금속 격벽(451-1, 451-3) 각각의 타단은 금속 격벽이 형성되지 않은 제1 도파관(410)의 일단과 연결되되, 서로 제1 도파관(410)의 일단 중 한 지점에서 만나도록 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 제2 금속 격벽(451-1, 451-3)은 테이퍼드 형태로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 제2 금속 격벽(451-1, 451-3)은 각각 복수의 제2 도파관(430-1, 430-3)에서 제1 도파관(110)을 향하는 방향으로 갈수록 높이가 낮아질 수 있다.
도 5는 다른 실시예에 따른 도파관 전이 구조체의 반사 계수를 나타낸 그래프이다.
도 5에서, 그래프의 가로축은 주파수를 의미하고, 그래프의 세로축은 반사 계수를 의미한다.
구체적으로, 도 5에 도시된 그래프는 도 4에 도시된 도파관 전이 구조체(400)의 반사 계수를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 대부분의 주파수 대역에서 도파관 전이 구조체(400)의 반사 계수가 -10dB 보다 작은 것을 확인할 수 있다. 즉, 도파관 전이 구조체(400) 상에서 파동이 전파되는 과정에서 반사되는 파동이 거의 없다는 것을 의미한다.
따라서, 도파관 전이 구조체(400)의 반사 특성이 좋다는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 도파관 전이 구조체의 전달 계수를 나타낸 그래프이다.
도 6에서, 그래프의 가로축은 주파수를 의미하고, 그래프의 세로축은 전달 계수를 의미한다.
구체적으로, 도 6에 도시된 그래프는 도 4에 도시된 도파관 전이 구조체(400)의 전달 계수를 나타낸 그래프이다.
도 6을 참조하면, 도파관 전이 구조체(400)의 전달 계수가 -3dB에 근접하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 복수의 제2 도파관(430-1, 430-3) 각각에 대한 전달 계수가 -3dB에 근접한다는 것을 의미한다. 즉, 도파관 전이 구조체(400) 상에서 복수의 제2 도파관(430-1, 430-3) 각각으로 균등하게 전력이 분배된다는 것을 의미한다.
따라서, 도파관 전이 구조체(400)의 전달 특성이 좋다는 것을 확인할 수 있다.
이상에서는 실시예들을 중심으로 기술적 특징들을 설명하였다. 하지만, 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한고, 권리 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 권리범위에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 400: 도파관 전이 구조체
110, 410: 제1 도파관
130, 430-1, 430-3: 제2 도파관
131, 431-1, 431-3: 제1 금속 격벽
150, 450: 연결 도파관
151, 451-1, 451-3: 제2 금속 격벽

Claims (5)

  1. 제1 도파관;
    내부에 제1 금속 격벽이 형성된 제2 도파관; 및
    내부에 상기 제1 금속 격벽과 연결된 제2 금속 격벽이 형성된 연결 도파관을 포함하고,
    상기 연결 도파관은, 길이 방향을 기준으로 일단에 상기 제1 도파관이 연결되고, 타단에 상기 제2 도파관이 연결되는 도파관 전이 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 도파관은, 구형(rectangular) 도파관인 도파관 전이 구조체.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 도파관은, 부분 H 평면(partial H-Plane)형 도파관인 도파관 전이 구조체.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 금속 격벽은, 상기 제2 도파관에서 상기 제1 도파관을 향하는 방향으로 갈수록 높이가 낮아지는 테이퍼드(tapered) 형태로 형성되는 도파관 전이 구조체.
  5. 제1 도파관;
    각각 내부에 제1 금속 격벽이 형성된 복수의 제2 도파관; 및
    내부에 각각 상기 복수의 제2 도파관 각각에 형성된 제1 금속 격벽 중 하나와 연결된 복수의 제2 금속 격벽이 형성된 연결 도파관을 포함하고,
    상기 연결 도파관은, 길이 방향을 기준으로 일단에 상기 제1 도파관이 연결되고, 양 측면에 각각 상기 복수의 제2 도파관 중 하나가 연결되는 도파관 전이 구조체.
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