KR20220046712A - Hybrid HF antenna providing NVIS function through terrestrial and ionosphere for short wave communication - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 특히 전리층을 통한 NVIS(Near Vertical Incidence Skywave) 성능을 통해 장거리 지상파 통신이 가능하며 주파수에 따른 안테나 길이 조정이 필요 없는 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나에 관한 것이다.The present invention relates to an antenna, and in particular, long-distance terrestrial communication is possible through NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) performance through the ionosphere, and terrestrial wave for short-wave communication that does not require antenna length adjustment according to frequency and a hybrid providing NVIS function through the ionosphere HF antenna.
단파(短波, Shortwave, High Frequency)는 주파수가 3MHz부터 30MHz 대역 대의 전자기파를 말한다. 단파는 전리층과 지상표면에 반복적으로 반사되어 공중선 전력이 원거리까지 도달이 가능하므로 적절한 설비를 사용하여 적절한 주파수를 선택하면 전 세계와 원거리 통신이 가능하다. 이와 같은 특성을 이용하여 외국의 청자들을 대상으로 하는 국제 라디오 방송 등에 사용되기도 한다. Shortwave (短波, Shortwave, High Frequency) refers to electromagnetic waves whose frequency ranges from 3MHz to 30MHz. Shortwaves are repeatedly reflected by the ionosphere and the ground surface so that aerial power can reach long distances. Using this characteristic, it is also used for international radio broadcasting targeting foreign listeners.
특히 단파(HF) 통신 장치는 별도 중계 장치 없이도 경량화된 단일무전기로 이동이 쉽고 간편하게 이용이 가능한 원거리(수백 Km) 통신이 가능하다. 더욱이 HF 단파(Shortwave) 통신 방식은 전시 상황시 기타 통신망과 비교할 때 생존성 측면에서 매우 강한 유일한 장거리용 무선통신 방식이라 할 수 있다. 따라서 다양한 통신수단이 발달한 현재에도 미군 등 해외 선진국에서는 여전히 주요 통신(음성 및 데이터) 수단으로 군 통신의 중요한 축을 이루고 있다. In particular, the shortwave (HF) communication device enables long-distance (hundreds of kilometers) communication that is easy to move and conveniently used with a lightweight single radio without a separate relay device. Moreover, the HF Shortwave communication method is the only long-distance wireless communication method that is very strong in terms of survivability compared to other communication networks during wartime. Therefore, even with the development of various communication methods, in developed countries such as the US military, it is still the main communication method (voice and data) and forms an important axis of military communication.
하지만 운용 상에서 Skip-Zone으로 불리는 불감지대(약 30Km ~ 120Km)로 인해 통신 장애가 잦고, 이것은 송신소와 수신국사이의 통화 성공률의 저해요인으로 작용한다. However, in operation, communication failure is frequent due to the blind zone (about 30Km ~ 120Km) called Skip-Zone, which acts as a hindrance factor in the success rate of the call between the transmitting station and the receiving station.
도 1은 HF통신에서 운용의 애로점과 그 원인을 나타내는 도면으로서, 통신 불감지대(Skip-Zone)에서 지상파 최대 통달 거리는 AM무전기 출력 50W 기준으로 통상 20Km 범위이고, 전리층 반사파를 이용하는 경우 동일 출력에서 최소 120Km 이상부터 수신이 가능하다. 불감지대(약 30Km ~ 120Km)는 상호 통신이 어려운 영역으로 대개는 송신소에서 전파 발사 각도가 낮아서 발생한다. 특히 최저주파수 2MHz 근방의 HF 대역에서 높은 전파 발사 각도와 안정적 이득 특성을 포함하여 안정적 임피던스 확보를 위해 안테나 부지 면적 확보와 설치 복잡성으로 야전에서는 사용할 수 없다. 1 is a diagram showing operational difficulties and their causes in HF communication. The maximum terrestrial coverage distance in the communication skip-zone is usually 20Km based on the 50W AM radio output, and when using the ionospheric reflected wave, the minimum Reception is possible from more than 120km. The dead zone (about 30Km ~ 120Km) is an area where communication is difficult and is usually caused by the low angle of radio wave emission at the transmitting station. In particular, in the HF band near the lowest frequency of 2MHz, it cannot be used in the field due to the complexity of the installation and securing the antenna site area to secure stable impedance, including high radio wave emission angle and stable gain characteristics.
또한, 현재 군용으로 전력화된 야전용 안테나는 주파수에 따라 안테나 길이를 수동으로 조정해서 사용하는 등 운용에 많은 어려움이 있다. 도 2는 종래의 AM 무전기용 안테나의 사용 예를 나타낸 것으로서, 사용 주파수 대역의 평균 중간 값을 계산한 후 다이폴을 고정하여 운용하며, 사용 주파수 마다 방사소자 길이를 조정할 필요가 있어 비 숙련자가 사용하기 힘들며, 안테나 효율이 낮고 조건부적 NVIS 기능지원의 한계를 벗어나지 못하고 있다. In addition, there are many difficulties in operation, such as manually adjusting the length of the antenna according to the frequency of the field antenna, which is currently electrified for military use. 2 shows an example of using a conventional AM radio antenna, after calculating the average median value of the frequency band used, the dipole is fixed and operated. It is difficult, the antenna efficiency is low, and it does not escape the limits of conditional NVIS function support.
다양한 작전환경 변화에 따른 전술적 상황에서 군용 AM 무선통신의 성공률을 저해시키는 상술한 원인으로 인해 특히 전리층 반사파 통신을 이용해야만 하는 과정에서 통신성공의 어려움으로 사용자로부터의 장비 기피현상은 더욱 심화되고 있다.Due to the above-mentioned causes that impede the success rate of military AM radio communication in tactical situations according to various operational environment changes, especially in the process of using ionospheric reflected wave communication, the evasion of equipment from users is deepening due to difficulties in communication success.
따라서 다양한 작전환경에서도 능동적으로 통신을 지원하며, HF통신 성공률의 저해요인 해소를 통해서 사용자에 의한 장비 기피현상을 해소할 필요가 있다.Therefore, it is necessary to actively support communication in various operational environments, and to solve the phenomenon of avoidance of equipment by users by resolving factors that hinder the success rate of HF communication.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 통신 저해 요인인 협대역 특성으로 인해 사용 주파수에 따른 방사 소자의 수동 조정 방식을 없애고 무조정방식을 적용하여 운용 효율을 높이고, 전리층 반사파를 이용하는 10MHz 이하 주파수는 NVIS(Near Vertical Incidence Skywave) 특성을 유지시켜 효율적인 원거리 통신을 지원하고, 10MHz 이상 대역에서는 지상파 통신을 지원하며 가볍고 적은 인원으로 이동과 설치가 용이한, 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention was created to solve the above problems, and due to the narrowband characteristic, which is a communication impediment factor, the manual adjustment method of the radiating element according to the frequency used is eliminated, and the operation efficiency is increased by applying the non-adjustment method , frequencies below 10 MHz using ionospheric reflections maintain NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) characteristics to support efficient long-distance communication, and above 10 MHz bands support terrestrial communication. and to provide a hybrid HF antenna that provides an NVIS function through the ionosphere.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 일시예에 의한 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나는 일정 높이에 위치해 있는 걸림부재에 걸어 설치되며, 평형회로의 신호(Balanced Signal)와 불평형회로의 신호(Unbalanced Signal)를 변환하는 발룬(BALUN); 상기 AM 무전기용 복합 HF 안테나의 위에서 본 평면 형상(Tow view)이 보타이(Bow-Tie) 형태를 이루도록 상기 발룬을 중심으로 좌우로 설치되며, 일단은 상기 발룬의 출력포트에 연결되며 타단은 지상에 고정되는 복수의 방사소자; 및 상기 발룬의 입력포트에 연결되는 동축케이블을 포함하고, 상기 동축케이블에는 AM 무전기가 연결되는 것을 특징으로 한다.The hybrid HF antenna providing NVIS function through terrestrial and ionosphere for short wave communication according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem is installed by hanging on a holding member located at a certain height, and a balanced circuit signal (Balanced Signal) and a balun for converting an unbalanced signal; It is installed to the left and right about the balun so that the top view of the composite HF antenna for AM radio is in the form of a bow-tie, and one end is connected to the output port of the balun and the other end is on the ground. A plurality of radiating elements are fixed; and a coaxial cable connected to the input port of the balun, wherein an AM radio is connected to the coaxial cable.
상기 복수의 방사소자는 상기 AM 무전기용 복합 HF 안테나의 측면에서 볼 때 상기 발룬을 중심으로 삼각형 형상, 일자 형상 또는 역 삼각형 형상을 이루는 것을 특징으로 한다. 상기 AM 무전기용 복합 HF 안테나는 상기 AM무전기로부터 출력되는 신호가 상기 동축케이블을 통해 전달되어 10MHz~30MHz 주파수 대역에서는 지상파 통신을 수행하고, 10MHz 이하의 주파수 대역에서는 NVIS(Near Vertical Incidence Skywave) 기능을 통한 전리층 반사파 통신을 수행하는 것을 특징으로 한다. 상기 발룬은 고용량 강자성체의 페라이트(Ferrite) 코어를 포함하고, 임피던스 변환비가 1:4 페라이트 코어 발룬인 것을 특징으로 한다.The plurality of radiating elements are characterized in that when viewed from the side of the composite HF antenna for the AM radio, a triangular shape, a straight line shape, or an inverted triangular shape around the balun. The composite HF antenna for the AM radio transmits the signal output from the AM radio through the coaxial cable to perform terrestrial communication in a frequency band of 10 MHz to 30 MHz, and a Near Vertical Incidence Skywave (NVIS) function in a frequency band of 10 MHz or less. It is characterized in that the ionospheric reflected wave communication is performed through the The balun includes a ferrite core of high capacity ferromagnetic material, and the impedance conversion ratio is 1:4 ferrite core balun.
본 발명에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나에 의하면, 전리층 반사파를 이용하는 10MHz 이하 주파수는 NVIS(Near Vertical Incidence Skywave) 특성을 유지시켜 효율적인 원거리 통신을 지원할 수 있고, 10MHz 이상 대역에서는 지상파 통신을 지원할 수 있다.According to the hybrid HF antenna providing the NVIS function through the terrestrial wave and the ionosphere for shortwave communication according to the present invention, frequencies below 10 MHz using the ionospheric reflected wave maintain NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) characteristics to support efficient long-distance communication, and 10 MHz In the above band, terrestrial communication can be supported.
그리고 본 발명에 의하면, HF 단파통신의 통신 저해 요인인 협대역 특성으로 인해 사용 주파수에 따른 방사 소자의 수동 조정 방식을 없애고, 무조정방식을 적용하여 운용 효율을 높일 수 있다.And, according to the present invention, it is possible to eliminate the manual adjustment method of the radiating element according to the frequency used due to the narrowband characteristic, which is a communication impediment factor of HF shortwave communication, and to apply the non-adjustment method to increase the operating efficiency.
또한 본 발명에 의하면, 무게는 5Kg을 초과하지 않고 야전에서 두 사람이 설치할 수 있으며 짧은 시간에 설치가 가능하며 가볍고 적은 인원으로 이동과 설치가 용이하다.In addition, according to the present invention, the weight does not exceed 5Kg and can be installed by two people in the field, can be installed in a short time, and it is light and easy to move and install with a small number of people.
또한 본 발명에 의하면, 현재 전력화 되어 운용중인 AM무전기를 이용하여 다양한 전리층 수직 반사 방식으로 사용 가능한 NVIS안테나 개발을 통해 단파(HF) 통신의 고질적인 불감지대(Skip Zone)을 극복하고 HF대역 통신을 보다 활성화함으로써 전력을 극대화하고 전시와 평시 통신의 신뢰성과 생존성을 높일 수 있다. 동시에 불감지대(Skip zone) 극복을 통해 HF대역통신을 활성화 시킬 수 있는 산업분야에 적용 가능하다.In addition, according to the present invention, by using an AM radio that is currently powered and operated, NVIS antennas that can be used in various ionospheric vertical reflection methods are developed to overcome the chronic skip zone of shortwave (HF) communication and to achieve HF band communication. By more activation, power can be maximized and reliability and survivability of communication during wartime and peacetime can be increased. At the same time, it can be applied to industrial fields that can activate HF band communication by overcoming the skip zone.
예를 들어 주야간을 포함 주파수 변경에 따른 안테나 길이 조정의 불편 해소와 설치 및 철수의 용이성으로 HF통신을 이용하는 지휘소와 중계소를 포함하여 이동국 등에 사용가능하다. 또한 원활한 통신이 필요한 근거리 및 원거리를 항해하는 해경 함정에서도 사용할 수 있으며, 군사용 HF대역 무전기를 운용하는 각 국에서 불감지대(Skip zone) 극복 및 소형 경량화를 요구하는 곳으로 사용 가능하다.For example, it can be used for mobile stations, including command posts and relay stations using HF communication, due to the ease of installation and withdrawal and the ease of installation and withdrawal of the antenna length adjustment according to frequency changes including day and night. In addition, it can be used by Coast Guard ships that navigate short and long distances that require smooth communication, and it can be used where each country that operates military HF band radios requires overcoming the skip zone and reducing the size and weight.
도 1은 HF 통신에서 운용의 애로점과 그 원인을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래의 AM 무전기용 안테나의 사용 예를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나의 원거리통신 및 근거리 통신 기능을 설명하기 위한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나의 일 구현 예를 나타낸 것이다.
도 6은 통신거리와 Skip Zone 해소를 위한 NVIS 입사각을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 AM 무전기용 복합 HF 안테나에서의 임피던스 정합 장치인 발룬(BALUN)의 Ferrite Core Transformer 의 구조에 대한 일 예를 나타낸 것이다.1 is a view for explaining the difficulties of operation and the cause in HF communication.
2 shows an example of using a conventional antenna for AM radio.
3 shows a hybrid HF antenna providing NVIS functions through terrestrial and ionosphere for shortwave communication according to an embodiment of the present invention.
4 is for explaining the long-distance communication and short-distance communication function of the hybrid HF antenna that provides the NVIS function through the terrestrial wave and the ionosphere for short wave communication according to the present invention.
5 shows an embodiment of a hybrid HF antenna providing NVIS functions through terrestrial and ionosphere for shortwave communication according to the present invention.
6 shows the NVIS incidence angle for communication distance and skip zone resolution.
7 shows an example of the structure of a Ferrite Core Transformer of a balun, which is an impedance matching device in a composite HF antenna for an AM radio according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only a preferred embodiment of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so various equivalents that can be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be variations and variations.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나를 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나(300)는 발룬(BALUN, 310), 복수의 방사소자(320, 330), 동축케이블(340)을 포함한다. 3 shows a hybrid HF antenna providing NVIS functions through terrestrial and ionosphere for shortwave communication according to an embodiment of the present invention. Referring to Figure 3, the
발룬(BALUN, 310)은 Balance 신호를 Unbalance 신호로, Unbalance 신호를 Balance 신호로 변환하는 역할을 하며, 평형 안테나에 불평형 급전선(동축 케이블)으로 급전할 때 사용하는 matching transformer로서, 본 발명에서는 일정 높이에 위치해 있는 지지부재(305)에 걸림부재(365)로 걸어 설치되며, 평형회로의 신호(Balanced Signal)와 불평형회로의 신호(Unbalanced Signal)를 변환한다. 발룬(300)은 RF입력 최대 500W 조건에서도 임피던스 정합장치인 BALUN의 포화방지 위해 고용량 강자성체인 페라이트(Ferrite) 코어를 포함할 수 있으며, 임피던스 변환비가 1:4 페라이트 코어 발룬일 수 있다. 발룬(300)은 넓은 대역폭(비대역폭 200% ) 특성의 만족을 위해서 집중 소자의 일종인 페라이트(Ferrite) 소자를 이용한 BALUN 정합장치로 임피던스 광대역화를 이룰 수 있다. The balun (BALUN, 310) serves to convert a balanced signal into an unbalance signal and an unbalance signal into a balanced signal, and is a matching transformer used when feeding a balanced antenna with an unbalanced feeder (coaxial cable). It is installed by hanging as a
복수의 방사소자(320, 330)는 상기 AM 무전기용 복합 HF 안테나의 위에서 본 평면 형상(Tow view)이 보타이(Bow-Tie) 형태를 이루도록 발룬(310)을 중심으로 좌우로 설치되며, 일단은 상기 발룬의 출력포트에 연결되며 타단은 고정부재(360)를 통해 지상에 고정된다. 복수의 방사소자(320, 330)는 본 발명에 의한 AM 무전기용 복합 HF 안테나(300)의 측면(Side view)에서 볼 때 발룬(310)을 중심으로 삼각형 형상, 일자 형상 또는 역 삼각형 형상을 이룰 수 있고, 이러한 형상을 통해 NVIS(Near Vertical Incidence Skywave) 특성을 수행할 수 있다. The plurality of
NVIS 통신은 전리층의 F1층에서 전파를 반사하여 원거리에 위치한 상대방과 통신을 하되, 입사각을 크게 만들어서 지상파의 최대 통달 거리에 최대한 근접하여 통신하는 운용방법을 말한다. NVIS 효과를 얻기 위해서는 전리층 반사가 가능한 주파수를 기준으로 전파 에너지는 75° 이상의 각에서 방사될 필요가 있다. 또한, NVIS 통신은 근수직(近垂直)으로 입사되는 전파의 전리층 반사를 원활하게 하기 위해 임계주파수(CF)보다 낮은 주파수를 선택할 필요가 있다. 여기서, 임계주파수란 전리층 반사가 가능한 최대 주파수로 전리층 반사에는 유리하나 신호 감쇄가 크기 때문에 최대 사용가능주파수(MUF)의 약 85% 수준의 최적 트래픽 주파수(FOT) 이하의 주파수를 말한다.NVIS communication refers to an operation method in which radio waves are reflected from the F1 layer of the ionosphere to communicate with a distant counterpart, but the angle of incidence is increased to communicate as close as possible to the maximum range of terrestrial waves. In order to obtain the NVIS effect, the radio wave energy needs to be radiated at an angle of 75° or more based on the frequency at which the ionospheric reflection is possible. In addition, for NVIS communication, it is necessary to select a frequency lower than the critical frequency (CF) in order to smooth the ionospheric reflection of radio waves that are incident near-vertically. Here, the critical frequency refers to a frequency below the optimum traffic frequency (FOT) of about 85% of the maximum usable frequency (MUF) because it is advantageous for ionospheric reflection but has a large signal attenuation.
본 발명에 의한 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나(300)는 삼각 평판 안테나 개념을 확장한 보타이(Bow-tie) 형으로 광대역화가 가능하며, 복수의 방사소자(320, 330)를 구비함으로써 통신 저해 요인인 협대역 특성으로 인해 사용주파수에 따른 방사소자를 수동으로 조정하는 불편함을 없애고 무조정방식을 적용할 수 있으며, 최대 -3 ~ +3 dBi 의 범위의 고이득을 가질 수 있다.
동축케이블(340)은 일단은 발룬(310)의 입력포트에 연결되고, 타단은 AM 무전기(350)가 연결된다. AM 무전기(350)를 통한 입력파워는 최대 500W가 가능하며, 이동국과 고정국 모두 사용이 가능하다. One end of the
본 발명에 의한 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나(300)는 공간파(10MHz이하 동작)와 지상파(10~30MHz) 겸용으로서, AM무전기(350)로부터 출력되는 신호가 동축케이블(340)을 통해 전달되어 10MHz~30MHz 주파수 대역에서는 지상파 통신을 수행하고, 10MHz 이하의 주파수 대역에서는 NVIS(Near Vertical Incidence Skywave) 기능을 통한 전리층 반사파 통신을 수행할 수 있으며, 무게는 5Kg을 초과하지 않고 야전에서 두 사람 기준으로 짧은 시간(예 : 10분)으로 설치할 수 있어 이동과 설치가 용이하다. The
한편, 본 발명에 의한 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나(300)를 보다 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명은 AM무전기를 이용하여 전리층 수직반사 방식으로 운용이 가능한 NVIS 안테나를 통해 단파(HF) 통신의 고질적인 문제인 불감지대를 해소하고 HF대역 통신을 보다 활성화 시킬 수 있다. 이를 통해 전시와 평상시 통신의 신뢰성과 생존성을 높이고 군에 적용될 경우 전력을 높일 수 있다.On the other hand, the
군에서는 단파통신은 지상파 및 전리층 반사파용 안테나를 분리해서 사용해 왔다. 반파장 수직접지 안테나를 사용하여 지상파(직접파, 반사파 및 지표파)를 지원하며, 주로 30Km이하 근거리통신용으로 고정국에서 사용하고, 반파장 다이폴 안테나를 사용하여 전리층 반사파를 이용한 원거리 통신용으로 고정국 및 이동국에서 사용하였다. The military has used separate antennas for terrestrial and ionospheric reflection waves for shortwave communication. It supports terrestrial waves (direct wave, reflected wave and ground wave) using a half-wavelength vertical grounding antenna, mainly used in fixed stations for short-distance communication of less than 30Km, and for long-distance communication using ionospheric reflected waves using a half-wavelength dipole antenna for fixed and mobile stations was used in
본 발명은 근거리 통신 뿐만 아니라 원거리 통신의 2가지 기능을 갖는 HF대역 안테나이다. 도 4는 본 발명에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나의 원거리통신 및 근거리 통신 기능을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나는 5Kg 이하로 휴대가 용이하고 10MHz~30MHz 주파수 대역에서는 지상파를 지원하고, 10MHz 이하의 주파수 대역에서 NVIS 기능을 통한 전리층 반사파 통신이 가능한 안테나이다. 10MHz 이하 주파수 대역에서는 전리층(F층)으로 직진하는 진행파의 입사 각도를 근 수직(75O 이상) 방향으로 입사시킨다. 이것은 마치 잔디밭에서 호스를 통해 나오는 물줄기 방향을 하늘로 고정하면 호스의 출구를 중심으로 잔디 주변을 적셔주는 개념으로 설명될 수 있다. 이를 통해 HF대역의 Skip Zone 영역이 해소될 수 있으며, 수신점에서는 방위각과 상관없이 균일한 전파 수신이 가능하다.The present invention is an HF band antenna having two functions of long-distance communication as well as short-distance communication. 4 is a view for explaining the long-distance communication and short-distance communication functions of the hybrid HF antenna providing NVIS functions through the terrestrial and ionosphere for short-wave communication according to the present invention. 4, the hybrid HF antenna that provides NVIS function through terrestrial and ionosphere for shortwave communication according to the present invention is 5Kg or less and is easy to carry, and supports terrestrial waves in a frequency band of 10 MHz to 30 MHz, and in a frequency band of 10 MHz or less It is an antenna capable of ionospheric reflected wave communication through the NVIS function. In the frequency band of 10 MHz or less, the incident angle of the traveling wave going straight to the ionosphere (F layer) is incident in a near-vertical (75 O or more) direction. This can be explained as the concept of moistening the area around the lawn with the hose outlet as the center when the direction of the water flowing from the lawn is fixed to the sky. Through this, the skip zone area of the HF band can be resolved, and the receiving point can receive radio waves uniformly regardless of the azimuth.
도 5는 본 발명에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나의 일 구현 예를 나타낸 것으로서, 본 발명에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나는 V-conical 구조로서 광대역화 특성을 가지며, 방사소자를 수동으로 조작하는 불편함을 해소하고 운용이 용이하다. 그리고 무조정 상태에서도 저주파대역(Low frequency band) 입사 신호를 고각(75° 이상)으로 입사 후 Skip Zone에서 수신 용이한 환경을 제공하고 안정적 정합 성능 통해 사용자의 숙련도와는 관계없이 NVIS 특성을 지원한다. 본 발명에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나는 10MHz 이하의 주파수 대역에서는 공간파 이용을 위해 최저 및 최고 주파수(LUF, MUF)를 2~9MHz 로 할당할 수 있으며, 10MHz 이상의 주파수 대역에서는 9MHz 이상 대역으로 근거리 지상파 운용을 할 수 있으며 통달 거리 확장을 위해 고출력으로 운용할 수 있다. 5 shows an embodiment of a hybrid HF antenna that provides NVIS functions through terrestrial and ionosphere for shortwave communication according to the present invention. The hybrid HF antenna provides NVIS functions through terrestrial and ionosphere for shortwave communication according to the present invention. As a V-conical structure, it has broadband characteristics, and it eliminates the inconvenience of manually operating the radiating element and is easy to operate. In addition, it provides an environment that is easy to receive in the Skip Zone after incident signals in the low frequency band at a high angle (over 75 ° ) even in the unadjusted state, and supports NVIS characteristics regardless of the user's skill level through stable matching performance. . The hybrid HF antenna providing NVIS function through terrestrial and ionosphere for shortwave communication according to the present invention can allocate the lowest and highest frequencies (LUF, MUF) to 2 to 9 MHz for spatial wave use in a frequency band of 10 MHz or less, and 10 MHz In the above frequency band, it can operate a short-distance terrestrial wave in a band of 9 MHz or higher, and it can be operated with high power to extend the mastery distance.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나는 V-Conical 안테나에 기초한 Bowtie-Plate 구조의 광대역 안테나로서 전체 대역폭에서 양호한 이득을 제공하며, 종래의 2-Wire 형태 AM무전기용 안테나를 멀티-Wire구조로 갖는다. 이는 반파장 다이폴 안테나의 주파수 특성을 종래의 2-Wire 형태 AM무전기용 안테나보다 크게 개선할 수 있으며, 이를 통해 주파수에 따른 방사소자 길이 조정 문제가 해결될 수 있다. 또한 휴대 가능한 야전용 안테나로서 야전에서 사용이 용이하며 안정적 이득제공과 높은 VSWR 특성을 제공할 수 있다. As shown in FIG. 5, the hybrid HF antenna providing NVIS function through terrestrial and ionosphere for short wave communication according to the present invention is a Bowtie-Plate structure broadband antenna based on V-Conical antenna, and provides good gain in the entire bandwidth. , has a conventional 2-Wire type AM radio antenna with a multi-wire structure. This can greatly improve the frequency characteristics of the half-wavelength dipole antenna compared to the conventional 2-Wire type AM radio antenna, and through this, the problem of adjusting the length of the radiating element according to the frequency can be solved. In addition, as a portable field antenna, it is easy to use in the field, and it can provide stable gain and high VSWR characteristics.
종래에는 도 2에 도시된 바와 같이, 사용 주파수 대역 평균 중간 값을 계산한 후 다이폴을 고정하여 운용하며, 사용 주파수 마다 방사소자 길이를 조정할 필요가 있어 비 숙련자가 사용하기 힘들며, 안테나 효율이 낮고 NVIS 기능을 지원하지 못한다. In the prior art, as shown in FIG. 2, after calculating the average median value of the frequency band used, the dipole is fixed and operated, and it is necessary to adjust the length of the radiating element for each frequency used, so it is difficult for non-skilled people to use it, the antenna efficiency is low, and the NVIS function is not supported.
반면, 본 발명에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나는 두 사람이 짧은 시간에 간편하게 설치할 수 있고, 방사소자를 사용주파수 마다 길이 조정할 필요가 없어 비 숙련자도 설치할 수 있고, 안정적인 NVIS 기능을 갖도록 동작시킬 수 있다. 본 발명은 2MHz와 30MHz 주파수의 반파장 길이편차 70m 범주를 무조정방식으로 극복할 수 있다.On the other hand, the hybrid HF antenna that provides NVIS functions through terrestrial and ionosphere for shortwave communication according to the present invention can be easily installed by two people in a short time, and there is no need to adjust the length of the radiating element for each frequency used, so even a non-skilled person can install it. , it can be operated to have a stable NVIS function. The present invention can overcome the 70m range of half-wavelength length deviation of 2MHz and 30MHz frequencies in an unadjusted manner.
또한 고용량 500W 정격 RF 입력조건에서 선형성이 보장되는 강자성체를 사용함으로써 안테나에 적절한 회로를 설계할 수 있으며, 소재의 경량화를 통해 안테나 길이와 무게를 줄일 수 있다. 또한 본 발명에서 사용되는 발룬(BALUN)은 광대역에서 안정적으로 임피던스를 정합할 수 있다.In addition, by using a ferromagnetic material that guarantees linearity under high-capacity 500W rated RF input conditions, an appropriate circuit can be designed for the antenna, and the length and weight of the antenna can be reduced by reducing the material weight. In addition, the balun used in the present invention can stably match the impedance in a wide band.
본 발명에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나의 특징 중 하나인 안정적인 NVIS 기능에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.A stable NVIS function, which is one of the characteristics of the hybrid HF antenna that provides NVIS function through terrestrial and ionosphere for shortwave communication according to the present invention, will be described in more detail.
도 6은 통신거리와 Skip Zone 해소를 위한 NVIS 입사각을 나타낸 것이다. Skip Zone은 문헌마다 다소 차는 있지만, 송신안테나 기준 30Km~120Km 영역으로 정의될 수 있으며, 도 6을 참조하면, 입사각도 7 (그림변경 필요)5° 이상의 고각상태에서 가능함을 알 수 있다. 본 발명은 지표파를 지원하는 10MHz~30MHz 대역에 대해서는 수직 접지안테나로서의 기능을 제공한다. 안테나는 방사패턴과 주파수(대역폭) 및 임피던스와 이득의 상호작용으로 동작한다. 특히 방사 패턴은 주파수와 밀접한 함수관계를 가지며 안테나 대역폭에 매우 의존적이다. NVIS 성능을 위해 복잡한 구조물의 광대역 안테나(원통형, 원추형 등)가 있지만, 본 발명에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나는 매우 단순한 형상(Bow-tie)으로 야전에서 간단히 설치 운용이 가능하다. 6 shows the NVIS incidence angle for communication distance and skip zone resolution. Skip zone is slightly different for each document, but it can be defined as an area of 30Km to 120Km based on the transmit antenna, and referring to FIG. The present invention provides a function as a vertical ground antenna for the 10 MHz to 30 MHz band supporting the ground wave. Antenna operates by the interaction of radiation pattern and frequency (bandwidth) and impedance and gain. In particular, the radiation pattern has a close function relationship with the frequency and is very dependent on the antenna bandwidth. Although there are broadband antennas (cylindrical, conical, etc.) of complex structures for NVIS performance, the hybrid HF antenna that provides NVIS functions through terrestrial and ionosphere for shortwave communication according to the present invention is a very simple shape (bow-tie) and can be easily used in the field. Installation and operation are possible.
도 7 은 본 발명에 따른 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나에서의 임피던스 정합 장치인 발룬(BALUN)의 Ferrite Core Transformer 의 구조에 대한 일 예를 나타낸 것이다. 실제 안테나 사용에서 전송선로는 대개 실수(Real)인데 반해, 안테나는 복소수(Complex)로 존재하기 때문에 이를 보완하는 장치로 사용되는 부품을 발룬(Balun)이라 할 수 있으며, 발룬의 대역폭 광대역화를 위한 방안은 집중소자의 일종인 페라이트를 활용해서 임피던스 변환비가 1:4 페라이트 코어 발룬으로 설계할 수 있다. 또한 페라이트 발룬은 설계와 구성을 잘 조합하면 대역폭을 넓게 제작할 수 있으며, 형상도는 도 7과 같이 제작될 수 있다.7 shows an example of the structure of a Ferrite Core Transformer of BALUN, which is an impedance matching device in a hybrid HF antenna that provides NVIS functions through terrestrial and ionosphere for shortwave communication according to the present invention. In actual use of an antenna, the transmission line is usually a real number, whereas the antenna exists as a complex number, so a component used as a device to compensate for this can be called a balun, The method can be designed with a ferrite core balun with an impedance conversion ratio of 1:4 by using ferrite, which is a type of centralized element. In addition, if the design and configuration of the ferrite balun are well combined, a wide bandwidth can be manufactured, and the shape diagram can be manufactured as shown in FIG. 7 .
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiment shown in the drawings, which is only exemplary, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Accordingly, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
300 : 하이브리드 HF 안테나
305 : 지지부재
310 : 발룬(BALUN)
320 : 방사소자
330 : 방사소자
340 : 동축케이블
350 : AM 무전기
360 : 걸림부재
365 : 고정부재300: hybrid HF antenna
305: support member
310: Balun (BALUN)
320: radiating element
330: radiating element
340: coaxial cable
350: AM radio
360: locking member
365: fixing member
Claims (5)
일정 높이에 위치해 있는 걸림부재에 걸어 설치되며, 평형회로의 신호(Balanced Signal)와 불평형회로의 신호(Unbalanced Signal)를 변환하는 발룬(BALUN);
상기 AM 무전기용 복합 HF 안테나의 위에서 본 평면 형상(Tow view)이 보타이(Bow-Tie) 형태를 이루도록 상기 발룬을 중심으로 좌우로 설치되며, 일단은 상기 발룬의 출력포트에 연결되며 타단은 지상에 고정되는 복수의 방사소자; 및
상기 발룬의 입력포트에 연결되는 동축케이블을 포함하고,
상기 동축케이블에는 AM 무전기가 연결되는 것을 특징으로 하는 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나.In the composite HF antenna for AM radio,
A balun that is installed by hanging on a locking member located at a certain height and converts a signal of a balanced circuit and a signal of an unbalanced circuit (BALUN);
It is installed on the left and right about the balun so that the top view of the composite HF antenna for AM radio has a bow-tie shape, and one end is connected to the output port of the balun and the other end is on the ground. A plurality of radiating elements are fixed; and
and a coaxial cable connected to the input port of the balun,
A hybrid HF antenna providing an NVIS function through terrestrial and ionosphere for shortwave communication, characterized in that an AM radio is connected to the coaxial cable.
상기 AM 무전기용 복합 HF 안테나의 측면에서 볼 때 상기 발룬을 중심으로 삼각형 형상, 일자 형상 또는 역 삼각형 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나.According to claim 1, wherein the plurality of radiating elements
Hybrid HF antenna providing NVIS function through terrestrial and ionosphere for short wave communication, characterized in that it forms a triangular shape, a straight shape, or an inverted triangular shape around the balun when viewed from the side of the composite HF antenna for the AM radio.
상기 AM무전기로부터 출력되는 신호가 상기 동축케이블을 통해 전달되어 10MHz~30MHz 주파수 대역에서는 지상파 통신을 수행하고, 10MHz 이하의 주파수 대역에서는 NVIS(Near Vertical Incidence Skywave) 기능을 통한 전리층 반사파 통신을 수행하는 것을 특징으로 하는, 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나.According to claim 1, wherein the composite HF antenna for AM radio
The signal output from the AM radio is transmitted through the coaxial cable to perform terrestrial communication in a frequency band of 10 MHz to 30 MHz, and to perform ionospheric reflected wave communication through the NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) function in a frequency band of 10 MHz or less. A hybrid HF antenna that provides NVIS functions through terrestrial and ionosphere for short wave communication.
고용량 강자성체의 페라이트(Ferrite) 코어를 포함하는 것을 특징으로 하는 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나.The method of claim 1, wherein the balun
A hybrid HF antenna that provides NVIS functions through terrestrial and ionosphere for short wave communication, characterized in that it includes a ferrite core of high capacity ferromagnetic material.
임피던스 변환비가 1:4 페라이트 코어 발룬인 것을 특징으로 하는 단파통신용 지상파 및 전리층을 통한 NVIS기능을 제공하는 하이브리드 HF 안테나.The method of claim 1, wherein the balun
A hybrid HF antenna that provides NVIS function through terrestrial and ionosphere for short wave communication, characterized in that the impedance conversion ratio is 1:4 ferrite core balun.
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|---|---|---|---|---|
| KR100977083B1 (en) | 2008-10-15 | 2010-08-19 | (주)하이게인안테나 | Dual polarization wide band antenna for rf communication |
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| All Band NVIS Antenna Designed by N2CKH/NNNOWWL, http://www.n2ckh.com/NNN0WWL_NVIS_ANTENNA.pdf (2007.07.01.)* * |
| Broadband butterfly terminated dipole antena, 7db Collinear Antenna (2016.12.31.)* * |
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