KR20220051160A - 다중 대역 안테나용 동축 피드 - Google Patents

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KR20220051160A
KR20220051160A KR1020227002617A KR20227002617A KR20220051160A KR 20220051160 A KR20220051160 A KR 20220051160A KR 1020227002617 A KR1020227002617 A KR 1020227002617A KR 20227002617 A KR20227002617 A KR 20227002617A KR 20220051160 A KR20220051160 A KR 20220051160A
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band
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웨이-정 관
라미 아다다
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씨텔, 인크.
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Abstract

다중대역 안테나용 동축 피드는, 외부 전도 표면, 내부 고대역(HB) 전도 표면, 및 내부 HB 전도 표면에 의해 규정된 HB 개구를 포함하는 관형 HB 도파관; HB 도파관 둘레에 동축으로 배치되고, 외부 피드 표면, 내부 저대역(LB) 전도 표면, 및 내부 LB 전도 표면과 HB 도파관의 외부 전도 표면에 의해 규정된 환형 LB 개구를 포함하는 관형 저대역(LB) 도파관; 및 HB 도파관의 외부 전도 표면에 위치하고, HB 개구로부터 축방향으로 오프셋되는 환형 고대역(HB) 초크를 포함한다.

Description

다중 대역 안테나용 동축 피드
관련 출원에 대한 상호 참고문헌
본 출원은 "다중 대역 안테나용 동축 피드"라는 명칭으로 2019년 6월 24일 출원된 미국 가특허출원 번호 62/865,631에 기초하여 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 모든 목적을 위해 본 명세서체 참고로 포함된다.
본 출원은 일반적으로 다중대역 안테나용 동축 피드에 관한 것으로, 특히 위성 통신에 사용되는 다중대역 안테나용 동축 피드에 관한 것이다.
동축 피드는 추적 안테나 분야에서 잘 알려져 있다. 예를 들어, 미국 특허 번호 6,222,492에서는, "합계" 방사 패턴에 대한 내부 도파관 및 "차이" 방사 패턴에 대한 외부 도파관을 포함하는 동심 도파관을 갖는 이중 동축 피드에 대해서 기재하고 있다. 이중 동축 피드는 또한 자유 공간과 동축 도파관 사이의 임피던스 정합을 개선 및 변경하기 위해 도파관의 개방 단부 근처에 다양한 초크를 포함한다.
동축 피드는 또한 다중 대역 안테나와 함께 사용될 수 있으며, 이는 이러한 안테나가 다중 주파수 대역에서 동작하는 능력을 제공하기 때문에 위성 통신에 바람직하다. 동축 피드는 통신 위성을 추적하도록 구성된 이중 대역 추적 안테나와 함께 사용하는 데 특히 적합하다. 예를 들어, 미국 특허 제6,982,679호는 패턴 성능을 개선하기 위해 내부 혼(horn)의 외부 표면 상의 전류를 감소시키기 위해 내부 혼의 개구 주위로 연장되는 초크를 갖는 동축 혼 안테나 시스템을 개시하고 있다.
예를 들어, Ka 및 Ku 대역에서 이중 대역 안테나를 동작시키는 것과 같이, 서로 매우 가까운 파장을 갖는 주파수 대역 내에서 다중 대역 안테나를 동작시키는 것이 바람직할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 가까운 주파수 대역의 경우, 외부 "저대역" 동축 도파관은 외부 직경에 비해 상대적으로 큰 내부 직경을 가질 수 있으며, 이로 인해 원치 않는 교차 편파(X-pol) 방사가 발생할 수 있다. 방사 패턴은 방사 개구의 전기장에 의해 결정되며, 내경이 클수록 개구에서 더 큰 전기장 굴곡이 발생하여 더 많은 X-pol 방사가 발생한다.
그러므로, 공지된 동축 피드 초크의 상기 및 기타 단점을 극복하는 초크 구조를 갖는 다중대역 안테나를 제공하는 것이 유용할 것이다.
발명의 개요
본 발명의 일 양태는 외부 전도 표면, 내부 고대역(HB) 전도 표면, 및 내부 HB 전도 표면에 의해 규정된 HB 개구를 포함하는 관형 고대역(HB) 도파관; HB 도파관 둘레에 동축으로 배치되고, 외부 피드 표면, 내부 LB 전도 표면, 및 HB 도파관의 내부 LB 전도 표면과 외부 전도 표면에 의해 규정된 환형 LB 개구를 포함하는 관형 저대역(LB) 도파관; 및 HB 도파관의 외부 전도 표면에 위치하고, HB 개구로부터 축방향으로 오프셋되는 환형 고대역(HB) 초크를 포함하는 다중대역 안테나용 동축 피드에 관한 것이다.
HB 도파관은 Ka-대역 도파관일 수 있다.
HB 도파관은 유전체 부재로 유전체적으로 로딩될 수 있다.
유전체 부재는 2 이상의 비 유전율(relative permittivity)을 가질 수 있다.
상기 유전체 부재는 플라스틱, 석영, REXOLITE(가교된 폴리스티렌) 또는 이들의 조합물로부터 선택된 물질로 형성될 수 있다.
HB 도파관 개구는 약 0.2 인치 내지 0.33 인치 범위의 직경을 가질 수 있다.
HB 초크는 LB 주파수의 1/4 파장과 같거나 더 큰 HB 개구로부터 축방향으로 오프셋될 수 있다.
HB 초크의 오프셋은 LB 도파관의 LB 주파수에 대한 자유 공간에 임피던스 정합을 제공하도록 구성될 수 있다.
LB 도파관은 Ku 대역 도파관일 수 있다.
LB 개구는 약 0.22 인치 내지 0.35 인치 범위의 LB 개구 내경을 가질 수 있다.
LB 개구는 LB 개구 내경을 가질 수 있고, HB 초크는 LB 개구 내경과 거의 동일한 HB 초크 내경을 가질 수 있다.
LB 개구는 LB 개구 내경을 가질 수 있고, HB 초크는 LB 개구 내경보다 큰 HB 초크 외경을 가질 수 있다.
HB 도파관은 HB 파장을 갖는 HB 주파수에 대해 동조(tune)될 수 있고, HB 초크 외경은 LB 개구 내경보다 큰 HB 파장의 약 0.1 내지 0.25배이다.
HB 초크 외경(ODHB Choke)은 다음과 같이 결정될 수 있다:
Figure pct00001
상기 식에서,
Figure pct00002
는 LB 개구 내경이고,
Figure pct00003
는 HB 파장이다.
LB 도파관은 LB 개구와 HB 초크 사이에 축방향으로 배치된 내부 전도 표면에 방사형 홈을 포함할 수 있고, 방사형 홈은 HB 도파관에 대한 위상 동조를 제공하도록 구성되고 치수 결정된 파형(corrugation)을 규정한다.
LB 도파관은 환형 LB 개구 주위에 배치된 2차 HB 초크를 포함할 수 있다.
LB 도파관은 환형 LB 개구 주위에 동심으로 배치된 복수의 2차 HB 초크를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양태는 주 반사기; 주 반사기에 대해 부착된 부 반사기; 및 상술한 동축 피드 중 어느 하나를 포함하고, 동축 피드는 주 반사기로부터 부 반사기를 향해 연장된다.
안테나는 주 반사기, 부 반사기, 및 동축 피드를 지지하는 추적 받침대를 더 포함할 수 있으며, 추적 받침대는 통신 위성을 추적하도록 구성된다.
시스템은 다음을 더 포함할 수 있다: 주 반사기 뒤에 위치되고, HB 도파관의 HB 스로트에 작동 가능하게 연결된 HB 다이플렉서; HB 다이플렉서 주위에 위치되고 LB 도파관의 LB 스로트에 작동 가능하게 연결된 LB 턴스타일 접합부; 및 LB 턴스타일 접합부 뒤에 위치하고 그에 작동 가능하게 연결된 LB 직교 모드 변환기 및 다이플렉서.
본 발명의 방법 및 장치는 본 명세서에 포함된 첨부 도면, 및 함께 본 발명의 특정 원리를 설명하는 다음의 상세한 설명으로부터 명백하거나 보다 상세하게 설명되는 다른 특징 및 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 다양한 양태에 따른 다중 대역 안테나를 위한 예시적인 동축 피드의 사시도이다.
도 2는 도 1의 동축 피드 및 다중 대역 안테나의 측면도이다.
도 3은 도 2의 3-3선을 따라 취한 동축 피드의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 동축 피드의 확대 상세도이다.
이하, 본 발명(들)의 다양한 실시형태에 대해 상세하게 참조할 것이며, 그 예는 첨부 도면에 예시되고 아래에서 설명된다. 본 발명(들)이 예시적인 실시형태와 관련하여 설명될 것이지만, 본 설명은 본 발명(들)을 그러한 예시적인 실시형태로 제한하도록 의도되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 반면, 본 발명(들)은 예시적인 실시형태뿐만 아니라 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바와 같이, 본 발명의 사상 및 범위 내에 포함될 수 있는 다양한 대안, 변경, 균등물 및 기타 실시형태를 포함하도록 의도된다.
도면을 참조하면, 다양한 도면 전체에 걸쳐 유사한 구성요소가 동일한 참조 번호로 지정되고, 도 1에서는 다중대역 안테나(32)에 대한 예시적인 동축 피드(30)를 도시한다. 동축 피드는 주 반사기(33)로부터 멀리 연장되고 다른 통상적인 방식으로 주 반사기에 대해 부착된 위치에서 부 반사기(35)를 지지한다. 예를 들어, RF 투명 부 반사기 지지체(37)는 동축 피드의 단부에서 부 반사기를 지지하는데 이용될 수 있다. 다양한 실시형태에서, 다중대역 안테나는 원형 대칭 이중 반사기 안테나이며, 여기서 주 반사기와 부 반사기는 모두 원형 대칭이다.
도 2를 참조하면, 다중대역 안테나(32)는 다른 통상적인 방식으로 위성 및/또는 다른 이동 통신 장치를 추적하기 위한 추적 받침대(39) 상에 작동 가능하게 지지될 수 있다. 다중대역 안테나에는 또한 HB 도파관의 HB 스로트에 작동 가능하게 연결된 고대역 다이플렉서(40), HB 다이플렉서 주위에 위치되고 LB 도파관의 LB 스로트에 작동 가능하게 연결된 저대역 턴스타일 접합부(42), 저대역 직교 모드 변환기 및 LB 턴스타일 접합부 뒤에 배치되고 작동 가능하게 연결된 다이플렉서(44)가 구비된다. 다중대역 안테나는 또한 다른 통상적인 방식으로 다른 적절한 장비와 함께 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 3을 참조하면, 동축 피드는 일반적으로 관형 고대역(HB) 도파관(46), 및 HB 도파관 주위에 배치되고 적어도 하나의 RF-투명 동축 지지대(49)에 의해 정 위치에 유지되는 동축 저대역(LB) 도파관(47)을 포함한다. HB 도파관은 일반적으로 외부 전도 표면(51), 내부 HB 전도 표면(53), 및 내부 HB 전도 표면에 의해 규정된 HB 개구(54)를 포함하는 반면, LB는 일반적으로 외부 피드 표면(56), 내부 LB 전도 표면(58), 및 내부 LB 전도 표면 및 HB 도파관의 외부 전도 표면에 의해 규정된 환형 LB 개구(60)를 포함한다.
다중대역 안테나가 이중 대역 안테나로서 구성될 수 있고, 각각의 HB 및 LB 도파관이 상이한 주파수의 무선 주파수 파동의 수신 및 전파를 최적화하도록 치수가 구성될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 다양한 실시형태에서, HB 도파관은 Ka-대역 도파관으로 구성되고, LB 도파관은 Ku-대역 도파관으로 구성된다.
본 발명의 다양한 양태에 따르면, HB 도파관은 유전체 부재(61)로 유전체적으로 로딩될 수 있다. HB 도파관을 유전체적으로 로딩하는 것은 유리하게 더 작은 HB 개구 직경을 가능하게 하고, 이는 차례로 LB 개구의 더 작은 내경 및 개선된 교차 편광(X-pol) 방사 성능을 가능하게 한다. 특히, LB 개구의 더 작은 내경은 LB 개구에서 전기장 굴곡을 감소시키고 따라서 원치 않는 X-pol 방사를 감소시킨다.
유전체 부재는 2 이상의 비 유전율을 갖는 것이 바람직하다. 유전체 부재에 적합한 재료는 플라스틱, 석영, REXOLITE(펜실베니아, 필라델피아 소재 C-Lec Plastics, Inc.에 의해 제조된 가교 폴리스티렌), 이들의 조합물, 및/또는 기타 적절한 재료를 포함한다.
본 발명의 다양한 양태에 따르면, 환형 고대역(HB) 초크(63)는, 도 3에 도시된 바와 같이, HB 도파관(46)의 외부 전도 표면(51)에 제공되고 HB 개구(54)로부터 멀리 축방향으로 오프셋된다. HB 초크의 오프셋은 LB 도파관의 LB 주파수에 대한 자유 공간에 임피던스 정합을 제공하도록 구성된다. 다양한 실시형태에서, HB 초크는 LB 주파수의 1/4 파장과 같거나 더 큰 거리인 HB 개구로부터 축방향으로 오프셋된다.
동작 시, 도 4를 참조하면, 고대역 방사는 HB 도파관(46)을 통해 이동하고 HB 개구(54)로부터 방사한다. 파동 에너지의 대부분은 자유 공간으로 방사된다(화살표 A로 표시). 그러나, 파동 에너지의 일부는 HB 도파관의 외부 전도 표면(51)으로 누출된다(화살표 B로 표시됨). HB 초크(63)의 축방향 오프셋은 누출되는 파동 에너지를 역으로 반사하고 동축 개구(화살표 B'로 표시)에서 재방사하여 LB 도파관(47)(화살표 B"로 표시)으로 누출되는 파동 에너지를 최소화하도록 적절하게 동조될 수 있다.
HB 초크의 축방향 오프셋 거리(D)는 반사파 에너지(화살표 B')의 위상을 결정한다. 바람직하게는 대부분의 방사파 에너지(화살표 A)와 반사파 에너지(화살표 B')는 동 위상이고, 그 결과 대부분 및 반사파 에너지는 동축 피드로부터의 방사 에너지를 최대화하기 위해 건설적으로 조합된다.
따라서, 축방향 오프셋 HB 초크(63)는 동축 LB 도파관(47)으로의 에너지 누출을 감소시키고, 반사된 방사 에너지(화살표 B')를 위상 동조함으로써 고대역 성능의 최적화를 가능하게 한다.
중요하게도, 축방향 오프셋 HB 초크 구성은 LB 개구(60)의 내경이 HB 초크(63)의 외경보다 작게 한다. 다양한 실시형태에서, LB 개구의 내부 직경은, 도 4에 도시된 바와 같이, HB 초크의 내부 직경과 거의 동일하다. 따라서 HB 초크의 축방향 오프셋 구성은 LB 개구의 더 작은 내경과 향상된 교차 편광(X-pol) 방사 성능을 가능하게 한다.
그러한 구성은 또한 HB 초크의 외경이 LB 개구 내경보다 크게 할 수 있다. 다양한 실시형태에서, HB 도파관(46)은 특정 HB 주파수에 대해 동조되고, LB 도파관(47)은 특정 LB 주파수, 예를 들어 각각 Ka 및 Ku에 대해 동조된다. 축방향 오프셋 HB 초크 구성은 HB 초크(63)의 외경이 LB 개구(60)의 내경보다 HB 파장의 약 0.1 내지 0.25배 더 크게 되도록 한다. 예를 들어, HB 초크 외경(ODHB Choke)은 다음과 같이 결정될 수 있다:
Figure pct00004
상기 식에서,
Figure pct00005
는 LB 개구 내경이고,
Figure pct00006
는 HB 파장이다.
이러한 경우에, HB/Ka-대역 도파관 개구는 바람직하게는 약 0.2 인치 내지 0.33 인치 범위의 직경을 갖고, LB/Ku-대역 도파관은 바람직하게는 내경이 약 0.22 인치 내지 0.35 인치 범위의 LB 개구를 갖는다. 바람직하게는, LB 개구 내경과 HB 개구 직경 사이의 차이는 단지 HB 도파관의 벽 두께이다. 예를 들어, LB/Ku-대역 도파관은, HB 도파관이 0.01 인치의 관형 벽 두께를 가질 때 바람직하게 약 0.21 인치 내지 0.35 인치 범위의 LB 개구 내경을 갖고, LB/Ku-대역 도파관은, HB 도파관이 0.02 인치의 관형 벽 두께를 가질 때, 바람직하게 약 0.24 인치 내지 0.37 인치 범위의 LB 개구 내경을 갖는다.
도 3으로 돌아가서 참조하면, 동축 피드(30)는 고대역 및 저대역 성능 모두를 개선하기 위해 다른 동조 기능을 구비할 수 있다. 예를 들어, LB 도파관(47)은 LB 개구(60)와 HB 초크(63) 사이에 축방향으로 배치된 내부 전도 표면(58)에 방사형 홈(65)을 포함할 수 있다. 방사형 홈은 HB 도파관(46)(화살표 B') 및 HB 도파관(46)의 반사파 에너지의 위상 동조를 제공하도록 구성되고 치수가 지정될 수 있다. 방사형 홈은 또한 LB 도파관(47)을 통해 이동하는 저대역 방사의 위상 동조를 제공하도록 구성될 수 있다. 특히, HB 초크는 LB 방사(화살표 C)의 불연속성을 생성할 수 있고, 이 경우 방사형 홈은 불연속의 추가 위상 동조를 제공하도록 동조될 수 있으며, 이에 의해 LB 방사의 정합이 개선될 수 있다. 따라서 방사형 홈은 HB 방사 성능과 LB 정합을 동시에 최적화하는 데 사용될 수 있다.
동축 피드(30)는 또한 안테나 방사 패턴 상의 원하지 않는 사이드 로브(lobe)를 최소화하기 위해 환형 LB 개구(60) 주위에 배치된 하나 이상의 개구 초크(67)를 포함할 수 있다. 그러한 개구 초크는 다른 통상적인 방식으로 주 HB 방사, 반사된 HB 방사, 또는 LB 방사로 동조될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
첨부된 청구범위에서 설명의 편의 및 정확한 정의를 위해, "내부" 및 "외부"라는 용어는 도면에 표시된 특징의 위치를 참조하여 예시적인 실시형태의 특징을 설명하기 위해 사용된다.
본 발명의 특정 예시적인 실시형태의 전술한 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 그것들은 망라적인 것, 또는 본 발명을 개시된 정확한 형태로 제한하도록 의도되지 않으며, 명백히 상기 교시에 비추어 많은 수정 및 변형이 가능하다. 예시적인 실시형태는, 본 발명의 특정 원리 및 그들의 실제 적용을 설명하기 위해 선택되고 설명되어, 이에 의해 당업자가 본 발명의 다양한 예시적인 실시형태뿐만 아니라 그의 다양한 대안 및 수정을 하고 활용할 수 있도록 한다. 본 발명의 범위는 본 명세서에 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정의되는 것으로 의도된다.
30: 동축 피드 32: 다중대역 안테나
33: 주 반사기 35: 부 반사기
37: 부 반사기 지지체 39: 추적 받침대
40: 고대역 다이플렉서 42: 저대역 턴스타일 접합부
44: 저대역 직교 모드 변환기 46: 고대역 도파관
47: 저대역 도파관 49: 동축 지지대
51: 고대역 외부 전도 표면 53: 고대역 내부 전도 표면
54: 고대역 개구 56: 외부 피드 표면
58: 저대역 내부 표면 60: 저대역 개구
61: 유전체 부재 63: 고대역 초크
65: 방사형 홈 67: 개구 초크

Claims (20)

  1. 외부 전도 표면, 내부 고대역(HB) 전도 표면, 및 내부 HB 전도 표면에 의해 규정된 HB 개구를 포함하는 관형 고대역(HB) 도파관;
    HB 도파관 둘레에 동축으로 배치되고, 외부 피드 표면, 내부 저대역(LB) 전도 표면, 및 내부 LB 전도 표면과 HB 도파관의 외부 전도 표면에 의해 규정된 환형 LB 개구를 포함하는 관형 저대역(LB) 도파관; 및
    HB 도파관의 외부 전도 표면에 위치하고, HB 개구로부터 축방향으로 오프셋되는 환형 고대역(HB) 초크를 포함하는 다중대역 안테나용 동축 피드,
  2. 제1항에 있어서,
    상기 HB 도파관이 Ka-대역 도파관인 동축 피드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 HB 도파관에는 유전체 부재가 유전체적으로 로딩되는 동축 피드.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유전체 부재는 2 이상의 비 유전율을 갖는 동축 피드.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 유전체 부재는 플라스틱, 석영, REXOLITE(가교 폴리스티렌) 또는 이들의 조합물로부터 선택된 물질로 형성되는 동축 피드.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 HB 도파관 개구는 약 0.2 인치 내지 0.33 인치 범위의 직경을 갖는 동축 피드.
  7. 제1항에 있어서,
    HB 초크는 LB 주파수의 1/4 파장과 같거나 더 큰 HB 개구로부터 축방향으로 오프셋되는 동축 피드.
  8. 제1항에 있어서,
    HB 초크의 오프셋은 LB 도파관의 LB 주파수에 대한 자유 공간에 임피던스 정합을 제공하도록 구성되는 동축 피드.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 LB 도파관은 Ku 대역 도파관인 동축 피드.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 LB 개구는 약 0.22 인치 내지 0.35 인치 범위의 LB 개구 내경을 갖는 동축 피드.
  11. 제1항에 있어서,
    LB 개구는 LB 개구 내경을 갖고, 그리고 HB 초크는 LB 개구 내경과 거의 동일한 HB 초크 내경을 갖는 동축 피드.
  12. 제1항에 있어서,
    LB 개구는 LB 개구 내경을 갖고, 그리고 HB 초크는 LB 개구 내경보다 큰 HB 초크 외경을 갖는 동축 피드.
  13. 제12항에 있어서,
    HB 도파관은 HB 파장을 갖는 HB 주파수에 대해 동조되고, HB 초크 외경은 LB 개구 내경보다 큰 HB 파장의 약 0.1 내지 0.25배인 동축 피드.
  14. 제13항에 있어서,
    HB 초크 외경(ODHB Choke)은 다음과 같이 결정될 수 있는 동축 피드:
    Figure pct00007

    상기 식에서,
    Figure pct00008
    는 LB 개구 내경이고,
    Figure pct00009
    는 HB 파장이다.
  15. 제1항에 있어서,
    LB 도파관은 LB 개구와 HB 초크 사이에서 축방향으로 배치된 내부 전도 표면에 방사형 홈을 포함하고, 방사형 홈은 HB 도파관에 대한 위상 동조를 제공하도록 구성되고 치수 지정된 파형을 규정하는 동축 피드.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 LB 도파관은 상기 환형 LB 개구 주위에 배치된 2차 HB 초크를 포함하는 동축 피드.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 LB 도파관은 상기 환형 LB 개구 주위에 동심으로 배치된 복수의 2차 HB 초크를 포함하는 동축 피드.
  18. 주 반사기;
    주 반사기에 대해 부착된 부 반사기; 및
    주 반사기로부터 부 반사기를 향해 연장되는, 제1항에 다른 동축 피드를 포함하는 다중대역 안테나 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 안테나는 주 반사기, 부 반사기 및 동축 피드, 통신 위성을 추적하도록 구성된 추적 받침대를 더 포함하는 다중대역 안테나 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 주 반사기 뒤에 위치되고 HB 도파관의 HB 스로트에 작동 가능하게 연결된 HB 다이플렉서;
    상기 HB 다이플렉서 뒤에 위치되고 LB 도파관의 LB 스로트에 작동 가능하게 연결된 LB 턴스타일 접합부; 및
    LB 턴스타일 접합부 뒤에 위치하고 그에 작동 가능하게 연결된 LB 직교 모드 변환기 및 다이플렉서를 더 포함하는 다중대역 안테나 시스템.
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