KR900000327B1

KR900000327B1 - 원편파 1차 방사기(圓偏波一次放射器)

Info

Publication number: KR900000327B1
Application number: KR1019860000084A
Authority: KR
Inventors: 가쯔다까 히다까; 히사시 사다와
Original assignee: 가부시끼가이샤 도오시바; 사바 쇼오이찌
Priority date: 1985-01-09
Filing date: 1986-01-09
Publication date: 1990-01-25
Also published as: EP0187671B1; EP0187671A3; DE3688086T2; JPS61161003A; CA1252883A; JPH0682970B2; EP0187671A2; DE3688086D1; KR860006144A; US4686537A

Abstract

내용 없음.

Description

원편파 1차 방사기(圓偏波一次放射器)

제1도는 종래의 원편파 1차 방사기의 개략도.

제2도는 제1도에서 보여주는 원편파 1차방사기에 있어서 도체편의 두께D를 변경시켰을 때의 주파수에 대한 위상차의 변화를 나타내는 그래프.

제3도는 제1도에서 보여주는 원편파 1차 방사기에 있어서 원형도파관의 반경R을 변경하였을 때의 주파수에 대한 위상차의 변화를 나타내는 그래프.

제4도는 본 발명에 따른 원편파 1차방사기의 제1실시예.

제5도는 본 발명에 따른 원편파 1차방사기의 제2실시예.

제6도와 제7도는 제5도의 실시예에 대한 측정 특성을 나타낸 그래프.

제8도는 제6도와 제7도에서 측정에 사용된 원편파대구 형편파변환기의 개략도.

제9도는 본 발명에 따른 원편파 1차방사기의 제3실시예.

제10도는 본 발명에 따른 원편파 1차방사기의 제4실시예.

제11도는 본 발명에 따른 원편파 1차방사기의 제5실시예.

제12도는 본 발명에 따른 원편파 1차방사기의 제6실시예.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10, 20 : 원편파 1차방사기 12, 22, 48 : 원추형안테나

14 : 원편파발생기 16 : 원형도파관

18, 18' : 도체편 24, 26, 38, 40 : 도체돌출부

28 : 전파공급단 30, 42 : 개구단

31, 32 : 단부 33, 34 : 표면

36 : 안테나선단부 44, 46 : 단부

50, 51 : 실선

본 발명은 원편파 1차방사기에 관한 것으로, 특히 형상을 대형화하지 않고서도 축비(軸比)의 대역을 넓일수 있게함과 더불어 원편파에 대한 지향성을 개선시킨 원편파 1차방사기에 관한 것이다. 종래의 원편파 1차방사기(10)는, 제1도에서 부호10으로 지시된 부분인 A-A'로부터 B-B'까지가 원추형안테나(12)로 되고, B-B'로부터 C-C'까지의 부분인 원편파발생기(14)로 구성되어져 있는데, 여기서 상기 원편파발생기(14)는 직선편파(전파)를 원편파로 변환시키기 위한 것이다. 그런데 주지된 사실로서 원편파로 변환시키는데는 직선편파(E)를 서로 직교하게 되는 E₁성분과 E₂성분으로 나누어 고찰해보게되면, 제1도에 도시되어져 있는 바와 같이 입사전계(E₂)에 대하여 같은 도면에서 직교입사전계(E₁)를 90°만큼 지연시키거나 또는 90°전진시키므로서 달성할 수 있게 되며, 이를 위해 원형도파관(16)의 안쪽에다 도체편(18)(18')을 설치해 놓고 있다.

상기한 바와 같이 종래에는 원편파 1차방사기를 원추형 안테나(12) 및 원편파발생기(14)가 각각 독립된 것으로 하여 개발한 다음 그들을 상호 연결시키므로써 실용화하고 있다. 따라서 원편파의 양부를 나타내는 축비(軸比)의 주파수특성을 광대역화하게 되는 경우에는 다음에 설명하는 바와 같이 원형도파관의 축이 길어지게 되는 등 여러 가지 문제가 발생하게 되는 것이다.

즉, 축비의 광대역화가 요구되는 안테나의 예로서는 12GHZ대(帶)의 위성방송수신용안테나를 들 수 있는데, 이 경우 세계무선관리회의(WARC-BS)서 일본은 300MHZ의 대역을 할당하고 미국은 500MHZ의 대역을 할당하고 있다. 따라서 종래의 원편파발생기(14)에 있어서는 대역을 넓히기 위해서 도체편(18)(18')의 두께(D)를 얇게할 필요가 있었는데, 도체편의 두께를 얇게 하려면 원형도파관축의 길어지게 되는 결점이 있게되었는바 그 까닭은 다음에 설명하는 바와 같다.

반경(R)이 12.0mm의 원형도파관(16)을 써서 상기 도체편(18)(18')의 두께(D)를 3.6mm 나 2.4mm, 1.2mm로 변화시켰을 때 위상차의 주파수특성을 구해보면, 제2도에 도시된 바와 같이 12.45GHZ에서 위상차가 90°로 되어 완전한 원편파가 얻어지게 되고, 또 제2도에서 알수 있는 바와 같이 두께(D)을 점점 작게하면 넓은 대역에 걸쳐 90°로부터의 어긋남이 감소되면서 대역이 넓어지게 됨을 알 수 있다. 그러나 이때의 원형도파관축에 기준한 도체편의 길이를 살펴보면 36.7mm, 78.0mm, 297.5mm로 서서히 길어지고 있음을 알 수 있는바, 즉 종래의 것과 같은 형식에서는 원편파에 대한 축비특성의 광대역화를 피할려면 필연적으로 원편파 1차 방사기의 전체길이가 길어져 대형화하는 문제점이 있음을 알 수 있고, 한편으로는 원평도파관의 반경(R)과 도체편의 두께(D)와의 비 D/R를 예컨데 D/R=0.1로 일정하게 해 놓고 반경(R)을 8.12mm 나 10.1mm 또는 12.0mm로 각각 변화시켜 직교하는 전계의 위상차를 관찰하면 제3도와 같은 관계가 있음을 알 수 있었다. 또 중심주파수를 12.45MHZ로 되고 그곳에서 완전한 원편파가 나오도록 위상차는 90°로 되어 있다. 이렇게 제3도에서 알수 있듯이 반경(R)을 크게함에 따라 축비특성은 평탄면에 가까워지게 되어 90°로 부터의 어긋남이 감소하게 되는 것을 알수 있는바, 즉 축비특성이 광대역화한다는 것을 알 수 있다. 그러나 이 경우에도 원형도파관의 반경(R)을 크게해야만 광대역화가 이루어지기 때문에 제품의 소형, 경량화를 이룰 수 없게 된다.

또한, 종래에도 상기예와는 달리 4각추형안테나내부의 대향하는 모서리에 여러쌍의 수직판을 설치해서 직선편파를 원편파로 변환시키도록 된 원편파 1차방사기가 있었으나, 이는 일반적으로 도파관의 단면이 같은 모양이고 도파판의 축이 일직선으로 구성되어 있어서 관벽에 장애물이 없을 경우에만 도파관내를 전파하는 다중 모우드(MODE)의 각 모우드가 서로 간섭함이 없이 독립적으로 전해지게 된다. 그러나, 여러쌍으로된 수직판과 같은 장애물이 관내에 설치되면 이제는 모우드가 독립성을 잃어버려 모우드간에 결합현상이 일어나게되는바, 그 예로서는 방사관내에다 상기의 금속판과 같은 것을 여러개 설치해 놓고 있는 경우를 생각해본다면, 그곳에서의 경계조건은 연속성을 잃어버리게되어 전자파가 그곳에서 크게 산란되어져 버리게 된다. 따라서 방사관내전파의 모우드는 그 불연속점에서 많은 기본 모우드와는 다른 고차 모우드성분을 포함하고 있는 것이 되어버려 원편파의 특성이 필연적으로 열악화된다.

상기한 바와 같이 여러 쌍으로된 복수의 수직판을 설치한 방사기의 지향성은 많은 고차모우드를 포함하게 되기 때문에 원편파에 대한 양호한 지향성을 얻을 수 없게되는 결점을 갖게 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하여 그 형상을 소형화할 수 있을 뿐 아니라 축비의 주파수특성을 광대역화하고 원편파에 대한 양호한 지향성을 얻을 수 있도록된 원편파 1차 방사기를 제공하는데 그 목적이 있다. 본 발명의 다른 목적은 정밀도가 높은 칫수로 제작할 수 있는 원편파 1차방사기를 제공하는 한편, 대량생산을 할 때에도 안정된 축비주파수특성을 얻을 수 있도록된 원편파 1차방사기를 제공하는데 있다. 본 발명의 구성 및 작용, 효과를 그 한 실시예로서 예시해 놓은 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제4도는 본 발명에 따른 원편파 1차방사기의 한 실시예를 도시해 놓은 것으로서, 여기서는 원편파 1차방사기는 부호 20으로 지시해놓고 있는 것인데, 이 원편파 1차방사기(20)는 전파공급단(28)으로부터 개구단(30)을 향해 점차 벌어져 열려지는 모양으로 구성된 원추형안테나(22)와 이 안테나(22)의 내벽을 따라 설치되어진 예컨데, 동이나 은, 알루미늄, 알루미늄계통의 합금 또는 놋쇠로된 도체돌출부(24, 26)를 설치한 구조로 되어 있다. 여기서 도체돌출부(24, 26)는 원추형안테나(22)와 동일한 재질을 가지고 그와 일체로 형성시켜도 좋고 또 별개로 형성시켜도 좋다.

상기 도체돌출부(24, 26)는 원추형안테나(22)의 전파공급단(28)에 입사되는 전계(E)의 직교전계(E₁,E₂)가운데 한쪽 전계인 예컨데 직교전계(E₁)방향으로 서로 대향되게 설치되어져 있다. 또 상기 도체돌출부(24, 26)의 두께 및 길이는 원하는 원편파가 얻어지도록 설정해 놓게되는데, 즉 원추형안테나(22)의 전파공급단(28)에서 상(相)이 같은 직교전개(E₁,E₂)가 개구단(30)에서 90°를 기준으로 허용될 수 있는 범위의 위상차가 되도록 설정되어져 있다.

한편 상기 원편파 1차방사기(22)에는 고차모우드를 방지하기 위해 도체돌출부(24, 26)의 개구단(30)측 단부(31,32)가 원추형안테나(22)의 내벽을 따라 개구단(30)을 향해서 경사져 있게되는 모양으로 구성되어져 있다. 이와 같은 1차방사기에 있어서, 원추형안테나(22)의 반경을 R(X)로 도체돌출부(24,26)의 두께를 D(X)로 해서 예컨데 D(X)/R(X)가 일정해지도록 도체돌출부(24, 26)를 부착시키면, 제1도에서와 같이 종래의 원편파1차방사기보다도 전체 길이가 단축된 원편파 1차방사기를 만들 수 있게 된다.

더구나 D(X)/R(X)가 일정하다고 하면 원추형안테나(22) 하단의 전파공급단(28)이 있는 곳보다도 반경이 큰 곳에 도체돌출부(24,26)가 설이되어져 있기 때문에, 제3도의 실험사실로부터 알 수 있듯이 용이하게 대역을 넓일 수 있게 되는 것이다. 또 상술한 바와 같이 도체돌출부(24,26)는 완만하게 개구단(30)측을 향해 넓혀져 있고, 또 그 개구단(30)측의 단부(31,32)가 원추형안테나(22)의 내벽을 따라 경사져 있기 때문에 상기 도체 돌출부(24,26) 및 그들의 단부(31,32)에서는 종래의 장치에서 발생되던 고차모우드가 거의 발생되지 않게 되므로 원편파에 대한 양호한 지향성을 얻을 수 있게 되는 것이다.

제5도는 본 발명에 따른 원편파 1차 방사기의 제2실시예를 도시해 놓은 것으로서, 상기와 같은 원리에 따라 구체적으로는 주파수가 12.2∼12.7GHZ이고 대역폭이 500MHZ이며 축비를 0.7dB 이하가 되도록 설계해서 시험제작해본 원편과 1차방사기를 도시해 놓은 것인데, 여기서는 전기적으로 필요한 칫수규격(단위 mm)이 도면중에 표시해 놓는 한편, 상기 방사기에서의 전기적 특성의 측정치 및 계산치는 제6도에 도시해 놓고 있다. 여기서 계산치는 얇게 쓸어놓은 도파관이 축방향으로 단계적으로 접속되어져 있도록 한 전송선로 모델로부터 구한 것이다.

또 중심주파수 12.45GHZ에서의 주편파의 지향성에 대한 측정결과가 제7도에서 실선(50)으로 도시해 놓는 한편 교차 편파의 지향성은 실시예에서 실선(51)으로 도시해 놓고 있다.

본 발명의 원편파 1차방사기는 제6도에서 알 수 있듯이 사선으로 표시하는 전대역에 걸쳐서 0.6dB 이하의 양호한 축비 특성을 얻을 수가 있고, 또 제7도에서 알 수 있듯이 반사경의 엘지 레벨(edge level)을 10dB로 하였을 때의 빔폭은 약 90°가 되어 양호한 지향성을 얻을 수 있어서, 이에 따라 원추형 안테나(22) 내부에 상술한 바와 같은 도체돌출부(24,26)를 설치함으로 말미암은 방사패턴의 왜곡현상이 일어나지 않는다는 것이 확인되었다.

제5도로 도시되어져 있는 실시예에 있어서는 원추형안테나 선단부(36)가 도체돌출부(38, 40) 개구단(42) 측단부(44,46)에서부터 보다 큰 비율로 절곡되어 벌어져 있기 때문에 동일한 개구부를 실현시킴에 있어 그대로 연장하게되는 경우보다도 축의 길이가 짧아지게 되는 효과가 있게 되는 것이다. 또 전기적 횡파인 TE₁₁모우드에 약간의 자기적 횡파인 TM₁₁모우드를 보태어져 합쳐지면 지향성의 축비특성이 개선되어지는 성질이 있다. 따라서 절곡된 상기 원추형안테나 선단부(36)에서 TM₁₁모우드가 발생하기 때문에 원편파 특성이 좋은 지향성이 얻어지게 될 뿐만 아니라 축대칭성도 좋아지게 된다. 이러한 시험제작 원편파 1차방사기의 축길이는 제5도에 기재되어져 있는 바와 같이 38mm라는 소형으로 되어 실용상 대단히 유익한 것이다.

한편 제6도와 제7도에 도시된 전기적 특성은 제8도에 도시되어져 있는 원편과 구형편파 변환기를 제5도의 원편파 1차방사기에다 접속시켜서 두께가 0.5mm인 테프론재로 된 라돔을 개구단에다 붙여 측정한 결과인 것이다. 위에서 한 설명으로부터 알수 있듯이 본 발명의 원편파 1차방사기는 최근 위성 통신의 발달에 따른 요구에 맞출수가 있고 또 전술한 바와 같은 여러 가지 효과도 가지고 있는 것으로 그 중에서 대량생산을 할 수 있을 뿐만 아니라 제품자체의 크기를 소형화시킬수 있는 효과를 갖고 있는 것이다. 여기서 본 발명의 원편파 1차방사기를 대량생산 할 수 있는 이유를 들자면 추형안테나 내면 및 도체돌출부(24,26)의 표면(33,34)은 추형안테나와 같은 방향으로 테이퍼지게 형성시킬 수가 있기 때문에 알루미늄 다이게스팅 성형기술을 적용할 수가 있어서 양산이 가능해지게 된다. 따라서 위성방송수신용 안테나용으로 원편파 1차방사기를 양산할 수 있으며, 양산에 따른 제조원가도 절약할 수 있다.

제9도∼제12도에는 본 발명에 따른 원편파 1차방사기의 다른 실시예가 도시되어져 있는데, 이들 실시예 도면에서도 상기 실시예에서와 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여해 놓았다. 제9도에 도시되어져 있는 제3실시예에 있어서는 점차적으로 곡률을 변경시켜서 추형안테나(48)를 벌려 놓고 있기 때문에 고차 모우드의 발생을 억제되어져서 광대역화가 다시 유리해지게 되어 있다.

제10도에 도시되어져 있는 제4실시예에 있어서는, D(X)/R(X)가 일정하지 않은 형태로 구성되어 있는 도체돌출부(38,40)에 그 두께에 있어 단계적인 차이가 있으나 이러한 두께의 차이를 극히 작게 설계함으로써 고차모우드에 의한 악영향을 제거할수 있을 뿐만 아니라 설계주파수로서 위상차가 90°가 되도록 조정할 경우에 유익하다.

제11도에 도시되어져 있는 제5실시예에 있어서는, 도체돌출부를 판(板)모양으로 된 것으로 구성시켜 놓고있는 제10도와 다른 것이다.

제12도에 도시되어져 있는 제6실시예는, 사각추형안테나에다 본 발명을 적용시킨 것이다.

본 발명은 제4도와 같은 원추형으로 된 안테나 이외에 개구쪽을 향해 점차적으로 다른 곡률로 벌어져 추형안테나 그 단면이 다각형으로 벌어지게 되는 추형안테나 혹은 각진 추형안테나 등과 같은 추형안테나에다 적용시켜도 효과적이다. 한편 도체돌출부의 두께D(X)는 제4도에서는 반경 R(X)과의 비가 항상 일정한 경우에 대해서 설명하였으나 X의 변화에 대해 그들의 비가 항상 일정하여야 할 필요는 없는 것이기 때문에 도중에서 그 비율이 달라져도 관계없다.

이와 같은 상기 본 발명에 따른 원편파 1차방사기에 의하면 추형안테나 내벽에다 도체돌출부를 설치하여 추형안테나 내부에서 원편파에의 변환이 이루어지도록 하므로서 종래와 같은 원편파발생기를 추형안테나와 별개로 설치할 필요가 없고, 축길이가 단축되어 형상이 소형화되며, 또한 추형안테나를 원편파 방사기의 도파관으로서 쓰고 있기 때문에 그 직경을 크게 할 수가 있어 종래와 같은 형상을 대형화 하지 않고서도 축비의 광대역화를 쉽게 실현시킬 수 있게 된다. 또한 도체돌출부를 고차모우드가 발생하지 않는 형상으로 되어져 있기 때문에 보다 좋은 지향성을 얻을 수가 있게 된다.

한편 소형화에 따른 정밀도가 높은 칫수로 제작할 수 있어 양산을 할 때 안정된 축비특성을 얻을 수도 있게 되는 한편 소형경량화에 따라 원편파 1차방사기의 지지축이나 지지기구가 간편하게 될 수 있는 부가적인 효과가 있으며, 특히 위성탑재용 기기는 경량화가 필요하게 되는데 이러한 조건도 충족할 수 있을 뿐만 아니라 사용재료가 감소되므로 제조원가도 줄일 수 있으며, 양산성의 향상으로 인해 제조가격도 줄일 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이 구성된 본 발명내용으로부터 당업계 기술자는 그 기술적 범위내에서 다양한 형태로 설계를 변경하여 실시할 수 있음은 물론이다.

Claims

직선편파를 원편파로 변환시키도록 된 원편파 1차방사기(20)에 있어서, 전파공급단(28)으로부터 개구단(30)을 향해 점차적으로 벌어지도록 구성된 추형안테나(22)와 상기 추형안테나내에서 상기 전파공급단으로부터 입사된 직선편파를 원편파로 변환시키도록 상기 추형안테나 내벽을 따라 도체돌출부(24,26)를 설치하되 이 도체돌출부(24,26)를 설치하되 이 도체돌출부(24,26)는 상기 안테나의 개구단(30)측 단부(31,32)가 상기 추형 안테나의 내벽을 따라 경사진 모양으로 설치해 놓은 것을 특징으로 하는 원편파 1차방사기.
제1항에 있어서, 상기 안테나는 전파공급단(28)으로부터 개구단(30)을 향해 점차적으로 일정한 비율로 벌어지도록 된 것을 특징으로 하는 원편파 1차방사기.
제1항에 있어서, 상기 추형안테나(22)는 전파공급단(28)으로부터 개구단(30)을 향해 서서히 다른 곡률로 벌어지도록 된 것을 특징으로 하는 원편파 1차 방사기.
제1항에 있어서, 도체돌출부(24,26)는 상기 추형안테나(22)의 전파공급단(28)에 입사되는 전계(E)의 직교전계(E₁,E₂) 가운데 한쪽 전계에 서로 대향해서 설치되고, 이 도체돌출부의 두께 및 길이는 상기 추형안테나의 전파공급단에서 상이 같은 직교전계(E₁,E₂)가 개구단에서 90°를 기준으로해서 허용될 수 있는 범위의 위상차가 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 원편파 1차 방사기.
제3항에 있어서, 상기 안테나(22)는 상기 도체돌출부 (24,26)의 개구단축 단부(31,32)로부터 개구단(30)을 향한 부분이 전파공급단으로부터 상기 도체돌출부의 개구단측단부를 향한 부분보다 더 큰 비율로 벌어지도록 된 것을 특징으로 하는 원편파 1차방사기.
상기 제1항에 있어서, 상기 도체돌출부(24,26)는 도체돌출부의 두께D(X)와 추형안테나(22)의 반경R(X)의 비가 항상 일정한 모양이 되도록 형성되어진 것을 특징으로 하는 원편파 1차방사기.
제1항에 있어서, 상기 도체돌출부는 도체돌출부의 두께 D(X)와 안테나의 반경R(X)비가 일정하지 않게 형성되어진 것을 특징으로 하는 원편파 1차방사기.