KR900006151B1 - 원형도파선로 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

원형도파선로

[발명의 상세한 설명]

제1도는 중간금속판을 갖지 않는 종래의 원형도파선로를 나타낸 중앙 종단 사시도.

제2도는 중간급속판이 달린 종래의 원형도파선로를 나타낸 종앙 종단 사시도.

제3도는 종래의 원형도파선로의 반사계수 특성을 나타낸 그래프.

제4~9도는 본 발명의 일실시예의 동축형 원형도파선로의 경우를 나타낸 것으로서,

제4도는 그 중앙 종단 사시도.

제5도는 그 중앙 종단면도.

제6도는 그 반사계수 특성을 나타낸 그래프.

제7도는 그 내부계 특성을 나타낸 그래프.

제8도는 그 상부 공간의 반경방향에 따른 전력 밀도 특성을 나타낸 그래프.

제9도는 기타의 예를 제5도에 대응시켜 나타낸 중앙 종단면도.

제10~12도는 본 발명의 다른 실시예로서의 동축형 원형도파선로를 나타낸 것으로서,

제10도는 그 중앙 종단 사시도.

제11도는 그 중앙 종단면도.

제12도는 기타의 예를 제11도에 대응시켜서 나타낸 중앙 종단면도.

제13도는 정합체의 변형예를 나타낸 종단면도.

제14도는 본 발명의 또다른 실시예로서의 도파관형 원형도파선로의 중앙 종단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 1' : 금속원판 1a, 1'a : 슬롯

2, 2' : 금속원판 2a, 2'a : 급전용개구

3 : 동축선로 3a : 외부도체

3b : 내부도체 4, 4' : 주벽

5, 5' : 정합체 6, 6' : 중간금속판

7, 8 : 종단저항체 9 : 도파관

C : 코너부 D : 극간

S : 도파공간 S1, S2 : 도파공간부

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 방송용 안테나 등에 사용하는데 적합한 원형도파선로에 관한 것이다.

종래의 원형도파선로로서는, 제1도에 나타낸 바와 같이, 급전전력을 도파공간(a)의 중앙부로부터 주연부에 향하여(화살표 α참조) 전파하는 것이나, 제2도에 나타낸 바와 같이, 도파공간(a)내에 구획판(b)을 배설하고, 급전전력을 도파공간(a)의 주연부의 극간부(e)로부터 중앙부에 향하여(화살표 β참조) 전파하는 것 등이 제안되어 있다.

그러나 이들 종래의 원형도파선로로서는, 동축선로(C)와 같은 급전부와 도파공간(a)과의 사이에서의 정합이 되지 않으며, 그러므로 제3도에 나타낸 바와 같이 급전부와 도파공간(a)와의 접속부에서 전력의 반사가 일기 때문에, 급전파워를 유효하게 인출할 수가 없는 문제가 있을뿐 아니라, 같은 위상의 전력을 전력방사용 개구로서의 슬롯(슬릿)(d)으로부터 방출시키기 때문에, 슬롯 배설 간격을 선로파장 i의 1파장분의 길이로 설정하여 있으므로, 사이드로우브가 커져서 안테나 효율이 저하하는 문제점도 있다.

그리고 제1, 2도에 있어, 부호(c1)은 외부도체, (c2)는 내부도체, (f)(f')는 종단저항체, (g)(g')은 도체정합판을 나타내고 있다.

본 발명은 이들 문제점을 단번에 해결하고자 한 것으로서, 급전부와 도파공간과의 사이에서의 정합을 취할 수가 있게하며, 그리고 사이드로우브를 작게 하면서 동상전력의 방사를 가능하게 한, 원형도파선로를 제공함을 목적으로 하고 있다.

그러므로 본 발명의 원형도파선로는, 금속벽으로 둘러싸인 도파공간과, 동도파공간에 형성된 급전용개구에 접속되는 급전부를 갖고, 상기 도파공간내에 있어, 추상의 정합체가 그 정상부를 상기 개구에 향하여 배설됨과 동시에, 상기 도파공간에 있어서의 전력 방사면과 동전력 방사면에 대향하는 벽면과의 사이의 공간에, 지파수단이 형성됨을 특징으로 하고 있다.

다음에 도면에 의하여 본 발명의 일실시예로서의 동축형 원형도파선로에 대하여 설명하면, 제4도는 그 중앙 종단 사시도, 제5도는 그 중앙 종단면도, 제6도는 그 반사계수 특성을 나타낸 그래프, 제7도는 그 내부계 특성을 나타낸 그래프, 제8도는 그 상부 공간의 반경 방향에 따른 전력 밀도 특성을 나타낸 그래프, 제9도는 기타의 예를 제5도에 대응시켜서 나타낸 중앙 종단면도로서, 각 도면중 같은 부호는 거의 같은 부분을 나타낸다.

제4,5도에 나타낸 바와 같이, 상호 이격하여 대향하도록 한쌍의 금속원판(1)(2)이 배설되어 있으며, 한쪽의 금속원판(1)에는, 전력 방사용 개구로서의 복수의 슬롯(또는 슬릿 : 1a)이 동심원상 또는 나선상 등으로 형성되어 있다. 이로써 급속원판(1)은 전력방사면을 갖게 된다.

또 다른쪽의 금속원판(2)에는, 급전부로서의 동축선로(3)와 접속되는 급전용개구(2a)가 형성되어 있다.

그리고 이들 금속원판(1)(2)의 주연부를 연결하는 금속제주벽(4)이 형성되어 있으며, 이들 금속원판(1)(2)과 급속체주벽(4)에 의하여, 그 내부에 도파공간(S)이 형성된다.

또 이 도파공간(S)내에 있어, 금속원판(1)(2)과 평행한 중간금속판(6)이, 주벽(4)과의 사이에 급전전력 우회용 극간(D)을 남기고 형성되어 있으며, 이로써 이 중간 금속판(6)에 의하여 도파공간(S)가 2개의 도파공간부(S1)(S2)로 분할된다.

그리고 이 중간금속판(6)의 장착은, 금속원판(1)에 중단 저항체(7)(이는 원판의 중심에 배설된다)를 통하여 행해지거나, 도중에서 절연판 등을 통하여 행해지거나 하며, 또한 그 장착 장소는 적의의 개소가 선택된다.

또 도파공간부(S1)내에는, 약 45°의 테이퍼 면을 갖는 금속체의 원추형상을 한 정합체(5)가, 그 정상부를 개구(2a)에 향하여 배설되어 있다. 즉 정합체(5)의 저면부는 중간금속판(6)에 이와 동심원으로 장착되어서, 정합체(5)의 정상부가 개구(2a)의 중심 축선상에 존재하게 되어 있다.

그리고 동축선로(3)의 외부도체(3a)는 개구(2a)에 접속되며, 동축선로(3)의 내부도체(3b)는 정합체(5)의 정상부에 접속되어 있다.

그리고 동축선로(3)의 외부도체(3a)는 개구(2a)에 접속되며, 동축선로(3)의 내부도체(3b)는 정합체(5)의 정상부에 접속되어 있다.

이와 같이하며, 원추형상의 정합체(5)의 작용에 의하여, 동축선로(3)과 도파공간(S)(하부 도파공간부(S1))과의 접속부에서의 전력반사를 일으키지 않고, 그리고 동축선로(3)와 도파공간(S)에 의하여 전계방향을 제5도에 화살표(A)(B)로 나타낸 바와 같이 정확히 90°만 변환하여 모우드 변환을 할 수가 있으므로, 급진파워를 유효하게 하부 도파공간부(S1)내로 인출할 수가 있다.

제6도에 개구(2a)의 부분(코넥터의 부분)에서 본 반사계수 특성을 나타낸다. 이 도면으로부터 반사가 적어져서 급전을 유효하게 행할 수 있음을 알 수가 있다.

또한 급전전력 우회용 극간(D)을 함유하는 도파공간(S)의 코너부(C)의 단면 형상이, 정8각형이나 원의 반단면 형상으로서 형성되어 있으므로, 이 코너부(C)에서의 급전전력의 반사를 충분히 방지할 수 있으며, 이 코너부(C)를 통하여서의 급전을 효과적으로 행할 수가 있다.

이때의 양도파공간부(S1)(S2)에서의 내부계의 양상을 나타내면, 제7도와 같이 되는데, 이 그래프로부터 양도파공간부(S1)(S2)에서의 내부계가 거의 같아져 있음을 알 수가 있다 이는 코너부(C)에서의 반사가 없음을 뜻한다.

또 중간금속판(6)은, 각 도파공간부(S1)(S2)에 있어서의 임피던스(Zd)(Zu)가 같아지는 위치, 예를 들면 금속판(1)(2) 사이를 2등분하는 위치에 형성되어 있으며, 이로써 양도파공간부(S1)(S2) 사이의 임피던스 정합을 위할 수가 있으며, 또한 효과적인 급전이 가능하게 된다.

따라서, 상기와 같이하여 하부 도파공간부(S1)에 효율적으로 급전된 전력은, 화살표(Pf)로 나타낸 바와 같이, 이 하부 도차공간부(S1)을 통하여, 주벽(4)과 중간금속판(6)과의 극간(D)의 부분, 즉 코너부(C)를 효율적으로 우회하여, 상부 도파공간부(S2)에 이르며, 그 중간부로 향하여 전파해 가는 것이다.

그런데, 사이드로우브를 작게하기 위하여서는, 슬롯(1a) 사이를 거리를, 선로파장 i의 1파장분 보다도 짧은, 예를 들면 0.9~0.5파장 정도의 길이로 설정함이 바람직하며, 따라서 본 실시예의 경우에도, 슬롯(1a)사이의 간격을 상기와 같은 길이로 설정되어 있다.

그러나 만약에 중간 금속판이 제2도에 나타낸 종래의 것과 같이 평판이라고 하면, 각 슬롯(1a)으로부터는 위상이 다른 전력이 방출되어 버리므로 바람직하지 못하다.

그러므로 중간금속판(6)을, 제4,5도에 나타낸 바와 같이, 지파수단으로서의 콜게이트 판으로써 구성하고, 상부 도파공간부(S2)에 도입된 급전전자파를 이 클게이트판으로써 된 중간금속판(6)에 의하여 지파시킴으로써, 상기와 같은 단피치로 형성된 슬롯(1a)으로부터도, 동위상의 전력을 방사할 수 있게하여 있다.

이로써 사이드로우브를 작게 억제하면서, 동상전력의 방사가 가능하게 되는 것이다.

이때의 전력 밀도 특성을 나타내면 제8도에 부호(M)로 나타낸 바와 같은 특성이 된다. 이 특성(M)은 거의 톱니형으로 되는데, 이는 슬롯(1a)을 통하여 전력이 방사될 때에 급격히 전력 밀도가 하강하기 때문인데, 주변으로부터 급전되어 있으므로, 이 특성(M)의 전체로서의 레벨은, 종단으로부터의 거리(R)와 무관하게 평탄하게 거의 같아진다. 즉 본 발명의 원형도파선로에 의하면 도파공간(S)내에 효과적으로 급전전력을 취입하고 나서, 또한 코너부(C)에서 효율적으로 급전전력을 통과시켜서, 그리고 방사에 있어는, 사이드 로우브를 작게 압압하면서 동위상의 전력을 거의 균일한 상태에서 방사할 수 있으므로, 안테나 효율이나 이득도 대폭적으로 향상한다.

또 제9도에 나타낸 바와 같이 중간금속판(6')은 종래대로 평판상으로 구성하고, 전력 방사면을 갖는 금속원판(1')을 지파 수단으로서의 콜게이트판으로써 구성하여도, 제4,5도에 나타낸 것과 거의 같은 효과 내지 잇점이 얻어진다.

즉 콜게이트상 금속원판(1')에 의하여 전자파가 지연하게 되므로 사이드로우브를 작게 하기 위하여, 슬롯(1'a) 가격을 단피치(0.9λ~0.5λ피치)로 하여도, 동상전력의 방사가 가능하게 된다.

도면중 모두 콜게이트 선로에 의한 자파회로를 나타내고 있으나, 같은 효과를 갖는 의사 유전체회로, 예를 들면 빗형회로 등에 의하여도 지파회로(수단)을 구성할 수가 있다.

그리고 유전율이 높은 절연체에 의하여도 같은 효과가 얻어지고 있는데, 일반적으로 유전체의 손실이 있으며, 저손실의 것은 현재 고가로 되므로 상기의 의사 유전회로에 의한 지파회로가 바람직하다.

제4,5도의 경우, 콜게이트 회로이므로, 양도파공간부(S1)(S2)에 지파를 발생하는데 하부 도파공간부(S1)에는 지파의 필요가 없으며, 또 콜게이트가 있으면 다소 손실이 증가하므로, 가공이 가능한한, 하부 도파공간부(S1)는 평면임이 바람직하다. 물론 저 손실의 유전체를 사용할 때에는 상부 도파공간부(S2)만에 유전체를 삽입하면 된다.

제10~12도는 본 발명의 다른 실시예로서의 동축형 원형도파선로를 나타낸 것으로서, 제10도는 그 중앙 종단 사시도, 제11도는 그 중당 종단면도, 제12도는 기타의 예를 제11도에 대응시켜서 나타낸 중앙 종단면도이며, 각 도면 중 제4~9도와 같은 부호는 거의 같은 부분을 나타낸다.

이 실시예는, 상술의 실시예와 같은 중간금속판(6)이 없는 타입의 것으로서, 급전전력이 도파공간(S)의 중앙부로부터 주연부에 향하여 전파해가는 타입의 것이다.

이 실시예에서도, 도파공간(S)내에, 약 45°의 테이퍼 면을 갖는 원추형상을 한 금속제의 정합체(5')가 그 정상부를 개구(2a)에 향하여 배설되어 있다. 그리고 이와 같은 정합체(5')의 저면부는 금속원판(1)에 이와 동심원으로 장착되어 있으며, 따라서 정합체(5')의 정부는 개구(2a)의 중심축 선상에 존재하게 된다.

이로써 원추형상의 정합체(5')의 작용에 의하여 동축선로(3)와 도파공간(S)와의 접속부에서의 전력의 반사를 방지할 수 있으며, 이로써 급전파원을 도파공간(S)내에 유효하게 취입할 수가 있다.

또 이 실시예의 경우에도, 사이드로우브를 작게하기 위하여 금속원판(1)에 형성된 슬롯(1a)간격이 선로 파장 i의 파장분 보다도 짧은 0.9~0.5λ정도의 길이로 설정되어 있으며, 또한 금속원판(1)에 대향하는 금속원판(2')이 전자파 지연용의 콜게이트 판으로서 구성되어 있다. 이로써 전자파가 도파공간(S)의 중앙부에 취입된 이후에는 이와 같은 전자파는 콜게이트형 금속원판(2')에 의하여 적의 지연케 되며, 도파공간(S)의 주연부로 향하여 전파하며, 이때 각 슬롯으로부터 동상의 전력으로서 방사되어 간다.

그리하여, 최종적으로는, 종단저항체(7)에 의하여 잉여 전력이 흡수된다.

또한 제12도에 나타낸 바와 같이 금속원판(2)은 종래대로 평판상으로 구성하며, 전력 방사면을 갖는 금속원판(1')을 콜게이트 판으로써 구성하여도 제10,11도에 나타낸 것과 거의 같은 효과 내지 이점이 얻어진다.

즉 콜게이트형 금속원판(1')에 의하여 전자파가 지연케되므로, 사이로우브를 작게하기 위하여 슬롯(1a) 간격을 단 피치(0.9λ~0.5λ피치)로 하여도, 동상전력의 방사가 가능하게 된다.

그리고 제10~12도중의 부호(4')은 원통형주벽, (2'a)는 급전용개구, (8)은 원판상 종단저항체를 나타내고 있다.

또 도면중의 각도

θ은 각각 약 45°이다.

그리고 제13도에 나타낸 바와 같이 정합체(5;5')의 형상을 단면이 2등변 3각형이 되는 원추형상이 아니고 종단면 형상의 윤곽선(L)이 지수함수 등의 변화를 하는 형상으로 설정할 수도 있다. 그리고 이때 동축선로(3)의 외부도체(3a)의 개구(2a;2'a)에의 접속단부도 지수함수 등의 변화를 하는 형상으로 할 수도 있다.

또 정합체(5;5')는 내부가 중공의 것이나 중실의 것이어도 무방하며, 정합체(5;5')는 그 전체가 금속제가 아니어도, 적어도 표면에 금속층을 갖는 것이면 무방하다.

또한 본 발명은 급전부를 전술의 실시예와 같이 동축선로(3)로 하는 대신에, 도파관(9)으로 하여도 같이 적용할 수 있다(제14도 참조).

그리고 이 제14도의 경우, 콜게이트에 의한 지파회로는 동심원상으로 형성되어 있으나, 동도면의 것은 방사상의 전류에 대응하는 모우드의 경우로서, 도파관 모우드의 경우에는 콜게이트가 일직선에 오는, 즉 직선상의 홈이 될 때도 있다.

이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 원형도파선로에 의하면, 금속벽으로 둘러싸인 도파공간과, 동도파공간에 형성된 급전용개구에 접속되는 급전부를 갖고, 상기 도파공간내에 있어, 추상의 정합체가 그 정상부를 상기 개구로 향하여 배설됨과 동시에, 상기 도파공간에 있어의 전력 방사면과 동전력 방사면에 대향하는 벽면과의 사이의 공간에, 콜게이트, 빗형 유전체 등의 지파수단이 형성되어 있으므로, 다음과 같은 효과 내지 잇점이 있다.

(가) 급전부와 도파공간과의 접속부에서의 전력반사가 없어지며, 급전력을 효율적으로 인출할 수가 있다.

(나) 전력 방사면에서 형성된 슬롯(전력 방사용 개구) 간격을 선로 파장 λ보다 짧게 설정하여도, 급전전력파를 효과적으로 지연시킬 수가 있으므로, 사이드로우브를 작게하여, 안테나 효율을 올리면서, 각 슬롯으로부터 동상 전력을 방사시킬 수가 있다.

Claims (7)

1. 금속벽으로 둘러싸인 도파공간과, 동도파공간에 형성된 급전용개구에 접속되는 급전부를 갖고, 상기 도파공간내에 있어, 추상의 정합체의 정상부가 상기 개구를 향하여 배설됨과 동시에, 상기 도파공간에 있어서의 전력 방사면과 동전력방사면에 대향하는 벽면과의 사이의 공간에, 지파수단이 형성되고, 전력방사면에서의 슬롯들 사이의 거리가 선로파장의 1파장분보다 짧은 것을 특징으로 하는 원형도파선로.
2. 제1항에 있어서, 상기 정합체가 그 표면에 금속층을 갖는 것을 특징으로 하는 원형도파선로.
3. 제2항에 있어서, 상기 정합체가, 금속제의 원추체로서 구성된 것을 특징으로 하는 원형도파선로.
4. 제1항에 있어서, 상기 정합체의 정상부가 상기 개구의 중심축 선상에 존재하도록 상기 정합체가 배설된 것을 특징으로 하는 원형도파선로.
5. 제1항에 있어서, 상기 정합체의 내부가 중공으로 구성된 것을 특징으로 하는 원형도파선로.
6. 제1항에 있어서, 상기 지파수단이 콜게이트판으로써 구성된 것을 특징으로 하는 원형도파선로.
7. 제1항에 있어서, 상기 지파수단이 빗형 회로로써된 의사 유전체 회로에 의하여 구성된 것을 특징으로 하는 원형도파선로.

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