KR910008949B1 - 원형 도파관내의 슬로트 안테나 - Google Patents

원형 도파관내의 슬로트 안테나 Download PDF

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휴우즈 에어크라프트 캄파니
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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
원형 도파관내의 슬로트 안테나
[도면의 간단한 설명]
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 상세하게 기술하겠다.
제1도는 본 발명에 따른 원형 도파관내의 슬로트 안테나의 사시도이다. 원형 도파관은 직교-편광 모드 변환기를 갖추고 있고, 이 변환기에 인접한 원형 편광기를 포함한다. 요구된 방사 패턴을 얻기 위해 교차된 다수의 슬로트들이 도시되어 있다.
제2도는 직교-편광 모드 변환기의 2개의 부분에 대한 진폭 및 위상 제어 기능을 나타내는 제1도 안테나의 사시도이다.
제3도는 도파관 표면상의 나선과 정렬 상태로 형성된 슬로트를 포함하는 원형 도파관의 일부 사시도이다. 2가지 센스(sense)의 나선이 도시되어 있다.
제4도는 소정 기호로 나타낸 특성을 도시한 제3도의 단부도이다.
제5도는 제3도의 나선을 나타내는 동상 라인 및 라인들을 도시한 제3도의 전개도이다.
제6도는 한가지 센스의 전류를 나타내는 소정 나선과 정렬 상태로 형성된 2개의 슬로트를 갖고 있는 동축 도파관의 일부 사시도이다. 또한, 제2센스의 전류를 나타내는 나선이 점선으로 도시되어 있다.
제7도는 방사 비임의 임의 편광을 달성하기 위해 도파관 벽내에 형성된 2쌍의 슬로트를 갖고 있는 원형 도파관의 일부 사시도이다.
제8도는 LC와 RC파에 결합하기 위해 벽내에 형성된 종방향 슬로트를 갖고 있는 원형 도파관의 일부 측면도이다.
제9도는 다음 본문내에 사용된 소정 기호로 표시된 특성을 나타내는 원형 도파관의 개략 단부도이다.
[발명의 상세한 설명]
[발명의 배경]
본 발명은 안테나 분야에 관한 것으로, 특히 슬로트 도파관 안테나(Slotted waveguide antenna)에 관한 것이다.
슬로트 구형(rectangular) 도파관 안테나에 대한 비교적 많은 연구가 행해져 왔고, 이에 대한 보고서들이 발표되었다. 예를들어, 1984년 McGrow-Hill 발행, 존슨(Johnson)과 자시크(Jasik)저 Antenna Engineering Handbook, 2판, 9장, 및 MIT Radiation Laboratory Series, 에스. 실버(S. Silver)저 Microwave Antenna Theory, 287-301페이지를 참조한다. 대부분의 이 안테나들은 슬로트를 여기시키기 위해 탐침(probe)을 사용한다. 공지된 바와 같이, 탐침은 고전력 레벨에서의 아킹(arcing) 잠재력과, 제조 및 조립의 어려움을 포함하는 단점들을 갖는다.
또한, 기본 TEM 모드 내에서 동작하는 슬로트 동축 도파관 안테나 및 TM1모드내에서 동작하는 원형 도파관에 대해서도 상당한 양의 연구 및 보고가 행해져 왔다. MIT Radiation Laboratory Series, 제12권, 에스. 실버저 Microwave Antenna Theory and Design, 305-309, 325 및 328페이지, 및 존슨 및 자시크저 Antenna Enginnering Handbook, 2판, 28-15페이지를 참조한다. 이 설계들은 고정된 선형 편광을 갖고 있고, 방위(azimuthal) 패턴 제어기능을 갖고 있지 않다. 또한, IEE Third International Conferenced on Antennas and Propagation, ICAP 1983, I 부, 콘블리트(Cornbleet)저 ″The Helical Solt Antenna″를 참조한다.
종래의 동축 라인 슬로트 안테나들은 전형적으로 동축 라인내의 TEM 모드 내에서 동작하였고, 슬로트를 이 관련 탐침에 의해 결합된 원형 도파관 내의 TM1모드 내에서 동작하였다. 이 안테나는 고정된 횡 선형 편광을 가졌었다. 이 형태의 안테나 내에서, 슬로트들은 TEM 또는 TM1모드의 종방향 전류 흐름 라인에 평행하므로, 이 슬로트들은 도파관내로 돌출되는 탐침없이는 방사(radiate)하지 못하였다. Proc. IRE, 제41권, 1953, 제이. 에이취. 하인즈(J.H. Hines), 브이.에이취. 럼시(V. H. Rumsey) 및 씨.에이 취. 월터(C.H. Walter)저 ″Traveling-Wave Slot Antennas″, 1629페이지, 제11도에 도시된 것과 같은 ″누설파 안테나(leaky wave antenna)″를 형성하기 위한 긴 연속 슬로트를 제외하고는 탐침 여기가 없는 슬로트 원형 도파관 안테나에 대한 보고는 거의 없었다. 또한, 제이.에스. 아지오까(J.S. Ajioka) 및 지.엠. 콜만(G.M. Coleman)의 미합중국 특허 제2,818,565호를 참조한다. 매우 넓은 연속 종방향 슬로트가 원형 도파관내에 사용되었고, TM1모드내에서 동작하였다. 좁은 종방향 슬로트는 이들이 전류 흐름 라인에 평행하기 때문에(TM 모드는 종방향 전류만을 갖는다) 방사하지 못하게 되었다. 폭이 도파관 반경 정도이거나 더 넓은 매우 넓은 슬로트는 도파관으로부터 누설을 야기시키기에 충분히 유도된 파를 섭동시켰다.
상술한 모든 기술들은 고정된 편광이 어레이(array)에 교차한다는 단점을 갖는다. 불연속(discrete) 슬로트 어레이 기술은 슬로트를 여기시키기 위해 사용되는 고가인 고전력 제한 전기 탐침을 사용해야 한다는 다른 단점을 갖는다. 연속 슬로트 기술은 횡방향(broadside)도 아니고 종방향(endfire)도 아닌 그 사이의 소정 지점에서 방사한다는 다른 단점을 갖는다. 비임(beam) 방향은 일반적으로 sine=λ/λg에 의해 결정된다.
그러므로, 비교적 높은 전력 레벨에서 방사할 수 있고, 결합 탐침을 사용하지 않으며, 제어가능한 편광을 갖고, 방위 패턴 제어를 허용하는 안테나를 제공하기 위한 노력이 본 분야에서 행해져 왔다.
상기 관점에서, 제어가능한 편광 및 방위 패턴 제어 기능을 갖고 있는 슬로트 원형 또는 동축 도파관 안테나를 제공하기 위한 노력도 본 분야내에서 행해져 왔다.
본 발명의 목적은 새롭고 개량된 슬로트 원형 또는 동축 도파관 안테나를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 제어가능한 방위 패턴을 갖고 있는 원형 또는 동축 슬로트 도파관 안테나를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 주변(circumferential) 변화가 0보다 큰 주변 TE 모드에 대한 나선형(helical) 전류 흐름 라인의 장점을 취하는 슬로트 원형 또는 동축 안테나를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 임의로 또는 제어가능한 편광으로 횡방향에서 종방향으로 비임을 제공할 수 있는 슬로트 원형 또는 동축 안테나를 제공하기 위한 것이다.
[발명의 요약]
이 목적과 장점들 및 그외의 다른 목적과 장점들은, 도파관내에 존재하는 우측 또는 좌측 순환 모드(RC 및 LC)의 전류 흐름 라인들을 차단하도록 형성된 슬로트를 갖고 있고, 2개의 순환파간의 상대 크기 및 위상을 제어하기 위한 제어 장치를 갖고 있는 원형 또는 동축 도파관이 제공되는 본 발명에 의해 달성된다. 이 기술에 의해, 임의 편광이 방사될 수 있다.
한 실시예내에서, 제어장치는 직교-편광(ortho-polarization) 모드 변환기, 및 슬로트 도파관에 공급되는 1/4파 플레이트(plate) 원형 편광기를 포함한다.
RC 및 LC를 차단시키기 위해 도파관내에 형서된 슬로트들은 반드시 서로 수직은 아니지만, 소정의 편광이 특정한 조합에 의해 발생될 수 있도록 개별 배치된다. 이 슬로트들은 횡방향 방사용 공칭 λg간격을 갖는다. λ-프리(λ-free) 공간과 동일한 로드(load)된 도파관내에서 λg를 형성하기 위해 도파관을 절연로딩 시킴으로써, 종방향 방사가 달성될 수 있다.
도파관벽내의 슬로트들의 위치는
Figure kpo00001
의 주변 변화를 갖고 있는 원형 도파관내의 TE 모드의 경우에 순수 나선형 전류 흐름 라인들이 도파관 벽내에 존재한다는 이론에 따라 선택된다. 슬로트들은 요구된 모드의 방사를 발생시키기 위해 요구된 모드의 이 전류 흐름 라인들을 차단시키도록 배치된다. 서로 선정된 거리만큼 떨어져 도파관 내에 배치되는 다수의 슬로트들을 형성함으로써, LC와 RC 모드는 차단되어 함께 방사될 수 있다. 2개의 순환 모드 간의 상대 진폭 및 위상을 제어함으로써, 방위 패턴이 회전될 수 있으므로, 방향성이 적절히 변경된다.
[양호한 실시예의 설명]
다음 설명내에서, 도면들내의 동일 부분에는 동일한 참조 번호를 붙였다. 도면들을 참조하면, 제1도는 본 발명에 따른 원형 도파관내의 슬로트 안테나(10)을 도시한 것이다. 원형 도파관(12)는 이 도파관(12)내의 전류를 차단하기 위한 ″X-형″ 또는 ″교차″ 슬로트(14)를 포함한다. 이 슬로트들은 요구된 좌측 순환(LC) 모드 성분 및 우측 순환(RC) 모드 성분을 차단함으로써 방사 에너지 내의 이 모드들의 특정한 조합을 발생시키도록 선택된 위치에 형성된다.
제1도내에서는, 다수의 교차 슬로트(14)들이 도시되어 있다. 서로 관련되고 도파관(12)의 배향에 관련된 이 위치들은 요구된 방사 패턴을 얻기 위해 선택된다. 또한, 도파관(12)의 절단부내에는, 슬로트(14) 외부로 방사하기 위한 도파관(12)내에 유입된 에너지내의 원형 편광을 야기시키기 위해 릿지(16 및 18)로 구성된 1/4파 플레이트 원형 편광기가 도시되어 있다. 원형 편광기(16 및 18)로서 작용하는 장치는 본 분야내의 숙련된 기술자들에게 공지되어 있고, 릿지들을 포함한다.
또한, 제1도는 도파관(12) 상의 점선 좌측에 직교-편광 모드변환기(20)을 포함한다. 이 변환기(20)은 우측 원형 편광 포트(22)와 좌측 원형 편광 포트(24)를 포함한다. 직교-편광 모드변환기로서 작용하는 장치들은 본 분야에 숙련된 기술자들에게 공지되어 있으므로, 더 이상 상세하게 기술하지 않겠다.
직교-편광 모드 변환기(20)의 2개 포트에 입력된 에너지의 진폭과 위상을 제어함으로써, 이 에너지를 차단하여 방사시키게 되는 교차 슬로트에서 특정한 조합이 발생하게 된다. 직교-편광 모드 변환기(20)의 1개 포트 또는 2개 포트에 입력된 에너지의 특성을 조정함으로써, 방위 패턴 제어가 실행될 수 있다.
제2도에는 다른 방위 패턴 제어 장치가 도시되어 있다. 선정된 부분내의 입력 에너지를 분할시키기 위해 전력 분할기(30)이 사용된다. 분할 전력의 한 부분은 직교-편광 모드 변환기(20)의 한 부분(24)에 직접 공급되고, 분할 전력의 제2부분은 위상 전이기(32)에 입력된다. 선택된 크기만큼 위상 전이된 다음에, 분할 전력의 제2부분은 직교-편광 모드 변환기(20)의 제2부분(22)에 입력된다.
본 분야에 숙련된 기술자들에게 공지되어 있는 바와 같이, 도파관 벽내의 슬로트 방사기(radiator)들은 슬로트가 도파관 벽내의 고주파(RF) 전류를 차단하는 정도만큼 도파관 내의 모드 필드에 결합된다. 슬로트가 RF 전류의 성분에 수직이면, 슬로트는 여기되어, 방사하게 된다. 슬로트가 도파관 벽내의 RF 전류에 평행하면, 도파관 필드에 대한 소수의 섭동만을 야기시키게 되고, 결합되지 않으므로 충분히 방사하지 않게된다. MIT Radiation Laboratory Series, 제12권, 에스. 실버저 Microwave Theory and Design, 287페이지, 및 McGraw-Hill, 존슨 및 자시크 저 Antenna Engineering Handbook, 2판, 9-2절을 참조한다.
상반 법칙(law of reciprocity)이 적용되고, 본 발명이 에너지 송수신용으로 사용될 수 있다는 것을 알아야 한다. 방사용으로의 본 발명의 실시예의 사용 상태를 나타내는 본 명세서내에 포함된 설명들은 안테나가 방사용으로만 동작할 수 있다는 것으로는 해석되지 않는다. 사용된 설명은 단지 본 발명의 동작을 편리하게 하기 위한 것이고, 본 발명은 수신용으로도 동작가능하다.
본 발명내에서, 슬로트(14)는 도파관(12)내의 TE 모드 전류의 흐름을 차단하도록 배치된다. 원형 도파관(12)내에서, 슬로트(14)는 전류 흐름 라인을 나타내는 나선을 따라 배치된다.
Figure kpo00002
의 주변 변화를 갖고 있는 원형 도파관내의 TE 모드의 경우에, 전류 흐름 라인들은 나선형이고,
Figure kpo00003
에 대응하는 좌측 나사센스 또는
Figure kpo00004
에 대응하는 우측 나사 센스를 갖는 도파관의 벽내에서 발생된다. 이 2개의 모드들은 독립적이고 수학적으로 서로 직교한다. 슬로트들은 본 발명내의 이 나선들에 따라 배치된다.
제1도에 도시한 바와같이, 전류 흐름 라인들은 원형 도파관(12) 주위의 나선형 경로를 따른다. 실선(38)은 우측 순환 모드(RC)를 나타내고, 점선(40)은 좌측 순환 모드(LC)를 나타낸다. 화살촉은 이 도면내의 순간 전류 흐름 방향을 편리하게 나타내기 위해서만 사용되고, 본 발명을 제한하지는 않는다.
교차 슬로트(14)가 제1도에 도시되어 있지만, 이것은 단지 한 실시예이다. 특정한 응용에 따라 다른 형태의 슬로트들이 사용될 수 있다. 예를들어, 제3도에 도시한 것과 같은 단일 슬로트(42)가 사용될 수 있다. 제1도내에서와 같이, 제3도내에서 도파관(44)상에 도시되어 있고, 이 나선들은 RC모드[실선(46)] 및 LC모드[점선(48)]을 제공한다. 도시되어 있는 바와같이, 슬로트(42)는 RC 모드 라인(46)의 나선형 경로를 따른다. 그러므로, 이 모드는 거의 방사되거나 수신되지 않지만, LC모드(48)이 차단되고, 이 모드의 방사 및 수신이 발생할 수 있다. 이론에 얽매이지는 않지만, 슬로트 동작에 대한 배경을 제공하기 위해 다음의 더욱 상세한 설명이 제공된다.
Figure kpo00005
의 주변 변화를 갖고 있는 TE-Z 모드를 갖고 있는 원형 도파관이 고찰된다. 상술한 바와같이, 나선형인 도파관 벽내의 전류 흐름 라인들이 발생된다. 좌측 나사센스는
Figure kpo00006
에 대응하고, 우측 나사 센스는
Figure kpo00007
에 대응한다.
이 2가지 모드들은 독립적이고, 서로 수학적으로 직교한다. 슬로트들의 위치는 전류 흐름이 나선형이고, 좌우측 나사 센스가 독립적이라는 장점을 취한다. 이 모드들의 필드 성분은 다음과 같다.
Figure kpo00008
여기서,
Figure kpo00009
Figure kpo00010
Figure kpo00011
Figure kpo00012
Figure kpo00013
Figure kpo00014
Figure kpo00015
지수를 소거하면, 필드 성분은 다음과 같이 된다.
Figure kpo00016
Figure kpo00017
Figure kpo00018
Figure kpo00019
Figure kpo00020
우선, Z방향으로의 진행파
Figure kpo00021
및 φ방향으로의 순환파 [
Figure kpo00022
]를 고찰한다. 다음 설명내에서, φ종속성
Figure kpo00023
는 우측 순환 모드(RC)로서 지정되고,
Figure kpo00024
는 좌측 순환 모드(LC)로서 지정된다. 원형 도파관내의 기본 모드(TE11)의 경우에,
Figure kpo00025
는 도파관내의 우측 원형 편광에 대응하고,
Figure kpo00026
는 도파관내의 좌측 원형편광에 대응한다. 더 높은 등급의 m-모드의 경우에는, ″원형편광(cp)″라는 용어가 사용되지 않는 대신에, ″순환 모드″라는 용어가 사용된다.
도파관내의 표면 전류 흐름 라인들의 방향은 다음식에 의해 결정된다.
Figure kpo00027
Figure kpo00028
(A는 단위 좌표 벡터를 나타낸다), 및
Figure kpo00029
r=a일때,
Figure kpo00030
은 도파관 벽에 직각인 내향 단위(inward unit)이고, α는 제3도, 제4도 및 제5도에 도시한 바와 같이 전류 흐름 라인들의 방향과 도파관의 실린더(cylinder)의 엘리먼트(element) 사이의 각인데, 이때 실선(46)은 RHCP에 대한 전류 흐름 라인을 나타내고, 점선(48)은 LHCP에 대한 전류 흐름 라인을 나타낸다. 제4도는 제3도의 단부도이고, 제5도는 제3도의 전개도이다.
제5도내에서, 전류 흐름 라인(48)의 방향은 Z,φ 또는 시간에 관계없이 일정하다.
Figure kpo00031
이것은 피치각 α를 갖고 있는 나선형 전류 쉬트(sheet)를 나타낸다. 도파관 벽이 제5도에 도시한 바와 같이 평면으로 펴지면, 전류 흐름 라인들은 점선(48)로 도시한 바와 같이 기울기 tanα를 갖고 있는 직선이다. 순환의 반대 센스에 대응하는 전류 흐름 라인들의 각은 -α이다.
일정한 위상(phase) 또는 위상 윤곽의 라인들은 다음식에 의해 결정된다.
Figure kpo00032
여기서, s=도파관 벽 상의 주변 거리이고,
Figure kpo00033
이다.
또한, 일정한 위상 윤곽은 나선이지만 반대 센스를 갖고, 상이한 피치각 αph를 갖는다. 전류 흐름 라인에서와 같이, 반대 센스의 순환에 대한 일정한 위상 라인들은 실린더 엘리먼트에 관련하여 대칭 배향된다. 1개의 이러한 동상 라인(50)이 제5도에 도시되어 있다.
일반적으로, α와 αph의 크기는 동일하지 않다. 이들은 차단 파장 λc가 유도 파장 λg와 동일할때 동일하다. 이것은 소정의 도파관 모드의 중간 동작 대역에서 발생한다. 또한, 일반적으로, 전류 흐름 라인과 일정한 위상 라인은 직교하지 않는다. 차단시에, 전류 흐름 라인들은 주변부이고, 일정한 위상 라인들은 종방향이다(α=90°이고 αph=0이다). 차단시에, 파는 순환하고, 도파관에서 전달되지 않는다. 차단이 제거되면, 주파수 또는 도파관 변경 ″a″는 무한대에 접근한다.
α→0이고, αph→90°이다.
파는 횡 동위상면(tranvserse phase front) 및 자유 공간 속도로 도파관 축 밑으로 전달된다.
포인팅 벡터(Poynting Vector)
Figure kpo00034
의 방향은
Figure kpo00035
가 횡방향이므로 단위 법선
Figure kpo00036
이기 때문에 전류 흐름 라인과 동일한 방향이다. 그러므로, 주파수 벽에서
Figure kpo00037
이고,
Figure kpo00038
는 평행하다.
Figure kpo00039
r=a일때, Eφ=0이고, tanα와 동일한
Figure kpo00040
이다.
제5도에 도시한 전개 도파관 내에서, +α및 -α, 즉(-m 및 m)에 대한 전류 흐름 라인은 반대 순환파에 대응하고, 직선이다. 전자기학에 관한 모든 참고 문헌내에서, 도식적으로 도시되어 있는 전류 흐름 라인들은 이 전류 흐름 라인들이 중첩될 때의 합성 간섭 패턴인데, 이 패턴은
Figure kpo00041
변화 대신에 cosmφ또는 sinmφ주변 변화에 대응한다. cosmφ또는 sinmφ변화를 갖고 있는 이 전류 흐름 라인들은 형태가 매우 복잡하고, Z, φ 및 시간의 함수로서 변하고, 일반적으로 타원 편광된다. 전자의 순환 도파관 파 경우에, 도파관내의 소정 지점에서 절단된 원형 구멍은 전류 흐름라인에 평행하게 선형 편광된다. 제6도에 도시한 RC(52)에 대한 전류 흐름 라인(실선) 및 LC(54)에 대한 전류 흐름 라인(점선)은, 슬로트(56)이 평행하게 절단될 경우, 즉 RC 전류 흐름 라인(실선)인 경우에, 전류 흐름을 차단하지 않게 되고 RC파에 결합되지 않는다는 것을 나타낸다. 그러나, 슬로트(56)은 LC(점선)에 대응하는 전류 흐름 라인을 차단시키지 못하므로, 결합되어 자유공간내로 방사하게 된다. 편광은 반드시 경사 선형이다. 활성 엘리먼트가 슬로트와 반대방향으로 널(null)을 가진 경우에, 경사 선형이다. 이와 유사하게, 다른 슬로트가 LC파의 전류 흐름 라인들에 평행하게 절단되었으면, RC파에 결합하게 된다. 이러한 배열은 제7도에 도시되어 있다. 그러므로, 2개의 순환파들 간의 상대 크기 및 위상을 독립적으로 제어함으로써, 임의 편광이 방사될 수 있었다. 기본 TE11모드의 경우에, 이것은 예를들어 직교-편광 모드 변환기 및 슬로트 도파관에 제공되는 1/4파 플레이트 원형 편광기를 사용함으로써 용이하게 행해질 수 있었다. 직교-모드 변환기의 일부분은 한가지 센스의 원형 편광용으로 사용되고, 다른 부분은 다른 센스용으로 사용된다. 일반적으로 2모드용 슬로트들은 서로 수직이 아니지만, 이들은(외부 상호 결합을 무시하면) 독립적이고, 소정의 편광이 적합한 조합에 의해 발생될 수 있도록 독립적으로 제어될 수 있다.
원형 편광의 경우에, 2모드용 슬로트들 사이의 위상은 90°로 되는 것이 아니라, 슬로트들 사이의 물리적 각 2α와 동일하게 된다. 이러한 슬로트들이 도파관을 따라 공칭적으로 g만큼 떨어져 배치되면, 도파관축 횡방향으로 높은 방향성을 갖고 있는 선형 어레이가 발생되었다. 이러한 선형 어레이가 도파관의 주변부 주위에서 복제되었으면, 안테나는 방사된 전력이 전-방향성(omni-directional)이라는 센스로서 횡평면내에서 전-방향성으로 된다. 그러나, 편광은 φ의 함수로서 변한다. 한가지 센스, 즉 RC가 각 +α의 슬로트에 결합되고,
Figure kpo00042
의 위상을 가지며, 각 -α의 슬로트가
Figure kpo00043
의 위상을 갖기 때문에, 2모드에 대응하는 슬로트들 간의 상대위상은 도파관에 들어갈 때 2mφ만큼 변하게 된다. 편광은 한가지 센스의 원형, 선형, 반대 센스의 원형, 선형으로부터 원형 및 그 사이의 여러 타원형으로 변하게 된다. 이 사이클은 φ내의 전회전동안 m회 반복된다.
제8도에 도시한 다른 형태는 축방향으로 및 주변에 간격을 두고 배치된 λg와 거의 동일한 종방향 슬로트(58)을 갖고 있다. 이 경우에, 각 슬로트(58)은 동일하게 RC와 LC파에 결합된다. 패턴은 앞에서와 같이 횡방향으로 된다. 주변 평면내에서, 패턴은 cosmφ에 따라 다중-로브(multi-lobe)된다. m=1인 경우에, 2개의 정반대의 최대값 및 2개의 정반대의 널을 갖고 있는 제8도 패턴으로 된다. RC와 LC파들 간의 상대위상을 변화시킴으로써, 이 패턴은 φ내에서 회전될 수 있다. 이 어레이는 방향 결정을 위해 사용될 수 있다.
전술한 도파관 슬로트 어레이들은 횡방향 방사의 경우에 공칭 λg축방향 간격을 갖는다. 로드된 도파관 내의 λg가 λ-프리공간과 동일하게[또는, 한센-우드야드 조건(Hansen-Woodyard condition)의 경우보다 약간 작게]되게 하기 위한 도파관(제3도)의 유전 로딩(64)에 의해, 종방향 방사가 달성될 수 있었다. 도파관이 종방향의 경우에 유전적으로 로드되는 것을 제외하고 제7도에 도시한 종류의 슬로트 어레이를 고찰하면, 슬로트들은 λg만큼 축방향으로 간격을 두고 배치될 수 있다. 또한, 이러한 어레이가 도파관 주변부 주위에서 복제되면, 이들은 종방향 페이싱(phasing)에 영향을 미치지 않고서 축방향으로 스태거(stagger)될 수 있다. 이러한 어레이는 임의 편광 종방향 안테나를 제공할 수 있다. 또한, 도파관은 도파관의 개방 단부에서의 필드가 슬로트로부터의 방사와 동일한 위상 및 편광으로 되기 때문에 정합된 로드내에서 종단될 필요가 없다. 제9도를 참조한다. 유전체는 [짧은 폴리로드(polyrod)와 같이] 연장될 수 있고, 공간과의 더욱 양호한 임피던스 정합을 위해 테이퍼될 수 있다.
IEEE Third Int. Conf. Antennas Propagat., ICAP ′83, P.1.에 제공된 에스. 콘블리트 저 ″The Helical Slot Antenna″에는 이중 연속 나선형 와이어 안테나인 TEM 동축 라인내의 새로운 연속 나선형 슬로트 안테나가 기술되어 있다. TEM 동축 라인은 0번째 등급 주변 모드에 대응한다. 콘블리트 나선형 슬로트는, 한가지 의미로서, m=1 모드에 대한 설명내에 기술된 것과 유사한 동축 라인 외부상에 나선형 전류 쉬트를 발생시킨다. 한가지 센스의 모드의 전류 흐름 라인을 따라 절단된 도파관내의 연속 나선형 슬로트는 이 모드에 거의 영향을 미치지 않지만, 반대 센스의 모드로부터의 강한 방사를 야기시키게 된다. 이 나선형 슬로트는 단일 나선에 대한 주변 위상 변화를 원상태로 복구하려고 하는 방사 모드[상술한 바와 같이, 이것은 |α|=|αph|이고, λg=λc일때 참(true)이다]에 대한 일정한 위상 윤곽을 따르게 된다. 그러나, 다중 나선이 사용되었으면, 주변 위상 변화는 보유되는데, 그 이유는 한 나선에서 다른 나선으로의 적합한 φ방향 위상 진행이 있고, 적합한 축방향 페이싱이 종방향 방사의 경우에 보유되기 때문이다. 종방향 패턴은 단일 센스 원형 편광된다.
원형 도파관내의 TE-Z 모드에 대한 전류 흐름 라인 및 일정한 위상 윤곽에 의해 제안되는 가능한 안테나 형태의 몇가지 예가 있다. 모든 TM-Z 모드는
Figure kpo00044
가 Z-성분 만을 갖기 때문에 단지 종방향 전류만을 갖는다.
한 순환파에만 결합되도록 배향되는 슬로트는 도파관에서 전달되는 이 순환파의 후방 및 전방 산란을 야기시키게 된다. 이상적인 경우에, 후방 산란(반사)파와 전방 산란파는 입사파의 전류 흐름 라인들과 평행한 전류 흐름 라인을 갖는다. 즉, 산란파의 나사 센스는 입사파의 나사 센스와 동일하게 유지된다. 그러므로, 이러한 도파관 슬로트 어레이 설계시에, 반대 순환파와의 결합은 대부분 무시될 수 있고, 통상적인 슬로트 어레이 설계 방법이 사용될 수 있다. 그러나, 도파관 양단의 평면 쇼트회로는 반대 의미의 파를 반사시키게 된다. 또한, 대칭 불완전 종단 로드 반대 센스의 파를 반사시키게 된다. 제6도, 제7도 및 제8도의 우세 m=1(TE11) 모드를 사용하는 형태의 정재파 또는 공진 슬로트 어레이가 설계되면, 단순한 횡 편면 쇼트회로는 작동하지 않게 된다. 그 대신에, 전술한 바와 같은 편광 반전 쇼트회로가 사용되어야 한다. 이 형태의 쇼트 회로는 입사파와 동일한 나사 센스로 되게 하도록 정상 반사 파의 편광을 반전시키므로, 슬로트는 이 반사파에 결합되고, 통상의 정재파 어레이가 설계될 수 있다.
슬로트가 한가지 센스에 결합되도록 설계되고 소정의 반대 센스를 갖는 것이 바람직하지 못한 소정의 응용시에, 바람직하지 못한 센스에 결합되는 슬로트는 바람직하지 못한 센스를 제거하도록 흡수 필터로서 사용될 수 있다. 이것은 제6도에 도시한 것과 같은 흡수 물질(60)으로 이 슬로트들을 충전(filling) 및 백킹(backing) 시킴으로써 행해질 수 있다.
원형 도파관이 상술되었지만, 본 발명은 제6도에 도시한 것과 같은 동축 도파관(62)내에서도 실시될 수 있다.
본 발명에 따라 설계된 안테나는 편광 민첩성이 요구되는 단순한 라인 소오스 안테나 사용에 대한 응용을 발견할 수 있다. 예를들어, 전자 병기, 통신, 비콘(beacon) 및 방향탐지에 본 발명에 따라 형성된 안테나를 응용할 수 있다.
상술한 설명은 단지 예로서 제공된다. 본 분야에 숙련된 기술자들은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 본 발명을 변경시킬 수 있다. 본 발명은 첨부한 특허 청구의 범위에 의해서만 제한된다.

Claims (11)

  1. 원형 도파관(12), 및 선택된 에너지를 전달하기 위해 내부에 형성된 슬로트를 갖고 있는 슬로트 도파관 안테나(10)에 있어서, 선택된 에너지가 더 높은 등급의 주변 모드의 에너지를 포함하고, 도파관(12)내에 형성된 스로트가 슬로트의 전장부가 선택된 에너지의 나선형 전류(40)에 관련하여 0°보다 큰 각을 이루도록 배향되므로, 나선형 전류(40)을 차단하고, 슬로트를 통해 선택된 에너지를 전달하는 것을 특징으로 하는 슬로트 도파관 안테나(10).
  2. 제1항에 있어서, 슬로트를 통해 더 높은 등급의 주변 모드의 선택된 에너지를 전달하고, 슬로트를 통해 더 높은 등급의 주변 모드의 제2선택된 에너지를 전달하지 못하게 하기 위해, 슬로트가 슬로트의 전장부가 제2선택된 에너지의 나선형 전류(38)에 거의 평행하도록 배향되므로, 나선형 전류(38)을 거의 차단하지 않고, 슬로트를 통해 제2선택된 에너지를 거의 전달하지 않는 것을 특징으로 하는 슬로트 도파관 안테나(10).
  3. 제2항에 있어서, 제2슬로트가 도파관(12)내에 형성되고, 제2슬로트의 전장부가 제1선택된 에너지의 나선형 전류(40)에 관련하여 거의 평행하도록 배향되므로, 나선형 전류(40)을 거의 차단하지 않고, 슬로트를 통해 제1선택된 에너지를 거의 전달하지 않으며, 제2슬로트가 또한 제2슬로트의 전장부가 제2선택된 에너지의 나선형 전류(38)에 관련하여 0°보다 큰 각을 이루도록 배향되므로, 나선형 전류(38)을 차단하고, 제2슬로트를 통해 제2선택된 에너지를 전달하는 것을 특징으로 하는 슬로트 도파관 안테나(10).
  4. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 도파관(12)내에 형성되어 있고, λg의 거리 만큼 서로 분리되어 있으며, 제1슬로트와 거의 동일하게 배향되는 슬로트 어레이를 포함하므로, 어레이에 의해 선택된 에너지의 나선형 전류(40)을 차단하고, 슬로트 어레이를 통해 선택된 에너지를 전달하는 것을 특징으로 하는 슬로트 도파관 안테나(10).
  5. 제4항에 있어서, 슬로트 어레이를 통해 더 높은 등급의 주변 모드의 선택된 에너지를 전달하고, 슬로트 어레이를 통해 더 높은 등급의 주변 모드의 제2선택된 에너지를 전달하지 않고, 어레이내의 각각의 슬로트가 각 슬로트의 전장부가 제2선택된 에너지의 나선형 전류(38)에 거의 평행하도록 배향되므로, 나선형 전류(38)을 거의 차단하지 않고, 슬로트 어레이를 통해 제2선택된 에너지를 전달하지 않는 것을 특징으로 하는 슬로트 도파관 안테나(10).
  6. 제5항에 있어서, 도파관(12)내에 형성되어 있고, λg의 거리만큼 서로 분리되어 있으며, 제2어레이내의 각 슬로트의 전장부가 제1선택된 에너지의 나선형 전류(40)에 관련하여 거의 평행하도록 배향되는 제2슬로트 어레이를 포함하므로, 나선형 전류(40)을 거의 차단하지 않고, 제2슬로트 어레이를 통해 제1선택된 에너지를 전달하지 않으며, 제2어레이의 각 슬로트가 각 슬로트의 전장부가 제2선택된 에너지의 나선형 전류(38)에 관련하여 0°보다 큰 각을 이루도록 배향되므로, 나선형 전류(38)을 차단하고, 제2슬로트 어레이를 통해 제2선택된 에너지를 전달하는 것을 특징으로 하는 슬로트 도파관 안테나(10).
  7. 제6항에 있어서, 선택된 슬로트들이 선택된 슬로트에 의해 결합된 에너지를 흡수하기 위한 흡수장치(60)에 결합되는 것을 특징으로 하는 슬로트 도파관 안테나(10).
  8. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 직교 편광 모드를 도파관(12)에 공급하기 위한 모드 변환기 장치(20), 및 도파관(12)에 의해 전달된 에너지를 원형 편광시키기 위한 원형 편광 장치(16,18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 슬로트 도파관 안테나(10).
  9. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 직교 편광 모우드를 도파관(12)에 공급하기 위한 모드 변환기 장치(20), 선택된 에너지를 2개 부분으로 분할시키기 위한 분할기장치(30), 분할 에너지의 일부를 모드 변환기 장치(20)의 제1부분(22)에 제공하고, 분할 에너지의 제2부분을 모드 변환기 장치(20)의 제2부분에 제공하기 위한 결합 장치, 및 모드 변환기 장치(20)의 부분들 중 한 부분을 통해 공급된 에너지의 위상을 제어하기 위한 위상 제어 장치(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬로트 도파관 안테나(10).
  10. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 원평 도파관(12)가 동축 도파관(62)를 포함하는 것을 특징으로 하는 슬로트 도파관 안테나(10).
  11. 상기 항들 중 어느 한 항에 있어서, 도파관(12)가 유전적으로 로드되므로, 에너지가 종방향으로 전달될 수 있는 것을 특징으로 하는 슬로트 도파관 안테나(10).
KR1019880701149A 1987-01-23 1988-01-22 원형 도파관내의 슬로트 안테나 KR910008949B1 (ko)

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