KR920002441B1

KR920002441B1 - 슬롯 배열 안테나

Info

Publication number: KR920002441B1
Application number: KR1019890011285A
Authority: KR
Inventors: 구니따까 아리무라; 후미오 다께나가; 아끼라 쓰까다
Original assignee: 아리무라기껭 가부시끼가이샤; 구니따까 아리무라
Priority date: 1988-08-08
Filing date: 1989-08-08
Publication date: 1992-03-24
Also published as: GB8917699D0; JPH0246006A; AU3908789A; DE3926187A1; CN1040890A; GB2221799A; AU614651B2; KR900004062A

Abstract

내용 없음.

Description

슬롯 배열 안테나

제1도는 본 발명에 따른 슬롯 배열 안테나의 투시도.

제2a도 내지 2d도는 안테나의 전력 복사 슬롯의 다양한 배치를 도시한 도면.

제3도는 안테나 사이의 전력 밀도 분포를 도시한 그래프.

제4a도 내지 4b도는 안테나의 복사방향을 도시한 도면.

제5도는 제1도의 안테나에 대한 제1변형의 투시도.

제6도는 제1변형에 대한 전력 밀도 분포를 도시한 그래프.

제7도는 본 발명에 따른 제2실시예의 투시도.

제8a도는 제3실시예의 투시도.

제8b도는 제4실시예의 투시도.

제8c도는 제5실시예의 투시도.

제9a도는 제1실시예의 제2변형을 위한 전력 공급 수단의 정면도.

제9b도는 제3변형을 위한 전력 공급 수단의 정면도.

제9c도는 전력공급수단의 투시도.

제10a도는 제9a도의 전력 공급 수단을 구비한 안테나의 투시도.

제11도는 본 발명에 따른 제6실시예의 투시도.

제12a도 및 12b도는 제6실시예의 안테나의 방향성을 도시한 도면.

제13도는 제7실시예의 투시도.

제14도는 제8실시예의 투시도.

제15도는 제9실시예의 투시도.

제16도는 제10실시예의 투시도.

제17도는 동축 케이블 형의 종래의 원형 슬롯의 단면 투시도.

제18도는 원통형 좌표에 도시된 종래의 슬롯 안테나에서의 파의 전파를 설명하는 다이어그램.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

G : 사각 도파관 S : 공간

1, 2 : 사각 금속판 1a : 슬롯

3 : 단부 측판 4 : 전력 공급 개구부

5 : 금속측판 6 : 분산(T형)공급 도파관

7 : 단자 저항기(terminal resistor) 9 : 나팔 도파관

10 : 반사 부재 11 : 중앙 분할부

12 : 분기 스트립 12a, 12c : 공급단부

12b : 기판 13 : 접지판

13a : 슬롯 p : 메인로브

14 : 반사판

본 발명은 사각 도파관을 갖는 스롯 배열 안테나, 특히 통신, 방송용의 슬롯 배열 안테나에 관한 것이다.

원형 도파관을 갖는 종래의 슬롯 안테나를 도시한 제17도를 참조하면, 전자기파는 제18도에 도시된 바와 같이 원통형 좌표에 의해 표깃된 TEM동축 모드로 도파관의 공간(S')에서 전파된다. 제18도에서, 참조부호e는 전계의 방향을 표시하고 h는 자계의 방향을 표시한다. 파는 중앙 공급 개구부(4') 주위에 동축으로 전파하기 때문에, 복사슬롯(1a')은 금속평판(1')에서 동축으로 또는 나선형으로 배치된다.

그러한 원형 안테나는 원형 편파용으로도 적당하다. 그러나, 이것은 원형 편파와 비교하여 축 로브는 커지게 되고 안테나 게인은 감소하기 때문에, 선형 편파 복사용으로 사용될 때 문제가 발생하게 된다.

본 발명의 목적은, 원형 편파 뿐만 아니라 성형 편파 또한 높은 효율로 복사하는사각 도파관을 갖는 슬롯 배열 안테나를 제공하기 위함이다.

본 발명에 따라, 사각 단면형의 공간과 전력 공급 개구부를 갖는 사각 도파관과, 상기 전력 공급 개구부에서 사각 도파관으로 접속된 전력 공급 수단을 갖고, 상기 사각 도파관이 상기 사각 단면형의 긴 측부를 형성하는 금속판중의 하나에 형성된 복수의 파복사 슬롯을 갖는 슬롯 배열 안테나가 제공된다.

본 발명에 따라, 사각 도파관의 너비는 그 공간 내의 파장의 4배 이상으로 크게되며, 사각 도파관의 높이는 파장의 4분의 1 이상이고, 사각 도파관의 너비 대 높이의 비는 10 : 1 이상이 된다.

본 발명에 있어서, 사각 도파관은 전력 공급 개구부의 반대쪽 평판의 단부에 단자 저항기(terminal resistor)를 가진다. 전력 공급 수단은 사각 도파관에 전력을 분산시키고 공급시키기 위한 공간과 통하는 복수의 공급 개구부를 갖는 공급 도파관을 포함한다.

발명의 또 다른견지에 있어서 공급 도파관은 사각 도파관의 측면에 부착된다.

본 발명의 이들 및 다른 목적 및 특징은 첨부된 도면을 참조로 하여 다음의 상세한 기술로 더욱 명백해질 것이다.

본 발명의 제1실시예를 도시하는 제1도를 참조하면, 본 발명에 따른 슬롯 배열 안테나는 입구측에 형성된 전력 공급 개구부(4)를 갖는 사각 도파관(G)과, 그리고 전력 공급 개구부(4)를 갖는 사각 도파관(G)과, 그리고 전력 공급 개구부(4)에서 사각 도파관(G)에 접속된 도파관(6)을 포함한다. 사각 도파관(G)은 마주보는 사각 금속판(1, 2)과, 그리고 사각 단면형의 사각 도파관 공간(S)을 형성하도록 하기 위하여 각 판(1, 2)의 세측부에 고정된 금속 측판(3)을 포함한다. 사각 도파관의 너비(W)는 공간 S에서의 파장 λg(λg는 도파관 내에서의 파장)의 4배(4λg) 이상이고, 길이(le)는 4λg이상이다. 높이(d)는 파장 λg의 1/4배(λg/4) 이상이다. 너비(W)대 높이(d)의 비는 10 : 1 또는 그 이상이다. 금속판(1)은 복수의 전력 복사 슬롯(1a)을 가지며, 행렬로 배열된다. 각 슬롯(1a)은 도파관(G)의 축에 수직으로 분산된다. 사각 도파관(G)의 측판단부(3) 내측상에, 단자 저항기(7)가 설치된다. 금속판(5)상에 복수의 공급용 개구부(5a)를 갖는 분산 공급 도파관(6)이 전력 공급 수단과 같이 사각 도파관(G)의 측면에 부착된다. 전력은 개구부(5a)에 의하여 분산되며, 개구부(5a)로부터 공간(S)으로 공급된다. 결과적으로, 전력은 도파관 내에서 위상 앞부분이 평면인채로 전파한다. 따라서, 전력은 평면파의 형태로 사각 도파관(G)으로 공급된다. 등위상의 전력은 슬롯(1a)으로부터 복사한다. 사각 도파관(G)내의 잔류 전력 단자 저항기(7) 내에서 흡수되어, 그에 의해 반사 전력의 영향을 방지한다.

제2a도 내지 2d도는 슬롯(1a)의 다양한 배열을 도시한다. 제2a도의 슬롯은 λg/4의 거리(P1)와, λg의 거리(P2)로 배열되었다. 슬롯의 방향은 인접한 슬롯의 방향에 수직이 된다. 한쌍의 슬롯으로부터 복사된 파의 전계는 원형 편파가 된다.

제2b도 내지 2d도에 도시된 다른 슬롯 배열 안테나들은 선형 편파를 복사한다. 10개의 슬롯이 각 행 및 열에 배열되기 때문에, 게인은 증가되고 방향성은 명확해진다. 예를 들면, 만약 너비(W)가 50cm, 길이(le)가 50cm이고, 높이(d)가 0.8cm이면, 게인은 12GHz에서 약 34.8dBi이다.

상술된 슬롯의 배열에서, 빔은 금속판(1)에 수직 방향으로 복사한다. 만약 슬롯(1a) 사이의 거리가 λg만큼 이탈한다면 빔의 방향은, 제4a도 및 4b도를 참조하여 이후에 기술된 바와 같이, 경사지게 된다.

제3도는 제1실시예에 따라 도파관(g)의 공간(s)에서의 전력 밀도분포를 도시한다. 전력 밀도는 슬롯(1a)으로부터의 전력 복사로 인해 단자저항기(7)쪽으로 감소한다. 결과적으로, 전력분포는 불규칙해서 안테나 게인이 감소한다.

제5도에서 도시된 제1변형은 전력을 일정하게 복사하는 것이다. 거리(d)는 직선 또는 곡선으로 단자저항기(7)를 향해 감소한다. 이렇게하여, 전력은, 제6도에 도시된 바와 같이 실제로 일정하게 분포되며, 그에 의하여 안테나 게인은 증가한다.

전계의 방향에 대해 수직인 판(1)의 면적이 자유공간에서 파장(λ)과 비교하여 충분히 크기 때문에, 파장(λg)이 파장(λ)과 실제로 같게 되는데, 그것은 큰 격자 로브로 인해 게인응 감소시키는 원인이 된다. 그러나, 만약 각 슬롯(1a)의 길이가 공진(resonance) 길이 이하로 결정되어 슬롯의 리액턴스(reactance)가 음이 된다면, 전파하는 전력의 위상은 슬롯에 의해 지연되게 된다. 따라서, 슬롯 사이의 간격은 등 위상 전력을 복사하기 위하여 0.95λ와 0.98λ 사이의 값으로 설정하며, 그것은 지파(slow-wave) 장치를 설치하지 않고도 격자 로브의 발생을 억제할 수 있게 한다.

만약 지파 장치가 도파관(G)의 공간(S) 내에 설치된다면, 전파하는 전력의 위상 상수는 또한 파장(λg)을 감소시키도록 억제된다. 따라서, 슬롯의 밀도는 안테나 효율을 향상시키도록 증가된다.

제7도는 본 발명에 제2실시예를 도시한다. 안테나는 금속판(5)과 직각을 이루도록 하기 위하여 T형 공급 도파관(6)을 가진다. 정합 수단과 같은 반사부재(10)는 전력을 분배하기 위하여 상기 판(5)상에 설치된다. 제2실시예의 동작 및 효과는 제1실시예와 동일하다.

제8a도에 도시된 제3실시예는, 전원수단과 같은 한쌍의 나팔 도파관(9)과 분기한 T형 공급 도파관(6)을 가진다. 안테나의 다른 부분은 구성에 있어 제1실시예와 동일하다 제5도의 제1변형은 제3실시예에 사용되기도 한다.

본 발명의 제4실시예를 도시하는 제8b도는 참조하면, 도파관(G)은 중앙 분할부(11)를 갖는 나팔 도파관(9)을 가진다. 이 실시예는 제2실시예와 동일한 동작 및 장점을 가진다.

제8c도는 본 발명의 제5실시예를 도시한다. 분기한 공급 도파관(6)은 다 단계(multi-stage) 분산 도파관을 형성하는 다중(multiple) 단계를 포함한다. 상기 실시예는 제1실시예와 같은 동작 및 장점을 갖는다. 제1변형으로서 제5도의 도파관은 전원 수단에 적용되기도 한다.

제9a도 및 9b도는 제1실시예의 제2변형을 위한 전력 공급 수단과 제3변형을 위한 전력 공급 수단을 각각 도시한다. 각 전력 공급 수단은 유전체의 기판(12b), 기판(12b)의 일측과 밀접하게 접촉해 있는 분기스트립(12), 그리고 기판의 다른 한측에 설치된 접지판(13)(제9c도)을 포함하는 마이크로 스트립선이다. 스트립(12)은 공급 단부(12a)를 가진다. 제9c도에 도시된 바와 같이, 접지판(13)은 복수의 복수사 슬롯(13a)을 가지며, 각각은 스트립(12)의 공급단부(12c) 반대편에 있다. 반사판(14)은 스페이스(spacer)(도시안됨)를 관통하는 공간을 가지고 접지판(13) 반대편에 설치되어 있다. 반사판(14) 및 접지판(13) 사이의 거리(h)는 약 λ/4 이어서 전력은 슬롯(13a)으로부터 소정의 방향으로 복사한다.

제10a도 및 10b도는 제9a도 또는 9b도에 도시된 전력 공급 수단을 설치한 안테나를 도시한다. 전력 공급수단은 슬롯(13a)을 사각 도판관(G)의 전력 공급 개구부(4)로 개방하기 위하여 안테나에 부착된다. 제10b도의 안테나는 한쌍의 인접하는 사각 도파관(G)을 포함한다. 한쌍의 마이크로 스트립 선들로 구성되는 전력 공급 수단은 안테나의 중앙부에 적절히 부착되어 있다. 이 실시예는 제1실시예와 동일한 동작 및 장점을 가진다. 제1변형으로서 제5도의 도파관은 전원 수단에 적용되기도 한다. 슬롯(13a)이 상기 실시예에서 복사 요소로서 사용된다 하더라도, 다른 요소들이 사용되기도 한다.

본 발명의 제6실시예를 도시하는 제11도를 참조하면, 안테나는 안테나의 중앙부에 전력공급 개구부(4)를 각각 가지고 있는 한쌍의 인접하는 사각 도파관(G)과 전력 공급 개구부(4)와 통하기 위하여 안테나에 접속된 공급 도파관(6)를 포함한다.

제1실시예의 복사방향을 도시하는 제4a도를 참조하여, 사각 도파관의 공간(S)에 공급되는 전력의 파장(λ₁)이 설정파장(λ₀)(슬롯(1a) 사이의 거리) 보다 더 짧다면, 슬롯(1a-1)으로부터 복사된 전력의 위상은 슬롯(1a-2)으로부터 복사된 전력의 위상 보다 λ₀및 λ₁사이의 차(λ₀∼λ₁)만큼 앞서 진행한다. 결과적으로, 메인(main) 로브(P)는 제4b도에 도시된 바와 같이 r쪽으로 경사진다. 파장 λ₁이 파장_λ0보다 더 길때, 메인 로브 P는 1쪽으로 기울어지게 된다.

제12a도 및 12b도는 제11도에 도시된 제6실시예의 안테나의 방향성을 도시한다. 전력 공급수단(6)으로부터 공급된 전력은 사각 도파관(G)의 좌,우공간(S)으로 분할된다. 상기 분할된 전력은 좌,우 공간(S)에서 대칭적으로 전파한다. 따라서, 전력의 파장이 변화한다면, 왼쪽의 메인 로브(P1) 및 오른쪽의 메인 로브(P2)는 제12b도에 도시된 바와 같이 대칭으로 기울어진다. 결과적으로, 합성된 메인로브(P)의 방향은 편의상 안테나의 표면에 수직으로 된다.

본 발명의 제7실시예를 도시하는 제13도를 참조하면, 사각 도파관은 한쌍의 인접하는 사각 도파관 및 사각 도파관의 반대측에 설정된 한쌍의 공급 도파관(6)을 포함한다. 사각 도파관은 그의 양 단부에 전력 공급개구부를 가지며 그의 중앙부에 단자 저항기(7)를 가진다. 공급 도파관(6)은 전력 공급 개구부와 통하기 위하여 사각 도파관에 대칭으로 부착되어 있다. 공급 도파관(6)의 중앙부에, 반사부재(10)가 전력을 양 도파관으로 반사시키기 위해 설치되어 있다. 상기 기술 이외의 다른 구성, 동작 및 장점은 제5실시예와 동일하다. 제5도의 변형된 사각 도파관은 제7실시예의 안테나에 대해 사용되기도 한다.

본 발명의 제8실시예를 도시하는 제14도를 참조하면, 사각 도파관은 한쌍의 인접하는 사각 도파관과 사각 도파관의 중앙부의 하측부에 설치된 공극 도파관(6)을 포함한다. 도파관(6)에, 반사부재(10)가 설치되어 있다.

제15도 및 16도는 본 발명의 제9 및 제10실시예를 도시한다. 안테나는 제14도의 제8실시예와 유사하다. 제14도와 다른 실시예의 부분에 대응하는 부분은 앞선 실시예와 동일한 참조부호를 가진다.

앞에서, 본 발명의 안테나가 원형 편파 뿐만 아니라 높은 효율의 선형 편파를 복사하는 사각 도파관을 갖는 슬롯 배열 안테나임이 이해될 것이다.

본 발명은 바람직한 특별한 실시예와 관련하여 기술되는 한편, 상기 기술은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 설명되고 이하의 특허 청구범위에 의해 규정된다.

Claims

사각 단면형의 공간(S)과 전력 공급 개구부(5)를 가지고 있는 사각 도파관(G)과, 상기 전력 공급 개구부에서 사각 도파관으로 접속된 전력 공급 수단(6, 9 : 제9a도 및 9b도)을 갖고, 상기 사각 도파관이 상기 사각 단면형의 긴 측부를 형성하는 금속판(1, 2) 중의 하나에 형성된 복수의 파복사 슬롯(1a)을 갖는 슬롯 배열 안테나에 있어서, 상기 사각 도파관의 너비(W)가 상기 공간(S) 내의 파장(λg)의 4배 이상이 되고, 상기 사각 도파관의 높이(d)는 상기 파장(λg)의 1/4배 이상이 되고, 그리고 상기 사각 도파관의 너비(W) 대 높이(d)의 비는 10 : 1 이상이 됨을 특징으로 하는 슬롯 배열 안테나.
제1항에 있어서, 상기 사각 도파관(G)이 상기 전력 공급 개구부(4) 반대편의 판 단부에 단자 저항기(terminal resistor)(7)를 가짐을 특징으로 하는 슬롯 배열 안테나.
제1항 또는 2항에 있어서, 상기 공간(S)이 판의 단부쪽으로 감소되어짐을 특징으로 하는 슬롯 배열 안테나(제5도).
제1항에 있어서, 상기 전력 공급 수단이 전력 분산을 위해 상기 공간과 통하는 복수의 공급 개구부(5a)를 가지며 전력을 사각 도파관(G)으로 공급하는 공급 도파관(6)을 포함함을 특징으로 하는 슬롯 배열 안테나.
제4항에 있어서, 상기 공급 도파관(6)이 상기 사각 도파관(G)의 측면에 부착됨을 특징으로 하는 슬롯 배열 안테나.
제4항에 있어서, 상기 공급 도파관(6)이 T형 도파관 임을 특징으로 하는 슬롯 배열 안테나(제7도, 8a도, 8c도, 13도, 14도, 15도, 16도).