KR920009217B1

KR920009217B1 - 안테나 어셈블리 및 그 적층 접합방법

Info

Publication number: KR920009217B1
Application number: KR1019900700783A
Authority: KR
Inventors: 노만 엘. 알파잉
Original assignee: 휴우즈 에어크라프트 캄파니; 제이. 제이. 히긴스
Priority date: 1988-08-18
Filing date: 1990-04-17
Publication date: 1992-10-15
Also published as: AU4048189A; EP0383880B1; DE68912105T2; KR900702593A; EP0383880A1; ES2015448A6; CA1333503C; DE68912105D1; JPH0671172B2; US4983237A; AU626318B2; IL90800A; WO1990002427A1; JPH03501914A

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

안테나 어셈블리 및 그 적층 접합방법

[도면의 간단한 설명]

제1a도는 안테나 어셈블리의 주요 부품의 분리 사시도.

제1b도는 조립된 안테나의 사시도.

제2도는 적층 고정구내의 안테나 어셈블리를 도시한 도면.

제3도는 제2도의 선 3-3을 따라 절취한 커버가 부착된 접합 고정구의 단면도.

제4도는 제1b도의 선 4-4를 따라 절취한 접합된 표면을 나타내는 안테나 어셈블리의 단면도.

[발명의 상세한 설명]

[관련 출원 문헌]

본 출원은 계류 중인 엔. 알파잉(N. Alfing) 및 봅브레이다웃트(Bob Breithaupt)에 의해 1986년 5월 19일자로 출원된 ＂TDD Antenna-Foil Formed, Substrate Loaded Laser Welded Assembly＂, 출원 번호 제864,221호에 관련된다.

[발명의 배경]

[기술 분야]

본 발명은 안테나 시스템(어셈블리)에 관한 것으로서, 특히 안테나 하우징에 유전체 기판을 적층하기 위한 방법에 관한 것이다.

[설명]

미사일 내부에 장착되는 것과 같은 종래의 안테나 구조물은 부피가 상당히 크다는 문제점이 있었다. 부피가 크다는 것 외에도, 이 안테나들은 미사일의 벽면 뿐만 아니라 외부 공간을 통해 방사하도록 설계되어야 한다. 이 결과, 이러한 안테나 시스템들은 종종 비효율적이었다.

안테나 어셈블리들은 미사일의 내부 공간을 덜 점유할 만큼 부피가 작아야 하고, 제조 단가가 적게 소요되어야 하는데, 이러한 어셈블리는 본 발명의 참고 문헌으로 인용되어 있는 윌리암(William)에게 허여된 미합중국 특허 제3,798,652호, 존스(Jones)에게 허여된 미합중국 특허 제4,010,470호, 밀리간(Milligan)에게 허여된 미합중국 특허 제4,431,996호, 월터(Walter)등에게 허여된 미합중국 특허 제4,494,121호, 및 베이하(Bayha)에게 허여된 미합중국 특허 제4,516,131호에 설명되어 있다. 전술한 인용 특허는 본 분야에서는 예시적인 기술로서, 미사일, 탄두 미사일 및 항공기의 레이돔(radomes)에 사용된 안테나 시스템에 관한 것이다. 이들 예에 있어서도, 미사일 시스템에 사용된 안테나 어셈블리를 제작하는 데에는 통상 에칭, 기계 가공 및 다수의 플래이팅 작업을 포함하는 공정 때문에 비용이 많이 소요된다는 것이다.

이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 제조 요건이 단순화되고 적은 공간을 점유하는 안테나 어셈블리가 개발되었다. 본 발명은 ＂TDD Antenna-Formed, Substrate Loaded Laser Welded Assembly＂이란 명칭으로 출원된 계류중인 출원에 기재되었다. 상기 출원에는 펀치 프레스 작업을 이용하여 셀 하우징(shell housing)을 제조함으로써 형성된 안테나가 기재되어 있다. 이 하우징은 알루미늄 또는 스테인레스강을 비롯한 여러 가지 재료들로 형성될 수 있다. 로드(load) 및 접속기를 갖는 유전체는 하우징에 삽입된다. 이어서, 백(back)은 어셈블리에 배치되고 유니트는 레이저 용접에 의해 봉합된다.

상기 안테나 어셈블리는 안테나 내장형이어서 구조가 간단할 뿐만 아니라 제조 단가가 저렴하게 소요되는 하우징일 수 있다. 그러나, 유전체와 하우징 사이의 본질적인 접촉이 일정하게 유지될 수 없다는 것을 알 수 있다. 이 결과, 유전체와 애퍼츄어(aperture) 하우징 사이에 공기 갭이 발생한다. 이 공기 갭은 무선주파수(RF) 패턴을 변화시킨다. 이 결과, RF신호의 왜곡이 발생한다.

온도가 변화하면 유전체와 하우징 사이에 바람직하지 않은 분리가 발생한다. 안테나 어셈블리가 미사일의 내부에 정착되면, 이 어셈블리들은 고온에서 보유되어야 하는 에폭시 재료(epoxy material)로 둘러싸여진다. 예를 들면, 이 보유 온도는 190.5℃(375℉)이상으로 될 수 있다. 안테나 어셈블리에 이러한 온도가 가해지면 하우징으로부터 유전체의 분리가 발생된다. 하우징에 유전체를 결합시키기 위하여 접합 재료를 사용하는 것과 같은 종래의 방법은 일반적으로 용이하지 않다. 이것은 접합 재료 자체가 유전체와 하우징 사이에 수용 불가능한 갭을 생성할 수 있기 때문이다.

그러므로, 315.5℃(600℉)와 -53.8℃(-65℉)의 광범위한 온도에서 2가지 재료 사이의 본질적인 접촉 상태를 유지할 수 있는 안테나 하우징에 유전체를 결합시키는 방법이 요구된다. 본 발명은 이러한 요구 사항을 만족시켜 준다.

[발명의 요약]

본 발명은 안테나 하우징이 유전체 기판에 적층되는 안테나 시스템을 제공한다. 이것은 안테나 어셈블리를 안테나 어셈블리의 외부 면적과 동일한 캐비티를 갖는 고정구에 배치시킴으로써 달성된다. 커버는 약한 압력하에서 고정구 내에 안테나 어셈블리를 고정시키도록 고정구에 부착된다. 이어서, 안테나 어셈블리를 포함하는 고정구에 열이 가해진다. 열과 압력의 조합 작용으로 인하여, 유전체 재료가 하우징-유전체 경계면에서 플라스틱으로 된다. 그 다음에는, 고정구 및 안테나 어셈블리가 냉각된다. 유전체와 하우징 사이의 최종접촉력 때문에 유전체와 하우징은 적층 접합된다. 안테나 어셈블리는 하우징에서 유전체를 분리시키는 일이 없이 매우 높은 온도에서 견딜 수 있다. 유전체와 하우징 사이에서의 본질적인 접착력으로 인하여, 안테나에 의해 반송된 RF 신호는 공기 갭이 발생하는 왜곡에 영향을 받지 않는다.

[발명의 최선 실시형태]

제1a에 의하면, 본 발명에 따른 안테나 어셈블리(10)이 도시되어 있다. 제1a도에서는 도파관(12)가 형성되어 있다. 이도파관(12)는 안테나 부품을 내장한 셀 하우징을 형성한다. 도파관(12)는 펀치-압압 구성 방법에 의해 형성된다. 이것은 알루미늄 및 스테인레스강을 비롯한 여러 가지 재료도 제조될 수 있다.

또한, 제1a도에는 유전체(14)가 도시되어 있다. 이 유전체(14)는 안테나 소자의 로드이다. 유전체는 전도성이 낮다는 특징이 있다. 이것은 아리조나주(Arizona)에 소재한 ＂Corporation of Phoenix＂의 로저스(Rogers)에 의해 제조된 ＂Duroid TM＂과 같은 여러 가지 재료로 제조될 수 있다. 또한, 페라이트 로드(Ferrite Load; 16)은 유전체(14)의 한쪽 단부에 결합된다. 페라이트 로드(16)은 RF 에너지를 흡수한다. 금속성 전기 접속기(18)은 유전체(14)의 다른쪽 단부에 결합된어 상기 단부의 외보로 돌출된다.

도파관의 기부판(20)은 제1a도에 도시되어 있다. 하우징(12)와 함께 이 기부판(20)은 유전체(14)를 캡슐봉인한다. 기부판(20)에는 유전체가 송신기 또는 수신기와 전기적으로 접속될 수 있도록 유전체의 전기적 접속기(18)에 정렬된 애퍼츄어(22)가 있다. 안테나를 조립하려면, 도파관 하우징(12)를 유전체(14)의 상부에 배치하고, 기부판(20)은 유전체(14)의 하부에 배치한다. 기부판(20) 및 도파관 하우징(12)는 소정의 적절한 수단에 의해 결합된다. 예를 들면, 도파관 하우징(12)는 기부판(20)에 레이저 용접된다. 안테나 어셈블리는, 제1a도에 도시한 바와 같이, 하나의 단일 유전체 소자로 구성될 수 있는데, 평행하는 이중 소자를 이용하여 구성할 수도 있다. 제1b도는 적층 공정 이전에 조립된 안테나를 도시한 것이다.

제2도 및 제3도에는 접합 고정구(24)가 도시되어 있다. 접합 고정구(24)는 하부판(26)과 커버판(28)로 구성된 하부판(26) 내부의 내부 캐비티(30)은 소정의 안테나 크기의 완성 규격 및 어셈블리의 미세한 수축 허용치로 보유된다. 예를 들면, 이 허용치는 2.54cm(linch) 폭은 크기에 대해 0.005cm(0.002inch)일 수 있다.

안테나 어셈블리(10)을 고정구의 하부판(26) 내에 배치하면, 안테나 어셈블리(10)은 5개의 측면상에 내장되는 것이다. 커버판(28)은 하부판(26)의 상부에 배치되고 안테나 어셈블리의 나머지 6개 측면이 포함되게 된다. 그러나 접속기(18)은 접속구커버판(28)을 통해 돌출한다. 파스너(32)는 하부판(26)에 커버판(28)을 약하게 회전시키는 데 사용된다. 예를 들어, 11.52cm·kg(10inch pound) 내지 17.28cm·kg(15inch pound)의 토오크가 사용될수 있다.

이어서, 안테나 어셈블리(10)를 포함하는 접합 고정구(24)가 가열된다.이것은 오븐에 고정구(24)을 삽입함으로써 달성될 수있다. 본 발명에 따른 하나의 실시예에 의하면, 온도가 감시되고, 안테나 어셈블리(10)을 포함하는 고정구(24)가 273.8℃(525℉) 내지 279.4℃(535℉)의 온도에서 15분 동안 가열된다. 정확한 온도 및 가열 기간은 유전체(14), 도파관 하우징(12) 및 기부판(20)에 사용된 재료에 따라 변화한다. 소정의 온도에서 15부 동안 가열 후, 어셈블리는 냉각된다.

가열 공정 중에, 유전체(14)는 플라스틱 또는 매스틱(mastic)으로 된다. 더욱이, 유전체(14)의 팽창 계수는 매우 크다. 결국, 가열 공정 중에, 안테나 어셈블리(10)이 고정구(24)에 의해 모든 축면에 고정되기 때문에, 극단적인 힘이 유전체(14)와 도파관 하우징(12) 및 기부판(20) 사이에 가해진다. 그 결과, 유전체(14)가 도파관 하우징(12) 및 기부판(20)에 접착되게 된다. 접착력은 화학적 또는 기계적인 처리 공정 중의 어느 한 가지 또는 이 두 가지 처리 공정 모두에 의하여 생긴다고 생각되며, 또한 유전체(14)와 도파관 하우징(12)의 경계면에서의 온도의 압력의 조합으로 인해 발생한다고 생각된다. 제4도에는 상기 처리 공정의 결과에 따라 접합된 4개의 유전체(14)의 표면(33a 내지 33b), 즉 유전체(14)의 경계면(33a,33b,33c)와 기부판(20)의 경계면 (33d)가 도시되어 있다.

본 발명에 따라 제조된 안테나 어셈블리들은 도파관 하우징(12) 및 기부판(20)으로부터 유전체(14)가 분리되는 형상을 나타냄이 없이 극온(極溫)에서 견딜 수 있다. 예를 들어, 안테나 어셈블리들을 시험하였는데, 315.5℃(600℉) 이상 및 -53.8℃(-65℉) 이하에서도 기능을 나타내었다.

본 기술 분야에 숙련된 기술자들은 첨부한 특허청구의 범위로부터 본 발명의 원리를 벗어남이 없이 본 발명에 기재된 특정 실시예의 기타 장점 및 변형을 얻을 수 있다는 사실을 알게 될 것이다.

Claims

안테나 어셈블리용 도파관을 형성하는 하우징(12)와 이하우징(12) 내에 장착되고 그 하우징(12)에 적층 접합된 유전체 안테나 소자(14)로 구성되고, 상기 하우징(12)를 상기 안테나 소자(14)에 적층 접합함으로써 하우징(12)를 유전체 소자(14)로부터 분리시키는 일이 없이 극단적인 온도 변화에 견딜 수 있게 된 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리(10).
제1항에 있어서, 상기 하우징(12)가 도파관 채널 및 도파관 채널에 부착된 기부판(20)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제2항에 있어서 상기 기부판(20)이 레이져 용접에 의해 상기 채널에 부착되는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제1항에 있어서, 상기 유전체 안테나 소자(14)가 유전체 기판 및 이 유전체 기판의 제1단부의 외부로 돌출하고 상기 유전체 기판이 송신기 및 수신기에 전기적으로 접속되게 하는 금속성 전기접속기(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
제4항에 있어서, 상기 유전체 기판이 무선 주파수 에너지를 흡수하는 제2단부상의 페라이트 로드(16)을 갖는 특징으로 하는 어셈블리.
제2항에 있어서, 상기 기부판(20)이, 상기 금속성 전기 접속기(18)이 안테나 어셈블리(10)의 외부로 연장되게 하는 애퍼츄어(22)를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 어셈블리.
상부 측면상에 형성되고, 안테나 어셈블리(10)의 외부체적에 대응하는 내부 체적을 가지고 있는 장방형 캐비티(30)으로 구성된 블록(26), 상기 블록(26)내의 캐비티상에 고정되는 커버(28) 및 상기 블록(26)의 상부에 커버를 견고하게 고정시켜서, 상기 캐비티(30) 내의 안테나 어셈블리(10)을 갖는 고정구가 가열될 때, 최종 압력이 안테나 어셈블리(10)의 구성 부품을 서로 적층 접합시키는 일련의 파스너(32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고정구를 접합시키는 안테나 어셈블리.
유전체 기판을 둘러싸는 도파관 하우징을 포함하는 안테나 어셈블리를 제작하는 단계, 상기 안테나 어셈블리의 체적과 동일한 체적을 가지고 있는 캐비티를 갖는 고정구를 제작하는 단계, 상기 고정구내에 상기 안테나 어셈블리를 삽입시키는 단계, 상기 안테나 어셈블리를 내장하는 상기 캐비티상에 고정구에 상부판을 고정하여 이 안테나 어셈블리를 내장하는 단계, 유전체로 고정되게 하기 위해 상기 고정구에 충분히 열을 가해 압력을 발생시킴으로써 상기 유전체와 도파관 사이에서 상기 유전체를 팽창시키는 단계 및 상기 고정구를 냉각시켜서 유전체 물질이 도파관 하우징에 적층접합되게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 어셈블리의 적층 접합 방법.
제8항에 있어서, 상기 고정구의 가열 단계는, 온도가 273.8℃(525℉)내지 279.4℃(535℉)에 도달할 때까지 열량을 증가시키는 단계와 그 고정구를 냉각시키기 전에 약 15분 동안 비교적 일정하게 온도를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층접합 방법.
제8항에 있어서, 상기 상부판을 고정하여 안테나 어셈블리를 내장하는 단계가 11.52cm·kg(10inch pound) 내지 17.28cm·kg(15 inch pound)로 파스너를 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 적층 접합 방법.