KR920009224B1

KR920009224B1 - 계량된 이송도파관 및 이를 이용한 평면 어레이 안테나

Info

Publication number: KR920009224B1
Application number: KR1019900701802A
Authority: KR
Inventors: 에이. 커츠 루이스
Original assignee: 휴즈 에어크라프트 캄파니; 윈다 케이. 덴슨-로우
Priority date: 1988-12-20
Filing date: 1990-08-18
Publication date: 1992-10-15
Also published as: EP0404905A1; KR910700552A; ES2019761A6; JPH0834381B2; CA2003471C; IL92766A0; WO1990007201A1; JPH03503826A; CA2003471A1

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

계량된 이송도파관 및 이를 이용한 평면 어레이 안테나

[도면의 간단한 설명]

제1a도는 본 발명의 원리를 시현한 평판 슬롯 어레이 안테나의 평면도.

제1b도는 본 발명의 원리를 시현한 평판 슬롯 어레이 안테나의 측단면도.

제1c도는 본 발명의 원리를 시현한 평판 슬롯 어레이 안테나의 이송도파관의 측면도.

제2a도는 이송도파관의 일벽에 제공된 일련의 이송슬롯들 간에 위치하되 상기 벽과 대향하는 벽에 제공된 입력 슬롯을 통해 에너지를 공급받는 종래기술에 따른 이송도파관을 도시한 것.

제2b도는 제2a도에 도시한 이송도파관의 단부를 도시한 것.

제3도는 이송도파관의 일 벽에 제공된 일련의 이송슬롯중의 하나와 동일위치에 위치하되 상기 벽과 대향하는 벽에 제공된 입력슬롯을 통해 에너지를 공급받는 본 발명에 따른 이송도파관을 도시한 것.

제4도는 본 발명에 따른 이송도파관에 제공된 입력슬롯과 동일위치에 배치된 이송슬롯의 위치관계를 확대 도시한 것.

[발명의 상세한 설명]

[발명의 분야]

본 발명은 슬롯 어레이 안테나(slot array antenna)에 관한 것으로서, 특히, 슬롯어레이 안테나용의 개량된 이송도파관에 관한 것이다.

본 명세서에서는 본 발명을 특정응용의 예시적인 실시태양에 관해 설명하였으나 본 발명을 이것에 국한하는 것은 아니다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자로서 본 명세서에 기재된 기술을 다루는 자라면, 본 발명의 범주에 속하는 부가적인 변형, 응용 및 실시태양을 인지할 수 있을 것이다.

[관련기술의 설명]

평면 어레이 안테나는 레이다 분야에 널리 사용된다. 이러한 평면 어레이 안테나의 일예로서는 평판 안테나를 들 수 있다. 평판 안테나는, 전형적으로, 일련의 공진 슬롯 방사구멍을 제각기 갖는 동평면 선형 어레이의 집단이다. 입력 도파관에 의해 마이크로파 에너지를 공급받는 이송도파관은 마이크로파 에너지를 방사도파관에 제공한다.

대부분의 경우, 이송도파관으로부터 방사도파관으로 에너지를 결합하는 바람직한 기법으로서는 슬롯 결합법이 있다. 슬롯 결합법에서는, 단일 공급의 경우, 직육면체 형상을 가진 이송도파관의 넓은 벽에 제공된 하나의 슬롯과 직육면체 형상을 가진 방사도파관의 넓은 벽에 제공된 슬롯들을 통해 에너지를 연통한다. 이송도파관에 대한 에너지의 공급은, 전형적으로, 이송도파관의 양 단부나, 또는, 이송도파관의 길이 방향에 따른 어떤 곳에 위치하는 입력도파관에 의해 행해진다. 그러나, 입력도파관이 이송 도파관의 양 단부에 위치하게 되면, 시스템의 대역폭이 제한되거나, 이송도파관의 양 단부에 대한 상대적인 접근 곤란성 때문에 문제점이 생긴다.

이송도파관의 중앙 공급방식은 이송도파관의 이송슬롯에 대한 입력도파관의 입력슬롯의 위치에 관련하여 문제로 된다. 즉, 일반적인 것으로서, 입력슬롯과 이송슬롯들이 이송도파관의 서로 대향하는 넓은 벽에 그 도파관을 따라 사분의 일 파장 간격으로 위치되는 경우, 이송도파관의 각각의 반부에 임피던스 반전이 생기게 된다. 이같은 임피던스 반전은 설계시 수정되어야만 한다. 임피던스 반전을 수정하는 보통의 기법에서는, 결합 슬롯들의 각도를 보다 크게 설계한다. 그러나, 불행하게도 이같은 해결책은 결합접속부의 위상오차를 초래한다.

지금까지는, 이송도파관의 길이방향에 따른 이송슬롯의 위치와 동일한 위치에서, 이송슬롯이 제공된 벽과 반대쪽의 넓은 벽에 입력슬롯을 위치시키는 것을 피해왔는데, 그 이유는 입력슬롯과 반대쪽의 이송슬롯을 독립적으로 결합시키는 것이 곤란 하였기 때문이다.

따라서, 이송도파관의 양 단부 간에 입력슬롯이 위치하나 이에 관련한 어떤 임피던스 반전도 없는 평면 어레이 안테나 이송도파관이 본 기술분야에서 요구된다.

[발명의 요약]

결합접속부의 위상오차를 감소시키는 이송도파관 설계에 관한 본 기술분야의 요구는 본 발명의 개량된 이송도파관에 의해서 해결된다. 본 발명의 개량된 이송도파관은 슬롯이 제공된 제1 및 제 2평행벽을 포함한다. 제1벽은 제1종축에 따른 제1의 긴 슬롯을 갖는다. 제2벽은 제1벽의 제1슬롯과 대향하는 제2의 긴 슬롯을 갖는다. 제2슬롯은 제2종축을 갖는다.

특정실시태양에 있어서, 본 발명은, 제1종축을 가진 제1의 긴 관통슬롯이 제공된 넓은 벽을 가진 적어도 하나의 방사도파관을 포함하는 평면 어레이 안테나를 제공하는데 적합하다. 이송도파관은 방사도파관에 결합되며, 그의 길이 방향에 따른 제1 및 제2벽을 갖는다. 제1벽은 방사도파관의 제1슬롯과 연통하는 제2의 긴 관통 슬롯을 갖는다. 제2슬롯은 종축을 가지며 방사 도파관의 제1슬롯과 정렬된다. 제3슬롯은 제1벽의 제2슬롯과 대향하게 제2벽에 위치하며, 제2종축을 갖는다. 입력도파관은 이송도파관에 결합되며, 긴 관통슬롯을 가진 넓은 벽을 갖는다. 입력도파관의 슬롯은 이송도파관의 제3슬롯과 연통한다. 입력도파관의 슬롯은 제3슬롯의 제2종축과 정렬된 종축을 갖는다. 본 발명에 따르면, 입력도파관의 슬롯과 방사도파관의 슬롯은 이송도파관의 축선에 따른 동일위치에 배치되며 서로 직교한다. 이 같은 구조에 따라, 임피던스 반전이 경감되며 어레이 안테나의 성능은 최적하게 될 수 있게 된다.

[발명의 설명]

제1a도는 본 발명의 원리를 시현한 평판 슬롯 어레이 안테나(10)의 평면도이다. 이 안테나(10)는 이송도파관(15)에 제각기 직각으로 장착된 제1, 2, 및 3 방사도파관(17),(19) 및 (21)을 포함한다. 이송도파관의 넓은 벽과 방사도파관의 넓은 벽은 서로 접한다. 도파관은, 예로서, 금속 또는 기타 적합한 전도재로 제작될 수 있다. 방사도파관(17),(19) 및 (21)은 이송도파관 (15)이 종축을 따라 배열되며, 이송도파관에 (점선으로 도시된) 복수개의 경사진 이송슬롯(25),(27) 및 (29)에 의해서 제각기 결합된다. 방사도파관(17),(19) 및 (21)은 서로에 직접 이웃하는 식으로 배치된다.

제1b도의 측단면도에 도시한 바와 같이, 각각의 방사도파관은 제1 및 제2의 넓은 벽과 제1, 제2측벽을 갖는 직육면체 형상을 갖는다. 예로서, 제2방사도파관(19)은 제1 및 제2의 넓은 벽(35) 및 (50)과 제1 및 제2측벽(51) 및 (52)를 갖는다. 이와 마찬가지로, 이송도파관(15)은 넓은 전면 벽(35), 넓은 배면 벽(37) 및 측벽(46) 및 (48)을 갖는다(제1c도의 측면도 참조). 직육면체 형상의 입력도파관(23)은 이송도파관(15)의 넓은 배면 벽(37)에 장착되며, 넓은 전면 벽(43), 넓은 배면 벽(37)과 측변(38) 및 (40)을 포함한다.

방사도파관(17),(19) 및 (21)은 이송도파관(15)의 넓은 전면 벽(35)에 정착된다. 이송도파관(15)은 이송도파관(15)의 넓은 전면벽(35)에 제공된, 복수개의 긴 경사진 이송슬롯(25),(27) 및 (29)에 의해 방사도파관들에 결합된게 각각의 방사도파관(17),(19) 및 (21)은 제각기 이송슬롯(25),(27) 및 (29)으로부터의 에너지를 받아들이는 복수개의 방사슬롯을 갖는다. 각각의 방사 슬롯은 서로 간에 이분의 일 파장만큼 이격된다.

방사도파관(17)은 방사슬롯(71),(72),(73),(74),1(75) 및 (76)을 갖는다. 방사도파관(19)은 방사슬롯(77),(78),(79),(80),(81) 및 (82)을 갖는다. 방사도파관(21)은 방사슬롯(83),(84),(85),(86),(87) 및 (88)을 갖는다. 각각의 이송슬롯(25),(27) 및 (29)은 두 방사 슬롯간에서 그들로부터 등거리에 놓인다. 따라서, 각각의 이송 슬롯과 가장 가까운 방사슬롯은 사분의 일 파장만큼 이격된다. 각각의 이송슬롯(25),(27) 및 (29)은 이송도파관(15)의 종축에 대해 경사져 배치되며, 제각기 종축(41),(44) 및 (45)을 갖는다. 이송슬롯(25),(27) 및 (29)은 제1a도에서 점선으로 도시된다.

이송도파관(15)은, 그의 또한, 배면벽(37)에 입력슬롯(32)을 갖는다. 입력슬롯(32)은 이송도파관(15)의 슬롯(32f)과 입력 도파관(23)의 슬롯(321)에 의해서 제공된다. 입력슬롯(32)은 이송도파관(15)의 종축(39)에 대해 경사져 배치되며 종축(42)을 갖는다. 후술하는 바와 같이, 본 발명의 특별한 신규특징은, 이송도포관(15)의 종축(39)을 따라 입력슬롯(32)의 종축(42)의 이송슬롯(27)이 동일위치에 배치된다는 것이다. 이송슬롯(27)에 대해 입력슬롯(32)이 동일위치에 배치됨으로써, 임피던스 반전 없이도 입력도파관(23)으로부터 이송도파관(15)으로 에너지 결합이 이루어질 수 있게 된다. 이송 슬롯(27)과 입력슬롯(32)의 동일위치의 배치는 이송슬롯(27)에 대한 입력슬롯(32)의 직교배열에 따라 가능하게 된다. 즉 입력슬롯(32)의 종축(42)의 이송슬롯(27)의 종축(44)에 직교한다(이것은, 제1a도에 점선으로 보다 명료히 예시했다). 따라서, 입력 도파관(23)으로부터 슬롯(32)을 통해 이송도파관(15)에 에너지가 제공된다. 이송도파관(15)은, 그 다음 에너지를 넓은 벽(35)의 슬롯(25),(27) 및 (29)을 통해 방사도파관(17),(19) 및 (21)에 결합시킨다. 이 때, 통상의 방식에 따른 도파관(17),(19) 및 (21)의 방사에 의해 에너지는 대기중에 방사된다.

본 발명에 따른 개량된 이송기법의 유익한 설계는 제2a에 도시한 통상의 이송구조에 대한 참조로부터 알 수 있다. 제2a도는 이송도파관(15')의 양단부 간에 위치하는 입력슬롯(32')을 통해 에너지를 공급받는 통상의 이송도파관(15')을 예시적으로 도시한 것이다. 제2b도는 넓은 전면벽 및 배면 벽(35') 및 (37)을 보이는 통상의 이송도파관(15')의 측면도이다. 통상의 이송도파관(15')은 그의 종축(39')에 대해 경사진 복수개의 이송슬롯(25'),(27') 및 (29')을 이송도파관(15')의 넓은 전면벽(35')을 가지며, 입력슬롯(32' : 점섬으로 도시됨)을 이송도파관(15')의 넓은 배면 벽(37')에 갖는다. 입력슬롯(32')은 이송도파관(15')의 종축(39')에 대략 수직한 종축(70)을 갖는다. 두 개의 이송슬롯(25') 및 (27')은 대략, 동작주파수의 이분의 일 파장거리 만큼 분리된다. 입력슬롯(32')은 이송도파관(15')의 넓은 전면벽(35')의 이송슬롯(25')과 (27')간에 위치하되 이송도파관(15')의 넓은 배면벽(37')에 제공된다. 입력슬롯(32')은 두 개의 이송슬롯(25')과 (27')간에서 그들로부터 등거리에 위치된다. 따라서, 이송슬롯(25') 및 (27)의 제각기와 입력슬롯(32')은 사분의 일 파장 만큼 서로 이격된다. 이송슬롯(25') 및 (27')의 제각기와 입력슬롯(32')이 사분의 일 파장만큼 이격됨으로써, 이송 도파관(15')의 각각의 반부에 도파관 특성 임피던스의 사분의 일 파장 반전이 생긴다. 따라서, 이것에 의해, 수많은 통상적인 평면 어레이 안테나용 이송도파관의 중앙공급방식이 불가능하다.

본 발명의 배경에서 언급한 바와 같이, 도파관(15')에 대한 다른의 통상적인 이송방법은 이송도파관(15')의 양단부를 이용하는 것이다. 이 같은 설계의 장점은 임피던스 반전을 피할 수 있다는 것이다. 그러나, 전술한 바와 같이, 이송도파관(15')의 양단부에 입력도파관을 위치시키면 시스템의 대역폭이 제한되거나, 이송도파관(15')의 양 단부에 대한 상대적인 접근 곤란성 때문에 문제가 있게 된다.

제3도는 본 발명의 원리에 따라 구성한 이송도파관(15)의 평면도이다. 상술한 바와 같이, 입력슬롯(32)은 이송슬롯(27)과 동일위치에 배치되며, 서로 직교한다. 이렇게 함으로써, 임피던스 반전이 경감된다. 이것의 직접적인 결과로써, 보다 작은 결합슬롯각이 사용될 수 있게 되고, 이에 따라, 결합 접속부의 위상 오차가 작아지게 된다.

제4도의 확대도는 본 발명에 따른 이송도파관(15)에 있어 입력슬롯(32)과 동일위치에 배치된 이송슬롯(27)의 유익한 위치관계를 보다 잘 도시한다. 입력슬롯(32)은 이송도파관(15)의 넓은 하부 벽(37)에 위치됨을 나타내기 위해 점선으로 도시했다. 이송슬롯(27)은 이송도파관(15)의 넓은 상부벽(35)에 위치한다. 입력슬롯(32)과 이송슬롯(27)은 이송도파관(15)의 종축(39)에 대해 경사져 있다. 입력슬롯(32)은 이송슬롯(27)의 종축(44)과 직교하는 종축(42)을 갖는다. 입력슬롯(32)은 입력도파관으로 부터의 에너지를 이송도파관(15)에 결합시킨다. 이송슬롯(27)은 이송도파관(15)으로 부터의 에너지를 방사도파관에 결합시킨다.

당업자라면, 결합접속부의 위상오차를 감소시키는 개량된 이송도파관의 설계가 개시되었음을 알 수 있을 것이다. 본 발명을 특정한 예시적인 응용의 특정한 예시적인 실시태양에 관해 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 법주내에서 부가적인 변형, 응용 및 실시태양이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예로서, 경사슬롯의 수 및 방향은 본 발명에 있어 중요하지 않다. 또한, 본 발명을 평면 어레이 안테나에 관해 설명하였으나, 본 발명은 이것에 국한되지 않는다. 본 발명의 이송구조는, 또한, 작은 Ka-밴드 평판 안테나와 같은 선형 어레이 안테나에도 유익하다. 또한, 일반형태의 입력슬롯 구동도 본 발명에 관련하여 이용될 수도 있다.

본 발명의 범주에 속하는 이러한 모든 변형, 응용 및 실시태양을 부속 청구범위로 보호받고자 한다.

Claims

길이 방향에 따른, 슬롯이 제공된 평행한 제1 및 제2벽(35,37)을 가진 도파관(15)을 포함하며; 상기 제1벽(35)은 제1종축(44)을 가진 제1의 긴 관통 슬롯(27)을 포함하고, 상기 제2벽(37)은 상기 제1벽(35)의 상기 제1의 긴 관통 슬롯(27)과 대향하게 상기 제2벽(37)에 제공된 제2종축(42)을 가진 제2의 관통슬롯(32)을 포함하는 어레이 안테나용의 개량된 이송도파관.
제1항에 있어서, 상기 제2의 긴 관통슬롯(32)의 상기 제2종축(42)은 상기 제1의 긴 관통슬롯(27)의 상기 제1종축(44)에 직교하는 개량된 이송도파관.
제1항에 있어서, 상기 이송도파관(15)은 상기 제1벽(35)에 복수개의 긴 슬롯(25,27,29)을 갖는 개량된 이송도파관.
제1종축을 가진 제1의 긴 관통슬롯이 제공된 넓은 벽을 가진 적어도 하나의 방사도파관(17,19,21)과; 길이 방향에 따른 평행한 제1 및 제2벽(35,37)을 가진 것으로서, 상기 제1벽(35)은 상기 제1의 긴 관통슬롯과 연통하는 상기 제1종축과 정렬된 종축을 가진 제2의 긴 관통슬롯(27)을 가지며 상기 제2벽(37)은 상기 제2의 긴 관통슬롯(27)과 대향하게 배치된 제2종축(42)을 갖는 제3의 긴 관통슬롯(32)을 가진 이송도파관(15)과; 상기 제3슬롯(32)과 연통하는 상기 제2종축(42)과 정렬된 종축을 가진 긴 슬롯이 제공된 넓은 벽을 가진 입력도파관(23)을 포함하는 평면 어레이 안테나.
제4항에 있어서, 상기 입력도파관(23)의 긴 슬롯의 종축은 상기 제2의 긴 관통슬롯(27)의 종축과 직교하는 평면 어레이 안테나.