KR970010834B1 - 누설과 도파관 슬롯어레이 안테나 - Google Patents

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다까시 오지마
노부하루 다까하시
나오히사 고또
지로 히로까와
마꼬또 안도
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신닛뽕세이데쓰 가부시끼가이샤
다나까 미노루
나오히사 고또
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Abstract

내용없음

Description

누설과 도파관 슬롯어레이 안테나
제1도는 본 발명의 한 실시예의 누설과 도파관 슬롯어레이 안테나의 구성을 나타내는 사시도.
제2도는 크로스 슬롯의 형성과 설계 파라미터를 설명하기 위한 평면도.
제3도는 본 발명의 누설과 도파관 크로스 슬롯어레이 안테나를 차량탑재용 DBS 수신 안테나에 적용한 예를 나타내는 사시도.
제4도는 전파의 축비(軸比)가 최소가 되도록 최적화한 크로스 슬롯에 있어서의 반사량과 오프셋량과의 관계를 나타내는 도면.
제5도는 슬롯 길이와 결합량의 관계를 나타내는 도면.
제6a도는 각 크로스 슬롯의 위치와 최적한 슬롯 길이의 관계를 나타내는 도면.
제6b도는 각 크로스 슬롯의 위치와 최적한 슬롯간 거리의 관계를 나타내는 도면.
제6c도는 각 크로스 슬롯의 위치와 최적한 슬롯 교차각의 관계를 나타내는 도면.
제7a도는 각 크로스 슬롯의 진폭 특성을 나타낸 도면.
제7b도는 각 크로스 슬롯의 위상 특성을 나타낸 도면.
제7c도는 각 크로스 슬롯의 축비 특성을 나타낸 도면.
제7d도는 각 크로스 슬롯의 반사량 특성을 나타낸 도면.
제8a도는 본 발명의 최적 설계에 의하여 얻어지는 누설과 도파관 크로스 슬롯어레이 안테나의 틸트면내의 지향성을 나타내는 도면.
제8b도는 본 발명의 누설파 도파관 크로스 슬롯어레이 안테나의 비임피크 근방에 있어서의 지향성을 나타내는 도면.
제8c도는 본 발명의 누설파 도파관 크로스 슬롯어레이 안테나의 비임피크 방향에 대한 전파의 축비의 주파수 특성을 나타내는 도면.
제9a도는 본 발명의 누설파 도파관 크로스 슬롯어레이 안테나의 반사량을 나타내는 도면.
제9b도는 본 발명의 누설파 도파관 크로스 슬롯어레이 안테나의 종단손실을 나타내는 도면.
제10도는 본 발명의 누설파 도파관 크로스 슬롯어레이 안테나의 안테나 이득을 슬롯수와 앙각(仰角)에 관해서 표시한 도면.
제11도는 본 발명의 또다른 실시예의 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나의 구성을 나타내는 사시도.
제12도는 급선 도파관의 제2의 부분을 설치한 경우의 방위각방향면내의 지향성을 제2의 부분을 설치하지 않은 경우와 비교하여 나타낸 도면.
제13도는 본 발명의 S타입의 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나의 진폭과 위상의 분포를 급전도파관과 평행으로 주사한 개구면내에 있어서 나타내는 도면.
제14도는 본 발명의 S타입과 M타입의 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나의 급전점에서의 반사량을 전파의 주파수에 대해서 나타내는 도면.
제15a도는 본 발명의 M타입의 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나의 틸트면내의 프레넬 지향성을 표시하는 도면.
제15b도는 본 발명의 S타입의 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나의 틸프면내의 프레넬 지향성을 나타내는 도면.
제15c도는 흡수체 타입의 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나면내의 프레넬 지향성을 나타내는 도면.
제16a도는 본 발명의 S타입 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나의 원방지향성(遠方指向性)을 틸트면내에 관하여 표시하는 도면.
제16b도는 본 발명의 S타입 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나의 원방지향성을 방위각 방향면내에 있어서 표시하는 도면.
제17도는 본 발명의 S타입과 M타입의 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나의 이득과 효율을 전파의 주파수에 대해서 나타내는 도면.
본 발명은, 이동체용 위성방송 수신등에 이용되는 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나에 관한 것이다. 요즈음의 위성방송의 보급에 따라서 차량 탑재용 수신 안테나도 다수 검토되고 있다. 이들의 검토결과의 대표적인 것이나, 관련참고 문헌으로서는 이하의 것이 있다.
(1) 후루가와 외 : 1층 구조의 도파관을 사용한 비임 틸트형 위성방송수신 평면 안테나, Technical Report of IEICE(The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers) 신학기보 AP 88-40, 1988-7.
(2) 오마루 : 이동체용 이송방송 수신장치, 방송기술, vol. 43,no. 9, pp119-123, 1990-9.
(3) 구라또 외 : 이동체용 DBS 수신 안테나 시스템, 1991 신학 춘계 전국대회 강연집, B-59 1991-3.
(4) 니시까와 : 위성방송수신용 차량탑재용 안테나 시스템, 도요따 중안연구소 R D 레뷰, vol. 27, N.1, 65, 1992 - 3.
(5) 히로까와 외 : 누설파 도파관 크로스 슬롯어레이 안테나의 설계, 신학기보 AP 92-37, 1992-5.
(6) 다까노 외 : 컬 안테나(III)-비임 틸트에 관해서, 1993 신학 춘계 전국대회 강연집, B-45, 1993-3.
(7) 다까노 외 : 소형 승용차용 BS 이동 수신장치, 1993 신학 춘계 전국대회 강연집, B-46, 1993-3.
(8) 후지따 외 : 항공기 탑재용 BS 이동 수신장치의 정도, 1993 신학 춘계 전국대회 강연집, B-47, 1993-3.
(9) 시바따 외 : 큰 틸트각을 갖는 라디알 라인 마이크로 스트립어레이 안테나의 특성, 1993 신학 춘계 전국대회 강연집, B-54, 1993-3.
(10) J. Hirokawa et al, Waveguide π-Junction with an Inductive Post IEICE Trans. Electron, vol. 75, no. 3, pp.348-351, Mark. 1992.
(11) N. Marcuvitz : Waveguide Handbook IEE Electromagnetic Wave Series 21, Peter Peregrins Ltd. Chaps. 5 6, 1986.
(12) J. Hirokawa et al. A Single-Layer Multiple-Way Power Divider for a Planar Slotted Waveguide Array, IEICE Trans. Commun., vol. 75, no. 8, pp.781-787, Aug. 1992.
(13) 미즈노 외 : E면 구부러짐 4전력 분배기 1989 신학 춘계 전국대회 강연집, C-788, 1989-3.
(14) J. Hirokawa et al. An Analysis of a waveguide T Junction with an Inductive Post, IEEE Trans. Microwave Theory Tech, vol. 39, no. 3, pp.563-566. Mar. 1991.
(15) J. Hirokawa et al. Matching Slot Pair for a Circularly-Polarized slotted Waveguide Array, IEE Proc., vol. 137, pt. H, no. 6, pp. 367-371, Dec 1990.
(16) 기요하라 외 : 크르스 슬롯을 사용한 도파관 누설파 안테나의 설계, 신학기보 AP 91-75, 1991-9.
(17) J. Hirokawa, M. Ando and N. Goto : Analysis of Slot Coupling in a Radial Line Slot Antenna for DBS Reception IEE Proc., vol. 137, pt. H no. 5, pp.249-254, Oct. 1990.
(18) J. Hirokawa et al. Design of a Crossed Slat Arrg Antenna on a Leaky Waveguide, Technical Report of IEICE AP 92-37, EMCJ 92-20, May 22, 1992.
차량 탑재용 위성방송 수신 안테나에 대해서는, 이것이 높은 제한이 있는 도로상을 주행하는 차량의 지붕부(roof) 등에 장착하므로써, 그 장착높이를 여하히 저감시키는가가 중요한 기술적인 과제의 하나가 된다. 또 이 수신 안테나는 한정된 면적의 차량의 지붕부에 설치되므로써, 그 장착면을 여하히 저감시키는가도 중요한 기술적 과제의 하나이다. 수신 안테나의 장착높이의 저감을 도모하기 위하여 비임틸트각을 갖는 평면 안테나를 차량의 지붕부에 수평으로 장착하는 구조가 유리하다고 생각되고 있다.
차량 탑재용 위성방송 수신안테나에서는, 수신 안테나가 차량의 이동에 따라서 시시각각으로 변화하는 방송위성을 상시 포착하도록 그 방위각과 앙각을 제어하는 추미 기구(追尾機構 : tracking mechanism)가 필요해진다.
이 추미기구는, 수신 시스템전체의 제조 비용의 상당 부분을 차지할 뿐 아니라 안테나의 장착 높이 및 장착 면적도 증대시킨다고 하는 문제가 있기 때문에, 이것을 여하히 간략화하는 가가 중대한 기술과제의 하나이다.
방위각의 변화는 차량의 이동에 수반하는 350°에 걸쳐서 생기기 때문에, 방위각 방향의 추미를 기계적인 회전기구로 실현할 필요가 있다. 이것과는 대조적으로 앙각의 변화는 위도차, 예를들면 일본국내를 이동하는 차량에서는 약 20°의 차나, 차량의 수평면으로 부터의 기울기, ±5˚정도의 도로의 경사에 따라서 생기는 것이기 때문에, 그 변화 범위는 비교적 한정되어 있다. 이 때문에 안테나 앙각방향의 메인 비임폭을 사전에 다소 넓게 설정해 두므로써, 앙각방향의 기계적 추미를 행하지 않는 무추미방식(non-tracking system)이 가능해지고, 수신 시스템 전체의 경제화를 도모할 수 있다.
상기 문헌 (2),(4),(7) 및 (8)을 참조하면, 마이크로 스트립을 사용한 평면 안테나에서는 30˚이상의 비임 틸트각을 실현시키기가 곤란하기 때문에 50˚정도의 비임 틸트각을 필요로하는 경우에는, 안테나를 수평면에서 20˚정도 기울려 설치해야 한다. 이 경우에, 경사시킨 안테나의 높이가 수신 시스템 전체의 높이를 결정해버리기 때문에 차량탑재용으로서는 수신시스템의 장착 높이가 증대한다고 하는 결점이있다. 안테나의 높이를 저감시키기 위해서, 이 안테나를 복수의 서브어레이로 분할하여 배치한다.
상기 문헌 (6) 및 (9)를 참조하면, 라디얼 도파로를 사용한 평면 안테나는, 그 형상이 원형이 된다. 이 때문에, 방위각 방향의 추미에 있어서 이 평면 안테나를 그 중심에서 회전시키는 경우, 낭비적인 공간을 생략하여 장착한 면적의 저감을 도모할 수 있다. 그러나, 이 라디얼 도파로를 사용한 평면 안테나에서는, 사이드 로우프를 억압하면서 큰 비임 틸트각을 얻기 위해서는 고유전률의 기관을 사용한다거나, 안테나 소자를 조밀하게 배열해야하고, 현재로는 양산은 어렵다고 생각된다. 또, 원형 안테나이기 때문에 비임폭의 자유도가 적다고 하는 결점도 있다.
상기 문헌 (1),(3) 및 (5)에는 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나가 기재되어있다. 이 누설파 도파관 슬롯어레이안테나는, 전파(電波)의 전파(傳播) 방향을 따라서 복수의 슬롯이 배열되는 동시에 전파의 전파방향을 일치 시키면서 인접하여 배열되는 복수의 방사 도파관과, 각 방사판 도파관이 받는 전파를 합성하여 컨버터로 전송하는 급전 도파관으로 구성되어 있다.
이 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나에서는, 각 방사 도파관에 형성되는 슬롯의 개수와, 방사 도파관의 개수등에 의하여 비임폭과 안테나 이득을 거의 독립으로 조정이 가능하다고 하는 이점이 있다고 생각된다. 또, 상기 문헌 (1)과 (5)에 기재된 안테나는, 급전 도파관을 각 방사 도파관과 동일면내에 장착한 1층 구조 안테나이기 때문에, 홈 구조의 도파로 상에 각 슬롯패턴을 에칭에 의하여 형성한 슬롯판을 레이저 용착등에 의하여 장착 하므로써, 저렴하고 간이(簡易)한 안테나 제작이 가능하다고 하는 이점이있다.
상기 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나는, 상술과 같은 여러가지의 이점을 구비하고 있다. 그러나, 종래의 누설파 도파관 안테나에서는, 문헌 (5)에 기재되어 있는 바와같이, 컨버터를 결합하기위한 급전 도파관의 결합부는, 안테나의 일단부에 형성되어 있다. 이 때문에 방위각 방향의 추미를 위하여 안테나를 그 중심에서 회전시킨 경우, 안테나의 뒤측(rear side)에 컨버터가 고정하여 함께 회전시키는 구조로 할 필요가 있다. 이 결과, 회전기구의 부하가 커져서 응답성이 저하하는 동안에, 회전에 수반하는 진동이나 충격이 컨버터에 가해지고 컨버터를 구성하는 전자회로에 열화가 생길 우려가 있다.
따라서, 본 발명의 하나의 목적은, 컨버터를 안테나와 함께 회전시키지 않고도 되도록, 컨버터 등으로 구성되는 급전부를 정지상태로 유지할 수 있는 구조의 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나를 제공함에있다.
또, 상술과 같이, 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나에서는, 앙각 방향의 메인 비임폭을 각 방사 도파관으로 형성하는 슬롯의 개수에 따라서 조정할 수 있다고 생각된다. 그러나, 슬롯의 개수를 몇개 정도로 하면 가급적으로 높은 안테나 이득하에서 ±5˚정도의 소망하는 비임폭을 실현할 수 있는가 하는 구체적인 설계지표에 대해서는 명백하지 않다. 또한, 상기 최적의 슬롯 개수의 범위하에서 누설파 도파관의 개수를 어느 정도로하면 소망하는 안테나 이득을 실현할 수 있는가에 대해서도 명백하지 않다.
따라서, 본 발명의 또 다른 목적은, 전자계 해석이나 실험을 통해서 각 누설파 도파관에 형성해야 할 최적의 슬롯의 개수의 범위를 확정하므로써, 앙각 방향으로 소망하는 메인 비임폭을 갖는 무추미방식(non-tracking mechanism)의 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나를 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 또다른 목적은 상기 최적의 슬롯 개수의 범위로, 필요한 안테나 이득을 얻기 위한 누설파 도파관에 의한 방사 도파관의 개수를 확정함에 있다.
상기 제1의 목적을 달성하는 본 발명의 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나는, 급전 도파관이, 각 방사 도파관의 일단부를 따라서 연장되는 제1의 부분과, 이 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나의 회전 중심에 형성된 급전부에서 제1의 부분의 중앙부까지 방사 도파관 사이를 연장되는 제2의 부분으로 구성되어 있다.
상기 제2의 목적을 달성하는 본 발명의 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나는, 각 방사 도파관에 형성되는 슬롯이 동일 오프셋량의 크로스 슬롯으로 이루는 동시에, 이 크로스 슬롯의 개수를 임의로 설정하도록 구성되어 있다.
상기 발명에 의하면, 급전 도파관을 종래의 급전 도파관에 해당하는 제1의 부분과, 안테나의 중앙부에서 제1의 부분의 중앙부까지 연장되어 이것과 직교로 교차하는 제2의 부분으로 이루는 T분기형으로 하므로써 급전부를 안테나의 회전 중심으로 배치하는 것을 가능케 하고있다. 방사도파관으로 수신된 전파는 급전 도파관의 제1의 부분을 거쳐서 그 중앙부에서 제2의 부분내에 전파하고, 그 일단부에 형성된 급전부를 거쳐서 컨버터에 공급된다. 이 결과, 안테나의 회전 중심에 위치하는 급전부와 이에 결합하는 컨버터를 상시 정지상태로 유지한채로, 안테나만을 수평면내에 회전시키는 것이 가능해진다.
또, 상기 발명에 의하면, 각 방사 도파관에 동일한 오프셋량을 갖는 크로스 슬롯을 임의개수 형성하므로써, 틸트각 방향으로 최대 2.5dB의 이득변동을 허용하면 ±5˚전후의 비임 폭이 실현된다. 이것은 시률레이션에 의하여 판명된 사실이다.
제1도는, 본 발명의 한 실시예에 관계되는 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나의 사시도이다. 이 안테나는, 인접하여 평행으로 배열되는 12개의 방사 도파관 1A,1B,1C···1L과, 이들 방사 도파관의 각각이 수신한 전파를 합성하여 컨버터로 공급하는 급전 도파관 (2)으로 구성되어 있다. 후술하는 바와같이, 방사 도파관의 개수는 16개 정도가 바람직하지만, 도시의 편의상 제1도에서는 12개의 경우를 예시하고 있다. 방사도파관 1A∼1L의 상면에는, 관축방향을 따라서 복수의 크로스 슬롯(4)이 형성되어 있다. 우선, 급전 도파관(2)에 대해서 설명한다. 급전 도파관(2)은, 방사 도파관 1A∼1L과 동일면내에 형성되어 있다. 이와같은 1층 구조의 안테나는, 그 두께방향으로 구조가 한결같은 2차원 구조가 되기 때문에, 해석이 용이해지는 동시에, 대량 생산이 적합한 구조가 되어있다. 급전 도파관(2)은, 상술한 문헌(10) 및 (12)에도 기재되어 있는바와 같이 복수의 포스트를 구비한 도파관 π분기(分岐 : junctions)가세로 접속된 구조로되는 동시에, 양단은 단락되어 있다. 급전 도파관(2)의 광벽폭을, 그 관내 파장이 방사 도파관 1A∼1L의 광벽폭(벽두께 포함)의 2배가 되도록 설정하므로써, 각 π분기의 결합창(7)을, 인접하는 2개의 방사 도파관에 대해서 동상(同相)이 되도록 결합시킨다. 또, 각 π분기에는, 1개의 유도성 포스트(6)가 구비되어 있다. 이 유도성 포스트(6)는 문헌(11)에 기재되어있는 바와같이, 대응하는 π분기의 결합창(7)에서의 전파 반사를 억압하여 대응하는 급전 도파관에 대한 진행파 여진을 실현하는 동시에, 결합창(7)의 전자 결합에 의한 급전 도파관의 관내 파장의 단축을 억제한다. 즉, 방사 도파관 1A∼1L의 관내 파장은, π분기에 의한 결합량에 의존하지 않고, 대략 일정해지고, 방사 도파관을 등간격으로 배열하는 것이 가능해진다.
문헌(7)에 기재되어있는 바와같이, 방사 도파관 1A∼1L의 모두에 등(等) 진폭·등위상으로 전력을 분배하기 때문에, 각 π분기의 결합량이 조정되어 있다. 즉 결합량의 진폭은 π분기의 결합창(7)의 폭에 의하여 조정되는 동시에, 위상 노치(8)의 길이에 의하여 조정되어 있다. 문헌(13)과 (14)에 기재된 바와같이, 급전 프로프(3)에서의 정합을 용이하게 하기 위하여, 유전성 포스트를 구비한 도파관 T분기를 사용하여 급전을 하고있다. 급전 프로브(3)를, 급전 도파관 2B의 중앙에 직접 삽입한 경우에도, 정합핀을 사용하는 등에 의하여 광대역에 걸쳐 충분한 정합을 도모할 수 있다.
다음에, 방사 도파관 1A∼1L에 대해서 설명한다. 방사 도파관 1A∼1L은, 조밀하게 배열된 크로스 슬롯(4)의 어레이와, 종단에 형성된 원편과 방사정합 슬롯폐어(9)로 이루는 누설파 도파관으로 구성되어 있다.
전술한 문헌(15)에 기재되어 있는 원편파방사정합 슬롯페어(9)는, 누설파 도파관의 종단으로 부터의 반사를 억제하는 동시에, 틸트된 메인 비임방향으로 원편파를 방사하도록 설계되어 있다. 본 안테나의 경우, 앙각방향으로 넓은 메인 비임폭을 얻기 위하여 크로스 슬롯의 개수를 적게할 필요가 있고, 이 때문에, 슬롯 1개당의 결합량은 커진다.
문헌(16)을 참조하면, 비임 틸트각 θ는, 다음 식으로 주어진다.
Sin θ=λo/λg+α ···(1)
위 식의 제1항은, 관내 파장 λg로 정하여지는 누설파의 원리에 의거하는 값이다. 이 관내파장 λg는, 광벽폭 ar을 사용하여 다음 식으로 주어진다.
λg =λo/(1-(λo/2ar)2]1/2···(2)
(1)식의 제2항 α는, 슬롯 결합에 의하여 생기는 관내의 투과파, 원방 방사계의 위상지체에 해당하는 섭동항이다. 즉, 슬롯 결합에 의하여 실효적인 관내파장은 단축되고, 비임 틸트각이 α만큼 커지는 것을 표시하고 있다. 본 안테나와 같이 슬롯수가 적은 경우에는, (1)식의 섭동항 α를 무시할 수 없게 된다. 예를들면, 슬롯이 14개인 경우, 이 섭동항 α는 약 12˚이다. 따라서, 일본국내의 방송위성 수신용에 필요한 틸트각이 52˚인 경우에는 (1)식의 제1항의 값이 40˚가 되도록 광벽폭 ar을 (2)식에서 결정할 필요가 있다.
크로스 슬롯의 관축에서의 오프셋량은, 단체의 반사량과 틸트각 방향에서의 방사전파의 축비의 2개가 동시에 최소가 되도록 선택된다. 축비의 최소화만에 착안하여 형상의 최적화를 도모하면 자동적으로 반사가 억압된다. 이것은 문헌(5)에 이미 기재되어있다. 최적화에 의한 설계는, 전자계 해석을 사용하여 실시한다. 전술한 바와같이, 슬롯의 개수가 적기 때문에 슬롯 1개당의 결합이 강하다. 또, 누설파 동작에서는 사이드 로우브를 억압하기 위하여, 슬롯 간격을 가능한한 단축할 필요가 있고, 그 결과, 슬롯간의 상호 결합이 강해진다. 따라서, 전자계 해석에 있어서는 1개당의 방사 도파관상에 배열된 크로스 슬롯의 모든 상호결합을 고려한 전파동적(全波動的) 해석을 행한다.
이 크로스 슬롯의 설계파라미터로서는, 제2도에 표시와 같이, 2개의 슬롯 #1, #2의 길이 L1,L2, 각 슬롯의 교차각 φ, 슬롯 교점의 도파관 중심으로 부터의 오프셋량 d 및 인접 크로스 슬롯과의 간격 p가 있다.
통상, 누설파 도파관 어레이 안테나에서는, 각 설계 파라미터의 최적화가 컴퓨터 시뮬레이션에 의거하여 행하여 지지만, 이 컴퓨터 시뮬레이션의 해석 모델로서는, 모우멘트법을 사용한 전파동적 해석이 이용된다. 이 해석 방법의 상세에 관해서는 필요에 따라서 문헌(17)을 참조 바란다.
크로스 슬롯 누설파 도파관 어레이 안테나에서는 각소자(크로스 슬롯)의 평균 각격이 0.45λo 정도의 작은 값이 되기 때문에, 외부 상호작용이 무시할 수 없게 된다. 따라서, 동일 방사 도파관상의 소자간의 외부 상호결합을 바르게 평가하고, 설계에 반영할 필요가 있다. 크로스 슬롯 누설파 도파관 어레이 안테나에 있어서, 슬롯 결합도 고려하여 소망하는 비임 피크방향(틸트각)을 구하기 위한 해석 방법이 문헌(16)에 기재되어 있다.
상기 누설파 도파관 크로스 슬롯어레이 안테나의 설계 방법은, 문헌(18)에 기재된바와 같이, (1) 소망하는 비임 피크방향을 실현 가능한 범위로 도파관 사이즈를 설정하고, (2) 단일 크로스 슬롯을 형성한 경우에 이 크로스 슬롯에서 방사되는 전파의 축비와 방사량이 상기 설정이 완료된 도파관 사이즈하에서 둘다 거의 최소가되는 오프셋량을 검출하고, 이 오프셋량을 상기 복수 형성하는 모든 크로스 슬롯에 대해서 설정하고, (3) 상기 각 크로스 슬롯을 구성하는 한편 및 다른 편의 슬롯의 길이 L1,L2및 상호의 교차각 φ 및 각 크로스 슬롯의 간격 p에 관하여, 대략 동일한 개구 진폭을 실현하기 위한 초기치를 설정하고, (4) 상기 설정된 각 파라미터를 사용하여 전파동적 해석을 실시하므로써 상기 각 크로스 슬롯중 축비가 최악인 전파를 방사하는 것을 검출하고, 이 검출한 크르스 슬롯에 대해서는 방사 전파의 축비가 최소가 될때까지 상기 전파동적 해석을 반복하므로써 다른쪽의 슬롯의 길이 L2와 교차각 φ를 수정하고, (5) 상기 각 크로소 슬롯에서 방사되는 전파의 축비가 소정치 이하가 될때까지 상기(4)의 수정을 반복하도록 구성되어 있다.
상기의 설계방법에 의하여 결정되는 최적형상의 누설파 도파관 크로스 슬롯 안테나는, 각 크로스 슬롯이 누설파 도파관의 광벽폭상에 단일의 크로스 슬롯을 형성한 경우에 이 크로스 슬롯에서 방사되는 전파의 축비와 반사량이 함께 대략 최소가 되는 오프셋량이 설정되는 동시에, 각 크로스 슬롯을 구성하는 2개의 슬롯의 교차각이 방사 전파의 전파방향을 따라서 대략 단조하게 증대하는 구조를 나타내고 있다.
비임 피크방향은, 슬롯 결합을 무시하면, 누설파의 원리로 정해지는 값(Sin-1(λo/λg))이 된다.
그러나, 슬롯 결합에 의하여 실제의 비임 피크방향은, 이 값보다도 큰 값이 된다. 따라서, 본 발명에 의하면, 우선 소망하는 비임 피크방향을 실현하기위한 도파관의 광벽폭이 위상 변화량 δ도 고려한 정확한 해석에 의거하여 산출되는 비임 틸트각 보다도 작은 값을 실현하는 범위내로 설정된다.
본 발명에서는 최적화 대상의 설계 파라미터를 최소한으로 하기 위하여, 오프셋량 d는 전(全)크로스 슬롯에 대해서 공통의 값을 설정한다. 또한, 최적화 대상의 설계 파라미터를 최소한으로 억제한다고 하는 관점에서, 크로스 슬롯의 간격 p와, 각 크로스 슬롯의 한쪽의 슬롯의 길이 L1에 대해서는, 초기치를 결정한 후는 기본적으로는 수정하지 않고 다른쪽으로 슬롯의 길이 L2와 교차각 φ만을 수정하면서 모든 크로스 슬롯의 축비가 소정치 이하가 될때까지 전파동적 해석을 반복한다.
본 발명에 의하면, 크로스 슬롯 단체의 비임 피크방향에서의 축비(본 명세서에서는, 다만「축비」라고 칭한다)와 반사량이 동시에 최소가 되도록, 오프셋량 d가 결정된다. 이 결과, 이후의 설계 파라미터의 최적화에 있어서는 크로스 슬롯 단체의 축비를 최소로 하도록 설계 파라미터를 수정하는 것 뿐이고, 동시에 반사량도 최소화(억압)되게 된다. 크로스 슬롯 누설파 도파관 어레이 안테나에서는, 반사파는 좌선원편파를 비임 피크방향과 반대 방향으로 방사한다. 또, 크로스 슬롯 누설파 도파관 어레이 안테나에 한하지 않고, 도파관 슬롯어레이안테나 일반에 말할 수 있는 것이지만, 각 소자에서 반사가 생기는 상태로 비임 틸트를 행하면 급전점에서의 반사는 억압될 수 있지만, 소자간에는 반사가 존재하고 있기 때문에 이것을 고려한 복잡한 설계가 필요해진다. 따라서, 본 발명과 같이, 크로스 슬롯 소자마다에 축비의 최적화, 즉 반사를 억압한다고 하는 구성을 채용하는 것에 의해, 누설파 도파관의 종단측에서의 순(順)으로 설계를 해가면 좋아지고, 설계가 대폭으로 간이화된다.
이 최적설계의 대상이 되는 누설파 도파관 어레이 안테나로서는, 예를 들면 제3도에 표시와 같은 3개의 서브 어레이 A, B, C로 이루는 차량 탑재용 DBS 수신 안테나이다. 각 서브 어레이 A∼C는, 방사전파의 전파 방향으로 다수의 크로스 슬롯을 형성한 누설파 도파관을 병렬로 다수개 배열한 방사용 도파관 부분과, 이 방사용 도파관 부분에 방사 전파를 공급하는 급저용 도파관 부분으로 구성된다. 이 최적 설계는, 임의의 1개의 누설파 도파관에 대해서 행하여지고, 그 최적 설계치가 또다른 모든 누설파도파관에 대해서도 설정된다.
1개의 누설파 도파관에 15개의 크로스 슬롯을 형성하고, 설계 파라미터를 변경(수정)할때 마다 모든 크로스 슬롯간의 외부 상호작용을 고려한 전파동적 해석(모우멘트 법)을 반복한다. 설계 목표는, 각 크로스 슬롯의 여진진폭이 동등하고 또한 틸트 방향에서의 축비가 최소가 되도록 한다. 이때, 오프셋량이 바르게 설정되어 있으므로 각 소자에서의 반사가 억제되어 있고, 급전점에의 반사도 억압된다. 또한, 종단은 정합되어 있는 것으로 한다.
도파관의 광벽폭의 결정
제3도의 DBS 수신 안테나에의 적용을 상정하고, 중심 주파수는, 11.85GHz, 소망하는 비임 피크방향은 52˚로 한다. 이 최종적인 52˚의 비임 피크방향을 얻기위한 광벽폭으로서는, 누설파의 원리에 의거하여 상기 52˚보다도 10˚정도 작은 42.5˚의 비임 피크방향을 실현하는 17.2㎜의 값으로 결정했다. 또, 협벽폭으로서는, 40㎜를 설정했다.
오프셋량 d의 결정
도파관 상에 1개의 크로스 슬롯을 놓고, 한쪽의 슬롯 #1에 대해서 주어진 길이 L1에 대해서 이 크로스 슬롯에서 방사되는 전파의 축비가 최소가 되도록 다른쪽의 슬롯 #2의 길이 L2와 상호의 교차각 φ을 최적하 한다. 이 경우의 반사량을 제4도에 표시한다. 슬롯길이 L1이 최소한 10㎜와 11㎜의 범위에 걸쳐서 변화해도, 오프셋량 d가 30㎜인때 반사량이 최소가 되는것을 알수 있다. 그래서, 이 설계에서는 오프셋량 d를 30㎜로 한다.
각 크로스 슬롯의 설계 파라미터에 대한 초기치의 설정
방사 전파의 전파 방향을 따라서 동일한 개구진폭을 실현하는 데에는 누설파 도파관의 시단에서 종단으로 향하여 슬롯길이를 점차 증대시킬 필요가 있다. 특히 한쪽의 슬롯 #1길이 L1에 대해서는 초기치를 결정한 후는 변경(수정)을 하지 않으므로, 이 최기치의 결정이 최종적일 개구진 폭의 일양성(一樣性)을 결정하게 된다. 본 설계에서 사용한 초기치의 결정방법은 이하와 같은 것이다.
(1) 누설파 도파관 상에 1개의 크로스 슬롯을 놓고, 한쪽의 슬롯 #1에 대해서 설정한 길이 L1에 대해서 축비(반사)가 최소가 되도록 다른쪽의 슬롯 #2의 길이 L2와 교차각 φ을 최적화 한다. 이때, 결합량 C(=방사전력/입사전력)에 대한 슬롯의 길이 L1의 변화를 제5도에 표시한다.
(2) N소자 어레이에서 동일한 개구진폭을 실현하는 데에는, 소자 n(입력측을 n=1, 종단측은 n=N)의 결합량 C(n)은, 다음의 점화식을 만족하도록 결정하면 좋다.
C(n-1) =C(n)/[1+C(n)]
(n=N,N-1,···3,2)
종단측의 크로스 슬롯의 결합량 C(N)을 부여하므로써 각 크로스 슬롯의 결합량 C(n)가 상기 점화식에 의거하여 종단측에서 순차 결정된다.
따라서 제4도에 표시하는 슬롯길이 L1과 결합량 C와의 관계에서 각 크로스 슬롯의 한쪽의 슬롯길이 L1(n)이 종단측에서 순차 결정된다.
(3) 각 크로스 슬롯을 구성하는 다른쪽의 슬롯 #2의 길이 L2(n)과 교차각 φ(n)은, 각 크로스 슬롯에서 방사되는 전파의 축비가 최소가 되도록 결정된다. 또, 크로스 슬롯간격 p(n)은, 인접한 크로스 슬롯과 중첩되지 않도록 L2(n)+1(mm)로 한다. 이 크로스 슬롯간격 p(n)은, 초기치로서 결정한 후는 수정(변경)하지 않는다.
전파동 해석에 의거하는 파라미터 수정
각 크로스 슬롯에 의거하여 설계 파라미터의 초기치를 설정한 후, 전파동적 해석을 행한다. 구해진 각 크로스 슬롯의 여진 진폭과 위상을 사용하여, 크로스 슬롯마다의 축비를 계산한다. 모든 크로스 슬롯중, 축비가 최악의 것을 선택하고, 그 축비가 최소가 될때까지 그 슬롯길이 L2와 교차각 φ를 변화시키면서, 전파동적 해석을 반복한다. 각 파라미터의 변화량이 생기는 폭은, 슬롯길이 L2에 대해서는 0.1㎜, 교차각 φ에 대해서는 1˚로 했다. 모든 크로스 슬롯에 대해서 축비가 1dB 이하가 될때까지, 각크로스 슬롯의축비의 최소화를 반복한다.
설계 결과
상기 설계에 따라서 최종적으로 결정된 각 크로스 슬롯의 설계 파라미터의 값을 제6a,6b,6c도에 표시한다. 크로스 슬롯의 누설파 도파관의 시단에서 종단으로 향하는데 따라서, 슬롯길이 L1, L2, 교차각 φ 및 크로스 슬롯 간격 p가 어느것이나 증가하고 있다. 또한, 여진진폭의 일양도의 개선을 행하기 위하여, 시단측의 2개의 크로스 슬롯(n=1,2)에 대해서는, 그 슬롯길이 L1,(1), L2(2)를 초기치 보다 0.1㎜길게 하고 있다.
제7a,7b,7c,7d도에 각 크로스 슬롯의 여진 특성을 나타낸다. 단 제7b도에 표시하는 위상분포는, 비임 피크방향(52˚)에서 측정한 값이다. 제7a도를 참조하면, 각 크로스 슬롯의 여진 진폭에 대해서는, 종단의 크로스 슬롯(n=15)를 제외하고, 대량 1dB의 편차의 일양성이 실현되어 있다. 제7B도에서는, 종단측의 3개의 크로스 슬롯에 대해서는 여진진폭이 급격하게 변화하고 있지만, 이것은 최종적인 비임 피크각이 누설파의 원리에서 정해지는 값보다도 커지는 원인이 된다. 또, 제7c,7d도를 대비하면 크로스 슬롯마다의 축비와 반사량의 변화의 경향은 대략 일치하고 있음을 알수 있다. 따라서, 크로스 슬롯마다의 축비의 최악치를 1dB보다도 작은 값으로 설정하면 제7a도에서 볼수 있는 바와같이 여진 진폭의 리플도 저감될 수 있다고 생각된다.
제8a,8b,8c도에 1개의 누설파 도파관으로 이루는 어레이 안테나로서의 지향 특성을 표시한다.
제8a도를 참조하면, 소망하는 52˚의 방향으로 주로 비임이 향하고 있고, 또, 교차편파 성분이 억압되어 있는것을 알 수 있다. 광각 영역의 사이드 로우브가 -17dB로 다소 높아져 있지만, 소자를 더욱 접근시켜서 배열하므로써 이것을 더욱 억압할 수 있다. 제8b도는 중심 주파수 11.85GHz와 그 전후에 0.15GHz씩 떨어진 각 주파수에 대해서 레벨을 규격화한 비임 피크방향 근방의 지향성을 나타내고 있다. 이 도면에서, 예를들면 수신가능한 최저 이득으로서 피크이득 보다도 6dB낮은 값을 허용하면, BS대역내에서 약 16도의 앙각 범위를 커버할 수 있는 것을 알 수 있다. 제8c도에 표시되어있는 바와같이, BS의 전대역에 걸쳐, 비임 피크방향의 축비는 0.8dB 이하로 유지된다.
제9a,9b도는, 어레이 안테나 전체의 반사투과 특성을 표시한다. BS의 전대역에 걸쳐 반사량은 -25dB 이하로 억압되어 있고, 또, 종단 손실도 20% 이하로 억압되어 있음을 알 수 있다.
이상 광벽중심과 크로스 슬롯의 중심의 간격을 오프셋량으로 정의 했지만 광벽의 한쪽의 단부와의 간격을 오프셋량으로 정의할 수도 있다.
또, 차량탑재용 위성방송 수신 안테나에 적합한 경우를 상정하여 본 방법을 설명했지만, 본 발명의 안테나를 설치형의 위성방송 수신 안테나에 적용하는 것도 가능하다. 또, 위성방송 수신용에 한하지 않고, 통신위성 등을 대상으로 하는 송수신 겸용 안테나에도 적용할 수 있다.
이와같이 각 슬롯의 여진 진폭과 축비에 착안하여, 2개의 슬롯 길이와 그 교차각을 조정하고 형상의 최적화를 행한다. 우선 방사 도파관에 형성하는 크로스 슬롯의 개수와 틸트각 방향의 비임폭의 관계를 이득계산에 의하여 평가한다. 이 이득계산의 조건은
(1) 각 크로스 슬롯의 진폭은 동일하고, 위상은 틸트 방향으로 동일하도록 여진한다.
(2) 동일 크로스 슬롯에서의 슬롯간 위상은, 틸트 방향에서 완전 우선 원편파가 되도록 부여한다.
(3) 안테나 효율을 70%로 한다.
방사 도파관의 개수를 16개로 하고, 방사 도파관 1개당의 크로스 슬롯수를 변화시킨때의, 메인 비임(피크)에서의 각도(슬로프의 경사각도에 대응)가 3˚,5˚,7˚의 각 방향에서의 이득의 변화를 제10도에 표시한다. 각 방사 도파관의 간격은 18.5㎜, 각 방사 도파관으로 형성하는 각 크로스 슬롯의 간격은 10.4㎜, 수신 주파수의 중심치는 11.85GHz, 메인 비임 방향은 52.0˚로 설정했다. 급전 도파관(2)의 길이는 296㎜가 된다. 제10도의 상부에 표시한 방사 도파관의 길이는, 슬롯을 형성할 수 없는 급전 도파관(2)의 폭을 30㎜로 하여 구한 계산치이다. 또, 방사 도파관의 개수를 변화시킨 경우에는, 그 개수에 비례하여 그래프 전체를 상하시키면 좋다. 예를들면 방사 도파관의 개수를 16개에서 12개로 변경하는 경우에는 제10도의 세로축의 이득을 1.25dB(=12/16)만 감소시키면 된다.
각 방사 도파관에 형성하는 크로스 슬롯의 개수가 증가하면, 안테나의 면적이 증대하기 때문에, 안테나 이득도 단조롭게 증가한다. 메인 비임방향에서 3˚씩 어긋난 방향의 이득도 크로스 슬롯의 개수의 증가와 함께 완만하게 증가하고 있다. 그러나, 메인 비임 방향에서 5˚어긋난 방향의 이득은 크로스 슬롯의 개수를 17개까지 증가시켜도 일정하고, 18개 이상의 범위에서는 크로스 슬롯의 개수의 증가와 함께 완만하게 감소하고 있다.
또, 메인 비임 방향의 피크에서 7˚어긋난 방향의 이득은, 크로스 슬롯의 개수가 13개까지 대략 일정하고, 14개 이상의 범위에서는 크로스 슬롯의 개수의 증가와 함께 감소하여 버리는 것을 알 수 있다.
크로스 슬롯의 개수를 증가시키면 피크 이득은 높아지지만 메인 비임폭은 가늘어지고, 앙각 방향에의 무추미 방식(non-tracking system)이 체택 불가능해진다. 반대로, 크로스 슬롯의 개수를 감소시키면 메인 비임폭이 넓어지지만 피크이득이 저하하고, 우천시등의 수신레벨의 저하에 대응 불가능해진다. 필요한 메인 비임방향의 비임폭을 전형적인 슬로프(slope)의 경사에 대응할 수 있는 ±5˚정도로 간주하면, 크로스 슬롯의 개수의 최적 범위는 15개 ±2개 정도이다. 또, 최소한 필요한 C/N을 8dB로 하고, 이 C/N을 얻는데에 필요한 안테나 이득을 24dBi로 간주하면, ±5˚의 비임폭을 실현하기에 필효한 방사도파관의 최소개수는 16개이다. 또한 승용차용의 소형·박형이고 저렴한 수신 시스템을 구성하는 경우에는, 잡음이 두드러지지 않는 액정 텔레비젼과 조합하는 것도 생각할 수 있다. 이 경우에, 필요한 안테나 이득은 낮아지고, 방사도파관의 개수를 16개 미만으로 저감시킬 수도 있다.
제11도는, 본 발명의 또 다른 실시예의 누설파 도파관 슬롯어레이안테나의 구성을 나타내는 사시도이다. 제11도중, 제1도와 동일한 참조부호를 부여한 구성 요소는, 제1도에 관하여 이미 설명한 구성 요소와 동일한 것이고, 이들에 대해서는 중복하는 설명을 생략한다. 이 실시예의 안테나가 제1도에 나타낸 안테나와 상이한 점은 급전 도파관(2)의 구성이다. 즉, 이 급전 도파관(2)은, 방사 도파관 1A∼1L의 일단부를 따라서 연장되는 제1의 부분(2A)와, 이 안테나의 회전의 중심에 배치된 급전 프로브(3)에서 제1의 부분(2A)의 중앙부까지 방사 도파관 1F∼1G사이를 연장되는 제2의 부분(2B)로 구성되어 있다. 급전도파관(2)의 제1의 부분(2A)의 중앙부와, 제2의 부분(2B)의 일단부는 T분기를 형성하면서 결합되어 있다.
방사 도파관에 수신된 전파는 급전도파관의 제1의 부분(1A)을 거쳐서 그 중앙부의 T분기 부분에서 제2의 부분(2B)내에 전파하고, 그 1단부에 형성된 급전 프로브(3)를 거쳐서 안테나의 아래쪽에 배치된 컨버터에 공급된다. 이와같이, 급전 프로브(3)를 이 안테나의 방향각 추미를 위한 회전 중심에 설치한다고 하는 중앙 급전형을 채택하므로써, 이 급전 프로브(3)에 접속되는 컨버터를 고정시킨채로, 안테나만을 회전시킬 수 있다.
제11도의 안테나에서는, 중앙부분에 급전 도파관(2)의 제2의 부분(2B)을 설치했기 때문에, 방사 도파관 1개분의 폭에 걸쳐서 크로스 슬롯이 존재하지 않는 공백영역이 형성된다. 이에 따라서, 방위각 방향 면내에서의 사이드 로우프의 레벨이 상승하는 것이 예상된다. 이 공백 영역의 존재가 방위각 방향의 지향성에 미치는 영향을 확인하기 위하여, 방사도파관이 16개의 경우에 대해서, 공백 영역이 존재하지 않는 경우와 존재하는 경우의 지향성에 대해서 계산을 했다. 이 계산 결과를 제12도에 표시한다. 실선은, 공백 영역이 존재하는 경우의 지향성, 점선은 존재하지 않는 경우의 지향성이다. 공백 영역이 존재하는 경우에는, 안테나의 면적이 증가하기 때문에 주(主)비임은 가늘어진다. 사이드 로우브의 레벨은 메인 비임의 피크 레벨에 대해서 -11dB까지 상승하고 있다. 이 때문에, 안테나 면적이 증대하고 있음에도 불구하고, 피크 이득은 거의 증가하지 않는다. 또한, 방위각 30˚이상의 범위의 사이드 로우브의 레벨은, 메인 비임의 피크 레벨에 대해서 -40dB 이하로 억압되고 있다.
이와같이 중앙 급전형으로 하면, 전기 특성상은 다소 불리하게 되지만, 컨버터를 고정한 채로 안테나만을 급전 프로브(3)의 둘레에 회전 가능한 이점은 크다.
2종류의 누설파 도파관 크로스 슬롯어레이 안테나에 관하여 시작을 했다. 하나는, 각 방사 도파관에 12개의 크로스 슬롯을 형성하는 동시에, 종단에 정합 슬롯페어를 형성하는 것이다. 이하, 이것을 M타입이라고 칭한다. 다른 하나는, 각 방사 도파관에 14개의 크로스 슬롯을 형성하는 동시에, 종단을 다만 단략한 것이다. 이하, 이것을 S타입이라고 칭한다. 어느것의 타입에서도 전파 흡수체는 일체 사용되어 잇지 않다. 양 타입의 안테나의 각 파라미터는 이하의 표와 같다.
개구면 분포
S다이프의 안테나에 대하여, 설계 주파수에 있어서 급전 도파관과 평행으로 주사한 결과를 제13도에 표시한다. 이 개구면 분포는, 급전 도파관의 분배 특성의 양부를 표시하고 있다. 동일한 진폭 분포와, 위상분포가 실현되어 있고, 급전 도파관이 설계 대로의 진행파 동작을 하고 있는 것이 확인될 수 있었다.
반사특성
급전점에서의 반사량의 주파수 특성을 제14도에 표시한다. M타입, S타입과 함께 BS대역내(11.7∼12.0GHz)에서의 반사량이 충분히 작은 것을 알수 있다. SB대역 이상에서는 M타입의 안테나 쪽이 S타입 안테나 보다도 반사가 작다. M타입의 안테나에서는, 방사 도파관의 종단에 형성된 정합 슬롯페어가, 종단에서의 반사를 잘 억압하고 있기 때문이라고 생각된다.
틸트면내 지향성
설계 주파수에서 측정한 틸트면내의 프레넬 지향성을 제15a,15b,15c도에 표시한다. 스핀 라니어 패턴에서의 비임 피크 방향(우선원편파성분+좌선원편파성분)은, M타입, S타입과 함께 53.5˚였다. 따라서, (1) 식에 관해서 설명한 바와같이, 슬롯 결합에 의한 비임 틸트각의 섭동분 α가 약 13.5˚로 극히 큰것을 알수 있다.
M타입의 안테나의 지향성(제15a도)와, 방사 도파관의 종단에 전파 흡수체를 장착한 타입의 안테나 지향성(제15c도)과는 유사하다. 단, 후자의 흡수체 타입의 안테나에서는, 크로스 슬롯의 형상 파라미터가 상이하기 때문에 축비는 악화되어 있다. M타입의 안테나에서는, 정합슬롯이 양호하게 동작하는 동시에, 우선원편파를 틸트각 방향으로 방사하고 있다고 생각된다. 또, 반사파에 의하여 생기는 약 -50˚의 방향의 사이드 로우브의 상승도 볼수 없고, 바람직한 크로스 슬롯의 오프셋량을 선택하므로써 진행파 여진이 실현된 것이라고 생각된다. 비임 피크 방향의 축비는 1.0dB로 양호한 값이 얻어지고 있다. 또, 제1사이드 로우브의 레벨은, 8.5dB정도이다.
이에 대하여, S타입의 안테나의 지향성(제15b도)에서는, 약 -50˚방향의 사이드 로우브의 레벨이 -10dB까지 상승되어 있다. 이것은, 방사 도파관의 종단에서의 반사에 의한 것으로 생각된다. 또, 피크 방향의 축비는 1.8dB로 열화되어 있다.
이것은, 반사파에 의하여 방사 도파관의 종단 근방의 크로스 슬롯의 축비가 대폭적으로 열화하기 때문이라고 생각된다.
S타입의 안테나에 대해서, 설계 주파수에서 측정한 우산원편파 성분의 원방 지향성을 제16a,16b도에 표시한다. 제16a도에 표시와 같이, 설계대로, 52˚의 틸트각이 실현되어 있는 것을 알수 있다. 비임 피크 방향에서 약 3˚어긋난 방향에서의 레벨의 저하량은 약 1.0dB이다. 제16b도에 표시와 같이, 방위각 방향면내에서는, 전술한 급전 도파관의 일양분포 특성을 반영하여, 대칭성이 높고 사이드 로우브가 억압된 지향성이 실현되어 있다. 또한 1dB 저하 비임폭은 약 3.5˚이다.
S타입과 M타입의 안테나에 대해서, 측정한 이득과 효율의 주파수의존성을 제17도에 표시한다. S타입의 안테나의 효율은, 피크치가 66%이고, BS대역 내에서는 60% 이상이 되어있다. BS대역 내에서의 이득의 변동은 0.4dB 정도에 불과하다. S타입의 안테나의 이득은 M타입의 안테나에 비해서 전체적으로 0.3dB 정도 높다. 제15a,15b도에 표시와 같이, S타입의 안테나의 지향성은, M타입의 안테나의 지향성에 광각방향(-90˚∼-60˚의 범위)의 사이드 로우브의 레벨이 낮기 때문에, 상대적인 이득이 높아져있는 것이라고 생각된다.
S타입의 안테나의 C/N비의 측정 결과를 아래의 표에 표시한다. SB대역내의 안테나 이득은 24dBi 이상이고, C/N 비에서도 90∼95dB의 값이 얻어져있다. 액정 텔레비젼으로 수신한 경우에는, 노이즈의 방해가 신경이 쓰이지 않을 정도로 볼수 있다.
이상 상세히 설명한 바와같이, 본 발명의 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나는, 급전 도파관을 종래의 급전 도파관에 해당하는 제1의 부분과, 안테나의 중앙부에서 제1의 부분의 중앙부까지 연장되어 이것과 직각으로 교차하는 제2의 부분으로 이루는 T분기형으로 하는 구성에 의하여, 급전 로우브등으로 이루는 급전부를 안테나의 회전 중심으로 배치하는 것을 가능하게 하고있다. 따라서, 안테나의 회전 중심에 위치하는 급전부와 이에 결합하는 컨버터를 항상 정지 상태로 유지한 채로, 안테나만을 수평면내에 회전시키는 것이 가능해진다. 이 결과, 방위각 방향의 추미기구의 부하가 경감되어 응답성이 향상하는 동시에 컨버터에 가해지는 진동 및 충격의 완화에 의하여 컨버터의 고신뢰화가 도모될 수 있다.
또, 본 발명의 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나에 의하면, 각 방사 도파관에 동일한 오프셋량을 갖는 크로스 슬롯을 임의개수 형성하므로써, 앙각 방향으로 ±5˚전후의 메인 비임폭을 실현할 수 있다. 이 결과, 앙각 방향에의 무추미방식(non-tracking system)의 채택이 가능해지고, 시스템전체의 소형화와 제조 코스트의 저감화를 도모할 수 있다.

Claims (17)

  1. 관축 방향으로 배열된 복수의 슬롯을 가지며, 서로 인접하여 평행으로 배열되는 복수의 방사 도파관(1A∼1L)과, 급전부(3)를 가지며, 이 방사 도파관(1A∼1L)이 받은 전파를 합성하여 이 급전부를 통하여 컨버터에 전송하는 급전 도파관(2)과, 거의 수평한 면내를 회전하여 방위각 방향의 추미를 하기위한 회전 중심을 구비하는, 컨버터와 결합하는 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나로서, 상기 급전부가 상기 회전 중심부분에 위치되게 되고, 상기 급전도파관(2)이 상기 각 방사 도파관의 1축의 단부에 따라서 연장하는 제1부분(2A)과, 상기 급전부로부터 상기 제1부분의 중앙부까지 상기 방사 도파관의 사이를 연장하는 제2부분(2B)을 구비하는 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 슬롯이 관축으로 부터의 오프셋양이 동일한 크로스 슬롯인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  3. 제2항에 있어서, 상기 슬롯의 개수가 각 방사 도파관마다 12∼17개인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방사 도파관의 개수가 12개 이상인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  5. 제2항에 있어서, 상기 오프셋 양이 단일의 크로스 슬롯을 형성한 경우에 이 크로스 슬롯으로부터 방사되는 전파의 축비와 반사량이 모두 거의 최소로 되는값인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  6. 거의 수평면내를 회전하여 방위각 방향의 추미를 하기위한 회전중심을 갖는, 컨버터와 결합하는 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나로서, 표면상에서 서로 인접되어 평행으로 배열된 복수의 방사 도파관으로서, 상기 복수의 방사 도파관 각각은 관축을 갖고 상기 관축방향으로 배열된 복수의 슬롯을 가지며, 상기 회전중심은 상기 복수의 방사 도파관의 2개의 인접 방사 도파관 사이에 위치되는 복수의 방사도파관(1A∼1L), 상기 복수의 방사 도파관과 동일 평면상에 위치되고 상기 방사 도파관에서 수신된 전파의 합성파를 구성하여 상기 컨버터로 상기 합성파를 전송하는 급전부를 갖는 급전 도파관으로서, 상기 급전부는 상기 회전 중심에 위치되는 급전 도파관(2), 상기 급전부와 상기 컨버터를 전기적으로 접속하는 급전 프로브(3)를 구비하며, 상기 급전 도파관(2)은 상기 방사 도파관(1A∼1L)의 제1단부를 따라 연장하는 제1부분(2A)과 상기 방사 도파관과 평행으로 배열되고 상기 급전부로부터 상기 제1부분까지 상기 복수의 방사 도파관의 상기 2개의 인접 방사 도파관의 사이를 연장하는 제2부분(2B)을 포함하는 것인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  7. 제6항에 있어서, 상기 복수의 슬롯이 관축으로 부터의 오프셋양이 동일한 크로스 슬롯인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  8. 제7항에 있어서, 상기 복수의 슬롯이 개수가 각 방사 도파관마다 12∼17개인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  9. 제6항에 있어서, 상기 방사 도파관의 개수가 12개 이상인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  10. 제6항에 있어서, 상기 회전 중심은 상기 안테나의 중력 중심 주위에 위치되는 것인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  11. 거의 수평면내를 회전하여 방위각 방향의 추미를 하기위한 회전중심을 갖는, 컨버터와 결합하는 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나로서, 표면상에서 서로 인접되어 평행으로 배열된 복수의 방사 도파관으로서, 상기 복수의 방사 도파관 각각이 관축을 갖고 상기 관축방향으로 배열된 복수의 슬롯을 갖는 복수의 방사 도파관(1A∼1L), 상기 복수의 방사 도파관과 동일 평면상에 위치되고 상기 방사 도파관에서 수신된 전파의 합성파를 구성하여 상기 컨버터로 상기 합성파를 전송하는 급전부를 갖는 급전 도파관으로서, 상기 급전부는 상기 회전 중심에 위치되는 급전 도파관(2)을 구비하며, 상기 급전 도파관(2)은 상기 방사 도파관(1A∼1L)의 제1단부를 따라 연장하는 제1부분(2A)과 상기 급전부로 부터 상기 제1부분까지 상기 방사 도파관의 사이를 연장하는 제2부분(2B)을 포함하는 것인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2부분은 상기 방사 도파관과 평행으로 배열되는 것인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제2부분은 상기 급전부로부터 상기 제1부분까지 상기 복수의 방사 도파관의 상기 2개의 인접방사 도파관의 사이를 연장하는 것인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  14. 제11항에 있어서, 상기 급전부와 상기 컨버터를 전기적으로 접속하는 급전 프로브를 또한 구비하는 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  15. 제11항에 있어서, 상기 회전 중심은 2개의 인접하는 상기 복수의 방사 도파관 사이에 위치하는 것인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  16. 제11항에 있어서, 상기 복수의 슬롯이 관축으로 부터의 오프셋양이 동일한 크로스 슬롯인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
  17. 제11항에 있어서, 상기 회전 중심은 상기 안테나의 중력 중심 주위에 위치되는 것인 누설파 도파관 슬롯어레이 안테나.
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