WO2014208993A1 - 평판 배열 안테나용 듀얼 선형편파 혼 안테나 소자 - Google Patents

평판 배열 안테나용 듀얼 선형편파 혼 안테나 소자 Download PDF

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WO2014208993A1
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hole
bar
linearly polarized
sidewall
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정경환
김주완
정한두
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주식회사 마이크로페이스
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02—Waveguide horns
    • H01Q13/025—Multimode horn antennas; Horns using higher mode of propagation
    • H01Q13/0258—Orthomode horns
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
    • H01Q13/02—Waveguide horns
    • H01Q13/0208—Corrugated horns
    • H01Q13/0225—Corrugated horns of non-circular cross-section
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q21/00—Antenna arrays or systems
    • H01Q21/06—Arrays of individually energised antenna units similarly polarised and spaced apart
    • H01Q21/061—Two dimensional planar arrays
    • H01Q21/064—Two dimensional planar arrays using horn or slot aerials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q25/00—Antennas or antenna systems providing at least two radiating patterns
    • H01Q25/001—Crossed polarisation dual antennas

Definitions

  • the present invention relates to a dual linearly polarized horn antenna for a planar array antenna, and more particularly, to an orthogonal mode converter that is orthogonal through a horn and simultaneously receives or transmits a dual linearly polarized wave and separates the orthogonal first and second linearly polarized waves. It relates to a dual linearly polarized horn antenna formed.
  • the present invention relates to a dual linearly polarized horn antenna for a planar array antenna, and more particularly, to a dual linearly polarized horn antenna and a dual linearly polarized horn antenna using a small orthogonal mode converter which is a core element of the antenna.
  • the horn antenna is composed of an antenna element composed of a horn and an orthogonal mode converter, a waveguide feeder network, and a feed port.
  • a horn antenna is an antenna that mainly transmits or receives in a high frequency band of 1 GHz or more.
  • a waveguide is a microwave device that passes high frequency signals well. It has a tubular shape and the basic structure includes an E-plane bend, an E-plane T junction, and an H-plane bend. ), And H-Plane T Junction.
  • the horn array antenna is an antenna that starts at a feed port and is connected to each antenna element via a feed network, and in which each horn is regularly arranged at regular intervals and emits or emits radio waves through each horn.
  • the horn antenna of the present invention is an antenna for receiving linearly polarized waves having two mutually orthogonal properties.
  • Linear polarization is divided into horizontal and vertical polarization in which the polarizations are orthogonal to each other.
  • Linear polarization refers to an electromagnetic wave in which the direction of the electric field vector of the propagating electromagnetic wave always vibrates in a single one-dimensional direction.
  • An orthogonal mode converter must be included in the antenna element to simultaneously receive or transmit horizontal and vertical polarizations.
  • Orthogonal mode converter refers to a microwave device that combines or divides signals of two polarizations that are orthogonal to each other. It is a microwave device mainly used for the transmitting and receiving device of a communication dish antenna such as VSAT. When signals of linear polarizations having different polarities are transmitted and received to a plurality of arranged antenna elements, it is the most important part of the antenna design that each polarization is combined or divided without loss.
  • the orthogonal mode converter has been developed in various ways, but the structure suitable for the planar antenna receiving dual linear polarization has one polarization port on the upper layer so as to be connected to the upper waveguide conduit under the horn of the planar antenna and the upper layer It is easy to arrange the remaining polarization port connected to the feeder network arranged on the lower side.
  • the flat type antenna using the antenna element structure in which the stepped protrusion protrudes from the side wall of the waveguide structure narrows the conduit and separates the polarization. (KR 10-0918954).
  • patent US 5392008 a circular orthogonal mode converter is introduced.
  • the patent US 5392008 has a problem in that the common port and the rear port are vertically arranged and the port is disposed on the lower side of the waveguide of the tapered orthogonal mode converter in the substructure of the orthogonal mode converter, so that it is practically applied to a flat waveguide array antenna.
  • Patent Document 1 KR 10-0918954 "Horn Array Antenna For Dual Linear Polarization"
  • Patent Document 2 US 5,392,008 "Orthomode Transducer with side-port window"
  • the structure of the internal orthogonal mode converter is much simpler than the conventional dual linear polarized horn antenna, and the overall height is very low. It is an object of the present invention to provide a dual linearly polarized horn array antenna element which can be lowered and thus advantageous in mass production.
  • Horn 110 for simultaneously transmitting or receiving the first linear polarization 501 and the second linear polarization orthogonal to each other;
  • Orthogonal mode converter 200 for separating the first linear polarization and the second linear polarization in the lower portion of the horn And a feeder feeding power to the orthogonal mode converter.
  • the orthogonal mode converter includes: first holes 211 and 211 for transmitting or receiving the first linearly polarized wave; A second hole 212 for transmitting or receiving the second linearly polarized wave; A third hole 213 disposed above the quadrature mode converter and simultaneously transmitting the first linear polarization and the second linear polarization; The inner space where the first hole 211, the second hole 212, and the third hole 213 are connected to each other, and the second side wall 222 and the fourth side wall 224 are connected to each other. It comprises an orthogonal mode transducer body consisting of a penetrating bar (300) penetrating across the interior space,
  • the feeder may include a first rectangular waveguide 411 connected to the first hole 211 for receiving the first linearly polarized wave; A first feed port 431 feeding power to the first spherical waveguide 411; A second spherical waveguide 412 connected to the second hole 212 for receiving the second linearly polarized wave; A second feed port 432 feeding power to the second spherical waveguide 412;
  • An upper shape of the body of the orthogonal mode converter is one of a rectangular cylindrical shape or a rectangular cylindrical shape having rounded corners.
  • the first hole 211 has a rectangular shape and is positioned in the middle of an upper portion of the first sidewall 221 facing the through bar, and the long axis of the first hole 211 is in the longitudinal axis of the horn antenna.
  • the second hole 212 is a rectangular shape, the upper side of the second hole 212 is lower than the height of the lower side of the first hole 211 and the second side wall 222 Or one edge of the second hole 212 is disposed below one of the fourth side walls, or one edge of the second side wall 222 or the fourth side wall 224 below one of the first side walls or the third side walls.
  • the height of the highest point of the through bar is equal to or less than the height of the center point of the first hole 211, and the height of the lowest point of the through bar is equal to or greater than the height of the center point of the second hole 212 and the height of the first hole 211.
  • the interval is narrow, and the interval between the first side wall 221 and the third side wall 223 is continuous or discontinuous from the height of the lower side of the first hole 211 to the lower side of the orthogonal mode converter. It is characterized in that the interval is narrowed.
  • the distance between the third side wall 223 and the through bar may be shorter than the distance between the first side wall 221 and the through bar.
  • the through bar may further include sidewall protrusions on the first sidewall 221 and opposite sidewalls of the hole.
  • the cross-section of the through bar may be one of a circle, a triangle, a rectangle, or a combination of a circle, a triangle, and a rectangle.
  • the height of the lowest point of the through bar may be the same height as the upper surface of the spherical waveguide of the second port.
  • a protrusion may be formed on a portion of the upper side or the lower side of the through bar.
  • the antenna element of the present invention and a flat waveguide horn antenna using the same have a simple structure in processing metal coated plastic or a metal such as aluminum or brass, so that the design time of the antenna is small and the design time can be largely reduced. In mass production, the possibility of error is small and mass productivity is improved.
  • 1 is an internal perspective view of a conventional horn antenna element
  • FIG. 2 is a perspective view of a horn antenna according to the present invention.
  • FIG. 3 is a side perspective view of a horn antenna element according to the present invention.
  • FIG. 4 is a top perspective view of a horn antenna element according to the present invention.
  • FIG. 5 is a reversed perspective view of a horn antenna according to the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of a horn antenna according to the present invention.
  • FIG. 7 is a perspective view of an embodiment of a through bar according to the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of a dual linearly polarized horn antenna according to an embodiment of the present invention.
  • a horn 110 that simultaneously transmits or receives a first linear polarization and a second linear polarization that are orthogonal to each other; It comprises a; orthogonal mode converter 200 for separating the first linear polarization and the second linear polarization.
  • the horn has a structure in which the top of the horn has a wide area and the bottom of the horn is narrowed. In the shape of the cross section cut vertically on the top and bottom of the horn, it may be a structure having a straight line, a gentle curve or a stepped discontinuous slope.
  • the orthogonal mode converter 200 includes: a first hole 211 for transmitting or receiving the first linearly polarized wave; A second hole 212 for transmitting or receiving the second linearly polarized wave;
  • a third hole 213 disposed above the quadrature mode converter and simultaneously transmitting the first linear polarization and the second linear polarization;
  • an orthogonal mode transducer body consisting of one penetrating bar 300 penetrating across the interior space.
  • the feeder may include a first rectangular waveguide 411 connected to the first hole 211 for receiving the first linearly polarized wave; A first feed port 431 feeding power to the first spherical waveguide 411; A second spherical waveguide 412 connected to the second hole 212 for receiving the second linearly polarized wave; And a second feed port 432 that feeds the second rectangular waveguide 412.
  • the first hole 211 and the second hole 212 are connected to the first feed port 431 and the second feed port 432 through the first rectangular waveguide 411 and the second rectangular waveguide 412. do.
  • Each of the spherical waveguides may be deformed and expanded as necessary through a field-bend and a magnetic-field bend or a curved waveguide, an electric-field tee distributor, a magnetic-plane tee distributor, and the like.
  • the upper shape of the orthogonal mode transducer body may be one of a rectangular cylindrical shape or a rectangular cylindrical shape having rounded corners.
  • the horn may be formed in such a manner that the inclined surface is reduced in width toward the lower end continuously or discontinuously in order to increase antenna gain and efficiency.
  • the rectangular shape may be a square shape, and in another case, the rectangular shape may be implemented according to the propagation wavelength length of the operating frequency.
  • the third hole 213 of the orthogonal mode converter and the lower hole of the horn may coincide with each other when the horn is joined to the upper portion of the orthogonal mode converter below, and the hole at the bottom of the horn may be It may be formed larger than the third hole and bonded (FIGS. 2 to 4).
  • the first hole 211 has a rectangular shape and is the first entry of the first spherical waveguide 411.
  • the first hole 211 is positioned in the middle of the upper side of the first side wall 221 facing the through bar, and the long axis of the first hole 211 is formed in the longitudinal axis 10 of the horn antenna.
  • the first linearly polarized light enters and exits through the first hole.
  • the second hole 212 has a rectangular shape and is the first entry of the second spherical waveguide 412.
  • the upper side surface of the second hole 212 is lower than the height of the lower side surface of the first hole 211 and disposed below the second side wall 222 or the fourth side wall, or the first side wall or the third side wall 223.
  • One corner of the second hole 212 is disposed at a lower portion of the second side wall 222 and the fourth side wall 224.
  • the electromagnetic wave is fed to the antenna through the first feed port.
  • the size of the rectangular waveguide can be larger or smaller depending on the length of the wavelength of the operating frequency.
  • the standard internal size WR75 (19.05mm x 9.53mm) or slightly larger or smaller waveguides can be used depending on the required operating frequency and requirements.
  • the lower side of the orthogonal mode transducer is blocked and the second linear polarization enters and exits the second hole 212 disposed on the side.
  • the through bar is arranged to penetrate the interior of the quadrature mode converter 200 in the same direction as the direction 501 in which the vector of the electric field of the first linearly polarized wave always vibrates.
  • the height of the highest point of the through bar 300 is equal to or less than the height of the center point of the first hole 211, and the height of the lowest point of the through bar is disposed above the height of the center point of the second hole 212.
  • the through bar may have various shapes.
  • a projection is additionally inserted 332 in the center or raised 333 to the second side wall 222 and the fourth side wall 224 or vice versa lowered toward the large edge which is the central part of the through-bar ( 334)
  • the first sidewall at the lower side height of the orthogonal mode converter 200 than the distance between the first sidewall 221 and the third sidewall 223 at the bottom side height of the first hole 211 should be narrow.
  • the interval between the first side wall 221 and the third side wall 223 is continuously or discontinuously narrowed from the height of the lower side of the first hole 211 to the lower side of the orthogonal mode converter. Patterns with narrow spacing can be narrowed to taper in various ways, such as straight, curved, or stepped.
  • FIG 3 is a side perspective view of a dual linearly polarized horn antenna according to an embodiment of the present invention.
  • the through bar 300 of FIG. 3 is disposed to face the third sidewall while being in contact with the upper surface of the second hole or the second spherical waveguide.
  • the distance between the through bar and the first sidewall 221 may be disposed at a position farther than the distance between the through bar and the third sidewall 223.
  • FIG. 4 is a top perspective view of a dual linearly polarized horn antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a reversed perspective view of a dual linearly polarized horn antenna according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a perspective view of a dual linearly polarized horn antenna according to an embodiment of the present invention.
  • the third sidewall 223 may further include sidewall protrusions 240 to improve propagation characteristics of radio waves.
  • the side wall protrusion 240 may be disposed in the shape of a square, a triangle, or a circular cross section when only the shape of the protruding portion is viewed.
  • FIG. 7 is an embodiment of the shape of the through bar of the dual linearly polarized horn antenna according to the embodiment of the present invention.
  • the cross-section of the through bar may be one of a circle 338 and a rectangle 331 to 336, or a combination of a circle, a triangle, and a rectangle.
  • 339 in FIG. 7 has a cross section of the through bar in the shape of a combination of a rectangle and a triangle.
  • the height of the lowest point of the through bar may be the same height as the upper surface of the spherical waveguide of the second port (Fig. 2).
  • the protrusion 352 may be further included in a portion of the upper side or the lower side of the through bar.
  • FIG. 8 is an exploded perspective view of a dual linearly polarized antenna.
  • Horn antenna according to the present invention has a three-dimensional complex structure can be processed at a time only through a 3D printer. Typically, the panel is separated into several panels, and the shape is processed and then combined to form the shape of the antenna. 8 is composed of a first layer 601, a second layer 602, and a third layer 603.
  • the first layer 601 includes a horn 610, an upper layer 611 of an orthogonal mode converter, and an upper structure 612 of the first spherical waveguide.
  • the second layer includes a middle layer 621 of the first rectangular waveguide, a through bar 622, a lower structure 623 of the first rectangular waveguide, and an upper structure 624 of the second rectangular waveguide.
  • the third layer includes a lower layer 631 of the orthogonal mode converter and a lower structure 632 of the second spherical waveguide.
  • the present invention can be easily understood by those who design waveguide filters or waveguide antennas, and can be easily used for home satellite antennas or communications because they are easy to produce with a flat metal coated waveguide plate.

Abstract

본 발명은 듀얼 선형편파 혼 안테나에 관한 것으로서, 서로 직교하는 제 1 선형편파(501)와 제 2 선형편파를 동시에 각각 송신 또는 수신하는 혼(110); 상기 제 1 선형편파 및 상기 제 2 선형편파를 분리하는 직교모드 변환기(200);를 포함하여 구성되며, 상기 직교모드 변환기는, 제 1 구형도파관(411)과 연결되는 제 1 홀(211); 상기 제 1 홀(211)과 연결된 제 1 도파관, 제 2 구형도파관(412)과 연결되는 제 2 홀(212); 상기 제 2 홀(212)과 연결된 제 2 도파관과 상기 제 1 선형편파 및 상기 제 2 선형편파가 각각 동시에 통과하는 제 3홀 및 직교모드 변환기 몸통부를 포함하여 구성되며, 상기 직교모드 변화기 몸통부는 그 내부를 가로 질러 관통하는 관통바(penetrating bar,300);를 포함하여 구성되는 듀얼 회전편파 혼 안테나에 관한 것이다.

Description

평판 배열 안테나용 듀얼 선형편파 혼 안테나 소자
본 발명은 평판 배열 안테나용 듀얼 선형편파 혼 안테나에 관한 것으로서, 특히 혼을 통해 직교하며 동시에 듀얼 선형편파를 수신 또는 송신하며 상기 직교하는 제 1 선형편파와 제 2 선형편파를 분리하는 직교모드 변환기가 포함되어 형성되는 듀얼 선형편파 혼 안테나에 관한 것이다.
본 발명은 평판 배열 안테나용 듀얼 선형편파 혼 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 안테나의 핵심 소자인 초소형 직교모드 변환기를 이용한 듀얼 선형편파 혼 안테나 및 듀얼 선형편파 혼 안테나에 관한 것이다.
혼 안테나는, 혼과 직교모드 변환기로 구성된 안테나 소자와, 도파관 급전망 및 급전포트로 구성된다.
혼 안테나는 주로 1 GHz 이상의 고주파 대역에서 송신 또는 수신하는 안테나이다.
도파관은 고주파 신호를 잘 통과시키는 마이크로웨이브 장치로서 관형태를 가지며 기본적인 구조로는 전계면 벤드(E-Plane Bend), 전계면 티형분배기(E-Plane T Junction), 자계면 벤드(H-Plane Bend),및 자계면 티형분배기(H-Plane T Junction)등이 있다. 전계면 벤드와 전계면 티형분배기를 주로 하는 전계면 급전망 구조가 있고 , 자계면 벤드 및 자계면 티형 분배기의 조합을 통해 자계면 도파관 급전망을 구성할 수도 있고, 전계면 및 자계면 급전망이 혼용된 급전망이 구성될 수 있다.
혼 배열 안테나는 급전포트에서 시작되어 급전망을 거쳐 각 안테나 소자에 까지 연결되며, 각 안테나 소자에서 혼이 일정 간격으로 규칙적으로 배열되고 각 혼을 통해 전파를 출사 또는 입사시키는 안테나를 말한다.
본 발명의 혼 안테나는 2개의 서로 직교의 성질을 지닌 선형편파를 수신하는 안테나이다. 선형편파는 편파가 서로 직교를 이루는 수평편파와 수직편파로 나뉜다. 선형편파는 전파하는 전자기파의 전계벡터의 방향이 항상 단일한 일차원 방향으로만 진동하는 전자기파를 말한다. 수평편파와 수직편파를 동시에 수신 또는 송신이 가능하기 위해서는 직교모드 변환기가 안테나 소자에 포함되어야 한다.
직교모드 변환기는 서로 직교성이 있는 두 편파의 신호를 합치거나 나누는 역할을 하는 마이크로웨이브 장치를 일컫는다. 주로 VSAT과 같은 통신용 접시 안테나의 송수신 장치에 사용되는 마이크로웨이브 장치이다. 다수의 배열된 안테나 소자에 각각의 극성이 다른 선형편파의 신호가 송수신될 때, 각각의 편파가 손실없이 합쳐지거나 나뉘도록 하는 것이 안테나 설계에서 가장 중요한 부분이 된다.
직교모드 변환기의 구조는 다양한 방식이 개발되어 왔지만, 듀얼 선형편파를 수신하는 평판형 안테나에 적합한 구조는 평판형 안테나의 혼 하부에 상층의 도파관 관로에 접속되도록 상층에 한개의 편파 포트가 있고 상층의 하부에 배치된 급전망에 접속되는 나머지 편파 포트가 배치되기 쉬운 구조로 대표적으로 스텝형 돌출부가 도파관 구조의 측벽에서 돌출되어 관로가 좁혀져 편파가 분리되는 방식의 안테나소자 구조를 이용한 평판형 안테나가 출원되었다(KR 10-0918954).
특허US 5392008 에서는 원형 타입 직교모드 변환기가 소개되어 있다. 특허 US 5392008는 공통포트와 후방포트가 수직으로 배치되어 있고 직교모드 변환기의 하부구조에서 테이퍼진 직교모드 변환기의 도파관 하측면에 포트가 배치되어 사실상 평판형 도파관 배열 안테나에 적용하는데 문제가 있다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) KR 10-0918954 "Horn Array Antenna For Dual Linear Polarization"
(특허문헌 2) US 5,392,008 "Orthomode Transducer with side-port window"
본 발명은 종래의 듀얼 선형편파 혼 안테나보다 내부의 직교모드 변환기의 구조가 매우 간단하면서 전체 높이가 매우 낮고 안테나 설계시 쉽고 빠르게 설계할 수 있으면서 고효율의 안테나를 제작이 가능하고, 간단한 구조로 인해 불량율을 낮출 수 있어 대량 생산에서 유리한 듀얼 선형편파 혼 배열 안테나 소자를 제공하는 데 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은
서로 직교하는 제 1 선형편파(501)와 제 2 선형편파를 동시에 각각 송신 또는 수신하는 혼(110);상기 혼의 하부에 상기 제 1 선형편파 및 상기 제 2 선형편파를 분리하는 직교모드 변환기(200);및 상기 직교모드 변환기에 급전하는 급전부을 포함하여 구성되며,
상기 직교모드 변환기는, 상기 제 1 선형편파를 송신 또는 수신하는 제 1 홀(211)(211); 상기 제 2 선형편파를 송신 또는 수신하는 제 2 홀(212); 상기 직교모드 변환기의 상측에 배치되며 상기 제 1 선형편파 및 상기 제 2 선형편파가 각각 동시에 전달되는 제 3 홀(213); 상기 제 1 홀(211), 상기 제 2 홀(212), 상기 제 3 홀(213)이 서로 연결되는 내부 공간과, 상기 제 2 측벽(222)과 상기 제 4 측벽(224)을 연결하며 상기 내부 공간을 가로 질러 관통하는 한 개의 관통바(penetrating bar,300)로 구성된 직교모드 변환기 몸통부를 포함하여 구성되며,
상기 급전부은 상기 제 1 선형편파를 수신하는 상기 제 1 홀(211)과 연결된 제 1 구형도파관(411); 상기 제 1 구형도파관(411)에 급전하는 제 1 급전포트(431); 상기 제 2 선형편파를 수신하는 상기 제 2 홀(212)과 연결된 제 2 구형도파관(412); 상기 제 2 구형도파관(412)에 급전하는 제 2 급전포트(432);로 구성되며,
상기 직교모드 변환기 몸통부의 상부 형상은 사각형 통형상 또는 모서리가 둥근형인 사각형 통형상 중의 하나이며,
상기 제 1 홀(211)은 직사각형상이며, 상기 관통바와 마주보는 제 1 측벽(221) 상부의 가운데에 위치하며, 상기 제 1 홀(211)의 장축의 방향은 상기 혼 안테나의 종축(longitudinal axis,10)의 방향이며, 상기 제 2 홀(212)은 직사각형상이며, 상기 제 2 홀(212)의 상측면은 상기 제 1 홀(211) 하측면의 높이보다 낮으며 제 2 측벽(222) 또는 제 4측벽중 하나의 하부에 배치되거나, 제 1측벽 또는 제 3측벽중 하나의 하부에 상기 제 2 홀(212)의 한 개의 모서리가 제 2 측벽(222) 또는 제 4 측벽(224)중 하나의 측벽에 맞닿도록 배치되며, 상기 직교모드 변환기의 하측면은 막혀 있으며, 상기 관통바는 상기 제 1 선형편파의 전기장의 벡터가 항상 진동하는 방향과 동일한 방향으로 상기 직교모드 변환기의 내부를 가로지르며 관통하며,
상기 관통바의 최고점의 높이는 상기 제 1 홀(211)의 중심점의 높이 이하이며, 상기 관통바의 최저점의 높이는 상기 제 2 홀(212)의 중심점의 높이 이상이며, 상기 제 1 홀(211)의 하측면 높이에서 상기 제 1 측벽(221)과 상기 제 3 측벽(223) 사이의 간격보다 상기 직교모드 변환기의 하측면 높이에서의 상기 제 1 측벽(221)과 상기 제 3 측벽(223) 사이의 간격이 좁으며, 상기 제 1 홀(211)의 하측면 높이에서부터 상기 직교모드 변환기의 하측면에 이르면서 상기 제 1 측벽(221)과 상기 제 3 측벽(223) 사이의 간격이 연속 또는 불연속적으로 간격이 좁아지는 형상인 것을 특징으로 한다.
상기 관통바가 상기 직교모드 변환기 내부를 가로질러 관통 할 때, 상기 제 1 측벽(221)과 관통바와의 거리 보다 상기 제 3 측벽(223)과 관통바의 거리가 짧게 할 수도 있다.
상기 관통바는 제 1 측벽(221)과 상기 홀의 반대편 측벽에 측벽돌기를 추가로 배치할 수 있다.
상기 관통바의 단면이 원형 , 삼각형 , 사각형 중의 하나이거나, 원형, 삼각형, 사각형의 조합으로 배치할 수 있다.
상기 관통바의 최저점의 높이가 상기 제 2 포트의 구형도파관의 상측면과 같은 높이가 되도록 할 수 있다.
상기 관통바의 상측면 또는 하측면의 일부에 돌기가 형성되게 할 수 있다.
본 발명의 안테나 소자와 이를 이용한 평판형 도파관 혼 안테나는 금속 코팅된 플라스틱 또는 알루미늄 또는 황동과 같은 금속 등으로 가공함에 있어 구조가 간단하여 안테나 설계시 변수가 작아 설계 시간을 대량 축소할 수 있으며, 안테나 대량 생산에 있어서 오류 발생 소지가 작아 양산성이 높아지는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시형태에 관해 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로 받아들여져야 하며, 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설 명된 실시 형태에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래의 혼 안테나 소자의 내부 투시도
도 2는 본 발명에 따른 혼 안테나의 투시사시도
도 3은 본 발명에 따른 혼 안테나 소자의 측면 투시도
도 4는 본 발명에 따른 혼 안테나 소자의 상부 투시도
도 5는 본 발명에 따른 혼 안테나의 역상 사시도
도 6는 본 발명에 따른 혼 안테나에 대한 사시도
도 7은 본 발명에 따른 관통바의 실시예를 그린 사시도
도 8은 본 발명에 따른 혼 안테나의 패널 별 분리도
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 듀얼 선형편파 혼 안테나의 투시사시도이다.
서로 직교하는 제 1 선형편파와 제 2 선형편파를 동시에 각각 송신 또는 수신하는 혼(110); 상기 제 1 선형편파 및 상기 제 2 선형편파를 분리하는 직교모드 변환기(200);를 포함하여 구성된다. 상기 혼은 혼 상단이 면적이 넓고, 혼 하단은 좁아지는 구조를 갖는다. 혼 상단과 하단을 수직으로 자른 단면의 형상에서 직선, 경사가 완만한 곡선 또는 스텝형 불연속적인 경사가 지는 구조가 될 수도 있다.
상기 직교모드 변환기(200)는, 상기 제 1 선형편파를 송신 또는 수신하는 제 1 홀(211); 상기 제 2 선형편파를 송신 또는 수신하는 제 2 홀(212);
상기 직교모드 변환기의 상측에 배치되며 상기 제 1 선형편파 및 상기 제 2 선형편파가 각각 동시에 전달되는 제 3 홀(213); 상기 제 1 홀(211), 상기 제 2 홀(212), 상기 제 3 홀(213)이 서로 연결되는 내부공간과, 상기 제 2 측벽(222)과 상기 제 4 측벽(224)을 연결하며 상기 내부공간을 가로 질러 관통하는 한 개의 관통바(penetrating bar,300)로 구성된 직교모드 변환기 몸통부를 포함하여 구성된다.
상기 급전부은 상기 제 1 선형편파를 수신하는 상기 제 1 홀(211)과 연결된 제 1 구형도파관(411); 상기 제 1 구형도파관(411)에 급전하는 제 1 급전포트(431); 상기 제 2 선형편파를 수신하는 상기 제 2 홀(212)과 연결된 제 2 구형도파관(412); 상기 제 2 구형도파관(412)에 급전하는 제 2 급전포트(432);로 구성된다.
상기 제 1 홀(211) 및 상기 제 2 홀(212)은 제 1 구형도파관(411) 및 제 2 구형도파관(412)을 통하여 제 1 급전포트(431) 및 제 2 급전포트(432)로 연결된다. 상기 각 구형도파관은 전계면 벤드 및 자계면 벤드 또는 곡선형 도파관, 전계면 티형분배기, 자계면 티형분배기 등을 통해 필요에 따라 확장시켜 변형될 수 있다.
상기 직교모드 변환기 몸통부의 상부 형상은 사각형 통형상 또는 모서리가 둥근형인 사각형 통형상 중의 하나의 형상이 될 수 있다.
상기 혼은 안테나 게인 및 효율을 높이기 위해 경사면이 연속 또는 불연속적으로 하단으로 갈수록 폭이 줄어드는 방식으로 형성될 수 있다.
제 1 선형편파 및 제 2 선형편파의 동작주파수가 동일한 경우에 사각형의 형상은 정사각형의 형상이 되며 다른 경우 동작주파수의 전파파장 길이에 따라 직사각형의 형상으로 구현될 수도 있다.
상기 혼이 하부의 상기 직교모드 변환기의 상부에 접합될 때 상기 직교모드 변환기의 제 3 홀(213)과 상기 혼의 하부의 홀이 일치하도록 구성될 수도 있고 상기 혼의 하부의 홀이 상기 직교모드 변환기의 제 3홀보다 크게 형성되어 접합될 수 있다(도 2 내지 도 4 ).
상기 제 1 홀(211)은 직사각형상이며 제 1 구형도파관(411)의 초입이다. 상기 제 1 홀(211)은 상기 관통바와 마주보는 제 1 측벽(221) 상부의 가운데에 위치하며, 상기 제 1 홀(211)의 장축의 방향은 상기 혼 안테나의 종축(longitudinal axis,10)의 방향이다. 상기 제 1 홀을 통해 상기 제 1 선형편파가 출입하게 된다.
상기 제 2 홀(212)은 직사각형상이며 제 2 구형도파관(412)의 초입이다. 상기 제 2 홀(212)의 상측면은 상기 제 1 홀(211) 하측면의 높이보다 낮으며 제 2 측벽(222) 또는 제 4측벽의 하부에 배치되거나 제 1측벽 또는 제 3측벽(223)의 하부에 상기 제 2 홀(212)의 한 모서리가 제 2 측벽(222) 및 제 4 측벽(224)에 맞닿는 위치에 배치된다.
상기 제 1 급전 포트를 통해 안테나로 전자기파를 급전하게 된다. 구형도파관의 사이즈는 동작주파수의 파장의 길이에 따라 커지거나 작아질 수 있다. Ku밴드의 안테나의 경우 표준규격인 내측사이즈19.05mm x 9.53mm 인 WR75 또는 필요한 동작 주파수 및 필요사항에 따라 약간 더 크거나 작은 도파관이 사용될 수 있다.
상기 직교모드 변환기의 하측면은 막히고 측면에 배치된 제 2 홀(212)로 제 2 선형편파가 출입하게 된다.
상기 관통바는 상기 제 1 선형편파의 전기장의 벡터가 항상 진동하는 방향(501)과 동일한 방향으로 상기 직교모드 변환기(200)의 내부를 가로지르며 관통하도록 배치된다.
상기 관통바(300)의 최고점의 높이는 상기 제 1 홀(211)의 중심점의 높이 이하이며, 상기 관통바의 최저점의 높이는 상기 제 2 홀(212)의 중심점의 높이 이상에 배치된다.
상기 관통바의 형상은 다양하게 형성될 수 있다. 중앙에 돌기가 추가로 삽입되거나(332) 상기 제 2 측벽(222) 및 상기 제 4 측벽(224)에 가면서 높아지거나(333) 또는 그 반대로 상기 관통바의 중앙 부분인 크고 가장자리로 가면서 낮아지거나(334) 할 수도 있다.
상기 제 1 홀(211)의 하측면 높이에서의 상기 제 1 측벽(221)과 상기 제 3 측벽(223) 사이의 간격보다 상기 직교모드 변환기(200)의 하측면 높이에서의 상기 제 1 측벽(221)과 상기 제 3 측벽(223) 사이의 간격이 좁게 되어야 한다. 또한 상기 제 1 홀(211)의 하측면 높이에서부터 상기 직교모드 변환기의 하측면에 이르면서 상기 제 1 측벽(221)과 상기 제 3 측벽(223) 사이의 간격이 연속 또는 불연속적으로 간격이 좁아지도록 해야 하며, 간격이 좁아지는 패턴은 직선형, 곡면형, 스텝형등의 다양한 방식으로 테이퍼지도록 간격을 좁힐 수 있다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 선형편파 혼 안테나의 측면 투시도이다.
도 3의 상기 관통바(300)는 상기 제 2 홀 또는 제 2 구형도파관의 상측면에 맞닿아 있으면서 상기 제 3 측벽에 치우쳐 배치되어 있다. 상기 관통바가 상기 직교모드 편파기 내부를 가로질러 관통 할 때, 상기 관통바와 상기 제 1 측벽(221)간 거리가 상기 관통바와 상기 제 3 측벽(223)간 거리보다 먼 위치에 배치될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 선형편파 혼 안테나의 상측 투시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 선형편파 혼 안테나의 역상 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 선형편파 혼 안테나의 사시도이다.
상기 제 3 측벽(223)에는 전파의 전달 특성을 좋게 하기 위해 측벽돌기(240)가 추가로 더 포함될 수 있다. 상기 측벽돌기(240)는 돌출된 부분의 형상만 보았을 때 단면이 사각형, 삼각형 또는 원형등의 형상으로 배치될 수 있다.
상기 도 6에서는 사각형 돌기가 배치되어 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 듀얼 선형편파 혼 안테나의 관통바의 형상의 실시예이다.
상기 관통바의 단면이 원형(338) , 사각형(331 내지 336) 중의 하나이거나, 원형,삼각형,사각형의 조합의 형상이 될 수 있다. 도 7의 339는 상기 관통바의 단면이 사각형과 삼각형의 조합의 형상으로 되어 있다.
상기 관통바의 최저점의 높이가 상기 제 2 포트의 구형도파관의 상측면과 같은 높이가 되도록 할 수 있다(도 2).
상기 관통바의 상측면 또는 하측면의 일부에 돌기(352)가 추가로 더 포함될 수 있다.
도 8은 듀얼 선형편파 안테나의 분리 사시도이다.
본 발명의 따른 혼 안테나는 입체적 복잡한 구조를 하고 있어 3D 프린터를 통해서만 한 번에 가공이 가능하다. 통상적으로 여러개의 패널로 분리하여 형상을 가공한 후에 결합시켜 안테나의 형상을 만들게 된다. 도 8은 제 1 레이어(601), 제 2 레이어(602), 제 3 레이어(603)으로 구성되어 있다. 제 1 레이어(601)안에 혼(610) 과 직교모드 변환기의 상층부(611) 및 제 1 구형도파관의 상측구조(612)가 포함되어 있다. 제 2 레이어는 제 1 구형도파관의 중층부(621), 관통바(622), 제 1 구형도파관의 하측구조(623), 제 2 구형도파관의 상측구조(624)가 포함되어 있다. 제 3 레이어는 직교모드 변환기의 하층부(631) 및 제 2 구형도파관의 하측구조(632)가 포함되어 있다.
본 발명은 도파관 필터를 설계하거나 도파관 안테나를 설계하는 자에게는 이해가 용이하며, 평판형으로 금속 코팅된 도파관 플레이트 방식으로 생산이 용이하여 가정용 위성안테나 또는 통신용으로 쉽게 사용될 수 있다.
(부호의 설명)
112: 혼의 하단
121: 제 1 선형편파
122: 제 1 선형편파
200: 직교모드 변환기
201: 직교모드 변환기의 상부
202: 직교모드 변환기의 하부
203: 직교모드 변환기의 상측면
204: 직교모드 변환기의 하측면
211: 직교모드 변환기의 제 1 홀
212: 직교모드 변환기의 제 2 홀
213: 직교모드 변환기의 제 3 홀
221: 제 1 측벽
222: 제 2 측벽
223: 제 3 측벽
224: 제 4 측벽
233: 제 1 홀의 상측면
234: 제 1 홀의 하측면
235: 제 2 홀의 상측면
236: 제 2 홀의 하측면
240: 측벽돌기
300: 관통 바
310: 관통바의 상단
320: 관통바의 하단
331: 관통바 실시예1
332: 관통바 실시예2
333: 관통바 실시예3
334: 관통바 실시예4
335: 관통바 실시예5
336: 관통바 실시예6
337: 관통바 실시예7
351: 관통바의 중앙돌기
411: 제 1 구형도파관
412: 제 2 구형도파관
401: 전계면 벤드
421: 제 1 도파관 급전망
402: 전계면 티형분배기
431: 제 1 급전포트
432: 제 2 급전포트
411-1: 제 1 구형도파관의 상단벽
411-2: 제 1 구형도파관의 측벽
412-2: 제 2 구형도파관의 측벽
501: 제 1 선형편파의 전계벡터의 방향
502: 제 2 선형편파의 전계벡터의 방향
601: 제 1 레이어
602: 제 2 레이어
603: 제 3 레이어

Claims (6)

  1. 듀얼 선형편파 혼 안테나로서,
    서로 직교하는 제 1 선형편파(501)와 제 2 선형편파를 동시에 각각 송신 또는 수신하는 혼(110);
    상기 혼의 하부에 상기 제 1 선형편파 및 상기 제 2 선형편파를 분리하는 직교모드 변환기(200);및 상기 직교모드 변환기에 급전하는 급전부을 포함하여 구성되며,
    상기 직교모드 변환기는,
    상기 제 1 선형편파를 송신 또는 수신하는 제 1 홀(211);
    상기 제 2 선형편파를 송신 또는 수신하는 제 2 홀(212);
    상기 직교모드 변환기의 상측에 배치되며 상기 제 1 선형편파 및 상기 제 2 선형편파가 각각 동시에 전달되는 제 3 홀(213);
    상기 제 1 홀(211), 상기 제 2 홀(212), 상기 제 3 홀(213)이 서로 연결되는 내부 공간과, 제 2 측벽(222)과 제 4 측벽(224)을 연결하며 상기 내부 공간을 가로 질러 관통하는 한 개의 관통바(penetrating bar,300)로 구성된 직교모드 변환기 몸통부를 포함하여 구성되며,
    상기 급전부은 상기 제 1 선형편파를 수신하는 상기 제 1 홀(211)과 연결된 제 1 구형도파관(411); 상기 제 1 구형도파관(411)에 급전하는 제 1 급전포트(431); 상기 제 2 선형편파를 수신하는 상기 제 2 홀(212)과 연결된 제 2 구형도파관(412); 상기 제 2 구형도파관(412)에 급전하는 제 2 급전포트(432);로 구성되며,
    상기 직교모드 변환기 몸통부의 상부 형상은 사각형 통형상 또는 모서리가 둥근형인 사각형 통형상 중의 하나이며,
    상기 제 1 홀(211)은 직사각형상이며, 상기 관통바와 마주보는 제 1 측벽(221) 상부의 가운데에 위치하며, 상기 제 1 홀(211)의 장축의 방향은 상기 혼 안테나의 종축(longitudinal axis,10)의 방향이며,
    상기 제 2 홀(212)은 직사각형상이며, 상기 제 2 홀(212)의 상측면은 상기 제 1 홀(211) 하측면의 높이보다 낮으며 제 2 측벽(222) 또는 제 4측벽(224)중 하나의 하부에 배치되거나, 제 1측벽(221) 또는 제 3측벽(223)중 하나의 하부에 상기 제 2 홀(212)의 한 개의 모서리가 제 2 측벽(222) 또는 제 4 측벽(224)중 하나의 측벽에 맞닿도록 배치되며,
    상기 직교모드 변환기의 하측면(204)은 막혀 있으며,
    상기 관통바는 상기 제 1 선형편파의 전기장의 벡터가 항상 진동하는 방향(501)과 동일한 방향으로 상기 직교모드 변환기의 내부를 가로지르며 관통하며,
    상기 관통바의 최고점의 높이는 상기 제 1 홀(211)의 중심점의 높이 이하이며, 상기 관통바의 최저점의 높이는 상기 제 2 홀(212)의 중심점의 높이 이상이며,
    상기 제 1 홀(211)의 하측면 높이에서 상기 제 1 측벽(221)과 상기 제 3 측벽(223) 사이의 간격보다 상기 직교모드 변환기의 하측면 높이에서의 상기 제 1 측벽(221)과 상기 제 3 측벽(223) 사이의 간격이 좁으며, 상기 제 1 홀(211)의 하측면 높이에서부터 상기 직교모드 변환기의 하측면에 이르면서 상기 제 1 측벽(221)과 상기 제 3 측벽(223) 사이의 간격이 연속 또는 불연속적으로 간격이 좁아지는 형상인 것을 특징으로 하는 듀얼 선형편파 혼 안테나.
  2. 상기 1항에 있어서, 상기 관통바가 상기 직교모드 변환기(200) 내부를 가로질러 관통 할 때, 상기 제 1 측벽(221)과 관통바와의 거리 보다 상기 제 3 측벽(223)과 관통바의 거리가 짧은 것을 특징으로 하는 듀얼 선형편파 혼 안테나.
  3. 상기 1항 또는 상기 2항에 있어서 , 상기 제 3 측벽(223)에 측벽돌기(240)가 있는 것을 특징으로 하는 듀얼 선형편파 혼 안테나.
  4. 상기 1항 또는 상기 2항에 있어서, 상기 관통바의 단면이 원형 , 삼각형 , 사각형 중의 하나이거나, 원형,삼각형,사각형의 조합인 것을 특징으로 하는 듀얼 선형편파 혼 안테나.
  5. 상기 1항 또는 상기 2항에 있어서 , 상기 관통바의 최저점의 높이가 제 2 포트의 구형도파관의 상측면과 같은 높이인 것을 특징으로 하는 듀얼 선형편파 혼 안테나.
  6. 상기 1항 또는 상기 2항에 있어서, 상기 관통바의 상측면 또는 하측면의 일부에 돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 듀얼 선형편파 혼 안테나.
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