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KR100721871B1 - 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯배열 안테나 - Google Patents

임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯배열 안테나 Download PDF

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KR100721871B1
KR100721871B1 KR1020060046075A KR20060046075A KR100721871B1 KR 100721871 B1 KR100721871 B1 KR 100721871B1 KR 1020060046075 A KR1020060046075 A KR 1020060046075A KR 20060046075 A KR20060046075 A KR 20060046075A KR 100721871 B1 KR100721871 B1 KR 100721871B1
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KR
South Korea
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slot
waveguide
groove
conductor plate
array antenna
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KR1020060046075A
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English (en)
Inventor
박찬구
Original Assignee
위월드 주식회사
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    • H01Q21/245—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction provided with means for varying the polarisation 

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  • Electromagnetism (AREA)
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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

본 발명은 도파관 슬롯 배열 안테나의 슬롯으로부터 발생되는 수직 또는 수평 편파를 임의의 각도로 회전시켜 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호를 수신할 수 있도록 하는 도파관 슬롯 배열 안테나에 관한 것이다.
본 발명에 따른 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나는 상층 도체판의 슬롯 상부 주변에는 슬롯과 연통되고 상면에 의해 경계가 구분되는 그루브가 형성되고, 상기 상층 도체판의 상부에는 슬롯의 길이 방향과 스큐 각도를 형성하여 스큐 각도만큼 위성 신호의 직선 편파를 회전시키는 편파 회전 홈과, 상기 편파 회전 홈의 양측에 반원 형상으로 형성되어 임피던스 매칭을 수행하는 매칭 소자가 구비된 직선 편파 회전기가 결합되어, 상기 직선 편파 회전기를 통하여 안테나의 입력 임피던스를 매칭시킴으로서 안테나 임피던스 대역폭을 최적화할 수 있으며, 안테나의 크기를 줄여 제작비용 및 전력손실을 최소화할 수 있다.
위성 안테나, 도파관, 편파 회전, 매칭 소자, 슬롯 배열

Description

임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나 {Waveguide Slot Array Antenna For Receiving Random Polarized Satellite Signal}
도 1은 종래 도파관 슬롯 안테나의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나의 결합 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나의 결합 단면도이다.
도 5a는 본 발명에 따른 하층 도체판의 평면도이고, 도 5b는 하층 도체판의 배면도이며, 도 5c는 하층 도체판의 단면도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 중층 도체판의 평면도이고, 도 6b는 중층 도체판의 배면도이며, 도 6c는 중층 도체판의 단면도이다.
도 7a는 본 발명에 따른 상층 도체판의 평면도이고, 도 7b는 상층 도체판의 배면도이며, 도 7c는 상층 도체판의 단면도이다.
도 8a는 본 발명에 따른 직선 편파 회전기의 평면도이고, 도 8b는 직선 편파 회전기의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 직선 편파 회전기의 편파 회전 홈과 매칭 소자가 상층 도체판의 슬롯 상부에 결합되어 편파를 회전시키는 과정을 나타낸 상태도이다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명에 따른 편파 회전 홈과 매칭 소자의 너비 및 길이와 스큐 각도와의 관계를 나타낸 일례이다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직선 편파 회전기의 편파 회전 홈과 매칭 소자의 다양한 변형 일례이다.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 직선 편파 회전기 110 : 편파 회전 홈
120 : 매칭 소자 121 : 줄기부
122 : 반원부 200 : 상층 도체판
210 : 슬롯(Slot) 220 : 캐비티(Cavity)
230 : 그루브(Groove) 240 : 상면
300 : 중층 도체판 310 : 방사홈
320 : 도파관 321,322,323 : 분배기
330 : 방사관 400 : 하층 도체판
410 : 급전로 420 : 도파관
421,422,423 : 분배기 430 : 방사관
440 : 벌지(Bulge)
본 발명은 임의의 직선 편파를 갖는 위성신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 도파관 슬롯 배열 안테나의 슬롯 주변에 원형 그루브를 형성하고, 원형 그루브의 상부에 슬롯으로부터 발생되는 수직 또는 수평 편파를 임의의 각도로 회전시키기 위한 편파 회전 홈과 원형 그루브와의 임피던스 매칭을 위한 매칭 소자가 구비된 직선 편파 회전기를 결합하여 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호를 수신할 수 있도록 하는 도파관 슬롯 배열 안테나에 관한 것이다.
위성 안테나로서 일반적으로 유전체 기판을 이용한 마이크로 스트립 패치 어레이 안테나 또는 고효율의 안테나 특성을 얻기 위한 도파관 슬롯 배열 안테나를 사용하고 있다.
도 1은 이러한 종래 도파관 슬롯 배열 안테나의 일례로서, 국내등록특허 제400657호 "다중 구조를 갖는 도파관 슬롯 안테나"의 분해 사시도이다.
상기 등록특허는 급전로와 제1도파관(32)이 형성되고 상기 급전로와 제1도파관(32)으로 수신되는 주파수의 손실을 방지하기 위하여 방사도파관(31)의 일측에 다단돌출부(34)가 형성된 하층도체판(30)이 구비되고, 상기 하층도체판(30)의 급전로와 제1도파관(32)과 연통되는 제2급전로와 제2도파관이 형성되며 상부에서 하부 로 관통된 방사홈(21)이 형성된 중층도체판(20)이 상기 하층도체판(30)에 적층되며, 그 상부에는 소정의 간격을 두고 돌기(11)가 형성되고 이 돌기(11)의 일측에는 소정의 간격으로 배치되어 상부에서 하부로 관통되는 다수의 슬롯(12)이 형성되며 하면에는 캐비티 형식의 관이 소정의 간격으로 다수 개 형성되어 상기 중층도체판(20)의 상부에 적층되어 주파수를 수신하는 상층도체판(10)으로 이루어진다.
상기의 구성으로 이루어진 다중 구조를 갖는 도파관 슬롯 안테나는 도파관을 통하여 위성 주파수 신호가 전송됨으로써 저항손실 및 방사손실이 작은 효과가 있다.
하지만, 상기 등록특허는 종래의 일반적인 위성 안테나와 마찬가지로 수직 또는 수평 편파를 수신하기 위한 안테나로서, 위성에서 송신하는 신호가 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호인 경우 위성 신호 편파와 안테나의 수신 편파에 스큐(Skew)가 발생하여 스큐 각도에 따라 수신되는 위성 신호의 손실이 발생하였다.
이러한 스큐 각도에 따라 발생하는 위성 신호의 손실을 줄이기 위해서 위성 안테나 자체를 스큐 각도만큼 회전시켜 보상하는 방법이 이용되고 있기도 하지만, 이러한 방법은 위성 안테나 자체를 회전시키다 보니 전체적으로 안테나 크기가 커지고, 레이돔 역시 커지며 이에 따라 제작 비용이 많이 소요되고 전력 손실이 큰 문제점이 있었다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호를 수신하기 위해 수직 또는 수평 편파를 직선 편파 회전기를 이용하여 스큐 각도만큼 회전시켜 위성 신호를 손실 없이 수신할 수 있도록 하는 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나를 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나는 하층 도체판과 중층 도체판이 결합되어 내측에 위성 주파수 신호가 전송되는 도파관 및 급전로가 형성되며, 상기 중층 도체판의 상부에 결합되어 도파관과 연통되는 다수의 캐비티 및 슬롯이 형성되어 위성 주파수 신호를 송수신하는 상층 도체판이 구비된 도파관 슬롯 배열 안테나에 있어서, 상기 상층 도체판의 슬롯 상부 주변에는 슬롯과 연통되고 상면에 의해 경계가 구분되는 그루브가 형성되고, 상기 상층 도체판의 상부에는 슬롯의 길이 방향과 스큐 각도를 형성하여 스큐 각도만큼 위성 신호의 직선 편파를 회전시키는 편파 회전 홈과, 상기 편파 회전 홈의 양측에 반원 형상으로 형성되어 임피던스 매칭을 수행하는 매칭 소자가 구비된 직선 편파 회전기가 결합되어 이루어진다.
상기 그루브의 평면은 위성 신호의 직선 편파를 회전시키기 위하여 원형으로 형성되며, 상기 매칭 소자는 편파 회전 홈의 중앙을 관통하는 줄기부와 상기 줄기부의 양측에 반원 형상으로 대칭되게 형성되는 반원부로 이루어진 아령 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나의 결합 사시도이고, 도 3은 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나의 분해 사시도이며, 도 4는 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나의 결합 단면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나는 하층 도체판(400), 중층 도체판(300), 상층 도체판(200) 및 직선 편파 회전기(100)가 적층되어 이루어지는데, 상기 하층 도체판(400)과 중층 도체판(300) 및 상층 도체판(200)에는 나사 등의 체결수단을 통하여 상호 결합하기 위한 체결공(401)(301)(201)이 대응되는 위치에 각각 형성된다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 하층 도체판의 평면도이고, 도 5b는 하층 도체판의 배면도이며, 도 5c는 하층 도체판의 단면도이다. 또한, 도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 중층 도체판의 평면도이고, 도 6b는 중층 도체판의 배면도이며, 도 6c는 중층 도체판의 단면도이다.
도 2 내지 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 하층 도체판(400)과 중층 도체판(300)에는 위성 신호를 전송하기 위한 도파관(420)(320)과, 신호를 분배하기 위 한 분배기(421,422,423)(321,322,323)가 형성된다.
한편, 상기 하층 도체판(400)에는 위성 신호를 수신하여 수신되는 위성 신호의 방향을 변경시켜 도파관(420)에 전송하는 방사관(430) 및 벌지(Bulge)(440)가 형성되고, 도파관(420)의 말단에는 위성 신호를 외부로 출력하는 급전로(410)가 형성된다. 또한, 상기 중층 도체판(300)에는 분배기(321)(322)(323)를 통하여 분배되는 도파관(320)의 최종단에 방사관(330)이 형성되고, 이 방사관(330)의 상부에는 상부 외측과 연통되는 방사홈(310)이 형성된다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 상층 도체판의 평면도이고, 도 7b는 상층 도체판의 배면도이며, 도 7c는 상층 도체판의 단면도이다.
상기 상층 도체판(200)에는 상하부를 관통하는 다수의 슬롯(Slot)(210)이 형성되고, 상기 슬롯(210)의 상부 주위에는 슬롯(210)을 중심으로 소정의 깊이로 상부가 개방된 그루브(Groove)(230) 및 상기 그루브(230) 사이의 경계를 형성하는 상면(240)이 형성된다. 또한, 상층 도체판(200)의 하부에는 하측이 개방되고 상측이 슬롯(210)과 연통되는 캐비티(Cavity)(220)가 형성되는데, 이 캐비티(220)는 인접하는 슬롯(210) 4개와 연통되는 크기로 구분되어 각각 형성된다.
상기 슬롯(210)은 위성 신호를 수신하는 역할을 수행하고, 상기 그루브(230) 및 상면(240)은 다수의 슬롯(210)에 각각 수신되는 위성 신호간의 간섭을 최소화하는 역할을 수행하며, 상기 캐비티(220)는 안테나의 임피던스 대역폭을 확장시키면서 각 슬롯(210)을 통하여 수신되는 위성 신호를 모아 중층 도체판(300)의 방사 홈(310)에 전달하는 역할을 수행한다.
본 발명의 실시예에서 상기 그루브(230)의 형태는 직선 편파를 임의의 각도로 회전시키기 위해 슬롯(210)의 길이와 동일 내지 유사한 직경을 갖는 원형기둥으로 형성된다. 상기 다수의 그루브(230) 사이의 경계를 형성하는 상면(240)은 각 슬롯(210)에 인가되는 위성 신호가 옆으로 새어 나가 상호 간섭 현상을 일으키는 것을 방지하는 역할을 한다.
도 8a는 본 발명의 실시예에 따른 직선 편파 회전기의 평면도이고, 도 8b는 직선 편파 편파기의 단면도이다.
상기 직선 편파 회전기(100)는 필름 타입으로 이루어지는데, 이 직선 편파 회전기(100)에는 슬롯(210)에서 방사되는 수평 또는 수직 편파 신호를 임의의 각도로 회전시켜주는 편파 회전 홈(110)이 형성되고, 이 편파 회전 홈(110)의 양측에는 상기 원형 그루브(230)보다 작은 반원 형상의 매칭 소자(120)가 편파 회전 홈(110)을 중심으로 대칭되게 형성된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 직선 편파 회전기의 편파 회전 홈과 매칭 소자가 상층 도체판의 슬롯 상부에 결합되어 직선 편파를 회전시키는 과정을 나타낸 상태도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 직선 편파 회전기(100)의 편파 회전 홈(110)은 상층 도체판(200)에 형성된 그루브(230)의 깊이만큼 슬롯(210)과 이격되어, 슬롯(210)의 길이 방향과 일정한 각도를 형성하도록 회전되어 슬롯(210)과 일정한 스 큐 각도를 유지한다. 따라서, 상기 편파 회전 홈(110)은 슬롯(210)에서 방사되는 수직, 수평 편파를 슬롯(210)과 편파 회전 홈(110)이 이루는 스큐 각도만큼 회전시키게 된다.
본 발명의 실시예에서는 상기 슬롯(210)과 편파 회전 홈(110)의 이격 거리를 형성하는 그루브(230)의 깊이는 위성 신호 주파수 파장의 약 0.25배 길이로 형성되는데, 이는 임피던스가 서로 다른 슬롯(210)과 편파 회전 홈(110) 사이에서 위성 신호가 전달되는 경우 반사 등에 의해 위성 신호가 손실되는 것을 방지하기 위하여 임피던스를 매칭시켜 위성 신호가 원활히 전송될 수 있도록 하기 위함이다.
상기 편파 회전 홈(110)은 안테나의 임피던스 대역폭을 향상시키기 위해서 너비 및 길이 등의 크기가 스큐 각도에 따라서 적절하게 변화되어야 한다. 한편, 본 발명의 실시예에서 상기 매칭 소자(120)는 편파 회전 홈(110)의 길이 방향 중앙을 관통하는 줄기부(121)와 상기 줄기부(121)의 양측에 대칭되게 형성되는 반원부(122)를 갖는 아령 형상으로 이루어지게 되는데, 이 매칭 소자(120)는 안테나의 입력 임피던스를 매칭시켜 안테나의 임피던스 대역폭을 개선시키는 역할을 수행한다. 상기 매칭 소자(120) 또한 편파 회전 홈(110)과 마찬가지로 그 크기를 조절함으로부터 최적의 임피던스 대역폭을 갖도록 설계할 수 있다.
도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예에 따른 편파 회전 홈과 매칭 소자의 너비 및 길이와 스큐 각도와의 관계를 나타낸 일례로서, 도 10a는 슬롯과 편파 회전 홈의 스큐 각도가 45도인 경우 편파 회전 홈과 매칭 소자의 일례이고, 도 10b는 슬롯과 편파 회전 홈의 스큐 각도가 50도인 경우 편파 회전 홈과 매칭 소자의 일례 이며, 도 10c 및 도 10d는 슬롯과 편파 회전 홈의 스큐 각도가 15도인 경우 편파 회전 홈과 매칭 소자의 일례이다.
도 10a 내지 도 10c에 도시된 바와 같이, 슬롯(210)과 편파 회전 홈(110)이 이루는 스큐 각도가 45도를 기준으로 이보다 큰 경우 편파 회전 홈(110)의 크기가 작아지고 매칭 소자(120)의 반원부(122) 지름이 작아지지만 줄기부(121)의 너비가 넓어지는 경향을 보이게 된다.
반대로, 슬롯(210)과 편파 회전 홈(110)이 이루는 스큐 각도가 45도를 기준으로 이보다 작아지는 경우 편파 회전 홈(110)의 크기가 커지고 매칭 소자(120)의 반원부(122) 지름이 커지지만 줄기부(121)의 너비가 좁아지는 경향을 보이게 된다. 한편, 슬롯(210)과 편파 회전 홈(110)이 이루는 스큐 각도가 15도인 경우에는 10d에 도시된 바와 같이 매칭 소자(120)의 원안에 직사각형 홈이 15도 각도로 틀어져 형성될 수도 있다.
이러한 편파 회전 홈(110)의 크기와 매칭 소자(120)의 전체적인 반원부(122)의 크기, 줄기부(121)의 너비는 커패시턴스 또는 인덕턴스 성분을 야기시켜 안테나의 임피던스를 매칭시키게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에서 상기 편파 회전 홈(110)과 매칭 소자(120)로 이루어진 직선 편파 회전기(100)는 동일 내지 유사한 기능을 수행할 수 있도록 다양하게 변형될 수 있다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 직선 편파 회전기의 편파 회전 홈과 매칭 소자의 다양한 변형 일례이다.
도 11a에 도시된 바와 같이, 매칭 소자(120)의 줄기부(121)가 생략되고 반원부(122)만 남겨진 상태로 매칭 소자(120)가 이루어질 수 있고, 도 11b에 도시된 바와 같이 매칭 소자(120)의 줄기부(121)가 중간에서 단락되어 이루어질 수 있으며, 도 11c에 도시된 바와 같이 매칭 소자(120)의 줄기부(121)가 유선형으로 이루어질 수도 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 직선 편파 회전기(100)의 편파 회전 홈(110)과 매칭 소자(120)는 다양한 형태로 변형되어 안테나 임피던스를 매칭시킴으로써 안테나 임피던스 대역폭을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나는 슬롯과 일정한 스큐 각도를 형성하는 편파 회전 홈과 매칭 소자가 구비된 직선 편파 회전기를 통하여 슬롯에서 방사되는 수평 또는 수직 편파를 회전시켜 안테나의 입력 임피던스를 매칭시킴으로서 안테나 임피던스 대역폭을 최적화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나는 안테나에서 발생하는 스큐를 제거하기 위하여 스큐 각도만큼 안테나를 회전시키지 않고도 직선 편파 회전기를 이용하여 직선 편파를 스큐 각도만큼 회전시킬 수 있어 안테나의 크기를 줄일 수 있으며, 제작비용 및 전력손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 하층 도체판과 중층 도체판이 결합되어 내측에 위성 주파수 신호가 전송되는 도파관 및 급전로가 형성되며, 상기 중층 도체판의 상부에 결합되어 도파관과 연통되는 다수의 캐비티 및 슬롯이 형성되어 위성 주파수 신호를 송수신하는 상층 도체판이 구비된 도파관 슬롯 배열 안테나에 있어서,
    상기 상층 도체판(200)의 슬롯(210) 상부 주변에는 슬롯(210)과 연통되고 상면(240)에 의해 경계가 구분되는 그루브(230)가 형성되고,
    상기 상층 도체판(200)의 상부에는 슬롯(210)의 길이 방향과 스큐 각도를 형성하여 스큐 각도만큼 위성 신호의 직선 편파를 회전시키는 편파 회전 홈(110)과, 상기 편파 회전 홈(110)의 양측에 반원 형상으로 형성되어 임피던스 매칭을 수행하는 매칭 소자(120)가 구비된 직선 편파 회전기(100)가 결합되는 것을 특징으로 하는 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 그루브(230)의 평면은 위성 신호의 직선 편파를 회전시키기 위하여 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 매칭 소자(120)는 편파 회전 홈(110)의 중앙을 관통하는 줄기부(121)와, 상기 줄기부(210)의 양측에 반원 형상으로 대칭되게 형성되는 반원부(122)로 이루어진 아령 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯 배열 안테나.
KR1020060046075A 2006-05-23 2006-05-23 임의의 직선 편파를 갖는 위성 신호 수신용 도파관 슬롯배열 안테나 Expired - Fee Related KR100721871B1 (ko)

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