KR102674283B1

KR102674283B1 - Rcs 저감을 위한 위상 배열 안테나 장치

Info

Publication number: KR102674283B1
Application number: KR1020230056133A
Authority: KR
Inventors: 김상근; 진형석
Original assignee: 엘아이지넥스원 주식회사
Priority date: 2023-04-28
Filing date: 2023-04-28
Publication date: 2024-06-11

Abstract

RCS 저감을 위한 위상 배열 안테나 장치를 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 위상 배열 안테나 장치의 단위 셀은, 최외각에 위치하여 외부 환경으로부터 안테나를 보호하는 보호층; 소정의 커넥터를 통해 안테나의 신호를 송수신하는 캐비티 층; 및 상기 보호층 및 상기 캐비티 층 사이에 위치하며, 서로 다른 크기의 이중 루프 패턴을 포함하는 복수의 패턴층을 포함할 수 있다.

Description

RCS 저감을 위한 위상 배열 안테나 장치{Phased Array Antenna Apparatus for Reducing Radar Cross Section}

본 발명은 RCS 저감을 위한 표면 구조 기반의 위상 배열 안테나 장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

최근 공중 이동체, 수상 이동체, 육상 이동체 등의 이동형 무기체계에 대해 스텔스 성능 향상 요구가 높아지고 있다. 이를 위해 스텔스 무기체계 표면에 넓게 적용되는 능동 위상 배열 안테나 센서 표면의 RCS(Radar Cross Section)를 감소시키기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

이와 관련된 종래 기술로는 능동 위상 배열 안테나의 표면에 주파수 선택적 투과 특성을 갖는 레이돔을 적용하여, 안테나에서 사용하는 대역은 투과시키고 이외의 대역에 대해서는 전반사 되도록 하여 스텔스 형상 구조에 기여함으로써, RCS를 저감시키도록 하는 기술이 연구되고 있다.

다시 말해, 종래에는 스텔스 무기체계에 적용되는 능동 위상 배열 안테나 표면을 스텔스화하기 위해 안테나와 이격된 형태의 주파수 선택적 투과 특성을 갖는 스텔스 레이돔을 적용하였다.

하지만, 스텔스 레이돔을 능동 위상 배열 안테나 전면에 별도로 적용하는 종래 기술은 안테나 표면의 스텔스 형상 구현의 대가로 이미지 로브로 인한 부엽 레벨 증가, 빔조향 정확도 오차 증가, 방사 손실 증가 등의 문제점을 가진다.

그리고, 스텔스 형상 구현을 통한 RCS 저감 기술은 1 세대 기술로 최근 스텔스 무기체계 표면에 흡수능을 구현하는 최신 RCS 저감 기술 대비 효과도가 떨어진다. 또한, 안테나와 스텔스 레이돔 간의 이격 거리를 확보해야 하므로 소형화가 어렵다는 단점을 가진다.

한편, 다른 방법으로 능동 위상 배열 안테나가 아닌 단일 안테나에 대해서 FSS(Frequency Selective Surface) 및 메타물질(Metamaterial) 구조를 적용하여 RCS를 저감하는 기술들이 최근 연구되고 있다. 이러한 기술과 관련된 선행 특허로는 한국등록특허 제10-2010-0045824호가 존재한다.

하지만, 최근 연구되고 있는 RCS 저감형 단일 안테나들은 복사 소자 주변에 메타물질(Metamaterial) 등의 부가적인 기생구조가 적용되는 형태로 반파장 길이의 배열 주기를 갖는 능동 위상 배열 안테나에 적용하기 어려운 구조이다.

본 발명은 Ku 대역에서 동작하는 안테나의 표면과 X 대역에서 RCS(Radar Cross Section)를 감쇄시킬 수 있는 표면을 적층형으로 구현하여 주파수 선택적으로 전파의 방사 또는 흡수가 가능한 구조를 가지는 RCS 저감을 위한 위상 배열 안테나 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위한 위상 배열 안테나 장치를 구성하는 단위 셀에 있어서, 위상 배열 안테나 장치의 단위 셀은, 최외각에 위치하여 외부 환경으로부터 안테나를 보호하는 보호층; 소정의 커넥터를 통해 안테나의 신호를 송수신하는 캐비티 층; 및 상기 보호층 및 상기 캐비티 층 사이에 위치하며, 서로 다른 크기의 이중 루프 패턴을 포함하는 복수의 패턴층을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위한 RCS(Radar Cross Section) 저감을 위한 위상 배열 안테나 장치에 있어서, 위상 배열 안테나 장치는, 주파수를 선택적으로 전파의 방사 또는 흡수가 가능하도록 배열된 복수의 단위 셀을 포함하되, 상기 복수의 단위 셀 각각은, 최외각에 위치하여 외부 환경으로부터 안테나를 보호하는 보호층; 소정의 커넥터를 통해 안테나의 신호를 송수신하는 캐비티 층; 및 상기 보호층 및 상기 캐비티 층 사이에 위치하며, 서로 다른 크기의 이중 루프 패턴을 포함하는 복수의 패턴층을 포함할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 스텔스 레이돔에 의해 나타날 수 있는 안테나 이득 감소 및 빔조향 오차 증가와 이미지 로브(Image-lobe) 등의 부엽 레벨이 증가하는 단점을 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전파를 흡수하는 기능을 추가적으로 구현할 수 있어 적용하는 체계의 스텔스 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 스텔스 성능을 갖는 레이돔 표면을 안테나와 일체형으로 구현하여 적용하는 스텔스 체계에 소형 및 경량화 적용이 가능하다는 효과가 있다.

여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RCS 저감을 위한 위상 배열 안테나 장치 및 단위 셀을 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 단위 셀의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 위상 배열 안테나 장치의 Ku 대역 성능 확인 결과를 나타낸 도면이다.
도 11 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 위상 배열 안테나 장치의 X 대역 성능 확인 결과를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 위상 배열 안테나 장치의 RCS 저감 성능 확인 결과를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다. 이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명에서 제안하는 RCS 저감을 위한 위상 배열 안테나 장치에 대해 자세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 RCS 저감을 위한 위상 배열 안테나 장치 및 단위 셀을 나타낸 도면이다.

본 실시예에 따른 위상 배열 안테나(10)는 스텔스 공중 이동체(예: 항공기), 스텔스 수상 이동체(예: 함정), 스텔스 육상 이동체(예: 전차) 등의 체계에 적용될 수 있는 능동 위상 배열 안테나일 수 있다.

위상 배열 안테나(10)는 표면 RCS(Radar Cross Section)를 저감시킬 수 있는 배열 안테나 구조를 가진다.

본 발명에서는 Ku 대역(13.5 ~ 14.5 GHz)에서 동작하는 위상 배열 안테나(10)의 표면과 X 대역(7 ~ 10.5 GHz)에서 RCS를 감쇄시킬 수 있는 표면을 적층형으로 구현하여 주파수 선택적으로 전파의 방사 또는 흡수가 가능한 구조를 제안한다.

본 실시예에 따른 위상 배열 안테나(10)는 복수의 단위 셀(100)이 배열된 형태로 형성된다.

위상 배열 안테나(10)는 단위 셀(100)이 N x N 구조(여기서, N은 2 이상의 자연수)로 배열된 형태일 수 있다.

도 1은 단위 셀(10)을 16 x 16 구조로 배열한 위상 배열 안테나(10)의 형상을 도시한다.

본 실시예에 따른 위상 배열 안테나(10)는 구조 단위로 상하 또는 좌우로 확장이 용이하도록 설계되었으며, 적용하려는 스텔스 체계의 안테나 요구도에 따라 32 x 32 등의 N x N 구조로 확장하여 적용 가능하다.

본 실시예에 따른 위상 배열 안테나(10)는 주파수 선택적 흡수 성능에 영향을 주는 패턴에 박막 저항(Thinfilm resistor)이 부분적으로 적용되고, 안테나 동작 대역에서 공진하는 패턴층에 전도성 루프(Loop) 패턴이 적용된다. 또한, 위상 배열 안테나(10)는 구조적으로 외부 환경으로부터 안테나 장치를 보호하기 위한 유리섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastics) 복합 소재의 스킨을 안테나 표면으로 적용되며, 이에 따라 별도의 레이돔이 필요 없는 구조를 가진다.

본 실시예에 따른 위상 배열 안테나(10)에는 주파수 선택적 흡수 성능에 영향을 주는 패턴에 박막 저항(Thinfilm resistor)을 부분적으로 적용하여 흡수능을 향상시키고, 안테나 동작 대역에서 공진하는 패턴층에는 전도성 루프(Loop) 패턴을 적용하여 방사 효율을 향상시켰다는 특장점이 있다.

또한, 위상 배열 안테나(10)은 X 대역에서 주파수 선택적으로 전파 흡수를 위한 박막 저항(Thinfilm resistor)이 삽입된 이중 루프(Loop) 형태의 패턴이 다층 구조로 적용된다. 또한, 이중 루프(Loop) 형태의 패턴이 다층 구조로 적용된 층의 하부에는 Ku 대역 주파수 신호의 외부 방사 및 수신 기능을 수행하기 위한 루프(Loop) 형태의 복사소자 층이 적용되며, 다중 루프(Loop) 패턴층 구조와 동축 급전(Coaxial Feed) 부분의 캐비티(Cavity) 구조를 통해 Ku 대역에서 1 GHz 이상의 넓은 동작 대역폭을 확보할 수 있다.

도 2 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 단위 셀의 세부 구성을 나타낸 도면이다.

도 2에서는 본 발명에서 제안하는 RCS 저감 표면을 갖는 위상 배열 안테나(10)의 단위 셀(100)에 대한 전개도를 도시한다.

본 실시예에 따른 단위 셀(100)은 FSS(Frequency Selective Surface) 패턴이 적층된 안테나로써, 높이는 14.5 mm로 로우 프로파일(low-profile)한 특징을 가지며, 유전율이 공기와 유사한 로하셀 폼(Foam) 층(120, 140, 160)을 삽입하여 소형화 및 경량화된 구조로 설계된다.

단위 셀(100)의 정사각 배열 주기는 12.5 mm로 안테나 동작 대역폭에서 60 도까지 그레이팅 로브(Grating lobe) 영향 없이 빔조향이 가능하도록 설계된다.

이하에서는 단위 셀(100)에 포함된 구성요소에 대해 설명하도록 한다.

단위 셀(100)은 보호층(110), 제1 폼층(120), 제1 패턴층(130), 제2 폼층(140), 제2 패턴층(150), 제3 폼층(160), 제3 패턴층(170) 및 캐비티 층(180)이 적층되는 형태로 구현된다.

단위 셀(100)의 보호층(110)은 최외각 스킨면이며, 유리섬유 강화 플라스틱(GFRP) 복합 소재의 스킨을 적용하여 외부 환경으로부터 안테나를 보호한다.

유리섬유 강화 플라스틱(GFRP)의 상대 유전율은 4.4인 소재로 형성되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 폼층(120)은 폼(Foam) 구조를 적용하여 보호층(110)과 제1 패턴층(130) 간의 거리를 최소한으로 이격시킨다.

제1 폼층(120)은 보호층(110)과 제1 패턴층(130) 간의 거리를 최소한으로 이격시켜 제1 패턴층(130)이 주파수 선택적 전파 흡수 성능을 가질 수 있도록 한다.

제1 패턴층(130), 제2 패턴층(150) 및 제3 패턴층(170)에 포함된 3 개의 복사소자 및 FSS(Frequency Selective Surface) 패턴을 적용한 기판의 재질은 상대 유전율이 3.66이고, 5 mil 두께를 가지는 고주파 기판 RO4350일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 패턴층(130)는 2 중의 사각 루프(Loop) 패턴(133, 134)을 포함한다. 제1 패턴층(130)는 주파수 선택적 전파 흡수 성능을 향상시키기 위하여 사각 루프(Loop) 패턴의 4 분할 지점마다 박막 저항(Thinfilm resistor)층(132, 135) 패턴이 삽입된 형태로 형성된다.

제2 폼층(140)은 제1 패턴층(130) 및 제2 패턴층(150) 사이에 위치하며, 제1 패턴층(130) 및 제2 패턴층(150) 간의 이격을 형성한다.

제2 폼층(140)은 형성된 이격을 통해 공진을 발생시킬 수 있도록 하며, X 대역 내에서 광대역 전파 흡수 성능을 가지도록 하는 역할을 한다.

제2 패턴층(150)은 주파수 선택적 전파 흡수 역할을 하는 외곽의 사각 저항성 루프(Loop) 패턴(152)과 Ku 대역에서 전파 방사를 효율적으로 하기 위한 전도성 사각 루프(Loop) 패턴(154)으로 구성된다.

제3 폼층(160)은 제2 패턴층(150) 및 제3 패턴층(170) 사이에 위치하며, 제2 패턴층(150) 및 제3 패턴층(170) 간의 이격을 형성한다.

제3 폼층(160)은 형성된 이격을 통해 Ku 대역 내에서 1 GHz 이상의 동작 대역폭을 확보하는 공진기 역할을 수행한다.

제3 패턴층(170)은 X 대역 주파수를 흡수하는 저항성 루프(Loop) 패턴(172)과 하부 캐비티(Cavity) 구조인 캐비티 층(180)의 동축 급전(Coaxial feeding) 부분과 연결되는 복사소자 역할을 하는 전도성 루프(Loop) 패턴(175)으로 구성된다.

캐비티 층(180)은 캐비티(Cavity) 구조로 형성되며, SMP 타입의 커넥터를 통해 송수신모듈(미도시)과 연결되어 신호를 송수신 할 수 있는 구조를 가지며, Ku 대역 내 동작 대역 폭에 대한 광대역 특성을 확보할 수 있도록 하는 구조이다.

여기서, 보호층(110)의 높이는 1.65 내지 1.85 mm이고, 제1 폼층(120)의 높이는 1.8 내지 2.0 mm일 수 있다. 또한, 제2 폼층(140)의 높이는 1.4 내지 1.6 mm이고, 제3 폼층(160)의 높이는 1.85 내지 2.05 mm일 수 있다.

캐비티 층(180)에서 캐비티 백(Cavity-back) 구조의 높이는 3.95 내지 4.15 mm 일 수 있다.

도 3은 단위 셀(100)의 캐비티 층(180)을 나타낸 도면이다.

도 3은 소정의 커넥터를 통해 안테나의 신호를 송수신하는 캐비티 층(180)의 상면도를 도시한다.

캐비티 층(180)은 하부 캐비티(Cavity) 구조이며, SMP 타입의 커넥터를 통해 송수신모듈(미도시)과 연결되어 신호를 송수신 할 수 있는 구조를 가진다.

또한, 캐비티 층(180)은 Ku 대역 내 동작 대역 폭에 대한 광대역 특성을 확보할 수 있도록 하는 구조이다.

캐비티 층(180)은 내부 공간이 형성된 캐비티 백(Cavity-back) 구조(181)이며, 육각형 형태로 형성될 수 있다.

캐비티 층(180)은 안테나 급전(Feeding) 구조에 해당하는 캐비티 백(Cavity-back) 구조(181)로 형성된다.

캐비티 층(180)은 SMP 커넥터 타입의 입력단을 고려하여 안테나 급전(Feed) 내측 핀(182)을 포함하고, 내측 핀(182)이 외경을 감싸는 절연체(183)을 포함한다.

내측 핀(182)의 직경은 0.44 내지 0.64 mm로 형성될 수 있으며, 캐비티 층(180) 내에서 3.95 내지 4.15 mm의 높이로 형성될 수 있다.

절연체(183)는 테플론(Taflon) 재질로 형성될 수 있으며, 절연체(183)의 외경은 1.4 내지 1.6 mm로 형성될 수 있다.

캐비티 층(180)의 캐비티 백(Cavity-back) 내부 크기는 예를 들어, 11.7 mm X 11.7 mm X 4.05 mm 으로 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 4는 단위 셀(100)의 제3 패턴층(170)을 나타낸 도면이다.

제3 패턴층(170)은 적어도 하나의 루프 패턴을 포함하는 기판 구조로 형성된다.

제3 패턴층(170)의 기판 재질은 박막 저항층(Thinfilm resistor layer)이 삽입된 구조이다. 제3 패턴층(170)의 기판은 상대 유전율이 3.66인 고주파 기판 RO4350일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제3 패턴층(170)은 외측 루프 패턴(172) 및 내측 루프 패턴(175)를 포함한다. 여기서, 외측 루프 패턴(172) 및 내측 루프 패턴(175)은 서로 다른 크기의 사각 형태의 패턴일 수 있다.

외측 루프 패턴(172)은 정사각 형태로 구현될 수 있다. 정사각 형태의 외측 루프 패턴(172)은 한 변의 길이가 6.9 내지 7.1 mm 이며, 선폭은 0.05 내지 0.15 mm 이다.

외측 루프 패턴(172)의 각 변에는 박막 저항층(173)이 형성된다. 여기서, 박막 저항층(173)은 4 개의 부분에 적용되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

박막 저항층(173) 각각은 50 Ohm/sq 의 특성을 가지며, 예를 들어, 0.1 mm X 0.2 mm 크기의 사각 패치 형태로 적용될 수 있다.

여기서, 박막 저항층은 외측 루프 패턴(152)의 변의 중심 위치에 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

내측 루프 패턴(175)은 루프 패턴 기반의 복사 소자이며, 정사각 형태로 구현될 수 있다. 정사각 형태의 내측 루프 패턴(175)은 한 변의 길이가 5.28 내지 5.48 mm 이며, 선폭은 0.12 내지 0.32 mm 이다.

내측 루프 패턴(175)은 모서리 부분(176) 및 커넥터 연결 부분(174) 각각에 원형 스텁(Stub) 패턴이 추가로 형성될 수 있다. 원형 스텁(Stub) 패턴을 추가함에 따라 내측 루프 패턴(175)은 안테나 동작 대역폭의 세밀한 튜닝(Tuning)이 가능하다.

여기서, 커넥터 연결 부분(174)은 캐비티 층(180)의 내측 핀(182)의 일측단과 접하는 구조를 가진다.

도 5는 제3 패턴층(170)의 박막 저항층(173)을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5는 박막 저항층(173)에 대한 패턴 구현의 실시예를 나타낸다.

박막 저항층(173)은 기판(179), 박막 저항(177) 및 금속층(178)이 적층된 형태로 형성된다.

예를 들어, 박막 저항층(173)은 유전체 기판(179)상에 박막 저항(177)과 구리(Cu) 재질의 금속층(178)이 적층된 형태로 구현될 수 있다.

박막 저항층(173)은 기판(179), 박막 저항(177) 및 금속층이 적층된 형태의 PCB 기판으로 에칭(Etching) 공법을 통해 정밀하게 전도성 패턴과 저항성 패턴의 구현이 가능하다.

도 6은 단위 셀(100)의 제2 패턴층(150)을 나타낸 도면이다.

제2 패턴층(150)은 적어도 하나의 루프 패턴을 포함하는 기판 구조로 형성된다.

제2 패턴층(150)의 기판 재질은 박막 저항층(Thinfilm resistor layer)이 삽입된 구조이다. 제2 패턴층(150)의 기판은 상대 유전율이 3.66인 고주파 기판 RO4350일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 패턴층(150)은 외측 루프 패턴(152) 및 내측 루프 패턴(154)를 포함한다. 여기서, 외측 루프 패턴(152) 및 내측 루프 패턴(154)은 서로 다른 크기의 사각 형태의 패턴일 수 있다.

외측 루프 패턴(152)은 정사각 형태로 구현될 수 있다. 정사각 형태의 외측 루프 패턴(152)은 한 변의 길이가 5.6 내지 5.8 mm 이며, 선폭은 0.05 내지 0.15 mm 이다.

외측 루프 패턴(152)의 각 변에는 박막 저항층(153)이 형성된다. 여기서, 박막 저항층(153)은 4 개의 부분에 적용되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서, 박막 저항층(153)은 외측 루프 패턴(152)의 변의 중심 위치에 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

박막 저항층(153) 각각은 50 Ohm/sq 의 특성을 가지며, 예를 들어, 0.1 mm X 0.2 mm 크기의 사각 패치 형태로 적용될 수 있다.

본 발명에서는 외측 루프 패턴(152)의 변의 길이를 변경하여 전파 흡수가 발생하는 주파수의 조절이 가능하다.

내측 루프 패턴(154)은 루프 패턴 기반의 복사 소자이며, 정사각 형태로 구현될 수 있다. 정사각 형태의 내측 루프 패턴(154)은 한 변의 길이가 4.58 내지 4.78 mm 이며, 선폭은 0.14 내지 0.34 mm 이다.

내측 루프 패턴(154)은 모서리 부분(155) 각각에 원형 스텁(Stub) 패턴이 추가로 형성될 수 있다. 원형 스텁(Stub) 패턴을 추가함에 따라 내측 루프 패턴(154)은 안테나 동작 대역폭의 세밀한 튜닝(Tuning)이 가능하다.

도 7은 단위 셀(100)의 제1 패턴층(130)을 나타낸 도면이다.

제1 패턴층(130)은 적어도 하나의 루프 패턴을 포함하는 기판 구조로 형성된다.

제1 패턴층(130)의 기판 재질은 박막 저항층(Thinfilm resistor layer)이 삽입된 구조이다. 제1 패턴층(130)의 기판은 상대 유전율이 3.66인 고주파 기판 RO4350일 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 패턴층(130)은 외측 루프 패턴(134) 및 내측 루프 패턴(133)를 포함한다. 여기서, 외측 루프 패턴(134) 및 내측 루프 패턴(133)은 서로 다른 크기의 사각 형태의 패턴일 수 있다.

외측 루프 패턴(134)은 정사각 형태로 구현될 수 있다. 정사각 형태의 외측 루프 패턴(134)은 한 변의 길이가 9.8 내지 10.0 mm 이며, 선폭은 0.08 내지 0.28 mm 이다.

외측 루프 패턴(134)의 각 변에는 박막 저항층(135)이 형성된다. 여기서, 박막 저항층(135)은 4 개의 부분에 적용되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서, 박막 저항층(135)은 외측 루프 패턴(134)의 변의 중심 위치에 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

박막 저항층(135) 각각은 50 Ohm/sq 의 특성을 가지며, 예를 들어, 0.18 mm X 0.2 mm 크기의 사각 패치 형태로 적용될 수 있다.

본 발명에서는 외측 루프 패턴(134)의 변의 길이를 변경하여 전파 흡수가 발생하는 주파수의 조절이 가능하다.

내측 루프 패턴(133)은 X 대역 전파 흡수를 위한 패턴이며, 정사각 형태로 구현될 수 있다. 정사각 형태의 내측 루프 패턴(133)은 한 변의 길이가 7.15 내지 7.35 mm 이며, 선폭은 0.1 내지 0.21 mm 이다.

내측 루프 패턴(133)의 각 변에는 박막 저항층(132)이 형성된다. 여기서, 박막 저항층(132)은 4 개의 부분에 적용되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서, 박막 저항층(132)은 내측 루프 패턴(133)의 변의 중심 위치에 형성될 수 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

박막 저항층(132) 각각은 50 Ohm/sq 의 특성을 가지며, 예를 들어, 0.11 mm X 0.2 mm 크기의 사각 패치 형태로 적용될 수 있다.

본 발명에서는 내측 루프 패턴(133)의 변의 길이를 변경하여 전파 흡수가 발생하는 주파수의 조절이 가능하다.

도 8 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 위상 배열 안테나 장치의 Ku 대역 성능 확인 결과를 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 위상 배열 안테나(10)에 대해, 안테나 동작 대역인 Ku 대역(13.5 ~ 14.5 GHz)에서 안테나 반사 손실 해석 결과 - 10 dB 이하로 전파의 방사 성능이 우수함을 확인할 수 있다.

도 9를 참고하면, 위상 배열 안테나(10)에 대해, 안테나 동작 대역인 Ku 대역(13.5 ~ 14.5 GHz)에서 단위 셀(100) 단일 안테나의 지향성(Directivity) 해석 결과 5.9 dBi 이상으로 방사 성능이 우수함을 확인할 수 있다.

도 10을 참고하면, 위상 배열 안테나(10)에 대해, 안테나 동작 대역인 Ku 대역(13.5 ~ 14.5 GHz)에서 16 x 16 배열 안테나 실시예에 대해 지향성(Directivity) 해석 결과 30 dBi 이상으로 우수함을 확인할 수 있다.

도 11 내지 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 위상 배열 안테나 장치의 X 대역 성능 확인 결과를 나타낸 도면이다.

도 11에서는, 안테나 표면이 흡수체로 동작하는 X 대역(7 ~ 10 GHz)에서 무한 주기 평면을 가정하여 TE(Transverse Electric) 모드 편파로 0 도 ~ 50 도로 전파가 입사되는 경우를 가정한 해석결과를 도시한다.

도 11을 참고하면, 위상 배열 안테나(10)가 X 대역(7 ~ 10 GHz) 내에서 모두 - 10 dB 이하의 우수한 전파 반사도 성능을 갖는 것을 확인할 수 있다.

도 12에서는, 안테나 표면이 흡수체로 동작하는 X 대역(7 ~ 10 GHz)에서 무한 주기 평면을 가정하여 TM(Transverse Magnetic) 모드 편파로 0 도 ~ 50 도로 전파가 입사되는 경우를 가정한 해석 결과를 도시한다.

도 12를 참고하면, 위상 배열 안테나(10)가 X 대역(7 ~ 10 GHz) 내에서 모두 - 10 dB 이하의 우수한 전파 반사도 성능을 갖는 것을 확인할 수 있다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 위상 배열 안테나 장치의 RCS 저감 성능 확인 결과를 나타낸 도면이다.

도 13에서는, 본 발명에 따른 주파수 선택적 전파 흡수 위상 배열 안테나(10)를 16 x 16 배열인 것으로 가정한 실시예에 대하여 200 mm x 200 mm 안테나 크기를 가정하고, 동일한 크기의 기준 도체 반사판과 바이스태틱(Bistatic) RCS를 비교한 해석결과를 도시한다.

도 13을 참고하면, 위상 배열 안테나(10)가 10 GHz 대역 수직 입사 조건에서 18 dB 이상의 RCS 개선 효과를 나타낼 수 있음을 확인할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 위상 배열 안테나
100: 단위 셀
110: 보호층
120: 제1 폼층
130: 제1 패턴층
140: 제2 폼층
150: 제2 패턴층
160: 제3 폼층
170: 제3 패턴층
180: 캐비티 층

Claims

위상 배열 안테나 장치를 구성하는 단위 셀에 있어서,
최외각에 위치하여 외부 환경으로부터 안테나를 보호하는 보호층;
소정의 커넥터를 통해 안테나의 신호를 송수신하는 캐비티 층; 및
상기 보호층 및 상기 캐비티 층 사이에 위치하며, 서로 다른 크기의 이중 루프 패턴을 포함하는 복수의 패턴층
을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 장치의 단위 셀.
제1항에 있어서,
상기 보호층은,
유리섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fiber Reinforced Plastics) 복합 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 장치의 단위 셀.
제1항에 있어서,
상기 복수의 패턴층은,
전파 흡수 성능을 위한 이중 루프 패턴을 포함하는 제1 패턴층;
전파 흡수 성능 및 소정의 대역에서의 전파 방사를 위한 이중 루프 패턴을 포함하는 제2 패턴층; 및
소정의 대역의 전파 흡수 성능 및 동축 급전 부분과 연결을 위한 이중 루프 패턴을 포함하는 제3 패턴층
을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 장치의 단위 셀.
제3항에 있어서,
상기 보호층 및 상기 제1 패턴층 사이에 위치하는 제1 폼층;
상기 제1 패턴층 및 상기 제2 패턴층 사이에 위치하는 제2 폼층; 및
상기 제2 패턴층 및 상기 제3 패턴층 사이에 위치하는 제3 폼층
을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 장치의 단위 셀.
제3항에 있어서,
상기 제1 패턴층은,
상기 전파 흡수 성능을 위한 서로 다른 크기의 외측 루프 패턴 및 내측 루프 패턴을 포함하되,
상기 외측 루프 패턴 및 상기 내측 루프 패턴은 사각 형태의 패턴인 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 장치의 단위 셀.
제5항에 있어서,
상기 제1 패턴층은,
상기 외측 루프 패턴 및 상기 내측 루프 패턴 각각에 형성된 사각 패치 형태의 박막 저항층을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 장치의 단위 셀.
제3항에 있어서,
상기 제2 패턴층은,
상기 전파 흡수 성능을 위한 외측 루프 패턴 및 Ku 대역에서의 전파 방사를 위한 내측 루프 패턴을 포함하되,
상기 외측 루프 패턴 및 상기 내측 루프 패턴은 사각 형태의 패턴인 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 장치의 단위 셀.
제7항에 있어서,
상기 제2 패턴층은,
상기 외측 루프 패턴의 각 변에 형성된 사각 패치 형태의 박막 저항층을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 장치의 단위 셀.
제3항에 있어서,
상기 제3 패턴층은,
X 대역 주파수에 대한 전파 흡수 성능을 위한 외측 루프 패턴 및 상기 캐비티 층의 동축 급전 부분과 연결되어 복사 소자 역할을 하는 내측 루프 패턴을 포함하되,
상기 외측 루프 패턴 및 상기 내측 루프 패턴은 사각 형태의 패턴인 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 장치의 단위 셀.
제9항에 있어서,
상기 제3 패턴층은,
상기 외측 루프 패턴의 각 변에 형성된 사각 패치 형태의 박막 저항층을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 장치의 단위 셀.
제9항에 있어서,
상기 제3 패턴층은,
상기 내측 루프 패턴의 모서리 부분 및 커넥터 연결 부분 각각에 원형 스텁(Stub) 패턴이 추가로 형성되는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 장치의 단위 셀.
제11항에 있어서,
상기 캐비티 층은,
상기 소정의 커넥터의 타입의 입력단을 고려하여 급전을 위한 내측 핀을 포함하고, 상기 내측 핀의 일측단은 상기 커넥터 연결 부분과 접하는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 장치의 단위 셀.
RCS(Radar Cross Section) 저감을 위한 위상 배열 안테나 장치에 있어서,
주파수를 선택적으로 전파의 방사 또는 흡수가 가능하도록 배열된 복수의 단위 셀을 포함하되,
상기 복수의 단위 셀 각각은,
최외각에 위치하여 외부 환경으로부터 안테나를 보호하는 보호층; 소정의 커넥터를 통해 안테나의 신호를 송수신하는 캐비티 층; 및 상기 보호층 및 상기 캐비티 층 사이에 위치하며, 서로 다른 크기의 이중 루프 패턴을 포함하는 복수의 패턴층을 포함하는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나 장치.