KR20110075218A

KR20110075218A - 편파 변환형 모노펄스 추적 안테나

Info

Publication number: KR20110075218A
Application number: KR1020090131601A
Authority: KR
Inventors: 이돈신
Original assignee: (주)하이게인안테나
Priority date: 2009-12-28
Filing date: 2009-12-28
Publication date: 2011-07-06
Also published as: KR101105608B1

Abstract

본 발명은 주반사판 전면에 편파 변환형 보조반사판을 부착하고 그 전면에 편파 선택형 부반사판을 설치하며 모노펄스 피드혼을 개선하여 성능을 향상시킨 편파 변환형 모노펄스 추적 안테나에 관한 것이다. 본 발명의 안테나는 접시형 허니컴의 양면에 섬유강화플라스틱(FRP)을 부착한 후 오목면의 섬유강화플라스틱(FRP)에 도체막을 형성한 주반사판; 상기 주반사판의 오목면에 부착되어 편파를 변환하는 편파 변환 보조반사판; 돔형 허니컴의 양면에 섬유강화플라스틱(FRP)을 부착한 후 오목면에 도체 패턴을 부착하고, 상기 주반사판의 전방에 방설커버와 함께 설치되어 편파를 선택하여 반사하는 편파 선택 부반사판; 및 상기 주반사판의 중앙부분을 관통하여 1개의 개구면을 갖고 4개의 분할 모노펄스를 합성하여 합(Σ)신호, 수평차(△Az)신호, 수직차(△E)신호와 각각의 감시단자가 부착된 모노펄스 피드혼을 구비하여 초경량으로 가벼운 것이다.

모노펄스, 추적 안테나, 피드혼, 허니컴, 편파 변환

Description

편파 변환형 모노펄스 추적 안테나{MONOPULE TRACKING RADAR ANTENNA }

본 발명은 편파 변환형 모노펄스 추적 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주반사판 전면에 편파 변환형 보조반사판을 부착하고 그 전방에 편파 선택형 부반사판을 설치하며 피드혼을 개선하여 성능을 향상시킨 편파 변환형 모노펄스 추적 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 추적 레이더(Monopulse Tracking Radar)는 파라볼릭 반사경 안테나를 주로 사용하여 구현한다. 파라볼릭 반사경 안테나는 개구면에 원하는 전계 분포를 형성하기 위해서 급전기(Feed)를 사용해야 한다. 즉, 반사경 안테나에 전자파를 공급하는 장치를 급전기라 하는데, 급전기는 주로 도파관 형태로 이루어진 혼 안테나와 모노펄스 비교기로 구성된다. 혼 안테나는 도파관 형태의 안테나로서 도파관의 한쪽에는 전자파를 여기시키고, 다른 한쪽은 자유공간에 전자파를 방사하기 위하여 도파관을 개방한 형태의 안테나를 말한다.

통상 추적 레이더에 적용되는 모노펄스용 혼 급전기는 여러 개의 혼 안테나 를 배열하여 구성한 후, 배열된 혼 안테나의 각 입력단자를 모노펄스 비교기와 연결하여 모노펄스 비교기가 추적 레이더에 필요한 합/차 패턴(또는 신호)을 생성하게 한다. 원통형 혼 안테나의 경우에는 원통형 도파관에서 여러 개의 모드 결합기(coupler, 커플러)를 사용하고, 이 모드 커플러의 입력을 조합하여 합/차 신호를 생성한다. 이와 같은 종래의 모노펄스 혼 안테나는 모노펄스 비교기에 많은 하이브리드 티(Hybrid Tee) 또는 매직 티(Magic Tee)와 도파관 부품 등을 사용하기 때문에 모노펄스 비교기는 크고 복잡하게 구성된다.

종래의 모노펄스용 피드혼은 개별 혼을 1 x 4로 배열하고, 모노펄스 비교기가 다수의 하이브리드 티와 매직 티로 구현되어 구조가 복잡한 문제점이 있다. 또한 2 x 2 배열 형태로 구현된 종래의 혼 안테나는 수직차(△E_L)신호와 수평차(△Az)신호가 합(Σ)신호보다 현저히 낮아 추적 가능한 탐지거리와 추적 범위가 제한되어 추적거리가 짧아지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 종래 4개의 개별 혼으로 된 것을 하나의 개구로 통합하여 성능을 개선하고 주반사판 전면에 편파 변환형 보조반사판을 부착하고 그 전면에 편파 선택형 부반사판을 설치한 편파 변환형 모노펄스 추적 안테나를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 안테나는 접시형 허니컴의 양면에 섬유강화플라스틱(FRP)을 부착한 후 오목면의 섬유강화플라스틱(FRP)에 도체막을 형성한 주반사판; 상기 주반사판의 오목면에 부착되어 편파를 변환하는 편파 변환 보조반사판; 돔형 허니컴의 양면에 섬유강화플라스틱(FRP)을 부착한 후 오목면에 도체 패턴을 부착하고, 상기 주반사판의 전방에 방설커버와 함께 설치되어 편파를 선택하여 반사하는 편파 선택 부반사판; 및 상기 주반사판의 중앙부분을 관 통하여 1개의 개구면을 갖고 4개의 분할 모노펄스를 합성하여 합신호, 수평차신호, 수직차신호와 각각의 감시단자가 부착된 모노펄스 피드혼을 구비하여 초경량으로 가벼운 것을 특징으로 한다.

상기 모노펄스 피드혼은 복사면 개구를 1개로 구성하고 개구의 상하에 초크를 부착하며, 출력측을 내부에서 도파관 4개(상하2개, 좌우2열)로 분할한 후, 다시 하이브리드 카플러나 매직T로 결합하여 합(Σ)신호와, 수평차(△Az)신호, 수직차(△E)신호를 출력하면서 각 출력 단자에 소결합하여 감시 단자로 구성하고, 최대치 출력 레벨 차가 거의 없게 하여 추적 수신 감도를 높여서 추적거리를 증가시킨 것이다.

종래에는 차신호 레벨이 합신호 보다 매우 작아(-6dB이하) 추적 수신 감도가 떨어져 추적거리가 1/4로 작았으나 본 발명에 따르면 합신호(Σ) 최대치와 차신호(△E 및 △Az) 최대치의 차이가 없이 같거나 0.5dB 이내가 되게 하여 수신 추적 거리를 4배 이상이 되도록 한 것이다. 또한 종래에는 반사판 전체를 금속 반사판을 사용하여 중량이 무거워 회전 구동 모터 감속기 전원이 커져 회전 장치를 제조함에 막대한 비용이 들었으나 본 발명에서는 허니컴으로 사용함으로 무게를 1/5로 줄여 회전체 제조 경비 및 운영 경비가 대폭 절감되는 효과가 있다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 편파 변환형 모노펄스 추적 안테나의 정면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 편파 변환형 모노펄스 추적 안테나의 측면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 편파 변환형 모노펄스 추적 안테나의 후면도이다.

본 발명에 따른 편파 변환형 모노펄스 추적 안테나는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 안테나부(10)와, 안테나에 신호를 공급하는 피드혼(200)을 보호하는 함체(20)와, 안테나부(10)와 함체(20)를 지지하는 페데스탈(30)로 이루어진다.

안테나부(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 파라볼라형 주반사판(110)과, 주반사판(110)의 전면에 일체로 부착되어 수평편파를 수직편파로(혹은 수직편파를 수평편파로) 변환하는 편파 변환 보조반사판(120)과, 주반사판(110)과 볼트(102)로 체결되는 돔형 방설커버(140)와, 방설커버(140)와 함께 주반사판(110)의 전면에 설치되어 수직편파(혹은 수평편파)를 통과시키고 수평편파(수직편파)를 반사하는 편파 선택 부반사판(130)으로 구성되고, 주반사판(110)의 중앙에는 모노펄스 피드혼(200)의 개구가 돌출되어 있다. 주반사판(110)의 후면 함체(20) 안에는 모노펄스 피드혼(200)이 위치하고 있다.

도 4는 도 2에 도시된 주반사판 및 보조반사판의 일부(A부분) 확대 도면이고, 도 5는 도 2에 도시된 보조 반사판의 정면도이다.

본 발명에 따른 주반사판(110)은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 섬유강화플라스틱(111)과, 섬유강화플라스틱(111) 사이에 위치한 허니컴(112), 내측 섬유강화플라스틱(111)에 도포된 도체막(113)으로 구성되어 피드혼(200)에서 복사된 전파를 공중으로 방사하거나 공중으로부터 수집된 전파를 편파 선택 부반사판측(130)으로 반사한다. 편파 변환 보조반사판(120)은 주 반사판의 전면에 부착된 발포성 절연체 또는 허니컴 섬유강화플라스틱(FRP) 박막(121)과 허니컴의 전면에 부착된 평행선의 도체(122)로 구성된다.

즉, 주반사판(110)의 세부 구성은 도 4와 같이 가벼운 허니컴(112)의 양면에 견고한 섬유강화플라스틱(111)을 부착하여 곡면을 강하게 하고, 내부면은 높은 주파수의 경우에는 금속 도체막 또는 도전성 도료를 도포하여 도체막(113)을 형성한다. 주반사판(110)의 중앙에는 모노펄스 피드혼(200)을 부착하고 외부에는 모노펄스 피드혼(200)의 출력단자(합신호(Σ), 수평차신호(△Az), 수직차신호(△E), 합신호 감시용, Az차 신호 감시용, E차 신호 감시용)를 설치하여 여기에 송수신장치(미도시)를 연결하여 함체(20)에 부착한다.

보조반사판(120)은 도 4에 도시된 바와 같이, 주반사판(110)의 내부 표면에 발포성 절연체 또는 절연 허니컴(121)을 약 1/4 파장 이상의 두께로 도포하고, 여기에 얇은 섬유강화플라스틱(FRP)막을 부착한 후 도 5에 도시된 바와 같이, 가는 금속도체 또는 가늘고 얇은 도체막으로 도체패턴(122)을 평행하게 구성하고, 이 도체패턴(122)을 부반사판(130)의 평행선에 대해 45°경사지게 하여 주반사판(110) 전체에 도포한다. 본 발명의 실시예에서 보조반사판(120)은 수평편파를 수직편파로 변환하나 도체패턴의 각도를 변경하면 수직편파를 수평편파로 변환할 수도 있다.

도 6은 도 2에 도시된 부반사판의 일부(B부분) 확대 도면이고, 도 7은 도 2에 도시된 부반사판의 정면도이다.

본 발명에 따라 방설커버(140)와 함께 설치되는 부반사판(130)은 도 6에 도시된 바와 같이, 외주변이 방설커버부분(140)으로 연결되어 있고, 섬유강화플라스틱(FRP)(131)과 허니컴 절연체(132), 주파수 편파를 선택하는 부반사판 도체 패턴(133)으로 구성된다. 이러한 부반사판(130)은 도 6과 같이 방설커버(140)를 절연 허니컴(132)의 양면에 얇은 FRP(131)를 부착하여 주반사판(110)에 볼트(102)로 부착한다. 이때, 부반사판(130) 직경이 주반사판 직경의 1/2 ~ 3/4 정도 되게 중앙 돔에 부착한다. 이 부반사판(130)은 얇은 절연판에 가느다란 도체선 또는 가늘고 얇은 도체띠(133)를 각각 평행하게 간격 0.2 이하가 되게 전체적으로 도포하여 방설커버(140) 내부곡면과 나란한 선에 수평(또는 수직)이 되게 밀착시킨다.

본 발명의 실시예에서 부반사판(130)은 수직편파는 통과시키고 수평편파는 반사하도록 되어 있으나 패턴의 각도를 달리하면 수평편파는 통과시키고 수직편파는 반사하도록 할 수도 있다.

따라서 본 발명의 실시예에 따른 추적 안테나는 모노펄스 피드혼(200)으로부터 복사된 수평편파는 부반사판(130)에서 주반사판(110)측으로 반사된 후 보조반사판(120)에서 수직편파로 변환되어 공기중으로 방사되고, 공기중에서 주반사판(110)으로 수신된 수직편파는 보조반사판(120)에서 수평편파로 변환된 후 부반사판(130)에서 반사되어 모노펄스 피드혼(200)의 개구로 진입된다.

도 8은 본 발명에 따른 모노펄스 피드혼의 사시도이고, 도 9는 본 발명에 따른 모노펄스 피드혼의 정면도이며, 도 10은 본 발명에 따른 모노펄스 피드혼의 측면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 모노펄스 피드혼의 평면도이다.

본 발명에 따른 모노펄스 피드혼(200)은 도 8에 도시된 바와 같이, 개구면(202)이 구형 1개로 되어 있고, 개구면 상하에 초크(204)가 부착되어 파형을 개선한 것이다. 또한 본 발명에 따른 모노펄스 피드혼(200)은 하나의 개구(202)를 가지나 도 8에 도시된 바와 같이, 내부 후면에서 4개의 도파관 영역(수평 2단, 수직 2열)으로 나뉘어진다.

그리고 수평 2단 수직 2열로 나뉘어진 신호는 도 11의 평면도와 같이 각각의 수평 도파관 상단/하단을 매직T 또는 하이브리드T 카플라(206, 208, 210)로 각각 합성 후, 상하 2개의 단자로 출력한다. 이 상하단을 도 10의 측면도와 같이 하이브리드 카플러로 재결합하여 합(Σ)신호를 출력단자(234)로 출력하고, 출력 감시단자(234M)를 부착한다.

도 8 내지 도 11을 참조하면, 수직차 신호(△E)는 상하단에 하이브리드 카플러(206,208)에서 각각 차신호를 인출하여 이 신호를 매직T(210)에서 재결합하여 △E 차신호 단자(236)로 출력하고 소결합하여 감시단자(236M)로 출력한다.

수평차신호(△Az)는 하이브리드 카플러(208)에서 수평 차신호 단자(232)로 출력하고, 여기에 소결합하여 감시단자(232M)로 출력한다.

도 12는 본 발명에 따른 모노펄스 피드혼의 출력 파형도이다.

도 12를 참조하면, 합(Σ)신호 최대치와 수직차(△E) 신호 최대치 및 수평 차(△Az) 신호 최대치가 거의 같은 것을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 합신호(Σ) 최대치와 차신호(△E 및 △Az) 최대치의 차이가 없이 같거나 0.5dB 이내가 되게 한 것이다. 따라서 종래에는 차신호 레벨이 합신호보다 매우 작아(-6dB 이하) 추적 수신 감도가 떨어져 추적거리가 1/4로 작았으나 본 발명에 따르면 합신호(Σ) 최대치와 차신호(△E 및 △Az) 최대치의 차이가 없이 같거나 0.5dB 이내가 되게 하여 수신 추적 거리를 4배 이상이 되도록 할 수 있다.

또한 종래에는 반사판 전체를 금속 반사판을 사용하여 중량이 무거워 회전 구동 모터 감속기 전원이 커져 회전 장치를 제조함에 막대한 비용이 들었으나 본 발명에서는 이를 허니컴으로 사용하므로 무게를 1/5로 줄여 회전체 제조 경비 및 운영 경비가 대폭 절감되었다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 편파 변환형 모노펄스 추적 안테나의 정면도,

도 2는 본 발명에 따른 편파 변환형 모노펄스 추적 안테나의 측면도,

도 3은 본 발명에 따른 편파 변환형 모노펄스 추적 안테나의 후면도,

도 4는 도 2에 도시된 A부분의 확대 도면,

도 5는 도 2에 도시된 보조반사판의 정면도,

도 6은 도 2에 도시된 B부분의 확대 도면,

도 7은 도 2에 도시된 부반사판의 정면도,

도 8은 본 발명에 따른 모노펄스 피드혼의 사시도,

도 9는 본 발명에 따른 모노펄스 피드혼의 정면도,

도 10은 본 발명에 따른 모노펄스 피드혼의 측면도,

도 11은 본 발명에 따른 모노펄스 피드혼의 평면도,

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 안테나부 20: 함체

30: 페데스탈 110: 주반사판

120: 편파 변환 보조반사판 130: 편파 선택 부반사판

140: 방설커버 200: 모노펄스 피드혼

202: 개구 204: 초크

206,208,210: 하이브리드 카플러 혹은 매직T

Claims

접시형 허니컴의 양면에 섬유강화플라스틱(FRP)을 부착한 후 오목면의 섬유강화플라스틱(FRP)에 도체막을 형성한 주반사판;

상기 주반사판의 오목면에 부착되어 편파를 변환하는 편파 변환 보조반사판;

돔형 허니컴의 양면에 섬유강화플라스틱(FRP)을 부착한 후 오목면에 도체 패턴을 부착하고, 상기 주반사판의 전방에 방설커버와 함께 설치되어 편파를 선택하여 반사하는 편파 선택 부반사판; 및

상기 주반사판의 중앙부분을 관통하여 1개의 개구면을 갖고 4개의 분할 모노펄스를 합성하여 합(Σ)신호, 수평차(△Az)신호, 수직차(△E)신호와 각각의 감시단자가 부착된 모노펄스 피드혼을 구비하여

초경량으로 가벼운 것을 특징으로 하는 편파 변환 모노펄스 추적안테나.
제1항에 있어서, 상기 모노펄스 피드혼은

복사면 개구를 1개로 구성하고 개구의 상하에 초크를 부착하며,

출력측을 내부에서 도파관 4개(상하2개, 좌우2열)로 분할한 후, 다시 하이브리드 카플러나 매직T로 결합하여 합(Σ)신호와, 수평차(△Az)신호, 수직차(△Ez)신호를 출력하면서 각 출력 단자에 소결합하여 감시단자로 구성하고,

최대치 출력 레벨 차가 거의 없게 하여 추적 수신 감도를 높여서 추적거리를 증가시킨 것을 특징으로 하는 편파 변환 모노펄스 추적 안테나.