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이동형 전자식 TACAN 안테나 설계 및 구현
Design and Implementation of Mobile Electronically Scanned TACAN Antenna 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.26 no.1, 2015년, pp.54 - 62  

박상진 (한국공항공사) ,  구경헌 (인천대학교 전자공학과)

초록
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본 논문은 기생소자와 핀 다이오드 스위치를 이용한 전자식 전술 항법 장비(Tactical Air Navigation) 안테나에 대하여 설계 및 구현을 설명한다. 모터를 이용하여 기계적으로 안테나가 회전하는 대신 전자적으로 안테나를 회전시키기 위하여 기생소자를 원형 배열 형태로 배치하고, 핀 다이오드 스위치를 사용하였다. 방위정보를 포함하는 심장모양 패턴과 9개의 로브 패턴을 생성하기 위한 안테나의 구조적 특성과 설계 특징을 설명하고, 시뮬레이션을 수행하였다. 측정된 결과는 시뮬레이션과 일치하고, MIL-STD-291C 규격을 만족한다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes the design and fabrication of an electronically rotated Tactical Air Navigation(TACAN) antenna using parasitic elements and PIN diode switches. We used parasitic elements arranged in a circular array and PIN diode switches to electronically rotate the antenna instead of employin...

주제어

#TACAN   #Nine-Lobe   #Parasitic Element   #PIN Diode  

AI 본문요약
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제안 방법

  • 본 논문에서는 1,165 mm(직경)×330 mm(높이)로서 이동이 용이한 전자식 TACAN 안테나를 설계 및 제작하였다. 모터로 안테나를 회전하는 기계식 안테나 대신 기생 소자와 PIN 다이오드 스위치를 이용하여 반영구적으로 사용할 수 있으며, 전체 대역에서 TACAN 신호 규격인 MIL-STD-291C을 만족하도록 주파수에 따라 최적으로 동작할 수 있는 기생소자에 대하여 복수열의 원형 배열 형상을 제안하였다. 급전용 모노폴 안테나를 중앙에 위치하고, 원형으로 16개×2열의 15Hz 기생소자와 63개×3열의 135Hz 기생소자를 배치하였다.
  • 본 논문에서 전체 대역 특성을 만족시키기 위해 15 Hz 기생소자는 Low 대역과 High 대역으로 나누어 16개×2열로 구성하고, 135 Hz 기생소자는 Low 대역, Middle 대역, High 대역으로 나누어 63개×3열로 구성하였다. PIN 다이오드는 OFF 시 아이솔레이션을 30 dB 이상 확보하기 위해 COBHAM사의 DH85100-91LT1 2개를 직렬로 연결하였다.
  • 본 논문에서는 우리나라 공군에서 사용하고 있으며, 주기적으로 정비 및 교체를 해야 하는 모터를 이용하여 안테나 회전을 시키는 이동형 기계식 TACAN 안테나 대신 반영구적으로 사용할 수 있도록 반도체를 이용하여 기생소자의 전기적 회전을 이용한 TACAN 안테나를 설계 및 제작 후 측정하였다.
  • 급전용 모노폴 안테나를 중앙에 위치하고, 원형으로 16개×2열의 15Hz 기생소자와 63개×3열의 135Hz 기생소자를 배치하였다. 안테나 설계를 위해 상용 전자장 해석 소프트웨어인 EM Software & Systems 사의 FEKO를 이용하였고, 설계 검증을 위해 안테나를 제작하여 특성을 측정한 후 시뮬레이션 결과와 비교하였다.

대상 데이터

  • 본 논문에서는 1,165 mm(직경)×330 mm(높이)로서 이동이 용이한 전자식 TACAN 안테나를 설계 및 제작하였다. 모터로 안테나를 회전하는 기계식 안테나 대신 기생 소자와 PIN 다이오드 스위치를 이용하여 반영구적으로 사용할 수 있으며, 전체 대역에서 TACAN 신호 규격인 MIL-STD-291C을 만족하도록 주파수에 따라 최적으로 동작할 수 있는 기생소자에 대하여 복수열의 원형 배열 형상을 제안하였다.
  • 신호원으로는 자북 기준 버스트(NRB)와 보조 기준 버스트(ARB)를 포함하는 방위 펄스 그룹을 송신할 수 있는 1 kW 출력 TACAN 트랜스폰더와 방위 오차 및 변조도를 측정할 수 있는 ROHDE&SCHWARZ 사의 TACAN 분석기 EDS-300을 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
TACAN의 주목적은 무엇인가? 최근 긴급 상황에서 각종 위성체계의 교란 및 전자전에 대비하여 군용 장비로 각광을 받고 있는 TACAN (Tactical Air Navigation)은 군용 항공기에 지상국으로부터의 거리와 방위정보를 제공하는 전술 항법 장비이다[1] . 주목적은 군용항공기의 단거리(200～300mile) 항법 지원용으로 개발되었다. 항공기에 탑재된 TACAN 장치에서 지상 TACAN의 채널을 맞추기만 하면 자동적으로 지상국에 전파가 보내어지고, 지상국에서 보내고 있는 응답신호에 의해, 지상국과의 방위와 거리가 동시에 항공기의 지시기에 나타나서 항공기의 비행위치를 알 수 있다.
TACAN은 무엇인가? 최근 긴급 상황에서 각종 위성체계의 교란 및 전자전에 대비하여 군용 장비로 각광을 받고 있는 TACAN (Tactical Air Navigation)은 군용 항공기에 지상국으로부터의 거리와 방위정보를 제공하는 전술 항법 장비이다[1] . 주목적은 군용항공기의 단거리(200～300mile) 항법 지원용으로 개발되었다.
TACAN 장치를 개발하게 된 직접적인 동기는 무엇인가? 항공기에 탑재된 TACAN 장치에서 지상 TACAN의 채널을 맞추기만 하면 자동적으로 지상국에 전파가 보내어지고, 지상국에서 보내고 있는 응답신호에 의해, 지상국과의 방위와 거리가 동시에 항공기의 지시기에 나타나서 항공기의 비행위치를 알 수 있다. 원래 미국 해군이 함재기의 귀함용(歸艦用) 호밍비컨으로서 항공모함에 설치하기 위해 개발한 것이다. 종래의 전방향식(옴 니레인지)으로서는 안테나의 크기·설치 장소의 제한으로 함상에 설치할 수 없다는 것이 이 장치를 개발하게된 직접적인 동기이다. TACAN은 종래의 거리 측정장치인 DME(Distance Measuring Equipment)와 VHF 옴니레인지의 VOR(Very high frequency Omnidirectional Range)과 같이, 항공기에 거리와 방위를 알려주기 위한 장치라는 점에서는 동일하다.
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참고문헌 (9)

  1. W. L. Garfield, "TACAN : a navigation system for aircraft", IEE Proceedings-Part B: Radio and Electronic Engineering, vol. 105, issue 9, part S, pp. 298-306, 1958. 

  2. DCN News, 제55회 정책.기획분과위원회 개최 결과 이동형 TACAN 사업추진기본전략 수정(안) 등, http://dcn.or.kr/66344 

  3. 서영호, 김동욱, "TACAN을 위한 디지털 회로의 FPGA구현", 한국통신학회논문지, 35(12), pp. 1775-1782, 2010년 12월. 

  4. E. J. Christopher, "Electronically scanned TACAN antenna", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. AP-22, pp. 12-16, Jan. 1974. 

  5. L. N. Shestag, "Cylindrical array for the TACAN system", IEEE Trans. Antennas Propag., vol. AP-22, pp. 17-25, Jan. 1974. 

  6. G. Greving, R. Zeitz, "Concept and experimental verification of a new electronic TACAN antenna", European Microwave Conference, pp. 17-25, 1984. 

  7. C. A. Balanis, Antenna Theory : Analysis and Design, 3rd ed., New York: Wiley, 2005. 

  8. MIL-STD-291C, Military Standard Tactical Air Navigation (TACAN) Signal, Feb. 1988. 

  9. B. Chang, Y. Qian, "A reconfigurable leaky mode/patch antenna controlled by PIN diodes switches", IEEE AP-S Int. Symp. Digest., pp. 2694-2697, 1999. 

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