[논문]Ka 대역 다중모드 모노펄스 추적 시스템을 위한 한 쌍의 슬롯(Slot)을 갖는 모드커플러 설계

권건섭; 허종완; 황기민

doi:10.5515/kjkiees.2015.26.2.158

Ka 대역 다중모드 모노펄스 추적 시스템을 위한 한 쌍의 슬롯(Slot)을 갖는 모드커플러 설계
A Design of Mode-Coupler with a Pair of Slots for Ka Band Multi-Mode Monopulse Tracking System 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.26 no.2, 2015년, pp.158 - 164

권건섭 (국방과학연구소) , 허종완 (국방과학연구소) , 황기민 (국방과학연구소)

초록
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OTM(On-The-Move) 위성통신 시스템은 차량에 탑재되어 고속 주행하거나 요동이 심한 지역을 주행하면서 위성 통신 링크를 안정적으로 유지하여야 한다. 따라서 열악한 환경에서도 정밀 추적이 가능하고, 차량에 탑재할 수 있도록 소형/경량화된 위성 추적 시스템이 필요하다. 2개의 슬롯(slot)으로 구성된 단일 모드 커플러를 사용하여, 원형 편파 특성을 이용하여 하나의 물리적 채널로 상하, 좌우 2개의 차신호를 동시에 비콘 수신기까지 전달하는 방안을 제안하고, 측정된 추적 오차신호를 제시한다.

Abstract ▼ AI-Helper

The main mission of OTM(On-The-Move) satellite communication system is to provide satellite communication service while moving on a vehicle. So it should have a capability to maintain a reliable communication channel when it travels at high speeds or in a severe fluctuation region. This paper presents a small-sized multi-mode monopulse structure applicable to OTM satellite communication system which has only single mode-coupler with a pair of slot using a feature of circular polarized received signal. And tracking error signal is defined using fundamental and high-order modes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 소형 차량에 탑재되는 Ka대역 OTM(On The Move)위성 통신 시스템에 적용되며, 고속 정밀 추적이 가능한 소형의 다중모드 모노펄스 추적 시스템을 제안한다. 제안된 추적 시스템은 복잡도, 무게, 부피를 최소화 하도록 2개의 슬롯으로 구성된 단일 모드커플러를 사용하고, 원형편파 특성을 이용하여 하나의 물리적 채널로 상하, 좌우 2개의 차신호를 동시에 비콘 수신기까지 전달하는 것이 특징이다.
지금까지 본 논문에서 제안한 다중모드 모노펄스 방식에 대해 살펴보았다. 일반적인 다중모드 모노펄스 안테나는 도파관에서 고차모드를 커플링하기 위한 구조가 필요 하고, 고각 및 방위각 오차 검출을 위해 각각의 모드커플러를 갖추어야 한다.

가설 설정

그림 4와 같이 설계된 모드커플러에서 원형도파관의 개구면(①)을 안테나 개구면이라 가정하고, 소스(위성의 비콘 신호)의 이동에 따라 모드커플러 슬롯(②번, ③번)으로 입력되는 신호 성분을 분석하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
여기서 각 모드커플러 슬롯의 커플링 factor는 1로 가정하였다.

제안 방법

위성 추적 방식은 탑재된 플랫폼의 기동성이 증가하고 주파수가 높을수록 더 높은 추적 정확도를 요구한다. 기존에 흔히 사용하던 로빙 추적 방식은 추적 정확도를 높이는데 한계가 있으므로, 안테나의 구조가 복잡해지더라도 정확도와 추적 시간이 빠른 모노펄스 추적 방식을 기동성이 높은 플랫폼을 위해 사용하게 되었다^[1].
모노펄스 위성 추적 방식 중 다른 하나의 방식인 다중 모드 모노펄스 위성 추적 방식의 급전혼 조립체는 도파 관내에 발생된 고차모드 신호를 선택적으로 수신하기 위해 다수의 모드커플러를 사용하였다. 참고문헌 [2], [3]에서 제안한 모드커플러 구조는 유사한 구조로써, 4개의 슬롯(slot)을 가지는 모드커플러를 2개 배치하여 각각으로부터 방위각에 대한 오차신호와 고각에 대한 오차신호를 생성한다.
이에 E-plane Magic Tee로 전자기장이 유도(coupling)되며, 180° 위상차를 가지는 고차모드(TE21) 신호를 동위상 신호로 합성하여 모노펄스 추적용 신호를 생성한다.
본 논문에서는 소형 차량에 탑재되는 Ka대역 OTM(On The Move)위성 통신 시스템에 적용되며, 고속 정밀 추적이 가능한 소형의 다중모드 모노펄스 추적 시스템을 제안한다. 제안된 추적 시스템은 복잡도, 무게, 부피를 최소화 하도록 2개의 슬롯으로 구성된 단일 모드커플러를 사용하고, 원형편파 특성을 이용하여 하나의 물리적 채널로 상하, 좌우 2개의 차신호를 동시에 비콘 수신기까지 전달하는 것이 특징이다.

대상 데이터

본 논문에서 적용된 반사판형 안테나는 20.2～21.2 GHz 대역에서 신호를 수신하고, 30～31 GHz 대역에서 신호를 송신하는 광대역 특성을 갖는다. 그리고 모노펄스 추적에 사용되는 비콘 신호는 원형도파관 내에 기본 모드(TE₁₁ ) 신호 이외의 고차모드(TE_{성능/효과

)의 위상 값 변화를 나타낸다. 고차모드 신호의 Null 값이 발생하는 지점 즉, 안테나의 상, 하가 교차되는 지점에서 위상 값이 180도 변경됨을 알수있다. 마찬가지로 안테나의 좌, 우가 교차되는 경우에도 위상의 절대 값의 차이가 있을 뿐 180도 변경이 발생하는 것은 동일하다.

그러나 본 논문에서는 통신시스템에 적용된 원형편파의 특성을 이용하여한 쌍의 슬롯을 가지는 단일 모드커플러를 이용하여 방위각 오차 및 고각 오차를 각각 검출할 수 있음을 입증하였다. 따라서 제안된 다중모드 모노 펄스 구조 구조는 소형 차량에 탑재되는 위성통신 시스템에도 적용이 가능하다.

따라서 원형편파의 특성을 이용하여 방위각 및 고각에 대한 오차 정보를 직교 신호를 이용하여 동시에 전달함 으로써 방위각, 고각 정보 획득을 위해 필요한 일반적인 여러 개의 모드 커플러 구조를 한 쌍의 슬롯을 갖는 단일 모드 커플러 구조로 줄일 수 있음을 알 수 있다.

후속연구

그러나 본 논문에서는 통신시스템에 적용된 원형편파의 특성을 이용하여한 쌍의 슬롯을 가지는 단일 모드커플러를 이용하여 방위각 오차 및 고각 오차를 각각 검출할 수 있음을 입증하였다. 따라서 제안된 다중모드 모노 펄스 구조 구조는 소형 차량에 탑재되는 위성통신 시스템에도 적용이 가능하다.}

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	다중 혼 모노펄스 위성 추적 방식은 무엇인가?	모노펄스 위성 추적 방식 중 다중 혼 모노펄스 위성 추적 방식은 단일 안테나에 여러 개의 혼을 배치하여 위성추적하는 방식을 말한다. 그러나 이에 따른 구조적인한 계로서, 소형 위성 단말에서는 안테나 빔 패턴의 규격을 만족시키기 어렵기 때문에, 타 위성으로의 간섭을 엄격히 규제하는 위성통신 시스템에서 적용하기가 힘들다.
	위성 추적 방식은 무엇이 요구되는가?	위성 추적 방식은 탑재된 플랫폼의 기동성이 증가하고 주파수가 높을수록 더 높은 추적 정확도를 요구한다. 기존에 흔히 사용하던 로빙 추적 방식은 추적 정확도를 높이는데 한계가 있으므로, 안테나의 구조가 복잡해지더라도 정확도와 추적 시간이 빠른 모노펄스 추적 방식을 기동성이 높은 플랫폼을 위해 사용하게 되었다[1].
	열악한 환경에서 OTM 위성통신 시스템 사용 시 위성 통신 링크를 안정적으로 유지하기 위해 필요한 것은?	OTM(On-The-Move) 위성통신 시스템은 차량에 탑재되어 고속 주행하거나 요동이 심한 지역을 주행하면서 위성 통신 링크를 안정적으로 유지하여야 한다. 따라서 열악한 환경에서도 정밀 추적이 가능하고 차량에 탑재할 수 있도록 소형/경량화된 위성 추적 시스템이 필요할 수 밖에 없다.

참고문헌 (8)

고지환, "위성 자동추적 안테나 교정기술에 관한 연구", 금오공대 산업기술개발연구원, 2003년.
Y. H. Choung, K. R. Goudey, and L. G. Bryans, "Theory and design of a Ku-band TE21-mode coupler", IEEE MTT, vol. 30, no. 11, pp. 1862-1866, 1982.

상세보기
안성준, 전찬원, 백광훈, 송충호, 박도현, 통신용 파라볼라 안테나, 통신용 파라볼라 안테나의 급전 혼 조립체 및 그것의 제어 방법, 특허등록번호(101360107-0000), 2013년.
가득현, 박도현, 송충호, 안성준, 전찬원, 이재문, "Ku 대역 모노펄스 위성 추적을 위한 동축구조 도파관 고차모드 커플러 설계", 한국통신학회논문지, 39(4), pp 380-386, 2014년.
D. M. Pozar, Microwave Engineering 4th Edition, John Wiley & Sons, 2011.
Dr. Lotfy Sakr, "The higher order modes in the feeds of the satellite monopulse tracking antennas", IEEE Melecon, Egypt Cairo, 2002.
권건섭, 허종완, 황기민, 박도현, 유흥균, "Ka 대역 다중모드 모노펄스 위성추적 시스템", 한국군사과학기술학회 종합학술대회, pp 79-78, 2014년.
S. M. Sherman(1984), Monopulse Principles and Techniques Sherman, Artech House, 1984.

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