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정지궤도위성 X-대역 출력필터 멀티팩션 민감도 해석
Multipaction Sensitivity Analysis of X-band Output Filter for Geostationary Satellite 원문보기

한국위성정보통신학회논문지 = Journal of satellite, information and communications, v.10 no.3, 2015년, pp.131 - 136  

김중표 (한국항공우주연구원 위성전자팀) ,  이선익 (한국항공우주연구원 위성전자팀) ,  임원규 (한국항공우주연구원 위성전자팀) ,  김상구 (한국항공우주연구원 위성전자팀) ,  이상곤 (한국항공우주연구원 위성전자팀)

초록
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본 논문에서는 정지궤도위성 관측탑재체 고속 데이터 전송을 위한 X-대역 이중모드 원통형 고전력 전송 출력필터의 비행모델 개발 이전에 개발 모델을 설계하고 해석적 멀티팩션 요구마진을 보장하기 위해 해석되어졌다. 먼저 멀티팩션에 가장 민감한 슬롯 아이리스의 폭 및 두께를 가변하면서 멀티팩션 발생 임계전력의 민감도를 분석하였으며 그것을 토대로 선정된 아이리스 폭 및 두께에 대한 주파수 대역에 따른 멀티팩션 임계전력을 분석하였으며 대역 내에서 해석적 요구 8 dB 마진을 가짐을 확인하였다. 또한 멀티팩션과 함께 고출력 소자에 중요한 코로나 발생 임계전력 분석을 아이리스 폭 및 두께의 영향을 제시하였다. 마지막으로 제작된 개발모델을 시험한 결과 주요 요구사항을 만족함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, prior to the flight model X-band dual-mode circular cavity filter required for the high power transmission of the observation payload in the geostationary satellite, the development model are designed and analyzed to show the analytical multipactor requirement margin. First of all, th...

주제어

#satellites   #output filter   #multipaction breakdown   #sensitivity   #threshold power  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 관측탑재체의 고속 데이터 전송을 위해 선정된 X-대역 이중모드 [1] 원통형 고전력 전송 출력필터의 비행모델(Flight Model) 개발 이전에 개발모델(Development Model) 개발을 통해 설계 요구 성능 및 고전력에 대한 멀티팩션 임계전력 마진을 확인하는 데 있다[2-8]. 이를 위해 멀티팩션에 가장 민감한 슬롯 아이리스의 폭 및 두께를 가변하 면서 멀티팩션 발생 임계전력의 변화를 분석하였으며 그것을 토대로 멀티팩션 시험을 피하기 위한 요구마진 8 dB를 만족하는 아이리스 폭 및 두께를 도출하였다.
  • 요구사항 및 멀티팩션 마진을 보장하는 아이리스 폭 및 두께에 개발모델을 제작하고 튜닝하여 시험한 결과 요구 차단 특성 및 반사 특성을 만족함을 확인할 수 있었다. 이 결과를 바탕으로 정지궤도 광대역 데이터 전송을 위한 X-대역 출력필터 비행모델 개발 기초자료로 사용하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
X-대역의 사용이 불가피한 이유는? 통신, 해양 및 기상 임무 탑재체를 장착한 복합위성 천리안 위성에서 관측된 기상 및 해양 데이터는 L-대역을 이용 하여 지상국으로 전송되어 현재 해양 및 기상업무에 사용되고 있다. 정지궤도위성에 장착되어지는 관측탑재체의 관측 성능이 올라가면서 획기적으로 좋아지면서 관측데이터 양도 크게 증가되었다. 이를 전송하기 위해 기존의 좁은 L-대역 기상 주파수 대역으로는 불가능하며 보다 광대역 데이터 전송이 가능한 X-대역의 사용이 불가피하다.
이중모드 원통형 출력필터에서 자유전자가 진공으로 방출되는 현상이 반복될 경우 어떤 문제점이 생기는가? 전자의 운동 에너지가 충분히 크다면 전자가 금속면과 충돌하면서 더 많은 수의 자유전자를 진공으로 2차 방출시킨다. 이러한 과정이 반복되면 두 금속면 사이를 왕복하는 전자의 수는 계속 증가하며 전자의 운동에너지도 증가하여 결과적으로 방전이 발생하여 금속 표면이 손상된다. 고진공에서 전자들의 평균 자유경로(mean free path)가 두 면의 간극보다 작을 때 서로 간의 충돌 확률이 낮아지며 면에 충돌할 확률이 증가하여 멀티팩션이 발생한다.
멀티팩터에 의해 출력필터는 어떤 손상을 입을 수 있는가? 이 경우 선택된 구조 내에 있는 슬롯 아이리스가 멀티팩션 임계전력 마진을 가지는 파라미터를 확인하는 것은 매우 중요하다. 고전력 전송을 수행하는 출력필터는 진공이나 낮은 압력하에서 쉽게 유발되는 멀티팩터(Multipactor) 현상 [1]에 의해 잡음, 하모닉, 증가된 가스방출 및 가스 방전을 유발하여 RF 성능 저하 및 부품의 완전 손상을 입을 수 있다. 멀티팩션은 두 개의 평판 사이에 충분한 크기의 고주파 신호가 아래 금속표면으로부터 이탈된 자유전자는 에너지를 받아 위 금속표면으로 방출되어 이동한다.
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참고문헌 (9)

  1. A. E. Atia and A. E. Williams, "New types of waveguide bandpass filters for satellite transponders," Comsat Tech. Rev., vol. I, no. I, pp. 21-43, Fall 1971. 

  2. A. J. Hatch and H. B. Williams, "The secondary electron resonance mechanism of low pressure high frequency breakdown," J. Appl. Phys., vol. 25, pp. 417-423, 1954. 

    상세보기 crossref

  3. A. Woode and J. Petit, "Diagnostic investigations into the multipaction effect, susceptibility zone measurements and parameters affecting a discharge," ESTEC Working Paper 1556, Nov. 1989. 

  4. Multipaction Design and Test, ECSS Standard ECSS-E-20-01A, May 2003. 

  5. ESA/ESTEC Multipactor Calculator. ver. 1.6, Apr. 2007. 

  6. www.fest3d.com 

  7. M. Uhm, J. Lee, I. Yom, and J. Kim, "An efficient multipaction analysis of an output multiplexer for satellite applications," JKEES vol. 5, no. 4, pp. 176-182, Dec. 2005. 

    원문보기 상세보기

  8. S. Choi, D. Kim, K. Kwon, Y. Won, and Y. Lee, "Design of multipactor-free S-band duplexer using new test method for space applications," JKEES vol. 6, no. 4, pp. 1-5, Dec. 2006. 

  9. A. D. MacDonald, Microwave breakdown in gases. John Wiley & Sons, 1966. 

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