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문제 정의
- 본 논문에서는 싱가포르 사용자의 요구규격인 높이 24cm 이하를 준수하기 위하여 상하를 절단한 cut-off 카세그레인 파라볼라 안테나로 설계하였다. 설계된 외형은 350×240 mm의 타원형 주반사판, 원형 부반사판 및 내경 19mm의 원형 도파관으로 구성하여 안테나 후면에 LNA를 장착하도록 하였다.
가설 설정
- 차량용 단말기는 이동하면서 통신하기 때문에 안테나 방위각과 앙각을 위성 방향으로 실시간 정렬하여야 한다. 본 연구에서는 단말기의 위치좌표에 따라 위성을 바라보는 앙각이 약 30～90도 사이에 놓인다고 가정하였다. 앙각에 따라 잡음 휘도온도의 차이가 발생하여 시스템 G/T가 변하는 것으로 알려져 있다.
제안 방법
- 4°)에서 위성 ST-2의 비콘 주파수의 C/N을 측정하였다. C/N에서 G/T로 변환하여 추정과 측정결과를 비교하여 분석 및 설계절차의 오류를 검증하였다. 본 논문의 실험을 통해 앙각과 G/T의 관계를 확인할 수 있었으며, 강우율 조건을 만족하는 시스템 설계절차의 모형을 수립하였다.
- 를 만족하는 최적화된 안테나 이득 설계를 위해 전파경로 환경요인들을 분석하였다. ITU-R 권고사항을 기반으로 김포와 싱가포르 지역의 강우량 및 연중평균 강우율에 따른 강우감쇠를 계산하였다. 위성을 바라보는 앙각에 따른 잡음온도를 얻기 위해 대기가스, 구름 등에 의한 대기환경 잡음온도를 분석하였다.
- 본 논문에서는 ITU-R P.372 Radio Noise 권고사항[1]을 기반으로 앙각 및 강우감쇠를 포함한 휘도온도를 분석한다. 시스템 성능에 필요한 G/T를 추가 분석하여 요구되는 안테나 이득을 추정하고, 안테나 제작 및 무반사실 측정을 통해 이론적 G/T 추정치와 측정결과를 비교한다.
- AF는 전파경로 손실이다[12]. 김포와 싱가포르 지역에서 위성과의 거리 38,563 km와 36,078 km 및 주파수 12.5 GHz를 식 (21)에 대입하여 206.06 dB 및 205.48dB의 경로손실을 구했다.
- 본 논문에서는 ITU-R SM.1448의 자료를 인용하여 김포(Zone K)와 싱가포르(Zone P)로 구분하여 각각 계산하였다[6].
- 본 논문에서는 안테나와 LNA 사이에 길이 2 cm의 원형 도파관 직접 연결구조로 설계하였다. 설계결과인 안테나 VSWR = 1.
- C/N에서 G/T로 변환하여 추정과 측정결과를 비교하여 분석 및 설계절차의 오류를 검증하였다. 본 논문의 실험을 통해 앙각과 G/T의 관계를 확인할 수 있었으며, 강우율 조건을 만족하는 시스템 설계절차의 모형을 수립하였다. 이 절차는 사용지역, 통신 가용성 및 데이터 통신 속도 요구규격을 준수할 수 있는 최적화된 안테나 이득을 도출할 수 있을 것으로 기대된다.
- 372 Radio Noise 권고사항[1]을 기반으로 앙각 및 강우감쇠를 포함한 휘도온도를 분석한다. 시스템 성능에 필요한 G/T를 추가 분석하여 요구되는 안테나 이득을 추정하고, 안테나 제작 및 무반사실 측정을 통해 이론적 G/T 추정치와 측정결과를 비교한다. 앙각에 따른 G/T를 실험하기 위해 제작한 안테나를 김포(θ = 30.
- 위성을 바라보는 앙각에 따른 잡음온도를 얻기 위해 대기가스, 구름 등에 의한 대기환경 잡음온도를 분석하였다. 안테나와 LNA의 부정합 손실, 전송선로손실 및 수신기의 잡음지수 등을 계산하여 수신기 잡음온도를 얻었다. 이로 인해 연중평균 강우율에 따른 위성 수신시스템 총 잡음온도를 앙각별로 계산할 수 있었다.
- 앙각과 G/T 관계를 실험하기 위해 제작된 안테나를 장착한 위성 단말기를 갖고, 김포( θ = 30.2°)와싱가포르(θ = 71.4°)에서 위성 ST-2의 비콘 주파수의 C/N을 측정하였다.
- 앙각에 따른 G/T를 실험하기 위해 제작한 안테나를 김포(θ = 30.2°)와 싱가포르(θ = 71.4°)에서 위성 ST-2(88°E)의 비콘신호C/N 직접 측정 방법으로 G/T를 도출한다.
- 71 dBi가 필요함을 도출했다. 여기서 김포지역의 분석은 앙각 비교시험을 위한 참고용으로 계산했다.
- 위성 ST-2(88°E)에서 송출하고 있는 Ku 밴드 12.50025 GHz 무변조 CW 비콘신호 14.0 dBw를[13] 단말기에서 수신된 C/N을 측정하는 직접 측정방식으로 진행하였다.
- 위성신호 수신에 필요한 최소 Eb / No를 만족하는 최적화된 안테나 이득 설계를 위해 전파경로 환경요인들을 분석하였다. ITU-R 권고사항을 기반으로 김포와 싱가포르 지역의 강우량 및 연중평균 강우율에 따른 강우감쇠를 계산하였다.
- ITU-R 권고사항을 기반으로 김포와 싱가포르 지역의 강우량 및 연중평균 강우율에 따른 강우감쇠를 계산하였다. 위성을 바라보는 앙각에 따른 잡음온도를 얻기 위해 대기가스, 구름 등에 의한 대기환경 잡음온도를 분석하였다. 안테나와 LNA의 부정합 손실, 전송선로손실 및 수신기의 잡음지수 등을 계산하여 수신기 잡음온도를 얻었다.
- 제작된 안테나를 장착한 위성 단말기를 사용해서 김포와 싱가포르에서 G/T 측정을 하였다. 위성 ST-2(88°E)에서 송출하고 있는 Ku 밴드 12.
대상 데이터
- 여기서 Tm은 강우 형성층의 평균 잡음온도로 주요 리포트에서 270～290 K 사이로 대다수 보고되었다[8]. 본 논문에서는 CCIR Report 564에서 제시한 통상적인 275 K를 적용하였다.
- 를 고려하여 안테나 이득 G를 도출한다. 본 실험에 사용한 위성모뎀은 iDirect 사의 E850 모델이다. Rb=45 Mbps, QPSK 3/4 Rate, 페이로드 Kb=11,600 bit, 프레임심벌 Ns=8,370 bit 일 때 요구되는 최소 Eb / No는 3.
- 설계된 외형은 350×240 mm의 타원형 주반사판, 원형 부반사판 및 내경 19mm의 원형 도파관으로 구성하여 안테나 후면에 LNA를 장착하도록 하였다.
성능/효과
- 설계된 외형은 350×240 mm의 타원형 주반사판, 원형 부반사판 및 내경 19mm의 원형 도파관으로 구성하여 안테나 후면에 LNA를 장착하도록 하였다. CST 툴 시뮬레이션을 통해 12.8 GHz에서 30.5 dBi의 이득을 얻었다.
- 여기서 강우감쇠 AR = 0 dB로 적용하였다. G/T 추정과 측정의 차이는 김포 +0.2 dBK-1, 싱가포르 +0.1dBK-1로 매우 근접한 결과를 얻었다.
- 이로 인해 연중평균 강우율에 따른 위성 수신시스템 총 잡음온도를 앙각별로 계산할 수 있었다. 다음에 위성 모뎀에서 신호처리에 필요로 하는 최소 Eb / No과 싱가포르 사용자 요구규격인 99.5 % 통신 가용성을 만족하기 위해서는 안테나 최소이득이 29.7 dBi가 필요함을 도출하였다. 이를 기반으로 CST 툴 시뮬레이션으로 안테나를 설계하였고, 안테나를 제작 측정하여 30.
- 3 dBw를 적용 후[13] 식 (20)을 사용한 안테나 이득 계산결과는 표 9와같다. 싱가포르 사용자의 요구규격인 99.5 %의 통신가용성을 위해 안테나 이득 29.71 dBi가 필요함을 도출했다. 여기서 김포지역의 분석은 앙각 비교시험을 위한 참고용으로 계산했다.
- 1 %에 해당하는 조건의 구름 수분의 총주상함량 L = 4 kg/m2을 대입하여 앙각 5～90° 사이의 구름 감쇠 Ac를 식 (12)로 계산한 결과는 그림 4와 같다. 위의 결과는 앙각이 지표면에 가까워질수록 구름감쇠의 크기가 증가한다는 것을 알 수 있다. 그림 2의 대기가스 잡음온도 Tg를 대기가스 감쇠 Ag로 바꾼 뒤, 구름감쇠 Ac를 식(11)에 대입하여 김포와 싱가포르 지역 대기환경에 의한 잡음온도 TSKY를 계산한 결과는 표 5와 같다.
- 7 dBi가 필요함을 도출하였다. 이를 기반으로 CST 툴 시뮬레이션으로 안테나를 설계하였고, 안테나를 제작 측정하여 30.3 dBi의 결과를 얻었다. 앙각과 G/T 관계를 실험하기 위해 제작된 안테나를 장착한 위성 단말기를 갖고, 김포( θ = 30.
후속연구
- 본 논문의 실험을 통해 앙각과 G/T의 관계를 확인할 수 있었으며, 강우율 조건을 만족하는 시스템 설계절차의 모형을 수립하였다. 이 절차는 사용지역, 통신 가용성 및 데이터 통신 속도 요구규격을 준수할 수 있는 최적화된 안테나 이득을 도출할 수 있을 것으로 기대된다.
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