전개형 솔리드 안테나에서 패널 전개 시 발생할 수 있는 구조적인 오차가 안테나 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 위성에서 활용되는 전개형 안테나는 지상에서 접힌 상태로 발사되어 우주 공간에서 펼쳐지며, 전개 시 발생할 수 있는 오차의 형태를 분류하여 각각의 경우에 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 패널 하나에만 전개 오차가 있을 때는 불완전 전개 패널에 해당하는 쪽에서 안테나 성능의 열화가 발생하였다. 패널 전개 오차가 코사인 함수의 형태로 분포한다고 가정하여 오차의 크기와 오차 형태에 따른 영향을 계산하고 분석하였다. 안테나 패널 오차가 균일한 경우에는 오차크기에 비례하여 이득이 감소하고, 패턴은 대칭이다. 코사인 1 또는 3주기의 패널 오차에 대해서는 주엽의 기울어짐이 나타나며, 코사인 2 또는 4주기의 패널 오차에 대해서는 패턴은 대칭이며, 이득이 감소한다.
전개형 솔리드 안테나에서 패널 전개 시 발생할 수 있는 구조적인 오차가 안테나 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 위성에서 활용되는 전개형 안테나는 지상에서 접힌 상태로 발사되어 우주 공간에서 펼쳐지며, 전개 시 발생할 수 있는 오차의 형태를 분류하여 각각의 경우에 성능에 미치는 영향을 분석하였다. 패널 하나에만 전개 오차가 있을 때는 불완전 전개 패널에 해당하는 쪽에서 안테나 성능의 열화가 발생하였다. 패널 전개 오차가 코사인 함수의 형태로 분포한다고 가정하여 오차의 크기와 오차 형태에 따른 영향을 계산하고 분석하였다. 안테나 패널 오차가 균일한 경우에는 오차크기에 비례하여 이득이 감소하고, 패턴은 대칭이다. 코사인 1 또는 3주기의 패널 오차에 대해서는 주엽의 기울어짐이 나타나며, 코사인 2 또는 4주기의 패널 오차에 대해서는 패턴은 대칭이며, 이득이 감소한다.
In the deployable solid surface antennas, the effects on the performances of antenna due to the structural errors that occur during the deployment are analyzed. The deployable solid surface antennas employed in a satellite are launched in folded configuration and those are deployed in the space envi...
In the deployable solid surface antennas, the effects on the performances of antenna due to the structural errors that occur during the deployment are analyzed. The deployable solid surface antennas employed in a satellite are launched in folded configuration and those are deployed in the space environment, and the effects on the antenna performance are calculated depending on the type of surface errors. When the deviation error occurs in one panel, the degradation of performance appears in the side where the incomplete deployment of panel occurs. By assuming that the panel error distribution is in cosine function, the effect of errors are calculated and analyzed with regard to the types and the magnitude of the error. If the antena panel error is uniform, the gain is reduced and pattern is symmetric. For the panel error of cosine 1 or 3 cycle, the main lobe tilts while the pattern is symmetric and the gain reduces for 2 or 4 cycle error.
In the deployable solid surface antennas, the effects on the performances of antenna due to the structural errors that occur during the deployment are analyzed. The deployable solid surface antennas employed in a satellite are launched in folded configuration and those are deployed in the space environment, and the effects on the antenna performance are calculated depending on the type of surface errors. When the deviation error occurs in one panel, the degradation of performance appears in the side where the incomplete deployment of panel occurs. By assuming that the panel error distribution is in cosine function, the effect of errors are calculated and analyzed with regard to the types and the magnitude of the error. If the antena panel error is uniform, the gain is reduced and pattern is symmetric. For the panel error of cosine 1 or 3 cycle, the main lobe tilts while the pattern is symmetric and the gain reduces for 2 or 4 cycle error.
전개형 솔리드 안테나에서 반사판을 형성하는 패널이 전개 시 발생하는 오차에 의한 안테나 성능의 변화를 분석하였다. 오차의 형태로서 하나의 패널에만 오차가 나타나는 경우와 주기별 코사인 형태의 오차가 나타나는 경우를 가정하여 안테나 성능의 변화를 분석하였다.
가설 설정
전개 후 발생할 수 있는 오차의 형태로 전체 패널이 일정한 크기로 불완전 전개가 이루어지는 경우와 한쪽으로 기울어진 형태로 불완전 전개되는 경우를 가정할 수 있다. 이러한 상황을 고려하여 패널 오차의 형태를 방위각에 따라 코사인 형태로 변화한다고 가정하여 전체 패널 오차에 따른 안테나 성능을 분석하였다.
제안 방법
본 연구에서는 전개형 솔리드 안테나에서 전개 시 기계장치의 오동작 등에 의해 발생하는 오차의 형태를 분류하고, 불완전 전개의 형태에 따라 안테나의 성능에 미치는 영향을 분석하였다.
불완전 전개 패널은 첫 번째 패널로 가정하여 패널 끝의 z축 방향 오차의 변화에 대한 안테나 성능의 영향을 계산하였으며, 물리광학적 근사에 의한 방법으로 해석하는 상용프로그램(GRASP)을 활용하였다. 급전 패턴은 가우시안 형태로 가정하였으며, 편파는 x 방향 선형 편파로 설정하였다.
전개형 솔리드 안테나에서 반사판을 형성하는 패널이 전개 시 발생하는 오차에 의한 안테나 성능의 변화를 분석하였다. 오차의 형태로서 하나의 패널에만 오차가 나타나는 경우와 주기별 코사인 형태의 오차가 나타나는 경우를 가정하여 안테나 성능의 변화를 분석하였다.
대상 데이터
그림 2는 한 개의 패널 불완전 전개에 대한 형상을 보여주고 있다. 전개된 안테나의 직경은 3 m로 가정하였고, 중앙판의 직경은 0.8 m,초점거리는 1.1 m로 하여 계산하였다.
성능/효과
방사패턴의 계산을 통한 분석 결과, 하나의 패널에만 오차가 발생하는 경우, 부엽레벨이 패널 오차에 민감하게 반응하고, 코사인 형태의 패널 오차는 이득, 3 dB 빔폭, 부엽레벨 등의 특성에 영향을 미친다. 위성에서 사용하고자 하는 전개형 솔리드 안테나에서 패널 오차의 발생에 의한 영향을 분석함으로써, 기계적으로 허용되는 패널 오차의 범위를 설정하기 위한 기준을 제공할 수 있다.
이득은 오차가 증가함에 따라서 전반적으로 성능이 저하되나, 변화량은 미소하며, 오차가 15 mm 이상부터는 이득이 약간 증가하지만 변화가 거의 없다. 부엽레벨은 오차가 커질수록 상당한 영향을 받게 되며, 오차가 증가할수록 성능이 저하된다.
후속연구
방사패턴의 계산을 통한 분석 결과, 하나의 패널에만 오차가 발생하는 경우, 부엽레벨이 패널 오차에 민감하게 반응하고, 코사인 형태의 패널 오차는 이득, 3 dB 빔폭, 부엽레벨 등의 특성에 영향을 미친다. 위성에서 사용하고자 하는 전개형 솔리드 안테나에서 패널 오차의 발생에 의한 영향을 분석함으로써, 기계적으로 허용되는 패널 오차의 범위를 설정하기 위한 기준을 제공할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
위성에서 반사판 안테나가 많이 사용되는 이유는?
우주 공간에서 지상 관측 또는 통신용으로 사용되는 안테나는 높은 이득과 유연한 빔 형성이 요구된다. 반사판 안테나는 지향성이 좋으며, 높은 이득을 가지고 있어 위성에 많이 사용된다[1]. 반면, 위성체는 제한된 추진력과 탑재 공간을 가진 발사체에 탑재되어 우주 공간으로 이동하여야 하므로, 위성용 안테나에서 수납 직경의 축소와 경량화가 요구되며, 이에 관련된 연구가 활발하게 진행되고 있다[2],[3].
위성용 안테나의 수납 직경 축소와 경량화가 필요한 이유는?
반사판 안테나는 지향성이 좋으며, 높은 이득을 가지고 있어 위성에 많이 사용된다[1]. 반면, 위성체는 제한된 추진력과 탑재 공간을 가진 발사체에 탑재되어 우주 공간으로 이동하여야 하므로, 위성용 안테나에서 수납 직경의 축소와 경량화가 요구되며, 이에 관련된 연구가 활발하게 진행되고 있다[2],[3]. 전개형 반사판 안테나는 접힌 상태로 발사체에 탑재되어 우주 공간으로 이동한 뒤 목적지에서 반사판을 전개함으로써 원하는 형상을 구현하는 안테나이다.
전개형 반사판 안테나의 장점은 무엇인가?
전개형 반사판 안테나는 접힌 상태로 발사체에 탑재되어 우주 공간으로 이동한 뒤 목적지에서 반사판을 전개함으로써 원하는 형상을 구현하는 안테나이다. 전개 구조라는 특성에 의해 소형화한 상태에서 탑재하는 것이 가능하다[4]. 우주에서 사용하기 위한 전개형 안테나로는 전개형 솔리드 안테나, 메쉬 안테나, 인플레터블 안테나 등이 있다.
참고문헌 (9)
C. A. Balanis, Antenna Theory Analysis and Design, Wiley, 2005.
R. Taylor, D. Turse, P. Keller, and L. Adams, "Large aperture, solid surface deployable reflector", Earth Science Technology Forum, 2010.
V. S. Zolesi, P. L. Ganga, L. Scolamiero, A. Micheletti, P. Podio-Guidugli, G. Tibert, A. Donati, and M. Ghiozzi, "On an innovative deployment concept for large space structures", 42nd International Conference on Environmental Systems, Jul. 2012.
R. Barrett, R. Taylor, P. Keller, D. Codell, and L. Adams, "Deployable reflectors for small satellites", 21th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, 2007.
A. W. Love, "Some highlights in reflector antenna development", Radio Science, vol. 11, no. 8-9, pp. 671-684, Aug.-Sep. 1976.
R. E. Freeland, G. D. Bilyeu, G. R. Veal, and M. M. Mikulas, "Inflatable deployable space structures technology summary", 49th International Astronautical Congress, Sep.-Oct. 1998.
이택경, "위성 SAR 센서용 전개형 경량화 안테나 설계", 한국전자파학회논문지, 25(11), pp. 1104-1112, 2014년 11월.
M. C. Bailey, C. R. Cockrell, and L. D. Staton, "Electronic compensation for reflector surface distortion to improve radiation pattern characteristics of antennas", NASA Technical Memorandum, Feb. 1989.
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