본 연구는 디지털위성중계기용 SHF 대역 안테나의 설계 및 구현에 대해 기술하였다. SHF 대역 안테나는 반사판, Septom Polarizer, Feed Horn 및 지지대 등으로 구성된다. 제작 전 우주환경에 대한 사전 시뮬레이션 분석을 통하여 장비 오동작 가능성을 최소하였으며, 발사환경 시 발생하는 진동에 대한 시뮬레이션을 통해 신뢰성 있는 안테나를 설계하였으며, 제작 후 주요 성능지표에 대해 만족여부 확인 및 사전 성능 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 안테나를 제작 후 안테나 주빔의 최대이득은 36.5dBi 로 요구조건인 35dBi 이상을 만족하며, 반사손실에 대해서도 최대 -24dB 이하로 요구조건 -20dB를 만족한다. 또한 안테나의 송수신 격리도에 대해서도 -22.6dB 이하로 요구조건 -20dB 이하를 만족한다. 본 논문에 기술한 위성 중계기용 안테나는 고신뢰성이 요구되는 정지궤도 및 저궤도 위성분야에 향후 활용이 가능하다.
본 연구는 디지털위성중계기용 SHF 대역 안테나의 설계 및 구현에 대해 기술하였다. SHF 대역 안테나는 반사판, Septom Polarizer, Feed Horn 및 지지대 등으로 구성된다. 제작 전 우주환경에 대한 사전 시뮬레이션 분석을 통하여 장비 오동작 가능성을 최소하였으며, 발사환경 시 발생하는 진동에 대한 시뮬레이션을 통해 신뢰성 있는 안테나를 설계하였으며, 제작 후 주요 성능지표에 대해 만족여부 확인 및 사전 성능 시뮬레이션 결과와 비교하였다. 안테나를 제작 후 안테나 주빔의 최대이득은 36.5dBi 로 요구조건인 35dBi 이상을 만족하며, 반사손실에 대해서도 최대 -24dB 이하로 요구조건 -20dB를 만족한다. 또한 안테나의 송수신 격리도에 대해서도 -22.6dB 이하로 요구조건 -20dB 이하를 만족한다. 본 논문에 기술한 위성 중계기용 안테나는 고신뢰성이 요구되는 정지궤도 및 저궤도 위성분야에 향후 활용이 가능하다.
This study describes the design and implementation of Antenna for Digital Satellite Communication. The Antenna unit for SHF band consists of Reflector, Septom Polarizer, Feed Horn and Support Frame etc. Thought analysis of space environment before production, the possibility of the malfunction of eq...
This study describes the design and implementation of Antenna for Digital Satellite Communication. The Antenna unit for SHF band consists of Reflector, Septom Polarizer, Feed Horn and Support Frame etc. Thought analysis of space environment before production, the possibility of the malfunction of equipment minimized and we designed a reliable Antenna through simulation for vibration and thermal analysis generated during the launch, and compared pre-simulation of main performance results to test results about main performances of Antenna after production. After fabricating the antenna, the maximum gain of the antenna main beam is 36.5dBi, which satisfies the requirement of 35dBi or more, and it also satisfies the requirement of -20dB for return loss of less than -24dB. Also, the isolation of the transmission and reception of the antenna is -22.6dB or less, which satisfies the requirement of -20dB or less. The antenna for digital satellite communication described in this paper can be used in the satellite field of geostationary earth orbit and low earth orbit requiring high reliability in the future.
This study describes the design and implementation of Antenna for Digital Satellite Communication. The Antenna unit for SHF band consists of Reflector, Septom Polarizer, Feed Horn and Support Frame etc. Thought analysis of space environment before production, the possibility of the malfunction of equipment minimized and we designed a reliable Antenna through simulation for vibration and thermal analysis generated during the launch, and compared pre-simulation of main performance results to test results about main performances of Antenna after production. After fabricating the antenna, the maximum gain of the antenna main beam is 36.5dBi, which satisfies the requirement of 35dBi or more, and it also satisfies the requirement of -20dB for return loss of less than -24dB. Also, the isolation of the transmission and reception of the antenna is -22.6dB or less, which satisfies the requirement of -20dB or less. The antenna for digital satellite communication described in this paper can be used in the satellite field of geostationary earth orbit and low earth orbit requiring high reliability in the future.
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문제 정의
발사환경 및 우주환경에 대한 생존성을 사전 검증하기 위하여 본 논문에서는 진동 및 열진공에 대한 시뮬레이션을 진행하였다. 안테나는 전자부품이 실장되지 않는 구성품이기 때문에 방사능분석은 해당사항이 없다.
본 논문에는 지상국으로 수신한 SHF대역의 신호를 수신과 다시 지상국으로 송신한 SHF대역의 신호를 송신하는 역할을 하는 안테나의 설계, 구현 및 우주환경 분석결과에 대해 기술한다.
본 논문은 위성중계기용 안테나의 설계 및 구현에 대해 기술하였다.
제안 방법
제작 전 안테나의 반사손실, 송수신격리도, 이득특성 등에 대해서 사전 분석을 하였으며, 제작 후 주요성능지표에 대해서 시험을 통하여 요구사항 만족여부 및 시뮬레이션 분석결과와 비교하였다. 2.3절에서는 안테나의 운용시 최대, 최소 온도를 분석하여 안테나반사판 변형 정도에 대해 분석하여 정지궤도 운용시변형량을 분석하였다. 2.
Feed Horn의 반사손실 및 편파분리 특성을 확인하기 위하여 시뮬레이션을 수행하였다. 그림 4와 같이 운용대역에서 S11 특성은 –25dB 이하, S21 특성은 약 –24dB 이하로 포트 간 분리가 충분히 됨을 나타낸다.
위성중계기용 안테나는 그림 2와 같이 반사판, Septom Polarizer, Feed Horn 및 지지대 등으로 구성된다. 반사판은 직경 1.1m이며, 반사효율이 극대화되도록 설계하였으며, CFRP재질로 변성이 최소화되도록 설계하였다. Septom Polarizer는 RHCP, LHCP의 편파를 분리하는 역할을 한다.
본 위성중계기용 안테나의 송신 및 수신 이득 특성은 35dBi 이상, 부엽특성은–15dB 이하이고, 빔폭은 1.3°이하를 만족하도록 설계 및 구현하였다.
디지털위성중계기의 개념도는 그림 1과 같다. 안테나로부터 미약한 신호의 SHF대역의 신호를 수신하여 입력필터(IFA : Input Filter Assembly)로 필터링되고, 미약한 신호를 저잡음증폭장치(LNA : Low Noise Amplifier)로 증폭을 시켜준다. 그리고 입력다중화기(IMUX : Input Multiplexer)가 각 주파수 대역을 필터링하고 하향주파수변환기(Down Converter)를 통해 L대역으로 하향 변환한다.
제작 전 안테나의 반사손실, 송수신격리도, 이득특성 등에 대해서 사전 분석을 하였으며, 제작 후 주요성능지표에 대해서 시험을 통하여 요구사항 만족여부 및 시뮬레이션 분석결과와 비교하였다. 2.
최종적으로 안테나의 이득특성은 그림 14의 시험구성도와 같이 네트워크분석기 및 자동화 Scanner를 사용하여 측정한다. 측정결과와 같이 안테나 주빔의 최대이득은 36.
대상 데이터
디지털위성중계기용 안테나의 전 부품에 대해서 정지궤도급에서 사용가능한 부품으로 적용하였다. 그림 3은 안테나의 Feed Horn의 내부 구성을 나타낸다.
성능/효과
3절에서는 안테나의 운용시 최대, 최소 온도를 분석하여 안테나반사판 변형 정도에 대해 분석하여 정지궤도 운용시변형량을 분석하였다. 2.4절에서 기술한 안테나의 시험결과와 같이 안테나 주빔의 최대이득은 36.5 dBi로 요구조건인 35dBi 이상을 만족하며, 반사손실에 대해서도 최대 –24dB 이하로 요구조건 –20dB를 만족한다. 또한 안테나의 송수신 격리도에 대해서도 –22.
후속연구
6 dB 이하로 요구조건 –20dB 이하를 만족한다. 본 연구 과정 및 결과를 바탕으로 고신뢰성이 요구되는 정지궤도 및 저궤도 위성용 안테나 개발에 활용할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
운용환경을 고려한 위성 안테나의 사전 열분석이 필요한 이유는 무엇인가?
26Hz으로 분석되며, 시스템 요구사항인 60Hz이상으로 진동조건을 만족한다. 위성이 우주궤도에서 운용 중에 위성내부는 열제어가 가능하지만 안테나의 경우 외부로 노출되어 장착되기 때문에 온도에 대한 기계적 변형이 생겨 지구국과의 안테나 빔정렬이 틀어질 수 있다[7,8]. 따라서 운용환경을 고려한 위성 안테나의 사전 열분석이 필요하다.
아날로그 위성중계기의 단점은 무엇인가?
기존 아날로그 위성 중계기에서 점차 위성중계기에 대해서도 디지털화가 가속화되고 있다. 아날로그 위성중계기는 강우에 대한 신호의 감쇄 등의 단점을 가지고 있다. 아날로그 위성중계기에 비해 디지털위성중계기는 자동 및 수동 이득 조정 기능 보유, 부채널 스위칭기능, 방송기능 등을 가지고 있어서 위성 통신 효율을 극대화할 수 있는 장점을 가지고 있다.
SHF 대역 안테나는 어떻게 구성되는가?
본 연구는 디지털위성중계기용 SHF 대역 안테나의 설계 및 구현에 대해 기술하였다. SHF 대역 안테나는 반사판, Septom Polarizer, Feed Horn 및 지지대 등으로 구성된다. 제작 전 우주환경에 대한 사전 시뮬레이션 분석을 통하여 장비 오동작 가능성을 최소하였으며, 발사환경 시 발생하는 진동에 대한 시뮬레이션을 통해 신뢰성 있는 안테나를 설계하였으며, 제작 후 주요 성능지표에 대해 만족여부 확인 및 사전 성능 시뮬레이션 결과와 비교하였다.
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