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한국해군 함정 통신장비 안테나의 통합마스트 탑재 가능성
Feasibility of Communication Antennas Installation on Integrated Mast for ROK Navy 원문보기

한국정보통신학회논문지 = Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, v.24 no.5, 2020년, pp.638 - 645  

이종학 (KDDX IMAST, LIG Nex1) ,  오성원 (Division of Naval Officer Science, Mokpo National Maritime University) ,  라영은 (KDDX IMAST, LIG Nex1) ,  이건민 (KDDX IMAST, LIG Nex1) ,  이종성 (KDDX Business Management, LIG Nex1) ,  박태용 (Division of Naval Officer Science, Mokpo National Maritime University)

초록
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마스트는 해군 함정에서 가장 높은 구조물로, 장거리 통신 및 레이더 가시거리(LOS, Line Of Sight) 확보를 위해 각종 통신기와 레이더 안테나들이 설치된다. 통합마스트는 레이더 반사 면적(RCS, Radar Cross Section)을 줄일 수 있어 함 생존성 향상을 기대할 수 있기 때문에 최근 미국, 유럽 등 해외에서 건조되는 함정에 적용되고 있는 비율이 늘고 있다. 본 논문에서는 해외에서 통합마스트를 적용할 경우 통신 안테나의 통합 현황 및 안테나 개발 사례를 분석하였다. 그리고 한국 해군의 운용 통신망을 분석하여 통합마스트를 적용할 경우 통신기 안테나 형태에 따른 함정 RCS 영향, 다양한 대역의 통신기 안테나의 통합마스트 통합 가능성과 고려사항을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

The mast is the highest structure in a naval ship, and various communication and radar antennas are installed to achieve long-range communications and line of sight. The U.S. and European navy currently are adopting integrated mast to their new ships, as it can reduce the Radar Cross Section(RCS) of...

주제어

#통합마스트   #안테나   #레이더 반사 면적   #무선 통신기   #주파수 도약  

표/그림 (15)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 개발이 진행되고 있음을 알 수 있다. 따라서 본 논문에서는 위 두 가지 개념의 대표적인 형태인 네덜란드와 독일의 경우를 검토하였다. 위 두 가지의 가장 큰 차이점은 통신기 안테나를 평면형으로 개발하여 마스트에 통합했는가, 통합 안테나 마스트 형태로 구성했는가이다.
  • 본 논문에서는 네덜란드의 탈레스사와 독일의 Rohde & Schwarz사가 각각 전력화한 마스트의 안테나 구성과 특징을 조사하고 비교하였다.
  • 네덜란드를 비롯한 유럽과 미국은 2000년대에 건조된 함정부터 통합마스트를 적용하기시작했고, 이들 함정에는 기존의 모노폴 안테나(Monopole Antenna) 대신 마스트 면에 매립하는 다양한 형태의 배열안테나(Array Antenna)를 적용하여 RCS를 감소시켰다. 본 논문에서는 해외 함정의 통합마스트에 설치된 안테나의 종류를 분석하고, 한국 해군이 운용하는 통신망을 고려하여 안테나를 통합마스트에 탑재할 때 제한사항을 식별하고, 탑재할 때 고려해야할 요소를 제안하였다. 또한 안테나 통합 범위에 따라 달라지는 형상에 대한 RCS의 크기를 시뮬레이션 도구를 통해 해석하여 비교 분석하였다.
  • 한국 해군은 통합마스트 적용을 위해 해외사례를 연구하여 벤치마킹 하되, 각 군의 통신망의 차이, 작전 운용 개념의 차이, 리스크 관리 방안 등을 종합적으로 고려하여야한다. 최근 건조되는 함정에 통합마스트를 적용하는 여러가지 이유 중에는 마스트에 설치된 수 많은 모노폴 또는 다이폴 안테나에 의한 다중반사때문에 설계 당시에 고려했던 스텔스 성능이 저하되는것을 방지하기 위한 목적도 있다. 그러나 HF 대역이나한국해군만 사용하는 VHF 대역 등과 같이 Planar 안테나 개발 실적이 없고, 해당 통신망의 사용 빈도가 낮아안테나의 수가 많지 않은 경우에는 기존의 안테나 형태로 탑재하는 것도 개발 리스크를 줄이기 위한 선택이 될수 있다.

가설 설정

  • 25m, 지름 4cm의 1/4파장 모노폴 안테나로 모델링하였다. VHF 안테나는 주파수 도약모드를 사용하는 경우도 있음을 고려하여 하나의 안테나에 하나의 통신 기만 연결한 것으로 가정하였다. 선체와 마스트 형태는 RCS 감소를 위해 각 면을 10도 기울어지도록 디자인하였다.
  • 선체와 마스트 형태는 RCS 감소를 위해 각 면을 10도 기울어지도록 디자인하였다. 중심주파수 60MHz의 VHF 평면형 안테나 길이는 모노 폴과 동일한 1.25m로 정하고, 마스트 표면에 매립됨을 고려하여 안테나를 별도로 모델링하지 않고 통합마스트 면이 1.5m 높아지는 것으로 설정하였다. 그림9는 전체 모델링 형상이며, 다음 두 가지의 경우로 시뮬레이션하여 RCS 계산 결과를 비교하였다.
  • 경우에 대한 RCS를 비교하였다. 해당 대역의 통신기는 4대로 가정하였고, 마스트에 통합이 불가한 HF 안테나는 2개로 가정하였으며, 함정 상부 형상이나 안테나 설치 위치는 통상적인 배치를 참고하여 적용하였다.
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참고문헌 (12)

  1. Y. J. Choi, I. S. Choi, S. W. Oh, and Y. H. Jung, "Analysis of Diffraction Interference for Integrated Mast Using Uniform Theory of Diffraction," The Journal of Korean Institute of Information Technology, vol. 17, no. 3, pp. 51-58, Mar. 2019. 

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  2. W. N. Dawber, M. F. Pote, S. D. Turner, J. M. Graddon, D. Barker, G. Evans, and S. G. Wood, "Integrated Antenna Architecture for High Frequency Multifunction Naval Systems," in 2006 CIE International Conference on Radar, Shanghai, China, pp. 1-5, Oct. 2006. 

  3. H. K. Shin, S. G. Lee, D. M. Park, J. W. Shin, M. S. Chung, S. H. Park, and Y. B. Park, "Analysis of Radar Cross Section of a Battleship Equipped with an Integrated Mast Module Based on PO and PTD," Journal of Electromagnetic Engineering and Science, vol. 17, no. 4, pp. 238-240, Oct. 2017. 

    원문보기 상세보기 crossref

  4. T. Y. Park, "Types and Characteristics of Naval Ship Mast," in 2019 Proceeding of the Korea Institute of Information and Communication Engineering Conference, Busan, Korea, pp. 300-302, May. 2019. 

  5. K. H. Kang, H. Y. Jung, and S. H. Yim, "New Directions and Approached of Integrated Mast for Integrated-operating the Multi-sensor on Shipboard," in Proceeding of the Korean Society for Precision Engineering 2016 Autumn Conference, Yeosu, Korea, pp. OS044-OS045, Oct. 2016. 

  6. C. E. Kane, G. Fixter, and G. Pogson, "The Advanced Technology Mast for HMS Ark Royal," Plastic, Rubber and Composites, vol. 39, no. 3-5, pp. 238-243, 2010. 

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  7. H. P. Seo, and K. H. Lee, "Integrated Mast Applied for Improving Stealth Ship Performance," Korea Association of Defense Industry Studies, vol. 22, no. 3, pp. 27-46, Sep. 2015. 

  8. Thales group. I-Mast 400 Technical Specification[Internet]. Available: https://www.thalesgroup.com/sites/default/files/ database/d7/asset/document/i-mast_400-v01.pdf?_ga2126062661.913760122.1585721587-941495977.1585721587. 

  9. Second F125 Baden-Wurttemberg-Class Frigate Delivered To Germany[Internet]. Available: https://www.navalnews.com/naval-news/2020/03/second-f125-baden-wurttemberg-class-frigate-delivered-to-germany/#prettyPhoto. 

  10. The new Duch Patrol Ship[Internet]. Available: https://irp-cdn.multiscreensite.com/9afbdf10/files/uploaded/The%20new%20Dutch%20Patrol%20ship%20vs%20040308.pdf. 

  11. Rohde & Schwarz. New concept for communications and intercept antenna on ships[Internet]. Available: https://cdn.rohde-schwarz.com/magazine/pdfs_1/article/208/NEWS_208_ english_Antennas_on_ships.pdf. 

  12. Naval Analyses. Holland class offshore patrol vessels of the Royal Netherlands Navy[Internet]. Available: https://www.navalanalyses.com/2014/11/holland-class-offshore-patrol-boats-of.html. 

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