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연구의 목적 및 내용
o 국산화 개발 천리안위성 Ka 대역 통신시스템의 우주인증 및 차기위성 국산화를 위한 핵심원천 기술 확보
- 우주 기술 산업화 및 국내 우주 프로젝트 적용을 위한 천리안위성 Ka 대역 통신시스템 우주인증 (천리안위성 통신탑재체 시험 및 공공용 테스트베드 운영)과 국가 위성자원의 안정적 활용을 위한 위성 궤도/주파수 자원 확보 (천리안 위성 궤도/주파수 보호 및 후속 위성 자원 확보) 및 통계적 분석기반 간섭분석 연구
- 차기위성용 유연한 한국형 탑재체 개발을 위한 차기 Ka 대역 위성 탑재체 설

연구의 목적 및 내용
o 국산화 개발 천리안위성 Ka 대역 통신시스템의 우주인증 및 차기위성 국산화를 위한 핵심원천 기술 확보
- 우주 기술 산업화 및 국내 우주 프로젝트 적용을 위한 천리안위성 Ka 대역 통신시스템 우주인증 (천리안위성 통신탑재체 시험 및 공공용 테스트베드 운영)과 국가 위성자원의 안정적 활용을 위한 위성 궤도/주파수 자원 확보 (천리안 위성 궤도/주파수 보호 및 후속 위성 자원 확보) 및 통계적 분석기반 간섭분석 연구
- 차기위성용 유연한 한국형 탑재체 개발을 위한 차기 Ka 대역 위성 탑재체 설계 및 국제 기술 경쟁력 확보를 위한 가변 RF 기술 (가변 RF: 가변 주파수 변환기/필터, 6 dB 부스트 가능한 재구성 안테나 빔형성 핵심 모듈 및 40 W 고출력 증폭기)

연구개발성과
o 천리안 우주인증 및 위성 자원 확보
- 천리안위성 Ka대역 통신탑재체 성능 검증을 통한 우주인증완료
․ IOT 시험으로 Ka대역 통신 탑재체 RF 성능 측정 및 분석
․ 위성 텔레메트리를 이용한 Ka대역 통신 중계기 부품 성능 변화 분석
. 전국 17개 지점에서 빔커버리지 측정/분석 측정완료
- 천리안 위성시스템 테스트베드의 안정적 운영 및 공공기관/산업체 지원
․ 테스트베드 안테나 유지보수 및 위성통신방송 산업체에 테스트베드 제공 및 기술 지원 (KTskylife, 넷커스터마이즈)
. 공공 서비스 제공을 위한 원격 제어프로그램 개발 및 공공 서비스 시험 완료
․ 기상청, 국민안전처 등 위성 VSAT 공공서비스에 공 제공
. 천리안 통신위성 운영위원회 개최 (미래부 주관, ‘14.2.12)
(의제: 공공선도분야 활용 희망기관 선정 심의의결)
- 국가 통신방송 위성망 궤도/주파수 자원 확보 및 보호
. 정부주도 확보 추진 중인 위성망 궤도/주파수 자원 현황 검토 및 계획수립
. 천리안 위성망의 안정적 운용을 위한 타 국가 위성망과의 혼신조정
. 천리안 위성망 궤도/주파수 자원 보호를 위한 타 국가 신규 위성망 혼신 이의 제기
. 후속 위성망 궤도/주파수 확보를 위한 타 국가 위성망과의 혼신조정
. 후속 위성망 궤도/주파수 자원 보호를 위한 타 국가 신규 위성망 혼신 이의 제기
- 위성 및 지상 시스템 간섭 파라미터 조사 및 분석
. 통계적 분석 방법 적용을 위한 지상 간섭원 위성망 간섭 시나리오 분석
. 통계적 분석 방법을 이용한 지상 간섭원과 위성망 간섭 분석 알고리즘 연구 및 주파수 공유 방안 분석
o 차기위성 탑재체 설계 및 주요 부품 인증 모델 개발
- 차기위성 탑재체 설계
. 차기위성 Ka 대역 탑재체 서비스 커버리지 정의
. 차기위성 Ka 대역 탑재체 주파수 계획
. 차기위성 Ka 대역 통신·방송 탑재체 구성도
(통신 4채널, 방송 1채널)

. 차기위성 통신탑재체 주요 제원 정의
. 위성항법보정시스템(SBAS)임무 정의
. 시험용 위성항법탑재체 임무 정의
. 위성항법탑재체 서비스 커버리지 정의 및 구성도 도출
. SBAS 및 시험용 위성항법 탑재체 주요 제원 정의 및 항법 탑재체 구성도
. 데이터수집 탑재체 임무 정의; 서비스 커버리지 정의; 구성도 도출 및 주요 제원 정의

- 차기위성 주파수 고정 부품 개발
. 출력멀티플렉서
Ka대역, 대역폭 104 MHz, 보호대역 15 MHz, 반사손실 20 dB 이하, 삽입손실 0.7 dB 이하, TE011 모드를 이용하여 크기/무게 감소
. 출력멀티플렉서 엔지니어링 모델 제작 및 시험
. 선형화기 상세설계 완료
전치왜곡 방식
Schottky 다이오드를 이용한 기본적인 역 왜곡 신호 발생회로 입력 전력 레벨의 증가에 따른 바이어스 point 이동 특성 이용
. 선형화기 엔지니어링 모델 제작 및 시험
주파수: 21.4 ~ 22.0 GHz
삽입손실 < 8 dB, 반사손실 > 15 dB
진폭 변화 > 2.5 dB, 위상변화 > 5°

o 차기위성 가변 주파수 변환기/필터 개발
- 가변 국부 발진기
. LO 출력 주파수: 7.7 ~ 10.7 GHz
(3 GHz 주파수 가변)
. 위상 잡음 < -96 dBc/Hz @ 100 kHz offset
- 가변주파수하향변환기
. 방송용 상향링크 신호(28.8 ~ 29.4 GHz)를 하향 링크 대역 신호
(19.6 ~ 20.2 GHz)로 변환
. 28 dB 변환이득, 18.7 dB 반사손실
. 주파수변환기, 가변LO, DC-DC변환기 일체형 모듈
- 가변 필터
. 주파수 가변 300 MHz; 대역폭 가변 50 MHz; 대역 내 반사손실 20 dB; 삽입손실: 1.0 dB; 차단 25 dB
. TE211 이중모드 및 단일모드 이용 ⟶ 소형화
. 전달영점 추가로 대역 경계 차단 특성 개선
. 모터 제어보드: CAN 통신/USB 통신, Matlab 함수로 위치/속도 제어

o 재구성 안테나 개발
- 재구성 안테나 설계 및 검증
. 배열급전 IRA (Imaging Reflector Antenna) 설계
. 2.8 m 직경 주반사판; 19 개 소자; 2종 HPA로 구성
. 북한을 포함한 한반도 EOC 이득 41 dBi 설계 검증
. 성형 빔 및 6 dB 가변 출력 기능 설계 검증

- 4×4 배열 빔 송신 안테나 인증 모델 제작 및 시험
․ 위상 분해능 1 도 이내 빔 형성 회로 인증 모델 제작 및 시험
. 4×4 배열 빔 송신 안테나 인증 모델 조립 및 제작
. 4×4 배열 빔 송신 안테나 인증 모델 동기화 및 패턴 시험
- 4 x 4 배열 빔 형성 회로 개발
. 급전부 제작: 반사손실 < 25 dB, 반전력빔폭 26.7 도
․ 빔형성기 및 제어기
대역폭: 19.5 ~ 22.5 GHz; 입/출력 반사손실: 10 dB 이상
전체 이득: 3 dB; 위상 가변: 360 도, 분해능: 1 도 이내
진폭 가변: 8 dB; 분해능 0.5 dB

o GaN MMIC 기반 고출력 증폭기 개발
- 40 W SSPA 상세 설계 및 구성 부품 개발 적용
. 12 W HPA MMIC 설계 및 제작
. 40 W SSPA 설계 결과 56 dB 선형 이득, 46 dBm Psat, 20 % PAE 예측
. 고출력증폭기(SSPA)용 전손실 전력결합기 소형화 개발 적용
. 고출력증폭기(SSPA) 4-Way 전력분배기 소형화
. 소형화 도파관-Coaxial Transition 개발 적용
- 40 W 출력 SSPA 인증 모델 제작 및 시험
. 주파수 21.4 ~ 22.0 GHz; 선형 이득 56 dB;
. Psat 42 W (46.2 dBm) ; PAE 23 %;
. 모듈 크기 240 mm × 110 mm × 30 mm

연구개발성과의 활용계획(기대효과)
o 기술결과 활용 계획
⋅우주개발중장기 개발 계획에 따라 추진 중인 통신방송위성 국산화 개발 및 전파영상레이더위성 개발에 활용
⋅차세대 전자식능동배열레이더 시스템에 활용

o 기대효과
⋅5G 이동통신 및 레이더 시스템 분야에 응용 가능
⋅2,000억 원 이상의 수입 대체 및 차기위성 개발에 적용
⋅기술 확보를 통해 약 200조 원 규모의 세계 위성 시장 진입 기반 구축
⋅통신위성 우주인증을 통한 국가 위상 및 국민 자긍심 제고
⋅해상 지역 및 난시청 지역 등 정보 소외 지역에 대한 정보화 격차 해소
⋅국민의 생명과 재산을 보호하기 위한 재난 및 비상통신 서비스 제공

(출처 : 요약문 8p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 7
• 요약문 ... 8
• 목차 ... 13
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 14
• 가. 개발 개요 ... 14
• 나 기술 개발 필요성 ... 19
• 다. 기술 개발의 목표 및 내용 ... 27
• 2. 연구수행내용 및 성과 ... 29
• 가. 연구 수행 내용 ... 29
• (1) 천리안위성 Ka 대역 통신시스템 우주인증 및 국가 위성자원 확보 ... 29
• (2) 차기위성(한국형 통신방송위성) 탑재체 및 가변 RF 기술 ... 59
• (3) 주파수 고정부품 개발 ... 73
• (4) 가변 주파수변환기/필터 기술 개발 ... 97
• (5) 재구성 안테나 기술 개발 ... 121
• (6) 소형/고신뢰성 GaN MMIC 기반 Ka 대역 고출력 증폭기 기술 개발 ... 142
• 나. 연구개발 성과 ... 172
• (1) 연차별 정량적 목표 산출물 계획 및 성과 목표치 달성치 ... 172
• 3. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 181
• 가. 세부 연구 목표 달성도 ... 181
• 나. 정량적 성능 목표 달성여부 ... 182
• 다. 연구개발 우수성 및 관련분야 기여도 ... 183
• 라. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) ... 184
• 4. 연구개발성과의 활용 계획 등 ... 185
• 가. 연구개발 성과의 활용분야 및 활용방안 ... 185
• 나. 사업화 계획 ... 186
• (1) 사업화가 가능한 요소기술/목표제품/서비스 정의 ... 186
• (2) 생산 계획 ... 187
• (3) 사업화 아이템별 세부내용 ... 189
• 붙임. 참고문헌 ... 198
• 붙임. 자체 보안관리 진단표 ... 199
• 끝페이지 ... 200