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목차
� 1. 위탁과제 개요
� 2. 시스템 설계 요구사항
� 3. 나로우주센터 텔레메트리 피드시스템 소개
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1. 위탁과제 개요
1. 위탁과제 개요
� 연구동기
� 발사체 텔레메트리(원격측정) 분야에서 기존 S 대역과 더불어 향후 C 대역
활용에 대한 원천기술을 확보하고자 함
� 연구목표
� 발사체 텔레메트리 지상국 추적 안테나시스템용 S/C 다중대역 신호수신 및
자동추적을 위한 안테나 피드시스템의 요소기술 개발 및 기본설계
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자동추적을 위한 안테나 피드시스템의 요소기술 개발 및 기본설계
� 연구기간: 2013.04.01~2013.12.31
� 연구비: 80,000 천원
※ S 대역: 2.2~2.3GHz, C 대역: 5.09~5.15GHz
1. 위탁과제 개요
� 연구내용
� 다중대역 신호수신 및 자동추적이 가능한 안테나 피드시스템 관련 기술동향
조사/분석
� 적용 가능한 기술검토 및 설계방안 도출
� S/C 다중대역 신호수신 및 자동추적을 위한 안테나 피드시스템의 요소기술
개발 및 기본설계
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개발 및 기본설계
� 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 기본설계 검증
2. 시스템 설계 요구사항
※ TBD 사항을 포함한 세부 설계 요구사항은 협의 후 변동 가능합니다.
2. 시스템 설계 요구사항 (1/11)
� S/C 각 대역별 신호수신 및 모노펄스 자동추적이 가능한 피드 설계 및
시뮬레이션을 통한 검증
� 모노펄스 추적을 위한 각 대역별/편파별 ∑(Sum) 및 ∆(Delta) 신호 신호 생성
� Delta 신호: Azimuth와 Elevation의 추적오차를 나타내는 신호로서,
Sum 신호와 커플링됨 (p. 24 참고)
각 대역별 및 신호의 방사패턴 시뮬레이션 결과 제시 예
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� 각 대역별 ∑ 및 ∆ 신호의 방사패턴 시뮬레이션 결과 제시 (예)
Sum 신호
Delta 신호
2. 시스템 설계 요구사항 (2/11)
� 방사패턴 사양: TBD
Central lobe와Second lobe의 차이
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Central lobe의 3dB Beam-width
2. 시스템 설계 요구사항 (3/11)
� Tracking slope: TBD
� 추적오차에 따른 Delta 채널의 최종적인 전압차이로서, LNA 및 커플러
통과 후의 신호 레벨을 의미함
� 각 대역별 Azimuth, Elevation의 Tracking slope: TBD
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2. 시스템 설계 요구사항 (4/11)
� 피드시스템의 구성 요소설계 방안 도출
� (필요할 경우) LHCP/RHCP 생성을 위한 Polarizer
� 발사체의 송신 편파는 선형 또는 CP일 수 있음
� LNA, 대역저지 필터, Coupler, Divider 등
� Delta Azimuth 및 Elevation 신호 생성을 위한 Modulator
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� 상기 구성 요소에 대하여 상용제품(Commercial On-The-Shelf, COTS)
활용이 가능하며, 상용제품 활용이 불가할 경우 설계 방안 제시
� 현 시스템의 LNA, Modulator, Divider, Coupler 등이 COTS임
2. 시스템 설계 요구사항 (5/11)
� 피드시스템의 구성 요소설계 방안 도출 (계속)� 예시: 참고문헌-[2009] A simultaneous S/X feed-system for a LEO-satellite-
tracking reflector antenna� 각 설계요소의 COTS 활용여부 및 사양, 설계방안 등을 제시
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2. 시스템 설계 요구사항 (6/11)
� 시스템 잡음온도� 피드시스템의 잡음온도 요구사항 @ Elevation 5°
주파수 2300 MHZ < 158K (22dBK)
주파수 5100 MHZ < 251K (24dBK)
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� 시스템 잡음온도 = Antenna temp + LNA temp + RF chain temp
� 현 시스템의 잡음온도: 약 125K (21dBK) @ Elevation 5°, 2300 MHZ
� Antenna temp = Sky temp + Feed loss temp + Random temp
• 현 시스템의 Antenna temp: 약 87~90K @ Elevation 5°, 2300MHZ
� LNA temp: 현 시스템의 LNA temp는 약 35~37K @ 2300MHz
� RF chain temp: LNA 뒷단의 잡음 온도로서 minor함.
� 각 요소별 잡음온도 제시
2. 시스템 설계 요구사항 (7/11)
� 피드시스템의 잡음 온도에 따른 G/T (Gain over Temperature)
� 지름 11m, Efficiency가 44.7%(-3.5dB)일 경우의 안테나의 이득
• @ 2300MHz: 44.96 dBi (= 48.46-3.5)
• @ 5100MHz: 51.88 dBi (= 55.38-3.5)
� G/T @ Elevation 5°
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• @ 2300MHz: > 22.96 dB/K (= 44.96-22)
• @ 5100MHz: > 27.88 dB/K (= 51.88-24)
2. 시스템 설계 요구사항 (8/11)
� 참고. BAE Systems S/X 다중대역 피드시스템의 사양: 지름 6.4m� S 대역 (Rx: 2200~2300MHz) G/T @ Elevation 5°: 19dB/K
• Efficiency가 44.7~50%(-3.5 ~ -3dB)일 경우 이득은 39.86~40.75 dBi
• S대역의 System noise temp 추정값: 20.86~21.75 dBK
� X 대역 (Rx: 8000~8500MHz) G/T @ Elevation 5°: 28dB/K
• Efficiency 44.7~50%(-3.5 ~ -3dB) 일 경우 이득은 51.08~52.11 dBi
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• Efficiency 44.7~50%(-3.5 ~ -3dB) 일 경우 이득은 51.08~52.11 dBi
• X대역의 System noise temp 추정값: 23.08~24.11 dBK
� 비교. 설계 요구사항 (p.12)
참고문헌: [2009] A simultaneous S/X feed-system for a LEO-satellite-tracking reflector antenna
주파수 2300 MHZ < 158K (22dBK)
주파수 5100 MHZ < 251K (24dBK)
2. 시스템 설계 요구사항 (9/11)
� 전압 정재파비 (VSWR): < 1.5:1
VSWR 반사계수
1.5:1 1/5
2.0:1 1/3
3.0:1 1/2
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� 축비 (Axial ratio): < 1.6dB� 신호의 위상에 따른 선형편파의 수신레벨 차이를 나타내며,
축비가 3dB 이하이면 CP라고 할 수 있음.
2. 시스템 설계 요구사항 (10/11)
� 대역저지 필터 (Band Stop Filter)
� 추적레이더와 관련한 신호(5.4~5.6GHz)가 피드시스템에 끼치는 영향을 줄이
기 위한 대역저지 필터가 필요함
� 사양
용도 주파수 대역 (GHz) Loss
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추적레이더5.4~5.6
(Stop 대역)>100 (TBD) dB
텔레메트리2.2~2.3,
5.09~5.15를 포함한Pass 대역
< 0.5 dB
2. 시스템 설계 요구사항 (11/11)
� 교차편파 성능: TBD
� Co-Polar, Cross-Polar
� S/C 대역 신호의 간섭으로 인한 Noise: TBD
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� 피드시스템의 크기: TBD
� 현 피드시스템의 사이즈는 약 지름 300 mm , 길이 880 mm이며, 이에 대비
1XX % 이내
3. 나로우주센터 텔레메트리 피드시스템 소개※ 과제 파악에 도움을 드리기 위한 참고용 자료입니다.
3. 나로우주센터 텔레메트리 피드시스템 소개 (1/6)
� 발사체 원격자료 수신을 위한 텔레메트리 지상국 피드시스템 소개
� Prime focus 방식이며, 모노펄스 자동추적 기능이 있음
� 운용대역: S 단일대역 2.20~2.40 GHz
� 원편파 (LHCP, RHCP)
� 피드시스템 사이즈: 약 지름 300 mm , 길이 880 mm
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3. 나로우주센터 텔레메트리 피드시스템 소개 (2/6)
� 텔레메트리 피드시스템 구성� 십( )자 형태의 crossed-dipole을 상하좌우/중앙에 배치
Azimuth plane
Elevation plane
Dipole A Dipole D
Dipole ∑
Dipole jB Dipole jC
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� 포트 구성: 4 포트
� Telemetry: LHCP, RHCP
� Tracking: LHCP, RHCP
Azimuth planeDipole A Dipole D
3. 나로우주센터 텔레메트리 피드시스템 소개 (3/6)
� 텔레메트리 피드시스템 구성도� 대역통과필터, Coupler, LNA, Modulator 등이 포함됨
∑ Signal
∑ RHCP
∑ LHCP
←∑±ΔRHCP
③③③③
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RHCP
3dB 90°4 Couplers RHCP
Modulator (500Hz)
LHCP Modulator (500Hz)
∑ LHCP
Δ RHCP
Δ LHCP
①①①①②②②②
←∑±ΔLHCP
LHCP
RHCP
LHCP
3. 나로우주센터 텔레메트리 피드시스템 소개 (4/6)
� ① 2 Pairs of 3dB 90° 4 couplers � A~D 각 다이폴별 LHCP/RHCP 생성 및 Modulator 입력 신호 생성
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RHCPLHCPRHCPLHCP
3. 나로우주센터 텔레메트리 피드시스템 소개 (5/6)
� ② Modulators for LHCP and RHCP� 각 편파별로 Delta El/Az 성분 생성
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� RHCP의 경우 (4개의 상태로 구성)• -(A-C)+(D-B) = (C+D)-(A+B) → Delta Azimuth• -(A-C) -(D-B) = (B+C)-(A+D) → - Delta Elevation• (A-C) -(D-B) = (A+B)-(C+D) → - Delta Azimuth• (A-C)+(D-B) = (A+D)-(B+C) → Delta Elevation
3. 나로우주센터 텔레메트리 피드시스템 소개 (6/6)
� ③ Tracking 채널 포트의 출력: ∑±∆
� Modulator의 ∆El, ∆Az 성분이 순차적으로 부호를 달리하여 중앙의
Sum Dipole 신호와 커플링됨
ΔAz -ΔEl -ΔAz ΔEl ΔAz -ΔEl -ΔAz ΔEl
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∑ ∑±Δ
