KR101045809B1

KR101045809B1 - 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치

Info

Publication number: KR101045809B1
Application number: KR1020090045550A
Authority: KR
Inventors: 이돈신
Original assignee: (주)하이게인안테나
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2011-07-04
Also published as: KR20100127045A

Abstract

본 발명은 X밴드, Ku밴드, Ka밴드 대역을 동시에 송수신하는 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치에 관한 것으로, 본 발명의 안테나 장치는 3중 밴드의 송수신 전파중 X밴드 전파를 투과시키고 Ku 및 Ka밴드 전파를 반사시키는 주파수 선택형 반사판과, 3중 밴드의 송수신 전파 중 Ku 및 Ka밴드 전파를 전반사시키는 전반사 반사판과, 투과된 X밴드 전파를 송수신하기 위한 X밴드 피드혼과, 반사된 Ku/ka밴드 전파를 송수신하기 위한 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼을 모두 주반사경의 베이스측 허브에 위치시켜 주반사경과 부반사경의 곡면을 수정하여 효율을 90% 이상 상승하게 설계후 손실율을 빼도 75% 이상의 고 효율을 가능하게 한것이다. 또한 본 발명은 주파수 선택형 반사판을 허니콤 셀 구조로 함과 아울러 평면형, 오목곡면형, 볼록곡면형 등으로 구현하고 일면에 다양한 동조패턴을 형성하여 원하는 주파수대의 선택을 용이하게 하며, 공기와 유전율이 비슷하여 투과손실을 크게 줄일 수 있다.

위성추적, 안테나, 주파수 선택 반사판, 전반사 반사판, 고효율

Description

3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치{3 BAND TRACKING ANTENNA FOR SATELLITE COMMUNICATION}

본 발명은 위성통신용 추적 안테나 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 위성통신용 3중 대역(X밴드, Ku밴드, Ka밴드 대역)을 동시에 송수신하는 자동 추적 안테나에서 저손실 주파수 선택형 반사판에서 주파수를 선별 투과 및 반사하여 주파수 밴드를 분리한 후 투과신호는 X밴드용 피드혼으로 송수신하고 반사신호는 Ku/Ka 밴드용 멀티 피드혼으로 송수신하여 효율을 개선한 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치에 관한 것이다.

또한 용도에 따라 Ku밴드는 반사시키고, X, Ka 밴드는 투과할 수도 있고, 또는 Ka밴드만 반사시키고 X, Ku밴드는 투과시킬 수도 있다.

일반적으로, 위성통신이란 인공위성을 지구 상공의 일정한 고도에 발사시켜 통신이나 방송업무를 수행하는 것을 말하며, 도서, 벽지, 이동체간의 통신에 유리하고 위성방송의 경우 산간벽지나 도심 빌딩 지역의 TV 난신청을 해소할 수 있으며, 고품질의 다양한 서비스를 제공할 수 있다. 위성통신 시스템은 인공위성과 관 련된 우주부분, 지상에 설치된 지구국 및 제어국과 같은 지상부분, 그리고 신호, 즉 전파의 전송 방법이나 처리 방법 등에 대한 신호부분으로 나누어진다.

위성통신 지구국은 통신위성과의 송수신을 행하는 지상설비로 기본적으로 송신기, 수신기 및 지구국 안테나로 구성되어 있다. 통상, 위성통신용 안테나로는 킹 포스트(King Post)형 안테나와, 요크&타워(Yoke & Tower)형 안테나, 휠 온 트랙(Wheel On Track)형 안테나, 빔 웨이브 가이드(Beam Wave Guide)형 안테나, 차량 이동체 탑재형 주반사판 부반사판 Off Set형 안테나 등이 있다. 또한 주 반사기로 대구경의 파라볼라를 사용하고 회전쌍곡선의 부반사경 및 1차 방사기로 구성된 카세그레인 안테나가 주로 사용되기도 한는데, 위성통신용 안테나의 반사판은 소형은 접시형이나 대형은 다수개의 세그먼트로 분할하여 조립하였다.

한편, 종래의 위성 통신용 3중대역 추적 안테나는 X밴드 또는 Ka밴드 또는 Ku밴드 피드혼을 부반사경 뒤에 넣어서 사용하고 있으므로 주반사경을 파라보릭 곡면으로 제조할 수 밖에 없어 효율을 50% 이상 올리지 못하고, 더욱이 부반사경을 주파수 선택형으로 사용하므로 이에 따른 손실을 빼면 효율이 40% 이하로 줄어 들어 비효율적인 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 3중 대역의 피드혼을 전부 안테나 베이스의 허브에 취부 설치함과 동시에 저손실 주파수 선택형 반사판을 이용하여 주반사경과 부반사경을 파라보릭형이 아닌 곡면 수정형으로 개발함으로써 설계효율을 90% 가까이 높이고 각종 손실을 빼고서도 75% 이상의 고 효율을 가능하게 하는 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 안테나는 한 예를 들면, X밴드와 Ku밴드, 및 Ka밴드 전파를 위성과 송수신하기 위한 3중 밴드 위성통신용 추적 안테나에 있어서, 주반사경과 부반사경으로 이루어진 안테나 몸체부; 상기 안테나 몸체부를 회전시켜 위성을 추적하기 위한 모터구동부; 상기 안테나 몸체부의 각도를 감지하기 위한 센서부; 3중 밴드의 송수신 전파중 X밴드 전파를 투과시키고 Ku 및 Ka밴드 전파를 반사시키는 주파수 선택형 반사판; 3중 밴드의 송수신 전파 중 Ku 및 Ka밴드 전파를 전반사시키는 전반사 반사판; 투과된 X밴드 전파를 송수신하기 위한 X밴드 피드혼; 반사된 Ku/ka밴드 전파를 송수신하기 위한 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼; 상기 X밴드 피드혼으로 입출력되는 X밴드신호를 처리하기 위한 X밴드신호처리부; 상기 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼으로 입출력되는 Ku밴드신호를 처리하기 위한 Ku밴드신호처리부; 상기 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼으로 입출력되는 Ka밴드신호를 처리하기 위한 Ka밴드신호 처리부; 상기 X밴드신호처리부와 상기 Ku밴드신호처리부 및 상기 Ka밴드신호처리부 중 어느 한신호를 선택하기 위한 선택스위치; 상기 선택스위치에 의해 선택된 밴드신호처리부의 비콘신호를 수신하기 위한 비콘 수신기; 상기 비콘 수신기에 의해 수신된 비콘신호와 상기 센서부에 의해 감지된 각도신호로부터 안테나의 방위각과 고도각 및 폴라를 조정하여 위성을 추적하기 위한 제어신호를 생성하는 안테나콘트롤유닛; 및 상기 안테나콘트롤유닛의 제어신호에 따라 상기 모터 구동부를 구동하기 위한 파워콘트롤유닛을 포함하되, 상기 주파수 선택형 반사판과 전반사 반사판, X밴드 피드혼, 및 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼이 모두 주반사경의 베이스측 허브에 위치하여 주반사경과 부반사경의 곡면을 수정하여 효율을 90% 이상 상승하게 설계후 손실율을 빼도 75% 이상의 고 효율을 갖게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치는 3중 대역의 피드혼을 전부 안테나 베이스의 허브에 취부 설치함과 동시에 저손실 주파수 선택형 반사판을 이용하여 주반사경과 부반사경을 파라보릭형이 아닌 곡면 수정 효율 개선형으로 개발함으로써 설계효율을 90% 가까이 높이고 각종 손실을 빼고서도 75% 이상의 고 효율을 가능하게 한다. 또한 본 발명에 따르면 주파수 선택형 반사판을 허니콤 셀 구조로 함과 아울러 평면형, 오목곡면형, 볼록곡면형 등으로 구현하고 일면에 다양한 동조패턴을 형성하여 원하는 주파수대의 선택을 용이하게 하며, 공기와 유전율이 비슷하여 투과손실을 크게 줄일 수 있다.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 의하여 보다 명확해질 것이다. 다음의 실시예들은 단지 본 발명을 설명하기 위하여 예시된 것에 불과하며, 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다.

먼저 본 발명에 따른 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치는 다양한 종류의 안테나에 적용될 수 있는데, 예컨대 수평 ± 60° 회전 가능한 킹포스트형 안테나, 수평 ± 360°회전 가능한 요크형 안테나, 수평 ± 360°회전 가능한 차량 탑재형 2중 반사판 오프셋형 안테나 등에 적용될 수 있다.

또한 본 발명은 카세그레인 안테나 혹은 그레고리안 안테나, 2중 반사판 오프셋형 안테나 등에 적용될 수 있는데, 도 1은 본 발명이 반사경이 작은 카세그레인 안테나에 적용된 예의 측면도이고, 도 2는 본 발명이 반사경이 큰 카세그레인 안테나에 적용된 예의 측면도이며, 도 3은 본 발명이 주로 이동차량에 탑재하는 이중 반사판형 그레고리안 안테나(고정용으로도 가능함)에 적용된 예의 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치(100)는 주반사경(102)과 부반사경(104)을 포함하는 다양한 종류의 위성통신 안테나 장치에서 X밴드와 Ku밴드, Ka밴드의 신호를 분리하여 수신하기 위한 주파수 선택형 반사판(110)과 전반사 반사판(112), 3중 대역 피드혼(120,140)이 주반사경(102)의 중앙 베이스의 허브(108)에 설치되어 있어 주반사경(102)과 부반사 경(104)을 파라보릭형이 아닌 곡면 수정형으로 개발함으로써 설계효율을 90% 가까이 높혀 각종 손실을 빼고도 대략 75% 이상의 고 효율을 얻을 수 있도록 된 것이다.

그리고 본 발명에 따른 카세그레인형 3중 대역 위성통신용 안테나(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 주반사경(102) 위에 지지대(106)를 통해 지지되고 있는 부반사경(104)과 주반사경(102)이 마주 보고 있고, 주반사경(102)의 중앙의 베이스에 위치한 허브(108)에는 중앙을 관통하는 중심축에 대해 대략 45도 경사를 갖도록 설치되어 부반사경(104)에서 반사되어 입사되는 전파중에서 X밴드의 신호는 투과시키고 Ku밴드와 Ka밴드신호는 측방향으로 반사시키는 주파수 선택형 반사판(110)과, 측방향에서 입사되는 Ku밴드와 Ka밴드의 신호를 후방으로 전반사시키는 평면으로 된 금속재질의 전반사 반사판(112)과, 주파수 선택형 반사판(110)을 투과한 X밴드신호를 수신하기 위한 X밴드 피드혼(120)과, 전반사 반사판(112)에서 반사된 Ku밴드와 Ka밴드 신호를 수신하기 위한 Ku/Ka 밴드 멀티 피드혼(140)이 위치하고 있다. 그리고 페데스탈 지지대(30)에 의해 지지되는 안테나 축은 수평회전 감속기모터(10)에 의해 ±60°수평방향으로 회전되고, 수직회전 감속기모터(20)와 힌지(44)를 통해 안테나 허브와 연결된 로드(22)에 의해 흰지(42)를 중심으로 상하로 회전할 수 있도록 되어 있다.

도 2의 카세그레인형 3중대역 위성통신용 안테나(100)는 반사경이 대형일 경우로서, 피드혼(120,140)과 주파수 선택형 반사판(110), 전반사 반사판(112)이 주반사경(102)의 중앙에서 돌출된 휘드혼 함체(109)내 부착된 것으로 나머지 구성은 도 1과 동일하므로 더이상의 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 이동체 탑재형 3중 대역 위성통신 안테나(100)는 도 3에 도시된 바와 같이, 오프셋 주반사경(102)에 지지대(106)를 통해 부반사경(104)을 부착한 후 전면에 주파수 선택형 반사판(110)과 전반사 반사판(112), 3밴드 피드혼(120,140)을 부착한 것으로, 감속기 모터로 위성 자동 추적하여 수평회전각도가 ±360°회전(수직은 0도에서 90도 자동추적 회전가능)할 수 있는 전방향 회전형으로서 선박이나 차량과 같은 이동체에 주로 사용된다. 그리고 주반사경(102)과 지지축(107)은 힌지(105)를 통해 결합되어 이동시에 주반사경(102)을 접었다가 설치시 다시 주반사경(102)을 펴 사용할 수 있도록 하고 자동 추적 감속모터 설치된 것이며, 선박용으로 사용시에 접을 필요가 없을 경우에는 방설커버(미도시)로 보호할 수도 있다.

이와 같이 본 발명이 적용된 다양한 종류의 안테나에서 3중 밴드 피드 혼 부착위치는 모두 주반사경의 중앙의 베이스에 구비된 허브(108)에 내장되는 구조로서, 위성에서 도래하는 X, Ku, Ka 밴드 전파가 주반사경(102)에서 전반사되어 부반사경(104)에 도달하면, 다시 부반사경(104)에서 재차 전반사되어 허브(108)로 도래한다. 이때 주반사경(102)은 소형이면 하나의 접시형으로 구현되고, 대형이면 여러개의 판넬로 구성된다.

그리고 허브(108)에는 부반사경(104)에서 반사되어 입사되는 전파 중에서 X밴드의 신호는 투과시키고, Ku밴드와 Ka밴드신호는 측방향으로 반사시키는 주파수 선택형 반사판(110)과, 측방향에서 입사되는 Ku밴드와 Ka밴드의 신호를 후방으로 전반사시키는 평면 금속판의 전반사 반사판(112)과, 주파수 선택형 반사판(110)을 투과한 X밴드신호를 수신하기 위한 X밴드 피드혼(120)과, 전반사 반사판(112)에서 반사된 Ku밴드와 Ka밴드 신호를 수신하기 위한 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)이 위치하고 있어 저손실 주파수 선택형 반사판(110)에서 Ku, Ka 밴드 전파는 반사하고, X밴드 전파는 투과하여 X밴드 피드혼(120)에 입력한다. 또 반사된 Ka, Ku밴드 전파는 다시 전반사 반사판(112)에서 전반사되어 Ku/Ka 밴드 멀티 피드혼(140)으로 입력되고, Ku/Ka 밴드 멀티 피드혼(140)에서 다시 Ka밴드와 Ku밴드 신호로 분리된다.

도 4는 본 발명에 따른 3중 대역 안테나의 자동 추적 시스템을 도시한 도면으로서, 본 발명에 따른 자동 추적 시스템은 주반사경(102)과 부반사경(104)으로 이루어진 안테나 몸체부(101)와, 안테나 몸체부(101)를 회전시켜 위성을 추적하기 위한 모터구동부와, 안테나 몸체부(101)의 각도를 감지하기 위한 센서부와, 3중 밴드의 송수신 전파중 X밴드 전파를 투과시키고 Ku 및 Ka밴드 전파를 반사시키는 주파수 선택형 반사판(110)과, 3중 밴드의 송수신 전파 중 Ku 및 Ka밴드 전파를 전반사시키는 전반사 반사판(112)과, 투과된 X밴드 전파를 송수신하기 위한 X밴드 피드혼(120)과, 반사된 Ku/ka 밴드 전파를 송수신하기 위한 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140), X밴드의 신호를 처리하기 위한 X밴드신호 처리부(130)와, Ku밴드신호를 처리하기 위한 Ku밴드신호 처리부(150), Ka밴드신호를 Ka밴드신호 처리부(160)와, X밴드신호처리부(130)와 Ku밴드신호처리부 (150)및 Ka밴드신호처리부(160) 중 어느 한 수신신호를 선택하기 위한 선택스위치(SW)와, 선택스위치(SW)에 의해 선택된 밴드의 비콘신호를 수신하기 위한 비콘수신기(170)와, 비콘수신기(170)에 의해 수신 된 비콘신호와 센서부(S1,S2,S3)에 의해 감지된 각도신호로부터 안테나의 방위각과 고도가 및 폴라를 조정하여 위성을 추적하기 위한 제어신호를 생성하는 안테나콘트롤유닛(180)과, 안테나콘트롤유닛(ACU; 180)의 제어신호에 따라 모터 구동부(M1,M2,M3)를 구동하기 위한 파워콘트롤유닛(PCU; 190)으로 구성된다.

도 4를 참조하면, 안테나 몸체부(101)는 모터 구동부(M1,M2,M3)에 의해 방위각과 고도각 및 폴라가 조정되어 위성을 추적하면서 3중 대역(X밴드, Ku밴드, Ka밴드) 전파를 위성과 송수신하기 위한 주반사경(102)과 부반사경(104)으로 이루어지고, 주파수 선택형 반사판(110)과 전반사 반사판(112), X밴드 피드혼(120), 및 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)은 모두 주반사경(102)의 베이스측 허브(108)에 위치하고 있다.

모터 구동부(M1,M2,M3)는 파워콘트롤유닛(190)의 제어에 따라 안테나의 방위각을 조정하기 위한 아지무스(수평) 모터(M1)와, 파워콘트롤유닛(190)의 제어에 따라 안테나의 고도각을 조정하기 위한 엘리베이션(수직) 모터(M2)와, 파워콘트롤유닛(190)의 제어에 따라 안테나의 극성을 조정하기 위한 피드혼 회전용 폴라 모터(M3)로 구성되고, 센서부(S1,S2,S3)는 안테나의 방위각을 감지하여 안테나콘트롤유닛(180)으로 전송하기 위한 아지무스(수평) 각도센서(S1)와, 안테나의 고도각을 감지하여 안테나콘트롤유닛(180)으로 전송하기 위한 엘리베이션 각도센서(S2)와, 안테나의 폴라 각도를 감지하여 안테나콘트롤유닛(180)으로 전송하기 위한 폴라 각도센서(S3)로 구성된다.

X밴드신호처리부(130)는 X밴드 피드혼(120)의 송수신 신호를 분리하기 위한 다이플랙서(131)와, 다이플랙서(131)의 수신신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭기(LNA;132)와, 저잡음 증폭된 수신신호를 중간주파(IF)신호로 다운시키는 다운 컨버터(D/C;133)와, 중간주파신호를 2개의 신호로 분배하는 분배기(134)와, 분배기(134)에서 분배된 중간주파신호에서 데이터를 수신하는 데이터 수신기(135)와, X밴드의 데이터를 변조하여 고주파 신호를 송신하는 송신기(136)와, 송신기(136)의 신호를 증폭하여 다이플랙서(131)로 출력하기 위한 고출력증폭기(HPA;137)로 구성된다.

Ku밴드신호처리부(150)는 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)의 송수신 신호를 분리하기 위한 다이플랙서(151)와, 다이플랙서(151)의 수신신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭기(LNA;152)와, 저잡음 증폭된 수신신호를 중간주파신호로 다운시키는 다운 컨버터(D/C;153)와, 중간주파신호를 2개의 신호로 분배하는 분배기(154)와, 분배기(154)에서 분배된 중간주파신호에서 데이터를 수신하는 데이터 수신기(155)와, Ku밴드의 데이터를 변조하여 고주파 신호를 송신하는 송신기(156)와, 송신기(156)의 신호를 증폭하여 다이플랙서(151)로 출력하기 위한 고출력증폭기(HPA;157)로 구성된다.

Ka밴드신호처리부(160)는 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)의 송수신 신호를 분리하기 위한 다이플랙서(161)와, 다이플랙서(161)의 수신신호를 증폭하기 위한 저잡음 증폭기(LNA;162)와, 저잡음 증폭된 수신신호를 중간주파신호로 다운시키는 다운 컨버터(D/C;163)와, 중간주파신호를 2개의 신호로 분배하는 분배기(164)와, 분배기(164)에서 분배된 중간주파신호에서 데이터를 수신하는 데이터 수신기(165)와, 데이터를 변조하여 Ka밴드의 고주파 신호를 송신하는 송신기(166)와, 송신기(166)의 신호를 증폭하여 다이플랙서(161)로 출력하기 위한 고출력증폭기(HPA;167)로 구성된다.

선택스위치(SW)는 X밴드신호처리부(130)와 Ku밴드신호처리부(150) 및 Ka밴드신호처리부(160) 중 어느 한 수신신호를 선택하고, 비콘수신기(170)는 선택스위치(SW)에 의해 선택된 밴드의 비콘신호를 수신하며, 안테나콘트롤유닛(180)은 비콘 수신기(170)에 의해 수신된 비콘신호와 센서부에 의해 감지된 각도신호로부터 안테나의 방위각과 고도각 및 폴라를 조정하여 위성을 추적하기 위한 제어신호를 생성하고, 파워콘트롤유닛(190)은 안테나콘트롤유닛(ACU)의 제어신호에 따라 모터 구동부(M1,M2,M3)를 구동하여 안테나가 위성을 추적하게 한다.

도 5는 본 발명에 따른 Ku/Ka밴드용 멀티 피드혼의 개략도로서, (A)는 측면도이고 (B)는 후면도이다.

본 발명에 따른 Ku/Ka밴드용 멀티 피드혼(140)은 도 5에 도시된 바와 같이, 내측에 구현된 Ka밴드용의 원형 도파관 피드혼과 외측에 구현된 Ku밴드용 피드혼으로 이중으로 구현되는데, Ka밴드 피드혼은 유전체혼(141)이 삽입된 TE11모드 원형 도파관(142)과 하이브리드카플러(143)로 이루어지고, Ku밴드 피드혼은 코르게이트 피드혼(144)과 Ku밴드 도파관(145), 3dB 카플러(146-1,146-2)로 이루어진다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 Ku/Ka 밴드 겸용 멀티 피드혼(140)은 Ku밴드 코르게이트 혼(144)과 그 중심에 내장된 Ka밴드용 유전체 혼(141)으로 구성된 것이다. Ku밴드 피드혼은 코르게이트형으로 구성하고, 중간 지점에서 4방향으로 슬롯을 통과하여 Ku밴드용 도파관(145)으로 전송되는데, 수평 0도와 180도 방향 슬롯은 3dB 커플러(146-1)에서 결합되어 Ku밴드 수평편파를 인출하고, 수직 0도와 180도 방향 슬롯은 도파관으로 3dB 카플러(146-2)에서 결합되어 수직편파를 인출한다. Ka밴드 피드혼은 유전체 혼을 사용하여 직경이 작게 하여 스페이스를 줄이고, 원형 도파관 TE11모드로 전송하여 Ku밴드 피드혼의 뒷면으로 인출한 후 OMT에서 원편파를 수평 수직으로 분리 인출한 후 90도 하이브리드(143)에 연결하여 출력하게 한다. 또한 각각의 출력에 다이플랙서 추가 부착하여 송신 HPA, 수신 LNA를 연결하여 송수신할 수 있게 한다.

도 6은 본 발명에 따른 평판형 주파수 선택형 반사판을 도시한 개략도로서, (A)는 측면도이고 (B)는 정면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 평면형 저손실 주파수 선택형 반사판(110)은 2개의 저유전율 박막 필름(115,116)을 양면에 (2개 평면) 준비한 후 양면 사이에 저유전율 지지박막(117)을 여러개 삽입하고 접착제로 붙이면 많은 공간이 구성되어 종합 유전율이 공기에 가깝게 구성되어 유전율1에 근접되어 전파 투과손실이 공기에 가깝게 되어 투과손실 0.1~0.2dB 이하가 되게 하는 것이다. 그리고 양면 중 어느 한 쪽면에 반사를 필요로 하는 주파수에 공진하게 하는 박막 동판 공진소자(118)를 밀집된 간격으로 많이 부착하여 특정 공진주파수만 선택적으로 투과 또는 반사하게 한다.

도 7은 본 발명에 따른 오목형 주파수 선택형 반사판을 도시한 개략도로서 (A)는 측면도이고 (B)는 정면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 볼록형 주파수 선택 형 반사판을 도시한 개략도로서, (A)는 측면도이고 (B)는 정면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 오목 곡면형의 주파수 선택형 반사판(210)은 오목형의 양면 필름(215,216) 사이에 절연 지지물(217)로 허니콤셀 공간을 형성한 후 오목면에 공진소자(218)의 패턴을 다수 형성한 것이고, 볼록 곡면형의 주파수 선택형 반사판(310)은 볼록형의 양면 필름(315,316) 사이에 절연 지지물(317)로 허니콤셀 공간을 형성한 후 볼록면에 공진소자(318)의 패턴을 다수 형성한 것이다. 오목곡면형과 볼록곡면형의 주파수 선택형 반사판(210,310)은 모양은 다소 차이가 있으나 동작 원리는 모두 앞서 설명한 평면형의 주파수 선택형 반사판과 동일하다. 다만 용도에 따라 필요 곡면을 설계하여 다양하게 응용할 수 있다. 도 7과 도 8의 곡면형은 재래식 부반사판으로도 대신 사용하여 주반사판 촛점에 위치한 피드혼에 전파가 투과 집속하게 할 수도 있다.

도 9는 본 발명에 따른 주파수 선택형 반사판에 적용되는 공진소자들의 형상을 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 주파수 선택형 반사판의 공진소자는 도 9에 도시된 바와 같이, 금속박막형으로 많은 종류(A,B,C,D 등)가 있으며 십자가형, 사각형 등 여러 가지중 1개를 선택하여 사용할 수 있으며, A,C형은 광대역형, B는 공진형이다. 주파수 선택 차이에 따라 광대역형 또는 높은 공진 Q형을 택하여 선정한다. 또 2중 공진형으로 D형도 사용한다. 이중 공진형은 2개 주파수 밴드를 투과 또는 반사역할 할 수 있다. A,C형은 가로, 세로 약 1/2 파장으로 하고, B형은 공진되게 한다. D형은 내부 각형은 높은 주파수 외부 각형은 낮은 주파수에서 공진시켜서 투과 또 는 반사시킨다.

이어서, 상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 3중대역 위성통신용 추적 안테나의 동작을 설명하면 다음과 같다.

1. X밴드신호의 송수신 경로

X밴드의 송신기(136)는 송신 데이터를 X밴드의 신호로 변조한 후 고출력증폭기(137)에서 고출력으로 증폭하여 다이플랙서(131)로 송신한다. 다이플랙서(131)는 X밴드 송신신호를 X밴드 피드혼(120)으로 전달하고, X밴드 피드혼(120)의 송신신호는 주파수 선택형 반사판(110)을 투과하여 부반사경(104)과 주반사경(102)을 거쳐 위성측으로 방사된다.

위성으로부터 주반사경(102)과 부반사경(104)을 거쳐 허브(108)로 도래한 3중 대역의 위성신호는 주파수 선택형 반사판(110)에서 X밴드신호만 투과되어 X밴드 피드혼(120)으로 인입된다. X밴드 피드혼(120)으로 인입된 X밴드수신신호는 다이플랙서(131)를 통과한 후 LNA(132)에서 증폭되고, 다운컨버터(133)에서 IF로 변환된 후 분배기(134)에서 2분배되어 하나의 IF신호는 통신 데이터 수신기(135)로 입력되고, 다른 1개는 선택 스위치(SW)로 연결되어 비콘 수신기(170)로 전달된다. 그리고 비콘 수신기(170)는 선택된 밴드의 수신신호에 포함된 비콘신호(70/140Hz)를 수신하고, 비콘 수신기(170)의 출력은 안테나콘트롤유닛(ACU;180)에 입력된다. 안테나콘트롤유닛(180)은 비콘신호와 각도센서들(S1,S2,S3)로부터 감지된 각도신호로 위성을 추적하기 위한 제어신호를 생성하고, 파워콘트롤유닛(190: PCU)은 안테나콘트롤유닛(180)의 제어신호에 따라 수평구동모터(M1), 수직구동모터(M2), 폴라구동모 터(M3)를 각각 회전시켜 안테나의 방향을 자동으로 제어한다. 또한 안테나의 방향각은 회전축에 부착된 방위각도센서(S1), 고도각도센서(S2), 폴라각도센서(S3)를 통해 다시 감지되어 ACU(180)로 전달되고, 이에 따라 ACU(180)에서 방향각을 감시할 수 있다.

폴라구동모터(M3)는 위성에서 도래하는 수평편파 또는 수직편파, 좌회전편파 또는 우회전편파가 전송도중 극성이 변형되므로 최상의 수신이 되도록 편파극성이 일치하게 피드혼을 회전시켜서 극성이 일치되게 하여 수신이득이 최대가 되게 자동 추적한다.

2. Ku밴드의 송수신 경로

Ku밴드의 송신기(156)는 송신 데이터를 Ku밴드의 신호로 변조한 후 고출력증폭기(157)에서 고출력으로 증폭하여 다이플랙서(151)로 송신한다. 다이플랙서(151)는 Ku밴드 송신신호를 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)으로 전달하고, Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)의 송신신호는 전반사 반사판(112)과 주파수 선택형 반사판(110)에서 반사되어 부반사경(104)과 주반사경(102)을 거쳐 위성측으로 방사된다.

위성으로부터 주반사경(102)과 부반사경(104)을 거쳐 허브(108)로 도래한 3중 대역의 위성신호는 주파수 선택형 반사판(110)에서 Ku밴드신호와 Ka밴드신호가 반사된 후 전반사 반사판(112)에서 전반사되어 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)으로 인입된다. Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)으로 인입된 Ku밴드수신신호는 멀티 피드혼의 외측에 있는 코르게이트 피드혼(144)으로 수신되어 4개의 슬롯과 도파관(145)을 거 쳐 3dB 카플러(146-1,146-2)에서 결합되어 수직편파신호와 수평편파신호로 인출되고, 다이플랙서(151)를 통과한 후 LNA(152)에서 증폭되고, 다운컨버터(153)에서 IF로 변환된 후 분배기(154)에서 2분배되어 하나의 IF신호는 통신 데이터 수신기(155)로 입력되고, 다른 1개는 선택 스위치(SW)로 연결되어 비콘 수신기(170)로 전달된다. 그리고 비콘 수신기(170)는 선택된 밴드의 수신신호에 포함된 비콘신호(70/140Hz)를 수신하고, 비콘 수신기(170)의 출력은 안테나콘트롤유닛(ACU;180)에 입력된다. 안테나콘트롤유닛(180)은 비콘신호와 각도센서들(S1,S2,S3)로부터 감지된 각도신호로 위성을 추적하기 위한 제어신호를 생성하고, 파워콘트롤유닛(190)은 안테나콘트롤유닛(180)의 제어신호에 따라 수평구동모터(M1), 수직구동모터(M2), 폴라구동모터(M3)를 각각 회전시켜 안테나의 방향을 자동으로 제어한다. 또한 안테나의 방향각은 회전축에 부착된 방위각도센서(S1), 고도각도센서(S2), 폴라각도센서(S3)를 통해 다시 감지되어 ACU(180)로 전달되고, 이에 따라 ACU(180)에서 방향각을 감시할 수 있다.

3. Ka밴드신호의 송수신 경로

Ka밴드의 송신기(166)는 송신 데이터를 Ka밴드의 신호로 변조한 후 고출력증폭기(167)에서 고출력으로 증폭하여 다이플랙서(161)로 송신한다. 다이플랙서(161)는 Ka밴드 송신신호를 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)으로 전달하고, Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)의 송신신호는 전반사 반사판(112)과 주파수 선택형 반사판(110)에서 반사되어 부반사경(104)과 주반사경(102)을 거쳐 위성측으로 방사된다.

위성으로부터 주반사경(102)과 부반사경(104)을 거쳐 허브(108)로 도래한 3중 대역의 위성신호는 주파수 선택형 반사판(110)에서 Ku밴드신호와 Ka밴드신호가 반사된 후 전반사 반사판(112)에서 전반사되어 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)으로 인입된다. Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)으로 인입된 Ka밴드수신신호는 멀티 피드혼의 내측에 있는 유전체 피드혼(141)으로 수신되어 원형도파관(142)을 거쳐 하이브리드(143)에서 결합되어 원편파로 인출되고, 폴라라이저(161)에서 편파변환된 후 LNA(162)에서 증폭되고, 다운컨버터(163)에서 IF로 변환된 후 분배기(164)에서 2분배되어 하나의 IF신호는 통신 데이터 수신기(165)로 입력되고, 다른 1개는 선택 스위치(SW)로 연결되어 비콘 수신기(170)로 전달된다. 그리고 비콘 수신기(170)는 선택된 밴드의 수신신호에 포함된 비콘신호(70/140Hz)를 수신하고, 비콘 수신기(170)의 출력은 안테나콘트롤유닛(ACU;180)에 입력된다. 안테나콘트롤유닛(180)은 비콘신호와 각도센서들(S1,S2,S3)로부터 감지된 각도신호로 위성을 추적하기 위한 제어신호를 생성하고, 파워콘트롤유닛(190)은 안테나콘트롤유닛(180)의 제어신호에 따라 수평구동모터(M1), 수직구동모터(M2), 폴라구동모터(M3)를 각각 회전시켜 안테나의 방향을 자동으로 제어한다. 또한 안테나의 방향각은 회전축에 부착된 방위각도센서(S1), 고도각도센서(S2), 폴라각도센서(S3)를 통해 다시 감지되어 ACU(180)로 전달되고, 이에 따라 ACU(180)에서 방향각을 감시할 수 있다.

이상의 설명은 X, Ku, Ka 밴드에 각각 1개의 송신기와 1개의 수신기가 연결된 경우에 관하여 설명하였으나 통신 용량에 따라 각가 다수의 송신기와 수신기를 병렬로 연결하여 보다 많은 양의 통신이 가능하게 다양하게 구현할 수 있다.

그리고 위의 설명들은 주파수 선택형 반사판의 공진소자가 Ku/Ka 광대역 밴드에 공진하게 하여 설명하였으나 효율이 떨어질 경우는 Ka밴드만 공진하게 하여 Ku/Ka 2 주파수 밴드 혼 대신 Ku밴드 전용 혼으로 교체하고, X밴드와 Ka밴드는 투과하여 X, Ka밴드 2중 주파수밴드 혼으로 급전되게 하여 구성할 수도 있다. X밴드의 결합 방식은 먼저 Ka밴드 결합 방식 중 X밴드 피드혼과 4방향 슬롯으로 인출하여 결합방식은 Ku밴드형과 같은 방식으로 구성하면 된다.

이 Ku밴드만 반사히고 X, Ka밴드 투과방식의 상세한 설명은 위의 상세한 설명과 동일한 방식이므로 추가설명은 생략한다.

이상에서 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

도 1은 본 발명이 적용된 반사경이 작은 카세그레인 안테나의 측면도,

도 2는 본 발명이 적용된 반사경이 큰 카세그레인 안테나의 측면도,

도 3은 본 발명이 적용된 그레고리안 안테나의 측면도,

도 4는 본 발명에 따른 3중 대역 안테나의 자동 추적 시스템도,

도 5는 본 발명에 따른 Ku/Ka밴드용 피드혼의 개략도,

도 6은 본 발명에 따른 평판형 주파수 선택형 반사판을 도시한 개략도,

도 7은 본 발명에 따른 오목형 주파수 선택형 반사판을 도시한 개략도,

도 8은 본 발명에 따른 볼록형 주파수 선택형 반사판을 도시한 개략도,

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

101: 안테나 몸체부 102: 주반사경

104: 부반사경 106: 지지대

108: 허브 109: 피드혼 함체

110: 주파수 선택형 반사판 112: 전반사 반사판

120: X밴드 피드혼 130: X밴드신호처리부

140: Ku/Ka밴드 멀티 피드혼 150: Ku밴드신호처리부

160: Ka밴드신호처리부 SW: 선택스위치

170: 비콘수신기 180: ACU

Claims

X밴드와 Ku밴드, 및 Ka밴드 전파를 위성과 송수신하기 위한 3중 밴드 위성통신용 추적 안테나에 있어서,

주반사경(102)과 부반사경(104)으로 이루어진 안테나 몸체부(101);

상기 안테나 몸체부(101)를 회전시켜 위성을 추적하기 위한 모터구동부;

상기 안테나 몸체부(101)의 각도를 감지하기 위한 센서부;

3중 밴드의 송수신 전파중 X밴드 전파를 투과시키고, Ku 및 Ka밴드 전파를 반사시키는 주파수 선택형 반사판(110);

3중 밴드의 송수신 전파 중 Ku 및 Ka밴드 전파를 전반사시키는 전반사 반사판(112);

상기 주파수 선택형 반사판(110)을 투과한 X밴드 전파를 송수신하기 위한 X밴드 피드혼(120);

상기 주파수 선택형 반사판(110)에서 반사되고 상기 전반사 반사판(112)에서 전반사된 Ku/ka밴드 전파를 송수신하기 위한 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140);

상기 X밴드 피드혼(120)으로 입출력되는 X밴드신호를 처리하기 위한 X밴드신호처리부(130);

상기 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)으로 입출력되는 Ku밴드신호를 처리하기 위한 Ku밴드신호처리부(150);

상기 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)으로 입출력되는 Ka밴드신호를 처리하기 위한 Ka밴드신호 처리부(160);

상기 X밴드신호처리부(130)와 상기 Ku밴드신호처리부(150) 및 상기 Ka밴드신호처리부(160) 중 어느 한 신호를 선택하기 위한 선택스위치(SW);

상기 선택스위치(SW)에 의해 선택된 밴드신호처리부의 비콘신호를 수신하기 위한 비콘 수신기(170);

상기 비콘 수신기(170)에 의해 수신된 비콘신호와 상기 센서부에 의해 감지된 각도신호로부터 안테나의 방위각과 고도각 및 폴라를 조정하여 위성을 추적하기 위한 제어신호를 생성하는 안테나콘트롤유닛(180); 및

상기 안테나콘트롤유닛(180)의 제어신호에 따라 상기 모터 구동부를 구동하기 위한 파워콘트롤유닛(190)을 포함하되,

상기 주파수 선택형 반사판(110)과 전반사 반사판(112), X밴드 피드혼(120), 및 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼(140)이 모두 상기 주반사경(102)의 베이스측 허브에 위치하는 것을 특징으로 하는 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치.
제1항에 있어서, 주파수 선택형 반사판에 공진소자를 Ku밴드로 할 경우, Ku밴드 전파가 반사되어 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼 대신 Ku밴드의 단독 피드혼으로 급전하고, Ka밴드와 X밴드 전파는 투과하여 Ka/X밴드의 2중 피드혼으로 급전하게 되는 것을 특징으로 하는 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치.
제1항에 있어서, 상기 주파수 선택형 반사판(110)은

양면의 필름 사이의 공간을 절연 지지물을 이용하여 접착제로 접착하여 평면판이나 오목판 혹은 볼록판을 구성하되 공기와 유전율이 가깝게 하여 투과전파의 손실을 최소화하고, 일면에 공진형 동박을 다수 부착하여 공진 주파수를 반사하게 하는 것을 특징으로 하는 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치.
제1항에 있어서, 상기 X밴드신호처리부는

상기 X밴드 피드혼의 송수신 신호를 분리하기 위한 X밴드 다이플랙서와, 상기 X밴드 다이플랙서의 출력 수신신호를 증폭하기 위한 X밴드 저잡음 증폭기와, 상기 X밴드 저잡음 증폭기에서 증폭된 수신신호를 X밴드 중간주파(IF)신호로 다운시키는 X밴드 다운 컨버터와, 상기 X밴드 중간주파(IF)신호를 2개의 신호로 분배하는 X밴드 분배기와, 상기 X밴드 분배기에서 분배된 X밴드 중간주파신호에서 데이터를 수신하는 X밴드 데이터 수신기와, 데이터를 변조하여 X밴드 신호로 송신하는 X밴드 송신기와, 상기 X밴드 송신기의 X밴드 신호를 증폭하여 상기 X밴드 다이플랙서로 출력하기 위한 X밴드 고출력증폭기로 구성되고,

상기 ku밴드신호처리부는

상기 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼의 송수신 신호를 분리하기 위한 Ku밴드 다이플랙서와, 상기 Ku밴드 다이플랙서 출력의 수신신호를 증폭하기 위한 Ku밴드 저잡음 증폭기와, 상기 Ku밴드 저잡음 증폭기에서 증폭된 수신신호를 ku밴드 중간주파신호로 다운시키는 Ku밴드 다운 컨버터와, 상기 ku밴드 중간주파신호를 2개의 신호로 분배하는 Ku밴드 분배기와, 상기 Ku밴드 분배기에서 분배된 ku밴드 중간주파신호에서 데이터를 수신하는 Ku밴드 데이터 수신기와, 데이터를 변조하여 Ku밴드 신호를 송신하는 Ku밴드 송신기와, 상기 Ku밴드 송신기의 신호를 증폭하여 상기 Ku밴드 다이플랙서로 출력하기 위한 Ku밴드 고출력증폭기로 구성되며,

상기 Ka밴드신호처리부는

상기 Ku/Ka밴드 멀티 피드혼의 송수신 신호를 분리하기 위한 Ka밴드 다이플랙서와, 상기 Ka밴드 다이플랙서의 수신신호를 증폭하기 위한 Ka밴드 저잡음 증폭기와, 상기 Ka밴드 저잡음 증폭기에서 증폭된 수신신호를 Ka밴드 중간주파신호로 다운시키는 Ka밴드 다운 컨버터와, 상기 Ka밴드 중간주파신호를 2개의 신호로 분배하는 Ka밴드 분배기와, 상기 Ka밴드 분배기에서 분배된 중간주파신호에서 데이터를 수신하는 Ka밴드 데이터 수신기와, 데이터를 변조하여 Ka밴드 신호를 송신하는 Ka밴드 송신기와, 상기 Ka밴드 송신기의 신호를 증폭하여 상기 Ka밴드 다이플랙서로 출력하기 위한 Ka밴드 고출력증폭기로 구성되는 것을 특징으로 하는 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치.
제1항에 있어서, 상기 멀티 피드혼은,

유전체혼이 삽입된 TE11모드의 원형 도파관으로 이루어진 내부의 Ka밴드 피드혼과, 외부의 코르게이트 피드혼과 Ku밴드 도파관으로 이루어진 Ku밴드 피드혼으로 구성되는 것윽 특징으로 하는 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치.
제1항에 있어서, 상기 멀티 피드혼은,

유전체혼이 삽입된 TE11모드의 원형 도파관으로 이루어진 내부의 Ka밴드 피드혼과, 외부의 코르게이트 피드혼과 X밴드 도파관으로 이루어진 X밴드 피드혼으로 구성되는 것윽 특징으로 하는 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치.
제1항에 있어서,

상기 모터 구동부는

상기 파워 콘트롤 유닛의 제어에 따라 안테나의 방위각을 조정하기 위한 아지무스 모터와, 상기 파워 콘트롤 유닛의 제어에 따라 안테나의 고도각을 조정하기 위한 엘리베이션 모터와, 상기 파워 콘트롤 유닛의 제어에 따라 안테나 피드혼의 폴라를 회전하기 위한 폴라 모터로 구성되고,

상기 센서부는

안테나의 방위각을 감지하여 상기 안테나콘트롤유닛으로 전송하기 위한 아지무스 각도센서와, 안테나의 고도각을 감지하여 상기 안테나콘트롤유닛으로 전송하기 위한 엘리베이션 각도센서와, 안테나 피드혼의 폴라 각도를 감지하여 상기 안테나콘트롤유닛으로 전송하기 위한 폴라 각도센서로 구성된 것을 특징으로 하는 3중 대역 위성통신용 추적 안테나장치.
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