KR101313052B1 - Multi mode monopulse tracking system and multi mode monopulse tracking method - Google Patents

Multi mode monopulse tracking system and multi mode monopulse tracking method Download PDF

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KR101313052B1 KR1020120047054A KR20120047054A KR101313052B1 KR 101313052 B1 KR101313052 B1 KR 101313052B1 KR 1020120047054 A KR1020120047054 A KR 1020120047054A KR 20120047054 A KR20120047054 A KR 20120047054A KR 101313052 B1 KR101313052 B1 KR 101313052B1
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안성준
전찬원
백광훈
송충호
박도현
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국방과학연구소
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Abstract

PURPOSE: A multiplex mode mono-pulse satellite tracking system and a multiplex mode mono-pulse satellite tracking method are provided to enhance tracking accuracy in comparison with a lobing satellite tracking system. CONSTITUTION: A multiplex mode mono-pulse satellite tracking system comprises an antenna assembly including a feeding horn assembly (100), a low noise amplifier (200), a down converter (300), a mono pulse receiver (400), a signal processor (600), and an antenna driver (700). The antenna assembly including the feeding horn assembly produces a mono-pulse tracking signal using a tracking signal. The low noise amplifier is connected to a rear end of the feeding horn assembly and amplifies the mono-pulse tracking signal to low noise. The down converter is connected to a rear end of the low noise amplifier and downwardly changes frequency of the mono-pulse tracking signal which is amplified to the low noise. The mono pulse receiver is connected to a rear end of the down converter and separates the changed signal into an I signal and a Q signal. The signal processor is connected to a rear end of the mono-pulse receiver and produces an azimuth and an altitude using the I signal and the Q signal. The antenna driving driver is connected to a rear end of the signal processor and drives an antenna using the azimuth and the altitude. [Reference numerals] (AA) Azimuth angle; (BB) Elevation angle

Description

다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템 및 다중 모드 모노펄스 위성 추적 방법{MULTI MODE MONOPULSE TRACKING SYSTEM AND MULTI MODE MONOPULSE TRACKING METHOD}Multimode Monopulse Satellite Tracking System and Multimode Monopulse Satellite Tracking Method {MULTI MODE MONOPULSE TRACKING SYSTEM AND MULTI MODE MONOPULSE TRACKING METHOD}

본 발명은 X대역에 대한 다중 모드 모노 펄스 위성 추적 시스템 및 다중 모드 모노펄스 위성 추적 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a multi-mode mono pulse satellite tracking system and a multi-mode monopulse satellite tracking method for the X band.

고속 이동체에서 실시간으로 위성을 추적하거나 위성 통신을 하기 위해, 그리고 고정용 위성 지구국에서 이동하는 위성을 추적하거나 위성 통신을 하기 위해 위성 추적 시스템이 갖춰져 있어야 한다.A satellite tracking system must be in place for tracking or making satellite communications in real time on high-speed mobile vehicles and for tracking or making satellite communications on fixed satellite earth stations.

위성 자동 추적 방식은 크게 모노펄스 위성 추적 방식과 로빙 위성 추적 방식으로 구분될 수 있다. 여기에서, 모노펄스 위성 추적 방식은 다중 모드 모노펄스 위성 추적 방식과 다중 혼 모노펄스 위성 추적 방식으로 구분될 수 있다. 종래의 다중 모드 모노펄스 위성 추적 방식은 안테나 지름이 수 미터 이상의 대형 기지국 안테나에 쓰였으며, 다중 혼 모노펄스 위성 추적 방식은 소형 안테나 및 대형 안테나에 쓰였다.Automatic satellite tracking can be divided into monopulse satellite tracking and roving satellite tracking. Here, the monopulse satellite tracking method may be divided into a multi-mode monopulse satellite tracking method and a multi-horn monopulse satellite tracking method. Conventional multi-mode monopulse satellite tracking has been used for large base station antennas with an antenna diameter of several meters or more, and multi-horn monopulse satellite tracking has been used for small antennas and large antennas.

위성 자동 추적 방식은 사용하는 주파수 대역이 높을수록 높은 추적 정확도를 요한다. 기존에 흔히 사용되던 로빙 위성 추적 방식은 추적 정확도를 높이는데 한계가 있기 때문에, 높은 주파수 대역에서는 모노펄스 위성 추적 방식이 유용하게 사용된다.The automatic satellite tracking requires higher tracking accuracy as the frequency band used increases. Since the conventional roving satellite tracking method has a limitation in improving tracking accuracy, the monopulse satellite tracking method is useful in the high frequency band.

모노펄스 위성 추적 방식 중 다중 혼 모노펄스 위성 추적 방식은 단일 안테나에 여러 개의 혼을 배치하여 위성을 추적하는 방식을 말한다. 그러나, 이에 따른 구조적인 한계로서, 안테나 빔 패턴의 규격을 만족시키지 못할 수 있다. 또한, 다중 모드 모노펄스 위성 추적 방식은 기존의 대형 기지국 안테나에 흔히 사용되었으나 소형 안테나에는 적용이 힘들기 때문에 고속 이동체에 탑재하기 힘들다는 문제점이 있다.Among the monopulse satellite tracking methods, the multi-horn monopulse satellite tracking method refers to a method of tracking satellites by placing several horns on a single antenna. However, as a structural limitation, it may not satisfy the specification of the antenna beam pattern. In addition, although the multi-mode monopulse satellite tracking method is commonly used in the existing large base station antenna, it is difficult to be mounted on a high-speed moving object because it is difficult to apply to a small antenna.

또한, 종래의 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템의 급전 혼 조립체는, 혼 개구로부터 OMT까지의 기본 모드 전송 경로 사이에 고차 모드가 발생될 수 있도록 원형 도파관의 모드 별 차단 주파수에 맞는 사이즈를 고려하여 설계되었다. 그러나, 이에 따라, 종래의 급전 혼 조립체는, 크기가 크고 무게도 무거워 이동형 단말에 탑재하기에 어려움이 있었다.In addition, the feed horn assembly of the conventional multi-mode monopulse satellite tracking system is designed in consideration of the size corresponding to the mode-specific cutoff frequency of the circular waveguide so that a higher-order mode can be generated between the basic mode transmission paths from the horn opening to the OMT. It became. However, according to this, the conventional feed horn assembly is difficult to be mounted on the mobile terminal because of its large size and heavy weight.

본 발명의 목적은 크기를 축소함으로써 소형 안테나에 적용될 수 있는 급전 혼 조립체를 구비한 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템 및 다중 모드 모노펄스 위성 추적 방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a multi-mode monopulse satellite tracking system and a multi-mode monopulse satellite tracking method having a feed horn assembly that can be applied to a small antenna by reducing the size.

본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템은, 추적용 신호를 이용하여 모노펄스 추적용 신호를 생성하는 급전 혼 조립체를 포함하는 안테나 조립체; 상기 급전 혼 조립체의 후단에 연결되며, 상기 모노펄스 추적용 신호를 저잡음으로 증폭시키는 저잡음 증폭부; 상기 저잡음 증폭부의 후단에 연결되며, 상기 저잡음으로 증폭된 신호의 주파수를 하향 변환시키는 하향 변환부; 상기 하향 변환부의 후단에 연결되며, 상기 주파수 하향 변환된 신호로부터 I신호 및 Q신호를 분리하는 모노펄스 수신부; 상기 모노펄스 수신부의 후단에 연결되며, 상기 I신호 및 Q신호를 이용하여 방위각 및 고각을 생성하는 신호 처리부; 및 상기 신호 처리부의 후단에 연결되며, 상기 방위각 및 고각을 이용하여 안테나를 구동하는 안테나 구동부를 포함한다.Multi-mode monopulse satellite tracking system according to an embodiment of the present invention, the antenna assembly including a feed horn assembly for generating a monopulse tracking signal using the tracking signal; A low noise amplifier connected to a rear end of the feed horn assembly and amplifying the monopulse tracking signal with low noise; A down converter connected to a rear end of the low noise amplifier and down converting a frequency of the low noise amplified signal; A monopulse receiver connected to a rear end of the downconverter and separating an I signal and a Q signal from the frequency downconverted signal; A signal processor connected to a rear end of the monopulse receiver to generate an azimuth and an elevation using the I and Q signals; And an antenna driver connected to a rear end of the signal processor and driving the antenna by using the azimuth and elevation angles.

실시 예에 있어서, 상기 급전 혼 조립체는, 기본 모드 신호인 통신용 신호를 송수신하는 유전체 혼; 상기 유전체 혼과 연결되며, 상기 통신용 신호를 형성하는 원형 도파관; 상기 원형 도파관의 주위에 원통으로 형성되며, 고차 모드 신호인 상기 추적용 신호를 형성하는 동축 도파관; 및 상기 추적용 신호를 합성하여 상기 모노펄스 추적용 신호를 생성하는 하이브리드 커플러를 포함할 수 있다.The feed horn assembly may include: a dielectric horn for transmitting and receiving a communication signal that is a basic mode signal; A circular waveguide connected to the dielectric horn and forming the communication signal; A coaxial waveguide formed in a cylindrical shape around the circular waveguide and forming the tracking signal which is a higher order mode signal; And a hybrid coupler for synthesizing the tracking signal to generate the monopulse tracking signal.

실시 예에 있어서, 상기 급전 혼 조립체는, 상기 동축 도파관의 8개의 포트로부터 형성된 상기 추적용 신호의 위상 오차를 보정하고, 상기 보정된 신호를 추출하는 고차 모드 커플러를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the feed horn assembly may further include a higher-order mode coupler for correcting a phase error of the tracking signal formed from eight ports of the coaxial waveguide and extracting the corrected signal.

실시 예에 있어서, 상기 하이브리드 커플러는, 상기 고차 모드 커플러로부터 추출된 신호를 동위상으로 합성하여 1개의 상기 모노펄스 추적용 신호를 생성할 수 있다.In example embodiments, the hybrid coupler may generate one monopulse tracking signal by synthesizing a signal extracted from the higher-order mode coupler in phase.

실시 예에 있어서, 상기 급전 혼 조립체는, 상기 모노펄스 추적용 신호의 위상 오차를 보정하는 위상 변위기를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the feed horn assembly may further include a phase shifter for correcting a phase error of the monopulse tracking signal.

실시 예에 있어서, 상기 급전 혼 조립체는, 상기 하이브리드 커플러와 연결되며, 상기 통신용 신호를 좌 원형 편파(Left-Handed Circular Polarization, LHCP) 신호 및 우 원형 편파(Right-Handed Circular Polarization, RHCP) 신호로 분리하는 편파기를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the feed horn assembly is connected to the hybrid coupler and converts the communication signal into a left-handed circular polarization (LHCP) signal and a right-handed circular polarization (RHCP) signal. It may further comprise a polarizer for separating.

실시 예에 있어서, 상기 모노펄스 수신부는, 상기 주파수 하향 변환된 신호에 전압 제어 발진기의 출력을 곱하여 주파수 다운 커버전(down conversion)을 수행하는 믹서; 상기 믹서에 연결되며, 상기 주파수 다운 커버전된 신호를 I신호 및 Q신호로 분리하는 스플리터; 및 상기 I신호 및 Q신호 중 어느 하나의 위상을 90도 천이하는 위상 천이기를 포함할 수 있다.The monopulse receiving unit may include: a mixer configured to perform frequency down conversion by multiplying the frequency down-converted signal by an output of a voltage controlled oscillator; A splitter connected to the mixer and separating the frequency down-covered signal into an I signal and a Q signal; And a phase shifter for shifting the phase of any one of the I and Q signals by 90 degrees.

실시 예에 있어서, 상기 I신호 및 Q신호가 90도의 위상 차를 갖도록, 상기 I신호 및 Q신호 중 어느 하나가 위상 천이기를 통과할 수 있다.In an embodiment, one of the I and Q signals may pass through a phase shifter such that the I and Q signals have a phase difference of 90 degrees.

실시 예에 있어서, 상기 신호 처리부는, 상기 I신호 및 Q신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부; 상기 변환된 디지털 신호를 통과시키는 저역 통과 필터; 상기 저역 통과 필터의 출력 신호로부터 방위각 및 고각을 계산하는 신호 처리 장치; 및 상기 방위각 및 고각을 안테나 구동 축을 중심으로 하는 방위각 및 고각으로 변환하는 좌표 변환부를 포함할 수 있다.The signal processor may include an analog / digital converter configured to receive the I and Q signals and convert them into digital signals; A low pass filter for passing the converted digital signal; A signal processing device for calculating azimuth and elevation from an output signal of the low pass filter; And a coordinate converter configured to convert the azimuth and elevation into azimuth and elevation with respect to the antenna driving axis.

실시 예에 있어서, 상기 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템은, 상기 하향 변환부의 후단에 연결되며, 기본 모드 신호인 통신용 신호를 수신하는 기저대역 모뎀부를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, the multi-mode monopulse satellite tracking system may further include a baseband modem unit connected to a rear end of the downconverter and receiving a communication signal which is a basic mode signal.

본 발명의 일 실시 예에 따른 다중 모드 모노펄스 위성 추적 방법은, 기본 모드 신호인 통신용 신호 및 고차 모드 신호인 추적용 신호를 수신하는 단계; 급전 혼 조립체에서 상기 추적용 신호를 이용하여 모노펄스 추적용 신호를 생성하는 단계; 상기 모노펄스 추적용 신호를 저잡음으로 증폭시키는 단계; 상기 저잡음으로 증폭된 신호의 주파수를 하향 변환시키는 단계; 상기 주파수 하향 변환된 신호로부터 I신호 및 Q신호를 분리하는 단계; 상기 I신호 및 Q신호를 이용하여 방위각 및 고각을 생성하는 단계; 및 상기 방위각 및 고각을 이용하여 안테나를 구동하는 단계를 포함한다.Multi-mode monopulse satellite tracking method according to an embodiment of the present invention, receiving a communication signal that is a basic mode signal and a tracking signal that is a higher-order mode signal; Generating a monopulse tracking signal using the tracking signal in a feed horn assembly; Amplifying the monopulse tracking signal with low noise; Down converting the frequency of the low noise amplified signal; Separating an I signal and a Q signal from the frequency down-converted signal; Generating an azimuth and elevation using the I and Q signals; And driving the antenna using the azimuth and elevation.

실시 예에 있어서, 상기 급전 혼 조립체에서 상기 추적용 신호를 이용하여 모노펄스 추적용 신호를 생성하는 단계는, 유전체 혼에서 상기 통신용 신호를 송수신하는 단계; 원형 도파관에서 상기 통신용 신호를 형성하는 단계; 동축 도파관에서 상기 추적용 신호를 형성하는 단계; 및 하이브리드 커플러에서 상기 추적용 신호를 합성하여 상기 모노펄스 추적용 신호를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The generating of the monopulse tracking signal using the tracking signal in the feed horn assembly may include: transmitting and receiving the communication signal in a dielectric horn; Forming the communication signal in a circular waveguide; Forming the tracking signal in a coaxial waveguide; And synthesizing the tracking signal in a hybrid coupler to generate the monopulse tracking signal.

실시 예에 있어서, 상기 주파수 하향 변환된 신호로부터 I신호 및 Q신호를 분리하는 단계는, 믹서에서 상기 주파수 하향 변환된 신호에 전압 제어 발진기의 출력을 곱하여 주파수 다운 커버전을 수행하는 단계; 스플리터에서 상기 주파수 다운 커버전된 신호를 I신호 및 Q신호로 분리하는 단계; 및 위상 천이기에서 상기 I신호 및 Q신호 중 어느 하나의 위상을 90도 천이하는 단계를 포함할 수 있다.The separating of the I signal and the Q signal from the frequency down-converted signal may include: performing a frequency down-coverage operation by multiplying the frequency down-converted signal by an output of a voltage controlled oscillator; Separating the frequency down-covered signal into an I signal and a Q signal in a splitter; And shifting the phase of any one of the I signal and the Q signal by 90 degrees in the phase shifter.

실시 예에 있어서, 상기 I신호 및 Q신호를 이용하여 방위각 및 고각을 생성하는 단계는, 아날로그/디지털 변환부에서 상기 I신호 및 Q신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 단계; 상기 변환된 디지털 신호가 저역 통과 필터를 통과하는 단계; 신호 처리 장치에서 상기 저역 통과 필터의 출력 신호로부터 방위각 및 고각을 계산하는 단계; 및 좌표 변환부에서 상기 방위각 및 고각을 안테나 구동 축을 중심으로 하는 방위각 및 고각으로 변환하는 단계를 포함할 수 있다.The generating of the azimuth and elevation using the I and Q signals may include: receiving the I and Q signals by an analog / digital converter and converting them into digital signals; Passing the converted digital signal through a low pass filter; Calculating azimuth and elevation angles from an output signal of the low pass filter in a signal processing apparatus; And converting the azimuth angle and the elevation angle into the azimuth angle and the elevation angle around the antenna driving axis by a coordinate converter.

본 발명에 의하면, 급전 혼 조립체의 크기를 축소함으로써, 급전 혼 조립체를 구비하는 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템을 소형 안테나에 적용시킬 수 있다. 이에 따라, 로빙 위성 추적 방식에 비해 추적 정확도를 높일 수 있으며, 종래의 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템에 비해 무게를 감소시키고 크기를 축소시킴으로써, 고속 이동체에 탑재가 가능하다.According to the present invention, by reducing the size of the feed horn assembly, a multi-mode monopulse satellite tracking system having a feed horn assembly can be applied to a small antenna. Accordingly, the tracking accuracy can be increased compared to the roving satellite tracking method, and the weight can be reduced and the size can be reduced compared to the conventional multi-mode monopulse satellite tracking system, thereby enabling it to be mounted on a high-speed moving object.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 급전 혼 조립체를 보여주는 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 따른 급전 혼 조립체를 이용한 안테나 조립체의 패턴 측정 결과를 보여주는 도표들이다.
도 3은 도 1에 따른 급전 혼 조립체를 구비한 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템의 안테나 구조를 보여주는 개념도이다.
도 4는 도 1에 따른 급전 혼 조립체를 구비한 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템을 보여주는 개념도이다.
도 5는 도 4에 따른 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템을 이용한 추적 오차 신호 분석 좌표계를 보여주는 개념도이다.
도 6 및 도 7은 도 4에 따른 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템에 구비된 고차 모드 커플러의 출력 신호의 성분을 보여주는 개념도들이다.
도 8 및 도 9는 도 4에 따른 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템에 구비된 하이브리드 커플러에서의 신호 합성 과정을 보여주는 개념도들이다.
도 10은 도 4에 따른 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템에 구비된 모노펄스 수신부에서의 신호 흐름을 보여주는 개념도이다.
도 11은 도 4에 따른 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템에 구비된 신호 처리부에서의 신호 흐름을 보여주는 개념도이다.
도 12는 도 4에 따른 다중 모드 모노펄스 위성 추적 방법을 보여주는 순서도이다.1 is a perspective view showing a feed horn assembly according to an embodiment of the present invention.
2A and 2B are diagrams showing a pattern measurement result of an antenna assembly using the feed horn assembly according to FIG. 1.
3 is a conceptual diagram illustrating an antenna structure of a multi-mode monopulse satellite tracking system having a feed horn assembly according to FIG. 1.
4 is a conceptual diagram illustrating a multi-mode monopulse satellite tracking system with a feed horn assembly according to FIG. 1.
5 is a conceptual diagram illustrating a tracking error signal analysis coordinate system using the multi-mode monopulse satellite tracking system according to FIG. 4.
6 and 7 are conceptual views illustrating components of an output signal of a higher-order mode coupler included in the multi-mode monopulse satellite tracking system according to FIG. 4.
8 and 9 are conceptual views illustrating a signal synthesis process in a hybrid coupler included in the multi-mode monopulse satellite tracking system according to FIG. 4.
FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a signal flow in a monopulse receiver provided in the multi-mode monopulse satellite tracking system according to FIG. 4.
FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a signal flow in a signal processor included in the multi-mode monopulse satellite tracking system according to FIG. 4.
12 is a flowchart illustrating a multi-mode monopulse satellite tracking method according to FIG. 4.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위하여, 본 발명의 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 하지만, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고, 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통해 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 급전 혼 조립체(100)를 보여주는 사시도이다.1 is a perspective view showing a feed horn assembly 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 급전 혼 조립체(100)는 유전체 혼(110), 원형 도파관(120), 동축 도파관(130), 고차 모드 커플러(140), 하이브리드 커플러(150), 위상 변위기(160) 및 편파기(170)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the feed horn assembly 100 includes a dielectric horn 110, a circular waveguide 120, a coaxial waveguide 130, a higher order mode coupler 140, a hybrid coupler 150, a phase shifter 160. And a polarizer 170.

여기에서, 유전체 혼(110)은 기본 모드(TE11 mode) 신호인 통신용 신호를 송수신할 수 있다.Here, the dielectric horn 110 may transmit and receive a communication signal that is a basic mode (TE 11 mode) signal.

원형 도파관(120)은 유전체 혼(110)과 연결되며, 기본 모드(TE11 mode) 신호인 통신용 신호를 형성할 수 있다.The circular waveguide 120 is connected to the dielectric horn 110 and may form a communication signal that is a basic mode (TE 11 mode) signal.

동축 도파관(130)은 원형 도파관(120)의 주위에 원통으로 형성되며, 고차 모드(TE21 mode) 신호인 추적용 신호를 형성할 수 있다.The coaxial waveguide 130 is formed in a cylindrical shape around the circular waveguide 120, and may form a tracking signal that is a high order mode (TE 21 mode) signal.

고차 모드 커플러(140)는 고차 모드(TE21 mode) 신호인 추적용 신호를 수신하기 위한 동축 모드 커플러로서, 동축 도파관(130)의 8개의 포트로부터 형성된 추적용 신호의 위상 오차를 보정하고, 보정된 신호를 추출할 수 있다.The higher order mode coupler 140 is a coaxial mode coupler for receiving a tracking signal that is a TE 21 mode signal, and corrects and corrects a phase error of the tracking signal formed from eight ports of the coaxial waveguide 130. The extracted signal can be extracted.

하이브리드 커플러(150)는 추적용 신호를 합성하여 모노펄스 추적용 신호를 생성할 수 있다. 하이브리드 커플러(150)는 고차 모드 커플러(140)로부터 추출된 신호를 동위상으로 합성하여 1개의 모노펄스 추적용 신호를 생성할 수 있다.The hybrid coupler 150 may generate a monopulse tracking signal by synthesizing the tracking signal. The hybrid coupler 150 may generate one monopulse tracking signal by synthesizing the signal extracted from the higher order mode coupler 140 in phase.

위상 변위기(160)는 모노펄스 추적용 신호의 위상 오차를 보정할 수 있다.The phase shifter 160 may correct a phase error of the monopulse tracking signal.

편파기(170)는 기본 모드(TE11 mode) 신호인 통신용 신호에 편파를 부여할 수 있다. 구체적으로, 편파기(170)는 하이브리드 커플러(150)와 연결되며, 통신용 신호를 좌 원형 편파(Left-Handed Circular Polarization, LHCP) 신호(174) 및 우 원형 편파(Right-Handed Circular Polarization, RHCP) 신호(172)로 분리할 수 있다.The polarizer 170 may impart polarization to a communication signal that is a basic mode (TE 11 mode) signal. Specifically, the polarizer 170 is connected to the hybrid coupler 150, and the communication signal to the left-handed circular polarization (LHCP) signal 174 and the right-handed circular polarization (RHCP) Can be separated by signal 172.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 따른 급전 혼 조립체를 이용한 안테나 조립체의 패턴 측정 결과를 보여주는 도표들이다.2A and 2B are diagrams showing a pattern measurement result of an antenna assembly using the feed horn assembly according to FIG. 1.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 위성 추적을 위한 고차 모드(TE21 mode) 신호인 추적용 신호가 생성되고 있음을 알 수 있다.2A and 2B, it can be seen that a signal for tracking, which is a high order mode (TE 21 mode) signal for satellite tracking, is generated.

구체적으로, 도 2a를 참조하면, 주파수 7.25GHz, 7.50GHz, 7.75GHz, 7.90GHz, 8.15GHz, 8.40GHz에서 방위각 -180도에서 +180도로 안테나 조립체의 패턴 측정 결과를 알 수 있다. 여기에서, 사이드 로브의 레벨 규격은 아래의 수학식 1과 같다. 사이드 로브 레벨은 빨간색 선으로 표시되었다.Specifically, referring to FIG. 2A, a pattern measurement result of the antenna assembly may be seen at azimuth angles of −180 degrees to +180 degrees at frequencies 7.25 GHz, 7.50 GHz, 7.75 GHz, 7.90 GHz, 8.15 GHz, and 8.40 GHz. Here, the level specification of the side lobe is shown in Equation 1 below. Side lobe levels are marked with a red line.

Figure 112012035518379-pat00001
Figure 112012035518379-pat00001

Figure 112012035518379-pat00002
Figure 112012035518379-pat00002

여기에서, θ는 각도를 의미하며, G(θ)는 사이드 로브 레벨의 크기를 의미한다. 또한, λ는 송신 및 수신 주파수의 파장을 의미하며, D는 안테나의 크기를 의미한다.Here, θ means angle and G (θ) means the size of side lobe level. In addition, λ means the wavelength of the transmission and reception frequency, D means the size of the antenna.

사이드 로브 레벨은 적어도 90% 이상 위의 규격을 넘지 않아야 한다. 사이드 로브 레벨 규격은 MILITARY STANDARD의 INTEROPERABILITY AND PERFORMANCE STANDS FOR SHF SATELLITE COMMUNICATIONS EARTH TERMINALS, 5.1.3.1.2.b를 참조한다. 사이드 로브 레벨 규격은 검은색 선으로 표시되었다.Side lobe levels shall not exceed at least 90% of the above specifications. For side lobe level specifications, see MILITARY STANDARD's INTEROPERABILITY AND PERFORMANCE STANDS FOR SHF SATELLITE COMMUNICATIONS EARTH TERMINALS, 5.1.3.1.2.b. Side lobe level specifications are indicated by black lines.

한편, 교차 편파 레벨 규격은 아래의 수학식 2와 같다. 교차 편파 레벨은 파란색 선으로 표시되었다.On the other hand, the cross polarization level specification is shown in Equation 2 below. Cross polarization levels are indicated by blue lines.

Figure 112012035518379-pat00003
Figure 112012035518379-pat00003

Figure 112012035518379-pat00004
Figure 112012035518379-pat00004

Figure 112012035518379-pat00005
Figure 112012035518379-pat00005

Figure 112012035518379-pat00006
Figure 112012035518379-pat00006

여기에서,

Figure 112012035518379-pat00007
은 1도 또는 100λ를 의미하며, λ는 송신 및 수신 주파수의 파장을 의미한다.
From here,
Figure 112012035518379-pat00007
Means 1 degree or 100λ, and λ means the wavelength of transmit and receive frequency.

*교차 편파 레벨 규격은 ITU-R S.731의 REFERENCE EARTH-STATION CROSS-POLARIZED RADIATION PATTERN FOR USE IN FREQUENCY COORDINATION AND INTERFERENCE ASSESSMENT IN THE FREQUENCY RANGE FROM 2 TO ABOUT 30GHz를 참조한다. 교차 편파 레벨 규격은 연한 파란색 선으로 표시되었다.* For cross polarization level specifications, see ITU-R S.731 REFERENCE EARTH-STATION CROSS-POLARIZED RADIATION PATTERN FOR USE IN FREQUENCY COORDINATION AND INTERFERENCE ASSESSMENT IN THE FREQUENCY RANGE FROM 2 TO ABOUT 30GHz. Cross polarization level specifications are indicated by light blue lines.

도 3은 도 1에 따른 급전 혼 조립체를 구비한 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템의 안테나 구조를 보여주는 개념도이다.3 is a conceptual diagram illustrating an antenna structure of a multi-mode monopulse satellite tracking system having a feed horn assembly according to FIG. 1.

도 3을 참조하면, 원형 도파관(120)의 외부에 동축 도파관(130)이 원통으로 형성됨으로써, 고차 모드(TE21 mode) 신호인 추적용 신호가 형성될 수 있다. 이후, 추적용 신호가 각도 오차 추출에 이용됨으로써, 모노펄스 추적용 신호가 생성될 수 있다.Referring to FIG. 3, a coaxial waveguide 130 is formed outside of the circular waveguide 120 in a cylindrical shape, such that a tracking signal that is a TE 21 mode signal may be formed. Then, the tracking signal is used to extract the angular error, thereby generating a monopulse tracking signal.

도 4는 도 1에 따른 급전 혼 조립체를 구비한 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템을 보여주는 개념도이다.4 is a conceptual diagram illustrating a multi-mode monopulse satellite tracking system with a feed horn assembly according to FIG. 1.

도 4를 참조하면, 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템은 급전 혼 조립체(100)를 포함하는 안테나 조립체, 저잡음 증폭부(200), 하향 변환부(300), 모노펄스 수신부(400), 기저대역 모뎀부(500), 신호 처리부(600) 및 안테나 구동부(700)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4, the multi-mode monopulse satellite tracking system includes an antenna assembly including a feed horn assembly 100, a low noise amplifier 200, a down converter 300, a monopulse receiver 400, and a baseband modem. The unit 500 may include a signal processor 600 and an antenna driver 700.

여기에서, 급전 혼 조립체(100)는 기본 모드(TE11 mode) 신호인 통신용 신호를 송수신하는 유전체 혼(110), 기본 모드(TE11 mode) 신호인 통신용 신호를 형성하는 원형 도파관(120), 고차 모드(TE21 mode) 신호인 추적용 신호를 형성하는 동축 도파관(130), 동축 도파관(130)에서 형성된 추적용 신호의 위상 오차를 보정하고, 보정된 신호를 추출하는 고차 모드 커플러(140) 및 고차 모드 커플러(140)로부터 추출된 신호를 합성하여 모노펄스 추적용 신호를 생성하는 하이브리드 커플러(150)를 포함할 수 있다.Here, the feed horn assembly 100 is the default mode (TE 11 mode) dielectric horn (110) for transmitting and receiving signals of communication signals, the basic mode (TE 11 mode), a circular waveguide that forms a signal with a communication signal 120, Coaxial waveguide 130 forming a tracking signal that is a TE 21 mode signal, and a higher order mode coupler 140 for correcting a phase error of the tracking signal formed in the coaxial waveguide 130 and extracting the corrected signal. And a hybrid coupler 150 for synthesizing the signal extracted from the higher order mode coupler 140 to generate a monopulse tracking signal.

저잡음 증폭부(200)는 급전 혼 조립체(100)의 후단에 연결되며, 모노펄스 추적용 신호를 저잡음으로 증폭시킬 수 있다.The low noise amplifier 200 is connected to the rear end of the feed horn assembly 100, and can amplify the monopulse tracking signal with low noise.

하향 변환부(300)는 저잡음 증폭부(200)의 후단에 연결되며, 저잡음으로 증폭된 신호의 주파수를 하향 변환시킬 수 있다.The down converter 300 is connected to the rear end of the low noise amplifier 200 and may down-convert the frequency of the signal amplified with low noise.

모노펄스 수신부(400)는 하향 변환부(300)의 후단에 연결되며, 주파수 하향 변환된 신호로부터 I신호 및 Q신호를 분리할 수 있다.The monopulse receiver 400 is connected to the rear end of the down converter 300 and may separate the I signal and the Q signal from the frequency down converted signal.

기저대역 모뎀부(500)는 하향 변환부(300)의 후단에 연결되며, 기본 모드(TE11 mode) 신호인 통신용 신호를 수신할 수 있다.The baseband modem unit 500 may be connected to the rear end of the down converter 300 and may receive a communication signal that is a basic mode (TE 11 mode) signal.

신호 처리부(600)는 모노펄스 수신부(400)의 후단에 연결되며, I신호 및 Q신호를 이용하여 방위각 및 고각을 생성할 수 있다.The signal processor 600 is connected to the rear end of the monopulse receiver 400 and may generate an azimuth and elevation using an I signal and a Q signal.

안테나 구동부(700)는 신호 처리부(600)의 후단에 연결되며, 방위각 및 고각을 이용하여 안테나를 구동할 수 있다.The antenna driver 700 is connected to the rear end of the signal processor 600 and may drive the antenna by using azimuth and elevation.

도 5는 도 4에 따른 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템을 이용한 추적 오차 신호 분석 좌표계를 보여주는 개념도이다.5 is a conceptual diagram illustrating a tracking error signal analysis coordinate system using the multi-mode monopulse satellite tracking system according to FIG. 4.

도 5를 참조하면, 추적 오차 신호 분석을 위한 좌표계에서, 안테나 개구면(aperture)을 기준으로 수평 방향을 X축, 수직 방향을 Y축으로 가정한다. 또한, 안테나 개구면과 위성 간 추적 오차가 없는 가시선(line of sight)이 형성될 때, 이 방향을 Z축으로 가정한다.Referring to FIG. 5, in the coordinate system for tracking error signal analysis, it is assumed that the horizontal direction is the X axis and the vertical direction is the Y axis based on the antenna aperture. In addition, when a line of sight without a tracking error between the antenna aperture and the satellite is formed, this direction is assumed to be the Z axis.

위성이 Z축으로부터 오프셋 각도(offset angle) θ만큼 벗어났을 때 이를 안테나 개구면 방향으로 투사(projection)시키면, X축으로 Δx만큼, Y축으로 Δy만큼의 추적 오차 신호 성분을 분리해낼 수 있다. 한편, 여기에서, X축을 중심으로 추적 오차 신호가 Y축 방향으로 돌아간 정도를 Φ로 정의한다.
When the satellite deviates from the Z axis by an offset angle θ, it can be projected in the direction of the antenna aperture to separate tracking error signal components by Δx in the X axis and Δy in the Y axis. On the other hand, here, the degree to which the tracking error signal is returned in the Y axis direction about the X axis is defined as Φ.

*도 6 및 도 7은 도 4에 따른 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템에 구비된 고차 모드 커플러의 출력 신호의 성분을 보여주는 개념도들이다.6 and 7 are conceptual views illustrating components of an output signal of a higher-order mode coupler included in the multi-mode monopulse satellite tracking system according to FIG. 4.

도 6을 참조하면, 고차 모드 커플러(140)를 통해 수신되는 신호 성분을 분석하기 위해 CST M/W 시뮬레이션을 실시하였다. 이때, 도시된 바와 같이, X축 및 Y축이 이루는 평면을 안테나 개구면으로 가정한다.Referring to FIG. 6, CST M / W simulation was performed to analyze signal components received through the higher order mode coupler 140. At this time, it is assumed that the plane formed by the X-axis and the Y-axis as the antenna aperture.

도 7을 참조하면, 소스를 Z축(ⓐ)으로부터 ⓑ로 이동했을 때, 고차 모드 커플러(140)의 ②, ③, ④, ⑤, ⑥, ⑦, ⑧, ⑨번 포트(port)로 수신되는 신호 성분을 알 수 있다.Referring to FIG. 7, when the source is moved from the Z axis (ⓐ) to ⓑ, it is received through ports ②, ③, ④, ⑤, ⑥, ⑦, ⑧, and ⑨ of the higher order mode coupler 140. The signal component can be known.

구체적으로, 소스로 수평 편파 신호를 인가했을 때, ②, ③, ④, ⑤번 포트로 추적 오차용 신호의 -Δx 성분이 추출되고, ⑥, ⑦, ⑧, ⑨번 포트로 추적 오차용 신호의 Δy 성분이 추출될 수 있다. 또한, 소스로 수직 편파 신호를 인가했을 때, ②, ③, ④, ⑤번 포트로 추적 오차용 신호의 Δy 성분이 추출되고, ⑥, ⑦, ⑧, ⑨번 포트로 추적 오차용 신호의 Δx 성분이 추출될 수 있다.Specifically, when the horizontal polarization signal is applied to the source, the -Δx component of the tracking error signal is extracted to ports ②, ③, ④, and ⑤, and the signal for tracking error is sent to ports ⑥, ⑦, ⑧, and ⑨. The Δy component can be extracted. In addition, when the vertical polarization signal is applied to the source, the Δy component of the tracking error signal is extracted to ports ②, ③, ④, and ⑤, and the Δx component of the tracking error signal to ports ⑥, ⑦, ⑧, and ⑨. This can be extracted.

도 8 및 도 9는 도 4에 따른 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템에 구비된 하이브리드 커플러에서의 신호 합성 과정을 보여주는 개념도들이다.8 and 9 are conceptual views illustrating a signal synthesis process in a hybrid coupler included in the multi-mode monopulse satellite tracking system according to FIG. 4.

이전의 도 7을 참조하면, 고차 모드 커플러(140)의 8개의 포트에서의 신호 위상 관계를 알 수 있다. 구체적으로, ②번 포트와 ③번 포트의 출력 신호가 서로 역위상임을 알 수 있다. 또한, ④번 포트와 ⑤번 포트의 출력 신호도 서로 역위상임을 알 수 있다. 이러한 역위상의 신호들을 동위상으로 합성시키기 위해, 하이브리드 커플러(150)가 사용될 수 있다.Referring to FIG. 7, the signal phase relation at eight ports of the higher order mode coupler 140 may be known. Specifically, it can be seen that the output signals of port ② and port ③ are in phase with each other. In addition, it can be seen that the output signals of port ④ and port ⑤ are also out of phase with each other. Hybrid coupler 150 may be used to synthesize these antiphase signals in phase.

도 8을 참조하면, 180도 하이브리드 커플러가 사용될 수 있다. 180도 하이브리드 커플러를 통해 출력되는 ⓐ 신호는 E1 = -Δx EX + Δy EY로 나타낼 수 있으며, ⓑ 신호는 E2 = Δy EX + Δx EY로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 8, a 180 degree hybrid coupler may be used. The signal ⓐ output through the 180 degree hybrid coupler can be represented by E 1 = -Δx E X + Δy E Y , and the signal ⓑ can be represented by E 2 = Δy E X + Δx E Y.

도 9를 참조하면, 신호는 180도 하이브리드 커플러를 통과한 뒤, 90도 하이브리드 커플러를 통과할 수 있다. 구체적으로, 포트 2에서 90도 위상이 지연된 E1 신호와 180도 위상이 지연된 E2 신호가 출력될 수 있다. 또한, 포트 3에서 90도 위상이 지연된 E2 신호와 180도 위상이 지연된 E1 신호가 출력될 수 있다. 즉, 포트 2의 출력 신호는 E1+jE2로 나타낼 수 있으며, 포트 3의 출력 신호는 E2+jE1으로 나타낼 수 있다.Referring to FIG. 9, a signal may pass through a 180 degree hybrid coupler and then pass through a 90 degree hybrid coupler. In detail, the E 2 signal delayed by 90 degrees and the E 2 signal delayed by 180 degrees may be output from the port 2. In addition, an E 2 signal delayed by 90 degrees and an E 1 signal delayed by 180 degrees may be output from port 3. That is, the output signal of port 2 may be represented by E 1 + jE 2 , and the output signal of port 3 may be represented by E 2 + jE 1 .

한편, 무궁화 5호 위성으로부터 수신되는 신호는 좌 원형 편파(Left-Handed Circular Polarization, LHCP) 신호이다. 이는, 안테나 개구면의 X축의 신호를 Ex = Eoejωt-α라고 했을 때, Y축의 신호가 90도 위상이 지연되어 수신되는 것을 의미하며, Ey = jEx = Eoej(ωt-π/2-α)와 같이 나타낼 수 있다. 90도 하이브리드 커플러를 통해 출력되는 신호는 아래의 수학식 3과 같다.
Meanwhile, the signal received from the Mugunghwa satellite 5 is a Left-Handed Circular Polarization (LHCP) signal. This means that when the signal on the X axis of the antenna aperture surface is Ex = Eoejωt-α, the signal on the Y axis is received with a delay of 90 degrees, and Ey = jEx = Eoej (ωt-π / 2-α) Can be represented as: The signal output through the 90 degree hybrid coupler is shown in Equation 3 below.

Figure 112012035518379-pat00008
Figure 112012035518379-pat00008

수식 전개 결과, E1+jE2의 진폭(amplitude)은 추적 오차 신호의 크기를 가지며, 주파수 성분에는 추적 오차 신호의 Ф성분이 포함됨을 알 수 있다. 한편, E2+jE1은 계산 결과 0이 되며, 이는 실제 회로에서 종단 포트(termination port)로 쓰임을 알 수 있다.As a result of the equation development, it can be seen that the amplitude of E 1 + jE 2 has the magnitude of the tracking error signal, and the frequency component includes the Ф component of the tracking error signal. Meanwhile, E 2 + jE 1 becomes 0 as a result of the calculation, and it can be seen that it is used as a termination port in an actual circuit.

도 10은 도 4에 따른 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템에 구비된 모노펄스 수신부에서의 신호 흐름을 보여주는 개념도이다.FIG. 10 is a conceptual diagram illustrating a signal flow in a monopulse receiver provided in the multi-mode monopulse satellite tracking system according to FIG. 4.

도 10을 참조하면, 모노펄스 수신부(400)는 믹서(410), 스플리터(420), 및 위상 천이기(440)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10, the monopulse receiver 400 may include a mixer 410, a splitter 420, and a phase shifter 440.

구체적으로, 하이브리드 커플러(150)로부터 합성된 모노펄스 추적용 신호는 저잡음 증폭부(200)를 통해 저잡음으로 증폭된 후, 하향 변환부(300)를 통해 주파수가 하향 변환될 수 있다. 이후, 주파수 하향 변환된 신호는 모노펄스 수신부(400)로 입력되며, 모노펄스 수신부(400)에서 I신호 및 Q신호로 분리될 수 있다.In detail, the monopulse tracking signal synthesized from the hybrid coupler 150 may be amplified with low noise through the low noise amplifier 200 and then down-converted through the down converter 300. Thereafter, the frequency down-converted signal is input to the monopulse receiver 400 and may be separated into an I signal and a Q signal by the monopulse receiver 400.

좀 더 상세하게, 주파수 하향 변환된 신호는 믹서(410)를 통과하며, 믹서(410)는 주파수 하향 변환된 신호에 전압 제어 발진기의 출력을 곱하여 10MHz로 주파수 다운 컨버전(down conversion)될 수 있다. 주파수 다운 컨버전된 신호는 스플리터(spliter)(420)에서 I신호 및 Q신호(ⓑ 신호 및 ⓒ 신호)로 분리될 수 있다. 이후, I신호 및 Q신호 중 어느 하나, 예를 들어, ⓑ 신호는 위상 천이기(phase shifter)(440)를 통과할 수 있다. 이에 따라, I신호 및 Q신호는 90도의 위상 차를 갖게 된다.More specifically, the frequency down-converted signal passes through the mixer 410, which can be frequency down converted to 10 MHz by multiplying the frequency down-converted signal by the output of the voltage controlled oscillator. The frequency down-converted signal may be divided into an I signal and a Q signal (? Signal and? Signal) at the splitter 420. Thereafter, any one of the I and Q signals, for example, the ⓑ signal, may pass through a phase shifter 440. As a result, the I and Q signals have a phase difference of 90 degrees.

이때, ⓐ 신호는 아래의 수학식 4와 같다.At this time, the signal ⓐ is as shown in Equation 4 below.

Figure 112012035518379-pat00009
Figure 112012035518379-pat00009

여기에서, ω1 = 2πf이고, f=70MHz이며, E0값은 각 장치 이득에 의해 변할 수 있다.Here, ω 1 = 2πf, f = 70 MHz, and the E 0 value can vary with each device gain.

ⓑ 신호는 아래의 수학식 5와 같다.Ⓑ signal is shown in Equation 5 below.

Figure 112012035518379-pat00010
Figure 112012035518379-pat00010

여기에서, ω2 = 2πf이고, f=10MHz이다.Here, ω 2 = 2πf and f = 10 MHz.

ⓒ 신호는 아래의 수학식 6과 같다.Ⓒ signal is shown in Equation 6 below.

Figure 112012035518379-pat00011
Figure 112012035518379-pat00011

여기에서, ω2 = 2πf이고, f=10MHz이다.Here, ω 2 = 2πf and f = 10 MHz.

한편, 신호 처리부(600)는 모노펄스 수신부(400)의 후단에 연결되며, 분리된 I신호 및 Q신호를 이용하여 방위각 및 고각을 생성할 수 있다.Meanwhile, the signal processor 600 is connected to the rear end of the monopulse receiver 400 and may generate an azimuth and elevation using the separated I and Q signals.

도 11은 도 4에 따른 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템에 구비된 신호 처리부에서의 신호 흐름을 보여주는 개념도이다.FIG. 11 is a conceptual diagram illustrating a signal flow in a signal processor included in the multi-mode monopulse satellite tracking system according to FIG. 4.

도 11을 참조하면, 신호 처리부(600)는 아날로그/디지털 변환부(610), 저역 통과 필터(620), 신호 처리 장치(630) 및 좌표 변환부(640)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11, the signal processor 600 may include an analog / digital converter 610, a low pass filter 620, a signal processor 630, and a coordinate converter 640.

구체적으로, 아날로그/디지털 변환부(610)는 모노펄스 수신부(400)로부터 I신호 및 Q신호를 수신하고, 수신된 I신호 및 Q신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 변환된 디지털 신호는 저역 통과 필터(620)를 통과하며, 신호 처리 장치(630)에서 저역 통과 필터(620)의 출력 신호로부터 방위각(θ) 및 고각(Φ)을 계산할 수 있다. 이후, 좌표 변환부(640)에서 방위각 및 고각을 안테나 구동 축을 중심으로 하는 방위각 및 고각으로 변환할 수 있다.In detail, the analog / digital converter 610 may receive an I signal and a Q signal from the monopulse receiver 400, and may convert the received I signal and the Q signal into a digital signal. The converted digital signal passes through the low pass filter 620, and the azimuth angle θ and the elevation angle Φ may be calculated from the output signal of the low pass filter 620 in the signal processing device 630. Thereafter, the coordinate converter 640 may convert the azimuth and the elevation into azimuth and the elevation around the antenna driving axis.

좀 더 상세하게, 신호 처리부(600)로 입력되는 ⓑ 신호 및 ⓒ 신호는 아날로그/디지털 변환부(610)에서 디지털 신호로 변환되면서, DC로 다운 컨버전(down conversion)될 수 있다. ⓓ 신호는 모노펄스 수신부(400)에서 10MHz로 다운 컨버전된 기본 모드(TE11 mode) 신호이며, 아날로그/디지털 변환부(610)에서 디지털 신호로 변환되면서, DC로 다운 컨버전될 수 있다. ⓑ 신호, ⓒ 신호 및 ⓓ 신호는 저역 통과 필터(620)를 통과한 뒤, 신호 처리 장치(630)에서 방위각(θ) 및 고각(Φ)의 계산 시 이용될 수 있다.In more detail, the ⓑ and ⓒ signals input to the signal processor 600 may be converted into digital signals by the analog / digital converter 610 and down converted to DC. The signal ⓓ is a basic mode (TE 11 mode) signal down-converted to 10 MHz in the monopulse receiver 400, and converted into a digital signal by the analog-digital converter 610 and down-converted to DC. The ⓑ signal, the ⓒ signal, and the ⓓ signal may be used when the azimuth angle θ and the high angle Φ are calculated by the signal processing device 630 after passing through the low pass filter 620.

한편, 모노펄스 추적용 신호 및 기본 모드(TE11 mode) 신호 간의 비는, 추적 범위(θ: 2도 이내) 내에서 K-factor라는 상수(constant)에 비례하며, 이는 신호 처리 장치(630)에서 방위각(θ) 및 고각(Φ)의 계산 시 이용될 수 있다.Meanwhile, the ratio between the monopulse tracking signal and the TE 11 mode signal is proportional to a constant called a K-factor within the tracking range (θ: within 2 degrees), which is a signal processing device 630. It can be used in the calculation of the azimuth angle θ and the elevation angle Φ at.

좌표 변환부(640)는 신호 처리 장치(630)를 통해 계산된 방위각(θ) 및 고각(Φ)(ⓔ 및 ⓕ)을 안테나 구동 축을 중심으로 하는 방위각(Δaz) 및 고각(Δel)으로 변환할 수 있다.The coordinate converter 640 converts the azimuth angle θ and the high angles Φ and ⓔ and ⓕ calculated by the signal processing apparatus 630 into azimuth angle Δaz and high angle Δel around the antenna driving axis. Can be.

이후, 안테나 구동부(700)는 변환된 방위각(Δaz) 및 고각(Δel)을 이용하여 안테나를 구동할 수 있다. 또한, 안테나 구동부(700)는 변환된 방위각(Δaz) 및 고각(Δel)을 이용하여 추적 오차에 대한 보상을 수행할 수 있다.Thereafter, the antenna driver 700 may drive the antenna using the converted azimuth angle Δaz and the elevation angle Δel. In addition, the antenna driver 700 may compensate for the tracking error by using the converted azimuth angle Δaz and the elevation angle Δel.

도 12는 도 4에 따른 다중 모드 모노펄스 위성 추적 방법을 보여주는 순서도이다.12 is a flowchart illustrating a multi-mode monopulse satellite tracking method according to FIG. 4.

도 12를 참조하면, 우선, 기본 모드(TE11 mode) 신호인 통신용 신호 및 고차 모드(TE21 mode) 신호인 추적용 신호가 수신되는 단계(S110)가 진행된다. 다음으로, 급전 혼 조립체에서 추적용 신호를 이용하여 모노펄스 추적용 신호가 생성되는 단계(S120)가 진행된다.Referring to FIG. 12, first, a step (S110) of receiving a communication signal that is a basic mode (TE 11 mode) signal and a tracking signal that is a TE 21 mode signal is performed. Next, in step S120, a monopulse tracking signal is generated using the tracking signal in the feed horn assembly.

구체적으로, 급전 혼 조립체의 원형 도파관에서 통신용 신호를 형성하며, 동축 도파관에서 추적용 신호를 형성할 수 있다. 급전 혼 조립체의 고차 모드 커플러는 추적용 신호의 위상 오차를 보정하며, 하이브리드 커플러는 고차 모드 커플러로부터 추출된 신호를 합성하여 모노펄스 추적용 신호를 생성할 수 있다.Specifically, a signal for communication may be formed in the circular waveguide of the feed horn assembly, and a signal for tracking may be formed in the coaxial waveguide. The higher order mode coupler of the feed horn assembly corrects the phase error of the tracking signal, and the hybrid coupler may generate the signal for monopulse tracking by synthesizing the signal extracted from the higher order mode coupler.

이후, 모노펄스 추적용 신호가 저잡음으로 증폭되는 단계(S130)가 진행된다. 다음으로, 저잡음으로 증폭된 신호의 주파수가 하향 변환되는 단계(S140)가 진행된다.Thereafter, step S130 is performed in which the monopulse tracking signal is amplified with low noise. Next, step S140 is performed in which the frequency of the signal amplified with low noise is down-converted.

이후, 주파수 하향 변환된 신호로부터 I신호 및 Q신호가 분리되는 단계(S150)가 진행된다.Thereafter, the step S150 in which the I signal and the Q signal are separated from the frequency down-converted signal is performed.

구체적으로, 주파수 하향 변환된 신호는 스플리터(spliter)에서 I신호 및 Q신호로 분리될 수 있다. 이후, I신호 및 Q신호 중 어느 하나는 위상 천이기(phase shifter)를 통과할 수 있다. 이에 따라, I신호 및 Q신호는 90도의 위상 차를 갖게 된다.Specifically, the frequency down-converted signal may be separated into an I signal and a Q signal in a splitter. Thereafter, one of the I and Q signals may pass through a phase shifter. As a result, the I and Q signals have a phase difference of 90 degrees.

다음으로, I신호 및 Q신호를 이용하여 방위각 및 고각이 생성되는 단계(S160)가 진행된다.Next, a step (S160) of generating the azimuth and elevation using the I and Q signals is performed.

구체적으로, 아날로그/디지털 변환부에서 I신호 및 Q신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 변환된 디지털 신호는 저역 통과 필터를 통과하며, 신호 처리 장치에서 저역 통과 필터의 출력 신호로부터 방위각 및 고각을 계산할 수 있다. 이후, 좌표 변환부에서 방위각 및 고각을 안테나 구동 축을 중심으로 하는 방위각 및 고각으로 변환할 수 있다.In detail, the analog / digital converter may convert the I and Q signals into digital signals. The converted digital signal passes through the low pass filter, and the signal processing apparatus can calculate the azimuth and elevation from the output signal of the low pass filter. Subsequently, the azimuth and elevation may be converted into an azimuth and elevation around the antenna driving axis by the coordinate converter.

이후, 방위각 및 고각을 이용하여 안테나가 구동되는 단계(S170)가 진행된다.Thereafter, the step S170 of driving the antenna using the azimuth and elevation is performed.

구체적으로, 안테나 구동부는 변환된 방위각 및 고각을 이용하여 안테나를 구동할 수 있다. 또한, 안테나 구동부는 변환된 방위각 및 고각을 이용하여 추적 오차에 대한 보상을 수행할 수 있다.In detail, the antenna driver may drive the antenna using the converted azimuth and elevation. In addition, the antenna driver may compensate for the tracking error by using the converted azimuth and elevation.

상기와 같이 설명된 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템 및 다중 모드 모노펄스 위성 추적 방법은 상기 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The multi-mode monopulse satellite tracking system and the multi-mode monopulse satellite tracking method described above are not limited to the configuration and method of the above-described embodiments, but the embodiments may be modified in various ways. All or some of the embodiments may be selectively combined.

Claims (14)

추적용 신호를 이용하여 모노펄스 추적용 신호를 생성하는 급전 혼 조립체를 포함하는 안테나 조립체;
상기 급전 혼 조립체의 후단에 연결되며, 상기 모노펄스 추적용 신호를 저잡음으로 증폭시키는 저잡음 증폭부;
상기 저잡음 증폭부의 후단에 연결되며, 상기 저잡음으로 증폭된 신호의 주파수를 하향 변환시키는 하향 변환부;
상기 하향 변환부의 후단에 연결되며, 상기 주파수 하향 변환된 신호로부터 I신호 및 Q신호를 분리하는 모노펄스 수신부;
상기 모노펄스 수신부의 후단에 연결되며, 상기 I신호 및 Q신호를 이용하여 방위각 및 고각을 생성하는 신호 처리부; 및
상기 신호 처리부의 후단에 연결되며, 상기 방위각 및 고각을 이용하여 안테나를 구동하는 안테나 구동부를 포함하고,
상기 급전 혼 조립체는,
기본 모드 신호인 통신용 신호를 송수신하는 유전체 혼;
상기 유전체 혼과 연결되며, 상기 통신용 신호를 형성하는 원형 도파관;
상기 원형 도파관의 주위에 원통으로 형성되며, 고차 모드 신호인 상기 추적용 신호를 형성하는 동축 도파관; 및
상기 추적용 신호를 합성하여 상기 모노펄스 추적용 신호를 생성하는 하이브리드 커플러를 포함하는 것을 특징으로 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템.An antenna assembly comprising a feed horn assembly for generating a monopulse tracking signal using the tracking signal;
A low noise amplifier connected to a rear end of the feed horn assembly and amplifying the monopulse tracking signal with low noise;
A down converter connected to a rear end of the low noise amplifier and down converting a frequency of the low noise amplified signal;
A monopulse receiver connected to a rear end of the downconverter and separating an I signal and a Q signal from the frequency downconverted signal;
A signal processor connected to a rear end of the monopulse receiver to generate an azimuth and an elevation using the I and Q signals; And
It is connected to the rear end of the signal processor, and comprises an antenna driver for driving the antenna using the azimuth and elevation,
The feed horn assembly,
A dielectric horn for transmitting and receiving a communication signal which is a basic mode signal;
A circular waveguide connected to the dielectric horn and forming the communication signal;
A coaxial waveguide formed in a cylindrical shape around the circular waveguide and forming the tracking signal which is a higher order mode signal; And
And a hybrid coupler for synthesizing the tracking signal to generate the monopulse tracking signal. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 급전 혼 조립체는,
상기 동축 도파관의 8개의 포트로부터 형성된 상기 추적용 신호의 위상 오차를 보정하고, 상기 보정된 신호를 추출하는 고차 모드 커플러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템.The method of claim 1,
The feed horn assembly,
And a higher order mode coupler for correcting a phase error of the tracking signal formed from eight ports of the coaxial waveguide and extracting the corrected signal. 제 3 항에 있어서,
상기 하이브리드 커플러는,
상기 고차 모드 커플러로부터 추출된 신호를 동위상으로 합성하여 1개의 상기 모노펄스 추적용 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템.The method of claim 3, wherein
The hybrid coupler,
And generating one monopulse tracking signal by synthesizing the signal extracted from the higher-order mode coupler in phase. 제 4 항에 있어서,
상기 급전 혼 조립체는,
상기 모노펄스 추적용 신호의 위상 오차를 보정하는 위상 변위기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템.5. The method of claim 4,
The feed horn assembly,
And a phase shifter for correcting a phase error of the monopulse tracking signal. 제 1 항에 있어서,
상기 급전 혼 조립체는,
상기 하이브리드 커플러와 연결되며, 상기 통신용 신호를 좌 원형 편파(Left-Handed Circular Polarization, LHCP) 신호 및 우 원형 편파(Right-Handed Circular Polarization, RHCP) 신호로 분리하는 편파기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템.The method of claim 1,
The feed horn assembly,
And a polarizer connected to the hybrid coupler and separating the communication signal into a left-handed circular polarization (LHCP) signal and a right-handed circular polarization (RHCP) signal. Multi-mode monopulse satellite tracking system. 제 1 항에 있어서,
상기 모노펄스 수신부는,
상기 주파수 하향 변환된 신호에 전압 제어 발진기의 출력을 곱하여 주파수 다운 커버전(down conversion)을 수행하는 믹서;
상기 믹서에 연결되며, 상기 주파수 다운 커버전된 신호를 I신호 및 Q신호로 분리하는 스플리터; 및
상기 I신호 및 Q신호 중 어느 하나의 위상을 90도 천이하는 위상 천이기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템.The method of claim 1,
The monopulse receiver,
A mixer configured to multiply the frequency down-converted signal by the output of a voltage controlled oscillator to perform frequency down conversion;
A splitter connected to the mixer and separating the frequency down-covered signal into an I signal and a Q signal; And
And a phase shifter for shifting the phase of any one of the I and Q signals by 90 degrees. 제 7 항에 있어서,
상기 I신호 및 Q신호가 90도의 위상 차를 갖도록, 상기 I신호 및 Q신호 중 어느 하나가 위상 천이기를 통과하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템.The method of claim 7, wherein
And one of the I and Q signals passes through a phase shifter such that the I and Q signals have a phase difference of 90 degrees. 제 1 항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 I신호 및 Q신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 아날로그/디지털 변환부;
상기 변환된 디지털 신호를 통과시키는 저역 통과 필터;
상기 저역 통과 필터의 출력 신호로부터 방위각 및 고각을 계산하는 신호 처리 장치; 및
상기 방위각 및 고각을 안테나 구동 축을 중심으로 하는 방위각 및 고각으로 변환하는 좌표 변환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템.The method of claim 1,
The signal processing unit,
An analog / digital converter configured to receive the I and Q signals and convert them into digital signals;
A low pass filter for passing the converted digital signal;
A signal processing device for calculating azimuth and elevation from an output signal of the low pass filter; And
And a coordinate conversion unit for converting the azimuth and elevation into azimuth and elevation with respect to the antenna drive axis. 제 1 항에 있어서,
상기 하향 변환부의 후단에 연결되며, 기본 모드 신호인 통신용 신호를 수신하는 기저대역 모뎀부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 모노펄스 위성 추적 시스템.The method of claim 1,
And a baseband modem unit connected to a rear end of the downconverter and receiving a communication signal which is a basic mode signal. 기본 모드 신호인 통신용 신호 및 고차 모드 신호인 추적용 신호를 수신하는 단계;
급전 혼 조립체에서 상기 추적용 신호를 이용하여 모노펄스 추적용 신호를 생성하는 단계;
상기 모노펄스 추적용 신호를 저잡음으로 증폭시키는 단계;
상기 저잡음으로 증폭된 신호의 주파수를 하향 변환시키는 단계;
상기 주파수 하향 변환된 신호로부터 I신호 및 Q신호를 분리하는 단계;
상기 I신호 및 Q신호를 이용하여 방위각 및 고각을 생성하는 단계; 및
상기 방위각 및 고각을 이용하여 안테나를 구동하는 단계를 포함하고,
상기 급전 혼 조립체에서 상기 추적용 신호를 이용하여 모노펄스 추적용 신호를 생성하는 단계는,
유전체 혼에서 상기 통신용 신호를 송수신하는 단계;
원형 도파관에서 상기 통신용 신호를 형성하는 단계;
동축 도파관에서 상기 추적용 신호를 형성하는 단계; 및
하이브리드 커플러에서 상기 추적용 신호를 합성하여 상기 모노펄스 추적용 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 모노펄스 위성 추적 방법.Receiving a communication signal, which is a basic mode signal, and a tracking signal, which is a higher order mode signal;
Generating a monopulse tracking signal using the tracking signal in a feed horn assembly;
Amplifying the monopulse tracking signal with low noise;
Down converting the frequency of the low noise amplified signal;
Separating an I signal and a Q signal from the frequency down-converted signal;
Generating an azimuth and elevation using the I and Q signals; And
Driving the antenna using the azimuth and elevation;
Generating a monopulse tracking signal using the tracking signal in the feed horn assembly,
Transmitting and receiving the communication signal in a dielectric horn;
Forming the communication signal in a circular waveguide;
Forming the tracking signal in a coaxial waveguide; And
And synthesizing said tracking signal in a hybrid coupler to generate said monopulse tracking signal. 삭제delete 제 11 항에 있어서,
상기 주파수 하향 변환된 신호로부터 I신호 및 Q신호를 분리하는 단계는,
믹서에서 상기 주파수 하향 변환된 신호에 전압 제어 발진기의 출력을 곱하여 주파수 다운 커버전을 수행하는 단계;
스플리터에서 상기 주파수 다운 커버전된 신호를 I신호 및 Q신호로 분리하는 단계; 및
위상 천이기에서 상기 I신호 및 Q신호 중 어느 하나의 위상을 90도 천이하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 모노펄스 위성 추적 방법.The method of claim 11,
Separating the I signal and the Q signal from the frequency down-converted signal,
Multiplying the frequency down-converted signal by the output of a voltage controlled oscillator in a mixer to perform frequency downcovering;
Separating the frequency down-covered signal into an I signal and a Q signal in a splitter; And
And shifting the phase of any one of the I and Q signals by a phase shifter by 90 degrees. 제 11 항에 있어서,
상기 I신호 및 Q신호를 이용하여 방위각 및 고각을 생성하는 단계는,
아날로그/디지털 변환부에서 상기 I신호 및 Q신호를 입력받아 디지털 신호로 변환하는 단계;
상기 변환된 디지털 신호가 저역 통과 필터를 통과하는 단계;
신호 처리 장치에서 상기 저역 통과 필터의 출력 신호로부터 방위각 및 고각을 계산하는 단계; 및
좌표 변환부에서 상기 방위각 및 고각을 안테나 구동 축을 중심으로 하는 방위각 및 고각으로 변환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 모드 모노펄스 위성 추적 방법.The method of claim 11,
Generating an azimuth and elevation using the I and Q signals,
Receiving the I and Q signals by an analog / digital converter and converting them into digital signals;
Passing the converted digital signal through a low pass filter;
Calculating azimuth and elevation angles from an output signal of the low pass filter in a signal processing apparatus; And
And a coordinate conversion unit converting the azimuth and elevation into azimuth and elevation around an antenna drive axis.
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