KR101537355B1 - 소형 인공위성용 안테나 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 소형 인공위성용 안테나 모듈은 큐브형의 몸체를 포함하는 인공위성에 장착되는 안테나 모듈로서, 상기 몸체의 상측에 포개어진 상태로 장착되어 전류 인가 시, 회동을 통하여 상기 몸체의 상측보다 면적이 큰 평판형태로 전개되는 패널부, 그리고 상기 패널부의 내측에 배치되어, 상기 패널부에 상기 전류 인가 시, 탄성력을 통하여 상측으로 돌출되는 돌출부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 평판형의 안테나를 복수개로 분할하고 큐브형 몸체의 상측에 힌지를 통해 회동 가능하도록 구비하여 설치 시에는 포개지도록 고정시키고, 우주환경으로 노출되었을 시에는 자동적으로 전개되도록 함으로써, 큐브형 인공위성의 설정 크기에 제한받지 않고, 높은 주파수 대역의 평판형 안테나 모듈을 큐브형 몸체에 장착하여 장거리 통신은 물론, 많은 양의 데이터를 송수신할 수 있는 효과가 있다.

Description

소형 인공위성용 안테나 모듈{Antenna module for Cube type satellite}

본 발명은 소형 인공위성용 안테나 모듈에 관한 것이다.

인공위성은 사용목적 및 용도 등에 따라 다양한 크기로 개발되며, 최근에는 보다 작고, 가벼운 인공위성의 개발이 지향되는 추세이다.

보다 상세하게는, 인공위성은 무게에 따라 100kg 내외의 마이크로급, 10kg 이내의 나노급, 그리고 1kg 이내의 피코급으로 구분되며, 최근에는 개발 기간이 짧고, 제조비용이 저렴한 나노급 및 피코급 인공위성의 개발이 지향되는 추세이다.

그 중에서 피코급 인공위성은 가로, 세로, 높이의 길이가 각각 10cm인 정육면체 형상으로 무게가 1kg 이하인 큐브형 인공위성으로, 발사 시 환경조건을 고려하여 상술한 규격 내에서 다양한 구조로 설계 제작될 수 있다.

큐브형 인공위성은 크게 몸체 및 몸체에 장착되는 안테나 모듈로 구성될 수 있으며, 몸체는 하나의 큐브형상으로 형성되어 내부에 컴퓨터 및 통신보드 등이 설치될 수 있고, 안테나 모듈은 몸체의 외부에 설치되되, 구조가 단순하고, 부피가 작은 형태일 수 있다.

대표적으로, 큐브형 인공위성에 장착되는 안테나 모듈은 낮은 주파수 대역을 사용하고, 제어를 통해 전개가 가능한 와이어 형태의 안테나 모듈일 수 있다.

와이어 형태의 안테나 모듈은 우주 환경으로 노출되기 전의 상태에서는 최소 부피를 가지도록 몸체에 접혀져 있거나, 감겨져 있는 상태를 유지하고, 우주환경으로 노출되었을 때에는 제어를 통해 전개되어 직선형의 와이어 형태를 유지할 수 있다.

그러나, 상기한 큐브형 인공위성에 장착되는 와이어 형태의 안테나 모듈은 낮은 주파수 대역의 사용으로 인하여 많은 데이터를 수집하거나 전송하는데 한계가 있으며, 이에 따라 장거리 통신에는 부적합한 문제점이 있었다.

또한, 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 큐브형 인공위성에 높은 주파수 대역을 사용하는 평판형 안테나 모듈을 장착하는 방법이 고려되었으나, 상기한 평판형 안테나 모듈은 크기가 한정된 큐브형 인공위성에 비하여 크기가 상대적으로 크고 무거워, 실질적으로 큐브형 인공위성의 몸체에 장착이 불가능한 문제점이 있었다.

극소형 위성 HAUSAT-1의 구조 시스템 개발 / 민명일, 한국항공대학교 대학원, 2004.2

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 몸체에 장착 시에는 접혀진 상태를 유지하고, 우주 공간으로 노출 시에는 몸체에 비해 상대적으로 큰 평판 형태로 전개되는 안테나를 구비하여 우주 공간에서도 높은 주파수의 사용이 가능하여 장거리 통신에 적합한 소형 인공위성용 안테나 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 소형 인공위성용 안테나 모듈은 큐브(cube)형의 몸체를 포함하는 인공위성에 장착되는 안테나 모듈로서, 상기 몸체의 상측에 포개어진 상태로 장착되어 전류 인가 시, 회동을 통하여 상기 몸체의 상측보다 면적이 큰 평판형태로 전개되는 패널(panel)부, 그리고 상기 패널부의 내측에 배치되어, 상기 패널부에 상기 전류 인가 시, 탄성력을 통하여 상측으로 돌출되는 돌출부를 포함한다.

상기 패널부는 상기 몸체의 상측에 설치되는 고정패널, 그리고 상기 고정패널에 힌지를 통해 회전 가능하게 결합되는 회전패널을 포함할 수 있다.

상기 회전패널은 복수개로 형성되고, 미리 정해진 순서를 통해 순차적으로 회전되어 상기 고정패널의 면적과 동일한 크기를 갖도록 상기 고정패널의 내측으로 포개어지거나, 상기 고정패널의 면적보다 큰 크기를 갖도록 상기 고정패널의 외측으로 전개될 수 있다.

상기 회전패널은 상기 고정패널의 면적과 동일한 크기로 형성되거나, 작은 크기로 형성될 수 있다.

상기 패널부는 정사각 또는 직사각 형상의 평판형태로 전개될 수 있다.

상기 힌지는 내측에 비틀림을 받아 탄성 변형된 후, 다시 원래의 형상으로 돌아가려는 성질을 가진 비틀림 탄성부재를 구비하여, 상기 전류 인가 시, 상기 회전패널을 상기 고정패널의 외측으로 자동적으로 회전시킬 수 있다.

상기 패널부는 상기 회전패널이 상기 고정패널의 내측으로 포개어진 후, 상기 회전패널을 고정시킬 수 있는 고정부재를 더 포함할 수 있다.

상기 고정부재는 미리 설정된 온도 이상의 열이 가해지면 형태가 변형되는 소재로 형성될 수 있다.

상기 돌출부는 전파 신호를 송수신하는 혼(horn), 그리고 상기 패널부의 내측에 고정되어 상기 혼을 탄성적으로 지지하고, 탄성력을 이용하여 상기 혼을 상향으로 돌출시키는 탄성 지지부를 포함할 수 있다.

상기 탄성 지지부는 상기 패널부에 고정되어 회동가능한 제1 지지봉, 상기 혼에 연결되어 상기 제1 지지봉의 내측으로 삽입되는 제2 지지봉, 그리고 상기 제1 지지봉의 내측에 배치되어 상기 제2 지지봉을 탄성적으로 지지하는 압축 탄성부재를 포함할 수 있다.

상기 몸체는 미리 설정된 조건에서 상기 안테나 모듈에 전류를 공급하는 제어부를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 평판형의 안테나를 복수개로 분할하고 큐브형 몸체의 상측에 힌지를 통해 회동 가능하도록 구비하여 설치 시에는 포개지도록 고정시키고, 우주환경으로 노출되었을 시에는 자동적으로 전개되도록 함으로써, 큐브형 인공위성의 설정 크기에 제한받지 않고, 높은 주파수 대역의 평판형 안테나 모듈을 큐브형 몸체에 장착하여 장거리 통신은 물론, 많은 양의 데이터를 송수신할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 인공위성용 안테나 모듈이 완전히 포개어진 상태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소형 인공위성용 안테나 모듈이 완전히 전개된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형 인공위성용 안테나 모듈이 포개어지거나 전개된 상태를 각각 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 1의 "A"부분을 확대한 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소형 인공위성용 안테나 모듈의 돌출부를 나타낸 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 소형 인공위성용 안테나 모듈이 전개되는 과정을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

이하에서 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 소형 인공위성용 안테나 모듈이 완전히 포개어진 상태를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 소형 인공위성용 안테나 모듈이 완전히 전개된 상태를 나타낸 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 소형 인공위성용 안테나 모듈이 포개어지거나 전개된 상태를 각각 나타낸 평면도이다.

본 발명의 한 실시예에 따른 큐브형 인공위성(100)(이하 '큐브형 인공위성(100)'이라 함)은 큐브 형의 몸체(10) 및 몸체(10)의 상측에 장착되는 안테나 모듈(30)을 포함한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 큐브형 인공위성(100)은 가로, 세로, 높이가 각각 10cmㅧ10cmㅧ10cm인 정육면체 형의 몸체(10)와, 상기 몸체(10)의 상측에 장착되어 우주환경에서 지상과 데이터를 송수신하는 안테나 모듈(30)로 구성된다.

먼저, 몸체(10)는 수직으로 동일한 몸체(10)를 복수로 증설 가능한 프레임 구조로 형성되어 내부에 전원부(도시되지 않음)와, 전원부와 연결되어 인공위성 전반에 관련된 제어를 수행하고 미리 설정된 조건에서 안테나 모듈(30)에 전원을 공급하는 제어부(11)를 포함할 수 있다.

예시적으로, 전원부는 몸체(10)에 부착된 태양전지(도시되지 않음)와 연결되어 배터리 및 컨버터 등으로 구성될 수 있고, 제어부(11)는 전원부와 연결되어 관성측정장치, 메인 프로세서, 센서장치, 메모리 등으로 구성될 수 있다.

더 자세하게는, 제어부(11)는 인공위성의 가속도, 방향, 현재위치의 자기장 세기 등과 같은 데이터를 측정하는 관성측정장치, 상기한 관성측정장치를 통해 측정된 데이터를 이용하여 인공위성의 위치, 자세 등을 제어함과 동시에, 미리 설정된 조건으로 안테나 모듈(30)을 제어하는 메인 프로세서, 외부 또는 내부에서 발생하는 인공위성의 이상 유무를 판별하는 센서장치, 그리고 인공위성의 송수신 데이터 및 인공위성 제어에 관한 전반적인 데이터 등이 저장될 수 있는 메모리 등으로 구성될 수 있다.

따라서, 지상과 통신이 어려운 상태로 안테나 모듈(30)이 우주공간에 노출되었을 때에도, 제어부(11)의 제어를 통해 미리 설정된 조건에서 안테나 모듈(30)에 전원이 공급되도록 하여, 안테나 모듈(30)을 고정시키고 있는 후술할 고정부재(317)를 제거하고 안테나 모듈(30)의 전개가 가능하도록 할 수 있다.

다음으로, 안테나 모듈(30)은 패널부(31) 및 돌출부(33)를 포함한다.

먼저, 패널부(31)에 대해 설명한다.

도 3의 (a)는 안테나 모듈(30)이 완전히 포개어진 상태를 나타내고, 도 3의 (b)는 안테나 모듈(30)이 완전히 전개된 상태를 나타낸다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 큐브형 인공위성(100)의 안테나 모듈(30)은 몸체(10)의 상측에 포개어진 상태로 장착되어 전류 인가 시, 회동을 통하여 몸체(10)의 상측보다 면적이 큰 평판형태로 전개되는 패널부(31)를 포함한다.

패널부(31)는 몸체(10)의 상측에 설치되는 고정패널(311), 그리고 고정패널(311)에 힌지(315)를 통해 회전 가능하게 결합되는 회전패널(313)을 포함할 수 있다.

더 자세하게는, 패널부(31)는 몸체(10)의 상면으로부터 돌출된 지지구조물에 결합되어 고정되며, 몸체(10)의 상면과 동일한 면적의 크기로 형성되는 고정패널(311)을 포함할 수 있다. 또한, 패널부(31)는 복수개로 형성되고, 미리 정해진 순서를 통해 순차적으로 회전되어 고정패널(311)의 면적과 동일한 크기를 갖도록 고정패널(311)의 내측으로 포개어지거나, 고정패널(311)의 면적보다 큰 크기를 갖도록 고정패널(311)의 외측으로 전개되는 회전패널(313)을 포함할 수 있다.

이때, 회전패널(313)은 고정패널(311)의 면적과 동일한 크기로 형성되거나, 작은 크기로 형성될 수 있다.

도 3을 참조하면, 회전패널(313)은 고정패널(311)의 네 변에 힌지(315)를 통해 각각 결합되어 회전을 통해 고정패널(311)의 내측으로 순차적으로 포개어지는데, 이때 회전패널(313)의 크기는 미리 설정된 크기로 제작된 큐브 형 몸체(10)의 규격을 벗어나지 않도록 고정패널(311)의 면적과 동일한 크기로 형성되거나, 고정패널(311)의 면적보다 작은 크기로 형성될 수 있다.

따라서, 패널부(31)의 회전패널(313)은 정사각 또는 직사각 형상의 평판형태로 전개될 수 있다.

도 4는 도 1의 "A"부분을 확대한 확대도이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 힌지(315)는 내측에 비틀림을 받아 탄성 변형된 후, 다시 원래의 형상으로 돌아가려는 성질을 가진 비틀림 탄성부재(3151)를 구비할 수 있다.

즉, 힌지(315)는 내측에 탄성력을 발생시키는 비틀림 탄성부재(3151)를 구비하여, 비틀림 탄성부재(3151)의 탄성력을 이용하여 회전패널(313)을 회전시키는 경첩형태로 형성될 수 있다.

따라서, 회전패널(313)이 고정패널(311)의 내측으로 회전되어 포개어질 때, 힌지(315)의 내측에 내장된 비틀림 탄성부재(3151)는 감겨져 압축되고, 후술할 고정부재(317)의 제거를 위해 전류가 인가되면, 감겨져 압축되어있던 비틀림 탄성부재(3151)가 원위치로 풀어지면서 탄성력을 회전패널(313)에 전달하여 회전패널(313)을 고정패널(311)의 외측으로 자동적으로 회전시킬 수 있다.

한편, 본 큐브형 인공위성(100)의 패널부(31)는 회전패널(313)이 고정패널(311)의 내측으로 포개어진 후, 회전패널(313)을 고정시킬 수 있는 고정부재(317)를 더 포함할 수 있다.

도 4를 참조하면, 힌지(315)의 외측에는 회전패널(313)이 포개져있는 상태를 유지할 수 있도록, 힌지(315)의 내측에 내장된 비틀림 탄성부재(3151)의 탄성력에 의해 회전패널(313)이 회동되어 전개되지 않도록, 힌지(315)를 고정시킬 수 있는 고정부재(317)가 설치될 수 있다.

예시적으로, 고정부재(317)는 도 4와 같이 특정 형상으로 형성되어, 힌지(315)의 외측에 부착되어 힌지(315)를 고정시키거나, 힌지(315)를 통해 회전된 각 패널의 외측에 직접 부착되어 힌지(315)를 고정시킬 수 있다.

이때, 고정부재(317)는 미리 설정된 온도 이상의 열이 가해지면 형태가 변형되는 소재로 형성될 수 있다.

즉, 고정부재(317)는 힌지(315) 또는 패널의 외측에 부착되어 회전패널(313)이 포개어진 상태를 유지시키되, 후술할 제어부(11)를 통해 전류가 인가되면 열이 발생하여 형태가 변형되어 고정력이 해제된다.

따라서, 상기한 힌지(315)의 내측에 구비된 비틀림 탄성부재(3151)의 탄성력을 통해 회전패널(313)이 회동되어 전개된다.

다음으로, 돌출부(33)에 대하여 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 소형 인공위성용 안테나 모듈의 돌출부를 나타낸 분해사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 소형 인공위성용 안테나 모듈이 전개되는 과정을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.

도 2 및 도 6을 참조하면, 본 큐브형 인공위성(100)의 안테나 모듈(30)은 패널부(31)의 내측에 배치되어, 패널부(31)에 전류 인가 시, 탄성력을 통하여 상측으로 돌출되는 돌출부(33)를 포함한다.

더 자세하게는, 돌출부(33)는 전파 신호를 송수신하는 혼(331)(horn), 그리고 패널부(31)의 내측에 고정되어 혼(331)을 탄성적으로 지지하고, 탄성력을 이용하여 상기 혼(331)을 상향으로 돌출시키는 탄성 지지부(333)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 탄성 지지부(333)는 회전패널(313)이 고정패널(311) 측으로 포개지거나 전개될 때, 자체의 탄성력을 이용하여 혼(331)을 몸체(10)의 수직방향으로 상승시키거나 하강시킬 수 있는 구조로 형성될 수 있다.

도 5를 참조하면, 탄성 지지부(333)는 패널부(31)에 고정되어 회동가능한 제1 지지봉(3331), 혼(331)에 연결되어 제1 지지봉(3331)의 내측으로 삽입되는 제2 지지봉(3333), 그리고 제1 지지봉(3331)의 내측에 배치되어 제2 지지봉(3333)을 탄성적으로 지지하는 압축 탄성부재(3335)를 포함할 수 있다.

즉, 탄성 지지부(333)는 몸체(10)에 탄성 지지부(333)의 제1 지지봉(3331)이 회동가능하게 고정되고, 그 내측으로 압축 탄성부재(3335) 및 혼(331)에 연결된 제2 지지봉(3333)이 삽입되어, 제2 지지봉(3333)이 압축 탄성부재(3335)를 가압하며 제1 지지봉(3331)의 내측으로 이동되거나, 압축된 압축 탄성부재(3335)의 탄성력에 의해 다시 원래의 위치로 돌출되는 과정을 통해 혼(331)을 몸체(10)의 수직방향으로 상승 또는 하강시킬 수 있다.

더 자세하게는 도 6을 참조하면, 탄성 지지부(333)는 패널부(31)가 포개어질 경우, 제2 지지봉(3333)이 제1 지지봉(3331)의 내측으로 압축 탄성부재(3335)를 가압하며 이동됨과 동시에, 제1 지지봉(3331)이 하측으로 회동되어 혼(331)을 몸체(10)의 수직방향의 하측으로 이동시킬 수 있다. 또한, 탄성 지지부(333)는 고정부재(317)가 제거되어 패널부(31)가 전개될 경우, 압축되어있던 압축 탄성부재(3335)의 압축력이 해제되어 압축 탄성부재(3335)를 가압하던 제2 지지봉(3333)이 압축 탄성부재(3335)의 탄성력에 의해 돌출되고, 이와 동시에 제1 지지봉(3331)이 상측으로 회동되어 혼(331)을 몸체(10)의 수직방향의 상측으로 이동시킬 수 있다.

이처럼 본 발명에 의하면, 평판형의 안테나를 복수개로 분할하고, 큐브형 몸체(10)의 상측에 힌지(315)를 통해 회동 가능하도록 구비하여 설치 시에는 포개지도록 고정시키고, 우주환경으로 노출되었을 시에는 자동으로 전개되도록 함으로써, 큐브형 인공위성(100)의 설정 크기에 제한받지 않고, 높은 주파수 대역의 평판형 안테나 모듈(30)을 큐브형 몸체(10)에 장착하여 장거리 통신은 물론, 많은 양의 데이터를 송수신할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 용이하게 변경되어 균등한 것으로 인정되는 범위의 모든 변경 및 수정을 포함한다.

100. 큐브형 인공위성
10. 몸체
11. 제어부
30. 안테나 모듈
31. 패널부
311. 고정패널 313. 회전패널
315. 힌지 3151. 비틀림 탄성부재
317. 고정부재
33. 돌출부
331. 혼
333. 탄성 지지부
3331. 제1 지지봉 3333. 제2 지지봉
3335. 압축 탄성부재

Claims (11)

1. 큐브(cube)형의 몸체를 포함하는 인공위성에 장착되는 안테나 모듈로서,
   상기 몸체의 상측에 수직으로 돌출되어 내측에 수용공간을 형성하는 고정패널 및 상기 고정패널의 네 변에 힌지를 통해 각각 회동 가능하게 결합되어 포개진 상태로 배치되는 회전패널을 포함하는 패널(panel)부, 그리고
   상기 회전패널에 가압되어 압축 변형된 상태로 상기 수용공간에 배치되는 돌출부를 포함하고,
   상기 회전패널은 전류 인가 시, 회동을 통하여 상기 몸체의 상측보다 면적이 큰 평판형태로 전개되고,
   상기 돌출부는 상기 회전패널의 전개 시, 탄성복원력만을 이용하여 상기 수용공간의 외측으로 자동으로 돌출되는
   소형 인공위성용 안테나 모듈.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 회전패널은 복수개로 형성되고,
   미리 정해진 순서를 통해 순차적으로 회전되어 상기 고정패널의 면적과 동일한 크기를 갖도록 상기 고정패널의 내측으로 포개어지거나, 상기 고정패널의 면적보다 큰 크기를 갖도록 상기 고정패널의 외측으로 전개되는 소형 인공위성용 안테나 모듈.
4. 제1항에서,
   상기 회전패널은 상기 고정패널의 면적과 동일한 크기로 형성되거나, 작은 크기로 형성되는 소형 인공위성용 안테나 모듈.
5. 제1항에서,
   상기 패널부는 정사각 또는 직사각 형상의 평판형태로 전개되는 소형 인공위성용 안테나 모듈.
6. 제1항에서,
   상기 힌지는 내측에 비틀림을 받아 탄성 변형된 후, 다시 원래의 형상으로 돌아가려는 성질을 가진 비틀림 탄성부재를 구비하여,
   상기 전류 인가 시, 상기 회전패널을 상기 고정패널의 외측으로 자동적으로 회전시키는 소형 인공위성용 안테나 모듈.
7. 제1항에서,
   상기 패널부는 상기 회전패널이 상기 고정패널의 내측으로 포개어진 후,
   상기 회전패널을 고정시킬 수 있는 고정부재를 더 포함하는 소형 인공위성용 안테나 모듈.
8. 제7항에서,
   상기 고정부재는 미리 설정된 온도 이상의 열이 가해지면 형태가 변형되는 소재로 형성되는 소형 인공위성용 안테나 모듈.
9. 제1항에서,
   상기 돌출부는
   전파 신호를 송수신하는 혼(horn), 그리고
   상기 패널부의 내측에 고정되어 상기 혼을 탄성적으로 지지하고, 탄성력을 이용하여 상기 혼을 상향으로 돌출시키는 탄성 지지부를 포함하는 소형 인공위성용 안테나 모듈.
10. 제9항에서,
    상기 탄성 지지부는
    상기 패널부에 고정되어 회동가능한 제1 지지봉,
    상기 혼에 연결되어 상기 제1 지지봉의 내측으로 삽입되는 제2 지지봉, 그리고
    상기 제1 지지봉의 내측에 배치되어 상기 제2 지지봉을 탄성적으로 지지하는 압축 탄성부재를 포함하는 소형 인공위성용 안테나 모듈.
11. 제1항에서,
    상기 몸체는 미리 설정된 조건에서 상기 안테나 모듈에 전류를 공급하는 제어부를 포함하는 소형 인공위성용 안테나 모듈.

Images