KR101893207B1 - 빔 웨이브 가이드형 다중밴드 카세그레인 안테나 - Google Patents

빔 웨이브 가이드형 다중밴드 카세그레인 안테나 Download PDF

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KR101893207B1 KR1020180070930A KR20180070930A KR101893207B1 KR 101893207 B1 KR101893207 B1 KR 101893207B1 KR 1020180070930 A KR1020180070930 A KR 1020180070930A KR 20180070930 A KR20180070930 A KR 20180070930A KR 101893207 B1 KR101893207 B1 KR 101893207B1
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Abstract

본 발명은 달 또는 태양, 인공위성 등에서 복사되는 S밴드 전파와 X밴드 전파를 수신하고, 달의 위치 궤도선과 통신하고 지상에 설치되어 탐사선이나 위성을 관제하며 탑재체와 송수신하는데 사용할 수 있는 빔 웨이브 가이드(BWG)형 다중밴드 카세그레인 안테나에 관한 것이다.
본 발명의 카세그레인 안테나는, 폭이 20 내지 40미터인 주반사판과, 상기 주반사판을 지지하기 위한 주반사판 지지 프레임과, 상기 주반사판의 전면에 배치되는 부반사판과, 상기 부반사판을 지지하기 위한 부반사판 지지 프레임과, 안테나 몸체를 베이스 스테이션 위에 지지하기 위한 페데스탈과, 안테나 몸체를 앙각방향으로 회전시키기 위한 수직 회전수단과, 안테나 몸체를 방위각 방향으로 회전시키기 위한 수평 회전수단과, 상기 주반사판의 중앙과 베이스 스테이션 사이에 설치되어 전파 빔을 가이드하기 위한 빔 웨이브 가이드로 구성되어 직경 20 내지 40m 대형 반사판 전파 망원경 구성함에 S밴드 송수신, X밴드 송수신 4개 주파수를 동시에 사용 가능하게 하는 것이다.

Description

빔 웨이브 가이드형 다중밴드 카세그레인 안테나{Beam wave guide type multi-band Cassegrain antenna }
본 발명은 위성통신 또는 전파망원경 안테나에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 달 또는 태양, 인공위성 등에서 복사되는 S밴드 전파와 X밴드 전파를 송수신하고, 달의 위치 궤도선과 통신하며, 지상에 설치되어 우주 탐사선이나 위성을 관제하고, 탑재체와 송수신하는데 사용할 수 있는 빔 웨이브 가이드(BWG)형 다중밴드 직경 30m 이상 40m의 대형 카세그레인 안테나에 관한 것이다.
일반적으로, 전파망원경(電波望遠鏡, radio telescope)은 지향성 안테나를 이용한 망원경으로서, 가시광선 대역을 이용하는 광학 망원경과 달리 전파 대역의 정보를 이용한다. 광학 망원경과는 달리 장파장의 마이크로 웨이브 전파를 이용하므로, 같은 크기의 광학 망원경에 비해 필연적으로 분해능이 떨어지는 단점을 갖고 있다. 이를 극복하기 위해, 전파망원경은 광학 망원경보다 훨씬 큰 구경의 포물면 형태를 갖는 파라볼라 안테나를 주로 사용한다.
한편, 전파망원경이나 위성통신 등에 주로 사용될 수 있는 파라볼라 안테나는 급전 방식에 따라 파라볼라 반사경 전면에 피드 혼(Feed Horn)이 있는 전방급전 방식과, 부반사경을 이용하여 파라볼라 반사경에 피드 혼이 배치되는 카세그레인 급전방식이 있다. 또한 카세그레인 급전방식의 경우 주반사기와 부반사기의 공초점이 허초점이 되는 것을 카세그레인형 안테나라 하고, 공초점이 실초점이 되는 것을 그레고리안형 안테나라 한다.
위성통신용 지상국의 안테나로 널리 사용되는 종래의 안테나는 등록번호 제 10-0758619호 공고된 바와 같이, 주반사판과 부반사판, 복사 혼을 포함한 카세그렌 또는 그레고리안 안테나에서, 안테나를 수직방향으로 회전시키기 위한 수직 회전기어와, 수직 감속기, 수직 구동모터, 수평회전기어, 피니언 기어와 샤프트, 입력기어로 된 2개의 수평감속기, 2개의 수평 감속기의 입력기어를 구동시키기 위한 피니언 기어가 부착된 하나의 수평 구동모터, 안테나를 지지하기 위한 안테나 지지구조물, 및 안테나 지지구조물에 용접되고 수평 감속기의 일단을 고정하여 수평방향의 힘에 의한 파손을 방지하는 횡력저지장치를 구비한 것이다.
KR 10-2018-0058416 A KR 10-1494159 B1 KR 10-0758619 B1
종래의 카세그레인 안테나는 낮은 S 밴드 이하 주파수 대역의 경우는 빔 웨이브 가이드(BWG) 통과 손실이 커서 주로 주반사판에 휘드혼(Feed Horn)을 설치하는 구조이고, 따라서 빔 웨이브 가이드(BWG)는 C밴드 이상의 주파수대에서 주로 사용한다. 예컨대, 현재 국내에 설치된 주반사판의 직경이 32m인 BWG는 C밴드로 BWG 직경이 2m 정도이며, S밴드로 사용할 경우 효율이 20% 이하로 낮아지는 문제점이 있다.
또한 주반사판 중앙에 송수신 피드 혼을 설치한 경우, 하부의 송수신실까지 수십 메터로서 송신선로 손실이 많아 이를 개선하기 위해 BWG를 사용한다.
또한 S 밴드의 경우는 주반사판 전체를 메시형으로 할 수 있으나 X 밴드용 주반사판을 메시형으로 구현할 경우 손실이 커 하나의 주반사판으로 S밴드와 X밴드를 동시에 사용할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 빔 웨이브 가이드(BWG)의 직경을 대략 3m 정도로 크게 하여 S밴드의 손실을 줄이고, 주반사판의 주변부만을 메시형으로 하여 S밴드와 X밴드를 하나의 주반사판으로 동시에 송수신할 수 있는 빔 웨이브 가이드(BWG)형 다중밴드 카세그레인 안테나를 제공하는 것이다.
즉, 본 발명은 S밴드 송수신, X밴드 송수신 등 4개 주파수를 동시에 운행 가능하게 함에 BWG 내부에 설치한 반사판 미러들과, 베이스 스테이션의 기계실에 설치한 주파수 선택형 반사판(FSM)을 이용해 S밴드 송신 주파수, 수신 주파수와, X밴드 송신 주파수, 수신 주파수를 동시에 운영 가능하게 한 안테나로 달, 태양, 위성 등을 고속 자동 추적 관제하는 안테나를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 안테나는, 직경이 20 내지 40미터인 주반사판과, 상기 주반사판을 지지하기 위한 주반사판 지지 프레임과, 상기 주반사판의 전면에 배치되는 부반사판과, 상기 부반사판을 지지하기 위한 부반사판 지지 프레임과, 안테나 몸체를 베이스 스테이션 위에 지지하기 위한 페데스탈과, 안테나 몸체를 앙각방향으로 회전시키기 위한 수직 회전수단과, 안테나 몸체를 방위각 방향으로 회전시키기 위한 수평 회전수단과, 상기 주반사판의 중앙과 베이스 스테이션 사이에 설치되어 전파 빔을 가이드하기 위한 빔 웨이브 가이드로 구성되어 직경 20 내지 40m 대형 반사판 전파 망원경 구성함에 S밴드 송수신, X밴드 송수신 4개 주파수를 동시에 사용 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 빔 웨이브 가이드(BWG)는 직경을 2m에서 3m 전/후로 크게 증가시켜서 S밴드 대역의 통과 손실을 적게 한 것이고, 베이스 스테이션 내부에 주파수 선택형 미러(FSM)를 부착해서 X밴드는 반사하여 X 밴드 혼 다이플렉서에서 수신하게 하고, S밴드는 투과해서 S 밴드 혼 다이플렉서에 입력하여 송신/수신함에 합신호, 수신차신호, 수신합신호를 수신하여 관제 및 추적도 가능하게 한 것이다.
또한 상기 주반사판은 주변 판넬은 메쉬형으로 하여 하중을 줄임과 아울러 풍압도 줄여서 안테나 중량을 경량화하여 구동 모터의 소모전력을 절감한 것이다.
본 발명의 안테나는 S밴드, X밴드 각각 다이플랙서를 부착해서 각각 송신수신 동시에 하고, 수신은 분배해서 통신용으로 사용하고 분배 일부는 자동추적 수신장치에 입력하여 자동 추적함에 프로그램 추적, 메모리 추적, 모노펄스 추적, 스텝 Tracking 추적 등을 하는 안테나 자동 추적장치에 입력하여 수평, 수직, 편파, 추적모터를 자동으로 구동하는 안테나이다.
자동 추적함에 있어서 구동 모터 감속기는 수평/수직 각각 2개씩 설치하여 구동시 순방향 회전 방향 모터 1개는 100% 전력공급하고, 다른 한 개는 20~30%만 역방향 전력공급 역회전시켜 순방향으로 70~80% 구동하게 하여 백래쉬(Backlash)가 0이 되게 하여 Pointing 오차를 대폭 줄임과 동시에 구동모터 1개 고장 시에는 1개의 모터로도 추적 가능하게 한 안테나이다.
본 발명에 따른 다중밴드 카세그레인 안테나는 빔 웨이브 가이드(BWG) 직경을 3m 전/후로 크게 하여 S밴드에서도 동작 손실을 대폭 낮추고, 주반사판의 주변부만을 메시형으로 하여 S밴드와 X밴드를 BWG형에 동시에 사용할 수 있으면서도 하중을 줄임과 아울러 풍압도 줄여서 안테나 중량을 경량화하여 소모전력을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 BWG형 다중밴드 카세그레인 안테나의 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 BWG형 다중밴드 카세그레인 안테나의 후면도,
도 3은 본 발명의 안테나에 사용되는 주반사판의 후면도,
도 4는 본 발명의 안테나에 사용되는 주반사판의 중앙 판넬 및 메시형 주변 판넬을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 안테나에 사용되는 베이스 스테이션의 예를 도시한 도면,
도 6은 본 발명의 안테나 자동 추적 장치의 구성도이다.
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.
도 1은 본 발명에 따른 BWG형 다중밴드 카세그레인 안테나의 측면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 BWG형 다중밴드 카세그레인 안테나의 후면도이다.
본 발명에 따른 다중밴드 카세그레인 안테나(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 직경이 34미터인 주반사판(110)과, 주반사판(110)을 지지하기 위한 주반사판 지지 프레임(116), 주반사판(110)의 전면에 배치되는 직경 3.4m의 부반사판(120)과, 부반사판(120)을 지지하기 위한 부반사판 지지 프레임(124), 안테나 몸체를 앙각방향으로 회전시키기 위한 수직 회전체(130), 안테나 몸체를 베이스 스테이션 위에 지지하기 위한 페데스탈(150), 주반사판의 중앙과 베이스 스테이션(170) 사이에 설치되어 송수신 전파 빔을 가이드하기 위한 빔 웨이브 가이드(140), 안테나 몸체를 방위각 방향으로 회전시키기 위한 수평 회전체(160)로 구성된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 베이스 스테이션(170)은 내부에 송수신장치와 주파수선택형 미러(142), S밴드 혼 다이플렉서(180), X밴드 혼 다이플랙서(190) 등을 설치하기 위한 공간(기계실)이 구비된 콘크리트 구조물로서, 위에 안테나를 회전시키기 위한 가이드 레일(174)을 포설한 후 그 위에 수평 회전장치(160)를 설치한다.
이 수평 회전장치(160) 위에는 안테나 지지용 페데스탈(PEDESTAL)(150)이 설치되고, 여기에 안테나 수직 회전체(130)가 설치되며, 그 위에 주반사판 지지용 철구조물인 지지 프레임(116)이 연결된다. 주반사판 지지 프레임(116)에는 각 판넬 당 4개 이상의 곡면 조정용 볼트로 부착된 수백개의 판넬로 구성된 주반사판(110)이 설치되어 있다.
주반사판 지지 프레임(116) 위에 부반사판 지지 프레임(124)을 가설하고, 부반사판 지지 프레임(124)에 부반사판(122)을 곡면 조정용 볼트로 부착시킨다.
본 발명에 따른 안테나의 주반사판(8)이 상/하로 회전시에는 안테나 반사판의 중량이 앞쪽으로 치우치므로 중량의 균형을 잡기 위하여 카운트 웨이터(152)을 1개 이상 수직 회전체(130)의 상하 회전축을 중심으로 주반사판(110) 전면의 반대편에 부착한다.
주반사판(110)의 중앙에서 베이스 스테이션(170) 내부까지 빔 웨이브 가이드(140)를 가설하고, 베이스 스테이션(170) 내에 S밴드 휘드혼 및 다이플렉서(180)와 X밴드 휘드혼 및 다이플렉서(190)를 부착한다.
빔 웨이브 가이드(140) 내부에는 4개의 미러(M1~M4)가 설치되어 피드혼(180,190)과 안테나 사이에 전파 빔을 가이드하는데, 4개의 미러 중 2개는 평면 미러(M1, M3)이고, 다른 2개는 타원 또는 파라보릭 곡면 미러(M2, M4)이다.
FSM 미러(142)는 X밴드는 반사하여 X밴드 혼 다이플렉서(190)에 입력되서 수신 및 송신 가능하게 하고, S밴드는 FSM(142)을 통과하여 S 밴드 혼 다이플렉서(180)에 입력되어 수신 및 송신 가능하게 하였다.
이와 같이 빔 웨이브 가이드(BWG)를 사용할 경우, 휘드혼(180,190)에서 복사하는 전파는 주파수 선택형 미러(142)와 회전형 미러(M1~M4)에서 반사되어 부반사판(120)과 송수신 장치가 고정상태로 통신하여 통신의 안전성을 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 안테나에 사용되는 주반사판의 후면도이고, 도 4는 본 발명의 안테나에 사용되는 주반사판의 중앙 판넬 및 메시형 주변 판넬을 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 주반사판(110)은 부등변 판넬형 수백장으로 구성되어 각각에 4개의 조립볼트로 곡면을 조정하여 정면에서 수신하는 신호가 부반사판(120)에 최대 수신레벨이 되게 구성하였으며, 조립 완료된 반사판 판넬 사이를 강력 테이프 접착제로 부착해서 공기 누설을 방지하게 하였다.
본 발명의 실시예에서 주반사판(110)은 직경이 34미터인데, 이중에서 내부 32미터의 직경을 구성하는 중앙 판넬(112)은 통상의 판형 판넬 구조이고, 32미터에서 34미터에 이르는 주변 판넬(114)은 메쉬형 판넬로 이루어져 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 안테나는 주반사판의 중앙 판넬(112)은 판형 구조로서 각 판넬 간격을 강력 접착 테프로 부착 밀폐해서 더운 공기의 누설 방지하게 하고, 주변 판넬(114)은 그물 메시형으로 하여 반사판의 무게를 줄이고, 풍압을 줄여서 경량화하였다.
또한 주반사판(110)의 하부는 수직회전 베어링을 양쪽 2개 부착하여 수직 앙각 조정을 볼 기어(132)에 감속 모터(134) 2기를 구동해서 앙각 조정하였고, 이 경우 무게 발란스를 맞추기 위해 카운트 웨이트(152)를 시설한다.
주반사판(110)을 포함한 수직 회전체(130) 전체는 페데스탈(150)에 부착되고, 페데스탈(150)은 수평 회전 바퀴(162) 2기를 통해 가이드 레일(174) 위에서 방위각 방향으로 회전 가능하게 감속 모터(164)에 부착해서 회전하게 한다.
각각 1기는 순방향 100%, 역방향 20~30% 부하를 걸어서 순방향으로 70~80% 회전하여 Pointing 에러를 축소시킨다.
그리고 주반사판 면을 수직되게 한 후, 후면 전체를 방설 커버(102)로 밀폐하고, 내부에 항온 항습기(104)를 설치하여 동작하게 하였다.
도 5는 본 발명의 안테나에 사용되는 베이스 스테이션의 평면도 예를 도시한 도면으로서, I빔(166)으로 프레임을 구성한 후 안테나 페데스탈(150)을 시설하고, 회전바퀴(162)와 감속모터(164)를 부착해서 가이드 레일상(174)에서 수평회전 가능하게 하였다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 카세그레인 안테나의 동작을 설명하면 다음과 같다.
[송신 동작]
S밴드 휘드혼(180)에서 송출되는 S밴드 송신신호는 주파수 선택형 미러(FSM; 142)를 투과하여 제4 미러(M4)에서 반사된 후 제3 미러(M3)와 제2 미러(M2)를 거쳐 제1 미러(M1)에서 반사되어 부반사판(122)에 도달한다. 부반사판(122)에 도달한 S밴드 송신신호는 다시 반사되어 주반사판(110)을 거쳐 공중으로 송출된다.
또한, X밴드 휘드혼(190)에서 송출되는 X밴드 송신신호는 주파수 선택형 미러(FSM; 142)에서 반사되어 제4 미러(M4), 제3 미러(M3), 및 제2 미러(M2)를 거쳐 제1 미러(M1)에서 반사되어 부반사판(122)에 도달한다. 부반사판(122)에 도달한 X밴드 송신신호는 다시 반사되어 주반사판(110)을 거쳐 공중으로 송출된다.
[수신 동작]
주반사판(110)을 통해 공중에서 수신된 S밴드 수신신호는 부반사판(120)에서 반사되어 빔 웨이브 가이드(140)로 입력된 후 제1 미러(M1), 제2 미러(M2), 제3 미러(M3), 제4 미러(M4)를 거쳐 주파수 선택형 미러(FSM;142)에 도달하고, 주파수 선택형 미러(142)는 S밴드 수신신호를 투과시켜 S밴드 휘드혼(180)에 도달하게 한다. 모노펄스형 S밴드 휘드혼(180)에 도달한 S밴드 수신신호는 분배 후 통신수신장치로 보내고, 다른 1개는 위성 비행체를 관제하기 위하여 합신호(∑), 수평차신호(△H), 수직차신호(△V)를 출력하게 된다.
또한 주반사판(110)을 통해 공중에서 수신된 X밴드 수신신호는 부반사판(120)에서 반사되어 빔 웨이브 가이드(140)로 입력된 후 제1 미러(M1), 제2 미러(M2), 제3 미러(M3), 제4 미러(M4)를 거쳐 주파수 선택형 미러(FSM;142)에 도달하고, 주파수 선택형 미러(142)는 X밴드 수신신호를 반사시켜 X밴드 피드혼(190)에 도달하게 한다. X밴드 휘드혼(190)에 도달한 X밴드 수신신호는 분배 후 S밴드와 같이 모노펄스 수신 가능하게 할 수 있고, 분배된 다른 신호는 도시 생략된 통신수신장치로 전달된다.
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.
110: 주반사판 112: 중앙 판넬
114: 주변 판넬 116: 주반사판 지지 프레임
120,122: 부반사판 124: 부반사판 지지 프레임
130: 수직 회전체 132: 볼 기어
134: 감속모터 140: 빔 웨이브 가이드(BWG)
142: 주파수 선택형 미러 (FSM) 150: 페데스탈
152: 카운터 웨이트 160: 수평 회전체
162: 바퀴 164: 감속모터
170: 베이스 스테이션 172: 도어
174: 가이드레일
180: S밴드 휘드혼 190: X밴드 휘드혼

Claims (5)

  1. 직경이 20 내지 40미터인 주반사판과,
    상기 주반사판을 지지하기 위한 주반사판 지지 프레임과,
    상기 주반사판의 전면에 배치되는 부반사판과,
    상기 부반사판을 지지하기 위한 부반사판 지지 프레임과,
    안테나 몸체를 베이스 스테이션 위에 지지하기 위한 페데스탈과,
    안테나 몸체를 앙각방향으로 회전시키기 위한 수직 회전수단과,
    안테나 몸체를 방위각 방향으로 회전시키기 위한 수평 회전수단과,
    상기 주반사판의 중앙과 베이스 스테이션 사이에 설치되어 전파 빔을 가이드하기 위한 빔 웨이브 가이드로 구성되어
    직경 20 내지 40m 대형 반사판 전파 망원경 구성함에 S밴드 송수신, X밴드 송수신 4개 주파수를 동시에 사용 가능하게 하는 빔 웨이브 가이드형 다중밴드 카세그레인 안테나.
  2. 제1항에 있어서, 상기 빔 웨이브 가이드(BWG)는
    직경을 2m에서 3m 전/후로 증가시켜서 S밴드 대역의 통과 손실을 줄인 것을 특징으로 하는 빔 웨이브 가이드형 다중밴드 카세그레인 안테나.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 베이스 스테이션의 내부에 주파수 선택형 미러(FSM)를 부착해서 X밴드는 반사하여 X 밴드 혼 다이플렉서에서 수신하게 하고, S밴드는 투과해서 S 밴드 혼 다이플렉서에 입력하여 송신 및 수신함에 합신호, 수신차신호, 수신합신호 수신하여 관제 및 추적도 가능하게 한 것을 특징으로 하는 빔 웨이브 가이드형 다중밴드 카세그레인 안테나.
  4. 제1항에 있어서, 상기 주반사판은
    주변 판넬은 메쉬형으로 하여 하중을 줄임과 아울러 풍압도 줄여서 안테나 중량을 경량화하여 구동 모터의 소모전력을 절감한 것을 특징으로 하는 빔 웨이브 가이드형 다중밴드 카세그레인 안테나.
  5. 삭제
KR1020180070930A 2018-06-20 2018-06-20 빔 웨이브 가이드형 다중밴드 카세그레인 안테나 KR101893207B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110911807A (zh) * 2019-12-17 2020-03-24 新昌县品顺机械有限公司 一种用于户外数据传输用基站
CN113471701A (zh) * 2021-07-06 2021-10-01 亚太卫星宽带通信（深圳）有限公司 一种船用卫星天线通信网络系统

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