KR102349840B1 - 인공위성 합성 개구 레이다에 구비되는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법 및 반사판 - Google Patents

인공위성 합성 개구 레이다에 구비되는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법 및 반사판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인공위성 합성 개구 레이다에 구비되는 반사판을 제작하는 설계방법으로서, 반사면을 가지는 반사판의 형상을 모델링하는 과정; 가상으로 복수개의 송수신모듈이 상기 반사판에 송신하는 빔의 조향을 변경하면서 상기 반사면에 의한 상기 반사판의 수차를 산출하는 과정; 상기 수차를 감소시키도록 상기 반사면의 설계를 변경하는 과정; 및 변경된 설계에 따라 반사판을 제조하는 과정;을 포함하고, 안테나 효율이 저하되는 것을 억제하거나 방지하기 위해 반사판의 형상을 최적화할 수 있다.

Description

인공위성 합성 개구 레이다에 구비되는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법 및 반사판{DESIGNING METHOD FOR ACTIVE ARRAY FED ANTENNA REFLECTOR OF SATELLITE SYNTHETIC APERTURE RADAR AND REFLECTOR}
본 발명은 인공위성 합성 개구 레이다에 구비되는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법 및 반사판에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나 효율이 저하되는 것을 억제하거나 방지하기 위해 합성 개구 레이다에 구비되는 반사판의 형상을 최적화할 수 있는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법 및 반사판에 관한 것이다.
일반적으로 합성 개구 레이다(SAR: Synthetic Aperture Radar)는 능동 위상 배열 안테나를 통해 지상으로 전파를 송신하고 반사되는 반사파를 이용하여 지표면의 영상을 만들어내는 장치이다. 따라서, 합성 개구 레이다는 주로 인공위성이나 항공기 등에 탑재되어 원하는 지역을 관측하거나 정찰 임무 등을 수행하는데 사용된다.
이때, 평면형 능동 위상 배열 안테나는 무게가 무거워 인공위성에 탑재하기 어려운 문제가 있다. 따라서, 인공위성에 하이브리드형 능동 위상 배열 안테나를 많이 탑재한다. 하이브리드형 능동 위상 배열 안테나는, 송수신모듈들에 급전하여 빔을 생성하고, 생성된 빔을 부반사판과 주반사판에 반사시켜 외부로 방사하는 구조를 가진다.
종래에는 파라볼라, 실린더, 구형, 오프셋 구조, 및 축회전 구조 등 기하구조에 기반하여 주반사판을 설계하였다. 그러나 인공위성을 운용하면서 송신하는 빔의 조향이 요구되는 경우, 빔의 조향 때문에 안테나 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 인공위성에서 송신하는 빔으로부터 생성하는 영상의 화질이 저하되는 문제가 있다.
KR 10-1222050 B
본 발명은 인공위성 합성 개구 레이다에에 구비되는 반사판의 형상을 최적화할 수 있는 인공위성 합성 개구 레이다에 구비되는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법 및 반사판을 제공한다.
본 발명은 안테나 효율이 저하되는 것을 억제하거나 방지할 수 있는 인공위성 합성 개구 레이다에 구비되는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법 및 반사판에 관한 것이다.
본 발명은 인공위성 합성 개구 레이다에 구비되는 반사판을 제작하는 설계방법으로서, 반사면을 가지는 반사판의 형상을 모델링하는 과정; 가상으로 상기 반사판에 복수개의 송수신모듈로 빔을 송신하면서 상기 반사면에 의한 상기 반사판의 수차를 산출하는 과정; 및 상기 수차를 감소시키도록 상기 반사면의 디자인을 변경하는 과정;을 포함한다.
상기 반사판의 형상을 모델링하는 과정은, 상기 반사판과 마주보도록 상기 복수개의 송수신모듈을 모델링하는 과정; 및 시뮬레이션을 통해 상기 복수개의 송수신모듈이 송신하는 송신신호의 위상과 진폭을 나타내는 급전 계수를 최적화하는 과정;을 포함한다.
상기 가상으로 빔을 송신하면서 상기 수차를 산출하는 과정은, 최적화된 급전 계수에 따라 상기 복수개의 송수신모듈로 빔을 송신시키는 과정; 및 상기 복수개의 상기 반사면의 영역별로 수차를 계산하는 과정;을 포함한다.
상기 반사면의 영역별로 수차를 계산하는 과정은, 제르니크(Zernike) 다항식을 이용하여 다항식의 계수로 나타나는 수차를 계산하는 과정을 포함한다.
상기 수차를 계산하는 과정은, 하기의 다항식에 의하여 수행된다.
다항식:
Figure 112021072423139-pat00001
(여기서, ρ는 반경이고, θ는 방위각이고,
Figure 112021072423139-pat00002
은 계수이고, m과 n은 차수임)
상기 반사면의 디자인을 변경하는 과정은, 상기 반사면 상에서 돌출되어 형성되는 복수개의 돌기를 모델링하는 과정; 및 상기 수차를 최소화하기 위한 상기 복수개의 돌기 각각의 돌출 길이를 찾는 과정;을 포함한다.
상기 복수개의 돌기 각각의 돌출 길이를 찾는 과정은, 상기 반사면의 영역별로 돌기의 돌출 길이를 감소시키거나 증가시키면서, 영역별로 수차를 최소화시키는 최적 돌출 길이를 찾는 과정;을 포함한다.
상기 시뮬레이션을 통해 상기 급전 계수를 최적화하는 과정은, 상기 복수개의 송수신모듈을 각각 작동시켜, 각 송수신모듈에서 송신되어 반사판에 반사되는 송신신호로부터 복수개의 개별 빔 패턴을 모델링하는 과정; 상기 복수개의 개별 빔 패턴으로부터 합성 빔 패턴을 모델링하는 과정; 상기 합성 빔 패턴의 이득과 미리 설정된 목표 이득의 이득 차이값을 산출하는 과정; 및 상기 이득 차이값에 따라 상기 급전 계수를 최적화하는 과정;을 포함한다.
상기 합성 빔 패턴을 모델링하는 과정은, 상기 복수개의 개별 빔 패턴 각각의 이득에 상기 송수신모듈별 급전 계수들을 각각 곱하고 곱해진 값들을 합산하여 상기 합성 빔 패턴의 이득을 산출하는 과정; 및 상기 합성 빔 패턴의 형성 위치에 따른 이득을 나타내는 3차원 그래프를 도시하는 과정;을 포함한다.
상기 이득 차이값을 산출하는 과정은, 상기 3차원 그래프의 서로 다른 위치들 각각에서 상기 목표 이득으로부터 상기 합성 빔 패턴의 이득을 빼서 위치별로 상기 이득 차이값을 산출하는 과정; 및 위치별로 산출된 이득 차이값들 중 최대값을 가지는 최대 이득 차이값을 추출하는 과정;을 포함한다.
상기 급전 계수를 최적화하는 과정은, 상기 최대 이득 차이값을 미리 설정된 목표값과 비교하여, 상기 최대 이득 차이값이 상기 목표값 이하이면 목표값 만족으로 판단하고, 상기 최대 이득 차이값이 상기 목표값을 초과하면 목표값 불만족으로 판단하는 과정; 및 목표값 불만족이라고 판단되면, 상기 급전 계수의 값을 변경하면서 최적 급전 계수를 찾는 과정;을 포함한다.
상기 이득 차이값이 상기 목표값 이하이면 목표값 만족으로 판단하는 과정은, 상기 최대 이득 차이값이 상기 목표값 이하이면, 다른 위치에서 산출된 이득 차이값들도 모두 상기 목표값 이하라고 판단하는 과정을 포함한다.
상기 급전 계수의 값을 변경하면서 최적 급전 계수를 찾는 과정은, 변경된 급전 계수로부터 산출되는 최대 이득 차이값이 상기 목표값 이하가 될 때의 급전 계수를 최적 급전 계수로 선택하는 과정;을 포함한다.
본 발명은 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항의 반사판 설계방법에 따른 디자인으로 제작된 반사판을 포함한다.
본 발명의 실시 예들에 따르면, 인공위성 합성 개구 레이다에서 송신하는 빔을 고려하여 반사판의 형상을 최적화할 수 있다. 이에, 인공위성 합성 개구 레이다에서 송신하는 빔의 조향이 조절되어도 안테나 효율이 저하되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 따라서, 인공위성 합성 개구 레이다에서 송신한 빔으로부터 생성하는 영상의 품질이 저하되지 않을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반사판 설계방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 인공위성 합성 개구 레이다의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반사판 설계방법으로 제작된 반사판과 종래의 반사판에서 빔이 반사되는 형상을 비교한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 발명을 상세하게 설명하기 위해 도면은 과장될 수 있고, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 반사판 설계방법을 나타내는 플로우 차트이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 인공위성 합성 개구 레이다의 구조를 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반사판 설계방법으로 제작된 반사판과 종래의 반사판에서 전파가 반사되는 형상을 비교한 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 반사판 설계방법은, 인공위성 합성 개구 레이다에 구비되는
능동급전 배열 안테나의 반사판을 설계하는 설계방법이다. 도 1을 참조하면 반사판 설계방법은, 반사면을 가지는 반사판의 형상을 모델링하는 과정(S110), 가상으로 반사판에 복수개의 송수신모듈로 빔을 송신하면서 반사면에 의한 반사판의 수차를 산출하는 과정(S120), 및 수차를 감소시키도록 반사면의 디자인을 변경하는 과정(S130)을 포함한다.
이때, 본 발명의 이해를 돕기 위해 인공위성 합성 개구 레이다에 대해 설명하기로 한다. 도 2를 참조하면 인공위성 합성 개구 레이다(100)는 우주에서 지구를 관측하기 위해 운용되는 인공위성에 구비되는 장치이다. 인공위성 합성 개구 레이다(100)는, 복수개의 송수신모듈(110), 및 반사판(120)을 포함한다.
송수신모듈(110)은 빔 패턴을 형성하는 송신신호를 송신할 수 있다. 송수신모듈(110)은 복수개가 구비되어 인공위성 본체나 반사판(120)에 설치되어 배열될 수 있다. 예를 들어, 송수신모듈(110)는 TRM(Transmit-Receive Module)일 수 있고, 송수신모듈(110)들은 능동 위상 배열 체계로 배치될 수 있다.
반사판(120)은 송수신모듈(110)에 의해 송출되는 방사신호를 반사하도록 배치된다. 반사판(120)은 인공위성 본체에 설치될 수 있다. 반사판(120)에 의해 송수신모듈(110)에 의해 형성되는 빔의 지향성이 향상될 수 있다.
이때, 반사판(120)은 카세그레인 구조로 형성될 수 있다. 즉, 반사판(120)은, 송수신모듈(110)들에서 송신되는 송신신호를 반사하도록 송수신모듈(110)들과 마주보게 배치되고, 곡률을 가지는 부반사판(121), 및 부반사판(121)에서 반사되는 송신신호를 반사하도록 부반사판(121)과 마주보게 배치되고, 부반사판(121)보다 큰 면적을 가지며, 곡률을 가지는 주반사판(122)을 포함할 수 있다.
하기에서는 송수신모듈(110)들과 마주보게 배치되는 부반사판(121)을 제작하는 것을 예시해서 설명하기로 한다. 그러나 이에 한정되지 않고, 하나의 반사판을 제작하는 경우에도 본 발명의 실시 예에 따른 반사판 설계방법이 적용될 수 있다.
우선, 반사면을 가지는 반사판의 형상을 모델링한다(S110). 반사판(120)이 카세그레인 구조로 형성되는 경우, 부반사판(121)과 주반사판(122)을 가상으로 모델링할 수 있다.
이때, 가상으로 복수개의 송수신모듈(110)이 송신하는 빔을 반사하도록 부반사판(121)을 송수신모듈(110)들과 마주보게 모델링할 수 있다. 따라서, 시뮬레이션을 통해 복수개의 송수신모듈(110)이 송신신호를 송신시키면, 송신신호가 부반사판(121)의 반사면과 주반사판(122)의 반사면에서 반사되는 것을 모사할 수 있다.
또한, 시뮬레이션을 통해 복수개의 송수신모듈(110)이 송신하는 송신신호의 위상과 진폭을 나타내는 급전 계수를 최적화할 수 있다. 급전 계수를 최적화하는 과정은 아래와 같이 수행될 수 있다.
복수개의 송수신모듈(110)을 각각 작동시켜, 각 송수신모듈(110)에서 송신되어 부반사판(121)과 주반사판(122)에 반사되는 송신신호로부터 복수개의 개별 빔 패턴을 모델링할 수 있다. 개별 빔 패턴들을 모델링하기 위해, 송수신모듈(110)들 각각을 미리 설정된 순서로 순차적으로 하나씩 가상으로 작동시킬 수 있다. 따라서, 송수신모듈(110)들의 방사신호들이 합쳐서 형성되는 빔이 아닌, 송수신모듈(110)들 각각의 방사신호에 의한 빔을 모델링할 수 있다. 이에, 송수신모듈(110)별 빔을 모델링할 수 있다.
또한, 광학 해석을 통해 개별 빔 패턴들 각각의 이득을 산출할 수 있다. 즉, 송수신모듈(110)들이 순차적으로 작동하면서 형성되어 부반사판(121)과 주반사판(122)에서 반사되는 빔들의 전계로부터 광학 해석을 통해 개별 빔 패턴들의 이득을 산출할 수 있다.
개별 빔 패턴들의 이득을 산출되면, 복수개의 개별 빔 패턴으로부터 합성 빔 패턴을 모델링할 수 있다. 즉, 산출된 개별 빔 패턴들의 이득에 송수신모듈(110)별 급전 계수들을 각각 곱하고, 곱해진 값들을 합산하여, 합성 빔 패턴의 이득을 산출할 수 있다.
또한, 산출된 합성 빔 패턴의 이득을 3차원으로 도시할 수 있다. 즉, 합성 빔 패턴의 형성 위치에 따른 이득을 나타내는 3차원 그래프를 도시할 수 있다. 예를 들어, 수평평면(또는, 방위각을 나타내는 평면)과 수직평면(또는, 고각을 나타내는 평면) 상에 이득에 따른 합성 빔 패턴을 도시할 수 있다. 이에, 합성 빔 패턴의 형상을 3차원으로 모델링할 수 있다.
합성 빔 패턴이 모델링되면, 합성 빔 패턴의 이득과 미리 설정된 목표 이득의 이득 차이값을 산출할 수 있다. 즉, 3차원 그래프의 서로 다른 위치들에서 목표 이득으로부터 합성 빔 패턴의 이득을 빼서 위치별로 이득 차이값을 산출할 수 있다.
예를 들어, 3차원 그래프의 어느 한 위치에 설정된 목표 이득의 값에서, 동일한 위치에서 합성 빔 패턴이 가지는 이득의 값을 빼서 이득 차이값을 산출할 수 있다. 3차원 그래프의 서로 다른 위치들에 따라 합성 빔 패턴이 가지는 이득의 크기가 다를 수 있기 때문에, 위치별로 산출되는 이득 차이값의 크기는 서로 다를 수 있다. 이때, 목표 이득은 운용자가 설정할 수 있으며, 위치별로 값의 크기가 다르게 설정될 수 있다.
또한, 위치별로 이득 차이값들을 산출한 후, 위치별로 산출된 이득 차이값들의 크기를 비교할 수도 있다. 따라서, 이득 차이값들 중 최대값을 가지는 최대 이득 차이값을 추출할 수 있다.
이득 차이값이 산출되면, 산출된 이득 차이값에 따라 급전 계수를 최적화할 수 있다. 즉, 이득 차이값을 미리 설정된 목표값과 비교할 수 있다. 따라서, 이득 차이값이 목표값 이하이면 합성 빔 패턴을 목표값 만족으로 판단하고, 차이값이 목표값을 초과하면 목표값 불만족으로 판단할 수 있다.
예를 들어, 목표값은 0일 수 있고, 이득 차이값이 0 이하이면 목표값 만족으로 판단하고, 이득 차이값이 0을 초과하면 목표값 불만족으로 판단할 수 있다. 따라서, 합성 빔 패턴의 이득값들 중 목표 이득보다 작은 값이 있으면 합성 빔 패턴이 비정상으로 판단될 수 있다.
이때, 이득 차이값을 미리 설정된 목표값과 비교하는 과정에서, 추출된 최대 이득 차이값을 목표값과 비교할 수 있다. 따라서, 최대 이득 차이값을 기준으로 목표값 만족 또는 목표값 불만족을 판단할 수 있다.
목표값 만족이라고 판단되면, 별도로 최적 급전 계수를 찾지 않을 수 있다. 현재의 급전 계수를 최적 급전 계수로 사용할 수 있다. 예를 들어, 최대 이득 차이값이 목표값 이하이면, 다른 위치에서 산출된 이득 차이값들도 모두 목표값 이하라고 판단할 수 있다. 따라서, 합성 빔 패턴의 이득이 모든 위치에서 목표값 만족이라고 판단할 수 있다.
목표값 불만족이라고 판단되면, 급전 계수의 값을 변경하면서 최적 급전 계수를 찾을 수 있다. 예를 들어, 급전 계수의 값을 증가시키거나 감소시킬 수도 있고, 급전 계수의 값으로 대입할 복수개의 값들을 미리 마련하여 순차적으로 대입할 수도 있다. 따라서, 변경된 급전 계수의 값에 의한 합성 빔 패턴이 형성되고, 그에 따른 최대 이득 차이값이 산출될 수 있다.
이때, 변경된 급전 계수로부터 산출되는 최대 이득 차이값이 목표값 이하가 될 때의 급전 계수를 최적 급전 계수로 선택할 수 있다. 즉, 순차적으로 급전 계수의 값을 변경하다가 정상이라고 판단되는 합성 빔 패턴이 나오면, 그 때의 급전 계수를 최적 급전 계수로 선택할 수 있다.
또한, 이득 차이값들 중 최대값을 가지는 최대 이득 차이값을 기준으로 합성 빔 패턴을 정상 또는 비정상으로 판단하기 때문에, 최대 이득 차이값이 목표값 이하이면 다른 좌표의 이득 차이값들은 모두 목표값 이하라고 판단할 수 있다. 따라서, 최대 이득 차이값이 목표값 이하이면, 다른 이득 차이값들은 목표값과 비교하지 않아도 합성 빔 패턴이 정상이라고 판단할 수 있다. 이에, 합성 빔 패턴의 이득들이 모두 목표 이득 이상의 크기를 가지게 되어 정상적인 합성 빔 패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
그 다음, 가상으로 반사판(또는, 부반사판(121))에 복수개의 송수신모듈로 빔을 송신하면서 반사면에 의한 반사판의 수차를 산출한다(S120). 즉, 최적화된 급전 계수에 따라 복수개의 송수신모듈(110)로 빔 패턴을 모델링할 수 있다. 그러나 송수신모듈(110)들에서 부반사판(121)으로 송신하는 빔의 조향을 변경하면 빔 패턴의 형상이 달라지면서 수차가 발생하거나 증가할 수 있다. 이에, 빔의 이득이 변하여 인공위성 합성 개구 레이다(100)에서 송신한 빔으로부터 생성하는 영상의 품질이 저하될 수 있다. 따라서, 빔 뿐만 아니라 부반사판(121)의 형상도 최적하여 빔 조향에 의한 안테나 효율 저하를 최소화할 수 있다. 즉, 부반사판(121)에 의한 수차를 확인하고 이를 감소시키기 위해, 복수개의 송수신모듈(110)로 빔을 송신하면서 반사면의 영역별 수차를 계산할 수 있다.
이를 위해, 제르니크(Zernike) 다항식을 이용하여 다항식의 계수로 나타나는 수차를 계산할 수 있다. 수차를 계산하는 과정은, 하기의 다항식에 의하여 수행될 수 있다.
다항식:
Figure 112021072423139-pat00003
여기서, ρ는 반경이고, θ는 방위각이고,
Figure 112021072423139-pat00004
은 계수이고, m과 n은 차수이다. 두 차수 m과 n은 0 이상의 정수이면서 n-m은 0 이상의 짝수 값을 가진다.
이때, 부반사판(121)의 반사면의 영역별로 수차를 계산할 수 있다. 즉, 복수개의 송수신모듈(110)로 빔을 송신하면서 제르니케 다항식을 통해 반사면의 반경과 방위각에 따른 위치별 수차가 계산될 수 있다. 따라서, 부반사판(121)의 반사면 중 어느 영역에 어느 정도의 수차가 발생했는지 확인할 수 있다.
그 다음, 수차를 감소시키도록 반사면의 디자인을 변경한다(S130). 즉, 부반사판(121)의 반사면 상에서 외측으로 돌출되어 형성되는 복수개의 돌기를 모델링할 수 있다. 빔은 반사면 상에 형성된 돌기들에 반사되어 반사되는 방향이 조절될 수 있다. 이에, 돌기가 반사면에서 외측으로 돌출되는 정도에 따라 빔의 반사방향이 조절되어 수차를 감소시키거나 증가시킬 수 있다. 따라서, 수차를 감소시키는 복수개의 돌기 각각의 돌출 길이를 찾을 수 있다.
예를 들어, 복수개의 돌기 각각의 돌출 길이를 찾는 과정에서, 반사면의 영역별로 돌기의 돌출 길이를 감소시키거나 증가시키면서 영역별 수차 변화를 확인할 수 있다. 따라서, 영역별로 돌기 각각의 돌출 길이를 조절하면서 수차들을 산출하고, 산출된 수차의 크기를 비교하여, 수차가 가장 작을 때의 돌기가 가지는 돌출 길이를 찾을 수 있다. 이에, 영역별로 각 영역의 수차를 최소화하는 각 돌기의 돌출 길이를 찾아 각 돌기의 최적 돌출 길이로 설정할 수 있다.
영역별로 최적 돌출 길이를 찾게 되면, 최적 돌출 길이에 대한 정보를 저장할 수 있다. 따라서, 저장된 최적 돌출 길이를 이용하여 부반사판(121)의 반사면 형상에 대한 디자인 설계도를 작성할 수 있다.
한편, 변경된 설계에 따라 반사판을 제작할 수 있다. 즉, 최적 돌출 길이가 반영된 디자인 설계도에 따라 부반사판(121)을 제조할 수 있다. 이에, 돌기들을 구비하는 부반사판이 제작될 수 있고, 돌기들은 수차를 감소시키도록 빔의 반사방향으로 조절할 수 있다. 따라서, 실제 환경에서 부반사판(121)을 사용할 때 안테나 효율을 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 도 3의 (a)와 같이 종래의 방법으로 제작된 부반사판(121)을 사용하는 경우, 송수신모듈들에서 송신된 빔이 부반사판(121)에 의해 주반사판(122)으로 반사될 때, 빔 중 일부가 부반사판(121)에 의한 수차에 의해 부반사판(121)에서 주반사판(122) 외측으로 반사되었다. 따라서, 빔 중 일부가 주반사판(122)에 반사되어 송출되지 못하기 때문에 안테나 효율이 떨어지게 된다.
한편, 도 3의 (b)와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 반사판 설계방법으로 제작된 부반사판(121)을 사용하는 경우, 송수신모듈들에서 송신된 빔이 부반사판(121)에 의해 주반사판(122)으로 반사될 때, 부반사판(121)에 의한 수차가 감소하여 부반사판(121)에서 주반사판(122) 외측으로 반사되는 빔의 양이 감소하였다. 이에, 주반사판(122)으로 반사되는 송출되는 빔의 양이 증가하여 안테나 효율이 저하되는 것을 억제하거나 방지할 수 있었다. 따라서, 돌출 길이가 최적화되어 부반사판(121)의 반사면에 형성된 돌기들에 의해, 빔의 조향이 변경되더라도 안테나 효율을 안정적으로 유지할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 반사판은 본 발명의 실시 예에 따른 반사판 설계방법에 의해 제작될 수 있다. 이에, 반사판의 반사면에는 영역별로 돌기가 형성될 수 있고, 돌기들 각각은 최적 돌출 길이를 가질 수 있다. 따라서, 반사판과 마주보는 복수개의 송수신모듈이 송신하는 빔의 조향이 변경되더라도, 반사판이 미리 설정된 방향으로 빔을 안정적으로 반사시킬 수 있기 때문에, 안테나 효율을 안정적으로 유지할 수 있다.
이처럼 인공위성 합성 개구 레이다(100)에서 송신하는 빔을 고려하여 반사판(120)의 형상을 최적화할 수 있다. 따라서, 인공위성 합성 개구 레이다(100)에서 송신하는 빔의 조향이 조절되어도 안테나 효율이 저하되는 것을 억제하거나 방지할 수 있다. 이에, 인공위성 합성 개구 레이다(100)에서 송신한 빔으로부터 생성하는 영상의 품질이 저하되지 않을 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하며, 실시 예들 간에 다양한 조합도 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 아래에 기재될 특허청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 인공위성 합성 개구 레이다 110: 송수신기
120: 반사판 121: 부반사판
122: 주반사판

Claims (14)

  1. 인공위성 합성 개구 레이다에 구비되는 능동급전 배열 안테나의 반사판을 설계하는 설계방법으로서,
    반사면을 가지는 반사판의 형상을 모델링하는 과정;
    가상으로 상기 반사판에 복수개의 송수신모듈로 빔을 송신하면서 상기 반사면에 의한 상기 반사판의 수차를 산출하는 과정; 및
    상기 수차를 감소시키도록 상기 반사면의 디자인을 변경하는 과정;을 포함하는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 반사판의 형상을 모델링하는 과정은,
    상기 반사판과 마주보도록 상기 복수개의 송수신모듈을 모델링하는 과정; 및
    시뮬레이션을 통해 상기 복수개의 송수신모듈이 송신하는 송신신호의 위상과 진폭을 나타내는 급전 계수를 최적화하는 과정;을 포함하는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가상으로 빔을 송신하면서 상기 수차를 산출하는 과정은,
    최적화된 급전 계수에 따라 상기 복수개의 송수신모듈로 빔을 송신시키는 과정; 및
    상기 반사면의 영역별로 수차를 계산하는 과정;을 포함하는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 반사면의 영역별로 수차를 계산하는 과정은, 제르니크(Zernike) 다항식을 이용하여 다항식의 계수로 나타나는 수차를 계산하는 과정을 포함하는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법.
  5. 삭제
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 반사면의 디자인을 변경하는 과정은,
    상기 반사면 상에서 돌출되어 형성되는 복수개의 돌기를 모델링하는 과정; 및
    상기 수차를 최소화하기 위한 상기 복수개의 돌기 각각의 돌출 길이를 찾는 과정;을 포함하는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 복수개의 돌기 각각의 돌출 길이를 찾는 과정은,
    상기 반사면의 영역별로 돌기의 돌출 길이를 감소시키거나 증가시키면서, 영역별로 수차를 최소화시키는 최적 돌출 길이를 찾는 과정;을 포함하는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법.
  8. 청구항 2 내지 청구항 4, 청구항 6, 및 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시뮬레이션을 통해 상기 급전 계수를 최적화하는 과정은,
    상기 복수개의 송수신모듈을 각각 작동시켜, 각 송수신모듈에서 송신되어 반사판에 반사되는 송신신호로부터 복수개의 개별 빔 패턴을 모델링하는 과정;
    상기 복수개의 개별 빔 패턴으로부터 합성 빔 패턴을 모델링하는 과정;
    상기 합성 빔 패턴의 이득과 미리 설정된 목표 이득의 이득 차이값을 산출하는 과정; 및
    상기 이득 차이값에 따라 상기 급전 계수를 최적화하는 과정;을 포함하는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 합성 빔 패턴을 모델링하는 과정은,
    상기 복수개의 개별 빔 패턴 각각의 이득에 상기 송수신모듈별 급전 계수들을 각각 곱하고 곱해진 값들을 합산하여 상기 합성 빔 패턴의 이득을 산출하는 과정; 및
    상기 합성 빔 패턴의 형성 위치에 따른 이득을 나타내는 3차원 그래프를 도시하는 과정;을 포함하는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 이득 차이값을 산출하는 과정은,
    상기 3차원 그래프의 서로 다른 위치들 각각에서 상기 목표 이득으로부터 상기 합성 빔 패턴의 이득을 빼서 위치별로 상기 이득 차이값을 산출하는 과정; 및
    위치별로 산출된 이득 차이값들 중 최대값을 가지는 최대 이득 차이값을 추출하는 과정;을 포함하는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 급전 계수를 최적화하는 과정은,
    상기 최대 이득 차이값을 미리 설정된 목표값과 비교하여, 상기 최대 이득 차이값이 상기 목표값 이하이면 목표값 만족으로 판단하고, 상기 최대 이득 차이값이 상기 목표값을 초과하면 목표값 불만족으로 판단하는 과정; 및
    목표값 불만족이라고 판단되면, 상기 급전 계수의 값을 변경하면서 최적 급전 계수를 찾는 과정;을 포함하는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 이득 차이값이 상기 목표값 이하이면 목표값 만족으로 판단하는 과정은,
    상기 최대 이득 차이값이 상기 목표값 이하이면, 다른 위치에서 산출된 이득 차이값들도 모두 상기 목표값 이하라고 판단하는 과정을 포함하는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 급전 계수의 값을 변경하면서 최적 급전 계수를 찾는 과정은,
    변경된 급전 계수로부터 산출되는 최대 이득 차이값이 상기 목표값 이하가 될 때의 급전 계수를 최적 급전 계수로 선택하는 과정;을 포함하는 능동급전 배열 안테나 반사판의 설계방법.
  14. 청구항 1 내지 청구항 4, 청구항 6, 및 청구항 7 중 어느 한 항의 반사판 설계방법에 따른 디자인으로 제작된 반사판.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101222050B1 (ko) 2012-06-15 2013-01-14 삼성탈레스 주식회사 합성개구레이더
KR20160126853A (ko) * 2015-04-24 2016-11-02 한국전자통신연구원 반사형 안테나 장치 및 그 설계방법
KR20210022362A (ko) * 2019-08-20 2021-03-03 경희대학교 산학협력단 무선전력 전송 효율의 향상을 위한 송신 안테나 제어장치 및 그 제어방법

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101222050B1 (ko) 2012-06-15 2013-01-14 삼성탈레스 주식회사 합성개구레이더
KR20160126853A (ko) * 2015-04-24 2016-11-02 한국전자통신연구원 반사형 안테나 장치 및 그 설계방법
KR20210022362A (ko) * 2019-08-20 2021-03-03 경희대학교 산학협력단 무선전력 전송 효율의 향상을 위한 송신 안테나 제어장치 및 그 제어방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102482742B1 (ko) 2022-08-24 2022-12-29 엘아이지넥스원 주식회사 위성용 복합 임무를 위한 회전 가변 이동 피드 sar 탑재체 장치

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