KR102357518B1

KR102357518B1 - 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기

Info

Publication number: KR102357518B1
Application number: KR1020200180619A
Authority: KR
Inventors: 이재은
Original assignee: 엘아이지넥스원 주식회사
Priority date: 2020-12-22
Filing date: 2020-12-22
Publication date: 2022-02-08

Abstract

적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기는, 변형가능한 연합체를 형성하도록 안테나 프레임으로부터 반경방향으로 연장하는 복수의 주반사면을 갖는 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기로서, 안테나 프레임과 안테나 프레임에 구비된 전개 액츄에이터를 통해 연결되어, 수납 상태에서 안테나 프레임의 중심 방향으로 접히고, 전개 상태에서 반경 방향으로 펼쳐지는 복수의 주반사면들, 안테나 프레임의 중심부에 안테나 프레임과 수직으로 설치된 급전혼의 상부에 위치하여, 수납 상태에서의 주반사면들을 와이어를 통해 고정시키고, 전개 상태에서 상기 고정으로부터 주반사면들을 해제시키는 전개 구조물을 포함한다.

Description

적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기{GAIN AMPLIFIER WITH MESH TYPE LIGHTWEIGHT REFLECTIVE SURFACE BY ADDITIVE MANUFACTURING}

본 발명은 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기에 관한 것이다.

통신 기술이 발달함에 따라 다양한 서비스를 제공하기 위한 위성 통신의 수요와 기술 트렌드는 지속적으로 증대 및 변화되고 있다. 최근에, 민간 위성에 대한 관심이 늘어나왔는데, SPACEX를 시작으로 재사용가능한 발사체가 개발됨에 따라 발사 단가가 많이 저렴해지고 500 kg 이하의 소형 위성, 10 내지 100 kg 이하의 마이크로 위성, 10 kg 이하의 나노/피코 위성들이 많이 사용되고 있다.

종래 위성의 통신이 텍스트 데이터 위주의 통신을 지원하기 위해서 주로 제조되었다면, 현대의 위성은 텍스트 데이터 뿐만 아니라 사진 또는 영상과 같이 보다 개선된 데이터 서비스를 제공하는 것에 목적이 있다. 이러한 사진 또는 영상에 대한 고품질 서비스가 구현되기 위해서는, 위성통신의 주파수 송수신 출력이 기초가 되어야 하는데, 이는 급전 모듈의 전력 증폭과 대형화된 안테나에 의해서 구현이 가능하다.

위성 시스템에서 급전 모듈의 전력 증폭은 태양 전지의 효율과 밀접한 관련이 있는데, 전력 증폭의 방법은 발열 성능의 제한, 전력의 제한 등의 조건으로 송수신 출력을 증대시키는 것에 한계가 있다. 대조적으로, 안테나의 대형화는, 문자그대로 대형화된 안테나를 제작함으로써 큰 이득을 얻을 수 있으므로 대형화된 안테나를 가볍게 만들 수 있다면 보다 용이하게 송수신 출력을 증폭시킬 수 있는 이점이 있을 것이다.

특히, 우주용 안테나의 개발은 지상에서 사용하는 안테나 보다 개발에 있어 어려움이 있다. 우주의 운용 환경은 지상에 비하여 가혹하며, 발사 시에 추진체에 의해 발생하는 고진동, 발사체의 단 분리에 의한 충격, 태양 복사에 의한 큰 폭의 온도 변화(예를 들어, -100°C 내지 150°C), 오존과 같이 작은 미립자들과의 충돌 등을 고려하여야 하므로 설계 제작에 있어서 많은 기술적 어려움이 있다.

본 발명은 전술한 필요성 및/또는 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이득 증폭기는, 변형가능한 연합체를 형성하도록 안테나 프레임으로부터 반경방향으로 연장하는 복수의 주반사면을 갖는 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기로서, 안테나 프레임과 안테나 프레임에 구비된 전개 액츄에이터를 통해 연결되어, 수납 상태에서 안테나 프레임의 중심 방향으로 접히고, 전개 상태에서 반경 방향으로 펼쳐지는 복수의 주반사면들; 안테나 프레임의 중심부에 안테나 프레임과 수직으로 설치된 급전혼의 상부에 위치하여, 수납 상태에서의 주반사면들을 와이어를 통해 고정시키고, 전개 상태에서 상기 고정으로부터 주반사면들을 해제시키는 전개 구조물;을 포함한다.

또한, 안테나 프레임에, 삼각형 구조가 급전혼의 중심 방향으로 방사형으로 배치되는 중심 반사면을 더 포함할 수 있다.

또한, 주반사면 또는 중심 반사면은 메쉬형으로 만들어지는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가질 수 있다.

또한, 주반사면 또는 중심 반사면은 서로 다른 메쉬 수준을 가질 수 있다.

또한, 주반사면 또는 중심 반사면은 적층 제조(AM) 또는 플레이트 적층 기법 중 어느 하나에 의해 제조될 수 있다.

또한, 주반사면 또는 중심 반사면이 적층 제조에 의해 만들어지는 경우, Ti, Ni, Mo 또는 이들 간의 특정 성분비를 이루는 합금 재료의 파우더로 만들어질 수 있다.

또한, 주반사면 또는 중신 반사면이 플레이트 적층 기법에 의해 만들어지는 경우, Ti, Ni, Mo 또는 이들 간의 특정 성분비를 이루는 합금 재료로 이루어진 판재로 만들어질 수 있다.

또한, 주반사면은 반사면과 리브로 구성되며, 반사면과 리브는 상기 리브의 내측에서 적어도 하나의 스프링에 의해 스프링 연결될 수 있다.

또한, 주반사면은, 복수의 단위 반사면들로 이루어질 수 있다.

또한, 복수의 단위 반사면들은 사다리꼴 대칭 구조를 가지며, 복수의 단위 반사면들 중 적어도 일부는 서로 블레이징을 통해 접합될 수 있다.

또한, 하나의 주반사면은 3개 내지 6개의 단위 반사면들로 이루어질 수 있다.

또한, 리브는 오토클레이빙에 의해 제조될 수 있다.

또한, 리브는 탄소 섬유 복합재로 제조되며, 경화제로 시아네이트 에스테르를 사용할 수 있다.

또한, 와이어는 수납 상태에서 전개 구조물의 둘레 보다 더 긴 길이를 가질 수 있다.

또한, 와이어는, 수납 상태에서 와이어의 적어도 일부가 핀풀러에 의해 고정됨에 따라 실제 길이보다 더 짧은 길이로 주반사면들을 고정하고, 전개 상태에서 핀풀러에 의한 고정이 해지됨에 따라 다시 실제 길이로 되돌아갈 수 있다.

또한, 전개 상태에서 와이어는 와이어 회전 블록에 의해 180 도 내지 270 도 회전이동하여, 전개 구조물의 상부에 위치될 수 있다.

또한, 전개 상태에서 핀풀러에 의한 고정이 해지되면, 복수의 주반사면들은 전개 액츄에이터에 의해 급전혼으로부터 반경 방향으로 전개될 수 있다.

또한, 전개 상태를 감지하기 위하여 전개 액츄에이터에 구비되는 접촉 센서; 접촉 센서에 의해 전개 상태가 확인되면, 지상 중계국으로 전개 상태에 대한 상태 정보를 전송하는 통신 모듈을 더 포함할 수 있다.

또한, 외부에 노출되는 전체면들이 다층박막단열재(MLI)로 둘러싸일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 반사 성능을 위한 메쉬형 반사면과 강성 보강을 위한 리브로 인해 고 강성 고경량화 가능 구조를 가지며, 이는 위성의 탑재성을 증대시키고 위성체 급 기동 시 안테나의 채터링을 적도록하여 위성 통신의 품질 증대로 연결할 수 있다.

또한, 본 발명은 3차원 적층 구조 적용에 따라 반사면이 균일한 품질을 가지고 와이어로 제작한 메쉬 안테나 비해 반사면이 고르게 제작될 수 있다.

또한, 본 발명은 복잡한 설계 패턴도 제작 가능함에 따라 안테나 성능 최적화가 가능하며, 제작 오류에 의한 성능 감소 및 영향성이 최소화되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명은 반사면의 모듈화를 통해 대형화된 3차원 적층기를 필요로 하지 않을 뿐만 아니라, 필요에 따라 브레이징을 통해 모듈화된 반사면들을 일체화 시킬 수 있어 대형 반사판으로의 확장성도 가질 수 있다.

또한, 본 발명은 반사면의 모듈화를 통해 상호 위치 교환이 가능하므로, 전반적인 표면 편평도를 확보할 수 있고, 위치 교환을 통해 전체 편평도 확보 또한 가능하며, 대량 양산시의 불량률도 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 얇은 판상 형태의 반사면 구조 역시 제안됨에 따라 3차원 적층 기법을 이용하지 않더라도 개별 플레이트들의 적층을 통해 메쉬 안테나와 유사한 효과를 확보할 수 있다.

또한, 본 발명은 반사면에 높은 전기 전도성과 열 전도성을 갖는 금도금을 도포하여, 안테나 전도성과 태양 복사열에 의한 안테나 표면의 수축 및 팽창 등에 유리하며, 또한 오존에 의한 표면 삭마를 최소화할 수 있다.

또한, 본 발명은 반사면 모서리의 고정 브래킷의 스프링 강성으로 예얍을 가해 형상의 유지에 유리하며, 표면 강성을 국부적으로 조절하여 전체 안테나의 표면 편평도를 높일 수 있다.

또한, 비-충격식 핀풀러를 이용하여, 상기 핀풀러가 작동 시 충격에 의한 구조 파손 우려가 없으며, 리던던시 회로와 같이 이중화된 제어 구조를 가지므로 1차 적으로 전개되지 않더라도 대체적으로 주반사면들이 원활이 전개될 수 있다.

또한, 본 발명의 전개 구조물은 제어 부품의 수를 최소화하고 구조를 단순화 하여 고장 발생율을 최소화하며, 전개 액츄에이터의 접촉식 센서에 의해 전개 여부를 지상 중계기로 전송하여, 지상 중계기는 우주 환경의 전개 여부를 용이하게 확인할 수 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1는 본 명세서의 일 실시예에 따른 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기의 수납 상태(stowed state)의 개략도이고,
도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기의 전개 상태(deployed state)의 개략도이고,
도 3은 본 명세서의 반사면을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 적층 제조 기법에 의해 제조 가능한 반사면을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 플레이트 적층 기법에 의해 제조 가능한 반사면을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 명세서의 중심 반사면 및 안테나 프레임을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 명세서의 전개 구조물을 설명하기 위한 도면이고,
도 8은 본 명세서의 핀풀러의 작동에 따른 전개 시퀀스를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 명세서의 전개 액츄에이터를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 명세서의 접촉 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 안테나 전개 시퀀스를 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

종래 해외에서는, 1950년대부터 다양한 우주 프로젝트에서 사용할 안테나를 개발해 왔으며, 그 예로, 솔리드 안테나, 메쉬 안테나, 및 멤브레인 안테나가 있다.

솔리드 안테나의 경우, 탄소 복합재 시트를 적층하여 반사판을 생성하고 강성 지지를 위한 리브(25)나 샌드위치 적층구조에 의한 부재를 반사면 뒤에 보강한 구조로 무게가 무겁고 관성모멘트가 커서 위성의 기동에 영향을 주며, 고체 복합재의 유연성 한계로 수납 효율에 한계가 있고 저궤도 환경에서의 미립자의 타격으로 반사면이 손상되고 이로 인해 사용 시간이 증가 할수록 안테나 이득이 감소할 수 있는 단점이 있으나 국내 복합재 제작 설계 기술로 시도하기 유리한 장점이 있다.

메쉬 안테나의 경우, 금속 와이어를 엮어 반사면에 특정한 패턴을 이루도록 하여 전자파가 반사 될 수 있는 구조를 설계하고 우산과 같이 접을 수 있는 구조로 솔리드 안테나에 비해 다소 가볍고, 미립자의 타격으로부터 상대적으로 유리하나, 베를 짜듯 대부분 수작업이라 제작이 어렵고 제품의 성능이 제작자의 능력에 따라 좌우되며, 상대적으로 품질이 균일 하지 못하고 가공성의 제한으로 복잡한 설계 패턴은 구현이 되지 못하고 설계와 제작 패턴의 차이가 커서 설계 반사 효율 대비 제작의 반사 효율(안테나 이득)이 떨어질 수 있고 이로 인해 편파 특성도 고르지 못하다. 또한, 국내 기반 기술로 소재 수급 및 설계/제작 하기 굉장히 어려운 단점이 있다.

멤브레인 안테나의 경우, 카본-실리콘의 소재 혹은 형상 기억 합금을 이용하여 최소 공간으로 수납하였다가 특정 온도나 조건 시 원래 형태로 복구하여 안테나 역할을 하는 타입으로 우주 미립자들의 충돌에 쉽게 찢어지고 기동 간 필요한 최소 강성 확보에 제약이 있으며 기존에 개발된 많은 경우가 안테나 빔 형성을 위해 별도의 모터 구동기로 안테나 표면을 조향하고 있는데 이는 중량요소로 중량 저감 효과가 오히려 떨어진다는 단점이 있다. 또한, 국내 기반 기술로 소재 수급 및 설계/제작 하기 굉장히 어려운 단점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 전개형 위성 안테나는, 상기의 솔리드 안테나, 메쉬 안테나 및 멤브레인 안테나의 단점을 극복할 수 있는 것이다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 전개형 위성 안테나는 전개식 합성 개구 레이더 안테나로서, 합성 개구 레이더 안테나 및 전개식 구조에 대하여 간략히 설명한다.

전개식 합성 개구 레이더(synthetic aperture radar, SAR) 안테나

SAR 방식은 안테나를 이용하여 지상 또는 해양에 레이더파를 순차적으로 쏜 이후에 레이더파가 굴곡면에 반사되어 돌아오는 미세한 시간차를 선착순으로 합성하여 영상을 생성하는 방식을 말한다. 지구 관측용 위성의 한 종류인 SAR 위성은 레이더파를 사용하기 때문에 날씨 및 주간, 야간의 영향을 받지 않는다는 장점이 있으나, 높은 영상 품질을 얻기 위해서 SAR 안테나는 큰 직경을 가져야 한다. 그러나, 위성을 우주까지 운반하기 위한 발사체의 내부 공간은 한정적이므로 SAR 안테나는 내부에 수용가능하도록 접혀 있다가 우주 환경에서 전개되는 전개형 위성 안테나로 설계된다.

실시예들

도 1는 본 명세서의 일 실시예에 따른 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기의 수납 상태(stowed state)의 개략도이고, 도 2는 본 명세서의 일 실시예에 따른 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기의 전개 상태(deployed state)의 개략도이다.

적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기는, 안테나 프레임(40), 전개 액츄에이터(30), 주반사면(20), 전개 구조물(10), 급전혼(50), 및 중심 반사면(60)을 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 수납 상태에서, 주반사면(20)들은 안테나 프레임(40)의 중심에 설치된 급전혼(50)을 향하여 포개진 상태로 모인다. 이때, 주반사면(20)들은 축의 각도를 달리하여 포개진 상태로 모이게 된다. 급전혼(50)의 상단에는 전개 구조물(10)이 위치하며, 수납 상태에서 주반사면(20)들의 가장자리는 전개 구조물(10)에 의해 고정된다. 이에 따라, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기는, 도 1과 같이 "파라볼릭 형상"이 될 수 있다.

주반사면(20)은 10 개 내지 40 개 미만으로 마련되며, 주반사면(20)의 개수는 안테나의 반경에 따른 수납을 위해 필요한 최소 공간에 기반하여 결정된다.

도 2를 참조하면, 전개 상태에서, 전개 구조물(10)에 의한 고정이 해제되고, 주반사면(20)은 전개 액츄에이터(30)에 의해 방사형으로 전개된다. 이에 따라, 전개 상태에서는 급전혼(50) 및 중심 반사면(60)이 외부로 드러나게 된다. 급전혼(50)은 안테나 프레임(40)에 수직 방향으로 설치되며, 안테나 프레임(40)의 중심에 위치된다. 중심 반사면(60) 적어도 6개로 구성되며, 급전혼(50)을 기준으로 방사되는 형태로 설계된다.

수납 상태 및 전개 상태에서, 안테나의 외부로 노출되는 구성요소들은 모두 또는 필요 시 태양 복수에 의한 온도 상승을 방지하기 위하여 금색다층박막단열재(MLI)가 외부에 필름 형태로 둘러싸일 수 있다.

도 3은 본 명세서의 반사면을 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 주반사면(20)은 반사면, 리브(25)를 포함한다. 반사면과 리브(25)는 서로 분리되어 있으며, 반사면이 리브(25)의 내측에 형성된 슬롯으로 삽입되어 결합된다. 반사면은 안테나의 크기에 따라 하나의 반사면 또는 적층 제조 기법이 허용하는 크기 범위에서 3 개 내지 6 개의 단위 반사면으로 나뉘어 제작될 수 있다. 예를 들어, 주반사면(20)을 구성하는 반사면이 하나인 경우로서, 안테나의 크기가 상대적으로 소형이면, 적층 제조 기법에 의해 하나의 반사면으로 제작될 수 있다. 다른 예를 들어, 주반사면(20)을 구성하는 반사면이 복수개의 단위 반사면인 경우로서, 안테나의 크기가 상대적으로 대형이면, 적층 제조 기법에 의해 각각 만들어진 복수의 단위 반사면의 결합체로서 제작될 수 있다. 복수의 단위 반사면이 이용되는 경우, 단위 반사면들은 모두 적층 제조 기법이 허용하는 크기 범위에서 제조되며, 예를 들어, 3 개 내지 6 개의 단위 반사면으로 각각 제작된다.

반사면은 메쉬 형태의 반사면이며, 이를 통해 미립자의 충돌 등으로부터 표면 평탄도를 항상 유지할 수 있으므로 안테나로 제작 시 출력 이득이 일정 수준 이상으로 유지될 수 있다. 또한, 메쉬 형태의 반사면으로 제작하는 경우에는 솔리드 형태의 경우와 달리 반사면의 평균 중량을 800 g 내지 1.5 kg 보다 작은 150 g 내지 250 g 으로 구현할 수 있다.

반사면은 적층 제조(additive manufacturing, AM) 기법 또는 플레이트 적층 기법을 활용하여 제조된다. 리브(25)는 탄소 섬유 복합체를 적층하여 오토 클레이브 기법으로 성형된다.

본 발명은 적층 제조에 기반하여, 설계에 따른 가공이나 제작의 어려움 없이 복잡한 안테나 패턴도 구현할 수 있다는 이점이 있다. 특히, 종래 직조에 의해 만들어지는 메쉬형 안테나는 균등한 표면 평탄도를 구현하기 어려운 문제점이 있었으나, 본 발명은 종래의 메쉬형 안테나와 비교하여 더 개선된 표면 평탄도로 실현될 수 있다.

다시 도 3을 참조하면, 반사면의 형상은 반사가 용이하도록 사다리꼴 대칭 형태의 구조를 갖는다. 3 개 내지 6 개로 나누어진 단위 반사면들은 반사율을 높이기 위하여 서로 브레이징(brazing)을 통해 접합되는 구조로 만들어 진다. 단위 반사면들은 전체 안테나를 걸쳐 동일하거나 균일한 표면 평탄도가 확보되도록 서로 다른 반사면들 간에도 호환 가능하도록 제공된다.

반사면과 리브(25)는 리브(25)의 내측에서 스프링 연결되어 있으며, 스프링의 일 단은 리브(25)의 내측으로 나사 결합된다. 반사면은 나사 결합된 스프링에 의한 인장력을 조절하여 예압을 인가한 후 본딩에 의해 결합되며, 이후에 추가 예압이 인가될 수도 있다. 본 발명의 반사면의 경우, 이러한 구조에 기반하여 반사면에 인장을 가해 반사면의 편평도 품질이 개선되도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 태양 복사에 의한 과도한 열변형에 발생 시 반사면을 수축 및/또는 팽창시킬 수 있다.

또한, 리브(25) 내측과 나사 결합된 각각의 스프링들은 독립적으로 조정가능하다. 이에 따라, 본 발명은 스프링들에 대한 독립적인 조정을 통해 반사면에 국부적으로 강성을 부여할 수 있다.

리브(25)는 탄소 섬유 복합재로 설계 및 제작되며, 경화제로 시아네이트 에스테르(cyanate ester)를 사용하여 높은 강성과 습기 저항성이 확보된다.

도 4는 적층 제조 기법에 의해 제조 가능한 반사면을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 적층 제조 기법에 기반하여 만들어지는 반사면 또는 단위 반사면은 기본적으로 평직, 능직, 허니컴, 및 니트 구조로 제작될 수 있으며, 적층 제조의 이점에 따라 다양한 형태로 파생가능하다. 본 발명에 따른 안테나는 주파수 및 필요 이득에 따라 적절한 패턴과 간격 및 크기로 제조된 반사면으로 구성될 수 있다.

또한, 적층 제조 기법에 의해 만들어 지는 반사면의 재질은 Ti, Ni, 또는 Mo 의 파우더를 이용한 재료, 또는 이들 간의 특정 성분비로 구성되는 합금 재료도 선택될 수 있다. Ti, Ni, Mo, 또는 그들의 합금은 대기권 밖에서 태양 복사에 의한 고온노출 시 변형이 최소화되도록, 열팽창률(CTE)은 낮도록, 강성과 전기전도성은 높도록 할 수 있다.

도 5는 플레이트 적층 기법에 의해 제조 가능한 반사면을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 플레이트 적층 기법에 기초하여 반사면을 만드는 경우, 단 방향 또는 십자무늬로 제작된 판을 레이어 별로 적층하여 브레이징하여 반사면이 형성될 수 있다. 각 레이어들은 높은 전자파 반사 특성을 갖기 위하여 각 레이어 별로 서로 다른 재질의 판으로 구성될 수 있다. 여기서, 판재의 재질은, 예를 들어, Ti, Ni, Mo 또는 이들 간의 특정 성분비를 이루는 합금 재료로 선택될 수 있다.

반사면에서, 한 레이어에 패터닝된 단위 형상들 간의 최소 간격은 적어도 3 mm 이하로 형성되고, 복수의 레이어의 적층물의 두께는 최대 3 mm 이며, 반사면의 단위 형상을 이루는 평직, 능직 등의 와이어 지름은 0.02 mm 내지 1 mm 이내의 길이를 갖는다. 높은 반사율을 확보하고, 오존에 의한 산화 방지를 위해 안테나 전반에는 금, 바람직하게는 금으로 이루어진 다층박막단열재(MLI)로 이루어진 필름으로 둘러싸일 수 있다.

도 6은 본 명세서의 중심 반사면(60) 및 안테나 프레임(40)을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 중심 반사면(60)은 주반사면(20)과 동일한 구조로 구성되며, 삼각형 구조가 급전혼(50)을 중심으로 방사형으로 배치된다. 한편, 중심 반사면(60)은 전자파의 집중도에 따라 주반사면(20)과 서로 다른 메쉬 수준을 갖도록 만들어질 수 있다. 안테나 프레임(40)은 전체 안테나의 강성과 강도 확보를 위하여 탄성 섬유 복합재로 적층되며, 그 외부는 MLI로 도포된다.

도 7은 본 명세서의 전개 구조물(10)을 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 명세서의 핀플러(80)의 작동에 따른 전개 시퀀스를 설명하기 위한 도면이다.

도 7을 참조하면, 전개 구조물(10)은 급전혼(50)의 상단에 위치하며, 금속 와이어(90)를 통해 수납 상태에서 주반사면(20)을 고정시킬 수 있다. 전개 구조물(10)은 이러한 주반사면(20)을 고정하는 기능을 실현하기 위하여, 핀플러(80), 와이어 회전 블록(70), 및 와이어(90)를 포함할 수 있다.

와이어(90)는 주반사면(20)을 수납 상태에서 고정시킬 수 있다. 와이어(90)는 수납 상태에서 주반사면(20)의 전체 둘레 보다 더 긴 길이를 갖도록 제공된다. 주반사면(20)이 고정되는 수납 상태에서 와이어(90)의 적어도 일부가 핀플러(80)에 의해 고정되고, 와이어(90)는 실제 길이보다 더 짧은 길이로 주반사면(20)들을 고정하게 된다. 이처럼, 와이어(90)에 의해 고정된 주반사면(20)들은 외부의 진동 및 충격에 의해 수납 상태로부터 이탈 또는 전개되지 않는다.

한편, 와이어(90)는 핀플러(80)에 의한 고정이 해지되는 전개 상태에서 전개 구조물(10)의 둘레보다 더 길어지게 되며, 와이어 회전 블록(70)에 의해 180 도 내지 270 도 회전이동한다. 이처럼 회전 이동된 와이어(90)는 전개 구조물(10)의 상부에 위치된다. 그 결과, 주반사면(20)의 구속은 해제되고, 전개 액츄에이터(30)에 의해 주반사면(20)들이 급전혼(50)으로부터 반경방향으로 전개된다.

참고로, 도 8을 참조하면, 핀플러(80)는 전기적 신호에 의해 조작되며, 핀플러(80)가 조작되면 와이어(90)를 고정하던 핀이 핀플러(80)의 내부로 이동하며 와이어(90)를 핀플러(80)에 의한 고정으로부터 해방시킨다. 와이어(90)는 전개 구조물(10)의 둘레보다 더 큰 길이로 제공되므로, 핀플러(80)에 의한 고정으로부터 해제되면 더 이상 주반사면(20)들을 고정하지 않는다. 본 발명은 핀플러(80)를 구비함에 따라, 이중화 회로 설계를 통한 리던던시(redundancy)를 통해 전개 안정성이 확보되고, 핀플러(80)는 비폭발식으로서 충격이 발생하지 않으므로 별도의 구조 보강이 필요 없어 안테나의 무게 감소에 용이하다. 본 발명의 종래의 안테나와 달리 전개 시퀀스가 단순하며, 특히 본 발명은 핀플러(80) 작동 이후에 전개 액츄에이터(30)에 의한 전개로서 2 단계로 이루어짐에 따라 고장이 발생할 요소가 최소화되었다는 이점이 있다.

도 9는 본 명세서의 전개 액츄에이터(30)를 설명하기 위한 도면이다.

도 9를 참조하면, 전개 액츄에이터(30)는 반사면 하단과 안테나 프레임(40) 사이에 위치된다. 전개 액츄에이터(30)는 해당 위치에서 반사면 하단과 안테나 프레임(40)을 서로 연결하며, 반사면의 수와 동일한 수의 토션 스프링이 구비된다. 전개 액츄에이터(30)는 급전혼(50)과 안테나 프래임을 중심으로 방사 형태로 배열되며, 수납 상태에서는 반사면들을 상기의 급전혼(50)과 안테나 프레임(40)에 인접하게 모아 두고, 전개 상태에서는 토션 스프링의 탄성력에 기반하여 반사면들을 넓게 전개 시킨다.

전개 액츄에이터(30)의 중심 블록에 위치한 고정 나사가 풀리고 상기 중심 블록이 회전되면, 연결된 토션 스프링이 함께 회전하고, 토션 스프링의 강성이 증가되거나 감소될 수 있다.

도 10은 본 명세서의 접촉 센서를 설명하기 위한 도면이다.

도 10을 참조하면, 전개 액츄에이터(30)에는 접촉 센서가 더 구비될 수 있다. 접촉 센서는 안테나의 형상을 전개 상태 또는 수납 상태 중 어느 하나로 결정하기 위한 것이다. 안테나가 전개 상태로서, 주반사면(20)들이 모두 전개되면, 주 반사면의 일 면이 접촉 센서와 접촉하며, 상기 접촉에 따른 센싱 신호를 통해 안테나가 전개 상태 또는 수납 상태 중 어느 하나로 결정된다. 안테나는 현재의 형상에 대한 상태 정보를 안테나의 형상이 수납 상태 또는 전개 상태로 전환되는 것에 응답하여 통신 모듈을 통해 지상의 중계국으로 전송할 수 있다.

도 11은 본 명세서의 다른 실시예에 따른 안테나 전개 시퀀스를 설명하기 위한 순서도이다. 참고로, 안테나 전개 시퀀스의 각 단계는 안테나에 내장되거나 안테나를 제어가능한 인공위성에 구비된 프로세서에 의해 구동될 수 있으며, 도 10의 안테나 전개 시퀀스는 도 1 내지 도 9에서 설명된 SAR 안테나에 관한 것이다.

도 11을 참조하면, 지상 중계국으로부터 주반사면(20)을 전개시키도록 제어하는 전개 신호를 수신하는 단계(S110), 전개 신호를 수신하는 것에 응답하여 주반사면(20)들이 전개되도록 핀플러(80)에 구비된 고정용 핀을 상기 핀플러(80) 내부로 이동시키는 단계(S120), 이후에, 안테나는 접촉 센서로부터 센싱 신호의 수신 여부를 확인하는 단계(S130)를 거쳐, 접촉 센서로부터 센싱 신호를 수신하면 안테나가 전개 상태로 전환됨이 확인되면 지상 중계국으로 예비 영상을 전송하고(S130:YES, S140), 접촉 센서로부터 센싱 신호가 수신되지 않으면 주반사면(20)들의 전개를 위해 미리 마련된 리던던시 회로를 구동하는 단계(S130:NO, S150)를 포함한다.

전술한 본 발명은, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

10 : 전개 구조물, 20 : 주반사면, 30 : 전개 액추에이터, 40 : 안테나 프레임

Claims

변형가능한 연합체를 형성하도록 안테나 프레임으로부터 반경방향으로 연장하는 복수의 주반사면을 갖는 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기에 있어서,
안테나 프레임과 안테나 프레임에 구비된 전개 액츄에이터를 통해 연결되어, 수납 상태에서 안테나 프레임의 중심 방향으로 접히고, 전개 상태에서 반경 방향으로 펼쳐지는 복수의 주반사면들;
안테나 프레임의 중심부에 안테나 프레임과 수직으로 설치된 급전혼의 상부에 위치하여, 수납 상태에서의 주반사면들을 와이어를 통해 고정시키고, 전개 상태에서 상기 고정으로부터 주반사면들을 해제시키는 전개 구조물; 을 포함하고,
주반사면은 반사면과 리브로 구성되며, 반사면과 리브는 상기 리브의 내측에서 적어도 하나의 스프링에 의해 스프링 연결되고,
주반사면은, 복수의 단위 반사면들로 이루어지고,
복수의 단위 반사면들은 사다리꼴 대칭 구조를 가지며, 복수의 단위 반사면들 중 적어도 일부는 서로 브레이징을 통해 접합되는 것을 특징으로 하는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
제1항에 있어서,
안테나 프레임에, 삼각형 구조가 급전혼의 중심 방향으로 방사형으로 배치되는 중심 반사면을 더 포함하는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
제2항에 있어서,
주반사면 또는 중심 반사면은 메쉬형으로 만들어지는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
제3항에 있어서,
주반사면 또는 중심 반사면은 서로 다른 메쉬 수준을 갖는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
제3항에 있어서,
주반사면 또는 중심 반사면은 적층 제조(AM) 또는 플레이트 적층 기법 중 어느 하나에 의해 제조되는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
제3항에 있어서,
주반사면 또는 중심 반사면이 적층 제조에 의해 만들어지는 경우, Ti, Ni, Mo 를 포함하는 파우더로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
제3항에 있어서,
주반사면 또는 중심 반사면이 플레이트 적층 기법에 의해 만들어지는 경우, Ti, Ni, Mo 를 포함하는 판재로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
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제1항에 있어서,
하나의 주반사면은 3개 내지 6개의 단위 반사면들로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
제1항에 있어서,
리브는 오토클레이빙에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
제12항에 있어서,
리브는 탄소 섬유 복합재로 제조되며, 경화제로 시아네이트 에스테르를 사용하는 것을 특징으로 하는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
제1항에 있어서,
와이어는 수납 상태에서 전개 구조물의 둘레 보다 더 긴 길이를 가지는 것을 특징으로 하는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
제14항에 있어서,
와이어는,
수납 상태에서 와이어의 적어도 일부가 핀풀러에 의해 고정됨에 따라 실제 길이보다 더 짧은 길이로 주반사면들을 고정하고, 전개 상태에서 핀풀러에 의한 고정이 해지됨에 따라 다시 실제 길이로 되돌아가는 것을 특징으로 하는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
제15항에 있어서,
전개 상태에서 와이어는 와이어 회전 블록에 의해 180 도 내지 270 도 회전이동하여, 전개 구조물의 상부에 위치되는 것을 특징으로 하는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
제15항에 있어서,
전개 상태에서 핀풀러에 의한 고정이 해지되면, 복수의 주반사면들은 전개 액츄에이터에 의해 급전혼으로부터 반경 방향으로 전개되는 것을 특징으로 하는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
제17항에 있어서,
전개 상태를 감지하기 위하여 전개 액츄에이터에 구비되는 접촉 센서;
접촉 센서에 의해 전개 상태가 확인되면, 지상 중계국으로 전개 상태에 대한 상태 정보를 전송하는 통신 모듈;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.
제1항에 있어서,
외부에 노출되는 전체면들이 다층박막단열재(MLI)로 둘러싸이는 것을 특징으로 하는, 적층 제조의 메쉬형 경량 반사면을 가지는 이득 증폭기.