KR102393301B1 - 저궤도 통신위성 안테나 시스템 및 이의 점진적 성능 열화 감소 방법 - Google Patents

저궤도 통신위성 안테나 시스템 및 이의 점진적 성능 열화 감소 방법 Download PDF

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Abstract

저궤도 통신위성 안테나 시스템이 제공된다. 상기 시스템은 다수의 능동 위상배열 안테나 소자로 구성된 빔 조향 안테나, 상기 빔 조향 안테나로 송수신되는 신호의 빔 형성 처리를 위한 빔 신호 처리기 및 상기 빔 조향 안테나로의 진단신호를 송수신하여 다수의 안테나 소자의 송수신 경로의 고장 유무를 판단하는 진단 신호 처리기를 포함한다.

Description

저궤도 통신위성 안테나 시스템 및 이의 점진적 성능 열화 감소 방법{LOW-EARTH-ORBIT SATELLITE COMMUNICATION ANTENNA SYSTEM AND METHOD FOR REDUCING GRADUAL PERFORMANCE DEGRADATION THEREOF}
본 발명은 저궤도 통신위성 안테나 시스템 및 이의 점진적 성능 열화 감소 방법에 관한 것으로서, 특히 빔 조향 안테나로의 송수신 신호를 분석하여 다수의 신호 경로 중 고장이 발생한 신호 경로를 파악하고, 해당 경로의 고장으로 인한 송수신 신호 이득을 보상하기 위하여, 주변 신호 경로를 통과하는 신호의 이득값을 가변함으로써, 고장으로 인한 송수신 신호 이득 열화를 개선할 수 있도록 한 저궤도 통신위성 안테나 시스템 및 이의 점진적 성능 열화 감소 방법에 관한 것이다.
일반적으로 저궤도 통신위성에 탑재되는 빔 조향 안테나는 다수의 방사 소자의 배열 형태로 구성된 위상배열 안테나를 포함한다. 해당 위상배열 안테나의 장점은 구성하는 안테나 배열의 수가 증가할수록 송수신 이득값을 증가시킬 수 있으며, 다수의 안테나 중 소수의 안테나 소자의 고장이 발생하더라도 송수신 이득값의 손실을 최소화할 수 있다는 장점을 가지고 있다.
종래의 저궤도 통신위성에 탑재되는 빔 조향 안테나는 위성 탑재체와 발사체를 통해 우주 저궤도로 이동 및 전개 후 운용된다. 기존 지상 및 공중 환경에서 운용되는 빔 조향 안테나의 경우 고장 발생시 수리 및 분석이 용이하나, 우주 환경에서 운용되는 빔 조향 안테나의 고장 발생시에는 수리 및 분석이 거의 불가능하다는 단점이 있다.
따라서, 기존 빔 조향 안테나의 고장 발생으로 인한 성능 열화 성분을 점진적으로 감소시킬 수 있는 별도의 운용 방식이 필요하다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 빔 조향 안테나로의 송수신 신호를 분석하여 다수의 신호 경로 중 고장이 발생한 신호 경로를 파악하고, 해당 경로의 고장으로 인한 송수신 신호 이득을 보상하기 위하여, 주변 신호 경로를 통과하는 신호의 이득값을 가변함으로써 고장으로 인한 송수신 신호 이득 열화를 개선할 수 있는, 저궤도 통신위성 안테나 시스템 및 이의 점진적 성능 열화 감소 방법을 제공하는 것이다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기된 바와 같은 과제로 한정되지 않으며, 또다른 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 측면에 따른 저궤도 통신위성 안테나 시스템은 다수의 능동 위상배열 안테나 소자로 구성된 빔 조향 안테나, 상기 빔 조향 안테나로 송수신되는 신호의 빔 형성 처리를 위한 빔 신호 처리기 및 상기 빔 조향 안테나로의 진단신호를 송수신하여 다수의 안테나 소자의 송수신 경로의 고장 유무를 판단하는 진단 신호 처리기를 포함할 수 있다.
상기 빔 조향 안테나는, 상기 다수의 안테나 소자와 각각 연결되며 송수신 경로 상의 RF 신호의 위상값을 변경하는 위상 변위기, 및 상기 위상 변위기와 각각 연결되며 송수신 경로 상의 RF 신호의 크기값을 변경하는 가변 감쇄기를 포함하고, 상기 다수의 안테나 소자별 송수신 신호의 모니터링을 위한 각 송수신 경로 별 1:1 진단경로를 포함할 수 있다.
상기 빔 조향 안테나는 상기 빔 신호 처리기로부터 RF 송신 신호를 수신하는 경우, 상기 가변 감쇄기를 통해 RF 송신 신호의 크기값을 변경하고, 상기 위상 변위기를 통해 RF 송신 신호의 위상값을 변경한 후, 상기 안테나 소자를 통해 RF 송신 신호를 방사할 수 있다.
상기 진단 신호 처리기는 상기 RF 송신 신호를 상기 진단경로를 통해 빔 신호 처리기를 거쳐 수신하면, 상기 수신한 RF 송신 신호의 세기 및 위상값을 각각 산출하고, 기준 진단값과의 세기 및 위상값을 비교하여 송신 경로별 고장 유무를 판단할 수 있다.
상기 진단 신호 처리기는 상기 기준 진단값과의 세기 및 위상값 차이를 기반으로 보상값을 결정하고, 상기 결정된 보상값을 상기 빔 조향 안테나와 상기 빔 신호 처리기로 각각 전송하여 주변 정상 경로에서의 송수신 이득값을 가변시킬 수 있다.
상기 빔 조향 안테나는 상기 다수의 안테나 소자별로 입력되는 RF 수신 신호를 수신하는 경우, 상기 위상 변위기를 통해 RF 수신 신호의 위상값을 변경하고, 상기 가변 감쇄기를 통해 RF 수신 신호의 크기값을 변경한 후, 상기 빔 신호 처리기로 상기 RF 수신 신호를 전달할 수 있다.
상기 진단 신호 처리기는 수신 경로의 고장 유무를 판단하기 위한 진단신호를 생성하여 상기 빔 신호 처리기를 통해 상기 빔 조향 안테나의 진단경로로 입력되고, 상기 진단경로로 입력된 진단신호를 빔 신호 처리기를 거쳐 수신하면, 상기 수신한 진단신호를 기준 진단값과의 세기 및 위상값을 비교하여 수신 경로별 고장 유무를 판단할 수 있다.
상기 진단 신호 처리기는 상기 기준 진단값과의 세기 및 위상값 차이를 기반으로 보상값을 결정하고, 상기 결정된 보상값을 상기 빔 조향 안테나와 상기 빔 신호 처리기로 각각 전송하여 주변 정상 경로에서의 송수신 이득값을 가변시킬 수 있다.
상기 빔 신호 처리기는, RF 신호와 디지털 신호 간의 변환을 위한 다수의 ADC/DAC 부, 상기 각 ADC/DAC 부와 연결되며 각 디지털 경로별 RF 신호의 크기 및 위상을 가변시키는 빔 조향 이득 조절부 및 송수신 디지털 신호의 채널화, 상하향 변환 및 디지털 필터링 기능을 수행하는 디지털 빔 형성 신호 처리부를 포함할 수 있다.
상기 다수의 ADC/DAC 부는 상기 빔 조향 안테나 내 다수의 안테나 소자와 N:1(N은 자연수)로 복수 결합될 수 있다.
상기 다수의 안테나 소자는 소정의 단위를 갖는 N개의 부배열로 구성되어 상기 다수의 ADC/DAC 부와 N:1 결합되고, 상기 N개의 부배열 중 M개(M은 자연수)의 신호 경로에 고장이 발생한 경우, 상기 진단 신호 처리기는 N-M개의 안테나 소자에 상응하는 송수신 경로에 대한 신호 이득값을 조절하기 위한 보상값을 결정할 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 측면에 따른 저궤도 통신위성 안테나에서의 점진적 성능 열화 감소 방법은 다수의 능동 위상배열 안테나 소자를 구비하는 빔 조향 안테나의 송수신 경로에 대한 고장 유무를 판단하는 단계; 상기 고장으로 판단된 송수신 경로의 주변 정상 경로에 대한 신호 이득값을 가변시키기 위한 보상값을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 보상값을 빔 조향 안테나 및 빔 신호 처리기 중 적어도 하나에 전송하여 송수신 경로에 대한 신호 이득값을 가변시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 빔 조향 안테나의 송수신 경로에 대한 고장 유무를 판단하는 단계는, 상기 빔 조향 안테나를 통해 방사되는 RF 송신 신호를 다수의 안테나 소자별 송수신 신호의 모니터링을 위한 각 송수신 경로 별로 설정된 진단경로를 통해 수신하는 단계; 상기 수신한 RF 송신 신호의 세기 및 위상값을 각각 산출하는 단계; 및 상기 산출된 결과값을 기준 진단값과의 세기 및 위상값과 비교하여 송신 경로별 고장 유무를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고장으로 판단된 송수신 경로의 주변 정상 경로에 대한 신호 이득값을 가변시키기 위한 보상값을 결정하는 단계는, 상기 기준 진단값과의 세기 및 위상값 차이를 기반으로 상기 송신 경로의 신호에 대한 신호 이득값을 보상하기 위한 보상값을 결정할 수 있다.
상기 빔 조향 안테나의 송수신 경로에 대한 고장 유무를 판단하는 단계는, 수신 경로의 고장 유무를 판단하기 위한 진단 신호를 생성하는 단계; 상기 진단신호를 빔 신호 처리기를 통해 상기 빔 조향 안테나의 다수의 안테나 소자별 송수신 신호의 모니터링을 위한 각 송수신 경로 별로 설정된 진단경로로 입력하는 단계; 상기 진단경로로 입력된 진단신호를 빔 신호 처리기를 통해 수신하는 단계; 상기 수신한 진단신호의 세기 및 위상값을 각각 산출하는 단계; 및 상기 산출된 결과값을 기준 진단값과의 세기 및 위상값과 비교하여 수신 경로별 고장 유무를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 고장으로 판단된 송수신 경로의 주변 정상 경로에 대한 신호 이득값을 가변시키기 위한 보상값을 결정하는 단계는, 상기 기준 진단값과의 세기 및 위상값 차이를 기반으로 상기 수신 경로의 신호에 대한 신호 이득값을 보상하기 위한 보상값을 결정할 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 면에 따른 컴퓨터 프로그램은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 상기 저궤도 통신위성 안테나에서의 점진적 성능 열화 감소 방법을 실행하며, 컴퓨터 판독가능 기록매체에 저장된다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 의하면, 진단 기능을 통하여 신호의 송수신 경로의 고장을 판단할 수 있으며, 고장 판단시 주변 정상 신호 경로의 이득값을 가변시켜, 전체 빔 패턴 이득값의 열화를 점진적으로 감소시킬 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하에 첨부되는 도면들은 본 실시 예에 관한 이해를 돕기 위한 것으로, 상세한 설명과 함께 실시 예들을 제공한다. 다만, 본 실시 예의 기술적 특징이 특정 도면에 한정되는 것은 아니며, 각 도면에서 개시하는 특징들은 서로 조합되어 새로운 실시 예로 구성될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저궤도 통신위성 안테나 시스템을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에서의 빔 조향 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에서의 빔 신호 처리기를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에서의 진단 신호 처리기를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저궤도 통신위성 안테나에서의 점진적 성능 열화 감소 방법의 순서도이다.
도 6은 빔 조향 안테나 모델의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 7은 2x2 부배열 빔 조향 안테나 모델의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 8은 Boresight(0도) 빔 조향 시의 시험 결과를 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 저궤도 통신위성 안테나 시스템 및 이의 점진적 성능 열화 감소 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 저궤도 통신위성 안테나 시스템(1)을 개략적으로 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에서의 빔 조향 안테나(100)를 설명하기 위한 도면이다. 도 3는 본 발명의 일 실시예에서의 빔 신호 처리기(200)를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에서의 진단 신호 처리기(300)를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 저궤도 통신위성 안테나 시스템(1)은 빔 조향 안테나(100), 빔 신호 처리기(200) 및 진단 신호 처리기(300)를 포함한다.
빔 조향 안테나(100)는 다수의 능동 위상배열 안테나 소자(110)로 구성된다. 본 발명의 일 실시예에서 빔 조향 안테나(100)는 다수의 안테나 소자(110), 위상 변위기(120), 가변 감쇄기(130) 및 진단경로(140)를 포함한다.
빔 신호 처리기(200)는 빔 조향 안테나(100)로 송수신되는 신호의 빔 형성을 처리한다. 본 발명의 일 실시예에서, 빔 신호 처리기(200)는 ADC/DAC 부(210), 빔 조향 이득 조절부(220), 디지털 빔 형성 신호 처리부(230)를 포함하며, 디지털 진단경로(240)를 포함한다.
진단 신호 처리기(300)는 빔 조향 안테나(100)로의 진단신호를 송수신하여, 다수의 안테나 소자에 대한 송수신 경로의 고장 유무를 판단하고, 신호 경로의 신호 이득값을 가변시키기 위한 보상값을 결정한다.
본 발명의 일 실시예에서, 진단 신호 처리기(300)는 진단 신호 생성기(310)와 진단 신호 분석기(320)로 구성되며, 진단 신호 분석기(320)는 진단 신호 세기 연산부(321), 진단 신호 위상값 연산부(322), 경로 고장 판단부(323) 및 보상값 결정부(324)를 포함한다.
이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 저궤도 통신위성 안테나 시스템(1)에 대해 상세히 설명하도록 한다.
먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에서의 빔 조향 안테나(100)에 대해 상세히 설명하도록 한다.
일 실시예로, 빔 조향 안테나(100)는 안테나 소자, 위상 변위기(120), 가변 감쇄기(130) 및 진단경로(140)를 포함하여 구성된다.
안테나 소자(110)는 다수의 능동 위상배열 안테나로, 다수의 패치형 또는 혼(Horn) 형태의 안테나가 운용 주파수를 고려한 일정한 간격을 유지하며 구성될 수 있다.
위상 변위기(120)는 다수의 안테나 소자(110)와 각각 연결되며, 송수신 경로 상의 RF 신호의 위상값을 변경한다.
가변 감쇄기(130)는 위상 변위기(120)와 각각 연결되며 송수신 경로 상의 RF 신호의 크기값을 변경한다.
또한, 본 발명의 일 실시예는 다수의 안테나 소자(110)별 송수신 신호의 모니터링을 위한 송수신 경로 별 1:1 진단경로(140)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 신호의 송신과 수신이 모두 가능한 구조이며, 먼저 송신 경로에 대해 설명하면 다음과 같다.
빔 조향 안테나(100)는 빔 신호 처리기(200)로부터 RF 송신 신호를 수신한다. 이 경우, 가변 감쇄기(130)를 통해 RF 송신 신호의 크기값을 변경하고, 위상 변위기(120)를 통해 RF 송신 신호의 위상값을 변경한다. 이후, 다수의 안테나 소자(110)를 통해 RF 송신 신호를 방사한다.
이때, 본 발명의 일 실시예는 각 안테나 소자(110)별로 진단경로(140)가 고려되어 해당 경로(140)를 통해 송신되는 신호를 모니터링할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 일 실시예는 송신 경로별 고장 유무를 판단할 수 있다. 즉, 진단 신호 처리기(300)는 RF 송신 신호를 각 안테나 소자(110)의 신호 경로와 연결된 진단경로(140)를 통해 빔 신호 처리기(200)를 거쳐 수신한다. 그리고 수신한 RF 송신 신호의 세기 및 위상값을 각각 산출하고, 기 저장된 기준 진단값과의 세기 및 위상값을 비교하여 송신 경로별 고장 유무를 판단할 수 있다.
만약, 송신 경로 중 일부 경로에 고장이 발생된 것으로 판단한 경우, 진단 신호 처리기(300)는 기준 진단값과의 세기 및 위상값 차이를 기반으로 보상값을 결정한다. 그리고 결정된 보상값을 빔 조향 안테나(100)와 빔 신호 처리기(200) 중 적어도 하나로 전송하여 주변 정상 경로에서의 송수신 이득값을 가변시킬 수 있다.
다음으로 수신 경로에 대하여 설명하도록 한다.
빔 조향 안테나(100)는 각 안테나 소자(110)별로 입력되는 RF 수신 신호를 수신하면, 위상 변위기(120)를 통해 RF 수신 신호의 위상값을 변경하고, 가변 감쇄기(130)를 통해 RF 수신 신호의 크기값을 변경한다. 이후, 빔 신호 처리기(200)로 RF 수신 신호를 전달한다.
이때, 수신 경로의 고장 유무를 판단하기 위해서, 진단 신호 처리기(300)는 수신 경로의 고장 유무 판단을 위한 진단신호를 생성하여, 빔 신호 처리기(200)의 빔 조향 이득 조절부(220)를 통해 빔 조향 안테나(100)의 진단경로(140)로 진단신호를 입력한다.
진단경로(140)로 입력된 진단신호는 위상 변위기(120) 및 가변 감쇄기(130)를 거쳐 빔 신호 처리기(200)로 입력되고, 진단 신호 처리기(300)는 빔 신호 처리기(200)를 통해 진단신호를 다시 수신하면, 수신한 진단신호의 세기 및 위상값을 산출하고, 기준 진단값과의 세기 및 위상값을 비교하여 수신 경로별 고장 유무를 판단할 수 있다.
만약, 수신 경로 중 일부 경로에 고장이 발생된 것으로 판단한 경우, 진단 신호 처리기(300)는 기준 진단값과의 세기 및 위상값 차이를 기반으로 보상값을 결정한다. 그리고 결정된 보상값을 빔 조향 안테나(100)와 빔 신호 처리기(200) 중 적어도 하나로 전송하여 주변 정상 경로에서의 송수신 이득값을 가변시킬 수 있다.
다음으로 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에서의 빔 신호 처리기(200)에 대해 상세히 설명하도록 한다.
일 실시예로, 빔 신호 처리기(200)는 다수의 ADC/DAC 부(210), 빔 조향 이득 조절부(220) 및 디지털 빔 형성 신호 처리부(230)를 포함한다.
ACD/DAC 부(210)는 RF 신호와 디지털 신호 간을 변환한다. 즉, ACD/DAC 부(210)는 송신 경로에서 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 수신 경로에서는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다.
이때, 다수의 ADC/DAC 부(210)는 빔 조향 안테나(100) 내 다수의 안테나 소자(110)와 N:1(N은 자연수)로 복수 결합이 가능하다.
빔 조향 이득 조절부(220)는 다수의 ADC/DAC 부(210)와 각각 연결되며, 각 디지털 경로별 RF 신호의 크기 및 위상을 가변시킨다. 이때, 빔 조향 이득 조절부(220)는 RF 신호의 크기 및 위상을 조절하기 위한 부분(W1~WN)과, 진단신호 및 RF 송신 신호의 크기 및 위상을 조절하기 위한 부분(Wc)으로 구성될 수 있다.
디지털 빔 형성 신호 처리부(230)는 송수신 디지털 신호의 채널화, 상하향 변환 및 디지털 필터링 등의 기능을 수행한다.
다음으로 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에서의 진단 신호 처리기(300)에 대해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 진단 신호 처리기(300)는 진단 신호 생성기(310)와 진단 신호 분석기(320)로 구성되며, 진단 신호 분석기(320)는 진단 신호 세기 연산부(321), 진단 신호 위상값 연산부(322), 경로 고장 판단부(323) 및 보상값 결정부(324)를 포함한다.
진단 신호 생성기(310)는 정현파, 프리앰블, 수도-랜덤(Pseudo-Random) 시퀀스 등의 진단 신호를 생성하는 기능을 수행한다. 생성된 진단 신호는 빔 신호 처리기(200)를 통해서 빔 조향 안테나(100)로 전송된다. 전송된 진단 신호는 다시 진단경로(240)를 통해 루프백(Loop-back)되어 진단 신호 처리기(300)로 입력되고, 진단 신호 세기 연산부(321) 및 진단 신호 위상값 연산부(322)를 통해 수신 진단 신호의 세기와 위상값을 산출한다.
이후, 고장 경로 판단부(323)는 산출된 세기 및 위상값을 기준 진단 신호의 세기 및 위상값과 비교하고, 차이가 발생하였을 경우 해당 경로에 대한 고장이 발생한 것으로 판단한다. 그리고 보상값 결정부(324)는 산출된 차이를 기반으로 보상값을 결정한다. 해당 보상값은 빔 신호 처리기(200)의 빔 조향 이득 조절부(220)와, 위상 변위기(120) 및 가변 감쇄기(130)에 입력되어, 세기 및 위상값을 보상함으로써 보상 과정이 완료된다.
한편, 진단 신호 처리기(300)는 전술한 바와 같이 수신 경로뿐만 아니라, RF 송신 신호의 세기 및 위상값 비교 과정을 통해 송신 경로의 고장 여부도 판단 및 보상이 가능함은 물론이다.
이처럼, 본 발명의 일 실시예는 진단 기능을 통해서 송수신 경로에 대한 고장 여부 파악이 가능하다. 본 발명에서는 해당 기능을 통해 고장 경로를 파악한 후, 주변 정상 경로에 송수신 이득값을 가변시켜서 빔 패턴 성능 열화를 최소화시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 저궤도 통신위성 안테나에서의 점진적 성능 열화 감소 방법의 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은, 다수의 능동 위상배열 안테나 소자를 구비하는 빔 조향 안테나(100)의 송수신 경로에 대한 고장 유무를 판단하는 단계(S110)와, 고장으로 판단된 송수신 경로의 주변 정상 경로에 대한 신호 이득값을 가변시키기 위한 보상값을 결정하는 단계(S120) 및 결정된 보상값을 빔 조향 안테나(100) 및 빔 신호 처리기(200) 중 적어도 하나에 전송하여 송수신 경로에 대한 신호 이득값을 가변시키는 단계(S130)를 포함하여 실시된다.
한편, 상술한 설명에서, 단계 S110 내지 S130은 본 발명의 구현예에 따라서, 추가적인 단계들로 더 분할되거나, 더 적은 단계들로 조합될 수 있다. 또한, 일부 단계는 필요에 따라 생략될 수도 있고, 단계 간의 순서가 변경될 수도 있다. 아울러, 기타 생략된 내용이라 하더라도 도 1 내지 도 4의 저궤도 통신위성 안테나 시스템(1)의 내용은 도 5의 내용에도 적용될 수 있다.
이하에서는 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 저궤도 통신위성 안테나 시스템(1) 및 이의 점진적 성능 열화 감소 방법의 기술적 효과를 설명하도록 한다.
도 6은 빔 조향 안테나 모델의 일 예시를 도시한 도면이다. 도 7은 2x2 부배열 빔 조향 안테나 모델의 일 예시를 도시한 도면이다.
도 6은 임의로 구성한 빔 조향 안테나 모델을 나타낸 것으로, 24x24개의 안테나 소자로 구성되어 있다. 도 6의 빔 조향 안테나 모델은 도 7과 같이 2x2 단위로 부배열을 구성할 수 있으며, 이때 부배열은 빔 신호 처리기(200)의 ADC/DAC 부(210)의 경로 1개와 연결될 수 있다.
도 7에서 2x2 단위 부배열 중 고장이 난 안테나 신호 경로는 검정색으로 표시하였다. 따라서, 전체 24x24개의 안테나 소자 중 50%의 안테나 신호 경로가 고장난 상황을 가정하도록 한다.
2x2 부배열 내 신호 이득은 1:1:1:1로 구성되며, 이중 2번째 안테나 소자가 고장날 시 실제 신호 이득은 1:0:1:1로 산정될 수 있다. 그리고 고장난 안테나 소자의 비율이 많아질수록 전체 송수신 이득은 감소하게 된다.
이때, 고장난 안테나 소자를 제외하고, 나머지 정상 신호 경로에 대해서는 신호 이득값을 조절하면 이득의 감소 요소를 감쇄시켜서 전체 송수신 신호 이득을 유지할 수 있다는 장점을 갖는다.
도 8은 Boresight(0도) 빔 조향 시의 시험 결과를 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 모든 경로가 정상일 경우 이득값은 29.46dBi, 50%의 경로가 고장시의 이득값은 25.43dBi, 부배열 이득 조절 시에는 27.53dBi로 측정되었으며, 고장 발생시 보다 약 2.0dB 향상된 이득값을 얻을 수 있었다.
해당 시험 결과를 통해, 본 발명의 일 실시예를 적용시 저궤도 위성 빔 조향 장비의 안테나 소자 고장 발생시 발생되는 신호 이득의 열화가 개선되는 결과를 확인할 수 있다.
이상에서 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 저궤도 통신위성 안테나에서의 점진적 성능 열화 감소 방법은, 하드웨어인 컴퓨터와 결합되어 실행되기 위해 프로그램(또는 어플리케이션)으로 구현되어 매체에 저장될 수 있다.
상기 전술한 프로그램은, 상기 컴퓨터가 프로그램을 읽어 들여 프로그램으로 구현된 상기 방법들을 실행시키기 위하여, 상기 컴퓨터의 프로세서(CPU)가 상기 컴퓨터의 장치 인터페이스를 통해 읽힐 수 있는 C, C++, JAVA, Ruby, 기계어 등의 컴퓨터 언어로 코드화된 코드(Code)를 포함할 수 있다. 이러한 코드는 상기 방법들을 실행하는 필요한 기능들을 정의한 함수 등과 관련된 기능적인 코드(Functional Code)를 포함할 수 있고, 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 소정의 절차대로 실행시키는데 필요한 실행 절차 관련 제어 코드를 포함할 수 있다. 또한, 이러한 코드는 상기 기능들을 상기 컴퓨터의 프로세서가 실행시키는데 필요한 추가 정보나 미디어가 상기 컴퓨터의 내부 또는 외부 메모리의 어느 위치(주소 번지)에서 참조되어야 하는지에 대한 메모리 참조관련 코드를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 컴퓨터의 프로세서가 상기 기능들을 실행시키기 위하여 원격(Remote)에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 통신이 필요한 경우, 코드는 상기 컴퓨터의 통신 모듈을 이용하여 원격에 있는 어떠한 다른 컴퓨터나 서버 등과 어떻게 통신해야 하는지, 통신 시 어떠한 정보나 미디어를 송수신해야 하는지 등에 대한 통신 관련 코드를 더 포함할 수 있다.
상기 저장되는 매체는, 레지스터, 캐쉬, 메모리 등과 같이 짧은 순간 동안 데이터를 저장하는 매체가 아니라 반영구적으로 데이터를 저장하며, 기기에 의해 판독(reading)이 가능한 매체를 의미한다. 구체적으로는, 상기 저장되는 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있지만, 이에 제한되지 않는다. 즉, 상기 프로그램은 상기 컴퓨터가 접속할 수 있는 다양한 서버 상의 다양한 기록매체 또는 사용자의 상기 컴퓨터상의 다양한 기록매체에 저장될 수 있다. 또한, 상기 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 저궤도 통신위성 안테나 시스템
100: 빔 조향 안테나
110: 안테나 소자
120: 위상 변위기
130: 가변 감쇄기
140: 아날로그 진단경로
200: 빔 신호 처리기
210: ADC/DAC 부
220: 빔 조향 이득 조절부
230: 디지털 빔 형성 신호 처리부
240: 디지털 진단경로
300: 진단 신호 처리기
310: 진단 신호 생성기
320: 진단 신호 분석기
321: 진단 신호 세기 연산부
322: 진단 신호 위상값 연산부
323: 경로 고장 판단부
324: 보상값 결정부

Claims (16)

  1. 저궤도 통신위성 안테나 시스템에 있어서,
    다수의 능동 위상배열 안테나 소자로 구성된 빔 조향 안테나,
    상기 빔 조향 안테나로 송수신되는 신호의 빔 형성 처리를 위한 빔 신호 처리기 및
    상기 빔 조향 안테나로의 진단신호를 송수신하여 다수의 안테나 소자의 송수신 경로의 고장 유무를 판단하는 진단 신호 처리기를 포함하고,
    상기 빔 조향 안테나는,
    상기 다수의 안테나 소자와 각각 연결되며 송수신 경로 상의 RF 신호의 위상값을 변경하는 위상 변위기 및
    상기 위상 변위기와 각각 연결되며 송수신 경로 상의 RF 신호의 크기값을 변경하는 가변 감쇄기를 포함하고,
    상기 다수의 안테나 소자별 송수신 신호의 모니터링을 위한 각 송수신 경로 별 1:1 진단경로를 포함하는며,
    상기 빔 조향 안테나는 상기 빔 신호 처리기로부터 RF 송신 신호를 수신하는 경우, 상기 가변 감쇄기를 통해 RF 송신 신호의 크기값을 변경하고, 상기 위상 변위기를 통해 RF 송신 신호의 위상값을 변경한 후, 상기 안테나 소자를 통해 RF 송신 신호를 방사하고,
    상기 진단 신호 처리기는 상기 RF 송신 신호를 상기 진단경로를 통해 빔 신호 처리기를 거쳐 수신하면, 상기 수신한 RF 송신 신호의 세기 및 위상값을 각각 산출하고, 기준 진단값과의 세기 및 위상값을 비교하여 송신 경로별 고장 유무를 판단하며,
    상기 진단 신호 처리기는 상기 기준 진단값과의 세기 및 위상값 차이를 기반으로 보상값을 결정하고, 상기 결정된 보상값을 상기 빔 조향 안테나와 상기 빔 신호 처리기로 각각 전송하여 주변 정상 경로에서의 송수신 이득값을 가변시키는 것인, 저궤도 통신위성 안테나 시스템.
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  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 빔 조향 안테나는 상기 다수의 안테나 소자별로 입력되는 RF 수신 신호를 수신하는 경우, 상기 위상 변위기를 통해 RF 수신 신호의 위상값을 변경하고, 상기 가변 감쇄기를 통해 RF 수신 신호의 크기값을 변경한 후, 상기 빔 신호 처리기로 상기 RF 수신 신호를 전달하는 것인,
    저궤도 통신위성 안테나 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 진단 신호 처리기는 수신 경로의 고장 유무를 판단하기 위한 진단신호를 생성하여 상기 빔 신호 처리기를 통해 상기 빔 조향 안테나의 진단경로로 입력되고,
    상기 진단경로로 입력된 진단신호를 빔 신호 처리기를 거쳐 수신하면, 상기 수신한 진단신호를 기준 진단값과의 세기 및 위상값을 비교하여 수신 경로별 고장 유무를 판단하는 것인,
    저궤도 통신위성 안테나 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 진단 신호 처리기는 상기 기준 진단값과의 세기 및 위상값 차이를 기반으로 보상값을 결정하고, 상기 결정된 보상값을 상기 빔 조향 안테나와 상기 빔 신호 처리기로 각각 전송하여 주변 정상 경로에서의 송수신 이득값을 가변시키는 것인,
    저궤도 통신위성 안테나 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 빔 신호 처리기는,
    RF 신호와 디지털 신호 간의 변환을 위한 다수의 ADC/DAC 부,
    상기 각 ADC/DAC 부와 연결되며 각 디지털 경로별 RF 신호의 크기 및 위상을 가변시키는 빔 조향 이득 조절부 및
    송수신 디지털 신호의 채널화, 상하향 변환 및 디지털 필터링 기능을 수행하는 디지털 빔 형성 신호 처리부를 포함하는,
    저궤도 통신위성 안테나 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 다수의 ADC/DAC 부는 상기 빔 조향 안테나 내 다수의 안테나 소자와 N:1(N은 자연수)로 복수 결합되는 것인,
    저궤도 통신위성 안테나 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 다수의 안테나 소자는 소정의 단위를 갖는 N개의 부배열로 구성되어 상기 다수의 ADC/DAC 부와 N:1 결합되고,
    상기 N개의 부배열 중 M개(M은 자연수)의 신호 경로에 고장이 발생한 경우, 상기 진단 신호 처리기는 N-M개의 안테나 소자에 상응하는 송수신 경로에 대한 신호 이득값을 조절하기 위한 보상값을 결정하는 것인,
    저궤도 통신위성 안테나 시스템.
  12. 저궤도 통신위성 안테나에서의 점진적 성능 열화 감소 방법에 있어서,
    다수의 능동 위상배열 안테나 소자를 구비하는 빔 조향 안테나의 송수신 경로에 대한 고장 유무를 판단하는 단계;
    상기 고장으로 판단된 송수신 경로의 주변 정상 경로에 대한 신호 이득값을 가변시키기 위한 보상값을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 보상값을 빔 조향 안테나 및 빔 신호 처리기 중 적어도 하나에 전송하여 송수신 경로에 대한 신호 이득값을 가변시키는 단계를 포함하고,
    상기 빔 조향 안테나의 송수신 경로에 대한 고장 유무를 판단하는 단계는,
    상기 빔 조향 안테나를 통해 방사되는 RF 송신 신호를 다수의 안테나 소자별 송수신 신호의 모니터링을 위한 각 송수신 경로 별로 설정된 진단경로를 통해 수신하는 단계;
    상기 수신한 RF 송신 신호의 세기 및 위상값을 각각 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 결과값을 기준 진단값과의 세기 및 위상값과 비교하여 송신 경로별 고장 유무를 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 고장으로 판단된 송수신 경로의 주변 정상 경로에 대한 신호 이득값을 가변시키기 위한 보상값을 결정하는 단계는,
    상기 기준 진단값과의 세기 및 위상값 차이를 기반으로 상기 송신 경로의 신호에 대한 신호 이득값을 보상하기 위한 보상값을 결정하고,
    상기 빔 조향 안테나의 송수신 경로에 대한 고장 유무를 판단하는 단계는,
    수신 경로의 고장 유무를 판단하기 위한 진단 신호를 생성하는 단계;
    상기 진단신호를 빔 신호 처리기를 통해 상기 빔 조향 안테나의 다수의 안테나 소자별 송수신 신호의 모니터링을 위한 각 송수신 경로 별로 설정된 진단경로로 입력하는 단계;
    상기 진단경로로 입력된 진단신호를 빔 신호 처리기를 통해 수신하는 단계;
    상기 수신한 진단신호의 세기 및 위상값을 각각 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 결과값을 기준 진단값과의 세기 및 위상값과 비교하여 수신 경로별 고장 유무를 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 고장으로 판단된 송수신 경로의 주변 정상 경로에 대한 신호 이득값을 가변시키기 위한 보상값을 결정하는 단계는,
    상기 기준 진단값과의 세기 및 위상값 차이를 기반으로 상기 수신 경로의 신호에 대한 신호 이득값을 보상하기 위한 보상값을 결정하는 것인,
    저궤도 통신위성 안테나에서의 점진적 성능 열화 감소 방법.
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