KR20090059728A

KR20090059728A - 이동체 탑재용 안테나 시스템

Info

Publication number: KR20090059728A
Application number: KR1020070126734A
Authority: KR
Inventors: 곽창수; 염인복; 이호진
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2007-12-07
Filing date: 2007-12-07
Publication date: 2009-06-11
Also published as: US8410991B2; US20100259443A1; WO2009072732A1; KR100968953B1

Abstract

본 발명은 이동체 탑재용 안테나 시스템에 관한 것이다.

본 발명에서, 주파수 변환부를 포함하는 일부 고주파 모듈과 전원분배부를 안테나 시스템의 레이돔 외부에 위치하는 외부 고정부에 위치시킨다. 또한, 안테나 바닥판의 내측면에 능동쿨러/냉각핀, 히터, 공기순환팬을 설치하고, 안테나 바닥판의 외측면에 냉각핀, 냉각팬 등을 설치한다.

위성 추적, 안테나, 4중 대역 안테나, 이동체, 레이돔

Description

이동체 탑재용 안테나 시스템{Antenna system mounting mobile vehicles}

본 발명은 안테나 시스템에 관한 것이다. 특히 본 발명은 이동체 탑재용 위성 추적 안테나 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 정보통신부 및 정보통신연구진흥원의 IT성장동력기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-020-02, 과제명: 고속 이동체 인터넷 위성 무선 연동 기술개발].

일반적으로 이동체 탑재용 위성 추적 안테나 시스템은 위성을 추적하는 회전부와 이동체에 장착되는 고정부로 나누어지는데, 고정부에 설치되는 트리플렉서를 제외한 대부분의 안테나 시스템 구성요소들이 회전부에 위치한다. 따라서, 회전부의 무게 및 회전관성모멘트가 증가하여 빠른 위성 추적 성능을 위해서는 큰 용량의 모터를 사용해야 하는 문제점이 발생하고, 이로 인해 안테나 시스템의 전력 사용이 증가하게 된다.

한편, 대부분의 이동체 탑재용 위성 추적 안테나 시스템은 외부에 설치되기 때문에 레이돔 내부는 외부와 단절되어야 한다. 즉, 레이돔 내부와 외부 간의 공기나 습기의 교환이 없어야 한다. 따라서, 외기 온도가 높을 때는 레이돔 내부에서 발생한 열이 외부로 전달되기 어려워서 내부 부품의 발열로 인해 내부의 온도가 외기보다 더 올라가기 때문에 안테나의 성능 및 수명에 악영향을 미치게 된다. 또한, 외기의 온도가 낮을 경우에는 레이돔 내부가 외기와 단절되어 있는 것이 도움이 되나 내부 모듈에서 발열이 일어나더라도 외기 온도가 너무 낮고, 레이돔이 빠른 속도로 이동할 경우 강제대류로 인해 외기로 열을 신속하게 빼앗기게 되므로 내부의 온도를 원하는 온도만큼 올릴 수가 없게 된다. 따라서, 효과적으로 레이돔 내부의 온도를 유지할 수 있는 방법이 필요하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 전력 소비가 낮고 레이돔 내부의 온도를 효과적으로 조절하는 안테나 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 이동체 탑재용 안테나 시스템은,

레이돔 내부에 위치하며, 위성통신용 전파신호를 송수신하고 위성방향을 추적하는 회전부; 및 상기 레이돔 외부에 위치하는 외부 고정부를 포함하고, 상기 외부 고정부는, 상기 위성통신용 전파신호를 주파수 변환하는 주파수 변환부; 상기 안테나 시스템을 구성하는 각 구성요소들로 전원을 분배하는 전원분배부; 및 상기 안테나 시스템을 제어하는 메인시스템, 상기 회전부 및 상기 외부 고정부 간에 제어신호를 전달하는 데이터 컬렉터부를 포함한다.

본 발명에 따르면, 일부 모듈들을 레이돔 외부의 고정부에 위치시킴으로써, 회전부의 무게 및 부피를 감소시켜, 회전부의 방위각 조정을 위해 사용되는 방위각 추적 모터의 용량을 낮추는 것이 가능하며, 그로 인해 안테나 시스템의 전력 소비를 낮추는 효과가 있다.

또한, 안테나 시스템은 회전부의 무게 및 부피가 줄어들어 좀더 기민한 동작 수행이 가능해져 위성 추적 성능이 향상되고, 다량의 열을 발생시키는 고주파 모듈 과 전원분배부를 레이돔 외부에 위치시킴으로써, 레이돔 내부의 열 발생량이 현격히 감소하여 레이돔 내부의 온도 조절에 사용되는 전력 소비가 감소하는 효과가 있다.

또한, 안테나 시스템의 레이돔 내부에 설치된 온도 조절부를 통해 레이돔 내부의 온도를 일정 범위 내에서 유지하는 것이 가능하여 레이돔 내부에 위치하는 각 모듈 및 소자의 수명을 길게 유지하는 효과가 있다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

이제 아래에서는 본 발명의 실시 예에 따른 이동체에 탑재되는 안테나 시스템에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 안테나 시스템으로 Ka 대역과 Ku 대역의 송수신이 가능한 위성 추적용 4중 대역 안테나 시스템을 예로 들어 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동체에 탑재되는 안테나 시스템(10)을 도시한 구조도이다.

도 1을 보면, 안테나 시스템(10)은 레이돔(100) 내부에 위치하는 회전부(200), 내부 고정부(300) 및 연결부(400)를 포함하고, 레이돔(100)과 연결되며 레이돔(100) 외부에 위치하는 외부 고정부(500)를 포함한다.

회전부(200)는 위성방향을 추적하며, 빔 송수신부(210), 앙각 추적 모터(220), 편파각 추적 모터(230), 센서부(240) 및 안테나 제어부(250)를 포함한다.

빔 송수신부(210)는 방사모듈, 반사판, Ka 대역과 Ku 대역의 전력증폭기, 여파기, 저잡음증폭기, Ka 대역 주파수상향변환기 등을 포함하며, Ka 대역과 Ku 대역의 위성통신용 전파 신호인 빔을 송수신하는 역할을 수행한다.

앙각 추적 모터(220) 및 편파각 추적 모터(230)는 이동체의 움직임에 상관없이 안테나 시스템(10)이 위성을 지향하도록 회전부(200)를 구동하고, 선형편파를 갖는 빔을 사용하는 경우, 편파면을 추적하도록 회전부(200)를 구동하는 구동부 기능을 수행한다.

센서부(240)는 안테나의 기울어짐, 방위각 변화, 안테나의 좌표 등을 포함하는 안테나 자세 정보를 측정하고, 레이돔(100) 내부의 각 부분에 해당하는 온도를 측정하여 안테나 제어부(250)로 전달하는 기능을 수행한다.

안테나 제어부(250)는 센서부(240)로부터 안테나 자세 정보 및 온도 정보를 수신하고, 빔 송수신부(210)로부터 위성 추적 신호를 수신한다. 그리고, 수신되는 정보들을 바탕으로 위성을 추적하기 위해 앙각 추적 모터(220), 편파각 추적 모터(230) 및 내부 고정부(300) 내 방위각 추적 모터(310)를 제어한다. 또한, 온도 정보에 기초해 외부 고정부(500)의 전원분배부(530)를 제어하는 제어신호를 출력한다. 이에 따라, 전원분배부(530)는 레이돔(100) 내부의 온도가 일정 범위를 유지하도록 내부 고정부(300) 내 온도 조절부(320)로 전달되는 전원을 제어하여 온도 조절부(320)의 구동을 제어한다.

내부 고정부(300)는 방위각 추적 모터(310) 및 온도 조절부(320)를 포함하며, 회전부(200)와 외부 고정부(500) 및 메인시스템(20) 간의 전파 신호, 제어 신호, 전원 신호 등을 전달하는 인터페이스 기능을 수행한다.

방위각 추적 모터(310)는 안테나 제어부(250)의 제어신호에 기초해 회전부(200)의 방위각을 조정하는 기능을 수행한다.

온도 조절부(320)는 히터, 능동쿨러/냉각핀, 공기순환팬, 방열핀, 방열팬 등을 포함하며, 레이돔(100) 내부의 온도를 일정 범위 내에서 유지하는 기능을 수행한다.

한편, 레이돔(100) 내에는 회전부(200)가 양방향으로 무한 회전 할 수 있도록 하기 위해 회전부(200)와 내부 고정부(300) 사이에 연결부(400)를 더 포함한다. 연결부(400)는 로터리 조인트부(410)와 슬립링부(420)를 포함한다.

로터리 조인트부(410)는 회전부(200)와 외부 고정부(500) 사이의 전파 신호전달을 담당하고, 슬립링부(420)는 회전부(200)와 내부 고정부(300) 또는 회전 부(200)와 외부 고정부(500) 사이의 제어신호 및 전원신호 전달을 담당한다.

레이돔(100) 외부에 설치되는 외부 고정부(500)는 고정부 트리플렉서(510), 주파수 변환부(520), 전원분배부(530) 및 데이터 컬렉터부(540)를 포함한다.

주파수 변환부(520)는 Ka 대역주파수 하향변환기, Ku 대역 주파수 하향변환기, Ku 대역 주파수 상향변환기 등을 포함하며, 빔 송수신부(210)을 통해 수신되는 전파 신호를 로터리 조인트부(410) 및 고정부 트리플렉서(510)를 통해 전달 받고, 이를 하향 변환하여 메인시스템(20)으로 전달한다. 그리고, 메인시스템(20)으로부터 전달받은 전파 신호를 주파수 상향 변환하여 고정부 트리플렉서(510) 및 로터리 조인트부(410)를 통해 빔 송수신부(210)로 전달한다.

전원분배부(530)는 안테나 제어부(250)의 제어신호에 기초해 안테나 시스템(10)의 각 구성요소들의 전원을 제어하고 분배하는 기능을 수행한다. 특히, 안테나 제어부(250)의 제어신호에 기초해 온도 조절부(320) 내 히터 및 능동쿨러/냉각핀으로 전달되는 전원을 제어하여 히터 및 능동쿨러/냉각핀의 동작을 제어한다.

데이터 컬렉터부(540)는 외부 고정부(500)의 각 구성요소 즉, 고정부 트리플렉서(510), 주파수 변환부(520), 전원분배부(530) 등의 상태 정보를 안테나 시스템(10)을 제어하는 메인시스템(20)으로 전달하고, 안테나 제어부(250)의 제어신호를 전원분배부(530)로 전달하는 기능을 수행한다. 이를 위해서, 데이터 컬렉터부(540)는 각 구성요소 간에 송수신 되는 데이터를 병합하거나, 분리하는 기능을 포함한다. 또한, 직렬로 수신되는 제어신호를 병렬로 변환하는 기능 또한 포함한다. 예를 들어, 데이터 컬렉터부(540)는 메인시스템(20)으로부터 수신되는 제어 명 령을 회전부(200) 및 외부 고정부(500) 각 구성요소로 분리하여 전달하거나, 회전부(200), 내부 고정부(300) 및 외부 고정부(500)의 각 구성요소들의 상태 정보를 병합하여 메인시스템(20) 및 안테나 모니터링 터미널(미도시)로 전달한다. 또한, 안테나 제어부(250)로부터 수신되는 직렬 제어신호를 병렬 제어신호로 변환하여 전원분배부(530)로 전달한다. 따라서, 이러한 데이터 컬렉터부(540)는 일부 고주파 모듈(520)과 전원분배부(530)가 레이돔(100) 외부에 위치해도, 제어신호와 상태정보 전달 및 전원제어가 용이하도록 하는 효과가 있다.

전술한 바와 같이, 안테나 시스템(10)의 구성요소 중 종래에 회전부에 위치하던 일부 고주파 모듈(520)과 부피가 크고 무거운 전원분배부(530)를 레이돔(100) 외부 고정부(500)에 위치시킴으로써 회전부(200)의 무게 및 부피가 줄어드는 효과가 있다. 따라서, 회전부(200)의 방위각 조정을 위해 사용되는 방위각 추적 모터(310) 또한 좀더 작아진 용량을 사용하는 것이 가능해짐으로써, 안테나 시스템(10)에서 사용하는 전력이 감소되고, 이에 따라 비용 또한 감소하는 효과가 있다.

또한, 안테나 시스템(10)은 회전부(200)의 무게 및 부피가 줄어들어 좀더 기민한 동작 수행이 가능해져 위성 추적 성능이 향상되고, 다량의 열을 발생시키는 고주파 모듈(520)과 전원분배부(530)를 레이돔(100) 외부에 위치시킴으로써, 레이돔(100) 내부의 열 발생량이 현격히 감소하여 레이돔(100) 내부의 온도 조절에 사용되는 전력 소비가 감소하는 효과가 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 조절부(320)를 도시한 구조도이다.

도 2를 보면, 온도 조절부(320)는 히터(321), 능동쿨러/냉각핀(322) 및 공기순환팬(323)을 포함하며, 방열핀(324) 및 방열팬(325)를 더 포함한다.

히터(321)는 전원분배부(530)로부터 전달 받은 전원을 이용하여 열기를 발생시킴으로써, 레이돔(100) 내부의 온도를 높이는 기능을 수행한다.

능동쿨러/냉각핀(322)는 전원분배부(530)로부터 전달 받은 전원을 이용하여 레이돔(100) 내부의 열을 레이돔(100) 외부로 배출시키는 기능을 수행한다.

공기순환팬(323)은 히터(321) 또는 능동쿨러/냉각핀(322)의 방열 또는 흡열 효과를 더욱 효과적으로 만들기 위해 공기를 순환시키는 기능을 수행한다.

방열핀(324)은 능동쿨러/냉각핀(322)을 통해 모아진 열을 레이돔(100) 외부로 배출하는 기능을 수행한다.

방열팬(325)은 전원분배부(530)로부터 전달 받은 전원을 이용하여 능동쿨러/냉각핀(322)을 통해 방열핀(324)으로 전달된 레이돔(100) 내부의 열을 외기로 불어주는 기능을 수행한다.

즉, 센서부(240)를 통해 온도정보를 전달받은 안테나 제어부(250)는 레이돔(100) 내부의 온도가 일정 범위 이하로 낮아지면, 전원분배부(530)의 제어를 통해 히터(321)에 전원을 공급하여 가동시킴으로써 레이돔(100) 내부에 열을 공급한다. 반면에, 레이돔(100) 내부의 온도가 일정 범위 이상으로 높아지면, 안테나 제어부(250)는 전원분배부(530)의 제어를 통해 능동쿨러/냉각핀(322)을 가동시킴으로써 레이돔(100) 내부의 열을 레이돔(100) 외부로 배출시킨다. 이때, 능동 쿨러/냉각핀(322)을 통해 모아진 레이돔(100) 내부의 열은 방열핀(324)로 전달되고, 안테 나 제어부(250)는 전원분배부(530)의 제어를 통해 방열팬(325)를 가동시켜 방열핀(324)으로 전달된 레이돔(100) 내부의 열을 외기로 불어준다.

한편, 안테나 제어부(250)는 히터(321) 또는 능동쿨러/냉각핀(322)의 방열 또는 흡열 효과를 더욱 효과적으로 만들기 위해, 전원분배부(530)의 제어를 통해 공기순환팬(323)을 가동시켜 공기를 순환시킨다.

한편, 온도조절 효과를 얻기 위해서, 히터(321), 능동쿨러/냉각핀(322) 및 공기순환팬(323)은 내부 고정부(300)의 바닥판 내측면에 위치하고, 방열핀은 바닥판 외측면에 능동쿨러/냉각핀(322)에 대응되는 위치에 위치하며, 방열팬(325)은 방열핀(324) 앞에 위치한다.

전술한 바와 같이, 안테나 시스템(10)의 레이돔(100) 내부에 온도 조절이 가능한 온도 조절부(320)를 설치함으로써, 레이돔(100) 내부의 온도를 일정 범위 내에서 유지하는 것이 가능하여 레이돔(100) 내부에 위치하는 각 모듈 및 소자의 수명을 길게 유지하는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이동체에 탑재되는 안테나 시스템을 도시한 구조도이다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 온도 조절부를 도시한 구조도이다.

Claims

이동체 탑재용 안테나 시스템에 있어서,

레이돔 내부에 위치하며, 위성통신용 전파신호를 송수신하고 위성방향을 추적하는 회전부; 및

상기 레이돔 외부에 위치하는 외부 고정부

를 포함하고,

상기 외부 고정부는,

상기 위성통신용 전파신호를 주파수 변환하는 주파수 변환부;

상기 안테나 시스템을 구성하는 각 구성요소들로 전원을 분배하는 전원분배부; 및

상기 안테나 시스템을 제어하는 메인시스템, 상기 회전부 및 상기 외부 고정부 간에 제어신호를 전달하는 데이터 컬렉터부

를 포함하는 안테나 시스템.
제 1항에 있어서,

상기 레이돔 내부에 위치하며, 상기 회전부의 방위각을 조정하는 방위각 조정 모터를 포함하고, 상기 회전부 및 상기 외부 고정부 간의 인터페이스를 제공하는 내부 고정부

를 더 포함하는 안테나 시스템.
제 2항에 있어서,

상기 회전부와 상기 내부 고정부 사이에 위치하며, 상기 회전부와 상기 외부 고정부 간에 상기 위성통신용 전파신호를 전달하는 로터리 조인트부; 및

상기 회전부와 상기 내부 고정부 사이에 위치하며, 상기 회전부, 상기 내부 고정부 및 상기 외부 고정부 간에 상기 제어신호 및 상기 전원을 전달하는 슬립링부

를 포함하는 안테나 시스템.
제 3항에 있어서,

상기 회전부는,

상기 위성통신용 전파신호의 송수신을 담당하는 빔 송수신 모듈;

상기 회전부의 앙각 및 편파각을 조정하는 복수의 모터;

상기 안테나 시스템의 자세정보를 측정하는 센서부; 및

상기 빔 송수신 모듈을 통해 수신되는 위성 추적 신호 및 상기 자세정보에 기초해 상기 복수의 모터 및 상기 방위각 추적 모터를 제어하는 안테나 제어부

를 포함하는 안테나 시스템.
제 4항에 있어서,

상기 내부 고정부는,

상기 레이돔 내부의 온도를 조절하는 온도 조절부

를 더 포함하고,

상기 센서부는 상기 레이돔 내부의 온도 정보를 측정하고,

상기 안테나 제어부는 상기 온도 정보에 기초해 상기 전원분배모듈을 제어함으로써 상기 온도 조절부로 전달되는 전원을 제어하는 안테나 시스템.
제 5항에 있어서,

상기 온도 조절부는, 상기 안테나 시스템의 바닥판의 내측면에 위치하는 히터 및 능동쿨러/냉각핀을 포함하고,

상기 안테나 제어부는, 상기 온도 정보에 기초해, 상기 레이돔 내부의 온도가 기 설정된 범위보다 낮으면, 상기 히터에 전원을 공급하도록 상기 전원분배모듈을 제어하고, 상기 레이돔 내부의 온도가 상기 기 설정된 범위보다 높으면, 상기 능동쿨러/냉각핀에 전원을 공급하도록 상기 전원분배모듈을 제어하는 안테나 시스템.
제 6항에 있어서,

상기 온도 조절부는,

상기 내측면에 위치하며, 상기 레이돔 내부의 공기를 순환시키는 공기순환팬;

상기 능동쿨러/냉각핀의 위치에 대응하여 상기 바닥판의 외측면에 위치하고, 상기 능동쿨러/냉각핀을 통해 모인 열을 상기 레이돔 외부로 배출하는 방열핀; 및

상기 방열핀 앞에 위치하며, 상기 방열핀에 외기를 전달하는 방열팬

을 더 포함하는 안테나 시스템.