Design of Deployable Lightweight Antenna for Satellite SAR

ISSN 1226-3133 (Print)․ISSN 2288-226X (Online)

위성 SAR 센서용 전개형 경량화 안테나 설계

Design of Deployable Lightweight Antenna for Satellite SAR

(Invited Paper) 이 택 경 Taek-Kyung Lee

요 약

위성에 활용하기 위한 전개형 경량화 안테나를 구현하기 위하여 사용되는 센서의 요구 성능을 충족하는 안테나의 설계방법을 제시하였다. 탑재되는 SAR(Synthetic Aperture Radar)의 성능을 충족하기 위한 안테나의 제반 특성과 전개방 법 및 재료, 중앙판이 있는 전개형 안테나의 특성을 분석하였다. 경량화 안테나로 솔리드 전개형 안테나와 메쉬 전개형 안테나의 전개 성능을 분석하고, 사용 재료로서 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)의 특성을 실험하였다. 중앙판이 있는 전개형 안테나의 경우, 전개 패널과 메쉬를 사용하는 경우 요구 성능을 충족할 수 있음을 확인하였다.

Abstract

We present a design of the deployable lightweight antenna to be used in the satellite satisfying the required performance of the onboard sensor. The analysis is performed on the SAR antenna requirements, deploying techniques including material selection, and the characterization of deployable antenna with central disk. The performance of the solid deployable antennas and the mesh antennas are simulated, and the CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics) samples are manufactured and tested. It is confirmed that the deployable antennas with central disk can meet the required performance by using deploying panels or mesh.

Key words: Spaceborne Antenna, Deployable Antenna, Lightweight Antenna, SAR, CFRP



「이 연구는 국방광역감시 특화연구센터 프로그램의 일환으로 국방과학연구소의 지원으로 연구되었음.」

한국항공대학교 항공전자 및 정보통신공학부(School of Electronics, Telecommunication and Computer Engineering, Korea Aerospace University)

․Manuscript received October 10, 2014 ; Revised October 31, 2014 ; Accepted November 4, 2014. (ID No. 20141010-03I)

․Corresponding Author: Taek-Kyung Lee (e-mail: [email protected])

Ⅰ. 서 론

우주 공간의 위성체에서 사용하는 안테나로는 TT & C (Telemetry, Tracking and Command) 등에 사용하는 저이득 안테나, 심우주 통신이나 전자파 센서 등에 사용하는 반사 형 또는 렌즈 안테나와 배열 안테나 등이 있다. 위성체에 탑재되는 전자파 센서용 안테나는 대부분 탑재체에서 가 장 큰 무게를 차지하며, 구조적으로 넓은 부피를 차지한다.

현재까지 위성 SAR용 안테나로서 배열안테나가 많이 사

용되고 있으며, 전기적인 빔 조향이 가능하고, 단위소자의 결함에 대해서도 서서히 성능이 감소되는 장점이 있는 반 면에, 사용 전력이 크고, 무게와 부피가 큰 단점이 있다^[1],[2]. 이러한 안테나는 위성체 무게가 커지고, 발사체의 수납 효 율을 떨어뜨림으로써 발사 비용이 크게 늘어나는 요인이 된다.

최근 위성체의 무게를 줄이고, 발사 시 탑재를 용이하 게 하기 위하여 펼칠 수 있는(unfurlable) 형태의 경량화 안테나에 대한 관심이 증가하고 있다. 초기에는 발사체의 직경보다 큰 직경을 가진 안테나를 사용하기 위하여 부

분적으로 전개 가능한 안테나가 사용되었으며, 그 이후에 다양한 형태의 전개형 안테나가 개발되고 대형화 되어 TDRS(Tracking and Data Relay Satellite), INMARSAT-4 등 에서 활용되고 있다^[2].

전개 가능한 안테나의 형태로는 솔리드(solid) 안테나, 메쉬(mesh) 안테나, 그리고 인플레터블(inflatable) 안테나 등이 있으며, 이들은 무게 및 수납 효율에 대한 요구를 충 족시킬 수 있다^[3]～[6]. 솔리드 안테나는 전개 패널로 고체 재료를 사용하여 표면 정확도가 높고, 40 GHz 이상의 고 주파 대역까지 사용될 수 있다. 안테나 중앙에 고정된 원 형 판이 있고, 이 판 주위에 패널이 전개되는 형태이며, 직경이 10 m 정도로 제한되어 사용된다. 메쉬 안테나는 전개형 안테나의 가장 대표적인 형태로 경량의 금속 그 물로 안테나 반사면을 이루는 형태이다. 일반적으로 40 GHz 이하의 동작주파수에서 많이 사용되고 있다. 인플레 터블 안테나는 매우 작은 패키징과 낮은 무게를 가지는 구조로서, 우주에서 팽창을 통해 전개되고, 태양의 자외 선과 고온에서 서서히 경화되면서 강화된다. 높은 형상 정확도가 어렵다는 단점이 있지만, 구조가 간단하고 안테 나의 고장 형태가 적기 때문에 높은 전개 신뢰도를 가지 고 있다. 이들 안테나의 특성은 표 1에 요약되어 있다.

본 논문에서는 위성체에 탑재되는 SAR 센서에 활용하 기 위해 적합한 전개형 안테나를 설계하기 위한 방법을 제시하였다. 센서의 성능을 만족하기 위해 요구되는 안테 나의 특성을 정하고, 전개 방식 및 사용되는 재료의 특성

솔리드 전개형 안테나

메쉬 전개형 안테나

인플레터블 안테나 주파수

대역 40 GHz 이상 40 GHz 이하 10 GHz 이하 크기

(직경) 10 m 이하 20 m 이하 40 m 이하 단위

면적당 무게

보통 좋음 매우 좋음

표면

정확성 10 μm 이상 1 μm 이상 0.1 mm 이상 표 1. 경량화 안테나의 특성^[7]

Table 1. Characteristics of lightweight antenna^[7].

과 구조에 따른 안테나의 특성 변화를 분석하였다.

Ⅱ. 위성 SAR용 안테나 설계

위성에 탑재되는 SAR에서 사용하는 주파수 및 PRF (Pulse Repetition Frequency)와 위성의 고도 및 속도, 스캔 방법 등의 조건에 대해 적정한 거리 및 방위각 해상도, 모 호성(ambiguity), NESZ(Noise Equivalent Sigma Zero) 등의 SAR 특성을 얻기 위해서는 사용되는 안테나의 요구되는 특성을 분석하여야 한다. 안테나의 크기 및 구조에 따라 나타나는 이득, 빔폭, 부엽 레벨 등의 특성은 SAR 성능에 결정적인 영향을 미치게 된다.

위성에 탑재되는 SAR의 성능을 결정하기 위해서 먼저 고려할 사항은 위성의 고도 및 속도이며, 레이더의 송신 출력, 해상도, 로켓 연료 등과 밀접한 관계가 있다. 위성 고도(H)와 속도(V)의 관계는





·

(1)

이다. 여기서 G는 만유인력 상수( × ^{ })이고, M은 지구 질량, R은 지구 반지름이다. 위성의 고도와 속 도는 거리 및 방위각 방향의 모호성을 제거하기 위한 레 이다 PRF를 결정하는 데 중요한 요소이다.

2-1 해상도 및 선명도

위성의 진행 방향인 방위각 해상도는 위성에서 같은 지점을 얼마나 오랫동안 관측할 수 있는지에 의해 결정 된다. 안테나의 빔폭이 넓을수록 같은 지점을 여러 번 관 측할 수 있으므로 방위각 해상도가 높아지게 된다. Strip- map 모드의 경우에 방위각 해상도는

∆_≥ 



(2) 로서 안테나 길이 L이 짧을수록 해상도가 높아진다. Spot-

light 모드에서는 안테나 빔을 한 지점에 지속적으로 향하 게 하므로 해상도가 높아진다.

거리 방향 해상도는 펄스폭과 지표면의 입사각 ^에 의하여 결정되며

∆_ _sin _



(3)

이다. B^tx는 송신펄스의 대역폭이다. 입사각이 커질수록 거리해상도는 좋아지지만, 표적과의 거리가 멀어져 레이 다 반사 신호의 세기를 감소시키는 경향이 있다.

위성 SAR의 성능으로 해상도가 중요한 요소이지만, 수신 신호가 미약할 경우 잡음 레벨이 증가하게 된다. 획 득한 영상의 선명도는 잡음에 대한 수신 신호의 세기가 큰 영향을 미치게 된다. NESZ는^[8]

 _{ }

___^

 ^^_____sin__

(4) 로 구할 수 있다. 여기서 k ^B는 Boltzman 상수, T⁰는 절대온 도(290 K), Nf는 잡음지수, Vs는 위성속도, Pm은 평균 송신 출력이다.

2-2 안테나 크기

안테나 크기는 해상도를 비롯하여 레이다의 PRF에 대 해 주엽(main lobe)의 빔폭 내에서 거리 및 방위각 방향의 모호성이 나타나지 않도록 설계하여야 한다. 거리 방향으 로 빔폭 내에서 모호성이 나타나지 않기 위해서는

_{ }

_tan _



(5) 이 되어야 한다. 여기서 W는 안테나의 폭이고, ^은 안 테나로부터 관측 폭(swath)의 중심까지의 거리이다. 방위 각 방향으로는 도플러 주파수를 이용하므로 주엽 내에서 주기적 펄스에 의한 aliasing이 나타나지 않도록 해야 하 므로

_{≥ }





(6) 이 되어야 한다. 여기서 L은 안테나의 방위각 방향 길이

이다. 식 (5)와 (6)으로부터 안테나의 크기로서 폭과 길이 의 곱은^[2]

_{ }



_tan _

(7) 이다. 또한, 수신 신호의 크기는 충분한 SNR(Signal-to-

Noise Ratio)을 가지도록 설계하여야 하므로, 적절한 안테

나 이득이 보장되도록 안테나를 설계하여야 한다.

2-3 부엽 특성과 모호성(보안성, 전파교란)

위성 SAR의 모호성이 나타나지 않도록 PRF에 대해 안테나 방사 패턴의 주엽 내에서 거리 및 방위각 모호성 이 나타나지 않도록 설계된다. 하지만 안테나의 부엽에 의해서도 모호성이 나타나므로 이를 방지하기 위해서는 낮은 SLL(Sidelobe Level)이 나타나도록 설계하여야 한다.

이는 전파 교란 등에 대한 보안성을 강화하기 위해서도 필요하다.

거리 방향으로 원하는 신호와 모호성에 의한 신호 사 이의 거리차는

∆  





(8) 이다. 주어진 거리 ^에 대해 모호성이 발생하는 경사거 리는

_    ∆ (9)

이다. 이를 그림 1을 참조하여 응시각 ^로 환산하면^[2]

cos _  _

^ _^   

(10) 이며, 안테나 조준 방향을 ^라 하면 안테나 축으로부터 의 각도는

_  _  _ (11)

그림 1. _ _ _ 정의

Fig. 1. Definitions of _ _ _.

그림 2. 안테나 패턴과 거리 모호성 발생 위치 Fig. 2. Antenna pattern and RAR generating angle.

이다.

그림 2는 다양한 안테나 패턴에 대해 실제 거리 방향 모호성이 나타나는 고각 위치를 계산한 결과를 보여주고 있다. PRF의 증가에 따라 거리방향의 모호성 발생 각도 차가 작아지며 주엽에 가까워진다^[9]. 따라서 부엽 레벨에 따른 모호성은 PRF가 증가할수록 커짐을 확인할 수 있다.

거리방향 모호성의 정도를 나타내는 척도로서 RAR (Range Ambiguity Ratio, 거리방향 모호성 비)는

_{ }

^sin _

____

 ≠ _^ sin _

____

(12) 로 정의된다^[2]. 이는 원하는 신호에 대해 모호성에 의한 신호의 세기를 모두 합친 양의 비율을 나타낸다. 그림 3 은 PRF와 응시각에 대해 RAR의 변화를 보여주고 있다.

그림 3. PRF와 응시각에 따른 RAR의 변화^[9]

Fig. 3. RAR in accordance with look angle and PRF^[9].

PRF가 높아질수록 RAR이 커지며, 응시각이 커질수록 RAR도 높아짐을 볼 수 있다. 이 그림으로부터 원하는 RAR을 얻기 위한 PRF 및 응시각의 범위를 정할 수 있다.

방위각 모호성은 주파수 영역에서 PRF에 따라 스펙트 럼이 반복되므로 발생하는 모호성이다. 주엽에서는 모호 성이 나타나지 않도록 설계되었지만, 부엽에 의해 모호성 이 발생하므로 이를 억제하여야 한다. 모호성이 나타나는 주파수와 방위각의 관계는

_± _{ }



sin_{ }

(13) 이다. 여기서^는 도플러 주파수, ^ 는 트랙방향의 방 위각이다. 그림 4는 안테나 패턴 상에서 방위각 모호성이 발생하는 각도 및 프로세싱 대역폭을 계산한 결과이다.

PRF가 증가할수록 모호성이 발생하는 각도는 주엽에서 멀어지고, 부엽 레벨에 의한 모호성의 영향이 줄어 들게 됨을 알 수 있다.

그림 4는 실제 방위각 방향 모호성이 나타나는 위치를 계산한 결과를 보여주고 있다. 방위각 방향의 모호성에 의한 영향은 AAR(Azimuth Ambiguity Ratio, 방위각 모호 성 비)로 나타내며,

_{ }



 ≠ 



(14) 이고, PB는 도플러 프로세싱 대역폭이다. 그림 5는 PRF 와 응시각에 대해 AAR의 변화를 보여주고 있다. PRF가 증가함에 따라 AAR의 값이 감소하지만, 응시각이 증가하

그림 4. 안테나 패턴과 방위각 모호성 발생 각도 Fig. 4. Antenna pattern and AAR generating angle.

그림 5. PRF와 응시각에 따른 AAR의 변화^[9]

Fig. 5. AAR in accordance with look angle and PRF^[9]. 면 AAR은 변화가 없음을 확인할 수 있다^[9]. 이 그림에서 PRF가 8 kHz 이상일 때 적정한 AAR을 나타내며, 10 kHz 이상의 범위에서 PRF 증가가 AAR에 미치는 영향이 미미 하다.

Ⅲ. 안테나 전개장치 및 재료 3-1 안테나 전개장치 및 매커니즘

안테나의 전개 방식으로는 기계적 구동장치에 의한 능 동/수동 전개방식, 구조물의 탄성 복원에 의한 전개방식, 형상 변형 에너지에 의한 전개방식이 있다.

기계적 구동장치에 의한 능동/수동 전개방식에서 능동

안테나구분 전개방식 전개장치

솔리드 전개형 안테나

1) 기계적 구동장치 2) 구조물 탄성 복원력 3) 형상변형 에너지

1) 전개 패널 2) 전개 힌지 3) 전개 모터

메쉬 안테나 1) 기계적 구동장치

1) 반사판 2) 전개 프래임

리브(rib) 슬라이드(slide) 기어(gear) &

래치(latch) 인플레터블

안테나

1) 가스

2) 기계적 구동장치

1) 반사판 2) 전개 프래임 표 2. 안테나 유형별 전개방식 및 전개장치

Table 2. Deployment method and equipment of antenna.

전개방식은 전개 패널, 전개 모터 및 기어, 전개 힌지에 의해 구동되고^[10], 수동 전개방식은 전개 스프링의 반력으 로 전개된다^[11]. 구조물의 탄성 복원에 의한 전개방식은 전개에 필요한 동력장치가 필요 없기 때문에 안테나 무 게를 감소시킬 수 있다^[4]. 형상 변형 에너지에 의한 전개 방식은 안테나 전개 시 기계적 장치 대신에 열에너지를 이용하여 전개하는 방식이다^[12]. 안테나 유형에 따른 전개 방식과 전개장치를 표 2에 정리하였다.

3-2 솔리드 전개형 안테나의 전개 성능 변수 솔리드 전개형 안테나는 중앙판 주위에 얇은 패널을 이용하여 전개하는 방식이다. 솔리드 전개형 안테나의 전 개 성능변수는 안테나의 패널 수(n), 비틀림 각도(α), 폴 딩 각도(β), 중앙판 직경, 전개 전후 직경비 등이 있다.

그림 6. 솔리드 전개형 안테나의 성능변수

Fig. 6. Performance variable of solid deployable antenna.

그림 7. 폴딩-비틀림 각도에 따른 전개 전후 직경비 Fig. 7. Diameter ratio before and after deployment accor-

ding to folding-twist angle.

전개 전후 직경비는 안테나 패키징 효율 및 안테나 저 장 공간 확보를 위해 중요한 변수가 되는데, 안테나의 직 경, 패널 수, 중앙판 직경을 지정하여 그에 따른 비틀림 각도 및 폴딩 각도에 따라 얻을 수 있다.

그림 7은 안테나 직경 3 m, 초점거리 1.1 m, 중앙판 직 경 0.8 m, 그리고 패널 개수를 30개로 가정하여 계산한 안 테나 전개 전후 직경비 데이터이다. 폴딩은 대략 1.2～65 도, 비틀림은 13～77도의 범위에서 구현이 가능하다.

3-3 메쉬 안테나의 전개 성능 변수

메쉬 안테나는 우주한 패키징 효율성을 가지고 있으 며, 메쉬 안테나 중 가장 우수한 패키징 효율성을 가지는 Astromesh 안테나에 대해 분석하였다. Astromesh 안테나 는 단순한 구조와 열안정성이 우수하며, 형상을 결정하는 변수는 반사판의 직경(D)과 초점거리(F), 원주를 분할하 는 평행사변형의 개수인 원주 분할 수(n)이다. Astromesh 안테나의 전개 전후 직경비는 0.1로, 메쉬 안테나중 가장 우수한 패키징 효율성을 보여준다. 그림 8, 9는 Astromesh 안테나의 전개 매커니즘과 전개되는 과정이다.

메쉬 안테나는 경량 금속 그물을 이용하여 반사면을 형성시켰기 때문에 경량화 특성을 가졌지만, 안테나 전개 시 비정상적으로 전개될 가능성이 있다. 그리고 솔리드 안테나에 비해 표면 정확도가 낮다. 반면, 솔리드 안테나 는 고체 재료를 이용하여 반사면을 제작하기 때문에, 표 면정확도가 우수하고, 높은 전개 정확도, 신뢰성이 있으 며, 재료의 수급이 메쉬 안테나에 비해 용이하다.

3-4 안테나 재료

그림 8. Astromesh 안테나의 전개 메카니즘^[13]

Fig. 8. Deployment mechanism of astromesh antenna^[13].

그림 9. Astromesh 안테나 전개 형상

Fig. 9. Shape deployment of astromesh antenna.

안테나의 특성, 전개 장치, 구조물 등 사용되는 안테나 마다 서로 다른 재료들이 사용되고, 또한 재료들을 합성 하여 여러 성능을 나타내는 재료들이 개발되고 있다.

형상 기억 복합재료는 온도 조절을 이용하여 구조물의 변형을 재현할 수 있는 재료이고, 초박형 복합재료는 탄 성계수를 이용하여 재료의 손상을 발생시키지 않는 범위 내에서 변형한 후 다시 복원하는 복합재료이다. CFRS (Carbon Fiber Reinforced Silicon)는 높은 표면 정확도, 패 키징 그리고 전개 상태에서도 충분한 유연성을 가진다^[14]. SMP(Shape Memory Polymer)는 열을 이용하여 구조물의 형상을 패키징 및 초기 경화 상태로 만들 수 있는 재료이 다^[15]. EMC(Elastic Memory Composites)는 다른 재료에 비 해 효율적으로 패키징을 할 수 있고, 높은 강도, 탄성력, 낮은 밀도를 가지는 재료이다^[16].

CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)는 탄소 강화 섬 유에 에폭시를 첨가하여 만든 플라스틱으로, 솔리드 안테 나, 메쉬 안테나, 인플레터블 안테나에 주로 사용되는 재 료이다. 주로 높은 표면 정확도를 필요로 하거나, 40 GHz 이상의 주파수를 사용하는 구조물에 사용되고, 금속에 비 해 강성, 강도가 우수하며, 무게, 열팽창계수가 낮은 특성 을 지니고 있다.

실제 CFRP의 시편을 다양한 적층방법으로 제작한 후 전기적 특성을 측정하였다. 섬유(fiber)의 적층 각도를 다 르게 하였고, CFRP 각도는 전계방향에 대한 각도이다. 그

시 편   _^′′ [S/m]

[0° 90° 0°] 3,733 [90° 0° 90°] 1,291 표 3. 적층각도에 따른 전기전도도 측정값

Table 3. Measurement of electrical conductivity according to the stacking angle.

(a) (b)

그림 10. (a) M55J/RS-3 CFRP 시편, (b) CFRP 섬유 구성 Fig. 10. (a) Specimen of M55J/RS-3 CFRP, (b) Fiber struc-

ture of the CFRP.

림 10은 실제 제작한 시편이고, 전기적 특성을 표 3에 정 리하였다. 측정 결과, 전계방향에 탄소섬유가 평행하게 구성될 경우, 높은 전기 전도도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

Ⅳ. 반사판 유형별 성능 분석

전개형 반사판 안테나의 성능 분석을 위해 X 밴드의 중심 주파수에 대해 테이퍼 효율이 —12 dB인 원형 혼 안 테나로 급전하여 해석하였다. 솔리드 전개형 안테나와 메 쉬 전개형 안테나를 시뮬레이션 하였고, 두 안테나 모두 중앙판을 중심으로 안테나가 전개된다. 시뮬레이션 결과 를 통해 솔리드 전개형 안테나와 메쉬 전개형 안테나의 전기적 특성을 비교 분석하였다.

4-1 솔리드 전개형 안테나

그림 11은 솔리드 전개형 안테나의 형상과 패널 간격 에 따라 나타나는 솔리드 전개형 안테나의 방사 패턴이 다. 안테나의 직경은 3 m, 중앙판의 직경을 0.8 m, 전개형 패널 수는 30개로 고정시켰다. 이 때 각 패널 사이의 간격 에 변화를 주어, 안테나의 형상 오차에 따른 전기적 특성

그림 11. (a) 솔리드 전개형 안테나 형상, (b) 패널 간격 에 따른 방사 패턴

Fig. 11. (a) Shape of solid deployable antenna, (b) Radiation pattern according to gap between panels.

안테나 특성 Gap(mm)

이득 (dBi)

부엽 레벨 (dB)

3 dB 빔폭 (deg)

0 46.98 17.42 0.68

10 46.46 17.23 0.68

20 45.91 17.02 0.67

30 45.32 16.77 0.66

40 44.68 16.46 0.66

Central dish +

솔리드 안테나 46.98 17.42 0.68

솔리드 안테나 48.31 31.9 0.72

표 4. 패널 간격에 따른 전기적 특성

Table 4. Electrical characteristic according to gap between panels.

을 분석을 하였다. 패널 간격은 기계적 요소와 열변형 등 다양한 요인에 의해 발생된다. PO 방식으로 해석하였다.

표 4는 패널 간격에 따른 안테나의 전기적 특성에 대한 시뮬레이션 결과 값이다. 패널 간격이 커질수록 이득, 부 엽 레벨, 3 dB 빔폭이 저하된다. 중앙판이 없는 포물면 솔 리드 안테나의 전기적 특성에 비해 낮은 성능을 보이며, 이 때 부엽 레벨이 가장 크게 성능이 저하된다. 중앙판에 의해 신호의 위상이 달라짐으로써 발생한 결과다.

4-2 메쉬 전개형 안테나

중앙판의 직경 d를 0.8 m, 메쉬 직경을 0.03 mm로 고정 시켰고, 전개형 메쉬의 그리드 간격에 변화를 주어 시뮬 레이션 하였다. 솔리드 전개형 안테나와 마찬가지로 PO

그림 12. (a) 메쉬 전개형 안테나 형상, (b) 그리드 간격에 따른 방사 패턴

Fig. 12. (a) Shape of mesh deployable antenna, (b) Rdia- tion pattern according to the spacing of the grid.

안테나 특성 Grid size(mm)

이득 (dBi)

부엽 레벨 (dB)

3 dB 빔폭 (deg)

0.5 46.98 17.45 0.68

1.0 46.92 17.38 0.68

1.5 46.80 17.30 0.68

2.0 46.59 17.22 0.68

Central dish +

솔리드 안테나 46.98 17.42 0.68

솔리드 안테나 48.31 31.9 0.72

표 5. 리드 간격에 따른 전기적 특성

Table 5. Electrical characteristic according to the spacing of the grid.

방식으로 해석하였다. 안테나 형상은 그림 12(a)와 같으 며, 그리드 형태는 정사각형 모양이다.

메쉬 전개형 안테나는 솔리드 전개형 안테나와 마찬가 지로 중앙판이 없는 포물면 솔리드 안테나에 비해 성능 이 크게 저하되었다. 하지만 그리드 간격이 전기적 성능 에 미치는 영향은 패널 간격에 보다 적다는 것을 시뮬레 이션 결과를 통해 알 수 있다. 표 5는 그리드 간격에 따른 메쉬 전개형 안테나의 전기적 특성을 정리한 내용이다.

그리드 간격이 커질수록 이득, 부엽 레벨이 점차 감소 하지만 그 차이는 미미한 수준이고, 3 dB 빔폭은 변화가 거의 없었다. 실제 그리드 크기를 고려하면 안테나의 전 기적 성능은 거의 없는 것과 같다.

Ⅴ. 결 론

위성에 탑재하기 위한 전개형 경량화 안테나를 설계하 기 위하여 요구되는 위성 SAR의 성능으로부터 안테나의 특성을 정하였다. 안테나의 특성은 위성 SAR의 해상도와 선명도와 밀접한 관련이 있고, PRF에 따라 주엽 내에서 거리 및 방위각 방향의 모호성이 나타나지 않도록 설계 되어야 한다. 부엽 레벨은 레이다 모호성에 영향을 주므 로 PRF 및 응시각의 변화에 대해 이들의 영향을 분석하 였다. 위성 SAR에 사용하기 위해 적합한 전개형 안테나 의 형태를 분석하였으며, 솔리드 전개형 안테나에 대해 모의실험을 통해 적정한 폴딩 및 비틀림 각도를 계산하 였다. 중앙판이 있는 반사형 안테나의 특성을 해석하였으 며, 패널의 종류 및 형태에 따른 안테나 특성의 변화를 분 석하였다. 위성체 탑재용 전개형 경량화 안테나를 설계하 기 위해서는 전자기적인 해석 및 설계기술과 더불어 전 개장치 등 기계적인 기술과 패널 소재 등의 재료기술이 복합적으로 활용되어야 한다. 이 논문에서 제시된 방법과 더불어 복합재료의 개발, 시료의 전기적, 열적, 기계적 특 성 측정, 구동기술 개발 등을 통해 위성에서 사용할 수 있 는 전개형 안테나의 개발이 가능할 것으로 예상된다.

References

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이 택 경

1983년 2월: 고려대학교 전자공학과 (공 학사)

1985년 2월: 한국과학기술원 전기 및 전 자공학과 (공학석사)

1990년 2월: 한국과학기술원 전기 및 전 자공학과 (공학박사)

1990년 5월～1991년 4월: University of Te- xas at Austin, Post-Doctoral Fellow

1991년 9월～1992년 2월: 한국과학기술원 정보전자연구소 연구 원

2001년 7월～2002년 7월: Univ. of Illinois, Urbana-Champaign, 방 문교수

2014년: 한국전자파학회 회장

1992년 3월～현재: 한국항공대학교 항공전자 및 정보통신공학 부 교수

[주 관심분야] 마이크로파, 안테나, 전자파 해석, 레이다