Reflector Based Mobile Satellite Antenna with Novel Beam Steering Scheme

This paper proposes a hybrid antenna with novel beam steering scheme. The antenna have a cassegrain structure composed of two reflectors. The main reflector is designed for high gain performance using parabola curvature, and the sub-reflector is plate and can be rotated by ${\pm}3^{\circ}$. Thus proposed antenna can steer a antenna beam using the inclination of sub-reflector. A feed array composed of 20 elements is adapted as a feeder for electrical beam steering, and the antenna can be possible to steer the beam by the feed array with sub-reflector. Proposed antenna was fabricated to be operated in Ka-band(30.085$\sim$30.885 GHz) for TX and K-band(20.355$\sim$21.155 GHz), which are the operation frequencies of the Korean satellite, Mugunhwa, to provide satellite multi-media service to vehicles. By the performance test, it can be known that the antenna has minimum gain of 47 dBi for TX and 44.4 dBi for TX and can steer the beam by ${\pm}2^{\circ}$ with sub-reflector.

새로운 빔 조향 방식을 갖는 반사판 기반의 이동형 위성 통신 안테나

본 논문에서는 새로운 빔 조향 방식을 갖는 하이브리드 안테나를 제안하였다. 본 안테나는 카세그레인 안테나 구조로서, 파라볼라 구조의 고이득 특성을 구현하기 위하여 설계된 주반사판과 평판형 구조로서 모든 방향에서 ${\pm}3^{\circ}$ 회전할 수 있도록 설계된 부반사판의 경사각을 이용하여 안테나 빔 조향(beam pointing)을 제어할 수 있도록 하였다. 또한, 20개의 소자 안테나로 구성되는 능동 배열을 급전부에 적용함으로써, 일차적으로 급전 배열에 의한 전자식 빔 조향 제어와 함께, 부 반사판의 경사각을 이용한 이차적인 빔 조향 제어가 가능하도록 하였다. 본 안테나는 이동체 내에서 위성을 통한 멀티미디어 서비스를 제공할 수 있도록 설계되었으며, 무궁화위성의 사양에 맞춰 송신은 Ka-대역(30.085$\sim$30.885 GHz)에서, 수신은 K-대역(20.355$\sim$21.155 GHz)에서 동작하도록 설계되었다. 또한, 제작된 시제품 안테나의 특성 시험을 통하여, 송신 및 수신 대역에서 최소 47 dBi와 44.4 dBi의 안테나 이득을 가지며, 급전 배열 및 부 반사판을 통하여 안테나의 빔이 ${\pm}2^{\circ}$ 범위까지 가변할 수 있음을 확인하였다.