밀리미터파 및 서브 밀리미터파 전파천문학용 전파망원경은 주로 카세그레인 형태의 안테나를 사용한다. 다양한 전파 천문학 연구를 위해서 한 개의 카세그레인 안테나에 여러 개의 수신대역을 갖는 수신기가 설치된다. 한 개 이상의 수신 대역을 관측하기 위해서는 여러 개의 수신기가 우주전파를 관측할 수 있는 빔 가이딩 시스템이 반드시 필요하게 된다. 이러한 빔 가이딩 시스템은 가우시안 빔 전송이론을 기반으로 준광학 회로로 구성된다. 본 논문에서는 가우시안 빔의 간략한 전송이론을 기반으로 한 가우시안 빔의 변환 방법과 가우시안 빔을 전송하기 위한 빔 전송회로 설계 기법을 제시한다. 이 설계기법을 이용하여 카세그레인 안테나에 적용되는 가우시안 빔 회로 설계와 설계 결과를 기술한다. 마지막으로 준광학 회로 구성부품인 타원면경, 유전체 렌즈 및 혼의 제원 결정에 대하여 기술한다. 제안된 방법을 이용하면 카세그레인 안테나 빔 가이딩 시스템을 간단히 설계할 수 있을 것으로 기대된다.
本 論文에서는 사이드로브가 낮고 交叉偏波 特性이 우수하며 동시에 效率이 높은 鏡面 修整 카세그레인 안테나를 最適 設計하고 試作했다. 設計를 위하여 設計 데이터를 提示했으며, 試作안테나의 輻射 特性은 側定 結果를 解析 結果 및 設計 目標値와 化較함으로써 그 妥當性을 檢討했다. 試作안테나의 實驗 結果는 效率만 제외하고 設計 目標値에 근접한 것으로 나타났다.
The cassegrain antenna, 32metor , diameter, is designed for the satellite earth station at Boun. It is fed by a beam waveguide of type. The results of measurements G/T (Gain to Noise Temperature ratio) is 40.86dB/K at the elevation elevation angle 5˚ for 4GHz. And the average transmit and receive gain are 64.62dB and 61.3dB, respectively. They satisfy the values designed for the antenna. The sidelobe levels of the pattern also are in good accord with the recommendation of C.C.I.R.
일반적으로 카세그레 인 오프셋 복 반사경(Cassegrain Dual Offset Reflector)은 위성 통신용 안테나로 사용되지만, 여기서는 CPTR(Compact Payload Test Range)을 위한 반사경 시스템으로 해석하였다. 시험 영역의 근접 전계는 물리 광학법(Physical Optics)을 적용하여 계산하였다. CPTR은 균일한 평면파 제공을 목적으로 하며, 이를 위해 최소한의 진폭과 위상 리플(ripple)을 가져야 하며, 교차 편파 또한 작아야 한다. 따라서 본 논문에서는 반사경 구조 및 시험 영역의 위치에 따른 근접 전계 패턴을 구하여 전계의 리플, 테이퍼와 교차 편파를 고찰하였다. 특히 통신용 반사경 안테나에서는 나타나지 않는 안테나 축방향의 교차 편파 성분을 고찰하였다.
안개 및 대기의 교란이 광무선 통신에 주는 영향을 해석하기 위해 가시광선영역의 LD(laser diode) 및 적외선 영역의 LD 사용하고, 카세그레인 광학계를 이용하여 광을 송수신하게 하였으며, 광 소신소자로는 APD(avalanch photo diode)를 사용함을 가정하여 대기 중의 안개의 정도에 따른 가시도 및 교란의 세기를 나타내는 굴절률 구조상수에 따른 광 수신 전력, 잡음 전력을 고려한 SNR(signal to noise ratio)을 계산해 보고 각각의 통신 상태에서 BER(bit error rate)이 $10^{-9}$이 가능한 통신 거리를 알아보았다.
이 연구에서는 KVN(Korean VLBI Network)의 구경 21m 전파망원경의 변형된 카세그레인식 안테나 광학계에 정렬 어긋남이 있을 때 안테나 이득의 감소, 구경면에서의 상 오차, 그리고 빔 틀어짐 정도를 광선추적방법을 이용하여 수치적으로 계산하였다. 고려한 광학계 어긋남의 종류는 피드의 광축방향 편이, 부경의 광축방향 편이, 피드의 광축과 수직방향 편이, 부경의 광측과 수직방향 편이, 그리고 부경의 기울어짐 등 다섯 가지이다. 먼저 이들 광학계 어긋남이 독립적으로 존재할 경우에 대해서 계산을 하였고, 서로의 어긋남 효과를 상쇄시킬 수 있는 보완관계의 어긋남이 복합적으로 존재하는 경우에 대해서도 계산을 하였다. 광선추적방법을 이용한 계산은 전자기적 효과가 고러되지 않은 순수한 기하학적 계산이지만 이 연구로 효율적인 관측을 위한 KVN 21m 안테나 광학계의 정렬이 가능할 것으로 기대된다.
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.
In this paper, we describe the design, fabrication, and test results of a W-band FMCW radar for the metal target detection under the ground clutter environment. In order to detect metal targets on the ground, we used a single cassegrain antenna with the beamwidth of $1.45^{\circ}$ which forms pencil-beam footprint on the ground. A log envelope detector was applied to improve radar performance in the severe ground clutter known as Weibull and log normal clutter. The designed FMCW radar can acquire altitude information from the ground clutter with $\sigma_0=-23dB$ at the height of 160m. The fabricated W-band FMCW radar transmits 11 dBm power and the dynamic range of the receiver is from -106dBm to -30dBm. The performances of the fabricated sensors were tested out in the fields and detected a car target of 200m apart on the grass.
As for satellite programs, the multipurpose satellite 1(KOMPSAT-1) was successfully launched on Dec. 21, 1999 and operated for three years. It is still properly operated even though its life cycle was ended. The development of KOMPSAT-2 (Korea Multipurpose Satellite-2) is near completion and the development of KOMPSAT-3, KOMPSAT-5 and COMS (Communication, Ocean, Meterological Satellite) are proceeding swiftly. In KORDI(Korea Ocean Research and Development Institute), the KOSC (Korea Ocean Satellite Center) construction project is being prepared for acquisition, processing and distribution of sensor data via L-band from GOCI(Geostationary Ocean Color Imager) instrument which is loaded on COMS(Communication, Ocean and Meteorological Satellite); it will be launched in 2000. Ansan(the headquarter of KORDD has been selected for the location of KOSC between 5 proposed sites, because it has the best condition to receive radio wave. The data acquisition system is classified antenna and RF. Antenna is designed to be ${\emptyset}$ 9m cassegrain antenna which has 19.35 $G/T(dB/^{\circ}K)$ at 1.67GHz, RF module, is divided into LNA(Low noise amplifier) and down converter, those are designed to send only horizontal polarization to modem The existing building is re-designed and classified for the KOSC operation concept; computing room, board of electricity, data processing room, operation room Hardware and network facilities have been designed to adapt for efficiency of each functions. The distribution system which is one of the most important systems will be constructed mainly on the internet, and it is also being considered constructing outer data distribution system as a web hosting service for to offering received data to user under an hour.
100GHz와 150GHz 대역의 우주전파를 동시에 관측하기 위한 준광학계가 설계, 제작되었다. 밀리미터파 및 서브밀리미터파 대역의 전송수단으로 널리 이용되고 있는 준광학계는 가우시안 빔으로 해석된다. 따라서 가우시안 빔 이론을 이용하여, 광대역 주파수 범위에서 주로 사용되는 영상 빔 방법으로 준광학계를 해설한다. 이중채널 준광학계는 두 대역의 전파를 동시에 관측하기 위해서, 두 개의 빔을 유도하는 시스템이다. 따라서 두 빔을 유도하기 위한 준광학계와 준광학계를 구성하는 각 부품은 영상 빔 방법을 이용하여 설계하였다. 이러한 설계를 바탕으로 준광학계의 각 소자들이 제작되었고, 전체 시스템이 구현되었다. 제작된 준광학계는 자체에서 제작한 빔 측정장치를 이용하여 측정함으로써, 설계에 대한 검증과 정확한 제작여부를 확인하였다. 그리고 제작된 시스템은 이중채널 수신기에 설치되어, 우주전파를 동시에 성공적으로 관측함으로써 그 성능이 입증되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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