Choke Feeder Design for Deep Reflector Antenna in Small Satellite SAR
소형 위성 SAR용 Deep Reflector 안테나의 초크 급전기 설계
Seung Joo Jo, Jung-Hwan Lim, Taek-Kyung Jae, Jae Wook Lee
2020
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
In this study, we designed and fabricated a choke antenna as a feeder for a deployable reflector antenna for small satellite spaceborne synthetic aperture radar(SAR). The deep reflector antenna was selected considering the storage efficiency of the deployable antenna, and the number and positions of choke rings were optimized to provide the designed feed antenna with a wide beam width and a proper edge taper of the aperture. The performance of the reflector antenna was analyzed when the
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... choke antenna was employed as the feeder. By analyzing the performance of the spaceborne SAR system employing the designed antenna, it was confirmed that the designed choke antenna is suitable for the feeder of the deployable reflector. 하다는 장점이 있다 [3] . 현재 개발 중인 소형 군집위성의 예로서 핀란드 ICEYE사의 ICEYE SAR를 들 수 있다 [4] . 위성용 안테나는 지표 관측을 위하여 주로 고이득을 요구하며, 대표적으로 평면형인 능동위상배열안테나와 반사판 안테나가 있다. 능동위상배열 안테나는 각 패널의 부배열마다 TRM(Transmitter/Receiver Module)을 가져 안 테나의 급전 구조가 복잡하고 무거운 단점이 있다 [5],[6] . 하 지만 반사판 안테나의 경우, 급전 구조가 비교적 간단하 고 광대역에서 동작하며, 고이득을 갖기 용이하다. 또한 반사판 안테나를 전개형으로 제작할 시, 위성 탑재체의 수납효율을 높일 수 있다 [1],[5],[6] . 전개형 반사판 안테나의 종류로는 솔리드, 메쉬, 인플레터블 등이 있다. 솔리드 타입 은 높은 표면 정확도를 가질 수 있으며, 솔리드 타입 전개 형 반사판 안테나는 원형의 중앙판과 그 주위에 포물면 형상의 패널이 부착되는 형태로, 중앙판을 중심으로 패널 을 비틀어 접음으로써 효율적인 수납이 가능하게 할 뿐만 아니라, 탄소섬유복합재(carbon fiber reinforced polymer: CFRP) 와 같은 복합재료를 이용하여 전개 패널을 제작하여 무 게를 감소시킬 수 있다 [1],[6] . 반사판 안테나는 포물면 형상의 반사판과 급전기를 결 합하여 구성하고, 급전 안테나는 포물면의 초점에 위치한 다. 전개형 반사판 안테나가 접힌 상태에서 반사판의 전 개 패널은 급전 안테나와 서로 겹치지 않도록 설계되어 야 한다. 수납 시 급전안테나와 패널이 서로 겹치지 않도 록 하기 위해서는 급전 안테나가 반사판에 가까이 위치 하도록 초점거리()가 짧을수록 유리하다. 이 경우에 안 테나 크기()에 비해 초점거리가 짧으므로 급전 안테나 로 빔폭이 매우 넓은 안테나를 사용하여야 한다. 반사판 안테나에서 (focal-length-to-diameter ratio)가 0.35 이 하의 값을 갖는 경우에 deep reflector 안테나라고 한다 [7] . Deep reflector에서 사용하는 급전 안테나의 종류로는 도 파관으로만 이루어진 캔모양의 캔테나(cantenna), 도파관에 초크 링(choke ring)이 부착된 초크 안테나(choke antenna) 등이 있다. 캔테나의 경우, 초크 안테나보다 넓은 빔폭을 갖지만 전후방비(front back ratio)와 이득이 낮고, 빔폭을 조절할 수 없다. 이에 비해 초크안테나는 도파관 주위에 초크 링을 달아 도파관 벽을 타고 흐르는 전류를 억제함 으로써 전후방비와 이득을 개선시킬 수 있다 [7]~[9] . SAR 시스템에서 모호성 비(ambiguity to signal ratio), 해상도, NESZ(Noise Equivalent Sigma Zero)와 같은 성능 변수들은 SAR로부터 얻어지는 영상의 품질과 연관이 있 다. 이러한 SAR 시스템의 성능 변수는 안테나의 성능으 로부터 많은 영향을 받는다. 따라서 설계된 SAR 안테나 가 적합하다는 것을 확인하기 위해서는 SAR 성능을 분석 할 필요가 있다. 본 논문에서는 X 밴드를 사용하는 소형 위성 SAR용 전개형 안테나의 수납 효율을 높이기 위한 deep reflector 에 적합한 급전 안테나로서 초크 안테나를 설계 및 제작 하였으며, 설계한 초크 안테나와 일반적인 피라미드형 혼 을 급전으로 사용한 경우에 대하여 반사판 안테나의 성 능을 비교 분석하였다. 또한 반사판 안테나 패턴을 활용 하여 SAR 시스템의 성능을 분석함으로써 급전 안테나의 설계가 SAR 시스템의 성능에 미치는 영향을 확인하였다.
doi:10.5515/kjkiees.2020.31.1.1
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