Abstract
In this paper, the novel shipboard Active Phased Array Antenna(APAA) system for maritime mobile satellite communications is introduced. The antenna uses novel technologies like wide range hybrid tracking, single antenna elements with both of Rx and Tx, asymmetrical array structure, interference isolation between Rx and Tx, and error correction method from frequency scan effect. The antenna has single aperture for both of Rx and Tx with 32 $\times$ 4 two-dimensional array. The antenna has two beams. Its frequencies are 7.25 ~ 7.75 GHz for Rx and 7.9 ~ 8.4 GHz for Tx. The antenna gains are 35.4 dBi for Rx and 35.7 dBi for Tx, those are 54 % of efficiency. The electrically steering ranges are $\pm$35$^{\circ}$ of elevation direction and $\pm$4$^{\circ}$ of azimuth direction. The mechanical control ranges at hybrid tracking capability are continuous 360$^{\circ}$ of azimuth direction and $\pm$10$^{\circ}$ of elevation direction. The antenna has 2.2$^{\circ}$ of 3 dB beamwidth, -14 dB of sidelobe level, and 21 dB of cross-pol suppression. The antenna performance was measured by near field measurement set. Its system performance was tested on the ship motion simulator and with the satellite transponder simulator. The test result showed that its tracking error was within -3 dB from its peak gain under motion condition. The antenna system was tested by real modulated Direct Broadcasting Satellite(DBS) signals to check its communication processing function.
본 논문에서는 선박에 탑재하여 해상에서 이동 중 위성통신을 수행하는 능동 위상배열 안테나 시스템의 설계, 제작 및 시험을 소개한다. 안테나와 시스템은 광역 하이브리드 추져, 송수신 겸용 안테나 소자, 비대칭 배열, 송수신간의 간섭 억압, 및 주파수 스캔 효과를 보상하는 위상제어 기술 등의 새로운 구조와 기술을 적용한다. 안테나는 32$\times$4 이차원 배열을 가진 송수신 겸용 안테나이다. 안테나는 두개의 빔을 가진다. 안테나 사용 주파수는 수신 7.25 - 7.75 GHz 송신 7.9 - 8.4 GHz이다. 안테나 지향 이득은 수신 35.4 dBi와 송신 35.7 dBi이며, 최대 54 %의 효율을 가진다. 전자 빔 스캔 범위는 앙각 $\pm$35$^{\circ}$와 방위각 $\pm$4$^{\circ}$이다. 안테나는 방위각 360$^{\circ}$ 무한회선과 앙각 $\pm$$10^{\circ}$의 기계적 제어가 가능한 하이브리드 추적 운동을 할 수 있다. 안테나 3 dB 빔폭은 2.2$^{\circ}$이며, 부엽 레벨 -14 dB와 교차편파 억압 송신 21 dB의 특성을 가진다. 안테나는 근역전계 측정 시설을 이용하여 측정하였다. 시스템 성능은 선박 모의 운동 시뮬레이터 위에서 위성 중계기 시뮬레이터를 사용하여 시험하였다. 운동 상태에서 위성 추적 성능은 추적 오차가 3 dB 이내이다. 안테나 시스템은 변조된 위성방송 신호를 주파수 변환하여 안테나 시스템의 변조 신호 송수신 시험에 사용하였다.
