본 논문에서는 KOMPSAT에 사용할 S-band 위성중계기 (RF transponder)에 사용되는 Power Amplifier에 대한 설계와 제작에 대하여 논하고자 한다. 또한 이 설계에 대한 검증을 수행하기 위하여 impact analysis 와 기본적인 이론을 정리 한 후 모의 설계를 통해 설계 가능성을 검토하였다. 현재 당사가 개발 추진중인 다목적 실용 위성 ( KOMPSAT) 에 이용될 S-band Transponder 의 주파수는 uplink 2099.5㎒ 와 downlink 2280㎒를 근간으로 설계하였으며, 회로 시뮬레이션을 위해 사용된 software는 ADS(advanced Design System : HP) 및 ISSPICE 4 E.2 이며, Monte Carlo Analysis funtion 을 이용하여 대수학적으로 전개하였다.
본 연구는 위성통신 중계기의 L대역변환반의 PCB EM 분석을 하고, 불요파에 대한 취약 부분에 대해 최적화하였다. 위성중계기 안에는 L대역변환반 뿐만 아니라 전원반, 디지털신호처리반, TM/TC 제어반 등 다양한 기능 및 블록이 연동될 때 윈치 않는 신호 성분으로 인해 잡음성분이 증가되어 전체 시스템 성능 저하를 야기 시킬 수 있다. EM 시뮬레이션 툴을 사용한 PCB 공진해석은 보드 상에서 공진에 취약할 수 있는 부분에 대해 쉽게 분석을 할 수 있고, 다양한 시뮬레이션을 통해 최적의 설계를 할 수 있다. 또한 PCB에 포트를 설정하여 원하는 블록을 쉽게 분석할 수 있는 장점이 있다.
외국에서 개발한 디지털 방송 모니터링 장비는 국내의 규격 및 방송 환경과 상이하여 정확한 오류검색이 불가한 상황이다. 따라서, 국내 방송환경에 적합한 디지털 위성방송의 송출 및 수신상태를 감시할 수 있는 계측 장비가 필요하다. 위성 본방송에 대비하고 위성방송의 안정적 운용을 위하여“디지털 위성방송 모니터링 시스템”을 국내 최초로 개발하였다. 시스템의 구성은 PC에 카드형 수신기를 내장하였으며, 응용 S/W로 다양한 모니터링이 가능하도록 설계하였다. 주요기능은 현재 방송중인 위성 중계기의 RF 레벨 및 채널상태, 영상 및 음성의 송출상태, Service Information의 송출상태를 동시에 검색한다. 그리고, 오류발생시 겨고 메시지를 발송하고 오류복구방안을 제시하며, 모니터링 결과를 저장한다.
본 논문에서는 위성통신 디지털 중계기에서 backplane 구조 기반의 Gigabit 시리얼(Serial) 송수신기(Transceiver)에 대해 기술하였다. 송수신기는 프로그램밍 가능한 Xilinx space-grade Virtex-5 FPGA를 이용하여 다수의 광대역 채널에 대해 모든 경우의 스위칭 기능을 지원한다. 이러한 기능을 구현하기 위해 Virtex-5 FPGA 내부에 탑재된 GTX transceiver(고속 시리얼 송수신)을 사용한다. FPGA를 사용함으로써 부품이 추가되지 않아 구현이 간단해지는 장점이 있다. 고속의 시리얼 송수신기를 구현하기 위해서 PCB 디자인에 대해 신호 무결성(Signal Integrity) 시뮬레이션을 필수적으로 수행하였다. 신호 무결성 시뮬레이션을 통해 GTX 전송 선로에 대한 S-parameter, Eye diagram, 채널 지터(Channel Jitter) 성능을 분석하였고, GTX transceiver가 오류 없이 동작할 것으로 확인하였다. 마지막으로 제안한 PCB 디자인은 위성통신 디지털 중계기 시험인증모델(Engineering Qualification Model-2) 제작에 활용될 것이다.
위성 중계기의 무게와 부피를 최소화 하기 위하여 입력 멀티플렉서 및 출력 멀티플렉서에 사용하는 채널 필터는 이중모드 도파관 필터를 많이 사용한다. 또한 입력 멀티플렉서는 일반적으로 채널이 서로 독립적이기 때문에 이에 사용하는 채널 필터는 이중종단형으로 설계하며, 매니폴드(manifold) 형태의 출력 멀티플렉서의 경우 채널 필터는 단일종단형으로 설계한다. 본 논문에서는 위성 중계기에 많이 적용되는 단일종단 및 이중종단 이중모드 도파관 필터의 튜닝 방법에 관하여 기술하였다. 필터의 튜닝은 한쪽면이 단락된 더미 공동(dummy cavity)을 이용하며, 측정된 반사계수의 위상 응답을 계산된 이론치에 정합시키는 과정으로 튜닝을 진행한다. 이러한 튜닝방법을 4차 이중종단 이중모드 타원응답 필터와 6차 단일종단 이중모드 타원응답 필터에 적용하여 튜닝함으로써 제안한 튜닝방법의 유용성을 확인하였다.
통신해양기상위상은 국내 정지궤도 복합위성 중의 하나이며, 2009년 아리안 로켓 V호에 의해 동경 128도에 발사될 예정이다. 통신해양기상위성은 위성통신, 해양 및 기상관측 등의 세가지 임무 수행을 위해 설계, 제작되었으며, 보다 구체적으로는 세 개의 서로 다른 탑재체에 의해 기상관측, 해양관측 그리고 Ka 대역의 위성통신 서비스를 제공한다. 이 세 개의 탑재체 중에서 Ka 대역 통신 탑재체는 한국전자통신연구원에 의해 개발되었으며 재해 방재를 위한 디지털 전송서비스와 고속 멀티미디어 서비스를 위한 디지털 통신서비스를 제공하게 된다. 본 논문은 통신해양기상위성 Ka 대역 통신 중계기 비행모델의 전기적, 기계적 설계 및 지상검증을 위한 시험 측정결과 등에 관한 것이다.
본 연구에서는 Ku-대역 위성통신 중계기에 사용되는 전압제어형 PIN 다이오드 감쇄기를 설계, 제작, 측정하고 이 감쇄기의 온도 특성 변화를 보상하기 위한 온도보상회로를 제안하였다. PIN 다이오드 감쇄기는 박막 하이브리드 기술을 이용하여 설계되었으며 PIN 다이오드 감쇄기를 전압제어형으로 사용할 경우 최대 선형 특성을 얻을 수 있는 부하 저항(R$_{L}$)의 값을 Simulation 및 실험에 의해 결정되었다. 최적의 부하 저항값은 사용한 PIN 다이오드의 특성에 의해 달라지며, 본 논문에서 사용한 APD-0805의 경우 150$\Omega$의 부하저항으로 PIN 다이오드 한 개에 10 dB 까지 선형 감쇄범위를 얻을 수 있었다. 또한 부하 저항을 포함한 PM 다이오드 감쇄기의 온도 특성을 측정하였고, 측정결과 관찰된 PIN 다이오드 감쇄기가 전압제어형으로 사용되어질 경우의 가장 큰 단점인 온도 특성의 심각한 변화를 보상할 수 있는 온도보상회로를 제안하였다. 제안된 온도보상회로를 갖는 PIN 다이오드 감쇄기는 동작온도에 대해 선형적인 특성을 보이며 동작온도 범위에 걸쳐 0.6 dB 이하의 오차만을 가짐을 확인하였다.
본 논문에서는 Ka-band 위성 중계기용 국부 발진기에 사용하게 될 전압제어 발진기의 EM(Engineering Model)을 비선형 방법으로 설계하였다. 전압제어 발진기의 위상잡음을 개선하기 위하여 공진기로 사용되는 유전체 공진기와 결합하는 마이크로스트립 라인을 high impedance inverter로 구현함으로써 공진회로의 quality factor를 우수하게 유지하여 능동소자에 전달되도록 하였다. 개발된 전압제어 발진기는 0~12 V의 제어전압으로 9.7965~9.8032 GHz의 튜닝범위를 가지며 공급전력은 8V, 17mA를 필요로 한다. 제작된 전압제어 발진기의 위상잡음은 -96.51 dBc/Hz ⓐ10 KHz와 -116.5 dBc/Hz ⓐ100 KHz의 특성을 나타내며 출력전력은 7.33 dBm을 얻었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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