KR101759620B1

KR101759620B1 - 인공위성에 탑재되는 안테나

Info

Publication number: KR101759620B1
Application number: KR1020170044111A
Authority: KR
Inventors: 이재은; 곽도혁; 정화영; 강광희
Original assignee: 엘아이지넥스원 주식회사
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2017-04-05
Publication date: 2017-07-20

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 인공위성에 탑재되는 안테나는, 피더; 및 상기 피더 둘레에 방사형으로 배열되는 복수의 반사패널로 이루어지는 것으로서, 상기 반사패널이 피더 중심으로 모이면서 접히거나 피더를 중심으로 펼쳐지면서 전개되는 안테나 반사판; 을 포함하며, 상기 복수의 반사패널은 피더를 중심으로 모이면서 접힐 때 이웃하는 반사패널과 겹치도록 중심이 동일 방향으로 틀어지는 것을 특징으로 한다.

Description

인공위성에 탑재되는 안테나{ANTENNA ON BOARDING A SATELLITE}

본 발명은 인공위성에 탑재되는 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 안테나는 전파를 외부로 송신하거나 외부의 전파를 수신하기 위한 무선통신 장비이다. 대형 안테나의 경우 외부 전파의 원활하고 효율적인 수신을 위하여 곡면을 이루는 접시형 반사판(parabolic reflector)이 구비된다. 접시형 반사판의 초점(focal point)에 피드혼(feedhorn)을 설치하여 접시형 반사판으로부터 반사되어 초점에 집중되는 전파를 전달받는다. 한편, 우주 환경에 사용하는 안테나는 공간이 협소한 위성 발사체의 페어링 부에 탑재된다. 안테나 반사판의 크기는 증폭기의 출력 및 주파수 대역에 따라 달라질 수 있다. 안테나 반사판의 크기는 3m 내지 10m로 지상에서부터 우주로의 발사 시 페어링 내부의 협소한 공간에 보관 가능하도록 접을 수 있는 구조로 설계되어야 한다. 통상 접이식 반사판은 소재 및 전개 방식에 따라 쉘(Shell) 타입, 메쉬(Mesh) 타입, 멤브레인(Membrane) 타입으로 나눌 수 있다. 이러한 다양한 타입의 접이식 반사판은 각기 다양한 형태의 전개 방식으로 개발되고 있으며 최근에는 형상기억 합금을 이용하거나 스프링백을 이용하여 전개하는 방식의 안테나도 개발되고 있다. 지상 구동부 설계 시 흔히 사용할 수 있는 모터나 베어링의 경우 가혹한 우주 환경 요구사양을 적용하게 되면 천문학적인 가격으로 구성품 가격이 올라가므로 설계에 제약 조건이 발생한다. 따라서, 저렴한 기계요소를 이용하면서도 확실한 접이식 매커니즘을 구현할 수 있는 기술이 필요하다.

본 발명은 앞에서 언급한 내용을 바탕으로 인공위성에 발사체에 탑재 가능함은 물론 안테나 반사판의 전개가 안정적으로 이루어질 수 있는 인공위성에 탑재되는 안테나를 제시하고자 한다.

일례로서, 대한민국 특허등록 제1304358호는 "이중 샌드위치 구조의 안테나 반사판 및 그의 제조방법"을 개시한다.

전술한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예는 협소한 위성 발사체의 페어링 부에 탑재할 수 있도록 소형 경량화 구조이며 안테나 반사판의 전개가 안정적으로 이루어질 수 있도록 한 인공위성에 탑재되는 안테나를 제공하고자 한다.

전술한 목적을 이루기 위해 본 발명의 실시예에 따른 인공위성에 탑재되는 안테나는, 피더; 및 상기 피더 둘레에 방사형으로 배열되는 복수의 반사패널로 이루어지는 것으로서, 상기 반사패널이 피더 중심으로 모이면서 접히거나 피더를 중심으로 펼쳐지면서 전개되는 안테나 반사판; 을 포함하며, 상기 복수의 반사패널은 피더를 중심으로 모이면서 접힐 때 이웃하는 반사패널과 겹치도록 중심이 동일 방향으로 틀어질 수 있다.

또한, 상기 피더는 베이스 프레임 중앙에 위치하며, 상기 반사패널과 피더는 댐퍼장치에 의해 연결되고, 상기 반사패널의 전개가 가능하도록 베이스 프레임과 반사패널의 하단은 전개장치에 의해 연결될 수 있다.

또한, 상기 반사패널의 상부 폭은 하부 폭보다 넓은 것일 수 있다.

또한, 상기 댐퍼장치는 상기 피더 둘레에 방사형으로 배열되는 것으로서 상기 반사패널의 상부에 구비되는 브래킷; 상기 반사패널의 둘레를 따라 방사형태로 배열되는 브래킷의 내부를 통과하는 링 형태의 탄성 댐퍼부재; 상기 피더의 상부 둘레에 구비되는 고정장치; 및 일측 단부는 브래킷과 연결되고 타측 단부는 상기 고정장치에 탈착 가능한 지지대; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 탄성 댐퍼부재는 코일 스프링일 수 있다.

또한, 상기 고정장치는 전자석일 수 있다.

또한, 상기 고정장치는 금속부재; 및 상기 금속부재에 감기는 코일부; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 지지대의 타측 단부에는 탈착부재가 구비되고 상기 탈착부재는 고정장치에 탈착될 수 있다.

또한, 상기 전개장치는 일측 단부가 상기 베이스 프레임에 연결되는 연결부재; 상기 연결부재의 타측 단부와 반시패널의 하단을 연결하는 힌지축; 및 상기 힌지축에 결합되는 것으로서, 상기 연결부재와 반사패널의 연결부위를 탄력 지지하여 반사패널의 급격한 전개를 방지하는 탄성부재; 를 포함할 수 있다.

또한, 상기 반사패널의 하단에는 받침부가 연장되고, 상기 받침부는 힌지축을 중심으로 반사패널의 회전 전개 시 연결부재의 일면에 밀착되어 반사패널의 전개를 멈추게 할 수 있다.

또한, 상기 탄성부재는 토션 스프링일 수 있다.

또한, 상기 반사패널은 유리섬유 복합재료 또는 탄소섬유 복합재료로 제작될 수 있다.

또한, 상기 반사패널은 오토클레이브 가공에 의해 제작될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 인공위성에 탑재되는 안테나에 의하면, 경량화 설계가 가능하여 발사체의 중량 제한 요구사항 만족에 탁월한 효과가 있다.

또한, 안테나 반사판이 접혀지므로 발사체의 페어링 부에 탑재 시 부피공간을 최소화할 수 있다.

또한, 반사패널을 복합재로 제작함으로써 다양한 방향의 외력을 버틸 수 있다.

또한, 토션스프링과 전자석의 원리를 이용한 고정장치에 의해 안테나 반사판의 전개가 매우 안정적으로 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안테나 반사판의 접힘 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 댐퍼장치의 확대도이다.
도 3, 4는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 전개장치의 확대도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안테나 반사판의 전개 상태를 대략적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 안테나 반사판의 전개 상태를 나타내는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 반사패널의 제작과정을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 인공위성에 탑재되는 안테나의 구성을 설명한다.

도 1 내지 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 인공위성에 탑재되는 안테나는 피더(20), 접힌 상태에서 피더(20)를 감싸는 안테나 반사판(40) 및 안테나 반사판(40)의 급격한 전개를 방지하는 댐퍼장치(50)와 전개장치(60)를 포함한다.

구체적으로 피더(20)는 베이스 프레임(10)의 중심에 위치한다. 피더(20) 둘레에는 안테나 반사판(40)을 구성하는 복수의 반사패널이(41)이 방사형태로 배열된다. 피더(Feeder)는 지상체 위성단말과의 통신 정보를 송수신한다. 피더(20)를 고정하기 위한 삼각대(Tripod)가 구비될 수 있다. 삼각대는 고정장치(53)에 전원 공급을 위하여 케이블이 내부에 통과할 수 있도록 중공 타입일 수 있다.

안테나 반사판(40)은 경량화 설계가 가능하고 발사체의 중량 제한 요구사항을 만족할 수 있도록 설계되어야 한다. 안테나 반사판(40)은 접이식 구조로 형성된다. 안테나 반사판(40)이 접이식이므로 발사체 페어링 부위에 탑재 시 부피공간을 최소화할 수 있다. 안테나 반사판(40)은 피더(20)를 중심으로 방사형태로 배열되는 복수의 반사패널(41)로 구성된다.

반사패널(41)은 복수로 배열된다. 반사패널(41)은 피더(20) 둘레에 방사형태로 배열된다. 반사패널(41)은 피더(20)를 중심으로 모여 접히거나 접힌 상태에서 펼쳐지면서 전개될 수 있다. 반사패널(Reflector Panel)은 곡면을 형성하는 쉘 재질로 구성될 수 있다. 반사패널(41)은 유리섬유 복합재료(GFRP : Glass Fiber Reinfored Plastic) 또는 탄소섬유 복합재료(CFRP : Carbon Fiber Reinforced Plastic)로 제작할 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 반사패널(41)의 상부 폭(W1)을 하부 폭(W2)보다 넓게하여 반사패널(41)의 전개가 원활히 이루어질 수 있도록 한다. 반사패널(41)이 피더(20)를 중심으로 모이면서 접힐 때 이웃하는 반사패널(41)과 겹치도록 중심이 일정 각도로 틀어지도록 설계한다. 반사패널(41)이 이웃하는 반사패널(41)과 겹쳐짐에 따라 부피를 최소화할 수 있다. 모든 반사패널(41)은 동일 방향으로 틀어지도록 설계된다. 복수의 반사패널(41) 중심부 형상은 원형 톱날 형상일 수 있다.

댐퍼장치(50)는 접힘 상태의 반사패널(41)의 상부와 피더(20) 상부를 연결한다. 댐퍼장치(50)는 반사패널(41)의 상부에 구비되는 브래킷(51), 브래킷(51)과 연결되는 탄성 댐퍼부재(52), 피더(20) 상부 가장자리에 구비되는 고정장치(53) 및 일측 단부는 탄성 댐퍼부재(52)와 연결되고 타측 단부는 고정장치(53)에 탈착되는 지지대(54)를 포함한다.

구체적으로 브래킷(51) 내부에는 탄성 댐퍼부재(52)가 통과하는 구멍이 천공된다. 브래킷(51)은 복수로 배열되는 각 반사패널(41) 마다 구비된다. 브래킷(51)은 반사패널(41)의 상부와 연결된다. 브래킷(51)은 피더(20) 둘레를 따라 방사형으로 배열된다.

탄성 댐퍼부재(52)는 피더(20) 둘레를 따라 방사형태로 배열되는 브래킷(51)의 내부를 통과하는 링 형태로 설계된다. 탄성 댐퍼부재(52)는 신축 가능한 탄성재질로 제작된다. 탄성 댐퍼부재(52)는 코일 스프링일 수 있다. 탄성 댐퍼부재(52)는 반사패널(41)의 전개 시 링 형태가 확장되면서 반사패널(41)이 급격하게 전개되는 것을 방지한다.

고정장치(53)는 피더(20)의 상부 둘레에 구비된다. 고정장치(53)는 지지대(54)가 탈착되는 장치이다. 고정장치(53)는 전자석일 수 있다. 고정장치(53)는 금속부재(531) 및 코일부(532)를 포함한다. 금속부재(531)를 따라 코일부(532)가 감긴다. 코일부(532)에 전류가 흐르면 금속부재(531)의 자기화가 이루어진다.

지지대(54)는 피더(20)를 중심으로 방사형태로 배열된다. 지지대(54)의 일측 단부는 브래킷(51)과 연결된다. 지지대(54)의 타측 단부는 고정장치(53)에 탈착된다. 반사패널(41)이 접힌 상태에서 지지대(54)의 타측 단부는 고정장치(53)에 부착된다. 반사패널(41)의 전개 상태에서 지지대(54)의 타측 단부는 고정장치(53)로부터 떨어지게 된다. 한편, 지지대(54)의 타측 단부에는 탈착부재(55)가 구비될 수 있다. 탈착부재(55)는 고정장치(53)에 탈착될 수 있다.

도 3, 4에 도시된 바와 같이 전개장치(60)는 반사패널(41)의 전개가 가능하도록 베이스 프레임(10)과 반사패널(41) 하단을 연결한다. 전개장치(60)는 베이스 프레임(10)과 반사패널(41)의 하단을 연결하는 연결부재(61), 연결부재(61)와 반사패널(41) 하단을 연결하는 힌지축(62) 및 힌지축(62)에 결합되는 탄성부재(63)를 포함한다.

연결부재(61)의 일측 단부는 베이스 프레임(10)에 연결된다. 연결부재(61)의 타측 단부는 힌지축(62)에 의해 반사패널(41) 하단과 연결된다.

반사패널(41)은 힌지축(62)을 중심을 회전하면서 전개된다. 탄성부재(63)는 힌지축(62)에 결합되면서 연결부재(61)와 반사패널(41) 연결부위를 탄력적으로 지지한다. 탄성부재(63)는 토션 스프링일 수 있다. 탄성부재(63)에 의해 반사패널(41)의 급격한 전개를 방지할 수 있다.

반사패널(41) 하단에는 받침부(70)가 연장된다. 받침부(70)는 힌지축(62)을 중심으로 반사패널(41)의 회전 전개 시 연결부재(61)의 일면에 밀착되어 반사패널(41)의 전개를 멈추게 한다.

반사패널(41)은 오토클레이브 가공(80)으로 제작된다(도 7 참조). 오토클레이브(autoclave)는 물질을 고온, 고압으로 반응시키기 위해 사용하는 내압 용기이다. 오토클레이브 가공(80)을 통해 반사패널(41)의 특정 곡면 각도를 정밀하게 구현할 수 있다. 도 7과 같은 과정을 통해 반사패널(41)의 제작이 이루어진다. 반사패널(41)의 제작에 사용하는 복합재는 특정방향으로 강도가 강한 이방성 재료이므로 적층 각도를 달리하여 적층함으로써 강도가 충분히 확보될 수 있게 한다. 반사패널(41)에 사용되는 복합재는 양방향 강성 보전을 위해서 0도 90도 방향의 물성치가 동일한 직조형(Woven)타입 복합재를 사용한다. 반사패널(41)은 발사체에 따라 진동 수준이 달라지므로 달라지는 진동 수준에 대응하기 위해 리브 구조가 추가될 수 있다.

다음은 본 발명의 실시예에 따른 인공위성에 탑재되는 안테나의 전개과정을 설명한다.

도 1 내지 3과 같이 접힘 모드에서는 지지대(54)의 타측 단부의 탈착부재(55)가 고정장치(53)에 고정되어 반사패널(41)의 접힌 상태가 이루어진다. 이때, 고정장치(53)에는 전원이 인가되어 자력이 발생한다. 자력발생에 의해 지지대(54) 타측 단부의 탈착부재(55)가 고정장치(53)에 들러붙는다.

고정장치(53)의 자력이 사라짐과 동시에 지지대(54)가 고정장치(53)로부터 분리된다. 지지대(54)가 분리되면 피더(20) 중심으로 모여 있던 반시시트(41)가 자중에 의해 전개장치(60)의 힌지축(62)을 중심으로 바깥쪽으로 벌어지면서 전개된다. 이때, 반시시트(41)가 전개됨에 따라 연동하여 탄성 댐퍼부재(52)가 서서히 확장되면서 반사패널(41)이 서서히 전개될 수 있도록 한다.

또한, 전개장치(60)의 탄성부재(63) 역시 탄성력에 의해 반사패널(41)이 급격하게 전개되는 것을 방지한다. 도 3, 4와 같이 탄성부재(63)에 의해 반사패널(41)이 서서히 전개된다. 반사패널(41)의 전개가 완전히 이루어지면 받침부(70)는 연결부재(61)의 일면에 밀착되어 반사패널(41)의 전개를 멈추게 한다(도 6 참조). 도 6와 같이 반사패널(41)은 완전히 전개된다.

살펴본 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 인공위성에 탑재되는 안테나는 댐퍼장치 및 전개장치에 의해 반사패널이 서서히 전개되게 함으로써 반사패널의 급격한 전개로 인한 파손 등과 같은 문제를 해결할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10:베이스 프레임
20:피더
40:안테나 반사판
41:반사패널
50:댐퍼장치
51:브래킷
52:탄성 댐퍼부재
53:고정장치
54:지지대
55:탈착부재
60:전개장치
61:연결부재
62:힌지축
63:탄성부재
70:받침부
80:오토틀레이브 가공
531:금속부재
532:코일부
W1:상부 폭
W2:하부 폭

Claims

피더; 및
상기 피더 둘레에 방사형으로 배열되는 복수의 반사패널로 이루어지는 것으로서, 상기 반사패널이 피더 중심으로 모이면서 접히거나 피더를 중심으로 펼쳐지면서 전개되는 안테나 반사판;
을 포함하며,
상기 복수의 반사패널은 피더를 중심으로 모이면서 접힐 때 이웃하는 반사패널과 겹치도록 중심이 동일 방향으로 틀어지고,
상기 반사패널과 피더는 댐퍼장치에 의해 연결되며,
상기 댐퍼장치는,
상기 피더 둘레에 방사형으로 배열되는 것으로서 상기 반사패널의 상부에 구비되는 브래킷;
상기 반사패널의 둘레를 따라 방사형태로 배열되는 브래킷의 내부를 통과하는 링 형태의 탄성 댐퍼부재;
상기 피더의 상부 둘레에 구비되는 고정장치; 및
일측 단부는 브래킷과 연결되고 타측 단부는 상기 고정장치에 탈착 가능한 지지대;
를 포함하는 인공위성에 탑재되는 안테나.
청구항 1에 있어서,
상기 피더는 베이스 프레임 중앙에 위치하며,
상기 반사패널의 전개가 가능하도록 베이스 프레임과 반사패널의 하단은 전개장치에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 인공위성에 탑재되는 안테나.
청구항 2에 있어서,
상기 반사패널의 상부 폭은 하부 폭보다 넓은 것을 특징으로 하는 인공위성에 탑재되는 안테나.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 탄성 댐퍼부재는,
코일 스프링인 것을 특징으로 하는 인공위성에 탑재되는 안테나.
청구항 1에 있어서,
상기 고정장치는,
전자석인 것을 특징으로 하는 인공위성에 탑재되는 안테나.
청구항 1에 있어서,
상기 고정장치는,
금속부재; 및
상기 금속부재에 감기는 코일부;
를 포함하는 인공위성에 탑재되는 안테나.
청구항 1에 있어서,
상기 지지대의 타측 단부에는 탈착부재가 구비되고 상기 탈착부재는 고정장치에 탈착되는 것을 특징으로 하는 인공위성에 탑재되는 안테나.
청구항 2에 있어서,
상기 전개장치는,
일측 단부가 상기 베이스 프레임에 연결되는 연결부재;
상기 연결부재의 타측 단부와 반시패널의 하단을 연결하는 힌지축; 및
상기 힌지축에 결합되는 것으로서, 상기 연결부재와 반사패널의 연결부위를 탄력 지지하여 반사패널의 급격한 전개를 방지하는 탄성부재;
를 포함하는 인공위성에 탑재되는 안테나.
청구항 9에 있어서,
상기 반사패널의 하단에는 받침부가 연장되고, 상기 받침부는 힌지축을 중심으로 반사패널의 회전 전개 시 연결부재의 일면에 밀착되어 반사패널의 전개를 멈추게 하는 것을 특징으로 하는 인공위성에 탑재되는 안테나.
청구항 9에 있어서,
상기 탄성부재는,
토션 스프링인 것을 특징으로 하는 인공위성에 탑재되는 안테나.
청구항 2에 있어서,
상기 반사패널은,
유리섬유 복합재료 또는 탄소섬유 복합재료로 제작되는 것을 특징으로 하는 인공위성에 탑재되는 안테나.
청구항 2에 있어서,
상기 반사패널은,
오토클레이브 가공에 의해 제작되는 것을 특징으로 하는 인공위성에 탑재되는 안테나.