과학기술위성 3호 X-대역 송신기 비행모델 설계, 제작 및 시험

서규재(Gyu-jae Seo),이정수(Jung-Soo Lee),오치욱(Chi-Wook Oh),오승한(Seung-Han Oh),채장수(Jang-Soo Chae) 한국항공우주학회 2012 韓國航空宇宙學會誌 Vol.40 No.5

본 논문에서는 현재 KAIST 인공위성 연구센터(SaTReC)에서 개발 진행 중인 과학기술위성3호(STSAT-3) 위성체의 탑재체 데이터 전송을 위한 X대역 송신기 비행모델 개발 및 시험에 관하여 기술한다. 과학기술위성3호의 통신시스템은 크게 상태정보, 명령 송수신을 위한 통신채널과 임무데이터 전송을 위한 통신채널로 구성되며 상태 정보 및 명령 송수신을 위하여 S대역을 사용하며 임무데이터 전송용으로 X대역 주파수를 사용하고 있다. 과학기술위성 3호에서는 대용량 메모리 유닛(MMU; Mass Memory Unit)에 저장된 탑재체 관측정보가 X대역 송신기의 QPSK 변조기에서 변조를 하고, 변조된 신호는 스위치를 거친 이후에 안테나를 통해 송신된다. 본 논문에서는 과학기술위성 3호 X대역 송신기 내부의 변조방식, 저역통과 여파기, power amp, 스위치 등에 대해서 제작된 특성을 기술한다. X-band 송신기의 비행모델은 성능시험, 환경시험(진동시험, 열진공시험)을 성공적으로 마치고 위성체 조립 단계(Assembly Integration and Test, AIT)에 납품되었다. This paper describes the development and test result of X-band Transmitter flight model(FM) of STSAT-3 by satellite research center(SaTReC), KAIST. The communication sub-system of STSAT-3 is consist of two different frequency band channels. S-band frequency is used for Telemetry & Command, and X-band frequency is used for mission data. Payload observations data in Mass Memory Unit (MMU) is modulated by QPSK modulator in X-band Transmitter, and then QPSK modulation signal is transmitted to antenna through transfer switch. In this Paper, we described the results of modulation, low-pass filter design, power amp development, and switch test. The FM XTU is delivered Spacecraft Assembly, Integration and Test(AIT) level through the completion of functional Test and environmental(vibration, thermal vacuum) Test successfully.

기생 모노폴을 이용한 S-band Turnstile 안테나 설계

이정수,오치욱,서규재,오승한,Lee, Jung-Su,Oh, Chi-Wook,Seo, Gyu-Jae,Oh, Seung-Han 한국전자파학회 2006 한국전자파학회논문지 Vol.17 No.11

과학기술위성 2호에 사용하기 위한 TT&C용 안테나로 기생 모노폴(parasitic monopole)을 사용한 Turnstile 안테나를 개발하였다. 설계된 안테나는 보우-타이 다이폴(bow-tie dipole)과 기생 모노폴의 두 복사 구조로 구성된다. 안테나의 주 복사 소자는 보우-타이 구조를 이용한 보우-타이 다이폴이며, 안테나의 대역폭을 향상시키고 안테나의 크기를 줄이는 역할을 한다 또한 기생 모노폴은 안테나의 빔 폭과 축비를 향상시키는 역할을 한다. 설계된 안테나는 특별한 정합 회로 없이 50옴의 안테나 임피던스를 가지며 과학기술위성 2호에서 사용되는 주파수 $2.075{\sim}2.282GHz$ 내에서 $140^{\circ}$ 이상의 빔 폭과 3 dB 이하의 축비 그리고 1.5 이하의 VSWR 값을 가진다. A turnstile antenna using the parasitic monopole has been developed for STSAT-2 TT&C application. The antenna consists of two radiating elements; a bow-tie dipole and a parasitic monopole. The bow-tie dipole is main radiating element, used a bow-tie structure for bandwidth improvement and size reduction. The parasitic monopole improved beamwidth and axial ratio. The input impedance of the antenna is about 50 ohm without a matching circuit. The proposed antenna has beamwidth of $>140^{\circ}$, axial ratio of < 3 dB and VSWR of < 1.5 in the band of $2.075{\sim}2.282GHz$.

과학기술위성 3호 S-대역 송신기 비행모델 설계, 제작 및 시험

오승한(Seung-Han Oh),서규재(Gyu-Jae Seo),이정수(Jung-Soo Lee),오치욱(Chi-Wook Oh),박홍영(Hong-Young Park) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.6

본 논문에서는 현재 KAIST 인공위성연구센터(SaTReC)에서 개발 진행 증인 과학기술위성3호(STSAT-3) 위성체의 위성 상태정보 전송을 위한 S-대역 송신기 비행모델 개발 및 시험에 관하여 서술하고 있다. STSAT-3의 통신시스템은 크게 상태정보, 명령 송수신을 위한 통신채널과 임무데이터 전송을 위한 통신채널로 구성되며 상태 정보 및 명령 송수신을 위하여 S-대역을 사용하며 임무데이터 전송용으로 χ-대역 주파수를 사용하고 있다. S-대역 송신기(S-band Transmitte, STX)는 기능적으로 변조기, 주파수 합성기, 파워 앰프 및 전력공급기 로 구성되어 제작되었다. 전송데이터 변조 방법으로는 주파수 천이방식 (Frequency Shift Keying, FSK)을 사용 하며 위생본체와의 데이터 통신은 표준방식인 RS-422통신 방식을 사용하였다. STSAT-3의 STX는 기능적 모듈화에 근거하여 설계 및 제작 되었으며 1.5W(31.7㏈m) 송신 출력에 1X10?? 비트오율(BER) 성능을 만족한다. STX 비행모델은 성능시험, 환경시험(진동시험, 열진공시험)을 성공적으로 마치고 위성체 조립단계에 납품되었다. This paper describes the development and test result of S-band Transmitter flight model(FM) of STSAT-3 by satellite research center(SaTReC), KAIST. The communication sub-system of STSAT-3 is consist of two different frequency band channels, S-band for Telemetry & Command and X-band for mission data. S-band Transmitter(STX) functionally made of modulator, frequency synthesizer, power amp and DC/DC converter. The transmission data is modulated by FSK(Frequency Shift Keying) and the interface between spacecraft sub-module and STX is RS-422 standard method. The FM STX is based on modular design. The RF output power of STX is 1.5W(31.7㏈m) and BER of STX is under 1X10?? which meets the specification respectively. The FM STX is delivered Spacecraft Assembly, Integration and Test(AIT) level through the completion of functional Test and environmental(vibration, thermal vacuum) Test successfully.

과학기술위성 3호 S-대역 송신기 인증모델 설계 및 제작

오승한(Seung-Han Oh),서규재(Gyu-jae Seo),오대수(Dae-Soo Oh),이정수(Jung-Soo Lee),오치욱(Chi-Wook Oh) 한국항공우주학회 2010 韓國航空宇宙學會誌 Vol.38 No.1

본 논문은 현재 KAIST 인공위성연구센터(SaTReC)에서 개발하고 있는 과학기술위성3호(STSAT-3) 위성본체의 S대역 통신채널 중 송신기 개발에 관하여 서술하고 있다. STSAT-3의 통신시스템은 위성제어 및 상태정보 전송을 위하여 S대역을 사용하며 임무수행용 통신채널로는 X대역을 사용하고 있다. S대역 송신기(S band Transmitter, STX)는 변조기, 주파수 합성기, 파워 앰프, 전력공급기 로 구성되어 있다. 변조 방법으로는 주파수 천이방식(Frequency Shift Keying, FSK)을 사용 하며 위성체와는 RS-422통신 방식을 이용한다. STSAT-3의 STX는 모듈화에 근거하여 설계 및 제작 되었으며 1.5W(31.7dBm) 송신 출력에 1E-5 비트오율(BER) 성능을 만족한다. 현재 성능시험, 환경시험(진동시험, 열진공시험)을 성공적으로 마쳤다. This paper describes the development result of S-band Transmitter of STSAT-3 by satellite research center(SaTReC), KAIST. STSAT-3 has two kinds of communication channels, S- band for Telemetry & Command and X-band for mission payload. S-band Transmiiter(STX) consist of modulator, frequency synthesizer, power amp and DC/DC converter. The modulation scheme of STX is FSK(Frequency Shift Keying). The interface between spacecraft OBC and STX is RS-422. The STX is based on modular design. The RF output power of STX is 1.5W(31.7dBm) and BER of STX is under 1E-5. The Test of STX is completed successfully such as functional Test and environmental(vibration, thermal vacuum) Test.

과학기술위성 3호 S 대역 수신기 기술인증모델 개발

이정수(Jung-Su Lee),오승한(Seung-Han Oh),서규재(Gyu-Jae Seo),오치욱(Chi-Wook Oh),명로훈(Noh-Hoon Myung) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.6

과학기술위성 3호의 TT&C 통신 서브시스템은 위성의 텔레메트리(Telemetry) 신호를 지상국에 송신하고 지상국으로부터의 명령(Command) 신호를 수신하기 위한 통신 경로로 구성된다. 지상국으로부터의 명령신호를 수신하기 위해 S 대역 수신기가 사용되며, 현재 기술인증모델을 설계 및 제작하였다. 설계된 S 대역 수신기는 구조를 간단하게 하기 위해 주파수 하향변환 방식으로 Single Conversion 방식을 사용하였으며, DC-DC Converter과 EMI Filter을 포함한다. 또한 디지털 복조부를 FPGA를 이용하여 구현하였으며, 데이터 인터페이스로 RS-422을 사용하였다. S 대역 수신기는 기능시험과 환경시험을 수행한 결과 과학기술위성 3호의 요구조건을 모두 만족하는 것으로 나타났다. The TT&C communication subsystem of STSAT-3 is consisted of communication link to send telemetry data of spacecraft to the ground station and receive command data from ground station. The S-band receiver is used to receive command data from ground station, Engineering Qualification Model of S-band receiver has been designed and manufactured. The Designed S-band Receiver uses a single conversion for a simple frequency conversion, including a DC-DC Converter and EMI Filter. Also, Digital demodulation part designed using FPGA and RS-422 data interface. The performance of S-band Receiver in functional and space environments test satisfies the requirements of STSAT-3.

위성 관제용 반송파 복원부 설계 및 구현

이정수(Jung-Su Lee),오치욱(Chi-Wook Oh),서규재(Gyu-Jae Seo),오승한(Seung-Han Oh),채장수(Jang-Soo Chae),명로훈(Noh-Hoon Myung) 한국항공우주학회 2011 韓國航空宇宙學會誌 Vol.39 No.1

위성 트랜스폰더는 위성내부에 탑재되는 탑재체이며, 위성의 관제 및 제어를 위해 지장국과의 무선통신을 수행한다. 디지털 트랜스폰더는 기존의 아날로그 트랜스폰더에 비해 재제작이 쉬우며 정확한 성능 예측이 가능하다. 또한 변복조 방식, Data Rate, Loop Bandwidth, Modulation Index 등의 기능이 위성궤도 상에서 변경 가능하며, 많은 아날로그 부품을 디지털로 구현하여 무게 및 부피를 줄일 수 있다. 디지털 트랜스폰더의 핵심 기술은 반송파 복원부이며, 반송파 복원부의 성능에 의해 Dynamic Range, 주파수 추적 범위, 주파수 추척 Rate 및 Coherent 등의 성능이 결정된다. 따라서 본 논문에서는 위성용 디지털 트랜스폰더에 적합한 반송파 복원부의 구조를 제안하고 이를 시험 및 검증하였다. A Satellite transponder is mounted on the Satellite and performs radio communications with the ground station. A Digital transponder compared to The analog transponder is made easy and accurate performance prediction. Also Modulation Scheme, Data Rate, Loop Bandwidth, Modulation Index and etc. can be changed on orbit, by implementing FPGA can reduce the weight and volume. The core technology of digital transponder is Carrier Recovery loop. Dynamic Range, Frequency Tracking Range, Frequency Tracking Rate and Coherent performance are determined by the performance of the Carrier Recovery loop. In this paper, we proposed the structure of Carrier Recovery loop for the Satellite digital transponder, then tested and verified the structure.