W-대역 소형 펄스 도플러 레이다용 1 W급 SSPA 개발

서미희(Mihui Seo),김현주(Hyun-ju Kim),김소수(Sosu Kim) 한국전자파학회 2023 한국전자파학회논문지 Vol.34 No.5

본 논문에서는 W-대역 소형 펄스 도플러 레이다에 적용을 위해 1 W급의 W-대역 반도체 기반 SSPA(solid state power amplifier)를 개발하였다. 개발된 SSPA는 8체배기를 통해 X대역 신호를 W-대역 신호로 상향변환한 후, 1 W급 GaN MMIC를 결합한 증폭기로 고출력 증폭시킨다. 하나의 안테나를 이용하여 송수신하는 레이다에 적용을 위해 수신 구간에 GaN MMIC의 드레인 전원을 제어하여 SSPA 잡음이 수신기에 미치는 영향을 최소화하였다. 개발된 SSPA는 CW조건에서 31.70 ㏈m∼31.81 ㏈m의 평균전력을 출력하였으며, 50초 이상 운용에도 출력전력이 유지되었다. In this study, a 1 W W-band solid-state power amplifier (SSPA) was developed for application in a W-band compact pulse Doppler radar. The SSPA up-converted the X-band signal to a W-band signal with a multiplier (×8) and then amplified the high output using an amplifier. To apply the W-band compact radar, which transmits and receives signals using a single antenna, the SSPA noise was reduced by controlling the drain voltage of the SSPA according to the pulse repetition frequencies. The average power obtained was in the range of 31.7∼31.8 ㏈m, and stable operation was possible for more than 50 s.

과학기술위성 3호용 홀 추력기 시스템 비행모델 연구개발

서미희(Mihui Seo),이종섭(Jongsub Lee),신구환(Goo-Hwan Shin),박홍영(Hong-Yong Park),서정기(Jung-Ki Seo),장태성(Tae-Seong Jang),차원호(Won-Ho Cha),이성호(Seong-Ho Lee),조희근(Hee-Keun Cho),전은용(Eunyong Chun),정연황(Yunhwang Jeong),선종 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

최근 들어 위성군, 편대비행 등과 같은 고등임무의 가능성에 의해 소형위성에 대한 관심이 갈수록 커지고 있으며 관련 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 이와 같이 위성의 활용범위를 넓히기 위해서는 정밀한 위성의 자세제어와 상황에 따른 궤도수정 혹은 천이 기술을 가능케 하는 고효율 저전력 전기추력기가 반드시 필요하다. 국내기술에 의한 전기추력기의 기술 확보를 목표로 저전력 홀(Hall)방식 전기추력기의 연구개발이 국내 여러 기관들의 협력 하에 지난 수년 간 진행되어, 2012년 12월 발사예정인 과학기술위성 3호를 위한 추력부, 전력부, 연료부 및 제어부로 구성된 홀 추력기 통합시스템의 비행모델의 개발이 완료되었다. 개발된 비행모델은 양극전력 200 W, 제논 연료유량 8 sccm으로 11 mN 추력과 35.5 % 추진효율, 1270~1300 s의 비추력을 발생시켜 연구개발 목표치를 상회하는 결과를 얻었으며, 진동시험, 열진공시험 및 통합 성능시험을 수행하여 우주와 유사한 환경 하에서 정상동작하는 것을 확인하였다. 개발된 홀 추력기는 과학기술위성 3호 뿐만 아니라 국내에서 개발 제작되는 소형 인공위성의 다양한 임무수행에 있어 활용가능성을 높여줄 것이며, kW급 이상의 홀추력기 개발에 초석이 될 것으로 기대한다. As the small satellites are expected to replace the large satellite for some of the advanced missions through constellation and formation flying, the low power and high performance propulsion system, i.e. electrical thruster, is considered to be a key element that enable detailed attitude control and orbit transfer of the satellite. In order to achieve the domestic electric propulsion technology, a flight model of the compact 10 mN class Hall thruster propulsion system (HPS) for STSAT-3 has been developed as collaborative research with several domestic institutions. The HPS consists of thruster head unit, power processing module, xenon feeding system, and propulsion control module. Performance test of the flight model Hall thruster demonstrates 11 mN thrust, 35.5% thrust efficiency, 1270~1300 s specific impulse at 200 W anode power and 8 sccm Xe flow rate. The integration test, vibration test, and vacuum·thermal test were performed to verify the normal operation of the HPS under the space and launch environment.

2차 고조파 최소화를 위한 광대역 중간주파수신기 개발

서미희(Mihui Seo),김현주(Hyun-ju Kim),김소수(Sosu Kim),김영곤(Young-Gon Kim) 한국전자파학회 2022 한국전자파학회논문지 Vol.33 No.1

알루미늄 합금의 복사방열향상을 위한 코팅연구

서미희(Mihui Seo),김동현(Donghyun Kim),이정훈(Junghoon Lee),정원섭(Wonsub Chung) 한국표면공학회 2013 한국표면공학회지 Vol.46 No.5

The aim of the present study was to improve the radiative heat dissipation of aluminum alloy, Al 1050. Resin/CuO coating and Cu/CuO composite plating were applied on aluminum alloy to improve the radiative heat dissipation. Resin/CuO coating was made using thermosetting silicon resin and Cu/CuO composite plating was made in pyrophosphate copper plating bath. Radiant heat flux(W/㎡) was measured by self-produced radiant heat measurement device to compare each specimen. The cross section of specimen and chemical bonding of surface were analyzed by FE-SEM, XPS and FT-IR. As a result, radiant heat of Resin/CuO coating was higher than Cu/CuO composite plating due to the adhesion with aluminum plate and the difference in chemical bonding. But, Both of them were higher than aluminum alloy. In order to confirm the result of experiment, aluminum plate, Resin/CuO coating and Cu/CuO composite plating sample were applied LED and measured the LED temperature. As a result, LED temperature of samples were matched previous results and confirmed coated samples were lower about 10 degrees than the aluminum alloy.

과학기술위성 3호 탑재를 위한 저전력 홀 추력기 개발 및 시험

이종섭(Jongsub Lee),서미희(Mihui Seo),선종호(Jongho Seon),최원호(Wonho Choe) 한국추진공학회 2009 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2009 No.11

홀 추력기는 전기추력기의 한 종류로 비교적 간단한 구조와 높은 추력밀도 및 비추력으로 소형위성에 적합하다고 판단되어 주목받고 있으며, 이에 국내에서도 과학기술위성 3호의 핵심기술로 선정되어 자체 개발 중에 있다. 여러 요구조건 분석을 통해 입력전력 300 W, 추력 10 mN, 추력효율 35% 및 비추력 1000 s이 개발목표로 설정되었으며, 이를 만족하는 추력기의 개발을 위해 다양한 구조의 프로토타입 제작 및 실험을 수행하였다. 그 결과 현재까지 약 290 W 입력전력과 0.97 mg/s의 제논 연료유량에서 11 mN의 추력을 37%의 추력효율로 얻는 만족할만한 결과를 얻었다. Low power Hall thruster is under development as one of the core technologies for STSAT-3. The Hall thruster has several advantages such as its simple structure, high thrust density and specific impulse etc. Development target values deduced by analyzing requirements are consumed electrical power, thrust, thrust efficiency, and specific impulse of < 300 W, > 10 mN, ~ 35%, and > 1000 s, respectively. In order to achieve the target specifications, two prototype Hall thrusters were developed and compared. To date, thrust and efficiency are 11 mN and 37% under the total power of 290 W with 0.97 mg/s Xe propellent supply.

Ka-대역 추적 레이더용 전원공급기 개발

이동주,안세환,주지한,권준범,서미희,Lee, Dongju,An, Se-Hwan,Joo, Ji-Han,Kwon, Jun-Beom,Seo, Mihui 한국인터넷방송통신학회 2022 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.22 No.5

밀리미터파 추적 레이더는 다양한 환경조건에서 운용하므로 입력전압의 큰 변동에도 안정적인 출력전원을 공급하는 전원공급기가 필요하며, 송수신기에 고품질의 전원공급을 위해 낮은 잡음레벨 특성을 가져야 한다. 본 논문에서는 Ka-대역 추적 레이더에 적용하기 위한 최대 출력 727 W급의 소형 전원공급기 설계 및 구현방안에 대해 기술한다. 전압안정도 및 효율 요구사항을 충족하기 위해 buck 타입의 DC-DC 컨버터의 윗면이 전원공급기의 커버와 맞닿게 배치하여 방열효율을 극대화하였다. 최대 부하 조건에서 시스템 효율 88.4 %, 전압정밀도 ±2 %, 잡음레벨은 전압값의 1 % 이내임을 확인하였다.

우주탐사를 위한 kW급 Hall 추력기의 연구개발

선종호(Jongho Seon),김호락(Ho-Lak Kim),서미희(Mihui Seo),최원호(Wonho Choe),이해준(Hae June Lee),강성민(SeongMin Kang),김연호(Yeonho Kim),추원교(Wongyo Choo),정연황(Yun-Whang Jung) 한국추진공학회 2012 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2012 No.11

우주탐사를 위한 인공위성의 효율적인 궤도천이를 위해서는 높은 비추력의 추력기가 필요하며, 이러한 목적을 달성하기 위한 kW급 Hall 방식 전기추력기의 연구개발에 관하여 요약하였다. 본 연구에서는 기초 연구로써 외국의 우주탐사용 추력기 연구사례를 조사하고 국내 기술보유 현황 및 개발 사례를 조사하여 kW급 홀 추력기의 초기 개념설계를 수행하였다. 실험실에서 시연을 위한 프로토타입kW급 홀 추력기를 설계하고 추력기의 자기장 구조 및 가속채널의 물질변화에 따른 운용시험을 하였고, 자체적으로 개발한 추력 측정장치와 플라즈마 진단장비를 이용하여 초기 목표한 결과를 달성하였음을 확인하였다. 또한 가속기 채널의 수치모사를 위해 개발한 수치해석 도구를 이용하여 추력기 내부에서의 물리적 현상을 연구하였다. 추력기의 안정적인 전원공급을 위해서 고출력의 전원공급부를 설계하고 출력 효율 및 보호회로 기능 검증을 선행 완료하여 핵심 기능들이 성공적으로 구현되었음을 확인하였다. 연료부의 시스템은 부피를 줄이고 비용을 절감할 수 있도록 설계하였으며 시험모델의 제작을 통해 유량밀도를 높일 수 있는 축압탱크 및 밸브를 선정할 수 있는 근거를 마련하고 공급 연료유량의 상관관계를 검증하였다. For efficient orbital transfer of satellite intended for space exploration, it is necessary to have a high specific impulse thrusters. In this paper, development of a kw-class Hall-effect thruster is presented. As a basic study, trend of the thruster development across the globe is first examined, followed by a study of domestic status of core technology development. A laboratory model of prototype kw Hall effect thruster is designed. Parametric investigation of magnetic field of the thruster and wall material has been performed. The laboratory testing made with developed thrust stand and plasma diagnostics suggests that the achieved performance of the laboratory thruster exceeds the initial design specification. Numerical simulation of is also performed for understanding of physics operating between the plasma and the thruster wall. The electrical power supply is developed taking onto consideration of efficiency of power conversion and protection of circuits. The fuel supply is also developed under the limitation of mass and budget resources. The fuel supply provides a guideline for selecting the flight model components and the correlation between the thruster performance and flow rates.

W-대역 전력증폭 및 저잡음증폭 MMIC의 국내개발 및 모듈 제작 결과

김완식,이주영,김영곤,유경덕,김종필,서미희,김소수,Kim, Wansik,Lee, Juyoung,Kim, Younggon,Yu, Kyungdeok,Kim, Jongpil,Seo, Mihui,Kim, Sosu 한국인터넷방송통신학회 2021 한국인터넷방송통신학회 논문지 Vol.21 No.3

소형 레이더 센서에 적용할 목적으로 W-대역의 핵심부품인 전력증폭 MMIC 칩 및 스위치 및 저잡음 증폭 MMIC 통합 칩을 국내설계하고 각각 OMMIC사의 60nm GaN 공정과 Winsemi.사의 0.1㎛ GaAs pHEMT 공정으로 제작하고 이를 모듈화하였다. 국내개발 MMIC 중에서 W-대역 전력증폭 MMIC는 송신모듈로 제작후 출력 값 27.7 dBm로 측정되었고, 스위치와 저잡음증폭 통합 MMIC는 수신모듈로 제작후 잡음지수는 9.17 dB로 분석 결과와 근사한 측정 결과를 보였다. 또한 온도 시험을 통해서 그 결과를 분석하였는데 송신모듈은 고온에서 상온과 출력에서 1.6 dB 편차를 보였고 수신모듈은 고온과 저온 모두 포함하여 2.7 dB의 편차를 보였으나 상온과 비교하여서는 1.4 dB 상승하였다. 온도시험까지를 포함하는 결과를 확인한 바와 같이 소형 레이더 센서의 송수신기에 W-대역 국내 개발 MMIC 칩을 적용 가능할 것으로 판단된다. For the purpose of Application to the small radar sensor, the MMIC Chips, which are the core component of the W-band, was designed in Korea according to the characteristics of the transceiver and manufactured by 60nm GaN and 0.1㎛ GaAs pHEMT process. The output power of PA is 28 dBm at center frequency of W-band and Noise figure is 6.7 dB of switch and LNA MMIC. Output power and Noise figure of MMIC chips developed in domestic was applied to the transmitter and receiver module through W-band waveguide low loss transition structure design and impedance matching to verify the performance after the fabrication are 26.1~27.7 dBm and 7.85~10.57 dB including thermal testing, and which are close to the analysis result. As a result, these are judged that the PA and Switch and LNA MMICs can be applied to the small radar sensor.

소형위성용 300 W급 원통형 홀 추력기의 추력부 개발

강성민(Seongmin Kang),김연호(Younho Kim),선종호(Jongho Seon),이종섭(Jongsub Lee),서미희(Mihui Seo),최원호(Wonho Choe) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.5

소형 인공위성에 적합한 300 W 급 원통형 홀 추력기의 추력부를 개발하였다. 추력부 채널 내부에서의 자기장 분포는 추력 성능을 좌우하는 주요한 변수이다. 자기장 구조가 다른 두 종류의 추력부를 설계하고 제작하여 추력 및 효율에 대한 비교 측정 시험을 수행하였다. 또한 내구성 시험을 수행하여 추력부의 안정된 작동 시간과 작동 후 발생하는 문제점에 대한 결과를 얻었다. The thruster head unit of a 300 W cylindrical Hall thruster was developed for the propulsion system of small satellites. The magnetic topology in the thruster channel is a key parameter to achieve high performances. Two types of magnetic circuit structures were designed and manufactured to compare the thrust levels and efficiencies. Also the endurance test was conducted to measure the stable operation duration of the thruster head and to find degree of erosion after extended operation.

소형위성의 궤도천이 및 보정을 위한 홀 추력기의 설계

선종호(Jongho Seon),강성민(Seongmin Kang),김연호(Yonho Kim),전은용(Eunyong Chun),최원호(Wonho Choe),이종섭(Jongsub Lee),서미희(Mihui Seo) 한국항공우주학회 2009 韓國航空宇宙學會誌 Vol.37 No.5

소형 인공위성의 궤도천이 및 보정을 위하여 추력이 약 10 mN이고 비추력이 1500 s인 홀 방식 전기추력기를 설계하였다. 개발된 추력기는 홀 방식의 추력부, 전력공급부 및 연료 공급부로 구성되어 있고, 무게, 소모전력 및 효율은 각각 10 ㎏, 300 W 및 30%정도이다. 개발된 추력기 시스템에 대한 간략한 소개를 홀 방식의 추력기를 선택하게 된 배경해석과 함께 기술하였다. A small Hall-effect thruster with a thrust range near 10 mN and a specific impulse of about 1500 s has been designed to control or maintain the orbits of small satellites. The thruster system consists of a hall-effect thruster head, a power processing unit and a Xenon (Xe) gas feed system. The total mass, the consumed electric power and the efficiency of the thruster are approximately 10 ㎏, 300W and 30%, respectively. Analyses results that support the selection of the thruster for small satellites are provided along with a brief description of the thruster system.