가우시언 빔 전송 이론을 이용한 빔 결합 특성 해석

한석태(Seog-Tae Han),강지만(Jinman Kang),이정원(Jeong-Won Lee),제도흥(Do-Hyung Je),정문희(Moon-Hee Jung),김수연(Soo-Yeon Kim),위석오(Seog-Oh Wi) 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.11

본 논문에서는 밀리미터파 수신 시스템의 준광학계 회로에서 발생되는 3가지 빔 결합 손실에 대하여 가우시언 빔 전송 이론을 기반으로 심도 있게 검토하였다. 첫째, 준광학 시스템에 의하여 형성된 각각의 빔 허리와 그들의 위치가 서로 일치되지 않았을 때 발생되는 빔 결합 손실에 대하여 분석하였다. 빔 허리의 크기를 3 이상으로 설계하면 빔 광축 방향에 대한 빔 허리 크기와 그 위치의 불일치에 의한 빔 결합 손실을 최소화 시킬수 있다. 둘째, 준광학 회로에서 서로 다른 두 빔 축의 기울어짐과 각도상의 비정렬에 의한 빔 결합 손실을 해석하였다. 기울기 각도와 정렬에 의한 빔 결합 손실을 고려할 때 빔 허리의 크기가 작을수록 유리함을 알 수 있다. 마지막으로 광축 방향에 대하여 측면 방향으로 하나의 광축이 치우쳐 있는 경우의 결합 손실을 검토하였다. 치우침을 감안한 설계 빔의 반경은 최소한 3  이상이 되도록 설계되어야 한다. In this paper, three kinds of beam coupling losses which occur in a quasi-optics circuit for millimeter wave receiver system have been intensively investigated. First, the beam coupling losses which are caused by mismatch of beam waists radii and their positions between those of one and the other have been evaluated. It shows that beam coupling losses due to mismatch of beam waists radii and their positions between two quasi-optics circuits can be minimized if beam waist radius is chosen as larger than 3 times the operation wavelength. Second, the beam coupling losses have been studied when the axis of propagation of one beam is tilted with respect to that of the other beam. It is noted that smaller beam waist radius results in greater tolerance to tilts and angular misalignments. Third, the beam coupling cases in which two beams are offset if their axes of propagation are parallel but one is displaced relative to the other have been investigated. It is confirmed that beam waists radii with larger than 3 times operation wavelength are less sensitive to lateral offsets.

카세그레인 안테나용 가우시안 빔 가이딩 시스템 설계

한석태(Seog-Tae Han),이정원(Jeong-Won Lee),강지만(Jiman Kang),정문희(Moon-Hee Chung),제도흥(Do-Heung Je) 한국전자파학회 2015 한국전자파학회논문지 Vol.26 No.10

밀리미터파 및 서브 밀리미터파 전파천문학용 전파망원경은 주로 카세그레인 형태의 안테나를 사용한다. 다양한 전파천문학 연구를 위해서 한 개의 카세그레인 안테나에 여러 개의 수신대역을 갖는 수신기가 설치된다. 한 개 이상의 수신 대역을 관측하기 위해서는 여러 개의 수신기가 우주전파를 관측할 수 있는 빔 가이딩 시스템이 반드시 필요하게 된다. 이러한 빔 가이딩 시스템은 가우시안 빔 전송이론을 기반으로 준광학 회로로 구성된다. 본 논문에서는 가우시안 빔의 간략한 전송이론을 기반으로 한 가우시안 빔의 변환 방법과 가우시안 빔을 전송하기 위한 빔 전송회로 설계 기법을 제시한다. 이 설계기법을 이용하여 카세그레인 안테나에 적용되는 가우시안 빔 회로 설계와 설계 결과를 기술한다. 마지막으로 준광학 회로 구성부품인 타원면경, 유전체 렌즈 및 혼의 제원 결정에 대하여 기술한다. 제안된 방법을 이용하면 카세그레인 안테나 빔 가이딩 시스템을 간단히 설계할 수 있을 것으로 기대된다. A radio telescope which has been dominantly used for millimeter and submillimeter wave radio astronomy is a cassegrain antenna. A various receivers with specified observing bandwidths are installed on cassegrain antenna so as to carry out to investigate a diverse radio astronomy. A beam guiding system should be required so that a various receiver can be conducted their own observational frequency bands. The beam guiding system based on Gaussian beam transmission theory consists of quasi-optical circuit used such ellipsoidal mirror, dielectric lens and feed horn. In this paper, not only Gaussian beam transformations based on Gaussian beam theory are presented, but also design techniques for quasi-optical circuit are given. By using proposed design techniques, both Gaussian beam quasi-optical circuits to be used for cassegrain antenna and design results are also described. Properties of key focusing elements such ellipsoidal mirror and dielectric lens and feed horn are also discussed. It is expected that beam guiding system to be applied cassegrain antenna could be easily designed by using proposed design techniques.

100/150GHz 대역용 이중채널 SIS수신기의 준광학계 설계, 제작 및 측정

박종애,한석태,김태성,김광동,김효령,정현수,조세형,양종만,Park, Jong-Ae,Han, Seog-Tae,Kim, Tai-Seong,Kim, Kwang-Dong,Kim, Hyo-Ryong,Chung, Hyun-Soo,Cho, Se-Hyung,Yang, Jong-Mann 대한전자공학회 1999 電子工學會論文誌, D Vol.d36 No.8

100GHz와 150GHz 대역의 우주전파를 동시에 관측하기 위한 준광학계가 설계, 제작되었다. 밀리미터파 및 서브밀리미터파 대역의 전송수단으로 널리 이용되고 있는 준광학계는 가우시안 빔으로 해석된다. 따라서 가우시안 빔 이론을 이용하여, 광대역 주파수 범위에서 주로 사용되는 영상 빔 방법으로 준광학계를 해설한다. 이중채널 준광학계는 두 대역의 전파를 동시에 관측하기 위해서, 두 개의 빔을 유도하는 시스템이다. 따라서 두 빔을 유도하기 위한 준광학계와 준광학계를 구성하는 각 부품은 영상 빔 방법을 이용하여 설계하였다. 이러한 설계를 바탕으로 준광학계의 각 소자들이 제작되었고, 전체 시스템이 구현되었다. 제작된 준광학계는 자체에서 제작한 빔 측정장치를 이용하여 측정함으로써, 설계에 대한 검증과 정확한 제작여부를 확인하였다. 그리고 제작된 시스템은 이중채널 수신기에 설치되어, 우주전파를 동시에 성공적으로 관측함으로써 그 성능이 입증되었다. We have designed and tuilt the quasioptical system for the dual channel receiver which is used for the simultaneous observation of the cosmic radio with 100GHz band and 150GHz band. The quasioptical system has been widely used to guide the beam for the millimeter and submillimeter waves. A Gaussian distribution of field and power transverse to their axis of propagation allow the simple and elegant theory of Gaussian quasioptics. Using the theory of Gaussian beam, we introduced the analysis of image beam which is applied for a wide range of frequency. In order to guide two beams from the Cassegrain antenna simultaneously, the quasioptical system and its components for the dual channel receiver were designed by using the image beam method. We have checked the characteristics of the quasioptical components and the system by using the heam measurement system, which is made by us. The quasioptical system has been installed in the dual channel receiver on the Cassegrain antenna. The performance of this system has been finally confimed through the successful simultaneous observation with two bands of the cosmic radio.

85~115GHz 전파망원경용 컬러게이트 급전 혼 제작

손태호,한석태,Son, Tae-Ho,Han, Seog-Tae 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.6

밀리미터파 대역에서 동작하는 컬러게이트 혼 안테나의 설계법을 나타낸다. 컬러게이트 혼 설계에 있어서 가장 중요한 하이브리드 조건을 계산한다. 본 논문에서는 파장이 짧은 밀리미터파에서 평형 하이브리드 모드의 변환과 제작이 가능한 크기의 컬러게이트 프로파일을 구한다. 모드 이론을 적용하여 혼 내부 및 컬러게이트 내 전자계를 유도한다. 혼의 전파 특성은 모드 임피던스 정합과 경계 조건으로부터 계산하고, 혼 개구면 전자계로부터 Kirchhoff-Hyugen 원리를 적용하여 방사 전자계를 구한다. $85{\sim}115GHz$ 대역에서 동작하는 밀리미터파 컬러게이트 혼 안테나를 설계하고, 전기 포밍 방식으로 제작한다. 측정 결과, 동작 주파수 대역에서 1.3:1 이하의 VSWR과 주파수 85, 100 및 110 GHz에서 각각 9.2, 9.16 및 9.02도의 반치각이 측정됨으로써 이론적 결과와 잘 부합되고 있음을 보인다. Design procedure of corrugated horn antenna for the mm-wave frequency range is presented, and hybrid condition in horn is calculated. In this paper, corrugate profiles of horn which satisfy both transition to balanced hybrid condition and fabrication possibility under the mm-wave short wavelength are obtained. Electromagnetic fields inside horn and corrugation are derived by the cylindrical mode theory. Propagation characteristics in the horn are calculated by the mode impedance matching method with boundary conditions, and radiation fields are obtained by the Kirchhoff-Hyugen principle to the horn aperture fields. A mm-wave corrugated horn antenna which operates on $85{\sim}115GHz$ is fabricated by electric forming method. Measurements show that VSWR is under 1.3:1 over whole band and the half power beamwidth on radiation pattern 9.2, 9.16 and 9.02 degree on 85, 100 and 110 GHz are agree well with theoretical calculation.

편파 회전을 이용한 100/150 GHz 대역용 단측파대 여파기의 제작 및 성능측정

박종애,한석태,김태성,김광동,김효녕,정현수,조세형,양종만,Park, Jong-Ae,Han, Seog-Tae,Kim, Tai-Seong,Kim, Kwang-Dong,Kim, Hyo-Ryong,Chung, Hyun-Su,Cho, Se-Hyung,Yang, Jong-Man 대한전자공학회 1999 電子工學會論文誌, D Vol.d36 No.2

We have made the single side hand filter for the dual channel receiver which is a heterodyne receiver to observe the cosmic radio waves with 100GHz band ranged from 85GHz to 115GHz and 150GHz band ranged from 125GHz to 175GHz simultaneously. We have introduced the filter theory using the principle of the Martion-Puplett interferometer, which has the characteristics of rotated polarization. To reduce the loss of the transmission and beam coupling which are caused from the path difference associated with the intermediate frequency the design and the implementation have been intensely considered. The receiver needs two filters with different characteristics each other. Because each of them has the optimum positions as a function frequency at which the signal frequency is fed to mixer and the image frequency is rejected to the image termination load. The intermediate frequency and its band width have been also evaluated. We have measured the property of two filters using the vector network analyser and the beam measurement system which is made by us. The responses of the filter as a function of the position and the frequency are compared with the theory. It is shown that not only the measured values are very close to the theoretical values, but also the image rejection ratios are better than 22dB for both filters. Through successful observation using a dual channel receiver with two manufactured filters, the performance of the filters has finally verified. 85-115GHz 주파수 범위의 100GHz 대역과 125-175GHz 주파수 범위를 갖는 150GHz 대역을 동시에 관측하기 위한 헤테로다인 방식의 이중채널 수신기에 사용될 단측파대 여파기의 이론을 제시하고 이를 근거로 설계, 제작한 후 성능을 측정하였다. 여파기의 이론은 편파 회전 특성을 갖는 Martin-Puplett 간섭계의 원리를 도입하여 전개하였다. 설계와 제작은 빔의 전송손실을 최소화하고 중간주파수와 관련된 경로차를 고려하여 두 빔의 결합 손실을 최소화하는데 주안점을 두었다. 두 주파수 대역을 동시에 관측하기 위해서는 우주전파가 각각 다른 빔의 경로로 전송되어야 하므로 두 개의 단측파대 여파기가 각각 제작되었다. 주파수에 따른 여파기의 이론적인 최적 경로차와 중간주파수 및 대역폭을 계산하였다. 네트웍 분석기와 자체에서 제작한 빔 측정장치를 이용하여 여파기의 성능을 측정하고 이론치와 비교하였다. 주파수에 따른 최적 경로차에 대한 이론치와 측정치를 비교해 본 결과 거의 일치하는 특성을 보여 제시된 설계 이론의 타당성과 정밀한 제작이 검증되었고, 두 대역 여파기의 이미지 제거비는 약 22dB이상을 갖는 우수한 성능을 보였다. 제작된 여파기는 이중채널 수신기에 설치되어 우주전파를 성공적으로 관측함으로서 그 성능이 입증되었다.

KVN 자료획득을 위한 디지털 처리 시스템

오세진,노덕규,정현수,한석태,최한규,OH SE-JIN,ROH DUK-GYOO,CHUNG HYUN-SOO,HAN SEOG-TAE,Wajima Kiyoaki,Saso Tetsuo,Kawaguchi Noriyuki,Ozeki Kensuke,CHOI HAN-GYU 한국천문학회 2004 天文學論叢 Vol.19 No.1

This paper describes the digital back-end system for getting the data to analyze the user observation mode by digitalize the analog data after receiving the space radio using the radio telescope, The received analog data will be digitalized by high-speed sampler with 1 Gsps for 4 channel frequency band of millimeter wave, and the digital data will be transported through the fiber-optic digital transmission system and WDM(wavelength division multiplex) to observation building, The wideband digital FIR(Finite Impulse Response) filters analyze the data for user observation mode to record the data in high-speed recorder with 1 Gbps. In this paper, we introduce the overall system configuration and features combined by various information and communication technology in radio astronomy briefly, which will be adopted by KVN(Korean VLBI Network).

우주전파 관측용 400MHz 대역 자기 상관분광기 설계 및 제작

이창훈,최한규,김광동,한석태,김태성,변도영,구본철,Lee, Chang-Hoon,Choi, Han-Kyu,Kim, Kwang-Dong,Han, Seog-Tae,Kim, Tae-Sung,Byun, Doo-Young,Koo, Bon-Chul 한국천문학회 2003 天文學論叢 Vol.18 No.1

This paper is the research and development including the system design and the prototype system building of the 400MHz wide-band digital autocorrelation spectrometer system for radio astronomy observation, which will be used as back-end signal processing unit of the Dual channel SIS receiver at Taeduk Radio Astronomy Observatory. So in this paper, we performed development of the high speed digitizing sampler, the circular memory buffer, and the correlator module for the 400MHz wide-band digital autocorrelator. This developed system will be use at TRAO after the housing and some calibration.

우주전파 관측용 400㎒ 대역 자기상관분광기 설계 및 제작

이창훈(Changhoon Lee),최한규(Han-Kyu Choi),김광동(Kwang-Dong Kim),한석태(Seog-Tae Han),정문희(Mun-Hee Chung),김태성(Tae-Sung Kim),구본철(Bon-Chul Koo) 대한전기학회 2003 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2003 No.11

85~115 ㎓ 전파망원경용 컬러게이트 급전 혼 제작

손태호(Taeho Son),한석태(Seog-Tae Han) 한국전자파학회 2008 한국전자파학회논문지 Vol.19 No.6

밀리미터파 대역에서 동작하는 컬러게이트 혼 안테나의 설계법을 나타낸다. 컬러게이트 혼 설계에 있어서 가장 중요한 하이브리드 조건을 계산한다. 본 논문에서는 파장이 짧은 밀리미터파에서 평형 하이브리드 모드의 변환과 제작이 가능한 크기의 컬러게이트 프로파일을 구한다. 모드 이론을 적용하여 혼 내부 및 컬러게이트 내전자계를 유도한다. 혼의 전파 특성은 모드 임피던스 정합과 경계 조건으로부터 계산하고, 혼 개구면 전자계로부터 Kirchhoff-Hyugen 원리를 적용하여 방사 전자계를 구한다. 85~115 ㎓ 대역에서 동작하는 밀리미터파 컬러게이트 혼 안테나를 설계하고, 전기 포밍 방식으로 제작한다. 측정 결과, 동작 주파수 대역에서 1.3:1 이하의 VSWR과 주파수 85, 100 및 110 ㎓에서 각각 9.2, 9.16 및 9.02도의 반치각이 측정됨으로써 이론적 결과와 잘 부합되고 있음을 보인다. Design procedure of corrugated horn antenna for the mm-wave frequency range is presented, and hybrid condition in horn is calculated. In this paper, corrugate profiles of horn which satisfy both transition to balanced hybrid condition and fabrication possibility under the mm-wave short wavelength are obtained. Electromagnetic fields inside horn and corrugation are derived by the cylindrical mode theory. Propagation characteristics in the horn are calculated by the mode impedance matching method with boundary conditions, and radiation fields are obtained by the Kirchhoff-Hyugen principle to the horn aperture fields. A mm-wave corrugated horn antenna which operates on 85~115 ㎓ is fabricated by electric forming method. Measurements show that VSWR is under 1.3:1 over whole band and the half power beamwidth on radiation pattern 9.2, 9.16 and 9.02 degree on 85, 100 and 110 ㎓ are agree well with theoretical calculation.

e-VLBI 구현을 위한 네트워크 모델 설계

송민규,변도영,김현구,오세진,한석태,노덕규,이보안,Song, Min-Gyu,Byun, Do-Young,Kim, Hyun-Goo,Oh, Se-Jin,Han, Seog-Tae,Roh, Duk-Gyoo,Lee, Bo-Ahn 한국천문학회 2005 天文學論叢 Vol.20 No.1

e-VLBI was invented to enhance the efficiency of VLBI (Very-Long-Baseline Interferometry) system by transmitting the data via high speed network. Korean VLBI Network (KVN) has a plan to construct e-VLBI system named e-KVN. High speed backbone network and efficient network model are essential to implement successful e-VLBI system. This paper introduces a network model based on PC cluster technology. The present status of high speed backbone network in Korea is overviewed. We suggest that the network link via Korea Advanced Research Network (KOREN) is one of feasible way for e-KVN. We also describe the principles of e-VLBI and protocol for network transmission such as VSI-E (VLBI Standard Interface - Electronic), RTP (Real-Time Transport Protocol) and RTCP (Real-Time Transport Control protocol).