위성 안테나 및 비균질 대기권을 고려한 우주 전파 해석 - 김창성 (The Graduate School, Ajou University, 2021)
지구를 공전하는 인공위성과 지상국 간의 통신에서, 전자파는 굴절, 감쇠, 지연 등의 대기 전파 영향을 받게 된다. 최근 인공위성과 지상국 간 대기권에서의 감쇠, 굴절, 지연 등을 예측하는 연구가 진행되었다. 하지만 실제 위성의 궤도 및 탑재 안테나를 고려한 연구는 수행되지 않았기 때문에, 이를 위해 위성 안테나 및 비균질 대기권의 해석이 요구된다. 본 논문에서는 위성 반사판 안테나의 복사 특성과 비균질 대기권 특성을 물리광학법, 광선추적법, 기하광학법으로 고려하여 해석하였다. 반사판 안테나는 급전부, 반사판으로 나누고, 급전 혼안테나에서 방사된 전자기장 성분을 이용하여 반사판 위에서 표면 전류를 계산하였다. 반사판은 focal length, 직경, 급전 구조에 따라서 형상이 결정되고, 원통좌표계의 반지름, 높이에 따라 수많은 표면으로 분할된다. 대기권 환경은 분할된 표면에서 표면등가전류에서 복사전자기장을 포함하는 전자기파 광선을 생성하여 해석한다. 대기권은 고도에 따라서 다수의 층으로 분할되고, 분할된 층에서의 굴절률은 측정된 기상정보를 이용하여 계산된다. 위성에서 지상국까지의 광선 전자기장 및 경로는 분할된 대기층을 통과할 때마다 층의 경계에서의 굴절률, 입사각을 이용하여 계산된다. 경로의 수렴을 위해 목표 관측점과 광선의 최종 도달 지점의 오차가 0.01 파장 미만이 되도록 광선 발사 각도를 수정하는 과정이 반복된다. 광선의 경로가 결정되면, 편파를 고려한 투과파 계산과 기하광학법을 이용한 전자기장 계산이 수행된다. 본 논문에서는 고주파 수치해석 기법을 이용하여, 위성 안테나 및 비균질 대기권 환경을 고려한 위성-지상국 간의 전파를 해석하였다. 본 방법을 통해 위성에서 지상국까지의 전파 특성을 정확하게 추정해야하는 항법, 감시, 별자리 네트워크 등의 위성 임무에 유용하다.
학위논문(박사)--아주대학교 일반대학원 :AI융합네트워크학과,2021. 8
Keywords: 광선추적법; 기하광학법; 우주전파해석