로데슈바르즈와 Greenerwave, 니어필드 기술로 ESA 안테나의 고정밀·고속 특성 측정 구현
로데슈바르즈와 Greenerwave는 니어필드(Near-field) 시스템을 통해 50cm SATCOM용 ESA(Electronically steerable Array, 전자식 빔 조향 배열) 안테나의 전체 방사 패턴에 대한 협력 측정을 시연했다. 이번 시연을 통해 ESA 안테나의 전체 방사 패턴을 단 30분 만에 측정할 수 있음을 성공적으로 입증했다. 측정 결과는 시뮬레이션과 1 dB 이내로 일치하여, 안테나 성능 검증을 위한 빠르고 신뢰성 높은 방법임을 증명하였다. 이러한 결과는 대형 챔버 제약을 겪는 SATCOM 제조업체에게 효율적이며, 비용 절감형인 테스트 방안을 제시한다.
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ESA(Electronically steerable Array, 전자식 빔 조향 배열) 안테나는 최신 SATCOM 시스템의 핵심 구성 요소로 자리잡고 있다. LEO, MEO, GEO 궤도에서 안정적인 운용을 위해서는 방사 패턴에 대한 정확한 이해가 필수적이다. 그러나 기존의 파필드(Far-field, 원거리장) 측정 방식은 안테나 개구면(Antenna Aperture)의 크기가 50cm 이상인 Ku 또는 Ka 대역에 대해 비현실적으로 큰 챔버를 요구한다. CATR(Compact Antenna Test Range) 또한 여전히 크기가 큰 뿐만 아니라, 방사 패턴 측정을 위해 AUT를 이중 축으로 이동해야 하기 때문에 측정 시간이 길어지는 어려움이 있다.
로데슈바르즈와 Greenerwave는 최근 진행된 협력 측정을 통해 ESA 안테나 테스트 분야에서 중요한 성과를 달성했다. 이를 통해 니어필드에서 높은 정확도의 방사 패턴 측정을 구현함과 동시에 측정 시간을 크게 단축했다. Greenerwave의 혁신적인 SATCOM 단말은 RIS(Reconfigurable Intelligent Surfaces) 기술에 기반하며, 기존 방식 대비 전력 소비와 반도체 의존도를 줄이면서 고성능 연결을 제공하는 ESA 안테나를 구현한다.
이번 협력 측정에서는 로데슈바르즈의 코니컬 컷(Conical cut) 포지셔너와 R&S ZNA 벡터 네트워크 분석기를 포함한 R&S TS8991 OTA & 안테나 측정 시스템이 사용되었다. 측정은 TS8991 시스템을 통해 RIS 기반 빔포밍을 사용하는 Greenerwave의 Passive Single-aperture ESA 안테나를 평가하는 것으로 진행됐다. 해당 AUT(Antenna Under Test)는 50 x 50cm 개구면을 가지며, 저전력 소비와 간편한 통합을 목표로 설계되었다.
측정은 극각(Polar angle) 120도까지의 확장된 상반구 영역을 1도 간격으로 진행되었다. 시스템의 하드웨어 트리거 기능을 활용한 측정으로 10개의 Ku 대역 주파수를 총 32분 만에 측정 완료했다. 데이터는 R&S AMS32 안테나 측정 소프트웨어로 처리되었으며, FIAFTA 근접장-원거리장 변환 알고리즘(Near-field-to-far-field transformation algorithm)이 적용되었다.
수치 트윈 모델(Numerical twin model)에 기반한 시뮬레이션과 Greenerwave의 CATR 측정 결과를 비교한 결과, 최대 이득 또는 지향성 차이는 최대 1 dB, 일반적으로는 0.3 dB 수준으로 나타났으며, 이를 통해 니어필드 측정의 정확성이 입증되었다. 결과 데이터는 CST Microwave Studio 또는 MATLAB과 같은 다양한 툴을 통해 추가 분석이 가능하다.
이번 실험 결과는 대형 SATCOM 안테나도 니어필드 기반 R&S TS8991 시스템을 통해 빠르고 정확하게 특성 측정이 가능함을 보여주며, 대형 파필드 챔버 또는 CATR에 대한 실용적인 대안을 제공한다. 이 구성은 고속 데이터 및 유연한 빔 제어가 필요한 광대역, IoT, 백홀 안테나 테스트에도 활용이 가능하다. 또한 실험 환경에 쉽게 통합할 수 있으며 테스트 주기를 단축하고 전체 개발 비용을 절감할 수 있다.
Rohde & Schwarz의 위성 테스트 솔루션에 대한 자세한 정보는 다음에서 참조할 수 있다: https://www.rohde-schwarz.com/solutions/satellite-testing/satellite-testing_233626.html
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