3D 프린터를 이용한 저궤도 위성용 도파관 필터 설계
- 서예준
- 인천대학교
- 작품구분일반형
- 공개여부비공개
- 카테고리전자
- 등록일2018-11-28
- 팀원(공동개발자)이창형, 노경훈
- 출품 경진대회2018년 -2학기 산학 캡스톤디자인 경진대회(학생팀 & 멘토 모집)
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상세설명
1. 수행배경
2017년 9월, 한국항공우주연구원에서 발표한 정책 브리핑 자료에 따르면, 영국의 Airbus D&S에서 금속 3D 프린팅 기술을 활용하여 3D 프린팅 RF 필터를 개발했으며 우주환경 시험을 거쳐 우주인증 모델(QM)임을 검증했다. Airbus D&S의 연구 결과에 따르면, 금속 프린팅으로 개발된 RF 필터의 장점은 기존 두 개의 세그먼트로 제작 및 조립되는 공정을 거치지 않고 일체형 구조로 설계할 수 있어 고정 부품이 필요 없으므로 무게가 줄어든다는 것과 3D 프린터로 출력 시에 내부와 외부의 윤곽이 거의 동일하므로 꼭 필요한 금속만이 사용되어 비용절감이 가능하며 조립과 후공정 감소로 인한 제작 시간의 감소가 있다. 이와 같은 성과가 동기가 되어 본 연구를 진행하게 되었다.
2. 수행기간
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날짜 |
지도내용 |
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2018/10/10 |
1. 수행할 내용에 대한 협의 2. 목표 설정 및 요구 사항 설정 3. 제안하는 구조의 장점 도출 |
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2018/10/14 |
1. 기본적인 공진기 개념 교육 2. 대역통과여파기에 대한 개념 공부 3. 설계할 필터의 개념도 공유 4. 밀링 공정 기반의 제작된 필터 결과
공유 |
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2018/10/25 |
1. 4차 필터의 개념 정리 2. 전송영점에 대한 개념 교육 3. 필터 튜닝 방법 공유 및 필터 튜닝 |
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2018/11/5 |
1. 3D 프린팅 방법 및 구조에 대한 논의 2. 필터 기본서를 바탕으로 필터 이론 학습 |
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2018/11/9 |
1. 3차원 프린터로 제작된 필터 금속 스프레이를
통해 도금 2. 제작된 필터의 측정을 위한 준비작업 |
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2018/11/19 |
1. 3차원 프린터로 제작된 필터 측정 및
결과 도출 2. 졸업논문 작성 및 발표지도 |
3. 개발작품 설명
본 연구에서는 정지궤도위성 신호 수신용 L-Band 대역 필터 특성을 가지는 도파관의 소형, 경량화 설계를 위한 3D 프린팅 제작 가능성에 대한 연구를 진행한다. CST MWS를 통해 제작된 정지궤도위성 신호 수신용 L-Band 대역 도파관 필터는 정지궤도위성에서 사용되는 RF 통신시스템에 적합한 특성을 유도하기 위하여 높은 Q(Quality Factor)를 가지는 4차 결합구조 공진타입으로 제작되었으며, MWS의 S-parameter 그래프를 통해 원하는 대역인 1.69 GHz에서 대역통과 특성을 나타내는 것을 확인하였다. 본 논문에서는 기계적 밀링공정을 사용하여 제작되는 기존의 공진기 필터 제작방식과 탑재체의 경량화가 가능한 RP(Rapid Prototyping) 공정을 사용하여 두 탑재체를 비교, 분석한다. 논문에서 제작된 적층형 RP 공정 출력물은 MakerBot 社의 Replicator Z18 3D Printer를 사용하여 PLA(Polylactic Acid)를 원료로 출력되었으며, 출력물에 금속성을 나타내기 위해 MG Chemicals 社의 843-360G가 출력물 전체에 도포되었다. 제작된 필터의 성능은 Anritsu 社의 VNA(Vector Network Analyzer)를 이용하여 측정되었으며, RP 공정으로 제작된 3D 프린팅 필터의 목표 대역통과특성을 나타낼 수 있는지 확인하였다.
4. 활용방안
본 연구에서 제시한 정지궤도위성 탑재체용 L-Band 대역통과 필터는 위성 발사시 충격과 진동을 견딜수 있는 캐비티 형태로 구현되었으며 위성통신시 요구되는 필터특성을 얻었다. 금속 절삭공정시 제작 비용을 본 연구에서 나타난 RP(Rapid Prototyping) 공정으로 할 시 많은 제작 비용을 절감할 수 있는 사실을 확인할 수 있다. 또한 튜닝 스크류를 이용해서 다른 주파수 대역에서 요구되는 특성들을 다른 제작과정 필요 없이 나타낼 수 있는 점을 보았을 때 저비용 양산 가능성도 볼 수 있었다.
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