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소은 영
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1 활공각제공시설 (Glide Path) 의 ADU (Antenna Distribution Unit) 개선기법 최용규 * 이창우 ** 김병노 *** 한국공항공사 R/D 사업센터 국문요약 본논문에서한국공항공사는집적화된안테나분배장치 (ADU) 를장착한새로운활공각제공장비 (GP) 를소개할것이다. 이새로운활공각제공장비 (GP) 는좀더높은안정성을위해기존의활공각제공장비 (GP) 가가지고있던기계적인조정포인트및위상조정장치 (Phase shifter) 등의운영상문제점들을개선하였다. 주제어 : 항행안전시설, 활공각제공시설 (GP), 안테나분배장치 논문접수일 : 게재확정일 :

2 항공진흥제 53 호 Ⅰ. 서론 항공기의발명이후기상악화시에도안전한착륙을지원하기위해항행안전시설의개발은지속되어왔으며사고시대형참사로이어지는특성때문에그신뢰성또한매우중대해지고있다. 최근항공기의대형화및고속화로적재능력및항속거리의증대가가능하게되었으며, 항공교통은각종교통기관의중심적위치를점하고그비중은더욱증대해가고있다. 그러나모든교통기관에있어가장중요한것은안전성이다. 항공교통에있어서도항공기의안전운항을확보하기위해각국은자국의항공법을제정하고안전에관한최저기준을규정하고있다. 최근에있어항공교통의이용자가급속도로증가함에따라항공에관한화제나여론도높아가고있으며, 또한항공기의안전에의관심도더욱증가하고일반화되어가고있다. 초기에개발된항행안전시설은오직방위각정보만을제공하여주로항로용으로사용되었으며, 항공기가공항에도달한이후에는수평, 수직, 거리정보와같은입체적인신호를제공할수있는착륙용항행시설개발이필요하였 다. 정책적인지원과함께연구자들의여러시행착오를거쳐서현재와유사한형태의계기착륙시스템 (ILS) 이등장한시기는 1930년대후반이었으며, 성공적인시험과정을거쳐서민간용으로서설치되기시작하였다. 시스템의정밀함이나부품, 외관, 사용주파수등에서현재의시스템과차이는있으나현재까지도당시의시스템구성및원리는계기착륙시스템 (ILS) 의기초가되고있다. 오늘날계기착륙시스템은전세계공항에설치되어낮은운고 (low ceiling) 및저시정 (low visibility) 하에서항공기를공항에안전하게착륙시키는수단을제공하고있어, 악천후로인한공항의서비스중단율을현저히감소시켜, 공항의교통수용능력을향상시키는중요한역할을하고있다. 현재계기착륙시스템은 100m 이하의극히낮은시정에서도항공기착륙을유도할수있으며 (CAT-Ⅲ등급), 인천국제공항은 부터아시아지역최초로 CAT-Ⅲb(RVR 100m) 로운영중이며, 김포국제공항역시 부터 CAT-Ⅲa(RVR 200m) 로운영하고있다. 계기착륙시스템의가장큰특징은입체적인유도신호를항공기에제공한다는점이다. 기본적인구성장비인로컬 64

3 라이저 (Localizer), 글라이드패스 (Glide Path), 마커비컨 (Marker Beacon) 은항공기에게방위각, 활공각그리고착륙지점까지거리정보라는 3차원적인신호를제공하고있다. 이러한유도신호를형성시키기위해서공간변조기법을이용한다. 공간변조는계기착륙시스템의송신기로부터분리되어송출된 CSB(Carrier with Sideband) 와 SBO(Sideband Only) 신호가공간상에서합성되는과정에서이루어지며, 공간변조의개념은계기착륙장비에서매우중요한개념이다. 최근활발한연구와국제표준화가진행되고있는차세대항법시스템인 GNSS 시스템의절차가완성되고안정화될때까지계기착륙시스템은항공기착륙을유도하는유일한시스템이며세계적인수요는다음과같다. < 표 1> 세계 ILS 설치현황구분 LLZ( 대 ) GP( 대 ) Africa Asia CIS EU Middle East North America 1,315 1,161 Oceania South America 총계 3,028 2,772 자료 : Aerodata. Inc, Ⅱ. 기존의 Glide Path의 ADU 구성 서론에서언급된항행안전시설중활공각제공시설 (Glide path) 는 328~335Mhz 의주파수를사용하여 CSB(Carrier with Sideband) 와 SBO(Sideband Only) 신호가공간에서합성및변조되는공간변조를이용한다. GP(Glide Path) 장비는상호동위상이고동일크기인 90Hz 및 150Hz 저주파신호로반송파를진폭변조한신호인 CSB와, 상호크기는같으나역위상인 90Hz 및 150Hz 저주파신호로진폭변조한다음반송파를억압한형식의신호인 SBO 및상호동위상이지만 90Hz 에비하여 150Hz신호가큰신호로반송파를진폭변조하거나 150Hz 신호만으로변조한 Clearance 신호 (CLR CSB) 를, 활주로중심선에서직각측면으로약 120m 떨어진지점에위, 아래수직으로 3개로배열된지향성안테나열 (Antenna Array) 에공급하여전방으로송신하되, 항공기수신기에수신되는신호가 ILS 활공로 (3 ) 하측에서는 150Hz 신호가강하게, 상측에서는 90Hz 신호가강하게, 중심선에서는 90Hz 및 150Hz 신호가동일하도록송신한다. GP는 Null Reference, Sideband Reference 65

4 항공진흥제 53 호 및 Capture Effect 방식의시설이있으며대부분은 Capture Effect 방식의시설이다. 송신안테나가 3개로구성되어있고, Course (Reference) 송신기외에송신주파수가 4~32KHz( 통상 8KHz) 차이가나는반송파를송신하는 Clearance 송신기가추가되어있다. 항공기의활공각도 (Angle) 3 를정확하게만들어주기위해서는 CSB와 SBO 와같은변조신호가안테나를통해서공간으로복사되기전에세개의안테나 (Upper/Middle/Low) 에대한 Power와 Phase를얼마나정확하게맞추어분배해주는지의여부가 Glide path 장비의안정성을결정한다. CSB의신호는 90Hz 와 150Hz가동위상으로합성하여만들고, SBO는 90Hz와 150Hz를역위상으로합성하여만들어진다. 항공기수신기에서는공간에서의 CSB와 SBO의 90Hz 성분과 150Hz 성분의변조도깊이를이용하여활공각을결정하므로세개의안테나에대한 Amplitude 분배및 RF 위상은정확하게맞춰져야한다. Power 분배가맞지않거나위상이틀어지게되면항공기에서활공각도 (Angle) 가변하고폭 (Width) 이변화하는등정상적 인정보제공이불가능하게된다. 각안테나에대한 Power 분배및위상차는아래와같다. < 표 2> GP 안테나 Power 및 Phase 분배 안테나위치 Upper Antenna Middle Antenna Lower Antenna Course CSB (Power/ Phase) Course SBO (Power/ Phase) -6dB/180-6dB/180 0dB/0 Clearance (Power/ Phase) 0dB/0 0dB/0-6dB/180 0dB/0 < 표 3> Power 감소및위상변화에따른장비변화 조건 Angle Width U-ANT 신호감소 낮아짐 조금변화 U-ANT 위상변화 낮아짐 무변화 M-ANT 신호감소 무변화 넓어짐 M-ANT 위상변화 무변화 넓어짐 L-ANT 신호감소 높아짐 좁아짐 L-ANT 위상변화 낮아짐 넓어짐 CLR 신호감소 무변화 무변화 CO TX SBO 감소 무변화 넓어짐 M-ANT & CLR 동시신호감소 무변화 넓어짐 기존해외항행안전장비제작사의 GP안테나 ADU(Antenna Distribution Unit) 1) 는 GP 장비본체외에별도의랙에제 1) ADU(Antenna Distribution Unit) : GP 에서사용되는 CSB 및 SBO 신호의 Power 및 3 개의안테나에대한위상을정확하게맞추기위한 Unit. 기존의대부분 GP 장비는본체외부에별개의 Unit 으로제작하여설치하였으나, 최근한국공항공사에서개발한국산화장비의 ADU 는카드모듈한장으로직접화되어장비본체내부에장착되었다. 66

5 < 그림 1> Thales GP Antenna Distribution Unit 작되었다. 초기 GP 설치시 Power 분배및위상세팅후운용개시비행검사 (Commision Flight Inspection) 수검시에조정할수있도록혹은추후에외부요인들로인해미세하게변경되는 Power 및위상을조정할수있도록 Power Divider 및 Phase shifter를각각의경로 (Path) 에기계적 (Mechanical) 다이얼혹은조정자를설치하였다. < 그림 1> 에서적색으로표시한부분이각안테나로의 Power 분배및위상을조정할수있는조정포인트이다. Ⅲ. ADU Power 및 Phase 조정개선 Mechanical Phase shifter 를쓸경우, 공간을차지할뿐만아니라위상을바꾸는데오래걸리고원하는만큼조정하기가쉽지않다. 장비설치후실제적인비행검사에서 Electrical Phase shifter와 Mechanical Phase shifter의위상조정시반응시간은전자의경우에훨씬빠르다. 뿐만아니라 Electrical Phase shifter의경우에는단한번으로원하는위상으로바꿀수있지만 Mechanical Phase shifter의경우에는특성상몇번을반복해야하는경우가많다. 실제 Mechanical Phase shifter를쓰는 GP 비행검사시에장비를조정하여위상을맞추기는쉽지않다. 항공기에서비행검사관이수치를맞추기위해서지상에있는 GP Site와교신하면서장비를조정하려면조정자로조정한후결과를확인하기에는반응시간이늦기때 67

6 항공진흥제 53 호 문에항공기에서바로결과를알기가힘들다. 결국미세하게조정하면서수차례반복하거나정확한값을계산하여조정하여야한다. 하지만정확한계산을하여예측하기에는 < 그림 1> 에서와같이 ADU의구조가간단하지않다. CSB신호와 SBO신호를분배하는공식을맞추기위해서신호들이복잡하게얽혀있다. 이에반해 Electrical phase shifter를이용하는경우에는반응시간이짧기때문에장비를조정하기용이할뿐만아니라기계적인부정확성으로인한요인을없애비행검사시간을줄일수있는장점이있다. GP ADU에사용되는 Hybrid Coupled 형 phase shifter는 PIN Diode의스위치 On/Off 에따른위상차이가생기며손실 (Loss) 및 VSWR은거의변화가없다. 이특성을이용하여위상을변화시킨다. 일반적인 phase shifter의 Diode 동작에따른위상및손실, VSWR 특성은다음과같다. 앞에서언급했듯이 GP 장비의핵심은각안테나엘리먼트들의 Power 분배및각신호 Path의위상고정이매우중요하다. 한국공항공사에서개발한 GP 장비에는 Power 분배와위상고정을하는부분을 Fixed Part로구분하여 < 그림 2> diode ON = red, diode OFF = blue < 그림 3> Phase 특성 < 그림 4> 손실특성 < 그림 5> VSWR 특성 68

7 < 그림 6> 한국공항공사 GP Antenna Distribution Unit Power조정을위한기계적인가변조정자혹은다이얼을없애고오직케이블과임의의비율을가진 Wilkinson Divider/Combiner를제작, 사용하여고정시켰다. 이는설치자뿐만아니라현장유지보수요원들에의해서도값을변경할수없다. 단지각각의안테나전단에 Phase shifter를설치하여초기장비설치시에필요한경우미세하게조정할수있도록점검포인트를두었다. 하지만이경우에도 GP 안테나분배공식에적용되는기본 Power 분배비율이나전단까지의위상을바꿀수는없다. Fixed part와 Adjust part로구분하여실수로인한오조작으로인한장비의틀어짐을방지하고 Fixed part 기능을집적화하고소형화시켜별도의공간을차지하는랙대신에카드모듈로본체에 내장시켰다. 또한기계적인 (Mechanical) 조정자혹은다이얼의노후화로인해발생되는문제점을줄이기위해장비최종출력단에서 ADU까지의위상을보정하기위해소프트웨어상에서 CSB 대 SBO 위상을조정할수있도록 Electrical Phase shifter를추가하였다. Ⅳ. 결론 본논문에서는기존의 GP 장비의운용상의문제점을개선하고안정성을높이기위하여기계적인조정포인트를줄이고집적화된 ADU 모듈을장착한 GP 장비를소개하였다. 한국공항공사는오랜운영경험상의 69

8 항공진흥제 53 호 노하우를바탕으로개선된장점들과해외기업장비보다우수한점을내세워국산화한항행안전장비를해외시장에적극적으로마케팅하고있다. 2015년 까지매출액 500억원을목표로항행안전장비글로벌 3대 Major사로진입하여시장점유율 25% 를달성하려하고있다. < 참고문헌 > [1] 한국공항공사 (2007), 김포공항비행검사절차. [2] ICAO(2000) Doc : Manual on Testing of Radio Navigation Aids. [3] FAA Order C(2005) : United States Standard Flight Inspection Manual. [4] FAA Order D(2005) : FEB/14/2005, Siting Criteria for Instrument Landing Systems. [5] THALES(2003), ILS, DME, VOR, MK-20A System, 2003 [6] ICAO(2006) Annex 10; Aeronautical Telecommunications Vol 1, (Radio Navigation Aids) 6th. 70

9 Improvement Technique of Glide Path's Antenna Distribution Unit Yong-gyu Choi Chang-Woo Lee Byoung-No Kim Korea Airport Corporation, Research & Development Center Abstract In this paper, Korea airports corporation will introduce new Glide path system which has large-scale integrated ADU(antenna distribution unit). It improves the pre-existent Glide path system's operational problems such as mechanical control points and phase shifters in order to get a high stability. Key words : NAVAIDs, GP, ICAO, ADU 71

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삼성955_965_09 판매원-삼성전자주식회사 본 사 : 경기도 수원시 영통구 매탄 3동 416번지 제조원 : (주)아이젠 삼성 디지털 비데 순간온수 세정기 사용설명서 본 제품은 국내(대한민국)용 입니다. 전원, 전압이 다른 해외에서는 품질을 보증하지 않습니다. (FOR KOREA UNIT STANDARD ONLY) 이 사용설명서에는 제품보증서가 포함되어 있습니다. 분실되지 않도록