레이다 기술의 국산화가 이슈가 되고 연구 개발에 박차를 가하고 있는 가운데 본 논문의 Dual-band 모노 펄스 수신기는 추적 레이다를 기반으로 한 실험적 수행 결과를 바탕으로 하고 있다. Dual-band 레이다를 Single-band 레이다와 비교해 보면 높은 비용과 소비 전력 등의 단점을 갖고 있지만 재밍이나 검파 거리, 이미지 신호 제거, 강우 감쇄 특성 면에서 이점을 가질 수 있다. 수신기는 X-band RF head모듈, Ka-band RF head 모듈, 그리고 공통 IF모듈로 구성되며 X-band와 Ka-band의 각 신호는 IF 모듈의 스위칭에 의해 선택되어진다. 또한 IF모듈의 국부 신호단에서는 위상 제어기가 장착되어 합 채널을 기준으로 고각과 방위각 채널의 위상을 제어할 수 있도록 하였다. 측정 결과 전체 이득은 $40{\pm}3 dB$였으며, 송신/수신간 격리도는 39 dBc, 동적 영역 110 dB, 그리고 잡음지수는 X/Ka-band 각각 4.5dB/6.9dB로 나타났다.
레이다 기술의 국산화가 이슈가 되고 연구 개발에 박차를 가하고 있는 가운데 본 논문의 Dual-band 모노 펄스 수신기는 추적 레이다를 기반으로 한 실험적 수행 결과를 바탕으로 하고 있다. Dual-band 레이다를 Single-band 레이다와 비교해 보면 높은 비용과 소비 전력 등의 단점을 갖고 있지만 재밍이나 검파 거리, 이미지 신호 제거, 강우 감쇄 특성 면에서 이점을 가질 수 있다. 수신기는 X-band RF head 모듈, Ka-band RF head 모듈, 그리고 공통 IF모듈로 구성되며 X-band와 Ka-band의 각 신호는 IF 모듈의 스위칭에 의해 선택되어진다. 또한 IF모듈의 국부 신호단에서는 위상 제어기가 장착되어 합 채널을 기준으로 고각과 방위각 채널의 위상을 제어할 수 있도록 하였다. 측정 결과 전체 이득은 $40{\pm}3 dB$였으며, 송신/수신간 격리도는 39 dBc, 동적 영역 110 dB, 그리고 잡음지수는 X/Ka-band 각각 4.5dB/6.9dB로 나타났다.
The receiver of this paper is Dual-band monopulse type for prototype of tracking radar. Localization of radar technology is an issue of SamsungThales and go into development. Dual-band radar in comparison with Single-band radar requires higher cost and power consumption but there are many advantages...
The receiver of this paper is Dual-band monopulse type for prototype of tracking radar. Localization of radar technology is an issue of SamsungThales and go into development. Dual-band radar in comparison with Single-band radar requires higher cost and power consumption but there are many advantages of dealing with jamming, detection range, image signal rejection, cloud-rain influence, clutter, resolution. The receiver is comprised of X-band RF head module, Ka-band RF head module and common IF module. Each signal of X-band and Ka-band is selected by the switch in If module. Phase shifter in IF module of local stage controls the phase of sum, azimuth, elevation channel. In the test result, gain is $40{\pm}3 dB$, isolation of transmitter/receiver is 39 dBc, dynamic range is 110 dB and noise figure of each channel is 4.5dB and 6.9dB.
The receiver of this paper is Dual-band monopulse type for prototype of tracking radar. Localization of radar technology is an issue of SamsungThales and go into development. Dual-band radar in comparison with Single-band radar requires higher cost and power consumption but there are many advantages of dealing with jamming, detection range, image signal rejection, cloud-rain influence, clutter, resolution. The receiver is comprised of X-band RF head module, Ka-band RF head module and common IF module. Each signal of X-band and Ka-band is selected by the switch in If module. Phase shifter in IF module of local stage controls the phase of sum, azimuth, elevation channel. In the test result, gain is $40{\pm}3 dB$, isolation of transmitter/receiver is 39 dBc, dynamic range is 110 dB and noise figure of each channel is 4.5dB and 6.9dB.
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문제 정의
본 논문에서는 추적 레이다용 Dual-band(X, Ka- band) 모노펄스 수신기를 설계 및 제작하였다. RF Head의 도파관부를 결정하고 단계별 모듈화 설계를 실행하였다.
급변하고 있는 국제 정세에서 그 필요성이 더해지고 있으며 선박/해양 감시나 항행, 관제, 기상 관측, 자원 탐사, 인체 의료 분야, 대공감시, 항공 관측, 위성 발사 탐지 추적 등의 산업 전반에 걸친 필수 기능에 대한 국내 기반 기술이 절실한 실정이다. 특히 해외로부터 도입되는 레이다 대부분이 수입 허가 요구나 고가의 기술료 지불로 인해 경쟁력이 약화되고 선진국에 뒤쳐지는 상황에서 본 연구는 이를 극복하고자 실험적으로 수행되었다.
제안 방법
RF Head의 도파관부를 결정하고 단계별 모듈화 설계를 실행하였다. 각 모듈별 제작과 실험을 통해, 요구되는 사양과 비교하여 우수한 특성을 나타냄을 보였고, Ka-band의 이득 평탄도에서 약간의 보정을 필요로 했는데 이는 혼합기의 IF 고정 주파수 응답 평탄도가 매우 중요한 특성임을 나타낸다.
각각의 RF head 부분은 안테나 비교기와의 연결에서 수신 선로 감쇄를 고려하여 도파관으로 구현하였다(X-band: circulator, limiter만 도파관 구현). 그리고 IF 모듈은 1st IF 부분과 2nd IF 부분으로 이루어졌고, 2nd IF 국부 신호 단에 위상 변위기를 삽입하여합 채널에 대한 나머지 두 채널의 위상 보정을 실행하도록 하였다.
그리고 IF 모듈은 1st IF 부분과 2nd IF 부분으로 이루어졌고, 2nd IF 국부 신호 단에 위상 변위기를 삽입하여합 채널에 대한 나머지 두 채널의 위상 보정을 실행하도록 하였다. 그리고 본 논문의 레이다 송 .
본 논문의 수신기는 추적 레이다용 Dual-band 모노펄스 형태로 구성되어 있으며 X-band RF head와 Ka-band RF head는 공통 주파수 하향 변환기의 스위칭에 의해 선택되어 IF 신호를 전달하게 된다. 그리고 합, 고 각, 방위각의 세 채널로 구성되어 있으며 기본적으로 합 채널의 순환기(circulator) 부분을 제외한 모든 고주파 전송로는 그 위상과 이득/감쇠가 같음을 원칙으로 한다.
위상 및 잡음지수 계측에 있어서 RF head 모듈과 IF 모듈의 연동 결과는 두 차수의 주파수 하향 변환에 대한 주변 회로들의 첨가가 필요하고 구성에 대한 오차 보상이 계측 방법에 있어서 정의되지 않았기 때문에 개별 실행 후 정량화하였다.
본 주파수 하향 변환기의 위상 측정을 위한 'Vector network' 측정은 애질런트사의 8363B PNA를 이용하였다. 이 측정 방법은 '기준 주파수 혼합기(reference mixer)'와 고정 주파수 혼합기(calibration tnixer)'가 필요한데, 세 채널 중한 채널 주파수 하향 선로를 기준 주파수 혼합기로 설정하고 다른 한 채널을 교정 주파수 혼합기로 설정하여 측정하였다. 이 측정값은 채널간 상대적인 위상 차이값이 아니고 선로에 대한 절대 위상값이기 때문에 수신기 세 채널을 이용한 측정이 가능하였다.
대상 데이터
그림 3은 실제 제작된 수신기를 이용하여 X-band 모듈의 위상값을 측정하기 위한 계측도이며 같은 방법으로 Ka-band 모듈의 위상값도 측정하였다. 본 주파수 하향 변환기의 위상 측정을 위한 'Vector network' 측정은 애질런트사의 8363B PNA를 이용하였다. 이 측정 방법은 '기준 주파수 혼합기(reference mixer)'와 고정 주파수 혼합기(calibration tnixer)'가 필요한데, 세 채널 중한 채널 주파수 하향 선로를 기준 주파수 혼합기로 설정하고 다른 한 채널을 교정 주파수 혼합기로 설정하여 측정하였다.
이론/모형
잡음지수는 애질런트사의 N8975A noise figure analyzer의 주파수 하향 변환 모드를 이용하여 측정하였으며 계측도와 그 결과가 그림 7과 그림 8에 도시되 었다.
성능/효과
RF Head의 도파관부를 결정하고 단계별 모듈화 설계를 실행하였다. 각 모듈별 제작과 실험을 통해, 요구되는 사양과 비교하여 우수한 특성을 나타냄을 보였고, Ka-band의 이득 평탄도에서 약간의 보정을 필요로 했는데 이는 혼합기의 IF 고정 주파수 응답 평탄도가 매우 중요한 특성임을 나타낸다.
결과적으로 X-band, Ka-band 모두가 시스템 구조상 규격에 만족한다.
본 논문의 실험은 1차 주파수 하향인 RF Head의 결과를 다루었으며, 2차 주파수 하향(IF 모듈)은 제작 및 측정에서 규격에 만족하였다. 그림 3은 실제 제작된 수신기를 이용하여 X-band 모듈의 위상값을 측정하기 위한 계측도이며 같은 방법으로 Ka-band 모듈의 위상값도 측정하였다.
후속연구
향후 송신기와 연동한 고전력 실험을 통한 수신 보호기 응답 분석으로서 수신기의 안정성을 확보해야 하겠고 RF Head의 손실을 최소화할 수 있는 방법을 모색하여 동적영역과 감도(selectivity)를 높일 수 있는 연구를 계속적으로 실행할 것이다. 그리고 소형, 고효율의 모델을 실현하기 위해서는 안테나와 연계되는 도파관부와 모듈의 보다 전문적인 최적화 설계와 배치(layout)가 필요하다.
참고문헌 (6)
Bassem & Atef, Matlab Simulations for Radar Systems Design, Chapman & Hall, pp. 1-5, 2004
Stilwell, 'Sensitivity analysis of a 15 GHz monopulse radar receiver using a logarithmic amplifier detector scheme', MTT-S International Microwave Symposium Digest, pp. 200-203, Jun. 1985
Merrill, Introduction to Radar System, McGraw-Hill, pp. 466-467, 2001
John Wiley, Microwave Receivers with Electronic Warfare Applications, A Wiley-Interscience publication, pp. 173-175, 1986
John Wiley, Microwave Receivers with Electronic Warfare Applications, A Wiley-Interscience publication, pp. 58-66, 1986
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