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점진적 성능저하 기능을 가지는 X-대역 SSPA 송신장치 개발
Development of SSPA-based X-band Transmitter with Graceful Degradation 원문보기

한국전자통신학회 논문지 = The Journal of the Korea Institute of Electronic Communication Sciences, v.14 no.5, 2019년, pp.853 - 862  

송형민 (국방기술품질원) ,  김지덕 (RFHIC(주)) ,  강현철 (RFHIC(주)) ,  송재경 ((주)미래시스템) ,  박철순 ((주)미래시스템) ,  이계진 (LIG넥스원(주)) ,  이충현 (LIG넥스원(주)) ,  김동길 (경일대학교 로봇공학과)

초록
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본 논문에서는 낮은 MTBF와 높은 정비비용이 소모되는 TWTA(: Travelling Wave Tube Amplifier) 방식의 탐색레이더 송신장치를 대체하기 위해서 4.5kW X-대역 SSPA(: Solid State Power Amplifier) 방식의 송신장치를 설계하였다. 송신장치는 평균송신출력 520W와 최대송신출력 4.0kW 이상의 성능을 목표로 설계되었다. 특히 점진적 성능저하 기능을 구현하여, 200W 전력증폭기조립체의 40%(13개 조립체 모듈)의 고장 수준까지는 기존의 TWTA 송신장치보다는 우수한 성능이 유지되도록 설계하였다. 설계된 송신장치에 대해서 X-대역 유효범위를 대상으로 실험한 결과, 최대송신출력 6.1kW, 불요파 69.16dBc, 상승시간 15.2ns, 하강시간 16.3ns 등의 성능값을 확인하였다. 아울러 고장인가를 통하여 점진적 성능저하 기능에 따른 출력전력의 변화를 실험을 통해 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we designed a 4.5kW X-band SSPA transmitter to replace the TWTA search radar transmitter with low MTBF and high maintenance cost. The transmitter is designed for the performance of over 520W average transmission output and 4.0kW maximum transmission output. In particular, by implement...

주제어

표/그림 (25)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서 4.5kW급 X-대역 SSPA 송신장치를 개발하였다. 4.
  • 본 논문에서 이러한 TWTA 송신장치의 운용상 단점을 보완하기 위해서 SSPA(: Solid State Power Amplifier) 기반 4.5kW급 X-대역 송신장치를 개발하였다. 아울러, 높은 수준의 동작 신뢰성을 확보하기 위해서 일부 증폭기 모듈에 고장이 발생하여도 송신 장치 성능이 유지되도록 점진적 성능저하(Graceful degradation) 기능을 설계하였다.
  • 병렬결합 구조에서는 일부 조립체에 고장이 발생하면 출력 전력이 감소되지만, 기능은 정상적으로 동작하는 것을 점진적 성능저하라고 한다. 본 논문에서는 32개의 200W 전력증폭기조립체 중 13개의 고장까지는 정상적인 동작이 가능하도록 설계하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
레이더 방식의 역할은 무엇인가? 정밀유도무기 구성요소 중표적을 탐지/추적하는 센서는 매우 중요한 역할을 담당하고 있으며, 레이더, 적외선, 광학 등의 방법이 있다. 그 중 레이더 방식이 표적의 탐지 및 추적에 널리 이용되며, 목표탐지 거리에 따라서 S-대역, X-대역, Ku-대역 등 다양한 대역의 레이더가 개발되고 있다 [1-4].
TWT의 단점은 무엇인가? 현재 해군에서 운용중인 OO함의 탐색레이더는 TWTA(: Travelling Wave Tube Amplifier) 기반의 진행파관 증폭기(미국 Teledyne, MTI3948PKX)가 적용되어있다. 그러나 TWT는 평균 6개월 이상의 수리 기간과 TWTA 가격의 70%에 달하는 수리비용이 발생하는 단점이 있으며, 이로 인하여 함정의 작전운용 능력 저하를 야기하는 문제점이 있다. 아울러 TWTA 의 MTBF(: Mean Time Between Failure)는 약 5,000시간이며, 14,000V의 높은 구동전압이 요구되어 운용 측면에서 신뢰성이 낮게 평가되고 있다.
TWTA 기반의 진행파관 증폭기의 낮은 듀티비로 인한 단점은 무엇인가? 아울러 TWTA 의 MTBF(: Mean Time Between Failure)는 약 5,000시간이며, 14,000V의 높은 구동전압이 요구되어 운용 측면에서 신뢰성이 낮게 평가되고 있다. 특히, 낮은 듀티비(Duty ratio)로 인하여 탐색레이더 빔 운용에 많은 제약이 따른다.
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참고문헌 (10)

  1. D. An and J. Rhee, "Low Conversion Loss and High Isolation W-band MMIC Mixer Module," J. of the Institute of Electronics and Information Engineers, vol. 52, no. 2, 2015, pp. 232-236. 

  2. J. Na, D. Roh, and D. Kim, "Design of the Multi-PIN Diode Waveguide Limiter with Extended Attenuation Bandwidth," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Science, vol. 13, no. 5, 2018, pp. 971-978. 

  3. J. Na, D. Roh, and D. Kim, "Design of the L-band Rotary Joint in Ring Contact Type to Improve Signal Insertion Loss," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Science, vol. 14, no. 1, 2019, pp. 41-48. 

  4. J. Na, D. Roh, and D. Kim, "Fin-Line Balanced Mixer Design for Ku-band Tracking Radar Receiver," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Science, vol. 13, no. 4, 2018, pp. 685-694. 

  5. H. Kim, B. Lee, H. Yoon, J. Yook, D. Kim, J. Park, B. Han, and S. Cho, "A 70W GaN Power Amplifier with Capacitor-array Based Internal Matching Technique," Proc. of the Int. Technical-Conf. on Circuits, Systems, Computers, and Communications, Busan, Korea, July 2017. 

  6. H. Kim, D. Kim, J. Yook, J. Park, B. Han, and S. Cho, "A GaN X-band Power Amplifier with Internal Capacitor Array Matching Networks," PIERS, Progress In Electromagnetics Research Symp., Saint Petersburg, Russia, May 2017. 

  7. J. Cheron, M. Campovecchio, D. Barataud, T. Reveyrand, M. Stanislawiak, P. Eudeline, and D. Floriot, "Wideband 50W Packaged GaN HEMT With Over 60% PAE Through Internal Harmonic Control in S-Band," IEEE/MTT-S Int., Microwave Symp. Digest, Montreal, Canada, June 2012. 

  8. H. Noto, H. Maehara, H. Uchida, M. Koyanagi, H. Utsumi, J. Nishihara, H. Otsuka, K. Yamanaka, M. Nakayama, and Y. Hirano, "X-and Ku-band Internally Matched GaN Amplifiers With More Than 100W Output Power," Proc. of the 42nd European Microwave Conf., Amsterdam, Netherlands, Oct. 2012. 

  9. S. Yang, "Design and fabrication of SSPA module in X-band for Radar," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Science, vol. 13, no. 5, 2018, pp. 943-948. 

  10. M. Kim and Y. Rhee, "Analysis of Optimum Impedance for X-band GaN HEMT using Load-Pull," J. of the Korea Institute of Electronic Communication Science, vol. 6, no. 5, 2011, pp. 621-627. 

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