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고성능 레이다용 저잡음 하이브리드 주파수합성기 설계 및 제작
Ultra Low Noise Hybrid Frequency Synthesizer for High Performance Radar System 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.48 no.1, 2020년, pp.73 - 79  

김동식 (LIG NEX1) ,  김종필 (LIG NEX1) ,  이주영 (LIG NEX1) ,  강연덕 (LIG NEX1) ,  김선주 (Agency for Defense Development)

초록
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본 논문에서는 고성능 레이다를 위한 저잡음, 고안정 성능을 보유한 새로운 구조의 주파수합성기를 설계 및 제작 하였다. 날로 발전하는 스텔스 기능과 고해상도의 SAR 영상을 확보하기 위해서는 높은 주파수 순도와 초저잡음 특성이 요구되고 있으며, 이를 만족하기 위하여 본 연구에서는 DAS, DDS의 장점을 합성한 새로운 하이브리드 주파수합성기를 개발하였으며, 시험을 통하여 그 성능을 확인하였다. 개발된 주파수 합성기는 X대역에서 10% 이상의 운용대역폭을 보유하고 있으며, 1usec 이하의 빠른 주파수변환속도를 보유하고 있다. 또한, X대역 주파수에서 10kHz 옵셋 주파수에서 -136dBc/Hz의 우수한 위상잡음을 보유하고 있다. 이는 기존 X대역 레이다용 주파수합성기보다 10dB 이상 개선된 성능이다. 또한, 개발된 하이브리드 주파수합성기에서 생성되는 주파수를 이용하여 L대역과 C대역에서도 활용이 가능하며, 추후 국내 AESA 레이다뿐만 아니라 고해상도 SAR레이다 그리고 고성능 지상레이다에 적용하여 성능개선이 가능하다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Modern radar system requires high spectral purity and low phase noise characteristics for very low RCS target detection and high resolution SAR (Synthetic Aperture Radar) image. This paper presents a new X-band high stable frequency synthesizer for high performance radar system, which combines DAS (...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 DDS와 DAS의 장점을 조합한 광대역 저잡음 주파수합성기를 설계 제작하고, 실험을 통하여 검증하였다. X대역에서 중심주파수 대비 10% 이상의 대역 주파수를 생성하며, 전 대역에서 불요파 레벨을 70dBc 이하의 값을 갖도록 구현하였다.
  • 본 연구에서는 X대역에서 10% 이상의 운용 주파수를 생성할 수 있는 주파수합성기를 설계, 제작하고 실험을 통해 그 성능을 입증하였다. 고성능 주파수합성기 개발을 위하여 DDS와 DAS 방식의 장점만을 결합한 하이브리드 방식의 주파수합성기를 개발하였으며, 소형경량화를 통해 6U 사이즈의 2개의 모듈로 구성을 하였다.
  • 제작된 하이브리드 고성능 주파수합성기는 항공기용 AESA 레이다를 목표로 설계 제작되었으며, 항공기 탑재를 위해 소형경량화를 위해 6U 사이즈 모듈 2개로 제한되었다. 운용 주파수대역은 X대역에서 10% 이상의 운용주파수 생성이 필요하며, 5MHz 간격으로 201개의 주파수를 생성하는 것이 목표이다. 모든 주파수에서 낮은 RCS를 갖는 타겟을 검출하기 위해 위상 잡음은 10kHz offset에서 –130dBc/Hz 이하, 주파수 변환시간은 1usec 이하로 정의하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
레이다용 주파수합성기를 설계하는 방법 중 간접방식에 대해 설명하라. 직접방식은 아날로그 방식(DAS)과 디지털방식(DDS)으로 구분되며, 초기 레이다용 주파수합성기 설계 방식에서는 고순도 저잡음 설계를 위하여 직접 아날로그 방식을 적용하였으나, 디지털기술이 발전함에 따라 최근에는 디지털방식을 적용한 설계도 적용되고 있다. 간접방식은 광대역 신호의 생성과 소형화 제작을 위해 주로 사용되며, PLL (Phase Locked Loop) 방식이 대표적이다. 하지만, 이는 직접방식에 비해 주파수변환시간이 상당히 느리다는 단점을 가지고 있으며, 이를 극복하기 위한 많은 연구들이 이루어졌다[6]. 최근에는 광대역에서 고속의 주파수변환 속도를 갖는 고성능 주파수합성기 설계를 위하여 두 가지 방식의 장점을 조합한 연구들이 진행 중이다[4, 5].
DAS 방식의 장단점은? 또한, 광대역 신호를 출력할 경우 많은 디지털 불요파 신호가 발생하는 단점을 가지고 있다. DAS의 경우에는 불요파 제거가 용이하고, 위상잡음의 열화가 적다는 장점이 있지만, 사이즈가 커지는 단점을 가지고 있다. 하지만, 최근 디지털 기술이 발전함에 따라, DDS의 클럭 주파수가 최대 3.
레이다용 주파수합성기를 설계하는 방법 중 직접방식에 대해 설명하라. 레이다용 주파수합성기를 설계하는 방법은 크게 직접방식과 간접방식으로 구분할 수 있다. 직접방식은 아날로그 방식(DAS)과 디지털방식(DDS)으로 구분되며, 초기 레이다용 주파수합성기 설계 방식에서는 고순도 저잡음 설계를 위하여 직접 아날로그 방식을 적용하였으나, 디지털기술이 발전함에 따라 최근에는 디지털방식을 적용한 설계도 적용되고 있다. 간접방식은 광대역 신호의 생성과 소형화 제작을 위해 주로 사용되며, PLL (Phase Locked Loop) 방식이 대표적이다.
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참고문헌 (8)

  1. Kim, D. S., Kim, J. P., and Lee, J. H., "IRF performance prediction by analyzing of amplitude and phase errors for the wideband Chirp signal," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 44, No. 2, 2016, pp. 131-138. 

  2. Ryu, S. B., Kim, J. P., Yang, J. H., Won, Y. J., and Lee, S. K., "Study of RF Impairments in Wideband Chirp Signal Generator," Journal of Korean Institute Of Electromagnetic Engineering and Science, Vol. 24, No. 12, 2013, pp. 1205-1214. 

  3. Richards, M. A., Scheer, J. A., and Holm, W. A., "Principles Of Modern Radar," SciTech Publishing.Inc., 2010, pp. 417-457. 

  4. Tonelli, G., and Marchetti, F., "A DDS/PLL architecture for highly stable local oscillators," 2014 International Radar Conference, pp. 1-6. 

  5. Kim, D. S., Lee, H. S., Kim, J. P., and Kim, S. J., "Design and Modeling of a DDS Driven Offset PLL with DAC," Journal of The Institute of Webcasting, Internet and Telecommunication, Vol. 12, No. 5, 2012, pp. 1-10. 

  6. Galani, Z., "An Overview of Frequency synthesizers for Radar," IEEE Transactions on Microwave theory and Techniques, Vol. 39, No. 5, MAY 1991, pp. 782-790. 

  7. Analog Device, 3.5 GSPS Direct Digital Synthesizer with 12-BIT DAC, AD9914, Avaliable : http://www.analog.com 

  8. Kim, D. S., Kim, M. C., Lee, S. H., Jung, M. D., and Kwon, H. S., "Modeling and Analysis of the Phase Noise in a Frequency Synthesizer for a Radar System," Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology, Vol. 14, No. 5, 2011, pp. 1-7. 

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