[논문]소형 추적 레이다 와이어 하네스 설계

김홍락; 김윤진; 우선걸; 안세환

doi:10.7236/jiibc.2020.20.4.35

소형 추적 레이다 와이어 하네스 설계
Wire Harness Design of Compact Tracking Radar 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.20 no.4, 2020년, pp.35 - 41

김홍락 (LIG넥스원(주) 탐색기) , 김윤진 (LIG넥스원(주) 탐색기) , 우선걸 (LIG넥스원(주) 탐색기) , 안세환 (LIG넥스원(주) 탐색기)

초록
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소형 추적 레이다는 여러 구성품들이 유기적으로 연결되어 있어서 와이어 하니스 설계가 매우 중요하다. 구동부 위인 김발을 지나서 안테나와 초고주파수신기로 연결되는 배선은 연결되는 path에 따라서 전기적 특성에 영향을 준다. 또한 김발의 구동 성능에도 영향을 미친다. 디지털 신호가 많은 신호처리부 및 서보부와 연결되는 케이블은 전자파 노이즈에 의하여 신호처리부의 CPU가 오동작을 하지 않도록 대책을 마련해야 한다. ◯◯ GHz 대역의 신호전송을 위한 케이블은 온도, 진동, 충격에 대한 설계가 반영되어야 한다. 좁은 공간에 와이어 하네스를 설계하기 위해서는 컨넥터의 크기를 최소화 해야 한다. 본 논문에서는 소형 추적 레이다의 와이어 하네스 설계에 고려해야 할 사항들에 대하여 설명하고 설계 방안을 제시하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

The small tracking radar is a very important component of the wire harness design because the components are organically connected. In addition, the cable connected to the signal processing unit and the servo unit having a large number of digital signals should be prepared to prevent the CPU of the signal processing unit from malfunctioning due to electromagnetic noise. Cables for signal transmission in the ◯◯ GHz band must reflect the design of temperature, vibration, and shock. To design a wire harness in a small space, the size of the connector must be minimized. The issues to be considered are described and the design plan is presented.

주제어

표/그림 (17)

그림 그림 1. 추적레이다 블록도 Fig. 1. Tracking Radar Block Diagram.
그림 그림 2. D SUB 컨넥터 Fig. 2. D SUB Connector
그림 그림 4. 21핀 마이크로 D 컨넥터 Fig. 4. 21W Metal Shell Micro D Connector
그림 그림 5. Adhesive 몰딩 처리 Fig. 5. Adhesive Molding treatment
그림 그림 6. 제작된 케이블 Fig. 6. Fabricated cables
그림 그림 3. 배선도 Fig. 3. Wiring Diagram
표 표 1. 와이어 케이블 규격 Table 1. Wire cable Specification
그림 그림 7. 단열 처리된 케이블 Fig. 7. Fabricated cables
그림 그림 8. LVDS 규격 Fig. 8. Specification of LVDS(low voltage differential signaling)
그림 그림 9. LVDS 배선도 Fig. 9. LVDS Wiring Diagram
그림 그림 10. 멀티 쉴드 케이블 Fig. 10. Multi Shield Cable
표 표 2. 컨넥터 별 규격 Table 2. Specification by connector
그림 그림 11. MCX 및 MMCX 컨넥터 Fig. 11. MCX and MMCX Connector
그림 그림 12. SMA cable 제작 Fig. 12. SMA cable production
그림 그림 13. 케이블 패스 3D 시뮬레이션 Fig. 13. Cable Path 3D Simulation
그림 그림 14. 온도시험 프로파일 Fig. 14. Temperature Test Profile
표 표 3. 시험 결과 Table 3. Test Result

AI 본문요약
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문제 정의

RF 케이블의 경우 경로와 주파수에 따라서 컨넥터와 케이블 설계에 대하여 설명하였다. 또한 고온환경에 노출되는 케이블의 보호를 위한 설계에 대하여 설명을 하였다. 또한 온도시험을 통하여 RF 케이블의 성능을 확인하였다.
본 논문에서는 소형 추적 레이다 시스템의 케이블 설계에 대하여 설명하였다. RFI의 영향을 최소화 하기 위한 케이블 설계와 소형화 설계를 위한 컨넥터 선정 및 케이블 규격설정에 대하여 설명을 하였으며 김발과 같이 구동되는 부분에 설계되는 케이블에 대하여 3D 모델링을 통하여 케이블 설계에 대하여 설명하였다.

제안 방법

26AWG가 약 3.5A까지 허용이 되고 있으나 온도에 따른 손실, 컨넥터 허용치 및 구성품들의 소모전류를 고려하여 2∼3 와이어에 할당을 하고 전원의 return도 함께 할당하여 twisted-wire pairs로 설계하였다.
flexible 한 RG316, RG178 사이즈를 적용하여 설계를 하였고 주파수가 높고 손실을 보다 적도록 고려하기 위한 신호는 semi-rigid cable을 적용하여 설계하였다. 3D 모델링을 통하여 최적의 경로를 설정하여 설계를 하고 설계된 도면을 기반으로 제작을 하였다. 그림 12는 제작된 케이블이다.
본 논문에서는 소형 추적 레이다 시스템의 케이블 설계에 대하여 설명하였다. RFI의 영향을 최소화 하기 위한 케이블 설계와 소형화 설계를 위한 컨넥터 선정 및 케이블 규격설정에 대하여 설명을 하였으며 김발과 같이 구동되는 부분에 설계되는 케이블에 대하여 3D 모델링을 통하여 케이블 설계에 대하여 설명하였다. RF 케이블의 경우 경로와 주파수에 따라서 컨넥터와 케이블 설계에 대하여 설명하였다.
높은 주파수의 신호는 손실 및 RFI를 고려하여 동축 케이블을 적용하여 설계를 한다. flexible 한 RG316, RG178 사이즈를 적용하여 설계를 하였고 주파수가 높고 손실을 보다 적도록 고려하기 위한 신호는 semi-rigid cable을 적용하여 설계하였다. 3D 모델링을 통하여 최적의 경로를 설정하여 설계를 하고 설계된 도면을 기반으로 제작을 하였다.
주변의 온도가 급격히 상승하여 공기의 전도로 인하여 케이블의 온도가 상승할 수 있을 경우 그림 7과 같이 특수 단열 테이핑이 요구되기도 한다. 개개별 케이블은 단열피복으로 보호되어 있으나 컨넥터와 연결되는 부분은 피복이 벗겨져 있어 외부 열에 취약할 수 있어서 컨넥터 부분부터 벤딩 되는 부분까지 단열 처리를 하였다.
그림 13은 케이블의 최적 경로 설계를 보여주고 있다. 김발의 회전에 따라서 케이블의 영향을 최소화 되는 경로를 설계 하였다.
또한 순환기는 김발에 장착된 회전하는 안테나에 조립되어 있기 때문에 회전이 가능해야 한다. 김발의 회전을 통하여 안테나로 고출력 신호를 전달하기 위하여 로터리 조인트를 설계하였고 송신기와 로터리조인트 사이에는 도판관으로 고출력 신호가 전달될 수 있도록 설계 하였다.
높은 주파수의 RF 신호 및 아날로그 신호는 특성에 맞는 낮은 손실의 동축케이블(Coaxial Cable)을 적용하였다. 손실의 최소화 하기 위하여 특정 형태로 고정이 필요한 RF 신호는 Semi Rigid RF 케이블로 설계를 하였고 김발과 같은 회전체와 신호가 연결이 필요한 RF 신호들은 낮은 손실의 RG178 사이즈의 RF 케이블로 설계하였다.
높은 주파수의 신호는 손실 및 RFI를 고려하여 동축 케이블을 적용하여 설계를 한다. flexible 한 RG316, RG178 사이즈를 적용하여 설계를 하였고 주파수가 높고 손실을 보다 적도록 고려하기 위한 신호는 semi-rigid cable을 적용하여 설계하였다.
디지털 신호와 전원신호는 구성품의 사이즈를 고려하여 하나의 컨넥터에 분리 설계로 진행하였다. 별도의 컨넥터 설계할 경우 전원과 신호의 분리가 용이하지만 넓은 공간이 필요하고 비용이 늘어난다는 단점이 있다.
또한 고온환경에 노출되는 케이블의 보호를 위한 설계에 대하여 설명을 하였다. 또한 온도시험을 통하여 RF 케이블의 성능을 확인하였다.
이때 경로에 대한 정확한 측정 후 제작이 필요하므로 3D 모델에서 경로를 잡아서 도면화 후 제작을 하게 된다. 또한 휘어져야 하는 부분은 전용툴을 이용하여 규정에 맞게 제작하였다. 제작 후에는 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) 규격이 만족하는지 측정을 해야 한다.
높은 주파수의 RF 신호 및 아날로그 신호는 특성에 맞는 낮은 손실의 동축케이블(Coaxial Cable)을 적용하였다. 손실의 최소화 하기 위하여 특정 형태로 고정이 필요한 RF 신호는 Semi Rigid RF 케이블로 설계를 하였고 김발과 같은 회전체와 신호가 연결이 필요한 RF 신호들은 낮은 손실의 RG178 사이즈의 RF 케이블로 설계하였다. 그림 1의 송신기에서 순환기로 전달되는 수백 와트 이상의 신호는 케이블로 전달하기에는 손실이 너무 클 수 있다.
또한 허용되는 전원과 신호의 전류량을 고려하여 컨넥터를 선정하였다. 전류가 0.5A 이하로 소요되는 구성품에는 nano D-SUB 컨넥터를 적용하고 그 이상 수 암페어가 요구되는 구성품에는 Micro D-SUB 컨넥터를 적용하였다. 표1은 케이블 굵기에 따른 허용전류를 보여주고 있다.
주파수합성기, 송신기, 수신기와 서로 다른 전원을 사용하는 구성품 사이의 전이차로 인한 잡음, 디지털 버스 시호들의 패스 길이에 따른 잡음, 디지털 신호들 사이의 크로스톡 등을 최소화 하기 위하여 RS422 UART 통신으로 연결되어 있다. 전원신호는 허용 전류를 고려하여 마이크로 D-sub 및 나노 D-sub 컨넥터를 이용하여 설계하였다. 그림 2는 D-sub 컨넥터의 종류에 따른 규격을 보여주고 있다.
짧은 경로의 일정한 손실을 유지하기 위해서는 그림 12와 같이 Semi-rigid 케이블로 설계 및 제작을 하였다. 이때 경로에 대한 정확한 측정 후 제작이 필요하므로 3D 모델에서 경로를 잡아서 도면화 후 제작을 하게 된다.

대상 데이터

전원과 신호를 분리 설계를 하기 위하여 여유핀을 고려하여 컨넥터를 선정하였다. 또한 허용되는 전원과 신호의 전류량을 고려하여 컨넥터를 선정하였다. 전류가 0.
별도의 컨넥터 설계할 경우 전원과 신호의 분리가 용이하지만 넓은 공간이 필요하고 비용이 늘어난다는 단점이 있다. 전원과 신호를 분리 설계를 하기 위하여 여유핀을 고려하여 컨넥터를 선정하였다. 또한 허용되는 전원과 신호의 전류량을 고려하여 컨넥터를 선정하였다.
신호처리기와 정보를 주고 받기 위하여 RS-422 TX와 RX로 할당되어 있다. 전원에 할당된 케이블을 고려하여 신호선도 동일한 26AWG로 선정하였다. 한쪽의 컨넥터에는 케이블이 달려있는 것으로 선정하였고 반대쪽은 솔더컵 타입으로 선정하여 그림3의 배선도에 따라 케이블 작업이 진행된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	소형 추적 레이다 시스템은 어떤 역할을 수행하는가?	소형 추적 레이다 시스템은 유도탄의 앞에서 표적을 탐지/추적 하는 호밍센서의 역할을 수행한다. 최소한의 공간에 설치가 되어야 하기에 각 구성품들의 최적 형상 배치가 매우 중요하다.
	와이어 하네스 설계시 주의해야할 점은 무엇인가?	와이어 하네스를 설계시 주변온도를 고려하여 와이어 전류 부하로 인한 온도 상승이 최대 도체 온도 정격을 초과하지 않도록 해야 한다. 주변의 온도가 급격히 상승하여 공기의 전도로 인하여 케이블의 온도가 상승할 수 있을 경우 그림 7과 같이 특수 단열 테이핑이 요구되기도 한다.
	소형 추적 레이다 시스템의 설치 조건은?	소형 추적 레이다 시스템은 유도탄의 앞에서 표적을 탐지/추적 하는 호밍센서의 역할을 수행한다. 최소한의 공간에 설치가 되어야 하기에 각 구성품들의 최적 형상 배치가 매우 중요하다. 또한 각 구성품들은 와이어 하네스를 통하여 유기적으로 연결되어 있다. 와이어 하네스에는 전원, 낮은 주파수의 신호, 높은 주파수의 신호들이 분포되어 있어서 와이어 하네스를 설계시 고려해야 할 내용들이 있다.

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상세보기
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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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