[논문]VHF 광대역 수신 증폭기의 설계 및 개발

정상운; 김평국; 주성남; 박청룡; 권진용; 김갑기

[국내논문] VHF 광대역 수신 증폭기의 설계 및 개발
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정상운 (목포해양대학교 전자통신공학과) , 김평국 (목포해양대학교 전자통신공학과) , 주성남 (목포해양대학교 전자통신공학과) , 박청룡 (목포해양대학교 전자통신공학과) , 권진용 (목포해양대학교 전자통신공학과) , 김갑기 (목포해양대학교 전자통신공학과)

본 논문에서는 VHF 송수신기 셋트에 쉽게 장착할 수 있는 광대역 수신증폭기를 소형 경량, 저비용으로 제작하여 전반적인 수신기의 수신성능을 개선하고자 한다. 제작된 수신 증폭기는 140MHz ${\cdot}$ 170MHz 주파수 대역에서 3dBm 정도의 수신감도를 개선하는 특성을 나타내었다. 따라서 VHF대역을 이용하는 통신장비를 더욱 효율적으로 사용가능하며, 양질의 원거리통신이 가능하기 때문에 활용도가 매우 높을것으로 사료된다.

In this paper, wish to improve reception performance of general receiver manufacturing broadband reception amplifier that can thread easily in VHF transmit-receive equipment into downsize, light weight, low-cost. Manufactured reception amplifier expressed Characteristic that improve reception sensitive 3dBm in 140MHz ${\cdot}$ 170MHz frequency band. Therefore, may use communications equipment that utilize VHF wide-band more efficiently. Also, practical use degree is considered to be very high because telecommunication of good quality is available.

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문제 정의

따라서 본 논문에서는 수신단에 연결되 는 광대역 수신 전용증폭기를 소형, 경량, 저비용의 모듈형태로 제작하여, 수신성능을 개선하고, 기존 통신장비와 연계가 용이하 도록하여 장비의 효율적 사용이 가능하도록 하고자 한다.
본 논문에서는 VHF대역 광대역 수신증폭기를 수신 증폭부, 전원부, 그리고 송수절환부로 구성하여 설계 제작하였으며, 제작된 광대역 수신 증폭기의 동작 주파수 범위는 140 MHz ~ 170 MHz이며, 3dBm정도의 수신감도를 개선하는 특성을 나타내었다. 설계 제작된 수 신증폭기는 수신전용 증폭기를 광대역화함으로써 장비의 효율적 사용과 VHF 수신감도 개선으로 양질의 원거리 통신이 가능하다.

제안 방법

SINAD 측정 방법에 사용된 VHF 송수신기는 현재 육상에서 많이 사용되고 있는 KENWOOD사의 모델 TK-780 송수신기를 사용하여 수신감도를 측정하였으며, 이 제품의 특성은 다음의 표와 같 다.
설계되어진 회로도를 PCB 기판의 양면을 이용하여 크기를 최소화하기 위해서 적절히 소자를 배치 하였다.
실험절차는 먼저 RF 신호발생기로부터 RF 신호 146 MHz에 -85 dBm의 신호를 개발된 광대역 수신 중폭기의 안테나 단자에 연결하고, 광대역 수신 증폭기의 TR/RX 단자에 스펙트럼 분석기의 입력 단자에 연결시키고 전원 공급기를 통하여 외부로부터 DC 13V의 전압을 광대역 수산 증폭기에 공급하여 성능을 측정한다.
제작된 광대역 수신 증폭기의 측정은 NEX1 FUTURE사의 스펙트럼 분석기 NSJ32와 신호발생기는 Anritsu사의 3694A, 그리고 전원 공급기를 이용하여 출력 특성을 측정하였다.

대상 데이터

광대역 수신증폭기는 크게 수신증폭부와 전원부 그리고 송수절환부로 구성되며 증폭단에 사용된 능 동소자는 TOSHIBA사의 FET중에서 TV 튜너 및 VHF대역의 RF 증폭단에 주로 사용되는 실리콘 N 채널 듀얼 게이트 FET인 3SK121을 사용하였다. 이 능동소자는 VG2=4 V, VDS=6 V 일 때 VHF 대역에서 2 dB 이하의 잡음지수를 가지고 있으며, 동작 주파수에서 19 dB 이상의 이득을 얻을 수 았 다.
이 능동소자는 VG2=4 V, VDS=6 V 일 때 VHF 대역에서 2 dB 이하의 잡음지수를 가지고 있으며, 동작 주파수에서 19 dB 이상의 이득을 얻을 수 았 다. 전원부에 사용된 능동소자는 바이폴라 트랜지스터 2SC 1815와 2SA 1200을 사용하여 전원안정 화를 하였으며, 송수 절환부는 OMRON사의 릴레이로서 스위칭 속도가 매우 빠른 G5V-2 소자를 사용하였다. 그림 1은 광대역 수신증폭기의 회로도를 보여주고 있다[1][2].

이론/모형

증폭기의 수신감도를 측정하기 위하여 무선 관리단에서 수신기의 감도를 측정할 때 사용하는 측정방법인 SiNAD (Signal to noise and distortion ration) 측정법에 의하여 개발된 광대역 수신 증폭기의 정확한 수신감도를 측정하였다.

성능/효과

SINAD 측정방법에 따른 측정 결과 TK-780 송수신기만을 사용했을 때 수신감도가 0.29 [//V]로 전력으로 환산하면 -119 dBm을 나타내었으며, 광대역 수신 증폭기를 사용하였을 때에는 0.18 "V] 로 -122 dBm 을 나타내었다. 따라서 전체적으로 약 3 dBm 정도 수신감도가 개선됨을 알 수 있었 다.
18 "V] 로 -122 dBm 을 나타내었다. 따라서 전체적으로 약 3 dBm 정도 수신감도가 개선됨을 알 수 있었 다.
본 논문에서는 VHF대역 광대역 수신증폭기를 수신 증폭부, 전원부, 그리고 송수절환부로 구성하여 설계 제작하였으며, 제작된 광대역 수신 증폭기의 동작 주파수 범위는 140 MHz ~ 170 MHz이며, 3dBm정도의 수신감도를 개선하는 특성을 나타내었다. 설계 제작된 수 신증폭기는 수신전용 증폭기를 광대역화함으로써 장비의 효율적 사용과 VHF 수신감도 개선으로 양질의 원거리 통신이 가능하다. 또한 소형, 경량, 저비용의 모듈형태로 개발하여 기존 VHF 통신장비의 효율적 사용이 가능할 것으로 보인다.
스펙트럼 분석기에 의한 출력은 -85dBm으 로 증폭기를 동작시켰을 때 측정상 다단의 커넥터의 연결 및 케이블에 의한 손실 요인을 감안한다면 3 dBm 정도의 수신감도를 개선하는 특성을 나타냄을 알 수 있었으며 동작 주파수 범위는 140 MHz ~ 170 MHz 임을 확 인하였다.
초기에 신호발생기로부터 0 dBm의 신호를 증폭기의 안테나 단자에 연결하고, 증폭기를 동작시키지 않았을 때 -3 dBm의 손실이 발생하였으며, 증폭기를 동작시켰을 때 0 dBm 의 특성을 나타내었다. 이로써 알 수 있는 것은 측정상 다단의 커넥터에 의한 연결 및 케이블에 의한 손실이 약 -3 dBm임을 알 수 있 었다.

후속연구

설계 제작된 수 신증폭기는 수신전용 증폭기를 광대역화함으로써 장비의 효율적 사용과 VHF 수신감도 개선으로 양질의 원거리 통신이 가능하다. 또한 소형, 경량, 저비용의 모듈형태로 개발하여 기존 VHF 통신장비의 효율적 사용이 가능할 것으로 보인다.
수신 증폭기를 소형의 모듈형태로 구성 하여 장착이 용이하고, 광대역화 및 수신감 도를 개선하며, 안테나를 통해 수신된 수신 신호는 중폭시키고, PTT를 통해 입력된 송 신신호는 중폭되지 않고 송신되어 원활한 이동통신이 이루어질 수 있도록 개발할 경 우, VH击 대역을 사용하는 항공교통관제, 해 상 이동통신, 행정관리 통신 등 안전 및 구 조시스템 구축이 가능하여 중소도시 및 도 서지역에 있어서 활용도가 매우 높을 것으 로 판단된다.
위의 그림에서도 알 수 있듯이 개발된 VHF 광대역 수신 증폭기의 크기를 기존의 제품보다 1/2 이상으로 줄였고, 앞서 특성을 분석한 결과들로부터 수신감도가 개선됨을 확인하였기 때문에 앞으로 그 활용도가 높을 것으로 사료된다.

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