KR100812098B1 - 주파수 도약형 단파 무전기 안테나 고속 동조 장치 및 그방법 - Google Patents

주파수 도약형 단파 무전기 안테나 고속 동조 장치 및 그방법 Download PDF

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이정용
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윤병수
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주식회사 휴니드 테크놀러지스
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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
본 발명은 주파수 도약형 단파 무전기 안테나 고속 동조 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것임.
2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 과제
본 발명은 주파수 도약형 단파 무전기 안테나의 고속 동조를 위한 고속 동조 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있음.
3. 발명의 해결방법의 요지
본 발명은 주파수 도약형 단파 무전기 안테나의 고속 동조 장치에 있어서, 초기동조 데이터에 따라 동조 수단을 초기 구동시키고, RF 입력 신호와 상기 동조 수단으로부터의 반사주파수에 대하여 각각 센싱한 두 전압 값(Vf 및 Vr)을 주 제어 수단으로 전달하여 그에 상응하는 상기 주 제어 수단으로부터의 동조 제어 신호에 따라 상기 동조 수단을 구동시키기 위한 감지 및 구동 수단; 상기 감지 및 구동 수단으로부터의 두 전압 값(Vf 및 Vr)을 이용하여 정재파비를 계산하고 초기동조 및 미세동조를 수행하여 동조 제어 신호를 상기 감지 및 구동 수단으로 리턴하기 위한 상기 주 제어 수단; 및 상기 감지 및 구동 수단에 의해 구동되어 동조를 수행하기 위한 상기 동조 수단을 포함함.
4. 발명의 중요한 용도
본 발명은 주파수 도약형 단파 무전기 등에 이용됨.
Figure R1020070019742
주파수 도약, 단파 무전기, 고속 동조, 초기동조, 미세동조, 정재파비

Description

주파수 도약형 단파 무전기 안테나 고속 동조 장치 및 그 방법{HIGH SPEED ANTENNA TUNER AND TUNING METHOD FOR HF HOPPING RADIO}
도 1은 일반적인 동조 개요를 설명하기 위한 도면,
도 2a는 본 발명에 따른 주파수 도약형 단파 무전기 안테나 고속 동조 장치의 일실시예 구성도,
도 2b는 본 발명에 따른 계전기에 대한 일실시예 설명도,
도 3은 본 발명에 따른 고정모드에서의 주파수 도약형 단파 무전기 안테나 고속 동조 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 도약모드에서의 주파수 도약형 단파 무전기 안테나 고속 동조 방법에 대한 일실시예 흐름도,
도 5a는 본 발명에 따른 초기동조 과정에 대한 일실시예 상세 흐름도,
도 5b는 본 발명에 따른 미세동조 과정 중 L 소자 조합 과정에 대한 일실시예 상세 흐름도,
도 5c는 본 발명에 따른 미세동조 과정 중 C 소자 조합 과정에 대한 일실시예 상세 흐름도,
도 6은 본 발명에 따른 정합 탐색 방식에 대한 일실시예 설명도,
도 7은 본 발명에 따른 안테나 정합 과정을 나타내는 일실시예 도면,
도 8은 본 발명에 따른 주파수 도약형 단파 무전기 안테나 고속 동조 장치와 그에 내장된 동조부 및 감지 및 구동부의 일실시예 외형도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 감지 및 구동부 20 : 주 제어부
30 : 동조부
본 발명은 무전기 안테나 고속 동조 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주파수 도약형 단파 무전기 안테나의 고속 동조를 위한 고속 동조 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 동조 개요를 설명하기 위한 도면이다.
일반적으로 무전기와 변조된 신호의 공중 방사를 위한 안테나 사이에는 임피던스 동조회로가 존재하게 된다. 임피던스 동조회로는 주파수가 변화됨에 따라 일정 길이를 갖는 안테나의 임피던스 변화를 보정하기 위한 목적으로 사용된다.
특히, 단파(HF) 대역의 주파수는 2㎒~30㎒로 필요 안테나의 길이가 매우 길고, 30㎒에 비해 2㎒의 경우 15배 길이의 안테나를 필요로 한다. 이는 다른 대역에 비해 상당한 범위의 안테나 길이의 변동이 발생함을 의미하며, 길이 변동을 임피던스 동조(정합)회로가 대신하는 역할을 하게 된다. 따라서 단파(HF) 대역은 타 대역과 달리 수㎑의 주파수 변화에도 안테나와 무전기 간의 임피던스 불균형이 급격하게 발생하게 된다. 이와 같은 이유로 인하여 단파(HF) 대역에서의 임피던스 정합은 매우 중요한 항목이며, 통신품질과 직결되는 항목이다.
이를 도 1을 참조하여 좀더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무전기의 출력이 안테나를 통해 방사가 되려면 무전기 송수신부의 임피던스와 안테나의 임피던스가 매칭되어야만 안테나로 방사가 이루어진다.
HF(2㎒~30㎒) 무전기의 송수신부의 임피던스는 50Ω이고, 안테나의 임피던스는 수Ω~수십㏀이므로, 임피던스가 매칭되어 무전기의 출력이 안테나를 통해 방사되게 하기 위해서는 임피던스 동조회로가 무전기 송수신부와 안테나 사이에 필요하다.
특히, 단시간의 교신 후 장소 이동을 필요로 하고 적의 전자전으로부터의 대전자전을 위한 주파수 도약을 필요로 하는 전술용 무전기의 경우에는 고속의 안테나 동조가 필수적으로 요구된다.
본 발명은 상기 요구에 부응하기 위하여 제안된 것으로, 주파수 도약형 단파 무전기 안테나의 고속 동조를 위한 고속 동조 장치 및 그 방법과 상기 방법을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 장치는, 주파수 도약형 단파 무전기 안테나의 고속 동조 장치에 있어서, 초기동조 데이터에 따라 동조 수단을 초기 구동시키고, RF 입력 신호와 상기 동조 수단으로부터의 반사주파수에 대하여 각각 센싱한 두 전압 값(Vf 및 Vr)을 주 제어 수단으로 전달하여 그에 상응하는 상기 주 제어 수단으로부터의 동조 제어 신호에 따라 상기 동조 수단을 구동시키기 위한 감지 및 구동 수단; 상기 감지 및 구동 수단으로부터의 두 전압 값(Vf 및 Vr)을 이용하여 정재파비를 계산하고 초기동조 및 미세동조를 수행하여 동조 제어 신호를 상기 감지 및 구동 수단으로 리턴하기 위한 상기 주 제어 수단; 및 상기 감지 및 구동 수단에 의해 구동되어 동조를 수행하기 위한 상기 동조 수단을 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 방법은, 주파수 도약형 단파 무 전기 안테나의 고속 동조 방법에 있어서, 운용자로부터 입력받은 주파수를 설정하고 상기 운용자로부터 선택받은 운용모드가 고정모드인지 또는 도약모드인지를 확인하는 단계; 상기 확인 결과, 고정모드이면 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한 후에 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하여 고정모드에서의 동조를 수행하는 고정모드 동조 단계; 및 상기 확인 결과, 도약모드이면 각 도약 주파수 별로 도약 대역 내의 동조 데이터를 추적하여 재저장(Re-store)하는 프리-튜닝(Pre-Tuning)을 수행한 후에, 각 도약 주파수에 대하여 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한 후에 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하여 도약모드에서의 동조를 수행하는 도약모드 동조 단계를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 방법은, 고정모드에서의 고속 동조 방법에 있어서, 운용자의 PTT 누름에 따라 동조 시작 신호를 발생하는 단계; 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행하는 초기동조 단계; 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하는 미세동조 단계; 및 정재파비(VSWR)를 이용하여 동조 여부를 판정하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 방법은, 도약모드에서의 고속 동조 방법에 있어서, 각 도약 주파수 별로 도약 대역 내의 동조 데이터를 추적하여 재저장(Re-store)하는 프리-튜닝(Pre-Tuning) 단계; 동조 시작에 따라 입력받은 도약 주파수 중 어느 하나의 도약 주파수를 설정하는 단계; 상기 설정한 도약 주파수에 대한 도약 대역 내에서 주파수를 천이하면서 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한 후에 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하는 동조 단계; 및 상기 입력받은 모든 도약 주파수에 대하여 동조를 수행하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명은, 프로세서를 구비한 고속 동조 장치에, 운용자로부터 입력받은 주파수를 설정하고 상기 운용자로부터 선택받은 운용모드가 고정모드인지 또는 도약모드인지를 확인하는 기능; 상기 확인 결과, 고정모드이면 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한 후에 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하여 고정모드에서의 동조를 수행하는 고정모드 동조 기능; 및 상기 확인 결과, 도약모드이면 각 도약 주파수 별로 도약 대역 내의 동조 데이터를 추적하여 재저장(Re-store)하는 프리-튜닝(Pre-Tuning)을 수행한 후에, 각 도약 주파수에 대하여 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한 후에 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하여 도약모드에서의 동조를 수행하는 도약모드 동조 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
또한, 본 발명은, 프로세서를 구비한 고속 동조 장치에, 운용자의 PTT 누름에 따라 동조 시작 신호를 발생하는 기능; 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행하는 초기동조 기능; 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하는 미세동조 기능; 및 정재파비(VSWR)를 이용하여 동조 여부를 판정하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
또한, 본 발명은, 프로세서를 구비한 고속 동조 장치에, 각 도약 주파수 별로 도약 대역 내의 동조 데이터를 추적하여 재저장(Re-store)하는 프리-튜닝(Pre-Tuning) 기능; 동조 시작에 따라 입력받은 도약 주파수 중 어느 하나의 도약 주파수를 설정하는 기능; 상기 설정한 도약 주파수에 대한 도약 대역 내에서 주파수를 천이하면서 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한 후에 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하는 기능; 및 상기 입력받은 모든 도약 주파수에 대하여 동조를 수행하는 기능을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공한다.
상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에 사용되는 정재파비(VSWR : Voltage Standing Wave Ratio)에 대한 이해를 돕기 위하여 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.
정재파비(VSWR)란 반사계수 또는 S 파라미터(S11, S22 등)를 또 다르게 표현한 값으로서, 반사에 의해 생성되는 정재파(standing wave)의 높이비를 의미한다. 여기서, 정재파란 어떤 파동이 진행하다가 다른 매질을 만나서 반사되어 나온 파동과 합쳐지면서 생기는 고정된 파형을 의미한다.
전기적 파동 역시 반사된 경우 고정된 전압을 가진 파형이 움직이지 않고 고정된 채 존재하게 되는데, 반사량이 많을수록 고정된 정재파의 크기가 커진다. 그래서 정재파비(VSWR)는 반사가 거의 없는 경우는 1에 가깝고, 반사량이 늘어날수록 무한 대에 가까워진다. 표현할 때는 VSWR 값을 어떤 비율 값처럼 표현하는데, 예를 들어, VSWR이 3으로 계산되는 경우는 "VSWR이 3:1이다"라는 식으로 표현한다.
도 2a는 본 발명에 따른 주파수 도약형 단파 무전기 안테나 고속 동조 장치의 일실시예 구성도이다.
주파수 도약형 단파(HF) 무전기는 1초에 10홉의 주파수를 변경해 가면서 통화하는 방식의 무전기로서, 이를 위해서는 매우 빠른 고속 동조가 필수적이며, 이를 위해 일반적으로 동조회로에 사용되는 로딩 코일과 단축 커패시터의 고속 스위칭이 요구된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 주파수 도약형 단파 무전기 안테나 고속 동조 장치는, 초기동조 데이터에 따라 동조부(즉, 정합부)(30)를 초기 구동시키고, RF 입력 신호와 동조부(30)로부터의 반사주파수에 대하여 각각 센싱한 두 전압 값(Vf 및 Vr)을 주 제어부(20)로 전달하여 그에 상응하는 주 제어부(20)로부터의 동조 제어 신호에 따라 동조부(30)를 구동시키기 위한 감지 및 구동부(10), 상기 감지 및 구동부(10)로부터의 두 전압 값(Vf 및 Vr)을 이용하여 정재파비를 계산하고 초기동조 및 미세동조를 수행하여 동조 제어 신호를 상기 감지 및 구동부(10)로 리턴하기 위한 주 제어부(20), 및 사용주파수에 따른 무전기(50Ω)와 안테나 간의 임피던스 매칭을 위해 로딩 코일과 단축 커패시터를 이용하여 정재파비를 1:1에 근접시키는 기능을 수행하기 위한 동조부(30)를 포함한다.
여기서, 고속 동조 장치의 각 구성 요소에 대하여 좀더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
상기 감지 및 구동부(10)는, 초기동조 데이터에 따라 동조부(30)를 초기 구동시키고, 탑재(포함)되어 있는 센싱 기능을 이용하여 RF 입력 신호와 동조부(30)로부터의 반사주파수에 대하여 각각 전압 값(Vf 및 Vr)을 센싱하여 주 제어부(20)로 전달하기 위한 방향성 결합기(11), 주 제어부(20)로부터의 동조 제어 신호를 버퍼링하기 위한 데이터 완충기(12), 데이터 완충기(12)로부터의 동조 제어 신호에 따라 동조부(30)의 계전기(Reed Relay)를 제어하여 단축 커패시터를 구동시키기 위한 단축 커패시터 구동부(13), 및 데이터 완충기(12)로부터의 동조 제어 신호에 따라 동조부(30)의 계전기(Reed Relay)를 제어하여 로딩 코일을 구동시키기 위한 로딩 코일 구동부(14)를 포함한다.
그리고 상기 주 제어부(20)는, 상기 감지 및 구동부(10)의 방향성 결합기(11)로부터의 두 직류(DC) 전압 값(Vf 및 Vr)을 디지털(DIGITAL) 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환부(21), 상기 아날로그/디지털 변환부(21)에서 디지털로 변환한 초기 두 전압 값(Vf 및 Vr)을 이용하여 초기동조 데이터에 대한 정재파비를 계산하여 초기동조를 수행하고, 상기 아날로그/디지털 변환부(21)에서 디지털로 변환한 이후의 두 전압 값(Vf 및 Vr)을 이용하여 현재 출력되는 RF 신호의 정재파비를 계산하여 미세동조를 수행하여 동조 제어 신호를 출력하기 위한 중앙처리부(22), 및 중앙처리부(22)로부터의 동조 제어 신호를 상기 감지 및 구동부(30)의 데이터 완충기(12)로 전달하기 위한 인터페이스 입/출력부(23)를 포함한다.
다음으로, 고속 동조 장치의 동작을 좀더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
송신 시(PTT 시) RF 신호가 입력되면, 감지 및 구동부(10)는 초기동조 데이 터에 따라 동조부(일명 정합부라 함)(30)에 있는 RF 계전기(Reed Relay)를 초기 구동시키고, 방향성 결합기(11)에 탑재(포함)되어 있는 센싱 기능을 통해 RF 입력 신호와 동조부(30)로부터의 반사주파수에 대하여 각각 센싱한 두 전압 값(Vf 및 Vr)을 주 제어부(20)로 전달한다.
즉, 감지 및 구동부(10)는 방향성 결합기(Directional Coupler)(11)에 탑재(포함)되어 있는 센싱 기능을 이용하여 RF 입력 신호에 대하여 전압 값(Vf)을 센싱한다. 구체적으로, 감지 및 구동부(10)는 방향성 결합기(Directional Coupler)(11)에 탑재(포함)되어 있는 센싱 기능을 이용하여 RF 입력 신호에 대하여 -20dB하여 그 값을 직류(DC) 전압 값으로 변환하여 주 제어부(20)로 전달한다. 또한, 감지 및 구동부(10)는 방향성 결합기(Directional Coupler)(11)에 탑재(포함)되어 있는 센싱 기능을 이용하여 동조부(30)로부터의 반사주파수에 대하여 전압 값(Vr)을 센싱한다. 구체적으로, 감지 및 구동부(10)는 방향성 결합기(Directional Coupler)(11)에 탑재(포함)되어 있는 센싱 기능을 이용하여 동조부(30)로부터의 반사주파수에 대하여 -20dB하여 그 값을 직류(DC) 전압 값으로 변환하여 주 제어부(20)로 전달한다.
그러면, 주 제어부(20)는 상기 감지 및 구동부(10)로부터의 초기 두 전압 값(Vf 및 Vr)을 이용하여 초기동조 데이터에 대한 정재파비를 계산하여 초기동조를 수행하고, 이후의 상기 감지 및 구동부(10)로부터의 두 전압 값(Vf 및 Vr)을 이용하여 현재 출력되는 RF 신호의 정재파비를 계산하면서 미세동조를 수행하여 정재파비가 2:1 미만인 정합 데이터 신호(동조 제어 신호)를 상기 감지 및 구동부(10)로 다시 전달한다(도 3 내지 도 5를 참조하여 후술하기로 함). 이때, 정재파비가 1:1이면 가상 이상적이지만 정재파비가 2:1 미만이면 RF 신호를 안테나를 통해 방사하는데 문제가 없다.
좀더 구체적으로 살펴보면, 주 제어부(20)는 상기 감지 및 구동부(10)로부터의 두 직류(DC) 전압 값(Vf 및 Vr)을 아날로그/디지털 변환부(21)를 이용하여 1바이트(BYTE)의 디지털(DIGITAL) 신호로 변환한 후에, 중앙처리부(22)에서 초기 두 디지털 전압 값을 이용하여 정재파비를 계산하여 초기동조를 수행하고, 이후의 두 디지털 전압 값을 이용하여 정재파비를 계산하면서 미세동조를 수행하여 정재파비가 2:1 미만인 정합 데이터 신호(동조 제어 신호)를 데이터(DB0~DB7)와 주소(AB0 ~AB2) 형태로 인터페이스 입/출력부(23)를 통하여 감지 및 구동부(10)의 데이터 완충기(버퍼)(12)로 전달한다.
그러면, 감지 및 구동부(10)는 상기 주 제어부(20)로부터의 동조 제어 신호(정재파비가 2:1 미만인 정합 데이터 신호)에 따라 동조부(30)의 RF 계전기(Reed Relay)를 제어하여 로딩 코일과 단축 커패시터를 구동시킨다. 이때, 감지 및 구동부(10)의 데이터 완충기(12)는 주 제어부(20)로부터 입력되는 동조 제어 신호(데이터 비트 DB0 ~ DB7)를 안정적으로 받을 수 있도록 버퍼링하여 단축 커패시터 구동부(13) 및 로딩 코일 구동부(14)로 전달한다. 그러면, 단축 커패시터 구동부(13) 및 로딩 코일 구동부(14)는 동조 제어 신호에 따라 동조부(30)의 RF 계전기(Reed Relay)를 제어하여 로딩 코일 및 단축 커패시터가 구동되도록 한다.
그에 따라, 동조부(30)의 로딩 코일과 단축 커패시터가 구동되어, 사용주파 수에 따른 무전기(50Ω)와 안테나 간의 임피던스 매칭을 수행(정재파비를 1:1에 근접시키는 기능)하여 RF 신호를 안테나로 출력한다.
도 2b는 본 발명에 따른 계전기(Reed Relay)에 대한 일실시예 설명도이다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 계전기(Reed Relay)의 동작은 선정(S)과 비선정(R) 핀으로 신호를 받아 구동되는데 0V로 떨어지는 핀에 따라 계전기 내부의 스위치(SWITCH)가 조정된다.
예를 들면, 선정(S) 핀이 0V에서 12V로, 비선정(R) 핀이 12V에서 0V로 바뀌었다면 내부 스위치가 초기 위치와 다른 위치로 스위칭된다.
계전기 내부에는 스위치가 2개가 들어 있어서, 구동신호에 따라 두 스위치가 동시에 움직이며 전원이 없는 상태에도 이전 스위치의 상태를 기억한다.
상기 동조부의 특징은 다음과 같이 요약될 수 있다.
첫째, 고속 스위칭을 위해 동조소자의 값(Value)을 최소값을 기준으로 2배수 스텝으로 배열한다.
즉, L2=2×L1
Ln=2×(Ln-1)
둘째, 각각의 동조소자는 일예로 고속 전자식 래칭 리드 릴레이(Latching Reed relay)에 의해 스위칭되도록 한다.
셋째, 동조부(정합회로)의 구조를 L-C(Before C) 또는 C-L(After C)의 형태로 쉽게 전환시킬 수 있도록 로딩 코일과 단축 커패시터를 배치한다. 이는 안테나 임피던스 변화에 따라 동조부(정합회로)의 형태를 전환하여 동조의 신뢰성을 높이 기 위한 방식이다.
넷째, 각 리드 릴레이(Reed relay)의 구동은 접점유지를 위한 구동전류의 감소를 위해 주 제어부(20)로부터의 제어를 전달받아 8-비트 병렬-입력 래치드 드라이버(8-Bit Parallel-Input Latched Driver)로 이루어진 동조소자(Inductor/Capacitor) 구동회로(단축 커패시터 구동부 및 로딩 코일 구동부)가 각 리드 릴레이(Reed relay)를 제어하여 단축 커패시터 및 로딩 코일이 구동되도록 한다.
다섯째, 동조소자(Inductor/Capacitor) 구동회로(단축 커패시터 구동부 및 로딩 코일 구동부)는 래치드 드라이버(Latched Driver)에 의해 최초 선택 시에만 구동펄스에 의해 릴레이(Relay) 접점이 온/오프(On/Off)되도록 제어함으로써, 전류소모가 최대한으로 감소되도록 한다. 이는 휴대용 전원(Battery)에 의존하는 무전기 특성상 통화시간의 연장을 위해 필요하다.
한편, 고속 동조 장치의 기본적인 구조는 다음과 같다.
본 발명에 따른 전술용 주파수 도약형 단파(HF) 무전기는 비도약의 운용 방식인 고정모드와 도약방식의 운용 방식인 도약모드로 구분하여 운용자가 사용할 수 있다.
따라서 도약모드에서의 동조 방법과 고정모드에서의 동조 방법은 약간의 차이가 존재하게 된다. 다음은 이에 대한 상세한 설명이다.
도 3은 본 발명에 따른 고정모드에서의 주파수 도약형 단파 무전기 안테나 고속 동조 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
먼저, 안테나 동조 과정은 동조 시작(정합 개시) 신호에 따라 시작되고, 동조 시작 신호는 운용자가 송/수화기의 PTT를 눌렀을 때 발생하며, PTT 상태와 고정모드/도약모드를 구분하여 정해진 동조 동작을 수행한다. 다른 실시예로, 고정모드나 도약모드로 중 어느 한 모드로만 설정되어 있는 경우도 가능하다.
그리고 동조 방법은 초기동조 후 미세동조 순으로 진행된다. 우선, 고속 동조 장치는 동조 시작 신호와 더불어 주파수 정보도 같이 전달받아 초기동조 데이터를 선택하고, 상기 선택한 초기동조 데이터에 따라 동조부(30)를 구동하여 정재파비를 계산하여 초기동조를 수행한다.
이후, 고속 동조 장치는 현재 입력되는 고주파 신호(RF)의 진행파 및 그에 대한 반사파를 감지하여 주 제어부(20)에서 계산된 정재파비를 이용하여 동조 데이터를 추적한다. 이처럼, 안테나 동조 과정은 동조 데이터를 추적하는 과정으로 볼 수 있으며, 정재파비가 1:1이 될 때 가장 이상적인 동조 데이터로 볼 수 있다.
다음으로, 고정모드에서의 동조 과정을 도 3을 참조하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 무전기가 사용자로부터 원하는 주파수를 입력받아 해당 주파수를 설정한다(301).
이후, 사용자로부터 고정방식/도약방식 스위치 중에 원하는 방식의 스위치를 선택받아, 선택된 방식에 따라 고정모드 또는 도약모드로 동작한다(302). 도 3은 고정방식을 선택한 경우를 나타내고 있다. 그리고 도약모드인 경우는 도 4에서 후술하기로 한다.
이후, 운용자가 송/수화기의 PTT를 누름에 따라 동조 시작(정합 개시) 신호를 발생한다(303).
이후, 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한다(304). 즉, 상기 발생한 동조 시작 신호와 주파수 정보에 따라 초기동조 데이터를 선택하고, 상기 선택한 초기동조 데이터에 따라 동조부(30)를 구동한 후에 그에 따른 정재파비를 계산하여 동조 데이터를 구한다. 이때, 초기동조 과정은 미세동조 과정의 전 과정으로서, 주파수마다 미리 설정된 정합 데이터(초기동조 데이터)에 따라 동조부(30)의 로딩 코일 및 단축 커패시터를 구동한 후에, 그에 따른 정재파비를 계산하여 동조 데이터를 구한다.
이후, 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행한다(305). 즉, 기 설정된 미세동조 데이터에 따라 동조부(30)를 구동하면서 그에 따른 정재파비를 계산하면서 미세동조를 수행한다. 즉, 상기 계산한 정재파비를 이용하여 동조 데이터를 추적한다. 이때, 미세동조 과정은 주 제어부(20)의 비휘발성 메모리에 미리 설정된 정합 순서 데이터(미세동조 데이터)에 따라 기 정해진 순서대로 동조부(30)의 로딩 코일 및 단축 커패시터를 500ms 동안 계속해서 구동하는 과정으로, 미세동조할 수 있는 최대 시간은 500ms이며, 시간이 그 이상이면 미세동조 과정이 자동으로 중단된다.
그리고 상기 미세동조 과정(305)을 수행하면서 동시에 발생하는 상황으로서 상기 계산한 정재파비(VSWR)를 확인하여(306) 정재파비가 2:1 미만이면 고정모드에서의 안테나 동조(정합) 과정을 종료하고, 정재파비가 2:1 이상이면 무전기의 전면판에 “ERR-TUNE" 메시지를 표시하고 재정합 대기 상태로 진행하여(307) 사용자로 하여금 재차 미세동조 과정을 수행할 수 있도록 한다.
도 4는 본 발명에 따른 도약모드에서의 주파수 도약형 단파 무전기 안테나 고속 동조 방법에 대한 일실시예 흐름도이다.
도약모드는 도약 운용 전에 별도의 프리-튜닝(Pre-Tuning) 과정을 통해 도약 대역 내의 동조(정합) 데이터를 추적하여 그 추적 결과(동조 데이터)를 재저장(Re-store)하게 된다. 이때, 프리-튜닝(Pre-Tuning) 과정은 고정모드의 안테나 동조 방법과 동일하나, 단지 사용 주파수에 따른 도약 대역의 주파수 채널별로 동조 데이터를 검출하여 내부 메모리에 주파수 채널별로 동조 데이터를 미리 저장하여 둔다는 점에서 차이가 있다. 즉, 도약 시 해당 도약 주파수에 대응하는 동조 데이터로 상기 저장된 주파수 채널별 동조 데이터를 이용함으로써 5㎳이내에 동조소자(로딩 코일 및 단축 커패시터)를 세팅하게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고속 동조 프로그램은 크게 다음의 3가지 동작을 포함한다.
첫째는 초기동조 과정으로 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한다. 즉, 동조 시작 신호와 주파수 정보에 따라 초기동조 데이터를 선택하고, 상기 선택한 초기동조 데이터에 따라 동조부(30)의 로딩 코일 및 단축 커패시터를 구동한 후에 그에 따른 정재파비를 계산하여 동조 데이터를 구한다. 이때, 초기동조 데이터는 주파수마다 미리 설정된 정합 데이터로서, 주 제어부(20)의 비휘발성 메모리에 미리 저장되어 있다.
둘째는 미세동조 과정으로 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행한다. 즉, 기 설정된 미세동조 데이터에 따라 동조부(30)를 구동하면서 그에 따른 정재파비를 계산하면서 미세동조를 수행한다(305). 이때, 미세동조 과정은 주 제어부(20)의 비휘발성 메모리에 미리 설정된 정합 순서 데이터(미세동조 데이터)에 따라 기 정해진 순서대로 동조부(30)의 로딩 코일 및 단축 커패시터를 500ms 동안 계속해서 구동하여 정재파비가 2:1 미만이 되도록 하는 과정이다.
셋째, 프리-튜닝(Pre-tuning) 과정은 도약 대역 내의 동조 데이터를 추적하여 그 추적 결과(동조 데이터)를 재저장(Re-store)한다. 이때, 도약모드에서의 입력 주파수에 대하여 도약(hopping)되는 대역에 한하여 동조부(30)의 로딩 코일 및 단축 커패시터들이 설정되도록 한다. 그리고 이후의 도약 시 상기 재저장(Re-store)된 동조 데이터들 중에서 해당 도약 주파수에 상응하는 동조 데이터를 이용함으로써 5㎳이내에 동조소자를 세팅할 수 있게 된다.
여기서, 초기동조 과정은 고속 동조를 가능하게 하며, 미세동조 과정은 정확한 동조 데이터를 검출하게 하는 역할을 한다. 그리고 고정모드에서의 동조 방법은 송신 시(PTT 시) 초기동조 과정 수행 후에 미세동조 과정을 수행하고, 프리-튜닝 과정은 도약모드에서만 수행한다.
또한, 프리-튜닝(Pre-tuning) 과정은 도약 주파수에 맞는 동조 데이터를 검출하여 송신출력이 반사전력 없이 안테나로 전달되게 한다.
이러한 도약모드에서의 동조 방법을 도 4를 참조하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
도 3에서 전술한 바와 같이, 사용자로부터 고정방식/도약방식 스위치 중에 원하는 방식의 스위치를 선택받아, 선택된 방식에 따라 고정모드 또는 도약모드로 동작한다. 도 4는 도약방식을 선택한 경우를 나타내고 있다.
이후, 운용자가 송/수화기의 PTT를 누름에 따라 동조 시작(정합 개시) 신호를 발생한다(401).
이후, 채널당 도약 주파수를 입력받는다(402). 즉, 무전기가 사용자로부터 원하는 도약 주파수를 한 채널에 최대 6개까지 입력받는다.
이후, 도약 주파수를 설정한다(403). 이때, 일예로 최초에는 첫 번째 입력된 도약 주파수에 상응하는 동조(정합) 데이터 값을 주 제어부(20)의 비휘발성 메모리로부터 읽어온다.
이후, 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한다(404). 즉, 상기 발생한 동조 시작 신호와 주파수 정보에 따라 초기동조 데이터를 선택하고, 상기 선택한 초기동조 데이터에 따라 동조부(30)를 구동한 후에 그에 따른 정재파비를 계산하여 동조 데이터를 구한다. 이때, 초기동조 과정은 미세동조 과정의 전 과정으로서, 주파수마다 미리 설정된 정합 데이터(초기동조 데이터)에 따라 동조부(30)의 로딩 코일 및 단축 커패시터를 구동한 후에, 그에 따른 정재파비를 계산하여 동조 데이터를 구한다.
이후, 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행한다(405). 즉, 기 설정된 미세동조 데이터에 따라 동조부(30)를 구동하면서 그에 따른 정재파비를 계산하면서 미세동조를 수행한다. 즉, 상기 계산한 정재파비를 이용하여 동조 데이터를 추적한다. 이때, 미세동조 과정은 주 제어부(20)의 비휘발성 메모리에 미리 설정된 정합 순서 데이터(미세동조 데이터)에 따라 기 정해진 순서대로 동조부(30)의 로딩 코일 및 단축 커패시터를 500ms 동안 계속해서 구동하는 과정으로, 미세동조할 수 있는 최대 시간은 500ms이며, 시간이 그 이상이면 미세동조 과정이 자동으로 중단된다.
이후, 현재의 도약 주파수에 대한 도약 대역 내에서 미세동조를 하기 위하여, 현재의 가변 도약 주파수(f)가 최대 도약 주파수(fhop -max)보다 작은지를 판단하여(406) 작으면 주 제어부(20)의 비휘발성 메모리에 기 설정된 주파수 천이 순서에 따라 주파수를 천이한 후에(407) 상기 초기 동조 과정(404)으로 진행하고, 크면 "408" 과정으로 진행한다.
이를 좀더 상세히 살펴보면, 입력된 도약 주파수에 대해 도약(hopping) 대역이 있으며, 그 도약 대역 내에서 미세동조를 할 수 있도록 주 제어부(20)의 비휘발성 메모리에 주파수 천이 순서가 저장되어 있다. 예를 들면, 도약 주파수가 2.5034MHz일 때는 도약 대역이 2.4650~2.5688MHz이므로 최대값이 2.5688MHz이다. 따라서 2.5034MHz(f=가변되는 도약 주파수) < 2.5688MHz(fhop-max=도약 주파수의 최대값)이므로, 주파수 천이 과정(407)으로 이동하여 주 제어부(20)의 비휘발성 메모리에 기록된 주파수 천이 순서에 따라 주파수가 천이되어 계속해서 반복 동작하게 되어 결국엔 2.5700MHz(f=가변되는 도약 주파수) > 2.5688MHz(fhop -max=도약 주파수의 최대값)이 되어 "408" 과정으로 진행하여 미세동조된 주파수에 해당되는 정재파비와 동조 데이터를 주 제어부(20)의 휘발성 메모리에 저장한다(408).
이후, 상기 입력받은 모든 도약 주파수에 대하여 미세동조를 수행하기 위하 여, 현재 미세동조된 도약 주파수 순서가 상기 입력받은 도약 주파수 수에 도달하였는지를 확인하여(409) 도달하지 못하였으면 상기 도약 주파수 설정 과정(403)으로 진행하고, 도달하였으면 도약모드의 미세동조를 종료한다. 그리고 무전기는 도약 대기모드 상태로 설정된다.
이를 좀더 상세히 살펴보면, 예를 들어 상기 "402" 과정에서 한 채널에 3개의 도약 주파수가 입력되었을 경우 첫 번째 도약 주파수에 대해 미세동조가 끝나면 입력된 도약 주파수 수(CH_bk=3) < 미세동조가 끝난 도약 주파수 숫자(CH=1)로 인식하여 "403" 과정으로 진행하여 두 번째 도약 주파수를 미세동조할 수 있도록 한다. 이와 같은 방법으로 진행하게 되면 결국에는 입력된 도약 주파수 수(CH_bk=3)가 미세동조가 끝난 도약 주파수 숫자(CH=3)에 도달하게 되어 도약모드의 미세동조가 종료된다.
다음으로, 초기동조 과정에 대하여 좀더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
초기동조는 정합 시 최초로 수행되며, 초기동조 데이터는 각 주파수별로 동조부의 RF 리드 릴레이(Reed Relay)를 구동할 수 있는 정보를 담고 있다. 초기동조 데이터는 주 제어부(20)의 비휘발성 메모리의 룩-업 테이블(Look-Up Table)에 미리 저장되어 있으며, 초기동조 과정은 이러한 초기동조 데이터의 값(Value)을 동조부(30)의 각 동조소자(로딩 코일 및 단축 커패시터)에 적용하는 과정이다. 여기서, 룩-업 테이블(Look-Up Table)의 값(Value)들은 사전에 저장된 기본 값이며, 운용 도중에 미세동조를 거친 주파수들에 대해서는 미세동조의 결과(미세동조 데이터)를 재저장(Re-store)하게 된다.
도 5a는 본 발명에 따른 초기동조 과정에 대한 일실시예 상세 흐름도이다.
초기동조 과정이 시작되면, 먼저 초기동조 데이터를 설정한다(501). 즉, 주 제어부(20)의 비휘발성 메모리에 미리 저장되어 있는 동조(정합) 데이터를 읽어온다.
이후, 상기 설정한 초기동조 데이터에 따라 동조부(30)의 로딩 코일 릴레이를 제어하여 로딩 코일을 구동한다(502). 즉, 주파수마다 미리 설정된 초기동조 데이터에 따라 동조부의 로딩 코일을 구동한다.
이후, 상기 설정한 초기동조 데이터에 따라 동조부(30)의 단축 커패시터 릴레이를 제어하여 단축 커패시터를 구동한다(503). 즉, 각 주파수마다 미리 설정된 초기동조 데이터에 따라 동조부의 단축 커패시터를 구동한다.
이후, 현재 출력되는 RF 신호에 대한 정재파비(VSWR)를 계산한다(504). 즉, 상기 구동한 로딩 코일 및 단축 커패시터에 의하여 발생된 RF 출력 신호에 대한 정재파비를 주 제어부(20)의 중앙처리부에서 계산한다.
이후, 동조 데이터를 저장한다(505). 즉, 주 제어부(20)의 휘발성 메모리에 동조 데이터를 저장한다.
다음으로, 미세동조 과정에 대하여 좀더 상세히 살펴보면 다음과 같다.
미세동조는 동조 장치의 동조소자인 로딩 코일과 단축 커패시터를 조합하는 과정으로 정의할 수 있다. 로딩 코일과 단축 커패시터의 조합에 의한 동조(정합) 성공 여부는 전압정재파비의 값으로 판단하며, 전압정재파비는 동조 장치에 입력된 RF 신호의 입사전압(Vf)과 그에 따른 동조부(30)로부터의 반사전압(Vr)에 의해 계 산된다. 본 발명은 센싱된 입사전압(Vf)과 반사전압(Vr)만을 가지고 탐색하는 방식으로, 입사전압(Vf)과 반사전압(Vr), 및 RF 신호의 위상(φ) 변화에 의한 일반적인 기존 탐색 방법과는 구분되며, 탐색 시간의 단축과 회로 구현이 간편한 특징이 있다.
현재, 무전기의 동조 장치는 고속 동작을 위해 고속 스위칭이 가능한 RF 리드 릴레이(Reed Relay)가 사용되고, 사용되는 안테나의 특성 임피던스에 의해 로딩 코일(L) 11개, 단축 커패시터(C) 10개(휴대용의 경우 9개)가 사용되며, 각 동조소자의 값은 2배수 스텝(Step)으로 배치된다. 따라서 가장 이상적인 정합 알고리즘은 이중 루프로 L과 C소자 각각을 조합시켜 보는 것이다.
도 5b는 본 발명에 따른 미세동조 과정 중 L 소자 조합 과정에 대한 일실시예 상세 흐름도이다.
이러한 L 소자 조합 과정은 초기동조가 끝난 후 진행되는 절차이다.
먼저, 동조부의 로딩 코일 상위비트 릴레이를 제어하여 상위비트에 해당하는 로딩 코일을 구동한다(511). 예를 들어, 동조부(30)의 로딩 코일은 11개로 구성되어 있어서 미세동조 시 탐색 1,2차로 나누어 탐색하게 되는데, 이 상위비트의 로딩 코일 구동 과정은 탐색 1차로서, 상위 5비트만을 탐색하는 과정이며, 그 외의 하위비트는 중간값을 가진다.
이후, 미세동조 시 탐색 1에서 처음에 동조되어 계산된 정재파비(예 : VSWR(N-1))가 두 번째 동조되어 계산된 정재파비(예 : VSWR(N))보다 큰지를 확인하여(512) 크면 "513" 과정으로 진행하고, 작으면 "514" 과정으로 진행하여 주 제어 부의 비휘발성 메모리에 기 저장된 순서에 의해 32번(25)을 반복하여 정재파비가 가장 작은 값을 취한다.
상기 확인 결과(512), 나중에 계산된 정재파비가 작으면 상위비트 로딩 코일에 대한 동조 데이터를 저장한 후에(513) "514" 과정으로 진행한다. 즉, 두 정재파비를 비교하여 보다 작은 정재파비의 값을 갖는 동조 데이터가 주 제어부의 휘발성 메모리에 저장되도록 한다.
이후, 미세동조의 상위 5비트를 조합할 수 있는 수량(Lcnt)인 최대 32번 동안 탐색 1차(511 내지 513)를 반복 수행한다(514).
이후, 동조부의 로딩 코일 하위비트 릴레이를 제어하여 하위비트에 해당하는 로딩 코일을 구동한다(515). 상기 하위비트의 로딩 코일 구동 과정은 탐색 2차로서, 하위 4비트만을 탐색하는 과정이며, 탐색 1차의 최종값인 상위 4비트를 고정시키고, 나머지 1비트는 중첩하여 하위 4비트를 탐색하며, 그 외의 하위비트는 중간값을 가진다.
이후, 미세동조 시 탐색 2에서 처음에 동조되어 계산된 정재파비(예 : VSWR(N-1))가 두 번째 동조되어 계산된 정재파비(예 : VSWR(N))보다 큰지를 확인하여(516) 크면 "517" 과정으로 진행하고, 작으면 "518" 과정으로 진행하여 주 제어부의 비휘발성 메모리에 기 저장된 순서에 의해 16번(24)을 반복하여 정재파비가 가장 작은 값을 취한다.
상기 확인 결과(516), 나중에 계산된 정재파비가 작으면 하위비트 로딩 코일 에 대한 동조 데이터를 저장한 후에(517) "518" 과정으로 진행한다. 즉, 두 정재파비를 비교하여 보다 작은 정재파비의 값을 갖는 동조 데이터가 주 제어부의 휘발성 메모리에 저장되도록 한다. 그에 따라, 동조 데이터는 상위비트 및 하위비트 모두 저장되게 된다.
이후, 미세동조의 하위 4비트를 조합할 수 있는 수량(Lcnt)인 최대 16번 동안 탐색 2차(515 내지 517)를 반복 수행한 후에(518), 단축 커패시터의 미세동조 과정(도 5c 참조)으로 진행한다.
도 5c는 본 발명에 따른 미세동조 과정 중 C 소자 조합 과정에 대한 일실시예 상세 흐름도이다.
이러한 C 소자 조합 과정은 동조부 로딩 코일의 미세동조가 끝난 후 진행되는 절차이다.
먼저, 동조부의 단축 커패시터 상위비트 릴레이를 제어하여 상위비트에 해당하는 단축 커패시터를 구동한다(521). 예를 들어, 동조부(30)의 단축 커패시터는 10개로 구성되어 있어서 미세동조 시 탐색 1,2차로 나누어 탐색하게 되는데, 이 상위비트의 단축 커패시터 구동 과정은 탐색 1차로서, 상위 5비트만을 탐색하는 과정이며, 그 외의 하위비트는 중간값을 가진다.
이후, 미세동조 시 탐색 1에서 처음에 동조되어 계산된 정재파비(예 : VSWR(N-1))가 두 번째 동조되어 계산된 정재파비(예 : VSWR(N))보다 큰지를 확인하여(522) 크면 "523" 과정으로 진행하고, 작으면 "524" 과정으로 진행하여 주 제어 부의 비휘발성 메모리에 기 저장된 순서에 의해 32번(25)을 반복하여 정재파비가 가장 작은 값을 취한다.
상기 확인 결과(522), 나중에 계산된 정재파비가 작으면 상위비트 단축 커패시터에 대한 동조 데이터를 저장한 후에(523) "524" 과정으로 진행한다. 즉, 두 정재파비를 비교하여 보다 작은 정재파비의 값을 갖는 동조 데이터가 주 제어부의 휘발성 메모리에 저장되도록 한다.
이후, 미세동조의 상위 5비트를 조합할 수 있는 수량(Ccnt)인 최대 32번 동안 탐색 1차(521 내지 523)를 반복 수행한다(524).
이후, 동조부의 단축 커패시터 하위비트 릴레이를 제어하여 하위비트에 해당하는 단축 커패시터를 구동한다(525). 상기 하위비트의 단축 커패시터 구동 과정은 탐색 2차로서, 하위 4비트만을 탐색하는 과정이며, 탐색 1차의 최종값인 상위 4비트를 고정시키고, 나머지 1비트는 중첩하여 하위 4비트를 탐색하며, 그 외의 하위비트는 중간값을 가진다.
이후, 미세동조 시 탐색 2에서 처음에 동조되어 계산된 정재파비(예 : VSWR(N-1))가 두 번째 동조되어 계산된 정재파비(예 : VSWR(N))보다 큰지를 확인하여(526) 크면 "527" 과정으로 진행하고, 작으면 "528" 과정으로 진행하여 주 제어부의 비휘발성 메모리에 기 저장된 순서에 의해 16번(24)을 반복하여 정재파비가 가장 작은 값을 취한다.
상기 확인 결과(526), 나중에 계산된 정재파비가 작으면 하위비트 단축 커패 시터에 대한 동조 데이터를 저장한 후에(527) "528" 과정으로 진행한다. 즉, 두 정재파비를 비교하여 보다 작은 정재파비의 값을 갖는 동조 데이터가 주 제어부의 휘발성 메모리에 저장되도록 한다. 그에 따라, 동조 데이터는 상위비트 및 하위비트 모두 저장되게 된다.
이후, 미세동조의 하위 4비트를 조합할 수 있는 수량(Ccnt)인 최대 16번 동안 탐색 2차(525 내지 527)를 반복 수행한다(528).
한편, 각 소자를 조합시킬 때, 동조부의 릴레이 회로가 구동되어야 하며, 릴레이 바운스(Bounce)가 사라질 때까지 2[msec]의 대기 시간이 필요하다. 따라서 이상적인 경우를 가정할 때, 필요한 총 동조 시간은 다음의 [수학식 1]과 같다.
Figure 112007016999645-pat00001
이는 긴급 및 전시 상황에서 신속히 사용되는 전술용 무전기에서는 부적합한 동조 방식으로, 이 방식에서 부분 최적(sub-optimal)인 알고리즘을 사용하여야 한다. 그러기 위해서는 초기동조 데이터가 매우 중요한 역할인 시간을 단축하는 역할을 하게 된다. 이 초기동기 데이터는 미세동조 수행 시 최초(초기) 탐색 위치를 결정하는 역할을 하며, 초기 탐색 위치가 동조(정합) 포인트에 가까울수록 동조(정합) 시간은 단축되게 된다.
동조 알고리즘은 초기동조 데이터를 설정한 후, L 소자를 먼저 탐색한다. 이때, C 소자들은 초기동조 데이터로부터 변하지 않으므로 초기치에 대한 최적의 L 값을 탐색한다.
L 소자가 탐색된 후 C 소자를 탐색하게 되며, 변경된 L 소자들에 대한 C 소자 값을 탐색한다. 또한, 릴레이를 한번 구동할 때마다 2㎳의 동작시간, 1㎳의 가드시간, 1㎳의 처리시간이 필요하므로, 500[msec]의 정해진 시간 안에 릴레이 회로를 구동할 기회는 대략 120회 정도이다. L 소자만 탐색할 경우 릴레이 구동에 필요한 시간은 다음의 [수학식 2]와 같다.
일반적으로 각 주파수대 별로 필요한 L과 C 값의 차이가 크게 발생하게 된다. 즉, 2㎒대에서 L3~L1의 조합은 그 값이 0.5μH이하로 전체 필요 L 값에 큰 영향을 주지 않고, 20MHz대에서는 L11, L10 등의 큰 값은 사용되지 않는다.
C 소자들 또한 주파수 별로 같은 경향을 갖는다. 그리고 접지 및 설치 환경에 따라 초기동조 데이터에 설정된 값보다 더 큰 값이 필요할 때, 현재의 최상위 값보다 바로 위의 값이 필요한 경우가 대부분이다. 따라서 초기동조 데이터로부터 L과 C 각각 가장 큰 값을 중심으로 탐색한다.
탐색은 L과 C 각각, 상위 5개 소자에 대해 먼저 탐색하고, 그 후에 하위 4개 소자에 대해 탐색한다. 가능한 탐색 횟수는 다음의 [수학식 3]과 같다.
Figure 112007016999645-pat00003
이때, 상위 5개와 하위 4개의 소자는 1비트만큼 중첩시켜 탐색 시 소자 값에 대한 불연속성을 최소화한다. 상기의 과정을 도식화하면 도 6과 같다.
도 6은 본 발명에 따른 정합 탐색 방식에 대한 일실시예 설명도이다.
탐색1 과정에서는 상위비트 5비트를 제외한 나머지 5비트의 중간값을 취하기 위해 “01111”로 설정하여 탐색을 수행하고, 탐색2 과정에서는 탐색1 과정이 끝난 후에 하위 4비트를 제외한 나머지 2비트의 중간값인 “01”로 설정하여 탐색을 수행한다.
탐색된 동조 값은 정재파비(VSWR) 비교에 의해 가장 낯은 값을 선택하게 되며, 탐색된 동조 데이터를 룩-업 테이블(Look-Up Table)에 저장하게 된다.
동조 여부는 규격상 정재파비(VSWR)가 2.0 이하이면 되고, 알고리즘은 가능한 한 정재파비(VSWR)가 1로 접근해야 한다. 그러나 로딩 코일과 단축 커패시터가 연속적인 값이 아닌 2배수 스텝(Step)으로 이루어지므로 정재파비(VSWR)가 1.1 이하를 가지기는 어렵다.
따라서 정상적인 출력을 위해 시스템에서 요구되는 정재파비(VSWR)는 2.0 이하가 되는 것으로 충분하며, 미세동조 결과 값을 초기동조 데이터 값으로 재설정하여 다음번 동조(정합)를 시도할 때 초기 탐색 위치가 보다 이상적인 것에 가깝게 하여 최상의 결과를 낳도록 한다. 이 과정은 다음의 도 7로 설명이 가능하다.
도 7은 본 발명에 따른 안테나 정합 과정을 나타내는 일실시예 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 로딩 코일과 단축 커패시터의 조합을 통해 주워진 시간인 500㎳이내와 안테나의 설치조건 및 설치환경 변화 시 500㎳이내 혹은 수초 이내에 정재파비 2:1 미만, 즉 1:1에 근접되도록 고속 동조가 실행되며, 환경 변화에 능동적인 정합(동조)이 가능하게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 주파수 도약형 단파 무전기 안테나 고속 동조 장치와 그에 내장된 동조부와 감지 및 구동부의 일실시예 외형도로서, 실제 구현된 주파수 도약형 단파 무전기 안테나 고속 동조 장치와 그에 내장된 동조부와 감지 및 구동부의 외형을 나타내고 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(씨디롬, 롬, 램, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.
상기와 같은 본 발명은, 주파수 도약형 단파 무전기 안테나의 고속 동조를 가능하게 할 수 있다.
즉, 본 발명은 로딩 코일과 단축 커패시터의 조합을 통해 주워진 시간인 500㎳이내와 안테나의 설치조건 및 설치환경 변화 시 500㎳이내 혹은 수초 이내에 정재파비 2:1 미만, 즉 1:1에 근접되도록 고속 동조가 가능하고, 환경 변화에 능동적인 정합(동조)이 가능하다.
본 발명에서는 초기동조 과정이 고속 동조를 가능하게 하고, 미세동조 과정이 정확한 동조 데이터를 검출하게 하는 역할을 하며, 프리-튜닝(Pre-tuning) 과정이 도약 주파수에 맞는 동조 데이터를 검출하여 송신출력이 반사전력 없이 안테나로 전달되게 한다.

Claims (23)

  1. 주파수 도약형 단파 무전기 안테나의 고속 동조 장치에 있어서,
    초기동조 데이터에 따라 동조 수단을 초기 구동시키고, RF 입력 신호와 상기 동조 수단으로부터의 반사주파수에 대하여 각각 센싱한 두 전압 값(Vf 및 Vr)을 주 제어 수단으로 전달하여 그에 상응하는 상기 주 제어 수단으로부터의 동조 제어 신호에 따라 상기 동조 수단을 구동시키기 위한 감지 및 구동 수단;
    상기 감지 및 구동 수단으로부터의 두 전압 값(Vf 및 Vr)을 이용하여 정재파비를 계산하고 초기동조 및 미세동조를 수행하여 동조 제어 신호를 상기 감지 및 구동 수단으로 리턴하기 위한 상기 주 제어 수단; 및
    상기 감지 및 구동 수단에 의해 구동되어 동조를 수행하기 위한 상기 동조 수단
    을 포함하는 고속 동조 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 주 제어 수단은,
    상기 감지 및 구동 수단으로부터의 두 직류(DC) 전압 값(Vf 및 Vr)을 디지털(DIGITAL) 신호로 변환하기 위한 아날로그/디지털 변환부;
    상기 아날로그/디지털 변환부에서 디지털로 변환한 초기 두 전압 값을 이용 하여 초기동조 데이터에 대한 정재파비를 계산하여 초기동조를 수행하고, 상기 아날로그/디지털 변환부에서 디지털로 변환한 이후의 두 전압 값을 이용하여 현재 출력되는 RF 신호의 정재파비를 계산하여 미세동조를 수행하여 동조 제어 신호를 출력하기 위한 중앙처리부; 및
    상기 중앙처리부로부터의 동조 제어 신호를 상기 감지 및 구동 수단으로 전달하기 위한 인터페이스부
    를 포함하는 고속 동조 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 동조 제어 신호는,
    정재파비가 1:1 이상에서 2:1 미만 사이의 어느 한 값이 되도록 하는 동조 데이터인 것을 특징으로 하는 고속 동조 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 및 구동 수단은,
    초기동조 데이터에 따라 상기 동조 수단을 초기 구동시키고, 탑재(포함)되어 있는 센싱 기능을 이용하여 RF 입력 신호와 상기 동조 수단으로부터의 반사주파수에 대하여 각각 전압 값(Vf 및 Vr)을 센싱하여 상기 주 제어 수단으로 전달하기 위 한 방향성 결합기;
    상기 주 제어 수단으로부터의 동조 제어 신호를 버퍼링하기 위한 데이터 완충기;
    상기 데이터 완충기로부터의 동조 제어 신호에 따라 상기 동조 수단의 계전기(Reed Relay)를 제어하여 단축 커패시터를 구동시키기 위한 단축 커패시터 구동부; 및
    상기 데이터 완충기로부터의 동조 제어 신호에 따라 상기 동조 수단의 계전기(Reed Relay)를 제어하여 로딩 코일을 구동시키기 위한 로딩 코일 구동부
    를 포함하는 고속 동조 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 단축 커패시터 구동부와 로딩 코일 구동부는,
    접점유지를 위한 구동전류의 감소를 위해 8-비트 병렬-입력 래치드 드라이버(8-Bit Parallel-Input Latched Driver)로 구현한 것을 특징으로 하는 고속 동조 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 단축 커패시터 구동부와 로딩 코일 구동부는,
    상기 8-비트 병렬-입력 래치드 드라이버에 의해 최초 선택 시에만 구동펄스에 의해 릴레이(Relay) 접점이 온/오프(On/Off)되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 고속 동조 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 방향성 결합기(Directional Coupler)는,
    탑재(포함)되어 있는 센싱 기능을 이용하여 RF 입력 신호에 대하여 -20dB하여 그 값을 직류(DC) 전압 값으로 변환하여 상기 주 제어 수단으로 전달하고,
    탑재(포함)되어 있는 센싱 기능을 이용하여 상기 동조 수단으로부터의 반사주파수에 대하여 -20dB하여 그 값을 직류(DC) 전압 값으로 변환하여 상기 주 제어 수단으로 전달하는 것을 특징으로 하는 고속 동조 장치.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 동조 수단은,
    고속 스위칭이 가능한 상기 로딩 코일과 상기 단축 커패시터를 구비하되,
    상기 단축 커패시터 구동부와 상기 로딩 코일 구동부에 의해 상기 로딩 코일과 상기 단축 커패시터가 구동되어, 사용주파수에 따른 무전기와 상기 안테나 간의 임피던스 매칭을 수행하여 RF 신호를 상기 안테나로 출력하는 것을 특징으로 하는 고속 동조 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 동조 수단은,
    최소값을 기준으로 2배수 스텝 값으로 상기 로딩 코일과 상기 단축 커패시터가 배열된 것을 특징으로 하는 고속 동조 장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 동조 수단은,
    L-C(Before C) 또는 C-L(After C)의 형태로 전환시킬 수 있도록 상기 로딩 코일과 상기 단축 커패시터가 배치된 것을 특징으로 하는 고속 동조 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 동조 수단은,
    고속 전자식 래칭 리드 릴레이(Latching Reed relay)에 의해 상기 로딩 코일과 상기 단축 커패시터가 스위칭되는 것을 특징으로 하는 고속 동조 장치.
  12. 주파수 도약형 단파 무전기 안테나의 고속 동조 방법에 있어서,
    운용자로부터 입력받은 주파수를 설정하고 상기 운용자로부터 선택받은 운용모드가 고정모드인지 또는 도약모드인지를 확인하는 단계;
    상기 확인 결과, 고정모드이면 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한 후에 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하여 고정모드에서의 동조를 수행하는 고정모드 동조 단계; 및
    상기 확인 결과, 도약모드이면 각 도약 주파수 별로 도약 대역 내의 동조 데이터를 추적하여 재저장(Re-store)하는 프리-튜닝(Pre-Tuning)을 수행한 후에, 각 도약 주파수에 대하여 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한 후에 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하여 도약모드에서의 동조를 수행하는 도약모드 동조 단계
    를 포함하는 고속 동조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 고정모드 동조 단계는,
    상기 운용자의 PTT 누름에 따라 동조 시작 신호를 발생하는 단계;
    초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행하는 초기동조 단계;
    미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하는 미세동조 단계; 및
    정재파비(VSWR)를 이용하여 동조 여부를 판정하는 단계
    를 포함하는 고속 동조 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 도약모드 동조 단계는,
    각 도약 주파수 별로 도약 대역 내의 동조 데이터를 추적하여 재저장(Re-store)하는 프리-튜닝(Pre-Tuning) 단계;
    동조 시작에 따라 입력받은 도약 주파수 중 어느 하나의 도약 주파수를 설정하는 단계;
    상기 설정한 도약 주파수에 대한 도약 대역 내에서 주파수를 천이하면서 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한 후에 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하는 동조 단계; 및
    상기 입력받은 모든 도약 주파수에 대하여 동조를 수행하는 단계
    를 포함하는 고속 동조 방법.
  15. 고정모드에서의 고속 동조 방법에 있어서,
    운용자의 PTT 누름에 따라 동조 시작 신호를 발생하는 단계;
    초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행하는 초기동조 단계;
    미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하는 미세동조 단계; 및
    정재파비(VSWR)를 이용하여 동조 여부를 판정하는 단계
    를 포함하는 고속 동조 방법.
  16. 도약모드에서의 고속 동조 방법에 있어서,
    각 도약 주파수 별로 도약 대역 내의 동조 데이터를 추적하여 재저장(Re-store)하는 프리-튜닝(Pre-Tuning) 단계;
    동조 시작에 따라 입력받은 도약 주파수 중 어느 하나의 도약 주파수를 설정하는 단계;
    상기 설정한 도약 주파수에 대한 도약 대역 내에서 주파수를 천이하면서 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한 후에 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하는 동조 단계; 및
    상기 입력받은 모든 도약 주파수에 대하여 동조를 수행하는 단계
    를 포함하는 고속 동조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 동조 단계는,
    상기 설정한 도약 주파수에 대하여 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행 하는 초기동조 단계;
    미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하는 미세동조 단계; 및
    상기 설정한 도약 주파수에 대한 도약 대역 내에서 주파수를 천이한 후에 상기 초기동조 단계부터 반복 수행하는 단계
    를 포함하는 고속 동조 방법.
  18. 제 13 항, 제 15 항, 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 초기동조 단계는,
    상기 발생한 동조 시작 신호와 주파수 정보에 따라 초기동조 데이터를 선택하고, 상기 선택한 초기동조 데이터에 따라 동조부를 구동한 후에 그에 따른 정재파비를 계산하여 동조 데이터를 구하는 것을 특징으로 하는 고속 동조 방법.
  19. 제 13 항, 제 15 항, 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세동조 단계는,
    기 설정된 미세동조 데이터에 따라 동조부를 구동하면서 그에 따른 정재파비를 계산하면서 미세동조를 수행하는 것을 특징으로 하는 고속 동조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 미세동조 단계는,
    주 제어부의 비휘발성 메모리에 미리 설정된 정합 순서 데이터(미세동조 데이터)에 따라 기 정해진 순서대로 동조부의 로딩 코일 및 단축 커패시터를 소정의 시간동안 구동하는 것을 특징으로 하는 고속 동조 방법.
  21. 프로세서를 구비한 고속 동조 장치에,
    운용자로부터 입력받은 주파수를 설정하고 상기 운용자로부터 선택받은 운용모드가 고정모드인지 또는 도약모드인지를 확인하는 기능;
    상기 확인 결과, 고정모드이면 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한 후에 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하여 고정모드에서의 동조를 수행하는 고정모드 동조 기능; 및
    상기 확인 결과, 도약모드이면 각 도약 주파수 별로 도약 대역 내의 동조 데이터를 추적하여 재저장(Re-store)하는 프리-튜닝(Pre-Tuning)을 수행한 후에, 각 도약 주파수에 대하여 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한 후에 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하여 도약모드에서의 동조를 수행하는 도약모드 동조 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  22. 프로세서를 구비한 고속 동조 장치에,
    운용자의 PTT 누름에 따라 동조 시작 신호를 발생하는 기능;
    초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행하는 초기동조 기능;
    미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하는 미세동조 기능; 및
    정재파비(VSWR)를 이용하여 동조 여부를 판정하는 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
  23. 프로세서를 구비한 고속 동조 장치에,
    각 도약 주파수 별로 도약 대역 내의 동조 데이터를 추적하여 재저장(Re-store)하는 프리-튜닝(Pre-Tuning) 기능;
    동조 시작에 따라 입력받은 도약 주파수 중 어느 하나의 도약 주파수를 설정하는 기능;
    상기 설정한 도약 주파수에 대한 도약 대역 내에서 주파수를 천이하면서 초기동조 데이터에 따라 초기동조를 수행한 후에 미세동조 데이터에 따라 미세동조를 수행하는 기능; 및
    상기 입력받은 모든 도약 주파수에 대하여 동조를 수행하는 기능
    을 실현시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체.
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