KR100834790B1 - 강한 결합 구조의 국부 발진단을 갖는 레이더 수신기 및 그제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이더 수신기의 감도를 높일 수 있도록 강한 결합 구조의 국부 발진단을 갖는 레이더 수신기에 관한 것으로, 믹서 다이오드가 구비되어 RF신호를 수신하는 RF수신부(110)와, 이 RF수신부(110)와는 이격 위치하여 LO신호를 발진하여 상기 RF수신부(110) 측으로 LO신호를 인가하게 되는 국부발진부(120)와, 상기 RF수신부(110)와 연결되어 상기 믹서 다이오드에서 혼합된 IF신호가 인가되는 IF포트(130)를 포함하는 마이크로스트립 회로(100)로 이루어진 레이더 수신기에 있어서, 상기 RF수신부(110)는 제1패치(112)가 구비되며, 상기 국부발진부(120)는 상기 제1패치(112)의 일측 단부와 인접하여 대향하는 단부를 갖는 제2패치(122)가 구비되고, 상기 제1패치(112)와 제2패치(122)는 서로 인접하여 대향하는 단부(112a)(122a)의 길이가 상기 제1패치 또는 제2패치의 대향 단부의 폭 길이(W)보다 긴 것을 특징으로 하여, 종래의 평행한 갭 커플링구조와 비교하여 동일한 패치의 크기에 대해 전기 용량이 증가되어 향상된 전달계수를 가지게 되어 충분한 국부발진기의 전력을 믹서 다이오드에 공급하여 믹서 다이오드의 변환손실을 줄이며 레이더 수신 감도를 대폭 개선할 수 있는 효과가 있는 발명인 것이다.

레이더 수신기, RF수신부, 국부발진부, 패치, 전기용량, 튜닝 스크루.

Description

강한 결합 구조의 국부 발진단을 갖는 레이더 수신기 및 그 제어방법{Radar receiver with strong coupling local oscillator port and method for controlling thereof}

도 1은 일반적인 레이더 검출기의 RF수신단의 구성을 보여주는 도면,

도 2는 종래의 레이더 수신기의 마이크로스트립 회로의 구성을 간략히 보여주는 도면,

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 레이더 수신기를 보여주는 도면,

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이더 수신기에 있어 RF수신단에서의 전달계수를 모의 실험한 결과를 보여주는 그래프,

도 5 (a)(b)는 본 발명의 제2실시예에 따른 레이더 수신기의 RF수신부와 국부발진부의 요부만을 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 레이더 수신기의 RF수신부와 국부발진부의 요부만을 도시한 도면,

도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 레이더 수신기의 RF수신부와 국부발진부의 요부만을 도시한 도면,

도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 레이더 수신기의 RF수신부와 국부발진부의 요부만을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 마이크로스트립 회로 110 : RF수신부

112 : 제1패치 120 : 국부발진부

122 : 제2패치 130 : IF포트

112a, 122a, : 선형 스트립

본 발명은 강한 결합 구조의 국부 발진단을 갖는 레이더 수신기에 관한 것으로, 특히 레이더 수신기에서 국부발진단과 믹서 다이오드의 커플링 구조를 개선하여 국부발진단에서의 전달계수를 높일 수 있는 강한 결합 구조의 국부 발진단을 갖는 레이더 수신기에 관한 것이다.

일반적인 레이더 검출기는 신호의 검출 감도를 높이기 위하여 안테나의 높은 이득, 믹서 다이오드의 적은 변환손실(conversion loss), 증폭기의 낮은 잡음지수(noise figure) 등이 요구된다.

믹서 다이오드의 변환손실을 최소화하기 위해서는 국부발진기에서 믹서 다이오드로 공급되는 전력이 충분해야 하나, 종래에는 국부 발진기의 전력을 갭 커플링(gap coupling)을 통해 믹서 다이오드에 전달하는 구조를 가지므로 충분한 전력 을 공급하는데 한계를 가지고 있다.

강한 커플링을 얻기 위해서는 갭의 간격이 매우 작아야 되나 제작 상의 어려움으로 인하여 강한 커플링을 얻는데 한계가 있다.

도 1은 종래의 레이더 검출기의 RF수신단을 보여주는 도면으로, 레이더 검출기의 RF 수신기(10)는 고주파 신호(이하, "RF신호"라 한다)를 수신하는 안테나(11)와, 국부발진 신호(이하, "LO신호"라고 한다)를 발진하는 국부발진기(12)와, RF신호와 LO신호를 혼합하여 중간주파수 신호(이하, "IF신호"라 한다)로 변환하는 믹서 다이오드(13)로 이루어지며, IF신호는 증폭, 제2중간 주파수로의 변환 등의 과정을 거쳐 필요한 신호만을 검출하게 된다.

종래의 RF 수신기는 국부발진기(12)와 믹서 다이오드(13) 등의 소자가 마이크로스트립 회로(Microstrip circuit)로 제작되며, 이 마이크로스트립 회로의 RF수신 포트 측에 안테나가 고정된다.

도 2는 종래의 레이더 수신기의 마이크로스트립 회로의 구성을 간략히 보여주는 도면으로, RF 수신기는 그라운드판(20) 상부에는 유전체층(30)이 적층되며, 이 유전체층(30) 상부에는 RF신호가 인가되는 RF수신부(41)와, LO신호를 발진하는 국부발진부(42)와, 믹서 다이오드에 의해 변환된 IF신호가 인가되는 IF포트(43)가 스트립 형태로 적층된다.

RF수신부(41)와 국부발진부(42)에는 각각 일정한 면적을 갖는 제1 및 제2패 치(41a)(42a)가 구비되며, 제1 및 제2패치(41a)(42a)는 일측 단부가 일정한 갭(d)을 가지면서 대향하는 구조이다.

도 2는 스트립의 패턴만을 도시하였으나, RF수신부(41)에는 RF신호를 수신하기 위한 안테나와 IF신호로 변환하기 위한 믹서 다이오드가 구비되며, 국부발진부(42)에는 LO신호를 발진하기 위한 트랜지스터 등의 소자가 구비된다.

이와 같은 종래의 RF 수신기는 안테나를 통해 RF신호가 수신되면, 국부발진부(42)에서 발진된 LO신호가 제1 및 제2패치(41a)(42a) 사이의 갭 커플링을 통해 믹서 다이오드로 전달되어 IF신호로 변환된다.

그러나, 종래의 레이더 수신기는 RF수신부(41)와 국부발진부(42)의 인접하여 대향하게 되는 제1 및 제2패치(41a)(42a)의 단부가 평행한 갭 커플링 구조를 가지며, 이는 앞서 설명한 바와 같이 강한 커플링을 위하여 패치 단부 사이의 갭(d)을 무한정 좁게 제작하기에는 제작 상의 한계가 있다.

이러한 제작 상의 한계로 인하여 종래의 RF수신부와 국부발진부 사이의 갭 커플링 구조는 국부발진부에서의 전달계수를 높이기 어려우며, 따라서 믹서 다이오드에 충분한 전력이 공급되지 못하고 레이더 검출기의 수신 감도를 개선하는데 큰 장애가 된다.

본 발명은 상기의 결점을 해소하기 위한 것으로, 레이더 수신기에 있어 수신 감도를 개선할 수 있도록 국부발진단에서 강한 커플링 구조를 갖는 레이더 수신기를 제공하고자 한다.

본 발명의 강한 결합 구조의 국부 발진단을 갖는 레이더 수신기는, 믹서 다이오드가 구비되어 RF신호를 수신하는 RF수신부와, 이 RF수신부와는 이격 위치하여 LO신호를 발진하여 상기 RF수신부 측으로 LO신호를 인가하게 되는 국부발진부와, 상기 RF수신부와 연결되어 상기 믹서 다이오드에서 혼합된 IF신호가 인가되는 IF포트를 포함하는 마이크로스트립 회로로 이루어진 레이더 수신기에 있어서, 상기 RF수신부는 제1패치가 구비되며, 상기 국부발진부는 상기 제1패치의 일측 단부와 인접하여 대향하는 단부를 갖는 제2패치가 구비되고, 상기 제1패치와 제2패치는 서로 인접하여 대향하는 단부의 길이가 상기 제1패치 또는 제2패치의 대향 단부의 폭 길이보다 긴 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 레이더 수신기를 보여주는 도면으로, 그라운드판과 유전체층 상부에 적층되는 스트립들로 이루어지는 마이크로스트립 회로(100)의 평면 상태를 도시하고 있다.

유전체층 상부에는 RF수신부(110), 국부발진부(120) 및 IF포트(130)가 스트립 형태로 적층된다.

RF수신부(110)는 안테나를 통해 수신된 RF신호가 인가되는 선형 스트립(111)과, 이 선형 스트립(111)의 단부에 연결되는 제1패치(112)가 구비된다.

RF수신부(110)의 선형 스트립(111)에는 RF신호와 LO신호가 혼합되는 믹서 다이오드(미도시)가 구비됨은 종래와 동일하다.

RF수신부(110)에는 믹서 다이오드에서 혼합된 IF신호가 인가되는 IF포트(130)가 연결되며, IF포트(130) 측으로는 IF신호의 처리를 위한 필터 등이 구비될 수 있다.

국부발진부(120)는 선형 스트립(121)과, 이 선형 스트립(121)의 단부에 연결되는 제2패치(122)가 구비된다.

국부발진부(120)의 선형 스트립(121) 상에는 LO신호를 발진하기 위한 트랜지스터 등의 소자가 구비됨은 종래와 동일하다.

본 발명에 있어, 제1패치(112)와 제2패치(122)는 일단 단부가 서로 일정 거리 이격되어 배치되며, 서로 대향하는 단부의 길이가 그 폭 길이(W)보다 긴 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 국부 발진단의 패치구조는, 제1패치(112)와 제2패치(122) 사이의 대향 면적을 증가시키게 되며, 이는 제1 및 제2패치(112)(122) 사이의 커플링 구조에 있어 전기 용량(capacitance)을 증가시켜 용이하게 강한 커플링 구조를 얻을 수가 있다.

본 발명의 제1실시예에서는 제1패치(112)와 제2패치(122)가 서로 인접하여 대향하게 되는 단부 형상이 서로 교차하여 배치되는 선형 스트립들(112a)(122a)에 의해 제공됨을 보여준다.

다수의 선형 스트립들(112a)(122a)이 서로 교차하여 배치되는 전극 구조는 제1패치(112)의 폭(W)(또는 제2패치의 폭)과 비교하여 서로 대향하게 되는 선형 스트립들의 길이가 길어지게 되므로, 종래와 비교하여 전기 용량을 크게 하여 국부 발진단에서의 전달계수를 크게 할 수가 있다.

도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 레이더 수신기에 있어 RF수신단에서의 전달계수를 모의 실험한 결과를 보여주는 그래프로서, 선형 스트립(112a)(112a)의 길이(L)는 2.0mm이다.

본 발명의 국부 발진단의 패치구조는 종래와 비교하여 국부발진부에서 RF수신부로의 전달계수가 전체적으로 개선됨을 확인할 수가 있다.

특히, [표 1]에서와 같이 레이더 검출기에서 사용되게 되는 X, Ka 밴드 주파수 대역에서 전달계수가 상당히 증가되며, K 밴드에서는 종래와 비슷한 수준임을 확인할 수가 있다.

[표 1]

도 5 (a)(b)는 본 발명의 제2실시예에 따른 레이더 수신기의 RF수신부와 국 부발진부를 보여주는 도면으로, 본 발명에 있어 제1패치(112)와 제2패치(122)의 인접하여 대향하는 단부의 연직 상부에는 높이 조절이 가능한 튜닝 스크루(140)가 추가로 구비되는 것을 특징으로 한다.

튜닝 스크루(140)는 RF수신기의 케이싱 또는 마이크로스트립 회로에 별도로 구비되는 지지구조물 상에 나사 체결될 수 있다. 튜닝 스크루(140)는 제1패치(112)와 제2패치(122) 상부에서 높이(d2) 조절이 이루어짐으로써, 제1패치(112), 제2패치(122) 및 튜닝 스크루(140)의 거리가 달라지며 이에 따라서 전기 용량이 가변되어 국부 발진단에서의 전달계수의 조정이 가능하다.

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 레이더 수신기에 있어 RF수신부와 국부발진부의 요부만을 도시한 도면으로, 본 발명에 있어 제1패치(211)와 제2패치(221)의 서로 인접하여 대향하는 단부 형상은 톱니(211a)(221a)인 것을 특징으로 한다.

이러한 톱니 형상의 패치구조는 제1패치(211)(또는 제2패치)의 폭 길이(W) 보다 서로 대향하는 패치의 단부 길이가 길어지게 되므로, 종래와 비교하여 전기 용량이 증가되어 국부 발진단에서의 전달계수를 크게 할 수가 있다.

도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 레이더 수신기에 있어 RF수신부와 국부발진부의 요부만을 도시한 도면으로, 본 발명에 있어 제1패치(311)와 제2패치(321)의 서로 인접하여 대향하는 단부 형상은 파형(311a)(321a)인 것을 특징으로 한다.

이러한 파형의 패치구조는 제1패치(311)(또는 제2패치)의 폭 길이(W)와 비교 하여 서로 대향하는 패치의 단부 길이가 길어지게 되므로, 종래와 비교하여 전기 용량이 증가되어 국부 발진단에서의 전달계수를 크게 할 수가 있다.

도 8은 본 발명의 제5실시예에 따른 레이더 수신기의 RF수신부와 국부발진부의 요부만을 도시한 도면으로, 본 발명에 있어 제1패치(411)와 제2패치(421)는 버랙터 다이오드(431)로 연결되는 것을 특징으로 한다.

제1패치(411)와 제2패치(421) 사이에 연결되는 버랙터 다이오드(431)는 공진 주파수에 따라서 원하는 전기 용량을 갖도록 할 수가 있으며, 특히 레이더 검출기에서 X, K, Ka 밴드 신호를 수신하는 과정에서 버랙터 다이오드에 X, K, Ka 밴드 신호 검출 시간과 동기화된 바이어스(bias)를 인가함으로써 보다 효과적인 RF신호의 수신이 이루어질 수 있는 잇점이 있다.

본 발명의 제3 및 제4실시예의 톱니 또는 파형의 패치구조에서 제1 및 제2패치의 인접하여 대향하는 단부의 연직 상부에 높이 조절이 가능한 튜닝 스크루가 추가로 구성되어 전기 용량을 가변할 수 있음은 당업자에 의해 자명하게 이해될 수가 있다.

또한 본 발명에 있어 제1 및 제2패치의 인접한 대향 단부의 형상은 본 발명에서 제시하고 있는 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 제1 및 제2패치 사이의 전기 용량을 증가시켜 강한 커플링을 갖기 위한 구조는 당업자에 의해 자명하게 이해될 수 있는 범위 내에서 다양한 변형예가 있을 수 있음은 자명하게 이해될 수 있 다.

이상과 같은 본 발명의 강한 결합 구조의 국부 발진단을 갖는 레이더 수신기는, RF신호를 수신하는 안테나와 함께 마이크로스트립 회로로 제작되는 레이더 수신기에 있어, RF신호를 수신하는 RF수신부의 제1패치와, LO신호를 발진하여 RF수신부 측으로 LO신호를 인가하게 되는 국부발진부의 제2패치가 서로 이격되어 배치되고, 제1패치와 제2패치 사이에는 전기 용량을 증가시킬 수 있는 기하학적인 형상을 갖거나 버랙터 다이오드를 연결함으로써, 종래의 평행한 갭 커플링구조와 비교하여 동일한 패치의 크기에 대해 전기 용량이 증가되어 향상된 전달계수를 가지게 되므로 믹서 다이오드의 변환손실을 줄여 레이더 수신 감도를 대폭 개선할 수 있는 효과가 있는 발명인 것이다.

Claims (7)

1. 믹서 다이오드가 구비되어 RF신호를 수신하는 RF수신부와, 이 RF수신부와는 이격 위치하여 LO신호를 발진하여 상기 RF수신부 측으로 LO신호를 인가하게 되는 국부발진부와, 상기 RF수신부와 연결되어 상기 믹서 다이오드에서 혼합된 IF신호가 인가되는 IF포트를 포함하는 마이크로스트립 회로로 이루어진 레이더 수신기에 있어서,

   상기 RF수신부는 제1패치가 구비되며, 상기 국부발진부는 상기 제1패치의 일측 단부와 인접하여 대향하는 단부를 갖는 제2패치가 구비되고, 상기 제1패치와 제2패치는 서로 인접하여 대향하는 단부의 길이가 상기 제1패치 또는 제2패치의 대향 단부의 폭 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 강한 결합 구조의 국부 발진단을 갖는 레이더 수신기.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1패치와 제2패치의 서로 인접하여 대향하는 단부 형상은 서로 교차하여 배치되는 선형 스트립인 것을 특징으로 하는 강한 결합 구조의 국부 발진단을 갖는 레이더 수신기.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1패치와 제2패치의 서로 인접하여 대향하는 단부 형상은 톱니인 것을 특징으로 하는 강한 결합 구조의 국부 발진단을 갖는 레이더 수신기.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1패치와 제2패치의 서로 인접하여 대향하는 단부 형상은 파형인 것을 특징으로 하는 강한 결합 구조의 국부 발진단을 갖는 레이더 수신기.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1패치와 제2패치의 인접하여 대향하는 단부의 연직 상부에는 높이 조절이 가능한 튜닝 스크루가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 강한 결합 구조의 국부 발진단을 갖는 레이더 수신기.
6. 믹서 다이오드가 구비되어 RF신호를 수신하는 RF수신부와, 이 RF수신부와는 이격 위치하여 LO신호를 발진하여 상기 RF수신부 측으로 LO신호를 인가하게 되는 국부발진부와, 상기 RF수신부와 연결되어 상기 믹서 다이오드에서 혼합된 IF신호가 인가되는 IF포트를 포함하는 마이크로스트립 회로로 이루어진 레이더 수신기에 있어서,

   상기 RF수신부는 제1패치가 구비되며, 상기 국부발진부는 상기 제1패치의 일측 단부와 인접하여 대향하는 단부를 갖는 제2패치가 구비되고, 상기 제1 및 제2패치는 버랙터 다이오드로 연결되는 것을 특징으로 하는 강한 결합 구조의 국부 발진단을 갖는 레이더 수신기.
7. 제6항의 레이더 수신기를 이용한 방법에 있어, 상기 버랙터 다이오드에는 수 신 주파수인 X, K, Ka 밴드 신호 검출 시간과 동기화된 바이어스가 인가되는 것을 특징으로 하는 강한 결합 구조의 국부 발진단을 갖는 레이더 수신기의 제어방법.

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