KR100932533B1 - 지령 수신기용 쿠밴드 송수신 장치 - Google Patents

지령 수신기용 쿠밴드 송수신 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명의 일례에 따른 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치는 국부 발진기로부터 입력되는 국부 주파수 신호를 2체배하는 제 1 체배기 및 제 1 체배기로부터 출력되는 신호를 4체배하여 국부 주파수 신호의 8체배된 신호를 출력하는 제 2 체배기;를 포함하는 체배부; 8체배된 국부 주파수 신호를 서로 역방향으로 병렬 연결되는 다이오드 쌍을 통하여 입력받아 8체배된 국부 주파수 신호로부터 제 2 고조파 신호를 생성하여 외부로부터 수신된 고주파 주파수 신호를 중간 주파수 신호로 하향 변환하는 고조파 혼합기;를 포함하는 수신부; 8체배된 국부 주파수 신호를 서로 역방향으로 병렬 연결되는 다이오드 쌍을 통하여 입력받아 8체배된 국부 주파수 신호로부터 제 2 고조파 신호를 생성하여 중간 주파수 신호를 고주파 주파수 신호로 상향 변환하되, 8체배된 국부 주파수 신호가 입력되는 입력단에는 8체배된 국부 주파수 신호의 손실을 방지하기 위한
Figure 112009049997180-pat00022
단락 스터브(Stub)가 연결되며, 고주파 주파수 신호 입력단에는 하향 변환된 중간 주파수 신호가 고주파 주파수 신호의 입력단으로 누설되는 것을 방지하는
Figure 112009049997180-pat00023
개방 스터브(Stub)가 연결되는 고조파 혼합기;를 포함하는 송신부; 및 입력단이 체배부에 연결되고 출력단이 수신부 및 송신부 각각에 연결되어, 체배부로부터 입력되는 8체배된 국부 주파수 신호를 수신부에 포함되는 고조파 혼합기 및 송신부에 포함되는 고조파 혼합기로 출력하여 분배하는 분배기;를 포함한다.
본 발명에 의하면 낮은 대역의 주파수로 Ku-band 송수신 장치를 구성함으로써 송수신 장치의 제작과 원하는 주파수 대역에 대한 튜닝이 용이해지는 효과를 가진다.
Figure R1020070128364
지령 수신기, Ku-band, 역병렬, 고조파 혼합기

Description

지령 수신기용 쿠밴드 송수신 장치{Ku-band transmitter-receiver for receiver and transponder of guided missile}
본 발명은 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 1GHz의 국부 발진 주파수를 8채배하여 Ku-band에서 사용 가능하도록 구현한 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치에 관한 것이다.
일반적으로 유도 미사일을 이용한 요격 시스템은 지상 레이더에 표적이 탐지되어 위치가 추적 가능하게 되면 유도 미사일을 발사하여 표적을 요격하도록 한다. 이러한 요격 시스템의 동작을 위해서는 유도 미사일로 표적을 요격하기 위해 유도 미사일의 위치와 속도 정보를 지상 레이더에 송신하고, 지상 레이더는 표적의 위치와 속도 정보를 획득한 후 상기 유도탄과 표적의 위치와 속도 정보를 비교하여 유도탄에 지령을 송신하는 과정이 요구된다.
따라서 유도 미사일에는 유도 미사일의 위치와 속도 정보를 지상레이더 측으로 송신하는 중계기(Transponder), 지상 레이더로부터 송신되는 지령을 수신하는 수신기(Receiver), 및 상기 지령을 처리하는 처리부가 요구되는데, 이러한 장치를 지령 수신기(R/T : Receiver/Transponder)라고 한다.
지령 수신기는 주파수 도약(Frequency-hopping) 및 주파수 변환키(FSK) 방식의 펄스열 모드 통신용 수신기와 펄스 레이더 응답기로 구성된다. 유도 미사일이 표적을 향해 발사되기 전 지령 수신기는 주파수 도약 및 동기화를 위해 의사-임의(Pseudo-random) 절차에 따라 초기화된 후 지령 수신기의 클럭과 사격통제장치(FCS : Firing control system)의 컴퓨터 클럭간의 동기화가 이루어진다.
유도 미사일이 표적을 향하여 비행하는 동안 수신된 고주파(Radio Frequency, RF) 명령 신호는 다운 컨버터(Down converter)를 거쳐 중간 주파수(Intermediate Frequency, IF) 신호로 바뀌며, FSK 복조기를 통해 레이더에서 보내오는 업링크(Up-link) 정보를 인식한다. 또한, 추적레이더에서 유도탄의 정확한 위치 측정을 할 수 있도록 일정 시간동안 지연된 중간주파수 신호는 업 컨버터(Up converter)를 통해 약속된 펄스열을 재송신한다. 재송신된 펄스의 주파수는 다음의 수학식 1과 같다.
수학식 1
Figure 112007089027030-pat00001
여기에서,
Figure 112007089027030-pat00002
는 재송신되는 신호의 주파수 이고,
Figure 112007089027030-pat00003
은 수신된 신호의 주파수 이며,
Figure 112007089027030-pat00004
는 오프셋 주파수이다.
도 1은 일반적인 주파수 송수신 장치의 블록도 이다. 도 1에 도시된 바와 같이 주파수 송수신 장치(10)는 국부 발진기(20), 체배부(30), 분배기(40), 송신부(50) 및 수신부(60)를 포함한다. 국부 발진기(20)는 주파수 송수신 장치(10) 동작용 국부 주파수(Local Frequency, Lo) 신호를 발진시킨다. 체배부(30)는 송신부(50) 및 송신부(60)에서 요구되는 대역으로 상기 국부 주파수 신호를 체배한 후 분배기(40)로 전송한다. 분배기(40)는 체배부(30)에서 전송되는 상기 국부 주파수 신호를 송신부(50) 및 수신부(60)로 분배한다. 송신부(50)는 상기 국부 발진 주파수 신호와 전송하고자 하는 중간주파수 신호를 상향 변환기를 통하여 외부로 전송 가능하도록 고주파(Radio Frequency, RF) 신호로 변환하는 역할을 한다. 수신부(60)는 외부에서 수신된 고주파 신호를 하향 변환기를 통하여 중간 주파수(Intermediate Frequency, IF) 신호로 변환하는 역할을 한다.
종래의 지령 수신기용 Ku-band(16GHz) 주파수 송수신 장치는 국부 발진기에서 발진 되는 1GHz의 국부 주파수 신호를 체배부에서 16체배하여 16GHz의 국부 주파수 신호로 변환하여 분배기에 전송하고 분배기는 상기 국부 주파수 신호를 송신부 및 수신부에 분배한다. 그리고 송신부 및 수신부에서는 이중 평형 혼합기(Double-balanced Mixer)를 사용하여 상향 변환 및 하향 변환을 통해 원하는 대역의 주파수 신호를 생성한다. 상기 이중 평형 혼합기는 다이오드에 인가되는 위상차를 이용하여 국부 주파수의 발진 과정에서 생성되는 누설 주파수(Leakage frequency)나 영상 주파수(Image frequecy)를 억제하는 구조로써 상기 이중 평형 혼합기의 구조상 상기 다이오드에 인가되는 위상차가 정확하면 고주파 출력에서 누설 주파수 성분을 억압하는 것이 가능하지만 위상차가 정확하지 않을 경우에는 누설 주파수 성분이 높게 나타나며, 1GHz의 국부 주파수 신호를 16체배한 16GHz의 주파수 신호를 국부 주파수 신호로 사용하므로 원하는 주파수 체널에 대한 튜닝 부위를 찾기가 어렵고 튜닝 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로 발진 과정에서 발생하는 국부 주파수 신호의 누설이나 혼합기에서 발생하는 이미지 주파수, 및 불요파가 발생하지 않으며 튜닝이 쉬운 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일례에 따른 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치는 국부 발진기로부터 입력되는 국부 주파수 신호를 2체배하는 제 1 체배기 및 제 1 체배기로부터 출력되는 신호를 4체배하여 국부 주파수 신호의 8체배된 신호를 출력하는 제 2 체배기;를 포함하는 체배부; 8체배된 국부 주파수 신호를 서로 역방향으로 병렬 연결되는 다이오드 쌍을 통하여 입력받아 8체배된 국부 주파수 신호로부터 제 2 고조파 신호를 생성하여 외부로부터 수신된 고주파 주파수 신호를 중간 주파수 신호로 하향 변환하는 고조파 혼합기;를 포함하는 수신부; 8체배된 국부 주파수 신호를 서로 역방향으로 병렬 연결되는 다이오드 쌍을 통하여 입력받아 8체배된 국부 주파수 신호로부터 제 2 고조파 신호를 생성하여 중간 주파수 신호를 고주파 주파수 신호로 상향 변환하되, 8체배된 국부 주파수 신호가 입력되는 입력단에는 8체배된 국부 주파수 신호의 손실을 방지하기 위한
Figure 112009049997180-pat00024
단락 스터브(Stub)가 연결되며, 고주파 주파수 신호 입력단에는 하향 변환된 중간 주파수 신호가 고주파 주파수 신호의 입력단으로 누설되는 것을 방지하는
Figure 112009049997180-pat00025
개방 스터브(Stub)가 연결되는 고조파 혼합기;를 포함하는 송신부; 및 입력단이 체배부에 연결되고 출력단이 수신부 및 송신부 각각에 연결되어, 체배부로부터 입력되는 8체배된 국부 주파수 신호를 수신부에 포함되는 고조파 혼합기 및 송신부에 포함되는 고조파 혼합기로 출력하여 분배하는 분배기;를 포함한다.
삭제
삭제
본 발명에 의하면 국부 주파수 신호로 8GHz를 사용하여 지령 수신기용 Ku- band 송수신 장치를 구현하여 제작이 쉬워지고, 원하는 주파수 대역을 얻기 위한 튜닝이 간단해지는 효과를 가진다.
또한, 송수신 장치용 혼합기로 고조파 혼합기를 사용함으로써 국부 주파수 신호의 누설 주파수, 이미지 주파수, 및 불요파가 발생하지 않는 효과를 가진다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호들을 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되거나 제한되지 않고 당업자에 의해 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치의 블록도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치(100)는 국부 발진기(150), 체배부(200), 분배기(300), 송신부(400), 및 수신부(500)를 포함한다. 국부 발진기(150), 체배부(200), 분배기(300), 송신부(400), 및 수신부(500)의 역할은 도 1에서 도시한 바 있으며, 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치(100)의 동작 과정은 다음과 같다.
먼저, 국부 발진기(150)로 부터 송신부(400)와 수신부(500)에 사용되기 위한 국부 주파수 신호가 발진되며, 상기 국부 주파수 신호는 1GHz인 것이 바람직하다. 상기 국부 주파수 신호는 2 체배를 위한 제1 체배기(210)와 4 체배를 위한 제2 체배기(220)를 통과하며 8체배가 이루어져 8GHz가 된다. 제1 체배기(210)와 제2 체배기(220)를 통과한 상기 국부 주파수 신호는 대역통과기(230), 증폭기(240), 및 정합기(250, 255)를 거쳐 분배기(300)로 전송된다. 분배기(300)는 송신부(400)의 제1 혼합기(410)와 수신부(500)의 제2 혼합기(525)에 상기 국부 주파수 신호를 분배하며, 분배기(300)로는 Wilkinson Divider 또는 Microstrip Line을 사용하는 것이 바람직하다.
송신부(400)는 분배기(300)에서 전송된 상기 국부 주파수 신호와 전송하고자 하는 중간 주파수 신호를 제1 혼합기(410)에서 상향 변환한 후 정합기(420), 격리기(425), 대역통과기(430), 증폭기(435,440)를 거쳐 필요한 대역의 신호를 증폭하며, 다시 정합기(445, 450), 증폭기(455,460), 정합기(465), 증폭기(470, 475), 격리기(480, 485)를 거쳐 외부로 고주파 신호를 출력하게 된다.
수신부(500)는 외부로부터 전송된 고주파 신호를 격리기(510), 대역통과기(515), 제한기(520)를 통과시킨 후 제2 혼합기(525)에서 분배기(300)로부터 전송된 상기 국부 주파수 신호와의 하향 변환을 통하여 중간주파수 신호를 얻고 상기 중간주파수 신호를 외부로 전송하는 역할을 한다.
이와 같이 제1 혼합기(410)와 제2 혼합기(525)에 유입되는 상기 국부 주파수 신호를 8GHz로 하고 제1 혼합기(410)와 제2 혼합기(525)를 고조파 혼합기(Sub Harmonically Pumped Mixer)로 구성하여 지령 수령기용 Ku-band 송수신 장치를 구 현함으로써 저주파 소자를 적용하는 것이 가능하여 원하는 주파수 대역을 튜닝하는 것이 용이해지고, 상향변환 후 대역 여파기로 제거가 쉽다. 그리고 상기 고조파 혼합기의 원리상 영상 주파수 신호(Image frequency)가 나타나지 않으므로 송신 신호 특성이 우수하며 불요파 발생이 적어지게 된다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고조파 혼합기의 블록도 이다. 도 3에 도시된 바와 같이 고조파 혼합기(600)는 국부 주파수 신호 입력단(610), 중간 주파수 신호 입력단(620), 고주파 신호 입력단(630), 제1 역병렬 다이오드 쌍(640), 제2 역병렬 다이오드 쌍(650), 제1 분배기(660), 제2 분배기(670) 및 제3 분배기(680)를 포함하며, 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치(100)의 제1 혼합기(410)와 제2 혼합기(525)로서 사용된다.
국부 주파수 신호 입력단(610)은 국부 주파수 신호가 입력되는 부분이다. 중간 주파수 신호 입력단(620)은 전송하고자 하는 중간 주파수가 신호가 입력되는 부분이며, 고주파 신호 입력단(630)은 고주파 신호가 입력되는 부분이다.
제1 역병렬 다이오드 쌍(640)과 제2 역병렬 다이오드 쌍(650)은 국부 주파수 신호 입력단(610), 중간 주파수 신호 입력단(620), 고주파 신호 입력단(630)을 통하여 입력되는 주파수 신호들이 혼합되는 부분이다.
제1 분배기(660)는 국부 주파수 신호 입력단(610)을 통하여 입력되는 국부 주파수 신호를 제1 역병렬 다이오드 쌍(640)과 제2 역병렬 다이오드 쌍(650)으로 분배하는 부분이고, 제2 분배기(670)는 중간 주파수 신호 입력단(620)을 통하여 입력되는 중간 주파수 신호를 제1 역병렬 다이오드 쌍(640)과 제2 역병렬 다이오드 쌍(650)으로 분배하는 부분이며, 제3 분배기(680)는 고주파 신호 입력단(630)을 통하여 입력되는 고주파 신호를 제1 역병렬 다이오드 쌍(640)과 제2 역병렬 다이오드 쌍(650)으로 분배하는 부분이다.
일반적인 혼합기에서 생성되는 중간 주파수는 다음의 수학식 2와 같다.
수학식 2
Figure 112007089027030-pat00005
여기에서,
Figure 112007089027030-pat00006
는 중간 주파수,
Figure 112007089027030-pat00007
는 고주파 주파수,
Figure 112007089027030-pat00008
는 국부 주파수를 의미한다.
고조파 혼합기에서 생성되는 중간 주파수는 다음의 수학식 3과 같다.
수학식 3
Figure 112007089027030-pat00009
여기에서,
Figure 112007089027030-pat00010
는 중간 주파수,
Figure 112007089027030-pat00011
는 고주파 주파수,
Figure 112007089027030-pat00012
는 채배기에서 혼합기로 유입되는 국부 주파수, n은 임의의 상수값을 의미한다. 상기 수학식1과 수학식2에 의하여 일반적인 혼합기의 경우 고주파 주파수가 40GHz이고 중간 주파수가 24GHz인 경우 요구되는 국부 주파수는 16GHz가 되지만, n=2인 고조파 혼합기를 사용하는 경우 요구되는 국부 주파수는 16/2=8GHz가 된다.
혼합기로 고조파 혼합기를 사용하게 되면 혼합기의 동작시 요구되는 국부 주 파수를 일정한 비율로 낮출 수 있으므로 고주파 주파수 성분과 중간 주파수 성분간의 분리를 보다 용이하게 하는 것이 가능해진다. 이와 같이 고주파 주파수와 중간 주파수간의 분리가 요구되는 이유는 고주파 주파수 성분과 중간 주파수 성분 간의 분리가 제대로 이루어지지 않는 경우 고주파 입력단 측으로 과도한 중간 주파수의 누설 성분(leakage)이 흐르게 되어 주파수 송수신기의 성능이 저하될 수 있기 때문이다.
또한, 고조파 혼합기(600)는 각각의 입력단에 입출력 매칭이 요구된다. 먼저 국부 주파수 신호 입력단(610)에는
Figure 112007089027030-pat00013
단락 스터브(Stub)(미도시)를 연결하고 고주파 신호 입력단(630)에는
Figure 112007089027030-pat00014
개방 스터브(미도시)를 연결한다. 상기
Figure 112007089027030-pat00015
단락 스터브는 국부 주파수 신호 입력단(610)에서는 개방 역할을 하고 고주파 신호 입력단(630)에서는 단락 역할을 하여 국부 주파수 신호가 국부 주파수 신호 입력단(610)에서 제1 역결합 다이오드 쌍(640)과 제2 역결합 다이오드 쌍(650)으로 손실없이 진행되도록 한다. 상기
Figure 112007089027030-pat00016
개방 스터브는 국부 주파수 신호 입력단(610)에서 단락 역할을 하고 고주파 신호 입력단(630)에서는 개방 역할을 하여 중간 주파수 신호가 전력의 손실 없이 진행되도록 하며, 상기 중간 주파수 신호가 고주파 신호 입력단(630)으로 누설되지 않도록 한다.
이와 같이 역병렬 다이오드 쌍을 포함하는 고조파 혼합기는 고주파 신호와 국부 주파수신호의 1차적 혼합 출력(Fundamental Mixing Product)를 억압하는 대칭 적 전압-전류 특성을 가지므로 변환 손실(Conversion loss)이 개선되고 국부 발진기로부터 발생하는 잡음도 억제하는 것이 가능하다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 의하면 8GHz의 국부 발진 주파수와 고조파 혼합기로써 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치를 구현하여 제작이 용이하며 원하는 주파수에 대한 튜닝이 쉽고 변환 손실이 개선되며 이미지 주파수가 생성되지 않으므로 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치로 이용될 수 있다.
도 1은 일반적인 주파수 송수신 장치의 블록도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치의 블록도, 및
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고조파 혼합기의 블록도이다.
<도면의 주요 부호에 대한 간단한 설명>
(10) : 주파수 송수신 장치 (20, 150) : 국부 발진기
(30,200) : 체배부 (40, 300) : 분배기
(50, 400) : 송신부 (60, 500) : 수신부
(100) : 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치
(210,220) : 체배기 (230,430,515) : 대역통과기
(240,435,440,455,460,470,475) : 증폭기
(250,255,420,445,450,465) : 정합기 (300) : 분배기
(425,480,485,510) : 격리기 (520) : 제한기
(600) ; 고조파 혼합기
(610) : 국부 발진 주파수 신호 입력단
(620) : 중간 주파수 신호 입력단 (630) : 고주파 신호 입력단
(640) : 제1 역병렬 다이오드 쌍 (650) : 제2 역병렬 다이오드 쌍
(660) : 제1 분배기 (670) : 제2 분배기
(680) : 제3 분배기

Claims (3)

  1. 국부 발진기로부터 입력되는 국부 주파수 신호를 2체배하는 제 1 체배기 및 상기 제 1 체배기로부터 출력되는 신호를 4체배하여 상기 국부 주파수 신호의 8체배된 신호를 출력하는 제 2 체배기;를 포함하는 체배부;
    상기 8체배된 국부 주파수 신호를 서로 역방향으로 병렬 연결되는 다이오드 쌍을 통하여 입력받아 상기 8체배된 국부 주파수 신호로부터 제 2 고조파 신호를 생성하여 외부로부터 수신된 고주파 주파수 신호를 중간 주파수 신호로 하향 변환하는 고조파 혼합기;를 포함하는 수신부;
    상기 8체배된 국부 주파수 신호를 서로 역방향으로 병렬 연결되는 다이오드 쌍을 통하여 입력받아 상기 8체배된 국부 주파수 신호로부터 제 2 고조파 신호를 생성하여 상기 중간 주파수 신호를 상기 고주파 주파수 신호로 상향 변환하되, 상기 8체배된 국부 주파수 신호가 입력되는 입력단에는 상기 8체배된 국부 주파수 신호의 손실을 방지하기 위한
    Figure 112009049997180-pat00020
    단락 스터브(Stub)가 연결되며, 상기 고주파 주파수 신호 입력단에는 상기 하향 변환된 중간 주파수 신호가 상기 고주파 주파수 신호의 입력단으로 누설되는 것을 방지하는
    Figure 112009049997180-pat00021
    개방 스터브(Stub)가 연결되는 고조파 혼합기;를 포함하는 송신부; 및
    입력단이 상기 체배부에 연결되고 출력단이 상기 수신부 및 송신부 각각에 연결되어, 상기 체배부로부터 입력되는 상기 8체배된 국부 주파수 신호를 상기 수신부에 포함되는 고조파 혼합기 및 상기 송신부에 포함되는 고조파 혼합기로 출력하여 분배하는 분배기;
    를 포함하는 지령 수신기용 Ku-band 송수신 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
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