KR101159645B1 - 모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치 및 그 방법 - Google Patents

모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치 및 그 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101159645B1
KR101159645B1 KR1020110056843A KR20110056843A KR101159645B1 KR 101159645 B1 KR101159645 B1 KR 101159645B1 KR 1020110056843 A KR1020110056843 A KR 1020110056843A KR 20110056843 A KR20110056843 A KR 20110056843A KR 101159645 B1 KR101159645 B1 KR 101159645B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
optical
bias voltage
light
modulated
Prior art date
Application number
KR1020110056843A
Other languages
English (en)
Inventor
정병민
Original Assignee
삼성탈레스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성탈레스 주식회사 filed Critical 삼성탈레스 주식회사
Priority to KR1020110056843A priority Critical patent/KR101159645B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101159645B1 publication Critical patent/KR101159645B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G01S13/44—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing
    • G01S13/4454—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing phase comparisons monopulse, i.e. comparing the echo signals received by an interferometric antenna arrangement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/2806—Employing storage or delay devices which preserve the pulse form of the echo signal, e.g. for comparing and combining echoes received during different periods
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03D—DEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D13/00—Circuits for comparing the phase or frequency of two mutually-independent oscillations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

RF 신호를 수신하는 복수의 제1 RF 신호 입력부와, RF 신호를 수신하는 복수의 제2 RF 신호 입력부와, 단일 파장의 광 신호를 출력하는 단일 파장 광원과, 고정 DC 바이어스 전압을 공급하는 제1 바이어스 전압원과, 가변 DC 바이어스 전압을 공급하는 제2 바이어스 전압원과, 상기 공급된 고정 DC 바이어스 전압에 따라 상기 제1 RF 신호 입력부를 통해 수신되는 RF 신호를 광 변조 RF 신호로 변환하는 제1 광 변조부와, 상기 공급된 가변 DC 바이어스 전압에 따라 상기 제2 RF 신호 입력부를 통해 수신되는 RF 신호를 광 변조 RF 신호로 변환하는 제2 광 변조부와, 상기 단일 파장 광원에서 출력된 단일 파장의 광 신호를 이용하여 상기 제1 광 변조부에서 변환된 광 변조 RF 신호를 시간 지연시키고, 상기 제2 광 변조부에서 변환된 광 변조 RF 신호를 시간 지연시키는 광 실시간 지연선로와, 상기 시간 지연된 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 합 패턴 또는 차 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하는 가변 광 감쇄부와, 상기 가변 광 감쇄부에서 감쇄된 광 변조 RF 신호를 검출하고 검출된 광 변조 RF 신호를 RF 신호로 변환하는 광 검출부와, 상기 광 검출부에서 변환된 RF 신호를 출력하는 RF 신호 출력부를 구성한다.

Description

모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치 및 그 방법{PHASE COMPARATOR USING OPTICAL TRUE TIME-DELAY LINES FOR MONOPULSE RADARS AND METHOD THEREOF}
본 발명은 RF 신호 위상 비교 장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
이하, 도 1을 참조하여 종래의 모노펄스 위상 비교 장치(phase comparator)의 문제점을 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 모노펄스 위상 비교 장치(phase comparator)의 동작 개념도이다.
도 1의 위상 비교 장치(phase comparator)는 위상 RF 신호 입력부로 입력되는 RF 신호의 합 패턴과 차 패턴을 비교하는 역할을 수행한다.
예를 들어, A 안테나와 B 안테나로 입력되는 신호를 합하면 합 패턴이 형성되고, B 안테나로 입력되는 신호의 위상을 180 도 변환시켜 A 안테나로 입력되는 신호와 합하면 차 패턴이 형성된다.
그러나, 종래의 위상 비교 장치는 안테나로 입력되는 RF 신호를 이용하여 합/차 패턴을 구현함에 있어 광대역 주파수 범위에서 진폭 오차 및 위상 오차가 발생되는 문제점이 있다.
광 실시간 지연선로는 광 신호를 이용하여 개별 안테나 소자에 급전되는 RF 신호의 위상을 조절하는 방식을 사용함으로써, 인접한 개별 안테나에 요구되는 시간 지연차이가 RF 주파수와 무관하기 때문에 광대역 주파수 범위에서 진폭 오차 및 위상 오차가 발생하지 않는다.
본 발명의 목적은 모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 방법을 제공하는 데 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치는, RF 신호를 수신하는 복수의 제1 RF 신호 입력부와, RF 신호를 수신하는 복수의 제2 RF 신호 입력부와, 단일 파장의 광 신호를 출력하는 단일 파장 광원과, 고정 DC 바이어스 전압을 공급하는 제1 바이어스 전압원과, 가변 DC 바이어스 전압을 공급하는 제2 바이어스 전압원과, 상기 공급된 고정 DC 바이어스 전압에 따라 상기 제1 RF 신호 입력부를 통해 수신되는 RF 신호를 광 변조 RF 신호로 변환하는 제1 광 변조부와, 상기 공급된 가변 DC 바이어스 전압에 따라 상기 제2 RF 신호 입력부를 통해 수신되는 RF 신호를 광 변조 RF 신호로 변환하는 제2 광 변조부와, 상기 단일 파장 광원에서 출력된 단일 파장의 광 신호를 이용하여 상기 제1 광 변조부에서 변환된 광 변조 RF 신호를 시간 지연시키고, 상기 제2 광 변조부에서 변환된 광 변조 RF 신호를 시간 지연시키는 광 실시간 지연선로와, 상기 시간 지연된 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 합 패턴 또는 차 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하는 가변 광 감쇄부와, 상기 가변 광 감쇄부에서 감쇄된 광 변조 RF 신호를 검출하고 검출된 광 변조 RF 신호를 RF 신호로 변환하는 광 검출부와, 상기 광 검출부에서 변환된 RF 신호를 출력하는 RF 신호 출력부를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서, 상기 제2 바이어스 전압원은, 모노펄스 레이더의 합 패턴을 얻기 위하여 상기 고정 DC 바이어스 전압과 동일한 바이어스 전압을 상기 제2 광 변조부에 공급하고, 모노펄스 레이더의 차 패턴을 얻기 위하여 상기 고정 DC 바이어스 전압과 다른 바이어스 전압을 상기 제2 광 변조부에 공급하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 가변 광 감쇄부는, 상기 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 합 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 하기 위해, 테일러(Taylor) 급수에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 구성되고, 상기 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 차 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 하기 위해, 베일리스(Bayliss) 급수에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 구성될 수 있다.
상술한 본 발명의 목적에 따른 모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 방법은, 복수의 RF 신호 입력부를 통해 RF 신호를 각각 수신하는 단계와, 단일 파장 광원이 단일 파장의 광 신호를 출력하는 단계와, 복수의 광 변조부가 상기 출력된 단일 파장의 광 신호를 이용하여 상기 RF 신호 입력부를 통해 수신되는 각각의 RF 신호를 광 변조 RF 신호로 각각 변환하는 단계와, 광 실시간 지연선로를 통해 광 변조 RF 신호를 시간 지연시킴으로써, RF 신호의 위상을 비교하는 단계와, 복수의 가변 광 감쇄부가 상기 시간 지연된 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 합 패턴 또는 차 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하는 단계와, 복수의 광 검출부가 상기 감쇄된 광 변조 RF 신호를 검출하는 단계와, 복수의 RF 신호 출력부가 상기 검출된 광 변조 RF 신호를 RF 신호로 변환하여 출력하는 단계를 포함하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 복수의 광 변조부가 상기 출력된 단일 파장의 광 신호를 이용하여 상기 RF 신호 입력부를 통해 수신되는 각각의 RF 신호를 광 변조 RF 신호로 각각 변환하는 단계에서, 제2 바이어스 전압원이, 모노펄스 레이더의 합 패턴을 얻기 위하여 상기 고정 DC 바이어스 전압과 동일한 바이어스 전압을 상기 제2 광 변조부에 공급하고, 모노펄스 레이더의 차 패턴을 얻기 위하여 상기 고정 DC 바이어스 전압과 다른 바이어스 전압을 상기 제2 광 변조부에 공급하도록 구성될 수 있다. 그리고 상기 복수의 가변 광 감쇄부가 상기 시간 지연된 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 합 패턴 또는 차 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하는 단계는, 상기 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 합 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 하기 위해, 테일러(Taylor) 급수에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 구성되고, 상기 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 차 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 하기 위해, 베일리스(Bayliss) 급수에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 구성될 수 있다.
상기와 같은 모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치 및 그 방법에 따르면, 단일 파장 광원을 사용함으로써 다수의 파장 가변 광원을 사용하는 위상 비교 장치에 비해 안정적으로 신속하게 동작하는 장점이 있다. 한편, RF 신호의 위상을 180 도 조절할 수 있는 광 변조기의 전송함수 특성을 이용하기 때문에 모노펄스 레이더의 합 패턴과 차 패턴의 빔 형성이 용이하고, 광 섬유 지연선로 행렬을 이용하여 빔 주사각을 조절하기 때문에 대역폭이 넓고 주파수에 따라 빔 주사각이 변화하는 빔 스퀸트 현상도 없다.
도 1은 종래 기술에 따른 모노펄스 위상 비교 장치(phase comparator)의 동작 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치의 개략 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치의 상세 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조부의 DC 바이어스 전압에 따른 광 신호의 크기의 전송함수 특성 곡선이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 비트 광 실시간 지연선로 위상 비교 실험 장치의 실험 구성도이다.
도 6은 도 5의 위상 비교 실험 장치에 따른 제1 실험 결과를 나타내는 RF 신호 파형도이다.
도 7은 도 6의 RF 신호 파형을 바탕으로 시뮬레이션한 모노펄스 레이더의 합 패턴과 차 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 8은 도 5의 위상 비교 실험 장치에 따른 제2 실험 결과를 나타내는 RF 신호 파형도이다.
도 9는 도 8의 RF 신호 파형을 바탕으로 시뮬레이션한 모노펄스 레이더의 합 패턴과 차 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 5의 위상 비교 실험 장치에 따른 제3 실험 결과를 나타내는 RF 신호 파형도이다.
도 11은 도 10의 RF 신호 파형을 바탕으로 시뮬레이션한 모노펄스 레이더의 합 패턴과 차 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 12는 도 5의 위상 비교 실험 장치에 따른 제4 실험 결과를 나타내는 RF 신호 파형도이다.
도 13은 도 12의 RF 신호 파형을 바탕으로 시뮬레이션한 모노펄스 레이더의 합 패턴과 차 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 실시간 지연선로 위상 비교 방법의 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치의 개략 블록 구성도이고, 도 3은 그 상세 블록 구성도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치(10)(이하, '위상 비교 장치'라 함)는 제1 RF 신호 입력부(100a), 제2 RF 신호 입력부(100b), 제1 광 변조부(200a), 제2 광 변조부(200b), 제1 바이어스 전압원(300a), 제2 바이어스 전압원(300b), 단일 파장 광원(400), 광 실시간 지연선로(500), 가변 광 감쇄부(600), 광 검출부(700), RF 신호 출력부(800)를 포함하도록 구성될 수 있다.
위상 비교 장치(10)는 다수의 파장 가변 광원이 아닌 단일 파장 광원(400)을 사용함으로써, 안정적이고 신속한 동작을 한다. 제1 바이어스 전압원(300a) 및 제2 바이어스 전압원(300b)이 각각 제1 광 변조부(200a) 및 제2 광 변조부(200b)에 서로 동일한 또는 서로 다른 바이어스 전압을 가하여 RF 신호의 위상을 180도 조절함으로써, 모노펄스 레이더의 합 패턴과 차 패턴의 빔을 용이하게 형성할 수 있는 특징이 있다. 이하, 세부적인 구성에 대하여 설명한다.
제1 RF 신호 입력부(100a)는 배열 안테나를 통해 수신되는 RF 신호를 입력받도록 구성되고, 제2 RF 신호 입력부(100b) 역시 다른 배열 안테나를 통해 수신되는 RF 신호를 입력받도록 구성된다. 이때, 배열 안테나는 각각 서로 m 개의 개별 안테나로 구성될 수 있다.
제1 광 변조부(200a) 및 제2 광 변조부(200b)는 제1 RF 신호 입력부(100a) 및 제2 RF 신호 입력부(100b)에서 각각 입력된 RF 신호를 각각 광 변조 RF 신호로 변환하도록 구성될 수 있다. 여기서, 제1 광 변조부(200a) 및 제2 광 변조부(200b) 역시 제1 RF 신호 입력부(100a) 및 제2 RF 신호 입력부(100b)의 개수와 동일하게 각각 m 개씩 구비될 수 있다. 이때, 제1 광 변조부(200a) 및 제2 광 변조부(200b)는 각각 제1 바이어스 전압원(300a) 및 제2 바이어스 전압원(300b)에 의해 각각 바이어스 전압을 공급받도록 구성될 수 있다. 이러한 바이어스 전압은 모노펄스 레이더의 합 패턴 또는 차 패턴을 형성하기 위한 것이다. 바이어스 전압에 의해 동작하는 광 변조기를 통해 RF 신호의 위상을 180 도 변경할 수 있다. 제1 광 변조부(200a)에서 변조된 광 변조 RF 신호의 위상과 제2 광 변조부(200b)에서 변조된 광 변조 RF 신호의 위상이 모두 동일한 경우에는 광 실시간 지연선로(500)에서 합 패턴이 형성될 경우이고, 제1 광 변조부(200a)에서 변조된 광 변조 RF 신호의 위상과 제2 광 변조부(200b)에서 변조된 광 변조 RF 신호의 위상 차이가 180 도 발생할 경우에는 광 실시간 지연선로(500)를 통해 차 패턴이 형성된다.
제1 바이어스 전압원(300a)은 제1 광 변조부(200a)에 고정 DC 바이어스 전압을 공급하도록 구성되고, 제2 바이어스 전압원(300b)은 제2 광 변조부(200b)에 가변 DC 바이어스 전압을 공급하도록 구성된다. 이때, 제2 바이어스 전압원(300b)은 모노펄스 레이더의 합 패턴을 형성할 경우에는 제1 바이어스 전압원(300a)의 고정 DC 바이어스 전압과 동일한 바이어스 전압을 제2 광 변조부(200b)에 공급하고, 모노펄스 레이더의 차 패턴을 형성할 경우에는 제1 바이어스 전압원(300a)의 고정 DC 바이어스 전압과 다른 바이어스 전압을 제2 광 변조부(200b)에 공급하도록 구성된다.
한편, 단일 파장 광원(400)은 단일 파장의 광 신호를 출력하도록 구성된다.
광 실시간 지연선로(500)는 단일 파장의 광 신호를 이용하여 제1 광 변조부(200a) 및 제2 광 변조부(200b)에서 변환된 광 변조 RF 신호를 시간 지연시키도록 구성된다. 광 실시간 지연선로(500)는 제1 RF 신호 입력부(100a) 및 제2 RF 신호 입력부(100b)를 통해 수신되는 RF 신호의 위상차에 해당하는 시간 지연을 보상한다. 이러한 광 실시간 지연선로(500)를 이용함에 따라 빔 스퀸트(beam squint) 현상은 발생하지 않는다.
가변 광 감쇄부(600)는 광 실시간 지연선로(500)에서 시간 지연된 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 합 패턴 및 차 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 테일러(Taylor) 급수 또는 베일리스(Bayliss) 급수에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 구성될 수 있다.
광 검출부(700)는 가변 광 감쇄부(600)에서 감쇄된 광 변조 RF 신호를 검출하도록 구성된다.
그리고 RF 신호 출력부(800)는 광 검출부(700a)에서 검출된 광 변조 RF 신호를 RF 신호로 변환하여 출력하도록 구성된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 변조부의 DC 바이어스 전압에 따른 광 신호의 크기의 전송함수 특성 곡선이다.
도 4를 참조하면, DC 바이어스 전압이 a [V]일 때와 b [V]일 때 각각은 전송함수 특성 곡선의 기울기가 다름을 알 수 있다. 즉, a [V]일 때에는 기울기가 양의 기울기를 나타내며, b [V]일 때에는 기울기가 음의 기울기를 나타낸다.
모노펄스 레이더의 합 패턴을 얻고자 할 때에는 m 개의 제1 광 변조부(200a) 및 m 개의 제2 광 변조부(200b)에 모두 a [V]의 전압을 공급하고, 모노펄스 레이더의 차 패턴을 얻고자 할 때에는 m 개의 제1 광 변조부(200a)에 a [V]의 전압을 공급하고 나머지 m 개의 제2 광 변조부(200b)에 b [V]의 전압을 공급하도록 구성된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 2 비트 광 실시간 지연선로 위상 비교 실험 장치의 실험 구성도이다.
도 5에서 보듯이 위상 비교 장치(10)의 양단에 RF 신호 발생기와 디지털 오실로스코프를 부가하여 광 실시간 지연선로 위상 비교 실험 장치가 구성된다. 여기에서, 파장 비의존형 광 실시간 지연선로는 크로스(cross) 포트에 광 섬유 지연선로가 연결된 2X2 광 스위치들로 구성되는 광섬유 지연선로 행렬로 구성되어 있다. 이때, 2X2 광 스위치 행렬은 한 열(column)이 동시에 바(bar) 또는 크로스(cross) 상태로 동작함으로써 시간 지연을 얻는다. 모든 광 스위치가 바(bar) 상태인 경우에는 첫번째 행, 두번째 행, 세번째 행, 네번째 행으로부터 출력되는 신호의 시간 지연은 동일하다.
2X2 광 스위치 열(column)의 크로스(cross) 포트에 연결되어 있는 광섬유 지연선로 길이는 첫번째 2X2 광 스위치 열(column)의 경우에는, 행의 번호가 하나씩 증가할 때마다 시간 지연은 20 Δτ에 해당하는 광섬유 길이만큼 증가하고, 두번째 2X2 광 스위치 열(column)의 경우에는 행의 번호가 하나씩 증가할 때마다 시간 지연은 21Δτ에 해당하는 광섬유 길이만큼 증가한다.
예를 들어 모든 2X2 광 스위치가 바(bar) 상태인 경우에는 첫번째, 두번째 세번째, 네번째 행으로 출력되는 각각의 신호의 시간 지연 차이는 0이고, 첫번째 열(column)의 2X2 광 스위치만 크로스(cross) 상태일 경우에는 첫번째, 두번째, 세번째, 네번째 행으로 출력되는 각각의 신호의 시간 지연 차이는 Δτ이다.
두번째 열(column)의 2X2 광 스위치만 크로스(cross) 상태일 경우에는 2Δτ이고 첫번째와 두번째 모두 크로스(cross) 상태일 경우에는 3Δτ에 해당하는 시간 지연 차이를 얻을 수 있다.
도 5에서는 2 비트에 해당하는 위상 비교 실험 장치가 구성되어 있지만, n 비트까지 확장 가능하다.
이와 같이 크로스(cross) 포트에 광섬유 지연선로가 연결된 2X2 광 스위치들로 구성되는 광섬유 지연선로 행렬을 이용하여 광 실시간 지연선로를 구성하면 광 파장에 관계없이 시간 지연을 얻을 수 있다.
이하, 이러한 파장 비의존형 광 실시간 지연 선로에 의해 시간 지연을 얻은 각각의 광 변조 RF 신호를 광 검출부를 통해 RF 신호로 변환하여 디지털 오실로스코프로 측정한 결과를 설명한다. 여기에서, 가변 광 감쇄부의 영향은 쉽게 구현 가능하므로 고려하지 않았으며, 파장 비의존형 광 실시간 지연선로로부터 시간 지연된 신호를 비교하기 위해 1 개의 광 검출부와 1 개의 디지털 오실로스코프를 이용한다.
도 6은 도 5의 위상 비교 실험 장치에 따른 제1 실험 결과를 나타내는 RF 신호 파형도이다.
RF 신호 발생기의 주파수가 2 GHz이고 파장 비의존형 광 실시간 지연선로의 모든 2X2 광 스위치가 바(bar) 상태일 경우, 도 6의 (a)는 광 변조부 1, 광 변조부 2, 광 변조부 3, 광 변조부 4에 입력되는 DC 바이어스 전압이 동일할 때 측정된 RF 신호 파형이고 도 6의 (b)는 광 변조부 1 및 광 변조부에 입력되는 DC 바이어스 전압과 광 변조부 3 및 광 변조부 4에 입력되는 DC 바이어스 전압이 광 변조부 출력 RF 신호의 위상이 180 도 차이가 나도록 입력될 때에 측정된 RF 신호 파형이다.
도 7은 도 6의 RF 신호 파형을 바탕으로 시뮬레이션한 모노펄스 레이더의 합 패턴과 차 패턴을 나타내는 그래프이다.
RF 신호의 주파수는 2 GHz이고 배열 안테나를 구성하는 4 개의 개별 안테나 간의 거리는 RF 신호의 반 파장인 0.075 m로 구성한다.
도 6의 (a)에서와 같이 첫번째, 두번째, 세번째, 네번째 행으로 출력되는 신호의 위상이 동일한 경우에는 합 패턴을 얻는다. 여기서, 파장 비의존형 광 실시간 지연선로로부터 발생하는 시간 지연 차이가 0 ps이기 때문에 주 빔의 방향이 0 도임을 알 수 있고, 개별 안테나 개수가 4 개이므로 1 개의 메인 로브(main lobe)와 2 개의 사이드 로브(side lobe)가 발생함을 알 수 있다.
도 6의 (b)에서는 첫번째 및 두번째 행에서 출력되는 신호의 위상과 세번째 및 네번째 행에서 출력되는 신호의 위상이 180도 차이가 발생할 경우에는 차 패턴을 얻는다. 그리고 파장 비의존형 광 실시간 지연선로로부터 발생하는 시간 지연이 0 ps이므로 0 도에서 널(null)이 발생한다.
도 8은 도 5의 위상 비교 실험 장치에 따른 제2 실험 결과를 나타내는 RF 신호 파형도이다.
도 8의 RF 신호 파형은 도 5의 위상 비교 실험 장치에서 RF 신호 발생기의 주파수가 2 GHz이고 파장 비의존형 광 실시간 지연 선로에 의한 시간 지연이 32 ps일 때, 디지털 오실로스코프로 측정된 것이다.
도 8의 (a)는 광 변조부 1, 광 변조부 2, 광 변조부 3 및 광 변조부 4에 입력되는 DC 바이어스 전압이 동일할 때 측정된 RF 신호 파형이고, 도 8의 (b)는 광 변조부 1 및 광 변조부 2에 입력된 DC 바이어스 전압과 광 변조부 3 및 광 변조부 4에 입력되는 DC 바이어스 전압이 광 변조부 출력 RF 신호의 위상이 180 도 차이가 나도록 입력될 때 측정된 RF 신호 파형이다.
도 8의 (a)에서는 파장 비의존형 광 실시간 지연 선로의 첫번째, 두번째, 세번째 및 네번째 행으로 출력되는 각 신호의 시간 지연 차이가 32 ps임을 알 수 있고, 도 8의 (b)에서는 각 신호의 시간 지연 차이가 32 ps이고 또한 광 변조부에 입력되는 바이어스 전압에 의해 첫번째 및 두번째 행에서 출력되는 신호의 위상과 세번째 및 네번째 행에서 출력되는 신호의 위상이 180 도 차이가 발생함을 알 수 있다.
도 9는 도 8의 RF 신호 파형을 바탕으로 시뮬레이션한 모노펄스 레이더의 합 패턴과 차 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 9에서 RF 신호의 주파수는 2 GHz이고 배열 안테나를 구성하는 4 개의 개별 안테나 사이의 거리는 RF 신호의 반 파장인 0.075 m로 가정하였다. 도 8의 (a)에서와 같이 각 행으로 출력되는 신호의 위상이 동일한 경우에는 합 패턴을 얻고, 도 8의 (b)에서와 같이 첫번째 및 두번째 행에서 출력되는 신호의 위상과 세번째 및 네번째 행에서 출력되는 신호의 위상이 180 도 차이가 발생할 경우에는 차 패턴을 얻는다.
도 8의 (a)와 (b)에서 시간 지연이 32 ps만큼 발생하기 때문에 배열 안테나로부터 수신되는 신호는 약 7.35 도 틀어져 있음을 알 수 있다. 합 패턴의 경우에는 주 빔의 방향이 약 7.35 도 틀어져 있고 차 패턴의 경우에는 널(null)이 약 7.35 도 틀어져 있음을 알 수 있다.
도 10은 도 5의 위상 비교 실험 장치에 따른 제3 실험 결과를 나타내는 RF 신호 파형도이다.
도 10에서는 도 6의 경우와 모든 조건이 동일한 상황에서 1 GHz의 RF 주파수가 입력될 때, 디지털 오실로스코프로 측정된 RF 파형이다. 도 6과 도 10을 비교할 때, 주파수에 관계없이 시간 지연이 동일함을 알 수 있다.
도 11은 도 10의 RF 신호 파형을 바탕으로 시뮬레이션한 모노펄스 레이더의 합 패턴과 차 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 11은 도 7에 비해 주파수가 감소하기 때문에 합 패턴과 차 패턴의 빔 폭은 증가하고 이로 인하여 합 패턴과 차 패턴의 이득의 차이가 증가하지만 합 패턴의 주 빔의 각도와 차 패턴의 널(null) 각도는 변화가 없음을 볼 수 있다.
도 12는 도 5의 위상 비교 실험 장치에 따른 제4 실험 결과를 나타내는 RF 신호 파형도이다.
도 12는 도 8의 경우와 모든 조건이 동일한 상황에서 1 GHz의 RF 주파수가 입력될 때, 디지털 오실로스코프로 측정된 RF 파형이다. 도 8과 도 12를 비교할 때, 주파수에 관계없이 첫번째, 두번째, 세번째 및 네번째 행으로 출력되는 각 신호의 시간 지연 차이가 32 ps임을 알 수 있다.
도 13은 도 12의 RF 신호 파형을 바탕으로 시뮬레이션한 모노펄스 레이더의 합 패턴과 차 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 13에서는 도 9에 비해 주파수가 감소하기 때문에 합 패턴과 차 패턴의 빔 폭은 증가하지만 시간 지연이 32 ps 발생하기 때문에 배열 안테나로부터 수신되는 신호는 약 7.35 도 틀어져 있음을 볼 수 있다. 합 패턴의 경우에는 주 빔의 방향이 약 7.35 도 틀어져 있고 차 패턴의 경우에는 널(null)이 약 7.35 도 틀어져 있음을 볼 수 있다.
이상과 같은 실험을 통하여 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치(10)는 주파수에 관계없이 항상 동일한 시간 지연을 얻을 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광 실시간 지연선로 위상 비교 방법의 흐름도이다.
도 14를 참조하면, 먼저 복수의 RF 신호 입력부를 통해 RF 신호를 각각 수신한다(S110). 이때, 제1 RF 신호 입력부(100a) 및 제2 RF 신호 입력부(100b)가 각각 m 개의 개별 안테나로 구성된 배열 안테나를 통해 RF 신호를 입력받도록 구성될 수 있다.
다음으로, 단일 파장 광원(400)이 단일 파장의 광 신호를 출력한다(S120).
그리고 복수의 광 변조부(200a, 200b)가 단일 파장 광원(400)에서 출력된 단일 파장의 광 신호를 이용하여 RF 신호 입력부를 통해 수신되는 각각의 RF 신호를 광 변조 RF 신호로 각각 변환한다(S130).
다음으로, 광 실시간 지연선로(500)를 통해 광 변조 RF 신호를 시간 지연시킴으로써, RF 신호의 위상을 비교한다(S140).
그리고 복수의 가변 광 감쇄부(600)가 광 실시간 지연선로(500)에서 시간 지연된 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 합 패턴 또는 차 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄한다(S150). 여기에서, 제1 가변 광 감쇄부(600)는 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 합 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 하기 위해 테일러(Taylor) 급수에 해당하는 신호 크기로 감쇄하고, 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 차 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 하기 위해, 베일리스(Bayliss) 급수에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 구성될 수 있다.
그리고 복수의 광 검출부(700)가 앞서 감쇄된 광 변조 RF 신호를 검출한다(S160).
다음으로, 복수의 RF 신호 출력부(800)가 광 검출부(700)에서 검출된 광 변조 RF 신호를 RF 신호로 변환하여 출력한다(S170).
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. RF 신호를 수신하는 복수의 제1 RF 신호 입력부;
    RF 신호를 수신하는 복수의 제2 RF 신호 입력부;
    단일 파장의 광 신호를 출력하는 단일 파장 광원;
    고정 DC 바이어스 전압을 공급하는 제1 바이어스 전압원;
    가변 DC 바이어스 전압을 공급하는 제2 바이어스 전압원;
    상기 공급된 고정 DC 바이어스 전압에 따라 상기 제1 RF 신호 입력부를 통해 수신되는 RF 신호를 광 변조 RF 신호로 변환하는 제1 광 변조부;
    상기 공급된 가변 DC 바이어스 전압에 따라 상기 제2 RF 신호 입력부를 통해 수신되는 RF 신호를 광 변조 RF 신호로 변환하는 제2 광 변조부;
    상기 단일 파장 광원에서 출력된 단일 파장의 광 신호를 이용하여 상기 제1 광 변조부에서 변환된 광 변조 RF 신호를 시간 지연시키고, 상기 제2 광 변조부에서 변환된 광 변조 RF 신호를 시간 지연시키는 광 실시간 지연선로;
    상기 시간 지연된 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 합 패턴 또는 차 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하는 가변 광 감쇄부;
    상기 가변 광 감쇄부에서 감쇄된 광 변조 RF 신호를 검출하고 검출된 광 변조 RF 신호를 RF 신호로 변환하는 광 검출부 및
    상기 광 검출부에서 변환된 RF 신호를 출력하는 RF 신호 출력부를 포함하는 모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 바이어스 전압원은,
    모노펄스 레이더의 합 패턴을 얻기 위하여 상기 고정 DC 바이어스 전압과 동일한 바이어스 전압을 상기 제2 광 변조부에 공급하고,
    모노펄스 레이더의 차 패턴을 얻기 위하여 상기 고정 DC 바이어스 전압과 다른 바이어스 전압을 상기 제2 광 변조부에 공급하는 것을 특징으로 하는 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가변 광 감쇄부는,
    상기 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 합 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 하기 위해, 테일러(Taylor) 급수에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 구성되고,
    상기 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 차 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 하기 위해, 베일리스(Bayliss) 급수에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치.
  4. 복수의 RF 신호 입력부를 통해 RF 신호를 각각 수신하는 단계;
    단일 파장 광원이 단일 파장의 광 신호를 출력하는 단계;
    복수의 광 변조부가 상기 출력된 단일 파장의 광 신호를 이용하여 상기 RF 신호 입력부를 통해 수신되는 각각의 RF 신호를 광 변조 RF 신호로 각각 변환하는 단계;
    광 실시간 지연선로를 통해 광 변조 RF 신호를 시간 지연시킴으로써, RF 신호의 위상을 비교하는 단계;
    복수의 가변 광 감쇄부가 상기 시간 지연된 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 합 패턴 또는 차 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하는 단계;
    복수의 광 검출부가 상기 감쇄된 광 변조 RF 신호를 검출하는 단계 및
    복수의 RF 신호 출력부가 상기 검출된 광 변조 RF 신호를 RF 신호로 변환하여 출력하는 단계를 포함하는 광 실시간 지연선로 위상 비교 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 광 변조부가 상기 출력된 단일 파장의 광 신호를 이용하여 상기 RF 신호 입력부를 통해 수신되는 각각의 RF 신호를 광 변조 RF 신호로 각각 변환하는 단계에서,
    제2 바이어스 전압원이, 모노펄스 레이더의 합 패턴을 얻기 위하여 고정 DC 바이어스 전압과 동일한 바이어스 전압을 제2 광 변조부에 공급하고, 모노펄스 레이더의 차 패턴을 얻기 위하여 상기 고정 DC 바이어스 전압과 다른 바이어스 전압을 제2 광 변조부에 공급하는 것을 특징으로 하는 광 실시간 지연선로 위상 비교 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 복수의 가변 광 감쇄부가 상기 시간 지연된 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 합 패턴 또는 차 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하는 단계는,
    상기 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 합 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 하기 위해, 테일러(Taylor) 급수에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 구성되고,
    상기 광 변조 RF 신호를 모노펄스 레이더의 차 패턴에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 하기 위해, 베일리스(Bayliss) 급수에 해당하는 신호 크기로 감쇄하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광 실시간 지연선로 위상 비교 방법.
KR1020110056843A 2011-06-13 2011-06-13 모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치 및 그 방법 KR101159645B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110056843A KR101159645B1 (ko) 2011-06-13 2011-06-13 모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치 및 그 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110056843A KR101159645B1 (ko) 2011-06-13 2011-06-13 모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치 및 그 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101159645B1 true KR101159645B1 (ko) 2012-07-03

Family

ID=46716019

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110056843A KR101159645B1 (ko) 2011-06-13 2011-06-13 모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치 및 그 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101159645B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5933113A (en) 1996-09-05 1999-08-03 Raytheon Company Simultaneous multibeam and frequency active photonic array radar apparatus
WO2004045021A1 (en) 2002-11-13 2004-05-27 Raytheon Company Optically and frequency scanned array_
JP2005315820A (ja) 2004-01-28 2005-11-10 Rcs:Kk 障害物検知装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5933113A (en) 1996-09-05 1999-08-03 Raytheon Company Simultaneous multibeam and frequency active photonic array radar apparatus
WO2004045021A1 (en) 2002-11-13 2004-05-27 Raytheon Company Optically and frequency scanned array_
JP2005315820A (ja) 2004-01-28 2005-11-10 Rcs:Kk 障害物検知装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Longbrake True time-delay beamsteering for radar
EP3064956B1 (en) Fully optically controlled phased array radar transmitter
EP0805514B1 (en) Self-phase up of array antennas with non-uniform element mutual coupling and arbitrary lattice orientation
JP4424908B2 (ja) ダイナミック利得等化器
EP2084571B1 (en) Bias controller for an optical modulator
CN107528638B (zh) 基于微波光子滤波的宽带微波信号到达角估计方法
US9590740B1 (en) Method and system for robust symmetrical number system photonic direction finding
US20020181874A1 (en) Reconfigurable optical beamformer for simplified time steered arrays
US7668509B2 (en) Frequency selective leveling loop for multi-signal phased array transmitters
CN111123560A (zh) 基于多频声光调制及光栅衍射的光脉冲调控方法和系统
SG181692A1 (en) Photonic match filter
US7009560B1 (en) Adaptive variable true time delay beam-forming system and method
CN114761778A (zh) 光纤特性测定装置以及光纤特性测定方法
KR101159645B1 (ko) 모노펄스 레이더를 위한 광 실시간 지연선로 위상 비교 장치 및 그 방법
Rotman et al. Wideband antenna patterns and impulse response of broadband RF phased arrays with RF and photonic beamforming
KR101144301B1 (ko) 파장 고정 광원을 이용하는 마이크로웨이브 포토닉 가변 필터 시스템 및 그 방법
RU2568968C1 (ru) Способ встроенной калибровки активной фазированной антенной решетки
US7382311B2 (en) Method, computer program product and system for differentiating physical sources from second order nonlinear signal effects
RU2594378C1 (ru) Способ измерения времени переключения фазы сверхвысокочастотного сигнала
JP6452487B2 (ja) 位相差測定器
Belkin Design principles of long-term analog RF memory based on fiber-optics and RF photonics techniques
Rotman et al. Wideband phased arrays with true time delay beamformers challenges and progress
US10591524B2 (en) Measuring device and measuring method with multi-beam beamforming
Schediwy et al. A quantitative analysis of how phase errors affect the beam quality of phased arrays
Crockett et al. Photonics-enabled Continuous and Gapless Time-frequency Analysis of Fast Transient Events

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150527

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170529

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180528

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190527

Year of fee payment: 8