KR970003699B1 - 광대역 마이크로파 신호발생기 - Google Patents

광대역 마이크로파 신호발생기 Download PDF

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Abstract

요약없음

Description

광대역 마이크로파 신호발생기
제1도는 공지된 마이크로파 신호발생기의 개략도.
제2도는 본 발명을 구현하는 마이크로파 신호발생기를 보인 개략도.
제3도는 주파수 합성기의 개략도.
제4도는 제3도에 도시한 것과 유사한 주파수 합성기의 개략도.
제5도는 대표적인 주파수 합성기의 블럭도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
50 : 신호발생기52 : 기준신호발생기
54,56,124,128 : 혼합기58,70,80 : 주파수 합성기
72,82 : 상측 주파수대 신호합성기74,84 : 하측 주파수대 신호합성기
102 : 수정 발진기104,116,122,126,134,140 : 증폭기
106 : 단계 회복 다이오드 콤 필터 108 : 주파수 멀티플렉서
110,112,114 : 스위치130,136 : 대역통과스위치필터
광대역 저잡음 레이다 시스템용의 마이크로파 신호를 극히 효과적으로 발생하기 위한 장치에 관한 것이다.
하나의 알려진 레이다 시스템에서는, 제1도에 도시한 바와 같이 마이크로파 기준신호와 주파수 합성기 신호를 합산하여, 국부 발진기(LO)신호를 발생시킨다. 여기서, 마이크로파 기준신호에 의해 개략적 주파수 단계의 광대역 X-대역 신호들이 발생되는데, 마이크로파 기준신호의 높은 출력주파수 때문에 잡음도는 고정된다. 한편, 주파수 합성기는 2GHz 보다 낮은 주파수 영역에 속하는 미세한 주파수 단계(5 내지 10MHz)의 협대역 신호를 발생한다. 따라서, 상기한 광대역 신호와 협대역 신호를 합산(혼합)하면 미세한 주파수 단계의 광대역 신호가 발생한다. 마이크로파 기준신호는 광대역 저잡음 신호발생기에 있어 가장 중요한 요소로 되는데, 그 이유는 마이크로파 기준신호에 의해 전체 레이다 대역폭 및 주파수 안정도가 고정되기 때문이다. 송신구동(TD)신호는 일정한 주파수 오프셋(TD 오프셋)을 국부 발진기(LO)신호와 합산시켜 발생시킨다. 대역폭이 10% 보다 작은 통상의 레이다 시스템에 있어서, 제1도의 해결책은 우수한 성능을 제공할 수 있다.
그러나, 대역이 아주 넓은 응용분야에 있어서는, 제1도의 해결책은 많은 하드웨어를 필요로 하며(즉, 하드웨어의 복제를 요하며), TD 오프셋으로 인한 의사신호의 발생을 제어하기가 매우 곤란하다. "Fault Tolerant Wideband Signal Generator frequency plan"이란 명칭으로 출원되어 본 출원인에게 양도된 쿠오(Kuo) 등의 미국 특허 제5,053,722호의 발명은 매우 큰(예로서, 45%) 주파수 대역폭을 필요로 하는 레이다 시스템에 유용하다. 이 미국 특허 제5,053,722호 전체는 본 명세서에 참고로 인용된다. 미국 특허 제5,053,722호의 발명에서는, TD 오프셋을 제거시킴으로써 하드웨어를 줄이고 TD 오프셋으로 인한 의사신호의 발생을 배제한다. 마이크로파 기준신호를 고주파수대 및 저주파수대로 분할하되 두 마이크로파 기준신호의 출력 주파수들이 TD 오프셋 주파수만큼 분리되게 분할한다. 이들 두 마이크로파 기준신호의 출력들은 주파수 합성기 신호와 합산하여 고주파수대 신호와 저주파수대 신호를 생성시킨다. 이들 두 대역 신호중의 한 대역으로부터는 TD 신호가, 또한, 나머지 다른 한 대역으로부터는 LO 신호가 나오게 하고 이들 대역을 스위칭에 의해 상호 교체시킴으로써 TD 주파수대로부터 TD 신호 및 LO 신호 모두를 발생시키는 것이 가능하게 된다. 가장 효과적인 형태에 있어서, 상기한 두 마이크로파 기준신호가 필요로 하는 총 대역폭은 TD 신호 대역폭에서 주파수 합성기 대역폭의 두배를 뺀 것과 대략 동일하다.
따라서, 본 발명의 목적은 마이크로파 기준신호가 필요로 하는 대역폭이 상당히 감소되게 함으로써 회로의 복잡도를 줄이고 신호발생기의 잡음성능을 개선하는 광대역 마이크로파 신호발생기를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명에 따른 능동 레이다용의 광대역 신호발생기는 제각기의 분리된 송신구동(TD) 및 수신기 국부발진(LO)신호들이 발생되는 것을 특징으로 한다. 이 신호발생기는 프로그래머블 제1마이크로파 주파수를 가진 기준신호를 발생하기 위한 프로그래머블 기준신호발생기와 주파수 합이 송신구동(TD) 주파수 오프셋과 동일한 두개의 합성된 신호를 발생하기 위한 주파수 합성수단을 포함한다.
신호발생기는 또한 상기 두개의 합성된 신호중 선택된 한 신호와 상기 기준신호를 혼합하여 상기 기준신호의 주파수와 상기 선택된 한 신호의 주파수의 합과 동일한 주파수를 가진 제1혼합출력신호를 발생하는 제1혼합수단을 포함한다. 상기 신호발생기는 또한 상기 두 합성된 신호중 나머지 신호와 상기 기준신호를 혼합하여 상기 기준신호의 주파수와 상기 나머지 신호의 주파수의 차와 동일한 주파수를 가진 제2혼합출력신호를 발생하는 제2혼합수단을 포함한다.
또한, 신호발생기는 제1혼합출력신호 또는 제2혼합출력신호를 레이다 송신구동(TD)신호로서 선택하기 위한 TD 신호 선택수단을 포함한다. 신호발생기는, 또한, 제1혼합출력신호를 수신기 국부발진(LO)신호로서 선택하되, 제1혼합출력신호 가 TD 신호로서 선택되는 때에는 제2혼합출력신호를 LO 신호로서 선택하고 제2혼합출력신호가 TD 신호로서 선택되는 때에는 제1혼합출력신호를 LO 신호로서 선택하는 LO 신호 선택수단을 포함한다.
본 발명의 상기 및 기타 다른 특징 및 장점은 도면에 도시한 대표적 실시예에 대한 다음의 상세설명으로부터 더욱 명백히 알 수 있을 것이다.
본 발명은 미국 특허 제5,053,722호에 사용된 주파수 플랜(frequency plan)을 더욱 간단화한 것으로서, 마이크로파 기준신호의 대역폭을 절반으로 줄이되 다른 하드웨어의 복잡도를 부가하지 않는 식으로 간단화 하는 것이다. 더욱 중요한 것은 본 발명에 따른 마이크로파 신호발생기는 저잡음 시스템의 설계를 더욱 용이케 한다는 것으로, 이와 같은 저잡음 시스템 설계의 용이성은 본 발명의 마이크로파 기준신호발생기에 의해 주파수 안정성이 확립되기 때문이다.
제2도는 본 발명에 따른 대표적인 실시예의 간단화된 블럭도이다. 제2도의 신호발생기(50)는 8 내지 10GHz 주파수 범위에 속하는 기준신호를 발생하는 프로그래머블 마이크로파 기준신호발생기(52)를 갖는다. 기준신호발생기는, 예로서, 미국 특허 제5,053,722호에 고주파수대 신호 또는 저주파수대 신호발생기(70 또는 60)로서 도시된 것과 유사한 구성을 가질 수도 있다. 기준신호는 제1 및 제2신호 혼합기(54) 및 (56)에 공급된다. 시스템(50)은, 또한, 두개의 합성된 신호(F1) 및 (F2)를 발생하는 주파수 합성기를 갖는다. TD 오프셋은 본 실시예에 있어 2GHz 범위내에 속하며, 이 TD 오프셋은 두개의 합성된 신호(F1) 및 (F2)의 주파수 합과 같다.
혼합기(54)의 기능은 마이크로파 기준신호를 합성된 신호(F1)와 혼합하여, 기준신호의 주파수와 그 합성된 신호의 주파수의 합과 같은 주파수를 가진 혼합된 신호를 발생하는 것이다. 한편, 혼합기(56)의 기능은 마이크로파 기준신호와 합성된 신호(F2)를 혼합하여, 그들 두 신호의 주파수들이 합해진 것과 같은 주파수를 가진 혼합된 신호를 발생하는 것이다. 혼합기(54)의 출력은 본 실시예에 있어 9 내지 11GHz 주파수 범위의 고주파수대 신호이고, 혼합기(56)의 출력은 7 내지 9GHz 주파수 범위의 저주파수대 신호이다. 혼합기(54) 및 (56)의 출력들은 스위치(64) 및 (66)에 의해 TD 신호 및 LO 신호로서, 또는 LO 신호 및 TD 신호로서 선택될 수 있다.
제2도의 시스템은 미국 특허 제5,053,722호의 시스템에서와 같이 고주파수대 신호와 저주파수대 신호를 TD 오프셋만큼 분리시키는 개념을 이해한다. 단, 차이점이 있다면, 고주파수대 신호 및 저주파수대 신호를 어떻게 발생시키느냐 하는 것이다. 본 발명에 있어서는, 마이크로파 기준신호를 주파수 합성기 출력들중의 하나와 합산시켜 고주파수대 신호를 발생하고, 저주파수대 신호는 주파수 합성기 출력들중의 나머지 하나로부터 마이크로파 기준신호를 감산함으로써 발생시킨다. 또한, 두 주파수 합성기 출력들의 합이 TD 오프셋 주파수와 같게 되도록 두 주파수 합성기 출력들을 설정함으로써, 고주파수대 신호 및 저주파수대 신호의 주파수들이 TD 오프셋 주파수만큼 정확하게 분리되게 한다.
본 발명의 가장 효과적인 형태에 있어서, 마이크로파 기준신호가 필요로 하는 대역폭은 TD 신호 대역폭의 1/2에서 주파수 합성기 대역폭을 뺀 것과 대략 동일하다. 이같은 대역폭의 절감은 다음의 분석으로부터 입증된다. TD 대역폭("TD BW")은 고주파수대 대역폭("HB BW")에 저주파수대 대역폭("LB BW")을 더하고 HB와 LB간의 중첩분("중첩 BW")을 뺀 것과 같다. 예로서, HB가 9 내지 11GHz 범위에 있고 LB가 7 내지 9GHz 범위에 있다면, TD BW=HB BW+LB BW-중첩 BW=2+2-0=4GHz로 되며, 한편, HB가 8.5 내지 11GHz 범위에 있고 LB가 7 내지 9.5GHz 범위에 있다면 TD BW=2.5+2.5-1.0-4GHz로 된다.
HB BW 및 LB BW는 마이크로파 기준신호 주파수와 합성기 신호 주파수의 합산 또는 감산으로부터 발생되기 때문에 LB BW 및 HB BW 신호들은 마이크로파 기준신호 대역폭("REF BW")에 주파수 합성기 대역폭("FS BW")를 더한 것과 같다. 따라서, REF BW는 다음과 같이 된다.
REF BW=(TD BW+중첩 BW-2FS BW)/2
가장 효과적인 형태에 있어서, 고주파수대와 저주파수대간의 중첩분은 없게 된다. 따라서, REF BW는 다음과 같이 된다.
REF BW=(TD BW/2)-FS BW
본 발명의 경우, 두개의 주파수 합성기 출력이 필요하기는 하나, 하드웨어 복잡도는 단일 주파수 합성기에 비해 거의 증가되지 않는다. 그 이유는 두 합성기 출력이 정확하게 동일한 주파수대를 고유하도록 설계될 수 있고, 두 합성기 출력의 주파수 합을 갖는 부가적 제약조건이 TD 오프셋 주파수(일정한 주파수)와 동일하며, 제1주파수 합성기 출력을 발생하기 의한 하드웨어의 대부분이 제2주파수 합성기 출력을 발생하는데 사용될 수 있기 때문이다. 예로서, 단일 출력을 가진 주파수 합성기를, 제3도에 도시한 바와 같이 원하는 주파수대의 상측절반과 하측절반을 제각기 발생하는 두개의 합성기로 나눌 수도 있다. 여기서, 주파수 합성기(70)는 상측 주파수대 신호합성기(72) 및 하측 주파수대 신호합성기(74)를 포함하며, 이를 두 합성기 출력들은 합성기 출력으로서 상측 주파수대 출력 또는 하측 주파수대 출력을 선택하는 스위치(76)에 공급된다.
주파수 요건을 충족하는 두개의 출력을 가진 주파수 합성기는 제3도의 일반적 구성을 사용하되 제4도에 도시된 바와 같이 또다른 스위치를 부가함으로써 구현할 수 있다. 여기서, 합성기(80)는 상측 주파수대 신호합성기(82) 및 하측 주파수대 신호 합성기(84)와 디즐 제각기의 스위치(86) 및 (88)로 구성되어 합성기 출력(FS1) 및 (FS2)를 제공한다.
제5도는 제2도의 발생기에 이용될 수도 있는 대표적인 주파수 합성기(58)의 블럭도를 도시한 것이다. 이 합성기(58)에 있어서, 수정 발진기(102)는 80MHz의 안정된 주파수 기준신호를 발생한다. 이 신호는 증폭기(104) 및 단계 회복다이오드 콤(comb) 발생기(106)를 통해 주파수 멀티플렉서(108)에 공급된다. 주파수 멀티플렉서(108)는 기준신호의 11 내지 18배 범위에 속하는 8개의 서로 다른 주파수 체배 신호를 제공하기 위한 8개의 대역통과 필터를 갖는다. 멀티플렉서(108)의 출력들은 단극팔투(single pole eight throw) 접점스위치(110)와 단극사투(single pole four throw) 접점스위치(112) 및 (114)에 공급된다. 880 내지 1,440MHz범위의 선택된 주파수 신호는 스위치(110)로부터 증폭기(116)를 통해 ÷8분주회로(118)에 공급된다. 분주회로(118)의 출력은 저역통과 필터를 통해 10MHz 단계의 110 내지180MHz 신호로서 발생되고, 이 신호는 혼합기(124) 및 (128)에 제공되어 스위치(112) 및 (114)에 의해 선택된 증폭기 신호들과 제각기 혼합된다. 혼합기(124)의 출력은 대역통과 스위치 필터(130)를 통해 1,000 내지 1,300MHz 주파수 범위의 출력으로서 제공된다. 혼합기(128)의 출력은 대역통과 스위치 필터(136)를 통해 700 내지 1,000MHz 주파수 범위의 출력신호로서 제공된다. 스위치(132) 및 (138)은 증폭기(134) 및 (140)에 의해 증폭되어 주파수 합성기 신호(FS1) 및 (FS2)로서 제공될 적정한 스위치 필터 출력을 선택한다.
전술한 실시예들은 단지 본 발명의 원리를 구현할 수 있는 특정 실시예에 불과한 것으로, 당업자라면, 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명의 원리에 따른 변형실시예들을 쉽게 토출해낼 수도 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 능동 레이다용의 광대역 마이크로파 신호발생기에 있어서, 제각기의 분리된 송신 구동(TD) 및 수신기 국부발진(LO)신호들이 발생되고, 상기 송신구동(TD)신호의 주파수는 송신구동(TD) 주파수 오프셋에 의해 분리되며, 상기 신호발생기는; 프로그래머블 제1마이크로파 주파수를 가진 기준신호를 발생하기 위한 프로그래머블 기준신호발생기와; 제1 및 제2의 합성된 신호로서 그들 신호의 주파수합이 상기 송신구동(TD) 주파수 오프셋과 동일한 상기 제1 및 제2의 합성된 신호를 발생하기 위한 주파수 합성수단과; 상기 송신구동(TD)신호와 상기 수신기 국부 발진(LO)신호를 발생하되, 상기 제1의 합성된 신호와 상기 기준신호를 혼합하여 상기 기준신호의 주파수와 상기 제1합성된 신호의 주파수의 합과 동일한 주파수를 가진 고주파수대 신호를 발생하고 상기 제2의 합성된 신호와 상기 기준신호를 혼합하여 상기 기준신호의 주파수와 상기 제2합성된 신호의 주파수의 차와 동일한 주파수를 가진 저주파수대 신호를 발생하는 것에 의해 상기 고주파수대 신호의 주파수와 상기 저주파수대 신호의 주파수들이 정확하게 상기 송신구동(TD) 오프셋 주파수만큼 분리되게 함으로써 상기 송신구동(TD)신호와 상기 수신기 국부발진(LO)신호를 발생하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 광대역 마이크로파 신호발생기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고주파수대 신호 또는 상기 저주파수 신호를 상기 송신구동(TD)신호로서 선택하는 송신구동(TD)신호 선택수단과 상기 고주파수대 신호 또는 상기 저주파수대 신호를 상기 수신기 국부발진(LO)신호로서 선택하는 수신기 국부발진(LO)신호 선택수단을 더 포함하는 광대역 마이크로파 신호발생기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 송신구동(TD)신호 선택수단은 상기 고주파수대 신호 또는 저주파수대 신호를 선택하는 제1스위치이며, 상기 수신기 국부발진(LO)신호 선택수단은 상기 신호 또는 상기 저주파수대 신호를 선택하는 제2스위치인 광대역 마이크로파 신호 발진기.
  4. 능동 레이다용 광대역 마이크로파 신호발생기에 있어서, 제각기의 분리된 송신구동(TD) 및 수신기 국부발진(LO)신호들이 발생되고, 상기 신호발생기는: 프로그래머블 제1마이크로파 주파수를 가진 기준신호를 발생하기 위한 프로그래머블 기준신호발생기와; 제1 및 제2의 합성된 신호로서 그들 신호의 주파수합이 상기 송신구동(TD) 주파수 오프셋과 동일한 상기 제1 및 제2의 합성된 신호를 발생하기 위한 주파수 합성수단과; 상기 제1 및 제2의 합성된 신호들중 선택된 한 신호와 상기 기준신호를 혼합하여 상기 기준신호의 주파수와 상기 선택된 한 신호의 주파수의 합과 동일한 주파수를 가진 제1혼합출력신호를 발생하는 제1혼합수단과; 상기 제1 및 제2의 합성된 신호들중의 나머지 신호와 상기 기준신호를 혼합하여 상기 기준신호의 주파수와 상기 나머지 신호의 주파수의 차와 동일한 주파수를 가진 제2혼합출력신호를 발생하는 제2혼합수단과; 상기 제1혼합출력신호 또는 상기 제2혼합출력신호를 레이다 송신구동(TD)신호로서 선택하는 송신구동(TD)신호 선택수단과; 상기 제1혼합출력신호 또는 상기 제2혼합출력신호를 상기 수신기 국부발진(LO)신호로서 선택하되, 상기 제1혼합출력신호가 상기 송신구동(TD)신호로서 선택되는 때에는 상기 제2혼합출력신호를 상기 수신기 국부발진(LO)신호로서 선택하고, 상기 제2혼합출력신호가 상기 송신구동(TD)신호로서 선택되는 때에는 상기 제1혼합출력신호를 상기 수신기 국부발진(LO)신호로서 선택하는 국부발진(LO)신호로서 선택하는 국부발진(LO)신호 선택수단을 포함함으로써, 상기 송신구동(TD)신호의 주파수와 상기 수신기 국부발진(LO)신호의 주파수가 상기 송신구동(TD) 오프셋 만큼 오프셋되는 광대역 마이크로파 신호발생기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 주파수 합성 수단은 : 상측 주파수대 신호를 합성하는 수단과; 하측 주파수대 신호를 합성하는 수단과; 상기 합성된 상측 주파수대 신호 또는 상기 합성된 하측 주파수대 신호를 상기 제1의 합성된 신호로서 선택하는 수단과; 상기 합성된 상측 주파수대 신호 또는 상기 합성된 하측 주파수대 신호를 상기 제2의 합성된 신호로서 선택하되, 상기 상측 주파수대 신호가 상기 제1의 합성된 신호로서 선택되는 때에는 상기 하측 주파수대 신호를 상기 제2의 합성된 신호로서 선택하고, 상기 하측 주파수대 신호가 상기 제1의 합성된 신호로서 선택하는 때에는 상기 상측 주파수대 신호를 상기 제2의 합성된 신호로써 선택하는 수단을 포함하는 광대역 마이크로파 신호발생기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 합성된 상측 주파수대 신호 또는 상기 합성된 하측 주파수대 신호를 상기 제1의 합성된 신호로서 선택하는 수단은 제1스위치이고, 상기 합성된 상측 주파수대 신호 또는 상기 합성된 하측 주파수대 신호를 상기 제2의 합성된 신호로서 선택하는 수단은 제2스위치인 광대역 마이크로파 신호발생기.
  7. 제4항에 있어서, 송신구동(TD)신호 선택수단은 송신구동(TD)신호 선택수단인 광대역 마이크로파 신호발생기.
  8. 제4항에 있어서, 상기 수신기 국부발진(LO)신호 선택수단은 수신기 국부발진(LO)스위치인 광대역 마이크로파 신호발생기.
  9. 제4항에 있어서, 상기 레이다는 송신구동(TD)신호 대역에 의해 특징화되고, 상기 주파수 합성수단은 상기 제1 및 제2의 합성된 신호의 주파수들이 주파수 합성기 대역내에 놓인다는 점에서 특징화되고, 상기 기준 신호발생기는 상기 기준신호가 놓이게 되는 기준신호 주파수대역에 의해 특징화되고, 상기 기준신호 주파수 대역폭은 상기 송신구동(TD)신호 대역폭의 1/2에서 주파수 합성기 대역폭을 뺀것과 동일한 광대역 마이크로파 신호발생기.
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