試験開発-II AESA レーダー用低雑音ハイブリッド周波数合成機
レーダー技術が発展するによって早い周波数変換時間, 広帯域, 低雑音などの特性を持つ周波数合成機 設計に関心が高くなっている.
も, ステルス技術が発展するによる 0.01 以下の RCS (Radar Cross Section)を持つ航空機の探知及び数十 cm 級の SAR (Synthetic Aperture Radar) イメージを撮影するためのレーダーたちが開発されている.
このような航空機を探知して, 高解像度の SAR イメージを具現するためには高い解像度, 低雑音特性の周波数合成期開発が必須だ.
特に, 航空機レーダーの場合, look down モードでの地表面クルロトの除去と低い RCSを持つターゲットの検出及びジャミングに対応するために位相雑音に対する影響性分析と早い周波数変換のための機能たちが要求されている. 等しい条件で RCSが 10倍小くなるようになると, これを検出するために位相雑音は 10倍低くならなければならないし, 最近 0.01 以下の RCSを持つステルスターゲットを検出するため -140dBc/Hz 以下の位相雑音が要求される場合もある.
見た研究では X身代わりで 10% 以上の運用周波数を生成することができる周波数合成機を設計, 製作して実験を通じてその性能を立証こんにちはだった. 高性能周波数合成機開発のために DDSと DAS 方式の長所のみを結合したハイブリッド方式の周波収合性器を開発したし, 小型軽量化を通じて 6U サイズの 2個のモジュールで構成をした.
高性能レーダーに適用される周波数合成機を設計するために一番優先視されることがまさにマスターオシレーターだ. 一般的な場合, 100MHz 以下の位相雑音特性が優秀で, 安定度が性能がすぐれた OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator)を使うようになる. しかし, 見た研究では位相雑音性能を満足するために最近高性能レーダー用で開発された同一大きさの高性能低雑音の 640MHz OCSO (Oven Controlled Saw Oscillator)を適用した. 80MHzの OCXOの場合, 位相雑音は 10kHz offset で -168dBc/Hzのとても優秀な性能を持っている.
X身代わりで中心周波数備え 10% 以上の身代わりの周波数を生成して, 前身代わりで不要波レベルを 70dBc 以下の値段を持つように具現した. また, 最終出力で -136dBc/Hz 以下の位相雑音を具現した.
これは既存高性能 DDSを適用した PLL 方式に比べて位相雑音を 10dB 改善したし, 海外の周波数合成期研究に比べても 10dB 以上優秀な性能だ. 周波数変換時間も 1usec 以下で高速の周波数変換が可能になるように具現した. 見た研究で具現されたハイブリッド周波数合成期を通じて KFX など航空起用 AESAレーダーに充分に適用が可能であり, 一歩進んで高解像度 SARレーダー, 地上用高性能レーダーにも充分に可能だと判断される. また, 見た構造で生成される中間周波数出力を活用して L身代わりと C身代わり高性能レーダーにも適用が可能だ.
出処 : 高性能レーダー用低雑音ハイブリッド周波数合成機設計及び製作 (韓国航空宇宙学会紙, 2020.01)
시험개발-II AESA 레이더用저잡음 하이브리드 주파수 합성機
레이더 기술이 발전함에 따라 빠른 주파수 변환 시간, 광대역, 저잡음 등의 특성을 갖는 주파수 합성機 설계에 관심이 높아지고 있다.
또한, 스텔스 기술이 발전함에 따른 0.01 이하의 RCS (Radar Cross Section)를 갖는 항공기의 탐지 및 수십 cm 급의 SAR (Synthetic Aperture Radar) 이미지를 촬영하기 위한 레이더들이 개발되고 있다.
이러한 항공기를 탐지하고, 고해상도의 SAR 이미지를 구현하기 위해서는 높은 해상도, 저잡음 특성의 주파수 합성기 개발이 필수적이다.
특히, 항공기 레이더의 경우, look down 모드에서의 지표면 클러터의 제거와 낮은 RCS를 갖는 타겟의 검출 및 재밍에 대응하기 위하여 위상잡음에 대한 영향성 분석과 빠른 주파수 변환을 위한 기능들이 요구되고 있다. 동일한 조건에서 RCS가 10배 작아지게 되면, 이를 검출하기 위해 위상잡음은 10배 낮아져야 하며, 최근 0.01 이하의 RCS를 갖는 스텔스 타겟을 검출하기 위해서 –140dBc/Hz 이하의 위상잡음이 요구되는 경우도 있다.
본 연구에서는 X대역에서 10% 이상의 운용 주파수를 생성할 수 있는 주파수 합성機를 설계, 제작하고 실험을 통해 그 성능을 입증하였다. 고성능 주파수 합성機개발을 위하여 DDS와 DAS 방식의 장점만을 결합한 하이브리드 방식의 주파수합성기를 개발하였으며, 소형경량화를 통해 6U 사이즈의 2개의 모듈로 구성을 하였다.
고성능 레이더에 적용되는 주파수 합성機를 설계하기 위해 가장 우선시되는 것이 바로 마스터 오실레이터이다. 일반적인 경우, 100MHz 이하의 위상잡음 특성이 우수하고, 안정도가 성능이 뛰어난 OCXO (Oven Controlled Crystal Oscillator)를 사용하게 된다. 하지만, 본 연구에서는 위상잡음 성능을 만족하기 위해 최근 고성능 레이더用으로 개발된 동일 크기의 고성능 저잡음의 640MHz OCSO (Oven Controlled Saw Oscillator)를 적용하였다. 80MHz의 OCXO의 경우, 위상잡음은 10kHz offset 에서 –168dBc/Hz의 아주 우수한 성능을 가지고 있다.
X대역에서 중심주파수 대비 10% 이상의 대역의 주파수를 생성하며, 전 대역에서 불요파 레벨을 70dBc 이하의 값을 갖도록 구현하였다. 또한, 최종 출력에서 –136dBc/Hz 이하의 위상잡음을 구현하였다.
이는 기존 고성능 DDS를 적용한 PLL 방식에 비해 위상잡음을 10dB 개선하였으며, 해외의 주파수 합성기 연구에 비해서도 10dB 이상 우수한 성능이다. 주파수 변환시간 또한 1usec 이하로 고속의 주파수 변환이 가능하도록 구현하였다. 본 연구에서 구현된 하이브리드 주파수 합성기를 통해 KFX 등 항공기용 AESA레이더에 충분히 적용이 가능하며, 더 나아가 고해상도 SAR레이더, 지상용 고성능 레이더에도 충분히 가능하다고 판단된다. 또한, 본 구조에서 생성되는 중간 주파수 출력을 활용해 L대역과 C대역 고성능 레이더에도 적용이 가능하다.
출처 : 고성능 레이더用저잡음 하이브리드 주파수 합성機설계 및 제작 (한국 항공 우주 학회紙, 2020.01)