KR100187756B1 - 펄스 레이다용 송신기의 위상잡음 저감장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 펄스 레이다용 송신기를 구성하는 고전압 전원 공급기에 관한 것으로, 특히 고전압 전원 공급기내의 공진형 인버터의 온/오프(ON/0FF)주파수와 변조기의 펄스 주파수를 동기시켜 펄스 레이다용 송신기의 위상잡음을 저감시킬 수 있도록 한 펄스 레이다용 송신기의 위상잡음 저감장치에 관한 것으로, 입력되는 펄스 신호를 마이크로 웨이브 튜브를 구동시키기 위한 고전압 펄스신호로 변환하여 마이크로 웨이브 튜브의 그리드 전극에 인가하는 변조기와, 변조기에 인가되는 펄스신호를 병렬로 연결하여 입력하고, 이 입력되는 펄스신호와 동기를 이루어 공진형 인버터의 대전력 스위칭 회로의 동작/비동작 제어신호를 출력하는 동조기와, 동조기의 스위칭 제어신호에 따라 고전력 스위칭을 수행하는 공진형 인버터와, 공진형 인버터의 출력이 1차측 권선에 인가되어 2차측 권선에 고전압을 유기하는 고압 트랜스포머와, 고압 트랜스포머의 2차측 전압을 정류하여 용량기로 평활시켜 마이크로 웨이브 튜브에서 필요로 하는 고전압 직류전압을 발생하는 정류 및 평활부로 구성되어, 펄스신호와 스위칭 동작/비동작 주파수를 동기시킴으로써 위상잡음을 약 15dB 이상 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.
Description
제1도(a)는 종래의 고전압 전원 공급기의 블록 구성도이고, (b)는 각 부의 파형도.
제2도는 본 발명에 의한 펄스 레이다용 송신기의 위상잡음 저감장치의 블록 구성도.
제3도는 본 발명에 의한 펄스 레이다용 송신기의 위상잡음 저감장치의 각 부의 파형도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 변조기 20 : 동조기
30 : 공진형 인버터 40 : 고압 트랜스포머
50 : 정류 및 평활부 60 : 마이크로 웨이브 튜브
본 발명은 펄스 레이다용 송신기를 구성하는 고전압 전원 공급기에 관한 것으로, 특히 고전압 전원 공급기내의 공진형 인버터의 온/오프(ON/OFF)주파수와 변조기의 펄스 주파수를 동기시켜 펄스 레이다용 송신기의 위상잡음을 저감시킬 수 있도록 한 펄스 레이다용 송신기의 위상잡음 저감장치에 관한 것이다.
종래의 고전압 전원 공급기는 제1도(a)에 도시된 바와 같이, 레이다를 펄스로 동작시키기 위하여 마이크로 웨이브 튜브(Microwave tube)(5)의 그리드(GRID)전극에 인가되는 고전압 펄스 파형을 발생하는 변조기(1)와, 유도기와 용량기를 사용하여 약 100KH2의 정현파로 공진시키는 대전력 스위칭 회로로 일정한 전압을 유지시키기 위하여 피드백되는 전압에 의해 100KHz의 스위칭 동작/비동작을 반복하는 공진형 인버터(2)와, 1차측 권선수와 2차측 권선수의 비가 큰 전력변환용인 고압 트랜스포머(3)와, 상기 고압 트랜스포머(3)의 2차측 전압을 정류하여 용량기로 평활시켜 마이크로 웨이브 튜브(5)에서 필요로 하는 고전압 직류전압을 발생하는 정류 및 평활부(4)로 구성된다.
TTL 레벨의 펄스신호가 변조기(1)에 인가되면, 변조기(1)는 이 신호를 마이크로 웨이브 튜브(7)를 구동하기 위한 고전압 펄스신호로 변환하여 마이크로 레이브 튜브(5)의 그리드 전극에 공급한다.
그리고, 공진형 인버터(2)는 자체 내장된 발진기의 발진주파수에 공진되어 고전력 스위칭을 한다.
상기 공진형 인버터(2)의 출력이 고전압 트랜스포머(3)의 1차측 권선에 인가되면, 2차측 권선에는 권선수에 비례하는 고전압이 유기된다.
상기 고전압 트랜스포머(3)의 2차측 권선에 유기된 고전압을 고전압 정류 및 평활부(4)에 인가하여 마이크로 웨이브 튜브(5)를 구동시키기에 적합한 직류 고전압, 즉 캐소드(CATHOD)전압을 발생한다.
상기 캐소드 전압은 저전압으로 샘플링되어 공진형 인버터(2)에 피드백되며, 이에 따라 공진형 인버터(2)는 부궤환(Neglative Feedback)이 걸려 상기 캐소드 전압이 항상 일정하도록 스위칭의 온/오프 동작을 반복한다.
상기 마이크로 웨이브 튜브(5)는 캐소드 전극에 약 -14,800 볼트(Volt)를 인가하고, 그리드 전극에 캐소드 전압보다 높은 전압인 -14,600 V를 인가하면, 캐소드 전극에서 전자 빔이 방출하여 마이크로 웨이브 튜브(5)내부의 HELIX를 통과하게 되며, 이 HELIX에 인가된 저전력의 마이크로 웨이브 신호와 상호 결합하면서 마이크로 웨이브 신호를 증폭하여 마이크로 웨이브 튜브 출력단으로 보냄으로써 증폭작용을 한다.
한편, 그리드 전극에 캐소드 전압보다 낮은 전압인 -15,100V를 인가하면, 캐소드 전극에서의 전자 빔 방출이 중단되어 마이크로 웨이브 튜브(5)의 HELIX에 인가된 저전력의 마이크로 웨이브 신호의 증폭작용을 할 수 없게 된다.
따라서, 마이크로 웨이브 튜브(5)출력단에서는 그리드 전극에 인가되는 펄스전압과 그 형상이 같은 펄스 형태의 마이크로 웨이브 신호를 얻게 된다.
이러한 종래의 고전압 전원 공급기에 있어서, 상기 공진형 인버터(2)는 자체 발진기에 의해 스위칭 주파수가 결정되므로 변조기(1)에 인가되는 펄스 신호의 주파수와는 아무런 상관관계가 없다.
즉, 제1도(b)에 도시된 바와 같이, (b)와 같은 파형을 출력하는 공진형 인버터(2)의 스위칭 주파수와 변조기(1)에 입력되는 펄스신호 주파수는 제1도(b)의(a)와 같이 비동기(Asynchronous)상태이다.
한편, 마이크로 웨이브 튜브(5)의 그리드 전극에 인가되는 펄스가 전자 빔을 통과시켜 마이크로 신호가 증폭될 때는 고전력의 에너지를 짧은 시간동안에 마이크로 웨이브 튜브(7)내부에서 소모하므로, 에너지 값이 규정치 보다 작아지게 된다.
이때, 상기 공진형 인버터(2)는 피드백 회로에 의해 스위칭 동작을 하며 규정된 전압에 이를때까지 불안정한 상태를 유지하게 된다.
따라서, 제1도(a)의(c)와 같이, 상기 캐소드 전압이 불안정한 기간 동안에는 캐소드 전극에서 방출되는 전자 빔 또한 불안정하게 방출되어 HELIX에 인가된 마이크로 웨이브 신호와의 상호 작용시 위상 변위가 발생하게 된다.
이때, 그리드 펄스가 연속적으로 인가되면, 각 펄스마다 캐소드 전극에서 방출되는 전자의 위상이 비규칙적으로 변화하여, 펄스와 펄스 사이에 매번 위상변위가 존재하게 된다.
이러한 상호작용에 의해 발생한 마이크로 웨이브의 위상변위는 결과적으로 위상잡음의 형태로 측정되며, 결과적으로 펄스 레이다 운용시 잘못된 정보를 제공하게 되는 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 그 목적은 펄스 레이다용 송신기를 구성하는 고전압 전원공급기 및 변조기의 비동기된 두 주파수 신호를 동기시킴으로써 위상잡음을 저감하여 펄스 레이다의 목표물 탐지 능력을 향상시킬 수 있도록 한 펄스 레이다용 송신기의 위상잡음 저감장치를 제공하는 데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 펄스 레이다용 송신기의 위상잡음 저감장치는, 입력되는 펄스 신호를 마이크로 웨이브 튜브를 구동시키기 위한 고전압 펄스신호로 변환하여 마이크로 웨이브 튜브의 그리드 전극에 인가하는 변조기와, 상기 변조기에 인가되는 펄스신호를 병렬로 연결하여 입력하고, 이 입력되는 펄스신호와 동기를 이루어 공진형 인버터의 대전력 스위칭 회로의 동작/비동작 제어신호를 출력하는 동조기와, 이 동조기의 스위칭 제어신호에 따라 고전력 스위칭을 수행하는 공진형 인버터와, 상기 공진형 인버터의 출력이 1차측 권선에 인가되어 2차측 권선에 고전압을 유기하는 고압 트랜스포머와, 상기 고압 트랜스포머의 2차측 전압을 정류하여 용량기로 평활시켜 마이크로 웨이브 튜브에서 필요로 하는 고전압 직류전압을 발생하는 정류 및 평활부로 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 펄스 레이다용 송신기의 위상잡음 저감장치의 구성 및 동작을 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 의한 펄스 레이다용 송신기의 위상잡음 저감장치의 블록 구성도로서, 입력되는 펄스 신호를 마이크로 웨이브 튜브를 구동시키기 위한 고전압 펄스신호로 변찬하여 마이크로 웨이브 튜브의 그리드 전극에 인가하는 변조기(10)와, 상기 변조기(10)에 인가되는 펄스신호를 병렬로 연결하여 입력하고, 이 입력되는 펄스신호와 동기를 이루어 공진형 인버터의 대전력 스위칭 회로의 동작/비동작 제어신호를 출력하는 동조기(20)와, 상기 동조기(20)의 스위칭 제어신호에 따라 고전력 스위칭을 수행하는 공진형 인버터(30)와, 상기 공진형 인버터(30)의 출력이 1차측 권선에 인가되어 2차측 권선에 고전압을 유기하는 고압 트랜스포머(40)와, 상기 고압 트랜스포머(40)의 2차측 전압을 정류하여 용량기로 평활시켜 마이크로 웨이브 튜브(70)에서 필요로 하는 고전압 직류전압을 발생하는 정류 및 평활부(50)로 구성된다.
본 발명에서는 상기 변조기(10)에 인가되는 펄스신호의 주파수와 캐소드 전압 발생용 공진형 인버터(30)의 스위칭 동작/비동작 주파수가 서로 동기(Synchronize)되도록 구성한다.
상기 동조기(20)는 모노-스테이블 멀티브레이터(mono-stable multivibrator)등의 IC를 이용하여 구현할 수 있다.
제3도는 본 발명에 의한 펄쓰 레이다용 송신기의 위상잡음 저감장치의 각 부의 파형도로서, (a)는 변조기(10)에 입력되는 펄스신호의 파형도이고, (b)는 상기 (a)의 펄스신호와 동기를 이룬 동조기(20)의 출력 파형도이며, (c)는 마이크로 웨이브 튜브(60)의 캐소드 전압 파형도이다.
상기와 같이 구성된 펄스 레이다용 송신기의 위상잡음 저감장치는, 먼저, 동조기(20)에 의해 그리드 인가 신호와 동기된 주파수로 공진형 인버터(30)를 동작/비동작 상태를 제어하면, 펄스가 오프에서 온으로 바뀌는 시점에 공진형 인버터(30)는 스위칭 동작을 개시한다.
이때, 스위칭 동작 지속 시간은 전체 시스템 조건, 예를 들면, 입력전압, 부하 조건 등에 의해 정해지지만, 다음 펄스가 온하기 전까지 일정시간 동안 강제로 스위칭 동작을 못하게 하고 다음 펄스가 온으로 바뀌자마자 스위칭 동작을 하게 된다.
상기와 같은 동작으로, 펄스가 계속해서 공급되어도 반복성을 갖게 되며, 결국은 매 펄스의 온 시점에 다량의 에너지를 방출하여도 캐소드 전압이 균일하게 유지될 수 있게 된다.
즉, 제3도(c)에 도시된 바와 같이, t1과 t2의 캐소드 전압 파형이 동일하므로, 캐소드 전극에서 방출되는 전자가 위상지연이 안되게 되는 것이다.
따라서, 마이크로 줴이브 튜브(70)내부의 캐소드 전극에서 방출되는 전자는 그 위상을 매 펄스마다 글일하게 유지하게 되며, 결과적으로 HELIX에 인가되는 마이크로 웨이브 신호의 위상잡음 없이 상호작용을 하게 되어 결과적으로 위상 잡음을 감소시키게 된다.
상기와 같이 캐소드 전압은 피드백 동작에 의해 불안정하지만, 펄스신호가 오프일때에만 그 불안정한 영향을 받게 되고, 온일때에는 그 영향을 받지 않으므로 마이크로 뒈이브 튜브의 출력신호는 전혀 그 영향을 받지 않게 된다.
이상, 상기 설명에서와 같이 본 발명은, 종래의 공진형 인버터가 그 구조상 펄스신호와 공진 주파수를 동기시킬 수 없어 위상잡음이 매우 컸으나, 펄스신호와 스위칭 동작/비동작 주파수를 동기시킴으로써 위상잡음을 약 15dB 이상 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 펄스 도플러 레이다에 적용시 위상잡읍을 감소시켜 시스템 전체의 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
Claims (2)
- 입력되는 펄스 신호를 마이크로 웨이브 튜브를 구동시키기 위한 고전압 펄스신호로 변환하여 마이크로 웨이브 튜브의 그리드 전극에 인가하는 변조기(10)와, 상기 변조기(10)에 인가되는 펄스신호를 병렬로 연결하여 입력하고, 이 입력되는 펄스신호와 동기를 이루어 공진형 인버터의 대전력 스위칭 회로의 동작/비동작 제어신호를 출력하는 동조기(20)와, 상기 동조기(20)의 스위칭 제어신호에 따라 고전력 스위칭을 수행하는 공진형 인버터(30)와, 상기 공진형 인버터(30)의 출력이 1차측 권선에 인가되어 2차측 권선에 고전압을 유기하는 고압 트랜스포머(40)와, 상기 고압 트랜스포머(40)의 2차측 전압을 정류하여 용량기로 평활시켜 마이크로 웨이브 튜브(60)에서 필요로 하는 고전압 직류전압을 발생하는 정류 및 평활부(50)로 구성됨을 특징으로 하는 펄스 레이다용 송신기의 위상잡음 저감장치.
- 제1항에 있어서, 상기 동조기(20)는 모노-스테이블 멀티브레이터 기능을 가진 IC를 이용하여 구현함을 특징으로 하는 펄스 레이다용 송신기의 위상잡음 저감장치.
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