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KR100555899B1 - 대역내의 고이득 진폭특성의 정현파잡음 발생 장치 - Google Patents

대역내의 고이득 진폭특성의 정현파잡음 발생 장치 Download PDF

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KR100555899B1
KR100555899B1 KR1020030067015A KR20030067015A KR100555899B1 KR 100555899 B1 KR100555899 B1 KR 100555899B1 KR 1020030067015 A KR1020030067015 A KR 1020030067015A KR 20030067015 A KR20030067015 A KR 20030067015A KR 100555899 B1 KR100555899 B1 KR 100555899B1
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Abstract

본 발명은 정현파잡음 발생 장치에 관한 것으로서, 특히 한정된 전압범위 내의 진폭특성을 갖는 잡음을 발생시켜 정현파와 합성하는 대역내의 고이득 진폭특성의 정현파잡음 발생 장치에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 잡음을 발생시키는 잡음 발생부, 정현파를 발생시키는 정현파 발생부, 상기 잡음과 정현파를 합성하는 합성부를 포함하여 구성된 대역내의 고이득 진폭특성의 정현파잡음 발생 장치로서, 상기 잡음 발생부는, 잡음을 출력하는 잡음 생성원; 상기 잡음 생성원에서 출력된 잡음을 후술하는 클램핑 회로에서 클램핑하기 위해 필요한 전압크기로 증폭시키는 제 1증폭기; 상기 제 1증폭기에서 증폭된 잡음의 전압크기를 -0.7∼0.7V의 전압 범위 내로 수렴시키는 클램핑 회로; 상기 클램핑 회로에서 출력된 잡음을 정현파잡음신호 생성에 필요한 전압크기로 증폭시키는 제 2증폭기; 및, 상기 제 1증폭기 및 제 2증폭기의 이득을 주파수변조대역폭에 의해 조정하는 증폭기 이득 제어회로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

대역내의 고이득 진폭특성의 정현파잡음 발생 장치{APPARATUS FOR GENERATING SINUSOIDAL-NOISE HAVING A HIGH GAIN AMPLITUDE CHARACTERISTICS IN FREQUENCY BAND}
도 1은 종래의 정현파잡음신호 발생장치의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 정현파잡음신호 발생장치의 구성도.
도 3a와 도 3b는 각각 클램핑 전의 잡음의 진폭분포도 및 클램핑 후의 잡음의 진폭분포도.
도 4는 클램핑 회로의 내부 구성도.
도 5a와 도 5b는 각각 정현파잡음신호의 진폭분포도 및 주파수변조된 신호의 주파수영역에서의 주파수분포도.
** 도면의 주요부분에 대한 부호설명 **
10 : 잡음 발생부 11 : 잡음 생성원
12, 15, 22 : 증폭기 13, 23 : 증폭기 이득 제어회로
14 : 클램핑 회로 20 : 정현파 발생부
30 : 합성부
본 발명은 정현파잡음 발생 장치에 관한 것으로서, 특히 한정된 전압범위 내의 진폭특성을 갖는 잡음을 발생시켜 정현파와 합성하는 대역내의 고이득 진폭특성의 정현파잡음 발생 장치에 관한 것이다.
정현파잡음 발생 장치는 여러 분야에서 사용될 수 있는데 특히 전자전(electronic warefare) 장비에서 전파교란을 위해 사용된다. 전자전 장비는 적군의 미사일 또는 레이더로부터 아군의 항공기 또는 함정을 보호하기 위한 전파방해 장비를 말한다. 전파방해 장비는 적군의 미사일 또는 레이더로부터 발사되는 전파를 교란시키기 위해 고주파신호를 발생시킨다. 고주파신호는 전파방해 장비의 디지털 동조 발진기(digital tuning oscillator: DTO)에서 발생된다. DTO는 잡음 신호 및 DC 전압을 입력받아 주파수변조(frequency modulation)에 의해 고주파신호를 발생시킨다.
DC 전압은 고주파신호의 중심 주파수를 결정하고, 잡음 신호는 주파수변조 대역폭을 결정한다. 예를 들어, 입력된 DC 전압에 의해 중심 주파수가 10GHz로 결정되고, 입력된 잡음 신호에 의해 주파수변조 대역폭이 64MHz로 결정되면, 중심 주파수 10GHz를 중심으로 좌우 32MHz의 대역폭을 갖는 고주파신호가 출력된다.
전자전 장비에서 DTO 입력신호 중의 하나인 잡음신호는 정현파잡음 신호이다. 정현파잡음 신호는 잡음과 정현파를 합성하여 생성된다.
도 1은 종래의 정현파잡음신호 발생장치의 구성도를 나타낸다.
정현파잡음신호 발생장치는 잡음 발생부(10), 정현파 발생부(20) 및 합성부(30)로 구성되어 있다.
잡음 발생부(10)는 잡음을 생성시키는 잡음 생성원(11), 잡음을 증폭시키는 증폭기(12) 및 증폭기(12)의 이득을 조절하는 증폭기 이득 제어회로(13)를 포함한다. 정현파 발생부(20)는 정현파를 생성시키는 정현파 생성원(21), 정현파를 증폭시키는 증폭기(22) 및 증폭기(22)의 이득을 조절하는 증폭기 이득 제어회로(23)를 포함한다. 합성부(30)는 잡음 발생부(10)에서 발생된 잡음과 정현파 발생부(20)에서 발생된 정현파를 합성하여 정현파잡음신호를 출력한다.
종래의 잡음 생성원(11)에서 생성되는 잡음의 전압크기(진폭) 분포도는 종모양(bell-shape)의 가우시안(Gaussian) 분포특성을 가진다. 종래에는 이러한 특성을 갖는 잡음을 정현파와 합성하여 정현파잡음 신호를 생성한 후, 이를 고주파 변조시켜 생성된 고주파신호를 전파 교란을 위해 사용하였다.
상기 고주파 신호의 스펙트럼을 주파수영역에서 분석해 보면, 스펙트럼이 중심 주파수 영역에서 집중되기는 하지만 주파수변조 대역폭 내에서 종모양을 갖는 것을 볼 수 있다. 이것은 스펙트럼이 평탄한 특성을 갖는 이상적인 열잡음(White-Gaussian Noise)과 비교할 때 전력밀도가 떨어진다는 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 현상이 생기는 원인은 잡음 생성원(11)에서 출력된 잡음이 이상적인 열잡음에 가깝지 못하기 때문이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 주파수변조 후 주파수변조 대역폭 내의 전력밀도를 증가시키기 위해 한정된 전압범위 내의 진폭특성을 갖는 잡음을 발생시켜 정현파와 합성하여 정현파잡음을 생성하는 대역내의 고이득 진폭특성의 정현파잡음 발생 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명의 대역내의 고이득 진폭특성의 정현파잡음 발생 장치는 잡음을 발생시키는 잡음 발생부, 정현파를 발생시키는 정현파 발생부, 상기 잡음과 정현파를 합성하는 합성부를 포함하여 구성되는데, 상기 잡음 발생부는 잡음을 출력하는 잡음 생성원과, 상기 잡음 생성원에서 출력된 잡음을 후술하는 클램핑 회로에서 클램핑하기 위해 필요한 전압크기로 증폭시키는 제 1증폭기와, 상기 제 1증폭기에서 증폭된 잡음의 전압크기를 일정한 범위 내로 수렴시키는 클램핑 회로와, 상기 클램핑 회로에서 출력된 잡음을 정현파잡음신호 생성에 필요한 전압크기로 증폭시키는 제 2증폭기와, 상기 제 1증폭기 및 제 2증폭기의 이득을 조정하는 증폭기 이득 제어회로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 대역내의 고이득 진폭특성의 정현파잡음 발생 장치의 구성도를 나타낸다.
도 2에서, 종래의 정현파잡음 발생 장치를 구성하는 요소와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 있음에 유의한다.
본 발명에 의한 대역내의 고이득 진폭특성의 정현파잡음 발생 장치는 잡음을 발생시키는 잡음 발생부(10), 정현파를 발생시키는 정현파 발생부(20), 상기 잡음과 정현파를 합성하는 합성부(30)를 포함한다.
잡음 발생부(10)는 잡음 생성원(11), 제 1증폭기(12), 증폭기 이득 제어회로(13), 클램핑 회로(14) 및 제 2증폭기(12)로 구성되어 있다.
잡음 생성원(11)은 잡음 다이오드를 사용하여 구현한다. 잡음 다이오드에 역방향으로 일정한 전압을 인가해 주면 잡음이 발생하는데, 여기서 발생하는 잡음은 주로 열잡음(thermal noise)의 특성을 갖는다. 그러나, 잡음 생성원(11)은 가변저항을 사용하여 저항을 변화시켜 0.1∼10[MHz]의 잡음을 발생시키므로, 이 잡음은 이상적인 열잡음이 아니라 일정한 대역폭을 갖는 열잡음이다. 이와 같이 대역 제한된 잡음신호를 사용하는 이유는 모든 주파수 성분을 갖는 이상적인 열잡음의 생성은 현실적으로 불가능하기 때문에, 고주파잡음신호가 사용되는 장비(예를 들어, 레이더)에서의 주파수대역폭과 잡음을 주파수 변조한 고주파신호의 주파수 대역폭을 일치시키기 위해서이다.
도 3a는 잡음 생성원(11)에서 생성된 잡음의 진폭분포도를 나타낸다. 도 3a에서 도시된 바와 같이, 잡음의 진폭분포가 중심에서 종모양을 가지며 좌우로 넓게 퍼져나가는 가우시안 분포특성을 보이고 있는데, 이러한 분포특성을 통해 잡음이 여러 전압크기를 갖고 에너지가 고르게 퍼져 있다는 것을 알 수 있다.
제 1증폭기(12)는 클램핑 회로(14)에서의 클램핑을 위해 잡음 생성원(11)에서 발생된 작은 출력의 잡음을 증폭시킨다.
클램핑 회로(14)는 가우시안 분포특성을 갖는 잡음의 진폭(전압크기)을 일정한 범위 내로 수렴시키기 위해 사용된다.
본 발명에서 클램핑 회로(14)를 사용하여 한정된 전압범위 내의 진폭특성을 갖는 잡음을 만드는 이유는 시간영역에서의 주파수변조신호(frequency modulating signal)의 진폭분포특성이 주파수변조 후 주파수영역에서 그대로 반영되기 때문이다(Woodward Theorem). 즉, 시간영역에서의 주파수변조신호의 형태와 주파수 변조 후 주파수영역에서의 신호(modulated signal) 형태가 비슷하기 때문이다.
따라서, 클래핑 회로(14)에 의해 잡음의 진폭이 한정된 구간으로 집중되어(잡음의 전압크기가 한정된 범위 내로 수렴되어) 진폭이득이 증가하면, 주파수변조 후 신호의 진폭이득 역시 증가하고, 주파수변조된 신호는 주파수영역에서 일정한 대역폭을 가지므로, 주파수변조대역폭 내에 고이득 진폭분포특성, 즉 전력밀도의 증가를 가져온다.
도 3b는 클램핑 이후 잡음의 진폭분포도를 나타낸다. 도 3b에서 도시된 바와 같이, 잡음 생성원(11)에서 생성된 잡음이 클램핑 회로(14)에 의해 잡음의 전압크기가 일정한 범위 내로 수렴하여 한정된 전압범위 내의 진폭특성을 보이고 있음을 알 수 있다.
도 4는 클램핑 회로(14)의 내부 구성도를 나타낸 것으로서, 클램핑 회로(14)는 한 쌍의 트랜지스터를 사용하여 구성된다. 본 발명의 일실시예에서는 NPN형 트랜지스터 두 개를 서로 엇갈린 구조로 배열하고 각각의 트랜지스터의 세 단자 중 한 단자를 개방시켜 순방향 및 역방향 다이오드 특성을 갖도록 하였다.
즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 앞쪽에 배치된 제 1트랜지스터의 컬렉터와 뒤쪽에 배치된 제 2트랜지스터의 베이스를 서로 연결하고, 제 1트랜지스터의 베이스는 접지시키고 이미터는 개방하고, 제 2트랜지스터의 컬렉터는 접지시키고 이미터는 개방하여 순방향 및 역방향 다이오드 특성을 갖게 한다.
이와 같은 구성에 의해, 제 1트랜지스터에서는 -0.7V 이하의 잡음을 절단하고, 제 2트랜지스터에서는 +0.7V 이상의 잡음을 절단함으로써, -0.7∼0.7V의 한정된 전압범위 내의 진폭특성을 갖는 잡음을 발생시키게 된다.
클램핑 회로(14)에서 출력된 잡음은 제 2증폭기(15)에 입력되어 정현파잡음신호 생성에 필요한 전압크기로 증폭된다.
증폭기 이득 제어회로(13)는 제 1증폭기(12) 및 제 2증폭기(15)의 이득을 주파수변조대역폭에 의해 조정하여 클램핑 전후 잡음의 진폭이 적절하게 증폭될 수 있도록 한다.
본 발명에 의한 잡음발생기에서 생성된 한정된 전압범위 내의 진폭특성을 갖는 잡음은 종래의 정현파발생기(20)에서 발생된 정현파와 합성되어 정현파잡음신호가 된다.
정현파 발생부(20)는 정현파를 출력하는 정현파 생성원(21), 정현파를 증폭시키는 제 3 증폭기(22) 및 제 3 증폭기(22)의 이득을 조절하는 증폭기 이득 제어회로(23)를 포함한다.
정현파 생성원(21)은 2KHz의 sine파를 생성할 수 있고, 제 3 증폭기(22)는 잡음 발생부(10)로부터 출력된 잡음과 합성되기에 적당한 진폭으로 sine파를 증폭시키며, 증폭기 이득 제어회로(23)는 주파수변조대역폭에 따라 제 3 증폭기(22)의 증폭 동작을 제어한다.
합성부(30)는 잡음 발생부(10)에서 발생된 잡음과 정현파 발생부(20)에서 발생된 정현파를 합성하여 정현파잡음 신호를 출력한다.
이와 같은 정현파잡음 신호는 고주파 변조를 위한 신호원으로 이용되는데, 잡음 발생부(10)로부터의 잡음이 한정된 전압범위 내의 진폭분포 특성을 보이기 때문에, 합성부(30)로부터의 정현파잡음 신호는 평탄한 진폭분포 특성을 가지게 되고, 이를 이용하여 생성되는 고주파신호는 높은 전력밀도를 갖게 된다.
도 5a는 정현파잡음신호의 진폭분포도를 나타낸다.
즉, 도 3b와 같은 진폭분포를 갖는 잡음이 정현파와 합성되어 도 5a와 같은 진폭분포를 갖는 정현파잡음신호가 된다.
주파수변조신호로 정현파잡음신호를 사용하는 이유는 잡음과 정현파가 합성된 경우 잡음 또는 정현파에 비하여 높은 진폭분포 평탄도(flatness)를 갖게 되고, 이러한 평탄한 진폭분포특성은 주파수변조 시 고주파신호의 전력밀도를 증가시키기 때문이다.
도 5b는 주파수변조된 정현파잡음신호 즉 고주파신호의 주파수영역에서의 주파수분포도를 나타낸다. 도 5b에서 도시된 바와 같이, 종래 주파수변조대역폭 내에서 종모양을 갖은 스펙트럼이 평탄한 특성을 보임으로써 전력밀도가 증가하였음을 알 수 있다.
본 발명에 의한 대역내의 고이득 진폭분포특성의 잡음발생기를 이용하여 실험해 본 결과, 가우시안 진폭분포를 갖는 잡음을 사용하는 경우에 비하여 주파수변조대역폭이 8MHz일 때 0.18dB/Mhz, 16MHz일 때 0.04dB/MHz, 32MHz일 때 0.03dB/MHz의 전력밀도 증가를 가져왔다.
상기와 같이 본 발명의 대역내의 고이득 진폭특성의 정현파잡음 발생 장치는 한정된 전압범위 내의 진폭분포특성을 갖는 잡음(즉, 에너지가 집중된 잡음)과 정현파를 합성하여 생성된 정현파잡음 신호를 발생시킴으로써, 주파수변조시 주파수변조대역폭 내의 고이득 진폭분포(즉, 전력밀도의 증가)를 갖게 하여 전력밀도를 증가시키는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 잡음을 발생시키는 잡음 발생부, 정현파를 발생시키는 정현파 발생부, 상기 잡음과 정현파를 합성하는 합성부를 포함하여 구성된 대역내의 고이득 진폭특성의 정현파잡음 발생 장치로서, 상기 잡음 발생부는,
    잡음을 출력하는 잡음 생성원;
    상기 잡음 생성원에서 출력된 잡음을 후술하는 클램핑 회로에서 클램핑하기 위해 필요한 전압크기로 증폭시키는 제 1증폭기;
    상기 제 1증폭기에서 증폭된 잡음의 전압크기를 -0.7∼0.7V의 전압 범위 내로 수렴시키는 클램핑 회로;
    상기 클램핑 회로에서 출력된 잡음을 정현파잡음신호 생성에 필요한 전압크기로 증폭시키는 제 2증폭기; 및,
    상기 제 1증폭기 및 제 2증폭기의 이득을 주파수변조대역폭에 의해 조정하는 증폭기 이득 제어회로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 대역내의 고이득 진폭특성의 정현파잡음 발생 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 클램핑 회로는 한 쌍의 트랜지스터로 구성된 것을 특징으로 하는 대역내의 고이득 진폭분포특성의 잡음발생기.
  3. 제 2항에 있어서,
    제 1트랜지스터의 컬렉터와 제 2트랜지스터의 베이스는 서로 연결되고, 상기 제 1트랜지스터의 베이스는 접지되고 이미터는 개방되고, 상기 제 2트랜지스터의 컬렉터는 접지되고 이미터는 개방된 것을 특징으로 하는 대역내의 고이득 진폭분포 특성의 잡음발생기.
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