레이다용 L대역 디지털 송수신모듈 설계 및 제작

Design and Fabrication of an L-Band Digital TR Module for Radar

Abstract

현재 레이다의 발전 형태는 기존의 능동위상배열에서 디지털형 위상배열로 진화하고 있다. 디지털형 위상배열은 수신빔을 자유롭게 구성할 수 있는 장점이 있다. 이를 가능하게 하려면 각각의 복사소자별 수신신호가 디지털화되어야 한다. 본 논문에서는 이를 위한 디지털 송수신모듈을 설계 및 제작하고 시험결과를 제시하여 가능성을 확인하고자 한다. 디지털 송수신모듈은 4개의 송수신 채널을 포함한 쿼드팩 형태로 구성하였다. 고출력 송신을 위해 각 채널별로 GaN 소재의 고출력증폭소자(HPA)를 사용하였으며, 송신파형 발생과 수신신호 디지털변환을 위해 송수신 집적소자를 적용한 디지털 회로를 적용하였다. 제작한 결과, 각 채널별로 송신출력은 350 W 이상, 수신이득은 47 dB, 수신잡음지수 2 dB 이하를 만족하였다. 또한 모듈 내에서 최종 광신호로 변환된 수신출력을 저장하고, 분석하여 수신 특성을 확인하였다.

Active array radar is evolving into digital active array radar. Digital active array radar has many advantages for making several simultaneous radar beams from the digital receive data of each element. A digital-type transceiver(TR) module is suitable for this goal in radar. In this work, the design results of an L-band digital TR module are presented to verify the possibility of fabrication for a digital active array antenna. This L-band digital TR module consists of a gallium-nitride-type HPA to achieve a more than 350-W peak output power and one-chip transceivers that include a digital waveform generator and analog digital converter. The receiving gain was 47 dB, the noise figure was less than 2 dB, and the final output type of the four channel receiving paths was one optic signal.

그림 1. 디지털 송수신모듈 기능블록도 Fig. 1. The block diagram of the digital TR-module.

그림 2. 형상 및 내부 회로 배치도 Fig. 2. The shape of the digital TR-module.

그림 3. 송신경로 버짓(전체송신출력) Fig. 3. The transmit budget of the digital TR-module.

그림 4. 수신경로 버짓(전체이득, 잡음지수) Fig. 4. The receiving budget of the digital TR-module.

그림 5. 구성품 제작 조립형상 Fig. 5. The shape of the RF circuit.

그림 6. 디지털변환회로 제작 형상 Fig. 6. The shape of the digital circuit.

그림 7. 디지털변환회로 기능블록도 Fig. 7. The block diagram of the digital circuit.

그림 8. 디지털변환회로 루프백 시험 결과 Fig. 8. The loopback test results of the digital circuit.

그림 9. 전원공급기 기능블록도 Fig. 9. The block diagram of the power circuit.

그림 10. 전원공급기 제작 형상 Fig. 10. The shape of the power circuit.

그림 11. 디지털 송수신모듈 전체 조립형상 Fig. 11. The complete inner shape of the TR-module.

그림 12. 시험구성 및 측정 장면 Fig. 12. The test setting and measurement sight.

그림 13. CH1 중심주파수 송신출력 측정 파형 Fig. 13. The transmit output power measurement graph of TX CH1.

그림 14. 100° 위상변위 측정 결과 Fig. 14. The measurement result of the transmit phase shift of 100°.

그림 15. 송수신 루프백 측정 파형 결과 Fig. 15. The transmit-receiving loopback test results of the digital TR-module.

표 1. RF 회로 측정 결과 Table 1. The test results of the RF circuit.

표 2. 전원공급기 측정 결과 Table 2. The test results of the power circuit.

표 3. 송신출력레벨 측정결과 Table 3. The test results of the transmit output power.

표 4. 송신위상변위 측정결과 Table 4. The test results of the transmit phase shift.

표 5. 디지털 송수신모듈 측정 결과 Table 5. The test results of the L band digital T/R module.