본 논문은 넓은 고도 범위와 낮은 측정 오차를 갖는 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더 고도계의 설계 방안을 제안한다. 측정 고도의 동적 범위를 줄이기 위해 전파 고도계의 송신 경로에 광 지연선을 적용하여 넓은 고도 범위를 얻을 수 있다. 송신 전력과 수신단 이득을 제어하여 또한 수신 전력의 동적 범위를 줄일 수 있다. 더불어, 직접 디지털 합성기를 사용하여 변조 선형성을 향상시키고, 기준 클럭 신호를 위상 고정 루프의 옵셋(offset) 주파수로 사용하여 위상잡음을 최소화함으로써 낮은 고도 측정오차를 갖는다.
In this paper, the wideband mono-pulse radar using AGC and limiter is designed. The output response characteristics of the mono-pulse radar using AGC and limiter are analyzed, respectively. In addition, the output response for jamming input signals is analyzed. The range tracking loop in the mono-pulse radar has robust output response to the noise jamming input signal. Although the output settling response of the AGC-based mono-pulse radar is larger than that of the limiter-based mono-pulse radar, the AGC-based mono-pulse radar has robustness to the noise jamming input signal due to feedback loop.
레이다 기술의 국산화가 이슈가 되고 연구 개발에 박차를 가하고 있는 가운데 본 논문의 Dual-band 모노 펄스 수신기는 추적 레이다를 기반으로 한 실험적 수행 결과를 바탕으로 하고 있다. Dual-band 레이다를 Single-band 레이다와 비교해 보면 높은 비용과 소비 전력 등의 단점을 갖고 있지만 재밍이나 검파 거리, 이미지 신호 제거, 강우 감쇄 특성 면에서 이점을 가질 수 있다. 수신기는 X-band RF head 모듈, Ka-band RF head 모듈, 그리고 공통 IF모듈로 구성되며 X-band와 Ka-band의 각 신호는 IF 모듈의 스위칭에 의해 선택되어진다. 또한 IF모듈의 국부 신호단에서는 위상 제어기가 장착되어 합 채널을 기준으로 고각과 방위각 채널의 위상을 제어할 수 있도록 하였다. 측정 결과 전체 이득은 $40{\pm}3 dB$였으며, 송신/수신간 격리도는 39 dBc, 동적 영역 110 dB, 그리고 잡음지수는 X/Ka-band 각각 4.5dB/6.9dB로 나타났다.
네트워크 기반 무인기 제어통신 시스템을 위한 복잡도와 성능을 고려한 지상국 최적 안테나 패턴 설계 방식을 제시하였다. 다수개의 측면 섹터와 한 개의 상향 섹터로 구성되는 지상국 안테나의 섹터 수, 수평/수직 빔폭, 틸팅각도 등 안테나 설계 파라미터의 변화에 따른 수직/수평 각도 별 안테나 이득을 모델링하고, 가상의 3차원 공간 내에서 각 파라미터의 변화가 신호 대 잡음 비 (SNR : signal to noise ratio) 분포에 미치는 영향을 분석하였다. 다양한 파라미터 중 측면 섹터의 틸팅 각도가 성능에 가장 큰 영향을 미치는데, 지상국 간 거리가 길수록, 최고 고도가 높을수록, 측면 섹터 수가 작을수록 틸팅 각도를 낮춰야 함을 확인할 수 있었다. 또한 최저 SNR 최대화 측면에서는 측면 섹터 수직 빔폭을 늘리는 것이 유리하지만 평균 SNR 측면에서는 수직 빔폭을 줄이는 것이 유리함을 확인하였다.
본 논문에서는 고해상도 광대역 영상 레이더용 X-대역 송수신기를 설계, 제작하고 성능 보정을 위한 연구를 수행하였다. 영상 레이더용 송수신기는 송신기, 수신기, 송수신 경로기 및 주파수 발생기로 구성되며, 특히 수신기는 지상 이동 표적 탐지를 위한 2 채널 모노펄스 구조를 가진다. 송수신기는 운용 모드에 따라 고해상도 모드를 위한 deramping 수신 기능을 제공하며, SAR 운용 모드에 적합하게 수신 대역폭 선택 기능을 가진다. 송수신기는 X-대역에서 300 MHz 이상의 대역폭을 가지며, T/R 모듈을 구동시키기에 적합하도록 송신 출력은 13.3dBm이며, 수신 이득은 39 dB, 잡음 지수는 3.96 dB 이하인 성능을 얻었다. 수신 이득은 6 비트 디지털 감쇠기에 의해 제어되며, 이득 조절 범위는 30 dB를 보였다. 수신 동적 범위는 30 dB이며, 수신 I/Q 채널 간 진폭 오차는 ${\pm}$0.38 dB 이내, 위상 오차는 ${\pm}$3.47도 이내를 보였다. 시험 결과, 송수신기는 영상 레이더에서 요구되는 전기적인 성능을 만족하였으며, 또한 영상 레이더의 성능을 크게 좌우하는 펄스 오차 항목이 분석되었으며, 임펄스 응답 특성을 개선하기 위한 보정 기법을 적용하여 개발 목표 규격을 만족하는 것을 확인하였다.
천체관측용 고효율 CCD 카메라 시스템과 제어소프트웨어의 독자개발의 시도로 KODAK사의 KAF-0401E($768\;{\times}\;512$), KAF-1602E($1536\;{\times}\;1024$), KAF-3200E($2184\;{\times}\;1472$) 등 세 종류의 CCD를 바꾸어 가며 장착할 수 있는 범용 CCD 카메라 시스템을 개발하였다. 기본적인 자료 입출력과 제어는 병렬 포트뿐만 아니라 입출력 속도가 상대적으로 바른 USB 포트로도 가능하도록 만들었다. ${\pm}18V$를 전원공급기로부터 공급받아 ${\pm}15V$와 +5V로 정류시켜서 시스템의 전원으로 사용하고 열전냉각소자 및 셔터는 ${\pm}12V$와 +5V로 동작되도록 하였다. 개발된 CCD 카메라는 전자회로기판을 2단으로 구성해서 공간 효율을 높였고, 전자회로의 구성은 컴퓨터에서 만들어진 클락 신호를 입력받아 CCD 동작을 위한 신호패턴을 만들어 주는 부분, CCD로부터 받은 신호를 증폭해서 디지털 신호로 바꿔주는 부분, 이 신호를 4비트씩 나누어서 병렬 포트에 전달하는 CCD 제어 부분과, 온도 센서의 신호를 디지털 신호로 바꾸어서 컴퓨터로 전달하는 온도제어 부분으로 이루어져 있다. 최대 냉각능력은 상온대비 ${\Delta}33^{\circ}C$이고, 이 온도 범위에서 약 $0.4^{\circ}C$의 정밀도로 제어 할 수 있다. 제작된 CCD 카메라 시스템의 읽기잡음은 $6e^-$이고, 이득은 $5e^-/ADU$이다. 모두 10대의 카메라가 만들어졌으며, CCD 카메라들은 작동시험에서 모두 만족한 결과를 얻었다.
본 논문은 Ku 위성 방송 대역에서 동작하는 선형 능동 위상 배열 안테나 시스템의 설계 및 실험에 관한 것으로, 안테나 시스템은 16개의 방사 능동 채널 및 16 채널 입력의 윌킨슨 전력 결합기 그리고 안정화 직류 전원 및 위상 제어 보드로 구성된다. 각 능동 채널 내에는 3-비트 디지털 위상 천이기가 존재하여 제어부로부터 위상을 제어 받아 전자적인 안테나 빔을 형성할 수 있다. 측정된 각 능동 채널간의 진폭 및 위상 편차는 각각 ${\pm}0.8dB$ 이하 및 ${\pm}15^{\circ}$ 이하였으며, 각 능동 채널의 잡음 지수는 동작 대역 내에서 1.2 dB 이하의 성능을 갖는다. 전체 안테나 시스템의 측정 성능은 동작 대역 내에서 23.07 dBi 이상의 안테나 이득과 - 11.17 dBc 이하의 사이드로브 레벨 그리고 정방향에서 -12.75 dBc 이하의 교차 편파 레벨을 보여 주었다. 또한, 능동 채널내 위상 제어를 통해 $10^{\circ},\;20^{\circ},\;30^{\circ}$의 빔 스캔 방사 패턴이 측정되었으며, 이때, 각각 1.1 dB, 2.5 dB, 3.6 dB의 빔 스캔 손실 성능을 보여 주었다.
본 논문에서는 UXGA(Ultra extended Graphics Array)급 TFT LCD Driver를 지원하는 Analog Flat Panel Interface(AFPI)용 Module을 설계하였다. 제안하는 AFPI는 8-b ADC, 자동이득 제어기(AGC), 저잡음 PLL로 구성 되어있다. 8-b ADC는 고속동작과 저전력 기능을 위한 새로운 구조로서 FR(Folding Rate)이 8, NFB(Number of Folding Block)이 2, Interpolation rate이 16이며, 분산 Track and Hold구조를 사용하여 Sampling시 입력주파수를 낮추어 높은 SNDR을 얻을 수 있었다. 또한 Gain과 Clamp을 통제 할 수 있는 Programmable한 AGC, 낮은 Jitter Noise PLL을 설계하였다. 제안된 Module은 0.2㎛, 1-Poly 5-Metal, n-well CMOS공정을 사용하여 제작되었으며, 유효 칩 면적은 3.6mm × 3.2mm이고 602㎽의 전력소모를 나타내었다. 입력 주파수는 10㎒, 샘플링 주파수 200㎒에서의 INL과 DNL은 ±1LSB 이내로 측정되었으며, SNDR은 43㏈로 측정되었다.
본 논문에서는 다중 세션을 가진 PoC서비스 환경 하에서 시변의 무선 채널의 상황을 고려하여 각 세션 참여자들의 무선채널의 품질을 일정한 수준이상으로 보장할 수 있도록 전송속도를 조정하는 방안을 제안하고 이탈(Outage)확률을 성능지수로 하여 다경로 무선채널환경 하에서 제안한 방법과 기존방법간의 성능 차이를 비교 분석한다. 다경로 환경 하에서 신호 대 잡음비의 분포함수를 유도하고 이로부터 이탈확률을 유도하고, 기존방법과 제안한 방법을 비교한 결과, 제안된 방법을 사용하였을 경우 서비스 품질을 특징짓는 이탈확률이 대폭 감소하였으며 다경로의 수에 따른 다이버시티(diversity) 이득이 매우 커지며 이에 따른 이탈확률의 개선이 두드러지게 나타남을 확인하였다.
본 논문에서는 MEMS 용량형 각속도 센서용 프로그래머블 CMOS 인터페이스 회로를 제작하고, 이를 MEMS 센싱 엘리먼트와 결합하여 평가하였다. 본 회로는 10 bit 프로그래머블 캐패시터 어레이 를 이용한 전하 증폭기, 오프셋 미세 조정을 위한 9 비트 DAC, 출력 민감도의 미세 조정을 위한 10 비트 PGA를 내장하여, 오프셋 및 민감도 오차를 정밀 조정할 수 있다. 제작 결과 자동 이득 제어 회로를 포함한 자가 발진 루프의 정상 동작을 확인하였다. 오프셋 오차와 민감도 오차는 각각 0.36%FSO 와 0.19%FSO 로 측정되었으며, 잡음 등가 해상도와 바이어스 불안정도는 각각 0.016 deg/sec 와 0.012 deg/sec 으로 평가되었다. 본 회로의 조정 기능을 이용하여 MEMS 용량형 각속도 센서의 기생 용량으로 인하여 발생되는 출력 오프셋 및 출력 민감도의 산포를 감소시킬 수 있으며, 이는 센서의 양산성 및 수율 향상에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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