X-대역 디지털 레이더 수신기를 위한 광대역 저잡음증폭 모듈 설계 :A Study on Design of Wideband Low Noise Amplifier Module for X-band Digital Radar Receiver.

황희근

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자료유형: 학위논문

저자정보: 황희근 (경남대학교, 경남대학교 대학원)

지도교수: 이영철

발행연도: 2014

저작권: 경남대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2014

X-대역 디지털 레이더 수신기를 위한 광대역 저잡음증폭 모듈 설계

황희근 첨단공 2014.01 학위논문

2013

광대역성디지털 마이크로파수신기를 위한 Front-End Module 설계

황희근 , 임진원 , 구융서 외 1명 한국통신학회 학술대회논문집 2013.01 학술대회자료

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광대역 디지털 레이더는 기존의 레이더보다 높은 거리분해능, 안정성, 신뢰성, 그리고 사용의 유연성에서 장점을 가지며, 기저대역 I/Q 신호의 위상 불일치와 진폭으로부터 야기되는 문제를 해결하기 위하여 디지털 레이더는 목표위치, 속도 등의 정보 추출할 뿐만 아니라 목표의 이미지, 인식 분석을 위해 광대역 특성을 요구한다. 광대역 디지털 레이더 수신기는 기존의 협대역이던 주파수 대역을 광대역화 시킴에 따라 여러 채널을 한 대역에 전송하기 하는 데에 있어 선형성을 확보하고 수신기 성능 개선을 위해 동작영역과 감도를 향상시켜야한다. 따라서 본 논문에서는 광대역 특성과 동작영역, 감도의 이론적 관계를 분석하고, 1GHz의 대역폭을 갖는 X-band 디지털 RF-수신기 설계하여 수신기 성능개선방안을 제시하였다.
디지털 레이더 수신기 전단부는 저잡음증폭기, 대역통과필터, 능동혼합기, 국부발진기로 이루어져 있으며, 각 모듈을 설계하고 제작하였다. 디지털 레이더 수신기 전단부의 주요 구성은 입력신호 주파수 8.8GHz～9.8GHz 대해 최소잡음을 가지는 3단 저잡음증폭기와 입력신호 주파수만 통과시키는 헤어핀 형태의 대역통과필터, PLL 방식을 이용한 7.85GHz의 발진 주파수를 가지는 국부 발진기로 이루어 졌으며 RF신호와 국부 발진 주파수를 950MHz ～ 1950MHz의 중간주파수로 하향 변환시키기 위해 p-HEMT를 이용한 능동 혼합기를 설계하였다. 측정결과 3단 저잡음 증폭기의 이득은 38dB, 입·출력 반사계수는 -15dB, 잡음지수는 1dB이하의 특성을 나타냈고, 대역통과필터의 삽입손실은 -1.5dB, 입·출력 반사계수는 -12 ～ -20dB의 특성을 나타냈다. 7.85GHz의 발진주파수를 갖는 PLL 방식의 국부발진기의 위상잡음은 1KHz @ -75.45dBc/Hz, 10KHz @ -90.33dBc/Hz, 100KHz @ -114dBc/Hz를 얻었다. 디지털 레이더 수신기 측정결과 전체 이득은 63dB, 잡음지수는 1.2dB를 얻었고, 수신기의 잡음지수에 의한 최소감지신호와 입력P1dB, IP3점을 이용하여 동작영역을 계산한 결과 CDR은 75.8dB, SFDR은 33.2dB를 얻었다.
따라서 본 논문에서 제시한 이론적 내용을 분석한 결과에 의한 모의실험값과 실제 제작하고 측정한 디지털 레이더 수신기의 결과 값이 거의 일치하는 결과를 얻었다.

The wideband digital radar has high resolution, stable, reliable and flexible merits, and also may avoid a series of questions caused by amplitude and phase inconsistency of baseband I/Q signals. And a wideband digital radars completes not only to extract the information of target location, speed etc, but also to image, recognize and analyze targets. Wideband digital radar was a narrow band to wideband. A band for transmitting multiple channels must ensure linearity. Dynamic range and sensitivity of the receiver to improve performance should be enhanced. Thus, in this papers, the theoretical relations between the characteristics, dynamic range and sensitivity of wideband is analyzed and some proposals for improving the performance of receivers are suggested after designing a X-band digital radar receiver with 1GHz bandwidth.
This digital radar receiver consists of a low-noise amplifier (LNA), a band pass filter (BPF), an active mixer and a local oscillator (LO). And each module was designed and manufactured by using the HP advanced design system as a designing tool. The major structure of this Digital RF-Receiver is composed of a three-stage low-noise amplifier with the minimum noise at 8.8 GHz~9.8GHz of input signal frequency, a hairpin-type band pass filter which makes only input signal frequency pass and a local oscillator with 7.85GHz of oscillation frequency using the PLL method. And an active mixer was designed by using a p-HEMT in order to convert RF signals and local oscillation frequency down to 950MHz ～ 1950MHz of IF (Intermediate Frequency). As a result of measuring, the three-stage low-noise amplifier showed its characteristics that the gain was 38dB, the input/output reflection coefficient was -15dB, the noise figure was less than 1dB. And the band pass filter showed its characteristics that the insertion loss was -1.5dB and the input/output reflection coefficient was -12 ～ -20dB. The phase noises of the local oscillator with 7.85GHz of oscillation frequency using the PLL method were recorded as 1 KHz @ 75.45dBc/Hz, 10 KHz @ -90.33 dBc/Hz, and 100 KHz @ -114dBc/Hz respectively. As a result of measuring the digital radar receiver, the total gain was 63dB and the noise figure was 1.2dB. And as a result of calculating the dynamic range by using the minimum detectable signal according to the noise figures of the receiver and the input points, 1dB and 3dB, the CDR was 75.8dB and SFDR was 33.2dB.
Therefore, the result obtained was that the simulation values using the results of analyzing the theoretical contents suggested in this dissertation and the result values of the digital radar receiver which was actually manufactured and measured were almost the same.

#저잡음증폭기

국문요약
제 1 장 서 론 = 1
제 2 장 광대역 디지털 레이더 수신기의 구성 및 설계 파라미터 = 3
2-1. 디지털 레이더 수신기 구성 = 3
2-2. 디지털 레이더 수신기 설계 파라미터 분석 = 4
2-2-1. 디지털 레이더 수신기 광대역 특성 = 5
2-2-2. 디지털 레이더 수신기 잡음분석 = 5
2-2-3. 수신기의 감도 정의 및 특성 = 8
2-2-4. 수신기의 동작영역 정의 및 특성 = 10
2-3. 광대역 디지털 레이더 수신기 성능 개선 방안 = 14
2-3-1. 최저잡음지수를 가지는 저잡음 증폭기 설계 = 14
2-3-2. 동작영역 개선을 위한 선형성 분석 = 24
제 3 장 X-대역 디지털 레이더 수신기 모듈 설계 = 27
3-1. 디지털 레이더 수신기 설계에 따른 버짓 분석 = 27
3-2. 동작영역과 감도 관계 분석 = 30
3-3. 광대역 디지털 레이더 수신기 전단부 모듈 설계 = 36
3-3-1. 저잡음 증폭기 설계 = 37
3-3-2. 대역통과필터 설계 = 41
3-3-3. 능동혼합기 설계 = 44
3-3-4. 국부발진기 설계 = 46
제 4 장 X-대역 디지털 레이더 수신기 제작 및 결과 분석 = 48
4-1. 디지털 레이더 수신기 분석 및 제작 = 48
4-1-1. 디지털 레이더 수신기 주요규격 = 48
4-1-2. 디지털 레이더 수신기 제작 및 조립 = 50
4-2. 디지털 레이더 수신기 측정 및 성능분석 = 52
4-2-1. 이득과 잡음지수 = 52
4-2-2. 이미지 제거 측정 결과 = 54
4-2-3. 국부발진기 측정 결과 = 55
4-3. 디지털 레이더 수신기 감도와 동작영역 분석 = 57
4-3-1. 디지털 레이더 수신기 출력 와 IP3 분석 = 57
4-3-2. 디지털 레이더 수신기 최소감지신호 분석 = 58
4-3-3. 디지털 레이더 수신기의 CDR과 SFDR 분석 = 59
제 5 장 결 론 = 60
참고문헌 = 61
ABSTRACT = 64

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