레이더용 X-대역 63 Watt Pulsed SSPA 개발

정민길(Min-Kil Chong),나형기(Hyung-Gi Na) 한국전자파학회 2011 한국전자파학회논문지 Vol.22 No.3

본 논문에서는 소형 하이브리드 HMIC(Hybrid Microwave Integrated Circuits)를 사용하여 레이더용 X-대역 63 watt 펄스 구동형(pulsed) SSPA(Solid State Power Amplifier)를 개발하였다. Pulsed SSPA는 전원공급기와 초단증폭기, 구동증폭기, 고출력을 위한 최종단 증폭기의 3단의 증폭기로 구성되어 있다. 70도의 고온에서도 듀티 1.2 %이고, 짧은 펄스 폭에서 63 watts 이상의 출력을 얻었다. 제작된 모듈은 동작대역 내에서 포화 상태의 이득 37 ㏈ 성능을 보였다. 입출력 정재파비는 1.5:1 미만을 만족하였다. 이 모듈은 +28 Vdc로 동작되고 400 ㎃ 전력소모를 가진다. 본 논문에서 개발한 SSPA는 고속으로 동작하는 펄스 도플러 레이더에 적용할 수 있다. In this paper, we developed the X-band 63 watt pulsed SSPA(Solid State Power Amplifier) by using HMIC(Hybrid Microwave Integrated Circuits). The pulsed SSPA consists of power supply and 3-stage amplifier modules : pre- amplifier stage, driver-amplifier stage, final-amplifier stage. The developed pulsed SSPA provides more than 63 watts of output power with a short pulse width and the duty cycle of up to 1.2 % at 70 ℃. The fabricated module offers great than 37 ㏈ of saturated gain across the operating band. Input and output VSWR is <1.5:1. This module has an average current of 400 ㎃ typical and operates at a +28 Vdc supply. The developed SSPA in this paper can apply to pulsed Doppler radar with high speed operation.

항공기용 평면형 능동 전자주사식 위상 배열(AESA) 레이더 프로토 타입 개발

정민길(Min-Kil Chong),김동윤(Dong-Yoon Kim),김상근(Sang-Keun Kim),전상미(Sang-Mi Chon),나형기(Hyung-Gi Na) 한국전자파학회 2010 한국전자파학회논문지 Vol.21 No.12

본 논문에서는 T/R(Transmit/Receive) 모듈을 이용한 항공기용 평면형 능동 전자주사식 위상 배열(AESA) 레이더 프로토 타입을 설계, 제작 및 시험하였다. LIG넥스원은 항공기용 레이더 개발에 필요한 핵심 기술 확보를 목적으로 AESA 레이더 프로토 타입을 개발하였다. 본 프로토 타입은 복사 소자 배열, 다수의 T/R 모듈, RF 급전기, 전원 분배, 빔 조향기, 아날로그/디지털 변환기(ADC)를 가지는 소형화된 수신기 및 액냉식 냉각과 지지 구조체로 구성되어 있다. 안테나 장치는 590 ㎜ 직경에, 536개의 능동 소자를 배열할 수 있는 크기를 가진다. 각 T/R 모듈들은 삼각 배열을 적용하여 14.7 ㎜×19.5 ㎜ 간격으로 배치하였다. 송신 최대 듀티 운용시 2,310 W의 전력이 입력되며, 발열은 1,554 W를 발산하게 된다. AESA 레이더 프로토 타입은 근접 전계 챔버에서 시험하였고, 그 결과 정확하고 유연한 제어에 의한 빔 조향과 빔 형성을 제공하는 빔 패턴을 확인할 수 있었다. This paper presents a design, fabrication and the test results of planar active electronically scanned array(AESA) radar prototype for airborne fighter applications using transmit/receive(T/R) module hybrid technology. LIG Nex1 developed a AESA radar prototype to obtain key technologies for airborne fighter’s radar. The AESA radar prototype consists of a radiating array, T/R modules, a RF manifold, distributed power supplies, beam controllers, compact receivers with ADC(Analog-to-Digital Converter), a liquid-cooling unit, and an appropriate structure. The AESA antenna has a 590 mm-diameter, active-element area capable of containing 536 T/R modules. Each module is located to provide a triangle grid with 14.7 ㎜×19.5 ㎜ spacing among T/R modules. The array dissipates 1,554 watts, with a DC input of 2,310 watts when operated at the maximum transmit duty factor. The AESA radar prototype was tested on near-field chamber and the results become equal in expected beam pattern, providing the accurate and flexible control of antenna beam steering and beam shaping.

능동 위상 배열 SAR 안테나를 위한 X-대역 송수신 모듈의 설계 및 제작

정민길(Min-Kil Chong),김상근(Sang-Keun Kim),나형기(Hyung-Gi Na),이종환(Jong-Hwan Lee),이동우(Dong-Woo Yi),백승훈(Seung-Hun Baik) 한국전자파학회 2009 한국전자파학회논문지 Vol.20 No.10

본 논문에서는 능동 위상 배열 안테나를 가지는 SAR(Synthetic Aperture Radar)용 X-대역 T/R(Transmit/Receive) 모듈을 설계, 제작하였다. T/R 모듈은 X-대역에서 800 ㎒ 이상 대역폭을 가지며 이중 편파 운용이 가능하다. 송신 출력 7 W 이상에 잡음지수 3.9 ㏈ 이하를 가진다. 위상과 이득은 6비트 위상변위기와 6비트 디지털 감쇠기에 의해 각각 제어된다. 게다가 제작된 T/R 모듈은 방향성 결합기와 전력분배기로 연결되는 성능 점검/보정 포트를 가진다. LTCC 다층 기판을 사용하여 고직접화 T/R 모듈이 가능하게 하였다. 모든 동작 주파수 대역에서 수신시 RMS 이득 오차는 최대 0.8 ㏈ 이하이고, 송/수신시 RMS 위상 오차는 최대 4° 이하로 측정되었고, 또한 시험 결과 T/R 모듈은 요구되는 전기적인 성능을 만족하였다. 이 구조는 능동 위상 배열 SAR용 안테나에 적용될 수 있음을 확인하였다. In this paper, a X-Band T/R-module for SAR(Synthetic Aperture Radar) systems based on active phased array antennas is designed and fabricated. The T/R modules have a bandwidth of more than 800 ㎒ centered at X-Band and support dual, switched polarizations. The output power of the module is 7 watts over a wide bandwidth. The noise figure is as low as 3.9 ㏈. Phase and amplitude are controlled by a 6-bit phase shifter and a 6-bit digital attenuator, respectively. Further the fabricated T/R module has test and calibration port with directional coupler and power divider. Highly integrated T/R module is achieved by using LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) multiple layer substrate. RMS gain error is less than 0.8 ㏈ max. in Rx mode, and RMS phase error is less than 4° max. in Rx/Tx phase under all operating frequency band, or the T/R module meet the required electrical performance in test. This structure can be applied to active phase array SAR Antennas.

함정용 다기능 AESA 레이더 시스템을 위한 고전압·고효율 DC-DC 전원모듈 개발

정민길,이원영,김상근,김수태,권영수,Chong, Min-Kil,Lee, Won-Young,Kim, Sang-Keun,Kim, Su-Tae,Kwon, Simon 한국군사과학기술학회 2021 한국군사과학기술학회지 Vol.24 No.1

For conventional AESA radars, DC-DC power modules using 300 Vdc have low efficiency, high volume, heavy weight, and high price, which have problems in modularity with T/R module groups. In this paper, to improve these problems, we propose a distributed DC-DC power module with high-voltage 800 Vdc and high-efficiency Step-down Converter. In particular, power requirements for modern and future marine weapons systems and sensors are rapidly evolving into high-energy and high-voltage power systems. The power distribution of the next generation Navy AESA radar antenna is under development with 1000 Vdc. In this paper, the proposed highvoltage, high-efficiency DC-DC power modules increase space(size), weight, power and cooling(SWaP-C) margins, reduce integration costs/risk, and reduce maintenance costs. Reduced system weight and higher reliability are achieved in navy and ground AESA systems. In addition, the proposed architecture will be easier to scale with larger shipboard radars and applicable to other platforms.

능동 위상 배열 레이더용 X-대역 T/R 모듈 개발

김동윤(Dong-Yoon Kim),정민길(Min-Kil Chong),김상근(Sang-Keun Kim),전상미(Sang-Mi Chon),나형기(Hyung-Gi Na),백승훈(Seung-Hun Baik),안창수(Chang-Soo Ahn),김선주(Seon-Joo Kim) 한국전자파학회 2009 한국전자파학회논문지 Vol.20 No.12

본 논문에서는 능동 위상 배열 레이더에 사용되는 X-밴드 송수신 모듈의 설계와 측정 결과에 대해 기술한다. 일반적으로 능동 위상 배열 레이더는 고출력, 낮은 잡음 지수, 높은 TOI(Third Order Intercept), 송수신에서의 충분한 이득을 갖는 반도체 송수신 모듈을 요구한다. 송수신 모듈은 광대역에서 9 W의 출력 특성을 나타낸다. 잡음 지수는 2.8 ㏈로 낮다. 위상과 이득은 각각 6비트 위상 변위기와 5비트 감쇄기로 조정된다. LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic)을 사용하여 높은 집적도를 갖는 송수신 모듈을 구현하였다. 모듈은 디지털 인터페이스를 통합하고 3개의 전원을 사용한다. This paper presents design and test results of X-Band Transmit/Receive(T/R) module for active phased-array radar. Active phased array radars typically require solid state T/R modules with high output power, low noise figure, high Third Order Intercept(TOI), and sufficient gain in both transmit and receive. The output power of the module is 9 watts over a wide bandwidth. The noise figure is as low as 2.8 ㏈. Phase and amplitude are controlled by the 6-bit phase shifter and 5-bit attenuator, respectively. Highly integrated T/R module is achieved by using LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic) multiple layer substrate. The module incorporates a compact digital interface, requires only three supply voltages.

광대역 위상 배열 안테나의 빔 편이(Beam-Squint) 현상 제거를 위한 4-Bit 시간 지연기 설계

김상근(Sang-Keun Kim),정민길(Min-Kil Chong),김수범(Su-Bum Kim),나형기(Hyung-Gi Na),김세영(Se-Young Kim),성진봉(Jin-Bong Sung),백승훈(Seung-Hun Baik) 한국전자파학회 2009 한국전자파학회논문지 Vol.20 No.10

본 논문에서는 전기적으로 크기가 큰 능동 위상 배열 안테나에서 발생하는 빔-편이(beam-squint) 현상을 해결할 수 있는 시간 지연기를 설계 및 제작하고, 측정 결과를 고찰한다. 시간 지연기는 4-bit 스위치로 제어되는 마이크로스트립 라인으로 설계되었으며, 시간 지연 구조의 손실을 보상해 주기 위해 송수신 경로에 MMIC 증폭기 모듈을 추가하였다. 시간 지연기의 측정을 통해 지연 상태별 이득 및 위상, P1㏈, 수신 잡음 지수 등의 전기적 성능 규격을 만족함을 확인하였다. 또한, 제작된 시간 지연기의 성능 검증을 위해 측정 결과를 광대역 능동위상 배열 안테나에 적용하여 빔 패턴 보정 효과를 확인하였다. X 밴드 대역에서 800 ㎒ 대역차를 갖는 675.8 ㎜ 크기의 안테나에 대해 빔 편이 현상을 보정해 본 결과 ±1°이던 주파수에 따른 조향각 오차가 ±0.1° 이내로 줄어드는 효과를 확인하였으며, 향후 광대역 능동 위상 배열 안테나 시스템에 적용 가능성을 확인하였다. In this paper, we have designed TDL(True-time Delay Line) for eliminating beam-squint occurring in active phased array antenna with large electrical size operated in wide bandwidth, and have tested its electrical performance. The proposed TDL device is composed of 4-bit microstrip delay line structure and MMIC amplifier for compensation of the delay-line loss. The measured results of gain and phase versus delay state satisfy the electrical requirements, also P1dB output power and noise figure meet the requirement. To verify the performance of fabricated TDL, we have simulated the beam patterns of wide-band active phased array antenna using the measured results and have certified the beam pattern compensation performance. As a result of simulated beam pattern compensation with respect to the 675.8 ㎜ size antenna which is operated in X-band, 800 ㎒ bandwidth, we have reduced the beam squint error of ±1° with ±0.1°. So this TDL module is able to be applied to active phase array antenna system.

CDMA PCS용 초소형 블루투스 RF 모듈

이상학(Sang-Hak Lee),전종훈(Jong-Hoon Jun),정민길(Min-Kil Chong) 한국통신학회 2002 한국통신학회 학술대회논문집 Vol.2002 No.11

쿼드팩을 이용한 소형 Ka 대역 송수신(T/R) 모듈의 설계 및 제작

오현석(Hyun-Seok Oh),염경환(Kyung-Whan Yeom),정민길(Min-Kil Chong),나형기(Hyung-Gi Na),이상주(Sang-Joo Lee),이기원(Ki-Won Lee),남병창(Byung Chang Nam) 한국전자파학회 2011 한국전자파학회논문지 Vol.22 No.3

본 논문에서는 Ka 대역 위상 배열 레이더용 송수신(T/R: Transmit/Receive) 모듈의 설계 및 제작을 보였다. Ka 대역 송수신 모듈 구성 시 Ka 대역의 특수성을 고려하여 5비트(bit) 위상천이기와 5 비트 30 ㏈ 디지털 가변감쇠기를 송수신 공통으로 사용하였으며, 서큘레이터는 T/R 모듈 외부에 부착되는 형태로 구성하였다. 단위 안테나당 송신 출력은 1 W 이상 잡음 지수는 8 ㏈ 미만으로 설정하였으며, 설계된 T/R 모듈의 RF부의 크기는 5 ㎜×4 ㎜×57 ㎜로 소형화를 달성하였다. 설계된 T/R 모듈을 구현하기 위하여 T/R 모듈에 소요되는 개별 ㎜IC 검증후 단위 T/R 모듈을 검증하는 방법을 사용하였다. 제작된 T/R 모듈은 설계 시 예측한 바와 같이 단위 T/R 모듈의 입력 5 ㏈m에서 출력 30 ㏈m 이상을 보였으며, 수신부는 잡음 지수 8 ㏈ 미만, 이득 20 ㏈ 이상을 얻었다. In this paper, the design and fabrication of a transmit/receive(T/R) module for Ka-band phased array radar is presented. A 5bit digital phase shifter and digital attenuator were used in co㎜on for both transmitter and receiver considering unique Ka-band characteristic. The circulator was excluded in the T/R module and was placed outside T/R module. The transmitting power per element antenna is designed to be about 1 W and the noise figure is designed to be below 8 ㏈. The designed T/R module RF part has a compact size of 5 ㎜×4 ㎜×57 ㎜. In order to implement the T/R module, ㎜ICs used in T/R module was separately assessed before assembly of the designed T/R module. The transmitter of the fabricated T/R module shows about 1 W at 5 ㏈m unit module input power and the receiver shows a gain of about 20 ㏈ and a noise figure of below 8 ㏈ as expected in the design stage.

비전도성 유체를 이용한 레이더 송수신모듈 방열설계에 관한 수치적 연구

임성환(Sung Hwan Yim),박혜련(Hye Ryun Park),정민길(Min Kil Chong),강광희(Kwang Hee Kang) 대한기계학회 2012 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2012 No.5-2

직렬급전형 마이크로스트립 배열 안테나 설계

정민길,이문수 慶尙大學校 工科大學 自動化및컴퓨터應用技術硏究所 1995 自動化 및 컴퓨터應用技術 Vol.2 No.1

A series-fed microstrip array antenna of beamwidth 5°× 5°, squint angle 80°and SLL-15dB below is designed. Series-fed arrays are formed by interconnecting all the elements by high-impedance transmission lines and feeding the power at the first element and it is a traveling-wave antenna which is terminated with a matched load. Radiation patterns and impedance matching of the antenna are analyzed by Ensemble 3.0, which is a popular software package for designing printed antennas and arrays. The squint angle can be controlled by the spacing between the elements. Dolph Tschebyscheff and Taylor current distribution in the array are used for the purpose of comparisons. The major advantages of series-fed array antennas are that feed arrangement is compact and the losses associated with the feeding network are less than those of a corporate feed type. The antennas are fabricated on the RT/Duroid Laminates of 62mil thickness. The experimental results are very close to the specifications to be designed.