KR20010045460A - 전파고도계의 특정주파수대역검출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전파고도계의 특정주파수대역검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작은 입력신호에 대해서도 신호검출이 우수하며, 특히 노이즈 레벨에 대하여 안정된 신호를 검출할 수 있는 전파고도계의 특정주파수대역검출장치에 관한 것이다. 따라서 본 발명의 특정주파수대역검출장치는, 입력신호에 대해서 기준신호를 가변적으로 조정하면서 특정주파수대역에 신호존재 유무를 검출하므로써, 작은신호에 대해서도 우수한 검출능력을 갖도록 한다.

Description

전파고도계의 특정주파수대역검출장치{Frequency detector in raido altimeter}

본 발명은 전파고도계의 특정주파수대역검출장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작은 입력신호에 대해서도 신호검출이 우수하며, 특히 노이즈 레벨에 대하여 안정된 신호를 검출할 수 있는 전파고도계의 특정주파수대역검출장치에 관한 것이다.

전파고도계는 동작특성 상 비트(Beat) 신호에 어느 특정주파수대역(20KHz ~ 30KHz)이 있는지 없는지를 판별하는 부분은 전파고도계의 주성능에 막대한 영향을 미친다. 그러나 종래의 전파고도계의 특정주파수대역검출장치는 작은 입력신호에 대해서 분별력이 떨어지고 노이즈에 대한 안정성 측면에서도 문제가 발생되었다.

다음은 종래의 전파고도계의 특정주파수대역검출장치를 참조해서 상기 문제점을 상세하게 살펴본다.

도 1은 종래의 전파고도계의 특정주파수대역검출장치를 도시하는 구성도이다.

종래, 전파고도계의 특정주파수대역검출장치는, 입력신호에 대하여 20kHz와 30kHz 사이의 주파수 대역을 찾기 위하여 일정대역의 신호만을 필터링하는 대역통과필터(1)와, 상기 대역통과필터(1)의 출력에서 양(+)의 신호만을 검출하는 다이오드(3)를 포함한다.

또한, 종래, 전파고도계의 특정주파수대역검출장치는, 입력신호에 대하여 20kHz와 30kHz의 주파수에서 상기 대역통과필터(1)의 주파수 응답곡선과 만날 수 있도록 낮은 주파수신호를 통과시키는 저역통과필터(2)와, 상기 저역통과필터(2)의 출력에서 음(-)의 신호만을 검출하는 다이오드(4)를 포함한다.

상기 각 다이오드(3,4)의 출력은 저항(R1,R2)과 캐패시터(C1)에 의해서 평균값이 취해진 후, 비교기(8)의 (+) 단자에 입력된다. 그리고 상기 비교기(8)의 (-)단자에는 기준신호가 입력된다. 즉, 비교기(8)는 기준신호에 대해서 (+) 단자의 입력신호를 비교하여, 특정주파수대역에 신호의 유무를 검출하게 된다.

다음은 상기 구성으로 이루어진 종래, 전파고도계의 특정주파수대역검출장치의 동작과정에 대해서 상세하게 설명한다.

상기 대역통과필터(1)는 입력되는 신호에서 20kHz와 30kHz 사이의 주파수 대역만을 찾기 위하여, 도 2의 "가"와 같은 주파수 응답특성을 갖도록 한다.

상기 저역통과필터(2)는 저항과 캐패시터로 이루어진 1차 수동필터로, 입력신호의 20kHz와 30kHz의 주파수에서 상기 대역통과필터(1)의 주파수응답곡선이 만날수 있도록 도 2의 "나"와 같은 주파수 응답특성을 갖는다.

상기 대역통과필터(1)의 출력은 다이오드(3)를 경유하면서 양(+)의 엔벨로프 검출 출력을 갖고, 상기 저역통과필터(2)의 출력은 다이오드(4)를 경유하면서 음(-)의 엔벨로프 검출 출력을 갖는다.

상기 각 다이오드(3,4)의 출력은 도 2의 주파수응답특성곡선에서 드러나는 바와 같이, 20kHz보다 작거나 30kHz 보다 큰 주파수의 입력신호가 상기 대역통과필터(1) 및 저역통과필터(2)에 입력되었을때는 상기 저역통과필터(2)의 절대값이 크다. 그리고 입력신호가 20kHz와 30kHz 사이일 때는 상기 대역통과필터(1)의 절대값이 크게 된다.

이와 같은 상기 각 다이오드(3,4)의 엔벨로프 검출 출력은 저항(R1,R3)과 캐패시터(C1)에 의해서 두 엔벨로프 검출 출력이 평균값으로 산출되어져 비교기(8)의 (+)단자에 입력된다.

따라서 비교기(8)는 20kHz와 30kHz 사이의 주파수에서는 양의 값을 출력하고, 그 외의 주파수에서는 음의 값을 출력한다. 즉, 상기 비교기(8)의 (-)단자의 기준신호가 0이라면, 상기 비교기(8)의 출력은 입력주파수가 20kHz와 30kHz 사이일때만 하이 로직 상태가 되어 특정주파수대역의 신호 존재유무 분별이 가능하게 되는 것이다.

즉, 종래의 전파고도계의 특정주파수대역검출장치는, 입력신호의 주파수대역이 20kHz와 30kHz 사이인지를 정확히 분별하기 위하여, 상기 비교기(8)의 기준신호를 "0"으로 설정해야 한다. 그러나 입력신호의 크기가 아주 작은 노이즈 레벨일때는 상기 대역통과필터(1)와 저역통과필터(2)의 출력이 모두 "0"에 가깝기 때문에, 이때 비교기(8)의 (+)단자와 (-)단자의 입력신호는 모두 "0"이 된다. 따라서 상기 비교기(8)의 출력이 불안정해지는 것이다. 따라서 노이즈신호에 대한 상기 비교기(8)의 출력이 로우상태가 되도록 하려면, 상기 비교기(8)의 (-)입력에 일정 오프셋(Offset) 값을 주어야 한다.

그러나 입력신호의 크기에 따라서 상기 대역통과필터(1)와 저역통과필터(2)의 크기가 바뀌면서 상기 비교기(8)의 (+)입력신호의 크기가 바뀌기 때문에, 상기 비교기(8)의 기준신호의 오프셋값이 일정하면 그 오프셋값 이하에 해당하는 입력신호에 대해서는 특정주파수대역을 검출할 수 없는 문제점이 발생되었다.

따라서 본 발명의 목적은 작은 입력신호에 대해서도 특정주파수대역에 신호가 존재하는지의 검출을 수행할 수 있는 전파고도계의 특정주파수대역검출장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 전파고도계의 특정주파수대역검출장치의 구성도,

도 2는 종래 기술의 주파수응답특성도,

도 3은 본 발명에 따른 전파고도계의 특정주파수대역검출장치의 구성도,

도 4는 대역통과필터의 상세 구성도,

도 5는 본 발명의 주파수응답특성도,

도 6 내지 도 10은 입력신호에 대한 각 부분의 출력 파형도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 대역통과필터 12 : 입력신호분배기

13,16 : 엔벨로프검출기 18 : 비교기

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전파고도계의 특정주파수대역검출장치는, 입력신호에 대해서 특정주파수대역을 필터링하는 대역통과필터수단과; 상기 대역통과필터수단의 출력으로부터 엔벨로프 검출을 수행하는 제 1 엔벨로프검출수단과; 입력신호의 전압을 분배하는 전압분배수단과; 상기 전압분배수단의 출력으로부터 엔벨로프 검출을 수행하는 제 2 엔벨로프검출수단과; 상기 제 2 엔벨로프검출수단의 출력을 기준신호로 하여, 상기 제 1 엔벨로프검출수단의 출력에 신호 유무를 검출하는 비교수단을 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제 1,2 엔벨로프검출수단은, 입력신호로부터 양(+)의 신호만을 검출하는 다이오드와; 상기 다이오드의 신호를 직류로 변환하기 위한 평활회로를 포함함을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 제 2 엔벨로프검출수단의 평활회로의 시상수는 상기 제 1 엔벨로프검출수단의 평활회로의 시상수보다 작게 설정하고, 상기 제 2 엔벨로프검출수단이 상기 제 1 엔벨로프검출수단보다 빠르게 반응하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 제 1,2 엔벨로프검출수단의 출력단에 상기 각 평활회로의 방전을 위한 방전저항을 구비하고, 상기 제 2 엔벨로프검출수단의 방전저항값이 상기 제 1 엔벨로프검출수단의 방전저항값보다 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전파고도계의 특정주파수대역검출장치에 대해서 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 전파고도계의 특정주파수대역검출장치의 구성도이다.

본 발명의 전파고도계의 특정주파수대역검출장치는, 입력신호에 대하여 20kHz와 30kHz 사이의 주파수 대역을 찾기 위하여 일정대역의 신호만을 필터링하는 대역통과필터(11)를 포함한다.

상기 대역통과필터(11)는 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, OP-AMP로 구성된 능동필터로 구성되고 있다. 그 구성을 살펴보면, 입력단자에 연결된 저항(R21)과 상기 저항(R21)의 다른 일측에 연결된 캐패시터(C21), 캐패시터(C22), 그리고 저항(R23)이 포함된다. 상기 저항(R23)은 그라운드 전위에 연결되며, 상기 캐패시터(C22)의 다른 일측은 OP-AMP(20)의 반전단자(-)에 연결된다. 상기 OP-AMP(20)의 비반전단자(+)는 그라운드 전위에 연결된다. 그리고 상기 OP-AMP(20)의 출력단자는 저항(R22)를 통해서 반전단자(-)에 연결되며, 상기 캐패시터(C21)에도 연결된다.

또한, 본 발명은 상기 대역통과필터(11)의 출력으로부터 교류신호의 엔벨로프 검출을 수행하는 엔벨로프 검출부(13)를 포함한다. 상기 엔벨로프 검출부(13)는 다이오드(CR1), 그리고 저항(R13)과 캐패시터(C11)로 구성된 1차 저역통과필터로 구성된다. 상기 엔벨로프 검출부(13)의 출력은 저항(R15)을 통해서 비교기(18)의 (+)단자에 입력된다.

또한, 본 발명의 전파고도계의 특정주파수대역검출장치는, 입력신호를 분배하기 위하여 저항(R11,R12)으로 구성된 입력신호분배기(12)를 포함한다. 상기 입력신호분배기(12)의 출력은 또 다른 엔벨로프 검출부(16)에 입력된다. 상기 엔벨로프 검출부(16)는, 다이오드(CR2), 그리고 저항(R14)과 캐패시터(C12)로 구성된 1차 저역통과필터로 구성된다. 상기 엔벨로프 검출부(16)의 출력은 저항(R16)을 통해서 비교기(18)의 (-)단자에 입력된다.

이때, 상기 저항(R14)은 저항(R13)에 비교해서 저항값을 작게 설정하여, 입력신호분배기(12)의 엔벨로프 검출기(16)는 상기 대역통과필터(11)의 엔벨로프 검출기(13)보다 빠르게 반응하도록 한다. 따라서 입력신호의 주파수가 20kHz와 30kHz 사이의 주파수를 가지고 있지만, 짧은 구간의 신호일 경우에는 노이즈로 간주하여 신호 검출이 이루어지지 않도록 한다.

또한, 상기 저항(R15)은 저항(R16)에 비교해서 저항값을 작게 설정한다. 따라서 상기 입력신호분배기(12)의 엔벨로프 검출기(16)의 출력이 방전되는 시간이 상기 대역통과필터(11)의 엔벨로프 검출기(13)의 출력이 방전되는 시간보다 크게 되어, 노이즈신호에 대해서 항상 상기 입력신호분배기(12)의 출력이 크도록 한다.

다음은 상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 전파고도계의 특정주파수대역검출장치의 동작과정에 대해서 상세하게 설명한다.

상기 대역통과필터(11)는 OP-AMP(20)를 이용한 2차 능동필터로 입력되는 신호에서 20kHz와 30kHz 사이의 주파수 대역만을 필터링하며, 도 5의 "다"와 같은 주파수 응답특성을 갖는다. 상기 대역통과필터(11)의 출력은 엔벨로프 검출기(13)에 입력된다.

상기 엔벨로프 검출기(13)에 입력된 신호는 다이오드(CR1)를 경유하면서 양(+)의 신호만을 출력하고, 이 신호는 저항(R13)과 캐패시터(C11)의 충/방전 동작에 의해서 직류전압으로 변환되어져 출력된다. 상기 엔벨로프 검출기(13)의 출력은 저항(R15)을 통하여 비교기(18)의 (+)단자에 입력된다.

한편, 입력신호분배기(12)는, 전압분배 저항(R11,R12)에 의하여 입력신호의 전압을 분배하여 출력한다. 상기 입력신호분배기(12)의 주파수 응답특성을 도 5의 "라"에 도시하고 있다.

상기 입력신호분배기(12)의 출력은 엔벨로프 검출기(16)에 입력되고, 상기 엔벨로프 검출기(16)는 전압 분배된 신호의 엔벨로프를 검출하여 출력한다. 상기 엔벨로프 검출기(16)의 출력은 저항(R16)을 통하여 비교기(18)의 (-)단자에 입력된다.

따라서 비교기(18)는, 입력신호를 전압분배하고 상기 전압분배된 신호로부터 검출된 엔벨로프 검출신호를 (-)단자로 입력하여, 기준신호로 이용하고 있다. 따라서 상기 비교기(18)의 기준신호는 입력신호에 대하여 항상 가변적으로 조정되어 설정되는 것이다. 즉, 비교기(18)는, 입력신호에 대해서 항상 가변적으로 기준신호가 설정되므로서, 입력신호의 크기에 관계없이 항상 일정한 결과를 얻을 수 있게 된다.

특히, 상기 저항(R14)은 저항(R13)에 비교해서 저항값을 작게 설정되고 있으므로, 입력신호분배기(12)의 엔벨로프 검출기(16)는 상기 대역통과필터(11)의 엔벨로프 검출기(13)보다 빠르게 반응된다. 따라서 입력신호의 주파수가 20kHz와 30kHz 사이의 주파수를 가지고 있지만, 짧은 구간의 신호일 경우에는 노이즈로 간주하여 신호 검출이 이루어지지 않는 것이다.

그리고 상기 저항(R15)은 저항(R16)에 비교해서 저항값을 작게 설정하고 있기 때문에, 상기 입력신호분배기(12)의 엔벨로프 검출기(16)의 출력이 방전되는 시간이 상기 대역통과필터(11)의 엔벨로프 검출기(13)의 출력이 방전되는 시간보다 크게 되어, 노이즈신호에 대해서 항상 상기 입력신호분배기(12)의 출력이 크게 되도록 하여, 불필요한 신호 검출이 이루어지지 않는 것이다.

도 6은 입력신호의 크기가 10이고, 주파수가 25kHz인 신호 파형도를 도시하고 있다. 이와 같은 입력신호가 본 발명의 전파고도계의 특정주파수대역검출장치에 입력되면, 상기 대역통과필터(11)는 도 7의 "마"와 같이 일정대역의 신호만을 필터링하여 출력한다. 그리고 이 신호가 엔벨로프 검출기(13)에 입력되면, 다이오드(CR1)에 의해서 양(+)의 신호만 검출되고, 캐패시터(C11)의 충방전동작에 의해서 도 7의 "바"와 같이 신호가 출력된다.

한편, 상기 도 6의 신호가 입력될때, 상기 입력신호분배기(12)는 도 8의 "사"와 같이 신호의 전압을 분배하여 출력한다. 그리고 이 신호가 엔벨로프 검출기(16)에 입력되면, 다이오드(CR2)에 의해서 양(+)의 신호만 검출되고, 캐패시터(C12)의 충방전동작에 의해서 도 8의 "아"와 같이 신호가 출력된다.

즉, 상기 입력신호분배기(12)의 출력신호는 상기 대역통과필터(11)의 출력신호에 비교해서 상대적으로 작으며, 마찬가지로 상기 입력신호분배기(12)의 출력으로부터 검출된 엔벨로프 검출기(16)의 출력은 상기 대역통과필터(11)의 출력으로부터 검출된 엔벨로프 검출기(13)의 출력과 비교해서 상대적으로 작다.

도 9는 상기 대역통과필터(11)의 엔벨로프 검출기(13)의 출력신호(자)와, 상기 입력신호분배기(12)의 엔벨로프 검출기(16)의 출력신호(카)를 같이 표시하여, 두 신호의 비교가 쉽게 이루어지도록 하고 있다.

이와 같은 상기 대역통과필터(11)의 엔벨로프 검출기(13)의 출력은 저항(R15)을 통해서 방전되어, 비교기(18)의 (+)단자에 입력된다. 그리고 입력신호분배기(12)의 엔벨로프 검출기(16)의 출력은 저항(R16)을 통해서 방전되어, 비교기(18)의 (-)단자에 입력된다. 상기 비교기(18)는 입력된 두 신호의 차성분에 대한 신호를 도 9의 "차"와 같이 출력하여, 20kHz와 30kHz 사이에 존재하는 특정주파수대역의 신호를 검출한다.

그리고 도 10은 크기가 200mV, 주파수가 25kHz인 작은 입력신호(파)에 대해서도 본 발명의 특정주파수대역검출장치는 "타"와 같이 출력한다. 즉, 작은 입력신호에 대해서도 본 발명이 우수하게 동작함을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 종래 특정주파수대역검출장치는, 비교기의 기준신호에 오프셋값을 가지고 있어서, 상기 오프셋이 일정할 경우에는 작은 입력신호에 대해 검출을 하지 못하는 문제점이 있었다. 따라서 본 발명은 이러한 부분을 해소하기 위하여 비교기의 기준신호를 입력신호에 따라서 가변적으로 조정되도록 하여, 입력신호가 200mV에 이르는 작은신호에 대해서도 특정주파수대역을 찾을 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또한 본 발명은 노이즈레벨의 신호에 대해서도 안정성이 뛰어나기 때문에, 특정주파수대역을 찾기 위한 통신분야에서 많이 활용될 수 있는 유용한 발명이다.

Claims (4)

1. 입력신호에 대해서 특정주파수대역을 필터링하는 대역통과필터수단과;

   상기 대역통과필터수단의 출력으로부터 엔벨로프 검출을 수행하는 제 1 엔벨로프검출수단과;

   입력신호의 전압을 분배하는 전압분배수단과;

   상기 전압분배수단의 출력으로부터 엔벨로프 검출을 수행하는 제 2 엔벨로프검출수단과;

   상기 제 2 엔벨로프검출수단의 출력을 기준신호로 하여, 상기 제 1 엔벨로프검출수단의 출력에 신호 유무를 검출하는 비교수단을 포함하여 구성되는 전파고도계의 특정주파수대역검출장치.
2. 제 1 항에 있어서:

   상기 제 1,2 엔벨로프검출수단은,

   입력신호로부터 양(+)의 신호만을 검출하는 다이오드와;

   상기 다이오드의 신호를 직류로 변환하기 위한 평활회로를 포함하여 구성되는 전파고도계의 특정주파수대역검출장치.
3. 제 2 항에 있어서:

   상기 제 2 엔벨로프검출수단의 평활회로의 시상수는 상기 제 1 엔벨로프검출수단의 평활회로의 시상수보다 작게 설정하고, 상기 제 2 엔벨로프검출수단이 상기 제 1 엔벨로프검출수단보다 빠르게 반응하는 것을 특징으로 하는 전파고도계의 특정주파수대역검출장치.
4. 제 3 항에 있어서:

   상기 제 1,2 엔벨로프검출수단의 출력단에 상기 각 평활회로의 방전을 위한 방전저항을 구비하고, 상기 제 2 엔벨로프검출수단의 방전저항값이 상기 제 1 엔벨로프검출수단의 방전저항값보다 크게 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전파고도게의 특정주파수대역검출장치.