TWSTFT 기술은 ns 이하의 정밀도로 멀리 떨어진 두 시계 간의 기준시각과 기준주파수를 정밀하게 비교할 수 있는 기법으로, 대표적인 시각주파수 전송 기술 중 하나이다. 현재 TWSTFT 시스템은 원격지 간 시각 비교 시 달성할 수 있는 가장 높은 성능을 제공하는 방법 중 하나이지만, 이를 달성하고 유지하기 위해서는 시스템을 구성하는 요소 장비들이 안정도, 잡음, 측정 성능 규격 등을 충분히 만족시켜야 하며, 실제 운영 시에 이 를 확보할 수 있도록 하는 최적화된 측정 환경의 구성이 필요하다. 본 연구에서는 TWSTFT 시스템의 성능에 영향을 미치는 요소 중 주파수 변환기의 주파수 편향에 대한 분석을 수행하였다. 주파수 변환기는 TWSTFT 시스템에서 IF 대역과 RF 대역 간 신호 변환을 수행하는 필수적인 장비로, 주파수 변환기에서 발생하는 편향과 잡음은 전체 시각주파수 전송 성능에 큰 영향을 미치게 된다. 주파수 편향이란 주파수 변환기 출력 신호의 중심 주파수 명목값과 실제값 간의 차이를 의미한다. 주파수 편향이 시간과 온도에 따라 변하지 않는 경우에는 측정치에 후처리를 하여 오차를 보정할 수 있지만, 시간과 온도에 따라 변화하는 주파수 편향은 시각주파 수 전송 성능에 심각한 영향을 미칠 수 있다. 본 연구에서는 일반적으로 TWSTFT 시스템에 사용되는 주파수 변환기의 주파수 편향 특성을 측정하고 시간과 온도에 따른 변화 특성을 확인하였다. TWSTFT 시스템의 구축 및 운영 시에 본 연구 결과를 바탕으로 주파수 편향의 변화를 주기적으로 감시하고 교정한다면 시각주파수 전송 성능의 저하를 최소화할 수 있을 것으로 기대된다.

Analysis of the Impact of Frequency Converter Bias on TWSTFT Measurements

Joon Hyo Rhee, Juhyun Lee, Ju-Ik Oh, Youn-Jeong Heo, Young Kyu Lee*

Two-Way Satellite Time and Frequency Transfer (TWSTFT) is a method that enables precise comparison of reference time and frequency between distant clocks with an accuracy of less than a nanosecond, making it one of the representative techniques for time and frequency transfer. Currently, the TWSTFT system is among the best-performing methods for long-distance comparisons; however, achieving and maintaining this performance needs that the component equipment meets stability, noise, and specification requirements adequately, necessitating the configuration of an optimized measurement environment for practical operation. This study analyzes the impact of frequency converter bias on the performance of the TWSTFT system. The frequency converter is an essential device in the TWSTFT system that performs signal conversion between the IF and RF bands, where bias and noise generated by the frequency converter significantly affect overall time and frequency transfer performance. Frequency bias refers to the difference between the nominal and actual center frequencies of the output signal from the frequency converter. If the frequency bias remains constant over time and temperature, it can be corrected through post-processing of the measurements. However, frequency bias that varies with time and temperature can severely affect time and frequency transfer performance. This research measured the frequency bias characteristics of the frequency converters commonly used in TWSTFT systems and examined their variations with time and temperature. By periodically monitoring and calibrating the changes in frequency bias based on the findings of this study during the establishment and operation of TWSTFT systems, it is anticipated that the degradation of time and frequency transfer performance can be minimized.

Keywords: TWSTFT, frequency converter, frequency bias

Speaker 이준효 한국표준과학연구원