자가 발진 믹서를 이용한 움직임 벡터 검출을 위한 컴팩트 레이더 시스템

Abstract

로봇 산업의 확장으로 소형화 저비용 레이더 센서 기술에 대해 활발히 연구 되고 있다. 본 논문에서는 자가 발진 믹서를 이용한 컴팩트 레이더와 두 개의 소형 레이더를 이용한 움직임 벡터 결정 시스템을 제안한다. 첫번째로, 제안하는 자가 발진 믹서는 레이더로서 이용되기 위하여 송신 신호 및 믹싱 기능을 하도록 설계되었다. 이때, 단일 안테나는 신호를 출력하고 동시에 RF 신호를 수신하는 포트로서 존재한다. 또한, 변환 이득 분석을 통해 상시 포화 영역에서 발진 신호가 어느 일정 이상 크다면 핀치 오프 영역에서 동작하는 자가 발진 믹서보다 변환 이득이 더 크게 됨을 분석하였다. 이에 따라 상시 포화 영역에서 동작하는 능동 소자를 병렬 궤환 방식의 유전체 공진기 발진기 구조에 따라 발진 시킨 후 안테나 포트로 RF 신호를 입력하여 믹싱 기능을 확인하였다. 출력 전력은 7dBm, 변환 이득은 1.8 dB로 시뮬레이션 결과가 도출되었다. 두번째로, 제안하는 듀얼 레이더 시스템은 두 개의 소형 레이더를 공간 상에 수직으로 배치하여 도플러 효과가 입사각에 따라 그 상대 속도가 투사 됨을 이용하여 움직임 벡터를 찾는 시스템이다. 이에 앞서 단일 레이더 시스템의 규격을 분석하여 탐지 거리 3m 내에서의 요구되는 P1dB는 -11dBm, 잡음 지수는 53dB로 분석되었다. 또한 호모다인 CW 레이더 구조의 도플러 변이 부호의 모호성을 해결하기 위해 도플러 파형의 진폭 변화율을 이용하여 이를 해결하였다. 컴팩트 듀얼 레이더 레이더 시스템의 측정 결과 9.768 GHz에서 4.8 dBm의 발진 신호가 출력되었고 거리에 따라 변환 이득을 측정하였을 때 평균 0.08dB의 변환 이득을 보였다. 또한 움직임 벡터 검출 알고리즘을 통해 움직임 벡터를 추출할 수 있었고, 벡터의 속력 오류율은 11%, 각도 오류율은 0.8%였다.