본 논문은 사람의 호흡과 심박 수를 약 0.5 m 의 거리에서 원격 측정하는 레이더 시스템 설계에 관한 내용을 기술하였다. 기존에 많이 사용되었던 능동 주파수 혼합기 회로를 파형 간섭 효과를 이용한 6-포트 회로로 대치하여 설계 하였다. 6-포트 복조기의 특성으로 인하여 작은 LO전력으로도 위상 민감도를 크게 가져갈 수 있었으며 측정결과 0.5 m 원격 거리에서 -37 dBm LO전력으로 80 mV 이상의 기저대역 심박 신호를 얻어낼 수 있었다. 최적의 레이더 시스템을 설계하기 위해 본 논문에서는 최적 LO구동 지점 과 ...
본 논문은 사람의 호흡과 심박 수를 약 0.5 m 의 거리에서 원격 측정하는 레이더 시스템 설계에 관한 내용을 기술하였다. 기존에 많이 사용되었던 능동 주파수 혼합기 회로를 파형 간섭 효과를 이용한 6-포트 회로로 대치하여 설계 하였다. 6-포트 복조기의 특성으로 인하여 작은 LO전력으로도 위상 민감도를 크게 가져갈 수 있었으며 측정결과 0.5 m 원격 거리에서 -37 dBm LO전력으로 80 mV 이상의 기저대역 심박 신호를 얻어낼 수 있었다. 최적의 레이더 시스템을 설계하기 위해 본 논문에서는 최적 LO구동 지점 과 위상 잡음의 영향에 관해서 살펴보았다. 기존 6-포트 복조기에 비해 제안회로는 전력 검출기 뒤에 LOG증폭기가 부착되어있는 HMC600LP4 전력 검출기를 사용하였다. 이 경우 전력 검출기 출력은 RF, LO, TX 누설 전력의 상대적 크기와 관계가 있다. 연구 결과 작은 RF신호에 대해 민감도를 크게 가져가기 위해서는 LO신호와 TX누설전력의 크기가 같아야 함을 알 수 있었다. 두 번째로 위상 잡음의 영향에 관해 기술하였다. 위상 검출 시스템에서 위상 잡음은 바로 기저대역 잡음으로 변환 되기 때문에 매우 중요하다. 그러나 거리 상관 효과에 따른 위상잡음 감소 효과로 인해 잡음의 크기가 줄어들게 된다. 특히 목표 인식거리가 작은 바이오 레이더 시스템에서는 위상잡음이 무시할 정도로 작아짐을 알 수 있었다. 즉 전체 시스템의 위상 민감도를 최대로 가져감으로써 인식거리와 신호 품질을 향상 시킬 수 있다. 마지막으로 원격 거리에서 최종 실험을 진행하였다. 먼저 저 잡음 증폭기와 전력검출기로 Hittite 社 HMC286과 HMC600LP4 소자를 각각 사용하였다. 이후 전력 검출기의 출력을 NI 社의 DAQ보드와 Labview 8.0를 이용하여 아날로그-디지털 변환 하였다. 먼저 10초간 DAQ보드를 사용하여 샘플링을 하고 이를 각각 심박 및 호흡 주파수에 해당하는 대역 통과 필터를 통해 분리하였다. 이후 각각의 I 신호와 Q 신호의 차이 혹은 합을 자기상관 한 후 영점 검출기를 사용하여 최종적인 주파수를 검출해 내도록 설계하였다. 이 경우 I 신호와 Q신호의 공통 잡음은 영향이 줄어들기 때문에 무선 랜의 간섭 파가 존재하여도 복조가 됨을 실험 결과를 통해 볼 수 있었다. 또한 기존의 아크 탄젠트 방식이 잡음에 대한 마진이 적은 단점을 보완하였다.
본 논문은 사람의 호흡과 심박 수를 약 0.5 m 의 거리에서 원격 측정하는 레이더 시스템 설계에 관한 내용을 기술하였다. 기존에 많이 사용되었던 능동 주파수 혼합기 회로를 파형 간섭 효과를 이용한 6-포트 회로로 대치하여 설계 하였다. 6-포트 복조기의 특성으로 인하여 작은 LO전력으로도 위상 민감도를 크게 가져갈 수 있었으며 측정결과 0.5 m 원격 거리에서 -37 dBm LO전력으로 80 mV 이상의 기저대역 심박 신호를 얻어낼 수 있었다. 최적의 레이더 시스템을 설계하기 위해 본 논문에서는 최적 LO구동 지점 과 위상 잡음의 영향에 관해서 살펴보았다. 기존 6-포트 복조기에 비해 제안회로는 전력 검출기 뒤에 LOG증폭기가 부착되어있는 HMC600LP4 전력 검출기를 사용하였다. 이 경우 전력 검출기 출력은 RF, LO, TX 누설 전력의 상대적 크기와 관계가 있다. 연구 결과 작은 RF신호에 대해 민감도를 크게 가져가기 위해서는 LO신호와 TX누설전력의 크기가 같아야 함을 알 수 있었다. 두 번째로 위상 잡음의 영향에 관해 기술하였다. 위상 검출 시스템에서 위상 잡음은 바로 기저대역 잡음으로 변환 되기 때문에 매우 중요하다. 그러나 거리 상관 효과에 따른 위상잡음 감소 효과로 인해 잡음의 크기가 줄어들게 된다. 특히 목표 인식거리가 작은 바이오 레이더 시스템에서는 위상잡음이 무시할 정도로 작아짐을 알 수 있었다. 즉 전체 시스템의 위상 민감도를 최대로 가져감으로써 인식거리와 신호 품질을 향상 시킬 수 있다. 마지막으로 원격 거리에서 최종 실험을 진행하였다. 먼저 저 잡음 증폭기와 전력검출기로 Hittite 社 HMC286과 HMC600LP4 소자를 각각 사용하였다. 이후 전력 검출기의 출력을 NI 社의 DAQ보드와 Labview 8.0를 이용하여 아날로그-디지털 변환 하였다. 먼저 10초간 DAQ보드를 사용하여 샘플링을 하고 이를 각각 심박 및 호흡 주파수에 해당하는 대역 통과 필터를 통해 분리하였다. 이후 각각의 I 신호와 Q 신호의 차이 혹은 합을 자기상관 한 후 영점 검출기를 사용하여 최종적인 주파수를 검출해 내도록 설계하였다. 이 경우 I 신호와 Q신호의 공통 잡음은 영향이 줄어들기 때문에 무선 랜의 간섭 파가 존재하여도 복조가 됨을 실험 결과를 통해 볼 수 있었다. 또한 기존의 아크 탄젠트 방식이 잡음에 대한 마진이 적은 단점을 보완하였다.
This thesis presents a bio-radar system for non-contact measurement of heart beat and respiration. First of all, the proposed structure has 6-port phase discriminator instead of RF mixer circuit. The 6-port phase discriminator can be operated in low local oscillator power, having reasonable voltage ...
This thesis presents a bio-radar system for non-contact measurement of heart beat and respiration. First of all, the proposed structure has 6-port phase discriminator instead of RF mixer circuit. The 6-port phase discriminator can be operated in low local oscillator power, having reasonable voltage gain. The measured result shows that the proposed circuit output is over 80 mV for heart signal when 0.5 m range, -5 dBm TX power. To maximize system performance, optimum local oscillator power selection and phase noise effect is considered. The proposed 6-port implemented using HMC600LP4 power detector and it has log amplifier after diode power detector. So, the output voltage of 6-port discriminator is related to log power difference of LO,RF, TX-leakage. It is showed that the LO power should be same to leakage signal for best phase sensitivity to demodulate low power RF signal. For phase noise effect analysis, the range correlation effect should be considered for radar system. In chapter 3.3, it is showed that the range correlation effect also applied to the proposed system. Because heart beat and respiration sensor system has short target range, the phase noise deduction is so high that we can ignore phase noise effect. So the detection range can be improved by maximizing phase sensitivity of phase discriminator.
This thesis presents a bio-radar system for non-contact measurement of heart beat and respiration. First of all, the proposed structure has 6-port phase discriminator instead of RF mixer circuit. The 6-port phase discriminator can be operated in low local oscillator power, having reasonable voltage gain. The measured result shows that the proposed circuit output is over 80 mV for heart signal when 0.5 m range, -5 dBm TX power. To maximize system performance, optimum local oscillator power selection and phase noise effect is considered. The proposed 6-port implemented using HMC600LP4 power detector and it has log amplifier after diode power detector. So, the output voltage of 6-port discriminator is related to log power difference of LO,RF, TX-leakage. It is showed that the LO power should be same to leakage signal for best phase sensitivity to demodulate low power RF signal. For phase noise effect analysis, the range correlation effect should be considered for radar system. In chapter 3.3, it is showed that the range correlation effect also applied to the proposed system. Because heart beat and respiration sensor system has short target range, the phase noise deduction is so high that we can ignore phase noise effect. So the detection range can be improved by maximizing phase sensitivity of phase discriminator.
주제어
#6-포트 위상 검출 회로 도플러 효과 심박 수 및 호흡 검출 거리 상관 효과 위상 잡음 열 잡음
학위논문 정보
저자
나원
학위수여기관
서울시립대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
전자전기컴퓨터공학부 RF/Microwave 회로설계
지도교수
이문규
발행연도
2008
총페이지
v, 49 p.
키워드
6-포트 위상 검출 회로 도플러 효과 심박 수 및 호흡 검출 거리 상관 효과 위상 잡음 열 잡음
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.