선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 논문에서는 좁은 대 역폭을 사용하면서도 개 선된 거리 측정 정확도를 가지는 AM 방식의 레이더를 구현하고 실험결과를 얻었다. 반송파의 주파수는 24.
- 본 논문에서는 협대역의 주파수 대역을 사용하면서도 단거리에서 거리 즉정 정확도가 우수한, 다중주파수 CW 레이더의 일종인 AM 레이더 센서의 동작 원리와 실험결과를 보여주고 있다. 논문의 순서는 먼저 AM 레이더의 원리와 특징을 살펴본 후, 설계 시에 고려된 사항들을 설명하며, 실제 제작된 모듈을 이용하여 모의 시험한 결과와 그 결과를 고찰하는 순으로 되어 있다.
제안 방법
- 5 cm 단위로 반사판을 옮기면서 측정하였고, 부분적으로는 1 cm 간격으로 측정하여 누설 전력에 의한 위상 오차를 확인하였다. 반사판의 거리가 멀어짐에 따라 오차가 커지는데, 이것은 누설 전력은 고정되어 있는데 반해, 수신되는 전력은 거리에 따라 점점 감소하기 때문이다.
- USB 신호의 제거를 위하여 상용으로 판매되고 있는 중심주파수가 374 MHz이고, 대역폭이 22 MHz인 SAW (Surface Acoustic Wave) 필터를 사용하였고, IF 주파수는 필터의 대역에 맞도록 조절하였다.
- 그러나 USB 및 LSB의 신호의 크기가 다른 상태에서 수신 신호를 포락선 검파를 하게 되면 위상의 오차를 유발하게 된다. 따라서 본 논문에서는 수신된 DSB-TC AM의 스펙트럼 중 USB 신호를 제거 하고, Single Ended Mixer를 통해 반송파와 LSB 신호를 혼합하여 10 MHz의 신호를 복조하였다. 그림 5(a)에는 USB 신호가 필터를 통해 제거된 측정 신호를 보여주고 있고, 그림 5(b)는 복조된 10 MHz 신호와 기준 10 MHz 신호 간의 위상차를 측정한 예를 보여주고 있다.
- 본 논문에서는 AM 변조기블 RF 혼합기와 전력분배기를 이용하여 구현하였다. 다른 변조 방식으로 전압 조절형 가변 감쇄기의 역할로서 PIN 다이오드를 이용하여 AM 변조기 구현이 가능하지만, 이 방법은 감쇄기의 비선형성 때문에 불요 신호를 유발하게 되어 변조도를 조정 하기 가 어 렵다, 24.
- 전압의 값을 비교하였다. 위상 검출기는 위상의 차이에 비례하는 전압을 발생하도록 플립 플롭을이용한 간단한 회로를 구현하였다. AM 레이더의 송신 신호는 반송파 신호伍), 상측파대 신호饥+/”), 하측 파대 신호伍 -&)로 구성되어 있는데, 반사판으로부터 반사되는 신호는 USB 및 LSB 신호의 크기 가동 일할 것으로 생각하였으나, 실제로는 USB 신호 및 LSB 신호의 크기가 반사판의 각도 및 거리에 따라 변경됨을 관찰하였다.
- 50x50 cn?의 금속 반사판의 거리를 조절해 가며 위상 검출기의 전압의 값을 비교하였다. 위상 검출기는 위상의 차이에 비례하는 전압을 발생하도록 플립 플롭을이용한 간단한 회로를 구현하였다.
- AM 레이더의 송신 신호는 반송파 신호伍), 상측파대 신호饥+/”), 하측 파대 신호伍 -&)로 구성되어 있는데, 반사판으로부터 반사되는 신호는 USB 및 LSB 신호의 크기 가동 일할 것으로 생각하였으나, 실제로는 USB 신호 및 LSB 신호의 크기가 반사판의 각도 및 거리에 따라 변경됨을 관찰하였다. 이러한 불균형 AM 신호를 직접 복조하면 위상에 큰 오류를 가져오기 때문에 본 논문에서는 USB 신호를 제거하고, 반송파와 LSB 신호를 혼합함으로써 10 MHz의 진폭 변조 신호를 복조하는 방식을 사용하였다.
- 38인 4003 12 mil 기판이다. 하우징의 윗면에는 RF 회로를 집적하였고, 아랫면에는 DC 전원공급부와 IF 회로를 집적하였다. 하우징의 윗면과 아랫면은 RF Coaxial feed thru로 연결되었다.
대상 데이터
- 24 GHz AM 레이더의 RF 보드 제작에 사용된 기판은 Rogers사의 유전율이 3.38인 4003 12 mil 기판이다. 하우징의 윗면에는 RF 회로를 집적하였고, 아랫면에는 DC 전원공급부와 IF 회로를 집적하였다.
- AM 신호를 생성해 내는 AM 변조부와, 둘째는 안테나를 분리하여 설치한 송수 신부, 그리고 마지막으로 IF 및 AM 신호 복조부이다. 본 논문에서는 진폭 변조 신호의 주파수는 10 MHz 로, 반송파 주파수는 방통위에서 물체 감시 센서용으로 허용한 대역인 24.128 GHz로 선정하였다.
이론/모형
- RF단에서는 USB 신호를 효과적으로 제거할 수 없기 때문에, 수신된 신호를 중간 주파수로 한 단계 하향 변환하는 헤테로다인 방식을 이용하였다. USB 신호의 제거를 위하여 상용으로 판매되고 있는 중심주파수가 374 MHz이고, 대역폭이 22 MHz인 SAW (Surface Acoustic Wave) 필터를 사용하였고, IF 주파수는 필터의 대역에 맞도록 조절하였다.
- 수신 안테 나를 각각 따로 사용하는 Bistatic 방식은 두 안테나 사이의 거리에 따라 누설 전력이 결정된다. 따라서 본 논문에서는 신호 대 누설 전력비를 높이기 위하여 Bistatic 방식을 사용하였다. 그림 4에서는 본 논문에서 사용된 두 개의 4x4 패치 안테나 사이의 이격 거리에 따른 결합도의 정도를 3-D EM 시뮬레이터인 CST Microwave Studio™를 사용하여 예측한 결과를 보여주고 있다.
성능/효과
- 위상 검출기는 위상의 차이에 비례하는 전압을 발생하도록 플립 플롭을이용한 간단한 회로를 구현하였다. AM 레이더의 송신 신호는 반송파 신호伍), 상측파대 신호饥+/”), 하측 파대 신호伍 -&)로 구성되어 있는데, 반사판으로부터 반사되는 신호는 USB 및 LSB 신호의 크기 가동 일할 것으로 생각하였으나, 실제로는 USB 신호 및 LSB 신호의 크기가 반사판의 각도 및 거리에 따라 변경됨을 관찰하였다. 이러한 불균형 AM 신호를 직접 복조하면 위상에 큰 오류를 가져오기 때문에 본 논문에서는 USB 신호를 제거하고, 반송파와 LSB 신호를 혼합함으로써 10 MHz의 진폭 변조 신호를 복조하는 방식을 사용하였다.
- 실선은 USB 신호를 제거한 후 복조한 신호로부터 위상을 측정한 것을 나타낸 것이고, 점선은 USB 신호를 제거하지 않은 상태의 수신된 신호를 포락선 검파한 것을 나타낸다. 그래프에서 보여주듯이 USB 신호를 제거한 후 single ended mixer를 이용한 복조하는 것이 위상 오차를 줄일 수 있는 방법임을 알 수 있다. 그림 8(c)는 반사판을 일정한 속도로 움직였을 때의 출력 전압을 오실로스코프를 이용해서 측정한 결과이다.
- 실험결과를 얻었다. 반송파의 주파수는 24.128 GHz이 고, 변조 주파수는 10 MHz를 사용하였고, 변조도는 32 %, 출력 전력은 +10 dBm을 사용하였을 때, 거리 측정의 정확도는 약 ±15 cm로 측정되었다. 실험을 통해 누설 전력이 AM 레이더의 위상 오차를 유발함을 확인하였으며, 복조의 방법에 있어서 양측파 신호 중 하나를 제거하고 복조하는 것이 오차를 줄일 수 있는 방법이라는 것도 제시하였다.
- 반송파의 주파수를 중심으로 진폭 변조된 신호는 주파수대역이 좁아, 목표물로부터 반사되는 신호의 경우 양측 파대 신호의 크기가 같을 것으로 예상하였으나, 실제로는 반사체의 각도에 따라 수신 신호의 상측파대(USB: Upper Side Band)와 하측파대(LSB: Lower Side Band)가 번갈아가며 커지고 작아지는 현상이 발생 함을 관찰하였다. 그러나 USB 및 LSB의 신호의 크기가 다른 상태에서 수신 신호를 포락선 검파를 하게 되면 위상의 오차를 유발하게 된다.
- 128 GHz이 고, 변조 주파수는 10 MHz를 사용하였고, 변조도는 32 %, 출력 전력은 +10 dBm을 사용하였을 때, 거리 측정의 정확도는 약 ±15 cm로 측정되었다. 실험을 통해 누설 전력이 AM 레이더의 위상 오차를 유발함을 확인하였으며, 복조의 방법에 있어서 양측파 신호 중 하나를 제거하고 복조하는 것이 오차를 줄일 수 있는 방법이라는 것도 제시하였다.
후속연구
- 또한 목표물이 움직이고 있는 상태에서는 위상 오차가 적분 되어 줄어들게 되는 장점이 있다. 따라서 선박 카고 탱크의 수위 측정용 등의 특정한 제한된 분야의 응용에서 유용하게 사용이 가능할 것이다.
- 필요가 있다. 또한 추가로 송수신단을 분리하여 진행한 실험을 바탕으로 능동 반사기를 이용한 시스템에서 AM 변조 방식을 적용하여 정밀 거리 측정 시스템을 구현하는 연구도 진행할 예정이다.
- 향후 안테나 사이의 커플링을 줄임으로서 누설을 줄이는 연구가 필요할 것이며, 누설 전력과 180° 위상 차이가 나는 신호를 합하여 누설을 제거하는 방안을 연구하여 제작된 AM 레이더 시스템의 성능을 개선할 필요가 있다. 또한 추가로 송수신단을 분리하여 진행한 실험을 바탕으로 능동 반사기를 이용한 시스템에서 AM 변조 방식을 적용하여 정밀 거리 측정 시스템을 구현하는 연구도 진행할 예정이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.