본 논문에서는 써미스터를 이용한 온도보상회로를 이용하여 레이더 센서의 양산성을 향상시킬 수 있는 방안을 제시하였다. 레이더 센서에 사용되는 DRO(Dielectric Resonator Oscillator)의 유전체공진기를 제거한 후, FET의 게이트에 적절한 바이어스전압을 인가할 수 있는 온도보상회로를 이용하여 정확한 발진주파수를 조정하는데 필요한 시간을 절약함으로써 양산이 용이하도록 하였는데, 본 논문에서 제안한 방법으로 제작한 레이더 센서의 출력주파수는 $-20^{\circ}C-+55^{\circ}C$의 온도범위에서 15.67MHz의 변화량을 보였으며, 출력크기의 변화는 0.65dB, 위상잡음 특성은 1MHz에서 -105.47dBc로 같은 온도범위에서 25MHz의 출력주파수 변화, 0.42dB의 출력크기 변화, -107.40 dBc의 위상잡음 특성을 보이는 유전체공진기를 이용한 발진기보다 우수하거나 비슷한 특성을 나타내었다.
본 논문에서는 써미스터를 이용한 온도보상회로를 이용하여 레이더 센서의 양산성을 향상시킬 수 있는 방안을 제시하였다. 레이더 센서에 사용되는 DRO(Dielectric Resonator Oscillator)의 유전체공진기를 제거한 후, FET의 게이트에 적절한 바이어스전압을 인가할 수 있는 온도보상회로를 이용하여 정확한 발진주파수를 조정하는데 필요한 시간을 절약함으로써 양산이 용이하도록 하였는데, 본 논문에서 제안한 방법으로 제작한 레이더 센서의 출력주파수는 $-20^{\circ}C-+55^{\circ}C$의 온도범위에서 15.67MHz의 변화량을 보였으며, 출력크기의 변화는 0.65dB, 위상잡음 특성은 1MHz에서 -105.47dBc로 같은 온도범위에서 25MHz의 출력주파수 변화, 0.42dB의 출력크기 변화, -107.40 dBc의 위상잡음 특성을 보이는 유전체공진기를 이용한 발진기보다 우수하거나 비슷한 특성을 나타내었다.
In this paper, The method to improve the mass production method of the radar sensor is suggested by using the temperature compensation circuit which is composed with the thermister. The mass production became easier by decreasing the adjustment time for the exact oscillation frequency with the tempe...
In this paper, The method to improve the mass production method of the radar sensor is suggested by using the temperature compensation circuit which is composed with the thermister. The mass production became easier by decreasing the adjustment time for the exact oscillation frequency with the temperature compensation circuit that can support the proper gate bias voltage for the FET after the dielectric resonator is removed from the DRO(Dielectric Resonator Oscillator) of the radar sensor. Radar sensor with the proposed method has 15.67MHz oscillator frequency variation in the temperature range of $-20^{\circ}C-+55^{\circ}C$, 0.65dB magnitude variation, -105.47dBc phase noise characteristics at 1MHz which are better or similar temperature characteristics with the DRO whose oscillator frequency variation is 25MHz, magnitude variation is 0.42dB and phase noise is -107.40dBc in the same temperature range.
In this paper, The method to improve the mass production method of the radar sensor is suggested by using the temperature compensation circuit which is composed with the thermister. The mass production became easier by decreasing the adjustment time for the exact oscillation frequency with the temperature compensation circuit that can support the proper gate bias voltage for the FET after the dielectric resonator is removed from the DRO(Dielectric Resonator Oscillator) of the radar sensor. Radar sensor with the proposed method has 15.67MHz oscillator frequency variation in the temperature range of $-20^{\circ}C-+55^{\circ}C$, 0.65dB magnitude variation, -105.47dBc phase noise characteristics at 1MHz which are better or similar temperature characteristics with the DRO whose oscillator frequency variation is 25MHz, magnitude variation is 0.42dB and phase noise is -107.40dBc in the same temperature range.
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문제 정의
본 논문에서는 써미스터를 이용한 온도보상회로를 이용하여 레이더 센서의 양산성을 향상시킬 수 있는 방안을 제시하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 논문에서는 발진기의 유전체 공진기를 제거하고, 트랜지스터의 게이트에 적절한 바이어스를 인가할 수 있는 온도보상회로를 이용하여 위치 조정이나 조절나사 없이 주변온도가 변화해도 유전체 공진기 발진기보다 적은 주파수 변화를 보이는 발진기를 제작할 수 있도록 함으로써 양산성을 높이는 방안을 제시하고자 한다.
제안 방법
레이더 센서에 사용되는 DRO(Dielectric Resonator Oscillator)의 유전체공진기를 제거한 후, FET의 게이트에 적절한 바이어스전압을 인가할 수 있는 온도보상회로를 이용하여 DR의 위치와 DR 윗부분의 튜닝나사를 조절하는 시간을 절약함으로써 양산이 용이하도록 하였다.
온도변화에 따른 발진기의 주파수 변화량을 감소시키기 위해 본 논문에서 제안하는 방법은 온도보상회로를 이용하여 트랜지스터의 게이트 바이어스 전압을 가변시키는 것이다.
유전율이 4.34이고 두께가 1.05mm인 FR-4 PCB 기판과 NEC사의 NE3210S01을 사용하여 본 논문에서 제안한 방법으로 발진기를 설계하였으며, 그 layout을 그림 8에 제시하였으며, 실제 제작된 발진기 회로의 사진을 그림 9에 제시하였다.
성능/효과
또한, NEC사의 트랜지스터인 NE3210S01을 사용하여 10.525GHz의 중심주파수를 가지는 발진기를 설계하여 온도에 따른 주파수 변화 특성을 확인한 결과, -20℃∼+55℃의 온도범위에서 본 논문에서 제안한 방법으로 제작한 레이더 센서의 출력주파수는 15.67MHz의 변화량을 보여 같은 온도범위에서 25MHz의 변화량을 보이는 유전체공진기를 이용한 발진기보다 우수한 특성을 나타내었다.
본 논문에서 제시한 방법으로 설계한 발진기의 온도 변화에 따른 주파수 변화는 그림 11에 제시된 바와 같이 -20℃∼+55℃의 온도범위에서 15.67 MHz의 변화폭을 가진다.
6MHz가 감소한 25MHz의 변화폭으로 온도변화에 대해 비교적 안정적인 발진을 보였다. 본 논문에서 제안한 방법으로 설계한 발진기는 15.67MHz의 변화폭을 보여 부성저항을 이용한 발진기보다 76.93MHz가 감소한 변화폭을 보였으며 유전체공진기를 이용한 발진기보다도 9.33MHz 더 작은 변화폭을 보이는 것을 알 수 있다.
부성저항을 이용한 발진기의 경우 온도에 따라 0.35dB의 크기 변화폭을 보였으며, 유전체 공진기를 사용한 발진기는 0.42dB의 변화폭을 보였고, 본 논문에서 제안한 온도보상회로를 적용한 발진기는 0.65dB의 변화폭을 보여 온도 변화에 대해 크기변화는 거의 비슷한 것을 알 수 있었다.
부성저항을 이용한 발진기의 경우 온도에 따라 92.6MHz의 주파수 변화폭을 보였으며, 유전체 공진기를 사용한 발진기의 경우 67.6MHz가 감소한 25MHz의 변화폭으로 온도변화에 대해 비교적 안정적인 발진을 보였다. 본 논문에서 제안한 방법으로 설계한 발진기는 15.
부성저항을 이용한 발진기의 위상잡음 특성은 그림 13에 제시된바와 같이1MHz에서-101.72 dBc가 되었고, 유전체공진기를 이용한 발진기의 위상잡음 특성은 그림 14에 제시된 바와 같이 -107.4dBc가 되었으며, 본 논문에서 제안한 방법으로 설계한 발진기는 그림 15와 같이 -105.47dBc가 되어 부성저항을 이용한 발진기보다는 좋은 특성을 나타내었고, 유전체공진기를 이용한 발진기와 거의 비슷한 특성을 나타내었다.
시뮬레이션 결과 발진주파수는 10.525GHz, 출력의 크기는 +12.226dBm이고, 주 신호와 2차 고조파의 차이는 23.716dBc가 됨을 알 수 있다.
67MHz의 변화량을 보여 같은 온도범위에서 25MHz의 변화량을 보이는 유전체공진기를 이용한 발진기보다 우수한 특성을 나타내었다. 온도변화에 따른 출력크기의 변화는 각각 0.65dB와 0.42dB가 되었으며, 위상잡음 특성은 1MHz에서 각각 -105.47dBc와 -107.40dBc가 되어 본 논문에서 제안한 방법으로 제작한 발진기와 유전체공진기 발진기가 매우 유사한 전기적 특성을 가지므로 유전체공진기 발진기 대신 사용해도 아무런 문제가 없다는 점을 보여주고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유전체 공진기를 사용한 발진기의 문제점은 무엇인가?
또한 이러한 센서는 Q값이 크고 손실이 적으며, 온도 안정성에서 우수한 특성을 가지는 유전체 공진기를 사용한 발진기가 많이 사용된다.[1] 그러나 유전체 공진기를 이용한 발진기는 유전체 공진기의 위치에 따라 주파수가 변하기 때문에 그 위치를 맞춰서 고정을 시켜야 하는 번거로움 외에 주파수 조정을 위한 나사의 길이도 조절해야 하므로 많은 시간이 소요되어 양산에 어려움이 있다.
도플러 레이더 센서의 장점은?
이러한 도플러 레이더 센서는 긴 탐지거리와 소형/경량의 장점을 가진다. 또한 이러한 센서는 Q값이 크고 손실이 적으며, 온도 안정성에서 우수한 특성을 가지는 유전체 공진기를 사용한 발진기가 많이 사용된다.
도플러 센서를 이용한 조광 제어 시스템은 왜 개발되었는가?
근래에 에너지 사용량이 급증함에 따라 에너지 절약에 관심이 많아지고 그에 따라 에너지 절약에 관련된 제품들도 많이 출시되고 있다. 특히 지하 주차장의 전력낭비를 감소시키기 위해서, 물체의 움직임을 감지하여 점·소등되도록 해주는 도플러 센서를 이용한 조광 제어 시스템이 개발되었고 많은 아파트의 지하 주차장에 설치가 되어 사용되고 있다.
참고문헌 (4)
Songxin Qi, Ke Wu, "Hybrid Integrated HEMT oscillator with a Multiple-Ring Nonradiative Dielectric(NRD) Resonator Feedback Circuit", IEEE Trans. Microwave Theory Tech.,vol .MTT-46, pp. 1552-1558, October. 1998.
김태진, "Implementation of a Microwave Doppler Sensor," 경남대학교 석사학위 논문, 2009
Chenming Zhou, Downey J., Stancil D, Mukherjee T, "A Compact Positioning and Velocity RF Sensor For Improved Inertial Navigation", Microwave Symposium Digest, 2009, pp 1421-1424
R. Soarse, "GaAs MESFET circuit design", Artech House, 1998.
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