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인체 감지용 소형 마이크로파 센서 수신기의 설계 및 제작
Design and Implementation of the Small Size Microwave Sensor Receiver for Human Body Detection 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.27 no.4, 2016년, pp.403 - 406  

손홍민 (호남대학교 이동통신공학과) ,  최현호 (호남대학교 이동통신공학과)

초록
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본 논문에서는 인체 감지용 수동형 마이크로파 센서의 실용화를 위한 소형 수신기의 설계, 제작에 관해 기술한다. 먼저 기존의 5.1 GHz 센서에 의한 인체 감지 측정 실험 데이터를 이용하여 센서 수신기의 요구사항 및 설계 사양을 도출하였으며, 이를 토대로 소형 수신기를 설계, 제작하였다. 제작한 소형 수신기 센서로 실험실에서의 인체 감지 측정 실험 결과, 안테나로부터 4 m 거리에 있는 인체까지 감지가 확인되었다. 제작된 소형 수신기는 기존 수신기에 비해 크기는 약 60 %, 소비전력은 40 % 감소된 소형경량 저소비전력으로 구현함으로써 실용성을 높였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the design and implementation of the small size receiver to put a passive microwave sensor for human body detection to practical use. The requirements and specifications of the sensor receiver are drawn using the experimental data of human body detection by the existing sensor op...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 1 GHz 인체감지용 수동형 마이크로파 센서 수신기의 입력 잡음전력 대출력전압의 변화 특성을 측정하여 TA - Vout간의 환산식을 구하였으며, 수집된 실내외 인체감지 측정 실험데이터를 이 식으로 분석하여 인체에 의한 입력 복사전력의 변화 범위를 도출하였다. 도출된 결과를 토대로 소형 센서 수신기를 설계, 제작하였다. 제작된 수신기는 주파수 4.
  • 본 논문에서는 항온조를 이용, 기존 5.1 GHz 인체감지용 수동형 마이크로파 센서 수신기의 입력 잡음전력 대출력전압의 변화 특성을 측정하여 TA - Vout간의 환산식을 구하였으며, 수집된 실내외 인체감지 측정 실험데이터를 이 식으로 분석하여 인체에 의한 입력 복사전력의 변화 범위를 도출하였다. 도출된 결과를 토대로 소형 센서 수신기를 설계, 제작하였다.
  • 의 인체에 의한 변화 분석이 필요하며, 이를 위해서는 수신기의 입출력 특성을 구해야 한다. 수동형 마이크로파 센서 수신기의 입력은 미약한 열잡음전력이므로 잡음입력 전력의 변화에 대한 출력전압의 변화 특성을 측정하여 입력전력 대 출력전압간의 환산 그래프 및 환산식을 구한다. 측정원리 및 방법[4],[5]은 수신기의 입력단에 연결된 안테나를 정합저항으로 대체하고, 물리온도 T [K]로 밀폐된 항온조 내에 설치한 경우, 정합저항에 의해 수신기에 입력되는 잡음전력 Pn은 식 (2)와 같으며, 이에 의한 출력전압과 식 (1)의 안테나로 수신된 입력전력 PA에 의한 출력전압이 같을 경우 식 (1)과 (2)는 동일한 값의 전력으로 식 (3)이 성립되며, T는 안테나 온도 T A로 정의된다.
  • 4 GHz의 IF 대역으로 천이시켜 추가로 증폭시킨 후 검파하여 출력전압을 얻는 구조이다[2],[3]. 실용화를 위해서는 부품 수, 크기, 소모전력 등을 감소시켜 소형경량 저소비전력, 저가격으로 구현이 요구되므로 RF 수신대역을 직접 검파하는 호모다인(homodyne) 방식의 구조로 변경하였다. 또한, 5 GHz 대역에서의 타 업무용 전파로부터의 간섭을 고려하여 전파천문 및 수동형 우주연구용으로 분배된 4.
  • 제작한 소형 수신기와 표준 피라미드 혼 안테나(기존 5.1 GHz 센서의 안테나와 동일)로 구성된 수동형 마이크로파 센서로 그림 4와 같이 실험실에서 배경공간 물체로부터 수평 거리로 5.5 m 떨어진 곳에 안테나를 설치한 후, 인체의 유무에 의한 센서의 출력전압 변화를 측정하였다. 안테나의 높이는 지면에서 0.

대상 데이터

  • 수신기는 소형경량 및 제작비용의 절감을 위해 FR4 기판을 사용하여 모듈로 제작되었다. 그림 3에 제작된 4.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
비접촉식 인체감지 센서의 문제점은? 현재 비접촉식 인체감지 센서로 열선센서, 광센서, 능동형 전파센서 등이 사용되고 있으나, 침입자의 회피 용이, 사용 공간의 제약, 성능 저하 및 오류 발생 등 여러 문제점들을 안고 있다[1]. 이러한 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 방식의 인체감지용 센서로 수동형 마이크로파 센서가 제안되어 실내외 환경에서의 인체감지 실험을 통해 그 유효성이 확인되었다[2],[3].
본 연구에서 제작한 4.9 GHz 소형 수신기의 설계 내용과 고려사항은 무엇인가? 4 GHz의 IF 대역으로 천이시켜 추가로 증폭시킨 후 검파하여 출력전압을 얻는 구조이다[2],[3]. 실용화를 위해서는 부품 수, 크기, 소모전력 등을 감소시켜 소형경량 저소비전력, 저가격으로 구현이 요구되므로 RF 수신대역을 직접 검파하는 호모다인(homodyne) 방식의 구조로 변경하였다. 또한, 5 GHz 대역에서의 타 업무용 전파로부터의 간섭을 고려하여 전파천문 및 수동형 우주연구용으로 분배된 4.9 GHz 대역으로 수신 주파수 대역을 약간 이동시켰다. 수신기의 입력전력 PA가 최소치인—98 dBm의 경우에도 검파부의 최소 동작 입력전력인—60 dBm까지 입력전력 PA를 증폭시켜야 한다. 수신기의 동작 안정화를 위해 검파부의 최소 동작 입력전력보다 3 dB 정도 높게 가져가기 위해서는 수신기는 41 dB 이상의 시스템 이득이 요구된다. 이상의 사항들을 고려하여 수신기를 그림 2와 같은 구조로 설계하였다.
인체 감지용 수동형 마이크로파 센서의 동작 원리는? 인체 감지용 수동형 마이크로파 센서는 고정된 배경공간 물체로부터 수신되는 복사전력의 인체에 의한 변화를 측정함으로써 감시공간 내의 인체의 유무, 출입 등을 감지한다. 안테나 빔 폭에 의해 형성된 감시공간 내의 고정된 배경공간 물체에서 자연 복사되는 마이크로파 대역의 전파를 실효면적 Ar, 복사패턴 Fn(Θ,Φ)인 안테나로 수신할 경우, 수신기에 입력되는 수신 복사전력 PA는 근사적으로 식 (1)과 같이 쓸 수 있다[2],[4].
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참고문헌 (5)

  1. 정용택, "보안센서 현황과 전망", 전자공학회지, 36 (10), pp. 1093-1103, 2009년 10월. 

  2. 손홍민, 박홍균, "마이크로파 라디오미터 기술을 응용한 인체 감지 센서에 관한 연구", 한국전자통신학회논문지, 10(3), pp. 333-340, 2015년 3월. 

  3. 최현호, 김영수, 손홍민, "수동형 마이크로파 센서에 의한 실외에서의 인체 원격 감지 실험", 2015 한국전자파학회 하계종합학술대회 논문집, 3(1), 2015년 8월. 

  4. F. T. Ulaby, R. K. Moore and A. K. Fung, Microwave Remote Sensing Active and Passive volume I: Microwave Remote Sensing Fundamentals and Radiometry, Artech House Inc., 1981. 

  5. 박진우, 최연웅, 조홍렬, 손홍민, "태양 위치 측정용 전파 센서 수신기의 설계 및 제작", 한국전자파학회논문지, 20(9), pp. 943-953, 2009년 9월. 

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