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[국내논문] FMCW 송수신 칩을 이용한 단일 안테나 레이다 센서
Single Antenna Radar Sensor with FMCW Radar Transceiver IC 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.29 no.8, 2018년, pp.632 - 639  

유경하 (광운대학교 전자공학과) ,  유준영 (광운대학교 전자공학과) ,  박명철 ,  어윤성 (광운대학교 전자공학과)

초록
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본 논문에서는 130 nm 공정을 이용한 Ku-band에서의 송수신 칩을 사용하여 제작된 단일 안테나 모듈을 제안한다. 레이다 수신부에서 DCOC 피드백을 사용한 STC(sensitivity time control)가 거리에 따라 일정한 SNR을 유지한다. 또한 수신부 RF단에서 gain control을 통하여 수신단의 dynamic range를 조절할 수 있다. 칩의 출력 파워는 9 dBm이고, 수신부의 총 이득은 82 dB이다. 단일 안테나에서 Tx 신호가 Rx로 직접 누설되는 것을 막기 위해 stub-tuned hybrid coupler를 사용하였다. 최대 측정거리는 6 m이고, 혼안테나와 금속판을 사용하여 측정하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a single antenna radar sensor with a Ku-band radar transceiver IC realized by 130 nm CMOS processes. In this radar receiver, sensitivity time control using a DC offset cancellation feedback loop is employed to achieve a constant SNR, irrespective of distance. In addition, the rec...

Keyword

#FMCW Radar   #Single Antenna Radar   #Hybrid Coupler   #CMOS Radar IC  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한 FMCW 레이다 시스템은 송신기와 수신기가 동시에 동작하기 때문에 송신 출력에 의해 수신기가 포화되거나 수신신호를 구분하지 못하는 경우가 발생한다. 따라서 본 논문에서는 단일 안테나를 사용하여 안테나가 차지하는 부피와 무게를 크게 감소시킬 수 있는 단일 안테나 레이다를 구현하였다. 단일안테나 레이다는 송신출력이 수신기로 누설되는 양이 특히 클 수밖에 없는데, 이를 막아줄 circulator와 송신신호를 제거 또는 감쇄하는 기능이 매우 중요하다[5].
  • 본 논문에서는 CMOS 130 nm 공정기반 Ku-band FMCW 레이다 IC와 이를 이용한 레이다 모듈을 소개하였다. 주파수 변조 범위는 15.

가설 설정

  • 논문에서는 송신부와 수신부에 같은 주파수 변조 신호를 넣어주기 위하여 외부에서 divider가 필수적이다. 외부에서 divider를 사용할 경우, 크기와 가격 면에서 단점을 갖는다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
FMCW 레이다는 어떤 분야에서 사용되는가? 주파수를 시간에 따라 빠르게 가변하여 송신과 수신신호의 주파수 차이로 거리를 탐지하는 FMCW(frequency modulated continuous wave) 레이다는 최근 차량용 레이다, 모션 센서, 고도계 등의 여러 분야에서 사용되고 있다[1]～[4]. FMCW 레이다는 송신신호와 목표물에 반사되어 들어오는 수신신호의 주파수 차이를 이용하여 거리 및 속도를 알아낸다.
FMCW 레이다란 무엇인가? 주파수를 시간에 따라 빠르게 가변하여 송신과 수신신호의 주파수 차이로 거리를 탐지하는 FMCW(frequency modulated continuous wave) 레이다는 최근 차량용 레이다, 모션 센서, 고도계 등의 여러 분야에서 사용되고 있다[1]～[4]. FMCW 레이다는 송신신호와 목표물에 반사되어 들어오는 수신신호의 주파수 차이를 이용하여 거리 및 속도를 알아낸다.
단일안테나 레이다를 사용할 경우 누설되는 출력을 막기 위해 사용되는 circulator의 단점으로는 무엇이 있는가? 단일안테나 레이다는 송신출력이 수신기로 누설되는 양이 특히 클 수밖에 없는데, 이를 막아줄 circulator와 송신신호를 제거 또는 감쇄하는 기능이 매우 중요하다[5]. 송신과 수신이 단일안테나를 사용하기 위해서는 circulator가 필요하게 되는데 일반적으로 circulator는 크기가 크고 PCB 위에 실장이 불편하고 비싼 개별부품으로 사용해야 하는 단점을 갖고 있다. 이를 해결하기 위해 본 논문에서는 circulator를 대신하여 PCB 상에 구현이 가능하면서 저가이고 격리도는 우수한 hybrid coupler를 제안하여 적용하였다.
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참고문헌 (9)

  1. J. H. Kim, S. K. Kim, S. H. Lee, T. M. Lee, and J. Lim, "Vehicle black box with 24 GHz FMCW radar," in Region 10 Conference(TENCON), 2016 IEEE, Feb. 2017, pp. 1392-1396. 

  2. T. Krejci, M. Mandlik, "Close vehicle warning for bicyclists based on FMCW radar," in 2017 27th International Conference Radioelektronika(RADIOELEKTRONIKA), Brno, 2017, pp. 1-5. 

  3. G. Wang, C. Gu, T. Inoue, and C. Li, "Hybrid FMCWinterferometry radar system in the 5.8 GHz ISM band for indoor precise position and motion detection," in 2013 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest (MTT), Seattle, WA, Jan. 2013, pp. 1-4. 

  4. P. Molchanov, S. Gupta, K. Kim, and K. Pulli, "Shortrange FMCW monopulse radar for hand-gesture sensing," in 2015 IEEE Radar Conference(RadarCon), Arlington, VA, Jun. 2015, pp. 1491-1496. 

  5. R. S. Adams, B. O'Neil, and J. L. Young, "The circulator and antenna as a single integrated system," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 8, pp. 165-168, May 2008. 

  6. M. I. Skolnik, Introduction to Radar Systems, New York, McGraw-Hill, 2001. 

  7. H. Kasahara, T. Moriyama, T. Yamaguchi, and H. Yamada, "An equivalent sensitivity time control circuit for FM-CW radar," Electronics and Communications in Japan (Part I: Communications), vol. 80, no. 6, pp. 1-7, 1997. 

  8. S. H. Jung, S. G. Kim, W. S. Choi, H. H. Kim, H. G. Kim, and Y. S. Eo, "High dynamic range Ku-band CMOS transceiver IC for FMCW radar application," in IEEE MTT-S International Microwave Symposium(IMS), Honololu, HI, 2017, pp. 1415-1417. 

  9. D. M. Pozar, Microwave Engineering, 2nd ed. New York, John Wiley & Sons, 1998, pp. 317-372. 

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