초록 ▼

1. 단계 최종목표
소형 레이더를 이용한 원격 생체 신호(맥박, 호흡)검출 센서 시스템의 개발을 목표로 한다. $2cm{\times}2cm{\times}1cm$ 모듈에 안테나 배열, MMIC chip등이 집적된 센서모듈을 집적한 Front end module을 개발한다. DSP와 연동하여 실제 생체신호를 실시간 모니터링 할 수 있는 원격 생체 신호검출 센서 시스템을 구현한다. 또한, 로봇의 레인지 파인더로 사용이 가능한 거리측정 레이더모듈의 개발을 위해, 6-port회로를 이용한 거리측정모듈을 개발하고 가능

1. 단계 최종목표
소형 레이더를 이용한 원격 생체 신호(맥박, 호흡)검출 센서 시스템의 개발을 목표로 한다. $2cm{\times}2cm{\times}1cm$ 모듈에 안테나 배열, MMIC chip등이 집적된 센서모듈을 집적한 Front end module을 개발한다. DSP와 연동하여 실제 생체신호를 실시간 모니터링 할 수 있는 원격 생체 신호검출 센서 시스템을 구현한다. 또한, 로봇의 레인지 파인더로 사용이 가능한 거리측정 레이더모듈의 개발을 위해, 6-port회로를 이용한 거리측정모듈을 개발하고 가능성을 확인한다.
2. 개발내용 및 결과
생체신호 검출을 위한 새로운 구조의 20 GHz 대역 레이더 시스템을 개발하였고, IC로 집적하여 초소형의 원격 맥박호흡 센서를 구현하였으며, 이를 이용하여 맥박,호흡 신호를 검출 하였다. 또한, 거리 측정을 위해 6-port 회로를 이용한 거리 측정 시스템 및 front-end IC를 개발하여 로봇의 레인지파인더로서의 가능성을 확인시켜 주었다. 소형화와 경량화가 가능한 200Hz 대역의 pencil-beam 안테나를 개발하여 초소형 생체신호 측정 시스템 및 로봇 레인지 파인더 시스템의 제작이 가능하다.
3. 기대효과(기술적 및 경제적 효과)
최근 밀리미터파 대역의 주파수를 이용한 생체신호검출 센서에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 센서를 몸에 부착하지 않고 밀리미터파를 이용한 무선센서를 사용할 경우 몸에 센서를 부착하기 어려운 환자의 심장 박동수와 호흡수를 측정해서 환자의 상태를 실시간 모니터링 함으로써 환자가 위험한 상태에 직면하는 것을 미연에 방지할 수 있다. 또한, 레이더센서를 로봇의 레인지 파인더로 사용할 경우 쉽게 거리 측정이 가능하며, angular resolution이 높은 pencil-beam 안테나를 사용할 경우 거리 측정 뿐만 아니라 3D imaging 까지 가능하다. 밀리미터파를 이용할 경우 주파수가 높기 때문에 안테나를 비롯한 전체 센서의 크기를 줄일 수 있어서 소형 및 경량화 및 제작 단가를 낮추는 것이 가능하다. 특히, 집적회로를 사용할 경우는 더욱 그러하다. 앞으로 이런 무선 생체신호검출 센서 및 로봇 레인지 파인더는 그 응용이 방대하기 때문에 큰 시장을 형성할 것으로 예상되고 있다.
4. 적용분야
원격 생체신호 감지, 로봇의 레인지 파인더, 레이더 이미징 등에 응용할 수 있다.

목차 Contents

• 제 1 장. 서론...6
• 제 1 절. 연구 목적...6
• 제 2 절. 연구 필요성...6
• 제 3 절. 연구 목표...7
• 제 2 장. 원격 맥박/호흡 센서...8
• 제 1 절. 원형 편파를 이용한 도플러 레이더 구조...8
• 제 2 절. 제안된 원형 편파를 이용한 도플러 레이더 시스템...9
• 제 3 절. 제안된 원형편파를 이용한 도플러 레이더 시스템 및 센서 모듈...10
• 제 4 절. 제안된 레이더센서 측정 결과...17
• 제 5 절. 맥박/호흡 신호의 분리를 위한 신호처리 방식...18
• 1. 맥박/호흡 신호 측정을 위한 레이더 신호의 특징...18
• 2. 잡음...19
• 제 6 절. 맥박/호흡 신호의 추정 방법...22
• 1. PSD(Power Spectral Density)를 이용한 방법...22
• 2. 맥박/호흡 신호의 특징...22
• 3. Tracking...23
• 제 7 절. 원격 맥박/호흡 신호 측정 결과...26
• 제 3 장. Six-port를 이용한 거리측정 레이더...27
• 제 1 절. Six-port회로의 동작원리...27
• 계 2 절. Six-port 구조를 이용한 레이더 시스템의 동작 원리...28
• 제 3 절. Six-port를 이용한 거리 측정 시스템의 구현...30
• 1. 시스템 분석...30
• 2. MMIC 설계...31
• 제 4 절. 시스템 측정 결과...35
• 제 4 장. Pencil-beam 안테나...41
• 제 1 절. Single 안테나...41
• 1. Probe feeding single 안테나...41
• 2. Microstrip feeding single 안테나...43
• 제 2 절. Array 안테나...45
• 1. Probe feeding array 안테나...45
• 2. Microstrip feeding array 안테나...47
• 제 3 절. 측정 결과...49
• 제 5 장. 결론 및 향후 계획...52