KR20170113135A - Sensor module - Google Patents

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KR20170113135A KR1020170033650A KR20170033650A KR20170113135A KR 20170113135 A KR20170113135 A KR 20170113135A KR 1020170033650 A KR1020170033650 A KR 1020170033650A KR 20170033650 A KR20170033650 A KR 20170033650A KR 20170113135 A KR20170113135 A KR 20170113135A
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Abstract

본 발명은 센서 모듈에 관한 것으로서, 외부로 신호를 출력하고, 피사체로부터 반사된 신호를 입력받아 주파수의 차이에 대한 정보를 출력하는 마이크로웨이브 센서; 및 상기 마이크로웨이브 센서로부터 출력된 신호를 제공받아 측정거리를 산출하는 처리기를 포함한다.The present invention relates to a sensor module, and more particularly, to a sensor module that includes a microwave sensor that outputs a signal to the outside, receives a signal reflected from a subject, and outputs information on a frequency difference; And a processor for receiving a signal output from the microwave sensor and calculating a measurement distance.

Description

센서 모듈{SENSOR MODULE}Sensor module {SENSOR MODULE}

본 발명은 센서 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게, 외부의 피사체와의 거리를 측정하는 센서 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a sensor module, and more particularly, to a sensor module for measuring a distance to an external subject.

최근 융합 산업 및 미래 산업 경쟁력을 확보하기 위하여, 스마트 센서의 기술개발이 활발하게 진행되고 있다. 그러나, 국내의 경우 스마트 센서 핵심 기반기술이 매우 부족하고 취약한 상태에 있으며, 센서 수요의 70% 이상을 수입하고, 소량 다품종 생산으로 대기업에서 기피하는 실정이다. Recently, in order to secure the competitiveness of the convergence industry and the future industry, the development of smart sensor technology is actively proceeding. However, in Korea, smart sensor base technology is very scarce and vulnerable, and more than 70% of sensor demand is imported, and a large number of small-lot production is avoided.

또한, 사물 인터넷이 주목을 받으면서 사물 인터넷의 핵심 기술의 센서의 개발이 중요해지고 있으며, 사물 인터넷 시장에 적용하기 위하여 소형화 및 경량화된 센서가 요구되고 있다.In addition, as the Internet of objects is getting attention, the development of sensors of key technologies of the Internet of things is becoming important, and miniaturized and lightweight sensors are required to be applied to the Internet market of things.

그러나, 종래의 센서는 그 기능을 유지하면서 소형화 및 경량화 하는데 한계가 있었으며, 기능 또한 피사체를 단순하게 인식하는 것이 주요 기능에 해당하고, 영상처리가 불가한 점, 감지거리가 짧은 점, 보안에 취약한 점 등 많은 문제점이 있어 이를 보안할 수 있는 센서가 요구되고 있다.However, conventional sensors have limitations in miniaturization and weight reduction while maintaining their functions, and the function is also a major function of recognizing the subject simply, the image processing is not possible, the detection distance is short, There is a demand for a sensor capable of securing it.

한국등록특허 제10-0781577호Korean Patent No. 10-0781577

본 발명의 목적은 마이크로웨이브 센서와 안테나를 이용하여 피사체의 유무와 피사체의 크기를 인식할 수 있는 소형화 및 경량화된 K-band용 센서 모듈을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a miniaturized and lightweight sensor module for a K-band capable of recognizing the presence or absence of a subject and the size of a subject using a microwave sensor and an antenna.

본 발명의 목적은 K-band 대역을 PCB 기판에 설계 시 발생되는 전송 손실을 최소화하는 센서 모듈을 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a sensor module that minimizes transmission loss caused by designing a K-band band on a PCB substrate.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 측면은, 센서 모듈로서, 외부로 신호를 출력하고, 피사체로부터 반사된 신호를 입력받아 주파수의 차이에 대한 정보를 출력하는 마이크로웨이브 센서; 및 상기 마이크로웨이브 센서로부터 출력된 신호를 제공받아 측정거리를 산출하는 처리기를 포함한다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a sensor module comprising: a microwave sensor for outputting a signal to the outside, receiving a signal reflected from a subject, and outputting information about a frequency difference; And a processor for receiving a signal output from the microwave sensor and calculating a measurement distance.

바람직하게, 상기 마이크로웨이브 센서는 신호 생성기에서 생성된 신호 중 신호 분배기를 통하여 분배된 일부를 외부로 출력하는 제1 안테나; 외부의 피사체로부터 반사되어 돌아오는 신호를 입력받는 제2 안테나; 상기 제2 안테나에 의하여 입력된 신호를 증폭하는 제1 증폭기; 상기 제1 증폭기를 통하여 증폭된 신호와 상기 신호 분배기를 통하여 분배된 나머지 신호를 믹싱하는 신호 믹스기; 상기 신호 믹스기로부터 믹싱된 신호를 입력받아 특정 주파수에 해당하는 신호를 검출하는 필터; 상기 필터로부터 검출된 신호를 입력받아 디지털 컨버터가 수신할 수 있는 입력 레벨로 신호를 증폭시키는 제2 증폭기; 및 상기 제2 증폭기로부터 증폭된 신호를 입력받아 디지털로 변환하는 디지털 컨버터를 포함할 수 있다.Preferably, the microwave sensor includes a first antenna for outputting a part of signals generated by the signal generator through a signal distributor to the outside; A second antenna for receiving a return signal reflected from an external subject; A first amplifier for amplifying a signal input by the second antenna; A signal mixer for mixing the signal amplified through the first amplifier and the remaining signal distributed through the signal distributor; A filter for receiving a mixed signal from the signal mixer and detecting a signal corresponding to a specific frequency; A second amplifier receiving a signal detected from the filter and amplifying the signal at an input level that the digital converter can receive; And a digital converter receiving the amplified signal from the second amplifier and converting the amplified signal into digital signal.

바람직하게, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 마이크로스트립 어레이 안테나(array antenna)일 수 있다.Preferably, the first antenna and the second antenna may be microstrip array antennas.

바람직하게, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나의 간격은 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나의 중앙과 중앙의 사이의 거리(d)이며, d는 λ/2일 수 있다. 여기에서 λ는 파장이다. Preferably, the distance between the first antenna and the second antenna is a distance d between the center and the center of the first antenna and the second antenna, and d may be? / 2. Where λ is the wavelength.

바람직하게, 상기 처리기는 상기 마이크로웨이브 센서로부터 입력받은 신호를 기초로 아래 [수식]을 이용하여 차이 주파수를 산출할 수 있다.Preferably, the processor may calculate a difference frequency using the following equation based on a signal received from the microwave sensor.

[수식]

Figure pat00001
[Equation]
Figure pat00001

여기에서, fr은 차이 주파수, B는 스윕 대역폭, Tm은 스윕 시간, 및 c는 라운드 트립 지연(round trip delay)이다. Here, f r is the difference frequency, B is the sweep bandwidth, T m is the sweep time, and c is the round trip delay.

바람직하게, 상기 처리기는 상기 차이 주파수를 기초로 아래 [수식]을 이용하여 외부의 피사체와의 거리를 산출할 수 있다.Preferably, the processor can calculate a distance to an external subject based on the difference frequency using the following equation.

[수식]

Figure pat00002
[Equation]
Figure pat00002

여기에서, R은 거리, B는 스윕 대역폭, Tm은 스윕 시간, c는 라운드 트립 지연, fr은 시간 지연으로 인한 주파수 편이이다.Where R is the distance, B is the sweep bandwidth, T m is the sweep time, c is the round trip delay, and f r is the frequency shift due to the time delay.

바람직하게, 상기 처리기로부터 산출된 측정거리를 입력 받아 외부 디바이스에 전달하는 외부 커넥터를 더 포함할 수 있다.The apparatus may further include an external connector for receiving a measured distance calculated from the processor and transmitting the measured distance to an external device.

상기한 바와 같이 본 발명에 의하면, 마이크로웨이브 센서와 안테나를 이용하므로 전송 손실을 최소화하고, 센서 모듈을 소형화 및 경량화할 수 있는 효과가 있다. As described above, according to the present invention, since the microwave sensor and the antenna are used, the transmission loss can be minimized and the sensor module can be miniaturized and lightweight.

또한, 안테나를 통하여 신호를 외부로 출력하고 외부로부터 입력 받으므로, 마이크로웨이브 센서 내부의 발진기의 파워를 줄여 전류 소모량을 줄일 수 있을 뿐 아니라 센서의 인식거리를 향상 시킬 수 있는 효과가 있다. In addition, since the signal is output to the outside through the antenna and is received from the outside, power consumption of the oscillator inside the microwave sensor can be reduced to reduce the current consumption and improve the recognition distance of the sensor.

따라서 본 발명에 의하면, 피사체의 유무와 피사체의 크기를 인식하여, 사람과 동물을 구분할 수 있는 실내용 센서 모듈을 제공할 수 있다. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an indoor sensor module capable of distinguishing between a person and an animal by recognizing the presence or absence of the subject and the size of the subject.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서 모듈에 대한 블록도이다.
도 2는 도 1의 마이크로웨이브 센서에 대한 블록도이다.
도 3은 제1 및 제2 안테나의 설계를 나타내는 예시도이다.
도 4는 필터의 설계를 나타내는 예시도 이다.
도 5는 증폭기의 설계를 나타내는 예시도이다.
도 6은 마이크로웨이브 센서 모듈의 링크 버짓을 나타내는 예시도이다.
1 is a block diagram of a sensor module according to a preferred embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of the microwave sensor of FIG.
3 is an exemplary diagram showing the design of the first and second antennas.
4 is an exemplary view showing a design of a filter.
5 is an exemplary diagram showing a design of an amplifier.
6 is an exemplary view showing a link budget of the microwave sensor module.

이하, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention and the manner of achieving them will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. "And / or" include each and every combination of one or more of the mentioned items.

비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.Although the first, second, etc. are used to describe various elements, components and / or sections, it is needless to say that these elements, components and / or sections are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, element or section from another element, element or section. Therefore, it goes without saying that the first element, the first element or the first section mentioned below may be the second element, the second element or the second section within the technical spirit of the present invention.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함한다(comprises)" 및/또는 “포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. It is noted that the terms "comprises" and / or "comprising" used in the specification are intended to be inclusive in a manner similar to the components, steps, operations, and / Or additions.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms (including technical and scientific terms) used herein may be used in a sense commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Also, commonly used predefined terms are not ideally or excessively interpreted unless explicitly defined otherwise.

또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 센서 모듈에 대한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 센서 모듈(100)은 마이크로웨이브 센서(110) 및 처리기(120)를 포함하고, 바람직하게, 외부 디바이스에 데이터를 전송하기 위한 외부 커넥터(130)를 포함할 수 있다.1 is a block diagram of a sensor module according to a preferred embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the sensor module 100 includes a microwave sensor 110 and a processor 120, and may preferably include an external connector 130 for transmitting data to an external device.

바람직하게, 마이크로웨이브 센서(110)는 외부로 신호를 출력하고 신호가 외부의 피사체로부터 반사되어 돌아오면 해당 신호를 처리한 후 처리기(120)에 신호를 전달할 수 있다. 처리기(120)는 마이크로웨이브 센서(110)로부터 처리된 신호를 제공받아 외부의 피사체와의 거리에 해당하는 측정거리를 산출할 수 있다. 또한, 처리기(120)에서 산출된 측정거리에 대한 데이터는 외부 커넥터(130)에 의하여 외부 디바이스로 전송될 수 있고, 외부 디바이스는 측정거리에 대한 데이터를 전달받아 다양하게 활용할 수 있다. Preferably, the microwave sensor 110 outputs a signal to the outside, and when the signal is reflected from an external subject and returns, the signal is processed and then transmitted to the processor 120. The processor 120 may receive the processed signal from the microwave sensor 110 and calculate a distance corresponding to a distance from an external subject. In addition, the data on the measured distance calculated in the processor 120 can be transmitted to the external device by the external connector 130, and the external device can receive data on the measured distance and utilize it in various ways.

이하, 도 2를 참조하여 마이크로웨이브 센서에 대해 더욱 구체적으로 설명한다. 도 2는 마이크로웨이브 센서에 대한 블록도이다. Hereinafter, the microwave sensor will be described in more detail with reference to FIG. 2 is a block diagram of a microwave sensor.

마이크로웨이브 센서(110)는, 도 2를 참조하면, 제1 안테나(211), 제2 안테나(212), 신호 생성기(230), 신호 분배기(240), 신호 믹스기(250), 필터(260), 제1 증폭기(271), 제2 증폭기(272) 및, 디지털 컨버터(280)를 포함한다.2, the microwave sensor 110 includes a first antenna 211, a second antenna 212, a signal generator 230, a signal distributor 240, a signal mixer 250, a filter 260 A first amplifier 271, a second amplifier 272, and a digital converter 280. The first amplifier 271, the second amplifier 272,

제1 안테나(211)는 외부로의 신호 출력을 위한 것이고, 제2 안테나(212)는 외부로부터의 신호 입력을 위한 것으로서, 본 발명의 마이크로웨이브 센서(110)는 제1 및 제2 안테나(211 및 212)를 이용하여 외부 피사체와의 인식거리가 향상될 수 있다.The microwave sensor 110 of the present invention includes a first antenna 211 and a second antenna 211. The first antenna 211 is for outputting signals to the outside and the second antenna 212 is for inputting signals from the outside. And 212 can be used to improve the recognition distance with an external subject.

도 3은 제1 및 제2 안테나의 설계를 나타내는 예시도이다. 바람직하게, 도 3을 참조하면, 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212)는 마이크로스트립 2X1 페이즈드 어레이 안테나(Phased array antenna)로 설계될 수 있고, 안테나의 방사특성은 배열 형태, 소자의 상대적 위치, 각 소자의 방사 패턴, 단위소자 분포전류의 상대적 크기와 위상에 의해 달라질 수 있다. 3 is an exemplary diagram showing the design of the first and second antennas. 3, the first antenna 211 and the second antenna 212 may be designed as a microstrip 2X1 phased array antenna, and the radiation characteristics of the antenna may be in the form of an array, The radiation pattern of each device, and the relative magnitude and phase of the unit device current.

또한, 도 3을 참조하면, 패치 안테나로 설계된 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212)의 L은 반파장으로 형성될 수 있다. 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212)의 간격은 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212)의 중앙과 중앙의 사이의 거리(d)이며, 여기에서, d는 λ/2로 설정되거나 유전율이나 환경의 차이에 따라 λ/5~ λ/7 로 설정될 수 있다(여기에서 λ는 파장).Referring to FIG. 3, L of the first antenna 211 and the second antenna 212, which are designed as patch antennas, may have a half wavelength. The distance between the first antenna 211 and the second antenna 212 is the distance d between the center and the center of the first antenna 211 and the second antenna 212, Or from λ / 5 to λ / 7 (where λ is the wavelength), depending on the permittivity or the environment.

제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212)의 배열을 형성할 때 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 간의 거리는 안테나의 효율에 큰 영향을 미치는 중요한 요소 중의 하나이며, 이는 이득(gain), 지향성(directivity), 빔폭(beam width), 그레이팅 로브(grating lobe)의 위치 등을 결정짓는 요소가 된다. 예를 들어, 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 간의 간격이 너무 가까우면 상호결합이 일어나 안테나의 이득과 효율이 나빠질 수 있고, 즉, 부엽(side lobe level)을 증가하게 하여 주빔을 어긋나게 하는 원인이 될 수 있고, 영점(null)이 발생될 수 있다. 따라서, 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 간의 거리에 따른 상호 간섭에 의하여 안테나 특성의 변화 및 이득의 차가 발생되므로 변화의 특성을 해석하여 최적의 거리로 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 간의 간격이 결정될 수 있다.The distance between the first antenna 211 and the second antenna 212 when forming the first antenna 211 and the second antenna 212 is one of the important factors that greatly affects the efficiency of the antenna, a beam width, a position of a grating lobe, and the like. For example, if the distance between the first antenna 211 and the second antenna 212 is too close to each other, mutual coupling may occur and the gain and efficiency of the antenna may deteriorate. That is, the side lobe level may be increased, And a null may be generated. Therefore, since the antenna characteristic change and the gain difference are generated due to the mutual interference between the first antenna 211 and the second antenna 212, the characteristics of the change are analyzed, and the first antenna 211 and the second antenna 212, The spacing between the second antennas 212 can be determined.

바람직하게, 마이크로웨이브 센서(110)는 센서 모듈(100) 설계시 제1 안테나(211) 및 제2 안테나(212) 단과의 임피던스 매칭을 최적화 하여 매칭 손실이 최소한이 되도록 설계될 수 있다. The microwave sensor 110 may be designed to minimize the matching loss by optimizing the impedance matching between the first antenna 211 and the second antenna 212 when the sensor module 100 is designed.

제1 안테나(211)는 신호 생성기(230)에서 생성된 신호 중 신호 분배기(240)를 통하여 분배된 일부의 신호를 외부로 출력한다. 제1 안테나(211)에 의하여 외부로 출력된 신호는 외부의 피사체로부터 반사되어 돌아오고, 제2 안테나(212)는 외부의 피사체로부터 반사되어 돌아오는 신호를 입력 받는다.The first antenna 211 outputs a part of signals generated by the signal generator 230 through the signal distributor 240 to the outside. A signal output to the outside by the first antenna 211 is reflected from an external subject and returns. The second antenna 212 receives a signal that is reflected from an external subject and returns.

제1 증폭기(271)는 제2 안테나(212)에 의하여 입력된 신호를 증폭한다. 사람 또는 사물과 같은 외부의 피사체로부터 반사되어 입력되는 신호의 크기는 매우 작고 도플러 효과를 이용하므로, 신호의 주파수 수가 KHz에 불과하여, 제1 증폭기(271)는 제2 안테나(212)에 의하여 입력된 신호의 주파수 레벨을 증폭한다. 바람직하게, 제1 증폭기(271) 및 이하에서 설명할 제2 증폭기(272)는 도 4와 같이 설계될 수 있다.The first amplifier 271 amplifies the signal input by the second antenna 212. Since the size of a signal reflected from an external subject such as a person or an object is very small and the Doppler effect is used, the number of frequencies of the signal is only KHz, so that the first amplifier 271 is input by the second antenna 212 Amplifies the frequency level of the received signal. Preferably, the first amplifier 271 and the second amplifier 272 described below may be designed as shown in FIG.

신호 믹스기(250)는 제1 증폭기(271)를 통하여 증폭된 신호와 신호 분배기(240)를 통하여 분배된 나머지 신호를 믹싱한다. 즉, 신호 믹스기(250)는 마이크로웨이브 센서(110)를 통하여 송신된 신호와 수신된 신호를 믹싱하는 것으로서, 신호 생성기(230)에서 생성된 신호 중 신호 분배기(240)를 통하여 분배된, 제1 안테나(211)를 통하여 외부로 출력되지 않은 나머지 신호와, 제2 안테나(212)를 통하여 입력되고 증폭기(271)를 통하여 증폭된 신호를 믹싱한다. 여기에서, 송신된 신호와 외부 피사체로부터 반사되어 수신된 신호를 믹싱하면 두 신호 간의 주파수 차이를 얻을 수 있고, 이를 이용하면, 이하에서 설명할 처리기(120)를 통하여 외부 피사체까지의 거리에 대한 정보가 획득될 수 있다.The signal mixer 250 mixes the amplified signal through the first amplifier 271 with the residual signal distributed through the signal distributor 240. That is, the signal mixer 250 mixes the signal transmitted through the microwave sensor 110 with the received signal. The signal mixer 250 mixes signals received through the signal distributor 240 among the signals generated by the signal generator 230, 1 mixer 211 mixes the remaining signal that is not output to the outside with the signal that is input through the second antenna 212 and amplified through the amplifier 271. Here, the frequency difference between the two signals can be obtained by mixing the transmitted signal and the signal reflected from the external subject, and if it is used, information on the distance to the external object through the processor 120, which will be described below, Can be obtained.

필터(260)는 신호 믹스기(250)로부터 믹싱된 신호를 입력 받아 특정 주파수에 해당하는 신호를 검출한다. 바람직하게, 필터(260)는 발진기의 하모닉 주파수에 의해 발생되는 스퓨리어스 신호를 제거하기 위해 원하는 주파수만 검출하는 것으로서, 도 5와 같이 LPF(Low Pass Filter)로 설계될 수 있다.The filter 260 receives the mixed signal from the signal mixer 250 and detects a signal corresponding to a specific frequency. Preferably, the filter 260 detects only a desired frequency to remove a spurious signal generated by the harmonic frequency of the oscillator, and may be designed as a low pass filter (LPF) as shown in FIG.

제2 증폭기(272)는 필터(260)로부터 검출된 특정 주파수에 해당하는 신호를 입력받아 디지털 컨버터(280)가 수신할 수 있는 입력 레벨로 신호의 주파수를 증폭시킨다.The second amplifier 272 receives the signal corresponding to the specific frequency detected from the filter 260 and amplifies the frequency of the signal to an input level that the digital converter 280 can receive.

디지털 컨버터(280)는 제2 증폭기(272)로부터 증폭된 신호를 입력 받아 디지털 신호로 변환한다.The digital converter 280 receives the amplified signal from the second amplifier 272 and converts the amplified signal into a digital signal.

다시 도 1을 참조하면, 마이크로웨이브 센서(110)로부터 출력된 디지털 신호는 처리기(120)로 입력된다. 상기 설명한 바와 같이, 마이크로웨이브 센서(110)는 신호 생성기(230)에서 생성된 신호 중 일부를 외부로 출력하고, 외부의 피사체로부터 반사되어 돌아오는 신호를 입력받아 신호 생성기(230)에서 생성된 신호 중 나머지와 믹싱한다. 여기에서, 믹싱된 신호는 외부로 송신된 신호와 외부로부터 수신된 신호 간의 주파수의 차이에 대한 정보를 가지고 있어, 이를 기초로 측정거리가 산출될 수 있다. 따라서, 믹싱된 신호는 필터(260), 제2 증폭기(272), 및 디지털 컨버터(280)를 통하여 처리된 다음, 처리기(120)에 제공하여 외부의 피사체와의 거리, 즉, 측정거리를 산출하도록 할 수 있다.Referring again to FIG. 1, the digital signal output from the microwave sensor 110 is input to the processor 120. As described above, the microwave sensor 110 outputs a part of the signals generated by the signal generator 230 to the outside, receives a signal reflected from an external subject, and outputs a signal generated by the signal generator 230 Mix with the rest of the. Here, the mixed signal has information on the frequency difference between the externally transmitted signal and the externally received signal, and the measured distance can be calculated on the basis of the difference. Accordingly, the mixed signal is processed through the filter 260, the second amplifier 272, and the digital converter 280, and then supplied to the processor 120 to calculate the distance to the external object, i.e., .

처리기(120)는 마이크로웨이브 센서(110)의 디지털 컨버터(280)에 의하여 디지털로 변환된 신호를 제공받아 측정거리를 산출한다. 바람직하게, 처리기(120)는 마이크로웨이브 센서(110)로부터 제공받은 신호를 기초로 FFT(Fast Fourier Transform)를 이용하여 차이 주파수를 산출하고, 차이 주파수를 기초로 측정거리를 산출한다. 여기에서, 차이 주파수는 마이크로웨이브 센서(110)를 통하여 송신된 신호와 수신된 신호 간의 주파수 차이에 해당한다.The processor 120 receives the digitally converted signal by the digital converter 280 of the microwave sensor 110 and calculates the measured distance. Preferably, the processor 120 calculates a difference frequency using an FFT (Fast Fourier Transform) based on a signal supplied from the microwave sensor 110, and calculates a measurement distance based on the difference frequency. Here, the difference frequency corresponds to the frequency difference between the signal transmitted through the microwave sensor 110 and the received signal.

바람직하게, 차이 주파수를 산출하는 방법은, 예를 들어, 센서 모듈(100)로부터 거리 R 만큼 떨어진 곳에 외부의 피사체가 정지해 있다고 가정하는 경우, 센서 모듈(100)의 마이크로웨이브 센서(110)가 선형(Linear)으로 주파수가 변조된 신호를 송신하면 거리 R에 있는 피사체에 반사되어 2R/c의 시간 지연(time delay)이후에 센서 모듈(100)의 마이크로웨이브 센서(110)에 수신된다. 이 때 송신한 신호와 수신한 신호, 즉 제1 안테나(211)를 통하여 외부로 출력된 신호와 제2 안테나(212)를 통하여 외부로부터 입력된 신호가 믹싱(mixing)되면, 처리기(120)는 마이크로웨이브 센서(110)의 출력 신호를 입력받아 차이 주파수를 아래의 [식 1]과 같이 산출할 수 있다.Preferably, the method of calculating the difference frequency is performed by, for example, assuming that an external subject is stopped at a distance R from the sensor module 100, the microwave sensor 110 of the sensor module 100 When a frequency-modulated signal is transmitted linearly, it is reflected on a subject at a distance R and is received by the microwave sensor 110 of the sensor module 100 after a time delay of 2R / c. When the transmitted signal and the received signal, that is, the signal output from the outside through the first antenna 211 and the signal input from the outside through the second antenna 212 are mixed, the processor 120 The difference frequency can be calculated as shown in the following Equation 1 by receiving the output signal of the microwave sensor 110.

[식 1]

Figure pat00003
[Formula 1]
Figure pat00003

여기에서, fr은 시간 지연으로 인한 주파수 편이(frequency shift), 즉, 차이 주파수이며, B는 스윕 대역폭(sweep bandwidth), Tm은 스윕 시간(sweep time), c는 라운드 트립 지연(round trip delay)이다. Here, f r is a frequency shift due to the time delay (frequency shift), that is, a difference between the frequency, B is the sweep bandwidth (sweep bandwidth), T m is the sweep time (sweep time), c is the round trip delay (round trip delay.

그 다음, 처리기(120)는 위의 [식 1]에 의하여 산출된 차이 주파수 값을 기초로 아래의 [식 2] 통하여 외부의 피사체와의 거리 R을 산출할 수 있다.Then, the processor 120 can calculate the distance R from the external object through the following Equation 2 based on the difference frequency value calculated by the above-mentioned [Equation 1].

[식 2]

Figure pat00004
[Formula 2]
Figure pat00004

R은 거리, B는 스윕 대역폭, Tm은 스윕 시간, c는 라운드 트립 지연, fr은 시간 지연으로 인한 주파수 편이이다.R is the distance, B is the sweep bandwidth, T m is the sweep time, c is the round trip delay, and f r is the frequency shift due to the time delay.

도 6은 마이크로웨이브 센서 모듈의 링크 버짓을 나타내는 예시도이다.6 is an exemplary view showing a link budget of the microwave sensor module.

도 6을 참조하면, 건물 내부의 높이가 3m, 송수신 안테나의 이득이 10dBi, 수신기의 최소 검출 신호(MDS)의 레벨이 -70dBm 일 때, 센서 모듈의 출력 레벨은 0 dBm 이상이어야 하는데, 본 발명의 센서 모듈(100)은 센서 모듈(100)에서 발생되는 손실을 최소화 하여 마이크로웨이브 센서(110)에서 발생되는 출력레벨을 낮추므로, 센서 모듈(100)의 소형화에 따른 열 등의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.6, the output level of the sensor module should be 0 dBm or more when the height of the inside of the building is 3 m, the gain of the transmission / reception antenna is 10 dBi, and the level of the minimum detection signal (MDS) of the receiver is -70 dBm. The sensor module 100 of the sensor module 100 minimizes the loss generated in the sensor module 100 and thus lowers the output level generated by the microwave sensor 110. Accordingly, There is an effect.

전술한 본 발명에 따른 센서 모듈에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.Although the preferred embodiments of the sensor module according to the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, but can be variously modified and embodied within the scope of the claims, the detailed description of the invention, Also belong to the present invention.

100: 센서 모듈 110: 마이크로웨이브 센서
120: 처리기 130: 외부 커넥터
211: 제1 안테나 212: 제2 안테나
230: 신호 생성기 240: 신호 분배기
250: 신호 믹스기 260: 필터
271: 제1 증폭기 272: 제2 증폭기
280: 디지털 컨버터
100: sensor module 110: microwave sensor
120: processor 130: external connector
211: first antenna 212: second antenna
230: Signal generator 240: Signal distributor
250: Signal mixer 260: Filter
271: first amplifier 272: second amplifier
280: Digital Converter

Claims (7)

외부로 신호를 출력하고, 피사체로부터 반사된 신호를 입력받아 주파수의 차이에 대한 정보를 출력하는 마이크로웨이브 센서; 및
상기 마이크로웨이브 센서로부터 출력된 신호를 제공받아 측정거리를 산출하는 처리기를 포함하는 센서 모듈.
A microwave sensor for outputting a signal to the outside, receiving a signal reflected from a subject and outputting information about a frequency difference; And
And a processor for receiving a signal output from the microwave sensor and calculating a measurement distance.
제1항에 있어서, 상기 마이크로웨이브 센서는
신호 생성기에서 생성된 신호 중 신호 분배기를 통하여 분배된 일부를 외부로 출력하는 제1 안테나;
외부의 피사체로부터 반사되어 돌아오는 신호를 입력받는 제2 안테나;
상기 제2 안테나에 의하여 입력된 신호를 증폭하는 제1 증폭기;
상기 제1 증폭기를 통하여 증폭된 신호와 상기 신호 분배기를 통하여 분배된 나머지 신호를 믹싱하는 신호 믹스기;
상기 신호 믹스기로부터 믹싱된 신호를 입력받아 특정 주파수에 해당하는 신호를 검출하는 필터;
상기 필터로부터 검출된 신호를 입력받아 디지털 컨버터가 수신할 수 있는 입력 레벨로 신호를 증폭시키는 제2 증폭기; 및
상기 제2 증폭기로부터 증폭된 신호를 입력받아 디지털로 변환하는 디지털 컨버터를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 모듈.
The microwave sensor according to claim 1, wherein the microwave sensor
A first antenna for outputting a part of signals generated by the signal generator through a signal distributor;
A second antenna for receiving a return signal reflected from an external subject;
A first amplifier for amplifying a signal input by the second antenna;
A signal mixer for mixing the signal amplified through the first amplifier and the remaining signal distributed through the signal distributor;
A filter for receiving a mixed signal from the signal mixer and detecting a signal corresponding to a specific frequency;
A second amplifier receiving a signal detected from the filter and amplifying the signal at an input level that the digital converter can receive; And
And a digital converter receiving the amplified signal from the second amplifier and converting the amplified signal to digital.
제2항에 있어서,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 마이크로스트립 어레이 안테나(array antenna)인 것을 특징으로 하는 센서 모듈.
3. The method of claim 2,
Wherein the first antenna and the second antenna are microstrip array antennas.
제3항에 있어서,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나의 간격은 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나의 중앙과 중앙의 사이의 거리(d)이며, d는 λ/2인 것을 특징으로 하는 센서 모듈. 여기에서 λ는 파장이다.
The method of claim 3,
Wherein a distance between the first antenna and the second antenna is a distance d between a center and a center of the first antenna and the second antenna, and d is? / 2. Where λ is the wavelength.
제1항에 있어서, 상기 처리기는
상기 마이크로웨이브 센서로부터 입력받은 신호를 기초로 아래 [수식]을 이용하여 차이 주파수를 산출하는 것을 특징으로 하는 센서 모듈.
[수식]
Figure pat00005

여기에서, fr은 차이 주파수, B는 스윕 대역폭, Tm은 스윕 시간, 및 c는 라운드 트립 지연(round trip delay)이다.
2. The apparatus of claim 1, wherein the processor
Wherein the difference frequency is calculated based on a signal input from the microwave sensor using the following equation.
[Equation]
Figure pat00005

Here, f r is the difference frequency, B is the sweep bandwidth, T m is the sweep time, and c is the round trip delay.
제5항에 있어서, 상기 처리기는
상기 차이 주파수를 기초로 아래 [수식]을 이용하여 외부의 피사체와의 거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 센서 모듈.
[수식]
Figure pat00006

여기에서, R은 거리, B는 스윕 대역폭, Tm은 스윕 시간, c는 라운드 트립 지연, fr은 시간 지연으로 인한 주파수 편이이다.
6. The apparatus of claim 5, wherein the processor
And calculates a distance to an external subject based on the difference frequency using the following formula.
[Equation]
Figure pat00006

Where R is the distance, B is the sweep bandwidth, T m is the sweep time, c is the round trip delay, and f r is the frequency shift due to the time delay.
제1항에 있어서,
상기 처리기로부터 산출된 측정거리를 입력 받아 외부 디바이스에 전달하는 외부 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 모듈.
The method according to claim 1,
And an external connector for receiving a measured distance calculated from the processor and transmitting the measured distance to an external device.
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