KR101222049B1 - Ｆｍｃｗ 레이다 시스템에서 사용되는 송신누설신호 상쇄 방법 및 장치 - Google Patents

Ｆｍｃｗ 레이다 시스템에서 사용되는 송신누설신호 상쇄 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 FMCW 레이다에서 송신누설 신호를 상쇄하는 유입되는 송신누설신호를 상쇄한다. 바람직한 일 실시예에서는 분기부에서 2개의 경로를 생성하여, 하나의 경로에서는 유입된 송신누설 신호를 전송하고 또 다른 경로에는 상기 송신누설 신호와 크기가 같고 위상이 반대인 신호를 생성한다. 이 후 두 개의 경로를 결합하여 송신누설 신호를 제거한다.

Description

ＦＭＣＷ 레이다 시스템에서 사용되는 송신누설신호 상쇄 방법 및 장치{Method and Apparatus for TX Leakage cancellation in FMCW Radar System}
본 발명은 연속 파형 주파수 변조(Frequency Modulated Continuous Wave: FMCW) 레이더의 누설신호 상쇄장치에 관한 것이다.
FMCW 레이다 시스템은 구조가 단순하고, 소형화된 크기를 갖는다는 장점을 가지며, 따라서 군용 소형 레이다, 민수 측정용 레이다 및 차량 충돌 방지 시스템에 널리 사용된다.
FMCW 레이다 시스템에서 사용되는 RF부에서 신호가 써큘레이터를 통과하는 경우 써큘레이터의 Isolation 특성만큼 감소된 송신누설신호가 수신경로로 유입되어 수신신호의 탐지를 어렵게 만든다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 복잡한 회로가 추가되기도 하나, 이는 FMCW 레이다의 주요 장점인 구조의 단순함과 크기의 소형화를 상실하게 되는 문제점을 발생시킨다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, FMCW 레이더에서 송신누설신호 상쇄장치는 분기부, 누설신호 상쇄부 및 결합부를 포함한다. 분기부는 송신상의 송신신호를 제 1 경로 및 제 2 경로로 분기하며, 상기 제 1 경로 상에는 커플링된 신호가 전송되고 상기 제 2 경로 상에는 상기 유입되는 송신 경로 상의 신호가 전송된다.
누설신호 상쇄부에서는 상기 제 2 경로 상의 상기 신호가 써큘레이터를 통과하면서 유입된 송신누설신호 TXleakage와 크기가 동일하고 위상이 반대인 상쇄신호를 생성한다. 결합부에서는 상기 송신누설 신호와 상기 상쇄신호를 결합하여 제거한다.
본 발명에서는 FMCW 레이더에서 사용되는 RF부에 간략한 누설신호 상쇄장치를 부가하여 FMCW 레이더의 넓은 동적 영역을 확보하고, 단순한 구조를 유지시킴으로서 소형화의 장점을 유지시키는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 FMCW 레이다 시스템의 RF(Radio Frequency)부 구성을 도시한 도면이다.
도 2 는 도 1의 FMCW 레이더에서 사용되는 RF부의 LNA 입력단 신호레벨을 도시한다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 누설신호 상쇄기능을 구비한 FMCW 레이더 시스템의 RF부를 도시한다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 누설신호 상쇄기능을 구비한 FMCW 레이더 시스템의 RF부에서 단계별 신호 변화를 도시한다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 하기의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명에 따른 동작을 이해하기 위한 것이며, 본 기술 분야의 통상의 기술자가 용이하게 구현할 수 있는 부분은 생략될 수 있다.
또한 본 명세서 및 도면은 본 발명을 제한하기 위한 목적으로 제공된 것은 아니고, 본 발명의 범위는 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다. 본 명세서에서 사용된 용어들은 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 일반적인 FMCW 레이다 시스템의 RF(Radio Frequency)부 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, RF부(100)는 전력 제어 발진기(VCO: Voltage Controlled Oscillator, 이하 'VCO'라 칭하기로 한다)(101), 제 1증폭기(amplifier)(102), 제1 밴드 패스 필터(BPF: Band Pass Filter, 이하 'BPF'라 칭하기로 한다)(103), 분기기(Directional Coupler)(104), 안테나의 써큘레이터(Circulator)(105), 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 이하 'LNA'라 칭하기로 한다)(106), 제2 BPF(107), 믹서(mixer)(108), 로우 패스 필터(LPF: Low Pass Filter, 이하 'LPF'라 칭하기로 한다)(109) 및 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency, 이하 'IF'라 칭하기로 한다), 제 2 증폭기(110)를 포함한다.
FMCW 레이다 시스템에서 신호 생성 및 처리 과정을 설명하면 다음과 같다.
VCO(101)는 튜닝(Tunning) 전압을 스위핑(Sweep) 하도록 제어하여 주파수를 발생시킨다. 발생된 주파수는 제 1 증폭기(102)와 제 1 BPF(103)로 통과된 후 미리 설정되어 있는 레벨로 증폭되고, 고조파(Harmonics) 성분이 제거된다.
이후, 고조파 성분이 제거된 신호가 분기기(104)로 직접 전달된다. 분기기(104)는 고조파가 제거된 신호의 다운 컨버젼(Down Conversion)에 필요한 로컬(Local) 신호를 공급한다. 분기기(104)의 출력 신호는 써큘레이터(105)를 통한 후 타겟(target)을 향해서 안테나를 통해 방사된다. 이 경우 써큘레이터(105)는 송수신 경로와 안테나 경로를 결합하여 주는 기능을 수행한다.
한편, 타겟으로부터 반사되어 안테나를 통해 수신된 신호의 반사 신호는 상기 써큘레이터(105)에서 수신경로로 분리되어 LNA(106)로 전달된다. LNA(106)는 반사 신호를 저잡음 증폭한 후 제 2 BPF(107)로 전달한다. 제 2 BPF(107)는 저잡음 증폭된 반사 신호의 불요파를 제거한 후 믹서(108)로 출력한다.
믹서(108)는 불요파가 제거된 반사 신호를 로컬 신호와 결합하여 LPF(109)로 출력한다. 로컬 신호와 결합된 반사 신호는 LPF(109)와 제 2 증폭기(110)를 통함으로써 IF신호로 출력된다.
이상의 RF부에서는 분기기(104)의 출력 신호가 써큘레이터(105)를 통과하면서 써큘레이터(105)의 Isolation 특성만큼 감소된 송신누설신호 TXleakage(S120)가 수신경로로 유입되어 수신신호의 탐지를 어렵게 만든다.
도 2 는 도 1의 FMCW 레이더에서 사용되는 RF부의 LNA 입력단 신호레벨을 도시한다.
써큘레이터(도 1, 105 참고)를 통해 비정상적으로 유입되는 송신누설신호 TXleakage(S220)(도 1 참고,S120)는 도플러 주파수만큼 천이되어 입력된 수신신호(S210)(도1 참고, S110)에 비해 10~199 dB이상 크기가 크다. 그로 인해, LNA(도 1, 106 참고)를 쉽게 포화시켜 수신신호가 낮은 신호들의 증폭을 방해하고, 상호혼변조 영향으로 간섭신호를 발생시켜, LNA(도 1, 106 참고) 뒷 단에 위치한 소자들도 본래의 고유 동작영역을 벗어나게 하는 문제점이 있다.
본 발명에서는 FMCW 레이더에서 사용되는 RF부에 간략한 누설신호 상쇄장치를 부가하여 FMCW 레이더의 넓은 동적 영역을 확보하고, 단순한 구조를 유지시킴으로서 소형화의 장점을 유지하도록 한다.
도 3 은 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 누설신호 상쇄기능을 구비한 FMCW 레이더 시스템의 RF부를 도시한다.
누설신호 상쇄기능을 구비한 FMCW 레이더 시스템의 RF부는 도 1에 도시된 RF부의 구성 외에 제 2 분기기(310), 가변상쇄부(Variable Attenuator, 320), 제 1 지연부(330), 위상 조절부(Phase Shifter, 340), 결합부(Power Combiner, 350) 및 제 2 지연부(331)가 추가된다.
제 1 분기기(304)를 통해 유입되는 송신 경로는 종래의 FMCW 레이더 시스템 RF부와 동일하게 위상변화가 없는 경로를 지니게 된다.
제 2 분기기(310)는 유입되는 송신 경로를 두 개로 분기한다.
제 1 경로(이하, A 경로, S320)는 커플링된 신호를 전송하며, 가변상쇄부(320), 제 1 지연부(330) 및 위상 조절부(340)를 통해 결합부(350)로 들어간다. 제 2 경로(이하, B 경로, S330)로는 기존과 동일하게 위상 변화가 없는 신호가 들어간다.
A 경로(S320)에서는 써큘레이터(305)를 통해 비정상적으로 유입되는 송신누설신호 TXleakage를 상쇄하기 위한 신호를 생성한다. B 경로(S330)에서는 종래와 같이 송신누설신호 TXleakage가 포함된 수신신호가 유입된다. 이후 A 경로(S320)에서 생성된 송신누설신호 TXleakage를 상쇄하기 위한 신호(-TXleakage)와 B 경로(S330)에서 전송된 송신누설신호 TXleakage가 포함된 신호(RX+TXleakage)를 결합부(350)에서 결합함으로써, 누설신호를 제거한다.
이를 위해 A 경로(S320) 상에서는 가변상쇄부(320), 제 1 지연부(330) 및 위상 조절부(340)를 이용하여 송신누설신호 TXleakage를 상쇄하기 위한 신호(-TXleakage)를생성한다.
각 단계를 보다 상세히 서술하면 다음과 같다.
제 2 분기기(310)에서는 커플링 값을 써큘레이터(305)의 Isolation 값보다 작게 설정하며, 커플링된 신호를 가변상쇄부(320)로 입력한다.
가변상쇄부(320)는 송신누설신호 TXleakage(S310)의 감소치에 해당되는 상쇄값을 가변적으로 설정한다. 이 경우 송신누설신호 TXleakage(S310)는 제 2 분기기(310)의 출력 신호가 B 경로(S330)를 통해 써큘레이터(305)를 통과하면서 써큘레이터(305)의 Isolation 특성만큼 감소된 크기에 해당한다.
제 1 지연부(330) 및 제 2 지연부(331)는 A 경로(S320)와 B 경로(S330) 간의 경로 차이에 의해 지연이 발생할 경우, 지연값을 변화시켜 결합부(350)로 입력되는 두 신호의 시간차이를 조절한다. A 경로(S320)와 B 경로(S330) 간에 지연 값이 동일한 경우에는 제 1 지연부(330) 및 제 2 지연부(331)는 생략 가능하다.
위상 조절부(340)는 A 경로(S320)를 통해 전달된 신호의 위상을 B 경로(S330)의 송신누설 신호의 위상과 반대로 설정한다. 결합부(350)에서는 위상 조절부(340)에서 신호의 위상이 변경된 신호와 B 경로(S330)의 송신누설 신호를 합하여 LNA(306) 입력단으로 전달한다.
결합부(350)에서는 A 경로(S320)를 통해 전달된 신호와 B 경로(S330)를 통해 전달된 신호간에 위상차가 서로 180도 차이를 지님으로 결합 과정에서 서로 상쇄되게 된다. 따라서, LNA(306) 입력단에서는 송신누설 신호가 나타나지 않게 된다.
또한 안테나를 통해 입력된 RX 신호(S340)는 송신누설 신호 상쇄과정과는 별도로 정상 동작하여 LNA(306) 입력단으로 전달된다.
도 4 는 본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 누설신호 상쇄기능을 구비한 FMCW 레이더 시스템의 RF부에서 단계별 신호 변화를 도시한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예로서, 누설신호 상쇄기능을 구현하는 주요 구성은 도 4와 같다.
누설신호 상쇄기능을 구현하기 위하여, 제 2 분기기(410), 누설신호 상쇄부(411) 및 결합부(450)를 포함한다.
제 2 분기기(410)는 유입되는 송신 경로를 제 1 경로(S411) 및 제 2 경로(S412)로 분기하며, 제 1 경로(S411) 상에는 커플링된 신호를 전송하고 제 2 경로(S412) 상에는 유입되는 송신 경로 상의 신호를 전송한다.
누설신호 상쇄부(411)는 제 2 경로(S412) 상의 신호가 써큘레이터(405)를 통과하면서 유입된 송신누설신호 TXleakage와 크기가 동일하고 위상이 반대인 상쇄신호를 생성한다. 이를 위해 가변상쇄부(420)와 위상조절부(440)를 포함한다. 또한 제 1 경로(S411) 및 제 2 경로(S412) 간의 지연차를 조절할 필요가 있는 경우에는 지연부(430, 431)를 더 포함할 수 있다.
제 2 분기기(410)에서 커플링 값은 써큘레이터의 Isolation 값보다 작게 설정된다. 가변상쇄부(420)는 제 2 분기기(410)의 출력 신호가 써큘레이터를 통과하면서 써큘레이터의 Isolation 특성만큼 감소된 송신누설신호 TXleakage(도 3 참고, S310)의 감소치에 해당되는 상쇄값을 가변적으로 설정한다(S421).
위상 조절부(440)는 가변상쇄부(420)에서 상쇄된 신호 TXDirect의 위상을 180도 변경시킨다.
이후, 결합부(450)에서는 누설신호 상쇄부(411)에서 생성된 상쇄신호와 제 2 경로(S412) 상에서 비정상적으로 생성된 송신누설 신호를 결합하여 제거한다. 결합부(450)에서는 위상조절부(440)에서 위상이 조절된 신호 TXDirect(S451)와 송신누설신호 TXleakage(S452)를 결합함으로써 누설신호를 제거한다. 이 경우 TXDirect(S451)= - TXleakage(S452) 가 되어 누설신호가 제거될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명을 구현할 수 있음을 이해할 것이다. 그러므로 상기 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 특허청구범위에 의해 청구된 발명 및 청구된 발명과 균등한 발명들은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 한다.

Claims (8)

  1. 유입되는 송신 경로는 제 1 경로 및 제 2 경로로 분기하며, 상기 제 1 경로 상에는 커플링된 신호가 전송되고 상기 제 2 경로 상에는 상기 유입되는 송신 경로 상의 신호가 전송되는 분기부;
    상기 제 2 경로 상의 상기 신호가 써큘레이터를 통과하면서 유입된 송신누설신호 TXleakage와 크기가 동일하고 위상이 반대인 상쇄신호를 생성하는 누설신호 상쇄부; 및
    상기 송신누설신호와 상기 상쇄신호를 결합하여 제거하는 결합부;를 포함하고,
    상기 누설신호 상쇄부는
    상기 송신누설신호 TXleakage 크기에 해당하는 신호를 생성하는 가변상쇄부;및
    상기 가변상쇄부에서 생성된 신호의 위상을 상기 송신누설신호 TXleakage 위상과 180도 차이가 나도록 조절하는 위상조절부;를 포함하고, 상기 송신누설신호 TXleakage크기는 상기 분기부의 출력 신호가 상기 제 2 경로 상에서 상기 써큘레이터를 통과하면서 상기 써큘레이터의 Isolation 특성만큼 감소된 크기에 해당하는 것을 특징으로 하는 송신누설신호 상쇄장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분기부는 커플링 값을 상기 써큘레이터의 Isolation 값보다 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 송신누설신호 상쇄장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 경로 및 상기 제 2 경로 상의 지연값을 조절하기 위하여, 상기 제 1 경로 및 상기 제 2 경로 각각에서 경로 지연 차이를 조절하는 지연부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 송신누설신호 상쇄장치.
  6. FMCW 레이더에서 송신누설 신호를 상쇄하는 방법으로
    유입되는 송신 경로를 분기기에서 제 1 경로 및 제 2 경로로 분기하는 단계로서, 상기 제 1 경로 상에는 커플링된 신호가 전송되고 상기 제 2 경로 상에는 상기 유입되는 송신 경로 상의 신호가 전송되는 분기 단계;
    상기 제 2 경로 상의 상기 신호가 써큘레이터를 통과하면서 유입된 송신누설신호 TXleakage와 크기가 동일하고 위상이 반대인 상쇄신호를 생성하는 누설신호 상쇄 단계;
    상기 송신누설 신호와 상기 상쇄신호를 결합하여 제거하는 결합 단계;를 포함하고, 상기 송신누설신호 TXleakage크기는 상기 분기기의 출력 신호가 상기 제 2 경로 상에서 상기 써큘레이터를 통과하면서 상기 써큘레이터의 Isolation 특성만큼 감소된 크기에 해당하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 분기기에서 커플링 값을 상기 써큘레이터의 Isolation 값보다 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 삭제
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