KR101324572B1 - 광대역 주파수 검출기 - Google Patents

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임경수
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Abstract

본 발명은 광대역 주파수 검출기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 안전운행을 유도하기 위한 모든 신호와 차량의 속도를 파악하기 위한 레이더 신호를 검출하는 주파수 검출기에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 광대역 주파수 검출기는 안테나로부터 특정 주파수를 갖는 신호를 수신하는 제1증폭기, 상기 제1증폭기에서 저잡음 증폭된 상기 신호를 상기 제1증폭기로부터 수신하는 혼합부, 상기 제1증폭기와 병렬로 배치되며, 상기 안테나로부터 수신된 상기 신호를 저잡음 증폭하여 상기 혼합부로 전달하는 제2증폭기를 포함하며, 상기 제2증폭기는 트랜지스터, 상기 안테나의 임피던스와 상기 트랜지스터의 임피던스를 매칭하는 제1마이크로 회로부를 포함한다.

Description

광대역 주파수 검출기{Frequency detector}
본 발명은 광대역 주파수 검출기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량의 안전운행을 유도하기 위한 모든 신호와 차량의 속도를 파악하기 위한 레이더 신호를 검출하는 주파수 검출기에 관한 것이다.
선진국에서는 서로 다른 극초단파(Microwave) 및 레이저를 사용한 여러 종류의 속도 측정기 및 도로의 여러 가지 위험한 상황을 알려주는 사전 안전 경보용 송신기들을 이용하여 차량의 안전운행을 위하여 많은 노력을 기울이고 있다. 특히 미국에서는 상기와 같은 속도 측정기 및 검출기의 사용을 합법적으로 인정하고 있다.
이러한 측정기 및 검출기에서 사용하는 신호의 종류에는 사용하는 기구에 따라 다음과 같은 신호를 사용한다.
즉, 차량의 과속을 방지하기 위해서 차량의 속도를 탐지하기 위한 스피드건(SPEED GUN)에는 X-BAND(10.525 GHz), Ku-BAND(13.450 GHz), K-BAND(24.150 GHz), SUPERWIDE Ka-BAND(33.000 - 36.000 GHz사이에 다양하게 분포 되어있음.), 및 LASER(800 nm - 1100 nm의 파장을 갖는다.)를 이용하는 것 등이 있으며, 차량의 안전운행을 위해서 도로의 정보를 알려주기 위한 안전 경계 시스템(SAFETY ALERT SYSTEM)은 24.070 내지 24.230 GHz의 주파수를 사용하여 철도건널목, 공사중, 응급차량의 세 가지 정보를 송신하고, 안전 경고 시스템(SAFETY WARNING SYSTEM)은 24.075 내지 24.125 GHz의 주파수를 사용하여 안개지역, 공사중, 학교지역, 속도감소 등의 64가지의 정보를 코드화 하여 송신하고 있다.
상기와 같은 안전 관련 송수신 시스템은 현재 미국을 중심으로 활성화되고 있고, 전세계적으로 확산추세에 있으며, 향후의 지능형 교통시스템(ITS)으로의 연관관계가 클 것으로 기대되고 있다.
상기의 모든 주파수 및 사용용도는 이미 미국의 FCC(Federal Communication Commission)에 의해 규정되고 있다.
도 1은 종래 광대역 레이더 검출기를 도시하고 있다. 도 1에 의하면, 광대역 레이더 검출기는 혼 안테나(10)와, 상기 혼 안테나(10)에서 수신한 신호를 검출하는 신호처리부(20)와, 레이저신호를 수신하는 레이저모듈(30)과, 상기 신호처리부(20)와 레이저모듈(30)에서의 신호의 검출을 제어하는 중앙처리장치(40)와, 상기 검출한 신호를 시각적으로 표시하는 시각표시수단(50)과, 상기 검출한 신호를 음성 증폭부(61)를 거쳐 음성으로 표시하는 음성표시수단(60)으로 구성되어, X, VG2, Ku, K, SA, SWS, SUPERWIDE Ka, 및 레이저(laser)의 9개의 밴드의 신호를 수신하여 사용자의 상황에 따라 최적의 방법으로 수신신호를 출력함으로써 사용자의 안전운행을 돕는 것이다.
또한, 기존에 MMIC를 사용하는 광대역 레이더 검출기는 24㎓ 내지 36㎓의 주파수 수신하므로, K 밴드 또는 Ka 밴드의 주파수는 검출할 수 있으나, X밴드, VG2밴드, Ku밴드 주파수는 검출할 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 따라서 MMIC를 사용하면서 광대역 주파수를 검출할 수 있는 광대역 주파수 검출기의 필요성이 대두되고 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는 복수의 주파수 대역을 검출할 수 있는 광대역 주파수 검출기를 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 하나의 주파수 검출기를 이용하여 X밴드 주파수뿐만 아니라 K밴드 또는 Ka밴드 주파수를 검출하는 방안을 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 X밴드 주파수를 검출시 신속하게 K밴드 또는 Ka밴드 주파수로 이동하여 해당 주파수를 검출할 수 있는 주파수 검출기를 제안함에 있다.
본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 K밴드 또는 Ka밴드 주파수를 검출시 신속하게 X밴드 주파수로 이동하여 해당 주파수를 검출할 수 있는주파수 검출기를 제안함에 있다.
이를 위해 본 발명의 광대역 주파수 검출기는 안테나로부터 특정 주파수를 갖는 신호를 수신하는 제1증폭기, 상기 제1증폭기에서 저잡음 증폭된 상기 신호를 상기 제1증폭기로부터 수신하는 혼합부, 상기 제1증폭기와 병렬로 배치되며, 상기 안테나로부터 수신된 상기 신호를 저잡음 증폭하여 상기 혼합부로 전달하는 제2증폭기를 포함하며, 상기 제2증폭기는 트랜지스터, 상기 안테나의 임피던스와 상기 트랜지스터의 임피던스를 매칭하는 제1마이크로 회로부를 포함한다.
본 발명에 따른 광대역 주파수 검출기는 하나의 주파수 검출기를 이용하여 X밴드 주파수뿐만 아니라 K밴드 주파수 또는 Ka밴드 주파수를 검출할 수 있다. 또한, 본 발명의 광대역 주파수 검출기는 복수의 국부 발진부를 이용하여 특정 주파수 대역에서 다른 주파수 대역으로 신속히 이동하여 해당 주파수를 검출할 수 있는 장점을 갖는다.
도 1은 종래 광대역 레이더 검출기를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 광대역 주파수 검출기의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 pHEMT LNA의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 제1국부 발진부에서 출력되는 신호를 제어하기 위한 전압의 파형을 도시하고 있다.
전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 광대역 주파수 검출기의 구성을 도시한 블록도이다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 광대역 주파수 검출기의 구성에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
혼 안테나(200)는 외부로부터 특정 주파수를 갖는 신호를 수신한다. 상술한 바와 같이 본 발명의 혼 안테나(200)는 광대역을 갖는 주파수를 수신한다. 일반적으로 혼 안테나(200)에서 수신하는 주파수 대역은 10㎓ 내지 36㎓이다
혼 안테나(200)에 의해 수신된 신호는 제1증폭기인 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuits; 모놀리식 극초단파 집적 회로) LNA(Low-noise amplifier; 저잡음 증폭기)(202)와 제2증폭기인 pHEMT(Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor; 부정형 고전자 이동도 트랜지스터) LNA(204)로 전달된다. MMIC LNA(202)은 K밴드 주파수 대역과 Ka밴드 주파수 대역을 갖는 신호를 수신하기 위해 사용하며, pHEMT LNA(204)는 X밴드 주파수 대역을 갖는 신호를 탐색하기 위해 사용된다. 즉, MMIC LNA(202)는 K밴드 주파수 대역과 Ka밴드 주파수 대역을 갖는 신호를 증폭한 후 출력하며, pHEMT LNA(204)는 X밴드 주파수 대역을 갖는 신호를 증폭한 후 출력한다. 구체적으로 알아보면 pHEMT LNA(204)는 10㎓ 근처의 주파수를 갖는 신호를 탐색하기 위해 사용되며, MMIC LNA(202)는 20㎓ 이상의 주파수를 갖는 신호를 탐색하기 위해 사용된다.
MMIC LNA(202)와 pHEMT LNA(204)에서 출력된 신호는 제1혼합부(206)로 전달된다. 제1혼합부(206)는 MMIC LNA(202)와 pHEMT LNA(204)로부터 수신된 신호와 제1LNA(Low-noise amplifier; 저잡음 증폭기)(208)로부터 수신한 신호를 믹싱한 제1중간 주파수 대역을 갖는 신호를 출력한다. 즉, 제1혼합부(206)는 MMIC LNA(202)와 pHEMT LNA(204)로부터 수신된 신호의 주파수를 1㎓를 갖도록 제1LNA(208)로부터 수신된 신호와 믹싱한다.
제1LNA(208)는 제1국부 발진부(212)에서 발생한 특정 주파수 대역을 갖는 신호를 증폭한 후 제1혼합부(206)로 전달한다.
제1국부 발진부(212)는 스윕 제어부(214)로부터 출력되는 DAC 스윕 전압 파형에 의해 주파수를 가변하도록 전압을 제어(재조정)한다. 제1국부 발진부(212)는 재조정된 전압에 의해 주파수가 발생되며, 화이트 노이즈에서처럼 적절한 신호가 수신된 경우 스윕 전압 조절을 통해 확실한 화이트 노이즈 펄스가 발생되도록 만들어주고, 중/고주파 노이즈는 제거한다.
제1혼합부(206)에서 출력된 신호는 제2LNA(210)로 전달된다. 제2LNA(210)는 전달받은 신호를 저잡음 증폭한 후 제3LNA(218)로 전달한다. 제3LNA(218)는 전달받은 신호를 저잡음 증폭한 후 제4LNA(220)로 전달한다. 제4LNA(220)는 전달받은 신호를 저잡음 증폭한 후 제2혼합부(224)로 전달한다. 도 2는 제2LNA 내지 제4LNA를 도시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, LNA의 개수는 광대역 주파수 검출기의 특성에 따라 달라질 수 있다.
제2혼합부(224)는 전달받은 광대역 주파수를 갖는 신호를 모두 수신할 수 있도록 설계된 제2국부 발진부(226) 또는 제3국부 발진부(228)의 발진 주파수 중에서 수신 신호의 대역에 따라 이미 검출된 첫 번째 중간 주파수를 제2중간 주파수로 변환한다.
제2국부 발진부(226)는 중앙 처리 장치에서 출력되는 펄스에 의해 550㎒내지 650㎒의 주파수를 갖는 신호를 출력하며, 제3국부 발진부(228)는 1500㎒ 내지 2000㎒의 주파수를 갖는 신호를 발진한다.
종래의 발명은 신호가 수신되었을 경우 발진 주파수를 고정시킴으로 인해 다른 신호가 수신되더라도 이미 수신된 신호가 사라지기 전에는 검출할 수 없거나 특정 시간 동안 주파수를 스캔해야 하는 조건이 있었으나, 본 발명은 상기한 바와 같이 제1국부 발진 주파수 내지 제3국부 발진 주파수를 제어하여 특정 대역의 신호 수신 중 다른 대역의 신호를 빠르게 수신할 수 있다. 따라서 본 발명은 수신 신호의 우선순위를 중앙 처리 장치에서 신속히 재 설정하여 실제로는 의미 없는 신호 영역을 미리 제거할 수 있다.
제2혼합부(224)에서 출력된 신호는 제2필터(230)로 전달된다. 제2필터(230)는 전달받은 신호 중 10㎒의 신호만을 통과시켜 복조부(232)로 전달한다. 복조부(232)는 수신된 신호를 검파한 후 제3필터(234) 또는 제4필터(236)로 전달된다. 제3필터(234)는 수신된 신호로부터 RSSI를 측정하기 위한 저주파 대역 신호를 통과시키며, 제4필터(236)는 수신된 신호의 특정 대역 신호를 통과시켜 중앙처리장치(238)로 전달한다.
이외에도 본 발명의 광대역 주파수 검출기는 검출기의 동작 상태를 표시하거나, 기타 필요한 정보를 표시하는 표시부(246), 필요한 정보를 입력하는 입력부(244), 검출기의 동작 상태를 출력하거나 기타 필요한 정보를 음성 출력하는 음성 출력부(242)를 포함한다. 또한, 광대역 주파수 검출기는 광대역 주파수 검출기를 구동하는데 필요한 정보를 저장하거나, 기타 필요한 정보를 저장하는 저장부(240)를 포함한다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 pHEMT LNA의 구조를 도시한 블록도이다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 pHEMT LNA의 구조에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
도 3에 의하면, pHEMT LNA의 구조는 마이크로 회로부(M/c), 트랜지스터(TR), 주파수 차단부를 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 pHEMT LNA의 구조에 포함될 수 있다.
제1마이크로 회로부(300)는 혼 안테나(200)에서 수신한 신호를 전달받는다.
제1마이크로 회로부(300)에서 출력된 신호는 트랜지스터(302)의 게이트로 입력된다. 트랜지스터(302)의 소스는 접지되어 있으며, 드레인은 제2마이크로 회로부(304)와 연결된다. 또한, 제2마이크로 회로부(304)의 일단은 주파수 차단부(306)와 연결되며, 다른 일단은 혼합부(206)와 연결된다. 이하에서는 pHEMT LNA에서 수행되는 동작에 대해 상세하게 알아보기로 한다.
제1 마이크로 회로부(300)는 입력된 신호의 임피던스와 트랜지스터(302)의 임피던스를 매칭시킨다. 또는 제1 마이크로 회로부(300)는 입력된 신호의 전압과 트랜지스터(302)의 전압을 매칭시킬 수 있다.
제2 마이크로 회로부(304)는 트랜지스터(302)에서 출력되는 신호의 임피던스와 혼합부(206)의 임피던스를 매칭시킨다.
주파수 차단부(306)는 제2 마이크로 회로부(304)로 입력된 신호 중 특정 주파수를 갖는 신호를 차단한다. 즉, 주파수 차단부(306)는 특정 주파수를 갖는 신호가 혼합부(206)로 전달되도록 하며, 특정 주파수 이외에 주파수를 갖는 신호는 혼합부로 전달되지 않도록 한다. 상술한 바와 같이 주파수 차단부(306)는 10 내지 14㎓의 주파수를 갖는 신호는 혼합부(206)로 전달되도록 하며, 10 내지 14㎓의 주파수를 갖는 신호는 전원(Vcc)로 전달되지 않도록 한다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 제1국부 발진부에서 출력되는 신호를 제어하기 위한 전압의 파형을 도시하고 있다. 전압의 최대치와 최소치는 튜닝과정을 통해서 미리 주파수에 맞게 설정한 후 메모리에 저장된다. 본 발명은 감지 확률을 높이기 위해 주기적으로 연속적인 짧은 스윕(150 내지 153)을 수행하여 순간적인 펄스 방식의 도플러 신호를 감지할 수 있도록 구현한다. 그리고 본 발명은 감지하려는 주파수별로 수신 감도를 조절하기 위하여 중앙처리장치로부터 출력되는 전압(DAC 전압)의 기울기를 조절하게 되는데 기본적으로 기울기가 클수록 수신 감도가 떨어지고, 기울기가 완만하면 수신 감도가 향상된다. 이는 DAC 전압이 제1 국부 발진부에 인가되어 입력 주파수와 제1 혼합부에서 혼합되는데 이 동작에서의 수행 시간이 감도와 관련되고, 이를 스윕 기울기로 제어한다.
이런 원리를 이용하여 동작 반응 속도는 보통으로 맞추면서 감도를 최대로 높여야 되는 주파수 영역(33.8㎓, 34.7㎓, 24.150㎓를 제외한 주파수 영역)인 경우에는 스윕 기울기를 완만하게 한다.
또한 감도는 다소 감소하더라도 짧은 신호가 인가될 수도 있는 주파수인 경우에는 스윕 기울기를 다소 급격하게 수행하면서 그 주파수를 충분히 충족시키는 주파수 영역을 연속적으로 여러 번 반복 스윕하면서 주파수 수신율을 높인다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
200: 혼 안테나 202: MMIC LNA
204: pHEMT LNA 206: 제1혼합부
208:제1LNA 210: 제2LNA
212: 제1국부 발진부 214: 스윕 제어부
300: 제1마이크로 회로부 302: 트랜지스터
304: 제2마이크로 회로부 306: 주파수 차단부

Claims (5)

  1. 안테나로부터 특정 주파수를 갖는 신호를 수신하는 제1증폭기;
    상기 제1증폭기에서 저잡음 증폭된 상기 신호를 상기 제1증폭기로부터 수신하는 혼합부;
    상기 제1증폭기와 병렬로 배치되며, 상기 안테나로부터 수신된 상기 신호를 저잡음 증폭하여 상기 혼합부로 전달하는 제2증폭기를 포함하며,
    상기 제2증폭기는,
    트랜지스터, 상기 안테나의 임피던스와 상기 트랜지스터의 임피던스를 매칭하는 제1마이크로 회로부를 포함함을 특징으로 하는 광대역 주파수 검출기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제1증폭기는 모놀리식 극초단파 집적 회로 저잡음 증폭기(MMIC LNA)이며, 상기 제2증폭기는 부정형 고전자 이동도 트랜지스터 저잡음 증폭기(pHEMT LNA)임을 특징으로 하는 광대역 주파수 검출기.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 부정형 고전자 이동도 트랜지스터 저잡음 증폭기는,
    상기 트랜지스터의 임피던스와 상기 혼합부의 임피던스를 매칭시키는 제2마이크로 회로부;
    상기 제2마이크로 회로부와 연결되며, 설정된 주파수 대역을 갖는 신호를 차단하는 주파수 차단부를 포함하며,
    상기 제2마이크로 회로부는 설정된 주파수 대역을 갖는 신호를 상기 혼합부로 전달함을 특징으로 하는 광대역 주파수 검출기.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제1증폭기는 K밴드 또는 Ka밴드 주파수 대역의 신호를 저잡음 증폭하며, 상기 제2증폭기는 X밴드 주파수 대역의 신호를 저잡음 증폭함을 특징으로 하는 광대역 주파수 검출기.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 혼합부는 상기 제1증폭기 또는 제2증폭기로부터 수신된 신호와 국부 발진부에서 발진된 신호를 혼합하여 출력함을 특징으로 하는 광대역 주파수 검출기.
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