KR101614815B1 - 고주파 펄스 빔포밍 레이더 - Google Patents

고주파 펄스 빔포밍 레이더 Download PDF

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Abstract

실시 형태에 따른 고주파 펄스 빔포밍 레이더는, 트리거 신호의 시간을 지연하는 지연부; 상기 지연부와 연결된 하나 이상의 채널; 을 포함하고, 상기 채널은 상기 트리거 신호의 시간을 추가적으로 지연하고, 상기 트리거 신호의 시간 차이를 고주파 신호의 위상 차이로 변환하는 송신부; 상기 송신부의 송신(TX)경로와 연결되어, 송신(TX)신호를 송신하는 안테나; 및 상기 송신부의 로컬 오실레이터(LO)경로 및 상기 안테나의 수신(RX)경로와 연결된 수신부; 를 포함한다.

Description

고주파 펄스 빔포밍 레이더{HIGH-FREQUENCY PULSE BEAM-FORMING RADAR}
본 발명은 고주파 펄스 빔포밍 레이더에 관한 것이다.
일반적으로 하나의 레이더로는 레이더의 종류(Doppler, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave), UWB(Ultra Wide Band) 등)에 따라 목표물까지의 거리 또는 목표물의 속도 정보를 얻을 수 있지만, 목표물의 방향 정보는 얻을 수 없었다.
목표물의 방향 정보를 추가적으로 얻기 위해서는 다수(둘 이상)의 레이더가 필요하다. 다수의 레이더 시스템은 배치 방식에 따라 넓게 분포한 안테나를 이용한 마이모(widely-separated MIMO(Multiple Input Multiple Output)) 방식과, 함께 배치한 마이모(co-located MIMO) 방식으로 나눌 수 있다.
먼저, 넓게 분포한 안테나를 이용한 마이모(widely-separated MIMO) 방식은 각각의 레이더에서 목표물까지의 거리를 독립적으로 측정하여, 삼각측량법에 의해 방향을 계산해내는 방식이다.
반면, 함께 배치한 마이모(co-located MIMO) 방식은 사용하는 신호의 파장과 관계 있는 간격(일반적으로 반파장)으로 일정하게 배치된 안테나 구조를 이용한다. 즉, 각 출력 신호들 사이에 인위적으로 위상 차이를 주어 공간상의 특정 방향에서만 신호가 동위상으로 중첩되고 나머지 방향에서는 상쇄되도록 한다. 따라서, 함께 배치한 마이모 방식은 특정 방향으로만 신호를 전송하거나, 특정 방향에서 오는 신호만을 검출할 수 있다. 이를 이용해, 함께 배치한 마이모 방식은 관심 영역을 부분적으로 스캔함으로써 목표물의 방향을 검출할 수 있으며, 이 때 안테나의 개수에 따라 빔폭을 조절할 수 있다.
함께 배치한 마이모 방식은 넓게 분포한 안테나를 이용한 마이모 방식에 비해 검출되는 영역을 공간적으로 분할할 수 있어 고스트(ghost) 문제가 발생하지 않으며, 각 레이더 사이에 동기화의 과정이 필요 없다는 장점이 있다.
일반적으로, 함께 배치한 마이모 방식의 각 채널의 위상 차이는 일반적으로 위상천이기(phase shifter)를 이용해 원하는 값을 얻지만, 펄스 신호의 경우 사용 대역폭이 넓어 상기 위상천이기를 이용하기 어려웠다. 따라서, 각 채널에서의 신호의 시간 지연을 이용하여 동일한 위상 차이를 얻도록 구성하였다.
일반적으로 함께 배치한 마이모 방식 레이더를 구현하기 위해 시간 지연을 얻는 방법으로 RF 딜레이 라인(delay line)을 이용하는 방법과 트리거 신호 제어를 이용하는 방법이 있었다.
RF 딜레이 라인을 이용하는 방법은 각 채널에 사용된 딜레이 라인의 길이에 따라 시간 지연되는 양을 간단히 조절할 수 있고, 제어 가능한 시간 지연 간격을 매우 작게 만들 수 있어 각 해상도(angular resolution)를 크게 높일 수 있는 이점이 있었지만, 레이더 센서 칩의 크기가 커지고, 주 로브(main lobe)로의 전력이 일부 분산되고, 미스매치(mismatch)부분을 보상해줘야 하는 문제가 있었다.
또한, 트리거 신호 제어를 이용하는 방법은 디지털 회로를 이용하기 때문에 칩의 크기가 작아지고, 큰 값의 시간 지연을 얻기 쉽고, 넓은 영역의 각 검출 범위를 얻기 쉽고, 주 로브에 신호가 집중될 수 있는 이점이 있었지만, 각 해상도를 높이는데 한계가 있는 문제가 있었다.
따라서, 높은 각 해상도, 넓은 각 검출 범위 및 채널간 미스매치를 최소화할 수 있는 고주파 펄스 빔포밍 레이더의 연구가 필요하게 되었다.
본 발명은 목표물의 거리 및 방향 정보 검출이 가능한 고주파 펄스 빔포밍 레이더를 제공한다.
또한, 본 발명은 RF 딜레이 라인을 이용하는 방법의 문제와 트리거 신호 제어를 이용하는 방법의 문제를 해결할 수 있는 고주파 펄스 빔포밍 레이더를 제공한다.
실시 형태에 따른 고주파 펄스 빔포밍 레이더는, 트리거 신호의 시간을 지연하는 지연부; 상기 지연부와 연결된 하나 이상의 채널; 을 포함하고, 상기 채널은 상기 트리거 신호의 시간을 추가적으로 지연하고, 상기 트리거 신호의 시간 차이를 고주파 신호의 위상 차이로 변환하는 송신부; 상기 송신부의 송신(TX)경로와 연결되어, 송신(TX)신호를 송신하는 안테나; 및 상기 송신부의 로컬 오실레이터(LO)경로 및 상기 안테나의 수신(RX)경로와 연결된 수신부; 를 포함한다.
여기서, 상기 송신부는 상기 트리거 신호의 시간을 추가적으로 지연하는 방향 지연단(VDL: Vernier Delay Line); 제어신호를 생성하는 제어신호 발생기; 상기 제어신호에 따라 상기 트리거 신호의 시간 차이를 고주파 신호의 위상 차이로 변환하는 펄스 발생기(Complementary Pulsed Oscillator); 및 상기 송신(TX)경로 및 상기 로컬 오실레이터(LO)경로에 각각 배치된 위상천이기(phase shifter); 를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 펄스 발생기는 상기 제어신호 발생기와 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치; 고주파 신호의 중심주파수를 조절하기 위한 제어단; 상기 제어단에 일단이 연결된 제1 커패시터 및 제2 커패시터; 게이트(gate)에 상기 제1 커패시터의 타단이 연결되고, 드레인(drain)에 제2 커패시터의 타단이 연결되고, 소스(source)에 상기 제1 스위치가 연결된 제1 트랜지스터; 게이트(gate)에 상기 제2 커패시터의 타단이 연결되고, 드레인(drain)에 제1 커패시터의 타단이 연결되고, 소스(source)에 제2 스위치가 연결된 제2 트랜지스터; 상기 제1 트랜지스터의 드레인(drain)에 연결된 제1 스위치; 상기 제2 트랜지스터의 드레인(drain)에 연결된 제2 스위치; 상기 제1 커패시터의 타단과 연결되고, 상기 송신(TX)경로와 연결된 제1 출력단(Vout1); 및 상기 제2 커패시터의 타단과 연결되고, 상기 로컬 오실레이터(LO)경로와 연결된 제2 출력단(Vout2); 을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 순차적으로 온(on)될 수 있다.
여기서, 상기 지연부는 카운터(synchronized counter) 및 거리 지연단을 포함하고, 상기 카운터 및 상기 거리 지연단은 거리 정보를 검출하도록 상기 트리거 신호의 시간을 지연할 수 있다.
여기서, 상기 방향 지연단 및 상기 위상천이기는 방향 정보를 검출하도록 상기 트리거 신호의 시간 및 출력 신호의 시간을 지연할 수 있다.
여기서, 상기 수신부는 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)와 믹서(Mixer)가 합쳐진(merged) 형태일 수 있다.
여기서, 상기 수신부와 연결되고, 상기 수신부에서 출력된 신호를 적분하는 적분기; 를 더 포함할 수 있다.
실시 형태에 따른 고주파 펄스 빔포밍 레이더는 높은 각 해상도, 넓은 각 검출 범위 및 채널간 미스매치를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 실시 형태는 LC-공진기를 사용해야만 하는 K-band 이상의 고주파 펄스 레이더에서도 트리거 신호 제어 방법으로 빔포밍이 가능하게 되어, 넓은 각 검출 범위를 가지며, 채널 간 미스매치 문제를 줄일 수 있는 이점이 있다.
그리고 실시 형태는 트리거 신호 제어 방법이 각 해상도를 높이는데 한계가 있으므로, RF 딜레이 라인을 1-bit만 추가적으로 연결함으로써 채널 간 미스매치 문제는 최소화하면서 각 해상도는 크게 높일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 RF 딜레이 라인을 이용한 빔포밍 레이더의 송신단을 도시한다.
도 2는 트리거 신호 제어 방법을 이용한 빔포밍 레이더의 송신단을 도시한다.
도 3은 실시 형태에 따른 고주파 펄스 빔포밍 레이더를 도시한다.
도 4는 도 3에 도시된 펄스 발생기의 회로도이다.
도 5a 및 도 5b는 고주파 펄스 빔포밍 레이더의 실행 예를 도시한다.
도 6은 실시 형태에 따른 고주파 펄스 빔포밍 레이더의 다른 예를 도시한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 실시 형태의 설명에 있어서, 어느 한 element가 다른 element의 " 상(위) 또는 하(아래)(on or under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상(위) 또는 하(아래)(on or under)는 두 개의 element가 서로 직접(directly)접촉되거나 하나 이상의 다른 element가 상기 두 element사이에 배치되어(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)(on or under)”으로 표현되는 경우 하나의 element를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1은 RF 딜레이 라인을 이용한 빔포밍 레이더의 송신단을 도시하고, 도 2는 트리거 신호 제어 방법을 이용한 빔포밍 레이더의 송신단을 도시한다.
RF 딜레이 라인을 이용한 송신단(10)은 하나의 신호 발생기(11)에서 생성된 고주파 신호가 분배기(미도시)를 통해 각 채널에 전달되고 각 채널에 연결된 RF 딜레이 라인(12)을 통해 순차적으로 시간 지연이 됨으로써 원하는 방향에서 동위상으로 신호의 전력이 합쳐지게 된다.
RF 딜레이 라인을 이용한 송신단(10)은 사용된 딜레이 라인의 길이에 따라 시간 지연되는 양을 간단히 조절할 수 있어 제어 가능한 시간 지연 간격을 매우 작게 만들 수 있다. 또한, 이를 통해 레이더 시스템의 각 해상도(angular resolution)를 크게 높일 수 있었다.
RF 딜레이 라인을 이용한 송신단(10)은 동시에 넓은 영역의 각 검출 범위를 갖기 위해서는 그만큼 많은 수의 딜레이 셀(delay cell)들이 필요하다. 일반적으로 RF 딜레이 라인(12)은 수동 소자로 구현을 해야 하므로 넓은 영역의 각 검출 범위를 갖기 위해서는 그만큼 레이더 센서 칩의 크기도 커진다. 또한, RF 딜레이 라인(12)을 이용한 송신단(10)은 방향 제어 값에 따라 각 채널에서 고주파 신호가 통과하는 딜레이 셀의 경로에 차이가 발생하기 때문에 딜레이 라인에 의한 손실이 달라 출력되는 신호의 크기가 채널마다 각각 다르게 되어 최종적으로 형성되는 빔패턴의 부 로브(side lobe)의 크기가 커진다. 즉, 원하는 방향인 주 로브(main lobe)로의 전력이 일부 분산된다. 이를 극복하기 위해 각 채널마다 추가적인 부재(VGA 등)로 미스매치(mismatch) 부분을 보상한다.
또한, 트리거 신호 제어를 이용한 송신단(20)은 각 채널마다 원하는 순간에 동일한 펄스(동일한 위상 및 크기)를 발생할 수 있는 펄스 발생기(21)가 연결된다. 각 펄스 발생기(21)에서 신호가 발생하는 순간은 입력되는 트리거 신호에 의해 제어된다. 따라서, 베이스밴드(Baseband)에서는 디지털 회로를 이용하여 각 채널에서 요구하는 시간 지연 값을 가진 트리거 신호를 생성한다.
트리거 신호 제어를 이용한 송신단(20)은 수동 소자를 이용한 고주파 신호의 시간 지연에 비해 디지털 회로를 이용한 베이스밴드 신호의 시간 지연은 넓은 칩 면적을 차지하지 않고도 큰 값의 시간 지연을 얻기 쉬워, 넓은 영역의 각 검출 범위를 얻는 데 유리하다. 또한, 트리거 신호 제어를 이용한 송신단(20)은 고주파 신호가 최종단의 동일한 펄스 발생기에서 생성되므로 앞의 경우에서처럼 경로 차이에 의한 미스매치(mismatch)가 발생하지 않아 부 로브(side lobe)의 크기가 작아지게 된다. 즉, 신호가 주 로브(main lobe)에 집중된다.
하지만, 트리거 신호 제어를 이용한 송신단(20)은 디지털 신호의 지터(jitter) 특성 등 노이즈 성분 때문에 디지털 회로로 얻을 수 있는 최소 시간 지연에 한계가 있게 되므로 각 해상도를 높이는 데 한계를 가진다. 트리거 신호 제어를 이용한 송신단(20)은 트리거 신호의 시간 차이가 실제 고주파 신호의 위상 차이로 정확히 변환되어야 한다. 즉, 펄스 발생기에서 생성하는 고주파 신호의 위상이 항상 일정해야 한다. 낮은 주파수 대역의 펄스 신호의 경우 임펄스 발생기로 구현하여 각 채널에서 발생하는 신호의 위상을 동일하게 만들 수 있지만, 고주파 펄스 신호의 경우 임펄스 발생기를 이용하면 신호의 크기가 매우 작아 진다. 이를 해결하기 위해 LC-공진기를 이용하면 신호들을 동일한 위상으로 일정하게 생성하는 것에 어려움이 있게 된다.
이하에서는 RF 딜레이 라인을 이용한 송신단(10) 및 트리거 신호 제어를 이용한 송신단(20)의 문제를 해결한 실시 형태에 따른 고주파 펄스 빔포밍 레이더를 설명한다.
<실시 형태>
도 3은 실시 형태에 따른 고주파 펄스 빔포밍 레이더를 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 실시 형태에 따른 고주파 펄스 빔포밍 레이더(100)는 지연부(50) 및 하나 이상의 채널(CH1~CH4)을 포함할 수 있다.
지연부(50)는 카운터(51)(synchronized counter) 및 거리 지연단(52)(VDL: Vernier Delay Line)을 포함할 수 있다. 지연부(50)는 디지털 회로로 구성되고, 출력되는 트리거 신호의 시간을 지연할 수 있다. 지연부(50)는 트리거 신호의 시간을 지연하여 거리 정보를 검출하는데 사용된다.
채널(CH1~CH4)은 각각 송신(Transmitt, 이하 TX)신호를 송신하거나 수신(Receive, 이하 RX)신호를 수신할 수 있다. 구체적으로, 각 채널은 송신부(110), 스위치(160), 안테나(170) 및 수신부(180)를 포함할 수 있다.
각 채널의 송신부(110)는 지연부(50)와 연결되어 상기 트리거 신호를 수신할 수 있다.
구체적으로, 송신부(110)는 방향 지연단(120), 제어신호 발생기(130), 펄스 발생기(140) 및 위상천이기(150)를 포함할 수 있다.
방향 지연단(120)은 각 채널에서 출력되는 트리거 신호의 시간을 추가적으로 지연할 수 있다. 구체적으로, 방향 지연단(120)은 제1 채널(CH1)과 제2 채널(CH2) 사이에 시간 지연 간격을 갖도록 하고, 제2 채널(CH2)과 제3 채널(CH3) 사이에 상기 시간 지연 간격을 갖도록 하고, 제3 채널(CH3)과 제4채널 (CH4) 사이에 상기 시간 지연 간격을 갖도록 할 수 있다. 방향 지연단(120)은 상기 시간 지연 간격을 이용하여 방향 정보를 검출할 수 있다.
제어신호 발생기(130)는 제어신호를 생성할 수 있다. 상기 제어신호는 펄스 발생기(140)에 전송된다. 구체적인 설명은 이후에 도 4에서 설명하도록 한다.
펄스 발생기(140)(Complementary Pulsed Oscillator)는 각 채널(CH1~CH4)마다 원하는 순간에 동일한 펄스(동일한 위상 및 크기)를 발생시킬 수 있다. 따라서, 펄스 발생기(140)는 동일한 펄스를 발생시킴으로 트리거 신호의 시간 차이를 실제 고주파 신호의 위상 차이로 변환할 수 있다. 펄스 발생기(140)는 TX경로와 로컬 오실레이터(Local Oscillator, 이하 LO)경로와 연결된다.
위상천이기(150)(phase shifter)는 상기 TX경로와 LO경로에 각각 배치된다. 위상천이기(150)는 캐리어 성분 위상 천이를 일으킴으로 방향 정보를 검출할 수 있도록 한다. 여기서, 위상천이기(150)은 1비트 알에프 딜레이 라인(1-bit RF delay line)일 수 있다.
여기서, 방향 지연단(120) 및 위상천이기(150)는 출력 신호의 시간을 지연할 수 있다.
스위치(160)는 송신 또는 수신에 따라 TX경로와 RX경로를 스위칭할 수 있다.
안테나(170)는 스위치(160)와 연결되어 TX신호를 송신하거나, RX신호를 수신할 수 있다.
수신부(180)는 RX경로 및 LO경로와 연결되고, 안테나(170)를 통해 수신된 RX신호와 LO신호를 합성할 수 있다. 수신부(180)는 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)와 믹서(Mixer)가 합쳐진(merged) 형태일 수 있고, 저잡음 증폭기와 믹서가 개별적으로 배치된 형태일 수 있다. 이때, 저잡음 증폭기는 RX경로에 배치될 수 있다.
이하에서는, 펄스 발생기(140)에 대해서 자세히 설명하도록 한다.
도 4는 도 3에 도시된 펄스 발생기(140)의 회로도이다.
도 4를 참조하면, 펄스 발생기(140)는 제어단(Vctrl), 제1 커패시터(141), 제2 커패시터(142), 인덕터(143) 제1 트랜지스터(144), 제2 트랜지스터(145), 제1 스위치(146), 제2 스위치(147), 제1 출력단(Vout1) 및 제2 출력단(Vout2)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 제1 스위치(146) 및 제2 스위치(147)는 도 3에 도시된 제어신호 발생기(130)의 제어신호로 제어된다.
제어단(Vctrl)은 고주파 신호의 중심주파수를 조절할 수 있다.
제1 및 제2 커패시터(141, 142)의 일단에는 제어단(Vctrl)이 연결된다. 제1 커패시터(141)의 타단에는 인덕터(143), 제1 출력단(Vout1), 제1 트랜지스터(144)의 게이트(gate) 및 제2 트랜지스터(145)의 드레인(drain)과 연결된다. 또한, 제2 커패시터(142)의 타단에는 인덕터(143), 제2 출력단(Vout2), 제2 트랜지스터(145)의 게이트(gate) 및 제1 트랜지스터(144)의 드레인(drain)과 연결된다. 즉, 제1 및 제2 커패시터(141, 142) 및 제1 및 제2 트랜지스터(144, 145)는 크로스 커플되도록(cross-coupled) 배치된다.
제1 트랜지스터(144)의 소스(source)에는 제1 스위치(146)가 연결되고, 제2 트랜지스터(145)의 소스(source)에는 제2 스위치(146)가 연결된다.
제1 및 제2 스위치(146, 147)는 제어신호 발생기(130)의 제어신호에 의해서 순차적으로 온(on)될 수 있다. 구체적으로, 제1 스위치(146)가 온(on)된 후, 제2 스위치(147)가 온(on)되도록 구현된다. 이때, 제1 스위치(146)가 온(on)된 후, 제2 스위치(147)가 온(on)되는 시간은 제어가능하며 일정하게 유지시킬 수 있다. 즉, 제어신호를 이용하여 제1 및 제2 스위치(146, 147)를 순차적으로 온(on)시킴으로 원하는 위상차이를 만들 수 있다.
제1 출력단(Vout1)은 도 3에 도시된 TX경로와 연결되고, 제2 출력단(Vout2)은 도 3에 도시된 LO경로와 연결될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 고주파 펄스 빔포밍 레이더(100)의 실행 예를 도시한다.
도 5b에 도시된 타이밍 차트(timing chart)는 목표물까지의 거리와 방향을 동시에 측정하기 위해서 각 채널에서 필요한 시간 지연의 값을 도시한다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 제1 채널(CH1)을 참조하면, TX 트리거 신호와 LO 트리거 신호 사이의 차이가 목표물까지의 거리에 해당하는 값(TCLK ·CNT+6ps·VDL)이며, 이를 기준으로 검출하고자 하는 방향에 따라 그림에서의 TX 신호와 LO 신호의 트리거 순간(τt2, τr2, τt3, τr3, τt4, τr4)이 결정된다.
일 예로, 도 3에 도시된 지연부(50)의 카운터(51)에 500ps의 지연 시간을 설정하고, 지연부(50)의 거리 지연단(52)에 6ps의 지연 시간을 설정하면, 카운터(51)의 시간 지연에 의해 7.5cm의 거리 정보 검출을 할 수 있고, 거리 지연단(52)의 시간 지연에 의해 1mm의 거리 정보 검출을 할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 방향 지연단(120)에 6ps의 지연 시간을 설정하고, 도 3에 도시된 위상천이기(150)에 3ps의 지연 시간을 설정하면, 방향 지연단(120)의 지연 시간에 의해 18°간격의 방향 정보 검출을 할 수 있고, 위상천이기(150)의 지연 시간에 의해 28°의 캐리어 성분 위상 천이를 일으키며, 안테나 사이의 간격이 반파장일 때 공간상에서 9°의 방향 정보 검출을 할 수 있다. 이때, 측정 가능한 최대 각도는 약 ±72°가 될 수 있다.
아래 표 1은 송신 및 수신 단계에서 검출하고자 하는 방향에 따른 채널 별 총 시간 지연 값(τt2, τr2, τt3, τr3, τt4, τr4), 트리거 신호 제어 값(TRG2, TRG3, TRG4), 위상천이기 제어 값(PS2, PS3, PS4)을 나타낸다.
<표 1>
Figure 112014054394497-pat00001
이와 같이, 실시 형태에 따른 고주파 펄스 빔포밍 레이더(100)는 검출하고자 하는 목표물의 거리 및 방향을 측정할 수 있다.
도 6은 실시 형태에 따른 고주파 펄스 빔포밍 레이더(100)의 다른 예를 도시한다.
도 6을 참조하면, 실시 형태에 따른 고주파 펄스 빔포밍 레이더(100)는 적분기(190)을 더 포함할 수 있다.
적분기(190)(integrator)는 수신부(180)와 연결되어 수신부(180)에서 출력되는 신호를 적분하여 출력할 수 있다.
이와 같이, 실시 형태에 따른 고주파 펄스 빔포밍 레이더(100)는 트리거 신호 제어 방법을 채택하여 넓은 각 검출 영역을 가짐과 동시에 채널간 미스매치(mismatch)를 최소화할 수 있는 이점이 있다.
또한, 실시 형태에 따른 고주파 펄스 빔포밍 레이더(100)는 펄스 발생기(140)에서 신호를 발생한 이후 위상천이기(150)를 추가하여 손실 및 미스매치의 발생을 최소화하면서 고 해상도의 빔포밍이 가능하게 하여 각 해상도를 극복할 수 있는 이점이 있다.
그리고 실시 형태에 따른 고주파 펄스 빔포밍 레이더(100)는 펄스 발생기(140)에서 두 스위치(145, 146)를 순차적으로 온(on)시킴으로 출력 신호의 위상을 일정하게 고정시킬 수 있고, K밴드 이상의 고주파 UWB(Ultra Wide-Band)신호의 빔포밍에서도 상대적으로 간단한 트리거 신호 제어 방법의 사용이 가능한 이점이 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 고주파 펄스 빔포밍 레이더
50: 지연부 51: 카운터
52: 거리 지연단 110: 송신부
120: 방향 지연단 130: 제어신호 발생기
140: 펄스 발생기 150: 위상천이기
160: 스위치 170: 안테나
180: 수신부 190: 적분기

Claims (8)

  1. 트리거 신호의 시간을 지연하는 지연부;
    상기 지연부와 연결된 하나 이상의 채널; 을 포함하고,
    상기 채널은
    상기 트리거 신호의 시간을 추가적으로 지연하고, 상기 트리거 신호의 시간 차이를 고주파 신호의 위상 차이로 변환하는 송신부;
    상기 송신부의 송신(TX)경로와 연결되어, 송신(TX)신호를 송신하는 안테나; 및
    상기 송신부의 로컬 오실레이터(LO)경로 및 상기 안테나의 수신(RX)경로와 연결된 수신부; 를 포함하는, 고주파 펄스 빔포밍 레이더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신부는
    상기 트리거 신호의 시간을 추가적으로 지연하는 방향 지연단(VDL: Vernier Delay Line);
    제어신호를 생성하는 제어신호 발생기;
    상기 제어신호에 따라 상기 트리거 신호의 시간 차이를 고주파 신호의 위상 차이로 변환하는 펄스 발생기(Complementary Pulsed Oscillator); 및
    상기 송신(TX)경로 및 상기 로컬 오실레이터(LO)경로에 각각 배치된 위상천이기(phase shifter); 를 포함하는, 고주파 펄스 빔포밍 레이더.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 펄스 발생기는
    상기 제어신호 발생기와 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치;
    고주파 신호의 중심주파수를 조절하기 위한 제어단;
    상기 제어단에 일단이 연결된 제1 커패시터 및 제2 커패시터;
    게이트(gate)에 상기 제1 커패시터의 타단이 연결되고, 드레인(drain)에 제2 커패시터의 타단이 연결되고, 소스(source)에 상기 제1 스위치가 연결된 제1 트랜지스터;
    게이트(gate)에 상기 제2 커패시터의 타단이 연결되고, 드레인(drain)에 제1 커패시터의 타단이 연결되고, 소스(source)에 제2 스위치가 연결된 제2 트랜지스터;
    상기 제1 커패시터의 타단과 연결되고, 상기 송신(TX)경로와 연결된 제1 출력단(Vout1); 및
    상기 제2 커패시터의 타단과 연결되고, 상기 로컬 오실레이터(LO)경로와 연결된 제2 출력단(Vout2); 을 포함하는, 고주파 펄스 빔포밍 레이더.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치는 순차적으로 온(on)되는, 고주파 펄스 빔포밍 레이더.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지연부는 카운터(synchronized counter) 및 거리 지연단을 포함하고,
    상기 카운터 및 상기 거리 지연단은 거리 정보를 검출하도록 상기 트리거 신호의 시간을 지연하는, 고주파 펄스 빔포밍 레이더.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 방향 지연단 및 상기 위상천이기는 방향 정보를 검출하도록 상기 트리거 신호의 시간 및 출력 신호의 시간을 지연하는, 고주파 펄스 빔포밍 레이더.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수신부는 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)와 믹서(Mixer)가 합쳐진(merged) 형태인, 고주파 펄스 빔포밍 레이더.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수신부와 연결되고, 상기 수신부에서 출력된 신호를 적분하는 적분기; 를 더 포함하는, 고주파 펄스 빔포밍 레이더.
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