KR101658354B1 - 이중 신호 발생기를 갖는 fmcw 레이다 송수신기 - Google Patents

이중 신호 발생기를 갖는 fmcw 레이다 송수신기 Download PDF

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Abstract

송신 안테나를 통해 방사된 신호가 목표물에 의해 반사되어 되돌아오는 반사 신호를 수신 안테나를 통해 수신하는, FMCW 레이다 송수신기가 개시된다. 상기 FMCW 레이다 송수신기는, 하나의 트랜지스터를 이용하여 제1 신호 및 제2 신호를 동시에 발생시키는 이중 신호 발생기 - 상기 제1 신호는 증폭 후 상기 송신 안테나를 통해 방사될 신호이고, 상기 제2 신호는 상기 수신 안테나를 통해 되돌아오는 반사 신호와의 혼합을 위한 기준 신호로서 사용됨 - 와, 상기 이중 신호 발생기와 상기 송신 안테나 사이에서 상기 제1 신호의 전력을 증폭시키기 위한 전력 증폭기와, 상기 수신 안테나에서 수신한 상기 반사 신호에서 잡음을 낮추면서 증폭시키기 위한 저잡음 증폭기와, 상기 제2 신호와 상기 저잡음 증폭기로부터의 저잡음 증폭신호를 혼합하여 하향 변환하여 중간 주파수 신호를 생성하기 위한 신호 혼합기(160)와, 상기 중간 주파수 신호에 포함된 불요파들을 제거하기 위한 중간 주파수 여과기(170)와, 상기 중간 주파수 여과기에 의해 불요파들이 제거된 중간 주파수 신호를 증폭하기 위한 중간 주파수 신호 증폭기를 포함한다.

Description

이중 신호 발생기를 갖는 FMCW 레이다 송수신기{FMCW RADAR TRANSCEIVER HAVING DUAL SIGNAL GENERATOR}
본 발명은 집적 회로의 크기를 감소시키며 이를 통해 비용 절감 효과를 누릴 수 있는 FMCW 레이다 송수신기의 구조와 그 내부의 신호 발생기 회로에 관한 것이다.
레이다(Radio Detection AND Ranging)는 송출 신호로서 전자기파를 방사하고 목표물에 의해 반사되는 반사파를 수신하여 목표물의 존재, 거리, 속도 등을 탐지하는 감지 장치를 일컫는다. 레이더는 송출되는 신호 형태에 따라 주파수 변조 연속파 레이다(Frequency Modulation Continuous Wave Radar, FMCW 레이다)와 펄스 레이다(Pulse 레이다)로 구분될 수 있다. 펄스 레이다는 송신하는 동안 수신을 하지 못하므로 분해능이 떨어지며, 강한 송신 펄스로 인해 짧은 거리의 물체 측정이 어렵다. 이에 비해, FMCW 레이다는 송수신이 동시에 이루어지므로 분해능이 좋고, 선형파를 이용하므로 짧은 거리의 분해능이 상대적으로 높은 장점을 갖는다. 이러한 이유로 FMCW 레이다가 많이 사용되고 있는 실정이다.
도 1은 종래의 레이다 시스템에서 RF 송수신기(10)의 블록도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 레이다 시스템에서는 신호 발생기(1)를 이용하여 발생된 신호(S1)가, 신호 분배기(11)를 통해 송신측 경로로 전력 증폭기(12)의 입력 신호원으로서 인가되어 송신 안테나(13)를 통해 송신되고, 또한 수신 안테나(14)를 이용하여 수신된, 물체에 반사되어 돌아온 신호(S2)와의 혼합을 위한 기준 신호원으로서 사용되는 일반적인 구조를 가지고 있다.
일반적으로, 레이다 시스템의 RF 송수신기(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 신호 발생기(1), 신호 혼합기(16), 신호 분배기(11), 전력 증폭기(12), 저잡음 증폭기(15), 중간 주파수 여과기(17), 중간 주파수 신호 증폭기(18), 그리고 전력 증폭기(12)와 저잡음 증폭기(15) 각각의 일단에 연결된 송신 안테나(13) 및 수신 안테나(14)로 이루어진다. 이러한 레이다 시스템의 RF 송수신기(10)의 구성요소들 중 반도체 공정을 이용하여 집적화되는 구성요소는 신호 발생기(1), 신호 혼합기(16), 전력 증폭기(12) 및 저잡음 증폭기(15)이다. 그리고, RF 송수신기(10)에서 신호 발생기(1), 신호 분배기(11), 전력 증폭기(12), 저잡음 증폭기(15) 및 신호 혼합기(16)는 하나의 칩으로 구현된다.
이와 같이 구성되는 RF 송수신기는, 최초에 신호 발생기(1)를 통해서 생성된 RF 신호원(S1)은 신호 분배기(11)를 거치면서 분리되어, 한쪽 경로로는 레이다 시스템에서 목표물까지 전달될 수 있는 송신측의 신호원(S1')으로 이용되며, 전력 증폭기(12)를 거쳐 증폭되어, 송신 안테나(13)를 통해 송출된다. 이때 전력 증폭기(12)에서의 증폭은 송신 안테나(13)의 이득과 레이다 시스템의 사양에 따라 달라진다. 또 다른 경로를 통해서는, 레이다 시스템으로부터 방사된 신호가 목표물에 의해 반사되어 되돌아온 신호(S2)가 저잡음 증폭기(15)를 통해 낮은 잡음 지수와 이득을 얻은 후에 하향 변환을 위해, 기준 신호원(S1")과 함께 신호 혼합기(16)로 인가되게 된다. 신호 혼합기(16)를 통해 하향 변환된 중간 주파수 신호는 하향 변환 과정에서 발생한 불요파들이 포함하고 있으므로, 이러한 불요파들을 제거하기 위해 중간 주파수 여과기(17)로 인가된다. 중간 주파수 여과기(17)를 거쳐 나오는 이득이 매우 낮은 신호는 다시 중간 주파수 증폭기(18)를 거침으로써 레이다 시스템에서 요구되는 이득을 얻게 된다. 이후, 기저대역에서 디지털 변환과 푸리에 변환 등을 거쳐 비트 주파수를 얻어 목표물의 유무와 속도, 그리고 거리를 파악할 수 있게 된다.
하지만, 종래의 레이다 시스템의 RF 송수신기(10)에서, 하나의 칩 내에 구현되는, 신호 발생기(1), 신호 분배기(11), 전력 증폭기(12), 저잡음 증폭기(15) 및 신호 혼합기(16)의 구성에서, 신호 분배기(11)의 크기가 매우 크므로(칩 내에서 대체로 반 정도의 영역을 점유하고 있음), 레이다 시스템의 RF 송수신기(10) 전체의 크기가 커지게 되고, 신호 분배기(11)에 대응되게 반도체 공정을 통해 신호 발생기(1), 전력 증폭기(12), 저잡음 증폭기(15) 및 신호 혼합기(16)를 집적화해야 하므로, 그에 따른 공정 비용이 많이 소요되는 문제점이 있다.
뿐만 아니라, 신호 발생기(1) 측에서 발생된 RF 신호원은 신호 분배기(11)에 의해 분배되는데, 이때 신호 분배기(11)는 RF 신호원(S1)을 양분하여 각각 전력 증폭기(12) 측과 신호 혼합기(16) 측으로 보내진다. 따라서, 이와 같은 방식으로 RF 송수신기를 구현하는 경우, 송신부 측, 즉 전력 증폭기(12) 측에서 볼 경우에는 신호 분배기(11)로 인해 3dB 이상의 삽입 손실이 발생하게 된다.
따라서, 이러한 여러 가지 문제점들을 해결할 수 있는 방안이 당해 기술 분야에서 요구되고 있다.
대한민국등록특허 10-0751065(2007.08.14. 등록) 대한민국등록특허 10-1466949(2014.11.24. 등록)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래의 레이다 시스템의 RF 송수신기에서 RF 성능의 개선과 집적화 회로(MMIC, Microwave Monolithic Integrated Circuit)의 공정 비용을 절감하기 위해 RF 송수신기 내에서 신호 분배기를 제거하고, 단일 신호 발생기로부터 이중의 신호를 발생시키는 새로운 개념의 FMCW 레이다 송수신기를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른, 송신 안테나(130)를 통해 방사된 신호가 목표물에 의해 반사되어 되돌아오는 반사 신호를 수신 안테나를 통해 수신하는, FMCW 레이다 송수신기는, 하나의 트랜지스터(T10)를 이용하여 제1 신호(S10) 및 제2 신호(S10')를 동시에 발생시키는 이중 신호 발생기(110) - 상기 제1 신호는 증폭 후 상기 송신 안테나를 통해 방사될 신호이고, 상기 제2 신호는 상기 수신 안테나를 통해 되돌아오는 반사 신호와의 혼합을 위한 기준 신호로서 사용됨 - 와, 상기 이중 신호 발생기와 상기 송신 안테나 사이에서 상기 제1 신호의 전력을 증폭시키기 위한 전력 증폭기(120)와, 상기 수신 안테나에서 수신한 상기 반사 신호에서 잡음을 낮추면서 증폭시키기 위한 저잡음 증폭기(150)와, 상기 제2 신호와 상기 저잡음 증폭기로부터의 저잡음 증폭신호를 혼합하여 하향 변환하여 중간 주파수 신호를 생성하기 위한 신호 혼합기(160)와, 상기 중간 주파수 신호에 포함된 불요파들을 제거하기 위한 중간 주파수 여과기(170)와, 상기 중간 주파수 여과기에 의해 불요파들이 제거된 중간 주파수 신호를 증폭하기 위한 중간 주파수 신호 증폭기(180)를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 이중 신호 발생기(110)는, LC 공진 회로부와, 게이트 단자, 드레인 단자 및 소오스 단자를 갖는 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)와, 상기 LC 공진 회로부와 상기 게이트 단자 사이에 연결되어 양단 간의 임피던스 매칭을 위한 게이트 정합 회로부와, 상기 드레인 단자에 연결되어 양단 간의 임피던스 매칭을 위한 드레인 정합 회로부와, 상기 소오스 단자에 연결되어 양단 간의 임피던스 매칭을 위한 소오스 정합 회로부를 포함하며, 상기 제1 신호는 상기 드레인 정합 회로부를 통해 출력되고, 상기 제2 신호는 상기 소오스 정합 회로부를 통해 출력된다.
일 실시예에 따라, 상기 이중 신호 발생기, 상기 전력 증폭기, 상기 저잡음 증폭기 및 상기 신호 혼합기는 하나의 칩 내에 집적화된다.
일 실시예에 따라, 상기 게이트 정합 회로부, 상기 드레인 정합 회로부 및 상기 소오스 정합 회로부는, 상기 칩 내에서 마이크로스트립 라인(microstrip line)으로 구현된다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 일 양상에 따른, 송신 안테나(130)를 통해 방사된 신호가 목표물에 의해 반사되어 되돌아오는 반사 신호를 수신 안테나를 통해 수신하는, FMCW 레이다 송수신기는, 하나의 트랜지스터(T10)를 이용하여 제1 신호(S10) 및 제2 신호(S10')를 동시에 발생시키는 이중 신호 발생기(110) - 상기 제1 신호는 증폭 후 상기 송신 안테나를 통해 방사될 신호이고, 상기 제2 신호는 상기 수신 안테나를 통해 되돌아오는 반사 신호와의 혼합을 위한 기준 신호로서 사용되며, 상기 이중 신호 발생기(110)는, LC 공진 회로부와, 게이트 단자, 드레인 단자 및 소오스 단자를 갖는 전계 효과 트랜지스터와, 상기 LC 공진 회로부와 상기 게이트 단자 사이에 연결되어 양단 간의 임피던스 매칭을 위한 게이트 정합 회로부와, 상기 드레인 단자에 연결되어 양단 간의 임피던스 매칭을 위한 드레인 정합 회로부와, 상기 소오스 단자에 연결되어 양단 간의 임피던스 매칭을 위한 소오스 정합 회로부를 포함하며, 상기 제1 신호는 상기 드레인 정합 회로부를 통해 출력되고, 상기 제2 신호는 상기 소오스 정합 회로부를 통해 출력됨 - 와, 상기 이중 신호 발생기와 상기 송신 안테나 사이에서 상기 제1 신호의 전력을 증폭시키기 위한 전력 증폭기(120)와, 상기 수신 안테나에서 수신한 상기 반사 신호에서 잡음을 낮추면서 증폭시키기 위한 저잡음 증폭기(150)와, 상기 제2 신호와 상기 저잡음 증폭기로부터의 저잡음 증폭신호를 혼합하여 하향 변환하여 중간 주파수 신호를 생성하기 위한 신호 혼합기(160)를 포함하되, 상기 이중 신호 발생기, 상기 전력 증폭기, 상기 저잡음 증폭기 및 상기 신호 혼합기는 하나의 칩 내에 집적화되고, 상기 게이트 정합 회로부, 상기 드레인 정합 회로부 및 상기 소오스 정합 회로부는, 상기 칩 내에서 마이크로스트립 라인(microstrip line)으로 구현된다.
본 발명은 이중 신호 발생기를 갖는 FMCW 레이다 송수신기를 제공함으로써, RF 송수신기 내에서 신호 분배기 구성을 생략할 수 있으며, 그에 따라 RF 성능의 개선과 집적화 회로(MMIC, Microwave Monolithic Integrated Circuit)의 공정 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 이중 신호 발생기를 갖는 FMCW 레이다 송수신기를 제공함으로써, 집적화 회로의 크기를 종래 대비 20 ~ 30% 수준으로 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 레이다 시스템에서 RF 송수신기의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW 레이다 송수신기의 블록도이고,
도 3은 도 2에서 이중 신호를 발생시키는 이중 신호 발생기의 일 예를 나타낸 블록도이고,
도 4는 도 1에서 단일 신호 발생기(1)의 출력 신호를 나타낸 그래프이고,
도 5는 도 2에서 이중 신호 발생기(110)의 드레인(D) 측의 출력 신호(즉, 드레인 정합 회로부(DM10)의 출력 신호)를 나타낸 그래프이고,
도 6은 도 2에서 이중 신호 발생기(110)의 소오스(S) 측의 출력 신호(즉, 소오스 정합 회로부(SM10)의 출력 신호)를 나타낸 그래프이다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면들 및 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자로 하여금 본 발명에 관하여 이해를 용이하게 하도록 하기 위해 간략화되고 예시된 것임에 유의하여야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW 레이다 송수신기의 블록도이고, 도 3은 도 2에서 이중 신호를 발생시키는 이중 신호 발생기의 일 예를 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명에서의 드레인(D) 측의 출력 신호와의 비교를 위해 도 1에서 단일 신호 발생기(1)의 출력 신호를 나타낸 그래프이고, 도 5는 도 2에서 이중 신호 발생기(110)의 드레인(D) 측의 출력 신호(즉, 드레인 정합 회로부(DM10)의 출력 신호)를 나타낸 그래프이고, 도 6은 도 2에서 이중 신호 발생기(110)의 소오스(S) 측의 출력 신호(즉, 소오스 정합 회로부(SM10)의 출력 신호)를 나타낸 그래프이다.
도 2와 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW 레이다 송수신기(100)는, 이중 신호 발생기(110), 전력 증폭기(120), 저잡음 증폭기(150), 신호 혼합기(160), 중간 주파수 여과기(170), 중간 주파수 신호 증폭기(180), 송신 안테나(130) 및 수신 안테나(140)를 포함한다.
상기 FMCW 레이다 송수신기(100)는 송신 안테나(130)를 통해 방사된 신호가 목표물(미도시)에 의해 반사되어 되돌아오는 반사 신호를 수신 안테나(140)를 통해 수신한다.
이중 신호 발생기(110)는 하나의 트랜지스터(T10)를 이용하여 제1 신호(S10) 및 제2 신호(S10')를 동시에 발생시킨다. 제1 신호(S10)는 증폭 후 송신 안테나(130)를 통해 방사될 신호이고, 제2 신호(S10')는 수신 안테나(140)를 통해 되돌아오는 반사 신호와의 혼합을 위한 기준 신호로서 사용되는 신호이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이중 신호 발생기(110)는, LC 공진 회로부(LC10), 하나의 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)(T10), 게이트 정합 회로부(GM10), 드레인 정합 회로부(DM10), 소오스 정합 회로부(SM10)를 포함한다. 전계 효과 트랜지스터(T10)는 게이트 단자(G), 드레인 단자(D) 및 소오스 단자(S)를 갖는다.
게이트 정합 회로부(GM10)는 전계 효과 트랜지스터(T10)의 게이트 단자(G)와 LC 공진 회로부(LC10) 사이에 연결되어, 게이트 정합 회로부(GM10)의 양단 간의 임피던스(즉, 게이트 정합 회로부(GM10)를 기준으로, LC 공진 회로부(LC10) 측으로 바라본 임피던스와 전계 효과 트랜지스터(T10) 측으로 바라본 임피던스)를 매칭시켜, 반사 손실을 줄이기 위한 구성요소이다.
이와 유사하게, 드레인 정합 회로부(DM10)는 드레인 단자(D)에 연결되어, 드레인 정합 회로부(DM10)의 양단 간의 임피던스(즉, 드레인 정합 회로부(DM10)를 기준으로, 전계 효과 트랜지스터(T10) 측으로 바라본 임피던스와 드레인 정합 회로부(DM10)의 출력단, 즉 제1 신호(S10)의 출력단 측으로 바라본 임피던스)를 매칭시켜, 반사 손실을 줄이기 위한 구성요소이다. 이후, 증폭되어 송신 안테나(130)를 통해 출력될 제1 신호(S10)는 드레인 정합 회로부(DM10)를 통해 전력 증폭기(120) 측으로 출력된다.
마찬가지로, 소오스 정합 회로부(SM10)는 소오스 단자(S)에 연결되어, 소오스 정합 회로부(SM10)의 양단 간의 임피던스(즉, 소오스 정합 회로부(SM10)를 기준으로, 전계 효과 트랜지스터(T10) 측으로 바라본 임피던스와 소오스 정합 회로부(SM10)의 출력단, 즉 제2 신호(S10')의 출력단 측으로 바라본 임피던스)를 매칭시켜, 반사 손실을 줄이기 위한 구성요소이다. 이후, 상기 제2 신호(S10')는 반사 신호(S20)와의 비교를 위해 반사 신호에서 잡음이 저감된 신호(S20)와 함께 신호 혼합기(160) 측으로 입력된다.
드레인 정합 회로부(DM10)와 접지단 사이에는 드레인측 저항(R10)이 더 연결되어 있고, 소오스 정합 회로부(SM10)와 접지단 사이에는 소오스측 저항(R20)이 더 연결되어 있다.
게이트 정합 회로부(GM10), 드레인 정합 회로부(DM10) 및 소오스 정합 회로부(SM10)는, 마이크로스트립 라인(microstrip line)으로 구현된다. 즉, 이중 신호 발생기(110)는 전력 증폭기(120), 저잡음 증폭기(150) 및 신호 혼합기(160)와 함께 하나의 칩 내에 집적화되므로, 이들 정합 회로부들(GM10, DM10, SM10)을 LC lummped 소자를 직접 납땜 등으로 삽입해 넣는 방식은 현실적으로 어려움이 따른다.
전력 증폭기(120)는 이중 신호 발생기(110)와 송신 안테나(130) 사이에서 제1 신호(S10)의 전력을 증폭시켜 이득을 높인다. 저잡음 증폭기(150)는 수신 안테나(140)와 신호 혼합기(160) 사이에 배치되어, 수신 안테나(140)에서 수신한 반사 신호에서 잡음을 낮추면서 소정의 이득을 얻기 위한 구성요소로서, 반사 신호에서 잡음이 저감되어 증폭된 신호인 저잡음 증폭 신호(S20)는 신호 혼합기(160) 측으로 제공된다.
신호 혼합기(160)는 이중 신호 발생기(110)로부터의 제2 신호(S10')와 저잡음 증폭기(150)로부터의 저잡음 증폭 신호(S20)를 혼합하여 중간 주파수 신호를 생성해낸다. 여기서, 이중 신호 발생기(110)로부터의 제2 신호(S10')는 신호 혼합기(160)의 혼합시 기준 신호로서 사용된다.
중간 주파수 여과기(170)는, 상기 중간 주파수 신호에 포함된 불요파들을 제거하기 위한 구성요소이다.
중간 주파수 신호 증폭기(180)는, 중간 주파수 여과기(170)에 의해 불요파들이 제거된 중간 주파수 신호를 증폭시켜, 불요파 제거 및 증폭된 중간 주파수 신호를 포트를 통해 내보낸다. 중간 주파수 여과기(170)를 거쳐서 나오는 신호는 이득이 매우 낮아서 레이다 시스템에서 요구되는 이득을 얻기 위해서는 중간 주파수 신호 증폭기가 필요하게 된다. 포트를 통해 나온 불요파 제거 및 증폭된 중간 주파수 신호는 이후, 기저대역에서 디지털 변환과 푸리에 변환 등을 거쳐 비트 주파수를 얻어 목표물의 유무, 속도 및 거리를 파악할 수 있게 된다.
이상과 같이, 도 1에 도시된 종래의 RF 송수신기에서의 단일 신호 발생기의 구조에서는 하나의 신호만을 얻어서 이를 신호 분배기를 통해 송신 안테나 측과 신호 혼합기 측으로 분배하는 형태로 사용하고 있으나, 본 발명의 경우, 신호 발생기 내의 하나의 전계 효과 트랜지스터에서, 드레인 단자와 소오스 단자를 통해 각각 신호를 얻게 되므로, 신호 분배기 없이 송신 안테나 측과 신호 혼합기 측으로 각각 신호를 전달할 수 있게 된다. 또한, 예시되지는 않았으나, 종래의 경우, 푸쉬-푸쉬(push-push) 구조의 이중 신호 발생기를 이용하여 신호 분배기를 사용하지 않고 직접 출력 신호원과 신호 혼합기의 신호원으로 사용하고 있으므로, 이러한 구조의 이중 신호 발생기는, 2 개의 전계 효과 트랜지스터와 각각의 게이트 단자, 드레인 단자, 소오스 단자 측에 정합 회로들이 사용되어야 하므로, 신호 발생기 자체의 크기가 증가하게 되어 전체 회로 크기가 커지는 단점이 있다. 따라서, 본 발명과 같이 하나의 전계 효과 트랜지스터를 이용하는 이중 신호 발생기의 경우, 이러한 종래의 신호 발생기의 단점을 극복할 수 있게 된다.
다음으로 4 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 이중 신호 발생기에서 출력되는 신호(S10, S10')와 종래의 단일 신호 발생기에서 출력되는 신호(도 1의 S1 참조)를 비교 설명한다.
도 4의 경우, 종래의 신호 발생기의 주파수에 따른 출력을 보여주는 그래프로서, 종래의 신호 발생기의 출력단(Marker1)에서의 주파수(Freq.)가 24.12GHz이고, 출력 파워는 10.4dBm이다.
이에 비해, 본 발명의 이중 신호 발생기의 드레인 측, 즉 드레인 정합 회로부(DM10)로부터의 출력(Marker1), 즉 제1 신호(S10)에서의 주파수는 24.12GHz이고, 출력 파워는 10.36dBm으로서, 종래의 신호 발생기의 경우와 비슷한 수준이다. 따라서, 종래의 경우, 상기 출력(24.12GHz, 10.4dBm)이 신호 분배기(도 1의 11)를 거쳐 전력 증폭기(12) 측으로의 신호와 신호 혼합기(16) 측으로의 신호로 나눠지게 되므로, 종래의 경우 전력이 절반으로 줄어들게 되나, 본 발명의 경우에는 그렇지 않다.
또한, 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 경우 신호 혼합기(160) 측으로의 입력 신호인 제2 신호(S10', 즉 소오스 정합 회로부(SM10)로부터의 출력(Marker2))의 주파수는 24.12Ghz로 동일하고, 출력 파워는 2.52dBm이다. 즉, 신호 혼합기(160) 측으로 입력되는 제2 신호(S10')의 경우 기준 신호원으로서의 역할을 하므로, 굳이, 제1 신호(S10)와 같은 높은 파워를 가질 필요가 없다.
요컨대, 종래와 같이 신호 분배기를 사용하는 경우, 신호 분배기를 통해서 분리된 신호가 각각 최종 출력 단자와 신호 혼합기로 인가될 때 신호 분배기 자체에서 발생하는 3dB 이상의 삽입 손실이 있게 된다. 3dB의 손실은 기존 전력의 50%인 반 전력에 해당하는 것으로 전력이 절반으로 감소된다. 하지만, 본 발명의 경우, 이러한 삽입 손실의 원인이 되는 신호 분배기를 사용하지 않으므로, 큰 전력 손실을 차단할 수 있게 된다. 또한, 신호 혼합기의 경우, 전력 증폭기로 전달되는 경로로는 1dB 이하의 적은 손실을 갖지만 신호 혼합기로 전달되는 경로에는 12dB 이상의 큰 손실을 갖기 때문에 신호 혼합기를 통해 하향 변환된 중간 주파수 신호의 크기는 낮을 것이며, 이를 보상하기 위해서는 신호 발생기 이후에 완충 증폭기를 추가로 사용해야 하는 문제도 유발한다. 따라서, 본 발명의 경우, 신호 분배기를 제거함으로써, 전송 신호의 전력 손실을 줄일 수 있는 전기적인 특성뿐만 아니라 RF 송수신부의 집적화 회로 전체 사이즈를 약 20 내지 30%로 줄일 수 있게 되므로, 반도체 공정의 비용 절감 효과를 얻을 수 있다. 또한, RF 송수신기에서 반도체 집적 회로의 크기를 줄일 수 있어, 패키지 크기 감소로 전체적인 모듈의 최소화와 개발 비용을 낮출 수 있는 장점이 있다.
110 : 이중 신호 발생기
120 : 전력 증폭기
130 : 송신 안테나 140 : 수신 안테나
150 : 저잡음 증폭기
160 : 신호 혼합기
170 : 중간 주파수 여과기
180 : 중간 주파수 신호 증폭기
LC10 : LC 공진 회로부
T10 : 전계 효과 트랜지스터
GM10 : 게이트 정합 회로부
SM10 : 소오스 정합 회로부
DM10 : 드레인 정합 회로부

Claims (5)

  1. 송신 안테나(130)를 통해 방사된 신호가 목표물에 의해 반사되어 되돌아오는 반사 신호를 수신 안테나(140)를 통해 수신하는, FMCW 레이다 송수신기로서,
    하나의 트랜지스터(T10)를 이용하여 제1 신호(S10) 및 제2 신호(S10')를 동시에 발생시키는 이중 신호 발생기(110) - 상기 이중 신호 발생기(110)는, LC 공진 회로부와 전계 효과 트랜지스터(Field Effect Transistor)를 포함하고, 상기 제1 신호는 증폭 후 상기 송신 안테나를 통해 방사될 신호로서 상기 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자에서 출력되고, 상기 제2 신호는 상기 수신 안테나를 통해 되돌아오는 반사 신호와의 혼합을 위한 기준 신호로서 상기 전계 효과 트랜지스터의 소오스 단자에서 출력됨 - ;
    상기 이중 신호 발생기와 상기 송신 안테나 사이에 위치하여 상기 제1 신호의 전력을 증폭시키기 위한 전력 증폭기(120) - 상기 제1 신호는, 상기 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자로부터, 상기 전계 효과 트랜지스터의 드레인 단자와 상기 전력 증폭기 사이의 드레인 측 임피던스 정합용 마이크로스트립 라인(microstrip line)(DM10)을 경유하여, 상기 전력 증폭기로 전달됨 - ;
    상기 수신 안테나에서 수신한 상기 반사 신호에서 잡음을 낮추면서 증폭시키기 위한 저잡음 증폭기(150);
    상기 제2 신호와 상기 저잡음 증폭기로부터의 저잡음 증폭신호를 혼합하여 하향 변환하여 중간 주파수 신호를 생성하기 위한 신호 혼합기(160) - 상기 제2 신호는, 상기 전계 효과 트랜지스터의 소오스 단자로부터, 상기 전계 효과 트랜지스터의 소오스 단자와 상기 신호 혼합기 사이의 소오스 측 임피던스 정합용 마이크로스트립 라인(microstrip line)(SM10)을 경유하여, 상기 신호 혼합기로 전달됨 - ;
    상기 중간 주파수 신호에 포함된 불요파들을 제거하기 위한 중간 주파수 여과기(170); 및
    상기 중간 주파수 여과기에 의해 불요파들이 제거된 중간 주파수 신호를 증폭하기 위한 중간 주파수 신호 증폭기(180);를 포함하는 것을 특징으로 하는, FMCW 레이다 송수신기.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 이중 신호 발생기, 상기 전력 증폭기, 상기 저잡음 증폭기, 상기 신호 혼합기, 상기 드레인 측 임피던스 정합용 마이크로스트립 라인, 및 상기 소오스 측 임피던스 정합용 마이크로스트립 라인은 하나의 칩 내에 집적화되는 것을 특징으로 하는, FMCW 레이다 송수신기.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 FMCW 레이다 송수신기는, 상기 LC 공진 회로부와 상기 전계 효과 트랜지스터의 게이트 단자 사이에 게이트 측 임피던스 정합용 마이크로스트립 라인(GM10)을 더 포함하며,
    상기 이중 신호 발생기, 상기 전력 증폭기, 상기 저잡음 증폭기, 상기 신호 혼합기, 상기 드레인 측 임피던스 정합용 마이크로스트립 라인, 상기 소오스 측 임피던스 정합용 마이크로스트립 라인, 및 상기 게이트 측 임피던스 정합용 마이크로스트립 라인은 하나의 칩 내에 집적화되는 것을 특징으로 하는, FMCW 레이다 송수신기.
  5. 삭제
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