KR101909678B1 - W대역 fmcw레이더의 다이렉트 컨버전 수신기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기의 IQ믹서 및 스위치를 통해 잡음을 개선하고 원하는 신호가 감소되는 것을 방지할 수 있는 W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기에 관한 것이다.

Description

W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기{DIRECT CONVERSION RECEIVER FOR W-BAND FMCW RADAR}

본 발명은 W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기의 IQ믹서 및 스위치를 통해 잡음을 개선하고 원하는 신호가 감소되는 것을 방지할 수 있는 W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기에 관한 것이다.

일반적으로 레이더의 수신기는 슈퍼 헤테로다인 방식과 다이렉트 컨버전 방식의 수신기가 많이 쓰여진다.

슈퍼 헤테로다인 방식의 경우에는 다수의 국부신호 발진기를 사용함으로 회로구성이 복잡하나 불필요한 신호나 잡음을 중간의 필터로 차단이 가능하다.

허나, 다이렉트 컨버전 방식의 수신기의 경우는 회로 구성은 슈퍼 헤테로다인 방식에 비해 간단하나 수신신호와 국부신호 발진기의 신호의 주파수 대역이 일치하기 때문에 불필요한 신호나 잡음을 차단할 수가 없는 문제점이 있었다.

등록특허 10-0215296, 등록일자 1999년 05월 24일, '한 개의 주파수혼합기를 사용하는 IQ복조장치 및 방법' 등록특허 10-0544777, 등록일자 2006년 01월 12일, 'I/Q 부정합 보상 방법 및 장치'

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기의 IQ믹서 및 스위치를 통해 잡음을 개선하고 수신을 원하는 신호가 감소되는 것을 방지할 수 있는 W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기를 제시하는 데 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기는 FMCW안테나를 통해 수신되는 UP파형과 DOWN파형이 연속되는 삼각파형 형태의 연속파를 수신하여 증폭하는 저잡음 증폭기; 상기 저잡음 증폭기가 수신한 신호를 국부신호와 합성하여 I신호와 Q신호를 출력하는 IQ믹서부; 상기 IQ믹서부를 통해 출력된 I신호와 Q신호를 합성하여 출력하는 90° 전력 결합부; 및 상기 저잡음 증폭기가 수신하는 파형에 따라 상기 90° 전력 결합부를 제어하여 I신호와 Q신호를 USB합성(RF-LO) 또는 LSB합성(LO-RF)하여 출력하도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 IQ믹서부는, 상기 저잡음 증폭기로부터 입력된 UP파형과 DOWN파형이 연속되는 삼각파형 형태의 연속파를 합성하는 90° 하이브리드 합성기; 국부신호를 제공하는 국부신호 입력부; 상기 90° 하이브리드 합성기를 거친 신호와 상기 국부신호 입력부의 국부신호를 합성하는 믹서부; 및 상기 믹서부를 거쳐 생성된 I신호와 Q신호를 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 90° 전력 결합부는, 상기 IQ믹서부로부터 출력된 I신호 또는 Q신호를 스위칭하는 제1스위치; 상기 IQ믹서부로부터 출력된 I신호 또는 Q신호를 스위칭하는 제2스위치; 및 상기 제1스위치 및 제2스위치의 스위칭을 통해 입력된 신호를 합성하여 출력하는 합성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 저잡음 증폭기가 수신하는 파형이 UP파형일 경우 상기 90° 전력 결합부의 제1스위치 및 제2스위치를 제어하여 합성부가 I신호와 Q신호를 LSB합성(LO-RF)하여 출력하도록 제어하고, 상기 저잡음 증폭기가 수신하는 파형이 DOWN파형일 경우 상기 90° 전력 결합부의 제1스위치 및 제2스위치를 제어하여 합성부가 I신호와 Q신호를 USB합성(RF-LO)하여 출력하도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기를 이용하여 신호를 수신함에 있어서 IQ믹서 및 스위치를 통해 수신신호의 잡음을 개선할 수 있고 수신을 원하는 신호가 감소되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다이렉트 컨버전 수신기의 블록구성도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 IQ믹서부의 블록구성도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 IQ믹서부의 구성도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 W대역 FMCW레이더의 신호분포도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 90° 전력 결합부의 실시예시도1
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 90° 전력 결합부의 실시예시도2

아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구성될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우만이 아니라, 다른 부분을 통해 “간접적으로 연결”되는 경우도 포함하여 어떤 부분이 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함 할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다이렉트 컨버전 수신기의 블록구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기(100)는 FMCW안테나를 통해 수신되는 UP파형과 DOWN파형이 연속되는 삼각파형 형태의 연속파를 수신하여 증폭하는 저잡음 증폭기(110)와 상기 저잡음 증폭기(110)가 수신한 신호를 국부신호와 합성하여 I신호와 Q신호를 출력하는 IQ믹서부(120)와 상기 IQ믹서부(120)를 통해 출력된 I신호와 Q신호를 합성하여 출력하는 90° 전력 결합부(130) 및 상기 저잡음 증폭기(110)가 수신하는 파형에 따라 상기 90° 전력 결합부(130)를 제어하여 I신호와 Q신호를 USB합성(RF-LO) 또는 LSB합성(LO-RF)하여 출력하도록 제어하는 제어부(140)를 포함하여서 구성된다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 IQ믹서부의 블록구성도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 IQ믹서부의 구성도이다. 도 2와 3에 도시된 바와 같이 상기 IQ믹서부(120)는 상기 저잡음 증폭기(110)로부터 입력된 UP파형과 DOWN파형이 연속되는 삼각파형 형태의 연속파를 합성하는 90° 하이브리드 합성기(121)와 국부신호를 제공하는 국부신호 입력부(122)와 상기 90° 하이브리드 합성기(121)를 거친 신호와 상기 국부신호 입력부(122)의 국부신호를 합성하는 믹서부(123) 및 상기 믹서부(123)를 거쳐 생성된 I신호와 Q신호를 출력하는 출력부(124)를 포함하여서 구성된다.

상기 IQ믹서부(120)가 I신호와 Q신호를 출력하는 과정에 대해 설명하면 도 3에 도시된 바와 같이 먼저 상기 저잡음 증폭기(110)로부터 UP파형과 DOWN파형이 연속되는 삼각파형 형태의 연속파(Vr)를 상기 90° 하이브리드 합성기(121)가 입력 받는 단계를 거친다. 이 때 상기 연속파(Vr)는 아래 수학식 1와 같다.

[수학식 1]

다음으로 상기 연속파(Vr)를 상기 90° 하이브리드 합성기(121)가 합성하여 출력하는 단계를 거친다. 이 때 출력되는 신호는 아래 수학식 2와 같이 두개의 신호가 출력된다.

[수학식 2]

,

다음으로 상기 90° 하이브리드 합성기(121)를 통해 합성되어 출력된 두 신호를 상기 믹서부(123)가 상기 국부신호 입력부(122)가 제공하는 국부신호와 합성하여 출력하는 단계를 거친다. 이 때 출력되는 두 신호는 아래 수학식 3와 같다.

[수학식 3]

,

마지막으로 상기 믹서부(123)를 통해 출력된 상기 Vi_A신호(I신호)와 Vi_B신호(Q신호)를 상기 출력부(124)가 출력하는 단계를 거쳐서 상기 IQ믹서부(120)가 I신호와 Q신호를 출력하게 된다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 W대역 FMCW레이더의 신호분포도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기는 UP파형과 DOWN파형이 연속되는 삼각파형 형태의 연속파를 수신하는데 이 때 이미지 신호(잡음), 국부신호 및 수신신호는 표적의 거리에 따라 시간 지연이 발생하기 때문에 도 4와 같이 이미지 신호(잡음)가 가장 먼저 형성되고 다음으로 국부신호와 수신신호가 형성된다.

도 4와 같이 연속되는 삼각파형 형태의 연속파를 수신하는 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기의 경우 종래의 슈퍼 헤테로다인 방식의 수신기와는 달리 필터를 적용할 수 없어 수신하는 연속되는 UP파형과 DOWN파형에 따라 출력하는 신호가 달라져야 수신기의 이미지 신호(잡음)를 개선하고 수신을 원하는 신호가 감소되는 것을 방지할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기(100)의 이미지 신호(잡음)를 개선하고 수신을 원하는 신호가 감소되는 것을 방지하기 위해 상기 제어부(140)가 상기 저잡음 증폭기(110)가 수신하는 파형에 따라 상기 90° 전력 결합부(130)를 제어하여 상기 IQ믹서부(120)를 통해 입력된 I신호와 Q신호를 합성하여 출력하는 방법에 대해서 설명한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 90° 전력 결합부의 실시예시도이다. 상기 제어부(140)는 상기 저잡음 증폭기(110)가 수신하는 파형이 UP파형일 경우 상기 90° 전력 결합부(130)의 제1스위치(131) 및 제2스위치(132)를 도 5a에 도시된 바와 같이 제어하여 상기 합성부(133)가 상기 IQ믹서부(120)를 통해 출력된 I신호와 Q신호를 LSB합성(LO-RF)하여 출력하도록 제어한다. 상기 LSB합성을 통해 출력되는 신호는 아래 수학식 4와 같다.

[수학식 4]

상기 제어부(140)가 도 5a처럼 상기 90° 전력 결합부(130)를 제어하여 I신호와 Q신호를 LSB합성(LO-RF)하여 출력할 경우 도 5b처럼 이미지 신호(잡음)가 제거되고 수신을 원하는 수신신호가 감소되지 않고 출력된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 90° 전력 결합부의 실시예시도2이다. 상기 도 5와는 반대로 상기 제어부(140)는 상기 저잡음 증폭기(110)가 수신하는 파형이 DOWN파형일 경우 상기 90° 전력 결합부(130)의 제1스위치(131) 및 제2스위치(132)를 도 6a에 도시된 바와 같이 제어하여 상기 합성부(133)가 상기 IQ믹서부(120)를 통해 출력된 I신호와 Q신호를 USB합성(RF-LO)하여 출력하도록 제어한다. 상기 USB합성을 통해 출력되는 신호는 아래 수학식 5와 같다.

[수학식 5]

상기 제어부(140)가 도 6a처럼 상기 90° 전력 결합부(130)를 제어하여 I신호와 Q신호를 USB합성(RF-LO)하여 출력할 경우 도 6b처럼 이미지 신호(잡음)가 제거되고 수신을 원하는 수신신호가 감소되지 않고 출력된다.

상기한 것처럼 본 발명에 따른 W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기(100)는 FMCW안테나를 통해 입력되는 UP파형과 DOWN파형이 연속되는 삼각파형 형태의 연속파를 저잡음 증폭기(110)가 수신하여 상기 믹서부(120)로 입력하면 상기 IQ믹서부(120)가 상기 연속파와 국부신호를 합성하여 I신호와 Q신호를 출력하고 상기 제어부(140)가 상기 저잡음 증폭기(110)가 수신하는 신호의 파형에 따라서 상기 90° 전력 결합부(130)를 제어하여 상기 IQ믹서부(120)가 출력한 I신호와 Q신호를 USB합성(RF-LO) 또는 LSB합성(LO-RF)을 하여 출력함으로써 이미지 신호(잡음)를 제거하고 수신을 원하는 수신신호가 감소되는 일 없이 수신되도록 할 수 있어 종래의 다이렉트 컨버전 수신기가 갖고 있던 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시 예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100 : 다이렉트 컨버전 수신기
110 : 저잡음 증폭기
120 : IQ믹서부
121 : 90° 하이브리드 합성기
122 : 국부신호 입력부
123 : 믹서부
124 : 출력부
130 : 90° 전력 결합부
131 : 제1스위치
132 : 제2스위치
133 : 합성부
140 : 제어부

Claims (4)

1. W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기에 있어서,
   FMCW안테나를 통해 수신되는 UP파형과 DOWN파형이 연속되는 하기 수학식 1과 같은 삼각파형 형태의 연속파(Vr)를 수신하고 증폭하는 저잡음 증폭기(110);
   [수학식 1]
   

   

   
   상기 저잡음 증폭기(110)가 수신한 신호를 국부신호와 합성하여 I신호와 Q신호를 출력하는 IQ믹서부(120);
   상기 IQ믹서부(120)를 통해 출력된 I신호와 Q신호를 합성하여 출력하는 90° 전력 결합부(130); 및
   상기 저잡음 증폭기(110)가 수신하는 파형에 따라 상기 90° 전력 결합부(130)를 제어하여 I신호와 Q신호를 USB합성(RF-LO) 또는 LSB합성(LO-RF)하여 출력하도록 제어하는 제어부(140);
   를 포함하되,
   상기 제어부(140)는,
   상기 저잡음 증폭기(110)가 수신하는 파형이 UP파형일 경우 상기 90° 전력 결합부(130)의 제1스위치(131) 및 제2스위치(132)를 제어하여 합성부(133)가 I신호와 Q신호를 LSB합성(LO-RF)하여 하기 수학식 4와 같은 신호를 출력하도록 제어하고,
   [수학식 4]
   

   

   
   상기 저잡음 증폭기(110)가 수신하는 파형이 DOWN파형일 경우 상기 90° 전력 결합부(130)의 제1스위치(131) 및 제2스위치(132)를 제어하여 합성부(133)가 I신호와 Q신호를 USB합성(RF-LO)하여 하기 수학식 5와 같은 신호를 출력하도록 제어하되,
   [수학식 5]
   

   

   
   상기 IQ믹서부(120)는,
   상기 저잡음 증폭기(110)로부터 입력된 UP파형과 DOWN파형이 연속되는 삼각파형 형태의 연속파(Vr)를 합성하여 하기 수학식 2와 같은 두 가지 신호를 출력하는 90° 하이브리드 합성기(121);
   [수학식 2]
   

   

   ,

   

   
   국부 신호를 제공하는 국부신호 입력부(122);
   상기 90° 하이브리드 합성기(121)를 거친 신호와 상기 국부신호 입력부(122)의 국부신호를 합성하여 하기 수학식 3와 같은 신호를 출력하는 믹서부(123); 및
   [수학식 3]
   

   

   ,

   

   
   상기 Vi_A는 I신호이며, Vi_B신호는 Q신호이다.
   상기 믹서부(123)를 거쳐 생성된 I신호와 Q신호를 출력하는 출력부(124);
   를 포함하되,
   상기 90° 전력 결합부(130)는,
   상기 IQ믹서부(120)로부터 출력된 I신호 또는 Q신호를 스위칭하는 제1스위치(131);
   상기 IQ믹서부(120)로부터 출력된 I신호 또는 Q신호를 스위칭하는 제2스위치(132); 및
   상기 제1스위치(131) 및 제2스위치(132)의 스위칭을 통해 입력된 신호를 합성하여 출력하는 합성부(133);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 W대역 FMCW레이더의 다이렉트 컨버전 수신기.
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