KR102483577B1 - Radio Frequency Detector and Sensor apparatus having the Radio Frequency Detector - Google Patents
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Abstract
본 발명은 발진기를 기반으로 하는 초고주파 검출구조에서 검출 민감도의 향상과 함께 입력전력과 출력주파수가 선형관계를 가지도록 하여 입력신호의 크기를 정확하게 검출하는 초고주파 검출기와, 이들의 배치를 통해 마련되는 센서장치에 관한 것이다. 그리고 본 발명의 초고주파 검출기는, 소정 초고주파 대역의 신호를 수신하는 안테나와, 상기 안테나가 수신한 초고주파 대역의 입력전력을 인가받는 전력 검출기, 상기 전력 검출기의 출력전압을 이용하여 상기 입력전력과 선형관계의 출력주파수를 제공하는 전압제어 발진기를 포함하여 구성된다. The present invention provides an ultra-high frequency detector that accurately detects the magnitude of an input signal by allowing input power and output frequency to have a linear relationship with the improvement of detection sensitivity in an oscillator-based ultra-high frequency detection structure, and a sensor provided through their arrangement It's about the device. In addition, the ultra-high frequency detector of the present invention uses an antenna for receiving a signal of a predetermined ultra-high frequency band, a power detector to which the input power of the ultra-high frequency band received by the antenna is applied, and a linear relationship with the input power using the output voltage of the power detector. It is configured to include a voltage controlled oscillator providing an output frequency of.
Description
본 발명은 초고주파 검출기에 관한 것으로, 특히 발진기를 기초로 하는 초고주파 검출구조에서 검출 민감도의 향상과 함께 입력전력과 출력주파수가 선형관계를 가지도록 하여 입력신호의 크기를 정확하게 검출하는 초고주파 검출기와, 이들의 배치를 통해 마련되는 센서장치에 관한 것이다. The present invention relates to an ultra-high frequency detector, in particular, an ultra-high frequency detector that accurately detects the magnitude of an input signal by improving detection sensitivity and having a linear relationship between input power and output frequency in an oscillator-based ultra-high frequency detection structure, and these It relates to a sensor device provided through the arrangement of.
초고주파 대역 신호는 영상시스템, 센서시스템, 보안시스템, 진단시스템 등과 같은 다양한 분야에 활용되며, 시스템의 성능 극대화를 위해서는 정확한 초고주파 신호의 검출 능력이 필요하다.Ultra-high frequency band signals are used in various fields such as imaging systems, sensor systems, security systems, and diagnostic systems. In order to maximize system performance, accurate ultra-high frequency signal detection capability is required.
초고주파 신호를 검출하는 종래 기술로는 입력전력과 출력전압이 제곱관계에 있는 스퀘어 로(Square law) 기반의 검출기가 많이 사용된다. 또 근래에는 검출 소자의 동작 범위 이상에 대한 신호 크기 역시 플라즈몬 검출(Plasmon detection) 원리에 의해 동일한 구조를 이용하여 검출하는 것이 가능하게 되어, 입력 주파수의 크기와 상관없이 출력전압에서 입력전력을 검출할 수 있게 되었다.As a prior art for detecting an ultra-high frequency signal, a detector based on a square law in which an input power and an output voltage have a square relationship is widely used. Also, in recent years, it has become possible to detect the signal level over the operating range of the detection element using the same structure according to the plasmon detection principle, so that the input power can be detected from the output voltage regardless of the size of the input frequency. have been able to
그러나 종래 검출기들은 기본적으로 상기 Square law 검출방법을 기반으로 하여 초고주파 신호를 검출하였기 때문에 입력전력과 출력전압의 관계가 제곱 관계로서 비선형적으로 나타날수 밖에 없었고, 이러한 이유로 출력전압으로부터 입력전력을 절대적인 값으로 정확하게 검출하기가 쉽지 않았다. However, since conventional detectors basically detect ultra-high frequency signals based on the Square law detection method, the relationship between input power and output voltage is inevitably non-linear as a square relationship. For this reason, input power from output voltage is converted into an absolute value It was not easy to accurately detect.
특히 이러한 검출기를 기반으로 센서 장치를 구성하는 경우 센서가 갖는 민감도는 얼마나 작은 신호를 감지하는 것에 의해 결정되는데, 비선형 관계에 있는 square law 검출기는 낮은 입력 전력에서 변화에 대한 출력 전압 변화에 미비하여 민감도가 낮을 수밖에 없는 물리적 한계를 갖는다. 동일한 동적 영역을 갖는 시스템 구성에서 높은 민감도를 갖는 센서 장치를 구현하기 위해서는 낮은 입력 신호 전력에 대한 변화가 square law 검출기보다 높은 출력 전압 변화로 나타나는 것이 필요하며, 이를 위해서는 입력 전력과 출력 전압 관계가 선형 특성을 갖는 것이 유리하다. In particular, when a sensor device is configured based on such a detector, the sensitivity of the sensor is determined by how small a signal is detected. A square law detector in a non-linear relationship is not sensitive to the output voltage change for a change at low input power. has a physical limit that must be low. In order to implement a sensor device with high sensitivity in a system configuration with the same dynamic range, it is necessary that a change in low input signal power appears as a higher output voltage change than a square law detector, and for this, the relationship between input power and output voltage is linear. It is advantageous to have a characteristic
종래에 이를 보상하기 위한 예로 입력 전력과 출력 전압과의 관계에 공장 내 보상(Factory calibration)과 같은 선행 보상과정을 통해 획득되는 비례상수를 적용하여 절대값 측정에 활용하는 방안이 있었다. 또 검출기를 배열형 구조로 구성하여 초고주파 영상시스템, 다중 융합센서 등에 활용하는 경우에는 모든 검출기 간의 비례상수가 동일하다고 볼 수 없었기 때문에, 전체적으로 검출기의 특성을 정규화하는 보상과정이 수행되었다.In the past, as an example of compensating for this, there was a method of applying a proportional constant obtained through a preceding compensation process such as factory calibration to the relationship between input power and output voltage and using it for absolute value measurement. In addition, when the detectors are configured in an array structure and used for ultra-high frequency imaging systems and multiple fusion sensors, the proportionality constants among all detectors cannot be considered to be the same, so a compensation process for normalizing the characteristics of the detectors as a whole was performed.
그렇지만 이러한 상기 보상 방안은 특정 입력전력에 대응하여 나타나는 출력전압을 정규화하여 보상하기 때문에, 상술한 바와 같이 입력과 출력간의 비선형 관계를 가지는 검출기의 특성을 모두 반영할 수 없었다. However, since the above compensation method compensates by normalizing the output voltage corresponding to a specific input power, it cannot reflect all the characteristics of the detector having a non-linear relationship between the input and the output as described above.
상기한 비선형 특성으로 인한 문제를 해결하기 다른 방안으로 출력 전압을 직접 읽어 증폭한 다음 정보를 획득하는 방법도 있다. 하지만 이러한 방법은 DC 레벨에 존재하는 Square law 검출방법의 특성으로 인하여 1/f 잡음 영향과 DC 오프셋 전압의 영향이 크게 나타나서 검출결과의 신호대잡음비의 열화를 가져오는 문제가 있다. 물론 검출기 수신단을 변조시켜서 신호를 획득하는 방법으로 이를 해결할 수 있었지만, 이 경우 변조신호 주파수가 수 MHz 이상 높아지기 때문에 검출기에 신호수집을 위한 제어회로가 반드시 필요하게 되었고, 변조신호 이상으로 출력전력을 생성할 수 있는 특성이 요구되어야 하기 때문에, 전반적으로 회로구성의 복잡도가 증가하는 문제가 있다. As another method to solve the problem caused by the above nonlinear characteristics, there is also a method of directly reading and amplifying the output voltage and then obtaining information. However, this method has a problem in that the SNR of the detection result is deteriorated because the 1/f noise effect and the DC offset voltage effect are greatly affected due to the characteristics of the square law detection method existing at the DC level. Of course, this could be solved by modulating the detector receiving end to obtain a signal, but in this case, since the frequency of the modulated signal is higher than several MHz, a control circuit for signal collection in the detector is indispensable, and output power is generated beyond the modulated signal. Since the characteristics that can be performed must be required, there is a problem in that the overall complexity of the circuit configuration increases.
또 기존 검출기를 이용한 센서는 공진기를 이용한 프리 러닝(free-running)방식 전압제어 발진기를 사용하기 때문에, 공진기와 전압 이득을 생성하는 회로에 동작전압과 온도 등에 의한 특성 영향으로 회로자체의 불안정성이 초래되었고, 단순 센싱 정보에 의해 주파수 변화량을 구분하기 어려운 문제가 있었다. In addition, since the sensor using the existing detector uses a free-running voltage-controlled oscillator using a resonator, instability of the circuit itself is caused by the influence of operating voltage and temperature on the circuit that generates the resonator and voltage gain. In addition, there was a problem in that it was difficult to distinguish the amount of frequency change by simple sensing information.
따라서 본 발명의 목적은, 간단한 회로구성으로 입력전력과 출력전압 사이가 선형 특성을 가지도록 하여 입력신호 크기를 정확하게 검출하게 하는 것이다. 즉 발진기를 이용한 종래 검출기 구성이 가지는 기본적인 특성 한계를 해결하기 위한 것이라 할 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to accurately detect the magnitude of an input signal by having a linear characteristic between input power and output voltage with a simple circuit configuration. That is, it will be said to solve the basic characteristic limitations of the conventional detector configuration using an oscillator.
본 발명의 다른 목적은 검출기의 출력을 높은 안정성을 가지는 전압제어 발진기에 입력함으로써, 회로내 잡음 특성을 최소화하여 검출 민감도를 향상시키는 것이다. Another object of the present invention is to improve detection sensitivity by minimizing noise characteristics in a circuit by inputting an output of a detector to a voltage controlled oscillator having high stability.
본 발명의 또 다른 목적은 둘 이상의 검출기를 다양하게 배열하여 배열형 검출기나 컬러 매핑 정보를 출력하는 컬러화 전력검출기와 같은 센서장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a sensor device such as an array type detector or a colorized power detector that outputs color mapping information by arranging two or more detectors in various ways.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소정 초고주파 대역의 신호를 수신하는 안테나; 상기 안테나가 수신한 초고주파 대역의 입력전력을 인가받는 전력 검출기; 및 상기 전력 검출기의 출력전압을 이용하여 상기 입력전력과 선형관계의 출력주파수를 제공하는 전압제어 발진기를 포함하는 초고주파 검출기를 제공한다. The present invention for achieving the above object is an antenna for receiving a signal of a predetermined ultra-high frequency band; a power detector receiving the input power of the ultra-high frequency band received by the antenna; and a voltage controlled oscillator providing an output frequency in a linear relationship with the input power using the output voltage of the power detector.
상기 전력 검출기는, 입력전력과 출력전압이 제곱관계인 Square law 기반 검출기가 사용된다. The power detector uses a square law-based detector in which input power and output voltage have a square relationship.
상기 전력 검출기는, CMOS 플라즈몬 검출기가 사용된다. As the power detector, a CMOS plasmon detector is used.
상기 전압제어 발진기는 완화 발진기(Relaxation oscillator)가 사용될 수 있다.A relaxation oscillator may be used as the voltage controlled oscillator.
상기 완화 발진기(Relaxation oscillator)에서 생성되는 주파수가 주파수 선택 회로 특성 값에 의해 달라진다. 그리고 상기 완화 발진기(Relaxation oscillator)는 바랙터(varactor)를 사용할 수 있다.The frequency generated by the relaxation oscillator varies depending on the frequency selection circuit characteristic value. Also, a varactor may be used as the relaxation oscillator.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 입력전력과 출력전압이 제곱관계인 전력 검출기; 및 상기 전력 검출기의 출력전압을 이용하여 상기 전력 검출기의 비선형특성을 보상하는 전압제어 발진기를 포함하는 초고주파 검출기를 제공한다. According to another feature of the present invention, a power detector in which the input power and the output voltage have a square relationship; and a voltage controlled oscillator compensating for a nonlinear characteristic of the power detector using an output voltage of the power detector.
상기 전압제어 발진기는 MOS 커패시터(Capacitor) 기반의 바랙터(varactor)를 사용하여 주파수를 가변하게 된다.The voltage controlled oscillator uses a varactor based on a MOS capacitor to vary a frequency.
상기 비선형 특성은 상기 바랙터의 특성 값 및 전압제어 발진기의 바이어스 설정에 따라 보상된다. The nonlinear characteristic is compensated according to the characteristic value of the varactor and the bias setting of the voltage controlled oscillator.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 입력전력을 인가받는 적어도 하나의 전력 검출기; 상기 전력 검출기와 연결되며 서로 다른 주파수 특성을 가지는 제1 내지 제N 전압제어 발진기를 포함하며, 상기 제1 내지 제N 전압제어 발진기가 출력하는 서로 다른 주파수의 컬러 정보를 검출하는 센서장치를 제공한다.According to another feature of the present invention, at least one power detector receiving input power; It is connected to the power detector and includes first to N th voltage controlled oscillators having different frequency characteristics, and detects color information of different frequencies output from the first to N th voltage controlled oscillators. .
상기 전력 검출기가 둘 이상이면 각각의 전력 검출기 코어는 서로 다른 바이어스 전압 특성을 제공한다.If there are two or more power detectors, each power detector core provides a different bias voltage characteristic.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 안테나를 통해 수신한 초고주파 대역의 입력전력을 인가받는 전력 검출기, 및 상기 전력 검출기의 출력전압을 이용하여 상기 입력전력과 선형관계의 출력주파수를 제공하는 전압제어 발진기로 이루어지는 둘 이상의 초고주파 검출기를 포함하고, 서로 인접하는 초고주파 검출기는 서로 다른 발진 주파수를 사용하는 센서장치를 제공한다.According to another feature of the present invention, a power detector receiving an input power of a very high frequency band received through an antenna, and a voltage controlled oscillator that provides an output frequency linearly related to the input power using an output voltage of the power detector. It provides a sensor device comprising two or more microwave detectors made of, and the microwave detectors adjacent to each other use different oscillation frequencies.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 입력전력을 인가받는 제1 내지 제N 전력 검출기; 상기 제1 내지 제N 전력 검출기의 출력단자와 연결되는 하나의 가산기; 상기 가산기의 출력전압을 이용하여 상기 제1 내지 제N 전력 검출기의 출력주파수를 출력하는 전압제어 발진기를 포함하며, 상기 출력주파수는 제1 내지 제N 전력검출기의 순서대로 연속되게 출력하는 센서장치를 제공한다.According to another feature of the present invention, first to Nth power detectors receiving input power; one adder connected to the output terminals of the first to Nth power detectors; A voltage controlled oscillator for outputting output frequencies of the first to Nth power detectors using the output voltage of the adder, wherein the output frequencies are continuously output in order of the first to Nth power detectors. to provide.
이상과 같은 본 발명의 초고주파 검출기에 따르면, 전력 검출기의 출력을 출력특성이 안정적인 전압제어 발진기에 입력하고 있어 출력 안정성과 함께 검출 민감도를 향상시킬 수 있다.According to the microwave detector of the present invention as described above, since the output of the power detector is input to the voltage controlled oscillator having stable output characteristics, it is possible to improve detection sensitivity as well as output stability.
또 본 발명은 전압제어 발진기로 완화 발진기(Relaxation oscillator)를 이용할 수 있어 종래 복잡한 주파수 위상 고정시스템 등을 사용하지 않고 발진기 구조만으로 외부 영향에 둔감한 초고주파 검출기를 구현할 수 있다.In addition, since the present invention can use a relaxation oscillator as a voltage controlled oscillator, it is possible to implement an ultra-high frequency detector that is insensitive to external influences only with an oscillator structure without using a conventional complex frequency phase locking system.
또 본 발명의 초고주파 검출기는 전력 검출기의 입력 전력과 전압제어 발진기의 출력 주파수 간 선형특성을 가지도록 하고 있어, 복잡한 보상과정 없이 입력신호의 크기를 정확하게 검출할 수 있다. 즉 검출기의 특성과 발진기내 MOSCAP 기반 바랙터(varactor)의 특성이 서로 상쇄되도록 하여 입력전력과 출력 주파수가 선형관계를 갖도록 하고 있다. In addition, since the microwave detector of the present invention has a linear characteristic between the input power of the power detector and the output frequency of the voltage controlled oscillator, the magnitude of the input signal can be accurately detected without a complicated compensation process. That is, the characteristics of the detector and the characteristics of the MOSCAP-based varactor in the oscillator are offset with each other so that the input power and the output frequency have a linear relationship.
그리고 본 발명은 이러한 초고주파 검출기에 구비된 검출기 및 발진기를 둘 이상 조합하여 배열시키게 되면, 개별적인 초고주파 검출기에 비해 민감도가 향상된 센서장치나 컬러정보를 검출할 수 있는 센서장치를 구현할 수 있다. 특히 하나의 검출기 출력으로 복수의 발진기의 서로 다른 주파수를 출력할 수 있어, 컬러정보를 검출하는 센서장치의 구조를 간단하게 구성할 수 있다.In the present invention, when two or more detectors and oscillators included in the microwave detector are combined and arranged, a sensor device having improved sensitivity compared to individual microwave detectors or a sensor device capable of detecting color information can be implemented. In particular, since different frequencies of a plurality of oscillators can be output with one detector output, the structure of a sensor device for detecting color information can be easily configured.
또 초고주파 검출기를 둘 이상 배열한 구조에서는 인접한 검출기들은 서로 다른 발진 주파수를 생성하여 검출기 출력 간의 상호 간섭을 회피할 수 있다. 따라서 검출기의 집적도를 높일 수 있어 초고주파 영상 해상도가 향상되는 효과도 있다.In addition, in a structure in which two or more microwave detectors are arranged, mutual interference between detector outputs can be avoided by generating different oscillation frequencies from adjacent detectors. Therefore, since the degree of integration of the detector can be increased, there is also an effect of improving the resolution of the ultra-high frequency image.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초고주파 검출기의 구성도
도 2는 본 발명의 초고주파 검출기의 입력전력과 출력주파수의 관계를 설명하기 위한 구성도
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 센서장치의 구성도
도 4는 도 3의 센서장치의 출력 주파수를 나타낸 그래프
도 5 내지 도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 센서장치들을 설명하는 구성도
도 8은 도 7의 센서장치의 출력전압 및 출력주파수를 나타낸 그래프1 is a configuration diagram of a microwave detector according to a preferred embodiment of the present invention
Figure 2 is a configuration diagram for explaining the relationship between the input power and the output frequency of the microwave detector of the present invention
3 is a configuration diagram of a sensor device according to another embodiment of the present invention
Figure 4 is a graph showing the output frequency of the sensor device of Figure 3
5 to 7 are configuration diagrams for explaining sensor devices according to another embodiment of the present invention.
Figure 8 is a graph showing the output voltage and output frequency of the sensor device of Figure 7
본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.Objects and effects of the present invention, and technical configurations for achieving them will become clear with reference to embodiments described later in detail in conjunction with the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
그리고 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below and may be implemented in a variety of different forms. Only these embodiments are provided to complete the disclosure of the present invention and to fully inform those skilled in the art of the scope of the invention, and the present invention is defined by the scope of the claims. only become Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.
본 실시 예는 전력 검출기의 출력을 높은 안정성을 갖는 전압제어 발진기에 입력함으로써 높은 출력의 안정성과 함께 민감도를 향상시키고, 동시에 입력전력과 출력주파수의 변화관계를 선형적으로 만들어서 입력신호의 크기를 보다 정확하게 검출할 수 있는 초고조파 검출기의 구조를 제안하는 것이고, 이하에서 도면에 도시한 실시 예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다. In this embodiment, by inputting the output of the power detector to a voltage controlled oscillator having high stability, the sensitivity is improved with high stability of the output, and at the same time, the change relationship between the input power and the output frequency is linearized to make the magnitude of the input signal more accurate. This is to propose a structure of an ultra-harmonic detector capable of accurately detecting, and the present invention will be described in more detail below based on the embodiments shown in the drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초고주파 검출기(100)를 나타낸 구성도이다. 이를 보면, 초고주파 검출기(100)는, 초고주파 신호를 수집하는 안테나(110)를 통해 입력전력(PIN)을 인가받는 전력 검출기(120)와, 상기 전력 검출기(120)의 출력 전압(VD)을 이용하여 주파수를 출력하는 발진기(130)를 포함하여 이루어진다.1 is a configuration diagram showing a
상기 전력 검출기(120)는 입출력이 제곱관계(
상기 발진기(130)는 전압제어 발진기이고, 상기 전력 검출기(120)가 가지는 비선형적인 특성을 상쇄시키기 위하여 출력특성이 안정적인 완화(Relaxation) 타입의 발진기(oscillator)가 이용된다. 따라서 본 발명의 초고주파 검출기(100)는 주파수 위상 고정 시스템 등을 사용하지 않아도 높은 출력 안정성을 기대할 수 있을 것이다. 여기서 전압제어 발진기 및 Relaxation 발진기는 동일한 구성이라 볼 수 있어 도면부호 '130'으로 표시할 것이다. The
한편 상기 Relaxation 발진기(130)는 그 Relaxation 발진기의 주파수를 결정하기 위하여 전압에 따라 유전특성을 다르게 하는 MOSCAP 기반의 바랙터(Varactor)를 사용한다. 이러한 바랙터가 가지는 주파수를 가변하는 입출력 특성과 상기 전력 검출기(120)가 가지는 입출력 특성으로 인하여 상기 전력 검출기(120)의 비선형 특성이 서로 상쇄되어, 결론적으로 입력 전력과 출력 주파수가 선형관계를 가지는 것이다. Meanwhile, the
또 Relaxation 발진기(130)의 바랙터 소자의 크기와 바이어스 전압으로 각 특성을 추출하여 가변함으로써 상기한 전력 검출기(120)가 가지는 비선형 특성을 보상할 수도 있어 입력전력과 출력주파수의 관계를 선형적으로 만들 수도 있다.In addition, by extracting and varying each characteristic with the size of the varactor element of the
도 2는 본 발명의 초고주파 검출기의 입력전력과 출력주파수의 관계를 설명하기 위한 구성도이고, 기본적으로 도 1과 같이 Square law 기반의 전력 검출기(120)와 MOSCAP 기반의 Relaxation 발진기(130)로 구성되어 있음을 알 수 있다. 그리고 상기 Relaxation 발진기(130)에는 애노드 단자와 캐소드 단자에 인가되는 전압에 대응하여 커패시턴스가 가변되는 MOSCAP 기반의 바랙터(132)가 구비되어 있다.Figure 2 is a configuration diagram for explaining the relationship between input power and output frequency of the ultra-high frequency detector of the present invention, and basically consists of a square law-based
도 2를 보면 상기 전력 검출기(120)는 입력전압(PIN)과 출력전압(VD)은 제곱관계(
이러한 상태에서, 입력전력과 출력주파수가 선형 관계를 가지려면 상기 수학식 1의 m 값은 2로 설계하는 것이 좋다. 즉 m 값을 2로 가정하면 전력 검출기(120)의 비선형 특성과 상기 Relaxation 발진기(130)의 바랙터(132)가 가지는 비선형 특성이 서로 상쇄되어 선형관계를 제공할 수 있다. 물론 반드시 m이 상수 '2'의 값을 가질 필요는 없고, 회로 구동에 따라 약간의 편차는 존재하기 때문에 '2'와 유사한 값으로 설계할 수 있음은 당연하다 할 것이다. In this state, in order to have a linear relationship between input power and output frequency, it is preferable to design the value of m in Equation 1 as 2. That is, assuming that the value of m is 2, the nonlinear characteristics of the
이와 같이 본 발명의 초고주파 검출기는 Square law 기반의 검출기와 MOSCAP 기반의 전압제어 발진기로 구성함으로써, 종래 초고주파 검출기들이 가지는 출력 안정성과 민감도의 한계 및 입출력간의 비선형 관계에서 오는 특성 한계를 해결할 수 있다고 할 것이다.In this way, the microwave detector of the present invention is composed of a Square law-based detector and a MOSCAP-based voltage controlled oscillator, so that it can solve the limitation of output stability and sensitivity of conventional microwave detectors and the characteristic limitation due to the nonlinear relationship between input and output. .
한편, 본 발명은 상기한 초고주파 검출기를 구성하는 전력 검출기(120) 및 전압제어 발진기(130)의 개수를 다양하게 배열하여 응용하는 것도 가능하고, 이를 통해 민감도가 높은 센서장치 및 컬러정보를 검출하는 센서장치를 구현할 수 있는바, 아래에서 상세하게 설명한다. On the other hand, the present invention can be applied by arranging the number of the
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 센서장치(200)의 구성도로서, 안테나(210)와, 안테나(210)를 통해 입력전력을 인가받는 전력 검출기(220)와, 상기 전력 검출기(220)의 출력전압을 이용하여 주파수를 출력하는 Relaxation 타입의 발진기인 제1 내지 제 N 전압제어 발진기(230-1 ~ 230-n)를 포함하여 구성된다.3 is a configuration diagram of a
상기 전력 검출기(220)는 Square law 기반의 전력 검출기로서, 회로 구성은 트랜지스터(MOSFET)와 커패시터가 구비된 구조이다. MOSFET의 게이트 단자에 안테나(210)의 출력단이 연결되고, 커패시터는 게이트 단자와 드레인 단자 사이에 연결되며, 소스 단자는 접지 상태이다.The
그리고 상기 제1 내지 제 N 전압제어 발진기(230-1 ~ 230n)는 서로 다른 주파수 특성을 가지며, 상기 전력 검출기(220)의 출력단을 기준으로 병렬로 연결되는 구성이다.The first to Nth voltage controlled oscillators 230 - 1 to 230n have different frequency characteristics and are connected in parallel with the output terminal of the
이와 같은 센서장치(200)에서는 N개의 전압제어 발진기(230-1 ~ 230n) 각각이 서로 다른 주파수 특성을 가지면서 병렬로 연결되어 있기 때문에 도 4에 도시한 바와 같은 서로 다른 출력 주파수(fout1, fout2, foutN)를 얻을 수 있게 된다. 도 4의 출력 주파수(fout1, fout2, foutN)들은 각각 서로 다른 색상 정보를 나타내며, 상기 출력 주파수(fout1, fout2, foutN)마다 주파수의 주기는 상이하게 나타난다.In such a
따라서 검출 민감도가 향상될 수 있어 광대역 발진기나 하이 Q 출력 발진기에 활용 가능하고, 또 상술한 같이 각 전압제어 발진기(230-1 ~ 230-n)마다 상이한 크기의 바랙터를 가지면서 서로 다른 색상정보를 출력하기 때문에 컬러 정보를 검출할 수 있는 센서로도 활용 가능할 것이다. Therefore, detection sensitivity can be improved, so that it can be used for wideband oscillators or high-Q output oscillators, and as described above, each voltage controlled oscillator (230-1 to 230-n) has a different size of varactor and different color information. Since it outputs , it can be used as a sensor capable of detecting color information.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 센서장치 구성도이다. 도 3의 구성과 다르게 도 5는 전력검출기(320)와 전압제어 발진기(330)가 각각 N개씩으로 구성된다. 즉 안테나(310)의 출력단에 제1 내지 제N 전력 검출기(320-1 ~ 320n)가 연결되고, 전력 검출기(320-1 ~ 320n)마다 제1 내지 제N 전압제어 발진기(330-1 ~ 330n)가 연결되는 구성이다.5 is a configuration diagram of a sensor device according to another embodiment of the present invention. Unlike the configuration of FIG. 3 , FIG. 5 includes N power detectors 320 and N voltage controlled oscillators 330 respectively. That is, the first to Nth power detectors 320-1 to 320n are connected to the output terminal of the
상기 제1 내지 제N 전력검출기(320-1 ~ 320n)에는 서로 다른 바이어스 전압이 인가되어 전력검출기(320-1 ~ 320n)마다 출력전압은 다르게 출력되며, 따라서 제1 내지 제N 전압제어 발진기(330-1 ~ 330n)의 제어전압에 오프셋(offset)을 다르게 하여 입력할 수 있다.Different bias voltages are applied to the first to Nth power detectors 320-1 to 320n so that output voltages are different for each power detector 320-1 to 320n, and thus the first to Nth voltage controlled oscillators ( 330-1 ~ 330n) control voltages can be input with different offsets.
이처럼 도 5의 센서장치는, N개의 전력검출기(320-1 ~ 320n)와 N개의 전압제어 발진기(330-1 ~ 330n)가 병렬 연결되는 구성으로 전체 검출기의 성능은 상술한 도 4의 구성보다 향상되게 된다.As such, the sensor device of FIG. 5 has a configuration in which N power detectors 320-1 to 320n and N voltage controlled oscillators 330-1 to 330n are connected in parallel, and the performance of the entire detector is higher than that of the configuration of FIG. 4 described above. will improve
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 센서장치(400) 구성도이다. 이를 보면 복수 개의 초고주파 검출기들이 배열되고 있는데, 이때 초고주파 검출기 상호간의 간섭을 최소화하도록 하나의 초고주파 검출기 및 이와 인접하는 다른 초고주파 검출기는 서로 다른 발진 주파수를 사용하는 검출기로 배열하고 있다.6 is a configuration diagram of a
즉, 제1 위치에 제1 초고주파 검출기(400-1)가 배열되면, 제1 위치와 수평 및 수직방향으로 인접된 제3 위치 및 제4 위치에는 서로 다른 발진 주파수를 사용하는 제3 초고주파 검출기(400-3) 및 제4 고주파 검출기(400-4)가 배열되는 것이고, 가장 먼 대각선 방향의 제4 위치에 제2 초고주파 검출기(400-2)가 배열되는 것이다. That is, when the first microwave detector 400-1 is arranged at the first position, the third position and the fourth position horizontally and vertically adjacent to the first position use different oscillation frequencies. 400-3) and the fourth high-frequency detector 400-4 are arranged, and the second ultra-high frequency detector 400-2 is arranged at the farthest fourth position in the diagonal direction.
이렇게 하면, 인접한 초고주파 검출기 간의 상호 간섭작용을 최소화할 수 있기 때문에, 좁은 면적에도 초고주파 검출기를 더 많이 집적시켜 설계할 수 있다. 그만큼 초고주파 영상 해상도를 향상시킬 수 있는 것이다. In this way, since mutual interference between adjacent microwave detectors can be minimized, it is possible to design by integrating more microwave detectors even in a small area. As such, the resolution of ultra-high frequency images can be improved.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 센서장치(500) 구성도이다. 이는 N개의 검출기의 출력을 1개의 전압제어 발진기를 이용해서 출력하는 구성으로, 실시 예는 제1 내지 제4 검출기(500-1 ~ 500-4)들의 출력을 연결하는 가산기(510), 가산기(510)의 출력전압을 이용하여 주파수를 출력하는 전압제어 발진기(520)가 포함되는 구성이다.7 is a configuration diagram of a
이러한 구성에서 상기 제1 내지 제4 검출기(500-1 ~ 500-4)는 도 8의 (a) 내지 (d)의 출력전압을 검출하게 된다. 그리고 출력전압들은 가산기(510)로 인가된 후 전압제어 발진기(520)로 전달되면, 상기 전압제어 발진기(520)는 (e)와 같이 상기 4개의 출력전압과 대응하는 4개의 출력주파수를 연속해서 출력하게 된다.In this configuration, the first to fourth detectors 500-1 to 500-4 detect the output voltages shown in (a) to (d) of FIG. 8 . Then, when the output voltages are applied to the
즉 하나의 전압제어 발진기의 출력만으로 검출기가 출력하는 N개의 검출신호를 동시에 검출할 수 있는 것이다. That is, N detection signals output from the detector can be simultaneously detected only with the output of one voltage controlled oscillator.
이와 같이 본 발명은 전압제어 발진기를 이용하여 출력 안정성을 확보함은 물론 종래 검출기의 입출력 간의 비선형관계를 보상함으로써 입력신호의 크기를 정확하게 검출하는 초고주파 검출기를 제공하고 있고, 또 검출기와 발진기를 조합하여 검출능력이 향상된 센서장치를 제공함을 알 수 있다.In this way, the present invention provides an ultra-high frequency detector that accurately detects the magnitude of an input signal by securing output stability by using a voltage controlled oscillator and compensating for the non-linear relationship between input and output of conventional detectors, and also by combining a detector and an oscillator. It can be seen that the present invention provides a sensor device with improved detection capability.
이상과 같이 본 발명의 도시된 실시 예를 참고하여 설명하고 있으나, 이는 예시적인 것들에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 요지 및 범위에 벗어나지 않으면서도 다양한 변형, 변경 및 균등한 타 실시 예들이 가능하다는 것을 명백하게 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적인 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the above has been described with reference to the illustrated embodiments of the present invention, these are only examples, and those skilled in the art to which the present invention belongs can variously It will be apparent that other embodiments that are variations, modifications and equivalents are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
100: 초고주파 검출기
110: 안테나
120: 전력 검출기
130: 전압제어 발진기
132: MOSCAP 기반의 바랙터
200, 300, 400, 500: 센서장치100: ultra-high frequency detector
110: antenna
120: power detector
130: voltage controlled oscillator
132: MOSCAP-based varactor
200, 300, 400, 500: sensor device
Claims (13)
상기 안테나가 수신한 초고주파 대역의 입력전력을 인가 받아 비선형 특성의 출력전압을 출력하는 전력 검출기; 및
상기 전력 검출기의 비선형 특성의 상기 출력전압에 비례하는 비선형 특성의 커패시턴스를 이용하여 상기 입력전력과 선형관계의 출력주파수를 제공하는 MOSCAP 기반의 전압제어 발진기를 포함하며,
상기 전력 검출기는 CMOS 플라즈몬 검출기를 사용하는 것을 특징으로 하는 초고주파 검출기.an antenna for receiving a signal of a predetermined ultra-high frequency band;
a power detector receiving the input power of the ultra-high frequency band received by the antenna and outputting an output voltage having a nonlinear characteristic; and
A MOSCAP-based voltage controlled oscillator providing an output frequency in a linear relationship with the input power using a capacitance of a nonlinear characteristic proportional to the output voltage of the nonlinear characteristic of the power detector,
The power detector is an ultra-high frequency detector, characterized in that using a CMOS plasmon detector.
상기 전력 검출기는,
입력전력과 출력전압이 제곱관계인 Square law 기반 검출기가 사용되는 초고주파 검출기.According to claim 1,
The power detector,
An ultra-high frequency detector that uses a square law-based detector in which input power and output voltage are squared.
상기 전압제어 발진기는 완화 발진기(Relaxation oscillator)가 사용되는 초고주파 검출기.According to claim 1,
The voltage controlled oscillator is an ultra-high frequency detector in which a relaxation oscillator is used.
상기 완화 발진기(Relaxation oscillator)에서 생성되는 주파수가 주파수 선택 회로 특성 값에 의해 달라지는 초고주파 검출기. According to claim 4,
An ultra-high frequency detector in which a frequency generated by the relaxation oscillator varies by a frequency selection circuit characteristic value.
상기 완화 발진기(Relaxation oscillator)는 바랙터(varactor)를 사용하는 초고주파 검출기.According to claim 5,
The relaxation oscillator is an ultra-high frequency detector using a varactor.
상기 전력 검출기의 비선형 특성의 상기 출력전압에 비례하는 비선형 특성의 커패시턴스를 이용하여 상기 전력 검출기의 비선형특성을 보상하는 MOSCAP 기반의 전압제어 발진기를 포함하며,
상기 전력 검출기는 CMOS 플라즈몬 검출기를 사용하는 것을 특징으로 하는 초고주파 검출기.a power detector outputting an output voltage having a nonlinear characteristic in which an output voltage and an input power applied through an antenna for collecting ultra-high frequency signals have a square relationship; and
A MOSCAP-based voltage controlled oscillator for compensating for a nonlinear characteristic of the power detector using a capacitance of a nonlinear characteristic proportional to the output voltage of the nonlinear characteristic of the power detector,
The power detector is an ultra-high frequency detector, characterized in that using a CMOS plasmon detector.
상기 전압제어 발진기는,
MOS 커패시터(Capacitor) 기반의 바랙터(varactor)를 사용하여 주파수를 가변하는 초고주파 검출기.According to claim 7,
The voltage controlled oscillator,
An ultra-high frequency detector that varies the frequency using a MOS capacitor-based varactor.
상기 비선형 특성은 상기 바랙터의 특성 값 및 전압제어 발진기의 바이어스 설정에 따라 보상되는 초고주파 검출기.According to claim 8,
The nonlinear characteristic is compensated according to the characteristic value of the varactor and the bias setting of the voltage controlled oscillator.
입력전력을 인가받는 적어도 하나의 전력 검출기;
상기 전력 검출기와 연결되며 서로 다른 주파수 특성을 가지는 제1 내지 제N 전압제어 발진기를 포함하며,
상기 제1 내지 제N 전압제어 발진기는 서로 다른 크기의 바랙터로 구성되고, 상기 바랙터를 이용하여 출력하는 서로 다른 주파수의 컬러 정보를 검출하는 것을 특징으로 하는 센서장치.In the sensor device for detecting color information,
at least one power detector receiving input power;
It includes first to N th voltage controlled oscillators connected to the power detector and having different frequency characteristics,
The sensor device characterized in that the first to Nth voltage controlled oscillators are composed of varactors of different sizes, and detect color information of different frequencies output using the varactors.
상기 전력 검출기가 둘 이상이면 각각의 전력 검출기 코어는 서로 다른 바이어스 전압 특성을 제공하는 센서장치.According to claim 10,
If the power detector is two or more, each power detector core provides a different bias voltage characteristic.
서로 인접하는 초고주파 검출기는 서로 다른 발진 주파수를 사용하도록 설정되며,
인접하는 상기 발진 주파수를 이용하는 상기 초고주파 검출기는 상호 인접하지 않도록 배열하는 것을 특징으로 하는 센서장치.A power detector for receiving the input power of the ultra-high frequency band received through the antenna and outputting an output voltage having a nonlinear characteristic, and using the output voltage of the nonlinear characteristic of the power detector to provide an output frequency having a linear relationship with the input power Including two or more ultra-high frequency detectors consisting of MOSCAP-based voltage controlled oscillators,
Ultra-high frequency detectors adjacent to each other are set to use different oscillation frequencies,
The sensor device according to claim 1, wherein the ultra-high frequency detectors using adjacent oscillation frequencies are arranged so as not to be adjacent to each other.
상기 제1 내지 제N 전력 검출기의 출력단자와 연결되는 하나의 가산기;
상기 가산기의 출력전압을 이용하여 상기 제1 내지 제N 전력 검출기의 출력주파수를 출력하는 전압제어 발진기를 포함하며,
상기 출력주파수는 제1 내지 제N 전력검출기의 순서대로 연속되게 출력되는 것을 특징으로 하는 센서장치.First to Nth power detectors receiving input power;
one adder connected to the output terminals of the first to Nth power detectors;
A voltage controlled oscillator for outputting an output frequency of the first to N th power detectors using the output voltage of the adder,
The sensor device, characterized in that the output frequency is continuously output in the order of the first to Nth power detectors.
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