KR102588012B1 - 주파수 선택성을 갖는 전력검출기반 밀리미터파 검출기 - Google Patents

주파수 선택성을 갖는 전력검출기반 밀리미터파 검출기 Download PDF

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Abstract

주파수 선택성을 갖는 전력검출기반 밀리미터파 검출기를 개시한다.
본 개시의 일 측면에 의하면, 적어도 하나의 안테나; 임피던스를 변경할 수 있도록 구성된 적어도 하나의 기준 임피던스부; 상기 안테나로부터 유입되는 신호 또는 상기 기준 임피던스부로부터 유입되는 잡음을 선택적으로 증폭시키도록 구성되는 적어도 하나의 제1 증폭기; 및 상기 제1 증폭기가 출력하는 신호에 대한 에너지를 측정하는 적어도 하나의 전력 검출부를 포함하는 밀리미터파 검출기를 제공한다.

Description

주파수 선택성을 갖는 전력검출기반 밀리미터파 검출기{Power Detection Based Millimeter-Wave Detector With Frequency Selectivity}
본 개시는 주파수 선택성을 갖는 전력검출기반 밀리미터파 검출기에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 광대역으로 송출되는 밀리미터파 신호에서 특정 주파수 대역의 신호를 구분하여 검출하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
밀리미터파 대역은 투과특성과 낮은 이온화 에너지 및 고분해능을 가질 수 있다는 장점으로 인하여 고품질의 안전한 비파괴 투과 영상을 얻을 수 있는 주파수 대역이다. 그러나 높은 동작 주파수로 인해, 반도체 기반 고감도 수신단 구현에 공정 및 이로 인한 성능 제약과 설계 기술의 어려움이 존재한다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하는 방법으로 밀리미터파 영상 시스템은 통신시스템에서의 수신단 구조를 단순화하여, 여러 개의 단위 전력 검출기로 구성된 배열 수신단인 FPA(Focal Plane Array) 구조로 구현하여, 다수 검출기를 배치하여 영상 분해능을 향상 시킨다.
이러한 배열 수신단 형태는 사용하는 단위 전력 검출기의 성능과 얼마나 많은 전력 검출기를 구성할 수 있는가에 의해 영상 품질이 정해지며, 특히 배열형 다수 검출기가 균일한 특성을 나타내기 위한 보상 기법이 중요하다.
또한, 종래의 배열 검출기는 전력 검출기에 입사된 모든 신호의 벡터 합에 대한 전력을 전압 혹은 전류로 변환하는 특성을 가지고 있어, 특정 주파수에 대한 선택성을 가지지 못하고 영상 품질이 스칼라(scalar) 형태로 나타나는 한계를 갖는다.
한편, 단위 전력 검출기 성능에 의해 영상 품질이 정해지므로, 검출기 성능을 높이는 방법으로 안테나에서 유입되는 잡음을 제거할 수 있는 디케 스위치(Dicke switch) 기반 수신단 구조가 제안된 바 있다. 최근에는 자체 삽입 손실이 큰 디케 스위치의 단점을 극복하는 방법으로 초핑(chopping) 기능을 갖는 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)를 사용한 구조가 제안되었다. 이러한 구조는 디케 스위치를 통해 안테나로 유입되는 잡음을 기준 임피던스에서 유입된 잡음으로 상쇄하는 구조적 특성을 가지며, 밀리미터파 신호 검출은 스위치 혹은 저잡음 증폭기 이후에 위치한 전력 검출기에서 구현된다.
디케 스위치 구조에 의해 단위 검출기에서 나타나는 반응도와 잡음 동일 전력은 크게 향상될 수 있으나, 배열 구조에서는 그 효과가 크게 나타나지 않으며, 이러한 원인에는 고정된 형태의 임피던스에서 유입되는 잡음과 안테나를 통해 유입되는 잡음이 항상 동일하다고 할 수 없다는 것에 기인한다.
본 개시는, 종래의 밀리미터파 검출기가 가진 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 단일 검출기 픽셀에서 주파수 선택성을 갖는 전력 검출기반 구조 및 검출기 잡음 특성을 최적화하여 안테나 임피던스에 최적화 보상이 가능한 구조를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 개시는, 기존의 검출기 구조 대비 추가로 필요한 회로 구성을 최소화하여 대면적 배열 구성에 유리한 단위 검출기를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 개시의 일 측면에 의하면, 적어도 하나의 안테나; 임피던스를 변경할 수 있도록 구성된 적어도 하나의 기준 임피던스부; 상기 안테나로부터 유입되는 신호 또는 상기 기준 임피던스부로부터 유입되는 잡음을 선택적으로 증폭시키도록 구성되는 적어도 하나의 제1 증폭기; 및 상기 제1 증폭기가 출력하는 신호에 대한 에너지를 측정하는 적어도 하나의 전력 검출부를 포함하는 밀리미터파 검출기를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 개시의 일 실시예에 의하면, 단순한 구조를 갖는 단일 검출기 픽셀을 이용하여 주파수 선택성을 갖는 신호를 추출함으로써, 측정 대상이 갖는 주파수 응답 특성을 검출할 수 있다는 효과가 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 단일 검출기 출력 1개 포트에서 시간별로 각각 다른 주파수 대역별 신호를 구분하여 수집할 수 있어, 동작 주파수 별 영상 획득이 가능하고 이를 기반으로 전력 검출기만으로 컬러 영상을 획득할 수 있다는 효과가 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 저잡음 증폭기의 전단에 디케 스위치를 사용하지 않고도 컬러 영상을 획득할 수 있다는 효과가 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 검출기 픽셀 전체의 입력 유입 신호 잡음 특성을 최적화할 수 있으며, 특히, 주파수별 잡음을 개별적으로 최적화할 수 있다는 효과가 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 기준 임피던스를 안테나에서 유입되는 잡음 신호와 가장 유사한 임피던스로 최적화함으로써, 대면적 배열 구조 혹은 다양한 주변 환경에서 유입되는 잡음 특성에 대해 최적화된 영상을 획득할 수 있어, 고품질 영상 제시가 가능하다는 효과가 있다.
본 개시의 일 실시예에 의하면, 기준 임피던스를 최적화하기 위한 보상과정을 주기적으로 수행함으로써, 최적 특성상태를 유지할 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 개시의 제1 실시예에 따른 밀리미터파 검출기를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 기준 임피던스부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 잡음 최적화 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 개시의 제2 실시예에 따른 밀리미터파 검출기를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 5는 본 개시의 제3 실시예에 따른 밀리미터파 검출기를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 6은 본 개시의 제4 실시예에 따른 밀리미터파 검출기를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도 1은 본 개시의 제1 실시예에 따른 밀리미터파 검출기를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
밀리미터파 검출기(10)는 안테나(100), 초핑(chopping) 기능을 갖는 제1 증폭기(120), 기준 임피던스부(140), 전력 검출부(160) 및 제2 증폭기(180)를 전부 또는 일부 포함할 수 있다.
밀리미터파 검출기(10)의 주파수 선택성은 안테나(100) 및/또는 제1 증폭기(120)의 주파수 응답 특성에 의해 정해질 수 있다. 안테나(100) 및/또는 제1 증폭기(120)는 주파수 선택성을 갖도록 협대역으로 설계될 수 있다.
안테나(100)는 송신단(미도시)에서 광대역으로 송출된 밀리미터파 신호 중 특정 주파수 대역의 신호를 수신할 수 있다.
제1 증폭기(120)는 안테나(100)로부터 유입되는 신호 또는 기준 임피던스부(140)로부터 유입되는 잡음을 선택적으로 증폭시킨다. 실시예들에 따라, 제1 증폭기(120)는 밀리미터파 검출기(10)의 후단에 연결되는 디지털단(미도시)이 생성한 제어신호에 의해, 안테나(100)로부터 유입되는 신호 및 잡음선로와 기준 임피던스부(140)에서 유입되는 잡음선로를 번갈아서 수집하도록 제어될 수 있다. 안테나(100)로부터 유입되는 신호는 측정대상 물질에 대한 정보를 포함하는 유효 신호와 잡음을 포함할 수 있다. 제1 증폭기(120)는 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)일 수 있다.
기준 임피던스부(140)는 임피던스를 변경할 수 있도록 구성된다. 기준 임피던스부(140)는 가변 저항 및 가변 커패시터를 전부 또는 일부 포함할 수 있다. 즉, 본 개시에서 기준 임피던스부(140)의 임피던스는 50 ohm으로 고정되지 않으며, 임의의 값으로 설정될 수 있다. 기준 임피던스부(140)의 임피던스는, 안테나(100)로부터 제1 증폭기(120)로 유입되는 잡음과, 기준 임피던스부(140)로부터 제1 증폭기(120)로 유입되는 잡음 간의 차가 최소가 되도록 설정될 수 있다. 기준 임피던스부(140)의 구체적인 구성 및 기준 임피던스부(140)의 임피던스를 설정하는 구체적인 방법은 도 2 및 도 3을 참조하여 후술하도록 한다.
전력 검출부(160)는 제1 증폭기(120)가 출력하는 신호에 대한 에너지를 측정하는 전력 검출기(power detector, 162) 및 DSA(Differential-to-Single-ended Amplifier, 164)를 전부 또는 일부 포함한다. 본 개시에서, 전력 검출기(162)는 주파수 선택성을 갖지 않으며, 전체 입력신호의 범위를 포괄하는 광대역 동작을 할 수 있다. 본 개시에서 전력 검출기(162)는 CMOS 플라즈몬 검출기(CMOS plasmon detector)로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예들에 따라 전력 검출기(162)는 다양한 구조로 구현될 수 있다.
제2 증폭기(180)는 전력 검출부(160)가 출력하는 신호를 증폭시킨다. 제2 증폭기(180)는 가변이득 증폭기(VGA: Variable Gain Amplifier)일 수 있다. 제2 증폭기(180)는 적분 특성을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제2 증폭기(180)는 전력 검출부(160)의 출력 신호를 반전 또는 비반전 증폭시키도록 제어될 수 있다. 제2 증폭기(180)는 밀리미터파 검출기(10)의 후단에 연결되는 디지털단이 생성한 제어신호에 의해 제어될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
제2 증폭기(180)는 제1 증폭기(120)가 안테나(100)로부터 유입되는 신호를 증폭하는 경우에 제2 증폭기(180)가 출력하는 신호와, 제1 증폭기(120)가 기준 임피던스부(140)로부터 유입되는 잡음을 증폭하는 경우에 제2 증폭기(180)가 출력하는 신호의 극성이 반대가 되도록 제어될 수 있다. 예를 들어, 제1 증폭기(120)가 안테나(100)로부터 유입되는 신호를 증폭하는 경우, 제2 증폭기(180)는 전력 검출부(160)의 출력 신호를 비반전 증폭시키도록 제어될 수 있다. 제1 증폭기(120)가 기준 임피던스부(140)로부터 유입되는 잡음을 증폭하는 경우에는, 제2 증폭기(180)는 전력 검출부(160)의 출력 신호를 반전 증폭시키도록 제어될 수 있다.
이와 같이 다른 극성을 가지도록 증폭된 출력신호를 더함으로써, 안테나(100)로부터 유입되는 신호 중에서 잡음을 상쇄시킬 수 있다.
다른 실시예에서, 밀리미터파 검출기(10)의 후단에 연결되는 디지털단이 제1 증폭기(120)가 안테나(100)로부터 유입되는 신호를 증폭하는 경우에 제2 증폭기(180)가 출력하는 신호와 제1 증폭기(120)가 기준 임피던스부(140)로부터 유입되는 잡음을 증폭하는 경우에 제2 증폭기(180)가 출력하는 신호를 서로 다른 극성으로 더할 수도 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 기준 임피던스부를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
기준 임피던스부(140)는 저항기 어레이(200) 및 커패시터 어레이(210)를 전부 또는 일부 포함할 수 있다.
저항기 어레이(200)는 복수의 저항기 및 복수의 저항기와 연결되는 복수의 저항기 선택 스위치를 포함할 수 있다.
커패시터 어레이(210)는 복수의 커패시터 및 복수의 커패시터와 연결되는 복수의 커패시터 선택 스위치를 포함할 수 있다.
복수의 저항기 선택 스위치 및/또는 복수의 커패시터 선택 스위치 중 하나 이상의 스위치가 온/오프됨에 따라 기준 임피던스부(140)의 저항값 및/또는 커패시턴스가 가변될 수 있다. 예를 들어, 복수의 저항기 선택 스위치 및/또는 복수의 커패시터 선택 스위치들은 밀리미터파 검출기(10)의 후단에 연결되는 디지털단(미도시)이 생성한 제어신호(VR_C 및 VC_C)에 의해, 온/오프가 제어될 수 있다.
한편, 도 2에서는 저항기 어레이(200) 및 커패시터 어레이(210)가 직렬로 연결된 구조를 도시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 본 개시의 다른 실시예에 따른 기준 임피던스부(140)에서는 저항기 어레이(200) 및 커패시터 어레이(210)가 병렬로 연결될 수도 있다. 또한, 본 개시의 다른 실시예에 따른 기준 임피던스부(140)는 능동 인덕터(active inductor)를 더 포함하거나, 전송선로를 이용하여 인덕턴스 특성을 구현할 수도 있다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 잡음 최적화 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
유효신호의 유입이 없는 상황에서, 제1 증폭기(120)는 안테나(100)로부터 유입되는 잡음 및 기준 임피던스부(140)로부터 유입되는 잡음을 번갈아서 수집할 수 있다. 여기서, 유효신호의 유입이 없는 상황은 밀리미터파를 송출하는 송신단(미도시)이 오프(off)되어 있는 상황을 의미할 수 있다.
제2 증폭기(180) 또는 디지털단(미도시)은 제1 증폭기(120)가 안테나(100)로부터 유입되는 잡음을 증폭하는 경우에 제2 증폭기(180)가 출력하는 제1 신호(VNANT)와, 제1 증폭기(120)가 기준 임피던스부(140)로부터 유입되는 잡음을 증폭하는 경우에 제2 증폭기(180)가 출력하는 제2 신호(VNZ)를 서로 다른 극성으로 더할 수 있다.
다시 말해, 제2 증폭기(180) 또는 디지털단(미도시)은 제1 신호(VNANT)와 제2 신호(VNZ)의 차를 계산할 수 있다.
제1 신호(VNANT)와 제2 신호(VNZ)의 차가 기설정된 임계치 이상인 경우, 디지털단(미도시)은 기준 임피던스부(140)의 임피던스를 변경시키는 제어신호(VR_C 및/또는 VC_C)를 생성할 수 있다.
기준 임피던스부(140)의 임피던스는 제1 신호(VNANT)와 제2 신호(VNZ)의 차가 최소가 되도록 설정될 수 있다. 예를 들어, 디지털단(미도시)은 기준 임피던스부(140)의 저항값 및/또는 커패시턴스를 순차적으로 증가 또는 감소시켜, 제1 신호(VNANT)와 제2 신호(VNZ)의 차가 최소가 되는 저항값 및/또는 커패시턴스를 결정할 수 있다.
이에 따라, 기준 임피던스부(140)로부터 유입되는 잡음이 안테나(100)에서 유입되는 잡음과 가장 유사해지도록, 기준 임피던스부(140)의 임피던스가 최적화될 수 있다. 이러한 잡음 최적화 과정은 기설정된 시간 간격으로 주기적으로 수행될 수 있다.
한편, 본 개시의 다른 실시예들에 따르면, 밀리미터파 검출기를 구성하는 안테나, 제1 증폭기, 기준 임피던스부, 전력 검출부 및/또는 제2 증폭기의 개수를 다양하게 변경하여 응용하는 것도 가능하다. 이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여, 본 개시의 다른 실시예들에 따른 밀리미터파 검출기의 구조를 설명하도록 한다. 한편, 도 4 내지 도 6을 설명함에 있어, 도 1과 공통되는 내용은 자세한 설명을 생략한다.
도 4는 본 개시의 제2 실시예에 따른 밀리미터파 검출기를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
밀리미터파 검출기(40)는 안테나(400), 제1 스위치(410), 서로 다른 주파수 특성을 가지는 복수의 제1 증폭기(420), 복수의 기준 임피던스부(440), 복수의 전력 검출부(460), 제2 스위치(470) 및 제2 증폭기(480)를 전부 또는 일부 포함할 수 있다.
밀리미터파 검출기(40)는 서로 다른 대역폭을 갖는 복수의 제1 증폭기(420)에 의해 주파수 선택성을 가질 수 있다. 복수의 제1 증폭기(420)는 주파수 선택성을 갖도록 협대역으로 설계될 수 있다. 복수의 제1 증폭기(420)의 주파수 대역들은 서로 중첩되지 않을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예들에 따라, 일부 주파수에서 중첩될 수도 있다.
안테나(400)는 송신단(미도시)에서 송출된 밀리미터파 신호의 모든 대역을 포괄하는 광대역의 신호를 수신할 수 있다.
복수의 기준 임피던스부(440)는 복수의 제1 증폭기(420)의 입력단에 각각 연결될 수 있으며, 복수의 전력 검출부(460)는 복수의 제1 증폭기(420)의 출력단에 각각 연결될 수 있다. 기준 임피던스부(440)들은 전력 검출부(460)들의 개별 특성에 맞게 최적화될 수 있다.
이하 설명의 편의를 위해, 복수의 제1 증폭기(420) 중 하나와 이와 연결된 하나의 기준 임피던스부(440) 및 하나의 전력 검출부(460)를 '단위회로'라고 지칭한다.
제1 스위치(410)는 복수의 제1 증폭기(420) 중 하나와 안테나(400)를 선택적으로 연결하고, 제2 스위치(470)는 복수의 전력 검출부(460) 중 하나와 제2 증폭기(480)를 선택적으로 연결할 수 있다. 즉, 제1 스위치(410) 및 제2 스위치(470)는 안테나(400) 및 제2 증폭기(480)가 복수의 단위회로 중 하나와 신호 경로를 형성하도록 제어될 수 있다.
복수의 제1 증폭기(420) 각각이 서로 다른 주파수 특성을 가지므로, 안테나(400) 및 제2 증폭기(480)가 어떤 단위회로와 신호 경로를 형성하느냐에 따라, 각기 다른 주파수 대역(f1, f2, f3)에서의 출력을 얻을 수 있다.
실시예들에 따라, 안테나(400) 및 제2 증폭기(480)가 시간별로 다른 단위회로와 신호 경로를 형성하도록 제1 스위치(410) 및 제2 스위치(470)를 스위칭함으로써, 제2 증폭기(480)의 출력단에서 시간별로 각각 다른 주파수 대역(f1, f2, f3)의 신호를 구분하여 수집할 수 있다.
도 5는 본 개시의 제3 실시예에 따른 밀리미터파 검출기를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
밀리미터파 검출기(50)는 서로 다른 주파수 특성을 가지는 복수의 안테나(500), 복수의 제1 증폭기(520), 복수의 기준 임피던스부(540), 복수의 전력 검출부(560), 제2 스위치(570) 및 제2 증폭기(580)를 전부 또는 일부 포함할 수 있다.
복수의 안테나(500)는 각각 송신단(미도시)에서 광대역으로 송출된 밀리미터파 신호 중 특정 주파수 대역의 신호를 수신할 수 있다. 복수의 안테나(500)는 주파수 선택성을 갖도록 협대역으로 설계될 수 있다. 복수의 안테나(500)의 주파수 대역들은 서로 중첩되지 않을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예들에 따라, 일부 주파수에서 중첩될 수도 있다.
복수의 안테나(500) 및 복수의 기준 임피던스부(540)는 복수의 제1 증폭기(520)의 입력단에 각각 연결될 수 있으며, 복수의 전력 검출부(560)는 복수의 제1 증폭기(520)의 출력단에 각각 연결될 수 있다. 기준 임피던스부(540)들은 전력 검출부(560)들의 개별 특성에 맞게 최적화될 수 있다.
이하 설명의 편의를 위해, 복수의 제1 증폭기(520) 중 하나와 이와 연결된 하나의 안테나(500), 하나의 기준 임피던스부(540) 및 하나의 전력 검출부(560)를 '단위회로'라고 지칭한다.
제2 스위치(570)는 복수의 전력 검출부(560) 중 하나와 제2 증폭기(580)를 선택적으로 연결할 수 있다. 즉, 제2 스위치(570)는 제2 증폭기(580)가 복수의 단위회로 중 하나와 신호 경로를 형성하도록 제어될 수 있다.
복수의 안테나(500) 각각이 서로 다른 주파수 특성을 가지므로, 제2 증폭기(580)가 어떤 단위회로와 신호 경로를 형성하느냐에 따라, 각기 다른 주파수 대역에서의 출력을 얻을 수 있다.
실시예들에 따라, 제2 증폭기(580)가 시간별로 다른 단위회로와 신호 경로를 형성하도록 제2 스위치(570)를 스위칭함으로써, 제2 증폭기(580)의 출력단에서 시간별로 각각 다른 주파수 대역의 신호를 구분하여 수집할 수 있다.
한편, 도 5에서는 제2 증폭기(580)가 복수의 전력 검출부(560) 중 하나의 출력 신호를 선택적으로 증폭하는 것으로 도시하고 있으나, 다른 실시예에 따른 밀리미터파 검출기(50)는 복수의 전력 검출부(560)의 출력단에 각각 연결되는 복수의 제2 증폭기(580)를 포함할 수도 있다. 이 경우, 밀리미터파 검출기(50)를 이용하여 복수의 주파수 대역의 신호를 동시에 검출할 수 있다.
도 5에 따른 밀리미터파 검출기(50)는 도 4의 구성과 달리, 안테나(500) 및 제1 증폭기(520) 사이에 제1 스위치를 포함하지 않기 때문에, 제1 스위치로 인한 손실(loss)이 없다는 장점이 있다.
도 6은 본 개시의 제4 실시예에 따른 밀리미터파 검출기를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
밀리미터파 검출기(60)는 서로 다른 주파수 특성을 가지는 복수의 안테나(600), 복수의 제1 증폭기(620), 복수의 기준 임피던스부(640), 제3 스위치(650), 전력 검출부(660) 및 제2 증폭기(680)를 전부 또는 일부 포함할 수 있다.
복수의 안테나(600)는 각각 송신단(미도시)에서 광대역으로 송출된 밀리미터파 신호 중 특정 주파수 대역의 신호를 수신할 수 있다. 복수의 안테나(600)는 주파수 선택성을 갖도록 협대역으로 설계될 수 있다. 복수의 안테나(600)의 주파수 대역들은 서로 중첩되지 않을 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예들에 따라, 일부 주파수에서 중첩될 수도 있다.
복수의 안테나(600) 및 복수의 기준 임피던스부(640)는 복수의 제1 증폭기(620)의 입력단에 각각 연결될 수 있다.
이하 설명의 편의를 위해, 복수의 제1 증폭기(620) 중 하나와 이와 연결된 하나의 안테나(600) 및 하나의 기준 임피던스부(640)를 '단위회로'라고 지칭한다.
제3 스위치(650)는 복수의 제1 증폭기(620) 중 하나와 전력 검출부(660)를 선택적으로 연결할 수 있다. 즉, 제3 스위치(650)는 전력 검출부(660)가 복수의 단위회로 중 하나와 신호 경로를 형성하도록 제어될 수 있다.
복수의 안테나(600) 각각이 서로 다른 주파수 특성을 가지므로, 전력 검출부(660)가 어떤 단위회로와 신호 경로를 형성하느냐에 따라, 각기 다른 주파수 대역에서의 출력을 얻을 수 있다.
실시예들에 따라, 전력 검출부(660)가 시간별로 다른 단위회로와 신호 경로를 형성하도록 제3 스위치(650)를 스위칭함으로써, 제2 증폭기(680)의 출력단에서 시간별로 각각 다른 주파수 대역의 신호를 구분하여 수집할 수 있다.
도 6에 따른 밀리미터파 검출기(60)는 도 5의 구성과 달리, 복수의 제1 증폭기(620)가 하나의 전력 검출부(660)를 공유하도록 구성되기 때문에, 복수의 기준 임피던스부(640)의 임피던스를 하나의 값으로 설정할 수 있어 임피던스 최적화에 소요되는 시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 도 6에 따른 밀리미터파 검출기(60)는 도 4의 구성과 달리, 안테나(600) 및 제1 증폭기(620) 사이에 제1 스위치를 포함하지 않기 때문에, 제1 스위치로 인한 손실이 없다는 장점이 있다.
이상과 같이, 도 4 내지 도 6에 따른 밀리미터파 검출기를 이용하여 동작 주파수 별 영상 획득이 가능하며, 컬러 영상을 획득할 수 있다. 또한, 송신단(미도시)과 밀리미터파 검출기 사이의 주파수 대역별 물질 특성에 따라 밀리미터파 검출기에서 검출되는 신호가 달라질 수 있으므로, 이러한 점을 이용하여 측정대상 물질의 특성을 파악할 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 밀리미터파 검출기
100: 안테나 120: 제1 증폭기 140: 기준 임피던스부
160: 전력 검출부 180: 제2 증폭기
40: 밀리미터파 검출기
400: 안테나 410: 제1 스위치 420: 제1 증폭기
440: 기준 임피던스부 460: 전력 검출부 470: 제2 스위치
480: 제2 증폭기
50: 밀리미터파 검출기
500: 안테나 520: 제1 증폭기 540: 기준 임피던스부
560: 전력 검출부 570: 제2 스위치 580: 제2 증폭기
60: 밀리미터파 검출기
600: 안테나 620: 제1 증폭기 640: 기준 임피던스부
650: 제3 스위치 660: 전력 검출부 680: 제2 증폭기

Claims (13)

  1. 하나의 안테나; 복수의 단위회로; 및 상기 안테나와 상기 복수의 단위회로 사이에 연결되는 제1 스위치를 포함하되,
    상기 복수의 단위회로 각각은,
    임피던스를 변경할 수 있도록 구성된 기준 임피던스부;
    상기 안테나로부터 유입되는 신호 또는 상기 기준 임피던스부로부터 유입되는 잡음을 선택적으로 증폭시키도록 구성되는 제1 증폭기; 및
    상기 제1 증폭기가 출력하는 신호에 대한 에너지를 측정하는 전력 검출부를 포함하며,
    상기 복수의 단위회로는, 서로 다른 주파수 특성을 가지도록 구성된 상기 제1 증폭기에 의해, 주파수 선택성을 가지고,
    상기 제1 스위치는, 상기 주파수 선택성을 갖는 복수의 단위회로 중 어느 하나를 상기 안테나에 선택적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 검출기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 복수의 단위회로; 상기 복수의 단위 회로 중 하나의 출력 신호를 증폭하는 하나의 제2 증폭기; 및 상기 복수의 단위회로와 상기 제2 증폭기 사이에 연결되는 제2 스위치를 포함하되,
    상기 복수의 단위회로 각각은,
    안테나;
    임피던스를 변경할 수 있도록 구성된 기준 임피던스부;
    상기 안테나로부터 유입되는 신호 또는 상기 기준 임피던스부로부터 유입되는 잡음을 선택적으로 증폭시키도록 구성되는 제1 증폭기; 및
    상기 제1 증폭기가 출력하는 신호에 대한 에너지를 측정하는 전력 검출부를 포함하며,
    상기 복수의 단위회로는, 서로 다른 주파수 특성을 가지도록 구성된 상기 안테나에 의해, 주파수 선택성을 가지고,
    상기 제2 스위치는, 상기 주파수 선택성을 갖는 복수의 단위회로 중 어느 하나를 상기 제2 증폭기에 선택적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 검출기.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 단위회로 중 하나의 출력 신호를 증폭하는 제2 증폭기; 및
    상기 복수의 단위회로 중 어느 하나를 상기 제2 증폭기에 선택적으로 연결하는 제2 스위치
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 검출기.
  8. 복수의 단위회로; 상기 복수의 단위회로 중 하나가 출력하는 신호에 대한 에너지를 측정하는 하나의 전력 검출부; 및 상기 복수의 단위회로와 상기 전력 검출부 사이에 연결되는 제3 스위치를 포함하되,
    상기 복수의 단위회로 각각은,
    안테나;
    임피던스를 변경할 수 있도록 구성된 기준 임피던스부; 및
    상기 안테나로부터 유입되는 신호 또는 상기 기준 임피던스부로부터 유입되는 잡음을 선택적으로 증폭시키도록 구성되는 제1 증폭기를 포함하며,
    상기 복수의 단위회로는, 서로 다른 주파수 특성을 가지도록 구성된 상기 안테나에 의해, 주파수 선택성을 가지고,
    상기 제3 스위치는, 상기 주파수 선택성을 갖는 복수의 단위회로 중 어느 하나를 상기 전력 검출부에 선택적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 검출기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전력 검출부의 출력 신호를 증폭하는 하나의 제2 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 검출기.
  10. 제4항, 제7항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제2 증폭기는,
    상기 제1 증폭기가 상기 안테나로부터 유입되는 신호를 증폭하는 경우에 상기 제2 증폭기가 출력하는 신호와, 상기 제1 증폭기가 상기 기준 임피던스부로부터 유입되는 잡음을 증폭하는 경우에 상기 제2 증폭기가 출력하는 신호의 극성이 반대가 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 검출기.
  11. 제4항, 제7항 또는 제9항에 있어서,
    상기 임피던스는,
    상기 제1 증폭기가 상기 안테나로부터 유입되는 잡음을 증폭하는 경우에 상기 제2 증폭기가 출력하는 신호의 크기와, 상기 제1 증폭기가 상기 기준 임피던스부로부터 유입되는 잡음을 증폭하는 경우에 상기 제2 증폭기가 출력하는 신호의 크기의 차가 최소가 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 검출기.
  12. 제1항, 제4항 또는 제8항에 있어서,
    상기 기준 임피던스부는,
    복수의 저항기 및 상기 복수의 저항기와 연결되는 복수의 저항기 선택 스위치를 포함하며, 상기 기준 임피던스부의 저항값이 가변되도록 상기 복수의 저항기 선택 스위치가 제어되는 저항기 어레이; 및
    복수의 커패시터 및 상기 커패시터와 연결되는 복수의 커패시터 선택 스위치를 포함하며, 상기 기준 임피던스부의 커패시턴스가 가변되도록 상기 복수의 커패시터 선택 스위치가 제어되는 커패시터 어레이
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 검출기.
  13. 제1항, 제4항 또는 제8항에 있어서,
    상기 전력 검출부는,
    CMOS 플라즈몬 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀리미터파 검출기.
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JP2009236736A (ja) * 2008-03-27 2009-10-15 Fujitsu Ltd 受信装置及び信号処理システム

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