KR102661028B1 - Multi-input multi-output radar device including antenna sub-arrays and method of operating thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들, 송신 회로, 수신 안테나 어레이, 수신 회로 및 제어 회로를 포함한다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 각각은 기판 상에서 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사한다. 상기 송신 회로는 제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환한다. 상기 수신 안테나 어레이는 상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제Q 수신 안테나들을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신한다. 상기 수신 회로는 제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성한다. 상기 제어 회로는 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성한다. 상기 송신 신호들은 서로 직교하는 RF 신호들이고, 상기 수신회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성한다. A multiple-input multiple-output radar device according to an embodiment of the present invention includes first to Pth transmitting antenna sub-arrays, a transmitting circuit, a receiving antenna array, a receiving circuit, and a control circuit. Each of the first to Pth transmission antenna sub-arrays includes first to Mth transmission antennas arranged in a row along a first direction on a substrate, and radiates transmission signals toward an object. The transmission circuit converts first baseband signals into the transmission signals based on a first control signal. The receiving antenna array includes first to Qth receiving antennas arranged in a line along the first direction and spaced apart from the first to Mth transmitting antennas on the substrate, and responds to the transmitting signals to the object. It receives reflected signals reflected from. The receiving circuit converts the reflected signals into second baseband signals based on a second control signal and performs digital beamforming on the second baseband signals to form a digital beam pattern. The control circuit generates the first and second control signals. The transmission signals are RF signals orthogonal to each other, and the reception circuit forms a virtual reception antenna array including (P * Q) virtual reception antennas based on the second baseband signals.
Description
본 발명은 레이다 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 하드웨어 복잡도 및 디지털 신호처리량을 감소시키는 다중입력 다중출력 레이다 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a radar device, and more specifically, to a multiple-input, multiple-output radar device that reduces hardware complexity and digital signal processing.
레이다 장치가 자율 주행 시스템, 생체 정보 수집 시스템 및 스마트 보안 시스템 등의 분야에 활용됨에 따라 높은 성능을 발휘할 수 있는 레이다 장치에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 레이다 장치의 송수신기 모듈의 거리가 멀지 않을 때 다중입력 다중출력(multi-input multi-output)(MIMO) 레이다 장치는 높은 각 분해능(azimuth resolution)을 제공할 수 있어 다양한 분야에 활용 가능하다. As radar devices are used in fields such as autonomous driving systems, biometric information collection systems, and smart security systems, research on radar devices that can demonstrate high performance is actively underway. In particular, when the distance between the transmitter and receiver modules of the radar device is not far, the multi-input multi-output (MIMO) radar device can provide high azimuth resolution and can be used in a variety of fields.
일반적으로 다중입력 다중출력 레이다 장치는 각 채널 별로 디지털-아날로그 변환기(digital-to-analog converter)(DAC) 및 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter)(ADC)를 구비하여 전 디지털(full digital) 방식으로 구현된다. 이 경우 대상체의 위치에 관한 추정이 시야각 내의 모든 스캐닝(scanning) 각도들에 대하여 동시에 수행될 수 있다. 그러나 상기와 같은 다중입력 다중출력 레이다 장치가 고주파수 및 고분해능의 높은 성능으로 동작하는 경우 디지털 신호처리량 및 하드웨어 복잡도가 급격하게 증가하게 된다. In general, a multi-input, multi-output radar device is equipped with a digital-to-analog converter (DAC) and an analog-to-digital converter (ADC) for each channel to provide full digital It is implemented in a digital) manner. In this case, estimation of the position of the object can be performed simultaneously for all scanning angles within the viewing angle. However, when the multi-input, multi-output radar device as described above operates with high performance at high frequency and high resolution, digital signal throughput and hardware complexity rapidly increase.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 목적은, 고주파수 및 고분해능의 높은 성능으로 동작하는 환경에서, 디지털 신호처리량을 감소시키고, 하드웨어 복잡도를 감소시키는 다중입력 다중출력 레이다 장치를 제공하는 것이다. One purpose of the present invention to solve the above problems is to provide a multi-input, multi-output radar device that reduces digital signal processing and reduces hardware complexity in an environment that operates with high performance at high frequency and high resolution.
본 발명의 일 목적은 상기 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법을 제공하는 것이다 An object of the present invention is to provide a method of operating the multi-input multi-output radar device.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수), 송신 회로, 수신 안테나 어레이, 수신 회로 및 제어 회로를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 각각은 기판 상에서 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사할 수 있다. 상기 송신 회로는 제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환할 수 있다. 상기 수신 안테나 어레이는 상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제Q 수신 안테나들(Q는 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신할 수 있다. 상기 수신 회로는 제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성할 수 있다. 상기 제어 회로는 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성할 수 있다. 상기 송신 신호들은 서로 직교하는 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF') 신호들이고, 상기 수신회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성할 수 있다. In order to achieve the above object, a multiple-input multiple-output radar device according to an embodiment of the present invention includes first to Pth transmitting antenna sub-arrays (P is an integer of 2 or more), a transmitting circuit, a receiving antenna array, and a receiving antenna. It may include a circuit and a control circuit. Each of the first to Pth transmission antenna sub-arrays includes first to Mth transmission antennas (M is an integer of 2 or more) arranged in a row on a substrate along a first direction, and radiates transmission signals toward an object. can do. The transmission circuit may convert first baseband signals into the transmission signals based on the first control signal. The receiving antenna array includes first to Qth receiving antennas (Q is an integer of 2 or more) arranged in a line along the first direction and spaced apart from the first to Mth transmitting antennas on the substrate, Reflected signals reflected from the object may be received in response to transmitted signals. The receiving circuit may convert the reflected signals into second baseband signals based on a second control signal and perform digital beamforming on the second baseband signals to form a digital beam pattern. The control circuit may generate the first and second control signals. The transmission signals are radio frequency (RF) signals orthogonal to each other, and the reception circuit includes (P * Q) virtual reception antennas based on the second baseband signals. An array can be formed.
일 실시예에서, 상기 수신 회로는 상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)들의 방향과 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들이 형성하는 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트(null point)들의 방향을 일치시켜 상기 그레이팅 로브(grating lobe)들을 상쇄시킬 수 있다. In one embodiment, the receiving circuit determines the direction of grating lobes occurring in the digital beam pattern and the null point occurring in the analog beam pattern formed by the first to Pth transmission antenna sub-arrays. The grating lobes can be offset by matching their directions.
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나들 중 인접한 두 개의 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격될 수 있다. In one embodiment, the first transmission antennas included in two adjacent transmission antenna sub-arrays among the first to P-th transmission antenna sub-arrays are spaced apart from each other by a first distance in the first direction, and the first Among the through Qth receiving antennas, two adjacent receiving antennas may be spaced apart in the first direction by a second distance different from the first distance.
일 실시예에서, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 전체의 개구의 크기와 같을 수 있다. In one embodiment, the first spacing may be equal to the size of the aperture of all of the first to Mth transmitting antennas, and the second spacing may be equal to the size of the aperture of all of the first to Pth transmitting antenna sub-arrays. You can.
일 실시예에서, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 어레이들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 하나의 개구의 크기와 같을 수 있다. In one embodiment, the first spacing is equal to the size of the aperture of all of the first to Qth receiving antenna arrays, and the second spacing is equal to the size of the aperture of one of the first to Pth transmitting antenna sub-arrays. It may be the same as
일 실시예에서, 상기 송신 회로는 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 상응하는 제1 내지 제P 빔포밍부들을 포함하고, 상기 제1 내지 제P 빔포밍부들의 각각은 디지털-아날로그 컨버터, 믹서 및 제1 내지 제M 위상 천이기들을 포함할 수 있다. 상기 디지털-아날로그 컨버터는 상기 제1 베이스밴드 신호들 중 상응하는 하나를 제공할 수 있다. 상기 믹서는 상기 제1 베이스밴드 신호들 중 상응하는 하나를 RF(radio frequency) 신호로 변환할 수 있다. 상기 제1 내지 제M 위상 천이기들은 상기 RF 신호의 위상을 각각의 정해진 지연량만큼 지연시켜 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 중 상응하는 하나로 제공할 수 있다. In one embodiment, the transmission circuit includes first to Pth beamforming units corresponding to the first to Pth transmission antenna subarrays, respectively, and each of the first to Pth beamforming units is a digital- It may include an analog converter, a mixer, and first to M phase shifters. The digital-to-analog converter may provide a corresponding one of the first baseband signals. The mixer may convert a corresponding one of the first baseband signals into a radio frequency (RF) signal. The first to Mth phase shifters may delay the phase of the RF signal by a predetermined delay amount and provide the delay to a corresponding one of the first to Mth transmission antennas.
일 실시예에서, 상기 다중입력 다중출력 레이다 장치는 상기 기판의 상면에 수직인 기준 방향을 중심으로 하는 전방의 영역에 대해 상기 대상체를 탐지하기 위해 스캐닝하고, 상기 수신 회로는 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보를 추정할 수 있다. In one embodiment, the multiple-input multiple-output radar device scans a front area centered on a reference direction perpendicular to the upper surface of the substrate to detect the object, and the receiving circuit is configured to detect the object as a result of the digital beamforming. Based on this, angle information related to the location of the object can be estimated.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수), 송신 회로, 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들, 수신 회로 및 제어 회로를 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 각각은 기판 상에서 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하고, 대상체를 향해 송신 신호들을 방사할 수 있다. 상기 송신 회로는 제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환할 수 있다. 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들의 각각은 상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제Q 수신 안테나들(Q는 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신할 수 있다. 상기 수신 회로는 제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성할 수 있다. 상기 제어 회로는 상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성할 수 있다. 상기 송신 신호들은 서로 직교하는 RF 신호들이고, 상기 수신 회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성할 수 있다. In order to achieve the above object, a multiple-input multiple-output radar device according to an embodiment of the present invention includes first to Pth transmitting antenna subarrays (P is an integer of 2 or more), a transmission circuit, and first to Qth transmitting antenna subarrays. It may include receiving antenna sub-arrays, receiving circuitry, and control circuitry. Each of the first to Pth transmission antenna sub-arrays includes first to Mth transmission antennas (M is an integer of 2 or more) arranged in a row on a substrate along a first direction, and radiates transmission signals toward an object. can do. The transmission circuit may convert first baseband signals into the transmission signals based on the first control signal. Each of the first to Qth receiving antenna sub-arrays includes first to Qth receiving antennas arranged in a line along the first direction and spaced apart from the first to Mth transmitting antennas on the substrate (Q is 2) or more) and may receive reflected signals reflected from the object in response to the transmission signals. The receiving circuit may convert the reflected signals into second baseband signals based on a second control signal and perform digital beamforming on the second baseband signals to form a digital beam pattern. The control circuit may generate the first and second control signals. The transmission signals are RF signals orthogonal to each other, and the receiving circuit may form a virtual receiving antenna array including (P * Q) virtual receiving antennas based on the second baseband signals.
일 실시예에서, 상기 수신 회로는 상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브들의 방향과 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트들의 방향을 일치시켜 상기 그레이팅 로브들을 상쇄시킬 수 있다. In one embodiment, the receiving circuit offsets the grating lobes by matching the directions of the grating lobes occurring in the digital beam pattern with the directions of null points occurring in the analog beam patterns of the first to P-th transmission antenna sub-arrays. You can do it.
일 실시예에서, 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고, 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격될 수 있다. In one embodiment, the first transmission antennas included in two adjacent transmission antenna sub-arrays among the first to P-th transmission antenna sub-arrays are spaced apart from each other by a first distance in the first direction, and the first The first receiving antennas included in two adjacent receiving antenna sub-arrays among the through Q-th receiving antenna sub-arrays may be spaced apart in the first direction by a second distance different from the first distance.
일 실시예에서, 상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 전체의 개구의 크기와 같을 수 있다. In one embodiment, the first spacing may be equal to the size of the aperture of all of the first to Mth transmitting antennas, and the second spacing may be equal to the size of the aperture of all of the first to Pth transmitting antenna sub-arrays. You can.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법에서, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수)에 의하여, 대상체를 향해 서로 직교하는 송신 신호들이 방사될 수 있다. 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 각각은 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함할 수 있다. 제1 내지 제Q 수신 안테나들을 포함하는 수신 안테나 어레이에 의하여, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들이 수신될 수 있다. 수신 회로에 의하여, 상기 반사 신호들이 베이스밴드 신호들로 변환되고, 상기 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이가 형성될 수 있다. 상기 수신 회로에 의하여, 상기 가상 수신 안테나 어레이를 이용하여 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍이 수행될 수 있다. 제어 회로에 의하여 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보가 추정될 수 있다. In order to achieve the above object, in the method of operating a multiple-input multiple-output radar device according to an embodiment of the present invention, by the first to Pth transmitting antenna sub-arrays (P is an integer of 2 or more), Transmission signals that are orthogonal to each other may be radiated. Each of the first to Pth transmission antenna sub-arrays may include first to Mth transmission antennas (M is an integer of 2 or more). Reflected signals reflected from the object in response to the transmission signals may be received by a reception antenna array including first to Qth reception antennas. By a receiving circuit, the reflected signals are converted into baseband signals, and a virtual receiving antenna array including (P * Q) virtual receiving antennas can be formed based on the baseband signals. Digital beamforming on the baseband signals may be performed by the receiving circuit using the virtual receiving antenna array. Angular information related to the location of the object may be estimated by a control circuit based on the results of the digital beamforming.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 고주파수 및 고분해능의 높은 성능이 요구되는 경우에도 디지털 신호처리량을 감소시키고, 일정 수준 이상의 고주파수로 동작하는 환경에서 하드웨어 복잡도를 감소시킬 수 있다. The multi-input multi-output radar device according to an embodiment of the present invention can reduce digital signal processing even when high performance at high frequency and high resolution is required, and reduce hardware complexity in an environment operating at a high frequency above a certain level.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 송신 신호의 동시 처리 이득(coherent processing gain)을 얻을 수 있어 각 분해능의 저하를 초래하지 않고, 먼 거리에 위치하는 물체를 효과적으로 검출할 수 있다. In addition, the multiple-input, multiple-output radar device according to an embodiment of the present invention can obtain coherent processing gain of transmission signals, effectively detecting objects located at a distance without causing a decrease in each resolution. You can.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 어레이가 기판 상에 배치되는 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 어레이 각각에 포함되는 안테나들이 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 도 1의 빔포밍 네트워크에 포함되는 제1 빔포밍부의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1의 수신 회로에 포함되는 제1 수신부의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 송신 안테나들 및 수신 안테나 어레이에 포함되는 수신 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 1의 신호처리회로에서 형성되는 가상 수신 안테나 어레이의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 8은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 송신 안테나들 및 수신 안테나 어레이에 포함되는 수신 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 나타내는 블록도이다.
도 10은 도 9의 송신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 송신 안테나들 및 수신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 수신 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 사용하여 대상체들을 검출하기 위한 시뮬레이션 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 12, 도 13 및 도 14는 도 11의 시뮬레이션 조건 하에 도 1의 다중입력 다중출력 레이다 장치를 사용하여 대상체들을 검출한 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 15의 (a) 및 (b)는 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트의 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트들의 방향과 도 1의 수신 회로에서 형성되는 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브들의 방향을 일치시키는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다. 1 is a block diagram showing a multi-input multi-output radar device according to an embodiment of the present invention.
Figures 2 (a) and (b) are diagrams for explaining an example in which the transmission antenna sub-array set and the reception antenna array of Figure 1 are disposed on a substrate.
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of arrangement of antennas included in each of the transmit antenna sub-array set and the receive antenna array of FIG. 1 .
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a first beamforming unit included in the beamforming network of FIG. 1.
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a first receiving unit included in the receiving circuit of FIG. 1.
FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which the transmitting antennas included in the transmitting antenna sub-array set of FIG. 1 and the receiving antennas included in the receiving antenna array are disposed on a substrate.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a virtual receiving antenna array formed in the signal processing circuit of FIG. 1.
FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which the transmitting antennas included in the transmitting antenna sub-array set of FIG. 1 and the receiving antennas included in the receiving antenna array are arranged on a substrate.
Figure 9 is a block diagram showing a multi-input multi-output radar device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a diagram illustrating an example in which the transmitting antennas included in the transmitting antenna sub-array set of FIG. 9 and the receiving antennas included in the receiving antenna sub-array set of FIG. 9 are disposed on a substrate.
FIG. 11 is a diagram illustrating simulation conditions for detecting objects using a multi-input multi-output radar device according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 12, 13, and 14 are diagrams for explaining simulation results of detecting objects using the multi-input multi-output radar device of FIG. 1 under the simulation conditions of FIG. 11.
Figures 15 (a) and (b) show the directions of null points occurring in the analog beam pattern of the transmitting antenna sub-array set of Figure 1 and the directions of grating lobes occurring in the digital beam pattern formed in the receiving circuit of Figure 1. This is a drawing to explain the matching operation.
Figure 16 is a flowchart showing a method of operating a multi-input multi-output radar device according to an embodiment of the present invention.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.Regarding the embodiments of the present invention disclosed in the text, specific structural and functional descriptions are merely illustrative for the purpose of explaining the embodiments of the present invention, and the embodiments of the present invention may be implemented in various forms. It should not be construed as limited to the embodiments described in.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can be subject to various changes and can have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another component. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may be referred to as a first component without departing from the scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring" and "directly adjacent to" should be interpreted similarly.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in this application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the existence of a described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof, but are not intended to indicate the presence of one or more other features or numbers. It should be understood that this does not exclude in advance the possibility of the existence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in the present application, should not be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning. .
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions for the same components are omitted.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram showing a multi-input multi-output radar device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 다중입력 다중출력(multi-input multi-output)(MIMO) 레이다 장치(10)는 송신 장치(100), 수신 장치(300) 및 제어 회로(500)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a multi-input multi-output (MIMO) radar device 10 may include a transmitting device 100, a receiving device 300, and a control circuit 500.
송신 장치(100)는 송신 안테나 서브 어레이 세트(110) 및 송신 회로(130)를 포함하고, 송신 회로(130)는 빔포밍 네트워크(135)를 포함할 수 있다. 수신 장치(300)는 수신 안테나 어레이(310) 및 수신 회로(330)를 포함하고, 수신 회로(335)는 신호처리회로(335)를 포함할 수 있다. 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)의 각각은 복수의 안테나들을 포함할 수 있다. The transmitting device 100 includes a transmitting antenna sub-array set 110 and a transmitting circuit 130, and the transmitting circuit 130 may include a beamforming network 135. The receiving device 300 includes a receiving antenna array 310 and a receiving circuit 330, and the receiving circuit 335 may include a signal processing circuit 335. Each of the transmitting device 100 and the receiving device 300 may include a plurality of antennas.
일 실시예에서, 상기 복수의 안테나들은 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)의 각각에서 서로 다른 형태로 구성될 수 있고, 다른 실시예에서, 상기 복수의 안테나들이 유사한 형태로 구성될 수도 있다. 예를 들어 상기 복수의 안테나들은 송신 장치(100)에서 안테나 서브 어레이들(또는 '하위 배열' 내지 '위상 하위 배열'로 지칭될 수 있다.)로 구성될 수 있고, 수신 장치(300)에서 단순한 안테나 어레이로 구성될 수 있다. 예를 들어 상기 복수의 안테나들은 송신 장치(100) 및 수신 장치(300) 모두에서 안테나 서브 어레이들로 구성될 수도 있다. 상기 복수의 안테나들이 송신 장치(100)에서만 안테나 서브 어레이들로 구성된 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)에 대하여 도 1, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6 및 도 8을 참조하여 기술하기로 하고, 상기 복수의 안테나들이 송신 장치(100) 및 수신 장치(300) 모두에서 안테나 서브 어레이들로 구성된 다중입력 다중출력 레이다 장치(10a)에 대하여는 도 9 및 도 10을 참조하여 후술하기로 한다. In one embodiment, the plurality of antennas may be configured in different shapes in each of the transmitting device 100 and the receiving device 300, and in another embodiment, the plurality of antennas may be configured in similar shapes. . For example, the plurality of antennas may be configured as antenna sub-arrays (or may be referred to as 'sub-array' or 'phase sub-array') in the transmitting device 100, and may be configured as a simple antenna in the receiving device 300. It may consist of an antenna array. For example, the plurality of antennas may be configured as antenna sub-arrays in both the transmitting device 100 and the receiving device 300. The multiple-input multiple-output radar device 10, in which the plurality of antennas are configured as antenna sub-arrays only in the transmitting device 100, is described with reference to FIGS. 1, 3, 4, 5, 6, and 8. The multi-input multi-output radar device 10a, in which the plurality of antennas are configured as antenna sub-arrays in both the transmitting device 100 and the receiving device 300, will be described later with reference to FIGS. 9 and 10. .
일 실시예에서, 송신 장치(100) 내에 배치된 상기 복수의 안테나들은 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)를 구성할 수 있고, 수신 장치(300) 내에 배치된 상기 복수의 안테나들은 수신 안테나 어레이(310)를 구성할 수 있다. In one embodiment, the plurality of antennas disposed within the transmitting device 100 may constitute a transmitting antenna sub-array set 110, and the plurality of antennas disposed within the receiving device 300 may constitute a receiving antenna array 310. ) can be configured.
일 실시예에서, 송신 장치(100), 수신 장치(300) 및 제어 회로(500)는 하나의 기판 상에 구현될 수 있고, 상기 복수의 안테나들은 상기 기판 상의 미리 설정된 방향을 따라 미리 설정된 간격만큼 이격되어 일렬로 배치되도록 구현될 수 있다. 상기 복수의 안테나들이 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)의 각각에서 배치되는 구체적인 예들에 대하여 도 6, 도 8 및 도 10을 참조하여 후술하기로 한다. In one embodiment, the transmitting device 100, the receiving device 300, and the control circuit 500 may be implemented on one substrate, and the plurality of antennas are spaced at preset intervals along a preset direction on the substrate. It can be implemented to be spaced apart and arranged in a line. Specific examples in which the plurality of antennas are arranged in each of the transmitting device 100 and the receiving device 300 will be described later with reference to FIGS. 6, 8, and 10.
제어 회로(500)는 송신 회로(130)로 입력 디지털 신호(IS)를 제공하고, 수신 회로(330)로부터 출력 디지털 신호(OS)를 제공받을 수 있다. 제어 회로(500)는 송신 회로(130) 및 수신 회로(330)의 각각으로 제1 제어 신호(CTL1) 및 제2 제어 신호(CTL2)를 각각 제공할 수 있다. The control circuit 500 may provide an input digital signal (IS) to the transmission circuit 130 and receive an output digital signal (OS) from the reception circuit 330. The control circuit 500 may provide a first control signal (CTL1) and a second control signal (CTL2) to each of the transmitting circuit 130 and the receiving circuit 330.
송신 회로(130)는 제1 제어 신호(CTL1)에 기초하여 입력 디지털 신호(IS)를아날로그 신호로 변환하여 제1 베이스밴드 신호들을 생성하고, 상기 제1 베이스밴드 신호들을 고주파 신호인 송신 신호들(TS)로 변환할 수 있다. 송신 회로(130)는 송신 신호들(TS)을 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)로 제공할 수 있다. The transmission circuit 130 generates first baseband signals by converting the input digital signal (IS) into an analog signal based on the first control signal (CTL1), and converts the first baseband signals into transmission signals that are high frequency signals. It can be converted to (TS). The transmission circuit 130 may provide transmission signals TS to the transmission antenna sub-array set 110 .
일 실시예에서, 송신 신호들(TS)은 빔포밍 네트워크(135)에서 생성될 수 있다. 빔포밍 네트워크(135)는 복수의 빔포밍부들을 포함할 수 있고, 제어 회로(500)는 제1 제어 신호(CTL1)에 기초하여 상기 복수의 빔포밍부들의 각각을 독립적으로 제어할 수 있다. In one embodiment, transmission signals TS may be generated in the beamforming network 135. The beamforming network 135 may include a plurality of beamforming units, and the control circuit 500 may independently control each of the plurality of beamforming units based on the first control signal CTL1.
송신 안테나 서브 어레이 세트(110)는 송신 신호들(TS)을 대상체를 향해 방사할 수 있다. 수신 안테나 어레이(310)는 송신 신호들(TS)에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들(RS)을 수신할 수 있다. The transmission antenna sub-array set 110 may radiate transmission signals TS toward an object. The reception antenna array 310 may receive reflection signals (RS) reflected from the object in response to transmission signals (TS).
수신 회로(330)는 제2 제어 신호(CTL2)에 기초하여 반사 신호들(RS)을 변환하여 제2 베이스밴드 신호들을 생성하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들을 디지털 신호인 출력 디지털 신호(OS)로 변환할 수 있다. 수신 회로(330)는 출력 디지털 신호(OS)를 제어 회로(500)에 제공할 수 있다. The receiving circuit 330 converts the reflected signals RS based on the second control signal CTL2 to generate second baseband signals, and converts the second baseband signals into an output digital signal OS, which is a digital signal. It can be converted to . The receiving circuit 330 may provide an output digital signal (OS) to the control circuit 500.
일 실시예에서, 송신 신호들(TS)은 서로 직교하는 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF') 신호들일 수 있고, 수신 회로(330)는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성할 수 있다. 수신 회로(330)는 상기 가상 수신 안테나 어레이에 기초하여 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 가상 수신 안테나 어레이 및 상기 디지털 빔 패턴은 수신 회로(330)에 포함되는 신호처리회로(335)가 송신 신호들(TS)이 서로 직교하는 성질을 이용하여 상기 제2 베이스밴드 신호들로부터 서로 직교하는 신호 성분들을 분리하여 상기 가상 수신 안테나 어레이 및 상기 디지털 빔 패턴을 형성할 수 있다. In one embodiment, the transmission signals TS may be radio frequency (RF) signals orthogonal to each other, and the reception circuit 330 may be configured as a virtual reception antenna based on the second baseband signals. A virtual receiving antenna array including: The receiving circuit 330 may form a digital beam pattern by performing digital beamforming on the second baseband signals based on the virtual receiving antenna array. More specifically, the virtual reception antenna array and the digital beam pattern are configured so that the signal processing circuit 335 included in the reception circuit 330 uses the property that the transmission signals TS are orthogonal to each other to generate the second baseband signal. The virtual reception antenna array and the digital beam pattern can be formed by separating signal components orthogonal to each other from the signal components.
일 실시예에서, 수신 회로(330)는 상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)들의 방향과 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)(또는 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)에 포함되는 안테나 서브 어레이들)가 형성하는 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트(null point)들의 방향을 일치시켜 상기 그레이팅 로브들을 상쇄시킬 수 있다. In one embodiment, the receiving circuit 330 determines the direction of grating lobes occurring in the digital beam pattern and the antenna sub array set 110 (or the antenna sub array included in the transmit antenna sub array set 110). The grating lobes can be offset by matching the directions of null points occurring in the analog beam pattern formed by the arrays.
일 실시예에서, 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)에 각각 포함되는 아날로그-디지털 변환기들(analog-to-digital converter)(ADC) 및 디지털-아날로그 변환기들(digital-to-analog converter)(DAC)은 송신 장치(100) 및 수신 장치(300)에 포함되는 안테나들보다 적은 수로 구현될 수 있다. In one embodiment, analog-to-digital converters (ADC) and digital-to-analog converters are included in the transmitting device 100 and the receiving device 300, respectively. (DAC) may be implemented with fewer antennas than the number of antennas included in the transmitting device 100 and the receiving device 300.
상기와 같은 구성을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 고주파수 및 고분해능의 높은 성능이 요구되는 경우에도 디지털 신호처리량을 감소시키고, 일정 수준 이상의 고주파수로 동작하는 환경에서 하드웨어 복잡도를 감소시킬 수 있다. Through the above configuration, the multi-input multi-output radar device according to an embodiment of the present invention reduces digital signal throughput even when high performance of high frequency and high resolution is required, and reduces hardware complexity in an environment operating at a high frequency above a certain level. can be reduced.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 송신 신호의 동시 처리 이득(coherent processing gain)을 얻을 수 있어 각 분해능의 저하를 초래하지 않고, 먼 거리에 위치하는 물체를 효과적으로 검출할 수 있다. In addition, the multiple-input, multiple-output radar device according to an embodiment of the present invention can obtain coherent processing gain of transmission signals, effectively detecting objects located at a distance without causing a decrease in each resolution. You can.
도 2의 (a) 및 (b)는 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 어레이가 기판 상에 배치되는 예를 설명하기 위한 도면이다. Figures 2 (a) and (b) are diagrams for explaining an example in which the transmission antenna sub-array set and the reception antenna array of Figure 1 are disposed on a substrate.
도 2에서, 기판들(700a 및 700b)의 각각에 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 어레이가 배치되는 예가 도시된다. 제1 및 제2 방향들(D1 및 D2)은 기판들(700a 및 700b)의 상면에 평행하고 서로 수직으로 교차하는 방향들을 나타내고, 제3 방향(D3)은 상기 상면에 수직인 방향을 나타낸다. In Figure 2, an example is shown in which a transmit antenna sub-array set and a receive antenna array are disposed on each of the substrates 700a and 700b. The first and second directions D1 and D2 represent directions parallel to the upper surfaces of the substrates 700a and 700b and intersect each other perpendicularly, and the third direction D3 represents a direction perpendicular to the upper surfaces of the substrates 700a and 700b.
도 2의 (a)를 참조하면, 기판(700a) 상에 송신 안테나 서브 어레이 세트(110a) 및 수신 안테나 어레이(310a)가 각각 배치될 수 있다. 보다 구체적으로, 송신 안테나 서브 어레이 세트(110a) 및 수신 안테나 어레이(310a)의 각각은 복수의 안테나들을 포함할 수 있고, 제1 방향(D1)으로 연장되는 가상의 라인(VL1)을 중심으로 평행하게 대칭을 이루는 가상의 제1 및 제2 라인들(PL1 및 PL2) 상에 상기 복수의 안테나들이 배치될 수 있다. Referring to (a) of FIG. 2, a transmitting antenna sub-array set 110a and a receiving antenna array 310a may be disposed on the substrate 700a, respectively. More specifically, each of the transmitting antenna sub-array set 110a and the receiving antenna array 310a may include a plurality of antennas, and may be parallel to the virtual line VL1 extending in the first direction D1. The plurality of antennas may be arranged on symmetrical first and second virtual lines PL1 and PL2.
도 2의 (b)를 참조하면, 기판(700b) 상에 송신 안테나 서브 어레이 세트(110b) 및 수신 안테나 어레이(310b)가 각각 배치될 수 있다. 보다 구체적으로 송신 안테나 서브 어레이 세트(110b) 및 수신 안테나 어레이(310b)의 각각은 복수의 안테나들을 포함할 수 있고, 제2 방향(D2)으로 연장되는 가상의 라인(VL2)에 수직인 가상의 제3 라인(PL3) 상에 상기 복수의 안테나들이 배치될 수 있다. Referring to (b) of FIG. 2, a transmitting antenna sub-array set 110b and a receiving antenna array 310b may be disposed on the substrate 700b, respectively. More specifically, each of the transmitting antenna sub-array set 110b and the receiving antenna array 310b may include a plurality of antennas, and a virtual line perpendicular to the virtual line VL2 extending in the second direction D2. The plurality of antennas may be disposed on the third line PL3.
일 실시예에서, 송신 안테나 서브 어레이 세트들(110a 및 110b)의 각각은 도 1을 참조하여 상술한 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)에 해당할 수 있고, 수신 안테나 어레이들(310a 및 310b)의 각각은 도 1을 참조하여 상술한 수신 안테나 어레이(310)에 해당할 수 있다. 도 9 등을 참조하여 후술하는 바와 같이 상기 복수의 안테나들이 수신 장치에서 안테나 서브 어레이들로 구성되는 경우, 수신 안테나 어레이들(310a 및 310b)이 배치되는 위치에 수신 안테나 서브 어레이 세트가 배치될 수 있다. In one embodiment, each of the transmit antenna sub-array sets 110a and 110b may correspond to the transmit antenna sub-array set 110 described above with reference to FIG. 1, and each of the receive antenna arrays 310a and 310b may correspond to the transmit antenna sub-array set 110 described above with reference to FIG. Each may correspond to the receiving antenna array 310 described above with reference to FIG. 1. As will be described later with reference to FIG. 9, etc., when the plurality of antennas are configured as antenna sub-arrays in the receiving device, a receiving antenna sub-array set may be placed at the location where the receiving antenna arrays 310a and 310b are placed. there is.
도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 예들이 상기 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 상기 수신 안테나 어레이가 상기 기판 상에 배치되는 형태를 한정하는 것은 아니므로, 상기 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 상기 수신 안테나 어레이의 각각에 포함되는 복수의 안테나들이 제1 방향(D1)을 따라 배치되는 한, 상기 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 상기 수신 안테나 어레이 사이의 상대적인 위치는 변경하여 실시될 수 있다. Since the examples shown in (a) and (b) of FIGS. 2 do not limit the form in which the transmitting antenna sub-array set and the receiving antenna array are disposed on the substrate, the transmitting antenna sub-array set and the receiving antenna array As long as the plurality of antennas included in each antenna array are arranged along the first direction D1, the relative positions between the transmitting antenna sub-array set and the receiving antenna array can be changed.
도 3은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트 및 수신 안테나 어레이 각각에 포함되는 안테나들이 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of arrangement of antennas included in each of the transmit antenna sub-array set and the receive antenna array of FIG. 1 .
도 3을 참조하면, 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수)(111, 113 및 115)을 포함할 수 있고, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각은 기판 상에서 제1 방향(D1)을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 송신 안테나 서브 어레이(111)는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M)을 포함할 수 있고, 제2 송신 안테나 서브 어레이(113)는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA21, TA22, TA23 및 TA2M)을 포함할 수 있고, 제P 송신 안테나 서브 어레이(115)는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TAP1, TAP2, TAP3 및 TAPM)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the transmission antenna sub-array set 110 may include first to P-th transmission antenna sub-arrays (P is an integer of 2 or more) 111, 113, and 115, and first to P-th transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115. Each of the transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115 may include first to Mth transmission antennas (M is an integer of 2 or more) arranged in a row along the first direction D1 on the substrate. For example, the first transmission antenna sub-array 111 may include the first to Mth transmission antennas (TA11, TA12, TA13, and TA1M), and the second transmission antenna sub-array 113 may include the first to Mth transmission antennas (TA11, TA12, TA13, and TA1M), and the second transmission antenna sub-array 113 may include the first to M It may include the M-th transmission antennas (TA21, TA22, TA23, and TA2M), and the P-th transmission antenna sub-array 115 may include the first to M-th transmission antennas (TAP1, TAP2, TAP3, and TAPM). You can.
수신 안테나 어레이(310)는 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3 및 TAPM)과 이격되어 제1 방향(D1)을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제Q 수신 안테나들(Q는 2 이상의 정수)(RA1, RA2, RA3 및 RAQ)을 포함할 수 있다. The receiving antenna array 310 is spaced apart from the first to M transmitting antennas (TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3, and TAPM) in the first direction (D1). It may include first to Qth reception antennas (Q is an integer of 2 or more) (RA1, RA2, RA3, and RAQ) arranged in a row along .
일 실시예에서, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들(예를 들어, 111 및 113)에 각각 포함되는 제1 송신 안테나들(예를 들어, TA11 및 TA21)은 제1 방향(D1)으로 제1 간격만큼 이격될 수 있고, 제1 내지 제Q 수신 안테나들(RA1, RA2, RA3 및 RAQ) 중 인접한 두 개의 수신 안테나들(예를 들어, RA1 및 RA2)은 제1 방향(D1)으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격될 수 있다. 상기 제1 간격 및 상기 제2 간격에 대하여 도 6 및 도 8을 참조하여 후술하기로 한다. In one embodiment, the first transmission antennas included in two adjacent transmission antenna sub-arrays (for example, 111 and 113) among the first to P transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115 ( For example, TA11 and TA21 may be spaced apart by a first distance in the first direction D1, and two adjacent receiving antennas among the first to Q receiving antennas RA1, RA2, RA3, and RAQ ( For example, RA1 and RA2) may be spaced apart from each other in the first direction D1 by a second distance that is different from the first distance. The first interval and the second interval will be described later with reference to FIGS. 6 and 8.
도 4는 도 1의 빔포밍 네트워크에 포함되는 제1 빔포밍부의 일 예를 나타내는 도면이다. FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a first beamforming unit included in the beamforming network of FIG. 1.
도 4에서, 도 3의 제1 송신 안테나 서브 어레이(111)에 포함되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M), 및 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M)과 전기적으로 연결되는 제1 빔포밍부(135-1)가 도시된다. In FIG. 4, the first to M-th transmission antennas (TA11, TA12, TA13, and TA1M) included in the first transmission antenna sub-array 111 of FIG. 3, and the first to M-th transmission antennas (TA11, TA12) , TA13 and TA1M) and a first beamforming unit 135-1 electrically connected to each other are shown.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 빔포밍부(135-1)는 디지털-아날로그 컨버터(183), 믹서(181) 및 제1 내지 제M 위상 천이기들(161, 163, 165 및 167)을 포함할 수 있다. 3 and 4, the first beamforming unit 135-1 includes a digital-to-analog converter 183, a mixer 181, and first to M phase shifters 161, 163, 165, and 167. ) may include.
디지털-아날로그 컨버터(183)는 입력 디지털 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호(BS1)를 생성하고, 제1 베이스밴드 신호(BS1)를 믹서(181)로 제공할 수 있다. 믹서(181)는 제1 베이스밴드 신호(BS1) 및 발진 신호(FLO1)에 기초하여 제1 베이스밴드 신호(BS1)를 고주파 신호인 RF 신호로 변환하고, 상기 RF 신호를 제1 내지 제M 위상 천이기들(161, 163, 165 및 167)의 각각으로 제공할 수 있다. The digital-analog converter 183 may generate a first baseband signal BS1 based on the input digital signal and provide the first baseband signal BS1 to the mixer 181. The mixer 181 converts the first baseband signal BS1 into an RF signal, which is a high frequency signal, based on the first baseband signal BS1 and the oscillation signal FLO1, and converts the RF signal into a first to M phase It can be provided by each of the transition devices 161, 163, 165, and 167.
제1 내지 제M 위상 천이기들(161, 163, 165 및 167)은 상기 RF 신호의 위상을 각각의 정해진 지연량만큼 지연시켜 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M) 중 상응하는 하나로 제공할 수 있다. The first to M phase shifters (161, 163, 165, and 167) delay the phase of the RF signal by each predetermined delay amount to transmit the first to M transmit antennas (TA11, TA12, TA13, and TA1M). One of the corresponding ones can be provided.
일 실시예에서, 제1 내지 제M 위상 천이기들(161, 163, 165 및 167)의 각각이 상기 RF 신호의 위상을 지연시키는 지연량은 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13 및 TA1M)에 의하여 송신되는 송신 신호들의 지향 방향에 기초하여 결정될 수 있고, 상기 지연량은 도 1을 참조하여 상술한 제1 제어 신호(CTL1)에 의하여 제어될 수 있다. In one embodiment, the delay amount by which each of the first to M phase shifters 161, 163, 165, and 167 delays the phase of the RF signal is the first to M transmit antennas TA11, TA12, It can be determined based on the direction of transmission signals transmitted by TA13 and TA1M), and the amount of delay can be controlled by the first control signal (CTL1) described above with reference to FIG. 1.
설명의 편의를 위해, 도 4에서 제1 송신 안테나 서브 어레이(111)에 상응하는 제1 빔포밍부(135-1)만을 도시하여 기술하였으나, 도 3의 제2 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(113 및 115)의 각각 또한 제1 빔포밍부(135-1)와 동일한 방식으로 제2 빔포밍부 내지 제P 빔포밍부와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 상기와 같은 구성에 의하여 송신 회로는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)에 각각 상응하는 제1 내지 제P 빔포밍부들을 포함할 수 있고, 상기 제1 내지 제P 빔포밍부들의 각각은 디지털-아날로그 컨버터, 믹서 및 제1 내지 제M 위상 천이기들을 포함할 수 있다. For convenience of explanation, only the first beamforming unit 135-1 corresponding to the first transmission antenna sub-array 111 is shown and described in FIG. 4, but the second to P-th transmission antenna sub-arrays of FIG. 3 Each of 113 and 115 may also be electrically connected to the second to P beamforming units in the same manner as the first beamforming unit 135-1. By the above configuration, the transmission circuit may include first to P beamforming units corresponding to the first to P transmit antenna sub-arrays 111, 113, and 115, respectively, and the first to P Each of the beamforming units may include a digital-to-analog converter, a mixer, and first to M phase shifters.
도 5는 도 1의 수신 회로에 포함되는 제1 수신부의 일 예를 나타내는 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a first receiving unit included in the receiving circuit of FIG. 1.
도 5에서, 도 3의 수신안테나 어레이(310)에 포함되는 제1 수신 안테나(RA1) 및 제1 수신 안테나(RA1)와 전기적으로 연결되는 제1 수신부(330-1)가 도시된다. In FIG. 5, a first receiving antenna (RA1) included in the receiving antenna array 310 of FIG. 3 and a first receiving unit (330-1) electrically connected to the first receiving antenna (RA1) are shown.
도 3 및 도 5를 참조하면, 제1 수신부(330-1)는 아날로그-디지털 컨버터(383) 및 믹서(381)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 3 and 5 , the first receiver 330-1 may include an analog-to-digital converter 383 and a mixer 381.
믹서(381)는 제1 수신 안테나(RA1)로부터 수신되는 반사 신호 및 발진 신호(FLO2)에 기초하여 상기 반사 신호를 베이스밴드 신호로 변환하고, 상기 베이스밴드 신호를 아날로그-디지털 컨버터(383)로 제공할 수 있다. 아날로그-디지털 컨버터(383)는 상기 베이스밴드 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. The mixer 381 converts the reflected signal into a baseband signal based on the reflected signal and the oscillation signal (FLO2) received from the first receiving antenna (RA1), and converts the baseband signal into an analog-to-digital converter 383. can be provided. The analog-to-digital converter 383 can convert the baseband signal into a digital signal.
설명의 편의를 위해, 도 5에서 제1 수신 안테나(RA1)에 상응하는 제1 수신부(330-1)만을 도시하여 기술하였으나, 도 3의 제2 내지 제Q 수신 안테나들(RA2 내지 RAQ)의 각각 또한 제1 수신부(330-1)와 동일한 방식으로 제2 수신부 내지 제Q 수신부와 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 상기와 같은 구성에 의하여 수신 회로는 제1 내지 제Q 수신 안테나들에 각각 상응한 제1 내지 제Q 수신부들을 포함할 수 있고, 상기 제1 내지 제Q 수신부들의 각각은 아날로그-디지털 컨버터 및 믹서를 포함할 수 있다. For convenience of explanation, only the first receiving unit 330-1 corresponding to the first receiving antenna RA1 is shown and described in FIG. 5, but the second to Q receiving antennas RA2 to RAQ of FIG. 3 are shown in FIG. Each may also be electrically connected to the second to Qth receivers in the same manner as the first receiver 330-1. By the above configuration, the receiving circuit may include first to Q-th receiving units corresponding to first to Q-th receiving antennas, respectively, and each of the first to Q-th receiving units may include an analog-to-digital converter and a mixer. It can be included.
도 6은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 송신 안테나들 및 수신 안테나 어레이에 포함되는 수신 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다. FIG. 6 is a diagram illustrating an example in which the transmitting antennas included in the transmitting antenna sub-array set of FIG. 1 and the receiving antennas included in the receiving antenna array are disposed on a substrate.
도 6에서, 도 3의 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3 및 TAPM) 및 제1 내지 제Q 수신 안테나들(RA1, RA2, RA3 및 RAQ)이 기판 상에 배치되는 예가 도시된다. 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)은 미리 설정된 간격(DT11)만큼 이격되는 것으로 간주한다. In FIG. 6, the first to Mth transmission antennas (TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, An example in which TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3, and TAPM) and first to Q receiving antennas (RA1, RA2, RA3, and RAQ) are disposed on a substrate is shown. Adjacent transmission antennas (for example, TA11 and TA12) among the transmission antennas included in each of the first to P transmission antenna subarrays 111, 113, and 115 are spaced apart by a preset distance DT11. Considered.
도 6을 참조하면, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들(예를 들어, 111 및 113)에 각각 포함되는 제1 송신 안테나들(예를 들어, TA11 및 TA21)은 제1 방향(D1)으로 제1 간격만큼 이격될 수 있다. Referring to FIG. 6, first transmission antennas included in two adjacent transmission antenna sub-arrays (for example, 111 and 113) among the first to P-th transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115. (For example, TA11 and TA21) may be spaced apart from each other by a first distance in the first direction D1.
제1 내지 제Q 수신 안테나들(RA1, RA2, RA3 및 RAQ) 중 인접한 두 개의 수신 안테나들(예를 들어, RA1 및 RA2)은 제1 방향(D1)으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격될 수 있다. Among the first to Qth receiving antennas (RA1, RA2, RA3, and RAQ), two adjacent receiving antennas (for example, RA1 and RA2) have a second interval different from the first interval in the first direction (D1). It can be separated by as much.
일 실시예에서, 상기 제1 간격은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(예를 들어, TA11, TA12, TA13 및 TA1M) 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제2 간격은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 전체의 개구의 크기와 같을 수 있다. In one embodiment, the first interval is the first to Mth transmission antennas (e.g., TA11, TA12, TA13) included in one of the first to Pth transmission antenna subarrays 111, 113, and 115. and TA1M), and the second interval may be equal to the size of the entire opening of the first to P-th transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115.
일 실시예에서, 상기 제1 간격은 하기 [수학식 1]에 따라 결정되고, 상기 제2 간격은 하기 [수학식 2]에 따라 결정될 수 있다. In one embodiment, the first interval may be determined according to [Equation 1] below, and the second interval may be determined according to [Equation 2] below.
[수학식 1][Equation 1]
DT12 = DT11 * M DT12 = DT11 * M
상기 [수학식 1]에서, DT12는 상기 제1 간격이고, DT11은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나가 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신 안테나들의 개수이다. In [Equation 1], DT12 is the first interval, and DT11 is adjacent transmission antennas (e.g. For example, TA11 and TA12) are the spacing apart, and M is the number of transmission antennas included in one of the first to Pth transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115.
[수학식 2][Equation 2]
DR1 = DT11 * M * PDR1 = DT11 * M * P
상기 [수학식 2]에서, DR1은 상기 제2 간격을 나타내고, DT11은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나가 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신 안테나들의 개수이고, P는 송신 안테나 서브 어레이들의 개수이다. In [Equation 2], DR1 represents the second interval, and DT11 represents adjacent transmission antennas among the transmission antennas included in one of the first to Pth transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115 ( For example, TA11 and TA12) are the spacing apart, M is the number of transmission antennas included in one of the first to Pth transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115, and P is the transmission antenna sub-array is the number of them.
도 7은 도 1의 신호처리회로에서 형성되는 가상 수신 안테나 어레이의 일 예를 나타내는 도면이다. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a virtual reception antenna array formed in the signal processing circuit of FIG. 1.
도 7에서, 도 1을 참조하여 상술한 가상 수신 안테나 어레이가 포함하는 가상 수신 안테나들(VRA1, VRA2, VRA3, VRA4, ..., VRA(PxQ-1) 및 VRA(PxQ))이 배치되는 예가 도시된다. In FIG. 7, virtual reception antennas (VRA1, VRA2, VRA3, VRA4, ..., VRA(PxQ-1), and VRA(PxQ)) included in the virtual reception antenna array described above with reference to FIG. 1 are disposed. An example is shown.
도 6 및 도 7을 참조하면, 가상 수신 안테나들(VRA1, VRA2, VRA3, VRA4, ..., VRA(PxQ-1) 및 VRA(PxQ)) 중 인접한 두 개의 가상 수신 안테나들(예를 들어, VRA1 및 VRA2)은 제3 간격만큼 이격될 수 있다. Referring to FIGS. 6 and 7, among the virtual reception antennas (VRA1, VRA2, VRA3, VRA4, ..., VRA(PxQ-1) and VRA(PxQ)), two adjacent virtual reception antennas (e.g. , VRA1 and VRA2) may be spaced apart by a third interval.
일 실시예에서, 상기 제3 간격은 도 6의 상기 제1 간격만큼 이격될 수 있다. In one embodiment, the third interval may be spaced apart from the first interval in FIG. 6 .
일 실시예에서, 상기 제3 간격은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(예를 들어, TA11, TA12, TA13 및 TA1M) 전체의 개구의 크기와 같을 수 있다. In one embodiment, the third interval is the first to Mth transmission antennas (e.g., TA11, TA12, TA13) included in one of the first to Pth transmission antenna subarrays 111, 113, and 115. and TA1M) may be equal to the size of the overall opening.
일 실시예에서, 상기 제3 간격은 하기 [수학식 3]에 따라 결정될 수 있다. In one embodiment, the third interval may be determined according to Equation 3 below.
[수학식 3][Equation 3]
DV = DT11 * M DV = DT11 * M
상기 [수학식 1]에서, DV는 상기 제3 간격이고, DT11은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나가 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신 안테나들의 개수이다. In [Equation 1], DV is the third interval, and DT11 is adjacent transmission antennas (e.g. For example, TA11 and TA12) are the spacing apart, and M is the number of transmission antennas included in one of the first to Pth transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115.
도 8은 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 송신 안테나들 및 수신 안테나 어레이에 포함되는 수신 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다. FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which the transmitting antennas included in the transmitting antenna sub-array set of FIG. 1 and the receiving antennas included in the receiving antenna array are arranged on a substrate.
도 8에서, 도 3의 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3 및 TAPM) 및 제1 내지 제Q 수신 안테나들(RA1, RA2, RA3 및 RAQ)이 기판 상에 배치되는 예가 도시된다. 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)은 미리 설정된 간격(DT11)만큼 이격되는 것으로 간주한다. In FIG. 8, 1st to Mth transmission antennas (TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, An example in which TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3, and TAPM) and first to Q receiving antennas (RA1, RA2, RA3, and RAQ) are disposed on the substrate is shown. Adjacent transmission antennas (for example, TA11 and TA12) among the transmission antennas included in each of the first to P transmission antenna subarrays 111, 113, and 115 are spaced apart by a preset distance DT11. Considered.
도 8을 참조하면, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들(예를 들어, 111 및 113)에 각각 포함되는 제1 송신 안테나들(예를 들어, TA11 및 TA21)은 제1 방향(D1)으로 제4 간격만큼 이격될 수 있다. Referring to FIG. 8, first transmit antennas included in two adjacent transmit antenna sub-arrays (for example, 111 and 113) among the first to P transmit antenna sub-arrays 111, 113, and 115. (For example, TA11 and TA21) may be spaced apart from each other by a fourth distance in the first direction D1.
제1 내지 제Q 수신 안테나들(RA1, RA2, RA3 및 RAQ) 중 인접한 두 개의 수신 안테나들(예를 들어, RA1 및 RA2)은 제1 방향(D1)으로 상기 제4 간격과 다른 제5 간격만큼 이격될 수 있다. Among the first to Qth receiving antennas (RA1, RA2, RA3, and RAQ), two adjacent receiving antennas (for example, RA1 and RA2) have a fifth interval different from the fourth interval in the first direction (D1). It can be separated by as much.
일 실시예에서, 상기 제4 간격은 제1 내지 제Q 수신 안테나들(RA1, RA2, RA3 및 RAQ) 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제5 간격은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나의 개구의 크기와 같을 수 있다. In one embodiment, the fourth spacing is equal to the size of the apertures of all of the first to Qth receiving antennas (RA1, RA2, RA3, and RAQ), and the fifth spacing is the same as the size of the apertures of the first to Pth transmitting antenna subarrays. It may be the same as the size of one of (111, 113, and 115) apertures.
일 실시예에서, 상기 제4 간격은 하기 [수학식 4]에 따라 결정되고, 상기 제5 간격은 하기 [수학식 5]에 따라 결정될 수 있다. In one embodiment, the fourth interval may be determined according to [Equation 4] below, and the fifth interval may be determined according to [Equation 5] below.
[수학식 4][Equation 4]
DT22 = DT11 * M * QDT22 = DT11 * M * Q
상기 [수학식 4]에서, DT22는 상기 제4 간격이고, DT11은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나가 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신안테나들의 개수이고, Q는 수신 안테나 어레이에 포함되는 수신 안테나들의 개수이다. In [Equation 4], DT22 is the fourth interval, and DT11 is adjacent transmission antennas (e.g. For example, TA11 and TA12) are the spacing apart, M is the number of transmitting antennas included in one of the first to P transmitting antenna sub-arrays 111, 113, and 115, and Q is included in the receiving antenna array. This is the number of receiving antennas.
..
[수학식 5][Equation 5]
DR2 = DT11 * MDR2 = DT11 * M
상기 [수학식 5]에서, DR2는 상기 제5 간격을 나타내고, DT11은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나가 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신 안테나들의 개수이다. In [Equation 5], DR2 represents the fifth interval, and DT11 represents adjacent transmission antennas among the transmission antennas included in one of the first to Pth transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115 ( For example, TA11 and TA12 are the spacing apart, and M is the number of transmission antennas included in one of the first to Pth transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115.
도 8에 도시된 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)에 포함되는 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3 및 TAPM)과 수신 안테나 어레이에 포함되는 수신 안테나들(RA1, RA2, RA3 및 RAQ)이 도 6에 도시된 실시예와 서로 다른 이격 간격을 가졌음에도 불구하고, 도 8의 실시예에 의하여 생성되는 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이는 도 7에 도시된 형태와 동일할 수 있다. 따라서 도 8에 도시된 실시예에 따라 형성되는 가상 수신 안테나들 중 인접한 두 개의 가상 수신 안테나들은 도 7의 상기 제3 간격만큼 이격될 수 있다. Transmission antennas (TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3) included in the first to Pth transmission antenna subarrays 111, 113, and 115 shown in FIG. 8 and TAPM) and the receiving antennas (RA1, RA2, RA3, and RAQ) included in the receiving antenna array have a different separation distance from the embodiment shown in FIG. 6, the antenna generated by the embodiment of FIG. 8 A virtual receiving antenna array including virtual receiving antennas may have the same form as shown in FIG. 7. Accordingly, among the virtual receiving antennas formed according to the embodiment shown in FIG. 8, two adjacent virtual receiving antennas may be spaced apart by the third interval in FIG. 7.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 나타내는 블록도이다. Figure 9 is a block diagram showing a multi-input multi-output radar device according to an embodiment of the present invention.
도 9에 도시된 다중입력 다중출력 레이다 장치(10a)는 도 1에 도시된 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)와 비교하여, 송신 장치(100)뿐만 아니라 수신 장치(300a)에 포함되는 복수의 안테나들 또한 안테나 서브 어레이들로 구성된다. 이하에서 도 1에 도시된 구성요소들과 동일한 참조 부호를 가지는 구성요소들에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다. Compared to the multiple-input multiple-output radar device 10 shown in FIG. 9, the multiple-input multiple-output radar device 10a shown in FIG. 9 has a plurality of devices included in the receiving device 300a as well as the transmitting device 100. Antennas are also composed of antenna sub-arrays. Hereinafter, duplicate descriptions of components having the same reference numerals as those shown in FIG. 1 will be omitted.
도 9를 참조하면, 다중입력 다중출력 레이다 장치(10a)는 송신 장치(100), 수신 장치(300a) 및 제어 회로(500)를 포함할 수 있다. 송신 장치(100)는 송신 안테나 서브 어레이 세트(110) 및 송신 회로(130)를 포함하고, 송신 회로(130)는 빔포밍 네트워크(135)를 포함할 수 있다. 수신 장치(300a)는 수신 안테나 서브 어레이 세트(310a) 및 수신 회로(330)를 포함하고, 수신 회로(335)는 신호처리회로(335)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 9, the multiple-input multiple-output radar device 10a may include a transmitting device 100, a receiving device 300a, and a control circuit 500. The transmitting device 100 includes a transmitting antenna sub-array set 110 and a transmitting circuit 130, and the transmitting circuit 130 may include a beamforming network 135. The receiving device 300a includes a receiving antenna sub-array set 310a and a receiving circuit 330, and the receiving circuit 335 may include a signal processing circuit 335.
일 실시예에서, 송신 장치(100) 내에 배치된 복수의 안테나들은 송신 안테나 서브 어레이 세트(110)를 구성할 수 있고, 수신 장치(300a) 내에 배치된 상기 복수의 안테나들은 수신 안테나 서브 어레이 세트(310a)를 구성할 수 있다. In one embodiment, a plurality of antennas disposed within the transmitting device 100 may constitute a transmitting antenna sub-array set 110, and the plurality of antennas disposed within the receiving device 300a may constitute a receiving antenna sub-array set ( 310a) can be configured.
도 10은 도 9의 송신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 송신 안테나들 및 수신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 수신 안테나들이 기판 상에 배치되는 일 예를 나타내는 도면이다. FIG. 10 is a diagram illustrating an example in which the transmitting antennas included in the transmitting antenna sub-array set of FIG. 9 and the receiving antennas included in the receiving antenna sub-array set of FIG. 9 are disposed on a substrate.
도 10에서, 송신 안테나 서브 어레이 세트가 포함하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 제1 내지 제M 송신 안테나들(TA11, TA12, TA13, TA1M, TA21, TA22, TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3 및TAPM), 및 수신 안테나 서브 어레이 세트가 포함하는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315)의 각각이 포함하는 제1 내지 제N 수신 안테나들(RA11, RA12, RA13, RA1N, RA21, RA22, RA23, RA2N, RAQ1, RAQ2, RAQ3 및 RAQN)이 기판 상에 배치되는 예가 도시된다. In FIG. 10, the first to Mth transmission antennas (TA11, TA12, TA13, TA1M) included in each of the first to Pth transmission antenna subarrays 111, 113, and 115 included in the transmission antenna subarray set. , TA21, TA22, TA23, TA2M, TAP1, TAP2, TAP3 and TAPM), and each of the first to Qth receiving antenna subarrays 311, 313 and 315 included in the receiving antenna subarray set. An example in which 1st to Nth receiving antennas (RA11, RA12, RA13, RA1N, RA21, RA22, RA23, RA2N, RAQ1, RAQ2, RAQ3, and RAQN) are disposed on a substrate is shown.
제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115)의 각각이 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)은 미리 설정된 간격(DT31)만큼 이격되고, 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315)의 각각이 포함하는 수신 안테나들 중 인접한 수신 안테나들(예를 들어, RA11과 RA12)은 미리 설정된 간격(DR31)만큼 이격되는 것으로 간주한다. Adjacent transmission antennas (for example, TA11 and TA12) among the transmission antennas included in each of the first to P transmission antenna subarrays 111, 113, and 115 are spaced apart by a preset distance DT31, Adjacent receiving antennas (for example, RA11 and RA12) among the receiving antennas included in each of the first to Q receiving antenna subarrays 311, 313, and 315 are spaced apart by a preset distance DR31. Considered.
도 10을 참조하면, 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들(예를 들어, 111 및 113)에 각각 포함되는 제1 송신 안테나들(예를 들어, TA11 및 TA21)은 제1 방향(D1)으로 제6 간격만큼 이격될 수 있다. Referring to FIG. 10, first transmit antennas included in two adjacent transmit antenna sub-arrays (for example, 111 and 113) among the first to P transmit antenna sub-arrays 111, 113, and 115. (For example, TA11 and TA21) may be spaced apart from each other by a sixth interval in the first direction D1.
제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(311, 313 및 315) 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들(예를 들어, 311 및 313)에 각각 포함되는 제1 수신 안테나들(예를 들어, RA11 및 RA21)은 제1 방향(D1)으로 제7 간격만큼 이격될 수 있다. First receiving antennas (e.g., RA11) included in two adjacent receiving antenna sub-arrays (e.g., 311 and 313) among the first to Q-th receiving antenna sub-arrays (311, 313, and 315), respectively and RA21) may be spaced apart by a seventh interval in the first direction D1.
일 실시예에서, 상기 제6 간격은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 제1 내지 제M 송신 안테나들(예를 들어, TA11, TA12, TA13 및 TA1M) 전체의 개구의 크기와 같고, 상기 제7 간격은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 전체의 개구의 크기와 같을 수 있다. In one embodiment, the sixth interval is the first to Mth transmission antennas (e.g., TA11, TA12, TA13) included in one of the first to Pth transmission antenna subarrays 111, 113, and 115. and TA1M), and the seventh interval may be equal to the size of the entire opening of the first to Pth transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115.
일 실시예에서, 상기 제6 간격은 하기 [수학식 6]에 따라 결정되고, 상기 제7 간격은 하기 [수학식 7]에 따라 결정될 수 있다. In one embodiment, the sixth interval may be determined according to [Equation 6] below, and the seventh interval may be determined according to [Equation 7] below.
[수학식 6][Equation 6]
DT32 = DT11 * M DT32 = DT11 * M
상기 [수학식 6]에서, DT32는 상기 제6 간격이고, DT11은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나가 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신안테나들의 개수이다. In [Equation 6], DT32 is the sixth interval, and DT11 is adjacent transmission antennas (e.g. For example, TA11 and TA12) are the spacing apart, and M is the number of transmission antennas included in one of the first to Pth transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115.
[수학식 7][Equation 7]
DR32 = DT11 * M * PDR32 = DT11 * M * P
상기 [수학식 7]에서, DR32는 상기 제7 간격을 나타내고, DT11은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나가 포함하는 송신 안테나들 중 인접한 송신 안테나들(예를 들어, TA11과 TA12)이 이격되는 간격이고, M은 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(111, 113 및 115) 중 하나에 포함되는 송신 안테나들의 개수이고, P는 송신 안테나 서브 어레이들의 개수이다. In [Equation 7], DR32 represents the seventh interval, and DT11 represents adjacent transmission antennas among the transmission antennas included in one of the first to Pth transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115 ( For example, TA11 and TA12) are the spacing apart, M is the number of transmission antennas included in one of the first to Pth transmission antenna sub-arrays 111, 113, and 115, and P is the transmission antenna sub-array is the number of them.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 사용하여 대상체들을 검출하기 위한 시뮬레이션 조건을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 11 is a diagram illustrating simulation conditions for detecting objects using a multi-input multi-output radar device according to an embodiment of the present invention.
도 11을 참조하면, 도 1의 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)를 이용하여 제1 및 제2 대상체들(T1 및 T2)의 위치가 추정될 수 있다. 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)를 중심으로 하는 기준 방향(RD)이 설정될 수 있고, 일 실시예에서 기준 방향(RD)은 도 1 등을 참조하여 상술한 기판의 상면에 수직인 제3 방향(D3)일 수 있다. Referring to FIG. 11, the positions of the first and second objects T1 and T2 can be estimated using the multiple-input multiple-output radar device 10 of FIG. 1. A reference direction (RD) centered on the multi-input multi-output radar device 10 may be set, and in one embodiment, the reference direction (RD) is a third direction perpendicular to the upper surface of the substrate described above with reference to FIG. 1, etc. It may be direction (D3).
제1 및 제2 대상체들(T1 및 T2)의 각각은 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)로부터 각각 10 m의 거리에 위치할 수 있고, 제1 대상체(T1)는 기준 방향(RD)을 중심으로 좌측으로 10.2 ㅀ 편향되어 위치할 수 있고, 제2 대상체(T2)는 기준 방향(RD)을 중심으로 우측으로 23.6 ㅀ 편향되어 위치할 수 있다. Each of the first and second objects T1 and T2 may be located at a distance of 10 m from the multi-input multi-output radar device 10, and the first object T1 has the reference direction RD as its center. The second object T2 may be positioned deviated 10.2 ㅀ to the left, and the second object T2 may be positioned 23.6 ㅀ to the right around the reference direction RD.
상기와 같은 시뮬레이션 조건 하에서, 각각이 4 개의 송신 안테나들을 포함하는 4 개의 송신 안테나 서브 어레이들, 및 8 개의 수신 안테나들을 포함하는 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)를 이용하여 시뮬레이션이 수행되었다. Under the above simulation conditions, a simulation was performed using the multi-input multi-output radar device 10 including four transmitting antenna sub-arrays each including four transmitting antennas, and eight receiving antennas.
도 12, 도 13 및 도 14는 도 11의 시뮬레이션 조건 하에 도 1의 다중입력 다중출력 레이다 장치를 사용하여 대상체들을 검출한 시뮬레이션 결과를 설명하기 위한 도면이다. FIGS. 12, 13, and 14 are diagrams for explaining simulation results of detecting objects using the multi-input multi-output radar device of FIG. 1 under the simulation conditions of FIG. 11.
도 12, 도 13 및 도 14에서, 동일한 시뮬레이션 조건 하에 종래 기술에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치를 사용한 시뮬레이션 결과가 함께 도시된다. In FIGS. 12, 13, and 14, simulation results using a conventional multi-input multi-output radar device under the same simulation conditions are shown.
도 11, 도 12, 도 13 및 도 14를 참조하면, 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)는 기준 방향(RD)을 중심으로 하는 전방의 영역을 스캐닝(scanning)하여 대상체를 탐지하고, 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 탐지된 대상체의 위치와 관련된 각도 정보를 추정할 수 있다. Referring to FIGS. 11, 12, 13, and 14, the multi-input multi-output radar device 10 detects an object by scanning the front area centered on the reference direction (RD) and detects the object using a digital beam. Based on the forming result, angle information related to the location of the detected object may be estimated.
도 12는 상기스캐닝의 각도를 1 ㅀ로 설정한 경우를 나타내고, 도 13은 상기 스캐닝의 각도를 5 ㅀ로 설정한 경우를 나타내고, 도 14는 상기 스캐닝의 각도를 10 ㅀ로 설정한 경우를 나타낸다. Figure 12 shows a case where the scanning angle is set to 1ㅀ, Figure 13 shows a case where the scanning angle is set to 5ㅀ, and Figure 14 shows a case where the scanning angle is set to 10ㅀ. .
도 15의 (a) 및 (b)는 도 1의 송신 안테나 서브 어레이 세트의 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트들의 방향과 도 1의 수신 회로에서 형성되는 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브들의 방향을 일치시키는 동작을 설명하기 위한 도면이다. Figures 15 (a) and (b) show the directions of null points occurring in the analog beam pattern of the transmitting antenna sub-array set of Figure 1 and the directions of grating lobes occurring in the digital beam pattern formed in the receiving circuit of Figure 1. This is a drawing to explain the matching operation.
도 15의 (a)는 도 1을 참조하여 상술한 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)를 이용하여 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타내고, 도 15의 (b)는 도 9를 참조하여 상술한 다중입력 다중출력 레이다 장치(10a)를 이용하여 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타낸다. FIG. 15(a) shows the results of simulation using the multiple-input multiple-output radar device 10 described above with reference to FIG. 1, and FIG. 15(b) shows the multiple-input multiple-output radar device 10 described above with reference to FIG. 9. The results of simulation performed using the multi-output radar device 10a are shown.
상기 아날로그 빔 패턴의 메인 로브의 방향과 상기 디지털 빔 패턴의 메인 로브의 방향이 약 5 ㅀ가량 차이를 보이는 경우, 다중입력 다중출력 레이다 장치(10)를 이용하여 시뮬레이션을 수행한 결과(도 15의 (a))에서 정규화 된 그레이팅 로브들의 신호 레벨은 약 -13 dB 정도를 나타내고, 다중입력 다중출력 레이다 장치(10a)를 이용하여 시뮬레이션을 수행한 결과(도 15의 (b))에서 정규화 된 그레이팅 로브들의 신호 레벨은 약 -27 dB 정도를 나타낸다. When the direction of the main lobe of the analog beam pattern and the direction of the main lobe of the digital beam pattern differ by about 5 ㅀ, the results of simulation using the multi-input multi-output radar device 10 (Figure 15) In (a)), the signal level of the normalized grating lobes is approximately -13 dB, and as a result of simulation using the multi-input multi-output radar device 10a ((b) of FIG. 15), the normalized grating The signal level of the lobes is approximately -27 dB.
따라서 실제 환경에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치들(10 및 10a)을 이용하여 대상체를 탐지하는 경우 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 송신 안테나 서브 어레이 세트(또는 송신 안테나 서브 어레이 세트에 포함되는 안테나 서브 어레이들)가 형성하는 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트들의 방향과 수신 회로가 형성하는 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브들의 방향을 일치시키는 동작이 상기 탐지 전에 미리 수행되어야 한다. Therefore, in a real environment, when detecting an object using the multiple-input multiple-output radar devices 10 and 10a according to an embodiment of the present invention, as described above with reference to FIG. 1, a transmit antenna sub-array set (or Before the detection, an operation of matching the directions of null points occurring in the analog beam pattern formed by the antenna subarrays included in the transmitting antenna subarray set and the direction of the grating lobes occurring in the digital beam pattern formed by the receiving circuit is performed. It must be done in advance.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법을 나타내는 순서도이다. Figure 16 is a flowchart showing a method of operating a multi-input multi-output radar device according to an embodiment of the present invention.
도 16을 참조하면, 대상체를 향해 서로 직교하는 송신 신호들이 방사될 수 있다(S100). 상기 S100 단계는 도 1 및 도 3 등을 참조하여 상술한, 각각이 제1 내지 제M 송신 안테나들(M은 2 이상의 정수)을 포함하는 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들(P는 2 이상의 정수)에 의하여 수행될 수 있다. Referring to FIG. 16, transmission signals orthogonal to each other may be radiated toward the object (S100). The step S100 includes the first to Pth transmission antenna sub-arrays (P is 2) each including the first to Mth transmission antennas (M is an integer of 2 or more) described above with reference to FIGS. 1 and 3, etc. It can be performed by an integer above).
상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들이 수신될 수 있다(S200). 상기 S200 단계는 도 1 및 도 3 등을 참조하여 상술한, 제1 내지 제Q 수신 안테나들을 포함하는 수신 안테나 어레이에 의하여 수행될 수 있다. Reflected signals reflected from the object may be received in response to the transmission signals (S200). Step S200 may be performed by a receiving antenna array including the first to Qth receiving antennas described above with reference to FIGS. 1 and 3, etc.
상기 반사 신호들이 베이스밴드 신호들로 변환되고, 상기 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이가 형성될 수 있다(S300). 상기 S300 단계는 도 1 및 도 3 등을 참조하여 상술한, 수신 회로에 의하여 수행될 수 있다. The reflected signals are converted into baseband signals, and a virtual receiving antenna array including (P * Q) virtual receiving antennas may be formed based on the baseband signals (S300). Step S300 may be performed by the receiving circuit described above with reference to FIGS. 1 and 3, etc.
상기 가상 수신 안테나 어레이를 이용하여 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍이 수행될 수 있다(S400). 상기S400 단계는 도 1 및 도 3 등을 참조하여 상술한, 수신 회로에 의하여 수행될 수 있다. Digital beamforming on the baseband signals may be performed using the virtual reception antenna array (S400). Step S400 may be performed by the receiving circuit described above with reference to FIGS. 1 and 3, etc.
상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보가 추정될 수 있다. 상기 S500 단계는 도 1 및 도 3 등을 참조하여 상술한, 제어 회로에 의하여 수행될 수 있다. Angular information related to the location of the object may be estimated based on the results of the digital beamforming. Step S500 may be performed by the control circuit described above with reference to FIGS. 1 and 3, etc.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 고주파수 및 고분해능의 높은 성능이 요구되는 경우에도 디지털 신호처리량을 감소시키고, 일정 수준 이상의 고주파수로 동작하는 환경에서 하드웨어 복잡도를 감소시킬 수 있다. As described above, the multiple-input, multiple-output radar device according to an embodiment of the present invention reduces digital signal throughput even when high performance of high frequency and high resolution is required, and reduces hardware complexity in an environment operating at a high frequency above a certain level. can be reduced.
또한 본 발명의 일 실시예에 따른 다중입력 다중출력 레이다 장치는 송신 신호의 동시 처리 이득(coherent processing gain)을 얻을 수 있어 각 분해능의 저하를 초래하지 않고, 먼 거리에 위치하는 물체를 효과적으로 검출할 수 있다. In addition, the multiple-input, multiple-output radar device according to an embodiment of the present invention can obtain coherent processing gain of transmission signals, effectively detecting objects located at a distance without causing a decrease in each resolution. You can.
본 발명은 다중입력 다중출력 레이다 장치 및/또는 다중입력 다중출력 레이다 장치를 이용한 레이다 시스템을 포함하는 다양한 통신 장치 및 시스템과 이를 포함하는 다양한 전자 장치 및 시스템에 적용될 수 있다. 따라서 본 발명은 휴대폰(mobile phone), 스마트 폰(smart phone), 태블릿(tablet) PC(personal computer), 노트북(laptop computer), 개인 정보 단말기(personal digital assistant; PDA), 휴대형 멀티미디어 플레이어(portable multimedia player; PMP), 디지털 카메라(digital camera), 휴대용 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, 사물 인터넷(internet of things; IoT) 기기, 만물 인터넷(internet of everything; IoE) 기기, 가상 현실(virtual reality; VR) 기기, 증강 현실(augmented reality; AR) 기기 등과 같은 다양한 전자 기기에 유용하게 이용될 수 있다.The present invention can be applied to various communication devices and systems, including a multi-input multi-output radar device and/or a radar system using a multi-input multiple output radar device, and various electronic devices and systems including the same. Therefore, the present invention is applicable to a mobile phone, a smart phone, a tablet personal computer (PC), a laptop computer, a personal digital assistant (PDA), and a portable multimedia player. player; digital camera, portable game console, navigation device, wearable device, internet of things (IoT) device, internet of everything It can be usefully used in various electronic devices such as IoE devices, virtual reality (VR) devices, and augmented reality (AR) devices.
특히, 본 발명은 5G 이통통신 시스템(예를 들어, 약 28 GHz, 40 GHz 등), 군용 레이더 및 통신 시스템(예를 들어, X band, Ku band, W band 등), 위성통신 시스템(예를 들어, Ka band 등), 자동차용 레이더(예를 들어, 자율주행 자동차)(예를 들어, 약 79 GHz 등), 무선 전력 전송(예를 들어, 약 5.8 GHz 등) 등에 유용하게 이용될 수 있다.In particular, the present invention is applicable to 5G mobile communication systems (e.g., about 28 GHz, 40 GHz, etc.), military radar and communication systems (e.g., X band, Ku band, W band, etc.), and satellite communication systems (e.g. For example, Ka band, etc.), automotive radar (for example, self-driving cars) (for example, about 79 GHz, etc.), wireless power transmission (for example, about 5.8 GHz, etc.), etc. .
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, those skilled in the art can make various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that you can.
Claims (12)
제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환하는 송신 회로;
상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제Q 수신 안테나들(Q는 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 수신 안테나 어레이;
제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 수신 회로; 및
상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성하는 제어 회로를 포함하고,
상기 송신 신호들은 서로 직교하는 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF') 신호들이고,
상기 수신 회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성하며,
상기 수신 회로는,
상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)들의 방향과 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트(null point)들의 방향을 일치시켜 상기 그레이팅 로브(grating lobe)들을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치.First to Pth transmission antenna sub-arrays each including first to Mth transmission antennas (M is an integer of 2 or more) arranged in a row along a first direction on a substrate, and radiating transmission signals toward an object. (P is an integer greater than or equal to 2);
a transmission circuit that converts first baseband signals into the transmission signals based on a first control signal;
It includes first to Q receiving antennas (Q is an integer of 2 or more) arranged in a line along the first direction and spaced apart from the first to M transmitting antennas on the substrate, and responds to the transmission signals. a receiving antenna array that receives reflected signals reflected from the object;
a receiving circuit that converts the reflected signals into second baseband signals based on a second control signal and performs digital beamforming on the second baseband signals to form a digital beam pattern; and
Comprising a control circuit that generates the first and second control signals,
The transmission signals are radio frequency (RF) signals orthogonal to each other,
the receiving circuit forms a virtual receiving antenna array including (P * Q) virtual receiving antennas based on the second baseband signals,
The receiving circuit is,
The grating lobes are generated by matching the directions of the grating lobes occurring in the digital beam pattern and the directions of null points occurring in the analog beam patterns of the first to P-th transmission antenna sub-arrays. ) A multi-input multi-output radar device characterized in that it cancels out.
상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고,
상기 제1 내지 제Q 수신 안테나들 중 인접한 두 개의 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격되는 다중입력 다중출력 레이다 장치.According to claim 1,
The first transmission antennas included in two adjacent transmission antenna sub-arrays among the first to P-th transmission antenna sub-arrays are spaced apart by a first distance in the first direction,
Two adjacent receiving antennas among the first to Q receiving antennas are spaced apart from each other in the first direction by a second interval different from the first interval.
제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환하는 송신 회로;
상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제Q 수신 안테나들(Q는 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 수신 안테나 어레이;
제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 수신 회로; 및
상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성하는 제어 회로를 포함하고,
상기 송신 신호들은 서로 직교하는 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF') 신호들이고,
상기 수신 회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성하며,
상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고,
상기 제1 내지 제Q 수신 안테나들 중 인접한 두 개의 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격되며,
상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 전체의 개구의 크기와 같고,
상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 전체의 개구의 크기와 같은 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치.First to Pth transmission antenna sub-arrays each including first to Mth transmission antennas (M is an integer of 2 or more) arranged in a row along a first direction on a substrate, and radiating transmission signals toward an object. (P is an integer greater than or equal to 2);
a transmission circuit that converts first baseband signals into the transmission signals based on a first control signal;
It includes first to Q receiving antennas (Q is an integer of 2 or more) arranged in a line along the first direction and spaced apart from the first to M transmitting antennas on the substrate, and responds to the transmission signals. a receiving antenna array that receives reflected signals reflected from the object;
a receiving circuit that converts the reflected signals into second baseband signals based on a second control signal and performs digital beamforming on the second baseband signals to form a digital beam pattern; and
Comprising a control circuit that generates the first and second control signals,
The transmission signals are radio frequency (RF) signals orthogonal to each other,
the receiving circuit forms a virtual receiving antenna array including (P * Q) virtual receiving antennas based on the second baseband signals,
The first transmission antennas included in two adjacent transmission antenna sub-arrays among the first to P-th transmission antenna sub-arrays are spaced apart by a first distance in the first direction,
Among the first to Qth receiving antennas, two adjacent receiving antennas are spaced apart in the first direction by a second distance different from the first distance,
The first spacing is equal to the size of the aperture of all the first to Mth transmitting antennas,
The second interval is the same as the size of the apertures of the first to Pth transmission antenna sub-arrays.
제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환하는 송신 회로;
상기 기판 상에서 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제Q 수신 안테나들(Q는 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 수신 안테나 어레이;
제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 수신 회로; 및
상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성하는 제어 회로를 포함하고,
상기 송신 신호들은 서로 직교하는 무선 주파수(radio frequency, 이하 'RF') 신호들이고,
상기 수신 회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성하며,
상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고,
상기 제1 내지 제Q 수신 안테나들 중 인접한 두 개의 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격되며,
상기 제1 간격은 상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 어레이들 전체의 개구의 크기와 같고,
상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 하나의 개구의 크기와 같은 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치. First to Pth transmission antenna sub-arrays each including first to Mth transmission antennas (M is an integer of 2 or more) arranged in a row along a first direction on a substrate, and radiating transmission signals toward an object. (P is an integer greater than or equal to 2);
a transmission circuit that converts first baseband signals into the transmission signals based on a first control signal;
It includes first to Q receiving antennas (Q is an integer of 2 or more) arranged in a line along the first direction and spaced apart from the first to M transmitting antennas on the substrate, and responds to the transmission signals. a receiving antenna array that receives reflected signals reflected from the object;
a receiving circuit that converts the reflected signals into second baseband signals based on a second control signal and performs digital beamforming on the second baseband signals to form a digital beam pattern; and
Comprising a control circuit that generates the first and second control signals,
The transmission signals are radio frequency (RF) signals orthogonal to each other,
the receiving circuit forms a virtual receiving antenna array including (P * Q) virtual receiving antennas based on the second baseband signals,
The first transmission antennas included in two adjacent transmission antenna sub-arrays among the first to P-th transmission antenna sub-arrays are spaced apart by a first distance in the first direction,
Two adjacent receiving antennas among the first to Qth receiving antennas are spaced apart in the first direction by a second distance different from the first distance,
The first spacing is equal to the size of the aperture of all the first to Qth receiving antenna arrays,
The second spacing is equal to the size of an opening of one of the first to Pth transmission antenna sub-arrays.
상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 상응하는 제1 내지 제P 빔포밍부들을 포함하고,
상기 제1 내지 제P 빔포밍부들 각각은
상기 제1 베이스밴드 신호들 중 상응하는 하나를 제공하는 디지털-아날로그 컨버터;
상기 제1 베이스밴드 신호들 중 상응하는 하나를 RF(radio frequency) 신호로 변환하는 믹서; 및
상기 RF 신호의 위상을 각각의 정해진 지연량만큼 지연시켜 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들 중 상응하는 하나로 제공하는 제1 내지 제M 위상 천이기들을 포함하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치.The method of claim 1, wherein the transmitting circuit:
Comprising first to Pth beamforming units corresponding to the first to Pth transmission antenna subarrays, respectively,
Each of the first to P beamforming units
a digital-to-analog converter providing a corresponding one of the first baseband signals;
a mixer that converts a corresponding one of the first baseband signals into a radio frequency (RF) signal; and
A multiple-input, multiple-output radar device comprising first to Mth phase shifters that delay the phase of the RF signal by a predetermined delay amount and provide it to a corresponding one of the first to Mth transmission antennas. .
상기 다중입력 다중출력 레이다 장치는 상기 기판의 상면에 수직인 기준 방향을 중심으로 하는 전방의 영역에 대해 상기 대상체를 탐지하기 위해 스캐닝하고,
상기 수신 회로는 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치.According to clause 6,
The multi-input multi-output radar device scans a front area centered on a reference direction perpendicular to the upper surface of the substrate to detect the object,
The receiving circuit is a multiple-input, multiple-output radar device characterized in that it estimates angular information related to the location of the object based on the results of the digital beamforming.
제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환하는 송신 회로;
각각이 상기 기판 상에 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제N 수신 안테나들(N은 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수);
제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 수신 회로; 및
상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성하는 제어 회로를 포함하고,
상기 송신 신호들은 서로 직교하는RF(radio frequency) 신호들이고,
상기 수신 회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들 중 서로 직교하는 신호들을 분리하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성하며,
상기 수신 회로는,
상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)들의 방향과 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트(null point)들의 방향을 일치시켜 상기그레이팅 로브(grating lobe)들을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치.First to Pth transmission antenna sub-arrays each including first to Mth transmission antennas (M is an integer of 2 or more) arranged in a row along a first direction on the substrate, and radiating transmission signals toward an object. (P is an integer greater than or equal to 2);
a transmission circuit that converts first baseband signals into the transmission signals based on a first control signal;
Each includes first to Nth receiving antennas (N is an integer of 2 or more) arranged in a line along the first direction and spaced apart from the first to Mth transmitting antennas on the substrate, and the transmission signal first to Qth receiving antenna sub-arrays (Q is an integer of 2 or more) that receive reflected signals reflected from the object in response to;
a receiving circuit that converts the reflected signals into second baseband signals based on a second control signal and performs digital beamforming on the second baseband signals to form a digital beam pattern; and
Comprising a control circuit that generates the first and second control signals,
The transmission signals are RF (radio frequency) signals orthogonal to each other,
The receiving circuit separates signals orthogonal to each other among the second baseband signals to form a virtual receiving antenna array including (P * Q) virtual receiving antennas,
The receiving circuit is,
The grating lobes are generated by matching the directions of the grating lobes occurring in the digital beam pattern and the directions of null points occurring in the analog beam patterns of the first to P-th transmission antenna sub-arrays. ) A multi-input multi-output radar device characterized in that it cancels out.
제1 제어 신호에 기초하여 제1 베이스밴드 신호들을 상기 송신 신호들로 변환하는 송신 회로;
각각이 상기 기판 상에 상기 제1 내지 제M 송신 안테나들과 이격되어 상기 제1 방향을 따라 일렬로 배치되는 제1 내지 제N 수신 안테나들(N은 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들(Q는 2 이상의 정수);
제2 제어 신호에 기초하여 상기 반사 신호들을 제2 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 제2 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 수신 회로; 및
상기 제1 및 제2 제어 신호들을 생성하는 제어 회로를 포함하고,
상기 송신 신호들은 서로 직교하는RF(radio frequency) 신호들이고,
상기 수신 회로는 상기 제2 베이스밴드 신호들 중 서로 직교하는 신호들을 분리하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성하며,
상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 송신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 송신 안테나들은 상기 제1 방향으로 제1 간격만큼 이격되고,
상기 제1 내지 제Q 수신 안테나 서브 어레이들 중 인접한 두 개의 수신 안테나 서브 어레이들에 각각 포함되는 상기 제1 수신 안테나들은 상기 제1 방향으로 상기 제1 간격과 다른 제2 간격만큼 이격되는 다중입력 다중출력 레이다 장치.First to Pth transmission antenna sub-arrays each including first to Mth transmission antennas (M is an integer of 2 or more) arranged in a row along a first direction on the substrate, and radiating transmission signals toward an object. (P is an integer greater than or equal to 2);
a transmission circuit that converts first baseband signals into the transmission signals based on a first control signal;
Each includes first to Nth receiving antennas (N is an integer of 2 or more) arranged in a line along the first direction and spaced apart from the first to Mth transmitting antennas on the substrate, and the transmission signal first to Qth receiving antenna sub-arrays (Q is an integer of 2 or more) that receive reflected signals reflected from the object in response to;
a receiving circuit that converts the reflected signals into second baseband signals based on a second control signal and performs digital beamforming on the second baseband signals to form a digital beam pattern; and
Comprising a control circuit that generates the first and second control signals,
The transmission signals are RF (radio frequency) signals orthogonal to each other,
The receiving circuit separates signals orthogonal to each other among the second baseband signals to form a virtual receiving antenna array including (P * Q) virtual receiving antennas,
The first transmission antennas included in two adjacent transmission antenna sub-arrays among the first to P-th transmission antenna sub-arrays are spaced apart by a first distance in the first direction,
The first receiving antennas included in two adjacent receiving antenna sub-arrays among the first to Q-th receiving antenna sub-arrays are spaced apart from each other in the first direction by a second interval different from the first interval. Output radar device.
상기 제2 간격은 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들 전체의 개구의 크기와 같은 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치. The method of claim 10, wherein the first spacing is equal to the size of the apertures of all the first to Mth transmitting antennas,
The second interval is the same as the size of the apertures of the first to Pth transmission antenna sub-arrays.
제1 내지 제Q 수신 안테나들을 포함하는 수신 안테나 어레이에서, 상기 송신 신호들에 응답하여 상기 대상체로부터 반사된 반사 신호들을 수신하는 단계;
수신 회로에서, 상기 반사 신호들을 베이스밴드 신호들로 변환하고, 상기 베이스밴드 신호들에 기초하여 (P * Q)개의 가상 수신 안테나들을 포함하는 가상 수신 안테나 어레이를 형성하는 단계;
상기 수신 회로에서, 상기 가상 수신 안테나 어레이를 이용하여 상기 베이스밴드 신호들에 대한 디지털 빔포밍을 수행하여 디지털 빔 패턴을 형성하는 단계; 및
제어 회로에서, 상기 디지털 빔포밍의 결과에 기초하여 상기 대상체의 위치와 관련된 각도 정보를 추정하는 단계를 포함하고,
상기 수신 회로는,
상기 디지털 빔 패턴에서 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)들의 방향과 상기 제1 내지 제P 송신 안테나 서브 어레이들의 아날로그 빔 패턴에서 발생하는 널 포인트(null point)들의 방향을 일치시켜 상기 그레이팅 로브(grating lobe)들을 상쇄시키는 것을 특징으로 하는 다중입력 다중출력 레이다 장치의 동작 방법.
The first to Pth transmission antenna sub-arrays (P is an integer of 2 or more), each of which includes the first to Mth transmission antennas (M is an integer of 2 or more), radiate transmission signals orthogonal to each other toward the object. step;
Receiving reflected signals reflected from the object in response to the transmission signals, at a reception antenna array including first to Qth reception antennas;
converting, in a receiving circuit, the reflected signals into baseband signals and forming a virtual receiving antenna array including (P * Q) virtual receiving antennas based on the baseband signals;
forming a digital beam pattern by performing digital beamforming on the baseband signals using the virtual receiving antenna array, in the receiving circuit; and
In a control circuit, estimating angular information related to the position of the object based on the results of the digital beamforming,
The receiving circuit is,
The grating lobes are generated by matching the directions of the grating lobes occurring in the digital beam pattern and the directions of null points occurring in the analog beam patterns of the first to P-th transmission antenna sub-arrays. ) A method of operating a multi-input multi-output radar device, characterized in that canceling out the
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