KR200457961Y1 - 차동 중간주파수 신호 출력을 가지는 마이크로파 모션센서 모듈 - Google Patents

차동 중간주파수 신호 출력을 가지는 마이크로파 모션센서 모듈 Download PDF

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Abstract

본 고안은 마이크로파 모션센서 모듈에 관한 것으로, 본 고안에 따른 마이크로파 모션센서 모듈은, 마이크로파 신호를 연속 또는 주기적으로 발생하는 국부신호발생기와; 상기 국부신호발생기에서 발생된 마이크로파 신호를 외부로 송신하는 송신안테나와; 상기 송신안테나를 통해 송신된 송신신호 또는 상기 송신신호가 대상물에 반사되어 되돌아온 신호를 수신하는 수신안테나와; 상기 수신안테나를 통해 수신된 수신신호의 위상을 반전시켜 제공하는 커플러와; 상기 국부신호발생기에서 발생된 마이크로파 신호와 상기 수신안테나를 통해 수신된 수신신호를 혼합하여 제1중간주파수신호(+IF)를 출력하고, 상기 국부신호발생기에서 발생된 마이크로파 신호와 상기 커플러를 통해 제공되는 반전 수신신호를 혼합하여 제2중간주파수신호(-IF)를 출력하는 혼합기를 구비한다. 본 고안에 따르면, 회로가 간단해지므로 소형화가 가능하고, 노이즈로 인한 오동작이나 고장을 현저히 줄일 수 있게 된다.

Description

차동 중간주파수 신호 출력을 가지는 마이크로파 모션센서 모듈{Microwave motion sensor module having differential IF output}
본 고안은 마이크로파 모션센서 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 도플러 레이더 특성을 이용하면서 회로가 간단해지고 소형이 가능하며, 별도의 필터나 노이즈 제거 알고리즘의 설계를 고려하지 않아도 되는 차동 중간주파수(IF) 신호 출력을 가지는 마이크로파 모션센서 모듈에 관한 것이다.
물체의 움직임을 감지하는 모션(motion) 센서로, 현재 많이 이용되는 센서로는, 적외선 센서, 초음파 센서, 및 마이크로파 센서 등이 있다. 이러한 모션센서는 침입경보기, 자동문, 남성용 소변기, 조명, 자동차 후방물체감지기 등 여러가지 형태로 적용되고 있다.
상기 적외선 센서는 주변에서 방사되는 열을 감지하여 전기적인 신호로 변환시키는 센서이고, 상기 초음파 센서는 인간의 귀로 들을 수 없는 범위의 대역을 가지는 초음파를 송신한 다음 물체에 반사된 동일 주파수의 초음파 신호를 감지하여 물체의 존재 및 거리를 계산하는 센서이다.
상기 마이크로파 센서는 마이크로파를 송신한 후 해당신호의 반사파를 감지하는 것으로써, 마이크로파의 반사체가 송신원으로부터 가까워지거나 멀어지면 그 속도에 비례하여 반사파의 주파수가 변한다는 도플러 레이더 원리를 이용한 것이다. 즉 송신원과 반사체 사이의 상대적인 운동에 의해 발생하는 주파수 변화에 따라 반사체의 존재여부와 움직임, 속도 등을 검출하기 위한 것이다.
이러한 모션 센서들 중 감지거리 및 감지각도 등에서 우수한 성능을 가지는 마이크로파 모션센서에 대한 수요가 증가하고 있다.
도 1의 종래의 마이크로파 모션센서 모듈의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 마이크로파 모션센서 모듈은 국부신호발생기(10), 송신안테나(20), 수신안테나(30), 및 혼합기(40)를 구비한다.
상기 국부신호발생기(10)는 마이크로파 대역의 마이크로파 신호를 연속 또는 주기적으로 발생한다. 예를 들면, 1∼30㎓의 주파수를 가지는 마이크로파 신호를 발생한다.
상기 송신안테나(20)는 상기 국부신호발생기(10)를 통해 발생된 마이크로파 신호를 외부로 무선송신하게 된다.
상기 수신안테나(30)는 상기 송신안테나(20)를 통해 송신된 송신신호(LS) 또는 상기 송신안테나(20)를 통해 송신되어 대상물에서 반사되어 되돌아온 신호를 수신한다.
상기 혼합기(40)는 상기 송신안테나(20)를 통해 송신된 송신신호(LS)와 상기 수신안테나(30)를 통해 수신된 수신신호(RS)를 서로 혼합하여 중심주파수 변환이 일어나도록 하여 중간주파수신호(IF)를 출력한다.
상기 송신안테나(20)를 통해 송신되어 대상물에서 반사되어 되돌아온 수신신호(RS)는 기존의 송신신호(LS)와는 이격된다. 즉 상기 수신신호(RS)는 도플러 천이가 일어나게 된다. 따라서, 상기 혼합기(40)에서는 상기 도플러 천이된 만큼의 신호를 중간주파수신호(IF)로써 출력하게 된다.
이러한 중간주파수 신호(IF)는 센서로부터 수 m 떨어진 곳에서의 대상물의 움직임에 의해 발생하는 것이 일반적이고, 수 ㎷∼㎶까지의 매우 낮은 레벨의 신호이므로, 이 신호를 처리하기 위해서는 높은 게인(gain)을 가지는 증폭기가 필요하게 된다는 문제점이 있다.
또한 높은 게인을 가지는 증폭기를 통해 증폭하는 경우에 주변의 노이즈(noise)는 센서의 성능에 매우 큰 영향을 미칠 수 있으므로, 필터의 사용이 일반적이다. 노이즈는 센서 주변에 일반적으로 설치되는 백열등, 형광등 등과 같은 전기 설비나 각종 통신용 설비, 고압선 등과 같은 전기선 등 여러가지 장비, 장치, 설비 등을 통해서 발생하게 된다.
특히, 센서 조명등의 경우 가정용 일반전원이 220V/60Hz 이기 때문에 60Hz의 교류가 증폭기에 아주 큰 노이즈로 작용하여 심각한 오작동을 유발할 수 있다는 문제점이 있다. 이러한 60Hz 노이즈는 매우 큰 신호이므로 이를 제거하기 위해서는 매우 높은 차수의 필터가 필요하게 된다는 문제점이 있다.
따라서, 본 고안의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 마이크로파 모션센서 모듈을 제공하는 데 있다.
본 고안의 다른 목적은 노이즈에 강한 마이크로파 모션센서 모듈을 제공하는데 있다.
본 고안의 또 다른 목적은 회로가 간단해지고 소형이 가능하며, 별도의 필터나 노이즈 제거 알고리즘의 설계를 고려하지 않아도 되는 마이크로파 모션센서 모듈을 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 고안의 구체화에 따라, 본 고안에 따른 마이크로파 모션센서 모듈은, 마이크로파 신호를 연속 또는 주기적으로 발생하는 국부신호발생기와; 상기 국부신호발생기에서 발생된 마이크로파 신호를 외부로 송신하는 송신안테나와; 상기 송신안테나를 통해 송신된 송신신호 또는 상기 송신신호가 대상물에 반사되어 되돌아온 신호를 수신하는 수신안테나와; 상기 수신안테나를 통해 수신된 수신신호의 위상을 반전시켜 제공하는 커플러와; 상기 국부신호발생기에서 발생된 마이크로파 신호와 상기 수신안테나를 통해 수신된 수신신호를 혼합하여 제1중간주파수신호(+IF)를 출력하고, 상기 국부신호발생기에서 발생된 마이크로파 신호와 상기 커플러를 통해 제공되는 반전 수신신호를 혼합하여 제2중간주파수신호(-IF)를 출력하는 혼합기를 구비한다.
상기 마이크로파 모션센서 모듈은, 서로 동위상인 노이즈는 서로 차감되어 상쇄되고 서로 역위상인 중간주파수 신호는 서로 합산되어 증폭되도록, 상기 혼합기를 통해 출력되는 상기 제1중간주파수신호 및 상기 제2중간주파수신호를 차동증폭하여 출력하는 차동증폭기를 더 구비할 수 있다.
상기 혼합기는 다이오드 혼합기일 수 있고, 상기 국부신호발생기는 유전체 공진기를 구비할 수 있다.
본 고안에 따르면, 별도의 노이즈 제거를 위한 필터, 또는 노이즈 제거 알고리즘의 설계를 고려하지 않아도 되므로 센서를 이용한 각종 장비개발이 용이하며, 필터를 제작하기 위한 비용 등 생산비용을 절감할 수 있다. 또한 회로가 간단해지므로 소형화가 가능하고, 노이즈로 인한 오동작이나 고장을 현저히 줄일 수 있게 된다. 또한 노이즈로부터 독립적으로 중간주파수 신호를 처리할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 마이크로파 모션센서 모듈의 블록도이고,
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 마이크로파 모션센서 모듈의 블록도이고,
도 3은 도 2의 혼합기에서 출력되는 제1 및 제2중간주파수 신호를 나타낸 파형도이다.
이하에서는 본 고안의 바람직한 실시예가, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 고안의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
도 2는 본 고안의 일 실시예에 따른 마이크로파 모션센서 모듈의 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 고안의 일 실시예에 따른 마이크로파 모션센서 모듈은, 국부신호발생기(110), 송신안테나(120), 수신안테나(130), 혼합기(140), 커플러(150)를 구비한다. 이외에 추가로 차동증폭기(160)를 더 구비할 수 있다.
상기 국부신호발생기(110)는 마이크로파 대역의 마이크로파 신호를 연속 또는 주기적으로 발생한다. 예를 들면, 1∼30㎓의 주파수를 가지는 마이크로파 신호를 발생한다.
상기 국부신호발생기(110)는 유전체 공진기를 이용한 발진기가 이용될 수 있으나, 이외에도 다이오드 오실레이터, 또는 트랜지스터 오실레이터 등 다양한 신호발생기가 이용될 수 있다.
상기 송신안테나(120)는 상기 국부신호발생기(110)를 통해 발생된 마이크로파 신호를 외부로 무선송신하게 된다.
상기 수신안테나(130)는 상기 송신안테나(120)를 통해 송신된 송신신호(LS) 또는 상기 송신안테나(120)를 통해 송신되어 대상물에서 반사되어 되돌아온 신호를 수신한다.
여기서 상기 송신안테나(120)와 상기 수신안테나(130)는 하나의 송수신 안테나를 통해 신호 송수신이 수행될 수 있다.
상기 커플러(150)는 상기 수신안테나(130)를 통해 수신된 수신신호(+RS)의 위상을 반전시킨 반전수신신호(-RS)를 출력하여 상기 혼합기(140)에 제공한다.
상기 혼합기(140)는 노이즈에 강한 다이오드 혼합기로 구성될 수 있다. 다이오드 혼합기는 서로 반대방향으로 병렬연결되는 두개의 다이오드를 이용한 것이다. 상기 혼합기(140)는 상기 다이오드 혼합기 이외에도, 트랜지스터를 이용하여 구현하는 것도 가능하고, 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려진 다양한 혼합기가 이용될 수 있다.
상기 혼합기(140)는 상기 국부신호발생기(110)에서 발생된 마이크로파 신호(LS)(상기 송신안테나(120)를 통해 송신된 송신신호(LS))와 상기 수신안테나(130)를 통해 수신된 수신신호(+RS)를 혼합하여 제1중간주파수신호(+IF)를 출력하고, 상기 국부신호발생기(110)에서 발생된 마이크로파 신호(LS)와 상기 커플러(150)를 통해 제공되는 반전 수신신호(-RS)를 혼합하여 제2중간주파수신호(-IF)를 출력한다.
즉 상기 혼합기(140)는 상기 송신안테나(120)를 통해 송신되어 대상물에서 반사되어 되돌아온 수신신호(+RS)의 도플러 천이된 만큼의 신호를 제1중간주파수 신호(+IF)로 하여 출력하고, 상기 반전 수신신호(-RS)의 도플러 천이된 만큼의 신호를 제2중간주파수 신호(-IF)로 하여 출력하게 된다.
이 경우 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제1중간주파수 신호(+IF)와 상기 제2중간주파수 신호(-IF)는 반전위상(역위상) 관계를 가지게 되는 반면에 노이즈는 동일 위상 관계를 가지게 된다.
노이즈는 센서의 주변에서 발생되는 크고 작은 노이즈로써, 노이즈는 중간주파수 신호선로 및 부품에 같은 영향을 미치게 되므로, 상기 제1중간주파수 신호(+IF)와 상기 제2중간주파수 신호(-IF) 선로에 나타나는 노이즈는 동위상으로 작용하는 것이다.
따라서, 서로 위상이 반대인 상기 제1중간주파수 신호(+IF)와 상기 제2중간주파수 신호(-IF)를 증폭한다면, 주변 노이즈에 대해 독립적으로 가능할 수 있다.
즉 상기 차동증폭기(160)를 이용하게 되면, 원하는 레벨의 중간주파수 신호(IF)를 얻을 수 있게 되는 것이다.
상기 제1중간주파수 신호(+IF)와 상기 제2중간주파수 신호(-IF)는 서로 반전위상(역위상) 관계인 2개의 신호이고, 노이즈는 동위상이 되므로, 이들 신호를 상기 차동증폭기(160)를 이용하여 서로 차동증폭하게 되면, 동위상인 노이즈는 서로 상쇄되고, 상기 제1중간주파수 신호(+IF)와 상기 제2중간주파수 신호(-IF)는 서로 합산 증폭되어 출력되게 되는 것이다.
상기 차동증폭기(160)를 통해 출력되는 합산 중간주파수 신호는 모션센서의 제어부 등으로 인가되어 센싱신호로 이용되게 된다. 예를 들면, 센서등의 경우에 센서등의 온/오프 제어를 위한 센싱신호로 이용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 고안에 따르면, 서로 반전위상 관계인 제1중간주파수 신호(+IF)와 제2중간주파수 신호(-IF)를 이용하여 노이즈 제거가 가능하므로, 별도의 노이즈 제거를 위한 필터, 또는 노이즈 제거 알고리즘의 설계를 고려하지 않아도 되므로 센서를 이용한 각종 장비개발이 용이하며, 필터를 제작하기 위한 비용 등 생산비용을 절감할 수 있다. 또한 회로가 간단해지므로 소형화가 가능하고, 노이즈로 인한 오동작이나 고장을 현저히 줄일 수 있게 된다. 또한 노이즈로부터 독립적으로 중간주파수 신호를 처리할 수 있다는 장점이 있다.
상기한 실시예의 설명은 본 고안의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 고안을 한정하는 의미로 해석되어서는 안 될 것이다. 또한, 본 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 고안의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.
110 : 국부신호발생기 120 : 송신안테나
130 : 수신안테나 140 : 혼합기
150 : 커플러 160 : 차동증폭기

Claims (4)

  1. 마이크로파 모션센서 모듈에 있어서:
    마이크로파 신호를 연속 또는 주기적으로 발생하는 국부신호발생기와;
    상기 국부신호발생기에서 발생된 마이크로파 신호를 외부로 송신하는 송신안테나와;
    상기 송신안테나를 통해 송신된 송신신호 또는 상기 송신신호가 대상물에 반사되어 되돌아온 신호를 수신하는 수신안테나와;
    상기 수신안테나를 통해 수신된 수신신호의 위상을 반전시켜 제공하는 커플러와;
    상기 국부신호발생기에서 발생된 마이크로파 신호와 상기 수신안테나를 통해 수신된 수신신호를 혼합하여 제1중간주파수신호(+IF)를 출력하고, 상기 국부신호발생기에서 발생된 마이크로파 신호와 상기 커플러를 통해 제공되는 반전 수신신호를 혼합하여 제2중간주파수신호(-IF)를 출력하는 혼합기를 구비함을 특징으로 하는 마이크로파 모션센서 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 마이크로파 모션센서 모듈은,
    서로 동위상인 노이즈는 서로 차감되어 상쇄되고 서로 역위상인 중간주파수 신호는 서로 합산되어 증폭되도록, 상기 혼합기를 통해 출력되는 상기 제1중간주파수신호 및 상기 제2중간주파수신호를 차동증폭하여 출력하는 차동증폭기를 더 구비함을 특징으로 하는 마이크로파 모션센서 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 혼합기는 다이오드 혼합기임을 특징으로 하는 마이크로파 모션센서 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 국부신호발생기는 유전체 공진기를 구비함을 특징으로 하는 마이크로파 모션센서 모듈.
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WO2021095891A1 (ko) * 2019-11-11 2021-05-20 주식회사 제이씨에프테크놀러지 보안 감시용 마이크로웨이브 센서

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