KR20200006860A - 가변형 무선 주파수 측정 시스템 및 그 방법 - Google Patents

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KR20200006860A KR1020180080744A KR20180080744A KR20200006860A KR 20200006860 A KR20200006860 A KR 20200006860A KR 1020180080744 A KR1020180080744 A KR 1020180080744A KR 20180080744 A KR20180080744 A KR 20180080744A KR 20200006860 A KR20200006860 A KR 20200006860A
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전북대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 가변형 무선 주파수 측정 시스템에 관한 것으로, 일정 값 이상의 수신된 무선 신호를 기준 선로와 가변 지연 선로로 분배하는 전력 분배기, 전력 분배기에 의해 가변 지연 선로로 분배되는 무선 신호의 위상에 대응하여 제1 위상차를 갖는 제1 무선 신호를 생성하는 슬롯형 커패시터, 전력 분배기에 의해 가변 지연 선로로 분배되는 무선 신호가 슬롯형 커패시터를 통과할 때, 무선 신호의 위상에 대응하여 제1 위상차보다 큰 제2 위상차를 갖는 제2 무선 신호를 생성하는 MEMS 스위치,기준 선로의 무선 신호, 제1 무선 신호 그리고 제2 무선 신호를 결합하는 전력 결합기, 그리고 결합된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환기를 포함한다.

Description

가변형 무선 주파수 측정 시스템 및 그 방법{SYSTEM FOR MEASUREMENT RECONFIGURABLE RADIO FREQUENCY AND METHOD THEREOF}
본 발명은 가변형 무선 주파수 측정 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전장에서 적진의 위치 파악, 적진이 사용하는 신호 그리고 신호 발생 위치를 파악하기 위해, 순간 주파수 측정 시스템(Instantaneous frequency measurement: IFM)이 사용된다.
순간 주파수 측정 시스템을 통해 주파수 신호를 수집하고 분석하여 얻어진 적진의 무기 체계에 대한 정보는 전장에서 우위를 확보할 수 있기 때문에, 순간 주파수 측정 시스템에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있다.
순간 주파수 측정 시스템은 적진이 사용하는 임의의 다양한 주파수의 탐색이 가능하기 때문에, 지상에서 전자전(electronic warfare)을 지원하거나 유인 항공기에 탑재하여 적진의 넓은 지역으로부터 신속하게 정보를 수집할 수 있다.
하지만, 순간 주파수 측정 시스템은 주파수를 식별을 위한 비트 수가 증가할수록 요구되는 추가적인 소자가 많아지기 때문에, 전력소모가 높아지고 크기가 커지는 한계가 있다.
도 1은 기존의 순간 주파수 측정 시스템을 나타낸 도면이다.
기존의 순간 주파수 측정 시스템은 n-BIT 디지털 신호를 식별하기 위해 2n개의 고정된 지연선로를 요구한다.
도 1을 보면 2개의 디지털 신호를 식별하기 위해 4개의 고정된 지연 선로를 사용하여 주파수를 측정하는 것을 알 수 있다. 그리고 각각의 지연 선로 쌍의 앞단과 뒷단에는 각각 지연 선로와 연결되는 다수의 전력 결합기와 검파기, 증폭기 등 소자들이 사용되기 때문에 결과적으로 시스템의 크기는 일정 크기 이상으로 한정되며, 그에 따라 높은 전력이 필요하다.
이러한 기존 주파수 측정 시스템의 크기와 전력 소모의 한계로 최근 다양한 분야에서 활용되는 무인비행기(Drone)과 같은 작은 크기의 전자전 장비에 탑재하는 데 어려움이 있다.
따라서, 무인비행기와 같은 전자전 장비에 탑재할 수 있도록 기존의 주파수 측정 시스템이 가지는 크기, 무게 그리고 전력 소모의 문제를 해결할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전력 소모를 최소화하고 소형화 그리고 경량화된 주파수 측정 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 가변형 무선 주파수 측정 시스템은 수신된 무선 신호를 기준 선로와 가변 지연 선로로 분배하는 전력 분배기, 전력 분배기에 의해 가변 지연 선로로 분배되는 무선 신호에 대응하여 제1 위상차를 갖는 제1 무선 신호를 생성하는 슬롯형 커패시터, 전력 분배기에 의해 가변 지연 선로로 분배되는 무선 신호가 슬롯형 커패시터를 통과할 때, 제1 위상차보다 큰 제2 위상차를 갖는 제2 무선 신호를 생성하는 MEMS 스위치, 기준 선로의 무선 신호, 제1 무선 신호 그리고 제2 무선 신호를 결합하는 전력 결합기, 그리고 결합된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 검파기와 A/D 변환기를 포함한다.
슬롯형 커패시터는 상기 가변 지연 선로 상에 장착되고, MEMS 스위치는 슬롯형 커패시터와 동일한 위치에서 일정 거리 이내로 이격되어 가변 지연 선로 상에 장착될 수 있다.
MEMS 스위치는, 정전 용량 구동 방식의 MEMS 구동기를 포함하며 MEMS 구동기의 구동에 따라 가변 지연 선로 상의 슬롯형 커패시터와 MEMS 구동기를 접촉시켜 가변 지연 선로를 통과하는 무선 신호의 위상 차이를 생성할 수 있다.
MEMS 스위치는, 제3 위상차에 따른 스위칭 주기에 따라 무선 신호의 위상에 대응하여 제2 위상차보다 큰 값을 가지는 제3 위상차를 가지는 제3 무선 신호를 생성하고, 제4 위상차에 따른 스위칭 주기에 따라, 무선 신호의 위상에 대응하여 제3 위상차보다 큰 값을 가지는 제4 위상차를 가지는 제4 무선 신호를 생성할 수 있다.
A/D 변환기는, 제1 무선 신호, 제2 무선 신호, 제3 무선 신호 그리고 제4 무선 신호를 각각 무선 신호와 쌍을 이루고 비교하여 4 BIT 주파수를 식별할 수 있다.
MEMS 스위치는, 각각 제2 위상차, 제3 위상차 그리고 제4 위상차를 생성하는 3개의 MEMS 스위치를 형성하고, 각 위상차에 따른 스위칭 주기에 따라 각 MEMS 스위치가 슬롯형 커패시터 위에서 수직방향으로 동작하여 각각의 무선 신호의 위상차를 생성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 슬롯형 커패시터 및 MEMS 스위치를 포함하는 가변형 무선 주파수 측정 시스템의 측정 방법에 있어서, 수신된 무선 신호를 기준 선로와 가변 지연 선로로 분배하는 단계, 슬롯형 커패시터를 통해 가변 지연 선로로 분배되는 무선 신호의 위상에 대응하여 제1 위상차를 갖는 제1 무선 신호를 생성하는 단계, MEMS 스위치를 통해 가변 지연 선로로 분배되는 무선 신호가 슬롯형 커패시터를 통과할 때, 무선 신호의 위상에 대응하여 제1 위상차보다 큰 제2 위상차를 갖는 제2 무선 신호를 생성하는 단계, 기준 선로의 무선 신호, 제1 무선 신호 그리고 제2 무선 신호를 결합하는 단계, 그리고 결합된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 전력소모가 매우 낮은 MEMS 스위치를 이용하여 지연 선로에 위상차를 생성함으로써 선로의 개수를 최소화하고 그에 따라 연동되는 소자들의 개수를 최소화하여 전체적인 시스템의 크기, 무게 그리고 소모 전력을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 무선 주파수 측정 시스템을 경량화, 소형화하여 제공함으로써 무인비행기, 소형 이동 장비나 로봇에 탑재가 가능하여 인간이 활동할 수 없는 환경에 투입되어 주변 신호의 수집하고 식별할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 소모 전력이 최소화되고 소형화되어 휴대가 편리하여 다양한 환경에서 활용 가능하며, 복잡한 전파 환경에서 전자 방해 잡음 주파수 감지 및 분석을 통하여 전파 환경 조성에 활용할 수 있다.
도 1은 기존의 순간 주파수 측정 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변형 주파수 측정 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변형 주파수 측정 시스템의 측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변형 주파수 측정 시스템의 MEMS 스위치의 구동을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 주파수 특성과 주파수 특성을 디지털화하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 4-BIT 주파수를 식별하기 위한 가변형 주파수 측정 시스템을 나타낸 예시도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 도 2를 이용하여 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변형 주파수 측정 시스템에 대해서 설명한다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변형 주파수 측정 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가변형 주파수 측정 시스템은 전력 분배기, 슬롯형 커패시터, MEMS 스위치, 전력 결합기 그리고 A/D 변환기를 포함하며, 제한 증폭기, 검파기 그리고 증폭기를 더 포함할 수 있다.
먼저, 제한 증폭기(Limiting Amplifier)는 일정 값 이상의 전력을 가지는 무선 신호를 수신하면, 수신된 무선 신호의 크기를 임계치 이하로 감소시킨다.
수신된 무선 신호는 식별 전에 해당 무선 신호의 전력을 알 수 없기 때문에 제한 증폭기는 수신된 무선 신호가 높은 전력을 가지는 경우 다른 소자들에 입히는 손상을 방지 하기 위해 수신된 무선 신호를 임계치 이하로 감소시킨다. 이때, 제한 증폭기는 미리 설정된 비율로 해당 무선 신호를 감소시킬 수 있다.
다음으로, 전력 분배기(Power divider)는 크기가 감소된 무선 신호를 기준 선로(A)와 가변 지연 선로(B)로 분배한다.
그리고 슬롯형 커패시터는 가변 지연 선로(B)에 장착되어, 가변 지연 선로(B)를 통과하는 무선 신호의 위상에 대응하여 제1 위상차를 가지는 제1 무선 신호를 생성한다.
다음으로 MEMS 스위치는 도 2에 별도로 도시하지 않았지만, 가변 지연 선로(B) 영역에 슬롯형 커패시터 위에 위치한다. 다시 말해, MEMS 스위치는 슬롯형 커패시터와 동일한 위치에서 일정 거리 이내로 이격되어 가변 지연 선로 상에 장착된다.
그리고 MEMS 스위치는 정전 용량 구동 방식의 MEMS 구동기를 포함하며, MEMS 구동기의 구동에 따라 수직방향으로 동작한다. 따라서, MEMS 스위치는 가변 지연 선로(B)에 장착된 슬롯형 커패시터에 접촉하여 슬롯형 커패시터 주변의 유전율을 변화시켜 제1 위상차보다 더 큰 제2 위상차를 가지는 제2 무선 신호를 생성한다.
이때, 서로 상이한 위상차를 생성하는 복수개의 MEMS 스위치가 슬롯형 커패시터 위에 장착될 수 있다. 예를 들어, 2n-BIT 주파수를 식별하기 위해 각 상이한 위상차를 발생시키는 2n-1개의 MEMS 스위치가 슬롯형 커패시터 위에 장착될 수 있다.
한편, 하나의 MEMS 스위치가 일정한 시간 간격에 따라 각각 상이한 위상차를 발생시킬 수 있다.
여기서, MEMS 스위치는 MEMS(Microelectromechanical system, 미세전기기계시스템) 기술에 의해 구현된 MEMS 구동기이며, 정전 구동형 실리콘 빗살 구동기로 구성될 수 있다.
MEMS 기술이란, 반도체 제작 기술을 토대로 한 미세 구조 제작 기술과 이를 바탕으로 제작된 금속, 실리콘 또는 폴리머 등의 기계적 전기적 특성이 우수한 물질로 이루어진 수
Figure pat00001
에서 수백
Figure pat00002
크기의 구조물을 총칭한다. MEMS 기술로 제작된 소자들이 갖는 높은 신뢰성과 낮은 소모 전력 등의 장점으로 인해 군사용 혹은 민간용 충격 감지 센서 및 고주파 회로의 스위치 등의 제작에 널리 활용되고 있다.다음으로 전력 결합기는 기준 선로(A)를 통과한 무선 신호와 가변 지연 선로(B)를 통과한 제1 무선 신호를 결합한다. 다시 말해, 전력 결합기는 기준 선로로 분배된 무선 신호, 무선 신호의 위상에 대응하여 제1 위상차를 갖는 제1 무선 신호, 그리고 무선 신호의 위상에 대응하여 제2 위상차를 갖는 제2 무선 신호의 주파수 특성이 상호작용되도록 결합한다.
그리고 검파기는 전력결합기로부터 결합된 신호를 전압신호로 변환하여 A/D 변환기로 전달한다.
그리고 A/D 변환기는 기준 선로로 분배되는 무선 신호와 제1 무선 신호가 결합된 신호를 증폭기를 통해 증폭시키면, 증폭된 결합된 신호를 디지털화한다. 이때, A/D 변환기는 결합된 신호에서 무선 신호와 제1 무선 신호간에 상호작용된 주파수 특성을 이용하여 1 BIT 주파수로 디지털화할 수 있다. 이와 마찬가지로, A/D 변환기는 무선 신호와 제2 무선 신호가 결합된 신호를 증폭기를 통해 증폭시키면, 디지털 신호로 변환되어 추가적인 1 BIT를 식별할 수 있다.
따라서, A/D 변환기는 기준 선로와 제n 무선 신호를 이용하여 n BIT의 신호를 식별할 수 있다.
이하에서는 도 3 내지 도 6를 이용하여 가변형 주파수 측정 시스템의 주파수 측정 방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변형 주파수 측정 시스템의 측정 방법을 나타낸 순서도이고, 도 4는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 가변형 주파수 측정 시스템의 MEMS 스위치의 구동을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 주파수 특성과 주파수 특성을 디지털화하는 과정을 설명하기 위한 예시도이고, 도 6는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 4-BIT 주파수를 식별하기 위한 가변형 주파수 측정 시스템을 나타낸 예시도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 가변형 주파수 측정 시스템은 제한 증폭기를 통해 수신한 무선 신호 크기를 감소시킨다(S310).
가변형 주파수 측정 시스템은 시스템 내의 소자들의 손상을 예방하기 위해 수신된 신호의 크기를 일정 크기 또는 일정 비율에 대응하여 감소시킬 수 있다.
다음으로 가변형 주파수 측정 시스템은 전력 분배기를 통해 기준 선로와 가변 지연 선로로 무선 신호를 분배한다(S320).
여기서, 기준 선로(Reference delay line)는 무선 신호 자체의 위상을 가지는 신호가 전달되는 선로이고, 가변 지연 선로(Reconfigurable delay line)은 무선 신호의 위상을 기준으로 상이한 위상차를 가지는 무선 신호를 생성하기 위한 선로이다.
가변형 주파수 측정 시스템은 가변 지연 선로에 장착된 슬롯형 커패시터를 통해 무선 신호의 위상에 대응하여 제1 위상차를 가지는 제1 무선 신호를 생성한다(S330).
이때, 가변형 주파수 측정 시스템은 슬롯형 커패시터 위에 위치하는 MEMS 스위치를 구동하지 않은 상태에서 무선 신호의 위상에 대응하여 제1 위상차를 갖는 제1 무선 신호를 생성할 수 있다.
즉, 제1 무선 신호는 무선 신호의 위상보다 제1 위상차만큼 지연된다.
도 4를 보면 전력 분배기(Power divider)와 전력 결합기(Power combiner) 사이에 기준 선로(Referenced delay line)와 가변 지연 선로(Reconfigurable delay line)가 위치한다. 그리고 가변 지연 선로에는 슬롯형 커패시터와 MEMS 구동기를 포함하는 MEMS 스위치가 장착되어 있다.
슬롯 커패시터와 MEMS 구동기를 포함하는 MEMS 스위치를 확대한 첫 번째는 S330 단계와 같이, MEMS 스위치가 구동하지 않는 상태(Non-actuated state)에서 슬롯형 커패시터의 영향으로만 무선 신호의 위상에 대응하여 180도 위상차이를 생성하는 것을 나타낸다.
다시 말해, MEMS 스위치(A)가 아래에 위치한 슬롯형 커패시터 사이에 공간(airgap)이 있어, 슬롯형 커패시터를 통해서만 통과하는 무선 신호의 위상이 180도 지연되도록 할 수 있다.
다음으로, 가변형 주파수 측정 시스템은 MEMS 스위치를 구동하여 무선 신호의 위상에 대응하여 제2 위상차를 갖는 제2 무선 신호를 생성한다(S340).
가변형 주파수 측정 시스템은 S330 단계에 일정한 시간 간격으로 MEMS 스위치를 구동시킬 수 있다. MEMS 스위치가 구동되면, 수직 방향으로 이동하여 슬롯형 커패시터와 접촉하여 제1 위상차보다 더 큰 제2 위상차를 가지는 제2 무선 신호를 생성할 수 있다.
도 4에서 확대 표시한 두 번째와 같이, MEMS 스위치가 구동된 상태(Actuated state)를 보면, MEMS 스위치와 슬롯형 커패시터 사이에 공간이 없는 상태로(Airgap=0um) 접촉된 것을 알 수 있다.
MEMS 스위치가 슬롯형 커패시터에 접촉되면, 슬롯형 커패시터 주변의 유전율이 변화하면서, 제1 위상차보다 큰 제2 위상차를 가지는 제2 무선 신호를 생성할 수 있다. 즉, 제2 무선 신호는 무선 신호, 그리고 제1 무선 신호보다 더 많이 지연되도록 할 수 있다.
여기서, 제1 위상차와 제2 위상차는 무선 신호의 위상을 기준으로 대응되는 차이값을 나타내며, 180도, 360도, 540도, 720도 등 가질 수 있다.
그리고 가변형 주파수 측정 시스템은 MEMS 스위치의 스위칭 주기(
Figure pat00003
)를 다음 수학식 1을 이용하여 설정할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00004
여기서,
Figure pat00005
는 무선 신호의 중심 주파수,
Figure pat00006
는 위상 차이를 나타낸다.
다시 말해, 가변형 주파수 측정 시스템은 무선 신호의 중심 주파수와 위상차를 이용하여 MEMS 스위치의 스위칭 주기를 설정하고, 해당 스위칭 주기에 따라 제2 무선 신호를 생성할 수 있다.
한편, MEMS 스위치는 정전 용량 구동 방식으로, 각 상이한 위상차를 생성하는 복수개의 MEMS 스위치를 포함하거나, 서로 상이한 복수개의 위상차를 생성하는 단일 MEMS 스위치일 수 있다.
예를 들어, 2n-BIT의 주파수를 식별하기 위해서는 2n-1개의 위상차를 생성하는 단일 MEMS 스위치 또는 각각 상이한 위상차를 생성하는 2n-1개의 MEMS 스위치를 가변 지연 선로에 장착할 수 있다.
다음으로 가변형 주파수 측정 시스템은 기준 선로를 통과한 무선 신호와 가변 지연 선로를 통과한 제1 무선 신호 그리고 제2 무선 신호를 결합한다(S350).
다시 말해, 가변형 주파수 측정 시스템은 위상 차이에 의해 상호 작용된 주파수 특성을 추출하기 위해 무선 신호와 제1 위상차를 가지는 제1 무선 신호 및 제2 위상차를 제2 무선 신호를 결합한다.
여기서, 가변형 주파수 측정 시스템은 제1 무선 신호와 제2 무선 신호를 각 무선 신호와 쌍을 이루어 서로 비교할 수 있다.
그리고 가변형 주파수 측정 시스템은 결합된 신호를 증폭시키고 디지털화하여 주파수를 식별한다(S36).
도 5의 (a)는 가변형 주파수 측정 시스템의 MEMS 스위치의 구동에 따른 주파수 특성을 나타낸 그래프이고, (b)는 (a)의 주파수 특성을 디지털화하는 도표를 나타낸다.
도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, MEMS 스위치의 구동에 따라 위상 전이된 특성을 가지는 주파수(Actuated state)와 MEMS 스위치의 구동이 되지 않은 상태의 주파수(Non-actuated state)에서, 미리 설정된 한계값(Threshold)을 기준으로 분석할 수 있다.
다시 말해, 한계점(Threshold)보다 낮은 값을 가지면 0, 한계점(Threshold)보다 높은 값을 가지면 1로 분석하여, 도 5의 (b)에 도시한 바와 같이, 가변형 주파수 측정 시스템은 (a)의 주파수 특성을 2 BIT 주파수로 디지털화할 수 있다.
도 6에 도시한 바와 같이, 가변형 주파수 측정 시스템은 4 BIT 주파수를 식별할 수 있다.
도 6와 같이 4-BIT 주파수를 식별하기 위한 가변형 주파수 측정 시스템을 도시한 예로, 도 6를 보면, 기준 선로를 통과하는 무선 신호의 위상(
Figure pat00007
)과 가변 지연 선로에서 슬롯형 커패시터를 통과하는 State1, 슬롯형 커패시터에 MEMS 스위치가 구동되어 각각 상이한 위상차를 생성하는 State2, State3, State4를 나타낸다.
이때, 도 6는 State1, State2, State3, State4 를 설명하기 위해 선로를 네개로 분리하여 표시하였지만, 실제로는 하나의 가변 지연 선로에 단일 MEMS 스위치 또는 네개의 서로 상이한 MEMS 스위치가 슬롯형 커패시터 위에 배치될 수 있다.
이하에서는 설명의 편의상 상이한 위상차를 생성하는 MEMS 스위치(501, 502, 503)를 분리하여 설명한다.
먼저, 가변형 주파수 측정 시스템은 가변 지연 선로에 장착된 슬롯형 커패시터를 통과하면서 무선 신호의 위상(
Figure pat00008
)에 대응하여 제1 위상차를 가지는 제1 무선 신호(
Figure pat00009
), MEMS 스위치(501)를 구동하여 무선 신호의 위상(
Figure pat00010
)에 대응하여 제2 위상차를 가지는 제3 무선 신호(
Figure pat00011
)를 생성한다. 그리고 가변형 주파수 측정 시스템은 MEMS 스위치(502)를 구동하여 무선 신호의 위상(
Figure pat00012
)에 대응하여 제3 위상차를 가지는 제3 무선 신호(
Figure pat00013
),MEMS 스위치(503)을 구동하여 무선 신호의 위상(
Figure pat00014
)에 대응하여 제4 위상차를 가지는 제4 무선 신호(
Figure pat00015
)를 생성한다.
예를 들어, 가변형 주파수 측정 시스템은 무선 신호의 위상과 180도, 360도, 540도로 지연하고자 하는 경우, 수학식 1에 기초하여 다음 수학식 2와 같이 설정할 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00016
다시 말해, 가변형 주파수 측정 시스템은 무선 신호의 중심 주파수에 따라 MEMS 스위치의 스위칭 주기를 설정할 수 있다.
그리고 가변형 주파수 측정 시스템은 무선 신호의 위상(
Figure pat00017
)을 기준으로 위상차를 가지는 제1 무선 신호, 제2 무선 신호, 제3 무선 신호, 제4 무선 신호를 각각의 페어를 형성하여 비교할 수 있다.
예를 들어, 가변형 주파수 측정 시스템은 (무선 신호, 제1 무선 신호), (무선 신호, 제2 무선 신호), (무선 신호, 제3 무선 신호), (무선 신호, 제4 무선신호)로 쌍을 이뤄 비교하여 4 BIT 주파수를 식별할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 전력소모가 매우 낮은 MEMS 스위치를 이용하여 기준 선로에 위상차를 생성함으로써 선로의 개수를 최소화하고 그에 따라 연동되는 소자들의 개수를 최소화하여 전체적인 시스템의 크기, 무게 그리고 소모 전력을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 무선 주파수 측정 시스템을 경량화, 소형화하여 제공함으로써 무인비행기, 소형 이동 장비나 로봇에 탑재가 가능하여 인간이 활동할 수 없는 환경에 투입되어 주변 신호의 수집하고 식별할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 소모 전력이 최소화되고 소형화되어 휴대가 편리하여 다양한 환경에서 활용 가능하며, 복잡한 전파 환경에서 전자 방해 잡음 주파수 감지 및 분석을 통하여 전파 환경 조성에 활용할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예는 장치 및 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하는 프로그램 또는 그 프로그램이 기록된 기록 매체를 통해 구현될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (11)

  1. 수신된 무선 신호를 기준 선로와 가변 지연 선로로 분배하는 전력 분배기,
    상기 전력 분배기에 의해 상기 가변 지연 선로로 분배되는 상기 무선 신호에 대응하여 제1 위상차를 갖는 제1 무선 신호를 생성하는 슬롯형 커패시터,
    상기 전력 분배기에 의해 상기 가변 지연 선로로 분배되는 상기 무선 신호가 상기 슬롯형 커패시터를 통과할 때, 상기 제1 위상차보다 큰 제2 위상차를 갖는 제2 무선 신호를 생성하는 MEMS 스위치,
    상기 기준 선로의 무선 신호, 상기 제1 무선 신호 그리고 상기 제2 무선 신호를 결합하는 전력 결합기, 그리고
    결합된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 A/D 변환기를 포함하는 가변형 무선 주파수 측정 시스템.
  2. 제1항에서,
    상기 슬롯형 커패시터는 상기 가변 지연 선로 상에 장착되고,
    상기 MEMS 스위치는 상기 슬롯형 커패시터와 동일한 위치에서 일정 거리 이내로 이격되어 상기 가변 지연 선로 상에 장착되는 가변형 무선 주파수 측정 시스템.
  3. 제2항에서,
    상기 MEMS 스위치는,
    정전 용량 구동 방식의 MEMS 구동기를 포함하며 상기 MEMS 구동기의 구동에 따라 상기 가변 지연 선로 상의 상기 슬롯형 커패시터와 MEMS 구동기를 접촉시켜 상기 가변 지연 선로를 통과하는 상기 무선 신호의 위상 차이를 생성하는 가변형 무선 주파수 측정 시스템.
  4. 제3항에서,
    상기 MEMS 스위치는,
    제3 위상차에 따른 스위칭 주기에 따라 상기 무선 신호의 위상에 대응하여 상기 제2 위상차보다 큰 값을 가지는 제3 위상차를 가지는 제3 무선 신호를 생성하고,
    제4 위상차에 따른 스위칭 주기에 따라, 상기 무선 신호의 위상에 대응하여 상기 제3 위상차보다 큰 값을 가지는 제4 위상차를 가지는 제4 무선 신호를 생성하는 가변형 무선 주파수 측정 시스템.
  5. 제4항에서,
    상기 A/D 변환기는,
    상기 제1 무선 신호, 상기 제2 무선 신호, 상기 제3 무선 신호 그리고 상기 제4 무선 신호를 각각 상기 무선 신호와 쌍을 이루고 비교하여 4 BIT 주파수를 식별하는 가변형 무선 주파수 측정 시스템.
  6. 제5항에서,
    상기 MEMS 스위치는,
    각각 상기 제2 위상차, 상기 제3 위상차 그리고 상기 제4 위상차를 생성하는 3개의 MEMS 스위치를 형성하고,
    각 위상차에 따른 스위칭 주기에 따라 각 MEMS 스위치가 상기 슬롯형 커패시터 위에서 수직방향으로 동작하여 각각의 무선 신호의 위상차를 생성하는 가변형 무선 주파수 측정 시스템.
  7. 슬롯형 커패시터 및 MEMS 스위치를 포함하는 가변형 무선 주파수 측정 시스템의 측정 방법에 있어서,
    수신된 무선 신호를 기준 선로와 가변 지연 선로로 분배하는 단계,
    상기 슬롯형 커패시터를 통해 상기 가변 지연 선로로 분배되는 상기 무선 신호의 위상에 대응하여 제1 위상차를 갖는 제1 무선 신호를 생성하는 단계,
    상기 MEMS 스위치를 통해 상기 가변 지연 선로로 분배되는 상기 무선 신호가 상기 슬롯형 커패시터를 통과할 때, 상기 무선 신호의 위상에 대응하여 상기 제1 위상차보다 큰 제2 위상차를 갖는 제2 무선 신호를 생성하는 단계, 상기 기준 선로의 무선 신호, 상기 제1 무선 신호 그리고 상기 제2 무선 신호를 결합하는 단계,
    결합된 신호를 디지털 데이터로 변환하는 단계를 포함하는 가변형 무선 주파수 측정 시스템의 측정 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 MEMS 스위치는,
    상기 슬롯형 커패시터와 동일한 위치에서 일정 거리 이내로 이격되어 상기 가변 지연 선로 상에 장착되고,
    정전 용량 구동 방식의 MEMS 구동기를 포함하며 상기 MEMS 구동기의 구동에 따라 상기 가변 지연 선로 상의 상기 슬롯형 커패시터와 MEMS 구동기를 접촉시켜 상기 가변 지연 선로를 통과하는 상기 무선 신호의 위상 차이를 생성하는 가변형 무선 주파수 측정 시스템의 측정 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 제2 무선 신호를 생성하는 단계는,
    제3 위상차에 따른 스위칭 주기에 따라, 상기 무선 신호의 위상에 대응하여 상기 제2 위상차보다 큰 값을 가지는 제3 위상차를 가지는 제3 무선 신호를 생성하는 단계, 그리고
    제4 위상차에 따른 스위칭 주기에 따라, 상기 무선 신호의 위상에 대응하여 상기 제3 위상차보다 큰 값을 가지는 제4 위상차를 가지는 제4 무선 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 가변형 무선 주파수 측정 시스템의 측정 방법.
  10. 제9항에서,
    상기 디지털 데이터로 변환하는 단계는,
    상기 제1 무선 신호, 상기 제2 무선 신호, 상기 제3 무선 신호 그리고 상기 제4 무선 신호를 각각 상기 무선 신호와 쌍을 이루어 비교하여 4 BIT 주파수를 식별하는 가변형 무선 주파수 측정 시스템의 측정 방법.
  11. 제10항에서,
    상기 제2 무선 신호를 생성하는 단계는,
    각각 상기 제2 위상차, 상기 제3 위상차 그리고 상기 제4 위상차를 생성하는 3개의 MEMS 스위치를 포함하고,
    각 위상차에 따른 스위칭 주기에 따라 각 MEMS 스위치가 상기 슬롯형 커패시터 위에서 수직방향으로 동작하여 각각의 무선 신호의 위상차를 생성하는 가변형 무선 주파수 측정 시스템의 측정 방법.
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KR20220017271A (ko) * 2020-08-04 2022-02-11 연세대학교 산학협력단 저 삽입 손실 특성을 갖는 지연시간 합 방식 기반의 가변 시간 지연 회로

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