KR20200099628A - Ac 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서 - Google Patents

Ac 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서 Download PDF

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Abstract

AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서가 개시된다. 상기 마이크로파 도플러 센서는, 송신 안테나의 방사 패턴(pattern)을 사용하지 않고 그 대신에 송신부의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하는 광대역 특성을 가진 안테나로부터 주파수 선택부에 의해 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호를 선택하여 방사하며, 대상 물체로부터 반사된 파장이 변화된 반사파 신호를 수신부로 수신하는 도플러 센서의 RF부; 상기 도플러 센서의 RF부에 연결되며, 수신부와 혼합부 및 IF 신호 검출부로부터 수신된 미세한 신호를 증폭하여 HIGH/LOW 신호를 전송하는 신호 증폭부; 상기 신호 증폭부로부터 검출된 HIGH/LOW 신호를 전송받아 대상 물체인 사람이나 동물 검출시, 비검출시 HIGH/LOW에 해당하는 제어 기능이 동작되도록 하는 제어부; 및 전원을 공급하는 전원부를 포함한다.
마이크로파 도플러 센서의 PCB 코어에 감긴 수신부의 코일 아래에 AC 전원 라인을 사용하여 수신 안테나를 구현하여 지향성을 개선하였으며, 기존 송신 안테나의 방사 패턴을 사용하는 도플러 센서 보다 넓혀진 각도에서 반사파를 수신하게 하여 도플러 센서의 반응 사각지대를 줄였다.

Description

AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서{Microwave doppler sensor implemented Tx and Rx antenna by using AC power line}
본 발명은 AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도플러 방사를 위해 송신부의 송수신 안테나의 방사 패턴(pattern)을 사용하지 아니하고 송수신 안테나로써 송신부의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 방사하였으며, 광대역 특성을 가진 안테나를 갖는 송신부의 AC 전원 라인으로부터 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호를 방사하고, 그 대상물체로부터 반사된 파장이 변화된 반사파 신호를 수신부의 코일(coil)과 AC 전원 라인(AC power line)으로 구현된 수신 안테나로 수신하는 마이크로파 도플러 센서를 구현하였으며, 마이크로파 도플러 센서의 PCB의 코어에 감긴 수신부 코일과 AC 전원 라인을 구비하는 송수신 안테나를 사용하여 지향성을 개선하고, 기존 송신 안테나의 방사 패턴을 사용하는 도플러 센서 보다 넓혀진 각도에서 반사파를 수신하게 하여 도플러 센서의 반응 사각지대를 줄이며, 신호 증폭부 회로는 OP-AMP 또는 Not Gate의 Logic IC를 사용하여 증폭하며 좁은 공간에서 구현가능한 증폭회로를 구비한 도플러 센서를 구현하여 움직이는 사람과 물체를 감지하는, AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서에 관한 것이다.
인체 감지 센서는 적외선(IR) 센서 및 PIR 센서가 사용되며, PIR 센서(예, HC-SR501, PIR motion detector)는 passive infrared, 즉 적외선 센서가 5~10m 이내의 탐지거리와 120° 정도의 일정한 탐지각도가 움직이는 사람이나 이동 물체의 적외선을 감지하여 주변 온도와 온도 차이를 감지하여 이를 전압 신호로 출력한다. PIR 센서는 자동문, 아파트 현관 입구, 무인 경비 시스템의 감지 센서 등에 널리 사용되지만, 문이 닫히거나 폐쇄되면 적외선이 투과되지 않으므로 우의를 입고 움직인 사람이나 이동 물체를 감지하기 어려웠다.
이를 개선하기 위해, 도플러 효과의 원리가 적용된 마이크로파 도플러 센서가 개발되었다. 마이크로파 도플러 센서는 방사된 마이크로파가 이동하는 대상물체로부터 반사되는 반사파를 직접 수신하여 주파수를 비교하는 방식을 사용한다.
도플러 효과(doppler effect)는 파동을 발생시키는 파원(음원)과 그 파동을 관측하는 관찰자 중 하나 이상이 운동하고 있을 때 파동의 전파속도와 파원에 대한 관측자의 상대속도에 따라 파원(음원)의 고유 진동수와 다른 진동수(또는 다른 파장)으로 들려지는 효과가 발생하며, 파원과 관찰자 사이의 거리가 가까워질 때에는 파원의 파동의 주파수가 더 높게(파장이 작아지고 소리의 주파수가 짧고 파원의 고유 진동수 보다 더 많은 진동수, 더 높은 소리), 거리가 멀어질 때에는 파원의 파동의 주파수가 더 낮게(파장이 길어지고 소리의 주파수가 길고 파원의 고유 진동수보다 더 작은 진동수, 더 낮은 소리) 관측되는 현상이다.
v는 음속, V는 관찰자의 속도(+ 접근 때, - 멀어질 때), u는 음원의 속도(- 접근 때, + 멀어질 때), fo는 초기 주파수(음원의 고유 진동수), f는 관찰자의 주파수, 도플러 효과 공식에 의해 다음과 같이 표현된다.
Figure pat00001
, 음원이 관찰자와 가까워질 때
Figure pat00002
, 음원이 관찰자와 멀어질 때
마이크로파 도플러 센서(microwave sensor with doppler effect)는 마이크 로파의 방사원과 대상물체의 사이에 상대운동이 있는 경우, 정지한 경우와 비교하여 마이크로파의 파장이 다르게 관측된다. 이 현상이 마이크로파의 도플러 효과이고, 이 원리를 응용한 도플러 센서는 마이크로파 도플러 센서라고 한다. 마이크로파 도플러 센서는 이동 물체의 속도 계측에 사용된다.
투과형 초음파 도플러 센서(transmission-type ultrasonic doppler sensor)는 초음파 송파기와 수파기를 피측정물을 양쪽에서 끼듯이 배치하여 송파기로부터 발사된 초음파의 도플러 효과를 이용한 센서이며, 공업용 유속계나 의료용 혈류계 등에 사용되고 있다.
이와 관련된 선행 기술1로써, 특허 등록번호 10-09597 (등록일자 2010년 05월 17일), "도플러 방식의 마이크로파 센서 장치"가 개시되어 있다.
도플러 방식의 마이크로파 센서 장치는 국부신호 발생부에 의해 주기적으로 발진되는 2.4GHz의 고주파를 안테나 송신부 및 안테나 수신부에 의해서 파악하여 이동 물체의 움직임 여부를 판단하며, 수신 감도를 극대화하고 민감도의 조절이 용이하며 동시에 구조가 간략한 마이크로파 센서를 제공한다.
도플러 방식의 움직임 감지장치는 2.4Ghz 주파수의 반송파를 출력하고 출력된 반송파가 물체에 의해 반사되는 전파를 수신하되, 수신 주파수를 간헐적 발진시키고, 주파수 수신신호의 수신 증폭도를 조절하여 민감도를 조절함으로써 수신감도가 극대화된 상태로 물체의 움직임을 감지하는 마이크로파 센서부와; 상기 마이크로파 센서부의 주파수 송신신호와 주파수 수신신호를 증폭하는 센서신호 증폭부와; 상기 센서신호 증폭부에 의해 증폭된 주파수 송신신호 및 주파수 수신신호를 이용하여 물체의 움직임을 종합적으로 판단하고 이에 따른 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 구성된다.
도 1은 종래의 도플러 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
기존 도플러 센서는 송신부(안테나의 방사 패턴), 수신부, 신호 검출부, 증폭부(OP-AMP), 제어부, 및 전원부로 구성되었다.
기존 도플러 센서는 주파수 방사시에 송신부에서 송신부의 안테나 방사 패턴(pattern)을 사용하여 방사하고 주파수 수신을 안테나 방사 패턴 옆에 수신기를 설치하여 OP-AMP를 사용하여 신호 증폭과 신호 ON/OFF (High/Low) 변화를 주어 제어부(CPU)에 전달하여 동작하였다.
그러나, 기존 도플러 센서는 송신부의 안테나의 방사 패턴(pattern)을 사용하여 지향성이 확보되지 않았으며, 비교적 좁은 각도에서 파장이 변화된 반사파를 수신하여 신호 증폭부 회로로써 OP-AMP가 사용되어 회로의 크기가 커지며 복잡하였다.
특허 등록번호 10-09597000000 (등록일자 2010년 05월 17일), "도플러 방식의 마이크로파 센서 장치", (주)코맨텍
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 도플러 방사를 위해 송신부의 송수신 안테나의 방사 패턴(pattern)을 사용하지 아니하고 송수신 안테나의 송신부는 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 방사하였으며, 2~30 GHz 대역의 광대역 특성을 가진 안테나를 갖는 송신부의 AC 전원 라인으로부터 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호를 방사하고, 그 대상물체로부터 반사된 파장이 변화된 반사파 신호를 수신부의 코일(coil)과 AC 전원 라인(AC power line)으로 구현된 수신 안테나로 수신하는 마이크로파 도플러 센서를 구현하였으며, 마이크로파 도플러 센서의 PCB의 코어에 감긴 수신부의 코일과 AC 전원 라인을 구비하는 송수신 안테나를 사용하여 지향성을 개선하고, 기존 송신 안테나의 방사 패턴을 사용하는 도플러 센서 보다 넓혀진 각도에서 반사파를 수신하게 하여 도플러 센서의 반응 사각지대를 줄이며, 신호 증폭부 회로는 OP-AMP 또는 Not Gate의 Logic IC를 사용하여 증폭하며 좁은 공간에서 구현가능한 증폭회로를 구비한 도플러 센서를 구현하여 움직이는 사람과 물체를 감지하는, AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서는, 송신 안테나의 방사 패턴(pattern)을 사용하지 않고 그 대신에 송신부의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하는 광대역 특성을 가진 안테나로부터 주파수 선택부에 의해 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호를 선택하여 방사하며, 대상 물체로부터 반사된 파장이 변화된 반사파 신호를 수신부로 수신하는 도플러 센서의 RF부; 상기 도플러 센서의 RF부에 연결되며, 수신부와 혼합부 및 IF 신호 검출부로부터 수신된 미세한 신호를 증폭하여 HIGH/LOW 신호를 전송하는 신호 증폭부; 상기 신호 증폭부로부터 검출된 HIGH/LOW 신호를 전송받아 대상 물체인 사람이나 동물 검출시, 비검출시 HIGH/LOW에 해당하는 제어 기능이 동작되도록 하는 제어부; 및 전원을 공급하는 전원부를 포함한다.
본 발명에 따른 AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서는 도플러 방사를 위해 송신부의 송수신 안테나의 방사 패턴(pattern)을 사용하지 아니하고 송수신 안테나는 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 방사하였으며, 2~30 GHz 대역의 광대역 특성을 가진 안테나를 갖는 송신부의 AC 전원 라인으로부터 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호를 방사하고 그 대상물체로부터 반사된 파장이 변화된 반사파 신호를 수신부의 코일(coil)과 AC 전원 라인(AC power line)으로 구현된 수신 안테나로 수신하는 마이크로파 도플러 센서를 구현하였다.
마이크로파 도플러 센서의 PCB의 코어에 감긴 수신부의 코일과 AC 전원 라인(AC power line)을 구비하는 송수신 안테나를 사용하여 지향성을 개선하였으며, 기존 송신 안테나의 방사 패턴을 사용하는 도플러 센서 보다 넓혀진 각도에서 반사파를 수신하게 하여 도플러 센서의 반응 사각지대를 줄이게 되었다.
또한, AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 송수신 안테나를 구현한 마이크로파 도플러 센서의 신호 증폭부 회로는 OP-AMP 또는 Not Gate의 Logic IC를 사용하여 신호 증폭과 스위칭 기능을 제공하고, 좁은 공간에서 구현가능한 증폭회로를 구비한 도플러 센서를 구현하여 움직이는 사람과 물체를 감지하며, 상기 마이크로웨이브 도플러 센서는 멀티탭 또는 대기전력 절전 콘센트의 장치 ID가 할당된 각각의 콘센트 단자의 내부 밑면 또는 외부 표면에서 인체 감지 센서로 사용된다.
AC 전원 라인을 사용하여 송수신 안테나를 구현한 마이크로웨이브 도플러 센서는 멀티탭, 대기전력 차단 콘센트, 조명기기, 센서 스위치, 주차 유도등, 기타 센서 사용기기에 적용되는 인체 감지 센서로 사용된다.
도 1은 종래의 도플러 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서의 내부 구성도이다.
도 3은 기존 송신 안테나의 방사 패턴(pattern)을 갖는 도플러 센서의 제품 사진과, 본 발명의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 송신 안테나를 구현한 마이크로웨이브 도플러 센서의 제품 사진이다.
도 4는 마이크로파 도플러 센서의 PCB 코어의 둘레에 감겨진 코일(coil)의 특성을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서의 내부 구성도이다.
도 3은 기존 송신 안테나의 방사 패턴(pattern)을 갖는 마이크로파 도플러 센서의 제품 사진(2개의 PCB를 사용한 좌측 사진)과, 본 발명의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 송수신 안테나를 구현한 마이크로웨이브 도플러 센서의 제품 사진(1개의 PCB를 사용한 우측 사진)이다.
본 발명의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 송수신 안테나를 구현한 마이크로웨이브 도플러 센서는 도플러 방사를 위해 제어부의 제어에 따라 적어도 하나 이상의 국부신호 발생기에 의해 주기적으로 발진되는 2~30 GHz의 대역의 고주파를 제공하며, 송신부의 송신 안테나의 방사 패턴(pattern)을 사용하지 아니하고 송신부의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 방사하였으며, 2~30 GHz 대역의 광대역 특성을 가진 안테나를 갖는 송신부로부터 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호를 방사하여 대상물체로부터 반사된 파장이 변화된 반사파 신호를 수신부의 코일과 AC 전원 라인(AC power line)으로 수신하는 마이크로파 도플러 센서를 구현하였다.
또한, 기존 송신 안테나의 방사 패턴을 사용하는 도플러 센서 보다 수신부의 코일과 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 지향성을 개선하고, 넓혀진 각도에서 반사파를 수신하게 하여 도플러 센서의 반응 사각지대를 줄이며 움직이는 사람과 물체를 감지할 수 있다.
또한, 상기 마이크로파 도플러 센서의 신호 증폭부 회로는 신호의 증폭과 스위칭 기능을 하는 OP-AMP 또는 Logic IC를 사용하여 증폭하며, 좁은 공간에서도 구현가능한 증폭회로를 구비한 마이크로파 도플러 센서를 구현하였다.
AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 송수신 안테나를 구현한 마이크로파 도플러 센서는 주파수 선택부(17), 송신부(11), 혼합부 및 IF 신호 검출부(12), 및 수신부(13)를 포함하는 도플러 센서의 RF부(10), 신호 증폭부(20), 제어부(30), 및 전원부(40)로 구성된다.
특히, AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 송수신 안테나를 구현한 마이크로파 도플러 센서는 도플러 센서의 RF부(10)에서 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호를 선택하는 주파수 선택부(17)를 사용한다.
도플러 센서의 RF부(10)의 송신부(11)의 방사 주파수는 주파수 선택부(17)에 의해 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호가 선택되어 사용된다.
도플러 센서의 RF부(10)는 주파수 선택부(17), 송신부(11), 혼합부 및 IF 신호 검출부(12), 및 수신부(13)로 구성된다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 송수신 안테나를 구현한 마이크로파 도플러 센서는
기존의 도플러 센서 처럼 송신부의 송신 안테나는 방사 패턴(pattern)을 사용하지 않고 그 대신에 송신부(11)에 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하는 2~30 GHz 대역의 광대역 특성을 가진 안테나를 갖는 송신부(11)의 AC 전원 라인로부터 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호를 선택하여 방사하며, 대상물체로부터 반사된 파장이 변화된 반사파 신호를 수신부(13)로 수신하며, 상기 수신부(13)는 코일(coil)과 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 수신 안테나가 구비되는 도플러 센서의 RF부(10);
상기 도플러 센서의 RF부(10)에 연결되며, 상기 수신부(13)와 혼합부 및 IF 신호 검출부(12)로부터 수신된 미세한 신호를 증폭하여 HIGH/LOW 신호를 전송하는 신호 증폭부(20);
상기 신호 증폭부(20)와 연결되며, 상기 신호 증폭부(20)로부터 검출된 HIGH/LOW 신호를 전송받아 대상 물체인 사람이나 동물 검출시, 비검출시 HIGH/LOW에 해당하는 제어 기능이 동작되도록 하는 제어부(30); 및
DC 5V 또는 DC 12V의 동작 전원을 공급하는 전원부(40);를 포함하며,
상기 주파수 선택부(17)는 상기 도플러 센서의 RF부(10)의 송신부(11)에 연결되며, 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수가 선택된다.
상기 도플러 센서의 RF부(10)의 송신부(11)의 방사 주파수는 주파수 선택부(17)에 의해 다수 또는 적어도 하나 이상의 국부신호 발생기에 의해 주기적으로 발진되는 2~30 GHz의 대역의 고주파 신호를 제공하며, 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호가 선택되어 사용된다.
예를 들면, 주파수 선택부(17)는 5GHz, 10GHz, 20GHz, 30GHz 고주파 신호가 선택될 수 있다. 다른 예를 들면, 주파수 선택부(17)는 2~10 GHz, 또는 11~24 GHz, 또는 26~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호가 선택될 수 있다.
또한, AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 송수신 안테나를 구현한 마이크로파 도플러 센서는,
마이크로파 도플러 방사를 위해 송신부(11)의 송신 안테나는 방사 패턴(pattern)을 사용하지 아니하고 송신부(11)의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 방사하였으며,
수신부(13)는 수신 안테나의 코일(coil)과 AC 전원 라인을 사용하며, 도플러센서 PCB의 코어에 감겨진 수신부(13)의 코일(coil) 아래에(밑에) AC 전원 라인(AC power line)을 사용한 수신 안테나를 구현하여 지향성(directivity)을 개선하였으며, 기존 송신 안테나의 방사 패턴을 사용하는 도플러 센서 보다 넓혀진 각도에서 반사파를 수신하게 되었으며 도플러 센서의 반응 사각지대를 줄이며 움직이는 사람과 물체를 감지한다.
본 발명의 특징은 송신부가 기존의 도플러 센서에서 사용하는 송신부의 송신 안테나의 방사 패턴(pattern)을 사용하지 아니하며, 송신부의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하며, 주파수 선택부(17)에 의해 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호가 선택되어 송신부(11)로부터 대상 물체로 방사되는 광대역 특성을 가진 안테나를 구현하였다.
송신부(11)는 도플러 방사를 위해 기존 도플러 센서에서 사용되는 송신부(11)에서 송신 안테나의 방사 패턴(pattern)을 사용하지 아니하고 그 대신에 송신부의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 2~30 GHz 광대역 특성을 만족하는 송신 안테나를 구현하였으며, 주파수 선택부(17)에 의해 선택된 주파수 선택 신호가 선택되면, 제어부(30)의 제어에 따라 도플러 센서의 RF부(10)의 송신부(11)의 AC 전원 라인(AC power line)으로부터 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호를 방사하는 광대역 특성을 갖는 송신 안테나를 구현하였다.
상기 도플러 센서의 RF부(10)에서, 송신부(11)의 송신 안테나는 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하며,
수신부(13)의 수신 안테나는 코일(coil)과 AC 전원 라인(AC power line)을 사용한다.
수신부(13)의 코일(coil)은 마이크로파 도플러 센서 PCB의 코어의 둘레에 감겨지며, λ/4 파장의 길이를 가지며,
Figure pat00003
의 공진 주파수를 갖으며, 송신부(11)로부터 대상 물체로 방사된 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호에 대한 반사파가 수신되는 수신 안테나를 구비하며, 광대역 특성을 가진 안테나 역할을 한다.
혼합부 및 IF 신호 검출부(12)는 상기 송신부(11)와 상기 수신부(13)에 연결되며, 주파수 선택부(17)에 의해 선택된 주파수 선택 신호가 도플러센서의 RF부(10)로 인가되면, 선택된 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호를 송신부(11)로부터 방사 후, 대상 물체인 사람 또는 동물로부터 반사파가 수신부(13)로 수신되면, 중간 주파수(IF) 신호로 변환하고 파장이 변화된 오디오 신호를 검출한다.
수신부(13)는 도플러 센서 PCB의 코어의 둘레에 감겨진 코일(coil)과, AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 수신 안테나가 구현되며, 상기 송신부(11)로부터 방사된 상기 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호가 대상 물체인 사람 또는 동물로부터 반사되는 파장이 변화된 반사파 신호를 수신한다.
신호 증폭부(20)는 OP-AMP 또는 Logic IC를 선택하여 비교적 좁은 공간에서 사용할 수 있는 신호 증폭과 스위칭 기능을 사용하여 수신된 반사파 신호를 증폭하며, 좁은 공간에서도 구현가능한 증폭회로를 구비한 마이크로파 도플러 센서를 구현하였다. 신호 증폭부(20)는 신호 증폭 또는 스위칭 기능을 제공한다.
신호 증폭부(20)는 도플러 센서의 RF부(10)와 연결되며, 수신부(13)와 혼합부 및 IF 신호 검출부(12)로부터 수신된 미세한 신호를 증폭하여 HIGH/LOW 신호(사람이나 동물 검출시, 비검출시 HIGH/ LOW)를 검출하여 제어부(30)로 전송한다.
제어부(30)는 신호증폭부(20)와 연결되며, 신호 증폭부(20)로부터 검출된 HIGH/LOW 신호를 전송받아, 마이크로파 도플러 센서의 감지 거리 이내에서 대상 물체인 사람이나 동물 검출시 5V - HIGH, 비검출시 0V - LOW를 이에 해당하는 제어 기능이 동작되도록 한다. 제어부(30)는 대상 물체의 존재 여부를 감지하여 표시부(LED)(37)에 표시될 수 있다.
표시부(37)는 제어부(30)와 연결되며, LED를 사용하며 대상물체인 사람이나 동물 검출시에 LED ON되며, 일정시간 동안 깜빡거리거나 특정 색상으로 표시할 수 있다.
예를들면, 제어부(30)의 제어 기능은 사람이나 동물 검출시 5V - HIGH가 검출되면, 사람이나 동물 검출을 표시하는 표시부(37)의 LED ON, 사람이나 동물의 비검출시 0V - LOW가 검출되면, 표시부(37)의 LED OFF로 동작을 표시할 수 있다.
전원부(40)는 동작 전원(DC 12V)을 공급한다.
도 4는 마이크로파 도플러 센서의 PCB 코어의 둘레에 감겨진 코일(coil)의 특성을 나타낸 도면이다.
AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 송수신 안테나를 구현한 마이크로파 도플러 센서는 마이크로파 도플러 방사를 위해 송신부(11)의 송신 안테나는 방사 패턴(pattern)을 사용하지 아니하고 송신부(11)의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 방사하였으며,
수신부(13)의 수신 안테나는 코일(coil) 및 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하며, 도플러센서 PCB의 코어에 감겨진 수신부(13)의 코일(coil) 밑에 AC 전원 라인(AC power line)을 사용한 수신 안테나를 구현하여 지향성(directivity)을 개선하였으며, 기존 송신 안테나의 방사 패턴(pattern)을 사용하는 도플러 센서 보다 넓혀진 각도에서 수신부(13)로 반사파를 수신하게 하여 마이크로파 도플러 센서의 반응 사각지대를 줄이며 움직이는 사람과 물체를 감지할 수 있다.
본 발명의 특징으로써, 송신부(11)의 송신 안테나는 방사 패턴(pattern)을 사용하지 아니하며 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하며, 주파수 선택부(17)는 송신부(11)에 연결되며, 주파수 선택부(17)에 따라 도플러센서의 RF부(10)의 송신부(11)에 인가된 주파수 선택 신호에 따라 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호가 방사되는 광대역 특성을 가진 안테나를 구현하였다.
예를 들면, 도플러 센서의 RF부(10)의 송신부(11)의 AC 전원 라인(AC power line)은 송신 안테나로 사용되며, 주파수 선택부(17)와 송신부(11)가 연결되며, 주파수 선택부(17)에 의해 다수 또는 적어도 하나 이상의 국부신호 발생기에 의해 주기적으로 발진되는 2~30 GHz의 대역의 고주파 신호를 송신부(11)로 방사되도록 제공하며, 예를 들면 5GHz, 10GHz, 20GHz, 30GHz 고주파 신호가 선택될 수 있다.
2~30 GHz 대역의 RF 주파수 신호 중에서 사용자 설정에 의해 주파수 선택부(17)에 의해 선택된 주파수 선택 신호에 따라 도플러센서의 RF부(10)의 송신부(11)로 인가되면, 송신부(11)의 AC 전원 라인으로부터 선택된 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호가 방사된다.
수신부(13)의 코일은 도플러 센서 PCB의 코어의 둘레에 감겨지며, λ/4 파장의 길이를 가지며,
Figure pat00004
의 공진 주파수를 갖으며, 송신부(11)로부터 대상 물체로 방사된 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호에 대한 반사파가 수신부의 수신 안테나로 수신된다.
제품 제작시에, 수신부의 수신 안테나는 코일(coil)의 길이와 굵기에 따라 인덕턴스(L)와 커패시턴스(C)를 갖는 LC 특성에 의해 주파수가 변경될 수 있다.
마이크로파 도플러 센서는 도플러 방사를 위해 송신부의 송신 안테나의 방사 패턴(pattern)을 사용하지 아니하고 송신부의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 방사하였으며, 주파수 선택부에 의해 광대역 특성을 가진 안테나를 갖는 송신부의 AC 전원 라인으로부터 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 신호를 선택 방사하고, 대상물체로부터 반사된 파장이 변화된 반사파 신호를 수신부로 수신하는 마이크로파 도플러 센서를 구현하였다. 마이크로파 도플러 센서의 PCB 코어에 감긴 수신부의 코일 아래에 AC 전원 라인을 사용하여 수신 안테나를 구현하여 지향성을 개선하였으며, 기존 송신 안테나의 방사 패턴을 사용하는 도플러 센서 보다 넓혀진 각도에서 반사파를 수신하게 하여 도플러 센서의 반응 사각지대를 줄이며, 좁은 공간에서 구현가능한 증폭회로를 구비한 마이크로파 도플러 센서를 구현하여 움직이는 사람과 물체를 감지한다.
특히, AC 전원 라인을 사용하여 송신부의 송신 안테나를 구현하고, 수신부에서는 코일과 AC 전원 라인을 사용하여 수신부의 수신 안테나를 구현한 마이크로파 도플러 센서는 대기전력 절전 콘센트의 각각의 콘센트 단자에 사용될 수 있다.
실시예에서는, 대기전력 절전 콘센트는 다수의 콘센트 단자를 구비하며, 장치 ID가 할당된 각각의 콘센트 단자의 내부 밑면 또는 외부 표면에서 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 송수신 안테나를 구현한 마이크로파 도플러 센서를 사용하여 인체 감지 센서를 구현하였다.
또한, 대기전력 절전 콘센트는 다수의 콘센트 단자를 구비하며, 예를들면, 장치 ID가 할당된 각각의 콘센트 단자의 내부 밑면에서 누름 스위치 또는 빛 감지 센서가 사용될 수 있다.
AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 송수신 안테나를 구현한 마이크로파 도플러 센서는 대기전력 절전 콘센트의 장치 ID가 할당된 각각의 콘센트 단자의 내부 밑면 또는 외부 표면에서 인체 감지 센서로 사용된다.
AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 송수신 안테나를 구현한 마이크로웨이브 도플러 센서는 멀티탭, 대기전력 차단 콘센트, 조명기기, 센서 스위치, 주차 유도등, 기타 센서 사용기기에 적용되는 인체 감지 센서로 사용된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 도플러 센서의 RF부 11: 송신부(AC power line)
12: 혼합부 및 IF 신호 검출부 13: 수신부(코일 및 AC power line)
17: 주파수 선택부 20: 신호 증폭부
30: 제어부 37: 표시부(LED)
40: 전원부

Claims (9)

  1. 송신 안테나의 방사 패턴(pattern)을 사용하지 않고 그 대신에 송신부의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하는 광대역 특성을 가진 안테나로부터 주파수 선택부에 의해 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호를 선택하여 방사하며, 대상 물체로부터 반사된 파장이 변화된 반사파 신호를 수신부로 수신하는 도플러 센서의 RF부;
    상기 도플러센서의 RF부에 연결되며, 수신부와 혼합부 및 IF 신호 검출부로부터 수신된 미세한 신호를 증폭하여 HIGH/LOW 신호를 전송하는 신호 증폭부;
    상기 신호 증폭부로부터 검출된 HIGH/LOW 신호를 전송받아 대상 물체인 사람이나 동물 검출시, 비검출시 HIGH/LOW에 해당하는 제어 기능이 동작되도록 하는 제어부; 및
    전원부를 포함하는, AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 선택부는 상기 도플러 센서의 RF부의 송신부에 연결되며, 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수가 선택되며,
    상기 주파수 선택부는 2~10 GHz, 또는 11~24 GHz, 또는 26~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호가 선택되는, AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도플러 센서의 RF부에서,
    상기 송신부의 송신 안테나는 AC 전원 라인을 사용하며,
    상기 수신부의 수신 안테나는 코일과 AC 전원 라인을 사용하는, AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수신부의 코일은 도플러 센서 PCB의 코어의 둘레에 감겨지며, λ/4 파장의 길이를 가지며,
    Figure pat00005
    의 공진 주파수를 갖으며, 송신부로부터 대상 물체로 방사된 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호에 대한 반사파가 수신되는, AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도플러 센서의 RF부는
    마이크로파 도플러 방사를 위해 송신 안테나의 방사 패턴(pattern)을 사용하지 아니하고 그 대신에 송신부의 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하며, 상기 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호를 방사하여 송신하는 송신부;
    도플러 센서 PCB의 코어의 둘레에 감겨진 코일(coil)과, AC 전원 라인(AC power line)을 사용하여 수신 안테나가 구현되며, 상기 송신부로부터 방사된 상기 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호가 대상 물체인 사람 또는 동물로부터 반사되는 파장이 변화된 반사파 신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 송신부와 상기 수신부에 연결되며, 적어도 하나 이상의 국부신호 발생기에 의해 주기적으로 발진되는 2~30 GHz 대역의 고주파 신호를 제공하며, 상기 주파수 선택부에 따라 상기 2~30 GHz 대역의 어느 하나의 RF 주파수 신호 방사후 대상 물체인 사람 또는 동물로부터 반사파를 수신하고, 중간 주파수(IF) 신호로 변환하고 파장이 변화된 오디오 신호를 검출하는 혼합부 및 IF 신호 검출부;
    를 포함하는 AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신호 증폭부는
    OP-AMP 또는 Logic IC를 선택하여 비교적 좁은 공간에서 사용할 수 있는 신호 증폭과 스위칭 기능을 사용하여 증폭하는, AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서는
    상기 수신부의 수신 안테나는 코일(coil) 및 AC 전원 라인(AC power line)을 사용하며, 도플러센서 PCB의 코어에 감겨진 상기 수신부의 코일 밑에 AC 전원 라인을 사용한 수신 안테나를 구현하여 지향성(directivity)을 개선하였으며, 기존 송신 안테나의 방사 패턴을 사용하는 도플러 센서 보다 넓혀진 각도에서 상기 수신부로 반사파를 수신하게 하여 마이크로파 도플러 센서의 반응 사각지대를 줄이며 움직이는 사람과 물체를 감지하는, AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서는 대기전력 절전 콘센트의 장치 ID가 할당된 각각의 콘센트 단자의 내부 또는 외부에서 인체 감지 센서로 사용되는, AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서는
    멀티탭, 대기전력 차단 콘센트, 조명기기, 센서 스위치, 주차 유도등, 기타 센서 사용기기에 적용되는 인체 감지 센서로 사용되는, AC 전원 라인을 송수신 안테나로 구현한 마이크로파 도플러 센서.
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