Recently, the short range radar has been widely used in the various automotive applications. There are various design issues to satisfy the requirements for automotive applications; Minimizing the size, lowering the cost, the maximum detection range, high resolution, high accuracy, fast data up-date time, and high power-efficiency, so on. In this thesis, pulse oscillator and mixer for the short range radar are proposed and the short range radar using long pulse is proposed.
In the short pulse radar, the short pulse generation is key component. The previously reported pulse generators are inefficient power characteristics because the generator consume the power when it does not radiate pulse. In this thesis, the power efficient pulse oscillator is proposed. The oscillator uses common base inductive feedback topology without output buffers, and a bias current is switched on and off with pulse control voltages. The oscillator does not use the bias current when it does not work, which leads to high power efficiency. The pulse oscillator was fabricated using InGaP/GaAs HBT technology and measured. The oscillator shows very excellent performance both in the CW mode and pulse mode operations. In the CW mode, a high output power of 8 dBm, a low phase noise of -120.83 dBc/Hz, and a frequency tuning range of 2.3 GHz are measured. In the pulse mode, the oscillator shows a 1ns pulse width and 5 ps of phase jitter. The proposed oscillator was developed for automotive UWB short-range sensors and can be widely utilized for the sensor system requiring low-power operation.
In the short range radar system, the direct conversion receiver is preferred for the simple structure system and lower cost. In the direct conversion receiver, LO leakage is the most important issue. In this thesis, the K-band high LO-to-RF isolation mixer is proposed. The mixer was fabricated using InGaP/GaAs HBT technology and measured by comparing the conventional double balance mixer. The LO-to-RF isolation was improved by 3~4 dB compared to that of the convention double balanced mixer. The conversion gain was also improved 2~3 dB. The P1dB is -1.16 dBm when RF input power is -12.34 dBm. The proposed mixer can be utilized for the direct conversion receiver.
Lastly, the short range radar using long pulse instead of short pulse is proposed. The structure of the proposed radar sensor is simpler than the previously reported short pulse radars. In addition, the proposed radar sensor does not need wideband components because it uses the long pulse. Although the radar sensor uses long pulse, the high range accuracy is obtained. The proposed radar is implemented with the pulse oscillator and mixer described above. The measurement results show that the fast data up-date time and high accuracy are obtained, and validates that the proposed radar sensor is proper for the automotive application.
최근 근거리 레이더 시스템은 자동차의 안전과 편리함을 향상시키기 위한 응용분야, 산업에서 정밀한 거리 측정 등의 다양한 분야에서 사용되고 있다. 이러한 레이더 시스템은 응용 분야에 따라 다양한 성능을 요구한다. 특히 레이더 시스템의 소형화, 적은 제작 비용, 최대 측정거리의 향상, 고해상도, 정확성, 빠른 측정시간, 적은 전력 소모 등이 레이다 시스템을 설계하는데 주요 고려사항이 되고 있다. 이 논문에서는 이러한 단거리 레이다 시스템의 요구 사항을 만족 시킬 수 있는 단위 회로들과 새로운 구조의 단거리 레이다 시스템을 제안하였다.
많은 단거리 레이다 중에서 짧은 펄스를 이용한 레이다에서는 짧은 펄스 생성하는 회로가 중요한 구성 요소가 된다. 기존의 펄스 생성기에서는 전력 효율이 좋지 않으므로 이를 향상 시키기 위한 고효율 펄스 생성기를 제안하였다. 이를 위하여 기존의 L-C 오실레이터 대신 공통 베이스 구조의 오실레이터를 사용하여 대기 상태에서의 전류 소모를 최소화할 수 있는 구조를 제안하였다. InGaP/GaAs HBT 를 이용하여 제안한 펄스 오실레이터를 제작하여 측정하였다. 측정 결과 출력 전력, 위상 잡음 등에서 좋은 특성을 얻을 수 있었고 특히 효율 면에서 우수한 특성을 얻을 수 있다.
단거리 레이다 시스템에서는 적은 비용의 시스템을 위하여 직접 변환 수신기(direct conversion receiver) 방식이 선호된다. 직접 변환 수신기에서는 혼합기에서 LO 신호의 누설에 의하여 생성되는 DC offset이 문제가 된다. 따라서 LO 신호의 누설을 줄이기 위한 방식의 혼합기가 제안되었다. 전통적이 double balanced 혼합기의 RF증폭단과 LO 스위치단 사이에 공통베이스 트랜지스터를 삽입하여 LO 누설 신호가 RF 증폭단의 입력단으로 넘어오는 것을 최소화 하였다. InGaP/GaAs HBT 를 이용하여 제안한 혼합기를 제작하여 측정하였다. 측정 결과 3~4 dB의 LO누설 신호를 감소하는 효과를 얻을 수 있었다.
기존의 단거리 레이다 시스템은 거리의 해상도나 정확도를 향상시키기 위하여 펄스 폭을 가능한 짧게 사용해야 한다. 이 논문에서는 long pulse를 사용하면서도 고해상도와 정확성을 향상 시킬 수 있는 단거리 레이다 시스템을 제안하였다. 최대 측정거리는 5 m, 정확도는 $\pm6$ cm 에러 범위 이내, 100 ms의 거리 측정속도를 얻을 수 있었다. 이는 자동차용 단거리 레이다 센서에 쓰일 수 있을 것으로 기대된다.
