In this paper, a new balanced Doppler radar front-end architecture with Tx leakage canceller for antenna impedance variation and antenna mutual coupling is proposed. Consisting of two quadrature hybrids, two ring hybrids and 4-port feed antenna system, the proposed balanced structure achieves high transmit/receive (Tx/Rx) isolation stable to antenna impedance variation and antenna mutual coupling. The proposed 4-port feed antenna is configured by dual fed 2x1 patch array having 6.97 dBi and 5.65 dBi of measured Tx and Rx peak gain, respectively. In addition, the proposed architecture undergoes no power loss in both transmit and receive paths, and obtains the measured Tx/Rx isolation of more than -45 dB stable at 24 GHz regardless of the load variation. The proposed architecture that can determine the speed as low as 0.5 mm/s (0.078 Hz Doppler shift) is theoretically and experimentally analyzed for high isolation despite of antenna mismatch.
다양한 분야에서 사용되어 지고 있는 단거리 레이더 시스템 중, 24 GHz 대역은 시스템의 소형화의 장점으로 많은 연구들이 진행되어 왔다. 송수신기가 단일 안테나로 설계된 시스템에서는 송신단에서 수신단으로 원치 않게 흘러 넘어가는 누설 신호가 존재하는데, 기존의 연구들에서는 특정 조건에서만 송신누설 신호를 제거할 수 있는 한계가 있었다. 따라서 본 논문에서는 안테나의 로드 임피던스가 변하더라도 안정적인 송신 누설 신호 제거 특성을 갖는 24 GHz 도플러 레이더의 전치단을 설계하였다.
본 논문에서 제안된 밸런스 타입의 도플러 레이더 전치단은 단일 안테나를 사용하지만, 안테나의 로드 임피던스의 변화에 영향을 받지 않으며, 배열 안테나의 멀티 포트 간의 커플링에 의한 영향도 캔슬하여 안정적 송신 누설 신호 제거 특성을 갖는다. 안테나는 $2\times1$ 패치 안테나로 설계 되었으며, 송신 누설 제거기는 2개의 링 하이브리드 커플러와 2개의 쿼드러쳐 하이브리드 커플러로 이루어 졌다. 안테나는 6.97 dBi, 5.65 dBi의 측정 이득을 보였으며, 송신 누설 신호 제거 특성은 24 GHz 에서 안테나 임피던스 변화에도 상관없이 약 -45 dB 이상의 안정적인 격리도 특성을 나타내었다. 제작된 24 GHz 도플러 레이더 전치단은 액티브 소자들과 멀티 레이어 기판의 제작을 통해 구현 및 도플러 시프트를 측정하여 잘 응용 및 동작됨을 확인하였다.