The Radar which was initially developed for military purpose is now used more and more in our industry. It is used in many different field such as vehicular radar, marine radar, aviation radar etc. In this thesis focused on Short range radar.
The short range radar can be used in many fields such as level gauging and anti-collision system etc. Many methods for Short range radar exist such as infrared, 3D Camera, Ultra sound. but these methods are affected by environment but Microwave radar can be used regardless of environment. In the microwave short range radar, pulsed radar can`t use because the round trip time of waves are shorter than pulse width. FMCW radar can measure the distance using frequency modulation. and it has some advantage of simplicity and easy to implement.
In this thesis, Design the High Speed FMCW RADAR Using DDS. It has 30us sweep time and 150MHz bandwidth in X-band. Additional Delay line is inserted in receiver to shift the beat frequency up band. And the GVA are used to reduce the leakage noise and its harmonics.
레이더 기술은 최초에 군사용으로 개발되어 수십 년간 수많은 발전을 이뤄왔다. 최근에는 레이더 기술이 군사용뿐 아니라 일상생활에서도 사람의 편의를 위한 기술로 발전하고 있다. 하지만 최초에 군사용으로 개발되었고 현재에도 군에서 핵심기술로 사용되기 때문에 기술적 노하우들이 쉽게 공개되거나 기술이전이 되지 않는다. 근거리 측정에서는 적외선센서나 3D 카메라 초음파 센서 등으로 측정을 할 수 있으나, 기상환경 악화로 안개가 끼거나 악천후 시 그리고 먼지가 많은 지역에서는 성능이 현저하게 떨어진다는 단점이 있다. 마이크로웨이브 레이더는 이러한 단점을 보완하고 환경에 상관없이 사용이 가능하다는 장점이 있다. 근거리 레이더의 경우에는 짧은 거리 때문에 펄스레이더를 사용할 수 없어, CW 레이더를 사용한다. 일반적인 CW레이더의 경우는 단일 주파수를 사용하기 때문에 도플러 효과에 의한 속도는 알 수 있지만, 타겟의 거리는 알 수 없는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 CW레이더에 주파수 변조를 시켜주면, 속도정보뿐만 아니라 거리정보까지 알 수 있다. 또한 근거리 레이더에서 거리정보를 실시간으로 처리하기 위해, 빠른 주파수 스윕 특성이 필요하다.
본 논문에서는 주파수원으로는 고속의 주파수 스윕이 가능하고, 주파수 분해능이 뛰어난 DDS(Direct Digital Synthesizer : 직접 디지털 합성기)를 이용하여 30us의 주기를 갖고 85MHz ~115MHz의 30MHz 대역폭을 갖는 신호를 생성하였다. 이 신호는 PLL 출력신호인 2.26GHz 신호에 의해 중간주파수대역으로 변환된다. 중간주파수대 신
호는 체배기에 의해 5배 곱해져 X-Band(10.725 ~ 10.875GHz)대역의 신호가 된다. 실험은 송신단과 수신단의 격리도를 높이기 위해 송·수신 안테나를 분리시켰고,
10cm~200cm까지 10cm 단위로 거리를 변화시키면서 측정하였다.
주파수 스윕이 빨라지면서 내부 누설 비트신호가 생기게 된다. 30us의 스윕타임을 가지므로, 혼합기에서 생성된 비트신호는 33KHz의 누설비트신호와 이의 하모닉 성분들이 포함되어 있다.
이상적으로는 2m 타겟의 비트신호는 132KHz가 나와야 하지만, 누설비트신호의 하모닉 성분들에 의해 가려져 원하는 타겟비트신호를 구별하기 힘들다.
이를 해결하기 위해서 본 논문에서는 수신 단에 추가적인 딜레이 라인을 주어 타겟 비트신호를 상위주파수 대역으로 이동시켰다. 또한 GVA를 이용하여 누설비트신호와 이의 하모닉 성분들을 제거하고, 타겟비트신호는 증폭시켰다. 실험결과로 거리가 50cm씩 증가할 때 마다 주파수가 33KHz씩 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 제작된 레이더의 실험으로 DDS를 이용한 고속FMCW 레이더가 근거리 측정에서 정확히 동작하는 것을 확인 하였다.
본 논문의 1장에서는 근거리 레이더기술의 필요성에 대해서 설명하였으며, 2장에서는 FMCW레이더의 거리 측정 원리와 각 종류별 레이더의 특징에 대해 설명하였고, 레이더 크로스 섹션 등을 설명하며 전체적인 논문을 이해하는데 필요한 이론적인 내용들을 설명하였다. 3장에서는 아날로그 방식의 레이더를 분석한 결과와 이에 들어있는 기술들을 설명 하고, 디지털 방식의 고속 FMCW레이더의 전체적인 블록도와 각 블록별 특성 및 근거리 레이더에서 발생할 수 있는 누설 비트신호 문제와 이의 해결 방안에 대해서 설명하였다. 그리고 4장에서는 이 시스템에 대한 전체적인 결론으로 마무리 지었다.
