The robot industry has been actively researched for miniaturized and low cost radar sensor technology. In this paper, we propose a compact radar using a self-oscillating mixer and a motion vector decesion system by two compact radars.
First, the proposed self-oscillating mixer is designed to perform transmit and mixing functions to be used as a radar. At this time, a single antenna exists as a port that outputs a signal and simultaneously receives an RF signal. Also, through the analysis of the conversion gain, it is analyzed that the conversion gain of the self - oscillating mixer operating in always saturation region is larger than that of the self - oscillating mixer operating in the pinch - off region if the oscillation signal is larger than a certain level. Thus, the active elements operating in the saturation region are oscillated with the parallel feedback dielectric resonator oscillator structure, and RF signals are input to the antenna port to confirm the mixing function. The output power is 7dBm and the conversion gain is 1.8dB.
Secondly, the proposed dual radars system is a system that locates two small radars perpendicularly in space and uses the relative velocity of a motion vector and the Doppler frequency is projected when the incident angle exists. Prior to the dual radars system, the specification of single radar system was analyzed and the required P1dB and the noise figure were analyzed as -11dBm and 53dB within the detection distance of 3m, respectively. In order to solve the ambiguity of Doppler shift sign in the homodyne CW radar structure, we solve this problem by using the amplitude change rate of the Doppler waveform.
Measurement results of the compact dual radar system showed an output of 4.8 dBm at 9.768 GHz and an average conversion gain of 0.08 dB when the conversion gain was measured according to the distance. In addition, motion vector can be extracted through motion vector detection algorithm. The speed error rate of the vector is 11% and the angular error rate is 0.8%.
로봇 산업의 확장으로 소형화 저비용 레이더 센서 기술에 대해 활발히 연구 되고 있다. 본 논문에서는 자가 발진 믹서를 이용한 컴팩트 레이더와 두 개의 소형 레이더를 이용한 움직임 벡터 결정 시스템을 제안한다.
첫번째로, 제안하는 자가 발진 믹서는 레이더로서 이용되기 위하여 송신 신호 및 믹싱 기능을 하도록 설계되었다. 이때, 단일 안테나는 신호를 출력하고 동시에 RF 신호를 수신하는 포트로서 존재한다. 또한, 변환 이득 분석을 통해 상시 포화 영역에서 발진 신호가 어느 일정 이상 크다면 핀치 오프 영역에서 동작하는 자가 발진 믹서보다 변환 이득이 더 크게 됨을 분석하였다. 이에 따라 상시 포화 영역에서 동작하는 능동 소자를 병렬 궤환 방식의 유전체 공진기 발진기 구조에 따라 발진 시킨 후 안테나 포트로 RF 신호를 입력하여 믹싱 기능을 확인하였다. 출력 전력은 7dBm, 변환 이득은 1.8 dB로 시뮬레이션 결과가 도출되었다.
두번째로, 제안하는 듀얼 레이더 시스템은 두 개의 소형 레이더를 공간 상에 수직으로 배치하여 도플러 효과가 입사각에 따라 그 상대 속도가 투사 됨을 이용하여 움직임 벡터를 찾는 시스템이다. 이에 앞서 단일 레이더 시스템의 규격을 분석하여 탐지 거리 3m 내에서의 요구되는 P1dB는 -11dBm, 잡음 지수는 53dB로 분석되었다. 또한 호모다인 CW 레이더 구조의 도플러 변이 부호의 모호성을 해결하기 위해 도플러 파형의 진폭 변화율을 이용하여 이를 해결하였다.
컴팩트 듀얼 레이더 레이더 시스템의 측정 결과 9.768 GHz에서 4.8 dBm의 발진 신호가 출력되었고 거리에 따라 변환 이득을 측정하였을 때 평균 0.08dB의 변환 이득을 보였다. 또한 움직임 벡터 검출 알고리즘을 통해 움직임 벡터를 추출할 수 있었고, 벡터의 속력 오류율은 11%, 각도 오류율은 0.8%였다.
