KR200483456Y1 - Automotive radar - Google Patents

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KR200483456Y1 KR2020140009253U KR20140009253U KR200483456Y1 KR 200483456 Y1 KR200483456 Y1 KR 200483456Y1 KR 2020140009253 U KR2020140009253 U KR 2020140009253U KR 20140009253 U KR20140009253 U KR 20140009253U KR 200483456 Y1 KR200483456 Y1 KR 200483456Y1
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Abstract

본 고안의 차량 레이더는 주파수 변조된 송신 신호를 방사하는 하나의 송신 안테나; 물체에 반사된 상기 송신 신호를 검출하여 검출 신호를 각각 출력하는 복수의 수신 안테나; 적어도 2단으로 구성된 저잡음 증폭기를 포함하고, 상기 검출 신호를 저잡음 증폭하는 복수의 저잡음 증폭부; 제1 마이크로스트립 선로를 통해 상기 송신 신호를 상기 송신 안테나 및 복수의 주파수 하향 변환기로 각각 전달하는 전력 분배부; 및 제2 마이크로스트립 선로를 통해 상기 송신 신호와 저잡음 증폭된 상기 각각의 검출 신호를 결합 및 신호 처리하여 비트 주파수 신호(beat frequency signal)를 출력하는 상기 복수의 주파수 하향 변환기를 포함하고, 상기 비트 주파수 신호를 분석함으로써 상기 물체의 속도, 상기 물체와의 거리 및 각도를 검출하며, 상기 송신 안테나 및 상기 복수의 수신 안테나는 마이크로스트립 패치(microstrip patch) 형태로 세로 방향의 장축을 갖도록 형성되고, 상기 복수의 수신 안테나는 가로 방향으로 서로 이격되어 배열되고, 상기 복수의 수신 안테나의 배열과 상기 송신 안테나는 세로 방향으로 서로 이격되고, 상기 복수의 수신 안테나의 배열과 상기 송신 안테나가 이격된 간격 사이에 접지 전극이 개재된다.The vehicle radar of the present invention includes one transmission antenna for radiating a frequency-modulated transmission signal; A plurality of reception antennas for detecting the transmission signals reflected on an object and outputting detection signals, respectively; A plurality of low-noise amplifiers including a low-noise amplifier having at least two stages and low-noise amplifying the detection signals; A power divider for transmitting the transmission signal through the first microstrip line to the transmission antenna and a plurality of frequency downconverters; And a plurality of frequency down converters for combining and processing the transmission signal and the low noise amplified detection signals through a second microstrip line and outputting a beat frequency signal, Wherein the transmitting antenna and the plurality of receiving antennas are formed to have a long longitudinal axis in the form of a microstrip patch, and the plurality of receiving antennas Wherein the plurality of reception antennas and the transmission antennas are spaced apart from each other in the longitudinal direction and are spaced apart from each other by an interval between the array of the plurality of reception antennas and the transmission antennas, Electrode is interposed.

Description

차량 레이더{AUTOMOTIVE RADAR}Vehicle radar {AUTOMOTIVE RADAR}

본 고안은 차량 레이더에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 근거리 감지용 차량 레이더에 관한 것이다.The present invention relates to a vehicle radar, and more particularly to a near-field vehicle radar.

레이더 기술은 2차 세계대전 때 미국인 물리학자에 의하여 군사적인 목적으로 발명되었다. 차량 레이더는 1970년대부터 연구가 시작되었고, 1999년 메르세데스 벤츠 S-class Distronic 모델에 최초로 장착되었다. 그 후 BMW 시리즈, AUDI, 폭스바겐 파서트, 토요타 프리우스 등 고급 차량에 장착되었고, 국내에서는 2008년에 에쿠스에 장착을 시작으로 제너시스, 쌍용 오피러스 등의 고급 차종에 장착되었으며, 최근에는 일반 차종에도 차량 레이더가 장착되는 방향으로 나아가고 있다.Radar technology was invented by the American physicist for military purposes during World War II. Vehicle radar began in the 1970s and was first fitted to the 1999 Mercedes-Benz S-class Distronic model. It has been installed in luxury vehicles such as BMW series, AUDI, Volkswagen Passat and Toyota Prius. In Korea, it was installed in Equus in 2008 and installed in luxury cars such as Genesis and Ssangyong Opirus. Recently, It is moving in the direction in which the radar is mounted.

차량 레이더는 적응형 주행제어(adaptive cruise control, ACC), 전후방 충돌 경보(Forward/Rear collision warning, FCW/RCW), 사각 감지(blind spot detection), 차선 변경 지원(lane change assist, LCA), 주차 보조(parking aide) 등 운전자의 편의 및 안전사고 예방을 위해서 다양한 기능으로 사용되고 있다.Vehicle radar includes adaptive cruise control (ACC), forward / rear collision warning (FCW / RCW), blind spot detection, lane change assist (LCA) Parking aide, etc., are used in various functions for the convenience of the driver and for the prevention of safety accidents.

차량 레이더는 크게 원거리용 차량 레이더(long range radar, LRR)와 근거리용 차량 레이더(short range radar, SRR)의 두 가지로 분류 된다.Vehicle radars are largely classified into two types, long range radar (LRR) and short range radar (SRR).

원거리용 차량 레이더는 일반적으로 10도 정도의 협각으로 150m의 감지거리를 가지며 차량 전방의 차량 등의 장애물을 감지하는 적응형 주행제어 기능을 수행하는데 사용된다.The long-range vehicle radar has a detection range of 150m with a coarse angle of 10 degrees and is used to perform an adaptive cruise control function to detect an obstacle such as a vehicle ahead of the vehicle.

근거리용 차량 레이더는 일반적으로 30m정도의 근거리를 감지하며, 원거리용 차량 레이더와는 달리 좌우 90도 정도의 광각 감지 및 각도 구분 기능이 필요하다. 상술한 다양한 기능을 수행하기 위해 근거리용 차량 레이더에는 일반적으로 복수 개의 차량 레이더가 사용되고, 따라서 원거리용 차량 레이더에 비해 비용 절감이 요구된다.The near-field vehicle radar generally detects the near range of about 30m, and unlike the long-distance vehicle radar, the wide angle detection and angle division function of about 90 degrees is necessary. In order to perform the above-described various functions, a near-field vehicle radar is generally used with a plurality of vehicle radars, and therefore, a cost reduction is required compared with a far-field vehicle radar.

본 고안이 해결하고자 하는 기술적 과제는 구성요소를 최소화하여 비용 절감을 도모하면서 물체의 속도, 물체와의 거리 및 각도 검출이 가능한 차량 레이더를 제공하는 데 있다.A technical problem to be solved by the present invention is to provide a vehicle radar capable of detecting the velocity, the distance and the angle with respect to an object while minimizing the cost by reducing the components.

본 고안의 한 실시 예에 따른 차량 레이더는 주파수 변조된 송신 신호를 방사하는 하나의 송신 안테나; 물체에 반사된 상기 송신 신호를 검출하여 검출 신호를 각각 출력하는 복수의 수신 안테나; 적어도 2단으로 구성된 저잡음 증폭기를 포함하고, 상기 검출 신호를 저잡음 증폭하는 복수의 저잡음 증폭부; 제1 마이크로스트립 선로를 통해 상기 송신 신호를 상기 송신 안테나 및 복수의 주파수 하향 변환기로 각각 전달하는 전력 분배부; 및 제2 마이크로스트립 선로의 길이에 따른 신호의 지연과 다이오드 소자를 이용하여 주파수 하향 변환 기능을 수행하고, 상기 제2 마이크로스트립 선로를 통해 상기 송신 신호와 저잡음 증폭된 상기 각각의 검출 신호를 결합 및 신호 처리하여 비트 주파수 신호(beat frequency signal)를 출력하는 상기 복수의 주파수 하향 변환기를 포함하고, 상기 비트 주파수 신호를 분석함으로써 상기 물체의 속도, 상기 물체와의 거리 및 각도를 검출하며, 상기 송신 안테나 및 상기 복수의 수신 안테나는 마이크로스트립 패치(microstrip patch) 형태로 세로 방향의 장축을 갖도록 형성되고, 상기 복수의 수신 안테나는 가로 방향으로 서로 이격되어 배열되고, 상기 복수의 수신 안테나의 배열과 상기 송신 안테나는 세로 방향으로 서로 이격되고, 상기 복수의 수신 안테나의 배열과 상기 송신 안테나가 이격된 간격 사이에 접지 전극이 개재된다.A vehicle radar according to an embodiment of the present invention includes one transmission antenna for radiating a frequency-modulated transmission signal; A plurality of reception antennas for detecting the transmission signals reflected on an object and outputting detection signals, respectively; A plurality of low-noise amplifiers including a low-noise amplifier having at least two stages and low-noise amplifying the detection signals; A power divider for transmitting the transmission signal through the first microstrip line to the transmission antenna and a plurality of frequency downconverters; And performing a frequency down conversion function using a delay element and a diode element according to the length of the second microstrip line, and combining the transmission signal and the low noise amplified detection signal through the second microstrip line, And a plurality of frequency down-converters for signal processing to output a beat frequency signal, wherein the velocity of the object, the distance and angle with the object are detected by analyzing the bit frequency signal, And the plurality of reception antennas are formed to have a long longitudinal axis in the form of a microstrip patch, the plurality of reception antennas are arranged to be spaced apart from each other in the horizontal direction, and the arrangement of the plurality of reception antennas and the transmission Wherein the antennas are spaced apart from one another in the longitudinal direction, The ground electrode is disposed between and is spaced a distance the transmission antennas.

상기 송신 신호를 생성하는 신호 생성부를 더 포함하고, 상기 주파수 하향 변환기는 상기 송신 신호를 복조 기준 신호로 사용할 수 있다.And a signal generator for generating the transmission signal, and the frequency down converter may use the transmission signal as a demodulation reference signal.

상기 송신 신호는 송신 신호는 LFMCW(linear frequency-modulated continuous wave) 방식으로 주파수 변조된 신호일 수 있다.The transmission signal may be a frequency-modulated signal using a linear frequency-modulated continuous wave (LFMCW) method.

상기 비트 주파수 신호를 디지털화하여 디지털 신호를 출력하는 ADC(analog digital converter); 및 상기 디지털 신호를 FFT(fast fourier transform) 처리하여 분석하는 디지털 신호 처리부를 더 포함할 수 있다.An analog digital converter (ADC) for digitizing the bit frequency signal and outputting a digital signal; And a digital signal processing unit for analyzing and processing the digital signal by a fast fourier transform (FFT) process.

상기 디지털 신호 처리부는 상기 디지털 신호를 힐버트 변환(Hilbert transformation)하여 직교 위상 신호를 생성하고, 상기 디지털 신호와 상기 직교 위상 신호를 사용하여 상기 비트 주파수 신호를 분석할 수 있다.The digital signal processor may generate a quadrature signal by Hilbert transforming the digital signal, and may analyze the bit frequency signal using the digital signal and the quadrature signal.

상기 복수의 수신 안테나의 배열 및 상기 송신 안테나를 각각 둘러싸도록 접지 전극이 형성될 수 있다.A ground electrode may be formed to surround the array of the plurality of reception antennas and the transmission antenna.

상기 복수의 수신 안테나는 캐리어 신호의 반 파장만큼 서로 이격될 수 있다.The plurality of receive antennas may be spaced apart from each other by half a wavelength of the carrier signal.

본 고안의 실시예에 따르면 구성요소를 최소화하여 비용 절감을 도모하면서 물체의 속도, 물체와의 거리 및 각도 검출이 가능한 차량 레이더를 제공할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to provide a vehicle radar capable of detecting the velocity, the distance to the object, and the angle of the object while minimizing the components and reducing the cost.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 차량 레이더를 도시한 도면이다.
도 2는 ADC 및 디지털 신호 처리부의 연결 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 차량 레이더의 비트 주파수 분석을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 차량 레이더의 안테나 배열 상태를 도시한 도면이다.1 is a view showing a vehicle radar according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram showing a connection state of the ADC and the digital signal processing unit.
3 is a view for explaining a bit frequency analysis of a vehicle radar according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing an antenna arrangement state of a vehicle radar according to an embodiment of the present invention.

이하 본 고안의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 다만, 하기의 설명 및 첨부된 도면에서 본 고안의 요지를 흐릴 수 있는 공지 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면 전체에 걸쳐 동일한 구성 요소들은 가능한 한 동일한 도면 부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, the detailed description of known functions or constructions that may obscure the subject matter of the present invention is omitted. It should be noted that the same constituent elements are denoted by the same reference numerals as possible throughout the drawings.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위한 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 또한 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하기 위해 사용하는 것으로, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 뿐, 상기 구성요소들을 한정하기 위해 사용되지 않는다.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed to be limited to ordinary or dictionary meanings, and the inventor is not limited to the concept of terminology for describing his or her design in the best way possible. And to be able to define it in terms of the concept of the technical idea of the present invention should be interpreted as meaning and concept. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible. Also, the terms first, second, etc. are used for describing various components and are used only for the purpose of distinguishing one component from another component, and are not used to define the components.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 차량 레이더를 도시한 도면이다.1 is a view showing a vehicle radar according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면 본 고안의 일 실시예에 따른 차량 레이더는 송신 안테나(100), 제1 수신 안테나(200), 제2 수신 안테나(210), 제1 저잡음 증폭부(300), 제2 저잡음 증폭부(310), 제1 주파수 하향 변환기(400), 제2 주파수 하향 변환기(410), 신호 생성부(500) 및 전력 분배부(600)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a vehicle radar according to an embodiment of the present invention includes a transmission antenna 100, a first reception antenna 200, a second reception antenna 210, a first low-noise amplifier 300, A first frequency down converter 400, a second frequency down converter 410, a signal generator 500, and a power divider 600. The amplifiers 310, the first frequency down converter 400, the second frequency down converter 410,

신호 생성부(500)는 송신 안테나(100)를 통해 방사될 송신 신호(10)를 생성한다. 송신 신호(10)는 LFMCW(linear frequency-modulated continuous wave) 방식으로 주파수 변조된 신호일 수 있다.The signal generator 500 generates a transmission signal 10 to be radiated through the transmission antenna 100. The transmission signal 10 may be a signal frequency-modulated by a linear frequency-modulated continuous wave (LFMCW) method.

신호 생성부(500)는 캐리어 주파수(carrier frequency)를 생성하고 램프 신호(ramp signal)를 발생시키도록 구성된 기존의 신호발생 IC(integrated circuit)를 사용할 수 있다.The signal generator 500 may use an existing signal generating integrated circuit (IC) configured to generate a carrier frequency and generate a ramp signal.

캐리어 주파수 생성, 램프 신호 발생, 캐리어 신호 전송, 캐리어 신호 수신, 주파수 하향 변환, 비트 주파수 생성 등을 모두 수행할 수 있는 단일 IC는 대부분 원거리용 차량 레이더에 사용되는 것이며 비용 측면에서 매우 불리하다. 따라서 본 고안에서는 비용 측면에서 유리한 근거리용 차량 레이더의 구성을 제안한다.A single IC that can perform both carrier frequency generation, ramp signal generation, carrier signal transmission, carrier signal reception, frequency down conversion, and bit frequency generation is mostly used in long distance vehicle radars and is very disadvantageous in terms of cost. Therefore, the present invention proposes a configuration of a near-distance vehicle radar which is advantageous in terms of cost.

본 고안의 일 실시예에 따른 차량 레이더는 송신 안테나(100)를 하나만 포함한다. 송신 안테나(100)를 복수 개 포함하게 되면, 원하는 수신 감도를 유지하기 위해 송신 전력을 키울 필요가 있어 추가의 PA(power amplifier) 또는 PA IC가 필요하게 되므로 비용 측면에서 바람직하지 않다.The vehicle radar according to one embodiment of the present invention includes only one transmitting antenna 100. [ When a plurality of transmission antennas 100 are included, it is necessary to increase the transmission power in order to maintain a desired reception sensitivity, and additional PA (power amplifier) or PA IC is required.

수신 안테나(200, 210)는 적어도 2개가 구비되며 서로 소정 간격으로 이격되어 있다. 안테나의 배치에 대해서는 도 4에서 상세히 설명한다.At least two receiving antennas 200 and 210 are provided and are spaced apart from each other by a predetermined distance. The arrangement of the antennas will be described in detail with reference to FIG.

다만, 차량 레이더가 수신 안테나(200, 210)를 2개만 구비하는 경우, 타겟 감지 시에 분해능이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 이는 수신 안테나의 개수에 맞도록 알고리즘을 고안함으로써 분해능을 보완할 수 있다.However, when the vehicle radar is provided with only two receiving antennas 200 and 210, there may be a problem that the resolution is degraded at the time of detecting the target. This can compensate for the resolution by devising algorithms to match the number of receive antennas.

본 고안의 일 실시예에 따른 차량 레이더는 제1 수신 안테나(200) 및 제2 수신 안테나(210)를 포함한다. 제1 수신 안테나(200) 및 제2 수신 안테나(210)는 물체에 반사된 송신 신호(10)를 검출하여 검출 신호(20)를 각각 출력한다. 이러한 검출 신호(20)는 복수의 저잡음 증폭부(300, 310)로 각각 전달된다.The vehicle radar according to an embodiment of the present invention includes a first receiving antenna 200 and a second receiving antenna 210. [ The first reception antenna 200 and the second reception antenna 210 detect the transmission signal 10 reflected by the object and output the detection signal 20, respectively. The detection signal 20 is transmitted to the plurality of low noise amplifiers 300 and 310, respectively.

복수의 저잡음 증폭부(300, 310)는 순차적으로 연결된 적어도 2개의 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)(350, 360, 370, 380)를 포함하고, 복수의 수신 안테나(200, 210) 각각에 전기적으로 연결되고, 검출 신호(20)를 저잡음 증폭한다.The plurality of low noise amplifying units 300 and 310 include at least two low noise amplifiers (LNAs) 350, 360, 370 and 380 sequentially connected to the plurality of receiving antennas 200 and 210 And amplifies the detection signal 20 by low noise.

본 고안에서 두 소자가 전기적으로 "연결"된다는 것은, "직접 연결"된다고 명시되지 않은 이상, 두 소자가 전선으로 직접 연결되는 경우뿐만 아니라 두 소자 사이에 다른 소자가 개재될 수 있음을 의미한다.The fact that two devices are electrically "connected" in this invention means that not only when the two devices are directly connected to the wire, but also between other devices, other devices can be interposed, unless stated to be "directly connected".

다른 소자란 인덕터, 커패시터, 저항, 트랜지스터 등이 될 수 있다. 다른 소자는 제어 신호에 따른 스위칭, 필터 역할 등을 행함으로써 회로에 유익한 효과를 줄 수 있다.Other elements may be inductors, capacitors, resistors, transistors, and the like. Other devices may have a beneficial effect on the circuit by performing switching, filtering, and the like in accordance with the control signal.

본 고안의 일 실시예에서 제1 저잡음 증폭부(300)는 2단으로 구성된 저잡음 증폭기(350, 360)를 포함하고, 제2 저잡음 증폭부(310) 또한 2단으로 구성된 저잡음 증폭기(370, 380)를 포함한다.In one embodiment of the present invention, the first low-noise amplifier 300 includes two low-noise amplifiers 350 and 360. The second low-noise amplifier 310 also includes two low-noise amplifiers 370 and 380 ).

저잡음 증폭기(350, 360, 370, 380)는 수신 안테나(200, 210)을 통해 수신되는 검출 신호(20)의 SNR(Signal to Noise Ratio)의 저하를 최소화하도록 신호를 증폭한다.The low noise amplifiers 350, 360, 370 and 380 amplify the signals to minimize the SNR (Signal to Noise Ratio) degradation of the detection signals 20 received via the reception antennas 200 and 210.

본 고안의 실시예에서는 송신 신호(10)가 PA를 거치지 않고 방사되기 때문에, 검출의 정확도를 높이기 위해서 적어도 2단으로 구성된 저잡음 증폭기(350, 360, 370, 380)가 각각의 저잡음 증폭부(300, 310)에 포함된다.In the embodiment of the present invention, since the transmission signal 10 is radiated without passing through the PA, low noise amplifiers 350, 360, 370 and 380 composed of at least two stages are connected to each low noise amplifier 300 , 310).

제1 및 제2 주파수 하향 변환기(400, 410)는 제1 및 제2 저잡음 증폭부(300, 310) 각각에 전기적으로 연결되고, 저잡음 증폭된 신호를 처리하여 비트 주파수 신호(beat frequency signal)(450, 460)를 출력한다.The first and second frequency down-converters 400 and 410 are electrically connected to the first and second low noise amplifiers 300 and 310, respectively. The first and second frequency down converters 400 and 410 process a low noise amplified signal to generate a beat frequency signal 450, and 460, respectively.

비트 주파수 신호에 대해서는 도 3에서 상세히 설명한다.The bit frequency signal will be described in detail in FIG.

제1 및 제2 주파수 하향 변환기(400, 410)는 PCB(printed circuit board) 상에서 마이크로스트립(microstrip) 선로를 통해 구현될 수 있다.The first and second frequency down-converters 400 and 410 may be implemented on a printed circuit board (PCB) via a microstrip line.

마이크로스트립 선로의 길이에 따른 신호의 지연과 다이오드 소자를 이용하여 주파수 하향 변환 기능을 구현할 수 있다.It is possible to implement a frequency down conversion function using a delay of a signal and a diode element depending on the length of the microstrip line.

전력 분배부(600)는 신호 생성부(500)에 의해 생성된 송신 신호(10)를 송신 안테나(100) 및 각각의 주파수 하향 변환기(400, 410)로 전달한다.The power divider 600 transmits the transmission signal 10 generated by the signal generator 500 to the transmission antenna 100 and the respective frequency down-converters 400 and 410.

각각의 주파수 하향 변환기(400, 410)는 전달받은 송신 신호(10)를 복조 기준 신호로 사용할 수 있다.Each of the frequency down-converters 400 and 410 may use the transmitted transmission signal 10 as a demodulation reference signal.

전력 분배부(600) 또한 주파수 하향 변환기(400, 410)와 마찬가지로 PCB 상에서 마이크로스트립 선로를 통해 구현될 수 있다.The power divider 600 may also be implemented on a PCB via a microstrip line, like the frequency down converters 400 and 410.

도 2는 ADC 및 디지털 신호 처리부의 연결 상태를 도시한 도면이다.2 is a diagram showing a connection state of the ADC and the digital signal processing unit.

도 2를 참조하면 본 고안의 일 실시예에 따른 차량 레이더는 ADC(analog digital converter)(700, 710) 및 디지털 신호 처리부(digital signal processor, DSP)(800)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, a vehicle radar according to an embodiment of the present invention may include analog digital converters (ADC) 700 and 710 and a digital signal processor (DSP) 800.

ADC(700, 710)는 비트 주파수 신호(450, 460)를 각각 전달받아 샘플링(sampling)함으로써 디지털화하여 디지털 신호를 출력한다.The ADCs 700 and 710 receive and digitize the beat frequency signals 450 and 460, respectively, and digitize them to output a digital signal.

디지털 신호 처리부(800)는 이러한 디지털 신호를 전달받아 FFT(fast fourier transform) 처리하여 분석한다.The digital signal processing unit 800 receives the digital signal and performs an FFT (fast fourier transform) process.

또한 디지털 신호 처리부(800)는 이러한 디지털 신호를 힐버트 변환(Hilbert transformation)하여 직교 위상 신호를 생성할 수 있다.The digital signal processor 800 may generate a quadrature signal by Hilbert transforming the digital signal.

차량 레이더의 검출 신호 분석에서 특정 거리에 따라 진폭이 작아지는 무효점(null-point)이 있을 수 있다. 이러한 경우, 거리에 따라 주기적으로 타겟 감지가 되지 않는 데드존(dead zone)이 발생하게 된다.In the detection signal analysis of a vehicle radar, there may be a null-point where the amplitude decreases according to a certain distance. In such a case, a dead zone occurs in which the target is not detected periodically according to the distance.

본 고안의 디지털 신호 처리부(800)는 동위상 신호(in-phase signal)인 디지털 신호와 직교 위상 신호(quadrature signal)를 사용하므로, 동위상 신호와 직교 위상 신호 중 어느 하나가 무효점을 가지더라도 다른 하나는 정상적인 출력값을 가지게 된다. 따라서 데드존 발생의 예방이 가능하다.Since the digital signal processor 800 of the present invention uses a digital signal and a quadrature signal, which are in-phase signals, any one of the in-phase signal and the quadrature signal has an invalid point And the other has a normal output value. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of a dead zone.

차량 레이더의 수신부에 직교 복조 회로(quadrature demodulation circuit)를 구비하는 경우 또한 데드존의 발생을 예방가능하나, I 신호(in-phase signal) 및 Q 신호(quadrature signal)의 배선을 별도 구비하는 등 구성이 복잡하고 비용 측면에서 불리하게 된다.In the case where a quadrature demodulation circuit is provided in the receiving portion of the vehicle radar, it is also possible to prevent occurrence of a dead zone, but it is also possible to provide a configuration in which wiring of an I signal (in-phase signal) and a Q signal (quadrature signal) This is complicated and disadvantageous in terms of cost.

따라서 본 고안에서는 이러한 직교 복조 회로의 구성을 생략하고, 디지털 신호 처리부(800)에서 직교 위상 신호를 생성하여 사용한다.Therefore, in the present invention, the configuration of such an orthogonal demodulation circuit is omitted, and a digital signal processor 800 generates and uses a quadrature-phase signal.

도 3은 본 고안의 일 실시예에 따른 차량 레이더의 비트 주파수 분석을 설명하기 위한 도면이다.3 is a view for explaining a bit frequency analysis of a vehicle radar according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면 송신 신호(10) 및 검출 신호(20)가 시간-주파수 평면에서 상부 그래프에 예시적으로 도시되어 있다. 하부 그래프에는 송신 신호(10)와 검출 신호(20)의 주파수 차이로서 비트 주파수 신호가 예시적으로 도시되어 있다.Referring to FIG. 3, a transmit signal 10 and a detect signal 20 are illustrated, for example, in a top graph in a time-frequency plane. In the lower graph, a bit frequency signal as an example of the frequency difference between the transmission signal 10 and the detection signal 20 is illustrated.

도 3에서 송신 신호(10)는 LFMCW 방식에 따라 주파수 변조된다. 송신 신호(10)는 램프 수행 시간(T1)에 따라 스위프(sweep)되어 삼각형의 파형을 가질 수 있다.In FIG. 3, the transmission signal 10 is frequency-modulated according to the LFMCW scheme. The transmission signal 10 may be swept according to the ramp execution time T1 to have a triangular waveform.

거리가 R이고, 상대 속도 V로 움직이는 물체가 있을 때, 도 3에 도시된 변수 및 아래 수학식 1 및 2를 사용하여 물체와의 거리 및 상대 속도를 알 수 있다.When the distance is R and there is an object moving at the relative speed V, the distance and the relative speed with respect to the object can be determined using the parameters shown in FIG. 3 and the following Equations 1 and 2.

이때 fr은 반사될 때 까지의 시간 지연으로 인한 비트 주파수, B는 주파수 대역, T1은 램프 수행 시간, fv는 도플러 주파수(Doppler frequency), L은 캐리어 신호의 파장, c는 빛의 속도이다.Where f is the Doppler frequency, L is the wavelength of the carrier signal, and c is the speed of light. In this case, fr is the bit frequency due to the time delay until reflected, B is the frequency band, T1 is the lamp execution time, fv is the Doppler frequency.

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112014121706781-utm00001
Figure 112014121706781-utm00001

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure 112014121706781-utm00002
Figure 112014121706781-utm00002

제1 수신 안테나(200)와 제2 수신 안테나(210)를 구비함으로써 물체의 각도 또한 측정이 가능하다.By providing the first and second receiving antennas 200 and 210, the angle of the object can be measured.

제1 수신 안테나(200)와 제2 수신 안테나(210)는 가로 방향(x)의 범위에 존재하는 물체로부터 반사된 송신 신호(10)를 수신한다.The first reception antenna 200 and the second reception antenna 210 receive the transmission signal 10 reflected from an object in the range of the horizontal direction x.

제1 수신 안테나(200)와 제2 수신 안테나(210)는 도 4에서 후술하듯이 서로 이격되어 있고, 경로 차이에 따라서 각각의 검출 신호(20)의 위상에 차이가 있다. 이러한 위상 차이로부터 물체와 차량 레이더 간의 각도를 알 수 있다.The first reception antenna 200 and the second reception antenna 210 are spaced apart from each other as will be described later with reference to FIG. 4, and the phases of the detection signals 20 are different according to the path difference. From this phase difference, we can know the angle between the object and the vehicle radar.

도 4는 본 고안의 일 실시예에 따른 차량 레이더의 안테나 배열 상태를 도시한 도면이다.4 is a view showing an antenna arrangement state of a vehicle radar according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면 본 고안의 일 실시예에 따른 차량 레이더의 안태나 배열에는 송신 안테나(100), 제1 수신 안테나(200) 및 제2 수신 안테나(210)가 마이크로스트립 패치(microstrip patch) 형태로 세로 방향(y)의 장축을 갖도록 형성되어 있다.Referring to FIG. 4, the transmission antenna 100, the first reception antenna 200, and the second reception antenna 210 are formed as microstrip patches in a configuration or arrangement of a vehicle radar according to an embodiment of the present invention. And has a long axis in the vertical direction y.

송신 안테나(100), 제1 수신 안테나(200) 및 제2 수신 안테나(210) 각각은 차량 레이더의 회로부와 전기적으로 연결되는 접점(101, 201, 211)을 구비한다.Each of the transmitting antenna 100, the first receiving antenna 200 and the second receiving antenna 210 has contacts 101, 201, and 211 electrically connected to the circuit portion of the vehicle radar.

제1 수신 안테나(200)와 제2 수신 안테나(210)는 가로 방향(x)으로 서로 이격되어 배열된다. 이때 이격되는 간격은 캐리어 신호의 반 파장에 대응될 수 있다.The first reception antenna 200 and the second reception antenna 210 are spaced apart from each other in the horizontal direction x. The spacing may correspond to a half wavelength of the carrier signal.

캐리어 신호가 24GHz의 주파수를 가진다면 캐리어 신호의 파장은 공기 중에서 근사적으로 1.25cm이다. 따라서 제1 수신 안테나(200)와 제2 수신 안테나(210)는 가로 방향(x)으로 0.625cm만큼 서로 이격될 수 있다.If the carrier signal has a frequency of 24 GHz, the wavelength of the carrier signal is approximately 1.25 cm in air. Accordingly, the first receiving antenna 200 and the second receiving antenna 210 may be spaced apart from each other by 0.625 cm in the horizontal direction (x).

본 고안의 실시예에서 수신 안테나(200, 210)의 배열과 송신 안테나(100)는 세로 방향(y)으로 서로 이격된다.In the embodiment of the present invention, the array of the reception antennas 200 and 210 and the transmission antennas 100 are spaced apart from each other in the vertical direction y.

FMCW 방식의 레이더의 단점 중 하나는 송신-수신 누설 문제(Tx-to-Rx leakage problem)이다. 이는 송신 신호(10)가 PCB 상에서 수신부쪽으로 누설되거나 레이돔(radome) 등의 근접 반사로 인하여 DC 또는 저주파 비트 주파수 신호를 생성하는 문제이다. One of the disadvantages of the FMCW radar is the Tx-to-Rx leakage problem. This is a problem where the transmitted signal 10 leaks towards the receiver on the PCB or generates DC or low frequency bit frequency signals due to proximity reflections, such as radomes.

안테나의 특성을 고려하자면, 안테나는 감지 각도와 이득의 곱이 일정하고, 안테나의 길이가 길어지면 길어진 방향으로 감지 각도가 좁아진다. 원형의 안테나는 모든 방향으로 감지가 가능하나 이득이 작다.Considering the characteristics of the antenna, the antenna has a constant product of the sensing angle and the gain, and when the length of the antenna is long, the sensing angle is narrowed in a long direction. Circular antennas are detectable in all directions but gain is small.

따라서 도 4와 같이, 수신 안테나(200, 210)의 배열과 송신 안테나(100)가 장축 방향인 세로 방향(y)으로 서로 이격하게되면, 차량 레이더의 송신 신호 및 검출 신호에의 영향을 최소화할 수 있다.4, when the array of the receiving antennas 200 and 210 and the transmitting antenna 100 are spaced apart from each other in the longitudinal direction y, which is the major axis direction, the influence of the transmission signal and the detection signal of the vehicle radar is minimized .

제1 수신 안테나(200)와 제2 수신 안테나(210)는 서로 세로 방향(y)으로 이격되지 않고, 가로 방향(x)으로 이격되지만, 동일한 수신부를 구성하므로 문제되지 않는다.The first reception antenna 200 and the second reception antenna 210 are spaced apart from each other in the vertical direction y but in the horizontal direction x.

또한 상술한 송신-수신 누설 문제를 더 효과적으로 해결하기 위해, 본 고안의 실시예에서는, 수신 안테나(200, 210)의 배열과 송신 안테나(100)가 이격된 간격 사이에 접지 전극(910)을 개재한다.In order to more effectively solve the above-described transmission-reception leakage problem, in the embodiment of the present invention, the ground electrode 910 is interposed between the array of the reception antennas 200 and 210 and the interval where the transmission antenna 100 is spaced apart do.

접지 전극(910)은 연장되어 수신 안테나(200, 210)의 배열과 송신 안테나(100)를 각각 둘러 싸도록 형성될 수 있다(900).The ground electrode 910 may be extended 900 to surround the array of receive antennas 200 and 210 and the transmit antenna 100, respectively.

지금까지 참조한 도면과 기재된 고안의 상세한 설명은 단지 본 고안의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 고안을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 고안의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The detailed description of the drawings and the design described herein is merely exemplary of the invention, which is used for purposes of illustration only and is not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the meaning of the claims. It is not. Therefore, those skilled in the art will appreciate that various modifications and equivalent embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

100: 송신 안테나
200: 제1 수신 안테나
210: 제2 수신 안테나
300: 제1 저잡음 증폭부
310: 제2 저잡음 증폭부
400: 제1 주파수 하향 변환기
410: 제2 주파수 하향 변환기
500: 신호 생성부
600: 전력 분배부
900, 910: 접지 전극100: transmitting antenna
200: first receiving antenna
210: second receiving antenna
300: first low noise amplifier
310: second low noise amplifier
400: a first frequency down converter
410: second frequency down converter
500:
600: Power distributor
900, 910: ground electrode

Claims (7)

주파수 변조된 송신 신호를 방사하는 하나의 송신 안테나;
물체에 반사된 상기 송신 신호를 검출하여 검출 신호를 각각 출력하는 복수의 수신 안테나;
적어도 2단으로 구성된 저잡음 증폭기를 각각 포함하고, 상기 검출 신호를 저잡음 증폭하는 복수의 저잡음 증폭부;
제1 마이크로스트립 선로를 통해 상기 송신 신호를 상기 송신 안테나 및 복수의 주파수 하향 변환기로 각각 전달하는 전력 분배부; 및
제2 마이크로스트립 선로의 길이에 따른 신호의 지연과 다이오드 소자를 이용하여 주파수 하향 변환 기능을 수행하고, 상기 제2 마이크로스트립 선로를 통해 상기 송신 신호와 저잡음 증폭된 상기 각각의 검출 신호를 결합 및 신호 처리하여 비트 주파수 신호(beat frequency signal)를 출력하는 상기 복수의 주파수 하향 변환기를 포함하고,
상기 비트 주파수 신호를 분석함으로써 상기 물체의 속도, 상기 물체와의 거리 및 각도를 검출하며,
상기 송신 안테나 및 상기 복수의 수신 안테나는 마이크로스트립 패치(microstrip patch) 형태로 세로 방향의 장축을 갖도록 형성되고, 상기 복수의 수신 안테나는 가로 방향으로 서로 이격되어 배열되고, 상기 복수의 수신 안테나의 배열과 상기 송신 안테나는 세로 방향으로 서로 이격되고, 상기 복수의 수신 안테나의 배열과 상기 송신 안테나가 이격된 간격 사이에 접지 전극이 개재되는
차량 레이더.A transmission antenna for radiating a frequency-modulated transmission signal;
A plurality of reception antennas for detecting the transmission signals reflected on an object and outputting detection signals, respectively;
A plurality of low-noise amplifiers each including a low-noise amplifier having at least two stages and low-noise amplifying the detection signal;
A power divider for transmitting the transmission signal through the first microstrip line to the transmission antenna and a plurality of frequency downconverters; And
Performing a frequency down conversion function using a delay of a signal according to the length of the second microstrip line and a diode element, and combining and combining the transmission signal and the low noise amplified detection signal through the second microstrip line, And outputting a beat frequency signal, wherein the plurality of frequency down-
Detecting a speed of the object, a distance and an angle with the object by analyzing the bit frequency signal,
Wherein the transmission antenna and the plurality of reception antennas are formed to have a long longitudinal axis in the form of a microstrip patch, the plurality of reception antennas are arranged to be spaced apart from each other in the transverse direction, And the transmission antennas are spaced apart from each other in the longitudinal direction, and a ground electrode is interposed between the array of the plurality of reception antennas and the interval where the transmission antennas are spaced apart
Vehicle radar. 제1 항에 있어서,
상기 송신 신호를 생성하는 신호 생성부를 더 포함하고,
상기 주파수 하향 변환기는 상기 송신 신호를 복조 기준 신호로 사용하는
차량 레이더.The method according to claim 1,
And a signal generator for generating the transmission signal,
The frequency down-converter uses the transmission signal as a demodulation reference signal
Vehicle radar. 제2 항에 있어서,
상기 송신 신호는 LFMCW(linear frequency-modulated continuous wave) 방식으로 주파수 변조된 신호인
차량 레이더.3. The method of claim 2,
The transmission signal is a frequency-modulated signal in a linear frequency-modulated continuous wave (LFMCW)
Vehicle radar. 제1 항에 있어서,
상기 비트 주파수 신호를 디지털화하여 디지털 신호를 출력하는 ADC(analog digital converter); 및
상기 디지털 신호를 FFT(fast fourier transform) 처리하여 분석하는 디지털 신호 처리부를 더 포함하는
차량 레이더.The method according to claim 1,
An analog digital converter (ADC) for digitizing the bit frequency signal and outputting a digital signal; And
And a digital signal processor for processing the digital signal by FFT (Fast Fourier Transform) processing and analyzing
Vehicle radar. 제4 항에 있어서,
상기 디지털 신호 처리부는 상기 디지털 신호를 힐버트 변환(Hilbert transformation)하여 직교 위상 신호를 생성하고,
상기 디지털 신호 및 상기 직교 위상 신호 중 하나에 포함된 무효점을 회피하여 상기 비트 주파수 신호를 분석하는
차량 레이더.5. The method of claim 4,
The digital signal processor generates a quadrature signal by Hilbert transforming the digital signal,
And analyzing the bit frequency signal by avoiding an invalid point included in one of the digital signal and the quadrature signal
Vehicle radar. 제1 항에 있어서,
상기 복수의 수신 안테나의 배열 및 상기 송신 안테나를 각각 둘러싸도록 접지 전극이 형성되는
차량 레이더.The method according to claim 1,
A ground electrode is formed so as to surround the array of the plurality of reception antennas and the transmission antenna
Vehicle radar. 제1 항에 있어서,
상기 복수의 수신 안테나는 캐리어 신호의 반 파장만큼 서로 이격되어 있는
차량 레이더.The method according to claim 1,
The plurality of reception antennas are spaced apart from each other by half a wavelength of a carrier signal
Vehicle radar.
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