WO2022225155A1 - Radiometer for microwave receiver, and error compensation method therefor - Google Patents

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WO2022225155A1
WO2022225155A1 PCT/KR2022/002082 KR2022002082W WO2022225155A1 WO 2022225155 A1 WO2022225155 A1 WO 2022225155A1 KR 2022002082 W KR2022002082 W KR 2022002082W WO 2022225155 A1 WO2022225155 A1 WO 2022225155A1
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clock signal
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microwave switch
demodulator
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어윤성
장원일
김남영
김은성
신재우
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(주)이지템
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    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
    • H04L27/14—Demodulator circuits; Receiver circuits

Definitions

  • the present invention relates to a radiometer for a microwave receiver and an error compensation method thereof, and more particularly, to a switching clock error in a receiver of a Dicke radiometer, which is one of the temperature sensing receivers of the RF method for temperature sensing,
  • the present invention relates to an error compensation method that improves the accuracy of temperature detection by compensating an output error voltage caused by an error between path gains, and a radiometer receiver to which it is applied.
  • the amount of wavelength and component of light and radio waves radiated from a material can be expressed as a function of temperature.
  • the radiation signal B P has a value proportional to the square of the frequency and the temperature as shown in Equation 1 below according to the Raleigh-Jeans law.
  • the radiation power (P n ) within the frequency BW received by the antenna can be expressed as in Equation 2 below.
  • the radiometer can be classified into a total power radiometer and a Dicky radiometer as a receiver structure of the radiometer. Compared to powered radiometers, Dicky radiometers have very good temperature resolution.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the structure of a receiver of a general Dickie radiometer.
  • the microwave switch (SW) (2) and the demodulator (4) are switched at the same clock, and the temperature of the object to be detected is TA through the antenna ( 1 ). It is received with radiant power corresponding to
  • a reference noise source (load) 3 of the reference temperature (T ref ) to be compared is provided, so that power according to the reference temperature (T ref ) can be applied therethrough.
  • the demodulator (4) is connected to the first path (P1), the microwave switch (SW) (2) is a reference noise source (load) ( When connected to 3), the demodulator 4 is connected to the second path P2. Accordingly, power corresponding to T A received through the antenna 1 is applied to the integrator 5 at the rear stage for half cycle, and power corresponding to the reference temperature (T ref ) becomes negative for the other half cycle and is input. .
  • the output value becomes the same as Equation 3 below, and eventually the output voltage becomes 0.
  • the Dicky radiometer has an output of T A -T ref , so there is no effect of the receiver's T RX , and it is insensitive to changes in the receiver gain. have.
  • Patent Document 1 Korean Patent No. 10-1950592 (Registered on February 14, 2019)
  • the present invention has been devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to output error voltage due to the duty error ⁇ t of the clock and the gain error ⁇ A (or mismatch) of the demodulator in the Dickie radiometer receiver.
  • an object of the present invention is to output error voltage due to the duty error ⁇ t of the clock and the gain error ⁇ A (or mismatch) of the demodulator in the Dickie radiometer receiver.
  • Another object of the present invention is to provide a radiometer for a microwave receiver capable of accurately measuring the temperature TA of an object through correction of an output error voltage, and an error compensation method thereof.
  • a radiometer for a microwave receiver for achieving the above object includes a microwave switch selectively connecting an antenna and a reference noise source, a switch synchronized with the microwave switch, and input through the microwave switch A demodulator that multiplies the obtained signal by a predetermined gain value, an integrator that generates an output value by calculating a signal input from the demodulator, a duty corrector that adjusts a duty value of a clock signal for controlling the microwave switch, the duty corrector and a controller configured to generate a duty correction value of the clock signal based on an output value of the path switch and the integrator positioned between the microwave switch and the microwave switch.
  • the controller controls the duty corrector to an initial value, the demodulator multiplies the gain by the signal input through the microwave switch, and then transmits it to the demodulator, the demodulator a first correction step of calculating an output value by calculating the signal, calculating a duty correction value based on the output value, and generating a correction clock signal for controlling the microwave switch based on the duty correction value and a normal operation step of controlling the microwave switch based on the corrected clock signal.
  • the radiometer for a microwave receiver and its error compensation method it is possible to reduce the influence of temperature measurement due to the receiver gain deviation in a radiometer, which is a radio wave type temperature sensor, and to achieve excellent temperature resolution. .
  • a radiometer which is a radio wave type temperature sensor
  • a Dickie receiver with superior temperature resolution compared to the total power radiometer structure it is possible to prevent function degradation due to a clock duty error and a mismatch of gains between the demodulator and two paths. , it is possible to achieve accurate temperature measurement.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the structure of a receiver of a general Dickie radiometer.
  • FIG. 2 illustrates a problem caused by a receiver error of a Dickie radiometer, and a problem caused by a gain error between a switching clock and a demodulator path.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the first correction step of the error compensation method according to the present invention and the operation of the receiver at that time.
  • FIG. 4 is a view for explaining the second correction step of the error compensation method according to the present invention and the operation of the receiver at that time.
  • 5 is a view for explaining the overall operation of the error compensation method according to the present invention and the receiver during normal operation.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the flow of an error compensation method according to the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the first correction step of the error compensation method according to the present invention and the operation of the receiver at that time.
  • the receiver 100 includes a microwave switch 120 , a receiver 140 , a detector 150 , a demodulator 160 , an integrator 170 , a controller 180 and a duty corrector 190 .
  • a microwave switch 120 a microwave switch 120 , a receiver 140 , a detector 150 , a demodulator 160 , an integrator 170 , a controller 180 and a duty corrector 190 .
  • the microwave switch 120 (or RF switch (radio frequency switch)) is connected to the antenna 110 , and the power corresponding to T A received through the antenna 110 and the reference received through the reference noise source 130 .
  • the power corresponding to the temperature (T ref ) is switched and is transmitted to the demodulator 160 after receiving the input.
  • the demodulator 160 is connected to the first path P1
  • the demodulator 160 is connected to the second path P2.
  • the receiver 140 includes one or more low noise amps (LNAs) for amplifying the signal transmitted through the microwave switch 120 and a bandpass filter for limiting white noise of the signal amplified thereby.
  • LNAs low noise amps
  • the configuration may be variously changed. It has an average system power gain (G RX ).
  • the system temperature (T SYS ) is defined as the sum of T A and the receiver noise temperature (T RX ).
  • the sensitivity of the radiometer is the minimum change in the system temperature (T SYS ).
  • the detector 150 (or a square detector) has a detector constant C d . It has a function of converting an input modulated power signal into an output voltage signal corresponding to temperature.
  • the signal passing through the detector 150 is input to the demodulator 160, at this time, the demodulator 160 is synchronized with the microwave switch 120, so that the microwave switch 120 is the antenna 110 ) when connected to the first path (P1), when the microwave switch 120 is connected to the reference noise source 130 is connected to the second path (P2). That is, the demodulator 160 may include a demodulator switch 165 (or a switching circuit) synchronized with the microwave switch 120 .
  • the signal passing through the demodulator 160 is input to an integrator 170 , and the integrator 170 accumulates signal values for a predetermined time, and transmits the value to the controller 180 .
  • the controller 180 controls the duty value of the clock for controlling the microwave switch 120 in a digital or analog manner.
  • the controller 180 may be an MCU.
  • a switch driver (not shown) may be separately provided, and the controller 180 may control the switch driver.
  • a square wave generator (not shown) for generating a predetermined clock signal may be further included.
  • the controller 180 controls the duty calibrator (duty calibrator) (190) to control the duty of the clock signal input to the microwave switch (120).
  • the receiver 100 includes a duty corrector 190, and the duty of the clock signal for determining the switching timing of the microwave switch 120 and the demodulator switch 165 control That is, the duty corrector 190 is connected to the microwave switch 130 and the demodulator switch 165 .
  • a path switch 195 may be provided between the duty corrector 190 and the microwave switch 130 , and the input from the controller 180 or the duty corrector 190 by the on/off of the path switch 195 .
  • the duty signal is input or not input to the microwave switch 130 .
  • the duty corrector 190 operates as an initial value, and the duty error ⁇ t is inputted to the demodulator 160 as it is.
  • the path switch 195 is turned off (OFF), the microwave switch 120 is connected to the reference noise source 130 for applying power according to the reference temperature (T ref ).
  • T ref reference temperature
  • a value output from the integrator 170 is as shown in Equation (4).
  • V out uncal : output value before correction (error voltage)
  • k constant
  • B bandwidth
  • G RX average system power gain
  • C d detector constant
  • T ref Reference temperature
  • T RX System temperature
  • A:Gain ⁇ A:Gain error
  • the error voltage V out,uncal is generated by the mismatch of A+ ⁇ A in the demodulator 160 and the duty error ⁇ t(t 1 -t 2 ) of the switching clock.
  • the second calibration step is performed.
  • FIG. 4 is a view for explaining the second correction step of the error compensation method according to the present invention and the operation of the receiver at that time.
  • the error voltage V out,uncal is applied to the controller 180 , and based on the value, the controller 180 may control the duty corrector 190 and the path switch 195 .
  • the duty corrector 190 may use both an analog method and a digital method.
  • the clock signal is a square wave signal in which logic states H(1) and L(0) appear periodically.
  • the duty compensator 190 is implemented as a circuit using an analog method, an inverter cell is used, but the load capacitance (C) or resistance (R) component of the rise and fall is changed according to the analog voltage to change the clock Adjust the duty ratio. That is, the lengths of the H section t1 and the L section t 2 within one period T can be changed.
  • the control of the capacitance (C) or the resistance (R) is digitally turned on/off using a switch array, not an analog voltage, so that the clock signal is Rising timing and falling timing may be adjusted to change the lengths of the H sections t1 and L sections t 2 within one period T.
  • the configuration and operation of the duty corrector 190 described above is only an example, and may be implemented in various other ways.
  • the controller 180 corrects the mismatch described above by changing the length of the H period t 1 (or L period t 2 ) of the clock signal.
  • the controller 180 controls the duty corrector 190 to change the length of the H section (t 1 ) to t 1 '(t 1 +t cal ). Accordingly, the output voltage (V out ) is changed to 0 to cancel the error, and at this time, t cal for determining t 1 ' in the correction duty value is as shown in Equation 5 below.
  • V out,cal output value after correction (error voltage)
  • k constant
  • B bandwidth
  • G RX average system power gain
  • C d detector constant
  • T ref Reference temperature
  • T RX System temperature
  • A Gain
  • ⁇ A Gain error
  • t 0 Length of H/L section of initial clock signal value
  • ⁇ t Duty error of switching clock
  • the controller 180 may control the duty corrector 190 to decrease t 1 if the value is positive and increase t1 if the value is negative. After the correction, if the output value (V out,cal ) finds a t 1 value at which 0 becomes 0, the value t 1 ' at that time becomes the correction duty value.
  • the controller 180 stores the corrected duty value derived by the above process, and then uses the fixed duty control value to control the microwave switch 120 during normal operation.
  • 5 is a view for explaining the overall operation of the error compensation method according to the present invention and the receiver during normal operation.
  • the controller 180 controls the path switch 195 to an ON state, and controls the microwave switch 120 based on the correction duty value. .
  • the controller 180 controls the path switch 195 to an ON state, and controls the microwave switch 120 based on the correction duty value.
  • 6 is a flowchart showing the flow of an error compensation method according to the present invention.
  • the error compensation method according to the present invention is largely divided into a first correction step, a second correction step, and a normal operation step.
  • the first correction step is a process of receiving an output value while controlling the initial value, and a duty error and a gain error may be determined through the output value.
  • the second correction step is a process of calculating a duty correction value based on the output value and generating a corrected clock signal based thereon. Finally, the normal operating phase of operating the receiver based on the corrected clock signal is achieved.
  • the controller controls the duty corrector as an initial value, and a clock signal including the duty error is directly transferred to the demodulator to control switching.
  • the microwave switch 120 is fixedly connected to the reference noise source 130 to receive only the reference temperature signal.
  • the signal is input to the demodulator 160 through circuits such as a receiver and a detector, and is multiplied by a predetermined gain A.
  • the gain can be described as including the gain error ⁇ A.
  • a signal including the gain error ⁇ A and the duty error ⁇ t is passed through the integrator 170 to generate an output value (error voltage V out, uncal ) ( S200 ).
  • the step S200 is a step of blocking the connection between the duty corrector and the microwave switch so that a clock signal including a duty error is not transmitted to the microwave switch, and a reference noise source in which the microwave switch inputs a reference temperature signal
  • the step of being fixedly connected to 130 may be further included.
  • step S200 the controller 180 shortens the H section of the clock signal if the output value (error voltage including the gain error and the duty error) of the integrator 170 is positive, and if it is negative, the H section of the clock signal It is possible to calculate the duty correction value at which the output value becomes 0 while repeatedly setting the .
  • the controller 180 calculates a duty correction value based on the output value, and generates a correction clock signal for controlling the microwave switch 120 and the switch 165 of the demodulator by controlling the duty corrector 190 based on this. do (S210).
  • the duty correction value may be defined by Equation 7 below.
  • the length of the H section (t 1 ′) and the L section length (t 2 ′) of the corrected clock signal may be defined as in Equation 8 below.
  • the microwave switch 120 operates normally. In other words, the antenna 110 and the reference noise source 130 are switched according to the corrected clock signal (S220).
  • the demodulator 160 is synchronized with the microwave switch 120, switching is performed in the same cycle.
  • the error compensation method in the radiometer receiver described above may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium.
  • the computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination.
  • the program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software.
  • Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks.
  • - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like.
  • Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like.
  • the hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

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Abstract

A radiometer for a microwave receiver, according to the present invention, comprises: a microwave switch; a demodulator, which includes a switch synchronized with the microwave switch and multiplies, by a predetermined gain value, a signal inputted through the microwave switch; an integrator for generating an output value by calculating a signal inputted from the demodulator; a duty calibrator calibrating the duty value of a clock signal for controlling the microwave switch; a path switch located between the duty calibrator and the microwave switch; and a controller for generating the duty calibration value of the clock signal on the basis of the output value of the integrator. Therefore, a Dicke radiometer receiver can calibrate an output error voltage by means of a duty error (Δt) of a clock and a gain error (ΔA) (or mismatch) of a demodulator and can accurately measure the temperature (TA) of a target object through the calibration of the output error voltage.

Description

마이크로웨이브 수신기용 라디오미터 및 그의 에러 보상방법Radiometer for microwave receiver and error compensation method thereof
본 발명은 마이크로웨이브 수신기용 라디오미터 및 그의 에러 보상방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 온도 감지를 위한 RF 방식의 온도 감지 수신기 중 하나인 디키 라디오미터(Dicke radiometer)의 수신기에서 스위칭 클록오차, 경로이득간의 오차에 의한 출력 에러전압을 보상하여 온도탐지의 정밀도를 향상시킨 에러 보상방법과 이를 적용한 라디오미터 수신기에 관한 것이다. The present invention relates to a radiometer for a microwave receiver and an error compensation method thereof, and more particularly, to a switching clock error in a receiver of a Dicke radiometer, which is one of the temperature sensing receivers of the RF method for temperature sensing, The present invention relates to an error compensation method that improves the accuracy of temperature detection by compensating an output error voltage caused by an error between path gains, and a radiometer receiver to which it is applied.
플랑크(Plank)의 흑체 복사 원리에 따르면 물질에서 복사되는 빛과 전파의 파장 및 성분의 양은 온도의 함수로 표현될 수 있다. 마이크로웨이브 주파수 영역(300MHz∼300GHz)에서는 레일리-진스(Raleigh-Jeans) 법칙에 의하여 복사신호(BP)는 아래 수학식 1과 같이 주파수의 제곱과 온도에 비례하는 값을 갖는다.According to Plank's principle of blackbody radiation, the amount of wavelength and component of light and radio waves radiated from a material can be expressed as a function of temperature. In the microwave frequency region (300 MHz to 300 GHz), the radiation signal B P has a value proportional to the square of the frequency and the temperature as shown in Equation 1 below according to the Raleigh-Jeans law.
Figure PCTKR2022002082-appb-M000001
Figure PCTKR2022002082-appb-M000001
(k: 볼츠만 상수, c: 진공 내에서의 광속, T: 절대온도, f: 주파수)(k: Boltzmann constant, c: speed of light in vacuum, T: absolute temperature, f: frequency)
따라서, 안테나로 수신되는 주파수 BW 내의 복사전력(Pn)은 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Therefore, the radiation power (P n ) within the frequency BW received by the antenna can be expressed as in Equation 2 below.
Figure PCTKR2022002082-appb-M000002
Figure PCTKR2022002082-appb-M000002
이를 이용해 마이크로웨이브 수신기를 통해 수신된 복사전력, 즉, 노이즈 전력을 증폭하고 최종 측정함으로써 그에 비례하는 온도 측정이 가능해지는데, 이를 이용한 온도측정장치를 라디오미터(Radiometer)라 한다.Using this, it is possible to measure the temperature proportional thereto by amplifying and finally measuring the radiated power received through the microwave receiver, that is, the noise power.
한편, 라디오미터는 라디오미터의 수신기 구조로 전전력형 라디오미터(total power radiometer)와 디키 라디오미터(radiometer)로 분류할 수 있는데, 수신된 복사전력(노이즈)을 단순히 증폭 및 출력해서 측정하는 전전력형 라디오미터에 비하여 디키 라디오미터는 매우 우수한 온도 해상도를 갖는다. On the other hand, the radiometer can be classified into a total power radiometer and a Dicky radiometer as a receiver structure of the radiometer. Compared to powered radiometers, Dicky radiometers have very good temperature resolution.
도 1은 일반적인 디키 라디오미터의 수신기 구조를 도시하는 블록도이다. 디키 라디오미터의 수신기에서 마이크로웨이브 스위치(SW)(2)와 디모듈레이터(demodulator)(4)는 동일한 클록(clock)으로 스위칭이 이루어지며, 탐지하고자 하는 물체의 온도는 안테나(1)를 통해 TA에 해당하는 복사전력으로 수신된다. 그리고, 비교대상인 기준온도(Tref)의 기준 잡음원(load)(3)이 구비되어 이를 통해 기준온도(Tref)에 의한 전력이 인가될 수 있다. 1 is a block diagram showing the structure of a receiver of a general Dickie radiometer. In the receiver of the Dickie radiometer, the microwave switch (SW) (2) and the demodulator (4) are switched at the same clock, and the temperature of the object to be detected is TA through the antenna ( 1 ). It is received with radiant power corresponding to In addition, a reference noise source (load) 3 of the reference temperature (T ref ) to be compared is provided, so that power according to the reference temperature (T ref ) can be applied therethrough.
이때, 마이크로웨이브 스위치(SW)(2)가 안테나(1)로 연결될 때 디모듈레이터(4)는 제1 경로(P1)로 연결되고, 마이크로웨이브 스위치(SW)(2)가 기준 잡음원(load)(3)에 연결될 때 디모듈레이터(4)는 제2 경로(P2)로 연결된다. 따라서, 후단의 인테그레이터(5)에는 반주기 동안 안테나(1)를 통해 수신된 TA에 해당하는 전력이 인가되고, 나머지 반주기는 기준온도(Tref)에 해당하는 전력이 음수가 되어 입력된다. 이를 적분기(4)를 거치게 되면, 출력값이 아래 수학식 3과 같아지며, 결국 출력전압이 0이 된다. At this time, when the microwave switch (SW) (2) is connected to the antenna (1), the demodulator (4) is connected to the first path (P1), the microwave switch (SW) (2) is a reference noise source (load) ( When connected to 3), the demodulator 4 is connected to the second path P2. Accordingly, power corresponding to T A received through the antenna 1 is applied to the integrator 5 at the rear stage for half cycle, and power corresponding to the reference temperature (T ref ) becomes negative for the other half cycle and is input. . When this is passed through the integrator (4), the output value becomes the same as Equation 3 below, and eventually the output voltage becomes 0.
Figure PCTKR2022002082-appb-M000003
Figure PCTKR2022002082-appb-M000003
Figure PCTKR2022002082-appb-I000001
Figure PCTKR2022002082-appb-I000001
전전력 라디오미터와 달리 디키 라디오미터는 출력이 TA-Tref가 되어 수신기의 TRX의 영향이 없고, 수신기 이득의 변화에도 둔감하며, Tref를 제어하여 측정하고자 하는 TA값도 구할 수 있다. Unlike the full-power radiometer, the Dicky radiometer has an output of T A -T ref , so there is no effect of the receiver's T RX , and it is insensitive to changes in the receiver gain. have.
하지만, 도 1에 도시된 바와 같이, 클록 t1과 t2가 정확히 같지 않거나, 디모듈레이터(4)의 이득인 +A와 -A가 정확히 같지 않은 경우에는 에러가 발생하고, 온도 측정이 어려워진다는 문제점이 안고 있다. 도 2는 디키 라디오미터의 수신기 구조에서 클록과 디모듈레이터의 이득 에러에 의한 출력에 에러 전압이 발생하는 오류를 설명한다. However, as shown in FIG. 1, when clocks t 1 and t 2 are not exactly the same, or when +A and -A, which are gains of the demodulator 4, are not exactly the same, an error occurs and temperature measurement becomes difficult. holding this 2 illustrates an error in which an error voltage is generated in an output due to a gain error of a clock and a demodulator in a receiver structure of a Dickie radiometer.
도 1을 참조하며 설명한 바와 같이, 디키 라디오미터의 수신기가 이상적인 경우에는 TA=Tref의 상황에서 출력(Vout)이 0이 되어야 하지만(수학식 3 참조), 클록 t1은 t0+Δt, t2은 t0로 서로 동일하지 않고, 디모듈레이터(4)의 이득이 제1 경로에서는 +A+ΔA, 제2 경로에서는 -A로 서로 동일하지 않게 되면, 출력 전압이 0이 되지 않게 된다. 이 경우, 출력을 0으로 만들기 위해 잘못된 Tref를 구하게 되고, 이는 온도측정에 에러가 발생하는 결과로 이어진다는 문제점이 있다.As described with reference to Figure 1, in the ideal case of the receiver of the Dickie radiometer, the output (V out ) should be 0 in the situation of T A =T ref (refer to Equation 3), but the clock t 1 is t 0 + When Δt and t 2 are not equal to each other as t 0 and the gains of the demodulator 4 are not equal to each other as +A+ΔA in the first path and -A in the second path, the output voltage does not become 0 . In this case, an incorrect T ref is obtained to make the output 0, which leads to an error in temperature measurement.
[선행기술문헌][Prior art literature]
[특허문헌][Patent Literature]
(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-1950592호 (2019년2월14일 등록)(Patent Document 1) Korean Patent No. 10-1950592 (Registered on February 14, 2019)
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 디키 라디오미터 수신기에서 클록의 듀티(duty) 에러 Δt와 디모듈레이터의 이득에러 ΔA(또는 미스매치(mismatch))에 의한 출력 에러전압을 보정할 수 있는 마이크로웨이브 수신기용 라디오미터 및 그의 에러 보상방법을 제공함에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 출력 에러전압의 보정을 통해 대상물체의 온도 TA를 정확히 측정할 수 있는 마이크로웨이브 수신기용 라디오미터 및 그의 에러 보상방법을 제공함에 있다. The present invention has been devised in view of the above problems, and an object of the present invention is to output error voltage due to the duty error Δt of the clock and the gain error ΔA (or mismatch) of the demodulator in the Dickie radiometer receiver. To provide a radiometer for a microwave receiver capable of correcting , and an error compensation method thereof. Another object of the present invention is to provide a radiometer for a microwave receiver capable of accurately measuring the temperature TA of an object through correction of an output error voltage, and an error compensation method thereof.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로웨이브 수신기용 라디오미터는, 안테나 및 기준 잡음원을 선택적으로 연결하는 마이크로웨이브 스위치, 상기 마이크로웨이브 스위치와 동기화된 스위치를 포함하고, 상기 마이크로웨이브 스위치를 통해 입력된 신호에 소정의 이득값을 곱하는 디모듈레이터, 상기 디모듈레이터로부터 입력된 신호를 연산하여 출력값을 생성하는 인테그레이터, 상기 마이크로웨이브 스위치를 제어하기 위한 클록 신호의 듀티값을 조절하는 듀티 보정기, 상기 듀티 보정기와 상기 마이크로웨이브 스위치 사이에 위치하는 경로 스위치 및 상기 인테그레이터의 출력값에 기초하여, 상기 클록 신호의 듀티 보정값을 생성하는 컨트롤러를 포함한다. A radiometer for a microwave receiver according to the present invention for achieving the above object includes a microwave switch selectively connecting an antenna and a reference noise source, a switch synchronized with the microwave switch, and input through the microwave switch A demodulator that multiplies the obtained signal by a predetermined gain value, an integrator that generates an output value by calculating a signal input from the demodulator, a duty corrector that adjusts a duty value of a clock signal for controlling the microwave switch, the duty corrector and a controller configured to generate a duty correction value of the clock signal based on an output value of the path switch and the integrator positioned between the microwave switch and the microwave switch.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에러 보상 방법은, 컨트롤러가 듀티 보정기를 초기값으로 제어하고, 디모듈레이터가 마이크로웨이브 스위치를 통해 입력된 신호에 이득을 곱한 뒤 디모듈레이터로 전달하며, 상기 디모듈레이터가 상기 신호를 연산하여 출력값을 출력하는 제1 보정 단계, 상기 출력값에 기초해 듀티 보정값을 산출하고, 상기 듀티 보정값에 기초해 마이크로웨이브 스위치를 제어하기 위한 보정 클록 신호를 생성하는 제2 보정 단계, 및 상기 보정 클록 신호에 기초하여 상기 마이크로웨이브 스위치를 제어하는 정상 동작 단계를 포함한다. On the other hand, in the error compensation method according to the present invention for achieving the above object, the controller controls the duty corrector to an initial value, the demodulator multiplies the gain by the signal input through the microwave switch, and then transmits it to the demodulator, the demodulator a first correction step of calculating an output value by calculating the signal, calculating a duty correction value based on the output value, and generating a correction clock signal for controlling the microwave switch based on the duty correction value and a normal operation step of controlling the microwave switch based on the corrected clock signal.
본 발명에 따른 마이크로웨이브 수신기용 라디오미터 및 그의 에러 보상 방법에 의하면, 전파방식의 온도센서인 라디오미터(radiometer)에서 수신기 이득편차에 의한 온도측정의 영향을 줄이고, 우수한 온도해상도를 도모할 수 있다. 특히, 디키 수신기 구조에서 필요한 스위칭 클록, 디모듈레이터(demodulator)의 이득 부정합(mismatch)에 의한 문제를 효율적으로 해결할 수 있게 된다. 전전력형 라디오미터(total power radiometer) 구조에 비해 온도해상도가 우수한 디키 수신기에 있어서, 클록의 듀티(duty) 에러, 디모듈레이터(demodulator) 두 경로간 이득의 부정합(mismatch)에 의한 기능저하를 방지하여, 정확한 온도측정을 도모할 수 있게 된다. According to the radiometer for a microwave receiver and its error compensation method according to the present invention, it is possible to reduce the influence of temperature measurement due to the receiver gain deviation in a radiometer, which is a radio wave type temperature sensor, and to achieve excellent temperature resolution. . In particular, it is possible to efficiently solve a problem caused by a gain mismatch of a switching clock and a demodulator required in the structure of the Dickie receiver. In a Dickie receiver with superior temperature resolution compared to the total power radiometer structure, it is possible to prevent function degradation due to a clock duty error and a mismatch of gains between the demodulator and two paths. , it is possible to achieve accurate temperature measurement.
도 1은 일반적인 디키 라디오미터의 수신기 구조를 도시하는 블록도이다. 1 is a block diagram showing the structure of a receiver of a general Dickie radiometer.
도 2는 디키 라디오미터의 수신기 에러에 의한 문제로 스위칭 클록과 디모듈레이터 경로간 이득오차에 따른 문제점을 설명한다.2 illustrates a problem caused by a receiver error of a Dickie radiometer, and a problem caused by a gain error between a switching clock and a demodulator path.
도 3은 본 발명에 따른 에러 보상방법 중 제1 보정 단계와 그때의 수신기 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a diagram for explaining the first correction step of the error compensation method according to the present invention and the operation of the receiver at that time.
도 4는 본 발명에 따른 에러 보상방법 중 제2 보정 단계와 그때의 수신기 동작을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the second correction step of the error compensation method according to the present invention and the operation of the receiver at that time.
도 5는 본 발명에 따른 에러 보상방법의 전체적인 동작 및 정상 동작 중의 수신기를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the overall operation of the error compensation method according to the present invention and the receiver during normal operation.
도 6은 본 발명에 따른 에러 보상방법의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.6 is a flowchart showing the flow of an error compensation method according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Hereinafter, the embodiments disclosed in the present specification will be described in detail with reference to the accompanying drawings, but the same or similar components are assigned the same reference numerals regardless of reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. In addition, in describing the embodiments disclosed in the present specification, if it is determined that detailed descriptions of related known technologies may obscure the gist of the embodiments disclosed in this specification, the detailed description thereof will be omitted. In addition, the accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed herein is not limited by the accompanying drawings, and all changes included in the spirit and scope of the present invention , should be understood to include equivalents or substitutes.
도 3은 본 발명에 따른 에러 보상방법 중 제1 보정 단계와 그때의 수신기 동작을 설명하기 위한 도면이다.FIG. 3 is a diagram for explaining the first correction step of the error compensation method according to the present invention and the operation of the receiver at that time.
본 발명에 따른 수신기(100)는 마이크로웨이브 스위치(120), 리시버(140), 디텍터(150) 디모듈레이터(160), 인테그레이터(170), 컨트롤러(180) 및 듀티 보정기(190)를 포함할 수 있다. The receiver 100 according to the present invention includes a microwave switch 120 , a receiver 140 , a detector 150 , a demodulator 160 , an integrator 170 , a controller 180 and a duty corrector 190 . can
마이크로웨이브 스위치(120)(혹은 RF 스위치(radio frequency switch))는 안테나(110)와 연결되며, 안테나(110)를 통해 수신된 TA에 해당하는 전력과 기준 잡음원(130)을 통해 수신된 기준온도(Tref)에 해당하는 전력을 스위칭하며 입력받은 뒤 디모듈레이터(160)로 전달한다. 이때, 마이크로웨이브 스위치(120)가 안테나(110)와 연결될 때 디모듈레이터(160)는 제1 경로(P1)로 연결되고, 마이크로웨이브 스위치(120)가 기준 잡음원(130)에 연결될 때 디모듈레이터(160)는 제2 경로(P2)로 연결된다.The microwave switch 120 (or RF switch (radio frequency switch)) is connected to the antenna 110 , and the power corresponding to T A received through the antenna 110 and the reference received through the reference noise source 130 . The power corresponding to the temperature (T ref ) is switched and is transmitted to the demodulator 160 after receiving the input. At this time, when the microwave switch 120 is connected to the antenna 110, the demodulator 160 is connected to the first path P1, and when the microwave switch 120 is connected to the reference noise source 130, the demodulator 160. is connected to the second path P2.
리시버(140)는 마이크로웨이브 스위치(120)를 통해 전달된 신호를 증폭하는 하나 이상의 LNA(low noise amp)와 이에 의해 증폭된 신호의 화이트 노이즈를 제한하기 위한 밴드패스 필터(bandpass filter)를 포함할 수 있지만, 그 구성은 다양하게 변경될 수 있다. 이는 평균 시스템 파워 게인(average system power gain)(GRX)을 갖는다. 시스템 온도(TSYS)는 TA와 리시버 노이즈 온도(receiver noise temperature)(TRX)의 합으로 정의된다. 다시 말해, 라디오미터의 감도(sensitivity)는 시스템 온도(TSYS) 내에서의 최소 변화가 된다. The receiver 140 includes one or more low noise amps (LNAs) for amplifying the signal transmitted through the microwave switch 120 and a bandpass filter for limiting white noise of the signal amplified thereby. However, the configuration may be variously changed. It has an average system power gain (G RX ). The system temperature (T SYS ) is defined as the sum of T A and the receiver noise temperature (T RX ). In other words, the sensitivity of the radiometer is the minimum change in the system temperature (T SYS ).
디텍터(150)(또는 스퀘어 디텍터(square detector))는 디텍터 상수(Cd)를 갖는다. 이는 입력된 변조 전압 신호(modulated power signal)을 온도에 대응하는 출력 전압 신호로 변환하는 기능을 갖는다. The detector 150 (or a square detector) has a detector constant C d . It has a function of converting an input modulated power signal into an output voltage signal corresponding to temperature.
디텍터(150)를 거친 신호는 디모듈레이터(demodulator)(160)로 입력되는데, 이때, 디모듈레이터(160)는 마이크로웨이브 스위치(120)와 동기화(synchronous)되어 있어, 마이크로웨이브 스위치(120)가 안테나(110)와 연결될 때에는 제1 경로(P1)으로 연결되고, 마이크로웨이브 스위치(120)가 기준 잡음원(130)에 연결될 때에는 제2 경로(P2)로 연결된다. 즉, 디모듈레이터(160)는 마이크로웨이브 스위치(120)와 동기화된 디모듈레이터 스위치(165)(또는 스위칭 회로)를 구비할 수 있다.The signal passing through the detector 150 is input to the demodulator 160, at this time, the demodulator 160 is synchronized with the microwave switch 120, so that the microwave switch 120 is the antenna 110 ) when connected to the first path (P1), when the microwave switch 120 is connected to the reference noise source 130 is connected to the second path (P2). That is, the demodulator 160 may include a demodulator switch 165 (or a switching circuit) synchronized with the microwave switch 120 .
디모듈레이터(160)를 거친 신호는 인테그레이터(integrator)(170)에 입력되고, 인테그레이터(170)는 소정 시간 동안의 신호값을 누적시키고, 그 값을 컨트롤러(180)로 전달한다. The signal passing through the demodulator 160 is input to an integrator 170 , and the integrator 170 accumulates signal values for a predetermined time, and transmits the value to the controller 180 .
컨트롤러(180)는 마이크로웨이브 스위치(120)의 제어를 위한 클록의 듀티값을 디지털 또는 아날로그 방식으로 제어한다. 컨트롤러(180)는 MCU일 수 있다. 다른 실시예에서는, 스위치 드라이버(미도시)가 별도로 구비되고, 컨트롤러(180)가 스위치 드라이버를 제어할 수도 있다. 한편, 소정의 클록 신호를 생성하기 위한 스퀘어 웨이브 발생기(미도시)를 더 포함할 수 있을 것이다. 한편, 컨트롤러(180)는 듀티 보정기(duty calibrator)(190)를 제어하여 마이크로웨이브 스위치(120)에 입력되는 클록 신호의 듀티를 제어한다.The controller 180 controls the duty value of the clock for controlling the microwave switch 120 in a digital or analog manner. The controller 180 may be an MCU. In another embodiment, a switch driver (not shown) may be separately provided, and the controller 180 may control the switch driver. Meanwhile, a square wave generator (not shown) for generating a predetermined clock signal may be further included. On the other hand, the controller 180 controls the duty calibrator (duty calibrator) (190) to control the duty of the clock signal input to the microwave switch (120).
기존의 디키 라디오미터의 수신기와 달리, 본 발명에 따른 수신기(100)는 듀티 보정기(190)를 포함하여, 마이크로웨이브 스위치(120) 및 디모듈레이터 스위치(165)의 스위칭 타이밍을 결정하는 클록 신호의 듀티를 제어한다. 즉, 듀티 보정기(190)는 마이크로웨이브 스위치(130) 및 디모듈레이터 스위치(165)와 연결된다. 이때, 듀티 보정기(190)와 마이크로웨이브 스위치(130) 사이에는 경로 스위치(195)가 구비될 수 있으며, 경로 스위치(195)의 온오프에 의하여 컨트롤러(180) 혹은 듀티 보정기(190)로부터 입력된 듀티 신호가 마이크로웨이브 스위치(130)에 입력 또는 미입력된다.Unlike the receiver of the existing Dickie radiometer, the receiver 100 according to the present invention includes a duty corrector 190, and the duty of the clock signal for determining the switching timing of the microwave switch 120 and the demodulator switch 165 control That is, the duty corrector 190 is connected to the microwave switch 130 and the demodulator switch 165 . At this time, a path switch 195 may be provided between the duty corrector 190 and the microwave switch 130 , and the input from the controller 180 or the duty corrector 190 by the on/off of the path switch 195 . The duty signal is input or not input to the microwave switch 130 .
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 보정 단계에서는 듀티 보정기(190)에서 초기값으로 동작하며, 듀티 에러 Δt가 그대로 디모듈레이터(160)로 입력되게 한다. 이때, 경로 스위치(195)는 오프(OFF)되며, 마이크로웨이브 스위치(120)는 기준온도(Tref)에 의한 전력을 인가하는 기준 잡음원(130)에 연결된다. 이 경우의 인테그레이터(170)에서 출력되는 값은 수학식 4와 같다.As shown in FIG. 3 , in the first correction step, the duty corrector 190 operates as an initial value, and the duty error Δt is inputted to the demodulator 160 as it is. At this time, the path switch 195 is turned off (OFF), the microwave switch 120 is connected to the reference noise source 130 for applying power according to the reference temperature (T ref ). In this case, a value output from the integrator 170 is as shown in Equation (4).
Figure PCTKR2022002082-appb-M000004
Figure PCTKR2022002082-appb-M000004
(여기서, Vout,uncal:보정전 출력값(에러 전압), k:상수, B:대역폭(bandwidth), GRX: 평균 시스템 파워 게인(average system power gain), Cd:디텍터 상수, Tref:기준온도, TRX:시스템 온도, A:이득, ΔA:이득 에러)(here, V out, uncal : output value before correction (error voltage), k: constant, B: bandwidth, G RX : average system power gain, C d : detector constant, T ref : Reference temperature, T RX :System temperature, A:Gain, ΔA:Gain error)
즉, 디모듈레이터(160)에서 A+ΔA의 미스매치(mismatch)와 스위칭 클록의 듀티 에러 Δt(t1-t2)에 의하여 에러 전압 Vout,uncal이 발생한다. 제1 보정 단계가 종료되면 제2 보정 단계가 이루어진다. That is, the error voltage V out,uncal is generated by the mismatch of A+ΔA in the demodulator 160 and the duty error Δt(t 1 -t 2 ) of the switching clock. When the first calibration step is completed, the second calibration step is performed.
도 4는 본 발명에 따른 에러 보상방법 중 제2 보정 단계와 그때의 수신기 동작을 설명하기 위한 도면이다.4 is a view for explaining the second correction step of the error compensation method according to the present invention and the operation of the receiver at that time.
에러 전압 Vout,uncal은 컨트롤러(180)로 인가되며, 그 값에 기초하여 컨트롤러(180)는 듀티 보정기(190) 및 경로 스위치(195)를 제어할 수 있다. The error voltage V out,uncal is applied to the controller 180 , and based on the value, the controller 180 may control the duty corrector 190 and the path switch 195 .
듀티 보정기(190)는 아날로그 방식과 디지털 방식 모두를 이용할 수 있다. 클록 신호(clock signal)는 논리상태 H(1)와 L(0)이 주기적으로 나타나는 방형파(square wave) 신호이다. 듀티 보정기(190)가 아날로그 방식을 이용하는 회로로 구현되는 경우에는 인버터 셀을 이용하되 라이즈(rise)와 폴(fall)의 로드 커패시턴스(C)나 저항(R) 성분을 아날로그 전압에 따라 변경하여 클록 듀티비를 조절한다. 즉, 한 주기(T) 내의 H구간(t1)과 L구간(t2)의 길이를 변경시킬 수 있다. 듀티 보정기(190)가 디지털 방식을 이용하는 회로로 구현되는 경우에는 커패시턴스(C)나 저항(R)의 제어를 아날로그 전압이 아닌 스위치 어레이 등을 이용하여 디지털적으로 온/오프 제어함으로써, 클록 신호의 라이징 타이밍(rising timing)과 폴링 타이밍(falling timing)이 조절되어 한 주기(T) 내의 H구간(t1)과 L구간(t2)의 길이를 변경시킬 수 있다. 위에서 설명한 듀티 보정기(190)의 구성 및 동작은 일 실시예일뿐이고, 그외의 다양한 방식으로 구현될 수 있을 것이다.The duty corrector 190 may use both an analog method and a digital method. The clock signal is a square wave signal in which logic states H(1) and L(0) appear periodically. When the duty compensator 190 is implemented as a circuit using an analog method, an inverter cell is used, but the load capacitance (C) or resistance (R) component of the rise and fall is changed according to the analog voltage to change the clock Adjust the duty ratio. That is, the lengths of the H section t1 and the L section t 2 within one period T can be changed. When the duty compensator 190 is implemented as a circuit using a digital method, the control of the capacitance (C) or the resistance (R) is digitally turned on/off using a switch array, not an analog voltage, so that the clock signal is Rising timing and falling timing may be adjusted to change the lengths of the H sections t1 and L sections t 2 within one period T. The configuration and operation of the duty corrector 190 described above is only an example, and may be implemented in various other ways.
다시 도 4를 참조하면, 컨트롤러(180)는 클록 신호의 H구간(t1)(또는 L구간(t2))의 길이를 변경함으로써 위에서 설명한 미스매치를 보정한다. 이때, 컨트롤러(180)는 H구간(t1)의 길이를 t1'(t1+tcal)으로 변경하도록 듀티 보정기(190)를 제어한다. 이에 따라, 출력전압(Vout)은 0으로 변경되어 에러가 상쇄되고, 이때, 보정 듀티값에서의 t1'을 결정하는 tcal은 아래와 수학식 5와 같다. Referring back to FIG. 4 , the controller 180 corrects the mismatch described above by changing the length of the H period t 1 (or L period t 2 ) of the clock signal. At this time, the controller 180 controls the duty corrector 190 to change the length of the H section (t 1 ) to t 1 '(t 1 +t cal ). Accordingly, the output voltage (V out ) is changed to 0 to cancel the error, and at this time, t cal for determining t 1 ' in the correction duty value is as shown in Equation 5 below.
Figure PCTKR2022002082-appb-M000005
Figure PCTKR2022002082-appb-M000005
Figure PCTKR2022002082-appb-I000002
Figure PCTKR2022002082-appb-I000002
Figure PCTKR2022002082-appb-I000003
Figure PCTKR2022002082-appb-I000003
(여기서, Vout,cal:보정후 출력값(에러 전압), k:상수, B: 대역폭(bandwidth), GRX: 평균 시스템 파워 게인(average system power gain), Cd:디텍터 상수, Tref:기준온도, TRX:시스템 온도, A:이득, ΔA:이득 에러, t0: 초기 클록 신호값의 H구간/L구간의 길이, Δt: 스위칭 클록의 듀티 에러)(here, V out,cal : output value after correction (error voltage), k: constant, B: bandwidth, G RX : average system power gain, C d : detector constant, T ref : Reference temperature, T RX : System temperature, A: Gain, ΔA: Gain error, t 0 : Length of H/L section of initial clock signal value, Δt: Duty error of switching clock)
컨트롤러(180)는 에러 전압 Vout,uncal에 기초하여, 그 값이 양수이면 t1을 줄이고, 음수이면 t1을 증가시키도록 듀티 보정기(190)를 제어할 수 있다. 이후 보정후 출력값(Vout,cal)이 0이 되는 t1값을 찾으면, 그때의 값(t1')이 보정 듀티값이 된다.Based on the error voltage V out,uncal , the controller 180 may control the duty corrector 190 to decrease t 1 if the value is positive and increase t1 if the value is negative. After the correction, if the output value (V out,cal ) finds a t 1 value at which 0 becomes 0, the value t 1 ' at that time becomes the correction duty value.
정리하면, 보정 듀티값(t1')은 아래 수학식6과 같다.In summary, the correction duty value t 1 ' is the same as in Equation 6 below.
Figure PCTKR2022002082-appb-M000006
Figure PCTKR2022002082-appb-M000006
Figure PCTKR2022002082-appb-I000004
Figure PCTKR2022002082-appb-I000004
컨트롤러(180)는 위의 과정에 의하여 도출된 보정 듀티값을 저장하고, 이후 정상동작시에는 마이크로웨이브 스위치(120)를 제어하는 듀티 컨트롤값으로 고정하여 사용한다.The controller 180 stores the corrected duty value derived by the above process, and then uses the fixed duty control value to control the microwave switch 120 during normal operation.
도 5는 본 발명에 따른 에러 보상방법의 전체적인 동작 및 정상 동작 중의 수신기를 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the overall operation of the error compensation method according to the present invention and the receiver during normal operation.
제1 및 제2 보정 단계가 완료된 후 정상동작 단계에서, 컨트롤러(180)는 경로 스위치(195)를 온(ON) 상태로 제어하여, 보정 듀티값에 기초하여 마이크로웨이브 스위치(120)를 제어한다. 이에 의하여, 디키 라디오미터 수신기에서 클록의 듀티(duty) 에러 Δt와 디모듈레이터의 이득 에러 ΔA(또는 미스매치(mismatch))에 의한 출력 에러전압을 보정할 수 있게 되며, 출력 에러전압의 보정을 통해 대상물체의 온도 TA를 정확히 측정할 수 있게 된다. After the first and second correction steps are completed, in the normal operation stage, the controller 180 controls the path switch 195 to an ON state, and controls the microwave switch 120 based on the correction duty value. . Thereby, it is possible to correct the output error voltage caused by the duty error Δt of the clock and the gain error ΔA (or mismatch) of the demodulator in the Dickie radiometer receiver. It is possible to accurately measure the temperature T A of an object.
이하에서는, 본 발명에 따른 에러 보상 방법에 대해 설명한다. 도 6은 본 발명에 따른 에러 보상방법의 흐름을 나타내는 플로우차트이다.Hereinafter, an error compensation method according to the present invention will be described. 6 is a flowchart showing the flow of an error compensation method according to the present invention.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에러 보상 방법은 크게 제1 보정 단계, 제2 보정 단계 및 정상 동작 단계로 구분된다.As shown in FIG. 6 , the error compensation method according to the present invention is largely divided into a first correction step, a second correction step, and a normal operation step.
제1 보정 단계는 초기값으로 제어하면서 그 출력값을 수신하는 과정으로, 그 출력값을 통하여 듀티 에러 및 이득 에러를 판단할 수 있다. 제2 보정 단계는 출력값에 기초하여 듀티 보정값을 산출하고, 그에 기초하여 보정 클록 신호를 생성하는 과정이다. 마지막으로, 보정 클록 신호에 기초해서 수신기를 동작시키는 정상 동작 단계가 이루어진다.The first correction step is a process of receiving an output value while controlling the initial value, and a duty error and a gain error may be determined through the output value. The second correction step is a process of calculating a duty correction value based on the output value and generating a corrected clock signal based thereon. Finally, the normal operating phase of operating the receiver based on the corrected clock signal is achieved.
먼저, 컨트롤러가 듀티 보정기를 초기값으로 제어하게 되며, 듀티 에러를 포함하는 클록 신호가 디모듈레이터에 직접 전달되어 스위칭이 제어된다. 이때, 마이크로웨이브 스위치(120)는 기준 잡음원(130)에 고정 연결되어 기준 온도 신호만을 입력받게 된다. 그 신호는 리시버, 디텍터 등의 회로를 거쳐 디모듈레이터(160)로 입력되며, 소정의 이득(A)이 곱해지게 된다. 위에서 설명한 바와 같이, 그 이득은 이득 에러(ΔA)를 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 이득 에러(ΔA)과 듀티 에러(Δt)를 포함하는 신호는 인테그레이터(170)를 거쳐 출력값(에러 전압(Vout,uncal))이 생성된다(S200).First, the controller controls the duty corrector as an initial value, and a clock signal including the duty error is directly transferred to the demodulator to control switching. At this time, the microwave switch 120 is fixedly connected to the reference noise source 130 to receive only the reference temperature signal. The signal is input to the demodulator 160 through circuits such as a receiver and a detector, and is multiplied by a predetermined gain A. As discussed above, the gain can be described as including the gain error ΔA. A signal including the gain error ΔA and the duty error Δt is passed through the integrator 170 to generate an output value (error voltage V out, uncal ) ( S200 ).
즉, S200 단계는, 듀티 에러를 포함하는 클록 신호가 상기 마이크로웨이브 스위치로 전달되지 않도록 듀티 보정기와 상기 마이크로웨이브 스위치 사이의 연결을 차단하는 단계와 상기 마이크로웨이브 스위치가 기준 온도 신호를 입력하는 기준 잡음원(130)에 고정 연결되는 단계를 더 포함할 수 있다. That is, the step S200 is a step of blocking the connection between the duty corrector and the microwave switch so that a clock signal including a duty error is not transmitted to the microwave switch, and a reference noise source in which the microwave switch inputs a reference temperature signal The step of being fixedly connected to 130 may be further included.
S200 단계에서, 컨트롤러(180)는 인테그레이터(170)의 출력값(이득 에러 및 듀티 에러를 포함하는 에러 전압)이 양수이면 상기 클록 신호의 H구간을 짧게 하고, 음수이면 상기 클록 신호의 H구간을 길게 하도록 반복 설정하면서, 출력값이 0이 되는 듀티 보정값을 산출할 수 있다. In step S200 , the controller 180 shortens the H section of the clock signal if the output value (error voltage including the gain error and the duty error) of the integrator 170 is positive, and if it is negative, the H section of the clock signal It is possible to calculate the duty correction value at which the output value becomes 0 while repeatedly setting the .
컨트롤러(180)는 상기 출력값에 기초해서 듀티 보정값을 산출하며, 이에 기초하여 듀티 보정기(190)를 제어함으로써 마이크로웨이브 스위치(120) 및 디모듈레이터의 스위치(165)를 제어하기 위한 보정 클록 신호를 생성한다(S210). The controller 180 calculates a duty correction value based on the output value, and generates a correction clock signal for controlling the microwave switch 120 and the switch 165 of the demodulator by controlling the duty corrector 190 based on this. do (S210).
듀티 보정값은 위에서 설명한 바와 같이, 아래 수학식 7로 정의될 수 있다.As described above, the duty correction value may be defined by Equation 7 below.
Figure PCTKR2022002082-appb-M000007
Figure PCTKR2022002082-appb-M000007
(tcal: 듀티 보정값, A: 디모듈레이터의 이득, ΔA: 이득 에러, t0: 초기 클록 신호값의 H구간/L구간의 길이, Δt: 듀티 에러)(t cal : duty correction value, A: demodulator gain, ΔA: gain error, t 0 : length of H section/L section of initial clock signal value, Δt: duty error)
위의 수학식 7에 기초하여, 보정 클록 신호의 H구간의 길이(t1')와 L구간의 길이(t2')는 아래 수학식 8과 같이 정의될 수 있다. Based on Equation 7 above, the length of the H section (t 1 ′) and the L section length (t 2 ′) of the corrected clock signal may be defined as in Equation 8 below.
Figure PCTKR2022002082-appb-M000008
Figure PCTKR2022002082-appb-M000008
Figure PCTKR2022002082-appb-I000005
Figure PCTKR2022002082-appb-I000005
(t0: 초기 클록 신호값의 H구간/L구간의 길이, Δt: 듀티 에러)(t 0 : length of H section/L section of initial clock signal value, Δt: duty error)
마지막으로, 보정 클록 신호가 생성되면 마이크로웨이브 스위치(120)는 정상적으로 동작하게 된다. 다시 말해, 안테나(110)와 기준 잡음원(130) 사이를 보정 클록 신호에 맞추어 스위칭하게 된다(S220). 물론, 디모듈레이터(160)는 마이크로웨이브 스위치(120)와 동기화되어 있기 때문에 동일한 사이클로 스위칭이 이루어진다.Finally, when the corrected clock signal is generated, the microwave switch 120 operates normally. In other words, the antenna 110 and the reference noise source 130 are switched according to the corrected clock signal (S220). Of course, since the demodulator 160 is synchronized with the microwave switch 120, switching is performed in the same cycle.
한편, 위에서 설명한 라디오미터 수신기에서의 에러 보상방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.Meanwhile, the error compensation method in the radiometer receiver described above may be implemented in the form of a program command that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. The computer-readable recording medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나 의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.Features, structures, effects, etc. described in the above embodiments are included in one embodiment of the present invention, and are not necessarily limited to one embodiment. Furthermore, features, structures, effects, etc. illustrated in each embodiment can be combined or modified for other embodiments by those of ordinary skill in the art to which the embodiments belong. Accordingly, the contents related to such combinations and modifications should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
[부호의 설명][Explanation of code]
100: 수신기100: receiver
110: 안테나110: antenna
120: 마이크로웨이브 스위치120: microwave switch
130: 기준 잡음원130: reference noise source
140: 리시버140: receiver
150: 디텍터150: detector
160: 디모듈레이터160: demodulator
165: 디모듈레이터 스위치165: demodulator switch
170: 인테그레이터170: integrator
180: 컨트롤러180: controller
190: 듀티 보정기190: duty corrector
195: 경로 스위치195: path switch

Claims (15)

  1. 안테나 및 기준 잡음원을 선택적으로 연결하는 마이크로웨이브 스위치;a microwave switch selectively connecting the antenna and the reference noise source;
    상기 마이크로웨이브 스위치와 동기화된 스위치를 포함하고, 상기 마이크로웨이브 스위치를 통해 입력된 신호에 소정의 이득값을 곱하는 디모듈레이터;a demodulator including a switch synchronized with the microwave switch, and multiplying a signal input through the microwave switch by a predetermined gain;
    상기 디모듈레이터로부터 입력된 신호를 연산하여 출력값을 생성하는 인테그레이터;an integrator for generating an output value by calculating the signal input from the demodulator;
    상기 마이크로웨이브 스위치를 제어하기 위한 클록 신호의 듀티값을 조절하는 듀티 보정기; a duty corrector for adjusting a duty value of a clock signal for controlling the microwave switch;
    상기 듀티 보정기와 상기 마이크로웨이브 스위치 사이에 위치하는 경로 스위치; 및a path switch positioned between the duty compensator and the microwave switch; and
    상기 인테그레이터의 출력값에 기초하여, 상기 클록 신호의 듀티 보정값을 생성하는 컨트롤러;를 포함하는, 마이크로웨이브 수신기용 라디오미터.On the basis of the output value of the integrator, a controller for generating a duty correction value of the clock signal; including, a radiometer for a microwave receiver.
  2. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 컨트롤러는,The controller is
    상기 듀티 보정기를 초기값으로 동작시켜, 듀티 에러를 포함하는 클록 신호를 상기 디모듈레이터에 직접 전달하고, 상기 디모듈레이터로부터 입력된 신호가 상기 인테그레이터를 거쳐 출력된 출력값에 기초해 상기 듀티 보정값을 생성하는, 마이크로웨이브 수신기용 라디오미터.By operating the duty corrector as an initial value, a clock signal including a duty error is directly transferred to the demodulator, and a signal input from the demodulator is outputted through the integrator to generate the duty correction value. A radiometer for microwave receivers.
  3. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2,
    상기 초기값에 의하여 상기 듀티 보정기를 동작시키는 경우, 상기 경로 스위치는 상기 듀티 보정기와 상기 마이크로웨이브 스위치와의 연결이 차단되도록 스위칭함으로써, 상기 초기값이 상기 마이크로웨이브 스위치에 전달되지 않으며, When the duty compensator is operated by the initial value, the path switch switches so that the connection between the duty compensator and the microwave switch is cut off, so that the initial value is not transmitted to the microwave switch,
    상기 마이크로웨이브 스위치는 기준 온도 신호를 입력하는 상기 기준 잡음원에 연결되는, 마이크로웨이브 수신기용 라디오미터.The microwave switch is connected to the reference noise source for inputting a reference temperature signal, a radiometer for a microwave receiver.
  4. 제2항에 있어서,3. The method of claim 2,
    상기 듀티 보정기가 상기 듀티 보정값에 기초한 보정 클록 신호에 기초해 상기 마이크로웨이브 스위치를 제어하여 정상 동작하는 경우, 상기 경로 스위치는 상기 듀티 보정기와 상기 마이크로웨이브 스위치 사이의 연결을 허용하도록 스위칭하는, 마이크로웨이브 수신기용 라디오미터.When the duty corrector operates normally by controlling the microwave switch based on a corrected clock signal based on the duty correction value, the path switch switches to allow a connection between the duty corrector and the microwave switch, micro Radiometer for wave receiver.
  5. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4,
    상기 정상 동작하는 경우, 상기 마이크로웨이브 스위치는 상기 보정 클록 신호에 기초하여 상기 안테나와 상기 기준 잡음원을 선택적으로 연결하는, 마이크로웨이브 수신기용 라디오미터.In the case of the normal operation, the microwave switch selectively connects the antenna and the reference noise source based on the corrected clock signal.
  6. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 듀티 보정값은 아래 수학식에 의하여 정의되는, 마이크로웨이브 수신기용 라디오미터.The duty correction value is defined by the following equation, a radiometer for a microwave receiver.
    Figure PCTKR2022002082-appb-I000006
    Figure PCTKR2022002082-appb-I000006
    (tcal: 듀티 보정값, A: 디모듈레이터의 이득, ΔA: 이득 에러, t0: 초기 클록 신호값의 H구간/L구간의 길이, Δt: 듀티 에러)(t cal : duty correction value, A: demodulator gain, ΔA: gain error, t 0 : length of H section/L section of initial clock signal value, Δt: duty error)
  7. 제6항에 있어서,7. The method of claim 6,
    상기 듀티 보정값에 기초하여 재정의된 보정 클록 신호의 H구간의 길이(t1')와 L구간의 길이(t2')는 아래와 같이 정의되는, 마이크로웨이브 수신기용 라디오미터.The length of the H section (t 1 ') and the L section (t 2 ') of the corrected clock signal redefined based on the duty correction value are defined as follows, a radiometer for a microwave receiver.
    t1'=t0+Δt+tcal t 1 '=t 0 +Δt+t cal
    t2'=t0 t 2 '=t 0
    (t0: 초기 클록 신호값의 H구간/L구간의 길이, Δt: 듀티 에러)(t 0 : length of H section/L section of initial clock signal value, Δt: duty error)
  8. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 보정 클록 신호에 기초하여 상기 마이크로웨이브 스위치 및 상기 디모듈레이터가 제어되는 정상동작의 경우, 상기 인테그레이터의 출력값은 0이 되는, 마이크로웨이브 수신기용 라디오미터.In the case of a normal operation in which the microwave switch and the demodulator are controlled based on the corrected clock signal, the output value of the integrator becomes 0, a radiometer for a microwave receiver.
  9. 제1항에 있어서,According to claim 1,
    상기 컨트롤러는, 상기 인테그레이터의 출력값이 양수이면 상기 클록 신호의 H구간을 짧게 하고, 음수이면 상기 클록 신호의 H구간을 길게 하도록 상기 듀티 보정값을 결정하는, 마이크로웨이브 수신기용 라디오미터.The controller, if the output value of the integrator is positive, shortens the H section of the clock signal, and if negative, determines the duty correction value to lengthen the H section of the clock signal.
  10. 컨트롤러가 듀티 보정기를 초기값으로 제어하고, 디모듈레이터가 마이크로웨이브 스위치를 통해 입력된 신호에 이득을 곱한 뒤 디모듈레이터로 전달하며, 상기 디모듈레이터가 상기 신호를 연산하여 출력값을 출력하는 제1 보정 단계; 및a first correction step in which the controller controls the duty compensator to an initial value, the demodulator multiplies the gain by the signal input through the microwave switch, and transmits it to the demodulator, and the demodulator calculates the signal and outputs an output value; and
    상기 출력값에 기초해 듀티 보정값을 산출하고, 상기 듀티 보정값에 기초해 마이크로웨이브 스위치를 제어하기 위한 보정 클록 신호를 생성하는 제2 보정 단계;를 포함하는 에러 보상 방법.A second correction step of calculating a duty correction value based on the output value and generating a correction clock signal for controlling the microwave switch based on the duty correction value.
  11. 제10항에 있어서,11. The method of claim 10,
    상기 제1 보정 단계는,The first correction step is
    상기 듀티 에러를 포함하는 클록 신호가 상기 마이크로웨이브 스위치로 전달되지 않도록, 상기 듀티 보정기와 상기 마이크로웨이브 스위치 사이의 연결을 차단하는 단계; 및blocking the connection between the duty corrector and the microwave switch so that the clock signal including the duty error is not transmitted to the microwave switch; and
    상기 마이크로웨이브 스위치가 기준 온도 신호를 입력하는 기준 잡음원에 고정 연결되는 단계;를 더 포함하는 에러 보상 방법.The method further comprising: the microwave switch being fixedly connected to a reference noise source for inputting a reference temperature signal.
  12. 제10항에 있어서,11. The method of claim 10,
    상기 보정 클록 신호가 생성되면, 상기 듀티 보정기와 상기 마이크로웨이브 스위치 사이의 연결을 허용하는 단계; 및when the calibration clock signal is generated, allowing a connection between the duty corrector and the microwave switch; and
    상기 보정 클록 신호에 의하여 상기 마이크로웨이브 스위치를 동작시키는 정상 동작 단계;를 더 포함하는 에러 보상 방법.Normal operation step of operating the microwave switch according to the corrected clock signal; Error compensation method further comprising.
  13. 제10항에 있어서,11. The method of claim 10,
    상기 듀티 보정값은 아래 수학식에 의하여 정의되는 에러 보상 방법.The duty correction value is an error compensation method defined by the following equation.
    Figure PCTKR2022002082-appb-I000007
    Figure PCTKR2022002082-appb-I000007
    (tcal: 듀티 보정값, A: 디모듈레이터의 이득, ΔA: 이득 에러, t0: 초기 클록 신호값의 H구간/L구간의 길이, Δt: 듀티 에러)(t cal : duty correction value, A: demodulator gain, ΔA: gain error, t 0 : length of H section/L section of initial clock signal value, Δt: duty error)
  14. 제13항에 있어서,14. The method of claim 13,
    상기 듀티 보정값에 기초하여 산출된 보정 클록 신호의 H구간의 길이(t1')와 L구간의 길이(t2')는 아래 수학식으로 정의되는 에러 보상 방법.The length of the H section (t 1 ′) and the length of the L section (t 2 ′) of the corrected clock signal calculated based on the duty correction value are defined by the following equations.
    t1'=t0+Δt+tcal t 1 '=t 0 +Δt+t cal
    t2'=t0 t 2 '=t 0
    (t0: 초기 클록 신호값의 H구간/L구간의 길이, Δt: 듀티 에러)(t 0 : length of H section/L section of initial clock signal value, Δt: duty error)
  15. 제10항에 있어서,11. The method of claim 10,
    상기 제1 보정 단계에서, 상기 컨트롤러는 상기 인테그레이터가 상기 디모듈레이터로부터 전달된 신호를 연산하여 출력한 출력값이 양수이면 상기 클록 신호의 H구간을 짧게 하고, 음수이면 상기 클록 신호의 H구간을 길게 하도록 상기 듀티 보정값을 결정하는 에러 보상 방법.In the first correction step, the controller shortens the H section of the clock signal when the output value output by the integrator calculating the signal transmitted from the demodulator is positive, and lengthens the H section of the clock signal when it is negative. An error compensation method for determining the duty correction value so as to
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