FMCW 및 펄스 레이더 아키텍처 소개
- FMCW 레이더는 저렴하고 제작이 쉬우며, 별도의 송수신 안테나를 사용하여 송수신 전환의 필요성을 피함.
- 펄스 레이더는 송수신 모드 간의 빠른 전환을 필요로 하며, 높은 전송 파워를 사용할 수 있고 빠르게 움직이는 목표의 속도 측정에 유리함.
- FMCW 레이더는 주로 단거리 응용 분야에 사용되고, 펄스 레이더는 장거리 응용 분야에 주로 사용됨.
펄스 압축 레이더
- 펄스 압축 레이더는 임의의 파형을 지원하며, 송신된 파형을 생성하기 위해 충분히 높은 샘플링 속도를 가진 DAC가 필요함.
- 레이더의 아키텍처는 SDR과 매우 유사하며, 두 개의 시간 다중화된 수신 안테나와 하나의 송신 안테나를 공유함.
- 제로-IF 아키텍처는 성능 측면에서는 이상적이지 않지만 가장 저렴한 옵션임.
ADC 및 DAC
- ADC의 샘플링 속도는 시스템에서 가장 중요한 매개변수 중 하나이며, 가능한 한 빠르게 샘플링하는 것이 바람직함.
- DAC는 시스템의 대역폭에 의해 제한되지만, 필터링을 용이하게 하기 위해 충분한 대역폭을 가지는 것이 유용함.
FPGA
- 마이크로컨트롤러만으로는 이 애플리케이션에 충분하지 않으며, FPGA는 정확한 타이밍의 펄스 생성과 ADC 및 DAC 데이터 관리에 필요함.
- Zynq 7020은 듀얼코어 ARM-A9 CPU와 전형적인 FPGA 프로그래머블 로직을 하나의 패키지로 제공함.
디지털 설계
- 빠른 ADC와 DAC를 사용함에 따라 시스템이 데이터를 처리할 수 있는지 고려하는 것이 중요함.
- FPGA SoC는 처리 시스템(PS)과 프로그래머블 로직(PL)으로 구성되며, 이들은 서로 AXI 버스를 통해 연결됨.
- PC로 캡처된 ADC 샘플을 빠르게 전송할 수 있는 빠른 PC 인터페이스가 필요함.
RF 설계
- RF 부품은 PCB 면적의 작은 부분을 차지하며, 프로젝트에서 상대적으로 작은 작업량을 요구함.
- RF 부품 설계는 상대적으로 간단하며, 운영 주파수는 약 6 GHz로 설정됨.
최대 감지 범위
- 레이더의 최대 감지 범위는 송신된 펄스의 길이, 평균 전력, 안테나 이득 등 여러 매개변수를 고려하여 계산할 수 있음.
- 최대 감지 거리는 대략 1 km 정도로 추정되며, 이 거리에서 목표는 평균적으로 50%의 확률로 감지됨.
PCB 설계
- 시스템의 실제 구현을 위해서는 모든 구성 요소를 통합하는 인쇄 회로 기판(PCB) 설계가 필요함.
- PCB는 RF 및 고속 디지털 회로를 포함하며, 올바르게 기능하도록 신중한 라우팅이 필요함.
GN⁺의 의견
- 이 기사는 펄스 압축 레이더의 구축에 대한 경험을 공유함으로써, 레이더 기술에 대한 이해를 심화시키고, 특히 소프트웨어 정의 라디오(SDR)와 유사한 아키텍처에 대한 통찰력을 제공함.
- 레이더 시스템의 디지털 및 RF 설계에 대한 상세한 설명은 초급 엔지니어에게 복잡한 시스템의 설계 과정을 이해하는 데 도움이 될 수 있음.
- FPGA를 사용한 실시간 데이터 처리의 중요성을 강조하며, 이는 다양한 고속 신호 처리 애플리케이션에 적용될 수 있는 중요한 개념임.
- 기사에서 언급된 Zynq 7020 FPGA의 가격 차이는 전자 부품의 공급망과 가격 책정에 대한 흥미로운 사례를 제공함. 이는 전자 제품 개발 시 고려해야 할 중요한 요소임.
- 최대 감지 범위 계산은 레이더 시스템의 성능 한계를 이해하는 데 중요하며, 실제 환경에서의 성능 예측에 도움이 될 수 있음.