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FMCW radar simulation in HFSS SBR+
FMCW(Frequency-Modulated Continuous Wave) 레이더는 연속 전송 및 주파수 변조를 사용하여 물체까지의 거리를 감지하고 측정하는 일종의 레이더 기술입니다. 다양한 주파수의 레이더 신호를 지속적으로 방출하고 환경의 물체에서 반사된 신호를 분석하여 작동합니다.
FMCW 레이더의 작동 방식은 다음과 같습니다.
- 신호 생성: 레이더 송신기는 시간이 지남에 따라 선형적으로 증가하거나 감소하는 주파수로 변조되는 연속파 신호를 생성합니다. 이 변조는 일반적으로 무선 주파수(RF) 반송파의 주파수를 변경하여 이루어집니다.
- 전송: 변조된 신호는 안테나를 통해 주변 공간으로 전송됩니다.
- 반사 및 수신: 전송된 신호가 경로에 있는 물체를 만나면 신호의 일부가 다시 레이더 안테나 쪽으로 반사됩니다.
- 혼합 및 비트 주파수 생성: 반사된 신호는 레이더 안테나에 의해 수신되고 원래 전송된 신호와 혼합됩니다. 이 혼합 프로세스는 전송 주파수와 수신 주파수의 차이인 비트 주파수를 생성합니다.
- 신호 처리: 그런 다음 비트 주파수 신호를 처리하여 레이더 시야에 있는 물체의 거리와 속도에 대한 정보를 추출합니다.
- 거리 측정: 레이더는 신호가 물체까지 이동하고 되돌아오는 데 걸리는 시간을 측정하여 물체까지의 거리를 결정할 수 있습니다. 이는 왕복 시간과 직접적으로 관련된 비트 신호의 주파수 편이를 분석하여 달성됩니다.
- 속도 측정: 물체가 움직일 때 도플러 효과가 작용합니다. 레이더는 시간 경과에 따른 비트 신호의 주파수 변화를 조사하여 레이더에 대한 물체의 속도를 결정할 수 있습니다.
FMCW 레이더는 다른 레이더 기술에 비해 몇 가지 장점이 있습니다.
- mm-wave FMCW 레이더는 고정밀 거리 측정이 가능합니다. (20~30 meter 이상에서 오차 2cm)
- 목표의 거리와 속도를 동시에 측정합니다.
- FMCW 레이더는 업데이트 속도가 빠릅니다.
- 폭우, 안개, 먼지가 많은 날씨 및 대기조건에서도 잘 작동합니다.
- 보이지 않게 장착이 가능합니다. (레이돔 뒤)
- 다양한 물질을 투과할 수 있어 은폐되거나 가려진 표적을 측정, 탐지가 가능합니다.
FMCW 레이더는 자율주행 자동차 시스템(ADAS), 날씨 모니터링 및 군사 감시장치, 오일 및 LPG 탱크의 저장부피측정을 비롯한 다양한 응용 분야에서 사용됩니다.
Analyzing FMCW radar
그림 2와 같이 SU-57 전투기의 앞부분에 Parametric Beam antenna를 부착하여 정면을 스캔할 수 있게 하였습니다. HFSS의 SBR+ solver를 사용하여 FMCW radar를 시뮬레이션 하였습니다.
2대의 전투기를 위치시켜 레이더가 달린 전투기는 직진, 속도 100m/s로 설정하였고 다른 전투기는 회전, 속도 200m/s으로 설정하여 시뮬레이션한 결과를 나타내었습니다.
ANSYS HFSS를 사용함으로써 FMCW 레이더를 쉽게 설계 및 작동상태를 확인할 수 있습니다.
