레이다의 구성과 주파수

레이다는 에코의 위상을 어떻게 재고, 어떤 주파수를 쓰는가? 위상을 재려면 에코를 보낸 신호와 같은 기준에 대어 보아야 한다. 코히어런트(coherent) 레이다에서는 발진기 하나가 송신기와 수신기의 혼합기에 같은 신호를 준다. 혼합기는 에코에 그 신호를 곱하고, 저역 통과 필터가 두 신호의 위상 차 성분만 남긴다. 발진기가 같으므로 이 위상 차가 곧 에코가 오가며 얻은 위상이다. cos와 sin 두 갈래로 곱해 I와 Q를 얻으면 위상이 어느 쪽으로 도는지까지 알 수 있다. 마지막으로 ADC가 I와 Q를 샘플로 바꾼다.

그림에서 ▶를 누를 때마다 에코가 수신 안테나에서 ADC까지 한 블록씩 지나가고, 그다음에는 펄스가 하나씩 더해지며 수신기가 송신과 같은 발진기를 쓸 때와 발진기를 따로 쓸 때의 I + jQ가 나란히 찍힌다.

점선은 발진기가 혼합기에도 같은 신호를 주는 길이고, 가운데 패널은 강조한 블록에서의 신호이며 반송파는 보이도록 실제보다 훨씬 느리게 그렸다. 아래 두 복소평면은 정지한 표적의 같은 거리 샘플을 펄스마다 찍은 I + jQ이다.

수신기가 발진기를 따로 쓰면, 그 발진기가 펄스를 받을 때의 위상은 송신 발진기의 위상과 아무 관계가 없다. 그래서 정지한 표적에서도 I + jQ가 펄스마다 다른 각에 선다. 이렇게 되면 위상으로 작은 움직임을 재는 일도, 위상이 도는 빠르기로 속도를 재는 일도 할 수 없다. 같은 발진기를 쓰면 정지한 표적의 I + jQ는 펄스마다 같은 점에 다시 선다.

레이다는 쓰임에 따라 여러 주파수를 쓴다. 주파수 대역의 이름은 IEEE Std 521-2019가 정한 문자 표기를 따른다. 파장이 길수록 비와 구름을 잘 지나가고 멀리 보지만, 같은 각 분해능을 얻으려면 안테나가 커야 한다. 차량 레이다가 76–81 GHz를 쓰는 이유 하나는 파장이 4 mm 안팎이라 작은 안테나로 좁은 빔을 만들 수 있기 때문이다.

표의 쓰임은 예이고, IEEE Std 521-2019가 정한 것이 아니다.