[오토모티브 특집] 로데슈바르즈의 ‘차량용 레이더’ 정밀 계측 솔루션

[테크월드뉴스=서유덕 기자] 자율 주행은 자동차 산업의 발전을 보여주는 기술이다. 자율 주행의 핵심 중 하나로 차량 주변의 환경을 감지할 수 있는 센서 기술이 꼽히는데, 특히 차량용 레이더(Radar) 센서는 사고 예방과 자율 주행을 위한 기반으로 인식돼 지속적으로 발전하는 부품이다.

레이더를 포함한 모든 센서와 프로세스는 안전이 보장돼야 한다. 차량용 레이더 기술의 안전을 검증하기 위해선 최첨단 기술력이 집약된 테스트·계측 솔루션으로 신뢰도 높은 측정환경을 구축할 필요가 있다. 이 글에서는 측정 애플리케이션의 관점으로 차량용 레이더 센서의 연구·개발에서 양산 단계에 이르는 측정 요구 사항을 설명하고, 이를 지원할 수 있는 측정 장비를 선보인다.

로데슈바르즈는 80년 이상의 역사를 지닌 측정 장비·솔루션 회사로서, ‘연구·개발’, ‘생산·측정’, ‘검·인증’에 필요한 솔루션을 모두 제공한다. 또한, 컴포넌트·RF와 디지털 설계 경로에 따른 기본적인 측정 요구 사항부터 복잡하고 까다로운 고급 테스트 항목까지 지원해 차량용 레이더 산업 발전을 선도하고 있다.

‘연구·개발’을 위한 요구 사항과 측정 솔루션
신호 품질 분석, 레이더 에코(Echo) 신호 발생, 간섭 신호 측정

차량용 레이더 센서를 개발하려면 오실레이터(Oscillator)와 관련 컴포넌트의 성능을 최대화해야 한다. 레이더 에코 신호를 정확히 검출하려면 오실레이터의 선형성을 확보해야 하는데, 이를 위해 위상 잡음(Phase Noise)을 검출할 수 있는 고성능 분석기가 필요하다.

신호 소스 분석기인 ‘FSWP’는 이상적인 위상 잡음을 확인하기 위해 다양한 변수로부터 정확하게 위상 잡음 측정을 수행한다. 아울러, 전압 제어 발진기(VCO) 시스템 설계 시 VCO 튜닝(Tunning)에 필요한 측정을 지원하는 전용 소프트웨어를 제공한다.

한편, 레이더 칩셋의 다이나믹 레인지(DR)와 수명 주기 개발에는 신호 발생기가 필수다. 칩셋의 주요 성능을 시험·검증할 때 안정된 RF 신호와 신뢰할 수 있는 클럭 소스가 필요하기 때문이다.

‘SMA100B’ 고성능 신호발생기는 안정된 RF 신호, 신뢰 높은 클럭 소스를 제공해 칩셋 성능 테스트의 모든 필요 사항을 충족한다.

레이더 신호 변조, 클럭 신디사이저 지원

개발 중인 레이더 모듈과 칩셋의 동작이 가능한 단계라면, 레이더 신호의 품질 평가를 위해 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호의 분석이 필요하다. 현재 상용화된 차량용 레이더 신호는 일반적으로 24·77·79㎓의 중심 주파수를 사용하고, 최대 4㎓의 변조 대역폭을 갖는다. 그러므로, 이를 지원하는 신호 분석기는 최대 79㎓의 초고주파수 대역과 4㎓의 광대역 신호를 처리해야 한다.

‘FSW’ 신호 분석기는 단일 측정 장비에서 최대 90㎓의 중심주파수, 8.3㎓의 분석 대역폭을 지원한다. 현재 상용화된 레이더 센서에 필요한 모든 요소를 외부 액세서리 장착 없이 단일 장비로 분석할 수 있다. 아울러, FMCW 신호의 대역폭, 파워, 변조 신호 선형성 분석을 위해 제공되는 ‘FSW-K60C’ 소프트웨어 옵션은 개발자가 신호를 간편하게 디버깅함으로써 레이더 센서 개발 업무에 집중할 수 있도록 돕는다.

MIMO 레이더 측정

최근의 레이더는 다중 안테나 기술(MIMO) 같은 멀티 안테나 레이더 시스템으로 진화하고 있다. MIMO를 적용하면 멀티 채널을 사용하게 되므로, 이에 대한 측정이 필요하다. MIMO 기능이 적용된 레이더의 멀티 채널을 측정할 때 각 수신부(Receiver)는 같은 물체(Object)의 감지 신호를 포착하므로, 이들 수신 채널 간 동기가 중요하다. 이 멀티 채널 측정을 지원하는 대표적인 제품이 바로 오실로스코프다.

‘RTP’ 오실로스코프와 ‘FS-Z90’ 하모닉 믹서의 조합은 MIMO 레이더를 지원할 수 있는 측정 셋업으로, 최대 4개의 24㎓ 또는 77~79㎓ 레이더 신호를 동시에 측정할 수 있다. 진보된 트리거 기능을 통해 보다 쉽게 채널 간 동기를 확인할 수 있으므로, 멀티 채널 MIMO 레이더에 대한 신호 분석과 검증을 위한 가장 이상적인 측정 플랫폼이다.

레이더 센서 간섭(Interference) 시험

차량용 레이더 개발에 필요한 마지막 단계는 센서 간섭 측정이다. 실제 도로에서는 차량들의 레이더 센서가 동시 다발적으로 사용되기에 신호 간섭에 의한 교통사고 발생 위험이 존재한다. 이에 따라, 차량용 레이더 센서의 간섭 신호에 대한 처리를 개발 단계에서 검증해야 한다.

로데슈바르즈는 간섭 환경에서의 레이더 시험을 지원하는 솔루션을 제공한다. 이 솔루션은 신호발생기 제품인 ‘SMW200A’ 기반 ‘SMW-K300’ 펄스 시퀀스 옵션과 ‘SMZ-90’ 멀티플라이어다. 이 솔루션은 실제 도로에서 일어날 수 있는 간섭 상황 시나리오를 제공하며, 필요에 따라 사용자 정의 시나리오도 구성할 수 있다. 개발자는 실제 도로가 아닌 연구소 실험 환경에서 필요한 간섭 상황을 모사해 테스트 수행 가능하다.

‘EOL 생산라인’을 위한 솔루션
레이더 에코 발생, EIRP·레이돔 측정

생산·시험 단계의 측정 장비는 개발 단계 측정 장비 대비 효율성이 중요하다. 이 효율성은 생산 자동화와 효과적 관리의 측면뿐만 아니라 설치 공간 같은 물리적인 요구 사항도 의미한다.

‘AREG100A’ 레이더 에코 발생기는 동시에 ‘최대 4개의 에코 신호’와 ‘각 타겟별 도플러 쉬프트 효과’, ‘레이다 반사 면적(RCS)’에 대한 시뮬레이션을 제공한다. 레이더 센서에서 발생시킨 신호를 가공해 가상의 물체를 모사한 신호를 피드백함으로써 레이더 센서가 정상적으로 물체를 인식하는지 검증한다. 또한, 프론트 엔드 모듈에서 제공하는 IF 포트를 통해 유럽통신표준협회(ETSI) EN 301091-1 또는 EN 302264-1에 의해 정의된 표준 전송 파워에 대한 테스트를 진행할 수 있다. ‘NRP-8S’ 파워센서를 연결할 경우, 차량용 레이더 원 주파수가 아닌 IF 신호를 통한 분석이 가능해 정확한 실효 등방 방사 전력(EIRP) 측정을 고효율·저비용로 수행 가능하다.

레이더 모듈 양산 단계에서 고려할 또 다른 조건은 레이더 구조물이다. 일반적으로 차량용 레이더는 범퍼 등 차량 구조물 후면에 위치한다. 레이돔 디자인이나 재질로 인해 전송 신호와 반사된 수신 신호의 특성이 달라질 수 있으므로, 레이돔 역시 측정 대상이다.

‘QAR’ 레이돔 테스터는 초고주파(㎜Wave) 신호로 고해상도 이미지를 제공한다. 이를 통해, 범퍼 등 레이돔 구조물이 레이더 성능에 어떤 영향을 미치는지, 가장 적은 영향을 미치는 레이돔 위치는 어디인지 등을 확인할 수 있다.

자료제공: 로데슈바르즈(www.rohde-schwarz.com)