JP7402953B1 - 導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】給電損失（Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｌｏｓｓ）を低減しながらもレーダー装置のサイズを小型化することができ、照準（Ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）利得（Ｇａｉｎ）に優れ、アンテナパッチ間の間隔を減らすことができる導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置を提供する。【解決手段】本発明は、導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置に関するものであって、導波管を用いた垂直給電構造を有し、給電損失（Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｌｏｓｓ）を低減しながらもレーダー装置のサイズを小型化することができ、照準（Ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）利得（Ｇａｉｎ）に優れ、アンテナパッチ間の間隔を減らすことができるようにするものである。【選択図】図２
Description
本発明は、映像レーダー（Ｉｍａｇｅ Ｒａｄａｒ）に関するものであって、特に導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置に関する。
図１は、通常の映像レーダーを例示した図である。図１に示すように、映像レーダー１０は、通常、ＰＣＢ（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）１１の上にレーダーチップ（Ｒａｄａｒ Ｃｈｉｐ）１２とアンテナパッチ１３（Ａｎｔｅｎｎａ Ｐａｔｃｈ）が配置される。
しかし、このような映像レーダー１０は、解像度（Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）が低いほど給電線（Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｌｉｎｅ）１４が長くなり、給電損失（Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｌｏｓｓ）が増加するという短所があり、レーダーチップ１２と周辺部品が占める空間と、給電線１４が占める空間にアンテナパッチ１３を配置することができず、これらの空間ほどＰＣＢ１１の面積が増加しなければならないため、映像レーダー１０のサイズが大きくなる問題があった。
韓国登録特許第１０－２００１６６８号（２０１９．０７．１８公告）でレーダー用導波管スロット配列アンテナ（Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｓｌｏｔ Ａｒｒａｙ Ａｎｔｅｎｎａ）について記載している。導波管スロット配列アンテナを採用したレーダーは、放射スロットを含む放射開口面と、給電導波管を含む給電面が積層される。
このような導波管スロット配列アンテナを採用したレーダーは、アンテナと給電線およびレーダーチップが垂直方向に積層されるため、図１に示す通常の映像レーダーに比べてレーダー装置のサイズを縮小できる長所がある。
しかし、導波管スロット配列アンテナを採用したレーダーは、スロット配列アンテナが狭いスロット方向にビーム幅が１００度以上広く、照準（Ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）すなわち、アンテナから放射される電波の主ローブ（Ｌｏｂｅ）の中心方向に利得（Ｇａｉｎ）が低くなる短所がある。
また、映像レーダー（Ｉｍａｇｅ Ｒａｄａｒ）として使用する場合、グレーティングローブ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｏｂｅ）が±５０度以内で発生しないためには、アンテナ間最小間隔が０．６波長以内でなければならないが、導波管スローン配列アンテナは、それ以上の間隔が必要であり、グレーティングローブが発生する問題がある。
したがって、本発明者は、導波管を用いた垂直給電構造を有し、給電損失（Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｌｏｓｓ）を低減しながらもレーダー装置のサイズを小型化することができ、照準（Ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）利得（Ｇａｉｎ）に優れ、アンテナパッチ間の間隔を減らすことができる改善された映像レーダー装置について研究を行った。
本発明は、給電損失（Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｌｏｓｓ）を低減しながらもレーダー装置のサイズを小型化することができ、照準（Ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）利得（Ｇａｉｎ）に優れ、アンテナパッチ間の間隔を減らすことができる導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置を提供することをその目的とする。
前述の目的を達成するための本発明の一態様によると、導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置がレーダー信号を放射する少なくとも１つの送信アンテナパッチと、ターゲットから反射されるレーダー信号を受信する少なくとも１つの受信アンテナパッチと、少なくとも１つの送信アンテナパッチおよび少なくとも１つの受信アンテナパッチが実装されるサブＰＣＢと、少なくとも１つの送信アンテナパッチを介して放射されるか、または少なくとも１つの受信アンテナパッチを介して受信されるレーダー信号を処理するレーダーチップと、レーダーチップが実装されるメインＰＣＢと、メインＰＣＢとサブＰＣＢとの間に配置され、メインＰＣＢに実装されるレーダーチップとサブＰＣＢに実装される少なくとも１つの送信アンテナパッチおよび少なくとも１つの受信アンテナパッチとの給電（Ｆｅｅｄｉｎｇ）を行う給電導波管と、を含む。
本発明の付加的な態様によると、導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置は、メインＰＣＢに実装されるレーダーチップと給電導波管との間を電気的に接続するメイン給電線をさらに含み得る。
本発明の付加的な態様によると、メイン給電線は、メインＰＣＢにパターニングできる。
本発明の付加的な態様によると、導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置は、サブＰＣＢに実装される少なくとも１つの送信アンテナパッチおよび少なくとも１つの受信アンテナパッチと給電導波管との間を電気的に接続するサブ給電線をさらに含み得る。
本発明の付加的な態様によると、サブ給電線は、サブＰＣＢにパターニングできる。
本発明の付加的な態様によると、給電導波管は、複数個積層されてメインＰＣＢとサブＰＣＢとの間に配置され得る。
本発明の付加的な態様によると、導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置は、サブＰＣＢの前面に結合され、サブＰＣＢに実装される少なくとも１つの送信アンテナパッチおよび少なくとも１つの受信アンテナパッチの外部露出を防止するアンテナカバーをさらに含み得る。
本発明は、導波管を用いた垂直給電構造を有し、給電損失（Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｌｏｓｓ）を低減しながらもレーダー装置のサイズを小型化することができ、照準（Ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）利得（Ｇａｉｎ）に優れ、アンテナパッチ間の間隔を減らすことができるため、レーダー性能に優れた小型の映像レーダー装置を提供できる効果がある。
以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施形態を通じて本発明を当業者が容易に理解かつ再現できるように詳細に説明する。特定の実施形態が図面に例示され、関連する詳細な説明が記載されているが、これは本発明の様々な実施形態を特定の形態に限定しようとするものではない。
本発明の説明において、関連する公知の機能または構成についての具体的な説明が本発明の実施形態の要旨を不必要にぼかすことができると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
ある構成要素が他の構成要素に「連結」または「接続」されていると言及した場合、その他の構成要素に直接的に連結されているか、または接続されていることもあるが、中間に他の構成要素が存在する可能性もあると理解されなければならない。
一方、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結」または「直接接続」されていると言及した場合、中間に他の構成要素が存在しないものと理解されなければならない。
図２～図４は、本発明による導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置の一実施形態の構成を示す斜視図、底面図、側面図である。図２～図４に示すように、本発明による導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置１００は、少なくとも１つの送信アンテナパッチ１１０と、少なくとも１つの受信アンテナパッチ１２０と、サブＰＣＢ１３０と、レーダーチップ１４０と、メインＰＣＢ１５０と、給電導波管１６０と、を含む。
少なくとも１つの送信アンテナパッチ１１０は、レーダー信号を放射する。このとき、送信アンテナパッチ１１０が複数個である場合、送信アンテナパッチ間の間隔がレーダー信号波長の半波長となるように具現できる。
少なくとも１つの受信アンテナパッチ１２０は、ターゲットから反射されるレーダー信号を受信する。このとき、受信アンテナパッチ１２０が複数個である場合、受信アンテナパッチ間の間隔がレーダー信号波長の半波長となるように具現できる。
サブＰＣＢ１３０は、少なくとも１つの送信アンテナパッチ１１０および少なくとも１つの受信アンテナパッチ１２０が実装される。例えば、送信アンテナパッチ１１０と受信アンテナパッチ１２０が多数の場合、送信アンテナパッチ１１０は、水平方向に配列されてサブＰＣＢ１３０上に実装され、受信アンテナパッチ１２０は、垂直方向に配列されてサブＰＣＢ１３０上に実装されるように具現できるが、これに限定されない。
このとき、サブＰＣＢ１３０上に少なくとも１つの送信アンテナパッチ１１０および少なくとも１つの受信アンテナパッチ１２０を実装する主な理由は、映像レーダー（Ｉｍａｇｅ Ｒａｄａｒ）が単一のアンテナを介して放射または受信される３ｄＢ利得を有するレーダー信号の水平方向のビーム幅が１００度以下、最小アンテナの間隔は、０．６波長以下が必要であるためである。
レーダーチップ１４０は、少なくとも１つの送信アンテナパッチ１１０を介して放射されるか、または少なくとも１つの受信アンテナパッチ１２０を介して受信されるレーダー信号を処理する。
例えば、レーダーチップ１４０は、送信アンテナパッチ１１０を介して放射される周波数信号を増幅するパワー増幅器（ＰＡ、Ｐｏｗｅｒ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）（図示せず）と、入力周波数のｎ整数倍の出力周波数の電力をパワー増幅器（ＰＡ）に出力する逓倍器（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）（図示せず）を含む送信モジュールを含み得る。
また、レーダーチップ１４０は、受信アンテナパッチ１２０を介して受信される微弱な周波数信号を低雑音増幅する低雑音増幅器（ＬＮＡ、Ｌｏｗ Ｎｏｉｓｅ Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）（図示せず）と、送信アンテナパッチ１１０を介して放射される周波数信号と受信アンテナパッチ１２０を介して受信される周波数信号の積による周波数遷移を行うミキサ（図示せず）を含む受信モジュールを含み得る。
一方、レーダーチップ１４０は、周波数信号の送受信を制御するが、送信モジュールを介して出力される周波数信号と、受信モジュールを介して受信される周波数信号の周波数遷移を分析してターゲット（物体）を感知する制御部（図示せず）を含み得る。このとき、制御部が周波数変調連続波（ＦＭＣＷ、Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）を使用して物体を感知するように具現できる。
メインＰＣＢ１５０は、レーダーチップ１４０が実装される。このとき、レーダーチップ１４０にモジュール化される送信モジュールと受信モジュールが物理的に別のレーダーチップとして具現されることもあり、１つのチップに具現されることもある。
給電導波管１６０は、メインＰＣＢ１５０とサブＰＣＢ１３０との間に配置され、メインＰＣＢ１５０に実装されるレーダーチップ１４０とサブＰＣＢ１３０に実装される少なくとも１つの送信アンテナパッチ１１０および少なくとも１つの受信アンテナパッチ１２０との給電（Ｆｅｅｄｉｎｇ）を行う。このとき、給電導波管１６０が複数個積層されてメインＰＣＢ１５０とサブＰＣＢ１３０との間に配置されるように具現できる。
したがって、本発明は、レーダーチップ１４０が実装されるメインＰＣＢ１５０と、少なくとも１つの送信アンテナパッチ１１０および少なくとも１つの受信アンテナパッチ１２０が実装されるサブＰＣＢ１３０との間に給電（Ｆｅｅｄｉｎｇ）を行う給電導波管１６０が配置される垂直給電構造を有する。
メインＰＣＢ１５０とサブＰＣＢ１３０との間に配置される給電導波管１６０は、メインＰＣＢ１５０に実装されるレーダーチップ１４０とサブＰＣＢ１３０に実装される少なくとも１つの送信アンテナパッチ１１０および少なくとも１つの受信アンテナパッチ１２０と電気的に接続されて給電（Ｆｅｅｄｉｎｇ）が行われる。
このような給電導波管１６０を用いた垂直給電構造を有する本発明は、給電線（Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｌｉｎｅ）の長さを短くすることができるため、給電損失（Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｌｏｓｓ）を低減することができる。
また、レーダーチップ１４０と少なくとも１つの送信アンテナパッチ１１０および少なくとも１つの受信アンテナパッチ１２０を３Ｄ空間上で垂直方向に重ねて配置できるため、ＰＣＢ基板のサイズが小さくなり、レーダー装置のサイズを小型化することができる。
また、方位角（Ａｚｉｍｕｔｈ）方向に３ｄＢ利得（Ｇａｉｎ）を有するレーダー信号のビーム幅（Ｂｅａｍ Ｗｉｄｔｈ）が６０～７０度程度となるため、照準（Ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）すなわち、アンテナから放射される電波の主ローブの中心方向に利得が非常に優れる。
また、送信アンテナパッチ１１０間の間隔および受信アンテナパッチ１２０間の間隔をレーダー信号の半波長まで減らすことができ、レーダー装置のサイズをより小型化することができる。
このように具現することにより、本発明は、導波管を用いた垂直給電構造を有し、給電損失（Ｆｅｅｄｉｎｇ Ｌｏｓｓ）を低減しながらもレーダー装置のサイズを小型化することができ、照準（Ｂｏｒｅｓｉｇｈｔ）利得（Ｇａｉｎ）に優れ、アンテナパッチ間の間隔を減らすことができるため、レーダー性能に優れた小型の映像レーダー装置を提供し得る。
一方、本発明の付加的な態様によると、導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置１００は、メイン給電線１７０をさらに含み得る。メイン給電線１７０は、メインＰＣＢ１５０に実装されるレーダーチップ１４０と給電導波管１６０との間を電気的に接続する。このとき、メイン給電線１７０をメインＰＣＢ１５０にパターニングするように具現できる。
このように具現することにより、本発明は、水平方向の給電線の長さを短くし、給電導波管１６０を介して垂直方向の給電を行うため、従来のＰＣＢに実装されるレーダーチップとアンテナとの間を給電線を介して水平方向に直接接続する方式に比べて水平方向の給電線の長さを短くすることができるため、給電損失を減らすことができる。
一方、本発明の付加的な態様によると、導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置１００は、サブ給電線１８０をさらに含み得る。サブ給電線１８０は、サブＰＣＢ１３０に実装される少なくとも１つの送信アンテナパッチ１１０および少なくとも１つの受信アンテナパッチ１２０と給電導波管１６０との間を電気的に接続する。このとき、サブ給電線１８０をサブＰＣＢ１３０にパターニングするように具現できる。
このように具現することにより、本発明は、水平方向の給電線の長さを短くし、給電導波管１６０を介して垂直方向の給電を行うため、従来のＰＣＢに実装されるレーダーチップとアンテナとの間を給電線を介して水平方向に直接接続する方式に比べて水平方向の給電線の長さを短くすることができるため、給電損失を減らすことができる。
一方、本発明の付加的な態様によると、導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置１００は、アンテナカバー１９０をさらに含み得る。アンテナカバー１９０は、サブＰＣＢ１３０の前面に結合され、サブＰＣＢ１３０に実装される少なくとも１つの送信アンテナパッチ１１０および少なくとも１つの受信アンテナパッチ１２０の外部露出を防止する。例えば、アンテナカバー１９０は、レーダー信号の送受信に干渉しない金属材料であり得る。
このように具現することにより、本発明は、サブＰＣＢ１３０に実装される少なくとも１つの送信アンテナパッチ１１０と、少なくとも１つの受信アンテナパッチ１２０をアンテナカバー１９０を介して外部から保護することができる。
本明細書および図面に開示された様々な実施形態は、理解を助けるために特定の例を提示したものであり、本発明の様々な実施形態の範囲を限定しようとするものではない。
したがって、本発明の様々な実施形態の範囲は、ここで説明される実施形態に加えて、本発明の様々な実施形態の技術的思想に基づいて導出されるすべての変更または変形された形態が本発明の様々な実施形態の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
本発明は、映像レーダー関連の技術分野およびその応用技術分野において産業上で利用可能である。
１００ 導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置
１１０ 送信アンテナパッチ
１２０ 受信アンテナパッチ
１３０ サブＰＣＢ
１４０ レーダーチップ
１５０ メインＰＣＢ
１６０ 給電導波管
１７０ メイン給電線
１８０ サブ給電線
１９０ アンテナカバー
１１０ 送信アンテナパッチ
１２０ 受信アンテナパッチ
１３０ サブＰＣＢ
１４０ レーダーチップ
１５０ メインＰＣＢ
１６０ 給電導波管
１７０ メイン給電線
１８０ サブ給電線
１９０ アンテナカバー
Claims (6)
- レーダー信号を放射する少なくとも１つの送信アンテナパッチと、
ターゲットから反射されるレーダー信号を受信する少なくとも１つの受信アンテナパッチと、
少なくとも１つの送信アンテナパッチおよび少なくとも１つの受信アンテナパッチが実装されるサブＰＣＢと、
少なくとも１つの送信アンテナパッチを介して放射されるか、または少なくとも１つの受信アンテナパッチを介して受信されるレーダー信号を処理するレーダーチップと、
レーダーチップが実装されるメインＰＣＢと、
メインＰＣＢとサブＰＣＢとの間に配置され、メインＰＣＢに実装されるレーダーチップとサブＰＣＢに実装される少なくとも１つの送信アンテナパッチおよび少なくとも１つの受信アンテナパッチとの給電（Ｆｅｅｄｉｎｇ）を行う給電導波管と、
メインＰＣＢに実装されるレーダーチップと給電導波管との間を電気的に接続するメイン給電線と、
を含む導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置。 - メイン給電線は、メインＰＣＢにパターニングされる請求項１に記載の導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置。
- レーダー信号を放射する少なくとも１つの送信アンテナパッチと、
ターゲットから反射されるレーダー信号を受信する少なくとも１つの受信アンテナパッチと、
少なくとも１つの送信アンテナパッチおよび少なくとも１つの受信アンテナパッチが実装されるサブＰＣＢと、
少なくとも１つの送信アンテナパッチを介して放射されるか、または少なくとも１つの受信アンテナパッチを介して受信されるレーダー信号を処理するレーダーチップと、
レーダーチップが実装されるメインＰＣＢと、
メインＰＣＢとサブＰＣＢとの間に配置され、メインＰＣＢに実装されるレーダーチップとサブＰＣＢに実装される少なくとも１つの送信アンテナパッチおよび少なくとも１つの受信アンテナパッチとの給電（Ｆｅｅｄｉｎｇ）を行う給電導波管と、
サブＰＣＢに実装される少なくとも１つの送信アンテナパッチおよび少なくとも１つの受信アンテナパッチと給電導波管との間を電気的に接続するサブ給電線と、
を含む導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置。 - サブ給電線は、サブＰＣＢにパターニングされる請求項３に記載の導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置。
- 給電導波管は、複数個積層されてメインＰＣＢとサブＰＣＢとの間に配置される請求項１に記載の導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置。
- 導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置は、
サブＰＣＢの前面に結合され、サブＰＣＢに実装される少なくとも１つの送信アンテナパッチおよび少なくとも１つの受信アンテナパッチの外部露出を防止するアンテナカバーをさらに含む請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の導波管を用いた垂直給電構造の映像レーダー装置。
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