KR100292763B1 - 안테나장치및레이더모듈 - Google Patents

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KR100292763B1
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고이치 사카모토
게니치 이이오
히데아키 야마다
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무라타 야스타카
가부시키가이샤 무라타 세이사쿠쇼
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Abstract

본 발명은 밀리미터파 대역에서 사용되는 안테나 장치 및 레이더(radar) 모듈에 관한 것이다. 본 발명은, 평면 유전체 전송모드(planar dielectric transmission mode)로부터 예를 들어, 동일평면상(coplaner)의 전송모드, 마이크로스트립 전송모드, 또는 도파관 전송모드로의 전송모드전환을 수행하지 않고서도, 평면 유전체 전송선로로부터 1차 방사기에 신호가 직접 전송되는 안테나를 제공하여, 전송모드전환에 의해 발생할 수 있는 전송손실을 제거할 수 있다. 유전체 공진기는, 유전체판의 양측에 배치된 두 개의 슬롯트들간에 형성된 평면 유전체 전송선로 PDTL의 말단 근방에 배치된다. 더욱이, 슬롯트판(slotted plate)과, 렌즈(lens) 지지대 및 유전체 렌즈가 적층배치된다.

Description

안테나 장치 및 레이더 모듈{Antenna device and radar module}
본 발명은 밀리미터파 대역에서 사용되는 안테나 장치 및 레이더(radar) 모듈에 관한 것이다.
마이크로파 대역 및 밀리미터파 대역에서 사용되는 전송선로로서는, 도파관; 동축 전송선로; 및 예를 들어 마이크로스트립 전송선로와, 동일 평면상의 전송선로 및 슬롯트 전송선로와 같은 유전체 기판 위에 형성된 도전체를 포함하는 유형의 전송선로가 광범위하게 사용된다. 전송선로가 유전체 기판 위에 형성된 경우, 예를 들어, 집적회로와 같은 다른 전자부품에 전송선로를 용이하게 접속할 수 있다. 이것을 이용하여, 유전체 기판 위에 전자 부품을 실장함으로써 다양한 종류의 집적회로들이 형성된다.
밀리미터파 대역에서 사용하기 위한 안테나로서는, 도파관 혼 안테나(waveguide horn antennas) 및 마이크로스트립선로 패치 안테나(microstrip line patch antennas)가 사용된다.
마이크로스트립 전송선로와, 동일 평면상의 전송선로, 및 슬롯트 전송선로들은 오히려 큰 전송손실을 갖으며, 따라서 이들은 저 전송손실을 필요로 하는 회로용으로 적합하지 않다. 상기한 문제점을 해결하기 위해, 본원 출원인은 일본 특허 공개번호 8-265007호 공보에 기재된 평면 유전체 전송선로 및 집적회로에 관하여 특허출원하였다.
이 평면 유전체 전송선로가 예를 들어, 자동차에 장치된 밀리미터파 레이더용 안테나 장치를 형성하는데 사용되는 경우, 도파관 혼 안테나(wave horn antenna)를 형성하도록 전송모드가 도파관 모드로 전환된다. 또는 전송모드는 동일 평면상의 전송모드를 통해서 마이크로스트립 전송선로 모드로 변환되어, 이에 의해 신호는 마이크로스트립 패치(patch) 안테나에 공급된다. 그러나, 상기 평면 유전체 전송선로에 의해 제공된 저전송손실성 및 소형화의 이점은 유실되는데, 왜냐하면 전송모드전환을 달성하기 위한 전송 변환기의 사용에 의해 모듈의 전체 체적이 증가하기 때문이며, RF 신호가 전송 변환기를 통과하는 경우에 발생하는 손실에 의해 안테나 효율의 저하를 초래하기 때문이다. 다른 문제점은 복잡한 조립과정이다. 더욱이, 특성의 재현성이 악화된다. 그 결과, 전체 제조비용이 증가한다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점들을 해결하는 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 목적은 평면 유전체 전송선로에 고효율로 결합될 수 있는 안테나 장치를 제공하는 것이며, 또한 평면 유전체 전송선로를 포함하는 모듈의 형태로 형성될 수 있는 안테나 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 평면 유전체 전송선로를 이용하여 소형, 고효율의 레이더 모듈을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 안테나 장치의 제 1 구현예의 분해 사시도이다.
도 2는 안테나 장치의 분해 정면도이다.
도 3은 안테나 장치의 다양한 부분을 보여주는 평면도이다.
도 4는 안테나 장치의 평면 유전체 전송선로와 유전체 공진기와의 위치관계를 보여주는 부분 평면도이다.
도 5는 평면 유전체 전송선로의 단면도이다.
도 6은 평면 유전체 전송선로의 단면도이다.
도 7은 평면 유전체 전송선로의 전자계 분포의 개략도이다.
도 8은 본 발명에 따른 안테나 장치의 제 2 구현예의 분해 정면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 안테나 장치의 제 3 구현예의 분해 사시도이다.
도 10a 및 도 10b 각각은 안테나 장치의 유전체 공진기를 개략적으로 보여주는 평면도 및 단면도이다.
도 11은 밀리미터파 레이터 모듈의 등가회로도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1, 1a, 1b: 유전체 공진기 2: 슬롯트판
3: 렌즈 지지대 4: 유전체 렌즈
5: 전극비형성부에 의한 유전체 공진기 6: 개구부
10: 안테나 모듈 21a, 21b, 22a, 22b: 도전체
23: 유전체판 23a, 23b: 차단영역
23c: 전송영역 24: 제 1 슬롯트
25: 제 2 슬롯트 30: 회로기판
41: 상부 도전체판 42, 43: 공간
44: 하부 도전체판 51: 발진기
52, 53: 서큘레이터 54; 혼합기
55, 56: 결합기 57: 안테나
상기한 목적들을 달성하기 위해, 본 발명에서는, 평면 유전체 전송선로로부터 도파관 또는 마이크로스트립선로로의 전송모드전환을 필요로 하지 않는 안테나의 실현기술을 제공한다. 더욱 상세하게는, 본 발명의 한 측면에서는,
유전체판의 제 1 주면에 두 개의 전극들을 일정한 간격을 두고 배치하여 상기 두 전극들간에 제 1 슬롯트(slot)를 형성하고, 또한 유전체판의 제 2 주면에 다른 두 개의 전극들을 일정한 간격을 두고 배치하여 상기 두 전극들간에 제 2 슬롯트를 형성하며, 상기 제 2 슬롯트의 위치는 상기 유전체판의 대향측의 제 1 슬롯트의 위치에 대응하며, 제 1 슬롯트와 제 2 슬롯트간의 유전체판의 영역은 평면파가 전송되는 평면 유전체 전송선로의 전파영역으로서 작용하는 것을 특징으로 하는 유전체판; 및
유전체 공진기가 평면 유전체 전송선로의 말단에 또는 중앙부에 배치되어, 평면 유전체 전송선로가 유전체 공진기에 결합되며 유전체 공진기가 1차 방사기(radiator)로서 작용하는 것을 특징으로 하는 유전체 공진기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공한다. 이 안테나 장치에 있어서, 유전체판의 양주면들에 형성된 상기 제 1 슬롯트와 상기 제 2 슬롯트간의 유전체판의 부분은, 평면파가 전송되는 평면 유전체 전송선로의 전파영역으로서 작용한다. 이 평면 유전체 전송선로의 말단에 또는 중앙부에 배치되며, 평면 유전체 전송선로에 결합된 유전체 공진기는, 1차 방사기로서 작용한다. 예를 들어, TE01δ 모드로 또는 HE111 모드로 동작하는 원통상의 유전체 공진기가 사용되는 경우, 유전체 공진기로부터 이것의 축방향으로 전자파가 방사된다. 안테나 장치가 전송 안테나로서 사용되는 경우, 평면 유전체 전송선로를 TE 모드로 또는 LSM 모드로 전파하는 전자파가 유전체 공진기의 TE010 모드로 직접 전환되며, 유전체 공진기의 축방향으로 전자파가 방사된다. 거꾸로, 유전체 공진기에 이것의 축방향으로 전자파가 입사한 경우, 유전체 공진기는 TE010 모드로 공진하며, 전자파가 평면 유전체 전송선로의 TE 모드로 또는 LSM 모드로 직접 전환되며, 평면 유전체 전송선로를 전파한다.
본 발명의 다른 측면에 따라서,
유전체판의 제 1 주면에 두 개의 전극들을 일정한 간격을 두고 배치하여 상기 두 전극들간에 제 1 슬롯트를 형성하고, 또한 유전체판의 제 2 주면에 다른 두 개의 전극들을 일정한 간격을 두고 배치하여 상기 두 전극들간에 제 2 슬롯트를 형성하며, 상기 제 2 슬롯트의 위치는 상기 유전체판의 대향측의 제 1 슬롯트의 위치에 대응하며, 제 1 슬롯트와 제 2 슬롯트간의 유전체판의 부분은 평면파가 전송되는 평면 유전체 전송선로의 전파영역으로서 작용하는 유전체판;
유전체판의 일부분으로 구성되며, 이 부분에는 상기한 두 개의 전극들 및 상기한 다른 두 개의 전극들이 형성되지 않으며, 상기한 평면 유전체 전송선로의 말단에 또는 중앙부에 위치되는 유전체 공진기; 및
평면 유전체 전송선로의 말단에 또는 중앙부에 배치되어, 1차 방사기로서 작용하는 다른 유전체 공진기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치가 제공되어 있다. 이 안테나 장치에 있어서, 전극들이 형성되어 있지 않은 유전체판부는, 유전체 공진기로서 작용하며, 이 유전체 공진기는 평면 유전체 전송선로에 결합된다. 유전체판에 형성된 상기한 전자의 유전체 공진기 위에 다른 유전체 공진기가 설치되어 있어서, 이에 의해 상기한 유전체 공진기와 이 위에 설치된 상기한 다른 유전체 공진기가 결합하며, 따라서 상기한 유전체 공진기는 1차 방사기로서 작용한다.
상기한 유전체 공진기의 근방에는, 상기한 유전체 공진기의 공진 주파수에 실질적으로 상응하는 주파수에서 공진하는데 적합한 슬롯트를 배치하여, 이 슬롯트에 의해 송수신된 전자파의 편파면이 결정될 수 있다.
상기 유전체 공진기는 평면 유전체 전송선로의 제 1 및 제 2 양주면들 위에 대향배치된 두 개의 부분품들(pieces)을 포함하여, 유전체판의 한쪽 주면의 구조가 다른쪽 주면의 구조와 대칭이 되며, 이에 의해 평면 유전체 전송선로와 유전체 공진기와의 사이에 향상된 결합을 달성할 수 있다.
또한, 유전체 렌즈의 중심축이 유전체 공진기의 중심축과 실질적 일치하도록 유전체 렌즈를 배치할 수 있으며, 그리고 유전체 렌즈의 초점이 유전체 공진기의위치와 실질적으로 일치할 수 있도록 배치할 수 있다. 이에 의해, 안테나 장치의 지향성과 이득을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 따라서, 본 발명의 어느 측면에 따른 안테나 장치; 안테나 장치를 통해 방사될 신호를 발생하는 발진기; 및 안테나 장치를 통해서 수신된 신호를 로컬신호와 혼합하기(mixing) 위한 혼합기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 모듈이 제공되어 있다.
이하, 본 발명의 제 1 구현예에 따른 안테나 장치의 구조를 도 1~도 7을 참조하여 하기에 설명한다.
먼저, 평면 유전체 전송선로(planar dielectric transmission line)의 구조를 하기에 설명한다. 상기 평면 유전체 전송선로는 종래의 기술에 따른 더블슬롯트(double -slot)구조(유전체판의 양측들에 대칭으로 형성된 두 개의 슬롯트를 갖는 구조)와 유사한 구조를 갖는다. 그러나, 이 평면 유전체 전송선로의 동작은 더블슬롯트구조와 전혀 다른 원리에 근거한다. 이 점에서, 본 발명에 따른 평면 유전체 전송선로는 더블슬롯트구조와 전혀 다르다. 도 5는 신호전파방향과 수직인 평면을 따라 절단한 평면 유전체 전송선로의 단면도이다. 도 5에서, 참조부호 23은 유전체판을 나타낸다. 두 개의 도전체들 21a, 21b는 제 1 주면(도 5에서 윗쪽 표면) 위에 형성되어, 두 개의 도전체들 21a와 21b간에 제 1 슬롯트가 형성된다. 더욱이, 두 개의 도전체들 22a, 22b는 유전체판 23의 제 2 주면(도 5에서 아래쪽 표면)에 형성되어, 두 개의 도전체들 22a와 22b간에 제 2 슬롯트가 형성된다. 슬롯트들 24, 25의 근방에 각각 형성되어 있는 공동(cavities)들 42, 43을 각각 구비한두 개의 도전체판들 41, 44가 설치되어 있다. 상기 도전체들 21a, 21b는 도전체판 41에 의해 서로 전기적으로 접속되며, 상기 도전체들 22a, 22b는 도전체판 44에 의해 서로 전기적으로 접속된다.
도 5에 있어서, 대향측들에 배치된 두 개의 슬롯트들 24와 25간의 유전체판 23의 부분 23c가, 전송 주파수 fb를 갖는 고주파 신호가 전송되는 전파영역으로서 작용한다. 전파영역 23c의 양측에 있는 부분들 23a, 23b는 차단영역(cutoff)으로서 작용한다.
도 6은 전파영역을 신호전송방향과 평행인 방향으로 통과하는 면을 따라 절단한 도 5의 평면 유전체 전송선로의 단면도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 평면 전자파(plane-polarized electromagnetic wave) pw23은 상기 유전체판 23의 상면에(슬롯트 24가 형성된 부분에) 소정의 입사각 θ로 입사되며, 입사각 θ와 동일한 반사각 θ로 반사된다. 상기 유전체판 23의 상면으로부터 반사된 평면 전자파(plane-polarized electromagnetic wave) pw23은 그런 다음 상기 유전체판 23의 하면에(상기 슬롯트 25가 형성된 부분에) 입사각 θ로 입사되며, 입사각 θ와 동일한 반사각 θ로 반사된다. 더욱이, 평면 전자파(plane-polarized electromagnetic wave) pw23은 슬롯트들 24, 25가 형성된 유전체판 23의 표면들을 양경계면들로 하여 서로 반복하여 반사되며, 따라서 평면 전자파(plane-polarized electromagnetic wave) pw23은 유전체판 23의 전파영역 23c를 TE 모드로 전파한다. 즉, 원하는 전송 주파수 fb가 임계 주파수 fda(입사각 θ가 충분히 작아서, 평면 전자파 pw23이 공동 42 또는 43을 투과하여, 따라서 전파영역 23c를 전파하는 평면전자파 pw23의 감쇠를 초래한다) 이상이 되도록, 유전체판 23의 유전율 및 유전체판 23의 두께 t23을 설정한다.
도 5에 대하여 다시 언급하면, 상기 유전체판 23의 대향측들에 설치된 전극들 21a, 22a는, TE파에 대하여 원하는 전송 주파수 fb와 비교하여 충분히 높은 차단 주파수를 갖는 평행평판 도파관(parallel plane waveguide)을 형성하여, 이에 의해 전극들 21a와 22a간에 삽입된 유전체판 23의 축방향의 한측이, 전극들 21a, 22a와 평행한 전계성분을 갖는 TE파가 전파할 수 없는 차단영역 23a로서 작용한다. 유사하게, 유전체판 23의 양측들에 설치된 상기 전극들 21b, 22b는, TE파에 대하여 원하는 전송 주파수 fb와 비교하여 충분히 높은 차단 주파수를 갖는 평행평판 도파관을 형성하여, 이에 의해 상기 전극들 21b와 22b간에 삽입된 유전체판 23의 축방향의 다른측이, TE파가 전파할 수 없는 차단영역 23b로서 작용한다.
상기 공동(cavity space) 42에서, 공동 42의 천정면과 전극 21a간에 평행평판 도파관이 형성된다. 이 평행평판 도파관이 원하는 전송 주파수 fb와 비교하여 충분히 높은 TE파 차단 주파수를 갖도록, 이 평행평판 도파관의 두께 t42가 설정되어, 이에 의해 TE파가 전파할 수 없는 차단 영역 42a를 형성한다. 유사하게, TE파를 저지하기 위한 차단 영역들 42b, 43a 및 43b가 형성된다.
상기 공동 42의 대향측들에 배치된 내벽면들(도 5에서 세로 벽면들)은 평행평판 도파관을 형성한다. 이 평행평판 도파관의 TE파 차단 주파수는 원하는 전송 주파수 fb와 비교하여 충분히 높도록, 이 평행평판 도파관의 폭 W2를 설정하여, 이에 의해 차단 영역을 형성한다. 유사하게, 차단영역 43d는 공동 43내에 형성된다.
상술한 구조를 갖는 평면 유전체 전송선로(planar dielectric transmission line)에 있어서, 임계 주파수 fda 이상(higher than)의 주파수를 갖는 고주파 신호의 전자계 에너지는 전파영역 23c 이내 및 이것의 근방에 집중되어, 평면파(plane wave)는 유전체판 23의 전파영역을 통하여 종방향(z축 방향)으로 전송된다.
60㎓ 대역의 신호를 전송하고자 하는 경우, 상기 유전체판 23의 비유전율이 20~30이며 두께 t23이 0.3~0.8㎛이라면, 전송선로의 폭 W1은 0.4~1.6㎜로 설정된다. 이 경우, 특성 임피던스(characteristic impedance)는 30~200Ω이 된다. 18 이상의 비유전율을 갖는 유전체판이 사용된 경우, 95% 이상의 에너지가 유전체판 내에 집중되며, 따라서 전자파가 전반사(total reflection)에 의해 극도로 낮은 손실로 전파하는 전송선로를 실현할 수 있다.
도 7은 상술한 평면 유전체 전송선로(planar dielectric transmission line)를 전파하는 신호의 전자계 분포를 나타낸다. 도 7에서, 실선은 전계분포를 나타내며, 파선은 자계분포를 나타낸다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 전자파의 에너지는 유전체판 내에 집중되며, 전자파는 TE 모드로 또는 LSM 모드라 하는 모드로 전파한다.
도 1은 안테나 장치의 분해 사시도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 안테나 장치는, 안테나 장치의 주부인 안테나 모듈(module) 10; 금속판에 두 개의 슬롯트들을 형성함으로써 제작된 슬롯트판 2; 유전체 렌즈 4; 및 원하는 높이에서 유전체 렌즈 4를 지지하기 위한 렌즈 지지대(lens supporting base) 3을 포함한다. 상기 안테나 장치는 이들 소자들을 조립함으로써 구성된다. 도 2는 안테나 장치의 분해정면도로서, 상기 안테나 모듈 10 및 유전체 렌지 지지대 3은 단면도들의 형태로 도시되어 있다. 각 구성요소들의 평면도가 도 3에 도시되어 있다. 상기 안테나 모듈 10은, 개구부 6을 갖는 상부 도전체판 41; 하부 도전체판 44; 상부 도전체판 41과 하부 도전체판 44간에 배치되어, 상술한 유형의 평면 유전체 전송선로(이하, "PDTL"이라 한다)가 형성되는 유전체판 23; 및 상부 도전체판 41의 개구부 6의 중앙부와 PDTL의 단부에 배치된 유전체 공진기 1을 포함하는 것을 특징으로 한다. 도 2에서, 유전체판 23의 양주면에 형성된 도전체는 도시하지 않는다.
도 4는 PDTL과 유전체 공진기 1간의 수평면에 있어서, 위치관계를 보여주는 부분 평면도이다. 이 특정 예에서, 안테나 장치를 통해 수신될 상기 전자파가 60㎓의 주파수를 갖는다면, 유전체판의 두께는 0.3㎜이며, 슬롯트의 폭은 0.8~1.6㎜로 설정되며, 비유전율이 24인 유전체 재료를 유전체판의 재료로서 사용한다. 이 경우, PDTL의 특성 임피던스는 100~200Ω이 된다. PDTL의 말단은 단락된다. 유전체 공진기 1의 중앙부와 PDTL의 말단과의 간격이 약 λ/4(단, λ는 PDTL을 전파하는 전자파의 파장이다)가 되도록, 유전체 공진기 1을 배치한다. 유전체 공진기 1은 지름이 약 2.2㎜이며 두께가 약 1.3㎜가 되도록, 비유전율이 10인 유전체 재료로 구성된다. 이 안테나 장치에 있어서, 유전체 공진기 1은 TE01δ 모드로 작동한다. 도 3에 나타낸 개구부 6의 직경은 약 7.5㎜이다. 도 1 및 도 3에 나타낸 슬롯트판 2에 형성된 두 개의 슬롯트들의 폭은 약 0.2㎜이며, 이것의 길이는 약 2.5㎜(=λ/2)이다. 이들 두 개의 슬롯들은 약 2.4㎜의 간격이 유지된다. 상기 유전체 렌즈 4의 직경은 약 20㎜이며, 이것의 두께는 약 2.3㎜이다. 상기 유전체 렌즈 4는 비유전율이12인 유전체 재료로 구성되며, 정합층(matching layer)은 유전체 렌즈 4의 표면에 형성된다. 상기 렌즈 지지대 3의 두께는 약 6㎜로 설정되어, 상기 유전체 렌즈 4의 초점위치는 슬롯트판 2의 높이 또는 유전체 공진기 1의 높이에 대응한다.
상술한 상기 구성요소들 중에서, 상기 슬롯트판 2 및 유전체 공진기 1은 1차 방사기(radiator)를 형성하며, 슬롯트판 2 및 안테나 모듈 10은 슬롯트 안테나를 형성한다. 즉, PDTL을 전파하는 전자파와 유전체 공진기 1이 결합한 경우, 상기 전자파의 에너지는 유전체 공진기 1의 축방향으로 확장하며, 슬롯트판의 슬롯트를 통과하여 공간에 방사한다. 이 상태에서, 약 10㏈의 안테나 이득이 달성될 수 있다. 상기 유전체 렌즈 4가 렌즈 지지대 3을 거쳐서 슬롯트 안테나 위에 배치된 경우, 약 20㏈의 안테나 이득을 얻는다.
슬롯트에 수직인 주편파면(principal polarization plane)을 갖는 전자파가 선택적으로 송신 또는 수신되도록, 슬롯트판 2를 설치한다. 안테나 장치가 자동차에 장치된 밀리미터파 레이터(radar)의 안테나로서 사용된 경우, 슬롯트가 대지에 대하여 45°의 방향으로 향하게 하도록 1차 방사기를 배치하여, 이에 의해 안테나가 반대방향으로 달리는 자동차로부터 전자파를 수신하는 것을 방지할 수 있다.
TE01δ 모드로 동작하는 유전체 공진기가 상술한 안테나 장치에서 사용되지만, HE111 모드로 동작하는 유전체 공진기가 또한 사용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제 2 구현예에 따른 안테나 장치의 구조를 설명하는 개략적 분해도이다. 도 8에 나타낸 상기 구성요소들은 도 1에 나타낸 제 1 구현예의 구성요소들에 대응한다. 이 제 2 구현예는 상기 제 1 구현예와는 다른데, 원통상의두 개의 유전체 공진기들 1a, 1b가 유전체판 23의 양주면들에 배치되어, 유전체판 23이 유전체 공진기들 1a와 1b 사이로 삽입된다는 점에서 다르다. 상기 유전체 공진기 1a의 직경은 약 3.6㎜이며 이것의 두께는 약 1.3㎜이다. 상기 유전체 공진기 1b의 직경은 약 3.6㎜이며, 이것의 두께는 약 0.8㎜이다. 유전체 공진기들 1a, 1b 모두는 비유전율이 3.6인 유전체 재료로 구성된다. PDTL은 유전체 공진기들 1a, 1b 모두에 결합되며, 상기 두 개의 유전체 공진기들 1a, 1b는 상기 유전체판 23을 사이에 두고 서로 결합된다. 그 결과, 상기 1차 방사기로서의 유전체 공진기와 PDTL과의 결합이 향상된다.
도 9는 본 발명의 제 3 구현예에 따른 안테나 장치의 분해 사시도이다. 도 10은 이 안테나 장치에 사용되는 유전체 공진기의 구조를 도시하는 평면도이다. 이 제 3 구현예는 상기 제 1 구현예와는 다른데, 유전체 공진기가 상기 유전체판에 형성된다는 점과, 다른 유전체 공진기가 상술한 유전체 공진기 위에 배치된다는 점에서 다르다. 도 10에서, 상기 부분 5는 유전체판 23의 어떤 주면에도 전극을 구비하지 않으며, 따라서 이 부분 5는 TE010 모드로 동작하는 유전체 공진기로서 작용한다. PDTL을 형성하는 전극들의 말단과 TE010 모드 유전체 공진기는, PDTL을 유전체 공진기에 충분한 정도로 결합하는 것을 허락하는 적절한 거리로 분리된다. 따라서, 이 유전체 공진기는 PDTL에 자기결합된다. TE01δ 모드로 동작된 원통상의 다른 유전체 공진기 1은, 전극을 구비하지 않은 유전체판 부분에 형성된 유전체 공진기 5 위에 배치되어, 상기 유전체 공진기 1과 상기 유전체 공진기 5는 자계결합 및 전계결합에 의해 서로 결합된다. 상기한 구조를 갖는 안테나 장치에 있어서, PDTL을 전파하는 전자파는 유전체판 내에 형성된 유전체 공진기 5에 결합되며, 이 유전체 공진기는 유전체판 위에 배치된 유전체 공진기에 결합되며, 따라서 공진기의 축방향으로 전자파를 방사한다. 거꾸로, 안테나 장치가 전자파를 수신한 경우, 유전체 공진기 1의 축방향으로의 전자파 입사에 의해, 유전체 공진기 1이 TE01δ 모드로 공진한다. 그 결과, 유전체판에 형성된 유전체 공진기 5가 TE010 모드로 공진하며, 전자파는 TE 모드로 또는 LSM 모드로 PDTL을 전파한다.
이하, 밀리미터파 레이더 모듈의 구현예를 도 11을 참조하여 설명한다.
도 11은 밀리미터파 레이더 모듈의 등가회로도이다. 도 11에서, 상기 회로는 발진기(oscillator) 51과, 서큘레이터(circulators) 52, 53과, 혼합기(mixer) 54와, 결합기(couplers) 55, 56, 및 안테나 57을 포함한다. 상기 발진기 51은, 발진장치로서의 건 다이오드(Gunn diode) 및 발진 주파수 제어용 장치로서의 버랙터 다이오드(varactor diode)를 포함하는 전압제어 발진회로(voltage controlled oscillator; VCO)로 이루어 진다. 발진기 51에는, 건 다이오드에 대한 바이어스(bias) 전압 및 주파수 제어 전압 VCO-IN을 입력한다. 상기 서큘레이터 52의 한쪽 출력포트는 저항종단되어, 신호가 발진기 51에 대하여 반사되지 않는다. 상기 서큘레이터 53은 안테나 57에 방사될 신호를 운반하며, 혼합기 54에 수신된 신호를 운반한다. 안테나 57은 상술한 제 1~제 3 구현예들에 기재된 어느 기술에 근거한 유전체 공진기 및 유전체 렌즈로 구성된다. 상기 결합기 55는 전송신호와 로컬신호를 결합하는데 사용된다. 결합기 56은 3㏈의 방향성 결합기로 구성되며, 두 개의 전송선로상의 로컬신호가 90°의 위상차를 갖도록, 결합기 55로부터의 로컬신호를 혼합기 54에 접속된 두 개의 전송선로에 동등하게 분배하는 것으로 작용하며, 두 개의 전송 선로상의 신호가 90°의 위상차를 갖도록, 서큘레이터 53으로부터의 수신신호를 혼합기 54에 접속된 두 개의 전송선로에 동등하게 분배하는 것으로 작용한다. 상기 혼합기 54는 상기 두 신호들을 평형혼합 하기 위한 쇼트키 장벽 다이오드(Schottky barrier diode)로 구성되어, 이에 의해 수신신호의 주파수와 로컬신호의 주파수간의 차이에 상응하는 주파수를 갖는 IF 신호를 출력한다.
밀리미터파 레이더 모듈을 사용함으로써, 예를 들어, VCO-IN 신호로서 삼각파 신호가 인가되며, IF 신호로부터 거리정보 및 상대속도정보가 추출되는 FM-CW 방식의 밀리미터파 레이더가 실현될 수 있다. 다른 차와의 상대거리를 검출하고 차의 상대속도를 검출하기 위해, 자동차에 이 레이더를 장치할 수 있다.
본 발명의 레이더 모듈에 있어서, 필수요건으로서는, 안테나 57의 1차 방사기로서 작용하는 유전체 공진기가 적어도 평면 유전체 전송선로에 결합되는 점이다. 예를 들어, 발진기 51과 서큘레이터 52, 53, 및 혼합기 54와 같은 다른 구성요소들 사이의 전송 선로에 대하여, 예를 들어, 슬롯트 전송선로, 동일 평면상의 전송선로, 마이크로스트립선로 또는 유전체 전송선로와 같은 다른 유형의 전송선로가 평면 유전체 전송선로(planar dielectric transmission line) 대신에 또한 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 안테나 장치에 있어서, 상기 유전체판의 양주면들에 형성된 제 1 슬롯트와 제 2 슬롯트간의 유전체판의 부분은 평면파가 전송되는 평면 유전체 전송선로(planar dielectric transmission line)의 전파영역으로서 작용한다. 상기 유전체 공진기는 이 평면 유전체 전송선로(planar dielectric transmission line)의 말단에 또는 중앙에 배치되어, 상기 유전체 공진기는 평면 유전체 전송선로에 직접으로 또는 간접으로 결합되며, 따라서 상기 유전체 공진기는 1차 방사기로서 작용한다. 따라서, 평면 유전체 전송선로에서 동일평면상의 전송선로, 마이크로스트립 전송선로, 또는 도파관 전송선로로의 전송모드전환을 수행하지 않고서도, 평면 유전체 전송선로를 전파하는 신호가 1차 방사기에 직접 전송되는 안테나 장치를 실현할 수 있다. 그러므로, 전송모드전환을 수행하기 위한 전송 변환기가 본 발명에서는 요구되지 않으며, 따라서 전송모드전환에 의한 RF 신호의 손실이 발생하지 않는다. 그 결과, 높은 안테나 효율을 얻을 수 있다. 다른 효과로는, 안테나 장치가 용이하게 조립될 수 있다는 점이다. 더욱이, 상기 특성들의 재현성이 향상되며, 전체비용이 감소된다.
본 발명의 다른 측면에 있어서, 임의의 형태의 슬롯트에 의해 송수신 전자파의 편파면이 결정된다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 상기 유전체판의 한쪽 주면 부분은, 유전체판의 다른쪽 주면 부분의 구조와 대칭구조를 갖는다. 이것에 의해, 평면 유전체 전송선로는 유전체 공진기에 더욱 강하게 결합된다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 안테나의 지향성 및 이득을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면에 있어서, 평면 유전체 전송선로의 저전송손실특성을 이용하여, 소형, 고효율의 레이더 모듈이 실현될 수 있다. 즉, 소형의 밀리미터파 레이더를 실현할 수 있다.

Claims (6)

  1. 유전체판으로서, 상기 유전체판의 제 1 주면에 두 개의 전극들을 일정한 간격을 두고 배치하여 상기 두 전극들간에 제 1 슬롯트(slot)를 형성하고, 또한 상기 유전체판의 제 2 주면에 다른 두 개의 전극들을 일정한 간격을 두고 배치하여 상기 두 전극들간에 제 2 슬롯트를 형성하며, 상기 제 2 슬롯트의 위치는 상기 유전체판의 대향측의 상기 제 1 슬롯트의 위치에 대응하며, 상기 제 1 슬롯트와 상기 제 2 슬롯트간의 상기 유전체판의 영역은 평면파가 전송되는 평면 유전체 전송선로의 전파영역으로서 작용하는 유전체판; 및
    유전체 공진기로서, 상기 평면 유전체 전송선로의 말단에 또는 중앙부에 유전체 공진기가 배치되어, 상기 평면 유전체 전송선로와 상기 유전체 공진기가 결합되며, 상기 유전체 공진기가 1차 방사기(radiator)로서 작용하는 것을 특징으로 하는 유전체 공진기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  2. 유전체판으로서, 상기 유전체판의 제 1 주면에 두 개의 전극들을 일정한 간격을 두고 배치하여 상기 두 전극들간에 제 1 슬롯트(slot)를 형성하고, 또한 상기유전체판의 제 2 주면에 다른 두 개의 전극들을 일정한 간격을 두고 배치하여 상기 두 전극들간에 제 2 슬롯트를 형성하며, 상기 제 2 슬롯트의 위치는 상기 유전체판의 대향측의 상기 제 1 슬롯트의 위치에 대응하며, 상기 제 1 슬롯트와 상기 제 2 슬롯트간의 상기 유전체판의 영역은 평면파가 전송되는 평면 유전체 전송선로의 전파영역으로서 작용하는 유전체판; 및
    상기 유전체판의 일부분으로 구성되며, 이 부분에는 상기한 두 개의 전극들 및 상기한 다른 두 개의 전극들이 형성되지 않으며, 상기한 평면 유전체 전송선로의 말단에 또는 중앙부에 위치되는 유전체 공진기; 및
    상기 평면 유전체 전송선로의 말단에 또는 중앙부에 배치되어, 1차 방사기로서 작용하는 다른 유전체 공진기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 안테나 장치는 상기 유전체 공진기의 근방에 배치되며, 상기한 유전체 공진기의 공진 주파수와 실질적으로 같은 주파수에서 공진하는데 적합한 슬롯트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 유전체 공진기는 상기한 두 개의 부분품들(pieces)이 상기한 평면 유전체 전송선로의 대향측들의 동일 위치에 배치되도록, 상기한 평면 유전체 전송선로의 제 1 및 제 2 주면들 위에 각각 배치되는 두 개의 유전체 공진기 부분품들을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 안테나 장치의 유전체 렌즈로서, 상기 유전체 렌즈의 중심축이 상기 유전체 공진기의 중심축과 실질적 일치하도록 배치되며, 상기한 유전체 렌즈의 초점이 상기한 유전체 공진기의 위치와 실질적으로 일치하도록 배치된 유전체 렌즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  6. (a) 유전체판으로서, 상기 유전체판의 제 1 주면에 두 개의 전극들을 일정한 간격을 두고 배치하여 상기 두 전극들간에 제 1 슬롯트(slot)를 형성하고, 또한 상기 유전체판의 제 2 주면에 다른 두 개의 전극들을 일정한 간격을 두고 배치하여 상기 두 전극들간에 제 2 슬롯트를 형성하며, 상기 제 2 슬롯트의 위치는 상기 유전체판의 대향측의 상기 제 1 슬롯트의 위치에 대응하며, 상기 제 1 슬롯트와 상기 제 2 슬롯트간의 상기 유전체판의 영역은 평면파가 전송되는 평면 유전체 전송선로의 전파영역으로서 작용하는 유전체판; 및
    유전체 공진기로서, 상기 평면 유전체 전송선로의 말단에 또는 중앙부에 유전체 공진기가 배치되어, 상기 평면 유전체 전송선로와 상기 유전체 공진기가 결합되며, 상기 유전체 공진기가 1차 방사기(radiator)로서 작용하는 것을 특징으로 하는 유전체 공진기
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치;
    (b) 상기한 안테나 장치를 통하여 방사될 신호를 발생하는 발진기; 및
    (c) 상기한 안테나 장치를 통하여 수신된 신호와 로컬신호를 혼합하는 혼합기(mixer)
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 모듈.
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