KR100654588B1 - 멀티빔차량레이더시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전체적으로 2개 이상의 안테나 로브(111 내지 113)를 발생하는 하나 이상의 안테나(10)를 구비한 멀티 빔 차량 레이더 시스템에 관한 것이다. 상기 안테나 로브 중 하나 이상의 안테나 로브(111,113)는 레이더 신호의 송신 및 수신을 위해 이용된다. 또한 상기 안테나 로브 중 하나 이상의 다른 안테나 로브(112)는 레이더 신호의 수신만을 위해서 이용된다. 본 발명에 따른 차량 레이더 시스템의 장점은 레이더 신호의 수신만을 위해 이용되는 안테나 로브(112)에 있어서, 예를 들면, 2중 래트 레이스 장치(13,14) 형태의 듀플렉서 디바이스가 필요치 않다는 것이다.

Description

멀티 빔 차량 레이더 시스템
본 발명은 멀티 빔 차량 레이더 시스템에 관한 것이다. 여기서, 멀티 빔이라는 용어는 레이더 시스템에 하나 또는 다수의 안테나가 장착되어 있고, 이 안테나가 전체적으로 적어도 2개의 안테나 로브를 발생한다는 것을 의미한다.
이와 같은 차량 레이더 시스템은 예를 들면 유럽 특허 제 498 524호에 공개되어 있다. 상기 특허에서는 송신로(transmitting path)용 및 수신로(receiving path)용의 2개의 분리된 안테나를 사용하고 있는 차량 레이더 시스템이 개시되어 있다. 송신 안테나는 혼(horn) 안테나 및 그의 앞에 배치된 안테나 렌즈로 구성되어, 비교적 넓은 안테나 로브를 갖는다. 수신 안테나는 총 3개의 수신 소자 및 하나의 안테나 렌즈로 구성되어 있다. 수신 안테나는 3개의 서로 오프셋되어 존재하는 안테나 로브들을 발생하며, 그에 따라 수신된 레이더 신호의 각도 할당을 행할 수 있다. 이와 같은 레이더 시스템에 있어서의 단점은 송신용 및 수신용의 2개의 분리된 개별 안테나를 사용하고 있기 때문에 비교적 커다란 장소를 필요로 한다는 점에 있다. 그 외에, 이러한 경우에는 안테나 소자에 대한 비교적 긴 피더선이 필요하며, 이것이 그 감쇠로 인해 특히 수신인 경우에 바람직하지 않은 전력 손실을 야기한다. 이러한 레이더 시스템의 또 다른 문제는, 그 구조 관련 비대칭성의 보정에 있다.
분리된 송신 로브 및 수신 로브를 가진 레이더 시스템의 유사한 원리는 예를 들면 스콜닉(M. Skolnik)저「레이더 핸드북(Radar Handbook)」제 2판, 20. 7f페이지에 설명되어 있다. 여기에서는 이른바 스택-빔 레이더(stacked-beam radar)가 기술되어 있고, 이것은 다수의 수직「스택」수신 로브를 구비하고 있다. 그러나, 하나의 가능한 레이더 타켓은 모든 수신 로브를 커버하기에 충분히 넓은 단 하나의 송신 로브에 의해 조사된다. 이러한 시스템의 문제점 또는 단점에 대해서는 상술한 사항이 동일하게 적용된다.
독일 특허출원 제 195 30 065.3호에는 멀티 빔 차량 레이더 시스템이 기술되어 있고, 이것은 송신로 및 수신로에 대하여 동일한 안테나를 사용하고 있다. 이 안테나는 전체적으로 3개의 송수신 소자 및 그 앞에 배치된 하나의 공통 안테나 렌즈로 구성되어 있다. 따라서, 이 안테나는 3개의 안테나 로브를 형성한다. 송신 및 수신에 대해 하나의 공통 안테나를 사용하는 이러한 레이더 시스템에 있어서의 문제는, 송신 신호와 수신 신호의 분리에 있다. 이 문제에 대하여, 여기에 기술된 레이더 시스템에 있어서는, 이하에서 2중 래트 레이스(double rat race)라고 하는 회로 장치가 사용된다. 상기 2중 래트 레이스는 바람직하게는 마이크로 스트립라인 기술에 있어서 제작된 회로 장치로서, 이것은 듀플렉서 디바이스(duplexer) 및 수신 믹서를 접속한다. 상세한 동작 방식은 예를 들면 영국 특허출원 GB 2 290 000A호에 기술되어 있다. 상기 2중 래트 레이스를 사용하여 송신 신호 및 수신 신호를 동시에 하나의 안테나에 의해 송신하고 또한 수신할 수 있다. 따라서, 상기 2중 래트 레이스는 특히 FMCW 방식에 의한 레이더 시스템에 적합하다. 그러나, 상기 2중 래트 레이스는 시스템 관련 감쇠(attenuation)를 일으키는데, 이것은 특히 레이더 시스템의 본래 약한 수신 신호에서 표면화된다.
본 발명의 과제는 간단하면서도 저렴하게 구현 가능하고, 구성 소자들, 특히 2중 래트 레이스 또는 서큘레이터와 같은 듀플렉서 디바이스로 인한 전력 손실이 최소화 될 수 있는 멀티 빔 차량 레이더 시스템을 제공하는 것이다. 또한, 분리식 송신 및 수신 안테나를 사용한 경우에 생기는 결점도 회피하고자 하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따른 멀티 빔 차량 레이더 시스템이 전체적으로 적어도 2개의 안테나 로브를 발생하고, 그 중 적어도 하나가 레이더 신호의 송신 및 수신을 위해 이용 가능하고 또한 상기 안테나 로브 중 적어도 다른 하나는 레이더 신호의 수신을 위해서만 이용 가능함으로써 달성된다. 본 발명의 실시예에 따라 상술한 안테나 로브들은 하나의 안테나에 속하며 또한 하나의 평면 상에 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예들에 따라, 안테나의 주빔축(main beam axis) 상에는, 레이더 신호의 수신을 위해서만 이용 가능한 안테나 로브가 놓인다(도1). 상기 안테나 로브의 양 측면 각각에는 적어도 하나의 추가의 안테나 로브가 있어, 레이더 신호의 송신 및 수신을 위해 이용 가능하다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 안테나의 주빔축 상에는, 레이더 신호의 송신 및 수신을 위해 이용 가능한 안테나 로브가 놓인다(도2). 이 경우 안테나 로브의 양 측면 각각에는 적어도 하나의 다른 안테나 로브가 있고, 이 로브는 레이더 신호의 수신을 위해서만 이용 가능하다.
본 발명의 장점은, 공지된 멀티 빔 차량 레이더 시스템과 비교해, 하나 이상의 듀플렉서 디바이스, 특히 2중 래트 레이스 장치가 제거될 수 있다는 점에 있다. 그와 같이 함으로써 이들 회로 장치로 인한 신호 감쇠에 의해 발생되는 전력 손실을 감소시킨다. 다른 장점으로는 오직 하나의 공통 안테나만을 갖는 레이더 시스템의 크기에 있어 장점을 유지하는 동시에, 전체 안테나 특성 곡선의 대칭이 특히, 다음에 설명될 실시예에 있어서 개선된다는 것이다.
다음에 본 발명의 2개의 실시예가 도면에 의거하여 설명된다.
도 1은 본 발명에 의한 레이더 시스템의 제 1 실시예를 나타내고 있다. 이 시스템은 레이더 신호의 송신과 수신 둘다에 이용 가능한 안테나(10)를 구비하고 있다. 안테나(10)는 3개의 급전부(feeder; 101,102 및 103) 및 하나의 집속 디바이스, 예컨대 안테나 렌즈(104)을 포함한다. 그러나, 또 다른 집속 디바이스, 예를 들면 금속 반사기도 사용 가능한다. 안테나 렌즈(104)와 협력하여 3개의 급전부(101 내지 103)는 각각 하나의 안테나 로브를 발생한다. 도 1에서, 급전부(101)에는 안테나 로브(1l1)가, 급전부(102)에는 안테나 로브(112)가, 또한 급전부(103)에는 안테나 로브(113)가 속하다. 여기에서는 레이더 시스템의 기능에 사용되지 않는, 경우에 따라 발생하는 사이드 로브(side lobe)는 무시되어 있다. 안테나 로브(111 및 113)는 안테나 로브(112)와 각각 부분적으로 오버랩되도록 조정되어 있다.
급전부(101 내지 103)는 패치 안테나로서 설계되는 것이 바람직하지만, 혼 안테나 또는 다른 구동기도 가능하다. 안테나(10) 이외에, 레이더 시스템은 신호 발생부(11) 및 평가·제어 장치(12)를 포함하고 있다. 본 실시예의 하기 설명은, FMCW 방식에 따라 작동하는 레이더 시스템에 관련되어 있다. 그러나, 본 발명은 펄스 레이더 시스템도 마찬가지로 사용 가능하다.
급전부(101 및 103)는 각각 2중 래트 레이스(13 또는 14)의 하나의 입력에 접속되어 있다. 2개의 2중 래트 레이스(13,14)의 제 2 입력은 신호 분기선(17)에 의해 신호 발생부(11)에 접속되어 있다. 2개의 2중 래트 레이스(13 및 14)는 각각 하나의 링 분기 박스(ring branch box;131,141) 및 각각 하나의 믹서(132 및 142)를 포함하고 있다. 2중 래트 레이스(13 및 14)의 기능은 이미 위에서 인용된 영국 특허출원GB 2 290 000 A호에 기술되어 있다. 그러나, 이하에 한번 더 요약하여 설명한다. 믹서(132 및 142)의 출력 신호에 상응하는 2중 래트 레이스(13 및 14)의 출력 신호는 평가·제어 장치(12)에 접속되어 있다.
급전부(102)는 믹서(15)의 입력에 직접 접속되어 있고, 이 믹서의 출력은 평가·제어 장치(12)에 접속되어 있다. 믹서(15)의 제 2입력은 접속선(16)을 통해 마찬가지로 신호 발생부(11)의 신호를 받아들인다. 그러나, 신호 분기선(17)과는 달리, 접속선(16)을 통해 비교적 작은 신호 성분만이 예를 들면 용량적으로 인출된다. 신호 발생부(11)는 접속을 통해 평가·제어 장치(12)에 의해 제어된다.
급전부(102)로부터 시작된 직선(일점쇄선, 18)은 전체 레이더 시스템의 주빔축을 나타내고 있다.
도시된 레이더 시스템의 기능 설명을 위해, 다음으로 2중 래트 레이스(13,14)의 동작 방식을 간단히 기술한다. 링 분기 박스(131,141)는 하나의 단자에서 공급된 신호를 2개의 각각 인접한 단자에 균등하게 분배한다. 이것은, 예를 들면 신호 발생부(11)로부터의 송신 신호가 링 분기 박스(131)에 의해서 급전부(101)와 믹서(132)의 입력에 등분으로 분배되는 것을 의미한다. 마찬가지로, 급전부(101)를 통해 수신 레이더 신호로서 링 분기 박스(131)에 도달하는 신호의 제 1 부분은 믹서(132)의 제 2 입력으로 전송된다. 제 2부분은 신호 발생부(11)에 의해 송신 신호가 공급되는 단자에 도달한다. 이 부분은 그곳으로 공급되는 송신 신호와 겹쳐지고, 후속 신호 평가를 위해 제공되지 않는다. 믹서(132)는 당업자에게 공지된 믹서로서, 이 믹서는 공급된 2개의 신호로부터 합 주파수(total frequency) 및 차 주파수(difference frequency)를 발생한다. 여기에서는 FMCW 레이더 방식에 따라, 도시되어 있지 않는 필터를 통하여 송신 레이더 신호와 수신 레이더 신호 사이의 차 주파수가 평가된다. 이 차 주파수는 2중 래트 레이스의 출력 신호로서 평가·제어 장치(12)에 도달하고, 거기에서 후속 처리된다.
본 발명에 의한 레이더 시스템은 다음과 같이 동작한다. 즉, 신호 발생부(11)는 평가·제어 장치(12)의 제어 하에서 송신 신호를 발생한다. 이 신호는 링 분기 박스(131 및 141)를 통해서 급전부(101 및 103)에 도달한다. 그곳으로부터 상기 신호는 전자파로서 방사된다. 이 전자파의 전파는 안테나 전체의 지향 특성에 따라 주로 안테나 로브(111 및 113)의 내부에서 행하여지며, 이는 이하에서 송수신에 관한 ATR로 표시된다. 이 전자파에 의해 조사되는 레이더 타겟은 상기 파의 일부분을 반사하고, 이 반사된 일부분은 안테나 로브(111 내지 113) 및 급전부(101 내지 103) 중 하나 또는 다수를 통해 수신된다. 반사 레이더 신호가 안테나 로브(112) 및 그에 따른 급전부(102)를 통해 수신되면, 상기 신호는 직접 믹서(15)에 도달하고, 거기에서 결합선(16)을 통하여 믹서에 도달한 송신 신호의 부분과 혼합된다. 급전부(101 및 103)를 통해 수신되는 반사 레이더 신호는 링 분기 박스(131 및 141)를 통하여 믹서(132 및 142)에 도달한다. 거기에서, 이들 신호는 신호 발생부(11)의 각각의 순시(instantaneous) 송신 신호와 혼합된다. 따라서, 총 3개의 믹서(132,142 및 15)는 수신 레이더 신호와 각각의 순시 송신 신호의 사이의 차 주파수를 형성하다. 이는 차 주파수는 FMCW 레이더 방식에 따라 평가·제어 장치(12)에서 평가된다.
본 발명에 의한 레이더 시스템의 특징은 송신 신호가 급전부(101 및 103)를 통해서만 송신되고, 따라서 안테나 로브(111 및 113) (ATR)를 통해서만 송신되는 것에 있다. 그러나, 이 안테나 로브(111 및 113)가 안테나 로브(112)(AR, 수신만)와 오버랩되고 있기 때문에, 상기 안테나 로브(112)의 검출 영역에 있는 레이더 타겟도 함께 조사된다. 이 때문에 그의 반사도 또한 안테나 로브(112)를 통해 급전부(102)에 의해서 수신되는 것이 가능하다.
본 실시예의 특별한 장점은 차량에서의 사용을 위해 가장 중요한 안테나 로브인 중앙의 로브에 있어서의 신호 감쇠로 인한 전력 손실이, 2중 래트 레이스 형태의 듀플렉서 디바이스를 사용하지 않음으로써 감소된다는 점에 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예를 나타내고 있다. 이 레이더 시스템의 구성은 대부분 제 1실시예의 구성에 상응한다. 안테나(20)는 3개의 급전부(201 내지 203) 및 집속 소자로서의 유전체 렌즈(204)를 포함하고 있다. 이 유전체 렌즈(204)와 협력하여, 각각의 급전부(201 내지 203)는 안테나 로브(211 내지 213)를 발생한다. 이 경우, 외측의 안테나 로브(211 및 213)는 상대적으로 폭이 좁고, 또한 매우 폭이 넓은 안테나 로브(212)에 의해서 대부분 오버랩되고 있다. 상기 안테나 로브(212)의 중심은 레이더 시스템의 주빔축(28) 위에 놓이며, 또한 송신과 수신 둘다에 이용되는 유일한 안테나 로브 ATR 이다. 따라서, 그 급전부(202)는 링 분기 박스(251) 및 믹서(252)로 구성되는 2중 래트 레이스(25)와 접속되어 있다. 상기 2중 래트 레이스(25)의 출력은 평가·제어 장치(22)로 공급되고 있다. 2중 래트 레이스(25)의 제 2입력은 신호 발생부(21)에 접속되어 있다. 급전부(201 및 203)는 믹서(23 및 24)의 각각 한쪽 입력에 직접 접속되어 있다. 그들 믹서의 출력 신호는 평가·제어 장치(22)로 공급되고 있다. 믹서(23 및 24)는 그 제 2입력에서 각각, 접속선(26)을 통해 예를 들면, 용량적으로 인출되는, 신호 발생부(21)로부터의 송신 신호의 일부분을 받아들인다.
하나만 존재하는 2중 래트 레이스(25)를 기초로 알 수 있는 바와 같이, 본 실시예에 의한 레이더 시스템에서는 안테나 로브(212)를 통해서만 송신 및 수신된다. 그러나, 존재할 수 있는 레이더 타겟으로부터의 반사는 안테나 로브(21l 및 213)를 통해 급전부(201 및 203)에 의해서도 수신된다. 따라서, 이 실시예에 따른 레이더 시스템은 단지 하나의 2중 래트 레이스(25)만을 필요로 한다. 또 다른 장점으로서는 그와 같이 조사된 레이더 타겟에 있어서는 다중 방사된 전자파에 의한 간섭이 생기지 않는다는 점을 들 수 있다.
개개의 안테나 로브(111 내지 113 및 211 내지 213)의 다른 형상은 적합하게 형성된 집속 디바이스에 의해서 얻어질 수 있다. 예를 들면, 안테나 렌즈(104, 204)를 사용한 경우, 바람직하게는 여러 렌즈 영역들로 세분되며, 이들의 각각 다른 형상이 개개의 급전부(101 내지 103 및 201 내지 203)의 위치와 관련하여 각각의 안테나 로브의 여러 가지 형상을 제공한다.
본 발명에 의하면, 주지의 멀티 빔 차량 레이더 시스템과 비교하여 하나 또는 다수의 듀플렉서 디바이스, 특히 2중 래트 레이스 장치를 제거할 수 있다. 이로 인해, 이 회로 장치에 의한 신호 감쇠로 인해 발생하는 전력 손실이 감소된다.
또한, 본 발명에 의하면, 단지 하나의 공통 안테나만을 구비한 레이더 시스템이 갖는 사이즈에 관한 장점을 유지하면서 전체 안테나 특성 곡선의 대칭성이 개선된다.
도 1은 중앙의 안테나 로브가 수신에만 이용되는 본 발명에 의한 레이더 시스템의 구성도.
도 2는 2개의 외측 안테나 로브가 수신에만 이용되는 본 발명에 의한 레이더 시스템의 구성도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10, 20 : 안테나 11, 21: 신호 발생부
101, 102, 103 : 급전부 201, 202, 203 : 급전부
104 : 안테나 렌즈 204 : 유전체 렌즈
111, 112, 113 : 안테나 로브 211, 212, 213: 안테나 로브
13, 14, 25 : 2중 래트 레이스 12, 22 : 평가·제어 장치
18, 28 : 주빔축

Claims (13)

  1. 멀티 빔 차량 레이더 시스템에 있어서,
    적어도 하나의 급전부(feeder line)와 접속 디바이스(focusing device)를 구비한 적어도 하나의 안테나를 포함하며, 상기 적어도 하나의 안테나는 제 1 및 제 2 안테나 로브들(antenna lobes)을 형성하고, 상기 제 1 안테나 로브는 레이더 신호들을 송신 및 수신하며, 상기 제 2 안테나 로브는 레이더 신호들을 수신만 하고, 상기 적어도 하나의 급전부는 적어도 하나의 패치 안테나 소자를 구비하며, 상기 집속 디바이스는 유전체 렌즈를 구비하는, 멀티 빔 차량 레이더 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 안테나는 하나의 안테나만을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 안테나 로브들은 평면 상에 놓이는, 멀티 빔 차량 레이더 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 안테나 로브는 상기 적어도 하나의 안테나의 주빔축(main beam axis) 상에 놓이는, 멀티 빔 차량 레이더 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 안테나는 또한 제 3 안테나 로브를 형성하며, 상기 제 1 안테나 로브는 상기 제 2 안테나 로브의 제 1 측 상에 위치하며, 상기 제 3 안테나 로브는 상기 제 1 측의 반대편인 상기 제 2 안테나 로브의 제 2 측 상에 위치하며, 상기 제 3 안테나 로브는 레이더 신호들을 송신 및 수신하는, 멀티 빔 차량 레이더 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 3 안테나 로브들은 적어도 부분적으로 상기 제 2 안테나 로브를 오버랩하는, 멀티 빔 차량 레이더 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 3 안테나 로브는 상기 주빔축에 대해 대칭적으로 배열되는, 멀티 빔 차량 레이더 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 안테나 로브는 상기 적어도 하나의 안테나의 주빔축 위에 놓이는, 멀티 빔 차량 레이더 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 안테나는 또한 제 3 안테나 로브를 형성하며, 상기 제 2 및 제 3 안테나 로브들은 상기 제 1 안테나 로브의 양측들 상에 대칭적으로 배열되며, 상기 제 3 안테나 로브는 레이더 신호들을 수신만 하는, 멀티 빔 차량 레이더 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 2 및 제 3 안테나 로브들은 적어도 부분적으로 상기 제 1 안테나 로브를 오버랩하는, 멀티 빔 차량 레이더 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 급전부는 상기 제 2 안테나 로브를 생성하고, 2중 래트 레이스(double rat race)에 접속되는, 멀티 빔 차량 레이더 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 급전부는 상기 제 1 안테나 로브를 생성하며, 수신 믹서(receiving mixer)에 직접 접속되는, 멀티 빔 차량 레이더 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 급전부는 상기 제 1 안테나 로브를 형성하는 제 1 급전부와, 상기 제 2 안테나 로브를 형성하는 제 2 급전부를 구비하며, 상기 제 1 급전부에만 연관된 듀플렉서 디바이스(duplexer device)를 더 포함하는, 멀티 빔 차량 레이더 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 듀플렉서 디바이스는 2중 래트 레이스 디바이스를 포함하는, 멀티 빔 차량 레이더 시스템.
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