KR100969688B1 - 밀리미터파 대역 항공용 레이더 - Google Patents

밀리미터파 대역 항공용 레이더 Download PDF

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Abstract

소형, 경량으로 전기적 스위칭을 이용하여 빠른 스캔이 가능한 저고도 항공기용의 장애물 탐지 레이더가 개시된다. 소정의 각도로 배치된 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나를 포함한 송수신 안테나부, 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 밀리미터파 대역으로 주파수 변조된 펄스를 송신하는 송신부, 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 수신된 반사파 신호를 다운 컨버팅하고 디지털 신호로 변환하여 신호처리하는 수신부 및 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 하나의 도파관 슬롯 배열 안테나로의 송신부 및 수신부의 전기적 스위칭을 제어하는 레이더 제어부를 포함하여 장애물 탐지 레이더를 구성한다. 따라서, 항공기용 장애물 탐지 레이더에서 전기적 스위칭으로 빠른 스캔 속도를 가능하게 하면서도 장착 부피를 줄일 수 있다.
레이더, 항공, 장애물탐지, 도파관 슬롯 배열 안테나

Description

밀리미터파 대역 항공용 레이더{A MILLIMETER WAVE BAND RADAR FOR AIRBORNE APPLICATION}
본 발명은 항공용 레이더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장애물 탐지 등의 용도를 가지는, 밀리미터파 대역을 이용한 헬리콥터 탑재용의 항공용 레이더에 관한 것이다.
저고도를 비행하는 헬리콥터(helicopter), 소형 항공기 및 무인기와 같은 소형의 비행체들은 항상 고층건물, 산, 송전탑 등의 장애물과 충돌 위험을 가지고 있다. 예컨대, 고압 송전선과 같이 가늘고 긴 현상의 장애물의 경우에는 조종사의 시각으로 확인하기 어려움이 크므로 정상적인 기상 상태일 경우에도 큰 위험 요인이 될 수 있다.
더우기, 야간이나 악천후 하에서는 상술한 바와 같이 시각에 의한 장애물 탐지가 거의 불가능한 상황이 되는데, 이를 해결하기 위하여 소형의 장애물 탐지 레이더의 탑재가 헬리콥터와 같은 저고도 비행체에서는 필수적으로 요구되고 있다.
특히, 밀리미터파 대역(30 내지 300GHz 주파수 대역)은 안테나의 크기가 작으면서도 넓은 주파수 대역과 좁은 빔 폭을 얻을 수 있기 때문에 소분해용의 단거 리 레이더로 적합하므로 상술한 바와 같은 저고도 비행체 용의 장애물 탐지 레이더의 주파수 대역으로 적절하다.
다만, 고출력을 발생하는 송신기가 구성되어야 하며, 항공체가 가지는 협소한 레이더 플랫폼의 장착 여건을 고려한 설계가 필요하다.
종래기술에 있어서는, 주로 펜슬 빔 패턴을 가지는 렌즈 안테나 형의 장애물 탐지 안테나가 존재하였으며, 펜슬 빔 패턴을 가지므로 이득면에서는 유리함에 비하여 렌즈의 초점 거리가 적정선으로 유지되어야 하는 어려움이 있다. 즉, 피더(feeder)로부터 렌즈 부분까지 빈 공간이 되어야 하므로 상대적으로 비효율적인 공간 배치를 가진다. 또한, 펜슬 빔 패턴은 이득이 높은 반면에 엘리베이션 방향 스캐닝(elevation 방향 스캐닝)에 대처하기 위해서 상하, 좌우의 2차원적으로 안테나의 기계적 스캐닝이 필요하다는 문제점이 있다. 상술한 기계적 스캐닝이 요구되는 렌즈 안테나 형에 대한 대안으로 위상 배열 안테나 시스템(phased array antenna system)을 고려할 수도 있겠으나 지나치게 값이 비싸며 전체 시스템의 구성이 복잡해진다는 단점이 또한 존재한다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 저고도 비행체에서 장애물 탐지를 위하여 주로 이용될 수 있으며, 간단한 구조의 전자적인 스위칭 방식으로 넓은 영역을 짧은 시간 내에 탐지할 수 있는 밀리미터파 대역 항공용 레이더를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 소정의 각도로 배치된 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나를 포함한 송수신 안테나부, 상기 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 밀리미터파 대역으로 주파수 변조된 펄스를 송신하는 송신부, 상기 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 수신된 반사파 신호를 다운 컨버팅하고 디지털 신호로 변환하여 신호처리하는 수신부 및 상기 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 하나의 도파관 슬롯 배열 안테나로의 상기 송신부 및 상기 수신부에 대한 전기적 스위칭을 제어하는 레이더 제어부를 포함한 장애물 탐지 레이더를 제공한다.
여기에서, 상기 도파관 슬롯 배열 안테나는 팬 빔 형태의 방사 패턴을 가지도록 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 송신부는 전원 공급기와 마그네트론을 이용하여, 상기 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 밀리미터파 대역으로 주파수 변조된 펄스를 송신하도록 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 밀리미터파 대역은 30GHz 내지 300GHz 대역이며, 상기 밀리미터파 대역에는 Ka 대역이 포함될 수 있다.
여기에서, 상기 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 적어도 하나는 0도 보다 큰 각도의 방향으로 배치되고, 상기 0도 보다 큰 각도의 방향으로 배치된 적어도 하나의 도파관 슬롯 배열 안테나를 제외한 나머지 도파관 슬롯 배열 안테나는 0도보다 작은 각도의 방향으로 배치되도록 구성될 수 있다.
여기에서, 상기 장애물 탐지 레이더는 헬리콥터의 노우즈 내부에 장착되는 내장형 장착 방식으로 구성될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 항공용 장애물 탐지 레이더의 구조를 채택할 경우에는, 소형이고 경량이면서도 저가격의 항공용 장애물 탐지 레이더를 구현하는 것이 가능하다.
특히, 민간용의 저고도 소형 비행체의 경우에 적합한 응용으로서, 종래의 펜슬 빔 패턴을 가지는 렌즈 안테나에 비하여 공간 배치의 효율성을 기할 수 있도록 도파관 슬롯 배열 안테나를 이용함으로써, 기존 헬리콥터의 레이더 플랫폼으로 이용 가능한 공간이 노우즈(nose) 내부에 쉽게 장착될 수 있도록 하는 것이 가능해진다. 예컨대, 종래의 렌즈 안테나를 채택한 응용의 경우에는 상대적으로 비효율적인 공간 배치를 가지므로 주로 헬리콥터의 노우즈 외부에 외장형으로 장착되는 형태를 취하나, 본 발명에 따른 항공용 장애물 탐지 레이더는 노우즈 내부에 장착되는 내장형태로 구현 가능하다.
또한, 위상 배열 안테나와 같은 값비싼 레이더를 채택하지 않고도, 전기적 스위칭으로 빠른 스캔 속도를 가능하게 하여 저고도 항공기의 안전한 운행에 큰 도움이 될 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이 다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더의 구성예를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 송수신 안테나부(110), 송신부(120), 수신부(130) 및 레이더 제어부(140)를 포함하여 구성될 수 있다.
먼저, 송수신 안테나부(110)는 소정의 각도로 배치된 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나(slotted waveguide antenna; 110-1 내지 110-4)를 포함하여 구성될 수 있다.
종래 기술에 따른 장애물 탐지 안테나들에서는 주로 펜슬 빔(pencil beam) 패턴을 가지는 렌즈 안테나가 이용되어서 높은 이득을 가지는 장점은 있으나, 렌즈의 초점 거리가 적정선으로 유지되어야 하고 상대적으로 비효율적인 공간 배치를 가진다는 단점이 존재한다. 따라서, 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더에서는 팬 빔(fan beam) 형태의 방사 패턴을 가지는 도파관 슬롯 배열 안테나를 이용한다.
도파관 슬롯 배열 안테나는 펜슬 빔 방사 패턴을 가지는 렌즈 안테나에 비하여 안테나의 이득면에서는 열악하나, 주로 2km 이내의 근거리 지역을 탐지하게 되는 저고도 비행체의 특성 상 주된 장애물인 고 전력 전압선을 탐지하는 데에는 문제가 없다.
한편, 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더에서는, 송수신 안테나부(110)를 구성하는 도파관 슬롯 배열 안테나(110-1 내지 110-4)와 송신부(120) 및 수신부(130)의 송수신 펄스 주파수 대역으로 밀리미터파 대역을 이용한다. 밀리미터파 대역(30 내지 300GHz)은 안테나의 크기가 작으면서도 넓은 주파수 대역과 좁은 빔 폭을 얻을 수 있기 때문에 소분해용의 단거리 레이더로 적합하므로 상술한 바와 같은 저고도 비행체 용의 장애물 탐지 레이더의 주파수 대역으로 적절하다. 여기에 서, 본 발명에서 정의하는 밀리미터파 대역에는 35GHz의 Ka 대역도 포함될 수 있다.
도 2a는 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더에 장착된 복수의 안테나에 의한 스캐닝 영역의 예를 도시한 개념도이다.
종래 펜슬 빔 패턴의 경우에는 약 2도의 엘리베이션 방향 스캐닝 영역(3dB 빔 폭의 경우)을 가지지만, 도파관 슬롯 배열 안테나의 팬 빔 패턴의 경우에는 약 10도(3dB 빔 폭의 경우, 6dB 빔 폭의 경우에는 약 15도)로 늘어나기 때문에 안테나의 기계적 스캐닝을 기존 이차원 스캐닝에서 좌우 방향의 일차원 스캐닝으로 단순화시킬 수 있다.
도 2a를 참조하면, 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더의 안테나부 구성의 한 예에서는, 4개의 도파관 슬롯 배열 안테나(110-1 내지 110-4)를 각 빔의 중심이 10도(201), -6도(202), -26도(203), -50도(204)로 배치한 경우를 예시하고 있다.
이때, 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 적어도 하나(110-1)는 0도 보다 큰 각도의 방향(예컨대, 빔의 중심 각도가 10도)으로 배치되고, 상기 0도 보다 큰 각도의 방향으로 배치된 적어도 하나의 도파관 슬롯 배열 안테나를 제외한 나머지 도파관 슬롯 배열 안테나(110-2 내지 110-4)는 0도 보다 작은 각도의 방향으로 배치되도록(예컨대, 빔의 중심 각도가 -6도, -26도, -50도) 구성하는 것이 바람직하다.
도 2b는 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더에 장착된 복수의 안테나의 장착 예를 도시한 개념도이다.
도 2b는 상술된 바와 같이, 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더에 4개의 도파관 슬롯 배열 안테나(110-1 내지 110-4)가 설치되는 경우의 안테나의 실제 장착 예를 도시한 개념도이다.
앞서 언급된 바와 같이, 각 빔의 중심이 10도, -6도, -26도, -50도로 배치된 4개의 도파관 슬롯 배열 안테나들(제 1 안테나; 110-1, 제 2 안테나; 110-2, 제 3 안테나; 110-3, 제 4 안테나; 110-4)이 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더에 안테나부(110)로서 장착되어 있음을 알 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더에서 주된 응용 목적에 따라서, 안테나부에 포함되는 도파관 슬롯 배열 안테나의 개수와 각 도파관 슬롯 배열 안테나가 방사하는 빔의 중심 각도는 변경되어 구성될 수 있음이 당업자에게 있어 자명하다. 단, 통상적으로 항공용의 장애물 탐지 상황에서는 비행체의 방위각(azimuth) 방향의 분해능이 높이(elevation) 방향의 분해능보다 더 중요하다. 따라서, 도 2a 및 도 2b에서 예시하고 있는 바와 같이 팬 빔 형태의 방사패턴 중 빔 폭이 넓은 수직방향으로 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나를 배치하여 높이 방향에서는 상대적으로 짧은 시간에 넓은 영역이 탐지되도록 하는 것이 바람직할 것이다.
또한, 상기 송수신 안테나부(110)는 이하에서 설명되는 송신부(120) 및 수신부(130)와 송수 절환기(duplexer; 111)를 통하여 연결된다. 즉, 송수신 안테나부(110)는 송신부(120)와 연결되어 송신 안테나의 역할을 수행하고, 수신부(130)와 연결되어 수신 안테나의 역할을 수행하는 송수신 겸용의 안테나로서 동작하게 한다. 송수 절환기(111)는 송신할 때는 송신 전력을 안테나부(110)에만 공급하고, 수 신부(130)쪽으로 향하는 송신 전력을 차단하여 수신부(130) 회로를 보호한다. 또한, 표적으로부터 반사되어 돌아오는 미약한 산란파 신호는 송신 안테나와 동일한 안테나를 사용하기 때문에 수신 신호가 송신부(120)로 향하는 것을 차단하고 수신부(130)쪽으로만 보낸다.
다시 도 1을 참조하면, 송신부(120)는 전원 공급기와 송신부의 출력소자를 사용하여 상기 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나를 통하여 밀리미터파 대역으로 주파수 변조된 펄스를 송신하는 구성요소이다.
예를 들어, 송신부(120)는 마그네트론과 변조기를 포함하여 구성될 수 있다. 마그네트론으로는 예컨대, e2V 테크놀리지의 MG5340 마그네트론이 이용될 수 있다. 예컨대 2.5kW의 첨두 전력을 가질 수 있다. 변조기는 고전압 전원 공급기(HVPS; High-Voltage Power Supply), 고전압 스위치(high-voltage switch) 및 마그네트론 필라멘트 전원 공급기(magnetron filament power supply)를 포함하여 구성될 수 있다. 상술된 실시예에서는 송신부에 마그네트론(magnetron)을 이용한 구성을 예시하였으나, 마그네트론 이외에 송신부의 출력 소자로써 고체소자 증폭기(solid-state power amplifier) 또는 TWT (Travelling Wave Tube) 등을 이용할 수 있다.
수신부(130)는 상기 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나를 통하여 수신된 반사파 신호를 다운 컨버팅하고 디지털 신호로 변환하여 신호처리하는 구성요소이다.
수신부(130)는 다양하게 구성될 수 있으나, 본 실시예에서는 수신된 RF 신호를 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency; 425MHz) 신호로 변환하고 직접 디지털로 변환하는 방식을 채택한 경우의 구성을 취할 수 있다.
예컨대, 수신부(130)는 고주파 증폭부, 다운 컨버터(down converter), A/D 변환기를 포함한 샘플링부, 샘플링부로부터 출력된 디지털 신호를 신호처리하는 신호처리부 등을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 고주파 증폭부의 앞 단에는 p-i-n(p-intrinsic-n) 스위치가 장착될 수 있는데, p-i-n 스위치는 고주파 증폭부를 구성하는 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)의 손상을 방지하기도 하며, 민감도 시간 조절 회로(STC: Sensitivity Time Control) 회로와 유사한 효과를 얻기 위하여 몇 단계로 감쇠 레벨(attenuation level)을 조정하는 역할을 수행한다.
레이더는 통상적으로 근거리에 발생된 반사파의 경우에 수신부를 포화시켜 반사파 신호를 제대로 검출할 수 없는 경우가 발생된다. 이와 같은 현상을 방지하기 위하여 근거리 반사파에 대해서는 수신부의 이득을 낮게 하고 원거리 반사파에 대해서는 가능한 이득을 최대로 하는 STC회로가 필요하다. 예컨대, 상술한 바와 같이 p-i-n 스위치가 몇 단계로 감쇠 레벨을 조정함으로써 STC 회로와 동등한 효과를 가져올 수 있다.
수신된 반사파 신호는 고주파 증폭부에서 증폭된 다음, 다운 컨버터로 입력된다. 다운 컨버터는 국부 발진기(LO: Local Oscillator)와 주파수 혼합기(mixer)로 구성되어 수신된 반사파 신호를 RF 주파수에서 중간 주파수(IF) 신호로 변환한다. 즉, 슈퍼 헤테로다인(super-heterodyne) 방식으로 동작될 수 있다.
이때, 다운 컨버터에서는 국부 발진기의 발진 주파수가 안정화되어 있어도 송신 주파수가 변동될 경우에는 중간 주파수의 차가 달라지므로, 감도가 저하되는 원인이 될 수 있으므로 국부 발진기에 자동주파수 제어장치(AFC: Automatic Frequency Control)가 부가되어 송신부의 주파수가 변화하여도 항상 일정한 중간 주파수 신호를 만들 수 있도록 구성될 수 있다.
샘플링부에서는 A/D변환기(ADC: Analog-Digital Converter)를 통하여 다운 컨버팅된 중간주파수 신호를 일단 디지털 신호로 변환한다. 다음으로, 신호처리부에서는 시시각각으로 산재되어 변환된 표적 정보를 펄스마다 또는 펄스의 연속에 신호처리를 가하여 표적을 식별하고, 연산장치에 의해서 상관처리, 식별처리, 추적처리 등을 행하여 표적의 심볼 표시, 고도표시, 속도 및 항적 등을 나타내는 동작을 수행한다.
다시 도 1을 참조하면, 마지막으로 레이더 제어부(140)는 원하는 시간에 필요한 송신파형을 출력하도록 송수신부를 제어함과 동시에 송수신 안테나부(110)를 구성하는 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나들(110-1 내지 110-4) 중의 하나로 안테나를 전기적으로 스위칭하는 동작을 제어하는 구성요소이다.
앞서 도 2a를 통하여 설명된 바와 같이, 레이더 제어부(140)는 도 2b에서 예시한 바와 같이 높이 방향으로 소정의 중심 빔 각도의 간격으로 배치된 복수 개의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 하나로 안테나를 전기적 스위칭하는 동작을 수행한다.
여기에서, 복수 개의 도파관 슬롯 배열 안테나들(110-1 내지 110-4) 중의 하나로 안테나를 스위칭하는 구성요소로서, 레이더 제어부(130)는 고주파 스위치(131)를 포함하여 구성될 수 있다.
고주파 스위치(131)로는 기계식 고주파 릴레이나 동축 스위치, 전자식 p-i-n 다이오드 스위치, MESFET(Metal Semiconductor Field Effect Transistor) 스위치, RF MEMS 스위치 등이 이용될 수 있다.
다만, 기계식 스위치의 경우에는 수 ms의 스위칭 스피드를 가지므로, 본 발명의 장애물 탐지 레이더에서 요구되는 빠른 안테나 스위칭을 통한 스캔 속도의 향상을 위해서는 수백 ns에서 수 μs의 스위칭을 가능하게 하는 전자식 p-i-n 다이오드 스위치, MESFET 스위치 등이 바람직하다. 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더의 한 실시예에서 레이더 제어부(140)는 p-i-n 다이오드 스위치로 구성된 SP4T(Single Pole Four Throw) 스위치(141)를 이용하여 네 개의 도파관 슬롯 배열 안테나들(110-1 내지 110-4) 중의 어느 하나로 송신부(120) 및 수신부(130)와의 연결을 전기적 스위칭하는 구성을 취하고 있다. 실제 구현에 있어서, p-i-n 다이오드 스위치를 이용할 경우, 약 2 μs의 스위칭 시간과 약 1.5dB 이하의 손실을 가능하게 하며, 600ns 지속시간의 펄스의 경우에 3kW의 최대 출력을 감당하는 것이 가능하다.
도 2c는 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더가 장착될 수 있는 헬리콥터의 레이더 플랫폼을 예시하는 개념도이다.
본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더는 민간용의 저고도 소형 비행체의 경우에 적합한 응용이다. 종래 기술에 언급된 바와 같이 종래의 장애물 탐지 레이더의 경우에 종래의 펜슬 빔 패턴을 가지는 렌즈 안테나를 이용하는 반면, 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더는 공간 배치의 효율성을 기할 수 있도록 도파관 슬록 배열 안테나를 이용함으로써, 기존 헬리콥터의 레이더 플랫폼으로 이용 가능한 공간인 노우즈(nose; 211) 내부(212)에 쉽게 장착될 수 있도록 하는 것이 가능해진다.
예컨대, 종래의 렌즈 안테나를 채택한 응용의 경우에는 상대적으로 비효율적인 공간 배치를 가지므로 주로 헬리콥터의 노우즈 외부에 외장형으로 장착되는 형태를 취하나, 본 발명에 따른 항공용 장애물 탐지 레이더는 노우즈(211) 내부(212)에 장착되는 내장형태로 쉽게 구현 가능하다.
도 3은 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더의 실측 결과를 예시하기 위한 거리-신호강도 그래프이다.
도 3은 180~210 미터 지점에 위치한 건물의 지붕(T1), 380 미터 지점에 위치한 건설 장비(T2) 및 1.36Km 지점에 위치한 AM 라디오 방송국 안테나(T3)의 세 가지 표적에 대한 반사파 신호 실측 결과를 안테나 별로 도시한 것이다.
참고적으로, 도 3에서 예시된 레이더의 실측 결과는 레이더가 지표면 상에서 약 30도의 상향 각도로 설치되어 탐지된 결과이다. 도 2a 및 도 2b에서 예시한 바와 같이 4개의 도파관 슬롯 배열 안테나의 빔 각도가 분할 배치된 경우를 상정한다면, 제 1 안테나(110-1)는 지표면에 대하여 약 40도의 중심 빔 각도를 가지고, 제 2 안테나(110-2)는 지표면에 대하여 약 24도의 중심 빔 각도를 가지고, 제 3 안테나(110-3)는 지표면에 대하여 약 4도의 중심 빔 각도를 가지게 된다.
따라서, 제 3 안테나(110-3)에서 세 개의 표적(T1, T2, T3)가 모두 명확하게 탐지되었다(303). 반면에, 제 1 안테나(110-1; 301), 제 2 안테나(110-2; 302), 제 4 안테나(110-4; 304)의 경우에는 표적이 강하게 탐지되지 않았는데, 도 3에서 예 시된 실측 결과에서는 상술된 바와 같이 제 3 안테나의 중심 빔 각도가 약 4도로서 표적(T1, T2, T3)을 탐지하기에 가장 적합한 빔 각도를 가지기 때문이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더의 구성예를 도시한 블록도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더에 장착된 복수의 안테나에 의한 스캐닝 영역의 예를 도시한 개념도이다.
도 2b는 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더에 장착된 복수의 안테나의 장착 예를 도시한 개념도이다.
도 2c는 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더가 장착될 수 있는 헬리콥터의 레이더 플랫폼을 예시하는 개념도이다.
도 3은 본 발명에 따른 장애물 탐지 레이더의 실측 결과를 예시하기 위한 거리-신호강도 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110: 송수신 안테나부
110-1~110-4: 도파관 슬롯 배열 안테나
120: 송신부 130: 수신부
140: 레이더 제어부

Claims (6)

  1. 서로 다른 각도로 배치된 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나를 포함한 송수신 안테나부;
    상기 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 밀리미터파 대역으로 주파수 변조된 펄스를 송신하는 송신부;
    상기 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 수신된 반사파 신호를 다운 컨버팅하고 디지털 신호로 변환하여 신호처리하는 수신부; 및
    상기 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 적어도 하나의 도파관 슬롯 배열 안테나로의 상기 송신부 및 상기 수신부에 대한 전기적 스위칭을 제어하는 레이더 제어부를 포함한 장애물 탐지 레이더.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도파관 슬롯 배열 안테나는 팬 빔 형태의 방사 패턴을 가지는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 레이더.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신부는 전원 공급기와 마그네트론을 이용하여, 상기 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 적어도 하나를 선택적으로 이용하여 밀리미터파 대역으로 주파수 변조된 펄스를 송신하는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 레이더.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀리미터파 대역은 30GHz 내지 300GHz 대역이며, 상기 밀리미터파 대역에는 Ka 대역이 포함되는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 레이더.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 도파관 슬롯 배열 안테나 중의 적어도 하나는 0도 보다 큰 각도의 방향으로 배치되고, 상기 0도 보다 큰 각도의 방향으로 배치된 적어도 하나의 도파관 슬롯 배열 안테나를 제외한 나머지 도파관 슬롯 배열 안테나는 0도 보다 작은 각도의 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 레이더.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 장애물 탐지 레이더는 헬리콥터의 노우즈 내부에 장착되는 내장형 장착 방식인 것을 특징으로 하는 장애물 탐지 레이더.
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