KR101093514B1 - 마이크로파 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로파 신호를 발생시키는 발진기와, 마이크로파 신호를 분기하는 전력분배기와, 분기된 마이크로파 신호를 외부로 송신 및 물체에 반사된 마이크로파 신호를 수신하는 안테나와, 안테나에서 수신된 마이크로파 신호와 전력분배기에서 입력되는 신호의 차이를 검출하여 중간 주파수를 출력하는 혼합기로 이루어지는 마이크로파 센서에 있어서, 상기 안테나는 접지판과, 상기 접지판 중앙에 위치하는 안테나 핀과, 상기 안테나 핀을 보호하는 유전체 및 상기 접지판 둘레에 형성하는 금속체 벽으로 구성되는 것을 특징으로 하고, 송수신 겸용 단일 안테나와, 안테나를 동작하는 회로를 통해 방위각에 상관없이 균일한 이득을 갖는 효과가 있는 마이크로파 센서에 관한 것이다.

Description

마이크로파 센서{MICROWAVE SENSOR}

본 발명은 마이크로파 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원형의 감지 영역을 갖는 마이크로파 센서에 관한 것이다.

일반적으로 보안 센서는 물체의 움직임을 감지하는 장치로써, 감지 영역을 편리하게 정의할 수 있고 가격 면에서도 저렴한 적외선 감지 센서가 널리 사용되고 있다.

이러한 적외선 센서는 감지 영역을 다수의 구획으로 나누고 각 구획에서 온도 변화 유무를 판단하여 인체의 움직임이 있느냐 없느냐를 판단한다. 하지만, 열 차단체로 위장한 칩입자가 출현하는 경우 이를 감지할 수 없는 심각한 문제가 있다.

이에 반하여 마이크로파 센서는 열 차단제를 쉽게 투과하므로 특정한 장애물에 영향을 받지 않고 물체를 감지하는 우수한 특성을 가지고 있다. 그러나, 종래 마이크로파 센서는 보안 업체에서 설치의 편의성을 위하여 요구하는 원형의 감지 거리를 보장하지 못하는 문제가 있는데, 이러한 문제는 마이크로파 센서 안테나의 빔 형태가 방위각에 따라 균일하지 않은 점과 이득이 큰 방위각 방향으로는 거리에 따라 감지 거리가 서서히 줄어들어 감지 거리를 엄밀하게 정하지 못하는데 그 원인이 있다.

도 1은 종래의 마이크로파 센서를 나타낸 도면으로 발진기(100)에서 만들어진 마이크로파 신호는 전력 분배기(110)에서 분기되어 일부는 송신 안테나(120)을 통하여 움직이는 물체로 방사되고, 나머지 마이크로파 신호는 혼합기(140)의 LO 신호로 입력된다.

여기서, 송신 안테나(120)를 통하여 방사된 신호는 움직이는 물체에 반사되어 수신 안테나(130)로 수신되어 혼합기(140)에 RF 신호로 입력된다. 이때, 물체가 정지해 있을 경우에는 LO 신호와 RF 신호의 주파수가 같으나 물체가 움직이는 경우에는 도플러 효과에 의해 RF 신호의 주파수가 LO 신호의 주파수에서 벗어나게 되고 혼합기(140)은 이러한 RF와 LO 신호 주파수의 차이를 검출하게 된다.

상기 도 1에서 언급되지 않은 도면번호 150은 중간 주파수 출력단이다.

도 2는 종래의 마이크로파 센서용 패치 안테나(200)로 도 1의 송신 안테나와, 수신 안테나에 사용된다. 이러한 패치 안테나(200)는 일반적으로 신호가 인가되는 E-축 방향의 안테나 이득과 수직인 H-축 방향의 이득이 서로 다른 모양을 나타내는데 E-축 방향이 H-축 방향에 비하여 넓은 빔 폭을 가진다.

도 3은 종래의 마이크로파 센서에서 거리에 따른 감지 신호 크기를 나타낸 그래프로서, 이득 빔 폭이 넓은 E-축 방향의 경우에는 감지 신호의 세기가 서서히 감소하는 특성을 보이나 이득 빔 폭이 좁은 H-축 방향의 경우에는 감지 신호의 세기가 급격하게 줄어드는 특성을 보인다. 이러한 이유로 마이크로스트립 패치 안테나를 사용하는 경우에는 원형의 감지 거리를 갖는 마이크로파 센서를 구현하기 어려운 문제점이 있었다.

상기한 종래 안테나와 달리 방위각에 상관없이 일정한 이득 특성을 나타내는 안테나로는 다이폴 안테나, 모노폴 안테나 등이 있다. 그러나 이러한 안테나도 송신과 수신용으로 2개의 안테나를 같이 사용하는 경우에는 서로간의 영향으로 그 대칭성이 깨어진다. 그러므로 송신과 수신용 안테나를 따로 사용하지 않고 하나의 안테나로 송신과 수신 기능을 겸하는 센서 구조가 요구된다.

도 4는 종래의 모노폴 안테나를 나타낸 것으로, 안테나의 핀 부(400)과 접지면(410)으로 구성된다. 이러한 모노폴 안테나를 마이크로파 센서의 안테나로 사용하는 경우 방위각에 따라 이득 특성이 같아 감지 신호의 세기 또한 같으나 감지 신호의 세기가 완만하게 감소하면서 넓은 영역으로 분포하여 감지 영역을 엄밀하게 정하기 어려운 문제점이 있었다.

상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 방위각에 상관없이 균일한 이득을 갖는 송신과 수신을 겸한 단일 안테나와, 단일 안테나를 동작하기 위한 센서 회로를 포함하는 마이크로파 센서를 제공하는데 있다.

상기한 종래 문제점을 해결하고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 마이크로파 신호를 발생시키는 발진기와, 상기 마이크로파 신호를 분기하는 전력분배기와, 상기 분기된 마이크로파 신호를 외부로 송신 및 물체에 반사된 마이크로파 신호를 수신하는 안테나와, 상기 안테나에서 수신된 마이크로파 신호와 전력분배기에서 입력되는 신호의 차이를 검출하여 중간 주파수를 출력하는 혼합기로 이루어지는 마이크로파 센서에 있어서, 상기 안테나는 접지판과; 상기 접지판 중앙에 위치하는 안테나 핀과; 상기 안테나 핀을 보호하는 유전체; 및 상기 접지판 둘레를 형성하는 금속체 벽;으로 구성하되, 상기 금속체 벽은 접지판과 60~90도 범위 내에서 안테나 핀 방향으로 경사를 이루는 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 마이크로파 센서에 있어서, 상기 안테나는 송신과 수신의 기능을 겸하는 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로파 센서는 송수신 겸용 단일 안테나와, 단일 안테나로 동작하는 회로를 통해 방위각에 상관없이 균일한 이득을 갖는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로파 센서는 금속체 벽을 포함한 안테나를 통해 원형의 감지 영역을 갖는 효과가 있다.

도 1은 종래의 마이크로파 센서이다.
도 2는 종래의 마이크로파 센서용 패치 안테나를 나타낸 도면이다.
도 3은 종래의 마이크로파 센서에서 거리에 따른 감지 신호 크기를 나타낸 그래프이다.
도 4a는 종래의 모노폴 안테나를 나타낸 단면도이다.
도 4b는 종래의 모노폴 안테나를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 센서를 나타낸 도면이다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 센서용 안테나를 나타낸 단면도이다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 센서용 안테나를 나타낸 평면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 센서에서 거리에 따른 감지 신호 크기를 나타낸 그래프이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 센서를 나타낸 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 센서(500)는 마이크로파 신호를 발생시키는 발진기(510)와, 마이크로파 신호를 분기하는 제1, 2전력분배기(520, 530)와, 분기된 마이크로파 신호를 외부로 송신 및 물체에 반사된 마이크로파 신호를 수신하는 안테나(540)와, 안테나(540)에서 수신된 마이크로파 신호와 전력분배기에서 입력되는 신호의 차이를 검출하여 중간 주파수를 출력하는 혼합기(550)로 이루어진다.

여기에서, 상기 마이크로파 센서(500)의 발진기(510)에서 만들어진 마이크로파 신호는 제1전력분배기(520)에서 분기되어 일부는 제2전력분배기(530)으로 입력되고, 나머지는 혼합기(550)의 LO 신호로 입력된다. 제2전력분배기(530)로 입력된 마이크로파 신호는 분배기 자체의 분리 특성으로 인해 혼합기(550)으로는 전달되지 않고 대부분 안테나(540)을 통하여 송신(방사)된다.

이때, 안테나(540)을 통하여 송신(방사)된 마이크로파 신호는 움직이는 물체에 반사되어 안테나(540)으로 다시 수신되며, 수신된 신호 중 일부는 분기되어 제1전력분배기(520)으로 전달되고, 나머지는 혼합기(550)에 RF 신호로 입력되어 물체가 움직이는 경우 LO 신호와의 주파수 차이인 중간주파수 신호로 출력된다. 이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 도 5의 마이크로파 센서(500) 구조는 도 1의 종래의 센서 구조와 비교하는 경우 하나의 안테나로 송신과 수신을 겸하는 장점을 가지고 있다.

상기 도 5에서 언급되지 않은 도면번호 560은 중간 주파수 출력단이다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 센서용 안테나를 나타낸 단면도이고, 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 센서용 안테나를 나타낸 평면도이다.

도 6에 도시한 바와 같이 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 센서용 안테나(540)는 접지판(541)과, 접지판 중앙에 위치하는 안테나의 핀(542)과, 안테나 핀(542)을 물리적인 충격으로부터 보호하고 양산 시 조립의 재현성을 보장하기 위한 유전체(543)과, 접지판(541) 둘레에 형성되어 안테나(540)의 빔이 감지 영역 이상으로 퍼지는 것을 막아주는 금속체 벽(544)으로 구성된다.

여기서, 금속체 벽(544)은 접지판(541)과 60~90도 범위 내에서 안테나 핀(541) 방향으로 경사를 이루어 구성한다.

또한, 접지판(541) 및 금속체 벽(544)은 분리 구성하는 것에 한정하지 않으며, 일체형으로 구성하는 것이 가능하다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 센서에서 거리에 따른 감지 신호 크기를 나타낸 그래프이다.

도 7에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 센서(500)에서 거리에 따른 감시 신호의 크기는 마이크로파 센서(500)의 감지 방향이 방위각 방향으로 0도와, 90도로 변하는 경우에도 감지 신호의 세기가 달라지지 않으며, 거리가 멀어짐에 따라 감지 신호의 세기가 요구 거리 이상에서 감소하여 감지 거리를 엄밀하게 정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 센서(500)는 송수신 겸용 단일 안테나(540)와, 단일 안테나(540)로 동작하는 회로를 통해 방위각에 상관없이 균일한 이득을 갖는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 마이크로파 센서(500)는 금속체 벽(544)을 포함한 안테나(540)를 통해 원형의 감지 영역을 갖는 효과가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 발진기 110 : 전력분배기
120 : 송신 안테나 130 : 수신 안테나
140 : 혼합기 150 : 중간주파수 출력단
200 : 패치 안테나 400 : 모노폴 안테나의 핀
410 : 모노폴 안테나의 접지면 500 : 마이크로파 센서
510 : 발진기 520 : 제1전력분배기
530 : 제2전력분배기 540 : 안테나
541 : 접지판 542 : 안테나 핀
543 : 유전체 544 : 금속체 벽
550 : 혼합기 560 : 중간주파수 출력단

Claims (4)

1. 마이크로파 신호를 발생시키는 발진기와, 상기 마이크로파 신호를 분기하는 전력분배기와, 상기 분기된 마이크로파 신호를 외부로 송신 및 물체에 반사된 마이크로파 신호를 수신하는 안테나와, 상기 안테나에서 수신된 마이크로파 신호와 전력분배기에서 입력되는 신호의 차이를 검출하여 중간 주파수를 출력하는 혼합기로 이루어지는 마이크로파 센서에 있어서,
   상기 안테나는
   접지판과;
   상기 접지판 중앙에 위치하는 안테나 핀과;
   상기 안테나 핀을 보호하는 유전체; 및
   상기 접지판 둘레를 형성하는 금속체 벽;으로 구성하되,
   상기 금속체 벽은 접지판과 60~90도 범위 내에서 안테나 핀 방향으로 경사를 이루는 것을 특징으로 하는 마이크로파 센서.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 안테나는 송신과 수신의 기능을 겸하는 것을 특징으로 하는 마이크로파 센서.

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