KR101458700B1 - 차량용 레이더 장치 및 이를 위한 레이더 안테나 - Google Patents

Abstract

차량용 레이더 장치 및 이를 위한 레이더 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는, 기판; 상기 기판 상부에 형성되는 레이더 방사체; 상기 기판 하부에 형성되는 금속 재질의 접지면; 및 상기 기판 상에 형성되고 상기 레이더 방사체와 소정 거리 이격되어 배치되는 적어도 하나의 유전체 구조물을 포함한다. 개시된 안테나에 의하면, 적은 수의 레이더 안테나로 넓은 지역에 대해 감지가 가능한 장점이 있다.

Description

차량용 레이더 장치 및 이를 위한 레이더 안테나{Radar Apparatus for a Vehicle and Radar Antenna for the Radar Apparatus}

본 발명의 실시예들은 레이더 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 차량용 레이더 장치에 관한 것이다.

근래에 들어 운전자의 안전 및 편의를 위해 차량 주변을 감지하는 감지 시스템에 대한 연구가 가속화되고 있다. 차량 감지 시스템은 차량 주변의 사물을 감지하여 운전자가 인지하지 못한 사물과의 충돌을 막는 것은 물론 빈 공간 등을 감지하여 자동 주차를 수행하는 것과 같이 다양한 용도로 사용되고 있으며, 차량 자동 제어에 있어서 가장 필수적인 데이터를 제공하고 있다.

근래에는 적외선 센서, 초음파 센서와 같은 감지 센서에 비해 감지 성능이 우수한 레이더를 이용한 감지에 대한 관심이 높아지고 있으며 보다 정확한 감지를 위해 많은 차량들이 레이더를 이용하고 있다.

레이더는 빔을 방사하고 반사되는 신호를 이용하여 주변을 감지하며 미세한 각도로 스캔이 가능하여 정확하게 감지하는 것이 가능하다.

레이더의 빔은 메인 로브와 사이드 로브로 구성되며, 메인 로브는 매우 큰 게인을 가지나 사이드 로브는 상대적으로 작은 게인을 가져 메인 로브에 의해 감지 동작이 수행된다.

그런데, 메인 로브의 감지 범위는 매우 좁은 문제점이 있었으며, 보다 넓은 범위에 대해 감지를 위해서는 더 많은 수의 레이더를 필요로 하게 되는 문제점이 있었다.

도 1은 종래의 차량 전방 감지 레이더 장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 차량 전방 감지 레이더 장치는 제1 송신 레이더 안테나(S1), 제2 송신 레이더 안테나(S2), 제3 송신 레이더 안테나(S3), 제1 수신 레이더 안테나(R1), 제2 수신 레이더 안테나(R2) 및 제3 수신 레이더 안테나(R3)를 포함한다.

제1 송신 레이더 안테나(S1) 및 제1 수신 레이더 안테나(R1)는 차량의 좌측부에 설치되어 감지를 위한 레이더 신호를 송신 및 수신하는 기능을 한다. 제2 송신 레이더 안테나(S2) 및 제2 수신 레이더 안ㅌ나(R2)는 차량의 중앙부에 설치되어 동일한 기능을 담당하며, 제3 송신 레이더 안테나(S3) 및 제3 수신 레이더 안테나(R3)는 차량의 우측부에 설치되어 동일한 기능을 담당한다.

차량 전방 감지 시스템은 차량의 중앙부와 측면에 대해 모두 위험 객체를 감지할 필요가 있으며, 따라서, 종래의 메인 로브만으로 감지기능을 수행하는 차량 전방 감지 시스템은 3개의 송신 레이더 안테나를 요구하게 되며, 이는 상당한 비용을 요구하는 시스템이었다.

상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 적은 수의 안테나로 넓은 지역에 대해 감지가 가능한 레이더 장치를 제안한다.

또한, 본 발명은 사이드 로브를 감지에 이용 가능하도록 한 레이더 장치를 제안한다.

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 기판; 상기 기판 상부에 형성되는 레이더 방사체; 상기 기판 하부에 형성되는 금속 재질의 접지면; 및 상기 기판 상에 형성되고 상기 레이더 방사체와 소정 거리 이격되어 배치되는 적어도 하나의 유전체 구조물을 포함하는 레이더 안테나가 제공된다.

상기 유전체 구조물은 상기 레이더 방사체의 양 측에 상기 레이더 방사체와 소정 거리 이격되어 배치된다.

상기 유전체 구조물은 테이퍼 구조를 가진다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 차량 전방의 중앙부에 설치되는 송신 레이더 안테나;; 및 차량의 중앙부 및 양 측부에 설치되는 다수의 수신 레이더를 포함하되, 상기 송신 레이더 안테나는, 기판, 상기 기판 상부에 형성되는 레이더 방사체, 상기 기판 하부에 형성되는 금속 재질의 접지면 및 상기 기판 상에 형성되고 상기 레이더 방사체와 소정 거리 이격되어 배치되는 적어도 하나의 유전체 구조물을 포함하는 감지용 레이더 장치가 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 기판; 상기 기판 상부에 형성되는 레이더 방사체; 및 상기 기판 하부에 형성되는 금속 재질의 접지면을 포함하되, 상기 기판은 레이더 방사체의 중앙을 기준으로 휘어진 구조를 가진다.

본 발명에 의하면, 적은 수의 레이더 안테나로 넓은 지역에 대해 감지가 가능한 장점이 있다.

도 1은 종래의 차량 전방 감지 레이더 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지용 레이더 장치의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 송신 레이더 안테나의 구성을 도시한 도면.
도 4 본 발명의 제2 실시예에 따른 송신용 레이더 안테나의 구성을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 적용될 수 있는 레이더 방사체의 일례를 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 송신용 레이더 안테나의 구조를 도시한 도면.

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.

이하에서, 본 발명에 따른 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지용 레이더 장치의 구성을 도시한 도면이다.

본 실시예에서는 차량의 전방에 설치되어 차량 전방의 객체를 감지하는 레이더 장치를 예로 하여 설명하나 본 발명의 레이더 장치가 차량의 전방 감지 이외에도 다양한 감지 용도로 사용될 수 있다는 점은 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 감지용 레이더 장치는 송신 레이더 안테나(200), 제1 수신 레이더 안테나(210), 제2 수신 레이더 안테나(212) 및 제3 수신 레이더 안테나(214)를 포함한다.

송신 레이더 안테나(200)는 레이더 신호를 전방에 방사하는 기능을 한다. 본 발명의 송신 레이더 안테나는 레이더의 사이드 로브를 감지에 이용할 수 있도록 설계된 안테나이다.

종래에 있어서 사이드 로브는 레이더에서 제거되어야 할 파라미터였으며, 사이드 로브 억제한 대한 연구는 레이더에 대한 연구의 상당 부분을 차지하였다.

그러나, 본 발명의 송신 레이더 안테나(200)는 이러한 사이드 로브가 감지에 활용될 수 있도록 사이드 로브의 빔 방향을 변경시키도록 한다.

구체적으로, 본 발명의 송신 레이더 안테나(200)는 사이드 로브가 송신 레이더 안테나를 기준으로 부채꼴 방향으로 형성되도록 하여 사이드 로브의 반사 신호가 수신 레이더에 수신되도록 한다.

송신 레이더의 사이드 로브를 부채꼴 방향으로 방사하기 위한 구체적 구성은 별도의 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

즉, 송신 레이더 안테나(200)는 차량이 중앙 전방으로 메인 로브를 방사하고, 차량의 좌측 및 우측 방향으로 사이드 로브를 방사하게 된다.

제1 수신 레이더 안테나(210)는 차량의 좌측을 향하도록 방사되는 사이드 로브의 반사 신호를 수신한다. 차량의 좌측을 향하는 사이드 로브가 특정 객체에 의해 반사될 경우 해당 반사 신호는 제1 수신 레이더 안테나(210)에 의해 수신된다.

제1 수신 레이더 안테나(210)에서 반사 신호가 수신될 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치는 차량의 좌측에 객체가 존재한다는 점을 감지한다.

제2 수신 레이더 안테나(212)는 차량의 중앙을 향하도록 방사되는 메인 로브의 반사 신호를 수신한다. 차량의 중앙을 향하는 메인 로브가 특정 객체에 의해 반사될 경우 해당 반사 신호는 제2 수신 레이더(212)에 의해 수신된다.

제2 수신 레이더 안테나(212)에서 반사 신호가 수신될 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치는 차량의 중앙에 객체가 존재한다는 점을 감지한다.

제3 수신 레이더 안테나(214)는 차량의 우측을 향하도록 방사되는 사이드 로브의 반사 신호를 수신한다. 차량의 우측을 향하는 사이드 로브가 특정 객체에 의해 반사될 경우 해당 반사 신호는 제3 수신 레이더 안테나(214)에 의해 수신된다.

제3 수신 레이더 안테나(214)에서 반사 신호가 수신될 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치는 차량의 우측에 객체가 존재한다는 점을 감지한다.

도 2와 같은 구조를 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치는 하나의 송신 레이더 안테나만을 필요로 하므로 종래의 다수의 송신 레이더 안테나를 요구하는 레이더 장치에 비해 경제적으로 제조될 수 있는 장점이 있다.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 송신 레이더 안테나의 구성을 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이더 안테나는 기판(300), 접지면(302), 레이더 방사체(304) 및 적어도 하나의 유전체 구조물(306)을 포함한다.

기판(300)은 유전체 재질로 이루어지며, 다양한 종류의 유전체 기판이 사용될 수 있다. 일례로, 기판 상부의 회로의 패터닝이 가능한 PCB 기판이 사용될 수 있다.

기판(300) 상부에는 레이더 방사체(304)가 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 레이더 방사체는 기판 상부에 다수의 방사체가 패터닝되는 형태로 형성될 수 있다. 레이더 방사체(304)는 레이더 빔 신호를 방사하는 기능을 한다.

도 5는 본 발명에 적용될 수 있는 레이더 방사체의 일례를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 레이더 방사체는 트랜지션 도전체(500), 급전 라인(502), 절곡 구조 방사체(504a, 504b, 504c, 504d, 504e, 504f, 504g, 504h), 매칭 엘리먼트(506), 기판(508) 및 접지면(510)을 포함할 수 있다. 도 5의 도면은 방사체만을 도시한 것이며, 유전체 구조물(306)은 도 5에는 도시되어 있지 않다.

물론, 도 5에 도시된 레이더 방사체 이외에도 다양한 형태의 방사체가 사용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

도 5에서 절곡 구조 방사체(504a, 504b, 504c, 504d, 504e, 504f, 504g, 504h)는 신호를 방사하는 기능을 하며, 배열 구조를 가진다. 급전 라인(502)은 신호의 분배 기능 및 방사체로의 급전 기능을 함께 수행한다.

유전체 구조물(306)은 레이더 방사체와 이격되어 기판(100)상에 결합되며, 이격 거리, 높이 및 유전율은 필요에 따라 조절될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 유전체 구조물(306)은 레이더 방사체의 양측에 소정 거리 이격되어 배치될 수 있다.

도 3에는 레이더 방사체의 양측으로 두 개의 유전체 구조물(306)이 배치되는 실시예가 도시되어 있으나 양측으로 배치되는 유전체 구조물(306)의 수는 필요에 따라 변경될 수 있을 것이다.

유전체 구조물(306)은 일례로 긴 직사각형 형태를 가질 수 있으나 유전체 구조물의 형태 역시 다양하게 변경 가능하다.

기판(300) 하부에는 접지면(302)이 형성되며, 접지면(302)은 금속 재질로 이루어지고 접지와 전자기적으로 결합된다.

레이더 방사체의 양측으로 소정 거리 이격되어 배치되는 유전체 구조물(306)은 사이드 로브의 방사 패턴을 변화시키는 기능을 한다. 사이드 로브는 메인 로브와 동일하게 전방으로 방사되나 유전체 구조물은 이와 같은 사이드 로브가 소정 각도를 가지고 방사되도록 변화시키는 기능을 하는 것이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 유전체 구조물(306)은 사이드 로브의 방향을 변화시킴으로써 사이드 로브가 차량의 우측 및 좌측을 향하도록 한다.

이와 같이 방향이 변화된 사이드 로브로 인해 하나의 레이더 방사체로 넓은 영역을 감지하는 것이 가능하다.

도 4 본 발명의 제2 실시예에 따른 송신용 레이더 안테나의 구성을 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 유전체 구조물(406)의 구조가 제1 실시예와 상이한 점을 제외하면 다른 구성은 제1 실시예와 동일하다. 유전체 구조물(406)은 그 높이가 점차 높아지거나 낮아지는 테이퍼 구조를 가지고 있다. 이와 같은 테이퍼 구조는 구간별 빔 변형 특성을 달리 하여 원하는 방향으로 사이드 로브의 방향을 변화시키는 것을 가능하게 한다.

도 6은 본 발명의 제 3실시예에 따른 송신용 레이더 안테나의 구조를 도시한 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 레이더 안테나는 휘어진 구조의 기판(600), 접지면(602) 및 레이더 방사체(604)를 포함한다.

도 6에 도시된 제3 실시예의 안테나는 기판이 휘어진 구조를 가지고 있다. 휘어진 구조의 기판은 공지된 다양한 플렉서블 기판을 이용하여 구현될 수 있을 것이다.

휘어진 구조의 기판에 레이더 방사체(604)가 형성될 경우 레이더 방사체(604) 역시 레이더 방사체의 중앙을 기준으로 휘어진 구조를 가지게 되며, 이러한 구조의 방사체는 메인 로브와 사이드 로브의 방사 패턴이 달라지게 된다.

즉, 레이더 방사체의 메인 로브는 전방으로 방사되나 레이더 방사체의 사이드 로브는 휘어진 구조의 방사체로 인해 그 방사 패턴이 변화된다.

한편, 도 6에는 도시되어 있지 않으나 제3 실시예의 레이더 안테나에도 원하는 사이드 로브 방사 패턴 확보를 위해 유전체 구조물이 적용될 수 있다는 점은 당업자에게 있어 자명할 것이다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (7)

1. 기판;
   상기 기판 상부에 형성되는 레이더 방사체;
   상기 기판 하부에 형성되는 금속 재질의 접지면; 및
   상기 기판 상에 형성되고 상기 레이더 방사체와 소정 거리 이격되어 배치되는 적어도 하나의 유전체 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 안테나.
2. 제1항에 있어서,
   상기 유전체 구조물은 상기 레이더 방사체의 양 측에 상기 레이더 방사체와 소정 거리 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 레이더 안테나.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유전체 구조물은 테이퍼 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 레이더 안테나.
4. 차량 전방의 중앙부에 설치되는 송신 레이더 안테나; 및
   차량의 중앙부 및 양 측부에 설치되는 다수의 수신 레이더를 포함하되,
   상기 송신 레이더 안테나는, 기판, 상기 기판 상부에 형성되는 레이더 방사체, 상기 기판 하부에 형성되는 금속 재질의 접지면 및 상기 기판 상에 형성되고 상기 레이더 방사체와 소정 거리 이격되어 배치되는 적어도 하나의 유전체 구조물을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지용 레이더 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 유전체 구조물은 상기 레이더 방사체의 양 측에 상기 레이더 방사체와 소정 거리 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 감지용 레이더 장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 유전체 구조물은 테이퍼 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 감지용 레이더 장치.
7. 기판;
   상기 기판 상부에 형성되는 레이더 방사체; 및
   상기 기판 하부에 형성되는 금속 재질의 접지면을 포함하되,
   상기 기판은 레이더 방사체의 중앙을 기준으로 휘어진 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 레이더 안테나.

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