KR101470581B1 - 배열 안테나 및 레이더 감지 시스템의 배열 안테나 - Google Patents

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주식회사 에스원
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Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 배열 안테나가 제공된다. 상기 배열 안테나는, 제1 방향으로 배열되는 N개의 제1 안테나; 상기 제1 안테나와 다른 종류이고, 전파를 송신하는 제2 안테나; 상기 제2 안테나와 동일한 종류이고, 전파를 수신하는 제3 안테나; 및 송신 포트로부터 출력되는 전력을 분배하여 상기 N개의 제1 안테나 및 상기 제2 안테나로 전달하고, 상기 N개의 제1 안테나 및 상기 제3 안테나에 의해 수신되는 전력을 결합하여 수신 포트로 전달하는 전력 전달부를 포함한다. 상기 제1 안테나는 제2 방향으로 배열되는 M개의 방사 소자를 포함한다.

Description

배열 안테나 및 레이더 감지 시스템의 배열 안테나{ARRAY ANTENNA AND ARRAY ANTENNA OF RADAR DETECTION SYSTEM}
본 발명은 배열 안테나 및 레이더 감지 시스템의 배열 안테나에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 근거리 감지 성능 향상을 위한 배열 안테나에 관한 것이다.
기존 펜스형(fence type) 레이더 감지 시스템은 높은 이득(gain)과 좁은 방사 빔(beam)을 만들어 내기 위해서, 충분한 개수의 방사소자를 갖는 배열 안테나를 사용한다. 하지만, 이와 같은 레이더 감지 시스템은 레이더 근처 수 미터 이내의 영역에서 물체를 감지할 수 없는 무감지 영역이 발생될 수 있는 치명적인 단점을 가진다. 즉, 레이더 근처 영역에서는 배열 안테나의 주 로브(main lobe)의 너비가 매우 좁기 때문에, 만약 침입자가 레이더 앞의 수 미터 범위 내에서 매우 빠르게 레이더 앞을 지나가면 시간 영역 상에서 얻을 수 있는 감지 신호의 양이 매우 적어서 침입자를 감지하지 못하는 경우가 발생된다. 따라서, 이와 같은 근거리 감지 성능 문제점을 해결하기 위해서, 대부분의 국내외 방범용 레이더 개발 회사들이 해결책을 찾고 있는 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 레이더 앞 수 미터 이내의 근거리 영역을 감지할 수 있는 복합형 배열 안테나를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배열 안테나가 제공된다. 상기 배열 안테나는, 제1 방향으로 배열되는 N개의 제1 안테나; 상기 제1 안테나와 다른 종류이고, 전파를 송신하는 제2 안테나; 상기 제2 안테나와 동일한 종류이고, 전파를 수신하는 제3 안테나; 및 송신 포트로부터 출력되는 전력을 분배하여 상기 N개의 제1 안테나 및 상기 제2 안테나로 전달하고, 상기 N개의 제1 안테나 및 상기 제3 안테나에 의해 수신되는 전력을 결합하여 수신 포트로 전달하는 전력 전달부를 포함한다. 상기 제1 안테나는 제2 방향으로 배열되는 M개의 방사 소자를 포함한다.
상기 제1 안테나는 누설파(leaky-wave) 안테나이다.
상기 제1 안테나는 송수신 일체형 안테나이다.
상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나는 모노폴(monopole) 안테나 및 패치(patch) 안테나 중 어느 하나이다.
상기 M개의 방사 소자의 배열 구조는 유니폼(uniform) 배열 함수, 이항(binomial) 배열 함수, 및 체비세프(chebyshev) 배열 함수 중 어느 하나를 이용해 결정된다.
상기 N개의 제1 안테나, 상기 제2 안테나, 상기 제3 안테나 및 상기 전력 전달부는 유전체 기판의 상단에 인쇄된다.
상기 전력 전달부는 직렬 분배 방식과 T 형태 분배 방식을 혼합하여 사용한다.
상기 배열 안테나는, 상기 제2 안테나의 임피던스 정합을 위한 제1 임피던스 변환부; 및 상기 제3 안테나의 임피던스 정합을 위한 제2 임피던스 변환부를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 임피던스 변환부는 자신이 가지는 임피던스 값에 기초해 상기 제2 안테나로 전달되는 전력 양을 조절한다.
상기 배열 안테나는, 상기 N개의 제1 안테나에 의한 빔폭이 좁은 고 지향적(high-directional) 방사 패턴과 상기 제2 안테나에 의한 전 방향성(omni-direction) 방사 패턴을 합성한 합성 방사 패턴을 형성한다.
상기 배열 안테나는, 상기 N개의 제1 안테나에 의한 빔폭이 좁은 고 지향적(high-directional) 방사 패턴과 상기 제2 안테나에 의한 180도 전방 방사 패턴을 합성한 합성 방사 패턴을 형성한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 배열 안테나가 제공된다. 상기 배열 안테나는, 유전체 기판; 상기 유전체 기판의 하단에 형성되는 접지면; 및 상기 유전체 기판의 상단에 인쇄되는 방사부를 포함한다. 상기 방사부는, 제1 방향으로 배열되고, 제1 빔폭을 가지는 제1 방사 패턴을 형성하는 N개의 누설파 안테나; 상기 제1 빔폭보다 넓은 제2 빔폭을 가지는 제2 방사 패턴을 형성하고, 전파를 송신하는 제1 안테나; 상기 제2 방사 패턴을 형성하고, 전파를 수신하는 제2 안테나; 및 송신 포트로부터 출력되는 RF 전력을 분배하여 상기 N개의 누설파 안테나 및 상기 제1 안테나로 전달하고, 상기 N개의 누설파 안테나 및 상기 제2 안테나에 의해 수신되는 RF 전력을 결합하여 수신 포트로 전달하는 전력 전달부를 포함한다. 상기 누설파 안테나는 제2 방향으로 배열되는 M개의 방사 소자를 포함한다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 레이더 감지 시스템의 배열 안테나가 제공된다. 상기 배열 안테나는, 제1 빔폭을 가지는 제1 방사 패턴을 형성하는 다수의 누설파 안테나; 상기 제1 빔폭보다 넓은 제2 빔폭을 가지는 제2 방사 패턴을 형성하는 제1 안테나; 및 상기 다수의 누설파 안테나 및 상기 제1 안테나로의 급전을 위한 전력 분배기를 포함한다. 상기 배열 안테나는, 원거리 영역 감지를 위한 고 지향적 방사 패턴인 상기 제1 방사 패턴과 근거리 영역 감지를 위한 상기 제2 방사 패턴을 합성한 합성 방사 패턴을 형성한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 모노폴 안테나 또는 패치 안테나가 복합된 복합형 누설파 배열 안테나는 복합형 방사 패턴을 생성한다. 이러한 복합형 방사 패턴을 통해, 기존의 펜스형 레이더 감지 시스템의 치명적 단점인 근거리 감지 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 수십~수백 미터 이내의 물체 침입 감지용으로 널리 사용되고 있는 펜스형 레이더 시스템의 수 미터 이내의 근거리 영역 감지 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 모노폴 안테나 및 패치 안테나 중 어느 하나를 선택해 사용함으로써, 180도 또는 360도와 같이 근거리 감지 각도 성능을 사용자의 선택에 의해 쉽게 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 설계 및 공정이 쉬운 인쇄형(printed) 구조의 배열 안테나이므로 대량 생산이 용이하다. 그리고, 기존 누설파 배열 안테나와 비교했을 때 추가적인 재료비가 거의 없어, 근거리 감지용 센서를 펜스형 레이더 시스템에 추가적으로 삽입하는 경우보다 생산비를 훨씬 줄일 수 있다. 즉, 고이득 지향성 배열 안테나를 갖는 레이더 감지 시스템에서 근거리 무감지 영역 문제를 저비용으로 쉽게 해결함으로써, 근거리 감지 성능 향상 및 대량 생산의 이점을 동시에 얻을 수 있다. 이를 통해, 향후 외곽 감지 펜스형 레이더 시스템에 널리 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합형 배열 안테나를 나타낸 입체도.
도 2는 도 1에 도시된 복합형 배열 안테나를 나타낸 평면도.
도 3은 도 1에 도시된 복합형 배열 안테나의 개념적 방사 패턴을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복합형 배열 안테나의 전파 방사 과정을 나타낸 순서도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복합형 배열 안테나의 전파 수신 과정을 나타낸 순서도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합형 배열 안테나를 나타낸 입체도.
도 7은 도 6에 도시된 복합형 배열 안테나를 나타낸 평면도.
도 8은 도 6에 도시된 복합형 배열 안테나의 개념적 방사 패턴을 나타낸 도면.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 복합형 배열 안테나를 나타낸 입체도이다. 도 1에 도시된 복합형 배열 안테나는 모노폴(monopole) 안테나가 복합된 복합형 배열 안테나이다.
복합형 배열 안테나는 다수의 안테나(110), 전력 전달부(310), 모노폴 안테나(210, 220), 임피던스 변환부(410, 420), 유전체 기판(510), 및 접지면(610)을 포함한다.
안테나(110)는 누설파(leaky-wave) 안테나이다. 누설파 안테나(110)는 송수신 일체형 안테나이다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해 복합형 배열 안테나가 12개의 누설파 안테나(110)를 포함하는 경우를 예시하였다. 누설파 안테나(110)의 개수는 증감될 수 있다. 12개의 누설파 안테나(110)는 X축 방향으로 배열된다. 각 누설파 안테나(110)는 Y축 방향으로 배열되는 다수의 방사 소자(111)를 포함한다. 도 1에서는 설명의 편의를 위해 각 누설파 안테나(110)가 9개의 방사 소자(111)를 포함하는 경우를 예시하였다. 방사 소자(111)의 개수는 증감될 수 있다.
전력 전달부(310)는 각 누설파 안테나(110) 및 모노폴 안테나(210, 220)로의 급전을 위한 전력 분배기 기능을 수행한다. 또한 전력 전달부(310)는 12개의 누설파 안테나(110) 및 모노폴 안테나(220)에 의해 수신되는 전력(예, RF 전력)을 결합하는 전력 결합기 기능을 수행한다. 한편, 전력 전달부(310)는 설계의 용이성과 급전선의 간소화를 위해서 직렬 분배 방식과 T 형태 분배 방식을 혼합하여 사용한다. 한편, 전력 전달부(310)를 통해 각 누설파 안테나(110)로 입력되는 입력 전력 및 전류 위상은 모두 동일하다.
모노폴 안테나(210, 220)는 전 방향성(omni-direction) 방사 패턴을 만든다. 모노폴 안테나(210, 220)를 통해 레이더 시스템의 근거리 감지 성능을 향상 시킬 수 있다. 구체적으로, 모노폴 안테나(210)는 송신 포트(P1)와 연결되고, 송신 포트(P1)로부터 나오는 전파(전력)를 방사한다. 모노폴 안테나(220)는 수신 포트(P2)와 연결되고, 전파(전력)를 수신하여 수신 포트(P2)로 전달한다. 한편, 모노폴 안테나(210, 220)는 인쇄형(printed) 모노폴 안테나로써, 유전체 기판(510)의 상단에 인쇄될 수 있다.
임피던스 변환부(410, 420)는 모노폴 안테나(210, 220)의 임피던스를 정합한다. 구체적으로 임피던스 변환부(410)는 모노폴 안테나(210)와 연결되어 모노폴 안테나(210)의 임피던스를 정합하고, 임피던스 변환부(420)는 모노폴 안테나(220)와 연결되어 모노폴 안테나(220)의 임피던스를 정합한다. 또한 임피던스 변환부(410)는 모노폴 안테나(210)의 입력단으로 입력되는 전력 양을 조절한다. 그리고 임피던스 변환부(420)는 모노폴 안테나(220)에 의해 수신된 전력 양을 조절하여 전력 전달부(310)로 전달한다.
접지면(610)은 유전체 기판의 하단에 형성된다.
도 2는 도 1에 도시된 복합형 배열 안테나를 나타낸 평면도이다.
각 누설파 안테나(110)는 9개의 방사 소자(111)를 포함한다. 누설파 안테나(110)의 각 방사 소자(111)의 배열 구조는 유니폼(uniform), 이항(binomial) 및 체비세프(Chebyshev) 등과 같은 여러 형태의 배열 함수를 이용해 설계될 수 있다. 구체적으로, 각 방사 소자(111)의 크기 및 각 방사 소자(111) 간의 간격은 어떤 배열 함수를 이용하느냐에 따라 달라질 수 있다. 한편, 12개의 안테나(110) 중 일부는 송신 포트(P1) 및 수신 포트(P2)의 좌측에 위치하고, 나머지 안테나는 송신 포트(P1) 및 수신 포트(P2)의 우측에 위치한다. 도 2에서는 송/수신 포트(P1, P2)의 좌측에 위치하는 안테나의 개수(6개)와 송/수신 포트(P1, P2)의 우측에 위치하는 안테나의 개수(6개)가 동일한 경우를 예시하였다. 이 경우에, 배열 안테나의 방사 패턴은 송/수신 포트(P1, P2)를 기준으로 좌우 대칭적(symmetric)이다.
전력 전달부(310)는 송신 포트(P1)로부터 나오는 전력을 분배하여 12개의 누설파 안테나(110) 및 모노폴 안테나(210)로 전달한다. 또한, 전력 전달부(310)는 12개의 누설파 안테나(110) 및 모노폴 안테나(220)에 의해 수신되는 전력을 결합하여 수신 포트(P2)로 전달한다.
한편, 12개의 누설파 안테나(110), 전력 전달부(310), 임피던스 변환부(410, 420) 및 모노폴 안테나(210, 220)는 유전체 기판(510)의 상단에 형성된다. 구체적으로, 12개의 누설파 안테나(110), 전력 전달부(310), 임피던스 변환부(410, 420) 및 모노폴 안테나(210, 220)는 유전체 기판(510)의 상단에 인쇄(print)될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 복합형 배열 안테나는 다수의 누설파 안테나(110)가 유전체 기판(510)에 인쇄되는 기판 인쇄형으로써, 2D 형태(평면 형태)로 제작이 가능하므로, 설계 및 공정이 매우 용이하여 대량 생산에 유리하다.
한편, 송신 포트(P1)와 수신 포트(P2)가 송수신 칩의 송신 단자와 수신 단자에 연결되면, 송신 포트(P1)와 연결된 송신 단자에서 나온 전력의 일부는 12개의 누설파 안테나(110)를 통해 방사되고, 동시에 나머지 전력은 임피던스 정합부(410)를 거쳐 모노폴 안테나(210)로 입력되어 모노폴 안테나(210)를 통해 방사된다. 이와 반대로, 특정 물체로부터 반사되어 돌아온 전파는 12개의 누설파 안테나(110) 및 모노폴 안테나(220)를 통해 수신되어 수신 포토(P2)로 전달되고, 수신 포트(P2)와 연결된 수신 단자로 입력된다.
한편, 도 2에서는 각 누설파 안테나(110)가 9개의 방사 소자(111)를 포함하는 경우를 예시하였는데, 만약 각 누설파 안테나(110)가 가지는 방사 소자(111)의 개수를 늘리면, 송신 포트(P1)에서 나온 신호 중 누설(방사)되지 않고 수신 포트(P2)로 넘어가는 신호의 세기를 더 많이 약화시킬 수 있다. 예를 들어, 송신 포트(P1)에서 나온 신호는 모노폴 안테나(210) 및 노드(ND2_1~ND2_6)에 연결된 누설파 안테나(110)를 통해 대부분 방사되는데, 일부가 방사되지 않고 노드(ND3_1~ND3_6) 및 노드(ND4)를 거쳐 수신 포트(P2)로 넘어갈 수 있다. 만약, 각 누설파 안테나(110)가 가지는 방사 소자(111)의 개수를 9개에서 11개로 늘리면, 상기와 같이 수신 포트(P2)로 넘어가는 신호의 세기가 더욱 줄어든다. 이를 통해, 송/수신단 간의 격리도를 쉽게 증가시킬 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 복합형 배열 안테나의 개념적(conceptual) 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 복합형 배열 안테나에 의하면, 도 3에 도시된 바와 같이 12개의 누설파 안테나(110)의 고 지향적(high directional) 방사 패턴(R1)과 모노폴 안테나(210, 220)의 전 방향성 방사 패턴(R2)이 서로 합성(synthesis)된다. 일반적으로, 고이득 배열 안테나는 빔폭이 좁은데, 특히 근거리 영역에서의 방사 패턴의 빔폭은 매우 좁다. 만약 침입자가 빠른 속도로 근거리 영역을 통과하면, 시간 영역 상에서 얻을 수 있는 데이터 양이 너무 적어 레이더의 감지 성능이 떨어지게 된다. 하지만, 본 발명의 복합형 배열 안테나는 원거리의 전방에 침입한 물체를 감지하기 위한 고 이득 특성 뿐만 아니라 레이더 근거리 영역에서의 360도 전 방향 방사 특성을 가진다. 따라서, 12개의 누설파 안테나(110)의 방사 패턴(R1)에 모노폴 안테나(210, 220)의 방사 패턴(R2)이 합성된 합성 방사 패턴을 통해서, 레이더 근처의 무감지 영역을 쉽게 없앨 수 있으므로, 레이더의 감지 능력을 크게 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 복합형 배열 안테나의 전파 방사 과정을 나타낸 순서도이다. 도 2 및 도 4를 참고하여 복합형 배열 안테나의 전파 방사 과정을 설명한다.
송신 포트(P1)로 RF 전력이 전달된다(S100).
송신 포트(P1)로 전달된 RF 전력의 일부는 전력 전달부(310)의 T 형태 분배기를 통해 노드(ND1)에서 노드(ND1)의 좌측과 우측으로 분배된다. 그리고 나머지 RF 전력은 임피던스 변환부(410)를 거쳐 모노폴 안테나(210)로 전달된다. 이 때, 모노폴 안테나(210)로 전달되는 RF 전력의 양은 임피던스 변환부(410)의 임피던스 값에 따라 달라진다.
송신 포트(P1)의 좌측으로 분배된 RF 전력은 전력 전달부(310)의 직렬 분배기를 통해 3개의 노드(ND2_1~ND2_3)로 재분배된다. 마찬가지로, 송신 포트(P1)의 우측으로 분배된 RF 전력은 전력 전달부(310)의 직렬 분배기를 통해 3개의 노드(ND2_4~ND2_6)로 재분배된다.
각 노드(ND2_1~ND2_6)의 RF 전력은 전력 전달부(310)의 T 형태 분배기를 통해 각 노드(ND2_1~ND2_6)에 연결된 누설파 안테나(110)로 재분배된다. 예를 들어, 노드(ND2_1)의 RF 전력은 노드(ND2_1)에 연결된 2개의 누설파 안테나(110)로 재분배된다.
RF 전력을 전달받은 각 누설파 안테나(110)의 방사 소자(111)를 통해 전파가 방사된다(S200). 그리고 동시에, RF 전력을 전달받은 모노폴 안테나(210)를 통해 전파가 방사된다(S200).
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복합형 배열 안테나의 전파 수신 과정을 나타낸 순서도이다. 도 2 및 도 5를 참고하여 복합형 배열 안테나의 전파 수신 과정을 설명한다.
특정 물체로부터 반사되어 돌아온 전파(전력)이 12개의 누설파 안테나(110) 및 모노폴 안테나(220)를 통해 수신된다(S400).
각 누설파 안테나(110)에 의해 수신된 전파가 전력 전달부(310)의 T 형태 분배기를 통해 각 노드(ND3_1~ND3_6)에서 결합된다. 예를 들어, 노드(ND3_1)에 연결된 2개의 누설파 안테나(110)에 의해 수신된 전파는 전력 전달부(310)의 T 형태 분배기를 통해 노드(ND3_1)에서 결합된다.
각 노드(ND3_1~ND3_6)의 전파는 전력 전달부(310)의 직렬 분배기를 통해 노드(ND4)에서 결합된다. 그리고, 모노폴 안테나(220)에 의해 수신된 전파는 임피던스 변환부(420)를 거쳐 노드(ND4)에 전달된다.
노드(ND4)의 전파는 수신 포트(P2)로 전달된다(S500).
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합형 배열 안테나를 나타낸 입체도이다. 도 6에 도시된 복합형 배열 안테나는 패치(patch) 안테나가 복합된 복합형 배열 안테나이다. 도 6에 도시된 복합형 배열 안테나의 구조 및 동작 원리는 도 1에 도시된 복합형 배열 안테나의 구조 및 동작 원리와 유사하다. 다만, 도 6에 도시된 복합형 배열 안테나는 모노폴 안테나(210, 220) 대신에 패치 안테나(710, 720)를 사용한다.
복합형 배열 안테나는 다수의 누설파 안테나(120), 전력 전달부(320), 임피던스 변환부(430, 440), 패치 안테나(710, 720), 유전체 기판(520), 및 접지면(620)를 포함한다.
누설파 안테나(120)는 다수의 방사 소자(121)를 포함한다. 누설파 안테나(120)의 구조 및 기능은 도 1에서의 누설파 안테나(110)와 동일하다.
전력 전달부(320)의 구조 및 기능은 도 1에서의 전력 전달부(310)와 동일하다.
임피던스 변환부(430)는 패치 안테나(710)와 연결되고, 임피던스 변환부(440)는 패치 안테나(720)와 연결된다. 임피던스 변환부(430, 440)의 구조 및 기능은 도 1에서의 임피던스 변환부(410, 420)와 동일하다.
유전체 기판(520)의 구조 및 기능은 도 1에서의 유전체 기판(510)과 동일하다.
접지면(620)의 구조 및 기능은 도 1에서의 접지면(610)과 동일하다.
패치 안테나(710)는 송신 포트(P3)와 연결되고, 송신 포트(P3)로부터 나오는 전파(전력)를 방사한다. 패치 안테나(720)는 수신 포트(P4)와 연결되고, 전파(전력)를 수신하여 수신 포트(P4)로 전달한다. 패치 안테나(710, 720)는 마이크로스트립 안테나의 일종으로써, 전방 180도 영역에서 넓은 방사 특성을 가진다. 이를 통해, 도 6에 도시된 복합형 배열 안테나는 레이더의 근거리 감지에 있어서 전방 180도 영역을 감지할 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 복합형 배열 안테나를 나타낸 평면도이다.
도 7에 도시된 복합형 배열 안테나의 평면 구조는 도 2에 도시된 복합형 배열 안테나와 유사하다. 다만, 모노폴 안테나(210, 220) 대신에 패치 안테나(710, 720)가 도시되어 있다.
도 8은 도 6에 도시된 복합형 배열 안테나의 개념적 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시된 복합형 배열 안테나에 의하면, 도 8에 도시된 바와 같이 12개의 누설파 안테나(120)의 고 지향적(high directional) 방사 패턴(R3)과 패치 안테나(710, 720)의 180도 전방 방사 패턴(R4)이 서로 합성(synthesis)된다. 도 6의 복합형 배열 안테나는 원거리의 전방에 침입한 물체를 감지하기 위한 고 이득 특성뿐만 아니라 레이더 근거리 영역에서의 180도 전방 방사 특성을 가진다. 따라서, 12개의 누설파 안테나(120)의 방사 패턴(R3)에 마이크로스트립 패치 안테나(710, 720)의 방사 패턴(R4)이 합성된 합성 방사 패턴을 통해서, 레이더 근처의 무감지 영역을 쉽게 없앨 수 있으므로, 레이더의 감지 능력을 크게 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 복합형 배열 안테나는, 배열 안테나의 좁은 방사 빔과는 독립적으로 근거리 일정 영역에 대한 감지를 위해서, 전 방향성(omni-direction) 방사 패턴 특성을 갖는 모노폴 안테나(210, 220) 또는 전방(front)으로 넓은 방사 패턴을 형성할 수 있는 패치 안테나(710, 720)를 누설파 배열 안테나와 복합하여 설계된다. 한편, 본 발명은 근거리 영역 감지를 위한 모노폴 안테나(210, 220) 및 패치 안테나(710, 720)를 설계할 때, 해당 안테나(210, 220, 710, 720)로의 입력 전력 양을 임피던스 변환부(410~440)를 통해 조절함으로써, 근거리 감지 면적을 쉽게 조절할 수 있다.
한편, 본 발명은 송수신 일체형 배열 안테나 구조를 위해서 이중 포트(P1, P2, 또는 P3, P4)를 갖는 배열 구조이다. 그리고 본 발명은 설계가 쉬운 인쇄형(printed) 구조이다. 따라서, 본 발명은 저가로 생산될 수 있고, 향후 대량 생산 측면에서도 매우 유리하다.
한편, 본 발명은, 도 1 및 도 6에 도시된 두 가지 형태의 발명 모델을 통해서, 레이더 전방 180도 또는 360도와 같은 근거리 감지 각도를 선택할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (21)

  1. 제1 방향으로 배열되는 N(단, N은 자연수)개의 제1 안테나;
    상기 제1 안테나와 다른 종류이고, 전파를 송신하는 제2 안테나;
    상기 제2 안테나와 동일한 종류이고, 전파를 수신하는 제3 안테나; 및
    송신 포트로부터 출력되는 전력을 분배하여 상기 N개의 제1 안테나 및 상기 제2 안테나로 전달하는 분배부와, 상기 N개의 제1 안테나 및 상기 제3 안테나에 의해 수신되는 전력을 결합하여 수신 포트로 전달하는 결합부를 포함하는 전력 전달부를 포함하고,
    상기 제1 안테나는 제2 방향으로 배열되는 M(단, M은 자연수)개의 방사 소자를 포함하고,
    상기 제1 안테나의 일단은 상기 분배부와 연결되고, 상기 제1 안테나의 타단은 상기 결합부와 연결되고,
    상기 제1 안테나의 일단과 타단은 상기 제2 방향에 있는
    배열 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분배부와 연결되고, 상기 제2 안테나의 임피던스를 정합하는 제1 임피던스 변환부; 및
    상기 결합부와 연결되고, 상기 제3 안테나의 임피던스를 정합하는 제2 임피던스 변환부를 더 포함하고,
    상기 제1 안테나는 누설파(leaky-wave) 안테나인
    배열 안테나.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 송신 포트와 상기 수신 포트는 상기 N개의 제1 안테나 중 제1 안테나 그룹과 제2 안테나 그룹 사이에 위치하고,
    상기 제1 안테나는 송수신 일체형 안테나인
    배열 안테나.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나는 모노폴(monopole) 안테나인
    배열 안테나.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 안테나 및 상기 제3 안테나는 패치(patch) 안테나인
    배열 안테나.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 M개의 방사 소자의 배열 구조는 유니폼(uniform) 배열 함수를 이용해 결정되는
    배열 안테나.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 M개의 방사 소자의 배열 구조는 이항(binomial) 배열 함수를 이용해 결정되는
    배열 안테나.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 M개의 방사 소자의 배열 구조는 체비세프(chebyshev) 배열 함수를 이용해 결정되는
    배열 안테나.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 N개의 제1 안테나, 상기 제2 안테나, 상기 제3 안테나 및 상기 전력 전달부는 유전체 기판의 상단에 인쇄되고,
    상기 분배부는,
    상기 송신 포트와 연결되도록, 상기 제2 방향으로 상기 유전체 기판의 상단에 인쇄되는 제1 부분;
    상기 제1 부분과 연결되고 상기 제1 안테나 그룹의 일단과 연결되도록, 상기 유전체 기판의 상단에 인쇄되는 제2 부분; 및
    상기 제1 부분과 연결되고 상기 제2 안테나 그룹의 일단과 연결되도록, 상기 유전체 기판의 상단에 인쇄되는 제3 부분을 포함하고,
    상기 결합부는,
    상기 수신 포트와 연결되고, 상기 제2 방향으로 상기 유전체 기판의 상단에 인쇄되는 제4 부분;
    상기 제4 부분과 연결되고 상기 제1 안테나 그룹의 타단과 연결되도록, 상기 유전체 기판의 상단에 인쇄되는 제5 부분; 및
    상기 제4 부분과 연결되고 상기 제2 안테나 그룹의 타단과 연결되도록, 상기 유전체 기판의 상단에 인쇄되는 제6 부분을 포함하고,
    상기 제1 임피던스 변환부는 상기 제1 부분과 연결되고,
    상기 제2 인피던스 변환부는 상기 제4 부분과 연결되는
    배열 안테나.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 N개의 제1 안테나 중 K(단, K는 자연수)개는 상기 송신 포트의 좌측에 위치하고, 나머지는 상기 송신 포트의 우측에 위치하는
    배열 안테나.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 송신 포트, 상기 수신 포트, 상기 제1 임피던스 변환부, 및 상기 제2 임피던스 변환부는 상기 제2 방향으로 일직선 상에 있는
    배열 안테나.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전력 전달부는 직렬 분배 방식과 T 형태 분배 방식을 혼합하여 사용하는
    배열 안테나.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 N개의 제1 안테나 각각에 입력되는 입력 전력 및 전류 위상은 서로 동일한
    배열 안테나.
  14. 삭제
  15. 제2항에 있어서,
    상기 제1 임피던스 변환부는 자신이 가지는 임피던스 값에 기초해 상기 제2 안테나로 전달되는 전력 양을 조절하는
    배열 안테나.
  16. 제4항에 있어서,
    상기 배열 안테나는,
    상기 N개의 제1 안테나에 의한 빔폭이 좁은 고 지향적(high-directional) 방사 패턴과 상기 제2 안테나에 의한 전 방향성(omni-direction) 방사 패턴을 합성한 합성 방사 패턴을 형성하는
    배열 안테나.
  17. 제5항에 있어서,
    상기 배열 안테나는,
    상기 N개의 제1 안테나에 의한 빔폭이 좁은 고 지향적(high-directional) 방사 패턴과 상기 제2 안테나에 의한 180도 전방 방사 패턴을 합성한 합성 방사 패턴을 형성하는
    배열 안테나.
  18. 유전체 기판;
    상기 유전체 기판의 하단에 형성되는 접지면; 및
    상기 유전체 기판의 상단에 인쇄되는 방사부를 포함하고,
    상기 방사부는
    제1 방향으로 배열되고, 제1 빔폭을 가지는 제1 방사 패턴을 형성하는 다수의 누설파 안테나;
    상기 제1 빔폭보다 넓은 제2 빔폭을 가지는 제2 방사 패턴을 형성하고, 전파를 송신하는 제1 안테나;
    상기 제2 방사 패턴을 형성하고, 전파를 수신하는 제2 안테나; 및
    송신 포트로부터 출력되는 RF 전력을 분배하여 상기 다수의 누설파 안테나 및 상기 제1 안테나로 전달하는 분배부와, 상기 다수의 누설파 안테나 및 상기 제2 안테나에 의해 수신되는 RF 전력을 결합하여 수신 포트로 전달하는 결합부를 포함하는 전력 전달부를 포함하고,
    상기 누설파 안테나는 제2 방향으로 배열되는 M개의 방사 소자를 포함하고,
    상기 누설파 안테나의 일단은 상기 분배부와 연결되고, 상기 누설파 안테나의 타단은 상기 결합부와 연결되고,
    상기 누설파 안테나의 일단과 타단은 상기 제2 방향에 있는
    배열 안테나.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 분배부와 연결되고, 상기 제1 안테나의 임피던스를 정합하는 제1 임피던스 변환부; 및
    상기 결합부와 연결되고, 상기 제2 안테나의 임피던스를 정합하는 제2 임피던스 변환부
    를 더 포함하는 배열 안테나.
  20. 레이더 감지 시스템의 배열 안테나에 있어서,
    제1 빔폭을 가지는 제1 방사 패턴을 형성하는 다수의 누설파 안테나;
    상기 제1 빔폭보다 넓은 제2 빔폭을 가지는 제2 방사 패턴을 형성하는 제1 안테나;
    상기 다수의 누설파 안테나 및 상기 제1 안테나로의 급전을 위한 전력 분배기; 및
    상기 다수의 누설파 안테나를 통해 수신되는 전력을 결합하는 전력 결합기를 포함하고,
    원거리 영역 감지를 위한 고 지향적 방사 패턴인 상기 제1 방사 패턴과 근거리 영역 감지를 위한 상기 제2 방사 패턴을 합성한 합성 방사 패턴을 형성하고,
    상기 누설파 안테나는 제1 방향으로 배열되는 다수의 방사 소자를 포함하고,
    상기 누설파 안테나의 일단은 상기 전력 분배기와 연결되고, 상기 누설파 안테나의 타단은 상기 전력 결합기와 연결되고,
    상기 누설파 안테나의 일단과 타단은 상기 제1 방향에 있는
    배열 안테나.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 모노폴 안테나 및 패치 안테나 중 어느 하나인
    배열 안테나.
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