KR101487981B1 - 항공기용 레이더 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 항공기용 송수신 모듈을 방열하기 위한 수냉식 분리형 냉각판이 설치된 레이더 안테나로서, 하우징 내부에 다수의 송수신단위모듈이 설치된 항공기용 레이더 안테나로서, 상기 송수신단위모듈은 기판; 상기 기판에 실장된 부품소자; 상기 부품소자와 전기적으로 연결 설치된 송수신모듈; 그리고 상기 송수신모듈에서 발생되는 열원을 냉각시킬 수 있도록 상기 송수신모듈과 밀착 설치되며, 다른 재질인 냉각유로블럭과 전도방열판으로 구성된 냉각판; 을 포함할 수 있다.

Description

항공기용 레이더 안테나{RADAR ANTENA FOR AIRPLANE}

본 발명은 항공기용 송수신 모듈을 방열하기 위한 수냉식 분리형 냉각판이 설치된 레이더 안테나에 관한 것이다.

일반적으로 레이더(radar)는 전자파를 방사하여 목표 물체의 표면으로부터 반사되는 전자파의 에코를 수신하는 장치로, 송신부, 안테나, 송수신전환부, 수신부, 표시부 등으로 구성되며, 접시안테나(parabolic antenna), 위상배열안테나(phased array antenna) 등을 주로 사용한다.

레이더에 사용되는 안테나에 있어서, 접시안테나는 기계식 회전방식에 의하여 빔을 주사(scan)하고 있으며, 위상배열안테나는 위상을 제어하여 전자빔을 전자적으로 주사한다.

최근에는 다수의 고속으로 이동하는 목표(표적)를 동시에 추적할 필요성이 크게 증대되고 있다. 그러나 기계식 회전방식으로 주사하는 접시안테나의 경우 1분에 6회, 최대 12회 회전하여도 좁은 각도(대략 2°정도)의 빔을 방사하므로, 음속 3배 이상의 비행체를 탐지하여 식별, 추적하는 것은 불가능하다.

따라서 레이더용으로 고정된 위치에서 전자적으로 위상을 제어하여 전자빔을 주사하는 위상배열안테나의 사용이 크게 증대되고 있다.

그리고 최근 무선이동통신 기술이 급격하게 발전하면서, 보다 더 향상된 품질의 서비스를 제공하기 위하여 전송속도를 증가시키는 기술과 한정된 전파자원을 효율적으로 이용하기 위한 기술이 중요한 기술로 대두되고 있다. 여기에서 한정된 전파자원을 효율적으로 이용하기 위한 기술로 CDMA, Power Control, 스마트안테나(Smart Antenna) 등이 제안되고 있다.

스마트안테나는 공간 다중화를 이용하여 불필요한 신호는 제거하고 필요로 하는 신호만 검출해내는 기술로서, 적응빔형성 알고리즘(adaptive beamforming algorithm)을 사용한다. 적응 빔형성 알고리즘은 위상배열안테나를 통하여 수신되는 신호들을 적응 배열 프로세서를 이용하여 적절한 가중치를 곱하여 송신신호를 예측하는 역할을 담당한다.

차세대 무선이동통신기술로 각광받고 있는 스마트안테나에 있어서도 기지국의 송수신안테나로 위상배열안테나를 사용하고 있다.

상기와 같이 사용되는 위상배열안테나는 복사소자(radiating element), 급전장치(loading unit), 위상변위기(phaseshifter) 등으로 구성되며, 수백∼수만개의 송수신단위모듈(예를 들면 다이폴(Dipole) 또는 더블렛(Doublet) 안테나 등을 사용)를 소정의 패턴으로 배열하여 설치하고, 배열된 각 소자 안테나의 전류 위상을 변화시키는 것에 의하여 방사패턴을 공간에서 주사할 수 있는 안테나이며, 하나의 위상배열로 다수의 목표물을 추적하는 것이 가능하고, 비행기와 같은 이동체의 표면에 설치하는 경우 표면의 형상에 대응하여 소자 안테나를 배열하는 것이 가능하다.

이때, RF신호를 생성하는 송수신단위모듈은 신호를 송 수신하는 과정에서 고온의 열을 발생시키게 되며, 송수신단위모듈과 밀착 설치된 냉각판 내부를 지나는 냉각수를 통해 냉각이 진행된다.

즉, 레이더 안테나는 냉각수 유로가 형성된 알루미늄 소재의 냉각판이 송수신모듈과 밀착 설치되어 송수신모듈에서 발생되는 열을 냉각시키게 된다.

또한, 레이더 안테나에는 냉각판의 일측으로 송수신모듈과 부품소자 그리고 PCB와 같은 부품소자가 실장될 수 있도록 인터페이스가 구비된다.

그러나, 이와 같이 구성된 종래 레이더 안테나는 설계된 회로의 구조를 변경하여 부품소자의 위치 및 형상이 변경되거나 송수신모듈의 구조를 변경하게 되는 경우 인터페이스와 냉각판이 연결된 상태로 설치됨에 따라 인터페이스의 구조만을 변경하기 어렵다. 따라서, 인터페이스의 위치 및 구조 변경에 따라 냉각판의 구조를 변경한 후 재설치해야 함으로써, 인터페이스의 구조 변경에 제약이 따르게 된다.

또한, 종래 냉각판은 알루미늄 소재로 구성됨에 따라 소재의 특성상 냉각수 유로부 브레이징 단계에서 형상변화 및 브레이징부의 내압시험 시 불량률이 크게 증가하는 문제점이 있다.

상기한 문제점 이외에도 종래 냉각판은 중량을 최소화시키기 위해 두께 역시 슬림화된 형태로 가공되어야 하며, 안테나 패턴을 고려해 좁고 긴 형태의 가공이 요구된다. 따라서, 가공 과정에서 발생되는 열변형을 방지하기 위해서는 가공 시간을 연장시켜 변형량을 최소화시켜야 됨으로써 제조 비용이 증가하는 문제점도 있다.

인용문헌: 일본특허공개 제 2013-125950호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 냉각판의 강성은증대시키면서도 중량 증가는 최소화시켜 냉각판의 변형을 방지할 수 있도록 한 항공기용 레이더 안테나를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 냉각판의 구조 및 소재 개선을 통해 냉각수 유로부 브레이징 단계에서 형상변화 및 브레이징부의 누수불량률을 줄일 수 있도록 하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 냉각판의 변형은 방지하면서도 가공 시간은 단축시켜 제조 원가를 줄일 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있다.

이와 같은 목적을 효과적으로 달성하기 위해 본 발명은, 하우징 내부에 다수의 송수신단위모듈이 설치된 항공기용 레이더 안테나로서, 상기 송수신단위모듈은 기판; 상기 기판에 실장된 부품소자; 상기 부품소자와 전기적으로 연결 설치된 송수신모듈; 그리고 상기 송수신모듈에서 발생되는 열원을 냉각시킬 수 있도록 상기 송수신모듈과 밀착 설치되며, 다른 재질인 냉각유로블럭과 전도방열판으로 구성된 냉각판; 을 포함할 수 있다.

상기 냉각유로블럭은 냉각수 유로가 관통 형성될 수 있는데, 상기 냉각수 유로는 냉각유로블럭 내부를 왕복하도록 굴곡 형성될 수 있다.

또한 상기 냉각유로블럭과 전도방열판은 볼트 결합되거나, 용접 결합될 수 있다.

이때, 상기 냉각유로블럭은 상기 전도방열판보다 상대적으로 큰 탄성계수를 갖는 금속으로 구성될 수 있는데, 상기 냉각유로블럭은 SUS 재질로 구성되고 상기 전도방열판은 알루미늄 재질로 구성될 수 있다.

또한 상기 냉각유로블럭은 냉각유로의 흐름을 제어하는 커넥터가 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 항공기용 레이더 안테나는 냉각판의 강성은 증대시키면서도 중량 증가는 최소화시켜 냉각판의 변형을 방지할 수 있으며, 이러한 냉각판의 구조 및 소재개선을 통해 냉각수 유로부 브레이징 단계에서 형상변화 및 브레이징부의 누수불량률을 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 냉각판의 증대된 강성을 통해 냉각판의 변형을 방지하면서도 가공 시간은 단축시켜 내구성 및 제품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 안테나를 보인 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 레이더 안테나에 설치된 수냉식 분리형 냉각판의 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 레이더 안테나에 설치된 수냉식 분리형 냉각판의 일부를 절개한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 레이더 안테나에 설치된 송수신단위모듈을 절개한 단면예시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 레이더 안테나의 송수신단위모듈에서 냉각수의 이동경로를 보인 단면 예시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 안테나를 보인 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 레이더 안테나에 설치된 수냉식 분리형 냉각판의 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 레이더 안테나에 설치된 수냉식 분리형 냉각판의 일부를 절개한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 레이더 안테나에 설치된 송수신단위모듈을 절개한 단면예시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 레이더 안테나의 송수신단위모듈에서 냉각수의 이동경로를 보인 단면 예시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 항공기용 레이더 안테나(100)는 다수의 송수신단위모듈(100)이 결합된 것으로, 송수신단위모듈(100)은 기판(10)과 기판(10)에 실장된 부품소자(20)와 부품소자(20)와 전기적으로 연결되어 RF신호를 생성하고 송수신하는 송수신모듈(30)과 송수신모듈(30)과 밀착 설치되어 송수신모듈(30)을 냉각시키는 냉각판(40)을 포함한다.

기판(10)은 부품소자가 실장될 수 있도록 도면에는 도시하지 않았지만 회로패턴이 형성되어 있다.

기판(10)에는 회로패턴을 따라 다수의 부품소자(20)가 실장된다. 부품소자(20)는 송수신모듈(30)과 전기적으로 연결되어 RF신호생성을 위한 전원공급 및 서포트 역할을 하게 된다.

송수신모듈(30)은 복사소자(32)를 포함하며, 복사소자(32)를 통해 생성된 RF신호를 송수신하게 된다. 복사소자(32)는 위상변위기와 자유공간 사이의 임피던스 정합과 복사패턴을 조절하는 역할과, 단위 소자가 차지하는 단면적을 작게 하여 인접소자간의 전자기적 결합량을 줄이는 역할을 한다.

이때, 송수신모듈(30)에서 RF신호를 송수신하는 과정에서는 비교적 높은 고열을 발생시키게 되며, 이렇게 발생된 고열은 부품소자(20) 및 송수신모듈(30)을 손상시킬 수 있다. 이에 따라 송수신모듈(30)에는 고열에 의한 부품소자(20) 및 송수신모듈(30)의 손상을 방지하도록 송수신모듈(30)을 냉각시키는 냉각판(40)이 밀착 설치된다.

냉각판(40)은 냉각유로블럭(42)과 전도방열판(44)으로 구성되며, 냉각유로블럭(42)과 전도방열판(44)은 서로 다른 재질로 구성될 수 있다. 또한 냉각판(40)은 부품소자(20)가 실장된 기판(10) 일측에 설치되며, 전도방열판(44) 일측이 부품소자(20)가 실장된 기판(10)과 연결된다.

즉, 냉각유로블럭(42)은 전도방열판(44)보다 상대적으로 큰 탄성계수를 갖는 금속으로 구성되어 브레이징 가공 및 송수신모듈(30)에서 발생되는 고열에 의한 변형률을 최소화시킬 수 있게 된다.

예를 들어 냉각유로블럭(42)은 SUS304(193Gpa)와 같은 스테인레스스틸(SUS)을 소재가 사용될 수 있으며, 전도방열판(44)은 AL6061(68.9Gpa)와 같은 알루미늄을 소재가 사용될 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 냉각유로블럭(42)은 길이방향을 따라 냉각수유로(42a)가 관통된다. 냉각수유로(42a)는 냉각유로블럭(42) 내부에 반원형 또는 원형으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 냉각수유로(42a)가 냉각유로블럭(42)의 길이방향을 따라 형성된 것을 도시하고 있다.

이때, 냉각수유로(42a)는 냉각유로블럭(42)의 내부를 따라 직선형태로 관통될 수 있으나 냉각수유로(42a)를 따라 흐르는 냉각수의 이동거리를 확장시켜 냉각효율을 증대시킬 수 있도록 냉각유로블럭(42) 내부를 왕복하는 S자형의 굴곡된 형상으로 구성될 수 있다.

또한, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 냉각유로블럭(42)의 양측 단부에는 냉각수유로(42a)를 개폐시킬 수 있도록 커넥터(50)가 구성된다. 즉, 커넥터(50)는 냉각수가 냉각수유로(42a)로 공급되기 위한 통로 역할 뿐만 아니라 냉각수의 흐름이 일방향으로만 이동될 수 있도록 체크밸브를 내부에 선택적으로 구비할 수 있다.

이에 따라, 커넥터(50)는 송수신모듈(30)의 발열온도에 따라 냉각수유로(42a)를 지나는 냉각수의 이동량과 이동속도 및 이동방향을 제어할 수 있게 된다.

한편, 전도방열판(44)은 냉각유로블럭(42)보다 상대적으로 넓은 면적을 갖는다. 즉, 전도방열판(44)은 냉각유로블럭(42)에서 전도된 냉온이 송수신모듈(30)에 허용된 최대면적과 동일한 면적을 갖도록 구성되어 송수신모듈(30)을 국부적으로 냉각시키게 된다.

이와 같은 냉각유로블럭(42)과 전도방열판(44)은 냉각수유로(42a)를 간섭하지 않는 위치에 볼트를 통해 결합되거나 일부 위치에 알곤 용접 또는 스폿 용접을 통해 결합될 수 있다.

즉, 냉각유로블럭(42)은 전도방열판(44)의 일측면에 밀착된 후 냉각수유로(42a)가 형성되지 않은 위치에서 볼트를 체결하여 고정되거나, 전도방열판(44)과의 밀착된 경계면을 따라 일부 위치에 용접이 진행될 수 있다.

따라서, 냉각유로블럭(42)과 전도방열판(44)의 결합이 완료되면, 냉각유로블럭(42)은 전도방열판(44)에 의해 가려져 전도방열판(44)의 일측면에서만 보이게 되며 반대면에서는 시각적으로 보이지 않게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 항공기용 레이더 안테나(200)는 전원이 기판(10)을 통해 부품소자(20)에 공급되면, 송수신모듈(30)이 구동되어 신호를 생성하고 복사소자(32)를 통해 RF신호를 송수신하게 된다.

이렇게 송수신모듈(30)이 일정시간 구동하게 될 때에는 송수신모듈(30)에서 발생되는 고온의 열을 냉각시킬 수 있도록 커넥터(50)를 통해 냉각수유로(42a)의 입구측으로 냉각수가 공급된다.

냉각수유로(42a)의 입구측으로 공급된 냉각수는 냉각수유로(42a)를 따라 냉각유로블럭(42) 내부를 왕복 이동된 후 출구측으로 배출된다.

냉각수가 냉각수유로(42a)를 따라 이동되는 과정에서는 냉각수의 냉온이 냉각유로블럭(42) 전체에 전도된 후 냉각유로블럭(42)과 밀착된 전도방열판(44) 전체로 전도된다.

전도방열판(44)으로 전도된 냉온은 송수신모듈(30)의 일부와 밀착된 상태이므로, 송수신모듈(30)의 일부를 국부적으로 냉각시키게 된다.

이처럼 송수신모듈(30)에 국부적인 냉각이 계속적으로 진행되면 송수신모듈(30)에 전도된 냉온은 점차 확대되면서 송수신모듈(30) 전체를 냉각시킬 수 있게 된다.

이때, 레이더 안테나(200)의 성능 개선을 위해 부품소자(20)의 배치구조를 변경해야 하는 경우에는 냉각유로블럭(42)과 전도방열판(44)에 결합된 볼트를 풀고 부품소자(20)의 형상 및 배치에 따라 전도방열판(44)의 구조를 개선한 후 냉각유로블럭(42)과 결합되도록 재 설치하면 된다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각판(40)은 냉각유로블럭(42)과 전도방열판(44)을 각각 다른 재질로 구성함으로써, 부품소자(20)의 형상 및 위치가 변경되더라도 냉각유로블럭(42)의 교체없이 전도방열판(44)만을 교체하여 사용할 수 있게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 기판
20: 부품소자
30: 송수신모듈
32: 복사소자
40: 냉각판
42: 냉각유로블럭
42a: 냉각수유로
44: 전도방열판
50: 커넥터
100: 송수신단위모듈
200: 레이더 안테나

Claims (9)

1. 하우징 내부에 다수의 송수신단위모듈이 설치된 항공기용 레이더 안테나로서,
   상기 송수신단위모듈은
   기판;
   상기 기판에 실장된 부품소자;
   상기 부품소자와 전기적으로 연결된 송수신모듈; 그리고
   상기 송수신모듈에서 발생되는 열원을 냉각시킬 수 있도록 상기 송수신모듈과 밀착 설치되며, 이종 재질인 냉각유로블럭과 전도방열판으로 구성된 냉각판; 을 포함하고,
   상기 전도방열판이 상기 기판의 일측에 결합되어 연결되는 것을 특징으로 하는 항공기용 레이더 안테나.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각유로블럭은 냉각수 유로가 관통 형성되고,
   상기 냉각수 유로는 상기 냉각유로블럭 내부를 왕복하도록 굴곡 형성된 항공기용 레이더 안테나.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 전도방열판은 상기 송수신모듈에 밀착되어 구비되고,
   상기 냉각유로블럭은 상기 전도방열판에 밀착되어 구비되고,
   상기 냉각수 유로로 공급된 냉각수가 상기 냉각수 유로를 따라 이동하는 과정에서 상기 냉각유로블록이 냉각되고, 상기 전도방열판이 냉각되고, 상기 송수신모듈이 냉각되는 것을 특징으로 하는, 항공기용 레이더 안테나.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각유로블럭과 상기 전도방열판은 냉각수 유로를 간섭하지 않는 위치에서 볼트 결합되거나 또는 용접 결합된 것을 특징으로 하는 항공기용 레이더 안테나.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 기판에 실장된 상기 부품소자의 배치가 변경되는 경우, 상기 전도방열판의 구조가 상기 부품소자의 배치에 따라 변경되어, 상기 전도방열판이 상기 냉각유로블록과 재결합되는 것을 특징으로 하는, 항공기용 레이더 안테나.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각유로블럭은 상기 전도방열판보다 상대적으로 큰 탄성계수를 갖는 금속으로 구성된 항공기용 레이더 안테나.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 냉각유로블럭은 SUS 재질로 구성된 항공기용 레이더 안테나.
   
8. 제 6항에 있어서,
   상기 전도방열판은 알루미늄 재질로 구성된 항공기용 레이더 안테나.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 냉각유로블럭은 냉각수 유로를 개패하여 냉각수의 이동량을 제어하여, 상기 냉각수 유로의 흐름을 제어하는 커넥터가 구비된 항공기용 레이더 안테나.
   
   

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