KR101627513B1 - 광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치 - Google Patents

광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치 Download PDF

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김영집
이태경
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Abstract

본 발명에서는 종래의 레이더 디텍터용 패치 어레이 안테나가 단지, 패치 어레이 안테나를 직접 급전선을 이용하여 제1 믹서부(Mixer)와 연결 시, 수신 신호의 이득 저하 및 원치 않는 주파수 유입으로 인하여 원 수신 주파수 감지가 어려운 문제점과, 이득이 낮고, 대역폭이 좁은 문제점과, 차량 운행시 속도 측량용 스피드 건에 발생되는 초고주파를 미리 감지하여 화면상에 실시간으로 디스플레이시켜주는 구성이 없어, 운전자 인식율이 떨어져서 차량과속과 급정거로 인해, 교통사고를 유발시키는 문제점을 개선하고자, 판넬본체(100), 평면형 패치 어레이 안테나부(200), 평면형 메인 PCB 어셈블리부(300), 스마트 디스플레이부(400), 가변형거치모듈(500)로 구성됨으로서, K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나를 통해 기존에 비해 70%의 넓은 대역폭과 높은 이득을 제공할 수 있고, 평면형 패치 어레이 안테나부와 평면형 메인 PCB 어셈블리부의 제1 믹서부 사이에 커플러(coupler)가 구성됨으로서, 입력되는 신호의 수신에 있어서 광대역성을 증대시키고, 노이즈(noise) 또는 직류 전류의 유입을 감소시킬 수 있어, 기존보다 80% 향상된 광대역 신호감지율을 제공할 수 있으며, 가변형 거치모듈을 통해 차량 실내에 슬림하게 탈부착식으로 거치시킬 수 있어, 차량 운행시 속도 측량용 스피드 건에 발생되는 초고주파를 미리 감지하여 화면상에 실시간으로 디스플레이시켜 운전자로 하여금 실시간 인식시켜 줄 수 있고, 이로 인해 차량과속과 급정거로 인한 차량사고 감소와 운전자의 안전을 기존보다 90% 향상시킬 수 있는 광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치{THE APPARATUS OF SMART RADAR DETECTOR WITH PATCH ARRAY ANTENNA AND COUPLER}
본 발명에서는 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나를 통해 넓은 대역폭과 높은 이득을 제공할 수 있고, 평면형 패치 어레이 안테나부와 평면형 메인 PCB 어셈블리부의 제1 믹서부 사이에 커플러(coupler)가 구성됨으로서, 입력되는 신호의 수신에 있어서 광대역성을 증대시키고, 노이즈(noise) 또는 직류 전류의 유입을 감소시킬 수 있으며, 가변형 거치모듈을 통해 차량 실내에 슬림하게 탈부착식으로 거치시킬 수 있는 광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치에 관한 것이다.
최근 정보통신 시스템의 소형, 경량, 고성능화 추세에 따라, 안테나 소형화에 대한 요구가 끊임없이 요구되고 있는 현실에서, 안테나의 소형화 및 박형화(薄形化)는 마이크로스트립 패치 안테나(microstrip patch antenna)를 통해 실현되고 있다.
하지만, 마이크로스트립 패치 안테나는 소형, 박형으로 제작이 가능한 이점을 갖는 대신에 이득이 낮고 대역폭이 좁은 단점이 존재한다.
이득을 향상시키기 위해 패치 안테나를 다수 개 배열한 패치 어레이 안테나가 사용되나, 여전히 대역폭이 좁다는 문제가 있다.
특히 K-밴드(24.15GHz), Ka-밴드(33.4GHz~36GHz) 등의 고주파에서 사용되는 레이더 디텍터(Radar Detector)의 경우 높은 이득과 넓은 대역폭이 요구되므로 패치 안테나 대신 혼 안테나를 사용하고 있다. 하지만, 혼 안테나는 구조적 한계 때문에 레이더 디텍터를 소형화시키는데 한계가 있는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 특허등록공보 제10-1167105호에서는 유전체 또는 유전체 및 자성체를 구비하는 기판;, 상기 기판의 상면에 구비되며, 인셋이 형성된 복수 개의 방사 패치 및;, 상기 복수 개의 방사 패치를 전기적으로 연결하는 급전라인을 포함하며, 상기 복수 개의 방사 패치가 서로 다른 임피던스를 갖도록, 상기 인셋이 상기 복수 개의 방사 패치마다 서로 다른 크기로 형성된 레이더 디텍터용 패치 어레이 안테나가 제시된 바 있으나,
이는 패치 어레이 안테나를 직접 급전선을 이용하여 1st 믹서(Mixer)와 연결 시, 수신 신호의 이득 저하 및 원치 않는 주파수 유입으로 인하여 원 수신 주파수 감지에 어려움이 많았다.
또한, 종래의 레이더 디텍터용 패치 어레이 안테나는 이득이 낮고, 대역폭이 좁은 문제점과, 차량 운행시 속도 측량용 스피드 건에 발생되는 초고주파를 미리 감지하여 화면상에 실시간으로 디스플레이시켜주는 구성이 없어, 운전자 인식율이 떨어져서 차량과속과 급정거로 인해, 교통사고를 유발시키는 요인이 되고 있다.
특허등록공보 제10-1167105호
상기의 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나를 통해 기존에 비해 70%의 넓은 대역폭과 높은 이득을 제공할 수 있고, 입력되는 신호의 수신에 있어서 광대역성을 증대시키고, 노이즈(noise) 또는 직류 전류의 유입을 감소시킬 수 있으며, 가변형 거치모듈을 통해 차량 실내에 슬림하게 탈부착식으로 거치시킬 수 있는 광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치는
사각 판넬구조로 이루어져 외압으로부터 각 기기를 보호하고 지지하는 판넬본체(100)와,
판넬본체의 전면방향에 위치되어, 속도 측량용 스피드 건에 발생되는 주파수를 평면방향의 복수개 패치 안테나를 통해 수신받는 평면형 패치 어레이 안테나부(200)와,
평면형 패치 어레이 안테나 후면에 평면구조로 형성되어, 평면형 패치 어레이 안테나부로부터 수신된 수신 주파수 이외의 노이즈(noise) 또는 직류 전류의 유입을 차단시킨 후, 수신주파수를 증폭, 변조, 혼합, 필터링해서 수신 주파수의 특정 대역신호만을 획득시키고, 획득한 수신 주파수의 특정 대역신호를 디스플레이 화면상에 표출시키도록 제어하는 평면형 메인 PCB 어셈블리부(300)와,
판넬본체의 후면방향에 위치되고, 평면형 메인 PCB 어셈블리부의 제어신호에 따라 구동되어, 평면형 메인 PCB 어셈블리부에서 획득한 수신 주파수의 특정 대역신호를 기반으로, 속도 측량용 스피드 건의 수신 주파수를 화면상에 표출시키는 스마트 디스플레이부(400)와,
메인본체의 하단 일측에 위치되어, 메인본체가 차량 실내 일측에 탈부착식으로 연결시킨 후,전후로 위치가 가변되도록 조절시키는 가변형거치모듈(500)로 구성됨으로서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는
첫째, K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나를 통해 기존에 비해 70%의 넓은 대역폭과 높은 이득을 제공할 수 있다.
둘째, 평면형 패치 어레이 안테나부와 평면형 메인 PCB 어셈블리부의 제1 믹서부 사이에 커플러(coupler)가 구성됨으로서, 입력되는 신호의 수신에 있어서 광대역성을 증대시키고, 노이즈(noise) 또는 직류 전류의 유입을 감소시킬 수 있어, 기존보다 80% 향상된 광대역 신호감지율을 제공할 수 있다.
셋째, 가변형 거치모듈을 통해 차량 실내에 슬림하게 탈부착식으로 거치시킬 수 있어, 차량 운행시 속도 측량용 스피드 건에 발생되는 초고주파를 미리 감지하여 화면상에 실시간으로 디스플레이시켜 운전자로 하여금 실시간 인식시켜 줄 수 있고, 이로 인해 차량과속과 급정거로 인한 차량사고 감소와 운전자의 안전을 기존보다 90% 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 스마트 레이더 디텍터 장치의 구성요소를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 스마트 레이더 디텍터 장치의 구성요소를 도시한 분해사시도,
도 4는 본 발명에 따른 스마트 디스플레이부의 외형모습을 도시한 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 평면형 메인 PCB 어셈블리부의 구성요소를 도시한 회로도,
도 6은 본 발명에 따른 RF PCB 어셈블리부의 구성요소인 커플러부(321), 제1 로컬오실레이터부(322), 제1 믹서부(323), 제1 증폭부(324)가 모듈화되어, 하나의 방열메탈프레임 속에 포함되어 구성된 것을 도시한 일실시예도,
도 7은 본 발명에 따른 RF PCB 어셈블리부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 8은 본 발명에 따른 인셋 급전을 고려한 패치안테나셀을 도시한 일실시예도,
도 9는 본 발명에 따른 1×3 균일 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나를 도시한 일실시예도,
도 10은 본 발명에 따른 각 패치안테나셀의 인셋 급전의 길이를 동일하게 하고, 입력 임피던스를 균일하게 설계한 "
Figure 112015097205508-pat00001
"형상의 16개 균일 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나를 도시한 일실시예도,
도 11은 본 발명에 따른 1×3 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나의 입력 임피던스는 150 Ω이 되도록 설계되고, 각 패치에 동일한 전류가 인가되도록 설계된 것을 도시한 일실시예도,
도 12는 본 발명에 따른 가변형거치모듈(500)이 메인본체의 하단 일측에 위치되어, 메인본체가 차량 실내 일측에 탈부착식으로 연결시킨 후,전후로 위치가 가변되도록 조절시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 13은 본 발명에 따른 가변형거치모듈의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 14는 본 발명에 따른 마이크로스트립 커플러로 이루어진 커플러부의 구성요소를 도시한 일실시예도,
도 15의 (a)는 본 발명에 따른 평면형 패치 어레이 안테나부와 평면형 메인 PCB 어셈블리부의 제1 믹서부 사이에 마이크로 스트립 커플러로 이루어진 커플러부가 구성된 것을 도시한 구성도,
도 15의 (b)는 본 발명에 따른 평면형 패치 어레이 안테나부와 평면형 메인 PCB 어셈블리부의 제1 믹서부 사이에 마이크로 스트립 커플러로 이루어진 커플러부가 구성됨으로, RF 주파수 신호 입력은 들어오게 하고, 1st LO의 주파수를 반사시키는 특성을 통해, 입력되는 RF 주파수 신호의 손실이 없게 하여 레이터 디텍터의 이득을 높이는 동작과정을 도시한 그래프,
도 16은 본 발명에 따른 속도 측량용 스피드 건에서 주행차량쪽으로 주파수가 발생된 것을 도시한 일실시예도,
도 17은 본 발명에 따른 스마트 디스플레이부에서 평면형 메인 PCB 어셈블리부에서 획득한 수신 주파수의 특정 대역신호를 기반으로, 속도 측량용 스피드 건의 수신 주파수를 화면상에 표출시킨 것을 도시한 일실시예도.
본 특허에서는 평면형 패치 어레이 안테나부, 평면형 메인 PCB 어셈블리부, 스마트 디스플레이부가 평면의 사각 판넬구조로 이루어지고, 판넬본체의 전면방향에 균일 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나가 구성됨으로서, 기존에 비해 70%의 넓은 대역폭과 높은 이득을 제공할 수 있다는 점과, 평면형 패치 어레이 안테나부와 평면형 메인 PCB 어셈블리부의 제1 믹서부 사이에 커플러(coupler)가 구성됨으로서, 입력되는 신호의 수신에 있어서 광대역성을 증대시키고, 노이즈(noise) 또는 직류 전류의 유입을 감소시킬 수 있다는 점과, 가변형 거치모듈을 통해 차량 실내에 슬림하게 탈부착식으로 거치시킬 수 있다는 점이 주요 특성을 가진다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것으로, 이는 판넬본체(100), 평면형 패치 어레이 안테나부(200), 평면형 메인 PCB 어셈블리부(300), 스마트 디스플레이부(400), 가변형거치모듈(500)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 판넬본체(100)에 관해 설명한다. 상기 판넬본체(100)는 사각 판넬구조로 이루어져 외압으로부터 각 기기를 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 도 2에 도시한 바와 같이, 전면커버(110)와 후면커버(120)로 구성된다.
그리고, 도 3에 도시한 바와 같이, 전면커버의 전면방향에 평면형 패치 어레이 안테나부가 형성되고, 평면형 패치 어레이 안테나부 후단 일측에 평면형 메인 PCB 어셈블리부가 형성되고, 후면커버의 후면방향에 스마트 디스플레이부가 형성되며, 하단 일측에 가변형거치모듈이 형성된다.
본 발명에 따른 판넬본체는 방열성과 내구성이 우수하고, 가벼운 재질의 플라스틱 재질(ABS수지)로 이루어진다.
다음으로, 본 발명에 따른 평면형 패치 어레이 안테나부(200)에 관해 설명한다.
상기 평면형 패치 어레이 안테나부(200)는 판넬본체의 전면방향에 위치되어, 속도 측량용 스피드 건에 발생되는 주파수를 평면방향의 복수개 패치 안테나를 통해 수신받는 역할을 한다.
이는 각 패치안테나셀에 1:1로 형성된 인셋급전의 길이를 통해 각 패치안테나셀에 동일한 전류를 인가시키고, 각 패치안테나셀에 입력되는 입력 임피던스를 균일하게 분포시키는 균일 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나로 구성된다.
즉, 상단부 일측에 4개의 패치안테나셀이 가로방향으로 형성되고, 하단부 일측에 3×4개의 패치안테나셀이 병렬구조로 형성되어, "
Figure 112015097205508-pat00002
"형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 각 패치의 입력 임피던스가 균일하게 분포되어 있는 K밴드( 24.15GHz) 어레이 안테나로 구성된다.
즉, 각 패치의 입력 임피던스를 조절하기 위하여 인셋 급전의 길이를 동일하게 구성된다.
본 발명에 따른 패치 어레이 안테나는 키르히호프법칙에 위배되지 않으며, 각 패치에 동일한 전류가 인가되도록 구성된다.
따라서 각 패드의 입력 임피던스, 인가되는 전류는 동일하기 때문에 제안한 어레이 안테나는 균일급적 방식으로 구성된다.
도 8은 본 발명에 따른 인셋 급전을 고려한 패치안테나셀에 관한 것으로, 여기서, W와 L은 패치 안테나의 너비와 길이를 의미하고, y0는 인셋 급전의 길이를 나타낸다.
또한, h와 εr은 기판의 두께와 유전율을 의미한다. 패치안테나셀의 임피던스는 y0의 길이에 따라 조절할 수 있다.
먼저 인셋 급전을 고려하지 않은 패치안테나셀의 임피던스를 살펴보면 다음의 수학식 1과 같이 표현된다.
Figure 112015097205508-pat00003
여기서 G1은 단일 슬롯의 컨덕턴스를 의미하며, G12는 슬롯 간 상호 컨덕턴스를 의미한다. G1과 G12는 수학식 2, 수학식 3에서 구할 수 있다
Figure 112015097205508-pat00004
Figure 112015097205508-pat00005
상기 수학식 1~ 수학식 3을 통해 구한 패치 안테나의 임피던스는 인셋 급전을 삽입함으로써 조절할 수 있다.
수학식 4는 인셋 급전에 따른 임피던스를 나타낸다.
Figure 112015097205508-pat00006
Figure 112015097205508-pat00007

따라서 본 발명에서는 인셋 급전에 따라 패치안테나셀의 임피던스가 변화는 특성을 이용해 각 패치안테나셀의 인셋 급전 길이를 수학식 4에 의해 동일하게 설계하여 각 패치의 입력 임피던스를 균일하게 K 밴드 3×6 어레이 안테나가 구성된다.
도 9는 본 발명에 따른 1×3 균일 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나를 나타낸다.
도 10은 각 패치안테나셀의 인셋 급전의 길이를 동일하게 하여 입력 임피던스를 균일하게 설계한 "
Figure 112015097205508-pat00008
"형상의 16개 균일 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나에 관한 것이다.
여기서 W는 4.3 mm, L은 3.3mm, h=20mil이다.
1, 2, 3번 패치의 인셋 급전의 길이는 2.0 mm로 동일하게 설계하였다. 그리고 인셋홈의 폭은 0.2 mm로 설계되었다. 각각의 임피던스는 150 Ω로 동일하게 설계하였다.
또한, 각 패치의 위상차를 0으로 하기 위해 패치 간의 마이크로스트립 라인의 길이를 λg로 하였다.
만약, λg의 길이를 갖는 마이크로스트립 라인의 너비를 일정하게 할 경우, 각 패치의 입력 임피던스가 동일하기 때문에 모든 패치에 동일한 전류가 인가된다.
따라서 도 11에서 보는 바와 같이 모든 패치에 동일한 전류가 인가될 수 있도록 λg의 길이를 3λg/4, λg/4로 각각 나누어 너비를 조절하며 구성된다.
마이크로스트립 라인의 입력 임피던스를 구하는 수학식 5는 다음과 같다.
Figure 112015097205508-pat00009
즉, Zin2이 150 Ω으로 구성되었기 때문에 2번째 패치안테나셀과 3번째 패치안테나셀에 동일한 전류가 인가된다.
또한, Zin4가 150 Ω이기 때문에 각 패치안테나셀에 흐르는 전류는 모두 동일하게 된다.
도 11에서 보는 바와 같이 16개 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나는 16개의 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나가 병렬로 연결되어 있기 때문에 1×3 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나의 입력 임피던스는 150 Ω이 되도록 설계되고, 각 패치에 동일한 전류가 인가되도록 설계된 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이다.
따라서 16개 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나의 입력 임피던스는 150 Ω이 된다.
사용된 기판은 TLY-5(εr =2.2, tanδ=0.0012, 기판 높이=20 mil)로 구성된다.
균일 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나의 급전은 동축 선로로 구성된다.
즉, 16개 균일 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나의 각 패치안테나셀의 입력 임피던스를 150 Ω으로 동일하게 하고, 각 패치에 동일한 전류를 인가하였다.
이처럼, 본 발명에서는 각 패치에 동일한 전류가 인가되고, 동일한 입력 임피던스가 입력되도록, 상단부 일측에 4개의 패치안테나셀이 가로방향으로 형성되고, 하단부 일측에 3×4개의 패치안테나셀이 병렬구조로 형성되어, "
Figure 112015097205508-pat00010
"형상으로 형성된 16개 균일 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나가 구성됨으로서, 기존에 비해 슬림하게 제작할 수가 있고, 70%의 넓은 대역폭과 높은 이득을 제공할 수가 있다.
또한, 본 발명에 따른 평면형 패치 어레이 안테나부(200)는 "
Figure 112015097205508-pat00011
"형상으로 이외에도, 3×6개의 패치안테나셀이 병렬구조로 형성된 "
Figure 112015097205508-pat00012
"형상 및, 상단부 일측에 3×4개의 패치안테나셀이 병렬구조로 형성되고, 하단부 일측에 4개의 패치안테나셀이 가로방향으로 형성된 "
Figure 112015097205508-pat00013
"형상이 선택되어 사용목적에 따라 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 평면형 메인 PCB 어셈블리부(300)에 관해 설명한다.
상기 평면형 메인 PCB 어셈블리부(300)는 평면형 패치 어레이 안테나 후면에 평면구조로 형성되어, 평면형 패치 어레이 안테나부로부터 수신된 수신 주파수 이외의 노이즈(noise) 또는 직류 전류의 유입을 차단시킨 후, 수신주파수를 증폭, 변조, 혼합, 필터링해서 수신 주파수의 특정 대역신호만을 획득시키고, 획득한 수신 주파수의 특정 대역신호를 디스플레이 화면상에 표출시키도록 제어하는 역할을 한다.
이는 도 5에 도시한 바와 같이, 전원부(310), RF PCB 어셈블리부(320), 제2 증폭부(330), 제2 로컬오실레이터부(340), 제2 믹서부(350), FM 디텍터 IC부(360), 비교회로부(370), 메인제어부(380), 사운드회로부(390), 버튼회로부(390a)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 전원부(310)에 관해 설명한다.
상기 전원부(310)는 각 기기에 전원을 인가시키는 역할을 한다.
이는 12V 입력전원을 인덕터 L7을 통해 인가받아, 제너다이오드 D3을 통해 필터링시키고, 캐패시터 C39, C23을 통해 평활시킨 후, 전해캐패시터 C47에 축적시킨다. 이어서, 포지티브 전압레귤레이터IC(78L05F)를 통해 5V 전압으로 변환시켜 각 기기에 공급시킨다.
둘째, 본 발명에 따른 RF PCB 어셈블리부(320)에 관해 설명한다.
상기 RF PCB 어셈블리부(320)는 평면형 패치 어레이 안테나부로부터 수신된 수신 주파수 이외의 노이즈(noise) 또는 직류 전류의 유입을 차단시키고, 주파수가변신호를 발생시킨 후, 필터링된 수신 주파수 신호와 주파수가변신호를 혼합하고, 1차 증폭시켜 제2 증폭부로 전달시키는 역할을 한다.
이는 도 7에 도시한 바와 같이, 커플러부(321), 제1 로컬오실레이터부(322), 제1 믹서부(323), 제1 증폭부(324)로 구성된다.
상기 커플러부(321)는 평면형 패치 어레이 안테나부로부터 수신된 수신 주파수 이외의 노이즈(noise) 또는 직류 전류의 유입을 차단시키는 역할을 한다.
이는 마이크로 스트립 커플러로 구성된다.
즉, 도 14에 도시한 바와 같이, 평행 3선식 교차 회로를 평탄하게 한 마이크로스트립 결합선로로 이루어진다.
이하, 본 발명에 따른 커플러부의 설계 및 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
제1 믹서부를 설계시 성능 평가하는 중요한 항목 중 하나가 이솔레이션(Isolation : 격리)이다.
이솔레이션(Isolation)은 어떤 두 대상을 격리한다는 뜻으로 서로 간섭이 생길 만한 요소를 최소로하여 각자 따로 동작하게 만드는 것이다.
주로 입출력 신호가 드나드는 포트(port)를 기준으로 각 포트(port) 마다 간섭이 일어나서 각 포트(port)만의 고유의 신호들이 다른 포트(port)로 서로 넘나들지 않게 할 때 많이 사용한다.
자기 신호는 남에게는 방해물이고 잡음일 뿐이고 역으로 남의 신호가 들어와서 좋을 건 없기 때문이다.
도 15의 (a)에 도시한 바와 같이, 평면형 패치 어레이 안테나부의 RF 입력단자(input)와 제1 믹서부(Mixer) 사이에, 본 발명에 따른 마이크로 스트립 커플러로 이루어진 커플러(coupler)부가 구성됨으로서, 제1 로컬오실레이터부(1st LO)의 가변 주파수가 RF 입력단자로 넘어가는 것을 막아 준다.
이로 인해, 도 15의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 커플러부(321)는 RF 수신 주파수 신호 입력은 들어오게 하고, 제1 로컬오실레이터부(1st LO)의 가변 주파수를 반사시켜 가변 주파수가 평면형 패치 어레이 안테나부의 RF 입력단자로 다시 넘어가는 것을 방지하는 특성을 가지도록 구성된다.
이러한 특성을 통해, 균일 K밴드(24.15GHz)형 렉탱글(Rectangle) 패치 어레이 안테나로 들어온 RF 주파수는 커플러부(coupler)를 통과하고 10GHz 대역의 제1 로컬오실레이터부(1st LO)의 가변 주파수는 커플러부(Coupler)로 인하여 차단되어 입력되는 RF 수신 주파수 신호에 손실이 없으므로 레이터 디텍터의 이득을 높일 수 있다.
이처럼, 본 발명에서는 평면형 패치 어레이 안테나부와 평면형 메인 PCB 어셈블리부의 제1 믹서부 사이에 마이크로 스트립 커플러로 이루어진 커플러부가 포함되어 구성됨으로서, 기존에 비해 입력되는 신호의 수신에 있어서 광대역성을 증대시키고, 노이즈(noise) 또는 직류 전류의 유입을 감소시킬 수 있어, 기존보다 80% 향상된 광대역 신호감지율을 제공할 수가 있다.
상기 제1 로컬오실레이터부(322)는 주파수 가변신호를 발생시키는 역할을 한다.
상기 제1 믹서부(323)는 커플러부를 통과한 필터링된 수신 주파수 신호와 주파수가변신호를 혼합시키는 역할을 한다.
상기 제1 증폭부(324)는 제1 믹서부에 의해 혼합된 주파수신호를 1차 증폭시킨 후, 제2 증폭부로 전달시키는 역할을 한다.
이처럼, 본 발명에 따른 RF PCB 어셈블리부는 도 6에 도시한 바와 같이, 커플러부(321), 제1 로컬오실레이터부(322), 제1 믹서부(323), 제1 증폭부(324)가 모듈화되어, 하나의 방열메탈프레임 속에 포함되어 구성된다.
여기서, 하나의 방열메탈프레임 속에 커플러부(321), 제1 로컬오실레이터부(322), 제1 믹서부(323), 제1 증폭부(324)가 모듈화되어 구성되는 이유는 자체 발생되는 열을 표면전도를 통해 방열시키고, 기기의 부피를 줄여, 슬림화시키기 위함이다.
셋째, 본 발명에 따른 제2 증폭부(330)에 관해 설명한다.
상기 제2 증폭부(330)는 RF PCB 어셈블리부에서 1차 증폭되어 넘어온 혼합 주파수신호를 2차 증폭시키는 역할을 한다.
넷째, 본 발명에 따른 제2 로컬오실레이터부(340)에 관해 설명한다.
상기 제2 로컬오실레이터부(340)는 RF PCB 어셈블리부에서 1차 증폭되어 통과한 혼합 주파수신호를 변조시킬 주파수를 발생시키는 역할을 한다.
다섯째, 본 발명에 따른 제2 믹서부(350)에 관해 설명한다.
상기 제2 믹서부(350)는 제2 로컬오실레이터부에서 발생한 주파수와 상기 제2 증폭부를 통과한 주파수 신호를 혼합시키는 역할을 한다.
여섯째, 본 발명에 따른 FM 디텍터 IC부(360)에 관해 설명한다.
상기 FM 디텍터 IC부(360)는 제2 믹서부를 통과한 주파수 신호의 특정 대역신호만을 획득한 후, 획득한 특정대역신호를 비교회로부로 전달시키는 역할을 한다.
일곱째, 본 발명에 따른 비교회로부(370)에 관해 설명한다.
상기 비교회로부(370)는 일측 입력단자에 입력된 메인제어부의 레퍼런스 전압과, 타측 입력단자에 입력된 FM 디텍터 IC부의 특정대역신호에 따른 입력전압을 서로 비교한 후, 비교한 전압차에 따라 필터링된 주파수 신호를 메인제어부로 전달시키는 역할을 한다.
여덟째, 본 발명에 따른 메인제어부(380)에 관해 설명한다.
상기 메인제어부(380)는 비교회로부, 사운드회로부, 버튼회로부, 스마트 디스플레이부와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 비교회로부로부터 전달된 필터링된 주파수 신호를 A/D 변환시켜 복조시킨 후, 복조된 신호를 기준으로, 속도 측량용 스피드 건의 수신 주파수를 감지하여 스마트 디스플레이부 화면상에 표출시키도록 제어하는 역할을 한다.
이는 마이크로프로세서로 구성된다.
즉, 도 5에 도시한 바와 같이, 출력단자 PC3에 제1 로컬오실레이터부 및 비교회로부가 연결되어, 제1 로컬오실레이터부에 주파수 가변신호를 발생시키도록 턴온신호를 출력시키고, 비교회로부에 비교회로부가 구동되도록 턴온신호를 출력시키며, 또 다른 출력단자 PB4에 사운드회로부가 연결되어, 사운드회로부쪽으로 측량용 스피드 건의 수신 주파수가 감지되었다는 감지신호를 출력시키고, 입력단자 PA3, PB5에 버튼회로부가 연결되어, 버튼회로부로부터 선택된 기기구동 신호가 입력되며, 또 다른 출력단자 PA1, PA2, NRST, PD2~PD6에 스마트 디스플레이부가 연결되어, 스마트 디스플레이부쪽으로 속도 측량용 스피드 건의 수신 주파수를 출력시키며, 또 다른 출력단자 PC5 단자에 비교회로부의 레퍼런스 입력단자가 연결되어, 비교회로부쪽으로 기준이 되는 레퍼런스 전압을 출력시키도록 구성된다.
아홉째, 본 발명에 따른 사운드회로부(390)에 관해 설명한다.
상기 사운드회로부(390)는 메인제어부의 출력단자 일측에 연결되어, 메인제어부의 제어하에 속도 측량용 스피드 건의 수신 주파수가 감지되었다는 감지신호를 음성신호로 출력시키는 역할을 한다.
이는 스피커부가 포함되어 구성된다.
상기 스피커부는 속도 측량용 스피드 건의 수신 주파수가 감지되었다는 감지신호를 음성신호로 출력시켜 외부로 알리는 역할을 한다.
열째, 본 발명에 따른 버튼회로부(390a)에 관해 설명한다.
상기 버튼회로부(390a)는 메인제어부의 입력단자 일측에 연결되어, 키입력신호를 메인제어부로 전달시키는 역할을 한다.
이는 다크(Dark)버튼, 뮤트(Mute)버튼, 시티(City)버튼으로 나뉘어 구성된다.
다음으로, 본 발명에 따른 스마트 디스플레이부(400)에 관해 설명한다.
상기 스마트 디스플레이부(400)는 도 4에 도시한 바와 같이, 판넬본체의 후면방향에 위치되고, 평면형 메인 PCB 어셈블리부의 제어신호에 따라 구동되어, 평면형 메인 PCB 어셈블리부에서 획득한 수신 주파수의 특정 대역신호를 기반으로, 속도 측량용 스피드 건의 수신 주파수를 화면상에 표출시키는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 가변형거치모듈(500)에 관해 설명한다.
상기 가변형거치모듈(500)은 도 12에 메인본체의 하단 일측에 위치되어, 메인본체가 차량 실내 일측에 탈부착식으로 연결시킨 후,전후로 위치가 가변되도록 조절시키는 역할을 한다.
이는 도 13에 도시한 바와 같이, 거치모듈받침대(510), 직립형 거치틀(520), 거치바(530)로 구성된다.
상기 거치모듈받침대(510)는 각 기기를 바닥면에 지지하는 역할을 한다.
상기 직립형 거치틀(520)는 두개가 하나의 세트로 이루며 직립구조로 형성되어, 거치바가 연결되도록 지지시키는 역할을 한다.
상기 거치바(530)는 일자형상으로 이루어져 직립형 거치틀에 삽입연결되어, 거치바에 연결된 판넬본체(100)를 거치모듈받침대를 기준으로 전후로 위치를 가변시키는 역할을 한다.
상기 거치모듈받침대(510), 직립형 거치틀(520), 거치바(530)로 이루어진 가변형거치모듈(500)은 탁상형 이외에도, 앞유리창 및 측면유리창에 압착패드를 통해 탈부착식으로 설치되도록 구성된다.
이하, 본 발명에 따른 광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
먼저, 가변형거치모듈을 통해 메인본체를 차량의 앞유리창 일측에 탁상형구조로 탈부착식으로 거치시킨다.
다음으로, 도 16에 도시한 바와 같이, 속도 측량용 스피드 건에서 주행차량쪽으로 주파수가 발생된다.
다음으로, 평면형 패치 어레이 안테나부를 통해 속도 측량용 스피드 건에 발생되는 주파수를 평면방향의 복수개 패치 안테나를 통해 수신받는다.
다음으로, 평면형 메인 PCB 어셈블리부에서 평면형 패치 어레이 안테나부로부터 수신된 수신 주파수 이외의 노이즈(noise) 또는 직류 전류의 유입을 차단시킨 다.
다음으로, 평면형 메인 PCB 어셈블리부에서 수신주파수를 증폭, 변조, 혼합, 필터링해서 수신 주파수의 특정 대역신호만을 획득시킨다.
끝으로, 도 17에 도시한 바와 같이, 스마트 디스플레이부에서 평면형 메인 PCB 어셈블리부에서 획득한 수신 주파수의 특정 대역신호를 기반으로, 속도 측량용 스피드 건의 수신 주파수를 화면상에 표출시킨다.
1 : 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치 100 : 판넬본체
200 : 평면형 패치 어레이 안테나부 300 : 평면형 메인 PCB 어셈블리부
400 : 스마트 디스플레이부 500 : 가변형거치모듈

Claims (7)

  1. 사각 판넬구조로 이루어져 외압으로부터 각 기기를 보호하고 지지하는 판넬본체(100)와,
    판넬본체의 전면방향에 위치되어, 속도 측량용 스피드 건에 발생되는 주파수를 평면방향의 복수개 패치 안테나를 통해 수신받는 평면형 패치 어레이 안테나부(200)와,
    평면형 패치 어레이 안테나 후면에 평면구조로 형성되어, 평면형 패치 어레이 안테나부로부터 수신된 수신 주파수 이외의 노이즈(noise) 또는 직류 전류의 유입을 차단시킨 후, 수신주파수를 증폭, 변조, 혼합, 필터링해서 수신 주파수의 특정 대역신호만을 획득시키고, 획득한 수신 주파수의 특정 대역신호를 디스플레이 화면상에 표출시키도록 제어하는 평면형 메인 PCB 어셈블리부(300)와,
    판넬본체의 후면방향에 위치되고, 평면형 메인 PCB 어셈블리부의 제어신호에 따라 구동되어, 평면형 메인 PCB 어셈블리부에서 획득한 수신 주파수의 특정 대역신호를 기반으로, 속도 측량용 스피드 건의 수신 주파수를 화면상에 표출시키는 스마트 디스플레이부(400)와,
    판넬본체의 하단 일측에 위치되어, 판넬본체를 차량 실내 일측에 탈부착식으로 연결시킨 후, 전후로 위치가 가변되도록 조절시키는 가변형거치모듈(500)로 구성되는 광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치에 있어서,
    상기 평면형 메인 PCB 어셈블리부(300)는
    각 기기에 전원을 인가시키는 전원부(310)와,
    평면형 패치 어레이 안테나부로부터 수신된 수신 주파수 이외의 노이즈(noise) 또는 직류 전류의 유입을 차단시키고, 주파수가변신호를 발생시킨 후, 필터링된 수신 주파수 신호와 주파수가변신호를 혼합하고, 1차 증폭시켜 제2 증폭부로 전달시키는 RF PCB 어셈블리부(320)와,
    RF PCB 어셈블리부에서 1차 증폭되어 넘어온 혼합 주파수신호를 2차 증폭시키는 제2 증폭부(330)와,
    RF PCB 어셈블리부에서 1차 증폭되어 통과한 혼합 주파수신호를 변조시킬 주파수를 발생시키는 제2 로컬오실레이터부(340)와,
    제2 로컬오실레이터부에서 발생한 주파수와 상기 제2 증폭부를 통과한 주파수 신호를 혼합시키는 제2 믹서부(350)와,
    제2 믹서부를 통과한 주파수 신호의 특정 대역신호만을 획득한 후, 획득한 특정대역신호를 비교회로부로 전달시키는 FM 디텍터 IC부(360)와,
    일측 입력단자에 입력된 메인제어부의 레퍼런스 전압과, 타측 입력단자에 입력된 FM 디텍터 IC부의 특정대역신호에 따른 입력전압을 서로 비교한 후, 비교한 전압차에 따라 필터링된 주파수 신호를 메인제어부로 전달시키는 비교회로부(370)와,
    비교회로부, 사운드회로부, 버튼회로부, 스마트 디스플레이부와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 제어하고, 비교회로부로부터 전달된 필터링된 주파수 신호를 A/D 변환시켜 복조시킨 후, 복조된 신호를 기준으로, 속도 측량용 스피드 건의 수신 주파수를 감지하여 스마트 디스플레이부 화면상에 표출시키도록 제어하는 메인제어부(380)와,
    메인제어부의 출력단자 일측에 연결되어, 메인제어부의 제어하에 속도 측량용 스피드 건의 수신 주파수가 감지되었다는 감지신호를 음성신호로 출력시키는 사운드회로부(390)와,
    메인제어부의 입력단자 일측에 연결되어, 키입력신호를 메인제어부로 전달시키는 버튼회로부(390a)로 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 RF PCB 어셈블리부(320)는
    평면형 패치 어레이 안테나부로부터 수신된 수신 주파수 이외의 노이즈(noise) 또는 직류 전류의 유입을 차단시키는 커플러부(321)와,
    주파수 가변신호를 발생시키는 제1 로컬오실레이터부(322)와,
    커플러부를 통과한 필터링된 수신 주파수 신호와 주파수가변신호를 혼합시키는 제1 믹서부(323)와;
    제1 믹서부에 의해 혼합된 주파수신호를 1차 증폭시킨 후, 제2 증폭부로 전달시키는 제1 증폭부(324)가 모듈화되어, 하나의 방열메탈프레임 속에 포함되어 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 커플러부(321)는
    평행 3선식 교차 회로를 평탄하게 한 마이크로스트립 결합선로로 이루어져, RF 수신 주파수 신호 입력은 들어오게 하고, 제1 로컬오실레이터부(1st LO)의 가변 주파수를 반사시키는 것을 특징으로 하는 광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 메인제어부(380)는
    출력단자 PC3에 제1 로컬오실레이터부 및 비교회로부가 연결되어, 제1 로컬오실레이터부에 주파수 가변신호를 발생시키도록 턴온신호를 출력시키고, 비교회로부에 비교회로부가 구동되도록 턴온신호를 출력시키며, 또 다른 출력단자 PB4에 사운드회로부가 연결되어, 사운드회로부쪽으로 측량용 스피드 건의 수신 주파수가 감지되었다는 감지신호를 출력시키고, 입력단자 PA3, PB5에 버튼회로부가 연결되어, 버튼회로부로부터 선택된 기기구동 신호가 입력되며, 또 다른 출력단자 PA1, PA2, NRST, PD2~PD6에 스마트 디스플레이부가 연결되어, 스마트 디스플레이부쪽으로 속도 측량용 스피드 건의 수신 주파수를 출력시키며, 또 다른 출력단자 PC5 단자에 비교회로부의 레퍼런스 입력단자가 연결되어, 비교회로부쪽으로 기준이 되는 레퍼런스 전압을 출력시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광대역 신호감지율과 실내 탈부착 설치효율을 향상시킨 평면형 스마트 레이더 디텍터 장치.
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