KR101971548B1 - 레이더 시스템의 안테나 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레이더 시스템의 안테나 장치에 관한 것으로, 급전부와, 급전부로부터 이격되어 배치되는 다수개의 방사체들을 포함하며, 방사체들 각각은, 방사체 별로 미리 설정되는 가중치에 따라 결정되는 변수로 형성된다. 본 발명에 따르면, 방사체들이 각각의 가중치에 따라 형성됨에 따라, 방사체들의 성능이 균일하게 확보되어, 레이더 시스템의 성능이 향상될 수 있다.

Description

레이더 시스템의 안테나 장치{ANTENNA APPARATUS FOR RADAR SYSTEM}
본 발명은 레이더 시스템에 관한 것으로, 특히 레이더 시스템의 안테나 장치에 관한 것이다.
일반적으로 레이더 시스템이 다양한 기술분야에 적용되고 있다. 이 때 레이더 시스템이 차량에 탑재되어, 차량의 이동성을 향상시키고 있다. 이러한 레이더 시스템은 전자기파를 이용하여, 차량의 주변환경에 대한 정보를 탐지한다. 그리고 해당 정보가 차량의 이동에 이용됨에 따라, 차량 이동성의 효율이 향상될 수 있다. 이를 위해, 레이더 시스템은 안테나 장치를 구비한다. 즉 레이더 시스템은 안테나 장치를 통해 전자기파를 송수신한다. 이 때 안테나 장치는 다수개의 방사체들을 포함한다. 여기서, 방사체들은 일정한 사이즈 및 형상으로 형성된다.
그런데, 상기와 같은 레이더 시스템의 안테나 장치는, 방사체들의 성능이 균일하지 않은 문제점이 있다. 이는, 안테나 장치에서 방사체들의 위치에 따라, 손실율과 같은 환경 요인이 상이하게 발생하기 때문이다. 아울러, 상기와 같은 레이더 시스템의 안테나 장치는 일정 탐지 범위를 갖는 문제점이 있다. 이로 인하여, 레이더 시스템이 하나의 안테나 장치를 구비하여, 넓은 범위의 정보를 탐지하는 데 어려움이 있다. 또는 레이더 시스템이 다수개의 안테나 장치들을 구비하는 경우, 레이더 시스템의 사이즈가 확대되고, 비용이 증가할 수 있다.
따라서, 본 발명은 레이더 시스템의 동작 효율성을 향상시키기 위한 안테나 장치를 제공한다. 즉 본 발명은 안테나 장치에서 방사체들의 성능을 균일하게 확보하기 위한 것이다. 그리고 본 발명은 레이더 시스템을 대형화하지 않고도, 레이더 시스템의 탐지 범위를 확장시키기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 레이더 시스템의 안테나 장치는, 급전부와, 상기 급전부로부터 이격되어 배치되는 다수개의 방사체들을 포함한다.
이 때 본 발명에 따른 안테나 장치에 있어서, 상기 방사체들 각각은, 상기 방사체 별로 미리 설정되는 가중치에 따라 결정되는 변수로 형성된다.
여기서, 본 발명에 따른 안테나 장치에 있어서, 상기 방사체는, 상기 급전부에 인접하여 배치되며, 상기 급전부에 커플링되는 커플링부와, 상기 커플링부에 연결되는 방사부를 포함한다.
그리고 본 발명에 따른 안테나 장치에 있어서, 상기 변수는, 상기 커플링부와 상기 급전부 사이의 간격, 상기 커플링부의 길이, 상기 커플링부의 폭, 상기 방사부의 길이 또는 상기 방사부의 폭 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
또한 본 발명에 따른 안테나 장치에 있어서, 상기 가중치는, 상기 방사체들의 위치에 따라 상이하게 설정된다.
게다가, 본 발명에 따른 안테나 장치에 있어서, 상기 가중치는, 상기 방사체들 각각의 공진 주파수, 방사 계수, 빔 폭 및 탐지 거리를 확보하고, 임피던스 매칭을 위한 값으로 설정된다.
본 발명에 따른 레이더 시스템의 안테나 장치는, 방사체들이 각각의 가중치에 따라 형성됨에 따라, 방사체들의 성능이 균일하게 확보될 수 있다. 구체적으로, 방사체 별로 원하는 공진 주파수 및 방사 계수가 확보되고, 임피던스가 매칭될 수 있다. 그리고 안테나 장치의 빔 폭이 보다 확대될 수 있다. 뿐만 아니라, 하나의 안테나 장치에서, 다양한 탐지 거리들이 구현될 수 있다. 이를 통해, 레이더 시스템이 하나의 안테나 장치를 구비하여, 원하는 탐지 범위를 확보할 수 있다. 바꿔 말하면, 레이더 시스템을 대형화하지 않고도, 레이더 시스템의 탐지 범위가 확장될 수 있다. 이에 따라, 레이더 시스템의 성능이 향상될 수 있다. 나아가, 레이더 시스템의 제조 비용이 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 시스템의 안테나 장치를 도시하는 평면도,
도 2는 도 1에서 ‘A’ 영역을 확대하여 도시하는 확대도,
도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치의 변형 예들을 도시하는 평면도들,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치의 감지 각도 별 이득을 설명하기 위한 그래프, 그리고
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치의 빔 폭을 설명하기 위한 예시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이 때 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 시스템의 안테나 장치를 도시하는 평면도이다. 그리고 도 2는 도 1에서 ‘A’ 영역을 확대하여 도시하는 확대도이다. 또한 도 3, 도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치의 변형 예들을 도시하는 평면도들이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에서 레이더 시스템의 안테나 장치(100)는 급전부(110)와 다수개의 방사체(120)들을 포함한다. 이 때 본 실시예에서 횡축으로 여덟 개의 방사체(120)들이 배열되는 경우를 가정하여 설명할 것이나, 이에 한정하는 것은 아니다.
급전부(110)는 안테나 장치(100)에서 방사체(120)들에 신호를 공급한다. 이 때 급전부(110)는 제어 모듈(도시되지 않음)에 연결된다. 그리고 급전부(110)는 제어 모듈로부터 신호를 수신하여, 방사체(120)들에 신호를 공급한다. 또한 급전부(110)는 도전성 물질로 이루어진다. 여기서, 급전부(110)는 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Gu), 금(Au), 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이러한 급전부(110)는 다수개의 급전 선로(111)들을 포함한다. 급전 선로(111)들은 일 방향으로 연장된다. 그리고 급전 선로(111)들은 타 방향으로 상호 나란하게 배열된다. 여기서, 급전 선로(111)들은 상호로부터 일정 간격으로 이격되어 배치된다. 또한 각각의 급전 선로(111)에서, 급전점(113)이 정의된다. 즉 급전점(113)으로부터 급전 선로(111)로, 신호가 공급된다.
이 때 급전점(113)은 급전 선로(111)의 중심에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 급전점(113)으로부터 급전 선로(111)의 양 단부로, 신호가 전달될 수 있다. 또는 도시되지는 않았으나, 급전점(113)은 급전 선로(111)의 일 단부에 배치될 수 있다. 이러한 경우, 급전점(113)으로부터 급전 선로(111)의 타 단부로, 신호가 전달될 수 있다.
방사체(120)들은 안테나 장치(100)에서 신호를 방사한다. 이 때 방사체(120)들은 급전부(110)로부터 이격되어 배치된다. 여기서, 방사체(120)들은 급전 선로(111)들을 따라 분산되어 배치된다. 즉 방사체(120)들은 급전 선로(111)들에 직접적으로 접촉하지 않고, 급전 선로(111)들로부터 이격되어 배치된다. 그리고 방사체(120)들은 급전부(110)에 커플링(coupling)된다. 바꿔 말하면, 방사체(120)들은 급전 선로(111)들에 전자기적으로 결합된다. 이를 통해, 방사체(120)들이 여기 상태(excited state)로 되며, 급전부(110)로부터 방사체(120)들로, 신호가 공급된다. 또한 방사체(120)들은 도전성 물질로 이루어진다. 여기서, 방사체(120)들은 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Gu), 금(Au), 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이 때 급전점(113)이 급전 선로(111)의 중심에 배치되는 경우, 방사체(120)들은 급전점(113)의 양 측부에서 상이하게 배열될 수 있다. 예를 들면, 급전점(113)의 일 측부에서, 방사체(120)들이 급전 선로(111)의 일 측부에 배치되고, 급전점(113)의 타 측부에서, 방사체(120)들이 급전 선로(111)의 타 측부에 배치될 수 있다. 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 급전점(113)의 일 측부에서, 방사체(120)들이 급전 선로(111)의 타 측부에 배치되고, 급전점(113)의 타 측부에서, 방사체(120)들이 급전 선로(111)의 일 측부에 배치될 수도 있다. 이를 통해, 급전 선로(111)로부터 방사체(120)들로 유도되는 신호의 방향이 동일할 수 있다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 급전점(113)의 일 측부 및 타 측부에서, 방사체(120)들이 급전 선로(111)의 타 측부에 배치될 수 있다. 또는 도시되지는 않았으나, 급전점(113)의 일 측부 및 타 측부에서, 방사체(120)들이 급전 선로(111)의 일 측부에 배치될 수 있다. 또는 도 5에 도시된 바와 같이, 급전점(113)의 일 측부 및 타 측부에서, 방사체(120)들이 급전 선로(110)의 양 측부에 교대로 배치될 수 있다. 이를 통해, 급전 선로(111)로부터 방사체(120)들로 유도되는 신호의 방향이 상이할 수 있다.
그리고 방사체(120)들에, 개별적으로 가중치(weight)가 미리 설정되어 있다. 즉 방사체(120) 별로, 고유의 가중치가 설정되어 있다. 이 때 각각의 방사체(120)에 대응하여, 가중치는 해당 방사체(120)의 공진 주파수, 방사 계수(radiation coefficient), 빔 폭 및 탐지 거리를 획득하고, 임피던스 매칭(impedance matching)을 위한 값으로 설정된다. 여기서, 각각의 방사체(120)에 대응하여, 가중치는 테일러(Taylor) 함수 또는 체비셰프(Chebyshev) 함수에 따라 산출될 수 있다. 또한 가중치는 방사체(120)들의 위치에 따라 상이하게 설정된다.
이 때 급전부(110)의 중심에서 교차하는 두 개의 축들이 정의된다. 일 축은 급전부(110)의 중심으로부터 연장되며 급전 선로(111)에 나란하고, 타 축은 급전부(110)의 중심으로부터 연장되며 일 축에 수직하다. 여기서, 급전점(113)이 급전 선로(111)의 중심에 배치되는 경우, 일 축은 급전점(113)으로부터 연장되며 급전 선로(111)들에 나란하고, 타 축은 일 축에 수직하다. 이를 통해, 가중치는 방사체(120)들에 대하여, 일 축 및 타 축을 기준으로 대칭되도록 설정된다.
또한 각각의 방사체(120)는 각각의 가중치에 따라 결정되는 변수(parameter)로 형성된다. 이 때 방사체(120)의 변수가 방사체(120)와 급전부(110)의 배치 관계, 방사체(120)의 사이즈 및 방사체(120)의 형상을 결정할 수 있다. 이러한 각각의 방사체(120)는 커플링부(121)와 방사부(123)를 포함한다. 여기서, 방사체(120)의 변수는 커플링부(121)와 급전부(110) 사이의 간격(d), 커플링부(121)의 길이(l1), 커플링부(121)의 폭(w1), 방사부(123)의 길이(l2) 및 방사부(123)의 폭(w2)을 포함한다.
커플링부(121)는 방사체(120)에서 급전부(110)에 인접하여 배치된다. 그리고 커플링부(121)의 적어도 일부가 급전부(110)의 연장 방향을 따라 연장된다. 즉 커플링부(121)의 적어도 일부가 급전부(110)에 나란하게 연장된다. 여기서, 커플링부(121)의 일 단부가 개방(open)된다. 또한 커플링부(121)가 실질적으로 급전부(110)에 커플링된다. 이 때 커플링부(121)와 급전부(110) 사이의 간격(d), 커플링부(121)의 길이(l1) 및 커플링부(121)의 폭(w1)이 정의된다. 커플링부(121)와 급전부(110) 사이의 간격(d)은 급전부(110)의 연장 방향에 수직한 방향으로 대응된다. 커플링부(121)의 길이(l1)는 커플링부(121)의 연장 방향에 대응된다. 커플링부(121)의 폭(w1)은 커플링부(121)의 연장 방향에 수직한 방향으로 대응된다.
방사부(123)는 커플링부(121)에 연결된다. 여기서, 방사부(123)는 커플링부(121)의 타 단부에 연결된다. 그리고 방사부(123)는 커플링부(121)의 연장 방향을 따라, 커플링부(121)로부터 연장된다. 이를 통해, 커플링부(121)로부터 방사부(123)로 신호가 전달될 수 있다. 이 때 방사부(123)의 길이(l2) 및 방사부(123)의 폭(w2)이 정의된다. 방사부(123)의 길이(l2)는 방사부(123)의 연장 방향에 대응된다. 방사부(123)의 폭(w2)은 방사부(123)의 연장 방향에 수직한 방향으로 대응된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치의 동작 특성을 설명하기 위한 도면들이다. 이 때 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치의 감지 각도 별 이득을 설명하기 위한 그래프이다. 여기서, 이득은 안테나 장치에서 원하는 방향에 대응하여, 신호를 집중하여 방사한 정도를 나타낸다. 하기 설명에서, 주엽은 안테나 장치에서 신호가 집중하여 방사되는 방향을 나타내며, 부엽은 주엽을 제외하고, 안테나 장치에서 신호가 미세하게 방사되는 다른 방향을 나타낸다. 그리고 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치의 빔 폭을 설명하기 위한 예시도이다.
도 6을 참조하면, 기존의 안테나 장치(10)는 주엽(main lobe) 이외에 다수개의 부엽(minor lobe)를 갖는다. 이로 인하여, -20 degree 내지 20 degree 사이에, 널(null) 구간이 형성된다. 아울러, 기존의 안테나 장치(10)는 일정 탐지 거리를 갖는다. 이에 따라, 기존의 레이더 시스템은, 원하는 탐지 범위 및 탐지 거리를 확보하기 위하여, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이 다수개의 안테나 장치(10)들을 구비해야 한다.
이에 반해, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치(100)는, -60 degree 내지 60 degree 사이에서, 널 구간이 필링(filling)되어, 부엽이 억제된다. 이를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치(100)의 성능이 향상되어, 안테나 장치(100)가 보다 확대된 감지 각도, 즉 보다 확대된 주엽을 갖는다. 바꿔 말하면, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치(100)는 보다 확대된 빔 폭을 갖는다. 뿐만 아니라, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 장치(100)는 다양한 탐지 거리들을 갖는다. 이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 레이더 시스템은. 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이 하나의 안테나 장치(100)를 구비하여, 원하는 탐지 범위를 확보할 수 있다.
본 발명에 따르면, 방사체(120)들이 각각의 가중치에 따라 형성됨에 따라, 방사체(120)들의 성능이 균일하게 확보될 수 있다. 구체적으로, 방사체(120) 별로 원하는 공진 주파수 및 방사 계수가 확보되고, 별도의 구성 없이 방사체(120)에서 임피던스가 매칭될 수 있다. 그리고 안테나 장치(100)의 빔 폭이 보다 확대될 수 있다. 뿐만 아니라, 하나의 안테나 장치(100)에서, 다양한 탐지 거리들이 구현될 수 있다. 이를 통해, 레이더 시스템이 하나의 안테나 장치(100)를 구비하여, 원하는 탐지 범위를 확보할 수 있다. 바꿔 말하면, 레이더 시스템을 대형화하지 않고도, 레이더 시스템의 탐지 범위가 확장될 수 있다. 이에 따라, 레이더 시스템의 성능이 향상될 수 있다. 나아가, 레이더 시스템의 제조 비용이 절감될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 안테나 장치
110: 급전부
111: 급전 선로
113: 급전점
120: 방사체
121: 커플링부
123: 방사부

Claims (11)

  1. 레이더 시스템의 안테나 장치에 있어서,
    신호가 공급되는 급전점과, 상기 급전점으로부터 연장되는 급전 선로를 포함하는 급전부;
    상기 급전부로부터 이격되어 배치되는 다수개의 방사체들을 포함하며,
    상기 방사체들 각각은,
    상기 방사체 별로 미리 설정되는 가중치에 따라 결정되는 변수로 형성되고,
    상기 급전점은 상기 급전 선로의 중앙에 제공되고,
    상기 복수의 방사체들은,
    상기 급전점의 상측부에 배열된 제 1 방사체 그룹과,
    상기 급전점의 하측부에 배열된 제 2 방사체 그룹을 포함하고,
    상기 제 1 방사체 그룹은,
    상기 급전 선로의 일측에 배열된 제 1 방사체와,
    상기 급전 선로의 타측에 상기 제 1 방사체와 교대로 배열된 제 2 방사체를 포함하고,
    상기 제 2 방사체 그룹은,
    상기 급전 선로의 상기 일측에 배열된 제 3 방사체와,
    상기 급전 선로의 상기 타측에 상기 제 3 방사체와 교대로 배열된 제 4 방사체를 포함하고,
    상기 제 1 및 2 방사체는,
    상기 급전 선로 상에서 위쪽을 향하여 배열되고,
    상기 제 3 및 4 방사체는,
    상기 급전 선로 상에서 아래쪽을 향하여 배열되며,
    상기 제 1 및 2 방사체 각각은,
    상기 급전부에 인접하여 배치되어 상기 급전부에 커플링되는 제 1 커플링부와,
    상기 제 1 커플링부의 연장 방향을 따라 상기 제 1 커플링부로부터 연장되는 제 1 방사부를 포함하고,
    상기 제 3 및 4 방사체 각각은,
    상기 급전부에 인접하여 배치되어 상기 급전부에 커플링되는 제 2 커플링부와,
    상기 제 2 커플링부의 연장 방향을 따라 상기 제 2 커플링부로부터 연장되는 제 2 방사부를 포함하고,
    상기 제 1 커플링부는,
    상기 급전부의 연장방향과 평행한 방향 내에서, 상기 급전 선로로부터 상측을 향하여 연장되는 제 1 커플링 부분과,
    상기 제 1 커플링 부분의 일단으로부터 하측을 향하여 절곡되는 제 2 커플링 부분을 포함하고,
    상기 제 2 커플링부는,
    상기 급전부의 연장방향과 평행한 방향 내에서, 상기 급전 선로로부터 하측을 향하여 연장되는 제 3 커플링 부분과,
    상기 제 3 커플링 부분의 일단으로부터 상측을 향하여 절곡되는 제 4 커플링 부분을 포함하고,
    상기 제 1 방사체는,
    상기 급전점을 중심으로 상기 제 3 방사체와 대칭되도록 배열되고,
    상기 제 2 방사체는,
    상기 급전점을 중심으로 상기 제 4 방사체와 대칭되도록 배열되며,
    상기 제 2 커플링 부분은,
    상기 급전점을 중심으로 상기 제 4 커플링 부분과 대칭되도록 배열되는 안테나 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 4 방사체 각각은, 상기 급전부의 급전 선로에 직접적으로 접촉하지 않은 상태에서 상기 급전 선로에 전자기적으로 결합되는 안테나 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 변수는,
    상기 제 1 또는 제 2 커플링부와 상기 급전부 사이의 간격, 상기 제 1 또는 제 2 커플링부의 길이, 상기 제 1 또는 제 2 커플링부의 폭, 상기 제 1 또는 제 2 방사부의 길이 또는 상기 제 1 또는 제 2 방사부의 폭 중 적어도 어느 하나를 포함하는 안테나 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 또는 제 2 방사부의 길이의 방향은,
    상기 제 1 또는 제 2 방사부의 연장 방향에 대응되며,
    상기 제 1 또는 제 2 방사부의 폭의 방향은,
    상기 제 1 또는 제 2 방사부의 연장 방향과 수직한 방향에 대응되는 안테나 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 가중치는,
    상기 제 1 내지 제 4 방사체들 각각의 위치에 따라 상이하게 설정되는 안테나 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가중치는,
    상기 제 1 내지 제 4 방사체들 각각의 공진 주파수, 방사 계수, 빔 폭 및 탐지 거리를 확보하고, 임피던스 매칭을 위한 값으로 설정되는 안테나 장치.
  10. 삭제
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 가중치는,
    상기 급전부의 중심으로부터 연장되며 상기 급전 선로들에 나란한 일 축 및 상기 급전부의 중심으로부터 연장되며 상기 일 축에 수직한 타 축을 기준으로, 대칭되도록 설정되는 안테나 장치.
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