KR102075271B1

KR102075271B1 - Microwave radar sensor including flat antenna

Info

Publication number: KR102075271B1
Application number: KR1020180139023A
Authority: KR
Inventors: 박성정
Original assignee: (주)디 넷
Priority date: 2018-11-13
Filing date: 2018-11-13
Publication date: 2020-02-07

Abstract

Provided is a microwave radar sensor capable of reducing the overall area of a sensor by installing a micro-transceiving antenna on a substrate. The microwave radar sensor comprises: a substrate having the constant thickness; a PCB on which a sensor unit mounted on an upper surface of the substrate is mounted; and a micro-transceiving antenna patterned by overlapping two sheets and bonding a portion thereof to the inside of the substrate.

Description

Microwave Radar Sensor {MICROWAVE RADAR SENSOR INCLUDING FLAT ANTENNA}

본 발명은 레이더 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초소형 안테나를 구비한 마이크로웨이브 레이더 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a radar sensor, and more particularly to a microwave radar sensor having a micro antenna.

일반적으로 센서 혹은 감지장치는 온도나 압력 혹은 습도 등 여러 종류의 물리량을 감지하여 검출하거나 판별, 계측하는 기능을 갖춘 장치를 의미하는 것으로 사람의 눈, 코, 귀, 혀 등과 같은 감각 기관의 역할을 수행하며 감지한 정보를 정보 처리부(제어부)에 해당되는 수단으로 전달하여 판단을 내리게 한다. 상기 센서를 통한 감지의 대상이 되는 물리량은 자기, 변위, 진동, 가속도 회전수 유량 혹은 유속, 액체성분, 가스성분, 가시광, 적외선, 초음파, 마이크로웨이브 방사선, X선 등 여러 가지 종류가 있으며, 출력 신호로는 증폭과 메모리 내의 저장 방법이나 원격 조정이 간단하여 입력할 때 취급의 용이성으로 인하여 전기 신호가 주로 쓰이게 된다.In general, a sensor or sensor means a device having a function of detecting, detecting, or measuring various physical quantities such as temperature, pressure, or humidity, and acts as a sensory organ such as a human eye, nose, ear, or tongue. It performs the judgment by transmitting the detected information to the means corresponding to the information processing unit (control unit). The physical quantity to be detected by the sensor may be a variety of types such as magnetic, displacement, vibration, acceleration rotational flow rate or flow rate, liquid component, gas component, visible light, infrared ray, ultrasonic wave, microwave radiation, X-ray, etc. Signals are mainly used for amplification and storage in memory, or for remote control because of their ease of handling when input.

상기와 같은 역할을 수행하는 대표적인 센서로는 광 센서, 이미지 센서, 초음파 센서, 변위 센서 등이 있다. 또한, 광 센서는 빛을 이용하여 대상을 검출하는 소자로, 이러한 광 센서는 빛의 양, 물체의 모양이나 상태 혹은 움직임 등을 감지하여 그 빛이 물체에 부딪혀 반사되어 오는 것을 받아들여 그 물체의 움직임이나 빠르기 등을 알아내는 것으로 투광부에서 방사된 펄스 변조광이 검출 거리가 검출 영역에 들어감에 따라 수광소자에의 입사 광이 증가(감소)하게 되고 이렇게 증가(감소)한 입사광의 정류 신호 레벨이 동작 레벨에 도달하면 출력을 내어 주는 것이 일반적인 원리이다. 그리고, 실시예에서 초음파나 적외선을 로봇의 전방에 발사하여, 물체로부터 되돌아오는 빛의 강약으로 제 위치를 알게 되고, 장애물로부터 멀어져 있으면 받는 빛은 약해지고, 가까워지면 강해지므로 어느 일정한 빛의 세기에서 멈추어 서도록 로봇에게 가르쳐 놓으면 앞쪽에 있을 때 판단해서 서게 되며 그 이상 앞으로 나아가지 않고, 진행 방향을 바꾸게 되는 것도 비슷한 원리이다. 한편, 이미지 센서의 경우는 피사체의 정보를 감지하여 전기적인 영상신호로 변화되는 장치로 인간의 눈으로는 볼 수 없는 자외선 영역 등의 불가시상을 가시상으로 변화하는 기능이 있다. 초음파 센서는 인간의 귀로는 들을 수 없는 20MHz 내지 300MHz의 고주파대 음을 이용하여 물체의 위치나 거리를 감지하는 센서에 관한 것으로, 두께 2㎛ 내지 3㎛의 진동막에 전압을 가하면 초음파가 발생하고 물체에 부딪혀 반사되어 되돌아오는 초음파를 다시 이 진동자에 의하여 감지하게 되면, 물체까지의 거리가 멀수록 반사하여 되돌아오기까지의 시간이 길어지기 때문에 물체까지의 거리를 알 수 있게 되는 것이다. 상기 변위에서는 물체가 이동거리 또는 위치 변화를 아날로그 값으로 취할 수 있는 센서를 말하는 것으로, 검출 대상물이 센서 헤드에 접근하며, 검출 대상물의 표면에 와 전류가 발생하게 되고, 와전류 손실로 인하여 발진에너지가 감쇠하여 아날로그 변위를 출력하게 된다. 이와 같이 설명한 일반적인 광센서, 이미지 센서, 초음파센서 등과 같은 기존의 센서들은 적외선, 초음파열 혹은 연기 등을 이용하여 사물에 대한 감지가 이루어질 수 있도록 한 것으로, 원리가 간단하고 가격이 저렴하여 램프나 소형 보안 장비에 일반적으로 보편화되어 사용되고 있지만, 상기의 일반적인 센서들은 송신 안테나 및 수신 안테나 모듈이 각각으로 제작됨으로 인해 감지의 거리가 대략 1 내지 5m정도에 불과하고 발생되는 주파수 대역 역시 초음파센서를 제외하고는 대부분 2MHz 등의 아날로그 주파수를 사용하는 것뿐이고, 감지각이 110˚정도로 인해 다양한 감지가 이루어지지 못하여 감지에 있어서 사각 지대가 발생할 수 있게 되는 단점이 있다.Representative sensors that perform such a role include an optical sensor, an image sensor, an ultrasonic sensor, a displacement sensor, and the like. In addition, an optical sensor is an element that detects an object using light, and the optical sensor detects an amount of light, a shape, a state, or a movement of an object, and receives the light reflected from the object to reflect the object. As the detection distance of the pulse modulated light emitted from the light transmitting part enters the detection area by detecting the movement or speed, the incident light to the light receiving element increases (decreases), and thus the rectified signal level of the incident light increased (decreases). When this operating level is reached, the output is the general principle. In the embodiment, the ultrasonic wave or the infrared ray is emitted to the front of the robot, and the position is known by the intensity of the light coming back from the object. If you teach your robot to stand, you'll be judged when you're in front of you, and instead of moving forward, you'll change your direction. On the other hand, the image sensor is a device that detects the information of the subject and is converted into an electrical image signal, and has the function of changing the invisible image such as the ultraviolet region that is invisible to the human eye to the visible image. The ultrasonic sensor relates to a sensor that detects the position or distance of an object by using high frequency sound of 20 MHz to 300 MHz that cannot be heard by the human ear. When ultrasonic voltage is applied to a vibration membrane having a thickness of 2 μm to 3 μm, ultrasonic waves are generated. When the ultrasonic wave hits the object and is reflected by the vibrator again, the distance to the object becomes longer because the longer the distance to the object is, the longer it takes to return to the object. The displacement refers to a sensor in which an object can take a moving distance or a change in position as an analog value, and a detection object approaches the sensor head, an eddy current is generated on the surface of the detection object, and oscillation energy is generated due to the eddy current loss. Attenuate will output analog displacement. Conventional sensors such as optical sensors, image sensors, ultrasonic sensors, and the like described above are used to detect objects using infrared rays, ultrasonic heat, or smoke. Although it is generally used in security equipment, the above-mentioned general sensors have a sensing distance of about 1 to 5m because the transmitting antenna and the receiving antenna module are manufactured separately, and the generated frequency band is also except the ultrasonic sensor. Most of them only use analog frequency, such as 2MHz, the detection angle is about 110˚ due to the various detection can not be made, there is a disadvantage that blind spots can occur in the detection.

그리고, 일반 적외선 감지기를 가진 자동문의 경우에 사람을 인식하여 자동문을 개폐시키는 것뿐만 아니라, 신문과 같은 무생물체의 표면온도를 감지하여 이를 움직이는 사람을 인식하여 오작동을 하는 경우도 흔한 일이다. 또한, 보안 산업 및 홈 오토메이션의 보편화 또는 자동화 요구를 위한 전자 산업의 발전을 계기로 자동화 요구와 비용 절감 차원에서 자동화가 가능한 시스템 사용이 증대되면서 외부와 연결되는 출입구에는 출입이 허용된 자의 출입 및 출입이 허용되지 않은 자의 통제, 방문객 관리, 침입자 방지, 화재나 재난 발생시 피난 및 구조 대원 출입, 건물 안내 및 사고 지원, 출퇴근 기록 등을 목적으로 하는 장치들이 필요하게 되는 것이다. 하지만 이러한 상황에서 종래의 감지센서 방법은 일반적인 램프류, 간단한 보안장비, 차량 후방 경보기, 출입문에만 적용될 수밖에 없게 되고 그 이상의 특수 목적을 지닐 수 수밖에는 상황에서는 감지 작동이 이루어질 수 없게 되어 센서의 효율성이나 목적 면에서 문제점이 발생하게 되는 것이다.In addition, in the case of an automatic door having a general infrared sensor, it is common not only to recognize and open a door by detecting a person, but also to detect a surface temperature of an inanimate object such as a newspaper to recognize a person moving and malfunction. In addition, with the development of the electronics industry for the generalization or automation needs of security industry and home automation, the use of automated systems is increasing in order to reduce automation demands and costs, and the entrance and access of those who are allowed to access the entrances connected to the outside There is a need for devices for the purpose of controlling unauthorized persons, managing visitors, preventing intruders, evacuation and rescue personnel in the event of a fire or disaster, guiding buildings and supporting accidents, and commute records. However, in such a situation, the conventional sensor method can only be applied to general lamps, simple security equipment, vehicle rear alarms, doors, etc., and the detection operation cannot be performed in situations where it has a special purpose beyond that. In this regard, problems will arise.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로 특허 등록 번호 제10-1171298호의 "차량용 측후방 레이더 센서용 안테나"가 있다. 그러나, 이와 같은 형태의 안테나의 경우에는 0.8mm 높이를 가진 2개의 안테나를 사용하므로 전체 면적을 증가시키고 제작 단가를 증가하는 단점이 있다.As a means for solving the above problems there is a "vehicle rear antenna radar sensor antenna" of Patent No. 10-1171298. However, this type of antenna has a disadvantage in that it uses two antennas having a height of 0.8 mm to increase the overall area and increase the manufacturing cost.

특허 공개 번호 제 10-2016-0123611 호{공개일: 2016년 10월 26일}Patent Publication No. 10-2016-0123611 {Published: October 26, 2016}

본 발명은 상기와 같은 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 기판에 초소형 송수신 안테나를 설치함으로써 센서의 전체 면적을 감소할 수 있는 마이크로웨이브 레이더 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to meet the above demands, and an object of the present invention is to provide a microwave radar sensor capable of reducing the total area of the sensor by providing a micro transceiver antenna on a substrate.

본 발명에 따른 마이크로웨이브 레이더 센서는 일정한 두께를 가진 기판; 상기 기판의 상면에 장착되는 센서부가 실장된 PCB; 및 2장을 겹쳐서 일부분을 상기 기판의 내부에 접합하여 패턴화된 초소형 송수신 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.Microwave radar sensor according to the present invention is a substrate having a constant thickness; A PCB mounted with a sensor unit mounted on an upper surface of the substrate; And overlapping two sheets are bonded to a portion of the inside of the substrate characterized in that it comprises a micro transceiver antenna patterned.

상기 센서부는 상기 초소형 송수신 안테나에 연결된 제1 커패시터; 상기 제1 커패시터에 연결된 제2 커패시터; 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터에 공통으로 연결되어 상기 박형 송수신 안테나로부터의 전류를 정류하여 검출하는 한 쌍의 실리콘 쇼트키 다이오드; 상기 제2 커패시터에 직렬 연결된 제1 저항 및 제2 저항; 및 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항에 공통으로 연결된 NPN 실리콘 RF 트랜지스터를 포함할 수 있다.The sensor unit may include a first capacitor connected to the micro transceiver antenna; A second capacitor connected to the first capacitor; A pair of silicon schottky diodes connected in common to the first capacitor and the second capacitor to rectify and detect current from the thin transmit / receive antenna; A first resistor and a second resistor connected in series with the second capacitor; And an NPN silicon RF transistor commonly connected to the first resistor and the second resistor.

상기 초소형 송수신 안테나는 평면 패턴을 가질 수 있다. 마이크로웨이브 레이더 센서는 상기 PCB의 일부 상면에 설치되는 캐비티를 구비하는 차폐 케이스를 더 포함할 수 있다.The micro transceiver antenna may have a planar pattern. The microwave radar sensor may further include a shielding case having a cavity installed on a portion of the PCB.

본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로웨이브 레이더 센서는 일정한 두께를 가진 기판; 상기 기판의 상면에 장착되는 센서부가 실장된 PCB; 상기 기판의 일부 하면에 설치되는 평면 패턴을 가지는 박형 송수신 안테나; 및 상기 PCB의 일부 상면에 설치되는 캐비티를 구비하는 차폐 케이스를 포함하며, 상기 센서부는 상기 초소형 송수신 안테나에 연결된 제1 커패시터; 상기 제1 커패시터에 연결된 제2 커패시터; 상기 제1 커패시터 및 상기 제2 커패시터에 공통으로 연결되어 상기 박형 송수신 안테나로부터의 전류를 정류하여 검출하는 한쌍의 실리콘 쇼트키 다이오드; 상기 제2 커패시터에 직렬 연결된 제1 저항 및 제2 저항; 및 상기 제1 저항 및 상기 제2 저항에 공통으로 연결된 NPN 실리콘 RF 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.Microwave radar sensor according to another embodiment of the present invention is a substrate having a constant thickness; A PCB mounted with a sensor unit mounted on an upper surface of the substrate; A thin transmit / receive antenna having a planar pattern disposed on a lower surface of the substrate; And a shielding case having a cavity installed on a part of an upper surface of the PCB, wherein the sensor unit comprises: a first capacitor connected to the micro transceiver antenna; A second capacitor connected to the first capacitor; A pair of silicon Schottky diodes connected in common to the first capacitor and the second capacitor to rectify and detect current from the thin transmit / receive antenna; A first resistor and a second resistor connected in series with the second capacitor; And an NPN silicon RF transistor commonly connected to the first resistor and the second resistor.

본 발명에서는 핀 타입 안테나 대신 2장을 겹쳐서 일부분을 기판의 내부에 접합하여 내부로 초소형 송수신 안테나를 구성할 수 있으므로, 노출없이 설치하고 후단 본체에서 증폭하여 다양한 물리량을 감지하며, 분리시 패턴의 탈락으로 인한 모방 제품의 생성을 방지할 수 있고, 분리된 송수신 안테나를 하나의 송수신 안테나로 수행되도록 PCB 보드를 분할 접합하여 접지 면적은 유지하면서 노이즈를 감소할 수 있고, 초소형으로 구성하여 마이크로웨이브 레이더 센서의 전체 면적을 감소함으로써 제조 비용도 감소할 수 있다.In the present invention, by superimposing two pieces instead of the pin type antenna and joining a part to the inside of the substrate to configure the ultra-small transmitting and receiving antenna, it can be installed without exposure and amplified in the rear main body to detect various physical quantities, and the pattern is dropped when separated. It is possible to prevent the creation of imitation products due to the noise, and to reduce the noise while maintaining the ground area by dividing and bonding the PCB board so that the separate transmit and receive antennas are performed as a single transmit and receive antenna. The manufacturing cost can also be reduced by reducing the total area of the.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로웨이브 레이더 센서의 구성을 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 마이크로웨이브 레이더 센서의 저면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 PCB를 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 PCB 및 안테나의 회로도이다.
도 5는 도 1에 도시된 차폐 케이스의 일예를 나타낸 평면도이다.
도 6은 도 1 및 도 5에 도시된 차폐 케이스의 정면도이다.1 is a perspective view showing the configuration of a microwave radar sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a bottom view of the microwave radar sensor shown in FIG. 1.
3 is a plan view illustrating the PCB of FIG. 1.
4 is a circuit diagram of the PCB and antenna shown in FIG.
5 is a plan view illustrating an example of the shielding case illustrated in FIG. 1.
FIG. 6 is a front view of the shielding case illustrated in FIGS. 1 and 5.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로웨이브 레이더 센서를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 상기 마이크로웨이브 레이더 센서는 인간의 귀로는 들을 수 없는 20MHz 내지 300MHz의 고주파대 음을 이용하여 물체의 위치나 거리를 감지하는 센서로서, 두께 2 내지 3 μm의 진동막에 전압을 가하면 초음파가 발생하고 물체에 부딪혀 반사되어 되돌아 오는 초음파를 다시 진동자에 의해 감지하게 되면, 물체까지의 거리가 멀수록 반사되어 되돌아오기까지의 시간이 길어지므로 물체까지의 거리를 알수 있게 되는 것이다.Hereinafter, a microwave radar sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The microwave radar sensor is a sensor for detecting the position or distance of the object by using a high frequency sound of 20MHz to 300MHz that can not be heard by the human ear, ultrasonic waves are generated when a voltage is applied to the vibration membrane of 2 to 3 μm thick When the ultrasonic wave hits the object and is reflected back by the vibrator, the longer the distance to the object is, the longer it takes to return the reflected object, so that the distance to the object can be known.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로웨이브 레이더 센서는 기판(100), PCB(200), 초소형 송수신 안테나(300), 및 차폐 케이스(400)를 포함한다.The microwave radar sensor according to the embodiment of the present invention includes a substrate 100, a PCB 200, a micro transceiver antenna 300, and a shield case 400.

기판(100)은 일정한 두께를 가진다.The substrate 100 has a constant thickness.

PCB(200)는 상기 기판(100)의 상면에 장착되는 센서부(210)가 실장된다.The PCB 200 has a sensor unit 210 mounted on an upper surface of the substrate 100.

초소형 송수신 안테나(300)는 2장을 겹쳐서 일부분을 상기 기판(10)의 내부에 접합하여 패턴화된다. 상기 초소형 송수신 안테나(300)는 평면 패턴을 가지는 것이 바람직하다.The micro transceiver antenna 300 is patterned by overlapping two pieces and bonding a portion thereof to the inside of the substrate 10. The micro transceiver antenna 300 preferably has a planar pattern.

상기 센서부(210)는 상기 초소형 송수신 안테나(300)에 연결된 제1 커패시터(C1); 상기 제1 커패시터(C1)에 연결된 제2 커패시터(C2); 상기 제1 커패시터(C1) 및 상기 제2 커패시터(C2)에 공통으로 연결되어 상기 박형 송수신 안테나(300)로부터의 전류를 정류하여 검출하는 한쌍의 실리콘 쇼트키 다이오드(D1); 상기 제2 커패시터(C2)에 직렬 연결된 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2); 및 상기 제1 저항(R1) 및 상기 제2 저항(R2)에 공통으로 연결된 NPN 실리콘 RF 트랜지스터(Q1)을 포함한다.The sensor unit 210 may include a first capacitor C1 connected to the micro transceiver antenna 300; A second capacitor C2 connected to the first capacitor C1; A pair of silicon Schottky diodes (D1) connected in common to the first capacitor (C1) and the second capacitor (C2) to rectify and detect current from the thin transmit / receive antenna (300); A first resistor R1 and a second resistor R2 connected in series with the second capacitor C2; And an NPN silicon RF transistor Q1 connected to the first resistor R1 and the second resistor R2 in common.

차폐 케이스(400)는 상기 PCB(200)의 일부 상면에 설치되는 캐비티(410)를 구비한다.The shield case 400 includes a cavity 410 installed on a portion of the upper surface of the PCB 200.

한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.On the other hand, the detailed description and the accompanying drawings of the present invention have been described with respect to specific embodiments, the present invention is not limited to the disclosed embodiments and those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs to the spirit of the present invention Many substitutions, modifications and variations are possible without departing from the scope thereof. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be construed as including not only the claims below but also equivalents thereof.

100: 기판
200: PCB
210: 센서부
300: 초소형 송수신 안테나
400: 차폐 케이스
410: 캐비티
C1: 제1 커패시터
C2: 제2 커패시터
D1: 실리콘 쇼트키 다이오드
R1: 제1 저항
R2: 제2 저항
Q1: NPN 실리콘 RF 트랜지스터100: substrate
200: PCB
210: sensor
300: micro transceiver antenna
400: shielded case
410: cavity
C1: first capacitor
C2: second capacitor
D1: silicon schottky diode
R1: first resistance
R2: second resistor
Q1: npn silicon rf transistor

Claims

A substrate having a constant thickness;
A PCB mounted with a sensor unit mounted on an upper surface of the substrate; And
A microwave radar sensor comprising a thin transceiver antenna, which is superimposed on two sheets and patterned inside the substrate.

The method of claim 1, wherein the sensor unit
A first capacitor connected to the transmit / receive antenna;
A second capacitor connected to the first capacitor;
A pair of silicon schottky diodes connected in common to the first capacitor and the second capacitor to rectify and detect current from the thin transmit / receive antenna;
A first resistor and a second resistor connected in series with the second capacitor; And
A microwave radar sensor comprising an NPN silicon RF transistor commonly connected to the first resistor and the second resistor.

The microwave radar sensor of claim 1, wherein the thin transmit / receive antenna has a flat pattern.

The microwave radar sensor of claim 1, further comprising a shielding case having a cavity installed on a portion of an upper surface of the PCB.

A substrate having a constant thickness;
A PCB mounted with a sensor unit mounted on an upper surface of the substrate;
A thin transmission / reception antenna miniaturized by superimposing two sheets and patterning the inside of the substrate; And
It includes a shielding case having a cavity installed on the upper surface portion of the PCB,
The sensor unit
A first capacitor connected to the thin transmit / receive antenna;
A second capacitor connected to the first capacitor;
A pair of silicon Schottky diodes connected in common to the first capacitor and the second capacitor to rectify and detect current from the thin transmit / receive antenna;
A first resistor and a second resistor connected in series with the second capacitor; And
A microwave radar sensor comprising an NPN silicon RF transistor commonly connected to the first resistor and the second resistor.