KR102303647B1 - 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이더 송수신시스템의 열제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전소자를 이용하여 레이더 송수신시스템의 온도를 제어하고 다수의 송수신모듈 간의 온도 편차를 최소화할 수 있는 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치는, 바둑판형태로 배치되고, 레이더신호를 송수신하는 복수개의 송수신모듈; 복수개의 송수신모듈과 개별적으로 맞대응되도록 배치된 복수개의 열전소자; 복수개의 열전소자를 배치구조에 따라서 그룹핑하고, 그룹핑 영역에 대응하는 송수신모듈의 발생 온도 감지를 위해 설치되고 있는 복수개의 온도센서; 및 송수신모듈의 출력레벨과 그룹핑 영역의 감지온도를 모니터링하고, 설정된 허용온도범위에서 송수신모듈의 온도가 유지되도록 복수개의 열전소자의 동작을 제어하는 신호처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치{Thermal control device of radar transceiver system using thermoelement}

본 발명은 레이더 송수신시스템의 열제어장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 열전소자를 이용하여 레이더 송수신시스템의 온도를 제어하고 다수의 송수신모듈 간의 온도 편차를 최소화할 수 있는 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

현대는 각종 첨단 장비들이 사용되는 전자전 시대이다. 전자전 장비의 정밀도가 향상되면서 레이더에 대한 역할과 의존도도 높아지고 있다. 위상 배열 안테나는 기설정된 패턴으로 배열된 복수개의 안테나의 위상을 조절하여 지향 방향을 조절한다. 위상 배열 안테나는 신속하고 정확하게 표적 및 전장환경을 탐지, 획득하여 필요한 상황 정보를 적시에 제공하는 무기분야에 이용되고, 전자기파를 방사하여 신호를 수신 분석함으로써 표적을 탐지, 식별, 추적하거나, 표적의 특성정보를 제공하는데 이용된다.

위상 배열 안테나를 사용하는 레이더 시스템에서는 능동형 전자 주사 레이더 시스템이 다기능 레이더 시스템으로 안정성이나 신뢰도가 높다. 능동형 전자 주사(Active Electronically Scanning Array : AESA) 레이더 시스템은 위상 배열 안테나의 복수개의 안테나 소자 각각이 대응하는 복수개의 송수신모듈 (Transmit/Receive Module : TRM)이 구비되고, 복수개의 송수신모듈 각각이 진폭 및 위상 정보를 수신하여 대응하는 안테나 소자로 방사신호를 생성한다.

특히, 능동형 전자 주사 레이더 시스템의 송신 출력(탐지 거리)은 송수신 모듈(TRM)의 배열 수 증가에 따라 달라지게 되며, 최대 탐지 거리를 증가시키기 위해 수십에서 수천개의 송수신모듈(TRM)을 사용하고 있다. 그리고 많은 수의 송수신모듈(TRM)을 사용하기 위해 고출력의 전원 공급기를 필요로 한다.

따라서 위상 배열 안테나를 사용하는 레이더 시스템은 복수개의 송수신모듈과 전원 공급기로부터 수십 KW 수준의 발열이 발생하게 되며, 이렇게 발생된 열은 반도체로 구현되는 송수신모듈 내부의 소자가 높은 열 밀도를 갖게 한다. 반도체 소자의 온도가 급격하게 상승하게 되면, 소자의 열화로 인해 수명이 짧아지며, 잡음 지수(noise figure)가 높아져서 오동작할 수 있다는 문제가 있다.

이를 해소하기 위해서 레이더 시스템의 냉각을 통해 온도를 일정하게 유지시켜 주도록 하고 있다. 기존의 레이더 시스템 냉각 방식은 크게 공냉식과 수냉식으로 구분된다. 공냉식의 경우에는 강제 대류 방식으로 공기를 순환하여 냉각시키는 방식으로, 상기한 바와 같이 레이더 시스템에서 사용되는 송수신모듈(TRM)의 개수가 급격하게 증가된 현재의 레이더 시스템에서 발생한 열을 냉각하기에는 냉각 성능에 한계가 있다.

마찬가지로 수냉식의 경우에서도 냉각을 위해 사용되는 액체가 순환될 수 있도록 순환통로를 형성하게 되는데, 상기한 바와 같이 레이더 시스템에서 사용되는 송수신모듈의 개수가 급격하게 증가되면서 레이더 시스템에서 발생한 열을 냉각시키는데 한계가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 열전소자를 이용하여 레이더 송수신시스템의 온도를 제어하고 다수의 송수신모듈 간의 온도 편차를 최소화할 수 있는 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 공냉식/수냉식 냉각장치를 구비한 레이더 송수시시스템에서 냉각장치의 설계 공간을 줄이면서 다수의 송수신모듈 간의 온도 편차를 최소화할 수 있는 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 외부 환경에 따라서 실시간 적응형으로 열제어가 가능하도록 딥러닝 기법을 이용한 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 레이더 송수시시스템의 열제어장치는 바둑판형태로 배치되고, 레이더신호를 송수신하는 복수개의 송수신모듈; 복수개의 송수신모듈과 개별적으로 맞대응되도록 배치된 복수개의 열전소자; 복수개의 열전소자를 배치구조에 따라서 그룹핑하고, 그룹핑 영역에 대응하는 송수신모듈의 발생 온도 감지를 위해 설치되고 있는 복수개의 온도센서; 및 송수신모듈의 출력레벨과 그룹핑 영역의 감지온도를 모니터링하고, 설정된 허용온도범위에서 송수신모듈의 온도가 유지되도록 복수개의 열전소자의 동작을 제어하는 신호처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 복수개의 열전소자는 가로방향 배치구조 또는 세로방향 배치구조로 그룹핑 영역을 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 복수개의 열전소자의 동작 제어는 신호처리모듈의 제어를 받은 전원공급장치에서 열전소자로의 전원공급여부에 의해서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 신호처리모듈은 열전소자의 제어를 위해서 전기집적회로소자 설계를 수행하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 신호처리모듈은 외부환경요인, 온도센서의 감지온도, 송수신모듈의 출력 레벨, 열전소자의 제어전압 크기에 기초하여 딥러닝 기법을 활용하여 실시간 적응형으로 열제어를 수행하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 복수개의 송수신모듈의 일단에 배치되어 송수신모듈의 발생 열을 방열시키는 히트싱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 복수개의 송수신모듈, 복수개의 열전소자, 히트싱크 사이에는 열저항 최소화를 위한 열전도재질을 이용하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 복수개의 송수신모듈과 히트싱크는 브레이징 수행 또는 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 복수개의 송수신모듈이 배치된 일면에 위치하고, 냉매를 순환시켜서 송수신모듈의 발생 열을 방열시키기 위한 냉각장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치는 바둑판형태로 배치되고, 레이더신호를 송수신하는 복수개의 송수신모듈; 복수개의 송수신모듈과 개별적으로 맞대응되도록 배치된 복수개의 열전소자; 복수개의 송수신모듈의 발열온도를 감지하기 위해 설치되고 있는 다수의 온도센서; 및 복수개의 송수신모듈의 출력레벨과 다수의 온도센서의 감지온도를 모니터링하고, 설정된 허용온도범위에서 각각의 송수신모듈의 발열 온도가 유지되도록 복수개의 열전소자의 동작을 제어하는 신호처리모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는 신호처리모듈의 제어 하에 열전소자에 전원공급을 조절하는 전원공급장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치는 열전소자를 이용하여 레이더 송수신시스템에 포함되고 있는 다수개의 송수신모듈의 온도를 제어하고, 다수의 송수신모듈 간의 온도 편차를 최소화하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치는 공냉식/수냉식 냉각장치를 구비한 레이더 송수시시스템에서 냉각장치의 설계 공간을 줄이면서 송수신모듈의 발생 열을 충분하게 방열시키는 효과를 얻는다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치는 딥러닝 기법을 이용하여 외부 환경에 따라서 적응형으로 실시간 열제어가 가능하도록 구성하여, 레이더 송수신시스템의 효율적인 열제어를 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템에 사용되는 송수신모듈의 구조도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템에 사용되는 송수신모듈의 상세 구조도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치에서, 열전소자의 제어를 위한 개념도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치의 제어 구성도를 도시하고 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"와 "기", "모듈"과 "부", "유닛"과 "부", "장치"와 "시스템", "단말"과 "노드"와 "디지털 무전기" 등은 명세서 작성의 용이함 만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템에 사용되는 송수신모듈의 구조도를 도시하고 있다.

송수신모듈(10)은 레이더 용량에 따라서 가변적으로 복수개로 구성된다. 그리고 복수개의 송수신모듈(10)에 개별적으로 맞대응되도록 배치되고 있는 복수개의 열전소자(30)가 포함된다. 그리고 송수신모듈(10)과 열전소자(30) 사이에는 송수신모듈에서 발생되는 열을 방열시키기 위한 히트싱크(20)가 배치되어진다.

즉, 하나의 송수신모듈(10)에 하나의 열전소자(30)가 배치되고 있는 형상이다. 그러나 회로 설계에 따라서 다수의 송수신모듈에 하나의 열전소자를 배치하는 형상으로 설계할 수도 있다.

따라서 본 발명은 다수개의 송수신모듈(10)의 가변 처리되는 송수신 출력제어과정에서 발생되는 열을 방열시킴에 있어서, 복수개의 송수신모듈 사이의 온도편차가 발생되지 않도록 열전소자를 배치하는 것이 중요하다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템에 사용되는 송수신모듈의 상세 구조도를 도시하고 있다.

송수신모듈(10)은 수십개에서 수천개로 구성되어서 레이더신호를 송수신하는데 이용된다. 복수개의 송수신모듈(10)의 일면에 송수신모듈에서 발생되는 열을 방열시키기 위한 히트싱크(20)가 배치되고, 히트싱크(20)의 다른 일면에는 열전소자(30)가 구성된다.

열전소자(30)는 복수개의 송수신모듈(10)에 개별적으로 맞대응되도록 바둑판 형태로 배치되고 있다. 이때 복수개의 송수신모듈이 바둑판형태로 배치되어진다. 즉, 하나의 송수신모듈에 하나의 열전소자가 배치되고 있는 형상이고, 복수개의 열전소자(30)를 개별적으로 온도 제어하는 것이 가능하다. 따라서 각각 구성된 여러 개의 송수신모듈마다 열전소자를 배치하고, 각각의 송수신모듈의 감지온도와 출력량을 기반으로 열 제어를 필요로 하는 송수신모듈에만 효율적인 열 제어를 수행할 수 있다.

다른 실시예로 복수개의 송수신모듈(10) 전체가 다른 도형 형상으로 배치되고 있을 때, 열전소자(30)는 복수개의 송수신모듈 전체가 구성하는 형상으로 대응되도록 배치되어진다.

송수신모듈(10)과 히트싱크(20) 사이에는 열저항 최소화를 위하여 브레이징 접합할 수 있다. 또는 송수신모듈(10)과 히트싱크(20)를 일체형 하우징으로 구성할 수 있다. 이 경우, 히트싱크는 송수신모듈을 고정하는 하우징의 기능을 갖게 된다. 또는 히트싱크는 선택적으로 사용 가능하다. 또는 히트싱크는 송수신모듈(10)의 다른 일단에 설치할 수 있다.

그리고 송수신모듈(10) 또는 히트싱크(20)의 일면에 열전소자(30)를 장착할 때, 열저항 최소화를 위하여 열전도재질을 사용할 수 있다. 열전도 재질(TIM, Thermal Interface Material)은 Thermal Pad, Thermal grease, Thermal compound 등이 사용 가능하다.

열전도재질의 두께는 100㎛ ~ 10000 ㎛ 의 범위에서 구현될 수 있도록 한다. 열전도재질의 두께가 100㎛ 미만으로 구현되어 두께가 너무 얇을 경우 열확산 기능이 저하되며, 열전도재질의 두께가 10000㎛를 초과하여 두께가 너무 두꺼울 경우 비용적인 측면이나 제품 구성 측면에서 문제가 발생하게 된다. 그리고 열전도재질의 표면은 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 요철패턴이나 돌출패턴, 엠보싱 패턴 구조 등이 다양한 방열패턴을 구현하여 열확산표면적을 증가시켜 방열효과를 극대화할 수 있도록 한다.

다른 실시예로 복수개의 열전소자(30)를 그룹핑(60)하여 신호처리모듈(80)에서 하나의 제어채널로 제어할 수 있도록 구성하는 것이 가능하다. 모든 송수신모듈(10)에 대해서 개별적 열제어를 수행할 수도 있으나, 이 경우 과도한 제어채널과 냉각 스팟은 오히려 효율을 낮출 수 있다. 따라서 다수의 송수신모듈을 그룹핑하고, 이와 연계해서 그룹핑된 송수신모듈에 대응하여 배치되고 있는 다수의 열전소자를 묶어서 그룹핑 영역(60)으로 설정할 수 있다. 이때 그룹핑 영역(60)에 포함된 다수의 열전소자는 그룹핑된 영역(60) 제어를 위해 설치된 온도센서에서 감지된 감지온도에 기초해서 신호처리모듈(80)을 통해서 하나로(동시에) 제어되는 것을 특징으로 한다. 물론 이때 동시 제어가 가능하도록 후술되는 도 3의 전원공급장치(90)를 이용하여 전원공급라인이 그룹핑된 영역(60)에 포함된 열전소자들에게 동시에 전원공급이 이루어지도록 전원라인이 구성될 수 있다.

도 2에 도시하고 있는 그룹핑 영역(60)은 다수의 열전소자를 그룹핑하고 있는 것을 도시하고 있다. 그룹핑 영역(60)에 대응되는 위치에 배치되는 다수의 송수신모듈의 발생 열은 감지온도에 기초해서 신호처리모듈(80)에서 하나의 제어 채널로 제어되어진다.

복수개의 열전소자는 가로방향 배치구조에 기반해서 도 2에 도시하고 있는 바와 같이 그룹핑 영역으로 구성 가능하다. 또는 복수개의 열전소자의 세로 방향 배치구조에 기반해서 그룹핑 영역으로 구성할 수 있다. 이와 같이 그룹핑 영역 설정은, 복수개의 송수신모듈의 발생 열을 효율적으로 방열 가능한 범위에서 설정되어진다.

다른 실시예로 복수개의 송수신모듈(10)을 그룹핑하고, 그에 맞대응되는 영역에 하나의 열전소자를 설치할 수도 있다. 이때 그룹핑된 영역의 감지온도에 기초하여 해당 열전소자의 동작을 제어하게 된다.

다음, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치에서, 열전소자의 제어를 위한 개념도를 도시하고 있다.

열전소자(30)는 온도센서(70)의 감지온도에 기초하여 동작이 제어되도록 구성된다. 이를 위해서 온도센서(70)의 감지온도를 모니터링하는 신호처리모듈(80)를 포함하고, 감지온도에 기반해서 열전소자(30)의 전원공급을 제어하는 전원공급장치(90)를 포함한다. 온도센서(70)는 송수신모듈(10)의 일단에 설치 가능하다. 온도센서(70)는 히트싱크(20)의 일단에 설치 가능하다.

제어동작을 살펴보면, 신호처리모듈(80)은 온도센서(70)의 감지온도를 모니터링한다. 그리고 온도센서(70)의 감지온도가 허용온도범위에 도달하면, 송수신모듈(10)의 발생 열이 레이더신호의 송수신 신호처리 및 송수신모듈을 포함하는 전기적 소자에 안전한 상태로 판단하고, 열전소자(30)에 공급되는 전원을 차단한다. 즉, 열전소자(30)가 미작동상태를 갖도록 한다.

그러나 온도센서(70)의 감지 온도가 허용온도범위에 도달하지 않으면, 송수신모듈(10)의 발생 열이 레이더신호의 송수신 신호처리 및 송수신모듈을 포함하는 전기적 소자에 악영향을 줄 수 있는 상태로 판단한다. 따라서 신호처리모듈(80)은 전원공급장치(90)에 열전소자(30)의 작동제어신호를 인가한다. 이를 통해서 전원공급장치(90)에서 열전소자(30)로 전원이 공급되고, 열전소자(30)의 동작이 이루어지면서 송수신모듈의 발생 열이 빠르게 방열되도록 도모한다. 열전소자(30)의 동작을 제어하는 신호처리모듈(80)은 감지된 온도에 따라서 열전소자에 흐르는 전류의 방향을 조절하여 송수신모듈을 냉각시키는 것이 가능해진다.

다음 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치의 제어 구성도를 도시하고 있다.

본 발명의 실시 예는 수십~수천개로 구성되어 레이더 신호를 송수신하는 송수신모듈(10)을 포함한다. 그리고 레이더 송수신시스템의 발생 열을 방열시키기 위하여 시스템 전체적으로 냉각제어하는 냉각장치(75)를 포함한다. 온도센서(70)는 송수신모듈(10)의 발생 열을 감지하기 위한 구성이고, 열전소자(30)는 발생 열이 빠르게 방열되도록 도모하는 구성이다.

그리고 본 발명의 전원공급장치(90)는 고출력의 전원공급장치이다. 능동형 전자 주사 레이더 시스템의 송신 출력(탐지 거리)은 송수신 모듈(TRM)의 배열 수 증가에 따라 달라지게 되며, 최대 탐지 거리를 증가시키기 위해 수십에서 수천개의 송수신모듈(TRM)을 사용하고 있다. 그리고 많은 수의 송수신모듈(TRM)을 사용하기 위해 고출력의 전원공급장치를 필요로 한다.

이러한 구성으로부터 위상 배열 안테나를 사용하는 레이더 시스템은 복수개의 송수신모듈과 전원공급장치로부터 수십 KW 수준의 발열이 발생하게 된다. 따라서 본 발명에서는 신호처리모듈(80)의 제어 하에 레이더 송수신시스템의 높은 발열을 신속하면서도 온도편차 없이 방열될 수 있도록 제어한다. 그리고 신호처리모듈(80)은 열전소자 제어를 위해 전기집적회로소자(EICD) 설계를 수행한다.

본 발명의 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템은 냉각장치(75)를 이용한 송수신모듈(10)의 발생 열을 방열시키는 구조를 포함한다. 냉각장치(75)는 수십 ~ 수천개의 송수신모듈(10)을 포함하는 레이더 송수신시스템 내에서 기 설정된 경로를 통과하여 열을 흡수한 공기를 인가받고, 액체 상태의 냉매를 인가받아 팽창시키고 증발시켜서, 공기를 냉각하여 레이더 송수시시스템으로 공급하는 공냉공급부를 포함할 수 있다.

냉각장치(75)는 레이더 송수신시스템 내에서 기 설정된 경로를 통과하여 열을 흡수한 냉각 액체를 인가받고, 액체 상태의 냉매를 인가받아서 냉매를 팽창시키고 증발시켜서 인가된 냉각 액체를 냉각하여 저장하며 저장된 액체를 펌핑하여 레이더 송수신시스템으로 공급하는 수냉공급부를 포함할 수 있다.

그리고 냉각장치(75)는 공냉공급부와 수냉공급부의 동작 제어를 위하여 복수개의 센서(도시하지 않음)를 통해서 감지된 온도, 감지된 압력을 입력하고, 이를 분석하여 분석 결과에 따라서 공기와 냉각액체와 냉매의 순환압력과 속도를 조절하도록 구성된다. 이를 위해서 냉각장치(75)는 신호처리모듈(80)의 제어를 받도록 구성되어진다. 즉, 신호처리모듈(80)는 냉각장치(75)의 제어를 위하여 도시하지 않은 센서들로부터 감지된 온도, 감지된 압력을 입력하여 분석하고, 분석결과에 따라서 공기와 냉각액체와 냉매의 순환압력과 속도를 조절한다.

한편, 본 발명은 냉각장치(75)를 이용하여 수십~수천개의 송수신모듈(10)에서 발생되는 열을 방열시키는데 한계가 있다. 특히, 냉각장치(75)의 직접적인 영향을 받을 수 있는 부분에 위치한 송수신모듈은 발생 열의 방열이 적절히 이루어질 수 있지만, 냉각장치(75)의 직접 영향을 받지 못하는 부분에 위치한 송수신모듈은 발생 열의 방열이 순조로울 수 없다. 이러한 이유 때문에 수십 내지 수천개의 송수신모듈을 포함하고 있는 레이더 송수신시스템 내부는 전체적으로 균일한 온도 상태를 갖지 못하게 된다.

따라서 본 발명에서는 수십~수천개의 송수신모듈(10)의 일측에 각각의 송수신모듈(10)과 맞대응되도록 열전소자(30)를 배치하고 있다. 그리고 열전소자(30)에 전원공급장치(90)에서의 전원공급여부를 통해서 열전소자의 동작을 조절할 수 있다. 이를 이용하여 각각의 송수신모듈(10)의 발생 열을 방열 제어할 수 있다.

다른 실시예로 수십~수천개의 송수신모듈(10)의 설계와 구조적인 관점에서 효율적인 열제어가 가능하도록 복수개의 열전소자들을 하나의 그룹핑 영역(60)으로 묶는 제어 구성을 포함하고 있다. 이하의 설명에서는 그룹핑 영역(60)을 제어하는 예를 이용하여 송수신모듈의 발생 열을 제어하는 과정에 대해서 상세하게 살펴보기로 한다.

그룹핑 영역(60)은, 레이다 송수신시스템의 설계와 구조적인 부분에 의해서 미리 설정되어진다. 그리고 그룹핑 영역(60) 내에 포함되는 열전소자들은 신호처리모듈(80)에서 동시에 제어가 이루어질 수 있도록 제어 설계되어진다. 일 예로 도 2에 도시하고 있는 그룹핑 영역(60)은 신호처리모듈(80)의 제어 하에 도 3에 도시되고 있는 전원공급장치(90)를 이용하여 동시에 전원공급이 이루어질 수 있도록 구성된다.

그룹핑 영역(60)은 도 2에 도시하고 있는 바와 같이 가로방향으로 소정수의 열전소자를 하나의 영역으로 설정할 수 있다. 또는 세로방향으로 소정수의 열전소자를 하나의 영역으로 설정할 수 있다. 또는 정사각형 형상으로 소정수의 열전소자를 하나의 영역으로 설정할 수 있다. 이는 레이다 송수신시스템을 구성하는 송수신모듈의 전체적인 도형 형상, 갯수와 연관되어서 송수신시스템의 설계단계에서 효율적인 열제어가 가능하도록 설정하는 것이 바람직하다. 특히, 다수의 열전소자를 제어하기 위해서 전원공급라인 등을 연결할 때, 송수신시스템의 설계단계에서부터 미리 회로패턴으로 구성하는 것이 바람직하다.

또한 그룹핑 영역(60)에 대해서 송수신모듈의 출력 레벨과 관련되어 송수신모듈의 발생열에 대하여 허용온도범위를 기 설정할 필요가 있다. 여기서 허용온도범위는 송수신모듈의 발생 열이 레이더신호의 송수신 신호처리 및 송수신모듈을 포함하는 전기적 소자에 안전한 상태를 유지할 수 있다고 판단되는 온도범위이다. 따라서 그룹핑 영역(60)에 대해서 송수신모듈의 출력 레벨과 관련되어서 허용온도범위를 기 설정하고 신호처리모듈(80)은 이를 저장한다.

또한, 그룹핑 영역(60)을 통일되게 구성하지 않고, 다양하게 구성했을 경우, 송수신모듈의 출력레벨과 관련하여 허용온도범위를 그룹핑 영역별로 설정할 필요성이 있다. 이때의 허용온도범위는 실험치에 근거한 값으로 설정된다. 이와 같이 설정된 허용온도범위는 신호처리모듈(80)에 저장되어진다.

온도센서(70)는 수십~수천개의 송수신모듈에서 발생되는 열을 감지하기 위한 구성이다. 도시되고 있는 도 4에서는 하나의 온도센서를 표시하고 있으나, 이는 복수개로 설명되어야 할 것이다.

일 예로 열전소자별로 개별적 온도 제어가 이루어지는 경우에서는 그에 비례하는 숫자로 온도센서가 설치되는 것이 바람직하다. 그러나 이 경우에서도 영역별로 구분하여, 각 영역별로 온도 감지를 위한 온도센서를 설치하는 것도 가능하다.

마찬가지로 그룹핑 영역에 따라서 온도 제어가 이루어지는 경우에서는 각 그룹핑 영역별로 온도센서가 설치되는 것이 바람직하다.

신호처리모듈(80)은 각 그룹핑 영역별로 설치되고 있는 온도센서의 감지 온도에 기반해서 송수신모듈의 열 제어를 수행한다. 신호처리모듈(80)의 열제어 수행은, 해당하는 온도센서(70)의 감지온도에 기반해서 해당하는 그룹핑 영역(60)의 열제어가 이루어질 수 있도록 전원공급장치(90)의 전원공급을 제어한다.

신호처리모듈(80)은 열 제어 수행을 위하여 그룹핑 영역(60)에 해당하는 송수신모듈(10)의 출력레벨을 감지한다. 따라서 신호처리모듈(80)은 송수신모듈(10)의 출력레벨을 감지할 수 있는 레벨검출구성을 포함한다. 그리고 도시하고 있지 않지만 신호처리모듈(80)는 내부로 입력되는 각종 신호들을 디지털화하여 신호처리하는 구성을 포함하는 것이 바람직하다.

그리고 전원공급장치(90)는 신호처리모듈(80)의 제어를 받아서 열전소자 또는 그룹핑 영역(60)으로 전원을 공급하는 구성이다. 이때 전원공급장치(90)에서 공급하는 전원을 제공받은 열전소자(30) 또는 그룹핑 영역(60)은 송수신모듈(10)의 동작으로 인하여 발생된 열을 빠르게 방열할 수 있도록 동작이 이루어진다.

신호처리모듈(80)은 각각의 송수신모듈의 발생 열을 제어하고, 또한 레이더 송수신시스템 전체적으로 온도 편차가 설정된 온도 편차 이내를 유지할 수 있도록 조절해준다. 레이더 송수신시스템 내 온도 편차가 클 경우, 각각의 송수신모듈의 동작 편차가 발생될 수 있다.

따라서 본 발명에서는 신호처리모듈(80)의 제어 하에 각각의 그룹핑 영역(60)의 온도 감지와 열 제어를 통해서 레이더 송수신시스템 전반적으로 특정 온도 편차 이내를 유지할 수 있도록 제어한다.

이상과 같이 구성되는 본 발명의 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 동작 제어는 다음과 같이 이루어진다.

신호처리모듈(80)은 송수신모듈(10)의 레이더신호 송수신처리가 이루어질 때, 송수신모듈(10)의 출력 레벨을 검출한다.

신호처리모듈(80)은 레이더 송수신시스템의 열 제어를 위하여, 온도센서(70)의 감지온도를 입력한다. 복수의 온도센서로부터 검출되는 감지온도는 해당 그룹핑 영역별로 인덱스처리되어 신호처리모듈(80)에 저장된다.

신호처리모듈(80)은 송수신모듈(10)의 출력 레벨, 온도센서(70)의 감지 온도에 기반해서 기 설정되고 있는 허용온도범위와의 비교를 통해서 열 제어를 위한 열전소자를 작동 상태로 제어할 것인지 또는 미작동 상태로 제어할 것인지를 판단한다.

이때 판단은, 허용온도범위와 감지온도의 차가 10도(℃) 이상 확보되는지 판단할 수 있다. 감지온도가 허용온도범위보다 충분히 낮아서 10도(℃) 이상 차가 발생될 경우, 열전소자는 미작동으로 제어한다. 감지온도가 허용온도범위에 근접하여 충분한 차가 발생되지 않을 때, 열전소자는 작동상태로 제어한다. 물론 감지온도가 허용온도범위보다 높은 경우에도 열전소자는 작동상태로 제어한다. 여기서 온도 마진을 10도로 설정한 것은, 감지온도와 한계온도 간 마진 분석치이고, 마진에 따른 소자 제어 여부를 판단할 수 있는 다수의 실험치로부터 얻은 값이다.

열전소자(30)의 작동은 신호처리모듈(80)에서 전원공급장치(90)에 해당 열전소자의 작동제어신호를 인가하고, 전원공급장치(90)는 해당하는 열전소자(30) 또는 그룹핑 영역(60)으로 전원을 공급제어한다.

이때 전원공급장치(90)는 차 값의 범위에 기반해서 열전소자(30) 또는 그룹핑 영역(60)으로 공급되는 전압을 가변적으로 적용할 수 있다. 그리고 소요된 전압에 대한 분석 결과치를 신호처리모듈(80)에 제공할 수 있다.

신호처리모듈(80)는 소요전압에 대한 분석 결과치, 허용온도범위, 감지 온도, 온도 차, 송수신모듈의 출력 레벨 등의 정보를 딥러닝 기법을 활용하여 실시간 분석하고, 계속하여 레이다 송수신시스템의 온도 제어에 적응적으로 활용할 수 있다.

또한 신호처리모듈(80)은 외부환경요인을 변수에 추가적으로 포함하고, 딥러닝 기법을 활용하여 허용온도범위를 가변적으로 제어할 수 있다. 일 예로서 겨울철 같은 경우 외부환경온도가 낮은 상태이고, 여름철 같은 경우 외부환경온도가 겨울철 대비 상대적으로 높다. 이러한 외부환경요인을 변수에 포함하면, 레이더 송수신시스템의 방열제어를 위한 허용온도범위가 다르게 적용될 수 있다. 따라서 소요전압에 대한 분석 결과치, 허용온도범위, 감지온도, 온도 차, 송수신 모듈의 출력레벨 외에도 외부환경요인을 변수로 포함하여 딥러닝 기법을 활용해서 적응형으로 레이더 송수신시스템의 열 제어 설계를 실시간 가변적으로 제어할 수 있다.

또한 신호처리모듈(80)은 레이더 송수신시스템에 포함된 복수의 송수신모듈의 온도 균일성 확보에도 적용할 수 있다.

다른 실시예로 열전소자(30)는 송수신모듈을 냉각 제어하는데 이용할 수 있지만, 반대로 송수신모듈을 가열 제어하는데도 이용할 수 있다. 이는 공지된 펠티어 효과를 통해서 알려진 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

즉, 레이다 송수신모듈이 사용되는 환경이 군 운용 환경이고, 특히 산악지역과 같이 매우 저온상태가 발생되는 환경에서는 열전소자(30)를 이용하여 전류 방향 제어를 통해서 가열시키는 제어도 가능하다. 따라서 외부온도가 일정온도 이하이고, 감지된 온도가 일정온도 이하에서는 열전소자를 통해서 가열 제어함으로써, 레이더 송수신시스템에 포함된 복수의 송수신모듈의 온도를 제어하는 것도 가능하다.

이상에서 설명되고 있는 본 발명의 실시예는 복수의 송수신모듈이 사용되는 레이더 송수신시스템, 고집적의 열밀도를 갖는 장치에서 국부 영역에 대한 집중적 열제어를 위해서 효율적으로 활용 가능하다. 또한 레이더, AESA, SAR 등의 방위산업 장비에도 적용 가능하다.

이상의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

10 : 송수신모듈 20 : 히트싱크
30 : 열전소자 70 : 온도센서
75 : 냉각장치 80 : 신호처리모듈
90 : 전원공급장치

Claims (11)

1. 바둑판형태로 배치되고, 레이더신호를 송수신하는 복수개의 송수신모듈;
   복수개의 송수신모듈과 대응되도록 배치된 복수개의 열전소자;
   송수신모듈과 열전소자 사이에 브레이징 접합되고, 송수신모듈을 고정하는 하우징 기능을 갖는 히트싱크;
   다수의 송수신모듈을 그룹핑하고, 그룹핑된 송수신모듈에 대응하여 배치되고 있는 다수의 열전소자를 묶어서 그룹핑 영역으로 설정하고, 각각의 그룹핑 영역 제어를 위해 설치된 복수개의 온도센서; 및
   각각의 그룹핑 영역의 송수신모듈의 출력레벨과 관련하여 허용온도범위를 각각의 그룹핑 영역별로 설정하고, 각각의 그룹핑 영역의 송수신모듈과 그룹핑 영역의 감지온도를 모니터링하여, 설정된 허용온도범위에서 송수신모듈의 감지온도가 유지되도록 그룹핑 영역별로 동작을 제어하는 신호처리모듈을 포함하고,
   신호처리모듈은 각각의 그룹핑 영역별로 외부환경온도, 온도센서의 감지온도, 송수신모듈의 출력레벨, 및 열전소자의 제어전압 크기를 변수로 한 딥러닝 기법을 활용하여 실시간 적응형으로 열제어를 수행하는 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   복수개의 열전소자는 가로방향 배치구조 또는 세로방향 배치구조로 그룹핑 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치.
   
3. 청구항 2에 있어서,
   복수개의 열전소자의 동작 제어는 신호처리모듈의 제어를 받은 전원공급장치에서 열전소자로의 전원공급여부에 의해서 이루어지는 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   신호처리모듈은 열전소자의 제어를 위해서 전기집적회로소자 설계를 수행하는 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   복수개의 송수신모듈, 복수개의 열전소자, 및 히트싱크 사이에는 열저항 최소화를 위한 열전도재질을 이용하는 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   복수개의 송수신모듈이 배치된 일면에 위치하고, 냉매를 순환시켜서 송수신모듈의 발생 열을 방열시키기 위한 냉각장치를 포함하는 열전소자를 이용한 레이더 송수신시스템의 열제어장치.
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