KR102464785B1 - 빔 틸트 기능을 갖는 안테나 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 안테나 구조에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 차량용 레이더에 적용 가능한 디바이더를 사용하지 않고 싱글 어레이 안테나 구조를 이용하여 빔 틸트가 가능한 안테나 구조를 제공하는 데 있다. 이를 위해 본 발명은 RF(Radio Frequency) 신호를 처리하는 집적회로, 상기 집적회로에 연결된 급전 라인 및 상기 급전 라인에 연결되어 RF 신호를 전달하는 급전 패드를 포함하는 인쇄회로기판; 및 도파로를 통해 상기 급전패드와 연결되며 수직 방향으로 개방되어 RF 신호를 방사 또는 수신하는 안테나 슬롯 패턴을 포함하는 도전성 상부 레이어를 포함하고, 상기 도전성 상부 레이어는 상기 안테나 슬롯 패턴의 일측에 제공되는 돌출 리브를 더 포함하는, 빔 틸트 기능을 갖는 안테나 구조를 제공한다.

Description

빔 틸트 기능을 갖는 안테나 구조{antenna structure with beam tilt function}
본 발명은 안테나 구조에 관한 것으로 특히, 차량용 코너 레이더로서 차량 전후 방향을 스캔할 수 있도록 차량 전후방 범퍼 내의 좌우측에 장착되는 빔 틸트 기능을 갖는 안테나 구조에 관한 것이다.
차량용 코너 레이더는 차량의 전후방 범퍼 내의 좌우측에 장착되며, 이러한 원인으로 인해 방사 패턴의 빔 틸트가 필요하다. 이는 차량에 수직 방향으로 탐지 증대를 위함이다.
이러한 빔 틸트를 제공하기 위해 앱티브사(Aptiv)의 미국특허번호 US 10,944,184호를 제외하면, 추가적인 디바이더(Divider)를 이용하여 위상차를 형성하여 빔 틸트를 제공하여야 하며, 이로 인해 싱글 어레이(Single Array) 안테나를 이용하지 못하여 안테나를 많이 배치하여야 하는 문제가 있었다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 차량용 레이더에 적용 가능한 디바이더를 사용하지 않고 싱글 어레이 안테나 구조를 이용하여 빔 틸트가 가능한 안테나 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빔 틸트 기능을 갖는 안테나 구조는 RF(Radio Frequency) 신호를 처리하는 집적회로, 상기 집적회로에 연결된 급전 라인 및 상기 급전 라인에 연결되어 RF 신호를 전달하는 급전 패드를 포함하는 인쇄회로기판; 및 도파로를 통해 상기 급전패드와 연결되며 수직 방향으로 개방되어 RF 신호를 방사 또는 수신하는 안테나 슬롯 패턴을 포함하는 도전성 상부 레이어를 포함하고, 상기 도전성 상부 레이어는 상기 안테나 슬롯 패턴의 일측에 제공되는 돌출 리브를 더 포함한다,
상기 안테나 구조는, 상기 인쇄회로기판과 상기 도전성 상부 레이어 사이에 배치되며, 상기 인쇄회로기판의 급전 패드와 연결되는 영역에 제공되고 수직 방향으로 개방된 급전홀 및 상기 급전홀에 연결된 채 상면에 배치된 도파로를 포함하고, 상기 인쇄회로기판과 상기 도전성 상부 레이어 사이에서 밀착되는 도전성 하부 레이어를 더 포함할 수 있다.
상기 도전성 상부 레이어의 안테나 슬롯 패턴은 상기 도전성 하부 레이어의 도파로의 상부에 배치되는 직선 형태의 1열의 슬롯 어레이를 포함하고, 상기 돌출 리브는 상기 1열의 슬롯 어레이의 측부 상에 제공될 수 있다.
상기 돌출 리브는 상기 1열의 슬롯 어레이의 길이와 같은 직선 형태로 제공될 수 있다.
상기 도전성 상부 레이어의 안테나 슬롯 패턴은 상기 도전성 하부 레이어의 도파로의 상부에 배치되는 지그재그 형태의 2열의 슬롯 어레이를 포함하고, 상기 돌출 리브는 상기 2열의 슬롯 어레이의 각 슬롯의 측부 상에 제공될 수 있다.
상기 돌출 리브는 상기 2열의 슬롯 어레이의 전체 길이와 유사한 직선 형태로 제공될 수 있다.
상기 돌출 리브의 단면 형태는 삼각형, 사각형, 사다리형, 반원형 또는 반타원형을 포함할 수 있다.
상기 도전성 상부 레이어는 상기 안테나 슬롯 패턴의 주변에 제공되는 다수의 슬롯 어레이를 가지는 주변 슬롯 패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 주변 슬롯 패턴은 깊이가 RF 신호 파장의 1/4일 수 있다.
상기 주변 슬롯 패턴은 수직 방향으로 관통된 장공형 슬롯 또는 수직 방향으로 파인 장공형 홈을 포함할 수 있다.
상기 주변 슬롯 패턴은 다수의 슬롯 어레이를 포함할 수 있다.
상기 도전성 하부 레이어의 도파로는 상면보다 낮은 바닥면, 상기 바닥면의 양단에서 각각 상면까지 연결된 측면 및 상기 바닥면의 중앙에서 상부 방향으로 돌출된 돌출부를 포함할 수 있다.
상기 바닥면과 상기 돌출부의 횡단면을 따르는 전체 길이는 RF 신호의 반파장 이상일 수 있다.
상기 돌출부의 높이는 상기 돌출부의 폭보다 크고 상기 측면의 깊이의 반 보다 클 수 있다.
상기 인쇄회로기판, 상기 도전성 하부 레이어 및 상기 도전성 상부 레이어는 가이드 돌기와 가이드홀의 결합 방식으로 상호간 결합되고, 상기 인쇄회로기판, 상기 도전성 하부 레이어 및 상기 도전성 상부 레이어는 각각 리벳이 결합되는 리벳홀을 포함하여 리벳 방식으로 상호간 결합될 수 있다.
상기 도전성 상부 레이어의 상기 안테나 슬롯 패턴은 적어도 2열의 슬롯 어레이를 포함하고, 상기 적어도 2열의 슬롯 어레이는 1열의 슬롯 길이와 2열의 슬롯 길이가 상호간 다르거나 각 열의 슬롯이 지그재그로 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 차량용 안테나에서 안테나 슬롯 옆에 돌기부를 더 형성하여 빔을 틸트 시킴으로써, 추가적인 디바이더 없이 싱글 어레이 안테나를 이용 또는 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조의 일 예시도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조중 도전성 하부 레이어를 도시한 평면도 및 저면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조중 도전성 상부 레이어를 도시한 평면도 및 저면도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조중 도전성 서브 레이어를 도시한 평면도 및 저면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조중 인쇄회로기판과 도전성 하부 레이어의 상호간 관계를 도시한 부분 사시도이다.
도 6은 도 1에 도시된 안테나의 대역폭을 나타낸 그래프이다.
도 7은 도 1에 도시된 안테나의 방사 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 8a 및 도 8b는 도 1에 도시된 안테나 구조 중 돌출부 도파로의 예시도이다.
도 9은 할로우 도파로(Hollow Waveguide) VS 돌출부 도파로 적용 시 안테나간 간격을 비교한 예시도이다.
도 10은 도 8b의 단면도이다.
도 11a는 본 발명의 비교예인 차량용 레이더의 안테나 구조를 나타낸 도면이고, 도 11b는 도 11a의 안테나 구조에 따른 앵글 에러를 포함하는 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조의 겹쳐진 형태를 도면이고, 도 12b는 도 12a의 안테나 형상에 따른 앵글 에러를 포함하는 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 13a는 주변 슬롯 패턴을 적용하기 전 TX1/3 방사 패턴을 나타낸 도면이고, 도 13b는 주변 슬롯 패턴을 적용한 후 TX1/3 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 14a는 주변 슬롯 패턴을 적용하기 전 RX 1/2/3/4 방사 패턴을 나타낸 도면이고, 도 14b는 주변 슬롯 패턴을 적용한 후 RX 1/2/3/4 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 15은 주변 슬롯 패턴을 설계하는 데 참조되는 패턴을 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 구조 및 그 일부 영역을 확대한 도면이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 형상의 상부 표면에서의 전기장의 크기를 비교한 도면이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 빔 틸트 구조를 갖는 싱글 어레이 안테나 및 슬롯의 구조를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 실시예에 따른 빔 틸트 안테나 구조에 대한 방사 패턴을 그래프로 나타낸 도면이다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 빔 틸트 안테나 구조의 전기장 분포를 나타낸 도면이다.
도 23 및 도 24는 본 발명의 실시예에 따른 빔 틸트 안테나 구조를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 빔 틸트 안테나 구조에 대한 방사 패턴을 그래프로 나타낸 도면이다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 빔 틸트 안테나의 어플리케이션 예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "아래"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조(100)의 일 예시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조(100)는 인쇄회로기판(110) 및 도전성 상부 레이어(130)를 포함하며, 도전성 하부 레이어(120)를 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조(100)는 도전성 서브 레이어(140)를 더 포함할 수 있다.
인쇄회로기판(110)과 도전성 상부 레이어(130)로 본 발명에 따른 안테나 구조(100)가 구현될 수 있으며, 인쇄회로기판(110)과 도전성 상부 레이어(130) 사이에 도전성 하부 레이어(120)가 포함되어 본 발명에 따른 안테나 구조(100)가 구현될 수도 있다. 또한, 인쇄회로기판(110), 도전성 하부 레이어(120), 도전성 상부 레이어(130), 도전성 서브 레이어(140)를 포함되어 본 발명에 따른 안테나 구조(100)가 구현될 수도 있다.
인쇄회로기판(110)과 도전성 상부 레이어(130)로 본 발명에 따른 안테나 구조(100)가 구현되는 경우, 도전성 상부 레이어(130)는 전파 통로를 통해 인쇄회로기판(100)의 급전 패드(113)와 연결되며 수직 방향으로 개방되어 RF 신호를 방사 또는 수신하는 안테나 슬롯 패턴(131)을 포함한다. 도전성 상부 레이어(130)의 안테나 슬롯 패턴(131)은 도파로 및/또는 급전홀 등의 다양한 전파 통로를 통해 인쇄회로기판(110)의 급전 패드(113)와 연결되어 RF 신호를 전달할 수 있다.
인쇄회로기판(110)은 대략 평판 형태로서 표면에 RF 신호를 처리하는 집적회로(111)가 실장될 수 있다. 또한, 인쇄회로기판(110)은 집적회로(111)에 전기적으로 연결된 급전 라인(112) 및 급전 라인(112)에 전기적으로 연결되어 RF 신호를 송신하거나 수신하는 급전 패드(113)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 인쇄회로기판(110)은 집적회로(111), 급전 라인(112) 및 급전 패드(113)의 외측 전체 영역이 금속으로 코팅될 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 하부 레이어(120) 및/또는 도전성 서브 레이어(140)를 향하는 인쇄회로기판(110)의 영역이 금속으로 코팅되어 전자기파의 송수신 손실이 방지될 수 있다. 일부 예들에서, 인쇄회로기판(110)은 리벳 방식으로의 결합을 위해 다수의 리벳홀(119)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 인쇄회로기판(110)은 레이더 보드를 포함하거나 이로 지칭될 수 있다.
도전성 하부 레이어(120)는 대략 평판 형태로서 인쇄회로기판(110)의 급전 패드(113)와 연결되는(전자기파의 송수신이 가능한) 영역에 제공되고 수직 방향으로 개방된 급전홀(121) 및 급전홀(121)에 연결된 채 상면에 배치된 돌출부 도파로(122)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 돌출부 도파로(122)는 바닥면(1221), 측면(1222) 및 돌출부(1223)를 더 포함할 수 있으며, 이는 아래에서 다시 설명한다. 일부 예들에서, 급전홀(121)은 평면의 형태가 사각형이나 코너가 라운드처리된 사각형 또는 타원형일 수 있고, 또한 도파로(122)는 길게 뻗은 직선 라인 또는 유선 라인 형태일 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 하부 레이어(120)는 인쇄회로기판(110)에 리벳 방식으로 밀착 및 고정될 수 있으며, 이를 위해 다수의 리벳홀(129)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 하부 레이어(120)는 안테나 급전부 레이어를 포함하거나 또는 이로 지칭될 수 있다.
도전성 상부 레이어(130)는 대략 평판 형태로서 도전성 하부 레이어(120)의 도파로(122)와 대응되는 영역에 제공되고 수직 방향으로 개방되어 RF 신호를 방사 또는 수신하는 다수의 안테나 슬롯 패턴(131)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 안테나 슬롯 패턴(131)은 패턴의 형태가 사각형이나 코너가 라운드처리된 사각형 또는 타원형이고 일렬 또는 다열로 배열된 슬롯 및/또는 슬롯 어레이(132)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 안테나 슬롯 패턴(131), 안테나 슬롯 어레이(132) 및 안테나 슬롯이 혼용되어 사용될 수 있으나, 모두 도전성 상부 레이어(130)를 수직 방향으로 관통하는 형태를 설명하기 위한 것이다.
일부 예들에서, 도전성 상부 레이어(130)는 슬롯 어레이(132)의 일측에 마찬가지로 수직 방향으로 개방되거나 홈이 파진 형태의 주변 슬롯 패턴(133)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 주변 슬롯 패턴(133)은 리플 및 앵글 에러를 개선할 수 있는 코러게이션(Corrugation) 구조를 포함하거나 또는 이로 지칭될 수 있다. 이러한 코러게이션 구조는 일례로 차량용 레이더를 장착한 차량 주변의 물체에 대한 거리, 속도, 각도 등을 감지하여 사고 예방 및 자율 주행에 사용하는 차량용 레이더에 있어서, 각도 분해능 개선을 위한 앵글 오차를 개선할 수 있다. 다르게 설명하면, 코러게이션 구조는 각도 분해능 향상을 위한 앵글 오차를 개선함으로써, 감지 물체의 각도 오차를 개선할 수 있다.
일부 예들에서, 도전성 상부 레이어(130)는 도전성 하부 레이어(120) 및/또는 인쇄회로기판(110)에 리벳팅되어 밀착 및 고정될 수 있으며, 이를 위해 다수의 리벳홀(139)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 상부 레이어(130)는 안테나 슬롯 레이어 또는 안테나 방사부를 포함하거나 또는 이로 지칭될 수 있다.
옵션인 도전성 서브 레이어(140)는 대략 평판 형태로서 인쇄회로기판(110)과 도전성 하부 레이어(120)의 사이에 전자기파를 트랜지션하기 위한 구조로서 개재될 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 서브 레이어(140) 역시 인쇄회로기판(110)의 급전 패드(113)와 도전성 하부 레이어(120)의 급전홀(121) 사이에 제공되는 RF 신호 통로 즉, 급전홀(141)을 포함할 수 있다. RF 신호 통로 역시 평면에서 보았을 때 사각형이나 코너가 라운드처리된 사각형 또는 타원형일 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 상부 레이어(130)는 도전성 하부 레이어(120), 도전성 상부 레이어(130) 및 인쇄회로기판(110)에 함께 리벳팅되어 밀착 및 고정될 수 있도록 다수의 리벳홀(149)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 서브 레이어(140)는 안테나 급전부 레이어 또는 인쇄회로기판 연결부를 포함하거나 또는 이로 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 도전성 하부 레이어(120), 도전성 상부 레이어(130) 및 도전성 서브 레이어(140)는 각각 플라스틱 사출 방식으로 성형 또는 몰딩된 절연 몸체(미도시)와 절연 몸체의 표면에 코팅된 도전층(미도시)을 포함할 수 있다. 절연 몸체는 통상의 열경화성 또는 열가소성 수지일 수 있고, 도전층은 통상의 구리, 금, 백금, 은, 알루미늄, 니켈 중의 적어도 하나 또는 그 합금을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도전층은 도전성 하부 레이어(120), 도전성 상부 레이어(130) 및 도전성 서브 레이어(140)에 각각 구비될 수 있는 상면, 하면, 측면, 도파로, 급전홀 및/또는 리벳홀 등과 같은 외부 공기와 접하는 모든 표면에 제공될 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따르면, 각도 분해능 개선을 위한 안테나 포트별 이득 편차 개선 구조를 적용한 앵글 오차 개선 구조를 제공함으로써, 감지 물체의 각도 오차를 개선할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 구조(100)는 차세대 차량용 코너 레이더에 적합한 광대역/광각 특성을 동시에 구현할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조(100)중 도전성 하부 레이어(120)를 도시한 평면도 및 저면도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조(100)중 도전성 하부 레이어(120)는 대략 평평한 상면과 대략 평평한 하면을 가지며, 상면 및 하면에 각각 도파로(122,122B)가 제공될 수 있다. 물론, 상면의 도파로(122)와 하면의 도파로(122B)는 급전홀(121)을 통해 상호간 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 하부 레이어(120)의 상면에 제공되는 도파로(122)는 상면보다 낮은 바닥면(1221), 바닥면(1221)의 양단에서 각각 상면까지 연결된 측면(1222) 및 바닥면(1221)의 중앙에서 상부 방향으로 돌출된 돌출부(1223)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 하부 레이어(120)의 하면에 제공되는 도파로(122B)는 돌출부(1223)를 포함하지 않을 수 있다.
일부 예들에서, 도전성 하부 레이어(120)의 상면중 대략 상부 영역에 2개의 송신용 도파로(122)가 제공되고 대략 중앙 영역에 1개의 송신용 도파로(122)가 제공되며, 대략 하부 영역에 4개의 수신용 도파로(122)가 제공될 수 있다. 상술한 바와 같이 3개의 송신용 도파로(122) 및 4개의 수신용 도파로(122)는 모두 돌출부 도파로(122)일 수 있으며, 이들은 직선형 또는 유선형으로 미리 정해진 길이를 가질 수 있다.
일부 예들에서, 도전성 하부 레이어(120)의 하면중 대략 상부 영역에 3개의 송신용 도파로(122B)가 제공되고 대략 중앙 영역 및 측부 영역에 4개의 수신용 도파로(122B)가 제공될 수 있다.
상술한 바와 같이 상면의 도파로(122) 및 하면의 도파로(122B)는 상호간 급전홀(121)로 연결될 수 있다.
일부 예들에서, 도전성 하부 레이어(120)에는 상면과 하면을 관통하는 다수의 리벳홀(129)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 하부 레이어(120)는 상면에 제공된 다수의 가이드 돌기(128T)와, 상면 및 하면을 관통하는 다수의 가이드 홀(128B)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 하부 레이어(120)는 상면의 리벳홀(129)의 주변에 제공되는 가이드 홈(129T)을 더 포함할 수 있다. 가이드 홈(129T)의 직경은 리벳홀(129)의 직경보다 클 수 있다.
도전성 하부 레이어(120)의 가이드 홀((128B)에는 도전성 서브 레이어(140)의 가이드 돌기(148T)가 결합될 수 있고, 도전성 하부 레이어(120)의 가이드 돌기(128T)는 도전성 상부 레이어(130)의 가이드 홀(138B)에 결합될 수 있으며, 도전성 하부 레이어(120)의 가이드 홈(129T)에는 도전성 상부 레이어(130)의 가이드 돌기(148T)가 결합될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조(100)중 도전성 상부 레이어(130)를 도시한 평면도 및 저면도이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조(100)중 도전성 상부 레이어(130)는 대략 평평한 상면과 대략 평평한 하면을 가지며, 상면 및 하면을 수직 방향으로 관통하는 다수의 안테나 슬롯 패턴(131) 및/또는 다수의 안테나 슬롯 어레이(132)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 안테나 슬롯 패턴(131)은 도전성 상부 레이어(130)의 대략 상부 영역에 2열로 어레이된 2개의 슬롯 어레이(132) 및 대략 중앙 영역에 1열로 어레이된 1개의 슬롯 어레이(132)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 2개의 슬롯 어레이(132) 및 1개의 슬롯 어레이(132)는 각각 도전성 하부 레이어(120)에 구비된 돌출부 도파로(122)와 대응되는 영역에 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 도전성 상부 레이어(130)는 2개의 슬롯 어레이(132) 사이와 2개의 슬롯 어레이(132) 외측에 각각 수직 방향으로 관통되거나 홈이 파진 주변 슬롯 패턴(133)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 주변 슬롯 패턴(133)은 코러게이션 구조를 포함하거나 이로 지칭될 수 있으며, 이는 리플 현상 및 앵글 에러를 개선할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 상부 레이어(130)는 하면에 1개의 지그재그 타입 슬롯 어레이(132)의 외측에 지그재그 타입인 동시에 홈 형태로 제공되는 주변 슬롯 패턴(133)을 더 포함할 수 있다(도 3b 참조).
일부 예들에서, 2열의 슬롯 어레이(132)에서 각 슬롯의 길이는 상이할 수 있다. 다르게 설명하면 제1열을 이루는 각 슬릇의 길이와 제2열을 이루는 각 슬롯의 길이가 상호간 다를 수 있다. 일례로, 제1열의 슬롯 길이가 제2열의 슬롯 길이보다 클 수 있다.
이와 같이 2열의 슬롯 어레이(132)에서 각 슬롯의 길이각 다르게 설정됨으로써, 빔틸트 성능이 향상될 수 있다.
일부 예들에서, 안테나 슬롯 패턴(131)은 도전성 상부 레이어(130)의 대략 하부 영역에 다열로 어레이된 다수의 슬롯 어레이(132)를 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 다수의 슬롯 어레이(132)는 각각 도전성 하부 레이어(120)에 구비된 돌출부 도파로(122)와 대응되는 영역에 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 다열로 어레이된 다수의 슬롯 어레이(132)는 지그재그 방식으로 어레이될 수 있다. 이때, 지그재그 방식으로 어레이되는 각 슬롯의 길이는 동일한 것이 바람직하다.
일부 예들에서, 도전성 상부 레이어(130)는 다수의 슬롯 어레이(132)의 양쪽 외측에 리플 현상 및 앵글 에러를 개선할 수 있는 수직 방향으로 관통되거나 홈이 파진 주변 슬롯 패턴(133)을 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 도전성 상부 레이어(130)의 두께는 도전성 하부 레이어(120)의 두께보다 더 얇을 수 있다. 따라서, 도전성 상부 레이어(130)가 도전성 하부 레이어(120)를 대략 덮는 커버 형태로 제공될 수 있다.
또한, 도전성 상부 레이어(130)는 다수의 리벳홀(139)을 포함하며, 도전성 하부 레이어(120)의 가이드 돌기(128T)가 결합되는 가이드 홀(138B) 및 도전성 하부 레이어(120)의 가이드 홈(129T)에 결합되는 가이드 돌기(139B)를 더 포함할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조(100)중 도전성 서브 레이어(140)를 도시한 평면도 및 저면도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조(100)중 도전성 서브 레이어(140)는 대략 평평한 상면과 대략 평평한 하면을 가지며, 상면에 제공되는 도파로(142) 및 하면에 제공되는 통로(142B)를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 상면의 도파로(142)와 하면의 통로(142B)는 상면과 하면을 관통하는 다수의 급전홀(141) 또는 RF 신호 통로로 연결될 수 있다.
일부 예들에서, 도전성 서브 레이어(140)의 하면에는 인쇄회로기판(110)에 구비된 RF 집적회로(111)를 수용하는 영역, 급전 라인(112)을 수용하는 영역 및 급전 패드(113)를 수용하는 영역을 포함할 수 있는데, 여기서는 급전 라인(112)의 수용 영역 및 급전 패드(113)의 수용 영역은 설명의 편의상 통로(142B)로 지칭할수 있다.
일부 예들에서, 도전성 서브 레이어(140)의 급전홀(141)은 인쇄회로기판(110)의 급전 패드(113)와 대응되는 영역에 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 도전성 서브 레이어(140)는 다수의 리벳홀(149)을 포함할 수 있고, 또한 도전성 하부 레이어(120)에 구비된 가이드 홀(128B)에 결합되는 가이드 돌기(148T)를 더 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 도전성 서브 레이어(140), 도전성 하부 레이어(120) 및 도전성 상부 레이어(130)는 상호간 가이드 돌기(148T)(128T)(139B), 가이드 홀(128B)(138B) 및 가이드 홈(129T)에 의해 상호간 결합될 수 있고, 더욱이 리벳홀(149)(139)(129)(119)에 의해 리벳(150)이 결합되어 상호간 결합될 수 있다. 더욱이, 이러한 구조물에 인쇄회로기판(110) 역시 리벳 방식으로 결합될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조(100)중 인쇄회로기판(110)과 도전성 하부 레이어(120)의 상호간 관계를 도시한 부분 사시도이다.
일부 예들에서, 도전성 하부 레이어(120)는 도전성 서브 레이어(140)일 수도 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판(110)의 급전 라인(112) 및 급전 패드(113)의 길이는 길이 방향으로 상대적으로 길거나 또는 연장된 형태일 수 있다.
일부 예들에서, 도전성 하부 레이어(120)(또는 도전성 서브 레이어(140))에 구비되는 급전홀(121)의 길이 역시 급전 라인(112) 및 급전 패드(113)와 유사하게 길이 방향으로 상대적으로 길거나 또는 연장된 형태일 수 있다.
물론, 도전성 하부 레이어(120)(또는 도전성 서브 레이어(140))에 구비되는 도파로(122)(또는 통로(142B))와 급전홀(121)(또는 급전홀(141)은 인쇄회로기판(110)의 급전 라인(112) 및 급전 패드(113)와 각각 대응되는 위치에 제공될 수 있다. 일부 예들에서, 이러한 구조는 트랜지션 구조 또는 어댑터를 포함하거나 이로 지칭될 수 있다.
도 6은 도 1에 도시된 안테나 구조(100)의 대역폭을 나타낸 그래프이고, 도 7는 도 1에 도시된 안테나 구조(100)의 방사 패턴을 나타낸 그래프이다.
도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 구조(100)는 대략 76GHz ~ 대략 81GHz, 즉, 대략 5GHz 대역폭에서 동작하며, 안테나의 빔 폭도 대략 150도 이상으로 광대역 및 광각 특성을 동시에 구현가능하여 차량용 코너 레이더에 적용 가능한 구조임을 알 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 도 1에 도시된 안테나 구조(100)의 돌출부 도파로(122)의 예시도이고, 도 9는 할로우 도파로 VS 돌출부 도파로 적용 시 안테나간 간격을 비교한 예시도이며, 도 10은 도 8b의 단면도이다.
도 8a에 도시된 바와 같이, 도전성 하부 레이어(120)의 상면에 제공되는 돌출부 도파로(122)는 상면보다 낮은 바닥면(1221), 바닥면(1221)의 양단에서 각각 상면까지 연결된 측면(1222) 및 바닥면(1221)의 중앙에서 상부 방향으로 돌출된 돌출부(1223)를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 돌출부(1223)는 돌기 또는 돌출부를 포함하거나 이로 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 돌출부(1223)의 상단(단면 형태)은 대략 둥근(또는 라운드) 형태, 사각 형태 또는 삼각 형태를 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 바닥면(1221)과 돌출부(1223)의 횡단면을 따르는 전체 길이(A)는 RF 신호의 파장의 반, 즉 반파장 이상일 수 있다,
일부 예들에서, 돌출부(1223)의 높이(B)는 돌출부(1223)의 폭(C)보다 크고 측면(1222)의 깊이(E)의 반 보다 클 수 있다. 도면중 미설명 부호 D는 도파로(122)의 최단 직선 거리 폭을 나타낸다.
일부 예들에서, 차량용 레이더의 송신부 및/또는 수신부의 안테나 간 간격은 동작 주파수의 중심 주파수 기준 반파장으로 제공될 수 있다. 차량용 코너 레이더와 같은 대략 5GHz 대역을 요구하는 경우 대략 76GHz 내지 대략 81GHz의 중심 주파수인 78.5GHz, 즉, 반파장인 대략 1.91mm 간격으로 송신부 및/또는 수신부 안테나를 배치할 수 있다.
이러한 경우, 일반적인 할로우 도파로(도 8b, 도 9 및 도 10의 좌측 도면 참조)를 이용한 슬롯 어레이 안테나는 도파로의 폭이 대략 2.54mm로서 반파장보다 커서 적용이 불가능함을 알 수 있다. 그러나, 본 발명에서는 돌출부 도파로(122)를 적용한 슬롯 어레이 안테나로서 이러한 문제를 해결할 수 있다.
일부 예들에서, 돌출부 도파로(122)는 도파로의 폭을 대략 1.4mm까지 줄일 수 있기 때문에(도 13b의 우측 도면 참조) 레이더에서 요구하는 송신부 및/또는 수신부의 안테나간 간격인 대략 1.91mm를 적용할 수 있다(도 9의 우측 도면 참조).
돌출부 도파로(122)는 할로우 도파로의 내부에 돌출부(1223)를 세워 도파로의 차단 주파수를 낮추어 더 작은 도파로의 폭으로도 할로우 도파로와 동일 대역에서 사용 가능한 구조이다.
도 8b, 도 9 및 도 10을 참조하면, 좌측의 할로우 도파로와 우측의 돌출부 도파로(122)가 도시되어 있는데, 일례로, 도파로의 내부 폭이 대략 1.4mm로 작은 경우에도 도 15의 좌측에 도시된 할로우 도파로와 동일하게 대략 70GHz 대역에서도 동작 가능하다. 만일 대략 1.4mm의 폭을 갖는 할로우 도파로를 사용한다면, 이러한 구조의 도파로의 차단 주파수는 약 107GHz로서 차량용 레이더의 동작 주파수 범위인 대략 76GHz ~ 대략81GHz의 대역을 벗어나게 되어 동작이 불가능하다.
돌출부 도파로(122)는 내부 돌출부(1223)의 높이 및 폭을 조절하여 도파로(122) 임피던스를 변경할 수 있으며, 본 발명에서 적용한 돌출부(1223)의 높이는 일례로 0.8mm, 폭은 0.5mm로 제공하여 가장 작은 크기를 달성하였다.
이하에서는 도파로(122)를 갖는 도전성 하부 레이어(120) 및 안테나 슬롯 패턴(131)을 갖는 도전성 상부 레이어(130)의 겹쳐진 상태를 기준으로 본 발명의 비교예 및 실시예를 설명하기로 한다.
도 11a는 본 발명의 비교예인 차량용 레이더의 안테나 구조를 나타낸 도면이고, 도 11b는 도 11a의 안테나 구조에 따른 앵글 에러를 포함하는 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 주변 슬롯 패턴(또는 코러게이션 구조)이 없는 안테나 구조의 경우, 앵글 에러의 차이(도 11b에서 빨간색 사각 박스 참조)가, 대략 45도 ~ 대략 75도 사이의 파란색 라인 비교 시, 대략 5도 이상 발생함을 확인할 수 있다. 따라서, 비교예에 따른 안테나 구조가 차량용 레이더에 적용되면 물체의 위치(각도)에 대해 감지 정확도가 상당히 떨어짐을 알 수 있다.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 구조(100)의 겹쳐진 형태를 도면이고, 도 12b는 도 12a의 안테나 형상에 따른 앵글 에러를 포함하는 신호 파형을 나타낸 도면이다.
도 12a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 구조(100)는 도전성 상부 레이어(130) 중에서 2개의 슬롯 패턴(131)(또는 슬롯 어레이) 사이와 2개의 슬롯 패턴(131)(또는 슬롯 어레이) 외측에 각각 수직 방향으로 관통되거나 홈이 파진 주변 슬롯 패턴(133)(또는 코러게이션 구조)을 더 포함할 수 있다.
일부 예들에서, 주변 슬롯 패턴(133)은 3개의 장공형 슬롯이 3열로 5개가 배열되어 구성된 주변 슬롯 어레이를 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 상부 레이어(130)의 대략 상부 영역에 제공된 2개의 슬롯 패턴(131)(또는 슬롯 어레이)은 제1송신 포트(또는 TX 1) 및 제3송신 포트(또는 TX 3)를 포함하거나 이로 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 안테나 구조(100)는 도전성 상부 레이어(130)의 대략 중앙 영역에 제공된 1개의 슬롯 패턴(131)(또는 슬롯 어레이)의 양측에 각각 관통되지 않고 장공형의 홈 형태인 주변 슬롯 패턴(133)(또는 코러게이션 구조)을 더 포함할 수 있다(도 3b 참조). 이러한 주변 슬롯 패턴(133)은 대략 지그재그 형태로 배열될 수 있다. 또한, 도전성 상부 레이어(130)의 대략 중앙 영역에 제공된 1개의 슬롯 패턴(131)(또는 슬롯 어레이)는 제2송신 포트(또는 TX 2)를 포함하거나 또는 이로 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 안테나 구조(100)는 도전성 상부 레이어(130)의 대략 하부 영역에 제공된 4개의 슬롯 패턴(131)(또는 슬롯 어레이)의 양측에 각각 관통되거나 홈이 파진 주변 슬롯 패턴(133)(또는 코러게이션 구조)을 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 주변 슬롯 패턴(133)은 5개의 긴 장공형 슬롯이 배열되어 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 상부 레이어(130)의 대략 하부 영역에 제공된 4개의 슬롯 패턴(131)(또는 슬롯 어레이)은 제1,2,3,4수신 포트(또는 RX 1, RX 2, RX 3, RX 4)를 포함하거나 이로 지칭될 수 있다.
일부 예들에서, 주변 슬롯 패턴(133)(또는 코러게이션 구조)은 또한 소프트 서페이스 구조를 포함하거나 이로 지칭될 수도 있으며, 이는 안테나의 포트별(TX 1/3, RX 1/2/3/4) 방사 패턴 이득 편차 개선을 통한 앵글 에러를 개선할 수 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 안테나 구조(100)는, 도 12b에 도시된 바와 같이, 대략 45도 ~ 대략 75도 사이에서 앵글 에러 차이(빨간색 박스부)를 보면, 특히, 파란색 라인의 비교 시, 상기 앵글 에러의 값이 대략 3도 안으로 거의 다 들어가는 것을 확인할 수 있다(비교예의 경우 5도 이상이다).
도 13a는 주변 슬롯 패턴(133)을 적용하기 전 TX 1/3 방사 패턴을 나타낸 도면이고, 도 13b는 주변 슬롯 패턴(133)을 적용한 후 TX 1/3 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 상기 결과와 같이 주변 슬롯 패턴(133)의 적용 전 송신 포트 TX 1/3의 방사 패턴은 안테나간의 방사 패턴의 이득 차이가 더 심하고, 빔 형상 자체도 왜곡이 있으며, 송신 포트 TX 1의 경우에는 리플도 더 심한 것을 볼 수 있으나 주변 슬롯 패턴(133)의 적용 후에는 방사 패턴의 리플, 왜곡, 차이가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
또한, 수신 포트 RX에 적용된 주변 슬롯 패턴(133)도 동일한 효과를 지니며 수신 포트 RX 1/RX 4의 안테나의 그라운드 표면으로 흐르는 횡방향 파장(lateral wave(surface wave))을 차단하여 안테나의 방사 패턴이 그라운드 방향으로 틸트되는 것을 방지하기 때문에 주변 슬롯 패턴(133)의 적용 전에 비해 적용 후에는 안테나의 방사 패턴이 수신 포트 RX 1/2/3/4가 유사하게 되는 것을 확인할 수 있다.
도 14a는 주변 슬롯 패턴(133)을 적용하기 전 RX 1/2/3/4 방사 패턴을 나타낸 도면이고, 도 14b는 주변 슬롯 패턴(133)을 적용한 후 RX 1/2/3/4 방사 패턴을 나타낸 도면이다.
상기의 결과를 보면, 빨간색 원으로 표기된 부분의 수신 포트 RX 1/2/3/4 방사 패턴 간의 이득 편차가 상당히 감소되는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 주변 슬롯 패턴(133)의 적용 전에는 최대 편차가 대략 7.4dB 차이가 나는 반면 적용 후에는 최대 편차가 대략 2.3dB 로 개선이 이루어지는 것을 확인할 수 있다.
이러한 주변 슬롯 패턴(133) 또는 코러게이션 구조는 아래와 같은 설계 공식을 가질 수 있으며, 그 수식은 다음과 같다.
도 15는 주변 슬롯 패턴(133)을 설계하는 데 참조되는 패턴을 나타낸 도면이다.
도 15에 도시된 바와 같이, 수식에 의하면 주변 슬롯 패턴(133) 또는 코러게이션 구조의 높이(또는 슬롯의 깊이)는 동작 주파수(λ)의 중심 주파수의 1/4 파장과 유사하게 설정될 수 있으며, 주변 슬롯의 폭과 주기를 합한 값이 중심 주파수의 반파장 보다 매우 작아야 한다. 도 15의 구조를 수학식으로 나타내면 이하의 수학식 1과 같다.
Figure 112021126279778-pat00001
이를 주파수 78.5GHz 기준으로 계산하면, 계산 값 : W + V << 1.91mm, d = 0.955mm 이 산출된다.
본 발명의 실시예에서 적용한 구조의 경우에는 W = 0.5mm / V = 0.5mm / d = 1.2mm 로서, 이는 제작 가능한 최소 치수로 상기 치수보다 더 작을수록 보다 높은 주변 슬롯 패턴(133)의 안정된 동작이 보장될 수 있다.
또한, 주변 슬롯 패턴(133)의 길이는 앵글 에러 등에 영향을 미치지 않으며, 최소 치수 기반 제작 가능한 길이로 적용될 수 있다(대략 3.5mm).
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 구조(100) 및 그 일부 영역을 확대한 도면이고, 도 17은 본 발명의 실시예에 따른 안테나 형상의 상부 표면에서의 전기장의 크기를 비교한 도면이다.
도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 주변 슬롯 패턴(133)의 적용 시 안테나 상부 표면에서의 전기장 크기가 감소하는 반면(도 17의 좌측 사진 참조), 주변 슬롯 패턴(133)의 미적용 시 안테나 상부 표면에서의 전기장 크기가 감소되지 않음을 확인할 수 있다(빨간색으로 갈수록 전기장 크기가 크다는 것을 의미한다).
이와 같이 하여, 본 발명에 따르면, 안테나 슬롯 패턴 또는 슬롯 어레이의 주변에 추가적인 주변 슬롯 패턴(관통홀 또는 홈의 형태) 또는 코러게이션 구조를 더 제공함으로써, 각도 분해능 개선을 위한 안테나 포트별 이득 편차 개선 구조를 제공하고, 이에 따라 앵글 오차 개선 구조를 제공하며, 결국 감지 물체의 각도 오차를 개선할 수 있는 안테나 구조(100)를 제공할 수 있다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 실시예에 따른 빔 틸트 구조를 갖는 싱글 어레이 안테나 및 슬롯의 구조를 나타낸 평면도 및 단면도이다. 특히, 도 18 및 19는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 구조(100)중 도전성 상부 레이어(130)를 도시한 평면도 및 단면도이다.
도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 도전성 상부 레이어(130)의 안테나 슬롯 패턴(131)은 도전성 하부 레이어(120)의 돌출부 도파로(122)의 상부에 배치되는 직선 형태의 1열의 슬롯 어레이(132)를 포함할 수 있다. 즉, 다수의 슬롯이 소정 피치를 가지며 대략 직선 형태로 1열로 배열되어 슬롯 어레이(132)를 구성할 수 있다.
일부 예들에서, 도전성 상부 레이어(130)는 상면에 1열의 슬롯 어레이(132)의 측부 상에 제공되는 돌출 리브(134)를 더 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 돌출 리브(134)는 1열의 슬롯 어레이(132)의 측부에서 슬롯 어레이의 전체 길이와 유사하게 직선 형태로 제공될 수 있다. 실질적으로, 돌출 리브(134)의 길이는 1열의 슬롯 어레이(132)의 전체 길이와 같거나, 짧거나, 길수 있다.
한편, 후술하겠지만 돌출 리브(134)는 슬롯 어레이(132)의 각 슬롯 별로 독립적으로 제공될 수도 있다.
일부 예들에서, 돌출 리브(134)는 도전성 상부 레이어(130)의 상면으로부터 상부 방향을 향하여 미리 정해진 높이만큼 돌출된 형태일 수 있다. 일부 예들에서, 돌출 리브(134)는 단면 형태로서 삼각형, 사각형, 사다리형, 반원형 또는 반타원형을 포함할 수 있다.
이와 같이 하여, 돌출 리브(134)는 빔을 틸트 시킴으로써, 추가적인 디바이더 없이 싱글 어레이 안테나 구조를 제공할 수 있다.
도 20 및 도 21은 본 발명의 실시예에 따른 빔 틸트 안테나 구조에 대한 방사 패턴을 그래프로 나타낸 도면이다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 방사 패턴의 결과로 보았을 때, 본 발명의 빔 틸트 안테나 구조에서 돌출 리브(134)를 적용한 경우, 빔이 틸트되는 것을 확인할 수 있다. 일례로, 대략 25도 내지 대략 60도의 범위(도 20 및 도 21에서 적색원 참조)에서 빔이 틸트됨을 볼 수 있다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따른 빔 틸트 안테나 구조의 전기장 분포를 나타낸 도면이다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 빔 틸트 안테나 구조에서 안테나에서 방사되는 전기장 분포를 나타내는 것으로서, 도 22의 적색 원으로 표기된 돌출 리브로 인해 안테나에서 방사되는 전파가 우측 상단부 방향으로 더 세게 형성되는 것을 확인할 수 있다. 도 22에서, 전기장은 빨간색으로 갈수록 그 세기가 세지는 것을 의미한다.
도 23 및 도 24는 본 발명의 실시예에 따른 빔 틸트 안테나 구조를 나타낸 평면도 및 단면도이다.
도 23및 도 24에 도시된 바와 같이, 도전성 상부 레이어(130)의 안테나 슬롯 패턴(131)은 도전성 하부 레이어(120)의 돌출부 도파로(122)의 상부에 배치되는 지그재그 형태의 2열의 슬롯 어레이(132)를 포함할 수 있다. 즉, 다수의 슬롯이 대략 지그재그 형태로 2열로 배열되어 슬롯 어레이(132)를 구성할 수 있다. 다르게 설명하면, 1열의 슬롯 어레이(132)와 이에 인접한 다른 1열의 슬롯 어레이(132)는 상호간 수평 방향으로 중첩되지 않을 수 있다.
일부 예들에서, 돌출 리브(134A)는 지그재그 형태의 2열의 슬롯 어레이(132)의 각 슬롯의 측부 상에 각각 제공될 수 있다. 다르게 설명하면, 돌출 리브(134A)는 슬롯 어레이를 구성하는 각 슬롯마다 독립적으로 제공될 수 있다.
일부 예들에서, 돌출 리브(134A)는 지그재그 형태의 2열의 슬롯 어레이(132)의 각 슬롯의 길이와 유사하거나 같은 직선 형태로 제공될 수 있다. 실질적으로, 돌출 리브(134A)의 길이는 각 슬롯의 길이와 같거나, 짧거나, 길수 있다.
일부 예들에서, 돌출 리브(134A)는 도전성 상부 레이어(130)의 상면으로부터 상부 방향을 향하여 미리 정해진 높이만큼 돌출될 수 있으며, 돌출 리브(134)의 단면 형태(폭 방향 단면 형태 또는 길이 방향 단면 형태)는 삼각형, 사각형, 사다리형, 반원형 또는 반타원형을 포함할 수 있다. 삼각형, 사각형, 사다리형의 단면 형태의 경우 그 코너가 라운드처리될 수 있다.
이와 같이 하여, 돌출 리브(134A)는 빔을 틸트 시킴으로써, 추가적인 디바이더 없이 싱글 어레이 안테나 구조를 제공할 수 있고, 또한 그레이팅 로브(Grating Lobe) 현상도 제거할 수 있다.
도 25는 각각 본 발명의 실시예에 따른 빔 틸트 안테나 구조에 대한 방사 패턴을 그래프로 나타낸 도면이다.
본 발명예에 따른 안테나 구조(도 23 및 도 24 참조)를 적용하면 빔 틸트도 수행되면서 그레이팅 로브가 발생되지 않는 장점이 있다.
도 25를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 구조(도 23 및 도 24 참조)에 대한 방사 패턴을 보면 기존과 동일하게 빔 틸트가 되는 것을 확인할 수 있으며, 또한 수직 방향 빔 패턴에 그레이팅 로브도 발생되지 않는 것을 확인할 수 있다.
일부 예들에서, 수평 방향의 방사 패턴에서 주파수별 방사 패턴 편차가 1차 형상 대비 심해지는 것을 확인할 수 있으며, 이러한 주파수별 방사 패턴 차이는 돌출 리브의 높이가 심해질수록 심해지는 경향이 있다.
일부 예들에서, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 구조(도 23 및 도 24 참조)에서 돌출 리브는, 높이와 방사 패턴 빔 틸트 정도, 주파수별 방사 패턴 편차 관계로서, 돌출 리브의 높이가 높을수록 방사 패턴 빔 틸트에 의한 +45도 방향 이득 증가 경향이 있다.
또한, 돌출 리브의 높이가 높을수록 주파수별 방사 패턴 편차는 더욱 심해지고, 돌출 리브의 높이가 낮을수록 방사 패턴의 빔 틸트 정도가 약해지게 된다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 빔 틸트 안테나의 어플리케이션 예를 도시한 도면이다.
도 26에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 빔 틸트 기능을 갖는 안테나는 차량용 코너 레이더에 적용되어 차량에 대체로 수직인 방향으로 탐지 능력을 향상시킬 수 있다. 일례로, -45도 빔을 통해 후방의 다른 1대의 차량을 탐지할 수 있고 또한 +45도 빔(틸트된 빔)을 통해 후방의 다른 2대의 차량을 탐지할 수 있다.
전술된 내용은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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.
100; 본 발명에 따른 멀티 레이어 안테나 구조
110; 인쇄회로기판 111; 집적회로
112; 급전 라인 113; 급전 패드
119; 리벳홀
120; 도전성 하부 레이어 121; 급전홀
122; 돌출부 도파로 122B: 도파로
1221; 바닥면 1222; 측면
1223; 돌출부 128T: 가이드 돌기
128B: 가이드 홀 129; 리벳홀
129T; 가이드 홈
130; 도전성 상부 레이어 131; 안테나 슬롯 패턴
132; 슬롯 어레이 133; 주변 슬롯 패턴
134; 돌출 리브 138B: 가이드 홀
139B: 가이드 돌기 139; 리벳홀
140; 도전성 서브 레이어 141; 급전홀
142; 도파로 142B; 통로
148T; 가이드 돌기 149; 리벳홀

Claims (14)

  1. RF(Radio Frequency) 신호를 처리하는 집적회로, 상기 집적회로에 연결된 급전 라인 및 상기 급전 라인에 연결되어 RF 신호를 전달하는 급전 패드를 포함하는 인쇄회로기판;
    도파로를 통해 상기 급전패드와 연결되며 수직 방향으로 개방되어 RF 신호를 방사 또는 수신하는 안테나 슬롯 패턴을 포함하는 도전성 상부 레이어; 및
    상기 인쇄회로기판과 상기 도전성 상부 레이어 사이에 배치되며, 상기 인쇄회로기판의 급전 패드와 연결되는 영역에 제공되고 수직 방향으로 개방된 급전홀 및 상기 급전홀에 연결된 채 상면에 배치된 도파로를 포함하고, 상기 인쇄회로기판과 상기 도전성 상부 레이어 사이에서 밀착되는 도전성 하부 레이어를 포함하고,
    상기 도전성 상부 레이어는 상기 안테나 슬롯 패턴의 일측에 제공되는 돌출 리브를 더 포함하고,
    상기 도전성 하부 레이어의 도파로는, 상면보다 낮은 바닥면, 상기 바닥면의 양단에서 각각 상면까지 연결된 측면, 및 상기 바닥면의 중앙에서 상부 방향으로 돌출되며 상부 단면이 라운드 형태로 이루어진 돌출부를 포함하고,
    상기 바닥면과 상기 돌출부의 횡단면을 따르는 전체 길이는 RF 신호의 반파장 이상이고,
    상기 돌출부의 높이는 상기 돌출부의 폭보다 크고 상기 측면의 깊이의 반 보다 크게 이루어지고,
    상기 도전성 상부 레이어의 안테나 슬롯 패턴은 상기 도전성 하부 레이어의 도파로의 상부에 배치되는 직선 형태의 1열의 슬롯 어레이를 포함하고,
    상기 돌출 리브는, 상기 1열의 슬롯 어레이의 측부 상에 제공되고, 상기 1열의 슬롯 어레이의 전체 길이와 동일한 하나의 직선 형태로 형성되는, 빔 틸트 기능을 갖는 안테나 구조.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 상부 레이어의 안테나 슬롯 패턴은 상기 도전성 하부 레이어의 도파로의 상부에 배치되는 지그재그 형태의 2열의 슬롯 어레이를 포함하고, 상기 돌출 리브는 상기 2열의 슬롯 어레이의 각 슬롯의 측부 상에 제공되는, 빔 틸트 기능을 갖는 안테나 구조.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 돌출 리브의 단면 형태는 삼각형, 사각형, 사다리형, 반원형 또는 반타원형을 포함하는, 빔 틸트 기능을 갖는 안테나 구조.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 상부 레이어는 상기 안테나 슬롯 패턴의 주변에 제공되는 다수의 슬롯 어레이를 가지는 주변 슬롯 패턴을 더 포함하는, 빔 틸트 기능을 갖는 안테나 구조.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 주변 슬롯 패턴은 깊이가 RF 신호 파장의 1/4인, 빔 틸트 기능을 갖는 안테나 구조.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 주변 슬롯 패턴은 수직 방향으로 관통된 장공형 슬롯 또는 수직 방향으로 파인 장공형 홈을 포함하는, 빔 틸트 기능을 갖는 안테나 구조.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판, 상기 도전성 하부 레이어 및 상기 도전성 상부 레이어는 가이드 돌기와 가이드홀의 결합 방식으로 상호간 결합되고, 상기 인쇄회로기판, 상기 도전성 하부 레이어 및 상기 도전성 상부 레이어는 각각 리벳이 결합되는 리벳홀을 포함하여 리벳 방식으로 상호간 결합되는, 빔 틸트 기능을 갖는 안테나 구조.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 상부 레이어의 상기 안테나 슬롯 패턴은 적어도 2열의 슬롯 어레이를 포함하고, 상기 적어도 2열의 슬롯 어레이는 1열의 슬롯 길이와 2열의 슬롯 길이가 상호간 다르거나 각 열의 슬롯이 지그재그로 배치되는, 빔 틸트 기능을 갖는 안테나 구조.
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