KR102624310B1 - 하이브리드 로우 프로파일 안테나 - Google Patents

하이브리드 로우 프로파일 안테나 Download PDF

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KR102624310B1
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이수원
오경섭
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(주)스마트레이더시스템
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Abstract

본 발명은 하이브리드 로우 프로파일 안테나에 관한 것으로, 객체를 감지하는 레이더 모듈과, 레이더 모듈에 의해 감지된 신호를 무선 송신하는 RF 안테나를 동시에 구현할 때 RF 안테나 이득(Gain)과 커버리지(Coverage) 열화없이 무선 통신 요구 대역으로 동작 가능하면서도 소형화할 수 있도록 한 것이다.

Description

하이브리드 로우 프로파일 안테나{Hybrid Low Profile Antenna}
본 발명은 레이더 기술에 관련한 것으로, 특히 레이더 모듈에 의해 감지된 신호를 무선 통신을 통해 송신하는 RF 안테나를 레이더 모듈에 효과적으로 배치한 하이브리드 로우 프로파일 안테나에 관한 것이다.
60 내지 81GHz 주파수 대역을 사용하는 사물 감지 및 인체 감지 레이더는 차량 등에 설치되어 객체를 감지하고, 감지된 객체 감지 신호를 무선 통신을 통해 제어 모듈로 전송하여 사용자가 알 수 있도록 한다.
이러한, 사물 감지 및 인체 감지 레이더는 적은 사이즈의 PCB 구조를 사용하여 객체를 감지하는 레이더 모듈과, 레이더 모듈에 의해 감지된 신호를 무선 송신하는 RF 안테나를 같은 레이어(Layer)에 배치하여 소형으로 구현된다.
이러한 레이더 모듈은 레이더 모듈 고정 및 보호를 위해 내부 사용이 용이한 금속 하우징 상부에 고정 설치된다. 레이더 모듈과 RF 안테나를 같이 배치할 경우, RF 안테나와 금속 하우징 간의 간격은 10분의 1파장(λ/10) 이하로 구현되며, 간격이 좁아질수록 RF 안테나 이득(Gain)과 커버리지(Coverage)가 열화되어 송수신 거리가 좁아지게 되어 안테나 효율이 낮아진다.
따라서, 본 발명자는 객체를 감지하는 레이더 모듈과, 레이더 모듈에 의해 감지된 신호를 무선 송신하는 RF 안테나를 동시에 구현할 때 RF 안테나 이득(Gain)과 커버리지(Coverage) 열화없이 무선 통신 요구 대역으로 동작 가능하면서도 소형화할 수 있는 레이더 모듈과 RF 안테나 배치 구조에 대한 연구를 하였다.
대한민국 등록특허 제10-1153345호(2012. 06. 05)
본 발명은 객체를 감지하는 레이더 모듈과, 레이더 모듈에 의해 감지된 신호를 무선 송신하는 RF 안테나를 동시에 구현할 때 RF 안테나 이득(Gain)과 커버리지(Coverage) 열화없이 무선 통신 요구 대역으로 동작 가능하면서도 소형화할 수 있는 하이브리드 로우 프로파일 안테나를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 하이브리드 로우 프로파일 안테나가 감시 방향의 객체를 감지하는 지향성 방사면을 구비한 레이더 모듈과; 레이더 모듈에 의해 감지된 신호를 무선 통신을 통해 전송하되, 레이더 모듈 일측에 구현되어 레이더 모듈을 급전(Feeding) 및 접지(Ground)로 이용하는 무지향성 RF 안테나와; 레이더 모듈과 무지향성 RF 안테나를 수납하되, 금속 커플링 효과(Metal Coupling Effect)를 유발해 무지향성 RF 안테나의 주파수 특성을 무선 통신 요구 대역으로 동작시키도록 하는 금속 하우징을 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 무지향성 RF 안테나가 레이더 모듈의 방사면 일측으로 돌출되어 형성되되, 방사면과 전기적으로 접속되어 레이더 모듈의 방사면으로부터 급전받는 급전 라인(Feeding Line)과; 급전 라인 종단에서 서로 반대 방향으로 분기되는 제1안테나 패치 및 제2안테나 패치와; 제1안테나 패치 종단과 레이더 모듈의 접지면을 서로 전기적으로 연결하는 접지 라인(Ground Line)을 포함한다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 급전 라인이 지그재그 형태로 구현되어 점유 면적을 줄일 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제1안테나 패치 및 제2안테나 패치가 급전 라인이 형성된 레이더 모듈의 방사면 일측과 평행한 방향으로 서로 반대 방향으로 분기되어 점유 면적을 줄일 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 접지 라인이 지그재그 형태로 구현되어 점유 면적을 줄일 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 급전 라인이 급전 라인 중간에서 돌출 형성되어 반사 손실(Reflection Loss)을 줄이는 임피던스 매칭부를 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제1안테나 패치가 종단에 형성되어 접지 경로를 단축시키는 접지 경로 단축 라인을 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제2안테나 패치가 종단에 레이더 모듈의 방사면 일측과 수직하면서도 안쪽 방향으로 구부러져 형성되되, 레이더 모듈을 금속 하우징에 고정하는 고정부와의 단락(Short)을 방지하는 동시에 점유 면적을 줄이는 단락 방지부를 포함할 수 있다.
본 발명은 객체를 감지하는 레이더 모듈과, 레이더 모듈에 의해 감지된 신호를 무선 송신하는 RF 안테나를 동시에 구현할 때 RF 안테나 이득(Gain)과 커버리지(Coverage) 열화없이 무선 통신 요구 대역으로 동작 가능하면서도 소형화할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 하이브리드 로우 프로파일 안테나의 일 실시예의 구성을 도시한 평면도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 하이브리드 로우 프로파일 안테나의 일 실시예의 구성을 도시한 정단면도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 하이브리드 로우 프로파일 안테나에 포함되는 무지향성 RF 안테나의 S(Scattering) 파라미터를 예시한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 하이브리드 로우 프로파일 안테나에 포함되는 무지향성 RF 안테나의 방사 패턴을 예시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. 특정 실시예들이 도면에 예시되고 관련된 상세한 설명이 기재되어 있으나, 이는 본 발명의 다양한 실시예들을 특정한 형태로 한정하려는 것은 아니다.
본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명 실시예들의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
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 이해될 수 있어야 할 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 하이브리드 로우 프로파일 안테나의 일 실시예의 구성을 도시한 평면도, 도 2 는 본 발명에 따른 하이브리드 로우 프로파일 안테나의 일 실시예의 구성을 도시한 정단면도이다.
도 1 및 도 2 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 하이브리드 로우 프로파일 안테나(100)는 레이더 모듈(110)과, 무지향성 RF 안테나(120)와, 금속 하우징(130)을 포함한다.
레이더 모듈(110)은 감시 방향의 객체를 감지하는 지향성 방사면(111)을 구비한다. 지향성 방사면(111)은 유전체 재질의 PCB 기판(112)의 전면에 패터닝되어 지향하는 방향으로 레이더 신호를 방사하고, 객체로부터 반사되는 레이더 신호를 수신하는 동박 형태 안테나 패치로 구현될 수 있다.
한편, 레이더 모듈(110)은 접지면(113)을 더 포함한다. 예컨대, 접지면(113)이 PCB 기판(112)의 전면에 지향성 방사면(111)과 같은 층에 구현될 수도 있고, PCB 기판(112)의 배면에 지향성 방사면(111)과 다른 층에 구현될 수도 있다. 한편, PCB 기판(112)에는 레이더 신호 처리를 포함하는 칩 및 회로가 모듈될 수 있다. 한편, 지향성 방사면(111)이 PCB 기판(112) 상에 다층으로 패터닝될 수도 있다.
무지향성 RF 안테나(120)는 레이더 모듈(110)에 의해 감지된 신호를 무선 통신을 통해 전송하되, 레이더 모듈(110) 일측에 구현되어 레이더 모듈(110)을 급전(Feeding) 및 접지(Ground)로 이용한다.
이 때, 무지향성 RF 안테나(120)가 급전 라인(Feeding Line)(121)과, 제1안테나 패치(122) 및 제2안테나 패치(123)와, 접지 라인(Ground Line)(124)을 포함할 수 있다.
급전 라인(Feeding Line)(121)은 레이더 모듈(110)의 방사면(111) 일측으로 돌출되어 형성되되, 방사면(111)과 전기적으로 접속되어 레이더 모듈(110)의 방사면(111)으로부터 급전(Feeding) 받는다.
예컨대, 급전 라인(121)이 지그재그 형태로 구현되어 점유 면적을 줄이도록 구현될 수 있다. 급전 라인(121)을 지그재그 형태로 구현할 경우, 급전 라인(121) 길이를 충분히 길게 하면서도 점유 면적을 줄일 수 있어, 소형화에 유리해 진다.
제1안테나 패치(122) 및 제2안테나 패치(123)는 급전 라인(121) 종단에서 서로 반대 방향으로 분기되며, 무선 통신 요구 대역의 무선 통신 신호를 방사한다. 이 때, 무선 통신 요구 대역이 2.4 내지 2.5GHz의 WiFi 주파수 대역일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 한편, 제1안테나 패치(122) 및 제2안테나 패치(123)는 동박 형태로 구현될 수 있다.
예컨대, 제1안테나 패치(122) 및 제2안테나 패치(123)가 급전 라인(121)이 형성된 레이더 모듈(110)의 방사면(111) 일측과 평행한 방향으로 서로 반대 방향으로 분기되어 점유 면적을 줄이도록 구현될 수 있다.
제1안테나 패치(122) 및 제2안테나 패치(123)를 급전 라인(121)이 형성된 레이더 모듈(110)의 방사면(111) 일측과 평행한 방향으로 서로 반대 방향으로 분기시킬 경우, 제1안테나 패치(122) 및 제2안테나 패치(123)의 패치 길이를 충분히 길게 하면서도 점유 면적을 줄일 수 있어, 소형화에 유리해 진다.
접지 라인(Ground Line)(124)은 제1안테나 패치(122) 종단과 레이더 모듈(110)의 접지면(113)을 서로 전기적으로 연결한다. 예컨대, 접지 라인(124)이 지그재그 형태로 구현되어 점유 면적을 줄이도록 구현될 수 있다. 접지 라인(124)을 지그재그 형태로 구현할 경우, 접지 라인(124) 길이를 충분히 길게 하면서도 점유 면적을 줄일 수 있어, 소형화에 유리해 진다.
금속 하우징(130)은 레이더 모듈(110)과 무지향성 RF 안테나(120)를 수납하되, 금속 커플링 효과(Metal Coupling Effect)를 유발해 무지향성 RF 안테나(120)의 주파수 특성을 무선 통신 요구 대역으로 동작시키도록 한다. 예컨대, 금속 하우징(130) 재질은 알루미늄(Al)일 수 있다.
금속 재질인 금속 하우징(130)과 무지향성 RF 안테나(120) 간의 간격에 의한 금속 커플링 효과에 의해 무선 통신 요구 대역에서 주파수 공진이 발생되어 무지향성 RF 안테나(120)가 무선 통신 요구 대역에서 동작하게 된다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 객체를 감지하는 레이더 모듈과, 레이더 모듈에 의해 감지된 신호를 무선 송신하는 RF 안테나를 동시에 구현할 때 RF 안테나 이득(Gain)과 커버리지(Coverage) 열화없이 무선 통신 요구 대역으로 동작 가능하면서도 소형화할 수 있다.
한편, 본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 급전 라인(121)이 임피던스 매칭부(121a)를 포함할 수 있다. 임피던스 매칭부(121a)는 급전 라인(121) 중간에서 돌출 형성되어 반사 손실(Reflection Loss)을 줄인다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 급전 라인(121) 중간에서 돌출 형성되는 임피던스 매칭부(121a)를 통해 반사 손실(Reflection Loss)을 줄일 수 있어 양질의 무선 통신 신호 전송이 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제1안테나 패치(122)가 접지 경로 단축 라인(122a)을 포함할 수 있다. 접지 경로 단축 라인(122a)은 제1안테나 패치(122) 종단에 형성되어 접지 라인(124)에 비해 상대적으로 레이더 모듈(110)의 접지면(113)과 전기적으로 짧은 거리로 연결됨으로써 접지 경로(Ground Pass)를 단축시킨다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 제1안테나 패치(122) 종단에 형성되는 접지 경로 단축 라인(122a)을 통해 접지 경로를 단축시킬 수 있고, 이로 인해 금속 하우징(130)과의 금속 커플링 효과를 증가시켜 커버리지(Coverage)가 넓어진다.
한편, 본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 제2안테나 패치(123)가 단락 방지부(123a)를 포함할 수 있다. 단락 방지부(123a)는 제2안테나 패치(123) 종단에 레이더 모듈(110)의 방사면 일측과 수직하면서도 안쪽 방향으로 구부러져 형성되되, 레이더 모듈(110)을 금속 하우징(130)에 고정하는 나사 등과 같은 고정부(140)와의 단락(Short)을 방지하는 동시에 점유 면적을 줄인다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 제2안테나 패치(123) 종단에 레이더 모듈(110)의 방사면 일측과 수직하면서도 안쪽 방향으로 구부러져 형성되는 단락 방지부(123a)를 통해 레이더 모듈(110)을 금속 하우징(130)에 고정하는 나사 등과 같은 고정부(140)와의 단락(Short)을 방지할 수 있어 안정적인 무선 통신 신호 전송이 이루어질 수 있다.
도 3 은 본 발명에 따른 하이브리드 로우 프로파일 안테나에 포함되는 무지향성 RF 안테나의 S(Scattering) 파라미터를 예시한 도면, 도 4 는 본 발명에 따른 하이브리드 로우 프로파일 안테나에 포함되는 무지향성 RF 안테나의 방사 패턴을 예시한 도면이다.
도 3 및 도 4 를 참조해 보면, 본 발명에 따른 하이브리드 로우 프로파일 안테나에 포함되는 무지향성 RF 안테나는 2.4 내지 2.5 GHz의 WiFi 대역에서 전송 거리는 짧지만 커버리지는 넓은 무선 통신 특성을 보이고 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 객체를 감지하는 레이더 모듈과, 레이더 모듈에 의해 감지된 신호를 무선 송신하는 RF 안테나를 동시에 구현할 때 RF 안테나 이득(Gain)과 커버리지(Coverage) 열화없이 무선 통신 요구 대역으로 동작 가능하면서도 면적이 작으면서도 두께가 얇도록 소형화할 수 있다.
본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위는 여기에서 설명된 실시예들 이외에도 본 발명의 다양한 실시예들의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 다양한 실시예들의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 레이더 관련 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
100 : 하이브리드 로우 프로파일 안테나
110 : 레이더 모듈
111 : 지향성 방사면
112 : PCB 기판
113 : 접지면
120 : 무지향성 RF 안테나
121 : 급전 라인
121a : 임피던스 매칭부
122 : 제1안테나 패치
122a : 접지 경로 단축 라인
123 : 제2안테나 패치
123a : 단락 방지부
124 : 접지 라인
130 : 금속 하우징
140 : 고정부

Claims (8)

  1. 감시 방향의 객체를 감지하는 지향성 방사면을 구비한 레이더 모듈과;
    레이더 모듈에 의해 감지된 신호를 무선 통신을 통해 전송하되, 레이더 모듈 일측에 구현되어 레이더 모듈을 급전(Feeding) 및 접지(Ground)로 이용하는 무지향성 RF 안테나와;
    레이더 모듈과 무지향성 RF 안테나를 수납하되, 금속 커플링 효과(Metal Coupling Effect)를 유발해 무지향성 RF 안테나의 주파수 특성을 무선 통신 요구 대역으로 동작시키도록 하는 금속 하우징을;
    포함하되,
    무지향성 RF 안테나가:
    레이더 모듈의 방사면 일측으로 돌출되어 형성되되, 방사면과 전기적으로 접속되어 레이더 모듈의 방사면으로부터 급전받는 급전 라인(Feeding Line)과;
    급전 라인 종단에서 서로 반대 방향으로 분기되는 제1안테나 패치 및 제2안테나 패치와;
    제1안테나 패치 종단과 레이더 모듈의 접지면을 서로 전기적으로 연결하는 접지 라인(Ground Line)을;
    포함하고,
    제1안테나 패치가:
    종단에 형성되어 접지 경로를 단축시키는 접지 경로 단축 라인을;
    포함하는 하이브리드 로우 프로파일 안테나.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    급전 라인이:
    지그재그 형태로 구현되어 점유 면적을 줄이는 하이브리드 로우 프로파일 안테나.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제1안테나 패치 및 제2안테나 패치가:
    급전 라인이 형성된 레이더 모듈의 방사면 일측과 평행한 방향으로 서로 반대 방향으로 분기되어 점유 면적을 줄이는 하이브리드 로우 프로파일 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서,
    접지 라인이:
    지그재그 형태로 구현되어 점유 면적을 줄이는 하이브리드 로우 프로파일 안테나.
  6. 제 1 항에 있어서,
    급전 라인이:
    급전 라인 중간에서 돌출 형성되어 반사 손실(Reflection Loss)을 줄이는 임피던스 매칭부를;
    포함하는 하이브리드 로우 프로파일 안테나.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    제2안테나 패치가:
    종단에 레이더 모듈의 방사면 일측과 수직하면서도 안쪽 방향으로 구부러져 형성되되, 레이더 모듈을 금속 하우징에 고정하는 고정부와의 단락(Short)을 방지하는 동시에 점유 면적을 줄이는 단락 방지부를;
    포함하는 하이브리드 로우 프로파일 안테나.
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