KR20020033516A - 슬롯 공급 스위치 빔 패치안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명의 어레이 안테나(array antenna)는 금속 이판(backing plate)상에 정렬된 패치(Patch)와, 패치를 통해 전자기파를 방사 및 방출하도록 패치에 연결된 복수의 입력부를 포함한다. 상기 어레이 안테나는 어레이안테나로부터 또는 어레이안테나까지 특정의 주파수에서 신호를 수신 및 공급하기 위한 송수신회로를 갖는다. 구획부로 분할된 도파관이 제공되어 전자기파를 방사안테나로 공급한다. 각각의 도파관 구획부는, 어레이 안테나를 따라 전자기파가 축적되어 특정 각도에서 촛점을 맞추도록 특정의 위상차를 생성한다. 따라서, 각각의 도파관 구획부는, 상기 안테나가 다수개의 촛점이 맞추어진 파를 생성하도록 하면서, 상이한 각도에서 촛점이 맞추어진 파를 생성한다.

Description

슬롯 공급 스위치 빔 패치안테나{Slot Fed Switch Beam Patch Antenna}

본 발명은 일반적인 자동추진(aotomotive) 레이더 분야에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래에 개발된 것 보다 더 작고 컴팩트한 안테나를 적용한 자동추진 레이더에서 레이더광선의 송수신에 관한 것이다. 또한 본 발명의 안테나는 다수의 방향성 안테나 빔을 입력하기 위한 입력부를 갖는다.

종래에는 다양한 형태의 밀리미터파(이하에서는 "밀리파"로 약칭함) 자동추진 레이더가 다른 형태로 개발되어 사용되어졌다. 최근에는 어댑티브 크루즈 콘트롤(Adaptive Cruise Control: 이하에서는 "ACC"라고 함)이라고 알려진 자동추진 응용분야에 밀리파 레이더를 응용하는 것이 상당한 발전을 이루고 있다. ACC에는, 자동차에 탑재되어 자동차의 전방 도로의 물체에 관한 정보를 수집하고 운전자에게 정보를 전송하는 전방시야센서가 사용된다. 전방시야센서에서 수집되는 정보들은 예컨대, 센서의 검출범위내에 있는 물체의 거리, 방향 및 속도 데이터들이다.

ACC에 밀리파 레이더를 적용하는 종래 기술에서는, 하나의 빔 또는 다수의 빔을 사용하여, 레이더가 장착된 차량의 전방 시야 방위각(azimuthal field of view)을 스캔한다. 종래의 밀리파 레이더를 사용한 시야 방위각 스캔은 기구적 수단 및 전기적 수단 모두에 의해 수행되었다. 그러나, 이러한 종래의 시야 방위각을 스캔하는 기구적 수단은 과도하게 클 뿐만 아니라, 시야방위각의 스캔을 달성할 수 있는 기구적 수단을 수용할 수 있는 정밀한 구조를 필요로 한다.

또한, 전저빔 스위칭 레이더(Electronic Beam Switching Radar)는 안테나 어레이로부터 방사된 빔들의 방향을 전자적으로 다양화함으로써 시야 방위각의 스캔을 수행한다. 전기적 수단에 의해 상기 방사된 빔들의 방향성을 다양화함으로써, 전자 스위칭 레이더는 시야 방위각의 스캐닝 업무를 수행하기 위해 필요한 기구적 요소를 제거하게 되며, 그에 따라 ACC레이더를 수용하기 위해 필요한 구조의 비용, 크기 및 복잡성이 감소된다.

전자빔 스위칭 콘텍트 내에 제공되는 것과 같은 ACC 레이더의 크기가 감소하는 것은 다양한 이유에 의해 바람직하다. 자동차의 본체 구조에 있어서 공간은 상당히 중요한 것으로, 장치의 크기가 작을 수록 차량의 구조 상에 또는 그 내부에 안전하게(unobtrusively) 위치하기 쉽다. 또한 장치의 크기 및 복잡성의 절감은 장치의 대량 생산시의 비용을 절감한다.

종래 기술의 전자 빔 스위칭 레이더의 다양한 실시예들에서 자가 위상 (또는 자가조정) 안테나 어레이는, 어레이로부터 방사된 빔들의 방향을 변화시키는데 사용되어진다. 방사된 빔의 방향변화는 인접한 안테나 요소들 사이의 차별화된 위상차에 의해 이루어진다. 안테나의 방사 요소들은, 안테나 요소들 사이의 위상차를 단순하게 설정함으로써, 위상 어레이 안테나(a phased array antenna) 로서 사용될 수 있다.

그러나, 이러한 방법으로 방향성을 다양화하는 것은, 예를 들어 다양한 지향성이 있는 반면, 검출되는 물체의 크기 및 거리(안테나로부터) 등에 의존하는 문제점이 있을 수 있다. 또한 공급장치로부터, 동일한 평면의 표면에 전형적으로 형성된 안테나 어레이까지의 원치않는 방사로 인해, 조정 광선 방향성의 열화 또는 사이드로브 (Sidelobe)의 악화가 야기될 수 있다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 결점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 안테나 어셈블리로부터 다수의 방향성 빔을 생성하기 위한 신규하고 단순화된 접근을 제시한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 내부가 구획된 도파관과 금속 이판(metalbacking plate)을 포함하는 패치 안테나가 제공된다. 상기 안테나는 복수개의 바람직한 방향성 안테나 빔들 각각에 대한 입력부를 갖는다. 각 빔은 특정 가이드 파장을 생성하기 위해 이격되어 있는 구획된 도파관내의 슬롯을 통해 공급된다. 각각의 바람직한 방향성 빔에 대해, 구획된 도파관의 대응부가 패치 안테나 어레이를 따라 바람직한 위상변화를 생성하여, 빔을 축적하고 바람직한 각도에서 촛점을 맞추도록 허락한다. 그러므로, 예를들어, 하나의 안테나 입력은 +4도에서 빔을 공급하고, 하나는 0도에서, 하나는 -4도에서 공급한다.

안테나요소의 형상은 감지할 수 있을 정도의 두께를 가지지 않으며 실질적으로 평면인 안테나와 같은 것이다. 이처럼 비교적 단순하고 컴팩트한 평면설계에 의해 생산비용을 절감시키고, 대량생산이 용이하다.

그러므로, 본 발명의 주요 이점은 방향성을 원하는대로 다양화할 수 있는 어레이 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 이점은, 더 단순화하고 더 소형화함으로써 가격을 절감시키는, 통상의 선형 패치안테나를 통해 방향을 다양화하고 다수개의 방향성 빔을 생성하는 안테나 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 이점은 75GHz 내지 79GHZ의 주파수범위 이내에서 동작하는 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 특징과 이점은 본발명의 원리와 함께 기재된 바람직한 실시예가 예시적인 방법으로 나타난 첨부도면 및 발명의 상세한 설명을 참조로 하여 당업자에게는 명백할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 어레이안테나를 구비한 안테나장치의 개략적 단면도이며,

도 2는 본 발명에 따른 도파관을 나타낸 개략적 단면도이고,

도 3은 본 발명의 방법에 따라 발생된 방향성빔의 방위각 대 이득을 도시한 도면이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10 : 안테나장치11 : 금속패널하부

12 : 도파관 13 : 패치안테나

21 : 슬롯

이하의 설명은 단순한 실시예에 불과한 것으로 본발명, 본발명의 응용 및 사용을 제한하는 것은 아니다. 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 다른 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안테나장치를 보여주는 것으로, 상기 안테나 장치는 하기에서 상세히 기술될 어레이 안테나를 포함한다. 도 1은 안테나 장치(10)의 단면도로, 공급도파관(12) 및 패치안테나(13)를 지지하는 이판(backing plate)를 포함한다.

도 2는 본발명에 따른 도파관(20)을 상세하게 도시한 것으로, 도파관(20)에는 어레이 안테나를 따라 바람직한 위상차를 생성하도록 공급되는 빔이 통과되는 슬롯(21)을 포함한다. 안테나 어레이로 입력되는 다수의 입력광선 각각에 대해, 대응하는 도파관이 바람직한 위상차를 생성하여, 빔을 축적하고 바람직한 각도에서 촛점을 맞추도록 야기시킨다.

도 3은 단일 입력에 대해, 본 발명에 따라 야기된 방향성빔을 도시한 것이다. 도 1의 안테나(10)로의 세 개의 빔 입력을 위해, 도파관은 구획이 나뉘어져 미리 선택된 각도에서 각각의 빔 입력의 초점을 맞추기 위하여 선택된 슬롯패턴과, 세개의 구별된 도파관 구획부를 포함한다.

이에, 본 발명은 복잡한 전자제어기구의 사용없이 자가 위상을 갖는 방향성빔을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 빔을 조정하기 위한 과도한 조작(computations)을 필요로 하지 않으며, 피드백루프와 같은 적응적 제어 또는상전이기(phase shifters)없이 동작된다.

본 발명은 특정의 바람직한 실시예를 참조로 하여 상세하게 설명하고 있지만, 이와 달리 다른 다양한 실시예로 설명하는 것도 가능하다. 그러므로, 첨부된 청구범위에 기재된 발명의 정신(spirit)과 범주는 본 명세서 내에 수록된 바람직한 실시예의 기재에 의해 한정되지 않는다.

본 명세서의 독자들은, 본명세서와 동시에 제출되었으며 이 명세서와 결합하여 공중에게 개시된 모든 논문 및 문서에 주의를 기울여야 하며 그러한 모든 논문 및 문서들의 목록(contents)은 참고문헌으로서 본명세서내에 통합되어 있다.

본 명세서(첨부된 청구범위, 요약서 및 도면을 포함하여) 내에 기재된 모든 특성 및/또는 모든 단계 및 다른 방법 및 공정은, 적어도 몇 개의 특성 및/또는 단계의 조합이 배타적이 경우를 제외하고는 어떠한 조합으로도 결합되어진다.

본 명세서(첨부된 청구범위, 요약서 및 도면을 포함하여) 내에 기재된 모든 특성은, 명시적으로 다른방법으로 언급되지는 않았다 하더라도, 등가물 및 유사한 목적을 제공하는 대안적인 특성드로 대체할 수 있다. 그러므로, 명시적으로 다른방법으로 언급되지는 않았다 하더라도, 기재된 각각의 특성은 등가물 및 유사한 특성의 일반적인 범주 중 하나의 예이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면 복잡한 제어기구의 사용없이 자가 위상을 갖는 방향성빔을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 본 발명은 빔을 조정하기 위한 과도한 조작(computations)을 필요로 하지 않으며, 피드백루프와 같은 적응적 제어 또는 상전이기(phase shifters)없이 동작하는 효과를 제공한다.

Claims (9)

1. 안테나 장치에 있어서,

   금속판;

   상기 금속판의 상부표면에 배치된 도파관 -상기 도파관은, 대응되는 다수의 전자기파를 안내하기 위해서, 내부에 배치된 다수의 슬롯을 갖는 다수의 구획부를 포함함-;

   상기 도파관의 상부 표면에 배치된 선형 패치 안테나 어레이;

   상기 도파관과 상기 선형 패치안테나 어레이로 미리 설정된 주파수에서 상기 다수의 전자기파를 공급하기 위해서, 상기 도파관과 상기 선형 패치안테나 어레이에 연결된 다수의 전원입력부; 및

   상기 도파관과 상기 선형 패치안테나 어레이로 상기 전자기 신호를 송신하고 상기 선형 패치안테나 어레이로부터 전기신호를 수신하는 송수신회로 -이로 인해, 상기 다수의 전자기파가 상기 도파관의 다수의 구획부를 통해 유도되는 경우에, 상기 다수의 도판관 구획부가, 상기 선형 패치 안테나 어레이를 통해 방향성 빔을 형성하도록 축적하는 다수의 위상차를 생성함- 를 포함하는 안테나 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 안테나장치는 거의 평면인 안테나장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 도파관은 적어도 세 개의 구획부를 포함하는 안테나장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 위상차는 미리 설정된 각도에 상기 방향성빔의 초점을 맞추기위해서 축적하는 안테나장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 미리 설정된 주파수는 77GHz인 안테나장치.
6. 안테나 시스템에 있어서,

   선형 패치 어레이 안테나;

   상기 선형 패치 안테나 어레이를 통해 다수의 전자기파를 안내하고 방향성빔을 형성하여 초점을 맞추고 축적하는 위상차를 발생시키는 도파관;

   상기 도파관과 선형 패치안테나 어레이를 통해 송신하고 상기 선형패치 안테나 어레리를 통해 전기신호를 수신하기 위해 미리 설정된 주파수에서 상기 전자기파를 발생시키는 송수신회로를 포함하는 안테나시스템.
7. 제6항에 있어서,

   상기 도파관은 내부에 배치되는 슬롯들과 다수의 구획부를 포함하는 안테나시스템.
8. 제6항에 있어서,

   상기 미리 설정된 주파수는 77GHz인 안테나시스템.
9. 다수의 방향성 빔 생성방법에 있어서,

   복수의 전자기파를 발생시키는 단계;

   도파관 및 선형패치 안테나 어레이를 통해 다수의 전자기파를 공급함으로써 다수의 위상차를 발생시키는 단계;

   상기 다수의 위상차를 축적함으로써 상기 선형 패치안테나 어레이를 통해 다수의 방향성빔을 발생시키는 것을 특징으로 하는 다수의 직사 광선 생성방법.