KR20130109930A - 차량용 운전자 보조 장치, 차량 및 레이더 유닛을 작동시키는 방법 - Google Patents

차량용 운전자 보조 장치, 차량 및 레이더 유닛을 작동시키는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량의 외부에 있는 물체를 탐지하는 레이더 장치(3, 4)를 구비한 차량(1)용 운전자 보조 장치(2)로서, 상기 레이더 장치(3, 4)는 전자기파들을 조사 및/또는 수신하는 안테나 유닛(14)과 상기 안테나 유닛(14)에 커플링되어 있으면서 전자기파들(S0, SE)을 다이렉팅 및 댐핑(damping)하는 목적을 가진 댐핑 요소(24, 25, 26)를 갖고, 상기 댐핑 요소(24, 25, 26)에 의해 상기 안테나 유닛(14)은 상기 레이더 장치(3, 4)의 송신기 장치 및/또는 수신기 장치(16, 17)로 커플링될 수 있으며, 상기 댐핑 요소(24, 25, 26)는 한편으로는, 상기 송신기 장치 및/또는 수신기 장치(16, 17)와 다른 한편으로는 상기 안테나 유닛(14) 사이에서 상기 댐핑된 상기 전자기파들(S0, SE)을 다이렉팅하는 제 1 라인 브랜치(32), 뿐만 아니라 상기 제 1 라인 브랜치(32)에 커플링되어 있으면서 무반사 종단 요소(reflection-free terminating element)(35, 37)로 종단되는 제 2 라인 브랜치(33)를 갖는 브랜칭 유닛(branching unit)을 구비한다. 본 발명은 또한 이에 대응하는 방법에 관한 것이다.

Description

차량용 운전자 보조 장치, 차량 및 레이더 유닛을 작동시키는 방법{DRIVER ASSISTANCE DEVICE FOR A VEHICLE, VEHICLE AND METHOD FOR OPERATING A RADAR UNIT}
본 발명은 차량용 운전자 보조 장치에 관한 것이고, 이것은 차량의 외부에 있는 물체들을 탐지하는 레이더 장치를 포함한다.
레이더 장치는 전자기파들을 조사 및/또는 수신하는 안테나 유닛과, 그 안테나 유닛에 커플링되면서 전자기파들을 다이렉팅(directing)하고 댐핑(damping)하는 용도를 갖는 댐핑 요소(damping element)를 구비한다. 안테나 유닛은 댐핑 영역을 통해 레이더 장치의 송신기 장치 및/또는 수신기 장치에 커플링될 수 있다. 본 발명은 또한 이러한 운전자 보조 장치를 구비하는 차량 및 차량의 레이더 장치를 작동시키는 방법에 관한 것이다.
본 명세서에서 강조점은 전자기파들을 댐핑하도록 작용하는 댐핑 요소이다. 종래의 기술에서, 이러한 댐핑 요소들은 특히, 방향 특성의 주 로브(main lobe)의 진동이 전자적으로 구현되거나(빔 형성) 또는 주 로브의 여러 방향들 사이에서 스위칭 오버(switching over)가 또한 전자적으로 구현되는(빔 스위칭) 송신 안테나 그룹들에서 사용된다. 종래의 기술에서, 다수의 안테나 유닛들이 사용되고, 또한 각 안테나 유닛이 하나 이상의 개개의 안테나 요소들을 포함하며, 개별적으로, 즉 다른 안테나 유닛들에 독립적으로 공급된다. 예를 들어, 서로 옆에 배치될 수 있는 안테나 유닛들에 대해 고 주파 신호가 공급된다. 그 신호들의 레벨은 중앙에 위치한 안테나 유닛, 예를 들어 안테나 그룹 중의 중심으로부터, 각 모서리들에 위치되어 있는 안테나 유닛들을 향하여 대칭적으로 증가한다. 이것은 주 로브에 대해 -13 dB 까지 안테나 특성의 부 로브들(secondary lobes)을 억제하는 것을 필요로 한다. 다르게는, 모든 안테나 유닛들이 동일 레벨의 신호들로 여기되는 경우("박스카 여기(boxcar excitation)"로 지칭됨), 그것은 최대로 해도 -13 dB 의 부 로브들의 억제를 달성하는 것이 가능하다. 댐핑 요소들(용어 "감쇠기"로도 알려져 있음)은 특히 중심의 바깥쪽에 있는 개개의 안테나 유닛들의 레벨을 감소시킬 목적으로 사용된다. 상기 안테나 유닛들은 정확하고 안정적인 댐핑 값을 가져야 하며, 무엇보다, 서로에 대한 어떠한 위상 시프트도 가져서는 안된다.
예를 들어, 안테나 유닛들이 LTCC(Low Temperature Cofired Ceramics) 기법으로 제조되는 경우에는, 저항 페이스트를 사용하여 댐핑 요소들이 구현될 수 있다. 댐핑 요소들에 이용될 수 있는 저항 포일들(resistance foils)을 사용하는 것이 또한 알려져 있다. 그러나, 저항 페이스트 또는 저항 포일(resistance foil)로 구성된 댐핑 요소들은 공차들(tolerances)을 처리하거나 부정확성들을 처리해야 하기 때문에 상당한 변형들을 갖게 된다. 고 주파 기판들에 있어서, 지금까지는 극도로 높은 정밀도나 낮은 공차를 가진 저항 페이스트 또는 저항 포일을 공급하는 것에 의해 댐핑 값들을 설정하는 방법이 존재하지 않았다.
고 정밀 댐핑 요소들, 구체적으로 SMD(Surface-Mounted Device) 기법에서의 고 정밀 댐핑 요소들은 이미 종래 기술로부터 알려져 있다. 그러나, 이러한 컴포넌트들은 비교적 비싸다.
다른 가능성은 3 개의 저항에 의해 구현되는 π 또는 T 댐핑 요소들을 사용하는 것이다. 그러나, 이들 댐핑 요소들은 레이더 장치들의 주파수 영역, 예컨대 24 GHz 에서의 충분한 정밀도로 제조될 수 없다. 특히, SMD 저항들의 사용 필요성 때문에, 이러한 대안에서는 각 댐핑 요소의 위상 시프트가 재현가능한 방식으로 달성될 수 없다.
본 발명의 목적은 위에서 기술한 허용가능한 비용을 갖지 않으면서 댐핑 값 및 위상 시프트에 대한 매우 높은 정밀도를 갖는 포괄적인 유형의 운전자 보조 장치의 레이더 장치용 댐핑 요소를 구성하는 방식을 나타내는 것이다.
이 목적은 특허 청구항 1에 따른 특징을 갖는 운전자 보조 장치, 및 특허 청구항 8에 따른 특징을 갖는 차량, 및 특허 청구항 9에 따른 특징을 갖는 방법에 의한 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예들은 독립 특허 청구항들 및 상세한 설명의 주된 내용이다.
본 발명인 차량용 운전자 보조 장치는 차량의 외부에 있는 물체들을 탐지하는 레이더 장치를 포함한다. 레이더 장치는 전자기파들을 조사 및/또는 수신하는 안테나 유닛과, 그 안테나 유닛에 커플링되면서 전자기파들을 다이렉팅하고 댐핑하는 용도를 갖는 댐핑 요소를 포함한다. 안테나 유닛은 댐핑 요소를 통해 레이더 장치의 송신기 장치 및/또는 수신기 장치에 커플링될 수 있다. 댐핑 요소는 한편으로는 송신기 장치 및/또는 수신기 장치와 다른 한편으로는 안테나 유닛 사이에서 댐핑된 전자기파들을 다이렉팅하는 제 1 라인 브랜치를 갖고, 또한 제 1 라인 브랜치에 커플링되어 있으면서 무반사 종단 요소(reflection-free terminating element)로 종단되는 제 2 라인 브랜치를 갖는 브랜칭 유닛을 포함한다.
따라서, 본 발명에 따른 효과는 전자기파들의 전력의 일부분이 테이핑되고(tapped) 특히 무반사 종단 요소로 전환될 수 있는 브랜칭 유닛을 갖는 댐핑 요소에 의해 달성된다. 따라서, 브랜칭 유닛은 전자기파들의 전력을 분배하는 기능을 맡는다. 제 1 라인 브랜치는 안테나 유닛을 공급하기 위해 사용되고, 제 2 라인 브랜치는 무반사 종단 요소로 종단되며 이에 따라 테이핑된 전력의 일부분을 제거하는 역할을 한다.
본 발명에 따른 절차는 다양한 이점들을 갖는다: 댐핑 요소가 비용 효율적으로 제조될 수 있고, 단지 필요한 것은 2 개의 라인 브랜치들 - 예를 들어 2 개의 스트립 라인들(strip lines) - 및 무반사 종단 요소이다. 또한, SMD 컴포넌트들과 같은 어떤 별개의 컴포넌트들, 어떤 저항 페이스트나 제 1 라인 브랜치 즉 안테나 유닛의 신호 브랜치에서의 어떤 저항 필름을 사용할 필요가 없다. 이것은 종래 기술에서 방향 특성의 열화 및 이에 따른 레이더 장치의 전체 효율의 열화를 발생시켰던 댐핑 요소의 위상 시프팅의 부정확성 및 그 댐핑 값의 부정확성을 방지한다. 연속 생산(series production)에 있어서, 설정값들로부터 각 댐핑 요소들의 댐핑 값의 이탈 및 위상 시프트의 이탈의 위험은 이에 따라 최소한도로 감소된다. 브랜칭 유닛은 예를 들어 회로 기판 상의 전도체 트랙 구조(conductor track structures)에 의해 실제 구현될 수 있으며, 이것은 매우 정밀하게 제조될 수 있고, 라지-스케일 연속 생산 동안에 일정한 특성들을 보장한다. 브랜칭 유닛을 제조하는데 드는 비용은 매우 낮으며, 그 이유는 특정의 또는 고가의 고주파 컴포넌트들, 재료 또는 공정들이 필요하지 않기 때문이다.
브랜칭 유닛은 스트립 컨덕터 기법(strip conductor technology), 특히 마이크로스트립 기법(microstrip technology)으로 바람직하게 구현된다. 제 1 및 제 2 라인 브랜치들 각각은 스트립 라인, 특히 마이크로스트립 라인이 된다. 그러나, 코플래너 라인들(coplanar lines) 등의 다른 타입의 스트립 라인들을 제공하는 것이 또한 가능하다. 스트립 컨덕터 기법에서의 브랜칭 유닛의 구현은, 특히 패치 안테나들이 사용되는 경우에, 소형이면서 공간절약적인 댐핑 요소가 되는 것을 보장한다. 스트립 라인들은 또한 다른 웨이브 라인들(wave lines)보다 더 비용 효율적이고, 그들이 높은 정밀도로 재생될 수 있게 하는 방식으로 제작될 수 있으며, 재료적으로 경제적인 방식으로 제조될 수 있다. 이것은, 특히 중앙에 위치한 안테나 유닛들을 제외하고, 각 안테나 유닛이 댐핑 요소를 필요로 하는 다수의 안테나 유닛들이 존재하는 경우에, 특별히 유리하다는 것을 보여준다. 실제, 동일한 위상 특성들 및 매우 정밀한 댐핑 값들을 가진 다수의 브랜칭 유닛들이 필요하다.
브랜칭 유닛이 병렬 브랜치(또한 "T접속" 이나 "전력 분배기"의 명칭으로도 알려짐)를 가지는 경우 특별히 유리하다. 제 1 및 제 2 라인 브랜치들은 전기적으로 연결된다. 이 실시예는 특히 소형 댐핑 요소를 보장한다. 따라서, 댐핑 요소는 공통 기판 상에 실장된 개개의 안테나 유닛들 사이에서 사용가능한 상대적으로 작은 공간이 존재하는 레이더 장치들에서도 사용될 수 있다. 병렬 브랜치는 또한 제 1 및 제 2 라인 브랜치들의 라인 임피던스들의 적절한 선택의 결과로서 많은 비용 없이도 댐핑 요소의 소망하는 댐핑 값이 특히 정밀하게 구현될 수 있고, 각각의 λ/4 변압기들이 더욱 정밀해지며, 소망하는 전력 배분들이 구현될 수 있는 이점을 갖는다. 임피던스 적응은 λ/4 변압기들을 사용하는 것에 의해, 많은 비용 없이도 병렬 브랜치에서 달성될 수 있다. 각각의 λ/4 변압기들 중의 적어도 하나의 선택이 환형 세그먼트(annular segment)나 루프의 형태로 구현되는 것이 유리하며, 그때 브랜칭 유닛은 특히 소형화된다.
다른 일 실시예에서, 브랜칭 유닛은 방향성 결합기를 구비하며, 구체적으로는, 특히, TEM(transverse electro-magnetic) 라인 결합기 또는 하이브리드 결합기(용어 "4 x λ/4 라인 결합기" 또는 "브랜치 라인 결합기" 또는 "90°링 하이브리드"로도 알려짐)를 구비한다. TEM 라인 결합기의 경우, 제 1 라인 브랜치는 제 2 라인 브랜치로부터 전기적으로 분리되며 그 제 2 라인 브랜치에 평행하게 배치된다. 이러한 방향성 결합기들을 이용하여, 전자기파들의 전력의 일부분을 테이핑(tapping)하고 그것을 무반사 종단 요소로 전환시키는 것이 또한 가능하다.
무반사 종단 요소는 제 2 라인 브랜치에 위치되어 있으며, 따라서 제 1 라인 브랜치를 통해 전송된 신호의 위상에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 무반사 종단 요소는 원칙적으로 임의의 소망하는 방식으로 구현될 수 있으며, 단지 필요한 것은 무반사 종단 요소에서 주목할 만큼의 반사가 일어나지 않는 것이다. "무반사 종단 요소"는 특히, 전력 반사가 -10dB 미만, 특히 -15dB 미만, 더욱 바람직하게는 -20dB 미만인 것을 의미하는 것으로 이해된다. 무반사 종단 요소의 관점에서, 매우 다양한 실시예들이 적절히 가능하다.
무반사 종단 요소는 전기적 단락 요소를 통해 기준 전위, 즉 접지에 연결되는 저항을 구비할 수 있다. 제 2 라인 브랜치가 마이크로스트립 라인(microstrip line)인 경우, 단락 요소는 기판을 통해 연장되는 요소이며, 이것은 저항을 접지 표면(비어(via))에 전기적으로 연결시킨다. 이러한 방식에서는, 큰 비용 없이도 무반사 종단 요소를 사용할 수 있게 하는 것이 가능하며, 저항은 SMD 컴포넌트, 저항 페이스트 및/또는 저항 필름(resistance film)일 수 있다.
무반사 종단 요소는 그러나, 기준 전위로부터 전기적으로 분리되어 있거나 질량이 없는 흡수기(absorber)일 수도 있다. 그러면, 단락 요소를 사용할 필요가 없게 된다. 이러한 흡수기는 예를 들어 흡수기 웨지, 헬리컬 흡수기, 공진 흡수기 또는 저항 코팅(resistance coating)의 형태로 사용가능하게 만들어질 수 있다. 전술한 타입의 모든 흡수기는 반사율(reflection factor)을 갖지 않는다.
레이더 장치는 적어도 4 개의 안테나 유닛, 예를 들어 8 개의 안테나 유닛을 가질 수 있다. 적어도 2 개의 안테나 유닛은 특정 댐핑 요소를 통해 레이더 장치의 송신기 장치 및/또는 수신기 장치로 각각 커플링될 수 있다. 각 댐핑 요소들은 상이한 댐핑 값들을 가질 수 있다. 이 실시예의 일 구현에서, 레이더 장치는 그 각각이 다수의 패치 안테나 요소들을 갖는 8 개의 안테나 유닛들을 구비한 안테나 그룹을 포함할 수 있다. 각각의 안테나 유닛은 송신기 장치 및/또는 수신기 장치에 대해 개별적으로 커플링될 수 있다. 2 개의 가장 바깥쪽의 안테나 유닛들 각각은 가장 큰 댐핑 값을 가진 댐핑 요소를 통해 송신기 장치 및/또는 수신기 장치에 커플링될 수 있다. 바람직하게는, 2 개의 중앙에 위치한 안테나 유닛들은 댐핑 요소들을 통해 송신기 장치 및/또는 수신기 장치로 커플링되지 않는다. 중앙에 위치한 안테나 유닛들을 송신기 장치 및/또는 수신기 장치에 커플링시키는 웨이브라인들(wavelines)의 길이는 단순하게 적응되는 것이 바람직하며, 따라서 그들의 위상 시프트는 댐핑 요소들의 위상 시프트로 단순하게 적응되는 것이 바람직하다. 바깥쪽을 향하는 중앙에 위치한 안테나 유닛들에 인접한 안테나 유닛들 각각은 가장 작은 댐핑 값을 가진 댐핑 요소를 통해 송신기 장치 및/또는 수신기 장치로 커플링되는 것이 바람직하다. 안쪽을 향하는 중앙에 위치한 안테나 유닛들에 인접한 안테나 유닛들 각각은 중앙의 댐핑 값을 가진 댐핑 요소에 커플링된다. 따라서, 중앙에 위치한 안테나 유닛들에 대해 대칭인 신호들의 레벨 배분이 존재한다.
주파수 변조된 연속적인 전자기파(용어 FMCW(frequency modulated continuous wave)로도 지칭됨) 레이더를 조사하도록 설계된 연속파 레이더(continuous wave radar)가 레이더 장치로서 사용된다. 이러한 레이더 장치를 이용하여, 상기 레이더 장치와 물체 사이의 거리, 및 레이더 장치에 대한 물체의 상대 속도 및 상대 위치를 결정하는 것이 가능하다. 레이더 장치는 송신 안테나 장치 및 그로부터 분리된 수신 안테나 장치를 포함할 수 있다. 특정 댐핑 요소가 송신 안테나 장치를 위해 사용되는 것이 바람직하다. 그러면, 안테나 유닛이 그 댐핑 요소를 통해 송신기 장치로 커플링되고, 수신 안테나 장치는 수신기 장치로 커플링된다. 이러한 수신기 장치는 예를 들어, 혼합기, 저역-통과 필터, 저-잡음 증폭기 및 A/D(analogue-to-digital) 컨버터를 포함할 수 있다. 그러면, 수신 안테나 장치에 의해 수신된 신호들이 수신기 장치의 베이스밴드로 다운 믹스되고, 저역-통과 필터링되어서, A/D 컨버터 하에 있거나 이산화된다. 송신 안테나 장치는 전송 신호의 생성을 위한 로컬 오실레이터(local oscillator)에 의해 공급될 수 있다. 베이스밴드 내로 그 수신된 신호들을 믹스하기 위해, 수신기 장치의 혼합기에 전송 신호가 또한 공급될 수 있다. 송신 안테나 장치는 차량에서, 적어도 방위각 방향으로 위상 제어될 수 있으며, 이에 따라 수평 방향에서의 방향 특성인 좁은 주 로브를 이용하여 상대적으로 넓은 전체 방위각 범위를 탐지할 수 있다.
본 발명에 따른 차량, 특히 차(car)는 본 발명에 따른 운전자 보조 장치 또는 그것의 바람직한 개선 사항을 포함한다.
본 발명에 따른 방법은 차량의 운전자 보조 장치인 레이더 장치를 작동시키도록 구성된다. 전자기파들은 레이더 장치의 안테나 유닛에 의해 조사 및/또는 수신되고, 안테나 유닛에 커플링되어 있는 댐핑 요소에 의해서 및 안테나 유닛이 레이더 장치의 송신기 장치 및 수신기 장치로 커플링되는 것에 의해서 다이렉팅 및 댐핑된다. 전자기파들은 한편으로는 송신기 장치 및/또는 수신기 장치와 다른 한편으로는 안테나 유닛 사이에 있는 댐핑 요소의 브랜칭 유닛의 제 1 라인 브랜치를 통해 다이렉팅되고, 또한 제 1 라인 브랜치에 커플링되어 있는 제 2 라인 브랜치를 통해 무반사 종단 요소로 다이렉팅된다.
본 발명에 따른 운전자 보조 장치에 대해 나타낸 바람직한 실시예들 및 그것의 이점들은, 본 발명에 따른 차량 및 본 발명에 따른 방법에 대해서 그에 상응하게 적용된다.
본 발명의 다른 이점들은 청구범위, 도면 및 그 도면의 설명에서 발견될 수 있다. 본 설명에서 위에서 기술한 모든 특징들 및 특징 조합들 그리고 도면의 설명에서 아래에 기술하고 있고/있거나 도면에 단순하게 나타낸 특징들 및 특징 조합들은 각각의 특정 조합에서만 사용될 수 있는 것이 아니며, 다른 조합들 또는 그 밖에 독립적으로도 사용될 수 있다.
이하, 각각의 바람직한 예시적 실시예들을 참조하고, 또한 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다:
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 모터 차량의 개략적인 평면도이다.
도 2는 예를 들어 도 1에 따른 모터 차량에 사용되는 레이더 장치의 블록도이다.
도 3은 예를 들어 도 2에 따른 레이더 장치에 사용되는 송신 안테나 장치의 개략적인 도면이다.
도 4(a)는 적응된 길이 또는 위상 시프트를 가진 웨이브 라인(레이아웃)의 개략적인 반복 확대도이다.
도 4(b) 내지 도 4(d)는 본 발명의 실시예에 따른 상이한 댐핑 값을 가진 댐핑 요소(레이 아웃)의, 각 경우에 있어서의, 개략적인 반복 확대도이다.
도면들에 있어서, 동일한 요소 및 기능적으로 동일한 요소에 대해서는 동일 참조 부호가 부여된다.
도 1에 도시된 모터 차량(1)은 모터 차량(1)을 운전할 때 운전자를 보조하는 운전자 보조 장치(2)를 포함한다. 운전자 보조 장치(2)는 예를 들어, 사각 지대용 모니터링 시스템 및/또는 특히 추돌(rear-end collisions)을 위한 사고 조기 탐지 시스템 및/또는 ACC (Adaptive Cruise Control) 시스템일 수 있다. 운전자 보조 장치(2)는 제 1 레이더 장치(3) 및 제 2 레이더 장치(4)를 포함한다. 제 1 레이더 장치(3)는 후방 범퍼의 왼쪽 코너에 배치되고, 제 2 레이더 장치(4)는 동일 범퍼의 오른쪽 코너에 배치된다.
제 1 레이더 장치(3)는 탐지 범위(7)를 탐지한다. 탐지 범위(7)는 2 개의 라인들(7a, 7b)로 도 1에서 경계지어진, 방위각 α 에 의해 규정된다.
이에 상응하게, 제 2 레이더 장치(4)는 대응하는 방위각 α에 의해 규정되는 탐지 범위(8)를 갖는다. 방위각 α 는 2 개의 라인들(8a, 8b)에 의해 경계 지어진다.
예시적 실시예에서, 방위각들 α 는 대략 170°이다. 레이더 장치들(3, 4)의 탐지 범위들(7, 8)은 오버랩되며, 이에 따라 오버랩 범위(9)가 제공된다. 오버랩 범위(9)는 라인들(7b, 8b)에 의한 각도의 관점에서 경계 지어진다. 예시적 실시예에서, 오버랩 범위(9)의 어퍼쳐(aperture)의 각도 β 는 대략 70°이다.
그들 각각의 탐지 범위들(7, 8)에서, 레이더 장치들(3, 4)은 물체의 위치를 결정할 수 있다. 특히, 레이더 장치들(3, 4)은 각각의 레이더 장치(3, 4)로부터의 물체의 거리, 모터 차량(1)에 대한 물체의 상대 속도 및 표적 각(target angle)을 결정할 수 있다. 도 1로부터 명백한 바와 같이, 레이더 장치들(3, 4)의 탐지 범위들(7, 8)은 또한 모터 차량(1)의 각각의 사각지대 영역들, 즉 운전자가 내부의 백 미러나 외부의 백 미러로 볼 수 없는 각각의 사각지대 영역들을 포함한다.
도 2는 제어 장치(5)를 포함하는 개개의 레이더 장치(3, 4)의 블록 회로도를 도시하고 있다. 레이더 장치(3, 4)는 송신 안테나 장치(13)를 포함하며, 이 송신 안테나 장치(13)는 서로 개별적으로 공급되는 안테나 유닛들(14)의 그룹을 포함하고 있다. 개개의 안테나 유닛들(14) 각각은 다수의 패치 안테나들(도 3 참조)을 포함할 수 있다. 송신 안테나 장치(13)는 공급 회로(15)를 통해 공급되며, 구체적으로는 로컬 오실레이터(16)의 보조로 공급 회로(15)를 통해 공급된다. 로컬 오실레이터(16)는 전송 신호 S0 를 생성한다. 예시적 실시예에서 주파수가 톱니 형상 프로파일(saw-tooth-shaped profile)을 갖는 전송 신호 S0 는 주파수 변조된 전자기파이다. 전송 신호 S0 는 이에 따라 주파수 변조되며, 그 주파수는 제 1 값, 예컨대 23.8 GHz와 제 2 값, 예컨대 24.2 GHz 사이에서 주기적으로 달라진다. 예시적 실시예에서, 전송 신호 S0 의 중심 주파수는 24 GHz 이다.
로컬 오실레이터(16)는 제어 장치(5)에 의해 활성화된다. 오실레이터(16)는 예를 들어 전압 제어 오실레이터이며, 이것은 제어 장치(5)에 의해 오실레이터(15)에서 사용가능하게 만들어지는 직류 전압의 진폭에 따라 결정된 주파수를 갖는 전송 신호 S0 를 생성한다.
레이더 장치(3, 4)는 또한 하나 이상의 수신기들(17)(도 2에 개략적으로 도시되어 있음)을 포함한다. 하나 이상의 수신기들(17)은 수신 안테나 장치(18)을 포함하며, 이 수신 안테나 장치(18)는 예시적 실시예에서 다수의 패치 안테나들을 포함할 수 있다. 수신 안테나 장치(18)는 또한 2 차원 안테나 매트릭스(어레이)일 수 있다. 수신 안테나 장치(18)는 공급 회로(19)에 커플링된다. 공급 회로(19)는 수신 신호인 신호 SE 를 사용할 수 있게 한다. 수신된 신호 SE 는 저-잡음 증폭기(20)의 보조로 증폭되고, 혼합기(21)를 사용하여 다운 믹스되고, 저역-통과 필터(22)를 사용하여 저역-통과 필터링되며 A/D(analogue-to-digital) 컨버터(23)에 의해 아날로그-디지털 변환된다. 수신된 신호 SE 를 다운믹스하기 위해, 전송 신호 S0 가 사용되고, 전송 신호 S0 는 혼합기(21)로 전도되며, 구체적으로는, 예를 들어, 방향성 결합기를 사용하여 전도된다. 수신된 디지털 신호 SE 는 그 후에 제어 장치(5)를 사용하여 처리된다. 제어 장치(5)는 신호 SE 로부터 예를 들어, 물체로부터의 거리, 그것의 상대 속도 및 표적 각을 결정한다.
도 2는 레이더 장치(3, 4)의 기본 도면이며, 레이더 장치(3, 4)의 기능 방법을 단지 개략적인 형태로 도시하고 있다. 따라서, 도 2에서는 레이더 장치(3, 4)를 단지 예시적 형태로 나타내고 있다.
송신 안테나 장치(13) 및, 더 정확히 말하면, 공급 회로(15)는, 탐지 범위(7 또는 8)의 여러 부분 영역들을 스위칭 오버(switching over)함으로써 시간적 연속(chronological succession)으로 조명하는 방식으로 이에 따라 제어될 수 있다. 예를 들어, 이러한 목적을 위해, 송신 안테나 장치(13)의 전송 로브가 방위각 방향으로 전자적으로 스위프(sweep) 될 수 있으며, 구체적으로는 위상 배열 원리에 따라 스위프 될 수 있다. 이 경우에, 수신 안테나 장치(18)는 방위각 방향에서, 전체의 탐지 범위(7 또는 8)를 커버하는 폭넓은 수신 특성을 가질 수 있다. 대안으로서는, 다른 개선 사항들이 폭넓은 전송 로브들과 함께 좁은 수신 각도 범위들을 구현할 수 있다.
여기서 강조점은 송신 안테나 장치(13)의 공급 회로(15), 구체적으로는 그것의 댐핑 요소들이다. 도 3을 참조하면, 송신 안테나 장치(13)는 이미 설명한 바와 같이, 순차적으로 다수의 개개의 패치 안테나들을 갖는 다수의 안테나 유닛들(14)을 포함한다. 정확히 말하면, 송신 안테나 장치(13)는 예시적 실시예에서 동일한 설계의 8 개 안테나 유닛들(14)을 포함한다. 예시적 실시예들에서, 각각의 안테나 유닛(14)은 6 개의 패치 안테나 요소들을 포함한다. 모든 패치 안테나 요소들은 공통 기판 상에 실장되어 있다. 또한, 예시적 실시예에서는 마이크로스트립 기법으로 구성되는 공급 회로(15)도 이 기판 상에 실장된다.
공급 회로(15)는, 각각의 안테나 유닛(14)에 있어서, 2 개의 중앙에 위치한 안테나 유닛들(14) 뿐만 아니라, 각 경우에, 각 안테나 유닛(14)이 그것을 통해 로컬 오실레이터(16)로 커플링되는 댐핑 요소를 포함한다. 정확히 말하면, 가장 바깥쪽의 안테나 유닛들(14) 각각은 댐핑 요소(24)에 커플링되어 있고, 가장 바깥쪽의 안테나 유닛들(14)에 인접한 안테나 유닛들은, 각 경우에, 댐핑 요소(25)에 커플링되어 있고, 중앙에 위치한 안테나 유닛들(14)에 인접한 안테나 유닛들(14)은, 각 경우에, 댐핑 요소(26)에 커플링되어 있다. 댐핑 요소들(24, 25, 26) 각각은 쌍 기반으로 동일한 댐핑 값들을 갖는다:
댐핑 요소들(24)은 제 1 댐핑 값을 갖고, 댐핑 요소들(25)은 제 2 댐핑 값을 갖고 또한 댐핑 요소들(26)은 제 3 댐핑 값을 갖는다. 제 1 댐핑 값은 제 2 댐핑 값보다 크고, 제 2 댐핑 값은 제 3 댐핑 값보다 크다. 모든 댐핑 요소들(24, 25, 26)은 동일한 위상 특성들을 가지며, 달리 말해, 댐핑 요소들(24, 25, 26)을 통해 전파되는 전자기파의 위상은 동일한 절대값 만큼 시프트된다. 즉, 모든 댐핑 요소들(24, 25, 26)은 동일한 유효 라인 길이를 가지며, 이에 따라 동일한 위상 시프트를 갖는다.
중앙에 위치한 안테나 유닛들(14)은 어떤 댐핑 요소들에 대해서도 커플링되어 있지 않으며, 대신에 각각의 경우에 마이크로스트립 라인(27)을 통해서 로컬 오실레이터(16)에 커플링되어 있다. 이러한 마이크로스트립 라인(27)이 도 4(a)에 도시되어 있다. 도 4(a)로부터 명백한 바와 같이, 마이크로스트립 라인(27)은 멘더링 루프(meandering loop)(28)를 가진 루프-형상 프로파일(loop-shaped profile)을 갖는다. 그 결과, 마이크로스트립 라인(27)의 유효 라인 길이는 댐핑 요소들(24, 25, 26)의 유효 길이로 적응될 수 있으며, 구체적으로는 주어진 소정 사용가능한 설치 공간으로 적응될 수 있다. 마이크로스트립 라인(27)의 결과인 위상 시프트는 이에 따라 댐핑 요소들(24, 25, 26)의 결과인 위상 시프트들로 적응된다. 마이크로스트립 라인(27)은, 한편으로는, 할당된 안테나 유닛(14)에 연결되고, 다른 한편으로는 예를 들어 동축 케이블이나 다른 도파관을 통해 로컬 오실레이터(16)에 커플링된다.
도 4(b) 내지 도 4(d)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 댐핑 요소들(24, 25, 26)이 도시되어 있다. 댐핑 요소들(24, 25, 26)은 또한 마이크로스트립 기법에서 사용가능하게 만들어지며, 따라서 마이크로스트립 라인들(microstrip lines)을 포함한다. 각 댐핑 요소들(24, 25, 26)의 제 1 게이트 또는 제 1 단자(29)는 예를 들어 동축 케이블이나 다른 도파관을 통해 로컬 오실레이터(16)로 커플링된다. 제 2 게이트(30)는 각 안테나 유닛(14)에 연결된다. 댐핑 요소들(24, 25, 26) 각각은 브랜칭 유닛을 구비하며, 구체적으로 여기서는 제 1 라인 브랜치(32)와 제 2 라인 브랜치(33)를 가지는 병렬 브랜치(31)(T-접속)를 구비한다. 2 개의 라인 브랜치들(32, 33)은 브랭칭 포인트(34)에서 결합되며, 구체적으로는 제 1 게이트(29)에서 결합된다. 따라서, 제 1 브랜치 라인(32)은 할당된 안테나 유닛(14)을 로컬 오실레이터(16)으로 커플링시킨다. 전송 신호 S0 의 전력 중의 일부가 테이핑되고, 제 2 라인 브랜치(33)를 통해 전도된다. 이 테이핑된 전자기파는 댐핑 요소(24, 25, 26)의 제 3 게이트(36)로 저항(35)을 통해 전도되며, 여기서 게이트(36)는 전기적 단락 요소(37)(비어)를 통해 접지에 연결되어 있다. 각 단락 요소(37)는 이에 따라 도면의 평면에 대해 수직으로 연장되며 기판을 통과한다. 예시적 실시예에서, 저항(35)은 SMD 컴포넌트 및 베어스(bears)이며, 한편으로는, 병렬 브랜치(31)로부터 분리되어 있는 마이크로스트립 접촉면(38) 상에 있고, 다른 한편으로는 제 2 라인 브랜치(33)의 말단 영역 상에 있다. 단락 요소(37)는 마이크로스트립 접촉면(38)을 접지에 연결시킨다.
단락 요소(37)를 가진 저항(35)은 전체로서 무반사 종단 요소(reflection-free terminating element)를 형성한다.
병렬 브랜치(31)는 입력 임피던스를 출력 임피던스로 적응시키는 기능을 가진 2 개의 λ/4 변압기들(39, 40)을 구비하고 있다. 2 개의 λ/4 변압기들의 적절한 임피던스들의 선택을 통해서, 소망하는 병렬 브랜치(31)의 전력 배분을 구현하는 것이 가능하며, 이에 따라 필요로 하는 댐핑 값들을 구현하는 것이 가능하다.
도 4(b)는 중앙에 위치한 안테나 유닛들(14)에 인접한 안테나 유닛들(14)을 공급하는 역할을 하는 댐핑 요소(26)를 도시하고 있다. 이 댐핑 요소(26)는 낮은 댐핑 값을 가진다. λ/4 변압기(39)는 λ/4 변압기(40)보다 상당히 더 넓다.
도 4(c)는 제 2, 중앙의 댐핑 값을 갖는 댐핑 요소(25)을 보여준다. λ/4 변압기(39)는 도 4(b)에 따른 것보다 약간 더 좁으며, 또한 제 2 라인 브랜치(33)의 λ/4 변압기(40)보다 약간 더 좁다.
도 4(d)에 도시된 댐핑 요소(24)는 가장 바깥쪽의 안테나 유닛들(14)을 공급하는데에 사용된다. 그것은 가장 큰 댐핑 값을 가지며, λ/4 변압기(39)는 그에 상응하여 λ/4 변압기(40)보다 상당히 더 좁다.
원칙적으로, 댐핑 요소들(24, 25, 26)은 또한 방향성 결합기들과 함께 구현될 수 있다. 전송 신호 S0 의 전력 중의 일부는 그 후에 이러한 방향성 결합기를 사용하여 테이핑되고, 또한 무반사 종단 요소로 전도될 수 있다.
전체적으로, 댐핑 요소(24, 25, 26)는 위상 시프트 및 댐핑 값에 대해 매우 정밀하게, 비용 효율적으로 제조될 수 있고 또한 많은 개수로 재생가능한 방식으로 제조될 수 있도록 사용가능하게 될 수 있다. 예를 들어 SMD 컴포넌트들과 같은 어떠한 추가 컴포넌트들도 안테나 유닛(14)이 공급되는 라인 브랜치(32) 내에 장착될 필요가 없다. 그 결과, 전자기파의 위상에도 또한 악 영향을 미치지 않게 된다. 큰 비용 없이도 λ/4 변압기들(39, 40)의 적절하게 선택하는 것에 의해 소망하는 댐핑 값을 정밀하게 설정할 수 있다.

Claims (9)

  1. 차량의 외부에 있는 물체를 탐지하는 레이더 장치(3, 4)를 구비한 차량(1)용 운전자 보조 장치(2)로서,
    상기 레이더 장치(3, 4)는 전자기파(S0, SE)를 조사하는 것과 수신하는 것 중 적어도 하나를 수행하는 안테나 유닛(14)과, 상기 안테나 유닛(14)에 커플링되어 있으면서 상기 전자기파(S0, SE)를 다이렉팅(directing) 및 댐핑(damping)하는 댐핑 요소(24, 25, 26)를 구비하고,
    상기 댐핑 요소(24, 25, 26)에 의해 상기 안테나 유닛(14)은 상기 레이더 장치(3, 4)의 송신기 장치(16)와 수신기 장치(17) 중 적어도 하나에 커플링될 수 있으며,
    상기 댐핑 요소(24, 25, 26)는 한편으로는, 상기 송신기 장치(16)와 상기 수신기 장치(17) 중 적어도 하나와 다른 한편으로는 상기 안테나 유닛(14) 사이에서 상기 댐핑된 전자기파(S0, SE)를 다이렉팅하는 제 1 라인 브랜치(32)와, 상기 제 1 라인 브랜치(32)에 커플링되어 있으면서 무반사 종단 요소(reflection-free terminating element)(35, 37)로 종단되는 제 2 라인 브랜치(33)를 갖는 브랜칭 유닛(branching unit)(31)을 구비하는
    운전자 보조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 브랜칭 유닛(31)은 스트립 컨덕터 기법(strip conductor technology), 특히 마이크로스트립 기법(microstrip technology)으로 구현되어, 상기 제 1 라인 브랜치(32) 및 상기 제 2 라인 브랜치(33) 각각은 스트립 라인(strip line), 특히 마이크로스트립 라인(microstrip line)인
    운전자 보조 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 브랜칭 유닛(31)은 병렬 브랜치(31)를 구비하여, 상기 제 1 라인 브랜치(32) 및 상기 제 2 라인 브랜치(33)는 서로 전기적으로 연결되는
    운전자 보조 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 브랜칭 유닛(31)은 방향성 결합기(directional coupler), 특히 TEM(transverse electro-magnetic) 라인 결합기를 가지며,
    상기 제 1 라인 브랜치(32)는 상기 제 2 라인 브랜치(33)로부터 바람직하게는 전기적으로 분리되어 있고 상기 제 2 라인 브랜치(33)에 대해 병렬로 배치되는
    운전자 보조 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무반사 종단 요소(35, 37)는 전기적 단락 요소(37)를 통해 기준 전위에 연결되는 저항(35)을 구비하는
    운전자 보조 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무반사 종단 요소(35, 37)는 기준 전위로부터 전기적으로 분리된 흡수기(absorber)인
    운전자 보조 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이더 장치(3, 4)는 적어도 2 개의 안테나 유닛(14)을 갖고, 상기 적어도 2 개의 안테나 유닛(14) 각각은 특정 댐핑 요소(24, 25, 26)를 통해 상기 레이더 장치(3, 4)의 상기 송신기 장치(16)와 상기 수신기 장치(17) 중 적어도 하나에 커플링될 수 있으며,
    상기 댐핑 요소들(24, 25, 26)은 상이한 댐핑 값들을 갖는
    운전자 보조 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 운전자 보조 장치(2)를 구비한
    차량(1), 특히 모터 차량.
  9. 차량(1)의 운전자 보조 장치(2)의 레이더 장치를 작동시키는 방법으로서,
    전자기파(S0, SE)가, 상기 레이더 장치(3, 4)의 안테나 유닛(14)에 의해 조사하고 수신되는 동작중 적어도 하나를 수행하고, 상기 안테나 유닛(14)에 커플링되어 있는 댐핑 요소(24, 25, 26)에 의해 다이렉팅 및 댐핑되고, 이 댐핑 요소에 의해, 상기 안테나 유닛(14)이 상기 레이더 장치(3, 4)의 송신기 장치(16)와 수신기 장치(17) 중 적어도 하나에 커플링되고,
    상기 전자기파(S0, SE)는, 한편으로는 상기 송신기 장치(16)와 상기 수신기 장치(17) 중 적어도 하나와 다른 한편으로는 상기 안테나 유닛(14) 사이에서 상기 댐핑 요소(24, 25, 26)의 브랜칭 유닛(31)의 제 1 라인 브랜치(32)를 통해 다이렉팅되고, 상기 제 1 라인 브랜치(32)에 커플링되어 있는 제 2 라인 브랜치(33)를 통해 무반사 종단 요소(35, 37)로 전도되는
    차량의 운전자 보조 장치의 레이더 장치를 작동시키는 방법.
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