KR20190085354A - Antenna and radar apparatus having different beam tilt for each frequency - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 패치 안테나에 관련한 것으로, 특히 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나 및 레이더 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a patch antenna, and more particularly, to a patch antenna and a radar device having different beam tilts for different frequencies.
레이더(Radar)의 설치 위치가 감지 위치보다 높은 경우 수평(Azimuth) 방향으로는 디지털 빔 포밍(Digital Beamforming)을 하기 때문에 넓은 커버리지(Coverage)가 가능하지만, 수직(Elevation) 방향으로는 고정 빔폭을 가지기 때문에 아래쪽으로 기계적인 틸티(Tilt)를 해서 빔이 커버하는 영역만 감지한다.When the installation position of the radar is higher than the detection position, digital beamforming is performed in the azimuth direction, so it is possible to cover a wide coverage. However, in the elevation direction, Because of this, a mechanical tilt is performed downward to detect only the area covered by the beam.
이러한 기계적인 틸트 방식에서는 레이더에 가까운 곳을 감지하기 위해서는 더 많은 틸트를 해야 하는데, 도 1 에 도시한 바와 같이 cos2φ에 비례하는 바닥을 맞고 오는 신호가 커져서 잡음 플로어(Noise Floor)가 높아진다. 잡음 플로어란 '바닥 잡음'이라고도 하는데, 최소 잡음 전력을 의미한다.In such a mechanical tilting method, more tilt is required to detect a position close to the radar. As shown in FIG. 1, the signal coming from the bottom of the floor proportional to cos 2 ? Increases and the noise floor increases. Noise floor is also called 'floor noise', which means minimum noise power.
기계적인 틸트를 하지 않고 넓은 영역의 커버리지를 갖기 위해 넓은 빔폭을 가지는 빔을 사용할 수 있지만, 빔폭이 넓어지면 안테나 게인(Gain)이 떨어지는 문제가 발생한다. Although a beam having a wide beam width can be used to have a wide area coverage without mechanical tilting, if the beam width is widened, an antenna gain becomes low.
한편, 잡음 플로어(Noise Floor)를 낮추기 위해 기계적 틸트를 하지 않고 전기적으로 틸트하는 기술이 제안되었다. 전기적인 틸트 방식에서는 방사하는 빔의 E 필드 방향의 주성분이 바닥에 수직이라 잡음 플로어(Noise Floor)가 낮게 형성된다.On the other hand, a technique of electrically tilting without mechanical tilting has been proposed in order to lower the noise floor. In the electric tilting method, the main component in the direction of the E field of the emitted beam is perpendicular to the bottom, so that the noise floor is formed to be low.
대한민국 등록특허 제10-1195778호(2012.10.24)에서 안테나의 통신 가능 구역을 조종하기 위한 틸트(안테나의 주 빔의 수직 각도를 변화)를 물리적인 이동없이 안테나 어레이 요소의 신호 위상 또는 시간 지연을 변경시켜 전기적으로 조종하는 기술을 개시하고 있다.In Korean Patent No. 10-1195778 (Oct. 24, 2012), a tilt (which changes the vertical angle of the main beam of the antenna) for controlling the communicable area of the antenna is changed by the signal phase or time delay of the antenna array element without physical movement And controlling the electric power of the vehicle.
본 발명자는 급전 라인을 따라 배열되는 다수의 패치들을 포함하는 패치 안테나의 공진 주파수와 관련된 각 패치의 길이와, 수직 방향 방사 각도와 관련된 각 패치 간의 간격을 서로 상이하게 구현하여 주파수별로 빔 틸트 각도를 다르게 한 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나 및 레이더 장치에 대한 연구를 하였다.The present inventors have realized that the length of each patch associated with the resonance frequency of the patch antenna including a plurality of patches arranged along the feed line and the spacing between each patch related to the vertical radiation angle are different from each other so that the beam tilt angle A study on patch antennas and radar devices with different frequency tilt differently.
본 발명은 상기한 취지하에 발명된 것으로, 급전 라인을 따라 배열되는 다수의 패치들을 포함하는 패치 안테나의 공진 주파수와 관련된 각 패치의 길이와, 수직 방향 방사 각도와 관련된 각 패치 간의 간격을 서로 상이하게 구현하여 주파수별로 빔 틸트 각도를 다르게 한 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나 및 레이더 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made under the above-mentioned circumstances and has an object to provide a patch antenna which is different in the length of each patch relative to the resonance frequency of a patch antenna including a plurality of patches arranged along a feed line, It is an object of the present invention to provide a patch antenna and a radar device having different beam tilt frequencies for different frequency tilt angles.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 급전 라인과, 급전 라인을 따라 배열되는 다수의 패치들을 포함하는 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나가 공진 주파수와 관련된 각 패치의 길이가 서로 상이하고, 수직 방향 방사 각도와 관련된 각 패치 간의 간격이 서로 상이하도록 구현된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a patch antenna including a feed line and a plurality of patches arranged along a feed line, the patch tones having different beam tilt frequencies, And the intervals between the respective patches related to the vertical radiation angle are different from each other.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 적어도 하나의 송신 안테나와, 적어도 하나의 수신 안테나를 포함하는 주파수별 빔 틸트가 상이한 레이더 장치의 송신 안테나 또는 수신 안테나가 급전 라인과, 급전 라인을 따라 배열되는 다수의 패치들을 구비하되, 공진 주파수와 관련된 각 패치의 길이가 서로 상이하고, 수직 방향 방사 각도와 관련된 각 패치 간의 간격이 서로 상이하도록 구현된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a radio communication system including: a transmission antenna or a reception antenna of at least one transmission antenna and a radar device having different frequency-dependent beam tilts including at least one reception antenna; Wherein the lengths of the respective patches related to the resonance frequency are different from each other and the intervals between the patches related to the vertical radiation angle are different from each other.
본 발명의 부기적인 양상에 따르면, 지면 방향에 더 가까이 배열되는 패치일수록 패치의 길이가 더 길어져 더 낮은 공진 주파수에서 신호를 방사할 수 있다.According to an ad- vantageous aspect of the present invention, the patches arranged closer to the paper surface in the direction of the paper become longer in length and can emit signals at lower resonance frequencies.
본 발명의 부기적인 양상에 따르면, 지면 방향에 더 가까이 배치되는 패치들일수록 간격이 더 좁아져 수직 방향 방사 각도가 더 지면 방향으로 향할 수 있다.According to an anomalous aspect of the present invention, the patches disposed closer to the paper plane direction become narrower and the vertical radiation angle can be directed toward the paper plane direction.
본 발명의 부기적인 양상에 따르면, 패치들의 배열 위치에 상관없이 패치들의 길이와 간격이 랜덤할 수 있다.According to an additional aspect of the present invention, the length and spacing of the patches can be random regardless of the arrangement position of the patches.
본 발명의 부기적인 양상에 따르면, 신호 방사 파워와 관련된 각 패치의 넓이가 서로 상이할 수 있다.According to an ancillary aspect of the present invention, the widths of the respective patches related to the signal radiation power may be different from each other.
본 발명은 기계적인 틸트 없이 급전 라인을 따라 배열되는 다수의 패치들을 포함하는 패치 안테나의 공진 주파수와 관련된 각 패치의 길이와, 수직 방향 방사 각도와 관련된 각 패치 간의 간격을 서로 상이하게 구현함으로써 잡음 플로어(Noise Floor)의 상승없이 수직(Elevation) 방향의 커버리지(Coverage)를 간편하게 확장할 수 있고, 게인(Gain)이 높기 때문에 더 작은 물체도 감지할 수 있는 효과가 있다. The present invention realizes the length of each patch associated with the resonant frequency of the patch antenna including a plurality of patches arranged along the feed line without mechanical tilt and the interval between each patch related to the vertical radiation angle to be different from each other, The coverage in the elevation direction can be easily expanded without increasing the noise floor, and since the gain is high, even smaller objects can be detected.
도 1 은 기계적인 틸트 방식의 레이더를 예시한 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나의 수직(Elevation) 방향 빔 패턴과 기존의 빔 패턴을 비교하기 위한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나의 반사계수와 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) 특성을 도시한 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 레이더 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 6 은 주파수 변조 연속파(FMCW)의 송수신 파형을 예시한 도면이다.
도 7 은 본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 레이더 장치의 빔 틸트를 예시한 도면이다.1 is a view illustrating a mechanical tilt radar.
2 is a diagram showing a configuration of a patch antenna according to an embodiment of the present invention, the beam tilt of which is different for each frequency.
3 is a diagram for comparing an elevation direction beam pattern of a patch antenna with a different beam tilt according to the present invention and an existing beam pattern.
FIG. 4 is a graph showing reflection coefficient and VSWR (voltage standing wave ratio) characteristics of a patch antenna with different beam tilt according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a radar apparatus having different beam tilt for each frequency according to the present invention.
6 is a diagram illustrating a transmission / reception waveform of a frequency-modulated continuous wave (FMCW).
7 is a view illustrating beam tilting of a radar apparatus having different beam tilt for each frequency according to the present invention.
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.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. While specific embodiments have been illustrated and described in the accompanying drawings, it is not intended that the various embodiments of the invention be limited to any particular form.
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.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
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. It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, .
반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between.
도 2 는 본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 2 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나(100)는 급전 라인(110)과, 급전 라인을 따라 배열되는 다수의 패치(120)들을 포함한다.2 is a diagram showing a configuration of a patch antenna according to an embodiment of the present invention, the beam tilt of which is different for each frequency. As shown in FIG. 2, the
이 때, 주파수별 빔 틸트가 상이하도록 공진 주파수와 관련된 각 패치(120)의 길이(L)가 서로 상이하고, 수직 방향 방사 각도와 관련된 각 패치 간의 간격(D)이 서로 상이하도록 구현한다.In this case, the lengths L of the
패치 안테나의 패치의 길이가 작아질수록 공진 주파수는 높아지고, 패치의 길이가 커질수록 공진 주파수는 낮아지는 특성을 갖는다. 따라서, 공진 주파수와 관련된 각 패치의 길이를 서로 상이하게 구현한다면, 주파수별로 빔 포밍이 가능해진다.The resonance frequency becomes higher as the patch antenna length becomes smaller, and the resonance frequency becomes lower as the patch length becomes longer. Therefore, if the lengths of the patches related to the resonance frequency are different from each other, the beam forming can be performed for each frequency.
한편, 패치 안테나의 패치 간의 간격이 작아질수록 수직(Elevation) 방향의 빔 방사 방향은 더 지면으로 향해 빔 방사 각도가 커지고, 패치 안테나의 패치 간의 간격이 커질수록 수직(Elevation) 방향의 빔 방사 방향은 덜 지면으로 향해 빔 방사 각도가 작아지는 특성을 갖는다. 따라서, 수직 방향 방사 각도와 관련된 각 패치 간의 간격을 서로 상이하도록 구현한다면, 패치의 빔 틸트 방향 조정이 가능해진다.As the distance between the patches of the patch antenna is decreased, the direction of beam emission in the vertical direction (elevation direction) becomes larger toward the ground surface, and as the distance between patches of the patch antenna becomes larger, Has a characteristic in which the angle of beam emission is reduced toward the ground. Therefore, if the intervals between the patches related to the vertical radiation angle are made different from each other, the adjustment of the beam tilt direction of the patch becomes possible.
이 때, 패치간의 간격이 반파장(λ/2)을 초과할 경우에는 방사 방향이 정면보다 위로 향하므로, 패치간의 간격을 반파장(λ/2) 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 그 이유는 방범용이나 차량용의 레이더 장치에 적용되는 안테나의 커버리지는 지면 방향이기 때문이다. At this time, when the interval between the patches exceeds half wavelength (? / 2), it is preferable to limit the interval between patches to half wavelength (? / 2) or less since the radiation direction is higher than the front face. This is because the coverage of the antenna applied to the radar apparatus for crime prevention and automobiles is the ground direction.
본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나의 경우, 지면 방향부터 정면 방향까지의 커버리지 영역을 가지고, 공진 주파수별로 빔 포밍 방향이 상이하기만 하면 되므로, 패치의 길이와 각 패치간 간격이 반드시 특정한 규칙을 가지고 배치될 필요는 없다.In the case of the patch antenna having different beam tilt according to the present invention, since the beam forming direction is different according to the resonance frequency and has the coverage area from the ground direction to the front direction, It does not need to be placed with specific rules.
예컨대, 지면 방향에 더 가까이 배열되는 패치일수록 패치의 길이가 더 길어져 더 낮은 공진 주파수에서 신호를 방사하도록 구현될 수 있다. For example, a patch that is arranged closer to the ground plane may have a longer patch length and may be implemented to radiate a signal at a lower resonant frequency.
한편, 지면 방향에 더 가까이 배치되는 패치들일수록 간격이 더 좁아져 수직 방향 방사 각도가 더 지면 방향으로 향하도록 구현될 수도 있다.On the other hand, the patches disposed closer to the paper surface direction may be further narrowed so that the vertical radiation angle is directed toward the paper surface direction.
이와는 달리, 패치들의 배열 위치에 상관없이 패치들의 길이와 간격이 랜덤하도록 구현될 수도 있다.Alternatively, the length and spacing of the patches may be randomized regardless of the arrangement position of the patches.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 신호 방사 파워와 관련된 각 패치(120)의 넓이(W)가 서로 상이하도록 구현될 수 있다. 패치 안테나의 패치 넓이가 더 작아질수록 방사 파워(Power)는 커지고, 패치 안테나의 패치 넓이가 더 커질수록 방사 파워(Power)는 작아진다.On the other hand, according to an additional aspect of the invention, the width W of each
방사 파워(Power)는 레이더 빔 신호 감지 거리와 관련되므로, 신호 방사 파워와 관련된 각 패치(120)의 넓이(W)가 서로 상이하도록 구현하여 패치별로 레이더 빔 신호 감지 거리를 상이하게 조정할 수 있다.Since the radiation power is related to the radar beam signal detection distance, the widths W of the
도 3 은 본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나의 수직(Elevation) 방향 빔 패턴과 기존의 빔 패턴을 비교하기 위한 도면이고, 도 4 는 본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나의 반사계수와 VSWR(Voltage Standing Wave Ratio) 특성을 도시한 도면이다.FIG. 3 is a view for comparing an elevation direction beam pattern of a patch antenna with a different beam tilt for each frequency according to the present invention and an existing beam pattern. FIG. And VSWR (Voltage Standing Wave Ratio) characteristics.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나의 경우, 좁은 커버리지를 가지는 종래와는 다르게 각 주파수별로 빔 틸트되어 빔 포밍을 형성하므로, 수직 방향으로 넓은 커버리지를 가지고 있음을 볼 수 있다.As shown in the figure, in the case of a patch antenna having different beam tilts according to the present invention, since the beam forming is performed by beam tilting for each frequency differently from the conventional one having a narrow coverage, the patch antenna has a wide coverage in the vertical direction Can be seen.
즉, 본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나는 각 주파수별 빔 포밍 영역은 좁으므로 안테나 게인이 높다. 게인이 높은 각 주파수별 빔 포밍 영역들이 서로 중첩되어 수직 방향으로 넓은 커버리지를 형성한다.That is, in the patch antenna in which the beam tilt of each frequency is different according to the present invention, the antenna gain is high because the beam-forming area for each frequency is narrow. The beamforming regions for each frequency having a high gain overlap each other to form a wide coverage in the vertical direction.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 기계적인 틸트 없이 급전 라인을 따라 배열되는 다수의 패치들을 포함하는 패치 안테나의 공진 주파수와 관련된 각 패치의 길이와, 수직 방향 방사 각도와 관련된 각 패치 간의 간격을 서로 상이하게 구현함으로써 잡음 플로어(Noise Floor)의 상승없이 수직(Elevation) 방향의 커버리지(Coverage)를 간편하게 확장할 수 있고, 게인(Gain)이 높기 때문에 더 작은 물체도 감지할 수 있다.In accordance with the present invention, the length of each patch associated with the resonant frequency of a patch antenna including a plurality of patches arranged along a feed line without mechanical tilting and the intervals between patches related to the vertical radiation angle are different from each other It is possible to easily extend the coverage in the elevation direction without increasing the noise floor and to detect a smaller object because the gain is high.
도 5 는 본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 레이더 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도 5 에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 레이더 장치(200)는 적어도 하나의 송신 안테나(210)와, 적어도 하나의 수신 안테나(220) 및 레이더 칩(230)을 포함한다.FIG. 5 is a diagram showing a configuration of an embodiment of a radar apparatus having different beam tilt for each frequency according to the present invention. 5, the
적어도 하나의 송신 안테나(210)와, 적어도 하나의 수신 안테나(220)는 급전 라인과, 급전 라인을 따라 배열되는 다수의 패치들을 포함한다. 이 때, 송신 안테나(210) 또는 수신 안테나(220)가 브랜치(Brench) 구조를 가지고 다수개 병렬 배열될 수 있다.At least one transmit
레이더 칩(230)은 송신 안테나(210)로 출력되는 주파수 신호를 증폭하는 파워 증폭기(PA : Power Amplifier)(231)와, 입력 주파수의 n 정수배 출력 주파수의 전력을 파워 증폭기(PA)로 출력하는 체배기(Frequency Multiplier)(232)를 포함하는 송신 모듈을 포함한다.The
또한, 레이더 칩(230)은 수신 안테나(220)로부터 입력되는 미약한 주파수 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭기(LNA : Low Noise Amplifier)(233)와, 송신 안테나(210)로 출력되는 주파수 신호와 수신 안테나(220)에 의해 수신되는 주파수 신호의 곱에 의한 주파수 천이를 수행하는 믹서(234)를 포함하는 수신 모듈을 포함한다.The
한편, 레이더 칩(230)은 주파수 신호 송수신을 제어하되, 송신 모듈을 통해 출력되는 주파수 신호와, 수신 모듈을 통해 수신되는 주파수 신호의 주파수 천이를 분석해 물체를 감지하고, 물체와의 거리를 계산하는 제어부(235)를 포함한다.On the other hand, the
예컨대, 제어부(235)가 주파수 변조 연속파(FMCW : Frequency Modulated Continuous Wave)를 사용해 물체를 감지하고, 물체와의 거리를 계산하도록 구현될 수 있다. For example, the
도 6 은 주파수 변조 연속파(FMCW)의 송수신 파형을 예시한 도면이다. 송신 신호 fTX는 Tm의 시간 동안 대역폭 주파수 f0에서 f0+B에 해당하는 대역폭 B를 가지고 스윕한다. 도 6 에서 시간 t1에 송신된 신호 f1 은 τ = 2R/C의 시간 지연 이후에 fd의 주파수 편이를 가지고 시간 t2에 관측되며, 동 시간에 송신되는 신호는 f2의 주파수를 가지게 된다. 6 is a diagram illustrating a transmission / reception waveform of a frequency-modulated continuous wave (FMCW). The transmit signal f TX is swept with bandwidth B corresponding to f 0 + B at bandwidth frequency f 0 for a time of T m . The signal f 1 transmitted at time t 1 in FIG. 6 is observed at time t 2 with a frequency shift of f d after a time delay of τ = 2 R / C, and the signal transmitted at this time has a frequency of f 2 do.
믹서(234)에서는 식 1과 같이 송신 신호 fTX와 수신 신호 fRX의 차인 비트 주파수 fb를 검출한다.The
(식 1) 
(식 2) 
제어부(235)는 비트 주파수 fb를 이용하여 정지해 있는 물체와의 거리를 구하기 위해서 간단히 식 2를 이용할 수 있다. 목표물이 움직이는 경우에는 수신 신호의 중심 주파수가 도플러 효과에 의해 주파수 편이 되기 때문에, 믹서(234)에 의해 생성된 비트 주파수는 임의의 시점에서의 송신 신호가 삼각파의 상승 기울기상에 있는지 또는 하강 기울기상에 있는지 여부에 의해 식 3과 식 4 처럼 두 가지로 생성될 수 있다.The
(식 3) 
(식 4) 
식 3 및 식 4에 의해 계산된 비트 주파수를 이용하여 움직이는 물체와의 거리 및 상대속도를 각각 식 5 및 식 6으로 구할 수 있다.The distance to the moving object and the relative speed can be obtained by
(식 5) 
(식 6) 
여기서, 변수 f0는 송신 신호의 주파수를 의미한다. 믹서(234)에 의해 생성된 비트 주파수 fb의 중간 주파수(IF) 신호는 Tm/2의 주기를 가지는 사각파이며, 이를 푸리에 변환하여 주파수 영역에서 나타내면, fb를 중심으로 하는 sinc 함수로 표현된다.Here, the variable f 0 denotes the frequency of the transmission signal. Intermediate frequency (IF) signal of the beat frequency produced by the mixer (234) f b is a sinc function centered on a square wave having a period T m / 2, expressed in the frequency domain by this Fourier transform, f b Is expressed.
이 때, 최초의 영점 교차 지점은 2/Tm에서 나타나며, 이의 역수 값은 최소 변조 주파수가 되어 다음의 식 7로 표현할 수 있다. 또한, 이를 통하여 상대속도 검출의 해상도를 구해주면, 식 8로 나타낼 수 있다.In this case, the first zero crossing point appears at 2 / T m , and its reciprocal value becomes the minimum modulation frequency, which can be expressed by Equation 7 below. Also, if the resolution of the relative speed detection is obtained through this, Expression 8 can be obtained.
(식 7) 
(식 8) 
(식 9) 
식 8을 통하여 Tm의 값이 클수록 또는 최소 변조 주파수 △f 값이 작을수록 높은 해상도로 상대속도를 검출할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 식 9는 거리검출 해상도를 나타내며, 대역폭 B가 클수록 높은 해상도의 거리검출이 가능함을 알 수 있다.From Equation (8), it can be seen that the relative speed can be detected with a higher resolution as the value of T m is larger or the minimum modulation frequency Δ f is smaller. Equation (9) represents the distance detection resolution, and it can be seen that the larger the bandwidth B is, the higher the resolution can be detected.
본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 레이더 장치(200)의 송신 안테나(210) 또는 수신 안테나(220)는 도 2 에 도시한 바와 같은 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나(100)일 수 있다.The transmit
주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나(100)는 주파수별 빔 틸트가 상이하도록 공진 주파수와 관련된 각 패치(120)의 길이(L)가 서로 상이하고, 수직 방향 방사 각도와 관련된 각 패치 간의 간격(D)이 서로 상이하도록 구현한다.The
패치 안테나의 패치의 길이가 작아질수록 공진 주파수는 높아지고, 패치의 길이가 커질수록 공진 주파수는 낮아지는 특성을 갖는다. 따라서, 공진 주파수와 관련된 각 패치의 길이를 서로 상이하게 구현한다면, 주파수별로 빔 포밍이 가능해진다.The resonance frequency becomes higher as the patch antenna length becomes smaller, and the resonance frequency becomes lower as the patch length becomes longer. Therefore, if the lengths of the patches related to the resonance frequency are different from each other, the beam forming can be performed for each frequency.
한편, 패치 안테나의 패치 간의 간격이 작아질수록 수직(Elevation) 방향의 빔 방사 방향은 더 지면으로 향해 빔 방사 각도가 커지고, 패치 안테나의 패치 간의 간격이 커질수록 수직(Elevation) 방향의 빔 방사 방향은 덜 지면으로 향해 빔 방사 각도가 작아지는 특성을 갖는다. 따라서, 수직 방향 방사 각도와 관련된 각 패치 간의 간격을 서로 상이하도록 구현한다면, 패치의 빔 틸트 방향 조정이 가능해진다.As the distance between the patches of the patch antenna is decreased, the direction of beam emission in the vertical direction (elevation direction) becomes larger toward the ground surface, and as the distance between patches of the patch antenna becomes larger, Has a characteristic in which the angle of beam emission is reduced toward the ground. Therefore, if the intervals between the patches related to the vertical radiation angle are made different from each other, the adjustment of the beam tilt direction of the patch becomes possible.
이 때, 패치간의 간격이 반파장(λ/2)을 초과할 경우에는 방사 방향이 정면보다 위로 향하므로, 패치간의 간격을 반파장(λ/2) 이하로 제한하는 것이 바람직하다. 그 이유는 방범용이나 차량용의 레이더 장치에 적용되는 안테나의 커버리지는 지면 방향이기 때문이다. At this time, when the interval between the patches exceeds half wavelength (? / 2), it is preferable to limit the interval between patches to half wavelength (? / 2) or less since the radiation direction is higher than the front face. This is because the coverage of the antenna applied to the radar apparatus for crime prevention and automobiles is the ground direction.
본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나의 경우, 지면 방향부터 정면 방향까지의 커버리지 영역을 가지고, 공진 주파수별로 빔 포밍 방향이 상이하기만 하면 되므로, 패치의 길이와 각 패치간 간격이 반드시 특정한 규칙을 가지고 배치될 필요는 없다.In the case of the patch antenna having different beam tilt according to the present invention, since the beam forming direction is different according to the resonance frequency and has the coverage area from the ground direction to the front direction, It does not need to be placed with specific rules.
예컨대, 지면 방향에 더 가까이 배열되는 패치일수록 패치의 길이가 더 길어져 더 낮은 공진 주파수에서 신호를 방사하도록 구현될 수 있다. For example, a patch that is arranged closer to the ground plane may have a longer patch length and may be implemented to radiate a signal at a lower resonant frequency.
한편, 지면 방향에 더 가까이 배치되는 패치들일수록 간격이 더 좁아져 수직 방향 방사 각도가 더 지면 방향으로 향하도록 구현될 수도 있다.On the other hand, the patches disposed closer to the paper surface direction may be further narrowed so that the vertical radiation angle is directed toward the paper surface direction.
이와는 달리, 패치들의 배열 위치에 상관없이 패치들의 길이와 간격이 랜덤하도록 구현될 수도 있다.Alternatively, the length and spacing of the patches may be randomized regardless of the arrangement position of the patches.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 신호 방사 파워와 관련된 각 패치(120)의 넓이(W)가 서로 상이하도록 구현될 수 있다. 패치 안테나의 패치 넓이가 더 작아질수록 방사 파워(Power)는 커지고, 패치 안테나의 패치 넓이가 더 커질수록 방사 파워(Power)는 작아진다.On the other hand, according to an additional aspect of the invention, the width W of each
방사 파워(Power)는 레이더 빔 신호 감지 거리와 관련되므로, 신호 방사 파워와 관련된 각 패치(120)의 넓이(W)가 서로 상이하도록 구현하여 패치별로 레이더 빔 신호 감지 거리를 상이하게 조정할 수 있다.Since the radiation power is related to the radar beam signal detection distance, the widths W of the
도 3 및 도 4 에 도시한 바와 같이, 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나의 경우, 좁은 커버리지를 가지는 종래와는 다르게 각 주파수별로 빔 틸트되어 빔 포밍을 형성하므로, 수직 방향으로 넓은 커버리지를 가지고 있음을 볼 수 있다.As shown in FIG. 3 and FIG. 4, in the case of a patch antenna having different beam tilts for different frequencies, the beam forming is performed by beam tilting for each frequency differently from the conventional one having a narrow coverage, so that it has a wide coverage in the vertical direction Can be seen.
즉, 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나는 각 주파수별 빔 포밍 영역은 좁으므로 안테나 게인이 높다. 게인이 높은 각 주파수별 빔 포밍 영역들이 서로 중첩되어 수직 방향으로 넓은 커버리지를 형성한다.That is, the patch antenna having different beam tilt for each frequency has a narrow beam-forming area for each frequency, so the antenna gain is high. The beamforming regions for each frequency having a high gain overlap each other to form a wide coverage in the vertical direction.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 기계적인 틸트 없이 급전 라인을 따라 배열되는 다수의 패치들을 포함하는 패치 안테나의 공진 주파수와 관련된 각 패치의 길이와, 수직 방향 방사 각도와 관련된 각 패치 간의 간격을 서로 상이하게 구현함으로써 잡음 플로어(Noise Floor)의 상승없이 수직(Elevation) 방향의 커버리지(Coverage)를 간편하게 확장할 수 있고, 게인(Gain)이 높기 때문에 더 작은 물체도 감지할 수 있다.In accordance with the present invention, the length of each patch associated with the resonant frequency of a patch antenna including a plurality of patches arranged along a feed line without mechanical tilting and the intervals between patches related to the vertical radiation angle are different from each other It is possible to easily extend the coverage in the elevation direction without increasing the noise floor and to detect a smaller object because the gain is high.
도 7 은 본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 레이더 장치의 빔 틸트를 예시한 도면이다. 도 7 에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 주파수별 빔 틸트가 상이한 레이더 장치는 기계적인 틸트 없이 주파수별로 상이한 빔 포밍 영역들이 서로 중첩되어 수직 방향으로 넓은 커버리지를 형성하고 있을을 볼 수 있다.7 is a view illustrating beam tilting of a radar apparatus having different beam tilt for each frequency according to the present invention. As shown in FIG. 7, it can be seen that the radar apparatuses differing in beam tilt according to the present invention form a broad coverage in the vertical direction by superimposing different beam-forming regions on a frequency-by-frequency basis without mechanical tilting.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 장치(예: 모듈들 또는 그 기능들) 또는 방법(예: 동작들)의 적어도 일부는, 예컨대, 프로그래밍 모듈의 형태로 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체(Computer-Readable Storage Media)에 저장된 명령어로 구현될 수 있다. At least a portion of a device (e.g., modules or functions thereof) or a method (e.g., operations) according to various embodiments of the present invention may be stored in a computer-readable storage medium Storage Media).
명령어는, 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 경우, 하나 이상의 프로세서가 명령어에 해당하는 기능을 수행할 수 있다. 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체는 프로그래밍 모듈의 적어도 일부는, 예를 들면, 프로세서에 의해 구현(Implement)(예: 실행)될 수 있다. 프로그래밍 모듈의 적어도 일부는 하나 이상의 기능을 수행하기 위한, 예를 들면, 모듈, 프로그램, 루틴, 명령어 세트(Sets of Instructions) 또는 프로세스 등을 포함할 수 있다.An instruction, when executed by one or more processors, may perform one or more functions corresponding to the instruction. A computer-readable storage medium may be implemented (e.g., implemented) by at least a portion of a programming module, for example, by a processor. At least some of the programming modules may include, for example, modules, programs, routines, sets of instructions, or processes for performing one or more functions.
그리고, 본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. It is to be understood that the various embodiments disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding and are not intended to limit the scope of various embodiments of the present invention.
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.Accordingly, the scope of the various embodiments of the present invention should not be limited by the above-described embodiments, and all changes or modifications that come about based on the technical ideas of various embodiments of the present invention are included in the scope of various embodiments of the present invention. Should be interpreted as being.
본 발명은 패치 안테나 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.The present invention is industrially applicable in the patch antenna technology field and its application field.
100 : 패치 안테나
110 : 급전 라인
120 : 패치
200 : 레이더 장치
210 : 송신 안테나
220 : 수신 안테나
230 : 레이더 칩
231 : 파워 증폭기
232 : 체배기
233 : 저잡음 증폭기
234 : 믹서
235 : 제어부100: patch antenna
110: feed line
120: Patch
200: Radar device
210: transmitting antenna
220: receiving antenna
230: Radar chip
231: Power amplifier
232: multiplier
233: Low-Noise Amplifier
234: Mixer
235:
Claims (10)
급전 라인을 따라 배열되는 다수의 패치들을 포함하는 패치 안테나에 있어서,
공진 주파수와 관련된 각 패치의 길이가 서로 상이하고, 수직 방향 방사 각도와 관련된 각 패치 간의 간격이 서로 상이하도록 구현한 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나.A feed line;
A patch antenna comprising a plurality of patches arranged along a feed line,
Wherein the pitches of the patches related to the resonance frequency are different from each other and the pitches of the patches are different from each other so that the intervals between the patches related to the vertical radiation angle are different from each other.
지면 방향에 더 가까이 배열되는 패치일수록 패치의 길이가 더 길어져 더 낮은 공진 주파수에서 신호를 방사하는 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나.The method according to claim 1,
Patches arranged closer to the ground plane have longer lengths of patches and thus differ in beam tilt at different frequency frequencies radiating signals at lower resonant frequencies.
지면 방향에 더 가까이 배치되는 패치들일수록 간격이 더 좁아져 수직 방향 방사 각도가 더 지면 방향으로 향하는 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나.The method according to claim 1,
Patches disposed closer to the ground direction are narrower in spacing so that the vertical radiation angles are different from each other, and the beam tilt at different frequencies is different.
패치들의 배열 위치에 상관없이 패치들의 길이와 간격이 랜덤한 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나.The method according to claim 1,
A patch antenna in which the length and spacing of patches are different from each other at random frequency bands regardless of the position of the patches.
신호 방사 파워와 관련된 각 패치의 넓이가 서로 상이한 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 안테나.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
A patch antenna in which the pitch of each patch associated with the signal radiation power is different from that of the different frequency tilts.
송신 안테나 또는 수신 안테나가:
급전 라인과;
급전 라인을 따라 배열되는 다수의 패치들을;
구비하되, 공진 주파수와 관련된 각 패치의 길이가 서로 상이하고, 수직 방향 방사 각도와 관련된 각 패치 간의 간격이 서로 상이하도록 구현한 주파수별 빔 틸트가 상이한 레이더 장치.A radar device comprising at least one transmit antenna and at least one receive antenna,
Transmit antenna or receive antenna:
A feed line;
A plurality of patches arranged along a feed line;
Wherein the pitches of the patches related to the resonance frequency are different from each other and the pitches of the patches with different frequencies are different so that the intervals between the patches related to the vertical radiation angle are different from each other.
지면 방향에 더 가까이 배열되는 패치일수록 패치의 길이가 더 길어져 더 낮은 공진 주파수에서 신호를 방사하는 주파수별 빔 틸트가 상이한 패치 레이더 장치.The method according to claim 6,
Wherein patches arranged closer to the ground direction are longer in patch length and have different beam tilt at different frequency frequencies radiating signals at lower resonant frequencies.
지면 방향에 더 가까이 배치되는 패치들일수록 간격이 더 좁아져 수직 방향 방사 각도가 더 지면 방향으로 향하는 주파수별 빔 틸트가 상이한 레이더 장치.The method according to claim 6,
Wherein the patches disposed closer to the ground direction are narrower in spacing so that the vertical radiation angles are different from each other in the direction of the ground surface.
패치들의 배열 위치에 상관없이 패치들의 길이와 간격이 랜덤한 주파수별 빔 틸트가 상이한 레이더 장치.The method according to claim 6,
Wherein the patches are different in length and spacing from random frequency beam tilts irrespective of the position of the patches.
신호 방사 파워와 관련된 각 패치의 넓이가 서로 상이한 주파수별 빔 틸트가 상이한 레이더 장치.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein different pitches of the respective patches related to the signal radiation power are different from each other in frequency beam tilt.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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