KR20200115645A - 레이더 센서용 안테나 어레이 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 그룹 안테나로서 구성되어 송신 안테나로서 작동 가능한 안테나(10) 및 수신 안테나로서 작동 가능한 안테나 구성을 갖는, 레이더 센서용 안테나 어레이에 관한 것으로, 이 안테나 어레이는, 그룹 안테나로서 구성된 제1 안테나(10)에 추가하여, 송신 안테나로서 작동 가능한 제2 안테나(14)를 구비하고, 이 안테나는 제1 안테나(10)보다 작은 애퍼처를 가지며, 제1 및 제2 안테나(10, 14)는 상호 직교 편광을 갖는 레이더파를 송신하도록 구성되며, 수신 안테나로서 작동 가능한 안테나 구성은 상기 두 편광 방향(z, y) 모두에 대해 민감한 것을 특징으로 한다.

Description

레이더 센서용 안테나 어레이

본 발명은, 그룹 안테나로서 구성되어 송신 안테나로서 작동 가능한 안테나, 및 수신 안테나로서 작동 가능한 안테나 구성을 갖는, 레이더 센서용 안테나 어레이에 관한 것이다.

특히, 본 발명은, 자동차에서 전방 주행 차량 및 다른 객체(20)의 위치를 검출하기 위해 사용되고, 120m 이상의 상대적으로 큰 커버리지를 갖는 레이더 센서와 관련이 있다.

이와 같은 레이더 센서를 위한 종래의 안테나 어레이는, 적어도 방위각에서 상대적으로 강하게 포커싱된 레이더 로브를 생성하는, 상대적으로 큰 애퍼처를 갖는 그룹 안테나를 송신 안테나로서 또는 송·수신 복합 안테나로서 구비한다. 강하게 포커싱하는 송신 안테나에 추가하여, 상대적으로 더 작은 애퍼처를 갖는 복수의 수신 안테나가 제공된 안테나 어레이도 공지되어 있으며, 이 경우 복수의 수신 안테나는, 여전히 더 큰 각도 범위 내에서도 안테나 어레이의 주 방사 방향(0°방향) 주위에서 레이더 에코를 수신할 수 있다.

하지만, 강하게 포커싱하는 그룹 안테나의 지향 특성은 상대적으로 작은 각도에서 이미 0° 방향의 양측에서 뚜렷한 최소값 또는 영점(zero point)을 가짐으로써, 레이더 센서는 이 방향에 놓여 있는 객체를 실질적으로 볼 수 없게 된다. 통상적으로 상기 영점은 방위각에서의 지향 특성에서 ±30°의 크기 내에 놓여 있다.

레이더 센서 시스템의 더 큰 시야를 얻기 위해, 지금까지는 장거리 레이더 센서를 더 큰 위치 검출 각도 범위를 가진 하나 이상의 단거리 레이더 센서와 조합하는 것이 일반적이었다.

장거리 레이더 센서에서 0° 방향 주위로 영점이 없는 영역을 확장할 수 있는 또 다른 가능성은, 그룹 안테나의 개별 안테나 열(antenna column)을 적합하게 테이퍼링 처리하는 데 있다. 이는, 개별 안테나 패치의 폭 및 높이가 안테나 열 내부에서 변한다는 것을 의미한다. 하지만, 이와 같은 안테나 어레이를 제조할 때 불가피한 제조 공차로 인해, 사전 설정된 지향 특성을 갖는 안테나 어레이를 재생 가능하게 제조하기가 어렵다.

따라서, 본 발명의 과제는, 큰 커버리지에서 0° 방향 주위로 영점이 없는 확대된 영역을 가지며 재생 가능하게 제조될 수 있는 안테나 어레이를 제공하는 것이다.

상기 과제는, 본 발명에 따라, 본원 안테나 어레이가 그룹 안테나로서 구성된 제1 안테나에 추가하여, 송신 안테나로서 작동 가능한 제2 안테나를 구비함으로써 해결되며, 상기 제2 안테나는 제1 안테나보다 작은 애퍼처를 가지고, 상기 제1 및 제2 안테나는 상호 직교 편광을 갖는 레이더파를 송신하도록 구성되며, 수신 안테나로서 작동 가능한 안테나 구성은 상기 두 편광 방향 모두에 대해 민감하다.

제2 송신 안테나에 의해 방출되어 상대적으로 멀리 펼쳐진 레이더 로브에 의해, 제1 안테나의 안테나 다이어그램 내의 영점이 광범위하게 채워진다. 2개의 송신 안테나에서 직교 편광을 사용하는 것은, 2개의 안테나에 의해 송신되는 레이더파 간에, 특정 각도에서 다시 영점을 야기할 수도 있는 간섭이 발생하지 않도록 한다. 이로써, 확장된 각도 범위 내에서 교통 환경의 완벽한 모니터링이 가능해진다.

본 발명의 바람직한 실시예들 및 개선예들은 종속 청구항들에 명시되어 있다.

수신 안테나로서 작동 가능한 안테나 구성은, 레이더파를 송신하기 위해서도 사용되는 제1 및 제2 안테나에 의해 형성될 수 있다. 또는 선택적으로, 송신 및 수신을 위해 각각 별개의 안테나를 사용하는 것도 가능하다.

일 실시예에서는, 제2 안테나가 방위각에서 제1 안테나보다 작은 애퍼처를 가짐으로써, 방위각에는 확장된 위치 검출 각도 범위가 포함된다. 또는, 제2 안테나가 고도각에서 제1 안테나보다 작은 애퍼처를 가짐으로써, 고도각에서 확장된 위치 검출 각도 범위가 획득되는 실시예도 생각할 수 있다.

전형적인 자동차용 레이더 센서에서는, 레이더파가 레이더 센서의 레이돔을 통과할 때 그리고/또는 차량의 범퍼를 통과할 때, 레이더파의 편광 방향에 좌우되는 소정의 댐핑이 발생한다. 그렇기 때문에, 레이돔 및/또는 범퍼에서의 댐핑이 최소화되도록 상호 직교 편광 방향을 선택하는 것이 바람직하다. 많은 경우에, 이를 위해 더 큰 애퍼처를 갖는 제1 안테나에 의해 방출된 방사선의 수직 편광이 바람직하다.

한 바람직한 실시예에서는, 제1 안테나가 복수의 병렬 안테나 열을 갖는 그룹 안테나에 의해 형성되는 한편, 제2 안테나는 단 하나의 안테나 열에 의해 형성된다. 이 경우, 일반적으로 2개의 안테나의 소위 위상 소스 포인트(phase source point), 즉, 상기 안테나들의 전자 기준점이 동일한 위치에 놓이는 것이 바람직하다. 이로 인해, 0° 방향으로부터 심하게 벗어나는 각도에서도 (그리고 불완전한 편광 디커플링의 경우에도) 상쇄 간섭이 발생하지 않는 상황에 도달하게 된다. 하지만, 영점이 없는 지향 특성의 영역이 그 정도로 클 필요가 전혀 없는 경우, 다른 관점에서는 바람직한 것으로서 간주되는 한, 위상 소스 포인트들 간에 소정의 오프셋도 존재할 수 있다.

그룹 안테나의 복수의 열 및 제2 안테나의 개별 열은 선택적으로 직렬로 또는 중앙에도 공급될 수 있다. 어떤 경우든, 개별 열과 그룹 안테나 사이의 공급의 진폭비는, 레이더 센서의 커버리지와 영점이 없는 각도 범위의 크기 사이의 가중치를 필요에 따라 조정할 수 있는 파라미터를 나타낸다.

일 실시예에서는, 수신 안테나로서 작동 가능한 안테나 구성이, 제2 송신 안테나의 편광 방향보다 제1 송신 안테나의 편광 방향에 대해 더 높은 감도를 가지는, 그룹 안테나로서 설계된 제1 수신 안테나와; 제1 안테나의 편광 방향보다 제2 송신 안테나의 편광 방향에 대해 더 높은 감도를 가지며 애퍼처가 더 작은 제2 수신 안테나;를 포함한다. 이 경우, 제1 수신 안테나는 제1 송신 안테나와 동일할 수 있고, 제2 수신 안테나는 제2 송신 안테나와 동일할 수 있다(모노스태틱 안테나 컨셉).

또 다른 일 실시예에서는, 수신 안테나로서 작동 가능한 안테나 구성이 편광 순수하게(polarization pure) 형성되었는데, 다시 말하자면 2개 이상의 수신 안테나 각각이 실질적으로 두 편광 방향 중 오직 한 방향에 대해서만 민감함으로써, 2배 수의 평가 채널이 이용 가능해지고, 단 하나의 레이더 센서로써 원거리 음장뿐만 아니라 근거리 음장까지도 커버할 수 있게 된다.

이하에서는, 도면부를 참조하여 실시예들이 더욱 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 안테나 어레이의 일례를 도시한 도이다.
도 2는 도 1에 따른 안테나 어레이의 지향 특성을 도시한 도이다.

도 1에 도시된 안테나 어레이는, 6개의 병렬 안테나 열(12)을 갖는 평면 그룹 안테나 형태의 제1 안테나(10)를 구비한다. 6개의 안테나 열(12)은 각각 3개의 열로 이루어진 2개의 그룹으로 분할되어 있으며, 이들 열 사이에는 제2 안테나(14)에 의해 채워지는 갭이 존재한다.

제1 안테나(10)의 6개의 열 및 제2 안테나(14)의 개별 열에는, 공통 공급 네트워크(16)에 의해 파장(λ)을 갖는 고주파 신호가 직렬로 공급된다. 공급 네트워크(16)에 대한 모든 7개의 안테나 열의 연결점이 파장(λ)에 상응하는 균일한 간격들로 놓여 있음으로써, 모든 안테나 열이 동위상 신호를 수신하게 된다. 이 경우, 단일 열 안테나(14)의 연결점이 안테나 열(12)의 연결점들 사이의 중앙에 놓이며, 제1 안테나(10) 및 제2 안테나(14)는 공통의 위상 소스 포인트(18)를 갖는다.

도시된 예에서, 제1 안테나의 각각의 안테나 열(12)은 수직 방향으로 (또는 선택적으로 수평 방향으로도 또는 수평 방향으로만) 테이퍼링 처리된 5개의 안테나 패치(20)로 이루어지며, 이들 안테나 패치 각각은 높이(λ/2)를 갖는다. 따라서, 제1 안테나(10)는 제1 편광 방향(z)으로 편광된 레이더 방사선을 방출한다.

예로서, 인쇄 회로 기판 및 이로써 안테나(10, 14)의 평면이 수직으로 배향되도록, 그리고 이 평면상의 법선이 차량의 종축에 평행하게 연장되도록 차량 내에 설치된 레이더 센서의 인쇄 회로 기판상에 안테나 어레이가 형성된다고 가정할 수 있다. 즉, 제1 안테나(10)의 레이더 방사선은 수직으로 편광되며, 방위각에서의 안테나(10)의 큰 애퍼처로 인해 방사선은 수평 방향으로 선명하게 포커싱된다.

단일 컬럼에 의해 형성된 제2 안테나(14)는 10개의 패치(22)를 갖지만, 이들 패치(22)는 관련 공급 라인으로부터 직각으로 (교대로 반대 방향으로) 뻗어 나오고, 이로써 제1 편광 방향(z)에 직각인 제2 편광 방향(y)으로 선형으로 편광된 레이더 방사선을 방출하게 된다. 방위각에서의 제2 안테나(14)의 애퍼처는 제1 안테나(10)의 애퍼처의 대략 1/7에 불과하기 때문에, 제2 안테나(14)에 의해 방출된 방사선은 방위각에서 상대적으로 멀리 펼쳐지며, 그 결과, 커버리지가 더 짧은 경우에는, 제1 안테나(10)로부터의 레이더 방사선에 의한 것보다 확연히 더 큰 각도 범위가 커버된다.

예로서, 본 실시예에서 고려되는 레이더 센서 내의 제1 안테나(10) 및 제2 안테나(14)는 송신 안테나의 기능뿐만 아니라 수신 안테나의 기능까지도 갖는다고 가정할 수 있다. 이 경우, 수신된 레이더 에코가 공급 네트워크(16)에 연결된 커플러에 의해 공지된 방식으로 결합 해제되어 송신 신호로부터 분리됨으로써, 2개의 안테나(10, 12)에 의해 단 하나의 평가 채널에서 단 하나의 수신 신호만 공통으로 획득된다.

도 2에는, 도 1에 도시된 안테나 어레이의 지향 특성이 그래프로 도시되어 있다. 이 지향 특성은 안테나 이득(G)(antenna gain)을 방위각(θ)의 함수로서 지시한다. 방위각 0°에서의 이득은, 양측으로 대략 ±30°에서 최소값이 위치하는 최대값을 갖긴 하나, 전체적으로는 상대적으로 작은 변동만 나타난다는 것을 알 수 있다. 그 대신에 제1 안테나(10)의 지향 특성만을 고려하면, 대략 ±30°에서 명확하게 두드러진 최소값이 획득됨으로써, 이 각도에 있는 객체로부터는 실제로 더는 신호가 검출될 수 없을 것이다. 제2 안테나(14)의 신호에 의해 상기 갭이 채워진다. 이로써, 본 발명은 매우 큰 방위각 범위에 걸쳐 객체의 신뢰성 있는 위치 검출을 가능하게 하며, 이 경우 감도는 ±30°에 위치한 최소값 부근에서도 약간만 약해진다.

또 다른 일 실시예에서는, 도 1에 도시된 안테나 어레이가 적어도 2개 존재하는, 즉, 1개는 송신 안테나로서 존재하고, 1개는 수신 안테나로서 존재하는 바이스태틱 안테나 컨셉도 실현될 수 있다.

또한, 안테나(10 및 14)를 갖는 도 1에 도시된 어레이가 송신 안테나로서 이용되고, 레이더 신호의 수신을 위해 2개의 별개의 수신 안테나가 제공되며, 이들 수신 안테나 중 하나는 오직 수직 편광 방향(z)에 대해서만 민감하고, 다른 하나는 오직 수평 편광 방향(y)에 대해서만 민감한 안테나 어레이도 생각할 수 있다. 이 경우, 편광된 상이한 레이더 에코는 2개의 수신 채널에서 분리되어 평가될 수 있으며, 이때 하나의 수신 채널은 원거리 음장 센서에 상응하고, 다른 하나의 수신 채널은 근거리 음장 센서에 상응한다.

Claims (9)

1. 그룹 안테나로서 설계되어 송신 안테나로서 작동 가능한 안테나(10), 및 수신 안테나로서 작동 가능한 안테나 구성을 갖는, 레이더 센서용 안테나 어레이에 있어서,
   안테나 어레이가, 그룹 안테나로서 구성된 제1 안테나(10)에 추가하여, 송신 안테나로서 작동 가능한 제2 안테나(14)를 구비하고, 이 안테나는 제1 안테나(10)보다 작은 애퍼처를 가지며, 제1 및 제2 안테나(10, 14)는 상호 직교 편광을 갖는 레이더파를 송신하도록 구성되며, 수신 안테나로서 작동 가능한 안테나 구성은 두 편광 방향(z, y) 모두에 대해 민감한 것을 특징으로 하는, 레이더 센서용 안테나 어레이.
2. 제1항에 있어서, 제2 안테나(14)는 방위각에서 제1 안테나(10)보다 작은 애퍼처를 갖는, 레이더 센서용 안테나 어레이.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 안테나(10)와 제2 안테나(14)가 공통 위상 소스 포인트(18)를 갖는, 레이더 센서용 안테나 어레이.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 안테나(10)는 복수의 안테나 패치(20)를 갖는 복수의 안테나 열(12)을 구비하고, 제2 안테나(14)는 복수의 안테나 패치(22)를 갖는 하나 이상의 안테나 열을 구비하며, 이때 제2 안테나(14)의 안테나 열의 수가 제1 안테나(10)의 안테나 열의 수보다 적은, 안테나 어레이.
5. 제4항에 있어서, 제1 안테나(10)의 안테나 패치(20)는, 안테나 열(12)의 길이 방향에 평행한 편광 방향(z)을 갖는 레이더파를 방출하도록 형성되는 한편, 제2 안테나(14)는, 안테나 열의 길이 방향에 직각인 편광 방향(y)을 갖는 레이더파를 방출하도록 형성된 안테나 패치(22)를 구비하는, 레이더 센서용 안테나 어레이.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 안테나(10) 및 제2 안테나(14)는 수신 안테나로서 작동 가능한 안테나 구성의 부분인, 레이더 센서용 안테나 어레이.
7. 제6항에 있어서, 제1 안테나(10) 및 제2 안테나(14)는 공통의 공급 네트워크(14)로부터 전력을 공급받고, 수신 안테나로서 일관성 있는 수신 신호를 공급하는, 레이더 센서용 안테나 어레이.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 수신 안테나로서 작동 가능한 안테나 구성이 2개 이상의 안테나를 구비하며, 이들 안테나는 제1 안테나(10) 및 제2 안테나(14)와 상이하고, 두 편광 방향(z, y) 중 하나의 편광 방향에 대해 각각 선택적으로 민감한, 안테나 어레이.
9. 자동차용 레이더 센서에 있어서,
   제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 안테나 어레이를 구비한 것을 특징으로 하는, 자동차용 레이더 센서.

Images