KR20200131155A - 차량용 레이다 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차량 주변의 오브젝트를 검출하는 레이다에 구비되는 안테나에 있어서, 복수의 벤트 슬롯(bent slot)이 형성되는 기판 집적형 도파관(substrate integrated waveguide, SIW); 상기 기판 집적형 도파관과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 프로세서; 및 상기 기판 집적형 도파관과 상기 적어도 하나의 프로세서를 전기적으로 연결하기 위한 디퍼런셜 라인(differential line);을 포함하는 차량용 레이다에 관한 것이다.
Description
본 발명은 차량용 레이다에 관한 것이다.
차량은 탑승하는 사용자가 원하는 방향으로 이동시키는 장치이다. 대표적으로 자동차를 예를 들 수 있다. 자율 주행 차량은 인간의 운전 조작 없이 자동으로 주행할 수 있는 차량을 의미한다.
한편, 차량을 이용하는 사용자의 편의를 위해, 각 종 센서와 전자 장치 등이 구비되고 있는 추세이다. 특히, 사용자의 운전 편의를 위해 차량 운전자 보조 시스템(ADAS : Advanced Driver Assistance System)에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 나아가, 자율 주행 차량(Autonomous Vehicle)에 대한 개발이 활발하게 이루어 지고 있다.
차량 운전자 보조 장치 또는 자율 주행 차량을 구현하기 위해, 차량용 레이더가 이용된다. 종래 기술에 따른 차량용 레이더는, 밀리미터파 주파수 대역에서 76-77GHz의 1GHz 대역폭을 갖는 주파수 영역을 이용한다.
최근에는 77-81GHz의 4GHz 대역폭을 가지는 주파수 영역을 이용한 차량용 레이더에 대한 개발이 이루어지고 있다. 77-81GHz의 4GHz 대역폭을 이용하는 경우, 광대역의 주파수 특성으로 인해 보다 우수한 거리 분해능 특성을 가질 수 있다. 또한, 이경우, 레이더가 초음파 센서를 대체할 수 있어, 근거리에서 높은 해상도를 필요로하는 주차보조, 자동주차 등의 응용분야에서도 활용할 수 있게 된다.
종래 1GHz 대역폭의 주파수에서 이용하던 마이크로 스트립 안테나 활용 가능한 대역폭이 작아, 4GHz 대역폭에서 이용하기에 불리하다. 4GHz의 대역폭에서 이용 가능하면서도 제조 단가가 높지 않으면서 구조가 복잡하지 않은 차량용 레이다에 대한 개발이 요구된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여, 이용 가능한 대역폭이 큰 차량용 레이더를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 레이다는, 차량 주변의 오브젝트를 검출하는 레이다에 구비되는 안테나에 있어서, 복수의 벤트 슬롯(bent slot)이 형성되는 기판 집적형 도파관(substrate integrated waveguide, SIW); 상기 기판 집적형 도파관과 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 프로세서; 상기 기판 집적형 도파관과 상기 적어도 하나의 프로세서를 전기적으로 연결하기 위한 디퍼런셜 라인;을 포함한다
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째, 작은 크기로 구현하면서도, 77-81GHz의 4GHz 대역폭에서 레이다를 이용 가능한 효과가 있다.
둘째, 낮은 제조 단가의 레이다를 제작할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 기판 집적형 도파관을 이용함으로써 레이다의 다른 구성과의 결합이 용이한 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 외관을 도시한 도면이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 제어 블럭도이다.
도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 레이다의 제어 블럭도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 슬롯 안테나를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A' 단면이다.
도 5는 도 3의 B-B' 단면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기판 집적형 도파관의 일 시점에서의 표면 전류를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나를 위에서 본 모습을 도시한다.
도 8은 도 7의 일부분을 확대한 도면이다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 어레이 안테나를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 터미네이터를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 12는 도 11의 C-C를 취한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나의 일부분을 도시한 도면이다.
도 14a 내지 도 15b는 본 발명의 실시예에 따른 디퍼런셜 라인을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라 디퍼런셜 라인을 구현하는 경우의 효과를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 제어 블럭도이다.
도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 레이다의 제어 블럭도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 슬롯 안테나를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A' 단면이다.
도 5는 도 3의 B-B' 단면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기판 집적형 도파관의 일 시점에서의 표면 전류를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나를 위에서 본 모습을 도시한다.
도 8은 도 7의 일부분을 확대한 도면이다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 어레이 안테나를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 터미네이터를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 12는 도 11의 C-C를 취한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나의 일부분을 도시한 도면이다.
도 14a 내지 도 15b는 본 발명의 실시예에 따른 디퍼런셜 라인을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라 디퍼런셜 라인을 구현하는 경우의 효과를 설명하는데 참조되는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
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 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차량을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량(10)은, 도로나 선로 위를 달리는 수송 수단으로 정의된다. 차량(10)은, 자동차, 기차, 오토바이를 포함하는 개념이다. 차량(10)은, 동력원으로서 엔진을 구비하는 내연기관 차량, 동력원으로서 엔진과 전기 모터를 구비하는 하이브리드 차량, 동력원으로서 전기 모터를 구비하는 전기 차량등을 모두 포함하는 개념일 수 있다. 차량(10)은, 공유형 차량일 수 있다. 차량(10)은 자율 주행 차량일 수 있다.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 차량의 제어 블럭도이다.
도 1b를 참조하면, 차량(10)은, 사용자 인터페이스 장치(200), 오브젝트 검출 장치(210), 통신 장치(220), 운전 조작 장치(230), 메인 ECU(240), 차량 구동 장치(250), 주행 시스템(260), 센싱부(270) 및 위치 데이터 생성 장치(280)를 포함할 수 있다.
사용자 인터페이스 장치(200)는, 차량(10)과 사용자와의 소통을 위한 장치이다. 사용자 인터페이스 장치(200)는, 사용자 입력을 수신하고, 사용자에게 차량(10)에서 생성된 정보를 제공할 수 있다. 차량(10)은, 사용자 인터페이스 장치(200)를 통해, UI(User Interface) 또는 UX(User Experience)를 구현할 수 있다.
오브젝트 검출 장치(210)는, 차량(10) 외부의 오브젝트를 검출할 수 있다. 오브젝트 검출 장치(210)는, 차량(10) 외부의 오브젝트를 검출할 수 있는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 오브젝트 검출 장치(210)는, 카메라, 레이다(50), 라이다, 초음파 센서 및 적외선 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 오브젝트 검출 장치(210)는, 센서에서 생성되는 센싱 신호에 기초하여 생성된 오브젝트에 대한 데이터를 차량에 포함된 적어도 하나의 전자 장치에 제공할 수 있다.
카메라는 영상을 이용하여 차량(10) 외부의 오브젝트에 대한 정보를 생성할 수 있다. 카메라는 적어도 하나의 렌즈, 적어도 하나의 이미지 센서 및 이미지 센서와 전기적으로 연결되어 수신되는 신호를 처리하고, 처리되는 신호에 기초하여 오브젝트에 대한 데이터를 생성하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다.
카메라는, 모노 카메라, 스테레오 카메라, AVM(Around View Monitoring) 카메라 중 적어도 어느 하나일 수 있다. 카메라는, 다양한 영상 처리 알고리즘을 이용하여, 오브젝트의 위치 정보, 오브젝트와의 거리 정보 또는 오브젝트와의 상대 속도 정보를 획득할 수 있다. 예를 들면, 카메라는, 획득된 영상에서, 시간에 따른 오브젝트 크기의 변화를 기초로, 오브젝트와의 거리 정보 및 상대 속도 정보를 획득할 수 있다. 예를 들면, 카메라는, 핀홀(pin hole) 모델, 노면 프로파일링 등을 통해, 오브젝트와의 거리 정보 및 상대 속도 정보를 획득할 수 있다. 예를 들면, 카메라는, 스테레오 카메라에서 획득된 스테레오 영상에서 디스패러티(disparity) 정보를 기초로 오브젝트와의 거리 정보 및 상대 속도 정보를 획득할 수 있다.
카메라는, 차량 외부를 촬영하기 위해 차량에서 FOV(field of view) 확보가 가능한 위치에 장착될 수 있다. 카메라는, 차량 전방의 영상을 획득하기 위해, 차량의 실내에서, 프런트 윈드 쉴드에 근접하게 배치될 수 있다. 카메라는, 프런트 범퍼 또는 라디에이터 그릴 주변에 배치될 수 있다. 카메라는, 차량 후방의 영상을 획득하기 위해, 차량의 실내에서, 리어 글라스에 근접하게 배치될 수 있다. 카메라는, 리어 범퍼, 트렁크 또는 테일 게이트 주변에 배치될 수 있다. 카메라는, 차량 측방의 영상을 획득하기 위해, 차량의 실내에서 사이드 윈도우 중 적어도 어느 하나에 근접하게 배치될 수 있다. 또는, 카메라는, 사이드 미러, 휀더 또는 도어 주변에 배치될 수 있다.
레이다(50)는 전파를 이용하여 차량(10) 외부의 오브젝트에 대한 정보를 생성할 수 있다. 레이다(50)는, 전자파 송신부, 전자파 수신부 및 전자파 송신부 및 전자파 수신부와 전기적으로 연결되어, 수신되는 신호를 처리하고, 처리되는 신호에 기초하여 오브젝트에 대한 데이터를 생성하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 레이다(50)는 전파 발사 원리상 펄스 레이다(Pulse Radar) 방식 또는 연속파 레이다(Continuous Wave Radar) 방식으로 구현될 수 있다. 레이다(50)는 연속파 레이다 방식 중에서 신호 파형에 따라 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식 또는 FSK(Frequency Shift Keyong) 방식으로 구현될 수 있다. 레이다(50)는 전자파를 매개로, TOF(Time of Flight) 방식 또는 페이즈 쉬프트(phase-shift) 방식에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 검출된 오브젝트의 위치, 검출된 오브젝트와의 거리 및 상대 속도를 검출할 수 있다. 레이다(50)는, 차량의 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트를 감지하기 위해 차량의 외부의 적절한 위치에 배치될 수 있다.
라이다는, 레이저 광을 이용하여, 차량(10) 외부의 오브젝트에 대한 정보를 생성할 수 있다. 라이다는, 광 송신부, 광 수신부 및 광 송신부 및 광 수신부와 전기적으로 연결되어, 수신되는 신호를 처리하고, 처리된 신호에 기초하여 오브젝트에 대한 데이터를 생성하는 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 라이다는, TOF(Time of Flight) 방식 또는 페이즈 쉬프트(phase-shift) 방식으로 구현될 수 있다. 라이다는, 구동식 또는 비구동식으로 구현될 수 있다. 구동식으로 구현되는 경우, 라이다는, 모터에 의해 회전되며, 차량(10) 주변의 오브젝트를 검출할 수 있다. 비구동식으로 구현되는 경우, 라이다는, 광 스티어링에 의해, 차량을 기준으로 소정 범위 내에 위치하는 오브젝트를 검출할 수 있다. 차량(10)은 복수의 비구동식 라이다를 포함할 수 있다. 라이다는, 레이저 광 매개로, TOF(Time of Flight) 방식 또는 페이즈 쉬프트(phase-shift) 방식에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 검출된 오브젝트의 위치, 검출된 오브젝트와의 거리 및 상대 속도를 검출할 수 있다. 라이다는, 차량의 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트를 감지하기 위해 차량의 외부의 적절한 위치에 배치될 수 있다.
통신 장치(220)는, 차량(10) 외부에 위치하는 디바이스와 신호를 교환할 수 있다. 통신 장치(220)는, 인프라(예를 들면, 서버, 방송국) 및 타 차량 중 적어도 어느 하나와 신호를 교환할 수 있다. 통신 장치(220)는, 통신을 수행하기 위해 송신 안테나, 수신 안테나, 각종 통신 프로토콜이 구현 가능한 RF(Radio Frequency) 회로 및 RF 소자 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
운전 조작 장치(230)는, 운전을 위한 사용자 입력을 수신하는 장치이다. 메뉴얼 모드인 경우, 차량(10)은, 운전 조작 장치(230)에 의해 제공되는 신호에 기초하여 운행될 수 있다. 운전 조작 장치(230)는, 조향 입력 장치(예를 들면, 스티어링 휠), 가속 입력 장치(예를 들면, 가속 페달) 및 브레이크 입력 장치(예를 들면, 브레이크 페달)를 포함할 수 있다.
메인 ECU(240)는, 차량(10) 내에 구비되는 적어도 하나의 전자 장치의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
구동 제어 장치(250)는, 차량(10)내 각종 차량 구동 장치를 전기적으로 제어하는 장치이다. 구동 제어 장치(250)는, 파워 트레인 구동 제어 장치, 샤시 구동 제어 장치, 도어/윈도우 구동 제어 장치, 안전 장치 구동 제어 장치, 램프 구동 제어 장치 및 공조 구동 제어 장치를 포함할 수 있다. 파워 트레인 구동 제어 장치는, 동력원 구동 제어 장치 및 변속기 구동 제어 장치를 포함할 수 있다. 샤시 구동 제어 장치는, 조향 구동 제어 장치, 브레이크 구동 제어 장치 및 서스펜션 구동 제어 장치를 포함할 수 있다.
한편, 안전 장치 구동 제어 장치는, 안전 벨트 제어를 위한 안전 벨트 구동 제어 장치를 포함할 수 있다.
차량 구동 제어 장치(250)는, 제어 ECU(Electronic Control Unit)로 명명될 수 있다.
주행 시스템(260)는, 오브젝트 검출 장치(210)에서 수신한 오브젝트에 대한 데이터에 기초하여, 차량(10)의 움직임을 제어하거나, 사용자에게 정보를 출력하기 위한 신호를 생성할 수 있다. 주행 시스템(260)는, 생성된 신호를, 사용자 인터페이스 장치(200), 메인 ECU(240) 및 차량 구동 장치(250) 중 적어도 어느 하나에 제공할 수 있다.
주행 시스템(260)은, ADAS를 포함하는 개념일 수 있다. ADAS(260)는, 적응형 크루즈 컨트롤 시스템(ACC : Adaptive Cruise Control), 자동 비상 제동 시스템(AEB : Autonomous Emergency Braking), 전방 충돌 알림 시스템(FCW : Foward Collision Warning), 차선 유지 보조 시스템(LKA : Lane Keeping Assist), 차선 변경 보조 시스템(LCA : Lane Change Assist), 타겟 추종 보조 시스템(TFA : Target Following Assist), 사각 지대 감시 시스템(BSD : Blind Spot Detection), 적응형 하이빔 제어 시스템(HBA : High Beam Assist), 자동 주차 시스템(APS : Auto Parking System), 보행자 충돌 알림 시스템(PD collision warning system), 교통 신호 검출 시스템(TSR : Traffic Sign Recognition), 교통 신호 보조 시스템(TSA : Trafffic Sign Assist), 나이트 비전 시스템(NV : Night Vision), 운전자 상태 모니터링 시스템(DSM : Driver Status Monitoring) 및 교통 정체 지원 시스템(TJA : Traffic Jam Assist) 중 적어도 어느 하나를 구현할 수 있다.
주행 시스템(260)은, 자율 주행 ECU(Electronic Control Unit)를 포함할 수 있다. 자율 주행 ECU는, 차량(10) 내 다른 전자 장치들 중 적어도 어느 하나로부터 수신되는 데이터에 기초하여, 자율 주행 경로를 설정할 수 있다. 자율 주행 ECU는, 사용자 인터페이스 장치(200), 오브젝트 검출 장치(210), 통신 장치(220), 센싱부(270) 및 위치 데이터 생성 장치(280) 중 적어도 어느 하나로부터 수신되는 데이터에 기초하여, 자율 주행 경로를 설정할 수 있다. 자율 주행 ECU는, 자율 주행 경로를 따라 차량(10)이 주행하도록 제어 신호를 생성할 수 있다. 자율 주행 ECU에서 생성된 제어 신호는, 메인 ECU(240) 및 차량 구동 장치(250) 중 적어도 어느 하나로 제공될 수 있다.
센싱부(270)는, 차량의 상태를 센싱할 수 있다. 센싱부(270)는, IMU(inertial navigation unit) 센서, 충돌 센서, 휠 센서(wheel sensor), 속도 센서, 경사 센서, 중량 감지 센서, 헤딩 센서(heading sensor), 포지션 모듈(position module), 차량 전진/후진 센서, 배터리 센서, 연료 센서, 타이어 센서, 핸들 회전에 의한 스티어링 센서, 차량 내부 온도 센서, 차량 내부 습도 센서, 초음파 센서, 조도 센서, 가속 페달 포지션 센서 및 브레이크 페달 포지션 센서 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 한편, IMU(inertial navigation unit) 센서는, 가속도 센서, 자이로 센서, 자기 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
센싱부(270)는, 적어도 하나의 센서에서 생성되는 신호에 기초하여, 차량의 상태 데이터를 생성할 수 있다. 센싱부(270)는, 차량 자세 정보, 차량 모션 정보, 차량 요(yaw) 정보, 차량 롤(roll) 정보, 차량 피치(pitch) 정보, 차량 충돌 정보, 차량 방향 정보, 차량 각도 정보, 차량 속도 정보, 차량 가속도 정보, 차량 기울기 정보, 차량 전진/후진 정보, 배터리 정보, 연료 정보, 타이어 정보, 차량 램프 정보, 차량 내부 온도 정보, 차량 내부 습도 정보, 스티어링 휠 회전 각도, 차량 외부 조도, 가속 페달에 가해지는 압력, 브레이크 페달에 가해지는 압력 등에 대한 센싱 신호를 획득할 수 있다.
센싱부(270)는, 그 외, 가속페달센서, 압력센서, 엔진 회전 속도 센서(engine speed sensor), 공기 유량 센서(AFS), 흡기 온도 센서(ATS), 수온 센서(WTS), 스로틀 위치 센서(TPS), TDC 센서, 크랭크각 센서(CAS), 등을 더 포함할 수 있다.
센싱부(270)는, 센싱 데이터를 기초로, 차량 상태 정보를 생성할 수 있다. 차량 상태 정보는, 차량 내부에 구비된 각종 센서에서 감지된 데이터를 기초로 생성된 정보일 수 있다.
예를 들면, 차량 상태 정보는, 차량의 자세 정보, 차량의 속도 정보, 차량의 기울기 정보, 차량의 중량 정보, 차량의 방향 정보, 차량의 배터리 정보, 차량의 연료 정보, 차량의 타이어 공기압 정보, 차량의 스티어링 정보, 차량 실내 온도 정보, 차량 실내 습도 정보, 페달 포지션 정보 및 차량 엔진 온도 정보 등을 포함할 수 있다.
한편, 센싱부는, 텐션 센서를 포함할 수 있다. 텐션 센서는, 안전 벨트의 텐션 상태에 기초하여 센싱 신호를 생성할 수 있다.
위치 데이터 생성 장치(280)는, 차량(10)의 위치 데이터를 생성할 수 있다. 위치 데이터 생성 장치(280)는, GPS(Global Positioning System) 및 DGPS(Differential Global Positioning System) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 위치 데이터 생성 장치(280)는, GPS 및 DGPS 중 적어도 어느 하나에서 생성되는 신호에 기초하여 차량(10)의 위치 데이터를 생성할 수 있다. 실시예에 따라, 위치 데이터 생성 장치(280)는, 센싱부(270)의 IMU(Inertial Measurement Unit) 및 오브젝트 검출 장치(210)의 카메라 중 적어도 어느 하나에 기초하여 위치 데이터를 보정할 수 있다.
위치 데이터 생성 장치(280)는, 위치 측위 장치로 명명될 수 있다. 위치 데이터 생성 장치(280)는, GNSS(Global Navigation Satellite System)로 명명될 수 있다.
차량(10)은, 내부 통신 시스템(50)을 포함할 수 있다. 차량(10)에 포함되는 복수의 전자 장치는 내부 통신 시스템(50)을 매개로 신호를 교환할 수 있다. 신호에는 데이터가 포함될 수 있다. 내부 통신 시스템(50)은, 적어도 하나의 통신 프로토콜(예를 들면, CAN, LIN, FlexRay, MOST, 이더넷)을 이용할 수 있다.
도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 레이다의 제어 블럭도이다.
도 1c를 참조하면, 차량용 레이다(50)는, 적어도 하나의 안테나(100 또는 1000), 적어도 하나의 메모리(140), 적어도 하나의 프로세서(170), 적어도 하나의 인터페이스부(180) 및 전원 공급부(190)를 포함할 수 있다.
레이다(50)는, 차량(10) 주변의 오브젝트를 검출할 수 있다. 레이다(50)는, 검출된 오브젝트의 위치, 검출된 오브젝트와의 거리 및 상대 속도를 획득할 수 있다.
안테나(100 또는 1000)는 전파를 출력하고, 반사되는 전파를 수신할 수 있다. 안테나(100 또는 1000)는, 도 2 내지 도 12를 참조하여 상세하게 설명한다. 안테나(100 또는 1000)는, 송신 안테나 및 수신 안테나로 기능할 수 있다. 실시예에 따라, 레이다(50)는, 송신 안테나 및 수신 안테나를 각각 구비할 수 있다.
메모리(140)는, 프로세서(170)와 전기적으로 연결된다. 메모리(140)는 유닛에 대한 기본데이터, 유닛의 동작제어를 위한 제어데이터, 입출력되는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(140)는, 프로세서(170)에서 처리된 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(140)는, 하드웨어적으로, ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다. 메모리(140)는 프로세서(170)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등, 차량용 레이다(50) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(140)는, 프로세서(170)와 일체형으로 구현될 수 있다. 실시예에 따라, 메모리(140)는, 프로세서(170)의 하위 구성으로 분류될 수 있다.
인터페이스부(180)는, 차량(10) 내에 구비되는 적어도 하나의 전자 장치와 유선 또는 무선으로 신호를 교환할 수 있다. 인터페이스부(280)는, 오브젝트 검출 장치(210), 통신 장치(220), 운전 조작 장치(230), 메인 ECU(140), 차량 구동 장치(250), ADAS(260), 센싱부(170) 및 위치 데이터 생성 장치(280) 중 적어도 어느 하나와 유선 또는 무선으로 신호를 교환할 수 있다. 인터페이스부(280)는, 통신 모듈, 단자, 핀, 케이블, 포트, 회로, 소자 및 장치 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다.
인터페이스부(180)는, 위치 데이터 생성 장치(280)로부터, 차량(10) 위치 데이터를 수시할 수 있다. 인터페이스부(180)는, 센싱부(270)로부터 주행 속도 데이터를 수신할 수 있다. 인터페이스부(180)는, 오브젝트 검출 장치(210)로부터, 차량 주변 오브젝트 데이터를 수신할 수 있다.
전원 공급부(190)는, 차량용 레이다(50)에 전원을 공급할 수 있다. 전원 공급부(190)는, 차량(10)에 포함된 파워 소스(예를 들면, 배터리)로부터 전원을 공급받아, 차량용 레이다(50)의 각 유닛에 전원을 공급할 수 있다. 전원 공급부(190)는, 메인 ECU(140)로부터 제공되는 제어 신호에 따라 동작될 수 있다. 전원 공급부(190)는, SMPS(switched-mode power supply)로 구현될 수 있다.
프로세서(170)는, 메모리(140), 인터페이스부(280), 전원 공급부(190)와 전기적으로 연결되어 신호를 교환할 수 있다. 프로세서(170)는, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
프로세서(170)는, 전원 공급부(190)로부터 제공되는 전원에 의해 구동될 수 있다. 프로세서(170)는, 전원 공급부(190)에 의해 전원이 공급되는 상태에서 데이터를 수신하고, 데이터를 처리하고, 신호를 생성하고, 신호를 제공할 수 있다.
프로세서(170)는, 인터페이스부(180)를 통해, 차량(10) 내 다른 전자 장치로부터 정보를 수신할 수 있다. 프로세서(170)는, 인터페이스부(180)를 통해, 차량(10) 내 다른 전자 장치로 제어 신호를 제공할 수 있다.
한편, 본원 발명에 따라 차량용 레이다(50)를 구현하는 소자들은 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 안테나(100 또는 1000), 메모리(140), 프로세서(170), 인터페이스부(180) 및 전원 공급부(190) 중 적어도 어느 하나는 MMIC로 구현될 수 있다.
차량용 레이다(50)는, 적어도 하나의 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)을 포함할 수 있다. 메모리(140), 인터페이스부(180), 전원 공급부(190) 및 프로세서(170)는, 인쇄 회로 기판에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 슬롯 안테나를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 종래 기술에 따른 슬롯 안테나(10)는, 도파관(11)의 일면에 슬롯을 형성시켜, 자유 공간(free space)에 전자기파를 방사한다.
도 2에 예시된 바와 같이, 종래 기술에 따른 슬롯 안테나(10)는, 활용 가능한 대역폭은 크지만, 도파관의 부피가 커서 차량용으로 이용하기에 적합하지 않은 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 본원 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나가 제안된다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나의 사시도이다. 도 4는 도 3의 A-A' 단면이다. 도 5는 도 3의 B-B' 단면이다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기판 집적형 도파관의 일 시점에서의 표면 전류를 나타낸다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나를 위에서 본 모습을 도시한다. 도 8은 도 7의 일부분을 확대한 도면이다.
도 3 내지 도 8을 참조하면, 안테나(100)는, 기판 집적형 도파관(substrate integrated waveguide, SIW)(200)을 포함할 수 있다. 기판 집적형 도파관에서 표면 전류는 TE 10 모드로 분포될 수 있다.
기판 집적형 도파관(200)은, PCB(printed circuit board)를 이용해 구현할 수 있다. PCB의 일 영역을 둘러싸도록 비아홀(via hole)들을 형성하고, 비아홀 내부에 금속을 삽입시켜 기판 집접형 도파관(200)을 형성할 수 있다. PCB의 일 영역을 둘러싸도록 형성된 비아홀들은 비아 펜스(via fence)로 명명될 수 있다.
이와 같이, PCB를 이용해 기판 집적형 도파관(200)을 구현함으로써, 레이다(50)의 전자 부품(예를 들면, MMIC(Monolithic microwave integrated circuit), MCU(Micro Controller Unit))과 전기적으로 비교적 쉽게 연결할 수 있고, 레이다(50)가 차량내에서 차지하는 부피를 최소화할 수 있다. 또한, 종래 기술 대비 넓은 대역폭을 활용 가능하게 한다.
기판 집적형 도파관(200)은, 제1 금속 플레이트(210), 제2 금속 플레이트(220), 유전체(230) 및 비아펜스를 포함할 수 있다.
제1 금속 플레이트(210)는 구리(Cu)로 형성될 수 있다. 제1 금속 플레이트(210)는, 동박 또는 동판으로 명명될 수 있다.
제2 금속 플레이트(220)는 구리(Cu)로 형성될 수 있다. 제2 금속 플레이트(210)는, 동박 또는 동판으로 명명될 수 있다. 제2 금속 플레이트(220)는, 복수의 비아홀(via hole)(240)을 매개로, 제1 금속 플레이트와 통전될 수 있다. 복수의 비아홀(240)은, 일 영역을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이러한 복수의 비아홀은 비아 펜스로 명명될 수 있다.
유전체(230)는, 제1 금속 플레이트(210)와 제2 금속 플레이트(220) 사이에 위치할 수 있다. 유전체(230)는, 저손실 유전체일 수 있다.
기판 집적형 도파관(200)은, 비아 펜스로 둘러 쌓여진고, 길이, 폭, 높이를 가지는 입체적 형상으로 정의될 수 있다. 기판 집적형 도파관(200)의 길이 방향은 도 3의 Y와 -Y 방향으로 이해될 수 있다. 기판 집적형 도파관(200)의 폭 방향은 도 3의 X와 -X 방향으로 이해될 수 있다. 기판 집적형 도파관(200)의 높이 방향은 도 3의 Z와 -Z 방향으로 이해될 수 있다.
급전되는 경우, 기판 집적형 도파관(200)에는 표면 전류가 형성될 수 있다. 표면 전류는, 제1 금속 플레이트(210) 및 제2 금속 플레이트(210) 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다. 표면 전류는, 비아 펜스에 의해 단락면이 형성되므로, 스탠딩 웨이브 형태를 가질 수 있다. 단락면은, 기판 집적형 도파관(200)에서 급전 방향의 반대쪽 면(도 6의 610)에 형성될 수 있다.
기판 집적형 도파관(200)은 관내 파장(λg)을 가질 수 있다.
기판 집적형 도파관(200)에는 복수의 벤트 슬롯(300)이 형성될 수 있다.
복수의 벤트 슬롯(300)은, 제1 금속 플레이트(210)에 형성될 수 있다.
복수의 벤트 슬롯(300)은, 기판 집적형 도파관(200)의 표면 전류에 불연속성(discontinuity)를 부여할 수 있다. 이와 같이, 기판 집적형 도파관(200)의 표면 전류에 불연속성을 부여함으로써, 전자기파를 자유 공간에 방사할 수 있게 된다.
도 8에 예시된 바와 같이, 복수의 슬롯(300) 각각은, 제1 슬롯(300a), 제2 슬롯(300b) 및 제3 슬롯(300c)로 구성될 수 있다. 제1 슬롯(300a)은, 기판 집적형 도파관(200)의 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다. 제2 슬롯(300b)은, 제1 슬롯의 끝에서부터 길이 방향과 다른 방향으로 형성될 수 있다. 제3 슬롯(300c)은, 제2 슬롯의 끝에서부터 길이 방향으로 길게 형성될 수 있다.
기판 집적형 도파관(200)은, 기판 집적형 도파관의 길이 방향(예를 들면, Y 방향)으로 길게 형성된 제1 슬롯(300a), 제1 슬롯(300a)의 끝에서부터 길이 방향과 다른 방향(예를 들면, 사선 방향)으로 형성되는 제2 슬롯(300b) 및 제2 슬롯(300b)의 끝에서부터 길이 방향(예를 들면, Y 방향)으로 길게 형성되는 제3 슬롯(300c)이 형성될 수 있다.
제1 슬롯(300a)은, 기판 집적형 도파관(200)에서 길이 방향으로 연장되는 가상의 중심선(800)에서 제1 방향(예를 들면, -X 방향)으로 오프셋(offset)되게 형성될 수 있다. 제1 슬롯(300a)의 가로 방향의 가상의 중심선(810)은, 기판 집적형 도파관(200)에서 길이 방향으로 연장되는 가상의 중심선(800)에서 제1 방향(예를 들면, -X 방향)으로 제1 거리(D)만큼 이격될 수 있다.
제3 슬롯(300c)은, 기판 집적형 도파관(200)에서 길이 방향으로 연장되는 가상의 중심선(800)에서 제1 방향과 반대되는 방향(예를 들면, X 방향)으로 오프셋되게 형성될 수 있다. 제3 슬롯(300c)의 가로 방향의 중심선(830)은, 기판 집적형 도파관(200)에서 길이 방향으로 연장되는 가상의 중심선(800)에서 제1 방향과 반대되는 방향(예를 들면, X 방향)으로 제1 거리(D)만큼 이격될 수 있다. 여기서, 이격되는 거리는, 제1 슬롯의 중심선(810)이 중심선(800)에서 이격되는 거리와 같은 거리이다.
제2 슬롯(300b)의 일단은 제1 슬롯(300a)과 연결되고, 제2 슬롯의(300b)의 타단은 제3 슬롯(300c)과 연결될 수 있다. 제2 슬롯(300b)의 적어도 일부는, 기판 집적형 도파관(200)에서 길이 방향으로 연장되는 가상의 중심선(800)과 교차할 수 있다.
이와 같이, 제1 슬롯(300a)이 제1 방향으로 오프셋을 가지고, 제3 슬롯(300c)이 제1 방향과 반대 방향으로 오프셋을 가짐으로써, 시간의 흐름에 따른 전류의 위상 변화에 맞춰 전자기파 방사가 가능해 지고, 넓은 대역폭으로 방사가 가능해 진다.
도 7에 예시된 바와 같이, 기판 집적형 도파관(200)은, 제1 벤트 슬롯(310) 및 제2 벤트 슬롯(320)이 형성될 수 있다.
제1 벤트 슬롯(310)은, 기판 집적형 도파관(200)의 길이 방향으로, 단락면(610)에서 관내 파장(λg)의 1/2만큼 이격된 지점에 중심이 위치하도록 형성될 수 있다. 제1 벤트 슬롯(310)의 중심은, 제1 벤트 슬롯(310) 전체 길이를 기준으로 중심이 되는 지점으로 이해될 수 있다. 제1 벤트 슬롯(310)의 중심은, 기판 집적형 도파관(200)에서 길이 방향으로 연장되는 가상의 중심선(800) 상에 위치할 수 있다.
제2 벤트 슬롯(320)은, 기판 집적형 도파관(200)의 길이 방향으로, 제1 벤트 슬롯(310)에서부터 관내 파장(λg)만큼 이격된 지점에 중심이 위치하도록 형성될 수 있다. 제2 벤트 슬롯(320)의 중심은, 제2 벤트 슬롯(310) 전체 길이를 기준으로 중심이 되는 지점으로 이해될 수 있다. 제2 벤트 슬롯(320)의 중심은, 기판 집적형 도파관(200)에서 길이 방향으로 연장되는 가상의 중심선(800) 상에 위치할 수 있다.
실시예에 따라, 기판 집적형 도파관(200)은, 더 많은 벤트 슬롯(330, 340)이 형성될 수 있다. 복수의 벤트 슬롯(300) 각각은 서로 관내 파장(λg)만큼 이격될 수 있다.
복수의 벤트 슬롯(300) 각각은, 전자기파 송수신을 위한 공진 주파수의 반파장에 해당하는 길이를 가질 수 있다.
도 9 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 어레이 안테나를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 9는 복수의 슬롯 안테나를 포함하는 슬롯 어레이 안테나를 예시한다.
도 9를 참조하면, 슬롯 어레이 안테나(1000)는, 복수의 슬롯 안테나(100)를 포함할 수 있다. 복수의 슬롯 안테나(100)는, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 슬롯 안테나(100)에 대한 내용이 적용될 수 있다.
슬롯 어레이 안테나(1000)는, 차량(100) 주변의 오브젝트를 검출하는 레이다(50)에 구비된다.
슬롯 어레이 안테나(1000)는, 제1 슬롯 안테나(100a) 및 제1 슬롯 안테나(100a)와 전기적으로 연결되는 제2 슬롯 안테나(100b)를 포함할 수 있다.
제1 슬롯 안테나(100a)는, 복수의 벤트 슬롯이 형성되는 제1 기판 집적형 도파관을 포함할 수 있다. 복수의 벤트 슬롯은 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 복수의 벤트 슬롯(300)에 대한 설명이 적용될 수 있다. 제1 기판 집적형 도파관은 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 집적형 도파관(200)에 대한 설명이 적용될 수 있다.
제2 슬롯 안테나(100b)는, 복수의 벤트 슬롯이 형성되는 제2 기판 집적형 도파관을 포함할 수 있다. 복수의 벤트 슬롯은 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 복수의 벤트 슬롯(300)에 대한 설명이 적용될 수 있다. 제2 기판 집적형 도파관은 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 집적형 도파관(200)에 대한 설명이 적용될 수 있다.
도 10은 복수의 슬롯 안테나와 복수의 더미 안테나를 포함하는 슬롯 어레이 안테나를 예시한다.
도 10을 참조하면, 도 9의 슬롯 어레이 안테나(1000)는 엣지 이펙트가 발생될 수 있다. 바깥쪽에 있는 슬롯 안테나와 안쪽에 있는 슬롯 안테나의 특성(예를 들면, 임피던스 특성)이 다르기 때문에 슬롯 어레이 안테나(1000) 전체 성능에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 복수의 슬롯 안테나 각각이 상호간의 간섭이 발생되어 슬롯 어레이 안테나(1000) 전체의 방사 패턴이 왜곡될 수 있다.
방사 패턴 왜곡을 개선하기 위해, 슬롯 어레이 안테나(1000)는, 제1 슬롯 안테나(100a) 및 제2 슬롯 안테나(100b) 중 적어도 어느 하나의 주변에 위치하는 적어도 하나의 더미 안테나(900)를 더 포함할 수 있다.
적어도 하나의 더미 안테나(900)는, 도 1 내지 도 8을 참조하여 설명한 슬롯 안테나(100)가 이용될 수 있다. 더미 안테나(900)는, 레이더(50)의 전자 장치 및 다른 안테나에 연결되지 않는다.
적어도 하나의 더미 안테나(900)는, 복수의 슬롯 안테나(100) 각각의 사이에 위치할 수 있다. 적어도 하나의 더미 안테나(900)는, 제1 슬롯 안테나(100a)와 제2 슬롯 안테나(100b) 사이에 위치할 수 있다. 적어도 하나의 더미 안테나(900)는, 복수의 슬롯 안테나(100) 중 가장 바깥에 위치한 안테나 외측에 위치할 수 있다.
슬롯 어레이 안테나(1000)는, 적어도 하나의 더미 안테나(900)의 임피던스 정합을 위해, 더미 안테나에 각각 연결되는 적어도 하나의 터미네이터(950)를 더 포함할 수 있다. 터미네이터(950)는 더미 안테나(900)의 개수만큼 구비될 수 있다.
슬롯 안테나(100)는, 레이더(50)의 전자 부품과 임피던스 정합된 상태로 연결되는 반면, 더미 안테나(900)는, 레이더(50)의 전자 부품과 연결되지 않기 때문에 별도의 임피던스 정합을 위한 터미네이터(950)가 필요하다.
터미네이터(950)는, 에칭 등을 통해 PCB 상의 소정의 패턴을 형성함으로써 구현될 수 있다. 패턴은, 기판 집적형 도파관(200)의 폭 방향 및 길이 방향으로 교차되지 않도록 하나의 선으로 구불구불하게 이어진 형상일 수 있다.
터미네이터(950)는, 제1 슬롯 안테나(100a) 및 제2 슬롯 안테나(100b)와 다른 층에 형성될 수 있다. 터미네이터(950)를 제1 슬롯 안테나(100a) 및 제2 슬롯 안테나(100b)와 다른 층에 위치킴으로써, 제1 슬롯 안테나(100a) 및 제2 슬롯 안테나(100b)의 송수신 기능에 영향을 미치지 않게 한다.
한편, 더미 안테나(900)는, 제1 슬롯 안테나(100a) 및 제2 슬롯 안테나(100b)와 같은 층이 위치할 수 있다. 더미 안테나(900)의 적어도 일부에는 더미 안테나(900)를 관통하는 슬롯이 형성될 수 있다. 상기 슬롯을 통해 더미 안테나(900)와 다른 층에 있는 터미네이터(950)와 전기적으로 연결될 수 있다. 더미 안테나(900)에 형성된 슬롯은 H형상일 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 터미네이터를 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 12는 도 11의 C-C를 취한 단면도이다.
도 11 내지 도 12를 참조하면, 더미 안테나(900)는, 제1 금속 플레이트(210), 제2 금속 플레이트(220), 유전체(230), 비아 펜스(240), 제3 금속 플레이트(1230), 제4 금속 플레이트(1240), 제1 고손실 유전체(1210) 및 제2 고손실 유전체(1220)를 포함할 수 있다.
제1 금속 플레이트(210), 제2 금속 플레이트(220), 유전체(230) 및 비아펜스(240)는, 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명한 내용이 적용될 수 있다.
터미네이터(950)는, 제3 금속 플레이트(1230), 제4 금속 플레이트(1240), 제1 고손실 유전체(1210) 및 제2 고손실 유전체(1220)를 포함할 수 있다.
제3 금속 플레이트(1230)는 구리(Cu)로 형성될 수 있다. 제3 금속 플레이트(1230)는, 동박 또는 동판으로 명명될 수 있다. 제3 금속 플레이트(1230)는, 제1 고손실 유전체(1210)와 제2 고손실 유전체(1220) 사이에 배치될 수 있다.
제3 금속 플레이트(1230)에는 제1 스트립 라인(951) 및 제2 스트립 라인(952)이 형성될 수 있다. 제1 스트립 라인(951)은, 폭 방향 및 길이 방향으로 교차되지 않도록 하나의 선으로 구불구불하게 이어진 형상을 가지도록 형성될 수 있다. 제2 스트립 라인(951)은, 제1 스트립 라인(952)을 둘러싸는 형상으로 형성될 수 있다.
제4 금속 플레이트(1240)는, 구리(Cu)로 형성될 수 있다. 제4 금속 플레이트(1240)는, 동박 또는 동판으로 명명될 수 있다.
제1 고손실 유전체(1210)는, 제2 금속 플레이트(220)와 제3 금속 플레이트(1230) 사이에 배치될 수 있다.
제2 고손실 유전체(1220)는, 제3 금속 플레이트(1230)와 제4 금속 플레이트(1240) 사이에 배치될 수 있다.
제2 금속 플레이트(220)에는 H형상의 슬롯(1110)이 형성될 수 있다. 기판 집적형 도파관(200)에서 신호가 제2 금속 플레이트(220)에 형성된 H형상의 슬롯을 통해 터미네이터(950)로 전달될 수 있다.
제1 고손실 유전체(1210) 및 제2 고손실 유전체(1220)로 둘러쌓인 스트립 라인(951)은, 제1 고손실 유전체(1210) 및 제2 고손실 유전체(1220)로 둘러쌓이기 때문에 손실이 크다. H형상의 슬롯(1110)을 통해 전달된 신호는 제1 마이크로 스트립(951)과 제1 및 제2 고손실 유전체(1210, 1220)로 인해 사라진다. 이때, 제2 스트립 라인(952)은, 다른 안테나에 영향을 주지 않게 신호의 누설을 방지할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 슬롯 안테나의 일부분을 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 차량용 레이다(50)는, 차량(10) 주변의 오브젝트를 검출할 수 있다. 차량용 레이다(50)는, 복수의 벤트 슬롯(bent slot)이 형성되는 기판 집적형 도파관(substrate integrated waveguide, SIW)을 포함하는 슬롯 안테나(100), 슬롯 안테나(100)와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 프로세서(도 1c의 170) 및 슬롯 안테나(100)와 적어도 하나의 프로세서(170)를 전기적으로 연결하기 위한 디퍼런셜 라인(differential line)(1300)을 포함할 수 있다.
디퍼런셜 라인(1300)은, 제1 라인(1310) 및 제2 라인(1320)을 포함할 수 있다. 제1 라인(1310)은, 기판 집적형 도파관(200)의 일부분에서, 기판 집적형 도파관의 폭 방향으로 연장될 수 있다. 제2 라인(1320)은, 제1 라인(1310)과 이격되게 형성될 수 있다. 제2 라인(1320)은, 기판 집적형 도파관(200)의 일부분에서, 기판 집적형 도파관의 폭 방향으로 연장될 수 있다.
제1 라인(1310)의 중심선(CL1)은, 기판 집적형 도파관(200)의 단락면(240)에서부터, 기판 집적형 도파관(200)의 길이 방향으로 관내 파장의 1/4만큼 이격된 지점에 형성될 수 있다. 단락면(240)은, 쇼트가 되어 그라운드가 되는 경계면을 의미할 수 있다. 단락면(240)은 임피던스가 제로가 되는 지점으로 스탠딩 웨이브가 형성될 수 있다. 제1 라인(1310)의 중심선(CL1)은, 제1 라인(1310)의 폭을 이분하는 선으로 정의될 수 있다. 이와 같이, 제1 라인(1310)의 배치로인해, 제1 지점에 제1 라인(1310)을 배치할 수 있게 된다. 제1 지점은, 폭 방향으로의 표면 전류값(또는 표면 전류의 절대값)이 최대인 지점일 수 있다. 표면 전류는 제1 시점에 제1 지점을 통해 기판 집적형 도파관(200)에서 제1 라인(1310)으로 흐를 수 있다. 표면 전류는 제2 시점에 제1 지점을 통해 제1 라인(1310)에서 기판 집적형 도파관(200)으로 흐를 수 있다. 실시예에 따라, 제1 라인(1310)의 중심선(CL1)은, 단락면(240)으로부터 관내 파장의 (n+1/4) 배수만큼 이격된 지점에 형성될 수 있다. 여기서, n은 자연수 일 수 있다.
제2 라인(1320)의 중심선(CL2)은, 제1 라인(1310)의 중심선(CL1)에서, 길이 방향으로, 관내 파장의 1/2 만큼 이격된 지점에 형성될 수 있다. 제2 라인(1320)의 중심선(CL2)은, 제2 라인(1320)의 폭을 이분하는 선으로 정의될 수 있다. 이와 같이, 제2 라인(1320)의 배치로 인해, 제2 지점에 제2 라인(1320)을 배치할 수 있게 된다. 제2 지점은, 제1 지점과 위상이 반대이고, 폭 방향으로의 표면 전류값(또는 표면 전류의 절대값)이 최대인 지점일 수 있다. 표면 전류는 제1 시점에 제2 지점을 통해 제2 라인(1320)에서 기판 집적형 도파관(200)으로 흐를 수 있다. 표면 전류는 제2 시점에 제2 지점을 통해 기판 집적형 도파관(200)에서 제2 라인(1320)으로 흐를 수 있다. 실시예에 따라, 제2 라인(1320)의 중심선(Cl2)은, 제1 라인(1310)의 중심선(CL1)에서 길이 방향으로 관내 파장이 1/2 배만큼 이격된 지점에 형성될 수 있다.
한편, 제1 라인(1310)의 중심선(CL1)과 제2 라인(1320)의 중심선(CL2)의 배치 관계는 디퍼런셜 라인(1300)의 길이 차이에 따라 변경될 수 있다.
기판 집적형 도파관(200) 중, 디퍼런셜 라인(1300)이 형성되는 부분의 주변은 비아홀(240)이 제거될 수 있다. 비아홀(240)이 제거됨으로써, 기판 집적형 도파관(200)과 디퍼런셜 라인(1300) 사이에 전류의 흐름이 형성될 수 있다.
제2 라인(1320)은, 제1 라인(1310)과 제2 라인(1320)에 형성되는 가상의 선(1360)을 기준으로, 제1 라인(1310)과 대칭되게(symmetric) 형성될 수 있다.
제1 라인(1310)은, 제1 서브 라인(1311), 제2 서브 라인(1312) 및 제3 서브 라인(1313)을 포함할 수 있다. 제1 서브 라인(1311)은, 기판 집적형 도파관(200)에서, 폭 방향으로 연장될 수 있다. 제2 서브 라인(1312)은, 제1 서브 라인(1311)과 예각 또는 둔각을 형성하면서, 제1 서브 라인(1311)에서 제2 라인(1320)을 향해 연장될 수 있다. 제3 서브 라인(1313)은, 제2 서브 라인(1312)에서 폭 방향으로 연장될 수 있다. 제3 서브 라인(1313)은, 제2 서브 라인(1312)과 예각 또는 둔각을 형성할 수 있다. 제1 서브 라인(1311)과 제2 서브 라인(1312)의 연결부위는 라운드지게 형성될 수 있다. 제2 서브 라인(1312)과 제3 서브 라인(1313)의 연결부의는 라운드지게 형성될 수 있다.
제2 라인(1320)은, 제1 서브 라인(1321), 제2 서브 라인(1322) 및 제3 서브 라인(1323)을 포함할 수 있다. 제1 서브 라인(1321)은, 기판 집적형 도파관(200)에서, 폭 방향으로 연장될 수 있다. 제2 서브 라인(1322)은, 제1 서브 라인(1321)과 예각 또는 둔각을 형성하면서 제1 서브 라인(1321)에서 제1 라인(1310)을 향해 연장될 수 있다. 제3 서브 라인(1323)은, 제2 서브 라인(1322)에서 폭 방향으로 연장 될 수 있다. 제3 서브 라인(1323)은, 제2 서브 라인(1322)과 예각 또는 둔각을 형성할 수 있다. 제1 서브 라인(1321)과 제2 서브 라인(1322)의 연결부위는 라운드지게 형성될 수 있다. 제2 서브 라인(1322)과 제3 서브 라인(1323)의 연결부위는 라운드지게 형성될 수 있다. 한편, 제2 라인(1320)은, 제1 라인(1310)과 같은 길이를 가지는 것이 바람직하나, 제1 라인(1310)과 길이가 다른 경우에도 웨이브가이드 진입 지점 조정을 통해 본 발명의 특징을 구현할 수 있다. 한편, 제1 라인(1310)과 제2 라인(1320)은, 길이가 짧을 수록 바람직하다.
기판 집적형 도파관(200)은, 제1 라인(1310) 및 제2 라인(1320) 사이에 슬롯(1330)이 형성될 수 있다. 슬롯(1330)의 위치와 길이는 임피던스 매칭과 관련이 있다. 슬롯(1330)은, 제1 라인(1310)과 제2 라인(1320)에 형성되는 가상의 선(1360)을 기준으로, 대칭되게 형성될 수 있다. 슬롯(1330)의 폭 방향의 깊이는 기판 집적형 도파관(200)의 폭 방향의 중심선을 초과하지 않도록 구성될 수 있다. 슬롯(1330)은, 기판 집적형 도파관(200)의 길이 방향으로는 길수록 유리하다.
도 14a 내지 도 15b는 본 발명의 실시예에 따른 디퍼런셜 라인을 설명하는데 참조되는 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라 디퍼런셜 라인을 구현하는 경우의 효과를 설명하는데 참조되는 도면이다.
차량용 레이다는 밀리미터파 주파수 대역에서 76-77GHz의 1GHz 대역폭을 갖는 주파수 영역과 77-81GHz의 4GHz 대역폭을 갖는 주파수 영역으로 나뉜다. 1GHz 대역폭을 갖는 주파수 영역은 긴 탐지 영역(~200m)으로 인해 주로 차량의 전방 오브젝트를 검출하여 ACC, AEB에 활용된다. 4GHz의 주파수 영역은 비교적 최근에 관심을 받고 있는데 광대역의 주파수 특성으로 인해 보다 우수한 거리 분해능 특성을 갖고 레이더의 근거리(~수십m)에서 높은 해상도를 필요로하는 주차 보조, 자동 주차 등의 응용 분야에 활용될 수 있으며, 향후 초음파 센서를 대체할 수 있다.
4GHz 주파수 대역을 지원하는 하드웨어가 필요하다. 하드웨어 중 송신 및 수신을 담당하는 칩과 안테나가 실제 밀리미터파 대역에서 사용된다. 이를 위해 1GHz 대역폭 및 4GHz 대역폭이 동시에 지원되는 칩(예를 들면, 프로세서(도 1c의 170) 및/또는 메모리(도 1c의 140))이 개발되고 있다. 따라서 레이더의 개발을 위해 칩을 제외한 광대역의 구조가 중요하다. 본원 발명의 차량용 레이다 장치는, 이러한 하드웨어로 구현될 수 있다.
칩의 입출력 인터페이스는 발란스 구조인 디퍼런셜 라인으로 구성되어 있다. 기존의 마이크로스트립 라인 또는 도파관 구조들은 언발란스 구조이다. 따라서 발란스 구조에서 언발란스 구조로 변경할 수 있는 발룬이 필요했다.
밀리미터파 대역은 높은 주파수로 인해 낮은 주파수에 비해 전송 선로 및 반룬, 전력분배기 등의 기타 다른 구조들이 포함될수록 손실이 크다. 전송선로의 길이가 짧거나 비교적 간단한 구조일수록 손실이 작아지고 전체 시스템의 성능 향상에 중요한 요소이다.
본원 발명은, 칩의 입출력 인터페이스인 디퍼런셜 라인에서 안테나의 인터페이스인 유전체 도파관으로 간단하게 변경하여 손실을 적게하는 구조를 제공할 수 있다.
안테나는 칩과 연결되어 밀리미터 대역의 신호가 서로 전달된다. 이러한 신호 전달 매개로 디퍼런셜 라인이 이용된다. 도 14a 및 도 15a에 도시된 바와 같이, 발란스 라인인 디퍼런셜 라인의 신호를 마이크로 스트립으로 변경시키는 발룬(balun)을 이용할 수 있다. 그러나, 발룬을 이용하는 경우, 각각의 구성이 손실 성분을 가지는 문제가 있다.
도 14b 및 도 15b와 같이, 본원 발명의 실시예에 따르면, 기판 집적형 도파관의 TE10모드에서 발란스한 표면 전류 분포를 갖는 부분에 직접 디퍼런셜 라인이 연결된다. 예를 들면, 기판 집적형 도파관의 적절한 위치에 슬롯을 형성하고, 마이크로 스트립 라인을 구성하는 한쌍의 라인을 슬롯 사이에 배치될 수 있다. 이경우, 발룬이 필요하지 않게 된다. 차량용 레이다의 구조가 간단해져 손실이 적어지고, 전체 시스템의 효율이 상승한다. 그에 따라, 레이다의 탐지 거리가 증가될 수 있다.
도 16의 지시부호 1510은, 도 14a의 insertion loss를 나타내는 데이터이고 지시부호 1520은, 도 14b의 insertion loss를 나타내는 데이터이다. 도 14b의 경우 도 14a의 경우보다 0.15dB가 개선된 효과를 보인다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10 : 차량
50 : 차량용 레이다
50 : 차량용 레이다
Claims (19)
- 차량 주변의 오브젝트를 검출하는 레이다에 구비되는 안테나에 있어서,
복수의 벤트 슬롯(bent slot)이 형성되는 기판 집적형 도파관(substrate integrated waveguide, SIW)을 포함하는 슬롯 안테나;
상기 슬롯 안테나와 전기적으로 연결되는 적어도 하나의 프로세서; 및
상기 슬롯 안테나와 상기 적어도 하나의 프로세서를 전기적으로 연결하기 위한 디퍼런셜 라인(differential line);을 포함하는 차량용 레이다. - 제 1항에 있어서,
상기 디퍼런셜 라인은,
상기 기판 집적형 도파관의 일부분에서, 상기 기판 집적형 도파관의 폭 방향으로 연장되는 제1 라인;
상기 제1 라인과 이격되게 형성되고, 상기 기판 집적형 도파관의 일부분에서, 상기 폭 방향으로 연장되는 제2 라인;을 포함하는 차량용 레이다. - 제 2항에 있어서,
상기 제1 라인의 중심선은,
상기 기판 집적형 도파관의 단락면에서부터, 상기 기판 집적형 도파관의 길이 방향으로, 관내 파장의 1/4 만큼 이격된 지점에 형성되는 차량용 레이다. - 제 3항에 있어서,
상기 제2 라인의 중심선은,
상기 제1 라인의 중심선에서, 상기 길이 방향으로, 관내 파장의 1/2 만큼 이격된 지점에 형성되는 차량용 레이다. - 제 4항에 있어서,
상기 기판 집적형 도파관은,
제1 금속 플레이트;
복수의 비아홀(via hole)을 매개로 상기 제1 금속 플레이트와 통전되는 제2 금속 플레이트; 및
상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트 사이에 위치하는 유전체;을 포함하는 차량용 레이다. - 제 5항에 있어서,
상기 복수의 벤트 슬롯은,
상기 제1 금속 플레이트에 형성되는 차량용 레이다. - 제 5항에 있어서,
상기 기판 집적형 도파관 중, 상기 디퍼런셜 라인이 형성되는 부분 주변은 비아홀이 제거되는 차량용 레이다. - 제 2항에 있어서,
상기 제2 라인은,
상기 제1 라인과 상기 제2 라인에 형성되는 가상의 선을 기준으로, 상기 제1 라인과 대칭되게 형성되는 차량용 레이다. - 제 8항에 있어서,
상기 제1 라인은,
상기 기판 집적형 도파관에서, 상기 폭 방향으로 연장되는 제1 서브 라인;
상기 제1 서브 라인과 예각 또는 둔각을 형성하면서, 상기 제1 서브 라인에서, 상기 제2 라인을 향해 연장되는 제2 서브 라인; 및
상기 제2 서브 라인에서, 상기 폭 방향으로 연장되는 제3 서브 라인;을 포함하는 차량용 레이다. - 제 9항에 있어서,
상기 제1 서브 라인과 상기 제2 서브 라인의 연결부위는 라운드지게 형성되고,
상기 제2 서브 라인과 상기 제3 서브 라인의 연결부위는 라운드지게 형성되는 차량용 레이다. - 제 8항에 있어서,
상기 제2 라인은,
상기 기판 집적형 도파관에서, 상기 폭 방향으로 연장되는 제1 서브 라인;
상기 제1 서브 라인과 예각 또는 둔각을 형성하면서, 상기 제1 서브 라인에서, 상기 제1 라인을 향해 연장되는 제2 서브 라인; 및
상기 제2 서브 라인에서, 상기 폭 방향으로 연장되는 제3 서브 라인;을 포함하는 차량용 레이다. - 제 2항에 있어서,
상기 기판 집적형 도파관은,
상기 제1 라인 및 상기 제2 라인 사이에 슬롯이 형성되는 차량용 레이다. - 제 1항에 있어서,
상기 기판 집적형 도파관은,
상기 기판 집적형 도파관의 길이 방향으로 길게 형성된 제1 슬롯;
상기 제1 슬롯의 끝에서부터 상기 길이 방향과 다른 방향으로 형성되는 제2 슬롯; 및
상기 제2 슬롯의 끝에서부터 상기 길이 방향으로 길게 형성되는 제3 슬롯;이 형성되는 차량용 레이다. - 제 13항에 있어서,
상기 제1 슬롯의 가로 방향의 가상의 중심선은,
상기 기판 집적형 도파관에서 상기 길이 방향으로 연장되는 가상의 중심선에서 제1 방향으로 이격되는 차량용 레이다. - 제 14항에 있어서,
상기 제3 슬롯의 가로 방향의 중심선은,
상기 가상의 중심선에서 제1 방향과 반대 방향으로 이격되는 차량용 레이다. - 제 15항에 있어서,
상기 제2 슬롯의 적어도 일부는,
상기 가상의 중심선과 교차하는 차량용 레이다. - 제 1항에 있어서,
상기 기판 집적형 도파관은,
상기 기판 집적형 도파관의 길이 방향으로, 단락면에서부터 관내 파장의 1/2만큼 이격된 지점에 중심이 위치하도록 제1 벤트 슬롯이 형성되고,
상기 길이 방향으로, 상기 제1 벤트 슬롯의 중심에서부터 관내 파장만큼 이격된 지점에 중심이 위치하도록 제2 벤트 슬롯이 형성된 차량용 레이다. - 제 1항에 있어서,
상기 복수의 벤트 슬롯은,
상기 기판 집적형 도파관의 표면 전류에 불연속성(discontinuity)을 부여하는 차량용 레이다. - 제 1항에 있어서,
상기 복수의 벤트 슬롯 각각은,
전자기파 송수신을 위한 공진 주파수의 반파장에 해당하는 길이를 갖는 차량용 레이다.
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