KR20220124879A - 타겟 검출용 레이더 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 타겟 검출용 레이더 장치에 관한 것으로, 시야(FOV : Field of View)를 개선하여 타겟 검출 성능을 향상할 수 있으므로, 차량 자율주행뿐 아니라 로봇, 사물인터넷(IoT) 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 수 있도록 한 것이다.

Description

타겟 검출용 레이더 장치{Radar apparatus for detecting target object}
본 발명은 타겟 감지 기술에 관련한 것으로, 특히 타겟 검출용 레이더 장치에 관한 것이다.
카메라(Camera)를 이용해 타겟을 검출하는 기술은 역광이나 우천 등에 의해 검출 성능이 떨어지는 취약점이 있다. 이러한 카메라를 이용해 타겟을 검출하는 기술의 취약점은 레이더(Radar) 기술을 통해 해결할 수 있다.
도 1 은 종래의 타겟 검출용 레이더 장치의 안테나를 예시한 도면이다. 도 1 에 도시한 종래의 타겟 검출용 레이더 장치의 경우 안테나 패치들 간을 연결하는 급전 라인(Feeding Line)은 마이크로 스트립 라인의 유효유전율로 반 파장 길이이며 패치의 중심간 간격에 의해 복사되는 빔의 빔 폭이 결정된다. 비 유전율이 낮은 PCB의 경우 안테나 중심 간은 거리가 공기중 파장으로 반 파장 보다 크다.
도 2 는 종래의 타겟 검출용 레이더 장치의 3D 빔 패턴을 예시한 도면, 도 3 은 종래의 타겟 검출용 레이더 장치의 1D 빔 패턴을 예시한 도면으로, (a)는 방위각(Azimuth) 방향의 1D 빔 패턴, (b)는 고도(Elevation) 방향의 1D 빔 패턴이다.
도 2 및 도 3 에 도시한 바와 같이, 종래의 타겟 검출용 레이더 장치는 메인 로브(Main Lobe) 중심을 기준으로 샤프한(경사가 심한) 빔 패턴을 보이고 있어, 시야(FOV : Field of View)가 좁음을 알 수 있다.
드론이나 자율주행 차량 등에 사용되는 타겟 검출용 레이더 장치는 시야(FOV : Field of View)가 우수해야 한다. 따라서, 본 발명자는 드론이나 자율주행 차량 등에 사용되는 타겟 검출용 레이더 장치의 시야(FOV)를 개선할 수 있는 기술에 대한 연구를 하였다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0061426호(2017.06.05)
본 발명은 시야(FOV : Field of View)를 개선하여 타겟 검출 성능을 향상할 수 있는 타겟 검출용 레이더 장치를 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따르면, 타겟 검출용 레이더 장치가 안테나 패치(Antenna Patch)들과, 안테나 패치들 간을 연결하는 급전 라인(Feeding Line)을 포함하는 안테나와; 안테나를 통해 레이더 신호를 송수신하도록 제어하고, 송수신되는 레이더 신호를 분석해 타겟을 검출하는 제어 모듈을 포함하되, 급전 라인이 안테나 패치들 간의 간격이 공기중 파장으로, 송수신 파장의 반파장 미만이 되도록 하면서도, 급전 라인의 길이가 마이크로 스트립 라인의 유효유전율로, 송수신 파장의 반파장이 되도록 굴곡부를 형성하여 시야(FOV : Field of View)를 확장하도록 구현된다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 타겟 검출용 레이더 장치가 안테나를 보호하는 동시에 시야(FOV)를 추가적으로 확장하는 레이돔(Radome)을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 레이돔이 송수신 파장의 반파장의 배수배 미만의 두께를 가지도록 구현되어, 타겟 검출 영역을 시야(FOV) 구간에 맞추도록 구현될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 레이더 신호가 송수신 파장의 반파장의 배수배에 근사하는 두께를 가진 레이돔 내부에서 다중 반사(Multiple Reflection)되면서 복사(Radiation)하는 성분들이 동위상이 되면서 최대 복사가 이루어지도록 구현될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 안테나가 복수개 구비될 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 복수의 안테나가 분배 라인(Divider Line)에 의해 분배되어 브렌치 구조(Branch Structure)를 형성할 수 있다.
본 발명의 부가적인 양상에 따르면, 분배 라인이 제어 모듈에 연결된다.
본 발명은 시야(FOV : Field of View)를 개선하여 타겟 검출 성능을 향상할 수 있으므로, 차량 자율주행뿐 아니라 로봇, 사물인터넷(IoT) 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 수 있는 우수한 품질의 타겟 검출용 레이더 장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1 은 종래의 타겟 검출용 레이더 장치의 안테나를 예시한 도면이다.
도 2 는 종래의 타겟 검출용 레이더 장치의 3D 빔 패턴을 예시한 도면이다.
도 3 은 종래의 타겟 검출용 레이더 장치의 1D 빔 패턴을 예시한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 5 는 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치의 안테나의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다.
도 6 은 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치의 3D 빔 패턴을 예시한 도면이다.
도 7 은 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치의 1D 빔 패턴을 예시한 도면이다.
도 8 은 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치에 레이돔을 구현한 것을 예시한 도면이다.
도 9 는 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치에 레이돔을 구현한 경우의 3D 빔 패턴을 예시한 도면이다.
도 10 은 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치에 레이돔을 구현한 경우의 1D 빔 패턴을 예시한 도면이다.
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.
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.
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 이해될 수 있어야 할 것이다.
도 4 는 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치의 일 실시예의 구성을 도시한 블럭도, 도 5 는 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치의 안테나의 일 실시예의 구성을 도시한 도면이다. 도면에 도시한 바와 같이, 이 실시예에 따른 타겟 검출용 레이더 장치(100)는 안테나(110)와, 제어 모듈(120)을 포함한다.
안테나(110)는 안테나 패치(Antenna Patch)(111)들과, 안테나 패치들 간을 연결하는 급전 라인(Feeding Line)(112)을 포함한다. 이 때, 급전 라인(112)이 안테나 패치(111)들 간의 간격이 공기중 파장으로, 송수신 파장의 반파장 미만이 되도록 하면서도 급전 라인(112)의 길이가 마이크로 스트립 라인의 파장으로, 송수신 파장의 반파장이 되도록 굴곡부(112a)를 형성하여 시야(FOV : Field of View)를 확장하도록 구현된다.
급전 라인(112)에 굴곡부(112a)를 형성하여 급전 라인(112)의 길이를 레이더 신호 송수신 파장의 반파장을 유지하면서 안테나 패치(111)들 간의 간격을 레이더 신호 송수신 파장의 반파장 미만으로 줄이면, 빔 패턴의 중앙 부분에는 신호 손실이 약간 생기나 주변으로는 신호 강화가 이루어져 빔패턴 집중이 약해지고 골고루 분포됨으로써 시야(FOV)가 확장되고, 안테나 길이도 축소되어 장치 소형화에도 유리하다.
한편, 안테나(110)가 복수개 구비될 수 있고, 복수의 안테나(110)가 분배 라인(Divider Line)(113)에 의해 분배되어 브렌치 구조(Branch Structure)를 형성하도록 구현될 수 있다. 이 때, 분배 라인(113)은 제어 모듈(120)에 연결되고, 안테나(110) 개수와 각 안테나(110)에 포함되는 안테나 패치(111)들의 개수에 의해 시야(FOV) 반경이 결정된다.
도 6 은 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치의 3D 빔 패턴을 예시한 도면, 도 7 은 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치의 1D 빔 패턴을 예시한 도면으로, (a)는 방위각(Azimuth) 방향의 1D 빔 패턴, (b)는 고도(Elevation) 방향의 1D 빔 패턴이다.
도 6 및 도 7 에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치는 도 2 및 도 3 에 도시한 종래의 타겟 검출용 레이더 장치에 비해 메인 로브(Main Lobe) 중심을 기준으로 상대적으로 평평한(경사가 완만한) 빔 패턴을 보이고 있어, 빔 패턴이 중심을 기준으로 주변으로 골고루 분포되어 종래에 비해 넓은 시야(FOV)를 형성하고 있음을 볼 수 있다.
제어 모듈(120)은 안테나를 통해 레이더 신호를 송수신하도록 제어하고, 송수신되는 레이더 신호를 분석해 타겟을 검출한다. 이러한 레이더 신호를 송수신하고, 레이더 신호를 분석해 타겟을 검출하는 제어 모듈(120) 구성은 이 출원 이전에 이미 다양하게 공지된 통상의 사항이므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
이와 같이 구현함에 의해 본 발명은 시야(FOV : Field of View)를 개선하여 타겟 검출 성능을 향상할 수 있으므로, 차량 자율주행뿐 아니라 로봇, 사물인터넷(IoT) 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 수 있는 우수한 품질의 타겟 검출용 레이더 장치를 제공할 수 있다.
한편, 발명의 부가적인 양상에 따르면, 타겟 검출용 레이더 장치(100)가 레이돔(Radome)(130)을 더 포함할 수 있다. 레이돔(Radome)(130)은 안테나(110)를 보호하는 동시에 시야(FOV)를 추가적으로 확장한다.
이 때, 레이돔(130)이 송수신 파장의 반파장의 배수배 미만의 두께를 가지도록 구현되어 타겟 검출 영역을 시야(FOV) 구간에 맞추도록 구현될 수 있다. 예컨대, 레이돔(130)의 두께를 송수신 파장의 반파장의 배수배 미만으로 송수신 파장의 반파장의 배수배에 근사하도록 구현하면, 레이더 신호가 레이돔 내부에서 다중 반사(Multiple Reflection)되면서 복사(Radiation)하는 성분들이 동위상이 되면서 최대 복사가 이루어진다.
GHz 대역 이하의 레이더 신호를 방사하는 경우, 레이돔의 두께는 안테나를 보호할 수 있는 최소한의 두께 즉, 레이더 신호 송수신 파장에 비해 되도록 얇게 구현하여 레이돔에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
그러나, mm 대역의 레이더 신호를 방사하는 경우, 레이돔의 영향을 무시할 정도의 두께로 레이돔을 구현하기 위해서는 레이돔의 두께가 1mm 이하가 되어야 하나, 레이돔의 두께를 1mm 이하로 구현하면 안테나를 보호할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명은 레이돔의 두께를 송수신 파장의 반파장의 배수배 미만으로 송수신 파장의 반파장의 배수배에 근사하도록 구현하여, 레이더 신호가 레이돔 내부에서 다중 반사(Multiple Reflection)되면서 복사(Radiation)하는 성분들이 동위상이 되면서 최대 복사가 이루어지도록 함으로써 mm 대역의 레이더 신호를 방사하는 경우에도 레이돔(130)을 통해 안테나(110)를 보호하는 동시에 시야(FOV)를 추가적으로 확장할 수 있다.
도 8 은 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치에 레이돔을 구현한 것을 예시한 도면으로, 송수신 파장의 반파장의 배수배 미만의 두께를 가진 레이돔(130)이 안테나(110) 전면에 구현되어 안테나(110)를 보호하고 있음을 볼 수 있다.
한편, 도 9 는 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치에 레이돔을 구현한 경우의 3D 빔 패턴을 예시한 도면, 도 10 은 본 발명에 따른 타겟 검출용 레이더 장치에 레이돔을 구현한 경우의 1D 빔 패턴을 예시한 도면으로, (a)는 방위각(Azimuth) 방향의 1D 빔 패턴, (b)는 고도(Elevation) 방향의 1D 빔 패턴이다.
도 9 및 도 10을 참조해 보면, 도 6 및 도 7 에 기재된 레이돔이 구현되지 않은 경우에 비해 송수신 파장의 반파장의 배수배 미만으로 레이돔을 구현한 경우 메인 로브(Main Lobe) 중심을 기준으로 상대적으로 더욱 평평한(더욱 경사가 완만한) 빔 패턴을 보이고 있어, 더욱 시야(FOV)가 확장되었음을 볼 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 시야(FOV : Field of View)를 개선하여 타겟 검출 성능을 향상할 수 있으므로, 차량 자율주행뿐 아니라 로봇, 사물인터넷(IoT) 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용될 수 있는 우수한 품질의 타겟 검출용 레이더 장치를 제공할 수 있다.
본 명세서 및 도면에 개시된 다양한 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 다양한 실시예들의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
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.
본 발명은 레이더 관련 기술분야 및 이의 응용 기술분야에서 산업상으로 이용 가능하다.
100 : 타겟 검출용 레이더 장치
110 : 안테나
111 : 안테나 패치
112 : 급전 라인
112a : 굴곡부
113 : 분배 라인
120 : 제어 모듈
130 : 레이돔

Claims (7)

  1. 안테나 패치(Antenna Patch)들과, 안테나 패치들 간을 연결하는 급전 라인(Feeding Line)을 포함하는 안테나와;
    안테나를 통해 레이더 신호를 송수신하도록 제어하고, 송수신되는 레이더 신호를 분석해 타겟을 검출하는 제어 모듈을;
    포함하되,
    급전 라인이:
    안테나 패치들 간의 간격이 송수신 파장의 반파장 미만이 되도록 하면서도 급전 라인의 길이가 송수신 파장의 반파장이 되도록 굴곡부를 형성하여 시야(FOV : Field of View)를 확장하는 타겟 검출용 레이더 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    타겟 검출용 레이더 장치가:
    안테나를 보호하는 동시에 시야(FOV)를 추가적으로 확장하는 레이돔(Radome)을;
    더 포함하는 타겟 검출용 레이더 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    레이돔이:
    송수신 파장의 반파장의 배수배 미만의 두께를 가지도록 구현되어, 타겟 검출 영역을 시야(FOV) 구간에 맞추는 타겟 검출용 레이더 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    레이더 신호가:
    송수신 파장의 반파장의 배수배에 근사하는 두께를 가진 레이돔 내부에서 다중 반사(Multiple Reflection)되면서 복사(Radiation)하는 성분들이 동위상이 되면서 최대 복사가 이루어지는 타겟 검출용 레이더 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,
    안테나가:
    복수개 구비되는 타겟 검출용 레이더 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    복수의 안테나가:
    분배 라인(Divider Line)에 의해 분배되어 브렌치 구조(Branch Structure)를 형성하는 타겟 검출용 레이더 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    분배 라인이:
    제어 모듈에 연결되는 타겟 검출용 레이더 장치.
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