KR20230070927A - Array-type detector unit structure, millimeter wave communication device and imaging system having the same - Google Patents
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Abstract
배열형 검출기 단위 구조와 이를 구비하는 밀리미터파 통신 장치 및 영상 시스템이 개시된다. 개시되는 일 실시예에 따른 밀리미터파 통신 장치는, 밀리미터파 신호를 검출하는 배열형 검출기 단위 구조를 포함하는 밀리미터파 통신 장치로서, 단위 구조는, 4개의 안테나 셀이 2×2 형태로 배열되고, 4개의 안테나 셀 중 일부는 제1 선형 편파를 가지며, 나머지는 제1 선형 편파와 수직한 제2 선형 편파를 가진다.An array type detector unit structure and a millimeter wave communication device and imaging system including the same are disclosed. A millimeter wave communication device according to an embodiment disclosed herein is a millimeter wave communication device including an arrayed detector unit structure for detecting a millimeter wave signal, wherein the unit structure includes four antenna cells arranged in a 2×2 form, Some of the four antenna cells have a first linear polarization, and others have a second linear polarization perpendicular to the first linear polarization.
Description
본 발명의 실시예는 밀리미터파 신호의 검출 기술과 관련된다.Embodiments of the present invention relate to techniques for detecting millimeter wave signals.
밀리미터파는 비극성 물질과 극성 물질에 대한 분명한 주파수 특성이 나타나고, 기존의 전자기파에 비해 파장이 짧아 높은 분해능을 갖는 특성을 가지며, X-ray와 비교하였을 때 분자를 이온화시키지 않기 때문에 인체에 무해한 특성을 가진다. 이러한 밀리미터파 특성으로 인해 밀리미터파는 식품 내 이물질 검출, 비파괴 검사, 보안 검색, 및 반도체 검사 등 다양한 영상 시스템에서 활용된다.Millimeter wave has clear frequency characteristics for non-polar and polar substances, has a shorter wavelength than conventional electromagnetic waves, and has high resolution. Compared to X-rays, it is harmless to the human body because it does not ionize molecules. . Due to these millimeter wave characteristics, millimeter waves are used in various imaging systems such as foreign material detection in food, non-destructive inspection, security inspection, and semiconductor inspection.
밀리미터파 영상 시스템의 성능 지표 중 하나로 영상 신호 대 잡음비가 있다. 영상 신호 대 잡음비는 영상을 획득하고자 하는 물체에 대한 검출기의 출력 값들을 1 프레임(frame)이라고 했을 때, 최대 출력 전압을 최소 출력 전압으로 나눈 값으로 나타낸다. One of the performance indicators of a millimeter wave imaging system is an image signal-to-noise ratio. An image signal-to-noise ratio is expressed as a value obtained by dividing a maximum output voltage by a minimum output voltage when output values of a detector for an object to be acquired are 1 frame.
한편, 밀리미터파 영상을 실시간으로 획득하기 위하여, 단일 검출기를 배열형 검출기로 확장하여 설계하고 있는데, 이로써 영상 획득 속도는 빨라지나, 인접한 안테나의 신호는 잡음으로 보이기 때문에 인접한 안테나 간의 잡음을 줄여 영상 품질 성능을 향상시킬 수 있는 기술이 필요하다. On the other hand, in order to acquire millimeter wave images in real time, a single detector is being designed by extending it to an array detector. This increases the image acquisition speed, but since the signals from adjacent antennas are seen as noise, the noise between adjacent antennas is reduced to improve image quality. Skills are needed to improve performance.
일반적으로, 안테나 간의 이격 특성을 향상시키기 위해 안테나 간의 거리를 충분하게 두고 배치 설계를 진행하나, 이 경우 배열형 검출기를 구현하기에는 많은 면적을 차지하는 한계를 가진다. 또한, 인접한 안테나 간의 누설 신호를 줄이기 위해 안테나 간에 별도의 이격 구조를 추가하는 배치 설계를 진행하였으나, 이격 구조를 사용함으로써 발생하는 주파수 선택성을 고려한 물리적 공간 크기가 한계 요인으로 작용한다. In general, in order to improve the separation characteristics between antennas, arrangement design is performed with a sufficient distance between antennas, but in this case, there is a limitation in occupying a large area to implement an array type detector. In addition, in order to reduce the leakage signal between adjacent antennas, a layout design was performed to add a separate spacing structure between antennas, but the size of the physical space considering frequency selectivity generated by using the spacing structure acts as a limiting factor.
본 발명의 실시예는 안테나 간의 이격 거리 없이 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있는 배열형 검출기 단위 구조와 이를 구비하는 밀리미터파 통신 장치 및 영상 시스템을 제공하기 위한 것이다. An embodiment of the present invention is to provide an array type detector unit structure capable of improving a signal-to-noise ratio without a separation distance between antennas, and a millimeter wave communication device and imaging system including the same.
본 발명의 실시예는 단위 구조의 안테나 셀들의 배열을 용이하게 확장할 수 있는 배열형 검출기 단위 구조와 이를 구비하는 밀리미터파 통신 장치 및 영상 시스템을 제공하기 위한 것이다.An embodiment of the present invention is to provide an array type detector unit structure capable of easily extending the array of antenna cells of the unit structure, and a millimeter wave communication device and imaging system including the same.
개시되는 일 실시예에 따른 밀리미터파 통신 장치는, 밀리미터파 신호를 검출하는 배열형 검출기 단위 구조를 포함하는 밀리미터파 통신 장치로서, 상기 단위 구조는, 4개의 안테나 셀이 2×2 형태로 배열되고, 상기 4개의 안테나 셀 중 일부는 제1 선형 편파를 가지며, 나머지는 상기 제1 선형 편파와 수직한 제2 선형 편파를 가진다.A millimeter wave communication device according to an embodiment disclosed herein is a millimeter wave communication device including an arrayed detector unit structure for detecting a millimeter wave signal, wherein the unit structure includes four antenna cells arranged in a 2×2 form , Some of the four antenna cells have a first linear polarization, and others have a second linear polarization perpendicular to the first linear polarization.
상기 단위 구조에서, 좌우 방향 및 상하 방향으로 상호 인접한 안테나 셀들 간의 편파 방향이 수직하도록 마련될 수 있다.In the unit structure, the direction of polarization between antenna cells adjacent to each other in the left-right direction and the vertical direction may be provided to be vertical.
상기 단위 구조에서, 대각선 방향으로 배치된 안테나 셀들 간의 편파 방향은 동일하게 마련될 수 있다.In the unit structure, polarization directions between antenna cells arranged in a diagonal direction may be provided in the same manner.
상기 4개의 안테나 셀은 제1 방향으로 배치된 안테나 셀들 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 배치된 안테나 셀들 간에 상호 접하여 형성될 수 있다.The four antenna cells may be formed by contacting each other between antenna cells disposed in a first direction and antenna cells disposed in a second direction perpendicular to the first direction.
상기 밀리미터파 통신 장치는, 상기 단위 구조의 제1 변 테두리 및 상기 제1 변 테두리와 수직하게 인접한 제2 변 테두리에 형성되는 입력 및 출력 패드를 더 포함하고, 상기 단위 구조 4개가 시계 방향으로 회전되면서 배치되어 4×4 형태로 확장될 수 있다.The millimeter wave communication device further includes input and output pads formed on a first side edge of the unit structure and a second side edge perpendicularly adjacent to the first side edge, and the four unit structures rotate in a clockwise direction. As it is arranged, it can be expanded into a 4x4 form.
상기 밀리미터파 통신 장치는, 상기 단위 구조에서 검출한 밀리미터파 신호의 크기 및 위상을 분석하는 신호 분석기를 더 포함할 수 있다.The millimeter wave communication device may further include a signal analyzer that analyzes the magnitude and phase of the millimeter wave signal detected by the unit structure.
상기 신호 분석기는, 상기 4개의 안테나 셀 중 상기 제1 선형 편파를 가지는 안테나 셀들에서 수신한 밀리미터파 신호의 크기를 합하여 제1 방향의 밀리미터파 신호의 크기를 산출하고, 상기 4개의 안테나 셀 중 상기 제2 선형 편파를 가지는 안테나 셀들에서 수신한 밀리미터파 신호의 크기를 합하여 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향의 밀리미터파 신호의 크기를 산출하며, 상기 제1 방향의 밀리미터파 신호의 크기 및 상기 제2 방향의 밀리미터파 신호의 크기에 기반하여 상기 검출한 밀리미터파 신호의 크기를 산출할 수 있다.The signal analyzer calculates the magnitude of the millimeter wave signal in the first direction by summing the magnitudes of the millimeter wave signals received from the antenna cells having the first linear polarization among the four antenna cells, and calculating the magnitude of the millimeter wave signal in the first direction. The magnitude of the millimeter wave signal in a second direction perpendicular to the first direction is calculated by summing the magnitudes of the millimeter wave signals received from the antenna cells having the second linear polarization, and the magnitude of the millimeter wave signal in the first direction and the The magnitude of the detected millimeter wave signal may be calculated based on the magnitude of the millimeter wave signal in the second direction.
상기 신호 분석기는, 아래의 수학식에 의해 상기 검출한 밀리미터파 신호의 크기(α)를 산출할 수 있다.The signal analyzer may calculate the magnitude (α) of the detected millimeter wave signal by the following equation.
(수학식)(mathematical expression)
Vx : 제1 방향의 밀리미터파 신호의 크기V x : Magnitude of millimeter wave signal in the first direction
Vy : 제2 방향의 밀리미터파 신호의 크기V y : Magnitude of millimeter wave signal in second direction
상기 신호 분석기는, 상기 제1 방향의 밀리미터파 신호의 크기 및 상기 제2 방향의 밀리미터파 신호의 크기에 기반하여 상기 검출한 밀리미터파 신호의 위상을 산출할 수 있다.The signal analyzer may calculate the phase of the detected millimeter wave signal based on the magnitude of the millimeter wave signal in the first direction and the magnitude of the millimeter wave signal in the second direction.
상기 신호 분석기는, 아래의 수학식에 의해 상기 검출한 밀리미터파 신호의 위상(φ)을 산출할 수 있다.The signal analyzer may calculate the phase φ of the detected millimeter wave signal by the following equation.
(수학식 2)(Equation 2)
Vx : 제1 방향의 밀리미터파 신호의 크기V x : Magnitude of millimeter wave signal in the first direction
Vy : 제2 방향의 밀리미터파 신호의 크기V y : Magnitude of millimeter wave signal in second direction
상기 단위 구조는, 안테나 셀들의 배열이 n×m 형태(n과 m은 각각 3 이상의 자연수)로 확장될 수 있다.In the unit structure, the array of antenna cells may be extended in the form of n×m (n and m are natural numbers of 3 or more, respectively).
상기 단위 구조에서, 좌우 방향 및 상하 방향으로 상호 인접한 안테나 셀들 간의 편파 방향이 수직하도록 마련되고, 대각선 방향으로 배치된 안테나 셀들 간의 편파 방향은 동일하게 마련될 수 있다.In the unit structure, the direction of polarization between antenna cells adjacent to each other in the left and right directions and the vertical direction may be provided to be vertical, and the direction of polarization between antenna cells arranged in a diagonal direction may be provided to be the same.
개시되는 일 실시예에 따른 배열형 검출기 단위 구조는, 밀리미터파 신호를 검출하기 위한 단위 구조로서, 4개의 안테나 셀이 2×2 형태로 배열되고, 상기 4개의 안테나 셀 중 일부는 제1 선형 편파를 가지며, 나머지는 상기 제1 선형 편파와 수직한 제2 선형 편파를 가진다.An arrayed detector unit structure according to an embodiment disclosed herein is a unit structure for detecting a millimeter wave signal, and four antenna cells are arranged in a 2×2 shape, and some of the four antenna cells have a first linear polarization , and the remainder has a second linear polarization perpendicular to the first linear polarization.
상기 안테나 셀들 중 좌우 방향 및 상하 방향으로 상호 인접한 안테나 셀들 간의 편파 방향이 수직하도록 마련될 수 있다.Among the antenna cells, polarization directions between antenna cells adjacent to each other in the left-right and up-down directions may be vertical.
상기 안테나 셀들 중 대각선 방향으로 배치된 안테나 셀들 간의 편파 방향은 동일하게 마련될 수 있다.Among the antenna cells, the direction of polarization between antenna cells arranged in a diagonal direction may be provided in the same manner.
상기 단위 구조는, 안테나 셀들의 배열이 n×m 형태(n과 m은 각각 3 이상의 자연수)로 확장될 수 있다. In the unit structure, the array of antenna cells may be extended in the form of n×m (n and m are natural numbers of 3 or more, respectively).
개시되는 실시예에 의하면, 2×2 형태의 단위 구조에서 상호 인접한 안테나 셀들의 편파 방향이 90° 차이가 나도록 함으로써, 인접하는 안테나 셀들 간의 커플링(Coupling)되는 신호를 줄일 수 있고, 단위 구조에서 이중 편파(예를 들어, 수평 편파 및 수직 편파)를 모두 수신하기 때문에 수신되는 밀리미터파 신호의 크기를 유지할 수 있어 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio : SNR)를 높일 수 있게 된다. According to the disclosed embodiment, by making the polarization directions of mutually adjacent antenna cells different from each other by 90° in a 2×2 unit structure, it is possible to reduce signals coupled between adjacent antenna cells, and in the unit structure Since both dual polarizations (eg, horizontal polarization and vertical polarization) are received, it is possible to maintain the magnitude of the received millimeter wave signal, thereby increasing the signal to noise ratio (SNR).
또한, 인접하는 안테나 셀들의 편파 방향이 서로 수직하기 때문에, 안테나 셀들 간의 거리를 좁혀서 설계하는 것이 가능하게 되며, 그로 인해 안테나 셀 간의 이격 특성을 높이기 위한 물리적인 한계를 극복할 수 있게 된다. In addition, since the polarization directions of adjacent antenna cells are perpendicular to each other, it is possible to design by narrowing the distance between antenna cells, thereby overcoming physical limitations for increasing the separation characteristics between antenna cells.
또한, 단위 구조는 수평 편파 및 수직 편파를 가지는 안테나 셀들로 구성되기 때문에, 밀리미터파 신호가 어느 방향의 편파를 가지든 밀리미터파 신호를 검출할 수 있게 된다. 그리고, 수평 방향의 밀리미터파 신호의 크기(Vx) 및 수직 방향의 밀리미터파 신호의 크기(Vy)를 각각 검출할 수 있기 때문에, 밀리미터파 신호에 편파 천이가 발생하더라도 밀리미터파 신호의 원래 크기 및 편파 천이된 각도(즉, 편파가 얼만큼 틀어져 있는지)도 구할 수 있게 된다. 그로 인해, 물체에 의해 천이된 편파를 인식할 수 있고, 원 편파를 비롯한 다양한 편파를 검출할 수 있으며, 이를 물체의 방향성 분석과 검출에 활용할 수 있게 된다. In addition, since the unit structure is composed of antenna cells having horizontal polarization and vertical polarization, the millimeter wave signal can be detected regardless of the polarization direction of the millimeter wave signal. In addition, since the magnitude (Vx) of the millimeter wave signal in the horizontal direction and the magnitude (Vy) of the millimeter wave signal in the vertical direction can be detected respectively, even if a polarization shift occurs in the millimeter wave signal, the original magnitude and polarization of the millimeter wave signal The shifted angle (i.e., how much the polarization is distorted) can also be obtained. As a result, it is possible to recognize polarized waves shifted by an object, detect various polarized waves including circular polarized waves, and use them for direction analysis and detection of an object.
또한, 단위 구조는 반복 배치를 통해 n×m 형태로 확장이 용이하기 때문에, 밀리미터파 통신 장치가 적용되는 영상 시스템에 맞게 배열형 검출기를 구성하여 대면적 픽셀 구현이 가능하게 된다.In addition, since the unit structure can easily be expanded to an n×m shape through repeated arrangement, large-area pixels can be implemented by configuring an array type detector to suit an imaging system to which a millimeter wave communication device is applied.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 통신 장치를 개략적으로 나타낸 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배열형 검출기 단위 구조를 개략적으로 나타낸 도면
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 밀리미터파 신호의 편파 천이를 설명하기 위한 도면
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 신호 분석기가 밀리미터파 신호의 크기 및 위상을 분석하는 상태를 나타낸 도면
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 구조에서 인접하는 안테나 셀들 간의 편파 방향이 동일한 경우와 편파 방향이 수직한 경우의 신호 대 잡음비(SNR)를 비교한 그래프
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 구조에서 인접하는 안테나 셀들 간의 편파 방향이 동일한 경우와 편파 방향이 수직한 경우의 단위 구조의 크기를 비교한 도면
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 구조가 확장된 상태를 나타낸 도면
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 구조를 확장한 다른 실시예를 나타낸 도면1 is a schematic diagram of a millimeter wave communication device according to an embodiment of the present invention;
2 schematically shows the structure of an array type detector unit according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram for explaining polarization transition of a millimeter wave signal in an embodiment of the present invention.
4 is a diagram showing a state in which a signal analyzer analyzes the magnitude and phase of a millimeter wave signal in one embodiment of the present invention;
5 is a graph comparing signal-to-noise ratio (SNR) between adjacent antenna cells in a unit structure according to an embodiment of the present invention when the polarization direction is the same and when the polarization direction is vertical
6 is a diagram comparing the size of a unit structure between adjacent antenna cells in the same polarization direction and in a case where the polarization direction is vertical in the unit structure according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing a state in which a unit structure is expanded according to an embodiment of the present invention;
8 is a view showing another embodiment in which a unit structure according to an embodiment of the present invention is extended;
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The detailed descriptions that follow are provided to provide a comprehensive understanding of the methods, devices and/or systems described herein. However, this is only an example and the present invention is not limited thereto.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.In describing the embodiments of the present invention, if it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. In addition, terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of a user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification. Terminology used in the detailed description is only for describing the embodiments of the present invention and should in no way be limiting. Unless expressly used otherwise, singular forms of expression include plural forms. In this description, expressions such as "comprising" or "comprising" are intended to indicate any characteristic, number, step, operation, element, portion or combination thereof, one or more other than those described. It should not be construed to exclude the existence or possibility of any other feature, number, step, operation, element, part or combination thereof.
한편, 상측, 하측, 일측, 타측 등과 같은 방향성 용어는 개시된 도면들의 배향과 관련하여 사용된다. 본 발명의 실시예의 구성 요소는 다양한 배향으로 위치 설정될 수 있으므로, 방향성 용어는 예시를 목적으로 사용되는 것이지 이를 제한하는 것은 아니다.Meanwhile, directional terms such as upper side, lower side, one side, and the other side are used in relation to the orientation of the disclosed drawings. Since components of embodiments of the present invention may be positioned in a variety of orientations, directional terms are used for purposes of illustration and not limitation.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.Also, terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element, without departing from the scope of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 밀리미터파 통신 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a diagram schematically showing a millimeter wave communication device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 밀리미터파 통신 장치(100)는 배열형 검출기 단위 구조(102) 및 신호 분석기(104)를 포함할 수 있다. 밀리미터파 통신 장치(100)는 밀리미터파를 수신 및 송신 중 하나 이상의 동작을 수행할 수 있는 통신 장치일 수 있다. 이하에서는, 밀리미터파 통신 장치(100)가 밀리미터파를 수신하는 경우를 일 예로 하여 설명하기로 한다. 또한, 이하에서 배열형 검출기 단위 구조(102)는 "단위 구조(102)"로 약칭될 수 있다.Referring to FIG. 1 , a millimeter
예시적인 실시예에서, 밀리미터파 통신 장치(100)는 식품 내 이물질 검출, 비파괴 검사, 보안 검색, 및 반도체 검사 등 다양한 영상 시스템에서 활용될 수 있다.In an exemplary embodiment, the
단위 구조(102)는 복수 개의 안테나 셀이 배열되는 배열형 검출기이다. 예시적인 실시예에서, 단위 구조(102)는 2×2 배열형 검출기일 수 있다. 단위 구조(102)는 밀리미터파 신호를 검출하기 위한 기본 구성(단위 구성)일 수 있다. The
단위 구조(102)는 4개의 안테나 셀을 포함한다. 여기서, 안테나 셀은 안테나를 포함하며, 안테나가 형성되는 영역을 의미할 수 있다. 단위 구조(102)는 4개의 안테나 셀이 2×2 형태로 배열된 것일 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 구조(102)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면, 단위 구조(102)는 제1 안테나 셀(102-1), 제2 안테나 셀(102-2), 제3 안테나 셀(102-3), 및 제4 안테나 셀(102-4)을 포함한다. The
여기서, 제1 안테나 셀(102-1)을 기준으로 우측에 제2 안테나 셀(102-2)이 배치되고, 제2 안테나 셀(102-2)의 하측에 제3 안테나 셀(102-3)이 배치되며, 제3 안테나 셀(102-3)의 좌측에 제4 안테나 셀(102-4)이 배치될 수 있다. 이때, 제4 안테나 셀(102-4)은 제1 안테나 셀(102-1)의 하측에 배치될 수 있다. Here, the second antenna cell 102-2 is disposed on the right side of the first antenna cell 102-1, and the third antenna cell 102-3 is disposed below the second antenna cell 102-2. is disposed, and the fourth antenna cell 102-4 may be disposed to the left of the third antenna cell 102-3. At this time, the fourth antenna cell 102-4 may be disposed below the first antenna cell 102-1.
단위 구조(102)에서 상호 인접하는 안테나 셀들의 편파 방향은 수직하게 마련된다. 즉, 단위 구조(102)에서 상호 인접하는 안테나 셀들의 편파 방향이 90° 차이가 나도록 마련될 수 있다. 안테나 셀의 편파 방향은 해당 안테나 셀에 배치되는 안테나의 편파 방향을 의미할 수 있다. In the
여기서, 상호 인접한다는 것은 안테나 셀의 좌우 방향 또는 상하 방향으로 인접하는 것을 의미할 수 있다. 즉, 제1 안테나 셀(102-1)과 제2 안테나 셀(102-2) 및 제4 안테나 셀(102-4)의 편파 방향이 수직하게 마련되고, 제2 안테나 셀(102-2)과 제1 안테나 셀(102-1) 및 제3 안테나 셀(102-3)의 편파 방향이 수직하게 마련되며, 제3 안테나 셀(102-3)과 제2 안테나 셀(102-2) 및 제4 안테나 셀(102-4)의 편파 방향이 수직하게 마련되고, 제4 안테나 셀(102-4)과 제1 안테나 셀(102-1) 및 제3 안테나 셀(102-3)의 편파 방향이 수직하게 마련될 수 있다. Here, adjacent to each other may mean adjacent in the left-right direction or vertical direction of the antenna cell. That is, the polarization directions of the first antenna cell 102-1, the second antenna cell 102-2, and the fourth antenna cell 102-4 are provided perpendicularly, and the second antenna cell 102-2 and The polarization directions of the first antenna cell 102-1 and the third antenna cell 102-3 are provided vertically, and the third antenna cell 102-3, the second antenna cell 102-2 and the fourth The polarization direction of the antenna cell 102-4 is provided vertically, and the polarization directions of the fourth antenna cell 102-4, the first antenna cell 102-1, and the third antenna cell 102-3 are vertical. can be arranged.
그리고, 2×2 형태로 단위 구조(102)에서 대각선 방향으로 배치된 안테나 셀들의 편파 방향은 동일하게 마련될 수 있다. 즉, 제1 안테나 셀(102-1)과 제3 안테나 셀(102-3)의 편파 방향이 동일하게 마련되고, 제2 안테나 셀(102-2)과 제4 안테나 셀(102-4)의 편파 방향이 동일하게 마련될 수 있다. In addition, the polarization direction of antenna cells arranged in a diagonal direction in the
도 2에서는 제1 안테나 셀(102-1) 및 제3 안테나 셀(102-3)의 편파가 수평 편파이고, 제2 안테나 셀(102-2) 및 제4 안테나 셀(102-4)의 편파가 수직 편파인 것으로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 제1 안테나 셀(102-1) 및 제3 안테나 셀(102-3)의 편파를 수직 편파로 하고, 제2 안테나 셀(102-2) 및 제4 안테나 셀(102-4)의 편파를 수평 편파로 할 수도 있다. In FIG. 2, the polarizations of the first antenna cell 102-1 and the third antenna cell 102-3 are horizontally polarized, and the polarizations of the second antenna cell 102-2 and the fourth antenna cell 102-4 is shown to be vertical polarization, but is not limited thereto, and the polarizations of the first antenna cell 102-1 and the third antenna cell 102-3 are vertical polarization, and the second antenna cell 102-2 and The polarization of the fourth antenna cell 102-4 may be horizontally polarized.
개시되는 실시예에 의하면, 2×2 형태의 단위 구조(102)에서 상호 인접한 안테나 셀들의 편파 방향이 90° 차이가 나도록 함으로써, 인접하는 안테나 셀들 간의 커플링(Coupling)되는 신호를 줄일 수 있고, 단위 구조(102)에서 이중 편파(예를 들어, 수평 편파 및 수직 편파)를 모두 수신하기 때문에 수신되는 밀리미터파 신호의 크기를 유지할 수 있어 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio : SNR)를 높일 수 있게 된다. 즉, 인접한 안테나 셀들 간의 노이즈는 줄이면서 밀리미터파 신호의 크기는 유지할 수 있기 때문에 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있게 된다.According to the disclosed embodiment, by making the polarization directions of adjacent antenna cells different from each other by 90° in the 2×2
또한, 인접하는 안테나 셀들의 편파 방향이 서로 수직하기 때문에, 안테나 셀들 간의 거리를 좁혀서 설계하는 것이 가능하게 되며, 그로 인해 안테나 셀 간의 이격 특성을 높이기 위한 물리적인 한계를 극복할 수 있게 된다. In addition, since the polarization directions of adjacent antenna cells are perpendicular to each other, it is possible to design by narrowing the distance between antenna cells, thereby overcoming physical limitations for increasing the separation characteristics between antenna cells.
신호 분석기(104)는 단위 구조(102)에서 검출한 밀리미터파 신호의 크기 및 위상을 분석할 수 있다. 신호 분석기(104)는 단위 구조(102)로 인해 밀리미터파 신호의 크기 및 밀리미터파 신호의 편파 천이를 검출할 수 있게 된다.The
도 3은 본 발명의 일 실시예에서 밀리미터파 신호의 편파 천이를 설명하기 위한 도면이다. 3 is a diagram for explaining polarization transition of a millimeter wave signal in one embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 밀리미터파 송신기(50)에서 밀리미터파 신호를 대상 물체(60)를 향하여 송출하는 경우, 물체(60)에 입사하기 전의 밀리미터파 신호와 물체(60)를 통과한 후의 밀리미터파 신호는 그 편파 방향에 차이가 있게 된다. 즉, 선형 편파로 입사된 밀리미터파 신호는 물체(60)를 통과하는 경우, 물체(60)가 가지고 있는 고유 방향성에 의해 편파 천이가 발생하여 밀리미터파 신호의 편파 방향이 변하게 된다.Referring to FIG. 3 , when the
도 4는 본 발명의 일 실시예에서 신호 분석기(104)가 밀리미터파 신호의 크기 및 위상을 분석하는 상태를 나타낸 도면이다. 4 is a diagram showing a state in which the
도 4를 참조하면, 신호 분석기(104)는 단위 구조(102)의 수평 편파를 가지는 제1 안테나 셀(102-1) 및 제3 안테나 셀(102-3)에서 수신한 밀리미터파 신호의 크기를 합하여 수평 방향(x축 방향)의 밀리미터파 신호의 크기(Vx)를 산출할 수 있다. Referring to FIG. 4, the
또한, 신호 분석기(104)는 단위 구조(102)의 수직 편파를 가지는 제2 안테나 셀(102-2) 및 제4 안테나 셀(102-4)에서 수신한 밀리미터파의 신호의 크기를 합하여 수직 방향(y축 방향)의 밀리미터파 신호의 크기(Vy)를 산출할 수 있다. In addition, the
신호 분석기(104)는 수평 방향의 밀리미터파 신호의 크기(Vx) 및 수직 방향의 밀리미터파 신호의 크기(Vy)에 기반하여 단위 구조(102)에서 검출한 밀리미터파 신호의 크기를 산출할 수 있다. 신호 분석기(104)는 다음의 수학식 1에 기반하여 밀리미터파 신호의 크기(α)를 산출할 수 있다. The
(수학식 1)(Equation 1)
또한, 신호 분석기(104)는 수평 방향의 밀리미터파 신호의 크기(Vx) 및 수직 방향의 밀리미터파 신호의 크기(Vy)에 기반하여 단위 구조(102)에서 검출한 밀리미터파 신호의 위상을 산출할 수 있다. 신호 분석기(104)는 다음의 수학식 2에 기반하여 밀리미터파 신호의 위상(φ)을 산출할 수 있다. In addition, the
(수학식 2)(Equation 2)
여기서, 단위 구조(102)는 수평 편파 및 수직 편파를 가지는 안테나 셀들로 구성되기 때문에, 밀리미터파 신호가 어느 방향의 편파를 가지든 밀리미터파 신호를 검출할 수 있게 된다. 그리고, 수평 방향의 밀리미터파 신호의 크기(Vx) 및 수직 방향의 밀리미터파 신호의 크기(Vy)를 각각 검출할 수 있기 때문에, 밀리미터파 신호에 편파 천이가 발생하더라도 밀리미터파 신호의 원래 크기 및 편파 천이된 각도(즉, 편파가 얼만큼 틀어져 있는지)도 구할 수 있게 된다. Here, since the
개시되는 실시예에 의하면, 수평 편파 및 수직 편파를 가지는 안테나 셀들로 구성되는 단위 구조(102)로 인해, 물체에 의해 천이된 편파를 인식할 수 있고, 원 편파를 비롯한 다양한 편파를 검출할 수 있으며, 이를 물체의 방향성 분석과 검출에 활용할 수 있게 된다. According to the disclosed embodiment, due to the
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 구조(102)에서 인접하는 안테나 셀들 간의 편파 방향이 동일한 경우와 편파 방향이 수직한 경우의 신호 대 잡음비(SNR)를 비교한 그래프이다. 5 is a graph comparing signal-to-noise ratio (SNR) between adjacent antenna cells in the
도 5의 (a)를 참조하면, 단위 구조(102)에서 인접하는 안테나 셀들 간의 편파 방향이 수평 편파로 모두 동일한 경우를 나타내었다. 이 경우, 인접하는 안테나 셀(예를 들어, 제1 안테나 셀(102-1)과 제2 안테나 셀(102-2) 및 제4 안테나 셀(102-4))들 간에 커플링으로 인한 노이즈가 발생하여 신호 대 잡음비(SNR)가 작은 것을 볼 수 있다. Referring to (a) of FIG. 5, a case in which the polarization direction between adjacent antenna cells in the
반면, 도 5의 (b)를 참조하면, 단위 구조(102)에서 인접하는 안테나 셀들 간의 편파 방향이 수직한 경우를 나타내었다. 이 경우, 인접하는 안테나 셀(예를 들어, 제1 안테나 셀(102-1)과 제2 안테나 셀(102-2) 및 제4 안테나 셀(102-4))들 간에 커플링으로 인한 노이즈가 없어 신호 대 잡음비(SNR)가 커지는 것을 볼 수 있다. On the other hand, referring to (b) of FIG. 5, the case where the polarization direction between adjacent antenna cells in the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 구조(102)에서 인접하는 안테나 셀들 간의 편파 방향이 동일한 경우와 편파 방향이 수직한 경우의 단위 구조(102)의 크기를 비교한 도면이다. 6 is a diagram comparing the size of the
도 6의 (a)를 참조하면, 단위 구조(102)에서 인접하는 안테나 셀들 간의 편파 방향이 수평 편파로 모두 동일한 경우를 나타내었다. 이 경우, 안테나 셀들 간의 간섭을 줄이기 위해 제1 방향에서 제1 이격 거리(w1)를 형성하고, 제1 방향과 수직한 제2 방향에서도 제2 이격 거리(w2)를 각각 형성하게 된다. Referring to (a) of FIG. 6, the case where the polarization direction between adjacent antenna cells in the
즉, 제1 안테나 셀(102-1) 및 제4 안테나 셀(102-4)과 제2 안테나 셀(102-2) 및 제3 안테나 셀(102-3) 간에 제1 이격 거리(w1)를 형성하고, 제1 안테나 셀(102-1) 및 제2 안테나 셀(102-2)과 제4 안테나 셀(102-4) 및 제3 안테나 셀(102-3) 간에 제2 이격 거리(w2)를 형성하게 된다.That is, the first separation distance (w1) between the first antenna cell 102-1 and the fourth antenna cell 102-4 and the second antenna cell 102-2 and the third antenna cell 102-3 is and a second separation distance (w2) between the first antenna cell 102-1 and the second antenna cell 102-2 and the fourth antenna cell 102-4 and the third antenna cell 102-3 will form
반면, 도 6의 (b)를 참조하면, 단위 구조(102)에서 인접하는 안테나 셀들 간의 편파 방향이 수직한 경우를 나타내었다. 이 경우, 인접하는 안테나 셀들 간의 편파 방향이 수직하여 상호 간에 커플링이 줄어들기 때문에, 별도의 이격 거리를 둘 필요가 없고, 안테나 셀들을 상호 접하여 형성할 수 있으며, 그로 인해 단위 구조(102)의 크기를 줄일 수 있게 된다. On the other hand, referring to (b) of FIG. 6, the case where the polarization direction between adjacent antenna cells in the
한편, 2×2 형태의 단위 구조(102)는 수평 방향 및 수직 방향으로의 확장이 가능하다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 구조(102)가 확장된 상태를 나타낸 도면이다. Meanwhile, the 2×2
도 7의 (a)를 참조하면, 2×2 형태의 단위 구조(102)는 3×3 형태의 배열형 검출기로 확장될 수 있다. 이때, 단위 구조(102)에서 좌우 방향 및 상하 방향에 인접한 안테나 셀들은 서로 수직한 편파 방향을 가질 수 있다. 또한, 단위 구조(102)에서 대각선 방향에 인접한 안테나 셀들은 서로 동일한 편파 방향을 가질 수 있다. Referring to (a) of FIG. 7 , the 2×2
또한, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 단위 구조(102)를 n×m 형태의 배열형 검출기로 확장할 수 있다. 여기서, n과 m은 각각 3 이상의 자연수일 수 있다. 이와 같이, 단위 구조(102)는 n×m 형태로 확장이 용이하기 때문에, 밀리미터파 통신 장치(100)가 적용되는 영상 시스템에 맞게 단위 구조(102)를 대면적화 할 수 있게 된다.In addition, as shown in (b) of FIG. 7, the
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 구조(102)를 확장한 다른 실시예를 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 단위 구조(102)에서 제1 변 테두리(102a) 및 제2 변 테두리(102b)에는 각각 신호의 입력 및 출력 패드가 형성될 수 있다. 이때, 제2 변 테두리(102b)는 제1 변 테두리(102a)와 수직하게 인접한 테두리일 수 있다. 8 is a diagram showing another embodiment in which the
여기서, 이러한 단위 구조(102) 4개를 시계 방향으로 회전시켜 가면서 배치하면, 제1 변 테두리(102a) 및 제2 변 테두리(102b)에 입력 및 출력 패드가 형성된 배치 설계의 특성을 그대로 유지하면서 4×4 형태로 확장할 수 있게 된다. Here, when the four
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Although representative embodiments of the present invention have been described in detail above, those skilled in the art will understand that various modifications are possible to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. . Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should not be defined, and should be defined by not only the claims to be described later, but also those equivalent to these claims.
100 : 밀리미터파 통신 장치
102 : 배열형 검출기 단위 구조
102a : 제1 변 테두리
102b : 제2 변 테두리
102-1 : 제1 안테나 셀
102-2 : 제2 안테나 셀
102-3 : 제3 안테나 셀
102-4 : 제4 안테나 셀
104 : 신호 분석기100: millimeter wave communication device
102: array type detector unit structure
102a: first edge
102b: second side border
102-1: first antenna cell
102-2: second antenna cell
102-3: third antenna cell
102-4: fourth antenna cell
104: signal analyzer
Claims (17)
상기 단위 구조는,
4개의 안테나 셀이 2×2 형태로 배열되고, 상기 4개의 안테나 셀 중 일부는 제1 선형 편파를 가지며, 나머지는 상기 제1 선형 편파와 수직한 제2 선형 편파를 가지는, 밀리미터파 통신 장치.
A millimeter wave communication device including an array type detector unit structure for detecting a millimeter wave signal,
The unit structure is
4 antenna cells are arranged in a 2x2 form, some of the 4 antenna cells have a first linear polarization, and others have a second linear polarization perpendicular to the first linear polarization.
상기 단위 구조에서,
좌우 방향 및 상하 방향으로 상호 인접한 안테나 셀들 간의 편파 방향이 수직하도록 마련되는, 밀리미터파 통신 장치.
The method of claim 1,
In the unit structure,
A millimeter wave communication device provided so that a polarization direction between antenna cells adjacent to each other in a left-right direction and a vertical direction is vertical.
상기 단위 구조에서,
대각선 방향으로 배치된 안테나 셀들 간의 편파 방향은 동일하게 마련되는, 밀리미터파 통신 장치.
The method of claim 2,
In the unit structure,
A millimeter wave communication device wherein polarization directions between antenna cells arranged in a diagonal direction are the same.
상기 4개의 안테나 셀은 제1 방향으로 배치된 안테나 셀들 및 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 배치된 안테나 셀들 간에 상호 접하여 형성되는, 밀리미터파 통신 장치.
The method of claim 3,
The four antenna cells are formed by contacting each other between antenna cells disposed in a first direction and antenna cells disposed in a second direction perpendicular to the first direction.
상기 밀리미터파 통신 장치는,
상기 단위 구조의 제1 변 테두리 및 상기 제1 변 테두리와 수직하게 인접한 제2 변 테두리에 형성되는 입력 및 출력 패드를 더 포함하고,
상기 단위 구조 4개가 시계 방향으로 회전되면서 배치되어 4×4 형태로 확장되는, 밀리미터파 통신 장치.
The method of claim 3,
The millimeter wave communication device,
Further comprising input and output pads formed on a first side edge of the unit structure and a second side edge vertically adjacent to the first side edge,
A millimeter wave communication device, wherein the four unit structures are arranged while rotating in a clockwise direction and expanded in a 4×4 shape.
상기 밀리미터파 통신 장치는,
상기 단위 구조에서 검출한 밀리미터파 신호의 크기 및 위상을 분석하는 신호 분석기를 더 포함하는, 밀리미터파 통신 장치.
The method of claim 3,
The millimeter wave communication device,
The millimeter wave communication device further comprising a signal analyzer for analyzing the magnitude and phase of the millimeter wave signal detected by the unit structure.
상기 신호 분석기는,
상기 4개의 안테나 셀 중 상기 제1 선형 편파를 가지는 안테나 셀들에서 수신한 밀리미터파 신호의 크기를 합하여 제1 방향의 밀리미터파 신호의 크기를 산출하고, 상기 4개의 안테나 셀 중 상기 제2 선형 편파를 가지는 안테나 셀들에서 수신한 밀리미터파 신호의 크기를 합하여 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향의 밀리미터파 신호의 크기를 산출하며, 상기 제1 방향의 밀리미터파 신호의 크기 및 상기 제2 방향의 밀리미터파 신호의 크기에 기반하여 상기 검출한 밀리미터파 신호의 크기를 산출하는, 밀리미터파 통신 장치.
The method of claim 6,
The signal analyzer,
A magnitude of a millimeter wave signal in a first direction is calculated by summing magnitudes of millimeter wave signals received from antenna cells having the first linear polarization among the four antenna cells, and calculating the magnitude of the second linear polarization among the four antenna cells. The magnitude of the millimeter wave signal in a second direction perpendicular to the first direction is calculated by summing the magnitudes of the millimeter wave signals received from the antenna cells having the first direction and the magnitude of the millimeter wave signal in the second direction A millimeter wave communication device for calculating the magnitude of the detected millimeter wave signal based on the magnitude of the wave signal.
상기 신호 분석기는,
아래의 수학식에 의해 상기 검출한 밀리미터파 신호의 크기(α)를 산출하는, 밀리미터파 통신 장치.
(수학식)
Vx : 제1 방향의 밀리미터파 신호의 크기
Vy : 제2 방향의 밀리미터파 신호의 크기
The method of claim 7,
The signal analyzer,
A millimeter wave communication device that calculates the magnitude (α) of the detected millimeter wave signal by the following equation.
(mathematical expression)
V x : Magnitude of millimeter wave signal in the first direction
V y : Magnitude of millimeter wave signal in second direction
상기 신호 분석기는,
상기 제1 방향의 밀리미터파 신호의 크기 및 상기 제2 방향의 밀리미터파 신호의 크기에 기반하여 상기 검출한 밀리미터파 신호의 위상을 산출하는, 밀리미터파 통신 장치.
The method of claim 7,
The signal analyzer,
Wherein the millimeter wave communication device calculates the phase of the detected millimeter wave signal based on the magnitude of the millimeter wave signal in the first direction and the magnitude of the millimeter wave signal in the second direction.
상기 신호 분석기는,
아래의 수학식에 의해 상기 검출한 밀리미터파 신호의 위상(φ)을 산출하는, 밀리미터파 통신 장치.
(수학식 2)
Vx : 제1 방향의 밀리미터파 신호의 크기
Vy : 제2 방향의 밀리미터파 신호의 크기
The method of claim 9,
The signal analyzer,
The millimeter wave communication device calculating the phase (φ) of the detected millimeter wave signal by the following equation.
(Equation 2)
V x : Magnitude of millimeter wave signal in the first direction
V y : Magnitude of millimeter wave signal in second direction
상기 단위 구조는,
안테나 셀들의 배열이 n×m 형태(n과 m은 각각 3 이상의 자연수)로 확장되는, 밀리미터파 통신 장치.
The method of claim 1,
The unit structure is
A millimeter wave communication device in which an array of antenna cells is expanded in the form of n×m (n and m are each a natural number of 3 or greater).
상기 단위 구조에서,
좌우 방향 및 상하 방향으로 상호 인접한 안테나 셀들 간의 편파 방향이 수직하도록 마련되고, 대각선 방향으로 배치된 안테나 셀들 간의 편파 방향은 동일하게 마련되는, 밀리미터파 통신 장치.
The method of claim 11,
In the unit structure,
A millimeter wave communication device, wherein polarization directions between antenna cells adjacent to each other in left-right and up-down directions are vertical, and polarization directions between antenna cells arranged in a diagonal direction are the same.
An imaging system comprising the millimeter wave communication device according to any one of claims 1 to 12.
4개의 안테나 셀이 2×2 형태로 배열되고, 상기 4개의 안테나 셀 중 일부는 제1 선형 편파를 가지며, 나머지는 상기 제1 선형 편파와 수직한 제2 선형 편파를 가지는, 배열형 검출기 단위 구조.
An array type detector unit structure for detecting a millimeter wave signal,
An arrayed detector unit structure in which four antenna cells are arranged in a 2×2 form, some of the four antenna cells have a first linear polarization, and others have a second linear polarization perpendicular to the first linear polarization .
상기 안테나 셀들 중 좌우 방향 및 상하 방향으로 상호 인접한 안테나 셀들 간의 편파 방향이 수직하도록 마련되는, 배열형 검출기 단위 구조.
The method of claim 14,
An array type detector unit structure in which a polarization direction between antenna cells adjacent to each other in a left-right direction and a vertical direction among the antenna cells is provided to be vertical.
상기 안테나 셀들 중 대각선 방향으로 배치된 안테나 셀들 간의 편파 방향은 동일하게 마련되는, 배열형 검출기 단위 구조.
The method of claim 15
Array-type detector unit structure, wherein the polarization direction between antenna cells disposed in a diagonal direction among the antenna cells is provided the same.
상기 단위 구조는,
안테나 셀들의 배열이 n×m 형태(n과 m은 각각 3 이상의 자연수)로 확장되는, 배열형 검출기 단위 구조.
The method of claim 15
The unit structure is
An array type detector unit structure in which an array of antenna cells is extended in the form of n×m (n and m are each a natural number of 3 or greater).
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2021
- 2021-11-15 KR KR1020210157003A patent/KR102565942B1/en active IP Right Grant
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