KR20230120782A - 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 장치 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 장치에 관한 것으로서, 특히 동일한 수직 간격 및 수평 간격으로 복수의 수신 안테나를 배치하고, 수신 안테나의 외부 영역에 위치하도록 복수의 송신 안테나를 배치함으로써, 가상 안테나의 배치 간격을 균일하게 생성하면서도 안테나가 차지하는 공간을 최소화할 수 있는 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 장치를 제공할 수 있다.
Description
본 실시예들은 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 장치에 관한 것이다.
최근 들어 수요자들은 차량의 성능과 안전에 대하여 많은 관심을 가지고 있다. 차량의 성능, 운전자의 편의 및 안전에 대한 요구가 높아짐에 따라, 차량을 제어하여 운전자의 차량 운전을 보조하는 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)에 대한 연구 및 개발이 지속적으로 진행되고 있는 추세이다. 여기서, 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)은 차량용 센서 및 카메라 등에서 감지한 외부 환경정보를 바탕으로 운전자로 하여금 적절한 조치를 취하게 하거나, 자동적으로 차량을 제어하여 보다 안전한 운전 환경을 구축함으로써 차량사고에 의한 피해를 최소화 혹은 차단하는 다양한 시스템을 의미한다.
또한, 차량용 레이더 장치는 운전자 보조 시스템 또는 자율 주행 시스템들에서 주변 모니터링을 통해 다른 차량들 및 정지 대상물들의 간격, 상대 속도 및 방향각을 측정하기 위해 사용된다. 구체적으로, 레이더 장치는 대상물의 방위각, 즉 수평면에서 대상물에 대한 시선과 차량 전방 방향 사이의 각도를 검출하여 주행 가능한지의 여부 또는 목표물이 실제 장애물인지 여부에 대한 판단을 가능하게 한다. 이에 따라, 레이더 장치는 레이더 센서가 높은 각도 분해능 특성을 갖기 위해 물리적으로 분리된 수신 안테나를 여러 개 배열하는 구조로 구성될 수 있다. 하지만, 이러한 배열 구조를 갖는 레이더 장치는 안테나의 사이즈가 커지고, 송수신부에 이와 관련된 많은 소자가 필요하게 되어 전체 사이즈가 커지게 된다는 문제점이 있다. 특히, 차량용 레이더 장치는 번호판, 안개등, 지지 구조물 등 각종 구조물에 의해, 레이더 장치를 장착할 수 있는 부분이 제한적이기 때문에 레이더 장치의 크기가 제한된다는 문제점이 있다.
이에 관련하여, 최근 차량용 레이더의 소형화를 위하여 개발되고 있는 다중입력 다중출력(MIMO) 레이더의 경우, 송신 안테나의 간격을 적당히 배치하여 수신 안테나의 개구(aperture)를 확장시켜 RF 칩(chip)의 수를 줄이면서도 동일한 성능을 낼 수 있다. 그러나 이러한 차량용 레이더 장치는 비용 및 복잡도가 증가한다는 문제점이 있다. 특히, 송수신 부품들이 포함된 다기능 집적 회로(monolithic microwave integrated circuit, MMIC)를 사용하여 다중입력 다중출력(MIMO) 레이더를 구성하는 경우, 복수의 안테나로 인한 가상 안테나의 배치 간격을 균일하게 생성할 수 있고, MMIC의 배치 공간으로 인한 급전선의 길이를 최소화할 수 있는 배치 방법을 필요로 한다.
따라서 안테나의 방사 효율을 유지하면서도 복수의 안테나가 차지하는 공간을 최소화할 수 있는 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 장치가 필요하다.
이러한 배경에서, 본 실시예들은 가상 안테나의 배치 간격을 균일하게 생성하면서도 안테나가 차지하는 공간을 최소화할 수 있는 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 장치를 제공할 수 있다.
일 측면에서, 본 실시예들은 안테나 장치에 있어서, 복수의 수신 안테나가 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 2단으로 배치되고, 제 2 방향에 따라 동일한 수평 간격을 갖도록 순차적으로 배치되는 수신 안테나부 및 복수의 송신 안테나가 수신 안테나부를 기준으로 외부 영역에 위치하도록 배치되는 송신 안테나부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치를 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은 레이더 장치에 있어서, 복수의 수신 안테나가 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 2단 배치되고, 제 2 방향에 따라 동일한 수평 간격을 갖도록 순차적으로 배치되는 수신 안테나부와 복수의 송신 안테나가 수신 안테나부를 기준으로 외부 영역에 위치하도록 배치되는 송신 안테나부를 포함하는 안테나부, 복수의 송신 안테나 중 적어도 하나에서 송신 신호를 송신하고, 복수의 수신 안테나를 통해 객체에서 반사된 반사신호를 수신하는 송수신부 및 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 반사신호를 처리하여 객체에 대한 정보를 획득하는 제어부를 포함하는 레이더 장치을 제공할 수 있다.
본 실시예들에 의하면, 가상 안테나의 배치 간격을 균일하게 생성하면서도 안테나가 차지하는 공간을 최소화할 수 있는 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 장치에 포함된 안테나의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 장치에 포함된 안테나의 배치 간격을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나의 배치로 인해 생성되는 가상 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 가상 안테나의 수평 방향에 대한 합성 빔 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 가상 안테나의 수직 방향에 대한 합성 빔 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 장치에 포함된 안테나의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 장치에 포함된 안테나의 배치 간격을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나의 배치로 인해 생성되는 가상 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 가상 안테나의 수평 방향에 대한 합성 빔 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 가상 안테나의 수직 방향에 대한 합성 빔 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
본 개시는 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 장치에 관한 것이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
본 명세서에서의 "제 1 방향"과 "제 2 방향"은 서로 수직할 수 있다. 예를 들어, "제1 방향"이 지면에 대하여 수직인 방향이면, "제2 방향"은 제1 방향에 수직인 지면에 대하여 수평인 방향일 수 있다.
또한, 본 명세서에서의 "송신 안테나" 및 "수신 안테나"는 각각 최소한 한 개 이상의 패치 안테나로 구성되는 안테나로, 마이크로스트립 패치 안테나일 수도 있고, 도파관 안테나일 수도 있다. 다만, 안테나의 종류는 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더 장치에 사용되는 안테나 장치(100)는, 복수의 수신 안테나가 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 2단으로 배치되고, 제 2 방향에 따라 동일한 수평 간격을 갖도록 순차적으로 배치되는 수신 안테나부(110) 및 복수의 송신 안테나가 수신 안테나부를 기준으로 외부 영역에 위치하도록 배치되는 송신 안테나부(120)를 포함할 수 있다.
일 예로, 수신 안테나부(110)는 복수의 수신 안테나가 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 2단으로 배치되고, 제 2 방향에 따라 동일한 수평 간격을 갖도록 순차적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 수신 안테나부(110)는 복수의 수신 안테나가 제 1 방향에 따라 상단 및 하단으로 분할하여 배치되며, 각각의 단은 적어도 8 개 이상의 수신 안테나를 포함하도록 배치될 수 있다. 또한, 수신 안테나부(110)는 수신 안테나 간의 수직 간격이 제 1 간격만큼 이격되고, 수평 간격이 제 2 간격만큼 이격되도록 복수의 수신 안테나가 배치될 수 있다. 여기서, 각각의 간격은 송신 신호의 파장을 기준으로 설정한 것으로, 제 1 간격은 4.0 파장이고, 제 2 간격은 3.0 파장일 수 있다. 구체적으로, 수신 안테나부(110)는 수신 안테나 간의 수직 간격이 송신 신호 파장의 4.0 거리(4λ)만큼 이격되고, 수평 간격이 송신 신호 파장의 3.0 거리(3λ)만큼 이격되도록 배치될 수 있다.
일 예로, 송신 안테나부(120)는 복수의 송신 안테나가 수신 안테나부를 기준으로 외부 영역에 위치하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 송신 안테나부(120)는 복수의 송신 안테나가 제 2 방향에 따라 수신 안테나부의 좌측 영역 및 우측 영역으로 분할하여 배치되며, 각각의 영역은 적어도 4 개 이상의 수신 안테나를 포함하도록 배치될 수 있다. 또한, 송신 안테나부(120)는 복수의 송신 안테나가 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 3단 배치되며, 각각의 단은 복수의 수신 안테나가 배치된 상단의 위측, 상단과 하단의 중간측 및 하단의 아래측에 배치될 수 있다. 여기서, 각각의 단 별로 살펴보면, 상단의 위측 및 하단의 아래측에는 각각 적어도 2개 이상의 송신 안테나가 포함되고, 상단과 하단의 중간측에는 적어도 4개 이상의 송신 안테나가 포함되도록 배치될 수 있다.
또한, 예를 들어, 송신 안테나부(120)는 송신 안테나 간의 수직 간격이 제 3 간격만큼 이격되도록 복수의 수신 안테나가 배치될 수 있다. 또한, 송신 안테나부(120)는 상단의 위측 및 하단의 아래측에 배치되는 각각의 송신 안테나의 경우, 제 2 방향에 따라 송신 안테나 간의 수평 간격이 제 4 간격만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 그리고, 송신 안테나부(120)는 상단과 하단의 중간측에 배치되는 송신 안테나의 경우, 제 2 방향에 따라 송신 안테나 간의 근 간격 및 원 간격이 각각 제 5 간격 및 제 6 간격을 갖도록 배치될 수 있다. 여기서, 각각의 간격은 송신 신호의 파장을 기준으로 설정한 것으로, 제 3 간격은 8.0 파장이고, 제 4 간격은 24.0 파장일 수 있다. 또한, 제 5 간격은 1.5 파장이고, 제 6 간격은 23.0 파장일 수 있다. 구체적으로, 송신 안테나부(120)는 송신 안테나 간의 수직 간격이 송신 신호 파장의 8.0 거리(8λ)만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 또한, 상단의 위측 및 상기 하단의 아래측에 배치되는 송신 안테나는 송신 안테나 간의 수평 간격이 송신 신호 파장의 24.0 거리(24λ)만큼 이격되도록 배치될 수 있다. 그리고, 상단과 하단의 중간측에 배치되는 송신 안테나는 송신 안테나 간의 수평 간격이 근 간격으로는 송신 신호 파장의 1.5 거리(1.5λ)만큼 이격되고, 원 간격으로는 23 거리(23λ)만큼 이격되도록 배치될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더 장치(200)는 복수의 수신 안테나가 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 2단 배치되고, 제 2 방향에 따라 동일한 수평 간격을 갖도록 순차적으로 배치되는 수신 안테나부와 복수의 송신 안테나가 수신 안테나부를 기준으로 외부 영역에 위치하도록 배치되는 송신 안테나부를 포함하는 안테나부(100), 복수의 송신 안테나 중 적어도 하나에서 송신 신호를 송신하고, 복수의 수신 안테나를 통해 객체에서 반사된 반사 신호를 수신하는 송수신부(210) 및 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 반사 신호를 처리하여 상기 객체에 대한 정보를 획득하는 제어부(220)를 포함할 수 있다. 이러한 레이더 장치는 레이더 센서를 의미할 수도 있다.
일 예로, 안테나부(100)는 복수의 수신 안테나가 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 2단으로 배치되고, 제 2 방향에 따라 동일한 수평 간격을 갖도록 순차적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 안테나부(100)는 복수의 수신 안테나가 제 1 방향에 따라 상단 및 하단으로 분할하여 배치되며, 각각의 단은 적어도 8개 이상의 수신 안테나를 포함할 수 있다. 또한, 안테나부(100)는 복수의 수신 안테나가 동일한 수평 간격을 갖도록 나란하게 순차적으로 배치될 수 있다.
다른 일 예로, 안테나부(100)는 복수의 송신 안테나가 수신 안테나부를 기준으로 외부 영역에 위치하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 안테나부(100)는 복수의 송신 안테나가 제 2 방향에 따라 수신 안테나부의 좌측 영역 및 우측 영역으로 분할하여 배치되며, 각각의 영역은 적어도 4 개 이상의 수신 안테나를 포함할 수 있다. 또한, 안테나부(100)는 복수의 송신 안테나가 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 3 단 배치되며, 각각의 단은 복수의 수신 안테나가 배치된 상단의 위측, 상단과 하단의 중간측 및 하단의 아래측에 배치될 수 있다.
일 예로, 송수신부(210)는 복수의 송신 안테나 중 적어도 하나에서 송신 신호를 송신하고, 복수의 수신 안테나를 통해 객체에서 반사된 반사 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 송수신부(210)는 안테나부(110)에 포함되는 복수 개의 송신 안테나 중 하나로 스위칭(Switching)하여 스위칭된 송신 안테나를 통해 송신신호를 송신하거나 복수의 송신 안테나에 할당된 멀티 송신채널을 통해 송신신호를 송신할 수 있다. 구체적으로, 송수신부(210)는 송신 안테에서 코드 분할된 송신 신호를 송출하고, 모든 수신 안테나에서 반사 신호를 수신하도록 제어될 수 있다.
또한, 예를 들어, 송수신부(210)는 발진부, 증폭부, 믹싱부 및 변환부 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 송수신부(210)는 스위칭된 송신 안테나에 할당된 송신채널 또는 복수의 송신 안테나에 할당된 멀티 송신 채널에 대한 송신 신호를 생성하는 발진부를 포함할 수 있다. 이러한 발진부는 전압 제어 발진기(VCO: Voltage-Controlled Oscillator) 및 오실레이터(Oscillator) 등을 포함할 수 있다. 또한, 송수신부(210)는 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 반사 신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭부(LNA: Low Noise Amplifier)와, 저잡음 증폭된 수신신호를 믹싱하는 믹싱부(Mixer)와, 믹싱된 수신신호를 증폭하는 증폭부(Amplifier)와, 증폭된 수신신호를 디지털 변환하여 수신데이터를 생성하는 변환부(ADC: Analog Digital Converter) 등을 포함할 수 있다. 즉, 송수신부(210)는 복수의 송신 안테나에서 송신 신호를 송신하고 복수의 수신 안테나 및 가상 수신 안테나에서 수신 신호를 수신하여 객체에 대한 정보를 우수한 해상도로 측정할 수 있다. 여기서, 객체에 대한 정보는 레이더 장치의 감지영역 내에서 검출된 객체의 위치 정보 또는 속도 정보 등을 의미할 수 있다.
일 예로, 제어부(220)는 복수의 수신 안테나를 통해 수신된 반사 신호를 처리하여 객체에 대한 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 제어부(220)는 복수의 송신 안테나 중 적어도 하나에서 송신한 송신 신호와 복수의 수신 안테나에서 수신된 수신 신호를 비교 분석하여 객체의 위치 정보를 획득할 수 있다. 구체적으로, 제어부(220)는 복수의 송신 안테나에서 코드 분할되어 송신된 송신 신호와 복수의 수신 안테나에서 수신된 수신 신호를 이용하여 객체의 방위각(Azimuth Angle)과 같은 위치 정보를 획득할 수 있다.
다른 예를 들어, 제어부(220)는 주파수 변환을 수행하여 객체의 위치 정보를 획득할 수 있다. 구체적으로, 제어부(220)는 송신 신호의 생성을 제어하고, 송신데이터 및 수신데이터를 동기화하며, 주파수 변환을 수행할 수 있다. 제어부(220)는 획득된 송신데이터 및 수신데이터를 한 주기당 처리 가능한 단위 샘플 사이즈로 버퍼링 한 이후, 주파수 변환을 수행할 수 있다. 여기서 주파수 변환은 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 등과 같은 푸리에 변환을 이용할 수 있다. 그리고, 제어부(220)는 주파수가 변환된 수신데이터를 토대로 CFAR(Constant False Alarm Rate) 연산, 트래킹(Tracking) 연산 및 타깃 선택(Target Selection) 연산 등을 수행하고, 객체에 대한 각도정보, 속도정보 및 거리정보를 획득할 수 있다.
다른 일 예로, 제어부(220)는 레이더 장치(200)가 설치된 차량에 포함된 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance Systems; ADAS)에 객체에 대한 정보를 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어부(220)는 운전자 수신된 반사신호에 기초하여 객체에 대한 정보를 획득하고, 센싱 데이터를 요청한 운전자 보조 시스템으로 획득된 객체에 대한 정보를 송신할 수 있다. 이에 따라, 레이더 장치(200)에서 검출된 객체에 대한 정보를 차량에 구비된 운전자 보조 시스템에 제공함으로써, 차량의 운전자에게 안정성 및 편의를 제공할 수 있다.
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더 장치(200)는 복수의 가상 수신 안테나가 형성되도록 제어하는 가상 안테나 형성부(140)를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 가상 안테나 형성부(140)는 실제의 수신 안테나가 수신한 신호를 기준으로, 수신 안테나 간격에 따라 결정될 수 있는 소정의 위상차이를 갖는 신호를 만들어내는 신호처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 가상 안테나 형성부(140)는 실제의 수신 안테나가 배치되지 않은 위치에 가상으로 배치된 가상 수신 안테나를 통해 신호가 수신된 것처럼, 가상의 신호를 만들어내는 신호 처리를 수행할 수 있다. 여기서, 가상의 신호는 실제로 수신된 신호를 기준으로 위상차이를 발생시킨 신호일 수 있다. 그리고, 본 개시에서 "가상 안테나가 형성된다는 것"은, "실제로 수신되지 않은 수신 신호가 만들어진다는 것"과 동일한 의미일 수 있다. 즉, 가상 수신 안테나의 배치 구조(간격, 개수 등)는, 실제로 수신되지 않은 수신 신호가 만들어지는 구조(간격, 개수 등)와 동일한 의미일 수 있다.
다른 예를 들어, 가상 안테나 형성부(140)는 수신 단에 실제로 존재하는 복수의 수신 안테나뿐만 아니라, 가상으로 존재하는 복수의 가상 수신 안테나를 포함할 수 있다. 이와 같이, 복수의 가상 수신 안테나가 가상으로 수신단에 더 존재하는 안테나 구조는 "가상 개구 구조를 갖는 안테나 구조"일 수도 있다
또한, 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더 장치(200)에 포함되는 송수신부(210), 제어부(220) 및 가상 안테나 형성부(140)는 레이더에 의한 물체 식별기능을 수행하는 레이더 제어장치 또는 ECU의 일부 모듈로서 구현될 수 있다. 또한, 레이더 제어장치 또는 ECU는 프로세서와 메모리 등의 저장장치와 특정한 기능을 수행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 등을 포함할 수 있다. 즉, 송수신부(210), 제어부(220) 및 가상 안테나 형성부(140)는 각 각의 고유한 기능을 수행할 수 있는 소프트웨어 모듈로서 구현될 수 있다
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 장치에 포함된 안테나의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 장치에 포함된 안테나 및 다기능 집적 회로(MMIC)의 배치를 설명할 수 있다. 여기서, 다기능 집적 회로는 4 개의 수신 안테나(수신 채널) 및 2 개의 송신 안테나(송신 채널)을 포함할 수 있다. 따라서, 도 3은 다기능 집적 회로를 4 개 사용하는 경우를 일 예로 설명하나, 적어도 8 개 이상의 수신 안테나 및 적어도 4 개 이상의 수신 안테나를 포함하면, 다기능 직접 회로의 개수는 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 안테나의 위치는 안테나의 기준점(ex, 중심부)을 지칭한 것일 수 있다.
일 예로, 수신 안테나(310)는 안테나가 제공되는 회로 기판에서 가운데 영역에 배치될 수 있다. 또한, 수신 안테나(310)는 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 2단으로 배치되고, 제 2 방향에 따라 동일한 수평 간격을 갖도록 순차적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 수신 안테나(310)는 제 1 방향에 따라 상단 및 하단으로 분할하여 배치될 수 있다. 또한, 각각의 단은 수평으로 서로 나란하게 적어도 8개 이상의 수신 안테나(310)가 배치될 수 있다. 수신 안테나(310)의 배치 간격에 관한 상세한 내용은 도 4를 참조하여 후술한다.
일 예로, 송신 안테나(320)는 안테나가 제공되는 회로 기판에서 복수의 수신 안테나를 기준으로 외부 영역에 위치하도록 배치될 수 있다. 또한, 송신 안테나(320)는 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 3단 배치될 수 있다. 예를 들어, 송신 안테나(320)는 복수의 수신 안테나(310)가 배치된 상단의 위측, 상단과 하단의 중간측 및 하단의 아래측에 분할하여 배치될 수 있다. 또한, 상단의 위측 및 상기 하단의 아래측은 수평으로 각각 적어도 2개 이상의 송신 안테나(320)가 배치되고, 상단과 하단의 중간측은 적어도 4개 이상의 송신 안테나(320)가 배치될 수 있다. 다른 예를 들어, 송신 안테나(320)는 제 2 방향에 따라 복수의 수신 안테나(310)를 기준으로 좌측 영역 및 우측 영역으로 분할하여 배치될 수 있다. 또한, 각각의 영역은 적어도 4 개 이상의 송신 안테나(320)가 배치될 수 있다. 송신 안테나(320)의 배치 간격에 관한 상세한 내용은 도 4를 참조하여 후술한다.
여기서, 각각의 수신 안테나(310) 및 각각의 송신 안테나(320)는 복수의 패치를 포함할 수 있다. 그리고, 복수의 패치에 의해 수신된 신호들은 신호 간의 위상 관계가 변경되는 일 없이, 단일 신호로 통합되어 이용될 수 있다.
또한, 일 예로, 다기능 집적 회로(MMIC)(330)는 안테나 사이의 빈 공간에 배치될 수 있다. 또는, 다기능 집적 회로(330)는 안테나가 제공되는 회로 기판의 전면 또는 회로 기판의 후면에 배치될 수 있다. 여기서, 회로 기판은 고주파 회로 기판으로 회로 기판의 전면은 송-수신 안테나가 배치되는 회로 기판 측일 수 있다. 또한, 회로 기판의 후면은 송-수신 안테나와 서로 다른 측면일 수 있다. 예를 들어, 다기능 집적 회로(330)는 급전선의 길이가 최소한이면서 균일하도록 회로 기판 상에 배치될 수 있다. 구체적으로, 다기능 집적 회로(330)가 회로 기판의 전면에 배치되면, 회로 기판을 관통하는 도통 접속부를 생략할 수 있다. 반면에, 다기능 집적 회로(330)가 회로 기판의 후면에 배치되면, 표면 상으로는 보이지 않을 수 있으나 위치 설정과 관련한 더 큰 자유도가 얻어질 수 있다. 또한, 다기능 집적 회로(330)가 회로 기판의 후면에 배치되면, 여타 신호 처리 부품들에 대한 짧은 연결 라인을 갖고, 전면과 후면 사이의 회로 기판 내부 금속층을 통해 투사 전자기 신호의 간섭 투사로부터 더 잘 보호될 수 있다. 다만, 본 개시의 일 실시예는 전면 또는 후면 중 어느 한 면으로 한정되는 것은 아니다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 장치에 포함된 안테나의 배치 간격을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나 장치에 포함된 안테나의 배치 간격을 설명할 수 있다. 또한, 도 4는 안테나의 기준점(ex, 중심부)을 기준으로 배치된 것으로, 원은 송신 안테나(송신 채널) 8 개, 사각형은 수신 안테나(수신 채널) 16 개를 나타낼 수 있다. 다만, 안테나의 기준점은 안테나로 인해 형성되는 전계의 중심점 또는 안테나의 무게 중심을 의미할 수 있다.
일 예로, 수신 안테나부(110)는 복수의 수신 안테나가 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 2단으로 배치되고, 제 2 방향에 따라 동일한 수평 간격을 갖도록 순차적으로 배치될 수 있다. 예를 들어, 하단의 수신 안테나 RX1을 기준으로 볼 때, 상단의 수신 안테나 RX9는 제 1 방향에 따른 수직 간격(410)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 하단의 수신 안테나 RX2는 제 2 방향에 따른 수평 간격(420)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 그리고, 하단에 배치되는 다른 수신 안테나들(RX3 내지 RX8)은 제 2 방향으로 동일한 수평 간격(420)만큼 이격되어 순차적으로 배치될 수 있다. 상단에 배치되는 다른 수신 안테나들은(RX10 내지 RX16) 상단의 수신 안테나 RX9로부터 제 2 방향으로 동일한 수평 간격(420)만큼 이격되어 순차적으로 배치될 수 있다. 구체적인 예를 들면, 복수의 수신 안테나들 간의 수직 간격(410)은 송신 신호 파장의 4.0 거리(4λ)고, 복수의 수신 안테나들 간의 수평 간격(420)은 송신 신호 파장의 3.0 거리(3λ)일 수 있다.
또한, 일 예로, 송신 안테나부(120)는 복수의 송신 안테나가 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 3단 배치될 수 있다. 또한, 송신 안테나부(120)는 제 1 방향으로 3단 중 위측 및 아래측의 경우, 제 2 방향에 따라 동일한 수평 간격(440)을 갖도록 배치될 수 있다. 그리고, 송신 안테나부(120)는 3단 중 중간측의 경우, 제 2 방향에 따라 근 간격(450) 또는 원 간격(460)을 갖도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 아래측의 송신 안테나 TX1을 기준으로 볼 때, 중간측의 송신 안테나들(TX3 내지 TX6)은 제 1 방향에 따른 수직 간격(430)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 그리고, 위측의 송신 안테나(TX7 및 TX8)들은 중간측의 송신 안테나들로부터 제 1 방향에 따른 수직 간격(430)만큼 동일하게 이격되어 배치될 수 있다.
다른 예를 들어, 위측의 송신 안테나(TX7 및 TX8)들은 수평 간격(440)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 그리고 아래측의 송신 안테나(TX1 및 TX2)들도 수평 간격(440)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 중간측의 송신 안테나 TX4를 기준으로 볼 때, 중간측의 송신 안테나 TX3은 수평으로 근 간격(450)만큼 이격되고, 중간측의 송신 안테나 TX5는 수평으로 원 간격(460)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 그리고, 중간측의 송신 안테나 TX5를 기준으로 볼 때, 중간측의 송신 안테나 TX6은 수평으로 근 간격(450)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 구체적인 예를 들면, 복수의 송신 안테나들 간의 수직 간격(430)은 송신 신호 파장의 8.0 거리(8λ)고, 위측 및 아래측의 송신 안테나들 간의 수평 간격(420)은 송신 신호 파장의 24.0 거리(24λ)일 수 있다. 또한, 중간측에 배치되는 송신 안테나 간의 수평으로 근 간격(450)은 송신 신호 파장의 1.5 거리(1.5λ)고, 원 간격(460)은 송신 신호 파장의 23 거리(23λ)일 수 있다.
이에 따라, 구체적으로, 송신 안테나와 수신 안테나 간의 상대적 위치는 다음과 같이 배치될 수 있다.수신 안테나 RX9를 기준으로 볼 때, 송신 안테나 TX7은 제 1 방향에 따라 위로 6.0 파장, 제 2 방향으로 동일한 위치에 배치될 수 있다. 또한, 수신 안테나 RX9를 기준으로 송신 안테나 TX4가 좌측으로 1.0 파장인 위치에 배치될 수 있다. 그리고, 수신 안테나를 RX16를 기준으로 송신 안테나 TX5가 우측으로 1.0 파장인 위치에 배치될 수 있다. 또한, 송신 안테나 중 우측의 내측에 배치된 송신 안테나 TX5를 기준으로 송신 안테나 TX2가 제 1 방향에 따라 아래로 8.0 파장, 제 2 방향으로 동일한 위치에 배치될 수 있다. 다만, 가상 안테나는 송신 안테나와 수신 안테나 간의 상대적 위치에 무관하게 형성될 수 있다. 따라서, 송신 안테나와 수신 안테나 간의 상대적 위치는 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나의 배치로 인해 생성되는 가상 안테나를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 안테나의 배치가 MIMO 시스템을 통해 가상 안테나로 생성된 것을 설명할 수 있다. 일 예로, 안테나 장치(100)는 적어도 8 개 이상의 송신 안테나와 적어도 16 개 이상의 수신 안테나의 배치로 인해 적어도 128 개 이상의 가상 안테나를 생성할 수 있다. 여기서, 가상 안테나는 실제 존재하는 수신 안테나(Real RX Antenna)와는 달리, 동시에 신호를 송신하는 송신 안테나의 이격에 의하여 가상적으로 존재하게 되는 가상 수신 안테나(Virtual RX Antenna)일 수 있다.
일 예로, 가상 안테나는 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격(510)만큼 이격되도록 6 단으로 생성되며, 각각의 단은 단 별로 동일한 수평 간격만큼 이격되도록 생성될 수 있다. 예를 들어, 가상 안테나는 가상 안테나 간의 제 1 방향에 따른 수직 간격(510)이 4.0 파장으로 생성될 수 있다. 구제적으로, 6단으로 생성된 가상 안테나 간의 수직 간격(510)은 송신 신호 파장의 4.0 거리(4λ)만큼 이격될 수 있다. 다른 예를 들어, 가상 안테나는 6단 중 가운데 2단을 제외한 상측 및 위측의 단은 제 2 방향에 따라 수평 간격(520)만큼 이격되도록 생성될 수 있다. 특히, 상측의 2단 또는 하측의 2단은 각각 수평으로 나란하게 생성될 수 있다. 구제적으로, 6단 중 가운데 2단을 제외한 상측 및 위측의 단은 가상 안테나 간의 수평 간격(520)이 송신 신호 파장의 3.5 거리(3.5λ)만큼 이격될 수 있다. 또 다른 예를 들어, 가상 안테나는 6 단 중 가운데 2 단은 제 2 방향에 따라 수평 간격(530)만큼 이격되도록 생성될 수 있다. 다만, 각각의 단에서 중앙 부분에 생성되는 가상 안테나는 다른 수평 간격(540)으로 생성될 수 있다. 구제적으로, 6단 중 중앙 2단은 가상 안테나 간의 수평 간격(530)이 송신 신호 파장의 1.5 거리(1.5λ)만큼 이격될 수 있다. 다만, 각각의 단에서 중앙 부분은 송신 신호 파장의 2.0 거리(2.0λ)만큼 이격되어, 다른 부분의 수평 간격(530)과는 다른 수평 간격(540)으로 생성될 수 있다.
일 예로, 안테나 장치(100)는 가상 안테나를 통해 확장된 개구(Aperture) 구조를 형성하여 물체 검출의 정확도를 높일 수 있다. 여기서, 개구는 수신 안테나의 일단과 타단 사이의 거리를 의미하며, 수신 안테나의 개구를 크게 확장하여 개구 성능을 가지도록 하는 것이 레이더 장치의 매우 중요한 요소일 수 있다. 예를 들어, 안테나 장치(100)는 도 3 및 도 4와 같은 안테나의 배치를 통해 확장 개구 성능을 확보하여 객체에 대한 정보를 정밀하게 측정할 수 있다. 구체적으로 살펴보면, 생성된 가상 안테나 중 가운데 2 단은 개구부가 47 파장이고, 중앙 부분의 간격이 2 파장으로 구성될 수 있다.
도 6은 본 개시의 일 실시예에 따른 가상 안테나의 수평 방향에 대한 합성 빔 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 전술한 바에 따라 생성된 가상 안테나는 고해상도 각도 분해가 가능할 수 있다. 또한, 생성된 가상 안테나의 HPBW(Half Power Beam Width)는 약 -0.6deg 에서 +0.6deg일 수 있다. 이 수치는 안테나의 특성에 따라 가감이 있을 수 있으나, 높은 각도 해상도임을 보증할 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따른 가상 안테나의 수직 방향에 대한 합성 빔 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 전술한 바에 따라 생성된 가상 안테나는 고해상도 각도 분해가 가능할 수 있다. 또한, 생성된 가상 안테나의 HPBW(Half Power Beam Width)는 약 -1.1deg 에서 +1.1deg일 수 있다. 이 수치는 안테나의 특성에 따라 가감이 있을 수 있으나, 높은 각도 해상도임을 보증할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 개시에 의하면, 동일한 수직 간격 및 수평 간격으로 복수의 수신 안테나를 배치하고, 수신 안테나의 외부 영역에 위치하도록 복수의 송신 안테나를 배치함으로써, 가상 안테나의 배치 간격을 균일하게 생성하면서도 안테나가 차지하는 공간을 최소화할 수 있는 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 장치를 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (15)
- 레이더 장치에 사용되는 안테나 장치에 있어서,
복수의 수신 안테나가 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 2단 배치되고, 제 2 방향에 따라 동일한 수평 간격을 갖도록 순차적으로 배치되는 수신 안테나부; 및
복수의 송신 안테나가 상기 수신 안테나부를 기준으로 외부 영역에 위치하도록 배치되는 송신 안테나부를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 수신 안테나부는,
상기 복수의 수신 안테나가 상기 제 1 방향에 따라 상단 및 하단으로 분할하여 배치되며, 각각의 단은 적어도 8 개 이상의 수신 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 수신 안테나부는,
수신 안테나 간의 상기 수직 간격이 제 1 간격만큼 이격되고, 상기 수평 간격이 제 2 간격만큼 이격되도록 상기 복수의 수신 안테나가 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제 1 간격은 4.0 파장이고,
상기 제 2 간격은 3.0 파장인 것을 특징으로 하는 안테나 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 송신 안테나부는,
상기 복수의 송신 안테나가 상기 제 2 방향에 따라 상기 수신 안테나부의 좌측 영역 및 우측 영역으로 분할하여 배치되며, 각각의 영역은 적어도 4 개 이상의 수신 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 송신 안테나부는,
상기 복수의 송신 안테나가 상기 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 3단 배치되며, 각각의 단은 상기 복수의 수신 안테나가 배치된 상단의 위측, 상단과 하단의 중간측 및 하단의 아래측에 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 송신 안테나부는,
상기 상단의 위측 및 상기 하단의 아래측에 각각 적어도 2 개 이상의 송신 안테나를 포함하고, 상기 상단과 하단의 중간측에 적어도 4 개 이상의 송신 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치. - 제 6 항에 있어서,
상기 송신 안테나부는,
송신 안테나 간의 상기 수직 간격이 제 3 간격만큼 이격되도록 상기 복수의 송신 안테나가 배치되며,
상기 상단의 위측 및 상기 하단의 아래측에 배치되는 송신 안테나는 상기 제 2 방향에 따라 상기 송신 안테나 간의 수평 간격이 제 4 간격만큼 이격되고,
상기 상단과 하단의 중간측에 배치되는 송신 안테나는 상기 제 2 방향에 따라 상기 송신 안테나 간의 근 간격 및 원 간격이 각각 제 5 간격 및 제 6 간격을 갖도록 배치되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 제 3 간격은 8.0 파장이며,
상기 제 4 간격은 24.0 파장이고,
상기 제 5 간격은 1.5 파장이고, 상기 제 6 간격은 23.0 파장인 것을 특징으로 하는 안테나 장치. - 복수의 수신 안테나가 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 2단 배치되고, 제 2 방향에 따라 동일한 수평 간격을 갖도록 순차적으로 배치되는 수신 안테나부와 복수의 송신 안테나가 상기 수신 안테나부를 기준으로 외부 영역에 위치하도록 배치되는 송신 안테나부를 포함하는 안테나부;
상기 복수의 송신 안테나 중 적어도 하나에서 송신 신호를 송신하고, 상기 복수의 수신 안테나를 통해 객체에서 반사된 반사 신호를 처리하여 상기 객체에 대한 정보를 획득하는 제어부를 포함하는 레이더 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 안테나부는,
상기 복수의 수신 안테나가 상기 제 1 방향에 따라 상단 및 하단으로 분할하여 배치되며, 각각의 단은 적어도 8 개 이상의 수신 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 안테나부는,
수신 안테나 간의 상기 수직 간격이 제 1 간격만큼 이격되고, 상기 수평 간격이 제 2 간격만큼 이격되도록 상기 복수의 수신 안테나가 배치되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 안테나부는,
상기 복수의 송신 안테나가 상기 제 2 방향에 따라 상기 수신 안테나부의 좌측 영역 및 우측 영역으로 분할하여 배치되며, 각각의 영역은 적어도 4 개 이상의 수신 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치. - 제 10 항에 있어서,
상기 안테나부는,
상기 복수의 송신 안테나가 상기 제 1 방향에 따라 동일한 수직 간격으로 3단 배치되며, 각각의 단은 상기 복수의 수신 안테나가 배치된 상단의 위측, 상단과 하단의 중간측 및 하단의 아래측에 배치되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치. - 제 14 항에 있어서,
상기 안테나부는,
상기 상단의 위측 및 상기 하단의 아래측에 각각 적어도 2 개 이상의 송신 안테나를 포함하고, 상기 상단과 하단의 중간측에 적어도 4 개 이상의 송신 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220017421A KR20230120782A (ko) | 2022-02-10 | 2022-02-10 | 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 장치 |
| US17/953,308 US20230253718A1 (en) | 2022-02-10 | 2022-09-26 | Antenna device and radar device with the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220017421A KR20230120782A (ko) | 2022-02-10 | 2022-02-10 | 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230120782A true KR20230120782A (ko) | 2023-08-17 |
Family
ID=87520416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220017421A KR20230120782A (ko) | 2022-02-10 | 2022-02-10 | 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 장치 |
Country Status (2)
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| US (1) | US20230253718A1 (ko) |
| KR (1) | KR20230120782A (ko) |
-
2022
- 2022-02-10 KR KR1020220017421A patent/KR20230120782A/ko not_active Application Discontinuation
- 2022-09-26 US US17/953,308 patent/US20230253718A1/en active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230253718A1 (en) | 2023-08-10 |
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