KR20240057793A - 냉각 구조를 형성하는 모듈형 레이더 및 이를 포함하는 위상 배열 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송신 신호를 고출력 증폭하여 외부로 방사하는 송수신 모듈, 송수신 모듈을 제어하며 송신 신호의 주파수 파형을 생성하고, 수신된 반사 신호를 전달받는 제어부, 제어부 및 송수신 모듈 사이에 구비되며, 송신 신호 또는 반사 신호를 분배하도록 제어부 및 송수신 모듈 간의 인터페이스 역할을 수행하는 연동부 및 송수신 모듈, 제어부 및 연동부에서 발생하는 열을 냉각하는 냉각부를 포함하는 모듈형 레이더를 제시한다.

Description

냉각 구조를 형성하는 모듈형 레이더 및 이를 포함하는 위상 배열 안테나{Modular radar forming a cooling structure and Phased-array antenna comprising the same}

본 발명은 냉각 구조를 형성하는 모듈형 레이더 및 이를 포함하는 위상 배열 안테나에 관한 것이며, 특히 C대역 모듈형 레이더에 기계적 구조 및 냉각 방식을 적용한 냉각 구조를 형성하는 모듈형 레이더 및 이를 포함하는 위상 배열 안테나에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

C대역 이하의 대역폭을 사용하는 모듈형 레이더(능동 전자주사식 위상배열(AESA, Active Electronically Scanned Array) 방식)는 공간적 활용도가 제한되는 상태이다. C대역에서 안테나의 배열소자 1개의 가로 x 세로 간격은 대략 각각 20 ~ 30 mm 내외 이며, 이러한 간격에서 배열소자가 수천 개 배열된다. 이때, 각 배열소자 단위에서 각각의 전자적 빔을 만들어야 하는 전자소자들이 배치 되어, 빔을 송신하고 수신한다. C대역의 협소한 공간에서 해외 유사 모듈형 레이더와 같이 모든 전자모듈을 엣지냉각 구조로 제작하면, 제한된 공간에 많은 전자 소자 등을 배치하여야 하고, 제작 단가 상승, 불량률 상승 등의 제한상황이 발생할 수 있다.

또한, 대역폭이 넓은 모듈형 레이더에 비해 C대역의 좁은 간격에서 전자 소자들이 밀집되어 있어, 열적 집적도가 높아지는 문제가 있다.

종래의 모듈형 레이더는 S대역 이상 등이 주를 이루며, S대역은 주파수 대역폭(50 ~ 60 mm 내외)이 커서, C대역의 주파수 대역폭(20 ~ 30 mm) 보다 안테나 배열 간격이 넓고, 공간적 활용도가 넓어 모듈형 레이더 제작에 용이하며, 리테이너를 사용하여 엣지 냉각이 가능토록 제작된다.

S대역 모듈형 레이더는 배열 간격(어레이 간격)이 비교적 넓어 전자소자의 배치설계(아키테쳐 설계)가 용이하지만, 카드락 1개에 빔 생성, 제어, 전원 변환 등의 모든 기능이 구현되도록 설계되어야 한다. 이러한 모든 기능을 구현하기 위해서는 카드락 형태의 모듈이 깊이 방향으로 점점 길어지거나, PCB를 적층하여 이중/삼중의 PCB를 구성하며, 두께가 증가하는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고 방열 성능이 요구되는 상황에서의 기구적 배치와 기계적 방열 설계를 형성하는 것에 있다.

본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 송신 신호를 고출력 증폭하여 외부로 방사하는 송수신 모듈; 상기 송수신 모듈을 제어하며 상기 송신 신호의 주파수 파형을 생성하고, 상기 수신된 반사 신호를 전달받는 제어부; 상기 제어부 및 상기 송수신 모듈 사이에 구비되며, 상기 송신 신호 또는 상기 반사 신호를 분배하도록 상기 제어부 및 상기 송수신 모듈 간의 인터페이스 역할을 수행하는 연동부; 및 상기 송수신 모듈, 상기 제어부 및 상기 연동부에서 발생하는 열을 냉각하는 냉각부를 포함하는 모듈형 레이더를 제안한다.

바람직하게는, 상기 냉각부는, 상기 제어부 및 상기 연동부 사이에 구비되어, 상기 제어부 및 상기 연동부에서 발생하는 열을 냉각하는 제1 냉각판; 및 상기 송수신 모듈을 둘러싸도록 형성되며, 외측에 조립되고, 상기 송수신 모듈, 상기 연동부 및 상기 제어부에서 발생하는 열을 외부로 전달하는 제2 냉각판을 포함한다.

바람직하게는, 상기 제1 냉각판은, 상기 연동부 및 상기 제어부가 마주보는 측면에 각각 장착되는 인터페이스를 포함하는 조립판; 및 상기 연동부 또는 상기 제어부가 조립되는 조립판의 측면에 형성되며, 상기 연동부 또는 상기 제어부에서 발생하는 열을 상기 제2 냉각판으로 전달하는 파이프를 포함한다.

바람직하게는, 상기 파이프는, 상기 조립판에 삽입되어, 내측의 냉매에 상변화를 통해 열 전달이 이루어지는 관; 및 상기 삽입된 관을 보호하며, 상기 연동부 또는 상기 제어부와 조립되도록 인터페이스를 포함하여 상기 조립판에 고정되는 조립부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 관은, 상기 조립판의 상단 양끝단에서 중심을 따라 하단으로 연결되어 각각 서로 이격되도록 형성되는 제1 좌측관 및 제1 우측관을 포함하고, 상기 제1 좌측관 및 제1 우측관의 하단 양측 각각에 일정 높이 길이로 바깥 방향으로 오목하게 형성되는 제2 좌측관 및 제2 우측관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2 냉각판은, 냉각수가 순환하여 상기 송수신 모듈, 상기 연동부 및 상기 제어부의 발열체에서 발생하는 열을 외부로 토출하고, 상기 냉각수가 재냉각되도록 열 교환기로 이동하는 통로를 제공하며, 상기 통로는 상기 제2 냉각판의 상단에서 상기 송신 신호가 방사되는 전면을 따라 상기 제2 냉각판의 하단을 연결하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2 냉각판은, 내측을 따라 유입되어 조립되는 상기 송수신 모듈과 외측에서 조립되는 별도의 안테나 조립체가 서로 연결되도록 일측면에 장착 인터페이스가 형성되며, 내측 상하단에 형성되는 가이드 레일을 따라 상기 송수신 모듈이 슬라이딩 방식으로 장착되도록 형성되어 상기 내측에 장착되는 상기 송수신 모듈을 보호하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 송수신 모듈은, 복수의 송수신부를 포함하고, 상기 복수의 송수신부의 사이에 조립되며, 상기 송수신 모듈에서 요구하는 전원을 생성하여 분배하고, 전원 공급, 전원 제어 및 전원 점검을 수행하는 전원부를 더 포함하며, 상기 전원부는 상기 제2 냉각판의 내측 상하단에 형성되는 상기 가이드 레일을 따라 슬라이딩 방식으로 상기 제2 냉각판에 장착되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 송수신 모듈은, 상기 제어부에서 전달받은 상기 송신 신호를 고출력 증폭하여 상기 표적을 향해 외부로 방사하고, 상기 수신된 반사 신호를 저잡음 증폭하여 상기 제어부로 전달하며, 상기 복수의 송수신부의 상단에 각각 형성되며, 상기 복수의 송수신부에서 발생하는 엣지 냉각을 수행하는 리테이너를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 복수의 송수신부는, 적어도 일 측면에 형성되며, 상기 복수의 송수신부에서 각각 발생하는 열을 전달하여 냉매에 상변화를 통해 열 전달이 이루어지는 관을 포함하는 송수신 파이프를 포함하고, 상기 송수신 파이프는, 상기 복수의 송수신부가 상기 제2 냉각판에 장착되는 방향과 수직한 방향의 측면에 상기 관이 형성되며, 상기 관이 상기 송수신부의 상단 또는 하단의 상기 송신 신호가 방사되는 방향에서 상기 제어부가 형성되는 방향을 따라 각각 하방 또는 상단으로 연결되어 각각 서로 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2 냉각판은, 상기 통로와 연결되어 상단 일측에 상기 냉각수가 주입되는 주입구; 및 상기 통로와 연결되어 하단 일측에 상기 냉각수가 배출되는 배출구를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 표적을 향해 송신 신호를 송신하고, 상기 표적에 반사된 반사 신호를 수신하는 안테나 조립체; 및 상기 안테나 조립체와 연결되며, 상기 송신 신호를 고출력 증폭하여 상기 안테나 조립체를 통해 외부로 방사하는 송수신 모듈; 상기 송수신 모듈을 제어하며 상기 송신 신호의 주파수 파형을 생성하고, 상기 수신된 반사 신호를 전달받는 제어부; 상기 제어부 및 송수신 모듈 사이에 구비되며, 상기 송신 신호 또는 상기 수신 신호를 분배하도록 상기 제어부 및 상기 송수신 모듈 간의 인터페이스 역할을 수행하는 연동부; 및 상기 송수신 모듈, 상기 제어부 및 상기 연동부에서 발생하는 열을 냉각하는 냉각부를 포함하는 모듈형 레이더를 포함하는 위상 배열 안테나를 제안한다.

바람직하게는, 상기 냉각부는, 상기 제어부 및 상기 연동부 사이에 구비되어, 상기 제어부 및 상기 연동부에서 발생하는 열을 냉각하는 제1 냉각판; 및 상기 송수신 모듈을 둘러싸도록 형성되며, 외측에 조립되고, 상기 송수신 모듈, 상기 연동부 및 상기 제어부에서 발생하는 열을 외부로 전달하는 제2 냉각판을 포함하고, 상기 제1 냉각판은, 상기 연동부 및 상기 제어부가 마주보는 측면에 각각 장착되는 인터페이스를 포함하는 조립판; 및 상기 연동부 또는 상기 제어부가 조립되는 조립판의 측면에 형성되며, 상기 연동부 또는 상기 제어부에서 발생하는 열을 전달하고, 상기 조립판에 삽입되어, 내측의 냉매에 상변화를 통해 열 전달이 이루어지는 관; 및 상기 삽입된 관을 보호하며, 상기 연동부 또는 상기 제어부와 조립되도록 인터페이스를 포함하여 상기 조립판에 고정되는 조립부를 포함하는 파이프를 포함하며, 상기 제2 냉각판은, 냉각수가 순환하여 상기 송수신 모듈, 상기 연동부 및 상기 제어부의 발열체에서 발생하는 열을 외부로 토출하고, 상기 냉각수가 재냉각되도록 열 교환기로 이동하는 통로를 제공하며, 상기 통로는 상기 제2 냉각판의 상단에서 상기 송신 신호가 방사되는 전면을 따라 상기 제2 냉각판의 하단을 연결하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 발명은 모듈형 레이더 단위로 냉각 구조와 전자적 기능을 독립적으로 구성함에 따라 탐지거리가 매우 넓고, 길며, 고정밀의 고성능 레이더의 구현이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해 될 수 있을 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 구조를 형성하는 모듈형 레이더를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 구조를 형성하는 모듈형 레이더의 내부 구조를 자세히 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 레이더의 냉각 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 레이더의 전원 모듈의 냉각 구조를 나타내는 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 레이더의 조립 방안을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 레이더의 연동 모듈과 제어 모듈의 열전달 경로를 나타내는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.

제2, 제1 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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

본 발명은 냉각 구조를 형성하는 모듈형 레이더에 관한 것이다.

기존의 해외 모듈형 레이더는 S대역 이상 등이 주를 이루며, S대역은 주파수 대역폭(50 ~ 60 mm 내외)이 커서, C대역의 주파수 대역폭(20 ~ 30 mm) 보다 안테나 배열 간격이 넓고, 공간적 활용도가 넓어 모듈형 레이더 제작에 용이하며, 해외 모듈형 레이더의 전자모듈은 리테이너를 사용하여 엣지 냉각이 가능토록 제작된다. 해외의 모듈형 레이더는 앞서, 설명한 바와 같이 냉각판 구조물에 모든 전자모듈을 일반적인 카드락 형태의 반도체 송수신 모듈을 만들어 장착한다. S대역 모듈형 레이더는 배열 간격(어레이 간격)이 비교적 넓어 전자 소자의 배치 설계(아키테쳐 설계)가 용이하지만, 카드락 1개에 빔 생성, 제어, 전원변환 등의 모든 기능이 구현되도록 설계되어야 한다. 이러한 모든 기능을 구현하기 위해서는 카드락 형태의 모듈이 깊이 방향으로 점점 길어지거나, PCB를 적층하여 이중/삼중의 PCB를 구성하며, 두께가 증가한다. 어레이 간격이 넓거나, 무게제한이 없으면 위 설계와 같이 구성하는 것도 크게 문제가 되지 않지만, 레이더의 용도에 따라 C대역 혹은 X대역의 주파수를 사용도 필요하다.

상술한 종래의 기술은 주파수 대역이 높아질수록(C대역 또는 X대역) 실제 설계를 구현하기에는 아키테쳐의 배열의 한계성(아키텍처)를 수용하기에는 너무 공간이 협소하기 때문에 다양한 기능을 구현된 고가의 전자소자를 사용하거나, 밀집된 아키텍처 설계를 수행하여야 하는 문제가 있다. 따라서, 모듈의 열관리의 어려움이 발생하므로, 전자 소자간의 간격을 벌려 열적 집적도를 낮추어야 한다. 또한 냉각수가 흐르는 하우징에 꼭 엣지 냉각을 시켜야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 모듈형 레이더(10)는 민수용 레이더(항공용 UAM 등)를 능동 전자주사식 위상배열(AESA, Active Electronically Scanned Array) 형태로 개발 시 모듈형 레이더 1개로 레이더 운용할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 구조를 형성하는 모듈형 레이더를 나타내는 도면이다.

도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이 위상 배열 안테나(1)는 모듈형 레이더(10) 및 안테나 조립체(20)를 포함한다. 모듈형 레이더(10)는 송수신 모듈(100), 냉각부(200, 300), 연동부(400) 및 제어부(500)를 포함한다. 모듈형 레이더(10)는 도 1 및 도 2에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.

송수신 모듈(100)은 송신 신호를 고출력 증폭하여 외부로 방사할 수 있다.

송수신 모듈(100)은 복수의 송수신부(110)를 포함하고, 복수의 송수신부(110)의 사이에 조립되며, 송수신 모듈(100)에서 요구하는 전원을 생성하여 분배하고, 전원 공급, 전원 제어 및 전원 점검을 수행하는 전원부(120)를 더 포함할 수 있다.

송수신 모듈(100)은 제2 냉각판(300)의 내측 상하단에 형성되는 가이드 레일을 따라 슬라이딩 방식으로 제2 냉각판(300)에 장착될 수 있다.

송수신 모듈(100)은 제어부(500)에서 전달받은 송신 신호를 고출력 증폭하여 표적을 향해 외부로 방사하고, 수신된 반사 신호를 저잡음 증폭하여 제어부(500)로 전달할 수 있다.

송수신 모듈(100)은 복수의 송수신부(110)의 상단에 각각 형성되며, 복수의 송수신부(110)에서 발생하는 엣지 냉각을 수행하는 리테이너(114)를 더 포함할 수 잇다.

복수의 송수신부(110)는 적어도 일 측면에 형성되며, 복수의 송수신부(110)에서 각각 발생하는 열을 전달하여 냉매에 상변화를 통해 열 전달이 이루어지는 관을 포함하는 송수신 파이프(112)를 포함할 수 있다.

송수신 파이프(112)는 복수의 송수신부(110)가 제2 냉각판(300)에 장착되는 방향과 수직한 방향의 측면에 관이 형성될 수 있다. 송수신 파이프(112)는 관이 송수신부(110)의 상단 또는 하단의 송신 신호가 방사되는 방향에서 제어부(500)가 형성되는 방향을 따라 각각 하방 또는 상단으로 연결되어 각각 서로 이격되도록 형성될 수 있다.

냉각부(200, 300)는 송수신 모듈(100), 연동부(400) 및 제어부(500)에서 발생하는 열을 냉각할 수 있다.

냉각부(200, 300)는 제1 냉각판(200) 및 제2 냉각판(300)을 포함한다.

제1 냉각판(200)은 연동부(400) 및 제어부(500) 사이에 구비되어, 연동부(400) 및 제어부(500)에서 발생하는 열을 제2 냉각판(300)으로 전달할 수 있다.

제1 냉각판(200)은 조립판(210) 및 파이프(220)를 포함한다.

조립판(210)은 연동부(400) 및 제어부(500)가 마주보는 측면에 각각 장착되는 인터페이스를 포함할 수 있다.

파이프(220)는 연동부(400) 또는 제어부(500)가 조립되는 조립판(210)의 측면에 형성되며, 연동부(400) 또는 제어부(500)에서 발생하는 열을 제2 냉각판(300)으로 전달할 수 있다.

파이프(220)는 관(222) 및 조립부(224)를 포함한다.

관(222)은 조립판(210)에 삽입되어, 내측의 냉매에 상변화를 통해 열 전달이 이루어질 수 있다.

관(222)은 조립판(210)의 상단 양끝단에서 중심을 따라 하단으로 연결되어 각각 서로 이격되도록 형성되는 제1 좌측관 및 제1 우측관을 포함하고, 제1 좌측관 및 제1 우측관의 하단 양측 각각에 일정 높이 길이로 바깥 방향으로 오목하게 형성되는 제2 좌측관 및 제2 우측관을 포함할 수 있다.

조립부(224)는 삽입된 관(222)을 보호하며, 연동부(400) 또는 제어부(500)와 조립되도록 인터페이스를 포함하여 조립판에 고정될 수 있다.

제2 냉각판(300)은 송수신 모듈(100)을 둘러싸도록 형성되며, 외측에 조립되고, 송수신 모듈(100), 연동부(400) 및 제어부(500)에서 발생하는 열을 냉각할 수 있다.

제2 냉각판(300)은 냉각수가 순환하여 송수신 모듈(100), 연동부(400) 및 제어부(500)의 발열체에서 발생하는 열을 외부로 토출하고, 냉각수가 재냉각되도록 열 교환기로 이동하는 통로(340)를 제공할 수 있다.

통로(340)는 제2 냉각판(300)의 상단에서 송신 신호가 방사되는 전면을 따라 제2 냉각판(300)의 하단을 연결하도록 형성될 수 있다.

제2 냉각판(300)은 내측을 따라 유입되어 조립되는 송수신 모듈(100)과 외측에서 조립되는 별도의 안테나 조립체(20)가 서로 연결되도록 일측면에 장착 인터페이스가 형성될 수 있다.

제2 냉각판(300)은 내측 상하단에 형성되는 가이드 레일을 따라 송수신 모듈(100)이 슬라이딩 방식으로 장착되도록 형성되어 내측에 장착되는 송수신 모듈(100)을 보호할 수 있다.

제2 냉각판(300)은 주입구(310) 및 배출구(320)를 포함한다.

주입구(310)는 통로(340)와 연결되어 상단 일측에 냉각수가 주입될 수 있다.

배출구(320)는 통로(340)와 연결되어 하단 일측에 냉각수가 배출될 수 있다.

연동부(400)는 제어부(500) 및 송수신 모듈(100) 사이에 구비되며, 송신 신호 또는 반사 신호를 분배하도록 제어부(500) 및 송수신 모듈(100) 간의 인터페이스 역할을 수행할 수 있다.

제어부(500)는 송수신 모듈(100)을 제어하며 송신 신호의 주파수 파형을 생성하고, 수신된 반사 신호를 전달받을 수 있다.

따라서, 모듈형 레이더(10)는 능동 전자주사식 위상배열(AESA, Active Electronically Scanned Array) 방식에 적용되며, 전자 모듈(송수신 모듈, 전원부)을 통해 전자적 빔을 생성하여 빔을 생성하여 송수신하고, 이때 발생하는 발열을 냉각수를 통해 냉각할 수 있다.

기존의 해외 모듈형 레이다는 S대역 이상 등이 주를 이루며, 대역폭이 커서, 안테나 배열 간격이 넓고, 공간적 활용도가 넓으나, 전자 모듈은 리테이너를 사용하여 엣지 냉각이 가능토록 제작되며 깊이 방향으로 거리가 길어지는 등의 단점이 있다.

이에, 본 발명의 모듈형 레이더(10)는 C대역 이하의 대역폭을 사용하는 모듈형 레이더에서 공간적 활용도가 제한되는 상태이고, 발열체들이 타 모듈형 레이더에 비해 좁은 간격에서 열적 집적도가 높아 방열 성능이 높이 요구되는 상황에 사용될 수 있으며, 모듈형 레이더 단위로 냉각구조와 전자적 기능을 독립적으로 구성하고, 냉각 구조에서 전자모듈 냉각을 통해 리테이너를 통한 엣지 냉각을 수행하고, 엣지 냉각이 제한되는 모듈영역에 대해서는 히트 파이프를 통해 제작된 냉각판이 전도 냉각을 수행할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 구조를 형성하는 모듈형 레이더의 내부 구조를 자세히 나타내는 블록도이다.

안테나 조립체(20)는 배열 안테나로 구현될 수 있으며, 복수의 복사소자가 일정한 간격을 형성하도록 구현되고, 열에 의한 위상 변화를 보상하기 위해 보정 경로를 포함할 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

안테나 조립체(20)는 모듈형 레이더(10)로부터 만들어진 전자빔을 송신하고 수신하는 안테나이다.

안테나 조립체(20)는 전면 프레임을 통해 모듈형 레이더(10)와 연결될 수 있으며, 송신 신호 및 반사 신호를 전면 프레임을 통해 모듈형 레이더(10)와 주고 받을 수 있다.

송수신 모듈(100)은 복수의 송수신부(110)와 전원부(120)를 포함할 수 있다.

전원부(120)는 제2 커넥터(520)를 통해 전원을 공급받을 수 있다.

송수신 모듈(100)은 제어부(500)에서 받은 송신 신호를 고출력 증폭하여 안테나 조립체(20)를 통해 외부로 방사할 수 있다. 또한, 송수신 모듈(100)은 안테나 조립체(20)의 외부로부터 수신된 미약한 신호를 저잡음 증폭하여 제어부(500)로 전달하는 역할을 수행할 수 있다.

송수신 모듈(100)은 리테이너(114)를 통한 엣지 냉각을 통해 발열체의 온도를 적정하게 유지할 수 있다.

또한, 송수신 모듈(100)은 송신 신호를 증폭하는 과정에서 효율로 인한 고발열이 발생한다. 이때, 내부의 소자들의 열적 평형이 이루어지지 않으며, 상호 빔 증폭과정에서 파형의 불균형이 일어날 수 있다. 이를 방지하기 위해 송수신 모듈(100)에는 히트파이프(112)가 삽입되도록 구현될 수 있다.

전원부(120)는 모든 송수신 모듈(100)에서 요구하는 DC전원을 생성하여 분배하는 역할을 수행한다. 또한, 전원부(120)는 전원 공급, 전원 제어, 전원 점검(BIT)등을 수행할 수 있으며, 장착 구조는 송수신 모듈(100)의 복수의 송수신부(110)와 동일할 수 있다.

제1 냉각판(200)은 연동부(400)와 제어부(500)의 장착 인터페이스를 제공하고, 연동부(400)와 제어부(500) 각각의 발열체에서 발생한 열을 제2 냉각판(300)으로 열전달 시키는 역할을 수행할 수 있다.

제1 냉각판(200)은 별도의 냉각수가 인입하지 않으며, 히트 파이프(220)가 삽입되어 있으며, 히트 파이프(220) 내의 냉매의 상변화를 통해 열전달이 이루어질 수 있다.

제2 냉각판(300)은 고발열의 송수신 모듈(100) 및 연동부(400) 및 제어부(500)를 냉각할 수 있다.

제2 냉각판(300)은 저온의 냉각수가 순환하여 발열체의 열을 빼앗아 제2 냉각판(300)의 밖으로 토출되도록 구현될 수 있으며, 냉각수가 열교환기로 이동하여 재 냉각되도록 할 수 있다.

제2 냉각판(300)은 냉각 기능과 더불어, 모든 탑재되는 전자 모듈에 대한 장착 인터페이스도 제공하며, 보호하는 역할도 수행할 수 있다.

제2 냉각판(300)의 내부에는 통로(340)를 통해 냉각수가 흐를 수 있다. 이때, 통로(340)는 미세 유로로 구성되어 있으며 이 유로에는 냉각수가 흐르게 된다.

연동부(400)는 주파수 상/하 변환 회로 및 국부 신호 분배 장치로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

연동부(400)는 제어부(500)와 송수신 모듈(100)이 상호 RF신호를 분배할 수 있는 인터페이스 역할을 수행한다. 또한, 연동부(400)는 외부 장치로부터 만들어진 RF신호 주파수를 역할에 맞게 변환하는 기능을 수행할 수 있다.

제어부(500)는 부배열 디지털 송수신부와 부배열 제어부로 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제어부(500)는 송수신 모듈(100)을 제어하고, 필요한 주파수 파형 등을 생성할 수 있다. 이때, 제어부(500)는 전자적 빔에 대한 빔 형성 연산, 상태 점검(BIT) 수집 등의 다양한 역할을 수행한다. 또한, 모듈형 레이더(10)와 외부장비간의 전기적 인터페이스 역할 수행을 위한 커넥터 등이 배치되어 있다.

따라서, 모듈형 레이더(10)는 C대역 모듈형 레이더에 기계적 구조 및 냉각방식의 전체적인 구성 및 형태로 구현될 수 있다.

열적 집적도가 높은 송수신 모듈(100)은 리테이너(114)를 통해 제2 냉각판(300)으로 열을 전도 냉각시키는 방식으로 구현될 수 있으며, 기존의 일반적인 카드락 냉각구조와 최대한 유사하게 유지하면서, 히트 파이프(112)를 통해 그 효율을 최대한 끌어올릴 수 있다.

또한, 모듈형 레이더(10)는 다수의 송수신부(110)를 포함하는 송수신 모듈(100)을 제어하기 위한 연동부(400) 및 제어부(500)를 별도의 모듈로 구현하여 후면에 배치 시킨다. 이때, 연동부(400) 및 제어부(500)은 리테이너(114)를 통한 엣지 냉각이 제한되고, 냉각수의 유입이 어렵기 때문에, 이를 만회하기 위해 히트파이프(220)를 삽입한 제1 냉각판(200)을 통해 방열될 수 있다.

모듈형 레이더(10)는 여러개의 모듈형 레이더(10)를 적층하여 하나의 큰 레이더로 구현이 가능하며, 이를 위해 가로 x 세로 크기는 모듈형 단위의 어레이 크기를 초과하지 않을 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 레이더의 냉각 구조를 나타내는 도면이다.

도 4의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 레이더의 제2 냉각판의 냉각 구조를 측면에서 나타내는 도면이고, 도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 레이더의 제2 냉각판의 냉각 구조를 전면에서 나타내는 도면이다.

도 4의 (a) 및 도 4의 (b)를 참고하면, 제2 냉각판(300)은 주입구(310) 및 배출구(320)를 포함하며, 주입구(310)로 주입되는 냉각수가 통로(340)를 통해 이동하여 배출구(320)를 통해 배출될 수 있다.

주입구(310) 및 배출구(320)는 유체용 커플러로 구현될 수 있다. 유체용 커플러는 소켓(Socket)과 플러그(Plug)로 구성되고, 플러그가 소켓 안으로 진입하여 결합되게 함으로써, 유체가 이송되도록 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제2 냉각판(300)은 주입구(310)를 통해 냉각수가 유입되어 통로(340)로 입수될 수 있다. 이때, 냉각수는 도 4의 (a) 및 도 4의 (b)와 같이 통로(340)를 따라 이동하며, 구체적으로 상단에 형성되는 통로를 따라 전면에 형성되는 통로까지 이동하며, 전면에 형성되는 통로를 통해 하단으로 이동하여 하단 후면에 형성되는 배출구(320)를 따라 배출될 수 있다. 냉각수는 통로(340)를 따라 이동하면서 내부의 열을 흡수할 수 있다.

도 4의 (a)를 참고하면, 제2 냉각판(300)은 열 전달 효율을 최대한 끌어올리기 위해 송수신 모듈(100)의 송수신부(110)에 파이프(112)가 장착될 수 있다.

파이프(112)는 진공의 관 내에 적량의 액체를 봉입한 것으로서, 한 끝에서 가열하면 액체가 증발하여 관의 중앙부를 지나 다른 끝(냉각 쪽)에 응축되어 관 내면의 홈을 통하여 모세관력에 의하여 자동적으로 되돌아올 수 있다. 이를 통해 파이프(112)는 열을 효율적으로 전달할 수 있으며, 냉각 성능이 뛰어날 수 있다.

도 4의 (b)를 참고하면, 주입구(310) 및 배출구(320)는 제어부(500)가 조립되는 후면에 형성될 수 있으며, 통로(340)는 상단과 하단을 연결하는 전면에 형성될 수 있다. 이때, 전면은 송신 신호가 방사되는 방향을 나타낸다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 레이더의 전원 모듈의 냉각 구조를 나타내는 도면이다.

도 5를 참고하면, 모듈형 레이더(10)의 송수신 모듈(100)은 전원부(120)를 더 포함한다. 예를 들어, 전원부(120)는 복수의 송수신부(110) 사이에 형성될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

전원부(120)는 상단 또는 하단에 리테이너(114)를 더 포함할 수 있다.

리테이너(114)는 제2 냉각판(300)과 전원부(120) 사이에 형성되며, 제2 냉각판(300)과 전원부(120)과 일정 간격을 유지하도록 할 수 있다.

전원부(120)는 제2 냉각판(300)의 내측 상단 또는 하단에 형성되는 가이드 라인을 따라 슬라이딩 방식으로 제2 냉각판(300)에 조립될 수 있다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 레이더의 조립 방안을 나타내는 도면이다.

도 6을 참고하면, 제어부(500) 및 연동부(400)는 제1 냉각판(200)에 각각 조립될 수 있다.

구체적으로, 제1 냉각판(200)은 복수의 인터페이스를 포함하며, 복수의 인터페이스에 의해 연동부(400) 및 제어부(500)가 조립될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 냉각판(200)은 복수의 인터페이스가 높이 방향을 중심으로 대칭되도록 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

제어부(500)는 제1 커넥터(510) 및 제2 커넥터(520)를 포함한다. 제1 커넥터(510) 및 제2 커넥터(520)는 모듈형 레이더(10)와 외부장비간의 전기적 인터페이스 역할을 수행할 수 있다.

도 7을 참고하면, 제1 냉각판(200)은 조립판(210) 및 파이프(220)를 포함한다. 여기서, 파이프(220)는 관(222) 및 조립부(224)를 포함한다. 제1 냉각판(200)은 도 7에서 예시적으로 도시한 다양한 구성요소들 중에서 일부 구성요소를 생략하거나 다른 구성요소를 추가로 포함할 수 있다.

파이프(220)는 조립판(210)에 삽입되도록 구현될 수 있다. 구체적으로, 파이프(220)는 관(222) 및 조립부(224)를 포함하여, 조립판(210)의 홈에 관(222)이 삽입되고, 관(222)을 보호하도록 조립부(224)가 그 위에 조립될 수 있다. 이때, 조립부(224) 조립 시 조립판(210)과 같은 높낮이로 구현되도록 조립판(210)에 조립될 수 있으며, 빈 틈이 없도록 조립될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 파이프(220)는 조립판(210)의 길이 방향의 중심을 기준으로 대칭되도록 구현될 수 있다. 구체적으로, 파이프(220)는 'ㄷ'의 형태로 구현될 수 있으며, 오목한 부분이 바깥쪽을 향하도록 형성될 수 있으며, 하단보다 상단의 길이가 더 짧도록 형성될 수 있다. 또한, 파이프(220)는 하단의 양 끝에 'ㄷ'의 형태로 더 구현될 수 있으며, 오목한 부분이 바깥쪽을 향하도록 형성될 수 있고, 길이는 조립판(210)의 전체 길이 방향의 반보다 작도록 구현될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈형 레이더의 연동 모듈과 제어 모듈의 열전달 경로를 나타내는 도면이다.

제1 냉각판(200)은 연동부(400) 및 제어부(500)를 냉각시킬 수 있다.

도 8을 참고하면, a는 연동부(400) 및 제어부(500)의 열 전달 경로를 나타낸다.

따라서, 제1 냉각판(200)은 연동부(400) 및 제어부(500) 각각의 발열체에서 발생하는 열을 제2 냉각판(300)으로 전달시킬 수 있으며, a와 같은 방향으로 열이 전달될 수 있다.

따라서, 기존의 AESA 레이더는 상호 연결된 유기적인 하나의 큰 냉각판 구조물에 전자 모듈을 삽입하여 전자 모듈을 냉각수를 통해 일괄 냉각하였으나, 냉각수 유로 중 하나의 관로에서 문제가 발생 시 전체적인 성능저하가 발생하는 문제가 있었으며, 냉각수 유로가 진입할 수 있는 공간적 한계로 인해 리테이너 만을 통한 엣지 냉각을 적용하는 것이 한계였다.

이에, 본 발명의 위상 배열 안테나(1)는 모듈형 레이더(10) 단위로 냉각 구조와 전자적 기능을 독립적으로 구성하며, 이를 위한 모듈형 레이더(10)의 기계적 구조를 구현할 수 있다.

따라서, 위상 배열 안테나(1)는 C대역 모듈형 레이더(10)를 여러개 적층함에 따라 탐지거리가 매우 넓고, 길며, 고정밀의 고성능 레이더의 구현이 가능해 진다. 이는 S대역 또는 L대역 보다 정확한 정밀도 구현이 가능함을 의미하며, 특히, 대포병 탐지 레이더와 같은 적의 화포, 로켓 등을 탐지하여 적의 위치를 정확히 탐지해야 하는 레이더의 경우, 적용이 매우 용이해 질 수 있다.

또한, 모듈형 레이더(10)는 소형 레이더가 요구되는 군사분야 혹은 민수의 특수목적용 무인기 등에도 적용이 가능할 것으로 판단된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 위상 배열 안테나
10: 모듈형 레이더
100: 조립 하우징
200: 송풍부
300: 방열판
20: 안테나 조립체

Claims (13)

1. 송신 신호를 고출력 증폭하여 외부로 방사하는 송수신 모듈;
   상기 송수신 모듈을 제어하며 상기 송신 신호의 주파수 파형을 생성하고, 상기 수신된 반사 신호를 전달받는 제어부;
   상기 제어부 및 상기 송수신 모듈 사이에 구비되며, 상기 송신 신호 또는 상기 반사 신호를 분배하도록 상기 제어부 및 상기 송수신 모듈 간의 인터페이스 역할을 수행하는 연동부; 및
   상기 송수신 모듈, 상기 제어부 및 상기 연동부에서 발생하는 열을 냉각하는 냉각부를 포함하는 모듈형 레이더.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각부는,
   상기 제어부 및 상기 연동부 사이에 구비되어, 상기 제어부 및 상기 연동부에서 발생하는 열을 냉각하는 제1 냉각판; 및
   상기 송수신 모듈을 둘러싸도록 형성되며, 외측에 조립되고, 상기 송수신 모듈, 상기 연동부 및 상기 제어부에서 발생하는 열을 외부로 전달하는 제2 냉각판을 포함하는 모듈형 레이더.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 냉각판은,
   상기 연동부 및 상기 제어부가 마주보는 측면에 각각 장착되는 인터페이스를 포함하는 조립판; 및
   상기 연동부 또는 상기 제어부가 조립되는 조립판의 측면에 형성되며, 상기 연동부 또는 상기 제어부에서 발생하는 열을 상기 제2 냉각판으로 전달하는 파이프를 포함하는 모듈형 레이더.
4. 제3항에 있어서,
   상기 파이프는,
   상기 조립판에 삽입되어, 내측의 냉매에 상변화를 통해 열 전달이 이루어지는 관; 및
   상기 삽입된 관을 보호하며, 상기 연동부 또는 상기 제어부와 조립되도록 인터페이스를 포함하여 상기 조립판에 고정되는 조립부를 포함하는 모듈형 레이더.
5. 제4항에 있어서,
   상기 관은,
   상기 조립판의 상단 양끝단에서 중심을 따라 하단으로 연결되어 각각 서로 이격되도록 형성되는 제1 좌측관 및 제1 우측관을 포함하고, 상기 제1 좌측관 및 제1 우측관의 하단 양측 각각에 일정 높이 길이로 바깥 방향으로 오목하게 형성되는 제2 좌측관 및 제2 우측관을 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 레이더.
6. 제2항에 있어서,
   상기 제2 냉각판은,
   냉각수가 순환하여 상기 송수신 모듈, 상기 연동부 및 상기 제어부의 발열체에서 발생하는 열을 외부로 토출하고, 상기 냉각수가 재냉각되도록 열 교환기로 이동하는 통로를 제공하며,
   상기 통로는 상기 제2 냉각판의 상단에서 상기 송신 신호가 방사되는 전면을 따라 상기 제2 냉각판의 하단을 연결하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈형 레이더.
7. 제6항에 있어서,
   상기 제2 냉각판은,
   내측을 따라 유입되어 조립되는 상기 송수신 모듈과 외측에서 조립되는 별도의 안테나 조립체가 서로 연결되도록 일측면에 장착 인터페이스가 형성되며,
   내측 상하단에 형성되는 가이드 레일을 따라 상기 송수신 모듈이 슬라이딩 방식으로 장착되도록 형성되어 상기 내측에 장착되는 상기 송수신 모듈을 보호하는 것을 특징으로 하는 모듈형 레이더.
8. 제7항에 있어서,
   상기 송수신 모듈은,
   복수의 송수신부를 포함하고, 상기 복수의 송수신부의 사이에 조립되며, 상기 송수신 모듈에서 요구하는 전원을 생성하여 분배하고, 전원 공급, 전원 제어 및 전원 점검을 수행하는 전원부를 더 포함하며,
   상기 전원부는 상기 제2 냉각판의 내측 상하단에 형성되는 상기 가이드 레일을 따라 슬라이딩 방식으로 상기 제2 냉각판에 장착되는 것을 특징으로 하는 모듈형 레이더.
9. 제8항에 있어서,
   상기 송수신 모듈은,
   상기 제어부에서 전달받은 상기 송신 신호를 고출력 증폭하여 표적을 향해 외부로 방사하고, 상기 수신된 반사 신호를 저잡음 증폭하여 상기 제어부로 전달하며,
   상기 복수의 송수신부의 상단에 각각 형성되며, 상기 복수의 송수신부에서 발생하는 엣지 냉각을 수행하는 리테이너를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 모듈형 레이더.
10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 송수신부는,
    적어도 일 측면에 형성되며, 상기 복수의 송수신부에서 각각 발생하는 열을 전달하여 냉매에 상변화를 통해 열 전달이 이루어지는 관을 포함하는 송수신 파이프를 포함하고,
    상기 송수신 파이프는, 상기 복수의 송수신부가 상기 제2 냉각판에 장착되는 방향과 수직한 방향의 측면에 상기 관이 형성되며, 상기 관이 상기 송수신부의 상단 또는 하단의 상기 송신 신호가 방사되는 방향에서 상기 제어부가 형성되는 방향을 따라 각각 하방 또는 상단으로 연결되어 각각 서로 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 모듈형 레이더.
11. 제6항에 있어서,
    상기 제2 냉각판은,
    상기 통로와 연결되어 상단 일측에 상기 냉각수가 주입되는 주입구; 및
    상기 통로와 연결되어 하단 일측에 상기 냉각수가 배출되는 배출구를 더 포함하는 모듈형 레이더.
12. 표적을 향해 송신 신호를 송신하고, 상기 표적에 반사된 반사 신호를 수신하는 안테나 조립체; 및
    상기 안테나 조립체와 연결되며, 상기 송신 신호를 고출력 증폭하여 상기 안테나 조립체를 통해 외부로 방사하는 송수신 모듈; 상기 송수신 모듈을 제어하며 상기 송신 신호의 주파수 파형을 생성하고, 상기 수신된 반사 신호를 전달받는 제어부; 상기 제어부 및 송수신 모듈 사이에 구비되며, 상기 송신 신호 또는 상기 수신 신호를 분배하도록 상기 제어부 및 상기 송수신 모듈 간의 인터페이스 역할을 수행하는 연동부; 및 상기 송수신 모듈, 상기 제어부 및 상기 연동부에서 발생하는 열을 냉각하는 냉각부를 포함하는 모듈형 레이더를 포함하는 위상 배열 안테나.
13. 제12항에 있어서,
    상기 냉각부는,
    상기 제어부 및 상기 연동부 사이에 구비되어, 상기 제어부 및 상기 연동부에서 발생하는 열을 냉각하는 제1 냉각판; 및
    상기 송수신 모듈을 둘러싸도록 형성되며, 외측에 조립되고, 상기 송수신 모듈, 상기 연동부 및 상기 제어부에서 발생하는 열을 외부로 전달하는 제2 냉각판을 포함하고,
    상기 제1 냉각판은, 상기 연동부 및 상기 제어부가 마주보는 측면에 각각 장착되는 인터페이스를 포함하는 조립판; 및 상기 연동부 또는 상기 제어부가 조립되는 조립판의 측면에 형성되며, 상기 연동부 또는 상기 제어부에서 발생하는 열을 전달하고, 상기 조립판에 삽입되어, 내측의 냉매에 상변화를 통해 열 전달이 이루어지는 관; 및 상기 삽입된 관을 보호하며, 상기 연동부 또는 상기 제어부와 조립되도록 인터페이스를 포함하여 상기 조립판에 고정되는 조립부를 포함하는 파이프를 포함하며,
    상기 제2 냉각판은, 냉각수가 순환하여 상기 송수신 모듈, 상기 연동부 및 상기 제어부의 발열체에서 발생하는 열을 외부로 토출하고, 상기 냉각수가 재냉각되도록 열 교환기로 이동하는 통로를 제공하며, 상기 통로는 상기 제2 냉각판의 상단에서 상기 송신 신호가 방사되는 전면을 따라 상기 제2 냉각판의 하단을 연결하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 위상 배열 안테나.

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