KR101175976B1 - 다채널 수신기의 방열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수신기의 방열 장치에 관한 것으로서, 다채널로 이루어진 수신기에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시 형태는 안테나를 적어도 하나 이상 배치시켜 상기 안테나를 통해 수신한 빔을 증폭시키는 다채널 수신기와, 상기 다채널 수신기의 표면과 접하도록 설치되어, 상기 다채널 수신기의 표면에서 발생되는 열을 외부로 방출시키는 방열 수단체를 포함한다. 또한 방열 수단체는 일측면이 상기 다채널 수신기의 표면에 접하는 방열판과, 상기 방열판의 타측면에서 돌출된 다수의 방열격자핀을 포함한다. 방열격자핀은 다수개의 방열격자핀이 격자 구조로 배열되어 돌출된다.

Description

다채널 수신기의 방열 장치{Apparatus for radiant heat in multiple channel receiver}

본 발명은 수신기의 방열 장치에 관한 것으로서, 다채널로 이루어진 수신기에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 장치에 관한 것이다.

영상라디오미터 시스템은 밀리미터파 대역에서 물체로부터 자연적으로 방사되는 복사에너지를 신호를 수신하여 영상을 획득하는 시스템이다. 즉, 영상라디오미터 시스템은 물체에서 방사되는 밀리미터파 대역의 전자기파 에너지 신호(밝기온도)를 광대역, 저잡음, 고안정의 수신기로 검지하여 전기적 신호(전압)로 변환시켜 물체의 밝기 온도를 측정하고 이를 영상화하는 2차원 영상 센서 시스템이다.

상기 영상라디오미터 시스템에서 사용되는 밀리미터파 대역은 가시광이나 적외선 영역에 비해 구름, 안개, 비, 먼지나 화염에 의한 감쇄가 현저히 적고, 마이크로파에 비해 높은 분해능을 얻을 수 있는 장점을 가지고 있다.

이러한 이유 때문에 영상라디오미터 시스템의 경우 장애물을 통과하여 영상을 얻을수 있는 장점을 가지고 있다. 가시광에서는 구름이나 안개등의 장애물을 통과하여 물체의 영상을 얻을 수 없지만, 밀리미터파 대역에서는 구름이나 안개, 악천후 등의 날씨의 변동성이 큰 상황에서나 옷, 박스, 천막 등의 장애물을 통과하여 물체의 영상을 얻을 수 있다. 또한 의복 안에 숨긴 비금속성 및 금속성 무기나 폭발물 탐지를 위한 공항 및 주요시설의 검색대, 악천후 상태에서의 비행기의 이착륙 보조시스템, 선박의 오일 누수 탐지, 터널 내부에서 사고에 의한 화재시의 화염이나 도로상의 안개에 의한 장애물의 형상 관측 등의 민간 기술에 중요할 수 있다. 또한 군사 기술로서 무인로봇의 센서, 숲에 은닉한 탱크의 탐지, 지면의 군사시설 탐지 등 다양한 응용 분야를 가진다.

이러한 수동형 영상라디오미터 시스템의 경우, 송신기를 사용하지 않고 물체 고유의 열잡음을 감지하여 인체에 무해하다는 장점이 있지만, 수신신호의 세기가 매우 미약하기 때문에 저잡음, 고이득, 고감도의 수신기를 필요로 한다.

상용 영상라디오미터 시스템을 개발하기 위해서는 수신기의 성능뿐만 아니라 안정성과 신뢰성이 확보되어야 한다. 수신기의 성능은 최종 출력값인 2차원 영상에 밀접한 관계가 있는데, 이러한 수신기의 성능은 수신기 온도와 밀접한 관계가 있다. 즉, 수신기의 성능의 지표를 온도 감도라 하고, 이러한 온도 감도는 대역폭, 적분시간, 시스템의 잡음지수와 관계가 있으며, 수신기의 온도 감도가 증가하면 최종 여상의 질이 향상된다.

그런데, 배열 형태로 된 다채널 수신기는 영상라디오미터 시스템의 특성상 좁은 지역에 1*N개의 수신기가 집약이 되어 있는 구조라서 발열에 취약하다. 각각의 수신기 내부에는 발열의 원인이 되는 저잡음 증폭기(LNA)와 증폭단(OPAMP) 등으로 구성되어 있다. 이러한 수신기 내부의 부품에 의한 발열과 N개를 집약적으로 체결하여 다채널 수신기를 제작함에 따라 다채널 수신기 내부의 발열은 가중된다. 이러한 발열은 영상라디오미터 시스템의 성능에 중요한 영향을 미친다. 영상라디오미터 시스템에서 수신기의 성능에 핵심이 되는 온도 감도를 증진시키기 위해서는 수신기 자체의 잡음 지수를 감소시켜야 하지만, 다채널 수신기 내부의 열잡음으로 인해 미세한 밀리미터파 신호의 검출이 어려워짐에 따라서 좋은 해상도의 2차원 영상을 얻을 수 없다. 또한 시스템의 구동을 위해서는 수신기가 안정화되기 전까지의 천이 영역인 초기 구동 시간이 존재하는데, 수신기 내부의 열로 인하여 초기 구동 시간이 길어지게 되고, 이와 같은 원인때문에 수신기의 안정성이 떨어지게 된다. 또한 수신기의 안정성을 확보하기 위해서 추가적인 교정에 따른 시간을 많이 소비하게 되는 문제가 있다.

한국등록특허 10-0929596

본 발명의 기술적 과제는 다채널로 된 수신기에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시키는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 영상라디오미터의 수신기 안정성을 향상시키는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 수신기의 잡음 지수를 감소시키도록 하는데 있다.

본 발명의 실시 형태는 안테나를 적어도 하나 이상 배치시켜 상기 안테나를 통해 수신한 빔을 증폭시키는 다채널 수신기와, 상기 다채널 수신기의 표면과 접하도록 설치되어, 상기 다채널 수신기의 표면에서 발생되는 열을 외부로 방출시키는 방열 수단체를 포함한다.

또한 방열 수단체는 상기 다채널 수신기의 표면 중에서 가장 넓은 면적을 가지는 표면에 접하도록 설치된다.

또한 방열 수단체는 일측면이 상기 다채널 수신기의 표면에 접하는 방열판과, 상기 방열판의 타측면에서 돌출된 다수의 방열격자핀을 포함한다. 방열격자핀은 다수개의 방열격자핀이 격자 구조로 배열되어 돌출된다.

또한 방열 수단체는, 상기 다채널 수신기의 표면과 상기 방열판의 일측면 사이에 구비되어, 상기 다채널 수신기의 열을 확산시켜 상기 방열판의 일측면에 전달하는 써멀패드를 포함한다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 방열 수단체를 수신기의 표면에 인접하여 부착함으로써, 수신기에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시킬 수 있다. 또한 방열판의 표면에 격자 구조의 방열격자핀을 둠으로써 방열 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 방열이 이루어짐으로써 수신기의 잡음 지수를 감소시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다채널 수신 처리 장치의 외관 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다채널 수신 처리 장치의 실제 사진을 도시한 그림이다.
도 3은 다채널 수신기와 영상신호 처리기간의 연결 모습을 도시한 그림이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다채널 수신 처리 장치의 외관 사시도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 다채널 수신 처리 장치의 실제 사진을 도시한 그림이며, 도 3은 다채널 수신 처리 장치와 영상신호 처리기간의 연결 모습을 도시한 그림이다.

다채널 수신 처리 장치(90)는, 전원조립체(100), 다채널 수신기(200), 방열 수단체(300)를 포함한다.

전원조립체(100)는 전원공급기(60)를 구비하여 각 안테나 채널별로 전원을 공급한다. 구동제어기(50)는 스캔구동기(40)를 제어하고 전원공급기(60)를 통해 모든 장치들의 전원을 공급한다. 참고로, 영상신호 처리기(80)는 AD변환보드(AD converter board), 오프셋 보드(offset board), 스캔구동제어(scan driving control), 신호처리보드(DSP board)를 구비한다. 영상신호 처리기(80)는 다채널 수신 처리 장치(90)로부터 수신된 아날로그 신호를 AD 변환보드에서 디지털로 변환하고 오프셋(offset)을 통하여 출력값을 보정한 후 신호처리를 하여, 영상 출력기(70)로 제공한다.

다채널 수신기(200)는 물체에 의해 방사되는 신호를 수신하는 안테나(201)가 적어도 하나 이상 배치되어 있어, 이러한 안테나(201)를 통해 수신한 신호(빔)을 증폭시킨다. 물체(10)가 가지는 자체 온도와 비례하여 방사되는 밀리미터파 대역의 열잡음을 유전체인 렌즈(20)가 신호로서 집광하며, 이렇게 집광된 신호는 반사판(30)을 사용하여 90도 반사시켜 다채널 수신기의 각 안테나로 수신되게 한다. 상기 반사판(30)은 스캔 구동기(40)에 의해 반사판(30)의 반사각이 조절될 수 있다. 각 단위의 안테나(201)는 밀리미터파 대역의 신호를 수신할 수 있는 공지된 소재로 형성할 수 있다.

단위 안테나(201)가 배열된 구조체(210;이하, '안테나 배열 구조체'라 함)는 단위 안테나가 다수 어레이 되어 있고, 각 단위 안테나는 대응되는 채널의 수신부의 각 단위 수신기와 접속되어 있다. 이하에서는 각 단위 안테나 대응되는 신호 처리 계통을 채널이라고 한다. 안테나 배열 구조체(210)는 복수개의 안테나가 배열되어 하나의 서브 안테나를 형성하고, 서브 안테나 상호 간이 설정된 중심위치를 기준으로 세방향으로 이격되게 배치된 다양한 패턴(예컨대, 일자형 패턴, Y자형 패턴)으로 배열된 구조로 되어 있다. 안테나 배열 구조체(210)는 안테나 설치 대상체에 단위 안테나를 앞서 설명된 구조로 배열 시키거나, 베이스판에 단위 안테나를 앞서 설명된 구조로 배열시켜 형성할 수 있다.

다채널 수신기(200)는 각 채널별로 안테나를 구비하는데, 좁은 지역에 N개의 수신기가 집약이 되어 있는 배열 구조라서 발열에 취약하다. 즉, 배열된 각각의 안테나에는 발열의 원인이 되는 저잡음 증폭기(LNA), 증폭단(OPAMP), 대역통과필터 등이 결합되어 다채널 수신기의 내부에 구비되어 있다. 이러한 수신기 내부의 부품에 의한 발열과 N개를 집약적으로 체결하여 다채널 수신기를 제작함에 따라서 다채널 수신기 내부의 발열은 가중된다. 이러한 발열은 영상라디오미터 시스템의 성능에 중요한 영향을 미친다. 따라서 이러한 다채널 수신기의 발열을 대기중으로 발열시켜야만, 영상라디오미터 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

이를 위하여 본 발명의 실시예는 다채널 수신기의 열을 외부로 분산시켜 방출시키는 방열 수단체(300)를 포함한다.

방열 수단체(300)는 일측면이 다채널 수신기의 표면에 접하는 방열판(310)과, 방열판의 타측면에서 돌출된 다수의 방열격자핀(320)을 포함한다.

방열판(310)은 다채널 수신기(200)의 표면과 접하도록 설치되어, 상기 다채널 수신기(200)의 표면에서 발생되는 열을 외부(예컨대, 대기)로 방출시킨다. 따라서 다채널 수신기(200)에서 발생되는 열은 방열 수단체(300)를 통해 방출되기 때문에, 결과적으로 다채널 수신기의 성능을 향상시켜 영상라디오미터 시스템의 전체 성능을 향상시킬 수 있다.

상기 방열 수단체(300)는 다채널 수신기의 표면 중에서 가장 넓은 면적을 가지는 표면에 접하도록 설치된다. 다채널 수신기(200)가 영상신호 처리기에 직각으로 설치된 경우, 수직벽의 측벽에 접하도록 방열 수단체를 설치한다. 다채널 수신기(200)의 표면 중에서 가장 넓은 면적과 접하도록 방열 수단체를 설치함으로써 다채널 수신기의 표면 열의 방출 효과를 극대화할 수 있다.

상기 방열판(310)은 알루미늄과 같은 열전도성 재질의 플레이트 판으로 구현되어, 다채널 수신기(200)의 표면에서 발생되는 열을 넓은 플레이트 판 형태의 방열판 전체로 퍼뜨릴 수 있다. 방열판(310)은 스크류 체결 등을 통하여 다채널 수신기의 표면과 결합된다. 스크류는 격자 구조의 방열격자핀간의 격자틈 사이에 삽입되어 방열판을 관통하여 다채널 수신기와 스크류 결합한다. 또한 방열판(310)은 다채널 수신기로부터 전달받은 열을 방출시키기 위하여 방열판의 타측면에서 돌출된 다수의 방열격자핀(320)을 구비한다. 방열판(310)은 열전도성 재질로 이루어져 있어서, 일측면에서 다채널 수신기의 발생열을 입력받아 이를 열전도하여 타측면에 형성된 방열격자핀(320)을 통해 대기중으로 열을 방출한다.

상기 방열격자핀(320)은 열전도성이 높은 알루미늄 재질로서 다수개 구비되는데, 다수개의 격자 구조로서 방열판(310)의 타측면에 형성된다. 방열격자핀(320)이 격자 구조를 가짐으로써 방열격자핀 간의 격자틈을 가지게 되어, 이러한 격자틈 사이로 대기 중의 공기가 흐르게 되어 방열격자핀의 방열 효과를 극대화할 수 있다.

한편, 상기 방열 수단체(300)는 방열판(310)과 방열격자핀(320) 이외에, 써멀 패드(330)를 구비할 수 있다. 상기 써멀 패드(330;thermal pad)는 다채널 수신기(200)의 표면과 상기 방열판(310)의 일측면 사이에 구비되어, 상기 다채널 수신기(200)의 열을 확산시켜 상기 방열판(310)의 일측면에 전달한다.

써멀 패드(330)는, 금속과 금속 사이에 미세한 틈을 채워서 열이 나는 부분에서 발생한 열이 방열판으로 잘 전달되도록 해주는 역할을 한다. 다채널 수신 처리 장치를 실제로 제품을 구현할 시에, 영상신호 처리기 및 다채널 수신기는 각각 금속 재질로 된 하우징 내부에 구비된다. 따라서 다채널 수신기(200)의 표면은 금속 재질인데, 방열 수단체 역시 금속 재질로 되어 있어, 이들 금속 재질을 서로 직접 접하게 할 시에는 열 전달 효율이 떨어질 수 있다. 이러한 열 전달 효율이 떨어짐을 방지하기 위하여 다채널 수신기(200)의 표면과 방열판(310)의 일측면 사이에 써멀 패드(330)를 구비하는 것이다.

따라서 써멀 패드(330)는 다채널 수신기(200)의 하우징 금속과 방열판(310)의 금속 사이에 미세한 틈을 채워서 열이 나는 부분에서 발생한 열이 방열판으로 잘 전달되도록 한다. 상기 써멀 패드(330)의 재질은 열전도 효율이 높은 열전도 재질로 이루어져 있으며, 바람직하게는, 은과 알루미늄으로 된 합성금 재질로 이루어진다.

상기 써멀 패드(330)의 형상은 패드 형상을 가지며, 이러한 패드 형상을 제작하는 공법은, 알루미늄과 은이 합성된 나노 분말로 하여 열전도를 높인 후, 이러한 나노 분말에 실리콘 재질을 합성하여 패드 형상으로 제작한다. 나노 분말에 실리콘 재질을 합성함으로써, 다채널 수신기(200)의 하우징의 금속과 방열판의 금속간의 밀폐성을 높여 열전도 효율을 극대화할 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

80: 영상 신호 처리기 90: 다채널 수신 처리 장치
200: 다채널 수신기 201: 안테나
210: 안테나 배열 구조체 300: 방열 수단체
310: 방열판 320: 방열격자핀
330: 써멀 패드

Claims (8)

1. 안테나를 적어도 하나 이상 배치시켜 상기 안테나를 통해 수신한 빔을 증폭시키는 다채널 수신기;
   상기 다채널 수신기의 표면과 접하도록 설치되어, 상기 다채널 수신기의 표면에서 발생되는 열을 외부로 방출시키는 방열 수단체;를 포함하며,
   상기 방열 수단체는,
   상기 다채널 수신기의 표면에 직접 접하는 일측면과 다수개의 방열격자핀이 돌출된 타측면으로 이루어진 방열판을 구비하며, 상기 다수개의 방열격자핀이 격자 구조로 배열된 것을 특징으로 하는 다채널 수신기의 방열 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 방열 수단체는 상기 다채널 수신기의 표면 중에서 가장 넓은 면적을 가지는 표면에 접하도록 설치되는 다채널 수신기의 방열 장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 방열 수단체는,
   상기 다채널 수신기의 표면과 상기 방열판의 일측면 사이에 구비되어, 상기 다채널 수신기의 열을 확산시켜 상기 방열판의 일측면에 전달하는 써멀패드를 포함하는 다채널 수신기의 방열 장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 써멀패드는 열전도 재질의 패드 형상을 가지는 다채널 수신기의 방열 장치.
7. 청구항 6에 있어서, 상기 열전도 재질은 알루미늄 및 은의 합성 재질로 된 다채널 수신기의 방열 장치.
8. 청구항 6에 있어서, 상기 패드 형상은, 알루미늄과 은이 합성된 나노 분말에 실리콘 재질을 합성하여 제작되는 다채널 수신기의 방열 장치.
   
   

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