KR101535632B1 - 냉각 장치를 포함하는 무선 송수신 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무선 송수신 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 본 발명은 항공기용 능동위상배열 레이더의 협소한 공간에 배치되기 용이하고, 결합 형태의 간소화로 신호 손실을 줄이기 위한 냉각 장치를 포함한 무선 송수신 장치에 관한 것이다.
본 발명은 외부와 통신하고자 하는 고주파 신호를 생성하는 송수신부; 및 상기 송수신부의 일면에 위치하며, 상기 송수신부의 방열을 위한 냉매의 순환 경로인 유로와, 상기 고주파 신호의 전달을 위한 전송선을 관통시키기 위한 관통홀이 형성된 냉각부; 및 상기 냉각부의 일면에는 상기 전송선을 통해 전달되는 상기 고주파 신호를 외부와 통신시키기 위한 안테나가 형성된 베이스부를 포함한다.

Description

냉각 장치를 포함하는 무선 송수신 장치{A transceiver device containing cooling apparatus}

본 발명은 무선 송수신 장치에 관한 것으로서, 특히 본 발명은 능동위상배열 레이더 등의 통신용으로 사용되기 위하여 협소한 공간에 배치가 용이한 형태의 냉각 장치를 포함하는 무선 송수신 장치인 것에 관한 것이다.

현대의 전자전에서는 점차 정밀해지는 장비들과 첨단 무기의 등장 덕분에 레이더의 역할과 의존도가 날이 갈수록 커지고 있다. 하지만, 한반도 지형은 경사가 급격한 산악지형과 호수 그리고 바다 등이 만들어내는 다양한 클러터(Clutter) 환경 탓에 세계적으로도 레이더의 원활한 사용이 어려운 국가로 손꼽힌다. 이런 가운데 국내 환경에 적합하고 기존 기술보다 장점이 많은 '능동위상배열 레이더'를 활용한 장비가 국내에서도 개발되고 있어 기대를 모으고 있다.

협소한 공간에 능동위상배열 시스템을 탑재하기 위한 노력이 지속적으로 이루어지고 있으며, 특히 항공기의 공간적 제약을 극복하기 위한 방안으로 타일 구조 및 패널 구조에 대한 요구가 증가하고 있다. 이들 구조를 효과적으로 능동위상배열 레이더용 송수신 모듈에 적용하기 위해서는 수직적 고주파 신호 연결뿐만 아니라 소자의 발열에 대한 효과적인 방열구조를 갖는 송수신 장치 구현이 필요하다.

기존의 송수신 장치는 안테나부와 송수신부 사이의 수직적 고주파 신호 연결을 위해 퍼지버튼 및 포고 핀 등을 이용한 수직적 상호 연결 커넥터 구조를 사용하였으며, 발열 소자의 바닥 면에 공기 냉각 및 액체 냉각 방식의 방열 구조를 갖도록 구성되었다.

수직적 신호 연결을 위한 퍼지버튼 및 포고 핀은 연결의 맞춤오차 및 반복적 결합에 따른 탄성력 저하로 인해 고주파 신호의 손실을 초래한다. 또한 소자의 바닥 면에 냉각 구조를 형성함에 따라 효율적 공간 활용에 있어 제약을 가져오며, 안테나 부와 송수신부 사이의 수직적 신호 연결에 있어 퍼지버튼 및 포고 핀을 고정하기 위한 적층 구조가 요구되어 이로 인한 구조적인 제약을 갖고 있다.

따라서, 항공기의 협소한 공간에 들어갈 수 있으며, 부품 내의 신호손실을 줄이고 효과적인 방열 구조를 갖는 송수신 장치 구현이 필요하다.

본 명세서에서는 종래의 부품구성을 줄여 고주파 신호의 손실을 줄여 협소한 공간에 효율적인 탑재를 할 수 있고, 송수신 장치에 배치된 각종 소자들의 효과적인 방열이 가능한 냉각 장치를 포함하는 무선 송수신 장치를 제공하는 데에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 무선 송수신 장치는 외부와 통신하고자 하는 고주파 신호를 생성하는 송수신부; 및 상기 송수신부의 일면에 위치하며, 상기 송수신부의 방열을 위한 냉매의 순환 경로인 유로와, 상기 고주파 신호의 전달을 위한 전송선을 관통시키기 위한 관통홀이 형성된 냉각부를 포함한다.

여기서, 상기 냉각부의 일면에는 상기 전송선을 통해 전달되는 상기 고주파 신호를 외부와 통신시키기 위한 안테나가 형성된 베이스부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 베이스부는 외부로부터 제어된 신호를 전달하는 커넥터와 상기 고주파 신호의 손실을 줄이기 위한 열전도성 접착물질로 부착된 인쇄회로 기판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 송수신부는 외부와 통신하고자 하는 고주파 신호를 생성하는 집적 소자가 실장된 인쇄회로 기판과 상기 인쇄회로 기판의 일면에 위치하는 금속판을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 유로는 상기 냉매의 주입과 배출을 위한 출입구를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 관통 홀은 상기 고주파 신호의 손실 감소를 위한 상기 송수신부, 상기 냉각부 및 상기 베이스부 전체를 관통하는 비아 홀인 것을 특징으로 한다.

상기 냉각부는 열 전달을 위한 열전도성 접착물질로 상기 송수신부와 상기 베이스부 사이에 접착되는 것을 특징으로 한다.

상기 냉매를 내부에 수용하고 상기 냉매 출이구를 막는 역할과 상기 냉매 출입구를 서로 연결하는 역할을 하는 냉매 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 무선 송수신 장치는 외부와 통신하고자 하는 고주파 신호를 생성하는 집적 소자와 상기 직접 소자의 열을 전달 시키기 위한 금속 판을 포함하는 송수신부; 상기 송수신부의 일면에 위치하며, 상기 송수신부의 방열을 위한 냉매의 순환 경로인 유로와, 상기 고주파 신호의 전달을 위한 전송선을 관통시키기 위한 관통홀이 형성된 냉각부; 및 상기 냉각부의 일면에 위치하며, 상기 전송선을 통해 전달되는 상기 고주파 신호를 외부와 통신시키기 위한 배열안테나가 형성된 베이스부를 포함한다.

상기 전송선은 상기 고주파 신호의 손실 감소를 위한 동축선이고, 상기 동축선은 상기 관통홀을 지나고, 상기 관통홀은 부도체 물질로 채워지는 것을 특징으로 한다.

본 명세서에 개시된 발명들에 의하면, 베이스 부와 송수신부 사이의 수직 연결을 비아 홀 구조를 갖도록 인쇄회로 기판의 관통 홀 공정을 이용하여 구현함으로써 고주파 신호 손실을 줄이고 종래기술의 수직연결 구조에 사용한 퍼지버튼 및 포고 핀의 반복적 탈/부착에 따른 탄성력 저하로 인해 발생하는 고주파 신호 손실을 줄일 수 있다. 또한 베이스 부와 송수신부 사이에 냉각 구조를 형성함으로써 수직방향의 면적을 효과적으로 줄일 수 있으며, 공간 활용도를 높일 수 있어 제한된 공간에서의 항공기 탑재에 효율적으로 대처할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송수신장치의 분리 사시도이다.
도 2는 도 1의 무선 송수신 장치의 분리 사시도를 뒤집어 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 무선 송수신 장치를 나타내는 조립 사시도이다.

이하의 내용은 단지 발명의 원리를 예시한다. 그러므로 당업자는 비록 본 명세서에 명확히 설명되거나 도시되지 않았지만 발명의 원리를 구현하고 발명의 개념과 범위에 포함된 다양한 장치를 발명할 수 있는 것이다. 또한, 본 명세서에 열거된 모든 조건부 용어 및 실시예들은 원칙적으로, 발명의 개념이 이해되도록 하기 위한 목적으로만 명백히 의도되고, 이와 같이 특별히 열거된 실시예들 및 상태들에 제한적이지 않는 것으로 이해되어야 한다.

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 이해되어야 할 것이다.

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 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함 될 수 있다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)" 은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 무선 송수신 장치(10)를 나타내는 분리 사시도이고, 도 2는 도 1의 무선 송수신 장치의 분리 사시도를 뒤집어 나타낸 도면이다. 도 3은 도 1에 도시된 무선 송수신 장치(10)를 나타내는 조립 사시도이다.

도 1에서 본 발명의 실시예에 따른 무선 송수신 장치(10)는 외부와 통신하고자 하는 고주파 신호를 생성하는 송수신부(100)와 송수신부(100)의 일면에 위치하여 송수신부(100)와 베이스부(300)의 방열을 위한 냉각부(200)와 냉각부(200)의 타면에는 송수신부(100)에서 생성한 고주파 신호를 외부와 통신시키기 위한 안테나가 형성된 베이스부(300)를 포함할 수 있다.

송수신부(100)는 고주파 신호의 송수신 기능을 갖춘 집적 소자가 실장된 인쇄회로 기판(120)과 인쇄회로 기판(120)의 일면에 위치하여 집적 소자(122)가 발생하는 열을 냉각부에 전달하는 금속판(110)을 포함할 수 있다.

본 발명에서의 송수신부(100)는 외부로 송출하고자 하는 고주파 신호를 생성하고, 외부로부터의 고주파 신호를 수신한다. 특히, 송수신부는 무선 송수신을 위하여 전송선을 통해 안테나와 연결된다. 송수신부는 예를들어, 항공기용 능동위상배열 레이더의 신호를 송수신하기 위한 장치이다.

항공기용 송수신 장치에서, 능동위상배열 레이더를 사용하는 이유는 송수신 신호의 손실이 작고 잡음지수가 낮으며 클러터 감쇄효과가 높아 동일한 송신 출력으로 확대된 탐지거리를 얻을 수 있기 때문이다.

여기서, 능동위상배열 안테나는 배열된 단위 안테나들이 송수신 장치와 연결되도록 구성되고, 송수신부는 상기 안테나들과 고주파적으로 연결되며 송신을 위한 고전력 증폭기, 수신을 위한 저잡음 증폭기, 수동 및 능동 초고주파 집적 소자를 포함할 수 있다. 집적 소자(122)는 고주파 신호의 송수신 기능을 갖추고 있으며, 송수신부(100)의 인쇄회로 기판에 실장된다.

냉각 장치 구조의 변경으로 인해 집적 소자(122)가 발생하는 열을 효과적으로 전달해야 하므로 인쇄회로 기판(120)과 금속판(110)은 열전도성이 뛰어난 접착 물질로 부착되는 것이 바람직하다.

금속판(110)은 집적 소자(122)가 실장된 인쇄회로 기판(120)의 일면에 열전도성이 뛰어난 물질로 부착되어 집적 소자(122)에서 발생되는 열을 전달받아 냉각부로 전달한다.

금속판(110)은 집적 소자에서 발생된 열을 냉각부(200)로 효과적으로 전달 하기 위해서 냉각부(200)의 일면과 열전도성이 뛰어난 접착 물질로 부착되는 것이 바람직하다.

본 발명에서의 냉각부(200)는 열전도가 뛰어난 도전체로 이루어지며 송수신부(100)와 베이스부(300)에서 발생된 열을 전달받아 냉매를 통하여 냉각을 시키는 역할을 한다.

냉각부(200)는 송수신부의 금속판 일면과 베이스부(300)의 일면 사이에 열전도성이 뛰어난 접착 물질로 부착되며 냉각부(200)를 이루는 도전체는 열전도율이 높은 순으로 알루미늄, 금, 수은, 텅스텐, 철 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 열전도율이 높은 금속을 사용하는 이유는 효과적인 방열에 필요하기 때문이다.

냉각부(200)는 송수신부(100)의 방열을 위한 냉매의 순환경로인 유로(220), 냉각부(200) 측면에 형성된 유로에 냉매를 투입하기 위한 냉매 출입구(210)와 고주파 신호의 전달을 위한 전송선을 통과시키기 위한 관통 홀(230)을 포함할 수 있다.

냉매는 송수신부(100)와 베이스부(300)의 열을 전달 받아, 전달된 열을 방열하기 위한 매체이다. 냉매는 예를 들어 물, 암모니아, 메틸클로라이드, 액체 헬륨, 액체 수소 등이 쓰여질 수 있다.

유로(220)는 냉각부(200)를 이루는 금속의 표면이나 내부에 형성 될 수 있으며, 이때 모양은 상관은 없으나 무선 송수신 장치의 효율적 방열에 적합하면 된다. 유로(220)가 형성된 면은 투입된 냉매가 넘치지 않도록 열전도성 접착 물질로 베이스부(300)와 부착된다.

냉매 출입구(210)는 유로(220)에 냉매를 주입하기 위한 출입구이다. 냉매출입구(210)는 냉각부(200)의 측면에 형성된다. 냉매 출입구(210)는 유로(220)의 수와 동일 하거나 그 이하 일 수 있다. 본 발명의 무선 송수신 장치(10)는 냉매의 주입을 위한 주입기가 필요 할 수도 있다.

일실시예로, 무선 송수신 장치(10)는 냉매 출입구를 막는 냉매 연결부를 더 구비할 수 있다. 냉매 연결부는 하나의 냉매 출입구와 다른 냉매 출입구를 연결하여 형성된다. 냉매 연결부는 냉매의 유출을 막는 역할과 내부에 냉매를 수용하여 방열을 위한 역할을 동시에 수행할 수 있다. 이러한 냉매 연결부는 냉매의 유입이 가능한 공간을 더욱 확보할 수 있어 방열에 효과적일 수 있다.

전송선은 고주파에서 사용되는 전송선 중에서 가장 일반적인 동축선을 사용할 수 있으며, 동축선을 사용하는 이유는 고주파 신호의 손실을 감소시키기 때문이다.

관통 홀(230)은 송수신부(100)와 베이스부(300)간의 고주파 신호 전달에 필요한 전송선 수만큼 냉각부(200) 내부를 관통하여 형성된다. 냉각부(200)에 형성된 관통 홀(230)은 고주파 신호 전달을 위한 전송선의 통로이다. 전송선이 배치된 관통 홀(230)의 남은 공간은 전기 절연물질로 채워진다.

베이스부(300)는 냉각부(200)의 일면에 위치하고 전송선을 통해 전달되는 고주파 신호를 외부와 통신시키기 위한 안테나(320)와 외부로부터 제어된 신호를 전달받는 커넥터(310)를 포함할 수 있다.

베이스부(300)는 냉각부(200)와 열전도성이 뛰어난 접착 물질로 부착된다.또한, 베이스부(300)는 외부의 고주파 신호를 송수신하거나 사용자가 지시하는 신호를 전달 받는다.

안테나(320)는 단일 안테나 소자로는 얻을 수 없는 방사 패턴이 요구되는항공기용 레이더에 주로 쓰이는 배열안테나이다. 배열안테나는 2 이상의 안테나 소자들을 동시에 사용한 배열로 원하는 방향으로 전파를 송출할 수 있다.

커넥터(310)는 송수신부의 주파수 신호를 생성시키기 위한 운용자에 의해 생성된 제어신호를 수신하는 역할로서 베이스부(300)에 위치한다.

도 2는 도 1의 뒤집어진 형태를 나타낸 도면이다. 도 2는 배열안테나의 배치된 상태, 냉각부(200) 표면에 형성된 유로(220) 및 타일형태의 송수신부(100)를 나타낸다. 유로(220)는 냉각부(200)의 표면에 형성되어있다. 냉각부의 표면에 형성된 유로는 냉매로 채워진다. 유로에 채워진 냉매는 넘칠 수 있는데 이를 방지하기 위하여 열전도성이 우수한 접착 물질을 이용하여 냉각부(200) 와 베이스부(300)가 부착 되어야 한다.

도 3은 도 1의 무선 송수신 장치(10)가 수직 방향으로 결합된 상태를 나타내는 도면이다. 본 발명의 무선 송수신 장치(10)는 도시한 바와 같이 종래기술에서 필요한, 회로 장치들의 연결을 위한 부속품이 필요하지 않다. 따라서, 본 발명의 무선 송수신 장치는 항공기의 협소한 공간에 설치되는 것이 가능하다. 또한, 송수신부(100), 냉각부(200)와 베이스부(300)의 전체를 관통하는 서로 다른 층간 고주파 신호의 전달을 위한 비아 홀(400)을 확인할 수 있다.

비아 홀(400)은 송수신부(100)와 베이스부(300) 사이의 고주파적 연결을 위한 것이다. 비아 홀(400)은 송수신부(100), 냉각부(200)와 베이스부(300)의 같은 위치에 홀이 형성되어 이루어 진다. 송수신부(100)와 베이스부(300)사이의 고주파적 연결을 위해 동축선로 형태의 전송선이 삽입된 후, 비아 홀(400)은 전기절연 물질로 채워진다. 이는 고주파 신호의 손실을 줄이기 위함이다.

10: 무선 송수신 장치 100: 송수신부
110: 금속판 120: 인쇄회로 기판
122: 집적소자
200: 냉각부 210 : 냉매 출입구
220: 유로 230: 관통 홀
300: 베이스부 310: 커넥터
320: 안테나
400: 비아 홀

Claims (11)

1. 외부와 통신하고자 하는 고주파 신호를 생성하는 송수신부;
   상기 송수신부의 일면에 위치하며, 상기 송수신부의 방열을 위한 냉매의 순환 경로인 유로와, 상기 고주파 신호의 전송을 위한 전송선을 관통시키기 위한 관통홀이 형성된 냉각부; 및
   상기 송수신부와 반대측으로 상기 냉각부의 일면에 위치하며, 상기 전송선을 통해 전송되는 상기 고주파 신호를 외부와 통신시키기 위한 안테나가 형성된 베이스부;를 포함하고,
   상기 관통 홀은 상기 고주파 신호의 손실 감소를 위하여 상기 송수신부, 상기 냉각부 및 상기 베이스부 전체를 관통하는 비아 홀인 것을 특징으로 하는 무선 송수신 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 베이스부는
   상기 송수신부를 제어하여 상기 고주파 신호를 생성시키는 제어신호를 수신하는 커넥터; 및
   상기 고주파 신호와 상기 제어신호가 지나는 통로인 회로를 구비하는 다층 인쇄회로 기판;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송수신 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 송수신부는 외부와 통신하고자 하는 고주파 신호를 생성하는 집적 소자가 실장된 인쇄회로 기판과 상기 인쇄회로 기판의 일면에 위치하여 상기 집적 소자의 열을 전달하는 금속판을 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송수신 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 유로는 상기 냉매의 주입과 배출을 위한 냉매 출입구를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송수신 장치.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각부는 상기 송수신부와 상기 베이스부의 열을 전달하기 위한 열전도성 접착물질로 상기 송수신부와 상기 베이스부 사이에 접착되는 것을 특징으로 하는 무선 송수신 장치.
8. 제 5항에 있어서, 상기 냉매를 내부에 수용하고 상기 냉매 출이구를 막는 역할과 상기 냉매 출입구를 서로 연결하는 역할을 하는 냉매 연결부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 무선 송수신 장치.
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

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