KR20240059179A - 안테나 모듈 및 이를 포함하는 mimo 레이더 시스템 - Google Patents

안테나 모듈 및 이를 포함하는 mimo 레이더 시스템 Download PDF

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KR20240059179A
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최준혁
이창현
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엘아이지넥스원 주식회사
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Abstract

MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 레이더 시스템 및 안테나 모듈이 개시될 수 있다. 일 실시예에 따른 MIMO 레이더 시스템은 레이저 신호를 동시에 방사하고 대상체로부터 반사되는 반사 신호를 동시에 수신하여 ADC(Analog to Digital Conversion) 데이터를 생성하는 복수의 안테나 모듈; 및 복수의 안테나 모듈에 연결되고, ADC 데이터를 저장하고, ADC 데이터에 빔 포밍 처리를 수행하는 데이터 수신 모듈을 포함하고, 복수의 안테나 모듈은 가로 방향으로 배열되어 확장될 수 있다.

Description

안테나 모듈 및 이를 포함하는 MIMO 레이더 시스템{ANTENNA MODULE AND MIMO RADAR SYSTEM WITH THE SAME}
본 발명은 안테나 모듈 및 이를 포함하는 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 레이더 시스템에 관한 것이다.
레이더는 전파의 반사 및 산란 특성을 이용하여 목표 물체의 방위 및 거리를 결정함으로써 물체의 위치에 관한 정보를 얻는 장치이다. 즉, 레이더는 전파를 대상체에 방사하고, 그 전파 에너지의 반사파를 수신하며 전파의 직진성과 정속성을 이용하여 그 왕복 시간과 안테나의 지향 특성에 의해 목표물의 위치를 측정하고 있다.
한편, 레이더의 소형화와 높은 해상도에 따른 표적 식별 성능을 위하여, 높은 주파수 대역인 W대역(56GHz 내지 110GHz)에서 정확하게 표적을 탐색하기 위한 레이더 시스템의 개발이 요구되고 있다.
종래에는 일반적인 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 안테나를 개발하여 개발 목적에 부합하는 시스템을 제작하여 사용하고 있다. 이러한 시스템은 개발 목적에 부합하는 플랫폼에 적용할 수 있지만, 다른 플랫폼이나 기술에 적용하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명은 확장 가능한 안테나 모듈을 이용하여 다양한 플랫폼에 적용할 수 있는 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 레이더 시스템 및 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 레이더 시스템이 개시될 수 있다. 일 실시예에 따른 MIMO 레이더 시스템은 레이저 신호를 동시에 방사하고 대상체로부터 반사되는 반사 신호를 동시에 수신하여 ADC(Analog to Digital Conversion) 데이터를 생성하는 복수의 안테나 모듈; 및 상기 복수의 안테나 모듈에 연결되고, 상기 ADC 데이터를 저장하고, 상기 ADC 데이터에 빔 포밍 처리를 수행하는 데이터 수신 모듈을 포함하고, 상기 복수의 안테나 모듈은 가로 방향으로 배열되어 확장될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 안테나 모듈 각각은 상기 반사 신호를 수신하는 수신 안테나; 상기 레이저 신호를 방사하는 송신 안테나; 및 상기 수신 안테나 및 상기 송신 안테나에 연결되는 MMIC 칩을 포함하는 보드로 제작될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 보드는 가로 103㎜ × 세로 89㎜의 크기를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수신 안테나는 제1 사전 설정된 간격으로 방위각 방향으로 4개 배열된 형상이 제2 사전 설정된 간격으로 2개 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 사전 설정된 간격은 2.15㎜을 포함하고, 상기 제2 사전 설정된 간격은 51.6㎜을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수신 안테나는 양 끝에 위치하고, 상기 MMIC 칩에 연결되지 않는 더미 안테나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 송신 안테나는 제3 사전 설정된 간격으로 6개 배열될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 사전 설정된 간격은 8.6㎜을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 복수의 안테나 모듈은 짝수개로 확장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈이 개시될 수 있다. 일 실시예에 따른 안테나 모듈은 레이저 신호를 방사하는 송신 안테나; 대상체에 의해 반사되는 반사 신호를 수신하는 수신 안테나; 및 상기 수신 안테나 및 상기 송신 안테나에 연결되는 MMIC 칩을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 안테나 모듈은 가로 103㎜ × 세로 89㎜의 크기를 갖는 보드로 제작될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수신 안테나는 제1 사전 설정된 간격으로 방위각 방향으로 4개 배열된 형상이 제2 사전 설정된 간격으로 2개 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 사전 설정된 간격은 2.15㎜을 포함하고, 상기 제2 사전 설정된 간격은 51.6㎜을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 수신 안테나는 양 끝에 위치하고, 상기 MMIC 칩에 연결되지 않는 더미 안테나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 송신 안테나는 제3 사전 설정된 간격으로 6개 배열될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 사전 설정된 간격은 8.6㎜을 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈을 확장할 수 있고, 확장 가능한 안테나 모듈을 이용하여 다양한 플랫폼의 목적에 부합하는 레이더 설계 시에 활용도를 증대시킬 수 있다.
또한, 안테나 모듈의 단순한 확장만으로도 높은 이득과 높은 방위각 분해능을 갖는 레이더 시스템을 설계할 수 있다.
또한, 안테나 모듈을 짝수개로 확장시킬 수 있어, 6dB씩 이득을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 레이더의 탐지 거리를 이론적으로 동일조건에서 30% 증가시킬 수 있다.
또한, 안테나 모듈을 짝수개로 확장시킴에 따라, 안테나 모듈에 의해 생성된 데이터에 디지털 빔 포밍을 수행하였을 때 빔폭을 2배 이상씩 좁힐 수 있어, 고해상도의 방위각을 획득할 수 있다.
또한, 48개의 채널을 갖는 안테나 모듈을 짝수개로 확장시킴에 따라, 많은 채널을 갖는 안테나의 빔 합성 결과를 도출할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따르면, FOD(Foreign Object Debris) 탐지 시스템, UAM(UrbanAir Mobility)에서의 센서, 무인 수상정에서의 항해용 레이더 센서 또는 충돌 방지용 센서 분야에 적용 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 레이더 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 MIMO 안테나의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나 모듈을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 1개 배열한 경우의 빔 특성을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 가로 방향으로 4개 배열한 경우의 빔 특성을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 가로 방향으로 8개 배열한 경우의 빔 특성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것이다. 본 발명에 따른 권리범위가 이하에 제시되는 실시예들이나 이들 실시예들에 대한 구체적 설명으로 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 발명에 사용되는 모든 용어들은 본 발명을 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 발명에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 발명에서 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 발명에서 기술된 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 발명에서 사용되는 "제1", "제2" 등의 표현들은 복수의 구성요소들을 상호 구분하기 위해 사용되며, 해당 구성요소들의 순서 또는 중요도를 한정하는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 용어 "부"는, 소프트웨어, 또는 FPGA(field-programmable gate array), ASIC(application specific integrated circuit)과 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다. 그러나, "부"는 하드웨어 및 소프트웨어에 한정되는 것은 아니다. "부"는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서, "부"는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스, 함수, 속성, 프로시저, 서브루틴, 프로그램 코드의 세그먼트, 드라이버, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조, 테이블, 어레이 및 변수를 포함한다. 구성요소와 "부" 내에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소 및 "부"로 결합되거나 추가적인 구성요소와 "부"로 분리될 수 있다.
본 발명에서 사용되는 "~에 기초하여"라는 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 기술되는, 결정 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 하나 이상의 인자를 기술하는데 사용되며, 이 표현은 결정, 판단의 행위 또는 동작에 영향을 주는 추가적인 인자를 배제하지 않는다.
본 발명에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 경우, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 접속될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 첨부된 도면에서, 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조부호가 부여되어 있다. 또한, 이하의 실시예들의 설명에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성요소를 중복하여 기술하는 것이 생략될 수 있다. 그러나, 구성요소에 관한 기술이 생략되어도, 그러한 구성요소가 어떤 실시예에 포함되지 않는 것으로 의도되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 레이더 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면, MIMO 레이더 시스템(100)은 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N) 및 데이터 수신 모듈(120)을 포함할 수 있다.
복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)은 레이더 신호를 방사하고, 대상체로부터 반사되는 반사 신호를 수신할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)은 레이더 신호를 동시에 방사하고, 반사 신호를 동시에 수신할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)은 레이더 신호를 동시에 방사할 수 있어, 탐지 거리를 증대시킬 수 있다. 또한, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)은 반사 신호를 동시에 수신할 수 있어, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)에 대응하는 어레이(array)와 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)은 빔폭 및 부엽준위에 대해 안테나 모듈의 개수에 대응하는 어레이와 같은 효과를 얻을 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)은 W대역(75GHz 내지 79GHz)에서 사용 가능한 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)은 모듈화된 MIMO 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 따라서, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)은 모듈화된 MIMO 안테나를 이용하여 용이하게 확장될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)은 수신된 반사 신호에 기초하여 ADC(Analog to Digital Conversion) 데이터를 생성할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)은 반사 신호에 아날로그 디지털 변환을 수행하여 ADC 데이터를 생성할 수 있다.
데이터 수신 모듈(120)은 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)에 연결될 수 있다. 데이터 수신 모듈(120)은 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)에 의해 생성된 ADC 데이터를 저장하고, 저장된 ADC 데이터에 빔 포밍 처리를 수행할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 데이터 수신 모듈(120)은 LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 방식의 수신기를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 데이터 수신 모듈(120)은 LVDS 방식의 수신기를 이용하여 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)로부터 제공되는 ADC 데이터를 저장할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 데이터 수신 모듈(120)은 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)로부터 제공된 ADC 데이터를 이용하여 패턴 합성을 수행할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 데이터 수신 모듈(120)은 ADC 데이터에 대해 디지털 빔 포밍을 수행할 수 있다. 예를 들면, 데이터 수신 모듈(120)은 ADC 데이터를 모아서 디지털 빔 포밍을 수행할 수 있다. 이와 같이, ADC 데이터를 모아서 디지털 빔 포밍을 수행하는 방위각 해상도가 우수한 레이더 시스템을 용이하게 설계할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 데이터 수신 모듈(120)은 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)이 동시에 레이저 신호를 송신하고, 동시에 반사 신호를 수신함으로써, 송신(Tx)의 그레이팅 로브(grating lobe) 위치가 수신(Rx)의 널(null) 위치와 완전히 겹치며 동일한 가중치에선 MIMO와 완전히 동일한 패턴의 빔을 형성할 수 있다.
이하, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 설명하기로 한다. 도 2는 MIMO 안테나의 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 개념을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 MIMO 안테나의 개념을 설명하기 위한 도면으로, 방위각 동작 범위에서 그레이팅 로브가 발생하지 않는 안테나 간격을 고려하여 선택된 안테나 배열 형상을 나타낸다. 도 2를 참조하면, 수신 안테나는 2.15㎜(=d) 간격으로, 그리고 방위각 방향으로 8개 배열되어 있으며, 송신 안테나는 17.2㎜(=8×d) 간격으로 6개 배열되어 있어, MIMO 안테나의 동작 시에 등간격으로 배열된 48개의 가상 배열 안테나가 형성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 MIMO 안테나의 개념을 설명하기 위한 도면으로, 방위각 동작 범위(±50 degree)에서 그레이팅 로브가 발생하지 않는 안테나 간격을 고려하여 선택된 안테나 배열 형상을 나타낸다. 도 3을 참조하면, 수신 안테나는 2.15㎜(=d) 간격으로, 그리고 방위각 방향으로 4개 배열된 형상이 51.6㎜(=24*d) 간격으로 2개 배치되어 있으며, 송신 안테나는 8.6㎜(=4×d) 간격으로 6개 배열되어 있어, MIMO 안테나의 동작 시에 도 2에 도시된 바와 같은 배열 형상과 동일하게 등간격으로 배열된 48개의 가상 배열 안테나가 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 안테나 모듈(110_i(1≤i≤N))은 수신 안테나(410_1, 410_2), 송신 안테나(420) 및 MMIC 칩(430)을 포함할 수 있다.
수신 안테나(410_1, 410_2)는 도 3에 도시된 바와 같이, 2.15㎜(=d) 간격으로, 그리고 방위각 방향으로 4개 배열된 형상이 51.6㎜(=24×d) 간격으로 2개 배치될 수 있다. 수신 안테나(410_1) 및 수신 안테나(410_2) 각각의 양 끝에 있는 안테나는 더미(dummy) 안테나(즉, 더미 채널)일 수 있다. 더미 안테나는 도 4에 도시 된 바와 같이 MMIC 칩(430)에 연결되지 않는다.
송신 안테나(420)는 8.6㎜(=4×d) 간격으로 6개 배열될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 송신 안테나(420)는 가로 51.52㎜ × 세로 26.27㎜의 크기로 배열될 수 있다.
MMIC 칩(430)은 수신 안테나(410) 및 송신 안테나(420)에 연결될 수 있다. MMIC 칩(430)은 수신 안테나(410_1, 410_2)로부터 제공되는 반사 신호에 대해 신호 처리를 수행하고, 송신 안테나(420)에 제공할 레이저 신호를 생성할 수 있다. 일 실시예에 있어서, MMIC 칩(430)은 상용 MMIC 칩이 이용될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(110_i(1≤i≤N))은 MMIC 칩(430)을 이용하여 설계 및 제작한 마이크로스트립 안테나를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 안테나 모듈(110_i(1≤i≤N))은 2개의 MMIC 칩(430)을 이용하여 제작될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(110_i(1≤i≤N))은 수신 안테나(410_1, 410_2), 송신 안테나(420) 및 MMIC 칩(430)을 포함하는 보드로 제작될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 보드는 가로 103㎜ × 세로 89㎜의 크기의 보드로 제작될 수 있다. 일반적으로, MIMO 안테나의 특성에서 그레이팅 로브를 방위각 동작 범위(±50 degree)에서 상쇄시키는 것이 중요하다. 안테나 모듈(110_i(1≤i≤N))의 보드는 송신 안테나(420)의 면적만 약 95㎜에 해당하며, 8개의 수신 안테나(410_1, 410_2)에 연결된 CPWG(Coplanar-Waveguide with Ground) 급전 선로에 대해 위상 및 손실차를 최소화하기 위해 20.5㎜로 동일하게 설계하였고, 6개의 송신 안테나(420)에 연결된 CPWG 급전 선로에 대해 28.27㎜로 동일하게 설계하였다. 송신 안테나(420)와 수신 안테나(410_1, 410_2)의 CPWG(도파관 전이 구조) 선로는 4개씩 대칭으로 설계하여 채널간 위상 및 손실 차이를 최소화하였고, 방위각 방향의 양 끝단으로 수신 안테나(410)간의 빔 패턴 차이를 줄이기 위하여 더미 안테나를 배치하였다. 따라서, 안테나 모듈(110_i(1≤i≤N))의 모듈화된 보드는 가로 103㎜ × 세로 89㎜의 크기를 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나 모듈을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)은 안테나 모듈(110_i(1≤i≤N))을 N개 확장한 것을 나타내며, MIMO 개념을 갖는 안테나를 포함할 수 있다. 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N) 각각의 안테나는 6개의 송신 채널과 8개의 수신 채널을 갖는 안테나를 포함할 수 있으며, 48 채널의 빔 특성을 보유한 안테나를 포함할 수 있다. 따라서, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)은 48 채널 × N(N은 안테나 모듈의 개수) 채널의 빔 특성을 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N) 각각은 103㎜의 가로 크기와 89㎜의 세로 크기를 가지며, 송신과 수신의 분리 구조를 통해 MIMO 개념을 도입할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_N)의 채널은 단일 안테나 모듈(110_i(1≤i≤N))의 채널을 안테나 모듈의 개수만큼 확장시킨 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 종래의 일반적인 MIMO 개념에서는 단일 안테나 모듈에 6개의 송신 채널과 8개의 수신 채널에 해당하는 48 채널의 가상 배열이 생성되고, 2개의 안테나 모듈을 MIMO 개념에서 사용하게 되면 12개의 송신 채널과 16개의 수신 채널에 해당하는 192 채널의 가상 배열이 생성된다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 단일 안테나 모듈에 대해 48 채널의 가상 배열이 생성되고, 2개의 안테나 모듈에 대해 96채널(48채널 + 48채널)의 가상 배열이 생성될 수 있다. 즉, 본 발명에 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈이 1개씩 확장될 때마다, 48채널씩 확장되는 구조를 가질 수 있다. 따라서, 안테나 모듈을 4개 확장시키면, 192채널의 가상 배열과 같은 빔폭 및 부엽준위가 획득될 수 있고, 송신 출력 입장에서 3dB 증가된 효과가 있다.
이와 같이, 안테나 모듈을 복수개로 확장함으로써, 안테나 이득을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라, 방위각 빔폭의 감소를 통한 방위각 방향의 고해상도 레이더를 설계할 수 있다. 따라서, 안테나 송수신 이득이 증가함에 따라 탐지 거리가 증대될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 모듈화된 MIMO 안테나 모듈을 가로로 확장하기만 하면 방위각 동작 범위(±50 degree) 이내에서 이득은 증가하고 부엽준위도 향상되며 빔폭도 좁아져서, 장거리 및 고해상도의 레이더를 제작할 수 있는 효과를 갖는다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 1개 배열한 경우의 특성을 나타낸 도면이다. 도 6을 참조하면, 안테나 모듈(110_1)에 대한 송수신 패턴은 24.23의 이득을 갖는다. 또한, 안테나 모듈(110_1)은 레이저 신호를 송수신한 경우, 48.57의 이득과 -13.20의 부엽준위 특성을 가지며, 2-way 2.62 degree의 빔폭을 갖는다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 가로 방향으로 4개 배열한 경우의 빔 특성을 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_4)에 대한 송신 이득은 30.34dBi이며, 수신 이득은 30.23dBi이다. 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_4)은 레이저 신호를 송수신한 경우, 60.57의 이득과 -23.70의 부엽준위 특성을 가지며, 2-way 0.49 degree의 빔폭을 가질 수 있다. 이는 안테나 모듈을 1개 배치한 구성과 대비하여 가로 길이 방향으로 크기가 4배 증대하였고, 이득은 12dB 증가하였으며, 빔폭은 5배 이상 좁아짐에 따라, 양호한 방위각 해상도를 보유할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 가로 방향으로 8개 배열한 경우의 빔 특성을 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 복수의 안테나 모듈(110_1 내지 110_8)에 대한 송신 이득은 33.34dBi이며, 수신 이득은 33.23dBi이다. 또한, 레이저 신호를 송수신한 경우, 66.57의 이득과 -26.06의 부엽준위 특성을 가지며, 빔폭은 2-way 0.24 degree를 갖는다. 이는 안테나 모듈을 4개 배열한 구성과 대비하여 가로 길이 방향으로 크기가 2배 증대되었고, 이득은 6dB 증가하였으며, 빔폭은 2배 이상 좁아짐에 따라, 양호한 방위각 해상도를 보유할 수 있다.
이와 같이, 안테나 모듈이 짝수개로 확장됨에 따라 6dB씩 이득이 증가하며, 레이더 탐지 거리는 이론적으로 동일 조건에서 30% 증가할 수 있으며, 빔폭은 2배 이상씩 좁아져서, 고해상도의 방위각을 획득할 수 있는 조건을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단순히 확장 가능한 안테나 모듈을 이용하여 다양한 플랫폼의 목적에 부합하는 레이더 설계 시에 활용도가 증대될 수 있으며, 단순한 확장만으로도 높은 이득과 높은 방위각 분해능의 레이더를 설계 가능한 장점을 갖는다.
이상 일부 실시예들과 첨부된 도면에 도시된 예에 의해 본 발명의 기술적 사상이 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이해할 수 있는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 이루어질 수 있다는 점을 알아야 할 것이다. 또한, 그러한 치환, 변형 및 변경은 첨부된 청구범위 내에 속하는 것으로 생각되어야 한다.
100: MIMO 레이더 시스템, 110_1 내지 110_N: 안테나 모듈, 120: 데이터 수신 모듈, 410_1, 410_2: 420: 송신 안테나, 430: MMIC 칩

Claims (16)

  1. MIMO 레이더 시스템으로서,
    레이저 신호를 동시에 방사하고 대상체로부터 반사되는 반사 신호를 동시에 수신하여 ADC(Analog to Digital Conversion) 데이터를 생성하는 복수의 안테나 모듈; 및
    상기 복수의 안테나 모듈에 연결되고, 상기 ADC 데이터를 저장하고, 상기 ADC 데이터에 빔 포밍 처리를 수행하는 데이터 수신 모듈
    을 포함하고,
    상기 복수의 안테나 모듈은 가로 방향으로 배열되어 확장되는, MIMO 레이더 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 안테나 모듈 각각은
    상기 반사 신호를 수신하는 수신 안테나;
    상기 레이저 신호를 방사하는 송신 안테나; 및
    상기 수신 안테나 및 상기 송신 안테나에 연결되는 MMIC 칩
    을 포함하는 보드로 제작되는, MIMO 레이더 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 보드는 가로 103㎜ × 세로 89㎜의 크기를 갖는 MIMO 레이더 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 수신 안테나는 제1 사전 설정된 간격으로 방위각 방향으로 4개 배열된 형상이 제2 사전 설정된 간격으로 2개 배치되는, MIMO 레이더 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 사전 설정된 간격은 2.15㎜을 포함하고, 상기 제2 사전 설정된 간격은 51.6㎜을 포함하는 MIMO 레이더 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 수신 안테나는 양 끝에 위치하고, 상기 MMIC 칩에 연결되지 않는 더미 안테나를 포함하는 MIMO 레이더 시스템.
  7. 제2항에 있어서, 상기 송신 안테나는 제3 사전 설정된 간격으로 6개 배열되는 MIMO 레이더 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제3 사전 설정된 간격은 8.6㎜을 포함하는 MIMO 레이더 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 상기 복수의 안테나 모듈은 짝수개로 확장되는 MIMO 레이더 시스템.
  10. 안테나 모듈로서,
    레이저 신호를 방사하는 송신 안테나;
    대상체에 의해 반사되는 반사 신호를 수신하는 수신 안테나; 및
    상기 수신 안테나 및 상기 송신 안테나에 연결되는 MMIC 칩
    을 포함하는 안테나 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 안테나 모듈은 가로 103㎜ × 세로 89㎜의 크기를 갖는 보드로 제작되는, 안테나 모듈.
  12. 제10항에 있어서, 상기 수신 안테나는 제1 사전 설정된 간격으로 방위각 방향으로 4개 배열된 형상이 제2 사전 설정된 간격으로 2개 배치되는, 안테나 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 사전 설정된 간격은 2.15㎜을 포함하고, 상기 제2 사전 설정된 간격은 51.6㎜을 포함하는 안테나 모듈.
  14. 제12항에 있어서, 상기 수신 안테나는 양 끝에 위치하고, 상기 MMIC 칩에 연결되지 않는 더미 안테나를 포함하는 안테나 모듈.
  15. 제12항에 있어서, 상기 송신 안테나는 제3 사전 설정된 간격으로 6개 배열되는 안테나 모듈.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제3 사전 설정된 간격은 8.6㎜을 포함하는 안테나 모듈.
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