KR101052466B1

KR101052466B1 - Miniaturized Radar Patch Antenna

Info

Publication number: KR101052466B1
Application number: KR1020100050678A
Authority: KR
Inventors: 밀야크 야로슬라브; 김병남; 유태환; 박한수
Original assignee: 주식회사 에이스테크놀로지
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-05-28
Publication date: 2011-07-28

Abstract

소형화된 구조의 레이더용 패치 안테나가 개시된다. 개시된 안테나는 기판; 상기 기판 상부에 형성되는 적어도 하나의 패치 방사체; 상기 기판 상부에 형성되며 상기 패치 방사체와 전기적으로 이격되는 제1 그라운드; 상기 기판 하부에 형성되며 급전점과 전자기적으로 결합되는 급전 선로; 상기 급전 선로와 전기적으로 이격되며 상기 기판 하부에 형성되는 제2 그라운드; 및 상기 제2 그라운드와 접촉하며 상기 기판 하부에 다수개가 형성되며 λ/4 길이를 가지는 가상 그라운드 엘리먼트를 포함한다. 개시된 안테나에 따르면, 단순한 구조를 통해 안테나의 사이즈를 소형화하고 제작 비용을 절감시킬 수 있는 장점이 있다. Disclosed is a miniaturized radar patch antenna. The disclosed antenna includes a substrate; At least one patch emitter formed on the substrate; A first ground formed on the substrate and spaced apart from the patch radiator; A feed line formed under the substrate and electromagnetically coupled to a feed point; A second ground electrically spaced from the feed line and formed under the substrate; And a virtual ground element in contact with the second ground and formed under the substrate and having a λ / 4 length. According to the disclosed antenna, there is an advantage that can reduce the size of the antenna and reduce the manufacturing cost through a simple structure.

Description

Radar Patch Antenna with Small Size

본 발명은 안테나에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소형화된 구조를 가지는 레이더용 패치 안테나에 관한 것이다. The present invention relates to an antenna, and more particularly to a radar patch antenna having a miniaturized structure.

레이더 시스템은 안테나를 이용하여 전파를 자유공간으로 방사한 후 목표 물체로부터 반사되어 오는 전파를 수신함으로써 목표 물체와의 거리, 위치 등을 감지하는데 주로 사용된다. Radar system is mainly used to detect the distance, position, etc. from the target object by radiating the radio wave to the free space using the antenna and then receiving the radio wave reflected from the target object.

레이더 시스템은 군사용 레이더, 기상 관측과 같은 대형 시스템에 주로 이용되었으나, 근래에는 차량 후면 감지기 및 공간 인식 등과 같은 소형 시스템에도 이용되면서 점차 사용 범위가 넓어지고 있다. Radar systems have been used mainly in large systems such as military radars and weather observations, but in recent years, they have been used in smaller systems such as vehicle rear sensors and space recognition.

레이더 시스템은 신호의 방사 및 수신을 위해 안테나를 필수적으로 사용하며, 레이더용 안테나로는 혼 안테나, 패치 안테나 등 다양한 종류의 안테나가 사용된다. Radar systems use antennas for the emission and reception of signals, and various types of antennas such as horn antennas and patch antennas are used as radar antennas.

도 1은 종래의 패치 방사체를 이용하는 레이더용 안테나의 구조를 도시한 다면도이다. 1 is a side view showing the structure of a radar antenna using a conventional patch radiator.

도 1을 참조하면, 패치 방사체를 이용하는 종래의 레이더용 안테나는 제1 기판(100), 제2 기판(102), 방사 패치(110), 제1 그라운드(112), 제2 그라운드(114), 본딩 필름(150), 제3 그라운드(120), 제4 그라운드(122), 급전 선로(124), 제1 비아홀(116a, 116b) 및 제2 비아홀(126a, 126b)을 포함한다. Referring to FIG. 1, a conventional radar antenna using a patch radiator includes a first substrate 100, a second substrate 102, a radiation patch 110, a first ground 112, a second ground 114, The bonding film 150, the third ground 120, the fourth ground 122, the feed line 124, the first via holes 116a and 116b, and the second via holes 126a and 126b are included.

제1 기판(100)의 상부에는 방사 패치(110) 및 제1 그라운드(112)가 형성된다. 방사 패치(110)는 제1 기판의 중앙에 형성되고 급전된 레이더 신호를 방사하고 수신하는 기능을 한다. 제1 기판(100)의 주변부에는 제1 그라운드(112)가 형성되며, 방사 패치(110)를 둘러쌓도록 형성되는 것이 일반적이다. The radiation patch 110 and the first ground 112 are formed on the first substrate 100. The radiation patch 110 radiates and receives a radar signal which is formed at the center of the first substrate and is fed. The first ground 112 is formed at the periphery of the first substrate 100, and is generally formed to surround the radiation patch 110.

제1 기판(100)의 하부에는 제2 그라운드(114)가 형성되며, 제1 기판(100)의 하부의 모든 영역에 형성되는 것이 일반적이다. The second ground 114 is formed below the first substrate 100 and is generally formed in all regions below the first substrate 100.

제1 기판(100)에는 제1 비아홀(116a, 116b)이 형성되며, 제1 비아홀(116a, 116b)을 통해 제1 기판 상부(100)의 제1 그라운드(112)와 제1 기판(100) 하부의 제2 그라운드(114)가 전기적으로 연결된다. First via holes 116a and 116b are formed in the first substrate 100, and the first ground 112 and the first substrate 100 of the upper portion of the first substrate 100 through the first via holes 116a and 116b. The lower second ground 114 is electrically connected.

제1 기판(100)과 제2 기판(102) 기판 사이에는 본딩 필름(150)이 구비되며, 본딩 필름(150)은 제1 기판(100) 및 제2 기판(102)을 결합시킨다. The bonding film 150 is provided between the first substrate 100 and the second substrate 102, and the bonding film 150 bonds the first substrate 100 and the second substrate 102 to each other.

제2 기판(102)의 상부에는 제3 그라운드(120)가 형성되며, 제3 그라운드(120)는 제2 기판(102)의 상부 전 영역에 형성되는 것이 일반적이다. The third ground 120 is formed on the second substrate 102, and the third ground 120 is generally formed on the entire upper region of the second substrate 102.

제2 기판(102)의 하부에는 급전 선로(124)가 결합되며, 급전 선로는 제2 기판의 중앙부에 형성되는 것이 일반적이고, 레이더 급전 신호를 제공받는다. The feed line 124 is coupled to the lower portion of the second substrate 102, and the feed line is generally formed at the center of the second substrate, and receives a radar feed signal.

제2 기판(102)의 하부의 주변부에는 제4 그라운드(122)가 형성된다. 제4 그라운드는 급전 선로(124)를 둘러싸도록 형성되는 것이 일반적이다. The fourth ground 122 is formed at the periphery of the lower portion of the second substrate 102. The fourth ground is generally formed to surround the feed line 124.

제2 기판에서 제3 그라운드(120) 및 제4 그라운드(122)는 제2 비아홀(126a, 126b)을 통해 전기적으로 결합된다. In the second substrate, the third ground 120 and the fourth ground 122 are electrically coupled through the second via holes 126a and 126b.

제2 그라운드(114) 및 제3 그라운드(12)에는 홀이 형성되어 급전 선로(124)가 전자기적인 커플링에 의해 방사 패치(110)에 급전 신호를 제공하는 것을 가능하게 한다. Holes are formed in the second ground 114 and the third ground 12 to enable the feed line 124 to provide a feed signal to the radiation patch 110 by electromagnetic coupling.

이와 같은 종래의 패치 방사체를 이용하는 레이더용 안테나는 두 개의 기판을 결합하여 사용하였다. 두 개의 기판은 본딩 필름을 통해 결합되었으며, 두 개의 기판을 사용하는 문제로 인해 사이즈가 커지고 그에 따른 비용 역시 증가하는 구조를 가지고 있었다. The radar antenna using the conventional patch radiator was used by combining two substrates. The two substrates were bonded through a bonding film, and because of the problem of using two substrates, the size was increased and the cost was increased.

또한, 기판 상부의 그라운드와 기판 하부의 그라운드를 전기적으로 연결시키기 위해 비아홀을 형성하였으며, 이와 같은 비아홀이 두 개의 기판에 모두 형성되어야 하므로 제작 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.In addition, a via hole was formed to electrically connect the ground of the upper substrate and the ground of the lower substrate, and since such via holes should be formed on both substrates, there was a problem in that manufacturing cost was high.

본 발명에서는 단일 기판을 통해 사이즈를 소형화시킬 수 있는 패치 방사체를 이용하는 레이더 안테나를 제안한다. The present invention proposes a radar antenna using a patch radiator capable of miniaturizing a size through a single substrate.

또한, 본 발명은 단순한 구조를 통해 제작 비용을 절감시킬 수 있는 패치 방사체를 이용하는 레이더 안테나를 제안한다. In addition, the present invention proposes a radar antenna using a patch radiator that can reduce the manufacturing cost through a simple structure.

본 발명의 일 측면에 따르면, 기판; 상기 기판 상부에 형성되는 적어도 하나의 패치 방사체; 상기 기판 상부에 형성되며 상기 패치 방사체와 전기적으로 이격되는 제1 그라운드; 상기 기판 하부에 형성되며 급전점과 전자기적으로 결합되는 급전 선로; 상기 급전 선로와 전기적으로 이격되며 상기 기판 하부에 형성되는 제2 그라운드; 및 상기 제2 그라운드와 접촉하며 상기 기판 하부에 다수개가 형성되며

/4 길이를 가지는 가상 그라운드 엘리먼트를 포함하는 소형화된 구조의 레이더용 패치 안테나가 제공된다. According to an aspect of the invention, the substrate; At least one patch emitter formed on the substrate; A first ground formed on the substrate and spaced apart from the patch radiator; A feed line formed under the substrate and electromagnetically coupled to a feed point; A second ground electrically spaced from the feed line and formed under the substrate; And a plurality is formed in contact with the second ground under the substrate.

A patch antenna for a radar having a miniaturized structure including a virtual ground element having a / 4 length is provided.

상기 가상 그라운드 엘리먼트는 점 접촉에 의해 상기 하부 그라운드와 접촉한다. The virtual ground element is in contact with the lower ground by point contact.

상기 가상 그라운드 엘리먼트는 부채꼴 형상을 가지며, 부채꼴의 꼭지점이 상기 하부 그라운드와 접촉한다. The virtual ground element has a sector shape, the vertex of the sector contact the lower ground.

상기 제1 그라운드는 상기 방사 패치를 둘라싸도록 형성된다. The first ground is formed to enclose the spinning patch.

상기 급전 선로는 상기 패치 방사체 하부에 형성되는 것이 바람직하다. The feed line is preferably formed below the patch radiator.

상기 제1 그라운드와 상기 가상 그라운드 엘리먼트는 전자기적으로 쇼트 상태가 되어 상기 제1 그라운드와 상기 가상 그라운드 엘리먼트는 동일 전위를 유지한다.The first ground and the virtual ground element are electromagnetically shorted so that the first ground and the virtual ground element maintain the same potential.

본 발명의 안테나에 의하면, 본 발명은 단순한 구조를 통해 안테나의 사이즈를 소형화하고 제작 비용을 절감시킬 수 있는 장점이 있다. According to the antenna of the present invention, the present invention has the advantage that the size of the antenna can be miniaturized and the manufacturing cost can be reduced through a simple structure.

도 1은 종래의 패치 방사체를 이용하는 레이더용 안테나의 구조를 도시한 다면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형화된 구조의 레이더용 패치 안테나 의 단면도를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형화된 구조의 레이더용 패치 안테나의 기판 상부를 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형화된 구조의 레이더용 패치 안테나의 기판 하부를 도시한 도면.Figure 1 is a side view showing the structure of a radar antenna using a conventional patch radiator.
2 is a cross-sectional view of a patch antenna for a radar having a miniaturized structure according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing the upper portion of the substrate of the patch antenna for the radar of the miniaturized structure according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a lower substrate of the radar patch antenna of the miniaturized structure according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 소형화된 구조의 레이더용 패치 안테나의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the radar patch antenna of the miniaturized structure according to the present invention.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형화된 구조의 레이더용 패치 안테나 의 단면도를 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 소형화된 구조의 레이더용 패치 안테나의 기판 상부를 도시한 도면이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 소형화된 구조의 레이더용 패치 안테나의 기판 하부를 도시한 도면이다. FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a miniaturized radar patch antenna according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a top view of a substrate of a miniaturized radar patch antenna according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view showing a lower substrate of a radar patch antenna having a miniaturized structure according to an embodiment of the present invention.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 소형화된 구조의 레이더용 패치 안테나는 기판(200), 방사 패치(202a, 202b, 202c), 도핑 그라운드(204), 급전 선로(206), 가상 그라운드 엘리먼트(208) 및 하부 그라운드(210)를 포함할 수 있다. 2 to 4, a miniaturized radar patch antenna according to an embodiment of the present invention includes a substrate 200, radiation patches 202a, 202b, and 202c, a doping ground 204, and a feed line ( 206, virtual ground element 208 and lower ground 210.

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나는 하나의 단일 기판을 사용하며, 기판(200)의 상부에는 방사 패치(202a, 202b, 202c) 및 도핑 그라운드(204)가 형성되며, 기판(200)의 하부에는 급전 선로(206), 가상 그라운드 엘리먼트(208) 및 하부 그라운드(210)가 형성된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나에서는 종래의 패치 방사체를 이용하는 안테나와 같이 기판에 비아홀을 형성하지는 않는다. An antenna according to an embodiment of the present invention uses one single substrate, and the radiation patches 202a, 202b, and 202c and the doping ground 204 are formed on the upper portion of the substrate 200, and the lower portion of the substrate 200. The feed line 206, the virtual ground element 208 and the lower ground 210 are formed. In the antenna according to the embodiment of the present invention, the via hole is not formed in the substrate as in the antenna using a conventional patch radiator.

방사 패치(202a, 202b, 202c)는 기판(200)의 상부에 형성되며, 레이더 신호를 자유 공간으로 방사하거나 수신하는 기능을 한다. 도 3에는 3 개의 방사 패치(202a, 202b, 202c)가 도시되어 있으나, 방사 패치의 수가 이에 한정되는 것은 아니며 방사 패치의 수는 레이더 신호의 범위 및 사용 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 또한, 도 3에는 방사 패치(202a, 202b, 202c)의 형상이 사각형인 경우가 도시되어 있으나, 방사 패치의 형상은 사용 주파수 및 사용 환경에 따라 다양하게 변경될 수 있을 것이다. The radiation patches 202a, 202b, and 202c are formed on the substrate 200 and serve to radiate or receive the radar signal in free space. Although three radiation patches 202a, 202b, and 202c are shown in FIG. 3, the number of radiation patches is not limited thereto, and the number of radiation patches may vary depending on the range of the radar signal and the environment of use. In addition, although the shape of the radiation patch (202a, 202b, 202c) is a rectangular shape in Figure 3, the shape of the radiation patch may be changed in various ways depending on the frequency of use and the environment.

도핑 그라운드(204)는 기판(200) 상부에 형성되며 도핑으로 인해 전기적으로 그라운드 상태를 유지한다. 도핑 그라운드(202)는 동일 평면의 방사 패치(202a, 202b, 202c)와는 이격되어 형성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 도핑 그라운드(202)는 방사 패치를 둘러싸도록 형성되는 것이 바람직하다. The doped ground 204 is formed on the substrate 200 and is electrically grounded due to the doping. The doped ground 202 is formed spaced apart from the radiation patches 202a, 202b, and 202c in the same plane. As shown in FIG. 2, the doped ground 202 is preferably formed to surround the spinning patch.

급전 선로(206)는 기판의 하부에 형성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 급전 선로는 마이크로스트립 라인 형태로 형성될 수 있다. 급전 선로(206)는 급전점과 전자기적으로 결합되며 방사 패치(202a, 202b, 202c)에 급전 신호를 제공한다. The feed line 206 is formed under the substrate. As shown in Figure 4, the feed line may be formed in the form of a microstrip line. The feed line 206 is electromagnetically coupled to the feed point and provides a feed signal to the radiation patches 202a, 202b, and 202c.

급전 선로(206)의 위치는 방사 패치(202a, 202b, 202c)의 하부이며 전자기적인 커플링을 통해 방사 패치(202a, 202b, 202c)에 급전 신호를 제공한다. The position of the feed line 206 is below the radiating patches 202a, 202b, and 202c and provides a feed signal to the radiating patches 202a, 202b, and 202c through electromagnetic coupling.

기판(200)의 하부에는 다수의 가상 그라운드 엘리먼트(208)가 형성된다. 가상 그라운드 엘리먼트(208)는 그라운드 전위를 하부 그라운드(210)에 제공하여 하부 그라운드(210)가 별도의 비아홀을 이용하지 않고도 기판 상부의 도핑 그라운드(202)와 동일한 그라운드 전위를 유지할 수 있도록 한다. A plurality of virtual ground elements 208 are formed under the substrate 200. The virtual ground element 208 provides the ground potential to the lower ground 210 so that the lower ground 210 can maintain the same ground potential as the doped ground 202 on the substrate without using a separate via hole.

도 4를 참조하면, 가상 그라운드 엘리먼트(208)는 부채꼴 형상을 가지고 있으며, 하부 그라운드(210)와는 점 접촉 상태로 전기적으로 연결된다. 가상 그라운드 엘리먼트(208)의 형태가 부채꼴 형상인 것에 한정되는 것은 아니며, 하부 그라운드(210)와 점 접촉 상태를 유지하는 한 다양한 형태를 가질 수 있다. 부채꼴 형상을 가질 경우 가상 그라운드 엘리먼트는 부채꼴의 꼭지점이 하부 그라운드(210)와 접촉한다. Referring to FIG. 4, the virtual ground element 208 has a fan shape and is electrically connected to the lower ground 210 in a point contact state. The shape of the virtual ground element 208 is not limited to being fan-shaped, and may have various shapes as long as it maintains point contact with the lower ground 210. When the fan has a fan shape, the vertex of the fan contact the lower ground 210.

가상 그라운드 엘리먼트(208)는 하부 그라운드와 점 접촉을 유지하면서 점차 폭이 넓어지는 구조를 가지게 되며, 이때 가상 그라운드 엘리먼트의 길이는 사용 주파수의

/4로 설정된다. The virtual ground element 208 has a structure that gradually widens while maintaining point contact with the lower ground, wherein the length of the virtual ground element is

Is set to / 4.

가상 그라운드 엘리먼트(208)의 길이를

/4로 설정하는 것은 기판 상부의 도핑 그라운드(204)와의 전자기적인 상호 작용을 통해 도핑 그라운드(204)의 동일한 전기적 전위를 가지게 하기 위함이다. The length of the virtual ground element 208

The setting to / 4 is to have the same electrical potential of the doped ground 204 through electromagnetic interaction with the doped ground 204 on the substrate.

단면도를 통해 볼 때, 가상 그라운드 엘리먼트(208)의 상부에는 도핑 그라운드가 위치하고, 가상 그라운드 엘리먼트(208)의 길이가

/4로 설정될 경우, 도핑 그라운드와 가상 그라운드 엘리먼트가 물리적으로 이격되었지만 전자기적으로 쇼트 상태를 유지하게 된다. As seen through the cross-sectional view, a doping ground is located on top of the virtual ground element 208 and the length of the virtual ground element 208 is

When set to / 4, the doped ground and the virtual ground element are physically spaced apart but remain electromagnetically short.

따라서, 가상 엘리먼트 그라운드(208)는 상부의 도핑 그라운드(204)와 동일한 전기적 전위를 가져 그라운드 상태를 유지하게 된다. Accordingly, the virtual element ground 208 has the same electrical potential as the upper doped ground 204 to maintain the ground state.

또한, 다수의 가상 엘리먼트 그라운드(208)와 점접촉을 통해 접촉되는 하부 그라운드(210)는 전기적으로 그라운드 상태를 유지하게 된다. In addition, the lower ground 210 which is in contact with the plurality of virtual element grounds 208 through point contact is electrically maintained in a ground state.

이와 같이, 본 발명에서는 가상 그라운드 엘리먼트가

/4로 설정되어 상부의 도핑 그라운드와 전기적으로 동일한 전위를 가지게 됨으로써 하부 그라운드가 별도의 비아홀이 없어도 도핑 그라운드(204)와 동일한 전기적 전위를 유지할 수 있도록 한다. As such, in the present invention, the virtual ground element

It is set to / 4 to have the same electrical potential as the upper doping ground, so that the lower ground can maintain the same electrical potential as the doping ground 204 even without a separate via hole.

또한, 본 발명의 가상 그라운드 엘리먼트를 이용하는 레이더 안테나에 의하면, 단일 기판으로 안테나를 형성하는 것이 가능하여 안테나의 전체적인 사이즈를 감소시키고 제조 비용을 절감할 수 있게 된다. In addition, according to the radar antenna using the virtual ground element of the present invention, it is possible to form the antenna with a single substrate to reduce the overall size of the antenna and to reduce the manufacturing cost.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to embodiments of the present invention, those skilled in the art may variously modify the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. And can be changed.

Claims

Board;
At least one patch emitter formed on the substrate;
A first ground formed on the substrate and spaced apart from the patch radiator;
A feed line formed under the substrate and electromagnetically coupled to a feed point;
A second ground electrically spaced from the feed line and formed under the substrate; And
The patch antenna of claim 1, further comprising a virtual ground element having a λ / 4 length in contact with the second ground and formed under the substrate.

The method of claim 1,
And said virtual ground element is in contact with said lower ground by point contact.

The method of claim 2,
The virtual ground element has a fan shape, the vertex of the fan-shaped radar patch antenna, characterized in that the contact with the lower ground.

The method of claim 3,
And the first ground is formed to surround the radiation patch.

The method of claim 1,
The feed line is a patch antenna for the radar of the miniaturized structure, characterized in that formed under the patch radiator.

The method of claim 1,
And the first ground and the virtual ground element are electromagnetically shorted so that the first ground and the virtual ground element maintain the same potential.