KR20170119171A - Rader sensor module - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이더 센서 모듈에 관한 것이며, 보다 상세하게는 전자 부품의 RF 신호 처리부와 패치 안테나부가 하나의 인쇄회로기판에 구비되며, 패치 안테나부에 유발되는 사이드 로브에 의한 간섭 효과가 완화됨에 따라 장애물 또는 동적 객체에 대한 탐지 효율이 향상된 레이더 센서 모듈에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서 모듈은 RF (radio frequency) 신호를 처리하기 위한 센서 모듈이 실장된 RF 신호 처리부 및 마이크로스트립 패치를 포함하는 패치 안테나부가 정의된 인쇄회로기판(PCB)을 포함하며, 상기 인쇄회로기판에는 상기 RF 신호 처리부와 상기 패치 안테나부의 경계를 따라 상기 인쇄회로기판을 수직 방향으로 관통하는 슬롯이 형성되며, 상기 슬롯에 삽입되는 RF 커넥터는 상기 RF 신호 처리부 상의 임피던스 라인과 상기 패치 안테나부 상의 임피던스 라인을 전기적으로 연결하여 임피던스 정합을 구현한다.More particularly, the present invention relates to a radar sensor module, and more particularly, to an RF signal processing unit and a patch antenna unit of an electronic part are provided on a single printed circuit board, and an interference effect caused by a side lobe induced in a patch antenna unit is alleviated, Or a radar sensor module with improved detection efficiency for dynamic objects.
For this purpose, the radar sensor module according to an embodiment of the present invention includes an RF signal processor having a sensor module for processing a radio frequency (RF) signal, a printed circuit board (PCB) having a patch antenna unit including a microstrip patch, Wherein the printed circuit board is formed with a slot that penetrates the printed circuit board in the vertical direction along the boundary between the RF signal processing unit and the patch antenna unit, and the RF connector inserted into the slot includes an impedance on the RF signal processing unit, Line and the impedance line on the patch antenna portion are electrically connected to each other to realize impedance matching.
Description
본 발명은 레이더 센서 모듈에 관한 것이며, 보다 상세하게는 전자 부품의 RF 신호 처리부와 패치 안테나부가 하나의 인쇄회로기판에 구비되며, 패치 안테나부에 유발되는 사이드 로브에 의한 간섭 효과가 완화됨에 따라 장애물 또는 동적 객체에 대한 탐지 효율이 향상된 레이더 센서 모듈에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a radar sensor module, and more particularly, to an RF signal processing unit and a patch antenna unit of an electronic part are provided on a single printed circuit board, and an interference effect caused by a side lobe induced in a patch antenna unit is alleviated, Or a radar sensor module with improved detection efficiency for dynamic objects.
최근 사회 전반적으로 감시 또는 탐지 시스템에 대한 요구가 증가하면서, 늘어나는 시스템에 비해 이를 관리하는 인력 부족 현상을 해소하기 위하여, 사람을 대신해 객체의 존재 및 움직임을 탐지, 추적 또는 위치를 추정하는 지능형 탐지 시스템들이 개발되고 있다.Recently, in order to solve the shortage of manpower managing the system compared to the increasing system, the demand for the surveillance or detection system has been increased in the society as a whole, and an intelligent detection system Are being developed.
실외용 탐지 시스템은 주로 GPS (Global Positioning System) 기반의 시스템을 기반으로 하고 있으며, 실내용 탐지 시스템은 Zigbee, RFID, CSS (Chirp Spread Spectrum), IR-UWB (Impulse Radio-Ultra Wide Band), Bluetooth, Wi-Fi 장비 등을 이용하는 실시간 위치추적 서비스(RTLS, Real Time Location Service)를 이용한다.The indoor detection system is mainly based on a GPS (Global Positioning System) based system. The indoor detection system is composed of Zigbee, RFID, CSS (Chirp Spread Spectrum), IR-UWB (Impulse Radio-Ultra Wide Band) And real time location service (RTLS) using Wi-Fi equipment.
GPS의 경우, 탐지 대상이 반드시 GPS 신호 태그를 소지하여야만 탐지가 가능하다는 문제가 있으며, CCTV와 같은 영상 처리는 특히 야간에 사용하기 어렵다는 문제가 있다. 또한, Zigbee, Bluetooth 및 WiFi는 정밀도가 낮아 오경보율이 높다는 문제가 지적되고 있다.In the case of GPS, there is a problem that detection can be performed only when a detection target carries a GPS signal tag, and image processing such as CCTV is difficult to use especially at night. In addition, Zigbee, Bluetooth and WiFi are pointed out to have a high rate of false alarm due to low precision.
따라서, 위와 같은 이유로 실내뿐만 아니라 실외에서 UWB 시스템을 이용한 방법에 대한 관심이 커지고 있다.Therefore, there is a growing interest in UWB systems in indoor and outdoor environments for the above reasons.
다만, UWB 시스템을 이용한 생체신호 측정은 낮은 송신 파워로 인해 1m 이내의 고정된 장소에서만 신뢰성 있는 신호 측정이 가능하고, 무방향성으로 인해 움직이는 물체에 대한 추적이 어려워 실외 환경에서 적용하기에는 한계가 있다.However, the bio-signal measurement using the UWB system is limited in application to an outdoor environment because it is possible to measure a reliable signal only at a fixed location within 1m due to low transmission power and to track an object moving due to non-directionality.
또한, UWB 시스템에 적용되는 안테나에 의해 발생되는 사이드 로브에 의해 생체신호 측정 대상과 너무 멀거나 가까이 존재할 경우 신뢰성 있는 신호 측정이 어렵다는 문제가 있다.In addition, there is a problem that it is difficult to measure a reliable signal if the side lobe generated by the antenna applied to the UWB system is located too close to or close to the subject of the bio-signal measurement.
예를 들어, 도 1에 도시된 일체형 구조의 레이더 모듈은 RF 신호 처리부(10)과 패치 안테나부(20)이 인쇄회로기판(PCB)으로 형성되되, 전자 부품의 RF 신호 처리부와 패치 안테나부가 하나의 인쇄회로기판에 형성되는 구조를 취하고 있다.For example, in the integrated type radar module shown in FIG. 1, the RF
도 1에 도시된 안테나 일체형 구조의 레이더 모듈은 RF 신호 처리부(10)과 패치 안테나부(20)이 하나의 인쇄회로기판에 공존하기 때문에 PCB isolation 특성이 14dB 이하로 낮아, 전자파 간섭에 의한 레이더 모듈의 최대 감지 거리가 짧다는 단점이 존재한다.1, since the RF
또한, 측정 대상이 너무 멀거나 가까이 존재할 경우, 안테나로부터 발생되는 사이드 로브에 의한 간섭 효과 때문에 신뢰성 있는 신호 측정이 어렵다는 문제가 있다.Further, when the object to be measured is located too far or near, there is a problem that it is difficult to measure a reliable signal because of the interference effect caused by the side lobe generated from the antenna.
따라서, 일체형 구조의 레이더 모듈은 안테나에 의해 발생되는 사이드 로브를 완화함과 동시에 안테나의 이득률을 향상시키기 위한 별도의 구성을 필요로 한다.Therefore, the integrated radar module requires a separate structure to mitigate the side lobe generated by the antenna and to improve the gain factor of the antenna.
한편, 도 2는 안테나 외장형 구조의 레이더 모듈을 개략적으로 나타낸 것이다.2 is a schematic view of a radar module having an antenna external structure.
이 때 전자 부품들이 실장되는 기판(10)과 안테나 유닛(20a, 20b)은 복수의 부품(30a, 30b, 30c)으로 구성된 커넥터(30)에 의해 연결된 구조를 취하고 있다.The
도 2와 같이 외장형 안테나가 구비된 레이더 모듈의 경우, 일체형 구조의 레이더 모듈에서 문제된 PCB isolation 문제를 해결할 수 있다.As shown in FIG. 2, in the case of a radar module having an external antenna, it is possible to solve the problem of PCB isolation problem in a radar module having an integrated structure.
또한, 기판과 안테나 유닛이 분리된 상태로 존재하기 때문에, 안테나로부터 발생되는 사이드 로브에 의해 기판 상에 실장된 전자 부품들이 받는 간섭 효과가 감소될 수 있으며, 마찬가지로 안테나 이득률을 향상시켜 최대 감지 거리를 12m 이상으로 할 수 있다는 이점이 있다.In addition, since the substrate and the antenna unit exist in a separated state, the interference effect of the electronic parts mounted on the substrate by the side lobe generated from the antenna can be reduced, and similarly, the antenna gain ratio can be improved, Can be set to 12 m or more.
다만, 도 2에 도시된 안테나 외장형의 레이더 모듈은 일반적으로 사용되는 암, 수 형태의 RF 커넥터 부품들이 다수 필요로 하기 때문에 전체 레이더 모듈의 사이즈가 커짐과 동시에 조립성도 떨어지는 단점이 존재한다.However, since the radar module of the external antenna type shown in FIG. 2 requires a large number of generally used female and male RF connector parts, there is a disadvantage that the size of the entire radar module is increased and the assembling property is also lowered.
특히, 암, 수 형태의 RF 커넥터 부품들(30a, 30b, 30c) 중 안테나 유닛(20a, 20b) 및 기판(10)과 체결되는 RF 커넥터 부품(30a, 30c)은 안테나 유닛(20a, 20b) 및 기판(10)과 솔더링에 의해 고정되는데 이 때 RF 커넥터 부품이 정확하게 얼라인되지 않은 상태에서 솔더링될 경우 쇼트가 발생하는 등의 문제점이 존재한다.Particularly, the
본 발명은 저비용 및 저소비전력으로 구현이 가능하며, 실외에서 사용하기에 적합한 IR-UWB 시스템 기반 레이더 센서 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide an IR-UWB system-based radar sensor module that can be implemented with low cost and low power consumption and is suitable for outdoor use.
또한, 본 발명은 협대역 간섭에 강하고 스펙트럼이 유사잡음 형태이기 때문에 보안성이 향상된 레이더 센서 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.Further, it is an object of the present invention to provide a radar sensor module that is robust against narrow-band interference and has a spectrum of a pseudo-noise type, thereby improving security.
또한, 본 발명은 안테나 일체형 구조의 레이더 모듈에 있어서 안테나에 의해 발생되는 사이드 로브를 완화함으로써 최소 감지 거리를 축소시키고, 신호의 방사 각도를 향상시킬 수 있는 레이더 센서 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide a radar sensor module capable of reducing the minimum sensing distance and improving the radiation angle of a signal by mitigating side lobes generated by an antenna in a radar module having an integrated antenna structure.
또한, 본 발명은 안테나의 이득률을 향상시켜 최대 감지 거리를 향상시킬 수 있는 레이더 센서 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is another object of the present invention to provide a radar sensor module capable of improving a maximum detection distance by improving the gain ratio of an antenna.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 측면에 따르면, RF (radio frequency) 신호를 처리하기 위한 센서부가 실장된 RF 신호 처리부 및 마이크로스트립 패치를 포함하는 패치 안테나부가 정의된 인쇄회로기판(PCB)을 포함하며, 상기 인쇄회로기판에는 상기 RF 신호 처리부와 상기 패치 안테나부의 경계를 따라 상기 인쇄회로기판을 수직 방향으로 관통하는 슬롯이 형성될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a printed circuit board including a printed circuit board defining a patch antenna unit including a microprocessor and an RF signal processing unit mounted with a sensor unit for processing a radio frequency (PCB), and the printed circuit board may have a slot penetrating the printed circuit board in the vertical direction along the boundary between the RF signal processing unit and the patch antenna unit.
여기서, 상기 슬롯에는 상기 RF 커넥터가 삽입되며, 상기 RF 커넥터는 상기 RF 신호 처리부 상의 임피던스 라인과 상기 패치 안테나부 상의 임피던스 라인을 전기적으로 연결하여 임피던스 정합을 구현한다.Here, the RF connector is inserted into the slot, and the RF connector electrically couples an impedance line on the RF signal processing unit and an impedance line on the patch antenna unit to implement impedance matching.
여기서, 상기 패치 안테나부는 상기 RF 신호 처리부의 좌측 및 우측에 각각 구비되어 Rx 패치 안테나부와 Tx 패치 안테나부를 정의할 수 있다. Here, the patch antenna unit may be provided on the left and right sides of the RF signal processing unit, respectively, to define an Rx patch antenna unit and a Tx patch antenna unit.
상기 슬롯에 삽입되는 RF 커넥터는 상기 슬롯에 소정의 깊이만큼 삽입되는 커넥터 몸체, 상기 커넥터 몸체가 상기 슬롯에 삽입된 상태에서 상기 RF 신호 처리부 및 상기 패치 안테나부 상의 실장 영역 상에 안착되는 수평 연장부 및 상기 커넥터 몸체가 상기 슬롯에 삽입된 상태에서 상기 RF 신호 처리부 및 상기 패치 안테나부 상의 임피던스 라인 상에 안착되는 RF 케이블을 포함하며, 상기 RF 케이블은 절연된 상태로 존재함에 따라 상기 RF 신호 처리부 상의 임피던스 라인과 상기 패치 안테나부 상의 임피던스 라인을 전기적으로 연결하여 임피던스 정합을 안정적으로 구현할 수 있다.Wherein the connector body is inserted into the slot by a predetermined depth, the RF connector inserted into the slot is inserted into the slot, and the RF connector is mounted on the RF signal processor and the mounting area on the patch antenna, And And an RF cable mounted on an impedance line on the RF signal processing unit and the patch antenna unit while the connector body is inserted into the slot, wherein the RF cable is in an insulated state, Line and the impedance line on the patch antenna portion are electrically connected to each other to realize stable impedance matching.
일 실시예에 있어서, 상기 RF 신호 처리부 상의 임피던스 라인의 주위로 그라운드 접지층이 구비되며, 상기 그라운드 접지층에는 상기 인쇄회로기판을 수직 방향으로 관통하는 복수의 그라운드 홀이 배치될 수 있다.In one embodiment, a ground ground layer is provided around the impedance line on the RF signal processing unit, and a plurality of ground holes penetrating the printed circuit board in the vertical direction may be disposed in the ground ground layer.
다른 실시예에 있어서, 상기 패치 안테나부 상의 임피던스 라인의 주위로 그라운드 접지층이 구비되며, 상기 그라운드 접지층에는 상기 인쇄회로기판을 수직 방향으로 관통하는 복수의 그라운드 홀이 배치될 수 있다.In another embodiment, a ground ground layer is provided around the impedance line on the patch antenna portion, and a plurality of ground holes penetrating the printed circuit board in the vertical direction may be disposed in the ground ground layer.
또한, 추가적인 실시예에 있어서, 상기 슬롯의 주위로 상기 인쇄회로기판을 수직 방향으로 관통하는 복수의 그라운드 홀이 배치될 수 있다.Further, in a further embodiment, a plurality of ground holes passing through the printed circuit board in the vertical direction around the slot may be disposed.
본 발명에 따르면, 안테나 일체형 구조의 레이더 모듈에 있어서 안테나에 의해 발생되는 사이드 로브를 완화하고, 안테나의 이득률을 향상시킴으로써 레이더 모듈의 탐지 범위를 향상시키고, 측정 결과에 대한 신뢰성을 제고할 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve the detection range of the radar module and improve the reliability of the measurement result by alleviating the side lobe generated by the antenna in the radar module having the integrated antenna structure and improving the gain ratio of the antenna .
또한, 실외 및 야간 환경 하에서의 장애물 또는 동적 객체의 탐지를 위해 신뢰성있는 UWB 시스템을 도입함에 따라 차량 또는 중장비 등에 적용 가능한 동적 객체 탐지용 레이더 센서 모듈의 구현이 가능하다는 이점이 있다.In addition, a reliable UWB system is introduced to detect obstacles or dynamic objects under outdoor and nighttime environments, and it is possible to implement a radar sensor module for dynamic object detection applicable to vehicles or heavy equipment.
아울러, 본 발명에 따른 레이더 센서 모듈은 안테나 모듈과 RF 센서 모듈이 하나의 PCB 기판 상에 구현된 일체형 레이더 센서 모듈로서 진동에 심한 장비에도 안정적으로 동작이 가능하다는 이점이 있다.In addition, the radar sensor module according to the present invention is an integrated radar sensor module in which the antenna module and the RF sensor module are mounted on a single PCB substrate, and is advantageous in that the antenna module and the RF sensor module can be stably operated even in severe vibration equipment.
도 1은 일반적인 안테나 일체형 구조의 레이더 모듈의 사시도를 나타낸 것이다.
도 2는 일반적인 안테나 외장형 구조의 레이더 모듈의 사시도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서 모듈의 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 레이더 센서 모듈의 분해 사시도를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서 모듈에 사용되는 RF 커넥터의 사시도를 나타낸 것이다.
도 6은 도 3에 도시된 레이더 센서 모듈의 8.6GHz에서의 방사 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이더 센서 모듈의 평면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 레이더 센서 모듈의 8.5GHz에서의 방사 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이더 센서 모듈의 평면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 레이더 센서 모듈의 8GHz에서의 방사 특성을 나타낸 그래프이다.
도 11은 사이드 로브 억제층이 구비된 본 발명에 따른 레이더 센서 모듈의 사시도를 나타낸 것이다.
도 12 및 도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서 모듈에 부착되는 사이드 로브 억제층의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.1 is a perspective view of a general radar integrated type antenna structure.
2 is a perspective view of a radar module having a general antenna external structure.
3 is a plan view of a radar sensor module according to an embodiment of the present invention.
4 is an exploded perspective view of the radar sensor module shown in FIG.
5 is a perspective view of an RF connector used in a radar sensor module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a graph showing radiation characteristics of the radar sensor module shown in FIG. 3 at 8.6 GHz.
7 is a plan view of a radar sensor module according to another embodiment of the present invention.
8 is a graph showing radiation characteristics of the radar sensor module shown in FIG. 7 at 8.5 GHz.
9 is a plan view of a radar sensor module according to another embodiment of the present invention.
10 is a graph showing radiation characteristics at 8 GHz of the radar sensor module shown in FIG.
11 is a perspective view of a radar sensor module according to the present invention provided with a side lobe suppressing layer.
12 and 13 schematically illustrate the structure of a side lobe suppression layer attached to a radar sensor module according to an embodiment of the present invention.
본 발명을 더 쉽게 이해하기 위해 편의상 특정 용어를 본원에 정의한다. 본원에서 달리 정의하지 않는 한, 본 발명에 사용된 과학 용어 및 기술 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미를 가질 것이다. 또한, 문맥상 특별히 지정하지 않는 한, 단수 형태의 용어는 그것의 복수 형태도 포함하는 것이며, 복수 형태의 용어는 그것의 단수 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Certain terms are hereby defined for convenience in order to facilitate a better understanding of the present invention. Unless otherwise defined herein, scientific and technical terms used in the present invention shall have the meanings commonly understood by one of ordinary skill in the art. Also, unless the context clearly indicates otherwise, the singular form of the term also includes plural forms thereof, and plural forms of the term should be understood as including its singular form.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 일 실시예에 따른 레이더 센서 모듈을 상세히 설명하도록 한다.Hereinafter, a radar sensor module according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서 모듈의 평면도이며, 도 4는 도 3에 도시된 레이더 센서 모듈의 분해 사시도를 나타낸 것이다.FIG. 3 is a plan view of a radar sensor module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is an exploded perspective view of the radar sensor module shown in FIG.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서 모듈은 RF (radio frequency) 신호를 처리하기 위한 센서부(110)가 실장된 RF 신호 처리부(100)와 마이크로스트립 패치(210)를 포함하는 패치 안테나부(200)가 정의된 인쇄회로기판(PCB)을 포함한다.3 and 4, a radar sensor module according to an embodiment of the present invention includes an
RF 신호 처리부(100)의 전면에는 센서부(110)뿐만 아니라 전원 공급을 위한 회로부, 메모리부 등과 같은 다양한 회로 부품들이 실장될 수 있다.Various circuit components such as a
여기서, RF 신호 처리부(100)는 UWB 시스템 기반으로 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 RF 신호 처리부(100)를 구현하는 UWB 기술은 일반적으로 3.1~10.6GHz 대역에서 100Mbps 이상의 속도로 기존의 스펙트럼에 비해 매우 넓은 대역에 걸쳐 저전력으로 초고속 통신을 구현하는 근거리 무선통신기술로 규정된다.Here, the RF
UWB 시스템은 다른 통신 시스템에 의한 간섭을 방지하기 위해 신호 에너지를 수 GHz 대역폭에 걸쳐 스펙트럼으로 분산, 송신함으로써 다른 협대역 신호에 간섭을 주지 않고, 주파수에 크게 구애받지 않으며 통신을 할 수 있다.The UWB system transmits and distributes the signal energy spectrally over several GHz bandwidth to prevent interference by other communication systems, so that it does not interfere with other narrowband signals and is able to communicate freely regardless of frequency.
이에 따라, 타 통신 시스템과 주파수를 공유하여 사용할 수 있으면서 동시에 매우 적은 전력만을 요구하며, 또한 임펄스 신호가 짧아질수록 위치 해상도가 향상되며, 스펙트럼에서는 더욱 넓은 대역을 점유하게 된다는 장점이 있다.Accordingly, it is possible to share the frequency with other communication systems, and at the same time requires very little power. Further, as the impulse signal is shortened, the position resolution is improved and the spectrum occupies a wider band.
패치 안테나부(200)는 RF 신호 처리부(100)로부터 설정값을 입력받아 일정한 파형을 PRF 주기로 송신하며, 사물에 부딪혀 반사된 신호를 수신하도록 구성된다. 이어서, 수신된 신호의 파형을 디지털화한 후 다시 RF 신호 처리부(100)로 전송하도록 구현될 수 있다.The
RF 신호 처리부(100)의 좌측 및 우측에는 패치 안테나부가 각각 구비되어 Rx 패치 안테나부와 Tx 패치 안테나부(200a, 200b)를 정의할 수 있다.The Rx patch antenna unit and the Tx
본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서 모듈은 RF 신호 처리부(100)와 RF 신호 처리부(100)의 좌측 및 우측에 각각 구비된 Rx 패치 안테나부와 Tx 패치 안테나부(200a, 200b)가 하나의 인쇄회로기판에 구비된 일체형 구조의 레이더 센서 모듈이다.The radar sensor module according to the embodiment of the present invention includes the Rx patch antenna unit and the Tx
RF 신호 처리부(100)와 패치 안테나부(200)를 일체형으로 구성함에 따라 레이더 센서 모듈의 조립 공수를 줄여 제조 경비의 절감이 가능하며, 레이더 센서 모듈의 소형화가 가능한 바 안테나 외장형 구조의 레이더 센서 모듈보다 저전력 동작이 가능하다는 이점이 있다.Since the RF
또한, 안테나 외장형 구조의 레이더 센서 모듈과 달리 RF 커넥터 부품이 정확하게 얼라인되지 않음에 따라 발생하는 쇼트 등을 방지하는 것이 가능하다.In addition, unlike the radar sensor module of the external structure of the antenna, it is possible to prevent a short circuit or the like caused by the incorrect alignment of the RF connector component.
도 3 및 도 4를 참조하면, 인쇄회로기판에는 RF 신호 처리부(100)와 패치 안테나부(200)의 경계를 따라 인쇄회로기판을 수직 방향으로 관통하는 슬롯(400)이 형성된다.Referring to FIGS. 3 and 4, a
슬롯(400)은 일반적으로 PCB isolation 특성이 낮은 안테나 일체형 구조의 레이더 센서 모듈의 단점을 보완하기 위한 것으로서, RF 신호 처리부(100)와 패치 안테나부(200) 사이의 경계를 따라 인쇄회로기판을 관통하도록 구비됨에 따라 RF 신호 처리부(100)와 패치 안테나부(200) 사이의 전자파 간섭에 의한 레이더 감지 거리가 짧아지는 문제점을 완화하는 것이 가능하다.The
다만, RF 신호 처리부(100)와 패치 안테나부(200) 사이의 경계를 따라 인쇄회로기판을 관통하는 슬롯(400)이 구비됨에 따라 사이드 로브를 억제하고, PCB isolation 특성을 향상시킬 수 있으나, 도 3에 도시된 바와 같이, 인쇄회로기판의 상면에는 RF 신호 처리부(100), 보다 구체적으로 센서부(110)로부터 패치 안테나부(200)를 향해 임피던스 라인(120)이 연장되는데, RF 신호 처리부(100)와 패치 안테나부(200)의 경계을 따라 슬롯(400)이 형성됨에 따라 임피던스 라인(120)은 RF 신호 처리부(100) 상의 임피던스 라인(120a)과 패치 안테나부(200) 상의 임피던스 라인(120b)은 끊어진 상태로 존재하게 되며, 이에 따라 RF 크로싱 특성이 떨어질 우려가 있다.However, since the
따라서, 본 발명에 따르면, 슬롯(400) 내 정의된 RF 커넥터 삽입부(400a)에 RF 커넥터(300)를 삽입함으로써 RF 신호 처리부(100) 상의 임피던스 라인(120a)과 패치 안테나부(200) 상의 임피던스 라인(120b)을 전기적으로 연결하여 임피던스 정합을 구현하며, RF 신호 처리부(100)과 패치 안테나부(200) 사이의 RF 크로싱을 향상시킬 수 있다.Therefore, by inserting the
즉, 본 발명은 안테나 일체형 구조의 레이더 모듈의 낮은 PCB isolation 특성 및 사이드 로브 발생 문제 등을 완화하기 위해 RF 신호 처리부(100)와 패치 안테나부(200) 사이의 경계를 따라 인쇄회로기판을 수직 방향으로 관통하는 슬롯(400)를 형성하고, 슬롯(400)이 형성됨에 따라 발생하는 임피던스 부정합 및 RF 크로싱 특성의 감소 문제를 해소하기 위해 RF 커넥터(300)를 슬롯(400)에 삽입한 구조를 취함으로써 안테나 외장형 구조의 레이더 모듈 수준의 PCB isolation 특성을 얻을 수 있다.That is, in order to mitigate low PCB isolation characteristics and side lobe generation problems of a radar module having an integrated antenna structure, a printed circuit board is vertically arranged along a boundary between the RF
즉, 본 발명은 안테나 일체형 구조의 레이더 모듈을 기반으로 함으로써 전체 레이더 모듈의 사이즈가 커지는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 제조 비용 및 조립 공수를 줄일 수 있다는 이점이 있다.That is, according to the present invention, it is possible to prevent the size of the entire radar module from being increased by using a radar module having an integrated antenna structure, thereby reducing manufacturing cost and assembling cost.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서 모듈에 사용되는 RF 커넥터의 사시도를 나타낸 것이다.5 is a perspective view of an RF connector used in a radar sensor module according to an embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 슬롯(400) 내 정의된 RF 커넥터 삽입부(400a)에 삽입되는 RF 커넥터(300)는 슬롯(400)에 소정의 깊이만큼 삽입되는 커넥터 몸체(310)와 커넥터 몸체(310)가 슬롯(400)에 삽입된 상태에서 RF 신호 처리부(100)의 실장 영역(130)과 패치 안테나부(200)의 실장 영역(220) 상에 안착되는 수평 연장부(320)를 포함한다.5, the
수평 연장부(320)에 의해 슬롯(400) 내 RF 커넥터(300)가 삽입되는 깊이가 결정되며, 수평 연장부(320)는 각각 RF 신호 처리부(100)와 패치 안테나부(200)의 상면에 지지되도록 구비되며, 솔더링 등에 의해 견고하게 고정될 수 있다.The depth of the
여기서, 커넥터 몸체(310)는 원통형의 형상을 가질 수 있으며, 원통형의 중심축을 따라 RF 케이블(330)이 커넥터 몸체(310)를 관통하여 돌출될 수 있으며, RF 케이블(330)은 커넥터 몸체(310)가 슬롯(400)에 삽입된 상태에서 RF 신호 처리부(100) 및 패치 안테나부(200) 상의 임피던스 라인(120a, 120b) 상에 안착됨으로써 RF 신호 처리부(100)와 패치 안테나부(200) 사이의 RF 크로싱을 구현하며, 임피던스 정합을 안정적으로 구현할 수 있다.Here, the
또한, 커넥터 몸체(310)와 RF 케이블(330) 사이에는 중공 원통형의 절연체(340)가 구비됨에 따라 중공 내 RF 케이블(330)이 삽입된 형태를 가지며, 이에 따라 RF 케이블(330)의 쇼트가 방지될 수 있다.Since the hollow
도 6은 도 3에 도시된 레이더 센서 모듈의 8.6GHz에서의 방사 특성을 나타낸 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing radiation characteristics of the radar sensor module shown in FIG. 3 at 8.6 GHz.
도 6을 참조하면, UWB 대역인 3.1~10.6GHz 내의 8.6GHz 주파수에서 사이드 로브 수준이 약 -20~-30dB 범위 내에 존재함으로써 사이드 로브 발생이 상당히 억제된 것을 확인할 수 있을 분만 아니라, 신호의 방사 각도가 57.2도로서 일반적이로 시판되는 레이더 센서 모듈의 방사 각도가 40도인 점에 비추어볼 때, 하나의 레이더 센서 모듈로 커버할 수 있는 커버리지 영역이 상대적으로 넓은 것으로 확인된다.Referring to FIG. 6, it can be seen that the sidelobe level is suppressed considerably by the sidelobe level within the range of about -20 to -30 dB at the frequency of 8.6 GHz within 3.1 to 10.6 GHz, which is the UWB band, Is 57.2 degrees and the radiation angle of the radar sensor module, which is generally commercially available, is 40 degrees, it is confirmed that the coverage area covered by one radar sensor module is relatively wide.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이더 센서 모듈의 평면도이다.7 is a plan view of a radar sensor module according to another embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, RF 신호 처리부(100) 상의 임피던스 라인(120a)의 주위로 그라운드 접지층(GD)이 구비되며, 그라운드 접지층(GD)에는 인쇄회로기판을 수직 방향으로 관통하는 복수의 그라운드 홀(VH)이 배치된다.7, a ground ground layer GD is provided around the
여기서, 복수의 그라운드 홀(VH)은 RF 신호 처리부(100) 상의 임피던스 라인(120a)의 양 측에 임피던스 라인(120a)의 연장 방향과 평행하게 배치될 수 있다.The plurality of ground holes VH may be disposed on both sides of the
또한, 패치 안테나부(200) 역시 RF 신호 처리부(100)와 마찬가지로 패치 안테나부(200) 상의 임피던스 라인(120b)의 주위로 그라운드 접지층(GD)이 구비되며, 그라운드 접지층(GD)에는 인쇄회로기판을 수직 방향으로 관통하는 복수의 그라운드 홀(VH)이 배치된다.The
아울러, 도 7에 도시된 바와 같이, 패치 안테나부(200) 상의 임피던스 라인(120b) 내 그라운드 홀(VH)이 배치될 수도 있다.7, the ground hole VH in the
도 8은 도 7에 도시된 레이더 센서 모듈의 8.5GHz에서의 방사 특성을 나타낸 그래프이다. 8 is a graph showing radiation characteristics of the radar sensor module shown in FIG. 7 at 8.5 GHz.
도 8을 참조하면, UWB 대역인 3.1~10.6GHz 내의 8.5GHz 주파수에서 사이드 로브 수준이 약 -21.9dB로서 임피던스 라인의 주위로 그라운드 접지층과 그라운드 홀을 배치함에 따라 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서 모듈보다 사이드 로브를 보다 효과적으로 억제하는 것이 확인될 수 있다.Referring to FIG. 8, at the 8.5 GHz frequency in the UWB band of 3.1 to 10.6 GHz, the sidelobe level is about -21.9 dB, and the ground ground layer and the ground hole are arranged around the impedance line. It can be confirmed that the side lobe is more effectively suppressed than the radar sensor module according to the embodiment.
또한, 사이드 로브의 억제 특성을 향상시키고 안정적인 임피던스 정합을 보장함에 따라 신호의 방사 각도 역시 64.6도 확장된 것을 확인할 수 있다.In addition, as the side lobe suppression characteristics are improved and the stable impedance matching is ensured, the radiation angle of the signal is also extended 64.6 degrees.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 레이더 센서 모듈의 평면도이다.9 is a plan view of a radar sensor module according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 추가적인 실시예에 따르면, 임피던스 라인 주위뿐만 아니라 슬롯(400)의 주위에도 인쇄회로기판을 수직 방향으로 관통하는 복수의 그라운드 홀(VH)이 배치될 수 있다.According to a further embodiment of the present invention, a plurality of ground holes (VH) may be arranged to extend vertically through the printed circuit board, not only around the impedance line but also around the slot (400).
여기서, 복수의 그라운드 홀(VH)은 슬롯(400)의 양 측에 슬롯(400)의 연장 방향과 평행하게 배치될 수 있다.Here, the plurality of ground holes (VH) may be arranged on both sides of the slot (400) in parallel with the extending direction of the slot (400).
RF 신호 처리부(100)와의 경계를 이루는 슬롯(400)의 일 측과 패치 안테나부(200)와의 경계를 이루는 슬롯(400)의 타 측에 그라운드 홀(VH)이 배치됨에 따라 PCB isolation 특성을 더욱 향상시킬 수 있는 바, 안테나에 의해 발생되는 사이드 로브를 완화함으로써 최소 감지 거리를 축소시키고, 신호의 방사 각도를 향상시킬 수 있다. 또한, 안테나 신호의 방사 특성이 향상됨에 따라 안테나의 이득률을 향상시켜 최대 감지 거리를 향상시키는 것도 가능하다.Since the ground hole VH is disposed on the other side of the
도 10은 도 9에 도시된 레이더 센서 모듈의 8GHz에서의 방사 특성을 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing radiation characteristics at 8 GHz of the radar sensor module shown in FIG.
도 10을 참조하면, UWB 대역인 3.1~10.6GHz 내의 8GHz 주파수에서 사이드 로브 수준이 약 -22.1dB로서 임피던스 라인 주위에 그라운드 접지층과 그라운드 홀을 배치하고 슬롯 주위에 그라운드 홀을 배치함에 따라 도 3에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서 모듈보다 사이드 로브를 보다 효과적으로 억제하는 것이 확인될 수 있다.Referring to FIG. 10, at the 8 GHz frequency in the UWB band of 3.1 to 10.6 GHz, the sidelobe level is about -22.1 dB, and the ground ground layer and the ground hole are arranged around the impedance line and the ground hole is arranged around the slot. It can be confirmed that the side lobe is more effectively suppressed than the radar sensor module according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
또한, 신호의 방사 각도는 72.8도로서, 임피던스 라인 주위에 그라운드 접지층과 그라운드 홀을 배치한 레이더 센서 모듈보다 방사 각도가 더욱 확장된 것을 확인할 수 있다.In addition, the radiation angle of the signal is 72.8 degrees, which indicates that the radiation angle is further extended than the radar sensor module in which the ground ground layer and the ground hole are arranged around the impedance line.
도 11은 사이드 로브 억제층이 구비된 본 발명에 따른 레이더 센서 모듈의 사시도를 나타낸 것이다.11 is a perspective view of a radar sensor module according to the present invention provided with a side lobe suppressing layer.
도 11에 도시된 바와 같이, 필요에 따라 패치 안테나부(200)가 정의된 인쇄회로기판의 후면에는 사이드 로브에 의한 간섭 효과를 완화하고, 안테나의 이득률을 향상시키기 위해 사이드 로브 억제층(500)이 부착될 수 있다.11, on the rear surface of the printed circuit board on which the
보다 구체적으로, 사이드 로브 억제층(500)은 Rx 패치 안테나부와 Tx 패치 안테나부(200a, 200b)가 정의된 인쇄회로기판의 후면에 부착되는 것이 바람ㅈ믹하다.More specifically, the side
도 12 및 도 13는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서 모듈에 부착되는 사이드 로브 억제층의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.12 and 13 schematically illustrate the structure of a side lobe suppression layer attached to a radar sensor module according to an embodiment of the present invention.
도 12를 참조하면, 사이드 로브 억제층(500)의 상면에는 접착층(510)이 구비되며, 사이드 로브 억제층(500)은 접착층(510)을 패치 안테나부(200)가 정의된 인쇄회로기판의 후면에 부착될 수 있다.12, an
또한, 도 13을 참조하면, 사이드 로브 억제층(500)의 상면에는 전자파 차폐층(520)이 추가로 구비될 수 있으며, 전자파 차폐층(520)의 상면에 구비된 접착층(510)을 통해 패치 안테나부(200)가 정의된 인쇄회로기판의 후면에 부착될 수 있다.13, an electromagnetic
사이드 로브 억제층(500)은 페라이트 분말을 결합제(수지) 등과 혼합하여 성형체로 형성한 후 소결하여 제조될 수 있으며, 전자파 차폐층(520)은 금, 은, 알루미늄 및 구리로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함할 수 있다.The
또한, 사이드 로브 억제층(500)는 안테나의 이득률을 향상시킴으로써 레이더 센서 모듈의 최대 감지 범위를 향상시킬 수 있다.Further, the side
안테나 이득률이란 동일 방향, 동일 거리에 동일 전계를 주기 위해 기준 안테나에 공급한 전력과 최대치가 얻어지도록 방향을 설정한 임의의 안테나에 공급되는 전력의 비를 의미한다.The antenna gain factor means the ratio of the power supplied to the reference antenna to give the same electric field in the same direction and the same distance and the power supplied to any antenna oriented to obtain the maximum value.
안테나에서의 이득은 전파를 원하는 방향으로 모아서 보냄으로써 실제적으로 전파를 수신하는 영역에서의 전력 밀도가 증가하는 효과가 나타나게 됨을 의미한다. The gain at the antenna means that the power density is increased in the region where the radio waves are actually received by collecting the radio waves in a desired direction.
하기의 표 1은 사이드 로브 억제층이 구비되지 않은 레이더 모듈(대조군)과 0.47mm의 사이드 로브 억제층이 구비된 레이더 모듈(실시예)의 안테나 이득률을 나타낸 것이다.Table 1 below shows antenna gain ratios of a radar module (control group) not provided with a side lobe suppression layer and a radar module (embodiment) provided with a 0.47 mm side lobe suppression layer.
표 1을 참조하면, 패치 안테나부(200)가 정의된 인쇄회로기판의 후면에 사이드 로브 억제층(500)이 구비됨에 따라 특히 6.5GHz의 주파수에서 안테나 이득률이 1.36 dBi 상승한 것을 확인할 수 있다.Referring to Table 1, the
즉, 사이드 로브 억제층(500)은 사이드 로브 및/또는 전자파에 의한 신호 간섭 효과를 제거할 뿐만 아니라, 안테나 이득률을 향상시켜 레이더 센서 모듈의 감지 범위 및 측정 결과에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.That is, the side
아울러, 사이드 로브 억제층(500)의 상면에 추가적으로 구비될 수 있는 전자파 차폐층(520)은 사이드 로브 억제층(500)과 함께 패치 안테나부(200)가 정의된 인쇄회로기판의 후면으로부터 방사되는 전자파를 흡수할 수 있다.In addition, the electromagnetic
또한, 레이더 센서 모듈, 특히 패치 안테나부(200)가 정의된 인쇄회로기판의 후면에 국부적으로 집중되는 열을 효과적으로 분산시켜 과부화를 방지할 수 있다.In addition, the radar sensor module, particularly the
이상, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 커넥터 몸체된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
Claims (9)
마이크로스트립 패치를 포함하는 패치 안테나부;가 정의된 인쇄회로기판(PCB)을 포함하며,
상기 인쇄회로기판에는 상기 RF 신호 처리부와 상기 패치 안테나부의 경계를 따라 상기 인쇄회로기판을 수직 방향으로 관통하는 슬롯이 형성되며,
상기 슬롯에는 RF 커넥터가 삽입되며,
상기 삽입되는 커넥터는 상기 RF 신호 처리부 상의 임피던스 라인과 상기 패치 안테나부 상의 임피던스 라인을 전기적으로 연결하여 임피던스 정합을 구현하는,
레이더 센서 모듈.
An RF signal processing unit in which a sensor unit for processing a radio frequency (RF) signal is mounted; And
A patch antenna portion including a microstrip patch; and a printed circuit board (PCB)
Wherein the printed circuit board includes a slot that penetrates the printed circuit board in the vertical direction along a boundary between the RF signal processing unit and the patch antenna unit,
An RF connector is inserted into the slot,
Wherein the inserted connector electrically couples an impedance line on the RF signal processing unit and an impedance line on the patch antenna unit to implement impedance matching,
Radar sensor module.
상기 패치 안테나부는 상기 RF 신호 처리부의 좌측 및 우측에 각각 구비되어 Rx 패치 안테나부와 Tx 패치 안테나부를 정의하는,
레이더 센서 모듈.
The method according to claim 1,
The patch antenna unit is provided on the left and right sides of the RF signal processing unit and defines an Rx patch antenna unit and a Tx patch antenna unit,
Radar sensor module.
상기 RF 커넥터는,
상기 슬롯에 소정의 깊이만큼 삽입되는 커넥터 몸체;
상기 커넥터 몸체가 상기 슬롯에 삽입된 상태에서 상기 RF 신호 처리부 및 상기 패치 안테나부 상의 실장 영역 상에 안착되는 수평 연장부; 및
상기 커넥터 몸체가 상기 슬롯에 삽입된 상태에서 상기 RF 신호 처리부 및 상기 패치 안테나부 상의 임피던스 라인 상에 안착되는 RF 케이블;
을 포함하는,
레이더 센서 모듈
The method according to claim 1,
The RF connector includes:
A connector body inserted into the slot by a predetermined depth;
A horizontal extension portion that is seated on a mounting region on the RF signal processing unit and the patch antenna unit while the connector body is inserted into the slot; And
An RF cable that is seated on an impedance line on the RF signal processing unit and the patch antenna unit while the connector body is inserted into the slot;
/ RTI >
Radar Sensor Module
상기 RF 신호 처리부 상의 임피던스 라인의 주위로 그라운드 접지층이 구비되며,
상기 그라운드 접지층에는 상기 인쇄회로기판을 수직 방향으로 관통하는 복수의 그라운드 홀이 배치된,
레이더 센서 모듈.
The method according to claim 1,
A ground ground layer is provided around the impedance line on the RF signal processing unit,
Wherein the ground ground layer is provided with a plurality of ground holes penetrating the printed circuit board in the vertical direction,
Radar sensor module.
상기 패치 안테나부 상의 임피던스 라인의 주위로 그라운드 접지층이 구비되며,
상기 그라운드 접지층에는 상기 인쇄회로기판을 수직 방향으로 관통하는 복수의 그라운드 홀이 배치된,
레이더 센서 모듈.
The method according to claim 1,
A ground ground layer is provided around the impedance line on the patch antenna portion,
Wherein the ground ground layer is provided with a plurality of ground holes penetrating the printed circuit board in the vertical direction,
Radar sensor module.
상기 슬롯의 주위로 상기 인쇄회로기판을 수직 방향으로 관통하는 복수의 그라운드 홀이 배치된,
레이더 센서 모듈.
The method according to claim 1,
And a plurality of ground holes passing through the printed circuit board in the vertical direction are disposed around the slot,
Radar sensor module.
상기 패치 안테나부가 정의된 상기 인쇄회로기판의 후면에는 사이드 로브 억제층이 부착된,
레이더 센서 모듈.
The method according to claim 1,
And a side lobe suppressing layer is attached to a rear surface of the printed circuit board on which the patch antenna unit is defined,
Radar sensor module.
상기 사이드 로브 억제층은 상기 사이드 로브 억제층 상에 구비된 접착층을 통해 상기 패치 안테나부가 정의된 상기 인쇄회로기판의 후면에 부착되며,
상기 사이드 로브 억제층과 상기 접착층 사이에 전자파 차폐층이 개재된,
레이더 센서 모듈.
8. The method of claim 7,
Wherein the side lobe suppressing layer is attached to the rear surface of the printed circuit board defined by the patch antenna portion via an adhesive layer provided on the side lobe suppressing layer,
And an electromagnetic wave shielding layer interposed between the side lobe suppressing layer and the adhesive layer,
Radar sensor module.
상기 사이드 로브 억제층은 페라이트를 포함하는 수지로 형성되며,
상기 전자파 차폐층은 금, 은, 알루미늄 및 구리로부터 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는,
레이더 센서 모듈.9. The method of claim 8,
Wherein the side lobe suppressing layer is formed of a resin containing ferrite,
Wherein the electromagnetic wave shielding layer comprises at least one metal selected from gold, silver, aluminum and copper.
Radar sensor module.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160047005A KR20170119171A (en) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | Rader sensor module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160047005A KR20170119171A (en) | 2016-04-18 | 2016-04-18 | Rader sensor module |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170119171A true KR20170119171A (en) | 2017-10-26 |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
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- 2016-04-18 KR KR1020160047005A patent/KR20170119171A/en not_active Ceased
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102075271B1 (en) * | 2018-11-13 | 2020-02-07 | (주)디 넷 | Microwave radar sensor including flat antenna |
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Legal Events
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Patent event code: PA02012R01D Patent event date: 20190307 Comment text: Request for Examination of Application Patent event code: PA02011R01I Patent event date: 20160418 Comment text: Patent Application |
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| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20200702 Patent event code: PE09021S01D |
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| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20201007 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D Patent event date: 20200702 Comment text: Notification of reason for refusal Patent event code: PE06011S01I |