77GHz 대역 차량용 측후방 레이더를 위한 광각 안테나 설계

Abstract

차량용 레이더는 전방, 후방 및 측방의 교통 환경에 관한 정보를 운전자에게 제공하고 필요한 경우에는 차량을 제어하여 운전자의 안전한 주행을 돕는 선진 운전 지원 시스템(ADAS:Advanced Driver Assistant System)의 핵심 기술이다. 현재 전방용 레이더는 77GHz 대역에 레이더 센서가 사용되고, 측후방은 24GHz대 대역에 레이더 센서가 주로 사용되는데, 레이더의 소형 경량화 추세와 EU에서의 주파수 규제로 측후방 레이더 센서 주파수는 77GHz 대역으로 이동이 예상 된다. 77GHz 대역을 사용하여 후방 레이더 센서를 개발할 경우 24GHz 대역에 비해 파장이 짧아 안테나 크기를 1/3으로 줄일 수 있으며 레이더 센서 전체 크기는 1/2까지 가능할 것으로 예상되어, 소형 경량화가 가능하며, 비용 측면에서는 77GHz 후방 레이더가 24GHz 레이더에 대비 크기 축소로 인한 PCB와 기구 비용 절감 효과를 고려하면 24GHz 대역 후방 레이더 센서와 비슷한 가격대를 형성할 것으로 예상되며, 향후 77GHz 대역에 저변 확대와 부품 가격 인하에 따라 77GHz 대역 레이더 센서 가격이 오히려 24GHz 대역 레이더 보다 낮아질 것으로 전망된다. 77GHz 대역에 후방 레이더 센서 안테나는 후방과 측방을 Surround detection 해야 하므로 FoV(Field of View)는 최소 150° 이상에 광각을 필요로 하며, 후방 40m 이상에서 RCS(Radar Cross Section) 5dBms에 소형차 감지를 위해 Gain은 3dBi 이상이어야 하므로, 본 연구에서는 76.5GHz에서 안테나 성능이 수평 방향 빔폭은 ±75°에서 가장자리 이득이 3dBi, 수평 방향에 SSL(Side lobe level)은 10dB 이상이 되도록 마이크로스트립 패치 안테나를 직렬 급전 방식으로 배열하여 안테나를 설계하였다. 안테나 PCB 제작은 77GHz 대역에서 유전체 손실이 적은 Taconic社의 TLY5 기판(유전율 2.2, 유전체 손실 0.0009)을 이용하였으며, 안테나 크기는 , 변환 구조와 지그를 포함한 크기는 이고, 측정 결과 이득 3dBi인 수평 방향 빔폭은 약141˚, 수직 방향에 SLL은 12.7dB를 나타냈다.