레이돔 구성에 대한 기본 사항

중요 참고 사항: 레이돔 개발 및 제작은 매우 복잡합니다. 언급된 데이터는 대략적인 값일 뿐입니다. 이 정보는 이 주제에 관한 초기 이해를 제공하기 위한 것으로 필요한 평가와 테스트를 대체하기 위한 것이 아닙니다.

레이더 센서는 프런트 엔드(RFE)(안테나 구조의 극초단파 부품)와 신호 처리를 위한 구성품으로 구성됩니다. 레이더의 실질적인 핵심은 프런트 엔드로, 여기에서 안테나가 전자기 신호를 송수신하기 때문입니다. 그런 다음 프런트 엔드는 수집한 정보를 해석하기 위해 신호 처리기에 전달합니다(그림 1).

그림 1: 레이더 시스템의 기본 부품(위 이미지는 iSYS 4004) (이미지 출처: InnoSenT)

레이더 안테나와 전자 부품을 보호하기 위해 센서는 일반적으로 케이싱으로 밀폐되어 있습니다. 이 케이싱은 손상을 주거나 성능에 영향을 주는 외부 영향으로부터 RFE를 보호합니다. 레이더는 재료를 투과할 수 있는 기능과 미적인 이유로 선호되는 경우가 많습니다. 이러한 특성은 제품 설계자들이 매우 높게 평가하는 측면입니다.

안테나 구조를 위한 보호 케이싱을 일컬어 레이더 기술자들은 ‘레이돔’이라고 합니다. 이 용어는 ‘레이더’와 ‘돔’을 조합한 것입니다. iSYS 6003에 있는 것과 같은 돔형 덮개는 항공기나 선박의 레이더와 같이 제자리에 고정되어 설치되는 대형 레이더 시스템에서 주로 사용됩니다.

하지만 산업용 또는 산업용 응용 분야를 위한 센서 및 시스템도 안테나 기능을 저하하지 않도록 기계 또는 화학적 영향으로부터 보호해야 합니다. 이는 레이더파의 속성 및 안테나에 맞게 조정됩니다.

레이돔을 설계할 때 올바른 재료를 사용하는 것도 중요합니다. 전자기파가 물체나 사람과 부딪힐 경우 재료의 속성은 전자기파의 속도에 영향을 줍니다. 레이돔에 적합한 재료를 찾기 위해서는 레이더파에 부딪힐 때 뒤따르는 영향을 고려해야 합니다.

표 1은 극초단파의 흡수 및 반사뿐 아니라 극초단파가 투과될 수 있는 특성의 측면에서 다양한 재료를 평가한 내용을 간략히 보여 줍니다.

레이더파는 레이돔을 투과할 수 있어야 합니다. 금속은 센서를 차단합니다. 금속은 높은 반사 속성 때문에 안테나 앞에 배치하는 데 적합하지 않습니다. 목재 패널(일반적으로 어느 정도의 잔여 습도가 있음)도 전자기파가 투과할 수 있는 기능이 제한되어 있어 적합하지 않습니다.

폴리스티렌과 같은 발표 고무는 덮개 재료로 매우 적합합니다. 아주 거친 구조의 안테나에도 직접 적용할 수 있습니다. 하지만 발포 고무는 안정성이 낮고 화학물질에 대한 감도도 낮아 재료 선정 시 탈락하는 경우가 많습니다.

따라서 보호 덮개나 하우징 생산을 위한 대안으로 플라스틱이 가장 일반적으로 사용됩니다. 하지만 설계자는 레이돔을 계획할 때 플라스틱의 속성을 고려해야 합니다. 재료가 두껍고 안테나에 가까울수록 전자기파의 투과율이 떨어집니다.

검은색 플라스틱의 경우 탄소를 함유하는 경우가 많으므로 이 측정치가 떨어질 수 있습니다. 방출되지 않고 축적된 물도 프런트 엔드의 정보 취득을 저하시킬 수 있습니다. 페인트칠과 같은 플라스틱 레이돔의 후속 처리도 레이더 안테나의 데이터 수집에 부정적인 영향을 줍니다.

레이돔 크기 지정 및 배치

레이돔 제작에서는 선택한 재료뿐 아니라 레이돔의 정밀한 고정 및 형태도 매우 중요합니다. 레이돔 기능을 제한하지 않기 위해서는 다음 측면을 고려해야 합니다.

• 레이돔 밑면과 안테나 사이의 거리
• 레이돔 재료의 두께
• 레이돔의 형태(최대한 균일)

이러한 요소에 따라, 제작된 레이돔이 레이더파의 대부분을 흡수하거나 반사합니다.

적절한 거리

레이돔과 안테나 간 개별 거리는 반드시 균일해야 합니다. 약간의 편차(예: 보호용 덮개 밑면에 있는 작은 홈)로도 전자기파의 분산이 달라질 수 있습니다. 따라서, 경사진 레이돔도 적절한 반사를 저해할 수 있으므로 부정적인 영향을 미칩니다. 재료의 둥근 끝, 돌기, 보강 또는 홈도 마찬가지입니다(그림 2).

그림 2: 왼쪽 그림은 “잘못된 배치”로 레이돔이 표면이 고르지 않고 안테나에 평행하게 배치되지 않았습니다. 오른쪽 그림은 “올바른 배치”로 레이돔의 거리가 균일할 뿐 아니라 배치와 크기가 올바릅니다. (이미지 출처: InnoSenT)

올바르고 균일한 거리를 결정하기 위해 다음 항목이 적용됩니다.

• 레이더파의 분산은 정확히 파장의 1/2(또는 배수)로 레이돔에 부딪히는 경우에만 교란됩니다.
• 따라서 안테나 표면(파장 중심)을 덮개와 λ/2(또는 λ의 배수) 간격으로 나란하도록 배치해야 합니다.
• 중심 주파수가 24,125GHz(반파장이 약 6.2mm)인 경우 최적의 거리는 약 6.2mm입니다.

적절한 재료 두께

여기서도 적절한 거리를 결정할 때와 동일한 원칙이 적용됩니다. 레이더파 분산 저해를 최소화하기 위해서는 반파장으로 레이돔에 부딪혀야 합니다. 마찬가지로 레이돔의 재료 두께도 반파장에 적절하게 선택해야 합니다.

하지만 레이돔의 물질(재료 투과)에 의해 레이더파가 변경되는 방식도 고려해야 합니다. 이는 사용되는 재료의 전도율에 해당합니다(유전체 함수 ε). 이에 따라 √(ε_r) 계수만큼 파장이 짧아집니다.

예를 들어, 플라스틱에서는 이 유전체 상수가 3과 4 사이이지만 실제로는 크게 차이가 납니다. 대략적인 수치를 확인하기 위해 평균값 1.5를 사용하여 계산해보겠습니다. 그런 다음 λ/2√(ε_r) 식을 사용하여 재료의 두께를 계산할 수 있습니다. 위의 시작 값으로 계산하면 4mm입니다.

그림 3: 레이돔 재료의 적절한 재료 두께를 계산하는 과정을 보여 주는 예 (이미지 출처: InnoSenT)

레이돔을 제작하려면 사용되는 재료의 조성과 전자기파의 분산에 관한 폭넓은 지식이 필요합니다. 위에 제공된 정보는 참조용 지침을 제공하기 위한 것으로 안테나 덮개를 제작할 때 반드시 고려해야 하는 측면을 주로 설명합니다.