지난 10년간 밀리미터파(mmWave) 레이더는 일부 고급 차량에 탑재되는 틈새 센서에서 지능형 차량의 핵심적인 인지 인프라로 발전했습니다. 어댑티브 크루즈 컨트롤(ACC)과 자동 긴급 제동(AEB)부터 점점 더 보편화되고 있는 고속 오토파일럿(NOA) 및 도심 주행 보조 시스템에 이르기까지, mmWave 레이더는 차량 주변 환경 인지에 중추적인 역할을 합니다.
첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)에 대한 수요가 증가함에 따라 레이더 시스템 자체도 지속적으로 발전하고 있습니다. 초기 2차원 레이더는 거리, 속도, 방위각, 고도 정보를 동시에 제공할 수 있는 4차원 영상 레이더로 점차 대체되었으며, 이는 탐지 거리, 각도 해상도, 목표물 식별 능력에 대한 더욱 엄격한 요구 사항을 충족해야 합니다. 칩 처리 능력과 알고리즘의 정교함 향상 외에도 안테나 시스템 설계는 이러한 성능 향상을 가능하게 하는 핵심 요소로 부상했습니다. 예를 들어, 콘티넨탈의 고해상도 영상 레이더 ARS540은 고밀도 안테나 어레이를 통해 약 300미터의 탐지 거리를 달성하고 수백 개의 목표물을 동시에 추적할 수 있습니다. 국내에서는 차세대 4차원 밀리미터파 레이더 제품이 대규모 어레이 안테나와 최적화된 도파관 구조를 활용하여 장거리 목표물 인식을 향상시키고 차량, 가드레일, 고정 장애물을 더 일찍 탐지할 수 있도록 합니다. 이러한 발전의 배경에는 고성능 밀리미터파 레이더가 도파관 안테나 아키텍처를 점점 더 많이 채택하고 있다는 분명한 추세가 나타나고 있습니다.
밀리미터파 레이더 시스템에서 안테나는 전자기파의 송수신을 모두 담당하며, 탐지 거리, 각도 분해능, 신호 충실도에 직접적인 영향을 미칩니다. 초기 밀리미터파 레이더 설계에서는 단순성, 저비용, 대량 생산 용이성 때문에 주로 PCB 마이크로스트립 안테나가 사용되었습니다. 그러나 레이더 주파수가 77GHz 이상으로 높아짐에 따라 PCB 안테나의 한계가 드러나기 시작합니다. PCB 재료의 유전 특성으로 인해 밀리미터파 주파수에서 전파 손실이 발생하여 신호 에너지가 감소하고, 방사 효율 및 빔포밍 기능의 제약으로 시스템 성능이 저하됩니다.
반면, 도파관 안테나는 금속 구조물을 통해 전자기파를 유도하여 전파 손실을 크게 줄이고 방사 효율을 높입니다. 따라서 넓은 탐지 범위와 정밀한 각도 분해능이 요구되는 시스템에서 도파관 안테나는 선호되는 솔루션으로 부상했습니다. 그러나 도파관의 광범위한 도입은 새로운 제조상의 어려움을 야기합니다.
PCB 안테나와 달리 도파관 안테나는 정밀한 금속 전자기 구조물입니다. 도파관 내부의 파동 전파는 공진기 치수 정확도와 내부 전도도에 매우 민감합니다. 도파관 치수 또는 표면 거칠기의 편차는 이득을 저하시키고, 빔 방향을 왜곡하며, 신호 손실을 증가시켜 궁극적으로 레이더 탐지 거리와 목표물 인식에 영향을 미칩니다. 기존 제작 방식은 CNC 가공 또는 금속 밀링에 의존하는데, 이는 정밀한 전자기 성능을 보장하지만 비용과 확장성 측면에서 상당한 한계가 있습니다. 크기가 수 밀리미터에 불과하고 수십 마이크론의 공차를 요구하는 밀리미터파 구조는 정교한 장비와 정밀한 공정 제어를 필요로 합니다. 기계 가공은 소규모 생산에는 적합하지만 대량 생산되는 자동차 레이더나 소비자용 센서에는 비용 부담이 너무 큽니다.
높은 전자기 성능과 제조 용이성을 조화시키기 위해 업계에서는 금속화된 도파관 안테나를 연구해 왔습니다. 기본 개념은 구조 형성과 전기 전도를 분리하는 것입니다. 전체 금속 블록을 가공하는 대신, "구조 형성 + 표면 금속화" 방식을 사용합니다.
초기에 도파관 공동은 엔지니어링 플라스틱이나 고성능 폴리머를 사용하여 사출 성형, 압축 성형 또는 적층 제조 방식으로 형성되어 유연성과 대량 생산 적합성을 제공합니다. 구조 제작 후, 금속 접착력을 향상시키기 위해 세척, 표면 거칠기 처리 또는 화학적 활성화와 같은 표면 전처리가 적용됩니다. 그 후, PVD, 전기 도금 또는 무전해 도금을 통해 일반적으로 구리, 니켈 또는 은으로 연속적인 전도성 층을 증착하여 저손실 전도성 도파관 구조를 만듭니다. 방사 개구부 또는 계면 영역과 같은 주요 영역에는 전자기 성능을 최적화하기 위해 국부적인 금속화 또는 정밀 가공이 적용될 수 있습니다.
이 "구조 + 금속화" 접근 방식은 기존 도파관의 고성능을 유지하면서 유연하고 효율적인 생산을 가능하게 합니다. 사출 성형 부품은 신속한 대량 생산을 가능하게 하여 비용을 절감하고, 플라스틱 기판은 무게를 줄여 자동차 경량화에 기여하며, 3D 프린팅은 복잡한 형상 구현을 용이하게 하여 대규모 안테나 어레이 설계를 향상시킵니다. 이 방법은 전자기 효율, 제조 용이성 및 비용 관리 측면에서 균형을 성공적으로 이루어내어 금속화 도파관 안테나가 밀리미터파 레이더 제품에서 점차 널리 사용되고 있습니다.
지화 진공(Zhihua Vacuum)은 금속화된 밀리미터파 레이더 도파관 안테나의 지능형 제조를 위한 종합 솔루션을 제공합니다. 진공 스퍼터링 기반의 수평 연속 코팅 생산 라인은 정밀한 제어와 일관성을 바탕으로 단일 진공 사이클에서 이중 또는 다층 금속 증착을 구현합니다. 기존의 은 전극 인쇄 방식과 비교하여 마그네트론 스퍼터링 방식으로 증착된 구리 전극은 전도성, 신뢰성 및 내황화 성능을 향상시키면서 비용을 절감합니다. 자동화된 처리 방식과 다양한 세라믹 크기와의 호환성을 통해 대량 생산에 필요한 높은 생산성을 보장합니다. PVD, PECVD, ALD를 포함한 30년 이상의 진공 코팅 기술 경험을 바탕으로, 지화 진공은 연구 개발부터 대량 생산까지 맞춤형 기밀 공정 통합 서비스를 제공합니다.
자율 주행 및 지능형 센싱 기술이 발전함에 따라 밀리미터파 레이더 성능에 대한 요구 사항은 지속적으로 증가하고 있습니다. PCB 마이크로스트립 안테나에서 도파관 안테나로, 그리고 현재의 금속 도파관 구조로의 진화는 안테나 제조 기술의 중요성을 보여줍니다. 금속 도파관 안테나는 구조 형성과 전도 기능을 분리함으로써 높은 전자기 성능과 생산 효율성을 동시에 달성하여 복잡한 어레이 레이더 설계에 유연성을 제공합니다. 재료 과학 및 제조 기술이 발전함에 따라 이러한 접근 방식은 미래 밀리미터파 레이더 시스템에서 더욱 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다.
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게시 시간: 2026년 3월 27일