KR100349263B1 - 차량창문용안테나장치 - Google Patents

Abstract

빠른 페이딩의 효과를 최소화하면서 UHF 대역의 신호 수신에 특히 적합한, 차량 창문용 안테나 장치를 개시한다. 안테나는 최소한 2개의, 직교 또는 크게 직교하는 모우드를 발생시키는 안테나 요소로 구성된다. 수신시에는 다이버시티 안테나로서 안테나가 효과적으로 동작되도록 하나 또는 다른 모우드가 선택될 수 있다. 선택적으로 안테나의 편파 및 지향 특성을 조절시키기 위하여 2개의 모우드가 결합될 수 있다. 송신을 위해서, 안테나의 특성은 적용되는 특정 차량과 선호적으로 상호작용하도록 조절될 수 있다. 이들 성질은 적합한 결합회로에 의하여 제어될 수 있다.

Description

차량 창문용 안테나 장치

예를 들어, 셀룰라 전화기, 위성 항법 시스템과 관련된 용도 또는 기타 용도에 사용하기 위한 차량내의 설비가 UHF 대역에서 송신 및 수신이 가능도록 함은, 점차 필수사항으로 되었다.

일반적으로, UHF 수신을 제공하기 위하여, 차량에는 수신되는 신호의 파장의 ¼배수에 해당하는 길이를 가진 휩 안테나(whip antenna)가 설치된다. 선택적으로, 창문에, 보통의 경우 차량의 후방 창문에 단일한 수직 스텁 안테나(stub antenna)가 설치될 수 있다.

상기에 설명된 장치의 문제점은, 안테나가 수신된 신호의 빠른 페이딩(fast fading)을 유발하는 다중경로(multipath) 수신에 종속된다는 점이며, 오디오 신호의 경우에 이것은 수신에 있어 일반적인 "단절"을 일으킨다. 다중경로 수신은 송신원(送信源)으로부터 직접적으로 그리고 상이한 표면들로부터 반사된 후에 안테나에 의해 수신되는 신호들의 결과이다. 보통 그러한 표면은 건물로 둘러싸인 도시환경에서 건물의 외벽을 포함한다.

본 발명은 차량의 창문용 안테나 장치에 관한 것이다.

본 발명은 첨부도면에 도시된 실시예에 의하여 상세하게 설명될 것이다.

도 1a 및 1b는 차량의 창문에 적용된 두가지 형태의 안테나를 도시하는 사시도이고,

도 2는 원격 신호원으로부터 신호를 수신하기 위한 도 1의 안테나를 포함하는 회로의 개략도이고,

도 3은 원격 신호원으로 신호를 송신하기 위한, 도 1의 안테나를 포함하는 회로의 개략도이고,

도 4는 본 발명의 또다른 실시예의 안테나를 도시하며,

도 5는 본 발명을 구현하는 안테나에서의 사용에 적합한 선택적 혼성구조를 도시한다.

본 발명의 목적은 수신된 신호의 질에 대한 빠른 페이딩의 영향을 감소시킬 수 있는 안테나 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 수신소자들 및 기초소자를 포함하는 안테나가 제공되며, 상기 기초소자는 접지면 또는 카운터포이즈(counterpoise) 공진소자로서 역할을 하고 상기 소자들 각각은 전기적으로 전도성인 물질로 형성되며, 수신소자들은 서로에 대하여 그리고 접지면에 대하여 경사진 전도성 스트립들로서 형성되는 점 및 안테나로부터의 신호들은 수신소자들의 출력들의 총합 및 차이에 각각 상응하는 2개의 출력으로부터 유도될 수 있다는 점에 특징으로 가지고 그럼으로써, 상기 안테나는 차량의 창문에 설치되었을 때 직교 모우드로 동작가능하다.

상기 모우드들은 고주파수에서 다이버시티(diversity) 수신을 제공함에 적합하고 출력신호들은, 어떤 모우드이건 더 강한 출력신호를 제공하는 모우드로부터 선택적으로 공급된다. 본 장치는, 적어도, 종래의 장치에 있어서의 상기의 빠른 페이딩 문제를 완화시킨다.

안테나 자체의 동작에 영향을 미침이 없이 모우드들이 작동적으로 결합되도록 해주는 혼성(hybrid) 소자에 의하여 모우드들로 그리고 모우드들로부터 신호가 공급될 수 있다. 혼성소자는 권선 변압기 또는 전도성 링 구조를 포함할 수 있다.

접지면은 창문의 모서리로 구성되거나, 선택적으로 창문에 인쇄된 전도성 접지 스트립(strip)으로 구성될 수 있다. 더 바람직하게는, 동조된 전도성 소자가, 접지면을 대신하여(카운터 포이즈 공진소자를 구성하기 위하여) 제공될 수 있다.

안테나는 경우에 따라, 접지면 또는 공진소자의 중심에 대하여 수직으로 연장된 중앙면에 대칭적으로 경사진 두 소자를 가질 수 있다.

바람직한 형태에서는, 각 소자는 전도성 물질의 루프(loop)로 구성된다. 각 루프의 제1 선단은 기초소자에 연결되고 상기 루프들의 제2 선단들은 공통점에서 상호연결된다. 그러한 실시예에서 신호는 공통점에서 안테나로 및/또는 안테나로부터 공급될 수 있다.

본 발명을 구체화하는 안테나의 동작의 선택적인 모우드에서, 2개의 모우드가 각기 따로 동작되거나 혼성소자를 통해 결합되어 동작될 수 있으며, 신호는 사실상 최적화된 동작을 하는 단일한 안테나를 만들기 위해, 적합한 위상 및 진폭으로 2개의 모우드를 결합하도록 작동되는 회로를 통하여 안테나에 결합된다.

후술될 바와 같이, 이 동작모우드는 안테나가 신호를 송신하는 데에 사용되는 경우에 특히 유리하다.

어떤 환경에서는, 2개의 모우드가 실질적으로 상이한 2 이상의 주파수에서 각각 공진을 나타내고, 이는 상이한 주파수 대역에서 신호의 수신 및/또는 송신을 가능케 한다.

본 발명을 구현하는 안테나는, 안테나가 자동제어하에 실시간(real time)에서 가변인 지향(directional) 특성을 가진 어댑티브 안테나 시스템으로서 동작가능하도록 스위칭 회로와 결합되어 사용될 수 있다.

가장 유리하게, 본 발명을 구현하는 안테나는 유리창 위에 인쇄된 도전체의 패턴으로서 형성된다. 이들 도전체는 히터가 유리판위에 형성되는 공정의 일부로서 아주 낮은 비용으로 형성될 수 있다. 그러한 실시에서 패턴의 한 부분은 혼성소자를 구성하고 패턴의 다른 부분은 임피던스 정합소자를 구성할 수 있다.

본 발명을 구체화하는 안테나는 다른 안테나와 결합하여, 안테나 시스템의 일부로서 제공될 수 있다.

송신용으로서 다이버시티 안테나 시스템을 사용하는 것은 가능하지 않지만, 본 발명의 안테나는 송신 안테나로서 사용될 때에 유리하다. 차량으로부터 고주파신호를 송신하는 것과 관련된 중요한 문제점은 안테나와 전도성 차체간의 상호작용으로부터 발생한다. 실제로, 지금까지 다양한 종류의 차량들에 사용하기 위하여 최적화된, 일반적인 송신 안테나의 제조가 불가능한 결과로, 차량 모델에 따라 상호작용의 성질이 실질적으로 다르다는 것이 알려져 있다.

본 발명의 제2 측면에서는, 본 발명은, 본 발명의 제1 측면에 따른 안테나 및, 안테나가 사용되도록 의도된 차량에 대하여 안테나의 지향특성 및 대역폭 특성을 조정하는 결합 및 동조 회로로 구성된 송신 안테나를 제공한다.

따라서, 일반적인 안테나가 다양한 차종에 사용될 수 있으며 차량의 특성에 맞추어, 결합 및 동조회로만을 조정하는 것이 필요하다.

당해 기술분야의 당업자에게는 인식될 수 있는 바와 같이, 2개의 분리동작이 가능한 직교 모우드를 가진 송신 안테나는 적절한 결합 및 동조로, 극도로 다양한 범위의 지향특성, 편파(polarization) 특성 및 기타 특성을 보일 수 있다. 그러한 회로는 전형적으로, 모우드들중 하나에 공급된 신호에, 다른 모우드에 대하여, 위상 편이(shift) 또는 지연(delay)을 유발하고, 결합후에는 신호의 크기에 상대적인 차이를 발생시킨다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 차량의 창문(12)에 적용된, 본 발명을 구현하는 안테나 장치(11)가 도 1에 도시되어 있다. 본 발명은 어떤 적합한 차량의 어떤 창문에도 적용될 수 있는 것으로 이해하여야 하지만, 도시된 창문(12)은 자동차의 후방창문이다. 창문(12)은 일반적으로 직사각형 또는 사다리꼴인(적용에 따라서) 유리판(13)으로 구성된다. 유리판(13)은 전형적으로 거의 수평으로 뻗어진 상부 및 하부의 긴 모서리(14, 16) 및 2개의 짧은 수직의 측부 모서리(17, 18)를 가진다. 유리판(13)은 전형적으로 편평하거나 굴곡지고, 실질적으로 수직이거나 수직에 대해 기울어진 평면(또는 평면에 대해 굴곡이 이루어진 평면)에 놓일 수 있다. 유리판(13)을 차량의 금속 차체의 개구내에 끼우고, 고무나 그와 유사한 물질로 만들어진 밀폐 가스켓 또는 적당한 접착제로, 가장자리 또는 개구에 대한 물 및 공기의 침투를 막기 위해 그 틈새를 밀폐시킨다.

유리판(13)에는, 전형적으로, 주된 목적이 습기 및 서리 제거이지만, 라디오신호 수신용 안테나로서도 사용될 수 있는 히터(heater)를 결합시킨다. 히터는 수직의 버스 바아(bus bar)들(21, 22)간을 가로지는 수개의 평행하고 수평인 도전체(19)들로 구성된다. 도전체들과 바아들은 유리판(13)의 내부 표면에 형성되며, 예를 들면, 좁고, 편평하며, 인쇄된, 전도성 스트립(strip) 들로써 그 표면에 적용된다. 버스 바아들(21, 22)은 작동 스위치를 거쳐 차량의 직류 전원에 연결된다. 차량의 전기설비에 관한 관례상 공통적인 것과 같이, 하나의 버스 바아는 차량 접지(즉, 차량의 전지의 음극 단자에 직접 연결된 차체)에 연결되고, 다른 버스 바아는 리드(lead)에 의하여, 예를 들면 차량 대쉬보드(dashboard) 상에 위치할 수 있는 작동 스위치를 경유하여 양극 전원에 연결된다.

히터 도전체(19)는 유리판의 표면영역의 주요부에 걸쳐서 뻗어 설치되지만, 그러한 히터 도전체(19)가 설치되지 않는, 유리판(13)의 상부 모서리(14)와 가장 윗쪽의 히터 도전체(19) 사이의 영역이 있다. 이 영역에는 실질적으로 90" 의 각도로 서로에 대해 경사져 있는 2개의 직선형 안테나 도전체(23, 24)가 있다. 또한, 안테나 도전체(23, 24)는 45°의 각도로 창문(13)의 상부 모서리(14)에 대해 경사져 있다. 안테나 도전체들(23, 24)은, 히터와 같은 태양으로 가장 유리하게 형성되어, 유리판(13)의 내부 표면에 통합되거나 접착된다. 안테나 도전체들(23, 24)은접착제에 의하여 유리판의 표면에 고정된 0.4mm 전선으로 구성되거나, 도전체들은, 예를 들면 1 내지 l½mm 폭의 좁고 편평한, 인쇄된 전도성 스트립으로 구성될 수 있다.

도전체들(23, 24)은 창문 틀의 모서리에 비하여 매우 짧으면서 상대적으로 짧다.

본 실시예에서는, 안테나 도전체(23, 24) 각각은 창문 틈 근처의 전도성 차체에 의하여 구성된 접지면에 관하여 공진을 일으킨다. 2개의 안테나 도전체들(23, 24)의 공진의 모우드는 실질적으로 직교한다.

도 1b에는 창문의 모서리(14)로부터 멀리 떨어진 안테나 도전체들(23, 24)의 선단들이, 루프(loop)를 형성하는 제 3의 도전체(25)에 의하여 연결된 안테나 장치의 선택적인 형태가 도시되어 있다. 그러한 루프의 제공으로, 다른 경우에는 최적화될 수 없는 안테나의 임피던스 및 지향 특성을 유리하게 변경할 수 있음이 알려졌다.

도 2에 도시된 바와 같이, 안테나가 수신용으로 사용되는 경우에, 그 안테나 도전체들(22, 23)은, 혼성 변압기 장치(50)를 경유하여 라디오 수신장치에, 그에 대한 안테나로서 작동하기 위하여 편리하게 연결될 수 있다. 혼성 변압기(50)의 동작은, 52 및 54 각각에서 서로 직교하거나, 실질적인 직교 성분을 가진 2개의 출력을 제공하기 위하여 2개의 안테나 도전체(23, 24)로부터의 출력을 결합시키는 것이다. 또한 어떤 모우드도 다른 모우드와 서로 상호작용을 하지 않는 것이 혼성장치의 성질이다.

안테나 도전체들(23, 24) 각각으로부터의 출력들은 창문의 모서리(14)에 수직으로 안테나에서 r.f. 전류 벡터를 만들기 위하여 변압기 장치(50)에 의하여 동상(同相)으로 더해지거나 창문의 모서리(14)에 본질적으로 평행한 순(net) r. f. 전류 벡터를 만들도록 이상(異相)으로 빼진다. 이들 2개의 편파(polarization)의 위상들은 직교하는 r.f. 필드(field)를 형성하므로, 그들은 완전히 독립적이고 따라서 서로 간섭하지 아니한다.

사용시에는, 2개의 출력(52, 54)중에 더 강한 것이 효과적인 다이버시티 수신을 위하여 선택될 수 있다. (예를 들면, 신호 강도 검출기예 의하여 제어되는 고속 자동 충전(charge) 스위치에 의하여) 이것은 수신된 신호들의 다중경로전파에 기인한 빠른 페이딩의 효과를 감소시킬 수 있다.

도 3은 원격지에 신호를 송신하기 위해 안테나가 사용될 때에 적합한 하나의 회로장치(60)를 도시한다. 이 경우에, 안테나 도전체들(23, 24)의 직교하는 모우드들중의 하나에 대한 입력은 다른 모우드에 관하여, ¼파장 지연(이 경우에, 도면에 도시된 바와 같은 피더(feeder)(61)의 길이)을 통하여 공급된다. 이 장치는 환형 또는 타원형으로 편파된 신호를 제공하며, 이는 원격지의 넓은 범위의 편파에 부합한다.

충분히 인식될 것이지만, 2개의 모우드에 공급된 신호의 상대적 위상 및 진폭은, 안테나의 광범위한 지향 및 편파특성을 낳기 위하여 다른 방법으로 변화될 수 있다.

상기 문단에서 설명된 바와 같은 안테나를 차량에 적용할 때, 회로장치(61)는 차량의 전도성 부분의 효과를 설명하도록 설계될 수 있다. 이러한 태양에서는,송신 안테나로서의 안테나의 동작은 최적화된 동작특성을 제공하도록 조정될 수 있다.

본 발명의 또다른 실시예가 도 4에 도시되어 있다. 이 실시예는 상기에 설명된 실시예와 비교하여 더 넓은 대역폭에 걸쳐서 더 적합한 임피던스를 제공할 수 있다.

차체는 단지 접지면에 대한 근사임이 인식될 것이다. 어떤 경우에는, 진정하게 비주기적인(aperiodic) 기저 상태(ground state)로부터의 편차가, 안테나 근처의 차체 고유의 공진에 기인한 안테나의 동작불량을 유발하기에 충분하다. 이것이 안테나의 동작에 있어서 불리할 수 있기 때문에, 본 실시예의 목적은 이 효과를 개선함에 있다.

안테나는 실질적으로 수평으로 설치되도록 의도된, 직사각형 전도성 스트립인 기초소자(100)를 포함한다. 가상적인 중간면(A)은 그 중간지점에서 기초소자(100)를 가로지르고, 기초소자(100)에 수직으로 연장되는 것으로 정의될 수 있다.

제1 및 제2 안테나 도전체들(110, 112)은 기초소자(100)로부터 그것에 대하여 각각 45° 의 각도로 연장된다. 안테나 도전체들(110, 112)은 기초소자(100) 및 중간면(A)의 교차점 근처로부터 분기한다.

각 안테나 도전체(110, 112)는 전도성 물질의 루프를 포함한다. 루프의 제1 부분(116)은, 114에서 처럼, 기초소자(100)에 전기적으로 연결되고, 기초소자로부터 45° 의 각도로 연장된다. 루프의 제2 부분(118)은, 공통점(120)에서 다른 안테나 도전체들의 루프의 제2 부분(118)과 서로 연결하기 위해, 제1 부분(116)에 평행으로 그리고 제1 부분으로부터 떨어져서 연장된다. 짧은 브릿지 요소(122)가 루프를 형성하기 위해 제1부분(116) 및 제2부분(118)을 서로 연결한다.

공통점(120)은 신호가 안테나로 그리고 안테나로부터 공급되는 피드 지점(feed Point)을 구성한다 동축(coaxial)의 피더(feeder)(도시되지 않음)가, 그 스크린(screen)이 기초소자(100)의 중간지점에 연결된 상태로 사용될 수 있다.

기초소자(100)는 안테나 도전체(110, 112)에 대한 카운터포이즈 공진요소로서 역할을 한다. 이는 안테나 도전체(110, 112)를 차체의 효과로부터 효과적으로 고립시킨다.

이하의 치수는 하나의 실시예에서 사용되었다. 기초소자는 118mm x 5mm이고 안테나 도전체는 각각 길이 51mm: 폭 1.5mm이고 1mm 만큼 떨어진다. 이들은 870내지 960 MHz 범위의 신호에 대한 사용에 적용가능함이 발견되었다.

도 5를 참조하면, 히터 및 안테나 도전체가 형성되는 공정과 동일하게 유리판에 인쇄되는 전도성 요소로서 편리하게 형성될 수 있는 선택적인 혼성구조가 도시되어 있다.

혼성구조는 유리창(13)위에 인쇄된 도전성 링(130)으로 구성된다. 링의 길이는 유리창(13)의 유리에서 전파될 때 수신되는 신호의 파장의 1.5배와 같다.

제1 모우드로부터의 신호는, 제2 모우드로부터의 신호가 제2 피드 도전체(134)를 통해 링에 공급되는 동안, 제1 피드 도전체(132)를 통하여 링에 공급된다.제1 및 제2 피드 도전체(132, 134)는 신호의 파장의 ½ 에 해당하는 거리만큼 떨어져서 링(130)에 연결된다. 제1 및 제2 출력 도전체(136, 138)는 제1 및 제2 피드도전체들(132, 134)간의 중간지점 및 제1 피드 도전체(132)에 반대되는 지점에서 각각 링(130)에 연결된다.

모우드 A가 제1 피드 도전체(132)를 통해 공급되고, 직교 모우드 B가 제2 피 드 도전체(134)를 통해 공급된다고 가정하면,

(a) 제1 피드 도전체(132)는 제2 피드 도절체(134)에 의해 주입되는 신호에 의하여 영향을 받지 않고,

(b) 제1 출력(136)은 A+B와 등가인 신호를 반송하며,

(c) 제2 출력(138)은 A-B와 등가인 신호를 반송함을 보일 수 있다. 이는 도 2의 회로와 기능적으로 등가이다.

본 발명이 예시만으로서 설명된 상기 실시예의 상세한 설명에 국한되도록 의도되지 않음을 물론 이해하여야 한다.

Claims (16)

1. 적어도 2개의 수신소자 및 접지면 또는 카운터 포이즈 공진소자로서 작동하는 기초소자를 포함하고 있으며, 상기 소자들의 각각은 전기적으로 전도성 물질로 형성되고, 상기 수신소자들은 서로에 대하여 그리고 접지면에 대하여 경사진 전도성 스트립으로서 형성되고, 안테나로부터의 신호는 상기 수신소자의 출력들의 합이나 차에 각각 대응하는 2개의 출력으로부터 유도될 수 있으며, 안테나는 창문 유리판에 설치되었을 때 직교 모우드로 동작가능한 것을 특징으로 하는 안테나.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기초소자는 창문 유리판 근처의 전도성 영역의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 기초소자는 창문 유리판상의 전도성 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 2개의 수신 소자는 상기 기초소자의 중앙 지점에서 기초소자에 직교로 뻗어 있는 중앙면에 대하여 대칭적으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
5. 제 1 항에 있어서, 각 수신 소자는 전도성 물질의 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
6. 제 5 항에 있어서, 각 루프의 제1선단은 기초소자에 연결되고, 상기 양 루프 의 제2선단들은 공통점에서 상호 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나.
7. 제 6 항에 있어서, 신호는 공통점에서 안테나로 및/또는 안테나로부터 공급되는 것을 특징으로 하는 안테나.
8. 제 1 항에 있어서, 2개의 모우드는 각기 따로 작동하거나 혼성 소자를 통해 결합되어 작동가능하고, 신호들은 최적화된 동작특성의 가상 단일 안테나를 만들기위해 적절한 위상 및 진폭으로 2개의 모우드를 결합하도록 작동하는 회로를 통하여 안테나에 연결되는 것을 특징으로 하는 안테나.
9. 제 1 항에 있어서, 출력 신호가 더 강한 신호를 생성하는 모우드로부터 얻어지도록 배열하는 선택 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
10. 제 1 항에 있어서, 상기 2개의 모우드는 2개 이상의 실질적으로 다른 주파수에서 각각 공진하는 것을 특징으로 하는 안테나.
11. 제 1 항에 있어서, 자동 제어하에 실시간으로 변하는 지향 및/또는 편파 특성을 가지는 어댑티브 안테나 시스템으로 작동가능하도록 결합 회로와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
12. 제 1 항에 있어서 상기 소자들은 차량의 창문을 형성하는 유리판내에 인쇄된 도전체의 패턴으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 안테나.
13. 제 12 항에 있어서, 상기 패턴의 일부는 혼성 소자를 구성하는 것을 특징으로 하는 안테나.
14. 제 12 항에 있어서, 상기 패턴의 일부는 임피던스 정합 소자를 구성하는 것을 특징으로 하는 안테나.
15. 제 1 항에 있어서, 안테나 시스템을 함께 형성하도록 다른 안테나와 결합되는 것을 특징으로 하는 안테나.
16. 제 1 항에 있어서, 안테나의 특성을 장착되는 차량에 동조시키는 동조 회로를 더 포함하여 안테나가 송신 안테나로 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 안테나.

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