KR101342011B1 - 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치 - Google Patents

차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치는, 금속판으로 이루어진 루프패널과 파노라마 글래스가 순차적으로 적층되어 형성되는 글래스 루프를 구비하는 차량의 상기 글래스 루프상에 배치되고 급전회로 및 접지면이 형성된 기판을 구비하는 차량용 루프 안테나 장치에 있어서, 세라믹으로 형성되는 유전체와, 상기 유전체의 상부면상에 원편파를 위해 서로 마주보는 모서리가 일부 절삭된 사각금속박막으로 형성되는 메인방사체와, 상기 유전체의 하부면상에 사각금속박막으로 형성되는 메인접지부, 및 상기 메인방사체와 상기 기판상의 급전회로를 전기적으로 연결하는 급전부로 이루어지는 패치 안테나와; 상기 패치 안테나의 상부 수직방향으로 일정 거리만큼 이격되도록 배치되고 사각금속평판으로 형성되는 제 1 익스텐디드 방사체; 및 상기 제 1 익스텐디드 방사체의 상부면상 수직방향으로 배치되는 복수개의 삼각금속평판이 상호간에 대각으로 수직교차하는 구조로 형성되는 제 2 익스텐디드 방사체;를 포함하여 이루어진다.
본 발명은 패치안테나의 상부방향으로 사각금속평판의 제 1 익스텐디드 방사체를 형성하고 상기 제 1 익스텐디드 방사체의 상부면상 수직방향으로 형성되는 복수개의 삼각금속평판이 상호간에 대각으로 수직교차하는 구조로 배치되는 제 2 익스텐디드 방사체를 형성하여 소형,경량의 안테나 특성을 만족하고 방사효율과 방사패턴의 지향성을 개선시켜 특정방향에 대한 안테나 지향성을 필요로 하는 디지털 위성라디오 주파수대역에서 동작할 수 있는 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치를 제공하는 효과가 있다.

Description

차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치{ PANORAMA GLASS ROOF ANTENNA APPARATUS FOR VEHICLE }
본 발명은 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 디지털 위성라디오 주파수대역에서 동작하는 패치안테나가 파노라마 글래스 루프가 장착된 차량의 글래스 루프상에 배치되는 경우에 방사효율과 특정방향에 대한 방사패턴의 지향성이 저하되는 것을 방지하기 위하여 패치안테나의 상부방향으로 사각금속평판의 제 1 익스텐디드 방사체를 형성하고 상기 제 1 익스텐디드 방사체의 상부면상 수직방향으로 배치되는 복수개의 삼각금속평판이 상호간에 대각으로 수직교차하는 구조가 되도록 제 2 익스텐디드 방사체를 형성하여 방사효율과 특정방향에 대한 방사패턴의 지향성을 개선시킨 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치에 관한 것이다.
도 1a 내지 도 1b는 차량용 샤크핀 안테나 장치에 구비되는 차량용 루프안테나 장치 중 차량용 세라믹 패치 안테나(10)의 개략적인 구성도와 세부구성도이다. 도 1b에 도시된 세라믹 패치 안테나(10)는 안테나의 급전회로 및 접지면이 형성된 기판(1)상에 세라믹으로 형성되는 유전체(11)와 상기 유전체(11)의 상부면상에 사각금속박막으로 형성되는 방사체(12)와 상기 유전체(11)의 하부면상에 금속박막(11)으로 형성되는 접지부(13) 및 상기 방사체(12)와 기판(1)상에 형성된 급전회로를 연결하는 급전부(14)로 이루어진다.
종래의 차량용 루프안테나에 구비되는 세라믹 패치안테나는 소형, 경량의 안테나 특성을 이끌어 낼 수 있었지만, 널 포인트(null point)의 발생으로 인하여 안테나 성능에 한계가 있어서 금속판으로 이루어진 루프패널로 루프를 구성하는 차량의 루프 안테나장치에 적용되는 경우에 안테나 지향성에 대하여 높은 성능을 필요로 하지 않는 GPS(Global Positioning System)용 안테나에 한정되어 사용되었다.
또한, 종래의 차량용 루프 안테나장치는 일반적으로 금속판으로 이루어진 루프패널로 차량의 루프를 구성한 경우에 적용되었으나, 최근 이슈가 되고 있는 금속판으로 이루어진 루프패널에 파노라마 글래스가 적층되어 형성되는 글래스 루프를 구비하는 차량에 적용되는 경우에는 금속판으로 이루어진 루프패널과 상기 차량용 루프안테나 장치 사이에 파노라마 글래스가 배치되어 상기 루프패널에서 발생하는 전류성분의 영향을 받아 지표면과 20°~ 40°의 각도를 이루는 특정방향에 대한 안테나 이득이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 세라믹 패치안테나를 차량용 루프 안테나장치에 적용시켜 소형,경량의 안테나 특성을 이끌어 낼 수 있으며, 파노라마 글래스 루프가 장착된 차량의 글래스 루프상에 배치되는 차량용 루프 안테나장치에 사용하더라도 디지털 위성 라디오 주파수대역(2.3GHz ~ 2.345GHz)에서 동작하는 무선통신서비스를 제공할 수 있는 현실적이고도 활용도가 높은 기술이 절실히 요구되는 실정이다.
등록실용신안공보 KR 20-0406775호 2006.01.24 , 2쪽 11 ~ 2쪽 24줄, 도면 1
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 패치안테나의 상부방향으로 사각금속평판의 제 1 익스텐디드 방사체를 형성하고 상기 제 1 익스텐디드 방사체의 상부면상 수직방향으로 배치되는 복수개의 삼각금속평판이 상호간에 대각으로 수직교차하는 구조가 되도록 제 2 익스텐디드 방사체를 형성하여 소형,경량의 안테나 특성을 만족하고 방사효율과 방사패턴의 지향성을 개선시켜 특정방향에 대한 안테나 지향성을 필요로 하는 디지털 위성라디오 주파수대역에서 동작할 수 있는 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치는, 금속판으로 이루어진 루프패널과 파노라마 글래스가 순차적으로 적층되어 형성되는 글래스 루프를 구비하는 차량의 상기 글래스 루프상에 배치되고 급전회로 및 접지면이 형성된 기판을 구비하는 차량용 루프 안테나 장치에 있어서, 세라믹으로 형성되는 유전체와, 상기 유전체의 상부면상에 원편파를 위해 서로 마주보는 모서리가 일부 절삭된 사각금속박막으로 형성되는 메인방사체와, 상기 유전체의 하부면상에 사각금속박막으로 형성되는 메인접지부, 및 상기 메인방사체와 상기 기판상의 급전회로를 전기적으로 연결하는 급전부로 이루어지는 패치 안테나와; 상기 패치 안테나의 상부 수직방향으로 일정 거리만큼 이격되도록 배치되고 사각금속평판으로 형성되는 제 1 익스텐디드 방사체; 및 상기 제 1 익스텐디드 방사체의 상부면상 수직방향으로 배치되는 복수개의 삼각금속평판이 상호간에 대각으로 수직교차하는 구조로 형성되는 제 2 익스텐디드 방사체;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 패치안테나의 상부방향으로 사각금속평판의 제 1 익스텐디드 방사체를 형성하고 상기 제 1 익스텐디드 방사체의 상부면상 수직방향으로 배치되는 복수개의 삼각금속평판이 상호간에 대각으로 수직교차하는 구조가 되도록 제 2 익스텐디드 방사체를 형성하여 소형,경량의 안테나 특성을 만족하고 방사효율과 방사패턴의 지향성을 개선시켜 특정방향에 대한 안테나 지향성을 필요로 하는 디지털 위성라디오 주파수대역에서 동작할 수 있는 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1a 내지 도 1b는 차량용 샤크핀 안테나 장치에 구비되는 차량용 세라믹 패치 안테나(10)의 개략적인 구성도와 세부구성도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치의 개략적인 구성도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치의 측면도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치에 구비되는 제 1 내지 제 2 익스텐디드 방사체를 나타내는 사시도와 평면도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치에 구비되는 패치안테나를 나타내는 분해도
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치가 메인보드에 결합되는 구조를 나타내는 개략적인 전체구성도
도 6b는 도 6a에 도시된 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치의 결합구조를 상세하게 나타내는 분해도
도 7은 일반적인 금속루프용 루프안테나와 본 발명의 일실시예가 적용되기 전과 적용된 후의 글래스 루프안테나 특성을 측정하여 비교한 그래프
본 발명이 실시되는 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치는, 금속판으로 이루어진 루프패널과 파노라마 글래스가 순차적으로적층되어 형성되는 글래스 루프를 구비하는 차량의 상기 글래스 루프상에 배치되고 급전회로 및 접지면이 형성된 기판을 구비하는 것을 전제로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예들을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치에 구비되는 패치안테나를 나타내는 분해도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치는 급전회로 및 접지면이 형성된 기판(1)상에 배치되며, 도면에 도시된 바와 같이, 패치안테나(100), 제 1 익스텐디드 방사체(200), 및 제 2 익스텐디드 방사체(300)를 포함하여 이루어진다.
보다 상세하게는, 상기 패치안테나(100)는, 세라믹으로 형성된 유전체(110)와 상기 유전체(110)의 상부면상에 구비되는 메인방사체(120)와 상기 유전체(110)의 하부면상에 구비되는 메인접지부(130) 및 상기 메인방사체(120)와 상기 기판(1)상의 급전회로를 서로 연결하는 급전부(140)로 이루어지고, 상기 제 1 익스텐디드 방사체(200)는 상기 패치 안테나(100)의 상부방향으로 사각금속평판으로 형성되며, 상기 제 2 익스텐디드 방사체(300)는 상기 제 1 익스텐디드 방사체(200)의 상부면상 수직방향으로 배치되는 복수개의 삼각금속평판이 상호간에 대각으로 수직교차하는 구조가 되도록 형성된다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 패치 안테나(100)를 구성하는 메인방사체(120)는 원편파를 위해 서로 마주보는 모서리가 일부 절삭된 사각금속박막으로 형성되고 상기 메인접지부(130)는 유전체(110)의 하부면상에 금속박막으로 형성된다.
여기서, 상기 유전체(110), 및 메인접지부(130)에 급전홀(도면부호 미도시)이 각각 천공되어 구비되고 메인방사체(120)와 전기적으로 연결되는 급전부(140)가 상기 급전홀에 삽입되어 상기 메인방사체(120)와 전기적으로 결합함으로써 기판(1)상에 형성된 급전회로로부터 인가되는 급전신호가 메인방사체(120)에 전달되며, 이때, 봉 형상의 급전핀으로 이루어지는 급전부(140)와 상기 메인접지부(130)가 서로 절연되도록 상기 메인접지부(130)에 형성되는 급전홀은 상기 유전체에 형성된 급전홀의 크기보다 상대적으로 크게 천공되어 형성되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일실시예에서 상기 패치 안테나의 메인방사체(120)는 디지털 위성라디오 주파수 대역인 2.332GHz ~ 2.345GHz 대역에서 동작하며, 상기 패치 안테나(100)의 메인방사체(120)에 형성되는 원편파는 북미지역 디지털 위성라디오 방송을 수신하기에 적합한 LHCP(Left Hand Circular Polarization)인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일실시예에서 상기 패치 안테나(100)의 유전체(110)는 유전율이 15이고 높이가 4mm인 세라믹으로 구성되어 있으며, 일반적인 세라믹 유전체의 유전율인 4.0 ~ 110 사이의 값을 갖는 다양한 세라믹으로 형성할 수 있다.
일반적으로 세라믹은 종래 유전체로 쓰이던 물질들에 비하여 유전율이 매우 높고 다양하며 온도변화에 따른 안정도가 매우 높아 패치안테나의 경량화, 소형화에 적합하다.
본 발명의 일실시예에서 상기 패치 안테나(100)의 메인 접지부(130)는 상기 유전체(110)의 하부면상 전면적에 걸쳐 구비되며, 상기 패치 안테나(100)의 급전부(140)는 봉형상의 급전핀으로 구성되고 상기 유전체(110)와 메인접지부(130)에 형성된 급전홀에 삽입되어 상기 방사체(120)와 전기적으로 결합하며 원하는 임피던스 특성을 위치를 적당히 조절하여 변화시킬 수 있다. 이때, 상기 급전부(140)를 구성하는 급전핀의 지름은 상기 유전체(110)에 형성된 급전홀에 대응되는 크기의 지름으로 형성된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치의 측면도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치에 구비되는 제 1 내지 제 2 익스텐디드 방사체를 나타내는 사시도와 평면도이다.
본 발명의 일실시예에서, 제 1 익스텐디드 방사체(200)는 상기 패치 안테나(100)의 상부 수직방향으로 일정 거리만큼 이격되도록 배치되어 사각금속평판으로 형성되고, 상기 패치안테나(100)의 메인방사체(120)와 커플링결합되어 안테나가 동작하는 경우에 동작주파수대역의 방사효율을 향상시킨다.
또한, 제 2 익스텐디드 방사체(300)는 상기 제 1 익스텐디드 방사체(200)의 상부면상에 복수개의 삼각금속평판이 상호간에 대각으로 수직교차하는 모노폴 구조로 형성되어 안테나의 전류분포를 루프패널과 수직으로 형성하게 하여 지표면과 이루는 각도가 20°~40°인 방향에 대한 안테나이득을 향상시킴으로써 특정방향에 대한 안테나 지향성을 개선시킨다.
즉, 일반적인 안테나 이론에서 그라운드 상의 모노폴구조 안테나는 안테나의 전류분포가 그라운드와 수직방향일 때 그라운드의 수평방향에서 최대이득이 발생되고, 안테나의 전류분포가 그라운드와 수평방향일 때 그라운드의 수직방향에서 최대이득이 발생되기 때문에, 본 발명의 일실시예에서 안테나 이득을 지표면과 이루는 각도가 20°~40°인 방향에 대하여 증가시키기 위해서는 루프패널과 수직을 이루는 방향에 대한 전류분포를 가지는 모노폴 구조를 갖는 안테나를 형성해야 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치는 상기 제 1 익스텐디드 방사체(200)와 상기 패치 안테나(100)의 간격(D)을 조절하거나, 상기 제 1 익스텐디드 방사체(200)의 가로길이(W)와 세로길이(L)를 조절하여 안테나 이득을 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치는, 상기 제 1 익스텐디드 방사체(200)와 상기 패치 안테나(100)의 간격 D를 조절하여 커플링양을 조절하며, 0.002λ ~ 0.02λ길이를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제 1 익스텐디드 방사체(200)는 가로길이(W)와 세로길이(L)가 0.15λ~ 0.25λ인 것이 바람직하며, 본 발명의 일실시예에서는 도면에 도시된 바와 같이 정사각의 형상을 갖는다.
게다가, 상기 제 2 익스텐디드 방사체(300)를 구성하는 복수개의 삼각금속평판은 높이가 0.15λ ~ 0.3λ인 것이 바람직하며, 본 발명의 일실시예에서는 도면에 도시된 바와 같이 끝단이 절삭된 이등변 삼각형 형상을 갖는다.
한편, 본 발명의 일실시예에서,상기 제 1 익스텐디드 방사체(200)와 상기 제 2 익스텐디드 방사체(300)는 제조공정의 편리성을 높이기 위하여 일체형으로 형성되며, 상기 제 2익스텐디드 방사체(300)를 구성하는 삼각금속평판의 밑변의 길이는 상기 제 1 익스텐디드 방사체(200)를 구성하는 사각금속평판의 대각 길이보다는 작고 0.05λ보다는 크게 형성되는 것이 바람직하다.
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치가 메인보드에 결합되는 구조를 나타내는 개략적인 전체 구성도이고, 도 6b는 도 6a에 도시된 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치의 결합구조를 상세하게 나타내는 분해도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치는 제 1 익스텐디드 방사체(200)가 패치 안테나(100)의 상부 수직방향으로 일정 거리만큼 이격되어 기판에 고정되도록 단차구조를 갖는 지지대(410)를 구비하는 고정부재(400)를 더 포함하고, 상기 고정부재(400)는 일체형으로 형성된 제 1 내지 제 2 익스텐디드 방사체(200,300)와 체결나사로 나사결합된다.
도 7은 일반적인 금속루프용 루프안테나와 본 발명의 일실시예가 적용되기 전과 적용된 후의 글래스 루프안테나 특성을 측정하여 비교한 그래프이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치는 본 발명의 일실시예가 적용되기 전에 비하여 지표면에서의 각도 20°~ 40°에 대한 안테나이득이 0.5dB정도 향상되는 것을 나타내고 있으며, 결과적으로 디지털 위성 라디오 주파수대역에서 요구하는 안테나의 지향성이 개선되는 것을 알 수 있다.
상기와 같이, 본 발명은 패치안테나의 상부방향으로 사각금속평판의 제 1 익스텐디드 방사체를 형성하고 상기 제 1 익스텐디드 방사체의 상부면상 수직방향으로 형성되는 복수개의 삼각금속평판이 상호간에 대각으로 수직교차하는 구조로 배치되는 제 2 익스텐디드 방사체를 형성하여 소형,경량의 안테나 특성을 만족하고 방사효율과 방사패턴의 지향성을 개선시켜 특정방향에 대한 안테나 지향성을 필요로 하는 디지털 위성라디오 주파수대역에서 동작할 수 있는 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치를 제공하는 효과가 있다.
지금까지 본 발명에 대해서 상세히 설명하였으나, 그 과정에서 언급한 실시예는 예시적인 것일 뿐이며, 한정적인 것이 아님을 분명히 하고, 본 발명은 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상이나 분야를 벗어나지 않는 범위내에서, 균등하게 대처될 수 있는 정도의 구성요소 변경은 본 발명의 범위에 속한다 할 것이다.
1 : 기판 10, 100 : 패치 안테나
11, 110 : 유전체 12, 120 : (메인)방사체
13, 130 : (메인)접지부 14, 140 : 급전부
200 : 제 1 익스텐디드 방사체 300 : 제 2 익스텐디드 방사체
400 : 고정부재 410 : 지지대
420 : 체결나사

Claims (7)

  1. 금속판으로 이루어진 루프패널과 파노라마 글래스가 순차적으로 적층되어 형성되는 글래스 루프를 구비하는 차량의 상기 글래스 루프상에 배치되고 급전회로 및 접지면이 형성된 기판을 구비하는 차량용 루프 안테나 장치에 있어서,
    세라믹으로 형성되는 유전체와, 상기 유전체의 상부면상에 원편파를 위해 서로 마주보는 모서리가 일부 절삭된 사각금속박막으로 형성되는 메인방사체와, 상기 유전체의 하부면상에 사각금속박막으로 형성되는 메인접지부, 및 상기 메인방사체와 상기 기판상의 급전회로를 전기적으로 연결하는 급전부로 이루어지는 패치 안테나와;
    상기 패치 안테나의 상부 수직방향으로 일정 거리만큼 이격되도록 배치되고 사각금속평판으로 형성되는 제 1 익스텐디드 방사체; 및
    상기 제 1 익스텐디드 방사체의 상부면상 수직방향으로 배치되는 복수개의 삼각금속평판이 상호간에 대각으로 수직교차하는 구조로 형성되는 제 2 익스텐디드 방사체;를 포함하여 이루어지고,
    상기 제 1 익스텐디드 방사체는, 상기 패치안테나의 메인방사체와 커플링결합되도록 이격거리'Ｄ'를 0.002λ ~ 0.02λ 범위에서 조절하여 동작주파수대역의 방사효율을 향상시키는 것을 특징으로 하는 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 익스텐디드 방사체는,
    가로길이(W)와 세로길이(L)를 각각 0.15λ ~ 0.25λ 범위에서 조절하여 안테나 이득을 개선시키는 것을 특징으로 하는 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치
  4. 청구항 1 에 있어서, 상기 제 2 익스텐디드 방사체는,
    상호간에 서로 대각으로 수직교차하는 삼각금속평판의 높이가 0.15λ~0.3λ의 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치
  5. 청구항 4 에 있어서, 상기 제 2 익스텐디드 방사체는,
    상호간에 서로 대각으로 수직교차하는 삼각금속평판의 밑변의 길이가 0.05λ보다는 크고 상기 제 1 익스텐디드 방사체를 구성하는 사각금속평판의 대각 길이보다는 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 패치 안테나의 메인방사체는,
    디지털 위성라디오 주파수 대역인 2.332GHz ~ 2.345GHz 대역에서 동작하는 것을 특징으로 하는 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 익스텐디드 방사체가 패치 안테나의 상부수직방향으로 일정거리만큼 이격되어 기판에 고정되도록 단차구조를 갖는 지지대를 구비하는 고정부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 파노라마 글래스 루프 안테나 장치
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