KR101945070B1 - 차량용 내장형 통합 안테나 모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 내장형 통합 안테나 모듈을 개시한다. 본 발명에 따른 차량용 내장형 통합 안테나 모듈은, 차량의 내부에 설치되는 내장형 통합 안테나 모듈에 있어서, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 길이방향으로 일단에 위치하고, 상기 인쇄회로기판의 폭방향으로 일측 또는 타측의 가장자리에 위치한 제1 급전부와 연결되는 제1 급전 포트가 구비된 제1 안테나 소자; 상기 인쇄회로기판의 길이방향으로 타단에 위치하고, 상기 인쇄회로기판의 폭방향으로 일측 또는 타측의 가장자리에 위치한 제2 급전부와 연결되는 제2 급전 포트가 구비된 제2 안테나 소자; 및 상기 인쇄회로기판에서 상기 제1 및 제2 안테나 소자의 사이에 위치하고, 상기 인쇄회로기판의 폭방향으로 일측 가장자리에 위치한 제3 급전부와 연결되는 제3 급전 포트와, 상기 인쇄회로기판의 공통 그라운드에 접지되는 접지 포트를 구비한 제3 안테나 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 내장형 통합 안테나 모듈{Internal unified antenna module for vehicle}

본 발명은 차량용 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량 내에서 광대역의 LTE 통신이 지원될 수 있도록 하는 차량용 내장형 통합 안테나 모듈에 관한 것이다.

최근 무선통신 기술은 이동통신용 휴대 단말기를 통해 음성 통신 서비스와 더불어 고품질의 멀티미디어 서비스가 제공됨에 따라 LTE(Long Term Evolution)와 같은 차세대 무선통신 서비스와의 융합이 많은 관심을 받고 있다.

일반적으로 음성통신 서비스를 기반으로 하는 통신시스템은 한정된 주파수 영역 안에서 협대역 채널 특성 위주로 단일 안테나 소자만 사용하는 SISO(Single Input Single Output) 시스템이 주로 사용되고 있다. 그러나, 단일 안테나를 사용하는 SISO 시스템으로는 협대역 채널 안에서 대용량의 데이터를 고속으로 전송하기에는 많은 어려움이 존재하므로 보다 진보된 기술을 필요로 한다.

이에 다수의 안테나를 이용하여 각각의 안테나를 독립적으로 구동하게 하여 데이터 송수신율을 더 빨리 더 낮은 오류 확률로 전송할 수 있는 차세대 무선 전송 기술인 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 기술이 요구되고 있다.

이와 같은 MIMO 시스템은 송수신단에서 다중 안테나를 이용함으로써, 전체 시스템이 사용하는 주파수 할당을 더 증가시키지 않고도 고속의 데이터 전송을 가능하도록 하여 한정된 주파수 자원을 효율적으로 사용할 수 있다는 이점으로 인하여 널리 사용되고 있다.

하지만, MIMO 안테나의 경우, 각 안테나 사이의 전자기적 상호간섭(mutual coupling)이나 불충분한 격리도(isolation)로 인한 송수신 성능 저하를 극복할 수 있어야 하는데, 이러한 문제를 해결하기 위해 안테나 사이의 거리를 λ/2이상 (여기서, λ는 안테나가 방사하는 전파의 파장이다.) 떨어뜨리는 방안을 생각할 수 있다. 하지만, 소형 안테나 시스템에서는 안테나가 설치되는 공간이 제약되기 때문에 안테나 간 거리를 이격시키는 방법으로는 상기 문제를 해결할 수 없다.

한편, 차량용 통신기술이 발달함에 따라 기존의 AM/FM 등의 라디오 주파수 신호는 물론이며, DMB, GPS, 이동통신과 같은 다양한 무선통신 서비스를 차량에서 지원하기 위한 차량용 안테나에 대한 관심이 높아지고 있다.

이러한 차량용 안테나는 AM/FM 안테나를 통합한 글라스(glass) 안테나와 GPS, T-DMB 등의 서비스가 가능하도록 한 샤크 핀(Shark fin) 안테나가 차량의 내외부에 장착되는 형태로 구성되고 있다.

그런데, 종래의 샤크 핀 안테나의 경우, 외부에 노출되어 있어 자량의 외관을 조잡하게 할 뿐만 아니라, 외부의 환경 및 압력에 의해 손상되기 쉽고, 안테나를 설치하기가 어렵고, 또한 차량의 외관을 훼손하거나 고속 주행중 풍절음이 발생되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명이 속한 기술분야에서는 차량에 내장될 수 있으면서 광대역 특성을 가진 MIMO 시스템의 지원과 격리도 및 상관도를 확보할 수 있는 안테나의 기술 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
선행기술문헌으로는, 한국 등록특허공보 제10-1144421호(2012.05.10 공고), 한국 공개특허공보 제10-2010-0122803호(2010.11.23 공개) 등이 공개되어 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 공통의 그라운드 내에 MIMO 시스템의 안테나와 전류 분포를 변화시킬 수 있는 안테나를 통합하여 모듈화시킴으로써, 광대역의 MIMO 시스템을 구현하면서도 격리도와 상관도를 확보할 수 있는 차량용 내장형 통합 안테나 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 내장형 통합 안테나 모듈은, 차량의 내부에 설치되는 내장형 통합 안테나 모듈에 있어서, 인쇄회로기판; 상기 인쇄회로기판의 길이방향으로 일단에 위치하고, 상기 인쇄회로기판의 폭방향으로 일측 또는 타측의 가장자리에 위치한 제1 급전부와 연결되는 제1 급전 포트가 구비된 제1 안테나 소자; 상기 인쇄회로기판의 길이방향으로 타단에 위치하고, 상기 인쇄회로기판의 폭방향으로 일측 또는 타측의 가장자리에 위치한 제2 급전부와 연결되는 제2 급전 포트가 구비된 제2 안테나 소자; 및 상기 인쇄회로기판에서 상기 제1 및 제2 안테나 소자의 사이에 위치하고, 상기 인쇄회로기판의 폭방향으로 일측 가장자리에 위치한 제3 급전부와 연결되는 제3 급전 포트와, 상기 인쇄회로기판의 공통 그라운드에 접지되는 접지 포트를 구비한 제3 안테나 소자를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 안테나 소자는 급전 포트로부터 연장되어 외부와 전자기파를 송수신하는 안테나 패턴이 구비된다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 안테나 소자의 안테나 패턴은 적어도 일회 이상 절곡되며, 상기 인쇄회로기판의 가장자리 측에 말단이 위치하는 형태를 갖는다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 안테나 소자의 안테나 패턴은 상호 평행한 형태로 배치된다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 안테나 소자는 상호 좌우 대칭되는 형태로 이루어진다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 안테나 소자는 상호 대각 대칭되는 형태로 이루어진다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 안테나 소자는 역 L형 안테나이다.

바람직하게, 상기 제1 및 제2 안테나 소자는 상기 인쇄회로기판의 공통 그라운드에 접지되는 접지 포트가 더 구비된 역 F형 안테나이다.

바람직하게, 상기 제3 안테나 소자는 상기 제1 및 제2 안테나 소자와 동일한 간격으로 이격되는 위치에 배치된다.

바람직하게, 상기 제3 안테나 소자는 상기 제1 및 제2 안테나 소자의 사이에서 전류 분포가 강하게 형성되도록 동작된다.

바람직하게, 상기 제3 안테나 소자는 상기 인쇄회로기판의 폭방향으로 일측 가장자리에 위치한 제3 급전부로부터 연장되어 외부와 전자기파를 송수신하는 안테나 패턴이 구비되고, 상기 안테나 패턴의 말단에 접지 포트가 마련되어 상기 인쇄회로기판의 폭방향으로 타측 가장자리의 공통 그라운드에 접지되는 루프형 안테나이다.

바람직하게, 상기 제3 안테나 소자는 상기 인쇄회로기판의 폭방향으로 일측 가장자리에 위치한 제3 급전부로부터 연장되어 외부와 전자기파를 송수신하는 안테나 패턴이 구비되고, 상기 안테나 패턴의 말단이 상기 인쇄회로기판의 폭방향으로 타측 가장자리에 위치하는 형태를 갖는 역 F형 안테나이다.

바람직하게, 제1, 제2 및 제3 안테나 소자는 공간상에 형성되거나, 소정의 유전율을 갖는 유전체 블록에 형성된다.

바람직하게, 상기 제1, 제2 및 제3 안테나 소자를 보호하는 모듈 케이스를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 공통의 그라운드 내에 MIMO 시스템의 안테나와 전류 분포를 변화시킬 수 있는 안테나를 통합하여 모듈화시킴으로써, 광대역의 MIMO 시스템을 구현하면서도 격리도와 상관도를 확보할 수 있는 차량용 내장형 통합 안테나 모듈을 제공한다. 또한, 차량의 각기 다른 곳에 위치하던 안테나를 통합하여 모듈화시키고, 이를 차량의 내부에 설치하여 공간의 낭비를 막고, 외부의 환경 및 압력에 의한 훼손을 방지할 수 있다. 또한, 차량의 내부에 설치되어 LTE(Long Term Evolution)와 같은 차세대 무선 통신 서비스를 제공할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 후술되는 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 내장형 통합 안테나 모듈의 구성을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 내장형 통합 안테나 모듈에서 안테나의 구조를 도시한 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 차량용 내장형 통합 안테나 모듈을 차량에 적용되는 방식을 예시한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 차량용 내장형 통합 안테나 모듈의 구성을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 차량용 내장형 통합 안테나 모듈에서 안테나의 구조를 도시한 사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 차량용 내장형 통합 안테나 모듈을 차량에 적용되는 방식을 예시한 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 내장형 통합 안테나 모듈(100)은, 인쇄회로기판(1)과, 제1, 제2 및 제3 안테나 소자(110, 120, 130)와, 유전체 블록(116, 126) 및 모듈 케이스(140)를 포함한다. 본 발명에 따른 차량용 내장형 통합 안테나 모듈(100)은 도 3 및 도 4에 예시된 바와 같이, 차량(10)의 대쉬보드(20) 내부 즉, AV 시스템(30)의 내부에 설치될 수 있는 형태를 갖는다.

상기 인쇄회로기판(1)은 상기 제1, 제2 및 제3 안테나 소자(110, 120, 130)에 각각 전력을 공급하는 제1, 제2 및 제3 급전부가 구비되고, 상기 제1, 제2 및 제3 안테나 소자(110, 120, 130)에 대하여 공통적으로 접지하는 공통 그라운드의 역할을 한다. 인쇄회로기판(1)은 공통 그라운드의 역할을 위해 일면에 금속 물질이 패터닝될 수 있다. 또한, 상기 인쇄회로기판(1)은 외부로부터 전력을 공급받고, 전자기파의 송수신을 위한 선로(40)가 구비되어 차량(10)의 AV 시스템(30)과 연결될 수 있다.

상기 제1 안테나 소자(110)는 상기 인쇄회로기판(1)의 길이방향으로 일단에 위치한 유전체 블록(116)에 형성되며, 상기 인쇄회로기판(1)의 폭방향으로 일측 가장자리에 위치한 제1 급전부와 연결되는 제1 급전 포트(111)가 구비된 역 L형 안테나(inverted L-type antenna) 구조를 가진다. 또한, 제1 안테나 소자(110)는 상기 제1 급전 포트(111)로부터 연장되어 외부와 전자기파를 송수신하는 제1 안테나 패턴(112)이 구비된다. 상기 제1 안테나 패턴(112)은 적어도 일회 이상 절곡되며, 상기 인쇄회로기판(1)의 가장자리 측에 말단(113)이 위치하는 형태를 갖는 것이 바람직하다. 부가적으로, 상기 제1 안테나 소자(110)는 상기 제1 안테나 패턴(112)으로부터 분기되어 연장되며 제1 안테나 소자(110)의 임피던스 정합 특성을 향상시키기 위한 스터브(stub)(115)를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 안테나 소자(120)는 상기 인쇄회로기판(1)의 길이방향으로 타단에 위치한 유전체 블록(126)에 형성되며, 상기 인쇄회로기판(1)의 폭방향으로 일측 가장자리에 위치한 제2 급전부와 연결되는 제2 급전 포트(121)가 구비된 역 L형 안테나 구조를 가진다. 또한, 제2 안테나 소자(120)는 상기 제2 급전 포트(121)로부터 연장되어 외부와 전자기파를 송수신하는 제2 안테나 패턴(122)이 구비된다. 상기 제2 안테나 패턴(122)은 적어도 일회 이상 절곡되며, 상기 인쇄회로기판(1)의 가장자리 측에 말단(123)이 위치하는 형태를 갖는 것이 바람직하다. 부가적으로, 상기 제2 안테나 소자(120)는 상기 제2 안테나 패턴(122)으로부터 분기되어 연장되며 제2 안테나 소자(120)의 임피던스 정합 특성을 향상시키기 위한 스터브(stub)(125)를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서, 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)는 상호 좌우 대칭되는 형태로 이루어져 MIMO 시스템을 지원하며, LTE(Long Term Evolution)의 통신 대역을 커버하도록 설계된다. 또한, 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)의 각각의 안테나 패턴(112, 122)은 상호 평행한 형태로 배치될 수 있다.

한편, 상술한 실시예에서는 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)가 상호 좌우 대칭되는 형태로 설명되었지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 도면에는 도시되지 않았지만 상호 대각 대칭되는 형태로 이루어질 수 있다.

아울러, 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)는 상기 인쇄회로기판(1)에 직접적으로 연결되어 접지되는 접지 포트가 구비되지 않은 역 L형 안테나인 것으로 설명되었지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 도면에는 도시되지 않았지만 상기 인쇄회로기판(1)의 공통 그라운드에 접지되는 접지 포트가 더 구비된 역 F형 안테나(inverted F-type antenna) 구조를 가질 수도 있다.

상기 제3 안테나 소자(130)는 상기 인쇄회로기판(1)에서 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)의 사이에 위치하고, 상기 인쇄회로기판(1)의 폭방향으로 일측 가장자리에 위치한 제3 급전부와 연결되는 제3 급전 포트(131)와, 상기 인쇄회로기판(1)의 공통 그라운드에 접지되는 접지 포트(133)가 구비된 루프 또는 역 F형 안테나 구조를 가진다.

본 발명에서, 상기 제3 안테나 소자(130)는 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)와 동일한 간격으로 이격되는 위치에 배치되어 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120) 사이에서 전류 분포가 강하게 형성되도록 동작된다. 이를 위해, 상기 제3 안테나 소자(130)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제3 급전 포트(131)로부터 연장되어 외부와 전자기파를 송수신하는 제3 안테나 패턴(132)이 구비되고, 상기 제3 안테나 패턴(132)의 말단에 접지 포트(133)이 마련되어 상기 인쇄회로기판(1)의 폭방향으로 타측 가장자리의 공통 그라운드에 접지되는 루프형 안테나 구조를 가질 수 있다. 이는 제3 안테나 소자(130)가 상기 인쇄회로기판(1)의 가장자리 일측에서 급전되어 인쇄회로기판(1)의 가장자리 타측으로 접지됨에 따라 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120)의 중간 지점의 인쇄회로기판(1)에서 폭방향으로 강한 전류 분포를 형성할 수 있도록 동작하게 됨으로써, 상기 제1 및 제2 안테나 소자(110, 120) 간의 격리도를 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 상술한 실시예에서는 상기 제3 안테나 소자(130)가 루프형 안테나인 것으로 설명되었지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 도면에는 도시되지 않았지만 상기 제3 안테나 소자(130)의 제3 급전 포트(131)가 제3 안테나 패턴(132)의 말단에 마련되지 않고, 상기 제3 안테나 패턴(132) 상에 분기되어 형성될 수 있고, 상기 제3 안테나 패턴(132)의 말단이 인쇄회로기판(1)의 폭방향으로 타측 가장자리에 위치하는 형태를 갖는 역 F형 안테나 구조를 가질 수도 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100: 차량용 내장형 통합 안테나 모듈
110: 제1 안테나 소자 120: 제2 안테나 소자
130: 제3 안테나 소자 140: 안테나 모듈 케이스

Claims (14)

1. 차량의 내부에 설치되는 내장형 통합 안테나 모듈에 있어서,
   인쇄회로기판(1);
   소정의 유전율을 가지며 상기 인쇄회로기판(1)의 길이방향으로 일단에 위치하는 제1 유전체 블록(116);
   소정의 유절율을 가지며 상기 인쇄회로기판(1)의 길이방향으로 타단에 위치하는 제2 유전체 블록(126);
   상기 인쇄회로기판(1)의 폭방향으로 일측 또는 타측의 가장자리에 위치한 제1 급전부와 연결되는 제1 급전 포트(111), 및 상기 제1 급전 포트(111)로부터 상기 인쇄회로기판(1) 상의 공간으로 연장 및 절곡되어 상기 제1 유전체 블록(116)에 형성되는 제1 안테나 패턴(112)이 구비된 제1 안테나 소자(110);
   상기 인쇄회로기판(1)의 폭방향으로 일측 또는 타측의 가장자리에 위치한 제2 급전부와 연결되는 제2 급전 포트(121), 및 상기 제2 급전 포트(121)로부터 상기 인쇄회로기판(1) 상의 공간으로 연장 및 절곡되어 상기 제2 유전체 블록(126)에 형성되는 제2 안테나 패턴(122)이 구비된 제2 안테나 소자(120); 및
   상기 인쇄회로기판(1)의 폭방향으로 일측 가장자리에 위치한 제3 급전부와 연결되는 제3 급전 포트(131), 및 상기 인쇄회로기판(1)의 폭방향으로 타측 가장자리의 공통 그라운드에 접지되는 접지 포트(133)를 구비하며, 상기 인쇄회로기판(1)에서 상기 제1 안테나 소자(110)와 상기 제2 안테나 소자(120)의 사이에 위치하는 제3 안테나 소자(130)를 포함하고,
   상기 제3 안테나 소자(130)는, 상기 제3 급전 포트(131)로부터 상기 인쇄회로기판(1) 상의 공간으로 연장 및 절곡되고 말단에 상기 접지 포트(133)가 마련된 제3 안테나 패턴(132)을 더 구비하는 루프형 안테나로 구성되어, 상기 제1 안테나 소자(110) 및 상기 제2 안테나 소자(110, 120)의 사이에서 상기 인쇄회로기판(1)의 폭방향으로 전류 분포를 형성하도록 동작하는 것을 특징으로 하는 차량용 내장형 통합 안테나 모듈.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 안테나 소자의 안테나 패턴은 적어도 일회 이상 절곡되며, 상기 인쇄회로기판의 가장자리 측에 말단이 위치하는 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 내장형 통합 안테나 모듈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 안테나 소자의 안테나 패턴은 상호 평행한 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 내장형 통합 안테나 모듈.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 안테나 소자는 상호 좌우 대칭되는 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 내장형 통합 안테나 모듈.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 안테나 소자는 상호 대각 대칭되는 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 내장형 통합 안테나 모듈.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 안테나 소자는 역 L형 안테나인 것을 특징으로 하는 차량용 내장형 통합 안테나 모듈.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 안테나 소자는 상기 인쇄회로기판의 공통 그라운드에 접지되는 접지 포트가 더 구비된 역 F형 안테나인 것을 특징으로 하는 차량용 내장형 통합 안테나 모듈.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제3 안테나 소자는 상기 제1 및 제2 안테나 소자와 동일한 간격으로 이격되는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 내장형 통합 안테나 모듈.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 제1항에 있어서,
    상기 제1, 제2 및 제3 안테나 소자를 보호하는 모듈 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 내장형 통합 안테나 모듈.

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