KR102060300B1 - 차량용 샤크핀 안테나 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄회로기판에 형성되는 메인 그라운드, 메인 그라운드와 연결되어 제1 LTE 안테나의 신호를 접지시키는 제1 LTE 안테나 그라운드 및 메인 그라운드에 연결되어 제2 LTE 안테나의 신호를 접지시키는 제2 LTE 안테나 그라운드를 포함하되, 제1 LTE 안테나 그라운드와 제2 LTE 안테나 그라운드는 인쇄회로기판에 좌우 비대칭적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 샤크핀 안테나{SHARK PIN ANTENNA FOR VEHICLES}

본 발명은 차량용 샤크핀 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LTE(Long Term Evolution) 안테나 간의 격리 특성을 확보하여 LTE 안테나 간의 간섭을 최소화하는 차량용 샤크핀 안테나에 관한 것이다.

일반적으로, 차량용 안테나는 GPS(Global Positioning System) 안테나, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 안테나 등을 구비한다.

GPS 안테나와 XM 패치 안테나는 차량 상단부로 방사하는 구조이고, TMU(Telematics Management Unit), HSDPA(High-Speed Downlink Packet Access), DMB 안테나는 차량의 전후좌우로 신호를 방사하는 안테나로 각 안테나간 신호 간섭이 크지 않다.

최근에는 차량용 안테나에 LTE(Long Term Evolution) 사양이 추가되면서 안테나간의 격리 특성을 확보하는 것이 매우 중요한 인자로 부각되고 있다.

이에 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 안테나 설계 기법을 이용하고 있다. 이러한 MIMO 안테나 설계 기법으로는 격리 소자를 삽입하는 방법, 다이버시티 기법을 적용하는 방법 및 디커플링 네트워크를 이용하는 방법이 제시되었다.

그러나 격리 소자를 삽입하는 방법은 안테나에 추가적인 공간이 필요하기 때문에 샤크 안테나에 적용하기가 어려우며, 다이버시티 기법을 적용하는 방법은 안테나의 위치, 방향, 편파 등을 의도적으로 변경하기가 어려우며, 디커플링 네트워크를 이용하는 방법은 특정한 단일 주파수대역에서만 적용 가능한 기술로서 LTE의 경우 다중대역으로 설계 요구하기 때문에 종래의 MIMO 안테나 격리 특성 확보 기술로는 적합하지 않다는 문제점이 있었다. 최근에는 신규 물질을 적용하여 격리 특성을 확보하는 방법이 있으나 가격과 양산성 측면에서 적용하기 어려운 문제점이 이었다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 특허공개번호 10-2010-0104739호(2010.09.29)의 '차량에 설치된 쉐이드 밴드 안테나'에 개시되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 LTE 안테나 간의 격리 특성을 확보하여 LTE 안테나 간의 간섭을 감소시키는 차량용 샤크핀 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 LTE 안테나 간의 격리 특성을 확보하여 LTE 데이터 통신 속도를 향상시키는 차량용 샤크핀 안테나를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 차량용 샤크핀 안테나는 인쇄회로기판에 형성되는 메인 그라운드; 상기 메인 그라운드와 연결되어 제1 LTE 안테나의 신호를 접지시키는 제1 LTE 안테나 그라운드; 및 상기 메인 그라운드에 연결되어 제2 LTE 안테나의 신호를 접지시키는 제2 LTE 안테나 그라운드를 포함하되, 상기 제1 LTE 안테나 그라운드와 상기 제2 LTE 안테나 그라운드는 상기 인쇄회로기판에 좌우 비대칭적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제1 LTE 안테나의 신호 포트와 상기 제2 LTE 안테나의 신호 포트는 좌우 대각선 방향에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제1 LTE 안테나 그라운드는 상기 메인 그라운드와 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제2 LTE 안테나 그라운드는 상기 메인 그라운드와 물리적으로 이격되게 독립적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제2 LTE 안테나 그라운드는 상기 인쇄회로기판의 탑부에 형성되는 탑부 그라운드 및 상기 인쇄회로기판의 바텀부에 형성되는 바텀부 그라운드를 포함하되, 상기 탑부 그라운드와 상기 바텀부 그라운드는 비아홀을 통해 연결되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 제2 LTE 안테나 그라운드와 상기 메인 그라운드 사이에 상기 제1 LTE 안테나의 전류 세기와 상기 제2 LTE 안테나의 전류 세기가 상반되도록 하는 길이로 형성되는 전류 패스부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 전류 패스부는 동작 주파수의 파장/4 의 길이로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제1 LTE 안테나와 상기 제2 LTE 안테나는 서로 다른 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 제1 LTE 안테나와 상기 제2 LTE 안테나는 서로 다른 면적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 LTE 안테나 간의 격리 특성을 확보하여 LTE 안테나 간의 간섭을 감소시키고, LTE 데이터 통신 속도를 향상시킨다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나의 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나의 탑부의 그라운드 구조를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나의 바텀부의 그라운드 구조를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나의 제2 LTE의 그라운드 전류 세기를 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나의 제1 LTE의 그라운드 전류 세기를 나타낸 도면이다.
도 6 은 종래의 차량용 샤크핀 안테나의 격리 특성을 나타낸 도면이다.
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나의 격리 특성을 나타낸 도면이다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나의 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나의 탑부의 그라운드 구조를 나타낸 도면이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나의 바텀부의 그라운드 구조를 나타낸 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나의 제2 LTE의 그라운드 전류 세기를 나타낸 도면이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나의 제1 LTE의 그라운드 전류 세기를 나타낸 도면이며, 도 6 은 종래의 차량용 샤크핀 안테나의 격리 특성을 나타낸 도면이며, 도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나의 격리 특성을 나타낸 도면이다.

도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나는 GPS(Global Positioning System) 안테나(30), DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 안테나(40), 제2 LTE(Long Term Evolution) 안테나(50) 및 제1 LTE 안테나(60)를 포함한다.

GPS 안테나(30)는 세라믹 패치 안테나로 전단부에 설치되어 GPS 신호를 수신하며, DMB 안테나(40)는 후단부에 설치되어 DMB 신호를 수신한다.

DMB 안테나(40)는 인쇄회로기판(20)에 형성된 메인 그라운드(21)와 연결된다. 이러한 DMB 안테나(40)는 인쇄회로기판(20)에 미엔더구조로 형성되어 전기적인 길이를 확보할 수 있으며, 인쇄회로기판(20)의 상단면에는 캡(Cap) 구조의 금속판이 전기적으로 연결되어 수신 성능이 개선된다. DMB 안테나(40)는 차량의 전후좌우 등방의 신호 방사를 위해 모노폴 타입으로 형성된다.

여기서, GPS 안테나(30)와 DMB 안테나(40)는 단방향 수신 안테나로 동작하게 되는바, 그 하단부의 인쇄회로기판(20)에는 LNA(Low Noise Amplifier)가 형성되어 수신된 신호를 증폭한다.

반면에, 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)는 차량의 전후좌우 등방의 신호 방사를 위해 모노폴 타입의 안테나로 형성되고, 양방향 통신을 수행하는바, LNA를 적용하지 않는 패시브(Passive) 형태로 동작한다. 따라서, 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)의 하단부의 인쇄회로기판(20)에는 GPS 안테나(30)와 DMB 안테나(40)와 달리 LNA가 형성되지 않는다. 그 결과, 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50) 하단부의 인쇄회로기판(20)은 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)의 성능향상을 위해 다양한 구조가 형성될 수 있다.

제1 LTE 안테나(60)와 연결되는 제1 LTE 안테나 신호 포트(80)와 제2 LTE 안테나(50)와 연결되는 제2 LTE 안테나 신호 포트(90)는 별개로 형성되며, 제1 LTE 안테나 신호 포트(80)와 제2 LTE 안테나 신호 포트(90)를 통해 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)의 신호가 각각 입력된다.

여기서, 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)는 플라스틱 등의 합성물질로 형성된 지지부(70)에 설치되는데, 이 지지부(70)는 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)가 효율적으로 동작할 수 있도록 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)를 공간적으로 지지하며, 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)는 상기한 지지부(70)의 구조에 따라 비스듬하게 설치된다.

한편, 제1 LTE 안테나 신호 포트(80)와 제2 LTE 안테나 신호 포트(90)는 좌우 비대칭적으로 좌우 대각선 방향으로 배치된다.

특히 제1 LTE 안테나 신호 포트(80)와 제2 LTE 안테나 신호 포트(90)는 도 2 에 도시된 바와 같이, 비대칭적으로 좌우 대각선 방향으로 배치됨과 더불어, 케이스(10) 내부에서 가급적 멀리 이격됨으로써, 안테나 이격 특성을 개선할 수 있다.

더욱이, 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)는 각각의 그라운드가 서로 분리된다.

도 2 와 도 3 을 참조하면, 제1 LTE 안테나(60)와 연결되는 제1 LTE 안테나 그라운드(81)는 인쇄회로기판(20)에 형성되는 메인 그라운드(21)와 일체로 형성된다.

반면에, 제2 LTE 안테나(50)와 연결되는 제2 LTE 안테나 그라운드(91,92)는 인쇄회로기판(20)에 형성되는 메인 그라운드(21)와 물리적으로 이격되게 독립적으로 형성된다.

이러한 제2 LTE 안테나 그라운드(91,92)는 인쇄회로기판(20)의 탑부에 형성되는 탑부 그라운드(91) 및 인쇄회로기판(20)의 바텀부에 형성되는 바텀부 그라운드(92)를 포함하되, 탑부 그라운드(91)와 바텀부 그라운드(92)는 비아홀(미도시)을 통해 전기적으로 연결된다.

도 2 와 도 3 을 참조하면, 탑부 그라운드(91)와 바텀부 그라운드(92)는 인쇄회로기판(20)의 탑부와 바텀부 상에 각각 제한적으로 형성되는데, 그 크기가 작을 경우에는 제2 LTE 안테나(50)의 전계가 작게 형성된다.

통상적으로 안테나의 전계가 작게 형성되면, 그 그라운드로 흐르는 전류 흐름이 작아지게 되나, 전계 형성이 작아지면서 안테나의 성능이 저하되어 안테나의 게인(gain)이 부족하게 된다. 이에, 제2 LTE 안테나 그라운드(91,92)는 메인 그라운드(21)와 전류 패스부(93,94)를 통해 전기적으로 연결되며, 이 전류 패스부(93,94)를 통해 격리 특성을 개선한다.

전류 패스부(93,94)는 탑부 그라운드(91)와 메인 그라운드(21)를 전기적으로 연결하는 탑부 전류 패스부(93), 및 바텀부 그라운드(92)와 메인 그라운드(21)를 전기적으로 연결하는 바텀부 전류 패스부(94)를 포함한다.

전류 패스부(93,94)는 탑부 그라운드(91)와 바텀부 그라운드(92)를 메인 그라운드(21)와 각각 연결시켜 탑부 그라운드(91)와 바텀부 그라운드(92)에서 형성된 그라운드 전류를 메인 그라운드(21)로 패스시킨다.

이때, 전류 패스부(93,94)는 제2 LTE 안테나 그라운드(91,92)와 메인 그라운드(21) 사이에, 제1 LTE 안테나(60)의 전류 세기와 제2 LTE 안테나(50)의 전류 세기가 상반될 수 있도록 하는 길이로 형성돤다. 예를 들어 전류 패스부(93,94)의 길이는 동작 주파수의 파장/4 이 채용될 수 있으며, 이 경우 신호 저지 특성과 전류 흐름을 느리게 가져오는 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이, 제1 LTE 안테나 그라운드(81)의 전류 세기와 제2 LTE 안테나 그라운드(91,92)의 전류 세기가 상반될 수 있도록 그 길이가 파장/4의 길이 만큼 차이 경우 전류 흐름의 크기가 상반되고, 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)의 전류 간섭을 최소화시켜 격리 특성의 효과를 얻을 수 있다.

그 결과, 제2 LTE 안테나 그라운드(91,92)는 메인 그라운드(21)를 활용하여 성능 저하를 방지할 수 있으며, 탑부 그라운드(91)와 바텀부 그라운드(92)에 전계가 집중되어 제2 LTE 안테나(50)의 피크 게인(Peak gain)을 더욱 향상시킬 수 있다.

도 4 와 도 5 에는 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)의 전류 흐름이 도식적으로 표현되었는바, 도 4 에 도시된 제1 LTE 안테나(60)의 전류 흐름과, 도 5 에 도시된 제2 LTE 안테나(50) 간의 전류 흐름은 그 강도가 서로 반대이므로 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)의 전류 간의 간섭이 매우 작게 된다.

참고로, 도 4 와 도 5 에 도시된 화살표를 통해 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)의 전류 흐름시 그 강도를 나타내었다.

이와 같이, 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)의 전류간섭을 최소화 함으로써 안테나 격리 특성을 개선하게 된다. 이처럼 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)의 전류 간섭을 최소화하는 것은 제2 LTE 안테나 그라운드(91,92) 영역의 전류 패스를 통해 형성하는바, 예를 들어 전류 패스부(43,44)의 길이는 파장/4의 길이로 형성되므로, 850MHz의 파장 길이는 약 37Cm 일 경우, 전류 패스부(93,94)는 약 8.75Cm의 길이로 형성될 수 있다.

즉, 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50)의 모양과 크기를 서로 상이하게 형성함으로써, 제2 LTE 안테나(50)로부터 입력되는 신호의 전송 속도가 느려지며, 느려진 전송 속도의 차이에 의해 제1 LTE 안테나(60)의 전류 흐름이 최대일 때 제2 LTE 안테나(50)의 전류 흐름을 최소가 되고, 제1 LTE 안테나(60)의 전류 흐름이 최소일 때 제2 LTE 안테나(60)의 전류 흐름이 최대가 되도록 위상 지연효과를 얻을 수 있다.

도 6 과 도 7 을 참조하면, 종래의 그라운드 방식을 활용할 경우 그라운드에 형성되는 전류 흐름이 동일하기 때문에 2개의 LTE 안테나 간의 격리 특성이 상대적으로 낮음을 알 수 있다. 800MHz대역에서 아이솔레이션은 약 -8dB로 2개의 LTE안테나가 정상동작하기 위한 기준 -10dB를 만족하지못한다. 또한 동일한 그라운드를 활용하기 때문에 안테나의 매칭 성능도 열악함을 알 수 있다.

반면에, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나에서는 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50) 간의 매칭 성능이 좋아져 임피던스 매칭 성능이 우수함을 확인할 수 있으며, 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50) 간의 격리 특성도 -14dB정도로 종래에 비해 격리 특성이 향상되는 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명에 일 실시예에 따른 차량용 샤크핀 안테나는 제1 LTE 안테나 그라운드(81)와 제2 LTE 안테나 그라운드(91,92)를 차등 적용하고, 차등 적용된 제1 LTE 안테나 그라운드(81)와 제2 LTE 안테나 그라운드(91,92)의 전류 패스를 서로 다르게 적용하여 두 안테나간의 전류 흐름 속도를 다르게 형성함르로써, 제1 LTE 안테나(60)와 제2 LTE 안테나(50) 간의 전류 간섭이 최소화시키고, 아이솔레이션이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.

10: 케이스 20: 인쇄회로기판
21: 메인 그라운드 30: GPS 안테나
40: DMB 안테나 50: 제2 LTE 안테나
60: 제1 LTE 안테나 70: 지지부
90: 제1 LTE 안테나 신호 포트 81: 제1 LTE 안테나 그라운드
90: 제2 LTE 안테나 신호 포트 91: 탑부 그라운드
92: 바텀부 그라운드 93: 탑부 전류 패스부
94: 바텀부 전류 패스부

Claims (9)

1. 인쇄회로기판에 형성되는 메인 그라운드;
   상기 메인 그라운드와 연결되어 제1 LTE 안테나의 신호를 접지시키는 제1 LTE 안테나 그라운드;
   상기 메인 그라운드에 연결되어 제2 LTE 안테나의 신호를 접지시키는 제2 LTE 안테나 그라운드를 포함하되,
   상기 제1 LTE 안테나 그라운드와 상기 제2 LTE 안테나 그라운드는 상기 인쇄회로기판에 좌우 비대칭적으로 형성되고,
   상기 제2 LTE 안테나 그라운드는 상기 메인 그라운드와 물리적으로 이격되게 독립적으로 형성되며,
   상기 제2 LTE 안테나 그라운드와 상기 메인 그라운드 사이에 상기 제1 LTE 안테나의 전류 세기와 상기 제2 LTE 안테나의 전류 세기가 상반되도록 하는 길이로 형성되는 전류 패스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 샤크핀 안테나.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 LTE 안테나의 신호 포트와 상기 제2 LTE 안테나의 신호 포트는 좌우 대각선 방향에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤크핀 안테나.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 LTE 안테나 그라운드는 상기 메인 그라운드와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤크핀 안테나.
   
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서, 상기 제2 LTE 안테나 그라운드는 상기 인쇄회로기판의 탑부에 형성되는 탑부 그라운드 및 상기 인쇄회로기판의 바텀부에 형성되는 바텀부 그라운드를 포함하되, 상기 탑부 그라운드와 상기 바텀부 그라운드는 비아홀을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤크핀 안테나.
   
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, 상기 전류 패스부는 동작 주파수의 파장/4 의 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤크핀 안테나.
   
8. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 LTE 안테나와 상기 제2 LTE 안테나는 서로 다른 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤크핀 안테나.
   
9. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 LTE 안테나와 상기 제2 LTE 안테나는 서로 다른 면적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 샤크핀 안테나.

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