KR102165731B1 - 차량용 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 안테나 장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 차량용 안테나 장치는, 신호 처리 기판과 연결되는 제 1 안테나; 및 상기 제 1 안테나를 통해 상기 신호 처리 기판에 연결되고 상기 제 1 안테나와 다른 주파수 대역에서 동작하는 제 2 안테나;를 포함하고, 상기 제 1 안테나는, 상기 제 2 안테나의 일단을 착탈 가능하게 고정하는 제1 방사체; 및 상기 제1 방사체와 함께 다이폴 안테나로서 동작하는 제2 방사체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

차량용 안테나 장치{Antenna apparatus for vehicle}

본 발명은 차량용 안테나 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 차량통신(Vehicle to Everything, 이하 V2X)을 제공하는 차량용 안테나 장치에 관한 것이다.

차량용 안테나 장치는 라디오 신호(AM/FM), 방송 신호(DMB, DAB, SXM 등)의 수신 기능뿐만 아니라 통신 신호(3G, 4G(LTE) 등) 수신 기능까지도 요구되며, 향후에는 ADAS(Advanced Driver Assistance Systems) 기능과 WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment) 기능도 요구될 것으로 예상된다. 최근 차량의 자율주행이 사회적 이슈로 부상하고 있다. 이는 지능형 교통 시스템(ITS: Intelligent transportation System)에 기반을 두고 있으며, 지능형 교통 시스템(ITS)은 WAVE 주파수를 이용해 차량과 차량(V2V), 차량과 도로변 인프라(V2I) 간 통신을 수행함으로써 돌발상황에 대처하여 교통사고를 최소화할 수 있는 첨단 기술이다. 또한, 이는 V2X 통신 기술 또는 V2X 통신 시스템에 기반한다. 상기 V2X 통신 시스템은 응용서비스에 따라 전방 위험물 감지, 교통 트래픽 제어, 응급 차량 교차로 무정차 통과, 교차로 사각지대 사고예방, 이륜차 접근 사전 감지 등 교통사고 예방에 획기적으로 일조할 수 있는 장점이 있다.

한편, 차량 간 V2X 통신을 지원하기 위해서는 차량에 V2X 안테나가 설치되는 것을 전제로 하나, 앞서 설명한 바와 같이, 차량용 안테나 장치에는 이미 여러 다른 안테나들이 설치되어 공간이 협소한데, 이렇게 협소한 공간에 V2X 통신을 수행하는 안테나를 추가하는 것은 쉽지 않은 문제이다.

도 1은 종래 차량용 안테나 장치의 구성을 나타낸 도면이다.

도 1을 참고하면, 차량용 안테나 장치(10)는 베이스(11), 신호 처리 기판(13), 안테나부(15) 및 케이스(17)를 포함한다.

베이스(11)는 차량용 안테나 장치(10)의 바닥에 위치하고 전체적으로 플레이트(plate) 형상을 가지는 부재로서, 하부면이 차량의 외부 패널에 결합되고 상부에 신호 처리 기판(13)및 안테나부(15)가 설치된다. 일 실시예에 따라, 베이스(11)와 케이스(17)는 결합되어 샤크 핀 구조를 형성하고 차량 이동시 발생하는 공기 저항과 풍절음을 감소시킬 수 있다. 베이스(11)와 케이스(17)의 결합은 다양한 방식으로 이루어질 수 있으며, 일례로 볼트와 너트를 이용하여 결합할 수 있다.

신호 처리 기판(13)은 베이스(11)의 일면에 결합되며 안테나부(15)를 통해 수신되는 신호를 처리한다. 예컨대, 원하는 주파수 대역의 신호를 대역 통과 필터로 필터링하여 노이즈 등을 제거하고 필요한 수준으로 증폭한다. 이러한 신호 처리 기판(13)의 일면에는 각종 안테나 부품과 안테나 부품을 고정할 수 있는 고정장치, 케이스(17)와 결합되는 나사 홈부, 안테나 부품이 연결되어 회로 배선이 형성될 수 있다.

안테나부(15)는 안테나의 방사 특성과 효율을 최대로 이끌어낼 수 있도록 차량용 안테나 장치(10)의 내부에 위치하며 각종 신호를 송수신할 수 있다. 안테나부(15)는 GNSS 안테나(151), SXM 안테나(153), 통신용 안테나(155)를 포함한다. GNSS 안테나(151) 및 SXM 안테나(153)는 패치 안테나이며, 통신용 안테나(155)는 FM/AM 신호, LTE 등의 통신 신호를 수신하는 코일 형태의 모노폴 안테나이다.

케이스(17)는 베이스(11)와 결합하여 내부 수용 공간에 상기 신호 처리 기판(13) 및 안테나부(15)를 수용한다. 일 실시예에 따라, 케이스(17)는 하부가 개방되고 내부가 비어 있는 돔 형태를 갖고, 내부에 안테나부(15)와 같은 구성 요소를 수용하기 위한 일정길이 이상의 높이를 갖는다.

이와 같이, 종래의 차량용 안테나 장치는, 복수의 안테나를 포함하고 있고, 여기에 차량 간 V2X 통신을 지원하기 위한 V2X 안테나를 추가해야 할 경우, 차량용 안테나 장치의 크기가 커지는 문제점이 있다. 이는 최근의 소형화 추세에 역행한다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 차량용 안테나 장치는 샤크 핀 (Shark Fin) 형태로 구현되고 있다. 샤크 핀 형태의 차량용 안테나 장치는 차량 루프(Roof)를 GND로 활용하는 경우가 많은데, 이러한 샤크 핀 형태의 차량용 안테나 장치는 차량 루프의 영향으로 차량 간 통신에 적합한 수평면 방향의 방사가 원활하지 못하다는 문제가 있다.

대한민국 공개특허공보 제20-2014-0005050호 "안테나 장치"

앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 협소한 차량용 안테나의 공간적 제약을 극복하고 차량에 V2X 통신 기능을 제공할 수 있는 차량용 안테나 장치를 제공하는 것이다.

앞서 본 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로,

본 발명의 목적은, 차량용 안테나 장치는, 신호 처리 기판과 연결되는 제 1 안테나; 및 상기 제 1 안테나를 통해 상기 신호 처리 기판에 연결되고 상기 제 1 안테나와 다른 주파수 대역에서 동작하는 제 2 안테나;를 포함하고, 상기 제 1 안테나는, 상기 제 2 안테나의 일단을 착탈 가능하게 고정하는 제1 방사체; 및 상기 제1 방사체와 함께 다이폴 안테나로서 동작하는 제2 방사체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 차량용 안테나 장치에 있어서, 상기 제 2 안테나를 가압하여 상기 제1 방사체에 착탈시 상기 제1 방사체가 탄성 변형되어 상기 제 2 안테나의 일단과 탄성 결합하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 방사체는, 상기 제 2 안테나와 탄성 결합하기 위해 상기 제 2 안테나 일단의 볼 형상에 대응되는 소켓 형상으로 구성되고, 상기 소켓 형상의 진입 직경은 상기 볼 형상의 직경보다 작게 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 방사체는, 도전성 재질의 금속 판으로서 일단이 급전부와 전기적으로 연결되며 타단이 전기적으로 개방되고 중앙부분이 휘어져 단면이 소켓 형상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 방사체는, 일단이 급전부와 전기적으로 연결되고 타단이 전기적으로 개방되며 접은 형상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제2 방사체는, 상기 제1 방사체로부터 방사되는 RF 신호 파장의 1/10에 해당하는 거리만큼 이격되어 위치하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 방사체는, 도전성 재질의 육면체로서 상 측면에 개구부가 형성되고 내부에 삽입홈이 함입되어 형성되며, 상기 개구부의 진입 직경은 상기 제 2 안테나 일단의 볼 형상의 직경보다 작게 형성되고 상기 삽입홈은 상기 제 2 안테나 일단의 볼 형상에 대응되는 소켓 형상으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 방사체는, 베이스부; 및 상기 베이스부로부터 연장되고 서로 대향하는 부분이 볼록한 한 쌍의 연장부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 한 쌍의 연장부는, 미리 설정된 간격으로 이격되고 탄성 변형 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 구성에 의하여 다음과 같은 효과를 가진다.

본 발명은, 차량용 안테나의 공간적 한계를 극복하고 독립된 포트 및 안테나를 추가하지 않고도 차량에 V2X 통신 기능을 제공할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명은, V2X 통신 신호를 송수신하는 차량과 보행자에게 V2X 서비스(레저 서비스, 운행패턴, 실시간 교통정보, 안전관련 정보를 포함하는 차량 서비스)를 제공할 수 있고, 운전자 및 보행자에게 안전관련 정보를 제공하여 사고를 예방할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 종래 차량용 안테나 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 차량용 안테나 장치의 일부 분해 사시도이다.
도 3은 도 2의 V2X 안테나의 전체 구조를 자세하게 보여주는 확대도이다.
도 4는 도 3의 V2X 안테나의 전기적인 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 도 3의 V2X 안테나의 구성요소 상호 간 바람직한 배치를 설명하는 도면이다.
도 6은 도 3의 제1 방사체의 형상에 대한 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 7은 도 3의 제1 방사체의 형상에 대한 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 3의 제1 방사체의 형상에 대한 또 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 9는 일 실시예에 따라 V2X 안테나에서 방사되는 빔 패턴을 보여주는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 또한, 본 발명의 도면과 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

그러면 도면을 참고하여 본 발명의 차량용 안테나 장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 일 실시예에 따른 차량용 안테나 장치의 일부 분해 사시도이다.

도 2를 참고하면, 차량용 안테나 장치(20)는 베이스(21), 신호 처리 기판(23), 안테나부(25) 및 케이스(27)를 포함한다.

베이스(21)는 차량용 안테나 장치(20)의 바닥에 위치하고 전체적으로 플레이트(plate) 형상을 가지는 부재로서, 하부면이 차량의 외부 패널에 결합되고 상부에 신호 처리 기판(23)및 안테나부(25)가 설치된다. 일 실시예에 따라, 베이스(21)와 케이스(27)는 결합되어 샤크 핀 구조를 형성하고 차량 이동시 발생하는 공기 저항과 풍절음을 감소시킬 수 있다. 베이스(21)와 케이스(27)의 결합은 다양한 방식으로 이루어질 수 있으며, 일례로 볼트와 너트를 이용하여 결합할 수 있다.

신호 처리 기판(23)은 베이스(21)의 일면에 결합되며 안테나부(25)를 통해 수신되는 신호를 처리한다. 예컨대, 원하는 주파수 대역의 신호를 대역 통과 필터로 필터링하여 노이즈 등을 제거하고 필요한 수준으로 증폭한다. 이러한 신호 처리 기판(23)의 일면에는 각종 안테나 부품과 안테나 부품을 고정할 수 있는 고정장치, 케이스(27)와 결합되는 나사 홈부, 안테나 부품이 연결되어 회로 배선이 형성될 수 있다. 예를 들어, 신호 처리 기판(23)은 PCB(Printed Circuit Board) 형태로 구성될 수 있다.

안테나부(25)는 안테나의 방사 특성과 효율을 최대로 이끌어낼 수 있도록 차량용 안테나 장치(20)의 내부에 위치하며 각종 신호를 송수신한다. 상기 안테나부(25)는 GNSS 안테나(251), SXM 안테나(253), 통신용 안테나(255) 및 V2X 안테나(257)를 포함한다.

GNSS 안테나(251)는 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호를 수신할 수 있다. GNSS 안테나(251)는 GPS(미국), GLONASS(러시아), Galileo(유럽)의 위성 주파수를 수신받을 수 있는 안테나들이 포함되어 있어 전 세계 어디서든 정밀한 위치 서비스를 제공 받을 수 있다.

SXM 안테나(253)는 북미향 위성 멀티미디어 서비스를 위한 SXM 신호를 수신할 수 있다. GNSS 안테나(251) 및 SXM 안테나(253)는 신호 처리 기판(23)의 접지면에 설치되고, 유전체 및 안테나 패치가 순서대로 적층되어 있다. 즉 GNSS 안테나(251) 및 SXM 안테나(253)는 일반적인 패치 안테나 타입으로 형성될 수 있다.

통신용 안테나(255)는 AM/FM 라디오 신호 및 LTE 등의 통신용 신호를 수신할 수 있다. 통신용 안테나(255)는 모노폴(monopole) 타입의 안테나로서 두 개의 나선형(helical) 코일을 포함하되 그 두 개의 코일은 피치(pitch)가 다르다. 여기서 피치는 코일의 두 권선 사이의 간격을 의미하며, 피치가 다른 각 영역은 서로 다른 주파수 대역 특성을 갖는다. 그러나 여기에 제한되는 것은 아니고 하나의 나선형 코일을 길이 방향으로 피치를 달리할 수도 있다.

통신용 안테나(255)의 일단은 결합부(255a)를 포함할 수 있다. 결합부(255a)는 신호 처리 기판(23)에 직접 연결되지 않고, V2X 안테나(257)를 매개로 신호 처리 기판(23)에 간접 연결된다.

V2X 안테나(257)는 차량 간 통신을 위한 V2X 신호를 수신한다. V2X 안테나(257)는 V2X 신호를 송수신하면서 동시에 상기 통신용 안테나(255)를 신호 처리 기판(23)에 연결한다. 이를 위해 V2X 안테나(257)는 통신용 안테나(255)의 일단에 형성된 결합부(255a)가 착탈 가능하게 삽입되고 고정하는 고정 구조를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, V2X 안테나(257)는 WAVE 주파수를 이용해 V2X 통신을 수행할 수 있다. 여기서, WAVE(Wireless Access in Vehicular Environment) 주파수는 5.8GHz~ 5.9GHz를 사용함으로써 짧은 파장으로 직진성이 뛰어나며 차량 진행의 수평면 방향으로 최적화되었을 때 유효 통신거리 확보가 용이하다. 또한, V2X 통신은 차량과 인프라 간(Vehicle-to-Infrastructure, 이하 V2I), 차량과 차량 간(Vehicle-to-Vehicle, 이하 V2V), 차량과 모바일 간(Vehicle-to-Momadic devices, 이하 V2N)의 통신으로 구별할 수 있다. 따라서, V2X 안테나(257)를 포함하는 차량은 내/외부로부터 무선 데이터를 수신받아 운전자 중심의 서비스를 제공하는 지능형 교통 시스템(Intelligent Transportation System; ITS)을 실현할 수 있다.

다른 실시예에 따라, V2X 안테나(257)는 라디오 신호(AM/FM), 방송 신호(DMB, DAB, SXM 등), 통신 신호(3G, 4G, LTE) 등을 송수신할 수 있다.

케이스(27)는 베이스(21)와 결합하여 내부 수용 공간에 상기 신호 처리 기판(23) 및 안테나부(25)를 수용한다. 일 실시예에 따라, 케이스(27)는 하부가 개방되고 내부가 비어 있는 돔 형태를 갖고, 내부에 안테나부(25)와 같은 구성 요소를 수용하기 위한 일정길이 이상의 높이를 갖는다.

도 3은 도 2의 V2X 안테나의 전체 구조를 자세하게 보여주는 확대도이다.

도 3을 참고하면, V2X 안테나(257)는 제1 방사체(31), 제2 방사체(33), 급전부(35), 그리고 기생소자(37)를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, V2X 안테나(257)는 다이폴 안테나에 대응하는 전기적 특성을 갖는다. 즉, 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)는 RF 신호를 송수신하는 방사체로 동작하며, 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)의 전기적 길이 합은 방사되는 RF 신호 파장(λ)의 절반에 해당한다.

V2X 안테나(257)는 다른 주파수 대역에서 동작하는 안테나를 신호 처리 기판(23)에 연결하는 커넥터(connector) 기능을 수행할 수 있다. 본 실시예에서, 도 2 및 도 3을 참고하면, V2X 안테나(257)를 통해 신호 처리 기판(23)에 연결되는 안테나는 통신용 안테나(255)이다.

제1 방사체(31)는 통신용 안테나(255)의 일단에 형성된 결합부(255a)를 착탈 가능하게 고정할 수 있다. 즉, 통신용 안테나(255)를 가압하여 제1 방사체(31)에 착탈시 제1 방사체(31)가 탄성 변형되어 통신용 안테나(255)의 일단에 형성된 결합부(255a)와 탄성 결합할 수 있다.

제2 방사체(33)는 제1 방사체(31)와 함께 급전되는 RF 신호를 방사하고 외부로부터 전송되는 RF 신호를 수신하는 방사체로 동작할 수 있다. 일 실시예에 따라, 제2 방사체(33)는 제1 방사체(31)와 함께 다이폴 안테나로서 동작할 수 있다.

급전부(35)는 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)에 급전 신호 및 접지 전압을 제공한다.

기생소자(37)는 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)에서 방사되는 빔 패턴을 제어하여 차량의 전후방 방향으로의 안테나 이득을 높일 수 있다. 기생소자(37)의 제어로 차량의 전후방 방향으로 지향성이 높아지면 차량 간 통신이 원활하게 수행될 수 있다.

도 3을 참고하면, 일 실시예에 따라, 기생소자(37)는 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)가 배열되는 방향의 양 측면 또는 일 측면에 일정간격 이격 되어 위치할 수 있다. 여기서, 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)가 배열되는 방향의 양 측면이란, 도 3을 참고하면, 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)가 임의의 방향(ex, Y축 방향)으로 일렬로 배열될 때, 방사체(31) 및 제2 방사체(33)의 배열방향(ex, Y축 방향)의 우측영역 및 좌측영역으로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 기생소자(37)가 위치한 영역으로 실현될 수 있다. 또한, 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)가 배열되는 방향의 일 측면이란, 상기 양 측면 중 일부 영역, 즉, 우측영역 또는 좌측영역으로 구현될 수 있다.

일 실시예에 따라, 기생소자(37)는 지지대(37a)에 의해 지지되어 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)가 배열되는 방향의 양 측면에서 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)와 평행하게 길이방향으로 연장되게 위치할 수 있다. 도 3의 상측에서 바라보면(도 3의 A 방향), 기생소자(37)의 일단은 제1 방사체(31)의 끝단에 도달하지 못하고, 기생소자(37)의 타단은 제2 방사체(33)의 끝단에 대응되어, 기생소자(37)의 전체 길이가 제1 방사체(31)의 끝단부터 제2 방사체(33)의 끝단까지 길이보다 짧게 구현될 수 있으며, 이는 이하 설명할 도 5에 자세하게 도시되어 있다. 또한, 기생소자(37)는 지지대(37a)에 의해 지지되어 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)가 배열되는 방향의 일 측면에서 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)와 평행하게 길이방향으로 연장되게 위치할 수 있다.

일 실시예에 따른 지지대(37a)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 신호 처리 기판(23)에서 연직 방향으로 연장되게 형성되며 기생소자(37)의 중심부분을 수직하게 지지하여 기생소자(37)와 함께 전체적으로 알파벳 'T'자 형상으로 구현될 수 있다. 이때, 도 3의 측면에서 바라보면(도 3의 B 방향), 기생소자(37)에 의해 제2 방사체(33)의 상면, 즉, 'ㄱ' 형상에서 'ㅡ' 형상으로 구현되는 상면(331)이 가려질 수 있고, 이때 상면(331)이 가려질 수 있도록 지지대(37a)의 높이를 산정할 수 있다. 여기서, 제2 방사체(33)의 상면(331)은, 이하 도 4에서 자세하게 설명한다.

또한, 지지대(37a)는 도 3에 도시된 바와 같이 기생소자(37)의 중심부분을 지지할 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 기생소자(37)의 임의의 부분을 지지할 수 있다. 따라서, 기생소자(37)의 일단 또는 타단의 끝단에 수직하게 결합되어 기생소자(37)와 함께 전체적으로 'ㄱ'자 형상으로도 구현될 수 있다.

도 4는 도 3의 V2X 안테나의 전기적인 구성을 설명하는 도면이다. 도 4(a)는제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)의 물리적 형상을 간단히 설명하고, 도 4(b)는 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)의 전기적인 형상에 따른 길이를 설명한다.

도 4(a)를 참고하면, 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)는 도전성 재질로 이루어져 방사체로서 동작하며 급전되는 RF 신호를 방사하고 외부로부터 전송되는 RF 신호를 수신한다.

제1 방사체(31)는 일단이 급전부(35)와 전기적으로 연결되며 타단이 전기적으로 개방(open)되고 중앙부분이 휘어져 단면이 소켓 형상으로 구성될 수 있다. 상기 소켓 형상은 진입부(311), 바닥부(313), 그리고 지지부(315)로 구분될 수 있다. 진입부(311)는 통신용 안테나(255)의 결합부(255a)가 가압되어 진입할 때 외측으로 탄성 변형되고 결합부(255a)가 바닥부(313)에 안착되면 진입부(311)의 양 측면은 원래 위치로 복원되어 통신용 안테나(255)의 결합부(255a)와 탄성 결합할 수 있다. 바닥부(313)는 상기 결합부(255a)의 형상과 대응되는 형상으로 구현되며, 결합부(255a)가 안착하는 영역이다. 한 쌍의 지지부(315)는 상기 소켓 형상을 지지할 수 있고, 도 3 내지 도 5를 참고하면, 한 쌍의 지지부(315) 중 일 측의 지지부(315)는 제2 방사체(33)의 수직면(333)과 근접하여 위치할 수 있다.

또한, 제1 방사체(31)는 도 4(a)와 같이 전형적인 소켓 형상이 아닌, 곡면 일부의 곡률이 달라지거나 일부 곡면이 직선화되는 실시예를 포함할 수 있다. 이는 통신용 안테나(255)와의 결합이 용이하도록 제1 방사체(31)의 형상이 통신용 안테나(255)의 결합부(255a) 형상에 대응되게 하기 위함이다.

제2 방사체(33)는 일단이 급전부(35)와 전기적으로 연결되며 타단이 전기적으로 개방(open)되고 접은(folded) 형상으로 구성될 수 있다. 일 실시예에 따라, 접은 형상은 직선의 일부가 접혀 굽어진 형상으로, 도 3 내지 도 4를 참고하면, 'ㄱ'자 형상으로 구현될 수 있다. 상기 'ㄱ'자 형상은 'ㅡ' 형상으로 구현되는 상면(331)과 'ㅣ' 형상으로 구현되는 수직면(333)으로 구분될 수 있다. 상면(331)의 끝단은 전기적으로 개방(open)되고 수직면(333)의 끝단은 급전부(35)와 전기적으로 연결되며, 수직면(333)은 제1 방사체(31)의 한 쌍의 지지부(315) 중 일 측의 지지부(315)와 근접하여 위치할 수 있다. 다만, 제2 방사체(33)의 형상이 'ㄱ'자 형상에 한정되는 것은 아니며, 제1 방사체(31)와 전기적으로 대칭되는 형상으로 구현되는 다양한 실시예를 포함할 수 있다.

급전부(35)는, 도 4(a)를 참고하면, 제1 방사체(31)에 급전 신호를 제공하고 제2 방사체(33)에 접지 전압을 제공하고 있다. 다른 실시예에 따라, 급전부(35)는 제1 방사체(31)에 접지 전압을 제공하고 제2 방사체(33)에 급전 신호를 제공할 수 있다.

도 4(b)를 참고하면, 일 실시예에 따라, 제1 방사체(31)의 전기적인 형상은 대략 육면체 모양으로 형성될 수 있다. 즉, V2X 안테나(257)가 반파장 다이폴 안테나에 대응하는 전기적 특성을 갖는 경우, 제1 방사체(31)의 전기적 육면체의 높이 및 제2 방사체(33)의 일단에서 타단까지 전기적 길이는 각각 방사되는 RF 신호 파장의 1/4에 대응하는 전기적 길이를 갖는다. 따라서, 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)의 전기적 길이에 의해 방사되는 RF 신호의 주파수(파장)가 결정된다.

도 5는 도 3의 V2X 안테나의 구성요소 상호 간 바람직한 배치를 설명하는 도면이다.

도 5를 참고하면, 제1 방사체(31)와 제2 방사체(33)는 상호 간 소정 간격(A) 이격되어 위치할 수 있다. 바람직하게는, 제2 방사체(33)가 제1 방사체(31)로부터, 방사되는 RF 신호 파장(λ)의 1/10에 해당하는 거리만큼 이격되게 위치할 수 있다.

또한, 기생소자(37)는 제1 방사체(31)와 제2 방사체(33)로부터 소정 간격(T) 이격되어 위치할 수 있다. 바람직하게는, 기생소자(37)는 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)로부터, 방사되는 RF 신호 파장(λ)의 1/4에 해당하는 거리만큼 이격되게 위치한다.

또한, 기생소자(37)의 전기적 길이(L)는 방사되는 RF 신호 파장의 1/4에 대응될 수 있으며, 바람직하게는 방사되는 RF 신호 파장의 1/4에 0.92를 곱한 값으로 구현될 수 있다.

상기와 같은 전기적 길이(L)를 갖는 기생소자(37)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 일단이 제1 방사체(31)의 끝단에 도달하지 못하고, 타단은 제2 방사체(33)의 끝단에 대응되어, 기생소자(37)의 전체 길이가 제1 방사체(31)의 끝단부터 제2 방사체(33)의 끝단까지 사이 거리보다 짧게 구현될 수 있다. 또한, 도시하지 않았으나, 상기와 같은 전기적 길이(L)를 갖는 기생소자(37)는 제1 방사체(31)의 끝단부터 제2 방사체(33)의 끝단까지 사이의 임의의 지점에 위치할 수 있다.

도 6은 도 3의 제1 방사체의 형상에 대한 일 실시예를 보여주는 도면이며, 도 7은 도 3의 제1 방사체의 형상에 대한 다른 실시예를 보여주는 도면이며, 도 8는 도 3의 제1 방사체의 형상에 대한 또 다른 실시예를 보여주는 도면이다.

도 6 내지 도 8에서, 제1 방사체(31)는 탄성 재질로 구성되어 결합부(255a)와 볼-소켓 유닛을 형성하는 다양한 실시예를 포함한다. 한편, 도 6 내지 도 8에 제2 방사체(33)는 도시되지 않았으나, 제2 방사체(33)는 도 3에 도시된 형상으로 도 6 내지 도 8에 도시된 제1 방사체(31)와 한 쌍을 이루어 방사체로 동작할 수 있다.

도 6 내지 도 8에서, 제1 방사체(31)는 다양한 모양의 소켓구조로 형성되어 볼 형상의 결합부(255a)와 탄성 결합할 수 있다.

도 6(a)를 참고하면, 일 실시예에 따라, 결합부(255a)는 전형적인 볼 형상이 아니라, 결합시 이탈을 방지하기 위해 일부 영역이 내측으로 만곡되어 전체적으로 절구 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 방사체(31)는 상기 결합부(255a) 형상에 대응되도록 곡면 일부의 곡률이 달라지거나 일부 곡면이 직선화되어 결합부(255a)의 볼 형상에 대응되는 소켓 형상으로 구성될 수 있다. 이는 통신용 안테나(255)와의 결합이 용이하도록 제1 방사체(31)의 형상이 결합부(255a)의 형상에 대응되도록 하기 위함이다.

보다 상세하게 설명하면, 도 6(b)에서, 결합부(255a)는 내측으로 만곡된 부분(C)에서 돌출부분(P)으로 이어지는 면이 수평면과 예각(α°< 90°)을 이루고, 돌출부분(P)에서 다시 하측으로 만곡되는데, 이때 돌출부분(P)에서 하측으로 만곡되는 면은 제1 방사체(31)와의 결합을 용이하게 하는 가이드부(2551)이다.

제1 방사체(31)는 상 방향으로 개구도고, 좌우 방향 단면의 중심은 소켓 형상으로 형성되어 단면 전체가 알파벳 'M' 모양과 유사하고 단면 중심부는 소켓 모양으로 형성될 수 있다.

상기 소켓 형상은 진입부(311), 바닥부(313), 그리고 지지부(315)로 구분될 수 있다. 도 6(b)와 같이, 진입부(311)는, 양 측면 사이 간격인 진입 직경(L1)이 결합부(255a)의 돌출부분(P)의 직경(L2)보다 소정간격 작게 형성됨으로써, 진입부(311)의 양 측면은 통신용 안테나(255)의 결합부(255a)가 가압되어 진입할 때 외측으로 탄성 변형되고 결합부(255a)가 바닥부(313)에 안착되면 진입부(311)의 양 측면은 원래 위치로 복원되어 통신용 안테나(255)의 결합부(255a)와 탄성 결합할 수 있다. 바닥부(313)는 상기 결합부(255a)의 형상에 대응되는 형상으로 구현되어 결합부(255a)가 안착하는 영역으로, 바닥부(313)의 내부 직경(L3)은 결합부(255a)의 직경(L2)에 대응되게 형성되거나(L2=L3), 조금 크게 형성될 수 있다(L2<L3). 지지부(315)는 상기 소켓 형상을 지지할 수 있다.

따라서, 제1 방사체(31)가 도 6과 같은 형상으로 구현됨으로써, 결합부(255a)를 가압하여 제1 방사체(31)에 착탈시 제1 방사체(31)의 진입부(311)의 양 측면이 탄성 변형되어 결합부(255a)와 탄성 결합할 수 있다.

도 7을 참고하면, 다른 실시예에 따라, 결합부(255a)는 전형적인 볼 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 방사체(31)는 상기 결합부(255a)의 볼 형상에 대응되는 소켓 형상으로 구성될 수 있다. 이는 통신용 안테나(255)와의 결합이 용이하도록 제1 방사체(31)의 형상이 결합부(255a)의 형상에 대응되도록 하기 위함이다.

보다 상세하게 설명하면, 도 7에서, 결합부(255a)는 전형적인 볼 형상으로 형성되어, 구심을 지나는 직경에서 하부 곡면부분은 제1 방사체(31)와의 결합을 용이하게 하는 가이드부(2551)이다.

제1 방사체(31)는 전체적으로 육면체로 형성되고 육면체 상 측면에 개구부(31a)가 형성되고, 내부에 결합부(255a)가 삽입고정되는 삽입홈(31b)이 함입되어 형성되며, 전체적으로 결합부(255a)의 볼 형상에 대응되는 소켓 형상으로 구성될 수 있다.

상기 소켓 형상은 진입부(311), 그리고 바닥부(313)로 구분될 수 있다. 도 7과 같이, 진입부(311)는, 양 측면 사이 간격인 진입 직경(L1)이 결합부(255a)의 돌출부분(P)의 직경(L2)보다 소정간격 작게 형성됨으로써, 진입부(311)의 양 측면은 통신용 안테나(255)의 결합부(255a)가 가압되어 진입할 때 외측으로 탄성 변형되고 결합부(255a)가 바닥부(313)에 안착되면 진입부(311)의 양 측면은 원래 위치로 복원되어 통신용 안테나(255)의 결합부(255a)와 탄성 결합할 수 있다. 바닥부(313)는 상기 결합부(255a)의 형상에 대응되는 구 형상으로 구현되어 결합부(255a)가 안착하는 영역으로, 바닥부(313)의 구심을 지나는 내부 직경(L3)은 결합부(255a)의 구심을 지나는 직경(L2)에 대응되게 형성되거나(L2=L3), 조금 크게 형성될 수 있다(L2<L3).

제1 방사체(31)가 도 7과 같은 형상으로 구현됨으로써, 결합부(255a)를 가압하여 제1 방사체(31)에 착탈시 제1 방사체(31)의 진입부(311)의 양 측면이 탄성 변형되고 결합부(255a)의 볼 형상에 대응되는 바닥부(313)가 결합부(255a)와 결합할 수 있다.

도 8을 참고하면, 또 다른 실시예에 따라, 결합부(255a)는 전형적인 볼 형상으로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 방사체(31)는 상기 결합부(255a)의 볼 형상에 대응되도록 단면이 소켓 형상으로 구성될 수 있다. 이는 통신용 안테나(255)와의 결합이 용이하도록 제1 방사체(31)의 형상이 결합부(255a)의 형상에 대응되도록 하기 위함이다.

보다 상세하게 설명하면, 도 8에서, 결합부(255a)는 전형적인 볼 형상으로 형성되어, 구심을 지나는 직경에서 하부 곡면부분은 제1 방사체(31)와의 결합을 용이하게 하는 가이드부(2551)이다.

제1 방사체(31)는 일측에서 타측까지 연장되는 하나의 평면으로 형성할 수 있으며, 진입부(311), 연장부(317), 그리고 바닥부(315)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 진입부(311)는 결합부(255a)와 착탈 가능하게 마련될 수 있고, 연장부(317)는 바닥부(315)로부터 연장되며 형상이 대칭되는 마주보는 한 쌍으로 구현되고, 미리 설정된 간격으로 이격되어 결합부(255a)가 안착하는 삽입공간을 형성할 수 있다. 바닥부(315)는 제1 방사체(31)를 지지하며, 결합부(255a)의 하면이 안착될 수 있다.

보다 상세하게 설명하면, 도 8을 참고하면, 한 쌍의 진입부(311)는 연장부(317)로부터 라운드가 형성되게 연장되며 중심으로부터 가장자리로 갈수록 이격되는 간격이 증가하도록 구성되어 서로 대향하는 부분이 볼록하게 구성될 수 있다. 즉, 연장부(317)로부터 멀어질수록 한 쌍의 연장부(31d) 사이의 이격 간격이 감소하다 다시 증가하도록 라운드가 형성될 수 있다.

또한, 한 쌍의 진입부(311)의 중심에서의 이격되는 간격(L1)은 결합부(255a)의 구심을 지나는 직경(L2)보다 소정간격 작게 형성되어 결합부(255a)를 가압하여 제1 방사체(31)에 착탈시 한 쌍의 진입부(311)가 탄성 변형되어 결합부(255a)와 탄성 결합할 수 있다.

도 9는 일 실시예에 따라 V2X 안테나에서 방사되는 빔패턴을 보여주는 도면이다.

일 실시예에 따라, 차량용 안테나 장치(20)는 샤크 핀 안테나(Shark Fin Type)로 구현될 수 있다. 샤크 핀 안테나에서는 차량 루프(Roof)를 GND로 활용하는 경우가 많은데, 차량 루프의 영향으로 차량 간 통신에 적합한 수평면 방향의 방사가 원활하지 못하다는 문제가 있다.

이에, 본 발명은 차량 루프에 장착된 차량용 안테나 장치(20) 간의 원활한 통신을 위해서 수평면에 대하여 최적 방사가 이루어지도록 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)가 배열되는 방향의 양 측면 또는 일 측면에 기생소자(37)를 포함하고 있다. 즉, 기생소자(37)는 제1 방사체(31) 및 제2 방사체(33)에서 방사되는 빔 패턴을 제어하여 차량의 전후방 방향으로 지향성을 높여 차량 간 통신이 원활하게 수행되도록 할 수 있다.

일 실시예에 따라, V2X 안테나(257)는 차량 통신(V2X) 간 최적화된 통신을 위해 약 5 GHz 대역(ex, WAVE 주파수)에서 기생소자(37)를 통한 빔 틸팅으로 수평각에 최적화된 안테나를 제공할 수 있다. 도 9는, 기생소자(37)의 제어로 수평방향에 대해 최적 방사 패턴이 형성된 예시를 보여주고 있다.

본 명세서는 많은 특징을 포함하는 반면, 그러한 특징은 본 발명의 범위 또는 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 개별적인 실시예에서 설명된 특징들은 단일 실시예에서 결합되어 구현될 수 있다. 반대로, 본 명세서에서 단일 실시예에서 설명된 다양한 특징들은 개별적으로 다양한 실시예에서 구현되거나, 적절히 결합되어 구현될 수 있다.

도면에서 동작들이 특정한 순서로 설명되었으나, 그러한 동작들이 도시된 바와 같은 특정한 순서로 수행되는 것으로, 또는 일련의 연속된 순서, 또는 원하는 결과를 얻기 위해 모든 설명된 동작이 수행되는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 환경에서 멀티태스킹 및 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다. 아울러, 상술한 실시예에서 다양한 시스템 구성요소의 구분은 모든 실시예에서 그러한 구분을 요구하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 상술한 프로그램 구성요소 및 시스템은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품 또는 멀티플 소프트웨어 제품에 패키지로 구현될 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 방법은 프로그램으로 구현되어 컴퓨터로 읽을 수 있는 형태로 기록매체(시디롬, 램, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크, 광자기 디스크 등)에 저장될 수 있다. 이러한 과정은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있으므로 더 이상 상세히 설명하지 않기로 한다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

30: V2X 안테나 31: 제1 방사체
33: 제2 방사체 35: 급전부
37: 기생소자

Claims (9)

1. 차량용 안테나 장치에 있어서,
   신호 처리 기판과 연결되는 제 1 안테나; 및
   상기 제 1 안테나를 통해 상기 신호 처리 기판에 연결되고 상기 제 1 안테나와 다른 주파수 대역에서 동작하는 제 2 안테나;를 포함하고,
   상기 제 1 안테나는,
   상기 제 2 안테나의 일단을 착탈 가능하게 고정하는 제1 방사체; 및
   상기 제1 방사체와 함께 다이폴 안테나로서 동작하는 제2 방사체;를 포함하는 차량용 안테나 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 안테나를 가압하여 상기 제1 방사체에 착탈시 상기 제1 방사체가 탄성 변형되어 상기 제 2 안테나의 일단과 탄성 결합하는 것을 특징으로 하는 차량용 안테나 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제1 방사체는, 상기 제 2 안테나와 탄성 결합하기 위해 상기 제 2 안테나 일단의 볼 형상에 대응되는 소켓 형상으로 구성되고
   상기 소켓 형상의 진입 직경은 상기 볼 형상의 직경보다 작게 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 안테나 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 방사체는,
   도전성 재질의 금속 판으로서 일단이 급전부와 전기적으로 연결되며 타단이 전기적으로 개방되고 중앙부분이 휘어져 단면이 소켓 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 안테나 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제2 방사체는,
   일단이 급전부와 전기적으로 연결되고 타단이 전기적으로 개방되며 접은 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 안테나 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제2 방사체는,
   상기 제1 방사체로부터 방사되는 RF 신호 파장의 1/10에 해당하는 거리만큼 이격되어 위치하는 것을 특징으로 하는 차량용 안테나 장치.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 제1 방사체는, 도전성 재질의 육면체로서 상 측면에 개구부가 형성되고 내부에 삽입홈이 함입되어 형성되며,
   상기 개구부의 진입 직경은 상기 제 2 안테나 일단의 볼 형상의 직경보다 작게 형성되고 상기 삽입홈은 상기 제 2 안테나 일단의 볼 형상에 대응되는 소켓 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 안테나 장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 방사체는,
   베이스부; 및
   상기 베이스부로부터 연장되고 서로 대향하는 부분이 볼록한 한 쌍의 연장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 안테나 장치.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 한 쌍의 연장부는,
   미리 설정된 간격으로 이격되고 탄성 변형 가능하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 안테나 장치.

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