KR102499763B1

KR102499763B1 - 차량에 탑재되는 광대역 안테나

Info

Publication number: KR102499763B1
Application number: KR1020217025678A
Authority: KR
Inventors: 유승우; 이주희; 정준영; 김형정
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-09-19
Filing date: 2019-09-19
Publication date: 2023-02-16
Also published as: US12095150B2; US20220368009A1; KR20210109034A; WO2021054494A1

Abstract

본 발명에 따른 안테나를 구비하는 차량은 제1 기판과 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체들이 소정 간격으로 배열된 콘 배열 안테나(conical array antenna); 상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들이 배열된 패치 배열 방사체(patch array radiator); 상기 금속 패치들과 상기 제2기판의 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀들; 및 상기 콘 배열 안테나 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 포함하여, 차량의 거의 모든 방향에서 신호 수신 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

차량에 탑재되는 광대역 안테나

본 발명은 차량에 탑재되는 광대역 안테나에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 저주파수 대역에서 5GHz 대역까지 동작하는 콘 안테나를 구비하는 차량 또는 전자 기기에 관한 것이다.

전자기기(electronic devices)는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)로 나뉠 수 있다. 다시 전자기기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mounted terminal)로 나뉠 수 있다.

전자기기의 기능은 다양화되고 있다. 예를 들면, 데이터와 음성통신, 카메라를 통한 사진촬영 및 비디오 촬영, 음성녹음, 스피커 시스템을 통한 음악파일 재생 그리고 디스플레이부에 이미지나 비디오를 출력하는 기능이 있다. 일부 단말기는 전자게임 플레이 기능이 추가되거나, 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다. 특히 최근의 이동 단말기는 방송과 비디오나 텔레비전 프로그램과 같은 시각적 컨텐츠를 제공하는 멀티캐스트 신호를 수신할 수 있다.

이와 같은 전자기기는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.

이러한 전자기기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.

상기 시도들에 더하여, 최근 전자기기는 LTE 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공하고 있다. 또한, 향후에는 5G 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공할 것으로 기대된다. 한편, LTE 주파수 대역 중 일부를 5G 통신 서비스를 제공하기 위하여 할당될 수 있다.

이와 관련하여, 이동 단말기는 5G 통신 서비스를 다양한 주파수 대역에서 제공하도록 구성될 수 있다. 최근에는 6GHz 대역 이하의 Sub6 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 하지만, 향후에는 보다 빠른 데이터 속도를 위해 Sub6 대역 이외에 밀리미터파(mmWave) 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공할 것으로 예상된다.

최근에는, 이러한 통신 서비스를 차량을 통해 제공할 필요성이 증대되고 있다. 한편, 통신 서비스에 관련하여 LTE(Long Term Evolution) 등의 기존 통신 서비스뿐만 아니라, 차세대 통신 서비스인 5세대 통신 서비스(5G communication service)에 대한 필요성도 대두되고 있다.

이에 따라, LTE 주파수 대역과 5G Sub6 주파수 대역에서 모두 동작하는 광대역 안테나가 전자 기기 이외에 차량에 배치될 필요가 있다. 하지만, 콘 안테나와 같은 광대역 안테나는 전체 안테나 크기, 특히 높이 증가에 따른 수직 프로파일(vertical profile)이 증가하고 무게가 증가하는 문제점이 있다.

또한, 콘 안테나와 같은 광대역 안테나는 기존의 평면형 안테나(planar antenna)에 비해 입체 구조로 구현될 수 있다. 또한, 전자 기기 또는 차량에서 통신 신뢰성 향상 및 통신 용량 향상을 위해서 다중 입출력(MIMO)을 구현할 필요가 있다. 이를 위해, 전자 기기 또는 차량에 다수의 광대역 안테나들을 배치할 필요가 있다.

따라서, 이러한 입체 구조의 콘 안테나들을 상호 간 낮은 간섭을 수준을 유지하면서 어떠한 방식으로 전자 기기 또는 차량에 배치할지 구체적인 배치 구조가 제시된 바 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 저주파수 대역에서 5GHz 대역까지 동작하는 광대역 안테나 소자를 구비하는 안테나 시스템을 제공하기 위한 것이다

본 발명의 다른 일 목적은, 저주파수 대역에서 5GHz 대역까지 동작하는 복수 개의 안테나 소자가 배치된 차량을 제공하기 위한 것이다

본 발명의 다른 일 목적은, 저주파수 대역에서 5GHz 대역까지 동작하는 다수의 안테나 소자 간의 격리도를 향상시킬 수 있는 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 안테나를 구비하는 차량은 제1 기판과 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체들이 소정 간격으로 배열된 콘 배열 안테나(conical array antenna); 상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들이 배열된 패치 배열 방사체(patch array radiator); 상기 금속 패치들과 상기 제2기판의 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀들; 및 상기 콘 배열 안테나 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 포함하여, 차량의 거의 모든 방향에서 신호 수신 성능을 향상시킬 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 콘 배열 안테나는 수평 방향과 수직 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 2x2 콘 배열 안테나로 구성되고, 상기 송수신부 회로는, 상기 2x2 콘 배열 안테나를 통해 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 2x2 콘 배열 안테나는 제1 내지 제4 콘 방사체를 포함하고, 상기 패치 배열 방사체는 상기 제1 내지 제4 콘 방사체의 상부 개구부에 이격되게 형성된 2x2 금속 패치들을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 콘 배열 안테나와 소정 간격으로 이격되어 배치되고, 상기 콘 배열 안테나보다 낮은 주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 타입 콘 안테나를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 타입 콘 안테나는 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 제2 상부 개구부를 구비하는 제2 타입 콘 방사체; 및 상기 제2 상부 개구부에 이격되게 형성된 제2 금속 패치를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 타입 콘 안테나는 제3 기판과 상기 제3 기판과 소정 간격으로 이격되고 그라운드 층을 구비한 제4 기판 사이에 구비되고, 상부는 상기 제3 기판과 연결되고, 하부는 상기 제4 기판과 연결되며,　상부에 제2 상부 개구부를 구비하는 제2 타입 콘 방사체; 및 상기 제2 상부 개구부에 이격되게 형성된 제2 금속 패치를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 타입 콘 안테나는 상기 콘 배열 안테나의 일 측에 형성되는 1x2 배열 안테나와 상기 콘 배열 안테나의 타 측에 형성되는 1x2 배열 안테나에 의해 2x2 배열 안테나로 구현되고, 상기 일 측에 형성되는 1x2 배열 안테나와 상기 타 측에 형성되는 1x2 배열 안테나 간 거리는 상기 콘 배열 안테나 간 거리보다 더 이격될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 송수신부 회로는, 상기 콘 배열 안테나들을 통해 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하고, 상기 제2 타입 콘 안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 콘 배열 안테나와 상기 타 측에 형성되는 1x2 배열 안테나 사이에 배치되고, 제1 주파수 대역에서 동작하는 제2 콘 배열 안테나를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 송수신부 회로는 상기 콘 배열 안테나 중 적어도 하나와 상기 제2 콘 배열 안테나 중 적어도 하나를 통해 상기 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 타입 콘 안테나는 상기 콘 배열 안테나의 일 측에 수직 방향으로 배치된 제1 및 제2 콘 안테나를 포함하는 제1 안테나 모듈; 및 상기 제2 콘 배열 안테나의 타 측에 수직 방향으로 배치된 제3 및 제4 콘 안테나를 포함하는 제2 안테나 모듈을 포함하고, 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역인 상기 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 송수신부 회로는 상기 제1 및 제2 콘 안테나 중 하나와 상기 제3 및 제4 콘 안테나 중 하나를 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기판 상에 형성되고, 상기 콘 배열 안테나의 각각의 콘 방사체의 하부 개구부를 통해 상기 각각의 콘 방사체로 신호를 전달하도록 구성된 급전부를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 안테나 모듈 내부에는 RKE(remote keyless entry) 안테나를 더 포함하고, 상기 제1 및 제2 안테나 모듈 내부에는 블루투스 및 와이파이 대역에서 동작하는 안테나를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 콘 배열 안테나와 상기 제2 콘 배열 안테나 사이에 배치되고, 위성 신호를 수신하도록 구성된 위성 안테나(DSDA: Digital Satellite Dual Antenna)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따른 차량(vehicle)에 탑재 가능한 안테나 시스템은 제1 기판과 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체들이 소정 간격으로 배열된 콘 배열 안테나(conical array antenna); 상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들이 배열된 패치 배열 방사체(patch array radiator); 상기 금속 패치들과 상기 제2기판의 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀들; 및 상기 제2 기판 상에 형성되고, 상기 콘 배열 안테나의 각각의 콘 방사체의 하부 개구부를 통해 신호를 상기 각각의 콘 방사체로 신호를 전달하도록 구성된 급전부를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 단락 핀들은 상기 금속 패치들 각각과 상기 그라운드 층을 연결하도록 상기 각각의 콘 방사체마다 하나의 단락 핀으로 형성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 콘 배열 안테나는 수평 방향과 수직 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 2x2 콘 배열 안테나로 구성되고, 상기 안테나 시스템은 상기 2x2 콘 배열 안테나를 통해 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성된 송수신부 회로를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 송수신부 회로에 연결되어 상기 송수신부 회로의 동작을 제어하는 기저대역 프로세서를 더 포함할 수 있다. 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 주파수 대역에서 상기 2x2 콘 배열 안테나와 이격되어 배치된 제2 콘 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작을 수행하고, 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역에서 상기 2x2 콘 배열 안테나의 좌측과 우측에 배치되는 제2 타입 콘 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작을 수행할 수 있다.

이와 같은 콘 안테나(cone antenna)를 구비하는 차량 및 안테나 시스템의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면, 속이 빈(hollow) 콘 안테나를 차량에 배치하여 차량에 배치되는 안테나 시스템의 무게를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 콘 안테나에 인접 배치된 금속 패치와 하나의 단락 핀으로 연결되어, 거의 모든 방향에서 차량의 신호 수신 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 안테나 시스템을 저대역(LB)과 다른 대역에서 서로 다른 안테나로 최적화하여, 차량의 지붕 프레임 내에 최적의 구성과 성능으로 안테나 시스템을 배치할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 특정 대역에서 다수의 안테나들을 이용하여 다중 입출력(MIMO) 및 다이버시티 동작을 차량의 안테나 시스템에서 구현할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 4는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기 또는 차량의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 5a는 본 발명에 따른 다수의 콘 안테나들과 다른 안테나들을 포함하는 안테나 시스템의 개념도를 나타낸다.
도 5b는 본 발명에 따른 다수의 콘 안테나들과 다른 안테나들을 포함하는 안테나 시스템의 전면도를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 제1 주파수 대역에서 동작 가능한 콘 배열 안테나를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 제2 주파수 대역에서 동작 가능한 제2 타입 콘 안테나를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 Cone with single shorting pin 구조의 콘 안테나의 전면도를 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Cone with two shorting pin 구조의 콘 안테나를 구비하는 전자 기기를 나타낸다.
도 10a은 본 발명과 관련하여 저주파수 대역에서 IFA (Inverted-F Antenna)가 사용된 경우 특정 앙각 범위에서의 이득 특성을 나타낸 것이다.
도 10b는 저주파수 대역에서 본 발명에 따른 제2 타입 콘 안테나가 사용된 경우 특정 앙각 범위에서의 이득 특성을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명에 따른 다수의 콘 안테나 간에 격리도를 비교한 결과이다.
도 12는 본 발명에 따른 LB 대역의 서로 다른 주파수에서의 LB 안테나의 방사 패턴 결과를 나타낸다.
도 13a는 본 발명에 따른 LB 안테나의 전압 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)를 나타낸다.
도 13b는 본 발명에 따른 LB 안테나의 방사 효율(radiation efficiency) 및 총 효율(total efficiency)을 나타낸다.
도 14는 본 발명의 다른 양상에 따른 복수의 콘 안테나들과 송수신부 회로, 기저대역 프로세서를 포함하는 안테나 시스템의 구성을 나타낸다.
도 15a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 안테나 시스템에 배치되는 콘 안테나와 저대역(LB) 안테나의 구성을 나타낸다.
도 15b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 안테나 시스템에 배치되는 저대역(LB) 안테나의 사시도를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.

그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

한편, 본 명세서에서 언급되는 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 차량 외부에 배치되는 안테나 시스템을 주로 언급하지만, 차량 내부에 배치되거나 차량에 탑승한 사용자가 소지하는 이동 단말기(전자 기기)를 포함할 수 있다.

도 1은 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이다.

상기 전자 기기(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(140), 출력부(150), 인터페이스부(160), 메모리(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들은 전자 기기를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 전자 기기는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 네트워크는 예컨대 4G 통신 네트워크 및 5G 통신 네트워크일 수 있다.

이러한 무선 통신부(110)는, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113), 위치정보 모듈(114) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

4G 무선 통신 모듈(111)은 4G 이동통신 네트워크를 통해 4G 기지국과 4G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 송신 신호를 4G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 수신 신호를 4G 기지국으로부터 수신할 수 있다.

이와 관련하여, 4G 기지국으로 전송되는 복수의 4G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다. 또한, 4G 기지국으로부터 수신되는 복수의 4G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다.

5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 여기서, 4G 기지국과 5G 기지국은 비-스탠드 얼론(NSA: Non-Stand-Alone) 구조일 수 있다. 예컨대, 4G 기지국과 5G 기지국은 셀 내 동일한 위치에 배치되는 공통-배치 구조(co-located structure)일 수 있다. 또는, 5G 기지국은 4G 기지국과 별도의 위치에 스탠드-얼론(SA: Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다.

5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 수신 신호를 5G 기지국으로부터 수신할 수 있다.

이때, 5G 주파수 대역은 4G 주파수 대역과 동일한 대역을 사용할 수 있고, 이를 LTE 재배치(re-farming)이라고 지칭할 수 있다. 한편, 5G 주파수 대역으로, 6GHz 이하의 대역인 Sub6 대역이 사용될 수 있다.

반면, 광대역 고속 통신을 수행하기 위해 밀리미터파(mmWave) 대역이 5G 주파수 대역으로 사용될 수 있다. 밀리미터파(mmWave) 대역이 사용되는 경우, 전자 기기(100)는 기지국과의 통신 커버리지 확장(coverage expansion)을 위해 빔 포밍(beam forming)을 수행할 수 있다.

한편, 5G 주파수 대역에 관계없이, 5G 통신 시스템에서는 전송 속도 향상을 위해, 더 많은 수의 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)을 지원할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 기지국으로 전송되는 복수의 5G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) MIMO가 수행될 수 있다. 또한, 5G 기지국으로부터 수신되는 복수의 5G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) MIMO가 수행될 수 있다.

한편, 무선 통신부(110)는 4G 무선 통신 모듈(111)과 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 기지국 및 5G 기지국과 이중 연결(DC: Dual Connectivity) 상태일 수 있다. 이와 같이, 4G 기지국 및 5G 기지국과의 이중 연결을 EN-DC(EUTRAN NR DC)이라 지칭할 수 있다. 여기서, EUTRAN은 Evolved Universal Telecommunication Radio Access Network로 4G 무선 통신 시스템을 의미하고, NR은 New Radio로 5G 무선 통신 시스템을 의미한다.

한편, 4G 기지국과 5G 기지국이 공통-배치 구조(co-located structure)이면, 이종 반송파 집성(inter-CA(Carrier Aggregation)을 통해 스루풋(throughput) 향상이 가능하다. 따라서, 4G 기지국 및 5G 기지국과 EN-DC 상태이면, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다.

근거리 통신 모듈(113)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 통신 모듈(114)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100, 또는 외부서버)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.

한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 이용하여 전자 기기 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 기지국을 경유하지 않고 전자 기기들 간에 D2D (Device-to-Device) 방식에 의해 근거리 통신이 수행될 수 있다.

한편, 전송 속도 향상 및 통신 시스템 융합(convergence)을 위해, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112) 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(111)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈(112)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 5G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.

위치정보 모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예를 들어, 전자 기기는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 전자 기기는 Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 필요에 따라서, 위치정보모듈(114)은 치환 또는 부가적으로 전자 기기의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신부(110)의 다른 모듈 중 어느 기능을 수행할 수 있다. 위치정보모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위해 이용되는 모듈로, 전자 기기의 위치를 직접적으로 계산하거나 획득하는 모듈로 한정되지는 않는다.

구체적으로, 전자 기기는 5G 무선 통신 모듈(112)을 활용하면, 5G 무선 통신 모듈 과 무선신호를 송신 또는 수신하는 5G 기지국의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 특히, 밀리미터파(mmWave) 대역의 5G 기지국은 좁은 커버리지를 갖는 소형 셀(small cell)에 배치(deploy)되므로, 전자 기기의 위치를 획득하는 것이 유리하다.

입력부(120)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 122), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(123, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.

센싱부(140)는 전자 기기 내 정보, 전자 기기를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(140)는 근접센서(141, proximity sensor), 조도 센서(142, illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 122 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 전자 기기는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.

출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(151), 음향 출력부(152), 햅팁 모듈(153), 광 출력부(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(151)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(123)로써 기능함과 동시에, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.

인터페이스부(160)는 전자 기기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(160)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 기기(100)에서는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.

또한, 메모리(170)는 전자 기기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 전자 기기(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 전자 기기(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 전자 기기(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 전자 기기(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 전자 기기(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 전자 기기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.

제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 기기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.

또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 전자 기기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.

전원공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 전자 기기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.

상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 전자 기기 상에서 구현될 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다. 이와 관련하여, 도 2a 및 도 2b는 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕(roof) 위 또는 지붕 내에 탑재되는 형상을 도시한다. 한편, 도 2c는 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕과 후면 미러의 지붕 프레임 (roof frame) 내에 탑재되는 구조를 도시한다.

도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명에서는 자동차(차량)의 외관 개선 및 충돌 시 텔레매틱스 성능을 보전하기 위해 기존의 샤크 핀(Shark Fin) 안테나를 돌출되지 않은 형태의 평면형(Flat) 안테나로 대체하고자 한다. 또한, 본 발명에서는 기존 이동통신 서비스(LTE) 제공과 함께, 5세대(5G) 통신을 고려한 LTE 안테나와 5G 안테나가 통합된 형태의 안테나를 제안하고자 한다.

도 2a를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕(roof) 위에 배치된다. 도 2a에서 상기 안테나 시스템(1000)을 외부 환경 및 차량 운전 시에 외부 충격으로부터 보호하기 위한 레이돔(radome, 2000a)이 상기 안테나 시스템(1000)을 둘러쌀 수 있다. 상기 레이돔(2000a)은 상기 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

도 2(b)를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 구조물 내에 배치되고, 지붕 구조물의 적어도 일부가 비금속으로 구현되도록 구성될 수 있다. 이때, 차량의 지붕 구조물(2000b)의 적어도 일부는 비금속으로 구현되어, 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

또한, 도 2c를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 프레임 내부에 배치되고, 지붕 프레임(2000c)의 적어도 일부가 비금속으로 구현되도록 구성될 수 있다. 이때, 차량(300)의 지붕 프레임(2000c)의 적어도 일부는 비금속으로 구현되어, 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 구조물 또는 지붕 프레임이외에 응용에 따라 차량 전면 또는 후면 위에 설치될 수 있다. 한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 차량(300)은 동력원에 의해 회전하는 바퀴, 차량(300)의 진행 방향을 조절하기 위한 조향 입력 장치(510)를 포함할 수 있다.

차량(300)은 자율 주행 차량일 수 있다. 차량(300)은, 사용자 입력에 기초하여, 자율 주행 모드 또는 메뉴얼 모드(수도 주행 모드)로 전환될 수 있다. 예를 들면, 차량(300)은, 사용자 인터페이스 장치(310)를 통해, 수신되는 사용자 입력에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.

차량(300)은, 주행 상황 정보에 기초하여, 자율 주행 모드 또는 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다. 주행 상황 정보는, 오브젝트 검출 장치(320)에서 제공된 오브젝트 정보에 기초하여 생성될 수 있다. 예를 들면, 차량(300)은, 오브젝트 검출 장치(320)에서 생성되는 주행 상황 정보에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.

예를 들면, 차량(300)은, 통신 장치(400)를 통해 수신되는 주행 상황 정보에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다. 차량(300)은, 외부 디바이스에서 제공되는 정보, 데이터, 신호에 기초하여 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.

차량(300)이 자율 주행 모드로 운행되는 경우, 자율 주행 차량(300)은, 운행 시스템에 기초하여 운행될 수 있다. 예를 들면, 자율 주행 차량(300)은, 주행 시스템, 출차 시스템, 주차 시스템에서 생성되는 정보, 데이터 또는 신호에 기초하여 운행될 수 있다.

차량(300)이 메뉴얼 모드로 운행되는 경우, 자율 주행 차량(300)은, 운전 조작 장치를 통해 운전을 위한 사용자 입력을 수신할 수 있다. 운전 조작 장치를 통해 수신되는 사용자 입력에 기초하여, 차량(300)은 운행될 수 있다.

전장(overall length)은 차량(300)의 앞부분에서 뒷부분까지의 길이, 전폭(width)은 차량(300)의 너비, 전고(height)는 바퀴 하부에서 루프까지의 길이를 의미한다. 이하의 설명에서, 전장 방향(L)은 차량(300)의 전장 측정의 기준이 되는 방향, 전폭 방향(W)은 차량(300)의 전폭 측정의 기준이 되는 방향, 전고 방향(H)은 차량(300)의 전고 측정의 기준이 되는 방향을 의미할 수 있다.

도 2에 예시된 바와 같이, 차량(300)은, 사용자 인터페이스 장치(310), 오브젝트 검출 장치(320), 내비게이션 시스템(350), 통신 장치(400)을 포함할 수 있다. 또한, 차량은 전술한 장치 이외에 센싱부(361), 인터페이스부(362), 메모리(363), 전원공급부(364), 차량 제어 장치(365)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 센싱부(361), 인터페이스부(362), 메모리(363), 전원공급부(364), 차량 제어 장치(365)는 본 발명에 따른 안테나 시스템(1000)을 통한 무선 통신과 직접적인 관련성은 낮다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 본 명세서에서 생략하기로 한다.

실시예에 따라, 차량(300)은, 본 명세서에서 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.

사용자 인터페이스 장치(310)는, 차량(300)과 사용자와의 소통을 위한 장치이다. 사용자 인터페이스 장치(310)는, 사용자 입력을 수신하고, 사용자에게 차량(300)에서 생성된 정보를 제공할 수 있다. 차량(300)은, 사용자 인터페이스 장치(310)를 통해, UI(User Interfaces) 또는 UX(User Experience)를 구현할 수 있다.

오브젝트 검출 장치(320)는, 차량(300) 외부에 위치하는 오브젝트를 검출하기 위한 장치이다. 오브젝트는 차량(300)의 운행과 관련된 다양한 물체들일 수 있다. 한편, 오브젝트는, 이동 오브젝트와 고정 오브젝트로 분류될 수 있다. 예를 들면, 이동 오브젝트는, 타 차량, 보행자를 포함하는 개념일 수 있다. 예를 들면, 고정 오브젝트는, 교통 신호, 도로, 구조물을 포함하는 개념일 수 있다.

오브젝트 검출 장치(320)는, 카메라(321), 레이다(322), 라이다(323), 초음파 센서(324), 적외선 센서(325) 및 프로세서(330)를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 오브젝트 검출 장치(320)는, 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.

프로세서(330)는, 오브젝트 검출 장치(320)의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(330)는, 획득된 영상에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(330)는, 영상 처리 알고리즘을 통해, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출등의 동작을 수행할 수 있다.

프로세서(330)는, 송신된 전자파가 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 반사 전자파에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(330)는, 전자파에 기초하여, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출 등의 동작을 수행할 수 있다.

프로세서(330)는, 송신된 레이저가 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 반사 레이저 광에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(330)는, 레이저 광에 기초하여, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출 등의 동작을 수행할 수 있다.

프로세서(330)는, 송신된 초음파가 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 반사 초음파에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(330)는, 초음파에 기초하여, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출 등의 동작을 수행할 수 있다.

프로세서(330)는, 송신된 적외선 광이 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 반사 적외선 광에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(330)는, 적외선 광에 기초하여, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출 등의 동작을 수행할 수 있다.

실시예에 따라, 오브젝트 검출 장치(320)는, 복수의 프로세서(330)를 포함하거나, 프로세서(330)를 포함하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 카메라(321), 레이다(322), 라이다(323), 초음파 센서(324) 및 적외선 센서(325) 각각은 개별적으로 프로세서를 포함할 수 있다.

오브젝트 검출 장치(320)에 프로세서(330)가 포함되지 않는 경우, 오브젝트 검출 장치(320)는, 차량(300)내 장치의 프로세서 또는 제어부(370)의 제어에 따라, 동작될 수 있다.

내비게이션 시스템(350)은 통신 장치(400), 특히 위치 정보부(420)를 통해 획득된 정보에 기반하여 차량의 위치 정보를 제공할 수 있다. 또한, 내비게이션 시스템(350)은 차량의 현재 위치 정보에 기반하여 목적지로의 길 안내 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 내비게이션 시스템(350)은 오브젝트 검출 장치(320) 및/또는 V2X 통신부(430)를 통해 획득된 정보에 기반하여 주변 위치에 대한 안내 정보를 제공할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 안테나 시스템(1000)과 함께 동작하는 무선 통신부(460)를 통해 획득한 V2V, V2I, V2X 정보에 기반하여 안내 정보 제공, 자율 주행 서비스 등을 제공할 수 있다.

오브젝트 검출 장치(320)는, 제어부(370)의 제어에 따라 동작될 수 있다.

통신 장치(400)는, 외부 디바이스와 통신을 수행하기 위한 장치이다. 여기서, 외부 디바이스는, 타 차량, 이동 단말기 또는 서버일 수 있다.

통신 장치(400)는, 통신을 수행하기 위해 송신 안테나, 수신 안테나, 각종 통신 프로토콜이 구현 가능한 RF(Radio Frequency) 회로 및 RF 소자 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

통신 장치(400)는, 근거리 통신부(410), 위치 정보부(420), V2X 통신부(430), 광통신부(440), 방송 송수신부(450) 및 프로세서(470)를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 통신 장치(400)는, 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.

근거리 통신부(410)는, 근거리 통신(Short range communication)을 위한 유닛이다. 근거리 통신부(410)는, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다.

근거리 통신부(410)는, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 형성하여, 차량(300)과 적어도 하나의 외부 디바이스 사이의 근거리 통신을 수행할 수 있다.

위치 정보부(420)는, 차량(300)의 위치 정보를 획득하기 위한 유닛이다. 예를 들면, 위치 정보부(420)는, GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 DGPS(Differential Global Positioning System) 모듈을 포함할 수 있다.

V2X 통신부(430)는, 서버(V2I: Vehicle to Infra), 타 차량(V2V: Vehicle to Vehicle) 또는 보행자(V2P: Vehicle to Pedestrian)와의 무선 통신 수행을 위한 유닛이다. V2X 통신부(430)는, 인프라와의 통신(V2I), 차량간 통신(V2V), 보행자와의 통신(V2P) 프로토콜이 구현 가능한 RF 회로를 포함할 수 있다.

광통신부(440)는, 광을 매개로 외부 디바이스와 통신을 수행하기 위한 유닛이다. 광통신부(440)는, 전기 신호를 광 신호로 전환하여 외부에 발신하는 광발신부 및 수신된 광 신호를 전기 신호로 전환하는 광수신부를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 광발신부는, 차량(300)에 포함된 램프와 일체화되게 형성될 수 있다.

방송 송수신부(450)는, 방송 채널을 통해, 외부의 방송 관리 서버로부터 방송 신호를 수신하거나, 방송 관리 서버에 방송 신호를 송출하기 위한 유닛이다. 방송 채널은, 위성 채널, 지상파 채널을 포함할 수 있다. 방송 신호는, TV 방송 신호, 라디오 방송 신호, 데이터 방송 신호를 포함할 수 있다.

무선 통신부(460)는 하나 이상의 안테나 시스템을 통해 하나 이상의 통신 시스템과 무선 통신을 수행하는 유닛이다. 무선 통신부(460)는 제1 안테나 시스템을 통해 제1 통신 시스템 내의 기기로 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 또한, 무선 통신부(460)는 제2 안테나 시스템을 통해 제2 통신 시스템 내의 기기로 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 여기서, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 각각 LTE 통신 시스템 및 5G 통신 시스템일 수 있다. 하지만, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 이에 한정되는 것은 아니고 임의의 서로 다른 통신 시스템으로 확장 가능하다.

본 발명에 따르면, 제1 및 제2 통신 시스템에서 동작하는 안테나 시스템(1000)은 차량(300)의 도 2a 내지 도 2c 중 하나에 따라 차량의 지붕 위, 지붕 내 또는 지붕 프레임 내에 배치될 수 있다. 한편, 도 3의 무선 통신부(460)는 제1 및 제2 통신 시스템에서 모두 동작 가능하고, 안테나 시스템(1000)과 결합되어 차량(300)으로 다중 통신 서비스를 제공할 수 있다.

프로세서(470)는, 통신 장치(400)의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.

실시예에 따라, 통신 장치(400)는, 복수의 프로세서(470)를 포함하거나, 프로세서(470)를 포함하지 않을 수도 있다.

통신 장치(400)에 프로세서(470)가 포함되지 않는 경우, 통신 장치(400)는, 차량(300)내 다른 장치의 프로세서 또는 제어부(370)의 제어에 따라, 동작될 수 있다.

한편, 통신 장치(400)는, 사용자 인터페이스 장치(310)와 함께 차량용 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 이경우, 차량용 디스플레이 장치는, 텔레 매틱스(telematics) 장치 또는 AVN(Audio Video Navigation) 장치로 명명될 수 있다.

통신 장치(400)는, 제어부(370)의 제어에 따라 동작될 수 있다.

차량(300)에 포함되는, 하나 이상의 프로세서 및 제어부(370)는, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.

본 발명과 관련된 차량(300)은, 수동주행모드 및 자율주행모드 중 어느 하나의 모드로 동작할 수 있다. 즉, 차량(300)의 주행모드는, 수동주행모드 및 자율주행모드를 포함할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 다중 송수신 시스템 구조 및 이를 구비하는 전자 기기 또는 차량과 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 구체적으로, 이종 무선 시스템(heterogeneous radio system)에서 동작하는 광대역 안테나 및 이를 구비하는 전자 기기 및 차량과 관련된 실시 예들에 대해 설명한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 4는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기 또는 차량의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 4를 참조하면, 전자 기기 또는 차량은 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220) 및 RFIC(1250)를 포함한다. 또한, 전자 기기 또는 차량은 모뎀(Modem, 1400) 및 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor, 1450)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 모뎀(Modem, 1400)과 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)와 물리적으로 하나의 chip에 구현되고, 논리적 및 기능적으로 분리된 형태로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 물리적으로 분리된 chip의 형태로 구현될 수도 있다.

한편, 전자 기기 또는 차량은 수신부에서 복수의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 210a 내지 240a)을 포함한다. 여기서, 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220), 제어부(1250) 및 복수의 저잡음 증폭기(210a 내지 240a)는 모두 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템에서 동작 가능하다. 이때, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 각각 4G 통신 시스템과 5G 통신 시스템일 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, RFIC(1250)는 4G/5G 일체형으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. RFIC(1250)가 4G/5G 일체형으로 구성되는 경우, 4G/5G 회로 간 동기화 (synchronization) 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 모뎀(1400)에 의한 제어 시그널링이 단순화될 수 있다는 장점이 있다.

한편, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G RFIC 및 5G RFIC로 각각 지칭될 수 있다. 특히, 5G 대역이 밀리미터파 대역으로 구성되는 경우와 같이 5G 대역과 4G 대역의 대역 차이가 큰 경우, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. 이와 같이, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G 대역과 5G 대역 각각에 대하여 RF 특성을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.

한편, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우에도 4G RFIC 및 5G RFIC가 논리적 및 기능적으로 분리되고 물리적으로는 하나의 chip에 구현되는 것도 가능하다.

한편, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어하도록 구성한다. 구체적으로, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 모뎀(1400)을 통해 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 전자 기기의 저전력 동작(low power operation)을 위해 전력 관리 IC (PMIC: Power Management IC)를 통해 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 모뎀(1400)은 RFIC(1250)를 통해 송신부 및 수신부의 전력 회로를 저전력 모드에서 동작시킬 수 있다.

이와 관련하여, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다고 판단되면, 모뎀(1400)을 통해 RFIC(1250)를 다음과 같이 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다면, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220) 중 적어도 하나가 저전력 모드에서 동작하거나 또는 오프(off)되도록 모뎀(1400)을 통해 RFIC(1250)를 제어할 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 전자 기기가 low battery mode이면, 저전력 통신이 가능한 무선 통신을 제공하도록 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 4G 기지국, 5G 기지국 및 액세스 포인트 중 복수의 엔티티와 연결된 경우, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 가장 저전력으로 무선 통신이 가능하도록 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스루풋을 다소 희생하더라도 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 근거리 통신 모듈(113)만을 이용하여 근거리 통신을 수행하도록 모뎀(1400)과 RFIC(1250)를 제어할 수 있다.

또 다른 실시 예에 따르면, 전자 기기의 배터리 잔량이 임계치 이상이면, 최적의 무선 인터페이스를 선택하도록 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 배터리 잔량과 가용 무선 자원 정보에 따라 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 이때, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 배터리 잔량 정보는 PMIC로부터 수신하고, 가용 무선 자원 정보는 모뎀(1400)으로부터 수신할 수 있다. 이에 따라, 배터리 잔량과 가용 무선 자원이 충분하면, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(1400)과 RFIC(1250)를 제어할 수 있다.

한편, 도 4의 다중 송수신 시스템(multi-transceiving system)은 각각의 무선 시스템(radio System)의 송신부와 수신부를 하나의 송수신부로 통합할 수 있다. 이에 따라, RF 프론트 엔드(Front-end)에서 두 종류의 시스템 신호를 통합하는 회로부분을 제거할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 프론트 엔드 부품을 통합된 송수신부로 제어 가능하므로, 송수신 시스템이 통신 시스템 별로 분리되었을 경우보다 효율적으로 프론트 엔드 부품을 통합할 수 있다.

또한, 통신 시스템 별로 분리되는 경우, 필요에 따라 다른 통신 시스템을 제어하는 것이 불가능하거나, 이로 인한 시스템 지연(system delay)를 가중시키기 때문에 효율적인 자원 할당이 불가능하다. 반면에, 도 2와 같은 다중 송수신 시스템은, 필요에 따라 다른 통신 시스템을 제어하는 것이 가능하고, 이로 인한 시스템 지연을 최소화할 수 있어 효율적인 자원 할당이 가능한 장점이 있다.

한편, 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템 중 적어도 하나에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 통신 시스템이 4G 대역 또는 Sub6 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템에서 모두 동작 가능하다.

반면에, 5G 통신 시스템이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)는 어느 하나는 4G 대역에서 동작하고, 다른 하나는 밀리미터파 대역에서 동작할 수 있다.

한편, 송수신부와 수신부를 통합하여, 송수신 겸용 안테나를 이용하여 하나의 안테나로 2개의 서로 다른 무선 통신 시스템을 구현할 수 있다. 이때, 도 2와 같이 4개의 안테나를 이용하여 4x4 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 하향링크(DL)를 통해 4x4 DL MIMO가 수행될 수 있다.

한편, 5G 대역이 Sub6 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역에서 모두 동작하도록 구성될 수 있다. 반면에, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이때, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 별도의 복수 안테나 각각이 밀리미터파 대역에서 배열 안테나로 구성될 수 있다.

한편, 4개의 안테나 중 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)에 연결된 2개의 안테나를 이용하여 2x2 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 상향링크(UL)를 통해 2x2 UL MIMO (2 Tx)가 수행될 수 있다. 또는, 2x2 UL MIMO에 한정되는 것은 아니고, 1 Tx 또는 4 Tx로 구현 가능하다. 이때, 5G 통신 시스템이 1 Tx로 구현되는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220) 중 어느 하나만 5G 대역에서 동작하면 된다. 한편, 5G 통신 시스템이 4Tx로 구현되는 경우, 5G 대역에서 동작하는 추가적인 전력 증폭기가 더 구비될 수 있다. 또는, 하나 또는 두 개의 송신 경로 각각에서 송신 신호를 분기하고, 분기된 송신 신호를 복수의 안테나에 연결할 수 있다.

한편, RFIC(1250)에 해당하는 RFIC 내부에 스위치 형태의 분배기(Splitter) 또는 전력 분배기(power divider)가 내장되어 있어, 별도의 부품이 외부에 배치될 필요가 없고 이로 인해 부품 실장성을 개선시킬 수 있다. 구체적으로, 제어부(250)에 해당하는 RFIC 내부에 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태의 스위치를 사용하여 2개의 서로 다른 통신 시스템의 송신부(TX) 선택이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기 또는 차량은 듀플렉서(duplexer, 231), 필터(232) 및 스위치(233)를 더 포함할 수 있다.

듀플렉서(231)는 송신 대역과 수신 대역의 신호를 상호 분리하도록 구성된다. 이때, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 통해 송신되는 송신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트를 통해 안테나(ANT1, ANT4)에 인가된다. 반면에, 안테나(ANT1, ANT4)를 통해 수신되는 수신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제2 출력포트를 통해 저잡음 증폭기(210a, 240a)로 수신된다.

필터(232)는 송신 대역 또는 수신 대역의 신호를 통과(pass)시키고 나머지 대역의 신호는 차단(block)하도록 구성될 수 있다. 이때, 필터(232)는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트에 연결되는 송신 필터와 듀플렉서(231)의 제2 출력포트에 연결되는 수신 필터로 구성될 수 있다. 대안적으로, 필터(232)는 제어 신호에 따라 송신 대역의 신호만을 통과시키거나 또는 수신 대역의 신호만을 통과시키도록 구성될 수 있다.

스위치(233)는 송신 신호 또는 수신 신호 중 어느 하나만을 전달하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시 예에서, 스위치(233)는 시분할 다중화(TDD: Time Division Duplex) 방식으로 송신 신호와 수신 신호를 분리하도록 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 이때, 송신 신호와 수신 신호는 동일 주파수 대역의 신호이고, 이에 따라 듀플렉서(231)는 서큘레이터(circulator) 형태로 구현될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에서, 스위치(233)는 주파수 분할 다중화(FDD: Time Division Duplex) 방식에서도 적용 가능하다. 이때, 스위치(233)는 송신 신호와 수신 신호를 각각 연결 또는 차단할 수 있도록 DPDT (Double Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 한편, 듀플렉서(231)에 의해 송신 신호와 수신 신호의 분리가 가능하므로, 스위치(233)가 반드시 필요한 것은 아니다.

한편, 본 발명에 따른 전자 기기 또는 차량은 제어부에 해당하는 모뎀(1400)을 더 포함할 수 있다. 이때, RFIC(1250)와 모뎀(1400)을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다.

모뎀(1400)은 RFIC(1250)를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(1400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)을 통해 획득할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel)을 통해 수신될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

모뎀(1400)은 특정 시간 및 주파수 자원에서 제1 통신 시스템 및/또는 제2 통신 시스템을 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 RFIC(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, RFIC(1250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 송신하도록 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 포함한 송신 회로들을 제어할 수 있다. 또한, RFIC(1250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 수신하도록 제1 내지 제4 저잡음 증폭기(210a 내지 240a)를 포함한 수신 회로들을 제어할 수 있다.

한편, 도 2 내지 도 4에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템과 저주파수 대역에서 약 5GHz 대역까지 동작 가능한 광대역 안테나 (예컨대, 콘 안테나)에 대 설명하면 다음과 같다.

이와 관련하여, 도 5a는 본 발명에 따른 다수의 콘 안테나들과 다른 안테나들을 포함하는 안테나 시스템의 개념도를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 5b는 본 발명에 따른 다수의 콘 안테나들과 다른 안테나들을 포함하는 안테나 시스템의 전면도를 나타낸다.

한편, 도 6은 본 발명에 따른 제1 주파수 대역에서 동작 가능한 콘 배열 안테나를 나타낸다. 또한, 도 7은 본 발명에 따른 제2 주파수 대역에서 동작 가능한 제2 타입 콘 안테나를 나타낸다. 여기서, 제1 주파수 대역에서 동작 가능한 콘 배열 안테나를 제1 타입 콘 (배열) 안테나로 지칭할 수 있다. 또한, 제2 주파수 대역에서 동작 가능한 제2 타입 콘 안테나를 제2 타입 콘 안테나로 지칭할 수 있다. 한편, 제1 주파수 대역은 1400MHz부터 시작하는 중간 대역(MB: Middle Band) 및 이보다 높은 주파수 대역인 고 대역(HB: High Band)을 포함한다. 반면에, 제2 주파수 대역은 650MHz부터 시작하는 저 대역(LB: Low Band)일 수 있다.

도 5a 내지 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 다수의 콘 안테나들을 포함하는 안테나 시스템을 구비한 차량은 콘 배열 안테나(1100), 패치 배열 방사체(1101) 및 단락 핀들(shorting pins, 1102) 및 급전부(1105)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 콘 배열 안테나(1100)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이에 구비될 수 있다. 여기서, 제2 기판(S2)은 제1 기판(S1)과 소정 간격으로 이격되고　그라운드 층(GND)을 구비할 수 있다. 또한, 콘 배열 안테나(1100)는 상부는 제1 기판(S1)과 연결되고, 하부는 제2 기판(S2)과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체들(1100R)이 소정 간격으로 배열된다.

한편, 콘 배열 안테나(conical array antenna, 1100)는 수평 방향과 수직 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 2x2 콘 배열 안테나로 구성될 수 있다. 여기서, 2x2 콘 배열 안테나(1100)는 제1 내지 제4 콘 방사체(1101R1 내지 1101R4)를 포함할 수 있다. 한편, 2x2 콘 배열 안테나(1100)를 구성하는 제1 내지 제4 콘 안테나는 각각 MH1 내지 MH4 안테나로 지칭할 수 있다. 여기서, MH1 내지 MH4 안테나는 중간 대역(MB)과 고 대역(HB)에서 동작하는 제1 내지 제4 콘 안테나를 의미한다.

한편, 패치 배열 방사체(patch array radiator, 1101)는 제1 내지 제4 콘 방사체(1100R1 내지 1100R4)의 상부 개구부에 이격되게 형성된 2x2 금속 패치들(1101-1 내지 1101-4)을 포함할 수 있다. 따라서, 패치 배열 방사체(1101)은 제1 기판(S1)에 형성되며, 제1 내지 제4 콘 방사체(1100R1 내지 1100R4)의 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들(1101-1 내지 1101-4)이 배열되도록 구성된다.

이에 따라, 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250)는 콘 배열 안테나(1100) 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 구체적으로, 송수신부 회로(1250)는 2x2 콘 배열 안테나를 통해 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제1 주파수 대역의 제1 내지 제4 신호를 동시에 수신하여 제1 내지 제4 신호에 포함된 제1 내지 제4 정보를 동시에 획득(디코딩)할 수 있다. 다중 입출력(MIMO)과 관련하여, 둘 이상의 신호를 동시에 수신하여 둘 이상의 정보를 동시에 획득(디코딩)할 수 있다.

한편, 단락 핀들(1102)은 금속 패치들(1101)과 제2기판(S2)의 그라운드 층(GND)을 전기적으로 연결하도록 형성된다. 구체적으로, 단락 핀들(1102)은 금속 패치들(1100) 각각과 그라운드 층(GND)을 연결하도록 각각의 콘 방사체(1101-1 내지 1101-4)마다 하나의 단락 핀으로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 저주파수 대역에서 약 5GHz 대역까지 동작 가능한 광대역 안테나 (예컨대, 콘 안테나)는 제1 주파수 대역에서 동작하는 콘 배열 안테나(1100) 이외에 제2 주파수 대역에서 동작하는 제2 타입 콘 안테나(1200)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 타입 콘 안테나(1200)는 콘 배열 안테나(1100)와 소정 간격으로 이격되어 배치되고, 콘 배열 안테나(1100)보다 낮은 주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.

여기서, 제1 주파수 대역에서 동작하는 콘 배열 안테나(1100)를 제1 타입 콘 안테나로 지칭하고, 제2 주파수 대역에서 동작하는 콘 안테나(1200)를 제2 타입 콘 안테나로 지칭할 수도 있다. 이와 관련하여, 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역을 포함하여 전체 주파수 대역을 하나의 콘 안테나로 구현할 수도 있다.

하지만, 차량의 지붕 프레임에 탑재되는 안테나 시스템을 위한 배치 공간은 전자 기기와 같은 경우에 비해 공간적 여유가 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 저주파수 대역(LB: Low Band)인 제2 주파수 대역에서는 콘 배열 안테나(1100)를 통해 신호를 송신 및/또는 수신한다. 또한, 중간 주파수 대역(MB: Low Band)과 고주파수 대역(HB: High Band)에서는 제2 타입 콘 안테나(1200)를 통해 신호를 송신 및/또는 수신한다.

저주파수 대역에서 동작하는 제2 타입 콘 안테나(1200)는 제2 타입 콘 방사체(1200R) 및 제2 금속 패치(1201)를 포함하도록 구성 가능하다. 제2 타입 콘 방사체(1200R)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이에 구비되고,　상부는 제1 기판(S1)과 연결되고, 하부는 제2 기판(S2)과 연결되며,　상부에 제2 상부 개구부를 구비할 수 있다. 여기서, 저주파수 대역에서 동작하는 제2 타입 콘 안테나(1200)의 제2 상부 개구부의 직경은 콘 안테나(1100)의 상부 개구부의 직경보다 더 크게 형성된다.

한편, 제2 금속 패치(1201)는 제2 타입 콘 안테나(1200)의 제2 상부 개구부에 이격되게 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 금속 패치(1201)의 형상은 사각 패치(rectangular patch)일 수 있다. 한편, 제2 금속 패치(1201)의 형상은 사각 패치에 한정되는 것은 아니고, 원형 패치 또는 임의의 다각형 형태로 구현 가능하다. 이와 관련하여, 차량에 탑재되는 안테나의 배치 공간에 제약이 크지 않으므로, 본 발명에서는 제2 금속 패치(1201)를 사각 패치로 구현할 수 있다.

한편, 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 제2 타입 콘 안테나(1200)는 제1 타입 콘 안테나(1100)와 다른 기판에 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)가 서로 다른 기판과 모두 인터페이스 가능한 구조로 구현될 수 있다. 이에 따라, 제1 타입 콘 안테나(1100)와 제2 타입 콘 안테나(1200)가 다른 기판에 구현되면 방사체 및 회로 간 상호 간섭 수준을 더 낮게 유지할 수 있다는 장점이 있다.

이에 따라, 제2 타입 콘 안테나(1200)는 제2 타입 콘 방사체(1200R) 및 제2 금속 패치(1201)를 포함하도록 구성 가능하다. 제2 타입 콘 방사체(1200R)는 제3 기판(S3)과 제4 기판(S4) 사이에 구비되고,　상부는 제3 기판(S3)과 연결되고, 하부는 제4 기판(S4)과 연결되며,　상부에 제2 상부 개구부를 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 제4 기판(S4)은 제3 기판(S3)과 기판과 소정 간격으로 이격되고 그라운드 층(GND)을 구비할 수 있다. 여기서, 저주파수 대역에서 동작하는 제2 타입 콘 안테나(1200)의 제2 상부 개구부의 직경은 콘 안테나(1100)의 상부 개구부의 직경보다 더 크게 형성된다.

한편, 제2 타입 콘 안테나(1200)는 콘 배열 안테나(1100)의 일 측에 형성될 수 있다. 또 다른 제2 타입 콘 안테나(1200')는 콘 배열 안테나(1100)의 타 측에 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200')는 2x1 배열 안테나로 구현 가능하다.

한편, 도 5a, 도 5b 및 도 7을 참조하면, 제2 타입 콘 안테나(1200)는 콘 배열 안테나(1100)의 일 측에 형성되는 1x2 배열 안테나로 구현될 수 있다. 또 다른 제2 타입 콘 안테나(1200')는 콘 배열 안테나(1100)의 타 측에 형성되는 1x2 배열 안테나로 구현될 수 있다. 이에 따라, 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200')는 2x2 배열 안테나로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 일 측에 형성되는 1x2 배열 안테나와 타 측에 형성되는 1x2 배열 안테나 간 거리는 콘 배열 안테나 간 거리보다 더 이격 될 수 있다. 이에 따라, 저주파수 대역에서 동작하는 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200') 간에 상호 격리도를 일정 수준 이상으로 확보할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 송수신부 회로(1250)는 2x2 콘 배열 안테나들(1100)을 통해 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 제1 주파수 대역에서, 최대 4개의 송신/수신 스트림에 의한 UL 또는 DL MIMO (4 Tx 또는 4 Rx)가 가능하다.

또한, 송수신부 회로(1250)는 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200')에 의한 2x2 배열 안테나를 통해 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 저주파수 대역인 제2 주파수 대역에서도, 최대 4개의 송신/수신 스트림에 의한 UL 또는 DL MIMO (4 Tx 또는 4 Rx)가 가능하다.

한편, 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200')는 2x1 배열 안테나로 구현된 경우, 송수신부 회로(1250)는 2x1 배열 안테나를 통해 제2 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 저주파수 대역인 제2 주파수 대역에서, 최대 2개의 송신/수신 스트림에 의한 UL 또는 DL MIMO (2 Tx 또는 2 Rx)가 가능하다.

한편, 본 발명에 따른 제1 타입 콘 안테나(1100) 중 적어도 하나와 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200') 중 적어도 하나를 통해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다. 즉, 프로세서(1400)는 제1 타입 콘 안테나(1100) 중 적어도 하나를 통해 제1 주파수 대역과 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200') 중 적어도 하나를 통해 제2 주파수 대역에 대한 반송파 집성(CA)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이를 위해, 송수신부 회로(1250)는 제1 주파수 대역에서 동작하는 제1 RFIC와 제2 주파수 대역에서 동작하는 제2 RFIC를 구비할 수 있다. 한편, 프로세서(1400)에 의해 제1 RFIC와 제2 RFIC가 동시에 동작하도록 제어할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 제1 주파수 대역에서 동작하는 제1 타입 콘 안테나와 관련하여, 제2 콘 배열 안테나(1100')를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제2 콘 배열 안테나(1100')는 콘 배열 안테나(1100)와 타 측에 형성되는 제2 타입 콘 안테나(1200') 사이에 형성될 수 있다. 여기서, 제2 타입 콘 안테나(1200')는 단일 콘 안테나 또는 1x2 콘 배열 안테나일 수 있다.

한편, 콘 배열 안테나(1100)와 제2 콘 배열 안테나(1100')는 모두 제1 주파수 대역에서 동작 가능하다. 이와 관련하여, 콘 배열 안테나(1100)는 수평 방향 및 수직 방향으로 배치된 2x2 배열 안테나일 수 있다. 반면에, 제2 콘 배열 안테나(1100')는 수직 방향으로만 배치된 1x2 배열 안테나일 수 있다. 하지만, 이와 같은 배열 형태에 한정되는 것은 아니고, 차량 배치 공간 및 안테나 특성 관점에서 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다.

한편, 송수신부 회로(1250)는 콘 배열 안테나(1100) 중 적어도 하나와 제2 콘 배열 안테나(1100') 중 적어도 하나를 통해 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 동일한 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)되는 안테나 소자 간 간섭 수준을 저감하기 위해서 안테나 소자 간 간격을 일정 거리 이상 이격되는 것이 바람직하다. 따라서, 콘 배열 안테나(1100)에서 인접한 안테나 소자들을 이용하여 MIMO를 수행하는 경우 상호 간 간섭이 발생할 수 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 콘 배열 안테나(1100) 중 적어도 하나와 제2 콘 배열 안테나(1100') 중 적어도 하나를 통해 MIMO를 수행할 수 있다.

이에 따라, 발명에서는 콘 배열 안테나(1100) 중 적어도 하나와 제2 콘 배열 안테나(1100') 중 적어도 하나를 통해 낮은 간섭 수준으로 서로 다른 정보를 획득할 수 있다. 즉, 콘 배열 안테나(1100) 중 적어도 하나를 통해 수신되는 제1 신호와 제2 콘 배열 안테나(1100') 중 적어도 하나를 통해 수신되는 제2 신호는 각각 다른 정보 (예: 제1 및 제2 정보)를 포함한다. 반면에, 콘 배열 안테나(1100) 내의 안테나 소자 또는 제2 콘 배열 안테나(1100') 내의 안테나 소자를 이용하여 동일한 정보를 획득하도록 다이버시티 동작을 수행할 수 있다. 즉, 콘 배열 안테나(1100) 내의 안테나 소자를 통해서 수신되는 제1 및 제2 신호는 모두 동일한 정보를 포함한다. 또한, 제2 콘 배열 안테나(1100') 내의 안테나 소자를 통해서 수신되는 제1 및 제2 신호는 모두 동일한 정보를 포함한다.

한편, 전술한 바와 같이 저주파수 대역인 제1 주파수 대역에서 동작하는 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200')는 2개 또는 4개의 안테나로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200')는 제1 안테나 모듈(1200a) 및 제2 안테나 모듈(1200b)을 포함하도록 구성 가능하다. 여기서, 제1 안테나 모듈(1200a)은 하나의 안테나로 구성되고 제2 안테나 모듈(1200b)도 하나의 안테나로 구성될 수 있다. 이에 따라, 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200')는 2개의 안테나로 구현될 수 있다.

대안으로, 제1 안테나 모듈(1200a)은 콘 배열 안테나(1100)의 일 측 (즉, 좌측)에 수직 방향으로 배치된 제1 및 제2 콘 안테나(1200)를 포함한다. 반면에, 제2 안테나 모듈(1200b)은 제2 콘 배열 안테나(1100')의 타 측(즉, 우측)에 수직 방향으로 배치된 제3 및 제4 콘 안테나(1200')를 포함한다. 이에 따라, 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200')는 제1 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성 가능하다.

이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)는 제1 및 제2 콘 안테나(1200) 중 하나와 제3 및 제4 콘 안테나(1200') 중 하나를 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 수평 방향에서 상호 간에 이격된 제1 및 제2 콘 안테나(1200) 중 하나와 제3 및 제4 콘 안테나(1200') 중 하나를 통해 상호 간섭 수준이 낮도록 제1 신호와 제2 신호를 수신할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 콘 배열 안테나(1100)는 하부 개구부와 부착되도록, 급전부(1105)는 제2 기판(S2) 상에서 신호를 전달하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 급전부(1105)는 제2 기판(S2) 상에 형성되고, 콘 배열 안테나(1100)의 각각의 콘 방사체(1100R)의 하부 개구부를 통해 각각의 콘 방사체(1100R)로 신호를 전달하도록 구성된다. 이와 관련하여, 급전부(1105)의 단부(end portion)은 하부 개구부의 형상에 부합되도록 링 형상으로 구성될 수 있다.

이와 유사하게, 본 발명에 따른 제2 타입 콘 안테나(1200)는 제2 하부 개구부와 부착되도록, 급전부(1205)는 제2 기판(S2) 또는 제4 기판(S4) 상에서 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 급전부(1205)의 단부(end portion)도 제2 하부 개구부의 형상에 부합되도록 링 형상으로 구성될 수 있다. 한편, 제2 타입 콘 안테나(1200)가 저주파수 대역에서 동작하기 때문에, 급전부(1205)의 링 직경의 크기가 급전부(1105)의 링 직경보다 더 크게 형성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 제1 및 제2 안테나 모듈 (1210a, 1210b)내부에는 RKE(remote keyless entry) 안테나(RKE1, RKE2)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 및 제2 안테나 모듈 (1210a, 1210b)는 전술한 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200') 이외에 패치 타입 안테나로 구현 가능하다. 또는, 제1 및 제2 안테나 모듈 (1210a, 1210b)는 전술한 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200')와 패치 타입 안테나를 모두 포함하는 구조로 구현 가능하다. 따라서, 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200')와 RKE 안테나(RKE1, RKE2)와 같은 패치 타입 안테나를 모두 포함하여 제1 및 제2 안테나 모듈 (1210a, 1210b)로 지칭할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 제1 및 제2 안테나 모듈 (1200a, 1200b)내부에는 블루투스 및 와이파이 대역에서 동작하는 안테나(ANT 13, ANT 14)를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 안테나 시스템(1000)은 콘 배열 안테나(1100)와 제2 콘 배열 안테나(1100') 사이에 배치되고, 위성 신호를 수신하도록 구성된 위성 안테나(DSDA: Digital Satellite Dual Antenna)를 더 포함할 수 있다.

이상에서는, 본 발명의 일 양상에 따른 콘 배열 안테나와 송수신부 회로를 포함하는 차량에 대해 설명하였다. 이하에서는, 본 발명의 다른 양상에 따른 콘 배열 안테나와 급전부를 포함하는 안테나 시스템에 대해 설명하기로 한다.

이와 관련하여, 도 2 내지 도 7을 참조하면, 안테나를 구비하는 차량(300)은 콘 배열 안테나(conical array antenna, 1100), 패치 배열 방사체(1101), 단락 핀들(1102) 및 급전부(1105)를 포함하도록 구성 가능하다.

콘 배열 안테나(1100)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)를 수직 연결하도록 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이에 구비될 수 있다. 또한, 콘 배열 안테나(1100)는 상부는 제1 기판(S1)과 연결되고, 하부는 제2 기판(S2)과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체들(1100R)이 소정 간격으로 배열되도록 구성된다.

한편, 패치 배열 방사체(1101)는 제1 기판(S1)에 형성되며, 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들(1101-1 내지 1101-4)이 배열되도록 구성된다. 또한, 단락 핀들(1102)은 금속 패치들(1101-1 내지 1101-4)과 제2 기판(S2)의 그라운드 층(GND)을 전기적으로 연결하도록 형성된다. 이와 관련하여, 단락 핀들(1102)은 금속 패치들 각각과 그라운드 층(GND)을 연결하도록 각각의 콘 방사체(1100R)마다 하나의 단락 핀으로 형성될 수 있다.

한편, 콘 배열 안테나(1100)는 수평 방향과 수직 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 2x2 콘 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이에 따라, 송수신부 회로(1250)는 2x2 콘 배열 안테나를 통해 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성된다.

한편, 본 발명의 차량(300)은 저주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하는 제2 타입 콘 안테나(1200)를 더 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 제2 타입 콘 안테나(1200)는 콘 배열 안테나(1100)와 소정 간격으로 이격되어 배치되고, 콘 배열 안테나(1100)보다 낮은 주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성된다.

구체적으로, 제2 타입 콘 안테나(1200)는 콘 배열 안테나(1100)의 일 측에 형성되는 1x2 배열 안테나와 콘 배열 안테나(1100)의 타 측에 형성되는 1x2 배열 안테나에 의해 2x2 배열 안테나로 구현될 수 있다. 대안으로, 제2 타입 콘 안테나(1200)는 콘 배열 안테나(1100)의 일 측에 형성되는 콘 안테나와 콘 배열 안테나(1100)의 타 측에 형성되는 다른 콘 안테나에 의해 2x1 배열 안테나로 구현될 수 있다.

이와 관련하여, 일 측에 형성되는 1x2 배열 안테나와 타 측에 형성되는 1x2 배열 안테나 간 거리는 콘 배열 안테나(1100) 내부의 소자 간 거리보다 더 이격 되도록 구성 가능하다. 대안으로, 일 측에 형성되는 콘 안테나와 타 측에 형성되는 다른 콘 안테나 간 거리는 콘 배열 안테나(1100) 내부의 소자 간 거리보다 더 이격 되도록 구성 가능하다. 이에 따라, 본 발명에서는 저주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 상호 간 거리가 더 이격된 안테나 소자 배치 구조를 제시할 수 있다.

이하에서, 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 콘 안테나(1100)에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

구체적으로, 콘 안테나(1100)는 상부 기판(upper substrate)에 해당하는 제1 기판(S1), 하부 기판(lower substrate)에 해당하는 제2 기판(S2) 및 콘 방사체(1100R)를 포함하도록 구성 가능하다. 또한, 콘 안테나(1100)는 금속 패치(1101), 단락 핀(shorting pin, 1102), 급전부(1105)를 더 포함하도록 구성 가능한다.

또한, 콘 안테나(1100)는 외곽 림(outer rim, 1103)과 외곽 림(1103)을 통해 제1 기판(S1)과 고정되도록 하는 체결구(fastener, 1104)를 더 포함하도록 구성 가능하다. 또한, 콘 안테나(1100)는 비-금속 지지체(non-metal supporter, 1106) 및 급전부(1105)를 체결하는 체결구(fastener, 1107)를 더 포함하도록 구성 가능하다. 여기서, 체결구(1104, 1107)는 소정 직경을 갖는 나사(screw)와 같은 체결구로 구현 가능하다.

이와 관련하여, 제2 기판(S2)은 제1 기판(S1)과 소정 간격으로 이격되고,　그라운드 층(GND)을 구비할 수 있다. 한편, 콘 방사체(1100R)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이에 구비되도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 콘 방사체(1100R)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 연결하도록, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 간을 수직 연결할 수 있다. 또한, 콘 방사체(1100R)는 상부는 제1 기판(S1)과 연결되고, 하부는 제2 기판(S2)과 연결되며,　상부에 상부 개구부(upper aperture)를 구비하도록 구성 가능하다.

한편, 금속 패치(1101)는 제1 기판(S1)에 형성되며, 상부 개구부에 이격되게 형성될 수 있다. 구체적으로, 금속 패치(1101)의 내측 형상(inner side shape)이 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 콘 방사체(1100R)로부터 방사되는 신호가 금속 패치(1101)의 내측을 통해 커플링되도록 형성될 수 있다.

한편, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구의 일부 영역을 둘러싸도록 일 측에만 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)를 포함한 콘 안테나(1100)의 전체 크기를 최소화할 수 있다.

한편, 단락 핀(shorting pin, 1102)은 금속 패치(1101)와 제2 기판(S2)의 그라운드 층(GND)을 전기적으로 연결하도록 형성된다. 한편, 단락 핀(1102)은 유전체와 같은 구조물 내부에 소정 직경을 갖는 나사(screw)와 같은 체결구가 삽입된 구조로 구현 가능하다.

이와 관련하여, 전자 기기 내에 복수 개의 콘 안테나를 배치하기 위해, 콘 안테나는 작은 크기로 구현될 필요가 있다. 이를 위한 본 발명에 따른 콘 안테나 구조를 "Cone with shorting pin" 또는 "Cone with shorting supporter"로 지칭할 수 있다.

이와 관련하여, 단락 핀(shorting pin) 또는 단락 지지체(shorting supporter)의 개수는 1개 또는 2개일 수 있다. 구체적으로, 단락 핀 또는 단락 지지체의 개수는 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 하지만, 본 발명에 따른 "Cone with shorting pin" 또는 "Cone with shorting supporter"에서 단락 핀 또는 단락 지지체는 안테나 크기 소형화를 위해 1개 또는 2개로 구현될 수 있다.

구체적으로, 단락 핀(shorting pin, 1102)은 금속 패치(1101)와 제2 기판(S2) 사이에 하나의 단락 핀으로 형성될 수 있다. 이와 같은 하나의 단락 핀(1102)에 의해, 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 이에 대한 동작 원리 및 기술적 특징은 도 7a 및 도 7b에서 상세하게 설명하기로 한다.

이와 관련하여, 일반적인 콘 안테나는 앙각(elevation angle) 방향의 보어사이트에서 방사 패턴의 널(null)이 생성되어 수신 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 콘 안테나(1110)가 하나의 단락 핀(1102)과 연결되는 구조를 통해, 앙각 방향의 보어사이트에서 방사 패턴의 널이 제거될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 거의 모든 방향에서 수신 성능이 개선될 수 있다는 장점이 있다.

이와 관련하여, 하나의 단락 핀을 구비한 콘 안테나는 급전부(1105)-콘 방사체(1100R)-금속 패치(1101)-단락 핀(1102)-그라운드 층(GND)의 전류 경로를 형성한다. 이와 같이, 급전부(1105)-콘 방사체(1100R)-금속 패치(1101)-단락 핀(1102)-그라운드 층(GND)의 비대칭 전류 경로를 통해, 앙각 방향의 보어 사이트에서 방사 패턴이 널(null)이 생성되는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 급전부(1105)는 제2 기판(S2) 상에 형성되고, 하부 개구부(lower aperture)를 통해 신호를 전달하도록 구성된다. 이를 위해, 급전부(1105)는 하부 개구부의 형상에 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 콘 안테나는 콘 방사체(1100R)와 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 기구적으로 고정하기 위해, 적어도 하나의 비-금속 지지체(non-metal supporter, 1106)를 더 포함할 수 있다. 이를 위해, 비-금속 지지체(1106)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 지지하도록 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 수직하게 연결하도록 구성된다. 한편, 비-금속 지지체(1106)는 금속이 아니고, 또한 금속 패치(1101)와 전기적으로 연결되지 않기 때문에, 콘 안테나(1100)의 전기적 특성에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 비-금속 지지체(1106)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 수직하게 연결하여 지지하도록 제1 및 제2 기판(S1, S2)의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 하부에 배치될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 지지할 수 있는 다양한 구조로 변경 가능하다.

한편, 외곽 림(1103)은 콘 방사체(1100R)와 일체로 형성되고, 제1 기판(S1)과 체결구(1104)를 통해 연결될 수 있다. 여기서, 외곽 림(1103)은 콘 방사체(1100R)의 대향하는 지점 상에 2개의 외곽 림으로 구현될 수 있다.

한편, 체결구(1107)는 급전부(1105) 단부 (즉, 링 형상)의 내부를 통해 제2 기판(S2)과 연결되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 체결구(1107)를 통해 급전부(1105)가 형성된 제2 기판(S2)과 콘 방사체(1100R)가 고정될 수 있다. 이에 따라, 체결구(1107)는 콘 방사체(1100R)로 신호를 전달하는 급전부의 역할과 함께 콘 방사체(1100R)를 제2 기판(S2)에 고정하는 역할을 한다.

한편, 도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 Cone with single shorting pin 구조의 콘 안테나의 전면도를 나타낸다. 이와 관련하여, Cone with single shorting pin 구조는 1개의 단락 핀 (또는 단락 지지체)에 의해 구현된 콘 안테나이다. 구체적으로, 도 5a는 원형 형상의 금속 패치가 콘 방사체의 상부 개구의 일측에 배치된 형상을 나타낸다. 반면에, 도 5b는 사각형 형상의 금속 패치가 콘 방사체의 상부 개구의 일측에 배치된 형상을 나타낸다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 기기는 콘 안테나(1100)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250)를 더 포함할 수 있다.

한편, 도 5a, 도 5b, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 콘 안테나(1100)는 상부 기판(upper substrate)인 제1 기판과 하부 기판(lower substrate)인 제2 기판 사이에 형성된다. 한편, 콘 안테나(1100)는 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b) 및 단락 핀(1102)을 포함할 수 있다. 여기서, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부(upper aperture)의 일 측(one side)의 주변 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)는 제1 기판 상에 형성될 수 있다. 여기서, 콘 안테나(1100)는 속이 빈(hollow) 콘 안테나만을 지칭하거나 또는 금속 패치(1101)를 포함한 전체 안테나 구조를 지칭할 수 있다.

구체적으로, 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 상부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부로부터 제1 기판의 두께만큼 z축으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101)가 제1 기판의 상부에 배치되는 경우, 콘 안테나(1100)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로, 금속 패치(1101)를 포함하는 콘 안테나(1100)의 상부 영역에 소정 유전율을 갖는 제1 기판이 배치되어, 콘 안테나(1100)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.

또는, 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 하부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부와 z축 상의 동일 평면 상에서 일정 간격 이격되어 될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101)가 제1 기판의 하부에 배치되는 경우, 제1 기판이 금속 패치(1101)를 포함하는 콘 안테나(1100)의 레이돔(radome)으로 동작할 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)를 포함하는 콘 안테나(1100)를 외부로부터 보호할 수 있고, 또한 콘 안테나(1100)의 이득(gain)을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

단락 핀(1102)은 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된다. 이와 같이, 금속 패치(1101)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된 단락 핀(1102)에 의해, 콘 안테나(1100)의 크기를 소형화 할 수 있다는 장점이 있다. 한편, 단락 핀(1102)의 개수는 1개 또는 2개일 수 있다. 단락 핀(1102)의 개수가 1개인 경우가 콘 안테나(1100) 소형화 관점에서 가장 유리할 수 있다. 이에 따라, 단락 핀(1102)은 금속 패치와 하부 기판인 제2 기판 사이에 하나의 단락 핀으로 형성될 수 있다. 하지만, 단락 핀의 개수는 이에 한정되는 것은 아니고, 콘 안테나(1100)의 성능 및 구조적 안정성 관점에서 2개 이상의 단락 핀이 사용될 수도 있다. 응용에 따라 단락 핀(1102) 이외에 나머지 일부 핀은 비-금속 형태의 비-금속 지지 핀 (non-metal supporting pin)으로 구현될 수 있다.

송수신부 회로(1250)는 콘 방사체(1100R)에 급전부(1105)를 통해 연결되고, 콘 안테나(1100)를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)는 도 4와 같이 전력 증폭기(210), 저잡음 증폭기(310)를 전단에 구비할 수 있다. 이에 따라, 송수신부 회로(1250)는 전력 증폭기(210)를 통해 증폭된 신호를 콘 안테나(1100)를 통해 방사하도록 전력 증폭기(210)를 제어할 수 있다. 또한, 송수신부 회로(1250)는 콘 안테나(1100)로부터 수신된 신호를 저잡음 증폭기(310)를 통해 증폭하도록 저잡음 증폭기(310)를 제어할 수 있다. 또한, 송수신부 회로(1250) 콘 안테나(1100)를 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 송수신부 회로(1250) 내부의 소자들을 제어할 수 있다.

이와 관련하여, 전자 기기가 복수의 콘 안테나를 구비하는 경우, 송수신부 회로(1250)는 복수의 콘 안테나 중 적어도 하나를 통해 신호가 송신 및/또는 수신되도록 제어할 수 있다. 송수신부 회로(1250)가 하나의 콘 안테나만을 통해 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 각각 1 Tx 또는 1 Rx로 지칭할 수 있다. 반면에, 송수신부 회로(1250)가 둘 이상의 콘 안테나를 통해 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 안테나의 개수에 따라 n Tx 또는 n Rx로 지칭할 수 있다.

예를 들어, 송수신부 회로(1250)가 2개의 콘 안테나를 통해 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 2 Tx 또는 2 Rx로 지칭할 수 있다. 하지만, 송수신부 회로(1250)가 2개의 콘 안테나를 통해 동일한 데이터를 갖는 제1 및 제2 신호를 송신 또는 수신하는 경우는 1 Tx 또는 2 Rx로 지칭할 수 있다. 이와 같이 송수신부 회로(1250)가 2개의 콘 안테나를 통해 동일한 데이터를 갖는 제1 및 제2 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 다이버시티 모드로 지칭할 수 있다.

한편, 금속 패치(1101)의 형태는 도 8a와 같이 원형 패치(circular patch) 형태로 구성될 수 있다.

또한, 금속 패치(1101)의 형태는 도 8b와 같이 사각 패치(rectangular patch) 형태로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)의 형태는 응용에 따라 안테나 소형화 및 성능 관점에서 원형 패치(circular patch) 또는 임의의 다각형 패치 형태로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 임의의 다각형 패치 형태에서 다각형의 차수가 증가함에 따라 원형 패치 형태로 근사화 될 수 있다.

도 8a를 참조하면, 금속 패치(1101)는 외측 형상(outer side shape)이 원형 형태인 원형 패치(circular patch)로 형성될 수 있다. 한편, 원형 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 원형 패치(1101)의 내측을 통해 커플링되도록 형성되어, 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.

도 8b를 참조하면, 금속 패치(1101')는 외측 형상(outer side shape)이 사각형 형태인 사각 패치(rectangular patch)로 형성될 수 있다. 한편, 사각 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 사각 패치(1101)의 내측을 통해 커플링되도록 형성되어, 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 금속 패치(1101, 1101')의 개구부에 의해 공진 길이가 형성될 수 있다. 따라서, 콘 안테나(1100)로부터 방사되는 신호가 금속 패치(1101, 1101')의 내측을 통해 커플링될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 금속 패치(1101, 1101')의 개구부에 의해 콘 안테나(1100)의 소형화가 가능하다는 장점이 있다.

이와 관련하여, 도 8a 및 도 8b와 같은 Cone with single shorting pin 구조에서, 콘 안테나(1100)의 길이와 폭, 즉 L x W는 0.13 x 0.14l로 구현될 수 있다. 이에 따라, 일반적인 패치 안테나의 크기인 0.5l보다 약 1/4배로 크기 소형화가 가능하다. 한편, 단락 핀을 구비하는 패치 안테나의 크기인 0.25l보다 약 1/2배로 크기 소형화가 가능하다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)를 포함하는 콘 안테나(1100)의 길이와 폭, 즉 L x W는 0.13 x 0.14l이기 때문에, 콘 안테나(1100)의 상부 개구부 크기는 이보다 더 적게 구현 가능하다.

따라서, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100)에서, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부의 일부 영역을 둘러싸도록 일부 영역에만 형성될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)를 포함한 콘 안테나(1100)의 크기를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 콘 안테나(1100)의 높이 및 길이와 폭, 즉 H x L x W는 0.06 x 0.13 x 0.14l로 구현될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)와 단락 핀(1102)을 구비하는 본 발명에 따른 콘 안테나(1100)는 기존 콘 안테나에 비해 높이를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 금속 패치(1101)와 단락 핀(1102)을 구비하는 콘 안테나(1100)는 xy 평면상에서 안테나 크기를 감소시키면서, z축 상에서 안테나 높이도 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

한편, 도 9 및 도 9b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 원형 패치와 단락 핀으로 이루어진 콘 안테나의 전면도를 나타낸다. 도 6a에서, 콘 안테나(1100a)는 원형 패치(1101a)와 2개의 단락 핀(1102a)을 구비할 수 있다. 한편, 콘 안테나(1100a)는 2개의 단락 핀(1102a)과 나머지 비-금속 지지 핀으로 제1 기판과 제2 기판을 연결할 수 있다.

이와 관련하여, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Cone with two shorting pin 구조의 콘 안테나를 구비하는 전자 기기를 나타낸다. 이와 관련하여, Cone with two shorting pin 구조는 2개의 단락 핀 (또는 단락 지지체)에 의해 구현된 콘 안테나이다. 여기서, 도 9a 및 도 9b의 구조가 Cone with two shorting pin 구조에 한정되는 것은 아니고, Cone with single shorting pin 구조일 수 있다. 이와 관련하여, 2개의 지지 구조 중 하나는 단락 핀으로 나머지 하나는 비-금속 지지체로 구현될 수 있다. 구체적으로, 단락 핀(1102a) 중 하나는 비-금속 지지체로 대체될 수 있다.

도 8a 및 도 9b를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 기기는 콘 안테나(1100a)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다.

한편, 도 9a 내지 도 9b를 참조하면, 콘 안테나(1100a)는 상부 기판(upper substrate)인 제1 기판과 하부 기판(lower substrate)인 제2 기판 사이에 형성된다. 한편, 콘 안테나(1100a)는 금속 패치(1101a) 및 단락 핀(1102a)을 포함할 수 있다. 여기서, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부(upper aperture)의 주변 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)는 제1 기판 상에 형성될 수 있다.

한편, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부 전체를 둘러싸도록 원형 패치로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부 일부를 둘러싸는 원형 패치로 구현될 수 있다. 따라서, 원형 패치는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부의 양측에 모두 형성되거나 또는 일측에 형성될 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100a)에서, 원형 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부 전체 영역을 둘러싸도록 전체 영역에 형성될 수 있다. 구체적으로, 원형 패치(1101a)와 같은 금속 패치는 콘 안테나의 상부 개구 전체 영역을 둘러싸도록 일 측(one side) 및 일 측에 대응되는 타 측(other side)에 모두 배치될 수 있다.

따라서, 대칭 형태의 원형 패치(1101a)와 단락 핀(1102a)을 구비하는 콘 안테나(1100a)는 일 측에만 배치되는 금속 패치를 구비하는 경우보다 전체 크기가 다소 증가할 수 있다. 하지만, 대칭 형태의 원형 패치(1101a)와 단락 핀(1102a)을 구비하는 콘 안테나(1100a)는 방사 패턴이 대칭 형태이고 광대역 특성으로 구현될 수 있다는 장점이 있다.

한편, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100a)에서, 원형 패치(1101a)는 상부 개구부의 일부 영역을 둘러싸도록 일부 영역에만 형성될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101a)를 포함한 콘 안테나(1100a) 크기를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

구체적으로, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 상부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부로부터 제1 기판의 두께만큼 z축으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101a)가 제1 기판의 상부에 배치되는 경우, 콘 안테나(1100a)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로, 금속 패치(1101a)를 포함하는 콘 안테나(1100)의 상부 영역에 소정 유전율을 갖는 제1 기판이 배치되어, 콘 안테나(1100)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.

또는, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 하부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부와 z축 상의 동일 평면 상에서 일정 간격 이격되어 될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101a)가 제1 기판의 하부에 배치되는 경우, 제1 기판이 금속 패치(1101a)를 포함하는 콘 안테나(1100a)의 레이돔(radome)으로 동작할 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101a)를 포함하는 콘 안테나(1100a)를 외부로부터 보호할 수 있고, 또한 콘 안테나(1100a)의 이득(gain)을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

단락 핀(1102a)은 금속 패치(1101a)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된다. 이와 같이, 금속 패치(1101a)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된 단락 핀(1102a)에 의해, 콘 안테나(1100a)의 크기를 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.

도 9a를 참조하면, 금속 패치(1101a)는 외측 형상(outer side shape)이 원형 형태인 원형 패치(circular patch)로 형성될 수 있다. 한편, 원형 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상기 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 원형 패치(1101a)의 내측을 통해 커플링되도록 형성되어, 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 금속 패치(1101a)의 개구부에 의해 공진 길이가 형성될 수 있다. 따라서, 콘 안테나(1100a)로부터 방사되는 신호가 원형 패치(1101a)의 내측을 통해 커플링될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 원형 패치(1101a)의 개구부에 의해 콘 안테나(1100a)의 소형화가 가능하다는 장점이 있다.

이와 관련하여, 도 6a와 같은 Cone with two shorting pin on circular patch 구조에서, 콘 안테나(1100a)의 길이와 폭, 즉 L x W는 0.22 x 0.22l로 구현될 수 있다. 이에 따라, 일반적인 패치 안테나의 크기인 0.5l보다 약 1/2배로 크기 소형화가 가능하다. 한편, 단락 핀을 구비하는 패치 안테나의 크기인 0.25l보다 더 작은 크기로 구현 가능하다. 이와 관련하여, 원형 패치(1101a)를 포함하는 콘 안테나(1100a)의 길이와 폭, 즉 L x W는 0.22 x 0.22l이기 때문에, 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부 크기는 이보다 더 적게 구현 가능하다.

또한, 콘 안테나(1100a)의 높이 및 길이와 폭, 즉 H x L x W는 0.07 x 0.22 x 0.22l로 구현될 수 있다. 이에 따라, 원형 패치(1101a)와 단락 핀(1102a)을 구비하는 본 발명에 따른 콘 안테나(1100a)는 기존 콘 안테나에 비해 높이를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 원형 패치(1101a)와 단락 핀(1102a)을 구비하는 콘 안테나(1100a)는 xy 평면상에서 안테나 크기를 감소시키면서, z축 상에서 안테나 높이도 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

한편, 도 9b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 Cone with two shorting pin 구조의 콘 안테나를 구비하는 전자 기기를 나타낸다. 이와 관련하여, Cone with two shorting pin 구조는 2개의 단락 핀 (또는 단락 지지체)에 의해 구현된 콘 안테나이다. 여기서, 도 6a 및 도 6b의 구조가 Cone with two shorting pin 구조에 한정되는 것은 아니고, Cone with single shorting pin 구조일 수 있다. 이와 관련하여, 2개의 지지 구조 중 하나는 단락 핀으로 나머지 하나는 비-금속 지지체로 구현될 수 있다. 구체적으로, 도 6b의 단락 핀(1102b) 중 하나는 비-금속 지지체(1106)으로 대체될 수 있다. 이에 따라, 비-금속 지지체(1106) 중 하나는, 타 측에 배치된 금속 패치(1101b1)에 형성될 수 있다.

도 9b를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 기기는 콘 안테나(1100b)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다.

한편, 도 5a, 도 5b, 도 8a 내지 도 9b를 참조하면, 콘 안테나(1100b)는 상부 기판(upper substrate)인 제1 기판과 하부 기판(lower substrate)인 제2 기판 사이에 형성된다. 한편, 콘 안테나(1100a)는 금속 패치(1101b) 및 단락 핀(1102b)을 포함할 수 있다. 여기서, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부(upper aperture)의 주변 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)는 제1 기판 상에 형성될 수 있다.

한편, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부 전체를 둘러싸도록 사각 패치로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부 일부를 둘러싸는 사각 패치로 구현될 수 있다. 따라서, 사각 패치는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부의 양측에 모두 형성되거나 또는 일측에 형성될 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100a)에서, 사각 패치(1101b)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부 영역을 둘러싸도록 실질적으로 전체 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 사각 패치(1101b)의 크기를 감소시키기 위해, 콘 안테나(1100b)를 지지하는 체결구(fastening, 1104) 주변 영역에는 사각 패치(1101b)가 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 사각 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 좌측 영역과 우측 영역에 각각 배치될 수 있다.

이와 관련하여, 금속 패치(1101b)는 제1 금속 패치(1101b1)와 제2 금속 패치(1101b2)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 금속 패치(1101b1)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부를 둘러싸도록 상기 상부 개구부의 좌측에 형성될 수 있다. 또한, 제2 금속 패치(1101b2)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부를 둘러싸도록 상기 상부 개구부의 우측에 형성될 수 있다.

이에 따라, 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)는 금속 패턴이 분리되도록 형성되어, 전체 안테나 크기를 감소시킬 수 있다. 이와 관련하여, 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)가 상호 연결되면 금속 패치(1101b)가 방사체(radiator)로 일부 동작할 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나(1100b)보다 대역폭이 좁은 금속 패치(1101b)의 영향에 의해 원하지 않는 공진에 따라 대역폭이 일부 제한될 수 있다.

이러한 대역폭 제한을 방지하기 위해 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)는 금속 패턴이 분리되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)에 의해 금속 패턴이 분리된 콘 안테나(1100b)가 광대역 안테나로 동작할 수 있다. 따라서, 상기 상부 개구부를 형성하는 외곽 림(outer rim, 1103)에 대응하는 영역에는 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)가 형성되지 않을 수 있다.

따라서, 좌측 영역과 우측 영역에 각각 배치되는 대칭 형태의 사각 패치(1101b)와 단락 핀(1102b)을 구비하는 콘 안테나(1100b)는 일 측에만 배치되는 금속 패치를 구비하는 경우보다 폭이 다소 증가할 수 있다. 이와 관련하여, 비대칭 형태의 사각 패치 구조의 폭(W)이 0.13l인 데 비해, 대칭 형태의 사각 패치 구조의 폭(W)은 0.14l이다. 즉, 대칭 형태의 사각 패치 구조의 폭(W)의 증가는 실질적으로 크지 않다. 한편, 대칭 형태의 사각 패치(1101b)와 단락 핀(1102b)을 구비하는 콘 안테나(1100b)는 방사 패턴이 대칭 형태이고 광대역 특성으로 구현될 수 있다는 장점이 있다.

구체적으로, 사각 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 상부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부로부터 제1 기판의 두께만큼 z축으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101b)가 제1 기판의 상부에 배치되는 경우, 콘 안테나(1100b)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로, 금속 패치(1101b)를 포함하는 콘 안테나(1100)의 상부 영역에 소정 유전율을 갖는 제1 기판이 배치되어, 콘 안테나(1100b)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.

또는, 사각 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 하부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부와 z축 상의 동일 평면 상에서 일정 간격 이격되어 될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101b)가 제1 기판의 하부에 배치되는 경우, 제1 기판이 금속 패치(1101b)를 포함하는 콘 안테나(1100b)의 레이돔(radome)으로 동작할 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101b)를 포함하는 콘 안테나(1100b)를 외부로부터 보호할 수 있고, 또한 콘 안테나(1100b)의 이득(gain)을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

단락 핀(1102b)은 금속 패치(1101a)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된다. 이와 같이, 금속 패치(1101a)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된 단락 핀(1102a)에 의해, 콘 안테나(1100a)의 크기를 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.

도 9b을 참조하면, 사각 패치(1101b)는 외측 형상(outer side shape)이 사각형 형태인 사각 패치(rectangular patch)로 형성될 수 있다. 한편, 사각 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상기 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 사각 패치(1100b)의 내측을 통해 커플링되도록 형성되어, 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 사각 패치(1101b)의 원형 개구부에 의해 공진 길이가 형성될 수 있다. 따라서, 콘 안테나(1100b)로부터 방사되는 신호가 사각 패치(1101b)의 내측을 통해 커플링될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 사각 패치(1101b)의 원형 개구부에 의해 콘 안테나(1100b)의 소형화가 가능하다는 장점이 있다.

이와 관련하여, 도 9b와 같은 Cone with two shorting pin on two rectangular patch 구조에서, 콘 안테나(1100b)의 길이와 폭, 즉 L x W는 0.14 x 0.14l로 구현될 수 있다. 이에 따라, 일반적인 패치 안테나의 크기인 0.5l보다 약 1/4배로 크기 소형화가 가능하다. 한편, 단락 핀을 구비하는 패치 안테나의 크기인 0.25l보다 약 1/2배로 크기 소형화가 가능하다. 이와 관련하여, 원형 패치(1101b)를 포함하는 콘 안테나(1100b)의 길이와 폭, 즉 L x W는 0.14 x 0.14l이기 때문에, 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부 크기는 이보다 더 적게 구현 가능하다.

또한, 콘 안테나(1100b)의 높이 및 길이와 폭, 즉 H x L x W는 0.07 x 0.14 x 0.14l로 구현될 수 있다. 이에 따라, 사각 패치(1101b)와 단락 핀(1102b)을 구비하는 본 발명에 따른 콘 안테나(1100b)는 기존 콘 안테나에 비해 높이를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 사각 패치(1102b)와 단락 핀(1102b)을 구비하는 콘 안테나(1100b)는 xy 평면상에서 안테나 크기를 감소시키면서, z축 상에서 안테나 높이도 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

한편, 도 8a 내지 도 9b에 따른 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)는 상부 직경이 하부 직경보다 크도록 테이퍼링된(tapered) 원추(conical) 형태로 형성될 수 있다. 또한, 도 5a 내지 도 6b에 따른 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)는 속이 빈 (hollow) 원추 형태로 형성되어 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)가 구비되는 전자 기기의 무게를 감소시킬 수 있다.

한편, 도 8a 내지 도 9b에 따른 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)는 외곽 림(1103) 및 체결구(1104)를 포함하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 외곽 림(1103)은 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)의 상부 개구부를 형성할 수 있다. 또한, 외곽 림(1103)은 상부 기판인 제1 기판과 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)를 연결하도록 구성될 수 있다. 한편, 체결구(1104)는 외곽 림(1103)과 상부 기판인 제1 기판을 연결하도록 구성된다. 구체적으로, 외곽 림(1103)의 대향하는 영역 상에서 2개의 체결구(1104)를 통해 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)를 제1 기판과 기구적으로 체결할 수 있다.

한편, 단락 핀(1102, 1102a, 1102b)은 금속 패치(1101, 1101a, 1102a)의 경계에 해당하는 타 측(other side)의 중앙부에 형성될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101, 1101a, 1102a)를 포함한 콘 안테나(1100, 1100a, 1100b)의 크기를 최소화할 수 있다.

한편, 금속 패치(1101')가 콘 안테나(1100)의 상부 개구부의 일부 영역을 둘러싸도록 형성된 경우, 단락 핀(1102)의 개수는 1개로 구현될 수 있다. 이에 따라, 하나의 단락 핀(1102)과 콘 안테나(1100)의 일 측에만 배치되는 금속 패치(1101)에 의해 전체 안테나 크기를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.

한편, 금속 패치(1101a, 1101b)가 콘 안테나(1100a, 1100b)의 상부 개구부에 대해 실질적으로 전체 영역을 둘러싸도록 형성된 경우, 단락 핀(1102a, 1102b)의 개수는 2개로 구현될 수 있다. 금속 패치(1101a, 1101b)가 실질적으로 상부 개구부 전체 영역을 둘러싸도록 형성되는 경우, 단락 핀(1102a, 1102b)의 개수를 증가시키는 것이 전체 안테나 특성 개선과 구조적 안정적 측면에서 유리하다.

한편, 도 10a은 본 발명과 관련하여 저주파수 대역에서 IFA (Inverted-F Antenna)가 사용된 경우 특정 앙각 범위에서의 이득 특성을 나타낸 것이다. 반면에, 도 10b는 저주파수 대역에서 본 발명에 따른 제2 타입 콘 안테나가 사용된 경우 특정 앙각 범위에서의 이득 특성을 나타낸 것이다. 특정 앙각 범위와 관련하여, 차량에서는 bore-sight보다는 실질적으로 수평 방향으로 신호를 송신 및/또는 수신한다. 따라서, 본 발명에서 특정 앙각 범위는 z축을 기준으로 70도 내지 90도의 범위, 즉 차량에 실질적으로 수평 방향 범위로 설정할 수 있다.

도 10a를 참조하면, IFA가 사용되면 저주파수 대역인 제1 주파수 대역 (0.6GHz 내지 1GHz의 대역)에서도 70도 내지 90도의 앙각 범위에서 신호의 수신이 가능할 정도의 이득 값을 갖는다. 반면에, 도 10b와 같이 제2 타입 콘 안테나가 사용되면, 중간 주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 70도 내지 90도의 앙각 범위에서 -3dB에 가까운 이득을 갖는다. 이와 관련하여, 콘 안테나(MH5 내지 MH10)는 하나의 단락 핀을 구비하여 차량에 실질적으로 수평 방향 범위에서도 높은 이득 값을 갖는다는 장점이 있다.

도 10b에서 일부 콘 안테나(MH7 내지 MH10)는 다른 콘 안테나(MH5 및 MH6)에 비해 이득 값이 다소 낮은데, 이는 도 5a, 도 5b와 같이 상호 간에 인접하게 배치되기 때문이다. 한편, 콘 안테나(MH7 내지 MH10) 간의 배치 간격을 조정하거나 콘 안테나(MH7 내지 MH10)를 상호 간에 90도 내지 180도 회전하여 격리도를 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여, 도 15a에서 콘 안테나가 회전 배치되고 금속 패치가 최적 배치되어 격리도가 향상되는 구조에 대해서 설명한다.

한편, 도 11은 본 발명에 따른 다수의 콘 안테나 간에 격리도를 비교한 결과이다. 도 5a 내지 도 6 및 도 11을 참조하면, 각각의 콘 안테나(MH1 내지 MH4) 간의 격리도는 1.4GHz 대역에서 약 -6.5dB 및 2GHz 대역에서 약 -7dB의 값을 갖는다. 따라서, 가로 및 세로 방향에서 인접한 콘 안테나(MH1 내지 MH4) 간에 격리도를 개선할 필요가 있다.

한편, 도 12는 본 발명에 따른 LB 대역의 서로 다른 주파수에서의 LB 안테나의 방사 패턴 결과를 나타낸다. 여기서, 본 발명에 따른 LB 안테나는 저대역(LB)에서 특성 개선을 위한 제2 타입 콘 안테나(LB)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 도 15a 및 도 15b와 같은 커플링 급전 구조의 패치 안테나일 수 있다.

한편, 도 12(a)는 저대역(LB) 중 650MHz에서의 XY 평면과 YZ 평면에서의 방사 패턴을 나타낸다. 저대역(LB) 중 650MHz에서는 z축을 기준으로 70도 내지 90도의 범위, 즉 실질적으로 수평 방향 범위에서는 이득 값이 약 -6dB 정도의 값을 갖는다.

반면에, 도 12(b)는 저대역(LB) 중 900MHz에서의 XY 평면과 YZ 평면에서의 방사 패턴을 나타낸다. 저대역(LB) 중 900MHz에서는 z축을 기준으로 70도 내지 90도의 범위, 즉 실질적으로 수평 방향 범위에서는 이득 값이 약 -1.25dB 정도의 값을 갖는다. 이에 따라, 본 발명에 따른 콘 안테나는 저대역(LB)에서 일정 주파수 이상에서는 실질적으로 수평 방향 범위에서 수신 능력이 향상됨을 알 수 있다.

한편, 도 13a는 본 발명에 따른 LB 안테나의 전압 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)를 나타낸다. 또한, 도 13b는 본 발명에 따른 LB 안테나의 방사 효율(radiation efficiency) 및 총 효율(total efficiency)을 나타낸다.

도 13a를 참조하면, 저대역(LB)인 650MHz 내지 900MHz에서 VSWR 값은 3 이하의 값을 가지므로, 안테나로서 정상 동작함을 알 수 있다. 한편, 도 13b를 참조하면, 본 발명에 따른 LB 안테나의 방사 효율(radiation efficiency)은 650MHz 이상의 대역에서 45% 이상의 값을 가지므로, 높은 안테나 효율에 따라 안테나가 정상 동작함을 알 수 있다.

한편, LB 안테나의 총 효율(total efficiency)은 방사 효율과 VSWR에 의한 손실을 고려한 값이다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 LB 안테나의 총 효율은 650MHz 40% 정도이고, 다른 주파수에서는 그 이상의 값을 갖는다. 이에 따라, 본 발명에 따른 LB 안테나는 안테나로서 반사 손실 특성 및 방사 효율 특성의 관점에서 정상 동작함을 알 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 양상에 따른 복수의 콘 안테나들과 송수신부 회로, 기저대역 프로세서를 포함하는 안테나 시스템에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 14는 본 발명의 다른 양상에 따른 복수의 콘 안테나들과 송수신부 회로, 기저대역 프로세서를 포함하는 안테나 시스템의 구성을 나타낸다.

도 2a 내지 도 14를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 상부는 제1 기판(S1)과 연결되고, 하부는 제2 기판(S2)과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체들이 소정 간격으로 배열된 콘 배열 안테나(1100-1 내지 1100-2, 1100')를 포함한다. 한편, 안테나 시스템(1000)은 제1 기판(S1)에 형성되며, 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들이 배열된 패치 배열 방사체(1101)을 더 포함한다. 또한, 안테나 시스템(1000)은 금속 패치들과 제2 기판(S2)의 그라운드 층(GND)을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀들(1102)을 더 포함한다. 또한, 안테나 시스템(1000)은 제2 기판 상에 형성되고, 상기 콘 배열 안테나의 각각의 콘 방사체의 하부 개구부를 통해 신호를 상기 각각의 콘 방사체로 신호를 전달하도록 구성된 급전부(1105)를 더 포함할 수 있다.

이와 관련하여, 단락 핀들(1105)은 금속 패치들 각각과 그라운드 층(GND)을 연결하도록 각각의 콘 방사체마다 하나의 단락 핀으로 형성될 수 있다.

한편, 콘 배열 안테나(1100)는 수평 방향과 수직 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 2x2 콘 배열 안테나(MH1 내지 MH4)로 구성될 수 있다. 또한, 안테나 시스템(1000)은 2x2 콘 배열 안테나(MH1 내지 MH4)를 통해 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성된 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제1 주파수 대역은 중간 대역(MB) 및 고 대역(HB)를 포함하는 대역일 수 있다.

한편, 안테나 시스템(1000)은 콘 배열 안테나(1100)와 소정 간격으로 이격되어 배치되고, 콘 배열 안테나(1100)보다 낮은 주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200')를 더 포함할 수 있다.

한편, 안테나 시스템(1000)은 송수신부 회로(1250)에 연결되어 송수신부 회로(1250)의 동작을 제어하는 기저대역 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 다수의 콘 배열 안테나(MH1 내지 MH6)를 통해 제1 주파수 대역인 중간 대역(MB) 및 고 대역(HB)에서 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 2x2 콘 배열 안테나(MH1 내지 MH4)와 2x2 콘 배열 안테나(MH1 내지 MH4)와 이격되어 배치된 제2 콘 배열 안테나(MH5, MH6)를 통해 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작을 수행할 수 있다.

또한, 기저대역 프로세서(1400)는 다수의 저대역 안테나(LB1 내지 LB4)를 통해 제2 주파수 대역인 저 대역(LB)에서 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작을 수행할 수 있다. 구체적으로, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 2x2 콘 배열 안테나(MH1 내지 MH4)의 좌측과 우측에 배치되는 제2 타입 콘 안테나(1200, 1200')를 통해 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 배치되는 콘 안테나는 상호 간에 격리도를 향상시키기 위해 최적 배치 구조로 배치될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 배치되는 저대역(LB) 안테나는 광대역 동작을 위해 최적 구조로 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 도 15a는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 안테나 시스템에 배치되는 콘 안테나와 저대역(LB) 안테나의 구성을 나타낸다. 한편, 도 15b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 안테나 시스템에 배치되는 저대역(LB) 안테나의 사시도를 나타낸다.

도 15a 및 도 15b를 참조하면, 2x2 콘 배열 안테나(1101-1 내지 1101-4)는 상호 간에 소정 각도로 회전된 상태로 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 콘 안테나(1101-2)는 제1 콘 안테나(1101-1)에 대해 격리도를 최적화할 수 있는 소정 각도로 회전되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 콘 안테나(1101-2)는 제1 콘 안테나(1101-1)에 대해 90도와 180도 사이의 각도로 회전되어 배치될 수 있다. 일 예로, 제2 콘 안테나(1101-2)는 제1 콘 안테나(1101-1)에 대해 135도의 각도로 회전되어 배치될 수 있다.

한편, 제3 콘 안테나(1101-3)는 제1 콘 안테나(1101-1)에 대해 격리도를 최적화할 수 있는 소정 각도로 회전되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 제3 콘 안테나(1101-2)는 제1 콘 안테나(1101-1)에 대해 180도의 각도로 회전되어, 즉 대칭 형태로 배치될 수 있다.

한편, 제4 콘 안테나(1101-4)는 제2 콘 안테나(1101-2)에 대해 격리도를 최적화할 수 있는 소정 각도로 회전되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 제4 콘 안테나(1101-4)는 제2 콘 안테나(1101-2)에 대해 180도의 각도로 회전되어, 즉 대칭 형태로 배치될 수 있다.

이 경우, 제1 내지 제4 콘 안테나(1101-1 내지 1101-4)에 인접하게 배치되는 금속 패치는 콘 안테나의 일 측 중 일부 영역에만 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 일부 영역에만 배치되는 금속 패치는 인접한 외곽 림(1103) 사이의 영역에만 배치되는 분절된 사각 패치(cutting rectangular patch)일 수 있다. 이와 같은 분절된 사각 패치에 따라 인접하는 콘 안테나 간 간섭 수준을 저감할 수 있다.

한편, 저대역(LB) 안테나(1210)는 다수의 커플링 엘리먼트(1210c-1, 1201c-2)를 통해 커플링되는 신호가 제2 주파수 대역인 저대역(LB)에서 방사되도록 구성된다. 이와 관련하여, 커플링 엘리먼트(1201c-2)에 인접하게 와이파이 안테나가 배치될 수 있으며, 와이파이 안테나는 LB 대역보다 높은 대역에서 동작하므로 커플링 엘리먼트(1201c-2)보다 짧은 길이로 형성된다. 또한, 와이파이 안테나는 저대역(LB) 안테나(1210)와의 커플링 없이 독립적으로 안테나로서 동작할 수 있다.

한편, 저대역(LB) 안테나(1210)는 소정 기울기로 형성되는 제1 패치 안테나(1210-1) 및 제1 패치 안테나(1210-1)에 연결된 제2 패치 안테나(1210-2)를 포함한다. 이와 관련하여, 다수의 커플링 엘리먼트(1210c-1, 1201c-2)는 LB 대역의 신호가 제1 패치 안테나(1210-1)를 통해 커플링되도록 배치된다. 이에 따라, 다수의 커플링 엘리먼트(1210c-1, 1201c-2)를 통해 제1 패치 안테나(1210-1)와 제2 패치 안테나(1210-2)로 LB 대역의 신호가 방사될 수 있다.

한편, 변형된 실시예에 따르면, 제1 패치 안테나(1210-1) 없이 다수의 커플링 엘리먼트(1210c-1, 1201c-2)와 제2 패치 안테나(1210-2)를 통해서만 LB 대역의 신호가 방사될 수 있다. 이에 따라, 저대역(LB) 안테나(1210)는 커플링 엘리먼트(1210c-1, 1201c-2)로만 구성되거나 또는 커플링 엘리먼트(1210c-1, 1201c-2)와 제2 패치 안테나(1210-2)로 구성될 수 있다. 대안적으로, 저대역(LB) 안테나(1210)는 제2 패치 안테나(1210-2)로만 구성될 수 있다.

한편, 제2 패치 안테나(1210-2)는 하나 이상의 단락 핀(1212a, 1212b)을 통해 그라운드 층(GND)과 연결되어, 안테나 소형화 및 수평 방향의 방사 패턴 개선 효과가 가능하다.

이상에서는 본 발명에 따른 콘 안테나(cone antenna)를 구비하는 차량 및 안테나 시스템에 대해 살펴보았다. 이와 같은 콘 안테나(cone antenna)를 구비하는 차량 및 안테나 시스템의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

전술한 본 발명과 관련하여, 다수의 콘 안테나와 이들에 대한 제어를 수행하는 구성의 설계 및 이의 구동은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims

안테나를 구비하는 차량(vehicle)에 있어서,
제1 기판;
상기 제1 기판과 소정 간격으로 이격되고　그라운드 층을 구비한　제2 기판;
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부 개구부를 구비한 제1 콘 방사체 및 제2 콘 방사체가 소정 간격으로 배열된 콘 배열 안테나(conical array antenna);
상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들이 배열된 패치 배열 방사체(patch array radiator);
상기 금속 패치들과 상기 제2 기판의 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀들; 및
상기 콘 배열 안테나 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 포함하고,
상기 금속 패치들은
상기 제1 콘 방사체의 상부 개구의 일 측과 이격되어 배치된 제1 금속 패치; 및
상기 제2 콘 방사체의 상부 개구의 타 측과 이격되어 배치된 제2 금속 패치를 포함하고,
상기 제1 금속 패치와 상기 제2 금속 패치는 상기 제1 콘 방사체와 상기 제2 콘 방사체의 사이에 배치되고,
상기 제1 금속 패치의 외측은 상기 제2 금속 패치의 외측과 일정 간격 이격되어 배치되는, 차량.
제1 항에 있어서,
상기 콘 배열 안테나는 수평 방향과 수직 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 2x2 콘 배열 안테나로 구성되고,
상기 송수신부 회로는,
상기 2x2 콘 배열 안테나를 통해 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성된, 차량
제2 항에 있어서,
상기 2x2 콘 배열 안테나는 제1 내지 제4 콘 방사체를 포함하고,
상기 패치 배열 방사체는,
상기 제1 내지 제4 콘 방사체의 상부 개구부에 이격되게 형성된 2x2 금속 패치들을 포함하는, 차량.
제1 항에 있어서,
상기 콘 배열 안테나와 소정 간격으로 이격되어 배치되고, 상기 콘 배열 안테나보다 낮은 주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 타입 콘 안테나를 더 포함하는, 차량.
◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제4 항에 있어서,
상기 제2 타입 콘 안테나는,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 제2 상부 개구부를 구비하는 제2 타입 콘 방사체; 및
상기 제2 상부 개구부에 이격되게 형성된 제2 금속 패치를 포함하는, 차량.
◈청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제4 항에 있어서,
상기 제2 타입 콘 안테나는,
제3 기판과 상기 제3 기판과 소정 간격으로 이격되고 그라운드 층을 구비한 제4 기판 사이에 구비되고, 상부는 상기 제3 기판과 연결되고, 하부는 상기 제4 기판과 연결되며,　상부에 제2 상부 개구부를 구비하는 제2 타입 콘 방사체; 및
상기 제2 상부 개구부에 이격되게 형성된 제2 금속 패치를 포함하는, 차량.
◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제4 항에 있어서,
상기 제2 타입 콘 안테나는
상기 콘 배열 안테나의 일 측에 형성되는 1x2 배열 안테나와 상기 콘 배열 안테나의 타 측에 형성되는 1x2 배열 안테나에 의해 2x2 배열 안테나로 구현되고,
상기 일 측에 형성되는 1x2 배열 안테나와 상기 타 측에 형성되는 1x2 배열 안테나 간 거리는 상기 콘 배열 안테나 간 거리보다 더 이격되는, 차량.
◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제7항에 있어서,
상기 송수신부 회로는,
상기 콘 배열 안테나를 통해 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하고,
상기 제2 타입 콘 안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하는, 차량.
◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제7항에 있어서,
상기 콘 배열 안테나와 상기 타 측에 형성되는 1x2 배열 안테나 사이에 배치되고, 제1 주파수 대역에서 동작하는 제2 콘 배열 안테나를 더 포함하는, 차량.
◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제9항에 있어서,
상기 송수신부 회로는,
상기 콘 배열 안테나 중 적어도 하나와 상기 제2 콘 배열 안테나 중 적어도 하나를 통해 상기 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성된, 차량.
◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제9항에 있어서,
상기 제2 타입 콘 안테나는,
상기 콘 배열 안테나의 일 측에 수직 방향으로 배치된 제1 및 제2 콘 안테나를 포함하는 제1 안테나 모듈; 및
상기 제2 콘 배열 안테나의 타 측에 수직 방향으로 배치된 제3 및 제4 콘 안테나를 포함하는 제2 안테나 모듈을 포함하고,
상기 제1 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역인 상기 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성된, 차량.
◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제11항에 있어서,
상기 송수신부 회로는,
상기 제1 및 제2 콘 안테나 중 하나와 상기 제3 및 제4 콘 안테나 중 하나를 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성된, 차량.
◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제1 항에 있어서,
상기 제2 기판 상에 형성되고, 상기 콘 배열 안테나의 각각의 콘 방사체의 하부 개구부를 통해 상기 각각의 콘 방사체로 신호를 전달하도록 구성된 급전부를 더 포함하는, 차량.
◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제11항에 있어서,
상기 제1 및 제2 안테나 모듈 내부에는 RKE(remote keyless entry) 안테나를 더 포함하고,
상기 제1 및 제2 안테나 모듈 내부에는 블루투스 및 와이파이 대역에서 동작하는 안테나를 더 포함하는, 차량.
◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제9항에 있어서,
상기 콘 배열 안테나와 상기 제2 콘 배열 안테나 사이에 배치되고, 위성 신호를 수신하도록 구성된 위성 안테나(DSDA: Digital Satellite Dual Antenna)를 더 포함하는, 차량.
차량(vehicle)에 탑재 가능한 안테나 시스템에 있어서,
제1 기판과 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며, 상부 개구부를 구비한 제1 콘 방사체 및 제2 콘 방사체가 소정 간격으로 배열된 콘 배열 안테나(conical array antenna);
상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치들이 배열된 패치 배열 방사체(patch array radiator);
상기 금속 패치들과 상기 제2 기판의 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀들; 및
상기 제2 기판 상에 형성되고, 상기 콘 배열 안테나의 각각의 콘 방사체의 하부 개구부를 통해 신호를 상기 각각의 콘 방사체로 신호를 전달하도록 구성된 급전부를 포함하고,
상기 금속 패치들은
상기 제1 콘 방사체의 상부 개구의 일 측과 이격되어 배치된 제1 금속 패치; 및
상기 제2 콘 방사체의 상부 개구의 타 측과 이격되어 배치된 제2 금속 패치를 포함하고,
상기 제1 금속 패치와 상기 제2 금속 패치는 상기 제1 콘 방사체와 상기 제2 콘 방사체의 사이에 배치되고,
상기 제1 금속 패치의 외측은 상기 제2 금속 패치의 외측과 일정 간격 이격되어 배치되는, 안테나 시스템.
제16 항에 있어서,
상기 단락 핀들은 상기 금속 패치들 각각과 상기 그라운드 층을 연결하도록 상기 각각의 콘 방사체마다 하나의 단락 핀으로 형성되는, 안테나 시스템.
제16 항에 있어서,
상기 콘 배열 안테나는 수평 방향과 수직 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치된 2x2 콘 배열 안테나로 구성되고,
상기 2x2 콘 배열 안테나를 통해 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성된 송수신부 회로를 더 포함하는, 안테나 시스템.
제16 항에 있어서,
상기 콘 배열 안테나와 소정 간격으로 이격되어 배치되고, 상기 콘 배열 안테나보다 낮은 주파수 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 타입 콘 안테나를 더 포함하는, 안테나 시스템.
제18항에 있어서,
상기 송수신부 회로에 연결되어 상기 송수신부 회로의 동작을 제어하는 기저대역 프로세서를 더 포함하고,
상기 기저대역 프로세서는,
상기 제1 주파수 대역에서 상기 2x2 콘 배열 안테나와 이격되어 배치된 제2 콘 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작을 수행하고,
상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역에서 상기 2x2 콘 배열 안테나의 좌측과 우측에 배치되는 제2 타입 콘 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작을 수행하는, 안테나 시스템.