KR102661300B1

KR102661300B1 - 차량에 탑재되는 안테나 시스템

Info

Publication number: KR102661300B1
Application number: KR1020227011660A
Authority: KR
Inventors: 윤창원; 유한필; 정강재
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2019-12-11
Publication date: 2024-04-30
Also published as: WO2021117926A1; KR20220062043A; US20230009333A1

Abstract

본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 금속 프레임에 장착될 수 있도록 구성된 제1 회로 기판; 상기 제1 회로 기판과 금속 지지체(metal supporter)를 통해 소정 간격 이격되어 배치되는 제2 회로 기판; 및 상기 제1 회로 기판과 상기 제2 회로 기판 사이의 공간을 통해 급전부로부터 전달된 신호가 방사되도록 구성된 안테나를 포함할 수 있다.

Description

차량에 탑재되는 안테나 시스템

본 발명은 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 다양한 통신 시스템에서 동작 가능하도록 광대역 안테나를 구비한 안테나 시스템 및 이를 구비하는 차량에 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 배치할 지 구체적인 배치 구조가 제시된 바 없다는 문제점이 있다.

또한, 이러한 입체 구조의 안테나 시스템에서 로우 프로파일(low profile) 구조를 유지하면서, 안테나 성능을 향상시킬 필요가 있다. 하지만, 입체 구조의 안테나 시스템에서 안테나 자체의 높이 이외에도 안테나를 차량에 탑재하여 고정시키기 위한 기구 구조가 필요하다. 따라서, 이러한 기구 구조를 일정 높이 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시켜야 한다는 문제점이 있다.

한편, 이러한 안테나 시스템이 차량에 배치되는 경우, 복수의 안테나들이 배치될 수 있는데, 이러한 안테나들 중 600MHz 내지 960MHz의 저 대역(LB)에서 동작하는 안테나가 해당 대역에서 광대역 성능을 만족시키기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 차량 내에 탑재되는 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시키기 위한 것이다

본 발명의 다른 일 목적은, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 적층 PCB 사이의 공간을 안테나 영역을 활용할 수 있는 안테나 구성을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 저 대역(LB)에서 광대역 동작할 수 있는 슬롯 안테나 구성을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 저 대역(LB) 이외에 중 대역(MB)에서도 광대역 동작하면서도 방사 성능을 개선할 수 있는 안테나 구성을 제공하기 위한 것이다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 금속 프레임에 장착될 수 있도록 구성된 제1 회로 기판; 상기 제1 회로 기판과 금속 지지체(metal supporter)를 통해 소정 간격 이격되어 배치되는 제2 회로 기판; 및 상기 제1 회로 기판과 상기 제2 회로 기판 사이의 공간을 통해 급전부로부터 전달된 신호가 방사되도록 구성된 안테나를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 회로 기판과 상기 제2 회로 기판 사이를 연결하도록 구성된 급전부를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 급전부는 상기 제1 회로 기판 상에 그라운드 영역이 제거된 영역에 상호 간에 소정 간격으로 이격된 제1 신호 패드 및 제2 신호 패드를 포함할 수 있다. 한편, 상기 급전부는 상기 제1 신호 패드 및 제2 신호 패드 중 적어도 하나와 연결되고, 상기 제1 회로 기판 및 상기 제2 회로 기판 사이에 수직하게 형성되는 금속 포스트(metal post)를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 회로 기판은 SDARS 안테나가 배치되는 서브 PCB를 포함할 수 있다. 한편, 상기 제2 회로 기판은 상기 서브 PCB의 일 측 또는 타 측에 상기 서브 PCB와 인접하게 배치되어 상기 제2 회로 기판이 배치되는 영역이 확장되도록 구성된 확장(extended) PCB를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 회로 기판은 상기 제1 회로 기판 및 상기 제2 회로 기판 사이에 수직하게 형성되는 상기 급전부의 금속 포스트는 상기 확장 PCB와 직접 연결되거나 또는 커플링 급전되도록 이격될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 급전부의 금속 포스트는 상기 제2 회로 기판과 수직하게 이격되어 배치되는 급전 플레이트와 연결될 수 있다. 한편, 상기 제1 회로 기판 및 상기 제2 회로 기판 사이에 수직하게 형성되는 상기 급전 플레이트는 상기 확장 PCB와 소정 간격 이격될 수 있다. 한편, 상기 급전 플레이트로부터의 신호는 상기 확장 PCB로 커플링될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 금속 포스트로부터의 신호는 상기 급전부, 상기 확장 PCB, 상기 서브 PCB, 상기 금속 지지체 및 상기 제1 PCB에 해당하는 영역을 통해 방사될 수 있다. 한편, 상기 안테나는 상기 금속 지지체 중 하나에 의해 형성되는 제1 영역을 통해 제1 주파수에서 공진할 수 있다. 또한, 상기 안테나는 상기 금속 지지체 중 다른 하나에 의해 형성되는 제2 영역을 통해 제2 주파수에서 공진할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 회로 기판은 상기 차량의 상기 금속 프레임과 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 한편, 상기 제2 회로 기판 중 서브 PCB의 전면에는 금속 플레이트가 배치될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 회로 기판 중 서브 PCB의 일 측면에는 제2 금속 플레이트가 배치될 수 있다. 한편, 상기 제2 회로 기판 중 서브 PCB의 타 측면에는 급전 포스트와 연결된 급전 플레이트가 상기 서브 PCB와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 한편, 상기 금속 플레이트는 서로 다른 커패시턴스 및 인덕턴스 값을 갖는 복수의 단자를 구비하는 스위칭 유닛과 연결되어 상기 안테나의 공진 주파수를 변경하도록 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 안테나로 상기 급전부를 통해 신호를 전달하도록 구성되는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 송수신부 회로는 상기 제1 회로 기판의 전면 또는 배면에 배치될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 회로 기판은 복수의 안테나들이 배치되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 유전체 구조물(dielectric structure) 상에 프린트된 제1 금속 패턴(metal pattern)과 제1 슬롯을 통해 제1 신호를 방사하도록. 상기 제1 회로 기판과 제1 급전부를 통해 연결되도록 구성된 제1 안테나를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 제2 유전체 구조물 상에 제2 금속 패턴과 제2 슬롯을 통해 제2 신호를 방사하도록, 상기 제1 회로 기판과 제2 급전부를 통해 연결되도록 구성된 제2 안테나를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 송수신부 회로(transceiver circuit)는 상기 안테나, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 안테나는 저대역(LB)에 해당하는 제1 대역에서 동작하고, 상기 회로 기판의 일측 및 일 단부와 연결되도록 제1 부분 및 제2 부분으로 구성될 수 있다. 또한, 상기 제2 안테나는 저대역(LB)에 해당하는 제1 대역에서 동작하고, 상기 회로 기판의 타측 및 일 단부와 연결되도록 제1 부분 및 제2 부분으로 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 복수의 안테나를 통해 저대역(LB)에 해당하는 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 기저대역 프로세서(baseband processor)를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 복수의 안테나는 상기 안테나, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나로 이루어진 저대역(LB) 안테나일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 회로 기판의 일 단부에 배치되는 제3 유전체 구조물 상에 프린트된 제3 금속 패턴과 제3 슬롯을 통해 제3 신호를 방사하도록, 상기 회로 기판과 제3 급전부를 통해 연결되도록 구성된 제3 안테나를 더 포함할 수 잇다. 또한, 상기 회로 기판의 일 단부에 배치되는 제4 유전체 구조물 상에 프린트된 제4 금속 패턴과 제4 슬롯을 통해 제4 신호를 방사하도록, 상기 회로 기판과 제4 급전부를 통해 연결되도록 구성된 제4 안테나를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 안테나를 통해 수신되는 상기 제1 대역의 제1 신호의 품질이 임계치 이하이면, 상기 안테나와 상기 제2 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제2 안테나를 통해 수신되는 상기 제1 대역의 제2 신호의 품질이 임계치 이하이면, 상기 안테나와 상기 제1 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 안테나 또는 상기 제2 안테나를 통해 수신되는 상기 제1 대역의 제1 신호 또는 제2 신호와 상기 제3 안테나를 통해 수신되는 상기 제2 대역의 제3 신호를 통해 반송파 집성(carrier aggregation, CA)을 수행할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 신호 또는 상기 제2 신호의 품질이 임계치 이하이면, 상기 안테나를 통해 수신되는 상기 제1 대역의 신호와 상기 제3 신호를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따른 안테나 시스템을 구비하는 차량이 제공된다. 상기 차량은 금속 프레임에 장착될 수 있도록 구성된 제1 회로 기판; 상기 제1 회로 기판과 금속 지지체(metal supporter)를 통해 소정 간격 이격되어 배치되는 제2 회로 기판; 상기 제1 회로 기판과 상기 제2 회로 기판 사이를 연결하도록 구성된 급전부; 상기 제1 회로 기판과 상기 제2 회로 기판 사이의 공간을 통해 상기 급전부로부터 전달된 신호가 방사되도록 구성된 안테나를 포함한다.

일 실시 예에 따르면, 상기 차량은 안테나와 별도로 상기 안테나 시스템에 배치되는 복수의 안테나를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 차량은 상기 안테나 및 상기 복수의 안테나 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 차량은 상기 송수신부 회로를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 기저대역 프로세서를 더 포함할 수 있다.

차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템에서 적층 PCB 사이의 공간에 형성되는 슬롯 안테나를 통해 로우 프로파일 구조의 안테나들을 배치할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템에서 저대역(LB) 안테나를 광대역 동작하면서 방사 효율을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템에서 서로 다른 안테나 간 간섭 수준을 저감할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 저대역(LB) 안테나와 다른 안테나들을 하나의 안테나 모듈에 구현하여 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시할 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 일 예시에 따른 차량이 기지국과 통신을 수행하도록 구성된 개념도를 나타낸다.
도 5b는 일 예시에 따른 차량에 탑재될 수 있는 안테나와 안테나 방사패턴을 나타낸다.
도 6은 일 실시 예에 따른 차량 지붕 프레임 내부에 탑재될 수 있는 안테나 시스템을 나타낸다.
도 7a는 일 실시 예에 따른 안테나 시스템에 배치될 수 있는 복수의 안테나와 이들을 제어하는 구성을 나타낸다.
도 7b는 도 7a의 안테나 시스템의 메인 PCB에 구비되는 복수의 안테나들을 일 측면에서 본 사시도이다.
도 7c는 일 실시 예에 따른 메인 PCB와 서브 PCB 사이의 공간에 형성되는 슬롯 안테나의 구성을 나타낸다.
도 7d는 메인 PCB와 서브 PCB 사이의 지지체 사이의 거리 변화에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 8a는 일 실시 예에 따른 메인 PCB와 서브 PCB가 적층되고, 슬롯 안테나 영역에 소스를 통해 급전이 이루어지는 구성을 나타낸다.
도 8b는 메인 PCB와 서브 PCB가 결합되기 이전의 구성을 나타낸다.
도 9는 일 실시 예에 다른 메인 PCB와 서브 PCB 사이의 공간에 형성되는 슬롯 안테나를 측면에서 본 구성도이다.
도 10a는 일 실시 예에 따른 확장 PCB를 구비하는 제2 회로 기판의 구성을 나타낸다.
도 10b는 서브 PCB와 확장 PCB를 구비하는 안테나 구조에서, 확장 PCB를 급전하는 구성을 나타낸다.
도 11a는 일 실시 예에 따른 메인 PCB, 서브 PCB 및 다수의 금속 플레이트를 구비하는 안테나 구성을 나타낸다.
도 11b는 도 11a의 구조에서 급전 플레이트를 통한 급전부의 특정 위치에서의 슬롯 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 11c는 일 실시 예에 다른 슬롯 안테나의 주파수 별 방사 효율(radiation efficiency) 및 총 효율(total efficiency)를 나타낸다.
도 12a는 다른 실시 예에 따른 메인 PCB, 서브 PCB 및 다수의 금속 플레이트와 스위치 유닛을 구비하는 안테나 구성을 나타낸다.
도 12b는 도 12a의 구성에서 서브 PCB의 전면의 금속 플레이트의 일 지점에 연결되는 스위치 유닛의 구성을 나타낸다.
도 12c는 도 12b의 스위치 유닛의 제어를 통해 변경되는 소자 임피던스 값에 따른 슬롯 안테나의 반사 계수를 나타낸다.
도 13a는 일 실시 예에 따라 서로 다른 PCB가 연결된 경우에 방사 효율 및 총 효율을 나타낸다.
도 13b는 다른 실시 예에 따라 서로 다른 PCB가 연결된 경우에 방사 효율 및 총 효율을 나타낸다.
도 14는 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.

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. 여기서, 전자 기기는 차량 내부에 배치되거나 차량에 탑승한 사용자가 소지하는 이동 단말기(전자 기기)를 포함할 수 있다. 한편, 안테나 시스템과 같은 통신 시스템이 탑재된 차량을 전자 기기로 지칭할 수 있다.

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 1과 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 2b를 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 2a 내지 도 3을 참조하면, 차량(300)은 동력원에 의해 회전하는 바퀴, 차량(300)의 진행 방향을 조절하기 위한 조향 입력 장치를 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 장치에서 제공된 오브젝트 정보에 기초하여 생성될 수 있다. 예를 들면, 차량(300)은, 오브젝트 검출 장치에서 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, 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 장치는, 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 장치는, 카메라(321), 레이다(322), 라이다(323), 초음파 센서(324), 적외선 센서(325) 및 프로세서(330)를 포함할 수 있다.

실시예에 따라, 오브젝트 검출 장치는, 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.

프로세서(330)는, 오브젝트 검출 장치의 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 장치는, 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 장치에 프로세서(330)가 포함되지 않는 경우, 오브젝트 검출 장치는, 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 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 장치는, 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 4에 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)을 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 2a 내지 도 4에 따른 차량에 탑재되는 복수의 안테나들이 배치된 안테나 시스템과 이를 구비하는 차량에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 5a는 일 예시에 따른 차량이 기지국과 통신을 수행하도록 구성된 개념도를 나타낸다. 한편, 도 5b는 일 예시에 따른 차량에 탑재될 수 있는 안테나와 안테나 방사패턴을 나타낸다.

도 5a를 참조하면, 도로 상의 차량(300)은 서로 다른 기지국(600, 700)을 무선 통신을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 서로 다른 기지국(600, 700)은 4G/5G 무선 통신을 수행하는 기지국일 수 있다. 구체적으로, 차량(300)은 제1 기지국(600)과 제2 기지국(700) 사이에서 핸드오버를 수행하여 무선 통신을 수행할 수 있다. 또는, 차량(300)은 제1 기지국(600)과 제2 기지국(700)과 모두 연결 상태를 유지하는 이중 연결(dual connectivity, DC) 상태일 수 있다. 이 경우, 제1 기지국(600) 및 제2 기지국(600) 중 하나는 제1 통신 시스템의 기지국이고, 다른 하나는 제2 통신 시스템의 기지국일 수 있다.

또한, 도 5b를 참조하면, 차량(300)은 GSM/LTE/5G 기지국과의 통신을 위해 무지향성 방사 패턴(Omni-Directional Radiation Pattern)의 안테나 특성을 요구할 수 있다. 이와 관련하여, 현재 차량에 탑재되는 안테나는 외장형 샤크 안테나 모듈(shark antenna module)내부에 모노폴(monopole) 구조의 안테나가 적용되어 있다. 이와 같은 외장형 샤크 안테나 모듈은 차량 내부로 돌출될 수 있다. 또한, 외장형 샤크 안테나 모듈에는 복수의 통신 시스템의 광대역을 커버하면서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 복수의 안테나들이 구비할 공간이 부족하다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따른 안테나 시스템은 외부로 돌출되는 높이를 최소화하면서, 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 복수의 안테나들이 구비하도록 설계될 필요가 있다.

한편, 본 발명에 따른 차량용 안테나 시스템의 요구 사항은 다음과 같다.

- 차량 안테나 요구사항: low elevation, 즉 앙각 70 내지 90도 범위에서 평균 이득(mean gain) -2dB이다. 즉, low elevation에 해당하는 거의 수평 방향의 수평 방사(horizontal radiation) 성능에 해당하는 평균 이득은 -2dB이다.

- 종래기술의 한계: 모듈 내부의 공간을 이용한 안테나 기술로는 낮은 안테나 높이에 의한 성능열화로, 안테나 성능 요구사항을 만족하기 어렵다.

- 본 발명의 필요성: 안테나 성능 확보를 위한 추가적인 높이 증가 없이 안테나 성능개선을 위한 안테나 구조가 필요하다.

이와 관련하여, 저대역(low band, LB) 안테나 이슈는 다음과 같다. 차량의 On ground 환경과 안테나 높이 17mm 이하의 설계 공간에서는 빔 피크(Beam Peak)가 수직으로 형성되어 low elevation 성능을 만족하기 어렵다. 이와 관련하여, 1GHz 미만에서 low elevation 특성을 갖는 샤크 안테나는 차량 외곽 영역에 위치할 수 있다. 반면에, 본 발명에서 구현하고자 하는 차량용 안테나는 17mm 이하의 낮은 높이를 갖도록 구현될 필요가 있다.

이를 위해, 차량 디자인을 위해 외관에 드러나는 샤크 안테나를 차량 내부에 장착하려는 요구 사항이 추가될 수 있다. 따라서, 구조적으로 로우 프로파일(Low Profile)을 유지하면서도 무지향성 방사 패턴을 갖는 안테나의 설계 기술이 필요하다. 따라서, 본 발명에서는 로우 프로파일 구조 및 Sub PCB 구조의 슬롯 안테나(Slot Antenna) 구성을 제안하고자 한다.

한편, 본 발명에 따른 안테나 시스템은 차량의 지붕 상부 또는 내부 또는 지붕 프레임 내부에 탑재될 수 있다. 이와 관련하여, 도 6은 일 실시 예에 따른 차량 지붕 프레임 내부에 탑재될 수 있는 안테나 시스템을 나타낸다. 또한, 도 7a는 일 실시 예에 따른 안테나 시스템에 배치될 수 있는 복수의 안테나와 이들을 제어하는 구성을 나타낸다. 한편, 도 7b는 도 7a의 안테나 시스템의 메인 PCB에 구비되는 복수의 안테나들을 일 측면에서 본 사시도이다.

이와 관련하여, 도 7c는 일 실시 예에 따른 메인 PCB와 서브 PCB 사이의 공간에 형성되는 슬롯 안테나의 구성을 나타낸다. 한편, 도 7d는 메인 PCB와 서브 PCB 사이의 지지체 사이의 거리 변화에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다.

한편, 본 발명에 따른 슬롯 안테나를 구성하는 메인 PCB와 서브 PCB가 적층된 구조에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 8a는 일 실시 예에 따른 메인 PCB와 서브 PCB가 적층되고, 슬롯 안테나 영역에 소스를 통해 급전이 이루어지는 구성을 나타낸다. 한편, 도 8b는 메인 PCB와 서브 PCB가 결합되기 이전의 구성을 나타낸다. 또한, 도 9는 일 실시 예에 다른 메인 PCB와 서브 PCB 사이의 공간에 형성되는 슬롯 안테나를 측면에서 본 구성도이다.

한편, 도 6 내지 도 9를 참조하여, 본 발명에 따른 적층 PCB 공간에 형성되는 슬롯 안테나를 구비하는 안테나 시스템의 구조적 특징 및 기술적 특징은 다음과 같다.

차량 지붕(roof )영역 내에 장착되는 통합 안테나 모듈 설계에 있어서, 본 발명은 main PCB (S1)와 Sub PCB (S2)와 이들을 지지하는 금속 지지대 (Metal Supporter, MS1, MS2)를 구비한다. 한편, main PCB (S1)와 Sub PCB (S2) 사이에 형성되는 폐루프 슬롯(Closed-loop slot) 영역에 소스(Source) 급전을 위한 Feed Structure (FS)를 구성한다. 이에 따라, 추가적인 안테나 공간 할당 및 안테나 구조의 구현 없이도 최소 하나 이상의 대역에서 동작하는 안테나로 활용할 수 있다.

한편, main PCB (S1)와 Sub PCB (S2) 및 주변 metal 구조들에 의해 형성된 폐루프 슬롯은 그 물리적 길이가 λ/2에 해당되는 동작 주파수 영역에서 공진하고, 안테나로 활용할 수 있다.

Main PCB (S1)의 ground와 Sub PCB (S2)의 ground 및 metal Supporter는 서로 전기적으로 연결되어, 폐루프 슬롯을 형성할 수 있다.

도 6 내지 도 9를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템(1000)은 제1 회로 기판(S1), 제2 회로 기판(S2), 급전부(feed structure, FS) 및 안테나(ANT, 1100S)을 포함하도록 구성된다. 이와 관련하여, 안테나(ANT, 1100S)는 도 7c에 도시된 바와 같이 은 제1 회로 기판(S1)과 제2 회로 기판(S2) 사이의 공간에 형성되는 슬롯 안테나일 수 있다.

한편, 제1 회로 기판(S1)은 금속 프레임(metal frame, MF)에 장착될 수 있도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 회로 기판(S2)은 제1 회로 기판(S1)과 금속 지지체(metal supporter, MS1, MS2)를 통해 소정 간격 이격되어 배치되도록 구성될 수 있다. 또한, 급전부(FS)는 제1 회로 기판(S1)과 제2 회로 기판(S2) 사이를 연결하도록 구성될 수 있다. 즉, 급전부(FS)는 슬롯 안테나에 해당하는 안테나(ANT, 1100S)를 급전하도록 구성된다.

따라서, 슬롯 안테나에 해당하는 안테나(ANT, 1100S)는 제1 회로 기판(S1)과 제2 회로 기판(S2) 사이의 공간을 통해 급전부(FS)로부터 전달된 신호가 방사되도록 구성될 수 있다. 한편, 도 7d를 참조하면, 금속 지지체(MS1, MS2) 사이의 거리가 127mm에서 117mm로 감소됨에 따라, 안테나(ANT, 1100S)의 공진 주파수가 증가함을 알 수 있다. 즉, 안테나(ANT, 1100S)의 공진 주파수가 1.2GHz보다 낮은 주파수에서 1.2GHz보다 높은 주파수로 약 0.1GHz 정도 증가함을 알 수 있다.

본 발명에서 제안된 안테나 구조는 차량의 지붕(roof) 영역 내에 구현되는 안테나 통합 모듈에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에서 제안된 안테나 구조는 다른 안테나 구성들 외에 부가적인 안테나 구현이 필요한 경우, 추가적인 구조물이나 공간에 대한 제약이 없이 기본적으로 구현되어 있는 구조물들을 이용할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 종래 기술은 안테나 통합 모듈 설계에 있어 각 안테나에 대해 공간을 따로 할당하고, 안테나 동작에 필요한 패턴 등의 구조를 다시 설계해야 한다. 반면, 본 발명에서 제안된 기술을 Sub PCB를 필요로 하는 모듈 구조에서 추가적인 공간 할당이나 구조물 설계없이 하나 이상의 안테나 동작을 실현할 수 있다. 이와 관련하여, main PCB (S1)와 Sub PCB (S2) 사이에 복수의 급전부를 상호 직교하게 배치하게 수직 편파를 갖는 안테나 및 수평 편파를 갖는 안테나를 구현할 수 있다. 또는, main PCB (S1)와 Sub PCB (S2) 사이에 그라운드 월을 배치하고, 복수의 급전부를 그라운드 월에 의해 분리된 각각의 영역에 배치할 수 있다.

한편, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 발명에서 제안하는 적층 PCB 구조의 슬롯 안테나는 다음과 같은 구조적 특징과 기술적 특징을 갖는다. 이와 관련하여, 적층 PCB 구조의 슬롯의 안테나 동작을 위해 슬롯 내부에 소스(Source)를 급전하기 위한 급전(Feeding) 구조가 구현되어야 한다. 이러한 급전 구조는 봉(rod)과 같은 형태, 커넥터(connector) 형태 케이블(cable) 형태 또는 그 외 다양한 형태의 지지 구조물에 의해 구성될 수 있다.

Main PCB (S1)에 구현된 급전선(Feedline)이 급전 구조(Feed Structure)를 통해 전기적으로 sub PCB (S2)의 그라운드 영역과 접촉(contact)될 수 있다. 또는, Sub PCB (S2)에 구현된 급전선이 급전 구조(Feed Structure)를 통해 전기적으로 main PCB (S1)의 그라운드 영역과 접촉될 수 있다.

또한, 급전선에 구현된 매칭 회로(Matching Circuit, MC)을 통해 안테나의 공진 주파수와 임피던스 매칭을 조절할 수 있다.

도 8b를 참조하면, 급전부(FS)는 제1 신호 패드(PAD1) 및 제2 신호 패드(PAD2)와 금속 포스트(metal post)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 금속 포스트(metal post)만을 급전부(FS)로 지칭할 수도 있다. 한편, 제1 신호 패드(PAD1)와 제1 회로 기판(S1)의 그라운드 사이에 신호원(source)가 인가될 수 있다.

한편, 제1 신호 패드(PAD1) 및 제2 신호 패드(PAD2)는 제1 회로 기판 상에 그라운드 영역이 제거된 영역에 상호 간에 소정 간격으로 이격되도록 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 신호 패드(PAD1) 및 제2 신호 패드(PAD2) 간에 매칭 회로(matching circuit, MC)이 배치될 수 있다. 또한, 제1 신호 패드(PAD1)와 그라운드 사이 및 제2 신호 패드(PAD2)와 그라운드 사이에 매칭 회로(MC)가 배치될 수 있다.

한편, 금속 포스트(metal post)는 제1 신호 패드(PAD1) 및 제2 신호 패드(PAD2)중 적어도 하나와 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, 금속 포스트(metal post)는 제1 회로 기판(S1) 및 제2 회로 기판(S2) 사이에 수직하게 형성되도록 구성될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 Sub PCB는 인접한 영역으로 확장되어 이에 따라 슬롯 안테나 영역을 확장시킬 수 있다. 따라서, 슬롯 안테나의 공진 주파수가 저대역(LB)에서도 동작하도록 할 수 있다. 이와 관련하여, 도 10a는 일 실시 예에 따른 확장 PCB를 구비하는 제2 회로 기판의 구성을 나타낸다. 한편, 도 10b는 서브 PCB와 확장 PCB를 구비하는 안테나 구조에서, 확장 PCB를 급전하는 구성을 나타낸다.

이와 관련하여, 제2 회로 기판(S2)은 서브 PCB(S2) 및 확장(extended) PCB (S2-L, S2-R)을 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 서브 PCB(S2)는 SDARS 안테나가 배치되도록 구성될 수 있다. 여기서, SDARS 안테나는 안테나 시스템이 탑재되는 차량, 전자 기기 등의 위치 정보를 획득하기 위해 신호를 수신하도록 구성된 안테나일 수 있다.

한편, 확장 PCB (S2-L, S2-R)는 서브 PCB (S2)의 일 측 또는 타 측에 서브 PCB (S2)와 인접하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 확장 PCB (S2-L, S2-R)는 제2 회로 기판이 배치되는 영역이 확장되도록 구성될 수 있다.

한편, 도 8b, 도 10a, 도 10b(a)를 참조하면, 제1 회로 기판(S1) 및 제2 회로 기판(S2) 사이에 수직하게 형성되는 급전부(FS)의 금속 포스트는 확장 PCB (S2-L)와 직접 연결될 수 있다.

또는, 도 8b, 도 10a, 도 10b(b)를 참조하면, 급전부(FS)의 금속 포스트는 확장 PCB (S2-L)와 커플링 급전되도록 이격될 수 있다. 이와 관련하여, 급전부(FS)의 금속 포스트는 제2 회로 기판의 확장 PCB (S2-L)와 수직하게 이격되어 배치되는 급전 플레이트(FP)와 연결될 수 있다. 한편, 제1 회로 기판(S1) 및 제2 회로 기판(S2) 사이에 수직하게 형성되는 급전 플레이트(FP)는 확장 PCB (S2-L)와 소정 간격 이격될 수 있다. 이 경우, 급전 플레이트(FP)로부터의 신호는 확장 PCB (S2-L)로 커플링될 수 있다.

한편, 급전부(FS)의 금속 포스트로부터의 신호는 급전부, 확장 PCB (S2-L), 서브 PCB (S2), 금속 지지체(MS1, MS2) 및 제1 PCB (S1)에 해당하는 영역을 통해 방사될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나(1100a, 1100b)는 금속 지지체 중 하나(MS1)에 의해 형성되는 제1 영역(R1)을 통해 제1 주파수에서 공진할 수 있다. 또한, 안테나(1100a, 1100b)는 금속 지지체 중 다른 하나에 의해 형성되는 제2 영역(R2)을 통해 제2 주파수에서 공진할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 적층 회로 기판 사이의 공간을 이용한 슬롯 안테나는 금속 플레이트의 구조를 다양하게 변경하여 안테나 특성을 최적화할 수 있다. 또한, 슬롯 안테나와 복수의 안테나들을 구비하는 안테나 시스템의 메인 기판의 차량의 금속 프레임과 소정 간격 이격되어 배치되어 방열 특성을 개선할 수 있다.

이와 관련하여, 도 11a는 일 실시 예에 따른 메인 PCB, 서브 PCB 및 다수의 금속 플레이트를 구비하는 안테나 구성을 나타낸다. 한편, 도 11b는 도 11a의 구조에서 급전 플레이트를 통한 급전부의 특정 위치에서의 슬롯 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다. 또한, 도 11c는 일 실시 예에 다른 슬롯 안테나의 주파수 별 방사 효율(radiation efficiency) 및 총 효율(total efficiency)를 나타낸다.

도 11a를 참조하면, 제1 회로 기판(S1)은 차량의 금속 프레임과 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 한편, 제2 회로 기판 중 서브 PCB (S2)의 전면에는 금속 플레이트(MP)가 배치될 수 있다.

한편, 제2 회로 기판 중 서브 PCB (S2)의 일 측면에는 제2 금속 플레이트(MP2)가 배치될 수 있다. 또한, 제2 회로 기판 중 서브 PCB (S2)의 타 측면에는 급전 포스트와 연결된 급전 플레이트(FP)가 서브 PCB(S2)와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 제1 회로 기판(S1)과 제2 회로 기판 중 서브 PCB (S2) 사이의 슬롯 영역에 금속 플레이트(MP)를 더 배치하여 이중 대역 공진하도록 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 PCB 적층 구조 기반의 슬롯 안테나는 1GHz 이하의 저대역(LB)을 커버하도록 구성될 수 있다. 한편, 슬롯 영역에 금속 플레이트(MP)를 더 배치하여 이중 대역 공진이 가능하지만, 임피던스 매칭은 완벽한 상태라고 간주하기는 어렵다. 이와 관련하여, 도 11c를 참조하면 저대역(LB)에서 방사 효율은 안테나로서 충분히 동작할 수준이지만, 총 효율 값은 다소 감소된 수준임을 알 수 있다.

따라서, 금속 플레이트(MP)와 제1 회로 기판(S1) 사이에 스위치 유닛을 배치하고 특정 임피던스 값을 갖는 소자를 온/오프 하거나 임피던스 값을 가변하여 안테나의 임피던스 매칭을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 12a는 다른 실시 예에 따른 메인 PCB, 서브 PCB 및 다수의 금속 플레이트와 스위치 유닛을 구비하는 안테나 구성을 나타낸다. 한편, 도 12b는 도 12a의 구성에서 서브 PCB의 전면의 금속 플레이트의 일 지점에 연결되는 스위치 유닛의 구성을 나타낸다. 또한, 도 12c는 도 12b의 스위치 유닛의 제어를 통해 변경되는 소자 임피던스 값에 따른 슬롯 안테나의 반사 계수를 나타낸다.

도 12a를 참조하면, 제1 회로 기판(S1)은 차량의 금속 프레임과 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 한편, 제2 회로 기판 중 서브 PCB (S2)의 전면에는 금속 플레이트(MP)가 배치될 수 있다.

이와 관련하여, 슬롯 길이에 대응하는 서브 PCB (S2)의 길이는 L로 표시된다. 따라서, 서브 PCB (S2)의 길이 L이 공진 길이 범위에 속하면 슬롯 안테나로 동작할 수 있다. 한편, 급전 플레이트(FP)가 서브 PCB (S2)와 소정 간격, 즉 d만큼 이격되어 배치될 수 있다.

이와 관련하여, 급전 플레이트(FP)는 제1 회로 기판(S1)과 FL만큼 이격되어 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 급전부가 높이 FL을 갖는 구조물로 형성될 수 있다. 한편, 급전 플레이트(FP)는 높이 h2를 갖는 금속 플레이트일 수 있다.

한편, 서브 PCB (S2)에 형성되는 슬롯 안테나 이외에 별도의 안테나(1200)가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나(1200)는 중대역(MB)과 고대역(HB)에서 동작하도록 구성된 콘 안테나일 수 있다. 콘 안테나(1200)는 콘 방사체, 금속 패치 및 단락 핀을 포함하도록 구성 가능하다. 한편, 본 발명에 따른 적층 PCB 사이의 공간을 이용한 슬롯 안테나는 도 7a 및 도 7b와 같은 유전체 구조물 형상의 안테나와 함께 배치될 수 있다. 또는, 본 발명에 따른 적층 PCB 사이의 공간을 이용한 슬롯 안테나는 도 12a와 같은 콘 안테나(1200)와 함께 배치될 수 있다.

한편, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 금속 플레이트(MP)는 서로 다른 커패시턴스 및 인덕턴스 값을 갖는 복수의 단자를 구비하는 스위칭 유닛(SW)과 연결되어 안테나의 공진 주파수를 변경하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 스위칭 유닛(SW)은 금속 플레이트(MP) 및 제1 회로 기판(S1)의 특정 위치(SP)에서 수직하게 연결될 수 있다. 또한, 제1 회로 기판(S1)에 형성된 그라운드 영역 중 일부 영역에 대한 그라운드 층을 제거하여 슬롯 안테나 특성을 최적화할 수 있다.

한편, 스위칭 유닛(SW)은 특정 커패시턴스(C) 값을 갖는 커패시터 및 가변 인덕턴스 값을 갖는 인덕터와 이에 각각 연결되는 제1 및 제2 스위치(S1, S2)로 구성될 수 있다. 하지만, 스위칭 유닛(SW)은 전술한 구성에 한정되는 것은 아니라, 가변 커패시턴스 값을 갖는 커패시터와 가변 인덕턴스 값을 갖는 인덕터와 이에 각각 연결되는 제1 및 제2 스위치(S1, S2)로 구성될 수 있다.

한편, 도 13a는 일 실시 예에 따라 서로 다른 PCB가 연결된 경우에 방사 효율 및 총 효율을 나타낸다. 반면에, 도 13b는 다른 실시 예에 따라 서로 다른 PCB가 연결된 경우에 방사 효율 및 총 효율을 나타낸다.

이와 관련하여, 도 12a 내지 도 12c와 도 13a(a)를 참조하면, 스위치 유닛(SW)이 커패시터를 통해 연결된 경우, 안테나(ANT, 1100S)의 방사 효율 및 총 효율을 나타낸다. 이 경우, 안테나(ANT, 1100S)는 0.6GHz 내지 0.7GHz에서 안테나 특성이 개선됨을 알 수 있다.

한편, 도 12a 내지 도 12c와 도 13a(b)를 참조하면, 스위치 유닛(SW)이 인덕터를 통해 연결되고 인덕턴스가 제1 인덕턴스(예: 30nH)로 조정된 경우, 안테나(ANT, 1100S)의 방사 효율 및 총 효율을 나타낸다. 이 경우, 안테나(ANT, 1100S)는 0.7GHz 내지 0.8GHz에서 안테나 특성이 개선됨을 알 수 있다.

한편, 도 12a 내지 도 12c와 도 13b(a)를 참조하면, 스위치 유닛(SW)이 인덕터를 통해 연결되고 인덕턴스가 제2 인덕턴스(예: 10nH)로 조정된 경우, 안테나(ANT, 1100S)의 방사 효율 및 총 효율을 나타낸다. 이 경우, 안테나(ANT, 1100S)는 0.8GHz 내지 0.9GHz에서 안테나 특성이 개선됨을 알 수 있다. 여기서, 제2 인덕턴스 값은 제1 인덕턴스 값보다 작은 값을 설정될 수 있다.

한편, 도 12a 내지 도 12c와 도 13b(b)를 참조하면, 스위치 유닛(SW)이 인덕터를 통해 연결되고 인덕턴스가 제3 인덕턴스(예: 5nH)로 조정된 경우, 안테나(ANT, 1100S)의 방사 효율 및 총 효율을 나타낸다. 이 경우, 안테나(ANT, 1100S)는 0.9GHz 내지 1.0GHz에서 안테나 특성이 개선됨을 알 수 있다. 여기서, 제3 인덕턴스 값은 제2 인덕턴스 값보다 작은 값을 설정될 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 제2 회로 기판 중 서브 PCB (S2)의 전면에 배치된 금속 플레이트(MP)의 소정 위치에서 스위치 유닛(SW)을 통한 임피던스 정합을 이용하여 저대역(LB)에서 공진 주파수를 조정할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 적층 PCB 구조의 슬롯 안테나(ANT, 1100S)는 광대역 동작할 수 있다.

한편, 도 7a 내지 도 13b를 참조하면, 적층 PCB 구조의 슬롯 안테나(ANT, 1100S)는 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 기저대역 프로세서(baseband processor, 1400)과 동작 가능하게 결합될 수 있다.

이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)는 안테나(ANT, 1100S)로 급전부(FS)를 통해 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)는 제1 회로 기판(S1)의 전면 또는 배면에 배치될 수 있다. 일 예로, 송수신부 회로(1250)는 제1 회로 기판(S1)의 배면에 배치되고, 제1 회로 기판(S1)과 금속 프레임 사이의 공간에 수용될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 슬롯 안테나를 형성하는 메인 PCB인 제1 회로 기판에는 복수의 안테나들(1100-1 내지 1100-4)이 배치되도록 구성될 수 있다. 도 7b를 참조하면, 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)는 제1 유전체 구조물 상에 프린트된 제1 금속 패턴(M1)과 제1 슬롯(S1)을 통해 제1 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)는 제1 회로 기판(S1)과 제1 급전부를 통해 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)는 제2 유전체 구조물 상에 제2 금속 패턴(M2)과 제2 슬롯(S2)을 통해 제2 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)는 제1 회로 기판(S1)과 제2 급전부를 통해 연결되도록 구성될 수 있다.

한편, 송수신부 회로(1250)는 안테나(ANT, 1100S), 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2) 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)는 저대역(LB)에 해당하는 제1 대역에서 동작하고, 회로 기판(PCB)의 일측 및 일 단부와 연결되도록 제1 부분 및 제2 부분으로 구성될 수 있다. 또한, 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)는 저대역(LB)에 해당하는 제1 대역에서 동작하고, 회로 기판(PCB)의 타측 및 일 단부와 연결되도록 제1 부분 및 제2 부분으로 구성될 수 있다.

한편, 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합되고, 복수의 안테나를 통해 저대역(LB)에 해당하는 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나는 안테나(ANT, 1100S), 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)로 이루어진 저대역(LB) 안테나일 수 있다.

이와 관련하여, 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행 중 상호 간섭에 따라 간섭 수준이 증가할 수 있다. 따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)를 통해 수신되는 제1 신호 또는 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)를 통해 수신되는 제2 신호의 품질이 임계치 이하이면, 안테나(ANT, 1100S)를 통해 신호를 수신할 수 있다.

이에 따라, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)를 통해 수신되는 제1 신호와 안테나(ANT, 1100S)를 통해 수신되는 신호를 이용하여 DL-MIMO를 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)를 통해 수신되는 제2 신호와 안테나(ANT, 1100S)를 통해 수신되는 신호를 이용하여 DL-MIMO를 수행할 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행 중 상호 간섭에 따라 간섭 수준이 증가할 수 있다. 따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)를 통해 송신되는 제1 신호 또는 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)를 통해 송신되는 제2 신호의 품질이 임계치 이하이면, 안테나(ANT, 1100S)를 통해 신호를 송신할 수 있다.

이에 따라, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)를 통해 송신되는 제1 신호와 안테나(ANT, 1100S)를 통해 송신되는 신호를 이용하여 UL-MIMO를 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)를 통해 송신되는 제2 신호와 안테나(ANT, 1100S)를 통해 송신되는 신호를 이용하여 UL-MIMO를 수행할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 중대역(MB)에서 동작하는 안테나도 회로 기판(PCB) 상에 저대역(LB) 안테나와 함께 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제3 안테나(MB_ANT3, 1100-3)는 제3 유전체 구조물 상에 프린트된 제3 금속 패턴(M3)과 제3 슬롯(S3)을 통해 제3 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제3 안테나(MB_ANT3, 1100-3)의 제3 유전체 구조물은 회로 기판의 일 단부에 배치되고, 제3 안테나(MB_ANT3, 1100-3)는 회로 기판(PCB)과 제3 급전부를 통해 연결되도록 구성될 수 있다.

한편, 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)는 제4 유전체 구조물 상에 프린트된 제4 금속 패턴(M4)과 제4 슬롯(S4)을 통해 제4 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)의 제4 유전체 구조물은 회로 기판의 타 단부에 배치되고, 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)는 회로 기판(PCB)과 제4 급전부를 통해 연결되도록 구성될 수 있다. 여기서, 제3 신호 및 제4 신호는 중대역(MB)에 해당하는 제2 대역의 신호일 수 있다.

이와 관련하여, 동일 대역에서 동작하는 제3 안테나(MB_ANT3, 1100-3)와 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)는 회로 기판(PCB)의 서로 다른 단부에 배치될 수 있다. 따라서, 제3 안테나(MB_ANT3, 1100-3)와 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)는 상호 간에 간섭 수준을 저감하고 격리도(isolation)를 향상시킬 수 있다.

복수 개의 중대역(HB) 안테나가 배치됨에 따라 제2 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합되고, 중대역(MB)에 해당하는 제2 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 제3 안테나(MB_ANT3, 1100-3) 및 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)를 통해 제2 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다.

한편, 통신 용량을 증대하기 위해 반송파 집성(carrier aggregation, CA)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 대역의 제1 신호와 제2 대역의 제3 신호를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다. 즉, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)를 통해 수신되는 제1 대역의 제1 신호와 제3 안테나(MB_ANT3, 1100-3)를 통해 수신되는 제2 대역의 제3 신호를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다.

이와 관련하여, 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)와 인접한 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)보다 이격된 제3 안테나(MB_ANT3, 1100-3)를 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 따라서, 반송파 집성(CA) 시에 인접한 대역 간의 간섭 수준을 저감할 수 있다.

한편, 제1 대역의 제1 신호와 제2 대역의 제3 신호를 통한 반송파 집성 시, 제1 신호 또는 제3 신호의 품질이 임계치 이하이면, 다른 안테나들을 통해 반송 파 집성이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 대역의 제2 신호와 제2 대역의 제4 신호를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다. 즉, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)를 통해 수신되는 제1 대역의 제2 신호와 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)를 통해 수신되는 제2 대역의 제4 신호를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다.

이와 관련하여, 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)와 인접한 제3 안테나(MB_ANT3, 1100-3)보다 이격된 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)를 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 따라서, 반송파 집성(CA) 시에 인접한 대역 간의 간섭 수준을 저감할 수 있다.

한편, 기저대역 프로세서(1400)는 반송파 집성된 신호들을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이 경우, 각각의 MIMO 스트림 간의 격리도가 CA 신호 간의 격리도보다 더 중요하다. 따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 대역의 제1 신호와 제2 대역의 제4 신호를 통해 제1 정보를 획득하고, 제1 대역의 제2 신호와 제2 대역의 제3 신호를 통해 제2 정보를 획득할 수 있다. 이에 따라, 기저대역 프로세서(1400)는 반송파 집성된 신호에 대해 DL-MIMO를 수행하면서, MIMO 스트림 간 간섭 수준을 저감할 수 있다. 이 경우, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)와 인접한 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)를 통해 제1 CA 신호를 수신하도록 제어한다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)와 인접한 제3 안테나(MB_ANT3, 1100-3)를 통해 제2 CA 신호를 동시에 수신하도록 제어한다.

이와 유사하게, 기저대역 프로세서(1400)는 반송파 집성된 신호에 대해 UL-MIMO를 수행하면서, MIMO 스트림 간 간섭 수준을 저감할 수 있다. 이 경우, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)와 인접한 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)를 통해 제1 CA 신호를 송신하도록 제어한다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)와 인접한 제3 안테나(MB_ANT3, 1100-3)를 통해 제2 CA 신호를 동시에 송신하도록 제어한다.

한편, 본 발명에 따른 고대역(HB)에서 동작하는 안테나도 회로 기판(PCB) 상에 저대역(LB) 안테나 및/또는 중대역(MB)와 함께 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 고대역(HB)에서 동작하는 안테나에 대한 배치 구조와 동작에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 본 발명에 따른 적층 PCB에 의해 형성되는 슬롯 구조의 안테나(ANT, 1100S)를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)를 통해 수신되는 제1 대역의 제1 신호의 품질이 임계치 이하이면, 안테나(ANT, 1100S)와 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)를 통해 MIMO를 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)를 통해 수신되는 제1 대역의 제2 신호의 품질이 임계치 이하이면, 안테나(ANT, 1100S)와 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)를 통해 MIMO를 수행할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 적층 PCB에 의해 형성되는 슬롯 구조의 안테나(ANT, 1100S)를 이용하여 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 대역의 제1 신호 또는 제2 신호와 제2 대역의 제3 신호를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다. 여기서, 제1 신호는 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)를 통해 수신되고 제2 신호는 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)를 통해 수신될 수 있다. 또한, 제2 대역의 제3 신호는 제3 안테나(MB_ANT3, 1100-3)를 통해 수신될 수 있다.

이와 관련하여, 제1 신호 또는 제2 신호의 품질이 임계치 이하이면, 안테나(ANT, 1100S)를 통해 수신되는 제1 대역의 신호와 제3 신호를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다.

다른 예로, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 대역의 제1 신호 또는 제2 신호와 제2 대역의 제4 신호를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다. 여기서, 제1 신호는 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)를 통해 수신되고 제2 신호는 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)를 통해 수신될 수 있다. 또한, 제2 대역의 제4 신호는 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)를 통해 수신될 수 있다.

이와 관련하여, 제1 신호 또는 제2 신호의 품질이 임계치 이하이면, 안테나(ANT, 1100S)를 통해 수신되는 제1 대역의 신호와 제4 신호를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다.

한편, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 대역의 제1 신호 또는 제2 신호와 제2 대역의 제3 신호를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다. 여기서, 제1 신호는 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)를 통해 송신되고 제2 신호는 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)를 통해 송신될 수 있다. 또한, 제2 대역의 제3 신호는 제3 안테나(MB_ANT3, 1100-3)를 통해 송신될 수 있다.

이와 관련하여, 제1 신호 또는 제2 신호의 품질이 임계치 이하이면, 안테나(ANT, 1100S)를 통해 송신되는 제1 대역의 신호와 제3 신호를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다.

다른 예로, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 대역의 제1 신호 또는 제2 신호와 제2 대역의 제4 신호를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다. 여기서, 제1 신호는 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1)를 통해 송신되고 제2 신호는 제2 안테나(LB_ANT2, 1100-2)를 통해 송신될 수 있다. 또한, 제2 대역의 제4 신호는 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)를 통해 송신될 수 있다.

이와 관련하여, 제1 신호 또는 제2 신호의 품질이 임계치 이하이면, 안테나(ANT, 1100S)를 통해 송신되는 제1 대역의 신호와 제4 신호를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 복수의 안테나들(1100)을 구비하는 안테나 시스템(1000)을 통해 저대역(LB), 중대역(MB) 및 고대역(HB)에서 차량에서 차량 외부의 엔티티와 무선 통신을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 차량 지붕 프레임 내부에 탑재될 수 있는 안테나 시스템(1000)의 복수의 안테나들(1100)은 외측 방향으로 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1) 내지 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)는 제1 슬롯(S1) 내지 제4 슬롯(S4)을 통해 제1 신호 내지 제4 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 즉, 회로 기판(PCB)의 외측 방향으로 형성된 제1 슬롯(S1) 내지 제4 슬롯(S4)을 통해 외측 방향으로 제1 신호 내지 제4 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저대역(LB) 및 중대역(MB)에서 동작하는 복수의 안테나들(1100-1 내지 1100-4)과 슬롯 안테나(ANT, 1100S)는 송수신부 회로(1250)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)는 회로 기판(PCB)의 전면 또는 배면에 배치될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 회로 기판(PCB)의 전면의 유전체 영역에 형성된 신호 패드를 통해 각 안테나의 급전부(F1 내지 F6)과 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250)는 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1) 내지 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4) 및 슬롯 안테나(ANT, 1100S) 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 여기서, 송수신부 회로(1250)는 전력 증폭기와 저잡음 증폭기를 구비하는 RFIC (radio frequency integrated chip)일 수 있다.

이와 관련하여, 기저대역 프로세서(baseband processor, 1400)는 송수신부 회로(1250)와 연결되어 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1) 내지 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4)와 슬롯 안테나(ANT, 1100S)를 통해 다중 입출력(MIMO) 및/또는 반송파 집성(CA)을 수행하도록 구성될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 일 양상에 따른 차량에 탑재 가능한 안테나 시스템(1000)에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 다른 양상에 따른 안테나 시스템(100)이 구비되는 차량에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 전술된 안테나 시스템에 관한 설명이 차량에도 적용될 수 있고, 안테나 시스템이 탑재되는 차량에 대한 설명도 전술된 안테나 시스템에 적용될 수 있다.

이와 관련하여, 도 3은 도 1 내지 도 2c 및 도 4 내지 도 13b의 일 예시에 따른 안테나 시스템을 구비하는 차량의 구성을 나타낸다. 한편, 도 1 내지 도 13b를 참조하면, 차량(300)은 통신 장치(400)의 적어도 일부를 구성하는 안테나 시스템(1000)을 포함할 수 있다. 또한, 차량(300)은 오브젝트 검출 장치 및 네비게이션 시스템 등을 구비하거나 이들과 연동하는 텔레매틱스 모듈(TCU)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 텔레매틱스 모듈(TCU)은 도 3과 같이 오브젝트 검출 장치 이외에 다양한 구성을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템(1000)은 제1 안테나(LB_ANT1, 1100-1) 내지 제4 안테나(MB_ANT4, 1100-4) 및 슬롯 안테나(ANT, 1100S) 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(1250)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 송수신부 회로(1250)를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 기저대역 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에서는 자율 주행 등을 위해 인접 차량, RSU, 기지국 등 다양한 엔티티로부터 동시에 정보를 수신할 필요가 있는 경우, 다중 입출력(MIMO)을 통해 광대역 수신이 가능하다는 장점이 있다. 이에 따라, 차량은 다양한 엔티티로부터 동시에 서로 다른 정보를 수신하여 통신 용량을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 차량에서 대역폭의 확장 없이도 MIMO 동작을 통해 통신 용량을 향상시킬 수 있다.

대안으로, 차량은 다양한 엔티티로부터 동시에 동일한 정보를 동시에 수신하여 주변 정보에 대한 신뢰성을 향상시키고 레이턴시를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 차량에서 URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication) 통신이 가능하고 차량은 URLLC UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 URLLC UE로 동작하는 차량을 위해 시간 슬롯을 우선적으로 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 특정 시간-주파수 자원 중 일부를 펑처링(puncturing)할 수 있다.

한편, 본 발명의 안테나 시스템의 제1 및 제2 안테나(LB_ANT1, LB_ANT2)와 슬롯 안테나(ANT, 1100S)는 제1 주파수 대역인 저대역(LB)에서 방사체로서 동작할 수 있다. 또한, 제3 및 제4 안테나(MB_ANT1, MB_ANT2)는 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다.

이에 따라, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 및 제2 안테나(LB_ANT1, LB_ANT2)와 슬롯 안테나(ANT, 1100S) 중 적어도 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하고, 제3 및 제4 안테나(MB_ANT1, MB_ANT2) 중 적어도 하나를 통해 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 대역과 제2 대역이 결합된 대역을 통해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다.

이에 따라, 본 발명에서는 자율 주행 등을 위해 대용량의 데이터를 수신할 필요가 있는 경우, 반송파 집성을 통해 광대역 수신이 가능하다는 장점이 있다.

이에 따라, 차량은 eMBB (Enhanced Mobile Broad Band) 통신이 가능하고 차량은 eMBB UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 eMBB UE로 동작하는 차량을 위해 광대역 주파수 자원을 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 주파수 자원을 제외하고 여유 있는 주파수 대역들에 대한 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 광대역 안테나 시스템이 도 2a 내지 도 2c와 같은 구조로 차량에 탑재될 수 있다. 즉, 광대역 안테나 시스템이 탑재되는 차량은 도 2a 내지 도 2c와 같이 차량 지붕 위, 지붕 내부 또는 지붕 프레임 내부에 탑재될 수 있다.

한편, 도 6은 본 발명에 따른 광대역 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다. 도 4 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 광대역 안테나 시스템이 탑재되는 차량(300)은 안테나 시스템(1000)이 탑재되고, 안테나 시스템(1000)은 자체적으로 또는 통신 장치(400)를 통해 근거리 통신, 무선 통신 및 V2X 통신 등을 수행할 수 있다. 이를 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 안테나 시스템(1000)을 통해 인접 차량, RSU 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.

대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 통신 장치(400)를 통해 인접 차량, RSU, 인접 사물 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다. 여기서, 인접 사물에 대한 정보는 차량(300)의 카메라(331), 레이다(332), 라이다(333), 센서(334, 335) 등의 오브젝트 검출 장치를 통해 획득될 수 있다. 또 다른 대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 통신 장치(400)와 안테나 시스템(1000)을 인접 차량, RSU, 인접 사물 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.

이와 관련하여, 도 1 내지 도 13b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)을 구비하는 차량(300)은 복수의 안테나들(1100-1 내지 1100-4)과 슬롯 안테나(ANT, 1100S), 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 구성 가능하다. 도 1 내지 도 13b에 따른 본 발명에 따른 안테나 시스템(1000)을 구비하는 차량에서 주요한 기술적 특징은 다음과 같다. 이와 관련하여, 전술한 안테나 시스템(1000)과 관련한 모든 기술적 특징이 이하의 설명에 적용 가능하다.

차량에 탑재되는 안테나 시스템(1000)은 제1 회로 기판(S1), 제2 회로 기판(S2), 급전부(feed structure, FS) 및 안테나(ANT, 1100S)을 포함하도록 구성된다. 이와 관련하여, 안테나(ANT, 1100S)는 도 7c에 도시된 바와 같이 은 제1 회로 기판(S1)과 제2 회로 기판(S2) 사이의 공간에 형성되는 슬롯 안테나일 수 있다.

따라서, 슬롯 안테나에 해당하는 안테나(ANT, 1100S)는 제1 회로 기판(S1)과 제2 회로 기판(S2) 사이의 공간을 통해 급전부(FS)로부터 전달된 신호가 방사되도록 구성될 수 있다.

한편, 차량에 탑재되는 안테나 시스템(1000)은 슬롯 안테나에 해당하는 안테나(ANT, 1100S)와 별도로 안테나 시스템(1000)에 배치되는 복수의 안테나들(1100-1 내지 1100-4)을 포함할 수 있다.

한편, 송수신부 회로(1250)는 안테나(ANT, 1100S) 및 복수의 안테나 (1100-1 내지 1100-4) 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 제2 회로 기판(S2)은 서브 PCB(S2-1) 및 확장(extended) PCB (S2-L, S2-R)을 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 서브 PCB(S2-1)는 SDARS 안테나가 배치되도록 구성될 수 있다. 한편, 확장 PCB (S2-L, S2-R)는 서브 PCB (S2)의 일 측 또는 타 측에 서브 PCB (S2)와 인접하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 확장 PCB (S2-L, S2-R)는 제2 회로 기판이 배치되는 영역이 확장되도록 구성될 수 있다.

한편, 제1 회로 기판(S1) 및 제2 회로 기판(S2) 사이에 수직하게 형성되는 급전부(FS)의 금속 포스트는 확장 PCB (S2-L)와 직접 연결될 수 있다.

또는, 급전부(FS)의 금속 포스트는 확장 PCB (S2-L)와 커플링 급전되도록 이격될 수 있다. 이와 관련하여, 급전부(FS)의 금속 포스트는 제2 회로 기판의 확장 PCB (S2-L)와 수직하게 이격되어 배치되는 급전 플레이트(FP)와 연결될 수 있다. 한편, 제1 회로 기판(S1) 및 제2 회로 기판(S2) 사이에 수직하게 형성되는 급전 플레이트(FP)는 확장 PCB (S2-L)와 소정 간격 이격될 수 있다. 이 경우, 급전 플레이트(FP)로부터의 신호는 확장 PCB (S2-L)로 커플링될 수 있다.

한편, 제1 회로 기판(S1)은 차량의 금속 프레임과 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 한편, 제2 회로 기판 중 서브 PCB (S2)의 전면에는 금속 플레이트(MP)가 배치될 수 있다. 또한, 제2 회로 기판 중 서브 PCB (S2)의 일 측면에는 제2 금속 플레이트(MP2)가 배치될 수 있다. 또한, 제2 회로 기판 중 서브 PCB (S2)의 타 측면에는 급전 포스트와 연결된 급전 플레이트(FP)가 서브 PCB(S2)와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.

한편, 금속 플레이트(MP)는 서로 다른 커패시턴스 및 인덕턴스 값을 갖는 복수의 단자를 구비하는 스위칭 유닛(SW)과 연결되어 안테나의 공진 주파수를 변경하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 스위칭 유닛(SW)은 특정 커패시턴스(C) 값을 갖는 커패시터 및 가변 인덕턴스 값을 갖는 인덕터와 이에 각각 연결되는 제1 및 제2 스위치(S1, S2)로 구성될 수 있다. 하지만, 스위칭 유닛(SW)은 전술한 구성에 한정되는 것은 아니라, 가변 커패시턴스 값을 갖는 커패시터와 가변 인덕턴스 값을 갖는 인덕터와 이에 각각 연결되는 제1 및 제2 스위치(S1, S2)로 구성될 수 있다.

이상에서는 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량에 대해 살펴보았다. 이와 관련하여, 본 발명에서 제안된 안테나 구조는 차량의 지붕(roof) 영역 내에 구현되는 안테나 통합 모듈에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명에서 제안된 안테나 구조는 다른 안테나 구성들 외에 부가적인 안테나 구현이 필요한 경우, 추가적인 구조물이나 공간에 대한 제약이 없이 기본적으로 구현되어 있는 구조물들을 이용할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 종래 기술은 안테나 통합 모듈 설계에 있어 각 안테나에 대해 공간을 따로 할당하고, 안테나 동작에 필요한 패턴 등의 구조를 다시 설계해야 한다. 반면, 본 발명에서 제안된 기술을 Sub PCB를 필요로 하는 모듈 구조에서 추가적인 공간 할당이나 구조물 설계없이 하나 이상의 안테나 동작을 실현할 수 있다. 이와 관련하여, main PCB와 Sub PCB 사이에 복수의 급전부를 상호 직교하게 배치하게 수직 편파를 갖는 안테나 및 수평 편파를 갖는 안테나를 구현할 수 있다. 또는, main PCB와 Sub PCB 사이에 그라운드 월을 배치하고, 복수의 급전부를 그라운드 월에 의해 분리된 각각의 영역에 배치할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 본 발명에서 제안된 적층 PCB를 이용한 슬롯 안테나 구조는 main PCB와 Sub PCB를 적층으로 구성하는 모든 안테나 시스템에 적용 가능하다. 이와 관련하여, 안테나 모듈 설계에 있어 최소 하나 이상의 안테나에 대해 추가적인 구조나 공간 할당없이 안테나 기능을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 제안된 적층 PCB를 이용한 슬롯 안테나 구조는 차량용 안테나 이외에 다른 기기에서도 적용이 가능하다.

이상에서는 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량에 대해 살펴보았다. 이러한 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량과 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템에 대해 살펴보면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 14는 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.

도 14를 참조하면, 무선 통신 시스템은 제 1 통신 장치(910) 및/또는 제 2 통신 장치(920)을 포함한다. 'A 및/또는 B'는 'A 또는 B 중 적어도 하나를 포함한다'와 동일한 의미로 해석될 수 있다. 제 1 통신 장치가 기지국을 나타내고, 제 2 통신 장치가 단말을 나타낼 수 있다(또는 제 1 통신 장치가 단말을 나타내고, 제 2 통신 장치가 기지국을 나타낼 수 있다).

기지국(BS: Base Station)은 고정국(fixed station), Node B, eNB(evolved-NodeB), gNB(Next Generation NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(AP: Access Point), gNB(general NB), 5G 시스템, 네트워크, AI 시스템, RSU(road side unit), 로봇 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, 단말(Terminal)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D(Device-to-Device) 장치, 차량(vehicle), 로봇(robot), AI 모듈 등의 용어로 대체될 수 있다.

제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치는 프로세서(processor, 911,921), 메모리(memory, 914,924), 하나 이상의 Tx/Rx RF 모듈(radio frequency module, 915,925), Tx 프로세서(912,922), Rx 프로세서(913,923), 안테나(916,926)를 포함한다. 프로세서는 앞서 살핀 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 보다 구체적으로, DL(제 1 통신 장치에서 제 2 통신 장치로의 통신)에서, 코어 네트워크로부터의 상위 계층 패킷은 프로세서(911)에 제공된다. 프로세서는 L2 계층의 기능을 구현한다. DL에서, 프로세서는 논리 채널과 전송 채널 간의 다중화(multiplexing), 무선 자원 할당을 제 2 통신 장치(920)에 제공하며, 제 2 통신 장치로의 시그널링을 담당한다. 전송(TX) 프로세서(912)는 L1 계층 (즉, 물리 계층)에 대한 다양한 신호 처리 기능을 구현한다. 신호 처리 기능은 제 2 통신 장치에서 FEC(forward error correction)을 용이하게 하고, 코딩 및 인터리빙(coding and interleaving)을 포함한다. 부호화 및 변조된 심볼은 병렬 스트림으로 분할되고, 각각의 스트림은 OFDM 부반송파에 매핑되고, 시간 및/또는 주파수 영역에서 기준 신호(Reference Signal, RS)와 멀티플렉싱되며, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)를 사용하여 함께 결합되어 시간 영역 OFDMA 심볼 스트림을 운반하는 물리적 채널을 생성한다. OFDM 스트림은 다중 공간 스트림을 생성하기 위해 공간적으로 프리코딩된다. 각각의 공간 스트림은 개별 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,915)를 통해 상이한 안테나(916)에 제공될 수 있다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 전송을 위해 각각의 공간 스트림으로 RF 반송파를 변조할 수 있다. 제 2 통신 장치에서, 각각의 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,925)는 각 Tx/Rx 모듈의 각 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 캐리어로 변조된 정보를 복원하여, 수신(RX) 프로세서(923)에 제공한다. RX 프로세서는 layer 1의 다양한 신호 프로세싱 기능을 구현한다. RX 프로세서는 제 2 통신 장치로 향하는 임의의 공간 스트림을 복구하기 위해 정보에 공간 프로세싱을 수행할 수 있다. 만약 다수의 공간 스트림들이 제 2 통신 장치로 향하는 경우, 다수의 RX 프로세서들에 의해 단일 OFDMA 심볼 스트림으로 결합될 수 있다. RX 프로세서는 고속 푸리에 변환 (FFT)을 사용하여 OFDMA 심볼 스트림을 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다. 주파수 영역 신호는 OFDM 신호의 각각의 서브 캐리어에 대한 개별적인 OFDMA 심볼 스트림을 포함한다. 각각의 서브캐리어 상의 심볼들 및 기준 신호는 제 1 통신 장치에 의해 전송된 가장 가능성 있는 신호 배치 포인트들을 결정함으로써 복원되고 복조 된다. 이러한 연 판정(soft decision)들은 채널 추정 값들에 기초할 수 있다. 연판정들은 물리 채널 상에서 제 1 통신 장치에 의해 원래 전송된 데이터 및 제어 신호를 복원하기 위해 디코딩 및 디인터리빙 된다. 해당 데이터 및 제어 신호는 프로세서(921)에 제공된다.

UL(제 2 통신 장치에서 제 1 통신 장치로의 통신)은 제 2 통신 장치(920)에서 수신기 기능과 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 제 1 통신 장치(910)에서 처리된다. 각각의 Tx/Rx 모듈(925)는 각각의 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 반송파 및 정보를 RX 프로세서(923)에 제공한다. 프로세서 (921)는 프로그램 코드 및 데이터를 저장하는 메모리 (924)와 관련될 수 있다. 메모리는 컴퓨터 판독 가능 매체로서 지칭될 수 있다.

이와 같은 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

전술한 본 발명과 관련하여, 차량에 탑재되는 안테나 시스템의 다수의 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 판독될 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

차량에 탑재되는 안테나 시스템에 있어서,
금속 프레임에 장착될 수 있도록 구성된 제1 회로 기판;
상기 제1 회로 기판과 금속 지지체(metal supporter)를 통해 소정 간격 이격되어 배치되는 제2 회로 기판;
상기 제1 회로 기판과 상기 제2 회로 기판 사이를 연결하도록 구성된 급전부; 및
상기 제1 회로 기판과 상기 제2 회로 기판 사이의 공간을 통해 상기 급전부로부터 전달된 신호가 방사되도록 구성된 안테나를 포함하고,
상기 급전부는,
상기 제1 회로 기판 상에 그라운드 영역이 제거된 영역에 상호 간에 소정 간격으로 이격된 제1 신호 패드 및 제2 신호 패드; 및
상기 제1 신호 패드 및 제2 신호 패드 중 적어도 하나와 연결되고, 상기 제1 회로 기판 및 상기 제2 회로 기판 사이에 수직하게 형성되는 금속 포스트(metal post)를 포함하는, 안테나 시스템.
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제1 항에 있어서,
상기 제1 회로 기판은 상기 차량의 상기 금속 프레임과 소정 간격 이격되어 배치되고,
상기 제2 회로 기판은 서브 PCB 및 상기 서브 PCB의 일 측 또는 타 측에 상기 서브 PCB와 인접하게 배치된 확장 PCB를 포함하고,
상기 제2 회로 기판 중 상기 서브 PCB의 전면에는 금속 플레이트가 배치되는, 안테나 시스템.
제7 항에 있어서,
상기 제2 회로 기판 중 상기 서브 PCB의 일 측면에는 제2 금속 플레이트가 배치되고,
상기 제2 회로 기판 중 상기 서브 PCB의 타 측면에는 급전 포스트와 연결된 급전 플레이트가 상기 서브 PCB와 소정 간격 이격되어 배치되고,
상기 금속 플레이트는 서로 다른 커패시턴스 및 인덕턴스 값을 갖는 복수의 단자를 구비하는 스위칭 유닛과 연결되어 상기 안테나의 공진 주파수를 변경하도록 구성되는, 안테나 시스템.
제1 항에 있어서,
상기 안테나로 상기 급전부를 통해 신호를 전달하도록 구성되는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함하고,
상기 송수신부 회로는 상기 제1 회로 기판의 배면에 배치되는, 안테나 시스템.
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