KR102709419B1 - 차량에 배치되는 안테나 모듈 - Google Patents

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Abstract

차량은 투명 영역과 불투명 영역을 포함하는 차량 유리; 상기 차량 유리의 상기 투명 영역에 배치되는 투명 유전체 기판; 상기 투명 유전체 기판의 일 측면상의 안테나를 포함하는 제1 영역; 및 상기 안테나와 전기적으로 연결되는 급전 패턴 및 그라운드 도전 패턴을 포함하는 제2 영역을 포함한다. 상기 안테나는 신호 패턴과 제1 그라운드 패턴 사이에 형성되고, 제1 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제1 신호를 방사하도록 구성된 제1 슬롯; 및 상기 제1 그라운드 패턴과 제2 그라운드 패턴 사이에 형성되고, 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 슬롯을 포함할 수 있다.

Description

차량에 배치되는 안테나 모듈
본 명세서는 차량에 배치되는 투명 안테나에 관한 것이다. 특정 구현은 차량 유리에서 안테나 영역이 식별되지 않도록 투명 소재로 구현된 안테나 어셈블리에 관한 것이다.
차량(vehicle)은 다른 차량 또는 주변 사물, 인프라 또는 기지국과 무선 통신 서비스를 수행할 수 있다. 이와 관련하여, LTE 통신 기술 또는 5G 통신 기술이 적용된 무선 통신 시스템을 통해 다양한 통신 서비스를 제공할 수 있다. 한편, LTE 주파수 대역 중 일부를 5G 통신 서비스를 제공하기 위하여 할당될 수 있다. 또한, 위성 통신을 수행하도록 구성된 GNSS (Global Navigation Satellite System) 안테나가 차량에 배치될 수 있다.
한편, 차량 바디 및 차량 루프는 메탈 재질로 형성되어 전파가 차단되는 문제점이 있다. 이에 따라 차량 바디 또는 루프의 상부에 별도의 안테나 구조물을 배치할 수 있다. 또는, 안테나 구조물이 차량 바디 또는 루프의 하부에 배치되는 경우, 안테나 배치 영역에 대응하는 차량 바디 또는 루프 부분은 비 금속 재질로 형성될 수 있다.
하지만, 디자인적 측면에서 차량 바디 또는 루프가 일체로 형성될 필요가 있다. 이러한 경우, 차량 바디 또는 루프의 외관은 메탈 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 차량 바디 또는 루프에 의한 안테나 효율 감소가 크게 발생할 수 있는 문제점이 있다.
이와 관련하여, 차량의 외관 디자인의 변경 없이 통신용량증대를 위해 투명 안테나가 차량의 윈도우에 해당하는 유리(glass) 상에 배치될 수 있다. 하지만, 투명 소재 안테나의 전기적 손실(electrical loss)로 인하여 안테나 방사 효율 및 임피던스 대역폭(impedance bandwidth) 특성이 열화되는 문제점이 있다. 또한, 투명 안테나가 차량의 유리 패널에 배치 시, 2GHz 이상의 주파수에서 유리 패널 상의 손실에 의해 안테나 방사 효율이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
차량에서 무선 통신을 수행하기 위해 차량의 수평면을 기준으로 소정 각도 범위의 low elevation 영역에서 안테나 방사 패턴이 형성될 필요가 있다. 한편, 구성된 GNSS 안테나는 위성 통신을 수행하도록 차량의 천장 방향으로 방사 패턴이 형성될 필요가 있다. 따라서, 무선 통신을 수행하도록 구성된 안테나와 달리 GNSS 안테나의 방사 패턴은 수평 방향이 아닌 수직 방향으로 형성되어야 한다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 차량 유리에 배치될 수 있는 차량용 GNSS 안테나를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 차량용 GNSS 안테나의 방사 패턴을 차량의 천장 방향으로 형성하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 차량 유리의 특정 영역에 배치되는 GNSS 안테나를 이중 대역에서 동작하도록 하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 차량 유리의 특정 영역에 배치되는 GNSS 안테나가 이중 대역에서 원형 편파 특성을 향상시키기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 이중 대역에서 원형 편파로 동작하는 GNSS 안테나를 단일 레이어 상에서 구현하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 투명 안테나로 구현된 GNSS 안테나를 차량 유리에 부착 시 차량 유리에 의한 안테나 특성 변화를 최소화하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 투명 안테나로 구현된 GNSS 안테나를 차량 유리에 부착 시 육안에 의해 안테나 패턴을 구별되지 않게 비가시성을 향상하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 투명 소재로 차량 유리 영향을 줄일 수 있는 구조인 동시에 단일 레이어 구조의 이중 대역 원형 편파로 동작하여 위성 통신을 수행할 수 있는 GNSS 안테나 기술을 제안하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위한 본 명세서의 일 양상에 따른 차량은 투명 영역과 불투명 영역을 포함하는 차량 유리; 상기 차량 유리의 상기 투명 영역에 배치되는 투명 유전체 기판; 상기 투명 유전체 기판의 일 측면상의 안테나를 포함하는 제1 영역; 및 상기 안테나와 전기적으로 연결되는 급전 패턴 및 그라운드 도전 패턴을 포함하는 제2 영역을 포함한다. 상기 안테나는 신호 패턴과 제1 그라운드 패턴 사이에 형성되고, 제1 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제1 신호를 방사하도록 구성된 제1 슬롯; 및 상기 제1 그라운드 패턴과 제2 그라운드 패턴 사이에 형성되고, 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 슬롯을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나는 상기 제2 영역의 상기 급전 패턴과 연결된 신호 패턴; 상기 제2 영역의 상기 그라운드 도전 패턴과 연결된 제1 그라운드 패턴; 및 상기 제2 영역의 상기 그라운드 도전 패턴과 연결되거나 또는 이격되고, 상기 제1 그라운드 패턴을 둘러싸도록 구성된 제2 그라운드 패턴을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 그라운드 패턴의 내부에 형성된 상기 제2 슬롯의 길이는 상기 제2 주파수 대역 내의 동작 주파수에 대응하는 파장(wavelength)의 3/4 내지 한 파장 사이의 범위로 구성될 수 있다. 상기 제2 그라운드 패턴은 상기 제1 그라운드 패턴을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 상기 제1 슬롯에 의해 방사되는 제1 신호가 상기 제2 그라운드 패턴의 외부의 상기 차량 유리로 누설되는 것을 방지하고, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 방사 패턴이 상기 차량의 천장 방향으로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 그라운드 패턴은 외측 경계(outer boundary)의 적어도 일부가 원형 형상으로 구성될 수 있다. 상기 제1 그라운드 패턴의 외측 경계의 직경은 상기 제1 주파수 대역 내의 동작 주파수에 대응하는 파장의 1/4 내지 1/2 사이의 범위로 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 그라운드 패턴의 내측 경계의 제1 부분은 원형 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제1 그라운드 패턴의 내측 경계의 제2 부분은 일 축 방향 및 타 축 방향의 직선 라인으로 형성될 수 있다. 상기 제1 그라운드 패턴은 상기 일 축 방향으로 제1 너비 및 상기 제1 너비보다 좁은 2 너비로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제2 그라운드 패턴의 일 축 방향의 너비는 11mm 내지 14mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 이에 따라, 원형 편파를 갖는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 축비(axial ratio)를 임계치 이하로 유지될 수 있다.
실시 예에서, 상기 그라운드 도전 패턴은 상기 제1 그라운드 패턴과 연결되고, 상부 영역 및 하부 영역을 갖는 제1 부분; 상기 제1 그라운드 패턴과 연결되고, 상부 영역 및 하부 영역을 갖는 제2 부분 - 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 상기 급전 패턴이 형성됨; 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제1 부분의 하부 영역과 연결되고, 상기 제1 부분의 상부 영역과 이격되도록 구성된 제3 부분; 및 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제2 부분의 하부 영역과 연결되고, 상기 제2 부분의 상부 영역과 이격되도록 구성된 제4 부분을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분의 상부 영역과 이격된 상기 제3 부분 및 상기 제4 부분의 너비는 2mm 내지 6mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 이에 따라, 원형 편파를 갖는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 축비를 임계치 이하로 유지할 수 있다.
실시 예에서, 상기 그라운드 도전 패턴은 일 단부가 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제3 부분과 연결되고, 타 단부가 상기 제2 그라운드 패턴과 연결되도록 구성된 제5 부분; 및 일 단부가 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제4 부분과 연결되고, 타 단부가 상기 제2 그라운드 패턴과 연결되도록 구성된 제6 부분을 더 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 그라운드 도전 패턴은 일 단부가 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제3 부분과 연결되고, 타 단부가 상기 제2 그라운드 패턴과 제1 갭 간격으로 이격되도록 구성된 제5 부분; 및 일 단부가 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제4 부분과 연결되고, 타 단부가 상기 제2 그라운드 패턴과 제1 갭 간격으로 이격되도록 구성된 제6 부분을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 갭 간격은 1.5mm 이하로 형성되어, 상기 제2 주파수 대역의 상기 원형 편파를 갖는 제2 신호의 축비를 임계치 이하로 유지할 수 있다.
실시 예에서, 상기 제2 그라운드 패턴의 내측 경계와 상기 제1 그라운드 패턴의 외측 경계 간의 제2 갭 간격은 3mm 내지 6mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 상기 제2 갭 간격을 갖는 상기 제2 그라운드 패턴에 의해 상기 제1 슬롯에 의해 방사되는 제1 신호가 상기 제2 그라운드 패턴의 외부의 상기 차량 유리로 누설되는 것을 방지하고, 상기 제2 주파수 대역의 상기 원형 편파를 갖는 제2 신호의 축비를 임계치 이하로 유지할 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 그라운드 패턴의 상부 영역의 외측 경계는 원형 형상으로 구성될 수 있다. 상기 제2 그라운드 패턴의 상부 영역의 일부 및 측면 영역의 내측 경계 및 외측 경계는 직선 라인으로 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 그라운드 패턴의 상부 영역의 외측 경계는 원형 형상으로 구성될 수 있다. 상기 제2 그라운드 패턴의 상부 영역 및 측면 영역의 외측 경계가 상기 제1 영역에서 직선 라인으로 구성되거나 또는 원형 형상으로 구성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제2 그라운드 패턴은 상기 제1 그라운드 도전 패턴과 연결되거나 또는 제1 갭 간격으로 이격되도록 구성된 제1 서브 패턴; 상기 제1 그라운드 도전 패턴과 연결되거나 또는 제1 갭 간격으로 이격되도록 구성된 제2 서브 패턴; 및 상기 제1 서브 패턴의 단부 및 상기 제2 서브 패턴의 단부와 소정 갭 간격으로 이격되도록 구성되고, 상기 제2 그라운드 패턴의 상부 영역을 형성하는 제3 서브 패턴을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 신호 패턴, 상기 제1 그라운드 패턴, 상기 제2 그라운드 패턴은 상기 투명 유전체 기판 상에서 내부 영역이 상호 연결되고 내측 경계 및 외측 경계에서 복수의 개방 영역(opening area)들을 구비하는 메탈 메쉬 형상으로 형성될 수 있다. 상기 신호 패턴, 상기 제1 그라운드 패턴, 상기 제2 그라운드 패턴은 상기 투명 유전체 기판 상에서 Coplanar Waveguide (CPW) 구조로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 형성된 안테나 어셈블리는 상기 투명 유전체 기판 상의 메탈 메쉬 형상의 도전 패턴들의 외측 부분에 배치된 복수의 더미 메쉬 격자 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 복수의 더미 메쉬 격자 패턴들은 상기 급전 패턴 및 상기 그라운드 도전 패턴과 연결되지 않게 형성될 수 있다. 상기 복수의 더미 메쉬 격자 패턴들은 상호 간에 분리되게 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 더미 메쉬 격자 패턴들은 상기 신호 패턴의 외측 부분인 상기 제1 슬롯에 배치된 제1 더미 메쉬 격자 패턴들 - 상기 제1 더미 메쉬 격자 패턴들은 일 축 방향 및 타 축 방향으로 상호 분리되고 상기 신호 패턴 및 상기 제1 그라운드 패턴의 경계와 상호 분리됨; 및 상기 제1 그라운드 패턴의 외측 부분인 상기 제2 슬롯에 배치된 제2 더미 메쉬 격자 패턴들 - 상기 2 더미 메쉬 격자 패턴들은 일 축 방향 및 타 축 방향으로 상호 분리되고 상기 제1 그라운드 패턴 및 상기 제2 그라운드 패턴의 경계와 상호 분리됨 - 을 포함할 수 있다.
본 명세서의 다른 양상에 따른 차량은 투명 영역 및 불투명 영역을 포함하는 유리 패널; 및; 상기 유리 패널 상에 배치되는 안테나 어셈블리를 포함한다. 상기 안테나 어셈블리는 상기 유리 패널의 상기 투명 영역에 배치된 제1 투명 유전체 기판; 상기 제1 투명 유전체 기판의 일 측면상의 제1 영역에 배치된 안테나 패턴 - 상기 제1 투명 유전체 기판의 일 측면상의 상기 제1 영역은 상기 유리 패널의 상기 투명 영역에 배치됨; 상기 안테나 패턴과 연결되고, 상기 제1 투명 유전체 기판의 일 측면상의 상기 제2 영역에 배치된 연결 패턴 - 상기 제1 투명 유전체 기판의 일 측면상의 상기 제2 영역은 상기 유리 패널의 상기 불투명 영역에 배치됨; 상기 유리 패널의 상기 불투명 영역에 배치된 제2 유전체 기판; 및 상기 제2 유전체 기판의 일 측면 상에 제2 영역에 배치된 그라운드 도전 패턴 및 급전 패턴을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 안테나 패턴은 상기 제2 영역의 상기 급전 패턴과 연결된 신호 패턴; 상기 제2 영역의 상기 그라운드 도전 패턴과 연결된 제1 그라운드 패턴; 상기 신호 패턴과 상기 제1 그라운드 패턴 사이에 형성되고, 제1 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제1 신호를 방사하도록 구성된 제1 슬롯; 상기 제2 영역의 상기 그라운드 도전 패턴과 연결되고, 상기 제1 그라운드 패턴을 둘러싸도록 구성된 제2 그라운드 패턴; 및 상기 제1 그라운드 패턴과 상기 제2 그라운드 패턴 사이에 형성되고, 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 슬롯을 포함할 수 있다.
실시 예에서, 상기 제2 그라운드 패턴의 내부에 형성된 상기 제2 슬롯의 길이는 상기 제2 주파수 대역 내의 동작 주파수에 대응하는 파장(wavelength)의 3/4 내지 한 파장 사이의 범위로 구성될 수 있다. 상기 제2 그라운드 패턴은 상기 제1 그라운드 패턴을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 상기 제1 슬롯에 의해 방사되는 제1 신호가 상기 제2 그라운드 패턴의 외부의 상기 차량 유리로 누설되는 것을 방지하고, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 방사 패턴이 상기 차량의 천장 방향으로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제1 그라운드 패턴은 외측 경계(outer boundary)의 적어도 일부가 원형 형상으로 구성될 수 있다. 상기 제1 그라운드 패턴의 외측 경계의 직경은 상기 제1 주파수 대역 내의 동작 주파수에 대응하는 파장의 1/4 내지 1/2 사이의 범위로 구성될 수 있다. 상기 제1 그라운드 패턴의 내측 경계의 제1 부분은 원형 형상으로 형성되고, 상기 제1 그라운드 패턴의 내측 경계의 제2 부분은 일 축 방향 및 타 축 방향의 직선 라인으로 형성될 수 있다. 상기 제1 그라운드 패턴은 상기 일 축 방향으로 제1 너비 및 상기 제1 너비보다 좁은 2 너비로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 그라운드 도전 패턴은 상기 제1 그라운드 패턴과 연결되고, 상부 영역 및 하부 영역을 갖는 제1 부분; 상기 제2 그라운드 패턴과 연결되고, 상부 영역 및 하부 영역을 갖는 제2 부분 - 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 상기 급전 패턴이 형성됨; 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제1 부분의 하부 영역과 연결되고, 상기 제1 부분의 상부 영역과 이격되도록 구성된 제3 부분; 및 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제2 부분의 하부 영역과 연결되고, 상기 제2 부분의 상부 영역과 이격되도록 구성된 제4 부분을 포함할 수 있다. 상기 도전 패턴의 상기 제1 부분 및 상기 제2 영역의 상부 영역과 이격된 상기 제3 부분 및 상기 제4 부분의 너비는 2mm 내지 6mm 사이의 범위로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 그라운드 도전 패턴은 일 단부가 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제3 부분과 연결되고, 타 단부가 상기 제2 그라운드 패턴과 연결되거나 제1 갭 간격으로 이격되도록 구성된 제5 부분; 및 일 단부가 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제4 부분과 연결되고, 타 단부가 상기 제2 그라운드 패턴과 연결되거나 제1 갭 간격으로 이격되도록 구성된 제6 부분을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 갭 간격은 1.5mm 내지 4.5mm 사이의 범위로 형성될 수 있다.
실시 예에서, 상기 제2 도전 패턴의 일 축 방향의 너비는 11mm 내지 14mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 상기 제2 그라운드 패턴의 내측 경계와 상기 제1 그라운드 패턴의 외측 경계 간의 제2 갭 간격은 3mm 내지 6mm 사이의 범위로 형성될 수 있다.
이와 같은 차량에 배치되는 투명 안테나의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 차량 유리의 특정 영역에 배치되는 GNSS 안테나를 이중 슬롯 구조로 형성하여 GNSS 안테나가 이중 대역에서 동작할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량 유리의 특정 영역에 배치되는 GNSS 안테나를 이중 슬롯 구조 및 도전 패턴의 최적화를 통해 이중 대역에서 원형 편파 특성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 따르면, 이중 대역에서 원형 편파로 동작하는 GNSS 안테나의 방사체로 동작하는 도전 패턴과 그라운드 도전 패턴을 단일 레이어 상에서 구현할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 투명 안테나로 구현된 GNSS 안테나를 차량 유리에 부착 시, 투명 기판 및 불투명 기판을 각각 차량 유리의 투명 기판 및 불투명 영역에 배치하여 차량 유리에 의한 안테나 특성 변화를 최소화할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 투명 안테나로 구현된 GNSS 안테나를 차량 유리에 부착 시 더미 메탈 메쉬 격자 구조를 통해 육안에 의해 안테나 패턴을 구별되지 않게 비가시성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 따르면, 투명 소재로 차량 유리 영향을 줄일 수 있는 구조인 동시에 단일 레이어 구조의 이중 대역 원형 편파로 동작하여 위성 통신을 수행할 수 있는 GNSS 안테나 구조를 제공할 수 있다.
본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 명세서의 실시 예에 따른 안테나 구조가 배치될 수 있는 차량의 글래스를 나타낸 것이다.
도 2a는 도 1의 차량의 전면 글래스의 서로 다른 영역에 안테나 어셈블리가 배치된 차량 전면도를 나타낸다.
도 2b는 도 1의 차량의 전면 글래스의 서로 다른 영역에 안테나 어셈블리가 배치된 차량의 내부 전면 사시도를 나타낸다.
도 2c는 도 1의 차량의 상부 글래스에 안테나 어셈블리가 배치된 차량의 측면 사시도를 나타낸다.
도 3은 V2X 어플리케이션의 타입을 나타낸다.
도 4는 본 명세서의 실시예에 따른 차량 및 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리가 차량 유리에 배치된 구성을 나타낸다.
도 6a는 본 명세서에 따른 프릿 패턴의 다양한 실시예들을 나타낸다. 도 6b 및 도 6c는 실시 예들에 따른 투명 안테나 패턴 및 투명 안테나 패턴이 차량 유리에 배치된 구조를 나타낸다.
도 7a는 본 명세서에 따른 투명 안테나 어셈블리의 전면도 및 단면도를 나타낸다. 도 7b는 실시 예들에 따른 메탈 메쉬 방사체 영역과 더미 메탈 메쉬 영역의 격자 구조를 나타낸 것이다.
도 8a는 안테나 모듈 및 급전 모듈의 층상 구조를 나타낸다. 도 8b는 안테나 모듈과 급전 구조가 결합된 층상 구조 및 결합 부위를 포함하는 불투명 기판을 나타낸다.
도 9a는 차량 유리의 투명 영역과 프릿 영역에 배치되는 투명 안테나의 결합 구조를 나타낸다.
도 9b는 도 9a의 투명 안테나가 형성된 글래스가 차량의 바디 구조와 결합된 영역을 확대한 전면도이다. 도 9c는 도 9b의 차량 유리와 바디 구조의 결합 구조를 서로 다른 위치에서 본 단면도를 나타낸다.
도 10은 실시 예들에 따른 안테나 어셈블리의 적층 구조 및 차량 유리와 차량 프레임과의 부착 영역을 나타낸 것이다.
도 11a는 차량용 GNSS 안테나와 관련하여 복수의 주파수 대역들을 나타낸다. 도 11b는 차량용 GNSS 안테나와 관련하여 편파 특성들을 나타낸다.
도 12a 및 도 12b는 실시예들에 따른 차량 유리의 서로 다른 위치에 형성될 수 있는 차량용 GNSS 안테나의 배치 구조를 나타낸다.
도 13a 및 도 13b는 본 명세서에 따른 차량용 GNSS 안테나 구조를 나타낸다.
도 14a는 도 13a의 안테나 어셈블리에서 제2 그라운드 패턴의 내측 영역이 일부 변경된 실시예를 나타낸다.
도 14b는 도 14a의 안테나 어셈블리에서의 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역에서의 전계 분포를 나타낸다.
도 15a 및 도 15b는 제2 그라운드 패턴 유무에 따른 안테나의 제1 주파수 대역의 방사 패턴을 비교한 것이다.
도 15c는 제2 그라운드 패턴이 형성된 안테나의 제2 주파수 대역의 방사 패턴을 나타낸 것이다.
도 16a는 제2 그라운드 패턴 유무에 따른 주파수 별 축비를 나타낸 것이다.
도 16b 및 도 16c는 제2 그라운드 패턴 유무에 따른 제1 및 제2 주파수 대역에서의 각도 별 이득 특성을 나타낸 것이다.
도 17a 및 도 17b는 제1 및 제2 주파수 대역에서의 안테나 이득 특성을 제2 그라운드 패턴 유무에 따라 비교한 것이다.
도 18a 내지 도 18c는 도 13a의 안테나 구조에서 제2 그라운드 패턴의 수직/수평 너비와 제1 도전 패턴과의 갭 간격에 따른 원형 편파 성능인 축비(axial ratio)를 나타낸 것이다.
도 19a 내지 도 19c는 도 13b의 안테나 구조에서 제2 그라운드 패턴의 수직 너비, 제1 도전 패턴과의 갭 간격 및 그라운드 도전 패턴과의 갭 간격에 따른 원형 편파 성능인 축비(axial ratio)를 나타낸 것이다.
도 20a 및 도 20b는 실시예들에 따른 제2 그라운드 패턴의 적어도 일부가 분절된 구성을 나타낸 것이다.
도 21a 및 도 21b는 실시예들에 따른 제2 그라운드 패턴이 사각형, 원형, 곡선 형태와 같이 다양한 형태로 변형된 구성을 나타낸 것이다.
도 22는 도 13a 및 도 13b의 안테나 어셈블리가 메탈 메쉬 형상 및 더미 메쉬 격자 패턴들로 구현된 구조를 나타낸다.
도 23a는 도 13a 및 도 13b의 안테나 어셈블리의 적층 구조를 나타낸다.
도 23b는 도 13a 또는 도 13b의 안테나 어셈블리가 유리 패널에 결합되어 제작되는 공정 흐름을 나타낸다.
도 23c는 도 13a 또는 도 13b의 안테나 어셈블리의 급전 구조가 유리 패널의 불투명 영역에 배치된 구조의 공정 흐름도를 나타낸다.
도 24는 본 명세서에 따른 차량의 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 안테나 모듈들이 차량의 다른 부품들과 결합된 구성을 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 안테나 시스템은 차량(vehicle)에 탑재될 수 있다. 본 명세서에서 기재된 실시 예에 따른 구성 및 동작은 차량에 탑재되는 통신 시스템, 즉 안테나 시스템에도 적용될 수 있다. 이와 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 복수의 안테나들과 이들을 제어하는 송수신부 회로 및 프로세서를 포함할 수 있다.
이하에서는, 본 명세서에 따른 차량의 윈도우에 배치될 수 있는 안테나 어셈블리 (안테나 모듈)와 안테나 어셈블리를 포함하는 차량용 안테나 시스템에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 안테나 어셈블리는 유전체 기판 상에서 도전 패턴들이 결합된 구조를 의미하고, 안테나 모듈로도 지칭될 수 있다.
이와 관련하여, 도 1은 본 명세서의 실시 예에 따른 안테나 구조가 배치될 수 있는 차량의 글래스를 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 차량(500)은 전면 글래스(310), 도어 글래스(320), 리어 글래스(330) 및 쿼터 글래스(340)를 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 차량(500)은 상부 영역의 루프(roof)에 형성되는 상부 글래스(350)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
따라서, 차량(500)의 윈도우를 구성하는 글래스는 차량의 전면 영역에 배치되는 전면 글래스(310), 차량의 도어 영역에 배치되는 도어 글래스(320) 및 차량의 배면 영역에 배치되는 리어 글래스(330)를 포함할 수 있다. 한편, 차량(500)의 윈도우를 구성하는 글래스는 차량의 도어 영역 중 일부 영역에 배치되는 쿼터 클래스(340)를 더 포함할 수 있다. 또한, 차량(500)의 윈도우를 구성하는 글래스는 리어 글래스(330)와 이격되어, 차량의 상부 영역에 배치되는 상부 글래스(350)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 차량(500)의 윈도우를 구성하는 각각의 글래스를 윈도우로 지칭할 수도 있다.
전면 글래스(310)는 전면 방향에서의 바람이 차량 내부로 들어오는 것을 방지하므로 front windshield로 지칭될 수 있다. 전면 글래스(310)는 약 5.0 내지 5.5mm 두께의 2층 접합 구조로 형성될 수 있다. 전면 글래스(310)는 유리/비산방지필름/유리의 접합 구조로 형성될 수 있다.
도어 글래스(320)는 2층 접합 구조 또는 1층 압축 유리로 형성될 수 있다. 리어 글래스(330)는 약 3.5 내지 5.5 mm 두께의 2층 접합 구조 또는 1층 압축 유리로 형성될 수 있다. 리어 글래스(330)에서 열선 및 AM/FM 안테나와 투명 안테나 간에 이격 거리가 필요하다. 쿼터 글래스(340)는 약 3.5 내지 4.0mm 두께의 1층 압축 유리로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
쿼터 글래스(340)의 크기는 차량의 종류에 따라 크기가 다양하며, 전면 글래스(310) 및 리어 글래스(330)의 크기보다 쿼터 글래스(340)의 크기가 작게 구성될 수 있다.
이하에서는 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리가 차량의 전면 글래스의 서로 다른 영역에 배치된 구조에 대해 설명한다. 차량용 글래스에 부착되는 안테나 어셈블리는 투명 안테나로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 2a는 도 1의 차량의 전면 글래스의 서로 다른 영역에 안테나 어셈블리가 배치된 차량 전면도를 나타낸다. 도 2b는 도 1의 차량의 전면 글래스의 서로 다른 영역에 안테나 어셈블리가 배치된 차량의 내부 전면 사시도를 나타낸다. 도 2c는 도 1의 차량의 상부 글래스에 안테나 어셈블리가 배치된 차량의 측면 사시도를 나타낸다.
도 2a를 참조하면, 차량(500)의 전면도는 본 명세서에 따른 차량용 투명 안테나가 배치될 수 있는 구성을 나타낸다. 판유리 어셈블리(pane assembly)(22)는 상부 영역(310a)의 안테나를 포함할 수 있다. 판유리 어셈블리(22)는 상부 영역(310a)의 안테나, 하부 영역(310b)의 안테나 및/또는 측면 영역(310c)의 안테나를 포함할 수 있다. 또한, 판유리 어셈블리(22)는 유전체 기판으로 형성되는 반투명 판유리(translucent pane glass)(26)를 포함할 수 있다. 상부 영역(310a)의 안테나, 하부 영역(310b)의 안테나 및/또는 측면 영역(310c)의 안테나는 다양한 통신 시스템 중 임의의 하나 이상을 지원하도록 구성된다.
안테나 모듈(1100)은 전면 글래스(310)의 상부 영역(310a), 하부 영역(310b) 또는 측면 영역(310c)에 구현될 수 있다. 안테나 모듈(1100)이 전면 글래스(310)의 하부 영역(310b)에 배치되는 경우, 안테나 모듈(1100)은 반투명 판유리(26)의 하부 영역의 바디(49)까지 확장될 수 있다. 반투명 판유리(26)의 하부 영역의 바디(49)는 다른 부분보다 투명도가 낮게 구현될 수 있다. 반투명 판유리(26)의 하부 영역의 바디(49)에 급전부의 일부 또는 다른 인터페이스 라인들이 구현될 수 있다. 커넥터 어셈블리(74)가 반투명 판유리(26)의 하부 영역의 바디(49)에 구현될 수 있다. 하부 영역의 바디(49)는 메탈 재질의 차량 바디를 구성할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 안테나 어셈블리(1000)는 텔레매틱스 제어 유닛(telematics module, TCU)(300)와 안테나 모듈(1100)를 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 차량의 글래스의 서로 다른 영역에 배치될 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 차량의 글래스의 상부 영역(310a), 하부 영역(310b) 및/또는 측면 영역(310c)에 안테나 어셈블리가 배치될 수 있다. 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 차량의 전면 글래스(310), 리어 글래스(330), 쿼터 글래스(340) 및 상부 글래스(350)에 안테나 어셈블리가 배치될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 차량의 전면 글래스(310) 중 상부 영역(310a)의 안테나는 4G/5G 통신 시스템의 low band (LB), mid band (MB), high band (HB) 및 5G Sub6 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 하부 영역(310b)의 안테나 및/또는 측면 영역(310c)의 안테나도 4G/5G 통신 시스템의 LB, MB, HB 및 5G Sub6 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 차량의 리어 글래스(330)에 안테나 구조(1100b)도 4G/5G 통신 시스템의 LB, MB, HB 및 5G Sub6 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 차량의 상부 글래스(350)에 안테나 구조(1100c)도 4G/5G 통신 시스템의 LB, MB, HB 및 5G Sub6 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 차량의 쿼터 글래스(350)에 안테나 구조(1100d)도 4G/5G 통신 시스템의 LB, MB, HB 및 5G Sub6 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.
차량의 전면 글래스(310)의 외곽 영역의 적어도 일부는 반투명 판유리(26)로 형성될 수 있다. 반투명 판유리(26)는 안테나와 급전부의 일부가 형성되는 제1 부분 및 급전부의 일부 및 더미 구조가 형성되는 제2 부분을 포함할 수 있다. 또한, 반투명 판유리(26)는 도전 패턴들이 형성되지 않는 더미 영역을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 판유리 어셈블리(22)의 투명 영역은 빛 전달(light transmission) 및 시야(field of view) 확보를 위해 투명하게 형성될 수 있다.
도전 패턴들이 전면 글래스(310)의 일부 영역에 형성될 수 있는 것으로 예시되어 있지만, 도 1의 측면 글래스(320), 후면 글래스(330) 및 임의의 글래스 구조로 확장될 수 있다. 차량(500)에서 탑승자 또는 운전자는 판유리 어셈블리(22)를 통해 도로 및 주변 환경을 볼 수 있다. 또한, 탑승자 또는 운전자는 상부 영역(310a)의 안테나, 하부 영역(310b)의 안테나 및/또는 측면 영역(310c)의 안테나에 의한 방해 없이 도로 및 주변 환경을 볼 수 있다.
차량(500)은 주변 차량 이외에 보행자, 주변 인프라 및/또는 서버와 통신하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 3은 V2X 어플리케이션의 타입을 나타낸다. 도 3을 참조하면, V2X(Vehicle-to-Everything) 통신은 차량 사이의 통신을 지칭하는 V2V(Vehicle-to-Vehicle), 차량과 eNB 또는 RSU(Road Side Unit) 사이의 통신을 지칭하는 V2I(Vehicle to Infrastructure), 차량 및 개인(보행자, 자전거 운전자, 차량 운전자 또는 승객)이 소지하고 있는 단말 간 통신을 지칭하는 V2P(Vehicle-to-Pedestrian), V2N(vehicle-to- network) 등 차량과 모든 개체들 간 통신을 포함한다.
한편, 도 4는 본 명세서의 실시예에 따른 차량 및 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
차량(500)은 통신 장치(400) 및 프로세서(570)를 포함하도록 구성될 수 있다. 통신 장치(400)는 차량(500)의 텔레매틱스 제어 유닛(telematics control unit)에 대응할 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), 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)을 포함할 수 있다. 통신 장치(400)는 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.
4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)은 하나 이상의 안테나 모듈을 통해 하나 이상의 통신 시스템과 무선 통신을 수행한다. 4G 무선 통신 모듈(450)은 제1 안테나 모듈을 통해 제1 통신 시스템 내의 기기로 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(460)은 제2 안테나 모듈을 통해 제2 통신 시스템 내의 기기로 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)은 물리적으로 하나의 통합 통신 모듈로 구현될 수도 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.
차량(500)내 장치의 프로세서는 MCU(Micro Control Unit) 또는 모뎀(modem)으로 구현될 수 있다. 통신 장치(400)의 프로세서(470)는 모뎀(modem)에 해당하고 프로세서(470)는 통합 모뎀으로 구현될 수 있다. 프로세서(470)는 무선 통신을 통해 다른 주변 차량, 사물 또는 인프라로부터 주변 정보를 획득할 수 있다. 프로세서(470)는 획득된 주변 정보를 이용하여 차량 제어를 수행할 수 있다.
차량(500)의 프로세서(570)는 CAN(Car Area Network) 또는 ADAS(Advanced Driving Assistance System)의 프로세서일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 차량(500)이 분산 제어 방식으로 구현 시 차량(500)의 프로세서(570)는 각 장치의 프로세서로 대체될 수 있다.
한편, 차량(500) 내부에 배치되는 안테나 모듈은 무선 통신부를 포함하도록 구성될 수 있다. 4G 무선 통신 모듈(450)은 4G 이동통신 네트워크를 통해 4G 기지국과 4G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 4G 무선 통신 모듈(450)은 하나 이상의 4G 송신 신호를 4G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 4G 무선 통신 모듈(450)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(460)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 논-스탠드 얼론(NSA: Non Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다. 또는, 5G 기지국은 4G 기지국과 별도의 위치에 스탠드-얼론(SA: Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다. 5G 무선 통신 모듈(460)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈(460)은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(460)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 기기는 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, 4G 무선 통신 모듈(450)과 5G 무선 통신 모듈(460)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. 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(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다. 한편, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)을 이용하여 전자 기기(예컨대, 차량) 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 자원이 할당된 후 기지국을 경유하지 않고 차량들 간에 V2V 방식에 의해 무선 통신이 수행될 수 있다.
한편, 전송 속도 향상 및 통신 시스템 융합(convergence)을 위해, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460) 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(450)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈(460)과 Wi-Fi 통신 모듈을 이용하여 5G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
한편, 통신 장치(400)는 사용자 인터페이스 장치와 함께 차량용 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 이 경우, 차량용 디스플레이 장치는 텔레 매틱스(telematics) 장치 또는 AVN(Audio Video Navigation) 장치로 명명될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 차량의 글래스에 배치될 수 있는 광대역 투명 안테나 구조는 CPW 급전부와 동일 평면상의 단일 유전체 기판으로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에 따른 차량의 글래스에 배치될 수 있는 광대역 투명 안테나 구조는 방사체의 양 측에 그라운드가 형성된 구조로 구현되어 광대역 구조를 형성할 수 있다.
이하, 본 명세서에 따른 광대역 투명 안테나 구조와 연관된 안테나 어셈블리에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 5a 내지 도 5c는 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리가 차량 유리에 배치된 구성을 나타낸다. 도 5a를 참조하면, 안테나 어셈블리(1000)는 제1 유전체 기판(dielectric substrate) (1010a) 및 제2 유전체 기판(1010b)을 포함할 수 있다. 제1 유전체 기판(1010a)은 투명 기판(transparent substrate)으로 구현되어 투명 기판(1010a)으로 지칭될 수 있다. 제2 유전체 기판(1010b)은 불투명 기판(opaque substrate)(1010b)으로 구현될 수 있다.
유리 패널(310)은 투명 유리 영역(transparent region)(311) 및 불투명 영역(opaque region)(312)을 포함하도록 구성될 수 있다. 유리 패널(310)의 불투명 영역(312)은 프릿 층(frit layer)으로 형성된 프릿 영역(frit layer)일 수 있다. 불투명 영역(312)은 투명 영역(311)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 불투명 영역(312)은 투명 영역(311)의 외측 영역에 형성될 수 있다. 불투명 영역(312)은 유리 패널(310)의 경계 영역을 형성할 수 있다.
유전체 기판(1010)에 형성된 신호 패턴이 텔레매틱스 제어 유닛(TCU)(300)과 동축 케이블(coaxial cable)과 같은 커넥터 부품(313)을 통해 연결될 수 있다. 텔레매틱스 제어 유닛(TCU)(300)은 차량 내부에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 텔레매틱스 제어 유닛(TCU)(300)은 차량 내부의 대시보드 또는 차량 내부의 천장 영역에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5b는 안테나 어셈블리(1000)가 유리 패널(310)의 일부 영역에 배치된 구성을 나타낸다. 도 5c는 안테나 어셈블리(1000)가 유리 패널(310)의 전체 영역에 배치된 구성을 나타낸다.
도 5b 및 도 5c를 참조하면, 유리 패널(310)는 투명 영역(311)과 불투명 영역(312)을 포함할 수 있다. 불투명 영역(312)은 투명도가 일정 수준 이하인 비-가시 (non-visible) 영역으로 프릿 영역, BP(Black Printing) 영역 또는 BM (Black Matrix) 영역으로 지칭될 수 있다. 불투명 영역에 해당하는 불투명 영역(312)은 투명 영역(311)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 불투명 영역(312)은 투명 리 영역(311)의 외측 영역에 형성될 수 있다. 불투명 영역(312)은 유리 패널(310)의 경계 영역을 형성할 수 있다. 불투명 영역(312)에 급전 기판에 해당하는 제2 유전체 기판(1010b) 또는 열선 패드(360a, 360b)가 배치될 수 있다. 불투명 영역(312)에 배치되는 제2 유전체 기판(1010b)은 불투명 기판으로 지칭될 수 있다. 도 5c와 같이 안테나 어셈블리(1000)가 유리 패널(310)의 전체 영역에 배치된 경우에도 열선 패드(360a, 360b)가 불투명 영역(312)에 배치될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 안테나 어셈블리(1000)는 제1 투명 유전체 기판(1010a) 및 제2 유전체 기판(1010b)을 포함할 수 있다. 도 5b 및 도 5c를 참조하면, 안테나 어셈블리(1000)는 도전 패턴들로 형성된 안테나 모듈(1100) 및 제2 유전체 기판(1010b)을 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 투명 전극부로 형성되어 투명 안테나 모듈로 구현될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 하나 이상의 안테나 소자로 구현될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 무선 통신을 위한 MIMO 안테나 및/또는 다른 안테나 소자들을 포함할 수 있다. 다른 안테나 소자들은 차량 어플리케이션을 위한 GNSS/라디오/방송/WiFi /위성통신/UWB, Remote Keyless Entry (RKE) 안테나 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 안테나 어셈블리(1000)는 커넥터 부품(313)을 통해 텔레매틱스 제어 유닛(TCU)(300)와 인터페이스 될 수 있다. 커넥터 부품(313)은 케이블의 단부에 커넥터(313c)가 형성되어 TCU(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. 안테나 어셈블리(1000)의 제2 유전체 기판(1010b)에 형성된 신호 패턴이 TCU(300)와 동축 케이블과 같은 커넥터 부품(313)을 통해 연결될 수 있다. 커넥터 부품(313)을 통해 안테나 모듈(1100)은 TCU(300)와 전기적으로 연결될 수 있다. TCU(300)는 차량 내부에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. TCU(300)는 차량 내부의 대시보드 또는 차량 내부의 천장 영역에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 명세서에 따른 투명 안테나 어셈블리가 유리 패널(310) 내부 또는 표면에 부착될 때, 안테나 패턴 및 더미 패턴을 포함하는 투명 전극부는 투명 영역(311)에 배치될 수 있다. 반면에, 불투명 기판부는 불투명 영역(312)에 배치될 수 있다.
본 명세서에 따른 차량 유리에 형성되는 안테나 어셈블리는 투명 영역 및 불투명 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 6a는 본 명세서에 따른 프릿 패턴의 다양한 실시예들을 나타낸다. 도 6b 및 도 6c는 실시 예들에 따른 투명 안테나 패턴 및 투명 안테나 패턴이 차량 유리에 배치된 구조를 나타낸다.
도 6a(a)를 참조하면, 프릿 패턴(312a)은 소정 직경을 갖는 원형 (또는 다각형, 타원) 형상의 메탈 패턴으로 형성될 수 있다. 프릿 패턴(312a)은 양 축 방향으로 2차원 구조로 배치될 수 있다. 프릿 패턴(312a)은 인접하는 행을 이루는 패턴들 간의 중심점이 소정 간격만큼 이격된 오프셋 구조로 형성될 수 있다.
도 6a(b)를 참조하면, 프릿 패턴(312b)은 일 축 방향의 직사각형 패턴으로 형성될 수 있다. 프릿 패턴(312c)은 일 축 방향으로 1차원 구조로 배치되거나 또는 양 축 방향으로 2차원 구조로 배치될 수 있다.
도 6a(c)를 참조하면, 프릿 패턴(312c)은 소정 직경을 갖는 원형 (또는 다각형, 타원) 형상으로 메탈 패턴이 제거된 슬롯 패턴으로 형성될 수 있다. 프릿 패턴(312b)은 양 축 방향으로 2차원 구조로 배치될 수 있다. 프릿 패턴(312c)은 인접하는 행을 이루는 패턴들 간의 중심점이 소정 간격만큼 이격된 오프셋 구조로 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 6c를 참조하면, 불투명 영역(312)에서 불투명 기판(1010b)과 투명 기판(1010a)이 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 투명 안테나 패턴의 비가시성을 위해 안테나 패턴의 주변에 소정 크기 이하의 전기적으로 매우 작은 더미 패턴이 배치될 수 있다. 이에 따라, 안테나 성능열화 없이 투명 전극 내 패턴을 육안으로 구별할 수 없도록 할 수 있다. 더미 패턴은 안테나 패턴과 소정 범위 내에서 유사한 빛 투과율을 갖도록 설계될 수 있다.
투명 전극부와 접합된 불투명 기판(1010b)를 포함한 투명안테나 어셈블리가 유리 패널(310)에 장착될 수 있다. 이와 관련하여, 비가시성 확보를 위해 RF커넥터 또는 동축 케이블과 연결되는 불투명 기판(1010b)는 차량 유리의 불투명 영역(312)에 배치한다. 한편, 투명 전극부는 차량 유리의 투명 영역(311)에 배치하여 차량 유리 외부에서의 안테나의 비가시성을 확보할 수 있다.
투명 전극부 중 일부는 경우에 따라 불투명 영역(312)에 부착될 수 있다. 불투명 영역(312)의 프릿 패턴은 불투명 영역(312)에서 투명 영역(311)으로 그라데이션 되게 형성될 수 있다. 프릿 패턴의 투과도와 투명 전극부의 투과도를 소정 범위 내에서 일치시키면, 전송 선의 전송효율 향상시키면서 안테나의 비가시성을 개선할 수 있다. 한편, 프릿 패턴과 유사한 메탈 메쉬 형상으로 비가시성을 확보하면서 면 저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 불투명 기판(1010b)와 연결되는 영역에서 메탈 메쉬 격자의 선폭을 증가시켜, 제작 및 조립 시 투명전극층의 단선 위험을 감소시킬 수 있다.
도 6a(a) 및 도 6b를 참조하면, 안테나 모듈의 도전 패턴(1110)은 불투명 영역(312)에서 동일한 선폭(line width)의 메탈 메쉬 격자들로 구성될 수 있다. 도전 패턴(1110)은 투명 판(1010a)과 불투명 기판(1010b)를 연결하는 연결 패턴(1110c)을 포함할 수 있다. 불투명 영역(312)에서 연결 패턴(1110c)과 연결 패턴(1110c)의 양 측면에 소정 형상의 프릿 패턴들이 일정 간격으로 배치되어 형성될 수 있다. 연결 패턴(1110c)은 제1 투과율로 형성되는 제1 투과율 부(1111c)와 제2 투과율로 제2 투과율 부(1112c)를 포함할 수 있다.
불투명 영역(312)에 형성되는 프릿 패턴들(312a)은 소정 직경의 메탈 격자들이 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치될 수 있다. 프릿 패턴들(312a)의 메탈 격자들은 연결 패턴(1110c)의 제2 투과율 부(1112c)로 메탈 메쉬 격자들의 교차점에 배치될 수 있다.
도 6a(b) 및 도 6b를 참조하면, 불투명 영역(312)에 형성되는 프릿 패턴들(312b)은 메탈 영역이 제거된 소정 직경의 슬롯 격자들이 일 축 방향 및 타 축 방향으로 배치될 수 있다. 프릿 패턴들(312b)의 슬롯 격자들은 연결 패턴(1110c)에서 메탈 메쉬 격자들의 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 슬롯 격자들이 형성되지 않는 프릿 패턴들(312b)의 메탈 영역이 메탈 메쉬 격자들의 교차점에 배치될 수 있다.\
도 6a 및 도 6c를 참조하면, 연결 패턴(1110c)은 투명 영역(311)에 인접한 제1 투과율 부(1111c)에서 제1 선폭(W1)의 메탈 메쉬 격자들로 구성될 수 있다. 연결 패턴(1110c)은 불투명 기판(1010b)에 인접한 제2 투과율 부(1112c)에서 제1 선폭(W1)보다 두꺼운 제2 선폭(W2)으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 투과율 부(1111c)의 제1 투명도는 제2 투과율 부(1112c)의 제2 투명도보다 더 높게 설정될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c와 같이 투명 안테나 어셈블리가 차량 유리 내부에 부착될 때, 투명 전극부는 투명 영역(311)에 불투명 기판(1010b)은 불투명 영역(312)에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 투명 전극부는 경우에 따라 불투명 영역(312)에 배치될 수 있다.
불투명 영역(312)에 위치하는 저투과도 패턴전극부 및 고투과도 패턴전극부의 메탈 패턴의 일부는 불투명 영역(312)의 그라데이션 영역에 배치될 수 있다. 안테나 패턴과 저투과도 패턴전극 중 전송 선 부분을 투명전극으로 구성할 경우, 면저항 증가에 따른 전송효율 저하로 인한 안테나 이득 저하가 발생할 수 있다. 이러한 이득 저하를 개선시키는 방안으로 전극이 위치하는 프릿 패턴(312)의 투과도와 투명 전극의 투과도를 소정 범위 내에서 일치되게 할 수 있다.
프릿 패턴(312a, 312b, 312c)의 투과도가 낮은 영역의 투명 전극의 선 폭을 증가시키거나 프릿 패턴(312a, 312b, 312c)과 동일한 형상을 추가하여 낮은 면저항을 구현할 수 있다. 이에 따라 전송 효율 저하 문제를 해결하면서 비가시성도 확보할 수 있다. 불투명 영역(312)의 투과도 및 패턴은 도 6a의 구조에 한정되지 않고 유리 제조사 또는 차량 제조사마다 상이할 수 있다. 이에 따라 전송선의 투명전극의 형상 및 투명도(선폭 및 간격)는 다양하게 변경될 수 있다.
도 7a는 본 명세서에 따른 투명 안테나 어셈블리의 전면도 및 단면도를 나타낸다. 도 7b는 실시 예들에 따른 메탈 메쉬 방사체 영역과 더미 메탈 메쉬 영역의 격자 구조를 나타낸 것이다.
도 7a(a)는 투명 안테나 어셈블리(1000)의 전면도를 나타내고 도 7a(b)는 투명 안테나 어셈블리(1000)의 단면도로 투명 안테나 어셈블리(1000)의 층상 구조를 나타낸다. 도 7a를 참조하면, 안테나 어셈블리(1000)는 제1 투명 유전체 기판(1010a) 및 제2 유전체 기판(1010b)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 투명 유전체 기판(1010a)의 일 면에 방사체로 동작하는 도전 패턴들(1110)이 배치될 수 있다. 제2 유전체 기판(1010b)의 일 면에 급전 패턴(1120f) 및 그라운드 패턴(1121g, 1122g)가 형성될 수 있다. 방사체로 동작하는 도전 패턴들(1110)은 하나 이상의 도전 패턴을 포함하도록 구성될 수 있다. 도전 패턴들(1110)은 급전 패턴(1120f)과 연결되는 제1 패턴(1111) 및 그라운드 패턴(1121g)과 연결되는 제2 패턴(1112)을 포함할 수 있다. 도전 패턴들(1110)은 그라운드 패턴(1122g)과 연결되는 제3패턴(1113)을 더 포함할 수도 있다.
안테나 모듈을 구성하는 도전 패턴들(1110)은 투명 안테나로 구현될 수 있다. 도 7b를 참조하면, 도전 패턴들(1110)은 특정 선폭 이하의 메탈 격자 패턴들(1020a)로 형성되어 메탈 메쉬 방사체 영역을 형성할 수 있다. 도전 패턴들(1100)의 제1 내지 제3 패턴(1111, 1112, 11113) 사이의 내부 영역 또는 외부 영역에 투명도를 일정 수준으로 유지하기 위해 더미 메탈 격자 패턴들(1020b)이 형성될 수 있다. 메탈 격자 패턴들(1020a) 및 더미 메탈 격자 패턴들(1020b)이 메탈 메쉬 층(1020)을 형성할 수 있다.
도 7b(a)는 정형의(typical) 메탈 격자 패턴들(1020a) 및 더미 메탈 격자 패턴들(1020b)의 구조를 나타낸다. 도 7b(b)는 비정형의(atypical) 메탈 격자 패턴들(1020a) 및 더미 메탈 격자 패턴들(1020b)의 구조를 나타낸다. 도 7b(a)와 같이 메탈 메쉬 층(1020)은 복수의 메탈 메쉬 격자들에 의해 투명 안테나 구조로 형성될 수 있다. 메탈 메쉬 층(1020)은 사각형 형상, 다이아몬드 형상, 또는 다각형 형상과 같이 정형의 메탈 메쉬 형상으로 형성될 수 있다. 복수의 메탈 메쉬 격자들이 급전 라인 또는 방사체로 동작하도록 도전 패턴을 구성할 수 있다. 메탈 메쉬 층(1020)은 투명 안테나 영역을 구성한다. 일 예로, 메탈 메쉬 층(1020)은 약 2mm의 두께로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
메탈 메쉬 층(1020)은 메탈 격자 패턴들(1020a) 및 더미 메탈 격자 패턴들(1020b)을 포함하도록 구성될 수 있다. 메탈 격자 패턴들(1020a) 및 더미 메탈 격자 패턴들(1020b)은 단부가 단절된 개방 영역(opening area, OA)를 형성하여 전기적으로 연결되지 않도록 구성될 수 있다. 더미 메탈 격자 패턴들(1020b)은 각각의 메쉬 격자들(CL1, CL2, ??, CLn)의 단부가 연결되지 않도록 슬릿(SL)들이 형성될 수 있다.
도 7b(b)를 참조하면, 메탈 메쉬 층(1020)은 비정형의(atypical) 복수의 메탈 메쉬 격자들에 의해 형성될 수 있다. 메탈 메쉬 층(1020)은 메탈 격자 패턴들(1020a) 및 더미 메탈 격자 패턴들(1020b)을 포함하도록 구성될 수 있다. 메탈 격자 패턴들(1020a) 및 더미 메탈 격자 패턴들(1020b)은 단부가 단절된 개방 영역(OA)를 형성하여 전기적으로 연결되지 않도록 구성될 수 있다. 더미 메탈 격자 패턴들(1020b)은 각각의 메쉬 격자들(CL1, CL2, ??, CLn)의 단부가 연결되지 않도록 슬릿(SL)들이 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 투명 안테나가 형성된 투명 기판은 차량의 글래스에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 8a는 안테나 모듈 및 급전 모듈의 층상 구조를 나타낸다. 도 8b는 안테나 모듈과 급전 구조가 결합된 층상 구조 및 결합 부위를 포함하는 불투명 기판을 나타낸다.
도 8a(a)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 제1 레이어에 형성된 제1 투명 유전체 기판(1010a) 및 제1 레이어 상에 배치된 제2 레이어에 형성된 제1 도전 패턴(1110)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 도전 패턴(1110)은 도 7b와 같이 메탈 격자 패턴들(1020a) 및 더미 메탈 격자 패턴들(1020b)을 포함하는 메탈 메쉬 층(1020)으로 구현될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 제2 레이어 상에 배치되는 보호 층(1031) 및 접착 층(1041a)을 더 포함할 수 있다.
도 8a(b)를 참조하면, 급전 구조(1100f)는 제2 유전체 기판(1010b), 제2 도전 패턴(1120) 및 제3 도전 패턴(1130)을 포함할 수 있다. 급전 구조(1100f)는 제2 도전 패턴(1120) 및 제3 도전 패턴(1130)에 각각 적층되는 제1 및 제2 보호 층(1033, 1034)을 더 포함할 수 있다. 급전 구조(1100f)는 제2 도전 패턴(1120)의 일부 영역에 형성되는 접착 층(1041b)을 더 포함할 수 있다.
불투명 기판으로 구현된 제2 유전체 기판(1010b)의 일 면에 제2 도전 패턴(1120)이 배치될 수 있다. 제2 유전체 기판(1010b)의 타 면에 제3 도전 패턴(1130)이 배치될 수 있다. 제3 도전 패턴(1130)의 상부에 제1 보호 층(1033)이 형성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1120)의 하부에 제2 보호 층(1034)이 형성될 수 있다. 제1 및 제2 보호 층(1033, 1034)은 소정 값 이하의 낮은 유전율(low permittivity)을 갖도록 구성되어, 투명 안테나 영역으로 저 손실 급전이 가능하다.
도 8b(a)를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 불투명 기판인 제2 유전체 기판(1010b)으로 구현된 급전 구조(1100f)와 결합될 수 있다. 제1 투명 유전체 기판(1010a)의 상부에 투명 전극 층인 메탈 메쉬 층으로 구현되는 제1 도전 패턴(1110)이 형성될 수 있다. 제1 도전 패턴(1110)의 상부에 보호 층(1031)이 형성될 수 있다. 제1 도전 패턴(1110)의 상부에 보호 층(1031) 및 제1 접착 층(1041a)이 형성될 수 있다. 보호 층(1031)에 인접하게 제1 접착 층(1041a)이 형성될 수 있다.
제1 도전 패턴(1110)의 상부에 형성된 제1 접착 층(1041a)이 제2 도전 층(1120)의 하부에 형성된 제2 접착 층(1041b)과 접합(bonding)될 수 있다. 제1 및 제2 접착 층(1041a, 1041b) 간 접합에 의해 제1 투명 유전체 기판(1010a)과 제2 유전체 기판(1010b)이 접착되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제1 투명 유전체 기판(1010a)에 형성된 메탈 메쉬 격자가 제2 유전체 기판(1010b)에 형성된 급전 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 유전체 기판(1010b)은 일면 및 타면에 제2 도전 패턴(1120) 및 제3 도전 패턴(1130)이 배치되는 급전 구조(1100f)로 형성될 수 있다. 급전 구조(1100f)는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제3 도전 패턴(1130)의 상부에 제1 보호 층(1033)이 배치되고, 제2 도전 패턴(1120)의 하부에 제2 보호 층(1034)이 배치될 수 있다. 제3 도전 패턴(1130)의 하부의 접착 층(1041b)은 안테나 모듈(1100)의 접착 층(1041a)과 접합될 수 있다. 이에 따라 급전 구조(1100f)는 안테나 모듈(1100)과 결합되고 제1 및 제2 도전 패턴(1110, 1120)이 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 투명 유전체 기판(1010a)으로 구현된 안테나 모듈(1100)의 두께는 제1 두께로 형성될 수 있다. 제2 유전체 기판(1010b)으로 구현된 급전 구조(1100f)의 두께는 제2 두께로 구현될 수 있다. 예를 들어, 안테나 모듈(1100)의 유전체 기판(1010a), 제1 도전 패턴(1110) 및 보호 층(1031)의 두께는 각각 75um, 9um, 25um일 수 있다. 안테나 모듈(1100)의 제1 두께는 109um로 형성될 수 있다. 급전 구조(1100f)의 제2 유전체 기판(1010b), 제2 도전 패턴(1120) 및 제3 도전 패턴(1130)의 두께는 각각 50um, 18um, 18um, 제1 및 제2 보호 층(1033, 1034)의 두께는 28um로 형성될 수 있다. 이에 따라, 급전 구조(1100f)의 제2 두께는 142um로 형성될 수 있다. 접착 층(1041a, 1041b)이 제1 도전 패턴(1110)의 상부와 제2 도전 패턴(1120)의 하부에 형성되므로 전체 안테나 어셈블리의 두께는 제1 두께 및 제2 두께의 합보다 작은 두께로 형성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 모듈(1100)과 급전 구조(1100f)를 포함하는 안테나 어셈블리(1000)의 두께는 198um로 형성될 수 있다.
도 8b(b)를 참조하면, 급전 구조(1100f)를 형성하는 제2 유전체 기판(1010b)의 일 면에 도전 패턴(1120)이 형성될 수 있다. 도전 패턴(1120)은 급전 패턴(1120f)와 양 측에 그라운드 패턴(1121g, 1122g)가 형성된 CPW 구조의 급전 구조로 형성될 수 있다. 급전 구조(1100f)는 접착 층(1041)이 형성된 영역을 통해 도 8b(a)와 같이 안테나 모듈(1100)과 결합될 수 있다.
본 명세서에 따른 안테나 어셈블리를 구성하는 안테나 모듈과 급전 구조는 차량 유리에 배치되고 특정 결합 구조를 통해 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9a는 차량 유리의 투명 영역과 프릿 영역에 배치되는 투명 안테나의 결합 구조를 나타낸다.
도 9a를 참조하면, 제1 투명 유전체 기판(1010a)이 접착 층(adhesive layer)(1041)를 통해 유리 패널(310)과 접착될 수 있다. 제1 투명 유전체 기판(1010a)의 도전 패턴은 ACF 본딩을 통해 제2 유전체 기판(1010b)의 도전 패턴(1130)과 접착될 수 있다. ACF 본딩은 금속볼이 첨가된 테이프를 고온/고압 (예: 120~150도, 2~5Mpa)로 수초 간 접합면을 붙이는 방법으로 전극과 전극 사이를 금속볼로 컨택하여 이루어질 수 있다. ACF 본딩은 도전 패턴들을 전기적으로 연결하는 동시에 열로 인하여 접착 층(1041)이 경화되어 접착력을 제공한다.
국부 솔더링(soldering) 기법으로 투명 전극 층이 형성된 제1 투명 유전체 기판(1010a)과 FPCB 형태의 제2 유전체 기판(1010b)을 부착할 수 있다. FPCB의 연결 패턴과 투명 안테나 전극이 자기장 유도 방식으로 코일을 통한 국부 솔더링을 통해 연결될 수 있다. 이러한 국부 솔더링 시 솔더링 부위의 온도가 상승하거나 FPCB가 변형되지 않고 평평한 표면을 유지할 수 있다. 이에 따라, 제1 투명 유전체 기판(1010a)과 제2 유전체 기판(1010b)의 도전 패턴들 간의 국부 솔더링을 통해 신뢰성 높은 전기적 연결이 가능하다.
제1 투명 유전체 기판(1010a)과 도 7a의 메탈 메쉬 층(1020), 보호 층(1033) 및 접착 층(1041)이 투명 전극(transparent electrode)을 형성할 수 있다. 불투명 기판인 제2 유전체 기판(1010b)은 FPCB로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 급전 패턴이 형성된 FPCB인 제2 유전체 기판(1010b)이 커넥터 부품(313) 및 투명 전극과 연결되도록 구성될 수 있다.
불투명 기판인 제2 유전체 기판(1010b)이 제1 투명 유전체 기판(1010a)의 일부 영역에 부착되어 구현될 수 있다. 제1 투명 유전체 기판(1010a)은 유리 패널(310)의 투명 영역(311)에 형성될 수 있다. 제2 유전체 기판(1010b)은 유리 패널(310)의 불투명 영역(312)에 형성될 수 있다. 제1 투명 유전체 기판(1010a)의 일부 영역이 불투명 영역(312)에 형성되고, 불투명 영역(312)에서 제1 투명 유전체 기판(1010a)이 제2 유전체 기판(1010b)과 결합될 수 있다.
접착 층(1041a, 1041b) 간 접합에 의해 제1 투명 유전체 기판(1010a)과 제2 유전체 기판(1010b)이 접착되도록 구성될 수 있다. 제2 유전체 기판(1010b)이 접착층(1041)에 본딩되는 위치는 제1 위치(P1)로 설정될 수 있다. 커넥터 부품(313)이 불투명 기판(1010b)에 솔더링되는 위치는 제2 위치(P2)로 설정될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리가 형성된 차량 유리는 차량의 바디 구조와 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9b는 도 9a의 투명 안테나가 형성된 글래스가 차량의 바디 구조와 결합된 영역을 확대한 전면도이다. 도 9c는 도 9b의 차량 유리와 바디 구조의 결합 구조를 서로 다른 위치에서 본 단면도를 나타낸다.
도 9b를 참조하면, 유리 패널(310)의 투명 영역(311)에 투명 안테나가 형성된 제1 투명 유전체 기판(1010a)이 배치될 수 있다. 유리 패널(310)의 불투명 영역(312)에 제2 유전체 기판(1010b)이 배치될 수 있다. 불투명 영역(312)의 투과도가 투명 영역(311)의 투과도보다 낮아, 불투명 영역(312)을 BM (Black Matrix) 영역을 지칭할 수도 있다. 투명 안테나가 형성되는 제1 투명 유전체 기판(1010a)의 일부는 BM 영역에 해당하는 불투명 영역(312)까지 확장될 수 있다. 제1 투명 유전체 기판(1010a)과 불투명 영역(312)은 일 축 방향으로 중첩 길이(OL)만큼 중첩되게 형성될 수 있다.
도 9c(a)는 도 9b에서 라인 AB를 따른 절단한 안테나 어셈블리의 단면도를 나타낸다. 도 9c(a)는 도 9b에서 라인 CD를 따라 절단한 안테나 어셈블리의 단면도를 나타낸다
도 9b 및 도 9c(a)를 참조하면, 유리 패널(310)의 투명 영역(311)에 투명 안테나가 형성된 제1 투명 유전체 기판(1010a)이 배치될 수 있다. 유리 패널(310)의 불투명 영역(312)에 제2 유전체 기판(1010b)이 배치될 수 있다. 제1 투명 유전체 기판(1010a)의 일부 영역이 불투명 영역(312)까지 확장되어 제2 유전체 기판(1010b)에 형성된 급전 패턴과 투명 안테나의 메탈 메쉬 층이 접합되어 연결될 수 있다.
내부 커버(interior cover)(49c)가 제2 유전체 기판(1010b)과 연결된 커넥터 부품(313)을 수납하도록 구성될 수 있다. 메탈 재질의 바디(49b)와 내부 커버(49c) 사이의 공간에 커넥터 부품(313)이 배치되고, 커넥터 부품(313)은 차량 내부 케이블(in-vehicle cable)과 결합될 수 있다. 내부 커버(49c)는 메탈 재질의 바디(49b)의 상부 영역에 배치될 수 있다. 내부 커버(49c)는 메탈 재질의 바디(49b)와 결합되도록 일 단부가 절곡되게 형성될 수 있다.
내부 커버(49c)는 메탈 재질 또는 유전체 재질로 형성될 수 있다. 내부 커버(49c)가 메탈 재질로 형성되는 경우 내부 커버(49c)와 메탈 재질의 바디(49b)는 메탈 프레임(49)을 형성한다. 이와 관련하여, 차량은 메탈 프레임(49)을 포함할 수 있다. 유리 패널(310)의 불투명 영역(312)은 메탈 프레임(49)의 일부에 의해 지지될 수 있다. 이를 위해 메탈 프레임(49)의 바디(49b)의 일부가 유리 패널(310)의 불투명 영역(312)과 결합되게 절곡될 수 있다.
내부 커버(49c)가 메탈 재질로 형성되는 경우 제2 유전체 기판(1010b)의 상부 영역의 내부 커버(49c)에 메탈 영역이 적어도 일부 제거될 수 있다. 내부 커버(49c)에 메탈 영역이 제거된 리세스 부(recess portion)(49R)가 형성될 수 있다. 이에 따라 메탈 프레임(49)은 리세스 부(49R)를 포함할 수 있다. 제2 유전체 기판(1010b)이 메탈 프레임(49)의 리세스 부(49R) 내에 배치될 수 있다.
리세스 부(49R)는 메탈 제거 영역(metal cut region)으로 지칭될 수도 있다. 리세스 부(49R)의 일 측은 불투명 기판(1010b)의 일 측에서 임계치 이상의 제1 길이(L1)만큼 이격되어 형성될 수 있다. 리세스 부(49R)의 하부 경계 측(lower boundary side)은 불투명 기판(1010b)의 하부 경계 측에서 임계치 이상의 제2 길이(L2)만큼 이격되어 형성될 수 있다. 메탈 재질의 내부 커버(49c)의 일부 영역에 메탈이 제거됨에 따라, 주변 메탈 구조에 따른 신호 손실 및 안테나 특성 변경을 방지할 수 있다.
도 9b 및 도 9c(b)를 참조하면, 커넥터 부품 및 불투명 기판이 배치되지 않은 영역에는 내부 커버(49c)에 메탈 제거 영역과 같은 리세스 부가 형성되지 않도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 내부 커버(49c)를 통해 안테나 모듈(1100)의 내부 부품을 보호하면서도 도 9b 및 도 9c(a)의 리세스 부(49R)를 통해 내부의 열을 외부로 방출할 수 있다. 또한, 내부 커버(49c)의 리세스 부(49R)를 통해 연결 부위의 수리 또는 교체가 필요한지를 즉각적으로 파악할 수 있다. 한편, 커넥터 부품 및 제2 유전체 기판이 배치되지 않은 영역에는 내부 커버(49c)에 리세스 부가 형성되지 않아 안테나 모듈(1100)의 내부 부품을 보호할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리(1000)는 유리 패널(310)에 다양한 형태로 형성되고, 유리 패널(310)는 차량 프레임과 부착될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10은 실시 예들에 따른 안테나 어셈블리의 적층 구조 및 차량 유리와 차량 프레임과의 부착 영역을 나타낸 것이다.
도 10(a)를 참조하면, 유리 패널(310)는 투명 영역(311) 및 불투명 영역(312)을 포함할 수 있다. 안테나 어셈블리(1000)는 안테나 모듈(1100) 및 급전 구조(1100f)를 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 제1 투명 유전체 기판(1010a), 투명 전극 층(1020) 및 접착 층(1041)을 포함할 수 있다. 불투명 기판으로 구현되는 급전 구조(1100f)와 투명 기판으로 구현되는 투명 전극 층(1020)이 전기적으로 연결될 수 있다. 급전 구조(1100f)와 투명 전극 층(1020)은 제1 본딩 영역(BR1)을 통해 직접 연결될 수 있다. 급전 구조(1100f)와 커넥터 부품(313)은 제2 본딩 영역(BR2)을 통해 직접 연결될 수 있다. 제1 및 제2 본딩 영역(BR1, BR2)에서 본딩을 위해 열이 인가될 수 있다. 이에 따라, 본딩 영역(BR1, BR2)은 가열 구간으로 지칭할 수 있다. 유리 패널(310)의 불투명 영역(312) 중 측면 단부 영역에 유리 패널(310)와 차량 프레임의 부착을 위한 실란트 영역에 해당하는 부착 영역(AR)이 형성될 수 있다.
도 10(b)를 참조하면, 유리 패널(310)는 투명 영역(311) 및 불투명 영역(312)을 포함할 수 있다. 안테나 어셈블리(1000)는 안테나 모듈(1100) 및 급전 구조(1100f)를 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 보호 층(1031), 투명 전극 층(1020), 제1 투명 유전체 기판(1010a) 및 접착 층(1041)을 포함할 수 있다. 불투명 기판으로 구현되는 급전 구조(1100f)와 투명 기판으로 구현되는 안테나 모듈(1100)의 일부 영역이 중첩(overlap)될 수 있다. 급전 구조(1100f)와 안테나 모듈(1100)의 투명 전극 층(1020)이 커플링 급전(coupled feed)될 수 있다. 급전 구조(1100f)와 커넥터 부품(313)은 본딩 영역(BR)을 통해 직접 연결될 수 있다. 본딩 영역(BR1)에서 본딩을 위해 열이 인가될 수 있다. 이에 따라, 본딩 영역(BR)은 가열 구간으로 지칭할 수 있다. 유리 패널(310)의 불투명 영역(312) 중 측면 단부 영역에 유리 패널(310)와 차량 프레임의 부착을 위한 실란트 영역에 해당하는 부착 영역(AR)이 형성될 수 있다.
도 10(a) 및 도 10(b)를 참조하면, 투명 기판(1010a)에는 투명 전극 층(1020)을 외부 환경으로부터 보호하기 위해 (하드) 코팅 층이 포함될 수 있다. 한편, 접착 층(1041)에는 햇빛으로부터 황변(yellowing) 보호를 위해 UV 차단 성분이 추가될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 차량의 글래스에 배치될 수 있는 광대역 투명 안테나 구조는 CPW 급전부와 동일 평면상의 단일 유전체 기판으로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에 따른 차량의 글래스에 배치될 수 있는 광대역 투명 안테나 구조는 방사체의 양 측에 그라운드가 형성된 구조로 구현되어 광대역 구조를 형성할 수 있다. 차량용 광대역 투명 안테나는 4G 무선 통신 및 5G 무선 통신을 수행하도록 구성된 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 차량용 광대역 투명 안테나는 위치 서비스를 제공하도록 구성된 GNSS (Global Navigation Satellite System) 안테나를 포함할 수 있다.
이하, 본 명세서에 따른 광대역 투명 안테나 구조와 연관된 안테나 어셈블리에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 11a는 차량용 GNSS 안테나와 관련하여 복수의 주파수 대역들을 나타낸다. 도 11b는 차량용 GNSS 안테나와 관련하여 편파 특성들을 나타낸다.
도 11a를 참조하면, 차량용 GNSS 안테나가 동작하는 주파수 대역은 L1 대역에 해당하는 제1 주파수 대역과 L5 대역에 해당하는 제2 주파수 대역을 포함할 수 있다. L1 대역에 해당하는 제1 주파수 대역은 1559.0 내지 1605.9 MHz으로 설정될 수 있다. 제1 주파수 대역은 GPS와 연관된 L1 대역을 포함할 수 있다. 제1 주파수 대역은 GLONASS와 연관된 L1 대역을 포함할 수 있다. L5 대역에 해당하는 제2 주파수 대역은 1166.2 내지 1186.7 MHz로 설정될 수 있다. 제2 주파수 대역은 GPS와 연관된 L5 대역을 포함할 수 있다.
차량용 GNSS 안테나로 구현되는 안테나 어셈블리는 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역에서 동작하도록 이중 대역 공진하도록 구성될 수 있다. 차량용 GNSS 안테나로 구현되는 안테나 어셈블리는 원형 편파(circular polarization)를 갖도록 동작할 수 있다. 안테나 어셈블리는 우수 원형 편파(right-hand circular polarization, RHCP)를 갖도록 동작할 수 있다.
도 11b(a)를 참조하면, 차량용 GNSS 안테나에서 형성되는 신호는 z축 방향으로 진행될 수 있다. 도 11b(a) 내지 도 11b(c)를 참조하면, 차량용 GNSS 안테나에서 형성되는 신호는 x축과 y축 상에서 전계 방향이 회전하는 원형 편파를 갖도록 형성될 수 있다. 도 11b(a) 및 도 11b(c)를 참조하면, 차량용 GNSS 안테나에서 형성되는 신호는 x축과 y축 상에서 우수 원형 편파(RHCP)를 가지면서 z축 방향으로 진행되도록 형성될 수 있다. 차량용 GNSS 안테나에서 형성되는 신호는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112024055517610-pct00001
우수 원형 편파(RHCP)를 갖는 신호는 수학식 1에서 A=B이고 위상차가 90도로 형성될 수 있다. 좌수 원형 편파(LHCP)를 갖는 신호는 수학식 1에서 A=B이고 위상차가 -90도로 형성될 수 있다. 수학식 1의 |E|의 최대값(|E| max)과 최소값(|E| min)의 비율(ratio)을 수학식 2와 같이 축비(axial ratio, AR)로 정의할 수 있다.
Figure 112024055517610-pct00002
수학식 1, 수학식 2, 도 11b(d)를 참조하면, A와 B가 서로 다른 값을 가지면 차량용 GNSS 안테나에서 형성되는 신호는 타원형 편파를 갖도록 구성될 수 있다. 원형 편파 신호는 차량용 안테나가 배치된 평면에 천장 방향으로 특정 수준, 예를 들어 3dB 또는 6dB 이하로 형성될 필요가 있다. 안테나 이득은 천장 방향의 0도를 기준으로 45도 범위에서 특정 수준, 예를 들어 -3dBic 이하로 형성될 필요가 있다.
전술한 바와 같이, 원형 편파 신호를 갖는 차량용 GNSS 안테나는 차량 유리의 서로 다른 위치에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 12a 및 도 12b는 실시예들에 따른 차량 유리의 서로 다른 위치에 형성될 수 있는 차량용 GNSS 안테나의 배치 구조를 나타낸다.
도 1 및 도 12a를 참조하면, 세단(sedan) 타입의 차량(500)의 전면 글래스(310), 리어 글래스(330) 및 상부 글래스(350) 중 적어도 하나에 차량용 GNSS 안테나가 배치될 수 있다. 전면 글래스(310)는 약 5 내지 5.5mm의 2층 접합 구조로 형성될 수 있다. 전면 글래스(310)는 유리/비산방지 필름/유리의 2층 접합 구조로 형성될 수 있다. 리어 글래스(330)는 약 3.5 내지 5.5mm의 2층 접합 구조 또는 1층 압축 유리로 형성될 수 있다. 리어 글래스(330)에 열선, AM/FM 안테나가 형성될 수 있고, 투명 안테나는 열선, AM/FM 안테나와 소정 간격 이상으로 이격될 필요가 있다.
차량용 GNSS 안테나는 차량의 천장 방향으로 방사 패턴이 형성될 필요가 있다. 이에 따라, 차량용 GNSS 안테나는 차량(500)의 상부 글래스(350)에 배치될 수 있다. 상부 글래스(350)는 약 5 내지 5.5mm의 2층 접합 구조로 형성될 수 있다. 상부 글래스(350)는 유리/비산방지 필름/유리의 2층 접합 구조로 형성될 수 있다.
도 1 및 도 12b를 참조하면, SUV (Sport Utility Vehicle) 타입의 차량(500)의 전면 글래스(310) 및 상부 글래스(350) 중 적어도 하나에 차량용 GNSS 안테나가 배치될 수 있다. 전면 글래스(310)는 약 5 내지 5.5mm의 2층 접합 구조로 형성될 수 있다. 전면 글래스(310)는 유리/비산방지 필름/유리의 2층 접합 구조로 형성될 수 있다. 차량용 GNSS 안테나는 차량의 천장 방향으로 방사 패턴이 형성될 필요가 있다. 이에 따라, 차량용 GNSS 안테나는 차량(500)의 상부 글래스(350)에 배치될 수 있다. 상부 글래스(350)는 약 5 내지 5.5mm의 2층 접합 구조로 형성될 수 있다. 리어 글래스(330b)의 경사 각도가 도 12a의 리어 글래스(330)의 경사 각도보다 더 크게 형성되어 차량용 GNSS 안테나가 배치되지 않도록 구성될 수 있다. 상부 글래스(350)는 유리/비산방지 필름/유리의 2층 접합 구조로 형성될 수 있다.
도 1, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 차량(500)의 전면 글래스(310), 리어 글래스(330) 및 상부 글래스(350) 중 적어도 하나에 배치되는 GNSS 안테나는 투명 안테나로 구현될 수 있다. 투명 안테나의 면 저항(sheet resistance)은 0.5 내지 1.0Ω/sq로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 투명 안테나의 면 저항은 투명도(transparency) 또는 메탈 메쉬의 메쉬 타입에 따라 상이하게 구현될 수 있다. 본 명세서에 따른 차량용 GNSS 안테나는 차량 유리에 의한 안테나 성능에 미치는 영향을 최소화하도록 설계될 수 있다. 이와 관련하여, 이중 접합, 강화 유리 등의 차량 유리의 종류, 크기, 두께, 설계 구조 및 필름 부착 등에 따라 성능에 미치는 영향을 최소화하도록 차량용 GNSS 안테나가 설계될 수 있다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 차량용 GNSS 안테나의 방사 패턴의 상부의 원형(upper hemisphere) 형상으로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 차량용 GNSS 안테나의 방사 패턴은 차량의 천장 방향인 0도를 기준으로 -45도 내지 +45도 사이의 범위에서 형성될 수 있다. 차량용 GNSS 안테나의 방사 패턴(RP)은 차량의 천장 방향으로 형성될 수 있다. 차량(500)의 전면 글래스(310), 리어 글래스(330) 및 상부 글래스(350) 중 적어도 하나에 GNSS 안테나가 배치될 수 있다. 상부 글래스(350)는 차량의 천장 영역에 형성되므로 moon roof glass로 지칭될 수 있다. 차량(500)의 전면 글래스(310), 리어 글래스(330) 및 상부 글래스(350) 중 적어도 하나에 배치되는 GNSS 안테나의 타입은 차량 유리에 의한 영향이 최소화되도록 모노폴 소자 또는 슬롯 소자로 구현될 수 있다.
차량 유리에 의한 물성과 크기에 의해 안테나 성능 변화가 발생할 수 있다. 이와 관련하여, 차량 유리 사이즈가 크고 두께가 두꺼울수록 안테나 성능 변화가 크게 발생할 수 있다. 또한, 차량 유리의 유전체 손실(dielectric loss)에 의해 안테나 이득 저하 및 방사 패턴 변화가 발생할 수 있다. 이러한 안테나 성능 변화를 최소화하기 위해 차량용 GNSS 안테나 사이즈가 최소화되도록 구현되고 단일 레이어 구조로 구현될 수 있다. 한편, 위성 통신을 위한 방사 패턴 확보를 위하여 수평 각도로 형성된 상부 글래스(350)에 차량용 GNSS 안테나가 배치되는 것이 가장 유리할 수 있다.
한편, 도 13a 및 도 13b는 본 명세서에 따른 차량용 GNSS 안테나 구조를 나타낸다. 도 13a의 안테나 어셈블리(1000)는 투명 안테나의 외측 도전 패턴(1140)이 불투명 영역의 그라운드 도전 패턴(1110g)과 연결된 안테나 구조이다. 도 13b의 안테나 어셈블리(1000)는 투명 안테나의 외측 도전 패턴(1140)이 불투명 영역의 그라운드 도전 패턴(1110g)과 제1 갭 간격(G1)만큼 이격된 안테나 구조이다.
도 1 내지 도 13b를 참조하면, 차량(500)은 차량 유리(310) 및 안테나 어셈블리(1000)를 포함할 수 있다. 안테나 어셈블리(1000)는 투명 유전체 기판(1010a), 제1 영역(1100a) 및 제2 영역(1100b)을 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 영역(1100a)은 투명 유전체 기판(1010a)의 일 측면상의 안테나(1100)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 영역(1100b)은 그라운드 도전 패턴(grounded conductive pattern)(1110g) 및 급전 패턴(1110f)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 영역(1100a) 및 제2 영역(1100b)을 각각 방사체 영역 및 그라운드 영역 (또는 급전 영역)으로 지칭할 수도 있다. 안테나(1100)는 복수의 도전 패턴들을 포함하므로 안테나 모듈(1100)로 지칭될 수 있다.
투명 안테나로 구현되는 안테나 어셈블리(1000)는 단일 레이어 형태인 CPW 안테나 구조로 설계될 수 있다. 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 안테나 어셈블리(1000)의 안테나(1100)는 신호 패턴(1120), 제1 그라운드 패턴(1130), 제1 슬롯(1130s)을 포함할 수 있다. 안테나(1100)는 제2 그라운드 패턴(1140), 제2 슬롯(1140s)을 포함할 수 있다.
신호 패턴(1120)은 제2 영역(1100b)의 급전 패턴(1110f)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(1130)은 제2 영역(1100b)의 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제1 부분(1111g)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 슬롯(1130s)은 신호 패턴(1120)과 제1 그라운드 패턴(1130) 사이에 형성될 수 있다. 제1 슬롯(1130s)은 제1 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제1 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 제1 주파수 대역은 L1 주파수 대역인 1559.0 내지 1605.9MHz일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 슬롯(1130s)은 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제2 신호를 더 방사하도록 구성될 수 있다. 제2 주파수 대역은 L5 주파수 대역인 1166.2 내지 1186.7MHz일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 주파수 대역에서 안테나 특성을 최적화하기 위해 신호 패턴(1120)과 제1 그라운드 패턴(1130)의 형상이 최적화될 수 있다. 신호 패턴(1120)은 상부 영역의 제1 신호 패턴(1121) 및 하부 영역의 제2 신호 패턴(1122)를 포함할 수 있다. 제1 신호 패턴(1121)의 일 측 경계와 제2 신호 패턴(1122)의 일 측 경계 사이에 도전 패턴이 제거된 슬릿 영역(SL)이 형성될 수 있다. 제1 신호 패턴(1121)의 타 측 경계는 제2 신호 패턴(1122)의 타 측 경계에 비해 내측으로 리세스된 형상으로 형성될 수 있다.
제1 그라운드 패턴(1130)의 내측 경계의 제1 부분(1131)은 원형 형상으로 형성될 수 있다. 제1 신호 패턴(1121)의 타 측 경계에 대응하는 제1 그라운드 패턴(1130)의 내측 경계의 제1 부분(1131) 중 일부는 원형 형상의 경계에서 돌출되게 형성될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(1130)의 내측 경계의 제2 부분(1132)은 원형 형상의 경계에서 돌출되게 형성될 수 있다. 제1 신호 패턴(1121)의 일 측 경계에 대응되게 제1 그라운드 패턴(1130)의 내측 경계의 제2 부분(1132)이 원형 형상의 경계에서 직선 라인으로 돌출되게 형성될 수 있다.
제2 그라운드 패턴(1140)은 제2 영역(1100b)의 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제2 부분(1112g)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(1140)은 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸도록 구성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(1140)은 L1 주파수 대역인 제1 주파수 대역에서 동작 시 유리로 누설되는 전파를 외측 영역으로 누설되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제2 그라운드 패턴(1140)은 천장 방향으로 방사 패턴을 형성하도록 구성될 수 있다. 제2 슬롯(1140s)은 제1 그라운드 패턴(1130)과 제2 그라운드 패턴(1140) 사이에 형성될 수 있다. 제2 슬롯(1140s)은 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제2 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 제2 주파수 대역은 L5 주파수 대역인 1166.2 내지 1186.7MHz일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
따라서, 제1 슬롯(1130s)은 제1 주파수 대역의 제1 신호 및 제2 주파수 대역의 제2 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 제1 슬롯(1130s)의 외측에 형성된 제2 슬롯(1140s)은 제2 주파수 대역의 제2 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(1140)의 내부에 형성된 제2 슬롯(1140s)의 길이(Ls)는 제2 주파수 대역 내의 동작 주파수에 대응하는 파장(wavelength)의 3/4 내지 한 파장 사이, 즉 3λ/4 내지 λ의 범위로 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 차량용 GNSS 안테나는 제1 및 제2 주파수 대역에서의 안테나 성능을 최적화하기 위해 제1 및 제2 그라운드 패턴들(1130, 1140)의 형상을 최적화할 수 있다. 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 제1 그라운드 패턴(1120g)은 외측 경계(outer boundary)의 적어도 일부가 원형 형상으로 구성될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(1130)의 외측 경계의 직경(L)은 제1 주파수 대역 내의 동작 주파수에 대응하는 파장의 1/4 내지 1/2 사이, 즉 3λ/4 내지 λ의 범위로 구성될 수 있다.
제1 그라운드 패턴(1130)의 내측 경계의 제1 부분(1131)은 원형 형상으로 형성될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(1130)의 내측 경계의 제2 부분(1132)은 일 축 방향 및 타 축 방향의 직선 라인으로 형성될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(1130)은 일 축 방향으로 제1 너비(W1) 및 제1 너비(W1)보다 좁은 제2 너비(W2)로 형성될 수 있다.
한편, 제2 그라운드 패턴(1140)은 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 슬롯(1130s)에 의해 방사되는 제1 신호가 제2 그라운드 패턴(1140)의 외부의 차량 유리로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸도록 형성된 제2 그라운드 패턴(1140)에 의해 제1 주파수 대역의 제1 신호 및 제2 주파수 대역의 제2 신호의 방사 패턴이 차량의 천장 방향으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나(1100)의 방사 패턴은 차량 유리에 수직한 방향, 즉 차량의 천장 방향으로 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리의 제2 그라운드 패턴의 내측 영역은 안테나 성능을 튜닝하기 위해 최적화되어 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 14a는 도 13a의 안테나 어셈블리에서 제2 그라운드 패턴의 내측 영역이 일부 변경된 실시예를 나타낸다. 한편, 도 14b는 도 14a의 안테나 어셈블리에서의 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역에서의 전계 분포를 나타낸다.
도 14a에 도시된 바와 같이, 제2 그라운드 패턴(1140)의 내측 영역이 리세스된 형상으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 그라운드 패턴(1140)의 내측 영역이 리세스된 형상으로 형성되는 것은 도 13a의 안테나 어셈블리에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 도 13b의 안테나 어셈블리의 제2 그라운드 패턴(1140)의 내측 영역도 리세스된 형상으로 형성될 수 있다.
도 14a를 참조하면, 안테나 어셈블리(1000)는 그라운드 패턴(1140c)의 상부 영역의 일부(1141c-1)의 내측 영역은 리세스된 형상으로 형성될 수 있다. 그라운드 패턴(1140c)의 상부 영역의 일부(1141c-1)의 내측 영역의 제1 너비가 상부 영역(1141)의 제2 부분(1141-2)의 제2 너비보다 더 좁게 형성될 수 있다. 한편, 그라운드 패턴(1140c)의 일부(1141c-1)의 내측 경계가 리세스된 구조로 형성되어 원형 형상의 제1 그라운드 패턴(1130)의 외측 경계와 거리를 소정 거리 이상으로 유지할 수 있다. 그라운드 패턴(1140c)의 일부(1141c-1)의 내측 경계가 리세스된 구조로 형성되어 제1 그라운드 패턴(1130)의 외측 경계와 거리를 일정 수준 이상으로 유지할 수 있다.
제2 그라운드 패턴(1140c)의 내부에 형성된 제2 슬롯(1140s)의 길이(Ls2)는 제2 주파수 대역 내의 동작 주파수에 대응하는 파장(wavelength)의 3/4 내지 한 파장 사이, 즉 3λ/4 내지 λ의 범위로 구성될 수 있다. 이에 따라, 안테나 어셈블리의 전체 크기를 증가시키지 않으면서 제2 슬롯(1140s)의 길이(Ls2)의 파장 길이를 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 제2 주파수 대역(L5 대역)에서의 안테나의 공진 주파수가 더 낮은 주파수 대역으로 천이(shift)될 수 있다.
도 14(a)는 제1 주파수 대역의 1.575GHz에서의 안테나 어셈블리의 전계 분포를 나타낸다. 도 14(b)는 제2 주파수 대역의 1.176GHz에서의 안테나 어셈블리의 전계 분포를 나타낸다.
도 14(a)를 참조하면, 제1 주파수 대역의 제1 신호는 신호 패턴(1120)과 제1 그라운드 패턴(1130) 사이에 형성된 제1 슬롯(1130s)을 통해 방사될 수 있다. 신호 패턴(1120)과 제1 그라운드 패턴(1130) 사이에 형성된 제1 슬롯(1130s)의 제1 영역(E1a) 및 제2 영역(E1b)에 전계의 피크 영역이 형성될 수 있다. 제1 슬롯(1130s)의 제1 영역(E1a) 및 제2 영역(E1b)은 신호 패턴(1120)의 일 측 상부 및 타 측 하부에 형성된다. 이에 따라, 제1 그라운드 패턴(1130)의 내측 영역에 대응되는 제1 슬롯(1130)을 따라 전류가 형성될 수 있다.
도 14(b)를 참조하면, 제1 주파수 대역의 제1 신호는 신호 패턴(1120)과 제1 그라운드 패턴(1130) 사이에 형성된 제1 슬롯(1130s)을 통해 방사될 수 있다. 신호 패턴(1120)과 제1 그라운드 패턴(1130) 사이에 형성된 제1 슬롯(1130s)의 제1 영역(E2a) 및 제2 영역(E2b)에 전계의 피크 영역이 형성될 수 있다. 제1 슬롯(1130s)의 제1 영역(E2a) 및 제2 영역(E2b)은 신호 패턴(1120)의 일 측 상부 및 타 측 하부에 형성된다. 이에 따라, 제1 그라운드 패턴(1130)의 내측 영역에 대응되는 제1 슬롯(1130s)을 따라 제1 주파수 대역의 제1 전류가 형성될 수 있다.
제2 주파수 대역의 제2 신호는 제1 그라운드 패턴(1130)과 제2 그라운드 패턴(1140)사이에 형성된 제2 슬롯(1140s)을 통해 방사될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(1130)과 제2 그라운드 패턴(1140) 사이에 형성된 제2 슬롯(1140s)의 제3 영역(E2c), 제4 영역(E2d) 및 제5 영역(E2e)에 전계의 피크 영역이 형성될 수 있다. 제2 슬롯(1140s)의 제3 영역(E2c), 제4 영역(E2d) 및 제5 영역(E2e)은 제2 그라운드 패턴(1140)의 내측 영역을 따라 형성된다. 이에 따라, 제2 그라운드 패턴(1140)의 내측 영역에 대응되는 제2 슬롯(1140s)을 따라 제2 주파수 대역의 제2 전류가 형성될 수 있다.
도 15a 및 도 15b는 제2 그라운드 패턴 유무에 따른 안테나의 제1 주파수 대역의 방사 패턴을 비교한 것이다. 한편, 도 15c는 제2 그라운드 패턴이 형성된 안테나의 제2 주파수 대역의 방사 패턴을 나타낸 것이다.
도 15a는 제1 주파수 대역(L1 대역)의 1.575GHz에서의 안테나 어셈블리(1000a)의 방사 패턴을 나타낸 것이다. 도 15b는 제1 주파수 대역(L1 대역)의 1.575GHz에서의 안테나 어셈블리(1000)의 방사 패턴을 나타낸 것이다. 도 15c는 제2 주파수 대역(L5 대역)의 1.176GHz에서의 안테나 어셈블리(1000)의 방사 패턴을 나타낸 것이다.
도 15a(a)를 참조하면, 제1 그라운드 패턴(1130)만 구비하는 안테나 어셈블리(1000a)는 제2 그라운드 패턴이 형성되지 않은 구조이다. 제1 그라운드 패턴(1130)만 구비하는 안테나 어셈블리(1000a)를 단일 슬롯 안테나(single slot antenna)로 지칭할 수 있다. 안테나 어셈블리(1000a)는 차량의 천장 방향인 수직 방향을 0도 기준으로 하여 45도 이상의 각도에서 방사 패턴 피크(RP1)가 형성된다. 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸는 제2 그라운드 패턴이 형성되지 않은 안테나 어셈블리(1000a)의 방사 패턴 피크(RP1)는 차량의 유리 방향인 수평 방향으로 형성된다. 이에 따라, 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸는 제2 그라운드 패턴이 형성되지 않은 안테나 어셈블리(1000a)에서 GNSS 신호 수신 특성은 임계치 이하일 수 있다.
도 15a(b)는 도 15a(a)의 안테나 어셈블리(1000a)의 방사 패턴을 차량의 천장 방향에서 본 것이다. 유리 패널(310)에 안테나 어셈블리(1000)가 배치될 수 있다. 안테나 어셈블리(1000a)의 유리 방향의 방사 패턴 피크(RP1a, RP1b)가 천장 방향의 방사 패턴 피크(RP1c, RP1d)보다 더 큰 값을 갖는다. 안테나 어셈블리(1000a)의 유리 방향의 방사 패턴 피크(RP1a, RP1b)의 제1 영역이 천장 방향의 방사 패턴 피크(RP1c, RP1d)의 제2 및 제3 영역보다 넓은 영역을 갖는다.
도 15b(a)를 참조하면, 안테나 어셈블리(1000)는 제1 그라운드 패턴(1130)를 둘러싸도록 제2 그라운드 패턴(1140)을 구비하는 구조이다. 제1 및 제 그라운드 패턴(1130, 1140)를 구비하는 안테나 어셈블리(1000)는 제1 및 제2 슬롯을 구비하므로 이중 슬롯 안테나(dual slot antenna)로 지칭할 수 있다. 안테나 어셈블리(1000)는 차량의 천장 방향인 수직 방향을 0도 기준으로 하여 -45도 내지 +45도 범위에서 방사 패턴 피크(RP2)가 형성된다. 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸는 제2 그라운드 패턴(1140)이 형성된 안테나 어셈블리(1000)의 방사 패턴 피크(RP2)는 차량의 천장 방향으로 형성된다. 이에 따라, 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸는 제2 그라운드 패턴(1140)이 형성된 안테나 어셈블리(1000)에서 GNSS 신호 수신 특성은 임계치 이상일 수 있다.
도 15b(b)는 도 15b(a)의 안테나 어셈블리(1000)의 방사 패턴을 차량의 천장 방향에서 본 것이다. 유리 패널(310)에 안테나 어셈블리(1000)가 배치될 수 있다. 안테나 어셈블리(1000)의 천장 방향의 방사 패턴 피크(RP2)가 유리 방향의 방사 패턴 피크(RP2b)보다 더 큰 값을 갖는다. 안테나 어셈블리(1000)의 유리 방향의 방사 패턴 피크(RP2b)의 제1 영역이 천장 방향의 방사 패턴 피크(RP2)의 제2 영역보다 좁은 영역을 갖는다. 이에 따라, 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸는 제2 그라운드 패턴(1140)에 따라 유리 방향의 방사 패턴 영역이 감소하고 천장 방향 위주의 방사 패턴 영역으로 형성된다.
도 15c(a)를 참조하면, 제2 주파수 대역(L5 대역)에서도 안테나 어셈블리(1000)는 차량의 천장 방향인 수직 방향을 0도 기준으로 하여 -45도 내지 +45도 범위에서 방사 패턴 피크(RP3)가 형성된다. 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸는 제2 그라운드 패턴(1140)이 형성된 안테나 어셈블리(1000)의 방사 패턴 피크(RP3)는 차량의 천장 방향으로 형성된다. 이에 따라, 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸는 제2 그라운드 패턴(1140)이 형성된 안테나 어셈블리(1000)에서 GNSS 신호 수신 특성은 임계치 이상일 수 있다.
도 15c(b)는 도 15c(a)의 안테나 어셈블리(1000)의 방사 패턴을 차량의 천장 방향에서 본 것이다. 유리 패널(310)에 안테나 어셈블리(1000)가 배치될 수 있다. 안테나 어셈블리(1000)의 천장 방향의 방사 패턴 피크(RP3)가 유리 방향의 방사 패턴 피크(RP3b)보다 더 큰 값을 갖는다. 안테나 어셈블리(1000)의 유리 방향의 방사 패턴 피크(RP3b)의 제1 영역이 천장 방향의 방사 패턴 피크(RP3)의 제2 영역보다 좁은 영역을 갖는다. 이에 따라, 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸는 제2 그라운드 패턴(1140)에 따라 유리 방향의 방사 패턴 영역이 감소하고 천장 방향 위주의 방사 패턴 영역으로 형성된다.
한편, 본 명세서에 따른 제2 그라운드 패턴을 더 구비하는 차량용 GNSS 안테나는 차량의 천장 방향으로 방사 패턴이 형성되면서 제1 및 제2 주파수 대역에서 축비가 특정 수준 이하로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16a는 제2 그라운드 패턴 유무에 따른 주파수 별 축비를 나타낸 것이다. 도 16b 및 도 16c는 제2 그라운드 패턴 유무에 따른 제1 및 제2 주파수 대역에서의 각도 별 이득 특성을 나타낸 것이다.
도 15a(a) 및 도 16a(a)를 참조하면, 제2 그라운드 패턴 없이 제1 그라운드 패턴(1130)만 형성된 안테나 어셈블리(1000a)의 축비는 제1 주파수 대역(L1 대역)에서만 임계치, 예를 들어 3dB 이하로 형성될 수 있다. 안테나 어셈블리(1000a)의 축비는 제2 주파수 대역(L5 대역)에서는 임계치, 예를 들어 3dB를 초과하여 원형 편파 특성이 저하될 수 있다.
도 15b(a), 도 15c(a) 및 도 16a(b)를 참조하면, 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸도록 제2 그라운드 패턴(1140)이 형성된 안테나 어셈블리(1000)의 축비는 제1 주파수 대역(L1 대역) 및 제2 주파수 대역(L5 대역)에서 모두 임계치, 예를 들어 3dB 이하로 형성될 수 있다. 따라서, 안테나 어셈블리(1000)의 축비는 제2 그라운드 패턴이 없는 안테나 어셈블리(1000a)의 축비에 비해 제2 주파수 대역(L5 대역)에서 향상되어, 원형 편파 특성이 향상될 수 있다.
도 15a(a) 및 도 16b(a)를 참조하면, 제1 주파수 대역(L1 대역)에서 안테나 어셈블리(1000a)의 안테나 이득은 -45도 내지 45도 범위에서 약 -1 dB 내지 0.7dB 사이의 값을 갖는다. 제1 주파수 대역(L1 대역)에서 안테나 어셈블리(1000a)의 -45도 내지 45도 범위의 평균 안테나 이득은 약 -0.14dB이다. 도 14a(a) 및 도 15b(b)를 참조하면, 제2 주파수 대역(L5 대역)에서 안테나 어셈블리(1000a)의 안테나 이득은 -45도 내지 45도 범위에서 약 -2.2 dB 내지 0dB 사이의 값을 갖는다. 제2 주파수 대역(L5 대역)에서 안테나 어셈블리(1000a)의 -45도 내지 45도 범위의 평균 안테나 이득은 약 -0.73dB이다.
도 15b(a), 도 15c(a) 및 도 16c(a)를 참조하면, 제1 주파수 대역(L1 대역)에서 안테나 어셈블리(1000)의 안테나 이득은 -45도 내지 45도 범위에서 약 -0.1 dB 내지 2.4dB 사이의 값을 갖는다. 제1 주파수 대역(L1 대역)에서 안테나 어셈블리(1000)의 -45도 내지 45도 범위의 평균 안테나 이득은 약 1.02dB이다. 따라서, 제2 그라운드 패턴이 없는 안테나 어셈블리(1000a)에 비해 안테나 어셈블리(1000)의 평균 안테나 이득은 약 1.15dB 정도 향상됨을 알 수 있다. 도 15b(a), 도 15c(a) 및 도 16b(b)를 참조하면, 제2 주파수 대역(L5 대역)에서 안테나 어셈블리(1000)의 안테나 이득은 -45도 내지 45도 범위에서 약 -1.6dB 내지 0.7dB 사이의 값을 갖는다. 제2 주파수 대역(L5 대역)에서 안테나 어셈블리(1000a)의 -45도 내지 45도 범위의 평균 안테나 이득은 약 -0.07dB이다. 따라서, 제2 그라운드 패턴이 없는 안테나 어셈블리(1000a)에 비해 안테나 어셈블리(1000)의 평균 안테나 이득은 약 0.7dB 정도 향상됨을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 차량용 GNSS 안테나에서 제2 그라운드 패턴이 형성되어 안테나 이득 특성이 향상될 수 있다. 이에 따라, 도 17a 및 도 17b는 제1 및 제2 주파수 대역에서의 안테나 이득 특성을 제2 그라운드 패턴 유무에 따라 비교한 것이다. 도 17a는 제1 주파수 대역의 1.575GHz에서의 안테나 이득 특성을 제2 그라운드 패턴 유무에 따라 나타낸 것이다. 도 17b는 제2 주파수 대역의 1.176GHz에서의 안테나 이득 특성을 제2 그라운드 패턴 유무에 따라 나타낸 것이다. 도 17a 및 도 17b를 참조하면, -45도 내지 +45도 사이에서 안테나 이득이 -3dBi 이상이 되도록 타겟 안테나 이득이 설정될 수 있다.
도 15a, 도 16b(a) 및 도 17a(a)를 참조하면, (i) 제2 그라운드 패턴이 없는 안테나 어셈블리(1000a)의 정규화된(normalized) 안테나 이득 값을 나타낸다. 도 15a, 도 16c(a) 및 도 17a를 참조하면, (ii) 제2 그라운드 패턴(1140)을 구비한 안테나 어셈블리(1000)의 정규화된 안테나 이득 값을 나타낸다. (iii) 제2 그라운드 패턴이 없는 안테나 어셈블리(1000a)의 각도 별 안테나 이득 값을 나타낸다. (iv) 제2 그라운드 패턴(1140)을 구비한 안테나 어셈블리(1000)의 각도 별 안테나 이득 값을 나타낸다 도 17a(a)의 (i)을 참조하면, 제2 그라운드 패턴이 없는 안테나 어셈블리(1000a)의 평균 이득은 약 0.19dB이다. 도 17a(a)의 (ii)을 참조하면, 제2 그라운드 패턴(1140)을 구비한 안테나 어셈블리(1000)에서 평균 이득은 약 1.02dB이다. 이에 따라, 안테나 어셈블리(1000)에 제2 그라운드 패턴(1140)이 형성되어 평균 이득이 약 0.8dB 이상 향상될 수 있다.
도 15b, 도 16b(b) 및 도 17a(b)를 참조하면, (i) 제2 그라운드 패턴이 없는 안테나 어셈블리(1000a)의 정규화된(normalized) 안테나 이득 값을 나타낸다. 도 15a, 도 16c(b) 및 도 17a(b)를 참조하면, (ii) 제2 그라운드 패턴(1140)을 구비한 안테나 어셈블리(1000)의 정규화된 안테나 이득 값을 나타낸다. (iii) 제2 그라운드 패턴이 없는 안테나 어셈블리(1000a)의 각도 별 안테나 이득 값을 나타낸다. (iv) 제2 그라운드 패턴(1140)을 구비한 안테나 어셈블리(1000)의 각도 별 안테나 이득 값을 나타낸다
도 17a(b)의 (i)을 참조하면, 제2 그라운드 패턴이 없는 안테나 어셈블리(1000a)의 평균 이득은 약 -0.91dB이다. 제2 그라운드 패턴이 없는 안테나 어셈블리(1000a)의 안테나 이득은 -40도 이하 및 +40도 이상의 영역에서 타겟 안테나 이득인 -3dBi 이하의 값을 갖는다. 따라서, 타겟 안테나 이득인 -3dBi 이상을 만족하기 위해 제2 그라운드 패턴(1140)이 더 형성될 필요가 있다. 도 17a(b)의 (ii)을 참조하면, 제2 그라운드 패턴(1140)을 구비한 안테나 어셈블리(1000)에서 평균 이득은 약 -0.07dB이다. 이에 따라, 안테나 어셈블리(1000)에 제2 그라운드 패턴(1140)이 형성되어 평균 이득이 약 0.8dB 이상 향상될 수 있다.
도 17b는 도 13a의 차량용 GNSS 안테나의 반사 계수 특성 및 축비 특성을 나타낸 것이다. 도 17b(a)는 차량용 GNSS 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸 것이다. 도 17b(b)는 차량용 GNSS 안테나의 축비 특성을 차량 천장 방향을 기준으로 수직 방향의 각도 별로 나타낸 것이다.
도 17b(a)를 참조하면, 안테나 어셈블리는 제1 주파수 대역의 제1 주파수와 제2 주파수 대역의 제2 주파수에서 이중 공진한다. 안테나 어셈블리는 제1 주파수 대역의 1.57GHz 및 제2 주파수 대역의 1.18GHz에서 이중 공진할 수 있다. 안테나 어셈블리는 1GHz 이상의 주파수 대역에서 타겟 반사 계수인 -10dB 이하의 값을 갖는다.
도 17b(b)를 참조하면, 차량 천장 방향인 0도를 기준으로 0도, 5도, 10도, 15도 및 20도에서의 축비를 나타낸 것이다. 안테나 어셈블리의 축비는 제1 주파수 대역의 제1 주파수와 제2 주파수 대역의 제2 주파수에서 제1 및 제2 최소값을 갖는다. 제1 주파수 대역에서 안테나 어셈블리의 축비는 3dB 이하의 값을 갖는다. 제2 주파수 대역에서 안테나 어셈블리의 축비는 약 3dB의 값을 갖는다. 0도를 기준으로 -20도 내지 20도 사이의 범위에서 안테나 어셈블리는 제1 및 제2 주파수 대역에서 원형 편파 신호를 일정 수준 이상의 수신 레벨로 수신할 수 있다. 이에 따라, 안테나 어셈블리는 차량 천장 방향을 기준으로 소정 각도 범위에서 위성 통신을 수행할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 차량용 GNSS 안테나의 도전 패턴들의 치수가 최적화되어 안테나 성능, 예를 들어 원형 편파 성능을 최적화할 수 있다. 이와 관련하여, 도 18a 내지 도 18c는 도 13a의 안테나 구조에서 제2 그라운드 패턴의 수직/수평 너비와 제1 도전 패턴과의 갭 간격에 따른 원형 편파 성능인 축비(axial ratio)를 나타낸 것이다. 도 19a 내지 도 19c는 도 13b의 안테나 구조에서 제2 그라운드 패턴의 수직 너비, 제1 도전 패턴과의 갭 간격 및 그라운드 도전 패턴과의 갭 간격에 따른 원형 편파 성능인 축비(axial ratio)를 나타낸 것이다.
한편, 본 명세서에 따른 차량용 GNSS 안테나에서 그라운드 도전 패턴(1110g)은 복수의 도전 부분들로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 그라운드 도전 패턴(1110g)은 제1 부분(1111g), 제2 부분(1112g), 제3 부분(1113g) 및 제4 부분(1114g)을 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 부분(1111g)은 제1 그라운드 패턴(1130)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 부분(1111g)은 신호 패턴(1120)의 일 측에 형성된 제1 그라운드 패턴(1130)의 일 단부와 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 부분(1111g)은 상부 영역(G1a) 및 하부 영역(G1b)을 구비하도록 구성될 수 있다.
제2 부분(1112g)은 제2 그라운드 패턴(1140)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 부분(1112g)은 신호 패턴(1120)의 타 측에 형성된 제1 그라운드 패턴(1130)의 타 단부와 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 부분(1112g)은 상부 영역(G2a) 및 하부 영역(G2b)을 구비하도록 구성될 수 있다. 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제1 부분(1111g)과 제2 부분(1112g) 사이에 급전 패턴(1110f)이 형성될 수 있다.
제3 부분(1113g)은 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제1 부분(1111g)의 하부 영역(G1b)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제3 부분(1113g)은 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제1 부분(1111g)의 상부 영역(G1a)과 소정 간격만큼 이격되도록 구성될 수 있다.
제4 부분(1114g)은 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제2 부분(1112g)의 하부 영역(G2b)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제4 부분(1114g)은 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제2 부분(1112g)의 상부 영역(G2a)과 소정 간격만큼 이격되도록 구성될 수 있다.
한편, 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제3 부분(1113g) 및 제4 부분(1114g)의 너비는 인접한 도전 부분들과 소정 갭 간격을 갖도록 소정 범위로 형성될 수 있다. 도 13a 및 도 18a를 참조하면, 도전 패턴의 제1 부분(1111g) 및 제2 부분(1112g)의 상부 영역(G1a, G2a)과 이격된 제3 부분(1113g) 및 제4 부분(1114g)의 너비는 2mm 내지 6mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, FPCB로 구현되는 그라운드 도전 패턴(1110g)의 하부 영역의 두께가 증가하면 전체 슬롯의 길이가 짧아지면서 축비 기준으로 동작 대역의 하한(lowest) 주파수가 증가하게 된다. 이에 따라, 그라운드 도전 패턴(1110g)이 제2 그라운드 패턴(1130)과 연결된 안테나 어셈블리 구조에서 제2 주파수 대역인 1166.2 내지 1186.7 MHz에서 축비가 임계치 이하의 값을 가질 수 있다. 이에 따라, 원형 편파를 갖는 제1 주파수 대역의 제1 신호 및 제2 주파수 대역의 제2 신호의 축비를 임계치 이하, 예를 들어 6dB 이하로 유지할 수 있다. 이와 관련하여,
도 13b 및 도 19a를 참조하면, 도전 패턴의 제1 부분(1111g) 및 제2 부분(1112g)의 상부 영역(G1a, G2a)과 이격된 제3 부분(1113g) 및 제4 부분(1114g)의 너비는 2mm 이하로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, FPCB로 구현되는 그라운드 도전 패턴(1110g)의 하부 영역의 두께가 증가하면 전체 슬롯의 길이가 짧아지면서 축비 기준으로 동작 대역의 하한(lowest) 주파수가 증가하게 된다. 이에 따라, 그라운드 도전 패턴(1110g)이 제2 그라운드 패턴(1130)과 이격된 안테나 어셈블리 구조에서 제2 주파수 대역인 1166.2 내지 1186.7 MHz에서 축비가 임계치 이하의 값을 가질 수 있다. 이에 따라, 원형 편파를 갖는 제1 주파수 대역의 제1 신호 및 제2 주파수 대역의 제2 신호의 축비를 임계치 이하, 예를 들어 6dB 이하로 유지할 수 있다.
한편, 그라운드 도전 패턴(1110g)은 하부 영역에서 일 측 및 타 측의 상부 영역으로 확장되어 제2 그라운드 패턴(1140)과 연결되거나 또는 소정 갭 간격만큼 이격되도록 구성될 수 있다. 도 13a, 도 13b를 참조하면, 그라운드 도전 패턴(1110g)은 제5 부분(1115g) 및 제6 부분(1116g)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
도 13a를 참조하면, 제5 부분(1115g)은 일 단부가 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제3 부분(1130g)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제5 부분(1115g)은 타 단부가 제2 그라운드 패턴(1140)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제5 부분(1115g)은 타 단부가 신호 패턴(1120)의 일 측에 형성된 제2 그라운드 패턴(1140)의 일 단부와 연결되도록 구성될 수 있다. 제6 부분(1116g)은 일 단부가 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제4 부분(1114g)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제6 부분(1116g)은 타 단부가 제2 그라운드 패턴(1140)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제6 부분(1116g)은 타 단부가 신호 패턴(1120)의 타 측에 형성된 제2 그라운드 패턴(1140)의 타 단부와 연결되도록 구성될 수 있다.
도 13b를 참조하면, 제5 부분(1115g)은 일 단부가 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제3 부분(1130g)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제5 부분(1115g)은 타 단부가 제2 그라운드 패턴(1140)과 수직 방향인 타 축 방향으로 제1 갭 간격(G1)으로 이격되도록 구성될 수 있다. 제5 부분(1115g)은 타 단부가 신호 패턴(1120)의 일 측에 형성된 제2 그라운드 패턴(1140)의 일 단부와 제1 갭 간격(G1)으로 이격되도록 구성될 수 있다. 제6 부분(1116g)은 일 단부가 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제4 부분(1114g)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제6 부분(1116g)은 타 단부가 제2 그라운드 패턴(1140)과 수직 방향인 타 축 방향으로 제1 갭 간격(G1)으로 이격되도록 구성될 수 있다. 제6 부분(1116g)은 타 단부가 신호 패턴(1120)의 타 측에 형성된 제2 그라운드 패턴(1140)의 타 단부와 제1 갭 간격(G1)으로 이격되도록 구성될 수 있다.
도 13a, 도 13b, 도 18b를 참조하면, 제2 그라운드 패턴(1140)의 일 축 방향의 너비는 11mm 내지 14mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 이에 따라, 원형 편파를 갖는 제1 주파수 대역의 제1 신호 및 제2 주파수 대역의 제2 신호의 축비를 임계치 이하, 예를 들어 6dB 이하로 유지할 수 있다. 도 13b 및 도 19b를 참조하면, 제1 갭 간격(G1)은 1.5mm 내지 4.5mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 다른 예로, 제1 갭 간격(G1)은 1.5mm 이하로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13b의 안테나 구조에서 제1 갭 간격(G1)이 1.5mm이면 축비가 5dB 이하의 값을 가지면서 하한 주파수가 1166.2MHz를 포함할 수 있다. 이에 따라, 제2 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제2 신호의 축비를 임계치 이하, 예를 들어 6dB 이하로 유지할 수 있다.
한편, 제2 그라운드 패턴(1140)의 내측 경계와 제1 그라운드 패턴(1130)의 외측 경계는 수평 방향인 일 축 방향으로 제2 갭 간격(G2)으로 이격되도록 구성될 수 있다. 도 13a 및 도 18c를 참조하면, 제2 갭 간격(G2)은 3mm 내지 6mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 한편, 도 13b 및 도 19c를 참조하면, 제2 갭 간격(G2)은 3mm 이하로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 그라운드 패턴(1140)의 너비가 내측으로 두꺼워지면서 제2 갭 간격(G2)이 좁아지면 축비 기준으로 동작 대역인 제2 주파수 대역의 하한(lowest) 주파수가 감소하게 된다.
그라운드 도전 패턴(1110g)이 제2 그라운드 패턴(1130)가 연결된 도 13a의 안테나 구조에서 제2 갭 간격(G2)이 3mm 이하가 되면 하한 주파수는 감소하지만, 상한 주파수에서의 축비 값이 6dB 정도로 다소 증가하게 된다. 이에 따라, 도 13a 및 도 16c를 참조하면, 제2 갭 간격(G2)은 3mm 내지 6mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 한편, 그라운드 도전 패턴(1110g)이 제2 그라운드 패턴(1130)가 이격된 도 13b의 안테나 구조에서 제2 갭 간격(G2)이 3mm이면 축비가 4dB 이하의 값을 가지면서 하한 주파수가 1166.2MHz를 포함할 수 있다. 이에 따라, 도 13b 및 도 17c를 참조하면, 제2 갭 간격(G2)은 3mm 이하로 형성될 수 있다.
제2 갭 간격(G2)을 갖는 제2 그라운드 패턴(1140)에 의해 제1 슬롯(1130s)에 의해 방사되는 제1 신호가 제2 그라운드 패턴(1140)의 외부의 차량 유리(310)로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2 갭 간격(G2)을 갖는 제2 그라운드 패턴(1140)에 의해 제2 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제2 신호의 축비를 임계치 이하, 예를 들어 6dB 이하로 유지할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 차량용 GNSS 안테나의 제1 및 제2 그라운드 패턴(1130, 1140)의 형상은 다양하게 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 20a 및 도 20b는 실시예들에 따른 제2 그라운드 패턴의 적어도 일부가 분절된 구성을 나타낸 것이다. 한편, 도 21a 및 도 21b는 실시예들에 따른 제2 그라운드 패턴이 사각형, 원형, 곡선 형태와 같이 다양한 형태로 변형된 구성을 나타낸 것이다.
도 13a 및 도 13b, 도 20a 및 도 20b를 참조하면, 제1 그라운드 패턴(1130)의 외측 경계의 상부 영역은 원형 형상으로 구성될 수 있다. 한편, 제2 그라운드 패턴(1140)의 상부 영역의 일부(1141-1) 및 측면 영역(1142)은 직선 라인으로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 그라운드 패턴(1140)의 상부 영역(1141)의 일부인 제1 부분(1141-1) 및 측면 영역(1142)의 내측 경계 및 외측 경계가 직선 라인으로 구성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(1140)의 상부 영역(1141)의 나머지 부분인 제2 부분(1141-2)의 내측 경계 및 외측 경계는 곡선 형태로 구성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(1140)의 상부 영역의 제2 부분(1141-2)은 상부 영역의 제1 부분(1141-1) 및 측면 영역(1142)을 연결하도록 형성될 수 있다.
도 13a 및 도 20a(a)를 참조하면, 제2 그라운드 패턴(1140)의 단부는 그라운드 도전 패턴(1110g)의 단부와 연결되도록 구성될 수 있다. 한편, 도 13b 및 도 20a(b)를 참조하면, 제2 그라운드 패턴(1140)의 단부는 그라운드 도전 패턴(1110g)의 단부와 이격되도록 구성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(1140)의 단부는 그라운드 도전 패턴(1110g)의 단부와 제1 갭 간격(G1) 만큼 이격되도록 구성될 수 있다. 도 18b(a)를 참조하면, 제2 그라운드 패턴(1140)의 측면 영역(1142)은 제3 갭 간격(G3) 만큼 이격되도록 구성될 수 있다. 도 18b(b)를 참조하면, 제2 그라운드 패턴(1140)의 상부 영역의 제2 부분(1141-2)은 측면 영역(1142)과 제4 갭 간격(G4) 만큼 이격되도록 구성될 수 있다.
도 21a 및 도 21b를 참조하면, 제1 그라운드 패턴(1130)의 상부 영역(1131)의 외측 경계는 도 13a 및 도 13b, 도 20a 및 도 20b와 같이 원형 형상으로 구성될 수 있다. 도 21a(a) 및 도 21a(b)를 참조하면, 제2 그라운드 패턴(1140)의 상부 영역(1141a) 및 측면 영역(1142a)의 외측 경계가 제1 영역(1100a)에서 모두 직선 라인으로 구성될 수 있다.
도 21a(a)를 참조하면, 제2 그라운드 패턴(1140)의 상부 영역(1141a)의 일부의 내측 경계는 제1 그라운드 패턴(1130)의 외측 경계에 대응되게 원형 형상으로 형성될 수 있다. 도 21a(b)를 참조하면, 제2 그라운드 패턴(1140)의 상부 영역(1141a) 및 측면 영역(1141a)의 내측 경계가 제1 영역(1100a)에서 모두 직선 라인으로 형성될 수도 있다. 도 21b(a)를 참조하면, 제2 그라운드 패턴(1140)의 상부 영역(1141b) 및 측면 영역(1142b)의 외측 경계가 제1 영역(1100a)에서 모두 원형 형상으로 구성될 수 있다. 도 21b(a)를 참조하면, 제2 그라운드 패턴(1140)의 상부 영역(1141c) 및 측면 영역(1142c)의 외측 경계가 제1 영역(1100a)에서 직선 라인으로 구성될 수 있다. 상부 영역(1141c) 및 측면 영역(1142c)의 중간 영역(1143c)은 곡선으로 구성될 수 있다.
도 13b, 도 20a 및 도 20b를 참조하면, 본 명세서에 따른 차량용 GNSS 안테나의 제2 그라운드 패턴(1130)은 적어도 일부가 분리되게 복수의 서브 패턴들을 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(1140)은 제1 서브 패턴(1141s), 제2 서브 패턴(1142s) 및 제3 서브 패턴(1143s)을 포함하도록 구성될 수 있다.
도 13a 및 도 13b 및 도 20a를 참조하면, 제1 서브 패턴(1141s)은 제1 그라운드 도전 패턴(1110g)과 연결되거나 또는 제1 갭 간격(G1)으로 이격되도록 구성될 수 있다. 제2 서브 패턴(1142s)은 제1 그라운드 도전 패턴(1110g)과 연결되거나 또는 제1 갭 간격(G1)으로 이격되도록 구성될 수 있다.
도 20b를 참조하면, 제2 그라운드 패턴(1140)의 제3 서브 패턴(1143s)은 제1 서브 패턴(1141s)의 단부 및 제2 서브 패턴(1142s)의 단부와 소정 갭 간격(G3)으로 이격되도록 구성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(1140)의 제3 서브 패턴(1143s)은 제2 그라운드 패턴(1140)의 상부 영역을 형성할 수 있다. 제1 서브 패턴(1141s) 및 제2 서브 패턴(1142s)은 제2 그라운드 패턴(1140)의 측면 영역을 형성하고 직선 라인으로 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 차량용 GNSS 안테나는 투명 안테나로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에 따른 차량용 GNSS 안테나는 단일 레이어 구조인 CPW (Coplanar Waveguide) 안테나 구조로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 22는 도 13a 및 도 13b의 안테나 어셈블리가 메탈 메쉬 형상 및 더미 메쉬 격자 패턴들로 구현된 구조를 나타낸다.
도 7a, 도 13a, 도 13b 및 도 22를 참조하면, 신호 패턴(1120), 제1 그라운드 패턴(1130), 제2 그라운드 패턴(1140)은 투명 유전체 기판(1010a) 상에서 내부 영역이 상호 연결되도록 메탈 메쉬 형상(1020a)으로 형성될 수 있다. 메탈 메쉬 형상(1020a)은 내측 경계 및 외측 경계에서 복수의 개방 영역(opening area, OA)들을 구비하도록 구성될 수 있다. 한편, 신호 패턴(1120), 제1 그라운드 패턴(1130), 제2 그라운드 패턴(1140)은 투명 유전체 기판(1010a) 상에서 메탈 메쉬 형상(1020a)으로 구현된 단일 메탈 레이어 구조인 Coplanar Waveguide (CPW) 구조로 형성될 수 있다.
안테나 어셈블리(1000)는 방사체 영역을 구성하는 메탈 메쉬 형상(1020a) 이외에 복수의 더미 메쉬 격자 패턴들(1020b)을 더 포함할 수 있다. 제1 영역(1100a) 및 제2 영역(1100b)에 형성된 안테나 어셈블리(1000)는 복수의 더미 메쉬 격자 패턴들(1020b)을 포함할 수 있다. 더미 메쉬 격자 패턴들(1020b)은 투명 유전체 기판(1010a)상의 메탈 메쉬 형상(1020a)의 도전 패턴들의 외측 부분에 배치될 수 있다. 복수의 더미 메쉬 격자 패턴들(1020b)은 급전 패턴(1110f) 및 그라운드 도전 패턴(1110g)과 연결되지 않게 분리되도록 구성될 수 있다. 복수의 더미 메쉬 격자 패턴들(1020b)은 슬릿(SL)들에 의해 상호 간에 연결되지 않게 분리되도록 구성될 수 있다.
복수의 더미 메쉬 격자 패턴들(1020b)은 제1 및 제2 슬롯(1130s, 1140s)이 형성된 영역에 배치된 제1 및 제2 더미 격자 패턴들(1020b-1, 1020b-2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 더미 격자 패턴들(1020b-1)은 신호 패턴(1120)의 외측 부분인 제1 슬롯(1130s)에 배치될 수 있다. 제1 더미 격자 패턴들(1020b-1)은 수평 방향인 일 축 방향 및 수직 방향인 타 축 방향으로 상호 분리되도록 구성될 수 있다. 제1 더미 격자 패턴들(1020b-1)은 내측에 형성된 신호 패턴(1110f) 및 외측에 형성된 제1 그라운드 패턴(1130)의 경계와 상호 분리되도록 구성될 수 있다.
제2 더미 격자 패턴들(1020b-2)은 제1 그라운드 패턴(1130)의 외측 부분인 제2 슬롯(1140s)에 배치될 수 있다. 제2 더미 격자 패턴들(1020b-2)은 수평 방향인 일 축 방향 및 수직 방향인 타 축 방향으로 상호 분리되도록 구성될 수 있다. 제2 더미 격자 패턴들(1020b-2)은 내측에 형성된 제1 그라운드 도전 패턴(1130) 및 외측에 형성된 제2 그라운드 도전 패턴(1140)의 경계와 상호 분리되도록 구성될 수 있다.
이상에서는 본 명세서의 일 양상에 따른 투명 안테나 구조의 안테나 어셈블리에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 명세서의 다른 양상에 따른 차량용 GNSS 안테나를 구비하는 차량에 대해 설명한다.
이와 관련하여, 본 명세서에 따른 차량용 GNSS 안테나를 구비하는 차량에서 안테나 어셈블리를 구성하는 안테나 영역의 도전 패턴들은 급전 구조의 도전 패턴들과 중첩된 영역에서 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 도 23a는 도 13a 및 도 13b의 안테나 어셈블리의 적층 구조를 나타낸다.
도 23a를 참조하면, 도 13a 및 도 13b의 안테나 어셈블리는 차량의 유리 패널(310)에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 21c의 적층 구조는 설명의 편의 상 도 13a의 안테나 어셈블리를 기준으로 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 도 13b의 안테나 어셈블리에도 적용 가능하다.
유리 패널(310)은 투명 영역(311) 및 불투명 영역(312)을 포함할 수 있다. 투명 영역(311)에 안테나 어셈블리(1000)의 안테나 영역에 해당하는 제1 영역(1100a)이 형성될 수 있다. 불투명 영역(312)에 안테나 어셈블리(1000)의 급전 영역에 해당하는 제2 영역(1100b)이 형성될 수 있다. 제1 영역(1100a) 중 제2 영역(1100b)의 급전 패턴(1110f)과 연결되는 부분은 불투명 영역(312)에 배치될 수 있다.
안테나 어셈블리(1000)는 투명 유전체 기판(1010a) 상에 형성된 메탈 메쉬 층으로 구현된 도전 패턴들(1100)이 형성될 수 있다. 메탈 메쉬 층에 형성된 도전 패턴들(1100)에 의해 투명 안테나 소자가 구현될 수 있다. 메탈 메쉬 층(1020)에 투명 안테나 소자와 이격된 더미 메탈 메쉬 격자들이 배치될 수 있다. 메탈 메쉬 층(1020)의 상부에 제1 보호 층(1031)이 형성될 수 있다. 투명 유전체 기판(1010a)의 하부에 접착 층(1040)이 형성될 수 있다.
급전 패턴(1110f)과 그라운드 패턴을 포함하는 도전 패턴이 제2 유전체 기판(1010b)에 형성될 수 있다. 제2 유전체 기판(1010b)은 FPCB로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 급전 패턴(1110f)의 상부에 제2 보호 층(1032)이 형성될 수 있다. 제2 유전체 기판(1010b), 급전 패턴(1110f)과 그라운드 패턴을 포함하는 도전 패턴 및 제2 보호 층(1032)이 급전 구조(1100f)를 형성할 수 있다. 급전 패턴(1110f)은 메탈 메쉬 층에 형성된 도전 패턴들(1100)과 본딩 영역에 해당하는 제3 영역(1100c)에서 연결될 수 있다. 제3 영역(1100c)에서 도전 패턴들(1100) 중 제1 연결 패턴(1110c)이 급전 패턴(1110f)의 단부인 제2 연결 패턴(1120c)와 연결될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리는 투명 전극 층이 형성된 제1 투명 유전체 기판과 제2 유전체 기판을 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 23b는 도 13a 또는 도 13b의 안테나 어셈블리가 유리 패널에 결합되어 제작되는 공정 흐름을 나타낸다.
도 23b(a)를 참조하면, 투명 전극 층이 형성된 제1 투명 유전체 기판(1000a)이 제작될 수 있다. 또한, 급전 패턴(1120f)과 급전 패턴(1120f)의 양 측에 그라운드 패턴(1121g, 1122g)이 형성된 제2 유전체 기판(1000b)이 제작될 수 있다. 제2 유전체 기판(1000b)는 FPCB로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 투명 유전체 기판(1000a)과 제2 유전체 기판(1000b)에 각각 착 층(1041)에 대응하는 접착 영역이 형성될 수 있다. 도 13a 또는 도 13b의 안테나 어셈블리(1000)의 안테나 영역(1100a)의 안테나 패턴(1100)이 제1 투명 유전체 기판(1000a)에 형성될 수 있다. 도 13a 또는 도 13b의 안테나 어셈블리(1000)의 급전 영역(1100b)의 급전 패턴(1100f) 및 그라운드 도전 패턴(1100g)이 제2 유전체 기판(1000b)에 형성될 수 있다.
도 23b(b)를 참조하면, 투명 영역(311)과 불투명 영역(312)이 형성된 유리 패널(310)이 제작될 수 있다. 또한, 제1 투명 유전체 기판(1000a)의 하부 영역에 적어도 하나의 제2 유전체 기판(1000b)이 결합되어 안테나 어셈블리(1000)가 제작될 수 있다. 제1 투명 유전체 기판(1000a)과 제2 유전체 기판(1000b)은 ACF 본딩 또는 저온 솔더링을 통해 결합되어 투명 안테나 어셈블리로 구현될 수 있다. 이를 통해 제1 투명 유전체 기판(1000a)에 형성된 도전 패턴이 제2 유전체 기판(1000b)에 형성된 도전 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 안테나 소자들이 유리 패널(310)에 구현되는 경우 제2 유전체 기판(1000b)으로 제작되는 급전 구조(1100f)도 복수의 급전 구조들로 구현될 수 있다.
도 23b(c)를 참조하면, 투명 안테나 어셈블리(1000)가 유리 패널(310)에 부착될 수 있다. 이와 관련하여, 투명 전극 층이 형성된 제1 투명 유전체 기판(1000a)은 유리 패널(310)의 투명 영역(311)에 배치될 수 있다. 한편, 불투명 기판인 제2 유전체 기판(1000b)은 유리 패널(310)의 불투명 영역(312)에 배치될 수 있다.
도 23b(d)를 참조하면, 제1 투명 유전체 기판(1000a)과 제2 유전체 기판(1000b)은 제1 위치(P1)에서 본딩될 수 있다. 파크라 케이블과 같은 커넥터 부품(313)은 제2 유전체 기판(1000b)과 제2 위치(P2)에서 본딩될 수 있다. 투명 안테나 어셈블리(1000)는 커넥터 부품(313)을 통해 텔레매틱스 제어 유닛(TCU)(300)과 결합될 수 있다. 이를 위해 제2 유전체 기판(1010b)에 형성된 제2 도전 패턴은 커넥터 부품(313)의 일 단의 커넥터와 전기적으로 연결될 수 있다. 커넥터 부품(313)의 타 단의 커넥터는 텔레매틱스 제어 유닛(TCU)(300)과 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리의 급전 구조(1110f)는 유리 패널(310)의 프릿 패턴(312)이 제거된 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 23c는 도 13a 또는 도 13b의 안테나 어셈블리의 급전 구조가 유리 패널의 불투명 영역에 배치된 구조의 공정 흐름도를 나타낸다.
도 23c의 안테나 어셈블리는 도 23b의 안테나 어셈블리에 비해 불투명 기판이 별도로 제작되지 않고 유리 패널(310)에 일체형으로 제작되는 점에서 구조적 차별점이 있다. 도 23c의 안테나 어셈블리는 불투명 기판으로 구현되는 급전 구조가 FPCB로 별도로 제작되지 않고 유리 패널(310)에 직접 프린트되는 방식으로 구현된다.
도 23c(a)를 참조하면, 투명 전극 층이 형성된 제1 투명 유전체 기판(1000a)이 제작될 수 있다. 또한, 투명 영역(311)과 불투명 영역(312)이 형성된 유리 패널(310)이 제작될 수 있다. 차량의 유리 패널 제작 공정에서 커넥터 연결을 위한 금속 와이어/패드를 구현 (소성)할 수 있다. 차량 유리에 구현되는 열선과 같이 유리 패널(310)에 투명 안테나 장착부를 금속 형태로 구현할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 투명 유전체 기판(1000a)의 제1 도전 패턴과 전기적 연결을 위해 접착 층(1041)이 형성되는 영역에 제2 도전 패턴이 구현될 수 있다. 도 13a 또는 도 13b의 안테나 어셈블리(1000)의 안테나 영역(1100a)의 안테나 패턴(1100)이 제1 투명 유전체 기판(1000a)에 형성될 수 있다. 도 13a 또는 도 13b의 안테나 어셈블리(1000)의 급전 영역(1100b)의 급전 패턴(1100f) 및 그라운드 도전 패턴(1100g)이 제2 유전체 기판(1000b)에 형성될 수 있다.
이와 관련하여, 제2 도전 패턴이 형성된 제2 유전체 기판(1000b)은 유리 패널(310)과 일체로 제작될 수 있다. 제2 유전체 기판(1000b)은 유리 패널(310)의 불투명 영역(312)에 유리 패널(310)과 일체로 형성될 수 있다. 제2 유전체 기판(1000b)가 형성된 불투명 영역(312)에는 프릿 패턴(312)이 제거될 수 있다. 제2 유전체 기판(1000b)에 급전 패턴(1120f)과 급전 패턴(1120f)의 양 측에 그라운드 패턴(1121g, 1122g)이 형성되어 제2 도전 패턴이 구현될 수 있다.
도 23c(b)를 참조하면, 투명 안테나 어셈블리(1000)가 유리 패널(310)에 부착될 수 있다. 이와 관련하여, 투명 전극 층이 형성된 제1 투명 유전체 기판(1000a)은 유리 패널(310)의 투명 영역(311)에 배치될 수 있다. 제1 투명 유전체 기판(1000a)의 하부 영역에 적어도 하나의 제2 유전체 기판(1000b)이 결합되어 안테나 어셈블리(1000)가 제작될 수 있다. 제1 투명 유전체 기판(1000a)과 제2 유전체 기판(1000b)은 ACF 본딩 또는 저온 솔더링을 통해 결합되어 투명 안테나 어셈블리로 구현될 수 있다. 이를 통해 제1 투명 유전체 기판(1000a)에 형성된 제1 도전 패턴이 제2 유전체 기판(1000b)에 형성된 제2 도전 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 안테나 소자들이 유리 패널(310)에 구현되는 경우 제2 유전체 기판(1000b)으로 제작되는 급전 구조(1100f)도 복수의 급전 구조들로 구현될 수 있다.
도 23c(c)를 참조하면, 제1 투명 유전체 기판(1000a)과 제2 유전체 기판(1000b)는 제1 위치(P1)에서 본딩될 수 있다. 파크라 케이블과 같은 커넥터 부품(313)은 제2 유전체 기판(1000b)과 제2 위치(P2)에서 본딩될 수 있다. 투명 안테나 어셈블리(1000)는 커넥터 부품(313)을 통해 텔레매틱스 제어 유닛(TCU)(300)과 결합될 수 있다. 이를 위해 제2 유전체 기판(1010b)에 형성된 제2 도전 패턴은 커넥터 부품(313)의 일 단의 커넥터와 전기적으로 연결될 수 있다. 커넥터 부품(313)의 타 단의 커넥터는 텔레매틱스 제어 유닛(TCU)(300)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1 내지 도 23c를 참조하여, 본 명세서에 따른 투명 안테나 구조의 안테나 어셈블리를 구비한 차량에 대해 설명한다. 안테나 어셈블리(1000)는 차량용 GNSS 안테나일 수 있다. 차량은 유리 패널(310) 및 안테나 어셈블리(1000)를 포함하도록 구성될 수 있다. 유리 패널(310)은 투명 영역(311) 및 불투명 영역(312)을 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 어셈블리(1000)는 유리 패널(310)상에 배치될 수 있다.
안테나 어셈블리(1000)는 제1 투명 유전체 기판(1010a), 안테나 패턴(1100), 연결 패턴(1100c), 제2 유전체 기판(1010b)을 포함할 수 있다. 안테나 어셈블리(1000)는 제2 유전체 기판(1010b)에 형성된 그라운드 도전 패턴(1110g) 및 급전 패턴(1110f)을 더 포함할 수 있다.
제1 투명 유전체 기판(1010a)은 유리 패널(310)의 투명 영역(311)에 배치될 수 있다. 안테나 패턴(1100)은 제1 투명 유전체 기판(1010a)의 일 측면상의 제1 영역에 배치되어 GNSS 또는 GPS 대역의 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 제1 투명 유전체 기판(1010a)의 일 측면상의 제1 영역(1100a)은 유리 패널(310)의 투명 영역(311)에 배치될 수 있다.
연결 패턴(1100c)은 안테나 패턴(1100)과 급전 패턴(1110f)을 연결하도록 구성될 수 있다. 연결 패턴(1100c)은 안테나 패턴(1100)의 단부인 제1 연결 패턴(1110c)과 급전 패턴(1110f)의 단부인 제2 연결 패턴(1120c)를 포함할 수 있다. 연결 패턴(1100c)은 제1 투명 유전체 기판(1010a) 또는 제2 유전체 기판(1010b)의 일 측면상의 제2 영역(1100b)에 배치될 수 있다. 제1 투명 유전체 기판(1010a)의 일 측면상의 제2 영역(1100b)은 유리 패널(310)의 불투명 영역(312)에 배치될 수 있다.
제2 유전체 기판(1010b)은 유리 패널(310)의 불투명 영역(312)에 배치될 수 있다. 그라운드 도전 패턴(1110g) 및 급전 패턴(1110f)은 제2 유전체 기판(1010b)의 일 측면 상에 제2 영역(1100b)에 배치될 수 있다.
안테나 패턴(1100)은 신호 패턴(1120), 제1 그라운드 패턴(1130), 제1 슬롯(1130s), 제2 그라운드 패턴(1140) 및 제2 슬롯(1140s)을 포함할 수 있다. 신호 패턴(1120)은 제2 영역(1100b)의 급전 패턴(1110f)과 연결될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(1130)은 제2 영역(1100b)의 그라운드 도전 패턴(1110g)과 연결될 수 있다. 제1 슬롯(1130s)은 신호 패턴(1120)과 제1 그라운드 패턴(1130) 사이에 형성될 수 있다. 제1 슬롯(1130s)은 제1 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제1 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.
제2 그라운드 패턴(1140)은 제2 영역(1100a)의 그라운드 도전 패턴(1110g)과 연결되고, 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸도록 구성될 수 있다. 제2 슬롯(1140s)은 제1 그라운드 패턴(1130)과 제2 그라운드 패턴(1140) 사이에 형성될 수 있다. 제2 슬롯(1140s)은 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제2 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(1140)의 내부에 형성된 제2 슬롯(1140s)의 길이는 제2 주파수 대역 내의 동작 주파수에 대응하는 파장(wavelength)의 3/4 내지 한 파장 사이의 범위로 구성될 수 있다. 제2 그라운드 패턴(1140)은 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸도록 형성되어, 제1 슬롯(1130s)에 의해 방사되는 제1 신호가 제2 그라운드 패턴(1140)의 외부의 차량 유리(310)로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제1 그라운드 패턴(1130)을 둘러싸도록 형성된 제2 그라운드 패턴(1140)은 제1 주파수 대역의 제1 신호 및 제2 주파수 대역의 제2 신호의 방사 패턴이 차량의 천장 방향으로 형성되도록 한다.
제1 그라운드 패턴(1130)은 외측 경계(outer boundary)의 적어도 일부가 원형 형상으로 구성될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(1130)의 외측 경계의 직경은 제1 주파수 대역 내의 동작 주파수에 대응하는 파장의 1/4 내지 1/2 사이의 범위로 구성될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(1130)의 내측 경계의 제1 부분(1131)은 원형 형상으로 형성될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(1130)의 내측 경계의 제2 부분(1132)은 일 축 방향 및 타 축 방향의 직선 라인으로 형성될 수 있다. 제1 그라운드 패턴(1130)은 일 축 방향으로 제1 너비(W1) 및 제1 너비(W1)보다 좁은 2 너비(W2)로 형성될 수 있다.
그라운드 도전 패턴(1110f)은 제1 부분(1111g), 제2 부분(1112g), 제3 부분(1113g) 및 제4 부분(1114g)을 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 부분(1111g)은 제1 그라운드 패턴(1130)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 부분(1111g)은 신호 패턴(1120)의 일 측에 형성된 제1 그라운드 패턴(1130)의 일 단부와 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 부분(1111g)은 상부 영역(G1a) 및 하부 영역(G1b)을 구비하도록 구성될 수 있다.
제2 부분(1112g)은 제2 그라운드 패턴(110)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 부분(1112g)은 신호 패턴(1120)의 타 측에 형성된 제1 그라운드 패턴(1130)의 타 단부와 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 부분(1112g)은 상부 영역(G2a) 및 하부 영역(G2b)을 구비하도록 구성될 수 있다. 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제1 부분(1111g)과 제2 부분(1112g) 사이에 급전 패턴(1110f)이 형성될 수 있다.
제3 부분(1113g)은 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제1 부분(1111g)의 하부 영역(G1b)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제3 부분(1113g)은 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제1 부분(1111g)의 상부 영역(G1a)과 소정 간격만큼 이격되도록 구성될 수 있다.
제4 부분(1114g)은 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제2 부분(1112g)의 하부 영역(G2b)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제4 부분(1114g)은 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제2 부분(1112g)의 상부 영역(G2a)과 소정 간격만큼 이격되도록 구성될 수 있다. 도전 패턴의 제1 부분(1111g) 및 제2 부분(1112g)의 상부 영역(G1a, G2a)과 이격된 제3 부분(1113g) 및 제4 부분(1114g)의 너비는 2mm 내지 6mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 이에 따라, 원형 편파를 갖는 제1 주파수 대역의 제1 신호 및 제2 주파수 대역의 제2 신호의 축비를 임계치 이하, 예를 들어 6dB 이하로 유지할 수 있다.
그라운드 도전 패턴(1110g)은 제5 부분(1115g) 및 제6 부분(1116g)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제5 부분(1115g)은 일 단부가 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제3 부분(1130g)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제5 부분(1115g)은 타 단부가 제2 그라운드 패턴(1140)과 연결되거나 제1 갭 간격(G1)으로 이격되도록 구성될 수 있다. 제5 부분(1115g)은 타 단부가 신호 패턴(1120)의 일 측에 형성된 제2 그라운드 패턴(1140)의 일 단부와 연결되거나 제1 갭 간격(G1)으로 이격되도록 구성될 수 있다. 제6 부분(1116g)은 일 단부가 그라운드 도전 패턴(1110g)의 제4 부분(1114g)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제6 부분(1116g)은 타 단부가 제2 그라운드 패턴(1140)과 연결되거나 제1 갭 간격(G1)으로 이격되도록 구성될 수 있다. 제6 부분(1116g)은 타 단부가 신호 패턴(1120)의 타 측에 형성된 제2 그라운드 패턴(1140)의 타 단부와 연결되거나 제1 갭 간격(G1)으로 이격되도록 구성될 수 있다. 제1 갭 간격은 1.5mm 내지 4.5mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제2 신호의 축비를 임계치 이하, 예를 들어 6dB 이하로 유지할 수 있다.
한편, 제2 그라운드 패턴(1140)의 일 축 방향의 너비는 11mm 내지 14mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 이에 따라, 원형 편파를 갖는 제1 주파수 대역의 제1 신호 및 제2 주파수 대역의 제2 신호의 축비를 임계치 이하, 예를 들어 6dB 이하로 유지할 수 있다. 제2 그라운드 패턴(1140)의 내측 경계와 제1 그라운드 패턴(1130)의 외측 경계는 수평 방향인 일 축 방향으로 제2 갭 간격(G2)으로 이격되도록 구성될 수 있다. 제2 갭 간격(G2)은 3mm 내지 6mm 사이의 범위로 형성될 수 있다. 제2 갭 간격(G2)을 갖는 제2 그라운드 패턴(1140)에 의해 제1 슬롯(1130s)에 의해 방사되는 제1 신호가 제2 그라운드 패턴(1140)의 외부의 차량 유리(310)로 누설되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2 갭 간격(G2)을 갖는 제2 그라운드 패턴(1140)에 의해 제2 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제2 신호의 축비를 임계치 이하, 예를 들어 6dB 이하로 유지할 수 있다.
이하에서는 본 명세서의 일 양상에 따른 안테나 모듈을 구비한 차량에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 24는 본 명세서에 따른 차량의 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 안테나 모듈들이 차량의 다른 부품들과 결합된 구성을 나타낸다.
도 1 내지 도 24를 참조하면, 차량(500)은 전기적 그라운드로 동작하는 도전 차량 바디(conductive vehicle body)를 구비한다. 차량(500)은 유리 패널(310)의 서로 다른 위치에 배치될 수 있는 복수의 안테나들(1100a 내지 1100d)를 구비할 수 있다. 안테나 어셈블리(1000)는 복수의 안테나들(1100a 내지 1100d)가 통신 모듈(300)를 포함하도록 구성될 수 있다. 통신 모듈(300)은 송수신부 회로(1250) 및 프로세서(1400)를 포함하도록 구성될 수 있다. 통신 모듈(300)은 차량의 TCU에 해당하거나 TCU의 적어도 일부를 구성할 수 있다.
차량(500)은 오브젝트 검출 장치(520), 내비게이션 시스템(550)을 포함하도록 구성될 수 있다. 차량(500)은 통신 모듈(300)에 포함되는 프로세서(1400) 이외에 별도의 프로세서(570)를 더 포함할 수도 있다. 프로세서(1400)와 별도의 프로세서(570)는 물리적으로 구분되거나 또는 기능적으로 구분되고 하나의 기판에 구현될 수도 있다. 프로세서(1400)는 TCU로 구현될 수 있고, 프로세서(570)는 ECU(Electronic Control Unit)로 구현될 수 있다.
차량(500)이 자율주행 차량인 경우 프로세서(570)는 ECU 가 통합된 자율주행통합제어기(ADCU: Automated Driving Control Unit)일 수 있다. 카메라(531), 레이다(532) 및/또는 라이다(533)를 통해 감지된 정보에 기반하여, 프로세서(570)는 경로를 탐색하고 차량(500)의 속도를 가속 또는 감속하도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(570)는 오브젝트 검출 장치(520) 내의 MCU에 해당하는 프로세서(530) 및/또는 TCU에 해당하는 통신 모듈(300)과 연동될 수 있다.
차량(500)은 유리 패널(310)에 배치되는 제1 투명 유전체 기판(1010a) 및 제2 유전체 기판(1010b)을 포함할 수 있다. 제1 투명 유전체 기판(1010a)은 차량의 유리 패널(310)의 내부에 형성되거나 또는 유리 패널(310)의 표면에 부착될 수 있다. 제1 투명 유전체 기판(1010a)은 메탈 메쉬 격자 형태의 도전 패턴들이 형성되도록 구성될 수 있다. 차량(500)은 유전체 기판(1010)의 일 측면에 무선 신호를 방사하도록 메탈 메쉬 형상으로 형성된 도전 패턴이 형성된 안테나 모듈(1100)을 포함할 수 있다.
안테나 어셈블리(1000)는 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제1 안테나 모듈(1100a) 내지 제4 안테나 모듈(1100d)을 포함할 수 있다. 유리 패널(310)의 좌측 상부, 좌측 하부, 우측 상부 및 우측 하부에 각각 제1 안테나 모듈(1100a), 제2 안테나 모듈(1100b), 제3 안테나 모듈(1100c) 및 제4 안테나 모듈(1100d)이 배치될 수 있다. 제1 안테나 모듈(1100a) 내지 제4 안테나 모듈(1100d)을 각각 제1 안테나 (ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)로 지칭할 수 있다. 제1 안테나 (ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)는 각각 제1 안테나 모듈(ANT1) 내지 제4 안테나 모듈(ANT4)로 지칭할 수 있다. 제1 안테나 (ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)는 4G 무선 통신 및 5G 무선 통신을 수행하도록 4G 및 5G 주파수 대역의 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 제1 안테나 (ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 적어도 하나는 차량용 GNSS 안테나로 구성되어 제1 주파수 대역(L1 대역) 및 제2 주파수 대역(L5 대역)의 신호를 방사할 수도 있다.
전술한 바와 같이, 차량(500)은 통신 모듈인 텔레매틱스 제어 유닛(TCU)(300)을 포함할 수 있다. TCU(300)는 제1 내지 제4 안테나 모듈(1100a 내지 1100d) 중 적어도 하나를 통해 신호가 수신 및 송신되도록 제어할 수 있다. TCU(300)는 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이에 따라, 차량은 송수신부 회로(1250) 및 프로세서(1400)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 송수신부 회로(1250) 중 일부는 안테나 모듈 또는 이들의 조합의 단위로 배치될 수도 있다. 송수신부 회로(1250)는 제1 주파수 대역 내지 제3 주파수 대역 중 적어도 하나의 대역의 무선 신호가 안테나 모듈(ANT1 내지 ANT4)을 통해 방사되도록 제어할 수 있다. 제1 주파수 대역 내지 제3 주파수 대역은 4G/5G 무선 통신을 위한 저대역(LB), 중대역(MB) 및 고대역(HB)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합되고, 기저대역에서 동작하는 모뎀으로 구성될 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나 모듈(ANT1) 및 제2 안테나 모듈(ANT2) 중 적어도 하나를 통해 신호를 수신 또는 송신하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1400)는 차량 내부에 신호가 전달되도록 제1 안테나 모듈(ANT1) 및 제2 안테나 모듈(ANT2)을 이용하여 다이버시티 동작 또는 MIMO 동작을 수행할 수 있다.
안테나 모듈은 유리 패널(310)의 일 측면 및 타 측면의 서로 다른 영역에 배치될 수 있다. 안테나 모듈은 차량의 전면 방향의 신호들을 동시에 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 할 수 있다. 이와 관련하여, 4X4 MIMO를 수행하도록 안테나 모듈은 제1 안테나 모듈(ANT1), 제2 안테나 모듈(ANT2) 이외에 제3 안테나 모듈(ANT3) 및 제4 안테나 모듈 (ANT4)을 더 포함할 수 있다.
프로세서(1400)는 차량의 주행 경로 및 차량과 통신하는 엔티티와의 통신 경로에 기초하여, 해당 엔티티와 통신할 안테나 모듈을 선택하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1400)는 차량의 진행하는 방향에 기초하여 제1 안테나 모듈(ANT1) 및 제2 안테나 모듈(ANT2)을 이용하여 MIMO 동작을 수행할 수 있다. 또는, 프로세서(1400)는 차량의 진행하는 방향에 기초하여 제3 안테나 모듈(ANT2) 및 제2 안테나 모듈(ANT4)을 이용하여 MIMO 동작을 수행할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 둘 이상의 안테나를 통해 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 둘 이상의 안테나를 통해 제2 대역 및 제3 대역 중 적어도 하나에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
이에 따라, 어느 한 대역에서 차량에서 신호 송신/수신 성능이 저하되는 경우 다른 대역을 통해서 차량에서 신호 송신/수신이 가능하다. 일 예로, 차량에서 넓은 통신 커버리지와 연결 신뢰성을 위해 저대역인 제1 대역에서 우선적으로 통신 연결을 수행하고, 이후 제2 및 제3 대역에서 통신 연결을 수해할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 적어도 하나를 통해 반송파 집성(CA) 또는 이중 연결(DC)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 대역보다 넓은 제2 대역 및 제3 대역의 집성을 통해서 통신 용량을 확대할 수 있다. 또한, 차량의 서로 다른 영역에 배치되는 복수의 안테나 소자들을 이용하여 주변 차량 또는 엔티티들과 이중 연결을 통해 통신 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이상에서는 차량 유리에 배치될 수 있는 광대역 투명 안테나 어셈블리 및 이를 구비하는 차량에 대해 설명하였다. 이와 같은 차량 유리에 배치될 수 있는 광대역 투명 안테나 어셈블리 및 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 차량 유리의 특정 영역에 배치되는 GNSS 안테나를 이중 슬롯 구조로 형성하여 GNSS 안테나가 이중 대역에서 동작할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량 유리의 특정 영역에 배치되는 GNSS 안테나를 이중 슬롯 구조 및 도전 패턴의 최적화를 통해 이중 대역에서 원형 편파 특성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 따르면, 이중 대역에서 원형 편파로 동작하는 GNSS 안테나의 방사체로 동작하는 도전 패턴과 그라운드 도전 패턴을 단일 레이어 상에서 구현할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 투명 안테나로 구현된 GNSS 안테나를 차량 유리에 부착 시, 투명 기판 및 불투명 기판을 각각 차량 유리의 투명 기판 및 불투명 영역에 배치하여 차량 유리에 의한 안테나 특성 변화를 최소화할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 투명 안테나로 구현된 GNSS 안테나를 차량 유리에 부착 시 더미 메탈 메쉬 격자 구조를 통해 육안에 의해 안테나 패턴을 구별되지 않게 비가시성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 따르면, 투명 소재로 차량 유리 영향을 줄일 수 있는 구조인 동시에 단일 레이어 구조의 이중 대역 원형 편파로 동작하여 위성 통신을 수행할 수 있는 GNSS 안테나 구조를 제공할 수 있다.
본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 명세서와 관련하여, 투명 안테나를 포함하는 안테나 어셈블리 및 이를 제어하는 차량의 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 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 차량에 있어서,
    투명 영역과 불투명 영역을 포함하는 차량 유리;
    상기 차량 유리의 상기 투명 영역에 배치되는 투명 유전체 기판;
    상기 투명 유전체 기판의 일 측면상의 안테나를 포함하는 제1 영역; 및
    상기 안테나와 전기적으로 연결되는 급전 패턴 및 그라운드 도전 패턴을 포함하는 제2 영역을 포함하고,
    상기 안테나는,
    상기 제2 영역의 상기 급전 패턴과 연결된 신호 패턴;
    상기 제2 영역의 상기 그라운드 도전 패턴과 연결된 제1 그라운드 패턴;
    상기 신호 패턴과 상기 제1 그라운드 패턴 사이에 형성되고, 제1 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제1 신호를 방사하도록 구성된 제1 슬롯;
    상기 제2 영역의 상기 그라운드 도전 패턴과 연결되거나 또는 이격되고, 상기 제1 그라운드 패턴을 둘러싸도록 구성된 제2 그라운드 패턴; 및
    상기 제1 그라운드 패턴과 상기 제2 그라운드 패턴 사이에 형성되고, 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 슬롯을 포함하고,
    상기 제2 그라운드 패턴의 내부에 형성된 상기 제2 슬롯의 길이는 상기 제2 주파수 대역 내의 동작 주파수에 대응하는 파장(wavelength)의 3/4 내지 한 파장 사이의 범위로 구성되고,
    상기 제2 그라운드 패턴은 상기 제1 그라운드 패턴을 둘러싸도록 형성되어, 상기 제1 슬롯에 의해 방사되는 제1 신호가 상기 제2 그라운드 패턴의 외부의 상기 차량 유리로 누설되는 것을 방지하고, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 방사 패턴이 상기 차량의 천장 방향으로 형성되는, 차량.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 그라운드 패턴은 외측 경계(outer boundary)의 적어도 일부가 원형 형상으로 구성되고,
    상기 제1 그라운드 패턴의 외측 경계의 직경은 상기 제1 주파수 대역 내의 동작 주파수에 대응하는 파장의 1/4 내지 1/2 사이의 범위로 구성되는, 차량.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 그라운드 패턴의 내측 경계의 제1 부분은 원형 형상으로 형성되고, 상기 제1 그라운드 패턴의 내측 경계의 제2 부분은 일 축 방향 및 타 축 방향의 직선 라인으로 형성되고,
    상기 제1 그라운드 패턴은 상기 일 축 방향으로 제1 너비 및 상기 제1 너비보다 좁은 2 너비로 형성되는, 차량.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 그라운드 패턴의 일 축 방향의 너비는 11mm 내지 14mm 사이의 범위로 형성되어, 원형 편파를 갖는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 축비(axial ratio)를 임계치 이하로 유지하는, 차량.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 그라운드 도전 패턴은,
    상기 제1 그라운드 패턴과 연결되고, 상부 영역 및 하부 영역을 갖는 제1 부분;
    상기 제1 그라운드 패턴과 연결되고, 상부 영역 및 하부 영역을 갖는 제2 부분 - 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 상기 급전 패턴이 형성됨;
    상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제1 부분의 하부 영역과 연결되고, 상기 제1 부분의 상부 영역과 이격되도록 구성된 제3 부분; 및
    상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제2 부분의 하부 영역과 연결되고, 상기 제2 부분의 상부 영역과 이격되도록 구성된 제4 부분을 포함하는, 차량.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제1 부분 및 상기 제2 부분의 상부 영역과 이격된 상기 제3 부분 및 상기 제4 부분의 너비는 2mm 내지 6mm 사이의 범위로 형성되어, 원형 편파를 갖는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 축비를 임계치 이하로 유지하는, 차량.
  7. 제5 항에 있어서,
    일 단부가 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제3 부분과 연결되고, 타 단부가 상기 제2 그라운드 패턴과 연결되도록 구성된 제5 부분; 및
    일 단부가 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제4 부분과 연결되고, 타 단부가 상기 제2 그라운드 패턴과 연결되도록 구성된 제6 부분을 더 포함하는, 차량.
  8. 제5 항에 있어서,
    일 단부가 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제3 부분과 연결되고, 타 단부가 상기 제2 그라운드 패턴과 제1 갭 간격으로 이격되도록 구성된 제5 부분; 및
    일 단부가 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제4 부분과 연결되고, 타 단부가 상기 제2 그라운드 패턴과 제1 갭 간격으로 이격되도록 구성된 제6 부분을 더 포함하고,
    상기 제1 갭 간격은 1.5mm 이하로 형성되어, 상기 제2 주파수 대역의 상기 원형 편파를 갖는 제2 신호의 축비를 임계치 이하로 유지하는, 차량.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 그라운드 패턴의 내측 경계와 상기 제1 그라운드 패턴의 외측 경계 간의 제2 갭 간격은 3mm 내지 6mm 사이의 범위로 형성되고,
    상기 제2 갭 간격을 갖는 상기 제2 그라운드 패턴에 의해 상기 제1 슬롯에 의해 방사되는 제1 신호가 상기 제2 그라운드 패턴의 외부의 상기 차량 유리로 누설되는 것을 방지하고, 상기 제2 주파수 대역의 상기 원형 편파를 갖는 제2 신호의 축비를 임계치 이하로 유지하는, 차량.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 그라운드 패턴의 상부 영역의 외측 경계는 원형 형상으로 구성되고,
    상기 제2 그라운드 패턴의 상부 영역의 일부 및 측면 영역의 내측 경계 및 외측 경계는 직선 라인으로 구성되는, 차량.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 그라운드 패턴의 상부 영역의 외측 경계는 원형 형상으로 구성되고,
    상기 제2 그라운드 패턴의 상부 영역 및 측면 영역의 외측 경계가 상기 제1 영역에서 직선 라인으로 구성되거나 또는 원형 형상으로 구성되는, 차량.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 그라운드 패턴은,
    상기 제1 그라운드 패턴과 연결되거나 또는 제1 갭 간격으로 이격되도록 구성된 제1 서브 패턴;
    상기 제1 그라운드 패턴과 연결되거나 또는 제1 갭 간격으로 이격되도록 구성된 제2 서브 패턴; 및
    상기 제1 서브 패턴의 단부 및 상기 제2 서브 패턴의 단부와 소정 갭 간격으로 이격되도록 구성되고, 상기 제2 그라운드 패턴의 상부 영역을 형성하는 제3 서브 패턴을 포함하는, 차량.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 신호 패턴, 상기 제1 그라운드 패턴, 상기 제2 그라운드 패턴은 상기 투명 유전체 기판 상에서 내부 영역이 상호 연결되고 내측 경계 및 외측 경계에서 복수의 개방 영역(opening area)들을 구비하는 메탈 메쉬 형상으로 형성되고,
    상기 신호 패턴, 상기 제1 그라운드 패턴, 상기 제2 그라운드 패턴은 상기 투명 유전체 기판 상에서 Coplanar Waveguide (CPW) 구조인 것을 특징으로 하는, 차량.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 형성된 안테나 어셈블리는 상기 투명 유전체 기판 상의 메탈 메쉬 형상의 도전 패턴들의 외측 부분에 배치된 복수의 더미 메쉬 격자 패턴들을 포함하고,
    상기 복수의 더미 메쉬 격자 패턴들은 상기 급전 패턴 및 상기 그라운드 도전 패턴과 연결되지 않고,
    상기 복수의 더미 메쉬 격자 패턴들은 상호 간에 분리되는 것을 특징으로 하는, 차량.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 더미 메쉬 격자 패턴들은
    상기 신호 패턴의 외측 부분인 상기 제1 슬롯에 배치된 제1 더미 메쉬 격자 패턴들 - 상기 제1 더미 메쉬 격자 패턴들은 일 축 방향 및 타 축 방향으로 상호 분리되고 상기 신호 패턴 및 상기 제1 그라운드 패턴의 경계와 상호 분리됨;
    상기 제1 그라운드 패턴의 외측 부분인 상기 제2 슬롯에 배치된 제2 더미 메쉬 격자 패턴들 - 상기 제2 더미 메쉬 격자 패턴들은 일 축 방향 및 타 축 방향으로 상호 분리되고 상기 제1 그라운드 패턴 및 상기 제2 그라운드 패턴의 경계와 상호 분리됨을 포함하는, 차량.
  16. 차량에 있어서,
    투명 영역 및 불투명 영역을 포함하는 유리 패널; 및;
    상기 유리 패널 상에 배치되는 안테나 어셈블리를 포함하고,
    상기 안테나 어셈블리는,
    상기 유리 패널의 상기 투명 영역에 배치된 제1 투명 유전체 기판;
    상기 제1 투명 유전체 기판의 일 측면상의 제1 영역에 배치된 안테나 패턴 - 상기 제1 투명 유전체 기판의 일 측면상의 상기 제1 영역은 상기 유리 패널의 상기 투명 영역에 배치됨;
    상기 안테나 패턴과 연결되고, 상기 제1 투명 유전체 기판의 일 측면상의 제2 영역에 배치된 연결 패턴 - 상기 제1 투명 유전체 기판의 일 측면상의 상기 제2 영역은 상기 유리 패널의 상기 불투명 영역에 배치됨;
    상기 유리 패널의 상기 불투명 영역에 배치된 제2 유전체 기판; 및
    상기 제2 유전체 기판의 일 측면 상에 제2 영역에 배치된 그라운드 도전 패턴 및 급전 패턴을 포함하고,
    상기 안테나 패턴은,
    상기 제2 영역의 상기 급전 패턴과 연결된 신호 패턴;
    상기 제2 영역의 상기 그라운드 도전 패턴과 연결된 제1 그라운드 패턴;
    상기 신호 패턴과 상기 제1 그라운드 패턴 사이에 형성되고, 제1 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제1 신호를 방사하도록 구성된 제1 슬롯;
    상기 제2 영역의 상기 그라운드 도전 패턴과 연결되거나 또는 이격되고, 상기 제1 그라운드 패턴을 둘러싸도록 구성된 제2 그라운드 패턴; 및
    상기 제1 그라운드 패턴과 상기 제2 그라운드 패턴 사이에 형성되고, 상기 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역의 원형 편파를 갖는 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 슬롯을 포함하고,
    상기 제2 그라운드 패턴의 내부에 형성된 상기 제2 슬롯의 길이는 상기 제2 주파수 대역 내의 동작 주파수에 대응하는 파장(wavelength)의 3/4 내지 한 파장 사이의 범위로 구성되고,
    상기 제2 그라운드 패턴은 상기 제1 그라운드 패턴을 둘러싸도록 형성되어, 상기 제1 슬롯에 의해 방사되는 제1 신호가 상기 제2 그라운드 패턴의 외부의 상기 유리 패널로 누설되는 것을 방지하고, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 방사 패턴이 상기 차량의 천장 방향으로 형성되는, 차량.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 그라운드 패턴은 외측 경계(outer boundary)의 적어도 일부가 원형 형상으로 구성되고,
    상기 제1 그라운드 패턴의 외측 경계의 직경은 상기 제1 주파수 대역 내의 동작 주파수에 대응하는 파장의 1/4 내지 1/2 사이의 범위로 구성되고,
    상기 제1 그라운드 패턴의 내측 경계의 제1 부분은 원형 형상으로 형성되고, 상기 제1 그라운드 패턴의 내측 경계의 제2 부분은 일 축 방향 및 타 축 방향의 직선 라인으로 형성되고,
    상기 제1 그라운드 패턴은 상기 일 축 방향으로 제1 너비 및 상기 제1 너비보다 좁은 제2 너비로 형성되는, 차량.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 그라운드 도전 패턴은,
    상기 제1 그라운드 패턴과 연결되고, 상부 영역 및 하부 영역을 갖는 제1 부분;
    상기 제2 그라운드 패턴과 연결되고, 상부 영역 및 하부 영역을 갖는 제2 부분 - 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 상기 급전 패턴이 형성됨;
    상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제1 부분의 하부 영역과 연결되고, 상기 제1 부분의 상부 영역과 이격되도록 구성된 제3 부분; 및
    상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제2 부분의 하부 영역과 연결되고, 상기 제2 부분의 상부 영역과 이격되도록 구성된 제4 부분을 포함하고,
    상기 도전 패턴의 상기 제1 부분 및 상기 제2 영역의 상부 영역과 이격된 상기 제3 부분 및 상기 제4 부분의 너비는 2mm 내지 6mm 사이의 범위로 형성되는, 차량.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 그라운드 도전 패턴은,
    일 단부가 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제3 부분과 연결되고, 타 단부가 상기 제2 그라운드 패턴과 연결되거나 제1 갭 간격으로 이격되도록 구성된 제5 부분; 및
    일 단부가 상기 그라운드 도전 패턴의 상기 제4 부분과 연결되고, 타 단부가 상기 제2 그라운드 패턴과 연결되거나 제1 갭 간격으로 이격되도록 구성된 제6 부분을 더 포함하고,
    상기 제1 갭 간격은 1.5mm 내지 4.5mm 사이의 범위로 형성되는, 차량.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 제2 그라운드 패턴의 일 축 방향의 너비는 11mm 내지 14mm 사이의 범위로 형성되고,
    상기 제2 그라운드 패턴의 내측 경계와 상기 제1 그라운드 패턴의 외측 경계 간의 제2 갭 간격은 3mm 내지 6mm 사이의 범위로 형성되는, 차량.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021201322A1 (ko) 2020-04-02 2021-10-07 엘지전자 주식회사 안테나를 구비하는 전자 기기

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WO2021201322A1 (ko) 2020-04-02 2021-10-07 엘지전자 주식회사 안테나를 구비하는 전자 기기

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