KR20110066639A - 차량용 안테나 장치 - Google Patents

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Abstract

차량의 외부에 장착되는 차량용 안테나 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 차량용 안테나 장치는, 차체에 고정되는 베이스와, 베이스 상에 고정되는 유전체와, 그라운드에서 일정 높이를 가지고 이격되어 유전체의 표면 상에 형성되는 패턴안테나와, 베이스에 고정되어 상향 돌출되는 헬리컬 안테나 - 헬리컬 안테나는 패턴안테나와 연결되는 헬리컬 단부를 구비하고, 헬리컬 단부는 그라운드에서 일정한 높이를 가지고 이격됨 - 와, 베이스와 결합되어 유전체, 패턴안테나 및 헬리컬 안테나를 수용하는 커버를 포함하는 것으로, 신호 대 잡음비를 높이고 부피의 제약을 받지 않고 다양한 디자인으로 형성할 수 있는 점에 특징이 있다.
차량, 안테나, SNR

Description

차량용 안테나 장치{ANTENNA DEVICE FOR VEHICLE}
본 발명은 차량의 외부에 장착되는 차량용 안테나 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)를 크게 할 수 있는 차량용 안테나 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량에서 전파를 송신하거나 수신하는 안테나는 내장되어 있거나 별도의 설치 과정을 거쳐 차량의 외부에 장착된다. 내장되어 있는 안테나로는 차량의 윈도우의 열선에 안테나 기능이 내장되어 AM 혹은 FM 등의 방송 신호를 수신할 수 있는 글래스 안테나 등이 있다. 그리고 차량의 외부에 설치되는 안테나는 λ/4의 수직도선을 동축 케이블에 접속하고 차체를 접지로 사용하는 휩 안테나, 길이가 신장되는 텔레스코픽 안테나, 막대형의 폴 안테나 등이 있다.
최근 위성항법을 이용한 내비게이션 장치 혹은 지상파 DMB(Digital Multimedia Broadcast, 디지털 멀티미디어 방송)를 시청하기 위한 DMB 장치 등을 설치한 차량이 늘고 있다. 하지만, 전술한 안테나를 통해서는 내비게이션용 위성 신호를 수신하거나 DMB(T-DMB 포함) 등의 방송 신호를 수신하는 데 어려움이 있어 차량의 외부에 별도의 안테나를 고정 설치할 필요가 있다. 이를 위해 최근 상어 지 느러미 형상을 가진 일명 샤크(shark) 안테나 장치가 개발되어 차량의 외부에 설치되고 있다.
도 1은 기존에 차량 외부에 설치되는 외장형 안테나 장치의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 케이스(11), 베이스(12), 인쇄회로기판(13), 칩 안테나(14), 헬리컬 안테나(15)를 포함하는 외장형 안테나 장치가 도시되어 있다.
케이스(11)는 하부가 개방된 상어 지느러미 형상을 하고 있으며, 내부가 비어 있어 인쇄회로기판(13), 칩 안테나(14) 및 헬리컬 안테나(15)를 수용한다. 칩 안테나(14)는 GPS나 CDMA 신호를 수신하며, 헬리컬 안테나(15)는 DMB 신호를 수신한다. 칩 안테나(14)와 헬리컬 안테나(15)는 각각 인쇄회로기판(13)에 전기적으로 연결되어 있으며, 인쇄회로기판(13)에는 도전성 패턴이 형성되어 있어 각 안테나에서 수신한 GPS나 CDMA 신호, DMB 신호를 수신기에 연결된 동축케이블로 전달한다.
여기서, 헬리컬 안테나(15)는 금속선을 나사선 모양으로 감아 만든 안테나이다. 하지만, 안테나의 특성상 DMB 신호를 수신하기 위해서 헬리컬 안테나(15)는 소정의 높이(h)를 확보할 필요가 있다. 이로 인해 헬리컬 안테나(15)를 내부에 수용하는 케이스(11)는 헬리컬 안테나(15)의 높이(h)보다 높은 높이를 가지는 상어 지느러미 형상을 가져야 함으로 인해 차량의 미관을 해치는 등의 문제점이 있었다.
또한, 안테나의 길이는 송수신하는 주파수에 반비례한다. 따라서, 외장형 안테나 장치를 통해 상대적으로 주파수가 낮은 AM 혹은 FM 등의 라디오 방송 신호를 수신하고자 하는 경우에는 현재의 헬리컬 안테나의 높이(h)를 크게 하여 길이가 증 가된 헬리컬 안테나를 필요로 하는 바, 기존의 외장형 안테나 장치는 헬리컬 안테나의 높이를 크게 하는데 외관상 많은 제약이 따르기 때문에 현실적으로 라디오 방송 신호를 수신하지 못하는 한계가 있었다.
이상에서 알 수 있는 바와 같이, 최근에는 차량의 외관을 해치지 않으면서도 다양한 종류의 방송 신호를 수신할 수 있고, 더 나아가 신호 품질이 우수한 즉, 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, SNR)가 높은 차량용 안테나가 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, SNR을 높여서 신호 품질을 향상할 수 있는 차량용 안테나 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 다양한 크기 및 형상을 가질 수 있으면서도 DMB 신호 이외에 AM 또는 FM 신호까지 수신할 수 있는 차량용 안테나 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 차량용 안테나 장치는, 차체에 고정되는 베이스와, 베이스 상에 고정되는 유전체와, 그라운드에서 일정 높이를 가지고 이격되어 유전체의 표면 상에 형성되는 패턴안테나와, 베이스에 고정되어 상향 돌출되는 헬리컬 안테나- 헬리컬 안테나는 패턴안테나와 연결되는 헬리컬 단부를 구비하고, 헬리컬 단부는 그라운드에서 일정한 높이를 가지고 이격됨- 와, 베이스와 결합되어 유전체, 패턴안테나 및 헬리컬 안테나를 수용하는 커버를 포함한다.
본 발명에 따른 차량용 안테나 장치의 실시 예들은 다음과 같은 특징들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 패턴안테나는 직선, 곡선, 나선 및 미앤더(meander) 중 어느 하나의 형상을 가질 수 있다. 그리고 패턴안테나는 다수 개의 단위 패턴으로 이루어지는 미앤더 형상을 가지고, 단위 패턴은 그라운드에서 모두 동일한 높이를 가질 수 있다.
유전체는, 경사지게 형성된 경사부와, 경사부를 중심으로 좌우 대칭으로 형성된 양 측면을 구비하고, 단위 패턴은, 양 측면에 각각 배열될 수 있다. 그리고 단위 패턴은 경사부를 따라서 배열됨으로써 길이가 점진적으로 증가하도록 형성할 수 있다.
본 발명은 SNR을 높여서 신호 품질을 향상할 수 있는 차량용 안테나 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 다양한 크기 및 형상을 가질 수 있으면서도 DMB 신호 이외에 AM 또는 FM 신호까지 수신할 수 있는 차량용 안테나 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 원하는 신호를 수신할 수 있으면서도 안테나의 높이 등의 제한이 완화되어 다양한 디자인의 외관 설계가 가능하기 때문에, 차량의 미관을 해치지 않는 차량용 안테나 장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르 게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 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.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 차량용 안테나 장치(100)의 분해 사시도이고, 도 3은 도 2에 예시된 차량용 안테나 장치(100)의 패턴안테나(150)에 대한 정면도이다. 참고로, 도 3에서는, 패턴안테나(150)가 위치하는 유전체(144)를 생략하였다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 안테나 장치(100)는, 차체(도시하지 않음)에 고정되는 베이스(140)와, 베이스(140) 상에 고 정되어 상향 돌출되는 유전체(144)와, 그라운드(GND)로부터 일정 높이를 가지고 유전체(144)의 표면에 형성되는 패턴안테나(150)와, 베이스(140)에 고정되어 상향 돌출되고 패턴안테나(150)와 연결되는 헬리컬 안테나(160)와, 베이스(140)와 결합하고 유전체(144), 패턴안테나(150) 및 헬리컬 안테나(160)를 내부에 수용하는 커버(120)를 포함한다.
본 실시예에 따른 차량용 안테나 장치(100)는, 헬리컬 안테나(160)와 연결되는 패턴안테나(150)를 구비하여 안테나의 길이를 연장한 것을 특징으로 한다. 따라서 헬리컬 안테나(160) 및 패턴안테나(150)로 이루어지는 안테나는 주파수 대역이 상대적으로 낮은 FM 신호는 물론 AM 신호도 수신하기에 충분한 전기적 길이를 확보할 수 있게 된다. 그리고 헬리컬 안테나(160) 및 패턴안테나(150)는 모두 차량의 차체에 해당하는 그라운드(GND)로부터 일정 높이를 가지고 형성되어 있기 때문에, 잡음(noise)을 줄일 수 있어서 신호 대 잡음비 즉, SNR을 향상할 수 있다는 점에 특징이 있다.
본 실시예에 따른 차량용 안테나 장치(100)는, 외체(外體)를 형성하는 커버(120) 및 베이스(140)와, 커버(120)의 내부에 수용되는 인쇄회로기판(142), 유전체(144), 패턴안테나(150) 및 헬리컬 안테나(160)를 포함한다.
커버(120)는 상어 지느러미 형상을 갖는 것으로, 하부는 개방되어 있고 그 내부에는 빈 공간이 형성되어 있다. 커버(120)는 유전체(144) 및 헬리컬 안테나(160)를 수용할 수 있을 정도의 높이를 가지게 된다. 따라서 커버(120)가 유전체(144) 및 헬리컬 안테나(160)를 수용할 수만 있다면, 어떠한 형상을 갖더라도 무 방하다. 예를 들어, 커버(120)는 유선 형상 또는 아크(arc) 형상 등을 가질 수 있다. 그리고 커버(120)는 플라스틱 수지와 같은 비전도성 물질에 의해 형성된다.
베이스(140)는 차량의 차체와 접하면서 고정되는 것으로, 커버(120)의 단부에 대응하는 판 형상을 갖는다. 따라서 베이스(140)와 커버(120)가 결합하게 되면, 차량용 안테나 장치(100)의 내부는 외부와 차폐된다. 베이스(140)에는 차량의 내부로 전선이 유입되도록 하는 전선공(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 그리고 베이스(140) 상에는 인쇄회로기판(142)이 결합된다.
베이스(140) 상에 고정되는 인쇄회로기판(142)에는 도전성 패턴(도시하지 않음)이 형성되어 있어서, DMB 신호 및/또는 AM 혹은 FM 등의 라디오 방송 신호를 이 도전성 패턴을 통해 동축케이블(도시하지 않음)에 전달한다. 동축케이블은 수신기(도시하지 않음)와 연결되어 있는데, 수신기는 차량에 설치되거나 인쇄회로기판(142)에 구현 또는 실장 될 수 있다. 그리고 인쇄회로기판(142) 상에 형성된 도전성 패턴은 헬리컬 안테나(160)의 단부와 연결되어 있다. 따라서 패턴안테나(150) 및/또는 헬리컬 안테나(160)를 통해 수신된 방송 신호는, 도전성 패턴과 연결된 동축케이블을 통해서 수신기에 전달된다.
인쇄회로기판(142) 상에는 칩 안테나(도시하지 않음)가 추가로 실장 될 수 있다. 칩 안테나는 GPS 신호 또는 CDMA 신호를 수신할 수 있는데, GPS 신호 혹은 CDMA 신호 역시 동축케이블을 통해서 수신기로 전달된다.
수신기는 차량에 설치되거나 인쇄회로기판(142)에 구현 혹은 실장 될 수 있다. 수신기는 안테나가 수신된 DMB 신호, AM 혹은 FM 등의 라디오 방송 신호, GPS 신호, CDMA 신호 중 필요로 하는 주파수 대역의 신호를 필터링 하는 대역 통과 필터(Band Pass Filter, BPF)와, 신호를 증폭시키면서도 잡음 지수를 낮추는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA)와, 저잡음 증폭기의 게인(gain)을 조절하는 매칭 회로와, 신호를 송수신하는 모뎀 등을 포함한다.
유전체(144)는 인쇄회로기판(142) 상에 고정되는 것으로, 커버(120)와 유사한 상어 지느러미 형상을 가질 수 있다. 유전체(144)는 좌우 측면(148)과, 그 중앙에 형성된 경사부(146)를 포함한다. 좌우 측면(148)은 경사부(146)를 중심으로 좌우 대칭으로 형성되어 있다. 유전체(144)의 좌우 측면(148)에는 패턴안테나(150)가 형성되어 있으며, 일 측면에 형성된 패턴안테나(150)와 타 측면에 형성된 패턴안테나(150)는 경사부(146) 상에 형성된 패턴안테나(150)에 의해 연결되어 있다. 유전체(144)의 후방에는 헬리컬 안테나(160)가 고정되어 있다.
패턴안테나(150)는 유전체(144) 상에 형성되어 있으며, 헬리컬 안테나(160)와 함께 방송 신호를 수신하는 역할을 한다. 본 실시예에 따른 차량용 안테나는 패턴안테나(150)를 이용하여 부피를 적게 차지하면서도 안테나의 길이를 증가시켰으며, 이로 인해서 저주파 방송 신호를 수신할 수 있게 된다.
도 2 내지 도 3에 예시된 패턴안테나(150)는 미앤더(meander) 형상으로 형성되어 있다. 이와 같이 패턴안테나(150)를 미앤더 형상을 갖도록 함으로써, 부피를 작게 차지하면서도 안테나의 길이를 연장할 수 있게 된다. 물론, 패턴안테나(150)는 수신하고자 하는 신호의 주파수 또는 파장의 길이 등에 의해 다양한 형상을 가질 수 있는데, 예를 들어 미앤더 형상 이외에 직선, 곡선, 나선 등의 형상을 가질 수도 있다.
도 3을 참고하면, 패턴안테나(150)의 패턴단부(152)는 그라운드(GND)로부터 일정한 높이(a)를 가지고 형성되어 있음을 알 수 있다. 이와 같이, 패턴안테나(150)와 그라운드(GND) 사이에 일정한 간격을 두는 이유는, 패턴안테나(150)의 패턴단부(152)와 그라운드(GND) 사이의 간격이 작아지게 되면, 잡음이 발생하여 신호 품질이 떨어지기 때문이다. 따라서 본 실시예에 따른 차량용 안테나는, 패턴안테나(150)를 그라운드(GND)로부터 거리 a 만큼 이격되게 형성함으로써 잡음을 줄여서 SNR을 향상하였다.
본 실시예에 따른 패턴안테나(150)는 다수 개의 단위 패턴(154)로 이루어진다. 도 2 내지 도 3에서는 유전체(144)의 일 측면에 4개의 단위 패턴(154)이 형성되어 있는 것으로 예시되어 있다. 각각의 단위 패턴(154)은 모두 그라운드(GND)에 대해서 동일한 높이(a)를 갖는다. 그리고 단위 패턴(154)은 경사부(146)의 길이를 따라서 배열되어 있기 때문에, 그 길이가 점진적으로 증가하게 된다.
패턴단부(152)와 그라운드(GND) 사이의 간격 a는, 안테나패턴(150)의 길이, 형상 및 수신하는 방송 신호의 종류 등에 따라서 달라질 수 있음은 물론이다.
그리고 본 실시예에서는 패턴안테나(150)가 유전체(144)의 외표면에 형성되어 있는 것으로 설명하였지만, 필요에 따라서 유전체(144)의 내표면에 패턴안테나(150)를 형성할 수도 있다.
패턴안테나(150)의 끝 부분은 헬리컬 안테나(160)와 연결되어 있다. 헬리컬 안테나(160)는 유전체(144)의 후방에 위치하고, 상단부에 해당하는 헬리컬단 부(162)는 패턴안테나(150)와 연결되어 있으며 하단부는 인쇄회로기판(142)에 형성된 도전성 패턴과 연결되어 있다. 헬리컬 안테나(160)와 패턴안테나(150)는 납땜에 의해 상호 연결될 수 있으며, 단순 접촉으로도 연결될 수 있다.
도 3을 참조하면, 헬리컬 안테나(160)의 상단부도 그라운드(GND)로부터 거리 a 만큼 이격되어 있다. 이와 같이 헬리컬 안테나(160)와 그라운드(GND) 사이의 간격을 일정하게 유지하는 것은, 그라운드(GND)와 인접함으로써 발생하는 잡음을 줄이기 위함이다.
패턴안테나(150) 및 헬리컬 안테나(160)는 연속적으로 연결되어 하나의 방사 패턴으로 기능하므로, 수신하고자 하는 신호의 주파수에 반비례하여, 즉 신호의 파장의 길이에 비례하도록 패턴안테나(150)의 패턴의 길이 및 모양 그리고 헬리컬 안테나(160)의 길이 및 모양이 결정된다.
지상파 DMB 신호의 경우 174~216 MHz의 주파수 대역을 가지고 FM 신호의 경우 87~108 MHz의 주파수 대역을 가지는 초단파 신호이며, AM 신호의 경우 522~1600 kHz의 주파수 대역을 가지는 중파 신호이다. 따라서, 지상파 DMB 신호를 수신하고자 하는 경우에는, 패턴안테나(150)의 길이가 짧고 모양이 단순하거나 또는 헬리컬 안테나(160)의 길이가 짧을 수 있다. 그리고 AM 신호를 수신하고자 하는 경우에는, 패턴안테나(150)의 길이가 길거나 모양이 복잡하거나 또는 헬리컬 안테나(160)의 길이가 길게 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 차량용 안테나는, 패턴안테나(150) 및 헬리컬 안테나(160)가 연결되어 충분한 전기적 길이를 확보할 수 있다. 따라서 수신기에서는 게 인(gain)이 적은 저잡음 증폭기를 이용해서도 충분한 수신 이득을 획득할 수 있어, 본 실시예들의 차량용 안테나를 이용하는 경우 경제적인 측면에서 비용이 저렴한 저잡음 증폭기를 활용할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 실시예에 따르면 패턴안테나(150)는 적은 부피를 차지하면서도 충분한 전기적 길이를 확보할 수 있기 때문에, 도 1에 도시된 차량용 안테나 장치와 대비할 때, 동일 크기에서는 낮은 주파수 대역의 신호 수신이 가능하며 우수한 성능 향상 효과를 보이게 된다. 따라서 안테나가 차지하는 부피가 줄어들기 때문에, 커버(120)를 형성할 때 디자인의 선택폭이 넓어져서 다양한 디자인으로 설계가 가능한 장점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 차량의 외부에 설치되는 종래의 외장형 안테나의 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 안테나 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 안테나 장치의 패턴안테나의 정면도이다.
<도면 부호의 설명>
120: 커버 140: 베이스
142: 인쇄회로기판 144: 유전체
146: 경사부 148: 측면
150: 패턴안테나 152: 패턴단부
160: 헬리컬 안테나 162: 헬리컬 단부

Claims (5)

  1. 차량의 외부에 고정되어 차체를 그라운드로 하는 차량용 안테나 장치에 있어서,
    차체에 고정되는 베이스;
    상기 베이스 상에 고정되는 유전체;
    상기 그라운드에서 일정 높이를 가지고 이격되어 상기 유전체의 표면 상에 형성되는 패턴안테나;
    상기 베이스에 고정되어 상향 돌출되는 헬리컬 안테나 - 상기 헬리컬 안테나는 상기 패턴안테나와 연결되는 헬리컬 단부를 구비하고, 상기 헬리컬 단부는 상기 그라운드에서 일정한 높이를 가지고 이격됨-; 및
    상기 베이스와 결합되어 상기 유전체, 상기 패턴안테나 및 상기 헬리컬 안테나를 수용하는 커버를 포함하는 차량용 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴안테나는 직선, 곡선, 나선 및 미앤더(meander) 중 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 차량용 안테나 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패턴안테나는 다수 개의 단위 패턴으로 이루어지는 미앤더 형상을 가지 고,
    상기 단위 패턴은 상기 그라운드에서 모두 동일한 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 안테나 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 유전체는, 경사지게 형성된 경사부와, 상기 경사부를 중심으로 좌우 대칭으로 형성된 양 측면을 구비하고,
    상기 단위 패턴은, 상기 양 측면에 각각 배열되는 것을 특징으로 하는 차량용 안테나 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 단위 패턴은 상기 경사부를 따라서 배열됨으로써 길이가 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 차량용 안테나 장치.
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