KR20170004431A - 차량용 내장 안테나 장치 - Google Patents

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Abstract

차량용 내장 안테나 장치에 관한 기술이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 내장 안테나 장치는, 일 단이 차량 내부에 고정되고 타 단이 룸미러와 결합되는 룸미러 넥부에 설치되어 차량의 전방 유리 측으로 신호를 방사하는 패치 안테나부; 및 상기 패치 안테나부에서 방사되는 방사 신호를 보상하도록 상기 패치 안테나부와 소정 이격거리를 두고 상기 전방 유리에 설치되는 도전성 필름부를 포함하여,
차량용 내장 안테나의 신호 손실을 보상하고 방사 효율 및 안테나 성능을 개선하며, 실질적으로 내장 안테나의 지향성을 발생 및 변경시키는 효과를 가져올 수 있다.

Description

차량용 내장 안테나 장치{Internal antenna device for vehicle}
본 발명은 차량용 내장 안테나 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 차량용 내장 안테나의 신호 손실을 보상하여 방사 효율 및 안테나 성능을 개선하는 차량용 내장 안테나 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 차량용 안테나는 차량에서 사용되는 무선 통신 기기들의 통신을 위해 차량의 내·외부에 장착되는 다양한 종류의 안테나를 말한다. 최근, AM/FM 라디오, DMB(Digital Multimedia Broadcast) 수신기, GPS(Global Positioning System), 차량용 이동통신기기 등, 차량에서 사용되는 무선 통신 기기들이 다양화 됨에 따라, 차량용 안테나 기술에 대한 관심과 연구·개발이 급증하고 있는 추세이다.
이러한 차량용 안테나는, 설치 위치에 따라 차량의 외장 패널에 설치되는 외장 안테나와 차량 내부에 설치되는 내장 안테나로 분류될 수 있다. 이들 중 내장 안테나의 경우, 차체를 구성하는 금속 구조물 등의 영향으로 송·수신 신호에 많은 손실이 발생하게 된다. 특히, 고주파 대역 신호를 이용하는 5.8GHz 대역 V2X(Vehicle to Everything) 신호의 경우, 신호 손실이 40%까지 발생할 수 있다. 따라서, 내장 안테나의 경우, 방사 효율과 안테나 성능을 개선하기 위해 신호 손실을 보상할 수 있는 적절한 수단이 필요하며, 무지향성(omnidirectional)이 중시되는 외장 안테나와는 달리, 오히려 일정한 지향성을 갖도록 할 필요가 있다.
그러나, 한국 공개특허공보 제10-2000-0038062호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술들은, 내장 안테나의 신호 손실을 간단하고 효율적인 방식으로 보상하는 수단을 전혀 제시하지 못하고 있는 문제가 있다. 또한, 기존 기술은, 내장 안테나를 룸미러 본체 내에 설치하여, 룸미러의 앵글 조정 시 안테나 앵글도 함께 변경되며, 그 결과 안테나 성능 변화를 초래하는 문제가 있다.
또한, 한국 공개특허공보 제10-2003-0040059호 등에 개시된 바와 같이, 기존 기술들은, 안테나 앵글 유지를 위해 복잡한 구성을 적용하여 제조 및 설치 공정이 복잡하고 생산 효율이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 차량용 내장 안테나의 신호 손실을 보상하여 방사 효율 및 안테나 성능을 개선하고, 실질적으로 내장 안테나의 지향성을 발생 및 변경시키는 효과를 가져옴은 물론, 제조 및 설치 비용을 절감하는 차량용 내장 안테나 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 내장 안테나 장치는, 일 단이 차량 내부에 고정되고 타 단이 룸미러와 결합되는 룸미러 넥부에 설치되어 차량의 전방 유리 측으로 신호를 방사하는 패치 안테나부; 및 상기 패치 안테나부에서 방사되는 방사 신호를 보상하도록 상기 패치 안테나부와 소정 이격거리를 두고 상기 전방 유리에 설치되는 도전성 필름부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 패치 안테나부는, 소정 급전홀을 가지는 유전체 기판; 상기 유전체 기판부의 상부면에 배치되는 패치형 방사체; 및 상기 급전홀을 통하여 상기 패치형 방사체에 대한 급전을 수행하는 급전핀을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 패치 안테나부 및 상기 도전성 필름부는, 상기 패치 안테나부의 방사 신호와 상기 도전성 필름부에 의해 반사되는 반사 신호 간에 보강 간섭이 발생하는 이격거리를 두고 설치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 패치 안테나부 및 상기 도전성 필름부는, 상기 방사 신호의 반파장 거리의 홀수배에 해당하는 이격거리를 두고 설치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 도전성 필름부는, ITO 필름(Indium-Tin Oxide film)으로 구성될 수 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량용 내장 안테나 장치는, 일 단에 형성되는 개구부 및 상기 개구부와 연결되는 내부 수용 공간을 가지며, 상기 일 단이 차량의 전방 유리에 고정되고 타 단이 룸미러와 결합되는 룸미러 넥부; 상기 룸미러 넥부의 내부 수용 공간에 수용되어 설치되며, 상기 개구부를 통해 상기 전방 유리 측으로 신호를 방사하는 패치 안테나부; 및 상기 패치 안테나부에서 방사되는 방사 신호를 보상하도록 상기 패치 안테나부와 소정 이격거리를 두고 상기 전방 유리에 설치되는 도전성 필름부를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 도전성 필름부는, 상기 룸미러 넥부의 개구부에 대응하는 상기 전방 유리의 일 면에 설치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 안테나 장치를 차량 내부, 특히 룸미러 구조체의 넥 부분에 설치함으로써, 차량의 고유 미관과 외장 패널의 손상을 방지하고, 룸미러의 앵글 변경시에도 안테나의 앵글을 유지할 수 있다.
특히, 도전성 필름을 이용하여 안테나 방사 신호를 보상함으로써, 차량 유리의 유전율에 의한 신호 손실을 최소화하고, 방사 효율 및 안테나 성능을 개선할 수 있음은 물론, 실질적으로 안테나 장치의 지향성을 발생 및 변경시키는 효과를 가져올 수 있다.
나아가, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명에 따른 다양한 실시예들이 상기 언급되지 않은 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음을 이하의 설명으로부터 자명하게 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 내장 안테나 장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 내장 안테나 장치를 나타낸 측면도.
도 3a는 패치 안테나부의 일례를 나타낸 사시도.
도 3b는 패치 안테나부의 일례를 나타낸 분해 사시도.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 차량용 내장 안테나 장치의 방사 패턴 조절 방식을 예시한 도면.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량용 내장 안테나 장치를 나타낸 수직 단면도.
이하, 본 발명의 기술적 과제에 관한 해결 방안을 명확화하기 위해 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련 공지기술에 관한 설명이 오히려 본 발명의 요지를 불명료하게 하는 경우 그에 관한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이들은 실시자 등의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있을 것이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 내장 안테나 장치가 사시도로 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 내장 안테나 장치(100)는 차량의 룸미러 구조체(110)와 연관되는 것이며, 패치 안테나부(120) 및 도전성 필름부(130)를 포함한다.
패치 안테나부(120)는, 룸미러 구조체(110) 중 룸미러 넥부(112)에 설치된다. 룸미러 넥부(112)는, 일 단이 차량의 내부, 예컨대 전방 유리(10)에 고정되고 타 단이 룸미러(114)와 결합되는 일종의 넥(neck) 부분이다. 이 경우, 룸미러(114)는 룸미러 넥부(112)에 소정 범위에서 회동하도록 결합될 수 있다.
도전성 필름부(130)는, 도전성을 가지는 필름형 부재로서, 패치 안테나부(120)에서 방사되는 방사 신호를 보상하도록 패치 안테나부(120)와 소정 이격거리를 두고 전방 유리(10)에 설치된다.
도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 내장 안테나 장치가 측면도로 도시되어 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 패치 안테나부(120)는 룸미러 넥부(112)의 차량 전방 측 외주면(115)에 설치되어, 차량의 전방 유리(10) 측으로 신호를 방사한다. 이 경우, 패치 안테나부(120)는, 실시예에 따라 AM/FM 라디오 신호, 3G 신호, LTE(Long Term Evolution) 신호, V2X(Vehicle to Everything) 신호 등 다양한 신호를 방사할 수 있으며, 특히 5.8GHz 대역의 V2X 신호를 방사할 수 있다.
도 3a 및 도 3b에는 각각 패치 안테나부의 일례가 사시도 및 분해 사시도로 도시되어 있다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 패치 안테나부(120)는, 저면에 금속 박막 형태의 접지부(122)가 배치된 유전체 기판(124), 패치형 방사체(126), 및 급전핀(128)을 포함할 수 있다.
유전체 기판(124)은, 세라믹 재질, 폴리카보네이트(PC: Polycarbonate), 폴리아미드(PA: Polyamide), 폴리아세탈(POM: Polyacetal, 폴리옥시메틸렌(POM:Poly Oxy Methylene), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: Polyethylene terephthalate), ABS(Acrylonitrile-Butadiene-Styrene) 등과 같이 특정 유전율을 나타내는 다양한 소재로 구성될 수 있다. 이 경우, 유전체 기판(124)은, 그 구성 소재의 유전율에 따라 크기나 두께가 달라질 수 있다.
패치형 방사체(126)는, 유전체 기판(124)의 상부면에 배치된다. 패치형 방사체(126)의 사이즈와 형태는, 송·수신 신호의 주파수 대역에 따라 결정될 수 있으며 다양한 변형이 가능하다. 패치 안테나부(120)에서는, 이러한 패치형 방사체(126)의 에지 부분에서 발생하는 프린징 필드(Fringing Field)를 통해 주요한 방사가 이루어진다.
급전핀(128)은, 패치형 방사체(126)에 대한 급전(feeding)을 수행한다. 이를 위해, 도 3b와 같이 접지부(122), 유전체 기판(124), 및 패치형 방사체(126)는 각각 급전홀(123, 125, 127)을 포함할 수 있다. 즉, 급전핀(128)은 급전홀(123, 125, 127)을 통해 소정 급전 회로(미도시)와 패치형 방사체(126)를 전기적으로 연결하여 패치형 방사체(126)에 급전을 수행한다.
다시 도 2를 참조하면, 도전성 필름부(130)는, 패치 안테나부(120)에서 방사되는 방사 신호를 보상하도록 패치 안테나부(120)와 소정 이격거리(D)를 두고 전방 유리(10)에 설치된다. 이 경우, 패치 안테나부(120)와 도전성 필름부(130)는, 패치 안테나부(120)의 방사 신호와 도전성 필름부(130)에 의해 반사되는 반사 신호 간에 보강 간섭이 발생하는 이격거리(D)를 두고 설치될 수 있다. 예컨대, 패치 안테나부(120)와 도전성 필름부(130)는, 수학식 1과 같이 방사 신호의 반파장 거리(λ/2)에 해당하는 이격거리 또는 반파장 거리(λ/2)의 홀수배에 해당하는 이격거리를 두고 설치될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식 1에서, D는 패치 안테나부(120)와 도전성 필름부(130) 간 이격거리, λ는 패치 안테나부(120)의 방사 신호 파장, n은 자연수를 나타낸다. 즉, 도전성 필름부(130)에 의한 신호 반사는 고정단 반사로 볼 수 있으며, 고정단 반사의 경우 반파장의 홀수배에 대응하는 위상차가 나면 보강 간섭이 발생할 수 있다.
예컨대, 5.8GHz 대역 V2X 신호의 경우, 중심 주파수가 5.8GHz이므로 λ = c/f = (3*10^8)/(5.8*10^9) = 51.7[mm]이다. 여기서, c는 빛의 속도, f는 중심주파수를 나타낸다. 따라서, V2X 신호의 반파장 거리(λ/2)는, 대략 2.585[cm] 정도가 된다.
이와 같이, 도전성 필름부(130)는, 패치 안테나부(120)에 의해 방사되는 신호와 그 반사 신호 간에 보강 간섭이 일어나도록 함으로써, 전방 유리(10)에 의해 발생하는 신호 손실을 보상할 수 있다.
한편, 도전성 필름부(130)는, 도전성을 가짐과 동시에, 운전자의 시야를 방해하지 않도록 투명한 소재로 구성될 수 있다. 예컨대, 도전성 필름부(130)는, ITO 필름(Indium-Tin Oxide film)으로 구성될 수 있다. ITO 필름은, 인-주석 산화물 필름이라고도 하며, 도전성과 투명성을 가진 필름이다. ITO는 도전성을 가진 산화인듐(In2O3)에 산화주석(SnO2)을 첨가하여 도전성을 더욱 높인 것이며, 이러한 ITO를 폴리에틸렌 등의 필름에 피복하여 도전성 투명 필름을 얻을 수 있다. 도전성 필름부(130)의 크기는 패치 안테나부(120)의 1.1 ~ 1.2 배의 크기로 설정될 수 있다. 즉, 도전성 필름부(130)는, 패치 안테나부(120)에서 방사된 신호가 공기 중에서 일부 소실되는 것을 감안하여 패치 안테나부(120)보다 크게 설정될 수 있으며, 그 크기와 형태는 다양한 변형이 가능하다.
도 4a 내지 도 4c에는 본 발명에 따른 차량용 내장 안테나 장치의 방사 패턴 조절 방식이 도시되어 있다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 도전성 필름부(130)가 패치 안테나부(120)의 정면에 평행하게 설치되는 경우, 패치 안테나부(120)의 방사 신호 중에 A 방향의 신호가 보상되어, A 방향의 지향성을 발생시키는 효과가 발생한다.
또한, 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이, 도전성 필름부(130)가 패치 안테나부(120)의 정면에서 좌측 또는 우측으로 변경되어 배치되는 경우, 각각 패치 안테나부(120)의 방사 신호 중에 B 또는 C 방향의 신호가 보상되어, B 또는 C 방향의 지향성을 발생시키는 효과가 발생한다. 또한, 도전성 필름부(130) 면과 패치 안테나부(520)의 방사체면 간의 각도가 45도가 되도록 변형 설치하는 경우, 패치 안테나부(520)의 편파를 원형 편파(circular polarization)로 만드는데 기여할 수 있다.
도 5에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차량용 내장 안테나 장치가 수직 단면도로 도시되어 있다. 도 5에 도시된 패치 안테나부(520) 및 도전성 필름부(530)의 기본적 구성과 동작은, 상술한 패치 안테나부(120) 및 도전성 필름부(130)와 동일한 설명이 가능하다.
도 5에 도시된 바와 같이, 패치 안테나부(520)는, 룸미러 넥부(512)의 내부에 설치될 수 있다. 이를 위해, 룸미러 넥부(512)는, 일 단에 형성되는 개구부(516) 및 이러한 개구부(516)와 연결되는 내부 수용 공간(518)을 가진다. 이 경우, 룸미러 넥부(512)의 일 단은 차량의 전방 유리(10)에 고정되고 타 단은 룸미러(514)와 결합된다. 또한, 패치 안테나부(520)는, 룸미러 넥부(512)의 내부 수용 공간(518)에 수용되어 설치되며, 개구부(516)를 통해 전방 유리(10) 측으로 신호를 방사한다. 도전성 필름부(530)는, 패치 안테나부(520)에서 방사되는 방사 신호를 보상하도록 패치 안테나부(520)와 소정 이격거리(D)를 두고 전방 유리(10)에 설치된다. 이 경우, 도전성 필름부(530)는, 룸미러 넥부(512)의 개구부(516)에 대응하는 전방 유리(10)의 일 면에 설치된다.
한편, 패치 안테나부(520)와 도전성 필름부(530)는, 룸미러 넥부(512)의 내부 수용 공간(518)에서, 도 1 및 도 2의 경우와 마찬가지로 패치 안테나부(520)의 방사 신호와 도전성 필름부(530)에 의해 반사되는 반사 신호 간에 보강 간섭이 발생하는 이격거리(D)를 두고 설치된다. 이 경우, 패치 안테나부(520)와 도전성 필름부(530)는, 방사 신호의 반파장 거리(λ/2)에 해당하는 이격거리 또는 반파장 거리(λ/2)의 홀수 배에 해당하는 이격거리를 두고 설치될 수 있음은 물론이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 안테나 장치를 차량 내부, 특히 룸미러 구조체의 넥 부분에 설치함으로써, 차량의 고유 미관과 외장 패널의 손상을 방지하고, 룸미러의 앵글 변경시에도 안테나의 앵글을 유지할 수 있다. 특히, 도전성 필름을 이용하여 안테나 방사 신호를 보상함으로써, 차량 유리의 유전율에 의한 신호 손실을 최소화하고, 방사 효율 및 안테나 성능을 개선할 수 있음은 물론, 실질적으로 안테나 장치의 지향성을 발생 및 변경시키는 효과를 가져올 수 있다. 나아가, 본 발명에 따른 다양한 실시예들은, 당해 기술 분야는 물론 관련 기술 분야에서 본 명세서에 언급된 내용 이외의 다른 여러 기술적 과제들을 해결할 수 있음은 물론이다.
지금까지 본 발명에 대해 구체적인 실시예들을 참고하여 설명하였다. 그러나 당업자라면 본 발명의 기술적 범위에서 다양한 변형 실시예들이 구현될 수 있음을 명확하게 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 앞서 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 즉, 본 발명의 진정한 기술적 사상의 범위는 첨부된 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 균등범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 차량용 내장 안테나 장치 110 : 룸미러 구조체
112 : 룸미러 넥부 114 : 룸미러
120 : 패치 안테나부 130 : 도전성 필름부

Claims (10)

  1. 일 단이 차량 내부에 고정되고 타 단이 룸미러와 결합되는 룸미러 넥부에 설치되어 차량의 전방 유리 측으로 신호를 방사하는 패치 안테나부; 및
    상기 패치 안테나부에서 방사되는 방사 신호를 보상하도록 상기 패치 안테나부와 소정 이격거리를 두고 상기 전방 유리에 설치되는 도전성 필름부를 포함하는 차량용 내장 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패치 안테나부는,
    소정 급전홀을 가지는 유전체 기판;
    상기 유전체 기판부의 상부면에 배치되는 패치형 방사체; 및
    상기 급전홀을 통하여 상기 패치형 방사체에 대한 급전을 수행하는 급전핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 내장 안테나 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 패치 안테나부 및 상기 도전성 필름부는, 상기 패치 안테나부의 방사 신호와 상기 도전성 필름부에 의해 반사되는 반사 신호 간에 보강 간섭이 발생하는 이격거리를 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 내장 안테나 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 패치 안테나부 및 상기 도전성 필름부는, 상기 방사 신호의 반파장 거리의 홀수배에 해당하는 이격거리를 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 내장 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 필름부는, ITO 필름(Indium-Tin Oxide film)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 내장 안테나 장치.
  6. 일 단에 형성되는 개구부 및 상기 개구부와 연결되는 내부 수용 공간을 가지며, 상기 일 단이 차량의 전방 유리에 고정되고 타 단이 룸미러와 결합되는 룸미러 넥부;
    상기 룸미러 넥부의 내부 수용 공간에 수용되어 설치되며, 상기 개구부를 통해 상기 전방 유리 측으로 신호를 방사하는 패치 안테나부; 및
    상기 패치 안테나부에서 방사되는 방사 신호를 보상하도록 상기 패치 안테나부와 소정 이격거리를 두고 상기 전방 유리에 설치되는 도전성 필름부를 포함하는 차량용 내장 안테나 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도전성 필름부는, 상기 룸미러 넥부의 개구부에 대응하는 상기 전방 유리의 일 면에 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 내장 안테나 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 패치 안테나부 및 상기 도전성 필름부는, 상기 패치 안테나부의 방사 신호와 상기 도전성 필름부에 의해 반사되는 반사 신호 간에 보강 간섭이 발생하는 이격거리를 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 내장 안테나 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 패치 안테나부 및 상기 도전성 필름부는, 상기 방사 신호의 반파장 거리에 해당하는 이격거리 또는 상기 반파장 거리의 홀수 배에 해당하는 이격거리를 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 차량용 내장 안테나 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 도전성 필름부는, ITO 필름으로 구성되는 것을 특징으로 하는 차량용 내장 안테나 장치.
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