KR20170006701A - 차량용 통합 안테나 장치 - Google Patents

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Abstract

차량용 통합 안테나 장치에 관한 기술이 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 안테나 장치는, 돔 구조로 형성되는 제1 유전체부 및 상기 제1 유전체부 외주면에 전방위적으로 형성되는 제1 도전성 패턴부를 가지며, 상기 제1 도전성 패턴부를 통해 제1 주파수 대역 신호를 송신 또는 수신하는 제1 안테나 모듈; 및 상기 제1 유전체부와 상이한 크기의 돔 구조로 형성되고 전단부가 상기 제1 유전체부의 후단부와 소정 이격거리를 두고 상호 인접하게 배치되는 제2 유전체부 및 상기 제2 유전체부의 외주면에 전방위적으로 형성되는 제2 도전성 패턴부를 가지며, 상기 제2 도전성 패턴부를 통해 제2 주파수 대역 신호를 송신 또는 수신하는 제2 안테나 모듈을 포함하여,
다중 주파수 대역을 커버하는 통합 안테나 장치의 소형화를 가능하게 하면서도, 차량용 안테나에 요구되는 무지향성, 방사 효율 등을 개선한다.

Description

차량용 통합 안테나 장치{Integrated antenna device for vehicle}
본 발명은 차량용 통합 안테나 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 다중 주파수 대역을 커버하는 통합 안테나 장치의 소형화를 가능하게 하면서도, 차량용 안테나에 요구되는 무지향성, 방사 효율 등을 개선하는 차량용 통합 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, 다중 주파수 대역을 커버하는 통합 안테나 기술에 대한 관심과 연구·개발이 급증하고 있는 추세이다.
이러한 차량용 통합 안테나 기술 분야의 중요 과제는, 차량의 공간 제약적인 특성, 미관과 안전성이 중시되는 이동 수단이라는 특성 상, 안테나 장치를 최대한 소형화해야 하는 반면, 방사효율과 송·수신 성능은 유지 또는 개선해야 한다는 것이다. 또한, 차량의 진행 방향 등과 무관하게 안테나의 송·수신 성능을 유지할 수 있도록 안테나 방사 패턴의 무지향성(omnidirectional)을 확보해야 한다는 것이다.
그러나, 한국 공개특허공보 제10-2012-0107664호에 개시된 바와 같이, 소위 헬리컬 안테나(helical antenna)를 사용하는 기존 기술들은, 송·수신 면적이 협소하여 공급 전력에 대한 방사 전파 전력의 비율인 방사 효율이 떨어지며, 요구되는 안테나 길이를 확보하고자 하는 경우 안테나 장치의 소형화를 방해하는 문제가 있다. 특히, 통합 안테나 장치는 서로 다른 주파수대역에서 동작하는 복수의 안테나 모듈을 제한된 공간에 구현한 것이기 때문에, 통합 안테나 장치를 소형화할수록 신호 간섭 등으로 인한 성능 저하가 발생하는 문제가 있다.
또한, 한국 등록특허공보 제10-1192298호 등에 개시된 바와 같이, 안테나 길이를 보상하거나 방사 패턴의 무지향성을 개선하기 위해 도체 판등의 추가적 부재를 적용하는 기존 기술들은, 통합 안테나 장치의 소형화를 어렵게 하고 제조 공정을 복잡하게 하는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 차량용 안테나에 요구되는 무지향성을 용이하게 확보하고, 다중 주파수 대역을 커버하는 통합 안테나 장치의 소형화를 가능하게 함은 물론, 안테나 모듈들 간 이격거리 확보가 어려운 경우에도 통합 안테나 장치의 방사 효율 및 송·수신 성능을 개선하는 차량용 통합 안테나 장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 안테나 장치는, 돔 구조로 형성되는 제1 유전체부 및 상기 제1 유전체부 외주면에 전방위적으로 형성되는 제1 도전성 패턴부를 가지며, 상기 제1 도전성 패턴부를 통해 제1 주파수 대역 신호를 송신 또는 수신하는 제1 안테나 모듈; 및 상기 제1 유전체부와 상이한 크기의 돔 구조로 형성되고 전단부가 상기 제1 유전체부의 후단부와 소정 이격거리를 두고 상호 인접하게 배치되는 제2 유전체부 및 상기 제2 유전체부의 외주면에 전방위적으로 형성되는 제2 도전성 패턴부를 가지며, 상기 제2 도전성 패턴부를 통해 제2 주파수 대역 신호를 송신 또는 수신하는 제2 안테나 모듈을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 도전성 패턴부 및 상기 제2 도전성 패턴부는, 각각 상기 제1 유전체부의 외주면 및 상기 제2 유전체부의 외주면을 따라 회전하도록 형성되고, 상기 제1 도전성 패턴부가 상기 제1 유전체부의 외주면을 따라 회전하는 방향과 상기 제2 도전성 패턴부가 상기 제2 유전체부의 외주면을 따라 회전하는 방향이 서로 반대 방향일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 도전성 패턴부 및 상기 제2 도전성 패턴부는, 상기 제1 도전성 패턴부 및 상기 제2 도전성 패턴부에 전력이 공급되는 경우 상호 커플링되도록 각각 상기 제1 유전체부 외주면 및 상기 제2 유전체부의 외주면에 상호 대응하는 구조로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 도전성 패턴부 및 상기 제2 도전성 패턴부는, 상기 제1 유전체부 및 상기 제2 유전체부가 상호 인접하는 인접 구간에서, 상기 제1 도전성 패턴부 부분을 통해 흐르는 제1 전류의 방향과, 상기 제1 도전성 패턴부 부분에 대응하는 상기 제2 도전성 패턴부 부분을 통해 흐르는 제2 전류의 방향이 일치되도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 도전성 패턴부 및 상기 제2 도전성 패턴부는, 상기 인접 구간에서, 상기 제1 도전성 패턴부 부분의 높이와, 상기 제1 도전성 패턴부 부분에 대응하는 상기 제2 도전성 패턴부 부분의 높이가 일치되도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 도전성 패턴부 및 상기 제2 도전성 패턴부는, 각각 상기 제1 유전체부 및 상기 제2 유전체부의 하단으로부터 소정 높이만큼 떨어진 위치에서 상부로 점진적 상승하는 스파이럴 패턴 또는 미앤더 패턴으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 유전체부 및 상기 제2 유전체부는, 상기 제1 도전성 패턴부 및 상기 제2 도전성 패턴부에 의해 발생되는 커플링 양을 고려하여 결정된 이격거리를 두고 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 도전성 패턴부는, 일 단이 상기 제1 유전체부의 하단에 배치되는 제1 급전부와 전기적으로 연결되고, 타 단이 상기 제1 유전체부의 상단에 배치되는 제1 개방 단자부와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 도전성 패턴부는, 일 단이 상기 제2 유전체부의 하단에 배치되는 제2 급전부와 전기적으로 연결되고, 타 단이 상기 제2 유전체부의 상단에 배치되는 제2 개방 단자부와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 급전부는, 상기 제1 유전체부의 전방에 배치되고, 상기 제2 급전부는, 상기 제2 유전체부의 후방에 배치될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 개방 단자부 및 상기 제2 개방 단자부 중 적어도 하나는, 개방 단자부가 배치되는 해당 유전체부의 상단 면을 커버하는 도전성 패턴일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 차량용 통합 안테나 장치는, 제3 주파수 대역 신호를 송신 또는 수신하는 패치 안테나 형태의 제3 안테나 모듈을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 차량용 통합 안테나 장치는, 상기 제1, 제2, 제3 안테나 모듈을 통해 송신 또는 수신되는 신호를 처리하는 신호 처리부; 하부면이 차량의 외장 패널에 결합되고, 상부에 상기 제1, 제2, 제3 안테나 모듈 및 상기 신호 처리부가 배치되는 베이스부; 및 상기 베이스부와 결합하여 내부 수용 공간에 상기 제1, 제2, 제3 안테나 모듈 및 상기 신호 처리부를 수용하는 하우징부를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 하우징부는, 샤크 핀 형태일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제3 안테나 모듈은, 상기 제1 안테나 모듈의 전방에 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 돔 구조의 유전체 외주면을 따라 도전성 패턴을 전방위적으로 형성하여 안테나 모듈을 구성함으로써, 공간 제약적인 차량용 안테나 환경에서 공간 활용도를 높이고, 차량용 안테나에 요구되는 무지향성을 용이하게 확보할 수 있다.
특히, 서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 안테나 모듈들이 커플링되도록 하여 안테나 모듈들 각각의 안테나 길이를 보상해 줌으로써, 다중 주파수 대역을 커버하는 통합 안테나 장치의 소형화를 가능하게 하고, 소형 안테나 장치가 커버할 수 있는 주파수 대역을 저주파 대역까지 확장시킴은 물론, 안테나 모듈들 간 이격거리 확보가 어려운 경우에도 통합 안테나 장치의 방사 효율 및 송·수신 성능을 개선할 수 있다.
또한, 서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 안테나 모듈들을 별도의 부재를 사용하지 않고 안테나 모듈들에 형성되는 도전성 패턴의 구조를 통해 커플링되도록 함으로써, 통합 안테나 장치의 제조 공정을 간소화하고, 제조 효율을 향상시킬 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 통합 안테나 장치를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 안테나 장치를 나타낸 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 안테나 장치에 포함되는 복수의 안테나 모듈을 나타낸 전방 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 안테나 장치에 포함되는 복수의 안테나 모듈을 나타낸 후방 사시도.
도 5a는 제1 안테나 모듈의 일례를 나타낸 전방 및 후방 사시도.
도 5b는 제1 안테나 모듈의 다른 일례를 나타낸 전방 및 후방 사시도.
도 6a은 제2 안테나 모듈의 일례를 나타낸 전방 및 후방 사시도.
도 6b은 제2 안테나 모듈의 다른 일례를 나타낸 전방 및 후방 사시도.
도 7은 도 3의 A 부분을 나타낸 수평 단면도.
도 8은 도 3의 A 부분을 나타낸 수직 단면도.
도 9는 제1 안테나 모듈의 DMB 주파수 대역 전류분포 및 방사패턴을 나타낸 그래프.
도 10은 제2 안테나 모듈의 FM 주파수 대역 전류분포 및 방사패턴을 나타낸 그래프.
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 1 및 도 2에는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 안테나 장치가 사시도 및 분해 사시도로 도시되어 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 안테나 장치(100)는, 제1 안테나 모듈(110) 및 제2 안테나 모듈(120)을 포함하며, 제3 안테나 모듈(130), 신호 처리부(140), 베이스부(150), 및 하우징부(160) 등을 더 포함할 수 있다.
제1 안테나 모듈(110)은, 제1 주파수 대역 신호를 송신 또는 수신하는 안테나 모듈이다. 예컨대, 제1 안테나 모듈(110)은, DMB 주파수 대역인 174 ~ 216[MHz] 대역의 신호를 수신하는 안테나 모듈일 수 있다. 또한, 제2 안테나 모듈(120)은, 제2 주파수 대역 신호를 송신 또는 수신하는 안테나 모듈이다. 예컨대, 제2 안테나 모듈(120)은, AM 주파수 대역인 531 ~ 1,602[KHz] 대역의 신호를 수신하거나, FM 주파수 대역인 88 ~ 108[MHz] 대역의 신호를 수신하는 안테나 모듈일 수 있다. 제1 안테나 모듈(110) 및 제2 안테나 모듈(120)의 구체적 구성과 동작은 후술하기로 한다.
한편, 제3 안테나 모듈(130)은, 제3 주파수 대역 신호를 송신 또는 수신하는 안테나 모듈이다. 예컨대, 제3 안테나 모듈(130)은, GPS 주파수 대역인 1570 ~ 1580[MHz] 대역의 신호를 수신하거나, CDMA 기지국 주파수 대역인 869 ~ 894[MHz] 대역의 신호를 수신하는 안테나 모듈일 수 있다. 이 경우, 제3 안테나 모듈(130)은, 패치 안테나로 구성될 수 있다. 예컨대, 제3 안테나 모듈(130)은, 하부면에 금속박막 접지부를 가지는 유전체(132)와, 유전체(132) 상부면에 형성되는 패치형 방사체(134)와, 패치형 방사체(134)와 기판(140)에 형성된 급전 회로를 연결하는 급전부(136) 등으로 구성될 수 있다. 제3 안테나 모듈(130)은, 제1 안테나 모듈(110)의 전방 또는 제2 안테나 모듈(120)의 후방에 배치될 수 있다. 특히, 도 1 및 도 2와 같이 차량용 통합 안테나 장치(100)가 샤크 핀(shark fin) 안테나 형태로 구현되는 경우, 제1 안테나 모듈(110)의 전방에 제3 안테나 모듈(130)이 배치됨으로써 차량용 통합 안테나 장치(100)의 공간 활용도를 높일 수 있다.
신호 처리부(140)는, 제1, 제2, 제3 안테나 모듈(110, 120, 130)을 통해 송신 또는 수신되는 신호를 처리한다. 즉, 신호 처리부(140)는, 각각의 안테나 모듈을 통해 수신되는 신호들을 해당 주파수 대역에 대응하는 대역통과필터로 필터링하여 노이즈 등을 제거하고, 필요한 수준으로 증폭한다. 이러한 신호 처리부(140)는, PCB(Printed Circuit Board) 형태로 구성될 수 있다.
베이스부(150)는, 전체적으로 플레이트(plate) 형상을 가지는 부재로서, 하부면이 차량의 외부 패널에 결합되고 상부에 제1, 제2, 제3 안테나 모듈(110, 120, 130) 및 신호 처리부(140)가 배치된다.
하우징부(160)는, 베이스부(150)와 결합하여 내부 수용 공간에 제1, 제2, 제3 안테나 모듈(110, 120, 130) 및 신호 처리부(140)를 수용한다. 하우징부(160)가 샤크 핀 형태로 구현되는 경우, 차량 이동 시 발생하는 공기 저항과 풍절음을 감소시킬 수 있다.
도 3 및 도 4에는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 안테나 장치에 포함되는 복수의 안테나 모듈이 전방 사시도 및 후방 사시도록 도시되어 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 통합 안테나 장치(100)는, 복수의 안테나 모듈(110, 120, 130)을 포함하여 다중 주파수 대역의 신호들을 송·수신한다.
우선, 제1 안테나 모듈(110)은, PCB 형태로 구성되는 신호 처리부(140) 상에 설치될 수 있으며, 전방위적(omnidirectional)으로 제1 주파수 대역 신호를 송·수신한다. 이를 위해, 제1 안테나 모듈(110)은, 제1 유전체부(112) 및 제1 도전성 패턴부(114)를 포함할 수 있다.
제1 유전체부(112)는, 내부 중공을 가지고 하단부가 개방되어 있는 소위 돔(dome) 구조로 형성될 수 있다. 이러한 제1 유전체부(112)와 후술되는 제2 유전체부(122)는, 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, 제1 유전체부(112)와 제2 유전체부(122)는, 그 구성 소재의 유전율에 따라 크기나 두께가 달라질 수 있다.
제1 도전성 패턴부(114)는, 도전성 소재로 구성되는 안테나 패턴으로서, 전방위적으로 신호를 송·수신하도록 제1 유전체부(112)의 외주면을 따라 형성된다. 또한, 제1 도전성 패턴부(114)는, 일 단이 제1 유전체부(112)의 하단에 배치되는 제1 급전부(116)와 전기적으로 연결되고, 타 단이 제1 유전체부(112)의 상단에 배치되는 제1 개방 단자부(118)와 전기적으로 연결된다.
제1 급전부(116)는, 제1 도전성 패턴부(114)에 전력을 공급하는 급전점에 해당하는 것으로서, 제1 안테나 모듈(110)의 전방에 배치될 수 있다. 아래에서 다시 설명하겠지만, 제1 급전부(116)가 제1 안테나 모듈(110)의 전방에 배치됨으로써, 제1 안테나 모듈(110)과 제2 안테나 모듈(120) 간의 불필요한 간섭을 최소화하고 방사 패턴의 무지향성을 확보할 수 있다.
제1 개방 단자부(118)는, 전파 방사가 최대로 일어나는 안테나의 말단에 해당하는 것으로서, 제1 도전성 패턴부(114)에서 연장되는 도전성 패턴으로 구성될 수 있다. 또한, 제1 개방 단자부(118)는, 제1 도전성 패턴부(114)의 패턴 라인보다 넓은 면적의 패턴으로 구성되어 제1 유전체부(112)의 상단 면을 커버할 수 있다. 예컨대, 제1 개방 단자부(118)는 소위 캡(cap) 모양으로 구성되어 제1 유전체부(112)의 상단 면을 커버할 수 있다. 이와 같이, 제1 개방 단자부(118)가, 넓은 면적의 패턴으로 구성되어 제1 유전체부(112)의 최상단에 배치됨으로써, 전파 방사를 용이하게 하고 방사 효율을 개선할 수 있다.
도 5a에는 제1 안테나 모듈의 일례가 전방 및 후방 사시도로 도시되어 있다.
도 5b에는 제1 안테나 모듈의 다른 일례가 전방 및 후방 사시도로 도시되어 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 제1 도전성 패턴부(114)는, 제1 유전체부(112)의 하단으로부터 소정 높이만큼 떨어진 위치에서 상부로 점진적 상승하는 스트랩(strap) 형태로 형성될 수 있다. 특히, 제1 도전성 패턴부(114)는, 도 5a와 같이 스파이럴 패턴(spiral pattern)으로 형성되거나, 도 5b와 같이 미앤더 패턴(meander pattern)으로 구성될 수 있으며, 다양한 패턴으로 변형도 가능하다. 이와 같이, 제1 도전성 패턴부(114)가 제1 유전체부(112)의 외주면을 따라 전방위적으로 형성됨으로써 방사 패턴의 무지향성을 확보할 수 있다. 또한, 제1 도전성 패턴부(114)가 최대한 제1 안테나 모듈(110)의 상부 측에 형성되는 경우, 방사 효율 개선과 대역폭 확보가 용이해질 수 있다.
이하, 다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 제2 안테나 모듈(120)은, PCB 형태로 구성되는 신호 처리부(140) 상에 제1 안테나 모듈(110)과 소정 이격거리를 두고 인접하게 설치되며, 전방위적으로 제2 주파수 대역 신호를 송·수신한다. 이를 위해, 제2 안테나 모듈(120)은, 제2 유전체부(122) 및 제2 도전성 패턴부(124)를 포함할 수 있다.
제2 유전체부(122)는, 제1 유전체부(112)와 유사하게 내부 중공을 가지고 하단부가 개방되어 있는 돔 구조로 형성될 수 있으며, 제1 유전체부(112)와 크기 내지 외주 길이를 달리하도록 형성될 수 있다. 또한, 제2 유전체부(122)는 그 전단부가 제1 유전체부(112)의 후단부와 소정 이격거리를 두고 상호 인접하게 배치된다.
제2 도전성 패턴부(124)는, 도전성 소재로 구성되는 안테나 패턴으로서, 전방위적으로 신호를 송·수신하도록 제2 유전체부(122)의 외주면을 따라 형성된다. 또한, 제2 도전성 패턴부(114)는, 일 단이 제2 유전체부(122)의 하단에 배치되는 제2 급전부(126)와 전기적으로 연결되고, 타 단이 제2 유전체부(122)의 상단에 배치되는 제2 개방 단자부(128)와 전기적으로 연결된다.
제2 급전부(126)는, 제2 도전성 패턴부(124)에 전력을 공급하는 급전점에 해당하는 것으로서, 제2 안테나 모듈(120)의 후방에 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 제1 안테나 모듈(110)의 제1 급전부(116)가 제1 안테나 모듈(110)의 전방에 배치되고, 제2 안테나 모듈(120)의 제2 급전부(126)가 제2 안테나 모듈(110)의 후방에 배치됨으로써, 제1 안테나 모듈(110)과 제2 안테나 모듈(120) 간의 불필요한 간섭을 최소화하고 방사 패턴의 무지향성을 확보할 수 있다.
제2 개방 단자부(128)는, 전파 방사가 최대로 일어나는 안테나의 말단에 해당하는 것으로서, 제2 도전성 패턴부(124)에서 연장되는 도전성 패턴으로 구성될 수 있다. 또한, 제2 개방 단자부(128)는, 제2 도전성 패턴부(124)의 패턴 라인보다 넓은 면적의 패턴으로 구성되어 제2 유전체부(122)의 상단 면을 커버할 수 있다. 예컨대, 제2 개방 단자부(128)는 캡 모양으로 구성되어 제2 유전체부(122)의 상단 면을 커버할 수 있다. 이와 같이, 제2 개방 단자부(128)가, 넓은 면적의 패턴으로 구성되어 제2 유전체부(122)의 최상단에 배치됨으로써, 전파 방사를 용이하게 하고 방사 효율을 개선할 수 있다.
도 6a에는 제1 안테나 모듈의 일례가 전방 및 후방 사시도로 도시되어 있다.
도 6b에는 제1 안테나 모듈의 다른 일례가 전방 및 후방 사시도로 도시되어 있다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 제2 도전성 패턴부(124)는, 제2 유전체부(122)의 하단으로부터 소정 높이만큼 떨어진 위치에서 상부로 점진적 상승하는 스트랩 형태로 형성될 수 있다. 특히, 제2 도전성 패턴부(124)는, 도 6a와 같이 스파이럴 패턴으로 형성되거나, 도 6b와 같이 미앤더 패턴으로 구성될 수 있으며, 다양한 패턴으로 변형도 가능하다. 이와 같이, 제2 도전성 패턴부(124)가 제2 유전체부(122)의 외주면을 따라 전방위적으로 형성됨으로써 방사 패턴의 무지향성을 확보할 수 있다. 또한, 제2 도전성 패턴부(124)가 최대한 제2 안테나 모듈(120)의 상부 측에 형성되는 경우, 방사 효율 개선과 대역폭 확보가 용이해질 수 있다.
한편, 아래에서 다시 설명하겠지만, 제1 도전성 패턴부(114)와 제2 도전성 패턴부(114)가 상호 연관된 대응 형태로 구성되는 경우, 제1 안테나 모듈(110)과 제2 안테나 모듈(120)이 전기적으로 상호 작용하는 커플링(coupling) 상태를 만들기 용이하다. 따라서, 제1 도전성 패턴부(114)와 제2 도전성 패턴부(124)는, 교류 전력이 공급되는 경우 상호 커플링되도록 각각 제1 유전체부(112)의 외주면 및 제2 유전체부(112)의 외주면에 상호 대응하는 구조로 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 도전성 패턴부(114)가 스파이럴 패턴으로 형성되는 경우 제2 도전성 패턴부(124)도 그에 대응하는 스파이럴 패턴으로 형성되고, 제1 도전성 패턴부(114)가 미앤더 패턴으로 형성되는 경우 제2 도전성 패턴부(124)도 그에 대응하는 미앤더 패턴으로 형성될 수 있다.
이 경우, 제1 도전성 패턴부(114) 및 제2 도전성 패턴부(124)는, 상호 인접하는 인접 구간, 즉 제1 유전체부(112)의 후방 외주면과 제2 유전체부(122)의 전방 외주면이 인접하여 대면하는 구간에서, 제1 도전성 패턴부(114) 부분을 통해 흐르는 제1 전류의 방향과, 제1 도전성 패턴부(114) 부분에 대응하는 제2 도전성 패턴부(124) 부분을 통해 흐르는 제2 전류의 방향이 일치되도록 형성될 수 있다.
도 7에는 도 3의 A 부분이 수평 단면도로 도시되어 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제1 안테나 모듈(110)의 제1 유전체부(112)는, 내부 중공(119)을 가지며, 그 외주면에 제1 도전성 패턴부(114)가 형성되어 있다. 제2 안테나 모듈(120)은, 제1 안테나 모듈(110)과 소정 이격거리(D)를 두고 그 후방에 배치된다. 제2 안테나 모듈(120)의 제2 유전체부(122)는, 내부 중공(129)을 가지며, 그 외주면에 제2 도전성 패턴부(124)가 형성되어 있다. 이 경우, 제1 도전성 패턴부(114)와 제2 도전성 패턴부(124)는, 제1 유전체부(112)의 후방 외주면과 제2 유전체부(122)의 전방 외주면이 서로 인접하고 있는 인접 구간(L)에서, 제1 도전성 패턴부(114) 부분을 통해 흐르는 제1 전류(I1)의 방향과, 상기 제1 도전성 패턴부(114) 부분에 대응하는 제2 도전성 패턴부(124) 부분을 통해 흐르는 제2 전류(I2)의 방향이 일치되도록 형성될 수 있다. 예컨대, 제1 도전성 패턴부(114) 및 제2 도전성 패턴부(124)가, 각각 제1 유전체부(112)의 외주면 및 제2 유전체부(122)의 외주면을 따라 회전하도록 형성되는 경우, 제1 도전성 패턴부(114)가 제1 유전체부(112)의 외주면을 따라 회전하는 방향과 제2 도전성 패턴부(124)가 제2 유전체부(122)의 외주면을 따라 회전하는 방향이 서로 반대 방향이 되도록 형성될 수 있다. 즉, 제1 도전성 패턴부(114)와 제2 도전성 패턴부(124)가 스파이럴 패턴으로 형성되는 경우, 제1 도전성 패턴부(114)는 제1 유전체부(112)의 외주면에서 시계 방향으로 회전하며 상승하고, 제2 도전성 패턴부(124)는 제2 유전체부(122)의 외주면에서 반시계 방향으로 회전하며 상승하도록 구성될 수 있다. 이와 같이, 제1 도전성 패턴부(114)와 제2 도전성 패턴부(124)는, 그 형태 내지 구조를 통해 커플링 효과를 발생시킴으로써, 안테나 모듈 각각의 인덕턴스 성분과 컨덕턴스 성분을 증가시키고, 그 결과 일반적으로 신호 파장보다 짧게 설계되는 안테나의 길이를 보상하고 방사 효율을 개선할 수 있다.
한편, 제1 유전체부(112) 및 제2 유전체부(122)는, 제1 도전성 패턴부(114) 및 제2 도전성 패턴부(124)에 의해 발생되는 커플링 양을 고려하여 결정된 이격거리를 두고 배치된다. 즉, 제1 도전성 패턴부(114) 및 제2 도전성 패턴부(124)에 의해 발생되는 커플링 양은, 양 자간의 이격거리(D)가 가까워질수록 많아지고, 양 자간의 이격거리(D)가 멀어질수록 적어진다. 따라서, 통합 안테나 장치를 소형화하기 위한 도전성 패턴의 길이, 유전체부의 크기 등이 정해지면 목표 성능 구현을 위해 요구되는 커플링 양이 결정되고, 결정된 커플링 양을 나타내도록 제1 유전체부(112)와 제2 유전체부(122) 간의 이격거리(D)가 조정되어 결정된다. 예컨대, 안테나의 성능과 구현의 가능성 등을 고려한 이격거리(D)의 범위는, 0.001λ＜ D ＜ 0.02λ 정도로 볼 수 있다. 여기서, λ는 제1 안테나 모듈(110)과 제2 안테나 모듈(120) 중, 저주파 대역 신호를 송·수신하는 안테나 모듈의 신호 파장이다.
도 8에는 도 3의 A 부분이 수직 단면도로 도시되어 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 제1 도전성 패턴부(114) 및 제2 도전성 패턴부(124)는, 상호 인접 구간에서, 제1 도전성 패턴부 부분(P1)의 높이와, 제1 도전성 패턴부 부분(P1)에 대응하는 제2 도전성 패턴부 부분(P2)의 높이가 일치되도록 배치될 수 있다. 이와 같이, 상호 인접 구간에서, 제1 도전성 패턴부(114)와 제2 도전성 패턴부(124)가 형태, 구조 등이 대응되도록 구성됨은 물론, 대응 패턴 부분들의 배치 높이까지 일치되도록 구성됨으로써, 양 자간의 물리적 상관도가 높아지며, 그 결과 커플링을 위한 임피던스 매칭이 용이해지고 방사 효율이 더욱 향상된다.
도 9에는 제1 안테나 모듈의 DMB 주파수 대역 전류분포 및 방사패턴이 그래프로 도시되어 있다.
도 9의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 전파 방사가 활발히 일어나는 제1 안테나 모듈의 상단부에서 전류분포도가 가장 높고, 해당 값이 일반적인 값 -3[dB] 정도보다 큰 -1.3[dB]에 이르는 것으로 나타나는 점에서, 본 발명의 실제 구현 시 제1 안테나 모듈을 통해 전파 방사를 원활히 수행할 수 있으며 방사 효율을 개선할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 전방위적으로 균일한 방사패턴이 나타나는 점에서, 본 발명의 실제 구현 시 통합 안테나 장치의 무지향성을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
도 10에는 제2 안테나 모듈의 FM 주파수 대역 전류분포 및 방사패턴이 그래프로 도시되어 있다.
도 10의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 전파 방사가 활발히 일어나는 제2 안테나 모듈의 상단부에서 전류분포도가 가장 높고, 해당 값이 일반적인 값 -3[dB] 정도보다 큰 -1.3[dB]에 이르는 것으로 나타나는 점에서, 본 발명의 실제 구현 시 제2 안테나 모듈을 통해 전파 방사를 원활히 수행할 수 있으며 방사 효율을 개선할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 도 10의 (c)에 도시된 바와 같이, 전방위적으로 균일한 방사패턴이 나타나는 점에서, 본 발명의 실제 구현 시 통합 안테나 장치의 무지향성을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 돔 구조의 유전체 외주면을 따라 도전성 패턴을 전방위적으로 형성하여 안테나 모듈을 구성함으로써, 공간 제약적인 차량용 안테나 환경에서 공간 활용도를 높이고, 차량용 안테나에 요구되는 무지향성을 용이하게 확보할 수 있다. 특히, 서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 안테나 모듈들이 커플링되도록 하여 안테나 모듈들 각각의 안테나 길이를 보상해 줌으로써, 다중 주파수 대역을 커버하는 통합 안테나 장치의 소형화를 가능하게 하고, 소형 안테나 장치가 커버할 수 있는 주파수 대역을 저주파 대역까지 확장시킴은 물론, 안테나 모듈들 간 이격거리 확보가 어려운 경우에도 통합 안테나 장치의 방사 효율 및 송·수신 성능을 개선할 수 있다. 또한, 서로 다른 주파수 대역에서 동작하는 안테나 모듈들을 별도의 부재를 사용하지 않고 안테나 모듈들에 형성되는 도전성 패턴의 구조를 통해 커플링되도록 함으로써, 통합 안테나 장치의 제조 공정을 간소화하고, 제조 효율을 향상시킬 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 통합 안테나 장치 110 : 제1 안테나 모듈
112 : 제1 유전체부 114 : 제1 도전성 패턴부
116 : 제1 급전부 118 : 제1 개방 단자부
120 : 제2 안테나 모듈 122 : 제2 유전체부
124 : 제2 도전성 패턴부 126 : 제2 급전부
128 : 제2 개방 단자부 130 : 제3 안테나 모듈
140 : 신호 처리부 150 : 베이스부
160 : 하우징부

Claims (15)

  1. 돔 구조로 형성되는 제1 유전체부 및 상기 제1 유전체부 외주면에 전방위적으로 형성되는 제1 도전성 패턴부를 가지며, 상기 제1 도전성 패턴부를 통해 제1 주파수 대역 신호를 송신 또는 수신하는 제1 안테나 모듈; 및
    상기 제1 유전체부와 상이한 크기의 돔 구조로 형성되고 전단부가 상기 제1 유전체부와 소정 이격거리를 두고 상호 인접하게 배치되는 제2 유전체부 및 상기 제2 유전체부의 외주면에 전방위적으로 형성되는 제2 도전성 패턴부를 가지며, 상기 제2 도전성 패턴부를 통해 제2 주파수 대역 신호를 송신 또는 수신하는 제2 안테나 모듈을 포함하는 차량용 통합 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전성 패턴부 및 상기 제2 도전성 패턴부는, 각각 상기 제1 유전체부의 외주면 및 상기 제2 유전체부의 외주면을 따라 회전하도록 형성되고, 상기 제1 도전성 패턴부가 상기 제1 유전체부의 외주면을 따라 회전하는 방향과 상기 제2 도전성 패턴부가 상기 제2 유전체부의 외주면을 따라 회전하는 방향이 서로 반대 방향인 것을 특징으로 하는 차량용 통합 안테나 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전성 패턴부 및 상기 제2 도전성 패턴부는, 상기 제1 도전성 패턴부 및 상기 제2 도전성 패턴부에 전력이 공급되는 경우 상호 커플링되도록 각각 상기 제1 유전체부 외주면 및 상기 제2 유전체부의 외주면에 상호 대응하는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 안테나 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 도전성 패턴부 및 상기 제2 도전성 패턴부는, 상기 제1 유전체부 및 상기 제2 유전체부가 상호 인접하는 인접 구간에서, 상기 제1 도전성 패턴부 부분을 통해 흐르는 제1 전류의 방향과, 상기 제1 도전성 패턴부 부분에 대응하는 상기 제2 도전성 패턴부 부분을 통해 흐르는 제2 전류의 방향이 일치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 안테나 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 도전성 패턴부 및 상기 제2 도전성 패턴부는, 상기 인접 구간에서, 상기 제1 도전성 패턴부 부분의 높이와, 상기 제1 도전성 패턴부 부분에 대응하는 상기 제2 도전성 패턴부 부분의 높이가 일치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 안테나 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 도전성 패턴부 및 상기 제2 도전성 패턴부는, 각각 상기 제1 유전체부 및 상기 제2 유전체부의 하단으로부터 소정 높이만큼 떨어진 위치에서 상부로 점진적 상승하는 스파이럴 패턴 또는 미앤더 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 안테나 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 유전체부 및 상기 제2 유전체부는, 상기 제1 도전성 패턴부 및 상기 제2 도전성 패턴부에 의해 발생되는 커플링 양을 고려하여 결정된 이격거리를 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 안테나 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 도전성 패턴부는, 일 단이 상기 제1 유전체부의 하단에 배치되는 제1 급전부와 전기적으로 연결되고, 타 단이 상기 제1 유전체부의 상단에 배치되는 제1 개방 단자부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 안테나 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 도전성 패턴부는, 일 단이 상기 제2 유전체부의 하단에 배치되는 제2 급전부와 전기적으로 연결되고, 타 단이 상기 제2 유전체부의 상단에 배치되는 제2 개방 단자부와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 안테나 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 급전부는, 상기 제1 유전체부의 전방에 배치되고,
    상기 제2 급전부는, 상기 제2 유전체부의 후방에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 안테나 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제1 개방 단자부 및 상기 제2 개방 단자부 중 적어도 하나는, 개방 단자부가 배치되는 해당 유전체부의 상단 면을 커버하는 도전성 패턴인 것을 특징으로 하는 차량용 통합 안테나 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차량용 통합 안테나 장치는, 제3 주파수 대역 신호를 송신 또는 수신하는 패치 안테나 형태의 제3 안테나 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 안테나 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 차량용 통합 안테나 장치는,
    상기 제1, 제2, 제3 안테나 모듈을 통해 송신 또는 수신되는 신호를 처리하는 신호 처리부;
    하부면이 차량의 외장 패널에 결합되고, 상부에 상기 제1, 제2, 제3 안테나 모듈 및 상기 신호 처리부가 배치되는 베이스부; 및
    상기 베이스부와 결합하여 내부 수용 공간에 상기 제1, 제2, 제3 안테나 모듈 및 상기 신호 처리부를 수용하는 하우징부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 안테나 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하우징부는, 샤크 핀 형태인 것을 특징으로 하는 차량용 통합 안테나 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제3 안테나 모듈은, 상기 제1 안테나 모듈의 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 통합 안테나 장치.
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