KR20230114881A - 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나 - Google Patents

차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나 Download PDF

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박은미
안성우
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/30—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/30—Arrangements for providing operation on different wavebands

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  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나는, 각각의 동작 주파수에 관한 무선 주파수 신호를 송수신할 수 있는 적어도 하나의 안테나를 포함하는 안테나 모듈; 상기 안테나 모듈이 획득한 각 안테나의 동작 주파수 대역의 전기 신호를 수신하고, 상기 무선 주파수 신호를 디지털 신호로 변환하여 헤드 유닛으로 제공하는 제어모듈;을 포함하며, 상기 안테나 모듈은, 5G 안테나, V2X 안테나, 4G 안테나, 위성 안테나 및 방송 안테나 중 2개 이상을 구현할 수 있는 멀티 밴드 안테나로서, 제1안테나 제2안테나를 포함하며, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나는, 제1 내지 제N개의 안테나 세그먼트와, 특정 주파수 대역에 대한 전기 신호의 흐름을 차단하는 필터를 포함하되, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나는 폴 타입으로 마련되되 상기 제2안테나가 상기 제1안테나 내부에 배치될 수 있다. 본 발명에 의하면 둘 이상의 주파수 대역에 대해 동작할 수 있는 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나가 제공된다.

Description

차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나{MULTI-BAND MONOPOLE ANTENNA FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 안테나에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 둘 이상의 주파수 대역에 대해 동작할 수 있는 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나에 관한 것이다.
자율주행이 가능한 미래형 차량(스마트카)에 대한 기술개발이 점차적으로 진행되면서, 스마트카 패러다임에 따른 지능형 부품 개발이 필요하다.
미국의 도로교통안전국(NHTSA)에서 차량 간 통신기능 탑재를 의무화함에 따라 19년부터 정식발효 시 자동차 제조사는 2023년부터 신차에 통신기능을 반드시 탑재하여야 하게 되었고 이를 위한 멀티밴드 안테나 개발은 매우 중요하다.
스마트 카에 대한 고객의 요구를 반영하여 다양한 대역을 수용할 수 있는 송수신용 멀티밴드 안테나의 수요가 증대되고 있다.
현재 시중에 판매되는 제품들은 라디오 및 DMB만 수신 가능한 상태이며, 다양한 멀티미디어를 송·수신하기 위한 멀티밴드 안테나에 대한 기술개발은 미흡한 상황이기 때문에 해당 기술을 선점하여 시장을 확대할 필요가 있다.
특히 차량 어플리케이션에 관한 다양한 서비스가 개발 및 제공됨에 따라 차량에 요구되는 안테나의 개수가 증가되고 있으며, 5 세대(5 Generation, 5G) 주파수 대역에 관한 무선 통신의 경우, 원활한 통신 환경을 확보하기 위해 적어도 둘 이상의 안테나를 구비할 필요성이 있다.
이에 따라, 복수의 안테나를 구비하는 통합형 안테나에 관한 기술이 공개 되었다. 하지만 협소한 공간의 내부에 복수의 안테나를 구비하는 경우, 상기 복수의 안테나 간 전자기적 상호 간섭이 발생하여 안테나 성능이 충분히 발휘되지 않을 수 있다.
대한민국 등록특허 제10-2215657호 (2021.02.05) "멀티 밴드 안테나 및 이를 포함하는 차량용 안테나 어셈블리" 대한민국 등록특허 제10-1718919호 (2017.03.16) "차량용 다중대역안테나"
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나는, 적어도 둘 이상의 주파수 대역에 대해 동작할 수 있는 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나는, 각각의 동작 주파수에 관한 무선 주파수 신호를 송수신할 수 있는 적어도 하나의 안테나를 포함하는 안테나 모듈; 상기 안테나 모듈이 획득한 각 안테나의 동작 주파수 대역의 전기 신호를 수신하고, 상기 무선 주파수 신호를 디지털 신호로 변환하여 헤드 유닛으로 제공하는 제어모듈;을 포함하며, 상기 안테나 모듈은, 5G 안테나, V2X 안테나, 4G 안테나, 위성 안테나 및 방송 안테나 중 2개 이상을 구현할 수 있는 멀티 밴드 안테나로서, 제1안테나 제2안테나를 포함하며, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나는, 제1 내지 제N개의 안테나 세그먼트와, 특정 주파수 대역에 대한 전기 신호의 흐름을 차단하는 필터를 포함하되, 상기 제1안테나와 상기 제2안테나는 폴 타입으로 마련되되 상기 제2안테나가 상기 제1안테나 내부에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 필터는 특정 주파수 대역에서 로 패스 필터 또는 밴드 리젝트 필터로 동작할 수 있다.
본 발명에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나에 의하면, 적어도 둘 이상의 주파수 대역에 대해 동작할 수 있는 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나가 제공된다.
또한, 특정 주파수 대역에 대한 전기적 연결을 차단하는 필터를 통해 상기 특정 주파수 대역에 대한 안테나 세그먼트 간의 간섭을 저감시킬 수 있다.
또한, 모노톨 타입으로 마련되어 상대적으로 저가로 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나의 개략적인 도면
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나의 개략적인 구성도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나의 제1안테나의 개략적인 구성도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나의 제1안테나의 개략적인 도면
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나의 제2안테나의 개략적인 구성
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나의 제2안테나의 개략적인 도면
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나의 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 이에 대해 상세한 설명에 상세하게 설명한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
설명에 앞서 상세한 설명에 기재된 용어에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나는 적어도 둘 이상의 주파수 대역에 대해 동작할 수 있는 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나의 개략적인 도면이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나의 개략적인 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나(1000)는, 안테나 모듈(100)과 제어모듈(200)을 포함한다.
안테나 모듈(100)은 각각의 동작 주파수에 관한 무선 주파수 신호를 송수신할 수 있는 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(100)은 각 안테나의 동작 주파수 대역의 전기 신호를 획득할 수 있고, 전기 신호를 안테나 모듈(100)과 소정의 연결 수단에 의해 연결된 제어 모듈에 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나의 제1안테나의 개략적인 구성도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나의 제1안테나의 개략적인 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나의 제2안테나의 개략적인 구성이며, 도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나의 제2안테나의 개략적인 도면이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나의 도면이다.
안테나 모듈(100)은 모노플 안테나로서 멀티 밴드를 구현하기 위해 제1안테나(100)와 제2안테나(200)를 포함할 수 있다. 제1안테나(100)와 제2안테나(200)는 5G 안테나, V2X 안테나, 4G 안테나, 위성 안테나 및 방송 안테나를 포함할 수 있다.
5G(5 Generation) 안테나는 5세대 통신을 위한 주파수 대역에 대해 동작하는 안테나일 수 있다. 여기서 5세대 통신 방식은 밀리미터파(millimeter waver) 대역을 사용할 수 있다. 예를 들어, 5세대 통신을 위한 주파수 대역은 중간 대역으로 3.5GHz 혹은 초고주파 대역으로 28GHz일 수 있다.
V2X 안테나는 V2X 통신을 위한 주파수 대역에 대해 동작하는 안테나일 수 있다. V2X(Vehicle-to-Everything)는 유무선 신호를 통하여 사물 또는 인프라 간 도로 위에 존재할 수 있는 정보를 교환할 수 있는 기술을 의미한다. 이 때, V2X는 차량 대 차량 간(Vehicle-to-Vehicle, V2V), 차량 대 인프라 간(Vehicle-to-Infra, V2I), 차량 대 보행자 간(Vehicle to Pedestrian, V2P) 및 차량 대 개인 단말 간(Vehicle to Nomadic Devices, V2N)의 통신을 모두 포함할 수 있다.
상기 V2X 안테나는 V2X IEEE802.11p 규격에 대응되도록 운용되며, 5.9GHz 대역의 전파에 동작하는 안테나일 수 있다. 혹은 상기 V2X 안테나는 C-V2X(Cellular-V2X) 통신을 위한 안테나일 수 있다.
4G 안테나는 셀룰러 안테나 또는 텔레매틱스 안테나로서, LTE(Long-Term Evolution) 안테나 또는 와이브로(Mobile WiMAX, Wibro) 안테나를 포함하는 4세대(4G) 통신 방식에 관한 안테나일 수 있다.
4G 안테나는 LTE 주파수 대역에 대해 동작할 수 있으며, LTE 주파수 대역은 저주파수 대역 및 고주파수 대역 주파수를 포함할 수 있다. 여기서 저주파수 대역은 800~900Mhz, 고주파수 대역은 1.7~2.3GHz일 수 있다.
5G 안테나와 4G 안테나는 각각의 동작 주파수에 대해 모두 동작할 수 있는 멀티 밴드 안테나를 통해 구현 될 수 있다. 예를 들어, 5G 주파수 대역, LTE의 저주파수 대역 및 LTE의 고주파수 대역 각각의 주파수 대역에 동작할 수 있는 안테나가 하나의 멀티 밴드 안테나를 통해 구현될 수 있다. 즉 멀티 밴드 안테나는 하나의 안테나 구성으로서 복수 개의 주파수 대역에 대해 동작할 수 있는 멀티 밴드 안테나일 수 있다.
위성 안테나는 특정 시간대에서의 원하는 지점에 대한 위치 정보를 획득할 수 있는 위성 정보 수신용 안테나를 포함할 수 있다. 상기 위성 안테나는 GNSS(Global Navigation Satellite System), SDARS(Satellite Digital Audio Radio Service), GPS(Global Positioning System), GALILEO 또는 GLONASS(Global Orbiting Navigational System)일 수 있으나, 상술한 예에 한정되지 않는다.
방송 안테나는 라디오 방송에 관한 신호를 수신하기 위한 안테나로서, AM/FM 주파수 대역에 동작하는 AM/FM 안테나 혹은 지상파 방송에 관한 신호를 수신하기 위한 주파수인 DAB(Digital Audio Broadcasting)주파수 대역에 동작하는 DAB 안테나일 수 있다.
즉, 제1안테나(100)와 제2안테나(200)는 상술한 5G 안테나, V2X 안테나, 4G 안테나, 위성 안테나 및 방송 안테나 중 2개 이상을 구현할 수 있는 멀티 밴드 안테나이다.
구체적으로, 제1안테나(100)는 5G의 중간 주파수 대역, 4G 고주파수 및 4G 저주파수 대역에 대해 동작할 수 있는 멀티 밴드 안테나일 수 있다. 또한, 제2안테나(200)는 V2X 통신을 위한 안테나 이면서 5G 중간 주파수 대역의 안테나일 수 있다.
제1안테나(100)와 제2안테나(200)는 멀티 밴드를 구현하기 위해 제1 내지 제N개의 안테나 세그먼트와, 특정 주파수 대역에 대한 전기 신호의 흐름을 차단하는 필터를 포함할 수 있다.
N개의 세그먼트는 특정 동작 주파수 대역에 대한 안테나 요소의 적어도 일부로서 기능할 수 있다. 세그먼트는 단일 도체로 형성된 안테나 요소이거나, 인쇄회로기판의 적어도 그 일 면에 도전성 패턴이 프린팅되어 구현된 안테나 요소일 수 있다.
그리고 필터는 각각 특정 대역 범위에 관한 전기 신호를 차단하도록 구성된 밴드 리젝 필터(Band Reject Filter, BRF)이거나, 특정 대역 범위에 관한 전기 신호를 투과하도록 구성된 BPF(Band Pass Filter)이거나, 미리 정해진 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역의 전기 신호만을 투과시키는 LPF(Low Pass Filter)일 수 있다.
예를 들어, 제1안테나(100)는, 제1안테나 세그먼트(110) 제2안테나 세그먼트(120), 제3안테나 세그먼트(130), 제1필터(210), 제2필터(220)로 구성된 멀티 밴드 안테나는 세 개의 상이한 주파수 대역에 대해 동작할 수 있는 멀티 밴드 안테나일 수 있다.
제2안테나(200)는, 제1안테나 세그먼트(110), 제1필터(210) 및 제2안테나 세그먼트(120)로 구성된 멀티 밴드 안테나일 수 있다.
제1안테나 세그먼트(110)는 제1 주파수 대역에 동작하는 안테나일 수 있으며, 제1필터(210)는 상기 제1 주파수 대역을 가지는 전기 흐름을 차단하는 필터일 수 있다.
제1필터(210)는 제1안테나 세그먼트(110)와 제2안테나 세그먼트(120)를 물리적으로 연결하되, 제1 주파수 대역에 대한 전기 흐름에 대해서는 제1안테나 세그먼트(110)와 제2안테나 세그먼트(120)를 전기적으로 차단할 수 있다. 그리고 제1필터(210)는 제1 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역의 전기 흐름에 대해서는 제1안테나 세그먼트(110)와 제2안테나 세그먼트(120)를 전기적으로 연결할 수 있다.
제2필터(220)는 제2안테나 세그먼트(120)와 제3안테나 세그먼트(130)를 물리적으로 연결하되, 제2 주파수 대역에 대한 전기 흐름에 대해서는 제2안테나 세그먼트(120)와 제3안테나 세그먼트(130)를 전기적으로 차단할 수 있다. 그리고 제2필터(220)는 제2 주파수 대역보다 낮은 주파수 대역의 전기 흐름에 대해서는 제2안테나 세그먼트(120)와 제3안테나 세그먼트(130)를 전기적으로 연결할 수 있다.
즉, 제1안테나(100)와 제2안테나(200)는 구현하고자 하는 대역(밴드)의 수 만큼 세그먼트를 가지며, 세그먼트보다 1개 적은 필터의 수를 갖는다. 필터에 의해 각 세그먼트에서 주파수 대역에 대한 상호 간섭은 방지될 수 있다.
한편, 제어모듈(200)은 무선 주파수 신호의 처리나 정보의 처리, 연산을 수행할 수 있다. 무선 주파수 신호는 전기 신호인 아날로그 신호로서, 제어 모듈은 무선 주파수 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 제어 모듈은 변환한 디지털 신호를 헤드 유닛에 제공할 수 있다. 여기서 헤드 유닛은 라디오 수신기, 터치 스크린 디스플레이, 네비게이션, 모바일 기기 등 사용자 인터페이스에 의해 제어되는 구성일 수 있다. 즉 제어모듈(200)은 텔레매틱스 컨트롤 유닛(Telematics Control Unit, TCM)이다.
제1안테나(100)와 제2안테나(200)는 폴 타입으로 마련되어 캡에 삽입되는 구조를 가질 수 있다. 캡은 차량의 루프 후단에 설치될 수 있다.
본 실시예에 따른 안테나는 모노폴(momo-pole) 타입으로서, 제1안테나(100)와 제2안테나(200)는 폴 타입으로 마련된다. 여기서 제2안테나(200)는 제1안테나(100) 내부에 배치된다.
제1안테나(100)는 예를 들어 헬리컬 형태로 마련되어 소형화될 수 있으며, 제2안테나(200)는 헬리컬 타입의 제1안테나(100) 내부에 배치되어 이중으로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면 둘 이상의 주파수 대역에 대해 동작할 수 있는 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나가 제공된다.
본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1000 : 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나
100 : 안테나 모듈 110 : 제1안테나 세그먼트
120 : 제2안테나 세그먼트 130 : 제1안테나 세그먼트
200 : 제어모듈 210 : 제1필터
220 : 제2필터 300 : 제1안테나
400 : 제2안테나

Claims (2)

  1. 각각의 동작 주파수에 관한 무선 주파수 신호를 송수신할 수 있는 적어도 하나의 안테나를 포함하는 안테나 모듈;
    상기 안테나 모듈이 획득한 각 안테나의 동작 주파수 대역의 전기 신호를 수신하고, 상기 무선 주파수 신호를 디지털 신호로 변환하여 헤드 유닛으로 제공하는 제어모듈;을 포함하며,
    상기 안테나 모듈은,
    5G 안테나, V2X 안테나, 4G 안테나, 위성 안테나 및 방송 안테나 중 2개 이상을 구현할 수 있는 멀티 밴드 안테나로서, 제1안테나 제2안테나를 포함하며,
    상기 제1안테나와 상기 제2안테나는,
    제1 내지 제N개의 안테나 세그먼트와, 특정 주파수 대역에 대한 전기 신호의 흐름을 차단하는 필터를 포함하되,
    상기 제1안테나와 상기 제2안테나는 폴 타입으로 마련되되 상기 제2안테나가 상기 제1안테나 내부에 배치되는 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 필터는 특정 주파수 대역에서 로 패스 필터 또는 밴드 리젝트 필터로 동작하는 차량용 멀티 밴드 모노폴 안테나.
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