KR20230121634A - 차량에 탑재되는 안테나 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 제1통신 시스템에 따른 제1신호를 송신하고 수신하도록 구성되는 복수의 제1 안테나 소자가 다중입력 다중출력(MIMO: Multi Input Multi Output)을 수행하는 제1안테나 시스템; 및 제2통신 시스템에 따른 제2신호를 송신하고 수신하도록 구성되는 복수의 제2 안테나 소자가 빔포밍을 수행하는 제2안테나 시스템을 포함하고, 상기 복수의 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는 동일한 회로 기판(circuit board)에 배치되어, LTE 안테나 시스템과 5G 안테나 시스템을 구비하는 평면형(flat) 차량용 안테나에서, 안테나 소자들 간의 격리도 특성이 최적화된 안테나 배치 구조를 제공할 수 있다.

Description

차량에 탑재되는 안테나 시스템{ANTENNA SYSTEM MOUNTED IN VEHICLE}
본 발명은 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 차량에 탑재되어 복수의 통신 신호들을 송신하고 수신하여 통신 서비스를 제공하는 안테나 시스템에 관한 것이다.
단말기는 이동 가능 여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)로 나뉠 수 있다. 다시 이동 단말기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mounted terminal)로 나뉠 수 있다.
이동 단말기의 기능은 다양화되고 있다. 예를 들면, 데이터와 음성통신, 카메라를 통한 사진촬영 및 비디오 촬영, 음성녹음, 스피커 시스템을 통한 음악파일 재생 그리고 디스플레이부에 이미지나 비디오를 출력하는 기능이 있다. 일부 단말기는 전자게임 플레이 기능이 추가되거나, 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다. 특히 최근의 이동 단말기는 방송과 비디오나 텔레비전 프로그램과 같은 시각적 컨텐츠를 제공하는 멀티캐스트 신호를 수신할 수 있다.
이와 같은 단말기(terminal)는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.
이러한 단말기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.
최근에는, 이러한 이동 단말기를 차량에 탑재하여 통신 서비스와 멀티미디어 서비스를 제공할 필요성이 증대되고 있다. 한편, 통신 서비스에 관련하여 LTE(Long Term Evolution) 등의 기존 통신 서비스뿐만 아니라, 차세대 통신 서비스인 5세대 통신 서비스(5G communication service)에 대한 필요성도 대두되고 있다.
이와 관련하여, 5세대 통신 서비스에 대한 규격에 대한 논의가 완료되지 않았을 뿐만 아니라, 이를 차량에서 구현하기 위한 안테나 시스템 및 통신 시스템에 대한 논의가 이루어지지 않고 있다는 문제점이 있다. 또한, 차량용 안테나 시스템을 차량에 탑재하는 방법과 관련하여, 평면형(flat) 안테나를 구현하는 방법에 대한 구체적인 방법이 제시되지 않고 있다는 문제점이 있다.
또한, 차량용 안테나 시스템은 5G 통신 시스템뿐만 아니라, 기존의 통신 서비스인 LTE 등의 통신 서비스를 지원할 필요가 있다. 이와 관련하여, LTE에서는 전송 속도의 향상을 위하여 MIMO(다중 입력 다중 출력: Multi-Input Multi-Output) 모드를 지원한다. 하지만, 이러한 MIMO 모드를 지원하기 위하여 LTE 안테나 간에 격리도(isolation)가 중요한데, 차량 내에 탑재 가능한 크기에서 충분한 격리도를 확보하는 방안이 구체적으로 제시되지 않고 있다는 문제점이 있다.
또한, LTE와 같은 4G 통신 시스템의 안테나와 5G 통신 시스템의 안테나가 배치되는 경우에 이들 간의 격리도 또한 중요하다. 이와 관련하여, 5G 통신 시스템의 안테나가 6GHz 이하인 Sub6 대역에서 동작하거나, 4G 통신 시스템의 일부 주파수 대역을 이용하는 LTE 재배치(re-farming)의 경우에 특히 그러하다. 따라서, 복수의 통신 시스템의 안테나 간에, 차량 내에 탑재 가능한 크기에서 충분한 격리도를 확보하는 방안이 구체적으로 제시되지 않고 있다는 문제점이 있다.
본 발명의 일 목적은 기존 이동 통신 서비스뿐만 아니라 차세대 통신 서비스를 제공할 수 있는 평면형 차량용 안테나와 격리도 특성이 최적화된 안테나 배치 구조를 제공하는 데에 있다.
또한, 본 발명의 일 목적은 복수의 통신 서비스를 제공하는 복수의 안테나들을 차량용 안테나 시스템 구조물에 효과적으로 배치하고, 상기 복수의 안테나들을 이용하여 통신 서비스를 제공하는 데에 있다.
본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 제1통신 시스템에 따른 제1신호를 송신하고 수신하도록 구성되는 복수의 제1 안테나 소자가 다중입력 다중출력(MIMO: Multi Input Multi Output)을 수행하는 제1안테나 시스템; 및 제2통신 시스템에 따른 제2신호를 송신하고 수신하도록 구성되는 복수의 제2 안테나 소자가 빔포밍을 수행하는 제2안테나 시스템을 포함하고, 상기 복수의 제1 안테나 소자 및 상기 제2 안테나 소자는 동일한 회로 기판(circuit board)에 배치되어, LTE 안테나 시스템과 5G 안테나 시스템을 구비하는 평면형(flat) 차량용 안테나에서, 안테나 소자들 간의 격리도 특성이 최적화된 안테나 배치 구조를 제공할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 안테나 시스템은 4 x 4 MIMO를 수행하고, 상기 복수의 제1 안테나 소자는 상기 회로 기판의 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 제1 안테나 소자는 제1 내지 제4 LTE 안테나를 포함하고, 상기 회로 기판의 좌측 상단 및 우측 상단에 배치된 상기 제1 및 제2 LTE 안테나는 상호 간 중앙선을 기준으로 대칭 형태이다. 이때, 상기 제1 및 제2 LTE 안테나의 급전 형태는 상호 간에 급전 지점(feeding point)이 멀리 이격되어 격리도가 개선되도록 오프-센터(off-center) 형태일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 회로 기판의 좌측 하단 및 우측 하단에 배치되는 상기 제3 및 제4 LTE 안테나 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 LTE 안테나에 비해 좌측 또는 우측으로 일부 이격(shift)될 수 있다. 이때, 상기 제3 안테나는 하단부의 직선 영역이 아닌 곡선 영역과 좌측 영역에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1 및 제2 LTE 안테나가 배치된 영역 사이에 배치되는 C2X 안테나를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 회로 기판의 좌측 하단 및 우측 하단에 배치된 상기 제3 및 제4 LTE 안테나에 일정 거리로 이격되어 배치되는 제1 및 제2 WiFi 안테나를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 WiFi 안테나는 상기 회로 기판의 좌측 중앙 및 하단 중앙에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 제2안테나 소자는, 상기 제1 내지 제4 LTE 안테나에 의해 둘러싸인 상기 회로 기판의 중앙 영역(center region)에 배치되는 제1 내지 제4 배열 안테나를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 내지 제4 배열 안테나는 방위각(azimuth angle) 방향에서 일정 영역을 커버하도록 좌측 중앙, 우측 중앙, 상부 및 하부에 각각 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 좌측 중앙 및 상기 우측 중앙에 배치된 상기 제1 내지 제2 배열 안테나에 일정 거리로 이격되어 배치되는 SDAS 안테나 및 GNSS 안테나를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 GNSS 안테나를 통해 신호를 수신하는 경우, 상기 제1 내지 제4 LTE 안테나가 상기 제1 신호의 송신 전력을 임계치 이하로 설정할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제1안테나 시스템과 상기 제2안테나 시스템은 다각형 구조의 상기 회로 기판에 해당하는 안테나 PCB 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 안테나 PCB의 배면에는 집적 모듈이 배치되고, 상기 집적 모듈에는 모뎀 모듈(Modem Module), 커넥티비티 모듈(Connectivity Module) 및 밀리미터파(mmWave) 모듈이 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 안테나 PCB의 상부에는 상부 커버가 배치되고, 상기 안테나 PCB의 하부에는 메인 PCB가 배치될 수 있다. 한편, 상기 메인 PCB의 하부에는 하부 커버가 배치되고, 상기 하부 커버에는 장착 또는 탈착 가능한 백업 배터리가 구비될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 차량에 구비되는 안테나 시스템은 차량의 지붕(roof) 위에 배치되거나, 또는 상기 차량의 지붕 구조물 내에 배치되고, 상기 지붕 구조물의 적어도 일부가 비금속으로 구현될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 안테나 PCB는 상기 제1안테나 시스템과 상기 제2안테나 시스템 이외에 모뎀 프로세서, 블루투스(BT)/와이파이(WiFi) 모듈 및 C2X 모듈을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 메인 보드는 어플리케이션 프로세서, 이더넷 스위치, 전력 관리부 및 차량 네트워크 커넥터를 포함할 수 있다. 또한, 상기 안테나 시스템은 무선 인터페이스로 2X2 LTE MIMO 입력 포트와 C2X 안테나 포트를 구비하고, 유선 인터페이스로 이더넷 인터페이스, 응급 호출 버튼 인터페이스, 에어 백 인터페이스, 응급 호출 스피커 인터페이스 및 마이크로폰 인터페이스를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은, 제1통신 시스템에 따른 제1신호를 송신하고 수신하도록 구성되는 복수의 제1 안테나 소자; 및 제2통신 시스템에 따른 제2신호를 송신하고 수신하도록 구성되는 복수의 안테나 배열을 포함하고, 상기 복수의 제1 안테나 소자 및 상기 복수의 안테나 배열은 동일한 회로 기판(circuit board)인 안테나 PCB에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 제1 안테나 소자는 제1 내지 제4 LTE 안테나를 포함하고, 기지국과 4 x 4 MIMO를 수행할 수 있다. 이때, 상기 복수의 제1 내지 제4 LTE 안테나는 상기 안테나 PCB의 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 안테나 PCB의 좌측 상단 및 우측 상단에 배치된 상기 제1 및 제2 LTE 안테나는 상호 간 중앙선을 기준으로 대칭 형태일 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 LTE 안테나의 급전 형태는 상호 간에 급전 지점(feeding point)이 멀리 이격되어 격리도가 개선되도록 오프-센터(off-center) 형태일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 안테나 PCB의 좌측 하단 및 우측 하단에 배치되는 상기 제3 및 제4 LTE 안테나 중 적어도 하나는 상기 제1 및 제2 LTE 안테나에 비해 좌측 또는 우측으로 일부 이격(shift)될 수 있다. 이때, 상기 제3 안테나는 하단부의 직선 영역이 아닌 곡선 영역과 좌측 영역에 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 안테나 배열인 제1 내지 제4 배열 안테나는 상기 제1 내지 제4 LTE 안테나에 의해 둘러싸인 상기 안테나 PCB의 중앙 영역(center region)에 배치될 수 있다. 한편, 상기 제1 내지 제4 배열 안테나는 방위각(azimuth angle) 방향에서 일정 영역을 커버하도록 좌측 중앙, 우측 중앙, 상부 및 하부에 각각 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 복수의 제1 안테나 소자와 상기 복수의 배열 안테나는 다각형 구조의 상기 안테나 PCB 상에 배치될 수 있다. 이때, 상기 안테나 PCB의 배면에는 집적 모듈이 배치되고, 상기 집적 모듈에는 모뎀 모듈(Modem Module), 커넥티비티 모듈(Connectivity Module) 및 밀리미터파(mmWave) 모듈이 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 안테나 PCB의 상부에는 상부 커버가 배치되고, 상기 안테나 PCB의 하부에는 메인 PCB가 배치될 수 있다. 한편, 상기 메인 PCB의 하부에는 하부 커버가 배치되고, 상기 하부 커버에는 장착 또는 탈착 가능한 백업 배터리가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 그 제어 방법의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따르면, LTE 안테나 시스템과 5G 안테나 시스템을 구비하는 평면형(flat) 차량용 안테나에서, 안테나 소자들 간의 격리도 특성이 최적화된 안테나 배치 구조를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 평면형 차량용 안테나 시스템의 다양한 기본 구조들을 확장 구조를 확장 가능한 모듈 형태의 평면형 차량용 안테나 시스템을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 이동 단말기에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 3은 본 발명에 따른 통신 모듈과 안테나 모듈을 포함하는 안테나 시스템의 세부 구성을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템의 분해도를 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 차량용 안테나 시스템의 안테나 PCB에 안테나가 배치된 구성을 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 복수의 LTE 안테나들 간의 격리도를 나타낸 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 PCB의 상면과 하면에 배치되는 모듈을 나타낸 것이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 차량용 안테나 시스템의 내부 구조를 나타낸다.
한편, 본 명세서에서 언급되는 이동 단말기는 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 의해 구현되는 차량용 단말기를 주로 언급하지만, 차량 내부에 배치되거나 차량에 탑승한 사용자가 소지하는 이동 단말기(전자 기기)를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 이동 단말기에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다. 이와 관련하여, 도 1의 (a)는 상기 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕(roof) 위에 탑재되는 형상을 도시한다. 한편, 도 1의 (b)는 상기 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕 내에 탑재되는 구조를 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에서는 자동차(차량)의 외관 개선 및 충돌 시 텔레매틱스 성능을 보전하기 위해 기존의 샤크 핀(Shark Fin) 안테나를 돌출되지 않은 형태의 평면형(Flat) 안테나로 대체하고자 한다. 또한, 본 발명에서는 기존 이동통신 서비스(LTE) 제공과 함께, 2020년 이후 5세대(5G) 통신을 고려한 LTE 안테나와 5G 밀리미터파(mmWave) 안테나가 통합된 형태의 안테나를 제안하고자 한다. 이와 관련하여, 상기 LTE 안테나는 LTE 4 x 4 MIMO(다중 입출력: Multi-Input Multi-Output)안테나일 수 있다. 또한, 본 발명에서는 내부에 장착되는 패치(patch) 안테나의 충격에 의한 내구성 강화를 위하여 패키지(package) 형태의 안테나를 제안한다.
도 1의 (a)를 참조하면, 상기 안테나 시스템(1000)은 육면체로 이루어진 구조물로 구성되며, 차량의 지붕(roof) 위에 배치된다. 도 1의 (a)에서 상기 안테나 시스템(1000)을 외부 환경 및 차량 운전 시에 외부 충격으로부터 보호하기 위한 레이돔(radome, 2000a)이 상기 안테나 시스템(1000)을 둘러쌀 수 있다. 상기 레이돔(2000a)은 상기 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.
도 1의 (b)를 참조하면, 상기 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 구조물 내에 배치되고, 상기 지붕 구조물의 적어도 일부가 비금속으로 구현되도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 차량의 지붕 구조물(2000b)의 적어도 일부는 비금속으로 구현되어, 상기 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 구조물 이외에 응용에 따라 차량 전면 또는 후면 위에 설치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 차량을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 차량(100)은 동력원에 의해 회전하는 바퀴, 차량(100)의 진행 방향을 조절하기 위한 조향 입력 장치(510)를 포함할 수 있다.
차량(100)은 자율 주행 차량일 수 있다.
차량(100)은, 사용자 입력에 기초하여, 자율 주행 모드 또는 메뉴얼 모드(수도 주행 모드)로 전환될 수 있다.
예를 들면, 차량(100)은, 사용자 인터페이스 장치(200)를 통해, 수신되는 사용자 입력에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.
차량(100)은, 주행 상황 정보에 기초하여, 자율 주행 모드 또는 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다. 주행 상황 정보는, 오브젝트 검출 장치(300)에서 제공된 오브젝트 정보에 기초하여 생성될 수 있다.
예를 들면, 차량(100)은, 오브젝트 검출 장치(300)에서 생성되는 주행 상황 정보에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.
예를 들면, 차량(100)은, 통신 장치(400)를 통해 수신되는 주행 상황 정보에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.
차량(100)은, 외부 디바이스에서 제공되는 정보, 데이터, 신호에 기초하여 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.
차량(100)이 자율 주행 모드로 운행되는 경우, 자율 주행 차량(100)은, 운행 시스템(700)에 기초하여 운행될 수 있다.
예를 들면, 자율 주행 차량(100)은, 주행 시스템(710), 출차 시스템(740), 주차 시스템(750)에서 생성되는 정보, 데이터 또는 신호에 기초하여 운행될 수 있다.
차량(100)이 메뉴얼 모드로 운행되는 경우, 자율 주행 차량(100)은, 운전 조작 장치(500)를 통해 운전을 위한 사용자 입력을 수신할 수 있다. 운전 조작 장치(500)를 통해 수신되는 사용자 입력에 기초하여, 차량(100)은 운행될 수 있다.
전장(overall length)은 차량(100)의 앞부분에서 뒷부분까지의 길이, 전폭(width)은 차량(100)의 너비, 전고(height)는 바퀴 하부에서 루프까지의 길이를 의미한다. 이하의 설명에서, 전장 방향(L)은 차량(100)의 전장 측정의 기준이 되는 방향, 전폭 방향(W)은 차량(100)의 전폭 측정의 기준이 되는 방향, 전고 방향(H)은 차량(100)의 전고 측정의 기준이 되는 방향을 의미할 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 차량(100)은, 사용자 인터페이스 장치(200), 오브젝트 검출 장치(300), 통신 장치(400), 운전 조작 장치(500), 차량 구동 장치(600), 운행 시스템(700), 내비게이션 시스템(770), 센싱부(120), 인터페이스부(130), 메모리(140), 제어부(170) 및 전원 공급부(190)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 차량(100)은, 본 명세서에서 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.
사용자 인터페이스 장치(200)는, 차량(100)과 사용자와의 소통을 위한 장치이다. 사용자 인터페이스 장치(200)는, 사용자 입력을 수신하고, 사용자에게 차량(100)에서 생성된 정보를 제공할 수 있다. 차량(100)은, 사용자 인터페이스 장치(200)를 통해, UI(User Interfaces) 또는 UX(User Experience)를 구현할 수 있다.
오브젝트 검출 장치(300)는, 차량(100) 외부에 위치하는 오브젝트를 검출하기 위한 장치이다.
오브젝트는, 차량(100)의 운행과 관련된 다양한 물체들일 수 있다.
한편, 오브젝트는, 이동 오브젝트와 고정 오브젝트로 분류될 수 있다. 예를 들면, 이동 오브젝트는, 타 차량, 보행자를 포함하는 개념일 수 있다. 예를 들면, 고정 오브젝트는, 교통 신호, 도로, 구조물을 포함하는 개념일 수 있다.
오브젝트 검출 장치(300)는, 카메라(310), 레이다(320), 라이다(330), 초음파 센서(340), 적외선 센서(350) 및 프로세서(370)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 오브젝트 검출 장치(300)는, 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.
카메라(310)는, 차량 외부 영상을 획득하기 위해, 차량의 외부의 적절한 곳에 위치할 수 있다. 카메라(310)는, 모노 카메라, 스테레오 카메라(310a), AVM(Around View Monitoring) 카메라(310b) 또는 360도 카메라일 수 있다.
예를 들면, 카메라(310)는, 차량 전방의 영상을 획득하기 위해, 차량의 실내에서, 프런트 윈드 쉴드에 근접하게 배치될 수 있다. 또는, 카메라(310)는, 프런트 범퍼 또는 라디에이터 그릴 주변에 배치될 수 있다.
예를 들면, 카메라(310)는, 차량 후방의 영상을 획득하기 위해, 차량의 실내에서, 리어 글라스에 근접하게 배치될 수 있다. 또는, 카메라(310)는, 리어 범퍼, 트렁크 또는 테일 게이트 주변에 배치될 수 있다.
예를 들면, 카메라(310)는, 차량 측방의 영상을 획득하기 위해, 차량의 실내에서 사이드 윈도우 중 적어도 어느 하나에 근접하게 배치될 수 있다. 또는, 카메라(310)는, 사이드 미러, 휀더 또는 도어 주변에 배치될 수 있다.
카메라(310)는, 획득된 영상을 프로세서(370)에 제공할 수 있다.
레이다(320)는, 전자파 송신부, 수신부를 포함할 수 있다. 레이더(320)는 전파 발사 원리상 펄스 레이더(Pulse Radar) 방식 또는 연속파 레이더(Continuous Wave Radar) 방식으로 구현될 수 있다. 레이더(320)는 연속파 레이더 방식 중에서 신호 파형에 따라 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식 또는 FSK(Frequency Shift Keyong) 방식으로 구현될 수 있다.
레이더(320)는 전자파를 매개로, TOF(Time of Flight) 방식 또는 페이즈 쉬프트(phase-shift) 방식에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 검출된 오브젝트의 위치, 검출된 오브젝트와의 거리 및 상대 속도를 검출할 수 있다.
레이더(320)는, 차량의 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트를 감지하기 위해 차량의 외부의 적절한 위치에 배치될 수 있다.
라이다(330)는, 레이저 송신부, 수신부를 포함할 수 있다. 라이다(330)는, TOF(Time of Flight) 방식 또는 페이즈 쉬프트(phase-shift) 방식으로 구현될 수 있다.
라이다(330)는, 구동식 또는 비구동식으로 구현될 수 있다.
구동식으로 구현되는 경우, 라이다(330)는, 모터에 의해 회전되며, 차량(100) 주변의 오브젝트를 검출할 수 있다.
비구동식으로 구현되는 경우, 라이다(330)는, 광 스티어링에 의해, 차량(100)을 기준으로 소정 범위 내에 위치하는 오브젝트를 검출할 수 있다. 차량(100)은 복수의 비구동식 라이다(330)를 포함할 수 있다.
라이다(330)는, 레이저 광 매개로, TOF(Time of Flight) 방식 또는 페이즈 쉬프트(phase-shift) 방식에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 검출된 오브젝트의 위치, 검출된 오브젝트와의 거리 및 상대 속도를 검출할 수 있다.
라이다(330)는, 차량의 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트를 감지하기 위해 차량의 외부의 적절한 위치에 배치될 수 있다.
초음파 센서(340)는, 초음파 송신부, 수신부를 포함할 수 있다. 초음파 센서(340)은, 초음파를 기초로 오브젝트를 검출하고, 검출된 오브젝트의 위치, 검출된 오브젝트와의 거리 및 상대 속도를 검출할 수 있다.
초음파 센서(340)는, 차량의 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트를 감지하기 위해 차량의 외부의 적절한 위치에 배치될 수 있다.
적외선 센서(350)는, 적외선 송신부, 수신부를 포함할 수 있다. 적외선 센서(340)는, 적외선 광을 기초로 오브젝트를 검출하고, 검출된 오브젝트의 위치, 검출된 오브젝트와의 거리 및 상대 속도를 검출할 수 있다.
적외선 센서(350)는, 차량의 전방, 후방 또는 측방에 위치하는 오브젝트를 감지하기 위해 차량의 외부의 적절한 위치에 배치될 수 있다.
프로세서(370)는, 오브젝트 검출 장치(300)의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
프로세서(370)는, 획득된 영상에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(370)는, 영상 처리 알고리즘을 통해, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출등의 동작을 수행할 수 있다.
프로세서(370)는, 송신된 전자파가 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 반사 전자파에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(370)는, 전자파에 기초하여, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출 등의 동작을 수행할 수 있다.
프로세서(370)는, 송신된 레이저가 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 반사 레이저 광에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(370)는, 레이저 광에 기초하여, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출 등의 동작을 수행할 수 있다.
프로세서(370)는, 송신된 초음파가 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 반사 초음파에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(370)는, 초음파에 기초하여, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출 등의 동작을 수행할 수 있다.
프로세서(370)는, 송신된 적외선 광이 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 반사 적외선 광에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(370)는, 적외선 광에 기초하여, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출 등의 동작을 수행할 수 있다.
실시예에 따라, 오브젝트 검출 장치(300)는, 복수의 프로세서(370)를 포함하거나, 프로세서(370)를 포함하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 카메라(310), 레이다(320), 라이다(330), 초음파 센서(340) 및 적외선 센서(350) 각각은 개별적으로 프로세서를 포함할 수 있다.
오브젝트 검출 장치(300)에 프로세서(370)가 포함되지 않는 경우, 오브젝트 검출 장치(300)는, 차량(100)내 장치의 프로세서 또는 제어부(170)의 제어에 따라, 동작될 수 있다.
오브젝트 검출 장치(400)는, 제어부(170)의 제어에 따라 동작될 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), 방송 송수신부(450) 및 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.
근거리 통신부(410)는, 근거리 통신(Short range communication)을 위한 유닛이다. 근거리 통신부(410)는, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다.
근거리 통신부(410)는, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 형성하여, 차량(100)과 적어도 하나의 외부 디바이스 사이의 근거리 통신을 수행할 수 있다.
위치 정보부(420)는, 차량(100)의 위치 정보를 획득하기 위한 유닛이다. 예를 들면, 위치 정보부(420)는, GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 DGPS(Differential Global Positioning System) 모듈을 포함할 수 있다.
V2X 통신부(430)는, 서버(V2I: Vehicle to Infra), 타 차량(V2V: Vehicle to Vehicle) 또는 보행자(V2P: Vehicle to Pedestrian)와의 무선 통신 수행을 위한 유닛이다. V2X 통신부(430)는, 인프라와의 통신(V2I), 차량간 통신(V2V), 보행자와의 통신(V2P) 프로토콜이 구현 가능한 RF 회로를 포함할 수 있다.
광통신부(440)는, 광을 매개로 외부 디바이스와 통신을 수행하기 위한 유닛이다. 광통신부(440)는, 전기 신호를 광 신호로 전환하여 외부에 발신하는 광발신부 및 수신된 광 신호를 전기 신호로 전환하는 광수신부를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 광발신부는, 차량(100)에 포함된 램프와 일체화되게 형성될 수 있다.
방송 송수신부(450)는, 방송 채널을 통해, 외부의 방송 관리 서버로부터 방송 신호를 수신하거나, 방송 관리 서버에 방송 신호를 송출하기 위한 유닛이다. 방송 채널은, 위성 채널, 지상파 채널을 포함할 수 있다. 방송 신호는, TV 방송 신호, 라디오 방송 신호, 데이터 방송 신호를 포함할 수 있다.
무선 통신부(460)는 하나 이상의 안테나 시스템을 통해 하나 이상의 통신 시스템과 무선 통신을 수행하는 유닛이다. 무선 통신부(460)는 제1 안테나 시스템을 통해 제1 통신 시스템 내의 기기로 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 또한, 무선 통신부(460)는 제2 안테나 시스템을 통해 제2 통신 시스템 내의 기기로 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다.
프로세서(470)는, 통신 장치(400)의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 통신 장치(400)는, 복수의 프로세서(470)를 포함하거나, 프로세서(470)를 포함하지 않을 수도 있다.
통신 장치(400)에 프로세서(470)가 포함되지 않는 경우, 통신 장치(400)는, 차량(100)내 다른 장치의 프로세서 또는 제어부(170)의 제어에 따라, 동작될 수 있다.
한편, 통신 장치(400)는, 사용자 인터페이스 장치(200)와 함께 차량용 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 이경우, 차량용 디스플레이 장치는, 텔레 매틱스(telematics) 장치 또는 AVN(Audio Video Navigation) 장치로 명명될 수 있다.
통신 장치(400)는, 제어부(170)의 제어에 따라 동작될 수 있다.
센싱부(120)는, 차량의 상태를 센싱할 수 있다. 센싱부(120)는, 자세 센서(예를 들면, 요 센서(yaw sensor), 롤 센서(roll sensor), 피치 센서(pitch sensor)), 충돌 센서, 휠 센서(wheel sensor), 속도 센서, 경사 센서, 중량 감지 센서, 헤딩 센서(heading sensor), 요 센서(yaw sensor), 자이로 센서(gyro sensor), 포지션 모듈(position module), 차량 전진/후진 센서, 배터리 센서, 연료 센서, 타이어 센서, 핸들 회전에 의한 스티어링 센서, 차량 내부 온도 센서, 차량 내부 습도 센서, 초음파 센서, 조도 센서, 가속 페달 포지션 센서, 브레이크 페달 포지션 센서, 등을 포함할 수 있다.
센싱부(120)는, 차량 자세 정보, 차량 충돌 정보, 차량 방향 정보, 차량 위치 정보(GPS 정보), 차량 각도 정보, 차량 속도 정보, 차량 가속도 정보, 차량 기울기 정보, 차량 전진/후진 정보, 배터리 정보, 연료 정보, 타이어 정보, 차량 램프 정보, 차량 내부 온도 정보, 차량 내부 습도 정보, 스티어링 휠 회전 각도, 차량 외부 조도, 가속 페달에 가해지는 압력, 브레이크 페달에 가해지는 압력 등에 대한 센싱 신호를 획득할 수 있다.
센싱부(120)는, 그 외, 가속페달센서, 압력센서, 엔진 회전 속도 센서(engine speed sensor), 공기 유량 센서(AFS), 흡기 온도 센서(ATS), 수온 센서(WTS), 스로틀 위치 센서(TPS), TDC 센서, 크랭크각 센서(CAS), 등을 더 포함할 수 있다.
인터페이스부(130)는, 차량(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행할 수 있다. 예를 들면, 인터페이스부(130)는 이동 단말기와 연결 가능한 포트를 구비할 수 있고, 상기 포트를 통해, 이동 단말기와 연결할 수 있다. 이경우, 인터페이스부(130)는 이동 단말기와 데이터를 교환할 수 있다.
한편, 인터페이스부(130)는 연결된 이동 단말기에 전기 에너지를 공급하는 통로 역할을 수행할 수 있다. 이동 단말기가 인터페이스부(130)에 전기적으로 연결되는 경우, 제어부(170)의 제어에 따라, 인터페이스부(130)는 전원 공급부(190)에서 공급되는 전기 에너지를 이동 단말기에 제공할 수 있다.
메모리(140)는, 제어부(170)와 전기적으로 연결된다. 메모리(140)는 유닛에 대한 기본데이터, 유닛의 동작제어를 위한 제어데이터, 입출력되는 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(140)는, 하드웨어적으로, ROM, RAM, EPROM, 플래시 드라이브, 하드 드라이브 등과 같은 다양한 저장기기 일 수 있다. 메모리(140)는 제어부(170)의 처리 또는 제어를 위한 프로그램 등, 차량(100) 전반의 동작을 위한 다양한 데이터를 저장할 수 있다.
실시예에 따라, 메모리(140)는, 제어부(170)와 일체형으로 형성되거나, 제어부(170)의 하위 구성 요소로 구현될 수 있다.
제어부(170)는, 차량(100) 내의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(170)는 ECU(Electronic Control Unit)로 명명될 수 있다.
전원 공급부(190)는, 제어부(170)의 제어에 따라, 각 구성요소들의 동작에 필요한 전원을 공급할 수 있다. 특히, 전원 공급부(190)는, 차량 내부의 배터리 등으로부터 전원을 공급받을 수 있다.
차량(100)에 포함되는, 하나 이상의 프로세서 및 제어부(170)는, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
본 발명과 관련된 차량(100)은, 수동주행모드 및 자율주행모드 중 어느 하나의 모드로 동작할 수 있다. 즉, 차량(100)의 주행모드는, 수동주행모드 및 자율주행모드를 포함할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 통신 모듈과 안테나 모듈을 포함하는 안테나 시스템의 세부 구성을 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 안테나 시스템(1000)은 제1 및 제2 통신 시스템 (또는 제1 및 제2 안테나 시스템) (1100, 1200)을 포함하고, 이들은 각각 통신 시스템(1300)과 연결된다. 여기서, 상기 통신 시스템(1300)은 텔레매틱스 모듈 또는 통신 모듈로 지칭될 수 있다. 한편, 상기 통신 시스템(1300)은 도 2에 도시된 통신 장치(400), 보다 상세하게는 무선 통신부(460)와 관련될 수 있다. 또한, 상기 통신 시스템(1300)은 사용자 인터페이스 장치(200)로부터 입력된 정보에 기반하여 동작하고, 상기 통신 시스템(1300)을 통해 수신된 정보를 사용자 인터페이스 장치(200)에 표시할 수 있다.또한, 상기 통신 시스템(1300)은 오브젝트 검출 장치(300)가 특정 동작을 수행하도록 제어할 수 있고, 오브젝트 검출 장치(300)로부터 수신된 정보에 따라 동작할 수 있다.
한편, 상기 제1 및 제2 안테나 시스템(1100, 1200)과의 링크 연결 상태에 대해 살펴보면 다음과 같다. 일 실시예에 따르면, 상기 제1 통신 시스템(1100)과 상기 제2 통신 시스템(1200)은 이중 연결 (dual connectivity) 상태를 유지하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 제2 통신 시스템(1200)으로부터 제2 신호가 수신되지 않는 경우 상기 제1 통신 시스템(1100)으로부터 제1 신호를 수신할 수 있다. 즉, 상기 제2 통신 시스템(1200)에서 기지국과의 링크 연결이 해제되는 경우에도, 상기 제1 통신 시스템(1100)은 항상 연결 상태를 유지하므로, 상기 제2 통신 시스템(1200)으로부터 상기 제2신호를 수신할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 제2 통신 시스템(1200)을 통한 링크 연결이 해제되는 경우에, 상기 제1 통신 시스템(1100)과의 연결을 개시하는 폴백(fall back)모드로 동작되도록 구성되는 것도 가능하다. 여기서, 상기 제1 및 제2 통신 시스템은 각각 LTE 통신 시스템 및 5G 통신 시스템일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 자유롭게 변경 가능하다.
상기 제1 안테나 시스템(1100)은 기존 이동 통신 시스템(2G/3G/4G)와 무선 신호를 교환하도록 구성되며, 복수의 안테나 소자들(1110)을 포함할 수 있다. 상기 제1 안테나 시스템(1100)은 상기 복수의 안테나 소자들을 통해 기지국으로부터의 복수의 스트림 신호(stream signal)를 수신하도록 MIMO 모드로 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 복수의 안테나는 2개 또는 4개를 구비할 수 있고, 상기 제1 안테나 시스템(1100)은 각각 2 x 2 와 4 x 4 MIMO 모드를 지원할 수 있다. 이때, 2 x 2 와 4 x 4 MIMO 모드는 기지국으로부터 송신된 2개와 4개의 스트림 신호를 하나의 단말(차량)이 각각 2개와 4개의 스트림 신호를 모두 수신하는 경우이다. 이와 같이, 기지국으로부터의 복수의 스트림을 하나의 단말(차량)이 모두 수신하는 경우를 SU(Single user)-MIMO 모드라고 지칭될 수 있다. 반면에, 상기 복수의 스트림을 여러 단말(차량)이 각각 수신하는 경우를 MU-MIMO 모드라고 지칭될 수 있다. 상기 SU-MIMO 모드를 지원하기 위해서, 상기 제2 안테나 시스템(1100)은 복수의 안테나 소자를 구비하여야 한다.
상기 제2 안테나 시스템(1200)은 안테나(1210), 전력 증폭기(Power Amplifier, 1220), 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 1230) 및 위상 변위기(Phase Shifter, 1240)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 제2 안테나 시스템(1200)은 28GHz 주파수 대역에서 동작하거나 또는 20, 30, 60GHz의 주파수 대역 또는 6GHz 이하의 Sub 6 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.
상기 안테나(1210)는 유전체 기판 위에 패치 안테나 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 패치 안테나(110)는 유전체 기판 상면과 하면에 각각 방사 소자와 그라운드 평면이 배치되는 마이크로 스트립 형태로 구현될 수 있다.
상기 제2 안테나 시스템(1200)의 배열 안테나로 구성되는 경우, 상기 위상 변위기(1240)를 통해 상기 배열 안테나의 각 소자에 인가되는 위상 값들을 제어하여 빔 포밍(빔 스캔)을 수행한다. 예를 들어, 상기 빔 포밍은 방위각 방향 및 앙각 방향에서 특정 각도 범위 내에서 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 제1 안테나 시스템(1200)은 상기 위상 변위기(1240)에 의한 위상 값들의 변화에 따라 방위각 및 앙각 방향의 원하는 방향으로 빔 포밍을 수행하면서, 간섭 신호 방향으로 빔의 널 패턴(null pattern)을 생성할 수 있다. 한편, 상기 안테나(1210)는 배열 안테나의 복수의 안테나 소자들 중 어느 하나에만 전력을 인가하여 단일 안테나 소자로 동작할 수 있다.
즉, 상기 안테나(1210)와 관련하여, 배열 안테나와 단일 안테나 소자 구성은 전력 온/오프 및 이를 지원할 수 있는 회로 구성에 의해 가변적으로 구성 가능하다. 따라서, 기지국 또는 다른 통신 대상 기기와의 거리가 충분히 가까워서 신호 레벨(또는 신호 대 간섭비)이 충분한 경우, 상기 패치 안테나(110)는 단일 안테나 소자로 가변적으로 구성된다. 반면에, 신호 레벨(또는 신호 대 간섭비)이 충분하지 않은 경우, 상기 안테나(1210)는 배열 안테나로 가변적으로 구성된다.
한편, 상기 안테나(1210)는 상기 전력 증폭기(1220)로부터의 송신 신호를 자유 공간(free space)으로 방사하는 송신 안테나와 상기 자유 공간으로부터 수신 신호를 상기 저잡음 증폭기(1230)로 전달하는 수신 안테나로서 동시에 동작할 수 있다. 따라서, 상기 안테나(1210)는 송신 주파수 대역과 수신 주파수 대역에서 모두 동작되도록 구성된다.
상기 전력 증폭기(1220)는 5G RF IC로부터의 신호를 고출력 증폭하여 상기 패치 안테나(100)를 통해 상기 신호를 전송하도록 구성된다. 이와 관련하여, 상기 전력 증폭기(120)는 상기 5G RF IC로부터의 중간 주파수(IF: Intermediate Frequency) 대역 신호를 수신하여, 무선 주파수 (RF: Radio Frequency) 대역 신호로 변환하는 주파수 상향 변환부(frequency up-converter)를 포함할 수 있다.
상기 저잡음 증폭기(1230)는 상기 안테나(1210)를 통해 수신된 신호를 저잡음 증폭하여, 상기 수신된 신호를 5G RF IC로 전달한다. 이와 관련하여, 상기 저잡음 증폭기(1230)는 상기 28GHz의 RF 신호를 IF 신호로 하향 변환하는 주파수 하향 변환부부(frequency down-converter)를 포함할 수 있다.
한편, 상기 위상 천이기(1240)는 상기 패치 안테나(1210)가 배열 안테나로 구성된 경우, 상기 배열 안테나의 각 소자들에 서로 다른 위상이 인가되도록 구성된다. 이와 관련하여, 상기 위상 천이기(1240)는 송신 주파수 대역 및 수신 주파수 대역에서 모두 동작 가능하도록 구성된다. 상기 위상 천이기(1240)는 아날로그 또는 디지털 방식으로 위상을 조절하는 것이 가능하다. 이와 관련하여, 상기 위상 천이기(1240)는 5G BB IC로부터 위상 제어를 위한 제어 신호(Control Signal)을 수신할 수 있다. 또한, 상기 위상 천이기(1240)는 내부 소자로 인하여 삽입 손실(insertion loss)이 발생하므로, 상기 저잡음 증폭기(1230)로부터 수신한 신호를 위상 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 상기 위상 천이기(1240)는 상기 제2 안테나 시스템(1200)에서 수신된 신호를 상기 저잡음 증폭기(1230)를 통해 저잡음 증폭한 이후에 위상 제어할 수 있다.
상기 통신 시스템(1300)은 상기 제1 안테나 시스템(200)과 인터페이스되는 LTE 시스템과 상기 제2안테나 시스템(1200)과 인터페이스되는 5G RF IC를 포함한다. 한편, 상기 LTE 시스템은 3G WCDMA 폴백(fallback)을 지원하도록 3G 시스템을 포함하거나, 또는 2G 시스템을 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1안테나 시스템(1100)은 RF 케이블 또는 동축 케이블(coaxial cable)을 통해 상기 LTE 시스템과 인터페이스될 수 있다.
또한, 상기 통신 시스템(1300)은 5G BB(Base Band: 기저 대역) IC, USIM 및 LPDDR4를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 5G BB IC는 상기 제1 및 제2통신 시스템(1100, 1200)과 기저 대역 신호를 교환한다. 여기서, 상기 5G BB IC는 상기 5G RF IC와는 2x MPHY 인터페이스를 통해 인터페이스되고, 상기 LTE system과는 PCIe 1.0인터페이스를 통해 인터페이스될 수 있다. 한편, 상기 USIM 및 LPDDR4은 각각 이동 통신 사용자 식별 모듈과 메모리에 해당한다.
한편, 상기 제1 안테나 시스템(1100)과 관련하여, 상기 제2 안테나 시스템(1200) 보다 저주파수 대역에서 동작하므로 안테나 소자들 간의 독립적인 동작을 위해서는 보다 넓은 배치 간격이 필요하다. 이는 각 안테나 소자들을 MIMO 모드로 동작시키기 위해서는 이들 간의 격리도가 특히 중요하기 때문이다.
한편, 도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나를 나타낸다. 구체적으로, 도 4는 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템의 분해도를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 차량에 탑재되는 안테나 시스템(2000)은 상부 커버(top cover, 2100), 안테나 PCB(Printed Circuit Board, 2200), 메인 PCB(2300) 및 하부 커버(bottom cover, 2400)을 포함한다. 한편, 안테나 PCB(2100)에는 중심부에 배치된 밀리미터파 안테나(1210)와 주변에 배치된 LTE 안테나(1100)을 포함한다. 여기서, LTE 안테나(1100)와 5G 안테나인 밀리미터파 안테나(1210)를 각각 제1 안테나(1100)와 제2 안테나(1210)로 지칭할 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 및 제2 안테나 시스템(1100, 1200)은 다음과 같이 구성된다. 제1 안테나 시스템(1100)은 제1통신 시스템에 따른 제1신호를 송신하고 수신하도록 구성되는 복수의 제1 안테나 소자가 다중입력 다중출력(MIMO: Multi Input Multi Output)을 수행한다. 한편, 제2 안테나 시스템(1200)은 제2통신 시스템에 따른 제2신호를 송신하고 수신하도록 구성되는 복수의 제2 안테나 소자가 빔포밍을 수행한다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 차량용 안테나 시스템의 안테나 PCB에 안테나가 배치된 구성을 나타낸다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 안테나 시스템(1100)은 4 x 4 MIMO를 수행할 수 있다. 이를 위해, 복수의 제1 안테나 소자(1110 내지 1140)는 회로 기판의 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 배치될 수 있다. 이때, 4 x 4 MIMO와 같은 MIMO 동작은 제1 안테나 시스템(1100)에 의해 수행되거나, Sub 6GHz 대역을 이용하는 제2 안테나 시스템(1200)에 의해 수행될 수도 있다.
따라서, 본 발명에 따른 차량용 안테나는 동일한 회로기판, 즉 안테나 PCB(2200)에 배치되는 LTE 안테나(1100)와 5G 안테나인 밀리미터파 안테나(1210)를 특징으로 한다. 이때, LTE 안테나(1100)에 해당하는 복수의 제1 배치되는 제1 내지 제4 배열 안테나와 안테나 소자(1110 내지 1140)가 동일 회로 기판의 제한된 공간 내에 배치됨에 따라 이들 간의 격리도(isolation) 확보가 중요하다.
한편, 복수의 제1 안테나 소자(1110 내지 1140)는 제1 내지 제4 LTE 안테나(1110 내지 1140)로 지칭될 수 있다. 이때, 회로 기판의 좌측 상단 및 우측 상단에 배치된 제1 및 제2 LTE 안테나(1110 및 1120)는 상호 간 중앙선을 기준으로 대칭 형태일 수 있다. 한편, 제1 및 제2 LTE 안테나(1110 및 1120) 간 간섭량은 상호 간의 거리에 민감하게 결정될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 LTE 안테나(1110 내지 1140)의 급전 형태는 상호 간에 급전 지점(feeding point)이 멀리 이격되어 격리도가 개선되도록 오프-센터(off-center) 형태일 수 있다. 이때, 제1 및 제2 LTE 안테나(1110 내지 1140)는 크기 소형화 위해 PIFA 또는 Monopole 형태와 같이 접지면을 이용하는 형태일 수 있다. 한편, 제1 및 제2 LTE 안테나(1110 내지 1140)는 오프-센터(off-center) 급전 형태 이외에, 상호 간 격리도 향상 위해 안테나 PCB(2200)의 접지(ground)의 형태를 최적화할 수 있다. 이를 위해, 안테나 PCB(2200)의 하면의 접지면(ground surface)을 일부를 제거할 수 있다. 구체적으로, 안테나 PCB(2200)의 하면에 일정 길이와 폭을 갖는 주기 구조로 접지면이 제거된 구조를 통해 제1 내지 제4 LTE 안테나(1110 내지 1140) 간에 격리도가 향상될 수 있다. 한편, 일정 길이와 폭을 갖는 주기 구조는 PBG(Photonic Band Gap) 또는 EBG(Electromagnetic Band Gap) 구조일 수 있다.
한편, 복수의 제1 안테나 소자(1110 내지 1140)는 제1 내지 제4 LTE 안테나(1110 내지 1140) 이외에 다른 커넥티비티(connectivity)를 위한 안테나 및 통신 모듈이 구비될 수 있다. 이와 관련하여, LTE와 mmWave 뿐만 아니라, WiFi, C2X, SDARS, GNSS의 안테나 개수와 안테나 타입, 주파수 대역과 배치 상의 특징이 표 1에 상세하게 제시되어 있다.
커넥티비티 안테나 개수 안테나 타입 주파수 대역 배치 특징
LTE 4 EA PIFA 또는 Monopole B20, B5, B3, B1, B7, B38 격리도를 고려하여 LTE 안테나가 4개의 코너에 배치된다.
WiFi 2 EA 2400-2480MHz 격리도를 고려하여 WiFi 및 C2X 안테나는 LTE 안테나 사이에 배치된다.
C2X 1 EA 5850-5925MHz
SDARS 1 EA Patch 2320-2345MHz SDARS 및 GNSS 안테나는 패치 타입 안테나로, 중앙의 좌측 및 우측에 배치된다.
GNSS 1 EA 1575-1608MHz
mmWave 4 arrays Patch array 28GHz 대역 복수의 배열 안테나가 중앙 영역에 서로 구분되어 배치됨
구체적으로, 제1 및 제2 LTE 안테나(1110 및 1120) 가 배치된 영역 사이에 배치되는 C2X 안테나(1510)를 더 포함할 수 있다. C2X 안테나(1510)는 C2X 통신을 수행하는 안테나로, C2X 동작 주파수 대역은 LTE 동작 주파수 대역은 상이할 수 있다. 이에 따라, C2X 안테나(1510)가 제1 및 제2 LTE 안테나(1110 및 1120) 사이에 배치되어도 상호 간섭이 발생하지 않고, 이에 따라 격리도 저하가 발생하지 않는다.또한, 회로 기판의 좌측 하단 및 우측 하단에 배치된 제3 및 제4 LTE 안테나(1130 및 1140)는 제1 및 제2 LTE 안테나(1110 및 1120)와 다른 형태로 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 차량용 안테나 시스템(2000) 내부에 배치되는 안테나 PCB(2200)의 크기가 제한되고, 특히 세로 방향의 폭에 있어서 그 크기가 제한된다.
이와 관련하여, 도 6은 본 발명에 따른 복수의 LTE 안테나들 간의 격리도를 나타낸 결과이다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 LTE 안테나(1110)와 제3 LTE 안테나(1130) 간에 격리도인 S31이 다른 포트 간의 격리도에 비해 그 특성이 저하됨을 알 수 있다.
이와 관련하여, 제3 및 제4 LTE 안테나(1130 및 1140) 중 적어도 하나는 제1 및 제2 LTE 안테나(1110 및 1120)에 비해 좌측 또는 우측으로 일부 이격(shift)된 형태로 배치될 수 있다. 특히, 제3 LTE 안테나(1130)는 제1 LTE 안테나(1110)와 달리 하단부의 직선 영역(linear region, A)이 아닌 곡선 영역(curved line, B)과 좌측 영역(C)에 배치될 수 있다. 반면에, 제1 LTE 안테나(1110)는 상단부의 직선 영역(A1)과 곡선 영역(B1)에 배치될 수 있다.
또한, 안테나 PCB(2200)의 하면에 일정 길이와 폭을 갖는 주기 구조로 접지면이 제거된 구조가 특히, 제1 LTE 안테나(1110)와 제3 LTE 안테나(1130) 간의 경로에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 LTE 안테나(1110)와 제3 LTE 안테나(1130) 간의 전류 경로 상에서 접지면이 제거된 구조가 일정 주기로 배치될 수 있다. 이때, 일정 길이와 폭의 주기 구조의 치수와 일정 간격의 주기는 동작 주파수 대역에서 특정 파장으로 표현 가능하다. 이때, 일정 길이와 폭을 갖는 주기 구조는 PBG(Photonic Band Gap) 또는 EBG(Electromagnetic Band Gap) 구조일 수 있다. 한편, 이러한 PBB 또는 EBG 구조는 제1 LTE 안테나(1110)와 제3 LTE 안테나(1130)의 방사 성분 중 주요 모드(dominant mode) 성분이 아닌 고차 모드(higher order mode) 성분이 크게 나타나는 지점을 중심으로 일정 주기로 배치될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 WiFi 안테나(1521, 1522)는 회로 기판의 좌측 중앙 및 하단 중앙에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, WiFi 주파수 대역은 LTE 주파수 대역과 5G 주파수 대역과 상이하다. 따라서, 제1 및 제2 WiFi 안테나(1521, 1522)는 제1 내지 제4 LTE 안테나(1110 내지 1140) 및 5G 안테나에 해당하는 제1 내지 제4 배열 안테나(1211 내지 1214)와의 간섭은 문제되지 않는다. 반면에, 제1 및 제2 WiFi 안테나(1521, 1522) 상호 간의 간섭은 상호 간에 다른 주파수의 대역의 안테나들의 배치에 의해 더욱 감소하게 된다.
한편, 제2 안테나 시스템(1200)의 복수의 제2 안테나 소자는 제1 내지 제4 배열 안테나(1211 내지 1214)의 형태로 구성 가능하다. 구체적으로, 제1 내지 제4 배열 안테나(1211 내지 1214)는 제1 내지 제4 LTE 안테나(1110 내지 1140)에 의해 둘러싸인 회로 기판의 중앙 영역(center region)에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 배열 안테나(1211 내지 1214)는 방위각(azimuth angle) 방향에서 일정 영역을 커버하도록 좌측 중앙, 우측 중앙, 상부 및 하부에 각각 배치될 수 있다. 한편, 5G 통신 시스템에서 주변 기지국 또는 주변 대상과 통신을 수행하기 적절한 높이의 앙각(elevation angle)으로 빔을 송수신할 필요가 있다. 이를 위해, 제1 내지 제4 배열 안테나(1211 내지 1214)는 일정 경사의 구조물 상에서 좌측 중앙, 우측 중앙, 상부 및 하부에 각각 배치될 수 있다.
이때, 제1 내지 제4 배열 안테나(1211 내지 1214) 중 하나만을 이용하여 빔 포밍이 수행될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 내지 제4 배열 안테나(1211 내지 1214) 중 둘 이상을 사용하여 MIMO 동작을 수행할 수도 있다.
또한, 차량용 안테나 시스템(2000)은 좌측 중앙 및 상기 우측 중앙에 배치된 제1 내지 제2 배열 안테나(1211 및 1212)에 일정 거리로 이격되어 배치되는 SDAS 안테나(1530) 및 GNSS 안테나(1540)를 더 포함할 수 있다.
한편, GNSS 안테나(1540)를 통해 신호를 수신하는 경우, 제1 내지 제4 LTE 안테나(1110 내지 1140)가 제1 신호(LTE 신호)의 송신 전력을 임계치 이하로 설정할 수 있다. GNSS 안테나(1540)를 통해 GPS 신호 수신 시에는 LTE 신호 송신을 하지 않거나, LTE 신호 송신이 필요하면 송신 전력 레벨을 낮추어서 간섭 수준을 낮추는 LTE 백오프(Backoff)가 수행될 수 있다. 이와 같이, 복수의 신호들이 동시에 수신되는 경우에는 상호 간 간섭을 고려한 우선 순위는 다음과 같다. 예를 들어, GNSS ® V2X (또는 C2X) ® LTE 순으로 우선 순위가 결정될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 WiFi 안테나(1521, 1522), SDAS 안테나(1530) 및 GNSS 안테나(1540) 이들 간에 배치된 5G 안테나 구조물에 의해 상호 간 신호 전파가 차단됨에 따라 상호 간 격리도 확보가 가능하다.
한편, 도 3 내지 도 5를 참조하면, 제1 및 제2 안테나 시스템(1100, 1200)은 다각형 구조의 회로 기판, 즉 안테나 PCB(2200) 상에 배치된다. 구체적으로, 제1 및 제2 안테나 시스템(1100, 1200)은 안테나 PCB(2200)의 측면 및 중앙에 배치된다.
한편, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 PCB의 상면과 하면에 배치되는 모듈을 나타낸 것이다. 3GPP 표준 Rel. 14를 지원하는 경우, LTE 안테나, C2X 안테나, WiFi 안테나, SDAS 안테나 및 GNSS 안테나가 상면에 배치된다. 반면에, 3GPP 표준 Rel. 15을 지원하는 경우, 밀리미터파(mmWave) 대역의 5G 안테나가 상면의 중앙에 더 배치된다. 또한, LTE 안테나가 6GHz 대역 이하의 Sub6 GHz의 5G 안테나로도 동작할 수 있다.
한편, 안테나 PCB의 배면에는 집적 모듈이 배치될 수 있다. 상기 집적 모듈은 도 7에 도시된 바와 같이, 모뎀 모듈(Modem Module), 커넥티비티 모듈(Connectivity Module)을 포함할 수 있다. 반면에, 3GPP 표준 Rel. 15을 지원하는 경우, 밀리미터파(mmWave) 모듈이 더 배치될 수 있다. 이에 따라, 차량용 안테나 시스템은 하나의 안테나 시스템에서 3GPP 표준 Rel. 15 지원 여부에 따라 5G 안테나와 해당 모듈을 추가 배치하도록 구성될 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 차량용 안테나 시스템의 내부 구조를 나타낸다. 차량용 안테나 시스템은 도 8a와 같이 다각형 구조 또는 도 8b와 같이 기본 구조로 구성될 수 있다. 또한, 도 8b의 기본 구조가 확장된 도 8c의 확장 구조로 구성될 수 있다. 이러한 다양한 구조의 차량용 안테나 시스템의 구현을 통해, 10개 이상의 안테나 소자들과 차세대 TCU(Telemetry Control Unit)를 위한 커넥티비티 기기를 집적할 수 있다. 이러한 차량용 안테나 시스템은 4 x 4 MIMO 안테나 이외에 통신 모듈과 sub 6Hz 5G NR 모듈을 더 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 도 8a와 같은 다각형 구조는 예를 들어 9개 내지 14개의 안테나 소자가 배치될 수 있다. 한편, 도 8b와 같은 기본 구조는 예를 들어 10개까지의 안테나 소자가 배치될 수 있다. 반면에, 도 7의 (b)와 같은 확장 구조는 예를 들어 20개 이상의 안테나 소자가 배치될 수 있다.
한편, 도 8a를 참조하면, 상부 커버(2100a), 안테나 PCB(2200a), 방열판(heat sink, 2250a), 메인 PCB(2300a) 및 하부 커버(2400a)의 순서로 배치될 수 있다. 한편, 하부 커버(2400a)에는 백업 배터리(2450a)가 배치될 수 있다.
한편, 도 8b를 참조하면, 상부 커버(2100b), 안테나 PCB(2200b), 메인 PCB(2300b), 방열판(heat sink, 2250b) 및 하부 커버(2400a)의 순서로 배치될 수 있다. 한편, 하부 커버(2400a)에는 백업 배터리(2450a)가 배치될 수 있다.
한편, 도 8c를 참조하면, 상부 커버(2100c), 안테나 PCB(2200c), 메인 PCB(2300c), 하부 커버(2400c) 및 방열판(heat sink, 2250c)의 순서로 배치될 수 있다. 한편, 하부 커버(2400c)에는 백업 배터리(2450c)가 배치될 수 있다.
따라서, 도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 안테나 PCB(2200a, 2200b, 2200c)의 상부에는 상부 커버(2100a, 2100b, 2100c)가 배치되고, 안테나 PCB(2200a, 2200b, 2200c)의 하부에는 메인 PCB(2300a, 2300b, 2300c)가 배치된다. 한편, 메인 PCB(2300a, 2300b, 2300c)의 하부에는 하부 커버(2400a, 2400b, 2400c)가 배치되고, 상기 하부 커버에는 장착 또는 탈착 가능한 백업 배터리(2450a, 2450b, 2450c)가 구비될 수 있다.
여기서, 안테나 PCB(2200a,2200b, 2200c)는 전술한 제1안테나 시스템(1100)과 제2안테나 시스템(1200) 이외에, 모뎀 프로세서, 블루투스(BT)/와이파이(WiFi) 모듈 및 C2X 모듈을 더 포함할 수 있다. 이때, 안테나 PCB(2200a,2200b, 2200c)는 안테나 및 통신 보드(board)로도 지칭될 수 있다.
또한, 메인 PCB(2300a, 2300b, 2300c)는 상기 안테나 PCB에 배치된 통신 모듈을 제어하고 이들과 인터페이스하는 모듈들이 배치된다. 구체적으로, 어플리케이션 프로세서(AP), 이더넷 스위치, 전력 관리부 및 차량 네트워크 커넥터를 포함할 수 있다. 이때, 메인 PCB(2300a, 2300b, 2300c)는 AP 보드(board)로도 지칭될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 안테나 시스템은 무선 인터페이스로 2X2 LTE MIMO 입력 포트와 C2X 안테나 포트를 구비할 수 있다. 또한, 유선 인터페이스로 이더넷 인터페이스, 응급 호출 버튼 인터페이스, 에어 백 인터페이스, 응급 호출 스피커 인터페이스 및 마이크로폰 인터페이스를 포함할 수 있다.
한편, 도 8a 내지 도 8c와 같은 차량에 구비되는 안테나 시스템은 도 1과 같이 차량의 지붕(roof) 위에 배치되거나, 또는 상기 차량의 지붕 구조물 내에 배치될 수 있다. 이때, 상기 지붕 구조물의 적어도 일부가 비금속으로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따른 복수의 제1 안테나 소자와 복수의 안테나 배열을 포함하는 차량용 안테나 시스템에 대해 살펴보면 다음과 같다. 한편, 전술된 차량용 안테나 시스템에 관한 설명은 후술되는 복수의 제1 안테나 소자와 복수의 안테나 배열을 포함하는 차량용 안테나 시스템에도 적용 가능하다.
이와 관련하여, 도 5를 참조하면, 복수의 제1 안테나 소자(1110 내지 1140)는 제1통신 시스템에 따른 제1신호를 송신하고 수신하도록 구성된다. 이때, 제1 안테나 소자(1110 내지 1140)는 제1 내지 제4 LTE 안테나(1110 내지 1140)로 지칭될 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 복수의 안테나 배열은 제1 내지 제4 배열 안테나(1211 내지 1214)에 해당한다. 이때, 복수의 제1 안테나 소자(1110 내지 1140) 및 복수의 안테나 배열(1211 내지 1214)은 동일한 회로 기판(circuit board)인 안테나 PCB에 배치될 수 있다. 구체적으로, 복수의 제1 안테나 소자는 제1 내지 제4 LTE 안테나(1211 내지 1214)를 포함하고, 기지국과 4 x 4 MIMO를 수행할 수 있다.
또한, 도 5 내지 7을 참조하면, 안테나 PCB(2200)의 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 배치될 수 있다. 이때, 안테나 상호 간의 거리가 최대가 되고, 일부 안테나가 거리 상 이격(shift)되도록 배치하여 격리도 특성을 개선할 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 LTE 안테나(1211 내지 1214) 간 오프-센터 급전 방식을 이용하여 격리도 특성을 개선할 수 있다. 한편, 제1 내지 제4 LTE 안테나(1211 내지 1214)를 포함하여 여러 안테나들의 상세 배치 구조와 관련하여 전술한 내용이 적용될 수 있다.
이에 따라, 도 5를 참조하면, 안테나 PCB(2200)의 좌측 상단 및 우측 상단에 배치된 제1 및 제2 LTE 안테나(1110 및 1120)는 상호 간 중앙선을 기준으로 대칭 형태일 수 있다. 한편, 제1 및 제2 LTE 안테나(1110 및 1120)의 급전 형태는 상호 간에 급전 지점(feeding point)이 멀리 이격되어 격리도가 개선되도록 오프-센터(off-center) 형태일 수 있다.
이에 따라, 안테나 PCB(2220)의 좌측 하단 및 우측 하단에 배치되는 제3 및 제4 LTE 안테나(1130 및 1140) 중 적어도 하나는 제1 및 제2 LTE 안테나(1110 및 1120)에 비해 좌측 또는 우측으로 일부 이격(shift)될 수 있다. 이에 따라, 제3 LTE 안테나(1130)는 제1 LTE 안테나(1110)와 달리 하단부의 직선 영역(A)이 아닌 곡선 영역(B)과 좌측 영역(C)에 배치될 수 있다. 반면에, 제1 LTE 안테나(1110)는 상단부의 직선 영역(A1)과 곡선 영역(B1)에 배치될 수 있다.
한편, 5G 주파수 대역, 특히 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 제1 내지 제4 배열 안테나(1211 내지 1214)는 제1 내지 제4 LTE 안테나(1110 내지 1140)에 의해 둘러싸인 안테나 PCB(2200)의 중앙 영역(center region)에 배치될 수 있다. 이때, 제1 내지 제4 배열 안테나(1211 내지 1214)는 방위각(azimuth angle) 방향에서 일정 영역을 커버하도록 좌측 중앙, 우측 중앙, 상부 및 하부에 각각 배치될 수 있다.
한편, 복수의 제1 안테나 소자(1110 내지 1140)와 복수의 배열 안테나(1211 내지 1214)는 다각형 구조의 상기 PCB에 해당하는 안테나 PCB(2200) 상에 배치될 수 있다. 이때, 안테나 PCB의 배면(2200)에는 집적 모듈이 배치되고, 상기 집적 모듈에는 모뎀 모듈(Modem Module), 커넥티비티 모듈(Connectivity Module) 및 밀리미터파(mmWave) 모듈이 배치될 수 있다.
한편, 상기 안테나 PCB(2200)의 상부에는 상부 커버(2100)가 배치되고, 상기 안테나 PCB(2200)의 하부에는 메인 PCB(2300)가 배치될 수 있다. 또한, 상기 메인 PCB(2300)의 하부에는 하부 커버(2400)가 배치되고, 상기 하부 커버(2400)에는 장착 또는 탈착 가능한 백업 배터리가 구비될 수 있다.
이상에서는 본 발명에 따른 제1 및 제2 안테나 시스템을 구비하는 차량에 탑재되는 안테나 시스템과 복수의 안테나 소자와 복수의 배열 안테나를 포함하는 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 대해 살펴보았다.
이러한 구성 및 안테나 배치 구조를 통해, 본 발명은 기존 이동 통신 서비스뿐만 아니라 차세대 통신 서비스를 제공할 수 있는 평면형 차량용 안테나와 그 제어방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따르면, LTE 안테나 시스템과 5G 안테나 시스템을 구비하는 평면형(flat) 차량용 안테나에서, 안테나 소자들 간의 격리도 특성이 최적화된 안테나 배치 구조를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따르면, 평면형 차량용 안테나 시스템의 다양한 기본 구조들을 확장 구조를 확장 가능한 모듈 형태의 평면형 차량용 안테나 시스템을 제공하는 데에 있다.
*전술한 본 발명의 제어부(모뎀 또는 어플리케이션 프로세서)는, 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 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 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 차량의 지붕 구조상에 또는 지붕 구조 내부에 배치되도록 구성되고, 통합 통신 모듈을 구비한 차량 안테나 시스템에서,
    상부 커버 및 하부 커버를 포함하는 모듈 커버 - 상기 상부 커버 및 상기 하부 커버 중 적어도 하나는 유전체 재질로 이루어짐 -;
    상기 상부 커버 및 상기 하부 커버 사이에 배치되는 안테나 PCB;
    복수의 안테나 소자를 포함하고 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된 제1 안테나 모듈;
    SDARS 안테나, GNSS 안테나, V2X 안테나, 또는 WiFi 안테나 중 하나 이상을 포함하는 제2 안테나 모듈;
    상기 제1 안테나 모듈 및 상기 제2 안테나 모듈과 전기적으로 연결되는 커넥티비티 모듈; 및
    상기 안테나 PCB와 상기 하부 커버 사이에 배치되어 상기 안테나 PCB에 배치된 상기 커넥티비티 모듈을 제어하도록 구성된 메인 PCB; 및
    상기 안테나 PCB와 상기 메인 PCB의 사이에 배치되거나, 상기 메인 PCB와 상기 하부 커버 사이에 배치되거나 또는 상기 하부 커버의 하부에 배치되는 방열판을 포함하는, 차량 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 안테나 소자는 상기 안테나 PCB의 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 각각 배치되는 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나 소자를 포함하는, 차량 안테나 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 차량 안테나 시스템은 상기 차량의 지붕 구조물에 의해 정의되는 리세스 내부에 배치되도록 구성되고,
    상기 차량 안테나 시스템은 상기 차량의 지붕 구조물의 적어도 일부를 형성하는 유전체 커버에 의해 커버되도록 구성되고, 상기 제1 안테나 모듈 및 상기 제2 안테나 모듈은 상기 유전체 커버를 통해 무선 신호를 송신 및 수신하도록 구성되는, 차량 안테나 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 커버 및 상기 하부 커버 중 하나는 유전체 재질로 이루어지고, 상기 상부 커버 및 상기 하부 커버 중 다른 하나는 히트 싱크를 포함하는, 차량 안테나 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 상부 커버는 유전체 재질로 이루어지고, 상기 제1 안테나 모듈 및 상기 제2 안테나 모듈은 상기 유전체 재질을 통해 무선 신호를 송신 및 수신하도록 구성되고,
    상기 히트 싱크는 금속 재질로 이루어지고, 상기 하부 커버에 배치되는, 차량 안테나 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 커넥티비티 모듈은 제1 커넥티비티 모듈 및 제2 커넥티비티 모듈을 포함하고,
    상기 제1 커넥티비티 모듈은 상기 제1 안테나 모듈에 대응되고, 상기 제2 커넥티비티 모듈은 상기 제2 안테나 모듈에 대응되고, 상기 제1 커넥티비티 모듈 및 상기 제2 커넥티비티 모듈은 상기 안테나 PCB 상에 배치되는, 차량 안테나 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 커넥티비티 모듈은 제1 커넥티비티 모듈 및 제2 커넥티비티 모듈을 포함하고,
    상기 제1 안테나 모듈 및 상기 제2 안테나 모듈과 상기 제1 커넥티비티 모듈 및 상기 제2 커넥티비티 모듈은 동일한 상기 안테나 PCB 상에 배치되는, 차량 안테나 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 커넥티비티 모듈은 제1 커넥티비티 모듈 및 제2 커넥티비티 모듈을 포함하고,
    상기 제1 안테나 모듈은 상기 제1 커넥티비티 모듈과 전기적으로 연결되고, 상기 제2 안테나 모듈은 상기 제2 커넥티비티 모듈과 전기적으로 연결되는, 차량 안테나 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 PCB는 다각형 형상을 형성하는 복수의 측면들을 구비하고,
    상기 복수의 안테나 소자의 각각의 측면의 적어도 일부는 상기 안테나 PCB의 측면의 적어도 일부와 정렬되는, 차량 안테나 시스템.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 안테나 PCB는 길이 및 상기 길이보다 작은 세로 방향의 폭을 갖도록 형성되고,
    상기 제3, 제4 안테나 소자 중 적어도 하나는 상기 제1, 제2 안테나 소자에 비해 좌측 또는 우측으로 일부 이격(shift)된 형태로 배치되는, 차량 안테나 시스템.
  11. 차량의 지붕 구조상에 또는 지붕 구조 내부에 배치되도록 구성되고, 통합 통신 모듈을 구비한 차량 안테나 시스템에서,
    상부 커버 및 하부 커버를 포함하는 모듈 커버 - 상기 상부 커버 및 상기 하부 커버 중 적어도 하는 유전체 재질로 이루어짐 -;
    상기 상부 커버 및 상기 하부 커버 사이에 배치되는 안테나 PCB;
    복수의 안테나 소자를 포함하고 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된 제1 안테나 모듈;
    SDARS 안테나, GNSS 안테나, V2X 안테나, 또는 WiFi 안테나 중 하나 이상을 포함하는 제2 안테나 모듈;
    상기 제1 안테나 모듈 및 상기 제2 안테나 모듈과 전기적으로 연결되는 커넥티비티 모듈을 포함하고,
    상기 제1 안테나 모듈의 제1, 제2 안테나 소자는 상기 안테나 PCB의 제1 방향을 따라 단부에 배치되고,
    상기 제1 안테나 모듈의 제3, 제4 안테나 소자는 상기 안테나 PCB의 제1 방향을 따라 단부에 배치되고,
    상기 제3, 제4 안테나 소자 중 적어도 하나는 상기 제1, 제2 안테나 소자에 비해 좌측 또는 우측으로 일부 이격(shift)된 형태로 배치되는, 차량 안테나 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나 소자는 상기 안테나 PCB의 좌측 상단, 우측 상단, 좌측 하단 및 우측 하단에 각각 배치되고,
    상기 제1 안테나 모듈의 제1, 제3 안테나 소자는 상기 제1 방향과 수직한 상기 안테나 PCB의 제2 방향을 따라 단부에 배치되고,
    상기 제1 안테나 모듈의 제2, 제4 안테나 소자는 상기 안테나 PCB의 제2 방향을 따라 단부에 배치되는, 차량 안테나 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 안테나 PCB는 길이 및 상기 길이보다 작은 세로 방향의 폭을 갖도록 형성되고,
    상기 제1 안테나 모듈의 상기 좌측 하단에 배치된 제3 안테나 소자는 상기 제1 안테나 모듈의 상기 좌측 상단에 배치된 제1 안테나 소자에 대해 더 좌측 영역에 배치되고,
    상기 제1 안테나 모듈의 상기 우측 하단에 배치된 제4 안테나 소자는 상기 제1 안테나 모듈의 상기 우측 상단에 배치된 제2 안테나 소자에 대해 더 우측 영역에 배치되는, 차량 안테나 시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 안테나 소자는 상기 제1 및 제2 안테나 소자와 정렬되지 않게 좌측 영역 및 우측 영역으로 각각 천이 (shift)되어, 상기 제1 및 제2 안테나 소자와의 격리도(isolation)를 개선하는, 차량 안테나 시스템.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나 소자는 상기 안테나 PCB의 대응하는 코너들에 배치되는, 차량 안테나 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 모듈은 5G NR의 sub-6GHz 대역에서 5G 안테나로 동작하도록 구성되는, 차량 안테나 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 모듈은 5G NR의 sub-6GHz 대역 또는 LTE 주파수 대역에서 둘 이상의 안테나 소자를 이용하여 2x2 MIMO 또는 4x4 MIMO를 수행하도록 구성되는, 차량 안테나 시스템.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 제2 안테나 모듈은 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나 소자 사이에 해당하는 상기 안테나 PCB의 영역에 배치되는, 차량 안테나 시스템.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제2 안테나 모듈은 상기 GNSS 안테나 및 상기 SDARS 안테나를 포함하고, 상기 GNSS 안테나 및 상기 SDARS 안테나는 소정 거리만큼 상호 이격되게 배치되는, 차량 안테나 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 GNSS 안테나 및 상기 SDARS 안테나 중 하나는 상기 안테나 PCB의 좌측 중앙 영역에 배치되고, 상기 GNSS 안테나 및 상기 SDARS 안테나 중 다른 하나는 상기 안테나 PCB의 우측 중앙 영역에 배치되는, 차량 안테나 시스템.
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