KR20240008834A - 차량에 탑재되는 안테나 시스템 - Google Patents

Abstract

실시 예에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템이 제공된다. 상기 안테나 시스템은 안테나 소자 및 전자 부품들이 배치되는 PCB; 상기 PCB의 하부에 배치되고, 상기 안테나 소자가 배치되는 영역에 대응하는 영역에 슬롯 영역이 형성된 메탈 플레이트로 구성된 하부 커버; 및 상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되도록 구성된 상부 커버를 포함하고, 상기 안테나 소자와 상기 슬롯 영역이 형성된 상기 메탈 플레이트가 방사체로 동작할 수 있다.

Description

차량에 탑재되는 안테나 시스템

본 발명은 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 관한 것이다. 특정 구현은 다양한 통신 시스템에서 동작 가능하도록 광대역 안테나를 구비한 안테나 시스템 및 이를 구비하는 차량에 관한 것이다.

전자기기(electronic devices)는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)로 나뉠 수 있다. 한편, 최근 전자기기는 LTE 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공하고 있다. 또한, 향후에는 5G 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공할 것으로 기대된다. 한편, LTE 주파수 대역 중 일부를 5G 통신 서비스를 제공하기 위하여 할당될 수 있다.

이와 관련하여, 이동 단말기는 5G 통신 서비스를 다양한 주파수 대역에서 제공하도록 구성될 수 있다. 최근에는 6GHz 대역 이하의 Sub6 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 하지만, 향후에는 보다 빠른 데이터 속도를 위해 Sub6 대역 이외에 밀리미터파(mmWave) 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공할 것으로 예상된다.

최근에는, 이러한 통신 서비스를 차량을 통해 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.

한편, 차량 바디 및 차량 루프는 메탈 재질로 형성되어 전파가 차단되는 문제점이 있다. 이에 따라 차량 바디 또는 루프의 상부에 별도의 안테나 구조물을 배치할 수 있다. 또는, 안테나 구조물이 차량 바디 또는 루프의 하부에 배치되는 경우, 안테나 배치 영역에 대응하는 차량 바디 또는 루프 부분은 비 금속 재질로 형성될 수 있다.

하지만, 디자인적 측면에서 차량 바디 또는 루프가 일체로 형성될 필요가 있다. 이러한 경우, 차량 바디 또는 루프의 외관은 메탈 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 차량 바디 또는 루프에 의한 안테나 효율 감소가 크게 발생할 수 있는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 안테나 성능을 일정 수준으로 유지하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 안테나 모듈을 구성하는 바디의 그라운드 영역을 안테나로 활용하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시키기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시하기 위한 것이다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템이 제공된다. 상기 안테나 시스템은 안테나 소자 및 전자 부품들이 배치되는 PCB; 상기 PCB의 하부에 배치되고, 상기 안테나 소자가 배치되는 영역에 대응하는 영역에 슬롯 영역이 형성된 메탈 플레이트로 구성된 하부 커버; 및 상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되도록 구성된 상부 커버를 포함하고, 상기 안테나 소자와 상기 슬롯 영역이 형성된 상기 메탈 플레이트가 방사체로 동작할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 슬롯 영역을 형성하는 상기 하부 커버의 외측 변(outer side)에서 연장되고, 상기 하부 커버와 소정 각도로 형성되는 메탈 구조(metal structure)를 더 포함하고, 상기 메탈 구조의 내측에 배치되는 상기 안테나 소자는 상기 PCB를 통해 상기 슬롯 영역으로 신호를 급전하도록 구성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자는 도전 패턴의 일 지점에서 수직하게 형성되는 급전 연결부 및 상기 도전 패턴의 타 지점에서 수직하게 형성되는 그라운드 연결부를 포함하도록 구성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 급전 연결부는 상기 PCB의 급전 경로와 연결되고, 상기 PCB의 급전 경로는 상기 슬롯 영역에 배치되어 상기 하부 커버가 슬롯 안테나로 동작하도록 구성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 PCB에 상기 안테나 소자가 배치되도록 메탈 패턴이 제거된 유전체 영역이 형성되고, 상기 안테나 소자보다 상기PCB의 외측에 형성되는 제1 메탈 부의 길이는 상기 PCB의 내측에 형성되는 제2 메탈 부의 길이 이하로 형성될 수 있다. 상기 유전체 영역은 상기 제1 메탈 부와 상기 제2 메탈 부 사이의 영역으로 정의될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 PCB의 일 측에 제1 타입의 부품과 제2 타입의 부품이 배치되고, 상기 PCB의 타 측에 상기 안테나 소자가 배치되고, 상기 슬롯 영역의 외측에 형성되는 제1 메탈 부의 길이는 상기 슬롯 영역의 내측에 형성되는 제2 메탈 부의 길이 이상으로 형성되어, 상기 슬롯 영역이 길이 방향으로 개방 슬롯(open slot) 안테나로 동작할 수 있다. 상기 슬롯 영역은 상기 제1 메탈 부와 상기 제2 메탈 부 사이의 영역으로 정의될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 PCB의 일 측과 타 측에 제1 타입의 부품과 제2 타입의 부품이 배치되고, 상기 안테나 소자는 상기 제1 및 제2 타입의 부품 사이에 배치되고, 상기 슬롯 영역의 외측에 형성되는 제1 메탈 부의 길이는 상기 슬롯 영역의 내측에 형성되는 제2 메탈 부의 길이 이하로 형성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 PCB의 일 측과 타 측에 제1 타입의 부품과 제2 타입의 부품이 배치되고, 상기 안테나 소자는 상기 제1 및 제2 타입의 부품 사이에 배치되고, 상기 PCB에 상기 안테나 소자가 배치되도록 메탈 패턴이 제거된 유전체 영역이 형성되고, 상기 유전체 영역은 직사각형 형상으로 형성되고, 상기 직사각형 형상의 유전체 영역 내에 상기 안테나 소자가 배치될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자는 상기 PCB의 그라운드와 연결되는 그라운드 연결부; 상기 PCB의 신호 라인과 연결되는 급전 연결부; 일 단부가 상기 그라운드 연결부와 연결되고, 타 단부가 상기 급전 연결부와 연결되는 제1 도전 패턴; 및 일 단부가 상기 그라운드 연결부와 연결되고, 타 단부에서 양 측으로 연장되는 연장부를 구비하는 제2 도전 패턴을 포함할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 시스템은 상기 PCB와 적어도 하나의 측면 영역을 통해 동작 가능하게 결합되는 안테나 기판을 더 포함하고, 상기 PCB의 외측 변보다 외측 영역에 해당하는 상기 안테나 기판의 서로 다른 영역에 복수의 안테나들이 배치될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 하부 커버 및 상기 상부 커버에 의해 형성되는 텔레매틱스 유닛은 차량의 루프 하부에 배치되고, 상기 안테나 소자와 상기 슬롯 영역이 형성된 상기 메탈 플레이트로 구성된 방사체는 상기 차량의 루프를 기준으로 수평 방향 및 하부 방향으로 신호를 방사할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 시스템은 적어도 일부가 차량의 루프 상부로 노출되도록 구성된 안테나 구조물을 더 포함할 수 있다. 상기 안테나 구조물은 상기 상부 커버와 결합되도록 구성되고, 상기 안테나 구조물 내의 안테나를 통해 수신되는 신호가 상기 루프 하부의 텔레매틱스 유닛으로 전달되도록 구성될 수 있다.

본 명세서의 다른 양상에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 전자 부품들이 배치되고, 안테나 소자와 전기적으로 연결되도록 구성된 PCB; 상기 PCB의 하부에 배치되고, 메탈 플레이트로 구성된 하부 커버; 상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되도록 구성된 상부 커버; 및 상기 안테나 소자로부터 방사되는 신호의 방사 효율을 개선하도록 상기 상부 커버에 부착되고, 상기 차량의 루프 하부에 배치되도록 구성되는 메탈 시트를 포함하도록 구성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 메탈 시트는 전면이 메탈 재질로 구성된 루프 구조물의 후면에 부착되고, 상기 안테나 소자에 제1 방향의 전류가 형성되고, 상기 메탈 시트에 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향의 전류가 형성되어 상기 루프 구조물의 전면에 형성되는 상기 제1 방향의 전류와 상쇄되도록 구성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 메탈 시트는 상기 상부 커버에 부착되는 평면부; 및 상기 평면부의 일 지점에서 상기 PCB의 그라운드와 연결되는 그라운드 연결부를 포함하고, 상기 그라운드 연결부는 상기 PCB의 외측에 배치되는 안테나 소자보다 내측에서 소정 간격 이내로 배치되도록 구성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 평면부의 일 변이 상기 안테나 소자의 길이 방향으로 중첩되게 상기 메탈 시트가 배치되고, 상기 루프의 상부에 안테나 구조물이 배치되어 상기 안테나 시스템과 결합되도록, 상기 메탈 시트는 메탈 영역이 제거된 결합 슬롯 영역이 형성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 하부 커버는 상기 안테나 소자가 배치되는 영역에 대응하는 영역에 슬롯 영역이 형성되고, 상기 안테나 소자와 상기 슬롯 영역이 형성된 상기 메탈 플레이트가 방사체로 동작할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자는 상기 PCB와 상기 상부 커버에 부착된 상기 메탈 시트 사이의 공간에 배치되고, 상기 PCB의 측면 영역에 도전 패턴으로 형성될 수 있다.

본 명세서의 또 다른 양상에 따른 안테나 시스템을 구비하는 차량이 제공된다. 상기 차량은 상기 차량의 루프 하부에 배치되고, 프로세서를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 텔레매틱스 모듈; 및 적어도 일부가 차량의 루프 상부로 노출되도록 구성된 안테나 구조물을 포함하고, 상기 텔레매틱스 모듈은 안테나 소자 및 전자 부품들이 배치되는 PCB; 상기 PCB의 하부에 배치되고, 상기 안테나 소자가 배치되는 영역에 대응하는 영역에 슬롯 영역이 형성된 메탈 플레이트로 구성된 하부 커버; 및 상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되도록 구성된 상부 커버를 포함하고, 상기 안테나 소자와 상기 슬롯 영역이 형성된 상기 메탈 플레이트가 방사체로 동작할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 텔레매틱스 모듈은 상기 슬롯 영역을 형성하는 상기 하부 커버의 외측 변(outer side)에서 연장되고, 상기 하부 커버와 소정 각도로 형성되는 메탈 구조(metal structure)를 더 포함하고, 상기 메탈 구조의 내측에 배치되는 상기 안테나 소자는 상기 PCB를 통해 상기 슬롯 영역으로 신호를 급전하고,상기 안테나 소자와 상기 슬롯 영역이 형성된 상기 메탈 플레이트로 구성된 방사체는 상기 차량의 루프를 기준으로 수평 방향 및 하부 방향으로 신호를 방사할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자는 도전 패턴의 일 지점에서 수직하게 형성되는 급전 연결부 및 상기 도전 패턴의 타 지점에서 수직하게 형성되는 그라운드 연결부를 포함하고, 상기 급전 연결부는 상기 PCB의 급전 경로와 연결되고, 상기 PCB의 급전 경로는 상기 슬롯 영역에 배치되어 상기 하부 커버가 슬롯 안테나로 동작하도록 구성될 수 있다.

이와 같은 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 명세서에 따르면, 안테나 패턴과 그라운드의 슬롯 영역을 방사체로 이용하여 안테나 효율을 향상시킬 수 있다.

본 명세서에 따르면, 안테나 패턴과 그라운드의 슬롯 영역을 방사체로 이용하여 안테나 크기를 감소시킬 수 있다.

본 명세서에 따르면, 차량 루프 하부에 안테나 구조물에 메탈 시트를 배치하여, 메탈 재질의 차량 루프에 의한 안테나 효율 감소를 방지할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 차량 루프 상부에 배치된 안테나가 동작하지 않는 경우에도 차량 루프 하부에 배치되는 모듈 내의 안테나를 통해 통신을 수행할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 안테나 모듈 내의 다중 입출력(MIMO) 안테나가 정상 동작하지 않는 경우에도, 백업 안테나를 통해 통신을 수행할 수 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 1a는 일 예시에 따른 차량 내부를 설명하기 위한 구성도이다. 한편, 도 1b는 일 예시에 따른 차량 내부를 측면에서 본 구성도이다.
도 2a는 V2X 어플리케이션의 타입을 나타낸다.
도 2b는 V2X SL 통신을 지원하는 독립형(standalone) 시나리오와 V2X SL 통신을 지원하는 MR-DC 시나리오를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 차량 및 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 차량의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 5a는 본 명세서에 따른 안테나 시스템의 그라운드 부스팅 안테나의 동작 원리를 일반 모드의 안테나와 비교한 것이다.
도 5b는 슬롯 영역이 형성된 메탈 플레이트로 이루어진 방사체의 서로 다른 구조를 나타낸다.
도 5c는 메탈 플레이트(1311)의 상부에 배치되는 PCB(1200)에 형성되는 급전 경로의 형상에 따른 구조와 상부 그라운드(1400)가 배치된 구조를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 제1 타입의 안테나 소자(1210a)가 일 단부가 개방된 슬롯 영역(SR1)에 배치된 안테나 모듈의 전면도, 측면도 및 분해 사시도를 나타낸 것이다.
도 7a 및 도 7b는 제2 타입의 안테나 소자(1210b)가 일 단부가 개방된 슬롯 영역(SR2)에 배치된 안테나 모듈의 전면도, 측면도 및 분해 사시도를 나타낸 것이다.
도 8a는 제1 타입의 텔레매틱스 유닛 내에 백업 안테나를 포함한 부품 배치 구조를 나타낸다. 도 8b는 제1 타입의 텔레매틱스 유닛 내에 백업 안테나를 포함한 부품 배치 구조를 나타낸다.
도 8c는 측면 영역에서 결합되는 텔레매틱스 유닛과 안테나 모듈의 구성을 나타낸다.
도 9a는 하부 커버와 소정 각도로 형성된 메탈 구조 유무에 따른 안테나 시스템 구조를 비교한 것이다.
도 9b는 안테나 구조물의 서로 다른 측면 영역에 메탈 구조가 배치된 구성을 비교한 것이다.
도 10a는 type 1 및 type 2 구조의 그라운드 부스팅 안테나의 PCB 형상과 하부 커버 메탈 구조 형상을 나타낸다.
도 10b는 type 2 구조의 그라운드 부스팅 안테나에서 기준 구조와 MB 성능 개선을 위한 보상 구조에 대한 PCB 형상과 하부 커버 메탈 구조 형상을 비교한 것이다.
도 11a는 안테나 소자가 배치되는 슬롯 영역에 대응하는 PCB의 메탈 패턴 변경 여부에 따른 구조를 비교한 것이다.
도 11b는 type 1 구조, type2의 기본 구조 및 type2의 보상 구조에 대한 주파수 별 안테나 이득 특성을 나타낸 것이다.
도 12a는 별도의 안테나 구조물이 결합될 수 있는 홀 (슬롯)이 형성된 메탈 구조와 메탈 구조 하부에 배치되는 텔레매틱스 유닛을 나타낸다. 도 12b는 텔레매틱스 유닛이 차량 루프 하부에 배치되고 루프 상부에 별도의 안테나 구조물이 설치된 형상을 나타낸다.
도 12c는 본 명세서에 따른 복수의 안테나 구조물이 차량 루프 상부와 하부에 배치된 구성을 나타낸다.
도 13은 차량 루프에 유도되는 전류에 의해 안테나 효율이 저감되는 원리 및 차량 루프 하부에 배치되는 메탈 시트에 의해 안테나 효율이 개선되는 원리를 나타낸다.
도 14는 본 명세서에 따른 차량 루프 하부에 배치되는 메탈 시트와 BUA 안테나의 배치 구조를 나타낸 측면도 및 전면도이다.
도 15는 도 14의 메탈 시트 안테나 구조의 각 구성품을 나타낸다.
도 16a 및 도 16b는 배치되는 전자 부품들이 배치된 텔레매틱스 유닛 내부 구성을 나타낸 측면 사시도와 안테나 소자의 상세 구성도를 나타낸다.
도 17a는 본 명세서에 따른 텔레매틱스 유닛 내부에 배치되는 각 구성을 나타낸 분해 사시도이다. 도 17b는 도 17a의 차량 루프와 안테나 공차에 따른 안테나 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 18a는 그라운드 연결부가 배치될 수 있는 위치가 표시된 도면이다. 한편, 도 18b는 그라운드 연결부의 위치 변화에 따른 총 효율을 비교한 도면이다.
도 19는 다양한 실시예들에 따른 메탈 시트가 배치되는 위치 및 사이즈가 변경된 예시를 나타낸다. 한편, 도 20은 다양한 실시예들에 따른 그라운드 연결부의 개수와 연결 위치의 예시를 나타낸다.
도 21a는 안테나 시스템의 상부에 메탈 시트(1350)가 배치된 구성의 사시도 및 측면도를 나타낸다. 도 21b는 메탈 시트 및 그라운드 연결부 적용 이전과 이후의 안테나 효율을 전 대역 및 저대역(LB)에서 도시한 것이다.
도 22a 및 도 22b는 실시 예에 따른 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다.
도 23은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 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.

본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 이동 단말 이외에 차량(vehicle)이 포함될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 설명되는 전자 기기를 통한 무선 통신은 이동 단말을 통한 무선 통신 이외에 차량을 통한 무선 통신을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 기재된 실시 예에 따른 구성 및 동작은 이동 단말 이외에 차량(vehicle)에도 적용될 수 있다. 한편, 본 명세서에서 기재된 실시 예에 따른 구성 및 동작은 차량에 탑재되는 통신 시스템, 즉 안테나 시스템에도 적용될 수 있다. 이와 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 복수의 안테나들과 이들을 제어하는 송수신부 회로 및 프로세서를 포함할 수 있다.

한편, 본 명세서에서 언급되는 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 차량 외부에 배치되는 안테나 시스템을 주로 언급하지만, 차량 내부에 배치되거나 차량에 탑승한 사용자가 소지하는 이동 단말기(전자 기기)를 포함할 수 있다.

도 1a는 일 예시에 따른 차량 내부를 설명하기 위한 구성도이다. 한편, 도 1b는 일 예시에 따른 차량 내부를 측면에서 본 구성도이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명은 GPS, 4G 무선 통신, 5G 무선통신, 블루투스, 또는 무선랜 등의 신호를 송수신할 수 있는 안테나 유닛(즉, 내부 안테나 시스템)(300)에 관한 것이다. 따라서, 이러한 여러 통신 프로토콜을 지원할 수 있는 안테나 유닛(즉, 안테나 시스템)(300)을 통합 안테나 모듈(300)로 지칭할 수 있다.

또한, 본 명세서는 이러한 안테나 유닛(300)을 구비하는 차량(500)에 관한 것이다. 차량(500)은 대쉬 보드(dash board)와 안테나 유닛(300) 등을 포함하는 하우징(10)을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 차량(500)은 이러한 안테나 유닛(300)을 장착하기 위한 장착 브라켓을 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 차량(500)은 안테나 유닛에 해당하는 안테나 모듈(300)과 이와 연결되도록 구성된 텔레매틱스 유닛(telematics module, TCU)(600)을 포함한다. 일 예시에 따라, 텔레매틱스 유닛(600)이 안테나 모듈(300)을 포함하는 것으로 구성될 수 있다. 한편, 텔레매틱스 유닛(600)은 디스플레이(610)와 오디오 유닛(620)을 포함하는 것으로 구성될 수 있다.

<V2X (Vehicle-to-Everything)>

V2X 통신은 차량 사이의 통신(Communication between vehicles)을 지칭하는 V2V(Vehicle-to-Vehicle), 차량과 eNB 또는 RSU(Road Side Unit) 사이의 통신을 지칭하는 V2I(Vehicle to Infrastructure), 차량 및 개인(보행자, 자전거 운전자, 차량 운전자 또는 승객)이 소지하고 있는 단말 간 통신을 지칭하는 V2P(Vehicle-to-Pedestrian), V2N(vehicle-to- network) 등 차량과 모든 개체들 간 통신을 포함한다.

V2X 통신은 V2X 사이드링크 또는 NR V2X와 동일한 의미를 나타내거나 또는 V2X 사이드링크 또는 NR V2X를 포함하는 보다 넓은 의미를 나타낼 수 있다.

V2X 통신은 예를 들어, 전방 충돌 경고, 자동 주차 시스템, 협력 조정형 크루즈 컨트롤(Cooperative adaptive cruise control: CACC), 제어 상실 경고, 교통행렬 경고, 교통 취약자 안전 경고, 긴급 차량 경보, 굽은 도로 주행 시 속도 경고, 트래픽 흐름 제어 등 다양한 서비스에 적용 가능하다.

V2X 통신은 PC5 인터페이스 및/또는 Uu 인터페이스를 통해 제공될 수 있다. 이 경우, V2X 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에는, 상기 차량과 모든 개체들 간의 통신을 지원하기 위한 특정 네트워크 개체(network entity)들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 네트워크 개체는, 기지국(eNB), RSU(road side unit), 단말, 또는 어플리케이션 서버(application server)(예: 교통 안전 서버(traffic safety server)) 등일 수 있다.

또한, V2X 통신을 수행하는 단말은, 일반적인 휴대용 단말(handheld UE)뿐만 아니라, 차량 단말(V-UE(Vehicle UE)), 보행자 단말(pedestrian UE), 기지국 유형(eNB type)의 RSU, 또는 단말 유형(UE type)의 RSU, 통신 모듈을 구비한 로봇 등을 의미할 수 있다.

V2X 통신은 단말들 간에 직접 수행되거나, 상기 네트워크 개체(들)를 통해 수행될 수 있다. 이러한 V2X 통신의 수행 방식에 따라 V2X 동작 모드가 구분될 수 있다.

V2X 통신에서 사용되는 용어는 다음과 같이 정의된다.

A Road Side Unit (RSU): RSU (Road Side Unit)는 V2I 서비스를 사용하여 이동 차량과 송수신 할 수 있는 V2X 서비스 가능 장치이다. 또한, RSU는 V2X 응용 프로그램을 지원하는 고정 인프라 엔터티로서, V2X 응용 프로그램을 지원하는 다른 엔터티와 메시지를 교환할 수 있다. RSU는 기존 ITS 스펙에서 자주 사용되는 용어이며, 3GPP 스펙에 이 용어를 도입한 이유는 ITS 산업에서 문서를 더 쉽게 읽을 수 있도록 하기 위해서이다. RSU는 V2X application logic을 eNB (eNB- type RSU라고 함) 또는 UE (UE - type RSU라고 함)의 기능과 결합하는 논리적 entity이다.

V2I Service는 V2X 서비스의 타입으로, 한 쪽은 vehicle이고 *?*다른 쪽은 infrastructure에 속하는 entity이다. V2P Service도 V2X 서비스 타입으로, 한 쪽은 vehicle이고, *?*다른 쪽은 개인이 휴대하는 디바이스(예: 보행자, 자전거 타는 사람, 운전자 또는 동승자가 휴대하는 휴대용 단말기)이다. V2X Service는 차량에 송신 또는 수신 장치가 관계된 3GPP 통신 서비스 타입이다. 통신에 참여한 상대방에 따라 V2V 서비스, V2I 서비스 및 V2P 서비스로 더 나눌 수 있다.

V2X 가능(enabled) UE는 V2X 서비스를 지원하는 UE이다. V2V Service는 V2X 서비스의 유형으로, 통신의 양쪽 모두 차량이다. V2V 통신 범위는 V2V 서비스에 참여하는 두 차량 간의 직접 통신 범위이다.

V2X (Vehicle-to-Everything)라고 불리는 V2X 어플리케이션은 전술한 바와 같이, (1) 차량 대 차량 (V2V), (2) 차량 대 인프라 (V2I), (3) 차량 대 네트워크 (V2N), (4) 차량 대 보행자 (V2P)의 4가지 타입이 있다. 이와 관련하여, 도 2a는 V2X 어플리케이션의 타입을 나타낸다. 도 2a를 참조하면, 4가지 타입의 V2X 어플리케이션은 최종 사용자를 위해 보다 지능적인 서비스를 제공하는 "협력적 인식(co-operative awareness)"을 사용할 수 있다.

이는 차량, 길가 기반 시설, 애플리케이션 서버 및 보행자와 같은 entities이 협동 충돌 경고 또는 자율 주행과 같은 보다 지능적인 정보를 제공하기 위해 해당 지식을 처리하고 공유하도록 해당 지역 환경에 대한 지식(예: 근접한 다른 차량 또는 센서 장비로부터 받은 정보)을 수집할 수 있음을 의미한다.

<NR V2X>

3GPP release 14 및 15 동안 자동차 산업으로 3GPP 플랫폼을 확장하기 위해, LTE에서 V2V 및 V2X 서비스에 대한 지원이 소개되었다.

개선된(enhanced) V2X use case에 대한 지원을 위한 요구 사항들은 크게 4개의 use case group들로 정리된다.

(1) 차량 플래투닝 (vehicle Platooning)는 차량들이 함께 움직이는 플래툰(platoon)을 동적으로 형성할 수 있게 한다. 플래툰의 모든 차량은 이 플래툰을 관리하기 위해 선두 차량으로부터 정보를 얻는다. 이러한 정보는 차량이 정상 방향보다 조화롭게 운전되고, 같은 방향으로 가고 함께 운행할 수 있게 한다.

(2) 확장된 센서(extended sensor)들은 차량, 도로 사이트 유닛(road site unit), 보행자 장치(pedestrian device) 및 V2X application server에서 local sensor 또는 live video image를 통해 수집된 원시(raw) 또는 처리된 데이터를 교환할 수 있게 한다. 차량은 자신의 센서가 감지할 수 있는 것 이상으로 환경에 대한 인식을 높일 수 있으며, 지역 상황을 보다 광범위하고 총체적으로 파악할 수 있다. 높은 데이터 전송률이 주요 특징 중 하나이다.

(3) 진화된 운전(advanced driving)은 반-자동 또는 완전-자동 운전을 가능하게 한다. 각 차량 및/또는 RSU는 로컬 센서에서 얻은 자체 인식 데이터를 근접 차량과 공유하고, 차량이 궤도(trajectory) 또는 기동(manoeuvre)을 동기화 및 조정할 수 있게 한다. 각 차량은 근접 운전 차량과 운전 의도를 공유한다.

(4) 원격 운전(remote driving)은 원격 운전자 또는 V2X 응용 프로그램이 스스로 또는 위험한 환경에 있는 원격 차량으로 주행할 수 없는 승객을 위해 원격 차량을 운전할 수 있게 한다. 변동이 제한적이고, 대중 교통과 같이 경로를 예측할 수 있는 경우, 클라우드 컴퓨팅을 기반으로 한 운전을 사용할 수 있다. 높은 신뢰성과 낮은 대기 시간이 주요 요구 사항이다.

이하의 설명은 NR SL(sidelink) 또는 LTE SL에 모두 적용 가능하며, RAT(radio access technology)가 표시되지 않으면 NR SL을 의미할 수 있다. NR V2X에서 고려되고 있는 운영 시나리오는 아래와 같이 6가지가 존재할 수 있다. 이와 관련하여, 도 2b는 V2X SL 통신을 지원하는 독립형(standalone) 시나리오와 V2X SL 통신을 지원하는 MR-DC 시나리오를 나타낸다.

특히, 1) 시나리오 1에서, gNB는 LTE SL 및 NR SL 모두에서 단말의 V2X 통신에 대한 control/configuration을 제공한다. 2) 시나리오 2에서, ng-eNB는 LTE SL 및 NR SL 모두에서 단말의 V2X 통신에 대한 control/configuration을 제공한다. 3) 시나리오 3에서, eNB는 LTE SL 및 NR SL 모두에서 단말의 V2X 통신에 대한 control/configuration을 제공한다. 한편, 4) 시나리오 4에서, LTE SL 및 NR SL에서의 단말의 V2X 통신은 단말이 EN-DC로 설정되는 동안 Uu에 의해 control/configuration된다. 5) 시나리오 5에서, LTE SL 및 NR SL에서의 단말의 V2X 통신은 단말이 NE-DC에서 설정되는 동안 Uu에 의해 control/configuration된다. 또한 6) 시나리오 6에서, LTE SL 및 NR SL에서의 단말의 V2X 통신은 단말이 NGEN-DC로 설정되는 동안 Uu에 의해 control/configuration 된다.

도 2a 및 도 2b와 같이 V2X 통신을 지원하기 위해 차량은 안테나 시스템을 통해 eNB 및/또는 gNB과 무선 통신을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 시스템은 도 1a 및 도 1b와 같이 내부 안테나 시스템(internal antenna system)으로 구성될 뿐만 아니라, 도 3a 내지 도 3c와 같이 외부 안테나 시스템(external antenna system)으로 구현될 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다. 이와 관련하여, 도 3a 및 도 3b는 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕(roof) 위 또는 지붕 내에 탑재되는 형상을 도시한다. 한편, 도 3c는 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕과 후면 미러의 지붕 프레임 (roof frame) 내에 탑재되는 구조를 도시한다.

도 3a 내지 도 3c를 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, 5세대(5G) 통신을 고려한 LTE 안테나와 5G 안테나가 통합된 형태의 안테나를 제안하고자 한다.

도 3a를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕(roof) 위에 배치된다. 도 3a에서 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 3b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 구조물 내에 배치되고, 지붕 구조물의 적어도 일부가 비금속으로 구현되도록 구성될 수 있다. 이때, 차량의 지붕 구조물(2000b)의 적어도 일부는 비금속으로 구현되어, 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

또한, 도 3c를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 프레임 내부에 배치되고, 지붕 프레임(2000c)의 적어도 일부가 비금속으로 구현되도록 구성될 수 있다. 이때, 차량(500)의 지붕 프레임(2000c)의 적어도 일부는 비금속으로 구현되어, 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

한편, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템(1000)에 구비되는 안테나에 의한 빔 패턴(beam pattern)은 수평 영역(horizontal region)을 소정 각도만큼 상부 영역에서 형성될 필요가 있다.

이와 관련하여, 안테나 시스템(1000)에 구비되는 안테나의 앙각 빔 패턴(elevation beam pattern)의 피크는 보어 사이트에서 형성될 필요가 없다. 따라서, 안테나의 앙각 빔 패턴의 피크는 수평 영역에서 소정 각도만큼 상부 영역에서 형성될 필요가 있다. 일 예로, 안테나의 앙각 빔 패턴은 도 2a 내지 도 2c와 같은 hemisphere 형태로 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 구조물 또는 지붕 프레임 이외에 응용에 따라 차량 전면 또는 후면 위에 설치될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 시스템(1000)은 외부 안테나(external antenna)에 해당한다.

한편, 차량(500)은 외부 안테나에 해당하는 안테나 시스템(1000)을 구비하지 않고 내부 안테나(internal antenna)에 해당하는 안테나 유닛(즉, 내부 안테나 시스템)(300)을 구비할 수 있다. 또한, 외부 안테나에 해당하는 안테나 시스템(1000)과 내부 안테나에 해당하는 안테나 유닛(즉, 내부 안테나 시스템)(300)을 모두 구비할 수 있다.

한편, 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 차량 및 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.

차량(500)은 자율 주행 차량일 수 있다. 차량(500)은 사용자 입력에 기초하여, 자율 주행 모드 또는 메뉴얼 모드(준(pseudo) 주행 모드)로 전환될 수 있다. 예를 들면, 차량(500)은, 사용자 인터페이스 장치(510)를 통해, 수신되는 사용자 입력에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.

이러한 매뉴얼 모드 및 자율 주행 모드와 관련하여 오브젝트 검출, 무선 통신, 내비게이션 및 차량 센서 및 인터페이스 등의 동작은 차량(500)에 탑재되는 텔레매틱스 유닛이 수행할 수 있다. 구체적으로, 차량(500)에 탑재되는 텔레매틱스 유닛이 안테나 모듈(300), 오브젝트 검출 장치(520) 및 다른 인터페이스와 협력하여 해당 동작을 수행할 수 있다. 한편, 통신 장치(400)는 안테나 시스템(300)과 별도로 텔레매틱스 유닛 내에 배치되거나 또는 안테나 시스템(300)에 배치될 수 있다.

차량(500)은 주행 상황 정보에 기초하여, 자율 주행 모드 또는 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다. 주행 상황 정보는, 오브젝트 검출 장치(520)에서 제공된 오브젝트 정보에 기초하여 생성될 수 있다. 예를 들면, 차량(500)은, 오브젝트 검출 장치(520)에서 생성되는 주행 상황 정보에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.

예를 들면, 차량(500)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(500)은 외부 디바이스에서 제공되는 정보, 데이터, 신호에 기초하여 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.

차량(500)이 자율 주행 모드로 운행되는 경우, 자율 주행 차량(500)은 운행 시스템에 기초하여 운행될 수 있다. 예를 들면, 자율 주행 차량(500)은 주행 시스템, 출차 시스템, 주차 시스템에서 생성되는 정보, 데이터 또는 신호에 기초하여 운행될 수 있다. 차량(500)이 메뉴얼 모드로 운행되는 경우, 자율 주행 차량(500)은 운전 조작 장치를 통해 운전을 위한 사용자 입력을 수신할 수 있다. 운전 조작 장치를 통해 수신되는 사용자 입력에 기초하여, 차량(500)은 운행될 수 있다.

차량(500)은 사용자 인터페이스 장치(510), 오브젝트 검출 장치(520), 내비게이션 시스템(550), 통신 장치(400)을 포함할 수 있다. 또한, 차량은 전술한 장치 이외에 센싱부(561), 인터페이스부(562), 메모리(563), 전원공급부(564), 차량 제어 장치(565)를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 차량(500)은 본 명세서에서 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.

사용자 인터페이스 장치(510)는, 차량(500)과 사용자와의 소통을 위한 장치이다. 사용자 인터페이스 장치(510)는, 사용자 입력을 수신하고, 사용자에게 차량(500)에서 생성된 정보를 제공할 수 있다. 차량(500)은 사용자 인터페이스 장치(510)를 통해, UI(User Interfaces) 또는 UX(User Experience)를 구현할 수 있다.

오브젝트 검출 장치(520)는, 차량(500) 외부에 위치하는 오브젝트를 검출하기 위한 장치이다. 오브젝트는 차량(500)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(520)는, 카메라(521), 레이다(522), 라이다(523), 초음파 센서(524), 적외선 센서(525) 및 프로세서(530)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 오브젝트 검출 장치(520)는, 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.

프로세서(530)는, 오브젝트 검출 장치(520)의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(530)는, 획득된 영상에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(530)는, 영상 처리 알고리즘을 통해, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출등의 동작을 수행할 수 있다.

실시예에 따라, 오브젝트 검출 장치(520)는, 복수의 프로세서(530)를 포함하거나, 프로세서(530)를 포함하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 카메라(521), 레이다(522), 라이다(523), 초음파 센서(524) 및 적외선 센서(525) 각각은 개별적으로 프로세서를 포함할 수 있다.

오브젝트 검출 장치(520)에 프로세서(530)가 포함되지 않는 경우, 오브젝트 검출 장치(520)는, 차량(500)내 장치의 프로세서 또는 제어부(570)의 제어에 따라, 동작될 수 있다.

내비게이션 시스템(550)은 통신 장치(400), 특히 위치 정보부(420)를 통해 획득된 정보에 기반하여 차량의 위치 정보를 제공할 수 있다. 또한, 내비게이션 시스템(550)은 차량의 현재 위치 정보에 기반하여 목적지로의 길 안내 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 내비게이션 시스템(550)은 오브젝트 검출 장치(520) 및/또는 V2X 통신부(430)를 통해 획득된 정보에 기반하여 주변 위치에 대한 안내 정보를 제공할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 안테나 시스템(1000)과 함께 동작하는 무선 통신부(460)를 통해 획득한 V2V, V2I, V2X 정보에 기반하여 안내 정보 제공, 자율 주행 서비스 등을 제공할 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, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 형성하여, 차량(500)과 적어도 하나의 외부 디바이스 사이의 근거리 통신을 수행할 수 있다. 위치 정보부(420)는, 차량(500)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(500)에 포함된 램프와 일체화되게 형성될 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. 여기서, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 각각 LTE 통신 시스템 및 5G 통신 시스템일 수 있다. 하지만, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 이에 한정되는 것은 아니고 임의의 서로 다른 통신 시스템으로 확장 가능하다.

한편, 차량(500) 내부에 배치되는 안테나 모듈(300)은 무선 통신부를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 차량(500)은 전기 자동차(electric vehicle, EV) 또는 외부 전자 기기와 독립적으로 통신 시스템과 접속 가능한 자동차일 수 있다. 이와 관련하여, 통신 장치(400)는 근거리 통신부(410), 위치정보 모듈(420), V2X 통신부(430), 광통신부(440), 4G 무선 통신 모듈(450), 5G 무선 통신 모듈(460) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

4G 무선 통신 모듈(450)은 4G 이동통신 네트워크를 통해 4G 기지국과 4G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 4G 무선 통신 모듈(450)은 하나 이상의 4G 송신 신호를 4G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 4G 무선 통신 모듈(450)은 하나 이상의 4G 수신 신호를 4G 기지국으로부터 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 4G 기지국으로 전송되는 복수의 4G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다. 또한, 4G 기지국으로부터 수신되는 복수의 4G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다.

5G 무선 통신 모듈(460)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 여기서, 4G 기지국과 5G 기지국은 비-스탠드 얼론(NSA: Non-Stand-Alone) 구조일 수 있다. 예컨대, 4G 기지국과 5G 기지국은 논-스탠드 얼론(NSA: Non Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다. 또는, 5G 기지국은 4G 기지국과 별도의 위치에 스탠드-얼론(SA: Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다. 5G 무선 통신 모듈(460)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈(460)은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(460)은 하나 이상의 5G 수신 신호를 5G 기지국으로부터 수신할 수 있다. 이때, 5G 주파수 대역은 4G 주파수 대역과 동일한 대역을 사용할 수 있고, 이를 LTE 재배치(re-farming)이라고 지칭할 수 있다. 한편, 5G 주파수 대역으로, 6GHz 이하의 대역인 Sub6 대역이 사용될 수 있다. 반면, 광대역 고속 통신을 수행하기 위해 밀리미터파(mmWave) 대역이 5G 주파수 대역으로 사용될 수 있다. 밀리미터파(mmWave) 대역이 사용되는 경우, 전자 기기는 기지국과의 통신 커버리지 확장(coverage expansion)을 위해 빔 포밍(beam forming)을 수행할 수 있다.

한편, 5G 주파수 대역에 관계없이, 5G 통신 시스템에서는 전송 속도 향상을 위해, 더 많은 수의 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)을 지원할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 기지국으로 전송되는 복수의 5G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) MIMO가 수행될 수 있다. 또한, 5G 기지국으로부터 수신되는 복수의 5G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) MIMO가 수행될 수 있다.

한편, 4G 무선 통신 모듈(450)과 5G 무선 통신 모듈(460)을 통해 4G 기지국 및 5G 기지국과 이중 연결(DC: Dual Connectivity) 상태일 수 있다. 이와 같이, 4G 기지국 및 5G 기지국과의 이중 연결을 EN-DC(EUTRAN NR DC)이라 지칭할 수 있다. 한편, 4G 기지국과 5G 기지국이 공통-배치 구조(co-located structure)이면, 이종 반송파 집성(inter-CA(Carrier Aggregation)을 통해 스루풋(throughput) 향상이 가능하다. 따라서, 4G 기지국 및 5G 기지국과 EN-DC 상태이면, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다. 한편, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)을 이용하여 전자 기기(예컨대, 차량) 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 자원이 할당된 후 기지국을 경유하지 않고 차량들 간에 V2V 방식에 의해 무선 통신이 수행될 수 있다.

한편, 전송 속도 향상 및 통신 시스템 융합(convergence)을 위해, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460) 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(450)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈(460)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 5G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.

한편, 통신 장치(400)는, 사용자 인터페이스 장치(510)와 함께 차량용 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 이 경우, 차량용 디스플레이 장치는, 텔레매틱스(telematics) 장치 또는 AVN(Audio Video Navigation) 장치로 명명될 수 있다.

도 4b는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 차량의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 4b를 참조하면, 차량은 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220) 및 RFIC(1250)를 포함한다. 또한, 차량은 모뎀(Modem, 1400) 및 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor, 1450)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 모뎀(Modem, 1400)과 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)와 물리적으로 하나의 chip에 구현되고, 논리적 및 기능적으로 분리된 형태로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 물리적으로 분리된 chip의 형태로 구현될 수도 있다.

한편, 차량은 수신부에서 복수의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 210a 내지 240a)을 포함한다. 여기서, 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220), RFIC(1250) 및 복수의 저잡음 증폭기(210a 내지 240a)는 모두 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템에서 동작 가능하다. 이때, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 각각 4G 통신 시스템과 5G 통신 시스템일 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, RFIC(1250)는 4G/5G 일체형으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. RFIC(1250)가 4G/5G 일체형으로 구성되는 경우, 4G/5G 회로 간 동기화 (synchronization) 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 모뎀(1400)에 의한 제어 시그널링이 단순화될 수 있다는 장점이 있다.

한편, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G RFIC 및 5G RFIC로 각각 지칭될 수 있다. 특히, 5G 대역이 밀리미터파 대역으로 구성되는 경우와 같이 5G 대역과 4G 대역의 대역 차이가 큰 경우, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우에도 4G RFIC 및 5G RFIC가 논리적 및 기능적으로 분리되고 물리적으로는 하나의 chip에 Soc (System on Chip)으로 구현되는 것도 가능하다. 한편, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어하도록 구성한다. 구체적으로, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 모뎀(1400)을 통해 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어할 수 있다.

한편, 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템 중 적어도 하나에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 통신 시스템이 4G 대역 또는 Sub6 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템에서 모두 동작 가능하다. 반면에, 5G 통신 시스템이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)는 어느 하나는 4G 대역에서 동작하고, 다른 하나는 밀리미터파 대역에서 동작할 수 있다.

한편, 송수신부와 수신부를 통합하여, 송수신 겸용 안테나를 이용하여 하나의 안테나로 2개의 서로 다른 무선 통신 시스템을 구현할 수 있다. 이때, 도 2와 같이 4개의 안테나를 이용하여 4x4 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 하향링크(DL)를 통해 4x4 DL MIMO가 수행될 수 있다.

한편, 5G 대역이 Sub6 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역에서 모두 동작하도록 구성될 수 있다. 반면에, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이때, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 별도의 복수 안테나 각각이 밀리미터파 대역에서 배열 안테나로 구성될 수 있다. 한편, 4개의 안테나 중 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)에 연결된 2개의 안테나를 이용하여 2x2 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 상향링크(UL)를 통해 2x2 UL MIMO (2 Tx)가 수행될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 차량은 듀플렉서(duplexer, 231), 필터(232) 및 스위치(233)를 더 포함할 수 있다. 듀플렉서(231)는 송신 대역과 수신 대역의 신호를 상호 분리하도록 구성된다. 이때, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 통해 송신되는 송신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트를 통해 안테나(ANT1, ANT4)에 인가된다. 반면에, 안테나(ANT1, ANT4)를 통해 수신되는 수신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제2 출력포트를 통해 저잡음 증폭기(210a, 240a)로 수신된다. 필터(232)는 송신 대역 또는 수신 대역의 신호를 통과(pass)시키고 나머지 대역의 신호는 차단(block)하도록 구성될 수 있다. 스위치(233)는 송신 신호 또는 수신 신호 중 어느 하나만을 전달하도록 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 차량은 제어부에 해당하는 모뎀(1400)을 더 포함할 수 있다. 이때, RFIC(1250)와 모뎀(1400)을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다. 모뎀(1400)은 RFIC(1250)를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(1400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)을 통해 획득할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel)을 통해 수신될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

모뎀(1400)은 특정 시간 및 주파수 자원에서 제1 통신 시스템 및/또는 제2 통신 시스템을 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 RFIC(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 차량은 eNB 또는 gNB를 통해 자원을 할당 받거나 또는 연결 상태를 유지할 수 있다. 또한, 차량은 할당된 자원을 통해 다른 엔티티들과 V2V 통신, V2I 통신 및 V2P 통신 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.

한편, 도 1a 내지 도 4b를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 차량 내부, 차량의 지붕 위, 지붕 내부 또는 지붕 프레임 내부에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 4G LTE 시스템의 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)과 5G NR 시스템의 SUB6 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.

도 5a는 본 명세서에 따른 안테나 시스템의 그라운드 부스팅 안테나의 동작 원리를 일반 모드의 안테나와 비교한 것이다. 도 5a (a)를 참조하면, 안테나(ANT)가 일반 모드(normal mode)로 동작하는 경우, 그라운드(GND1)에 형성되는 전류 분포를 나타낸 것이다. 안테나(ANT)가 일반 모드(normal mode)로 동작하는 경우, 안테나(ANT)에 인접한 영역에 전류 분포 세기가 가장 높게 나타난다. 따라서, 그라운드(GND1)에 형성되는 전류의 방향도 안테나(ANT)가 배치된 영역으로 형성된다. 이에 따라, 안테나(ANT)가 메인 방사체로 동작하고 그라운드(GND1)는 안테나의 그라운드로 동작한다.

반면에, 도 5a (b)를 참조하면, 그라운드 부스팅 모드(ground boosting mode)로 동작하는 경우, 그라운드(GND2)에 형성되는 전류 분포를 나타낸 것이다. 그라운드 부스팅 모드로 동작하는 경우, 그라운드(GND2)에 형성된 슬롯 영역(SR)에 전류 분포가 가장 크게 나타난다. 안테나가 그라운드 부스팅 모드 로 동작하는 경우, 슬롯 영역(SR)에 인접한 영역에 전류 분포 세기가 가장 높게 나타난다. 따라서, 그라운드(GND2)에 형성되는 전류의 방향도 슬롯 영역(SR)이 배치된 영역으로 형성된다. 이에 따라, 슬롯 영역(SR)이 메인 방사체로 동작하고 슬롯 영역(SR)을 급전하는 급전 안테나는 보조 방사체로 동작한다. 슬롯 영역(SR)에 인접한 영역으로 전류 경로가 형성됨에 따라, 전류 경로의 길이가 증가하게 되어 저대역(LB)에서 안테나 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 전류 경로의 길이가 증가하게 되어 안테나 사이즈의 소형화가 가능하다.

이와 관련하여, 차량의 TCU (Telemetric Control Unit) 내부의 한정된 공간에 안테나 패턴을 배치 시, 배치 공간의 한계로 안테나 성능확보가 어렵다는 문제점이 있다. 이와 관련하여, 차량에서 지원하는 통신 시스템이 확장되어, TCU 내부의 PCB에 실장되는 부품의 개수가 증가한다. 따라서, TCU 내부에 배치될 수 있는 안테나 배치 공간이 감소하게 된다. 본 명세서에 따른 그라운드 부스팅 안테나는 안테나 패턴 뿐만 아니라 그라운드 바디를 안테나 방사체로 활용하는 안테나 기술이다.

도 5b는 슬롯 영역이 형성된 메탈 플레이트로 이루어진 방사체의 서로 다른 구조를 나타낸다. 도 5b (a)는 슬롯 영역이 형성된 메탈 플레이트(1311)로 이루어진 방사체의 구조를 나타낸다. 도 5b (a)를 참조하면, 슬롯 영역(SR)에 급전부(F)를 통해 그라운드 방사체가 구현될 수 있다. 그라운드 방사체는 안테나 시스템의 하부 커버(1310)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5b (b)는 슬롯 영역을 형성하는 메탈 플레이트(1311)의 외측 변(outer side)에서 연장되는 메탈 구조(metal structure, 1312)를 나타낸다. 도 5b (b)를 참조하면, 그라운드의 슬롯 영역 주변의 메탈 재질의 월(wall)을 확장하여 안테나에 해당하는 그라운드 방사체의 공진 주파수의 조정이 가능하다. 메탈 구조(1312)에 의해 그라운드 영역이 확장되므로 공진 주파수는 저주파수 대역으로 이동할 수 있다. 메탈 구조(1312)는 메탈 플레이트(1311)와 수직하게 형성되는 수직 메탈 구조일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 메탈 구조(1312)는 메탈 플레이트(1311)와 소정 각도로 형성될 수 있다. 이에 따라, 메탈 구조(1312)는 수직 메탈 구조(1312) 또는 절곡부(1312)로 지칭될 수 있다.

도 5b를 참조하면, 슬롯 영역(SR)은 제1 메탈 부(1311m)와 제2 메탈 부(1312m)사이의 영역으로 정의될 수 있다. 슬롯 영역(SR)의 외측에 형성되는 제1 메탈 부(1311m)의 길이는 슬롯 영역(SR1)의 내측에 형성되는 제2 메탈 부(1312m)의 길이 이하로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제1 메탈 부(1311m)의 길이는 메탈 구조(1312)의 길이와 실질적으로 동일한 길이로 형성될 수 있다. 메탈 구조(1312)의 길이는 안테나 소자의 길이와 실질적으로 동일하거나 그 이상이 되도록 형성될 수 있다.

도 5c는 메탈 플레이트(1311)의 상부에 배치되는 PCB(1200)에 형성되는 급전 경로의 형상에 따른 구조와 상부 그라운드(1400)가 배치된 구조를 나타낸다. 도 5c (a)는 메탈 플레이트(1311)의 상부에 배치되는 PCB(1200)에 급전부로 구현되는 안테나 소자(1210a)를 나타낸다. 이와 관련하여, 안테나 소자(1210a)가 제1 방사체로 동작하고 슬롯 영역이 형성된 메탈 플레이트(1311)가 제2 방사체로 동작할 수 있다. 안테나 소자(1210a)는 평면 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 안테나 소자(1210a)는 별도의 유전체 캐리어에 입체 구조로 형성되지 않고 평면 상에 배치될 수 있다. 따라서, 안테나 소자(1210a)는 도전 패턴으로 형성되어 PCB(1200) 상에 배치될 수도 있다.

도 5c (b)는 메탈 플레이트(1311)의 상부에 배치되는 PCB(1200)에 유전체 캐리어(dielectric carrier, DC) 상에 형성되는 안테나 소자(1210b)를 나타낸다. 이와 관련하여, 안테나 소자(1210b)가 제1 방사체로 동작하고 슬롯 영역이 형성된 메탈 플레이트(1311)가 제2 방사체로 동작할 수 있다.

도 5c (c)는 메탈 플레이트(1311)의 상부에 배치되는 PCB(1200)의 상부에 메탈 시트(1350)가 배치된 구조를 나타낸다. 메탈 시트(1350)에 의한 안테나 효율 특성 및 공진 주파수 특성을 최적화하기 위해 메탈 시트(1350)는 그라운드 연결부(1352)를 통해 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로, 메탈 시트(1350)는 그라운드 연결부(1352)를 통해 PCB(1200)의 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다. PCB(1200)에 유전체 캐리어(dielectric carrier, DC) 상에 안테나 소자(1210b)가 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 5c (a)와 같이, 메탈 플레이트(1311)의 상부에 배치되는 PCB(1200)와 결합되도록 안테나 소자(1210a)가 형성될 수도 있다.

한편, 도 5c (a) 및 도 5c (b)의 안테나 소자를 각각 제1 타입의 안테나 소자(1200a) 및 제2 타입의 안테나 소자(1200b)로 지칭할 수 있다. 제1 타입의 안테나 소자(1200a)는 방사 부가 단일 도전 패턴으로 구현될 수 있다. 반면에, 제2 타입의 안테나 소자(1200b)는 방사 부가 소정 간격 이격된 복수의 도전 패턴들로 구현될 수 있다. 이에 따라, 제2 타입의 안테나 소자(1200b)는 제1 타입의 안테나 소자(1200a)에 비하여 PCB(1200)의 제한된 영역 내에 배치될 수 있다.

도 5b 및 도 5c를 참조하면, 안테나로 동작하는 방사체는 급전 연결부(F)와 그라운드의 슬롯 영역(SR) 및 도전 패턴으로 형성되는 안테나 소자(1210a, 1210b)로 구성될 수 있다. 그라운드의 슬롯 영역(SR)에 형성되는 전류에 의해 동작하는 슬롯 모드의 방사체는 1GHz 미만 대역에서 주로 동작한다. 한편, 안테나 소자(1210a, 1210b)의 도전 패턴에 형성되는 전류에 의해 동작하는 모드의 방사체는 1GHz 이상의 대역에서 추가 공진모드를 생성한다.

한편, 본 명세서에 따른 그라운드 부스팅 안테나가 적용된 안테나 시스템에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 6a 및 도 6b는 제1 타입의 안테나 소자(1210a)가 일 단부가 개방된 슬롯 영역(SR1)에 배치된 안테나 모듈의 전면도, 측면도 및 분해 사시도를 나타낸 것이다. 한편, 도 7a 및 도 7b는 제2 타입의 안테나 소자(1210b)가 일 단부가 개방된 슬롯 영역(SR2)에 배치된 안테나 모듈의 전면도, 측면도 및 분해 사시도를 나타낸 것이다.

이와 관련하여, 안테나 모듈은 차량의 루프 내부에 배치될 수 있고, 안테나 모듈은 차량 통신을 수행하므로 텔레매틱스 유닛으로 지칭될 수 있다. 또한, 안테나 모듈은 복수의 통신 모듈들을 포함하여 복수의 통신 시스템을 통해 통신을 수행할 수 있으므로 안테나 시스템으로 지칭될 수 있다.

도 6a 내지 도 7b에서 PCB(1200)에 백업 안테나(backup antenna, BUA)에 해당하는 안테나 소자(1210a, 1210b)가 배치된다. 안테나 소자(1210a, 1210b)는 e-call (emergency call) 기능을 수행하는 보조 안테나이다. 도 6a 내지 도 7b에서 PCB(1200)에 프로세서에 해당하는 네트워크 액세스 디바이스(NAD)가 배치되므로 PCB(1200)는 텔레매틱스 유닛에 해당할 수 있다. 텔레매틱스 유닛에 해당하는 PCB(1200)는 안테나 모듈에 해당하는 다른 PCB와 측면 영역을 통해 결합될 수 있다. 이러한 측면 영역 결합 구조에 대해서 도 8c에서 상세하게 설명한다.

도 5b 내지 도 7b를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템(1000)은 PCB(printed circuit board, 1200), 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320)를 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 메탈 시트(1350)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.

PCB(1200)는 안테나 소자(1210a, 1210b) 및 전자 부품들이 배치되도록 구성될 수 있다. 하부 커버(1310)는 PCB(1200)의 하부에 배치되고, 안테나 소자(1210a, 1210b)가 배치되는 영역에 대응하는 영역에 슬롯 영역(SR1, SR2)이 형성된 메탈 플레이트(1311)로 구성될 수 있다. 상부 커버(1320)는 하부 커버(1310)와 체결되어 내부에 PCB(1200)가 수용되도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 따른 그라운드 부스팅 안테나는 안테나 소자(1210a, 1210b)와 슬롯 영역(SR1, SR2)이 형성된 메탈 플레이트(1311)가 방사체로 구성될 수 있다.

한편, 안테나 소자(1210a, 1210b)가 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320) 사이의 공간에 배치되어, 차량 루프 내부에 안테나 시스템(1000)이 장착될 수 있다. 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320)를 안테나 시스템의 외관을 형성하는 커버(1300)로 구성되고, 커버(1300) 내에 배치되는 안테나 소자(1210a, 1210b)를 포함한 부품들아 차량 루프 내부에 배치될 수 있다.

따라서, 안테나 소자(1210a, 1210b)는 차량 루프 외부에 배치되는 다른 안테나에 비해 보조 안테나로 사용될 수 있다. 이에 따라, 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320) 사이의 공간에 배치되는 안테나 소자(1210a, 1210b)를 백업 안테나(backup antenna, BUA)로 지칭할 수 있다. 또한, 안테나 소자(1210a, 1210b)는 다른 통신용 안테나, 예컨대 MIMO 안테나에 비해 보조 안테나로 사용되므로 백업 안테나(backup antenna, BUA)로 지칭할 수 있다. 또한, 안테나 소자(1210a, 1210b)는 다른 안테나를 통한 통신이 수행되지 않는 경우, e-call (emergency call)을 수행하도록 구성되므로 백업 안테나(backup antenna, BUA)로 지칭할 수 있다.

메탈 구조(metal structure, 1220)는 슬롯 영역(SR1, SR2)을 형성하는 하부 커버(1310)의 외측 변(outer side)에서 연장되도록 형성될 수 있다. 메탈 구조(1312)는 하부 커버(1310)와 소정 각도로 형성될 수 있다. 일 예로, 메탈 구조(1312)는 하부 커버(1310)와 수직한 각도로 형성되는 수직 메탈 구조일 수 있다. 수직 메탈 구조는 메탈 월(metal wall)로 지칭될 수 있다. 그라운드의 슬롯 영역(SR1, SR2) 주변에 확장된 메탈 영역에 해당하는 메탈 구조(1312)에 의해 안테나의 공진 주파수 조정이 이루어질 수 있다. 메탈 구조(1312)의 내측에 배치되는 안테나 소자(1100a, 1100b)는 PCB(1200)를 통해 슬롯 영역(SR1, SR2)으로 신호를 급전하도록 구성될 수 있다.

제1 타입의 안테나 소자(1210a)는 도전 패턴의 일 지점에서 수직하게 형성되는 급전 연결부(F1) 및 도전 패턴의 타 지점에서 수직하게 형성되는 그라운드 연결부(G1)를 포함할 수 있다. 응용에 따라, 급전 연결부(F1)와 그라운드 연결부(G1)의 위치는 변경될 수 있다. 제2 타입의 안테나 소자(1210b)는 도전 패턴의 일 지점에서 수직하게 형성되는 급전 연결부(F2) 및 도전 패턴의 타 지점에서 수직하게 형성되는 그라운드 연결부(G2)를 포함할 수 있다. 응용에 따라, 급전 연결부(F2)와 그라운드 연결부(G2)의 위치는 변경될 수 있다. 한편, 그라운드 연결부(G1, G2)는 PCB(1200)의 그라운드와 연결되도록 구성될 수 있다. 한편, 급전 연결부(F1, F2)는 PCB(1200)의 신호 라인과 연결되도록 구성될 수 있다.

제1 타입의 안테나 소자(1200a)는 방사 부가 단일 도전 패턴(1210p)으로 구현될 수 있다. 반면에, 제2 타입의 안테나 소자(1200b)는 방사 부가 소정 간격 이격된 복수의 도전 패턴들로 구현될 수 있다. 구체적으로, 제2 타입의 안테나 소자(1200b)는 제1 도전 패턴(1211) 및 제2 도전 패턴(1212)를 포함할 수 있다.

제1 도전 패턴(1211)은 일 단부가 그라운드 연결부(G2)와 연결되고, 타 단부가 급전 연결부(F2)와 연결되도록 구성될 수 있다. 그라운드 연결부(G2) 및 급전 연결부(F2)와 연결된 제1 도전 패턴(1211)은 벤딩 구조로 형성되어 PCB(1200)의 제한된 영역 내에 배치될 수 있다. 제1 도전 패턴(1211)은 평행하게 배치된 제1 서브 패턴(1211a) 및 제2 서브 패턴(1211b)을 구비할 수 있다. 제1 서브 패턴(1211a)은 제1 길이로 형성되고, 제2 서브 패턴(1211b)은 제1 길이보다 더 긴 제2 길이로 형성될 수 있다.

제2 도전 패턴(1212)은 일 단부가 그라운드 연결부(G2)와 연결되고, 타 단부에서 양 측으로 연장되는 연장부(1212b)를 구비하도록 구성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1212)의 연결부(1212a)의 일 단부는 그라운드 연결부(G2)와 연결되고, 타 단부는 연장부(1212b)와 연결될 수 있다. 제2 도전 패턴(1212)의 연장부(1212b)는 제1 도전 패턴(1211)의 제2 서브 패턴(1211b)과 소정 간격 이격되어 인접하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 타입의 안테나 소자(1200b)는 제1 타입의 안테나 소자(1200a)에 비하여 PCB(1200)의 제한된 영역 내에 배치될 수 있다.

급전 연결부(F1, F2)는 하부 커버(1310)가 슬롯 안테나로 동작하도록 슬롯 영역(SR1, SR2)으로 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 급전 연결부(F1, F2)는 PCB(1200)의 급전 경로와 연결되고, PCB(1200)의 급전 경로는 슬롯 영역(SR1, SR2)에 배치될 수 있다. 슬롯 영역(SR1, SR2)에 배치된 급전 연결부(F1, F2) 구성에 따라, 하부 커버(1310)가 슬롯 안테나로 동작하도록 구성될 수 있다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제1 타입의 안테나 소자(1200a)가 type 1 구조의 안테나 시스템 (텔레매틱스 유닛)에 배치될 수 있다. 반면에, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제2 타입의 안테나 소자(1200b)가 type 2 구조의 안테나 시스템 (텔레매틱스 유닛)에 배치될 수 있다. 도 6a 내지 도 7b를 참조하면, PCB(1200)에 안테나 소자(1100a, 1100b)가 배치되도록 메탈 패턴이 제거된 유전체 영역(dielectric region) (DR1, DR2)이 형성될 수 있다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, PCB(1200)는 제1 메탈 부(1210m) 및 제2 메탈 부(1220m)과 유전체 영역(DR1)을 포함할 수 있다. 유전체 영역(DR1)은 제1 메탈 부(1210m)와 제2 메탈 부(1220m) 사이의 영역으로 정의될 수 있다. 안테나 소자(1200a)보다 PCB의 외측에 형성되는 제1 메탈 부(1210m)의 길이는 PCB의 내측(1220m)에 형성되는 제2 메탈 부의 길이 이하로 형성될 수 있다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, type 1 구조에서 안테나 소자(1210a)는 제1 타입의 부품(1400)과 제2 타입의 부품(1410)이 배치된 영역과 다른 영역인 PCB(1200)의 일 측에 배치될 수 있다. 반면에, 제1 타입의 부품(1400)과 제2 타입의 부품(1410)은 PCB(1200)의 타 측에 배치될 수 있다. 반면에, 이와 관련하여, 도 8a는 제1 타입의 텔레매틱스 유닛 내에 백업 안테나를 포함한 부품 배치 구조를 나타낸다. 도 8a (a)는 텔레매틱스 유닛에 해당하는 PCB(1200)의 일 측과 타 측에 각각 네트워크 백업 안테나(BUA)와 액세스 디바이스(NAD)가 배치된 구성을 나타낸다. 한편, 도 8a (b)는 PCB(1200)의 일 측에 제1 타입의 부품(1400)과 제2 타입의 부품(1410)이 배치된 구성을 나타낸다.

도 5b, 도 6a, 도 6b 및 도 8a를 참조하면, PCB(1200)의 타 측에 제1 타입의 부품(1400)과 제2 타입의 부품(1410)이 배치되고, PCB(1200)의 일 측에 안테나 소자(1210b)가 배치될 수 있다. 슬롯 영역(SR1)의 외측에 형성되는 제1 메탈 부(1311m)의 길이는 슬롯 영역(SR1)의 내측에 형성되는 제2 메탈 부(1312m)의 길이 이상으로 형성된다. 슬롯 영역(SR1)은 제1 메탈 부(1311m)와 제2 메탈 부(1312m) 사이의 영역으로 정의될 수 있다. 한편, PCB(1200)의 일 측 단부까지 유전체 영역(DR1)이 연장될 수 있다. 이에 따라, 슬롯 영역(SR1)이 길이 방향으로 개방 슬롯(open slot) 안테나로 동작할 수 있다. 한편, 안테나 소자(1210a)가 배치되는 유전체 영역(DR1)의 길이는 L1으로 설정될 수 있다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, type 2 구조에서 제1 타입의 부품(1400)과 제2 타입의 부품(1410)이 각각 PCB(1200)의 일 측과 타 측에 배치될 수 있다. 안테나 소자(1210b)는 제1 타입의 부품(1400)과 제2 타입의 부품(1410) 사이에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 8b는 제1 타입의 텔레매틱스 유닛 내에 백업 안테나를 포함한 부품 배치 구조를 나타낸다. 도 8b (a)는 텔레매틱스 유닛에 해당하는 PCB(1200)의 일 측과 타 측에 각각 네트워크 액세스 디바이스(NAD)와 백업 안테나(BUA)가 배치된 구성을 나타낸다. 한편, 도 8b (b)는 PCB(1200)의 일 측과 타 측에 각각 제1 타입의 부품(1400)과 제2 타입의 부품(1410)이 배치된 구성을 나타낸다.

도 8a 및 도 8b를 비교하면, type 1에 비해 type 2에서 안테나 배치 공간이 약 30% 정도 축소된다. 이에 따라, 도 8a (b)와 같은 개방 슬롯 구조의 안테나에 비해, 도 8b (b)와 같은 슬롯 종단이 폐쇄(close)된 폐쇄 슬롯 구조의 안테나 성능이 저하될 수 있다. 따라서, 유전체 영역(DR2)와 같이 제한된 공간 내에 도 7a 및 도 7b와 같이 제2 타입의 안테나 소자(1210b)를 배치하여, 안테나 성능을 유지할 수 있다.

도 7a, 도 7b 및 도 8b를 참조하면, PCB(1200)의 일 측에 제1 타입의 부품(1400)이 배치되고 타 측에 제2 타입의 부품(1410)이 배치될 수 있다. 안테나 소자(1210b)는 제1 타입의 부품(1400)과 제2 타입의 부품(1410) 사이에 배치될 수 있다. 슬롯 영역(SR1)의 외측에 형성되는 제1 메탈 부(1311m)의 길이는 슬롯 영역(SR1)의 내측에 형성되는 제2 메탈 부(1312m)의 길이 이하로 형성된다. 슬롯 영역(SR1)은 제1 메탈 부(1311m)와 제2 메탈 부(1312m) 사이의 영역으로 정의될 수 있다.

한편, PCB(1200)의 타 측 단부까지 유전체 영역(DR1)이 연장되지 않는다. 이와 관련하여, PCB(1200)의 타 측 단부에 제1 타입의 부품(1400)이 배치되기 때문이다. 따라서, PCB(1200)의 타 측 단부에 메탈 패턴이 배치되어, 슬롯 영역(SR2)이 길이 방향으로 폐쇄 슬롯(closed slot) 안테나로 동작할 수 있다. 한편, 안테나 소자(1210b)가 배치되는 유전체 영역(DR2)의 길이는 L1보다 짧은 L2로 설정될 수 있다. 이에 따라, 제2 타입의 안테나 소자(1200b)는 제1 타입의 안테나 소자(1200a)에 비하여 PCB(1200)의 제한된 영역 내에 배치될 수 있다.

도 6a 내지 도 8b를 참조하면, 전술한 바와 같이 PCB(1200)에 백업 안테나(backup antenna, BUA)에 해당하는 안테나 소자(1210a, 1210b)가 배치된다. 안테나 소자(1210a, 1210b)는 e-call (emergency call) 기능을 수행하는 보조 안테나이다. 도 6a 내지 도 8b에서 PCB(1200)에 프로세서에 해당하는 네트워크 액세스 디바이스(NAD)가 배치되므로 PCB(1200)는 텔레매틱스 유닛에 해당할 수 있다. 텔레매틱스 유닛에 해당하는 PCB(1200)는 안테나 모듈에 해당하는 다른 PCB와 측면 영역을 통해 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 도 8c는 측면 영역에서 결합되는 텔레매틱스 유닛과 안테나 모듈의 구성을 나타낸다.

도 8c를 참조하면, 텔레매틱스 유닛에 해당하는 PCB(1200)의 외측 변을 둘러싸도록 PCB(1200)가 안테나 모듈(1100)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 텔레매틱스 유닛에 해당하는 PCB(1200)는 안테나 모듈(1100)과 적어도 하나의 측면 영역을 통해 동작 가능하게 결합될 수 있다. 일 예로, PCB(1200)에 배치된 NAD(1400)는 제1 측면 영역(side area, SA1)을 통해 안테나 모듈(1100)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 이를 위해, NAD(1400)는 안테나 모듈(1100)과 제1 측면 영역(SA1)에 형성된 입출력 인터페이스를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, PCB(1200)에 배치된 다른 부품들은 제2 측면 영역(SA2)을 통해 안테나 모듈(1100)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 이를 위해, PCB(1200)에 배치된 부품들은 안테나 모듈(1100)과 제2측면 영역(SA2)에 형성된 입출력 인터페이스, 예컨대 커넥터를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.

도 5b 내지 도 8c를 참조하면, 보조 안테나에 해당하는 안테나 소자(1210a, 1210b) 이외에 복수의 안테나들(1110 내지 1140)이 안테나 모듈에 해당하는 안테나 기판(1100)에 배치될 수 있다. PCB(1200)의 외측 변보다 외측 영역에 해당하는 안테나 기판(1100)의 서로 다른 영역에 복수의 안테나들(1110 내지 1140)이 배치될 수 있다.

안테나 기판(1100)에 배치된 다른 안테나들(1110 내지 1140)은 LTE 대역이나 5G Sub6 대역에서 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 배치될 수 있다. 제1 안테나(ANT1, 1110) 내지 제4 안테나(ANT4, 1140)간 간섭을 저감하기 위해, 안테나 기판(1100)의 서로 다른 영역에 제1 안테나(ANT1, 1110) 내지 제4 안테나(ANT4, 1140)가 배치될 수 있다. 일 예로, 안테나(ANT1, 1110) 내지 제4 안테나(ANT4, 1140)는 각각 안테나 기판(1100)의 우측 상부, 우측 하부, 좌측 상부 및 좌측 하부에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, WiFi 통신을 수행하도록 구성된 제1 및 제2 WiFi 안테나(W-ANT1, W-ANT2)가 안테나 기판(1100)의 측면 부에 인접하게 배치될 수 있다. 또한, V2V 통신 (또는 V2X 통신)을 수행하도록 구성된 V2V 안테나(V2V1, V2V2)가 안테나 기판(1100)의 서로 다른 영역에 배치될 수 있다.

한편, 본 명세서에 따른 그라운드 부스팅 안테나 구조는 안테나 소자는 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에 따른 그라운드 부스팅 안테나 구조는 상부 커버(1320)에 배치되는 메탈시트(1350)에 의한 안테나 성능 개선이 가능하다. 또한, 본 명세서에 따른 그라운드 부스팅 안테나 구조는 하부 커버(1310)와 소정 각도로 형성되는 메탈 구조(1312)로 형성될 수 있다.

전술한 기술적 특징과 관련하여, 도 9a는 하부 커버와 소정 각도로 형성된 메탈 구조 유무에 따른 안테나 시스템 구조를 비교한 것이다. 도 9a (a)는 메탈 구조 없이 안테나 소자(1210c)가 측면 영역에 배치된 구조이다. 이와 관련하여, 메탈 구조(1312)가 측면에 형성된 PIFA(Planar Inverted-F Antenna)로 대체된 것으로 간주할 수도 있다.

도 9a (b)는 하부 커버(1310)와 소정 각도로 형성되는 메탈 구조(1312)가 측면에 형성된 구조이다. 이와 같이 안테나 시스템을 구성하는 구조물의 측면에 메탈 구조가 부착된 안테나 구조를 SOSA (Stepped Open Slot Antenna) 구조로 지칭할 수도 있다. 측면 메탈 구조(1312)에 의해 안테나 공진 주파수가 낮은 주파수로 이동하고, 저대역(lower band, LB)에서의 안테나 성능이 개선될 수 있다.

도 6a 내지 도 7b, 도 9a (a) 및 도 9a (b)에서 안테나 시스템이 차량의 루프 하부에 배치되는 경우, 루프에 유도되는 전류 성분을 상쇄하도록 상부 커버(1320)에 메탈 시트(1350)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 그라운드 부스팅 구조로 형성되는 슬롯 안테나의 안테나 방사 효율이 향상될 수 있다.

한편, 도 9b는 안테나 구조물의 서로 다른 측면 영역에 메탈 구조가 배치된 구성을 비교한 것이다. 도 9b (a)는 도 8a (a)와 같이 PCB(1200)의 일 측에 제1 타입의 BUA(1210a)가 배치되고, PCB(1200)의 타 측에 NAD(1400)가 배치된 구조에 대응한다. 도 8a (a) 및 도 9b (a)를 참조하면, 제1 타입의 BUA(1210a)가 배치된 PCB(1200)의 일 측에 대응하는 측면 영역에 메탈 구조(1312a)가 배치된다. 반면에, 도 9b (b)는 도 8b (a)와 같이 PCB(1200)의 일 측에 NAD(1400)가 배치되고, PCB(1200)의 타 측에 제2 타입의 BUA(1210b)가 배치된 구조에 대응한다. 도 8b (a) 및 도 9b (b)를 참조하면, 제2 타입의 BUA(1210b)가 배치된 PCB(1200)의 타 측에 대응하는 측면 영역에 메탈 구조(1312b)가 배치된다. 한편, 제2 타입의 BUA(1210b)의 길이가 더 짧게 형성되므로, 제2 메탈 구조(1312b)의 길이도 제1 메탈 구조(1312a)의 길이보다 더 짧게 형성될 수 있다.

이와 관련하여, 그라운드 부스팅 안테나의 저대역(LB) 성능에 메탈 구조(1312a, 1312b)가 주로 영향을 미친다. 반면에, 제1 및 제2 타입 구조에서 유전체 영역 및 슬롯 영역의 길이 감소는 그라운드 부스팅 안테나의 중대역(MB) 성능에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 도 9b (a), (b)에 따른 메탈 구조(1312a, 1312b)의 위치 변경 및 길이 변경에 따른 그라운드 부스팅 안테나의 저대역(LB) 성능 변화는 거의 발생하지 않는다.

한편, 본 명세서에 따른 type 1 및 type 2 구조의 그라운드 부스팅 안테나 구조는 open slot 및 closed slot 구조로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10a는 type 1 및 type 2 구조의 그라운드 부스팅 안테나의 PCB 형상과 하부 커버 메탈 구조 형상을 나타낸다. 한편, 도 10b는 type 2 구조의 그라운드 부스팅 안테나에서 기준 구조와 MB 성능 개선을 위한 보상 구조에 대한 PCB 형상과 하부 커버 메탈 구조 형상을 비교한 것이다.

도 8a (b), 도 9b(a) 및 도 10a를 참조하면, type 1 구조에서 유전체 영역(DR1)의 길이는 L1으로 설정될 수 있고, 그라운드 부스팅 안테나는 개방 슬롯 안테나로 동작할 수 있다. 반면에, 도 8b (b) 및 도 10a를 참조하면, type 2 구조에서 유전체 영역(DR2)의 길이는 L2로 설정될 수 있고, 그라운드 부스팅 안테나는 폐쇄 슬롯 안테나로 동작할 수 있다.

도 8a (b), 도 9b(b) 및 도 10a를 참조하면, type 1 구조에서 슬롯 영역(SR1)의 외측에 형성되는 제1 메탈 부(1311m)의 길이(L1a)는 슬롯 영역(SR1)의 내측에 형성되는 제2 메탈부(1312m)의 길이(L2a) 이상으로 형성될 수 있다. 반면에, 도 8b (b) 및 도 10a를 참조하면, type 2 구조에서 슬롯 영역(SR1)의 외측에 형성되는 제1 메탈 부(1311m)의 길이(L1b)는 슬롯 영역(SR1)의 내측에 형성되는 제2 메탈부(1312m)의 길이(L2b) 이하로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, type 2 구조에서 제1 타입의 부품(1400)에 의해 슬롯 길이가 제약될 수 있다. 따라서, type2의 제1 메탈 부(1311m)의 길이(L1b)는 type1의 메탈 구조(1312b)의 길이(L1a)보다 더 짧게 형성된다. 이와 유사하게, 제2 메탈 구조(1312b)의 길이는 제1 메탈 구조(1312a)의 길이보다 더 짧게 형성된다.

한편, 본 명세서에 따른 type 2 구조의 그라운드 부스팅 안테나 구조에서 MB 성능 개선을 위해 PCB의 메탈 배치 구조가 일부 변경될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10b는 서로 다른 타입의 안테나 소자가 배치된 PCB 배치 구조 및 하부 커버 메탈 형상 구조를 나타낸다.

도 10b를 참조하면, type 2의 기준 구조에서 제1 타입의 안테나 소자(1210a)가 유전체 영역(DR2)에 형성될 수 있다. 한편, type 2의 보상 구조에서 제2 타입의 안테나 소자(1210b)가 유전체 영역(DR3)에 형성될 수 있다. 유전체 영역(DR3)은 유전체 영역(DR2)에 비해 PCB 외측의 메탈 부가 제거된 형상이다. 한편, type 2의 기준 구조 및 보상 구조의 하부 커버의 메탈 형상 구조는 유사하게 구성될 수 있다. 기준 구조보다 보상 구조에서 하부 커버의 제1 메탈 부(1311m)의 너비가 더 큰 값을 갖도록 구성될 수 있다.

도 11a는 안테나 소자가 배치되는 슬롯 영역에 대응하는 PCB의 메탈 패턴 변경 여부에 따른 구조를 비교한 것이다. 도 11a (a)는 안테나 소자(1210a)가 PCB(1200)의 제1 메탈 부(1210m) 및 제2 메탈 부(1220m)와 연결된 제1 구성을 나타낸다. 안테나 소자(1210a)의 급전 연결부(F1)가 제1 메탈 부(1210m)에 연결될 수 있다. 안테나 소자(1210a)의 그라운드 연결부(G1)가 제2 메탈 부(1220m)에 연결될 수 있다. 한편, PCB(1200)의 제1 메탈 부(1210m)와 하부 커버(1310)의 제1 메탈 부(1311m)는 복수의 지점들에서 컨택 방식으로 연결될 수 있다.

도 11a (b)는 안테나 소자(1210b)가 PCB(1200)의 급전 패드 (1210p)및 제2 메탈 부(1220m)와 연결된 제2 구성을 나타낸다. 도 7a, 도 7b 및 도 11a (b)를 참조하면, 안테나 소자(1210b)의 급전 연결부(F2)가 급전 패드 (1210p)를 통해 하부 커버(1310)의 제1 메탈 부(1311m)에 연결될 수 있다. 안테나 소자(1210b)의 그라운드 연결부(G2)가 제2 메탈 부(1220m)에 연결될 수 있다. PCB(1200)에 안테나 소자(1210b)가 배치되도록 메탈 패턴이 제거된 유전체 영역(DR3)이 형성될 수 있다.

유전체 영역(DR3)은 직사각형 형상으로 형성되고, 직사각형 형상의 유전체 영역 내(DR3)에 안테나 소자(1210b)가 배치될 수 있다. 따라서, PCB(1200)상의 유전체 영역을 일부 변경하고, 하부 커버(1310)의 메탈 패턴을 일부 변경하고, 안테나 소자의 메탈 패턴을 일부 변경하여 안테나의 MB 성능을 개선할 수 있다. 유전체 영역(DR1 내지 DR3)은 안테나 소자(1210a, 1210b)가 배치되는 영역으로 유전체 영역(DR1 내지 DR3)의 너비를 공차(clearance)로 정의할 수도 있다. 일 예로, 유전체 영역(DR3)의 너비에 해당하는 clearance는 최소 10mm 이상으로 설정할 수 있다.

안테나 소자(1210b)는 그라운드 연결부(G2), 급전 연결부(F2) 및 복수의 도전 패턴들(1211, 1212)를 포함하도록 구성될 수 있다. 그라운드 연결부(G2)는 PCB(1200)의 그라운드와 연결되고, 급전 연결부(F2)는 PCB(1200)의 신호 라인과 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 도전 패턴(1211)은 일 단부가 그라운드 연결부(G2)와 연결되고, 타 단부가 급전 연결부(F2)와 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 도전 패턴(1211)를 유전체 영역(DR2, DR3) 내에 배치하기 위해 단부가 연결되고 상호 평행하게 배치된 제1 및 제2 서브 패턴(1211a, 1211b)를 포함할 수 있다. 제2 도전 패턴(1212)은 일 단부가 그라운드 연결부(G2)와 연결되고, 타 단부에서 양 측으로 연장되는 연장부(1212b)를 구비할 수 있다. 제2 도전 패턴(1212)은 연결부(1212a)와 연장부(1212b)를 포함할 수 있다.

도 11b는 type 1 구조, type2의 기본 구조 및 type2의 보상 구조에 대한 주파수 별 안테나 이득 특성을 나타낸 것이다. 도 11b를 참조하면, (i), (ii) 및 (iii)은 type 2 기본 구조, type 1 구조 및 type2의 보상 구조의 안테나 이득 특성을 나타낸다. type2의 보상 구조와 관련하여, PCB(1200)상의 유전체 영역을 일부 변경하고, 하부 커버(1310)의 메탈 패턴을 일부 변경하고, 안테나 소자의 메탈 패턴을 일부 변경할 수 있다. 이에 따라, type2의 보상 구조에 안테나의 MB 성능을 개선할 수 있다.

도 11b의 (i), (ii) 및 (iii)을 참조하면, LB 안테나 피크 이득은 거의 동등한 수준을 나타낸다. 중대역(MB)에 해당하는 1.7 내지 2.0GHz 대역에서 type2의 보상 구조의 안테나 이득 특성이 type2의 기본 구조의 이득 특성보다 향상되었다. 도 11b의 (ii) 및 (iii)을 참조하면, 이득 피크 주파수는 약 2.0GHz로 type2의 보상 구조가 type 1 구조와 거의 유사한 성능을 나타낸다. 이득 피크 주파수에서의 피크 이득 값은 type2의 보상 구조가 type 1 구조보다 낮은 값을 갖는다. 하지만, 2.0GHz보다 낮은 1.7 내지 2.0GHz 대역의 대부분의 주파수에서 type2의 보상 구조가 type 1 구조보다 높은 이득 값을 갖는다.

본 명세서에 따른 안테나 구조는 차량의 루프에 해당하는 메탈 구조 하부에 배치될 수 있다. 또한, 메탈 구조의 상부에 다른 안테나 구조물과 결합될 수 있는 홀 구조 (슬롯 구조)가 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 12a는 별도의 안테나 구조물이 결합될 수 있는 홀 (슬롯)이 형성된 메탈 구조와 메탈 구조 하부에 배치되는 텔레매틱스 유닛을 나타낸다. 도 12b는 텔레매틱스 유닛이 차량 루프 하부에 배치되고 루프 상부에 별도의 안테나 구조물이 설치된 형상을 나타낸다.

도 12a (a)를 참조하면, 메탈 구조에 해당하는 차량 루프에 안테나 구조물, 예컨대 shark-fin 안테나가 결합될 수 있는 홀 (슬롯)이 형성된 구조를 나타낸다. 도 12a (b)를 참조하면, 메탈 구조에 해당하는 차량 루프의 하부에 텔레매틱스 유닛, 즉 안테나 시스템(1000)이 배치될 수 있다.

도 12a (b) 및 도 12b를 참조하면, e-call Backup antenna (BUA)가 내장된 TCU 본체는 차량의 메탈 혹은 카본 재질의 루프 아래에 부착될 수 있다. 한편, BUA에 의한 안테나 방사 패턴의 측정기준은 루프 하부를 기준으로 60 내지 90도에서의 안테나 이득으로 평가할 수 있다.

도 5b 내지 도 11a, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 루프 하부에 배치될 수 있다. 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320)에 의해 형성되는 텔레매틱스 유닛(1000)은 차량의 루프 하부에 배치될 수 있다. 안테나 소자(1210a, 1210b)와 슬롯 영역(SR1, SR2)이 형성된 메탈 플레이트(1311)로 방사체가 구성될 수 있다. 따라서, 그라운드 부스팅 구조의 방사체는 차량의 루프를 기준으로 수평 방향 및 하부 방향으로 신호를 방사할 수 있다.

한편, 안테나 시스템은 적어도 일부가 차량의 루프 상부로 노출되도록 구성된 안테나 구조물(1500)을 더 포함할 수 있다. 안테나 구조물(1500)은 상부 커버와 결합되도록 구성되고, 안테나 구조물(1500) 내의 안테나를 통해 수신되는 신호가 루프 하부의 텔레매틱스 유닛(1000)으로 전달되도록 구성될 수 있다. 안테나 구조물(1500) 내의 안테나를 통해 수신되는 신호는 텔레매틱스 유닛(1000) 내의 안테나 기판(1100) 또는 PCB(1200)로 전달될 수 있다. 안테나 구조물(1500) 내의 안테나를 통해 수신되는 신호는 PCB(1200)에 배치된 NAD(1400)로 전달될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 명세서에 따른 차량 루프 하부에 배치되는 안테나 시스템(1000)과 별도로 차량 루프 상부에 적어도 일부 구조물이 돌출되도록 안테나 구조물(1500)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 12c는 본 명세서에 따른 복수의 안테나 구조물이 차량 루프 상부와 하부에 배치된 구성을 나타낸다. 도 12c (a)는 차량 루프 하부에 배치되는 안테나 시스템(1000)과 차량 루프 상부에 배치되는 안테나 구조물(1500)을 나타낸 제1 측면도이다. 도 12c (b)는 차량 루프 하부에 배치되는 안테나 시스템(1000)과 차량 루프 상부에 배치되는 안테나 구조물(1500)을 나타낸 제2 측면도 (후 측면도)이다. 즉, 도 12c (b)는 도 12c (a)의 (A) 방향에서의 안테나 시스템(1000)과 안테나 구조물(1500)을 나타낸 제2 측면도 (후 측면도)이다.

도 12c (a) 및 도 12c (b)를 참조하면, 차량 루프와 안테나 시스템(1000)의 상부 커버 사이에 안테나 효율 개선을 위해 메탈 시트(1350)가 배치될 수 있다. 도 12c (b)를 참조하면, 백업 안테나(backup antenna, BUA)가 배치될 수 있다. 백업 안테나(BUA)는 e-call (emergency call)을 수행하도록 구성될 수 있고, 도 6a 내지 도 7b의 제1 타입 또는 제2 타입의 안테나 소자(1210a, 1210b)로 구성될 수 있다. 또는, 도 12c (b)에 도시된 바와 같이 백업 안테나(BUA)는 도 16a 및 도 16b에서 설명될 측면 영역에 배치되는 안테나 소자(1210c)로 구성될 수도 있다.

도 12c (b)를 참조하면, 안테나 구조물(1500) 내에서는 안테나 지지부(1510)가 배치될 수 있다. 안테나 지지부(1510)은 다면체로 형성되어 각 면에 안테나 기판이 배치될 수 있다. 각 면에 배치되는 안테나 기판에는 복수의 배열 안테나(array antenna)들이 배치되어 mmWave 대역에서 빔 포밍을 수행할 수 있다. 또한, 복수의 배열 안테나들을 동시에 빔 포밍하여 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다.

한편, 안테나 지지부(1510)에는 다른 대역, 예컨대 LTE 대역 및 5G Sub6 대역에서 동작하는 다른 안테나들이 배치될 수 있다. 다른 예로, 안테나 지지부(1510)에 인접한 전면 영역, 후면 영역 및 측면 영역 중 적어도 하나에 다른 대역에서 동작하는 다른 안테나들이 배치될 수 있다.

한편, 본 명세서에 따른 차량 루프 하부에 배치되는 안테나는 메탈 재질의 루프에 의해 안테나 효율이 저감될 수 있다. 이러한 안테나 효율 저감 이슈를 해소하기 위해, 차량 루프 하부에 메탈 시트(1350)가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13은 차량 루프에 유도되는 전류에 의해 안테나 효율이 저감되는 원리 및 차량 루프 하부에 배치되는 메탈 시트에 의해 안테나 효율이 개선되는 원리를 나타낸다.

한편, 도 14는 본 명세서에 따른 차량 루프 하부에 배치되는 메탈 시트와 BUA 안테나의 배치 구조를 나타낸 측면도 및 전면도이다. 도 14(a)는 차량 루프 하부에 배치되는 메탈 시트와 BUA 안테나의 배치 구조를 나타낸 측면도이다. 도 14(b)는 차량 루프 하부에 배치되는 메탈 시트와 BUA 안테나의 배치 구조를 나타낸 전면도이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 본 명세서는 안테나 시스템 (모듈)(1000)을 차량에 탑재 시 메탈 루프에 의한 안테나 성능 저하 방지 구조를 제안하기 위한 것이다. 이와 관련하여, 차량 e-Call용 백업 안테나(BUA, 1210c)는 차량 충돌 등의 외부 영향으로 인하여 샤크 핀(Shark fin) 안테나 파손 시 비상 시의 emergency call을 위한 것이다. 이와 관련하여, 백업 안테나를 TCU 내부의 협소한 공간 내에 배치하고, 안테나 시스템을 차량에 탑재 시 차량 메탈 루프의 그라운드 영향으로 안테나의 성능 열화 현상이 심각하게 발생할 수 있다. 따라서, 본 명세서는 메탈 루프의 영향으로부터 안테나의 성능저하 현상을 방지하기 위한 안테나 구조를 제안하고자 한다. 이를 위해, 본 명세서의 실시 예에 따른 안테나 구조를 통해 TCU의 그라운드 구조의 일부 수정으로 안테나 성능저하를 방지하여, 비상시의 통화 성능(call performance)을 향상시킬 수 있다.

한편, 도 15는 도 14의 메탈 시트 안테나 구조의 각 구성품을 나타낸다. 도 15(a)는 메탈 시트 안테나 구조, 즉 텔레매틱스 유닛(1000)의 하부 커버(1310)를 나타낸다. 도 15(b)는 텔레매틱스 유닛(1000) 내부에 배치되는 PCB(1200)를 나타낸다. 도 15(c)는 메탈 시트가 부착될 수 있는 상부 커버(1320)를 나타낸다.

도 15(a)의 하부 커버(1310)는 그라운드 부스팅 안테나로 동작하도록 도 6b 및 도 7b의 슬롯 영역(SR1, SR3)이 형성된 하부 커버로 대체될 수도 있다. 이에 따라, 하부 커버(1310)는 안테나 소자(1210c)가 배치되는 영역에 대응하는 영역에 슬롯 영역(SR1, SR2)이 형성될 수 있다. 한편, 안테나 소자(1210c)와 슬롯 영역(SR1, SR2)이 형성된 메탈 플레이트가 방사체로 동작할 수 있다.

도 13 내지 도 15를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 텔레매틱스 모듈(1000)으로 구현될 수 있다. 텔레매틱스 유닛(1000)은 PCB(1200), 하부 커버(1310), 상부 커버(1320) 및 메탈 시트(1350)을 포함하도록 구성될 수 있다.

PCB(1200)는 전자 부품들이 배치되고, 안테나 소자(1210c)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 도 6a 내지 도 12b를 참조하면, PCB(1200)에 안테나 소자(1210a, 1210b)의 급전 연결부와 그라운드 연결부를 통해 연결될 수 있다.

도 13 (b)를 참조하면, 메탈 시트(1350)는 차량 루프와 안테나 사이의 공간에 배치될 수 있다. 구체적으로, 도 14(a)를 참조하면, 메탈 시트(1350)는 차량 루프의 내측 면에 부착되도록 구성될 수 있다. 따라서, 메탈 시트(1350)는 전면이 메탈 재질로 구성된 루프 구조물의 후면에 부착되도록 배치될 수 있다.

도 13 (b) 및 도 14(a)를 참조하면, 안테나 소자(ANT)에 제1 방향의 전류(J1)가 형성되고, 메탈 시트(1350)에 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향의 전류(J2)가 형성된다. 따라서, 루프 구조물의 전면에 형성되는 제1 방향의 전류(J3)와 상쇄될 수 있다.

본 명세서에 따른 메탈 시트(1350)는 메인 PCB(1200)의 그라운드 또는 보조 PCB(1200b)의 그라운드 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 메탈 시트(1350)는 도 14와 같이 평면부(1351) 및 그라운드 연결부(1352)를 포함하도록 구성될 수 있다.

평면부(1351)는 상부 커버(1320)에 부착되도록 구성될 수 있다. 그라운드 연결부(1352)는 평면부(1351)의 일 지점에서 PCB(1200) (또는 보조 PCB(1200b))의 그라운드와 연결되도록 구성될 수 있다. 그라운드 연결부(1352)는 PCB(1200)의 외측에 배치되는 안테나 소자(1210c)보다 내측에서 소정 간격 이내로 배치될 수 있다.

한편, 도 16a 및 도 16b는 배치되는 전자 부품들이 배치된 텔레매틱스 유닛 내부 구성을 나타낸 측면 사시도와 안테나 소자의 상세 구성도를 나타낸다. 도 16a를 참조하면, 텔레매틱스 유닛(1000)으로 구현되는 안테나 시스템은 백업 안테나에 해당하는 안테나 소자(1210c), 메인 PCB(1200) 및 하부 커버(1310)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 텔레매틱스 유닛(1000)으로 구현되는 안테나 시스템은 서브 PCB(1200b), 메인 PCB(1200)에 배치되는 NAD(1400) 및 상부 메탈 구조(1320a)를 더 포함할 수 있다.

상부 메탈 구조(1320a)는 상부 열 메탈 (top thermal metal) 구조로 하부 커버(1310)는 하부 열 메탈 (bottom thermal metal) 구조로 지칭될 수 있다. 상부 열 메탈 구조 및 하부 열 메탈 구조로 형성되는 히트 싱크(heat sink) 구조에 의해 NAD(1400)를 포함하여 각종 부품에 의해 발생되는 열이 텔레매틱스 유닛(1000) 외부로 효과적으로 방출될 수 있다. 한편, 텔레매틱스 유닛(1000) 외부로 방출된 열은 메탈 시트(1350)를 통해 금속 재질의 차량 루프를 통해 차량 외부로 효과적으로 방출될 수 있다.

도 13 내지 도 16b를 참조하면, 안테나 소자(1210c)는 평면부(1211c)를 통해 PCB(1200)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 평면부(1211c)의 일 지점은 급전 연결부(F3)로 구성되고, 평면부(1211c)의 타 지점은 그라운드 연결부(G3)로 구성될 수 있다. 응용에 따라, 급전 연결부(F3)와 그라운드 연결부(G3)의 위치는 변경될 수 있다. 안테나 소자(1210c)는 PCB(1200)와 상부 커버(1320)에 부착된 메탈 시트(1350) 사이의 공간에 배치될 수 있다. 또한, 안테나 소자(1210c)는 PCB(1200)에 실질적으로 수작하게 배치되어, PCB(1200)의 측면 영역에 도전 패턴(1212c)으로 형성될 수 있다. 안테나 소자(1210c)는 도 14(a)와 같은 제한된 영역 내에 배치하기 위하여 벤딩된 구조의 도전 패턴으로 구성될 수 있다.

한편, 도 17a는 본 명세서에 따른 텔레매틱스 유닛 내부에 배치되는 각 구성을 나타낸 분해 사시도이다. 도 17b는 도 17a의 차량 루프와 안테나 공차에 따른 안테나 특성 변화를 나타낸 그래프이다.

도 13 내지 도 17a를 참조하면, PCB(1200)는 전자 부품들이 배치되고, 안테나 소자(1210c)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 한편, PCB(1200)에 배치되는 안테나 소자는 도 6a 내지 도 12b의 안테나 소자(1210a, 1210b)로 대체될 수도 있다. 하부 커버(1310)는 PCB(1200)의 하부에 배치되고, 메탈 플레이트로 구성될 수 있다. 상부 커버(1320)는 하부 커버(1310)와 체결되어 내부에 PCB(1200)가 수용되도록 구성될 수 있다. 메탈 시트(1350)는 안테나 소자(1210c)로부터 방사되는 신호의 방사 효율을 개선하도록 상부 커버(1350)에 부착될 수 있다. 이를 위해, 메탈 시트(1350)는 차량의 루프 하부에 배치되도록 구성될 수 있다.

도 17a를 참조하면, 메탈 재질의 차량 루프에 의해 차량용 백업 안테나(BUA)의 안테나의 성능이 저하될 수 있다. 또한, 백업 안테나(BUA) 배치에 따른 안테나 공차(antenna clearance)에 의해 안테나의 성능이 저하될 수 있다. 이와 관련하여 도 17b는 메탈 재질의 차량 루프 및 안테나 공차에 의한 안테나 효율을 비교한 결과를 나타낸다. 도 17b (a)는 메탈 재질의 차량 루프 부착 이전과 이후의 주파수 별 안테나 효율을 나타낸 것이다. 한편, 도 17b (b)는 안테나 공차 발생에 따라 주파수 별 안테나 효율을 나타낸 것이다.

도 17b를 참조하면, 저대역(LB), 예컨대 주파수 약 0.85GHz에서 안테나 효율 저하는 다음과 같다. 일 예로, 금속 재질의 차량 루프에 의해 총 효율은 약 69% (-1.6dB)에서 약 33% (-4.8dB)로 저하될 수 있다. 따라서, 금속 재질의 차량 루프에 의해 총 효율 저하는 약 3.2dB로 50% 이상 안테나 효율이 감소될 수 있다. 한편, 안테나 공차에 의한 효율 저하는 약 34% (-4.7dB)에서 약 22.7% (-6.4dB)로 저하될 수 있다.

본 명세서에 따른 안테나 시스템에서 메탈 시트(1350)의 그라운드 연결부(1352)는 PCB(1200)의 외측에 배치되는 안테나 소자(1210c)보다 내측에서 소정 간격 이내로 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 18a는 그라운드 연결부가 배치될 수 있는 위치가 표시된 도면이다. 한편, 도 18b는 그라운드 연결부의 위치 변화에 따른 총 효율을 비교한 도면이다.

도 14 내지 도 18a를 참조하면, 그라운드 연결부(1352)의 위치는 기준 지점(Ref)이외에 서로 다른 지점들 (P1 내지 P5) 중 하나로 선택될 수 있다. 이와 관련하여, 그라운드 연결부(1352)의 기준 지점(Ref)은 PCB(1200)의 외측에 배치되는 안테나 소자(1210c)보다 내측에서 소정 간격 이내로 선택된다. 한편, 제1 지점(P1) 및 제2 지점(P2)은 안테나 소자(1210c)의 일측 단부 및 타측 단부로 선택될 수 있다. 제3 지점(P3) 및 제4 지점(P4)은 안테나 소자(1210c)가 배치되지 않은 메탈 시트(1350) 영역 (좌측 영역)의 하부 지점으로 선택될 수 있다. 제5 지점(P5)은 안테나 소자(1210c)가 배치된 메탈 시트(1350) 영역 (우측 영역)의 중앙 지점으로 선택될 수 있다.

도 18b를 참조하면, 그라운드 연결부가 기준 지점(Ref)에 배치된 경우 가장 높은 안테나 효율을 갖는다. 반면에, 그라운드 연결부가 다른 지점들 (P1 내지 P5) 중 하나에 배치된 경우 기준 지점(Ref)에 배치된 경우에 비하여 안테나 효율이 약 1.8 내지 4.8dB 감소한다.

본 명세서에 따른 안테나 시스템에서 메탈 시트(1350)의 배치 형상은 다양하게 변경 가능하다. 또한, 본 명세서에 따른 안테나 시스템에서 그라운드 연결부(1352)가 배치되는 위치 및 그라운드 연결부(1352)의 개수도 다양하게 변경 가능하다. 이와 관련하여, 도 19는 다양한 실시예들에 따른 메탈 시트가 배치되는 위치 및 사이즈가 변경된 예시를 나타낸다. 한편, 도 20은 다양한 실시예들에 따른 그라운드 연결부의 개수와 연결 위치의 예시를 나타낸다.

도 17a, 도 18a 및 도 19를 참조하여, 다양한 실시예들에 따른 메탈 시트의 형상 및 배치에 대해 설명한다. 도 19 (a)는 메탈 시트(1350)의 외측이 상부 커버(1320)의 형상에 대응되도록 직사각형 형상으로 구성된 것이다. 한편, 메탈 시트(1350)의 내측에는 별도의 안테나 구조물과 결합되도록 결합 슬롯(1353)이 형성될 수 있다. 도 19 (b)는 메탈 시트(1350b)의 외측이 상부 커버(1320)의 일 측 형상에 대응되도록 직사각형 형상으로 구성된 것이다. 따라서, 상부 커버(1320)의 타 측에는 메탈 시트가 배치되지 않도록 구성될 수 있다. 한편, 메탈 시트(1350b)의 내측에는 별도의 안테나 구조물과 결합되도록 결합 슬롯(1353b)이 형성될 수 있다.

도 19 (c) 및 도 19 (d)는 메탈 시트(1350c, 1350d)가 상부 커버(1320)의 일 측에만 형성되고 별도의 안테나 구조물이 배치되는 결합 슬롯 영역에는 배치되지 않은 구성이다. 도 19 (c)를 참조하면, 메탈 시트(1350c)가 상부 커버(1320)의 일 측의 상부와 하부를 커버하도록 배치될 수 있다. 도 19 (d)를 참조하면, 메탈 시트(1350c)가 상부 커버(1320)의 일 측의 상부와 하부 중 하나를 커버하도록 배치될 수 있다.

도 17a, 도 18a, 19 (a) 내지 도 19 (d)를 참조하면, 평면부(1351)의 일 변이 안테나 소자(BUA)의 길이 방향으로 중첩되게 메탈 시트(1350)가 배치될 수 있다. 한편, 차량 루프의 상부에 안테나 구조물 (도 12b의 안테나 구조물(1500))이 배치되어 안테나 시스템과 결합될 수 있다. 이를 위해, 메탈 시트(1350)는 메탈 영역이 제거된 결합 슬롯 영역(1353)이 형성된다.

도 17a, 도 18a, 도 19 (a) 내지 도 19 (d)를 참조하면, 그라운드 연결부(1352)는 백업 안테나가 배치되는 영역에서 내측 영역으로 제1 축 방향으로 소정 간격 이내로 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 그라운드 연결부(1352)는 백업 안테나가 배치되는 영역의 중심 라인에서 제2 축 방향으로 소정 간격 이내로 이격되어 배치될 수 있다. 따라서, 그라운드 연결부(1352)가 1개만 배치되는 경우, 그라운드 연결부(1352)는 도 18a의 기준점(Ref)에 배치된다.

도 17a, 도 18a, 도 19 및 도 20을 참조하여, 다양한 실시예들에 따른 메탈 시트의 형상 및 배치에 대해 설명한다. 도 20 (a)는 하나의 그라운드 연결부가 기준 지점(Ref)에서 연결된 구성을 나타낸다. 도 20 (b)는 2개의 그라운드 연결부가 기준 지점(Ref) 및 제1 지점(P1)에서 제1 축을 따라 연결된 구성을 나타낸다. 도 20 (c)는 2개의 그라운드 연결부가 기준 지점(Ref) 및 제5 지점(P5)에서 제2 축을 따라 연결된 구성을 나타낸다. 도 20 (d)는 2개의 그라운드 연결부가 기준 지점(Ref), 제1 지점(P1) 및 제5 지점(P5)에서 제1 축 및 제2 축을 따라 연결된 구성을 나타낸다.

도 17a, 도 18a, 도 19 및 도 20을 참조하면, 기준 지점(Ref)에 그라운드 연결부(1352)가 연결되면 다른 지점에 연결되어도 안테나 특성의 변화는 무시할 수 있다. 따라서, 그라운드 연결부(1352)가 기준 지점(Ref)에 1개만 배치되어도 안테나의 효율 특성이 최적화될 수 있다. 하지만, 안테나 시스템의 기구적 안정성 및 DC 그라운드 특성을 위해 복수의 그라운드 연결부가 배치될 수도 있다. 이와 관련하여, 제1 축 및/또는 제2 축을 따라 제1 지점(P1) 및/또는 제5 지점(P5)에서 그라운드 연결부(1352)가 배치되어도 안테나 효율 및 공진주파수의 최적화된 특성은 유지된다. 하지만, 다른 연결 지점, 예컨대 P2, P3, P4 지점에 그라운드 연결부(1352)가 배치되면 LB 및 MB에서 안테나 공진주파수가 변경되고 안테나 효율 특성도 저하될 수 있다.

본 명세서에 따른 차량용 안테나 시스템은 메탈 시트(1350)가 부착되고 그라운드 연결부(1352)를 통해 그라운드 연결되어, 안테나 효율이 향상될 수 있다. 이와 관련하여, 도 21a는 안테나 시스템의 상부에 메탈 시트(1350)가 배치된 구성의 사시도 및 측면도를 나타낸다. 도 21b는 메탈 시트 및 그라운드 연결부 적용 이전과 이후의 안테나 효율을 전 대역 및 저대역(LB)에서 도시한 것이다.

도 21a (a) 및 도 21a (b)를 참조하면, 메탈 시트(1350)는 평면부(1351) 및 그라운드 연결부(1352)를 포함하도록 구성될 수 있다. 그라운드 연결부(1352)는 메탈 시트(1350)와 인접하게 배치된 보조 PCB(1200b)의 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다. 도 21b (a) 및 도 21b (b)를 참조하면, 메탈 시트(1350)의 부착 및 그라운드 연결부(1352)의 연결 이후, 안테나 효율은 저대역(LB)에서 약 4.6dB가 개선됨을 알 수 있다.

도 5a 내지 도 21a를 참조하면, 본 명세서에서 개시되는 안테나 소자(1210a, 1210b, 1210c)를 이용한 백업 안테나(BUA)는 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다. 하부 커버(1310)에 슬롯 영역(SR1, SR2)을 형성하여, 안테나 소자(1210a, 1210b, 1210c)와 슬롯 영역(SR1, SR2)의 결합에 의해 그라운드 부스팅 안테나로 동작할 수 있다. 또한, 백업 안테나(BUA)는 도 8c에 도시된 바와 같이, LTE/Sub 6 대역에서 동작하는 MIMO 안테나(ANT1 내지 ANT4) 중 적어도 하나와 동시에 동작하도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 백업 안테나(BUA)는 MIMO 안테나(ANT1 내지 ANT4)가 동작하지 않는 경우에 보조적으로 동작하도록 구성될 수 있다. 안테나 시스템과 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.

한편, 도 22a 및 도 22b는 실시 예에 따른 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다. 도 22a는 복수의 안테나 구조물이 차량 루프 상부와 하부에 배치된 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다. 도 22b는 차량 루프 하부에 배치된 안테나 시스템 내부에 배치되는 안테나들을 이용하여 통신을 수행하는 차량의 구성도를 나타낸다.

도 22a 및 도 22b를 참조하면, 차량에 광대역 안테나 시스템(1000)이 탑재되고, 안테나 시스템(1000)은 자체적으로 또는 통신 장치(400)를 통해 근거리 통신, 무선 통신 및 V2X 통신 등을 수행할 수 있다. 이를 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 안테나 시스템(1000)을 통해 인접 차량, RSU 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.

대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 통신 장치(400)를 통해 인접 차량, RSU, 인접 사물 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다. 여기서, 인접 사물에 대한 정보는 차량(300)의 카메라(531), 레이다(532), 라이다(533), 센서(534, 535) 등의 오브젝트 검출 장치를 통해 획득될 수 있다. 또 다른 대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 통신 장치(400)와 안테나 시스템(1000)을 인접 차량, RSU, 인접 사물 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.

도 1a 내지 도 22b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)을 구비하는 차량(500)은 복수의 안테나들(1100), 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 구성 가능하다. 한편, 차량(500)은 오브젝트 검출 장치(520)를 더 포함할 수 있다. 또한, 차량(500)은 통신 장치(400)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 통신 장치(400)은 안테나 유닛을 통해 무선 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 차량(500)은 안테나 시스템(1000)을 구비할 수 있다. 도 22a를 참조하면, 차량(500)은 복수의 안테나 시스템(1000, 1500)을 구비할 수 있다. 차량 루프 하부에 제1 안테나 시스템 (모듈) (1000)이 배치되고, 차량 루프 상부에 제2 안테나 시스템 (모듈) (1500)이 배치될 수 있다. 도 22b를 참조하면, 하나의 안테나 시스템 (유닛, 모듈)에 해당하는 안테나 시스템(1000)을 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다.

도 1a 내지 도 22b를 참조하면, 제1 안테나 시스템 (모듈) (1000) 및 제2 안테나 시스템 (모듈) (1500)을 각각 텔레매틱스 모듈(1000) 및 안테나 구조물(1500)로 지칭할 수 있다. 텔레매틱스 모듈(1000)은 차량의 루프 하부에 배치되고, 프로세서를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성될 수 있다. 안테나 구조물(1500)은 적어도 일부가 차량의 루프 상부로 노출되도록 구성될 수 있다.

텔레매틱스 모듈(1000)은 PCB(1200, 1200b), 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320)를 포함하도록 구성될 수 있다. PCB(1200, 1200b)는 안테나 소자 및 전자 부품들이 배치되도록 구성될 수 있다. 하부 커버(1310)는 PCB(1200, 1200b)의 하부에 배치되고, 안테나 소자(1210a, 1210b, 1210c)가 가 배치되는 영역에 대응하는 영역에 슬롯 영역(SR, SR1, SR2)이 형성된 메탈 플레이트로 구성될 수 있다. 상부 커버(1320)는 하부 커버(1310)와 체결되어 내부에 PCB(1200, 1200b)가 수용되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 소자(1210a, 1210b, 1210c)와 안테나 소자(1210a, 1210b, 1210c)이 형성된 메탈 플레이트가 방사체로 동작할 수 있다.

하부 커버(1310)는 슬롯 영역(SR, SR1, SR2)을 형성하는 하부 커버(1310)의 외측 변(outer side)에서 연장되고, 하부 커버(1310)와 소정 각도로 형성되는 메탈 구조(metal structure, 1312)를 더 포함할 수 있다. 한편, 메탈 구조(1312)의 내측에 배치되는 안테나 소자(1210a, 1210b, 1210c)는 PCB(1200)를 통해 슬롯 영역(SR, SR1, SR2)으로 신호를 급전하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 안테나 소자1210a, 1210b, 1210c)와 슬롯 영역(SR, SR1, SR2)이 형성된 메탈 플레이트로 구성된 방사체는 차량의 루프를 기준으로 수평 방향 및 하부 방향으로 신호를 방사할 수 있다.

안테나 소자(1210a, 1210b, 1210c)는 도전 패턴의 일 지점에서 수직하게 형성되는 급전 연결부(F1, F2, F3) 및 도전 패턴의 타 지점에서 수직하게 형성되는 그라운드 연결부(G1, G2, G3)를 포함하도록 구성될 수 있다. 급전 연결부(F1, F2, F3)는 PCB(1200)의 급전 경로와 연결되고, PCB(1200)의 급전 경로는 슬롯 영역(SR, SR1, SR2)에 배치되어 하부 커버(!310)가 슬롯 안테나로 동작하도록 구성될 수 있다.

송수신부 회로(1250)는 안테나 소자(1210a, 1210b, 1210c)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 프로세서(1400)는 모뎀(modem)에 해당하는 기저대역 프로세서일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 송수신부 회로(1250)를 제어하는 임의의 프로세서일 수 있다. 차량의 프로세서(1400)는 NAD (Network Access Device)로 구현될 수 있다. 한편, 급전 연결부(F1, F2, F3) 와 그라운드 연결부(G1, G2, G3)를 포함하는 안테나 소자(1210a, 1210b, 1210c)은 백업 안테나(BUA)로 동작할 수 있다.

송수신부 회로(1250)는 백업 안테나(BUA) 및 MIMO 안테나(ANT1 내지 ANT4)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 급전 연결부(F1, F2, F3)를 통해 백업 안테나(BUA)로 전달되는 신호를 제어하도록 구성될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 전력 증폭기 또는 수신 증폭기와 같은 프론트 엔드 모듈(front end module, FEM)을 포함할 수 있다. 다른 예로, 프론트 엔드 모듈(FEM)은 송수신부 회로(1250)와 별도로 송수신부 회로(1250)와 안테나 사이에 배치될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 전력 증폭기 또는 수신 증폭기의 이득 또는 입력 또는 출력 전력을 조절하여 백업 안테나(BUA) 및 MIMO 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 전달되는 신호의 크기 및/또는 위상을 제어하거나 일부 안테나 모듈만 동작하도록 제어할 수 있다.

프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합되고, 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 제어하여, 백업 안테나(BUA) 및 MIMO 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 전달되는 신호의 크기 및/또는 위상을 제어하거나 일부 안테나 모듈만 동작하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 차량의 사고 또는 부품 고장으로 인해 다른 통신 시스템이 정상 동작하지 않는다고 판단되면, 백업 안테나(BUA)가 e-call 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 제2 안테나 시스템(1500)이 정상 동작하지 않는다고 판단되면, 백업 안테나(BUA)가 신호를 수신 및 송신하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시 예에 따르면, MIMO 안테나(ANT1 내지 ANT4)를 통해 신호가 정상적으로 수신 및 송신되지 않는다고 판단되면, 백업 안테나(BUA)가 신호를 수신 및 송신하도록 구성될 수도 있다.

한편, 자율 주행 등을 위해 인접 차량, RSU, 기지국 등 다양한 엔티티로부터 동시에 정보를 수신하거나 송신할 필요가 있는 경우, 다중 입출력(MIMO)을 통해 정보를 수신 및 송신할 수 있다. 따라서, 차량은 다양한 엔티티로부터 동시에 서로 다른 정보를 수신하여 통신 용량을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 차량에서 대역폭의 확장 없이도 MIMO 동작을 통해 통신 용량을 향상시킬 수 있다.

대안으로, 차량은 다양한 엔티티로부터 동시에 동일한 정보를 동시에 수신하여 주변 정보에 대한 신뢰성을 향상시키고 레이턴시를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 차량에서 URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication) 통신이 가능하고 차량은 URLLC UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 URLLC UE로 동작하는 차량을 위해 시간 슬롯을 우선적으로 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 특정 시간-주파수 자원 중 일부를 펑처링(puncturing)할 수 있다.

안테나 시스템(1000) 내의 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4)은 저 대역(LB), 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)의 전 대역에서 동작할 수 있다. 여기서, 저 대역(LB)을 제1 (주파수) 대역으로 지칭하고 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)을 제2 (주파수) 대역으로 지칭할 수 있다. 다른 예로, 안테나 시스템(1000)이 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에서 동작하는 경우 중 대역(MB)을 제1 (주파수) 대역으로 지칭하고 고 대역(HB)을 제2 (주파수) 대역으로 지칭할 수 있다. 5G Sub6 대역은 LTE re-farming의 경우 LTE 대역과 동일 대역일 수 있다. 5G NR이 LTE와 별도의 대역에서 동작하는 경우 고 대역(HB) 또는 이보다 높은 대역에서 동작할 수 있다. 고 대역(HB) 또는 이보다 높은 대역에서 동작하는 5G Sub6 대역도 제2 (주파수) 대역으로 지칭할 수 있다.

기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 상호 간에 충분한 거리로 이격되고 소정 각도로 회전된 상태로 배치된 안테나 소자들을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 동일 대역 내의 제1 신호 및 제2 신호 간의 격리도(isolation)을 향상시킬 수 있다.

기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 어느 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하면서 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 하나의 안테나를 통해 반송파 집성(carrier aggregation, CA)을 수행할 수 있다는 장점이 있다.

대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2) 중 어느 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하면서 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4) 중 어느 하나를 통해 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 각각의 안테나들을 해당 대역에서 최적화되도록 설계하고 동작하도록 구현할 수 있다는 장점이 있다.

따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역이 결합된 대역을 통해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 자율 주행 등을 위해 대용량의 데이터를 수신할 필요가 있는 경우, 반송파 집성을 통해 광대역 수신이 가능하다는 장점이 있다.

이에 따라, 차량은 eMBB (Enhanced Mobile Broad Band) 통신이 가능하고 차량은 eMBB UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 eMBB UE로 동작하는 차량을 위해 광대역 주파수 자원을 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 주파수 자원을 제외하고 여유 있는 주파수 대역들에 대한 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.

주파수 대역과 관련하여, 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)에 해당하는 대역을 각각 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역으로 지칭할 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)에 해당하는 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역에서 단일 안테나로 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 PDCCH (physical downlink control channel)을 통해 할당된 자원 영역을 판단할 수 있다. 프로세서(1400)는 할당된 자원 영역에 기반하여, 제1 대역 내지 제3 대역 중 둘 이상의 대역에서 반송파 집성(carrier aggregation)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.

프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)를 통해 EN-DC 상태에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 일 예로, 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)를 통해 EN-DC 동작을 수행하고, 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.

이와 관련하여, 4G/5G 통신 시스템 간 다른 대역을 이용하여 EN-DC 동작이 수행되면, 하나의 안테나 시스템 내의 복수의 안테나를 통해 EN-DC 동작을 수행할 수 있다. 이에 따라, 동일 대역을 사용하는 MIMO 스트림 간에 간섭 수준을 저감할 수 있다. 반면에, 4G/5G 통신 시스템 간 동일 대역을 이용하여 EN-DC 동작이 수행되면, 다른 안테나 시스템 내의 복수의 안테나를 통해 EN-DC 동작을 수행할 수 있다. 이 경우, 저대역(LB)에서의 간섭 수준을 저감하기 위해, 동일 안테나 시스템 내의 복수의 안테나를 통한 MIMO 동작은 중대역(MB) 이상에서 수행될 수 있다.

복수의 안테나들을 구비하는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량과 이들에 대한 제어 동작과 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.

이상에서는 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량에 대해 살펴보았다. 이러한 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량과 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템에 대해 살펴보면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 23은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.

도 23을 참조하면, 무선 통신 시스템은 제 1 통신 장치(910) 및/또는 제 2 통신 장치(920)을 포함한다. 'A 및/또는 B'는 'A 또는 B 중 적어도 하나를 포함한다'와 동일한 의미로 해석될 수 있다. 제 1 통신 장치가 기지국을 나타내고, 제 2 통신 장치가 단말을 나타낼 수 있다(또는 제 1 통신 장치가 단말 또는 차량을 나타내고, 제 2 통신 장치가 기지국을 나타낼 수 있다).

기지국(BS: Base Station)은 고정국(fixed station), Node B, eNB(evolved-NodeB), gNB(Next Generation NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(AP: Access Point), gNB(general NB), 5G 시스템, 네트워크, AI 시스템, RSU(road side unit), 로봇 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, 단말(Terminal)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D(Device-to-Device) 장치, 차량(vehicle), 로봇(robot), AI 모듈 등의 용어로 대체될 수 있다.

제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치는 프로세서(processor, 911,921), 메모리(memory, 914,924), 하나 이상의 Tx/Rx RF 모듈(radio frequency module, 915,925), Tx 프로세서(912,922), Rx 프로세서(913,923), 안테나(916,926)를 포함한다. 프로세서는 앞서 살핀 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 보다 구체적으로, DL(제 1 통신 장치에서 제 2 통신 장치로의 통신)에서, 코어 네트워크로부터의 상위 계층 패킷은 프로세서(911)에 제공된다. 프로세서는 L2 계층의 기능을 구현한다. DL에서, 프로세서는 논리 채널과 전송 채널 간의 다중화(multiplexing), 무선 자원 할당을 제 2 통신 장치(920)에 제공하며, 제 2 통신 장치로의 시그널링을 담당한다. 전송(TX) 프로세서(912)는 L1 계층 (즉, 물리 계층)에 대한 다양한 신호 처리 기능을 구현한다. 신호 처리 기능은 제 2 통신 장치에서 FEC(forward error correction)을 용이하게 하고, 코딩 및 인터리빙(coding and interleaving)을 포함한다. 부호화 및 변조된 심볼은 병렬 스트림으로 분할되고, 각각의 스트림은 OFDM 부반송파에 매핑되고, 시간 및/또는 주파수 영역에서 기준 신호(Reference Signal, RS)와 멀티플렉싱되며, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)를 사용하여 함께 결합되어 시간 영역 OFDMA 심볼 스트림을 운반하는 물리적 채널을 생성한다. OFDM 스트림은 다중 공간 스트림을 생성하기 위해 공간적으로 프리코딩된다. 각각의 공간 스트림은 개별 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,915)를 통해 상이한 안테나(916)에 제공될 수 있다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 전송을 위해 각각의 공간 스트림으로 RF 반송파를 변조할 수 있다. 제 2 통신 장치에서, 각각의 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,925)는 각 Tx/Rx 모듈의 각 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 캐리어로 변조된 정보를 복원하여, 수신(RX) 프로세서(923)에 제공한다. RX 프로세서는 layer 1의 다양한 신호 프로세싱 기능을 구현한다. RX 프로세서는 제 2 통신 장치로 향하는 임의의 공간 스트림을 복구하기 위해 정보에 공간 프로세싱을 수행할 수 있다. 만약 다수의 공간 스트림들이 제 2 통신 장치로 향하는 경우, 다수의 RX 프로세서들에 의해 단일 OFDMA 심볼 스트림으로 결합될 수 있다. RX 프로세서는 고속 푸리에 변환 (FFT)을 사용하여 OFDMA 심볼 스트림을 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다. 주파수 영역 신호는 OFDM 신호의 각각의 서브 캐리어에 대한 개별적인 OFDMA 심볼 스트림을 포함한다. 각각의 서브캐리어 상의 심볼들 및 기준 신호는 제 1 통신 장치에 의해 전송된 가장 가능성 있는 신호 배치 포인트들을 결정함으로써 복원되고 복조 된다. 이러한 연 판정(soft decision)들은 채널 추정 값들에 기초할 수 있다. 연판정들은 물리 채널 상에서 제 1 통신 장치에 의해 원래 전송된 데이터 및 제어 신호를 복원하기 위해 디코딩 및 디인터리빙 된다. 해당 데이터 및 제어 신호는 프로세서(921)에 제공된다.

UL(제 2 통신 장치에서 제 1 통신 장치로의 통신)은 제 2 통신 장치(920)에서 수신기 기능과 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 제 1 통신 장치(910)에서 처리된다. 각각의 Tx/Rx 모듈(925)는 각각의 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 반송파 및 정보를 RX 프로세서(923)에 제공한다. 프로세서 (921)는 프로그램 코드 및 데이터를 저장하는 메모리 (924)와 관련될 수 있다. 메모리는 컴퓨터 판독 가능 매체로서 지칭될 수 있다.

한편, 제 1 통신 장치가 차량인 경우 제 2 통신 장치가 기지국으로 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 도 2a를 참조하면, 제 2 통신 장치는 다른 차량일 수 있고 제1 통신 장치와 제2 통신 장치 간 V2V 통신이 수행될 수 있다. 한편, 제 2 통신 장치는 보행자(pedestrian)일 수 있고 제1 통신 장치와 제2 통신 장치 간 V2P 통신이 수행될 수 있다. 또한, 제 2 통신 장치는 RSU (road side unit)일 수 있고 제1 통신 장치와 제2 통신 장치 간 V2I 통신이 수행될 수 있다. 또한, 제 2 통신 장치는 어플리케이션 서버일 수 있고 제1 통신 장치와 제2 통신 장치 간 V2N 통신이 수행될 수 있다.

이와 관련하여, 제 2 통신 장치가 다른 차량, 보행자, RSU 또는 어플리케이션 서버인 경우에도, 기지국이 제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치 간 통신을 위한 자원을 할당할 수 있다. 따라서, 제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치 간 통신을 위한 자원을 할당하도록 구성된 통신 장치를 제 3 통신 장치라고 지칭할 수 있다. 한편, 전술한 일련의 통신 절차는 제 1 통신 장치 내지 제 3 통신 장치 간에 수행될 수도 있다.

이상에서는 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량에 대해 살펴보았다. 이와 같은 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 명세서에 따르면, 안테나 패턴과 그라운드의 슬롯 영역을 방사체로 이용하여 안테나 효율을 향상시킬 수 있다.

본 명세서에 따르면, 안테나 패턴과 그라운드의 슬롯 영역을 방사체로 이용하여 안테나 크기를 감소시킬 수 있다.

본 명세서에 따르면, 차량 루프 하부에 안테나 구조물에 메탈 시트를 배치하여, 메탈 재질의 차량 루프에 의한 안테나 효율 감소를 방지할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 차량 루프 상부에 배치된 안테나가 동작하지 않는 경우에도 차량 루프 하부에 배치되는 모듈 내의 안테나를 통해 통신을 수행할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 안테나 모듈 내의 다중 입출력(MIMO) 안테나가 정상 동작하지 않는 경우에도, 백업 안테나를 통해 통신을 수행할 수 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.

전술한 본 발명과 관련하여, 차량에 탑재되는 안테나 시스템과 이에 대한 제어 동작은 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 한편, 차량에 탑재되는 안테나 시스템의 설계와 안테나 시스템에 대한 제어를 수행하는 구성은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 판독할 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 판독할 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 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 단말 또는 차량의 제어부, 즉 프로세서를 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. 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 있어서,
   안테나 소자 및 전자 부품들이 배치되는 PCB;
   상기 PCB의 하부에 배치되고, 상기 안테나 소자가 배치되는 영역에 대응하는 영역에 슬롯 영역이 형성된 메탈 플레이트로 구성된 하부 커버; 및
   상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되도록 구성된 상부 커버를 포함하고,
   상기 안테나 소자와 상기 슬롯 영역이 형성된 상기 메탈 플레이트가 방사체로 동작하는, 안테나 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 슬롯 영역을 형성하는 상기 하부 커버의 외측 변(outer side)에서 연장되고, 상기 하부 커버와 소정 각도로 형성되는 메탈 구조(metal structure)를 더 포함하고,
   상기 메탈 구조의 내측에 배치되는 상기 안테나 소자는 상기 PCB를 통해 상기 슬롯 영역으로 신호를 급전하는, 안테나 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 안테나 소자는 도전 패턴의 일 지점에서 수직하게 형성되는 급전 연결부 및 상기 도전 패턴의 타 지점에서 수직하게 형성되는 그라운드 연결부를 포함하고,
4. 제3항에 있어서,
   상기 급전 연결부는 상기 PCB의 급전 경로와 연결되고, 상기 PCB의 급전 경로는 상기 슬롯 영역에 배치되어 상기 하부 커버가 슬롯 안테나로 동작하도록 구성되는, 안테나 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 PCB에 상기 안테나 소자가 배치되도록 메탈 패턴이 제거된 유전체 영역이 형성되고,
   상기 안테나 소자보다 상기PCB의 외측에 형성되는 제1 메탈 부의 길이는 상기 PCB의 내측에 형성되는 제2 메탈 부의 길이 이하로 형성되고,
   상기 유전체 영역은 상기 제1 메탈 부와 상기 제2 메탈 부 사이의 영역으로 정의되는, 안테나 시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 PCB의 일 측에 제1 타입의 부품과 제2 타입의 부품이 배치되고, 상기 PCB의 타 측에 상기 안테나 소자가 배치되고,
   상기 슬롯 영역의 외측에 형성되는 제1 메탈 부의 길이는 상기 슬롯 영역의 내측에 형성되는 제2 메탈 부의 길이 이상으로 형성되어, 상기 슬롯 영역이 길이 방향으로 개방 슬롯(open slot) 안테나로 동작하고,
   상기 슬롯 영역은 상기 제1 메탈 부와 상기 제2 메탈 부 사이의 영역으로 정의되는, 안테나 시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 PCB의 일 측과 타 측에 제1 타입의 부품과 제2 타입의 부품이 배치되고, 상기 안테나 소자는 상기 제1 및 제2 타입의 부품 사이에 배치되고,
   상기 슬롯 영역의 외측에 형성되는 제1 메탈 부의 길이는 상기 슬롯 영역의 내측에 형성되는 제2 메탈 부의 길이 이하로 형성되고,
   상기 슬롯 영역은 상기 제1 메탈 부와 상기 제2 메탈 부 사이의 영역으로 정의되는, 안테나 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 PCB의 일 측과 타 측에 제1 타입의 부품과 제2 타입의 부품이 배치되고, 상기 안테나 소자는 상기 제1 및 제2 타입의 부품 사이에 배치되고,
   상기 PCB에 상기 안테나 소자가 배치되도록 메탈 패턴이 제거된 유전체 영역이 형성되고,
   상기 유전체 영역은 직사각형 형상으로 형성되고, 상기 직사각형 형상의 유전체 영역 내에 상기 안테나 소자가 배치되는, 안테나 시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 안테나 소자는,
   상기 PCB의 그라운드와 연결되는 그라운드 연결부;
   상기 PCB의 신호 라인과 연결되는 급전 연결부;
   일 단부가 상기 그라운드 연결부와 연결되고, 타 단부가 상기 급전 연결부와 연결되는 제1 도전 패턴; 및
   일 단부가 상기 그라운드 연결부와 연결되고, 타 단부에서 양 측으로 연장되는 연장부를 구비하는 제2 도전 패턴을 포함하는, 안테나 시스템.
10. 제1항에 있어서,
    상기 PCB와 적어도 하나의 측면 영역을 통해 동작 가능하게 결합되는 안테나 기판을 더 포함하고,
    상기 PCB의 외측 변보다 외측 영역에 해당하는 상기 안테나 기판의 서로 다른 영역에 복수의 안테나들이 배치되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
11. 제1항에 있어서,
    상기 하부 커버 및 상기 상부 커버에 의해 형성되는 텔레매틱스 유닛은 차량의 루프 하부에 배치되고, 상기 안테나 소자와 상기 슬롯 영역이 형성된 상기 메탈 플레이트로 구성된 방사체는 상기 차량의 루프를 기준으로 수평 방향 및 하부 방향으로 신호를 방사하는, 안테나 시스템.
12. 제1항에 있어서,
    적어도 일부가 차량의 루프 상부로 노출되도록 구성된 안테나 구조물을 더 포함하고,
    상기 안테나 구조물은 상기 상부 커버와 결합되도록 구성되고, 상기 안테나 구조물 내의 안테나를 통해 수신되는 신호가 상기 루프 하부의 텔레매틱스 유닛으로 전달되도록 구성되는, 안테나 시스템.
13. 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 있어서,
    전자 부품들이 배치되고, 안테나 소자와 전기적으로 연결되도록 구성된 PCB;
    상기 PCB의 하부에 배치되고, 메탈 플레이트로 구성된 하부 커버; 및
    상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되도록 구성된 상부 커버; 및
    상기 안테나 소자로부터 방사되는 신호의 방사 효율을 개선하도록 상기 상부 커버에 부착되고, 상기 차량의 루프 하부에 배치되도록 구성되는 메탈 시트를 포함하는, 안테나 시스템.
14. 제13항에 있어서,
    상기 메탈 시트는 전면이 메탈 재질로 구성된 루프 구조물의 후면에 부착되고,
    상기 안테나 소자에 제1 방향의 전류가 형성되고, 상기 메탈 시트에 상기 제1 방향과 반대 방향인 제2 방향의 전류가 형성되어 상기 루프 구조물의 전면에 형성되는 상기 제1 방향의 전류와 상쇄되는, 안테나 시스템.
15. 제13항에 있어서,
    상기 메탈 시트는,
    상기 상부 커버에 부착되는 평면부; 및
    상기 평면부의 일 지점에서 상기 PCB의 그라운드와 연결되는 그라운드 연결부를 포함하고,
    상기 그라운드 연결부는 상기 PCB의 외측에 배치되는 안테나 소자보다 내측에서 소정 간격 이내로 배치되는, 안테나 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 평면부의 일 변이 상기 안테나 소자의 길이 방향으로 중첩되게 상기 메탈 시트가 배치되고,
    상기 루프의 상부에 안테나 구조물이 배치되어 상기 안테나 시스템과 결합되도록, 상기 메탈 시트는 메탈 영역이 제거된 결합 슬롯 영역이 형성되는, 안테나 시스템.
17. 제13항에 있어서,
    상기 하부 커버는 상기 안테나 소자가 배치되는 영역에 대응하는 영역에 슬롯 영역이 형성되고,
    상기 안테나 소자와 상기 슬롯 영역이 형성된 상기 메탈 플레이트가 방사체로 동작하는, 안테나 시스템.
18. 제13항에 있어서,
    상기 안테나 소자는 상기 PCB와 상기 상부 커버에 부착된 상기 메탈 시트 사이의 공간에 배치되고, 상기 PCB의 측면 영역에 도전 패턴으로 형성되는, 안테나 시스템.
19. 안테나 시스템을 구비하는 차량에 있어서,
    상기 차량의 루프 하부에 배치되고, 프로세서를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 텔레매틱스 모듈; 및
    적어도 일부가 차량의 루프 상부로 노출되도록 구성된 안테나 구조물을 포함하고,
    상기 텔레매틱스 모듈은,
    안테나 소자 및 전자 부품들이 배치되는 PCB;
    상기 PCB의 하부에 배치되고, 상기 안테나 소자가 배치되는 영역에 대응하는 영역에 슬롯 영역이 형성된 메탈 플레이트로 구성된 하부 커버; 및
    상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되도록 구성된 상부 커버를 포함하고,
    상기 안테나 소자와 상기 슬롯 영역이 형성된 상기 메탈 플레이트가 방사체로 동작하는, 차량.
20. 제19항에 있어서,
    상기 텔레매틱스 모듈은,
    상기 슬롯 영역을 형성하는 상기 하부 커버의 외측 변(outer side)에서 연장되고, 상기 하부 커버와 소정 각도로 형성되는 메탈 구조(metal structure)를 더 포함하고,
    상기 메탈 구조의 내측에 배치되는 상기 안테나 소자는 상기 PCB를 통해 상기 슬롯 영역으로 신호를 급전하고,
    상기 안테나 소자와 상기 슬롯 영역이 형성된 상기 메탈 플레이트로 구성된 방사체는 상기 차량의 루프를 기준으로 수평 방향 및 하부 방향으로 신호를 방사하는, 차량.

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