KR20240042538A

KR20240042538A - 차량에 배치되는 광대역 안테나

Info

Publication number: KR20240042538A
Application number: KR1020247009081A
Authority: KR
Inventors: 윤창원; 김용곤; 윤여민
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2021-10-07
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2024-04-02
Also published as: EP4415169A1; WO2023058791A1

Abstract

실시 예에 따른 차량에 탑재되는 안테나 모듈은 전송 선로가 형성된 PCB; 및 상기 PCB와 결합되고, 일 면에 제1 축 방향과 상기 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 메탈 패턴들이 상호 연결되도록 구성된 안테나 소자를 포함한다. 상기 메탈 패턴들은 상기 제1 축 방향에 배치된 메탈 패턴들이 상기 제2 축 상에서 상호 중첩된 길이(overlapped length)를 갖도록 배치되는 제1 브랜치 라인; 및 상기 PCB와 연결되는 상기 제1 브랜치 라인의 단부에서 상기 PCB와 평행한 부분으로 연장되어 상기 PCB와 수직하게 형성되는 제2 브랜치 라인을 포함한다.

Description

차량에 배치되는 광대역 안테나

본 발명은 차량에 배치되는 광대역 안테나에 관한 것이다. 특정 구현은 다양한 통신 시스템에서 동작 가능하도록 광대역 안테나를 구비한 안테나 모듈 및 이를 구비하는 차량에 관한 것이다.

차량(vehicle)은 다른 차량 또는 주변 사물, 인프라 또는 기지국과 무선 통신 서비스를 수행할 수 있다. 이와 관련하여, LTE(Long Term Evolution) 통신, 5G 통신 또는 WiFi 통신 기술을 이용하여 다양한 무선 통신 서비스를 제공할 수 있다.

차량에서 이러한 다양한 무선 통신 서비스를 제공하기 위해 안테나는 차량의 글래스, 차량의 루프(roof) 상부 또는 하부에 배치될 수 있다. 안테나가 차량의 글래스에 배치되는 경우 투명 안테나 소재로 구현될 수 있다. 한편, 안테나가 차량의 루프 상부 또는 하부에 배치되는 경우 차량 바디 및 차량의 루프에 영향이 안테나 성능에 변화가 발생할 수 있다.

이와 관련하여, 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.

한편, 차량에서 WiFi 통신 서비스를 제공하기 위하여, WiFi 통신용 안테나가 차량에 구비될 필요가 있다. 이러한 WiFi 통신 서비스와 관련하여, 차량용 WiFi 안테나는 2.4GHz대역이외에 5GHz 대역 및6GHz 대역까지 동작하도록 구성될 필요가 있다. 이와 관련하여, 기존의 안테나 소자는 대역폭이 제한되는 공진형 안테나 소자(resonance antenna element)로 구현되어 대역폭 특성이 제한되는 문제점이 있다.

또한, 차량용 안테나는 수직 방향이 아닌 수평 방향에서 소정 각도 범위 내에서 안테나 빔이 형성될 필요가 있다. 이와 관련하여, 수평 방향에서 소정 각도 범위 내에서 형성되는 안테나 빔 패턴을 low elevation 빔 패턴이라고 지칭할 수 있다. 한편, 이러한 low elevation 빔 패턴을 구현하기 위하여 안테나 소자를 구성하는 구체적인 구조가 제시된 바 없다는 문제점이 있다.

본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 차량에 배치되면서 광대역 동작할 수 있는 광대역 안테나 소자를 제공하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은 차량 내에서 기존 Wi-Fi 대역 이외에 5GHz 대역과 6 GHz 대역에서 Wi-Fi 6 및 Wi-Fi 7 통신 서비스가 구현되도록 광대역 안테나 소자를 제공하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은 차량에서 low-elevation 빔 패턴을 구현하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은 광대역 동작하면서도 높은 안테나 이득을 갖는 고효율 광대역 안테나 소자를 제공하기 위한 것이다.

본 명세서의 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 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 모듈은 전송 선로가 형성된 PCB; 및 상기 PCB와 결합되고, 일 면에 제1 축 방향과 상기 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 메탈 패턴들이 상호 연결되도록 구성된 안테나 소자를 포함한다. 상기 메탈 패턴들은 상기 제1 축 방향에 배치된 메탈 패턴들이 상기 제2 축 상에서 상호 중첩된 길이(overlapped length)를 갖도록 배치되는 제1 브랜치 라인; 및 상기 PCB와 연결되는 상기 제1 브랜치 라인의 단부에서 상기 PCB와 평행한 부분으로 연장되어 상기 PCB와 수직하게 형성되는 제2 브랜치 라인을 포함한다.

실시 예에 따르면, 상기 제1 브랜치 라인은 상기 제1 축 상의 제1 지점에서 분절된 형태로 상기 제2 축에 평행하게 배치되는 제1 메탈 패턴들 및 상기 제1 축 상의 제2 지점에서 분절된 형태로 상기 제1 메탈 패턴들에 평행하게 배치되는 제2 메탈 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 제1 브랜치 라인은 상기 제1 축 상의 제3 지점에서 분절된 형태로 상기 제2 메탈 패턴들에 평행하게 배치되는 제3 메탈 패턴들; 상기 제1 메탈 패턴들과 상기 제2 메탈 패턴들을 연결하도록 구성되고, 상기 제1 축에 평행하게 배치되는 제4 메탈 패턴들; 및 상기 제2 메탈 패턴들과 상기 제3 메탈 패턴들을 연결하도록 구성되고, 상기 제1 축에 평행하게 배치되는 제5 메탈 패턴을 더 포함할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 제2 메탈 패턴들은 상기 제1 메탈 패턴들 및 상기 제3 메탈 패턴들과 상기 제2 축 상에서 중첩된 길이를 갖도록 배치될 수 있다. 상기 중첩된 길이를 형성하는 상기 제1 메탈 패턴 내지 상기 제3 메탈 패턴의 상기 제2 축 상의 수직 방향의 전류 성분에 의해, 상기 안테나 소자의 방사 패턴이 low elevation 빔 패턴을 형성할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 제1 축 상에서 평행하게 배치되는 상기 제4 메탈 패턴들은 상기 제2 축 상에서 제1 간격 및 상기 제1 간격보다 넓은 제2 간격으로 교대로 배치될 수 있다. 상기 제1 축 상에서 평행하게 배치되는 상기 제5 메탈 패턴들은 상기 제2 축 상에서 제3 간격 및 상기 제3 간격보다 좁은 제4 간격으로 교대로 배치될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 제1 축 상에서 제1 이격 거리 및 상기 제2 축 상에 제1 중첩 길이를 갖도록 배치되는 상기 제1 메탈 패턴 및 상기 제2 메탈 패턴에 반대 방향의 전류가 형성되어, 상기 안테나 소자의 제1 커패시티브 성분을 형성할 수 있다. 상기 제1 축 상에서 제2 이격 거리 및 상기 제2 축 상에 제2 중첩 길이를 갖도록 배치되는 상기 제2 메탈 패턴 및 상기 제3 메탈 패턴에 반대 방향의 전류가 형성되어, 상기 안테나 소자의 제2 커패시티브 성분을 형 형성할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 제4 메탈 패턴 중 상기 제2 축 상에서 상기 제1 간격으로 배치된 메탈 패턴들에 상기 제1 축 상에서 반대 방향의 전류가 형성되어, 상기 안테나 소자의 제3 커패시티브 성분을 형성할 수 있다. 상기 제5 메탈 패턴 중 상기 제2 축 상에서 상기 제4 간격으로 배치된 메탈 패턴들에 상기 제1 축 상에서 반대 방향의 전류가 형성되어, 상기 안테나 소자의 제4 커패시티브 성분을 형성할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자는 상기 제1 메탈 패턴 내지 상기 제5 메탈 패턴에 의한 안테나 길이에 의해 제1 인덕티브 성분을 형성하고, 기 제1 메탈 패턴 및 상기 제3 메탈 패턴에서 상기 제2 축 상에 제1 방향으로 형성되는 전류에 의해 제2 인덕티브 성분을 형성하고, 기 제2 메탈 패턴에서 상기 제2 축 상에 제2 방향으로 형성되는 전류에 의해 제3 인덕티브 성분을 형성할 수 있다. 상기 제1 내지 제3 인덕티브 성분과 상기 제1 내지 제4 커패시티브 성분의 조합에 의해 상기 안테나 소자가 제1 대역 내지 제3 대역에서 방사체로 동작할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자는 상기 제4 메탈 패턴 중 상기 제1 축 상에서 제1 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되는 메탈 패턴들의 제1 조합과 상기 제1 축 상에서 제2 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되는 메탈 패턴들의 제2 조합에 의해 제4 인덕티브 성분을 형성할 수 있다. 상기 제5 메탈 패턴 중 상기 제1 축 상에서 제1 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되는 메탈 패턴들의 제1 조합과 상기 제1 축 상에서 제2 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되는 메탈 패턴들의 제2 조합에 의해 제5 인덕티브 성분을 형성할 수 있다. 상기 제1 내지 제5 인덕티브 성분과 상기 제1 내지 제4 커패시티브 성분의 조합에 의해 상기 안테나 소자가 제1 대역 내지 제3 대역에서 방사체로 동작할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자는 상기 제1 브랜치 라인을 구성하는 상기 제1 메탈 패턴 및 상기 제3 메탈 패턴의 상기 제2 축 방향에서 제1 방향으로 형성되는 전류에 의해 제1 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다. 상기 제2 브랜치 라인의 상부 영역에 해당하는 상기 제1 브랜치 라인의 수직 방향 전류에 의해 상기 제1 대역에서 low elevation 방사 패턴을 형성할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자는 상기 제2 브랜치 라인을 구성하는 메탈 패턴들 중 상기 제2 축 방향으로 형성된 메탈 패턴들에 형성되는 제1 방향의 전류에 의해 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다. 상기 제2 브랜치 라인의 수직 방향 전류에 의해 상기 제2 대역에서 low elevation 방사 패턴을 형성할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자는 상기 제1 브랜치 라인 및 상기 제2 브랜치 라인을 구성하는 메탈 패턴들 중 상기 제2 축 방향으로 형성된 메탈 패턴들에 형성되는 제1 방향의 전류에 의해 상기 제2 대역보다 높은 제3 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다. 상기 제1 브랜치 라인 및 상기 제2 브랜치 라인의 수직 방향 전류에 의해 상기 제3 대역에서 low elevation 방사 패턴을 형성할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 제1 메탈 패턴들 내지 상기 제5 메탈 패턴들은 반대 방향의 전류가 형성되는 트위스트 형상의(twist shaped) 메탈 패턴을 갖는 방사체로 동작할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 제4 메탈 패턴들은 인접한 메탈 패턴 쌍이 상기 제2 축 상에서 제1 간격으로 이격된 제1 구조와 상기 제1 간격보다 큰 제2 간격으로 이격된 제2 구조가 교대로 반복될 수 있다. 상기 제5 메탈 패턴들은 인접한 메탈 패턴 쌍이 상기 제2 축 상에서 제2 간격으로 이격된 제2 구조와 상기 제2 간격보다 작은 제1 간격으로 이격된 제1 구조가 교대로 반복될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 제4 메탈 패턴들이 상기 제1 간격 및 상기 제2 간격으로 평행하게 배치되는 구조와 상기 제5 메탈 패턴들이 상기 제2 간격 및 상기 제1 간격으로 평행하게 배치되는 구조를 통해, 상기 제1 메탈 패턴들 내지 상기 제5 메탈 패턴들은 상기 반대 방향의 전류가 형성되는 트위스트 형상의(twist shaped) 메탈 패턴을 갖는 방사체로 동작할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 제1 메탈 패턴들 내지 상기 제5 메탈 패턴들은 상기 제1 축 방향 또는 상기 제2 축 방향에서 평행하게 배치되고, 전류의 방향이 동일한 방향으로 형성되는 제1 메탈 패턴 쌍(metal patten pair); 및 상기 제1 축 방향 또는 상기 제2 축 방향에서 평행하게 배치되고, 전류의 방향이 반대 방향으로 형성되는 제2 메탈 패턴 쌍을 포함할 수 있다. 상기 제1 메탈 패턴 쌍은 상기 안테나 소자의 인덕티브 성분을 형성하고, 상기 제2 메탈 패턴 쌍은 상기 안테나 소자의 인덕티브 성분을 형성할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 제1 메탈 패턴 내지 상기 제5 메탈 패턴을 포함하는 상기 제1 브랜치 라인 및 상기 제2 브랜치 라인이 형성된 상기 안테나 소자는 상기 PCB에 수직하게 형성될 수 있다. 상기 안테나 소자는 상기 PCB에 대해 상대적으로 회전 가능하게 상기 PCB에 결합될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자가 상기 PCB와 동일 평면 상에 배치되도록 구성될 수 있다. 상기 제1 메탈 패턴 내지 상기 제5 메탈 패턴을 포함하는 상기 제1 브랜치 라인이 상기 PCB의 제1 축에 평행하게 배치되어, 상기 안테나 소자가 제1 편파로 동작할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자가 상기 PCB와 동일 평면 상에 배치되도록 구성될 수 있다. 상기 제1 메탈 패턴 내지 상기 제5 메탈 패턴을 포함하는 상기 제1 브랜치 라인이 상기 PCB의 제1 축에 수직하게 배치되어, 상기 안테나 소자가 제2 편파로 동작할 수 있다.

안테나 모듈을 구비하는 차량이 제공된다. 상기 차량은 상기 차량의 루프 하부 또는 상기 차량의 글래스에 배치되는 안테나 모듈; 및 상기 안테나 모듈의 내부 또는 외부에 배치되고, 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 상기 안테나 모듈은 전송 선로가 형성된 PCB; 및 상기 PCB와 결합되고, 일 면에 제1 축 방향과 상기 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 메탈 패턴들이 상호 연결되도록 구성된 안테나 소자를 포함한다.

실시 예에 따르면, 상기 메탈 패턴들은 상기 제1 축 방향에 배치된 메탈 패턴들이 상기 제2 축 상에서 상호 중첩된 길이(overlapped length)를 갖도록 배치되는 제1 브랜치 라인; 및 상기 PCB와 연결되는 상기 제1 브랜치 라인의 단부에서 상기 PCB와 평행한 부분으로 연장되어 상기 PCB와 수직하게 형성되는 제2 브랜치 라인을 포함할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 제1 브랜치 라인은 상기 제1 축 상의 제1 지점에서 분절된 형태로 상기 제2 축에 평행하게 배치되는 제1 메탈 패턴들; 및 상기 제1 축 상의 제2 지점에서 분절된 형태로 상기 제1 메탈 패턴들에 평행하게 배치되는 제2 메탈 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 제1 브랜치 라인은 상기 제1 축 상의 제3 지점에서 분절된 형태로 상기 제2 메탈 패턴들에 평행하게 배치되는 제3 메탈 패턴들; 상기 제1 메탈 패턴들과 상기 제2 메탈 패턴들을 연결하도록 구성되고, 상기 제1 축에 평행하게 배치되는 제4 메탈 패턴들; 및 상기 제2 메탈 패턴들과 상기 제3 메탈 패턴들을 연결하도록 구성되고, 상기 제1 축에 평행하게 배치되는 제5 메탈 패턴을 더 포함할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 소자는 상기 제1 브랜치 라인을 구성하는 상기 제1 메탈 패턴 및 상기 제3 메탈 패턴의 상기 제2 축 방향에서 제1 방향으로 형성되는 전류에 의해 제1 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다. 상기 안테나 소자는 상기 제2 브랜치 라인을 구성하는 메탈 패턴들 중 상기 제2 축 방향으로 형성된 메탈 패턴들에 형성되는 제1 방향의 전류에 의해 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다. 상기 제1 브랜치 라인 및 상기 제2 브랜치 라인을 구성하는 메탈 패턴들 중 상기 제2 축 방향으로 형성된 메탈 패턴들에 형성되는 제1 방향의 전류에 의해 상기 제2 대역보다 높은 제3 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 제1 브랜치 라인 및 상기 제2 브랜치 라인을 포함하는 안테나 소자로 이루어진 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 대역보다 높은 상기 제2대역 및 상기 제3 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 안테나는 상기 PCB에 대해 상대적으로 회전 가능하게 상기 PCB에 결합될 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 및 제2 안테나 중 적어도 하나를 상기 PCB에 평행하게 배치되도록 회전시키고, 상기 제1 및 제2 안테나가 모두 상기 PCB에 평행하게 배치된 경우, 상기 제1 및 제2 안테나 PCB 중 하나를 상기 PCB의 제1 축에 수직하게 배치되도록 회전시켜, 상기 제1 및 제2 안테나의 제1 및 제2 편파가 직교하도록 제어할 수 있다.

이와 같은 차량에 탑재되는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 명세서에 따르면, 트위스트 구조의 메탈 패턴을 이용하여 차량에서 광대역 안테나를 구현할 수 있다.

본 명세서에 따르면, PCB와 결합되는 안테나 PCB 상에 형성되는 트위스트 구조의 메탈 패턴을 이용하여 차량에서 광대역 안테나를 구현할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 수직/수평 형태의 브랜치 라인의 트위스트 구조를 통해 low elevation 빔 패턴을 구현할 수 있다.

본 명세서에 따르면, PCB와 수직으로 결합되는 안테나 PCB 상에 형성되는 트위스트 구조의 메탈 패턴을 이용하여, 차량용 광대역 안테나 및 고효율 안테나를 제공할 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 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량 및 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 5는 안테나 소자가 수평 면에 대해 수직하게 배치된 경우, 안테나 소자의 배면에 그라운드 배치 유무에 따른 방사 패턴을 비교한 것이다.
도 6a는 본 명세서에 따른 PCB가 안테나 PCB와 결합된 안테나 모듈의 구성을 나타낸다.
도 6b는 본 명세서에 따른 광대역 안테나 소자가 PCB와 결합된 사시도를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 도 6의 안테나 구조와 관련하여 직선 구조의 안테나 소자와 트위스트 구조의 안테나 소자를 나타낸 개념도이다.
도 8 a 및 도 8b는 본 명세서의 다양한 실시 예들에 따른 트위스트 구조로 형성된 광대역 안테나 소자가 PCB에 대해 상대적으로 회전 가능하게 형성된 구조를 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 제1 대역에서의 안테나 소자의 전계 분포와 방사 패턴을 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 제2 대역에서의 안테나 소자의 전계 분포와 방사 패턴을 나타낸다.
도 11a 및 도 11b는 제3 대역에서의 안테나 소자의 전계 분포와 방사 패턴을 나타낸다.
도 12a및 도 12b는 안테나 소자가 PCB에 수직하게 배치된 구조에서 제2 브랜치가 형성된 제1 구조와 제2 브랜치가 없는 제2 구조의 VSWR 결과를 비교한 것이다.
도 13a 및 도 13b는 안테나 소자의 메탈 패턴이 PCB와 동일 평면상에 제1 방향 및 제2 방향으로 배치된 제1 구조 및 제2 구조의 VSWR 결과를 비교한 것이다.
도 14a는 도 6b의 광대역 안테나 구조의 VSWR 특성을 나타낸 것이다. 도 14b는 도 6b의 광대역 안테나 구조의 방사 효율 및 총 효율을 나타낸 것이다.
도 15는 실시 예에 따른 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다.

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 안테나 시스템은 차량(vehicle)에 탑재될 수 있다. 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.

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)(1000)에 관한 것이다. 따라서, 이러한 여러 통신 프로토콜을 지원할 수 있는 안테나 유닛(즉, 안테나 시스템)(1000)을 통합 안테나 모듈(1000)로 지칭할 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 텔레매틱스 유닛(telematics module, TCU)(300)와 안테나 어셈블리(1100)를 포함하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 안테나 어셈블리(1100)는 차량의 윈도우에 배치될 수 있다.

또한, 본 명세서는 이러한 안테나 시스템(1000)을 구비하는 차량(500)에 관한 것이다. 차량(500)은 대쉬 보드(dash board)와 텔레매틱스 유닛(TCU)(300) 등을 포함하는 하우징(10)을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 차량(500)은 이러한 텔레매틱스 유닛(telematics module, TCU)(300)을 장착하기 위한 장착 브라켓을 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 차량(500)은 텔레매틱스 유닛(TCU)(300)과 이와 연결되도록 구성된 인포테인먼트 유닛(600)을 포함한다. 인포테인먼트 유닛(600)의 전면 패턴의 일부는 차량의 대시보드 형태로 구현될 수 있다. 차량의 대시보드에 디스플레이(610)와 오디오 유닛(620)이 포함되는 것으로 구성될 수 있다.

한편, 본 명세서에서 제시되는 안테나 어셈블리(1100), 즉 투명 안테나 형태의 안테나 모듈(1100)이 배치될 수 있는 영역의 전면 윈도우(310)의 상부 영역(310a), 하부 영역(310b) 및 측면 영역(320)중 적어도 하나일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 제시되는 안테나 어셈블리(1100)는 전면 윈도우(310) 이외에 차량 측면의 측면 윈도우(320)에 형성될 수도 있다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 안테나 어셈블리(1100)가 전면 윈도우(310)의 하부 영역(310b)에 배치된 경우, 차량 내부에 배치된 TCU(300)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 안테나 어셈블리(1100)가 전면 윈도우(310)의 상부 영역(310a) 또는 측면 영역(310c)에 배치되면, 차량 외부의 TCU와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 하지만, 이러한 차량 내부 또는 외부의 TCU 결합 구성에 한정되는 것은 아니다.

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.

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 수 있다. 또한, 도 3a 내지 도 3c와 같이 외부 안테나 시스템(external antenna system) 및/또는 내부 안테나 시스템으로 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 내지 도 3c는 차량 전면 윈도우(310)에 형성된 투명 안테나를 통해 무선 통신을 수행할 수 있는 구성을 나타낸다. 투명 안테나를 포함하는 안테나 시스템(1000)이 차량 전면 윈도우와 차량 내부에 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 차량 전면 윈도우 이외에 차량 측면 글래스에 형성된 투명 안테나를 통해서도 무선 통신을 수행할 수도 있다.

본 발명에 따른 투명 안테나를 포함하는 차량용 안테나 시스템은 다른 안테나와 결합될 수도 있다. 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 투명 안테나로 구현되는 안테나 시스템(1000) 이외에 별도의 안테나 시스템(1000b)이 더 구성될 수도 있다. 도 3a 내지 도 3b는 안테나 시스템(1000) 이외에 별도의 안테나 시스템(1000b)이 차량의 지붕(roof) 위 또는 지붕 내에 탑재되는 형상을 도시한다. 한편, 도 3c는 안테나 시스템(1000) 이외에 별도의 안테나 시스템(1000b)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 대체할 수 있다. 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, 투명 안테나로 구현되는 안테나 시스템(1000)은 차량의 전면 윈도우(310)와 차량 내부에 구현될 수 있다. 한편, 외부 안테나에 해당하는 제2 안테나 시스템(1000b)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 제2 안테나 시스템(1000b)을 둘러쌀 수 있다. 상기 레이돔(2000a)은 제2 안테나 시스템(1000b)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

도 3b를 참조하면, 투명 안테나로 구현되는 안테나 시스템(1000)은 차량의 전면 윈도우(310)와 차량 내부에 구현될 수 있다. 한편, 외부 안테나에 해당하는 제2 안테나 시스템(1000b)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(1000b)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

도 3c를 참조하면, 투명 안테나로 구현되는 안테나 시스템(1000)은 차량의 후면 윈도우(330)와 차량 내부에 구현될 수 있다. 한편, 외부 안테나에 해당하는 제2 안테나 시스템(1000b)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, 제2 안테나 시스템(1000b)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템(1000)에 구비되는 안테나에 의한 빔 패턴(beam pattern)은 전면 윈도우(310) 또는 후면 윈도우(330)에 수직한 방향으로 형성될 수 있다. 한편, 차량에 탑재되는 제2 안테나 시스템(1000)에 구비되는 안테나에 의해 차량 바디 기준으로 수평 영역(horizontal region)에서 소정 각도만큼 빔 커버리지가 더 형성될 수 있다.

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

한편, 도 4는 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 모듈을 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, 텔레 매틱스(telematics) 장치 또는 AVN(Audio Video Navigation) 장치로 명명될 수 있다.

통신 장치(400)의 프로세서(470)는 모뎀에 해당할 수 있다. 이와 관련하여, RFIC와 모뎀을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC와 모뎀은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC와 모뎀은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다. 모뎀은 RFIC를 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.

모뎀은 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 4를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 모듈은 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. 또한, 본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 Wi-Fi 6 및 Wi-Fi 7 통신 서비스를 제공하기 위해, 2.4GHz 대역, 5.5GHz 대역 및 6.5GHz에서 동작하도록 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 도 5는 안테나 소자가 수평 면에 대해 수직하게 배치된 경우, 안테나 소자의 배면에 그라운드 배치 유무에 따른 방사 패턴을 비교한 것이다. 도 5(a)는 안테나 소자의 배면에 그라운드가 배치되지 않은 구조와 이에 따른 방사 패턴을 나타낸 것이다. 도 5(b)는 안테나 소자의 배면에 그라운드가 배치된 구조와 이에 따른 방사 패턴을 나타낸 것이다.

도 5(a) 및 도 5(b)의 구조와 관련하여, 그라운드(G)는 도 3a 내지 도 3c의 차량의 루프(2000a 내지 2000c) 내부의 메탈 구조로 형성되는 그라운드일 수 있다. 도 5(a)를 참조하면, 안테나 소자(1100a)는 차량의 루프(2000a 내지 2000c)와 루프 내부의 그라운드 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 안테나 소자(1100a)에 의한 방사패턴은 수평 면에 대해 하늘 방향으로 형성된다. 즉, 안테나 소자(1100a)에 의한 방사패턴의 빔 피크는 수평 면을 기준으로 d1의 각도로 형성될 수 있다.

도 5(b)를 참조하면, 안테나 소자(1100)에 의한 방사패턴의 빔 피크는 수평 면을 기준으로 d2의 각도로 형성될 수 있다. 도 5(b)의 안테나 소자(1100)에 의한 빔 피크 각도 d2는 도 5(a)의 안테나 소자(1100a)에 의한 빔 피크 각도 d1보다 작은 각도로 형성된다.

이와 관련하여, 안테나 소자(1100)의 후면 부에 그라운드(G1)가 배치된다. 따라서, 안테나 소자(1100)의 하부 영역에 배치된 안테나 패턴과 그라운드(G1)로 이루어진 제1 영역(R1)은 전송 선로(transmission line)을 구성한다. 이에 따라, 실질적으로 방사체로 동작하는 안테나 부(antenna part)는 전송 선로를 구성하는 제1 영역(R1)의 상부 영역인 제2 영역(R2)에 배치된다. 따라서, 도 5(a)의 그라운드가 형성된 지점보다 도 5(b)의 그라운드가 형성된 지점이 더 상부 위치가 된다. 이에 따라, 도 5(b)의 안테나 소자(1100)의 방사 패턴은 도 5(a)의 안테나 소자(1100a)보다 low elevation 방사 특성을 갖는다.

따라서, 안테나 부에 배치되는 방사체에 해당하는 안테나 패턴은 제1 영역(R1)에 배치된 급전부(F)보다 상부 영역인 제2 영역(R2)에 배치된다. 한편, 안테나 소자(1100)의 후면 부에 배치되는 그라운드(G1)는 수평면 상에 배치되는 PCB(1200)의 그라운드(G)와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 그라운드(G1)를 구성하는 그라운드 패턴의 너비는 안테나 소자(1100)가 배치되는 전면의 도전 패턴의 너비의 약 2배 이상 또는 약 3배 이상으로 구현될 수 있다. 그라운드(G1)는 필터를 통해 PCB(1200)의 그라운드(G)와 주파수 선택적으로 (frequency-selectively) 연결될 수 있다.

전술한 바와 같이, 도 5(b)와 같이 그라운드가 형성되는 지점의 높이가 증가됨에 따라, 도 5(b)의 안테나 소자(1100)의 방사 패턴은 도 5(a)의 안테나 소자(1100a)보다 low elevation 방사 특성을 갖는다. 한편, 도 5(a) 및 5(b)의 안테나 소자(1100a, 1100)가 배치되는 차량용 안테나 모듈은 차량의 통신 및 제어 기능을 수행하므로, 차량용 TCU(Telemetric Control Unit)으로 지칭될 수 있다. 이와 관련하여, 차량용 TCU와 별도의 샤크 핀(shark fin)안테나를 동축케이블로 연결하도록 구성될 수도 있지만, 안테나의 개수가 증가하고 디자인 요구사항의 증가로 인해 본 명세서는 안테나 소자가 모듈 내에 배치되는 구조를 제안한다.

차량용 안테나는 low elevation 방사패턴이 요구된다. 그러나, 안테나가 차량에 장착되는 위치와 TCU의 구조로 인해서 방사패턴이 수평면을 기준으로 비교적 높은 각도로 형성되어 빔 피크가 하늘 방향으로 향하게 되는 문제점이 있다. 따라서, 차량용 안테나의 low elevation 방사특성을 구현하기 위해 안테나의 높이를 구조적으로 증가시여야 한다. 한편, 본 명세서에서는 안테나의 전체 높이를 일정 높이 이하로 유지하는 low profile 구조를 구현하면서도, low elevation 방사 특성을 구현할 수 있는 광대역 안테나 소자의 구조를 제안하고자 한다.

이하에서는 본 명세서에 따른 차량에 배치될 수 있는 안테나 모듈에 구비되는 광대역 안테나에 대해 설명한다. 한편, 본 명세서에서 제시되는 안테나는 차량에서 WiFi 통신 서비스를 제공하기 위하여 차량용 WiFi 안테나로 구현될 수 있다. 이러한 WiFi 통신 서비스와 관련하여, 차량용 WiFi 안테나는 2.4GHz대역이외에 5GHz 대역 및6GHz 대역까지 동작하여 Wi-Fi 6 및 Wi-Fi 7 통신 서비스까지 제공할 수 있다.

Wi-Fi 6 (IEEE 802.11ax; 이하 802.11ax)는 다중 접속 환경에 최적화되어 공공 와이파이 환경에서도 최상의 인터넷 품질을 제공하는 것을 목표로 IEEE에서 고안한 Wi-Fi 규격이다. Wi-Fi 6는 최대 10Gbps의 속도를 지원하며 1Gbps의 속도를 더 넓은 커버리지와 낮은 레이턴시로 구현할 수 있다. 따라서, IEEE와 Wi-Fi 얼라이언스에서는 Wi-Fi 6를 HEW (High Efficiency Wireless)라고도 부른다. 한편, Wi-Fi 6E는 Wi-Fi 6의 확장 표준으로 비면허 주파수인 6GHz에서의 통신을 표준으로 정의하였다.

Wi-Fi 6에서는 OFDMA와 다운 링크와 업 링크 모두에서 사용될 수 있도록 개선된 MU-MIMO, 공간적 주파수 재사용, 타겟 웨이크 타임 (TWT), 동적 파편화 등의 기술이 새롭게 도입하였다. 802.11ac에서 최대 256-QAM까지 지원되던 것을 1024-QAM으로 확장하였다. 802.11ac 규격에서는 5GHz 대역만 지원을 했지만 Wi-Fi 6에서는 5GHz와 더불어 2.4GHz를 사용할 수 있다.

Wi-Fi 7은 현재 IEEE에서 연구중인 IEEE 802.11be 표준을 기반으로 하는 차세대 Wi-Fi 규격이다. EHT (Extremely High Throughput)이라고도 불린다. IEEE는 Wi-Fi 7에서 최대 30Gbps의 속도를 구현하는 것을 목표로 하고 있다. 이는 5G 이동통신에서 구현하고자 하는 목표와 동일하다.

Wi-Fi 6는 다중 접속 환경에서의 효율성을 극대화하는 데에 초점을 맞춘 기술들을 도입하였다. 한편, Wi-Fi 7에서는 5세대 이동통신 기술인 New Radio (NR)처럼 4차 산업 혁명 시대에 대비하고자 저지연성 (낮은 지연시간)과 광활한 전송 속도를 구현하는 것을 목표로 한다.

이러한 Wi-Fi 6 및 Wi-Fi 7 통신 서비스를 차량에서 제공하기 위해, 이하에서는 본 명세서에 따른 차량에 배치될 수 있는 안테나 모듈에 구비되는 광대역 안테나에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 6a는 본 명세서에 따른 PCB가 안테나 PCB와 결합된 안테나 모듈의 구성을 나타낸다. 도 6b는 본 명세서에 따른 광대역 안테나 소자가 PCB와 결합된 사시도를 나타낸다.

한편, 도 7a 및 도 7b는 도 6의 안테나 구조와 관련하여 직선 구조의 안테나 소자와 트위스트 구조의 안테나 소자를 나타낸 개념도이다.

도 6a 내지 도 7b를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 모듈(1000)은 PCB(1200) 및 안테나 소자(1100)를 포함하도록 구성된다. 이와 관련하여, 안테나 소자(1100)는 도 6a의 안테나 PCB(1200a)의 일 면에 배치되도록 구성될 수 있다. 안테나 소자(1100)는 도 6a의 제1 안테나 PCB(1200a) 및/또는 제2 안테나 PCB(1200b)에 배치될 수 있다.

본원의 광대역 안테나 소자(1100)는 꼬인 구조 (트위스트 구조)로 형성된다. 광대역 안테나 소자(1100)의 메탈 패턴은 LC값을 갖도록 꼬인 구조 (트위스트 구조)로 형성될 수 있다. 한편, 본원의 안테나 구조는 수직 전류 성분이 형성되도록 갖도록 꼬인 구조 (트위스트 구조)로 형성되면서 수직 구조로 형성될 수 있다.

본원의 광대역 안테나 소자(1100)는 별도의 임피던스 매칭 회로 없이 꼬인 구조 (트위스트 구조)의 메탈 패턴에 의해 자체적으로 임피던스 매칭이 가능하다. 따라서, 본원의 광대역 안테나 소자(1100)를 자체 공진기(self-resonator)로 지칭할 수 있다. Self-resonator는 LC값에의해서 본래 안테나 길이보다 더 긴 길이에서 안테나 공진이 일어나고, 주 방사위치가 안테나의 상부 영역에 집중된 특징을 지니게 된다. 따라서, 본원은 self-resonator 구조에서 low elevation 특성을 조금이라도 개선하기 위한 것이다.

안테나 모듈(1000)은 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320)를 포함하도록 구성될 수 있다. 하부 커버(1310)는 PCB(1200)가 내부에 수용되도록 구성되고, 차량에 부착 또는 결합되도록 구성 가능하다. 하부 커버(1310)는 도 3a 내지 도 3c에서 차량의 루프 상부 또는 하부 영역에 부착되도록 구성 가능하다. 상부 커버(1320)는 하부 커버(1310)와 결합 가능하게 구성될 수 있다. 하부 커버(1310)와 상부 커버(1320)가 결합됨에 따라 내부 공간에 PCB(1200), 제1 안테나 PCB(1200a) 및/또는 제2 안테나 PCB(1200b)가 배치될 수 있다.

한편, 본 명세서에 따른 광대역 안테나 소자는 상부 커버(1320)의 리브 구조체(rib structure)상에 구현될 수 있다. 도 6a, 도 6b, 도 7b를 참조하면 안테나 PCB(1210a, 1210b)는 안테나 모듈(1000)의 하부 커버(1310) 또는 상부 커버(1320)의 리브 구조체(1310r, 1320r)로 구현되거나 리브 구조체(1310r, 1320r)에 부착될 수 있다. 안테나 PCB(1210a, 1210b)의 메탈 패턴들은 리브 구조체(1310r, 1320r)의 적어도 일 면에 배치될 수 있다.

PCB(1200)는 전송 선로가 형성되고, 전송 선로를 통해 무선 신호를 안테나 소자(1100) 또는 안테나 PCB(1200a)의 안테나 소자(1100)로 전달한다. 안테나 PCB(1200a)는 PCB(1200)와 결합되고, 일 면에 제1 축 방향과 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 메탈 패턴들이 상호 연결되도록 구성된 안테나 소자(1100)가 배치된다. PCB(1200)의 전송 선로는 그라운드 패턴이 배면에 형성되고 신호 라인이 전면에 배치된 마이크로 스트립 라인 구조로 구성될 수 있다. 다른 예로, PCB(1200)의 전송 선로는 신호 라인이 전면에 배치되고, 신호 라인의 양 측 또는 적어도 일 측에 그라운드 패턴이 신호 라인과 소정 간격 이격되어 배치된 CPW(co-planar waveguide) 구조로 구성될 수 있다. 또 다른 예로, PCB(1200)의 전송 선로는 신호 라인의 상부 영역과 하부 영역에 그라운드 패턴이 모두 배치된 스트립 라인 구조로 구성될 수도 있다.

한편, 본 명세서에 따른 트위스트 구조(twist structure)의 안테나 소자(1100)는 안테나 PCB(1200a, 1200b)와 같은 유전체 기판에 배치되거나 또는 안테나 PCB 없이 배치될 수도 있다. 따라서, 안테나 소자(1100)는 안테나 PCB(1200a)상에 배치되는 메탈 패턴에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 메탈 패턴은 차량의 글래스 상에 배치되는 투명 소재의 메탈 패턴일 수 있다. 또 다른 예로, 메탈 패턴은 별도의 안테나 PCB 없이 PCB(1200)와 전기적으로 연결되어 PCB(1200)에 대해 상대적으로 회전 가능하게 형성된 메탈 봉(metal rod) 또는 메탈 스트립으로 구성될 수도 있다.

이와 관련하여, 도 8 a 및 도 8b는 본 명세서의 다양한 실시 예들에 따른 트위스트 구조로 형성된 광대역 안테나 소자가 PCB에 대해 상대적으로 회전 가능하게 형성된 구조를 나타낸다. 도 8a를 참조하면, 안테나 소자(1100)가 PCB와 동일 평면 상에 배치되도록 구성된다.

도 6b 및 도 8a를 참조하면, 안테나 소자(1100)가 PCB(1200)에 대해 상대적으로 회전 가능하게 PCB(1200)에 결합된다. 안테나 소자(1100)가 PCB(1200)에 대해 제2 축에서 3축 방향으로 약 90도 회전되고, 제3 축에서 제1 축 방향으로 약 90도 회전될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 축, 제2 축 및 제3 축은 도 6에 도시된 바와 같이 각각 x축, y축 및 z축으로 설정될 수 있다.

이에 따라, 도 8a의 안테나 소자(1100-1)는 PCB(1200)와 동일 평면 상에 배치되도록 구성된다. 따라서, 안테나 소자(1100-1)는 제1 편파 방향, 예컨대 x축 방향으로 편파 방향이 설정된 수평 편파 안테나로 동작할 수 있다.

도 6b 및 도 8b 참조하면, 안테나 소자(1100)가 PCB(1200)에 대해 상대적으로 회전 가능하게 PCB(1200)에 결합된다. 안테나 소자(1100)가 PCB(1200)에 대해 제2 축에서 3축 방향으로 약 90도 회전될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 축 및 제3 축은 도 6에 도시된 바와 같이 각각 y축 및 z축으로 설정될 수 있다.

이에 따라, 도 8b의 안테나 소자(1100-2)는 PCB(1200)와 동일 평면 상에 배치되도록 구성된다. 따라서, 안테나 소자(1100-2)는 제2 편파 방향, 예컨대 z축 방향으로 편파 방향이 설정된 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다. 도 8a의 안테나 소자(1100-1) 및 도 8b의 안테나 소자(1100-2)는 메인 PCB(1200)와 동일 평면 상에 배치될 수 있다.

도 6 내지 도 8b를 참조하여 본 명세서에 따른 차량에 배치될 수 있는 안테나 모듈에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 최근 2.4GHz + 5GHZ대역 뿐 아니라 6-7GHz 대역까지 요구되는 WIFI6/WIFI7에 대한 요구가 증가하고 있다. 차량 장착의 특성상 안테나 설계 후 차량에 조립되는 환경으로 설계 후 여러 그라운드 구조를 갖는 환경에 장착되어 안테나가 그라운드의 영향을 많이 받는 환경에 놓이게 된다. WIFI6/WIFI7를 만족하고 주변 그라운드 환경 변화에 둔감한 안테나를 설계할 필요가 있다. 따라서, 본 명세서에서는 안테나 소자의 메탈 패턴이 자체적으로 L과 C값을 갖는 구조로 형성되어 주변 환경에 의한 영향에 둔감하게 하도록 하는 안테나 구조를 제안하고자 한다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 차량에서는 주로 2.4GHz + 5GHZ대역의 WIFI를 지원하기 위해서 PIFA 구조 또는 모노폴(MONOPOLE)구조의 안테나를 사용해 구현할 수 있다. 주로 차량의 루프f에 부착되는 샤크 핀(shark fin) 내부에 장착되어 동축케이블을 통해서 TCU 모듈에 연결되어 차량 외부에 등방성(isotropic) 방사 특성이 요구된다. 이와 관련하여, 도 7a의 모노폴 안테나 소자는 파장의 1/4의 길이를 가지고 안테나에 들어오는 입력신호와 반사되는 신호가 1/4 파장의 위상차이가 발생하는 것을 이용하여 공진을 발생시킨다. 따라서, 도 7a의 직선 구조의 모노폴 안테나 소자는 주변 그라운드에 의한 영향이 크게 발생할 수 있다.

반면에, 도 7b의 트위스트 구조의 광대역 안테나 소자(1100)는 메탈 패턴들이 자체적으로 L 성분과 C 성분을 갖게 된다. 이러한 메탈 패턴들 자체의 L 성분과 C 성분에 따른 L과 C값의 영향으로, 안테나 소자(1100)의 높이는 1/4파장보다 낮은 높이에서 안테나 공진이 형성된다. 이 경우, 안테나 소자(1100)의 공진이 메탈 패턴 자체의 LC 값에 구속(bounding)되어 주변에 인접한 그라운드에 의해 영향이 감소하게 된다. 이와 관련하여, 도 7b의 트위스트 구조의 광대역 안테나 소자(1100)의 동작 대역은 WiFi 대역 이외에 V2X 대역을 포함할 수 있다. 따라서, 도 7b의 트위스트 구조의 광대역 안테나 소자(1100)는 기존의 WiFi 통신 서비스 이외에 WIFI6/WIFI7 서비스와 V2X 통신 서비스를 제공하도록 활용 가능하다.

도 6a 내지 도 8b를 참조하면, 안테나 소자(1100)는 일 면에 제1 축 방향과 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 메탈 패턴들이 상호 연결되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 축 및 제2 축은 도 6에 도시된 바와 같이 각각 x축 및 y축으로 설정될 수 있다. 안테나 소자(1100)의 메탈 패턴들은 트위스트 구조로 상호 연결된 복수의 메탈 패턴들을 포함하도록 구성될 수 있다.

안테나 소자(1100)의 메탈 패턴들은 제1 축 및 제2 축 상의 제1 평면에 배치되는 제1 브랜치 라인(1100-B1)을 포함할 수 있다. 안테나 소자(1100)의 메탈 패턴들은 제1 브랜치 라인(1100-B1)과 연결되고 제2 축 및 제3 상의 제2 평면에 배치되는 제2 브랜치 라인(1100-B2)을 포함할 수 있다.

제1 브랜치 라인(1100-B1)은 제1 축 방향에 배치된 메탈 패턴들이 제2 축 상에서 상호 중첩된 길이(overlapped length)를 갖도록 배치될 수 있다. 제2 브랜치 라인(1100-B2)은 PCB(1200)와 연결되는 제1 브랜치 라인(1100-B1의 단부에서 PCB(1200)와 평행한 부분으로 연장되어 상기 PCB와 수직하게 형성될 수 있다.

제1 브랜치 라인(1100-B1)은 제1 축 및 제2 축 상의 제1 평면에 배치되는 복수의 메탈 패턴들을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 브랜치 라인(1100-B1)은 제1 메탈 패턴(1110) 내지 제5 메탈 패턴(1150)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 메탈 패턴(1110) 내지 제5 메탈 패턴(1150)의 각각은 제1 축 또는 제2 축 상에서 분절된 복수의 서브 메탈 패턴들로 이루어질 수 있다.

제2 브랜치 라인(1100-B2)도 복수의 메탈 패턴들로 이루어질 수 있다. 제2 브랜치 라인(1100-B1)은 제1 메탈 패턴(1110b), 제2 메탈 패턴(1120b) 및 제3 메탈 패턴(1130b)을 포함하도록 구성될 수 있다.

제1 메탈 패턴(1110b)은 PCB(1200)와 평행하게 배치되고, 제1 브랜치 라인(1100-B1)의 단부와 연결될 수 있다. 제1 메탈 패턴(1110b)의 타 단부는 제2 축 방향으로 90도로 실질적으로 벤딩되게 구성 가능하다. 제2 메탈 패턴(1120b)은 제1 메탈 패턴(1110b)과 연결되고 소정 각도로 제3 축 방향으로 경사지게 구성될 수 있다. 제3 메탈 패턴(1130b)은 제2 메탈 패턴(1120b)의 단부와 연결되고, 제1 브랜치 라인(1100-B1)의 메탈 패턴들과 z축 방향으로 평행하게 이격되어 배치될 수 있다. 제3 메탈 패턴(1130b)은 제2 축 방향으로 연장되게 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 축 방향 및 제3 축 방향은 각각 y축 방향 및 z축 방향일 수 있다.

한편, 제1 메탈 패턴들(1110)은 제1 축 상의 제1 지점에서 분절된 형태로 제2 축에 평행하게 배치될 수 있다. 제2 메탈 패턴들(1120)은 제1 축 상의 제2 지점에서 분절된 형태로 제2 축에 평행하게 배치될 수 있다. 제2 메탈 패턴들(1120)은 제1 축 상의 제2 지점에서 분절된 형태로 제1 메탈 패턴들(1110)에 평행하게 배치될 수 있다. 제3 메탈 패턴들(1130)은 제1 축 상의 제3 지점에서 분절된 형태로 제2 축에 평행하게 배치될 수 있다. 제3 메탈 패턴들(1130)은 제1 축 상의 제3 지점에서 분절된 형태로 제2 메탈 패턴들(1120)에 평행하게 배치될 수 있다.

제4 메탈 패턴들(1140)은 제1 메탈 패턴들(1110)과 제2 메탈 패턴들(1120)을 연결하도록 구성된다. 제4 메탈 패턴들(1140)의 각각은 분절된 형태로 제1 축에 평행하게 배치된다. 제5 메탈 패턴들(1150)은 제2 메탈 패턴들(1120)과 제3 메탈 패턴들(1130)을 연결하도록 구성된다. 제5 메탈 패턴들(1150)의 각각은 분절된 형태로 제1 축에 평행하게 배치된다.

제1브랜치 라인(1100-B1)은 제2 축 상에서 중첩된 길이(overlapped length)를 갖도록 구성되고, 제2 축 상의 수직 방향의 전류 성분에 의해, 안테나 소자(1100)는 low elevation 빔 패턴을 형성한다. 이와 관련하여, 제2 메탈 패턴들(1120)은 제1 메탈 패턴들(1110) 및 제3 메탈 패턴들(1130)과 제2 축 상에서 중첩된 길이를 갖도록 배치된다. 중첩된 길이를 형성하는 제1 메탈 패턴(1110) 내지 제3 메탈 패턴(1130)의 제2 축 상의 수직 방향의 전류 성분에 의해, 안테나 소자(1100)의 방사 패턴이 low elevation 빔 패턴을 형성한다.

한편, 제4 메탈 패턴(1140) 및 제5 메탈 패턴(1150)에서 각 메탈 패턴의 간격이 변화, 예컨대 인접 또는 이격되게 배치되는 구조를 형성한다. 이와 관련하여, 서로 다른 방향의 전류가 형성되는 메탈 패턴들 간에 커패시티브 성분이 형성된다. 반면에, 동일 방향의 전류가 형성되는 메탈 패턴들 간에 인덕티브 성분이 형성된다.

제1 축 상에서 평행하게 배치되는 제4 메탈 패턴들(1140)은 제2 축 상에서 제1 간격(D1) 및 제1 간격(D1)보다 넓은 제2 간격(D2)으로 교대로 배치된다. 한편, 제1 축 상에서 평행하게 배치되는 제5 메탈 패턴들(1150)은 제2 축 상에서 제3 간격(D3) 및 제3 간격(D3)보다 좁은 제4 간격(D4)으로 교대로 배치된다.

이와 같이, 제4 메탈 패턴(1140) 및 제5 메탈 패턴(1150)이 좁은 간격 및 넓은 간격이 교대로 배치되어, 안테나 소자의 주기 구조(periodic structure)를 형성한다. 이러한 안테나 소자의 주기 구조에 의해 안테나 소자(1100)는 광대역 동작할 수 있다. 일 예로, 제4 메탈 패턴들(1140)의 제1 간격(D1)은 제5 메탈 패턴들(1150)의 제4 간격(D4)과 동일하게 설정되어, 트위스트 구조의 메탈 패턴들이 상호 평행하게 형성된다. 또한, 제4 메탈 패턴들(1140)의 제2 간격(D2)은 제5 메탈 패턴들(1150)의 제3 간격(D3)과 동일하게 설정되어, 트위스트 구조의 메탈 패턴들이 상호 평행하게 형성된다.

제1 메탈 패턴(1110) 및 제2 메탈 패턴(1120) 간의 중첩된 길이에 의해 안테나 소자(1100)의 커패시티브 성분이 형성될 수 있다. 제2 메탈 패턴(1120) 및 제3 메탈 패턴(1130) 간의 중첩된 길이에 의해 안테나 소자(1100)의 커패시티브 성분이 형성될 수 있다.

이와 관련하여, 제1 축 상에서 제1 이격 거리(L1) 및 제2 축 상에 제1 중첩 길이(OL1)를 갖도록 배치되는 제1 메탈 패턴(1110) 및 제2 메탈 패턴(1120)에 반대 방향의 전류가 형성된다. 제1 메탈 패턴(1110) 및 제2 메탈 패턴(1120)에 형성되는 반대 방향의 전류가 안테나 소자(1100)의 제1 커패시티브 성분을 형성한다. 한편, 제1 축 상에서 제2 이격 거리(L2) 및 제2 축 상에 제2 중첩 길이(OL2)를 갖도록 배치되는 제2 메탈 패턴(1120) 및 제3 메탈 패턴(1130)에 반대 방향의 전류가 형성된다. 제2 메탈 패턴(1120) 및 제3 메탈 패턴(1130)에 형성되는 반대 방향의 전류가 안테나 소자(1100)의 제2 커패시티브 성분을 형성한다.

이와 같이, 제1 메탈 패턴(1110) 내지 제3 메탈 패턴(1150) 각각이 제2 축 상에서 분절된 형태로 구성되고 제1 축 상에서 인접한 주기 구조(periodic structure)를 형성한다. 이러한 안테나 소자의 주기 구조에 의해 안테나 소자(1100)는 광대역 동작할 수 있다. 전술한 바와 같이, 서로 다른 방향의 전류가 형성되는 메탈 패턴들 간에 커패시티브 성분이 형성된다. 특히, 좁은 간격인 제1 간격(D1)의 제4 메탈 패턴들(1140) 또는 제4 간격(D4)의 제5 메탈 패턴들 간에 커패시티브 성분이 우세(dominant)하게 형성될 수 있다.

이와 관련하여, 제4 메탈 패턴(1140) 중 제2 축 상에서 제1 간격(D1)으로 배치된 메탈 패턴들에 제1 축 상에서 반대 방향의 전류가 형성된다. 제1 축 상에서 반대 방향의 전류가 형성되는 제1 간격(D1)으로 배치된 제4 메탈 패턴(1140)은 안테나 소자(1100)의 제3 커패시티브 성분을 형성할 수 있다. 한편, 제5 메탈 패턴(1140) 중 제2 축 상에서 제4 간격(D4)으로 배치된 메탈 패턴들에 제1 축 상에서 반대 방향의 전류가 형성된다. 제1 축 상에서 반대 방향의 전류가 형성되는 제4 간격(D4)으로 배치된 제5 메탈 패턴(1140)은 안테나 소자(1100)의 제4 커패시티브 성분을 형성할 수 있다. 전술한 바와 같이 일 예로, 제4 메탈 패턴들(1140)의 제1 간격(D1)은 제5 메탈 패턴들(1150)의 제4 간격(D4)과 동일하게 설정되어, 트위스트 구조의 메탈 패턴들이 상호 평행하게 형성된다. 또한, 제4 메탈 패턴들(1140)의 제2 간격(D2)은 제5 메탈 패턴들(1150)의 제3 간격(D3)과 동일하게 설정되어, 트위스트 구조의 메탈 패턴들이 상호 평행하게 형성된다.

본 명세서에서 개시되는 트위스트 구조의 안테나 소자(1100)는 다양한 LC 성분들의 조합에 의해 광대역 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 소자(1100)는 전술한 제1 커패시티브 성분 내지 제4 커패시티브 성분 이외에 복수의 인덕티브 성분을 포함하도록 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 안테나 소자(1100)는 제1 인덕티브 성분 내지 제3 인덕티브 성분을 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 소자(1100)를 구성하는 메탈 패턴들의 길이에 의해 인덕티브 성분이 형성될 수 있다. 특히, 안테나 소자(1100)를 구성하는 메탈 패턴들 중 동일한 방향으로 전류가 형성되는 메탈 패턴들에 의해 안테나 소자(1100)의 인덕티브 성분이 형성될 수 있다.

안테나 소자(1100)는 제1 메탈 패턴(1110) 내지 제5 메탈 패턴(1150)에 의한 안테나 길이에 의해 제1 인덕티브 성분을 형성할 수 있다. 안테나 소자(1100)는 제1 메탈 패턴(1110) 및 제3 메탈 패턴(1130)에서 제2 축 상에 제1 방향으로 형성되는 전류에 의해 제2 인덕티브 성분을 형성할 수 있다. 안테나 소자(1100)는 제2 메탈 패턴(1120)에서 제2 축 상에 제2 방향으로 형성되는 전류에 의해 제3 인덕티브 성분을 형성할 수 있다. 따라서, 제1 인덕티브 성분 내지 제3 인덕티브 성분과 제1 커패시티브 성분 내지 제4 커패시티브 성분의 조합에 의해 안테나 소자(1110)가 제1 대역 내지 제3 대역에서 방사체로 동작할 수 있다.

이와 관련하여, 제1 대역은 2.45GHz를 포함하는 WiFi 대역일 수 있다. 한편, 제2 대역은 제1 대역보다 높은 대역으로 설정될 수 있다. 제2 대역은 5.5GHz를 포함하는 WiFi 대역일 수 있다. 제3 대역은 제2 대역보다 높은 대역으로 설정될 수 있다. 제3 대역은 6.5GHz를 포함하는 WiFi 대역일 수 있다.

한편, 안테나 소자(1100)는 전술한 제1 인덕티브 성분 내지 제3 인덕티브 성분 이외에 제4 인덕티브 성분 및 제5 인덕티브 성분을 더 포함하도록 구성될 수 있다.

안테나 소자(1100)는 제4 메탈 패턴(1140) 중 제1 축 상에서 제1 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되는 메탈 패턴들의 제1 조합에 의해 제4 인덕티브 성분을 형성할 수 있다. 안테나 소자(1100)는 제4 메탈 패턴(1140) 중 제1 축 상에서 제2 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되는 메탈 패턴들의 제2 조합에 의해 제4 인덕티브 성분을 형성할 수 있다. 안테나 소자(1100)는 제4 메탈 패턴(1140) 중 제1 축 상에서 제1 방향 및 제2 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되는 메탈 패턴들의 제1 조합 및 제2 조합에 의해 제4 인덕티브 성분을 형성할 수 있다.

안테나 소자(1100)는 제5 메탈 패턴(1150) 중 제1 축 상에서 제1 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되는 메탈 패턴들의 제1 조합에 의해 제5 인덕티브 성분을 형성할 수 있다. 안테나 소자(1100)는 제5 메탈 패턴(1150) 중 제1 축 상에서 제2 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되는 메탈 패턴들의 제2 조합에 의해 제5 인덕티브 성분을 형성할 수 있다. 안테나 소자(1100)는 제5 메탈 패턴(1150) 중 제1 축 상에서 제1 방향 및 제2 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되는 메탈 패턴들의 제1 조합 및 제2 조합에 의해 제5 인덕티브 성분을 형성할 수 있다.

제1 인덕티브 성분 내지 제5 인덕티브 성분과 제1 커패시티브 성분 내지 제4 커패시티브 성분의 조합에 의해 안테나 소자(1110)가 제1 대역 내지 제3 대역에서 방사체로 동작할 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1 대역은 2.45GHz를 포함하는 WiFi 대역일 수 있다. 한편, 제2 대역은 제1 대역보다 높은 대역으로 설정될 수 있다. 제2 대역은 5.5GHz를 포함하는 WiFi 대역일 수 있다. 제3 대역은 제2 대역보다 높은 대역으로 설정될 수 있다. 제3 대역은 6.5GHz를 포함하는 WiFi 대역일 수 있다.

본 명세서에서 제시되는 메탈 패턴들의 주기 구조(periodic structure)를 갖는 안테나 소자는 각 주파수 대역 별로 상이한 전계 분포를 형성하여, 광대역 동작한다. 이와 관련하여, 도 9a 및 도 9b는 제1 대역에서의 안테나 소자의 전계 분포와 방사 패턴을 나타낸다. 도 10a 및 도 10b는 제2 대역에서의 안테나 소자의 전계 분포와 방사 패턴을 나타낸다. 한편, 도 11a 및 도 11b는 제3 대역에서의 안테나 소자의 전계 분포와 방사 패턴을 나타낸다.

1/4 파장을 길이를 갖는 모노폴 형태의 안테나는 공진 영역 전체에 걸쳐 강한 전류 분포를 나타낸다. 반면에, 본 명세서에서 제시되는 트위스트 구조의 안테나 소자는 다양한 형태의 인덕티브 성분 및 커패시티브 성분에 의해 도 9a에 도시된 바와 같이, 상부 영역에 해당하는 제1 영역(R1)의 전계 분포가 높다. 다시 말해, 상부 영역에 해당하는 제1 영역(R1)의 전계 분포가 하부 영역보다 강한 전류 분포가 형성된다.

도 5(b), 도 6 내지 도 8b 및 도 9a를 참조하면, 안테나 소자(1100)의 상부 영역에 전계 분포가 집중되면, 하부 영역의 주변 환경에 안테나 성능의 변화가 둔감하게 된다. 따라서, 본 명세서에 따른 트위스트 구조의 안테나 소자(1100)는 자체적으로 형성되는 커패시티브 성분들 및 인덕티브 성분들에 의해 상부 영역에 해당하는 제1 영역(R1)에 전계 분포가 집중된다. 이에 따라, 하부 영역에 해당하는 차량의 주변 환경, 즉 주변 그라운드 배치 구조에 안테나 성능 변화가 덜 민감하게 된다. 또한, 안테나 소자(1100)에 의한 방사 패턴은 앙각(elevation angle) 방향으로 low elevation 빔 패턴을 형성하게 된다.

이와 관련하여, 도 9b는 제1 대역에서의 안테나 소자의 방사 패턴을 나타낸다. 도 9b를 참조하면, 낮은 앙각 방향에서 널(null) 패턴이 형성되고, 빔 피크가 Rp1인 low elevation 방사 패턴이 형성된다. low elevation 방사 패턴은 수평면, 즉 PCB의 바닥면을 기준으로 약 30도 이하에서 빔 피크가 형성되는 방사 패턴으로 정의될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5(b), 도 6 내지 도 8b 및 도 9a를 참조하면, 제1 대역에서 수직 전류 방향에 의해 안테나 소자(1100)는 low elevation 방사 패턴을 형성한다. 안테나 소자(1100)는 제1 브랜치 라인(1100-B1)을 구성하는 제1 메탈 패턴(1110) 및 제3 메탈 패턴(1130)의 제2 축 방향에서 제1 방향으로 형성되는 전류에 의해 제1 대역에서 방사체로서 동작한다. 따라서, 제1 대역에서 수직 방향의 전류 성분에 의해 안테나 소자(1000)는 방사체로 동작한다. 반면에, 수평 방향의 전류 성분의 방사 성분에 직접적으로 기여하지 않고, 커패시티브 성분을 형성하여 임피던스 매칭에 주로 기여한다. 한편, 안테나 소자(1100)는 제2 브랜치 라인(1100-B2)의 상부 영역에 해당하는 제1 브랜치 라인(1100-B1)의 수직 방향 전류에 의해 제1 대역에서 low elevation 방사 패턴을 형성한다.

도 10b는 제2 대역에서의 안테나 소자의 방사 패턴을 나타낸다. 도 10b를 참조하면, 낮은 앙각 방향에서 널(null) 패턴이 형성되고, 빔 피크가 Rp2인 low elevation 방사 패턴이 형성된다. low elevation 방사 패턴은 수평면, 즉 PCB의 바닥면을 기준으로 약 30도 이하에서 빔 피크가 형성되는 방사 패턴으로 정의될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5(b), 도 6 내지 도 8b 및 도 10a를 참조하면, 제2 대역에서 수직 전류 방향에 의해 안테나 소자(1100)는 low elevation 방사 패턴을 형성한다. 안테나 소자(1100)는 제2 브랜치 라인(1100-B2)을 구성하는 메탈 패턴들 중 제2 축 방향으로 형성된 메탈 패턴들에 형성되는 제1 방향의 전류에 의해 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 방사체로서 동작한다. 따라서, 제2 대역에서 수직 방향의 전류 성분에 의해 안테나 소자(1000)는 방사체로 동작한다. 반면에, 수평 방향의 전류 성분의 방사 성분에 직접적으로 기여하지 않고, 커패시티브 성분을 형성하여 임피던스 매칭에 주로 기여한다. 한편, 안테나 소자(1100)는 제2 브랜치 라인(1100-B2)의 수직 방향 전류에 의해 제2 대역에서 low elevation 방사 패턴을 형성한다.

도 11b는 제3 대역에서의 안테나 소자의 방사 패턴을 나타낸다. 도 11b를 참조하면, 낮은 앙각 방향에서 널(null) 패턴이 형성되고, 빔 피크가 Rp3인 low elevation 방사 패턴이 형성된다. low elevation 방사 패턴은 수평면, 즉 PCB의 바닥면을 기준으로 약 30도 이하에서 빔 피크가 형성되는 방사 패턴으로 정의될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5(b), 도 6 내지 도 8b 및 도 11a를 참조하면, 제3 대역에서 수직 전류 방향에 의해 안테나 소자(1100)는 low elevation 방사 패턴을 형성한다. 안테나 소자(1100)는 제1 브랜치 라인(1100-B1) 및 제2 브랜치 라인(1100-B2)을 구성하는 메탈 패턴들 중 제2 축 방향으로 형성된 메탈 패턴들에 형성되는 제1 방향의 전류에 의해 제2 대역보다 높은 제3 대역에서 방사체로서 동작한다. 따라서, 제3 대역에서 수직 방향의 전류 성분에 의해 안테나 소자(1000)는 방사체로 동작한다. 반면에, 수평 방향의 전류 성분의 방사 성분에 직접적으로 기여하지 않고, 커패시티브 성분을 형성하여 임피던스 매칭에 주로 기여한다. 한편, 안테나 소자(1100)는 제1 브랜치 라인(1100-B1) 및 제2 브랜치 라인(1100-B2)의 수직 방향 전류에 의해 제3 대역에서 low elevation 방사 패턴을 형성한다.

요약하면 도 9a에 도시된 바와 같이, 2.45GHz를 포함하는 제1 대역에서 전계 분포가 주로 안테나 상단 영역에 형성되어, low elevation 방사 특성에 유리하다. 도 10a를 참조하면, 5.5GHz를 포함하는 제2 대역에서 전계 분포가 고대역(high band) branch에 해당하는 제2 브랜치 라인(1100-B2)에 주로 형성되어, high band branch를 통해 무선 신호를 방사한다. 도 11a를 참조하면, 6.5GHz를 포함하는 제3 대역에서 전계 분포는 제1 브랜치 라인(1100B-1) 및 제2 브랜치 라인(1100-B2)에 모두 형성된다.

도 9a, 도 10a 및 도 11a를 참조하면, 제1 대역 내지 제3 대역의 전 대역(full band)에서 메탈 패턴들에 형성되는 전계의 수직성분이 전계의 수평 성분보다 매우 강한 특성을 나타낸다. 이에 따라, 제1 대역 내지 제3 대역의 전 대역에서 안테나 소자(1100)에 의한 방사 패턴의 low elevation 특성이 개선될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 제시되는 안테나 구조의 주요 특징은 다른 구조에 비해서 전계 분포의 수직성분이 강하게 형성되어 특정 방사 패턴을 필요로 하는 구조에 적합하다. 이와 관련하여, 도 6과 같이 PCB(1200)의 그라운드 패턴 또는 PCB(1200)와 평행하게 배치된 그라운드 구조에 대해 안테나 소자(1100)를 수직하게 세워서 배치하면, low elevation 방사 패턴을 향상시킬 수 있다.

본 명세서에 제시되는 안테나 소자(1100)는 전술한 바와 같이 메탈 패턴들이 트위스트 구조(twisted structure)로 구성될 수 있다. 도 6 내지 도 8b를 참조하면, 제1 메탈 패턴들(1110) 내지 제5 메탈 패턴들(1150)은 반대 방향의 전류가 형성되는 트위스트 형상의(twist shaped) 메탈 패턴을 갖는 방사체로 동작한다. 이에 따라, 안테나 소자(1100)의 전체 높이를 감소시키면서도 제1 대역 내지 제3 대역에서 방사체로서 동작하고 low elevation 방사 패턴을 형성할 수 있다.

이와 관련하여, 제2 축 방향으로 배치된 제4 메탈 패턴들(1140) 및 제5 메탈 패턴들(1150)은 좁은 간격과 넓은 간격이 교대로 형성되는 주기 구조(periodic structure)를 형성할 수 있다. 제4 메탈 패턴들(1140)은 인접한 메탈 패턴 쌍이 제2 축 상에서 제1 간격(D1)으로 이격된 제1 구조와 제1 간격(D1)보다 큰 제2 간격(D2)으로 이격된 제2 구조가 교대로 반복되게 구성된다. 또한, 제5 메탈 패턴들(1150)은 인접한 메탈 패턴 쌍이 제2 축 상에서 제2 간격(D2)으로 이격된 제2 구조와 제2 간격(D2)보다 작은 제1 간격(D1)으로 이격된 제1 구조가 교대로 반복되게 구성된다.

이에 따라, 제4 메탈 패턴들(1140)이 제1 간격(D1) 및 제2 간격(D2)으로 평행하게 배치되는 구조와 제5 메탈 패턴들(1150)이 제2 간격(D2) 및 제1 간격(D1)으로 평행하게 배치되는 구조가 형성된다. 이러한 구조를 통해 제1 메탈 패턴들(1110) 내지 제5 메탈 패턴들(1150)은 반대 방향의 전류가 형성되는 트위스트 형상의(twist shaped) 메탈 패턴을 갖는 방사체로 동작한다.

한편, 본 명세서의 트위스트 구조의 안테나 소자(1100)의 제1 메탈 패턴들(1110) 내지 제5 메탈 패턴들(1150)에서 전류 방향에 따른 제1 및 제2 메탈 패턴 쌍에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 제1 메탈 패턴들(1110) 내지 제5 메탈 패턴들(1150)은 제1 메탈 패턴 쌍(metal pattern pair, MP1) 및 제2 메탈 패턴 쌍(MP2)을 구성할 수 있다.

제1 메탈 패턴 쌍(MP1)은 제1 축 방향 또는 제2 축 방향에서 평행하게 배치되고, 전류의 방향이 동일한 방향으로 형성된다. 제2 메탈 패턴 쌍(MP2)은 제1 축 방향 또는 제2 축 방향에서 평행하게 배치되고, 전류의 방향이 반대 방향으로 형성된다. 제1 메탈 패턴 쌍(MP1)은 안테나 소자(1100)의 인덕티브 성분을 형성하고, 제2 메탈 패턴 쌍(MP2)은 안테나 소자(1100)의 인덕티브 성분을 형성한다.

이와 관련하여, 제1 메탈 패턴(1110), 제2 메탈 패턴(1120) 및 제3 메탈 패턴(1130)의 각각의 메탈 패턴은 제2 축 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되므로, 제1 메탈 패턴 쌍(MP1)을 형성한다. 한편, 반대 방향으로 전류 방향이 형성되는 제1 및 제2 메탈 패턴(1110, 1120)은 제2 메탈 패턴 쌍(MP2)을 형성한다. 또한, 반대 방향으로 전류 방향이 형성되는 제2및 제3 메탈 패턴(1120, 1130)은 제2 메탈 패턴 쌍(MP2)을 형성한다.

본 명세서에서 제시되는 트위스트 구조의 안테나 소자(1100)는 메탈 패턴들에 다양한 인덕턴스 및 커패시턴스 값을 부여하기 위한 것이며, 제안구조는 메탈 패턴들에 형성되는 전계 분포의 수직성분에 의해 주로 방사하기 위한 것이다. 별도의 임피던스 매칭 회로 없이 트위스트 구조의 안테나 소자(1100)를 통해 광대역 동작이 가능하므로 "self- resonator"로 지칭할 수 있다. 본 명세서의 self- resonator는 LC값에의해서 모노폴 안테나의 길이보다 긴 길이에서 안테나 공진이 일어나게 된다.

따라서, self- resonator구조는 안테나 자체의 길이가 증가할 수 있다. 이를 해결하기 위해, 본 명세서에서는 메탈 패턴들을 트위스트 구조로 형성하여 안테나 자체의 길이를 감소시키면서 동일 또는 다른 방향으로 형성되는 전류에 의해 광대역 동작이 가능하다. 또한, 본 명세서의 안테나 구조는 주 방사 위치가 트위스트 구조의 상부 영역에만 집중된 특징을 갖게 된다. 따라서, 주 방사 위치가 트위스트 구조의 상부 영역에만 집중됨에 따라 low elevation 방사 특성이 더욱 향상된다.

반면에, 도 7a와 같은 직선 구조의 안테나 소자는 제1 대역 (2.45GHz)에서는 long branch인 제1 브랜치 라인에서 방사가 이루어진다. 이와 관련하여, 트위스트 구조의 안테나 소자는 제1 대역에서 도 9a와 같이 상부 영역인 제1 영역(R1)에서 주로 방사가 이루어진다. 반면에, 직선 구조의 안테나 소자는 제1 대역에서 상부 영역인 제1 영역(R1) 이외에 하부 영역에서도 고르게 방사가 이루어진다. 이에 따라, 직선 구조의 안테나 소자보다 트위스트 구조의 안테나 소자가 더 low elevation 방사 패턴을 형성한다.

한편, 제2 대역(5.5GHz) 및 제3 대역(6.5GHz)에서는 short branch인 제2 브랜치 라인에서 방사가 이루어진다. 이와 관련하여, 직선 구조의 안테나 소자는 제2 대역 및 제3 대역에서 제2 브랜치 라인의 대각선 방향으로 전계가 형성된다. 따라서, 대각선 방향으로 형성된 제2 브랜치 라인의 전계에 의해 직선 구조의 안테나 소자는 제2 및 제3 대역에서 방사 패턴이 특정 방향으로 치우치게 형성된다. 반면에, 트위스트 구조의 안테나 소자는 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이 제2 브랜치 라인(1100-B2)을 따라 수직 방향으로 전계가 형성된다. 이에 따라, 직선 구조의 안테나 소자보다 트위스트 구조의 안테나 소자가 더 low elevation 방사 패턴을 형성한다.

한편, 본 명세서에서 제시되는 트위스트 광대역 안테나 구조는 도 6과 같이 PCB에 수직하게 배치되거나 도 8a 및 도 8b와 같이 PCB와 동일 평면상에 배치될 수 있다. 한편, 트위스트 광대역 안테나 구조는 제2 브랜치 라인의 형성 유무에 따라 안테나 반사 계수 특성, 즉 VSWR(voltage standing wave ratio)이 변경될 수 있다.

이와 관련하여, 도 12a및 도 12b는 안테나 소자가 PCB에 수직하게 배치된 구조에서 제2 브랜치가 형성된 제1 구조와 제2 브랜치가 없는 제2 구조의 VSWR 결과를 비교한 것이다. 한편, 도 13a 및 도 13b는 안테나 소자의 메탈 패턴이 PCB와 동일 평면상에 제1 방향 및 제2 방향으로 배치된 제1 구조 및 제2 구조의 VSWR 결과를 비교한 것이다.

도 6 및 도 12a를 참조하면, 제1 브랜치 라인(1100-B1)의 단부에 제2 브랜치 라인(1100-B2)이 형성된 제1 구조는 제1 대역(B1), 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)에서 VSWR이 임계치 이하의 값을 가져 방사체로서 동작한다. 제1 구조는 제1 대역(B1), 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)에서 VSWR이 3.0 이하의 값을 가져 방사체로서 동작한다. 제1 대역(B1)은 2.45GHz를 포함하는 저 대역의 WiFi 제1 대역으로 정의할 수 있다. 제2 대역(B2)은 5.5GHz를 포함하는 중 대역의 WiFi 제2 대역으로 정의할 수 있다. 제3 대역(B3)은 6.5GHz를 포함하는 고 대역의 WiFi 제3 대역으로 정의할 수 있다.

도 6 및 도 12b를 참조하면, 제1 브랜치 라인(1100-B1)의 단부에 제2 브랜치 라인이 형성되지 않은 제2 구조는 제1 대역(B1), 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)에서 VSWR특성이 다소 열화된다. 제2 구조에서 제1 대역(B1)의 공진 주파수는 도 12a의 제1 구조의 제1 대역(B1)의 공진 주파수에 비해 다소 저 대역으로 천이(shift)됨을 알 수 있다. 하지만, 제2 구조에서 제1 대역(B1)의 대역폭 특성이 제1 구조의 제1 대역(B1)의 대역폭 특성에 비해 열화되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 제1 대역(B1)에서 주 방사 영역은 도 9a와 같이 제1 브랜치 라인(1100-B1)이고 제2 브랜치 라인(1100-B2)은 방사에 기여하지 않기 때문이다.

또한, 제2 구조에서 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)의 공진 주파수는 도 12a의 제1 구조의 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)의 공진 주파수에 비해 고 대역으로 천이(shift)되고 VSWR 값도 상승함을 알 수 있다. 따라서, 제1 브랜치 라인(1100-B1)의 단부에 제2 브랜치 라인이 형성되지 않은 제2 구조는 제1 구조에 비해 제1 대역(B1), 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)에서 VSWR특성이 다소 열화된다.

도 6b, 도 8a, 도 8b, 도 13a및 도 13b를 참조하면, 제1 메탈 패턴(1110-1) 내지 제5 메탈 패턴(1110-5)을 포함하는 제1 브랜치 라인(1100-B1) 및 제2 브랜치 라인(1100-B2) 이 형성된 안테나 소자(1100-1, 1100-2)는 PCB(1200)에 수직하게 형성된다. 일 예로, 제1 브랜치 라인(1100-B1) 및 제2 브랜치 라인(1100-B2) 이 형성된 안테나 PCB(1200a)가 PCB(1200)에 수직하게 형성될 수 있다. 안테나 소자(1100-1, 1100-2) 또는 안테나 소자(1100-1, 1100-2)가 형성된 안테나 PCB(1200a)는 PCB(1200)에 대해 상대적으로 회전 가능하게 PCB(1200)에 결합될 수 있다.

도 6b, 도 8a 및 도 13a를 참조하면, 안테나 소자(1100-1) 또는 안테나 소자(1100-1)가 형성된 안테나 PCB(1200a)는 PCB(1200)와 동일 평면 상에 배치되도록 구성된다. 제1 메탈 패턴(1110) 내지 제5 메탈 패턴(1150)을 포함하는 제1 브랜치 라인(1100-B1)이 PCB(1200)의 제1 축에 평행하게 배치되어, 안테나 소자(1100-1)가 제1 편파로 동작한다. 따라서, 안테나 소자(1100-1)가 제1 축 (x 축)상으로 전계가 형성되는 제1 편파 (수평 편파)를 갖는 방사체로 동작한다.

이와 관련하여, 제1 편파 (수평 편파)를 갖는 안테나 소자(1100-1)는 제1 대역(B1)에서 공진 특성이 다소 열화된다. 제1 편파 (수평 편파)를 갖는 안테나 소자(1100-1)는 제1 대역(B1)에서 공진 주파수가 저 대역으로 천이(shift)됨을 알 수 있다. 또한, 제1 편파 (수평 편파)를 갖는 안테나 소자(1100-1)는 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)에서 공진 특성도 다소 열화된다. 제1 편파 (수평 편파)를 갖는 안테나 소자(1100-1)는 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)에서 공진 주파수가 고 대역으로 천이(shift)되고 VSWR 값도 상승함을 알 수 있다.

도 6b, 도 8a 및 도 13b를 참조하면, 안테나 소자(1100-2) 또는 안테나 소자(1100-2)가 형성된 안테나 PCB(1200a)는 PCB(1200)와 동일 평면 상에 배치되도록 구성된다. 제1 메탈 패턴(1110) 내지 제5 메탈 패턴(1150)을 포함하는 제1 브랜치 라인(1100-B1)이 PCB(1200)의 제1 축에 수직하게 배치되어, 안테나 소자(1100-2)가 제2 편파로 동작한다. 따라서, 안테나 소자(1100)가 제2 축 (y 축)상으로 전계가 형성되는 제2 편파 (수직 편파)를 갖는 방사체로 동작한다.

이와 관련하여, 제2 편파 (수직 편파))를 갖는 안테나 소자(1100-2)는 제1 대역(B1)에서 공진 주파수가 도 12a에 비해 다소 저 대역으로 천이(shift)됨을 알 수 있다. 하지만, 도 13b의 구조에서 제1 대역(B1)의 대역폭 특성이 도 12a의 구조에서의 제1 대역(B1)의 대역폭 특성에 비해 열화되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 제1 대역(B1)에서 주 방사 영역은 도 9a와 같이 제1 브랜치 라인(1100-B1)이고 제2 브랜치 라인(1100-B2)은 방사에 기여하지 않기 때문이다.

또한, 제2 편파 (수직 편파)를 갖는 안테나 소자(1100-2)는 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)에서 공진 특성이 다소 열화된다. 제2 편파 (수직 편파)를 갖는 안테나 소자(1100-2)는 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)에서 공진 주파수가 고 대역으로 천이(shift)되고 VSWR 값도 상승함을 알 수 있다.

도 6b, 도 8a, 도 8b, 도 12a 내지 도 13b를 참조하면, 본 명세서에 따른 안테나 구조 중에서 도 6 및 도 12a와 같이 제1 및 제2 브랜치 라인(1100-B1, 1100-B2)이 PCB(1200)의 상부 영역에 수직하게 배치된 구조에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 14a 및 도 14b는 도 6b의 광대역 안테나 구조의 VSWR 특성과 방사 효율 및 총 효율을 나타낸 것이다.

도 14a는 도 6b의 광대역 안테나 구조의 VSWR 특성을 나타낸 것이다. 도 14b는 도 6b의 광대역 안테나 구조의 방사 효율 및 총 효율을 나타낸 것이다.

도 6b, 도 12a 및 도 14a를 참조하면, 제1 및 제2 브랜치 라인(1100-B1, 1100-B2)이 PCB(1200)의 상부 영역에 수직하게 배치된 안테나 소자(1100)는 제1 대역(B1), 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)에서 방사체로서 동작한다. 전술한 바와 같이, 제1 브랜치 라인(1100-B1)의 단부에 제2 브랜치 라인(1100-B2)이 형성된 제1 구조는 제1 대역(B1), 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)에서 VSWR이 임계치 이하의 값을 가져 방사체로서 동작한다. 제1 구조는 제1 대역(B1), 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)에서 VSWR이 3.0 이하의 값을 가져 방사체로서 동작한다. 제1 대역(B1)은 2.45GHz를 포함하는 저 대역의 WiFi 제1 대역으로 정의할 수 있다. 제2 대역(B2)은 5.5GHz를 포함하는 중 대역의 WiFi 제2 대역으로 정의할 수 있다. 제3 대역(B3)은 6.5GHz를 포함하는 고 대역의 WiFi 제3 대역으로 정의할 수 있다. 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)을 커버하는 안테나 소자(1100)는 WiFi 6/WiFi 7 통신을 위한 대역을 커버한다.

도 6b, 도 12a 및 도 14b를 참조하면, 안테나 소자(1100)는 제1 대역(B1), 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)의 전 대역에서 약 80% 이상의 방사 효율을 갖는다. 또한, 제1 대역(B1), 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)의 대부분의 대역에서 안테나 소자(1100)는 약 80% 이상의 방사 효율을 갖는다. 한편, 안테나 소자(1100)의 총 효율은 방사 효율에 비해 다소 효율이 감소한다. 이와 관련하여, 총 효율은 방사 효율에 비해 안테나 소자(1100)의 VSWR을 고려하여 반사 신호만큼 효율이 감소하기 때문이다. 안테나 소자(1100)는 제1 대역(B1), 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)의 전 대역에서 약 70% 이상의 총 효율을 갖는다. 또한, 제1 대역(B1), 제2 대역(B2) 및 제3 대역(B3)의 대부분의 대역에서 안테나 소자(1100)는 약 80% 이상의 총 효율을 갖는다.

트위스트 구조의 안테나 소자로 구현되는 안테나 모듈 (안테나 시스템)과 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 15는 실시 예에 따른 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다. 구체적으로, 도 15은 안테나 시스템에 해당하는 안테나 모듈이 차량 루프 내부에 배치되어, 주변 전자 기기, 차량 및 인프라 구조와 통신을 수행하는 차량의 구성도를 나타낸다.

도 15를 참조하면, 차량에 안테나 모듈(1000)이 탑재되고, 안테나 모듈(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 모듈(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 모듈(1000)을 인접 차량, RSU, 인접 사물 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.

도 1a 내지 도 15를 참조하면, 안테나 모듈(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.

도 1a 내지 도 15를 참조하면, 차량(500)은 안테나 모듈(1000)을 구비할 수 있다. 안테나 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 모듈(1000)은 차량에서 무선 통신을 통해 텔레매틱스 동작을 수행하므로 텔레매틱스 모듈로 지칭될 수도 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈(1000) 내의 안테나 PCB(1200)는 텔레매틱스 기능을 수행하는 텔레매틱스 모듈(1200c)과 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 PCB(1200)와 텔레매틱스 모듈(1200c)은 동일 평면 상에서 인터페이스 되도록 결합될 수 있다.

도 1a 내지 도 15를 참조하여, 본 명세서의 다른 양상에 따른 안테나 모듈(1000)을 구비하는 차량(500)에 대해 설명한다. 차량(500)은 차량의 루프 하부에 배치되는 안테나 모듈(1000)을 포함한다. 차량(500)은 안테나 모듈(1000)의 내부 또는 외부에 배치되고, 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다.

안테나 모듈(1000)은 안테나 소자(1100) 및 PCB(1200)를 포함하도록 구성될 수 있다. PCB(1200)는 무선 신호를 안테나 소자(1100)로 전달하는 전송 선로가 형성되도록 구성될 수 있다. 안테나 소자(1100)는 PCB(1200)와 결합되고, 일 면에 제1 축 방향과 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 메탈 패턴들이 상호 연결되도록 구성된다.

메탈 패턴들은 제1 브랜치 라인(1100-B1) 및 제2 브랜치 라인(1100-B2)을 포함하도록 구성 가능하다. 제1 브랜치 라인(1100-B1)은 제1 축 방향에 배치된 메탈 패턴들이 제2 축 상에서 상호 중첩된 길이(overlapped length)를 갖도록 배치된다. 제2 브랜치 라인(1100-B2)은 PCB(1200)와 연결되는 제1 브랜치 라인(1100-B1)의 단부에서 PCB(1200)와 평행한 부분으로 연장되어 PCB(1200)와 수직하게 형성된다.

제1 브랜치 라인(1100-B1)은 복수의 메탈 패턴들을 포함하도록 구성 가능하다. 일 예로, 제1 브랜치 라인(1100-B1)은 제1 메탈 패턴(1110) 내지 제5 메탈 패턴(1150)을 포함하도록 구성 가능하다. 제1 메탈 패턴(1110) 내지 제5 메탈 패턴(1150)의 각각은 제1 축 또는 제2 축 상에서 분절된 복수의 서브 메탈 패턴들로 이루어질 수 있다.

제1 메탈 패턴들(1110)은 제1 축 상의 제1 지점에서 분절된 형태로 제2 축에 평행하게 배치될 수 있다. 제2 메탈 패턴들(1120)은 제1 축 상의 제2 지점에서 분절된 형태로 제2 축에 평행하게 배치될 수 있다. 제2 메탈 패턴들(1120)은 제1 축 상의 제2 지점에서 분절된 형태로 제1 메탈 패턴들(1110)에 평행하게 배치될 수 있다. 제3 메탈 패턴들(1130)은 제1 축 상의 제3 지점에서 분절된 형태로 제2 축에 평행하게 배치될 수 있다. 제3 메탈 패턴들(1130)은 제1 축 상의 제3 지점에서 분절된 형태로 제2 메탈 패턴들(1120)에 평행하게 배치될 수 있다.

안테나 소자(1100)는 제1 브랜치 라인(1100-B1)을 구성하는 제1 메탈 패턴(1110) 및 제3 메탈 패턴(1130)의 제2 축 방향에서 제1 방향으로 형성되는 전류에 의해 제1 대역에서 방사체로서 동작한다. 한편, 안테나 소자(1100)는 제2 브랜치 라인(1100-B2)을 구성하는 메탈 패턴들 중 제2 축 방향으로 형성된 메탈 패턴들에 형성되는 제1 방향의 전류에 의해 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 방사체로서 동작한다. 또한, 안테나 소자(1100)는 제1 브랜치 라인(1100-B1) 및 제2 브랜치 라인(1100-B2)을 구성하는 메탈 패턴들 중 제2 축 방향으로 형성된 메탈 패턴들에 형성되는 제1 방향의 전류에 의해 제2 대역보다 높은 제3 대역에서 방사체로서 동작한다. 이에 따라, 안테나 소자(1100)는 제1 대역 내지 제3 대역을 포함하는 WiFi 전 대역에서 방사체로서 동작한다. 또한, 안테나 소자(1100)는 상부 방향에 해당하는 제1 방향으로 형성된 전류에 의해 low elevation 빔 패턴을 형성한다.

본 명세서에서 제시되는 안테나 모듈(1000)에 여러 타입의 안테나 소자들이 배치될 수 있다. 각각의 타입의 안테나 소자도 복수의 안테나 소자로 구현되어 다중 입출력(MIMO)을 구현할 수 있다. 4G/5G 통신을 위해 복수의 안테나가 구비될 수 있다. 복수의 안테나는 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)를 포함할 수 있다. 복수의 안테나는 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4)를 포함할 수 있다.

한편, WiFi 통신을 위해 복수의 안테나가 배치될 수 있다. 일 예로, WiFi 통신을 위한 복수의 안테나는 제1 브랜치 라인(1100-B1) 및 제2 브랜치 라인(1100-B2)을 포함하는 안테나 소자로 이루어진 제1 안테나(W-ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(W-ANT2, 1100b)를 포함할 수 있다. 제1 안테나(W-ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(W-ANT2, 1100b)이 배치되는 위치는 도 15의 안테나 PCB(1200a)의 특정 위치에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 변경 가능하다.

프로세서(1400)는 제1 안테나(W-ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(W-ANT2, 1100b)를 통해 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나(W-ANT1, 1100a) 또는 제2 안테나(W-ANT2, 1100b)를 통해서만 제1 대역에서 신호를 송신 및 수신하도록 제어할 수 있다. 따라서, 프로세서(1400)는 통신 환경에 따라 MIMO 모드와 같은 다중 전송 모드와 단일 전송 모드 간에 전환이 제1 대역에서 가능하다.

프로세서(1400)는 제1 안테나(W-ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(W-ANT2, 1100b)를 통해 제1 대역보다 높은 제2 대역 및/또는 제3 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나(W-ANT1, 1100a) 또는 제2 안테나(W-ANT2, 1100b)를 통해 제2 대역 및/또는 제3 대역에서 신호를 송신 및 수신하도록 제어할 수 있다. 따라서, 프로세서(1400)는 통신 환경에 따라 MIMO 모드와 같은 다중 전송 모드와 단일 전송 모드 간에 전환이 제2 대역 및/또는 제3 대역에서 가능하다.

한편, 본 명세서의 트위스트 안테나 구조는 다양한 배치 각도로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(W-ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(W-ANT2, 1100b)는 PCB(1200)에 대해 상대적으로 회전 가능하게 PCB(1200)에 결합될 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나(W-ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(W-ANT2, 1100b) 중 적어도 하나를 PCB(1200)에 평행하게 배치되도록 회전시킬 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나(W-ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(W-ANT2, 1100b)가 모두 PCB(1200)에 평행하게 배치된 경우, 제1 안테나(W-ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(W-ANT2, 1100b)의 편파가 직교하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나(W-ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(W-ANT2, 1100b) 중 하나를 PCB(1200)의 제1 축에 수직하게 배치되도록 회전시켜, 제1 안테나(W-ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(W-ANT2, 1100b)의 제1 및 제2 편파가 직교하도록 제어할 수 있다.

다른 예로, 제1 안테나(W-ANT1, 1100a)는 PCB(1200)에 수직하게 배치되고, 제2 안테나(W-ANT2, 1100b)는 PCB(1200)에 평행하게 배치될 수 있다. 또한, 제3 안테나(W-ANT3, 1100c)가 PCB(1200)에 평행하게 배치될 수 있다. 제2 안테나(W-ANT2, 1100b)는 PCB(1200)의 제1 축에 평행하게 배치되고, 제3 안테나(W-ANT3, 1100c)는 PCB(1200)의 제1 축에 수직하게 배치될 수 있다.

프로세서(1400)는 제1 안테나(W-ANT1, 1100a)를 통해 수신된 신호가 임계 치 이하이면 제2 안테나(W-ANT2, 1100b) 및 제3 안테나(W-ANT3, 1100c) 중 하나를 통해 신호를 수신 및 송신하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제2 안테나(W-ANT2, 1100b) 및 제3 안테나(W-ANT3, 1100c)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(W-ANT1, 1100a) 내지 제3 안테나(W-ANT3, 1100c)의 위치는 도 15의 구조에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다. 복수의 안테나들을 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 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.

송수신부 회로(1250)는 각각의 방사체 모듈(1100)과 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.

송수신부 회로(1250)는 MIMO 안테나(ANT1 내지 ANT4)와 동작 가능하게 결합될 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 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, 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.

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 모듈(1000) 내의 4G/5G 통신을 위한 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 및 WiFi 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 차량에 탑재되는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량에 대해 살펴보았다. 이와 같은 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

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

차량에 탑재되는 안테나 모듈에 있어서,
전송 선로가 형성된 PCB; 및
상기 PCB와 결합되고, 일 면에 제1 축 방향과 상기 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 메탈 패턴들이 상호 연결되도록 구성된 안테나 소자를 포함하고,
상기 메탈 패턴들은,
상기 제1 축 방향에 배치된 메탈 패턴들이 상기 제2 축 상에서 상호 중첩된 길이(overlapped length)를 갖도록 배치되는 제1 브랜치 라인; 및
상기 PCB와 연결되는 상기 제1 브랜치 라인의 단부에서 상기 PCB와 평행한 부분으로 연장되어 상기 PCB와 수직하게 형성되는 제2 브랜치 라인을 포함하는, 안테나 모듈.
제1항에 있어서,
상기 제1 브랜치 라인은,
상기 제1 축 상의 제1 지점에서 분절된 형태로 상기 제2 축에 평행하게 배치되는 제1 메탈 패턴들;
상기 제1 축 상의 제2 지점에서 분절된 형태로 상기 제1 메탈 패턴들에 평행하게 배치되는 제2 메탈 패턴들;
상기 제1 축 상의 제3 지점에서 분절된 형태로 상기 제2 메탈 패턴들에 평행하게 배치되는 제3 메탈 패턴들;
상기 제1 메탈 패턴들과 상기 제2 메탈 패턴들을 연결하도록 구성되고, 상기 제1 축에 평행하게 배치되는 제4 메탈 패턴들; 및
상기 제2 메탈 패턴들과 상기 제3 메탈 패턴들을 연결하도록 구성되고, 상기 제1 축에 평행하게 배치되는 제5 메탈 패턴을 포함하는, 안테나 모듈.
제2항에 있어서,
상기 제2 메탈 패턴들은 상기 제1 메탈 패턴들 및 상기 제3 메탈 패턴들과 상기 제2 축 상에서 중첩된 길이를 갖도록 배치되고,
상기 중첩된 길이를 형성하는 상기 제1 메탈 패턴 내지 상기 제3 메탈 패턴의 상기 제2 축 상의 수직 방향의 전류 성분에 의해, 상기 안테나 소자의 방사 패턴이 low elevation 빔 패턴을 형성하는, 안테나 모듈.
제2항에 있어서,
상기 제1 축 상에서 평행하게 배치되는 상기 제4 메탈 패턴들은 상기 제2 축 상에서 제1 간격 및 상기 제1 간격보다 넓은 제2 간격으로 교대로 배치되고,
상기 제1 축 상에서 평행하게 배치되는 상기 제5 메탈 패턴들은 상기 제2 축 상에서 제3 간격 및 상기 제3 간격보다 좁은 제4 간격으로 교대로 배치되는, 안테나 모듈.
제4항에 있어서,
상기 제1 축 상에서 제1 이격 거리 및 상기 제2 축 상에 제1 중첩 길이를 갖도록 배치되는 상기 제1 메탈 패턴 및 상기 제2 메탈 패턴에 반대 방향의 전류가 형성되어, 상기 안테나 소자의 제1 커패시티브 성분을 형성하고,
상기 제1 축 상에서 제2 이격 거리 및 상기 제2 축 상에 제2 중첩 길이를 갖도록 배치되는 상기 제2 메탈 패턴 및 상기 제3 메탈 패턴에 반대 방향의 전류가 형성되어, 상기 안테나 소자의 제2 커패시티브 성분을 형성하는, 안테나 모듈.
제4항에 있어서,
상기 제4 메탈 패턴 중 상기 제2 축 상에서 상기 제1 간격으로 배치된 메탈 패턴들에 상기 제1 축 상에서 반대 방향의 전류가 형성되어, 상기 안테나 소자의 제3 커패시티브 성분을 형성하고,
상기 제5 메탈 패턴 중 상기 제2 축 상에서 상기 제4 간격으로 배치된 메탈 패턴들에 상기 제1 축 상에서 반대 방향의 전류가 형성되어, 상기 안테나 소자의 제4 커패시티브 성분을 형성하는, 안테나 모듈.
제6항에 있어서,
상기 안테나 소자는,
상기 제1 메탈 패턴 내지 상기 제5 메탈 패턴에 의한 안테나 길이에 의해 제1 인덕티브 성분을 형성하고,
상기 제1 메탈 패턴 및 상기 제3 메탈 패턴에서 상기 제2 축 상에 제1 방향으로 형성되는 전류에 의해 제2 인덕티브 성분을 형성하고,
상기 제2 메탈 패턴에서 상기 제2 축 상에 제2 방향으로 형성되는 전류에 의해 제3 인덕티브 성분을 형성하고,
상기 제1 내지 제3 인덕티브 성분과 상기 제1 내지 제4 커패시티브 성분의 조합에 의해 상기 안테나 소자가 제1 대역 내지 제3 대역에서 방사체로 동작하는, 안테나 모듈.
제7항에 있어서,
상기 안테나 소자는,
상기 제4 메탈 패턴 중 상기 제1 축 상에서 제1 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되는 메탈 패턴들의 제1 조합과 상기 제1 축 상에서 제2 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되는 메탈 패턴들의 제2 조합에 의해 제4 인덕티브 성분을 형성하고,
상기 제5 메탈 패턴 중 상기 제1 축 상에서 제1 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되는 메탈 패턴들의 제1 조합과 상기 제1 축 상에서 제2 방향으로 동일한 전류 방향이 형성되는 메탈 패턴들의 제2 조합에 의해 제5 인덕티브 성분을 형성하고,
상기 제1 내지 제5 인덕티브 성분과 상기 제1 내지 제4 커패시티브 성분의 조합에 의해 상기 안테나 소자가 제1 대역 내지 제3 대역에서 방사체로 동작하는, 안테나 모듈.
제2항에 있어서,
상기 안테나 소자는,
상기 제1 브랜치 라인을 구성하는 상기 제1 메탈 패턴 및 상기 제3 메탈 패턴의 상기 제2 축 방향에서 제1 방향으로 형성되는 전류에 의해 제1 대역에서 방사체로서 동작하고,
상기 제2 브랜치 라인의 상부 영역에 해당하는 상기 제1 브랜치 라인의 수직 방향 전류에 의해 상기 제1 대역에서 low elevation 방사 패턴을 형성하는, 안테나 모듈.
제9항에 있어서,
상기 안테나 소자는,
상기 제2 브랜치 라인을 구성하는 메탈 패턴들 중 상기 제2 축 방향으로 형성된 메탈 패턴들에 형성되는 제1 방향의 전류에 의해 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 방사체로서 동작하고,
상기 제2 브랜치 라인의 수직 방향 전류에 의해 상기 제2 대역에서 low elevation 방사 패턴을 형성하는, 안테나 모듈.
제10항에 있어서,
상기 안테나 소자는,
상기 제1 브랜치 라인 및 상기 제2 브랜치 라인을 구성하는 메탈 패턴들 중 상기 제2 축 방향으로 형성된 메탈 패턴들에 형성되는 제1 방향의 전류에 의해 상기 제2 대역보다 높은 제3 대역에서 방사체로서 동작하고,
상기 제1 브랜치 라인 및 상기 제2 브랜치 라인의 수직 방향 전류에 의해 상기 제3 대역에서 low elevation 방사 패턴을 형성하는, 안테나 모듈.
제2항에 있어서,
상기 제1 메탈 패턴들 내지 상기 제5 메탈 패턴들은 반대 방향의 전류가 형성되는 트위스트 형상의(twist shaped) 메탈 패턴을 갖는 방사체로 동작하는, 안테나 모듈.
제2항에 있어서,
상기 제4 메탈 패턴들은,
인접한 메탈 패턴 쌍이 상기 제2 축 상에서 제1 간격으로 이격된 제1 구조와 상기 제1 간격보다 큰 제2 간격으로 이격된 제2 구조가 교대로 반복되고,
상기 제5 메탈 패턴들은,
인접한 메탈 패턴 쌍이 상기 제2 축 상에서 제2 간격으로 이격된 제2 구조와 상기 제2 간격보다 작은 제1 간격으로 이격된 제1 구조가 교대로 반복되고,
상기 제4 메탈 패턴들이 상기 제1 간격 및 상기 제2 간격으로 평행하게 배치되는 구조와 상기 제5 메탈 패턴들이 상기 제2 간격 및 상기 제1 간격으로 평행하게 배치되는 구조를 통해, 상기 제1 메탈 패턴들 내지 상기 제5 메탈 패턴들은 상기 반대 방향의 전류가 형성되는 트위스트 형상의(twist shaped) 메탈 패턴을 갖는 방사체로 동작하는, 안테나 모듈.
제13항에 있어서,
상기 제1 메탈 패턴들 내지 상기 제5 메탈 패턴들은,
상기 제1 축 방향 또는 상기 제2 축 방향에서 평행하게 배치되고, 전류의 방향이 동일한 방향으로 형성되는 제1 메탈 패턴 쌍(metal patten pair); 및
상기 제1 축 방향 또는 상기 제2 축 방향에서 평행하게 배치되고, 전류의 방향이 반대 방향으로 형성되는 제2 메탈 패턴 쌍을 포함하고,
상기 제1 메탈 패턴 쌍은 상기 안테나 소자의 인덕티브 성분을 형성하고, 상기 제2 메탈 패턴 쌍은 상기 안테나 소자의 인덕티브 성분을 형성하는, 안테나 모듈.
제2항에 있어서,
상기 제1 메탈 패턴 내지 상기 제5 메탈 패턴을 포함하는 상기 제1 브랜치 라인 및 상기 제2 브랜치 라인이 형성된 상기 안테나 소자는 상기 PCB에 수직하게 형성되고,
상기 안테나 소자는 상기 PCB에 대해 상대적으로 회전 가능하게 상기 PCB에 결합되는, 안테나 모듈.
제15항에 있어서,
상기 안테나 소자가 상기 PCB와 동일 평면 상에 배치되도록 구성되고,
상기 제1 메탈 패턴 내지 상기 제5 메탈 패턴을 포함하는 상기 제1 브랜치 라인이 상기 PCB의 제1 축에 평행하게 배치되어, 상기 안테나 소자가 제1 편파로 동작하는, 안테나 모듈.
제15항에 있어서,
상기 안테나 소자가 상기 PCB와 동일 평면 상에 배치되도록 구성되고,
상기 제1 메탈 패턴 내지 상기 제5 메탈 패턴을 포함하는 상기 제1 브랜치 라인이 상기 PCB의 제1 축에 수직하게 배치되어, 상기 안테나 소자가 제2 편파로 동작하는, 안테나 모듈.
안테나 모듈을 구비하는 차량에 있어서,
상기 차량의 루프 하부 또는 상기 차량의 글래스에 배치되는 안테나 모듈; 및
상기 안테나 모듈의 내부 또는 외부에 배치되고, 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
상기 안테나 모듈은,
전송 선로가 형성된 PCB;
상기 PCB와 결합되고, 일 면에 제1 축 방향과 상기 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 메탈 패턴들이 상호 연결되도록 구성된 안테나 소자를 포함하고,
상기 메탈 패턴들은,
상기 제1 축 방향에 배치된 메탈 패턴들이 상기 제2 축 상에서 상호 중첩된 길이(overlapped length)를 갖도록 배치되는 제1 브랜치 라인; 및
상기 PCB와 연결되는 상기 제1 브랜치 라인의 단부에서 상기 PCB와 평행한 부분으로 연장되어 상기 PCB와 수직하게 형성되는 제2 브랜치 라인을 포함하는, 차량.
제18항에 있어서,
상기 제1 브랜치 라인은,
상기 제1 축 상의 제1 지점에서 분절된 형태로 상기 제2 축에 평행하게 배치되는 제1 메탈 패턴들;
상기 제1 축 상의 제2 지점에서 분절된 형태로 상기 제1 메탈 패턴들에 평행하게 배치되는 제2 메탈 패턴들;
상기 제1 축 상의 제3 지점에서 분절된 형태로 상기 제2 메탈 패턴들에 평행하게 배치되는 제3 메탈 패턴들;
상기 제1 메탈 패턴들과 상기 제2 메탈 패턴들을 연결하도록 구성되고, 상기 제1 축에 평행하게 배치되는 제4 메탈 패턴들; 및
상기 제2 메탈 패턴들과 상기 제3 메탈 패턴들을 연결하도록 구성되고, 상기 제1 축에 평행하게 배치되는 제5 메탈 패턴을 포함하는, 차량.
제19항에 있어서,
상기 안테나 소자는,
상기 제1 브랜치 라인을 구성하는 상기 제1 메탈 패턴 및 상기 제3 메탈 패턴의 상기 제2 축 방향에서 제1 방향으로 형성되는 전류에 의해 제1 대역에서 방사체로서 동작하고,
상기 제2 브랜치 라인을 구성하는 메탈 패턴들 중 상기 제2 축 방향으로 형성된 메탈 패턴들에 형성되는 제1 방향의 전류에 의해 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 방사체로서 동작하고,
상기 제1 브랜치 라인 및 상기 제2 브랜치 라인을 구성하는 메탈 패턴들 중 상기 제2 축 방향으로 형성된 메탈 패턴들에 형성되는 제1 방향의 전류에 의해 상기 제2 대역보다 높은 제3 대역에서 방사체로서 동작하는, 차량.
제20항에 있어서,
상기 안테나 모듈은 상기 제1 브랜치 라인 및 상기 제2 브랜치 라인을 포함하는 안테나 소자로 이루어진 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어하고,
상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 대역보다 높은 상기 제2대역 및 상기 제3 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어하는, 차량.
제21항에 있어서,
상기 제1 및 제2 안테나는 상기 PCB에 대해 상대적으로 회전 가능하게 상기 PCB에 결합되고,
상기 프로세서는,
상기 제1 및 제2 안테나 중 적어도 하나를 상기 PCB에 평행하게 배치되도록 회전시키고,
상기 제1 및 제2 안테나가 모두 상기 PCB에 평행하게 배치된 경우, 상기 제1 및 제2 안테나 PCB 중 하나를 상기 PCB의 제1 축에 수직하게 배치되도록 회전시켜, 상기 제1 및 제2 안테나의 제1 및 제2 편파가 직교하도록 제어하는, 차량.