KR20240046895A - 차량에 배치되는 광대역 안테나 - Google Patents

Abstract

실시 예에 따른 차량에 탑재되는 안테나 모듈이 제공된다. 상기 안테나 모듈은 전송 선로가 형성된 PCB; 상기 PCB가 배치되는 하부 커버; 상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되고, 유전체로 이루어진 일부 영역에 메탈 플레이트가 형성된 상부 커버; 상기 메탈 플레이트에 형성된 슬롯 영역과 상기 상부 커버의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성된 슬롯 방사체; 및 상기 PCB에 형성된 전송 선로의 무선 신호를 상기 슬롯 방사체를 통해 방사되도록 상기 무선 신호를 상기 슬롯 방사체로 전달하도록 구성된 급전 구조(feeding structure)를 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, LTE 통신과 같은 4G 통신 또는 5G 통신 서비스를 제공하기 위해, 안테나 구조물에 해당하는 안테나 모듈 내에 배치되는 안테나 소자가 광대역 동작할 필요가 있다. 4G 통신 또는 5G 통신을 위한 주파수 대역은 저 대역(low band, LB), 중 대역(mid band, MB) 및 고 대역(high band, HB)을 포함한다. 이와 관련하여, 4G 통신 또는 5G 통신을 위한 안테나 소자가 저 대역(LB)의 대역폭을 커버할 수 있도록 광대역으로 설계될 필요가 있다. 특히, 4G 통신 또는 5G 통신의 저 대역(LB)은 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)과 비교하여, 중심 주파수 대비 상대 대역폭 비율(relative bandwidth ratio)이 높다. 이에 따라, 저 대역(LB)에서 안테나 대역폭 요구 조건을 만족하기 어렵다는 문제점이 있다.

하지만, 기존의 안테나 소자는 대역폭이 제한되는 공진형 안테나 소자(resonance antenna element)로 구현되어 대역폭 특성이 제한되는 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 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 모듈이 제공된다. 상기 안테나 모듈은 전송 선로가 형성된 PCB; 상기 PCB가 배치되는 하부 커버; 상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되고, 유전체로 이루어진 일부 영역에 메탈 플레이트가 형성된 상부 커버; 상기 메탈 플레이트에 형성된 슬롯 영역과 상기 상부 커버의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성된 슬롯 방사체; 및 상기 PCB에 형성된 전송 선로의 무선 신호를 상기 슬롯 방사체를 통해 방사되도록 상기 무선 신호를 상기 슬롯 방사체로 전달하도록 구성된 급전 구조(feeding structure)를 포함한다.

실시 예에 따르면, 상기 슬롯 방사체는 상기 슬롯 영역의 중심 점을 기준으로 제1 축 방향으로 제1 길이로 형성되고, 상기 중심 점을 기준으로 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 구성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 측면 영역에 배치될 수 있다. 상기 슬롯 방사체는 상기 슬롯 방사체의 동작 대역 중 제1 주파수에서 상기 슬롯 영역을 둘러싸도록 형성되고, 상기 슬롯 영역의 상부 영역과 하부 영역에서 서로 다른 방향으로 형성되는 전류 분포에 의해 슬롯 모드로 동작할 수 있다. 상기 슬롯 방사체는 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수에서 상기 메탈 플레이트에서 동일한 방향으로 형성되는 전류 분포에 의해 패치 모드로 동작할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 내부 영역에 배치되어 상기 PCB에 평행하게 상기 PCB의 상부에 배치될 수 있다. 상기 슬롯 방사체는 상기 슬롯 방사체의 동작 대역 중 제1 주파수에서 슬롯 모드와 패치 모드가 합성된 제1 합성 모드로 동작할 수 있다. 상기 슬롯 방사체는 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수에서 상기 슬롯 모드로 동작할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 슬롯 모드는 상기 슬롯 영역의 상부 영역과 하부 영역에서 서로 다른 방향으로 전류 분포가 형성되도록 구성될 수 있다. 상기 패치 모드는 상기 메탈 플레이트에서 동일한 방향으로 전류 분포가 형성되도록 구성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 슬롯 방사체는 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수 사이의 제3 주파수에서 상기 슬롯 모드와 상기 패치 모드가 합성된 제2 합성 모드로 동작할 수 있다. 상기 슬롯 방사체는 상기 제3 주파수와 상기 제2 주파수 사이의 제4 주파수에서 상기 제1 합성 모드로 동작할 수 있다. 상기 제2 합성 모드에서 상기 슬롯 영역에 형성되는 전류 분포의 방향은 상기 제1 합성 모드에서 상기 슬롯 영역에 형성되는 전류 분포의 방향과 반대 방향으로 형성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 메탈 플레이트는 사출(injection) 방식으로 상기 상부 커버의 일부 영역에 부착되어 형성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 전송 선로는 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로일 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 측면 영역에 배치될 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전구조와 연결될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 PCB와 수직하게 배치되는 보조 PCB를 더 포함할 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버에 배치되고, 상기 보조 PCB 상에 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로가 형성될 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전 구조와 소정 간격 이격되어 결합되거나 또는 연결될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 급전 구조는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되고, 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 커플링되도록 상기 PCB의 높이 방향으로 상기 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장되는 제 1 연결부를 포함할 수 있다. 상기 급전 구조는 상기 중심 점보다 높은 지점에서 상기 메탈 플레이트와 소정 간격 이격되도록 구성된 제2 연결부를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 제1 연결부가 상기 메탈 플레이트와 이격된 제1 간격보다 상기 제2 연결부가 상기 메탈 플레이트와 이격된 제2 간격이 더 작도록, 상기 제2 연결부가 상기 메탈 플레이트에 상기 제1 연결부보다 더 인접하게 배치될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 제1 연결부는 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 인가 시 상기 전송 선로와 상기 슬롯 방사체 간의 임피던스 매칭이 되도록 제1 너비 및 제1 길이로 구성될 수 있다. 상기 제2 연결부는 상기 제1 너비보다 넓은 제2 너비 및 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 구성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 CPW 전송 선로의 신호 라인과 연결되고 상기 메탈 플레이트와 수직하게 배치되는 제2 방사체를 더 포함할 수 있다. 상기 슬롯 방사체는 제1 대역에서 동작하고, 상기 제2 방사체는 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 동작할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 슬롯 방사체는 상기 신호 라인 중 제1 급전 라인과 연결되고, 상기 제2 방사체는 상기 신호 라인 중 제2 급전 라인과 연결될 수 있다. 상기 제1 급전 라인으로 전달되는 상기 제1 대역의 제1 신호와 상기 제2 급전 라인으로 전달되는 상기 제2 대역의 제2 신호는 다이플렉서에 의해 상호 분리될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 슬롯 방사체와 상기 제2 방사체는 하나 이상의 필터로 구성된 필터부가 구비된 상기 신호 라인에 의해 연결될 수 있다. 상기 신호 라인으로 전달되는 상기 제1 대역의 제1 신호는 상기 슬롯 방사체로 전달되고 상기 필터부에 의해 상기 제2 방사체로 전달되지 않도록 구성될 수 있다. 상기 신호 라인으로 전달되는 상기 제2 대역의 제2 신호는 상기 제2 방사체로 전달되고 상기 필터부에 의해 상기 제1 방사체로 전달되지 않도록 구성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 슬롯 영역은 상기 급전 구조에 의해 커플링 급전되는 상기 중심 점을 기준으로 상기 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 테이퍼링 구조로 형성되는 제1 영역을 포함할 수 있다. 상기 슬롯 영역은 상기 제2 축 방향으로 너비가 일정하게 형성되는 제2 영역을 더 포함할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 슬롯 영역 중 상기 제1 영역은 상기 상부 커버의 제1 측면 영역에 배치되고, 상기 제2 영역의 적어도 일부는 상기 제1 측면 영역에 인접한 제2 측면 영역에 배치될 수 있다.

본 명세서의 다른 양상에 따른 차량은 상기 차량의 루프 하부에 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; 내부에 상기 PCB가 배치되고, 상기 차량에 부착될 수 있도록 구성된 하부 커버; 상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되고, 유전체로 이루어진 일부 영역에 메탈 플레이트가 형성된 상부 커버; 상기 메탈 플레이트에 형성된 슬롯 영역과 상기 상부 커버의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성된 슬롯 방사체; 및 상기 PCB에 형성된 전송 선로의 무선 신호를 상기 슬롯 방사체를 통해 방사되도록 상기 무선 신호를 상기 슬롯 방사체로 전달하도록 구성된 급전 구조(feeding structure)를 포함한다.

실시 예에 따르면, 상기 슬롯 방사체는 상기 슬롯 영역의 중심 점을 기준으로 제1 축 방향으로 제1 길이로 형성되고, 상기 중심 점을 기준으로 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 구성될 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 전송 선로는 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로일 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 측면 영역에 배치될 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전 구조와 연결되거나 이격되도록 결합될 수 있다. 상기 급전 구조는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되고, 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 커플링되도록 상기 PCB의 높이 방향으로 상기 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장되는 제1 연결부를 포함할 수 있다. 상기 급전 구조는 상기 중심 점보다 높은 지점에서 상기 메탈 플레이트와 소정 간격 이격되도록 구성된 제2 연결부를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 PCB와 수직하게 배치되는 보조 PCB를 더 포함할 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버에 배치되고, 상기 보조 PCB 상에 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로가 형성될 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전구조와 연결되거나 또는 이격되도록 결합될 수 있다. 상기 급전 구조는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되고, 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 커플링되도록 상기 보조 PCB의 높이 방향으로 상기 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장되는 제 1 연결부를 포함할 수 있다. 상기 급전 구조는 상기 중심 점보다 높은 지점에서 상기 메탈 플레이트와 소정 간격 이격되도록 구성된 제2 연결부를 더 포함할 수 있다.

실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 전송 선로의 신호 라인과 연결되고 상기 메탈 플레이트와 수직하게 배치되는 제2 방사체를 더 포함할 수 있다. 상기 슬롯 방사체는 제1 대역에서 동작하고, 상기 제2 방사체는 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 동작할 수 있다. 상기 안테나 모듈은 상기 슬롯 방사체와 상기 제2 방사체로 구성된 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 안테나를 통해 제1 대역에서 신호를 송신 및 수신하도록 제어할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 대역보다 높은 제2대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 제1 안테나가 배치된 제1 영역보다 상기 제2 안테나가 배치된 제2 영역을 둘러싸고 있는 메탈 영역의 면적이 더 크게 구성될 수 있다.

이와 같은 차량에 배치되는 광대역 안테나 소자를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 명세서에 따르면, 차량에 배치되면서 4G/5G 대역 중 저 대역(LB)에서도 동작할 수 있는 bow-tie 타입의 광대역 안테나 소자를 제공하기 위한 것이다.

본 명세서에 따르면, bow-tie 타입의 안테나 소자를 PCB 상의 급전 라인과 연결되는 구조를 통해 광대역 동작하면서도 높은 안테나 이득을 갖는 고효율 광대역 안테나 소자를 구현할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 광대역 안테나 소자를 비금속 재질의 안테나 모듈의 표면에 배치하여, 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 안테나 성능을 일정 수준으로 유지할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 광대역 안테나 소자를 비금속 재질의 안테나 모듈의 표면에 배치하여, 전체 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시키기 위한 것이다.

본 명세서에 따르면, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시할 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 모듈의 상부 커버의 상부 영역, 측면 영역 및 하부 영역에 안테나 소자가 배치되는 다양한 구성을 나타낸다.
도 6a는 본 명세서에 따른 안테나 소자가 상부 커버 및 하부 커버로 구성된 안테나 모듈의 상부 커버의 측면 영역에 배치되는 구성의 측면도를 나타낸다. 도 6b는 본 명세서에 따른 안테나 소자를 급전하도록 구성된 전송 선로를 나타낸다.
도 7a는 안테나 모듈의 하부 커버에 배치되는 PCB상에 구현되는 전송 선로와 안테나 소자가 결합된 구성을 나타낸다. 도 7b는 도 7a의 PCB상에 구현되는 전송 선로와 결합 가능한 안테나 소자가 결합되기 이전의 분해된 상태를 나타낸다. 도 7c는 도 7a 및 도 7b의 슬롯 방사체의 전면에서 본 전면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자의 VSWR 및 안테나 효율을 나타낸 것이다.
도 9a 및 도 9b는 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자의 제1 주파수 및 제2 주파수에서의 전계 분포(electric field distribution)를 나타낸 것이다.
도 10a 및 10b는 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자의 표면에 형성되는 전류 분포를 제1 주파수 및 제2 주파수에서 나타낸 것이다.
도 11a는 상부 커버의 전면 영역에 배치될 수 있는 안테나 소자를 포함한 방사체 모듈과 PCB를 포함하는 안테나 모듈의 분해도이다. 한편, 도 11b는 도 11a의 방사체 모듈을 확대한 도면이다.
도 12a는 도 11a의 슬롯 방사체를 포함하는 안테나 모듈의 측면도이다. 또한, 도 12b는 보조 PCB 상에 연결되는 슬롯 방사체로 무선 신호를 급전하는 급전 구조의 다양한 크기로 형성되는 예시를 나타낸 것이다.
도 13a 및 도 13b는 급전 구조의 제2 연결부의 너비 및 길이 변화에 따라 안테나 입력 임피던스 특성 및 VSWR을 나타낸 것이다.
도 14는 하부 커버에 평행하게 안테나 소자가 배치되는 구성 및 이러한 구성에 따른 안테나 소자의 VSWR 특성을 나타낸다.
도 15는 저대역(LB) 내의 상이한 주파수들에서의 메탈 플레이트에 형성되는 전류 분포를 나타낸 것이다.
도 16은 분리 급전 구조를 갖는 방사체 모듈을 나타낸다.
도 17은 단일 급전 구조를 갖는 방사체 모듈을 나타낸다.
도 18은 도 16 및 도 17의 급전 구조에 따른 안테나의 VSWR을 나타낸 것이다.
도 19a는 방사체 모듈이 PCB 상에 서로 다른 위치에 배치된 구조를 나타낸 것이다.
도 19b는 차량에서 금속 재질로 형성된 루프가 배치됨에 따라 특정 위치에 배치된 방사체 모듈의 이득 특성을 나타낸 것이다.
도 20은 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 (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 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.

이하에서는 본 명세서에 따른 광대역 안테나 소자 및 안테나 소자를 구비하는 차량용 안테나 모듈에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 5는 안테나 모듈의 상부 커버의 상부 영역, 측면 영역 및 하부 영역에 안테나 소자가 배치되는 다양한 구성을 나타낸다.

도 5 (a) 내지 도 5(f)를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 안테나 모듈(1000)의 형태로 구현될 수 있다. 도 5 (a) 및 도 5 (b)를 참조하면, 안테나 모듈(100)의 상부 커버(1320)의 측면 영역에 안테나 소자(1210)가 배치되어, 상부 커버(1320)의 측면 영역으로 무선 신호를 방사할 수 있다. 도 5 (a)는 상부 커버(1320)의 측면 영역에 안테나 소자(1210)가 부착되어, 상부 커버(1320)의 측면 영역으로 무선 신호를 방사하는 구조이다. 도 5 (b)는 하부 커버(1310)의 측면 영역에 안테나 소자(1210)가 부착되는 구조이다. 도 5 (b)는 하부 커버(1310)의 측면 영역에 안테나 소자(1210)가 부착되어, 도 5(a)의 상부 커버(1320)의 측면 영역으로 무선 신호를 무선 신호를 방사하는 구조이다.

도 5 (c) 및 도 5 (d)를 참조하면, 안테나 모듈(100)의 상부 커버(1320)의 전면 영역에 안테나 소자(1210b)가 배치되어, 상부 커버(1320)의 전면 영역으로 무선 신호를 방사할 수 있다. 도 5 (c)는 상부 커버(1320)의 전면 영역 중 내부 영역에 안테나 소자(1210b)가 부착되어, 상부 커버(1320)의 전면 영역으로 무선 신호를 방사하는 구조이다. 도 5 (d)는 상부 커버(1320)의 전면 영역 중 외부 영역에 안테나 소자(1210)가 부착되어, 상부 커버(1320)의 전면 영역으로 무선 신호를 방사하는 구조이다.

도 5 (e) 및 도 5 (f)를 참조하면, 안테나 모듈(100)의 하부 커버(1310)에 평행하게 안테나 소자(1210b)가 배치되어, 상부 커버(1320)의 전면 영역으로 무선 신호를 방사할 수 있다. 도 5 (e)는 하부 커버(1310)의 내부 영역에 안테나 소자(1210b)가 부착되어, 상부 커버(1320)의 전면 영역으로 무선 신호를 방사하는 구조이다. 도 5 (f)는 하부 커버(1310)와 소정 간격 이격되게 배치되어, 상부 커버(1320)의 전면 영역으로 무선 신호를 방사하는 구조이다.

도 5 (a) 및 도 5 (b)를 참조하면, 안테나 모듈(100)의 상부 커버(1320)의 측면 영역에 안테나 소자(1210)가 배치될 수 있다. 도 5 (c) 및 도 5 (d)를 참조하면, 안테나 모듈(100)의 상부 커버(1320)의 전면 영역 (상부 영역)에 안테나 소자(1210b)가 배치될 수 있다

안테나 소자(1210)는 4G/5G 통신을 위한 저대역(low band, LB)에서 동작하는 광대역 안테나일 수 있다. 안테나 소자(1210)는 약 600 내지 700MHz 대역에서 안테나 성능이 개선되도록 구성될 수 있다. 안테나 소자(1210)는 600 내지 700MHz 대역을 포함한 약 600 내지 960MHz 대역의 LB 대역 전체에 걸쳐 방사체로 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 안테나 소자(1210) 이외에 안테나 모듈(100) 내에 배치되는 별도의 안테나 소자를 이용하여 안테나 모듈(100)을 통해 2.5 내지 5GHz에서도 통신 서비스를 제공하도록 구성될 수 있다.

안테나 소자(1210)는 메탈 플레이트(metal plate, 1321, 1322)에 형성된 슬롯 영역(slot region, SR)과 상부 커버(1320)의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성된 슬롯 방사체일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나 소자(1210)는 메탈 플레이트(1321)에 슬롯 영역(SR)이 bow-tie 슬롯 구조로 형성된 bow-tie 슬롯 안테나 소자일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 메탈 플레이트(1321, 1322)는 사출(injection) 방식으로 안테나 모듈(1000)의 상부 커버(1320)의 일부 영역에 부착되어 형성될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 메탈 플레이트(1321)는 사출 방식으로 상부 커버(1320)의 측면 영역에 부착되어 형성될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 메탈 플레이트(1322)는 사출 방식으로 상부 커버(1320)의 전면 영역에 부착되어 형성될 수 있다.

도 6a는 본 명세서에 따른 안테나 소자가 상부 커버 및 하부 커버로 구성된 안테나 모듈의 상부 커버의 측면 영역에 배치되는 구성의 측면도를 나타낸다. 도 6b는 본 명세서에 따른 안테나 소자를 급전하도록 구성된 전송 선로를 나타낸다.

한편, 도 7a는 안테나 모듈의 하부 커버에 배치되는 PCB상에 구현되는 전송 선로와 안테나 소자가 결합된 구성을 나타낸다. 도 7b는 도 7a의 PCB상에 구현되는 전송 선로와 결합 가능한 안테나 소자가 결합되기 이전의 분해된 상태를 나타낸다. 도 7c는 도 7a 및 도 7b의 슬롯 방사체의 전면에서 본 전면도이다. 도 6a 내지 도 7c를 참조하면, 본 명세서의 메인 특징은 1) bow-tie 구조를 안테나 모듈의 커버에 메탈 영역에 적용하여 저 대역(LB) 동작을 위한 안테나 구조에 있다. 또한, 메인 특징은 2) 사출 케이스에 슬롯(slot)이 적용된 메탈 평면형 패치(metal planar patch)를 안테나 모듈의 커버에 부착하는 구조에 있다. 또한, 메인 특징은 3) CPW 급전 구조를 형성하여, 안테나를 패치 모드와 슬롯 모드로 동작하도록 하여 광대역 특성을 구현한 것에 있다.

도 6a을 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 모듈(1000)은 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320)를 포함하도록 구성될 수 있다.

PCB(printed circuit board, 1200)는 안테나 소자(1210) 및 전자 부품들이 배치되도록 구성될 수 있다. 하부 커버(1310)는 PCB(1200)의 하부에 배치되고, 안테나 소자(1210)가 배치되는 영역에 대응하는 영역에 슬롯 영역(SR)이 형성된 메탈 플레이트(1321)로 구성될 수 있다. 상부 커버(1320)는 하부 커버(1310)와 체결되어 내부에 PCB(1200)가 수용되도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 따른 광대역 안테나는 슬롯 영역(SR)이 형성된 메탈 플레이트(1321)가 방사체로 동작하는 안테나 소자(1210)로 구성될 수 있다.

한편, 안테나 소자(1210)가 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320) 사이의 공간에 배치되어, 도 3a 내지 도 3c와 같이 차량 루프 외부 또는 내부에 안테나 모듈(1000)로 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(1210)를 포함한 부품들아 차량 루프 내부에 배치될 수 있다.

도 5a 내지 도 7b를 참조하여, 차량에 탑재되는 안테나 모듈(1000)에 대해 설명한다. PCB(1200)에 전송 선로(1201)가 형성될 수 있다. 전송 선로(1220a)는 급전 라인(FL)과 동일 기판상의 양 측면에 그라운드 패턴(GP)이 형성된 CPW(co-planar waveguide) 전송 선로일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

이와 관련하여 도 6b (a)를 참조하면, CPW 전송 선로(1220a)는 급전 라인(FL)과 동일 기판상의 양 측면에 그라운드 패턴(GP)이 형성될 수 있다. 급전 라인(FL) 및 그라운드 패턴(GP)은 메탈 패턴으로 형성될 수 있다. 급전 라인(FL)과 그라운드 패턴(GP) 사이의 영역은 유전체 영역으로 형성될 수 있다. 따라서, 급전 라인(FL)과 그라운드 패턴(GP) 사이의 영역은 메탈 패턴이 제거된 갭(G) 영역에 해당한다.

도 6b (a)를 참조하면, 마이크로 스트립 라인 구조에 비해 CPW 구조는 중앙의 메탈 라인, 즉 급전 라인(FL)의 폭이 급전 라인(FL)과 그라운드 패턴(GP)과의 갭(G) 간격보다 더 넓다. 도 6b (a)와 같은 CPW 전송 선로(1220a)는 슬롯 방사체(1210)와 같은 안테나 구조를 급전하기 적합한 구조이다. 다시 말해, CPW 전송 선로(1220a)는 급전 라인(FL)에 인접하게 배치된 그라운드 패턴(GP)에 의해 고주파수 대역에서 RF 신호를 저 손실로 전달할 수 있는 안정적인 특성을 갖는다.

도 6b (b) 및 도 6b (c)는 마이크로 스트립 라인 타입의 제1 전송 선로 및 CPW 타입의 제2 전송 선로의 측면도를 나타낸다. 도 6b (b)를 참조하면, 제1 전송 선로는 유전체 기판의 상부 레이어 급전 라인(FL)이 형성되고, 하부 레이어에 그라운드 레이어(GL)가 배치된다. 도 6b (c)를 참조하면, 제2 전송 선로는 유전체 기판의 상부 레이어 급전 라인(FL)이 형성되고, 급전 라인(FL)의 양 측에 그라운드 패턴(GP)이 배치된다.

도 6b (d)는 도 6b (b)의 마이크로 스트립 라인 구조에서 급전 라인(FL)의 측면에 메탈 패턴이 배치된 것이다. 도 6b (e)는 도 6b (c)의 CPW 전송 선로 구조에서 급전 라인(FL)의 하부에 그라운드 레이어가 배치된 것이다. 도 6b (d)의 마이크로 스트립 라인 구조에서 급전 라인(FL)의 폭에 비해 제1 갭(G)의 간격이 더 크다. 반면에, 도 6b (e)의 CPW 전송 선로 구조에서 급전 라인(FL)의 폭에 비해 제2 갭(G)의 간격이 더 작다.

한편, 본 명세서에 따른 안테나 모듈(1000)은 PCB(1200)가 배치되도록 하부 커버(1310)가 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 6a와 같이 PCB(1200)와 하부 커버(1310)는 컨택 부(contact portion, 1311)에 의해 결합될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, PCB(1200)의 그라운드가 하부 커버(1310)의 상부에 접촉되도록 배치될 수도 있다.

상부 커버(1320)는 하부 커버(1310)와 체결되어 내부에 PCB(1200)가 수용되고, 유전체로 이루어진 일부 영역에 메탈 플레이트(1321)가 형성되도록 구성될 수 있다. 하부 커버(1310)의 일부분이 상부 커버(1320)의 기구의 측면 하단부를 둘러싸도록 하부 커버(1310)가 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 하부 커버(1310)는 안테나 모듈(100) 내에서 발생하는 열을 외부로 배출하도록 메탈 재질로 형성될 수 있다. 하부 커버(1310)는 방열이 가능하도록 히트 싱크로 구성될 수 있다. 이에 따라, 하부 커버(1310)가 상부 커버(1320)의 메탈 플레이트(1321)와 연결되고, 하부 커버(1310)가 그라운드와 연결될 수 있다. 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320)의 메탈 플레이트(1321)는 PCB(1200)의 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 하부 커버(1310)와 상부 커버(1320)의 결합 구조(1312)에 의해 기구적 안정성이 확보되고 메탈 플레이트(1321)가 그라운드로 동작하여, 슬롯 방사체(1210)가 안테나로 동작한다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, PCB(1200)와 메탈 플레이트(1321)가 형성된 상부 커버(1320)가 결합되도록 결합 구조(1311, 1312)가 형성될 수 있다. 결합 구조(1312)는 하부 커버(1310)와 상부 커버(1320)가 체결되도록 구성될 수 있다. 결합 구조(1311, 1312)는 상부 커버(1320)의 측면 영역의 메탈 플레이트(1321)와 PCB(1200)가 전기적으로 연결되도록 한다. 결합 구조(1311, 1312)는 일부분이 상부 커버(1320)의 기구 구조와 결합되어 PCB(1200)와 연결될 수 있다. 결합 구조(1311, 1312)는 일체로 형성될 수 있다. 결합 구조(1311, 1312) 중 하나로만 구현되고 나머지 하나는 선택적으로 구현될 수도 있다.

안테나 소자(1210)는 슬롯 방사체(1210)로 구현될 수 있다. 슬롯 방사체(1210)는 메탈 플레이트(1321)에 형성된 슬롯 영역(SR)과 상부 커버(1320)의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 급전 구조(feeding structure, 1220)는 PCB(1200)에 형성된 전송 선로(1220a)의 무선 신호를 슬롯 방사체(1210)를 통해 방사되도록 구성된다. 급전 구조(1220)는 무선 신호를 전달하도록 슬롯 방사체(1210)로 전달하도록 구성된다.

급전 구조(1220)는 제1 연결부(1221) 및 제2 연결부(1222)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 연결부(1221)는 PCB(1200) 상에 형성된 CPW 전송 선로(1220a)의 신호 라인과 수직하게 연결된다. 제1 연결부(1221)는 슬롯 영역(SR)으로 무선 신호가 커플링되도록 PCB(1200)의 높이 방향 (y축 방향)으로 슬롯 영역(SR)의 중심 점보다 높은 지점까지 연장된다. 제1 연결부(1221)는 제1 너비 및 제1 길이로 형성될 수 있다.

제2 연결부(1222)는 슬롯 영역(SR)의 중심 점보다 높은 지점에서 소정 길이, 즉 제2 길이로 형성된다. 제2 연결부(1222)는 제2 너비 및 제2 길이로 형성될 수 있다. 제2 연결부(1222)는 슬롯 영역(SR)의 중심 점보다 높은 지점에서 메탈 플레이트(1321)와 소정 간격 이격되도록 구성될 수 있다. 즉, 제2 연결부(1222)는 제1 연결부(1221)보다 메탈 플레이트(1321)에 z축 방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 메탈 플레이트(1321)가 상부 커버(1320)의 측면 영역의 외부에 부착되고, 제2 연결부(1222)는 상부 커버(1320)의 측면 영역의 내부에 부착될 수 있다. 따라서, 제2 연결부(1222)와 메탈 플레이트(1321)는 상호 간 무선 신호 커플링을 위해 상부 커버(1320)의 측면 영역의 두께만큼 이격될 수 있다.

제1 연결부(1221)가 메탈 플레이트(1321)와 이격된 제1 간격보다 제2 연결부(1222)가 메탈 플레이트(1322)와 이격된 제2 간격이 더 작게 설정될 수 있다. 따라서, 제2 연결부(1222)가 메탈 플레이트(1321)에 제1 연결부(1221)보다 더 인접하게 배치될 수 있다.

제1 연결부(1221)는 슬롯 영역(SR)으로 무선 신호가 인가 시 전송 선로와 슬롯 방사체(1210) 간의 임피던스 매칭이 되도록 제1 너비 및 제1 길이로 구성되다. 한편, 제2 연결부(1222)는 제1 너비보다 넓은 제2 너비 및 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 구성될 수 있다.

도 7c를 참조하면, 슬롯 방사체(1210)는 슬롯 영역(SR)의 중심 점을 기준으로 제1 축, 즉 x축 방향으로 제1 길이로 형성된다. 한편, 슬롯 방사체(1210)는 슬롯 영역(SR)의 중심 점을 기준으로 제2 축, 즉 y축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 구성될 수 있다.

도 7c를 참조하면, 슬롯 영역(SR)은 제2 축, 즉 y축 방향으로 제1 영역(SR1) 및 제2 영역(SR2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 영역(SR1)은 급전 구조(1220)에 의해 커플링 급전되는 중심 점을 기준으로 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 테이퍼링 구조로 형성될 수 있다. 제2 영역(SR2)은 제2 축 방향으로 너비가 일정한 구조로 형성될 수 있다. 슬롯 방사체(1210)가 형성된 메탈 플레이트(1310)는 벤딩 가능한 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 슬롯 방사체(1210)가 형성된 메탈 플레이트(1310)는 FPCB와 같은 유연성 기판(flexible substrate)상에 배치될 수 있다.

따라서, 슬롯 방사체(1210)는 유연한 형태로 구성될 수 있다. 슬롯 방사체(1210)는 일정 지점에서 벤딩되어 상부 커버(1320)의 서로 다른 측면에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 슬롯 영역(SR) 중 제1 영역(SR1)은 상부 커버(1320)의 제1 측면 영역에 배치되고, 제2 영역(SR2)의 적어도 일부는 제1 측면 영역에 인접한 제2 측면 영역에 배치될 수 있다. 제1 벤딩 라인(BL1)을 기준으로 제2 영역(SR2)의 적어도 일부는 제2 측면 영역에 배치될 수 있다.

한편, 제1 영역(SR1)은 상부 커버(1320)의 제1 측면 영역에 배치되고, 제1 영역(R1)의 일 측 단부와 제2 영역(SR2)이 제1 측면 영역에 인접한 제2 측면 영역에 배치될 수 있다. 제2 벤딩 라인(BL2)을 기준으로 제1 영역(R1)의 일 측 단부와 제2 영역(SR2)이 제2 측면 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 측면 영역과 제2 측면 영역은 도 5 (a) 및 도 5 (b)의 제1 측면 영역(S1) 및 제1 측면 영역(S1)에 인접한 제2 측면 영역(S2)일 수 있다. 이에 따라, 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320)의 측면에 서로 다른 슬롯 방사체들이 배치되는 경우 슬롯 방사체들 간 이격 거리를 확보하여, 상호 격리도를 개선할 수 있다.

Bow-tie 슬롯 영역(SR)을 구비한 메탈 플레이트(1321)에 슬롯 영역(SR)을 가로지르는 형태로 결합되는 급전 구조(1220)가 형성될 수 있다. Bow-tie 슬롯 영역(SR)을 가로지르는 형태로 결합되는 급전 구조(1220)에 의해, 슬롯 방사체(1210)는 슬롯 모드와 패치 모드의 두 모드가 조합되어 슬롯 방사체(1210)가 광대역 안테나로 동작하게 된다.

이와 관련하여, 도 8a 및 도 8b는 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자의 VSWR 및 안테나 효율을 나타낸 것이다. 한편, 도 9a 및 도 9b는 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자의 제1 주파수 및 제2 주파수에서의 전계 분포(electric field distribution)를 나타낸 것이다.

도 7 및 도 8a를 참조하면, 안테나 소자(1210)는 LB 내에서 낮은 주파수인 제1 주파수와 높은 주파수인 제2 주파수에서 이중 공진한다. 안테나 소자(1210)는 LB 전체 대역에 걸쳐서 약 2 이하의 VSWR (voltage standing wave ratio) 값을 갖는다. 또한, 도 8a의 VSWR 시뮬레이션 결과를 참조하면, 안테나 소자(1210)는 LB 내에서 제1 주파수와 제2 주파수에서 낮은 VSWR 값을 가지므로 제1 주파수와 제2 주파수에서 이중 공진한다.

이와 관련하여, 제1 주파수에서 안테나 소자(1210)는 제1 모드 (슬롯 모드)로 동작한다. 반면에, 제2 주파수에서 안테나 소자(1210)는 제2 모드 (패치 모드)로 동작한다. 일 예로, 제1 주파수 및 제2 주파수는 약 620MHz 및 950 MHz일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 안테나 소자(1210)는 제1 모드 (슬롯 모드)와 제2 모드 (패치 모드)가 합쳐져서 LB 전체 대역에 걸쳐서 광대역 안테나로서 동작할 수 있다.

도 7 및 도 8b를 참조하면, LB 전체 대역에 걸쳐서 안테나 소자(1210)의 안테나 효율은 약 60% 이상의 높은 효율을 갖는다. 도 8b를 참조하면, 620MHz 내지 960 MHz의 각 주파수에서 -3.9dB 이상의 안테나 이득을 갖는다. 이와 관련하여, 해당 안테나 이득 값은 안테나 소자의 수직 방향인 boresight를 기준으로 약 60도 내지 90도, 수평 방향을 기준으로 약 0도 내지 30도의 낮은 앙각(low elevation angle) 범위에서 측정된다. 따라서, 도 7 내지 도 8b를 참조하면, VSWR 특성 및 안테나 효율 특성을 고려하면 안테나 소자(1210)는 LB 전체 대역에 걸쳐서 광대역 안테나로서 동작한다.

도 7 및 도 9a를 참조하면, 620MHz에서 슬롯 영역(SR)에서 E-필드가 가장 높게 형성되어, 안테나 소자(1210)는 제1 모드 (슬롯 모드)로 동작한다. 이와 관련하여, 슬롯 영역(SR)과 메탈 플레이트(1311)의 경계 영역 사이의 메탈 영역(metal region, MR)에서 E-필드가 낮은 값을 갖는다. 또한, 슬롯 영역(SR)과 함께 E-필드가 높게 형성되는 메탈 플레이트(1311)의 경계 영역(BR)에서 E-필드는 경계 영역(BR)에 평행한 수평 성분이 크게 나타난다. 즉, 메탈 플레이트(1311)의 경계 영역(BR)에서 E-필드의 수평 성분이 E-필드의 수직 성분보다 우세(dominant)하여, 제1 주파수에서 제1 모드(슬롯 모드)로 동작한다.

도 7 및 도 9b를 참조하면, 950MHz에서 메탈 플레이트(1311)의 경계 영역(BR)에서 E-필드 분포가 가장 높게 형성되어, 안테나 소자(1210)는 제2 모드 (패치 모드)로 동작한다. 이와 관련하여, 슬롯 영역(SR)과 메탈 플레이트(1311)의 경계 영역 사이의 메탈 영역(MR)에서 E-필드가 도 9a의 메탈 영역에서의 E-필드보다 높은 값을 갖는다. 또한, E-필드가 높게 형성되는 메탈 플레이트(1311)의 경계 영역(BR)에서 E-필드는 경계 영역(BR)에 평행한 수평 성분과 수직한 수평 성분이 모두 나타난다. 즉, 메탈 플레이트(1311)의 경계 영역(BR)에서 E-필드의 수평 성분과 수직 성분이 모두 존재하여, 제2 주파수에서 제2 모드(패치 모드)로 동작한다.

한편, 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자의 표면에 형성되는 전류 분포(current distribution)에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 10a 및 10b는 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자의 표면에 형성되는 전류 분포를 제1 주파수 및 제2 주파수에서 나타낸 것이다.

전술한 바와 같이, 안테나 소자(1210)는 제1 주파수에서의 제1 모드 (슬롯 모드)와 제2 모드 (패치 모드)가 합쳐져서 LB 전체 대역에 걸쳐서 광대역 안테나로서 동작할 수 있다. 일 예로, 제1 주파수 및 제2 주파수는 약 620MHz 및 950 MHz일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 주파수에서 안테나 소자(1210)에 형성되는 전류 분포는 제1 모드 (슬롯 모드)로 형성된다. 반면에, 제2 주파수에서 안테나 소자(1210)에 형성되는 전류 분포는 제2 모드 (패치 모드)로 형성된다.

도 7 및 도 10a를 참조하면, 620MHz에서 안테나 소자(1210)는 제1 모드 (슬롯 모드)로 동작하고, 제1 모드에서 등가 전류 분포(equivalent current distribution)는 슬롯 영역(SR)의 경계를 따라 서로 다른 방향으로 형성된다. 도 5a 및 도 7과 같이 메탈 플레이트(1321)는 상부 커버(1320)의 측면 영역에 배치될 수 있다.

슬롯 방사체는(1210)는 슬롯 방사체의 동작 대역 중 제1 주파수에서 슬롯 모드로 동작할 수 있다. 즉, 슬롯 방사체는(1210)는 제1 주파수에서 슬롯 영역(SR)을 둘러싸도록 형성되는 전류 분포에 의해 슬롯 모드로 동작한다. 슬롯 방사체는(1210)는 슬롯 영역(SR)의 상부 영역(upper region, UR)과 하부 영역(lower region, LR)에서 서로 다른 방향으로 형성되는 전류 분포에 의해 슬롯 모드로 동작한다. 따라서, 슬롯 모드에서 슬롯 방사체(1210)의 전류 분포는 슬롯 영역(SR)의 중심을 기준으로 서로 다른 방향으로 형성되는 루프 형태로 형성된다.

도 7 및 도 10b를 참조하면, 950MHz에서 안테나 소자(1210)는 제2 모드 (패치 모드)로 동작하고, 제2 모드에서 등가 전류 분포는 슬롯 영역(SR)의 경계를 따라 동일한 방향으로 형성된다. 도 5a 및 도 7과 같이 메탈 플레이트(1321)는 상부 커버(1320)의 측면 영역에 배치될 수 있다.

슬롯 방사체(1210)는 슬롯 방사체의 동작 대역 중 제2 주파수에서 패치 모드로 동작할 수 있다. 즉, 슬롯 방사체는(1210)는 제2 주파수에서 메탈 플레이트(1321)에서 동일한 방향으로 형성되는 전류 분포에 의해 패치 모드로 동작한다. 슬롯 방사체는(1210)는 슬롯 영역(SR)의 상부 영역(UR)과 하부 영역(LR)에서 동일한 방향으로 형성되는 전류 분포에 의해 패치 모드로 동작한다. 한편, 슬롯 영역(SR)의 일 측면 방향에서는 수평 방향의 전류 성분이 우세하고, 슬롯 영역(SR)의 일 측면 방향에서는 타 측면 방향에서는 수직 방향의 전류 성분이 우세하다 따라서, 패치 모드에서 슬롯 방사체(1210)의 전류 분포는 슬롯 영역(SR)의 중심을 기준으로 슬롯 영역(SR)의 경계를 따라 기울어진 각도로 형성된다.

한편, 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자는 상부 커버(1320)의 전면 영역에 배치될 수도 있다. 이와 관련하여, 도 11a는 상부 커버의 전면 영역에 배치될 수 있는 안테나 소자를 포함한 방사체 모듈과 PCB를 포함하는 안테나 모듈의 분해도이다. 한편, 도 11b는 도 11a의 방사체 모듈을 확대한 도면이다.

이와 관련하여, 도 12a는 도 11a의 슬롯 방사체를 포함하는 안테나 모듈의 측면도이다. 또한, 도 12b는 보조 PCB 상에 연결되는 슬롯 방사체로 무선 신호를 급전하는 급전 구조의 다양한 크기로 형성되는 예시를 나타낸 것이다.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 메탈 플레이트(1322)는 상부 커버(1320)의 내부 영역에 배치되어 PCB(1200)에 평행하게 PCB(1200)의 상부에 배치될 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 메인 PCB에 해당하는 PCB(1200) 이외에 보조 PCB(1100b)를 더 포함할 수 있다. 메탈 플레이트(1322)는 상부 커버(1320)에 배치되고, 보조 PCB(1100b) 상에 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로가 형성될 수 있다. 메탈 플레이트(1322)는 CPW 전송 선로의 신호 라인과 수직하게 연결되는 급전 구조(1220)와 소정 간격 이격되어 결합되거나 또는 연결될 수 있다.

안테나 모듈(1000)은 슬롯 방사체(1210b) 이외에 제2 방사체(1230)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 슬롯 방사체(1210b)는 급전 구조(1220)에 의해 무선 신호가 인가될 수 있다. 제2 방사체(1230)는 제2 급전 라인(1220b)에 의해 무선 신호가 인가될 수 있다. 제2 방사체(1230)와 연결된 제2 급전 라인(1220b)은 PCB(1200)의 CPW 전송 선로의 신호 라인으로 구현될 수 있다. 따라서, 제2 방사체(1230)는CPW 전송 선로의 신호 라인과 연결되고 메탈 플레이트(1322)와 수직하게 배치될 수 있다.

제2 방사체(1230)의 형상은 광대역 동작 위해 너비가 점진적으로 증가되도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제2 방사체(1230)의 형상은 반원(semi-circle) 형상으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 슬롯 방사체(1210, 1210b)는 제1 대역에서 동작하고, 제2 방사체(1230)는 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 동작할 수 있다. 일 예로, 제2 대역은 4G/5G통신과 연관된 중 대역(mid band, MB) 및 고 대역(high band, HB)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 급전 구조(1220)는 제1 연결부(1221) 및 제2 연결부(1222)를 포함하도록 구성될 수 있다. 급전 구조(1220)는 제1 연결부(1221)와 제2 연결부(1222)를 연결하도록 구성된 제3 연결부(1223)을 더 포함할 수 있다. 제1 연결부(1221)는 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결될 수 있다. 제1 연결부(1221)는 슬롯 영역(SR)으로 무선 신호가 커플링되도록 보조 PCB(1220b)의 높이 방향으로 슬롯 영역(SR)의 중심 점보다 높은 지점까지 연장될 수 있다.

한편, 제1 연결부(1221)보다 제2 연결부(1222)가 메탈 플레이트(1322)에 더 인접하게 배치된다. 즉, 제1 연결부(1221)가 메탈 플레이트(1322)와 이격된 제1 간격보다 제2 연결부(1222)가 메탈 플레이트(1322)와 이격된 제2 간격이 더 작다. 따라서, 제2 연결부(1222)가 메탈 플레이트(1322)에 제1 연결부(1221)보다 더 인접하게 배치된다.

제1 연결부(1221)는 슬롯 영역(SR)으로 무선 신호가 인가 시 전송 선로와 슬롯 방사체(1210b) 간의 임피던스 매칭이 되도록 제1 너비 및 제1 길이로 구성될 수 있다. 제2 연결부(1222)는 제1 너비보다 넓은 제2 너비 및 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 구성될 수 있다. 따라서, 제2 너비보다 좁은 제1 너비 및 제2 길이보다 긴 제1 길이를 갖는 제1 연결부(1221)는 방사체보다 전송 선로의 라인과 유사하게 동작한다. 반면에, 제1 너비보다 넓은 제2 너비 및 제1 길이보다 짧은 제2 길이를 갖는 제2 연결부(1222)는 전송 선로의 라인보다 방사체와 유사하게 동작한다. 따라서, 전송 선로 => 제1 연결부 => 제2 연결부 => 방사체로의 전환 구조에 따라 전송 선로에서 방사체로의 단계적인 임피던스 매칭이 이루어질 수 있다.

도 12b를 참조하면, 제2 연결부(1222)의 제2 너비 및 제2 길이는 최적의 안테나 성능을 위해 조정될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a 및 도 13b는 급전 구조의 제2 연결부의 너비 및 길이 변화에 따라 안테나 입력 임피던스 특성 및 VSWR을 나타낸 것이다.

도 12b 내지 도 13b를 참조하면, 제2 연결부(1222)의 제2 너비 및 제2 길이는 4x12.5mm에서 7x12.5mm로 너비가 증가할 수 있다. 한편, 제2 연결부(1222)의 제2 너비 및 제2 길이는 7x12.5mm에서 7x18.5mm로 길이가 증가할 수 있다. 또한, 제2 연결부(1222)의 제2 너비 및 제2 길이는 4x12.5mm에서 7x18.5mm로 너비 및 길이가 모두 증가할 수 있다. 이와 관련하여, 제2 연결부(1222)와 메탈 플레이트(1322) 간의 갭은 약 0.5mm로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 13a를 참조하면, 실선은 안테나 입력 임피던스의 실수 부(real part)를 나타내고 점선은 안테나 입력 임피던스의 허수 부(imaginary part)를 나타낸다. 도 12b 및 도 13a를 참조하면, 4x12.5mm에서 7x12.5mm로 제2 연결부(1222)의 너비가 증가함에 따라 실수 부가 50ohm에 근접하여 임피던스 매칭 특성이 향상된다. 한편, 7x12.5mm에서 7x18.5mm로 제2 연결부(1222)의 길이가 증가함에 따라 허수 부의 커패시티브 성분이 상쇄되어 임피던스 매칭 특성이 향상된다.

따라서, 도 12b 내지 도 13b를 참조하면, 4x12.5mm에서 7x12.5mm로 제2 연결부(1222)의 너비가 증가함에 따라 저대역(LB)에서 특히 600-700MHz 대역의 안테나 성능이 향상된다. 또한, 7x12.5mm에서 7x18.5mm로 제2 연결부(1222)의 길이가 증가함에 따라 저대역(LB) 중 800MHz 이상 대역에서 다소 안테나 성능이 열화(degrade)되지만, 600-700MHz 대역의 안테나 성능은 더 향상된다. 특히, 600 MHz 부근에서의 안테나 성능의 마진 확보를 위해 제2 연결부(1222)의 길이를 더 증가, 예컨대 12.5mm에서 18.5mm까지 더 증가시킬 수 있다.

도 11a 내지 도 12b와 같이, 상부 커버(1320)의 전면 영역에 안테나 소자(1210b)가 배치 시, 안테나 소자(1210)가 상부 커버(1320)의 측면 영역에 배치된 경우에 비해 더 복수의 모드로 동작할 수 있다. 도 8a 내지 도 9b를 참조하면, 안테나 소자(1210)는 제1 모드 (슬롯 모드) 및 제2 모드 (패치 모드)로 동작한다.

이와 관련하여, 도 14는 하부 커버에 평행하게 안테나 소자가 배치되는 구성 및 이러한 구성에 따른 안테나 소자의 VSWR 특성을 나타낸다. 한편, 도 15는 저대역(LB) 내의 상이한 주파수들에서의 메탈 플레이트에 형성되는 전류 분포를 나타낸 것이다.

도 14(a)를 참조하면, 메탈 플레이트(1322)는 하부 커버(1310)에 평행하게 하부 커버(1310)의 상부에 배치될 수 있다. 도 12a, 도 12b 및 도 14(a)를 참조하면, 메탈 플레이트(1322)는 상부 커버(1320)의 내부 영역에 배치되어 PCB(1200)에 평행하게 PCB(1200)의 상부에 배치될 수 있다.

도 12a, 도 12b 및 도 14(b)를 참조하면, 안테나 소자에 해당하는 슬롯 방사체(1210b)는 저대역(LB) 내의 서로 다른 주파수들에서 다중 공진하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 슬롯 방사체(1210b)는 저대역(LB) 내의 제1 주파수 내지 제4 주파수에서 서로 다른 모드로 공진하도록 구성될 수 있다.

도 12a, 도 12b 및 도 15(a)를 참조하면, 슬롯 방사체(1210b)는 슬롯 방사체의 동작 대역 중 제1 주파수 (620MHz)에서 슬롯 모드와 패치 모드가 합성된 제1 합성 모드로 동작한다. 도 12a, 도 12b 및 도 15(d)를 참조하면, 슬롯 방사체(1210b)는 동작 대역 중 제1 주파수보다 높은 제2 주파수 (950MHz)에서 슬롯 모드로 동작한다. 슬롯 모드는 슬롯 영역(SR)의 상부 영역(UR)과 하부 영역(LR)에서 서로 다른 방향으로 전류 분포가 형성되도록 구성된다. 패치 모드는 메탈 플레이트(1322)에서 동일한 방향으로 전류 분포가 형성되도록 구성된다. 제1 주파수 (620MHz)에서 형성되는 패치 모드는 메탈 플레이트(1322)의 상부 영역(UR)에서 일 방향으로만 형성될 수 있다.

도 12a, 도 12b 및 도 15(b)를 참조하면, 슬롯 방사체(1210b)는 제1 주파수와 제2 주파수 사이의 제3 주파수 (720MHz)에서 슬롯 모드와 패치 모드가 합성된 제2 합성 모드로 동작한다. 도 12a, 도 12b 및 도 15(c)를 참조하면, 슬롯 방사체(1210b)는 제3 주파수와 제2 주파수 사이의 제4 주파수 (840MHz)에서 슬롯 모드와 패치 모드가 합성된 제1 합성 모드로 동작한다. 따라서, 슬롯 방사체(1210b)는 제1 주파수 (620MHz)와 제4 주파수 (840MHz)에서 동일한 제1 합성 모드로 동작한다.

제2 합성 모드에서 슬롯 영역(SR)에 형성되는 전류 분포의 방향은 제1 합성 모드에서 슬롯 영역(SR)에 형성되는 전류 분포의 방향과 반대 방향으로 형성된다. 한편, 제2 합성 모드에서 형성되는 패치 모드는 메탈 플레이트(1322)의 상부 영역(UR)에서 일 방향으로만 형성될 수 있다. 반면에, 제2 합성 모드에서 형성되는 패치 모드는 메탈 플레이트(1322)의 하부 영역(LR)에서 타 방향으로만 형성될 수 있다.

따라서, 도 12a 및 도 12b와 같이 상부 커버(1320)의 전면 영역에 배치된 슬롯 방사체(1210b)가 도 7과 같이 상부 커버(1320)의 측면 영역에 배치된 슬롯 방사체(1210)보다 더 많은 모드에서 동작한다. 따라서, 상부 커버(1320)의 전면 영역에 배치된 슬롯 방사체(1210b)가 상부 커버(1320)의 측면 영역에 배치된 슬롯 방사체(1210)보다 반사 계수 특성 및 대역폭 특성이 더 향상될 수 있다.

한편, 본 명세서에서 제시되는 방사체 모듈을 구성하는 슬롯 방사체와 제2 방사체는 분리 급전 구조(separate feed structure) 또는 단일 급전 구조(single feed structure)에 의해 급전될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16은 분리 급전 구조를 갖는 방사체 모듈을 나타낸다. 반면에, 도 17은 단일 급전 구조를 갖는 방사체 모듈을 나타낸다.

도 16(a)는 슬롯 방사체(1210b)와 제2 방사체(1230)가 분리 급전 구조로 형성된 구조이고, 도 16(b)는 도 16(a)의 분리 급전 구조의 블록도이다. 도 17(a)는 슬롯 방사체(1210)와 제2 방사체(1230)가 단일 급전 구조로 형성된 구조이고, 도 17(b)는 도 17(a)의 단일 급전 구조의 블록도이다. 이와 관련하여, 슬롯 방사체(1210b)는 제1 대역인 저 대역(LB)에서 동작하는 방사체이다. 제2 방사체(1230)는 제2 대역인 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에서 동작하는 방사체이다. 따라서, 제1 대역에서 동작하는 슬롯 방사체(1210b)를 제1 방사체 또는 LB 안테나로 지칭할 수 있다. 제2 대역에서 동작하는 제2 방사체(1230)를 제2 방사체 또는 MHB 안테나로 지칭할 수 있다.

한편, 도 16 (a) 및 도 17 (a)의 슬롯 방사체(1210b)는 도 11a 및 도 11b와 같이 상부 커버(1320)의 전면 영역에 배치되는 구조에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 도 16 (a) 및 도 17 (a)의 슬롯 방사체는 도 6a 내지 도 7b와 같이 상부 커버(1320)의 측면 영역에 배치되는 슬롯 방사체(1210)로 구성될 수 있다.

도 11b 및 도 16을 참조하면, 슬롯 방사체(1210, 1210b)는 신호 라인 중 제1 급전 라인(FL1)과 연결되고, 제2 방사체(1230)는 신호 라인 중 제2 급전 라인(FL2)과 연결될 수 있다. 제1 급전 라인(FL1)으로 전달되는 제1 대역의 제1 신호와 제2 급전 라인(FL2)으로 전달되는 제2 대역의 제2 신호는 다이플렉서(1240)에 의해 상호 분리될 수 있다.

이와 관련하여, 제1 급전 라인(FL1)은 도 11b의 급전 구조(1120)으로 구성될 수 있다. 한편, 제2 급전 라인(FL2)은 도 11b의 제2 급전 라인(1220b)로 구성될 수 있다. 제1 급전 라인(FL1)에 해당하는 급전 구조(1120)와 제2 급전 라인(FL2)에 해당하는 제2 급전 라인(1220b)은 도 16(b)의 다이플렉서(1240)에 연결되어 상호 분리될 수 있다. 따라서, 급전 구조(1120)를 통해 전달되는 제1 대역의 제1 신호와 제2 급전 라인(1220b)를 통해 전달되는 제2 대역의 제2 신호는 도 16(b)의 다이플렉서(1240)에 의해 상호 분리될 수 있다.

도 11b 및 도 17을 참조하면, 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230)는 하나 이상의 필터로 구성된 필터부(1240b)가 구비된 신호 라인에 의해 연결된다. 필터부(1240b)는 복수의 필터로 구성된 다단 필터(multi-stage filter)일 수 있다. 필터부(1240b)는 대역 차단 필터(band stop filter, BSF)로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 필터부(1240b)는 저대역 통과 필터(low pass filter, LPF), 대역 통과 필터(band pass filter, BPF), 고대역 통과 필터(high pass filter, HPF) 및 대역 차단 필터(BSF) 중 적어도 하나로 구현될 수도 있다.

신호 라인으로 전달되는 제1 대역의 제1 신호는 슬롯 방사체(1210, 1210b)로 전달되고 필터부(1240b)에 의해 제2 방사체(1230)로 전달되지 않도록 구성될 수 있다. 한편, 신호 라인으로 전달되는 제2 대역의 제2 신호는 제2 방사체(1230)로 전달되고 필터부에 의해 슬롯 방사체(1210, 1210b)로 전달되지 않도록 구성될 수 있다. 신호 라인은 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230)을 급전하도록 구성된 급전 라인(FL)일 수 있다. 급전 라인(FL)은 도 16의 분리된 제1 및 제2 급전 라인(FL1, FL2) 형태가 아닌 단일 급전 라인 구조로 형성된다.

도 18은 도 16 및 도 17의 급전 구조에 따른 안테나의 VSWR을 나타낸 것이다. 도 18(a)는 분리 급전 구조의 제1 급전 라인에서의 슬롯 방사체와 제2 급전 라인에서의 제2 방사체의 VSWR을 나타낸 것이다. 도 16 및 도 18(a)를 참조하면, 분리 급전 구조의 제1 급전 라인(FL1)에서의 VSWR은 슬롯 방사체(1210, 1210b)의 VSWR에 해당한다.

이와 관련하여, 슬롯 방사체(1210, 1210b)는 저 대역(LB)인 제1 대역에서 동작하는 제1 방사체 (LB 안테나)로 동작한다. 반면에, 제2 방사체(1230)는 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에 해당하는 제2 대역에서 동작하는 MHB 안테나로 동작한다. 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230) 간에 상호 분리 구조에 의해 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230) 간 격리도가 향상된다.

도 18(b)는 단일 급전 구조의 급전 라인에서의 슬롯 방사체와 제2 방사체의 VSWR을 나타낸 것이다. 도 16 및 도 18(b)를 참조하면, 단일 급전 구조의 급전 라인(FL)에서의 VSWR은 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230)의 VSWR에 해당한다.

이와 관련하여, 슬롯 방사체(1210, 1210b)는 저 대역(LB)인 제1 대역에서 동작하는 제1 방사체 (LB 안테나)로 동작한다. 반면에, 제2 방사체(1230)는 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에 해당하는 제2 대역에서 동작하는 MHB 안테나로 동작한다. 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230) 간에 결합 구조에 의해 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230)를 통해 전체 대역에서 안테나 성능이 향상된다.

한편, 본 명세서에서 제시되는 복수의 광대역 안테나 소자로 이루어진 방사체 모듈은 PCB상의 특정 위치에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 19a는 방사체 모듈이 PCB 상에 서로 다른 위치에 배치된 구조를 나타낸 것이다. 도 19(a)는 PCB(1200) 상의 제1 영역에 배치된 방사체 모듈(1100a)을 나타낸다. 한편, 도 19(b)는 PCB(1200) 상의 제2 영역에 배치된 방사체 모듈(1100b)을 나타낸다.

도 19(a) 및 도 19(b)를 참조하면, 차량의 루프(2000) 내에 방사체 모듈(1100a,1100b)이 배치된 구성을 나타낸다. 방사체 모듈(1100a,1100b)이 배치되는 제1 영역 및 제2 영역의 상부 영역에 해당하는 루프(2000) 영역은 무선 신호가 통과하도록 비금속 재질로 형성된다. 도 19(c)는 도 19(b)에서 방사체 모듈(1100b)이 배치된 제2 영역을 확대한 것이다.

PCB(1200) 상의 제1 영역은 position A에 해당하는 PCB(1200)상의 좌측 상부 영역일 수 있다. PCB(1200) 상의 제2 영역은 position B에 해당하는 PCB(1200)상의 우측 하부 영역일 수 있다. 이와 관련하여, PCB(1200) 상의 제1 영역 및 제2 영역에 각각 제1 방사체 모듈(1100a)과 제2 방사체 모듈(1100b)이 배치될 수 있다. 제1 방사체 모듈(1100a)과 제2 방사체 모듈(1100b)은 동시에 동작하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다.

한편, 도 19b는 차량에서 금속 재질로 형성된 루프가 배치됨에 따라 특정 위치에 배치된 방사체 모듈의 이득 특성을 나타낸 것이다. 도 19b를 참조하면, 제1 대역에 해당하는 LB와 제2 대역에 해당하는 MB에서의 이득 특성을 나타낸 것이다. 이와 관련하여, 차량의 수직 면을 기준으로 약 60도 내지 90도 범위에서 평균 이득(average gain)을 나타낸 것이다. 다시 말해, 차량의 수평 면을 기준으로 약 0도 내지 30도 범위의 낮은 앙각 (low elevation angle) 범위에서의 평균 이득을 나타낸 것이다.

도 19a 및 도 19b를 참조하면, 금속 재질의 루프가 배치되지 않은 경우에 비해 루프가 배치된 경우 제1 대역 및 제2 대역에서 약간의 이득 감소가 발생한다. 한편, 제2 대역에서 방사체 모듈이 배치된 위치, 즉 position A와 position B에 따른 안테나 성능 변화는 크지 않다. 이와 관련하여 position A에 배치된 제1 방사체 모듈(1100a)의 주변 금속 영역의 면적이 position B에 배치된 제2 방사체 모듈(1100b)의 주변 금속 영역의 면적보다 작다. 이에 따라, position B에 배치된 제2 방사체 모듈(1100b)의 이득 값이 position B에 배치된 제1 방사체 모듈(1100a)의 이득 값보다 크다고 예측된다.

하지만, 제2 대역에서는 제2 방사체 모듈(1100b)의 이득 값과 제1 방사체 모듈(1100a)의 이득 값이 차이가 거의 발생하지 않는다. 따라서, 제1 방사체 모듈(1100a)과 제2 방사체 모듈(1100b)이 모두 배치된 경우, 이들 간에 안테나 성능 차이는 거의 발생하지 않는다. 이에 따라, 제2 대역의 제2 신호는 제1 방사체 모듈(1100a) 또는 제2 방사체 모듈(1100b)을 통해 방사되거나 이들 모두를 통해 방사되도록 구성될 수 잇다.

반면에, 저대역(LB)인 제1 대역에서 제2 방사체 모듈(1100b)의 이득 값이 제1 방사체 모듈(1100a)의 이득 값보다 크다. 따라서, 제1 방사체 모듈(1100a)과 제2 방사체 모듈(1100b)이 모두 배치된 경우, 제2 방사체 모듈(1100b)을 통해 무선 신호를 방사하는 것이 안테나 성능 관점에서 유리할 수 있다. 이에 따라, 제1 대역의 제1 신호는 제2 방사체 모듈(1100b)을 통해 방사되도록 구성될 수 있다.

이상에서는 본 명세서에 따른 광대역 안테나 소자를 구비하는 안테나 모듈에 대해 설명하였다. 이러한 안테나 모듈과 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 20은 실시 예에 따른 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다. 도 20은 안테나 시스템에 해당하는 안테나 모듈이 차량 루프 내부에 배치되어, 주변 전자 기기, 차량 및 인프라 구조와 통신을 수행하는 차량의 구성도를 나타낸다.

도 20를 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 20을 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 20을 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 20을 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 PCB(1200), 하부 커버(1310), 상부 커버(1320), 슬롯 방사체(1210, 1210b) 및 급전 구조(feeding structure, 1220)를 포함하도록 구성될 수 있다. PCB(1200)에 전송 선로가 형성되고, 상기 전송 선로는 CPW 전송 선로일 수 있다. 하부 커버(1310)는 내부에 PC(1200)가 배치되고, 차량에 부착될 수 있도록 구성될 수 있다. 상부 커버(1320)는 하부 커버(1310)와 체결되어 내부에 PCB(1200)가 수용되고, 유전체로 이루어진 일부 영역에 메탈 플레이트(1321, 1322)가 형성될 수 있다.

슬롯 방사체(1210, 1210b)는 메탈 플레이트(1321, 1322)에 형성된 슬롯 영역(SR)과 상부 커버(1320)의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 급전 구조(1220)는 PCB(1200)에 형성된 전송 선로의 무선 신호를 슬롯 방사체(1210, 1210b)를 통해 방사되도록 무선 신호를 슬롯 방사체(1210, 1210b)로 전달하도록 구성된다. 슬롯 방사체(1210, 1210b)는 슬롯 영역(SR)의 중심 점을 기준으로 제1 축 방향으로 제1 길이로 형성되고, 중심 점을 기준으로 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 구성될 수 있다.

PCB(1200) 또는 보조 PCB(1200b) 상의 전송 선로는 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로로 구성될 수 있다. 메탈 플레이트(1321)는 상부 커버(1320)의 측면 영역에 배치될 수 있다. 메탈 플레이트(1321)는 CPW 전송 선로의 신호 라인과 수직하게 연결된 급전 구조(1220)와 연결되거나 이격되도록 결합될 수 있다.

급전 구조(1220)는 제1 연결부(1221) 및 제2 연결부(1222)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 연결부(1221)는 CPW 전송 선로의 신호 라인과 수직하게 연결되고, 슬롯 영역(SR)으로 무선 신호가 커플링되도록 PCB(1200)의 높이 방향으로 슬롯 영역(SR)의 중심 점보다 높은 지점까지 연장될 수 있다. 제2 연결부(1222)는 중심 점보다 높은 지점에서 메탈 플레이트(1321)와 소정 간격 이격되도록 구성될 수 있다.

안테나 모듈(1000)은 PCB(1200)와 수직하게 배치되는 보조 PCB(1200b)를 더 포함할 수 있다. 메탈 플레이트(1322)는 상부 커버(1320)의 전면 영역에 배치되고, 보조 PCB(1200b) 상에 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로가 형성될 수 있다. 메탈 플레이트(1322)는 CPW 전송 선로의 신호 라인과 수직하게 연결되는 급전 구조(1220)와 연결되거나 이격되도록 결합될 수 있다.

급전 구조(1220)는 제1 연결부(1221) 및 제2 연결부(1222)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 연결부(1221)는 PCB(1200)의 CPW 전송 선로의 신호 라인과 수직하게 연결되고, 슬롯 영역(SR)으로 무선 신호가 커플링되도록 보조 PCB(1200b)의 높이 방향으로 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장될 수 있다. 제2 연결부(1222)는 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점에서 메탈 플레이트(1322)와 소정 간격 이격되도록 구성될 수 있다.

안테나 모듈(1000)은 보조 PCB(1200b) 상의 전송 선로의 신호 라인과 연결되고 메탈 플레이트(1321, 1322)와 수직하게 배치되는 제2 방사체(1230)를 더 포함할 수 있다. 슬롯 방사체(1210, 1210b)는 제1 대역에서 동작하고, 제2 방사체(1230)는 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 동작할 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230)로 구성된 복수의 안테나를 포함할 수 있다. 복수의 안테나는 제1 안테나(ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(ANT2, 1100b)를 포함할 수 있다. 복수의 안테나는 제3 안테나(ANT3, 1100c) 및 제4 안테나(ANT4, 1100d)를 포함할 수 있다.

프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(ANT2, 1100b)를 통해 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1, 1100a)를 통해서만 제1 대역에서 신호를 송신 및 수신하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(ANT2, 1100b)를 통해 제1 대역보다 높은 제2대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1, 1100a)가 배치된 제1 영역보다 제2 안테나(ANT2, 1100b)가 배치된 제2 영역을 둘러싸고 있는 메탈 영역의 면적이 더 크게 구성될 수 있다.

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 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 차량에 배치되는 광대역 안테나 소자를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량에 대해 설명하였다. 이와 같은 차량에 배치되는 광대역 안테나 소자를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 명세서에 따르면, 차량에 배치되면서 4G/5G 대역 중 저 대역(LB)에서도 동작할 수 있는 bow-tie 타입의 광대역 안테나 소자를 제공하기 위한 것이다.

본 명세서에 따르면, bow-tie 타입의 안테나 소자를 PCB 상의 급전 라인과 연결되는 구조를 통해 광대역 동작하면서도 높은 안테나 이득을 갖는 고효율 광대역 안테나 소자를 구현할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 광대역 안테나 소자를 비금속 재질의 안테나 모듈의 표면에 배치하여, 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 안테나 성능을 일정 수준으로 유지할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 광대역 안테나 소자를 비금속 재질의 안테나 모듈의 표면에 배치하여, 전체 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시키기 위한 것이다.

본 명세서에 따르면, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시할 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 모듈에 있어서,
   전송 선로가 형성된 PCB;
   상기 PCB가 배치되는 하부 커버;
   상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되고, 유전체로 이루어진 일부 영역에 메탈 플레이트가 형성된 상부 커버;
   상기 메탈 플레이트에 형성된 슬롯 영역과 상기 상부 커버의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성된 슬롯 방사체; 및
   상기 PCB에 형성된 전송 선로의 무선 신호를 상기 슬롯 방사체를 통해 방사되도록 상기 무선 신호를 상기 슬롯 방사체로 전달하도록 구성된 급전 구조(feeding structure)를 포함하고,
   상기 슬롯 방사체는 상기 슬롯 영역의 중심 점을 기준으로 제1 축 방향으로 제1 길이로 형성되고, 상기 중심 점을 기준으로 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 구성되는, 안테나 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 측면 영역에 배치되고,
   상기 슬롯 방사체는,
   상기 슬롯 방사체의 동작 대역 중 제1 주파수에서 상기 슬롯 영역을 둘러싸도록 형성되고, 상기 슬롯 영역의 상부 영역과 하부 영역에서 서로 다른 방향으로 형성되는 전류 분포에 의해 슬롯 모드로 동작하고,
   상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수에서 상기 메탈 플레이트에서 동일한 방향으로 형성되는 전류 분포에 의해 패치 모드로 동작하는, 안테나 모듈.
3. 제1항에 있어서,
   상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 내부 영역에 배치되어 상기 PCB에 평행하게 상기 PCB의 상부에 배치되고,
   상기 슬롯 방사체는,
   상기 슬롯 방사체의 동작 대역 중 제1 주파수에서 슬롯 모드와 패치 모드가 합성된 제1 합성 모드로 동작하고,
   상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수에서 상기 슬롯 모드로 동작하는, 안테나 모듈.
4. 제3항에 있어서,
   상기 슬롯 모드는 상기 슬롯 영역의 상부 영역과 하부 영역에서 서로 다른 방향으로 전류 분포가 형성되도록 구성되고,
   상기 패치 모드는 상기 메탈 플레이트에서 동일한 방향으로 전류 분포가 형성되도록 구성되는, 안테나 모듈.
5. 제4항에 있어서,
   상기 슬롯 방사체는,
   상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수 사이의 제3 주파수에서 상기 슬롯 모드와 상기 패치 모드가 합성된 제2 합성 모드로 동작하고,
   상기 제3 주파수와 상기 제2 주파수 사이의 제4 주파수에서 상기 제1 합성 모드로 동작하고,
   상기 제2 합성 모드에서 상기 슬롯 영역에 형성되는 전류 분포의 방향은 상기 제1 합성 모드에서 상기 슬롯 영역에 형성되는 전류 분포의 방향과 반대 방향으로 형성되는, 안테나 모듈.
6. 제1항에 있어서,
   상기 메탈 플레이트는 사출(injection) 방식으로 상기 상부 커버의 일부 영역에 부착되어 형성되는, 안테나 모듈.
7. 제1항에 있어서,
   상기 전송 선로는 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로이고,
   상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 측면 영역에 배치되고,
   상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전구조와 연결되는, 안테나 모듈.
8. 제7항에 있어서,
   상기 급전 구조는,
   상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되고, 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 커플링되도록 상기 PCB의 높이 방향으로 상기 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장되는 제 1 연결부; 및
   상기 중심 점보다 높은 지점에서 상기 메탈 플레이트와 소정 간격 이격되도록 구성된 제2 연결부를 포함하는, 안테나 모듈.
9. 제1항에 있어서,
   상기 PCB와 수직하게 배치되는 보조 PCB를 더 포함하고,
   상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버에 배치되고, 상기 보조 PCB 상에 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로가 형성되고,
   상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전 구조와 소정 간격 이격되어 결합되거나 또는 연결되는, 안테나 모듈.
10. 제9항에 있어서,
    상기 급전 구조는,
    상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되고, 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 커플링되도록 상기 보조 PCB의 높이 방향으로 상기 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장되는 제 1 연결부; 및
    상기 중심 점보다 높은 지점에서 상기 메탈 플레이트와 소정 간격 이격되도록 구성된 제2 연결부를 포함하는, 안테나 모듈.
11. 제8항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제1 연결부가 상기 메탈 플레이트와 이격된 제1 간격보다 상기 제2 연결부가 상기 메탈 플레이트와 이격된 제2 간격이 더 작도록, 상기 제2 연결부가 상기 메탈 플레이트에 상기 제1 연결부보다 더 인접하게 배치되는, 안테나 모듈.
12. 제8항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제1 연결부는 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 인가 시 상기 전송 선로와 상기 슬롯 방사체 간의 임피던스 매칭이 되도록 제1 너비 및 제1 길이로 구성되고,
    상기 제2 연결부는 상기 제1 너비보다 넓은 제2 너비 및 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 구성되는, 안테나 모듈.
13. 제7항 또는 제9 항에 있어서,
    상기 CPW 전송 선로의 신호 라인과 연결되고 상기 메탈 플레이트와 수직하게 배치되는 제2 방사체를 더 포함하고,
    상기 슬롯 방사체는 제1 대역에서 동작하고, 상기 제2 방사체는 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 동작하는, 안테나 모듈.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 슬롯 방사체는 상기 신호 라인 중 제1 급전 라인과 연결되고, 상기 제2 방사체는 상기 신호 라인 중 제2 급전 라인과 연결되고,
    상기 제1 급전 라인으로 전달되는 상기 제1 대역의 제1 신호와 상기 제2 급전 라인으로 전달되는 상기 제2 대역의 제2 신호는 다이플렉서에 의해 상호 분리되는, 안테나 모듈.
15. 제13 항에 있어서,
    상기 슬롯 방사체와 상기 제2 방사체는 하나 이상의 필터로 구성된 필터부가 구비된 상기 신호 라인에 의해 연결되고,
    상기 신호 라인으로 전달되는 상기 제1 대역의 제1 신호는 상기 슬롯 방사체로 전달되고 상기 필터부에 의해 상기 제2 방사체로 전달되지 않고,
    상기 신호 라인으로 전달되는 상기 제2 대역의 제2 신호는 상기 제2 방사체로 전달되고 상기 필터부에 의해 상기 제1 방사체로 전달되지 않는, 안테나 모듈.
16. 제1 항에 있어서,
    상기 슬롯 영역은,
    상기 급전 구조에 의해 커플링 급전되는 상기 중심 점을 기준으로 상기 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 테이퍼링 구조로 형성되는 제1 영역; 및
    상기 제2 축 방향으로 너비가 일정하게 형성되는 제2 영역을 포함하고,
    상기 슬롯 영역 중 상기 제1 영역은 상기 상부 커버의 제1 측면 영역에 배치되고, 상기 제2 영역의 적어도 일부는 상기 제1 측면 영역에 인접한 제2 측면 영역에 배치되는, 안테나 모듈.
17. 안테나 모듈을 구비하는 차량에 있어서,
    상기 차량의 루프 하부에 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;
    내부에 상기 PCB가 배치되고, 상기 차량에 부착될 수 있도록 구성된 하부 커버;
    상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되고, 유전체로 이루어진 일부 영역에 메탈 플레이트가 형성된 상부 커버;
    상기 메탈 플레이트에 형성된 슬롯 영역과 상기 상부 커버의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성된 슬롯 방사체; 및
    상기 PCB에 형성된 전송 선로의 무선 신호를 상기 슬롯 방사체를 통해 방사되도록 상기 무선 신호를 상기 슬롯 방사체로 전달하도록 구성된 급전 구조(feeding structure)를 포함하고,
    상기 슬롯 방사체는 상기 슬롯 영역의 중심 점을 기준으로 제1 축 방향으로 제1 길이로 형성되고, 상기 중심 점을 기준으로 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 구성되는, 차량.
18. 제17항에 있어서,
    상기 전송 선로는 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로이고,
    상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 측면 영역에 배치되고,
    상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전 구조와 연결되거나 이격되도록 결합되고,
    상기 급전 구조는,
    상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되고, 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 커플링되도록 상기 PCB의 높이 방향으로 상기 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장되는 제1 연결부; 및
    상기 중심 점보다 높은 지점에서 상기 메탈 플레이트와 소정 간격 이격되도록 구성된 제2 연결부를 포함하는, 차량.
19. 제18항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 상기 PCB와 수직하게 배치되는 보조 PCB를 더 포함하고,
    상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버에 배치되고, 상기 보조 PCB 상에 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로가 형성되고,
    상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전구조와 연결되거나 또는 이격되도록 결합되고,
    상기 급전 구조는,
    상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되고, 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 커플링되도록 상기 보조 PCB의 높이 방향으로 상기 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장되는 제 1 연결부; 및
    상기 중심 점보다 높은 지점에서 상기 메탈 플레이트와 소정 간격 이격되도록 구성된 제2 연결부를 포함하는, 차량.
20. 제17항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 상기 전송 선로의 신호 라인과 연결되고 상기 메탈 플레이트와 수직하게 배치되는 제2 방사체를 더 포함하고, 상기 슬롯 방사체는 제1 대역에서 동작하고, 상기 제2 방사체는 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 동작하고,
    상기 안테나 모듈은 상기 슬롯 방사체와 상기 제2 방사체로 구성된 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 안테나를 통해 제1 대역에서 신호를 송신 및 수신하도록 제어하고,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 대역보다 높은 제2대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어하고,
    상기 제1 안테나가 배치된 제1 영역보다 상기 제2 안테나가 배치된 제2 영역을 둘러싸고 있는 메탈 영역의 면적이 더 큰 것을 특징으로 하는, 차량.

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