KR20240070594A - 차량에 배치되는 광대역 안테나 - Google Patents

Abstract

안테나 모듈은 전송 선로가 형성된 PCB; 및 상기 PCB와 결합되고, 제1 면에 급전선과 안테나 패턴이 형성되고 제2 면에 그라운드 패턴이 형성된 안테나 PCB를 포함한다. 상기 그라운드 패턴은 상기 급전선이 형성된 영역에 상기 급전선의 너비보다 넓은 제1 너비를 갖도록 형성된 제1 그라운드 패턴 및 상기 제1 그라운드 패턴의 일 단부에서 연장되어, 제1 축 방향으로 제2 너비 및 제2 축 방향으로 제2 길이로 형성된 제2 그라운드 패턴을 포함할 수 있다. 상기 그라운드 패턴은 상기 제2 그라운드 패턴의 일 단부에서 벤딩(bending)되게 연장되어, 상기 제2 축 방향으로 제3 너비 및 상기 제1 축 방향으로 제3 길이로 형성된 제3 그라운드 패턴을 더 포함할 수 있다.

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 V2X 통신 서비스를 제공하기 위하여, V2X 통신용 안테나가 차량에 구비될 필요가 있다. 이러한 V2X 통신 서비스와 관련하여, 차량용 V2X 안테나는 760MHz대역 이외에 5.9GHz 대역 및7GHz 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 차량에 배치되면서 광대역 V2X 통신 서비스를 제공할 수 있는 광대역 안테나 소자를 제공하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은 3GPP Release 16에서 넓은 대역폭으로 높은 데이터 전송률을 지원하는 NR V2X를 지원하는 차량용 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은 3GPP Release 17에서 고려될 수 있는 주파수 대역까지 커버할 수 있는 NR V2X를 지원하는 차량용 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은 차량에 배치되면서 low elevation 빔 패턴을 구현할 수 있는 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은 사고방지, 운전 편의성 향상, 연비 증진 등 다양한 서비스를 제공하기 위한 차량 주변의 모든 것과 데이터를 송신 및 수신하는 차량용 광대역 V2X 안테나들을 제공할 수 있다.

본 명세서의 다른 일 목적은 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 안테나 성능을 일정 수준으로 유지하고 low elevation 빔 패턴을 유지하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 low elevation 빔 패턴을 유지하면서 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 상부 도전 패턴(top conductive pattern)과 상기 상부 도전 패턴의 양 단부에서 연장되는 제1 및 제2 측면 도전 패턴을 포함하는 상기 제1 방사체 구조; 및 상기 상부 도전 패턴과 연결되고, 복수의 도전 패턴들이 상호 연결되어 제1 측면 내지 제4 측면을 형성하고, 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 방사체 구조를 포함하고, 상기 제2 방사체 구조는 유전체 구조의 제1 측면 내지 제4 측면에 배치되는 헬리컬 라인들로 구성될 수 있다.

실시 예로, 상기 안테나 모듈은 비아 홀을 통해 급전부에 연결되는 도전 패턴으로 형성되고, 상기 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제3 방사체 구조를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 방사체 구조 및 상기 제2 방사체 구조의 헬리컬 라인에 의해 상기 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.

실시 예로, 상기 제2 방사체 구조는 상기 상부 도전 패턴의 일 측 단부에 연결되는 상부 브랜치와 상기 급전부와 연결되는 하부 브랜치를 포함할 수 있다. 상기 상부 브랜치, 상기 상부 브랜치와 상기 하부 브랜치 사이에 형성되는 도전 패턴들 및 상기 하부 브랜치에 의해 상기 제1 측면 내지 제4 측면 상에 헬리컬 라인들로 형성된 헬리컬 방사체로 동작할 수 있다.

실시 예로, 상기 안테나 모듈은 상기 제1 방사체 구조의 상기 상부 도전 패턴과 상기 제1 및 제2 측면 패턴을 지지하고, 상기 제2 방사체 구조의 복수의 도전 패턴들을 지지하도록 구성된 유전체 구조를 더 포함하는, 안테나 모듈.

실시 예로, 상기 제2 방사체 구조는 상기 상부 도전 패턴의 일 측 단부에 연결되고, 상기 상부 브랜치를 형성하는 제1 도전 패턴; 일 단부가 상기 제1 도전 패턴과 연결되고, 절곡되어 타 단부가 형성된 제2 도전 패턴; 및 일 단부가 상기 제2 도전 패턴의 타 단부와 연결되고, 타 단부가 상기 하부 브랜치의 일 단부와 연결되게 형성된 제3 도전 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제2 방사체 구조는 일 단부가 상기 제3 도전 패턴의 타 단부와 연결되고, 절곡된 타 단부가 유전체 기판에 배치되는 제4 도전 패턴; 및 상기 제4 도전 패턴의 일 측 상의 지점에서 연장되게 형성된 제5 도전 패턴을 더 포함할 수 있다.

실시 예로, 상기 제2 도전 패턴의 일 부분, 상기 제3 도전 패턴의 일 부분 및 상기 제5 도전 패턴의 일 부분은 상기 제1 측면 도전 패턴을 향하도록 상기 제1 측면 상에 배치될 수 있다.

실시 예로, 상기 제1 측면 상에 배치되는 상기 제3 도전 패턴의 하단과 상기 제5 도전 패턴의 상단 사이의 간격은 1.0mm 이하로 설정되어, 상기 제2 방사체 구조가 상기 제2 주파수 대역에서 동작할 수 있다.

실시 예로, 상기 제1 측면 상에 배치되는 상기 제3 도전 패턴의 하부 및 상기 제5 도전 패턴의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조(interdigital structure)로 형성되어, 상기 제2 방사체 구조가 상기 제2 주파수 대역에서 동작할 수 있다.

실시 예로, 상기 제1 측면에 인접한 제2 측면 상에 배치되는 상기 제2 도전 패턴의 하부 및 상기 제5 도전 패턴의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조로 형성되어, 상기 제2 방사체 구조가 상기 제2 주파수 대역에서 동작할 수 있다.

실시 예로, 상기 제1 측면에 인접한 제2 측면 상에 상기 제1 도전 패턴의 제1 서브 패턴 및 상기 제4 도전 패턴의 제2 서브 패턴이 각각 상기 상부 브랜치 및 상기 하부 브랜치를 형성할 수 있다. 상기 제1 도전 패턴의 제2 서브 패턴, 상기 제2 도전 패턴의 제2 서브 패턴 및 상기 제4 도전 패턴의 제1 서브 패턴은 상기 제2 측면 상에서 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제2 도전 패턴의 제3 서브 패턴 및 상기 제5 도전 패턴의 제1 서브 패턴은 상기 제2 측면 상에서 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조로 평행하게 배치될 수 있다.

실시 예로, 상기 제1 주파수 대역은 760MHz 대역이고, 상기 제2 주파수 대역은 n38 대역인 2.6GHz 대역이고, 상기 제3 주파수 대역은 n47 대역인 5.9GHz 대역이고, 상기 제4 주파수 대역인 7GHz 대역일 수 있다. 상기 제1 방사체 구조 내지 상기 제3 방사체 구조에 의한 제1 안테나 모듈은 V2X 통신을 위한 제1 안테나로 동작할 수 있다. 상기 제1 안테나는 상기 제1 주파수 대역 내지 상기 제4 주파수 대역의 신호들을 수신 및 송신하도록 구성될 수 있다.

실시 예로, 상기 제1 방사체 구조 내지 제3 방사체 구조로 형성되어 V2X 통신을 수행하도록 구성된 제2 안테나 모듈을 더 포함하고, 상기 제2 안테나 모듈은 V2X 통신을 위한 제2 안테나로 동작할 수 있다. 상기 제1 안테나 모듈은 차량에 탑재되는 PCB의 일측 상부 영역에 배치되고, 상기 제2 안테나 모듈은 상기 PCB의 타 측 하부 영역에 배치될 수 있다.

실시 예로, 상기 안테나 모듈은 상기 제2 방사체 구조의 하부 브랜치를 구성하는 단부가 배치되는 제1 유전체 기판; 및 상기 제1 유전체 기판의 하부에 배치되고, 배면에 배치된 상기 도전 패턴이 상기 비아 홀을 통해 전면에 배치된 상기 급전부와 연결되도록 구성된 제2 유전체 기판을 포함할 수 있다.

실시 예로, 상기 제3 방사체 구조의 상기 도전 패턴은 제1 너비와 제1 길이로 형성되는 제1 도전 패턴; 및 상기 제1 도전 패턴과 수직하게 형성되고, 제2 너비와 제2 길이로 형성되는 제2 도전 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전 패턴 및 상기 제2 도전 패턴으로 구성된 상기 도전 패턴은 상기 제4 주파수 대역인 7GHz 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다.

실시 예로, 상기 안테나 모듈은 상기 제1 도전 패턴의 일 단부와 상기 비아 홀과 연결되는 비아 패드 사이에 배치되는 임피던스 매칭 부를 더 포함할 수 있다. 상기 임피던스 매칭 부는 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.

실시 예로, 상기 급전부의 급전 라인은 상기 제2 방사체 구조의 하부 브랜치의 단부로 제1 신호를 급전하는 제1 급전 라인; 및 상기 제3 방사체 구조의 상기 도전 패턴으로 제2 신호를 급전하는 제2 급전 라인을 포함할 수 있다.

실시 예로, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴을 상기 제1 주파수 대역 내지 상기 제4 주파수 대역에서 형성할 수 있다. 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나가 모두 동작하는 경우 수평 방향에서 omni-directional 빔 패턴을 형성할 수 있다.

본 명세서의 다른 양상에 따른 안테나 모듈을 구비하는 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 포함할 수 있다. 상기 안테나 모듈은 상부 도전 패턴과 상기 상부 도전 패턴의 양 단부에서 연장되는 제1 및 제2 측면 도전 패턴을 포함하는 제1 방사체 구조; 및 상기 상부 도전 패턴과 연결되고, 복수의 도전 패턴들이 상호 연결되어 제1 측면 내지 제4 측면을 형성하고, 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 방사체 구조를 포함하고, 상기 제2 방사체 구조는 상기 제1 측면 내지 제4 측면에 배치되는 헬리컬 라인들로 구성될 수 있다.

실시 예로, 상기 안테나 모듈은 상기 차량에 탑재되는 PCB의 일측 상부 영역에 배치되고, 상기 제1 방사체 구조 내지 상기 제3 방사체 구조로 형성된 제1 안테나; 및 상기 PCB의 타측 하부 영역에 배치되고, 상기 제1 방사체 구조 내지 상기 제3 방사체 구조로 형성된 제2 안테나를 포함할 수 있다.

실시 예로, 상기 차량 또는 상기 안테나 모듈은 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역에서 V2X 통신을 위한 다이버시티 동작을 수행하도록 제어하는 프로세서를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역보다 높은 상기 제2 주파수 대역 또는 상기 제3 주파수 대역에서 V2X 통신을 위한 다이버시티 동작을 수행하도록 제어할 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, 상부, 측면 및 하부 영역의 복수의 방사체 구조로 구성된 광대역 안테나 구조를 제시하여 차량에 배치되면서 광대역 동작할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 차량에 배치되는 헬리컬 라인으로 이루어진 광대역 안테나 구조를 제시하여 차량에서 광대역 V2X 통신 서비스를 제공할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 3GPP Release 16에서 넓은 대역폭으로 높은 데이터 전송률을 갖는 n38, n47을 지원하는 NR V2X를 지원하는 차량용 안테나 모듈을 제공할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 3GPP Release 17에서 고려될 수 있는 주파수 대역으로 7GHz 대역까지 커버할 수 있는 NR V2X를 지원하는 차량용 안테나 모듈을 제공할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 안테나 패턴의 하부 영역에 그라운드 패턴을 배치하여, low elevation 빔 패턴을 구현할 수 있는 차량용 안테나 구조를 제공할 수 있다.다.

본 명세서에 따르면, PCB와 안테나 성능을 최적화할 수 있는 별도의 안테나 기판에 안테나 소자를 구현하여, 광대역 동작하면서도 높은 안테나 이득을 갖는 고효율 광대역 안테나 소자를 제공할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 안테나 성능을 일정 수준으로 유지하고 low elevation 빔 패턴을 유지할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 사고방지, 운전 편의성 향상, 연비 증진 등을 위한 차량용 광대역 V2X 안테나들을 통해 다이버시티 동작 구현하면서 안테나 간 격리도 향상이 가능하다.

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 5a는 본 명세서에 따른 차량에 배치될 수 있는 안테나 모듈의 구성도 및 일부 영역의 확대도를 나타낸다. 도 5b는 도 5a의 안테나 모듈의 급전 구조를 확대한 도면이다.
도 6은 도 5a의 안테나 구조에서 주파수에 따른 VSWR 특성을 나타낸 것이다.
도 7은 도 5a의 안테나 모듈의 도전 패턴들을 펼친 상태로 표시한 전개도이다.
도 8은 도 5a의 안테나 모듈의 도전 패턴들이 유전체 구조 상에 배치된 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 도 5a의 안테나 모듈의 전면도, 배면도, 우측면도, 좌측면도, 상부도 및 하부도를 나타낸 것이다.
도 10a 및 도 10b는 각 주파수 대역 별로 안테나 모듈에 형성된 전계 분포를 나타낸 것이다.
도 11a 및 도 11b는 실시 예들에 따른 V2X 통신을 수행하도록 구성된 제1 및 제2 안테나 구조의 사시도를 나타낸다.
도 12a 및 도 12b는 제1 및 제2 안테나 구조에 대한 VSWR 및 안테나 효율을 비교한 것이다.
도 13은 도 11a 및 도 11b의 제1 및 제2 안테나 구조의 방사 저항의 실수부와 허수부를 나타낸 것이다.
도 14a 내지 도 14c는 도전 패턴 간 간격이 제1 간격 내지 제3 간격으로 변경된 제1 내지 제3 안테나 구조를 나타낸다.
도 15는 도 14a 내지 도 14c의 제1 내지 제3 안테나 구조에 따른 VSWR을 비교한 것이다.
도 16은 본 명세서에 따른 V2X 안테나들이 차량에 탑재되는 PCB 상에 배치된 구성을 나타낸다.
도 17a 및 도 17b는 제1 및 제2 V2X 안테나의 산란 계수 특성 및 안테나 효율을 나타낸다.
도 18a 및 도 18b는 제1 내지 제4 주파수 대역 별로 수평 면에서의 제1 및 제2 V2X 안테나의 방사 패턴을 나타낸 것이다.
도 19a 및 도 19b는 도 5a의 광대역 V2X 안테나의 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역에서의 3D 방사 패턴을 나타낸 것이다.
도 20은 본 명세서에 따른 차량의 전면, 후면, 측면 영역의 정의와 제1 내지 제4 주파수 대역에서 동작하는 V2X 안테나의 평균 이득을 나타낸 것이다.
도 21은 실시 예에 따른 안테나 모듈과 상기 안테나 모듈이 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. 또한, 본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 NR V2X 통신 서비스를 제공하기 위해, 760MHz 대역, 5.9GHz 대역 및 7GHz에서 동작하도록 구성될 수 있다.

이하에서는 본 명세서에 따른 차량에 배치될 수 있는 안테나 모듈에 구비되는 광대역 안테나 소자에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 최근 스마트 카(Smart Car) 시대가 도래함에 따라 차량 주변의 임의의 엔티티와 데이터를 송신/수신을 위한 5G V2X 새로운 표준과 서비스가 요구되고 있다. 본 명세서에 서 제안하는 안테나 구조를 통해 레거시(legacy) V2X 대역 뿐만 아니라, 향후 3GPP Release 17의 표준에도 대응할 수 있는 다중 대역(Multi-Band) NR V2X 안테나 기술을 선점할 수 있다.

이와 관련하여, 차량의 루프 또는 그 내부에 배치되는 안테나 모듈을 통해 차량 주변의 임의의 엔티티와 통신하기 위해 안테나 모듈은 360도의 등방성(isotropic) 방사특성이 요구된다. 주파수 대역과 관련하여 5.9GHz 또는 760MHz 대역의 단일 대역(single band)를 지원하기 위한 안테나 구조를 고려할 수 있다. 하지만, 본 명세서에서는 최근 3GPP Release 16에서 넓은 대역폭으로 높은 데이터 전송률을 가지는 n38 대역, n47 대역을 지원하는 NR V2X에 대한 표준화 작업이 진행되었다. 또한, 향후 Release 17에서는 7GHz 대역 NR까지도 확장될 가능성이 있다.

또한, 사고방지, 운전 편의성 향상, 연비 증진 등 다양한 서비스를 제공하기 위하여 차량 주변의 임의의 엔티티와 데이터를 송신/수신하는데 있어 레거시 통신 방식은 높은 데이터 전송률 및 신뢰성을 수용하는데 한계가 있다.

따라서, 본 명세서에서는 레거시 V2X 안테나 대역에 Release 16에서 표준화된 n38, n47 대역과 향후 사용 가능성이 높은 7GHz 대역 NR band를 모두 지원할 수 있는 V2X 통합 솔루션 안테나 구조를 제안하고자 한다.

도 5a는 본 명세서에 따른 차량에 배치될 수 있는 안테나 모듈의 구성도 및 일부 영역의 확대도를 나타낸다. 도 5b는 도 5a의 안테나 모듈의 급전 구조를 확대한 도면이다. 도 5b(a)는 안테나 모듈의 하부 영역의 측면 사시도를 나타내고, 도 5b(b)는 안테나 모듈의 하부 영역의 배면도를 나타낸다.

도 5a를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 제1 방사체 구조(1110), 제2 방사체 구조(1120) 및 제3 방사체 구조(1130)를 포함하도록 구성될 수 있다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제2 방사체 구조(1120)의 하부 브랜치(1124)의 단부(SP3)가 급전부(1150)의 제1 급전 라인(1151)으로부터 신호가 전달되게 구성될 수 있다. 제1 급전 라인(1151)은 제1 유전체 기판(1011)에 배치될 수 있다.

급전부(1150)의 급전 라인은 제1 급전 라인(1151) 및 제2 급전 라인(1152)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 급전 라인(1151)은 제2 방사체 구조(1120)의 하부 브랜치(1124)의 단부로 제1 신호를 급전하도록 구성될 수 잇다. 제2 급전 라인(1152)은 제3 방사체 구조(1130)의 도전 패턴으로 제2 신호를 급전하도록 구성될 수 있다.

제1 급전 라인(1151)과 제2 방사체 구조(1120)의 하부 브랜치(1124)의 단부(SP3)는 커플링 급전되거나 또는 수직 비아 구조에 의해 연결되게 구성될 수 있다. 제1 급전 라인(1151)은 제2 유전체 기판(1012)에 배치된 급전 라인(1150)과 비아 홀(VH)을 통해 연결될 수 있다. 제1 급전 라인(1151)은 제2 유전체 기판(1012)에 배치된 제1 도전 패턴(1131)과 비아 홀(VH)을 통해 연결될 수 있다. 비아 홀(VH)과 제1 도전 패턴(1131) 사이에 임피던스 매칭 부(MC)가 배치될 수 있다. 임피던스 매칭 부(MC)는 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.

한편, 도 6은 도 5a의 안테나 구조에서 주파수에 따른 VSWR 특성을 나타낸 것이다.

도 5a 내지 도 6을 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역에서 공진하여 방사체로 동작한다. 제1 주파수 대역은 760MHz 대역, 제2 주파수 대역은 2.3GHz 대역, 제3 주파수 대역은 5.9GHz 대역, 제4 주파수 대역은 7GHz 대역일 수 있다. 도 6을 참조하면, 제1 내지 제4 주파수 대역의 전 대역(full band)에서 타겟 VSWR(voltage standing wave ratio)를 만족한다. 따라서, 도 5a의 안테나 구조를 all in one V2X 안테나로 지칭할 수 있다.

도 5a를 참조하면, 안테나 모듈(1100)의 상부 영역과 양 측면 영역에 형성된 제1 방사체 구조(1110)를 통해 차량에서 비-메탈 영역이 형성된 메탈 루프 구조에서 방사 효율을 확보할 수 있다. 제1 방사체 구조(1110) 및 제2 방사체 구조(1120)를 통해 초소형의 760MHz 대역의 안테나 구조를 제안할 수 있다. 따라서, 제1 방사체 구조(1110) 및 제2 방사체 구조(1120)를 통해 제1 주파수 대역인 760MHz 대역에서 동작하는 안테나를 구현할 수 있다.

한편, 헬리컬(helical)구조의 제2 방사체 구조(1120)를 통해 안테나 사이즈를 축소할 수 있다. 이러한 헬리컬 구조의 제2 방사체 구조(1120)를 통해 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역에서 동작하는 안테나를 구현할 수 있다. 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역은 n38 대역 및 n47 대역으로 각각 2.6GHz 대역 및 5.9GHz 대역일 수 있다.

이와 관련하여, 인터 디지털 구조(interdigital structure)(1120a)에 의해 제2 방사체 구조(1120)가 제2 주파수 대역에서 공진할 수 있다. 인터 디지털 구조(1120a)에 의해 추가적인 도전 패턴이나 전기 소자 없이도 인덕턴스 성분 및 커패시턴스 성분 조절을 통해 제2 주파수 대역에서 공진이 발생할 수 있다. 한편, 인터 디지털 구조(1120a)의 하부 도전 패턴(1120b)에 의해 제2 방사체 구조(1120)가 제3 주파수 대역에서 공진할 수 있다.

또한, 비아(Via) 구조를 통한 PCB 형태의 프린트된 안테나인 제3 방사체 구조(1130)를 제1 및 제2 방사체 구조(1110)와 혼합(hybrid)하여 제4 주파수 대역인 7GHz 대역에서 방사체를 구현할 수 있다.

본 명세서에 따른 all-in one V2X 안테나 모듈(1100)의 구성에 대해 이하 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 7은 도 5a의 안테나 모듈의 도전 패턴들을 펼친 상태로 표시한 전개도이다. 도 8은 도 5a의 안테나 모듈의 도전 패턴들이 유전체 구조 상에 배치된 도면이다.

도 9a 내지 도 9c는 도 5a의 안테나 모듈의 전면도, 배면도, 우측면도, 좌측면도, 상부도 및 하부도를 나타낸 것이다. 도 9a(a) 및 도 9a(b)는 도 5a의 안테나 모듈의 전면도 및 배면도이다. 도 9a(a) 및 도 9a(b)는 도 5a의 안테나 모듈의 전면도 및 배면도이다. 도 9b(a) 및 도 9b(b)는 도 5a의 안테나 모듈의 우측면도 및 좌측면도이다. 도 9c(a) 및 도 9c(b)는 도 5a의 안테나 모듈의 상부도 및 하부도이다.

도 5a, 도 7 내지 도 9c을 참조하면, 안테나 모듈(100)은 제1 방사체 구조(1110), 제2 방사체 구조(1120) 및 제3 방사체 구조(1130)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 방사체 구조(1110)는 상부 도전 패턴(top conductive pattern, 1111), 제1 및 제2 측면 도전 패턴(1112, 1113)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 측면 도전 패턴(1112, 1113)은 상부 도전 패턴(1111)의 양 단부에서 연장되게 형성될 수 있다.

제2 방사체 구조(1120)는 상부 도전 패턴(1111)과 연결되게 형성될 수 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 복수의 도전 패턴들(1121 내지 1125)이 상호 연결되어 제1 측면(S1) 내지 제4 측면(S4)을 형성할 수 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 유전체 구조(1010)의 제1 측면(S1)내지 제4 측면(S4)에 배치되는 헬리컬 라인들로 구성될 수 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 한편, 제1 방사체 구조(1110) 및 제2 방사체 구조(1120)의 헬리컬 라인에 의해 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.

제2 방사체 구조(1120)는 상부 브랜치(1121)와 하부 브랜치(1124)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상부 브랜치(1121)는 제1 방사체 구조(1110)의 상부 도전 패턴(1111)의 일 측 단부에 연결되게 형성될 수 있다. 하부 브랜치(1124)는 급전부(1150)와 연결되게 형성될 수 있다. 하부 브랜치(1124)는 급전부(1150)와 비아 홀(VH)을 통해 제3 방사체 구조(1130)의 도전 패턴과 연결될 수 있다.

제2 방사체 구조(1120)는 상부 브랜치(1121), 도전 패턴들(1122, 1123, 1125) 및 하부 브랜치(1124)에 의해 제1 측면(S1) 내지 제4 측면(S4) 상에 헬리컬 라인들로 형성된 헬리컬 방사체로 동작할 수 있다. 도전 패턴들(1122, 1123, 1125) 은 상부 브랜치(1121)와 하부 브랜치(1124)사이에 배치되게 형성될 수 있다.

제3 방사체 구조(1130)는 비아 홀(VH)을 통해 급전부(1150)에 연결되는 도전 패턴(1130a)으로 형성될 수 있다. 제3 방사체 구조(1130)는 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 제1 주파수 대역은 760MHz 대역이고, 제2 주파수 대역은 n38 대역인 2.6GHz 대역이고, 제3 주파수 대역은 n47 대역인 5.9GHz 대역이고, 제4 주파수 대역인 7GHz 대역일 수 있다.

제3 방사체 구조(1130)의 도전 패턴(1130a)은 제1 도전 패턴(1131) 및 제2 도전 패턴(1132)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 도전 패턴(1131)은 제1 너비(W1)와 제1 길이(L1)로 형성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1132)은 제1 도전 패턴(1131)과 수직하게 형성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1132)은 제2 너비(W2)와 제1 길이(L2)로 형성될 수 있다. 제1 도전 패턴(1131) 및 제2 도전 패턴(1132)으로 구성된 도전 패턴(1130a)은 제4 주파수 대역인 7GHz 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다.

이와 관련하여, 도 10a 및 도 10b는 각 주파수 대역 별로 안테나 모듈에 형성된 전계 분포를 나타낸 것이다. 도 10a(a) 및 도 10a(b)는 제1 및 제2 주파수 대역에서 안테나 모듈에 형성된 전계 분포를 나타낸 것이다. 도 10b(a) 및 도 10b(b)는 제3 및 제4 주파수 대역에서 안테나 모듈에 형성된 전계 분포를 나타낸 것이다.

도 5a, 도 8 및 도 10a(a)를 참조하면, 760MHz 대역에 대해 제1 방사체 구조(1110)와 제2 방사체 구조(1120)에서 다른 영역보다 높은 전계 분포가 형성된다. 구체적으로, 제1 방사체 구조(1110)의 전계 분포가 가장 높고, 제2 방사체 구조(1120)의 제2 측면(S2)의 제1 및 제2 도전 패턴(1121, 1122)의 전계 분포가 다음으로 높게 형성된다.

도 5a, 도 8 및 도 10a(b)를 참조하면, 2550MHz 대역에 대해 제2 방사체 구조(1120)에서 다른 영역보다 높은 전계 분포가 형성된다. 제2 방사체 구조(1120)의 제1 측면(S1) 및 제3 측면(S3)에서 형성된 전계 분포에 의해 방사체로서 동작한다. 구체적으로, 제1 측면(S1)의 제2 및 제3 도전 패턴(1122, 1123)과 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)에서 형성된 전계 분포에 의해 제2 방사체 구조(1120)가 방사체로 동작한다. 또한, 제3 측면(S3)의 제2 및 제3 도전 패턴(1122, 1123)에서 형성된 전계 분포에 의해 제2 방사체 구조(1120)가 방사체로 동작한다.

도 5a, 도 8 및 도 10b(a)를 참조하면, 5920MHz 대역에 대해 제2 방사체 구조(1120)에서 다른 영역보다 높은 전계 분포가 형성된다. 제2 방사체 구조(1120)의 제1 측면(S1)에서 가장 높게 형성된 전계 분포에 의해 방사체로서 동작한다. 구체적으로, 제1 측면(S1)의 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)에서 형성된 전계 분포에 의해 제2 방사체 구조(1120)가 방사체로 동작한다.

도 5a, 도 8 및 도 10b(b)를 참조하면, 7050MHz 대역에 대해 제3 방사체 구조(1130)에서 다른 영역보다 높은 전계 분포가 형성된다. 제3 방사체 구조(1130)의 도전 패턴(1130a)에 가장 높게 형성된 전계 분포에 의해 방사체로서 동작할 수 있다. 도전 패턴(1130a)과 전기적으로 결합될 수 있는 제2 방사체 구조(1120)의 제4 도전 패턴(1124)의 일 단부의 전계 분포가 다음으로 높게 형성될 수 있다. 하지만, 제3 방사체 구조(1130)에 형성된 전계 분포에 비해 제1 및 제2 방사체 구조(1110, 1120)에서의 전계 분포는 임계 수준 이상으로 낮은 값을 갖는다.

한편, 도 5a, 도 6 내지 도 9를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 유전체 구조(1010)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 유전체 구조(1010)는 제1 방사체 구조(1110)의 상부 도전 패턴(1111)과 제1 및 제2 측면 패턴(1112, 1113)을 지지하도록 구성될 수 있다. 유전체 구조(1010)는 제2 방사체 구조(1120)의 복수의 도전 패턴들(1121 내지 1125)을 지지하도록 구성될 수 있다.

제2 방사체 구조(1120)는 제1 도전 패턴(1121) 내지 제5 도전 패턴(1125)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 방사체 구조(1120)는 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다. 도 7을 참조하면, 상부 브랜치에 해당하는 제1 도전 패턴(1121)과 하부 브랜치에 해당하는 제4 도전 패턴(1124)은 하나의 도전 패턴으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제2 방사체 구조(1120)는 제1 도전 패턴(1121), 제2 도전 패턴(1122), 제4 도전 패턴(1124) 및 제5 도전 패턴(112을 포함하도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 제2 방사체 구조(1120)는 제1 도전 패턴(1121), 제3 도전 패턴(1123), 제4 도전 패턴(1124) 및 제5 도전 패턴(112을 포함하도록 구성될 수 있다.

한편, 제2 방사체 구조(1120)는 제1 도전 패턴(1121) 내지 제4 도전 패턴(1124)을 포함하도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 제2 방사체 구조(1120)는 제1 도전 패턴(1121), 제2 도전 패턴(1122) 및 제4 도전 패턴(1124)을 포함하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 제2 방사체 구조(1120)는 제1 도전 패턴(1121), 제3 도전 패턴(1123) 및 제4 도전 패턴(1124)을 포함하도록 구성될 수 있다.

제1 도전 패턴(1121)은 상부 도전 패턴(1111)의 일 측 단부에 연결되고, 상부 브랜치를 형성할 수 있다. 제2 도전 패턴(1122)은 일 단부가 제1 도전 패턴(1121)과 연결되고, 절곡되어 타 단부가 형성될 수 있다. 제3 도전 패턴(1123)은 일 단부가 제2 도전 패턴(1122)의 타 단부와 연결되고, 타 단부가 하부 브랜치(1124)의 일 단부와 연결되게 형성될 수 있다.

제4 도전 패턴(1124)은 일 단부가 제3 도전 패턴(1123)의 타 단부와 연결되고, 절곡된 타 단부가 유전체 기판(1011)에 배치될 수 있다. 제5 도전 패턴(1125)은 제4 도전 패턴(1124)의 일 측 상의 지점에서 연장되게 형성될 수 있다.

제2 도전 패턴(1122)의 일 부분(SP1), 제3 도전 패턴(1123)의 일 부분(SP1) 및 제5 도전 패턴(1125)의 일 부분(SP1)은 제1 측면 도전 패턴(1122)을 향하도록 제1 측면(S1) 상에 배치될 수 있다.

제1 측면(S1) 상에 배치되는 제3 도전 패턴(1123)의 하부 및 제5 도전 패턴(1125)의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조(interdigital structure)(1120a)로 형성될 수 있다. 이에 따라, 인터 디지털 구조(1120a)에 따라 제2 방사체 구조(1120)가 제2 주파수 대역에서 동작할 수 있다.

인터 디지털 구조(1120a)는 제1 측면(S1) 상에 형성될 수 있다. 인터 디지털 구조(1120a)는 제2 측면(S2) 상에도 형성될 수 있다. 제1 측면(S1)에 인접한 제2 측면(S2) 상에 배치되는 제2 도전 패턴(1122)의 하부 및 제5 도전 패턴(1125)의 상부는 인터 디지털 구조(1120a)로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 도전 패턴(1122)의 하부 및 제5 도전 패턴(1125)의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 인터 디지털 구조(1120a)에 따라 제2 방사체 구조(1120)가 제2 주파수 대역에서 동작할 수 있다.

제2 측면(S2) 상의 도전 패턴 배치 구조에 대해서 설명한다. 제1 측면(S1)에 인접한 제2 측면(S2) 상에 제1 도전 패턴(1110)의 제1 서브 패턴(SP1) 및 제4 도전 패턴(1140)의 제2 서브 패턴(SP2)이 각각 상기 상부 브랜치 및 하부 브랜치를 형성할 수 있다. 제1 도전 패턴(1110)의 제2 서브 패턴(SP2), 제2 도전 패턴(1120)의 제2 서브 패턴(SP2) 및 제4 도전 패턴(1140)의 제1 서브 패턴(SP1)은 제2 측면(S2) 상에서 평행하게 배치될 수 있다. 제2 도전 패턴(1120)의 제3 서브 패턴(SP3) 및 제5 도전 패턴(1150)의 제1 서브 패턴(SP1)은 제2 측면(S2) 상에서 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조(1120a)로 평행하게 배치될 수 있다.

본 명세서에 따른 안테나 모듈(1100)은 제1 유전체 기판(1011) 및 제2 유전체 기판(1012)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 유전체 기판(1011)은 제2 방사체 구조의 하부 브랜치를 구성하는 단부인 제3 서브 패턴(SP3)가 배치되게 구성될 수 있다. 제2 유전체 기판(1012)은 제1 유전체 기판(1011)의 하부에 배치될 수 있다. 제2 유전체 기판(1012)은 도전 패턴(1130a)이 비아 홀(VH)을 통해 급전부(1150)와 연결되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 유전체 기판(1012)의 전면에 급전부(1150)가 배치될 수 있다. 제2 유전체 기판(1012)의 배면에 도전 패턴(1030p)이 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 명세서에 따른 안테나 모듈(1100)은 임피던스 매칭 부(MC)를 더 포함할 수 있다. 임피던스 매칭 부(MC)는 제1 도전 패턴(1031)의 일 단부와 비아 홀(VH)과 연결되는 비아 패드(VP) 사이에 배치될 수 있다. 임피던스 매칭 부(MC)는 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.

급전부(1150)의 급전 라인은 제1 급전 라인(1151) 및 제2 급전 라인(1152)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 급전 라인(1151)은 제2 방사체 구조(1120)의 하부 브랜치(1124)의 단부로 제1 신호를 급전하도록 구성될 수 잇다. 제2 급전 라인(1152)은 제3 방사체 구조(1130)의 도전 패턴으로 제2 신호를 급전하도록 구성될 수 있다.

한편, 본 명세서에 따른 광대역 안테나 구조는 다양한 형태로 변경되어 설계될 수 있다. 이와 관련하여, 도 11a 및 도 11b는 실시 예들에 따른 V2X 통신을 수행하도록 구성된 제1 및 제2 안테나 구조의 사시도를 나타낸다. 한편, 도 12a 및 도 12b는 제1 및 제2 안테나 구조에 대한 VSWR 및 안테나 효율을 비교한 것이다.

도 11a는 인터 디지털 구조 없이 도전 패턴들이 제1 간격, 예컨대 1.1m만큼 이격된 안테나 구조를 나타낸다. 도 11b는 인터 디지털 구조의 도전 패턴들이 제1 간격보다 좁은 제2 간격, 예컨대 0.2mm만큼 이격된 안테나 구조를 나타낸다.

도 11a 및 도 12a를 참조하면, 제2 방사체 구조(1120)의 제3 및 제5 도전 패턴(1123a, 1125a) 사이의 제1 간격이 1.1mm인 경우 VSWR이 3 이상의 값을 갖는다. 반면에, 도 11b 및 도 12a를 참조하면, 제2 방사체 구조(1120)의 인터 디지털 구조의 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)사이의 제2 간격이 0.2mm인 경우 VSWR이 3 이하의 값을 갖는다. 따라서, 제2 방사체 구조(1120)의 인터 디지털 구조의 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)사이의 제2 간격을 0.2mm로 설정하여 VSWR을 n38 대역에서 약 1.5dB 이상 개선할 수 있다. 이와 관련하여, 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)의 오목 구조 및 볼록 구조 간의 수평 간격도 0.2mm로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 11a 및 도 12b를 참조하면, 제2 방사체 구조(1120)의 제3 및 제5 도전 패턴(1123a, 1125a) 사이의 제1 간격이 1.1mm인 경우 안테나 효율이 약 60% 정도의 값을 갖는다. 반면에, 도 11b 및 도 12a를 참조하면, 제2 방사체 구조(1120)의 인터 디지털 구조의 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)사이의 제2 간격이 0.2mm인 경우 안테나 효율이 약 70% 정도의 값을 갖는다. 따라서, 제2 방사체 구조(1120)의 인터 디지털 구조의 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)사이의 제2 간격을 0.2mm로 설정하여 안테나 효율을 n38 대역에서 약 1dB 이상 개선할 수 있다. 이와 관련하여, 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)의 오목 구조 및 볼록 구조 간의 수평 간격도 0.2mm로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 11a 내지 도 12b를 참조하면, 제2 방사체 구조(1120)의 인터 디지털 구조의 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)사이의 간격을 임계 간격 이하로 설정하여 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125) 간 커플링 량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125) 간 커플링 량을 증가시켜 안테나 성능을 개선할 수 있다. 한편, 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125) 간 간격을 조절하거나 또는 제2 및 제3 도전 패턴(1122, 1123) 간 간격을 조절하여 안테나 성능을 개선할 수 있다.

안테나 성능과 관련하여, 도 12a 및 도 12b의VSWR 특성 및 안테나 효율이 개선될 수 있다. 이와 관련하여, 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125) 간 간격을 조절하거나 또는 제2 및 제3 도전 패턴(1122, 1123) 간 간격을 조절하여 방사 저항(radiation resistance)을 개선시킬 수 있다.

이와 관련하여, 도 13은 도 11a 및 도 11b의 제1 및 제2 안테나 구조의 방사 저항의 실수부와 허수부를 나타낸 것이다. 도 11a 및 도 13을 참조하여, n38 대역에서 제1 안테나 구조의 제1 방사 저항은 20ohm 이하의 값을 갖는다. 반면에, 도 11b 및 도 13을 참조하여, n38 대역에서 제2 안테나 구조의 제2 방사 저항은 20ohm 이상의 값을 가져, 제1 방사 저항보다 높은 값을 갖는다. 따라서, 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125) 간 간격 또는 제2 및 제3 도전 패턴(1122, 1123) 간 간격을 임계 값 이하로 조절하여 방사 저항을 임계 저항 이상으로 증가시켜 안테나 성능을 개선할 수 있다.

한편, 본 명세서의 다양한 실시 예들에 따른 도전 패턴 간 간격 조절을 통한 안테나 구조들의 성능 변화에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 14a 내지 도 14c는 도전 패턴 간 간격이 제1 간격 내지 제3 간격으로 변경된 제1 내지 제3 안테나 구조를 나타낸다. 한편, 도 15는 도 14a 내지 도 14c의 제1 내지 제3 안테나 구조에 따른 VSWR을 비교한 것이다.

도 14a 및 도 15를 참조하면, 제3 및 제5 도전 패턴(1123a, 1125a) 사이의 제1 간격이 1mm로 설정된 경우 VSWR은 3dB 이상의 값을 갖는다. 도 14b 및 도 15를 참조하면, 제3 및 제5 도전 패턴(1123a, 1125a) 사이의 제2 간격을 제1 간격보다 감소시켜 VSWR을 개선할 수 있다. 제3 및 제5 도전 패턴(1123b, 1125b) 사이의 제2 간격이 0.5mm로 설정된 경우 VSWR은 약 3dB의 값을 갖는다.

도 14c 및 도 15를 참조하면, 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125) 사이의 제3 간격을 제2 간격보다 감소시켜 VSWR을 개선할 수 있다. 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125) 사이의 제3 간격이 0.2mm로 설정된 경우 VSWR은 3dB 이하의 값을 갖는다. 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)은 단부가 오목 구조 및 볼록 구조로 형성된 인터 디지털 구조로 형성될 수 있다.

도 14a 내지 도 15를 참조하면, 제2 방사체 구조(1120)의 제3 및 제5 도전 패턴 사이의 간격을 감소시켜 도전 패턴 간 커플링 양을 증가시킬 수 있다. 또한, 제2 방사체 구조(1120)의 제2 및 제3 도전 패턴 사이의 간격을 감소시켜 도전 패턴 간 커플링 양을 증가시킬 수 있다. 따라서, 제2 방사체 구조(1120)에서 인접한 도전 패턴 간의 커플링 양이 증가하여 n38 대역에서 반사 손실(return loss) 특성을 개선할 수 있다.

도 5a 내지 도 15를 참조하면, 제1 측면(S1) 상에 배치되는 제3 도전 패턴(1123)의 하단과 제5 도전 패턴(1225)의 상단 사이의 간격은 1.0mm 이하로 설정될 수 있다. 이에 따라, 제2 방사체 구조(1120)가 n38 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 제1 측면(S1) 상에 배치되는 제3 도전 패턴(1123)의 하단과 제5 도전 패턴(1225)의 상단 사이의 간격은 0.5mm 이하로 설정될 수도 있다. 제3 도전 패턴(1123)의 하단과 제5 도전 패턴(1225)의 상단은 오목 구조 및 볼록 구조의 인터 디지털 구조로 구성될 수 있다.

한편, 본 명세서에 따른 V2X 안테나 구조는 차량에 탑재되는 메인 기판 상의 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16은 본 명세서에 따른 V2X 안테나들이 차량에 탑재되는 PCB 상에 배치된 구성을 나타낸다. 한편, 도 17a 및 도 17b는 제1 및 제2 V2X 안테나의 산란 계수 특성 및 안테나 효율을 나타낸다. 또한, 도 18a 및 도 18b는 제1 내지 제4 주파수 대역 별로 수평 면에서의 제1 및 제2 V2X 안테나의 방사 패턴을 나타낸 것이다.

도 16 및 도 17a를 참조하면, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)의 반사 계수 S11, S22는 제1 내지 제4 주파수 대역에서 공진한다. 따라서, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)는 제1 내지 제4 주파수 대역에서 방사체로 동작할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)간의 격리도 S21은 전 대역에서 15dB 이상의 값을 가져 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)간의 간섭을 방지할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)를 동시에 동작되게 하여 다이버시티 모드 또는 MIMO 모드로 동작되게 할 수 있다.

도 16 및 도 17b를 참조하면, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)의 안테나 효율은 전 대역에서 -4dB 이상의 값을 갖는다. 따라서, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)는 제1 내지 제4 주파수 대역에서 방사체로 동작할 수 있다.

도 16 및 도 18a(a)를 참조하면, 제1 주파수 대역은 760MHz 대역이고, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)의 빔 피크는 각각 -30도 및 30도이다. 따라서, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)를 동시에 동작하도록 제어하여 다이버시티 모드로 동작하면 수평 면에서 등방성(isotropic) 빔 패턴을 구현할 수 있다.

도 16 및 도 18a(b)를 참조하면, 제2 주파수 대역은 n38 대역인 2.6GHz 대역이고, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)의 방사 패턴은 전 방향에서 등방성 패턴으로 형성될 수 있다.

도 16 및 도 18b(a)를 참조하면, 제3 주파수 대역은 n47 대역인 5.9GHz 대역이고, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)의 빔 피크는 0도를 기준으로 대칭 형태이다. 따라서, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)를 동시에 동작하도록 제어하여 다이버시티 모드로 동작하면 수평 면에서 등방성 빔 패턴을 구현할 수 있다.

도 16 및 도 18b(b)를 참조하면, 제4 주파수 대역은 7GHz 대역이고, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)의 빔 피크는 0도를 기준으로 대칭 형태이다. 따라서, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)를 동시에 동작하도록 제어하여 다이버시티 모드로 동작하면 수평 면에서 등방성 빔 패턴을 구현할 수 있다.

도 16, 도 18a 및 도 18b를 참조하면, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)가 동시에 동작하도록 합성(combine) 시 무지향성(omni-directional) 방사 패턴을 확보할 수 있다. 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)의 널 지점(null point)은 서로 다른 지점에서 형성된다. 이에 따라, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)가 동시에 동작하도록 합성 시 각각의 널 지점에서 방사 패턴이 개선된다. 따라서, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)를 합성 시 전 방향에서 방사 패턴 값은 -5dB 이상의 값을 갖도록 구현될 수 있다.

도 5a, 도 7 내지 도 9c 및 도 16을 참조하면, 제1 방사체 구조(1110) 내지 제3 방사체 구조(1130)에 의한 제1 안테나 모듈(1100-1)은 V2X 통신을 위한 제1 안테나로 동작할 수 있다. 제1 안테나(1100-1)는 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역의 신호들을 수신 및 송신하도록 구성될 수 있다.

안테나 모듈(1100)은 제1 안테나 모듈(1100-1) 및 제2 안테나 모듈(1100-2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 방사체 구조(1110) 내지 제3 방사체 구조(1130)에 의한 제2 안테나 모듈(1100-2)은 V2X 통신을 위한 제2 안테나로 동작할 수 있다. 제2 안테나(1100-2)는 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역의 신호들을 수신 및 송신하도록 구성될 수 있다. 제1 안테나 모듈(1100-1)은 차량에 탑재되는 PCB(1200)의 일측 상부 영역에 배치될 수 있다. 제2 안테나 모듈(1100-2)은 PCB(1200)의 타 측 하부 영역에 배치될 수 있다.

차량에 배치되는 안테나 시스템(1000)은 PCB(1200) 상에 구현될 수 있다. V2X 통신을 위한 제1 안테나(1100-1) 및 제2 안테나(1100-2)를 통해 동시에 신호를 송신 및 수신하도록 안테나 시스템(1000)을 제어하여, 제1 안테나(1100-1) 및 제2 안테나(1100-2)는 다이버시티 모드로 동작할 수 있다.

본 명세서에 따른 광대역 V2X 안테나는 차량에 탑재되는PCB의 서로 다른 영역에 제1 안테나(1100-1) 및 제2 안테나(1100-2)로 배치될 수 있다. 제1 안테나(1100-1) 및 제2 안테나(1100-2)는 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴을 도 3a 및 도 3b와 같이 형성할 수 있다. 제1 안테나(1100-1) 및 제2 안테나(1100-2)는 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역에서 low elevation 빔 패턴을 형성할 수 있다. low elevation 빔 패턴은 수평면을 기준으로 차량의 상부 방향으로 소정 각도에서 빔 피크가 형성됨을 의미한다. 또한, low elevation 빔 패턴은 차량의 수직 축을 기준으로 수직 방향으로 90-α에서 90+α degree의 범위에서 빔 패턴이 형성됨을 의미한다.

제1 안테나(1100-1) 및 제2 안테나(1100-2)가 모두 동작하는 경우 도 18a 및 도 18에 도시된 바와 같이 수평 방향에서 무지향성(omni-directional) 빔 패턴을 형성할 수 있다.

한편, 도 19a 및 도 19b는 도 5a의 광대역 V2X 안테나의 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역에서의 3D 방사 패턴을 나타낸 것이다. 도 19a(a)를 참조하면, 제1 주파수 대역인 760MHz에서 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴이 형성된다. 도 19a(b)를 참조하면, 제2 주파수 대역인 2550MHz에서 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴이 형성된다. 한편, 제2 주파수 대역에서 제2 빔 패턴은 제1 주파수 대역에서의 제1 빔 패턴보다 더 지향성(directivity)을 가져 안테나 이득이 증가한다.

도 19b(a)를 참조하면, 제3 주파수 대역인 5980MHz에서 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴이 형성된다. 한편, 제3 주파수 대역에서 제3 빔 패턴은 제2 주파수 대역에서의 제2 빔 패턴보다 더 지향성(directivity)을 가져 안테나 이득이 증가한다. 제3 빔 패턴이 제1 및 제2 빔 패턴보다 변동성(fluctuation)이 있지만, 전체적으로 수직 방향에서 low elevation 빔 패턴 및 수평 방향에서 무지향성 패턴을 갖는다.

도 19b(b)를 참조하면, 제4 주파수 대역인 7050MHz에서 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴이 형성된다. 제4 주파수 대역에서의 제4 빔 패턴이 제1 및 제2 빔 패턴보다 변동성(fluctuation)이 있지만, 전체적으로 수직 방향에서 low elevation 빔 패턴 및 수평 방향에서 무지향성 패턴을 갖는다.

도 19b(b)를 참조하면, 제4 주파수 대역인 7050MHz에서 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴이 형성된다. 한편, 제2 주파수 대역에서 빔 패턴은 제1 주파수 대역에서의 빔 패턴보다 더 지향성(directivity)을 가져 안테나 이득이 증가한다.

한편, 본 명세서에 따른 제1 내지 제3 방사체 구조를 통해 제1 내지 제4 주파수 대역에서 광대역 동작하는 V2X 안테나가 차량의 루프에 탑재된 경우 각 영역(zone)에서의 평균 이득(mean gain)에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 20은 본 명세서에 따른 차량의 전면, 후면, 측면 영역의 정의와 제1 내지 제4 주파수 대역에서 동작하는 V2X 안테나의 평균 이득을 나타낸 것이다.

도 20을 참조하면, 차량의 수직 축을 기준으로 수직 방향으로 84도에서 96도의 low elevation range에서의 평균 이득을 나타낸 것이다. 전면 영역 및 배면 영역에서의 평균 이득이 측면 영역에서의 평균 이득보다 다소 높지만, 측면 영역에서도 타겟 이득을 모두 만족한다. 측면 영역에서의 타겟 이득은 -9dBi로 전면 및 후면 영역에서의 타겟 이득인 -6dBi 보다 낮다. 이러한 타겟 이득의 차이는 V2X 안테나가 전방 및 후방영역의 기지국, RSU 또는 다른 차량과 주로 통신하기 때문이다.

도 5a의 제1 및 제2 방사체 구조(1110, 1120)가 메인 방사체로 동작하는 제1 내지 제3 주파수 대역에서 평균 이득은 주파수 대역이 높아질수록 대체로 증가하는 경향을 갖는다. 이는 전술한 바와 같이 주파수 대역이 높아질수록 안테나 빔 패턴이 더 지향성을 갖기 때문이다.

한편, 제4 주파수 대역인 7.05GHz 대역에서 평균 이득은 제3 주파수 대역에서의 평균 이득보다 다소 감소한다. 이러한 이득의 감소는 도 5a의 제3방사체 구조(1120)가 제1 및 제2 방사체 구조(1110, 1120)와 달리 안테나 모듈(1000)의 하부 방향의 유전체 기판의 일 평면 상에 배치되기 때문이다. 반면에, 제1 및 제2 방사체 구조(1110, 1120)는 3차원 구조로 형성되어 안테나 구조가 차지하는 공간이 제3방사체 구조(1120)보다 더 크다.

이상에서는 본 명세서에 따른 복수의 방사체 구조로 형성된 광대역 V2X 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

이하에서는 본 명세서의 다른 양상에 따른 복수의 방사체 구조로 형성된 광대역 V2X 안테나 모듈이 배치되는 차량에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 광대역 V2X 안테나 모듈이 배치되는 차량은 복수의 방사체 구조로 형성된 광대역 V2X 안테나 모듈에 대한 전술한 모든 기술적 특징과 결합될 수 있다.

한편, 도 21은 실시 예에 따른 안테나 모듈과 상기 안테나 모듈이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다. 구체적으로, 도 20은 안테나 시스템에 해당하는 안테나 모듈이 차량 루프 내부에 배치되어, 주변 전자 기기, 차량 및 인프라 구조와 통신을 수행하는 차량의 구성도를 나타낸다.

도 21을 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 21을 참조하면, 안테나 모듈(1000)을 구비하는 차량(500)은 안테나 모듈(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 21을 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 모듈과 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 PCB(1200)와 텔레매틱스 모듈은 동일 평면 상에서 인터페이스 되도록 결합되거나 또는 텔레매틱스 모듈이 안테나 PCB(1200)의 하부에 배치될 수도 있다.

도 1a 내지 도 21을 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 상부 도전 패턴(1111)과 상부 도전 패턴의 양 단부에서 연장되는 제1 및 제2 측면 도전 패턴(1112, 1113)을 포함하는 제1 방사체 구조(1110)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 상부 도전 패턴(1111)과 연결되고, 복수의 도전 패턴들이 상호 연결되어 제1 측면 내지 제4 측면을 형성하는 제2 방사체 구조(1120)를 포함할 수 있다.

제2 방사체 구조(1120)는 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 제1 측면 내지 제4 측면에 배치되는 헬리컬 라인들로 구성될 수 있다. 제1 방사체 구조(1110) 및 제2 방사체 구조(1120)의 헬리컬 라인에 의해 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 제1 주파수 대역은 760MHz 대역이고, 제2 주파수 대역은 n38 대역인 2.6GHz 대역이고, 제3 주파수 대역은 n47 대역인 5.9GHz 대역으로 V2X 통신을 위해 할당된 대역일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

안테나 모듈(1000)은 비아 홀(VH)을 통해 급전부(1150)에 연결되는 도전 패턴(1130a)으로 형성되고, 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제3 방사체 구조(1130)를 포함할 수 있다.

제2 방사체 구조(1120)는 상부 도전 패턴(1111)의 일 측 단부에 연결되고, 상부 브랜치를 형성하는 제1 도전 패턴(1121)을 포함할 수 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 일 단부가 제1 도전 패턴(1121)과 연결되고, 절곡되어 타 단부가 형성된 제2 도전 패턴(1122)을 포함할 수 있다. 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 일 단부가 제2 도전 패턴(1122)의 타 단부와 연결되고, 타 단부가 하부 브랜치(1124)의 일 단부와 연결되게 형성된 제3 도전 패턴(1123)을 포함할 수 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 일 단부가 제3 도전 패턴(1123)의 타 단부와 연결되고, 절곡된 타 단부가 유전체 기판(1121)에 배치되는 제4 도전 패턴(1124)을 더 포함할 수 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 제4 도전 패턴(1124)의 일 측 상의 지점에서 연장되게 형성된 제5 도전 패턴(1125)을 포함할 수 있다.

제2 도전 패턴(1122)의 일 부분(SP1), 제3 도전 패턴(1123)의 일 부분(SP1) 및 제5 도전 패턴(1125)의 일 부분(SP1)은 제1 측면 도전 패턴(1122)을 향하도록 제1 측면(S1) 상에 배치될 수 있다.

제1 측면(S1) 상에 배치되는 제3 도전 패턴(1123)의 하부 및 제5 도전 패턴(1125)의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조(interdigital structure)(1120a)로 형성될 수 있다. 이에 따라, 인터 디지털 구조(1120a)에 따라 제2 방사체 구조(1120)가 제2 주파수 대역에서 동작할 수 있다.

안테나 모듈(1100)은 차량에 탑재되는 PCB(1200)의 일측 상부 영역에 배치되고, 제1 방사체 구조(1110) 내지 제3 방사체 구조(1120)로 형성된 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 PCB(1200)의 타측 하부 영역에 배치되고, 제1 방사체 구조(1110) 내지 제3 방사체 구조(1120)로 형성된 제2 안테나(V-ANT1, 1100-2)를 더 포함할 수 있다.

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 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)가 배치되는 위치와 형상은 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다.

프로세서(1400)는 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(V-ANT2, 1100-2)를 통해 제1 주파수 대역에서 V2X 통신을 위한 다이버시티 동작을 수행하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(V-ANT2, 1100-2)를 통해 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 또는 제3 주파수 대역에서 V2X 통신을 위한 다이버시티 동작을 수행하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(V-ANT2, 1100-2)를 통해 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 V2X 통신을 위한 다이버시티 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.

프로세서(1400)는 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(V-ANT2, 1100-2)를 통해 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다. 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1) 및/또는 제2 안테나(V-ANT2, 1100-2)를 통해 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 다이버시티 또는 단일 모드 송신/수신을 수행할 수 있다. 따라서, 프로세서(1400)는 통신 환경에 따라 MIMO 모드와 같은 다중 전송 모드, 다이버시티 모드와 단일 전송 모드 간에 전환이 제1 대역에서 가능하다.

프로세서(1400)는 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(V-ANT2, 1100-2)를 통해 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 및/또는 제3 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다. 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1) 및/또는 제2 안테나(V-ANT2, 1100-2)를 통해 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역 및/또는 제3 주파수 대역에서 다이버시티 또는 단일 모드 송신/수신을 수행할 수 있다. 따라서, 프로세서(1400)는 통신 환경에 따라 MIMO 모드와 같은 다중 전송 모드, 다이버시티 모드와 단일 전송 모드 간에 전환이 제2 대역 및/또는 제3 대역에서 가능하다.

송수신부 회로(1250)는 각각의 안테나 소자들과 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 V2X 기반 다이버시티 또는 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 본 명세서에 따른 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, 상부, 측면 및 하부 영역의 복수의 방사체 구조로 구성된 광대역 안테나 구조를 제시하여 차량에 배치되면서 광대역 동작할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 차량에 배치되는 헬리컬 라인으로 이루어진 광대역 안테나 구조를 제시하여 차량에서 광대역 V2X 통신 서비스를 제공할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 3GPP Release 16에서 넓은 대역폭으로 높은 데이터 전송률을 갖는 n38, n47을 지원하는 NR V2X를 지원하는 차량용 안테나 모듈을 제공할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 3GPP Release 17에서 고려될 수 있는 주파수 대역으로 7GHz 대역까지 커버할 수 있는 NR V2X를 지원하는 차량용 안테나 모듈을 제공할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 안테나 패턴의 하부 영역에 그라운드 패턴을 배치하여, low elevation 빔 패턴을 구현할 수 있는 차량용 안테나 구조를 제공할 수 있다.

본 명세서에 따르면, PCB와 안테나 성능을 최적화할 수 있는 별도의 안테나 기판에 안테나 소자를 구현하여, 광대역 동작하면서도 높은 안테나 이득을 갖는 고효율 광대역 안테나 소자를 제공할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 안테나 성능을 일정 수준으로 유지하고 low elevation 빔 패턴을 유지할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 사고방지, 운전 편의성 향상, 연비 증진 등을 위한 차량용 광대역 V2X 안테나들을 통해 다이버시티 동작 구현하면서 안테나 간 격리도 향상이 가능하다.

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 모듈과 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,
   상부 도전 패턴(top conductive pattern)과 상기 상부 도전 패턴의 양 단부에서 연장되는 제1 및 제2 측면 도전 패턴을 포함하는 상기 제1 방사체 구조;
   상기 상부 도전 패턴과 연결되고, 복수의 도전 패턴들이 상호 연결되어 제1 측면 내지 제4 측면을 형성하고, 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 방사체 구조 - 상기 제2 방사체 구조는 유전체 구조의 제1 측면 내지 제4 측면에 배치되는 헬리컬 라인들로 구성됨; 및
   비아 홀을 통해 급전부에 연결되는 도전 패턴으로 형성되고, 상기 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제3 방사체 구조를 포함하고,
   상기 제1 방사체 구조 및 상기 제2 방사체 구조의 헬리컬 라인에 의해 상기 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성되는, 안테나 모듈.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 방사체 구조는,
   상기 상부 도전 패턴의 일 측 단부에 연결되는 상부 브랜치와 상기 급전부와 연결되는 하부 브랜치를 포함하고,
   상기 상부 브랜치, 상기 상부 브랜치와 상기 하부 브랜치 사이에 형성되는 도전 패턴들 및 상기 하부 브랜치에 의해 상기 제1 측면 내지 제4 측면 상에 헬리컬 라인들로 형성된 헬리컬 방사체로 동작하는, 안테나 모듈.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 방사체 구조의 상기 상부 도전 패턴과 상기 제1 및 제2 측면 패턴을 지지하고, 상기 제2 방사체 구조의 복수의 도전 패턴들을 지지하도록 구성된 유전체 구조를 더 포함하는, 안테나 모듈.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 방사체 구조는,
   상기 상부 도전 패턴의 일 측 단부에 연결되고, 상기 상부 브랜치를 형성하는 제1 도전 패턴;
   일 단부가 상기 제1 도전 패턴과 연결되고, 절곡되어 타 단부가 형성된 제2 도전 패턴;
   일 단부가 상기 제2 도전 패턴의 타 단부와 연결되고, 타 단부가 상기 하부 브랜치의 일 단부와 연결되게 형성된 제3 도전 패턴;
   일 단부가 상기 제3 도전 패턴의 타 단부와 연결되고, 절곡된 타 단부가 유전체 기판에 배치되는 제4 도전 패턴; 및
   상기 제4 도전 패턴의 일 측 상의 지점에서 연장되게 형성된 제5 도전 패턴을 포함하는, 안테나 모듈.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제2 도전 패턴의 일 부분, 상기 제3 도전 패턴의 일 부분 및 상기 제5 도전 패턴의 일 부분은 상기 제1 측면 도전 패턴을 향하도록 상기 제1 측면 상에 배치되는, 안테나 모듈.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 측면 상에 배치되는 상기 제3 도전 패턴의 하단과 상기 제5 도전 패턴의 상단 사이의 간격은 1.0mm 이하로 설정되어, 상기 제2 방사체 구조가 상기 제2 주파수 대역에서 동작하는, 안테나 모듈.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제1 측면 상에 배치되는 상기 제3 도전 패턴의 하부 및 상기 제5 도전 패턴의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조(interdigital structure)로 형성되어, 상기 제2 방사체 구조가 상기 제2 주파수 대역에서 동작하는, 안테나 모듈.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1 측면에 인접한 제2 측면 상에 배치되는 상기 제2 도전 패턴의 하부 및 상기 제5 도전 패턴의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조로 형성되어, 상기 제2 방사체 구조가 상기 제2 주파수 대역에서 동작하는, 안테나 모듈.
9. 제5항에 있어서,
   상기 제1 측면에 인접한 제2 측면 상에 상기 제1 도전 패턴의 제1 서브 패턴 및 상기 제4 도전 패턴의 제2 서브 패턴이 각각 상기 상부 브랜치 및 상기 하부 브랜치를 형성하고,
   상기 제1 도전 패턴의 제2 서브 패턴, 상기 제2 도전 패턴의 제2 서브 패턴 및 상기 제4 도전 패턴의 제1 서브 패턴은 상기 제2 측면 상에서 평행하게 배치되고,
   상기 제2 도전 패턴의 제3 서브 패턴 및 상기 제5 도전 패턴의 제1 서브 패턴은 상기 제2 측면 상에서 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조로 평행하게 배치되는, 안테나 모듈.
10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 주파수 대역은 760MHz 대역이고, 상기 제2 주파수 대역은 n38 대역인 2.6GHz 대역이고, 상기 제3 주파수 대역은 n47 대역인 5.9GHz 대역이고, 상기 제4 주파수 대역인 7GHz 대역이고,
    상기 제1 방사체 구조 내지 상기 제3 방사체 구조에 의한 제1 안테나 모듈은 V2X 통신을 위한 제1 안테나로 동작하고,
    상기 제1 안테나는 상기 제1 주파수 대역 내지 상기 제4 주파수 대역의 신호들을 수신 및 송신하도록 구성되는, 안테나 모듈.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 방사체 구조 내지 제3 방사체 구조로 형성되어 V2X 통신을 수행하도록 구성된 제2 안테나 모듈을 더 포함하고, 상기 제2 안테나 모듈은 V2X 통신을 위한 제2 안테나로 동작하고,
    상기 제1 안테나 모듈은 차량에 탑재되는 PCB의 일측 상부 영역에 배치되고, 상기 제2 안테나 모듈은 상기 PCB의 타 측 하부 영역에 배치되는, 안테나 모듈.
12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방사체 구조의 하부 브랜치를 구성하는 단부가 배치되는 제1 유전체 기판; 및
    상기 제1 유전체 기판의 하부에 배치되고, 배면에 배치된 상기 도전 패턴이 상기 비아 홀을 통해 전면에 배치된 상기 급전부와 연결되도록 구성된 제2 유전체 기판을 포함하는, 안테나 모듈.
13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 방사체 구조의 상기 도전 패턴은,
    제1 너비와 제1 길이로 형성되는 제1 도전 패턴; 및
    상기 제1 도전 패턴과 수직하게 형성되고, 제2 너비와 제2 길이로 형성되는 제2 도전 패턴을 포함하고,
    상기 제1 도전 패턴 및 상기 제2 도전 패턴으로 구성된 상기 도전 패턴은 상기 제4 주파수 대역인 7GHz 대역에서 방사체로서 동작하는, 안테나 모듈.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 도전 패턴의 일 단부와 상기 비아 홀과 연결되는 비아 패드 사이에 배치되는 임피던스 매칭 부를 더 포함하고,
    상기 임피던스 매칭 부는 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 또는 이들의 조합으로 구성되는, 안테나 모듈.
15. 제1 항에 있어서,
    상기 급전부의 급전 라인은,
    상기 제2 방사체 구조의 하부 브랜치의 단부로 제1 신호를 급전하는 제1 급전 라인; 및
    상기 제3 방사체 구조의 상기 도전 패턴으로 제2 신호를 급전하는 제2 급전 라인을 포함하는, 안테나 모듈.
16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴을 상기 제1 주파수 대역 내지 상기 제4 주파수 대역에서 형성하고,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나가 모두 동작하는 경우 수평 방향에서 omni-directional 빔 패턴을 형성하는, 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,
    상부 도전 패턴과 상기 상부 도전 패턴의 양 단부에서 연장되는 제1 및 제2 측면 도전 패턴을 포함하는 제1 방사체 구조;
    상기 상부 도전 패턴과 연결되고, 복수의 도전 패턴들이 상호 연결되어 제1 측면 내지 제4 측면을 형성하고, 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 방사체 구조 - 상기 제2 방사체 구조는 상기 제1 측면 내지 제4 측면에 배치되는 헬리컬 라인들로 구성됨 -; 및
    비아 홀을 통해 급전부에 연결되는 도전 패턴으로 형성되고, 상기 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제3 방사체 구조를 포함하고,
    상기 제1 방사체 구조 및 상기 제2 방사체 구조의 헬리컬 라인에 의해 상기 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성되는, 차량.
18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 방사체 구조는,
    상기 상부 도전 패턴의 일 측 단부에 연결되고, 상기 상부 브랜치를 형성하는 제1 도전 패턴;
    일 단부가 상기 제1 도전 패턴과 연결되고, 절곡되어 타 단부가 형성된 제2 도전 패턴;
    일 단부가 상기 제2 도전 패턴의 타 단부와 연결되고, 타 단부가 상기 하부 브랜치의 일 단부와 연결되게 형성된 제3 도전 패턴;
    일 단부가 상기 제3 도전 패턴의 타 단부와 연결되고, 절곡된 타 단부가 유전체 기판에 배치되는 제4 도전 패턴; 및
    상기 제4 도전 패턴의 일 측 상의 지점에서 연장되게 형성된 제5 도전 패턴을 포함하고,
    상기 제2 도전 패턴의 일 부분, 상기 제3 도전 패턴의 일 부분 및 상기 제5 도전 패턴의 일 부분은 상기 제1 측면 도전 패턴을 향하도록 상기 제1 측면 상에 배치되는, 차량.
19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 측면 상에 배치되는 상기 제3 도전 패턴의 하부 및 상기 제5 도전 패턴의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조(interdigital structure)로 형성되어, 상기 제2 방사체 구조가 상기 제2 주파수 대역에서 동작하는, 안테나 모듈.
20. 제17항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은,
    상기 차량에 탑재되는 PCB의 일측 상부 영역에 배치되고, 상기 제1 방사체 구조 내지 상기 제3 방사체 구조로 형성된 제1 안테나; 및
    상기 PCB의 타측 하부 영역에 배치되고, 상기 제1 방사체 구조 내지 상기 제3 방사체 구조로 형성된 제2 안테나를 포함하고,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역에서 V2X 통신을 위한 다이버시티 동작을 수행하도록 제어하는 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역보다 높은 상기 제2 주파수 대역 또는 상기 제3 주파수 대역에서 V2X 통신을 위한 다이버시티 동작을 수행하도록 제어하는, 차량.

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