WO2020251216A1 - 안테나 모듈을 포함하는 무인 비행체 - Google Patents

안테나 모듈을 포함하는 무인 비행체 Download PDF

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WO2020251216A1
WO2020251216A1 PCT/KR2020/007290 KR2020007290W WO2020251216A1 WO 2020251216 A1 WO2020251216 A1 WO 2020251216A1 KR 2020007290 W KR2020007290 W KR 2020007290W WO 2020251216 A1 WO2020251216 A1 WO 2020251216A1
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WO
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unmanned aerial
aerial vehicle
antenna module
antenna
heat dissipation
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/007290
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English (en)
French (fr)
Inventor
김용화
윤영규
이용석
최희승
나효석
윤병욱
Original Assignee
삼성전자 주식회사
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U10/00—Type of UAV
    • B64U10/10—Rotorcrafts
    • B64U10/13—Flying platforms
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plants using steam or spring force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D33/00—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for
    • B64D33/08—Arrangements in aircraft of power plant parts or auxiliaries not otherwise provided for of power plant cooling systems
    • B64D33/10—Radiator arrangement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64U—UNMANNED AERIAL VEHICLES [UAV]; EQUIPMENT THEREFOR
    • B64U20/00—Constructional aspects of UAVs
    • B64U20/80—Arrangement of on-board electronics, e.g. avionics systems or wiring
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/02—Arrangements for de-icing; Arrangements for drying-out ; Arrangements for cooling; Arrangements for preventing corrosion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Definitions

  • Various embodiments of the present invention relate to an antenna mounting structure of an unmanned aerial vehicle capable of 5G communication.
  • An unmanned aerial vehicle such as a drone may be a helicopter-shaped unmanned aerial vehicle capable of flying and wireless control using a wireless communication method without a person on board.
  • Such an unmanned aerial vehicle may be used not only for military use, but also in various fields including high-altitude images and photography, delivery or weather information collection, and pesticide spraying.
  • the unmanned aerial vehicle may be capable of communication using various wireless communication methods.
  • an unmanned aerial vehicle equipped with an antenna module for 5G millimeter wave (mmWave) communication does not take into account the direction of the antenna, the antenna continuously performs beam searching to check the location of the base station and perform 5G communication. It is not smooth and current consumption may be severe.
  • mmWave millimeter wave
  • Various embodiments of the present invention arrange an antenna module on four sides of an unmanned aerial vehicle for 5G mmWave communication with a base station and a plurality of unmanned aerial vehicles, and use a motor-driven antenna module unit and/or antenna beamforming It can provide an unmanned aerial vehicle capable of communication.
  • various embodiments include: a main body; One or more connection frames connected to the main body; At least one propeller unit connected to the connection frame; A driving unit disposed on the connection frame; A heat dissipating structure coupled to the driving unit and having at least one connected to the propeller unit; And an antenna module connected to the heat dissipation structure, wherein the driving unit is disposed between the at least one propeller unit and the antenna module to rotate the antenna module, and the heat dissipation structure surrounds at least a portion of the antenna module, and the Heat generated in the antenna module may be diffused into the air by using air blown from one or more propeller units.
  • Various embodiments of the present invention arrange an antenna module on four sides of an unmanned aerial vehicle for 5G mmWave communication with a base station and a plurality of unmanned aerial vehicles, and use a motor-driven antenna module unit and/or antenna beamforming It can provide an unmanned aerial vehicle capable of communication.
  • the unmanned aerial vehicle may enable stable 5G communication with a base station while moving regardless of altitude and direction.
  • the unmanned aerial vehicle may perform 5G communication with a plurality of unmanned aerial vehicles including unmanned aerial vehicles in a shaded area using a plurality of 5G mmWave antennas capable of omnidirectional cover.
  • the unmanned aerial vehicle by disposing a 5G mmWave ANT under a propeller, it is possible to efficiently dissipate heat generated from each antenna into the air.
  • FIG. 1 is a block diagram of an unmanned aerial vehicle in a network environment including a plurality of cellular networks according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 3 is a bottom view showing an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 4 is an exemplary view schematically showing each type of an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present invention.
  • 5A is a plan view illustrating an antenna module according to various embodiments of the present disclosure.
  • 5B is a bottom view illustrating an antenna module according to various embodiments of the present disclosure.
  • 5C is a side cross-sectional view illustrating an antenna module according to various embodiments of the present disclosure.
  • 6A to 7B are plan views each showing various types of antenna modules according to various embodiments of the present invention.
  • FIG. 8A is a perspective view illustrating a heat dissipation structure of an antenna module according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 8B is a view with a cover removed from FIG. 8A.
  • FIG. 9A is a front view illustrating a heat dissipation structure of an antenna module according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 9B is a view with a cover removed from FIG. 9A.
  • FIG. 10 is a bottom view showing a heat dissipation structure of an antenna module according to various embodiments of the present disclosure.
  • 11A is a perspective view illustrating a state in which an antenna module is rotated by an antenna rotation motor according to various embodiments of the present disclosure.
  • 11B is an exemplary view showing a state in which a communication area that can be covered by a driving unit (eg, an antenna rotation motor) is expandable according to various embodiments of the present disclosure.
  • a driving unit eg, an antenna rotation motor
  • FIG. 12 is an exemplary diagram illustrating a case in which an unmanned aerial vehicle is in a higher state and a lower state than a base station according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a perspective view illustrating a state in which a beam pattern is changed by adjusting a phase difference when an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present disclosure is in a higher or lower state than a base station.
  • FIG. 14 is an exemplary diagram illustrating a state in which an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present disclosure performs 5G communication with at least one base station and a plurality of other unmanned aerial vehicles.
  • 15 is an exemplary diagram illustrating a state in which an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present disclosure relays a plurality of unmanned aerial vehicles in a shaded area.
  • 16 is a flowchart for controlling an antenna module in an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present disclosure.
  • 17 is a flowchart for aligning a beam direction in an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 1 is a block diagram of an unmanned aerial vehicle 20 in a network environment including a plurality of cellular networks, according to various embodiments.
  • the unmanned aerial vehicle 20 includes a first communication processor 112, a second communication processor 114, a first radio frequency integrated circuit 122, a second RFIC 1224, and a third RFIC. 126, a fourth RFIC 128, a first radio frequency front end (RFFE) 132, a second RFFE 1234, a first antenna module 142, a second antenna module 144, and an antenna ( 148.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may further include a processor 120, a memory 130, and a sensor unit 160.
  • the network 199 includes a first network 192 and a second It may include a network 194.
  • the first communication processor 112, the second communication processor 114, the first RFIC 122, the second RFIC 1224, the fourth RFIC ( 128), the first RFFE 132, and the second RFFE 1234 may form at least a part of the wireless communication module 190.
  • the fourth RFIC 128 is omitted or 3 May be included as part of the RFIC 126.
  • the first communication processor 112 may support establishment of a communication channel of a band to be used for wireless communication with the first network 192 and communication of a legacy network through the established communication channel.
  • the first network may be a legacy network including a second generation (2G), 3G, 4G, or long term evolution (LTE) network.
  • the second communication processor 114 establishes a communication channel corresponding to a designated band (eg, about 6 GHz to about 60 GHz) among the bands to be used for wireless communication with the second network 194, and communicates with the 5G network through the established communication channel.
  • a designated band eg, about 6 GHz to about 60 GHz
  • the second network 194 may be a 5G network defined by 3GPP.
  • the first communication processor 112 or the second communication processor 114 corresponds to another designated band (eg, about 6 GHz or less) among bands to be used for wireless communication with the second network 194. It is possible to establish a communication channel and support 5G network communication through the established communication channel.
  • the first communication processor 112 and the second communication processor 114 may be implemented in a single chip or a single package. According to various embodiments, the first communication processor 112 or the second communication processor 114 may be formed in a single chip or a single package with the processor 120 and other components.
  • the first communication processor 112 and the second communication processor 114 are directly or indirectly connected to each other by an interface (not shown) to provide data or control signals in either or both directions. Can offer or receive.
  • the first RFIC 122 transmits a baseband signal generated by the first communication processor 112 to about 700 MHz to about 3 GHz used for the first network 192 (eg, a legacy network). Can be converted to a radio frequency (RF) signal.
  • RF radio frequency
  • an RF signal is obtained from the first network 192 (eg, a legacy network) through an antenna (eg, the first antenna module 142), and through an RFFE (eg, the first RFFE 132). It can be preprocessed.
  • the first RFIC 122 may convert the preprocessed RF signal into a baseband signal to be processed by the first communication processor 112.
  • the second RFIC 1224 transmits the baseband signal generated by the first communication processor 112 or the second communication processor 114 to be used in the second network 194 (eg, 5G network). It can be converted into an RF signal (hereinafter, referred to as 5G Sub6 RF signal) of the Sub6 band (eg, about 6 GHz or less). Upon reception, a 5G Sub6 RF signal is obtained from the second network 194 (eg, 5G network) through an antenna (eg, the second antenna module 144), and RFFE (eg, the second RFFE 1234). Can be pretreated through. The second RFIC 1224 may convert the preprocessed 5G Sub6 RF signal into a baseband signal so that it can be processed by a corresponding communication processor among the first communication processor 112 or the second communication processor 114.
  • 5G Sub6 RF signal RF signal
  • the second RFIC 1224 may convert the preprocessed 5G Sub6 RF signal into a baseband signal so that it can be processed
  • the third RFIC 126 transmits the baseband signal generated by the second communication processor 114 to the RF of the 5G Above6 band (eg, about 6 GHz to about 60 GHz) to be used in the second network 194 (eg, 5G network). It can be converted into a signal (hereinafter, 5G Above6 RF signal).
  • the 5G Above6 RF signal may be obtained from the second network 194 (eg, 5G network) through an antenna (eg, antenna 148) and preprocessed through the third RFFE 136.
  • the third RFIC 126 may convert the preprocessed 5G Above6 RF signal into a baseband signal to be processed by the second communication processor 114.
  • the third RFFE 136 may be formed as part of the third RFIC 126.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may include a fourth RFIC 128 separately or at least as a part of the third RFIC 126, according to an embodiment.
  • the fourth RFIC 128 converts the baseband signal generated by the second communication processor 114 into an RF signal (hereinafter, IF signal) of an intermediate frequency band (eg, about 9 GHz to about 11 GHz). After conversion, the IF signal may be transferred to the third RFIC 126.
  • the third RFIC 126 may convert the IF signal into a 5G Above6 RF signal.
  • the 5G Above6 RF signal may be received from the second network 194 (eg, 5G network) through an antenna (eg, antenna 148) and converted into an IF signal by the third RFIC 126. .
  • the fourth RFIC 128 may convert the IF signal into a baseband signal to be processed by the second communication processor 114.
  • the first RFIC 122 and the second RFIC 1224 may be implemented as a single chip or at least part of a single package.
  • the first RFFE 132 and the second RFFE 1234 may be implemented as a single chip or at least part of a single package.
  • at least one of the first antenna module 142 or the second antenna module 144 may be omitted or combined with another antenna module to process RF signals of a plurality of corresponding bands.
  • the third RFIC 126 and the antenna 148 may be disposed on the same substrate to form the third antenna module 146.
  • the wireless communication module 190 or the processor 120 may be disposed on a first substrate (eg, a main PCB).
  • the third RFIC 126 is disposed in a partial area (eg, lower surface) of the second substrate (eg, sub PCB) separate from the first substrate, and the antenna 148 is disposed in another area (eg, upper surface).
  • the third antenna module 146 may be formed.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may improve the quality or speed of communication with the second network 194 (eg, 5G network).
  • the second network 194 eg, 5G network
  • the antenna 148 may be formed as an antenna array including a plurality of antenna elements that can be used for beamforming.
  • the third RFIC 126 may include, for example, a plurality of phase shifters 138 corresponding to a plurality of antenna elements as part of the third RFFE 136.
  • each of the plurality of phase converters 138 may convert the phase of the 5G Above6 RF signal to be transmitted to the outside of the unmanned aerial vehicle 20 (eg, the base station of the 5G network) through a corresponding antenna element.
  • each of the plurality of phase converters 138 may convert the phase of the 5G Above6 RF signal received from the outside through a corresponding antenna element into the same or substantially the same phase.
  • the memory 130 includes at least one sensor, at least one component of the above-described unmanned aerial vehicle 20 (eg, a processor 120, a wireless communication module 190), a first antenna module, a second antenna module, or a third Antenna module).
  • the memory 130 may include a volatile memory or a nonvolatile memory).
  • the memory 130 may store an application platform 132 and a flight platform 134.
  • the flight platform 134 may be configured to control the flight of the unmanned aerial vehicle 20 according to a navigation algorithm.
  • the flight platform 134 may be configured to execute a flight, attitude control and navigation algorithm of the unmanned aerial vehicle 20.
  • the application platform 132 may transmit a control signal (eg, a control signal) to the flight platform 134 while performing image control, communication control, sensor control, charging control, and operation change of a user application.
  • the flight platform 134 may control the flight, posture, and movement of the unmanned aerial vehicle 20 based on the generated control signal.
  • the sensor unit 16 may include at least one sensor.
  • at least one sensor may be associated with location information measurement.
  • the at least one sensor associated with the measurement of location information may include at least one of GPS, acceleration, ultrasonic, and infrared laser time of flight (ToF) sensors.
  • ToF laser time of flight
  • at least one sensor may include a variety of sensors (eg, wifi) capable of confirming the status or location of the unmanned aerial vehicle 20.
  • at least one sensor may be associated with measurement of a flight posture, angular velocity, and acceleration of the unmanned aerial vehicle 20.
  • At least one sensor associated with measuring flight posture, angular velocity, and acceleration may include a gyro sensor, an acceleration sensor, and the like.
  • the sensor unit 160 is composed of at least one sensor associated with the measurement of location information and a sensor combined with at least one sensor associated with the measurement of the flight attitude, angular velocity, and acceleration of the unmanned aerial vehicle 20. It could be.
  • the information measured by the sensor unit 160 may be used as basic information of a control signal for navigation/automatic control of the unmanned aerial vehicle 20.
  • Processor 120 is at least one component of the above-described unmanned aerial vehicle 20 (eg, processor 120, wireless communication module 190), the first antenna module 142, the second antenna module 144 or 3 It can be processed to control the operation of the antenna module 146.
  • the processor 120 may process the flight, attitude control, and navigation algorithm of the unmanned aerial vehicle 20 to be executed.
  • the processor 120 may control the flight, posture, or movement of the unmanned aerial vehicle 20 based on at least a portion of the information measured through the sensor unit 160.
  • the processor 120 controls the attitude for the pitch(Y)/roll(X)/yaw(Z) of the unmanned aerial vehicle based on the adjustment signal generated by the application platform 1252 and provided to the flight platform 1254 And it is possible to control the flight according to the movement path.
  • the wireless communication module 190 communicates with the base station using at least one antenna (eg, the first antenna module 142, the second antenna module 144, or the third antenna module 146). Can be handled.
  • the processor 120 and/or the wireless communication module 190 as described later through FIGS. 16 and 17, based on the height of the base station in communication and the current height (eg, flight height) of the unmanned aerial vehicle 20 The beam direction of the unmanned aerial vehicle 20 may be aligned to the base station direction.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present invention.
  • 3 is a bottom view showing an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present invention.
  • the unmanned aerial vehicle 20 is a helicopter-shaped unmanned aerial vehicle 20 capable of flying and wireless control using antenna modules 240 mounted on the main body 200 As, it can be used not only for military use, but also in various fields including high-altitude images and photography, delivery or weather information collection, and pesticide spraying.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may include a drone.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may include a body 200, one or more propeller units 210, and a plurality of connection frames 205.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may have one or more propeller units 210 connected to the main body 200 by each connection frame 205.
  • the main body 200 may rise and fly by driving each of the propeller units 210.
  • the body 200 may include a front portion 201 and a rear portion 202, and at least one propeller portion 210 by a pair of connection frames 205 in the front portion 201 ) May be connected to each other, and another propeller unit 210 may be connected to the rear part 202 by a pair of different connection frames 205.
  • the main body 200 includes a transmission/reception unit, a sub-motor, a flight controller, an electronic speed controller, a 5G RF circuit unit (eg, a wireless communication module 190 shown in FIG. 1), a camera, a gimbal, a landing device, and It may include at least one of the batteries.
  • each of the propeller units 210 may include a propeller 211 and a drive motor M1. Each of the propellers 211 may be rotated by being coupled to the driving motor M1.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may fly by driving one or more propeller units 210. According to an embodiment, when each of the propellers 211 rotates, a rising air flow is generated, so that the main body 200 may rise.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may include at least one antenna module 240 capable of communicating with a base station.
  • the antenna module 240 may be disposed in close proximity to one or more propeller units 210.
  • one or more antenna modules 240 may be disposed on all four propeller units 210, or may be disposed on three, two, or one propeller units 210.
  • At least one propeller unit 210 may include at least one driving unit M2 capable of rotating the antenna module 240.
  • at least one driving unit M2 may be included in one or more connection frames 205.
  • the driving unit M2 may include a motor.
  • the driving unit M2 may be disposed coaxially with the driving motor M1, and may be disposed to overlap in the vertical direction.
  • the driving unit M2 may be a device that rotates the combined antenna module 240.
  • the 5G communication antenna 240 is rotatable by the driving unit M2, so that the communication area that can be covered in the horizontal direction is expandable, so that the beam alignment with the base station can be maintained.
  • the driving unit M2 may be disposed below the driving motor M1.
  • the driving unit M2 may be an antenna rotation motor.
  • the one or more antenna modules 240 may have the same structure, or at least some of each may have a different structure or shape.
  • FIG. 4 is an exemplary view schematically showing each type of an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present invention.
  • the unmanned aerial vehicle (for example, the unmanned aerial vehicle 20 shown in Figure 2) according to an embodiment has four propeller parts (for example, the propeller parts 210 shown in Figure 2) is the main body 200 ) (For example, the main body 200 shown in FIG. 2) is illustrated as being applied to a quadcopter connected by a connection frame (for example, the connection frame 205 shown in FIG. 2), but various embodiments of the present invention It is not limited to a quadcopter, and may be applied to the unmanned aerial vehicle 20 including one or more propeller units 210.
  • a tricopter in which three propeller units 210 are connected to the main body 200 by a connecting frame 205, or six propeller units 210 are connected to the main body 200 by a connecting frame 205 ), each connected by a hexacopter (b) or an octocopter (c) in which eight propeller units 210 are connected to the main body 200 by a connection frame 205, respectively.
  • at least one antenna module 240 may be disposed in each of the unmanned aerial vehicles 20 listed above.
  • 5A is a plan view illustrating an antenna module according to various embodiments of the present disclosure.
  • 5B is a bottom view illustrating an antenna module according to various embodiments of the present disclosure.
  • 5C is a side cross-sectional view illustrating an antenna module according to various embodiments of the present disclosure.
  • an antenna module 240 mounted on one or more propeller units includes a substrate 2401 and at least one A patch antenna element 2402, an RFIC 2403, and a connector 2404 may be included.
  • the substrate 2401 is a printed circuit board made of a dielectric material, and may include a first surface 240a and a second surface 240b facing in a direction opposite to the first surface 240a. When installed on the substrate in the unmanned aerial vehicle, the surface facing the body may be the second surface 240b.
  • the substrate 2401 may be mounted in a heating structure in a standing type.
  • the substrate 2401 is coupled to the driving unit M2 disposed under one or more propeller units, so that the direction in which the radiation beam of the patch antenna element 2402 is directed is rotated according to the rotation of the driving unit M2. Can be.
  • each of the patch antenna elements 2402 may have an antenna pattern in a 1x4 array.
  • the antenna pattern of each patch antenna element 2402 may have a circular shape.
  • the antenna module 240 may form a directional radiation beam vertically upward from the first surface 240a using each of the patch antenna elements 2402.
  • 6A to 7B are plan views each showing various types of antenna modules according to various embodiments of the present invention.
  • FIGS. 6A to 7B Various types of antenna modules mounted on an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 6A to 7B.
  • the antenna module 241 shown in FIG. 6A may differ only in the shape of the antenna pattern of each patch antenna element 2412 compared to the antenna module 240 shown in FIG. 5A. In order to avoid redundant description, descriptions of the same components will be omitted.
  • At least one patch antenna element 2412 may be arranged on the first surface 241a of the substrate 2411.
  • the antenna pattern of each patch antenna element 2412 may have a square shape.
  • the antenna module 241 may form a directional radiation beam vertically upward from the first surface 241a by using each patch antenna element 2412.
  • a dipole antenna element 2423 may be additionally disposed around each patch antenna element 2422 in the antenna module 242 illustrated in FIG. 6B. In order to avoid redundant description, descriptions of the same components will be omitted.
  • the patch antenna element 2422 may be a dielectric material, for example, an antenna element on a substrate in a patch shape, for example, in any one of a rectangle, a square, or a circle.
  • the patch antenna including the patch antenna element 2422 may be a resonant antenna.
  • the patch antenna element 2422 may have directivity toward a vertical direction of the mounting surface.
  • the dipole antenna element 2423 is an antenna used by feeding power to the end or center of a conducting wire, and may be an antenna element having an eight-shaped directivity when viewed from a horizontal position and omnidirectional when viewed from a vertical position.
  • each patch antenna element 2422 and at least one dipole antenna element 2423 may be arranged on the first surface 242a of the substrate 2421.
  • each patch antenna element 2422 may be a patch antenna.
  • each dipole antenna element 2423 may be arranged in one direction of each patch antenna element 2422.
  • the antenna module 242 may form a radiation beam vertically above the substrate 2421 using each patch antenna element 2422, and the dipole antenna element 2423 may be used to form a radiation beam.
  • a radiation beam may be formed in one side direction.
  • the antenna module 243 shown in FIG. 6C may differ only in a structure in which each feeding part 2433 is disposed on each patch antenna element 2432 compared to the antenna module 242 shown in FIG. 6B. . In order to avoid redundant description, descriptions of the same components will be omitted.
  • each feeding part 2433 is formed on at least one or more edges of each patch antenna element 2422, and is formed for double feeding of vertical and horizontal polarization connected to each patch antenna element 2432 Can be.
  • the antenna module 243 may form a radiation beam vertically above the substrate 2431 using each patch antenna element 2432.
  • the at least one power feeding unit 2433 uses the same reference numeral for convenience, but may have different structures.
  • the antenna module 244 shown in FIG. 7A may differ only in the arrangement of each patch antenna element 2442. In order to avoid redundant description, descriptions of the same components will be omitted.
  • At least one patch antenna element 2442 may be arranged on the first surface 244a of the substrate 2441.
  • the antenna pattern of each of the patch antenna elements 2442 may have a square shape, and may be arranged in an NxN, for example, 3x3 type.
  • the patch antenna element 2442 disposed in the middle may be omitted.
  • the directions of the beams formed by the at least one or more patch antenna elements 2442 may increase.
  • the antenna gain increases, and the antenna coverage may also increase.
  • the antenna module 245 may form a directional beam in both horizontal and vertical directions by using the patch antenna element 2442. According to an embodiment, compared to the antenna module 240 of FIG. 4A, the antenna module 245 may cover an entire area without a driving unit, for example, an antenna rotation motor.
  • the antenna module 245 illustrated in FIG. 7B may differ only in a structure in which the dipole antenna element 2453 is additionally disposed compared to the antenna module 244 illustrated in FIG. 7A. In order to avoid redundant description, descriptions of the same components will be omitted.
  • At least one patch antenna element 2452 and at least one dipole antenna element 2453 may be arranged on the first surface 245a of the substrate 2451.
  • each of the dipole antenna elements 2453 may be arranged side by side in one direction of each of the patch antenna elements 2452.
  • the antenna module 245 may form a beam vertically above the first surface 245a of the substrate 2451 using the patch antenna element 2452, and each dipole antenna element 2453 ) May be used to form a radiation beam in the direction of one side of the substrate 2451.
  • the patch antenna element 2452 disposed in the middle may be omitted.
  • FIG. 8A is a perspective view illustrating a heat dissipation structure of an antenna module according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 8B is a view with a cover removed from FIG. 8A
  • 9A is a front view illustrating a heat dissipation structure of an antenna module according to various embodiments of the present disclosure
  • FIG. 9B is a view with a cover removed from FIG. 9A
  • 10 is a bottom view showing a heat dissipation structure of an antenna module according to various embodiments of the present disclosure.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may include a heat dissipation structure 230 of an antenna.
  • the heat dissipation structure 230 may diffuse heat generated from the antenna module 240, for example, RFIC, into the air by using a flow of air generated by rotation of one or more propeller units 210. have.
  • the heat dissipation structure 230 may be formed on the connection frame 205. For example, it may be formed at the end of the connection frame 205.
  • the heat dissipation structure 230 extends in a shape surrounding at least a portion of each antenna module (eg, the antenna module 240 shown in FIGS. 5A to 5C ), and at least a portion is open.
  • the heat dissipation structure 230 may have a shape in which a surface including an antenna element is opened and an opposite surface thereof is wrapped.
  • the heat dissipation structure 230 includes a surface of the antenna module 240 including the patch antenna element (eg, the patch antenna element 2402 shown in FIG. 5A).
  • the surface (240a) is an open shape, and as the opposite surface, the surface containing the RFIC (eg, RFIC (2403) shown in FIG. 5A) (eg, the second surface (240b) shown in FIG. It can be a shape.
  • the heat dissipation structure 230 is mounted under a driving unit (for example, the driving unit M2 shown in FIG. 3), and uses the flow of air generated by the rotation of the propeller. Heat generated from the RFIC (eg, the RFIC 2403 shown in FIG. 5C) may be radiated.
  • a driving unit for example, the driving unit M2 shown in FIG. 3
  • Heat generated from the RFIC eg, the RFIC 2403 shown in FIG. 5C
  • the heat dissipation structure 230 may include a heat dissipation housing 233, a heat dissipation plate 232, and at least one heat dissipation fin 231.
  • at least one heat radiation fin 231 may be formed on an outer surface of the heat radiation housing 233.
  • each of the heat dissipation fins 231 may have different lengths, and may extend along a direction in which air flows.
  • each heat dissipation fin 231 may have a shape extending from an upper side to a lower side.
  • each heat radiation fin 231 may have a shape protruding from the heat radiation housing 233 in a radial direction.
  • Each of the radiating fins 231 may have the same or different protruding heights formed on the outer peripheral surface of the radiating housing 233.
  • the extended length of the radiating fins 231 in the center of the radiating housing 233 closest to the main body is the most It is long, has the highest protrusion height, and gradually extends to both ends of the heat dissipation housing 233 farthest from the main body, and the length gradually becomes shorter, and may be formed with the lowest protrusion height.
  • an RFIC (eg, FIG. 5B) is formed between the second surface of the substrate (eg, the substrate 2401 of FIG. 5A) included in the antenna module 240 and the heat dissipation housing 233 by a medium 236.
  • Heat generated from the RFIC 2403 shown in FIG. 2 may be transferred to the heat dissipation fin 231.
  • the medium 236 may include a heat sink 232 and/or a heat transfer material 234 (TIM).
  • the heat transfer material 234 is disposed between the second surface of the substrate 2401 and the heat sink 232, so that heat generated from the RFIC (for example, the RFIC 2403 shown in FIG. 5B) is removed from the heat sink ( 232).
  • heat transferred to the heat sink 232 is transferred to the heat dissipation housing 233, and the heat transferred to the heat dissipation housing 233 is transferred to each heat dissipation fin 231 and then diffuses.
  • the diffused heat may be cooled by using the flow of air generated by the rotation of a propeller (eg, the floefeller 211 shown in FIG. 2 ).
  • the first portion facing the second surface of the substrate on which the RFIC is disposed (eg, the second surface 240b shown in FIG. 5B) is closed, and the patch antenna element is disposed.
  • the second portion facing the first surface of the substrate (for example, the first surface 240a illustrated in FIG. 5A) may have an open shape.
  • a protective cover 220 for protecting the antenna module 240 may be disposed on the second portion of the open heat dissipation housing 233.
  • 11A is a perspective view illustrating a state in which an antenna module is rotated by a driving unit according to various embodiments of the present disclosure.
  • 11B is an exemplary view showing a state in which a coverable area is expanded by a driving unit according to various embodiments of the present disclosure.
  • each antenna module mounted on the unmanned aerial vehicle 20 (eg, the unmanned aerial vehicle 20 shown in FIG. 2) according to an embodiment (eg, in FIGS. 5A to 5C)
  • the illustrated antenna module 240 may optimize antenna beamforming by changing the beam.
  • the antenna beam optimization is performed by changing the beam direction, correcting the beam direction using the driving motor M2, changing the antenna to use a different antenna, or the location of the unmanned aerial vehicle 20, for example a drone. And/or changing the beam according to the posture.
  • the antenna module may change a vertical beam by a phase modulator (not shown) or a horizontal beam by a driver M2 (eg, a driver M2 shown in FIG. 2). .
  • the antenna module eg, the antenna module 240 shown in FIGS. 45A to 5C
  • the antenna module (for example, the antenna module 240 shown in FIGS. 5A to 5C) is rotated by the driving unit M2 (for example, the driving unit M2 shown in FIG. 2). It may be arranged to be rotatable at a certain angle (eg, 360 degrees) around.
  • the driving unit M2 for example, the driving unit M2 shown in FIG. 2.
  • each antenna module eg, in FIGS. 5A to 5C
  • the illustrated antenna module 240 may cover 360 degrees in the horizontal direction under the control of the driving unit M2. .
  • the antenna module 240 shown in FIGS. 5A to 5C is an antenna module having an antenna element of '1XN' (where N is a plurality) in a vertical direction, for example,'width x height' :
  • the antenna module 240 may form an antenna beam in a vertical direction in an upward or downward direction by a phase modulator, and a driver An antenna beam in a horizontal direction may be formed in a left direction or a right direction by rotation of (M2) (for example, the driving unit M2 shown in FIG. 3 ).
  • the antenna module (for example, the antenna module 240 shown in FIGS. 5A to 5C) is capable of changing the beam direction in a vertical direction and a horizontal direction, respectively, so that a coverable area is extended. May be possible.
  • FIG. 12 is an exemplary diagram illustrating a case in which an unmanned aerial vehicle is in a higher state and a lower state than a base station according to various embodiments of the present disclosure.
  • 13 is a perspective view illustrating a state in which a beam pattern is changed by adjusting a phase difference when an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present disclosure is in a higher or lower state than a base station.
  • the antenna module 240 (eg, the antenna module 240 shown in FIG. 8B) includes a plurality of antenna elements (mmWave ANT1 (eg, the patch antenna element 2402 shown in FIG. 4A)) to mmWave ANT4)
  • mmWave ANT1 eg, the patch antenna element 2402 shown in FIG. 4A
  • the beam pattern can be changed along the vertical direction by adjusting the phase difference of the patch antenna element 2402.
  • the phase difference of the patch antenna element can be adjusted so that the beam pattern e1 radiated from the antenna pattern faces upward, and
  • the unmanned aerial vehicle 20 can perform optimal 5G communication with the base station (BS). I can.
  • FIG. 14 is an exemplary diagram illustrating a state in which an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present disclosure performs 5G communication with at least one base station and a plurality of other unmanned aerial vehicles.
  • the unmanned aerial vehicle 20 (for example, the unmanned aerial vehicle 20 shown in Figure 2) is each base station (BS1 ⁇ BS3) (for example, the base station shown in Figure 12 ( BS)) and an antenna module (e.g., the antenna module 240 shown in FIG. 8B) through position information and attitude control secured using various sensors built into the unmanned aerial vehicle 20 to maintain the 5G communication network.
  • BS1 ⁇ BS3 for example, the base station shown in Figure 12 ( BS)
  • an antenna module e.g., the antenna module 240 shown in FIG. 8B
  • the beam direction of each antenna for communication with at least one of the plurality of base stations BS1 to BS3 and/or the plurality of unmanned aerial vehicles 21 may be optimized.
  • the location of the base station (BS) is identified through position information and attitude control of the unmanned aerial vehicle 20, it is possible to optimize beam searching and beam forming to maintain 5G communication, thereby minimizing current consumption. can do.
  • 15 is an exemplary diagram illustrating a state in which an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present disclosure relays a plurality of unmanned aerial vehicles in a shaded area.
  • the unmanned aerial vehicle 20 (eg, the unmanned aerial vehicle 20 shown in FIG. 14) is a base station (BS) (eg, the base station shown in FIG. 12) through a plurality of antenna modules. (BS)) It is possible to relay the 5G communication network to the unmanned aerial vehicle 22 or a plurality of other unmanned aerial vehicles 23 and 24 in a shadow area where the signal does not reach.
  • the 5G communication shadow area is a dense building area in an urban area, and may be an area where there are many 5G signal propagation obstacles or high density data traffic.
  • each of the operations may be sequentially performed, but not necessarily sequentially. For example, the order of each operation may be changed, and at least two operations may be performed in parallel.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may acquire location information of the unmanned aerial vehicle 20 in operation 1610.
  • the processor eg, the processor 120 illustrated in FIG. 1
  • the processor 120 may acquire location information based on information obtained from at least one sensor.
  • the at least one sensor may include at least one of GPS, acceleration, ultrasonic, and infrared laser distance measurement (Time of Flight, ToF) sensors.
  • the processor 120 may acquire location information using various sensors (eg, wifi) capable of confirming the status or location of the unmanned aerial vehicle 20.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may compare the heights of the base station and the unmanned aerial vehicle 20 in operation 1620.
  • the height comparison may include determining whether the unmanned aerial vehicle 20 is currently positioned higher than a certain height relative to the base station or whether the unmanned aerial vehicle 20 is positioned lower than a predetermined height relative to the base station.
  • the processor 120 may include an operation of determining a situation in which the unmanned aerial vehicle 20 is currently positioned within a certain range with respect to the base station (eg, a horizontal maintenance situation).
  • the processor 120 may compare the height of at least one base station with which the unmanned aerial vehicle 20 is communicating at a current location and the current height of the unmanned aerial vehicle 20. According to another embodiment, the processor 120 may compare the height of at least one base station through which the unmanned aerial vehicle 20 can communicate at a current location with the current height of the unmanned aerial vehicle 20. For example, the processor 120 may store information of a base station (eg, base station location information, base station height information, etc.) matched with respect to a plurality of location information. In this case, the processor 120 acquires information on the base station corresponding to the current position of the unmanned aerial vehicle 20 among stored base station information, and then performs an operation of comparing the height of the unmanned aerial vehicle 20 with the height of the base station. I can.
  • a base station eg, base station location information, base station height information, etc.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may adjust a beam pattern corresponding to the compared height.
  • the processor 120 may adjust the beam pattern toward the base station by adjusting the phase difference with respect to at least one antenna.
  • the processor 120 may adjust a phase difference for an antenna having a signal strength greater than or equal to the reference signal among the plurality of antennas.
  • the processor 120 may adjust a phase difference for an antenna having the highest signal strength among a plurality of antennas.
  • the processor may change the beam pattern downward to face the base station.
  • the processor 120 may change the beam pattern upward toward the base station.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may align the beam direction of the unmanned aerial vehicle 20 in operation 1640.
  • the processor 120 may align the beam direction to the base station based on the change in the position of the unmanned aerial vehicle 20.
  • FIG. 17 is a flowchart 1200 for aligning beam directions in an unmanned aerial vehicle according to various embodiments of the present disclosure.
  • the operations of FIG. 17 to be described below may represent various embodiments of operation 1630 of FIG. 16.
  • each of the operations may be sequentially performed, but not necessarily sequentially.
  • the order of each operation may be changed, and at least two operations may be performed in parallel.
  • the unmanned aerial vehicle 20 (eg, the processor 120 of FIG. 1) is in operation 1710, in response to the acquired location information, the beam of the unmanned aerial vehicle 20 is a base station.
  • the beam direction of the unmanned aerial vehicle 20 can be aligned to face.
  • the processor 120 may process the direction of the beam radiated by the base station and the direction of the beam radiated by the unmanned aerial vehicle 20 to be aligned with each other.
  • the processor 120 may adjust the phase difference for at least one antenna based on the height of the unmanned aerial vehicle 20 and the height of the base station.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may determine whether or not communication with a communicating base station is maintained.
  • the unmanned aerial vehicle 20 uses at least one of a plurality of antennas in operation 1730.
  • Beam selection may include attempting to communicate with the base station using a different beam while communication of the base station is released. For example, after obtaining the signal strength for each antenna, the processor 120 may perform beam switching with one antenna having the highest signal strength. As another example, the processor 120 may perform beam switching using an antenna having a signal strength equal to or greater than the reference signal strength among a plurality of antennas.
  • the processor 120 may attempt communication with the base station by selecting a beam having a signal strength equal to or greater than the reference signal strength among beams of the same antenna.
  • the unmanned aerial vehicle 20 when the communication with the base station is maintained or the beam switching is completed after the communication with the base station is released, the unmanned aerial vehicle 20 (for example, the processor 120 of FIG. 1), in operation 1740, It can receive a position adjustment signal.
  • the position adjustment signal may include a signal for changing at least one of the position, direction, height, and movement speed of the unmanned aerial vehicle 20.
  • the processor 120 may receive a position adjustment signal through a remote control device (eg, a manipulator).
  • the processor 120 may control the position and/or posture of the unmanned aerial vehicle 20 to be changed based on the received position adjustment signal.
  • the processor 120 uses an application platform (eg, the application platform 132 of FIG. 1) and/or a flight platform (eg, the flight platform 134 of FIG. 1) to At least one of the movements can be adjusted.
  • the unmanned aerial vehicle 20 may control the antenna module rotation motor based on the received position adjustment signal in operation 1750.
  • the processor 120 may control the antenna module rotation motor so that the beam pattern of the unmanned aerial vehicle 20 whose position is changed is directed toward the base station. For example, at least one of the position, direction, and height of the wireless vehicle may be changed based on the position adjustment signal, and the processor 120 may be based on at least one of the changed position, direction, and height of the wireless vehicle. 20) beam pattern can be adjusted.
  • the unmanned aerial vehicle 20 controls the antenna module rotation motor based on the received position adjustment signal, and then aligns the beam direction for the unmanned aerial vehicle 20 You can perform the operation
  • the processor 120 may return to the operation of FIG. 16 and perform an operation related to operation 1640.

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Abstract

본 발명의 다양한 실시예들은 무인 비행체에 있어서, 본체; 상기 본체에 연결된 하나 이상의 연결 프레임; 상기 연결 프레임에 연결된 하나 이상의 프로펠러부; 상기 연결 프레임에 배치된 구동부; 상기 구동부에 결합되고, 상기 하나 이상이 프로펠러부와 연결된 방열 구조체; 및 상기 방열 구조체에 연결된 안테나 모듈을 포함하고, 상기 구동부는 상기 하나 이상의 프로펠러부와 상기 안테나 모듈 사이에 배치되어서, 상기 안테나 모듈을 회전시키고, 상기 방열 구조체는 상기 안테나 모듈의 적어도 일부를 감싸며, 상기 하나 이상의 프로펠러부에서 송풍된 공기를 이용하여 상기 안테나 모듈에 발생한 열을 공중으로 확산시킬 수 있다. 그 밖에 다양한 실시예들이 가능하다.

Description

안테나 모듈을 포함하는 무인 비행체
본 발명의 다양한 실시예는 5G 통신이 가능한 무인 비행체의 안테나 실장 구조에 관한 것이다.
드론과 같은 무인 비행체는 사람이 탑승하지 않고, 무선 통신 방식을 이용하여 비행과 무선 조종이 가능한 헬리콥터 형상의 무인기일 수 있다. 이러한 무인 비행체는 군사용뿐만 아니라, 고공 영상 및 사진 촬영이나, 배달 또는 기상 정보 수집 및 농약 살포를 포함하는 다양한 분야에서 활용될 수 있다.
무인 비행체는 다양한 무선 통신 방식을 이용한 통신이 가능할 수 있다.
5G 밀리미터파(mmWave)통신을 위한 안테나 모듈을 탑재한 무인 비행체가 안테나의 방향성을 고려하지 않을 때, 안테나는 기지국 위치 확인 및 5G 통신을 하기 위해서 빔 써칭(beam searching)을 지속적으로 진행함으로써 통신이 원활하지 않고 전류소모가 심해질 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은 기지국 및 복수의 무인 비행체와 5G mmWave 통신을 위해 안테나 모듈을 무인 비행체의 4면에 배치하고, 모터에 의한 안테나 모듈부 구동 및/또는 안테나 빔포밍을 이용하여 원할한 무선 통신이 가능한 무인 비행체를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체는 다양한 실시예들은 무인 비행체에 있어서, 본체; 상기 본체에 연결된 하나 이상의 연결 프레임; 상기 연결 프레임에 연결된 하나 이상의 프로펠러부; 상기 연결 프레임에 배치된 구동부; 상기 구동부에 결합되고, 상기 하나 이상이 프로펠러부와 연결된 방열 구조체; 및 상기 방열 구조체에 연결된 안테나 모듈을 포함하고, 상기 구동부는 상기 하나 이상의 프로펠러부와 상기 안테나 모듈 사이에 배치되어서, 상기 안테나 모듈을 회전시키고, 상기 방열 구조체는 상기 안테나 모듈의 적어도 일부를 감싸며, 상기 하나 이상의 프로펠러부에서 송풍된 공기를 이용하여 상기 안테나 모듈에 발생한 열을 공중으로 확산시킬 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은 기지국 및 복수의 무인 비행체와 5G mmWave 통신을 위해 안테나 모듈을 무인 비행체의 4면에 배치하고, 모터에 의한 안테나 모듈부 구동 및/또는 안테나 빔포밍을 이용하여 원할한 무선 통신이 가능한 무인 비행체를 제공할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무인 비행체는 고도 및 방향에 상관없이 이동 중에 기지국과 안정적인 5G 통신이 가능할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무인 비행체는 전방향 커버가 가능한 복수개의 5G mmWave 안테나를 이용하여 음영 지역에 있는 무인 비행체를 포함한 복수 개의 무인 비행체와 5G 통신이 가능할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 무인 비행체는 프로펠러 하단에 5G mmWave ANT를 배치하여 각각의 안테나에서 발생하는 열을 공기 중으로 효율적인 방열이 가능할 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예들에 따른, 복수 개의 셀룰러 네트워크들을 포함하는 네트워크 환경에서의 무인 비행체의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체를 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체를 나타내는 저면도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체의 유형을 각각 개략적으로 나타내는 예시도이다.
도 5a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈을 나타내는 평면도이다.
도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈을 나타내는 저면도이다.
도 5c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈을 나타내는 일측단면도이다.
도 6a 내지 도 7b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다양한 유형의 안테나 모듈을 각각 나타내는 평면도이다.
도 8a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈의 방열 구조체를 나타내는 사시도이고, 도 8b는 도 8a에서 커버를 제거한 도면이다.
도 9a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈의 방열 구조체를 나타내는 정면도이고, 도 9b는 도 9a에서 커버를 제거한 도면이다.
도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈의 방열 구조체를 나타내는 저면도이다.
도 11a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 회전 모터에 의해 안테나 모듈이 회전하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 11b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 구동부(예 ; 안테나 회전 모터)에 의해 커버가능한 통신 영역히 확장가능한 상태를 나타내는 예시도이다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체가 기지국보다 높은 상태일 때와 낮은 상태일 경우를 나타내는 예시도이다.
도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체가 기지국보다 높은 상태 또는 낮은 상태일 경우, 위상차를 조정하여 빔패턴을 변경하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체가 적어도 하나 이상의 기지국과 복수개의 다른 무인 비행체와 5G 통신을 하는 상태를 나타내는 예시도이다.
도 15는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체가 음영 지역의 복수개의 무인 비행체를 중계하는 상태를 나타내는 예시도이다.
도 16은 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 무인 비행체에서 안테나 모듈을 제어하기 위한 흐름도이다.
도 17은 다양한 실시 예에 따른 무인 비행체에서 빔 방향을 정렬하기 위한 흐름도이다.
이하, 본 개시의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른, 복수 개의 셀룰러 네트워크들을 포함하는 네트워크 환경에서의 무인 비행체(20)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 무인 비행체(20)는 제 1 커뮤니케이션 프로세서(112), 제 2 커뮤니케이션 프로세서(114), 제 1 RFIC(radio frequency integrated circuit(122), 제 2 RFIC(1224), 제 3 RFIC(126), 제 4 RFIC(128), 제 1 RFFE(radio frequency front end)(132), 제 2 RFFE(1234), 제 1 안테나 모듈(142), 제 2 안테나 모듈(144), 및 안테나(148)를 포함할 수 있다. 무인 비행체(20)는 프로세서(120), 메모리(130) 및 센서부(160)를 더 포함할 수 있다. 네트워크(199)는 제 1 네트워크(192)와 제 2 네트워크(194)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 커뮤니케이션 프로세서(112), 제 2 커뮤니케이션 프로세서(114), 제 1 RFIC(122), 제 2 RFIC(1224), 제 4 RFIC(128), 제 1 RFFE(132), 및 제 2 RFFE(1234)는 무선 통신 모듈(190)의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제 4 RFIC(128)는 생략되거나, 제 3 RFIC(126)의 일부로서 포함될 수 있다.
제 1 커뮤니케이션 프로세서(112)는 제 1 네트워크(192)와의 무선 통신에 사용될 대역의 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 레거시 네트워크 통신을 지원할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 네트워크는 2세대(2G), 3G, 4G, 또는 LTE(long term evolution) 네트워크를 포함하는 레거시 네트워크일 수 있다. 제 2 커뮤니케이션 프로세서(114)는 제 2 네트워크(194)와의 무선 통신에 사용될 대역 중 지정된 대역(예: 약 6GHz ~ 약 60GHz)에 대응하는 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 5G 네크워크 통신을 지원할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 2 네트워크(194)는 3GPP에서 정의하는 5G 네트워크일 수 있다. 추가적으로, 일 실시예에 따르면, 제 1 커뮤니케이션 프로세서(112) 또는 제 2 커뮤니케이션 프로세서(114)는 제 2 네트워크(194)와의 무선 통신에 사용될 대역 중 다른 지정된 대역(예: 약 6GHz 이하)에 대응하는 통신 채널의 수립, 및 수립된 통신 채널을 통한 5G 네크워크 통신을 지원할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 커뮤니케이션 프로세서(112)와 제 2 커뮤니케이션 프로세서(114)는 단일(single) 칩 또는 단일 패키지 내에 구현될 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 제 1 커뮤니케이션 프로세서(112) 또는 제 2 커뮤니케이션 프로세서(114)는 프로세서(120), 다른 구성 요소와 단일 칩 또는 단일 패키지 내에 형성될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 커뮤니케이션 프로세서(112)와 제 2 커뮤니케이션 프로세서(114)는 인터페이스(미도시)에 의해 직접적으로 또는 간접적으로 서로 연결되어, 어느 한 방향으로 또는 양 방향으로 데이터 또는 제어 신호를 제공하거나 받을 수 있다.
제 1 RFIC(122)는, 송신 시에, 제 1 커뮤니케이션 프로세서(112)에 의해 생성된 기저대역(baseband) 신호를 제 1 네트워크(192)(예: 레거시 네트워크)에 사용되는 약 700MHz 내지 약 3GHz의 라디오 주파수(RF) 신호로 변환할 수 있다. 수신 시에는, RF 신호가 안테나(예: 제 1 안테나 모듈(142))를 통해 제 1 네트워크(192)(예: 레거시 네트워크)로부터 획득되고, RFFE(예: 제 1 RFFE(132))를 통해 전처리(preprocess)될 수 있다. 제 1 RFIC(122)는 전처리된 RF 신호를 제 1 커뮤니케이션 프로세서(112)에 의해 처리될 수 있도록 기저대역 신호로 변환할 수 있다.
제 2 RFIC(1224)는, 송신 시에, 제 1 커뮤니케이션 프로세서(112) 또는 제 2 커뮤니케이션 프로세서(114)에 의해 생성된 기저대역 신호를 제 2 네트워크(194)(예: 5G 네트워크)에 사용되는 Sub6 대역(예: 약 6GHz 이하)의 RF 신호(이하, 5G Sub6 RF 신호)로 변환할 수 있다. 수신 시에는, 5G Sub6 RF 신호가 안테나(예: 제 2 안테나 모듈(144))를 통해 제 2 네트워크(194)(예: 5G 네트워크)로부터 획득되고, RFFE(예: 제 2 RFFE(1234))를 통해 전처리될 수 있다. 제 2 RFIC(1224)는 전처리된 5G Sub6 RF 신호를 제 1 커뮤니케이션 프로세서(112) 또는 제 2 커뮤니케이션 프로세서(114) 중 대응하는 커뮤니케이션 프로세서에 의해 처리될 수 있도록 기저대역 신호로 변환할 수 있다.
제 3 RFIC(126)는 제 2 커뮤니케이션 프로세서(114)에 의해 생성된 기저대역 신호를 제 2 네트워크(194)(예: 5G 네트워크)에서 사용될 5G Above6 대역(예: 약 6GHz ~ 약 60GHz)의 RF 신호(이하, 5G Above6 RF 신호)로 변환할 수 있다. 수신 시에는, 5G Above6 RF 신호가 안테나(예: 안테나(148))를 통해 제 2 네트워크(194)(예: 5G 네트워크)로부터 획득되고 제 3 RFFE(136)를 통해 전처리될 수 있다. 제 3 RFIC(126)는 전처리된 5G Above6 RF 신호를 제 2 커뮤니케이션 프로세서(114)에 의해 처리될 수 있도록 기저대역 신호로 변환할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 3 RFFE(136)는 제 3 RFIC(126)의 일부로서 형성될 수 있다.
무인 비행체(20)는, 일 실시예에 따르면, 제 3 RFIC(126)와 별개로 또는 적어도 그 일부로서, 제 4 RFIC(128)를 포함할 수 있다. 이런 경우, 제 4 RFIC(128)는 제 2 커뮤니케이션 프로세서(114)에 의해 생성된 기저대역 신호를 중간(intermediate) 주파수 대역(예: 약 9GHz ~ 약 11GHz)의 RF 신호(이하, IF 신호)로 변환한 뒤, 상기 IF 신호를 제 3 RFIC(126)로 전달할 수 있다. 제 3 RFIC(126)는 IF 신호를 5G Above6 RF 신호로 변환할 수 있다. 수신 시에, 5G Above6 RF 신호가 안테나(예: 안테나(148))를 통해 제 2 네트워크(194)(예: 5G 네트워크)로부터 수신되고 제 3 RFIC(126)에 의해 IF 신호로 변환될 수 있다. 제 4 RFIC(128)는 IF 신호를 제 2 커뮤니케이션 프로세서(114)가 처리할 수 있도록 기저대역 신호로 변환할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 RFIC(122)와 제 2 RFIC(1224)는 단일 칩 또는 단일 패키지의 적어도 일부로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 RFFE(132)와 제 2 RFFE(1234)는 단일 칩 또는 단일 패키지의 적어도 일부로 구현될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 안테나 모듈(142) 또는 제 2 안테나 모듈(144)중 적어도 하나의 안테나 모듈은 생략되거나 다른 안테나 모듈과 결합되어 대응하는 복수의 대역들의 RF 신호들을 처리할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 3 RFIC(126)와 안테나(148)는 동일한 기판(substrate)에 배치되어 제 3 안테나 모듈(146)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 모듈(190) 또는 프로세서(120)가 제 1 기판(예: main PCB)에 배치될 수 있다. 이런 경우, 제 1 기판과 별도의 제 2 기판(예: sub PCB)의 일부 영역(예: 하면)에 제 3 RFIC(126)가, 다른 일부 영역(예: 상면)에 안테나(148)가 배치되어, 제 3 안테나 모듈(146)이 형성될 수 있다. 제 3 RFIC(126)와 안테나(148)를 동일한 기판에 배치함으로써 그 사이의 전송 선로의 길이를 줄일 수 있다. 이는, 예를 들면, 5G 네트워크 통신에 사용되는 고주파 대역(예: 약 6GHz ~ 약 60GHz)의 신호가 전송 선로에 의해 손실(예: 감쇄)되는 것을 줄일 수 있다. 이로 인해, 무인 비행체(20)는 제 2 네트워크(194)(예: 5G 네트워크)와의 통신의 품질 또는 속도를 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 안테나(148)는 빔포밍에 사용될 수 있는 복수 개의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 안테나 어레이로 형성될 수 있다. 이런 경우, 제 3 RFIC(126)는, 예를 들면, 제 3 RFFE(136)의 일부로서, 복수 개의 안테나 엘리먼트들에 대응하는 복수 개의 위상 변환기(phase shifter)(138)들을 포함할 수 있다. 송신 시에, 복수 개의 위상 변환기(138)들 각각은 대응하는 안테나 엘리먼트를 통해 무인 비행체(20)의 외부(예: 5G 네트워크의 베이스 스테이션)로 송신될 5G Above6 RF 신호의 위상을 변환할 수 있다. 수신 시에, 복수 개의 위상 변환기(138)들 각각은 대응하는 안테나 엘리먼트를 통해 상기 외부로부터 수신된 5G Above6 RF 신호의 위상을 동일한 또는 실질적으로 동일한 위상으로 변환할 수 있다.
메모리(130)는 적어도 하나의 센서는 전술한 무인 비행체(20)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120), 무선 통신 모듈(190), 제 1 안테나 모듈, 제 2 안테나 모듈 또는 제 3 안테나 모듈)에 의해 사용되는 다양한 데이터를 저장할 수 있다. 메모리(130)는, 휘발성 메모리 또는 비휘발성 메모리)를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 메모리(130)는 어플리케이션 플랫폼(132, application platform) 및 플라이트 플랫폼(134, flight platform)을 저장할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 플라이트 플랫폼(134)은 항법 알고리즘에 따라 무인 비행체(20)의 비행을 제어하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 플라이트 플랫폼(134)은 무인 비행체(20)의 비행, 자세 제어 및 항법 알고리즘을 실행하도록 구성될 수 있다. 어플리케이션 플랫폼(132)은 영상 제어, 통신 제어, 센서 제어, 충전 제어 및 사용자 어플리케이션의 동작 변경 등을 수행하면서, 플라이트 플랫폼(134)에 조종 신호(예: 제어 신호)를 전달할 수 있다. 플라이트 플랫폼(134)은 생성된 조종 신호를 기초로 하여 무인 비행체(20)의 비행, 자세 및 이동을 제어할 수 있다.
센서부(16)는 적어도 하나의 센서를 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 적어도 하나의 센서는 위치 정보 측정과 연관될 수 있다. 예를 들어, 위치 정보 측정과 연관된 적어도 하나의 센서는 GPS, 가속도, 초음파, 적외선 레이저 거리측정(time of flight, ToF) 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 적어도 하나의 센서는 무인 비행체(20)의 상황이나 위치 확인이 가능한 다양한 센서(예: wifi)를 포함할 수도 있다. 다른 실시 예에 따르면, 적어도 하나의 센서는 무인 비행체(20)의 비행 자세, 각속도 및 가속도 등을 측정과 연관될 수 있다. 예를 들어, 비행 자세, 각속도 및 가속도 등을 측정과 연관된 적어도 하나의 센서는 자이로 센서, 가속도 센서 등을 포함할 수 있다. 또 다른 실시 예에 따르면, 센서부(160)는 위치 정보 측정과 연관된 적어도 하나의 센서와 무인 비행체(20)의 비행 자세, 각속도 및 가속도 등을 측정과 연관된 적어도 하나의 센서로 조합된 센서로 구성될 수도 있다. 일 실시 예에 따르면, 센서부(160)에 의해 측정된 정보는 무인 비행체(20)의 항법/자동 조종을 위한 조종 신호의 기본 정보로 이용될 수 있다.
프로세서(120)는 전술한 무인 비행체(20)의 적어도 하나의 구성요소(예: 프로세서(120), 무선 통신 모듈(190), 제 1 안테나 모듈(142), 제 2 안테나 모듈(144) 또는 제 3 안테나 모듈(146))에 대한 동작이 제어되도록 처리할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 무인 비행체(20)의 비행, 자세 제어 및 항법 알고리즘을 실행되도록 처리할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 센서부(160)를 통해 측정된 정보의 적어도 일부에 기초하여 무인 비행체(20)의 비행, 자세 또는 이동을 제어할 수 있다. 예컨대, 프로세서(120)는, 어플리케이션 플랫폼(1252)에서 생성되어 플라이트 플랫폼(1254)으로 제공되는 조정 신호에 기초하여 무인 비행체의 pitch(Y)/roll(X)/yaw(Z)에 대한 자세 제어 및 이동 경로에 따른 비행을 제어할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 무선 통신 모듈(190)는 적어도 하나의 안테나(예: 제 1 안테나 모듈(142), 제 2 안테나 모듈(144) 또는 제 3 안테나 모듈(146))를 이용하여 기지국과 통신하도록 처리할 수 있다. 프로세서(120) 및/또는 무선 통신 모듈(190)은, 도 16 및 도 17을 통해 후술하는 바와 같이, 통신 중인 기지국의 높이와 무인 비행체(20)의 현재 높이(예: 비행 높이)에 기초하여 무인 비행체(20)의 빔 방향을 기지국 방향으로 정렬시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체를 나타내는 사시도이다. 도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체를 나타내는 저면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 무인 비행체(20)는 본체(200)에 실장된 안테나 모듈들(240)을 이용하여 비행과 무선 조종이 가능한 헬리콥터 형상의 무인 비행체(20)로서, 군사용뿐만 아니라, 고공 영상 및 사진 촬영이나, 배달 또는 기상 정보 수집 및 농약 살포를 포함하는 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 예컨대, 무인 비행체(20)는 드론을 포함할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 무인 비행체(20)는 본체(200)와, 하나 이상의 프로펠러부들(210)과, 복수개의 연결 프레임들(205)을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 무인 비행체(20)는 각각의 연결 프레임(205)에 의해 하나 이상의 프로펠러부들(210)이 본체(200)에 연결될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 본체(200)는 각각의 프로펠러부(210)의 구동에 의해 상승하여 비행할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 본체(200)는 전방 부분(201)과 후방 부분(202)을 포함할 수 있고, 전방 부분(201)에 한 쌍의 연결 프레임(205)에 의해 하나 이상의 프로펠러부(210)가 각각 연결될 수 있고, 후방 부분(202)에 한 쌍의 다른 연결 프레임(205)에 의해 다른 프로펠러부(210)가 연결될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 본체(200)는 송수신부, 서브 모터, 비행 콘트롤러, 전자식 속도 콘트롤러, 5G RF 회로부(예 ; 도 1에 도시된 무선 통신 모듈(190)), 카메라, 짐벌, 랜딩 장치 및 배터리 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 각각의 프로펠러부(210)부는 프로펠러(211)와, 구동 모터(M1)를 포함할 수 있다. 각각의 프로펠러(211)는 구동 모터(M1)에 결합되어 회전될 수 있다. 무인 비행체(20)는 하나 이상의 프로펠러부(210)의 구동에 의해 비행할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 각각의 프로펠러(211)가 회전하면, 상승기류 발생되어서, 본체(200)는 상승할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 무인 비행체(20)는 기지국과 통신할 수 있는 적어도 하나 이상의 안테나 모듈(240)을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(240)은 하나 이상의 프로펠러부(210)와 근접한 곳에 배치될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 하나 이상의 안테나 모듈(240)은 4개의 프로펠러부(210)에 모두 배치되거나, 3개 또는 2개나 1개의 프로펠러부(210)에 배치될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 하나 이상의 프로펠러부(210)는 안테나 모듈(240)을 회전시킬 수 있는 적어도 하나 이상의 구동부(M2)를 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 적어도 하나 이상의 구동부(M2)는 하나 이상의 연결 프레임(205)에 포함될 수 있다. 예컨대, 구동부(M2)는 모터를 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 구동부(M2)는 구동 모터(M1)에 동축으로 배치될 수 있고, 상하 방향으로 중첩되게 배치될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 구동부(M2)는 결합된 안테나 모듈(240)을 회전시키는 장치일 수 있다. 5G 통신 안테나(240)는 구동부(M2)에 의해 회전가능하여서, 수평방향으로 커버가능한 통신 영역이 확장가능함으로서, 기지국과의 빔 정렬이 유지될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 구동부(M2)는 구동 모터(M1)의 하단에 배치될 수 있다. 예컨대, 구동부(M2)는 안테나 회전 모터일 수 있다.
한 실시예에 따르면, 하나 이상의 안테나 모듈들(240)은 서로 동일한 구조일 수 있거나, 각각 적어도 일부가 다른 구조나 모양을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체의 유형을 각각 개략적으로 나타내는 예시도이다.
도 4를 참조하면, 한 실시예에 따른 무인 비행체(예: 도 2에 도시된 무인 비행체(20))는 4개의 프로펠러부들(예; 도 2에 도시된 프로펠러부들(210))가 본체(200)(예: 도 2에 도시된 본체(200))에 연결 프레임(예: 도 2에 도시된 연결 프레임(205))에 의해 각각 연결된 쿼드 콥터에 적용된 것으로 예시되었지만, 본 발명의 다양한 실시예들은 쿼드 콥터에 제한되지 않으며, 하나 이상의 프로펠러부(210)를 포함하는 무인 비행체(20)에 적용될 수 있다. 예를 들어, 3개의 프로펠러부(210)가 본체(200)에 연결 프레임(205)에 의해 각각 연결된 트리 콥터(a)나, 6개의 프로펠러부(210)가 본체(200)에 연결 프레임(205)에 의해 각각 연결된 헥사 콥터(b)나, 8개의 프로펠러부(210)가 본체(200)에 연결 프레임(205)에 의해 각각 연결된 옥토 콥터(c)일 수 있다. 한 실시예에 따르면, 상기 열거된 각각의 무인 비행체(20)는 적어도 하나 이상의 안테나 모듈(240)이 배치될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈을 나타내는 평면도이다. 도 5b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈을 나타내는 저면도이다. 도 5c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈을 나타내는 일측단면도이다.
도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 한 실시예에 따른 하나 이상의 프로펠러부(예 ; 도 4에 도시된 프로펠러부(210))에 실장되는 안테나 모듈(240)은 기판(2401)과, 적어도 하나 이상의 패치 안테나 엘리먼트(2402)와, RFIC(2403)과, 커넥터(2404)를 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 기판(2401)은 유전체 재질의 인쇄회로기판으로서, 제1면(240a)과, 제1면(240a)의 반대방향으로 향하는 제2면(240b)을 포함할 수 있다. 무인 비행체에 기판에 설치되면, 본체를 향하는 면이 제2면(240b)일 수 있다. 한 실시예에 따르면, 기판(2401)은 발열 구조체 내에 직립(standing) 타입으로 실장될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 기판(2401)은 하나 이상의 프로펠러부의 하측에 배치된 구동부(M2)에 결합되어서, 구동부(M2)의 회전에 따라서, 패치 안테나 엘리먼트(2402)의 방사 빔이 향하는 방향이 회전될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 기판(2401)은 제1면(240a)에 적어도 하나 이상의 패치 안테나 엘리먼트(2402)가 배치되고, 제2면(240b)에 RFIC(2403)과 커넥터(2404)가 배치될 수 있다. 커넥터(2404)는 기판(2401)을 본체(예: main PCB)에 전기적으로 연결할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 패치 안테나 엘리먼트(2402)는 1Ⅹ4 배열로 안테나 패턴이 각각 형성될 수 있다. 예컨대, 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2402)의 안테나 패턴은 원 형상일 수 있다. 한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(240)은 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2402)를 이용하여 제1면(240a)에서 수직 상방으로 방향성 방사 빔을 형성할 수 있다.
도 6a 내지 도 7b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 다양한 유형의 안테나 모듈을 각각 나타내는 평면도이다.
도 6a 내지 도 7b를 참조하여, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체에 실장되는 안테나 모듈의 다양한 유형에 대해서 설명하기로 한다.
도 6a에 도시된 안테나 모듈(241)는 도 5a에 도시된 안테나 모듈(240)과 비교하여, 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2412)의 안테나 패턴 형상만 상이할 수 있다. 중복 기재를 피하기 위해, 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
한 실시예에 따른 안테나 모듈(241)은 기판(2411) 제1면(241a)에 적어도 하나 이상의 패치 안테나 엘리먼트(2412)가 배열될 수 있다. 예컨대, 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2412)의 안테나 패턴은 정사각형 형상일 수 있다. 한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(241)은 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2412)를 이용하여 제1면(241a)에서 수직 상방으로 방향성 방사 빔을 형성할 수 있다.
도 6b에 도시된 안테나 모듈(242)은 도 6a에 도시된 안테나 모듈(241)과 비교하여, 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2422)의 주변에 다이폴 안테나 엘리먼트(2423)가 추가적으로 배치될 수 있다. 중복 기재를 피하기 위해서 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
한 실시예에 따르면, 패치 안테나 엘리먼트(2422)는 패치 형태로서, 예컨대 직사각형, 정사각형 또는 원형 중 어느 하나의 형상으로 유전체, 예컨대 기판 상의 안테나 엘리먼트일 수 있다. 한 실시예에 따르면, 패치 안테나 엘리먼트(2422)를 포함하는 패치 안테나는 공진형 안테나일 수 있다. 한 실시예에 따르면, 패치 안테나 엘리먼트(2422)는 실장면 수직방향으로 향하는 지향성을 가질 수 있다.
한 실시예에 따르면, 다이폴 안테나 엘리먼트(2423)는 도선 끝이나 중앙에 급전하여 사용하는 안테나로서, 수평에서 보면 8자형 지향성을 가지고, 수직에서 봤을 때 무지향성을 가지는 안테나 엘리먼트일 수 있다.
한 실시예에 따른 안테나 모듈은 기판(2421) 제1면(242a)에 적어도 하나 이상의 패치 안테나 엘리먼트(2422)와, 적어도 하나 이상의 다이폴 안테나 엘리먼트(2423)가 배열될 수 있다. 예컨대, 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2422)는 패치 안테나일 수 있다. 한 실시예에 따르면, 각각의 다이폴 안테나 엘리먼트(2423)는 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2422) 일측 방향으로 배열될 수 있다. 한 실시에예에 따르면, 안테나 모듈(242)은 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2422)를 사용하여 기판(2421) 수직 상방으로 방사 빔을 형성할 수 있고, 다이폴 안테나 엘리먼트(2423)를 이용하여 기판의 일측면 방향으로 방사 빔을 형성할 수 있다.
도 6c에 도시된 안테나 모듈(243)은 도 6b에 도시된 안테나 모듈(242)과 비교하여, 각각의 급전부(2433)가 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2432)에 배치된 구조만 상이할 수 있다. 중복 기재를 피하기 위해서 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
한 실시예에 따른 안테나 모듈(243)은 기판(2431) 제1면(243a)에 적어도 하나 이상의 패치 안테나 엘리먼트(2432)와, 적어도 하나 이상의 급전부(2433)가 배열될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 각각의 급전부(2433)는 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2422)의 적어도 하나 이상의 엣지에 형성되며, 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2432)에 연결된 수직 수평 편파의 이중 급전을 위해 형성될 수 있다. 한 실시에예에 따르면, 안테나 모듈(243)은 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2432)를 사용하여 기판(2431) 수직 상방으로 방사 빔을 형성할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 적어도 하나 이상의 급전부(2433)는 편의상 동일한 참조부호를 사용하나, 서로 다른 구조일 수 있다.
도 7a에 도시된 안테나 모듈(244)은 도 6a에 도시된 안테나 모듈(242)과 비교하여, 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2442)의 배열만 상이할 수 있다. 중복 기재를 피하기 위해서 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
한 실시예에 따른 안테나 모듈(244)은 기판(2441) 제1면(244a)에 적어도 하나 이상의 패치 안테나 엘리먼트(2442)가 배열될 수 있다. 예컨대, 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2442)의 안테나 패턴은 정사각형 형상일 수 있고, NⅩN, 예를 들어 3Ⅹ3 유형으로 배열될 수 있다. 예컨대, 안테나 모듈(244) 구조에서, 정 가운데 배치된 패치 안테나 엘리먼트(2442)는 생략될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 패치 안테나 엘리먼트(2442)의 배열이 늘어날수록 적어도 하나 이상의 패치 안테나 엘리먼트(2442)가 형성하는 빔의 방향들이 늘어날 수 있다. 한 실시예에 따르면, 패치 안테나 엘리먼트(2442)의 배열이 늘어날수록 안테나 이득이 높아지며, 안테나의 커버리지도 확대될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(245)은 패치 안테나 엘리먼트(2442)를 이용하여 가로 및 세로 방향으로 모두 방향성 빔의 형성이 가능할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(245)는 도 4a의 안테나 모듈(240)과 비교하여, 구동부, 예컨대 안테나 회전 모터없이도 전체적인 영역을 커버할 수 있다.
도 7b에 도시된 안테나 모듈(245)은 도 7a에 도시된 안테나 모듈(244)과 비교하여, 다이폴 안테나 엘리먼트(2453)가 추가적으로 배치된 구조만 상이할 수 있다. 중복 기재를 피하기 위해서 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
한 실시예에 따른 안테나 모듈(245)은 기판(2451) 제1면(245a)에 적어도 하나 이상의 패치 안테나 엘리먼트(2452)와, 적어도 하나 이상의 다이폴 안테나 엘리먼트(2453)가 배열될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 각각의 다이폴 안테나 엘리먼트(2453)는 각각의 패치 안테나 엘리먼트(2452) 일측 방향으로 나란하게 배열될 수 있다.
한 실시에예에 따르면, 안테나 모듈(245)은 패치 안테나 엘리먼트(2452)를 사용하여 기판(2451) 제1면(245a)의 수직 상방으로 빔을 형성할 수 있고, 각각의 다이폴 안테나 엘리먼트(2453)를 이용하여 기판(2451)의 일측면 방향으로 방사 빔을 형성할 수 있다. 예컨대, 안테나 모듈(245) 구조에서, 정 가운데 배치된 패치 안테나 엘리먼트(2452)는 생략될 수 있다.
도 8a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈의 방열 구조체를 나타내는 사시도이고, 도 8b는 도 8a에서 커버를 제거한 도면이다. 도 9a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈의 방열 구조체를 나타내는 정면도이고, 도 9b는 도 9a에서 커버를 제거한 도면이다. 도 10은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈의 방열 구조체를 나타내는 저면도이다.
도 8a 내지 도 10을 참조하면, 한 실시예에 따른 무인 비행체(20)는 안테나의 방열 구조체(230)를 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 방열 구조체(230)는 하나 이상의 프로펠러부(210)의 회전에 의해 발생하는 공기의 흐름을 이용하여 안테나 모듈(240), 예를 들어 RFIC에서 발생한 열을 공기 중으로 확산할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 방열 구조체(230)는 연결 프레임(205)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 연결 프레임(205)의 끝부분에 형성될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 방열 구조체(230)는 각각의 안테나 모듈(예: 도 5 a 내지 도 5c에 도시된 안테나 모듈(240))의 적어도 일부분을 감싸는 형상으로 연장되며, 적어도 일부분이 개방된 형상일 수 있다. 예를 들어, 방열 구조체(230)는 안테나 엘리먼트가 포함된 면은 개방되고, 그 반대면은 감싸는 형상일 수 있다. 한 실시예에 따르면, 방열 구조체(230)는 안테나 모듈(240)의 패치 안테나 엘리먼트(예: 도 5a에 도시된 패치 안테나 엘리먼트(2402))가 포함된 면(예: 도 5a에 도시된 제1면(240a))은 개방된 형상이고, 그 반대면으로서, RFIC(예: 도 5a에 도시된 RFIC(2403))이 포함된 면(예: 도 5a에 도시된 제2면(240b)) 감싸는 형상일 수 있다.
한 실시예에 따르면, 방열 구조체(230)는 구동부(예: 도 3에 도시된 구동부(M2)) 하측에 실장되어, 프로펠러의 회전에 의해 발생하는 공기의 흐름을 이용하여 안테나 모듈(240)의 RFIC(예: 도 5c에 도시된 RFIC(2403))로부터 발생하는 열을 방열할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 방열 구조체(230)는 방열 하우징(233)과, 방열판(232)과, 적어도 하나 이상의 방열 핀(231)을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면 방열 핀(231)은 방열 하우징(233)의 외면에 적어도 하나 이상 형성될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 각각의 방열 핀(231)은 서로 다른 길이로 형성될 수 있고, 공기가 유동하는 방향을 따라서 연장될 수 있다. 예컨대, 각각의 방열 핀(231)은 상방에서 하방으로 각각 연장된 형상일 수 있다. 한 실시예에 따르면, 각각의 방열 핀(231)은 방열 하우징(233)에서 방사 방향으로 돌출된 형상일 수 있다. 각각의 방열 핀(231)의 돌출 높이는 동일하거나 상이하게 방열 하우징(233)의 외주면에 형성될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 복수 개의 방열핀(231) 중, 본체(예: 도 3에 도시된 본체(200))로부터 가장 가까운 방열 하우징(233)의 중심에 있는 방열핀(231)의 연장된 길이가 가장 길고, 가장 높은 돌출 높이를 가지고, 본체로부터 가장 먼 방열 하우징(233)의 양측 단부로 갈수록 점차적으로 연장된 길이가 짧아지고, 가장 낮은 돌출 높이로 형성될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(240)에 포함된 기판(예: 도 5a의 기판(2401))의 제2면과 방열 하우징(233) 사이에는 매개체(236)에 의해 RFIC(예: 도 5b에 도시된 RFIC(2403))에서 발생한 열이 방열 핀(231)으로 전달될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 매개체(236)는 방열판(232) 및/또는, 열 전달 물질(234)(TIM ; thermal interface material)을 포함할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 열 전달 물질(234)은 기판(2401) 제2면과 방열판(232) 사이에 배치되어서, RFIC(예: 도 5b에 도시된 RFIC(2403))로부터 발생한 열을 방열판(232)에 전달할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 방열판(232)에 전달된 열은 방열 하우징(233)에 전달되고, 방열 하우징(233)에 전달된 열은 각각의 방열핀(231)에 전달된 후, 확산될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 프로펠러(예 ; 도 2에 도시된 플로펠러(211))의 회전에 의해 발생하는 공기의 흐름을 이용하여 확산된 열이 냉각될 수 있다.
한 실시예에 따르면, 방열 하우징(233)에서, RFIC가 배치된 기판 제2면(예: 도 5b에 도시된 제2면(240b))이 향하는 제1부분은 폐쇄되고, 패치 안테나 엘리먼트가 배치된 기판 제1면(예: 도 5a에 도시된 제1면(240a))이 향하는 제2부분은 개방된 형상일 수 있다. 개방된 방열 하우징(233)의 제2부분에 안테나 모듈(240)을 보호하는 보호 커버(220)가 배치될 수 있다.
도 11a는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 구동부에 의해 안테나 모듈이 회전하는 상태를 나타내는 사시도이다. 도 11b는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 구동부에 의해 커버가능한 영역이 확장된 상태를 나타내는 예시도이다.
도 11a, 도 11b를 참조하면, 한 실시예에 따른 무인 비행체(20)(예: 도 2에 도시된 무인 비행체(20))에 실장된 각각의 안테나 모듈(예: 도 5 a 내지 도 5c에 도시된 안테나 모듈(240))은 빔 변경에 의해 안테나 빔포밍 최적화가 가능할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 안테나 빔 최적화는 빔 방향을 변경하거나, 구동 모터(M2)를 이용해서 빔 방향을 보정하거나, 다른 안테나를 이용하도록 안테나를 변경하거나, 무인 비행체(20), 예컨대 드론의 위치 및/또는 자세에 따라서 빔 변경이 일어나는 것을 포함할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 안테나 모듈은 위상 변조기(미도시)에 의한 수직 방향 빔 변경이나, 구동부(M2)(예: 도 2에 도시된 구동부(M2))에 의한 수평 방향 빔 변경이 가능할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(예: 도 45a 내지 도 5c에 도시된 안테나 모듈(240))은 무인 비행체의 위치나 자세에 따라서 빔 보정이 가능할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(예: 도 5 a 내지 도 5c에 도시된 안테나 모듈(240))은 구동부(M2)(예: 도 2에 도시된 구동부(M2))에 의해 회전축(a)을 중심으로 일정 각도(예를 들어, 360도) 회전가능하게 배치될 수 있다. 예컨대, 무인 비행체(20)가 4개의 프로펠러부(210)(예: 도 2에 도시된 프로펠러부(210))를 실장한 구조일 경우, 각각의 안테나 모듈(예: 도 5 a 내지 도 5c에 도시된 안테나 모듈(240))은 구동부(M2)의 제어에 의해 수평 방향으로 360도 커버할 수 있다. .
한 실시예에 따르면, 예를 들어, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 안테나 모듈(240)이 세로 방향, 예컨대 '가로X세로'가 '1XN'(N은 복수)의 안테나 엘리먼트을 갖는 안테나 모듈(예: 도 8b에 도시된 안테나 모듈(240))로 4개가 무인 비행체에 실장될 경우, 안테나 모듈(240)은 위상 변조기에 의해 상방향이나 하방향으로 수직 방향의 안테나 빔이 형성될 수 있고, 구동부(M2)(예: 도 3에 도시된 구동부(M2)) 회전에 의해 좌방향이나 우방향으로 수평 방향의 안테나 빔이 형성될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(예: 도 5a 내지 도 5c에 도시된 안테나 모듈(240))은 수직 방향 및 수평 방향으로 빔 방향의 변경이 각각 가능함으로써, 커버가능한 영역이 확장된 빔포밍 커버리지가 가능할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체가 기지국보다 높은 상태일 때와 낮은 상태일 경우를 나타내는 예시도이다. 도 13은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체가 기지국보다 높은 상태 또는 낮은 상태일 경우, 위상차를 조정하여 빔패턴을 변경하는 상태를 나타내는 사시도이다.
도 12, 도 13을 참조하면, 할 실시에에 따른 무인 비행체(20)(예: 도 2에 도시된 무인 비행체(20))는 기지국(BS)보다 높은 곳에 있을 때와, 기지국(BS)보다 낮을 때의 통신 연결 방안이 상이할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(240)(예: 도 8b에 도시된 안테나 모듈(240))은 복수 개의 안테나 엘리먼트들(mmWave ANT1(예: 도 4a에 도시된 패치 안테나 엘리먼트(2402)) 내지 mmWave ANT4)예:(예:안테나 패턴)이 세로 방향으로 배열되게 실장(예: 도 8b에 도시된 안테나 모듈(240))되며, 각각의 패치 안테나 엘리먼트(예: 도 5a 내지 도 5c에 도시된 패치 안테나 엘리먼트(2402))의 위상 차를 조정하여 세로 방향을 따라서 빔패턴을 변경할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 무인 비행체(20)의 위치가 기지국(BS)보다 낮을 경우, 안테나 패턴에서 방사되는 빔 패턴(e1)은 상측을 향하도록 패치 안테나 엘리먼트의 위상차를 조정 할 수 있으며, 무인 비행체(20)의 위치가 기지국보다 높을 경우, 패치 안테나 엘리먼트에서 방사되는 빔 패턴(e2)은 하측으로 향하도록 위상차를 조정함으로서, 무인 비행체(20)는 기지국(BS)과 최적의 5G 통신이 가능할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체가 적어도 하나 이상의 기지국과 복수개의 다른 무인 비행체와 5G 통신을 하는 상태를 나타내는 예시도이다.
도 14를 참조하면, 한 실시예에 따라서, 무인 비행체(20)(예: 도 2에 도시된 무인 비행체(20))는 각각의 기지국(BS1~BS3) (예: 도 12에 도시된 기지국(BS))과 5G 통신 네트웍을 유지하기 위해 무인 비행체(20)에 내장된 각종 센서를 이용하여 확보한 위치 정보와 자세 제어를 통해서, 안테나 모듈(예: 도 8b에 도시된 안테나 모듈(240)) 각각의 위치 및/또는 안테나 빔의 방향을 조정하여 여러 개의 기지국들(BS1~BS3) 및/또는 복수의 무인 비행체(21) 중 적어도 하나와 통신을 위한 각 안테나의 빔 방향을 최적화 할 수 있다.
한 실시예에 따르면, 무인 비행체(20)의 위치 정보와 자세 제어를 통해 기지국(BS)의 위치를 파악하게 되면, 5G 통신을 유지하기 위한 빔 써칭 및 빔 포밍을 최적화 할 수 있으므로 전류소모를 최소화 할 수 있다.
도 15는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 무인 비행체가 음영 지역의 복수개의 무인 비행체를 중계하는 상태를 나타내는 예시도이다.
도 15를 참조하면, 한 실시예에 따르면, 무인 비행체(20)(예: 도 14에 도시된 무인 비행체(20))는 복수 개의 안테나 모듈를 통해 기지국(BS)(예: 도 12에 도시된 기지국(BS)) 신호가 도달하지 않는 음영 지역에 있는 무인 비행체(22) 또는 다른 복수 개의 무인 비행체들(23,24)에게 5G 통신 네트웍을 중계해 줄 수 있다. 예컨대, 5G 통신 음영 지역은 도심의 빌딩 밀집 지역으로서, 5G 신호 전파 장애물이 많거나 밀도 높은 데이터 트래픽이 발생하는 지역일 수 있다.
도 16은 다양한 실시 예에 따른 무인 비행체에서 안테나 모듈을 제어하기 위한 흐름도이다. 이하 실시 예에서 각 동작들은 순차적으로 수행될 수도 있으나, 반드시 순차적으로 수행되는 것은 아니다. 예를 들어, 각 동작들의 순서가 변경될 수도 있으며, 적어도 두 동작들이 병렬적으로 수행될 수도 있다.
도 16을 참조하면, 다양한 실시 예에 따른, 무인 비행체(20)는 동작 1610에서, 무인 비행체(20)의 위치 정보를 획득할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(예: 도 1에 도시된 프로세서(120))는 적어도 하나의 센서로부터 획득되는 정보에 기초하여 위치 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 적어도 하나의 센서는 GPS, 가속도, 초음파, 적외선 레이저 거리측정(time of flight, ToF) 센서 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 프로세서(120)는 무인 비행체(20)의 상황이나 위치 확인이 가능한 다양한 센서(예: wifi)를 이용하여 위치 정보를 획득할 수도 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무인 비행체(20)(예: 도 1의 프로세서(120))는 동작 1620에서, 기지국과 무인 비행체(20)의 높이를 비교할 수 있다. 높이 비교는 현재 무인 비행체(20)가 기지국을 기준으로 일정 높이 이상 높게 위치하고 있는지 또는 무인 비행체(20)가 기지국을 기준으로 일정 높이 이상 낮게 위치하였는지의 판단하는 동작을 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 이에 한정되는 것이 아니다. 예컨대, 프로세서(120)는 현재 무인 비행체(20)가 기지국을 기준으로 일정 범위 안의 위치(예: 수평 유지 상황)한 상황을 판단하는 동작을 포함할 수도 있다.
일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 무인 비행체(20)가 현재 위치에서 통신 중인 적어도 하나의 기지국의 높이와 무인 비행체(20)의 현재 높이를 비교할 수 있다. 다른 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 무인 비행체(20)가 현재 위치에서 통신이 가능한 적어도 하나의 기지국의 높이와 무인 비행체(20)의 현재 높이를 비교할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 다수의 위치 정보에 대하여 각각 매칭되는 기지국의 정보(예: 기지국 위치 정보, 기지국 높이 정보 등)를 저장할 수 있다. 이러한 경우, 프로세서(120)는 저장된 기지국 정보 중 무인 비행체(20)의 현재 위치에 대응하는 기지국에 대한 정보를 획득한 후, 무인 비행체(20)의 높이와 기지국의 높이를 비교하는 동작을 수행할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무인 비행체(20)(예: 도 1의 프로세서(120))는 동작 1630에서, 비교된 높이에 대응하여 빔패턴을 조절할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 적어도 하나의 안테나에 대한 위상차를 조정하여 빔패턴이 기지국을 향하도록 조절할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 복수의 안테나 중 기준 신호 이상의 신호 세기를 가지는 안테나에 대한 위상차를 조정할 수 있다. 다른 예로, 프로세서(120)는 복수의 안테나 중 가장 높은 신호 세기를 가지는 안테나에 대한 위상차를 조정할 수 있다. 예컨대, 프로세서는 무인 비행체(20)의 높이가 기지국의 높이보다 높을 경우, 기지국을 향하도록 빔패턴을 하측으로 변경할 수 있다. 또한, 프로세서(120)는 무인 비행체(20)의 높이가 기지국의 높이보다 낮을 경우, 기지국을 향하도록 빔패턴을 상측으로 변경할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무인 비행체(20)(예: 도 1의 프로세서(120))는 동작 1640에서, 무인 비행체(20)의 빔 방향을 정렬할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 무인 비행체(20)의 위치 변경에 기초하여, 빔 방향을 기지국으로 정렬시킬 수 있다.
도 17은 다양한 실시 예에 따른 무인 비행체에서 빔 방향을 정렬하기 위한 흐름도(1200)이다. 이하 설명되는 도 17의 동작들은, 도 16의 동작 1630의 다양한 실시 예를 나타낸 것일 수 있다. 또한, 이하 실시 예에서 각 동작들은 순차적으로 수행될 수도 있으나, 반드시 순차적으로 수행되는 것은 아니다. 예를 들어, 각 동작들의 순서가 변경될 수도 있으며, 적어도 두 동작들이 병렬적으로 수행될 수도 있다.
도 17을 참조하면, 다양한 실시 예에 따른, 무인 비행체(20)(예: 도 1의 프로세서(120))는 동작 1710에서, 획득된 위치 정보에 대응하여, 무인 비행체(20)의 빔이 기지국을 향하도록 무인 비행체(20)의 빔 방향을 정렬할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 기지국이 방사하는 빔의 방향과 무인 비행체(20)가 방사하는 빔의 방향이 서로 정렬되도록 처리할 수 있다. 예컨대, 프로세서(120)는 전술한 바와 같이, 무인 비행체(20)의 높이와 기지국의 높이에 기초하여 적어도 하나의 안테나에 대한 위상차를 조정할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무인 비행체(20)(예: 도 1의 프로세서(120))는 동작 1720에서, 통신 중인 기지국과의 통신이 유지되는지 여부를 판단할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 기지국과의 통신이 해제되는 경우172-아니오), 무인 비행체(20)(예: 도 1의 프로세서(120))는 동작 1730에서, 복수의 안테나 중 적어도 하나의 안테나를 이용하여 새로운 빔을 선택할 수 있다. 빔 선택은 기지국의 통신이 해제된 상태에서 다른 빔을 이용하여 기지국과 통신을 시도하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 각각의 안테나에 대한 신호 세기를 획득한 후, 신호 세기가 가장 높은 하나의 안테나로 빔 스위칭을 수행할 수 있다. 다른 예로, 프로세서(120)는 복수의 안테나 중 기준 신호 세기 이상의 신호 세기를 가지는 안테나를 이용하여 빔 스위칭을 수행할 수 있다. 전술한 실시 예에서는 기지국의 통신이 해제된 상태에서 다른 안테나의 빔을 선택하여 기지국과 통신을 시도하는 실시 예에 대하여 설명하였다. 그러나, 이는 예시적일 뿐, 본 발명의 실시 예가 이에 한정되는 것이 아니다. 일 실시 예로, 프로세서(120)는 동일한 안테나의 빔 중 기준 신호 세기 이상의 신호 세기를 가지는 빔을 선택하여 기지국과 통신을 시도할 수도 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 기지국과의 통신이 유지되거나 또는 기지국과의 통신이 해제된 후 빔 스위칭이 완료되는 경우, 무인 비행체(20)(예: 도 1의 프로세서(120))는 동작 1740에서, 위치 조정 신호를 수신할 수 있다. 위치 조정 신호는 무인 비행체(20)의 위치, 방향, 높이, 이동 속도 중 적어도 하나를 변경하기 위한 신호를 포함할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 원격 제어 장치(예: 조종기)를 통해 위치 조정 신호를 수신할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 수신된 위치 조정 신호에 기초하여 무인 비행체(20)의 위치 및/또는 자세가 변경되도록 제어할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 어플리케이션 플랫폼(예: 도 1의 어플리케이션 플랫폼(132)) 및/또는 플라이트 플랫폼(예: 도 1의 플라이트 플랫폼(134))를 이용하여 무인 비행체의 비행, 자세 및 이동중 적어도 하나를 조정할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무인 비행체(20)(예: 도 1의 프로세서(120))는 동작 1750에서, 수신되는 위치 조정 신호에 기초하여 안테나 모듈 회전 모터를 제어할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 프로세서(120)는 위치가 변경된 무인 비행체(20)의 빔패턴이 기지국을 향하도록 안테나 모듈 회전 모터를 제어할 수 있다. 예를 들어, 위치 조정 신호에 기초하여 무선 비행체의 위치, 방향, 높이 중 적어도 하나가 변경될 수 있으며, 프로세서(120)는 변경된 무선 비행체의 위치, 방향, 높이 중 적어도 하나에 기초하여 무인 비행체(20)의 빔패턴을 조절할 수 있다.
다양한 실시 예에 따르면, 무인 비행체(20)(예: 도 1의 프로세서(120))는 수신되는 위치 조정 신호에 기초하여 안테나 모듈 회전 모터를 제어한 후 무인 비행체(20)에 대한 빔 방향을 정렬하는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(120)는 도 16의 동작으로 리턴하여 동작 1640과 연관된 동작을 수행할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 개시의 다양한 실시예들은 본 개시의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 개시의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 개시의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 따라서 본 개시의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 개시의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 개시의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 무인 비행체에 있어서,
    본체;
    상기 본체에 연결된 하나 이상의 연결 프레임;
    상기 연결 프레임에 연결된 하나 이상의 프로펠러부;
    상기 연결 프레임에 배치된 구동부;
    상기 구동부에 결합되고, 상기 하나 이상이 프로펠러부와 연결된 방열 구조체; 및
    상기 방열 구조체에 연결된 안테나 모듈을 포함하고,
    상기 구동부는 상기 하나 이상의 프로펠러부와 상기 안테나 모듈 사이에 배치되어서, 상기 안테나 모듈을 회전시키고,
    상기 방열 구조체는 상기 안테나 모듈의 적어도 일부를 감싸며, 상기 하나 이상의 프로펠러부에서 송풍된 공기를 이용하여 상기 안테나 모듈에 발생한 열을 공중으로 확산시키게 하는 무인 비행체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안테나 모듈은
    상기 구동부에 의해 수평 방향으로 커버가능한 통신 영역이 확장가능하도록 회전가능하게 배치되어서, 상기 기지국과의 빔 정렬이 유지되는 무인 비행체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 프로펠러부는
    적어도 하나 이상의 프로펠러; 및
    상기 적어도 하나 이상의 프로펠러를 구동시키는 구동 모터를 포함하고, 상기 구동부는 상기 구동 모터와 동축으로 상기 구동 모터 하단에 배치되는 무인 비행체.
  4. 제1항에 있어서, 상기 안테나 모듈은
    상기 방열 구조체의 길이 방향을 따라서 배치되는 기판; 및
    상기 기판에 형성된 적어도 하나 이상의 안테나 엘리먼트를 포함하고,
    상기 안테나 엘리먼트는
    상기 기판의 길이 방향을 따라서 배열된, 1ⅩN 또는 NⅩN 배열의 적어도 하나 이상의 안테나 패턴을 포함하는 무인 비행체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 기판은
    제1면; 및
    상기 본체를 향하며, 상기 제1면과 반대 방향의 제2면을 포함하고,
    상기 안테나 패턴은 상기 제1면에 배열되는 무인 비행체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1면에 RFIC가 배치되는 무인 비행체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 RFIC에 발생한 열은 매개체에 의해 상기 방열 구조체에 전달되고,
    상기 매개체는
    상기 RFIC와 상기 방열 구조체의 적어도 일부분 사이에 배치되는 무인 비행체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 매개체는
    상기 방열 구조체에 형성된 방열판; 및
    상기 방열판과 상기 기판 사이에 배치된 열 전달 물질(TIM)을 포함하는 무인 비행체.
  9. 제1항에 있어서, 상기 방열 구조체는 상기 구동부의 하측으로 일체형으로 결합되는 무인 비행체.
  10. 제1항에 있어서, 상기 방열 구조체는 상기 본체로 향하는 제1부분은 폐쇄되고, 상기 본체에서 멀어지는 제2부분은 개방된 형상으로 이루어지고,
    상기 제2부분은 상기 안테나 모듈을 보호하는 커버가 배치되며,
    상기 개방된 제2부분을 통해서 상기 안테나 모듈의 빔 포밍이 형성되는 무인 비행체.
  11. 제10항에 있어서, 상기 방열 구조체는
    방열 하우징; 및
    상기 방열 하우징 외면에 형성된 적어도 하나 이상의 방열 핀을 포함하는 무인 비행체.
  12. 제11항에 있어서, 상기 각각의 방열핀은 상기 외면에서 외주 방향으로 돌출되며, 상기 각각의 방열핀의 돌출 높이는 서로 상이하게 형성되는 무인 비행체.
  13. 제11항에 있어서, 상기 방열핀의 돌출 높이는
    상기 본체로부터 가장 가까운 방열 하우징의 중심에서 가장 높고, 상기 본체로부터 가장 먼 방열 하우징의 양단에서 가장 낮은 무인 비행체.
  14. 제11항에 있어서, 상기 각각의 방열 핀은 상기 하나 이상의 프로펠러부에서 제공된 공기의 흐름 방향을 따라서 연장되고, 서로 연장된 길이가 상이한 무인 비행체.
  15. 제13항에 있어서, 상기 방열핀의 연장될 길이는
    상기 본체로부터 가장 가까운 방열 하우징의 중심에서 가장 크고, 상기 본체에서 가장 먼 방열 하우징의 양단에서 가장 짧은 무인 비행체.
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