WO2021075588A1 - 차량에 탑재되는 안테나 시스템 - Google Patents

차량에 탑재되는 안테나 시스템 Download PDF

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WO2021075588A1
WO2021075588A1 PCT/KR2019/013404 KR2019013404W WO2021075588A1 WO 2021075588 A1 WO2021075588 A1 WO 2021075588A1 KR 2019013404 W KR2019013404 W KR 2019013404W WO 2021075588 A1 WO2021075588 A1 WO 2021075588A1
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antenna
metal plate
cone
vehicle
radiator
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PCT/KR2019/013404
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김창일
유승우
이주희
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엘지전자 주식회사
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    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems

Definitions

  • the present invention relates to an antenna system mounted on a vehicle. More specifically, it relates to an antenna system having a broadband antenna and a vehicle having the same to operate in various communication systems.
  • Electronic devices can be divided into mobile/portable terminals and stationary terminals depending on whether they can be moved. Again, electronic devices can be divided into handheld terminals and vehicle mounted terminals depending on whether or not the user can directly carry them.
  • the functions of electronic devices are diversifying. For example, there are functions of data and voice communication, taking pictures and videos through a camera, recording voices, playing music files through a speaker system, and outputting images or videos to the display unit.
  • Some terminals add an electronic game play function or perform a multimedia player function.
  • recent mobile terminals can receive multicast signals providing visual content such as broadcasting and video or television programs.
  • Such electronic devices are diversified, they are implemented in the form of a multimedia player with complex functions such as, for example, taking photos or videos, playing music or video files, receiving games, and broadcasting. have.
  • wireless communication systems using LTE communication technology have recently been commercialized in electronic devices, providing various services.
  • wireless communication systems using 5G communication technology are expected to be commercialized and provide various services. Meanwhile, some of the LTE frequency bands may be allocated to provide 5G communication services.
  • the mobile terminal may be configured to provide 5G communication services in various frequency bands. Recently, attempts have been made to provide a 5G communication service using a Sub6 band of 6 GHz or less. However, in the future, it is expected to provide 5G communication service using millimeter wave (mmWave) band in addition to Sub6 band for faster data rate.
  • mmWave millimeter wave
  • a broadband antenna operating in both the LTE frequency band and the 5G Sub6 frequency band needs to be disposed in the vehicle other than the electronic device.
  • a broadband antenna such as a cone antenna has a problem in that the overall antenna size, in particular, a vertical profile according to an increase in height, and a weight increase.
  • a broadband antenna such as a cone antenna may be implemented in a three-dimensional structure compared to a conventional planar antenna.
  • MIMO multiple input/output
  • a plurality of antennas may be disposed.
  • LB low band
  • 960 MHz an antenna operating in a low band
  • an optimal antenna design that allows an antenna operating in a low band (LB) to operate in a broadband.
  • Another object is to improve antenna performance while maintaining the height of the antenna system mounted in the vehicle below a certain level.
  • Another object of the present invention is to provide a structure for mounting an antenna system capable of operating in a broadband in a vehicle to support various communication systems.
  • Another object of the present invention is to provide a flat antenna of various structures capable of operating in a low band (LB).
  • LB low band
  • Another object of the present invention is to provide an optimized antenna performance according to various structures in a flat antenna having various structures capable of operating in a low band (LB).
  • LB low band
  • an antenna system mounted on a vehicle comprises: a metal plate forming a part of the exterior of the antenna system and operating as a radiator; A lower substrate disposed under the metal plate; And a feeding part disposed on the front surface of the lower substrate and configured to transmit a signal to the metal plate through a metal supporter. And a first antenna including a shorting pin configured to connect the ground of the lower substrate and the metal plate.
  • the antenna performance can be improved while maintaining the height of the antenna system mounted in the vehicle below a certain level by using the exterior metal of the antenna module, including the second antenna disposed in the antenna system separately from the first antenna. have.
  • a transceiver circuit for controlling to emit a signal through at least one of the first antenna and the second antenna may be further included.
  • the first antenna may further include a second metal plate disposed adjacent to the metal plate such that a signal from the metal plate is coupled, and configured to operate the first antenna in a broadband range.
  • the second metal plate may be connected to a cone radiator disposed below.
  • the height of the first antenna increases as the height of the first antenna increases as it is disposed between the second metal plate and the cone radiator and is separated from the second metal plate and the cone radiator. It may further include a first cover to improve the performance.
  • it may further include a second cover formed to surround the cone radiator under the cone radiator.
  • an outer rim integrally formed with the second metal plate, the first cover, and the cone radiator may be connected by a screw fastened on the second metal plate.
  • the second metal plate, an outer rim integrally formed with the cone radiator, and the second cover may be connected by a screw fastened on the second metal plate.
  • the second metal plate and an outer rim integrally formed with the cone radiator are connected by a screw fastened on the second metal plate, and the upper opening of the cone radiator May be covered by the second metal plate without a dielectric.
  • shorting bar configured to connect the shorting pin and the power supply formed on the metal plate
  • the shorting bar is connected to the metal support and the shorting pin of the power supply And it may be connected to a point in the metal plate.
  • the shorting bar may be connected to a screw boss formed at a point in the metal plate.
  • the shorting bar may include a connection part connected to a point in the metal plate; An extension part formed by bending the connection part at a predetermined angle; And a fastening part formed at an end of the extension part and fastened to the shorting pin 1102 and the metal support.
  • a position at which the metal plate is disposed is higher than a position at which the second metal plate is disposed, and a lower substrate to which a lower opening of a cone radiator connected to and apart from the second metal plate is disposed is disposed Is positioned lower than the lower substrate of the metal plate, so that a predetermined height of the cone radiator may be secured.
  • the second metal plate is connected to a cone radiator or a pyramid radiator, and the second metal plate is connected to the cone radiator and the pyramid radiator. It may include a third type screw boss.
  • the second antenna comprises a plurality of cone antennas including a cone radiator and a patch antenna, and further includes a baseband processor configured to perform multiple input/output (MIMO) through the plurality of cone antennas, ,
  • the baseband processor may perform multiple input/output (MIMO) through at least one of the first antenna and the plurality of cone antennas.
  • the first antenna operates as a radiator in a low band (LB) that is a first frequency band
  • the second antenna operates as a radiator in a second frequency band higher than the first frequency band
  • the A basis configured to receive a first signal in the first frequency band through a first antenna and receive a second signal in the second frequency band through the second antenna to perform carrier aggregation (CA).
  • CA carrier aggregation
  • It may further include a band processor.
  • a vehicle with an antenna system comprises a metal plate forming a part of the exterior of the antenna system and acting as a radiator; A lower substrate disposed under the metal plate; And a feeding part disposed on the front surface of the lower substrate and configured to transmit a signal to the metal plate through a metal supporter. And a first antenna including a shorting pin configured to connect the ground of the lower substrate and the metal plate. Further, it further includes a second antenna disposed in the antenna system separate from the first antenna. Further, it further includes a transceiver circuit for controlling to emit a signal through at least one of the first antenna and the second antenna. Further, it further includes a baseband processor configured to communicate with at least one of an adjacent vehicle, a road side unit (RSU), and a base station through the transmission/reception unit circuit.
  • RSU road side unit
  • the first antenna may further include a second metal plate disposed adjacent to the metal plate such that a signal from the metal plate is coupled, and configured to operate the first antenna in a broadband range.
  • the second metal plate is connected to a cone radiator disposed below, and the first antenna is disposed between the second metal plate and the cone radiator, and the second metal plate And a first cover for improving the performance of the first antenna by increasing the height of the first antenna as it is separated from the cone radiator.
  • shorting bar configured to connect the shorting pin and the power supply formed on the metal plate
  • the shorting bar is connected to the metal support and the shorting pin of the power supply And may be additionally connected to a point in the metal plate.
  • the first antenna operates as a radiator in a low band (LB) that is a first frequency band
  • the second antenna operates as a radiator in a second frequency band higher than the first frequency band
  • the A basis configured to receive a first signal in the first frequency band through a first antenna and receive a second signal in the second frequency band through the second antenna to perform carrier aggregation (CA).
  • CA carrier aggregation
  • It may further include a band processor.
  • the shorting bar is fastened to the metal plate in addition to the shorting pin, so that a flat antenna structure of various structures capable of operating in a low band LB can be presented.
  • the antenna system can be optimized with different antennas in a band different from that of the low band LB, so that the antenna system can be disposed in the roof frame of the vehicle with the optimum configuration and performance.
  • MIMO multiple input/output
  • diversity operations can be implemented in an antenna system of a vehicle using a plurality of antennas in a specific band.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an electronic device related to the present invention.
  • FIGS. 2A to 2C show a structure in which the antenna system can be mounted in the vehicle in a vehicle including an antenna system mounted on a vehicle according to the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram referenced to describe a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a wireless communication unit of an electronic device or vehicle capable of operating in a plurality of wireless communication systems according to the present invention.
  • FIG. 5A is a conceptual diagram of an antenna implemented with a plurality of metal frames disposed on the exterior of the antenna module according to the present invention. Meanwhile, FIG. 5B shows a detailed structure of an antenna implemented by a plurality of metal frames disposed on the exterior of the antenna module according to the present invention.
  • FIG. 6A shows the configuration of an antenna implemented with a metal frame that can be disposed on the exterior of the antenna module according to the present invention.
  • FIG. 6B shows an assembly structure of an antenna implemented with a metal frame that can be disposed on the exterior of the antenna module according to the present invention.
  • FIG. 7A is a conceptual diagram of a broadband matching structure in an antenna composed of a radiator and a ground according to the present invention. Meanwhile, FIG. 7B shows an equivalent circuit of a broadband matching structure according to the present invention.
  • 8A to 8C illustrate an antenna system including a plurality of antennas according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIGS. 9A to 9C illustrate a structure in which a cone radiator according to various embodiments of the present disclosure is fastened to a metal plate.
  • FIG. 10 shows a configuration in which a shorting bar for implementing a broadband matching structure is assembled with a metal frame.
  • FIG. 11 illustrates a configuration in which a broadband matching structure according to various embodiments of the present disclosure is connected to a shorting pin and a power supply unit.
  • FIG. 12 shows a standing wave ratio (VSWR) of a first antenna equipped with a shorting bar according to the present invention.
  • VSWR standing wave ratio
  • FIG. 13 shows a side structure of an antenna system including a plurality of metal plates using a module exterior according to the present invention.
  • FIGS. 14A to 14C are diagrams illustrating a broadband antenna system according to the present invention and a vehicle in which the antenna system is mounted.
  • Electronic devices described herein include mobile phones, smart phones, laptop computers, digital broadcasting terminals, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), navigation systems, and slate PCs.
  • PDAs personal digital assistants
  • PMPs portable multimedia players
  • slate PCs slate PCs.
  • Tablet PC tablet PC
  • ultrabook ultrabook
  • wearable device wearable device, for example, smartwatch, glass-type terminal (smart glass), HMD (head mounted display)), etc. may be included. have.
  • the antenna system mounted on a vehicle referred to in this specification mainly refers to an antenna system disposed outside the vehicle, but may include a mobile terminal (electronic device) disposed inside the vehicle or possessed by a user who boards the vehicle. .
  • the electronic device may include a mobile terminal (electronic device) disposed inside a vehicle or possessed by a user who boards the vehicle.
  • a vehicle equipped with a communication system such as an antenna system may be referred to as an electronic device.
  • the electronic device 100 includes a wireless communication unit 110, an input unit 120, a sensing unit 140, an output unit 150, an interface unit 160, a memory 170, a control unit 180, and a power supply unit 190. ) And the like.
  • the components shown in FIG. 1 are not essential for implementing an electronic device, and thus an electronic device described in the present specification may have more or fewer components than those listed above.
  • the wireless communication unit 110 may be configured between the electronic device 100 and the wireless communication system, between the electronic device 100 and other electronic devices 100, or between the electronic device 100 and an external server. It may include one or more modules to enable wireless communication between. In addition, the wireless communication unit 110 may include one or more modules that connect the electronic device 100 to one or more networks.
  • the one or more networks may be, for example, a 4G communication network and a 5G communication network.
  • the wireless communication unit 110 may include at least one of a 4G wireless communication module 111, a 5G wireless communication module 112, a short-range communication module 113, and a location information module 114.
  • the 4G wireless communication module 111 may transmit and receive 4G base stations and 4G signals through a 4G mobile communication network. At this time, the 4G wireless communication module 111 may transmit one or more 4G transmission signals to the 4G base station. In addition, the 4G wireless communication module 111 may receive one or more 4G reception signals from the 4G base station.
  • an uplink (UL) multi-input multi-output (MIMO) may be performed by a plurality of 4G transmission signals transmitted to the 4G base station.
  • a downlink (DL) multi-input multi-output (MIMO) may be performed by a plurality of 4G reception signals received from a 4G base station.
  • the 5G wireless communication module 112 may transmit and receive 5G base stations and 5G signals through a 5G mobile communication network.
  • the 4G base station and the 5G base station may have a non-stand-alone (NSA) structure.
  • the 4G base station and the 5G base station may have a co-located structure disposed at the same location within a cell.
  • the 5G base station may be disposed in a separate location from the 4G base station in a stand-alone (SA) structure.
  • SA stand-alone
  • the 5G wireless communication module 112 may transmit and receive 5G base stations and 5G signals through a 5G mobile communication network. At this time, the 5G wireless communication module 112 may transmit one or more 5G transmission signals to the 5G base station. In addition, the 5G wireless communication module 112 may receive one or more 5G received signals from the 5G base station.
  • the 5G frequency band may use the same band as the 4G frequency band, and this may be referred to as LTE re-farming.
  • the 5G frequency band the Sub6 band, which is a band of 6 GHz or less, may be used.
  • a millimeter wave (mmWave) band may be used as a 5G frequency band to perform broadband high-speed communication.
  • the electronic device 100 may perform beam forming for communication coverage expansion with a base station.
  • uplink MIMO may be performed by a plurality of 5G transmission signals transmitted to the 5G base station.
  • downlink (DL) MIMO may be performed by a plurality of 5G reception signals received from the 5G base station.
  • the wireless communication unit 110 may be in a dual connectivity (DC) state with a 4G base station and a 5G base station through the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112.
  • DC dual connectivity
  • the dual connection between the 4G base station and the 5G base station may be referred to as EN-DC (EUTRAN NR DC).
  • EUTRAN is an Evolved Universal Telecommunication Radio Access Network, which means 4G wireless communication system
  • NR is New Radio, which means 5G wireless communication system.
  • a 4G reception signal and a 5G reception signal may be simultaneously received through the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112.
  • the short range communication module 113 is for short range communication, and includes BluetoothTM, Radio Frequency Identification (RFID), Infrared Data Association (IrDA), Ultra-Wideband (UWB), ZigBee, and Near field communication (NFC), wireless-fidelity (Wi-Fi), Wi-Fi Direct, and wireless universal serial bus (USB) technologies may be used to support short-range communication.
  • the short-range communication module 114 may be configured between the electronic device 100 and a wireless communication system, between the electronic device 100 and other electronic devices 100, or between the electronic device 100 and other electronic devices 100 through wireless area networks. ) And a network in which another electronic device 100 or an external server is located may support wireless communication.
  • the local area wireless communication network may be a wireless personal area network (Wireless Personal Area Networks).
  • short-range communication between electronic devices may be performed using the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112.
  • short-range communication may be performed between electronic devices through a device-to-device (D2D) method without passing through a base station.
  • D2D device-to-device
  • carrier aggregation using at least one of the 4G wireless communication module 111 and 5G wireless communication module 112 and the Wi-Fi communication module 113 for transmission speed improvement and communication system convergence (convergence)
  • 4G + WiFi carrier aggregation may be performed using the 4G wireless communication module 111 and the Wi-Fi communication module 113.
  • 5G + WiFi carrier aggregation may be performed using the 5G wireless communication module 112 and the Wi-Fi communication module 113.
  • the location information module 114 is a module for obtaining a location (or current location) of an electronic device, and representative examples thereof include a GPS (Global Positioning System) module or a WiFi (Wireless Fidelity) module.
  • a GPS Global Positioning System
  • WiFi Wireless Fidelity
  • the electronic device may acquire the location of the electronic device by using a signal transmitted from a GPS satellite.
  • the location of the electronic device may be obtained based on information of the Wi-Fi module and a wireless access point (AP) that transmits or receives a wireless signal.
  • AP wireless access point
  • the location information module 114 may perform any function among other modules of the wireless communication unit 110 in order to obtain data on the location of the electronic device as a substitute or additionally.
  • the location information module 114 is a module used to obtain the location (or current location) of the electronic device, and is not limited to a module that directly calculates or obtains the location of the electronic device.
  • the electronic device may acquire the location of the electronic device based on information of the 5G wireless communication module and a 5G base station transmitting or receiving a wireless signal.
  • the 5G base station in the mmWave band is deployed in a small cell having a narrow coverage, it is advantageous to obtain the location of the electronic device.
  • the input unit 120 includes a camera 121 or an image input unit for inputting an image signal, a microphone 122 for inputting an audio signal, or an audio input unit, and a user input unit 123 for receiving information from a user, for example, , A touch key, a mechanical key, etc.).
  • the voice data or image data collected by the input unit 120 may be analyzed and processed as a user's control command.
  • the sensing unit 140 may include one or more sensors for sensing at least one of information in the electronic device, information on surrounding environments surrounding the electronic device, and user information.
  • the sensing unit 140 includes a proximity sensor 141, an illumination sensor 142, a touch sensor, an acceleration sensor, a magnetic sensor, and gravity.
  • G-sensor gyroscope sensor
  • motion sensor motion sensor
  • RGB sensor infrared sensor
  • IR sensor infrared sensor
  • fingerprint sensor fingerprint sensor
  • ultrasonic sensor ultrasonic sensor
  • Optical sensor for example, camera (see 121)), microphone (microphone, see 122), battery gauge, environmental sensor (for example, barometer, hygrometer, thermometer, radiation detection sensor, It may include at least one of a heat sensor, a gas sensor, etc.), and a chemical sensor (eg, an electronic nose, a healthcare sensor, a biometric sensor, etc.). Meanwhile, the electronic device disclosed in this specification may combine and utilize information sensed by at least two or more of these sensors.
  • the output unit 150 is for generating an output related to visual, auditory or tactile sense, and includes at least one of the display unit 151, the sound output unit 152, the hap tip module 153, and the light output unit 154. can do.
  • the display unit 151 may implement a touch screen by forming a layer structure or integrally with the touch sensor.
  • the touch screen may function as a user input unit 123 that provides an input interface between the electronic device 100 and a user, and may provide an output interface between the electronic device 100 and the user.
  • the interface unit 160 serves as a passage between various types of external devices connected to the electronic device 100.
  • the interface unit 160 connects a wired/wireless headset port, an external charger port, a wired/wireless data port, a memory card port, and a device equipped with an identification module. It may include at least one of a port, an audio input/output (I/O) port, an input/output (video I/O) port, and an earphone port.
  • the electronic device 100 may perform appropriate control related to the connected external device in response to the connection of the external device to the interface unit 160.
  • the memory 170 stores data supporting various functions of the electronic device 100.
  • the memory 170 may store a plurality of application programs or applications driven by the electronic device 100, data for the operation of the electronic device 100, and commands. At least some of these application programs may be downloaded from an external server through wireless communication. In addition, at least some of these application programs may exist on the electronic device 100 from the time of shipment for basic functions of the electronic device 100 (eg, incoming calls, outgoing functions, message receiving, and outgoing functions). Meanwhile, the application program may be stored in the memory 170, installed on the electronic device 100, and driven by the controller 180 to perform an operation (or function) of the electronic device.
  • the controller 180 In addition to the operation related to the application program, the controller 180 generally controls the overall operation of the electronic device 100.
  • the controller 180 may provide or process appropriate information or functions to a user by processing signals, data, information, etc. input or output through the above-described components or by driving an application program stored in the memory 170.
  • the controller 180 may control at least some of the components discussed with reference to FIG. 1A. Furthermore, in order to drive the application program, the controller 180 may operate by combining at least two or more of the components included in the electronic device 100 with each other.
  • the power supply unit 190 receives external power and internal power under the control of the controller 180 and supplies power to each of the components included in the electronic device 100.
  • the power supply unit 190 includes a battery, and the battery may be a built-in battery or a replaceable battery.
  • At least some of the respective components may operate in cooperation with each other to implement an operation, control, or control method of an electronic device according to various embodiments described below.
  • the operation, control, or control method of the electronic device may be implemented on the electronic device by driving at least one application program stored in the memory 170.
  • FIGS. 2A and 2B show a configuration in which the antenna system 1000 is mounted on or within the roof of a vehicle.
  • FIG. 2C shows a structure in which the antenna system 1000 is mounted in a roof frame of a vehicle roof and a rear mirror.
  • the present invention proposes an antenna in which an LTE antenna and a 5G antenna are integrated in consideration of 5G (5G) communication in addition to providing an existing mobile communication service (LTE).
  • 5G 5G
  • an antenna system 1000 is disposed on a roof of a vehicle.
  • a radome 2000a for protecting the antenna system 1000 from an external environment and an external shock when driving a vehicle may surround the antenna system 1000.
  • the radome 2000a may be made of a dielectric material through which radio signals transmitted/received between the antenna system 1000 and the base station can be transmitted.
  • the antenna system 1000 may be disposed in a roof structure of a vehicle, and at least a part of the roof structure may be configured to be implemented with a non-metal. At this time, at least a part of the roof structure 2000b of the vehicle may be implemented with a non-metal, and may be made of a dielectric material through which radio signals transmitted/received between the antenna system 1000 and the base station can be transmitted.
  • the antenna system 1000 may be disposed inside a roof frame of a vehicle, and at least a portion of the roof frame 2000c may be configured to be implemented with a non-metal. At this time, at least a part of the roof frame 2000c of the vehicle 300 may be implemented with a non-metal, and may be made of a dielectric material through which radio signals transmitted/received between the antenna system 1000 and the base station can be transmitted.
  • FIG. 3 is a block diagram referenced to describe a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle 300 may include a wheel rotated by a power source and a steering input device 510 for adjusting a traveling direction of the vehicle 300.
  • the vehicle 300 may be an autonomous vehicle.
  • the vehicle 300 may be switched to an autonomous driving mode or a manual mode (water driving mode) based on a user input.
  • the vehicle 300 may be switched from a manual mode to an autonomous driving mode or may be switched from an autonomous driving mode to a manual mode based on a user input received through the user interface device 310.
  • the vehicle 300 may be switched to an autonomous driving mode or a manual mode based on driving situation information.
  • the driving situation information may be generated based on object information provided by the object detection apparatus 320.
  • the vehicle 300 may be switched from a manual mode to an autonomous driving mode or may be switched from an autonomous driving mode to a manual mode based on driving situation information generated by the object detection device 320.
  • the vehicle 300 may be switched from a manual mode to an autonomous driving mode or may be switched from an autonomous driving mode to a manual mode based on driving situation information received through the communication device 400.
  • the vehicle 300 may be switched from a manual mode to an autonomous driving mode or may be switched from an autonomous driving mode to a manual mode based on information, data, and signals provided from an external device.
  • the autonomous driving vehicle 300 may be operated based on a driving system.
  • the autonomous vehicle 300 may be driven based on information, data, or signals generated by a driving system, an unloading system, and a parking system.
  • the autonomous vehicle 300 may receive a user input for driving through a driving operation device.
  • the vehicle 300 may be driven based on a user input received through the driving operation device.
  • the overall length refers to the length from the front part to the rear part of the vehicle 300
  • the width refers to the width of the vehicle 300
  • the height refers to the length from the lower part of the wheel to the roof.
  • the overall length direction (L) is a direction that is a reference for measuring the overall length of the vehicle 300
  • the full width direction (W) is a direction that is a reference for measuring the overall width of the vehicle 300
  • the height direction (H) is It may mean a direction that is a standard for measuring the total height of 300.
  • the vehicle 300 may include a user interface device 310, an object detection device 320, a navigation system 350, and a communication device 400.
  • the vehicle may further include a sensing unit 361, an interface unit 362, a memory 363, a power supply unit 364, and a vehicle control device 365 in addition to the above-described devices.
  • the sensing unit 361, the interface unit 362, the memory 363, the power supply unit 364, and the vehicle control device 365 have low direct relation to wireless communication through the antenna system 1000 according to the present invention. . Therefore, a detailed description thereof will be omitted herein.
  • the vehicle 300 may further include other components other than the components described in the present specification, or may not include some of the described components.
  • the user interface device 310 is a device for communicating with the vehicle 300 and a user.
  • the user interface device 310 may receive a user input and provide information generated in the vehicle 300 to the user.
  • the vehicle 300 may implement User Interfaces (UI) or User Experience (UX) through the user interface device 310.
  • UI User Interfaces
  • UX User Experience
  • the object detection device 320 is a device for detecting an object located outside the vehicle 300.
  • the objects may be various objects related to the operation of the vehicle 300. Meanwhile, objects may be classified into a moving object and a fixed object.
  • the moving object may be a concept including other vehicles and pedestrians.
  • the fixed object may be a concept including a traffic signal, a road, and a structure.
  • the object detection device 320 may include a camera 321, a radar 322, a lidar 323, an ultrasonic sensor 324, an infrared sensor 325, and a processor 330.
  • the object detection apparatus 320 may further include other components in addition to the described components, or may not include some of the described components.
  • the processor 330 may control the overall operation of each unit of the object detection apparatus 320.
  • the processor 330 may detect and track an object based on the acquired image.
  • the processor 330 may perform operations such as calculating a distance to an object and calculating a relative speed with an object through an image processing algorithm.
  • the processor 330 may detect and track the object based on the reflected electromagnetic wave that the transmitted electromagnetic wave is reflected on and returned to the object.
  • the processor 330 may perform operations such as calculating a distance to an object and calculating a relative speed with the object, based on the electromagnetic wave.
  • the processor 330 may detect and track the object based on the reflected laser light reflected by the transmitted laser and returned to the object.
  • the processor 330 may perform operations such as calculating a distance to an object and calculating a relative speed with the object, based on the laser light.
  • the processor 330 may detect and track the object based on the reflected ultrasonic wave that the transmitted ultrasonic wave is reflected on and returned to the object.
  • the processor 330 may perform operations such as calculating a distance to an object and calculating a relative speed with the object, based on ultrasonic waves.
  • the processor 330 may detect and track the object based on the reflected infrared light reflected by the transmitted infrared light and returned to the object.
  • the processor 330 may perform operations such as calculating a distance to an object and calculating a relative speed with the object, based on infrared light.
  • the object detection apparatus 320 may include a plurality of processors 330 or may not include the processors 330.
  • each of the camera 321, radar 322, lidar 323, ultrasonic sensor 324, and infrared sensor 325 may individually include a processor.
  • the object detection device 320 may be operated under the control of the processor or the controller 370 of the device in the vehicle 300.
  • the navigation system 350 may provide location information of a vehicle based on information acquired through the communication device 400, in particular, the location information unit 420. In addition, the navigation system 350 may provide a route guidance service to a destination based on the current location information of the vehicle. In addition, the navigation system 350 may provide guide information on surrounding locations based on information acquired through the object detection device 320 and/or the V2X communication unit 430. Meanwhile, based on V2V, V2I, and V2X information acquired through the wireless communication unit 460 operating together with the antenna system 1000 according to the present invention, guidance information and autonomous driving services may be provided.
  • the object detection device 320 may be operated under the control of the controller 370.
  • the communication device 400 is a device for performing communication with an external device.
  • the external device may be another vehicle, a mobile terminal, or a server.
  • the communication device 400 may include at least one of a transmission antenna, a reception antenna, a radio frequency (RF) circuit capable of implementing various communication protocols, and an RF element to perform communication.
  • RF radio frequency
  • the communication device 400 may include a short-range communication unit 410, a location information unit 420, a V2X communication unit 430, an optical communication unit 440, a broadcast transmission/reception unit 450, and a processor 470.
  • the communication device 400 may further include other components in addition to the described components, or may not include some of the described components.
  • the short range communication unit 410 is a unit for short range communication.
  • the short-range communication unit 410 includes BluetoothTM, Radio Frequency Identification (RFID), Infrared Data Association (IrDA), Ultra Wideband (UWB), ZigBee, Near Field Communication (NFC), and Wireless Frequency Identification (Wi-Fi). -Fidelity), Wi-Fi Direct, and Wireless Universal Serial Bus (USB) technologies may be used to support short-range communication.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • IrDA Infrared Data Association
  • UWB Ultra Wideband
  • NFC Near Field Communication
  • Wi-Fi Wireless Frequency Identification
  • -Fidelity Wireless Frequency Identification
  • Wi-Fi Direct Wireless Universal Serial Bus
  • the short-range communication unit 410 may form short-range wireless communication networks (Wireless Area Networks) to perform short-range communication between the vehicle 300 and at least one external device.
  • short-range wireless communication networks Wireless Area Networks
  • the location information unit 420 is a unit for obtaining location information of the vehicle 300.
  • the location information unit 420 may include a Global Positioning System (GPS) module or a Differential Global Positioning System (DGPS) module.
  • GPS Global Positioning System
  • DGPS Differential Global Positioning System
  • the V2X communication unit 430 is a unit for performing wireless communication with a server (V2I: Vehicle to Infra), another vehicle (V2V: Vehicle to Vehicle), or a pedestrian (V2P: Vehicle to Pedestrian).
  • the V2X communication unit 430 may include an RF circuit capable of implementing communication with infrastructure (V2I), vehicle-to-vehicle communication (V2V), and communication with pedestrians (V2P) protocols.
  • the optical communication unit 440 is a unit for performing communication with an external device through light.
  • the optical communication unit 440 may include an optical transmitter that converts an electrical signal into an optical signal and transmits it to the outside, and an optical receiver that converts the received optical signal into an electrical signal.
  • the light transmitting unit may be formed integrally with a lamp included in the vehicle 300.
  • the broadcast transmission/reception unit 450 is a unit for receiving a broadcast signal from an external broadcast management server or transmitting a broadcast signal to a broadcast management server through a broadcast channel.
  • Broadcast channels may include satellite channels and terrestrial channels.
  • the broadcast signal may include a TV broadcast signal, a radio broadcast signal, and a data broadcast signal.
  • the wireless communication unit 460 is a unit that performs wireless communication with one or more communication systems through one or more antenna systems.
  • the wireless communication unit 460 may transmit and/or receive a signal to a device in the first communication system through the first antenna system.
  • the wireless communication unit 460 may transmit and/or receive a signal to a device in the second communication system through the second antenna system.
  • the first communication system and the second communication system may be an LTE communication system and a 5G communication system, respectively.
  • the first communication system and the second communication system are not limited thereto, and may be extended to any different communication systems.
  • the antenna system 1000 operating in the first and second communication systems may be disposed on the roof, in the roof, or in the roof frame of the vehicle according to one of FIGS. 2A to 2C of the vehicle 300.
  • the wireless communication unit 460 of FIG. 3 may operate in both the first and second communication systems, and may be combined with the antenna system 1000 to provide a multi-communication service to the vehicle 300.
  • the processor 470 may control the overall operation of each unit of the communication device 400.
  • the communication device 400 may or may not include a plurality of processors 470.
  • the communication device 400 may be operated according to the control of the processor or the controller 370 of another device in the vehicle 300.
  • the communication device 400 may implement a vehicle display device together with the user interface device 310.
  • the vehicle display device may be referred to as a telematics device or an audio video navigation (AVN) device.
  • APN audio video navigation
  • the communication device 400 may be operated under the control of the controller 370.
  • processors and control units 370 included in the vehicle 300 include application specific integrated circuits (ASICs), digital signal processors (DSPs), digital signal processing devices (DSPDs), programmable logic devices (PLDs), and FPGAs ( field programmable gate arrays), processors, controllers, micro-controllers, microprocessors, and electrical units for performing other functions.
  • ASICs application specific integrated circuits
  • DSPs digital signal processors
  • DSPDs digital signal processing devices
  • PLDs programmable logic devices
  • FPGAs field programmable gate arrays
  • processors controllers, micro-controllers, microprocessors, and electrical units for performing other functions.
  • the vehicle 300 related to the present invention may operate in any one of a manual driving mode and an autonomous driving mode. That is, the driving mode of the vehicle 300 may include a manual driving mode and an autonomous driving mode.
  • an electronic device or vehicle includes a first power amplifier 210, a second power amplifier 220, and an RFIC 1250.
  • the electronic device or vehicle may further include a modem (Modem, 1400) and an application processor (AP) 1450.
  • the modem 1400 and the application processor AP 1450 may be physically implemented on one chip, and may be logically and functionally separated.
  • the present invention is not limited thereto and may be implemented in the form of a physically separated chip according to an application.
  • the electronic device or vehicle includes a plurality of low noise amplifiers (LNAs 210a to 240a) in the receiving unit.
  • LNAs 210a to 240a low noise amplifiers
  • the first power amplifier 210, the second power amplifier 220, the control unit 1250, and the plurality of low noise amplifiers 210a to 240a are all operable in the first communication system and the second communication system.
  • the first communication system and the second communication system may be a 4G communication system and a 5G communication system, respectively.
  • the RFIC 1250 may be configured as a 4G/5G integrated type, but is not limited thereto and may be configured as a 4G/5G separate type according to an application.
  • the RFIC 1250 is configured as a 4G/5G integrated type, it is advantageous in terms of synchronization between 4G/5G circuits, and control signaling by the modem 1400 can be simplified.
  • the RFIC 1250 when configured as a 4G/5G separate type, it may be referred to as a 4G RFIC and a 5G RFIC, respectively.
  • the RFIC 1250 when the 5G band and the 4G band have a large difference in bands, such as when the 5G band is configured as a millimeter wave band, the RFIC 1250 may be configured as a 4G/5G separate type. In this way, when the RFIC 1250 is configured as a 4G/5G separate type, there is an advantage that RF characteristics can be optimized for each of the 4G band and the 5G band.
  • the RFIC 1250 is configured as a 4G/5G separate type, the 4G RFIC and the 5G RFIC are logically and functionally separated, and physically, it is possible to be implemented on one chip.
  • the application processor (AP) 1450 is configured to control the operation of each component of the electronic device. Specifically, the application processor (AP) 1450 may control the operation of each component of the electronic device through the modem 1400.
  • the modem 1400 may be controlled through a power management IC (PMIC) for low power operation of an electronic device. Accordingly, the modem 1400 may operate the power circuit of the transmitter and the receiver through the RFIC 1250 in a low power mode.
  • PMIC power management IC
  • the application processor AP 1450 may control the RFIC 1250 through the modem 1400 as follows. For example, if the electronic device is in the idle mode, the RFIC through the modem 1400 so that at least one of the first and second power amplifiers 210 and 220 operates in a low power mode or is turned off. (1250) can be controlled.
  • the application processor (AP) 1450 may control the modem 1400 to provide wireless communication capable of low power communication.
  • the application processor (AP) 1450 may control the modem 1400 to enable wireless communication with the lowest power. Accordingly, even though the throughput is slightly sacrificed, the application processor (AP) 1450 may control the modem 1400 and the RFIC 1250 to perform short-range communication using only the short-range communication module 113.
  • the modem 1400 may be controlled to select an optimal wireless interface.
  • the application processor (AP, 1450) may control the modem 1400 to receive through both the 4G base station and the 5G base station according to the remaining battery capacity and available radio resource information.
  • the application processor (AP) 1450 may receive information on the remaining battery capacity from the PMIC and information on available radio resources from the modem 1400. Accordingly, if the remaining battery capacity and available radio resources are sufficient, the application processor (AP, 1450) may control the modem 1400 and the RFIC 1250 so as to be received through both the 4G base station and the 5G base station.
  • the transmitting unit and the receiving unit of each radio system may be integrated into one transceiving unit. Accordingly, there is an advantage in that a circuit part integrating two types of system signals can be removed from the RF front-end.
  • the front-end components can be controlled by the integrated transceiver, the front-end components can be integrated more efficiently than when the transmission/reception system is separated for each communication system.
  • the multiple transmission/reception system as shown in FIG. 2 has the advantage of enabling efficient resource allocation since it is possible to control other communication systems as needed, and thereby minimize system delay.
  • the first power amplifier 210 and the second power amplifier 220 may operate in at least one of the first and second communication systems.
  • the first and second power amplifiers 220 can operate in both the first and second communication systems.
  • one of the first and second power amplifiers 210 and 220 may operate in the 4G band and the other may operate in the millimeter wave band. have.
  • 4x4 MIMO can be implemented using 4 antennas as shown in FIG. 2.
  • 4x4 DL MIMO may be performed through downlink (DL).
  • the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 may be configured to operate in both the 4G band and the 5G band.
  • the 5G band is a millimeter wave (mmWave) band
  • the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 may be configured to operate in any one of the 4G band and the 5G band.
  • each of a plurality of separate antennas may be configured as an array antenna in the millimeter wave band.
  • 2x2 MIMO can be implemented using two antennas connected to the first power amplifier 210 and the second power amplifier 220 among the four antennas.
  • 2x2 UL MIMO (2 Tx) may be performed through uplink (UL).
  • a transmission signal may be branched in each of one or two transmission paths, and the branched transmission signal may be connected to a plurality of antennas.
  • a switch-type splitter or power divider is built into the RFIC corresponding to the RFIC (1250), so that separate parts do not need to be placed outside, thereby improving component mounting performance.
  • I can. Specifically, it is possible to select the transmission unit (TX) of two different communication systems by using a single pole double throw (SPDT) type switch inside the RFIC corresponding to the control unit 250.
  • TX transmission unit
  • SPDT single pole double throw
  • an electronic device or vehicle capable of operating in a plurality of wireless communication systems according to the present invention may further include a duplexer 231, a filter 232, and a switch 233.
  • the duplexer 231 is configured to separate signals in the transmission band and the reception band from each other.
  • the signal of the transmission band transmitted through the first and second power amplifiers 210 and 220 is applied to the antennas ANT1 and ANT4 through the first output port of the duplexer 231.
  • signals in the reception band received through the antennas ANT1 and ANT4 are received by the low noise amplifiers 210a and 240a through the second output port of the duplexer 231.
  • the filter 232 may be configured to pass a signal in a transmission band or a reception band and block signals in the remaining bands.
  • the filter 232 may include a transmission filter connected to the first output port of the duplexer 231 and a reception filter connected to the second output port of the duplexer 231.
  • the filter 232 may be configured to pass only the signal of the transmission band or only the signal of the reception band according to the control signal.
  • the switch 233 is configured to transmit only either a transmission signal or a reception signal.
  • the switch 233 may be configured in the form of a single pole double throw (SPDT) to separate a transmission signal and a reception signal in a time division multiplexing (TDD) scheme.
  • the transmission signal and the reception signal are signals of the same frequency band, and accordingly, the duplexer 231 may be implemented in the form of a circulator.
  • the switch 233 is applicable to a frequency division multiplexing (FDD) scheme.
  • the switch 233 may be configured in the form of a Double Pole Double Throw (DPDT) so as to connect or block a transmission signal and a reception signal, respectively.
  • DPDT Double Pole Double Throw
  • the switch 233 is not necessarily required.
  • the electronic device or vehicle according to the present invention may further include a modem 1400 corresponding to a control unit.
  • the RFIC 1250 and the modem 1400 may be referred to as a first control unit (or a first processor) and a second control unit (a second processor), respectively.
  • the RFIC 1250 and the modem 1400 may be implemented as physically separate circuits.
  • the RFIC 1250 and the modem 1400 may be physically divided into one circuit logically or functionally.
  • the modem 1400 may perform control and signal processing for transmission and reception of signals through different communication systems through the RFIC 1250.
  • the modem 1400 may be obtained through control information received from a 4G base station and/or a 5G base station.
  • the control information may be received through a physical downlink control channel (PDCCH), but is not limited thereto.
  • PDCCH physical downlink control channel
  • the modem 1400 may control the RFIC 1250 to transmit and/or receive signals through the first communication system and/or the second communication system at a specific time and frequency resource. Accordingly, the RFIC 1250 may control transmission circuits including the first and second power amplifiers 210 and 220 to transmit a 4G signal or a 5G signal in a specific time period. In addition, the RFIC 1250 may control receiving circuits including the first to fourth low noise amplifiers 210a to 240a to receive a 4G signal or a 5G signal in a specific time period.
  • FIG. 5A shows a conceptual diagram of an antenna implemented by a plurality of metal frames disposed on the exterior of the antenna module according to the present invention.
  • FIG. 5B shows a detailed structure of an antenna implemented by a plurality of metal frames disposed on the exterior of the antenna module according to the present invention.
  • FIG. 6A shows the configuration of an antenna implemented with a metal frame that can be disposed on the exterior of the antenna module according to the present invention.
  • FIG. 6B shows an assembly structure of an antenna implemented with a metal frame that can be disposed on the exterior of the antenna module according to the present invention.
  • FIG. 7A is a conceptual diagram of a broadband matching structure in an antenna composed of a radiator and a ground according to the present invention.
  • FIG. 7B shows an equivalent circuit of a broadband matching structure according to the present invention.
  • the antenna module (ie, the antenna system) according to the present invention may include a plurality of antennas in addition to the aforementioned low-band (LB) antenna.
  • FIGS. 8A to 8C illustrate an antenna system including a plurality of antennas according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • low elevation that is, mean gain -2dBi in the range of 70 to 90 degrees of elevation
  • the antenna system mounted on a vehicle includes a first antenna 1100 operating in a low band LB and a first antenna 1100 operating in a medium band MB and a high band HB. It includes 2 antennas 1200.
  • the first antenna 1100 is operable in a band including a low band (LB) of 650MHz to 900MHz or 600MHz to 960MHz.
  • the low band LB is not limited thereto and can be changed according to an application.
  • the second antenna 1200 is operable in a middle band (MB) starting from 1400 MHz and a high band (HB) that is a higher frequency band.
  • the antenna system mounted on a vehicle according to the present invention may include a transceiver circuit 1250 for controlling to emit a signal through at least one of the first antenna 1100 and the second antenna 1200.
  • the antenna system mounted on the vehicle according to the present invention may further include a baseband processor 1400 configured to communicate with at least one of an adjacent vehicle, a road side unit (RSU), and a base station through the transceiver circuit 1250.
  • RSU road side unit
  • the first antenna 1100 operating in the first frequency band which is the low band LB, includes a metal plate S1, a lower substrate S2, a shorting pin 1102, and a power supply unit 1105. ) And a metal supporter (1106).
  • the metal plate S1 forms part of the exterior of the antenna system and is configured to act as a radiator. Meanwhile, the metal plate S1 may be formed to have a lower center height than the side portion. Since the height of the center portion of the metal plate S1 is low, the shorting pin 1102 may be formed to have a low height of the metal support 1106. Accordingly, there is an advantage in that the amount of the signal directly radiated by the shorting pin 1102 through the metal support 1106 is reduced, that is, the power supply loss is reduced, thereby improving the antenna efficiency.
  • the effective height of the entire antenna is mainly determined by the height of the side surface rather than the center of the metal plate S1. Accordingly, the height of the side portion of the metal plate S1 is formed higher than the height of the center, thereby increasing the effective height of the entire antenna, thereby improving antenna performance.
  • the lower substrate S2 is disposed under the metal plate S1, and the power supply unit 1105 is disposed on the front surface.
  • the power supply unit 1105 is disposed on the front surface of the lower substrate and may be configured to transmit a signal to the metal plate S1 through the metal support 1106.
  • the power supply unit 1105 implemented in a ring shape may be connected to the transmission/reception unit circuit 1250 and a matching circuit for impedance matching between the power supply unit 1105 and the transmission/reception unit circuit 1250 may be provided.
  • the shorting pin 1102 is configured to connect the ground of the lower substrate S2 and the metal plate S1.
  • the metal plate S1 may include a screw boss (SCB) configured to fasten the shorting pin 1102 and the metal plate S1.
  • SC screw boss
  • the shorting pin 1102 and the lower substrate S2 may be fixed by a screw (SC) fastened from the rear surface of the lower substrate S2.
  • the metal support 1106 is also configured to connect the ground of the lower substrate S2 and the metal plate S1.
  • the metal plate S1 may include a screw boss (SCB) configured to fasten the metal support 1106 and the metal plate S1.
  • SC screw boss
  • the metal support 1106 and the lower substrate S2 may be fixed by a screw (SC) fastened from the rear surface of the lower substrate S2.
  • the lower substrate S2 may not be directly fastened to the vehicle frame, but may be fastened to the vehicle frame through a heat sink. Accordingly, the lower substrate S2 may include a screw fastening hole and a heat sink fastening hole.
  • the first antenna 1100 may further include a second metal plate C2 to extend a bandwidth.
  • the second metal plate C2 is disposed adjacent to the metal plate S1 so that the signal from the metal plate S1 is coupled, and the first antenna 1100 is configured to operate in a broadband.
  • the first antenna 1100 can be configured to operate in a first frequency band that is a low band LB and a second frequency band that is higher than the first frequency band. Accordingly, the first antenna 1100 has an advantage that it can operate in a band including 600MHz to 3.8GHz.
  • the first antenna 1100 may be connected to a cone radiator.
  • FIGS. 9A to 9C illustrate a structure in which a cone radiator according to various embodiments of the present disclosure is fastened to a metal plate.
  • the cover CV1 is disposed between the cone radiator 1100R and the second metal plate C2, or the height of the second metal plate C2 itself is increased to increase the antenna height. have. As the height of the entire antenna structure increases, antenna performance may be improved.
  • the second power feeding part 1105-2 may be formed in the lower opening of the cone radiator 1100R that is fastened to the second metal plate C2. Accordingly, the first antenna 1100 may operate as a low band (LB) antenna by applying the first signal of the first frequency band through the power supply unit 1105. In addition, the first antenna 1100 may operate as a medium-band (MB) and high-band (HB) antenna by applying a second signal of a second frequency band through the second feeding unit 1105-2.
  • LB low band
  • MB medium-band
  • HB high-band
  • the first antenna 1100 operating in the entire band can be configured by selectively applying a signal to the power supply unit 1105 or the second power supply unit 1105-2 of the first antenna 1100.
  • the first antenna 1100 operating in the entire band can be configured through the metal plate S1 and the second metal plate C2.
  • the first antenna 1100 operating in the entire band can be configured.
  • FIGS. 8A to 8C show the first antennas 1100 and 1100 ′ operating in the low band LB and the second antennas 1200 and 1200 ′ operating in the middle band (MB) and high band (HB). It shows the deployed antenna system 1000.
  • the first antennas 1100 and 1100 ′ may be configured with one metal plate S1 to operate in the low band LB.
  • FIGS. 14A to 14C are antennas in which first antennas 1100 and 1100 ′ operating in the full band and second antennas 1200 and 1200 ′ operating in the middle band (MB) and high band (HB) are disposed. Represents the system 1000.
  • the first antennas 1100 and 1100 ′ may include a second metal plate C2 disposed adjacent to the metal plate S1 so as to be coupled to each other.
  • a second metal plate C2 disposed adjacent to the metal plate S1 so as to be coupled to each other.
  • FIG. 8A shows an antenna system 1000 in which a patch-type metal plate S1 is used.
  • patch-type metal plates S1 disposed on the left and right sides of the antenna system 1000 constitute the first antennas 1100 and 1100'.
  • the second antennas 1200 and 1200 ′ may be disposed adjacent to the first antennas 1100 and 1100 ′.
  • the second antenna 1200 may include four cone antennas 1200-1 to 1200-4.
  • the second antenna 1200 ′ may be composed of two cone antennas 1200 ′-1 to 1200 ′-2 spaced apart a predetermined distance therefrom.
  • the first antennas 1100 and 1100' may be denoted as L
  • the second antennas 1200 and 1200' may be denoted as M+H.
  • the second antennas 1200 and 1200 ′ may be configured as cone antennas rotated at a predetermined angle with each other.
  • the upper opening of each cone antenna may be implemented in a multi-wing structure corresponding to an outer rim for fastening with the upper substrate and for broadband operation. As shown, the wing angle of the cone antenna may be substantially implemented at an angle of about 120 degrees.
  • the position of the shorting pin can be variably implemented as well as structural stability of the cone antenna.
  • it can be implemented in two forms depending on the shape of the wing in the form of a metal patch disposed adjacent to the cone antenna. That is, in the metal patch of the first structure, a circularly removed portion is formed so as to be disposed along the two wings spaced 120 degrees apart, and the position of the shorting pin may be offset from the center to be connected.
  • a circularly removed portion is formed so as to be disposed along the two wings spaced by 240 degrees, and the position of the shorting pin may be formed at the center.
  • a transmission/reception unit circuit 1250 configured to apply a signal to at least one of the first antennas 1100 and 1100 ′ and the second antennas 1200 and 1200 ′ may be further included.
  • the baseband processor 1400 is applied with a signal to at least one of the first antenna (1100, 1100') and the second antenna (1200, 1200'), multiple input/output in the first frequency band and/or the second frequency band.
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled to perform (MIMO), diversity, and/or carrier aggregation (CA).
  • one of the second antennas 1200 and one of the second antennas 1200' in the second frequency band which is a low band (LB)
  • LB low band
  • FIG. 8B shows an antenna system 1000 in which a metal plate S1 fastened to a circular cone is used.
  • metal plates S1 disposed on the left and right sides of the antenna system 1000 constitute the first antennas 1100b and 1100b'.
  • the circular cone antenna means that the upper opening is circular, but is not necessarily limited to a circular shape and can be extended to include an arbitrary polygonal structure.
  • the second antennas 1200 and 1200 ′ may be disposed adjacent to the first antennas 1100b and 1100b ′.
  • the second antenna 1200 may include four cone antennas 1200-1 to 1200-4.
  • the second antenna 1200 ′ may be composed of two cone antennas 1200 ′-1 to 1200 ′-2 spaced apart a predetermined distance therefrom.
  • the first antennas 1100b and 1100b' may be denoted as L
  • the second antennas 1200 and 1200' may be denoted as M+H.
  • the second antennas 1200 and 1200 ′ may be configured as cone antennas rotated at a predetermined angle with each other.
  • the upper opening of each cone antenna may be implemented in a multi-wing structure corresponding to an outer rim for fastening with the upper substrate and for broadband operation. As shown, the wing angle of the cone antenna may be substantially implemented at an angle of about 120 degrees.
  • a transmitter/receiver circuit 1250 configured to apply a signal to at least one of the first antennas 1100b and 1100b' and the second antennas 1200 and 1200' may be further included.
  • the baseband processor 1400 is applied with a signal to at least one of the first antenna (1100b, 1100b') and the second antenna (1200, 1200'), multiple input/output in the first frequency band and/or the second frequency band.
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled to perform (MIMO), diversity, and/or carrier aggregation (CA).
  • one of the second antennas 1200 and one of the second antennas 1200' in the second frequency band which is a low band (LB)
  • LB low band
  • FIG. 8C shows an antenna system 1000 in which a metal plate S1 fastened to a rectangular cone is used.
  • metal plates S1 disposed on the left and right sides of the antenna system 1000 constitute the first antennas 1100c and 1100c'.
  • the rectangular cone antenna means that the upper opening is a rectangle, but is not necessarily limited to a rectangle and can be extended to include an arbitrary polygonal structure. Meanwhile, since both the upper and lower openings have a rectangular shape, and the size of the lower opening is smaller, it may be referred to as an inverted pyramid structure.
  • the second antennas 1200 and 1200 ′ may be disposed adjacent to the first antennas 1100c and 1100c ′.
  • the second antenna 1200 may include four cone antennas 1200-1 to 1200-4.
  • the second antenna 1200 ′ may be composed of two cone antennas 1200 ′-1 to 1200 ′-2 spaced apart a predetermined distance therefrom.
  • the first antennas 1100c and 1100c' may be denoted as L
  • the second antennas 1200 and 1200' may be denoted as M+H.
  • the second antennas 1200 and 1200 ′ may be configured as cone antennas rotated at a predetermined angle with each other.
  • the upper opening of each cone antenna may be implemented in a multi-wing structure corresponding to an outer rim for fastening with the upper substrate and for broadband operation. As shown, the wing angle of the cone antenna may be substantially implemented at an angle of about 120 degrees.
  • a transmission/reception unit circuit 1250 configured to apply a signal to at least one of the first antennas 1100c and 1100c' and the second antennas 1200 and 1200' may be further included.
  • the baseband processor 1400 is applied with a signal to at least one of the first antenna (1100c, 1100c') and the second antenna (1200, 1200'), multiple input/output in the first frequency band and/or the second frequency band.
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled to perform (MIMO), diversity, and/or carrier aggregation (CA).
  • one of the second antennas 1200 and one of the second antennas 1200' in the second frequency band which is a low band (LB)
  • LB low band
  • a first cover CV1 disposed between the second metal plate C2 and the cone radiator 1100R may be included.
  • the performance of the first antenna 1100 may be improved.
  • a second cover CV2 formed to surround the cone radiator 1100R under the cone radiator 1100R may be included.
  • one of the first cover CV1 or the second cover CV2 may be disposed as shown in FIG. 9A or 9B.
  • the second metal plate C2 and the cone radiator 1100R of the antenna system according to the present invention may include all of the first cover CV1 of FIG. 9A and the second cover CV2 of FIG. 9B. Accordingly, the first cover CV1 is disposed between the cone radiator 1100R and the second metal plate C2 to improve antenna performance, while the second cover CV2 surrounding the cone radiator 1100R improves mechanical properties. Stability can be improved.
  • the height of the antenna can be increased by the injection-type first cover CV1 and/or the second cover CV2. Accordingly, the height of the antenna is substantially increased by the injection-type first cover CV1 and/or the second cover CV2, thereby improving antenna gain and efficiency characteristics.
  • a cover is not disposed between the second metal plate C2 and the cone radiator 1100R, and a thick second metal plate C2 may be disposed. As the height of the entire antenna structure is increased by the second metal plate C2 having a thick thickness, antenna performance may be improved.
  • the second metal plate C2, the first cover CV1, and the cone radiator 1100R are integrated with the second metal plate C2 by a screw 1104 fastened from the upper part of the second metal plate C2.
  • the formed outer rim 1103 may be connected to each other.
  • the second covers CV2 may be connected to each other.
  • the upper opening of the cone radiator 1100R may be covered by the second metal plate C2 without a dielectric material. That is, the upper opening of the cone radiator 1100R may be covered by the second metal plate C2 without a cover formed of a dielectric material.
  • a radiation patch and a cone radiator may be attached by a metal frame S1, and a second metal frame having a coupling structure with the metal frame S1 In (C2), a double injection structure can be applied.
  • the lower substrates connected to the metal frame S1 and the second metal frame C2 are molded through a junction and a wetted structure. Accordingly, the antenna system according to the present invention has an advantage of excellent waterproofing effect even in the case of humidity and rainfall from an external environment when mounted on a vehicle.
  • FIG. 7A is a conceptual diagram of a broadband matching structure in an antenna composed of a radiator and a ground according to the present invention.
  • FIG. 7B shows an equivalent circuit of a broadband matching structure according to the present invention.
  • FIG. 10 shows a configuration in which a shorting bar for implementing a broadband matching structure is assembled with a metal frame.
  • FIG. 11 shows a configuration in which a broadband matching structure according to various embodiments of the present disclosure is connected to a shorting pin and a power supply unit.
  • the first antenna 1100 includes a feed part 1105 and a short pin 1102 connected between a radiator S1 and a ground of the lower substrate S2.
  • the first antenna 1100 includes a shorting bar (SB), which is a broadband matching structure configured to connect between the feeder (Feed, 1105) and the shorting pin (Short, 1102) in order to improve the bandwidth characteristics. I can.
  • SB shorting bar
  • the space between the shorting bar SB and the ground may be modeled as an equivalent circuit having different capacitance values for each frequency.
  • the shorting bar (SB) which is a broadband matching structure configured to connect between the feed part (Feed, 1105) and the shorting pin (Short, 1102), is modeled as an equivalent circuit having different inductance values for each frequency. Can be.
  • the shorting bar SB when the shorting bar SB is formed in different shapes in units of a predetermined area, the shorting bar SB may be modeled as a structure in which different LC equivalent circuits are interconnected. Accordingly, the first antenna 1100 may operate in a broadband by the shorting bar SB for implementing the broadband matching structure according to the present invention.
  • the low elevation gain characteristic required by ODM is -2dBi level in the range of 70 to 90 degrees based on the elevation angle.
  • 600MHz VSWR 5:1 that is, return loss -5dB level
  • the present invention needs a structure capable of improving a broadband antenna matching characteristic in a frequency band of 600MHz to 960MHz.
  • the present invention utilizes a matching technique using a structure by shorting bars to limit the impedance matching.
  • the present invention has an effect of matching range tuning according to the heights of various shapes of a shorting bar.
  • the shorting bar SB may be connected to the metal support 1106 of the power supply unit 1105 and the shorting pin 1102, and may be connected to a point in the metal plate S1.
  • the shorting bar SB may be connected to a screw boss (SCB) formed at a point in the metal plate S1.
  • the shorting bar SB includes a connection portion SB1 connected to a point in the metal plate S1 and an extension portion SB2 formed by bending the connection portion SB1 at a predetermined angle.
  • the shorting bar SB may further include a fastening part SB3 formed at an end of the extension part SB2 and fastened with the shorting pin 1102 and the metal support 1106.
  • the short-circuit bar SB which is a broadband matching structure according to the present invention, may be implemented in a Type 1 to Type 5 structure.
  • the first antenna 1100 may be implemented as a patch antenna and may be implemented as a broadband through a short-circuit bar (SB) that is a broadband matching structure.
  • SB short-circuit bar
  • the resonant frequency of the 600MHz band may be changed according to the shorting position in the metal plate S1 operating as a patch antenna and the length of the bending structure.
  • the shorting position can be more than 3 points, and it is necessary to change the bending structure to optimize the performance.
  • the shorting position may be one of three points of point A, point B, and point C, as shown in FIG. 10.
  • the bending structure it may be one of Type 1 to Type 5 as shown in FIG. 11.
  • the Type 1 shorting bar SBT1 includes a connection part SB1 and an extension part SB2 that is connected perpendicularly to the connection part SB1 and is connected in a right angle direction to extend.
  • the shorting bar SBT1 may further include a fastening part SB3 formed at the end of the extension part SB2 and fastened with the shorting pin 1102 and the metal support 1106.
  • the Type 2 shorting bar SBT2 includes a shorting pin 1102 and a connection part SB1 electrically connected to the metal plate S1 to the position of the metal support 1106.
  • the shorting bar SBT4 further includes an extension part SB2 connected perpendicularly to the connection part SB1 and disposed in parallel with the shorting pin 1102 and the metal support 1106.
  • the shorting bar SBT1 may further include a fastening part SB3 formed at the end of the extension part SB2 and fastened with the shorting pin 1102 and the metal support 1106.
  • the type 3 shorting bar SBT3 includes the connecting portion SB1 and the connecting portion SB1 and an extension portion SB2 formed by bending at a predetermined angle and bending at a predetermined angle in another direction.
  • the shorting bar SB may further include a fastening part SB3 formed at an end of the extension part SB2 and fastened with the shorting pin 1102 and the metal support 1106.
  • the Type 4 shorting bar SBT4 includes a connection part SB1 and an extension part SB2 formed by bending at a predetermined angle at the connection part SB1.
  • the shorting bar SB may further include a fastening part SB3 formed at an end of the extension part SB2 and fastened with the shorting pin 1102 and the metal support 1106.
  • the Type 5 shorting bar SBT5 includes a connection part SB1 and an extension part SB2 formed by bending at a predetermined angle at the connection part SB1.
  • the shorting bar SB may further include a fastening part SB3 formed at an end of the extension part SB2 and fastened with the shorting pin 1102 and the metal support 1106.
  • the Type 1 shorting bar SBT1 and the Type 2 shorting bar SBT2 may be connected to point A of the metal frame S1.
  • the Type 3 shorting bar SBT3 and the Type 4 shorting bar SBT4 may be connected to point B of the metal frame S1.
  • the Type 5 shorting bar SBT5 may be connected to the point C of the metal frame S1.
  • FIG. 12 shows a voltage standing wave ratio (VSWR) of the first antenna provided with a shorting bar according to the present invention.
  • VSWR voltage standing wave ratio
  • the first antenna has a value of VSWR 4 or less in the low band LB of 600 MHz to 960 MHz, and operates normally.
  • VSWR[1] and VSWR[2] denote VSWR values in the first and second embodiments to which the short-circuit bar (STB3) structures optimized with different dimensions in the Type 3 structure are applied, respectively.
  • STB3 short-circuit bar
  • the VSWR[1] result it can be seen that it has an optimal VSWR value in the low band (LB) of 600MHz to 960MHz.
  • the VSWR[2] result it can be seen that the VSWR value slightly increases in some of the low bands (LB) of 600MHz to 960 MHz, but has an optimal VSWR value in all bands.
  • different optimal shorting bars SBT3 may be applied depending on whether the radiator of the metal plate among the first antennas is operated only in the low band LB or the entire band. Accordingly, it is possible to provide a matching circuit for optimal antenna performance in consideration of vehicle specifications or antenna configuration.
  • the short-circuit bar SB which is a broadband matching structure of Type 1 to Type 5 structure according to the present invention, can be connected to both the first screw boss formed at one point in the metal plate S1 and the second screw boss formed at the other point. have. Accordingly, the length in which the shorting bar SB is in contact with the metal plate S1 is increased, so that the bandwidth characteristics of the first antenna 1100 may be improved.
  • the shorting bar SB may be connected to a second screw boss formed at another point in addition to the screw boss (SCB) formed at one point in the metal plate S1 described above.
  • one shorting bar SB may be connected together with the first screw boss and the second screw boss.
  • a separate shorting bar may be connected to the second screw boss.
  • the first antenna 1100 operating in the first frequency band which is the low band LB, includes a metal plate S1, a lower substrate S2, a shorting pin 1102, and a power supply unit 1105. ) And a metal supporter (1106).
  • the screw boss SCB varies the position at which the shorting bar SB is connected to the metal plate S1 to tune the performance of the first antenna 1100. It may be formed of screw bosses (SCB1-1 to SCB1-3). Specifically, positions at which the plurality of screw bosses SCB1-1 to SCB1-3 are formed may be spaced apart by a predetermined distance in one axial direction within the metal plate S1. The position at which the shorting bar SB is connected to the metal plate S1 is varied according to the position where the plurality of screw bosses SCB1-1 to SCB1-3 are formed, so that the impedance characteristic of the first antenna 1100 is varied. . Accordingly, the operating band, radiation characteristics, and efficiency of the first antenna 1100 may be varied.
  • the second metal plate C2 may be connected to the cone radiator 1100R or the pyramid radiator 1100R2.
  • the second metal plate C2 includes a plurality of second type screw bosses SCB2 and a plurality of third type screw bosses SCB3 so as to be connected to the cone radiator 1100R and the pyramidal radiator 1100R2.
  • the cone radiator 1100R may be fastened to the second type screw boss SCB2 formed inside the second metal plate C2.
  • the pyramidal radiator 1100R2 may be fastened to the third type screw boss SCB3 formed outside the second metal plate C2. Accordingly, there is an advantage in that it is possible to select a cone radiator 1100R or a pyramid radiator 1100R2 that can provide optimal performance according to different frequency band requirements for each vehicle specification or country.
  • the first antenna 1100 can be configured to operate in a low band LB.
  • the first antenna 1100 is not limited thereto, and the first antenna 1100 includes a low band (LB), a medium band (MB), and a high band (HB) by a cone radiator 1100R or pyramid radiator 1100R2 and a shorting bar SB. ) Can be operated in all bands.
  • the second antenna 1200 may be configured as a broadband antenna operating in a medium band (MB) and a high band (HB).
  • the second antenna 1200 may include a plurality of cone antennas 1200-1 to 1200-4 including a cone radiator 1200R and a patch antenna 1201.
  • the plurality of cone antennas 1200-1 to 1200-4 may be implemented as 2x2 cone array antennas 1200-1 to 1200-4, but are not limited thereto and can be variously changed according to vehicle specifications or communication requirements. Do.
  • the 2x2 cone array antennas 1200-1 to 1200-4 may be disposed in a state of being rotated at a predetermined angle to each other.
  • the second cone antenna 1200-2 may be rotated and disposed at a predetermined angle for optimizing the degree of isolation with respect to the first cone antenna 1200-1.
  • the second cone antenna 1200-2 may be disposed while being rotated at an angle between 90 degrees and 180 degrees with respect to the first cone antenna 1200-1.
  • the second cone antenna 1200-2 may be rotated and disposed at an angle of 135 degrees with respect to the first cone antenna 1200-1.
  • the third cone antenna 1200-3 may be rotated and disposed at a predetermined angle for optimizing the degree of isolation with respect to the first cone antenna 1200-1.
  • the third cone antenna 1200-2 may be rotated at an angle of 180 degrees with respect to the first cone antenna 1200-1, that is, disposed in a symmetrical shape.
  • the fourth cone antenna 1200-4 may be rotated and disposed at a predetermined angle for optimizing the degree of isolation with respect to the second cone antenna 1200-2. Specifically, the fourth cone antenna 1200-4 may be rotated at an angle of 180 degrees with respect to the second cone antenna 1200-2, that is, disposed in a symmetrical shape.
  • the metal patches disposed adjacent to the first to fourth cone antennas 1200-1 to 1200-4 may be disposed only in a partial area of one side of the cone antenna.
  • the metal patch disposed only in a partial area may be a cutting rectangular patch disposed only in the area between adjacent outer rims 1103. The level of interference between adjacent cone antennas can be reduced according to the segmented rectangular patch.
  • the baseband processor 1400 may be configured to perform multiple input/output (MIMO) through the plurality of cone antennas 1200-1 to 1200-4.
  • MIMO multiple input/output
  • a multi-wing cone antenna capable of operating in both low band (LB), mid band (MB), and high band (HB) is the first antenna. It may be disposed between the 1100 and the second antenna 1200.
  • multi-wing cone antenna means a case where the number of outer rims of the cone radiator connected to the metal structure of the upper substrate is plural, preferably three or more.
  • LB low band
  • MB medium band
  • HB high band
  • the first antenna 1100 and the multi-wing cone antenna may perform multiple input/output (MIMO) in a first frequency band that is an LB band that is a common band.
  • the second antenna 200 and the multi-wing cone antenna may perform multiple input/output (MIMO) in the common band of the MB band and the second frequency band of the HB band.
  • the vehicle when it is necessary to simultaneously receive information from various entities such as an adjacent vehicle, an RSU, a base station, etc. for autonomous driving, there is an advantage in that broadband reception is possible through multiple input/output (MIMO). Accordingly, the vehicle can improve communication capacity by simultaneously receiving different information from various entities. Accordingly, it is possible to improve the communication capacity through the MIMO operation without extending the bandwidth in the vehicle.
  • MIMO multiple input/output
  • the vehicle can simultaneously receive the same information from various entities at the same time to improve reliability of surrounding information and reduce latency.
  • URLLC Ultra Reliable Low Latency Communication
  • the vehicle can operate as a URLLC UE.
  • the base station performing scheduling may preferentially allocate a time slot for a vehicle operating as a URLLC UE.
  • some of the specific time-frequency resources already allocated to other UEs may be punctured.
  • the first antenna 1100 has a low band (LB), a medium band (MB), and a high band (HB) by a cone radiator 1100R or a pyramid radiator 1100R2 and a shorting bar SB. It can operate in all bands.
  • the low band LB may be referred to as a first frequency band
  • the middle band MB and the high band HB may be referred to as a second frequency band.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through at least one of the first antenna 1100 and the plurality of cone antennas 1200-1 to 1200-4 in the second frequency band. Accordingly, multiple input/output (MIMO) can be performed using antennas of different types spaced apart by a sufficient distance from each other. Accordingly, there is an advantage in that isolation between the first signal and the second signal within the same band can be improved.
  • the first antenna 1100 of the antenna system of the present invention may operate as a radiator in a low band LB that is a first frequency band.
  • the second antenna 1200 may operate as a radiator in a second frequency band higher than the first frequency band.
  • the baseband processor 1400 transmits and receives a first signal in a first frequency band through the first antenna 1100 and a second signal in a second frequency band through the second antenna 1200.
  • the sub-circuit 1250 may be controlled.
  • the baseband processor 1400 may perform carrier aggregation (CA) through a band in which the first frequency band and the second frequency band are combined. Accordingly, in the present invention, when it is necessary to receive a large amount of data for autonomous driving or the like, there is an advantage in that broadband reception is possible through carrier aggregation.
  • CA carrier aggregation
  • the vehicle can perform eMBB (Enhanced Mobile Broad Band) communication and the vehicle can operate as an eMBB UE.
  • the base station performing the scheduling may allocate a wideband frequency resource for a vehicle operating as an eMBB UE.
  • carrier aggregation (CA) may be performed on free frequency bands excluding frequency resources already allocated to other UEs.
  • FIG. 13 shows a side structure of an antenna system including a plurality of metal plates using a module exterior according to the present invention.
  • the first antenna 1100 includes a metal plate S1 and a second metal plate C2.
  • the metal plate S1 of the first antenna 1100 may be connected to the shorting pin 1102 and the power supply unit 1105.
  • the metal plate S1 of the first antenna 1100 may be connected to the shorting bar SB to perform broadband operation.
  • the second metal plate C2 is spaced apart from the metal plate S1 by a predetermined distance, that is, d1, and the signal radiated from the metal plate S1 is coupled to allow the first antenna 1100 to operate in a broadband manner.
  • the distance d1 between the metal plate S1 and the second metal plate C2 may be about 3 mm.
  • the interval d1 value is not limited thereto and may be changed to optimize antenna performance.
  • a metal guide hole may be used to tune the distance d1 between the metal plate S1 and the second metal plate C2.
  • the metal plate S1 and the second metal plate C2 may be formed in an integral structure with the metal plate S1 and the second metal plate C2 rather than a separate structure.
  • a metal guide hole may be disposed between the metal plate S1 and the second metal plate C2 to be spaced apart from each other.
  • metal guide holes may be disposed at predetermined intervals in the horizontal and vertical directions.
  • the diameter of the metal guide hole may be set as a distance d1 between the metal plate S1 and the second metal plate C2. Accordingly, even when the metal plate S1 and the second metal plate C2 are integrally formed, they have the same or similar electrical characteristics as separated by a predetermined distance d1 by the metal guide hole.
  • the second metal plate C2 of the first antenna 1100 may be fastened to the cone radiators 1100R and 1100R2.
  • the second metal plate C2 is configured to be spaced apart by the radiators 1100R and 1100R2 and the first cover CV1 to improve antenna performance.
  • the second metal plate C2 may be directly connected to the second metal plate C2 having a thicker thickness without the first cover CV1 made of a dielectric material. Accordingly, the overall antenna height can be increased, thereby improving antenna performance.
  • the second metal plate C2 is spaced apart from the radiators 1100R and 1100R2 by a predetermined distance, that is, d2 by the first cover CV1 or another structure, thereby optimizing antenna performance.
  • the lower substrate on which the shorting pin 1102 and the power supply unit 1105 are disposed and the second lower substrate on which the cone radiators 1100R and 1100R2 are disposed are connected to and fastened to a heat sink to provide the antenna system 1000.
  • a bracket joint portion to which the antenna system 1000 is fastened to the vehicle may be disposed in an outer region where the antenna is disposed.
  • the present invention is not limited thereto, and a planar antenna may be disposed on an inclined surface having a predetermined inclination in an outer region of the antenna system 1000.
  • the position where the metal plate S1 is disposed may be formed higher than the position where the second metal plate C2 is disposed.
  • the lower substrate to which the lower openings of the cone radiators 1100R and 1100R2 connected by being spaced apart from the second metal plate C2 are disposed is positioned lower than that of the lower substrate of the metal plate S1. Accordingly, although the second metal plate C2 is disposed lower, a predetermined height of the cone radiators 1100R and 1100R2 can be secured. Accordingly, the height of the antenna including the cone radiators 1100R and 1100R2 is increased, thereby improving antenna performance.
  • the total antenna height may be implemented as 25 mm so that it can be mounted on a vehicle roof or a roof frame.
  • the overall height of the antenna system including the antenna and the entire mechanism structure may be implemented to be about 28 mm.
  • a broadband antenna system mounted on a vehicle according to an aspect of the present invention has been described.
  • a vehicle equipped with a broadband antenna system according to another aspect of the present invention will be described.
  • the description of the antenna system described above may be applied, and the description of the vehicle in which the antenna system is mounted may also be applied to the above antenna system.
  • the broadband antenna system according to the present invention may be mounted on a vehicle in a structure as shown in FIGS. 2A to 2C. That is, a vehicle on which a broadband antenna system is mounted may be mounted on a vehicle roof, inside a roof, or inside a roof frame as shown in FIGS. 2A to 2C.
  • FIGS. 14A to 14C are diagrams illustrating a broadband antenna system according to the present invention and a vehicle in which the antenna system is mounted.
  • the vehicle 300 on which the broadband antenna system according to the present invention is mounted is equipped with an antenna system 1000, and the antenna system 1000 itself or through the communication device 400 Communication, wireless communication, and V2X communication can be performed.
  • the baseband processor 1400 may control to receive signals from or transmit signals to adjacent vehicles, RSUs, and base stations through the antenna system 1000.
  • the baseband processor 1400 may control to receive signals from or transmit signals to or from adjacent vehicles, RSUs, adjacent objects, and base stations through the communication device 400.
  • information on the adjacent object may be obtained through an object detection device such as a camera 331, a radar 332, a radar 333, and sensors 334 and 335 of the vehicle 300.
  • the baseband processor 1400 may control the communication device 400 and the antenna system 1000 to receive signals from or transmit signals to adjacent vehicles, RSUs, adjacent objects, and base stations.
  • FIGS. 14A to 14C show that the first antennas 1100, 1100b, 1100c, 1100', 1100b', and 1100c' are in the middle band (MB) and high band in addition to the low band (LB) compared to FIGS. There is a distinction in that it all works in (HB).
  • the first antennas 1100, 1100b, 1100c, 1100', 1100b', and 1100c' of FIGS. 14A to 14C include a second metal plate C2 in addition to the metal plate S1.
  • a power supply unit may be formed on the second metal plate C2 directly or through a radiator, and screw bosses SCB1-1, SCB1-2, and SCB1-3 may be formed on the metal plate S1.
  • the first antennas 1100, 1100b, 1100c, 1100', 1100b', and 1100c' of FIGS. 14A to 14C occupy more space for broadband operation. Accordingly, the number of cone antennas constituting the second antennas 1200 and 1200 ′ may be limited to two, respectively.
  • FIG. 14A shows an antenna system 1000 in which a patch-type metal plate S1 is used.
  • a metal plate S1 and a second metal plate C2 disposed on the left and right sides of the antenna system 1000 constitute the first antennas 1100 and 1100 ′.
  • the second antennas 1200 and 1200 ′ may be disposed adjacent to the first antennas 1100 and 1100 ′.
  • the second antenna 1200 may include two cone antennas 1200-1 and 1200-2.
  • the second antenna 1200 ′ may be composed of two cone antennas 1200 ′-1 to 1200 ′-2 spaced apart a predetermined distance therefrom.
  • the first antennas 1100 and 1100' may be denoted as L+M+H
  • the second antennas 1200 and 1200' may be denoted as M+H.
  • the second antennas 1200 and 1200 ′ may be configured as cone antennas rotated at a predetermined angle with each other.
  • the upper opening of each cone antenna may be implemented in a multi-wing structure corresponding to an outer rim for fastening with the upper substrate and for broadband operation. As shown, the wing angle of the cone antenna may be substantially implemented at an angle of about 120 degrees.
  • the position of the shorting pin can be variably implemented as well as structural stability of the cone antenna.
  • it can be implemented in two forms depending on the shape of the wing in the form of a metal patch disposed adjacent to the cone antenna. That is, in the metal patch of the first structure, a circularly removed portion is formed so as to be disposed along the two wings spaced 120 degrees apart, and the position of the shorting pin may be offset from the center to be connected.
  • a circularly removed portion is formed so as to be disposed along the two wings spaced by 240 degrees, and the position of the shorting pin may be formed at the center.
  • a transmission/reception unit circuit 1250 configured to apply a signal to at least one of the first antennas 1100 and 1100 ′ and the second antennas 1200 and 1200 ′ may be further included.
  • the baseband processor 1400 is applied with a signal to at least one of the first antenna (1100, 1100') and the second antenna (1200, 1200'), multiple input/output in the first frequency band and/or the second frequency band.
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled to perform (MIMO), diversity, and/or carrier aggregation (CA).
  • one of the second antennas 1200 and one of the second antennas 1200' in the second frequency band which is a low band (LB)
  • LB low band
  • FIG. 14B shows an antenna system 1000 in which a metal plate S1 fastened to a circular cone is used.
  • a metal plate S1 and a second metal plate C2 disposed on the left and right sides of the antenna system 1000 constitute the first antennas 1100b and 1100b'.
  • the circular cone antenna means that the upper opening is circular, but is not necessarily limited to a circular shape and can be extended to include an arbitrary polygonal structure.
  • the second antennas 1200 and 1200 ′ may be disposed adjacent to the first antennas 1100b and 1100b ′.
  • the second antenna 1200 may include two cone antennas 1200-1 and 1200-2.
  • the second antenna 1200 ′ may be composed of two cone antennas 1200 ′-1 to 1200 ′-2 spaced apart a predetermined distance therefrom.
  • the first antennas 1100 and 1100' may be denoted as L+M+H
  • the second antennas 1200 and 1200' may be denoted as M+H.
  • the second antennas 1200 and 1200 ′ may be configured as cone antennas rotated at a predetermined angle with each other.
  • the upper opening of each cone antenna may be implemented in a multi-wing structure corresponding to an outer rim for fastening with the upper substrate and for broadband operation. As shown, the wing angle of the cone antenna may be substantially implemented at an angle of about 120 degrees.
  • a transmitter/receiver circuit 1250 configured to apply a signal to at least one of the first antennas 1100b and 1100b' and the second antennas 1200 and 1200' may be further included.
  • the baseband processor 1400 is applied with a signal to at least one of the first antenna (1100b, 1100b') and the second antenna (1200, 1200'), multiple input/output in the first frequency band and/or the second frequency band.
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled to perform (MIMO), diversity, and/or carrier aggregation (CA).
  • one of the second antennas 1200 and one of the second antennas 1200' in the second frequency band which is a low band (LB)
  • LB low band
  • FIG. 14C shows an antenna system 1000 in which a metal plate S1 fastened to a rectangular cone is used.
  • a metal plate S1 and a second metal plate C2 disposed on the left and right sides of the antenna system 1000 constitute the first antennas 1100c and 1100c'.
  • the rectangular cone antenna means that the upper opening is a rectangle, but is not necessarily limited to a rectangle and can be extended to include an arbitrary polygonal structure.
  • both the upper and lower openings have a rectangular shape, and the size of the lower opening is smaller, it may be referred to as an inverted pyramid structure.
  • the second antennas 1200 and 1200 ′ may be disposed adjacent to the first antennas 1100c and 1100c ′.
  • the second antenna 1200 may include two cone antennas 1200-1 and 1200-2.
  • the second antenna 1200 ′ may be composed of two cone antennas 1200 ′-1 to 1200 ′-2 spaced apart a predetermined distance therefrom.
  • the first antennas 1100c and 1100c' may be denoted as L+M+H
  • the second antennas 1200 and 1200' may be denoted as M+H.
  • the second antennas 1200 and 1200 ′ may be configured as cone antennas rotated at a predetermined angle with each other.
  • the upper opening of each cone antenna may be implemented in a multi-wing structure corresponding to an outer rim for fastening with the upper substrate and for broadband operation. As shown, the wing angle of the cone antenna may be substantially implemented at an angle of about 120 degrees.
  • a transmission/reception unit circuit 1250 configured to apply a signal to at least one of the first antennas 1100c and 1100c' and the second antennas 1200 and 1200' may be further included.
  • the baseband processor 1400 is applied with a signal to at least one of the first antenna (1100c, 1100c') and the second antenna (1200, 1200'), multiple input/output in the first frequency band and/or the second frequency band.
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled to perform (MIMO), diversity, and/or carrier aggregation (CA).
  • one of the second antennas 1200 and one of the second antennas 1200' in the second frequency band which is a low band (LB)
  • LB low band
  • a vehicle 300 having an antenna system 1000 includes a first antenna 1100, a second antenna 1200, a transceiver circuit 1250, and a baseband processor 1400. ) Can be configured to include.
  • the first antenna 1100 may be configured to include a metal plate (S1), a lower substrate (S2), a power supply unit 1105, and a shorting pin 1102.
  • the metal plate S1 forms a part of the exterior of the antenna system 1000 and is configured to operate as a radiator.
  • the lower substrate S2 is disposed under the metal plate
  • the power supply unit 1105 is disposed on the front surface of the lower substrate S2, and signals to the metal plate S1 through the metal supporter 1106. Is configured to deliver.
  • the shorting pin 1102 is configured to connect the ground of the lower substrate S2 and the metal plate S1.
  • the second antenna 1200 may be disposed in the antenna system separately from the first antenna.
  • the first antenna 1100 may operate as a radiator in a low band LB, which is a first frequency band
  • the second antenna 1200 may operate as a radiator in a second frequency band higher than the first frequency band. have.
  • the second antenna 1200 can be configured as a broadband antenna operating in a medium band (MB) and a high band (HB).
  • the second antenna 1200 may include a plurality of cone antennas 1200-1 to 1200-4 including a cone radiator 1200R and a patch antenna 1201.
  • the plurality of cone antennas 1200-1 to 1200-4 may be implemented as 2x2 cone array antennas 1200-1 to 1200-4, but are not limited thereto and can be variously changed according to vehicle specifications or communication requirements. Do.
  • the 2x2 cone array antennas 1200-1 to 1200-4 may be disposed in a state of being rotated at a predetermined angle to each other.
  • the second cone antenna 1200-2 may be rotated and disposed at a predetermined angle for optimizing the degree of isolation with respect to the first cone antenna 1200-1.
  • the second cone antenna 1200-2 may be disposed while being rotated at an angle between 90 degrees and 180 degrees with respect to the first cone antenna 1200-1.
  • the second cone antenna 1200-2 may be rotated and disposed at an angle of 135 degrees with respect to the first cone antenna 1200-1.
  • the third cone antenna 1200-3 may be rotated and disposed at a predetermined angle for optimizing the degree of isolation with respect to the first cone antenna 1200-1.
  • the third cone antenna 1200-2 may be rotated at an angle of 180 degrees with respect to the first cone antenna 1200-1, that is, disposed in a symmetrical shape.
  • the fourth cone antenna 1200-4 may be rotated and disposed at a predetermined angle for optimizing the degree of isolation with respect to the second cone antenna 1200-2. Specifically, the fourth cone antenna 1200-4 may be rotated at an angle of 180 degrees with respect to the second cone antenna 1200-2, that is, disposed in a symmetrical shape.
  • the metal patches disposed adjacent to the first to fourth cone antennas 1200-1 to 1200-4 may be disposed only in a partial area of one side of the cone antenna.
  • the metal patch disposed only in a partial area may be a cutting rectangular patch disposed only in the area between adjacent outer rims 1103. The level of interference between adjacent cone antennas can be reduced according to the segmented rectangular patch.
  • some of the first to fourth cone antennas 1200-1 to 1200-4 are multi-wing cone antennas capable of operating in both low band (LB), medium band (MB), and high band (HB). It may be disposed between the first antenna 1100 and the second antenna 1200.
  • LB low band
  • MB medium band
  • HB high band
  • multi-wing cone antenna means a case where the number of outer rims of the cone radiator connected to the metal structure of the upper substrate is plural, preferably three or more. As shown in FIG. 8, it is possible to operate as an antenna in a low band (LB) in addition to the medium band (MB) and the high band (HB) by a cone antenna having six or more multi-wings.
  • LB low band
  • MB medium band
  • HB high band
  • the multi-wing cone antenna together with the first antenna 1100 may perform multiple input/output (MIMO) in the first frequency band, which is an LB band.
  • the multi-wing cone antenna together with the second antenna 200 may perform multiple input/output (MIMO) in the second frequency band, which is the MB band and the HB band.
  • the baseband processor 1400 receives a first signal in a first frequency band through the first antenna 1100 and a transceiver to receive a second signal in a second frequency band through the second antenna 1200.
  • the circuit 1250 can be controlled.
  • the baseband processor 1400 may be configured to perform carrier aggregation (CA) through the first frequency band and the second frequency band.
  • CA carrier aggregation
  • the transceiver circuit 1250 may control to emit a signal through at least one of the first antenna and the second antenna.
  • the baseband processor 1400 is configured to communicate with at least one of an adjacent vehicle, a road side unit (RSU), and a base station through the transceiver circuit 1250.
  • RSU road side unit
  • the first antenna 1100 according to the present invention is disposed adjacent to the metal plate S1 so that the signal from the metal plate S1 is coupled, so that the first antenna 1100 is configured to operate in a broadband. 2 It may further include a metal plate (C2).
  • the metal plate S1 of the first antenna 1100 may be connected to cone radiators 1100R and 1100R2 disposed below.
  • the first antenna 1100 may further include a first cover CV1 disposed between the second metal plate and the cone radiator. Accordingly, the second metal plate C2 and the cone radiators 1100R and 1100R2 are separated by the first cover CV1. Accordingly, the height of the first antenna 1100 is increased by the first cover CV1, so that the performance of the first antenna 1100 may be improved.
  • the first antenna 1100 has a shorting bar (SB, SBT1 to SBT5) configured to connect the power supply unit 1105 and the shorting pin 1102 formed on the metal plate S1 for broadband operation. It further includes.
  • the shorting bars SB, SBT1 to SBT5 may be connected to the metal support 1106 of the power supply unit 1105 and the shorting pin 1102, and may be further connected to a point in the metal plate S1.
  • the effect of increasing the height of the antenna occurs more than otherwise.
  • an effect of increasing the antenna height of about 3 mm occurs.
  • the antenna using the metal of the exterior of the module of the present invention has an effect of increasing the height of 3 mm. Accordingly, the antenna system using the metal outside the antenna module as an antenna can improve the antenna performance of about 2 to 5 dB.
  • the structure of the antenna is divided into a fixed part to the external metal of the module and a variable part of the internal connection structure, and the antenna module itself operates as an antenna when the antenna module is mounted on a vehicle and assembled.
  • Another object of the present invention is to provide a flat antenna structure of various structures capable of operating in a low band LB by fastening a shorting bar to a metal plate in addition to the shorting pin.
  • Another object of the present invention is to provide an optimized antenna performance according to various structures in a flat antenna of various structures capable of operating in a low band (LB) by fastening a shorting bar to a metal plate in various structures and shapes. There is an advantage of being able to do it.
  • LB low band
  • the antenna system can be optimized with different antennas in a band different from that of the low band LB, so that the antenna system can be disposed in the roof frame of the vehicle with the optimum configuration and performance.
  • MIMO multiple input/output
  • diversity operations can be implemented in an antenna system of a vehicle using a plurality of antennas in a specific band.
  • the computer-readable medium includes all types of recording devices that store data that can be read by a computer system.
  • Examples of computer-readable media include hard disk drives (HDDs), solid state disks (SSDs), silicon disk drives (SDDs), ROMs, RAM, CD-ROMs, magnetic tapes, floppy disks, optical data storage devices, etc.
  • HDDs hard disk drives
  • SSDs solid state disks
  • SDDs silicon disk drives
  • ROMs read-only memory
  • RAM compact disc drives
  • CD-ROMs compact discs
  • magnetic tapes magnetic tapes
  • floppy disks optical data storage devices
  • optical data storage devices etc.
  • carrier wave for example, transmission over the Internet
  • the computer may include a control unit of the terminal.

Landscapes

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Abstract

본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 상기 안테나 시스템의 외관의 일부를 형성하고, 방사체(radiator)로 동작하는 금속 플레이트(metal plate); 상기 금속 플레이트의 하부에 배치되는 하부 기판; 및 상기 하부 기판의 전면에 배치되고, 금속 지지체(metal supporter)를 통해 상기 금속 플레이트로 신호를 전달하도록 구성되는 급전부; 및 상기 하부 기판의 그라운드와 상기 금속 플레이트를 연결하도록 구성된 단락 핀(shorting pin)을 포함하는, 제1 안테나를 포함한다. 또한, 상기 제1 안테나와 별도로 상기 안테나 시스템에 배치되는 제2 안테나를 포함하여, 안테나 모듈의 외관 금속을 이용하여 차량 내에 탑재되는 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

차량에 탑재되는 안테나 시스템
본 발명은 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 다양한 통신 시스템에서 동작 가능하도록 광대역 안테나를 구비한 안테나 시스템 및 이를 구비하는 차량에 관한 것이다.
전자기기(electronic devices)는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)으로 나뉠 수 있다. 다시 전자기기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mounted terminal)로 나뉠 수 있다.
전자기기의 기능은 다양화되고 있다. 예를 들면, 데이터와 음성통신, 카메라를 통한 사진촬영 및 비디오 촬영, 음성녹음, 스피커 시스템을 통한 음악파일 재생 그리고 디스플레이부에 이미지나 비디오를 출력하는 기능이 있다. 일부 단말기는 전자게임 플레이 기능이 추가되거나, 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다. 특히 최근의 이동 단말기는 방송과 비디오나 텔레비전 프로그램과 같은 시각적 컨텐츠를 제공하는 멀티캐스트 신호를 수신할 수 있다.
이와 같은 전자기기는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.
이러한 전자기기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.
상기 시도들에 더하여, 최근 전자기기는 LTE 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공하고 있다. 또한, 향후에는 5G 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공할 것으로 기대된다. 한편, LTE 주파수 대역 중 일부를 5G 통신 서비스를 제공하기 위하여 할당될 수 있다.
이와 관련하여, 이동 단말기는 5G 통신 서비스를 다양한 주파수 대역에서 제공하도록 구성될 수 있다. 최근에는 6GHz 대역 이하의 Sub6 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 하지만, 향후에는 보다 빠른 데이터 속도를 위해 Sub6 대역 이외에 밀리미터파(mmWave) 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공할 것으로 예상된다.
최근에는, 이러한 통신 서비스를 차량을 통해 제공할 필요성이 증대되고 있다. 한편, 통신 서비스에 관련하여 LTE(Long Term Evolution) 등의 기존 통신 서비스뿐만 아니라, 차세대 통신 서비스인 5세대 통신 서비스(5G communication service)에 대한 필요성도 대두되고 있다.
이에 따라, LTE 주파수 대역과 5G Sub6 주파수 대역에서 모두 동작하는 광대역 안테나가 전자 기기 이외에 차량에 배치될 필요가 있다. 하지만, 콘 안테나와 같은 광대역 안테나는 전체 안테나 크기, 특히 높이 증가에 따른 수직 프로파일(vertical profile)이 증가하고 무게가 증가하는 문제점이 있다.
또한, 콘 안테나와 같은 광대역 안테나는 기존의 평면형 안테나(planar antenna)에 비해 입체 구조로 구현될 수 있다. 또한, 전자 기기 또는 차량에서 통신 신뢰성 향상 및 통신 용량 향상을 위해서 다중 입출력(MIMO)을 구현할 필요가 있다. 이를 위해, 전자 기기 또는 차량에 다수의 광대역 안테나들을 배치할 필요가 있다.
따라서, 이러한 입체 구조의 콘 안테나들을 상호 간 낮은 간섭을 수준을 유지하면서 어떠한 방식으로 전자 기기 또는 차량에 배치할 지 구체적인 배치 구조가 제시된 바 없다는 문제점이 있다.
또한, 이러한 입체 구조의 안테나 시스템에서 로우 프로파일(low profile) 구조를 유지하면서, 안테나 성능을 향상시킬 필요가 있다. 하지만, 입체 구조의 안테나 시스템에서 안테나 자체의 높이 이외에도 안테나를 차량에 탑재하여 고정시키기 위한 기구 구조가 필요하다. 따라서, 이러한 기구 구조를 일정 높이 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시켜야 한다는 문제점이 있다.
또한, 이러한 안테나 시스템이 차량에 배치되는 경우, 복수의 안테나들이 배치될 수 있는데, 이러한 안테나들 중 600MHz 내지 960MHz의 저 대역(LB)에서 동작하는 안테나가 해당 대역에서 성능을 만족시키기 어렵다는 문제점이 있다. 따라서, 저 대역(LB)에서 동작하는 안테나가 광대역 동작하도록 하는 최적의 안테나 설계가 필요하다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 차량 내에 탑재되는 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시키기 위한 것이다
본 발명의 다른 일 목적은, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 저 대역(LB)에서 동작할 수 있는 다양한 구조의 평판형 안테나를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 저 대역(LB)에서 동작할 수 있는 다양한 구조의 평판형 안테나에서 다양한 구조에 따라 최적화된 안테나 성능을 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 상기 안테나 시스템의 외관의 일부를 형성하고, 방사체(radiator)로 동작하는 금속 플레이트(metal plate); 상기 금속 플레이트의 하부에 배치되는 하부 기판; 및 상기 하부 기판의 전면에 배치되고, 금속 지지체(metal supporter)를 통해 상기 금속 플레이트로 신호를 전달하도록 구성되는 급전부; 및 상기 하부 기판의 그라운드와 상기 금속 플레이트를 연결하도록 구성된 단락 핀(shorting pin)을 포함하는, 제1 안테나를 포함한다. 또한, 상기 제1 안테나와 별도로 상기 안테나 시스템에 배치되는 제2 안테나를 포함하여, 안테나 모듈의 외관 금속을 이용하여 차량 내에 탑재되는 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 안테나는 상기 금속 플레이트에서의 신호가 커플링 되도록 상기 금속 플레이트와 인접하게 배치되어, 상기 제1 안테나가 광대역에서 동작하도록 구성된 제2 금속 플레이트를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 플레이트는 하부에 배치되는 콘 방사체(cone radiator)와 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 플레이트와 상기 콘 방사체 사이에 배치되어, 상기 제2 금속 플레이트와 상기 콘 방사체와 이격(separated)됨에 따라 상기 제1 안테나의 높이가 증가하여 상기 제1 안테나의 성능이 개선되도록 하는 제1 커버를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 콘 방사체의 하부에서 상기 콘 방사체를 둘러싸도록 형성되는 제2 커버를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 플레이트 상부에서 체결되는 나사(screw)에 의해 상기 제2 금속 플레이트, 상기 제1 커버 및 상기 콘 방사체와 일체로 형성된 외곽 림(outer rim)이 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 플레이트 상부에서 체결되는 나사(screw)에 의해 상기 제2 금속 플레이트, 상기 콘 방사체와 일체로 형성된 외곽 림(outer rim) 및 상기 제2 커버가 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 플레이트 상부에서 체결되는 나사(screw)에 의해 상기 제2 금속 플레이트, 상기 콘 방사체와 일체로 형성된 외곽 림(outer rim)이 연결되고, 상기 콘 방사체의 상부 개구부는 유전체 없이 상기 제2 금속 플레이트에 의해 커버될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 플레이트에 형성된 상기 급전부와 상기 단락 핀을 연결하도록 구성된 단락 바(shorting bar)를 더 포함하고, 상기 단락 바는 상기 급전부의 상기 금속 지지체와 상기 단락 핀과 연결되고, 상기 금속 플레이트 내의 일 지점과 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 단락 바는 상기 금속 플레이트 내의 일 지점에 형성된 스크루 보스(screw boss)와 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 단락 바는 상기 금속 플레이트 내의 일 지점과 연결되는 연결부; 상기 연결부와 소정 각도로 절곡되어 형성된 연장부; 및 상기 연장부의 종단에 형성되어, 상기 단락 핀(1102) 및 상기 금속 지지체와 체결되는 체결부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 플레이트가 배치되는 위치는 상기 제2 금속 플레이트가 배치되는 위치보다 높고, 상기 제2 금속 플레이트와 이격되어 연결되는 콘 방사체의 하부 개구가 연결되는 하부 기판이 배치되는 위치는 상기 금속 플레이트의 하부 기판보다 낮게 위치되어, 상기 콘 방사체의 소정 높이가 확보될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 플레이트는 콘 방사체 또는 피라미드형 방사체와 연결되고, 상기 제2 금속 플레이트는 상기 콘 방사체 및 상기 피라미드형 방사체와 연결될 수 있도록 복수의 제2 타입 스크루 보스 및 복수의 제3 타입 스크루 보스를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 안테나는 콘 방사체와 패치 안테나를 포함하는 복수의 콘 안테나로 이루어지고, 상기 복수의 콘 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된 기저대역 프로세서를 더 포함하고, 상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 안테나와 상기 복수의 콘 안테나 중 적어도 하나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 안테나는 제1 주파수 대역인 저대역(LB)에서 방사체로서 동작하고, 상기 제2 안테나는 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작하고, 상기 제1 안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역의 제1 신호를 수신하고, 상기 제2 안테나를 통해 상기 제2 주파수 대역의 제2 신호를 수신하여 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행하도록 구성되는 기저대역 프로세서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 안테나 시스템을 구비하는 차량이 제공된다. 상기 차량은 상기 안테나 시스템의 외관의 일부를 형성하고, 방사체(radiator)로 동작하는 금속 플레이트(metal plate); 상기 금속 플레이트의 하부에 배치되는 하부 기판; 및 상기 하부 기판의 전면에 배치되고, 금속 지지체(metal supporter)를 통해 상기 금속 플레이트로 신호를 전달하도록 구성되는 급전부; 및 상기 하부 기판의 그라운드와 상기 금속 플레이트를 연결하도록 구성된 단락 핀(shorting pin)을 포함하는 제1 안테나를 구비한다. 또한, 상기 제1 안테나와 별도로 상기 안테나 시스템에 배치되는 제2 안테나를 더 포함한다. 또한, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함한다. 또한, 상기 송수신부 회로를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 기저대역 프로세서를 더 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 안테나는 상기 금속 플레이트에서의 신호가 커플링 되도록 상기 금속 플레이트와 인접하게 배치되어, 상기 제1 안테나가 광대역에서 동작하도록 구성된 제2 금속 플레이트를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 플레이트는 하부에 배치되는 콘 방사체(cone radiator)와 연결되고, 상기 제1 안테나는 상기 제2 금속 플레이트와 상기 콘 방사체 사이에 배치되어, 상기 제2 금속 플레이트와 상기 콘 방사체와 이격(separated)됨에 따라 상기 제1 안테나의 높이가 증가하여 상기 제1 안테나의 성능이 개선되도록 하는 제1 커버를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 금속 플레이트에 형성된 상기 급전부와 상기 단락 핀을 연결하도록 구성된 단락 바(shorting bar)를 더 포함하고, 상기 단락 바는 상기 급전부의 상기 금속 지지체와 상기 단락 핀과 연결되고, 상기 금속 플레이트 내의 일 지점과 추가로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 안테나는 제1 주파수 대역인 저대역(LB)에서 방사체로서 동작하고, 상기 제2 안테나는 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작하고, 상기 제1 안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역의 제1 신호를 수신하고, 상기 제2 안테나를 통해 상기 제2 주파수 대역의 제2 신호를 수신하여 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행하도록 구성되는 기저대역 프로세서를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량에서 외관 모듈을 이용한 안테나 구조의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 안테나 모듈의 외관 금속을 이용하여 차량 내에 탑재되는 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 저대역(LB) 안테나와 다른 안테나들을 하나의 안테나 모듈에 구현하여 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 단락 핀 이외에 단락 바를 금속 플레이트와 체결되도록 하여, 저 대역(LB)에서 동작할 수 있는 다양한 구조의 평판형 안테나 구조를 제시할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 안테나 시스템을 저대역(LB)과 다른 대역에서 서로 다른 안테나로 최적화하여, 차량의 지붕 프레임 내에 최적의 구성과 성능으로 안테나 시스템을 배치할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 특정 대역에서 다수의 안테나들을 이용하여 다중 입출력(MIMO) 및 다이버시티 동작을 차량의 안테나 시스템에서 구현할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 단락 바를 금속 플레이트와 다양한 구조와 형상으로 체결되도록 하여, 저 대역(LB)에서 동작할 수 있는 다양한 구조의 평판형 안테나에서 다양한 구조에 따라 최적화된 안테나 성능을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 4는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기 또는 차량의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 5a는 본 발명에 따른 안테나 모듈의 외관에 배치되는 복수의 금속 프레임으로 구현되는 안테나의 개념도를 나타낸다. 한편, 도 5b는 본 발명에 따른 안테나 모듈의 외관에 배치되는 복수의 금속 프레임으로 구현되는 안테나의 상세 구조를 나타낸다.
도 6a은 본 발명에 따른 안테나 모듈의 외관에 배치 가능한 금속 프레임으로 구현되는 안테나의 구성을 나타낸다. 또한, 도 6b는 본 발명에 따른 안테나 모듈의 외관에 배치 가능한 금속 프레임으로 구현되는 안테나의 조립 구조를 나타낸다.
도 7a는 본 발명에 따른 방사체와 그라운드로 구성된 안테나에서 광대역 매칭 구조의 개념도이다. 한편, 도 7b는 본 발명에 따른 광대역 매칭 구조의 등가 회로를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 예시에 따른 복수의 안테나들을 구비하는 안테나 시스템을 나타낸다.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 콘 방사체가 금속 플레이트에 체결된 구조를 나타낸다.
도 10은 광대역 매칭 구조를 구현하기 위한 단락 바(shorting bar)가 금속 프레임과 조립되는 구성을 나타낸다.
도 11은 본 발명에 따른 다양한 실시 예에 따른 광대역 매칭 구조가 단락 핀 및 급전부와 연결된 구성을 나타낸다.
도 12는 본 발명에 따른 단락 바가 구비된 제1 안테나의 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)를 나타낸다.
도 13은 본 발명에 따른 모듈 외관을 이용한 복수의 금속 플레이트를 구비하는 안테나 시스템의 측면 구조를 나타낸다.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명에 따른 광대역 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
한편, 본 명세서에서 언급되는 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 차량 외부에 배치되는 안테나 시스템을 주로 언급하지만, 차량 내부에 배치되거나 차량에 탑승한 사용자가 소지하는 이동 단말기(전자 기기)를 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이다. 여기서, 전자 기기는 차량 내부에 배치되거나 차량에 탑승한 사용자가 소지하는 이동 단말기(전자 기기)를 포함할 수 있다. 한편, 안테나 시스템과 같은 통신 시스템이 탑재된 차량을 전자 기기로 지칭할 수 있다.
상기 전자 기기(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(140), 출력부(150), 인터페이스부(160), 메모리(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들은 전자 기기를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 전자 기기는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 네트워크는 예컨대 4G 통신 네트워크 및 5G 통신 네트워크일 수 있다.
이러한 무선 통신부(110)는, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113), 위치정보 모듈(114) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
4G 무선 통신 모듈(111)은 4G 이동통신 네트워크를 통해 4G 기지국과 4G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 송신 신호를 4G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 4G 무선 통신 모듈(111)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(112)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 셀 내 동일한 위치에 배치되는 공통-배치 구조(co-located structure)일 수 있다. 또는, 5G 기지국은 4G 기지국과 별도의 위치에 스탠드-얼론(SA: Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다.
5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)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 기기(100)는 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, 무선 통신부(110)는 4G 무선 통신 모듈(111)과 5G 무선 통신 모듈(112)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. 여기서, EUTRAN은 Evolved Universal Telecommunication Radio Access Network로 4G 무선 통신 시스템을 의미하고, NR은 New Radio로 5G 무선 통신 시스템을 의미한다.
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(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다.
근거리 통신 모듈(113)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra-Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 통신 모듈(114)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100, 또는 외부서버)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.
한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 이용하여 전자 기기 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 기지국을 경유하지 않고 전자 기기들 간에 D2D (Device-to-Device) 방식에 의해 근거리 통신이 수행될 수 있다.
한편, 전송 속도 향상 및 통신 시스템 융합(convergence)을 위해, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112) 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(111)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈(112)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 5G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
위치정보 모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예를 들어, 전자 기기는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 전자 기기는 Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 필요에 따라서, 위치정보모듈(114)은 치환 또는 부가적으로 전자 기기의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신부(110)의 다른 모듈 중 어느 기능을 수행할 수 있다. 위치정보모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위해 이용되는 모듈로, 전자 기기의 위치를 직접적으로 계산하거나 획득하는 모듈로 한정되지는 않는다.
구체적으로, 전자 기기는 5G 무선 통신 모듈(112)을 활용하면, 5G 무선 통신 모듈 과 무선신호를 송신 또는 수신하는 5G 기지국의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 특히, 밀리미터파(mmWave) 대역의 5G 기지국은 좁은 커버리지를 갖는 소형 셀(small cell)에 배치(deploy)되므로, 전자 기기의 위치를 획득하는 것이 유리하다.
입력부(120)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 122), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(123, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.
센싱부(140)는 전자 기기 내 정보, 전자 기기를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(140)는 근접센서(141, proximity sensor), 조도 센서(142, illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 122 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 전자 기기는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(151), 음향 출력부(152), 햅팁 모듈(153), 광 출력부(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(151)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(123)로써 기능함과 동시에, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.
인터페이스부(160)는 전자 기기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(160)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 기기(100)에서는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.
또한, 메모리(170)는 전자 기기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 전자 기기(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 전자 기기(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 전자 기기(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 전자 기기(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 전자 기기(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 전자 기기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 기기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.
또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 전자 기기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
전원공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 전자 기기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.
상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 전자 기기 상에서 구현될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다. 이와 관련하여, 도 2a 및 도 2b는 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕(roof) 위 또는 지붕 내에 탑재되는 형상을 도시한다. 한편, 도 2c는 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕과 후면 미러의 지붕 프레임 (roof frame) 내에 탑재되는 구조를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명에서는 자동차(차량)의 외관 개선 및 충돌 시 텔레매틱스 성능을 보전하기 위해 기존의 샤크 핀(Shark Fin) 안테나를 돌출되지 않은 형태의 평면형(Flat) 안테나로 대체하고자 한다. 또한, 본 발명에서는 기존 이동통신 서비스(LTE) 제공과 함께, 5세대(5G) 통신을 고려한 LTE 안테나와 5G 안테나가 통합된 형태의 안테나를 제안하고자 한다.
도 2a를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕(roof) 위에 배치된다. 도 2a에서 상기 안테나 시스템(1000)을 외부 환경 및 차량 운전 시에 외부 충격으로부터 보호하기 위한 레이돔(radome, 2000a)이 상기 안테나 시스템(1000)을 둘러쌀 수 있다. 상기 레이돔(2000a)은 상기 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.
도 2(b)를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 구조물 내에 배치되고, 지붕 구조물의 적어도 일부가 비금속으로 구현되도록 구성될 수 있다. 이때, 차량의 지붕 구조물(2000b)의 적어도 일부는 비금속으로 구현되어, 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.
또한, 도 2c를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 프레임 내부에 배치되고, 지붕 프레임(2000c)의 적어도 일부가 비금속으로 구현되도록 구성될 수 있다. 이때, 차량(300)의 지붕 프레임(2000c)의 적어도 일부는 비금속으로 구현되어, 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.
한편, 상기 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 구조물 또는 지붕 프레임이외에 응용에 따라 차량 전면 또는 후면 위에 설치될 수 있다. 한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 차량을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 차량(300)은 동력원에 의해 회전하는 바퀴, 차량(300)의 진행 방향을 조절하기 위한 조향 입력 장치(510)를 포함할 수 있다.
차량(300)은 자율 주행 차량일 수 있다. 차량(300)은, 사용자 입력에 기초하여, 자율 주행 모드 또는 메뉴얼 모드(수도 주행 모드)로 전환될 수 있다. 예를 들면, 차량(300)은, 사용자 인터페이스 장치(310)를 통해, 수신되는 사용자 입력에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.
차량(300)은, 주행 상황 정보에 기초하여, 자율 주행 모드 또는 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다. 주행 상황 정보는, 오브젝트 검출 장치(320)에서 제공된 오브젝트 정보에 기초하여 생성될 수 있다. 예를 들면, 차량(300)은, 오브젝트 검출 장치(320)에서 생성되는 주행 상황 정보에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.
예를 들면, 차량(300)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(300)은, 외부 디바이스에서 제공되는 정보, 데이터, 신호에 기초하여 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.
차량(300)이 자율 주행 모드로 운행되는 경우, 자율 주행 차량(300)은, 운행 시스템에 기초하여 운행될 수 있다. 예를 들면, 자율 주행 차량(300)은, 주행 시스템, 출차 시스템, 주차 시스템에서 생성되는 정보, 데이터 또는 신호에 기초하여 운행될 수 있다.
차량(300)이 메뉴얼 모드로 운행되는 경우, 자율 주행 차량(300)은, 운전 조작 장치를 통해 운전을 위한 사용자 입력을 수신할 수 있다. 운전 조작 장치를 통해 수신되는 사용자 입력에 기초하여, 차량(300)은 운행될 수 있다.
전장(overall length)은 차량(300)의 앞부분에서 뒷부분까지의 길이, 전폭(width)은 차량(300)의 너비, 전고(height)는 바퀴 하부에서 루프까지의 길이를 의미한다. 이하의 설명에서, 전장 방향(L)은 차량(300)의 전장 측정의 기준이 되는 방향, 전폭 방향(W)은 차량(300)의 전폭 측정의 기준이 되는 방향, 전고 방향(H)은 차량(300)의 전고 측정의 기준이 되는 방향을 의미할 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 차량(300)은, 사용자 인터페이스 장치(310), 오브젝트 검출 장치(320), 내비게이션 시스템(350), 통신 장치(400)을 포함할 수 있다. 또한, 차량은 전술한 장치 이외에 센싱부(361), 인터페이스부(362), 메모리(363), 전원공급부(364), 차량 제어 장치(365)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 센싱부(361), 인터페이스부(362), 메모리(363), 전원공급부(364), 차량 제어 장치(365)는 본 발명에 따른 안테나 시스템(1000)을 통한 무선 통신과 직접적인 관련성은 낮다. 따라서, 이에 대한 상세한 설명은 본 명세서에서 생략하기로 한다.
실시예에 따라, 차량(300)은, 본 명세서에서 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.
사용자 인터페이스 장치(310)는, 차량(300)과 사용자와의 소통을 위한 장치이다. 사용자 인터페이스 장치(310)는, 사용자 입력을 수신하고, 사용자에게 차량(300)에서 생성된 정보를 제공할 수 있다. 차량(300)은, 사용자 인터페이스 장치(310)를 통해, UI(User Interfaces) 또는 UX(User Experience)를 구현할 수 있다.
오브젝트 검출 장치(320)는, 차량(300) 외부에 위치하는 오브젝트를 검출하기 위한 장치이다. 오브젝트는 차량(300)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(320)는, 카메라(321), 레이다(322), 라이다(323), 초음파 센서(324), 적외선 센서(325) 및 프로세서(330)를 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 오브젝트 검출 장치(320)는, 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.
프로세서(330)는, 오브젝트 검출 장치(320)의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(330)는, 획득된 영상에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(330)는, 영상 처리 알고리즘을 통해, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출등의 동작을 수행할 수 있다.
프로세서(330)는, 송신된 전자파가 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 반사 전자파에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(330)는, 전자파에 기초하여, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출 등의 동작을 수행할 수 있다.
프로세서(330)는, 송신된 레이저가 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 반사 레이저 광에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(330)는, 레이저 광에 기초하여, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출 등의 동작을 수행할 수 있다.
프로세서(330)는, 송신된 초음파가 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 반사 초음파에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(330)는, 초음파에 기초하여, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출 등의 동작을 수행할 수 있다.
프로세서(330)는, 송신된 적외선 광이 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 반사 적외선 광에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(330)는, 적외선 광에 기초하여, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출 등의 동작을 수행할 수 있다.
실시예에 따라, 오브젝트 검출 장치(320)는, 복수의 프로세서(330)를 포함하거나, 프로세서(330)를 포함하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 카메라(321), 레이다(322), 라이다(323), 초음파 센서(324) 및 적외선 센서(325) 각각은 개별적으로 프로세서를 포함할 수 있다.
오브젝트 검출 장치(320)에 프로세서(330)가 포함되지 않는 경우, 오브젝트 검출 장치(320)는, 차량(300)내 장치의 프로세서 또는 제어부(370)의 제어에 따라, 동작될 수 있다.
내비게이션 시스템(350)은 통신 장치(400), 특히 위치 정보부(420)를 통해 획득된 정보에 기반하여 차량의 위치 정보를 제공할 수 있다. 또한, 내비게이션 시스템(350)은 차량의 현재 위치 정보에 기반하여 목적지로의 길 안내 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 내비게이션 시스템(350)은 오브젝트 검출 장치(320) 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.
오브젝트 검출 장치(320)는, 제어부(370)의 제어에 따라 동작될 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, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다.
근거리 통신부(410)는, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 형성하여, 차량(300)과 적어도 하나의 외부 디바이스 사이의 근거리 통신을 수행할 수 있다.
위치 정보부(420)는, 차량(300)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(300)에 포함된 램프와 일체화되게 형성될 수 있다.
방송 송수신부(450)는, 방송 채널을 통해, 외부의 방송 관리 서버로부터 방송 신호를 수신하거나, 방송 관리 서버에 방송 신호를 송출하기 위한 유닛이다. 방송 채널은, 위성 채널, 지상파 채널을 포함할 수 있다. 방송 신호는, TV 방송 신호, 라디오 방송 신호, 데이터 방송 신호를 포함할 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.
본 발명에 따르면, 제1 및 제2 통신 시스템에서 동작하는 안테나 시스템(1000)은 차량(300)의 도 2a 내지 도 2c 중 하나에 따라 차량의 지붕 위, 지붕 내 또는 지붕 프레임 내에 배치될 수 있다. 한편, 도 3의 무선 통신부(460)는 제1 및 제2 통신 시스템에서 모두 동작 가능하고, 안테나 시스템(1000)과 결합되어 차량(300)으로 다중 통신 서비스를 제공할 수 있다.
프로세서(470)는, 통신 장치(400)의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다.
실시예에 따라, 통신 장치(400)는, 복수의 프로세서(470)를 포함하거나, 프로세서(470)를 포함하지 않을 수도 있다.
통신 장치(400)에 프로세서(470)가 포함되지 않는 경우, 통신 장치(400)는, 차량(300)내 다른 장치의 프로세서 또는 제어부(370)의 제어에 따라, 동작될 수 있다.
한편, 통신 장치(400)는, 사용자 인터페이스 장치(310)와 함께 차량용 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 이경우, 차량용 디스플레이 장치는, 텔레 매틱스(telematics) 장치 또는 AVN(Audio Video Navigation) 장치로 명명될 수 있다.
통신 장치(400)는, 제어부(370)의 제어에 따라 동작될 수 있다.
차량(300)에 포함되는, 하나 이상의 프로세서 및 제어부(370)는, ASICs (application specific integrated circuits), DSPs(digital signal processors), DSPDs(digital signal processing devices), PLDs(programmable logic devices), FPGAs(field programmable gate arrays), 프로세서(processors), 제어기(controllers), 마이크로 컨트롤러(micro-controllers), 마이크로 프로세서(microprocessors), 기타 기능 수행을 위한 전기적 유닛 중 적어도 하나를 이용하여 구현될 수 있다.
본 발명과 관련된 차량(300)은, 수동주행모드 및 자율주행모드 중 어느 하나의 모드로 동작할 수 있다. 즉, 차량(300)의 주행모드는, 수동주행모드 및 자율주행모드를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 다중 송수신 시스템 구조 및 이를 구비하는 전자 기기 또는 차량과 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 구체적으로, 이종 무선 시스템(heterogeneous radio system)에서 동작하는 광대역 안테나 및 이를 구비하는 전자 기기 및 차량과 관련된 실시 예들에 대해 설명한다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 4는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기 또는 차량의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 4를 참조하면, 전자 기기 또는 차량은 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220) 및 RFIC(1250)를 포함한다. 또한, 전자 기기 또는 차량은 모뎀(Modem, 1400) 및 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor, 1450)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 모뎀(Modem, 1400)과 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)와 물리적으로 하나의 chip에 구현되고, 논리적 및 기능적으로 분리된 형태로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 물리적으로 분리된 chip의 형태로 구현될 수도 있다.
한편, 전자 기기 또는 차량은 수신부에서 복수의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 210a 내지 240a)을 포함한다. 여기서, 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220), 제어부(1250) 및 복수의 저잡음 증폭기(210a 내지 240a)는 모두 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템에서 동작 가능하다. 이때, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 각각 4G 통신 시스템과 5G 통신 시스템일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, RFIC(1250)는 4G/5G 일체형으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. RFIC(1250)가 4G/5G 일체형으로 구성되는 경우, 4G/5G 회로 간 동기화 (synchronization) 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 모뎀(1400)에 의한 제어 시그널링이 단순화될 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G RFIC 및 5G RFIC로 각각 지칭될 수 있다. 특히, 5G 대역이 밀리미터파 대역으로 구성되는 경우와 같이 5G 대역과 4G 대역의 대역 차이가 큰 경우, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. 이와 같이, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G 대역과 5G 대역 각각에 대하여 RF 특성을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우에도 4G RFIC 및 5G RFIC가 논리적 및 기능적으로 분리되고 물리적으로는 하나의 chip에 구현되는 것도 가능하다.
한편, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어하도록 구성한다. 구체적으로, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 모뎀(1400)을 통해 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 전자 기기의 저전력 동작(low power operation)을 위해 전력 관리 IC (PMIC: Power Management IC)를 통해 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 모뎀(1400)은 RFIC(1250)를 통해 송신부 및 수신부의 전력 회로를 저전력 모드에서 동작시킬 수 있다.
이와 관련하여, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다고 판단되면, 모뎀(1400)을 통해 RFIC(1250)를 다음과 같이 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다면, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220) 중 적어도 하나가 저전력 모드에서 동작하거나 또는 오프(off)되도록 모뎀(1400)을 통해 RFIC(1250)를 제어할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 전자 기기가 low battery mode이면, 저전력 통신이 가능한 무선 통신을 제공하도록 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 4G 기지국, 5G 기지국 및 액세스 포인트 중 복수의 엔티티와 연결된 경우, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 가장 저전력으로 무선 통신이 가능하도록 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스루풋을 다소 희생하더라도 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 근거리 통신 모듈(113)만을 이용하여 근거리 통신을 수행하도록 모뎀(1400)과 RFIC(1250)를 제어할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 전자 기기의 배터리 잔량이 임계치 이상이면, 최적의 무선 인터페이스를 선택하도록 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 배터리 잔량과 가용 무선 자원 정보에 따라 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 이때, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 배터리 잔량 정보는 PMIC로부터 수신하고, 가용 무선 자원 정보는 모뎀(1400)으로부터 수신할 수 있다. 이에 따라, 배터리 잔량과 가용 무선 자원이 충분하면, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(1400)과 RFIC(1250)를 제어할 수 있다.
한편, 도 4의 다중 송수신 시스템(multi-transceiving system)은 각각의 무선 시스템(radio System)의 송신부와 수신부를 하나의 송수신부로 통합할 수 있다. 이에 따라, RF 프론트 엔드(Front-end)에서 두 종류의 시스템 신호를 통합하는 회로부분을 제거할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 프론트 엔드 부품을 통합된 송수신부로 제어 가능하므로, 송수신 시스템이 통신 시스템 별로 분리되었을 경우보다 효율적으로 프론트 엔드 부품을 통합할 수 있다.
또한, 통신 시스템 별로 분리되는 경우, 필요에 따라 다른 통신 시스템을 제어하는 것이 불가능하거나, 이로 인한 시스템 지연(system delay)를 가중시키기 때문에 효율적인 자원 할당이 불가능하다. 반면에, 도 2와 같은 다중 송수신 시스템은, 필요에 따라 다른 통신 시스템을 제어하는 것이 가능하고, 이로 인한 시스템 지연을 최소화할 수 있어 효율적인 자원 할당이 가능한 장점이 있다.
한편, 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템 중 적어도 하나에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 통신 시스템이 4G 대역 또는 Sub6 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템에서 모두 동작 가능하다.
반면에, 5G 통신 시스템이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)는 어느 하나는 4G 대역에서 동작하고, 다른 하나는 밀리미터파 대역에서 동작할 수 있다.
한편, 송수신부와 수신부를 통합하여, 송수신 겸용 안테나를 이용하여 하나의 안테나로 2개의 서로 다른 무선 통신 시스템을 구현할 수 있다. 이때, 도 2와 같이 4개의 안테나를 이용하여 4x4 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 하향링크(DL)를 통해 4x4 DL MIMO가 수행될 수 있다.
한편, 5G 대역이 Sub6 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역에서 모두 동작하도록 구성될 수 있다. 반면에, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이때, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 별도의 복수 안테나 각각이 밀리미터파 대역에서 배열 안테나로 구성될 수 있다.
한편, 4개의 안테나 중 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)에 연결된 2개의 안테나를 이용하여 2x2 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 상향링크(UL)를 통해 2x2 UL MIMO (2 Tx)가 수행될 수 있다. 또는, 2x2 UL MIMO에 한정되는 것은 아니고, 1 Tx 또는 4 Tx로 구현 가능하다. 이때, 5G 통신 시스템이 1 Tx로 구현되는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220) 중 어느 하나만 5G 대역에서 동작하면 된다. 한편, 5G 통신 시스템이 4Tx로 구현되는 경우, 5G 대역에서 동작하는 추가적인 전력 증폭기가 더 구비될 수 있다. 또는, 하나 또는 두 개의 송신 경로 각각에서 송신 신호를 분기하고, 분기된 송신 신호를 복수의 안테나에 연결할 수 있다.
한편, RFIC(1250)에 해당하는 RFIC 내부에 스위치 형태의 분배기(Splitter) 또는 전력 분배기(power divider)가 내장되어 있어, 별도의 부품이 외부에 배치될 필요가 없고 이로 인해 부품 실장성을 개선시킬 수 있다. 구체적으로, 제어부(250)에 해당하는 RFIC 내부에 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태의 스위치를 사용하여 2개의 서로 다른 통신 시스템의 송신부(TX) 선택이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기 또는 차량은 듀플렉서(duplexer, 231), 필터(232) 및 스위치(233)를 더 포함할 수 있다.
듀플렉서(231)는 송신 대역과 수신 대역의 신호를 상호 분리하도록 구성된다. 이때, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 통해 송신되는 송신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트를 통해 안테나(ANT1, ANT4)에 인가된다. 반면에, 안테나(ANT1, ANT4)를 통해 수신되는 수신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제2 출력포트를 통해 저잡음 증폭기(210a, 240a)로 수신된다.
필터(232)는 송신 대역 또는 수신 대역의 신호를 통과(pass)시키고 나머지 대역의 신호는 차단(block)하도록 구성될 수 있다. 이때, 필터(232)는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트에 연결되는 송신 필터와 듀플렉서(231)의 제2 출력포트에 연결되는 수신 필터로 구성될 수 있다. 대안적으로, 필터(232)는 제어 신호에 따라 송신 대역의 신호만을 통과시키거나 또는 수신 대역의 신호만을 통과시키도록 구성될 수 있다.
스위치(233)는 송신 신호 또는 수신 신호 중 어느 하나만을 전달하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시 예에서, 스위치(233)는 시분할 다중화(TDD: Time Division Duplex) 방식으로 송신 신호와 수신 신호를 분리하도록 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 이때, 송신 신호와 수신 신호는 동일 주파수 대역의 신호이고, 이에 따라 듀플렉서(231)는 서큘레이터(circulator) 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에서, 스위치(233)는 주파수 분할 다중화(FDD: Time Division Duplex) 방식에서도 적용 가능하다. 이때, 스위치(233)는 송신 신호와 수신 신호를 각각 연결 또는 차단할 수 있도록 DPDT (Double Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 한편, 듀플렉서(231)에 의해 송신 신호와 수신 신호의 분리가 가능하므로, 스위치(233)가 반드시 필요한 것은 아니다.
한편, 본 발명에 따른 전자 기기 또는 차량은 제어부에 해당하는 모뎀(1400)을 더 포함할 수 있다. 이때, RFIC(1250)와 모뎀(1400)을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다.
모뎀(1400)은 RFIC(1250)를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(1400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)을 통해 획득할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel)을 통해 수신될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
모뎀(1400)은 특정 시간 및 주파수 자원에서 제1 통신 시스템 및/또는 제2 통신 시스템을 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 RFIC(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, RFIC(1250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 송신하도록 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 포함한 송신 회로들을 제어할 수 있다. 또한, RFIC(1250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 수신하도록 제1 내지 제4 저잡음 증폭기(210a 내지 240a)를 포함한 수신 회로들을 제어할 수 있다.
한편, 도 2a 내지 도 4에 따른 차량에 탑재되는 안테나 모듈 (즉, 안테나 시스템)과 상기 모듈 외관의 금속(metal)을 이용한 안테나 구현 방법에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 5a는 본 발명에 따른 안테나 모듈의 외관에 배치되는 복수의 금속 프레임으로 구현되는 안테나의 개념도를 나타낸다. 한편, 도 5b는 본 발명에 따른 안테나 모듈의 외관에 배치되는 복수의 금속 프레임으로 구현되는 안테나의 상세 구조를 나타낸다.
한편, 도 6a은 본 발명에 따른 안테나 모듈의 외관에 배치 가능한 금속 프레임으로 구현되는 안테나의 구성을 나타낸다. 또한, 도 6b는 본 발명에 따른 안테나 모듈의 외관에 배치 가능한 금속 프레임으로 구현되는 안테나의 조립 구조를 나타낸다.
한편, 본 발명에 따른 금속 프레임으로 구현되는 안테나는 광대역 매칭 구조를 통해 대역폭 확장이 가능하다. 이와 관련하여, 도 7a는 본 발명에 따른 방사체와 그라운드로 구성된 안테나에서 광대역 매칭 구조의 개념도이다. 한편, 도 7b는 본 발명에 따른 광대역 매칭 구조의 등가 회로를 나타낸다.
한편, 본 발명에 따른 안테나 모듈 (즉, 안테나 시스템)은 전술한 저 대역(LB) 안테나 이외에 복수의 안테나들을 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 예시에 따른 복수의 안테나들을 구비하는 안테나 시스템을 나타낸다.
본 발명에 따른 안테나 모듈 외관의 금속을 이용한 안테나 구현과 이와 연관된 차량에 탑재되는 안테나 시스템의 요구사항에 대해 설명하면 다음과 같다.
- 차량 안테나 요구사항: low elevation, 즉 앙각 70 내지 90도 범위에서 mean gain -2dBi
- 종래기술의 한계: 모듈 내부의 공간을 이용한 안테나 기술로는 낮은 안테나 높이에 의한 성능열화로, 안테나 성능 요구사항을 만족하기 어렵다.
- 본 발명의 필요성: 안테나 성능 확보를 위한 추가적인 높이 증가 없이 안테나 성능개선을 위한 안테나 구조가 필요하다.
도 5a 내지 도 8c를 참조하면, 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 저 대역(LB)에서 동작하는 제1 안테나(1100)과 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에서 동작하는 제2 안테나(1200)를 포함한다. 여기서, 제1 안테나(1100)는 저 대역(LB)인 650MHz 내지 900MHz 또는 600MHz 내지 960MHz를 포함하는 대역에서 동작 가능하다. 하지만, 저 대역(LB)은 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 한편, 제2 안테나(1200)는 1400MHz부터 시작하는 중간 대역(MB: Middle Band) 및 이보다 높은 주파수 대역인 고 대역(HB: High Band)에서 동작 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 제1 안테나(1100) 및 제2 안테나(1200) 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 송수신부 회로(1250)를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 기저대역 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다.
한편, 저 대역(LB)인 제1 주파수 대역에서 동작하는 제1 안테나(1100)는 금속 플레이트(metal plate, S1), 하부 기판(S2), 단락 핀(shorting pin, 1102), 급전부(1105) 및 금속 지지체(metal supporter, 1106)를 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 금속 플레이트(S1)는 안테나 시스템의 외관의 일부를 형성하고, 방사체(radiator)로 동작하도록 구성된다. 한편, 금속 플레이트(S1)는 측면부에 비해 중심부의 높이가 낮게 형성될 수 있다. 금속 플레이트(S1)의 중심부의 높이가 낮게 형성되어 단락 핀(1102)가 금속 지지체(1106)의 높이가 낮게 형성될 수 있다. 이에 따라, 단락 핀(1102)가 금속 지지체(1106)를 통해 신호가 직접 방사되는 양이 감소하여, 즉 급전 손실이 감소하여 안테나 효율이 향상되는 장점이 있다.
또한, 금속 플레이트(S1)의 측면부를 통해 주로 신호가 방사되는 경우 전체 안테나의 유효 높이(effective height)는 금속 플레이트(S1)의 중심부보다 측면부의 높이에 의해 주로 결정된다. 이에 따라, 금속 플레이트(S1)의 측면부의 높이를 중심부의 높이보다 높게 형성하여 전체 안테나의 유효 높이를 증가시켜 안테나 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 하부 기판(S2)는 금속 플레이트(S1)의 하부에 배치되고, 급전부(1105)가 전면에 배치되도록 구성된다. 또한, 급전부(1105)는 하부 기판의 전면에 배치되고, 금속 지지체(1106)를 통해 금속 플레이트(S1)로 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 링 형상으로 구현된 급전부(1105)는 송수신부 회로(1250)과 연결되고, 급전부(1105)와 송수신부 회로(1250) 간의 임피던스 매칭을 위한 매칭 회로가 구비될 수 있다.
한편, 단락 핀(1102)은 하부 기판(S2)의 그라운드와 금속 플레이트(S1)를 연결하도록 구성된다. 이를 위해, 금속 플레이트(S1)는 단락 핀(1102)과 금속 플레이트(S1)를 체결하도록 구성되는 스크루 보스(screw boss, SCB)를 구비할 수 있다. 또한, 하부 기판(S2)의 배면에서 체결되는 나사(screw, SC)에 의해 단락 핀(1102)과 하부 기판(S2)은 고정될 수 있다.
또한, 금속 지지체(1106)도 하부 기판(S2)의 그라운드와 금속 플레이트(S1)를 연결하도록 구성된다. 이를 위해, 금속 플레이트(S1)는 금속 지지체(1106)와 금속 플레이트(S1)를 체결하도록 구성되는 스크루 보스(screw boss, SCB)를 구비할 수 있다. 또한, 하부 기판(S2)의 배면에서 체결되는 나사(screw, SC)에 의해 금속 지지체(1106)와 하부 기판(S2)은 고정될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 안테나 시스템은 차량의 지붕 또는 지붕 프레임에 탑재되므로, 외부 환경 및 차량 운행과 안테나 시스템의 동작에 따라 발열 현상이 크게 발생할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 하부 기판(S2)이 차량 프레임에 직접 체결되지 않고 히트 싱크(Heat Sink)를 통해 차량 프레임과 체결될 수 있다. 따라서, 하부 기판(S2)은 나사 체결용 홀과 히트 싱크(Heat Sink) 체결용 홀을 구비할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제1 안테나(1100)는 대역폭 확장을 위해 제2 금속 플레이트(C2)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 금속 플레이트(C2)는 금속 플레이트(S1)에서의 신호가 커플링 되도록 금속 플레이트(S1)와 인접하게 배치되어, 제1 안테나(1100)가 광대역에서 동작하도록 구성된다. 따라서, 제1 안테나(1100)는 저대역(LB)인 제1 주파수 대역과 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성 가능하다. 이에 따라, 제1 안테나(1100)는 600MHz 내지 3.8GHz를 포함하는 대역에서 동작 가능하다는 장점이 있다.
이를 위해, 제1 안테나(1100)는 콘 방사체(cone radiator)와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 콘 방사체가 금속 플레이트에 체결된 구조를 나타낸다. 도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 콘 방사체(1100R)와 제2 금속 플레이트(C2) 사이에 커버(CV1)가 배치되거나 또는 제2 금속 플레이트(C2) 자체의 높이를 증가시켜 안테나 높이를 증가시킬 있다. 이와 같이 전체 안테나 구조의 높이가 증가됨에 따라, 안테나 성능이 개선될 수 있다.
이와 관련하여, 제2 금속 플레이트(C2)와 체결되는 콘 방사체(1100R)의 하부 개구에 제2 급전부(1105-2)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 안테나(1100)는 급전부(1105)를 통해 제1 주파수 대역의 제1 신호가 인가되어 저 대역(LB) 안테나로 동작할 수 있다. 또한, 제1 안테나(1100)는 제2 급전부(1105-2)를 통해 제2 주파수 대역의 제2 신호가 인가되어 중 대역(MB) 및 고 대역(HB) 안테나로 동작할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 제1 안테나(1100)의 급전부(1105) 또는 제2 급전부(1105-2)로 신호를 선택적으로 인가하여 전 대역에서 동작하는 제1 안테나(1100)를 구성할 수 있다. 대안으로, 본 발명에서는 급전부(1105)를 통해서만 신호가 인가되는 경우에도 금속 플레이트(S1)와 제2 금속 플레이트(C2)를 통해 전 대역에서 동작하는 제1 안테나(1100)를 구성할 수 있다. 또 다른 대안으로, 본 발명에서는 제2 급전부(1105-2)를 통해서만 신호가 인가되는 경우에도 금속 플레이트(S1)와 제2 금속 플레이트(C2)를 통해 전 대역에서 동작하는 제1 안테나(1100)를 구성할 수 있다.
한편, 도 8a 내지 도 8c는 저대역(LB)에서 동작하는 제1 안테나(1100, 1100')와 중대역(MB)과 고대역(HB)에서 동작하는 제2 안테나(1200, 1200')가 배치된 안테나 시스템(1000)을 나타낸다. 여기서, 제1 안테나(1100, 1100')는 저대역(LB)에서 동작하도록 하나의 금속 플레이트(S1)로 구성될 수 있다. 반면에, 도 14a 내지 도 14c는 전대역에서 동작하는 제1 안테나(1100, 1100')와 중대역(MB)과 고대역(HB)에서 동작하는 제2 안테나(1200, 1200')가 배치된 안테나 시스템(1000)을 나타낸다. 이를 위해, 제1 안테나(1100, 1100')는 금속 플레이트(S1)와 상호 커플링되도록 이와 인접하게 배치된 제2 금속 플레이트(C2)를 구비할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 전술한 제2 금속 플레이트(C2)의 설명과 도 14a 내지 도 14c의 설명을 참조한다.
한편, 도 8a는 패치 타입의 금속 플레이트(S1)가 사용된 안테나 시스템(1000)을 나타낸다. 도 8a를 참조하면, 안테나 시스템(1000)의 좌측과 우측에 배치된 패치 타입의 금속 플레이트(S1)가 제1 안테나(1100, 1100')를 구성한다.
한편, 제1 안테나(1100, 1100')에 인접하여 제2 안테나(1200, 1200')가 배치될 수 있다. 일 예시로, 제2 안테나(1200)는 4개의 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4)로 구성될 수 있다. 또한, 제2 안테나(1200')는 이와 소정 거리 이격된 2개의 콘 안테나 (1200'-1 내지 1200'-2)로 구성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 한편, 제1 안테나(1100, 1100')는 L로 표시하고, 제2 안테나(1200, 1200')는 M+H로 표시할 수 있다. 제2 안테나(1200, 1200')는 상호 간에 소정 각도로 회전된 상태의 콘 안테나로 구성될 수 있다. 한편, 각각의 콘 안테나의 상부 개구는 상부 기판과 체결 및 광대역 동작을 위해 외곽 림(outer rim)에 해당하는 멀티 윙(multi-wing) 구조로 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 콘 안테나의 윙 각도를 실질적으로 약 120도의 각도로 구현할 수 있다.
이에 따라 콘 안테나의 윙 구조를 약 120도의 각도로 2개 설치 시, 콘 안테나의 구조적 안정성과 함께 단락 핀의 위치를 가변적으로 구현할 수 있다. 또한, 콘 안테나에 인접하게 배치되는 금속 패치의 형태의 윙의 모양에 따라 2가지 형태로 구현 가능하다. 즉, 제1 구조의 금속 패치는 120도 간격의 2개의 윙을 따라 배치되도록 원형으로 제거된 부분이 형성되고, 단락 핀의 위치도 중심에서 오프셋 되어 연결될 수 있다. 반면에, 제2 구조의 패치는 240도 간격의 2개의 윙을 따라 배치되도록 원형으로 제거된 부분이 형성되고, 단락 핀의 위치는 중심에서 형성될 수 있다.
한편, 제1 안테나(1100, 1100')와 제2 안테나(1200, 1200') 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(1100, 1100')와 제2 안테나(1200, 1200') 중 적어도 하나로 신호가 인가되어, 제1 주파수 대역 및/또는 제2 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO), 다이버시티 및/또는 반송파 집성(CA)를 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. MIMO 동작 수행 시, 기저대역 프로세서(1400)는 상호 간 간섭 수준을 저감하기 위해, 저대역(LB)인 제2 주파수 대역에서 제2 안테나(1200) 중 하나와 제2 안테나(1200') 중 하나를 사용할 수 있다. 특히, 제2 안테나(1200) 중 상부에 배치된 소자와 제2 안테나(1200') 중 하부에 배치된 소자를 이용하여 소자 간격 및 상이한 형상에 의한 간섭 저감이 가능하다.
한편, 도 8b는 원형 콘과 체결되는 금속 플레이트(S1)가 사용된 안테나 시스템(1000)을 나타낸다. 도 8b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)의 좌측과 우측에 배치된 금속 플레이트(S1)가 제1 안테나(1100b, 1100b')를 구성한다. 여기서, 원형 콘 안테나는 상부 개구가 원형이라는 의미이지만, 반드시 원형에 한정되는 것은 아니고 임의의 다각형 구조를 포함하도록 확장 가능하다.
한편, 제1 안테나(1100b, 1100b')에 인접하여 제2 안테나(1200, 1200')가 배치될 수 있다. 일 예시로, 제2 안테나(1200)는 4개의 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4)로 구성될 수 있다. 또한, 제2 안테나(1200')는 이와 소정 거리 이격된 2개의 콘 안테나 (1200'-1 내지 1200'-2)로 구성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 한편, 제1 안테나(1100b, 1100b')는 L로 표시하고, 제2 안테나(1200, 1200')는 M+H로 표시할 수 있다. 제2 안테나(1200, 1200')는 상호 간에 소정 각도로 회전된 상태의 콘 안테나로 구성될 수 있다. 한편, 각각의 콘 안테나의 상부 개구는 상부 기판과 체결 및 광대역 동작을 위해 외곽 림(outer rim)에 해당하는 멀티 윙(multi-wing) 구조로 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 콘 안테나의 윙 각도를 실질적으로 약 120도의 각도로 구현할 수 있다.
한편, 제1 안테나(1100b, 1100b')와 제2 안테나(1200, 1200') 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(1100b, 1100b')와 제2 안테나(1200, 1200') 중 적어도 하나로 신호가 인가되어, 제1 주파수 대역 및/또는 제2 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO), 다이버시티 및/또는 반송파 집성(CA)를 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. MIMO 동작 수행 시, 기저대역 프로세서(1400)는 상호 간 간섭 수준을 저감하기 위해, 저대역(LB)인 제2 주파수 대역에서 제2 안테나(1200) 중 하나와 제2 안테나(1200') 중 하나를 사용할 수 있다. 특히, 제2 안테나(1200) 중 상부에 배치된 소자와 제2 안테나(1200') 중 하부에 배치된 소자를 이용하여 소자 간격 및 상이한 형상에 의한 간섭 저감이 가능하다.
한편, 도 8c는 직사각형 콘과 체결되는 금속 플레이트(S1)가 사용된 안테나 시스템(1000)을 나타낸다. 도 8c를 참조하면, 안테나 시스템(1000)의 좌측과 우측에 배치된 금속 플레이트(S1)가 제1 안테나(1100c, 1100c')를 구성한다. 여기서, 직사각형 콘 안테나는 상부 개구가 직사각형이라는 의미이지만, 반드시 직사각형에 한정되는 것은 아니고 임의의 다각형 구조를 포함하도록 확장 가능하다. 한편, 상부 개구와 하부 개구와 모두 직사각형 형태이고, 하부 개구의 크기가 더 작으므로 인버티드 피라미드 구조로 지칭할 수 있다.
한편, 제1 안테나(1100c, 1100c')에 인접하여 제2 안테나(1200, 1200')가 배치될 수 있다. 일 예시로, 제2 안테나(1200)는 4개의 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4)로 구성될 수 있다. 또한, 제2 안테나(1200')는 이와 소정 거리 이격된 2개의 콘 안테나 (1200'-1 내지 1200'-2)로 구성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 한편, 제1 안테나(1100c, 1100c')는 L로 표시하고, 제2 안테나(1200, 1200')는 M+H로 표시할 수 있다. 제2 안테나(1200, 1200')는 상호 간에 소정 각도로 회전된 상태의 콘 안테나로 구성될 수 있다. 한편, 각각의 콘 안테나의 상부 개구는 상부 기판과 체결 및 광대역 동작을 위해 외곽 림(outer rim)에 해당하는 멀티 윙(multi-wing) 구조로 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 콘 안테나의 윙 각도를 실질적으로 약 120도의 각도로 구현할 수 있다.
한편, 제1 안테나(1100c, 1100c')와 제2 안테나(1200, 1200') 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(1100c, 1100c')와 제2 안테나(1200, 1200') 중 적어도 하나로 신호가 인가되어, 제1 주파수 대역 및/또는 제2 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO), 다이버시티 및/또는 반송파 집성(CA)를 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. MIMO 동작 수행 시, 기저대역 프로세서(1400)는 상호 간 간섭 수준을 저감하기 위해, 저대역(LB)인 제2 주파수 대역에서 제2 안테나(1200) 중 하나와 제2 안테나(1200') 중 하나를 사용할 수 있다. 특히, 제2 안테나(1200) 중 상부에 배치된 소자와 제2 안테나(1200') 중 하부에 배치된 소자를 이용하여 소자 간격 및 상이한 형상에 의한 간섭 저감이 가능하다.
한편, 도 9a를 참조하면, 제2 금속 플레이트(C2)와 콘 방사체(1100R) 사이에 배치되는 제1 커버(CV1)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제2 금속 플레이트(C2)와 콘 방사체(1100R)와 이격(separated)됨에 따라 제1 안테나(110)의 높이가 증가하여 제1 안테나(1100)의 성능이 개선될 수 있다.
한편, 도 9b를 참조하면, 콘 방사체(1100R)의 하부에서 콘 방사체(1100R)를 둘러싸도록 형성되는 제2 커버(CV2)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 도 9a 또는 도 9b와 같이 제1 커버(CV1) 또는 제2 커버(CV2) 중 하나가 배치될 수 있다. 대안으로, 본 발명에 따른 안테나 시스템의 제2 금속 플레이트(C2)와 콘 방사체(1100R)는 도 9a의 제1 커버(CV1)와 도 9b의 제2 커버(CV2)를 전부 포함할 수 있다. 따라서, 콘 방사체(1100R)와 제2 금속 플레이트(C2) 사이에 제1 커버(CV1)가 배치되어 안테나 성능이 개선되면서, 콘 방사체(1100R)를 둘러싸는 제2 커버(CV2)에 의해 기구적 안정성이 개선될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 사출 방식의 제1 커버(CV1) 및/또는 제2 커버(CV2)에 의해 안테나 높이 증가가 가능하다. 이에 따라, 사출 방식의 제1 커버(CV1) 및/또는 제2 커버(CV2)에 의해 안테나 높이가 실질적으로 증가하여 안테나 이득 및 효율 특성이 향상될 수 있다.
또한, 도 5a 및 도 9c를 참조하면, 사출 방식의 제1 커버(CV1) 및/또는 제2 커버(CV2) 없이도 안테나 모듈 외관의 금속 커버를 이용하여 안테나 높이 증가가 가능하다.
이와 관련하여, 도 9c를 참조하면, 제2 금속 플레이트(C2)와 콘 방사체(1100R) 사이에 커버가 배치되지 않고, 두꺼운 제2 금속 플레이트(C2)가 배치될 수 있다. 이와 같이 두께가 두꺼운 제2 금속 플레이트(C2)에 의해 전체 안테나 구조의 높이가 증가됨에 따라, 안테나 성능이 개선될 수 있다.
한편, 도 9a를 참조하면, 제2 금속 플레이트(C2) 상부에서 체결되는 나사(screw, 1104)에 의해 제2 금속 플레이트(C2), 제1 커버(CV1) 및 콘 방사체(1100R)와 일체로 형성된 외곽 림(outer rim, 1103)이 상호 간에 연결될 수 있다.
또한, 도 9b를 참조하면, 제2 금속 플레이트(C2) 상부에서 체결되는 나사(screw, 1104)에 의해 제2 금속 플레이트(C2), 콘 방사체(1100R)와 일체로 형성된 외곽 림(1103) 및 제2 커버(CV2)가 상호 간에 연결될 수 있다.
또한, 도 9c를 참조하면, 제2 금속 플레이트(C2) 상부에서 체결되는 나사(screw, 1104)에 의해 제2 금속 플레이트(C2), 콘 방사체(1100R)와 일체로 형성된 외곽 림(1103)이 상호 간에 연결될 수 있다. 이 경우, 콘 방사체(1100R)의 상부 개구부는 유전체 없이 제2 금속 플레이트(C2)에 의해 커버될 수 있다. 즉, 콘 방사체(1100R)의 상부 개구부는 유전체로 형성된 커버 없이 제2 금속 플레이트(C2)에 의해 커버될 수 있다.
한편, 도 5a, 도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 금속 프레임(S1)에 의한 방사 패치(radiation patch)와 콘 방사체가 부착될 수 있고, 금속 프레임(S1)과 커플링 구조의 제2 금속 프레임(C2)은 이중 사출 구조가 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 프레임(S1) 및 제2 금속 프레임(C2)과 연결되는 하부 기판들은 접합부와 습합 구조를 통해 molding이 이루어진다. 이에 따라, 본 발명에 따른 안테나 시스템은 차량에 탑재되는 경우 외부 환경으로부터의 습도 및 강우 시에도 방수 효과가 우수하다는 장점이 있다.
전술한 바와, 본 발명에 따른 금속 프레임으로 구현되는 안테나는 광대역 매칭 구조를 통해 대역폭 확장이 가능하다. 이와 관련하여, 도 7a는 본 발명에 따른 방사체와 그라운드로 구성된 안테나에서 광대역 매칭 구조의 개념도이다. 한편, 도 7b는 본 발명에 따른 광대역 매칭 구조의 등가 회로를 나타낸다.
이와 관련하여, 도 10은 광대역 매칭 구조를 구현하기 위한 단락 바(shorting bar)가 금속 프레임과 조립되는 구성을 나타낸다. 한편, 도 11은 본 발명에 따른 다양한 실시 예에 따른 광대역 매칭 구조가 단락 핀 및 급전부와 연결된 구성을 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 제1 안테나(1100)는 방사체(radiator, S1)와 하부 기판(S2)의 그라운드(Ground) 사이에 연결되는 급전부(Feed, 1105)와 단락 핀(Short, 1102)을 포함할 수 있다. 한편, 제1 안테나(1100)는 대역폭 특성을 개선하기 위해 급전부(Feed, 1105)와 단락 핀(Short, 1102) 사이를 연결하도록 구성된 광대역 매칭 구조인 단락 바(shorting bar, SB)를 포함할 수 있다.
이러한 급전부(Feed, 1105)와 단락 핀(Short, 1102) 사이를 연결하도록 구성된 광대역 매칭 구조인 단락 바(shorting bar, SB)의 동작 원리는 도 7b와 같다. 도 7b를 참조하면, 단락 바(SB)와 그라운드(Ground) 사이의 공간은 주파수 별로 서로 다른 커패시턴스(capacitance) 값을 갖는 등가 회로로 모델링될 수 있다.
또한, 급전부(Feed, 1105)와 단락 핀(Short, 1102) 사이를 연결하도록 구성된 광대역 매칭 구조인 단락 바(shorting bar, SB)는 주파수 별로 서로 다른 인덕턴스(inductance) 값을 갖는 등가 회로로 모델링될 수 있다. 이와 관련하여, 단락 바(SB)가 일정 영역 단위로 서로 다른 형태로 형성되면, 단락 바(SB)는 서로 다른 LC 등가 회로가 상호 연결된 구조로 모델링될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 광대역 매칭 구조를 구현하기 위한 단락 바(SB)에 의해 제1 안테나(1100)는 광대역 동작할 수 있다.
이와 관련하여, 차량에 탑재되는 안테나 시스템의 요구사항 및 본 발명과 같은 광대역 매칭 구조의 필요성에 대해 설명하면 다음과 같다.
- 차량 안테나 요구사항: 600MHz 내지 3.8GHz의 주파수 Coverage 요구
- 종래기술의 한계: ODM 요구사항으로 주파수 Coverage를 600MHz 내지 960MHz를 만족하기 위하여, 실제로 적용하기 어려운 매칭 회로 및 매칭 소자 값을 필요로 한다. 이러한 매칭 회로 구현 어려움에 따라, VSWR 5:1 수준으로 부정합(mismatch) 손실이 발생하여 이에 대한 개선이 필요하다.
- 본 발명의 필요성: ODM에서 요구하는 Low elevation gain 특성은 앙각 기준으로 70 내지 90도 범위에서 -2dBi 수준이다. 한편, 600MHz에서 VSWR 5:1, 즉 반사 손실 -5dB 수준으로 3dB가량의 성능개선이 필요하다. 따라서, 본 발명은 600MHz 내지 960MHz의 주파수 대역에서 광대역의 안테나 매칭 특성을 개선할 수 있는 구조가 필요하다.
따라서, 본 발명은 임피던스 정합(Impedance matching) 한계를 단락 바(Shorting bar)에 의한 구조를 이용한 매칭 기법을 활용한다. 구체적으로, 본 발명은 단락 바(Shorting bar)의 다양한 형상의 높이에 따른 매칭 범위 튜닝(matching range tuning) 효과가 있다.
한편, 도 10을 참조하면, 단락 바(SB)는 급전부(1105)의 금속 지지체(1106)와 단락 핀(1102)과 연결되고, 금속 플레이트(S1) 내의 일 지점과 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 단락 바(SB)는 금속 플레이트(S1) 내의 일 지점에 형성된 스크루 보스(screw boss, SCB)와 연결될 수 있다.
구체적으로, 단락 바(SB)는 금속 플레이트(S1) 내의 일 지점과 연결되는 연결부(SB1) 및 연결부(SB1)와 소정 각도로 절곡되어 형성된 연장부(SB2)를 포함한다. 또한, 단락 바(SB)는 연장부(SB2)의 종단에 형성되어, 단락 핀(1102) 및 금속 지지체(1106)와 체결되는 체결부(SB3)를 더 포함할 수 있다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 광대역 매칭 구조인 단락 바(SB)는 Type 1 내지 Type 5 구조로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 본 발명에 따른 안테나 시스템에서 제1 안테나(1100)은 패치 안테나로 구현되면서도 광대역 매칭 구조인 단락 바(SB)를 통해 광대역으로 구현이 가능하다.
구체적으로, Patch 안테나로 동작하는 금속 플레이트(S1)에서의 Shorting 위치와 bending 구조의 길이에 따라 600MHz 대역의 공진주파수가 변경될 수 있다. 이와 관련하여, 단락 바(SB)의 bending 구조의 변경이 필요하고, 다양한 bending 구조에서 다양한 Tuning point 적용이 필요하다. 단락(Shorting) 위치는 3 point 이상이 될 수 있고, 성능 최적화를 위해 bending structure를 가변할 필요가 있다. 여기서, 단락(Shorting) 위치는 도 10에 도시된 바와 같이, A 지점, B 지점 및 C 지점의 3 point 중 하나일 수 있다. 한편, bending structure와 관련하여, 도 11에 도시된 바와 같이 Type 1 내지 Type 5 중 하나일 수 있다.
구체적으로, Type 1의 단락 바(SBT1)는 연결부(SB1) 및 연결부(SB1)와 수직하게 연결되고, 다시 직각 방향으로 연결되어 연장되는 연장부(SB2)를 포함한다. 또한, 단락 바(SBT1)는 연장부(SB2)의 종단에 형성되어, 단락 핀(1102) 및 금속 지지체(1106)와 체결되는 체결부(SB3)를 더 포함할 수 있다.
한편, Type 2의 단락 바(SBT2)는 단락 핀(1102) 및 금속 지지체(1106)의 위치까지 금속 플레이트(S1)와 전기적으로 연결되는 연결부(SB1)를 포함한다. 또한, 단락 바(SBT4)는 연결부(SB1)와 수직하게 연결되고 단락 핀(1102) 및 금속 지지체(1106)와 평행하게 배치되는 연장부(SB2)를 더 포함한다. 또한, 단락 바(SBT1)는 연장부(SB2)의 종단에 형성되어, 단락 핀(1102) 및 금속 지지체(1106)와 체결되는 체결부(SB3)를 더 포함할 수 있다.
한편, Type 3의 단락 바(SBT3)는 연결부(SB1) 및 연결부(SB1)와 소정 각도로 절곡되어 형성되고, 다시 다른 방향으로 소정 각도로 절곡되어 형성된 연장부(SB2)를 포함한다. 또한, 단락 바(SB)는 연장부(SB2)의 종단에 형성되어, 단락 핀(1102) 및 금속 지지체(1106)와 체결되는 체결부(SB3)를 더 포함할 수 있다.
한편, Type 4의 단락 바(SBT4)는 연결부(SB1) 및 연결부(SB1)에서 소정 각도로 절곡되어 형성된 연장부(SB2)를 포함한다. 또한, 단락 바(SB)는 연장부(SB2)의 종단에 형성되어, 단락 핀(1102) 및 금속 지지체(1106)와 체결되는 체결부(SB3)를 더 포함할 수 있다.
한편, Type 5의 단락 바(SBT5)는 연결부(SB1) 및 연결부(SB1)에서 소정 각도로 절곡되어 형성된 연장부(SB2)를 포함한다. 또한, 단락 바(SB)는 연장부(SB2)의 종단에 형성되어, 단락 핀(1102) 및 금속 지지체(1106)와 체결되는 체결부(SB3)를 더 포함할 수 있다.
이와 관련하여, Type 1의 단락 바(SBT1) 및 Type 2의 단락 바(SBT2)는 금속 프레임(S1)의 A 지점에 연결될 수 있다. 한편, Type 3의 단락 바(SBT3) 및 Type 4의 단락 바(SBT4)는 금속 프레임(S1)의 B 지점에 연결될 수 있다. 반면에, Type 5의 단락 바(SBT5)는 금속 프레임(S1)의 C 지점에 연결될 수 있다.
전술한 Type 1 내지 Type 5 구조의 단락 바(SB)는 성능 최적화 튜닝을 통해 600MHz 내지 3.8GHz의 전 대역에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 도 12는 본 발명에 따른 단락 바가 구비된 제1 안테나의 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)를 나타낸다.
도 12를 참조하면, Type 3 구조의 단락 바(SBT3)에 대해 제1 안테나는 600MHz 내지 960 MHz의 저 대역(LB)에서 VSWR 4 이하의 값을 가져, 정상 동작함을 수 있다. 도 12에서, VSWR[1]과 VSWR[2]는 각각 Type 3 구조에서 서로 다른 치수로 최적화된 단락 바(STB3) 구조가 적용된 제1 및 제2 실시예에서의 VSWR 값을 나타낸다. VSWR[1] 결과를 참조하면, 600MHz 내지 960 MHz의 저 대역(LB)에서 최적의 VSWR 값을 가짐을 알 수 있다. 반면에, VSWR[2] 결과를 참조하면, 600MHz 내지 960 MHz의 저 대역(LB) 중 일부 대역에서 다소 VSWR 값이 증가하지만, 전 대역에서 최적의 VSWR 값을 가짐을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 제1 안테나 중 금속 플레이트에 의한 방사체를 저 대역(LB)에서만 동작시킬 지 또는 전 대역에서 동작시킬 지에 따라 서로 다른 최적의 단락 바(SBT3)를 적용할 수 있다. 이에 따라, 차량 제원 또는 안테나 구성 등을 고려하여 최적의 안테나 성능을 위한 서로 매칭 회로를 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 Type 1 내지 Type 5 구조의 광대역 매칭 구조인 단락 바(SB)는 금속 플레이트(S1) 내의 일 지점에 형성된 제1 스크루 보스 및 타 지점에 형성된 제2 스크루 보스에 모두 연결될 수 있다. 이에 따라, 단락 바(SB)가 금속 플레이트(S1)와 접촉되는 길이가 증가되어 제1 안테나(1100)의 대역폭 특성이 개선될 수 있다.
이와 관련하여, 단락 바(SB)는 전술한 금속 플레이트(S1) 내의 일 지점에 형성된 스크루 보스(screw boss, SCB) 이외에 추가적으로 타 지점에 형성된 제2 스크루 보스에도 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 하나의 단락 바(SB)가 제1 스크루 보스 및 제2 스크루 보스와 함께 연결될 수 있다. 대안으로, 제1 스크루 보스와 연결되는 단락 바(SB) 이외에 별도의 단락 바가 제2 스크루 보스와 연결될 수 있다.
한편, 저 대역(LB)인 제1 주파수 대역에서 동작하는 제1 안테나(1100)는 금속 플레이트(metal plate, S1), 하부 기판(S2), 단락 핀(shorting pin, 1102), 급전부(1105) 및 금속 지지체(metal supporter, 1106)를 포함할 수 있다.
한편, 도 10, 및 도 11을 참조하면, 스크루 보스(SCB)는 단락 바(SB)가 금속 플레이트(S1)와 연결되는 위치를 가변하여, 제1 안테나(1100)의 성능을 튜닝하기 위해 복수의 스크루 보스(SCB1-1 내지 SCB1-3)로 형성될 수 있다. 구체적으로, 복수의 스크루 보스(SCB1-1 내지 SCB1-3)가 형성되는 위치는 금속 플레이트(S1) 내의 일 축 방향으로 소정 거리만큼 이격될 수 있다. 단락 바(SB)가 금속 플레이트(S1)와 연결되는 위치가 복수의 스크루 보스(SCB1-1 내지 SCB1-3)가 형성되는 위치에 따라 가변 되어, 제1 안테나(1100)의 임피던스 특성이 가변된다. 이에 따라, 제1 안테나(1100)의 동작 대역, 방사 특성 및 효율 등이 가변될 수 있다.
한편, 제2 금속 플레이트(C2)는 콘 방사체(1100R) 또는 피라미드형 방사체(1100R2)와 연결될 수 있다. 이를 위해, 제2 금속 플레이트(C2)는 콘 방사체(1100R) 및 상기 피라미드형 방사체(1100R2)와 연결될 수 있도록 복수의 제2 타입 스크루 보스(SCB2) 및 복수의 제3 타입 스크루 보스(SCB3)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제2 금속 플레이트(C2)의 내측에 형성된 제2 타입 스크루 보스(SCB2)에 콘 방사체(1100R) 가 체결될 수 있다. 다른 실시 예로, 제2 금속 플레이트(C2)의 외측에 형성된 제3 타입 스크루 보스(SCB3)에 피라미드형 방사체(1100R2)가 체결될 수 있다. 이에 따라, 차량 제원 별 또는 국가 별로 다른 주파수 대역 요구 사항에 따라 최적의 성능을 제공할 수 있는 콘 방사체(1100R) 또는 피라미드형 방사체(1100R2)를 선택할 수 있다는 장점이 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 안테나(1100)는 저 대역(LB)에서 동작하도록 구성 가능하다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 제1 안테나(1100)는 콘 방사체(1100R) 또는 피라미드형 방사체(1100R2)와 단락 바(SB)에 의해 저 대역(LB), 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)의 전 대역에서 동작할 수 있다.
한편, 제2 안테나(1200)는 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에서 동작하는 광대역 안테나로서 구성 가능하다. 일 예로, 제2 안테나(1200)는 콘 방사체(1200R)와 패치 안테나(1201)를 포함하는 복수의 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4)로 구성될 수 있다.
복수의 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4)는 2x2 콘 배열 안테나(1200-1 내지 1200-4)로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 차량 제원이나 통신 요구 사항에 따라 다양하게 변경 가능하다. 2x2 콘 배열 안테나(1200-1 내지 1200-4)는 상호 간에 소정 각도로 회전된 상태로 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 콘 안테나(1200-2)는 제1 콘 안테나(1200-1)에 대해 격리도를 최적화할 수 있는 소정 각도로 회전되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 콘 안테나(1200-2)는 제1 콘 안테나(1200-1)에 대해 90도와 180도 사이의 각도로 회전되어 배치될 수 있다. 일 예로, 제2 콘 안테나(1200-2)는 제1 콘 안테나(1200-1)에 대해 135도의 각도로 회전되어 배치될 수 있다.
한편, 제3 콘 안테나(1200-3)는 제1 콘 안테나(1200-1)에 대해 격리도를 최적화할 수 있는 소정 각도로 회전되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 제3 콘 안테나(1200-2)는 제1 콘 안테나(1200-1)에 대해 180도의 각도로 회전되어, 즉 대칭 형태로 배치될 수 있다.
한편, 제4 콘 안테나(1200-4)는 제2 콘 안테나(1200-2)에 대해 격리도를 최적화할 수 있는 소정 각도로 회전되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 제4 콘 안테나(1200-4)는 제2 콘 안테나(1200-2)에 대해 180도의 각도로 회전되어, 즉 대칭 형태로 배치될 수 있다.
이 경우, 제1 내지 제4 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4)에 인접하게 배치되는 금속 패치는 콘 안테나의 일 측 중 일부 영역에만 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 일부 영역에만 배치되는 금속 패치는 인접한 외곽 림(1103) 사이의 영역에만 배치되는 분절된 사각 패치(cutting rectangular patch)일 수 있다. 이와 같은 분절된 사각 패치에 따라 인접하는 콘 안테나 간 간섭 수준을 저감할 수 있다.
따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 복수의 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다.
한편, 제1 내지 제4 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4)와 별도로 저 대역(LB), 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에서 모두 동작 가능한 multi-wing 콘 안테나가 제1 안테나(1100)와 제2 안테나(1200) 사이에 배치될 수 있다.
이와 관련하여, "multi-wing 콘 안테나"의 의미는 상부 기판의 금속 구조와 연결되는 콘 방사체의 외곽 림의 개수가 복수 개, 바람직하게는 3개 이상인 경우를 의미한다. 한편, 6개 이상의 multi-wing을 구비하는 콘 안테나에 의해 중 대역(MB) 및 고 대역(HB) 이외에 저 대역(LB)에서도 안테나로서 동작 가능하다.
이에 따라, 제1 안테나(1100)와 multi-wing 콘 안테나는 공통 대역인 LB 대역인 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 반면에, 제2 안테나(200)와 multi-wing 콘 안테나는 공통 대역인 MB 대역과 HB 대역인 제2 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 자율 주행 등을 위해 인접 차량, RSU, 기지국 등 다양한 엔티티로부터 동시에 정보를 수신할 필요가 있는 경우, 다중 입출력(MIMO)을 통해 광대역 수신이 가능하다는 장점이 있다. 이에 따라, 차량은 다양한 엔티티로부터 동시에 서로 다른 정보를 수신하여 통신 용량을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 차량에서 대역폭의 확장 없이도 MIMO 동작을 통해 통신 용량을 향상시킬 수 있다.
대안으로, 차량은 다양한 엔티티로부터 동시에 동일한 정보를 동시에 수신하여 주변 정보에 대한 신뢰성을 향상시키고 레이턴시를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 차량에서 URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication) 통신이 가능하고 차량은 URLLC UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 URLLC UE로 동작하는 차량을 위해 시간 슬롯을 우선적으로 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 특정 시간-주파수 자원 중 일부를 펑처링(puncturing)할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 안테나(1100)는 콘 방사체(1100R) 또는 피라미드형 방사체(1100R2)와 단락 바(SB)에 의해 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. 따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 제1 안테나(1100)와 복수의 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4) 중 적어도 하나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 따라서, 상호 간에 충분한 거리로 이격된 서로 다른 타입의 안테나들을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 동일 대역 내의 제1 신호 및 제2 신호 간의 격리도(isolation)을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 안테나 시스템의 제1 안테나(1100)는 제1 주파수 대역인 저대역(LB)에서 방사체로서 동작할 수 있다. 또한, 제2 안테나(1200)는 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다. 이에 따라, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(1100)를 통해 제1 주파수 대역의 제1 신호를 수신하고, 제2 안테나(1200)를 통해 제2 주파수 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 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.
한편, 본 발명에 따른 모듈 외관을 이용한 복수의 금속 플레이트를 구비하는 안테나 시스템의 측면 구조를 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 13은 본 발명에 따른 모듈 외관을 이용한 복수의 금속 플레이트를 구비하는 안테나 시스템의 측면 구조를 나타낸다.
도 6a, 도 6b, 도 9a-9c, 도 11 및 도 13을 참조하면, 제1 안테나(1100)는 금속 플레이트(S1)와 제2 금속 플레이트(C2)를 구비한다. 일 예로, 제1 안테나(1100)의 금속 플레이트(S1)는 단락 핀(1102) 및 급전부(1105)와 연결될 수 있다. 또한, 제1 안테나(1100)의 금속 플레이트(S1)는 단락 바(SB)와 연결되어 광대역 동작할 수 있다. 한편, 제2 금속 플레이트(C2)는 금속 플레이트(S1)와 소정 간격, 즉 d1만큼 이격되어 금속 플레이트(S1)로부터 방사된 신호가 커플링 되어 제1 안테나(1100)가 광대역 동작하도록 한다.
이와 관련하여, 금속 플레이트(S1)와 제2 금속 플레이트(C2) 간의 간격 d1은 약 3mm일 수 있다. 하지만, 간격 d1 값은 이에 한정되는 것은 아니고 안테나 성능 최적화를 위해 변경될 수 있다. 한편, 금속 플레이트(S1)와 제2 금속 플레이트(C2) 간의 간격 d1을 튜닝하기 위해 금속 가이드 홀(metal guide hole)이 이용될 수 있다. 이를 위해, 금속 플레이트(S1)와 제2 금속 플레이트(C2)가 분리된 구조가 아닌 금속 플레이트(S1)와 제2 금속 플레이트(C2) 일체 구조로 형성될 수 있다. 한편, 상호 이격 위하여 금속 플레이트(S1)와 제2 금속 플레이트(C2) 간에 금속 가이드 홀(metal guide hole)이 배치될 수 있다.
구체적으로, 금속 가이드 홀(metal guide hole)은 가로 및 세로 방향으로 소정 간격으로 배치될 수 있다. 또한, 금속 가이드 홀(metal guide hole)의 직경은 금속 플레이트(S1)와 제2 금속 플레이트(C2) 간의 간격 d1으로 설정될 수 있다. 이에 따라, 금속 플레이트(S1)와 제2 금속 플레이트(C2)가 일체로 형성된 경우에도 금속 가이드 홀에 의해 소정 간격 d1만큼 분리된 것과 동일 또는 유사한 전기적 특성을 갖는다.
한편, 제1 안테나(1100)의 제2 금속 플레이트(C2)는 콘 방사체(1100R, 1100R2)와 체결될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 금속 플레이트(C2)는 방사체(1100R, 1100R2)와 제1 커버(CV1)에 의해 이격 되도록 구성되어 안테나 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 제2 금속 플레이트(C2)는 유전체 재질의 제1 커버(CV1) 없이 두께가 더 두꺼운 제2 금속 플레이트(C2)와 직접 연결될 수도 있다. 이에 따라, 전체 안테나 높이가 증가하여 안테나 성능을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여, 제2 금속 플레이트(C2)는 제1 커버(CV1) 또는 다른 구조에 의해 방사체(1100R, 1100R2)와 소정 간격, 즉 d2만큼 이격되어 안테나 성능을 최적화할 수 있다.
한편, 단락 핀(1102) 및 급전부(1105)가 배치되는 하부 기판과 콘 방사체(1100R, 1100R2)가 배치되는 제2 하부 기판은 히트 싱크(heat sink)와 연결 및 체결되어 안테나 시스템(1000)의 발열 현상을 완화할 수 있다.
한편, 안테나 시스템(1000)이 차량에 체결되는 브래킷 접합부는 안테나가 배치되는 외측 영역에 배치될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니라, 안테나 시스템(1000)의 외측 영역에는 일정 기울기를 갖는 경사면에 평면형의 안테나가 배치될 수도 있다.
한편, 안테나 높이와 관련하여, 금속 플레이트(S1)가 배치되는 위치는 제2 금속 플레이트(C2)가 배치되는 위치보다 높게 형성될 수 있다. 한편, 제2 금속 플레이트(C2)와 이격되어 연결되는 콘 방사체(1100R, 1100R2)의 하부 개구가 연결되는 하부 기판이 배치되는 위치는 금속 플레이트(S1)의 하부 기판보다 낮게 위치된다. 이에 따라, 제2 금속 플레이트(C2)가 배치되는 더 낮음에도 불구하고, 콘 방사체(1100R, 1100R2)의 소정 높이가 확보될 수 있다. 이에 따라 콘 방사체(1100R, 1100R2)를 포함하는 안테나 높이가 증가하여 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.
이와 관련하여, 일 예시로 전체 안테나 높이는 차량 지붕 또는 지붕 프레임에 탑재될 수 있도록 25mm로 구현될 수 있다. 한편, 안테나와 전체 기구 구조를 포함한 안테나 시스템의 전체 높이는 약 28mm로 구현될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 양상에 따른 차량에 탑재되는 광대역 안테나 시스템에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명의 다른 양상에 따른 광대역 안테나 시스템이 탑재되는 차량에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 전술된 안테나 시스템에 관한 설명이 적용될 수 있고, 안테나 시스템이 탑재되는 차량에 대한 설명도 전술된 안테나 시스템에 적용될 수 있다.
이와 관련하여, 본 발명에 따른 광대역 안테나 시스템이 도 2a 내지 도 2c와 같은 구조로 차량에 탑재될 수 있다. 즉, 광대역 안테나 시스템이 탑재되는 차량은 도 2a 내지 도 2c와 같이 차량 지붕 위, 지붕 내부 또는 지붕 프레임 내부에 탑재될 수 있다.
한편, 도 14a 내지 도 14c는 본 발명에 따른 광대역 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다. 도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 본 발명에 따른 광대역 안테나 시스템이 탑재되는 차량(300)은 안테나 시스템(1000)이 탑재되고, 안테나 시스템(1000)은 자체적으로 또는 통신 장치(400)를 통해 근거리 통신, 무선 통신 및 V2X 통신 등을 수행할 수 있다. 이를 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 안테나 시스템(1000)을 통해 인접 차량, RSU 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.
대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 통신 장치(400)를 통해 인접 차량, RSU, 인접 사물 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다. 여기서, 인접 사물에 대한 정보는 차량(300)의 카메라(331), 레이다(332), 라이다(333), 센서(334, 335) 등의 오브젝트 검출 장치를 통해 획득될 수 있다. 또 다른 대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 통신 장치(400)와 안테나 시스템(1000)을 인접 차량, RSU, 인접 사물 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.
한편, 도 14a 내지 도 14c는 도 8a 내지 도 8c에 비해, 제1 안테나(1100, 1100b, 1100c, 1100', 1100b', 1100c')가 저대역(LB) 이외에 중대역(MB) 및 고대역(HB)에서 모두 동작한다는 차별점이 있다. 이를 위해, 도 14a 내지 도 14c의 제1 안테나(1100, 1100b, 1100c, 1100', 1100b', 1100c')는 금속 플레이트(S1) 외에 제2 금속 플레이트(C2)를 구비한다. 한편, 제2 금속 플레이트(C2)에 직접 또는 방사체를 통해 급전부가 형성되고, 금속 플레이트(S1)에는 스크루 보스(SCB1-1, SCB1-2, SCB1-3)가 형성될 수 있다.
또한, 도 14a 내지 도 14c의 제1 안테나(1100, 1100b, 1100c, 1100', 1100b', 1100c')가 광대역 동작을 위해 더 많은 공간을 차지한다. 이에 따라, 제2 안테나(1200, 1200')를 구성하는 콘 안테나의 개수는 각각 2개로 제한될 수 있다.
한편, 도 14a는 패치 타입의 금속 플레이트(S1)가 사용된 안테나 시스템(1000)을 나타낸다. 도 14a를 참조하면, 안테나 시스템(1000)의 좌측과 우측에 배치된 금속 플레이트(S1) 및 제2 금속 플레이트(C2)가 제1 안테나(1100, 1100')를 구성한다.
한편, 제1 안테나(1100, 1100')에 인접하여 제2 안테나(1200, 1200')가 배치될 수 있다. 일 예시로, 제2 안테나(1200)는 2개의 콘 안테나(1200-1, 1200-2)로 구성될 수 있다. 또한, 제2 안테나(1200')는 이와 소정 거리 이격된 2개의 콘 안테나 (1200'-1 내지 1200'-2)로 구성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 한편, 제1 안테나(1100, 1100')는 L+M+H로 표시하고, 제2 안테나(1200, 1200')는 M+H로 표시할 수 있다. 제2 안테나(1200, 1200')는 상호 간에 소정 각도로 회전된 상태의 콘 안테나로 구성될 수 있다. 한편, 각각의 콘 안테나의 상부 개구는 상부 기판과 체결 및 광대역 동작을 위해 외곽 림(outer rim)에 해당하는 멀티 윙(multi-wing) 구조로 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 콘 안테나의 윙 각도를 실질적으로 약 120도의 각도로 구현할 수 있다.
이에 따라 콘 안테나의 윙 구조를 약 120도의 각도로 2개 설치 시, 콘 안테나의 구조적 안정성과 함께 단락 핀의 위치를 가변적으로 구현할 수 있다. 또한, 콘 안테나에 인접하게 배치되는 금속 패치의 형태의 윙의 모양에 따라 2가지 형태로 구현 가능하다. 즉, 제1 구조의 금속 패치는 120도 간격의 2개의 윙을 따라 배치되도록 원형으로 제거된 부분이 형성되고, 단락 핀의 위치도 중심에서 오프셋 되어 연결될 수 있다. 반면에, 제2 구조의 패치는 240도 간격의 2개의 윙을 따라 배치되도록 원형으로 제거된 부분이 형성되고, 단락 핀의 위치는 중심에서 형성될 수 있다.
한편, 제1 안테나(1100, 1100')와 제2 안테나(1200, 1200') 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(1100, 1100')와 제2 안테나(1200, 1200') 중 적어도 하나로 신호가 인가되어, 제1 주파수 대역 및/또는 제2 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO), 다이버시티 및/또는 반송파 집성(CA)를 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. MIMO 동작 수행 시, 기저대역 프로세서(1400)는 상호 간 간섭 수준을 저감하기 위해, 저대역(LB)인 제2 주파수 대역에서 제2 안테나(1200) 중 하나와 제2 안테나(1200') 중 하나를 사용할 수 있다. 특히, 제2 안테나(1200) 중 상부에 배치된 소자와 제2 안테나(1200') 중 하부에 배치된 소자를 이용하여 소자 간격 및 상이한 형상에 의한 간섭 저감이 가능하다.
한편, 도 14b는 원형 콘과 체결되는 금속 플레이트(S1)가 사용된 안테나 시스템(1000)을 나타낸다. 도 14b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)의 좌측과 우측에 배치된 금속 플레이트(S1) 및 제2 금속 플레이트(C2)가 제1 안테나(1100b, 1100b')를 구성한다. 여기서, 원형 콘 안테나는 상부 개구가 원형이라는 의미이지만, 반드시 원형에 한정되는 것은 아니고 임의의 다각형 구조를 포함하도록 확장 가능하다.
한편, 제1 안테나(1100b, 1100b')에 인접하여 제2 안테나(1200, 1200')가 배치될 수 있다. 일 예시로, 제2 안테나(1200)는 2개의 콘 안테나(1200-1, 1200-2)로 구성될 수 있다. 또한, 제2 안테나(1200')는 이와 소정 거리 이격된 2개의 콘 안테나 (1200'-1 내지 1200'-2)로 구성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 한편, 제1 안테나(1100, 1100')는 L+M+H로 표시하고, 제2 안테나(1200, 1200')는 M+H로 표시할 수 있다. 제2 안테나(1200, 1200')는 상호 간에 소정 각도로 회전된 상태의 콘 안테나로 구성될 수 있다. 한편, 각각의 콘 안테나의 상부 개구는 상부 기판과 체결 및 광대역 동작을 위해 외곽 림(outer rim)에 해당하는 멀티 윙(multi-wing) 구조로 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 콘 안테나의 윙 각도를 실질적으로 약 120도의 각도로 구현할 수 있다.
한편, 제1 안테나(1100b, 1100b')와 제2 안테나(1200, 1200') 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(1100b, 1100b')와 제2 안테나(1200, 1200') 중 적어도 하나로 신호가 인가되어, 제1 주파수 대역 및/또는 제2 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO), 다이버시티 및/또는 반송파 집성(CA)를 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. MIMO 동작 수행 시, 기저대역 프로세서(1400)는 상호 간 간섭 수준을 저감하기 위해, 저대역(LB)인 제2 주파수 대역에서 제2 안테나(1200) 중 하나와 제2 안테나(1200') 중 하나를 사용할 수 있다. 특히, 제2 안테나(1200) 중 상부에 배치된 소자와 제2 안테나(1200') 중 하부에 배치된 소자를 이용하여 소자 간격 및 상이한 형상에 의한 간섭 저감이 가능하다.
한편, 도 14c는 직사각형 콘과 체결되는 금속 플레이트(S1)가 사용된 안테나 시스템(1000)을 나타낸다. 도 14c를 참조하면, 안테나 시스템(1000)의 좌측과 우측에 배치된 금속 플레이트(S1) 및 제2 금속 플레이트(C2)가 제1 안테나(1100c, 1100c')를 구성한다. 여기서, 직사각형 콘 안테나는 상부 개구가 직사각형이라는 의미이지만, 반드시 직사각형에 한정되는 것은 아니고 임의의 다각형 구조를 포함하도록 확장 가능하다. 한편, 상부 개구와 하부 개구와 모두 직사각형 형태이고, 하부 개구의 크기가 더 작으므로 인버티드 피라미드 구조로 지칭할 수 있다.
한편, 제1 안테나(1100c, 1100c')에 인접하여 제2 안테나(1200, 1200')가 배치될 수 있다. 일 예시로, 제2 안테나(1200)는 2개의 콘 안테나(1200-1, 1200-2)로 구성될 수 있다. 또한, 제2 안테나(1200')는 이와 소정 거리 이격된 2개의 콘 안테나 (1200'-1 내지 1200'-2)로 구성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 한편, 제1 안테나(1100c, 1100c')는 L+M+H로 표시하고, 제2 안테나(1200, 1200')는 M+H로 표시할 수 있다. 제2 안테나(1200, 1200')는 상호 간에 소정 각도로 회전된 상태의 콘 안테나로 구성될 수 있다. 한편, 각각의 콘 안테나의 상부 개구는 상부 기판과 체결 및 광대역 동작을 위해 외곽 림(outer rim)에 해당하는 멀티 윙(multi-wing) 구조로 구현될 수 있다. 도시된 바와 같이, 콘 안테나의 윙 각도를 실질적으로 약 120도의 각도로 구현할 수 있다.
한편, 제1 안테나(1100c, 1100c')와 제2 안테나(1200, 1200') 중 적어도 하나로 신호를 인가하도록 구성된 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(1100c, 1100c')와 제2 안테나(1200, 1200') 중 적어도 하나로 신호가 인가되어, 제1 주파수 대역 및/또는 제2 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO), 다이버시티 및/또는 반송파 집성(CA)를 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. MIMO 동작 수행 시, 기저대역 프로세서(1400)는 상호 간 간섭 수준을 저감하기 위해, 저대역(LB)인 제2 주파수 대역에서 제2 안테나(1200) 중 하나와 제2 안테나(1200') 중 하나를 사용할 수 있다. 특히, 제2 안테나(1200) 중 상부에 배치된 소자와 제2 안테나(1200') 중 하부에 배치된 소자를 이용하여 소자 간격 및 상이한 형상에 의한 간섭 저감이 가능하다.
한편, 도 1 내지 도 14c를 참조하면, 안테나 시스템(1000)을 구비하는 차량(300)은 제1 안테나(1100), 제2 안테나(1200), 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 구성 가능하다.
제1 안테나(1100)는 금속 플레이트(metal plate, S1), 하부 기판(S2), 급전부(1105) 및 단락 핀(shorting pin, 1102)를 포함하도록 구성 가능하다. 금속 플레이트(S1)는 안테나 시스템(1000)의 외관의 일부를 형성하고, 방사체(radiator)로 동작하도록 구성된다. 한편, 하부 기판(S2)은 금속 플레이트의 하부에 배치되고, 급전부(1105)는 하부 기판(S2)의 전면에 배치되고, 금속 지지체(metal supporter, 1106)를 통해 금속 플레이트(S1)로 신호를 전달하도록 구성된다. 또한, 단락 핀(1102)은 하부 기판(S2)의 그라운드와 금속 플레이트(S1)를 연결하도록 구성된다.
한편, 제2 안테나(1200)는 제1 안테나와 별도로 상기 안테나 시스템에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(1100)는 제1 주파수 대역인 저대역(LB)에서 방사체로서 동작하고, 제2 안테나(1200)는 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다.
따라서, 제2 안테나(1200)는 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에서 동작하는 광대역 안테나로서 구성 가능하다. 일 예로, 제2 안테나(1200)는 콘 방사체(1200R)와 패치 안테나(1201)를 포함하는 복수의 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4)로 구성될 수 있다.
복수의 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4)는 2x2 콘 배열 안테나(1200-1 내지 1200-4)로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 차량 제원이나 통신 요구 사항에 따라 다양하게 변경 가능하다. 2x2 콘 배열 안테나(1200-1 내지 1200-4)는 상호 간에 소정 각도로 회전된 상태로 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 콘 안테나(1200-2)는 제1 콘 안테나(1200-1)에 대해 격리도를 최적화할 수 있는 소정 각도로 회전되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 제2 콘 안테나(1200-2)는 제1 콘 안테나(1200-1)에 대해 90도와 180도 사이의 각도로 회전되어 배치될 수 있다. 일 예로, 제2 콘 안테나(1200-2)는 제1 콘 안테나(1200-1)에 대해 135도의 각도로 회전되어 배치될 수 있다.
한편, 제3 콘 안테나(1200-3)는 제1 콘 안테나(1200-1)에 대해 격리도를 최적화할 수 있는 소정 각도로 회전되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 제3 콘 안테나(1200-2)는 제1 콘 안테나(1200-1)에 대해 180도의 각도로 회전되어, 즉 대칭 형태로 배치될 수 있다.
한편, 제4 콘 안테나(1200-4)는 제2 콘 안테나(1200-2)에 대해 격리도를 최적화할 수 있는 소정 각도로 회전되어 배치될 수 있다. 구체적으로, 제4 콘 안테나(1200-4)는 제2 콘 안테나(1200-2)에 대해 180도의 각도로 회전되어, 즉 대칭 형태로 배치될 수 있다.
이 경우, 제1 내지 제4 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4)에 인접하게 배치되는 금속 패치는 콘 안테나의 일 측 중 일부 영역에만 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 일부 영역에만 배치되는 금속 패치는 인접한 외곽 림(1103) 사이의 영역에만 배치되는 분절된 사각 패치(cutting rectangular patch)일 수 있다. 이와 같은 분절된 사각 패치에 따라 인접하는 콘 안테나 간 간섭 수준을 저감할 수 있다.
응용에 따라, 제1 내지 제4 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4) 중 일부는 저 대역(LB), 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에서 모두 동작 가능한 multi-wing 콘 안테나가 제1 안테나(1100)와 제2 안테나(1200) 사이에 배치될 수 있다.
이와 관련하여, "multi-wing 콘 안테나"의 의미는 상부 기판의 금속 구조와 연결되는 콘 방사체의 외곽 림의 개수가 복수 개, 바람직하게는 3개 이상인 경우를 의미한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 6개 이상의 multi-wing을 구비하는 콘 안테나에 의해 중 대역(MB) 및 고 대역(HB) 이외에 저 대역(LB)에서도 안테나로서 동작 가능하다.
이에 따라, 제1 안테나(1100)와 함께 multi-wing 콘 안테나는 LB 대역인 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 반면에, 제2 안테나(200)와 함께 multi-wing 콘 안테나는 MB 대역과 HB 대역인 제2 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
한편, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(1100)를 통해 제1 주파수 대역의 제1 신호를 수신하고, 제2 안테나(1200)를 통해 제2 주파수 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역을 통해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행하도록 구성될 수 있다.
한편, 송수신부 회로(1250)는 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된다.
한편, 본 발명에 따른 제1 안테나(1100)는 금속 플레이트(S1)에서의 신호가 커플링 되도록 상기 금속 플레이트(S1)와 인접하게 배치되어, 제1 안테나(1100)가 광대역에서 동작하도록 구성된 제2 금속 플레이트(C2)를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제1 안테나(1100)의 금속 플레이트(S1)는 하부에 배치되는 콘 방사체(cone radiator, 1100R, 1100R2)와 연결될 수 있다. 또한, 제1 안테나(1100)는 제2 금속 플레이트와 상기 콘 방사체 사이에 배치되는 제1 커버(CV1)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 제1 커버(CV1)에 의해 제2 금속 플레이트(C2)와 콘 방사체(1100R, 1100R2)와 이격(separated)된다. 이에 따라 제1 커버(CV1)에 의해 제1 안테나(1100)의 높이가 증가하여 제1 안테나(1100)의 성능이 개선될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 제1 안테나(1100)는 광대역 동작 위해 금속 플레이트(S1)에 형성된 급전부(1105)와 단락 핀(1102)을 연결하도록 구성된 단락 바(shorting bar, SB, SBT1 내지 SBT5)를 더 포함한다. 이 경우, 단락 바(SB, SBT1 내지 SBT5)는 급전부(1105)의 금속 지지체(1106)와 단락 핀(1102)과 연결되고, 금속 플레이트(S1) 내의 일 지점과 추가로 연결될 수 있다.
전술한 본 발명에 따른 모듈 외관의 금속을 이용한 안테나 구현 방법은 종래 기술 대비 다음과 같은 차별점을 갖는다.
- 모듈 외관의 금속을 안테나로 이용할 경우, 그렇지 않은 경우보다 안 테나 높이 증가 효과가 발생한다. 예를 들어, 모듈 외관의 금속을 안테나로 이용할 경우, 약 3mm가량의 안테나 높이 증가 효과가 발생한다.
이와 관련하여, 주어진 안테나 기구 구조에서 최대의 안테나 설계공간 확보가 가능하다. 또한, 차량형 안테나 모듈의 외관 커버 두께 2mm와 안테나 설계 Gap 1mm를 안테나 높이로 활용할 수 있다. 이에 따라, Case 내부를 안테나로 사용하는 경우 대비, 본 발명의 모듈 외관의 금속을 이용한 안테나는 3mm의 높이 증가효과가 발생한다. 이에 따라, 안테나 모듈 외관의 금속을 안테나로 이용하는 안테나 시스템은 약 2 내지 5dB의 안테나 성능개선이 가능하다.
안테나의 구조가 모듈 외관 금속에 대한 고정부와 내부 연결구조의 변동부로 구분되어, 안테나 모듈을 차량에 탑재하여 조립 시 안테나 모듈 자체가 안테나로 동작하는 특징을 갖는다.
이상에서는 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량에 대해 살펴보았다. 이와 같은 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량에서 외관 모듈을 이용한 안테나 구조의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 안테나 모듈의 외관 금속을 이용하여 차량 내에 탑재되는 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 저대역(LB) 안테나와 다른 안테나들을 하나의 안테나 모듈에 구현하여 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 다른 일 목적은, 단락 핀 이외에 단락 바를 금속 플레이트와 체결되도록 하여, 저 대역(LB)에서 동작할 수 있는 다양한 구조의 평판형 안테나 구조를 제시할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 다른 일 목적은, 단락 바를 금속 플레이트와 다양한 구조와 형상으로 체결되도록 하여, 저 대역(LB)에서 동작할 수 있는 다양한 구조의 평판형 안테나에서 다양한 구조에 따라 최적화된 안테나 성능을 제공할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 안테나 시스템을 저대역(LB)과 다른 대역에서 서로 다른 안테나로 최적화하여, 차량의 지붕 프레임 내에 최적의 구성과 성능으로 안테나 시스템을 배치할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 특정 대역에서 다수의 안테나들을 이용하여 다중 입출력(MIMO) 및 다이버시티 동작을 차량의 안테나 시스템에서 구현할 수 있다는 장점이 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 시스템의 다수의 안테나와 이들에 대한 제어를 수행하는 구성의 설계 및 이의 구동은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 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 단말기의 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 있어서,
    상기 안테나 시스템의 외관의 일부를 형성하고, 방사체(radiator)로 동작하는 금속 플레이트(metal plate);
    상기 금속 플레이트의 하부에 배치되는 하부 기판; 및
    상기 하부 기판의 전면에 배치되고, 금속 지지체(metal supporter)를 통해 상기 금속 플레이트로 신호를 전달하도록 구성되는 급전부; 및
    상기 하부 기판의 그라운드와 상기 금속 플레이트를 연결하도록 구성된 단락 핀(shorting pin)을 포함하는, 제1 안테나; 및
    상기 제1 안테나와 별도로 상기 안테나 시스템에 배치되는 제2 안테나; 및
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 포함하는, 안테나 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 안테나는,
    상기 금속 플레이트에서의 신호가 커플링 되도록 상기 금속 플레이트와 인접하게 배치되어, 상기 제1 안테나가 광대역에서 동작하도록 구성된 제2 금속 플레이트를 더 포함하는, 안테나 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 금속 플레이트는,
    하부에 배치되는 콘 방사체(cone radiator)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 금속 플레이트와 상기 콘 방사체 사이에 배치되어, 상기 제2 금속 플레이트와 상기 콘 방사체와 이격(separated)됨에 따라 상기 제1 안테나의 높이가 증가하여 상기 제1 안테나의 성능이 개선되도록 하는 제1 커버를 더 포함하는, 안테나 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 콘 방사체의 하부에서 상기 콘 방사체를 둘러싸도록 형성되는 제2 커버를 더 포함하는, 안테나 시스템.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제2 금속 플레이트 상부에서 체결되는 나사(screw)에 의해 상기 제2 금속 플레이트, 상기 제1 커버 및 상기 콘 방사체와 일체로 형성된 외곽 림(outer rim)이 연결되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 금속 플레이트 상부에서 체결되는 나사(screw)에 의해 상기 제2 금속 플레이트, 상기 콘 방사체와 일체로 형성된 외곽 림(outer rim) 및 상기 제2 커버가 연결되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
  8. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 금속 플레이트 상부에서 체결되는 나사(screw)에 의해 상기 제2 금속 플레이트, 상기 콘 방사체와 일체로 형성된 외곽 림(outer rim)이 연결되고,
    상기 콘 방사체의 상부 개구부는 유전체 없이 상기 제2 금속 플레이트에 의해 커버되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 플레이트에 형성된 상기 급전부와 상기 단락 핀을 연결하도록 구성된 단락 바(shorting bar)를 더 포함하고,
    상기 단락 바는 상기 급전부의 상기 금속 지지체와 상기 단락 핀과 연결되고, 상기 금속 플레이트 내의 일 지점과 연결되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 단락 바는 상기 금속 플레이트 내의 일 지점에 형성된 스크루 보스(screw boss)와 연결되는, 안테나 시스템.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 단락 바는,
    상기 금속 플레이트 내의 일 지점과 연결되는 연결부;
    상기 연결부와 소정 각도로 절곡되어 형성된 연장부; 및
    상기 연장부의 종단에 형성되어, 상기 단락 핀 및 상기 금속 지지체와 체결되는 체결부 포함하는, 안테나 시스템.
  12. 제2 항에 있어서,
    상기 금속 플레이트가 배치되는 위치는 상기 제2 금속 플레이트가 배치되는 위치보다 높고,
    상기 제2 금속 플레이트와 이격되어 연결되는 콘 방사체의 하부 개구가 연결되는 하부 기판이 배치되는 위치는 상기 금속 플레이트의 하부 기판보다 낮게 위치되어, 상기 콘 방사체의 소정 높이가 확보되는, 안테나 시스템.
  13. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 금속 플레이트는 콘 방사체 또는 피라미드형 방사체와 연결되고,
    상기 제2 금속 플레이트는 상기 콘 방사체 및 상기 피라미드형 방사체와 연결될 수 있도록 복수의 제2 타입 스크루 보스 및 복수의 제3 타입 스크루 보스를 포함하는, 안테나 시스템.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 안테나는 콘 방사체와 패치 안테나를 포함하는 복수의 콘 안테나로 이루어지고,
    상기 복수의 콘 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된 기저대역 프로세서를 더 포함하고,
    상기 기저대역 프로세서는 상기 제1 안테나와 상기 복수의 콘 안테나 중 적어도 하나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하는, 안테나 시스템.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 제1 주파수 대역인 저대역(LB)에서 방사체로서 동작하고, 상기 제2 안테나는 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작하고,
    상기 제1 안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역의 제1 신호를 수신하고, 상기 제2 안테나를 통해 상기 제2 주파수 대역의 제2 신호를 수신하여 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행하도록 구성되는 기저대역 프로세서를 더 포함하는, 안테나 시스템.
  16. 안테나 시스템을 구비하는 차량에 있어서,
    상기 안테나 시스템의 외관의 일부를 형성하고, 방사체(radiator)로 동작하는 금속 플레이트(metal plate);
    상기 금속 플레이트의 하부에 배치되는 하부 기판; 및
    상기 하부 기판의 전면에 배치되고, 금속 지지체(metal supporter)를 통해 상기 금속 플레이트로 신호를 전달하도록 구성되는 급전부; 및
    상기 하부 기판의 그라운드와 상기 금속 플레이트를 연결하도록 구성된 단락 핀(shorting pin)을 포함하는, 제1 안테나; 및
    상기 제1 안테나와 별도로 상기 안테나 시스템에 배치되는 제2 안테나; 및
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit); 및
    상기 송수신부 회로를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 기저대역 프로세서를 포함하는, 차량.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 안테나는,
    상기 금속 플레이트에서의 신호가 커플링 되도록 상기 금속 플레이트와 인접하게 배치되어, 상기 제1 안테나가 광대역에서 동작하도록 구성된 제2 금속 플레이트를 더 포함하는, 차량.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 금속 플레이트는 하부에 배치되는 콘 방사체(cone radiator)와 연결되고,
    상기 제1 안테나는,
    상기 제2 금속 플레이트와 상기 콘 방사체 사이에 배치되어, 상기 제2 금속 플레이트와 상기 콘 방사체와 이격(separated)됨에 따라 상기 제1 안테나의 높이가 증가하여 상기 제1 안테나의 성능이 개선되도록 하는 제1 커버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 금속 플레이트에 형성된 상기 급전부와 상기 단락 핀을 연결하도록 구성된 단락 바(shorting bar)를 더 포함하고,
    상기 단락 바는 상기 급전부의 상기 금속 지지체와 상기 단락 핀과 연결되고, 상기 금속 플레이트 내의 일 지점과 추가로 연결되는 것을 특징으로 하는, 차량.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 제1 주파수 대역인 저대역(LB)에서 방사체로서 동작하고, 상기 제2 안테나는 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작하고,
    상기 제1 안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역의 제1 신호를 수신하고, 상기 제2 안테나를 통해 상기 제2 주파수 대역의 제2 신호를 수신하여 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행하도록 구성되는 기저대역 프로세서를 더 포함하는, 차량.
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