WO2021107167A1 - 차량에 탑재되는 안테나 시스템 - Google Patents

차량에 탑재되는 안테나 시스템 Download PDF

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WO2021107167A1
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radiator
patch
vehicle
band
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김창일
유승우
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엘지전자 주식회사
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • 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 particularly, it relates to an antenna system having a broadband antenna so as to be operable in various communication systems, and a vehicle having the same.
  • Electronic devices may be divided into mobile/portable terminals and stationary terminals depending on whether they can be moved. Again, the electronic device can be divided into a handheld terminal and a vehicle mounted terminal according to whether the user can directly carry the electronic device.
  • the functions of electronic devices are diversifying. For example, there are functions for data and voice communication, photo and video shooting through a camera, voice recording, music file playback through a speaker system, and an image or video output 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 that provide broadcast and visual content such as video or television programs.
  • Such electronic devices have diversified functions, they are implemented in the form of multimedia devices equipped with complex functions such as, for example, taking pictures or videos, playing music or video files, receiving games, and receiving broadcasts. have.
  • a wireless communication system using LTE communication technology has recently been commercialized for electronic devices to provide various services.
  • a wireless communication system using 5G communication technology will be commercialized in the future to provide various services.
  • 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 the Sub6 band below the 6GHz band. However, in the future, it is expected that 5G communication service will be provided using millimeter wave (mmWave) band other than 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 wideband antenna such as a cone antenna has problems in that a vertical profile increases and weight increases as the overall antenna size, particularly, a height increases.
  • 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
  • an antenna operating in a low band (LB) of 600 MHz to 960 MHz has a problem in that it is difficult to satisfy performance in the corresponding band. . Therefore, it is necessary to design an optimal antenna that allows the antenna operating in the low band LB to operate in a wide band.
  • LB low band
  • the present invention aims to solve the above and other problems.
  • another object is to improve the 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 propose a structure for mounting an antenna system operable in a broadband in a vehicle to support various communication systems.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna having various structures capable of operating in a low band (LB).
  • LB low band
  • Another object of the present invention is to provide optimized antenna performance in antennas having various structures capable of operating in a low band (LB).
  • LB low band
  • an antenna system mounted on a vehicle includes: a radiator configured to transmit a signal applied through a lower opening through an upper opening; a coupling patch disposed on the upper substrate spaced apart from the upper opening by a predetermined distance so that the signal transmitted to the upper opening is coupled; and a first antenna connected to the coupling patch in a surface contact form and including a shorting bar configured to connect a ground layer of a lower substrate.
  • the antenna system may further include a second antenna disposed in the antenna system separately from the first antenna.
  • a transceiver circuit for controlling to radiate a signal through at least one of the first antenna and the second antenna may be further included.
  • the shape of the upper opening and the lower opening may be a circular shape, an elliptical shape, or a polygonal shape.
  • a signal from a power supply line may be transmitted to the upper opening through the inside of the radiator through the lower opening, and may be coupled to a stack patch corresponding to a metal patch.
  • a stack patch is disposed to be spaced apart from the upper opening by a predetermined height so that the signal transmitted to the upper opening is coupled, and is spaced apart from the coupling patch by a predetermined distance and disposed on the upper substrate. may further include.
  • the upper opening and the lower opening may have a rectangular shape
  • the radiator may be configured as a pyramid-shaped radiator in which a size of the upper opening is larger than a size of the lower opening.
  • the coupling patch may have a rectangular shape.
  • the shorting bar may include a connection part connected to a region in the coupling patch; It may include an extension formed by being bent at a predetermined angle with the connection part. Meanwhile, an end of the extension may be connected to a ground layer of the lower substrate.
  • the second length of the extension part connected to the fastening part is longer than the first length of the extension part connected to the connection part, so that the antenna bandwidth can be extended by multi-resonance. .
  • connection part may be disposed in an edge region corresponding to one end portion of the coupling patch.
  • the first antenna may be configured to resonate up to a first frequency band that is a lower band (LB).
  • LB lower band
  • an outer rim integrally formed with the pyramidal radiator and an upper substrate are connected by screws, and a plurality of wing structures constituting the outer rim are formed.
  • the first antenna may be multi-resonant.
  • the plurality of wing structures are formed of four wing structures integrally formed with the rim of the upper opening of the pyramid-shaped radiator in the upper left, lower left, upper right and lower right of the pyramid-shaped radiator.
  • the first antenna may be configured to multi-resonance.
  • the plurality of wing structures are formed integrally with the rim of the upper opening of the pyramid-shaped radiator in the upper left, the left center, the lower left, the upper right, the right center, and the lower right of the pyramid-shaped radiator. It may be formed in a wing structure of dogs. Accordingly, the first antenna may be configured to have more multi-resonance than the four wing structure.
  • the height of the coupling structure between the outer rim and the upper substrate may be increased as the radiator is adjacent to the second metal plate that is the coupling patch. Meanwhile, as the height of the fastening structure increases, the first metal plate corresponding to the metal patch on the upper portion of the radiator may be formed at a predetermined inclination.
  • the stack patch disposed on the radiator is formed of a first metal plate
  • the shorting bar includes a screw boss formed at a point in the second metal plate corresponding to the coupling patch and can be connected
  • the connecting portion of the shorting bar may be formed to have a predetermined length to a position connected to the lower substrate.
  • the extension portion of the shorting bar may extend orthogonally on the same plane as the connection portion.
  • the orthogonally extending end may extend vertically in a downward direction to be coupled to a coupling part coupled to the ground layer of the lower substrate.
  • the second antenna may include a plurality of cone antennas including a cone radiator and a patch antenna.
  • the apparatus may further include a baseband processor configured to perform multiple input/output (MIMO) through the plurality of cone antennas.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor may perform multiple input/output (MIMO) through at least one of the first antenna and the plurality of cone antennas.
  • MIMO multiple input/output
  • the first antenna operates as a radiator in a low band (LB) that is a first frequency band and a second frequency band higher than the first frequency
  • the second antenna is a radiator in the second frequency band.
  • the baseband processor receives the first signal of the first frequency band through the first antenna, and receives the second signal of the second frequency band through the second antenna to aggregate the carrier wave.
  • CA Carrier Aggregation
  • a vehicle having an antenna system includes a radiator configured to transmit a signal applied through the lower opening through the upper opening; a coupling patch disposed on the upper substrate spaced apart from the upper opening by a predetermined distance so that the signal transmitted to the upper opening is coupled; and a first antenna connected to the coupling patch in a surface contact form and including a shorting bar configured to connect the metal patch and a ground layer.
  • the vehicle may include a second antenna disposed in the antenna system separately from the first antenna; a transceiver circuit controlling to radiate a signal through at least one of the first antenna and the second antenna; and 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 transceiver circuit.
  • RSU Road Side Unit
  • a broadband antenna structure that can cover both the 4G band and the 5G band can be presented in an antenna system mounted on a vehicle.
  • various communication systems can be supported by implementing a low-band (LB) antenna and other antennas in one antenna module.
  • LB low-band
  • an antenna that covers the full band from 600 MHz to 3.8 GHz through an inverted pyramid radiator having an optimized structure to have different resonance lengths.
  • Another object of the present invention is to provide various antenna structures capable of operating in the low band LB by fastening the shorting bar to the metal plate in addition to the shorting pin.
  • the antenna system can be optimized with different antennas in the low-band (LB) and other bands, and the antenna system can be arranged with the optimal configuration and performance in the roof frame of the vehicle.
  • LB low-band
  • 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.
  • Another object of the present invention is to provide an optimized antenna performance according to various structures capable of operating in the low band LB by fastening the shorting bar to the metal patch in various structures and shapes.
  • 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 the vehicle including the antenna system mounted on the vehicle according to the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram referenced for explaining a vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows the configuration of a wireless communication unit of an electronic device or vehicle operable in a plurality of wireless communication systems according to the present invention.
  • 5A shows a structure of a cone antenna having a shorting pin and a metal patch according to an example.
  • 5B shows a cone radiator in the form of an inverted-pyramid applicable to a cone antenna.
  • 6A and 6B are graphs showing radiation efficiency and total efficiency according to frequency change in the cone antenna structure of FIGS. 5A and 5B.
  • 7A is a perspective view of an antenna system including a first antenna and a second antenna according to an exemplary embodiment.
  • 7B is a front view of an antenna system including a first antenna and a second antenna.
  • FIG. 8A is a perspective view of a cone antenna having a metal patch connected to a shorting bar, viewed from a specific direction, according to an embodiment.
  • FIG. 8B is a perspective view of a cone antenna having a metal patch connected to a shorting bar, as viewed from another direction, according to an exemplary embodiment.
  • FIG 9 illustrates a VSWR result of the first antenna according to the presence or absence of a matching stub according to an exemplary embodiment.
  • 10A and 10B show a configuration in which a shorting bar is connected to a coupling patch according to an example.
  • FIG 11 illustrates a shape of a shorting bar SB, which is a broadband matching structure, according to various embodiments of the present disclosure.
  • 12A shows an example in which the resonance length is changed according to different shorting bar structures.
  • 13A illustrates a case in which the length of the extension is changed according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 14 illustrates a structure in which a short circuit structure is disposed adjacent to an inverted pyramid radiator according to an example.
  • FIG. 15 is a block diagram of a broadband antenna system according to the present invention and a vehicle on which the antenna system is mounted.
  • Electronic devices described in this specification 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 PCs ultrabooks
  • wearable devices for example, watch-type terminals (smartwatch), glass-type terminals (smart glass), HMD (head mounted display), etc. may be included. have.
  • the vehicle-mounted antenna system 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 riding in the vehicle. .
  • the electronic device may include a mobile terminal (electronic device) disposed inside the vehicle or carried by a user riding in the vehicle.
  • a vehicle on which a communication system such as an antenna system is mounted 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 the electronic device, so the electronic device described herein may have more or fewer components than those listed above.
  • the wireless communication unit 110 among the components, between the electronic device 100 and the wireless communication system, between the electronic device 100 and another electronic device 100, or the electronic device 100 and an external server It may include one or more modules that enable wireless communication between them. Also, the wireless communication unit 110 may include one or more modules for connecting 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 a 4G signal with a 4G base station through a 4G mobile communication network. In this case, 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.
  • Up-Link (UL) Multi-Input Multi-Output (MIMO) may be performed by a plurality of 4G transmission signals transmitted to the 4G base station.
  • Down-Link (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 a 5G signal with a 5G base station through a 5G mobile communication network.
  • the 4G base station and the 5G base station may have a Non-Stand-Alone (NSA) structure.
  • NSA Non-Stand-Alone
  • the 4G base station and the 5G base station may be a co-located structure disposed at the same location in a cell.
  • the 5G base station may be disposed in a stand-alone (SA) structure at a location separate from the 4G base station.
  • SA stand-alone
  • the 5G wireless communication module 112 may transmit and receive a 5G signal with a 5G base station through a 5G mobile communication network. In this case, 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 reception 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.
  • a 5G communication system may support a larger number of Multi-Input Multi-Output (MIMO) in order to improve transmission speed.
  • MIMO Multi-Input Multi-Output
  • Up-Link (UL) MIMO may be performed by a plurality of 5G transmission signals transmitted to the 5G base station.
  • DL MIMO may be performed by a plurality of 5G reception signals received from a 5G base station.
  • the wireless communication unit 110 may be in a dual connectivity (DC) state with the 4G base station and the 5G base station through the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112 .
  • DC dual connectivity
  • the dual connection with 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 a 4G wireless communication system
  • NR is New Radio, which means a 5G wireless communication system.
  • the 4G base station and the 5G base station have a co-located structure, throughput improvement is possible through inter-CA (Carrier Aggregation). Therefore, the 4G base station and the 5G base station In the EN-DC state, the 4G reception signal and the 5G reception signal may be simultaneously received through the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112 .
  • inter-CA Carrier Aggregation
  • 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, NFC. At least one of (Near Field Communication), Wireless-Fidelity (Wi-Fi), Wi-Fi Direct, and Wireless Universal Serial Bus (USB) technologies may be used to support short-range communication.
  • the short-distance communication module 114 is, between the electronic device 100 and the wireless communication system, between the electronic device 100 and another electronic device 100, or the electronic device 100 through wireless area networks (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 network may be a local 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-distance communication may be performed between electronic devices using a device-to-device (D2D) method without going through a base station.
  • D2D device-to-device
  • carrier aggregation using at least one of the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112 and the Wi-Fi communication module 113
  • carrier aggregation using at least one of the 4G wireless communication module 111 and the 5G wireless communication module 112 and the Wi-Fi communication module 113
  • 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 (CA) 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 a representative example thereof includes a Global Positioning System (GPS) module or a Wireless Fidelity (WiFi) module.
  • GPS Global Positioning System
  • Wi-Fi Wireless Fidelity
  • the electronic device may acquire the location of the electronic device by using a signal transmitted from a GPS satellite.
  • the electronic device may acquire the location of the electronic device 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 of the other modules of the wireless communication unit 110 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 utilizes the 5G wireless communication module 112
  • the 5G base station of the millimeter wave (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 or an audio input unit for inputting an audio signal, and a user input unit 123 for receiving information from a user, for example, , a touch key, a push 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, surrounding environment information surrounding the electronic device, and user information.
  • the sensing unit 140 may include a proximity sensor 141, an illumination sensor 142, an illumination sensor, a touch sensor, an acceleration sensor, a magnetic sensor, and gravity.
  • G-sensor gyroscope sensor
  • motion sensor RGB sensor
  • infrared sensor IR sensor: infrared sensor
  • fingerprint sensor fingerprint sensor
  • ultrasonic sensor ultrasonic sensor
  • optical sensors eg, cameras (see 121)
  • microphones see 122
  • battery gauges environmental sensors (eg, barometers, hygrometers, thermometers, radiation detection sensors, It may include at least one of a thermal sensor, a gas sensor, etc.) and a chemical sensor (eg, an electronic nose, a healthcare sensor, a biometric sensor, etc.).
  • the electronic device disclosed in the present 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 a display unit 151 , a sound output unit 152 , a haptip module 153 , and an optical output unit 154 . can do.
  • the display unit 151 may implement a touch screen by forming a layer structure with the touch sensor or being formed integrally with the touch sensor. Such a touch screen may function as the user input unit 123 providing an input interface between the electronic device 100 and the user, and may provide an output interface between the electronic device 100 and the user.
  • the interface unit 160 serves as a passage with various types of external devices connected to the electronic device 100 .
  • Such an interface unit 160 a wired / wireless headset port (port), an external charger port (port), a wired / wireless data port (port), a memory card (memory card) port, for connecting a device equipped with an identification module It may include at least one of a port, an audio input/output (I/O) port, a video input/output (I/O) port, and an earphone port.
  • the electronic device 100 may perform appropriate control related to the connected external device.
  • 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 in the electronic device 100 , data for 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 (eg, incoming calls, outgoing functions, message receiving, and sending functions) of the electronic device 100 . Meanwhile, the application program may be stored in the memory 170 , installed on the electronic device 100 , and driven to perform an operation (or function) of the electronic device by the controller 180 .
  • 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 the 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 .
  • controller 180 may control at least some of the components discussed with reference to FIG. 1 in order to drive an application program stored in the memory 170 . Furthermore, in order to drive the application program, the controller 180 may operate at least two or more of the components included in the electronic device 100 in combination with each other.
  • the power supply unit 190 receives external power and internal power under the control of the control unit 180 to supply power to each component included in the electronic device 100 .
  • the power supply 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. Also, 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 to 2C show a structure in which the antenna system can be mounted in the vehicle in the vehicle including the antenna system mounted on the vehicle according to the present invention.
  • FIGS. 2A and 2B illustrate a configuration in which the antenna system 1000 is mounted on or within a 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 in order to improve the appearance of a vehicle (vehicle) and preserve telematics performance in a collision, the existing Shark Fin antenna is replaced with a non-protruding flat antenna.
  • the present invention intends to propose an antenna in which an LTE antenna and a 5G antenna are integrated in consideration of 5G (5G) communication, along with the existing mobile communication service (LTE) provision.
  • the antenna system 1000 is disposed on the roof of the vehicle.
  • a radome 2000a for protecting the antenna system 1000 from an external environment and an external impact when driving a vehicle may surround the antenna system 1000 .
  • the radome 2000a may be made of a dielectric material through which a radio wave signal transmitted/received between the antenna system 1000 and the base station may be transmitted.
  • the antenna system 1000 may be disposed within a roof structure of a vehicle, and may be configured such that at least a portion of the roof structure is made of a non-metal.
  • at least a portion of the roof structure 2000b of the vehicle may be made of a non-metal, and may be made of a dielectric material through which a radio signal transmitted/received between the antenna system 1000 and the base station may 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 made of a non-metal.
  • at least a portion of the roof frame 2000c of the vehicle 300 may be made of a non-metal, and may be made of a dielectric material through which a radio signal transmitted/received between the antenna system 1000 and the base station may 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 wheels rotated by a power source and a steering input device for controlling the traveling direction of the vehicle 300 .
  • the vehicle 300 may be an autonomous driving vehicle.
  • the vehicle 300 may be switched to an autonomous driving mode or a manual mode (a capital driving mode) based on a user input.
  • the vehicle 300 may be switched from the manual mode to the autonomous driving mode or from the autonomous driving mode to the 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 the manual mode to the autonomous driving mode or from the autonomous driving mode to the manual mode based on the driving situation information generated by the object detection device 320 .
  • the vehicle 300 may be switched from the manual mode to the autonomous driving mode or from the autonomous driving mode to the manual mode based on driving situation information received through the communication device 400 .
  • the vehicle 300 may be switched from the manual mode to the autonomous driving mode or from the autonomous driving mode to the 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 operated based on information, data, or signals generated by the driving system, the vehicle taking-out system, and the parking system.
  • the autonomous driving vehicle 300 may receive a user input for driving through the driving manipulation device. Based on the user input received through the driving manipulation device, the vehicle 300 may be driven.
  • 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 the standard direction for measuring the overall length of the vehicle 300
  • the full width direction (W) is the standard direction for measuring the full width of the vehicle 300
  • the total height direction (H) is the vehicle (300) may refer to a direction as a reference for measuring the total height.
  • 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 unit 365 in addition to the above-described device.
  • 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 relevance to wireless communication through the antenna system 1000 according to the present invention. . Accordingly, a detailed description thereof will be omitted herein.
  • the vehicle 300 may further include other components in addition to the components described herein, or may not include some of the components described herein.
  • the user interface device 310 is a device for communication between 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 (UIs) or User Experiences (UXs) through the user interface device 310 .
  • UIs User Interfaces
  • UXs User Experiences
  • the object detecting device 320 is a device for detecting an object located outside the vehicle 300 .
  • the object may be various objects related to the operation of the vehicle 300 .
  • the object 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 apparatus 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 detecting 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 the 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 respect to an object through an image processing algorithm.
  • the processor 330 may detect and track the object based on the reflected electromagnetic wave that is reflected by the object and returns.
  • the processor 330 may perform operations such as calculating a distance to an object and calculating a relative speed with respect to the object based on the electromagnetic wave.
  • the processor 330 may detect and track the object based on the reflected laser light from which the transmitted laser is reflected by the object and returned.
  • the processor 330 may perform operations such as calculating a distance to an object and calculating a relative speed with respect to the object based on the laser light.
  • the processor 330 may detect and track the object based on the reflected ultrasound reflected back by the transmitted ultrasound.
  • the processor 330 may perform operations such as calculating a distance to an object and calculating a relative speed with respect to the object based on the ultrasound.
  • the processor 330 may detect and track the object based on the reflected infrared light reflected back by the transmitted infrared light.
  • the processor 330 may perform operations such as calculating a distance to an object and calculating a relative speed with respect to the object based on the infrared light.
  • the object detecting apparatus 320 may include a plurality of processors 330 or may not include the processors 330 .
  • each of the camera 321 , the radar 322 , the lidar 323 , the ultrasonic sensor 324 , and the infrared sensor 325 may individually include a processor.
  • the object detection apparatus 320 may be operated under the control of the processor or the controller 370 of the apparatus in the vehicle 300 .
  • the navigation system 350 may provide location information of the vehicle based on information obtained through the communication device 400 , in particular, the location information unit 420 . Also, the navigation system 350 may provide a route guidance service to a destination based on current location information of the vehicle. In addition, the navigation system 350 may provide guide information about a surrounding location based on information obtained through the object detection device 320 and/or the V2X communication unit 430 . Meanwhile, based on V2V, V2I, and V2X information obtained through the wireless communication unit 460 operating together with the antenna system 1000 according to the present invention, it is possible to provide guidance information, autonomous driving service, and the like.
  • the object detection apparatus 320 may be operated under the control of the controller 370 .
  • the communication apparatus 400 is an apparatus 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 transmit antenna, a receive 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 transceiver 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.
  • Short-range communication unit 410 Bluetooth (BluetoothTM), RFID (Radio Frequency Identification), infrared communication (Infrared Data Association; IrDA), UWB (Ultra Wideband), ZigBee, NFC (Near Field Communication), Wi-Fi (Wireless) -Fidelity), Wi-Fi Direct, and wireless USB (Wireless Universal Serial Bus) technology may be used to support short-distance communication.
  • the short-range communication unit 410 may form wireless area networks to perform short-range communication between the vehicle 300 and at least one external device.
  • 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 protocols for communication with infrastructure (V2I), vehicle-to-vehicle communication (V2V), and communication with pedestrians (V2P).
  • the optical communication unit 440 is a unit for performing communication with an external device via light.
  • the optical communication unit 440 may include an optical transmitter that converts an electrical signal into an optical signal to transmit to the outside, and an optical receiver that converts the received optical signal into an electrical signal.
  • the light transmitter may be formed to be integrated with a lamp included in the vehicle 300 .
  • the broadcast transceiver 450 is a unit for receiving a broadcast signal from an external broadcast management server or transmitting a broadcast signal to the broadcast management server through a broadcast channel.
  • the broadcast channel may include a satellite channel and a terrestrial channel.
  • 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 can 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 300 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 multiple communication services 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 include a plurality of processors 470 or may not include the processors 470 .
  • the communication device 400 may be operated under the control of a 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 AVN (Audio Video Navigation) device.
  • the communication device 400 may be operated under the control of the controller 370 .
  • processors and control unit 370 include one or more processors and control unit 370, 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 other electrical units for performing 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 other electrical units for performing 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.
  • the 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: Application Processor, 1450).
  • the modem (Modem, 1400) and the application processor (AP, 1450) are physically implemented on one chip, and may be implemented in a logically and functionally separated form.
  • the present invention is not limited thereto and may be implemented in the form of physically separated chips depending on the application.
  • the electronic device or vehicle includes a plurality of low noise amplifiers (LNAs) 210a to 240a in the receiver.
  • LNAs low noise amplifiers
  • the first power amplifier 210 , the second power amplifier 220 , the controller 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, as well as the advantage that 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 difference between the 5G band and the 4G band is large, 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.
  • the RFIC 1250 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 it is also possible to be physically 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 the electronic device. Accordingly, the modem 1400 may operate the power circuits of the transmitter and the receiver in the low power mode through the RFIC 1250 .
  • 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 an idle mode, the RFIC through the modem 1400 so that at least one of the first and second power amplifiers 210 and 220 is operated in the low power mode or 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.
  • 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 even at sacrificing throughput.
  • 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 level and available radio resource information.
  • the application processor (AP) 1450 may receive the remaining battery level information from the PMIC and the available radio resource information from the modem 1400 . Accordingly, if the battery level and available radio resources are sufficient, the application processor (AP) 1450 may control the modem 1400 and the RFIC 1250 to receive through both the 4G base station and the 5G base station.
  • the transmitter and receiver of each radio system may be integrated into one transceiver. Accordingly, there is an advantage that a circuit part integrating two types of system signals in the RF front-end can be removed.
  • the front-end components can be controlled by the integrated transceiver, the front-end components can be more efficiently integrated than when the transmission/reception system is separated for each communication system.
  • the multi-transmission/reception system as shown in FIG. 2 has the advantage that it is possible to control other communication systems as necessary, and thus system delay can be minimized, so that efficient resource allocation is possible.
  • 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 may operate in both the first and second communication systems.
  • one of the first and second power amplifiers 210 and 220 operates in the 4G band and the other operates in the millimeter wave band. have.
  • 4x4 MIMO can be implemented using four antennas as shown in FIG. 2 .
  • 4x4 DL MIMO may be performed through the 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 implementation is possible 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 the uplink (UL).
  • the 5G communication system is implemented as 1 Tx
  • only one of the first and second power amplifiers 210 and 220 may operate in the 5G band.
  • an additional power amplifier operating in the 5G band may be further provided.
  • 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 a power divider is built inside the RFIC corresponding to the RFIC 1250, there is no need for a separate component to be disposed outside, thereby improving component mountability.
  • SPDT single pole double throw
  • the 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 mutually separate signals of a transmission band and a reception band. At this time, the signals of the transmission band transmitted through the first and second power amplifiers 210 and 220 are applied to the antennas ANT1 and ANT4 through the first output port of the duplexer 231 . On the other hand, signals of 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 of a transmission band or a reception band and block a signal of the remaining band.
  • the filter 232 may include a transmit filter connected to a first output port of the duplexer 231 and a receive filter connected to a second output port of the duplexer 231 .
  • the filter 232 may be configured to pass only a signal of a transmission band or only a signal of a reception band according to the control signal.
  • the switch 233 is configured to transmit either only a transmit signal or a receive signal.
  • the switch 233 may be configured in a single pole double throw (SPDT) type to separate a transmission signal and a reception signal using a time division multiplexing (TDD) method.
  • 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 also applicable to a frequency division multiplexing (FDD: Time Division Duplex) scheme.
  • FDD Fre Division Duplex
  • the switch 233 may be configured in a double pole double throw (DPDT) type to connect or block a transmission signal and a reception signal, respectively.
  • DPDT double pole double throw
  • 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 controller (or first processor) and a second controller (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 or logically divided into one circuit.
  • the modem 1400 may control and process signals 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 the 4G base station and/or the 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 a signal through the first communication system and/or the second communication system in 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. Also, 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.
  • an antenna module ie, an antenna system mounted on a vehicle according to FIGS. 2 to 4 and a vehicle having the same
  • the vehicle antenna system according to the present invention requires frequency coverage of 600 MHz to 3.8 GHz.
  • the frequency coverage is 600 MHz to 2 GHz, which is not easy to cover the entire frequency range.
  • FIGS. 5A to 6B a detailed description will be given with reference to FIGS. 5A to 6B .
  • the necessity of implementing a single broadband antenna in the broadband vehicle antenna system according to the present invention is as follows.
  • each operating band for example, a problem of having to separate the antennas operating in each of the low band (low band, LB), middle band (MB) and high band (HB) in the vehicle antenna.
  • LB low band
  • MB middle band
  • HB high band
  • the present invention intends to propose an antenna structure having an optimal radiator structure having multiple resonance modes.
  • FIG. 5A shows the structure of a cone antenna including a shorting pin and a metal patch according to an example.
  • FIG. 5B shows a cone radiator in an inverted-pyramid form applicable to a cone antenna.
  • FIGS. 6A and 6B show graphs of radiation efficiency and total efficiency according to frequency change in the cone antenna structure of FIGS. 5A and 5B.
  • a cone antenna may be implemented by a cone radiator 1100R and a metal patch coupled thereto.
  • the metal patch may be formed of a plurality of metal patches.
  • the metal patch may include a stack patch C2 that is a metal patch directly connected to the cone radiator, and a coupling patch S1 separated from the stack patch C2.
  • the coupling patch S1 may be disposed adjacent to the stack patch C2 by a predetermined distance therebetween, and may be configured to couple signals from the stack patch C2 .
  • the cone radiator 1100R may be connected to the stack patch C2 through a plurality of outer rims 1104 . Through a multi-wing structure such as the plurality of outer rims 1104 , the cone antenna is multi-resonant and can be configured to have a broadband characteristic.
  • the cone antenna may operate in the low band LB by a metal patch, for example, a shorting pin 1102 connected between the coupling patch S1 and the lower substrate.
  • a metal patch for example, a shorting pin 1102 connected between the coupling patch S1 and the lower substrate.
  • the ground layer of the lower substrate and the metal patch, for example, the coupling patch S1 may be connected by the shorting pin 1102 .
  • the electrical length of the metal patch is increased by the shorting pin 1102 that is the ground connection structure, and the size of the cone antenna can be reduced. Accordingly, the cone antenna having the shorting pin 1102 and the metal patch can operate up to the low band (LB) by the shorting pin 1102 .
  • the cone radiator 1100R may be implemented in a cone shape having a predetermined thickness, and this may be referred to as a solid cone. Meanwhile, in order to model the cone-shaped or pyramid-shaped radiator according to the present invention and to analyze the antenna characteristics thereof, the radiator may be approximated as a structure having a plurality of metal elements. In this regard, the cone radiator 1100R can be approximated by a plurality of metal elements EL(n) having the same size.
  • the radiator 1100R2 having an inverted pyramid shape may be approximated by a plurality of metal elements EL(n) having different sizes.
  • the values of EL(1), EL(2), Z, and EL(N) may be modeled to increase.
  • EL(1), EL(2), Z, and EL(N) can be modeled to increase at an equal rate.
  • the radiator 1100R2 having an inverted pyramid shape may be modeled so that the increase ratio a has a uniform value.
  • an antenna that covers a full band of about 600 MHz to 3.8 GHz is required.
  • the cone antenna in a case (Cone only) in which only the cone radiator 1100R exists, the cone antenna may operate in the high band HB.
  • the cone antenna may operate in the middle band (MB) and the high band (HB) by the metal patch coupled to the cone radiator 1100R. That is, in the case (W/Radiated patch) in which the cone radiator 1100R and the metal patch exist, the cone antenna may operate in the middle band (MB) and the high band (HB).
  • a shorting pin 1102 may be disposed to connect the metal patch and the lower substrate in order for the cone antenna to operate even in the low band (LB). Accordingly, the cone antenna can operate from the low band (LB) to the high band (HB) by the metal patch and the shorting pin 1102 coupled to the cone radiator 1100R. That is, in the case (W/GND. patch) in which the cone radiator 1100R, the metal patch, and the shorting pin 1102 exist, the cone antenna can operate from the low band (LB) to the high band (HB).
  • the cone antenna having the cone radiator 1100R, the metal patch, and the shorting pin 1102 operates only at about 610 MHz to 2.5 GHz.
  • the resonance mode has a broadband characteristic focused on a specific frequency rather than the resonance mode over the entire frequency band. Therefore, it is not easy to implement an antenna covering the entire band from 600 MHz to 3.8 GHz by a technique such as impedance matching.
  • radiation efficiency may theoretically be less than or equal to a threshold value.
  • the theoretical threshold of radiation efficiency may be 46.9%.
  • the threshold of radiation efficiency is not limited thereto, and may be changed according to an operating bandwidth, conductivity of a cone radiator, and dielectric constant and loss of a substrate.
  • the total efficiency may be calculated as a changed value in consideration of a return loss of the cone antenna, that is, a voltage standing wave ratio (VSWR). Meanwhile, the total efficiency of the cone antenna according to the present invention may be designed to have a value of about 20% to 30% in the low band (LB).
  • a return loss of the cone antenna that is, a voltage standing wave ratio (VSWR).
  • the total efficiency of the cone antenna according to the present invention may be designed to have a value of about 20% to 30% in the low band (LB).
  • the inverted pyramid-shaped radiator 1100R2 is modeled as a metal element having different element sizes, so that resonance modes may be formed in several bands corresponding to different element sizes.
  • the cone radiator 1100R structure is implemented with symmetry of the same length, the inverted pyramid-shaped radiator 1100R2 has left-right symmetry of different lengths.
  • the cone antenna having the inverted pyramid-shaped radiator 1100R2 has a multi-resonant mode to cover a full band of about 600 MHz to 3.8 GHz. Therefore, it is possible to implement an antenna covering the full band from 600 MHz to 3.8 GHz by a technique such as impedance matching.
  • radiation efficiency may theoretically be less than or equal to a threshold value.
  • the theoretical threshold of radiation efficiency may be 46.9%.
  • the threshold of radiation efficiency is not limited thereto, and may be changed according to an operating bandwidth, conductivity of a cone radiator, and dielectric constant and loss of a substrate.
  • the total efficiency may be calculated as a changed value in consideration of a return loss of the cone antenna, that is, a voltage standing wave ratio (VSWR).
  • the total efficiency of the cone antenna according to the present invention has a value of 20% or more even in the low band (LB).
  • the total efficiency may be designed to have a value of 30% or more.
  • the middle band (MB) and high band (HB) of 1 GHz or more in particular, in the band up to 3.8 GHz, the total efficiency may be calculated to have a value of 40% or more.
  • the antenna module (ie, the antenna system) according to the present invention may include a plurality of antennas in addition to the low-band (LB) antenna.
  • FIG. 7A is a perspective view of an antenna system including a first antenna and a second antenna according to an exemplary embodiment.
  • 7B is a front view of an antenna system including a first antenna and a second antenna.
  • FIG. 8A is a perspective view of a cone antenna having a metal patch connected to a shorting bar, as viewed from a specific direction, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8B is a perspective view of a cone antenna having a metal patch connected to a shorting bar, as viewed from another direction, according to an exemplary embodiment.
  • low elevation i.e. mean gain -2dBi in the range of 70 to 90 degrees of elevation
  • An antenna structure is required for improving antenna performance without additional height increase for securing antenna performance.
  • the antenna system mounted on a vehicle includes a first antenna 1100 operating in a low band LB and a second antenna 1100 operating in a middle band MB and a high band HB.
  • 2 antennas 1200 are included.
  • the first antenna 1100 is operable in a band including 650 MHz to 900 MHz or 600 MHz to 960 MHz, which is the low band LB.
  • the low band LB is not limited thereto and may be changed according to applications.
  • the second antenna 1200 is operable in a middle band (MB) starting from 1400 MHz and a high band (HB), which is a higher frequency band than this.
  • the antenna system mounted on a vehicle according to the present invention may include a transceiver circuit 1250 for controlling to radiate 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 that is the low band LB includes a metal plate S1, a lower substrate S2, and a shorting pin 1102. can be configured to include. Meanwhile, the operating frequency band of the first antenna 1100 may be extended to a middle band MB and a high band HB in addition to the low band LB. To this end, the first antenna 1100 includes a metal plate S1, a lower substrate S2, a shorting pin 1102, and a coupling patch C2 to which a cone radiator is connected. can be configured to
  • the metal plate S1 forms part of the exterior of the antenna system and is configured to act as a radiator.
  • the lower substrate S2 may be disposed under the metal plate S1 , and the transceiver circuit 1250 and the baseband processor 1400 may be disposed.
  • the lower substrate S2 may be coupled to the vehicle frame through a heat sink instead of being directly coupled to the vehicle frame. 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 for bandwidth extension.
  • the second metal plate C2 is disposed adjacent to the metal plate S1 so that signals from the metal plate S1 are 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 higher than the first frequency band. Accordingly, there is an advantage that the first antenna 1100 can operate in a band including 600 MHz to 3.8 GHz.
  • the second metal plate C2 of the first antenna 1100 may be connected to a cone radiator.
  • the shape of the cone radiator may be configured as an inverted-pyramid shape.
  • the first antenna 1100 includes a radiator 1100R2, a coupling patch S1, a stack patch C2, and a shorting bar SB. It may be configured to include
  • the shape of the radiator 1100R2 is not limited to the inverted pyramid radiator having a rectangular opening shape.
  • the shape of the radiator may be implemented as a cone radiator having a circular opening shape as shown in FIG. 7A .
  • the shape of the upper opening and the lower opening of the radiator may be circular, elliptical, or polygonal.
  • the signal from the feed line through the lower opening may be transmitted to the upper opening through the inside of the radiator to be coupled to the stack patch C2 corresponding to the metal patch.
  • the radiator 1100R2 may be configured to transmit a signal applied through the lower opening through the upper opening.
  • the shape of the upper opening and the lower opening may be rectangular, and the radiator 1100R2 may be configured as a pyramid-shaped radiator in which the size of the upper opening is larger than that of the lower opening.
  • the shape of the coupling patch S1 may be a rectangular shape.
  • the coupling patch S1 may be configured to be disposed on the upper substrate spaced apart from the upper opening by a predetermined distance so that the signal transmitted to the upper opening is coupled.
  • the stack patch C2 may be configured to be disposed on the upper substrate to be spaced apart from the coupling patch S1 by a predetermined distance.
  • the stack patch C2 may be disposed to be spaced apart from the upper opening by a predetermined height so that the signal transmitted to the upper opening is coupled. Accordingly, a signal radiated through the upper opening of the radiator 1100R2 may be coupled to the upper stack patch C2 .
  • the first antenna 1100 may operate in a wider band through the coupling patch S1 spaced apart from the stack patch C2 by a predetermined distance.
  • the power feeding unit 1105 may be disposed on the front surface of the lower substrate and configured to transmit a signal to the radiator 1100R2 .
  • the power supply unit 1105 is connected to the transceiver circuit 1250 , and a matching circuit for impedance matching between the power supply unit 1105 and the transceiver circuit 1250 may be provided.
  • an outer rim 1104 integrally formed with the pyramid-shaped radiator 1100R2 may be connected to an upper substrate by a screw.
  • the first antenna 1100 may multi-resonate by a plurality of wing structures constituting the outer rim 1104 .
  • the plurality of wing structures may be formed in the upper left, lower left, upper right, and lower right of the pyramidal radiator 1100R2.
  • the plurality of wing structures may be formed as four wing structures integrally formed with the rim of the upper opening of the pyramidal radiator 1100R2 .
  • the first antenna may be configured to multi-resonate by the outer rim 1104 having a plurality of wing structures.
  • the number of multi-wings corresponding to a plurality of wing structures is not limited to four, and can be changed to six, eight, etc. depending on the application. In order to increase the number of multiple resonance points, the number of multi-wings corresponding to multiple wing structures can be expanded to 6, 8, etc.
  • a plurality of wing structures may be formed in the upper left, center left, lower left, upper right, center right, and lower right of the pyramidal radiator 1100R2 . Accordingly, the plurality of wing structures may be formed as six wing structures integrally formed with the rim of the upper opening of the pyramidal radiator 1100R2. Accordingly, the first antenna having a six-wing structure than a four-wing structure may be configured to more multi-resonance.
  • the shorting bar SB may be connected to the coupling patch S1 in a surface contact form, and may be configured to connect the ground layer of the lower substrate.
  • the shorting bar SB may be configured to include a connection part SB1 and an extension part SB2 .
  • the connection part SB1 may be connected to an area in the coupling patch S1 .
  • the extension part SB2 may be formed by bending the connection part SB1 at a predetermined angle. In this case, the end of the extension SB2 may be configured to be connected to the ground layer of the lower substrate.
  • the shorting bar SB may be connected to the ground layer of the lower substrate to reduce the size of the coupling patch S1 .
  • multiple resonance may occur due to the shorting bar SB having a tapered structure, and accordingly, the bandwidth of the first antenna 1100 may be extended.
  • the shorting bar SB
  • the low elevation gain characteristic required by ODM is -2dBi in the range of 70 to 90 degrees based on the elevation angle.
  • the present invention requires a structure capable of improving the antenna matching characteristics of a wide band in a frequency band of 600 MHz to 960 MHz.
  • an antenna operating in a frequency band of 600 MHz to 3.8 GHz may be implemented through a coupling structure between a metal patch and a radiator such as a cone radiator or an inverted pyramid radiator.
  • FIG. 9 shows a VSWR result of the first antenna according to the presence or absence of a matching stub according to an exemplary embodiment. That is, FIG. 9 shows a voltage standing wave ratio (VSWR) of the first antenna according to whether a short bar is provided.
  • VSWR[1] represents the VSWR result of the first antenna when there is a broadband matching structure as in the short-circuit bar.
  • VSWR[2] indicates the VSWR result of the first antenna when there is no wideband matching structure as a short-circuit bar.
  • VSWR is improved in all bands including the low band (LB), the middle band (MB), and the high band (HB) when there is a broadband matching structure as in the short circuit.
  • the present invention utilizes a matching technique using a structure by a shorting bar to limit the impedance matching.
  • the present invention has an effect of matching range tuning according to the height of various shapes of the shorting bar.
  • FIGS. 10A and 10B show a configuration in which a shorting bar is connected to a coupling patch according to an example.
  • the shorting bar SB includes a connection part SB1 connected to a region in the coupling patch S1 and an extension part SB2 formed by bending the connection part SB1 at a predetermined angle.
  • the shorting bar SB may further include a fastening part SB3 formed at the end of the extension part SB2 and fastened to the lower substrate.
  • the connection part SB1 may be connected to a screw boss (SCB) formed in the coupling patch S1 through a screw.
  • the connecting portion SB1 of the shorting bar SB may be formed to have a predetermined length up to a position where it is connected to the lower substrate.
  • the extension part SB2 of the shorting bar SB may extend orthogonally on the same plane as the connection part SB1 .
  • the extension part SB2 may extend vertically downward from the orthogonally extended end to be coupled to the coupling part SB3 coupled to the ground layer of the lower substrate.
  • the second length of the extension part SB2 connected to the connection part SB3 may be longer than the first length of the extension part SB2 connected to the connection part SB1 .
  • the short bar SB may be configured to enable antenna bandwidth extension by multi-resonance.
  • the resonance frequency of the first antenna 1100 can be moved by adjusting the distance from the coupling patch S1 corresponding to the shorted patch to the screw boss and the length of the bending structure. A detailed description thereof will be described with reference to FIG. 12 .
  • FIG. 11 shows a shape of a shorting bar SB, which is a broadband matching structure, according to various embodiments of the present disclosure.
  • the shorting bar SB which is a broadband matching structure according to the present invention, may be implemented as 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 the shorting bar SB, which is a broadband matching structure.
  • the resonant frequency of the 600 MHz band may be changed according to the shorting position in the metal plate S1 operating as the patch antenna and the length of the bending structure.
  • the shorting position may be 3 points or more, and it is necessary to vary the bending structure for performance optimization.
  • the shorting position may be one of three points: a point A, a point B, and a point C, as shown in FIG. 10 .
  • the bending structure as shown in FIG. 11 , it may be one of Type 1 to Type 5 .
  • the Type 1 shorting bar SBT1 includes the connection part SB1 and the extension part SB2 connected to the connection part SB1 and extending in a perpendicular direction again.
  • the shorting bar SBT1 may further include a fastening part SB3 formed at the end of the extension part SB2 and fastened to the shorting pin 1102 and the metal support 1106 .
  • the shorting bar SBT2 of Type 2 includes a connection part SB1 electrically connected to the metal plate S1 to the position of the shorting pin 1102 and the metal support 1106 .
  • the shorting bar SBT4 further includes an extension SB2 vertically connected to the connecting portion SB1 and disposed parallel to 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 to the shorting pin 1102 and the metal support 1106 .
  • the shorting bar SBT3 of Type 3 includes the connection part SB1 and the connection part SB1 and the extension part SB2 formed by being bent at a predetermined angle, and again bent at a predetermined angle in the other direction.
  • the shorting bar SB may further include a fastening part SB3 formed at the end of the extension part SB2 and fastened to 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 from the connection part SB1 .
  • the shorting bar SB may further include a fastening part SB3 formed at the end of the extension part SB2 and fastened to 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 the connection part SB1 at a predetermined angle.
  • the shorting bar SB may further include a fastening part SB3 formed at the end of the extension part SB2 and fastened to 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 the A point of the metal frame S1 .
  • the Type 3 shorting bar SBT3 and the Type 4 shorting bar SBT4 may be connected to the B point of the metal frame S1 .
  • the Type 5 shorting bar SBT5 may be connected to the C point of the metal frame S1 .
  • the shorting bar SB of the Type 1 to Type 5 structure described above may operate in the entire band of 600 MHz to 3.8 GHz through performance optimization tuning.
  • different optimal shorting bars may be applied depending on whether the radiator made of the metal plate among the first antenna is operated only in the low band LB or in the full band. Accordingly, it is possible to provide a matching circuit for optimal antenna performance in consideration of vehicle specifications or antenna configuration.
  • the shorting bar SB which is a broadband matching structure of the Type 1 to Type 5 structure according to the present invention, may be connected to both the first screw boss formed at one point in the metal plate and the second screw boss formed at the other point in the metal plate. Accordingly, the length at which the shorting bar SB is in contact with the metal plate is increased, so that the bandwidth characteristic 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 aforementioned metal plate.
  • one shorting bar SB may be connected together with the first screw boss and the second screw boss.
  • a separate shorting bar other than the shorting bar SB connected to the first screw boss may be connected to the second screw boss.
  • FIG. 12A shows an example in which the resonance length is changed according to different shorting bar structures.
  • a current path may be formed from one end of the coupling patch S1 to the end of the shorting bar SB.
  • the shorting bar SBT2 including the connecting part, the extended part, and the fastening part is provided, a current path may be formed from one end of the coupling patch S1 to the end of the shorting bar SB.
  • the stack patch C2 connected to the radiator 1100R2 may be formed to have a slant of a predetermined angle to correspond to the shape of the roof frame of the vehicle. Accordingly, it is possible to reduce the overall height of the antenna system.
  • an outer rim 1104 integrally formed with the pyramidal radiator 1100R2 and an upper substrate may be connected by screws.
  • the first antenna 1100 may multi-resonate by a plurality of wing structures constituting the outer rim 1104 .
  • the plurality of wing structures may be formed in the upper left, lower left, upper right, and lower right of the pyramidal radiator 1100R2.
  • the plurality of wing structures may be formed as four wing structures integrally formed with the rim of the upper opening of the pyramidal radiator 1100R2 .
  • the first antenna may be configured to multi-resonate by the outer rim 1104 having a plurality of wing structures.
  • the number of multi-wings corresponding to a plurality of wing structures is not limited to four, and can be changed to six, eight, etc. depending on the application. In order to increase the number of multiple resonance points, the number of multi-wings corresponding to multiple wing structures can be expanded to 6, 8, etc.
  • a plurality of wing structures may be formed in the upper left, center left, lower left, upper right, center right, and lower right of the pyramidal radiator 1100R2 . Accordingly, the plurality of wing structures may be formed as six wing structures integrally formed with the rim of the upper opening of the pyramidal radiator 1100R2. Accordingly, the first antenna having a six-wing structure than a four-wing structure may be configured to more multi-resonance.
  • the height of the coupling structure between the outer rim 1104 and the upper substrate increases as the radiator 1100R2 is adjacent to the second metal plate that is the coupling patch S1.
  • the first metal plate corresponding to the metal patch C2 on the upper portion of the radiator 1100R2 may be formed with a predetermined inclination.
  • the first metal plate corresponding to the metal patch C2 may be referred to as a stack patch C2 .
  • the stack patch C2 disposed on the radiator 1100R2 may be formed of a first metal plate.
  • the shorting bar SB may be connected to a screw boss formed at a point in the second metal plate corresponding to the coupling patch S1 .
  • the resonant frequency may be shifted according to the type of the shorting bars SB and SBT2 and the length of each part.
  • FIG. 12B shows the VSWR result according to the short bar type.
  • the shorting bar SBT2 including the connecting part, the extended part, and the fastening part resonates at a lower frequency as the current path increases. That is, the resonant frequency may be shifted to a lower frequency in the antenna having the shorting bar SBT2 including the connecting part, the extended part, and the fastening part.
  • the number of multiple resonances may be increased by the tapered shorting bar SB. Meanwhile, since the current path of the tapered shorting bar SB is shorter than that of the shorting bar SBT2, the resonance frequency slightly increases. However, the number of multi-resonance points may increase and the locations of the multi-resonance points may be disposed adjacent to each other. Accordingly, the resonant frequency slightly increases, but has wider band characteristics in the low band (LB) and middle band (MB).
  • LB low band
  • MB middle band
  • connection portion SB1 of the tapered shorting bar SB is to be disposed in an edge region corresponding to one end portion of the coupling patch.
  • the first antenna may be configured to resonate up to a first frequency band that is a lower band (LB).
  • connection part SB1 of the shorting bar SBT2 may be disposed in an edge region corresponding to one end portion of the coupling patch.
  • the first antenna may be configured to resonate up to a first frequency band that is a lower band (LB).
  • FIG. 13A illustrates a case in which the length of the extension is changed according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 13B shows the VSWR result as the length of the extension is decreased.
  • the second length of the extension part SB2 connected to the connection part SB3 is longer than the first length of the extension part SB2 connected to the connection part SB1.
  • the first length of the extension part SB2 connected to the connection part SB1 may be set to decrease by 6 mm, 12 mm, or 16.5 mm.
  • the short bar SB may be configured to enable antenna bandwidth extension by multi-resonance.
  • the resonance frequency of the first antenna 1100 can be moved by adjusting the distance from the coupling patch S1 corresponding to the shorted patch to the screw boss and the length of the bending structure.
  • the resonance frequency decreases as the first length of the extension part SB2 connected to the connection part SB1 decreases by 6 mm, 12 mm, and 16.5 mm.
  • the low-band (LB) operating frequency of the first antenna 1100 according to the present invention is set to 600 MHz or more, it is necessary to reduce the first length of the extension part SB2 connected to the connection part SB1.
  • the second length of the extension part SB2 connected to the fastening part SB3 is longer than the first length of the extension part SB2 connected to the connection part SB1 is formed to be longer than the first length of the extension part SB2 connected to the connection part SB1 .
  • (LB) properties can be improved.
  • the shorting bar SB in which the second length of the extension part SB2 connected to the fastening part SB3 is longer than the first length of the extension part SB2 connected to the connection part SB1 is longer than the first length of the extension part SB2 connected to the connection part SB1. It can be configured to enable antenna bandwidth extension by
  • the short circuit structure is not provided only in the metal patch.
  • a short circuit structure may be used for antenna size miniaturization and radiation pattern optimization.
  • the shorting structure may be arranged adjacent to the radiator.
  • FIG. 14 illustrates a structure in which a short circuit structure is disposed adjacent to an inverted pyramid radiator according to an example.
  • a short structure may be disposed on one side and the other side of the inverted pyramid radiator 1100R2.
  • a shorting pin 1102 may be separately provided in a patch corresponding to the coupling patch.
  • a shorting structure disposed on one side and the other side of the inverted pyramid radiator 1100R2 includes four shorting strips connected to the lower substrate.
  • the shorting may further include an extension configured to bend orthogonally to each shorting strip.
  • the short may further include a connecting portion configured to connect each of the extensions.
  • the first antenna 1100 is configurable to operate in the low band LB.
  • the present invention is not limited thereto, and the first antenna 1100 has a low band LB, a medium band MB and a high band HB by the cone radiator 1100R or the pyramid radiator 1100R2 and the 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 is 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 rotated at a predetermined angle with respect to each other.
  • the second cone antenna 1200 - 2 may be rotated and disposed at a predetermined angle to optimize the degree of isolation with respect to the first cone antenna 1200 - 1 .
  • the second cone antenna 1200 - 2 may be disposed in a vertically symmetrical form with respect to the first cone antenna 1200 - 1 .
  • the third cone antenna 1200 - 3 may be rotated and disposed at a predetermined angle to optimize the isolation degree with respect to the first cone antenna 1200 - 1 .
  • the third cone antenna 1200 - 2 may be disposed in a left-right symmetrical form with respect to the first cone antenna 1200 - 1 .
  • the fourth cone antenna 1200 - 4 may be rotated and disposed at a predetermined angle to optimize the degree of isolation with respect to the second cone antenna 1200 - 2 .
  • the fourth cone antenna 1200-4 may be disposed in a left-right symmetrical form with respect to the second cone antenna 1200-2.
  • the metal patch disposed adjacent to the first to fourth cone antennas 1200 - 1 to 1200 - 4 may be disposed only on a partial area of one side of the cone antenna.
  • the metal patch disposed only in a partial area may be a cut rectangular patch disposed only in the area between the adjacent outer rims 1103 . According to the segmented square patch, the level of interference between adjacent cone antennas can be reduced.
  • the baseband processor 1400 may be configured to perform multiple input/output (MIMO) through the plurality of cone antennas 1200 - 1 to 1200 - 4 corresponding to the second antenna 1200 .
  • the second antenna 1200 may include a plurality of cone antennas 1200 - 1 to 1200 - 4 including a cone radiator and a patch antenna.
  • the baseband processor 1400 may be configured to 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 .
  • the baseband processor 1400 may be configured to perform carrier aggregation (CA) in addition to MIMO.
  • CA carrier aggregation
  • the baseband processor 1400 receives the first signal of the first frequency band through the first antenna 1100 and receives the second signal of the second frequency band through the second antenna 1200, Carrier aggregation (CA) may be performed.
  • the baseband processor 1400 transmits a first signal of a first frequency band through the first antenna 1100 and transmits a second signal of a second frequency band through the second antenna 1200 to aggregate carrier waves. (CA) can be performed.
  • the multi-wing cone antenna operable in both the low band (LB), the middle band (MB) and the high band (HB) separately from the first to fourth cone antennas 1200-1 to 1200-4 is the first antenna. It may be disposed between the 1100 and the second antenna 1200 .
  • multi-wing cone antenna means a case in which the number of outer rims of the cone radiator connected to the metal structure of the upper substrate is plural, preferably three or more.
  • FIGS. 8A and 10A it is possible to operate as an antenna in the low band (LB) in addition to the middle band (MB) and the high band (HB) by the cone antenna having six or more multi-wings.
  • the multi-wing cone antenna together with the first antenna 1100 may perform multiple input/output (MIMO) in the first frequency band, which is the 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 present invention when it is necessary to simultaneously receive information from various entities such as an adjacent vehicle, an RSU, or a base station for autonomous driving, etc., there is an advantage that broadband reception is possible through MIMO. Accordingly, the vehicle can receive different information from various entities at the same time to improve the communication capacity. Accordingly, the communication capacity can be improved through the MIMO operation without extending the bandwidth in the vehicle.
  • the vehicle may simultaneously receive the same information from various entities at the same time, improving reliability for surrounding information and reducing latency.
  • URLLC Ultra Reliable Low Latency Communication
  • a base station performing scheduling may preferentially allocate a time slot for a vehicle operating as a URLLC UE. For this, some of the specific time-frequency resources already allocated to other UEs may be punctured.
  • the first antenna 1100 is a cone radiator 1100R or pyramid type radiator 1100R2 and a shorting bar SB of the low band (LB), the middle band (MB), and the high band (HB). 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) may be performed using different types of antennas spaced apart from each other by a sufficient distance. Accordingly, there is an advantage in that the 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 the low band LB, which is the 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 the first signal of the first frequency band through the first antenna 1100 and receives the second signal of the 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, there is an advantage that broadband reception is possible through carrier aggregation.
  • CA carrier aggregation
  • the vehicle may perform Enhanced Mobile Broad Band (eMBB) communication and the vehicle may operate as an eMBB UE.
  • eMBB Enhanced Mobile Broad Band
  • a base station performing scheduling may allocate a wideband frequency resource for a vehicle operating as an eMBB UE.
  • carrier aggregation (CA) may be performed on spare frequency bands except for the frequency resources already allocated to other UEs.
  • 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 above-described antenna system may be applied, and the description of a vehicle on which the antenna system is mounted may also be applied to the above-described antenna system.
  • the broadband antenna system according to the present invention may be mounted on a vehicle in the structure shown in FIGS. 2A to 2C . That is, the vehicle on which the broadband antenna system is mounted may be mounted on the vehicle roof, inside the roof, or inside the roof frame as shown in FIGS. 2A to 2C .
  • FIG. 15 shows a configuration diagram of a broadband antenna system according to the present invention and a vehicle on which the antenna system is mounted.
  • FIG. 15 shows a part of a broadband antenna system.
  • the second antenna 1200 includes a plurality of cone antennas 1200 - 1 and 1200 - 2 .
  • the second antenna 1200 may be configured to include four cone antennas to perform MIMO in addition to the plurality of cone antennas 1200 - 1 and 1200 - 2 .
  • the four cone antennas may be referred to as first to fourth cone antennas 1200 - 1 to 1200 - 4 , respectively.
  • the vehicle 300 on which the broadband antenna system according to the present invention is mounted is equipped with the antenna system 1000 , and the antenna system 1000 itself or through the communication device 400 provides short-range communication, wireless Communication and V2X communication can be performed.
  • the baseband processor 1400 may control the antenna system 1000 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 the communication device 400 to receive signals from or transmit signals to adjacent vehicles, RSUs, adjacent things, and base stations.
  • the information on the adjacent object may be acquired through an object detection device such as the camera 331 , the radar 332 , the lidar 333 , and the 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.
  • a vehicle 300 including the 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 radiator 1100R2 , a coupling patch S1 , a stack patch C2 , and shorting bars SB and SBT2 .
  • the radiator 1100R2 is configured to transmit a signal applied through the lower opening through the upper opening.
  • the coupling patch S1 may be configured to be disposed on the upper substrate spaced apart from the upper opening by a predetermined distance so that the signal transmitted to the upper opening is coupled.
  • the stack patch C2 may be disposed to be spaced apart from the upper opening by a predetermined height so that a signal transmitted to the upper opening is coupled, and may be disposed on the upper substrate to be spaced apart from the coupling patch S1 by a predetermined distance.
  • the shorting bars SB and SBT2 may be connected to the coupling patch S1 in a surface contact form, and may be configured to connect the ground layer of the lower substrate.
  • the second antenna 1200 may be disposed in the antenna system separately from the first antenna 1100 .
  • the transceiver circuit 1250 may control to radiate a signal through at least one of the first antenna 1100 and the second antenna 1200 .
  • the baseband processor 1400 may be 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 shape of the radiator 1100R2 is not limited to the inverted pyramid radiator having a rectangular opening shape.
  • the shape of the radiator may be implemented as a cone radiator having a circular opening shape as shown in FIG. 7A .
  • the shape of the upper opening and the lower opening of the radiator may be circular, elliptical, or polygonal.
  • the signal from the feed line through the lower opening may be transmitted to the upper opening through the inside of the radiator to be coupled to the stack patch C2 corresponding to the metal patch.
  • the radiator 1100R2 may be configured to transmit a signal applied through the lower opening through the upper opening.
  • the shape of the upper opening and the lower opening may be rectangular, and the radiator 1100R2 may be configured as a pyramid-shaped radiator in which the size of the upper opening is larger than that of the lower opening.
  • the shape of the coupling patch S1 may be a rectangular shape.
  • the coupling patch S1 may be configured to be disposed on the upper substrate spaced apart from the upper opening by a predetermined distance so that the signal transmitted to the upper opening is coupled.
  • the stack patch C2 may be configured to be disposed on the upper substrate to be spaced apart from the coupling patch S1 by a predetermined distance.
  • the stack patch C2 may be disposed to be spaced apart from the upper opening by a predetermined height so that the signal transmitted to the upper opening is coupled. Accordingly, a signal radiated through the upper opening of the radiator 1100R2 may be coupled to the upper stack patch C2 .
  • the first antenna 1100 may operate in a wider band through the coupling patch S1 spaced apart from the stack patch C2 by a predetermined distance.
  • the power feeding unit 1105 may be disposed on the front surface of the lower substrate and configured to transmit a signal to the radiator 1100R2 .
  • the power supply unit 1105 is connected to the transceiver circuit 1250 , and a matching circuit for impedance matching between the power supply unit 1105 and the transceiver circuit 1250 may be provided.
  • the shorting bar SB may be connected to the coupling patch S1 in a surface contact form, and may be configured to connect the ground layer of the lower substrate.
  • the shorting bar SB may be configured to include a connection part SB1 and an extension part SB2 .
  • the connection part SB1 may be connected to an area in the coupling patch S1 .
  • the extension part SB2 may be formed by bending the connection part SB1 at a predetermined angle. In this case, the end of the extension SB2 may be configured to be connected to the ground layer of the lower substrate.
  • 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 the 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.
  • the first antenna 1100 may operate as a radiator in both the low band LB and the second frequency band, which are the first frequency bands.
  • the second antenna 1200 is configurable 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 is 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 rotated at a predetermined angle with respect to each other.
  • the second cone antenna 1200 - 2 may be rotated and disposed at a predetermined angle to optimize the degree of isolation with respect to the first cone antenna 1200 - 1 .
  • the second cone antenna 1200 - 2 may be disposed in a vertically symmetrical form with respect to the first cone antenna 1200 - 1 .
  • the third cone antenna 1200 - 3 may be rotated and disposed at a predetermined angle to optimize the isolation degree with respect to the first cone antenna 1200 - 1 .
  • the third cone antenna 1200 - 2 may be disposed in a left-right symmetrical form with respect to the first cone antenna 1200 - 1 .
  • the fourth cone antenna 1200 - 4 may be rotated and disposed at a predetermined angle to optimize the degree of isolation with respect to the second cone antenna 1200 - 2 .
  • the fourth cone antenna 1200-4 may be disposed in a left-right symmetrical form with respect to the second cone antenna 1200-2.
  • the metal patch disposed adjacent to the first to fourth cone antennas 1200 - 1 to 1200 - 4 may be disposed only on 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 the adjacent outer rims 1103 . According to the segmented square patch, the level of interference between adjacent cone antennas can be reduced.
  • the multi-wing cone antenna operable in both the low band (LB), the middle band (MB) and the high band (HB) separately from the first to fourth cone antennas 1200-1 to 1200-4 is the first antenna. It may be disposed between the 1100 and the second antenna 1200 .
  • multi-wing cone antenna means a case in which 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 the low band (LB) in addition to the middle band (MB) and the high band (HB) by the cone antenna having six or more multi-wings.
  • the multi-wing cone antenna together with the first antenna 1100 may perform multiple input/output (MIMO) in the first frequency band, which is the 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 the first signal of the first frequency band through the first antenna 1100, and the transceiver to receive the second signal of the second frequency band through the second antenna 1200.
  • the circuit 1250 may be controlled. Accordingly, 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 radiate 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 baseband processor 1400 may be configured to perform carrier aggregation (CA) in addition to MIMO.
  • CA carrier aggregation
  • the first antenna 1100 may operate as a radiator in a low band LB that is a first frequency band and a second frequency band higher than the first frequency.
  • the second antenna 1200 may operate as a radiator in the second frequency band.
  • the baseband processor 1400 receives the first signal of the first frequency band through the first antenna 1100 and receives the second signal of the second frequency band through the second antenna 1200 to receive the carrier wave. It may be configured to perform aggregation (CA).
  • the baseband processor 1400 transmits a first signal of a first frequency band through the first antenna 1100 and transmits a second signal of a second frequency band through the second antenna 1200 to aggregate carrier waves.
  • CA may be configured to perform.
  • an antenna system including a plurality of antennas including a broadband antenna and a vehicle equipped with the antenna system have been described.
  • Technical effects of an antenna system including a plurality of antennas including a broadband antenna according to the present invention and a vehicle equipped with the antenna system will be described as follows.
  • a broadband antenna structure that can cover both the 4G band and the 5G band can be presented in an antenna system mounted on a vehicle.
  • various communication systems can be supported by implementing a low-band (LB) antenna and other antennas in one antenna module.
  • LB low-band
  • an antenna that covers the full band from 600 MHz to 3.8 GHz through an inverted pyramid radiator having an optimized structure to have different resonance lengths.
  • Another object of the present invention is to provide various antenna structures capable of operating in the low band LB by fastening the shorting bar to the metal plate in addition to the shorting pin.
  • the antenna system can be optimized with different antennas in the low-band (LB) and other bands, and the antenna system can be arranged with the optimal configuration and performance in the roof frame of the vehicle.
  • LB low-band
  • 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.
  • Another object of the present invention is to provide an optimized antenna performance according to various structures capable of operating in the low band LB by fastening the shorting bar to the metal patch in various structures and shapes.
  • the computer-readable medium includes all kinds of recording devices in which data readable by a computer system is stored. Examples of computer-readable media include Hard Disk Drive (HDD), Solid State Disk (SSD), Silicon Disk Drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. There is also a carrier wave (eg, transmission over the Internet) that is implemented in the form of.
  • the computer may include a control unit of the terminal.

Landscapes

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Abstract

본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 하부 개구를 통해 인가된 신호를 상부 개구를 통해 전달하도록 구성된 방사체(radiator); 상기 상부 개구로 전달된 신호가 커플링되도록 상기 상부 개구에 소정 간격 이격되어 상부 기판에 배치되는 커플링 패치(coupling patch); 및 상기 커플링 패치와 면 접촉(surface contact) 형태로 연결되고, 하부 기판의 그라운드 층을 연결하도록 구성된 단락 바(shorting bar)를 포함하는 제1 안테나를 포함한다. 상기 안테나 시스템은 상기 제1 안테나와 별도로 상기 안테나 시스템에 배치되는 제2 안테나를 더 포함할 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)로 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 안테나를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 저 대역(LB)에서 동작할 수 있는 다양한 구조의 안테나에서 최적화된 안테나 성능을 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 하부 개구를 통해 인가된 신호를 상부 개구를 통해 전달하도록 구성된 방사체(radiator); 상기 상부 개구로 전달된 신호가 커플링되도록 상기 상부 개구에 소정 간격 이격되어 상부 기판에 배치되는 커플링 패치(coupling patch); 및 상기 커플링 패치와 면 접촉(surface contact) 형태로 연결되고, 하부 기판의 그라운드 층을 연결하도록 구성된 단락 바(shorting bar)를 포함하는 제1 안테나를 포함한다. 상기 안테나 시스템은 상기 제1 안테나와 별도로 상기 안테나 시스템에 배치되는 제2 안테나를 더 포함할 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 상부 개구와 상기 하부 개구의 형상은 원형, 타원형, 또는 다각형 형상일 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 하부 개구를 통해 급전선으로부터의 신호가 상기 방사체 내부를 통해 상기 상부 개구로 전달되어 금속 패치에 해당하는 스택 패치로 커플링될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 상부 개구로 전달된 신호가 커플링되도록 상기 상부 개구보다 소정 높이만큼 이격되어 배치되고, 상기 커플링 패치와 소정 간격 이격되어 상기 상부 기판에 배치되는 스택 패치(stack patch)를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 상부 개구와 상기 하부 개구의 형상은 직사각형 형상이고, 상기 방사체는 상기 상부 개구의 크기가 상기 하부 개구의 크기보다 큰 피라미드형 방사체로 구성될 수 있다. 한편, 상기 커플링 패치의 형상은 직사각형 형상으로 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 단락 바는 상기 커플링 패치 내의 일 영역과 연결되는 연결부; 상기 연결부와 소정 각도로 절곡되어 형성된 연장부를 포함할 수 있다. 한편, 상기 연장부의 종단은 상기 하부 기판의 그라운드 층과 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연결부와 연결되는 상기 연장부의 제1 길이보다 상기 체결부와 연결되는 상기 연장부의 제2 길이가 더 길게 형성되어, 다중 공진에 의한 안테나 대역폭 확장이 가능하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연결부가 상기 커플링 패치의 일 단부(one end portion)에 해당하는 에지 영역(edge region)에 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1 안테나가 저대역(lower band, LB)인 제1 주파수 대역까지 공진하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 피라미드형 방사체와 일체로 형성되는 외곽 림(outer rim)과 상부 기판이 나사(screw)에 의해 연결되고, 상기 외곽 림을 구성하는 다수의 윙 구조(multi-wing structure)에 의해 상기 제1 안테나가 다중 공진할 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 다수의 윙 구조는 상기 피라미드형 방사체의 좌측 상부, 좌측 하부, 우측 상부 및 우측 하부에서 상기 피라미드형 방사체의 상부 개구의 테두리와 일체로 형성되는 4개의 윙 구조로 형성되어, 상기 제1 안테나가 다중 공진하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 다수의 윙 구조는 상기 피라미드형 방사체의 좌측 상부, 좌측 중앙, 좌측 하부, 우측 상부, 우측 중앙 및 우측 하부에서 상기 피라미드형 방사체의 상부 개구의 테두리와 일체로 형성되는 6개의 윙 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 4개의 윙 구조보다 상기 제1 안테나가 더 다중 공진하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 6개의 윙 구조에서 상기 방사체가 상기 커플링 패치인 제2 금속 플레이트에 인접할수록 상기 외곽 림과 상기 상부 기판의 체결 구조의 높이가 증가하도록 구성될 수 있다. 한편, 상기 체결 구조의 높이가 증가함에 따라 상기 방사체의 상부의 금속 패치에 해당하는 제1 금속 플레이트는 일정 기울기로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 방사체 상부에 배치되는 스택 패치는 제1 금속 플레이트로 형성되고, 상기 단락 바는 상기 커플링 패치에 해당하는 제2 금속 플레이트 내의 일 지점에 형성된 스크루 보스(screw boss)와 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 단락 바의 상기 연결부는 상기 하부기판과 연결되는 위치까지 소정 길이로 형성될 수 있다. 한편, 상기 단락 바의 상기 연장부는 상기 연결부와 동일 평면 상에서 직교하게 연장될 수 있다. 또한, 상기 직교하게 연장된 단부에서 하부 방향으로 수직하게 연장되어, 상기 하부 기판의 그라운드 층과 체결되는 체결부와 체결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 안테나는 콘 방사체와 패치 안테나를 포함하는 복수의 콘 안테나로 이루어질 수 있다. 한편, 상기 복수의 콘 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된 기저대역 프로세서를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 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)과 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작하고, 상기 제2 안테나는 상기 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 기저대역 프로세서는 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 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 안테나 시스템을 구비하는 차량이 제공된다. 상기 차량은 하부 개구를 통해 인가된 신호를 상부 개구를 통해 전달하도록 구성된 방사체(radiator); 상기 상부 개구로 전달된 신호가 커플링되도록 상기 상부 개구에 소정 간격 이격되어 상부 기판에 배치되는 커플링 패치(coupling patch); 및 상기 커플링 패치와 면 접촉(surface contact) 형태로 연결되고, 상기 금속 패치와 그라운드 층을 연결하도록 구성된 단락 바(shorting bar)를 포함하는 제1 안테나를 포함한다. 상기 차량은 상기 제1 안테나와 별도로 상기 안테나 시스템에 배치되는 제2 안테나; 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 더 포함할 수 있다.
이와 같은 광대역 안테나를 포함하는 다수의 안테나를 포함하는 안테나 시스템 및 상기 안테나 시스템이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템에서 4G 대역과 5G 대역을 모두 커버할 수 있는 광대역 안테나 구조를 제시할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 저대역(LB) 안테나와 다른 안테나들을 하나의 안테나 모듈에 구현하여 다양한 통신 시스템을 지원할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 서로 다른 공진 길이를 갖도록 최적화된 구조의 역 피라미드형 방사체를 통해 600MHz 내지 3.8GHz까지의 전 대역(Full band)을 커버(cover)하는 안테나를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 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 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.
본 발명의 다른 일 목적은, 단락 바를 금속 패치와 다양한 구조와 형상으로 체결되도록 하여, 저 대역(LB)에서 동작할 수 있는 다양한 구조에 따라 최적화된 안테나 성능을 제공할 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.
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 일 예시에 따른 단락 핀과 금속 패치를 구비하는 콘 안테나의 구조를 나타낸다.
도 5b는 콘 안테나에 적용 가능한 역 피라미드(inverted-pyramid) 형태의 콘 방사체를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 도 5a와 도 5b의 콘 안테나 구조에서 주파수 변화에 따른 방사 효율과 총 효율 그래프를 나타낸다.
도 7a는 일 실시 예에 따른 제1 안테나와 제2 안테나를 구비하는 안테나 시스템의 사시도를 나타낸다. 또한, 도 7b는 제1 안테나와 제2 안테나를 구비하는 안테나 시스템의 전면도를 나타낸다.
도 8a는 일 실시 예에 따른 단락 바와 연결된 금속 패치를 구비하는 콘 안테나를 특정 방향에서 본 사시도이다. 반면에, 도 8b는 일 실시 예에 따른 단락 바와 연결된 금속 패치를 구비하는 콘 안테나를 다른 방향에서 본 사시도이다.
도 9는 일 실시 예에 따른 매칭 스터브 유무에 따른 제1 안테나의 VSWR 결과를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 일 예시에 따른 단락 바가 커플링 패치에 연결된 구성을 나타낸다.
도 11은 다양한 실시 예에 따른 광대역 매칭 구조인 단락 바(SB)의 형상을 나타낸다.
도 12a는 서로 다른 단락 바 구조에 따라 공진 길이가 변경되는 예시를 나타낸다.
도 12b는 단락 바 타입에 따른 VSWR 결과를 나타낸다.
도 13a는 일 실시 예에 따라 연장부의 길이를 변경하는 경우를 나타낸다.
도 13b는 연장부의 길이가 감소됨에 따른 VSWR 결과를 나타낸다.
도 14는 일 예시에 따른 단락 구조가 역 피라미드 방사체에 인접하게 배치되는 구조를 나타낸다.
도 15는 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 1과 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 2b를 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 2a 내지 도 3을 참조하면, 차량(300)은 동력원에 의해 회전하는 바퀴, 차량(300)의 진행 방향을 조절하기 위한 조향 입력 장치를 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 3에 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), 마이크로프로세서(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)를 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 2 내지 도 4에 따른 차량에 탑재되는 안테나 모듈 (즉, 안테나 시스템)과 이를 구비하는 차량에 대해 설명하면 다음과 같다. 본 발명에 따른 차량용 안테나 시스템은 600MHz 내지 3.8GHz의 주파수 커버리지(coverage)를 요구한다. 한편, 원형 개구를 갖는 콘 방사체와 금속 패치를 구비하는 콘 안테나의 경우 주파수 커버리지는 600MHz 내지 2GHz 로 전체 주파수 범위를 커버하기 용이하지 않다. 이와 관련하여, 상세한 설명은 도 5a 내지 도 6b에서 설명하기로 한다.
한편, 본 발명에 따른 광대역 차량용 안테나 시스템에서 단일 광대역 안테나의 구현 필요성은 다음과 같다. 이와 관련하여, 단일 안테나로 동작주파수 전체 범위(range)를 커버하기 어렵다. 따라서, 각각의 동작 대역, 예를 들어, 차량용 안테나에서 저대역(low band, LB), 중대역(middle band, MB) 및 고대역(high band, HB)에서 각각 동작하는 안테나로 분리하여야 하는 문제점이 있다. 이에 따라, 차량 내에 다수의 안테나 배치로 인한 실장 공간 이슈가 있으며 소형화를 위한 안테나 광대역기술의 개발이 필요하다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명에서는 여러 공진 모드를 갖는 최적의 방사체 구조를 갖는 안테나 구조를 제시하고자 한다.
이와 관련하여, 도 5a는 일 예시에 따른 단락 핀과 금속 패치를 구비하는 콘 안테나의 구조를 나타낸다. 한편, 도 5b는 콘 안테나에 적용 가능한 역 피라미드(inverted-pyramid) 형태의 콘 방사체를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 6a 및 도 6b는 도 5a와 도 5b의 콘 안테나 구조에서 주파수 변화에 따른 방사 효율과 총 효율 그래프를 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 콘 방사체(1100R) 및 이와 결합되는 금속 패치에 의해 콘 안테나가 구현될 수 있다. 한편, 금속 패치는 복수의 금속 패치로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치는 콘 방사체와 직접 연결되는 금속 패치인 스택 패치(stack patch, C2) 및 스택 패치(C2)와 분리된 커플링 패치(coupling patch, S1)를 포함할 수 있다. 커플링 패치(S1)는 스택 패치(C2)와 소정 간격 이격되어 인접하게 배치되어, 스택 패치(C2)로부터 신호가 커플링되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 콘 방사체(1100R)는 복수의 외곽 림(outer rim, 1104)을 통해 스택 패치(C2)와 연결될 수 있다. 이러한 복수의 외곽 림(1104)과 같은 multi-wing 구조를 통해 콘 안테나는 다중 공진하여, 광대역 특성을 갖도록 구성 가능하다.
또한, 금속 패치, 일 예로 커플링 패치(S1)와 하부 기판 사이에 연결되는 단락 핀(shorting pin, 1102)에 의해 콘 안테나는 저대역(LB)에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 단락 핀(1102)에 의해 하부 기판의 그라운드 층과 금속 패치, 일 예로 커플링 패치(S1)가 연결될 수 있다. 이와 같은 그라운드 연결 구조인 단락 핀(1102)에 의해 금속 패치의 전기적 길이가 증가하게 되고, 콘 안테나의 크기를 작게 구현할 수 있다. 따라서, 단락 핀(1102)과 금속 패치를 구비하는 콘 안테나는 단락 핀(1102)에 의해 저대역(LB)까지 동작할 수 있다.
한편, 콘 방사체(1100R)는 소정 두께의 콘 형상으로 구현될 수 있고, 이를 solid cone으로 지칭할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 콘 형상 또는 피라미드 형상의 방사체를 모델링하고 이들의 안테나 특성을 분석하기 위해, 다수의 금속 엘리먼트를 갖는 구조로 방사체를 근사화(approximation)할 수 있다. 이와 관련하여, 콘 방사체(1100R)는 동일한 사이즈를 갖는 다수의 금속 엘리먼트 EL(n)으로 근사화 할 수 있다.
한편, 도 5b를 참조하면, 역 피라미드(inverted pyramid) 형상의 방사체(1100R2)는 서로 다른 사이즈를 갖는 다수의 금속 엘리먼트 EL(n)으로 근사화 할 수 있다. 이와 관련하여, n이 증가할수록 EL(1), EL(2), 쪋, EL(N)의 값은 증가하도록 모델링할 수 있다. 또한, EL(1), EL(2), 쪋, EL(N)이 균등한 비율로 증가하도록 모델링할 수 있다. 이에 따라, 증가 비율(a)가 균일한 값을 갖도록 역 피라미드 형상의 방사체(1100R2)를 모델링할 수 있다.
이와 관련하여, 본 발명에서는 약 600MHz 내지 3.8GHz까지의 전 대역(Full band)을 커버(cover)하는 안테나가 요구된다. 이와 관련하여, 도 5a 및 도 6a를 참조하면, 콘 방사체(1100R)만 존재하는 케이스(Cone only)에서 콘 안테나는 고대역(HB)에서 동작할 수 있다. 한편, 콘 방사체(1100R)와 결합하는 금속 패치에 의해 콘 안테나는 중대역(MB)과 고대역(HB)에서 동작할 수 있다. 즉, 콘 방사체(1100R)와 금속 패치가 존재하는 케이스(W/Radiated patch)에서 콘 안테나는 중대역(MB)과 고대역(HB)에서 동작할 수 있다.
이와 관련하여, 콘 안테나가 저대역(LB)에서도 동작하기 위하여, 금속 패치와 하부 기판을 연결하도록 단락 핀(1102)이 배치될 수 있다. 따라서, 콘 방사체(1100R)와 결합하는 금속 패치와 단락 핀(1102)에 의해 콘 안테나는 저대역(LB)에서 고대역(HB)까지 동작할 수 있다. 즉, 콘 방사체(1100R)와 금속 패치 및 단락 핀(1102)이 존재하는 케이스(W/GND. patch)에서 콘 안테나는 저대역(LB)에서 고대역(HB)까지 동작할 수 있다.
하지만, 콘 방사체(1100R)와 금속 패치 및 단락 핀(1102)을 구비하는 콘 안테나는 약 610MHz 내지 2.5GHz에서만 동작한다. 이와 관련하여 도 6a를 참조하면, 공진 모드 분석 결과 전 주파수 대역에 걸친 공진 모드가 아닌 특정 주파수에 집중된 광대역 특성을 가지고 있음을 확인할 수 있다. 따라서, 임피던스 매칭과 같은 기법에 의해 600MHz 내지 3.8GHz까지의 전 대역(Full band)을 커버하는 안테나를 구현하기 용이하지 않다.
한편, 콘 방사체(1100R)와 금속 패치 및 단락 핀(1102)을 구비하는 콘 안테나에서 방사 효율(radiation efficiency)는 이론적으로 임계치 이하의 값일 수 있다. 도 6a를 참조하면, 이론적인 방사 효율의 임계치는 46.9%일 수 있다. 하지만, 방사 효율의 임계치는 이에 한정되는 것은 아니고 동작 대역폭, 콘 방사체의 전도도 및 기판의 유전율과 손실 등에 따라 변경될 수 있다.
또한, 총 효율(total efficiency)는 콘 안테나의 반사 계수(return loss) 즉 전압 정재파비(VSWR)를 고려하여 변경된 값으로 산출될 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 콘 안테나의 총 효율은 저대역(LB)에서 약 20% 내지 30%의 값을 갖는 것으로 설계될 수 있다.
도 5a 및 도 6a를 참조하면, 역 피라미드 형상의 방사체(1100R2)는 서로 다른 엘리먼트 사이즈를 갖는 금속 엘리먼트로 모델링 되어, 서로 다른 엘리먼트 사이즈에 대응하는 여러 대역에서 공진 모드가 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 콘 방사체(1100R) 구조가 동일 길이의 대칭성으로 구현되는 데 비해, 역 피라미드 형상의 방사체(1100R2)는 서로 다른 길이의 좌우 대칭성을 특징을 갖는다.
역 피라미드 형상의 방사체(1100R2)를 구비하는 콘 안테나는 약 600MHz 내지 3.8GHz까지의 전 대역(Full band)을 커버(cover)하도록 다중 공진 모드가 형성됨을 알 수 있다. 따라서, 임피던스 매칭과 같은 기법에 의해 600MHz 내지 3.8GHz까지의 전 대역(Full band)을 커버하는 안테나를 구현할 수 있다.
한편, 역 피라미드 방사체(1100R2)와 금속 패치 및 단락 핀(1102)을 구비하는 콘 안테나에서 방사 효율(radiation efficiency)는 이론적으로 임계치 이하의 값일 수 있다. 도 6a를 참조하면, 이론적인 방사 효율의 임계치는 46.9%일 수 있다. 하지만, 방사 효율의 임계치는 이에 한정되는 것은 아니고 동작 대역폭, 콘 방사체의 전도도 및 기판의 유전율과 손실 등에 따라 변경될 수 있다.
또한, 총 효율(total efficiency)는 콘 안테나의 반사 계수(return loss) 즉 전압 정재파비(VSWR)를 고려하여 변경된 값으로 산출될 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 콘 안테나의 총 효율은 저대역(LB)에서도 20% 이상의 값을 갖는다. 특히, 대부분의 저대역(LB)에서 총 효율은 30% 이상의 값을 갖는 것으로 설계될 수 있다. 한편, 1GHz 이상의 중대역(MB)과 고대역(HB), 특히 3.8GHz까지의 대역에서 총 효율은 모두 40% 이상의 값을 갖는 것으로 산출될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 안테나 모듈 (즉, 안테나 시스템)은 저 대역(LB) 안테나 이외에 복수의 안테나들을 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 도 7a는 일 실시 예에 따른 제1 안테나와 제2 안테나를 구비하는 안테나 시스템의 사시도를 나타낸다. 또한, 도 7b는 제1 안테나와 제2 안테나를 구비하는 안테나 시스템의 전면도를 나타낸다.
한편, 본 발명에 따른 금속 프레임으로 구현되는 안테나는 광대역 매칭 구조를 통해 대역폭 확장이 가능하다. 이와 관련하여, 도 8a는 일 실시 예에 따른 단락 바와 연결된 금속 패치를 구비하는 콘 안테나를 특정 방향에서 본 사시도이다. 반면에, 도 8b는 일 실시 예에 따른 단락 바와 연결된 금속 패치를 구비하는 콘 안테나를 다른 방향에서 본 사시도이다.
한편, 본 발명에 따른 역 피라미드 형태의 안테나와 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 7a 내지 도 8b를 참조하면, 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 저 대역(LB)에서 동작하는 제1 안테나(1100)와 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 중 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.
도 7a를 참조하면, 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)을 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 제1 안테나(1100)의 동작 주파수 대역을 저 대역(LB) 이외에 중 대역(MB)과 고 대역(HB)으로 확장할 있다. 이를 위해, 제1 안테나(1100)는 금속 플레이트(metal plate, S1), 하부 기판(S2), 단락 핀(shorting pin, 1102), 콘 방사체가 연결되는 커플링 패치(coupling patch, C2)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 금속 플레이트(S1)는 안테나 시스템의 외관의 일부를 형성하고, 방사체(radiator)로 동작하도록 구성된다. 한편, 하부 기판(S2)은 금속 플레이트(S1)의 하부에 배치되고, 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)가 배치될 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)의 제2 금속 플레이트(C2)는 콘 방사체(cone radiator)와 연결될 수 있다.
한편, 제1 안테나(1100)의 동작 주파수 대역을 더 확장하기 위해 콘 방사체의 형태를 역 피라미드(inverted-pyramid) 형태로 구성할 수 있다. 도 7b 내지 도 8b를 참조하면, 제1 안테나(1100)는 방사체(radiator, 1100R2), 커플링 패치(coupling patch, S1), 스택 패치(stack patch, C2) 및 단락 바(shorting bar, SB)를 포함하도록 구성될 수 있다.
한편, 방사체(1100R2)의 형상은 직사각형 개구 형태를 갖는 역 피라미드 방사체에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 방사체의 형상은 도 7a와 같이 원형 개구 형태를 갖는 콘 방사체로 구현될 수 있다. 따라서, 방사체의 상부 개구와 하부 개구의 형상은 원형, 타원형, 또는 다각형 형상일 수 있다. 이와 관련하여, 하부 개구를 통해 급전선으로부터의 신호가 방사체 내부를 통해 상부 개구로 전달되어 금속 패치에 해당하는 스택 패치(C2)로 커플링될 수 있다.
도 7b 내지 도 8b를 참조하면, 방사체(1100R2)는 하부 개구를 통해 인가된 신호를 상부 개구를 통해 전달하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 상부 개구와 하부 개구의 형상은 직사각형 형상이고, 방사체(1100R2)는 상부 개구의 크기가 하부 개구의 크기보다 큰 피라미드형 방사체로 구성될 수 있다. 이 경우, 커플링 패치(S1)의 형상은 직사각형 형상으로 구성될 수 있다.
한편, 커플링 패치(S1)는 상부 개구로 전달된 신호가 커플링되도록 상부 개구에 소정 간격 이격되어 상부 기판에 배치되도록 구성될 수 있다. 또한, 스택 패치(C2)는 커플링 패치(S1)와 소정 간격 이격되어 상부 기판에 배치되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 스택 패치(C2)는 상부 개구로 전달된 신호가 커플링되도록 상부 개구보다 소정 높이만큼 이격되어 배치될 수 있다. 따라서, 방사체(1100R2)의 상부 개구를 통해 방사된 신호가 상부의 스택 패치(C2)로 커플링될 수 있다. 또한, 스택 패치(C2)와 소정 간격 이격된 커플링 패치(S1)를 통해 제1 안테나(1100)는 더 광대역에서 동작할 수 있다.
한편, 급전부(1105)는 하부 기판의 전면에 배치되고, 방사체(1100R2)로 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 급전부(1105)는 송수신부 회로(1250)와 연결되고, 급전부(1105)와 송수신부 회로(1250) 간의 임피던스 매칭을 위한 매칭 회로가 구비될 수 있다.
한편, 피라미드형 방사체(1100R2)와 일체로 형성되는 외곽 림(outer rim, 1104)과 상부 기판이 나사(screw)에 의해 연결될 수 있다. 이 경우, 외곽 림(1104)을 구성하는 다수의 윙 구조(multi-wing structure)에 의해 제1 안테나(1100)가 다중 공진할 수 있다.
이와 관련하여, 다수의 윙 구조는 피라미드형 방사체(1100R2)의 좌측 상부, 좌측 하부, 우측 상부 및 우측 하부에 형성될 수 있다. 일 예시로, 도 7b와 같이 다수의 윙 구조는 피라미드형 방사체(1100R2)의 상부 개구의 테두리와 일체로 형성되는 4개의 윙 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 다수의 윙 구조를 갖는 외곽 림(1104)에 의해 제1 안테나가 다중 공진하도록 구성될 수 있다.
한편, 다수의 윙 구조에 해당하는 multi-wing의 개수는 4개에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 6개, 8개 등으로 변경 가능하다. 다중 공진점의 개수를 증가시키기 위해 다수의 윙 구조에 해당하는 multi-wing의 개수는 6개, 8개 등으로 확장 가능하다.
이와 관련하여, 도 8a를 참조하면, 다수의 윙 구조는 피라미드형 방사체(1100R2)의 좌측 상부, 좌측 중앙, 좌측 하부, 우측 상부, 우측 중앙 및 우측 하부에 형성될 수 있다. 따라서, 다수의 윙 구조는 피라미드형 방사체(1100R2)의 상부 개구의 테두리와 일체로 형성되는 6개의 윙 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 4개의 윙 구조보다 6개의 윙 구조를 갖는 제1 안테나가 더 다중 공진하도록 구성될 수 있다.
한편, 단락 바(SB)는 커플링 패치(S1)와 면 접촉(surface contact) 형태로 연결되고, 하부 기판의 그라운드 층을 연결하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 단락 바(SB)는 연결부(SB1) 및 연장부(SB2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 연결부(SB1)는 커플링 패치(S1) 내의 일 영역과 연결될 수 있다. 또한, 연장부(SB2)는 연결부(SB1)와 소정 각도로 절곡되어 형성될 수 있다. 이 경우, 연장부(SB2)의 종단은 하부 기판의 그라운드 층과 연결되도록 구성될 수 있다.
한편, 단락 바(SB)는 하부 기판의 그라운드 층과 연결되어, 커플링 패치(S1)의 크기를 감소시킬 수 있다. 또한, 테이퍼링된 구조를 갖는 단락 바(SB)에 의해 다중 공진이 발생할 수 있고 이에 따라 제1 안테나(1100)의 대역폭이 확장될 수 있다.
한편, 차량에 탑재되는 안테나 시스템의 요구사항 및 본 발명과 같은 광대역 매칭 구조, 예를 들어 단락 바(SB)의 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. 또한, 콘 방사체 또는 역 피라미드 방사체와 같은 방사체와 금속 패치와의 커플링 구조를 통해 600MHz 내지 3.8GHz의 주파수 대역에서 동작하는 안테나를 구현할 수 있다.
이와 관련하여, 도 9는 일 실시 예에 따른 매칭 스터브 유무에 따른 제1 안테나의 VSWR 결과를 나타낸다. 즉, 도 9는 단락 바의 구비 여부에 따른 제1 안테나의 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)를 나타낸다. 이와 관련하여, VSWR[1]은 단락 바와 같은 광대역 매칭 구조가 있는 경우 제1 안테나의 VSWR 결과를 나타낸다. 반면에, VSWR[2]는 단락 바와 같은 광대역 매칭 구조가 없는 경우 제1 안테나의 VSWR 결과를 나타낸다. 도 9를 참조하면, 단락 바와 같은 광대역 매칭 구조가 있는 경우 저대역(LB), 중대역(MB) 및 고대역(HB)을 포함한 전 대역에서 VSWR이 개선됨을 알 수 있다.
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. 이와 관련하여, 도 10a 및 도 10b는 일 예시에 따른 단락 바가 커플링 패치에 연결된 구성을 나타낸다.
한편, 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 단락 바(SB)는 커플링 패치(S1) 내의 일 영역과 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, 하부 기판과 체결되는 체결부(SB3)를 더 포함할 수 있다. 한편, 연결부(SB1)는 커플링 패치(S1)에 형성된 스크루 보스(screw boss, SCB)와 나사(screw)를 통해 연결될 수 있다.
한편, 단락 바(SB)의 연결부(SB1)는 하부기판과 연결되는 위치까지 소정 길이로 형성될 수 있다. 이 경우, 단락 바(SB)의 연장부(SB2)는 연결부(SB1)와 동일 평면 상에서 직교하게 연장될 수 있다. 또한, 연장부(SB2)는 직교하게 연장된 단부에서 하부 방향으로 수직하게 연장되어, 하부 기판의 그라운드 층과 체결되는 체결부(SB3)와 체결될 수 있다.
이와 관련하여, 연결부(SB1)와 연결되는 연장부(SB2)의 제1 길이보다 체결부(SB3)와 연결되는 연장부(SB2)의 제2 길이가 더 길게 형성될 수 있다. 이에 따라, 단락 바(SB)는 다중 공진에 의한 안테나 대역폭 확장이 가능하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, Shorted Patch에 해당하는 커플링 패치(S1)에서 스크루 보스(Screw boss)까지의 거리와 벤딩(Bending) 구조의 길이를 조절하여 제1 안테나(1100)의 공진 주파수 이동이 가능하다. 이에 대한 상세한 설명은 도 12에서 설명하기로 한다.
한편, 도 11은 다양한 실시 예에 따른 광대역 매칭 구조인 단락 바(SB)의 형상을 나타낸다. 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.
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 바를 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 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 플레이트와 접촉되는 길이가 증가되어 제1 안테나(1100)의 대역폭 특성이 개선될 수 있다.
이와 관련하여, 단락 바(SB)는 전술한 금속 플레이트 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, 도 12a는 서로 다른 단락 바 구조에 따라 공진 길이가 변경되는 예시를 나타낸다. 도 12a를 참조하면, 테이퍼링된 형태의 단락 바(SB)를 구비하는 경우, 커플링 패치(S1)의 일 단부에서 단락 바(SB)의 종단까지 전류 경로가 형성될 수 있다. 반면에, 연결부, 연장부 및 체결부로 이루어진 단락 바(SBT2)를 구비하는 경우, 커플링 패치(S1)의 일 단부에서 단락 바(SB)의 종단까지 전류 경로가 형성될 수 있다. 이 경우, 방사체(1100R2)와 연결되는 스택 패치(C2)는 차량의 지붕 프레임의 형상에 대응되도록 소정 각도의 경사(slant)를 갖도록 형성될 수 있다. 따라서, 안테나 시스템의 전체 높이를 감소시킬 수 있다.
이와 관련하여, 도 7b 및 도 8a를 참조하면, 피라미드형 방사체(1100R2)와 일체로 형성되는 외곽 림(outer rim, 1104)과 상부 기판이 나사(screw)에 의해 연결될 수 있다. 이 경우, 외곽 림(1104)을 구성하는 다수의 윙 구조(multi-wing structure)에 의해 제1 안테나(1100)가 다중 공진할 수 있다.
한편, 다수의 윙 구조는 피라미드형 방사체(1100R2)의 좌측 상부, 좌측 하부, 우측 상부 및 우측 하부에 형성될 수 있다. 일 예시로, 도 7b와 같이 다수의 윙 구조는 피라미드형 방사체(1100R2)의 상부 개구의 테두리와 일체로 형성되는 4개의 윙 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 다수의 윙 구조를 갖는 외곽 림(1104)에 의해 제1 안테나가 다중 공진하도록 구성될 수 있다.
한편, 다수의 윙 구조에 해당하는 multi-wing의 개수는 4개에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 6개, 8개 등으로 변경 가능하다. 다중 공진점의 개수를 증가시키기 위해 다수의 윙 구조에 해당하는 multi-wing의 개수는 6개, 8개 등으로 확장 가능하다.
이와 관련하여, 도 8a를 참조하면, 다수의 윙 구조는 피라미드형 방사체(1100R2)의 좌측 상부, 좌측 중앙, 좌측 하부, 우측 상부, 우측 중앙 및 우측 하부에 형성될 수 있다. 따라서, 다수의 윙 구조는 피라미드형 방사체(1100R2)의 상부 개구의 테두리와 일체로 형성되는 6개의 윙 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 4개의 윙 구조보다 6개의 윙 구조를 갖는 제1 안테나가 더 다중 공진하도록 구성될 수 있다.
도 8a 및 도 12a를 참조하면, 6개의 윙 구조에서 방사체(1100R2)가 커플링 패치(S1)인 제2 금속 플레이트에 인접할수록 외곽 림(1104)과 상부 기판의 체결 구조의 높이가 증가하도록 구성될 수 있다. 따라서, 체결 구조의 높이가 증가함에 따라 방사체(1100R2)의 상부의 금속 패치(C2)에 해당하는 제1 금속 플레이트는 일정 기울기로 형성될 수 있다. 여기서, 금속 패치(C2)에 해당하는 제1 금속 플레이트는 스택 패치(C2)로 지칭될 수 있다.
한편, 방사체(1100R2) 상부에 배치되는 스택 패치(C2)는 제1 금속 플레이트로 형성될 수 있다. 또한, 단락 바(SB)는 커플링 패치(S1)에 해당하는 제2 금속 플레이트 내의 일 지점에 형성된 스크루 보스(screw boss)와 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 방사체(1100R2)를 구비하는 제1 안테나(1100)에서, 커플링 패치(S1)와 연결되는 단락 바(SB, SBT2)의 타입에 따라 서로 다른 전류 경로가 형성된다. 이에 따라, 방사체를 구비하는 제1 안테나(1100)에서, 단락 바(SB, SBT2)의 타입과 각 부분의 길이에 따라 공진 주파수 이동이 가능하다.
이와 관련하여, 도 12b는 단락 바 타입에 따른 VSWR 결과를 나타낸다. 도 12b를 참조하면, 연결부, 연장부 및 체결부로 이루어진 단락 바(SBT2)는 전류 경로가 증가함에 따라 더 낮은 주파수에서 공진한다. 즉, 연결부, 연장부 및 체결부로 이루어진 단락 바(SBT2)를 구비하는 안테나는 더 낮은 주파수로 공진 주파수가 천이(shift)될 수 있다.
반면에, 테이퍼링된 형태의 단락 바(SB)에 의해 다중 공진의 개수가 증가할 수 있다. 한편, 단락 바(SBT2)에 비해 테이퍼링된 형태의 단락 바(SB)의 전류 경로가 짧아서 공진 주파수는 다소 증가한다. 하지만, 다중 공진 점의 개수가 증가하고 다중 공진점의 위치가 상호 간에 인접하게 배치될 수 있다. 이에 따라, 공진 주파수는 다소 증가하지만 저대역(LB) 및 중대역(MB)에서 더 광대역 특성을 갖는다.
또한, 도 8a, 도 8b, 도 12a를 참조하면, 테이퍼링된 단락 바(SB)의 연결부(SB1)가 커플링 패치의 일 단부(one end portion)에 해당하는 에지 영역(edge region)에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 안테나가 저대역(lower band, LB)인 제1 주파수 대역까지 공진하도록 구성될 수 있다.
또한, 도 10a, 도 10b, 도 12a를 참조하면, 단락 바(SBT2)의 연결부(SB1)가 커플링 패치의 일 단부(one end portion)에 해당하는 에지 영역(edge region)에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 안테나가 저대역(lower band, LB)인 제1 주파수 대역까지 공진하도록 구성될 수 있다.
한편, 연결부, 연장부 및 체결부로 이루어진 단락 바(SBT2)에서 연장부의 길이를 감소시켜 다중 공진에 의한 대역폭 특성을 개선할 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a는 일 실시 예에 따라 연장부의 길이를 변경하는 경우를 나타낸다. 한편, 도 13b는 연장부의 길이가 감소됨에 따른 VSWR 결과를 나타낸다.
도 10a, 도 10b, 도 13a를 참조하면, 연결부(SB1)와 연결되는 연장부(SB2)의 제1 길이보다 체결부(SB3)와 연결되는 연장부(SB2)의 제2 길이가 더 길게 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 연결부(SB1)와 연결되는 연장부(SB2)의 제1 길이가 6mm, 12mm, 16.5mm만큼 감소하도록 설정할 수 있다. 이에 따라, 단락 바(SB)는 다중 공진에 의한 안테나 대역폭 확장이 가능하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, Shorted Patch에 해당하는 커플링 패치(S1)에서 스크루 보스(Screw boss)까지의 거리와 벤딩(Bending) 구조의 길이를 조절하여 제1 안테나(1100)의 공진 주파수 이동이 가능하다.
이와 관련하여, 도 13b를 참조하면, 연결부(SB1)와 연결되는 연장부(SB2)의 제1 길이가 6mm, 12mm, 16.5mm만큼 감소함에 따라 공진 주파수는 감소함을 알 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 제1 안테나(1100)의 저대역(LB) 동작 주파수는 600MHz 이상으로 설정되므로 연결부(SB1)와 연결되는 연장부(SB2)의 제1 길이가 감소시킬 필요가 있다.
따라서, 제1 안테나(1100)에서 연결부(SB1)와 연결되는 연장부(SB2)의 제1 길이보다 체결부(SB3)와 연결되는 연장부(SB2)의 제2 길이가 더 길게 형성하여 저대역(LB) 특성을 개선할 수 있다. 이에 따라, 연결부(SB1)와 연결되는 연장부(SB2)의 제1 길이보다 체결부(SB3)와 연결되는 연장부(SB2)의 제2 길이가 더 길게 형성된 단락 바(SB)는 다중 공진에 의해 안테나 대역폭 확장이 가능하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 방사체와 금속 패치를 구비하는 콘 안테나 구조에서 단락 구조는 금속 패치에만 구비되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 안테나 크기 소형화 및 방사 패턴 최적화를 위해 단락 구조가 이용될 수 있다. 이를 위해, 단락 구조는 방사체에 인접하게 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 14는 일 예시에 따른 단락 구조가 역 피라미드 방사체에 인접하게 배치되는 구조를 나타낸다.
도 14를 참조하면, 역 피라미드 방사체(1100R2)의 일 측과 타 측에 단락 구조(short)가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 커플링 패치에 해당하는 Patch에 별도로 단락 핀(1102)이 구비될 수 있다. 한편, 역 피라미드 방사체(1100R2)의 일 측과 타 측에 배치되는 단락 구조(short)는 하부 기판과 연결되는 4개의 단락 스트립을 포함한다. 또한, 단락 구조(short)는 각각의 단락 스트립과 직교하게 절곡되도록 구성된 연장부를 더 포함할 수 있다. 또한, 단락 구조(short)는 각각의 연장부를 연결하도록 구성된 연결부를 더 포함할 수 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 상하 대칭 형태로 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 좌우 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 좌우 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(cut 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 제2 안테나(1200)에 해당하는 복수의 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 안테나(1200)는 콘 방사체와 패치 안테나를 포함하는 복수의 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4)로 이루어질 수 있다. 한편, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(1100)와 복수의 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4) 중 적어도 하나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다.
한편, 기저대역 프로세서(1400)는 MIMO 이외에 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 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 수신하여 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(1100)를 통해 제1 주파수 대역의 제1 신호를 송신하고, 제2 안테나(1200)를 통해 제2 주파수 대역의 제2 신호를 송신하여 반송파 집성(CA)을 수행할 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. 도 8a 및 도 10a에 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, 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.
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 15는 본 발명에 따른 광대역 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 15는 광대역 안테나 시스템의 일부를 나타낸 것이다. 이와 관련하여, 제2 안테나(1200)는 복수의 콘 안테나(1200-1, 1200-2)를 포함한다. 이 경우, 제2 안테나(1200)는 복수의 콘 안테나(1200-1, 1200-2) 이외에 MIMO를 수행하기 위해 4개의 콘 안테나를 포함하도록 구성 가능하다. 따라서, 4개의 콘 안테나를 각각 제1 내지 제4 콘 안테나(1200-1 내지 1200-4)로 지칭할 수 있다.
도 15를 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 1 내지 도 15를 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 방사체(radiator, 1100R2), 커플링 패치(coupling patch, S1), 스택 패치(stack patch, C2) 및 단락 바(SB, SBT2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 방사체(1100R2)는 하부 개구를 통해 인가된 신호를 상부 개구를 통해 전달하도록 구성된다. 한편, 커플링 패치(S1)는 상부 개구로 전달된 신호가 커플링되도록 상부 개구에 소정 간격 이격되어 상부 기판에 배치되도록 구성될 수 있다. 스택 패치(C2)는 상부 개구로 전달된 신호가 커플링되도록 상부 개구보다 소정 높이만큼 이격되어 배치되고, 커플링 패치(S1)와 소정 간격 이격되어 상부 기판에 배치될 수 있다. 또한, 단락 바(SB, SBT2)는 커플링 패치(S1)와 면 접촉(surface contact) 형태로 연결되고, 하부 기판의 그라운드 층을 연결하도록 구성될 수 있다.
한편, 제2 안테나(1200)는 제1 안테나(1100)와 별도로 안테나 시스템에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)는 제1 안테나(1100) 및 제2 안테나(1200) 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성될 수 있다.
한편, 방사체(1100R2)의 형상은 직사각형 개구 형태를 갖는 역 피라미드 방사체에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 방사체의 형상은 도 7a와 같이 원형 개구 형태를 갖는 콘 방사체로 구현될 수 있다. 따라서, 방사체의 상부 개구와 하부 개구의 형상은 원형, 타원형, 또는 다각형 형상일 수 있다. 이와 관련하여, 하부 개구를 통해 급전선으로부터의 신호가 방사체 내부를 통해 상부 개구로 전달되어 금속 패치에 해당하는 스택 패치(C2)로 커플링될 수 있다.
방사체(1100R2)는 하부 개구를 통해 인가된 신호를 상부 개구를 통해 전달하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 상부 개구와 하부 개구의 형상은 직사각형 형상이고, 방사체(1100R2)는 상부 개구의 크기가 하부 개구의 크기보다 큰 피라미드형 방사체로 구성될 수 있다. 이 경우, 커플링 패치(S1)의 형상은 직사각형 형상으로 구성될 수 있다.
한편, 커플링 패치(S1)는 상부 개구로 전달된 신호가 커플링되도록 상부 개구에 소정 간격 이격되어 상부 기판에 배치되도록 구성될 수 있다. 또한, 스택 패치(C2)는 커플링 패치(S1)와 소정 간격 이격되어 상부 기판에 배치되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 스택 패치(C2)는 상부 개구로 전달된 신호가 커플링되도록 상부 개구보다 소정 높이만큼 이격되어 배치될 수 있다. 따라서, 방사체(1100R2)의 상부 개구를 통해 방사된 신호가 상부의 스택 패치(C2)로 커플링될 수 있다. 또한, 스택 패치(C2)와 소정 간격 이격된 커플링 패치(S1)를 통해 제1 안테나(1100)는 더 광대역에서 동작할 수 있다.
한편, 급전부(1105)는 하부 기판의 전면에 배치되고, 방사체(1100R2)로 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 급전부(1105)는 송수신부 회로(1250)와 연결되고, 급전부(1105)와 송수신부 회로(1250) 간의 임피던스 매칭을 위한 매칭 회로가 구비될 수 있다.
한편, 단락 바(SB)는 커플링 패치(S1)와 면 접촉(surface contact) 형태로 연결되고, 하부 기판의 그라운드 층을 연결하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 단락 바(SB)는 연결부(SB1) 및 연장부(SB2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 연결부(SB1)는 커플링 패치(S1) 내의 일 영역과 연결될 수 있다. 또한, 연장부(SB2)는 연결부(SB1)와 소정 각도로 절곡되어 형성될 수 있다. 이 경우, 연장부(SB2)의 종단은 하부 기판의 그라운드 층과 연결되도록 구성될 수 있다.
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. 하지만, 본 발명에 따른 역 피라미드 방사체(1100R2) 구조에서 제1 안테나(1100)는 제1 주파수 대역인 저대역(LB)과 제2 주파수 대역에서 모두 방사체로서 동작할 수 있다.
전술한 바와 같이, 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 상하 대칭 형태로 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 좌우 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 좌우 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.
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. 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 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, 기저대역 프로세서(1400)는 MIMO 이외에 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(1100)는 제1 주파수 대역인 저대역(LB)과 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다. 또한, 제2 안테나(1200)는 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 수신하여 반송파 집성(CA)을 수행하도록 구성될 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(1100)를 통해 제1 주파수 대역의 제1 신호를 송신하고, 제2 안테나(1200)를 통해 제2 주파수 대역의 제2 신호를 송신하여 반송파 집성(CA)을 수행하도록 구성될 수 있다.
이상에서는 광대역 안테나를 포함하는 다수의 안테나를 포함하는 안테나 시스템 및 상기 안테나 시스템이 탑재된 차량에 대해 살펴보았다. 본 발명에 따른 광대역 안테나를 포함하는 다수의 안테나를 포함하는 안테나 시스템 및 상기 안테나 시스템이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템에서 4G 대역과 5G 대역을 모두 커버할 수 있는 광대역 안테나 구조를 제시할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 저대역(LB) 안테나와 다른 안테나들을 하나의 안테나 모듈에 구현하여 다양한 통신 시스템을 지원할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 서로 다른 공진 길이를 갖도록 최적화된 구조의 역 피라미드형 방사체를 통해 600MHz 내지 3.8GHz까지의 전 대역(Full band)을 커버(cover)하는 안테나를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 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 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.
본 발명의 다른 일 목적은, 단락 바를 금속 패치와 다양한 구조와 형상으로 체결되도록 하여, 저 대역(LB)에서 동작할 수 있는 다양한 구조에 따라 최적화된 안테나 성능을 제공할 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,
    하부 개구를 통해 인가된 신호를 상부 개구를 통해 전달하도록 구성된 방사체(radiator);
    상기 상부 개구로 전달된 신호가 커플링되도록 상기 상부 개구에 소정 간격 이격되어 상부 기판에 배치되는 커플링 패치(coupling patch); 및
    상기 커플링 패치와 면 접촉(surface contact) 형태로 연결되고, 하부 기판의 그라운드 층을 연결하도록 구성된 단락 바(shorting bar)를 포함하는 제1 안테나;
    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 상부 개구와 상기 하부 개구의 형상은 원형, 타원형, 또는 다각형 형상이고,
    상기 하부 개구를 통해 급전선으로부터의 신호가 상기 방사체 내부를 통해 상기 상부 개구로 전달되어 금속 패치에 해당하는 스택 패치로 커플링되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 개구로 전달된 신호가 커플링되도록 상기 상부 개구보다 소정 높이만큼 이격되어 배치되고, 상기 커플링 패치와 소정 간격 이격되어 상기 상부 기판에 배치되는 스택 패치(stack patch)를 더 포함하는, 안테나 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 상부 개구와 상기 하부 개구의 형상은 직사각형 형상이고, 상기 방사체는 상기 상부 개구의 크기가 상기 하부 개구의 크기보다 큰 피라미드형 방사체로 구성되고,
    상기 커플링 패치의 형상은 직사각형 형상으로 구성되는, 안테나 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 단락 바는,
    상기 커플링 패치 내의 일 영역과 연결되는 연결부; 및
    상기 연결부와 소정 각도로 절곡되어 형성된 연장부를 포함하고,
    상기 연장부의 종단은 상기 하부 기판의 그라운드 층과 연결되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 연결부와 연결되는 상기 연장부의 제1 길이보다 상기 체결부와 연결되는 상기 연장부의 제2 길이가 더 길게 형성되어, 다중 공진에 의한 안테나 대역폭 확장이 가능하도록 구성되는, 안테나 시스템.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 연결부가 상기 커플링 패치의 일 단부(one end portion)에 해당하는 에지 영역(edge region)에 배치되어, 상기 제1 안테나가 저대역(lower band, LB)인 제1 주파수 대역까지 공진하도록 구성되는, 안테나 시스템.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 피라미드형 방사체와 일체로 형성되는 외곽 림(outer rim)과 상부 기판이 나사(screw)에 의해 연결되고, 상기 외곽 림을 구성하는 다수의 윙 구조(multi-wing structure)에 의해 상기 제1 안테나가 다중 공진하는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 다수의 윙 구조는 상기 피라미드형 방사체의 좌측 상부, 좌측 하부, 우측 상부 및 우측 하부에서 상기 피라미드형 방사체의 상부 개구의 테두리와 일체로 형성되는 4개의 윙 구조로 형성되어, 상기 제1 안테나가 다중 공진하도록 구성되는, 안테나 시스템.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 다수의 윙 구조는 상기 피라미드형 방사체의 좌측 상부, 좌측 중앙, 좌측 하부, 우측 상부, 우측 중앙 및 우측 하부에서 상기 피라미드형 방사체의 상부 개구의 테두리와 일체로 형성되는 6개의 윙 구조로 형성되어, 4개의 윙 구조보다 상기 제1 안테나가 더 다중 공진하도록 구성되는, 안테나 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 6개의 윙 구조에서 상기 방사체가 상기 커플링 패치인 제2 금속 플레이트에 인접할수록 상기 외곽 림과 상기 상부 기판의 체결 구조의 높이가 증가하도록 구성되고,
    상기 체결 구조의 높이가 증가함에 따라 상기 방사체의 상부의 금속 패치에 해당하는 제1 금속 플레이트는 일정 기울기로 형성되는, 안테나 시스템.
  12. 제5 항에 있어서,
    상기 방사체 상부에 배치되는 스택 패치는 제1 금속 플레이트로 형성되고, 상기 단락 바는 상기 커플링 패치에 해당하는 제2 금속 플레이트 내의 일 지점에 형성된 스크루 보스(screw boss)와 연결되는, 안테나 시스템.
  13. 제5 항에 있어서,
    상기 단락 바의 상기 연결부는 상기 하부기판과 연결되는 위치까지 소정 길이로 형성되고,
    상기 단락 바의 상기 연장부는 상기 연결부와 동일 평면 상에서 직교하게 연장되고, 상기 직교하게 연장된 단부에서 하부 방향으로 수직하게 연장되어, 상기 하부 기판의 그라운드 층과 체결되는 체결부와 체결되는, 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)과 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작하고, 상기 제2 안테나는 상기 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,
    하부 개구를 통해 인가된 신호를 상부 개구를 통해 전달하도록 구성된 방사체(radiator);
    상기 상부 개구로 전달된 신호가 커플링되도록 상기 상부 개구에 소정 간격 이격되어 상부 기판에 배치되는 커플링 패치(coupling patch); 및
    상기 커플링 패치와 면 접촉(surface contact) 형태로 연결되고, 상기 금속 패치와 그라운드 층을 연결하도록 구성된 단락 바(shorting bar)를 포함하는 제1 안테나;
    상기 제1 안테나와 별도로 상기 안테나 시스템에 배치되는 제2 안테나;
    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 상부 개구로 전달된 신호가 커플링되도록 상기 상부 개구보다 소정 높이만큼 이격되어 배치되고, 상기 커플링 패치와 소정 간격 이격되어 상기 상부 기판에 배치되는 스택 패치(stack patch)를 더 포함하는, 차량.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 상부 개구와 상기 하부 개구의 형상은 직사각형 형상이고, 상기 방사체는 상기 상부 개구의 크기가 상기 하부 개구의 크기보다 큰 피라미드형 방사체로 구성되고,
    상기 커플링 패치의 형상은 직사각형 형상으로 구성되는, 차량.
  19. 제15 항에 있어서,
    상기 단락 바는,
    상기 커플링 패치 내의 일 영역과 연결되는 연결부;
    상기 연결부와 소정 각도로 절곡되어 형성된 연장부; 및
    상기 연장부의 종단은 상기 하부 기판의 그라운드 층과 연결되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 안테나는 제1 주파수 대역인 저대역(LB)과 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작하고, 상기 제2 안테나는 상기 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작하고,
    상기 기저대역 프로세서는,
    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, 안테나 시스템.
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