WO2021145465A1

WO2021145465A1 - 차량에 탑재되는 안테나 시스템

Info

Publication number: WO2021145465A1
Application number: PCT/KR2020/000567
Authority: WO
Inventors: 김용곤
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2020-01-13
Filing date: 2020-01-13
Publication date: 2021-07-22
Also published as: KR102554610B1; US20230031896A1; KR20220121781A

Abstract

일 실시예에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 차량의 지붕 프레임 내부에 배치되어, 수용부 영역(reception portion region)이 형성되도록 구성되는 메탈 크래들(metal cradle) 및 상기 안테나 시스템의 배면에 형성되고, 상기 수용부 영역과 고정되도록 구성된 히트 싱크(heat sink)를 포함할 수 있다.

Description

차량에 탑재되는 안테나 시스템

본 발명은 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 관한 것이다. 특정 구현은 안테나 시스템 및 이를 구비하는 차량의 방열 구조에 관한 것이다.

전자기기(electronic devices)는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)로 나뉠 수 있다. 한편, 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, 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 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 차량 지붕 위 또는 내부에 배치됨에 따라 태양과 같은 외부 광원(external light source)에 의해 온도가 상승한다는 문제점이 있다. 또한, 안테나 시스템이 구동됨에 따라 발생하는 열원에 의해 내부 온도가 상승하게 되어 안테나 시스템의 내부 부품의 성능에 영향을 미칠 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 차량 내에 탑재되는 안테나 시스템이 외부 열원에 의해 내부 온도가 상승하는 것을 방지하는 방열 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 안테나 시스템이 구동됨에 따라 발생하는 열원에 의해 내부 온도가 상승하게 되어 안테나 시스템의 내부 부품의 성능에 영향을 미치는 것을 방지하는 방열 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능과 방열 특성을 개선하기 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, 안테나 시스템 내의 안테나 소자들이 다양한 구조에 따라 광대역 동작하면서도 최적화된 안테나 성능을 제공하기 위한 것이다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 차량의 지붕 프레임 내부에 배치되어, 수용부 영역(reception portion region)이 형성되도록 구성되는 메탈 크래들(metal cradle) 및 상기 안테나 시스템의 배면에 형성되고, 상기 수용부 영역과 고정되도록 구성된 히트 싱크(heat sink)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 안테나 또는 회로 부품들이 배치되는 회로 기판을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 히트 싱크는 소정 길이와 너비를 갖고 적어도 하나의 개구 영역을 갖는 바디 영역을 포함할 수 있다. 상기 히트 싱크는 상기 바디 영역과 일체로 형성되고, 상기 메탈 크래들과 나사(screw)를 통해 고정되도록 구성된 복수의 모듈 고정부를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 복수의 모듈 고정부는 thermal bridge로 동작하고, 상기 모듈 고정부가 배치되는 위치는 상기 바디의 전단(front end)과 후단(read end) 상의 서로 상이한 위치일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 시스템의 상부에 배치되어, 열을 절연하도록 구성되는 절연 패드(insulation pad)를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 절연 패드 상부에 배치되고, 상기 안테나 시스템 내부의 배치된 복수의 안테나에서 방사되는 전파가 통과하도록 구성된 레이돔 커버(radome cover)를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 레이돔 커버의 상부에 배치되고, 상기 차량 내부의 상기 수용부 영역으로 광(light)이 입사되는 것을 차단할 수 있도록 구성된 광 차단 필름(light blocking film)을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 시스템은 적어도 하나의 안테나가 배치되는 제1 기판; 및 상기 제1 기판과 평행하게 상기 제1 기판의 하부에 배치되는 제2 기판을 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기판의 하부에서 상기 제2 기판을 둘러싸도록 형성되고, 상기 제1 기판의 하부까지 연장되도록 형성되는 제2 히트 싱크를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 히트 싱크는 상기 제2 기판의 배면에 배치된 부품들(components)과 열 전달 물질(thermal interface material, TIM)을 통해 인터페이스되는 수평 부(horizontal portion); 및 상기 수평 부와 수직하게 연장되고, 상기 부품들을 둘러싸도록 형성된 제1 수직 부(vertical portion)를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 히트 싱크는 상기 제1 수직부와 연결되고, 상기 제2 기판의 하부에 배치되도록 형성된 제1 연결 부를 더 포함할 수 있다. 한편, 상기 제2 히트 싱크는 상기 제1 연결부와 수직하게 연장되고, 상기 제1 기판의 배면에 배치된 부품들을 둘러싸도록 형성된 제2 수직 부를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 히트 싱크는 상기 제2 수직 부와 연결되고, 상기 제1 기판의 하부에 배치되도록 형성된 제2 연결부를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 적어도 하나의 안테나로부터 신호를 처리하도록 구성된 제1 프로세서; 및 상기 제2 기판의 배면에 배치되고, 상기 제1 프로세서를 제어하도록 구성된 제2 프로세서를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 프로세서에 의해 발생하는 열과 상기 제2 프로세서에 의해 발생하는 열은 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판과 접촉된 상기 제2 히트 싱크에 의해 상기 제2 히트 싱크 하부의 공간으로 발산될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기판의 상부에 배치되는 열 확산 층(heat spreader layer)을 더 포함할 수 있다. 상기 열 확산 층은 상기 제1 프로세서와 열 전달 물질(TIM)을 통해 인터페이스되고, 상기 열 확산 층은 상기 제2 프로세서에 의해 상기 제2 기판으로부터 발생하는 열을 확산시켜 상기 제1 프로세서로 열이 전달되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 히트 싱크는 복수 개의 금속 판이 평행하게 배치된 크로스 핀을 포함할 수 있다. 또한, 상기 히트 싱크는 상기 핀을 관통하도록 형성된 히트 파이프를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 히트 파이프는 상기 메탈 크래들의 형상에 대응하도록 벤딩된 형태로 형성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 히트 싱크는 상기 히트 파이프와 연결되고, 소정 너비와 길이로 금속 플레이트로 형성된 진공 챔버 부(vapor chamber portion)을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 진공 챔버 부는 상기 히트 파이프에 의해 일 방향으로 이동된 열을 해당 면적을 통해 열을 상기 메탈 크래들 외부 공간으로 방출하도록 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 프로세서는 상기 메탈 크래들 내부의 온도가 임계치 이상이면, 상기 제1 프로세서 내부의 증폭기의 RF 출력이 감소되도록 상기 증폭기의 입력 전력 또는 이득을 제어하도록 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 프로세서는 상기 메탈 크래들 내부의 온도가 임계치 이상이면 상기 메탈 크래들 내부로 송풍 되도록 상기 메탈 크래들 내부 또는 상기 메탈 크래들 외부에 배치된 팬 모듈을 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따른 안테나 시스템을 구비하는 차량이 제공된다. 상기 차량은 상기 차량의 지붕 프레임 내부에 배치되어, 수용부 영역(reception portion region)이 형성되도록 구성되는 메탈 크래들(metal cradle); 상기 메탈 크래들의 상기 수용부 영역에 배치되고, 제1 기판과 제1 기판의 하부에 배치된 제2 기판을 포함하도록 구성된 안테나 시스템을 포함할 수 있다. 상기 차량은 상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판에 배치되고, 복수의 안테나로부터 신호를 처리하도록 구성된 제1 프로세서; 및 상기 제2 기판에 배치되고, 상기 제1 프로세서를 제어하도록 구성된 제2 프로세서를 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 프로세서는 상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판에 배치된 제1 안테나를 통해 제1 주파수 대역의 제1 신호를 제1 엔티티로부터 수신할 수 있다. 한편, 상기 제1 프로세서는 상기 제1 안테나와 동일 평면상에 배치된 제2 안테나를 통해 제2 주파수 대역의 제2 신호를 제2 엔티티로부터 수신하도록 송수신부 회로를 제어할 수 있다. 따라서, 상기 제1 프로세서는 상기 제1 엔티티인 기지국과 통신을 수행하고, 상기 제2 엔티티인 다른 차량과 V2V 통신을 수행할 수 있다.

이와 같은 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

일 실시 예에 따르면, 메탈 크래들 구조의 안테나 시스템은 외부 광원에 의해 내부 온도가 상승하는 것을 방지하는 방열 구조를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

일 실시 예에 따르면, 메탈 크래들 구조와 히트 싱크 구조를 구비한 안테나 시스템은 동작 시 발열에 의한 내부 부품의 성능에 영향을 미치는 것을 방지하는 방열 구조를 제공할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 차량 내에 탑재되는 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능과 방열 성능을 개선시킬 수 있다는 장점이 있다.

또한, 일 실시 예에 따르면, 저대역(LB) 안테나와 다른 안테나들을 하나의 안테나 모듈에 구현하여 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 일 실시 예에 따르면, 특정 대역에서 다수의 안테나들을 이용하여 다중 입출력(MIMO) 및 다이버시티 동작을 차량의 안테나 시스템에서 구현할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 일 실시 예에 따르면, 광대역 동작할 수 있는 안테나를 최적 배치 구조로 구현하여, 안테나 효율 향상과 상호 간 격리도를 확보할 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 1a는 일 예시에 따른 차량 내부를 설명하기 위한 구성도이다. 한편, 도 1b는 일 예시에 따른 차량 내부를 측면에서 본 구성도이다.

도 2a는 V2X 어플리케이션의 타입을 나타낸다.

도 2b는 V2X SL 통신을 지원하는 독립형(standalone) 시나리오와 V2X SL 통신을 지원하는 MR-DC 시나리오를 나타낸다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다.

도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 차량 및 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.

도 4b는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 차량의 무선 통신부의 구성을 도시한다.

도 5a는 일 실시 예에 따른 안테나 시스템의 배치 구조를 나타낸다.

도 5b는 도 5a의 구조에서 복수의 안테나들을 포함하는 안테나 시스템의 높이 방향에서의 내부 구조를 나타낸다.

도 6a는 다른 실시 예에 따른 안테나 시스템의 배치 구조를 나타낸다.

도 6b는 도 6a의 구조에서 복수의 안테나들을 포함하는 안테나 시스템의 높이 방향에서의 내부 구조를 나타낸다.

도 7a는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나들이 배치되는 회로 기판과 방열 구조의 구성을 나타낸다.

도 7b는 히트 싱크 또는 히트 싱크로서 동작할 수 있는 메탈 프레임의 구조를 나타낸다.

도 8은 다른 실시 예에 따른 복수의 안테나들이 배치되는 회로 기판과 방열 구조의 구성을 나타낸다.

도 9a는 일 실시 예에 따른 자외선 노출 시간에 따른 다양한 구조에서 온도 상승을 비교한 것이다.

도 9b는 일 실시 예에 따른 안테나 시스템 내부의 열 시뮬레이션 결과를 나타낸다.

도 10a는 일 실시 예에 따른 직선 핀(straight fin) 구조의 방열 구조를 나타낸다. 한편, 도 10b는 다른 실시 예에 따른 크로스 핀(cross fin) 구조의 방열 구조를 나타낸다. 또한, 도 10c는 또 다른 실시 예에 따른 크로스 핀(cross fin)과 히트 파이프를 갖는 방열 구조를 나타낸다.

도 11은 도 10a 내지 도 10c에 따른 방열 구조에서 컴포넌트 별 시뮬레이션 결과를 나타낸다.

도 12a는 일 실시 예에 따른 히트 싱크 영역 내에 배치되는 히트 파이프의 형상을 나타낸다. 한편, 도 12b는 히트 싱크 영역에 대응되는 위치에 부품들이 배치된 형태를 나타낸 것이다.

도 13a는 일 실시 예에 따른 진공 챔버 부를 갖는 히트 파이프 구조를 나타낸다. 한편, 도 13b는 다양한 구조의 진공 챔버 부와 히트 파이프의 형상과 동작 조건 등을 나타낸다.

도 14a는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나들이 배치되는 회로 기판과 안테나들을 제어하는 구성을 나타낸다. 한편, 도 14b는 안테나 시스템의 레이돔으로 동작하는 커버의 형상을 나타낸다.

도 15는 복수의 안테나들이 배치된 안테나 시스템과 차량 내 다른 장치와의 제어 구성도이다.

도 16은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.

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.

본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 이동 단말 이외에 차량(vehicle)이 포함될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 설명되는 전자 기기를 통한 무선 통신은 이동 단말을 통한 무선 통신 이외에 차량을 통한 무선 통신을 포함한다.

또한, 본 명세서에서 기재된 실시 예에 따른 구성 및 동작은 이동 단말 이외에 차량(vehicle)에도 적용될 수 있다. 한편, 본 명세서에서 기재된 실시 예에 따른 구성 및 동작은 차량에 탑재되는 통신 시스템, 즉 안테나 시스템에도 적용될 수 있다. 이와 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 복수의 안테나들과 이들을 제어하는 송수신부 회로 및 프로세서를 포함할 수 있다.

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 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명은 GPS, 4G 무선 통신, 5G 무선통신, 블루투스, 또는 무선랜 등의 신호를 송수신할 수 있는 안테나 유닛(즉, 내부 안테나 시스템)(300)에 관한 것이다. 따라서, 이러한 여러 통신 프로토콜을 지원할 수 있는 안테나 유닛(즉, 내부 안테나 시스템)(300)을 통합 안테나 모듈(300)로 지칭할 수 있다.

또한, 본 발명은 이러한 안테나 유닛(즉, 내부 안테나 시스템)(300)을 구비하는 차량(500)에 관한 것이다. 차량(500)은 대쉬 보드(dash board, 100)와 안테나 유닛(300) 등을 포함하는 하우징을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 차량(500)은 이러한 안테나 유닛(300)을 장착하기 위한 장착 브라켓을 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 차량(500)은 안테나 유닛(즉, 내부 안테나 시스템)에 해당하는 안테나 모듈(300)과 이와 연결되도록 구성된 텔레매틱스 모듈(telematics module, TCU)(600)을 포함한다. 일 예시에 따라, 텔레매틱스 모듈(600)이 안테나 모듈(300)을 포함하는 것으로 구성될 수 있다. 한편, 텔레매틱스 모듈(600)은 디스플레이(610)와 오디오 유닛(620)을 포함하는 것으로 구성될 수 있다.

< V2X (Vehicle-to-Everything)>

V2X 통신은 차량 사이의 통신(Communication between vehicles)을 지칭하는 V2V(Vehicle-to-Vehicle), 차량과 eNB 또는 RSU(Road Side Unit) 사이의 통신을 지칭하는 V2I(Vehicle to Infrastructure), 차량 및 개인(보행자, 자전거 운전자, 차량 운전자 또는 승객)이 소지하고 있는 단말 간 통신을 지칭하는 V2P(Vehicle-to-Pedestrian), V2N(vehicle-to- network) 등 차량과 모든 개체들 간 통신을 포함한다.

V2X 통신은 V2X 사이드링크 또는 NR V2X와 동일한 의미를 나타내거나 또는 V2X 사이드링크 또는 NR V2X를 포함하는 보다 넓은 의미를 나타낼 수 있다.

V2X 통신은 예를 들어, 전방 충돌 경고, 자동 주차 시스템, 협력 조정형 크루즈 컨트롤(Cooperative adaptive cruise control: CACC), 제어 상실 경고, 교통행렬 경고, 교통 취약자 안전 경고, 긴급 차량 경보, 굽은 도로 주행 시 속도 경고, 트래픽 흐름 제어 등 다양한 서비스에 적용 가능하다.

V2X 통신은 PC5 인터페이스 및/또는 Uu 인터페이스를 통해 제공될 수 있다. 이 경우, V2X 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에는, 상기 차량과 모든 개체들 간의 통신을 지원하기 위한 특정 네트워크 개체(network entity)들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 네트워크 개체는, 기지국(eNB), RSU(road side unit), 단말, 또는 어플리케이션 서버(application server)(예: 교통 안전 서버(traffic safety server)) 등일 수 있다.

또한, V2X 통신을 수행하는 단말은, 일반적인 휴대용 단말(handheld UE)뿐만 아니라, 차량 단말(V-UE(Vehicle UE)), 보행자 단말(pedestrian UE), 기지국 유형(eNB type)의 RSU, 또는 단말 유형(UE type)의 RSU, 통신 모듈을 구비한 로봇 등을 의미할 수 있다.

V2X 통신은 단말들 간에 직접 수행되거나, 상기 네트워크 개체(들)를 통해 수행될 수 있다. 이러한 V2X 통신의 수행 방식에 따라 V2X 동작 모드가 구분될 수 있다.

V2X 통신에서 사용되는 용어는 다음과 같이 정의된다.

A Road Side Unit (RSU): RSU (Road Side Unit)는 V2I 서비스를 사용하여 이동 차량과 송수신 할 수 있는 V2X 서비스 가능 장치이다. 또한, RSU는 V2X 응용 프로그램을 지원하는 고정 인프라 엔터티로서, V2X 응용 프로그램을 지원하는 다른 엔터티와 메시지를 교환할 수 있다. RSU는 기존 ITS 스펙에서 자주 사용되는 용어이며, 3GPP 스펙에 이 용어를 도입한 이유는 ITS 산업에서 문서를 더 쉽게 읽을 수 있도록 하기 위해서이다. RSU는 V2X application logic을 eNB (eNB- type RSU라고 함) 또는 UE (UE - type RSU라고 함)의 기능과 결합하는 논리적 entity이다.

V2I Service는 V2X 서비스의 타입으로, 한 쪽은 vehicle이고 다른 쪽은 infrastructure에 속하는 entity이다. V2P Service도 V2X 서비스 타입으로, 한 쪽은 vehicle이고, 다른 쪽은 개인이 휴대하는 디바이스(예: 보행자, 자전거 타는 사람, 운전자 또는 동승자가 휴대하는 휴대용 단말기)이다. V2X Service는 차량에 송신 또는 수신 장치가 관계된 3GPP 통신 서비스 타입이다. 통신에 참여한 상대방에 따라 V2V 서비스, V2I 서비스 및 V2P 서비스로 더 나눌 수 있다.

V2X 가능(enabled) UE는 V2X 서비스를 지원하는 UE이다. V2V Service는 V2X 서비스의 유형으로, 통신의 양쪽 모두 차량이다. V2V 통신 범위는 V2V 서비스에 참여하는 두 차량 간의 직접 통신 범위이다.

V2X (Vehicle-to-Everything)라고 불리는 V2X 어플리케이션은 전술한 바와 같이, (1) 차량 대 차량 (V2V), (2) 차량 대 인프라 (V2I), (3) 차량 대 네트워크 (V2N), (4) 차량 대 보행자 (V2P)의 4가지 타입이 있다. 이와 관련하여, 도 2a는 V2X 어플리케이션의 타입을 나타낸다. 도 2a를 참조하면, 4가지 타입의 V2X 어플리케이션은 최종 사용자를 위해 보다 지능적인 서비스를 제공하는 "협력적 인식(co-operative awareness)"을 사용할 수 있다.

이는 차량, 길가 기반 시설, 애플리케이션 서버 및 보행자와 같은 entities이 협동 충돌 경고 또는 자율 주행과 같은 보다 지능적인 정보를 제공하기 위해 해당 지식을 처리하고 공유하도록 해당 지역 환경에 대한 지식(예: 근접한 다른 차량 또는 센서 장비로부터 받은 정보)을 수집할 수 있음을 의미한다.

<NR V2X >

3GPP release 14 및 15 동안 자동차 산업으로 3GPP 플랫폼을 확장하기 위해, LTE에서 V2V 및 V2X 서비스에 대한 지원이 소개되었다.

개선된(enhanced) V2X use case에 대한 지원을 위한 요구 사항들은 크게 4개의 use case group들로 정리된다.

(1) 차량 플래투닝 (vehicle Platooning)은 차량들이 함께 움직이는 플래툰(platoon)을 동적으로 형성할 수 있게 한다. 플래툰의 모든 차량은 이 플래툰을 관리하기 위해 선두 차량으로부터 정보를 얻는다. 이러한 정보는 차량이 정상 방향보다 조화롭게 운전되고, 같은 방향으로 가고 함께 운행할 수 있게 한다.

(2) 확장된 센서(extended sensor)들은 차량, 도로 사이트 유닛(road site unit), 보행자 장치(pedestrian device) 및 V2X application server에서 local sensor 또는 live video image를 통해 수집된 원시(raw) 또는 처리된 데이터를 교환할 수 있게 한다. 차량은 자신의 센서가 감지할 수 있는 것 이상으로 환경에 대한 인식을 높일 수 있으며, 지역 상황을 보다 광범위하고 총체적으로 파악할 수 있다. 높은 데이터 전송률이 주요 특징 중 하나이다.

(3) 진화된 운전(advanced driving)은 반-자동 또는 완전-자동 운전을 가능하게 한다. 각 차량 및/또는 RSU는 로컬 센서에서 얻은 자체 인식 데이터를 근접 차량과 공유하고, 차량이 궤도(trajectory) 또는 기동(manoeuvre)을 동기화 및 조정할 수 있게 한다. 각 차량은 근접 운전 차량과 운전 의도를 공유한다.

(4) 원격 운전(remote driving)은 원격 운전자 또는 V2X 응용 프로그램이 스스로 또는 위험한 환경에 있는 원격 차량으로 주행할 수 없는 승객을 위해 원격 차량을 운전할 수 있게 한다. 변동이 제한적이고, 대중 교통과 같이 경로를 예측할 수 있는 경우, 클라우드 컴퓨팅을 기반으로 한 운전을 사용할 수 있다. 높은 신뢰성과 낮은 대기 시간이 주요 요구 사항이다.

이하의 설명은 NR SL(sidelink) 또는 LTE SL에 모두 적용 가능하며, RAT(radio access technology)가 표시되지 않으면 NR SL을 의미할 수 있다. NR V2X에서 고려되고 있는 운영 시나리오는 아래와 같이 6가지가 존재할 수 있다. 이와 관련하여, 도 2b는 V2X SL 통신을 지원하는 독립형(standalone) 시나리오와 V2X SL 통신을 지원하는 MR-DC 시나리오를 나타낸다.

특히, 1) 시나리오 1에서, gNB는 LTE SL 및 NR SL 모두에서 단말의 V2X 통신에 대한 control/configuration을 제공한다. 2) 시나리오 2에서, ng-eNB는 LTE SL 및 NR SL 모두에서 단말의 V2X 통신에 대한 control/configuration을 제공한다. 3) 시나리오 3에서, eNB는 LTE SL 및 NR SL 모두에서 단말의 V2X 통신에 대한 control/configuration을 제공한다. 한편, 4) 시나리오 4에서, LTE SL 및 NR SL에서의 단말의 V2X 통신은 단말이 EN-DC로 설정되는 동안 Uu에 의해 control/configuration된다. 5) 시나리오 5에서, LTE SL 및 NR SL에서의 단말의 V2X 통신은 단말이 NE-DC에서 설정되는 동안 Uu에 의해 control/configuration된다. 또한, 6) 시나리오 6에서, LTE SL 및 NR SL에서의 단말의 V2X 통신은 단말이 NGEN-DC로 설정되는 동안 Uu에 의해 control/configuration 된다.

도 2a 및 도 2b와 같이 V2X 통신을 지원하기 위해 차량은 안테나 시스템을 통해 eNB 및/또는 gNB과 무선 통신을 수행할 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다. 이와 관련하여, 도 3a 및 도 3b는 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕(roof) 위 또는 지붕 내에 탑재되는 형상을 도시한다. 한편, 도 3c는 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕과 후면 미러의 지붕 프레임 (roof frame) 내에 탑재되는 구조를 도시한다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명에서는 자동차(차량)의 외관 개선 및 충돌 시 텔레매틱스 성능을 보전하기 위해 기존의 샤크 핀(Shark Fin) 안테나를 돌출되지 않은 형태의 평면형(Flat) 안테나로 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 3a를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕(roof) 위에 배치된다. 도 3a에서 상기 안테나 시스템(1000)을 외부 환경 및 차량 운전 시에 외부 충격으로부터 보호하기 위한 레이돔(radome, 2000a)이 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 3b를 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 3c를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 프레임 내부에 배치되고, 지붕 프레임(2000c)의 적어도 일부가 비금속으로 구현되도록 구성될 수 있다. 이때, 차량(500)의 지붕 프레임(2000c)의 적어도 일부는 비금속으로 구현되어, 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

한편, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템(1000)에 구비되는 안테나에 의한 빔 패턴(beam pattern)은 수평 영역(horizontal region)을 소정 각도만큼 상부 영역에서 형성될 필요가 있다.

이와 관련하여, 안테나 시스템(1000)에 구비되는 안테나의 앙각 빔 패턴(elevation beam pattern)의 피크는 보어 사이트에서 형성될 필요가 없다. 따라서, 안테나의 앙각 빔 패턴의 피크는 수평 영역에서 소정 각도만큼 상부 영역에서 형성될 필요가 있다. 일 예로, 안테나의 앙각 빔 패턴은 도 2a 내지 도 2c와 같은 hemisphere 형태로 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 구조물 또는 지붕 프레임 이외에 응용에 따라 차량 전면 또는 후면 위에 설치될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 시스템(1000)은 외부 안테나(external antenna)에 해당한다.

한편, 차량(500)은 외부 안테나에 해당하는 안테나 시스템(1000)을 구비하지 않고 내부 안테나(internal antenna)에 해당하는 안테나 유닛(즉, 내부 안테나 시스템)(300)을 구비할 수 있다. 또한, 외부 안테나에 해당하는 안테나 시스템(1000)과 내부 안테나에 해당하는 안테나 유닛(즉, 내부 안테나 시스템)(300)을 모두 구비할 수 있다.

한편, 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 차량 및 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.

차량(500)은 자율 주행 차량일 수 있다. 차량(500)은 사용자 입력에 기초하여, 자율 주행 모드 또는 메뉴얼 모드(준(pseudo) 주행 모드)로 전환될 수 있다. 예를 들면, 차량(500)은, 사용자 인터페이스 장치(510)를 통해, 수신되는 사용자 입력에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.

이러한 매뉴얼 모드 및 자율 주행 모드와 관련하여 오브젝트 검출, 무선 통신, 내비게이션 및 차량 센서 및 인터페이스 등의 동작은 차량(500)에 탑재되는 텔레매틱스 모듈이 수행할 수 있다. 구체적으로, 차량(500)에 탑재되는 텔레매틱스 모듈이 안테나 모듈(300), 오브젝트 검출 장치(520) 및 다른 인터페이스와 협력하여 해당 동작을 수행할 수 있다. 한편, 통신 장치(400)는 안테나 시스템(300)과 별도로 텔레매틱스 모듈 내에 배치되거나 또는 안테나 시스템(300)에 배치될 수 있다.

차량(500)은 주행 상황 정보에 기초하여, 자율 주행 모드 또는 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다. 주행 상황 정보는, 오브젝트 검출 장치(520)에서 제공된 오브젝트 정보에 기초하여 생성될 수 있다. 예를 들면, 차량(500)은, 오브젝트 검출 장치(520)에서 생성되는 주행 상황 정보에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.

예를 들면, 차량(500)은 통신 장치(400)를 통해 수신되는 주행 상황 정보에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다. 차량(500)은 외부 디바이스에서 제공되는 정보, 데이터, 신호에 기초하여 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.

차량(500)이 자율 주행 모드로 운행되는 경우, 자율 주행 차량(500)은 운행 시스템에 기초하여 운행될 수 있다. 예를 들면, 자율 주행 차량(500)은 주행 시스템, 출차 시스템, 주차 시스템에서 생성되는 정보, 데이터 또는 신호에 기초하여 운행될 수 있다. 차량(500)이 메뉴얼 모드로 운행되는 경우, 자율 주행 차량(500)은 운전 조작 장치를 통해 운전을 위한 사용자 입력을 수신할 수 있다. 운전 조작 장치를 통해 수신되는 사용자 입력에 기초하여, 차량(500)은 운행될 수 있다.

차량(500)은 사용자 인터페이스 장치(510), 오브젝트 검출 장치(520), 내비게이션 시스템(550), 통신 장치(400)을 포함할 수 있다. 또한, 차량은 전술한 장치 이외에 센싱부(561), 인터페이스부(562), 메모리(563), 전원공급부(564), 차량 제어 장치(565)를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 차량(500)은 본 명세서에서 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.

사용자 인터페이스 장치(510)는, 차량(500)과 사용자와의 소통을 위한 장치이다. 사용자 인터페이스 장치(510)는, 사용자 입력을 수신하고, 사용자에게 차량(500)에서 생성된 정보를 제공할 수 있다. 차량(500)은 사용자 인터페이스 장치(510)를 통해, UI(User Interfaces) 또는 UX(User Experience)를 구현할 수 있다.

오브젝트 검출 장치(520)는, 차량(500) 외부에 위치하는 오브젝트를 검출하기 위한 장치이다. 오브젝트는 차량(500)의 운행과 관련된 다양한 물체들일 수 있다. 한편, 오브젝트는, 이동 오브젝트와 고정 오브젝트로 분류될 수 있다. 예를 들면, 이동 오브젝트는, 타 차량, 보행자를 포함하는 개념일 수 있다. 예를 들면, 고정 오브젝트는, 교통 신호, 도로, 구조물을 포함하는 개념일 수 있다. 오브젝트 검출 장치(520)는, 카메라(521), 레이다(522), 라이다(523), 초음파 센서(524), 적외선 센서(525) 및 프로세서(530)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 오브젝트 검출 장치(520)는, 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.

프로세서(530)는, 오브젝트 검출 장치(520)의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(530)는, 획득된 영상에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(530)는, 영상 처리 알고리즘을 통해, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출등의 동작을 수행할 수 있다.

실시예에 따라, 오브젝트 검출 장치(520)는, 복수의 프로세서(530)를 포함하거나, 프로세서(530)를 포함하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 카메라(521), 레이다(522), 라이다(523), 초음파 센서(524) 및 적외선 센서(525) 각각은 개별적으로 프로세서를 포함할 수 있다.

오브젝트 검출 장치(520)에 프로세서(530)가 포함되지 않는 경우, 오브젝트 검출 장치(520)는, 차량(500)내 장치의 프로세서 또는 제어부(570)의 제어에 따라, 동작될 수 있다.

내비게이션 시스템(550)은 통신 장치(400), 특히 위치 정보부(420)를 통해 획득된 정보에 기반하여 차량의 위치 정보를 제공할 수 있다. 또한, 내비게이션 시스템(550)은 차량의 현재 위치 정보에 기반하여 목적지로의 길 안내 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 내비게이션 시스템(550)은 오브젝트 검출 장치(520) 및/또는 V2X 통신부(430)를 통해 획득된 정보에 기반하여 주변 위치에 대한 안내 정보를 제공할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 안테나 시스템(1000)과 함께 동작하는 무선 통신부(460)를 통해 획득한 V2V, V2I, V2X 정보에 기반하여 안내 정보 제공, 자율 주행 서비스 등을 제공할 수 있다.

통신 장치(400)는, 외부 디바이스와 통신을 수행하기 위한 장치이다. 여기서, 외부 디바이스는, 타 차량, 이동 단말기 또는 서버일 수 있다. 통신 장치(400)는, 통신을 수행하기 위해 송신 안테나, 수신 안테나, 각종 통신 프로토콜이 구현 가능한 RF(Radio Frequency) 회로 및 RF 소자 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 통신 장치(400)는, 근거리 통신부(410), 위치 정보부(420), V2X 통신부(430), 광통신부(440), 방송 송수신부(450) 및 프로세서(470)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 통신 장치(400)는, 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.

근거리 통신부(410)는, 근거리 통신(Short range communication)을 위한 유닛이다. 근거리 통신부(410)는, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 형성하여, 차량(500)과 적어도 하나의 외부 디바이스 사이의 근거리 통신을 수행할 수 있다. 위치 정보부(420)는, 차량(500)의 위치 정보를 획득하기 위한 유닛이다. 예를 들면, 위치 정보부(420)는, GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 DGPS(Differential Global Positioning System) 모듈을 포함할 수 있다.

V2X 통신부(430)는, 서버(V2I: Vehicle to Infra), 타 차량(V2V: Vehicle to Vehicle) 또는 보행자(V2P: Vehicle to Pedestrian)와의 무선 통신 수행을 위한 유닛이다. V2X 통신부(430)는, 인프라와의 통신(V2I), 차량간 통신(V2V), 보행자와의 통신(V2P) 프로토콜이 구현 가능한 RF 회로를 포함할 수 있다. 광통신부(440)는, 광을 매개로 외부 디바이스와 통신을 수행하기 위한 유닛이다. 광통신부(440)는, 전기 신호를 광 신호로 전환하여 외부에 발신하는 광발신부 및 수신된 광 신호를 전기 신호로 전환하는 광수신부를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 광발신부는, 차량(500)에 포함된 램프와 일체화되게 형성될 수 있다.

무선 통신부(460)는 하나 이상의 안테나 시스템을 통해 하나 이상의 통신 시스템과 무선 통신을 수행하는 유닛이다. 무선 통신부(460)는 제1 안테나 시스템을 통해 제1 통신 시스템 내의 기기로 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 또한, 무선 통신부(460)는 제2 안테나 시스템을 통해 제2 통신 시스템 내의 기기로 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 여기서, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 각각 LTE 통신 시스템 및 5G 통신 시스템일 수 있다. 하지만, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 이에 한정되는 것은 아니고 임의의 서로 다른 통신 시스템으로 확장 가능하다.

한편, 차량(500) 내부에 배치되는 안테나 모듈(300)은 무선 통신부를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 차량(500)은 전기 자동차(electric vehicle, EV) 또는 외부 전자 기기와 독립적으로 통신 시스템과 접속 가능한 자동차일 수 있다. 이와 관련하여, 통신 장치(400)는 근거리 통신부(410), 위치정보 모듈(420), V2X 통신부(430), 광통신부(440), 4G 무선 통신 모듈(450), 5G 무선 통신 모듈(460) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

4G 무선 통신 모듈(450)은 4G 이동통신 네트워크를 통해 4G 기지국과 4G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 4G 무선 통신 모듈(450)은 하나 이상의 4G 송신 신호를 4G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 4G 무선 통신 모듈(450)은 하나 이상의 4G 수신 신호를 4G 기지국으로부터 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 4G 기지국으로 전송되는 복수의 4G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다. 또한, 4G 기지국으로부터 수신되는 복수의 4G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다.

5G 무선 통신 모듈(460)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 여기서, 4G 기지국과 5G 기지국은 비-스탠드 얼론(NSA: Non-Stand-Alone) 구조일 수 있다. 예컨대, 4G 기지국과 5G 기지국은 논-스탠드 얼론(NSA: Non Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다. 또는, 5G 기지국은 4G 기지국과 별도의 위치에 스탠드-얼론(SA: Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다. 5G 무선 통신 모듈(460)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈(460)은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(460)은 하나 이상의 5G 수신 신호를 5G 기지국으로부터 수신할 수 있다. 이때, 5G 주파수 대역은 4G 주파수 대역과 동일한 대역을 사용할 수 있고, 이를 LTE 재배치(re-farming)이라고 지칭할 수 있다. 한편, 5G 주파수 대역으로, 6GHz 이하의 대역인 Sub6 대역이 사용될 수 있다. 반면, 광대역 고속 통신을 수행하기 위해 밀리미터파(mmWave) 대역이 5G 주파수 대역으로 사용될 수 있다. 밀리미터파(mmWave) 대역이 사용되는 경우, 전자 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, 4G 무선 통신 모듈(450)과 5G 무선 통신 모듈(460)을 통해 4G 기지국 및 5G 기지국과 이중 연결(DC: Dual Connectivity) 상태일 수 있다. 이와 같이, 4G 기지국 및 5G 기지국과의 이중 연결을 EN-DC(EUTRAN NR DC)이라 지칭할 수 있다. 한편, 4G 기지국과 5G 기지국이 공통-배치 구조(co-located structure)이면, 이종 반송파 집성(inter-CA(Carrier Aggregation)을 통해 스루풋(throughput) 향상이 가능하다. 따라서, 4G 기지국 및 5G 기지국과 EN-DC 상태이면, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다. 한편, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)을 이용하여 전자 기기(예컨대, 차량) 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 자원이 할당된 후 기지국을 경유하지 않고 차량들 간에 V2V 방식에 의해 무선 통신이 수행될 수 있다.

한편, 전송 속도 향상 및 통신 시스템 융합(convergence)을 위해, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460) 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(450)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈(460)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 5G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.

한편, 통신 장치(400)는, 사용자 인터페이스 장치(510)와 함께 차량용 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 이경우, 차량용 디스플레이 장치는, 텔레 매틱스(telematics) 장치 또는 AVN(Audio Video Navigation) 장치로 명명될 수 있다.

도 4b는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 차량의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 4b를 참조하면, 차량은 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220) 및 RFIC(1250)를 포함한다. 또한, 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, 차량은 수신부에서 복수의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 210a 내지 240a)을 포함한다. 여기서, 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220), RFIC(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 4에 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. RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우에도 4G RFIC 및 5G RFIC가 논리적 및 기능적으로 분리되고 물리적으로는 하나의 chip에 Soc (System on Chip)으로 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.

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.

또한, 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 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. 스위치(233)는 송신 신호 또는 수신 신호 중 어느 하나만을 전달하도록 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 차량은 제어부에 해당하는 모뎀(1400)을 더 포함할 수 있다. 이때, RFIC(1250)와 모뎀(1400)을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다. 모뎀(1400)은 RFIC(1250)를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(1400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)을 통해 획득할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel)을 통해 수신될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

모뎀(1400)은 특정 시간 및 주파수 자원에서 제1 통신 시스템 및/또는 제2 통신 시스템을 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 RFIC(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 차량은 eNB 또는 gNB를 통해 자원을 할당 받거나 또는 연결 상태를 유지할 수 있다. 또한, 차량은 할당된 자원을 통해 다른 엔티티들과 V2V 통신, V2I 통신 및 V2P 통신 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.

한편, 도 1a 내지 도 4b를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템과 차량의 지붕 위, 지붕 내부 또는 지붕 프레임 내부에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5a는 일 실시 예에 따른 안테나 시스템의 배치 구조를 나타낸다. 한편, 도 5b는 도 5a의 구조에서 복수의 안테나들을 포함하는 안테나 시스템의 높이 방향에서의 내부 구조를 나타낸다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)이 레이돔(2000) 내부에 배치될 수 있다. 한편, 안테나 시스템(1000)의 하부에는 금속 재질의 차량 지붕 또는 차량 지붕의 내부 구조물이 형성될 수 있다. 즉, 차량 지붕의 플라스틱 커버에 flat 안테나 구조의 TCU가 직접 장착될 수 있다.

이와 관련하여, 복수의 안테나들(1100)이 회로 기판의 상부에 배치될 수 있고, 4G/5G NAD(network access device, 1400)이 회로 기판의 하부에 배치될 수 있다. 한편, 다른 회로 기판의 하부에 AP(Application processor, 1450)가 배치될 수 있다. 이러한 구조에서 전체 높이는 h를 갖는 안테나 시스템(1000a)에서 복수의 안테나들(1100)의 높이는 h1으로 제한될 수 있다.

이러한 안테나 시스템(1000)이 차량 지붕 위 또는 내부에 배치됨에 따라 태양과 같은 외부 광원(external light source)에 의해 온도가 상승할 수 있다. 또한, 안테나 시스템이 구동됨에 따라 발생하는 열원에 의해 내부 온도가 상승하게 되어 안테나 시스템의 내부 부품의 성능에 영향을 미칠 수 있다. 이와 관련하여, LTE Cat16 NAD로 차량 지붕 내 대기온도가 105도 Peak일때도 동작 가능하게 하는 방열 구조를 구성할 수 있다. 이를 위해, 안테나 모듈 내부 방열 개선과 외부로 열의 유입 절감 조건을 모두 활용할 수 있다.

일 예시로서, 105도 Roof 내부 공기 피크 온도에서도 TCU 동작을 목표로 한다. 이와 관련하여, 안테나 시스템 내부의 주요 부품 동작 임계 온도 이하로 유지될 필요가 있다. 이를 위해, 안테나 시스템에서 발생하는 열은 (i) 태양과 같은 외부 광원(열원)에 의해 발생할 수 있다. 또한, 열은 안테나 시스템의 내부 부품 발열에 의해 발생할 수 있다. 또한, (ii) 열은 지붕 내부의 공기로부터 전도되거나 또는 (iii) 차량 지붕 영역의 플라스틱 재질의 영역을 통해 유입될 수 있다. 이 경우, 차량 지붕 플라스틱의 온도가 Flat 안테나 TCU로 전달되는 열이 가장 큰 부분을 차지할 수 있다. 한편, Flat 안테나의 TCU 하부에는 85도로 비교적 낮은 공기 층이 존재할 수 있다.

반면에, 도 6a는 다른 실시 예에 따른 안테나 시스템의 배치 구조를 나타낸다. 한편, 도 6b는 도 6a의 구조에서 복수의 안테나들을 포함하는 안테나 시스템의 높이 방향에서의 내부 구조를 나타낸다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)이 레이돔(2000) 내부에 배치될 수 있다. 한편, 안테나 시스템(1000)의 하부에는 금속 재질의 메탈 크래들(metal cradle, CR)이 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 메탈 크래들(CR)은 차량 지붕과 연결되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 안테나 시스템(1000)에서 발생하는 열을 메탈 크래들(CR)을 통해 외부로 방출할 수 있다. 이러한 구조에서, 차량 지붕 하부의 메탈 크래들(CR)에 flat 안테나 구조의 TCU가 장착될 수 있다. 이 경우, 복수의 안테나들(1100)이 회로 기판의 상부에 배치될 수 있고, 4G/5G NAD(network access device, 1400)와 AP(Application processor, 1450)가 히트 싱크에 배치될 수 있다.

이러한 구조에서 전체 높이는 h를 갖는 안테나 시스템(1000b)에서 복수의 안테나들(1100)의 높이는 h2까지 확장 가능하다. 따라서, 도 5b의 구조는 복수의 안테나들(1100)의 높이는 h1으로 제한되는 데 비해, 도 6b의 구조는 복수의 안테나들(1100)의 높이는 h2로 확장될 수 있다. 일 예로, 도 5b의 안테나 시스템의 전체 높이 h가 25mm인 경우 복수의 안테나들(1100)의 높이 h1은 5 내지 7mm로 제한될 수 있다. 반면에, 도 6b의 안테나 시스템의 전체 높이 h가 25mm인 경우 복수의 안테나들(1100)의 높이 h1은 16 내지 18mm로 확장될 수 있다.

한편, 전술한 도 5a 및 도 5b의 제1 타입 flat 안테나와 도 6a 및 도 6b의 제2 타입 flat 안테나의 구조적/기술적 특징과 측정 방법은 다음과 같다. 제1 타입 안테나는 open space 기준으로 안테나 성능 최적화를 위한 패턴 및 매칭 작업을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 주변에 금속이 없는 상태에서 소정 직경의 금속판 중심부에 제1 타입 안테나를 설치 후 안테나 방사 패턴을 측정할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 타입 안테나에 대해 구(sphere)에 가까운 형태의 방사 패턴 확보를 목표로 할 수 있다. 이 경우, elevation 각도 60 내지 70도의 범위에서 최적의 안테나 gain을 목표로 안테나 설계를 할 수 있다.

한편, 제2 타입 안테나는 안테나 시스템(1000)이 금속 기구 구조물에 체결된 상태를 가정하여 안테나 패턴 설계 및 매칭 작업을 하여 안테나 성능을 최적화할 수 있다. 이와 관련하여, 차량에 장착되는 메탈 cradle을 제작하여 안테나 방사 패턴을 측정할 수 있다. 이 경우, 메탈 cradle을 포함하여 안테나 시스템(1000)의 방사 패턴은 구 형태의 방사 패턴에서 low elevation 각도에서 수신 성능이 더 향상된 형태를 갖도록 구성될 수 있다.

이와 같은 제2 타입 안테나의 방사 패턴을 hemi-sphere radiation pattern으로 지칭할 수 있다. 반면에, 제1 타입 안테나의 방사 패턴을 omni-directional radiation pattern으로 지칭할 수 있다. 따라서, 제2 타입 안테나의 방사 패턴은 elevation 각도 약 70 내지 90도에서 최적의 안테나 이득 확보를 목표로 새로운 안테나 구조 및 방식을 적용할 수 있다.

한편, 안테나 시스템(1000)이 차량 지붕 위 또는 내부에 배치됨에 따라 태양과 같은 외부 광원(external light source)에 의해 온도가 상승할 수 있다. 또한, 안테나 시스템이 구동됨에 따라 발생하는 열원에 의해 내부 온도가 상승하게 되어 안테나 시스템의 내부 부품의 성능에 영향을 미칠 수 있다.

일 예시로서, 105도 Roof 내부 공기 피크 온도에서도 TCU 동작을 목표로 한다. 이와 관련하여, 안테나 시스템 내부의 주요 부품 동작 임계 온도 이하로 유지될 필요가 있다. 이를 위해, 안테나 시스템에서 발생하는 열은 (i) 태양과 같은 외부 광원(열원)에 의해 발생할 수 있다 또한, 열은 안테나 시스템의 내부 부품 발열에 의해 발생할 수 있다. 또한, (ii) 열은 메탈 재질의 지붕 영역에서 메탈 크래들(metal cradle, CR)로 전도되거나 또는 (iii) 차량 지붕 영역의 플라스틱 재질의 영역을 통해 유입될 수 있다. 이 경우, 차량 지붕 플라스틱의 온도 상승에 따라 하부의 메탈 크래들 내부 영역에 열이 누적될 수 있다. 한편, Flat 안테나의 TCU 하부에는 85도로 비교적 낮은 공기 층이 존재할 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 차량 지붕 플라스틱의 온도 상승에 따라 하부의 메탈 크래들 내부 영역에 누적되는 것을 방지하기 위한 방열 구조를 제안하고자 한다. 안테나 시스템과 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.

이와 관련하여, 일 실시 예에 따른 복수의 안테나들과 부품들을 구비하는 안테나 시스템의 방열 구조에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 본 발명의 일 목적은 차량 내에 탑재되는 안테나 시스템이 외부 열원에 의해 내부 온도가 상승하는 것을 방지하는 방열 구조를 제공하기 위한 것이다. 본 발명의 다른 일 목적은, 안테나 시스템이 구동됨에 따라 발생하는 열원에 의해 내부 온도가 상승하게 되어 안테나 시스템의 내부 부품의 성능에 영향을 미치는 것을 방지하는 방열 구조를 제공하기 위한 것이다. 한편, 본 발명의 다른 일 목적은, 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능과 방열 특성을 개선하기 위한 것이다. 또한, 본 발명의 다른 일 목적은, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시하기 위한 것이다. 또한, 본 발명의 다른 일 목적은, 안테나 시스템 내의 안테나 소자들이 다양한 구조에 따라 광대역 동작하면서도 최적화된 안테나 성능을 제공하기 위한 것이다.

이와 관련하여, 도 7a는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나들이 배치되는 회로 기판과 방열 구조의 구성을 나타낸다. 한편, 도 7b는 히트 싱크 또는 히트 싱크로서 동작할 수 있는 메탈 프레임의 구조를 나타낸다.

도 6a 내지 도 7b를 참조하면, 안테나 시스템은 메탈 크래들(CR) 및 히트 싱크(heat sink, HS)를 포함하도록 구성 가능하다. 또한, 안테나 시스템은 안테나 또는 회로 부품들이 배치되는 회로 기판(S1, S2)을 더 포함하도록 구성 가능하다.

이와 관련하여, 메탈 크래들(CR)은 차량의 지붕 프레임 내부에 배치되어, 수용부 영역(reception portion region)이 형성되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 메탈 크래들(CR)은 금속 재질의 차량 지붕과 고정되도록 구성될 수 있다. 또한, 메탈 크래들(CR)은 유선형으로 수용부 영역이 형성되어 안테나 모듈이 배치되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 시스템은 복수의 안테나들과 부품들을 포함하고 케이스를 구비하는 안테나 모듈을 지칭할 수 있다. 또는, 안테나 시스템은 복수의 안테나들과 부품들을 포함하고 케이스를 구비하는 안테나 모듈과 메탈 크래들(CR)을 포함하는 전체 구조를 지칭할 수 있다.

회로 기판(S1, S2)은 안테나 또는 회로 부품들이 배치되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 상부 기판인 제1 기판(S1)에 적어도 하나의 안테나가 배치될 수 있다. 또한, 하부 기판인 제2 기판(S2)에 4G/5G 대역에서 동작 가능한 복수의 안테나(1100)가 배치될 수 있다. 복수의 안테나(1100)는 제1 안테나(ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(ANT2, 1100-2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 안테나(ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(ANT2, 1100-2)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.

이와 관련하여, 안테나 배치는 전술한 구성에 한정되는 것은 아니고 도 5a 및 도 5b와 같이 복수의 안테나(1100)가 제1 기판(S1)에 배치될 수도 있다. 복수의 안테나들을 구비하는 안테나 시스템의 방열 구조에 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.

이와 관련하여, 도 8은 다른 실시 예에 따른 복수의 안테나들이 배치되는 회로 기판과 방열 구조의 구성을 나타낸다. 도 8을 참조하면, 제1 안테나(ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(ANT2, 1100-2)를 포함하는 복수의 안테나(1100)는 제1 기판(S1)에 배치될 수 있다. 이 경우, 다수의 회로 부품들의 실장 공간은 증가하게 되고 이에 따라 제2 히트 싱크(HS2)가 최적 구조로 형성될 수 있다.

도 7a 및 도 8을 참조하면, 두 개의 PCB(S1, S2)로부터 열을 추출하여 모듈 하단의 낮은 온도 (85도)의 공기층으로 열을 발산하는 히트 싱크(HS, HS2)가 구비될 수 있다. 한편, 제2 히트 싱크(HS2)는 Al재질로 두 개의 PCB 테두리와 접촉을 통해 동시에 두 개의 PCB(S1, S2)로부터 열을 추출하여 하부로 발산하는 구조이다. 발열체 부품에 열 전도 물질(thermal insulation material, TIM)을 부착하여, 히트 싱크(HS, HS2)로 열이 전달되도록 하여, 약 4도의 온도 저하 효과를 확인할 수 있다. 따라서, 제2 히트 싱크(HS2)에 의해 모든 부품들을 둘러싸는 구조로 형성되어 차량 지붕 내부의 데워진 공기에 의한 열의 유입을 저감할 수 있다.

두 개의 PCB(S1, S2)로 열원에 해당하는 부품들을 분할 배치하여 핫 스팟(hot spot)을 분리할 수 있다. 주요 발열원에 해당하는 NAD(1400)와 Application Processor(1450)를 분리 배치할 수 있다. 두 개의 PCB(S1, S2)를 이용하여 안테나 모듈의 전체 사이즈를 감소시키고 4G통신과 5G통신에 따른 모듈의 업그레이드를 가능하게 하는 구조이다. 이와 관련하여, PCB 분리 배치에 따른 약 1도 정도의 온도 저감 효과를 확인할 수 있다.

안테나 시스템의 내부 및/또는 외부에는 복수의 절연 패드(insulation pad, IP) 및/또는 열 확산 층(heat spread layer, HSL)가 배치될 수 있다. 또한, 안테나 시스템의 외부에는 안테나 시스템을 차량 외부로부터 보호하도록 레이돔 커버(radome cover, RCV, 2000)이 배치될 수 있다. 한편, 레이돔 커버의 광 차단 특성을 향상시키기 위해 광 차단 필름(light blocking film, LBF)가 더 배치될 수 있다.

복수의 안테나들을 구비하는 안테나 시스템의 방열 구조에 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.

이와 관련하여, 도 9a는 일 실시 예에 따른 자외선 노출 시간에 따른 다양한 구조에서 온도 상승을 비교한 것이다. 도 9a를 참조하면, 레이돔 커버(RCV, 2000)와 광 차단 필름(light blocking film, LBF)이 구비된 경우, 40.7도에서 32.8도로 온도 상승이 억제됨을 알 수 있다.

이와 관련하여, 안테나 시스템은 절연 패드(insulation pad, IP)를 더 포함할 수 있다. 한편, 안테나 시스템은 레이돔 커버(radome cover, RCV)를 더 포함할 수 있다. 또한, 안테나 시스템은 광 차단 필름(light blocking film, LBF)를 더 포함할 수 있다. 절연 패드(IP)는 안테나 시스템의 상부에 배치되어, 열을 절연하도록 구성될 수 있다. 한편, 레이돔 커버(RCV)는 절연 패드(IP) 상부에 배치되고, 안테나 시스템 내부에 배치된 복수의 안테나에서 방사되는 전파가 통과하도록 구성될 수 있다. 또한, 광 차단 필름(LBF)은 레이돔 커버의 상부에 배치되고, 메탈 크래들 내부의 수용부 영역으로 광(light)이 입사되는 것을 차단할 수 있도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 광 차단 필름(LBF)을 이용하여 일사량에 의한 열의 흐름으로 인한 차량 내부 온도 상승을 늦추거나 낮추기 위함이다. 광 차단 필름(LBF)과 열 절연패드(IP)를 적용하여 최대 8도의 온도 저하를 확인할 수 있다. 광 차단 필름(LBF)은 빛의 투과율을 낮추는 기능과 함께 차량 내부로 무선 전파 감쇄가 0.2dB 미만인 필름으로 구현될 수 있다.

한편, 히트 싱크(heat sink, HS)는 안테나 시스템의 배면에 형성되고, 수용부 영역과 고정되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈의 전체 높이가 약 25mm의 low-profile 구조이다. 따라서, 제2 기판(PCB2, S2)에 배치된 AP(1450)에서 발생한 열이 위로 상승하여 NAD(1400)에 영향을 미쳐 고온에서 안테나 모듈(시스템)의 생존성을 저하시킨다. 따라서, 제2 기판(PCB2, S2)의 열을 중간 영역에서 확산(spread) 또는 차단(blocking)하도록 열 확산 층(heat spread layer, HSL)이 배치될 수 있다. 이와 같은 열 확산 층(HSL)에 의해 약 3.5도 정도의 열 개선 효과를 확인할 수 있다.

한편, 히트 싱크(HS)는 바디 영역(body region, BR) 및 복수의 모듈 고정부(module fixation portion, MFP)를 포함하도록 구성될 수 있다. 바디 영역(BR)은 소정 길이와 너비를 갖고 적어도 하나의 개구 영역을 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 복수의 모듈 고정부(MFP)은 바디 영역(BR)과 일체로 형성되고, 메탈 크래들과 나사(screw)를 통해 고정되도록 구성될 수 있다.

일 예시로서, 복수의 모듈 고정부(MFP1 내지 MFP4)는 바디 영역(BR)과 일체로 형성되고, 메탈 크래들과 나사(screw)를 통해 고정되어, thermal bridge로 동작할 수 있다. 한편, 복수의 모듈 고정부(MFP1 내지 MFP4)가 배치되는 위치는 바디 영역(BR)의 전단(front end)과 후단(read end) 상의 서로 상이한 위치일 수 있다. 이에 따라, 복수의 모듈 고정부(MFP1 내지 MFP4)가 메탈 크래들과 체결 시 기구적으로 안정성이 확보되고 동시에 복수의 서로 다른 열원에 의한 thermal bridge로서 효율이 향상된다.

특히, 히트 싱크(HS)에 모듈 고정부(MFP1 내지 MFP4)가 형성되도록 하여 설계하였으며, 금속 나사(metal screw)로 차량 메탈 프레임에 체결할 수 있다. 이와 관련하여, 기존 히트 싱크가 금속 영역에서 대기로 열을 방사하는 전달 방식이라면, 본 발명은 thermal bridge 방식이다. 즉, thermal bridge는 안테나 모듈의 히트 싱크에서 차량의 메탈 프레임에 직접 접촉(contact)을 통한 방열 방식이다.

이와 관련하여, 도 9b는 일 실시 예에 따른 안테나 시스템 내부의 열 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 9b는 도 7a와 같은 구조에서 금속 프레임 존재 여부에 따른 각 부품 별 온도 특성을 나타낸다. 도 9b를 참조하면, 시뮬레이션 결과 50도 대기 조건에서 최대 11도의 개선 효과를 확인할 수 있다.

전술한 바와 같이, 도 8을 참조하면, 제2 히트 싱크(HS2)가 열 차단을 위한 최적 구조로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5a 내지 도 8을 참조하면, 안테나 시스템은 제1 기판(S1), 제2 기판(S2) 및 제2 히트 싱크(HS2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 기판(S1)은 적어도 하나의 안테나가 배치되도록 구성될 수 있다. 한편, 제2 기판(S2)은 제1 기판(S1)과 평행하게 제1 기판(S1)의 하부에 배치될 수 있다. 도 7a의 구조에서 제1 기판(S1)에 GNSS 또는 SDARS 안테나가 배치될 수 있다. 반면, 도 8 구조에서 제1 기판(S1)에 4G/5G 대역에서 동작 가능한 제1 안테나(ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(ANT2, 1100-2)가 배치될 수 있다.

이와 관련하여, 제2 히트 싱크(HS2)는 제2 기판(S2)의 하부에서 제2 기판(S2)을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 또한, 제2 히트 싱크(HS2)는 제1 기판(S1)의 하부까지 연장되도록 형성될 수 있다. 한편, 제2 히트 싱크(HS2)는 수평 부(horizontal portion, HP) 및 수직 부(vertical portion)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 히트 싱크(HS2)는 복수의 수직 부를 포함하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 수직 부를 제1 수직 부(VP1)로 지칭할 수 있다. 한편, 수평 부(HP)는 제2 기판(S2)의 배면에 배치된 부품들(components)과 열 전달 물질(thermal interface material, TIM)을 통해 연결 (즉, 인터페이스)되도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 수직 부(VP1)는 수평 부(HP)와 수직하게 연장되고, 부품들을 둘러싸도록 형성될 수 있다.

한편, 제2 히트 싱크(HS2)는 제1 연결 부(connection portion, CP1)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 히트 싱크(HS2)는 제2 수직 부(VP2)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 히트 싱크(HS2)는 제2 연결 부(CP2)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 연결 부(CP1)는 제1 수직 부(VP1)와 연결되고, 제2 기판(S2)의 하부에 배치되도록 형성될 수 있다. 한편, 제2 수직 부(VP2)는 제1 연결부(CP1)와 수직하게 연장되고, 제1 기판(S1)의 배면에 배치된 부품들을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 또한, 제2 연결 부(CP2)는 제2 수직 부(VP2)와 연결되고, 제1 기판(S1)의 하부에 배치되도록 형성될 수 있다.

한편, 복수의 프로세서 간의 열 전달 차단을 통한 성능 향상 메커니즘과 관련하여, 이는 히트 싱크(HS) 및/또는 제2 히트 싱크(HS2)가 열 차단 메커니즘을 수행할 수 있다. 또한, 열 전달 물질(TIM) 및/또는 열 확산 층(HSL)이 열 차단 메커니즘을 수행할 수 있다.

이와 관련하여, 안테나 시스템은 제1 프로세서(1400) 및 제2 프로세서(1450)를 포함하도록 구성 가능하다. 여기서, 제1 프로세서(1400) 및 제2 프로세서(1450)가 NAD와 AP로 한정되는 것은 아니다. 즉, 어느 하나의 프로세서에 의해 생성되는 열이 다른 프로세서로 전달되는 상황의 임의의 프로세서를 모두 포함할 수 있다. 제1 프로세서(1400)는 적어도 하나의 안테나로부터 신호를 처리하도록 구성될 수 있다. 한편, 제2 프로세서(1450)는 제2 기판(S2)의 배면에 배치되고, 상기 제1 프로세서(1400)를 제어하도록 구성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 제1 프로세서에 의해 발생하는 열과 제2 프로세서에 의해 발생하는 열은 제1 기판(S1) 및 제2 기판(S2)과 접촉된 상기 제2 히트 싱크(HSL2)에 의해 제2 히트 싱크(HS2) 하부의 공간으로 발산될 수 있다. 한편, 열 확산 층(HSL)은 제2 기판의 상부에 배치되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 열 확산 층(HSL)은 제1 프로세서와 열 전달 물질(TIM)을 통해 인터페이스 (즉, 연결)될 수 있다. 열 확산 층(HSL)은 제2 프로세서에 의해 제2 기판(S2)으로부터 발생하는 열을 확산시켜 제1 프로세서로 열이 전달되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 또한, 열 확산 층(HSL)은 제1 프로세서에 의해 제1 기판(S1)으로부터 발생하는 열을 확산시켜 제2 프로세서로 열이 전달되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 제1 프로세서(1400)는 메탈 크래들 내부의 온도가 임계치 이상이면, 제1 프로세서(1400) 내부의 증폭기의 RF 출력이 감소되도록 증폭기의 입력 전력 또는 이득을 제어하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 안테나 시스템 (모듈) 내부는 메탈 크래들 내부의 온도를 측정할 수 있도록 구성된 온도 센서가 구비될 수 있다. 또한, 메탈 크래들 내부의 온도를 추정하도록 전력 증폭기 출력을 측정하도록 구성될 수 있다.

또 다른 실시 예에 따르면, 제2 프로세서(1450)는 온도 기반 팬 송풍 제어를 수행할 수 있다. 구체적으로, 제2 프로세서(1450)는 메탈 크래들 내부의 온도가 임계치 이상이면 메탈 크래들 내부로 송풍 되도록 메탈 크래들 내부 또는 메탈 크래들 외부에 배치된 팬 모듈을 제어할 수 있다. 이를 위해, 안테나 시스템 (모듈) 내부는 메탈 크래들 내부의 온도를 측정할 수 있도록 구성된 온도 센서가 구비될 수 있다. 또한, 메탈 크래들 내부의 온도를 추정하도록 전력 증폭기 출력을 측정하도록 구성될 수 있다.

전술한 바와 같은 복수의 안테나들과 부품들을 구비하는 안테나 시스템은 방열 구조를 통해 내부 온도가 상승하는 것을 방지하고 부품들의 성능을 보장할 수 있다. 한편, 안테나 시스템의 방열 구조는 방열 핀과 히트 파이프의 구조 최적화를 통해 방열 특성이 개선될 수 있다.

이와 관련하여, 도 10a는 일 실시 예에 따른 직선 핀(straight fin) 구조의 방열 구조를 나타낸다. 한편, 도 10b는 다른 실시 예에 따른 크로스 핀(cross fin) 구조의 방열 구조를 나타낸다. 또한, 도 10c는 또 다른 실시 예에 따른 크로스 핀(cross fin)과 히트 파이프를 갖는 방열 구조를 나타낸다.

도 5a 내지 도 8, 도 10b 및 도 10c를 참조하면, 히트 싱크(HS)는 크로스 핀(cross fin, CF)을 구비할 수 있다. 또한, 히트 싱크(HS)는 핀을 관통하도록 형성된 히트 파이프(heat pipe, HP)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서는 히트 싱크(HS)가 공기중으로 열을 전도시키는 효율 개선을 위해 최적의 방열 핀 형상이 적용될 수 있다. 일 예로, 크로스 핀(CF)과 예를 들어 10W 기준 히트 파이프(HP)를 함께 적용할 수 있다.

이와 관련하여, 도 11은 도 10a 내지 도 10c에 따른 방열 구조에서 컴포넌트 별 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 도 11의 시뮬레이션과 관련하여, 차량 지붕 내 대기온도가 105도 peak인 경우에도 5G NAD(1400)가 동작 가능하여야 한다. 이를 위해, 도 10a 내지 도 10c의 방열 구조가 적용될 수 있다. 즉, 안테나 모듈 내부 방열 개선과 내부의 열을 메탈 크래들을 이용하여 외부로 전도하는 방식이 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명을 통해 기존 Flat 안테나 TCU 방열 설계 구조에 추가 방열 구조를 적용하여 성능을 개선하면서도 안테나 성능이 보장될 수 있다.

도 11을 참조하면, NAD 모듈(1400) 내부 부품에 대해 직선 핀 구조에 비해 크로스 핀 구조가 약 4도 정도 온도가 낮음을 알 수 있다. 한편, NAD 모듈(1400) 내부 부품에 대해 크로스 핀과 히트 파이프 구조가 약 4.5도 정도 온도가 낮음을 알 수 있다. 따라서, 알루미늄(Al) 다이 캐스팅 기준으로 핀(fin)이 없는 형상 대비 95도 대기 환경에서 시뮬레이션을 통해서 4.5도 내지 17도 이상의 온도 개선 효과가 확인될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 안테나 시스템에 대한 방열 구조에서 히트 파이프의 형상이 최적화될 수 있다. 이와 관련하여, 도 12a는 일 실시 예에 따른 히트 싱크 영역 내에 배치되는 히트 파이프의 형상을 나타낸다. 한편, 도 12b는 히트 싱크 영역에 대응되는 위치에 부품들이 배치된 형태를 나타낸 것이다. 도 5a 내지 도 8 및 도 12a를 참조하면, 히트 파이프(HP)는 메탈 크래들(CR)의 형상에 대응하도록 벤딩된 형태로 형성될 수 있다.

한편, 본 발명에서는 히트 싱크(HS)가 공기중으로 열을 전도시키는 효율 개선을 위해 최적의 방열 핀 형상이 적용될 수 있다. 도 5a 내지 도 8, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 히트 싱크(HS)의 서로 다른 위치에 복수의 열원이 배치된 것으로 가정할 수 있다. 여기서, 복수의 열원은 모뎀(1400), AP(1450)과 같은 부품일 수 있다. 구체적으로, 복수의 열원은 제2 기판(S2)에 해당하는 메인 PCB에 배치되는 다수의 부품들과 모뎀에 해당하는 NAD(1400)를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 PCB에 배치되는 부품들은 Ethernet PHY, eMMC, PMIC, AP(1450), LPDDR4와 같은 메모리를 포함할 수 있다. 또한, NAD(1400)는 PMIC, Modem, MCP, Transceiver, 5G n77_MIMO 모듈 및 5G n79_MIMO 모듈 등을 포함할 수 있다.

이와 같은 부품들을 포함하는 메인 PCB와 NAD(1400)를 구비하는 안테나 시스템에서 벤딩된 형태의 최적화된 히트 파이프(HP)를 통해 내부 부품에서 발생하는 열에 의한 온도 상승을 저감할 수 있다.

본 발명에서는 안테나 모듈 내부 방열 개선과 내부의 열을 메탈 크래들을 이용하여 외부로 전도하는 방식이 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 차량 지붕 내 대기온도가 105도 peak인 경우에도 동작 가능하게 하는 방열 구조가 제시될 수 있다. 즉, 안테나 모듈 내부 방열 개선과 내부의 열을 메탈 크래들을 이용하여 외부로 전도하는 방식이 적용될 수 있다. 또한, 일 실시 예에 따르면, 105도 시뮬레이션 결과 105도 동작 조건을 만족하는 결과를 얻을 수 있다. 히트 파이프를 적용하여, 특정 핫 스팟(hot spot) 모듈인 5G NAD(1400)의 온도를 더 낮출 수 있다. 따라서, 일 실시 예에 따른 방열 핀과 히트 파이프를 구비하는 방열 구조가 5G 텔레매틱스 모듈 구현을 위해 필요하다.

일 실시 예에 따르면, 안테나 시스템 (모듈) 내부의 온도를 낮추기 위해 최적화된 히트 싱크 구조가 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a는 일 실시 예에 따른 진공 챔버 부를 갖는 히트 파이프 구조를 나타낸다. 한편, 도 13b는 다양한 구조의 진공 챔버 부와 히트 파이프의 형상과 동작 조건 등을 나타낸다.

도 5a 내지 도 8 및 도 13a를 참조하면, 히트 싱크(HS)는 히트 파이프(HP)와 연결되고, 소정 너비와 길이로 금속 플레이트로 형성된 진공 챔버 부(vapor chamber portion, VCP)를 더 포함할 수 있다. 진공 챔버 부(VCP)는 히트 파이프(HP)에 의해 일 방향으로 이동된 열을 해당 면적을 통해 열을 메탈 크래들 외부 공간으로 방출하도록 구성될 수 있다.

도 13b를 참조하면, 진공 챔버 부(VCP)는 평탄(flat), 직사각형(rectangular), 평면 엠보싱(surface embossing), 또는 z-축 벤딩(bending) 구조로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 진공 챔버 부(VCP)는 평면 엠보싱(surface embossing) 구조인 제1 VCP(VCP1)로 구현될 수 있다. 또는, 진공 챔버 부(VCP)는 z-축 벤딩(bending) 구조인 제2 VCP(VCP2)로 구현될 수 있다.

일 예로, 진공 챔버 부(VCP)는 약 20mm 내지 75mm의 치수(dimension를 갖는 직사각형 구조로 형성될 수 있다. 이러한 진공 챔버 부(VCP)는 z-축 높이가 제한된 구조에서 낮은 대기 흐름(low air flow) 조건에서 2차원 열 확산을 위해 사용될 수 있다. 이와 관련하여, 히트 파이프(HP)가 한 방향으로만 열을 이동시키는 것에 비하여, 진공 챔버 부(VCP)는 큰 면적으로 열을 배출하는 것이 가능하다. 따라서, 본 발명에서는 히트 싱크(HS)에 히트 파이프(HP)와 함께 진공 챔버 부(VCP)를 적용할 수 있다.

한편, 히트 파이프(HP)는 약 3mm 내지 8mm의 직경 또는 약 0.8mm 내지 2.2mm의 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 히트 파이프(HP)의 형상은 라운드(round), 평탄(flat) 또는 벤딩(bend) 형태로 형성될 수 있다. 이러한 히트 파이프(HP)는 많은 대기 흐름(plenty of air flow) 조건에서 1차원 열 확산을 위해 사용될 수 있다. 따라서, 도 5a 내지 도 8 및 도 13a 및 도 13b를 참조하면, 히트 파이프(HP)를 통해 5G NAD(1400)에서 발생하는 열을 1차원 열 확산을 통해 다른 영역으로 확산시킬 수 있다. 즉, 히트 파이프(HP)를 통해 열원이 존재하지 않는 거리 상 다른 영역으로 열을 이동시킬 수 있다. 또한, 열원이 존재하지 않는 다른 영역으로 확산된 열을 진공 챔버 부(VCP)를 통해 2차원 열 확산 형태로 전체 영역을 통해 효율적으로 방출시킬 수 있다.

이상에서는 복수의 안테나들을 구비하는 안테나 시스템과 방열 구조에 대해 설명하였다. 이하에서는 복수의 안테나들과 부품들 및 방열 구조를 구비하는 안테나 시스템이 탑재되는 차량에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 전술한 안테나 시스템과 방열 구조에 대한 설명이 차량에도 적용될 수 있다.

도 14a는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나들이 배치되는 회로 기판과 안테나들을 제어하는 구성을 나타낸다. 한편, 도 14b는 안테나 시스템의 레이돔으로 동작하는 커버의 형상을 나타낸다. 또한, 도 15는 복수의 안테나들이 배치된 안테나 시스템과 차량 내 다른 장치와의 제어 구성도이다.

도 14a를 참조하면, 한편, 복수의 안테나들(1100)은 제1 안테나(ANT1) 또는 제2 안테나(ANT2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 안테나(ANT1)는 회로 기판(S1)의 제1 급전부와 연결되고, 유전체 캐리어(DC)의 전면과 일 측면에 배치되는 제1 금속 패치를 통해 제1 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 한편, 제2 안테나(ANT2)는 회로 기판(S1)의 제2 급전부와 연결되고, 유전체 캐리어(DC)의 전면과 일 측면에 배치되는 제2 금속 패치를 통해 제2 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1)는 회로 기판(S1)의 중앙 영역에 해당하는 안테나 영역에 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 안테나(ANT1, 1100a)의 유전체 캐리어(DC)의 타 측면은 회로 기판(S1) 위에 배치될 수 있다. 한편, 제2 안테나(ANT2)는 회로 기판(S1)의 일 측에 배치되는 remote keyless entry(RKE) 영역에 배치될 수 있다. 이 경우, 제2 안테나(ANT2)의 유전체 캐리어의 배면은 회로 기판(S1) 위에 배치될 수 있다.

일 실시 예에 따른 안테나 시스템에 구비되는 복수의 안테나들(1100)과 관련하여, low elevation radiation 지원에 최적화된 안테나 기술들을 적용할 수 있다. 이와 관련하여, 615MHz 내지 3800MHz의 광대역 동작을 위해 유전체 캐리어에 배치되는 금속 패치를 이용하여 low profile 구조로 구현할 수 있다. 한편, 이러한 광대역 안테나 구조는 다른 안테나 시스템 대비 적은 안테나 개수로 차량에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 하나의 안테나 소자가 저대역(LB) 이외에 중대역(MB)과 고대역(HB)에서도 방사체로서 동작할 수 있기 때문이다. 또한, 유전체 캐리어 상에 구현되는 low profile 안테나가 회로 기판(S1)에 작은 크기로 배치됨에 따라, 그라운드 영역에 Ground Cut을 최소화하여 TCU 회로 부품 장착이 용이하게 된다.

일 실시 예에 따른 복수의 안테나들(1100)은 제3 안테나(ANT3) 또는 제4 안테나(ANT4)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제3 안테나(ANT3)는 회로 기판(S1)의 제3 급전부와 연결되고, 유전체 캐리어(DC)의 전면과 일 측면에 배치되는 제3 금속 패치를 통해 제3 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 또한, 제4 안테나(ANT4)는 회로 기판(S1)의 제4 급전부와 연결되고, 유전체 캐리어(DC)의 전면과 일 측면에 배치되는 제4 금속 패치를 통해 제4 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제3 안테나(ANT3)는 회로 기판(S1)의 중앙 영역에 해당하는 안테나 영역에 배치될 수 있다. 반면에, 제4 안테나(ANT4)는 회로 기판(S1)의 타 측에 배치되는 remote keyless entry(RKE) 영역에 배치될 수 있다.

한편, 일 실시 예에 따른 복수의 안테나들(1100)은 제5 안테나(ANT5) 또는 제6 안테나(ANT6)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제5 안테나(ANT5)는 회로 기판(S1)의 제5 급전부와 연결되고, 유전체 캐리어(DC)의 전면과 일 측면에 배치되는 제5 금속 패치를 통해 제5 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 또한, 제6 안테나(ANT6)는 회로 기판(S1)의 제6 급전부와 연결되고, 유전체 캐리어(DC)의 전면과 일 측면에 배치되는 제6 금속 패치를 통해 제6 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제5 안테나(ANT5)와 제6 안테나(ANT6)는 회로 기판(S1)의 중앙 영역에 해당하는 안테나 영역에 배치될 수 있다.

이러한 안테나 시스템(1100) 내의 회로 기판(S1)에 배치되는 복수의 안테나들(1100)은 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및/또는 기저대역 프로세서(baseband process, 1400)에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 일 실시 예에 따른 안테나 시스템(1100)은 송수신부 회로(1250) 및/또는 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 구성될 수 있다.

송수신부 회로(1250)는 회로 기판(S1) 또는 다른 회로 기판에 배치될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2) 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 회로 기판(S1) 또는 다른 회로 기판에 배치되어, 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 연결될 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 회로 기판(S1)의 배면에 배치될 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)를 통해 제1 신호 및 제2 신호를 방사하여 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 구성될 수 있다.

제1 안테나(ANT1)는 회로 기판(S1)의 안테나 영역의 일 측에 배치되고, 제3 안테나(ANT3)는 안테나 영역의 타 측에 배치될 수 있다. 또한, 제5 안테나(ANT5)는 안테나 영역의 하부에 배치되고, 제6 안테나(ANT6)는 안테나 영역의 상부에 배치될 수 있다.

이와 관련하여, 제5 안테나(ANT5)는 제1 안테나(ANT1)에 대해 소정 각도만큼 회전된 각도로 배치될 수 있다. 일 예로, 제5 안테나(ANT5)는 제1 안테나(ANT1)에 대해 90도만큼 회전된 각도로 배치될 수 있다. 한편, 제3 안테나(ANT3)는 제5 안테나(ANT5)에 대해 소정 각도만큼 회전된 각도로 배치될 수 있다. 일 예로, 제3 안테나(ANT3)는 제5 안테나(ANT5)에 대해 90도만큼 회전된 각도로 배치될 수 있다. 또한, 제6 안테나(ANT6)는 제3 안테나(ANT3)에 대해 소정 각도만큼 회전된 각도로 배치될 수 있다. 일 예로, 제6 안테나(ANT6)는 제3 안테나(ANT3)에 대해 90도만큼 회전된 각도로 배치될 수 있다.

한편, RKE 안테나(RKE1, RKE2) 주변에 복수의 안테나들(ANT2, ANT4)가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 안테나(ANT2)는 회로 기판(S1)의 일 측에 배치되는 제1 remote keyless entry(RKE1) 영역에 배치될 수 있다. 또한, 제4 안테나(ANT4)는 회로 기판(S1)의 타 측에 배치되는 제2 remote keyless entry(RKE2) 영역에 배치될 수 있다.

안테나 시스템 및 복수의 안테나들과 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다

도 14b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 커버(cover)에 내부 컴포넌트들이 보호되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 커버(cover)는 회로 기판의 중앙 영역인 안테나 영역과 체결되고, 평탄(flat)한 형태로 형성되는 플랫 커버(flat cover, CV_F) 영역을 포함할 수 있다.

일 실시 예로, 커버는 회로 기판의 측면 영역인 RKE 영역에 체결되고, 경사진(slanted) 형태로 형성되는 경사 커버(slated cover, CV_S) 영역을 더 포함할 수 있다. 또한, 커버는 플랫 커버(CV_F) 영역과 경사 커버(CV_S) 영역 사이에 형성되는 연결 커버(connected cover, CV_C) 영역을 더 커버할 수 있다. 이와 같이 유선형 형태로 형성된 커버에 의해 안테나 시스템(1000)이 차량 지붕 또는 지붕 프레임 내부에 장착되는 경우, 차량 내부의 측면 영역에도 안테나들을 배치시킬 수 있다.

도 1 내지 도 15를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 회로 기판(S1)과 복수의 안테나들(1100)을 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 회로 기판(S1)은 차량의 지붕 또는 지붕 프레임 내부에 배치되는 금속 프레임에서 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 이 경우, 금속 프레임은 안테나 시스템(1000)의 하단에 해당할 수 있고, 히트 싱크(heat sink)로 구현될 수 있다. 따라서, 안테나 시스템을 구비하는 차량(500)은 안테나 시스템(1000)을 포함할 수 있다. 또한, 차량(500)은 안테나 시스템(1000) 이외에 복수의 프로세서(1250, 1400, 1450)을 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 프로세서와 제2 프로세서가 전술한 바와 같이 NAD와 AP일 수 있다. 다른 실시 예로, 제1 프로세서(1250)는 NAD에 포함되는 송수신부 회로이고, 제2 프로세서(1400)는 NAD에 포함되는 모뎀(기저대역 프로세서)일 수 있다.

차량(500)은 차량의 지붕 프레임 내부에 배치되어, 수용부 영역(reception portion region)이 형성되도록 구성되는 메탈 크래들(metal cradle, CR)을 포함할 수 있다. 한편, 차량(500)은 메탈 크래들의 수용부 영역에 배치되고, 제1 기판(S1)과 제1 기판의 하부에 배치된 제2 기판(S2)을 포함하도록 구성된 안테나 시스템(모듈)(1000)을 더 포함할 수 있다. 또한, 차량(500)은 제1 기판(S1) 또는 제2 기판(S2)에 배치되고, 복수의 안테나(1100)로부터 신호를 처리하도록 구성된 제1 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다. 또한, 차량(500)은 제2 기판(S2)에 배치되고, 제1 프로세서(1400)를 제어하도록 구성된 제2 프로세서(1450)를 더 포함할 수 있다.

차량(500)은 안테나 시스템의 배면에 형성되고, 메탈 크래들과 고정되도록 구성된 히트 싱크(heat sink, HS)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 히트 싱크(HS)는 소정 길이와 너비를 갖고 적어도 하나의 개구 영역을 갖는 바디 영역(BR)을 포함할 수 있다. 또한, 히트 싱크(HS)는 바디 영역(BR)과 일체로 형성되고, 메탈 크래들과 나사(screw)를 통해 고정되도록 구성된 복수의 모듈 고정부(MFP)를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 복수의 모듈 고정부(MFP1 내지 MFP4)는thermal bridge로 동작하고, 모듈 고정부가 배치되는 위치는 바디의 전단(front end)과 후단(read end) 상의 서로 상이한 위치일 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 안테나 시스템(1000)은 안테나 시스템의 상부에 배치되어, 열을 절연하도록 구성되는 절연 패드(insulation pad, IP)를 포함할 수 있다. 한편, 안테나 시스템(1000)은 절연 패드 상부에 배치되고, 상기 안테나 시스템 내부의 배치된 복수의 안테나에서 방사되는 전파가 통과하도록 구성된 레이돔 커버(radome cover, RCV)를 더 포함할 수 있다. 또한, 레이돔 커버의 상부에 배치되고, 상기 차량 내부의 상기 수용부 영역으로 광(light)이 입사되는 것을 차단할 수 있도록 구성된 광 차단 필름(light blocking film, LBF)을 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 안테나 시스템(1000)은 제2 기판(S2)의 하부에서 제2 기판(S2)의 둘러싸도록 형성되고, 제1 기판(S1)의 하부까지 연장되도록 형성되는 제2 히트 싱크(HS2)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제2 히트 싱크(HS2)는 제2 기판의 배면에 배치된 부품들(components)과 열 전달 물질(thermal interface material, TIM)을 통해 인터페이스되는 수평 부(horizontal portion, HP)를 포함할 수 있다. 한편, 제2 히트 싱크(HS2)는 수평 부와 수직하게 연장되고, 상기 부품들을 둘러싸도록 형성된 제1 수직 부(vertical portion, VP1)를 더 포함할 수 있다.

한편, 제2 히트 싱크(HS2)는 제1 수직부와 연결되고, 제2 기판(S2)의 하부에 배치되도록 형성된 제1 연결 부(CP1)를 더 포함할 수 있다. 또한, 제2 히트 싱크(HS2)는 제1 연결부와 수직하게 연장되고, 제1 기판(S1)의 배면에 배치된 부품들을 둘러싸도록 형성된 제2 수직 부를 더 포함할 수 있다. 또한, 제2 히트 싱크(HS2)는 제2 수직 부와 연결되고, 제1 기판(S1)의 하부에 배치되도록 형성된 제2 연결부(CP2)를 더 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 안테나 시스템(1000)은 제2 기판(S2)의 상부에 배치되는 열 확산 층(heat spread layer, HSL)을 더 포함할 수 있다. 열 확산 층(HSL)은 제1 프로세서(1400)와 열 전달 물질(TIM)을 통해 인터페이스 (접촉, 연결)될 수 있다. 한편, 열 확산 층(HSL)은 제2 프로세서(1450)에 의해 제2 기판(S2)으로부터 발생하는 열을 확산시켜 제1 프로세서(1400)로 열이 전달되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다. 또한, 열 확산 층(HSL)은 제1 프로세서(1400)에 의해 제2 기판(S2)으로부터 발생하는 열을 확산시켜 제2 프로세서(1450)로 열이 전달되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 제1 프로세서(1250)는 제1 기판(S1) 또는 제2 기판(S2)에 배치된 제1 안테나(ANT1, 1100-1)를 통해 제1 주파수 대역의 제1 신호를 제1 엔티티로부터 수신할 수 있다. 또한, 제1 프로세서(1250)는 제1 안테나와 동일 평면 상에 배치된 제2 안테나(ANT2, 1100-2)를 통해 제2 주파수 대역의 제2 신호를 제2 엔티티로부터 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 차량(500)은 제1 엔티티인 기지국과 통신을 수행하고, 제2 엔티티인 다른 차량과 V2V 통신을 수행할 수 있다.

복수의 안테나들을 구비하는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량과 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.

도 15를 참조하면, 차량에 광대역 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(500)은 복수의 안테나들(1100), 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 구성 가능하다. 한편, 차량(500)은 오브젝트 검출 장치(320)를 더 포함할 수 있다. 또한, 차량(500)은 통신 장치(400)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 통신 장치(400)은 실내 안테나 유닛을 통해 무선 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 차량(500)은 안테나 시스템(1000)을 구비할 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 회로 기판(circuit board, S1) 및 복수의 안테나들(1100)을 포함할 수 있다. 또한, 안테나 시스템(1000)은 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다.

회로 기판(S1)은 차량의 지붕 또는 지붕 프레임 내부에 배치되는 금속 프레임에서 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 이 경우, 금속 프레임은 안테나 시스템(1000)의 하단에 해당할 수 있고, 히트 싱크(heat sink)로 구현될 수 있다. 이러한 안테나 시스템(1100) 내의 회로 기판(S1)에 배치되는 복수의 안테나들(1100)은 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및/또는 기저대역 프로세서(baseband process, 1400)에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 일 실시 예에 따른 안테나 시스템(1100)은 송수신부 회로(1250) 및/또는 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)는 LB 대역에서 MIMO를 수행하도록 구성될 수 있다. 한편, 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)는 MB/HB 대역에서 MIMO를 수행하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 제5 안테나(ANT5) 및 제6 안테나(ANT6)가 MB/HB 대역에서 MIMO를 수행하도록 구성될 수 있다. 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4)는 LB/MB/HB 대역에서 DSDA 안테나로 동작할 수 있다.

제1 안테나(ANT1)는 회로 기판(S1)의 안테나 영역의 일 측에 배치되고, 제3 안테나(ANT3)는 안테나 영역의 타 측에 배치될 수 있다. 또한, 제5 안테나(ANT5)는 안테나 영역의 하부에 배치되고, 제6 안테나(ANT6)는 안테나 영역의 상부에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제5 안테나(ANT5)는 제1 안테나(ANT1)에 대해 소정 각도만큼 회전된 각도로 배치될 수 있다. 일 예로, 제5 안테나(ANT5)는 제1 안테나(ANT1)에 대해 90도만큼 회전된 각도로 배치될 수 있다. 한편, 제3 안테나(ANT3)는 제5 안테나(ANT5)에 대해 소정 각도만큼 회전된 각도로 배치될 수 있다. 일 예로, 제3 안테나(ANT3)는 제5 안테나(ANT5)에 대해 90도만큼 회전된 각도로 배치될 수 있다. 또한, 제6 안테나(ANT6)는 제3 안테나(ANT3)에 대해 소정 각도만큼 회전된 각도로 배치될 수 있다. 일 예로, 제6 안테나(ANT6)는 제3 안테나(ANT3)에 대해 90도만큼 회전된 각도로 배치될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 안테나 시스템(1000) 내부의 복수의 안테나들(1100)을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 시스템(1000)은 전술한 바와 같이 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 기저대역 프로세서(1400)는 복수의 안테나들(1100) 중 일부를 이용하여 2 x2 MIMO 또는 4x4 MIMO를 수행할 수 있다.

이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1), 제2 안테나(ANT2), 제5 안테나(ANT5) 및 제6 안테나(ANT6)를 통해 4x4 MIMO를 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 따라서, 회로 기판(S1)의 안테나 영역과 RKE 영역에 이격 거리를 유지하여 격리도 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 회로 기판(S1)의 안테나 영역에 상호 간에 소정 각도로 회전된 상태로 배치된 안테나들을 이용하여 격리도 특성을 향상시킬 수 있다. 한편, 기저대역 프로세서(1400)는 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4)를 통해 2x2 dual sim dual active (DSDA)를 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.

다른 실시 예로, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1), 제2 안테나(ANT2), 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4)를 통해 4x4 MIMO를 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 따라서, 회로 기판(S1)의 안테나 영역과 RKE 영역에 이격 거리를 유지하여 격리도 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 회로 기판(S1)의 안테나 영역에 상호 간에 소정 각도로 회전된 상태로 배치된 안테나들을 이용하여 격리도 특성을 향상시킬 수 있다. 한편, 기저대역 프로세서(1400)는 제5 안테나(ANT5) 및 제6 안테나(ANT6)를 통해 2x2 dual sim dual active (DSDA)를 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.

따라서, 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, 유전체 캐리어 상에 구현되는 복수의 안테나 소자들(ANT1 내지 ANT6)은 저 대역(LB), 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)의 전 대역에서 동작할 수 있다. 여기서, 저 대역(LB)을 제1 주파수 대역으로 지칭하고 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)을 제2 주파수 대역으로 지칭할 수 있다. 따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 복수의 안테나 소자들(ANT1 내지 ANT6) 중 일부를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 복수의 안테나 소자들(ANT1 내지 ANT6) 중 일부를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 상호 간에 충분한 거리로 이격되고 소정 각도로 회전된 상태로 배치된 안테나 소자들을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 동일 대역 내의 제1 신호 및 제2 신호 간의 격리도(isolation)을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.

한편, 안테나 시스템(1000)의 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)는 제1 주파수 대역인 저대역(LB)에서 방사체(radiator)로서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)가 제1 주파수 대역인 저대역(LB)에서 방사체로서 동작할 수 있다. 반면에, 제1 안테나(ANT1), 제2 안테나(ANT2), 제5 안테나(ANT5) 및 제6 안테나(ANT6)가 제2 주파수 대역인 중대역(MB) 및 고대역(HB)에서 방사체로서 동작할 수 있다.

이에 따라, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 어느 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하면서 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 하나의 안테나를 통해 반송파 집성(carrier aggregation, CA)을 수행할 수 있다는 장점이 있다.

대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2) 중 어느 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하면서 제5 안테나(ANT5) 및 제6 안테나(ANT6) 중 어느 하나를 통해 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 각각의 안테나들을 해당 대역에서 최적화되도록 설계하고 동작하도록 구현할 수 있다는 장점이 있다.

따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역이 결합된 대역을 통해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 자율 주행 등을 위해 대용량의 데이터를 수신할 필요가 있는 경우, 반송파 집성을 통해 광대역 수신이 가능하다는 장점이 있다.

이에 따라, 차량은 eMBB (Enhanced Mobile Broad Band) 통신이 가능하고 차량은 eMBB UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 eMBB UE로 동작하는 차량을 위해 광대역 주파수 자원을 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 주파수 자원을 제외하고 여유 있는 주파수 대역들에 대한 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.

복수의 안테나들을 구비하는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량과 이들에 대한 제어 동작과 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.

이상에서는 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량에 대해 살펴보았다. 이러한 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량과 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템에 대해 살펴보면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 16은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.

도 16을 참조하면, 무선 통신 시스템은 제 1 통신 장치(910) 및/또는 제 2 통신 장치(920)을 포함한다. 'A 및/또는 B'는 'A 또는 B 중 적어도 하나를 포함한다'와 동일한 의미로 해석될 수 있다. 제 1 통신 장치가 기지국을 나타내고, 제 2 통신 장치가 단말을 나타낼 수 있다(또는 제 1 통신 장치가 단말 또는 차량을 나타내고, 제 2 통신 장치가 기지국을 나타낼 수 있다).

기지국(BS: Base Station)은 고정국(fixed station), Node B, eNB(evolved-NodeB), gNB(Next Generation NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(AP: Access Point), gNB(general NB), 5G 시스템, 네트워크, AI 시스템, RSU(road side unit), 로봇 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, 단말(Terminal)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D(Device-to-Device) 장치, 차량(vehicle), 로봇(robot), AI 모듈 등의 용어로 대체될 수 있다.

제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치는 프로세서(processor, 911,921), 메모리(memory, 914,924), 하나 이상의 Tx/Rx RF 모듈(radio frequency module, 915,925), Tx 프로세서(912,922), Rx 프로세서(913,923), 안테나(916,926)를 포함한다. 프로세서는 앞서 살핀 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 보다 구체적으로, DL(제 1 통신 장치에서 제 2 통신 장치로의 통신)에서, 코어 네트워크로부터의 상위 계층 패킷은 프로세서(911)에 제공된다. 프로세서는 L2 계층의 기능을 구현한다. DL에서, 프로세서는 논리 채널과 전송 채널 간의 다중화(multiplexing), 무선 자원 할당을 제 2 통신 장치(920)에 제공하며, 제 2 통신 장치로의 시그널링을 담당한다. 전송(TX) 프로세서(912)는 L1 계층 (즉, 물리 계층)에 대한 다양한 신호 처리 기능을 구현한다. 신호 처리 기능은 제 2 통신 장치에서 FEC(forward error correction)을 용이하게 하고, 코딩 및 인터리빙(coding and interleaving)을 포함한다. 부호화 및 변조된 심볼은 병렬 스트림으로 분할되고, 각각의 스트림은 OFDM 부반송파에 매핑되고, 시간 및/또는 주파수 영역에서 기준 신호(Reference Signal, RS)와 멀티플렉싱되며, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)를 사용하여 함께 결합되어 시간 영역 OFDMA 심볼 스트림을 운반하는 물리적 채널을 생성한다. OFDM 스트림은 다중 공간 스트림을 생성하기 위해 공간적으로 프리코딩된다. 각각의 공간 스트림은 개별 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,915)를 통해 상이한 안테나(916)에 제공될 수 있다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 전송을 위해 각각의 공간 스트림으로 RF 반송파를 변조할 수 있다. 제 2 통신 장치에서, 각각의 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,925)는 각 Tx/Rx 모듈의 각 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 캐리어로 변조된 정보를 복원하여, 수신(RX) 프로세서(923)에 제공한다. RX 프로세서는 layer 1의 다양한 신호 프로세싱 기능을 구현한다. RX 프로세서는 제 2 통신 장치로 향하는 임의의 공간 스트림을 복구하기 위해 정보에 공간 프로세싱을 수행할 수 있다. 만약 다수의 공간 스트림들이 제 2 통신 장치로 향하는 경우, 다수의 RX 프로세서들에 의해 단일 OFDMA 심볼 스트림으로 결합될 수 있다. RX 프로세서는 고속 푸리에 변환 (FFT)을 사용하여 OFDMA 심볼 스트림을 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다. 주파수 영역 신호는 OFDM 신호의 각각의 서브 캐리어에 대한 개별적인 OFDMA 심볼 스트림을 포함한다. 각각의 서브캐리어 상의 심볼들 및 기준 신호는 제 1 통신 장치에 의해 전송된 가장 가능성 있는 신호 배치 포인트들을 결정함으로써 복원되고 복조 된다. 이러한 연 판정(soft decision)들은 채널 추정 값들에 기초할 수 있다. 연판정들은 물리 채널 상에서 제 1 통신 장치에 의해 원래 전송된 데이터 및 제어 신호를 복원하기 위해 디코딩 및 디인터리빙 된다. 해당 데이터 및 제어 신호는 프로세서(921)에 제공된다.

UL(제 2 통신 장치에서 제 1 통신 장치로의 통신)은 제 2 통신 장치(920)에서 수신기 기능과 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 제 1 통신 장치(910)에서 처리된다. 각각의 Tx/Rx 모듈(925)는 각각의 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 반송파 및 정보를 RX 프로세서(923)에 제공한다. 프로세서 (921)는 프로그램 코드 및 데이터를 저장하는 메모리 (924)와 관련될 수 있다. 메모리는 컴퓨터 판독 가능 매체로서 지칭될 수 있다.

한편, 제 1 통신 장치가 차량인 경우 제 2 통신 장치가 기지국으로 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 도 2a를 참조하면, 제 2 통신 장치는 다른 차량일 수 있고 제1 통신 장치와 제2 통신 장치 간 V2V 통신이 수행될 수 있다. 한편, 제 2 통신 장치는 보행자(pedestrian)일 수 있고 제1 통신 장치와 제2 통신 장치 간 V2P 통신이 수행될 수 있다. 또한, 제 2 통신 장치는 RSU (road side unit)일 수 있고 제1 통신 장치와 제2 통신 장치 간 V2I 통신이 수행될 수 있다. 또한, 제 2 통신 장치는 어플리케이션 서버일 수 있고 제1 통신 장치와 제2 통신 장치 간 V2N 통신이 수행될 수 있다.

이와 관련하여, 제 2 통신 장치가 다른 차량, 보행자, RSU 또는 어플리케이션 서버인 경우에도, 기지국이 제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치 간 통신을 위한 자원을 할당할 수 있다. 따라서, 제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치 간 통신을 위한 자원을 할당하도록 구성된 통신 장치를 제 3 통신 장치라고 지칭할 수 있다. 한편, 전술한 일련의 통신 절차는 제 1 통신 장치 내지 제 3 통신 장치 간에 수행될 수도 있다.

이상에서는 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량에 대해 살펴보았다. 이와 같은 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

일 실시 예에 따르면, 메탈 크래들 구조의 안테나 시스템은 외부 열원에 의해 내부 온도가 상승하는 것을 방지하는 방열 구조를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

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

차량에 탑재되는 안테나 시스템에 있어서,

상기 차량의 지붕 프레임 내부에 배치되어, 수용부 영역(reception portion region)이 형성되도록 구성되는 메탈 크래들(metal cradle);

안테나 또는 회로 부품들이 배치되는 회로 기판; 및

상기 안테나 시스템의 배면에 형성되고, 상기 수용부 영역과 고정되도록 구성된 히트 싱크(heat sink)를 포함하는, 안테나 시스템.
제1항에 있어서,

상기 히트 싱크는,

소정 길이와 너비를 갖고 적어도 하나의 개구 영역을 갖는 바디 영역; 및

상기 바디 영역과 일체로 형성되고, 상기 메탈 크래들과 나사(screw)를 통해 고정되도록 구성된 복수의 모듈 고정부를 포함하는, 안테나 시스템.
제2항에 있어서,

상기 복수의 모듈 고정부는 thermal bridge로 동작하고, 상기 모듈 고정부가 배치되는 위치는 상기 바디의 전단(front end)과 후단(read end) 상의 서로 상이한 위치인, 안테나 시스템.
제1항에 있어서,

상기 안테나 시스템의 상부에 배치되어, 열을 절연하도록 구성되는 절연 패드(insulation pad); 및

상기 절연 패드 상부에 배치되고, 상기 안테나 시스템 내부의 배치된 복수의 안테나에서 방사되는 전파가 통과하도록 구성된 레이돔 커버(radome cover)를 더 포함하는, 안테나 시스템.
제4항에 있어서,

상기 레이돔 커버의 상부에 배치되고, 상기 차량 내부의 상기 수용부 영역으로 광(light)이 입사되는 것을 차단할 수 있도록 구성된 광 차단 필름(light blocking film)을 더 포함하는, 안테나 시스템.
제1항에 있어서,

상기 안테나 시스템은,

적어도 하나의 안테나가 배치되는 제1 기판; 및

상기 제1 기판과 평행하게 상기 제1 기판의 하부에 배치되는 제2 기판을 포함하고,

상기 제2 기판의 하부에서 상기 제2 기판을 둘러싸도록 형성되고, 상기 제1 기판의 하부까지 연장되도록 형성되는 제2 히트 싱크를 더 포함하는, 안테나 시스템.
제6항에 있어서,

상기 제2 히트 싱크는,

상기 제2 기판의 배면에 배치된 부품들(components)과 열 전달 물질(thermal interface material, TIM)을 통해 인터페이스되는 수평 부(horizontal portion); 및

상기 수평 부와 수직하게 연장되고, 상기 부품들을 둘러싸도록 형성된 제1 수직 부(vertical portion)를 포함하는, 안테나 시스템.
제7항에 있어서,

상기 제2 히트 싱크는,

상기 제1 수직부와 연결되고, 상기 제2 기판의 하부에 배치되도록 형성된 제1 연결 부;

상기 제1 연결부와 수직하게 연장되고, 상기 제1 기판의 배면에 배치된 부품들을 둘러싸도록 형성된 제2 수직 부; 및

상기 제2 수직 부와 연결되고, 상기 제1 기판의 하부에 배치되도록 형성된 제2 연결부를 더 포함하는, 안테나 시스템.
제6항에 있어서,

상기 적어도 하나의 안테나로부터 신호를 처리하도록 구성된 제1 프로세서; 및

상기 제2 기판의 배면에 배치되고, 상기 제1 프로세서를 제어하도록 구성된 제2 프로세서를 더 포함하고,

상기 제1 프로세서에 의해 발생하는 열과 상기 제2 프로세서에 의해 발생하는 열은 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판과 접촉된 상기 제2 히트 싱크에 의해 상기 제2 히트 싱크 하부의 공간으로 발산되는, 안테나 시스템.
제6항에 있어서,

상기 제2 기판의 상부에 배치되는 열 확산 층(heat spreader layer)을 더 포함하고,

상기 열 확산 층은 상기 제1 프로세서와 열 전달 물질(TIM)을 통해 인터페이스되고, 상기 열 확산 층은 상기 제2 프로세서에 의해 상기 제2 기판으로부터 발생하는 열을 확산시켜 상기 제1 프로세서로 열이 전달되는 것을 방지하도록 구성된, 안테나 시스템.
제6항에 있어서,

상기 히트 싱크는,

복수 개의 금속 판이 평행하게 배치된 크로스 핀; 및

상기 핀을 관통하도록 형성된 히트 파이프를 더 포함하는, 안테나 시스템.
제11항에 있어서,

상기 히트 파이프는 상기 메탈 크래들의 형상에 대응하도록 벤딩된 형태로 형성되는, 안테나 시스템.
제10항에 있어서,

상기 히트 싱크는,

상기 히트 파이프와 연결되고, 소정 너비와 길이로 금속 플레이트로 형성된 진공 챔버 부(vapor chamber portion)을 더 포함하고,

상기 진공 챔버 부는 상기 히트 파이프에 의해 일 방향으로 이동된 열을 해당 면적을 통해 열을 상기 메탈 크래들 외부 공간으로 방출하도록 구성되는, 안테나 시스템.
제9항에 있어서,

상기 제1 프로세서는,

상기 메탈 크래들 내부의 온도가 임계치 이상이면, 상기 제1 프로세서 내부의 증폭기의 RF 출력이 감소되도록 상기 증폭기의 입력 전력 또는 이득을 제어하도록 구성되는, 안테나 시스템.
제9항에 있어서,

상기 제2 프로세서는,

상기 메탈 크래들 내부의 온도가 임계치 이상이면 상기 메탈 크래들 내부로 송풍 되도록 상기 메탈 크래들 내부 또는 상기 메탈 크래들 외부에 배치된 팬 모듈을 제어하는, 안테나 시스템.
안테나 시스템을 구비하는 차량에 있어서,

상기 차량의 지붕 프레임 내부에 배치되어, 수용부 영역(reception portion region)이 형성되도록 구성되는 메탈 크래들(metal cradle);

상기 메탈 크래들의 상기 수용부 영역에 배치되고, 제1 기판과 제1 기판의 하부에 배치된 제2 기판을 포함하도록 구성된 안테나 시스템; 및

상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판에 배치되고, 복수의 안테나로부터 신호를 처리하도록 구성된 제1 프로세서; 및

상기 제2 기판에 배치되고, 상기 제1 프로세서를 제어하도록 구성된 제2 프로세서를 포함하는, 차량.
제16항에 있어서,

상기 안테나 시스템의 배면에 형성되고, 상기 메탈 크래들과 고정되도록 구성된 히트 싱크(heat sink)를 더 포함하고,

상기 히트 싱크는,

소정 길이와 너비를 갖고 적어도 하나의 개구 영역을 갖는 바디 영역; 및

상기 바디 영역과 일체로 형성되고, 상기 메탈 크래들과 나사(screw)를 통해 고정되도록 구성된 복수의 모듈 고정부를 포함하고,

상기 복수의 모듈 고정부는 thermal bridge로 동작하고, 상기 모듈 고정부가 배치되는 위치는 상기 바디의 전단(front end)과 후단(read end) 상의 서로 상이한 위치인, 차량.
제16항에 있어서,

상기 안테나 시스템의 상부에 배치되어, 열을 절연하도록 구성되는 절연 패드(insulation pad);

상기 절연 패드 상부에 배치되고, 상기 안테나 시스템 내부의 배치된 복수의 안테나에서 방사되는 전파가 통과하도록 구성된 레이돔 커버(radome cover); 및

상기 레이돔 커버의 상부에 배치되고, 상기 차량 내부의 상기 수용부 영역으로 광(light)이 입사되는 것을 차단할 수 있도록 구성된 광 차단 필름(light blocking film)을 더 포함하는, 차량.
제16항에 있어서,

상기 제2 기판의 하부에서 상기 제2 기판의 둘러싸도록 형성되고, 상기 제1 기판의 하부까지 연장되도록 형성되는 제2 히트 싱크를 더 포함하고,

상기 제2 히트 싱크는,

상기 제2 기판의 배면에 배치된 부품들(components)과 열 전달 물질(thermal interface material, TIM)을 통해 인터페이스되는 수평 부(horizontal portion); 및

상기 수평 부와 수직하게 연장되고, 상기 부품들을 둘러싸도록 형성된 제1 수직 부(vertical portion);

상기 제1 수직부와 연결되고, 상기 제2 기판의 하부에 배치되도록 형성된 제1 연결 부;

상기 제1 연결부와 수직하게 연장되고, 상기 제1 기판의 배면에 배치된 부품들을 둘러싸도록 형성된 제2 수직 부; 및

상기 제2 수직 부와 연결되고, 상기 제1 기판의 하부에 배치되도록 형성된 제2 연결부를 더 포함하는, 차량.
제16항에 있어서,

상기 제2 기판의 상부에 배치되는 열 확산 층(heat spread layer)을 더 포함하고,

상기 열 확산 층은 상기 제1 프로세서와 열 전달 물질(TIM)을 통해 인터페이스되고, 상기 열 확산 층은 상기 제2 프로세서에 의해 상기 제2 기판으로부터 발생하는 열을 확산시켜 상기 제1 프로세서로 열이 전달되는 것을 방지하도록 구성되고,

상기 제1 프로세서는,

상기 제1 기판 또는 상기 제2 기판에 배치된 제1 안테나를 통해 제1 주파수 대역의 제1 신호를 제1 엔티티로부터 수신하고, 상기 제1 안테나와 동일 평면 상에 배치된 제2 안테나를 통해 제2 주파수 대역의 제2 신호를 제2 엔티티로부터 수신하도록 송수신부 회로를 제어하고,

상기 제1 엔티티인 기지국과 통신을 수행하고, 상기 제2 엔티티인 다른 차량과 V2V 통신을 수행하는, 차량.