WO2022045383A1 - 차량에 탑재되는 안테나 시스템 - Google Patents

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WO2022045383A1
WO2022045383A1 PCT/KR2020/011286 KR2020011286W WO2022045383A1 WO 2022045383 A1 WO2022045383 A1 WO 2022045383A1 KR 2020011286 W KR2020011286 W KR 2020011286W WO 2022045383 A1 WO2022045383 A1 WO 2022045383A1
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antenna
radiator
dielectric
rke
metal pattern
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PCT/KR2020/011286
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김창일
윤창원
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엘지전자 주식회사
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    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0421—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with a shorting wall or a shorting pin at one end of the element
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    • H01Q9/42—Resonant antennas with feed to end of elongated active element, e.g. unipole with folded element, the folded parts being spaced apart a small fraction of the operating wavelength
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    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/2291—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles used in bluetooth or WI-FI devices of Wireless Local Area Networks [WLAN]
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    • H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
    • H01Q1/241—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set used in mobile communications, e.g. GSM
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna

Definitions

  • the present specification relates to an antenna system mounted on a vehicle. Certain implementations relate to antenna systems with broadband antennas to be operable in a variety of communication systems, and to vehicles having the same.
  • Electronic devices may be divided into mobile/portable terminals and stationary terminals according to whether they can be moved.
  • a wireless communication system using LTE communication technology has 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.
  • a part of the LTE frequency band may be allocated to provide 5G communication service.
  • 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.
  • a wideband antenna such as a cone antenna has a problem in that a vertical profile increases and weight increases as the overall antenna size, particularly, a height increases.
  • the broadband antenna may be implemented in a three-dimensional structure compared to a conventional planar antenna.
  • MIMO multiple input/output
  • a plurality of antennas may be disposed.
  • a remote keyless entry (RKE) antenna has a problem in that it is difficult to operate in multiple bands.
  • RKE remote keyless entry
  • the present specification 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 specification 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 specification is to provide an RKE (Remote Keyless Entry) antenna operating in multiple bands.
  • Another object of the present specification is to provide an antenna structure optimized so that an antenna element operates in a wide band other than the low band (LB).
  • an antenna system mounted on a vehicle includes a main radiator formed on an antenna board and configured to be electrically connected to a feeding part; and a parasitic radiator formed to be spaced apart from the main radiator by a predetermined distance so that the signal from the main radiator is gap-coupled.
  • the parasitic radiator may be electrically connected to a ground through a ground connection part, and the main radiator may operate in a first mode and the parasitic radiator may operate in a second mode.
  • the main radiator and the parasitic radiator may be formed as a rectangular patch formed to be spaced apart from each other by a predetermined distance to operate as a first remote keyless entry (RKE) antenna.
  • the first RKE antenna is formed on a first antenna substrate disposed on one side of the antenna system separated from the main board, and may operate in a first RKE band and a second RKE band.
  • the main radiator may include a first patch connected to the feeding unit and a second patch connected to the first patch.
  • the parasitic radiator may include a third patch connected to the ground connection part.
  • a first side of the third patch is spaced apart from the first patch by a predetermined distance in a first direction, and a second side perpendicular to the first side of the third patch is the second side.
  • the two patches may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance in the second direction.
  • the ground connection part includes: a first connection part formed to be spaced apart from the power feeding part by a predetermined distance in a second direction; and a second connection part formed to be spaced apart from the first patch by a predetermined distance in the first direction.
  • the second connection part may be formed perpendicular to the first connection part.
  • the main radiator and the parasitic radiator may be formed as conductive lines spaced apart from each other by a predetermined distance to operate as a second remote keyless entry (RKE) antenna.
  • the second RKE antenna is formed on a second antenna substrate disposed on the other side separated from the main board of the antenna system, and may operate in a first RKE band and a third RKE band.
  • the main radiator may be formed of a first conductive line connected to the power feeding unit.
  • the parasitic radiator may be formed of a second conductive line connected to the ground connection part.
  • the main radiator and the feeding unit may be connected through a second inductor connected in parallel with a first inductor connected in series, and the parasitic radiator may be connected through a third inductor connected in series with the ground.
  • the first conductive line may include a first coupling line formed to be perpendicular to the feeding unit and coupled to the second conductive line by a predetermined distance therebetween.
  • the first conductive line may further include a first extended line formed to be perpendicular to the first coupling line and formed to be coupled to the second conductive line in a partial area.
  • a length of the first conductive line may be longer than a length of the second conductive line.
  • the second conductive line may include a second coupling line formed to be perpendicular to the ground connection part and coupled to the first conductive line by a predetermined distance therebetween.
  • the second conductive line may further include a second extension line formed to be perpendicular to the second coupling line and coupled to the first extension line of the first conductive line.
  • a length of the second conductive line may be shorter than a length of the first conductive line.
  • the antenna system may include: a first dielectric structure disposed on the first antenna substrate and formed to change a height at a predetermined angle; a first radiator formed on one side and an entire surface of the first dielectric structure; and a second radiator configured to be vertically connected to the main board and spaced apart from the first radiator by a predetermined distance.
  • the first antenna including the first radiator and the second radiator may operate in a 5G frequency band.
  • the ground of the main board and the ground of the side PCB on which the first radiator and the second radiator are formed may be interconnected.
  • a ground pattern may be removed from a region in which the main radiator of the first RKE antenna is disposed.
  • the second dielectric structure is disposed on the second antenna substrate, the second dielectric structure is formed to change the height at a predetermined angle; a third radiator formed on one side and an entire surface of the second dielectric structure; and a fourth radiator vertically connected to the main board and disposed to be spaced apart from the third radiator by a predetermined distance.
  • the second antenna including the third radiator and the fourth radiator may operate in a 5G frequency band.
  • the ground of the main board and the ground of the side PCB on which the third and fourth radiators are formed may be interconnected.
  • a ground pattern may be removed in a region where the second RKE antenna is disposed.
  • the antenna system may include: a first RKE antenna formed of a main radiator and a parasitic radiator having a square patch shape on a first antenna substrate that is separated from the main board of the antenna system and disposed on one side; and a second RKE antenna formed of a main radiator and a parasitic radiator having a conductive line shape on a second antenna substrate separated from the main board and disposed on the other side.
  • the antenna system may include: a first RKE antenna formed of a main radiator and a parasitic radiator having a conductive line shape on a first antenna substrate that is separated from the main board of the antenna system and disposed on one side; and a second RKE antenna formed of a main radiator and a parasitic radiator having a conductive line shape on a second antenna substrate separated from the main board and disposed on the other side.
  • An antenna system mounted on a vehicle includes a feeding part formed on a main board of the antenna system; a strip line electrically connected to one side of the feeding unit and formed in a first axial direction and a second axial direction perpendicular to the first axial direction; and a dielectric antenna implemented as a metal pattern on a dielectric structure disposed on the main board.
  • the first metal pattern and the second metal pattern formed on the side surface of the dielectric structure may be electrically connected to a ground around the power supply unit and the strip line, respectively.
  • the dielectric antenna may include a front metal pattern formed on the front surface of the dielectric structure; the first metal pattern formed on the first protruding side of the dielectric structure; and the second metal pattern formed on a second side surface of the dielectric structure.
  • the strip line may include: a first strip line formed to have a predetermined width and a predetermined length in the first axial direction; and a second strip line extending from an end of the first strip line by a predetermined length in the second axial direction corresponding to both sides.
  • the second metal pattern may be connected to the front metal pattern and formed as a square patch having a predetermined width and a predetermined length.
  • An end of the square patch connected to an end of the first strip line may be formed as a conductive line.
  • Both sides of the conductive line may be formed in an inset structure in which a metal pattern is removed by a predetermined length and a predetermined width.
  • the conductive line corresponding to the end of the second metal pattern may be connected to the end of the first strip line through a capacitor.
  • the dielectric antenna may be a first dielectric antenna formed on a side separated from the main board and disposed adjacent to a first antenna operating in a 5G frequency band.
  • the first dielectric antenna may operate as a PIFA (Planar Inverted F) antenna by a metal pattern formed on the front and side surfaces of the dielectric structure.
  • PIFA Planar Inverted F
  • a second dielectric antenna disposed adjacent to the first dielectric antenna and formed with a loop-shaped front metal pattern on the front surface of the dielectric structure may be further included.
  • a feeding part electrically connected to one side of the front metal pattern may be formed on a side surface inside the dielectric structure. Opposite both sides of the front metal pattern on which the feeding part is not formed may be electrically connected to a ground.
  • the dielectric antenna may be a third dielectric antenna formed on the other side separated from the main board and disposed adjacent to the second antenna operating in the 5G frequency band.
  • the third dielectric antenna may operate as a PIFA (Planar Inverted F) antenna by a metal pattern formed on the front and side surfaces of the dielectric structure.
  • a V2X feeding unit for feeding a V2X antenna may be formed on a side surface of the dielectric structure on which the first metal pattern and the second metal pattern are not formed.
  • the dielectric antenna may further include a fourth dielectric antenna disposed adjacent to the third dielectric antenna and having a loop-shaped front metal pattern formed on the front surface of the dielectric structure.
  • a feeding part electrically connected to one side of the front metal pattern may be formed on a side surface inside the dielectric structure. Opposite both sides of the front metal pattern on which the feeding part is not formed may be electrically connected to a ground.
  • the antenna system is formed on the antenna board (antenna board), the main radiator (main radiator) configured to be electrically connected to the feeding part (feeding part); and an RKE antenna including a parasitic radiator formed to be spaced apart from the main radiator by a predetermined distance so that the signal from the main radiator is gap-coupled.
  • the main radiator and the feeding unit may be connected through a second inductor connected in parallel with a first inductor connected in series, and the parasitic radiator may be connected through a third inductor connected in series with the ground.
  • the antenna performance can be improved while maintaining the height of the antenna system mounted in the vehicle below a certain level.
  • RKE remote keyless entry
  • FIG. 1A is a configuration diagram illustrating the interior of a vehicle according to an example.
  • FIG. 1B is a configuration diagram viewed from the side of the inside of a vehicle according to an example.
  • FIG. 1 shows the type of V2X application.
  • FIG. 2b shows a standalone scenario supporting V2X SL communication and an MR-DC scenario supporting V2X SL communication.
  • 3A to 3C show a structure in which the antenna system can be mounted in a vehicle including an antenna system mounted on a vehicle in relation to the present specification.
  • 4A is a block diagram referenced to describe a vehicle and an antenna system mounted on the vehicle according to an embodiment of the present specification.
  • 4B illustrates a configuration of a wireless communication unit of a vehicle operable in a plurality of wireless communication systems according to the present specification.
  • FIG. 5A shows an arrangement structure of an antenna system according to an embodiment.
  • FIG. 5B shows functions and operating bands of a plurality of antennas in the structure of FIG. 5A.
  • FIG. 6 is an exploded view of an antenna system according to an embodiment.
  • 7A and 7B show RKE antennas disposed adjacent to 5G antennas formed on one side and the other side of the antenna system.
  • FIG. 7C is an exploded view of an RKE antenna formed on an antenna board and a dielectric carrier according to an embodiment
  • FIGS. 8A and 8B show an RKE antenna having a gap coupling structure according to another exemplary embodiment.
  • 8C is a conceptual diagram of an RKE antenna formed with the gap coupling structure of FIGS. 8A and 8B .
  • 8D shows an RKE antenna matching circuit structure formed in a gap coupling structure.
  • 9A and 9B show reflection coefficient characteristics and efficiency characteristics of an RKE antenna according to different antenna structures.
  • FIG. 10 shows an antenna system in which a 5G antenna having a ground contact structure and an RKE antenna of a different type are disposed according to an embodiment.
  • 11A shows a configuration in which RKE antennas of the same type are disposed on one side and the other side of the main board of the antenna system.
  • 11B shows a configuration of an RKE antenna to which a type 2 conductive line is coupled.
  • 12A shows the configuration of the antenna substrate in the antenna system in which the ground between the main board and the side PCB is connected.
  • 12B shows the shapes of the power feeding part, the ground connection part, and the conductive line formed on the front and rear surfaces of the antenna substrate.
  • 13A and 13B show antenna reflection coefficient characteristics and efficiency characteristics through ground optimization in an RKE antenna configuration of a conductive line type according to an embodiment.
  • 14A illustrates a configuration of a 5G antenna formed of a dielectric antenna, a strip line connected thereto, and a matching circuit according to an embodiment.
  • 14B shows the configuration of the metal pattern, T-strip, and matching circuit of the 5G antenna.
  • 14C is a conceptual diagram illustrating a connection structure between a ground and a 5G antenna, a matching circuit, and a T-strip.
  • 15A illustrates inductance and capacitance values of an impedance matching circuit of a plurality of antennas according to an antenna system according to an exemplary embodiment.
  • 15B shows the VSWR characteristics of the 5G antenna according to the presence or absence of a matching circuit and different configurations of the matching circuit.
  • 15C shows the reflection coefficient characteristics of a 5G antenna having a matching circuit composed of a capacitor and a line in the form of a T-strip.
  • FIG. 16 illustrates a shape of a dielectric antenna that may be disposed on a main board of an antenna system according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 17 shows a perspective view and a side view of a PIFA antenna according to an embodiment, and a connection structure with a heat sink.
  • FIG. 18 is a perspective view and a side view of a loop antenna according to an embodiment, and a connection structure with a heat sink is shown.
  • FIG. 19 illustrates a configuration of a vehicle equipped with an antenna system according to an embodiment.
  • FIG. 20 illustrates a block diagram of a wireless communication system to which the methods proposed in the present specification can be applied.
  • Electronic devices described in this specification include mobile phones, smart phones, laptop computers, digital broadcasting terminals, personal digital assistants (PDA), portable multimedia players (PMPs), navigation systems, and slate PCs.
  • PDA 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. there is.
  • the electronic device described herein may include a vehicle in addition to a mobile terminal. Accordingly, wireless communication through an electronic device described herein includes wireless communication through a vehicle in addition to wireless communication through a mobile terminal.
  • the configuration and operation according to the embodiment described in this specification may be applied to a vehicle in addition to the mobile terminal.
  • the configuration and operation according to the embodiments described in this specification may be applied to a communication system mounted on a vehicle, that is, an antenna system.
  • the antenna system mounted on the vehicle may include a plurality of antennas, a transceiver circuit and a processor for controlling them.
  • the vehicle-mounted antenna system mentioned 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. .
  • FIG. 1A is a configuration diagram illustrating the interior of a vehicle according to an example.
  • FIG. 1B is a configuration diagram viewed from the side of the inside of a vehicle according to an example.
  • the present invention relates to an antenna unit (ie, an internal antenna system) 300 capable of transmitting and receiving signals such as GPS, 4G wireless communication, 5G wireless communication, Bluetooth, or wireless LAN.
  • the antenna unit (ie, the antenna system) 300 capable of supporting these various communication protocols may be referred to as an integrated antenna module 300 .
  • the present invention also relates to a vehicle 500 having such an antenna unit 300 .
  • the vehicle 500 may be configured to include a housing including a dashboard and an antenna unit 300 .
  • the vehicle 500 may be configured to include a mounting bracket for mounting the antenna unit 300 .
  • the vehicle 500 includes an antenna module 300 corresponding to an antenna unit and a telematics module (TCU) 600 configured to be connected thereto.
  • the telematics module 600 may be configured to include the antenna module 300 .
  • the telematics module 600 may be configured to include a display 610 and an audio unit 620 .
  • V2X communication is V2V (Vehicle-to-Vehicle), which refers to communication between vehicles, V2I (Vehicle to Infrastructure), which refers to communication between a vehicle and an eNB or RSU (Road Side Unit), vehicle and individual It includes communication between the vehicle and all entities, such as V2P (Vehicle-to-Pedestrian) and V2N (vehicle-to-network), which refers to communication between terminals possessed by (pedestrian, cyclist, vehicle driver, or passenger).
  • V2V Vehicle-to-Vehicle
  • V2I Vehicle to Infrastructure
  • eNB or RSU Raad Side Unit
  • vehicle and individual It includes communication between the vehicle and all entities, such as V2P (Vehicle-to-Pedestrian) and V2N (vehicle-to-network), which refers to communication between terminals possessed by (pedestrian, cyclist, vehicle driver, or passenger).
  • V2X communication may represent the same meaning as V2X sidelink or NR V2X, or may indicate a broader meaning including V2X sidelink or NR V2X.
  • V2X communication is, for example, forward collision warning, automatic parking system, cooperative adaptive cruise control (CACC), loss of control warning, traffic queue warning, traffic vulnerable safety warning, emergency vehicle warning, when driving on a curved road It can be applied to various services such as speed warning and traffic flow control.
  • CACC cooperative adaptive cruise control
  • V2X communication may be provided through a PC5 interface and/or a Uu interface.
  • specific network entities for supporting communication between the vehicle and all entities may exist.
  • the network entity may be a base station (eNB), a road side unit (RSU), a terminal, or an application server (eg, a traffic safety server).
  • the terminal performing V2X communication is not only a general portable terminal (handheld UE), but also a vehicle terminal (V-UE (Vehicle UE)), a pedestrian terminal (pedestrian UE), an RSU of a base station type (eNB type), or a terminal It may mean an RSU of a UE type, a robot equipped with a communication module, and the like.
  • V2X communication may be performed directly between terminals, or may be performed through the network entity(s).
  • a V2X operation mode may be classified according to a method of performing such V2X communication.
  • RSU Road Side Unit
  • eNB-type RSU eNB-type RSU
  • UE-type RSU UE-type RSU
  • V2I Service is a type of V2X service, where one side is a vehicle and the other side is an entity belonging to infrastructure.
  • V2P Service is also a V2X service type. One side is a vehicle and the other side is a device carried by an individual (eg, a portable terminal carried by a pedestrian, a cyclist, a driver, or a passenger).
  • V2X Service is a 3GPP communication service type in which a transmission or reception device is related to a vehicle. According to the counterpart participating in the communication, it can be further divided into a V2V service, a V2I service, and a V2P service.
  • V2X enabled (enabled) UE is a UE supporting the V2X service.
  • V2V Service is a type of V2X service, both of which are vehicles.
  • the V2V communication range is the direct communication range between two vehicles participating in the V2V service.
  • V2X applications called V2X are (1) vehicle-to-vehicle (V2V), (2) vehicle-to-infrastructure (V2I), (3) vehicle-to-network (V2N), (4) )
  • V2P vehicle-to-pedestrian
  • Figure 2a shows the type of V2X application.
  • the four types of V2X applications can use "co-operative awareness" that provides a more intelligent service for the end user.
  • Vehicle Platooning allows vehicles to dynamically form platoons that move together. All vehicles in the Platoon get information from the lead vehicle to manage this Platoon. This information allows vehicles to drive more harmoniously than in normal directions, go in the same direction and drive together.
  • extended sensors are raw or processed raw or processed through a local sensor or live video image from a vehicle, a road site unit, a pedestrian device, and a V2X application server allow data to be exchanged.
  • Vehicles can increase their environmental awareness beyond what their sensors can detect, and provide a broader and holistic picture of local conditions.
  • a high data rate is one of the main characteristics.
  • Each vehicle and/or RSU shares self-awareness data obtained from local sensors with nearby vehicles, allowing the vehicle to synchronize and coordinate its trajectory or maneuver.
  • Each vehicle shares driving intent with the proximity-driving vehicle.
  • Remote driving allows a remote driver or V2X application to drive a remote vehicle for passengers who cannot drive by themselves or with a remote vehicle in a hazardous environment.
  • driving based on cloud computing can be used. High reliability and low latency are key requirements.
  • FIG. 2b shows a standalone scenario supporting V2X SL communication and an MR-DC scenario supporting V2X SL communication.
  • the gNB provides control/configuration for V2X communication of the UE in both LTE SL and NR SL.
  • ng-eNB provides control/configuration for V2X communication of the UE in both LTE SL and NR SL.
  • the eNB provides control/configuration for V2X communication of the UE in both LTE SL and NR SL.
  • V2X communication of the terminal in LTE SL and NR SL is controlled / configured by Uu while the terminal is set to EN-DC.
  • V2X communication of the terminal in LTE SL and NR SL is controlled / configured by Uu while the terminal is configured in NE-DC.
  • V2X communication of the terminal in LTE SL and NR SL is controlled/configured by Uu while the terminal is set to NGEN-DC.
  • a vehicle may perform wireless communication with an eNB and/or gNB through an antenna system.
  • FIGS. 3A to 3C 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. 3A and 3B illustrate a configuration in which the antenna system 1000 is mounted on or within a roof of a vehicle.
  • FIG. 3C 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 case of 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 part 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 implemented with a non-metal.
  • at least a portion of the roof frame 2000c of the vehicle 500 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 beam pattern by the antenna provided in the antenna system 1000 mounted on the vehicle needs to be formed in the upper region by a predetermined angle from the horizontal region. there is.
  • the peak of the elevation beam pattern of the antenna provided in the antenna system 1000 does not need to be formed at the bore site. Therefore, the peak of the elevation beam pattern of the antenna needs to be formed in the upper region by a predetermined angle in the horizontal region.
  • the elevation beam pattern of the antenna may be formed in a hemisphere shape as shown in FIGS. 2A to 2C .
  • the antenna system 1000 may be installed on the front or rear of the vehicle depending on the application in addition to the roof structure or the roof frame of the vehicle.
  • the antenna system 1000 corresponds to an external antenna.
  • the vehicle 500 may not include the antenna system 1000 corresponding to an external antenna, but may include an antenna unit (ie, an internal antenna system) 300 corresponding to an internal antenna.
  • an antenna unit (ie, an internal antenna system) 300 corresponding to an internal antenna may be provided.
  • FIG. 4A is a block diagram referenced to explain a vehicle and an antenna system mounted on the vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle 500 may be an autonomous driving vehicle.
  • the vehicle 500 may be switched to an autonomous driving mode or a manual mode (pseudo driving mode) based on a user input.
  • the vehicle 500 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 510 .
  • operations such as object detection, wireless communication, navigation, and vehicle sensors and interfaces may be performed by the telematics module mounted on the vehicle 500 .
  • the telematics module mounted on the vehicle 500 may perform a corresponding operation in cooperation with the antenna module 300 , the object detection device 520 , and other interfaces.
  • the communication device 400 may be disposed in the telematics module separately from the antenna system 300 or disposed in the antenna system 300 .
  • the vehicle 500 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 520 .
  • the vehicle 500 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 generated by the object detection device 520 .
  • the vehicle 500 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 500 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 500 may be operated based on a driving system.
  • the autonomous vehicle 500 may be operated based on information, data, or signals generated by the driving system, the taking-out system, and the parking system.
  • the autonomous driving vehicle 500 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 500 may be driven.
  • the vehicle 500 may include a user interface device 510 , an object detection device 520 , a navigation system 550 , and a communication device 400 .
  • the vehicle may further include a sensing unit 561 , an interface unit 562 , a memory 563 , a power supply unit 564 , and a vehicle control unit 565 in addition to the above-described device.
  • the vehicle 500 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 510 is a device for communication between the vehicle 500 and a user.
  • the user interface device 510 may receive a user input and provide information generated in the vehicle 500 to the user.
  • the vehicle 500 may implement User Interfaces (UIs) or User Experiences (UXs) through the user interface device 510 .
  • UIs User Interfaces
  • UXs User Experiences
  • the object detecting device 520 is a device for detecting an object located outside the vehicle 500 .
  • the object may be various objects related to the operation of the vehicle 500 . Meanwhile, 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 520 may include a camera 521 , a radar 522 , a lidar 523 , an ultrasonic sensor 524 , an infrared sensor 525 , and a processor 530 .
  • the object detecting apparatus 520 may further include other components in addition to the described components, or may not include some of the described components.
  • the processor 530 may control the overall operation of each unit of the object detection apparatus 520 .
  • the processor 530 may detect and track the object based on the acquired image.
  • the processor 530 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 object detecting apparatus 520 may include a plurality of processors 530 or may not include the processors 530 .
  • each of the camera 521 , the radar 522 , the lidar 523 , the ultrasonic sensor 524 , and the infrared sensor 525 may individually include a processor.
  • the object detection apparatus 520 may be operated under the control of the processor or the controller 570 of the apparatus in the vehicle 500 .
  • the navigation system 550 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 550 may provide a route guidance service to a destination based on current location information of the vehicle. In addition, the navigation system 550 may provide guide information about a surrounding location based on information obtained through the object detection device 520 and/or the V2X communication unit 430 . Meanwhile, it is possible to provide guidance information, autonomous driving service, etc. 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.
  • 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.
  • 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.
  • the short-distance communication unit 410 may form wireless area networks to perform short-range communication between the vehicle 500 and at least one external device.
  • the location information unit 420 is a unit for obtaining location information of the vehicle 500 .
  • 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 500 .
  • 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 module 300 disposed inside the vehicle 500 may be configured to include a wireless communication unit.
  • the vehicle 500 may be an electric vehicle (EV) or a vehicle that can be connected to a communication system independently of an external electronic device.
  • the communication device 400 includes a short-range communication unit 410, a location information module 420, a V2X communication unit 430, an optical communication unit 440, a 4G wireless communication module 450, a 5G wireless communication module 460. may include at least one of
  • the 4G wireless communication module 450 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 450 may transmit one or more 4G transmission signals to the 4G base station. In addition, the 4G wireless communication module 450 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 460 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.
  • the 4G base station and the 5G base station may be arranged in a non-stand-alone (NSA) structure.
  • 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 460 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 460 may transmit one or more 5G transmission signals to the 5G base station.
  • the 5G wireless communication module 460 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.
  • the electronic device may perform beam forming for communication coverage expansion with the base station.
  • the 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
  • 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 4G wireless communication module 450 and the 5G wireless communication module 460 may be in a dual connectivity (DC) state with the 4G base station and the 5G base station.
  • 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).
  • EN-DC EUTRAN NR DC
  • 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, a 4G reception signal and a 5G reception signal can be simultaneously received through the 4G wireless communication module 450 and the 5G wireless communication module 460.
  • the 4G wireless communication module 450 and the 5G wireless communication Short-range communication between electronic devices may be performed using the module 460.
  • wireless communication may be performed between vehicles by a V2V method without going through a base station.
  • CA carrier aggregation
  • 4G + WiFi carrier aggregation (CA) may be performed using the 4G wireless communication module 450 and the Wi-Fi communication module 113 .
  • 5G + WiFi carrier aggregation (CA) may be performed using the 5G wireless communication module 460 and the Wi-Fi communication module 113 .
  • the communication device 400 may implement a vehicle display device together with the user interface device 510 .
  • the vehicle display device may be referred to as a telematics device or an AVN (Audio Video Navigation) device.
  • the vehicle includes a first power amplifier 210 , a second power amplifier 220 , and an RFIC 1250 .
  • the 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 a physically separated chip depending on the application.
  • the 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 RFIC 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 the RFIC 1250 is 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 4G RFIC and the 5G RFIC are logically and functionally separated, and it is also possible to be physically implemented as a Soc (System on Chip) 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 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.
  • the 5G communication system operates in the millimeter wave (mmWave) band
  • 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. there is.
  • mmWave millimeter wave
  • 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 first to fourth antennas ANT1 to ANT4 may be configured to operate in any one of the 4G band and the 5G band.
  • each of a plurality of separate antennas may be configured as an array antenna in the millimeter wave band.
  • 2x2 MIMO can be implemented using two antennas connected to the first power amplifier 210 and the second power amplifier 220 among the four antennas.
  • 2x2 UL MIMO (2 Tx) may be performed through the uplink (UL).
  • the vehicle operable in a plurality of wireless communication systems may further include a duplexer (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 switch 233 is configured to transmit either only a transmit signal or a receive signal.
  • the 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 vehicle may be allocated a resource or maintain a connected state through the eNB or gNB. In addition, the vehicle may perform at least one of V2V communication, V2I communication, and V2P communication with other entities through the allocated resource.
  • FIGS. 1A to 4B the antenna system mounted on the vehicle and the vehicle may be disposed on the roof, inside the roof, or inside the roof frame.
  • FIG. 5A shows an arrangement structure of an antenna system according to an embodiment.
  • FIG. 5B shows functions and operating bands of a plurality of antennas in the structure of FIG. 5A.
  • FIG. 6 is an exploded view of an antenna system according to an embodiment.
  • the first antennas ANT1 and 1110 and the second antennas ANT2 and 1120 may be 5G antennas operating in a 5G frequency band.
  • the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 may be antennas operating in 5G mid band (MB) and 5G high band (HB).
  • the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 may be implemented as a metal pattern printed on a dielectric structure.
  • a wideband antenna such as a cone antenna has a problem in that a vertical profile increases and weight increases as the overall antenna size, particularly, a height increases.
  • the broadband antenna may be implemented in a three-dimensional structure compared to a conventional planar antenna.
  • MIMO multiple input/output
  • a plurality of antennas may be disposed.
  • a remote keyless entry (RKE) antenna has a problem in that it is difficult to operate in multiple bands.
  • RKE remote keyless entry
  • the present specification 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 specification 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 specification is to provide an RKE (Remote Keyless Entry) antenna operating in multiple bands.
  • Another object of the present specification is to provide an antenna structure optimized so that an antenna element operates in a wide band other than the low band (LB).
  • LB low band
  • the first RKE antenna RKE1 and the second RKE antenna RKE2 have a single resonance characteristic at a single frequency.
  • the first RKE antenna RKE1 and the second RKE antenna RKE2 have a single resonance characteristic in a frequency band of 433 MHz.
  • a structure for arranging a plurality of antennas such as 4x4 MIMO, 2X2 DSDA, V2X, GPS, SDARS, Wi-Fi, etc. in the vehicle antenna in the TCU is to be presented.
  • a remote keyless entry (RKE) antenna may be formed on an antenna board adjacent to the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 of FIG. 6 .
  • FIGS. 7A and 7B show RKE antennas disposed adjacent to 5G antennas formed on one side and the other side of the antenna system.
  • FIG. 7C is an exploded view of an RKE antenna formed on an antenna board and a dielectric carrier according to an embodiment.
  • FIG. 7A illustrates a first RKE antenna RKE1 disposed adjacent to the first antennas ANT1 and 1110 formed on one side of the antenna system 1000 .
  • FIG. 7B shows the second RKE antenna RKE2 disposed adjacent to the second antennas ANT2 and 1120 formed on the other side of the antenna system 1000 .
  • a feeding part formed on an antenna board (PCB) and a radiator part formed on a dielectric carrier may operate as an RKE antenna.
  • the first RKE antenna RKE1 and the second RKE antenna RKE2 as shown in FIGS. 7A and 7B have a single resonance characteristic at a single frequency.
  • the first RKE antenna RKE1 and the second RKE antenna RKE2 have a single resonance characteristic in a frequency band of 433 MHz.
  • FIGS. 8A and 8B show an RKE antenna having a gap coupling structure according to different embodiments.
  • 8A shows an RKE antenna in which a patch antenna having a planar structure is formed in a gap coupling structure.
  • FIG. 8B shows an RKE antenna in which a linear antenna having a linear structure is formed in a gap coupling structure.
  • the planar antenna structure and the linear antenna structure of FIGS. 8A and 8B may be referred to as type 1 and type 2, respectively.
  • FIG. 8C is a conceptual diagram illustrating an RKE antenna formed with the gap coupling structure of FIGS. 8A and 8B .
  • FIG. 8D shows a structure of an RKE antenna matching circuit formed in a gap coupling structure.
  • antenna system 1000 may include RKE antennas 1200a, 1200b including main radiators 1201a, 1201b and parasitic radiators 1202a, 1202b.
  • the main radiators 1201a and 1201b may be referred to as a first branch (branch 1)
  • the parasitic radiators 1202a and 1202b may be referred to as a second branch (branch 2).
  • first branch 1 corresponding to the main radiators 1201a and 1201b operates in the first mode.
  • the second branch 2 corresponding to the parasitic radiators 1202a and 1202b operates in the second mode.
  • the RKE antenna 1200 operating in a plurality of modes of the first mode and the second mode may be configured to be broadband and dual resonance.
  • the main radiators 1201a and 1201b may be formed on the antenna substrate PCB and may be configured to be electrically connected to feeding parts 1211a and 1211b.
  • the parasitic radiators 1202a and 1202b may be formed to be spaced apart from the main radiators 1201a and 1201b by a predetermined distance so that signals from the main radiators 1201a and 1201b are gap-coupled.
  • the parasitic radiators 1202a and 1202b may be electrically connected to a ground through ground connection units 1212a and 1212b. Meanwhile, the main radiators 1201a and 1201b may operate in the first mode, and the parasitic radiators 1202a and 1202b may operate in the second mode. Accordingly, the RKE antennas 1200a and 1200b operating in a plurality of modes of the first mode and the second mode may be configured to be broadband and dual resonant.
  • the main radiator 1201a and the parasitic radiator 1202a may be formed as rectangular patches spaced apart from each other by a predetermined distance, and may operate as the first RKE antenna 1210 .
  • the first RKE antenna 1210 is formed on the first antenna substrate PCB1 disposed on one side separated from the main board of the antenna system, and may operate in the first RKE band and the second RKE band.
  • the main radiator 1201a may include a first patch P1 connected to the power feeding unit 1211a and a second patch P2 connected to the first patch P1.
  • the parasitic radiator 1202a may include a third patch P3 connected to the ground connection part 1212a.
  • a first side of the third patch P3 is disposed to be spaced apart from the first patch P1 by a predetermined distance g1 in the first direction, and is perpendicular to the first side of the third patch P3 .
  • One second side may be disposed to be spaced apart from the second patch P2 by a predetermined distance g2 in the second direction.
  • the first direction and the second direction may be an x-axis direction and a y-axis direction, respectively, but are not limited thereto.
  • the ground connection part 1212a may be configured with a plurality of connection parts to optimize impedance matching and antenna characteristics.
  • the ground connection part 1212a may include a first connection part 1212a-1 and a second connection part 1212a-2.
  • the first connection part 1212a - 1 may be formed to be spaced apart from the power feeding part 1211a by a predetermined distance in the first direction.
  • the second connection portion 1212a - 2 may be formed to be spaced apart from the first patch P1 by a predetermined distance g0 in the second direction.
  • the second connection part 1212a-2 may be formed perpendicular to the first connection part 1212a-1.
  • the first direction and the second direction may be an x-axis direction and a y-axis direction, respectively, but are not limited thereto.
  • the main radiator 1201b and the parasitic radiator 1202b may be formed as conductive lines spaced apart from each other by a predetermined distance to operate as the second RKE antenna 1220 .
  • the second RKE antenna 1220 is formed on the second antenna substrate PCB2 disposed on one side separated from the main board of the antenna system, and may operate in the second RKE band and the third RKE band.
  • the main radiator 1201b may be formed of a first conductive line connected to the power feeding unit 1211b.
  • the parasitic radiator 1202b may be formed of a second conductive line connected to the ground connection part 1212b.
  • the first conductive line and the second conductive line may be formed in only one axial direction without a bending structure or may be formed in a bending structure.
  • the first conductive line 1201b may include a first coupling line 1201b - 1 and a first extension line 1201b - 2 .
  • the second conductive line 1202b may include a second coupling line 1202b - 1 and a second extension line 1202b - 2 .
  • the first coupling line 1201b - 1 may be formed to be perpendicular to the power feeding unit 1211b and to be coupled to the second conductive line 1202b by a predetermined distance therebetween. Specifically, the first coupling line 1201b - 1 may be formed to be coupled with the second coupling line 1202b - 1 spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the first extension line 1201b - 2 may be formed to be perpendicular to the first coupling line 1201b - 1 , and a partial region may be formed to be coupled to the second conductive line 1202b.
  • the first extension line 1201b - 2 having a partial length may be formed to be coupled to the second extension line 1202b - 2 with a predetermined distance therebetween.
  • the length of the first conductive line 1201b may be longer than the length of the second conductive line 1202b.
  • the second coupling line 1202b - 1 may be formed to be perpendicular to the ground connection part 1212b and to be coupled to the first conductive line 1201b by a predetermined distance therebetween.
  • the second coupling line 1202b - 1 may be formed to be coupled with the first coupling line 1201b - 1 spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the second extension line 1202b - 2 may be formed to be perpendicular to the second coupling line 1202b - 1 and to be coupled to the first conductive line 1201b.
  • the second extension line 1202b - 2 may be formed to be coupled to the first extension line 1201b - 2 of the first conductive line 1201b with a predetermined distance therebetween.
  • the length of the second conductive line 1202b may be shorter than the length of the first conductive line 1201b.
  • the first conductive line of the RKE antenna may include a matching circuit including a series inductor L1 and a parallel inductor L2.
  • the first conductive line may be connected to a series inductor L1 having an inductance value in a predetermined range based on 15nH and a parallel inductor L2 having an inductance value in a predetermined range based on 6.8nH.
  • the series inductor L1 increases the electrical length of the first conductive line to operate in a low band.
  • a parallel inductor L2 may be disposed to achieve impedance matching.
  • the second conductive line of the RKE antenna may have a matching circuit composed of a series inductor L3.
  • the second conductive line may be connected to the series inductor L3 having an inductance value within a predetermined range based on 15nH.
  • the RKE antenna may include a main radiator 1201b formed on an antenna board and electrically connected to a power feeding unit.
  • the RKE antenna may further include a parasitic radiator 1202b formed to be spaced apart from the main radiator 1201b by a predetermined distance so that a signal from the main radiator 1201b is gap-coupled.
  • the main radiator 1201b and the power feeding unit may be connected through a first inductor L1 connected in series and a second inductor L2 connected in parallel.
  • the parasitic radiator 1202b may be connected to the ground through a third inductor L3 connected in series.
  • 9A and 9B show reflection coefficient characteristics and efficiency characteristics of an RKE antenna according to different antenna structures.
  • 9A shows reflection coefficient characteristics of RKE antennas according to type 1 and type 2 antenna structures.
  • 9B shows the efficiency characteristics of the RKE antenna according to the type 1 and type 2 antenna structures.
  • the first RKE antenna 1210 which is a type 1 antenna, may operate to have double resonance in the first RKE band f1 and the second RKE band f2.
  • the second RKE antenna 1220 which is a type 2 antenna, may operate to double resonance in the first RKE band f1 and the third RKE band f3.
  • the third RKE band (f3) may be a higher frequency band than the second RKE band (f2).
  • the second RKE antenna 1220 having a linear antenna structure may configure a wider interval between dual bands than a planar antenna structure. This is because, in the linear antenna structure, the length of one radiator can be formed longer than the length of the other radiator while maintaining gap coupling between different radiators.
  • the antenna efficiency characteristic of the second RKE antenna 1220 in the third RKE band f3 is the highest. This is because the length of the second branch (branch 2) corresponding to the main radiator 1201b can be optimized while maintaining gap coupling in the linear antenna structure.
  • the RKE antennas 1201 and 1202 disclosed herein are the same antennas as the first antennas ANT1 and 1110 and the second antennas ANT2 and 1120 operating in the 5G frequency band. It may be disposed on the substrates PCB1 and PCB2.
  • FIG. 10 shows an antenna system in which a 5G antenna having a ground contact structure and an RKE antenna of a different type are disposed according to an embodiment.
  • the first antennas ANT1 and 1110 may include a first radiator 1111 and a second radiator 1112 . Also, the first antennas ANT1 and 1110 may further include a first dielectric structure DS1. Meanwhile, the second antennas ANT2 and 1120 may include a third radiator 1121 and a fourth radiator 1122 . In addition, the second antennas ANT2 and 1120 may further include a second dielectric structure DS2 .
  • the first dielectric structure DS1 may be disposed on the first antenna substrate PCB1 and may be formed to change a height at a predetermined angle.
  • the first radiator 1111 may be configured to be formed on one side surface and the front surface of the first dielectric structure DS1 .
  • the second radiator 1112 may be vertically connected to the main board of the antenna system.
  • the second radiator 1112 may be configured to be spaced apart from the first radiator 1111 by a predetermined distance. Accordingly, the first radiator 1111 operates as a main radiator and the second radiator 1112 operates as a parasitic radiator, thereby improving bandwidth characteristics.
  • the first antennas ANT1 and 1110 including the first radiator 1111 and the second radiator 1112 may be configured to operate in a 5G frequency band.
  • the ground of the main board and the ground of the side PCB on which the first radiator 1111 and the second radiator 1112 are formed may be interconnected.
  • the first radiator 1111 may be connected to the ground area of the antenna substrate PCB.
  • the ground pattern may be removed in the region where the main radiator of the first RKE antennas 1200a and 1210 is disposed.
  • the second dielectric structure DS2 may be disposed on the second antenna substrate PCB2 and may be formed to change a height at a predetermined angle.
  • the third radiator 1121 may be configured to be formed on one side surface and the front surface of the second dielectric structure DS2 .
  • the fourth radiator 1122 may be vertically connected to the main board of the antenna system.
  • the fourth radiator 1122 may be configured to be spaced apart from the third radiator 1121 by a predetermined distance. Accordingly, the third radiator 1121 operates as a main radiator and the fourth radiator 1122 operates as a parasitic radiator, thereby improving bandwidth characteristics.
  • the second antennas ANT2 and 1120 including the third radiator 1121 and the fourth radiator 1122 may be configured to operate in a 5G frequency band.
  • the ground of the main board and the ground of the side PCB on which the third radiator 1121 and the fourth radiator 1122 are formed may be interconnected.
  • the third radiator 1121 may be connected to the ground area of the antenna substrate PCB.
  • the ground pattern may be removed in the region where the main radiator of the second RKE antennas 1200b and 1202 is disposed.
  • a first RKE antenna 1200a corresponding to type 1 and a second RKE antenna 1200b corresponding to type 2 are connected to one side of the main board and It may be disposed on the other side.
  • the first RKE antenna 1200a may be formed of a square patch-shaped main radiator and a parasitic radiator on the first antenna substrate PCB1 disposed on one side of the antenna system separated from the main board.
  • the second RKE antenna 1200b may be formed as a main radiator and a parasitic radiator having a conductive line shape on the second antenna substrate PCB2 that is separated from the main board and disposed on the other side.
  • the first antennas ANT1 and 1110 disposed on the same antenna substrate PCB1 as the first RKE antenna 1200a may also have a ground contact structure.
  • the second antennas ANT2 and 1120 disposed on the same antenna substrate PCB2 as the second RKE antenna 1200b may also have a ground contact structure.
  • the RKE antennas 1200a and 1200b disclosed herein may be configured to operate in a dual band by changing the ground connection structure and ground pattern between the main board and the side PCB. Accordingly, by changing the ground connection structure and ground pattern between the main board and the side PCB, the RKE antennas 1200a and 1200b may be configured to double resonate in the 315 MHz band and the 433 MHz band.
  • the RKE antenna disclosed in this specification may be disposed as the same type of antenna on one side and the other side of the main board.
  • FIG. 11A shows a configuration in which RKE antennas of the same type are disposed on one side and the other side of the main board of the antenna system.
  • FIG. 11B shows a configuration of an RKE antenna to which a type 2 conductive line is coupled.
  • 11A and 11B show RKE antennas 1210 and 1220 to which a type 2 conductive line is coupled, but is not limited thereto.
  • the type1 metal patch may be configured as a coupled RKE antenna.
  • FIG. 12A shows the configuration of the antenna substrate in the antenna system in which the ground between the main board and the side PCB is connected. Meanwhile, FIG. 12B shows the shapes of the power feeding part, the ground connection part, and the conductive line formed on the front and rear surfaces of the antenna substrate.
  • the antenna system 1000 may include a corresponding first RKE antenna 1210 and a second RKE antenna 1220 .
  • the first RKE antenna 1210 and the second RKE antenna 1220 may be configured in the shape of coupled conductive lines 1201b and 1202b.
  • the first RKE antenna 1210 may be formed of a main radiator 1201b and a parasitic radiator 1202b having a conductive line shape on the first antenna substrate PCB1 disposed on one side separated from the main board of the antenna system.
  • the second RKE antenna 1220 may be formed of a conductive line-shaped main radiator 1201b and a parasitic radiator 1202b on a second antenna substrate PCB2 disposed on the other side separated from the main board of the antenna system. .
  • the main radiator 1201b and the parasitic radiator 1202b may be formed of conductive lines spaced apart from each other by a predetermined distance to operate as the first RKE antenna 1210 .
  • the first RKE antenna 1210 is formed on the first antenna substrate PCB1 disposed on one side separated from the main board of the antenna system, and may operate in the first RKE band and the third RKE band.
  • the main radiator 1201b and the parasitic radiator 1202b may be formed as conductive lines spaced apart from each other by a predetermined distance to operate as the second RKE antenna 1220 .
  • the second RKE antenna 1220 is formed on the second antenna substrate PCB2 disposed on one side separated from the main board of the antenna system, and may operate in the first RKE band and the third RKE band.
  • the main radiator 1201b may be formed of a first conductive line connected to the power feeding unit 1211b.
  • the parasitic radiator 1202b may be formed of a second conductive line connected to the ground connection part 1212b.
  • the first conductive line and the second conductive line may be formed in only one axial direction without a bending structure or may be formed in a bending structure.
  • the first conductive line 1201b may include a first coupling line 1201b - 1 and a first extension line 1201b - 2 .
  • the second conductive line 1202b may include a second coupling line 1202b - 1 and a second extension line 1202b - 2 .
  • the first coupling line 1201b - 1 may be formed to be perpendicular to the power feeding unit 1211b and to be coupled to the second conductive line 1202b by a predetermined distance therebetween. Specifically, the first coupling line 1201b - 1 may be formed to be coupled with the second coupling line 1202b - 1 spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the first extension line 1201b - 2 may be formed to be perpendicular to the first coupling line 1201b - 1 , and a partial region may be formed to be coupled to the second conductive line 1202b.
  • the first extension line 1201b - 2 having a partial length may be formed to be coupled to the second extension line 1202b - 2 with a predetermined distance therebetween.
  • the length of the first conductive line 1201b may be longer than the length of the second conductive line 1202b.
  • the second coupling line 1202b - 1 may be formed to be perpendicular to the ground connection part 1212b and to be coupled to the first conductive line 1201b by a predetermined distance therebetween.
  • the second coupling line 1202b - 1 may be formed to be coupled with the first coupling line 1201b - 1 spaced apart from each other by a predetermined distance.
  • the second extension line 1202b - 2 may be formed to be perpendicular to the second coupling line 1202b - 1 and to be coupled to the first conductive line 1201b.
  • the second extension line 1202b - 2 may be formed to be coupled to the first extension line 1201b - 2 of the first conductive line 1201b with a predetermined distance therebetween.
  • the length of the second conductive line 1202b may be shorter than the length of the first conductive line 1201b.
  • FIGS. 13A and 13B show antenna reflection coefficient characteristics and efficiency characteristics through ground optimization in an RKE antenna configuration of a conductive line type according to an embodiment.
  • the first and second RKE antennas 1210 and 1220 formed of conductive lines spaced apart from each other by a predetermined distance may be configured to have dual resonance in the 315 MHz band and the 433 MHz band.
  • 11A to 12B and 13B it can be seen that the antenna efficiency is higher in the 433 MHz band, which is the third RKE band, than in the first RKE band. This is because, in the 433 MHz band, which is the third RKE band, radiation is mainly performed by the first conductive line 1201b corresponding to the main radiator.
  • the 5G antenna or the RKE antenna according to the present specification may optimize the antenna performance in the operating band through a strip line or a matching circuit.
  • a 5G antenna may be provided as a dielectric antenna, and the dielectric antenna may be configured to be electrically connected to a strip line through a matching circuit.
  • FIG. 14A shows the configuration of a 5G antenna formed of a dielectric antenna, a strip line connected thereto, and a matching circuit according to an embodiment.
  • FIG. 14B shows the configuration of the metal pattern, T-strip, and matching circuit of the 5G antenna.
  • FIG. 14C is a conceptual diagram illustrating a connection structure between a ground, a 5G antenna, a matching circuit, and a T-strip.
  • the antenna system may include a feeding part (FP), a strip line (SL), and a dielectric antenna 1150 .
  • the strip line SL may refer to a T-shaped microstrip line.
  • the feeding unit FP may be formed on the main board of the antenna system.
  • the strip line SL may be electrically connected to one side of the power feeding part FP, and may be formed in a first axial direction and a second axial direction perpendicular to the first axial direction. That is, the strip line SL may be formed of a first strip line SL1 formed in a first axial direction and a second strip line SL2 formed in a second axial direction perpendicular to the first axial direction.
  • the dielectric antenna 1150 may be configured as a metal pattern on a dielectric structure disposed on the main board.
  • the first metal pattern 1151 and the second metal pattern 1152 formed on the side surface of the dielectric antenna 1150 may be electrically connected to the ground around the power supply unit FP and the strip line SL, respectively. .
  • the antenna system 1000 includes an RKE antenna 1200a including main radiators 1201a and 1201b and parasitic radiators 1202a and 1202b; 1200b).
  • the main radiators 1201a and 1201b may be referred to as a first branch (branch 1)
  • the parasitic radiators 1202a and 1202b may be referred to as a second branch (branch 2).
  • the first branch 1 corresponding to the main radiators 1201a and 1201b operates in the first mode.
  • the second branch 2 corresponding to the parasitic radiators 1202a and 1202b operates in the second mode.
  • the RKE antenna 1200 operating in a plurality of modes of the first mode and the second mode may be configured to be broadband and dual resonance.
  • the main radiators 1201a and 1201b may be formed on the antenna substrate PCB and may be configured to be electrically connected to feeding parts 1211a and 1211b.
  • the parasitic radiators 1202a and 1202b may be formed to be spaced apart from the main radiators 1201a and 1201b by a predetermined distance so that signals from the main radiators 1201a and 1201b are gap-coupled.
  • the parasitic radiators 1202a and 1202b may be electrically connected to a ground through ground connection units 1212a and 1212b. Meanwhile, the main radiators 1201a and 1201b may operate in the first mode, and the parasitic radiators 1202a and 1202b may operate in the second mode. Accordingly, the RKE antennas 1200a and 1200b operating in a plurality of modes of the first mode and the second mode may be configured to be broadband and dual resonant.
  • the antenna system 1000 is configured to include the RKE antenna 1200 including the above-described main radiators 1201a and 1201b and the parasitic radiators 1202a and 1202b, and a strip line (SL) and a dielectric antenna 1150 .
  • the antenna system 1000 may receive or transmit a 5G signal while receiving or transmitting an RKE signal.
  • the strip line SL may be electrically connected to one side of the power supply unit FP formed on the main board of the antenna system. Also, the strip line SL may be formed in a first axial direction and a second axial direction perpendicular to the first axial direction. That is, the strip line SL may be formed of a first strip line SL1 formed in a first axial direction and a second strip line SL2 formed in a second axial direction perpendicular to the first axial direction.
  • the dielectric antenna 1150 may be configured as a metal pattern on a dielectric structure disposed on the main board.
  • the first metal pattern 1151 and the second metal pattern 1152 formed on the side surface of the dielectric antenna 1150 may be electrically connected to the ground around the power supply unit FP and the strip line SL, respectively. .
  • the dielectric antenna 1150 may be configured to include a front metal pattern 1150P and a first metal pattern 1151 and a second metal pattern 1152 corresponding to the side metal pattern.
  • the front metal pattern 1150P may be configured to be formed on the entire surface of the dielectric structure.
  • the first metal pattern 1151 may be configured to be formed on the protruding first side surface of the dielectric structure.
  • the second metal pattern 1152 may be configured to be formed on the second side surface of the dielectric structure.
  • the strip line SL may be formed in a first axial direction and a second axial direction perpendicular to the first axial direction.
  • the strip line SL may include a first strip line SL1 formed to have a predetermined width and a predetermined length in the first axial direction.
  • the strip line SL may further include a second strip line SL2 formed to extend from an end of the first strip line by a predetermined length in the second axial direction corresponding to both sides.
  • the length of the first strip line SL1 may be set to about 2.7 mm and the length of the second strip line SL2 may be set to 8.0 mm, but is not limited thereto.
  • the strip line SL including the first strip line SL1 and the second strip line SL2 may be designed to be 8.0 mm x 4.5 mm, but is not limited thereto.
  • the basic antenna ie, dielectric antenna
  • it may be configured to operate as an antenna having resonance characteristics in the vicinity of the 5G n79 band even with a power supply unit, a filter and a T-strip line.
  • the T-strip line structure applied in this specification is a structure suitable for simultaneously tuning resonance and impedance matching of an antenna with a metal pattern implemented on a PCB.
  • the length of the second strip line SL2 is a major factor determining the resonance frequency of the antenna.
  • the length of the first strip line SL1 is a major factor affecting impedance matching.
  • the width of the second strip line SL2 is a major factor for fine tuning the impedance matching.
  • the second metal pattern 1152 that may be connected to the power feeding unit FP may be configured to be connected to the front metal pattern 1150P.
  • the second metal pattern 1152 may be formed as a square patch having a predetermined width and a predetermined length.
  • a square patch connected to an end of the first strip line SL1 , that is, an end of the second metal pattern 1152 may be formed as a conductive line 1152L.
  • Both sides of the conductive line 1152L may have an inset structure in which a metal pattern is removed by a predetermined length and a predetermined width. Due to the conductive line 1152L having the inset structure, impedance matching characteristics may be improved without an additional conductive line such as an impedance converter with the power supply unit FP. Accordingly, the impedance matching characteristic may be improved without increasing the height of the dielectric structure by the conductive line 1152L having the inset structure.
  • the dielectric antenna 1150 may be configured to improve performance in a specific band among 5G frequency bands.
  • the conductive line 1152L corresponding to the end of the second metal pattern 1152 may be connected to the end of the first strip line SL1 through the capacitor 1150C.
  • FIG. 15A shows inductance and capacitance values of an impedance matching circuit of a plurality of antennas according to an antenna system according to an exemplary embodiment.
  • 15B shows the VSWR characteristics of the 5G antenna according to the presence or absence of a matching circuit and different configurations of the matching circuit.
  • FIG. 15C shows the reflection coefficient characteristics of a 5G antenna having a matching circuit composed of a capacitor and a T-strip type line.
  • the dielectric antenna operating in the 5G band for example, the third dielectric antenna D-ANT3, is a capacitor having a capacitance value in a predetermined range based on the T-strip line and 1.5 pF. to optimize performance.
  • the bandwidth characteristic of the antenna may be extended in the dielectric connected to the T-strip-shaped strip line SL.
  • the performance of the first and second antennas operating in the 5G band can be optimized with a series inductor having an inductance value in a predetermined range based on 3nH and a parallel capacitor having a capacitance value in a predetermined range based on 0.5pF, respectively. .
  • the dielectric antenna 1150 may operate as an antenna in the 5G L/M/H band.
  • the dielectric antenna 1150 may operate to further resonate in the 5G n79 band by the matching circuit 1150C and the stub line SL.
  • the dielectric antenna 1150 may operate to further resonate in a frequency band of 4.2 GHz to 4.8 GHz by the matching circuit 1150C and the stub line SL.
  • the stub line SL corresponding to the T-strip and the matching circuit 1150C corresponding to the filter may be electrically connected to the power supply unit FP.
  • the stub line SL corresponding to the T-strip and the matching circuit 1150C corresponding to the filter may be electrically connected to the ground of the lower end of the dielectric antenna 1150 .
  • the VSWR characteristic deteriorates in the 5G HB band.
  • the VSWR characteristic is good in the 5G HB band, but the VSWR characteristic is deteriorated in the about 2.1 GHz band.
  • the resonance circuit of the 1.5pF capacitor and the 1.5nH inductor is provided, the VSWR characteristic is improved in the 5G HB band.
  • the resonance circuit may be changed to a band stop filter type in order to minimize the change in characteristics of the basic antenna (ie, dielectric antenna) near the resonance frequency of the T-strip. Accordingly, it is possible to move the singularity at which the VSWR characteristic deteriorates at a specific frequency outside the desired frequency band.
  • a resonant circuit is configured with a 1.5pF capacitor, a singularity can be removed in the approximately 2.1GHz band. Accordingly, by configuring the resonance circuit with the 1.5pF capacitor, it is possible to solve the problem that the VSWR characteristic deteriorates in the about 2.1GHz band.
  • the dielectric antenna may operate to further resonate in a frequency band of 4.2 GHz to 4.8 GHz, that is, 5G n79 band by the matching circuit and the stub line composed of the series capacitor.
  • the dielectric antenna 1150 disclosed herein may have various metal pattern shapes and may be disposed at different positions of the antenna system 1000 .
  • FIG. 16 shows a shape of a dielectric antenna that may be disposed on a main board of an antenna system according to various embodiments of the present disclosure.
  • the dielectric antenna 1150 may be the first dielectric antennas D-ANT1 and 1130 disposed adjacent to the first antennas ANT1 and 1110. there is.
  • the first antennas ANT1 and 1110 may be formed on one side separated from the main board and may operate in a 5G frequency band.
  • the first dielectric antennas D-ANT1 and 1130 may operate as a PIFA (Planar Inverted F) antenna by a metal pattern formed on the front and side surfaces of the dielectric structure.
  • the first dielectric antenna D-ANT1 may operate in 4G low band (LB), mid band (MB), and high band (HB).
  • the first metal pattern 1151 and the second metal pattern 1152 formed on the side surface of the first dielectric antenna D-ANT1 may be electrically connected to a power supply unit and a ground, respectively. Meanwhile, the metal pattern of the first dielectric antennas D-ANT1 and 1130 may be partially changed to improve mid-band (MB) antenna performance. As an example, the first metal pattern 1151 of the first dielectric antenna D-ANT1 may be changed to an inset structure in order to improve mid-band (MB) antenna performance.
  • the dielectric antenna 1150 is disposed adjacent to the first dielectric antennas D-ANT1 and 1130 and further includes second dielectric antennas D-ANT2 and 1140 in which a loop-shaped front metal pattern is formed on the front surface of the dielectric structure. can do.
  • the second dielectric antennas D-ANT2 and 1140 may also be configured to operate in the 4G L/M/H band.
  • a feeding part FP2 electrically connected to one side of the front metal pattern may be formed on a side surface inside the dielectric structure.
  • opposite sides of the front metal pattern may be electrically connected to the ground through shorted parts SP1 and SP2.
  • the first shorting part SP1 may be formed along the side surface of the dielectric structure
  • the second shorting part SP2 may be formed only on the front surface of the dielectric structure and may be connected to the ground through a separate screw. Since the first shorting part SP1 and the second shorting part SP2 are configured differently, the antenna bandwidth characteristic may be further improved compared to a case where the first shorting part SP1 and the second shorting part SP2 are configured with the same shorting part.
  • opposite sides of the front metal pattern may be configured to be connected to the ground and not to form a power feeding part.
  • the front metal pattern of the second dielectric antennas D-ANT2 and 1140 may be partially changed.
  • the front metal pattern 1140P of the second dielectric antennas D-ANT2 and 1140 may be configured as a modified metal pattern 1141P such that a region of one side of the metal pattern is partially removed to increase bandwidth.
  • the dielectric antenna 1150 may be the third dielectric antennas D-ANT3 and 1150 disposed adjacent to the second antennas ANT2 and 1120 .
  • the second antennas ANT2 and 1120 are formed on the other side separated from the main board, and may operate in a 5G frequency band.
  • the third dielectric antennas D-ANT3 and 1150 may operate as a PIFA (Planar Inverted F) antenna by a metal pattern formed on the front and side surfaces of the dielectric structure.
  • the third dielectric antenna D-ANT3 and 1150 may be configured to operate in a 5G L/M/H band.
  • a V2X feeding part V2X_FP for feeding a V2X antenna may be formed on a side surface of the dielectric structure on which the first metal pattern 1151 and the second metal pattern 1151 are not formed.
  • the dielectric antenna 1150 is disposed adjacent to the third dielectric antennas D-ANT3 and 1150 and further includes fourth dielectric antennas D-ANT4 and 1160 in which a loop-shaped front metal pattern is formed on the front surface of the dielectric structure. can do.
  • a feeding part FP4 electrically connected to one side of the front metal pattern may be formed on a side surface inside the dielectric structure.
  • the fourth dielectric antenna (D-ANT4, 1160) may also be configured to operate in the 5G L/M/H band.
  • the front metal pattern 1160P of the fourth dielectric antennas D-ANT4 and 1160 may be formed of a metal pattern changed such that one side region is partially removed. Meanwhile, in order to further improve bandwidth characteristics, the front metal pattern 1161P may be formed of a metal pattern in which one side region and the other side region are partially removed. Opposite both sides of the front metal patterns 1160P and 1161P may be electrically connected to a ground. Opposite both sides of the front metal patterns 1160P and 1161P may be configured such that a power feeding unit is not formed.
  • the plurality of dielectric antennas disclosed herein may be implemented on a dielectric structure as a PIFA antenna or a loop-shaped antenna.
  • FIG. 17 shows a perspective view and a side view of a PIFA antenna according to an embodiment, and a connection structure with a heat sink.
  • FIG. 18 shows a perspective view and a side view of a loop antenna according to an embodiment, and a connection structure with a heat sink.
  • the feeding part FP and the shorting part SP of the dielectric antenna of the PIFA antenna shape are electrically connected to the feeding part and the ground of the main board.
  • the dielectric antenna of the PIFA antenna shape may be formed in an open ground structure in which dielectric regions other than the dielectric region in which the short circuit portion SP is formed are not connected to the ground.
  • the dielectric antenna is configured to be in contact with a heat sink (HS), and may radiate heat generated inside the antenna system and heat introduced from the outside. Meanwhile, in order to maintain or improve the performance of the dielectric antenna formed in the open ground structure, the slot region SR from which the metal is removed may be formed in the heat sink HS.
  • HS heat sink
  • the first short-circuiting part SP1 and the second short-circuiting part SP2 of the loop antenna-shaped dielectric antenna may be electrically connected to the ground of different substrates.
  • different ground paths are formed by the first shorting part SP1 and the second shorting part SP2 of the antenna to improve antenna characteristics in the low band LB. can do.
  • a feeding part FP electrically connected to one side of the front metal pattern may be formed on the inner side of the dielectric structure.
  • the power feeding unit FP may be formed in a semi-circle shape to improve antenna characteristics in the middle band MB and the high band HB.
  • the semi-circle shape feeding unit FP is operable as an impedance converting unit compared to the conductive line feeding unit. Accordingly, the semi-circle-shaped feeding part FP may allow the dielectric antenna to operate in a wide band in the mid-band (MB) and high-band (HB) compared to the feeding part having the conductive line shape.
  • the loop-shaped antenna structure has a low-elevation radiation characteristic compared to the PIFA-shaped antenna structure. Accordingly, referring to FIGS. 5A to 7C, 14A to 14C, and 16 to 18 , the loop-shaped dielectric antenna has low-elevation radiation characteristics. In other words, the second and fourth dielectric antennas D-ANT2 and D-ANT4 operating as loop antennas are lower than the first and third dielectric antennas D-ANT1 and D-ANT3 operating as PIFA antennas. It has elevation radiation characteristics.
  • multiple input/output may be performed using a plurality of antennas inside the antenna system 1000 .
  • FIG. 19 shows the configuration of a vehicle equipped with an antenna system according to an embodiment.
  • the antenna system 1000 may be configured to include the transceiver circuit 1250 and the baseband processor 1400 as described above.
  • the baseband processor 1400 may perform 2x2 MIMO or 4x4 MIMO using some of the plurality of antennas 1100 .
  • the baseband processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform 2x2 MIMO through two or more of the plurality of antenna elements 1110 to 1160 . Meanwhile, the baseband processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform 4x4 MIMO through four or more of the plurality of antenna elements 1110 to 1160 .
  • the first and second RKE antennas 1210 and 1220 may include a main radiator and a parasitic radiator having a gap coupling structure.
  • the first and second RKE antennas 1210 and 1220 may be formed in a structure in which a rectangular patch is coupled or a structure in which a conductive line is coupled.
  • the first and second antennas ANT1 and ANT2 may each operate in a 5G band.
  • the first and second antennas ANT1 and ANT2 may include a main radiator and a parasitic radiator formed perpendicular to the antenna substrate.
  • the first to fourth dielectric antennas D-ANT1 to D-ANT4 may operate in a 4G/5G band.
  • the first to fourth dielectric antennas D-ANT1 to D-ANT4 may be dielectric antennas printed with PIFA-shaped or loop-shaped metal patterns.
  • a plurality of antennas (ANT1, ANT2, D-ANT1 to D-ANT4) operating in the 4G/5G band may support MIMO operation.
  • the vehicle 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, there is an advantage that broadband reception is possible through multiple input/output (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.
  • MIMO multiple input/output
  • 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
  • the vehicle may operate as a URLLC UE.
  • the 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 plurality of antenna elements 1110 to 1160 implemented on the dielectric carrier may operate in all bands of the low band LB, the middle band MB, and the high band HB.
  • 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 some of the plurality of antenna elements 1110 to 1160 in the first frequency band.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through some of the plurality of antenna elements 1110 to 1160 in the second frequency band.
  • multiple input/output may be performed using antenna elements that are spaced apart from each other by a sufficient distance and rotated at a predetermined angle. 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 baseband processor 1400 controls the transceiver circuit 1250 to receive the second signal of the second band while receiving the first signal of the first band through any one of the plurality of antenna elements 1110 to 1160 . can do. In this case, there is an advantage that carrier aggregation (CA) can be performed through one antenna.
  • CA carrier aggregation
  • the baseband processor 1400 may be configured to receive the first signal through any one of the first antenna 1110 to the third antenna 1130 while receiving the first signal through any one of the fourth antenna 1140 to the sixth antenna 1160 .
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled to receive the second signal of the same band through the .
  • adjacent antennas are configured to operate in different bands, and antennas disposed in different areas are configured to operate in the same band, thereby improving the degree of mutual isolation.
  • 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 specification, 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 eMBB (Enhanced Mobile Broad Band) communication and the vehicle may operate as an eMBB UE.
  • 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.
  • FIG. 20 illustrates a block diagram of a wireless communication system to which the methods proposed in the present specification can be applied.
  • the wireless communication system includes a first communication device 910 and/or a second communication device 920 .
  • 'A and/or B' may be interpreted as having the same meaning as 'including at least one of A or B'.
  • the first communication device may represent the base station, and the second communication device may represent the terminal (or the first communication device may represent the terminal or vehicle, and the second communication device may represent the base station).
  • Base station is a fixed station (fixed station), Node B, evolved-NodeB (eNB), gNB (Next Generation NodeB), BTS (base transceiver system), access point (AP: Access Point), gNB (general) NB), 5G system, network, AI system, RSU (road side unit), may be replaced by terms such as robot.
  • the terminal may be fixed or have mobility
  • UE User Equipment
  • MS Mobile Station
  • UT user terminal
  • MSS Mobile Subscriber Station
  • SS Subscriber Station
  • AMS Advanced Mobile
  • WT Wireless terminal
  • MTC Machine-Type Communication
  • M2M Machine-to-Machine
  • D2D Device-to-Device
  • vehicle robot
  • AI module may be substituted with terms such as
  • the first communication device and the second communication device are a processor 911,921, a memory 914,924, one or more Tx/Rx RF modules 915,925, Tx processors 912,922, Rx processors 913,923 , including antennas 916 and 926 .
  • the processor implements the functions, processes, and/or methods salpinned above. More specifically, in DL (communication from a first communication device to a second communication device), an upper layer packet from the core network is provided to the processor 911 .
  • the processor implements the functions of the L2 layer.
  • the processor provides multiplexing between logical channels and transport channels, radio resource allocation, to the second communication device 920, and is responsible for signaling to the second communication device.
  • a transmit (TX) processor 912 implements various signal processing functions for the L1 layer (ie, the physical layer).
  • the signal processing function facilitates forward error correction (FEC) in the second communication device, and includes coding and interleaving.
  • FEC forward error correction
  • the coded and modulated symbols are divided into parallel streams, each stream mapped to OFDM subcarriers, multiplexed with a reference signal (RS) in the time and/or frequency domain, and using Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) are combined together to create a physical channel carrying a stream of time domain OFDMA symbols.
  • RS reference signal
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • the OFDM stream is spatially precoded to generate multiple spatial streams.
  • Each spatial stream may be provided to a different antenna 916 via a separate Tx/Rx module (or transceiver) 915 .
  • Each Tx/Rx module may modulate an RF carrier with a respective spatial stream for transmission.
  • each Tx/Rx module (or transceiver) 925 receives a signal via a respective antenna 926 of each Tx/Rx module.
  • Each Tx/Rx module recovers information modulated with an RF carrier and provides it to a receive (RX) processor 923 .
  • the RX processor implements various signal processing functions of layer 1.
  • the RX processor may perform spatial processing on the information to recover any spatial streams destined for the second communication device. If multiple spatial streams are destined for the second communication device, they may be combined into a single OFDMA symbol stream by multiple RX processors.
  • the RX processor uses Fast Fourier Transform (FFT) to transform the OFDMA symbol stream from the time domain to the frequency domain.
  • the frequency domain signal includes a separate OFDMA symbol stream for each subcarrier of the OFDM signal.
  • the symbols and reference signal on each subcarrier are recovered and demodulated by determining the most probable signal placement points transmitted by the first communication device. These soft decisions may be based on channel estimate values.
  • the soft decisions are decoded and deinterleaved to recover the data and control signal originally transmitted by the first communication device on the physical channel. Corresponding data and control signals are provided to a processor 921 .
  • the UL (second communication device to first communication device communication) is handled in the first communication device 910 in a manner similar to that described with respect to the receiver function in the second communication device 920 .
  • Each Tx/Rx module 925 receives a signal via a respective antenna 926 .
  • Each Tx/Rx module provides an RF carrier and information to the RX processor 923 .
  • the processor 921 may be associated with a memory 924 that stores program code and data. Memory may be referred to as a computer-readable medium.
  • the second communication device is not limited to the base station.
  • the second communication device may be another vehicle, and V2V communication may be performed between the first communication device and the second communication device.
  • the second communication device may be a pedestrian, and V2P communication may be performed between the first communication device and the second communication device.
  • the second communication device may be a road side unit (RSU), and V2I communication between the first communication device and the second communication device may be performed.
  • the second communication device may be an application server, and V2N communication between the first communication device and the second communication device may be performed.
  • the base station may allocate resources for communication between the first communication device and the second communication device.
  • a communication device configured to allocate resources for communication between the first communication device and the second communication device may be referred to as a third communication device.
  • the aforementioned series of communication procedures may be performed between the first communication device and the third communication device.
  • the antenna performance can be improved while maintaining the height of the antenna system mounted in the vehicle below a certain level.
  • RKE remote keyless entry
  • an antenna system mounted on a vehicle and a control operation for the antenna system may be implemented by software, firmware, or a combination thereof.
  • the design of a plurality of antennas of an antenna system mounted on a vehicle and a configuration for controlling them and their driving can be implemented as computer-readable codes in a medium in which a program is recorded.
  • 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.
  • the computer may include a terminal or a control unit of the vehicle, that is, a processor. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but as exemplary. The scope of this specification should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the scope of equivalents of this specification are included in the scope of this specification.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Details Of Aerials (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
  • Support Of Aerials (AREA)

Abstract

본 명세서에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템이 제공된다. 상기 안테나 시스템은 안테나 기판(antenna board)에 형성되고, 급전부(feeding part)와 전기적으로 연결되도록 구성된 메인 방사체(main radiator); 및 상기 메인 방사체로부터의 신호가 갭 커플링되도록 상기 메인 방사체와 소정 간격 이격되어 형성된 기생 방사체(parasitic radiator)를 포함할 수 있다. 상기 기생 방사체는 그라운드 연결부를 통해 그라운드와 전기적으로 연결되고, 상기 메인 방사체는 제1 모드로 동작하고 상기 기생 방사체는 제2 모드로 동작할 수 있다.

Description

차량에 탑재되는 안테나 시스템
본 명세서는 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 관한 것이다. 특정 구현은 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. 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 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 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 RKE (Remote Keyless Entry) 안테나는 다중 대역에서 동작하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, LTE 및 5G 안테나가 저대역(LB) 이외에 중대역(MB)과 고대역(HB)에서도 광대역 동작할 수 있도록 구성되기 어렵다는 문제점이 있다.
본 명세서는 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 명세서의 다른 일 목적은, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 다중 대역에서 동작하는 RKE (Remote Keyless Entry) 안테나를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 안테나 소자가 저대역(LB) 이외에 광대역 동작하도록 최적화된 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 명세서의 일 양상에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템이 제공된다. 상기 안테나 시스템은 안테나 기판(antenna board)에 형성되고, 급전부(feeding part)와 전기적으로 연결되도록 구성된 메인 방사체(main radiator); 및 상기 메인 방사체로부터의 신호가 갭 커플링되도록 상기 메인 방사체와 소정 간격 이격되어 형성된 기생 방사체(parasitic radiator)를 포함할 수 있다. 상기 기생 방사체는 그라운드 연결부를 통해 그라운드와 전기적으로 연결되고, 상기 메인 방사체는 제1 모드로 동작하고 상기 기생 방사체는 제2 모드로 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 메인 방사체와 상기 기생 방사체는 소정 간격 이격되어 형성되는 사각 패치(rectangular patch)로 형성되어 제1 RKE (remote keyless entry) 안테나로 동작할 수 있다. 상기 제1 RKE 안테나는 상기 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 일 측에 배치되는 제1 안테나 기판에 형성되고, 제1 RKE 대역과 제2 RKE대역에서 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 메인 방사체는 상기 급전부와 연결된 제1 패치 및 상기 제1 패치와 연결된 제2 패치를 포함할 수 있다. 상기 기생 방사체는 상기 그라운드 연결부와 연결된 제3 패치를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제3 패치의 제1 측(side)은 상기 제1 패치와 제1 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되고, 상기 제3 패치의 제1 측에 수직한 제2 측은 상기 제2 패치와 제2 방향으로 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그라운드 연결부는 상기 급전부와 제2 방향으로 소정 간격 이격되어 형성된 제1 연결부; 및 상기 제1 패치와 제1 방향으로 소정 간격 이격되어 형성된 제2 연결부를 포함할 수 있다. 상기 제2 연결부는 상기 제1 연결부와 수직하게 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 메인 방사체와 상기 기생 방사체는 소정 간격 이격되어 형성되는 도전 라인(conductive line)으로 형성되어 제2 RKE (remote keyless entry) 안테나로 동작할 수 있다. 상기 제2 RKE 안테나는 상기 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 타 측에 배치되는 제2 안테나 기판에 형성되고, 제1 RKE 대역과 제3 RKE대역에서 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 메인 방사체는 상기 급전부와 연결된 제1 도전 라인으로 형성될 수 있다. 상기 기생 방사체는 상기 그라운드 연결부와 연결된 제2 도전 라인으로 형성될 수 있다. 상기 메인 방사체와 상기 급전부는 직렬로 연결된 제1 인덕터와 병렬된 연결되는 제2 인덕터를 통해 연결되고, 상기 기생 방사체는 상기 그라운드와 직렬로 연결된 제3 인덕터를 통해 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 도전 라인은 상기 급전부와 수직하게 형성되고, 상기 제2 도전 라인과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성되는 제1 커플링 라인(coupling line)을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전 라인은 상기 제1 커플링 라인과 수직하게 형성되고, 일부 영역이 상기 제2 도전 라인과 커플링되도록 형성되는 제1 연장 라인(extended line)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 도전 라인의 길이는 상기 제2 도전 라인의 길이보다 길게 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 도전 라인은 상기 그라운드 연결부와 수직하게 형성되고, 상기 제1 도전 라인과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성되는 제2 커플링 라인을 포함할 수 있다. 상기 제2 도전 라인은 상기 제2 커플링 라인과와 수직하게 형성되고, 상기 제1 도전 라인의 제1 연장 라인과 커플링되도록 형성되는 제2 연장 라인을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 도전 라인의 길이는 상기 제1 도전 라인의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 시스템은 상기 제1 안테나 기판 상에 배치되고, 소정 각도로 높이가 변경되도록 형성되는 제1 유전체 구조물; 상기 제1 유전체 구조물의 일 측면과 전면에 형성되는 제1 방사체; 및 상기 메인 보드와 수직하게 연결되고, 상기 제1 방사체와 소정 간격 이격되어 배치되도록 구성된 제2 방사체를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체를 포함하는 제1 안테나는 5G 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 메인 보드의 그라운드와 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체가 형성된 측면 PCB의 그라운드는 상호 연결될 수 있다. 상기 제1 RKE 안테나의 상기 메인 방사체가 배치된 영역에는 그라운드 패턴이 제거될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 안테나 기판 상에 배치되고, 소정 각도로 높이가 변경되도록 형성되는 제2 유전체 구조물; 상기 제2 유전체 구조물의 일 측면과 전면에 형성되는 제3 방사체; 및 상기 메인 보드와 수직하게 연결되고, 상기 제3 방사체와 소정 간격 이격되어 배치되도록 구성된 제4 방사체를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 방사체 및 상기 제4 방사체를 포함하는 제2 안테나는 5G 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 메인 보드의 그라운드와 상기 제3 방사체 및 상기 제4 방사체가 형성된 측면 PCB의 그라운드는 상호 연결될 수 있다. 상기 제2 RKE 안테나가 배치된 영역에는 그라운드 패턴이 제거될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 시스템은 상기 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 일 측에 배치되는 제1 안테나 기판 상에 사각 패치 형상의 메인 방사체 및 기생 방사체로 형성된 제1 RKE 안테나; 및 상기 메인 보드와 분리되어 타 측에 배치되는 제2 안테나 기판 상에 도전 라인 형상의 메인 방사체 및 기생 방사체로 형성된 제2 RKE 안테나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 시스템은 상기 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 일 측에 배치되는 제1 안테나 기판 상에 도전 라인 형상의 메인 방사체 및 기생 방사체로 형성된 제1 RKE 안테나; 및 상기 메인 보드와 분리되어 타 측에 배치되는 제2 안테나 기판 상에 도전 라인 형상의 메인 방사체 및 기생 방사체로 형성된 제2 RKE 안테나를 포함할 수 있다.
본 명세서의 다른 양상에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 상기 안테나 시스템의 메인 보드에 형성된 급전부(feeding part); 상기 급전부의 일 측과 전기적으로 연결되고, 제1 축 방향 및 상기 제1 축방향과 수직한 제2 축 방향으로 형성된 스트립 라인; 및 상기 메인 보드 상에 배치되는 유전체 구조물 상에 금속 패턴으로 구현되는 유전체 안테나를 포함할 수 있다. 상기 유전체 구조물의 측면에 형성된 제1 금속 패턴과 제2 금속 패턴은 각각 상기 급전부 및 상기 스트립 라인 주변의 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유전체 안테나는 상기 유전체 구조물의 전면에 형성된 전면 금속 패턴; 상기 유전체 구조물의 돌출된 제1 측면에 형성된 상기 제1 금속 패턴; 및 상기 유전체 구조물의 제2 측면에 형성된 상기 제2 금속 패턴을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 스트립 라인은 상기 제1 축 방향으로 소정 너비와 소정 길이로 형성된 제1 스트립 라인; 및 상기 제1 스트립 라인의 단부에서 양 측에 해당하는 상기 제2 축 방향으로 소정 길이만큼 연장되도록 형성된 제2 스트립 라인을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 패턴은 상기 전면 금속 패턴과 연결되고, 소정 너비와 소정 길이를 갖는 사각 패치로 형성될 수 있다. 상기 제1 스트립 라인의 단부와 연결되는 상기 사각 패치의 단부는 도전 라인으로 형성될 수 있다. 상기 도전 라인의 양 측은 소정 길이와 소정 너비만큼 금속 패턴이 제거된 인셋 구조(inset structure)로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 금속 패턴의 단부에 해당하는 도전 라인은 상기 제1 스트립 라인의 단부와 커패시터를 통해 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유전체 안테나는 상기 메인 보드와 분리된 일 측에 형성되고 5G 주파수 대역에서 동작하는 제1 안테나와 인접하게 배치되는 제1 유전체 안테나일 수 있다. 상기 제1 유전체 안테나는 상기 유전체 구조물의 전면과 측면에 형성되는 금속 패턴에 의해 PIFA (Planar Inverted F) 안테나로 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 유전체 안테나와 인접하게 배치되고, 유전체 구조물의 전면에 루프 형상의 전면 금속 패턴이 형성된 제2 유전체 안테나를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 유전체 안테나는 전면 금속 패턴의 일 측과 전기적으로 연결되는 급전부가 유전체 구조물 내부의 측면에 형성될 수 있다. 상기 급전부가 형성되지 않은 상기 전면 금속 패턴의 대향하는 양 측은 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유전체 안테나는 상기 메인 보드와 분리된 타 측에 형성되고, 5G 주파수 대역에서 동작하는 제2 안테나와 인접하게 배치되는 제3 유전체 안테나일 수 있다. 상기 제3 유전체 안테나는 상기 유전체 구조물의 전면과 측면에 형성되는 금속 패턴에 의해 PIFA (Planar Inverted F) 안테나로 동작할 수 있다. 상기 제1 금속 패턴과 제2 금속 패턴이 형성되지 않은 상기 유전체 구조물의 측면에 V2X 안테나를 급전하는 V2X 급전부가 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유전체 안테나는 상기 제3 유전체 안테나와 인접하게 배치되고, 유전체 구조물의 전면에 루프 형상의 전면 금속 패턴이 형성된 제4 유전체 안테나를 더 포함할 수 있다. 상기 제4 유전체 안테나는 전면 금속 패턴의 일 측과 전기적으로 연결되는 급전부가 유전체 구조물 내부의 측면에 형성될 수 있다. 상기 급전부가 형성되지 않은 상기 전면 금속 패턴의 대향하는 양 측은 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 시스템은 안테나 기판(antenna board)에 형성되고, 급전부(feeding part)와 전기적으로 연결되도록 구성된 메인 방사체(main radiator); 및 상기 메인 방사체로부터의 신호가 갭 커플링되도록 상기 메인 방사체와 소정 간격 이격되어 형성된 기생 방사체(parasitic radiator)를 포함하는 RKE 안테나를 더 포함할 수 있다. 상기 메인 방사체와 상기 급전부는 직렬로 연결된 제1 인덕터와 병렬된 연결되는 제2 인덕터를 통해 연결되고, 상기 기생 방사체는 상기 그라운드와 직렬로 연결된 제3 인덕터를 통해 연결될 수 있다.
이와 같은 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 차량 내에 탑재되는 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 명세서에 따르면, 저대역(LB) 안테나와 다른 안테나들을 하나의 안테나 모듈에 구현하여 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 명세서에 따르면, 다중 대역에서 동작하는 갭 커플링 구조의 RKE (Remote Keyless Entry) 안테나와 이를 위한 매칭 회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 명세서에 따르면, 안테나 소자가 저대역(LB) 이외에 광대역 동작하도록 최적화된 안테나 구조와 최적화된 매칭 회로와 스터브 패턴을 제공할 수 있다.
본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 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 명세서와 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다.
도 4a는 본 명세서의 실시예에 따른 차량 및 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 4b는 본 명세서에 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 안테나들의 기능 및 동작 대역을 나타낸다.
도 6은 일 실시 예에 따른 안테나 시스템의 분해도를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 안테나 시스템의 일 측 및 타 측에 형성된 5G 안테나에 인접하게 배치된 RKE 안테나들을 나타낸다.
도 7c는 일 실시 예에 따른 안테나 기판(antenna board)과 유전체 캐리어(dielectric carrier)에 형성된 RKE 안테나의 분해도를 나타낸다
도 8a 및 도 8b는 서로 다른 실시 예에 따른 갭 커플링 구조의 RKE 안테나를 나타낸다.
도 8c는 도 8a 및 도 8b의 갭 커플링 구조로 형성된 RKE 안테나의 개념도를 나타낸다. 도 8d는 갭 커플링 구조로 형성된 RKE 안테나 매칭 회로 구조를 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 서로 다른 안테나 구조에 따른 RKE 안테나의 반사 계수 특성 및 효율 특성을 나타낸다.
도 10은 일 실시 예에 따른 그라운드 컨택 구조의 5G 안테나와 서로 다른 타입의 RKE 안테나가 배치된 안테나 시스템을 나타낸다.
도 11a는 안테나 시스템의 메인 보드의 일 측 및 타 측에 동일한 type의 RKE 안테나가 배치된 구성을 나타낸다. 도 11b는 type 2의 도전 라인이 커플링된 RKE 안테나 구성을 나타낸다.
도 12a는 메인 보드와 측면 PCB 사이의 그라운드가 연결된 구조로 형성된 안테나 시스템에서 안테나 기판의 구성을 나타낸다. 도 12b는 안테나 기판의 전면과 후면에 형성된 급전부와 그라운드 연결부 및 도전 라인의 형상을 나타낸다.
도 13a 및 도 13b는 일 실시 예에 따른 도전 라인 형태의 RKE 안테나 구성에서 그라운드 최적화를 통한 안테나 반사 계수 특성과 효율 특성을 나타낸다.
도 14a는 일 실시 예에 따른 유전체 안테나로 형성된 5G 안테나 및 이와 연결되는 스트립 라인 및 매칭 회로의 구성을 나타낸다. 도 14b는 5G 안테나의 금속 패턴과 T-스트립 및 매칭 회로의 구성을 나타낸다. 도 14c는 그라운드와 5G 안테나, 매칭 회로 및 T-스트립과의 연결 구조를 나타낸 개념도이다.
도 15a는 일 실시 예에 따른 안테나 시스템에 따른 복수의 안테나의 임피던스 매칭 회로의 인덕턴스와 커패시턴스 값을 나타낸다. 도 15b는 매칭 회로 유무 및 서로 다른 매칭 회로 구성에 따른 5G 안테나의 VSWR 특성을 나타낸다. 도 15c는 커패시터로 구성된 매칭 회로와 T-스트립 형태의 라인을 구비한 5G 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 16은 다양한 실시 예에 따른 안테나 시스템의 메인 보드에 배치될 수 있는 유전체 안테나의 형상을 나타낸다.
도 17은 일 실시 예에 따른 PIFA 안테나의 사시도와 측면도 및 히트 싱크와의 연결 구조를 나타낸다.
도 18은 일 실시 예에 따른 루프 안테나의 사시도와 측면도 및 히트 싱크와의 연결 구조를 나타낸다.
도 19는 일 실시 예에 따른 안테나 시스템이 구비된 차량의 구성을 나타낸다.
도 20은 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 1a는 일 예시에 따른 차량 내부를 설명하기 위한 구성도이다. 한편, 도 1b는 일 예시에 따른 차량 내부를 측면에서 본 구성도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명은 GPS, 4G 무선 통신, 5G 무선통신, 블루투스, 또는 무선랜 등의 신호를 송수신할 수 있는 안테나 유닛(즉, 내부 안테나 시스템)(300)에 관한 것이다. 따라서, 이러한 여러 통신 프로토콜을 지원할 수 있는 안테나 유닛(즉, 안테나 시스템)(300)을 통합 안테나 모듈(300)로 지칭할 수 있다.
또한, 본 발명은 이러한 안테나 유닛(300)을 구비하는 차량(500)에 관한 것이다. 차량(500)은 대쉬 보드(dash board)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 유닛에 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)는 차량들이 함께 움직이는 플래툰(platoon)을 동적으로 형성할 수 있게 한다. 플래툰의 모든 차량은 이 플래툰을 관리하기 위해 선두 차량으로부터 정보를 얻는다. 이러한 정보는 차량이 정상 방향보다 조화롭게 운전되고, 같은 방향으로 가고 함께 운행할 수 있게 한다.
(2) 확장된 센서(extended sensor)들은 차량, 도로 사이트 유닛(road site unit), 보행자 장치(pedestrian device) 및 V2X application server에서 local sensor 또는 live video image를 통해 수집된 원시(raw) 또는 처리된 데이터를 교환할 수 있게 한다. 차량은 자신의 센서가 감지할 수 있는 것 이상으로 환경에 대한 인식을 높일 수 있으며, 지역 상황을 보다 광범위하고 총체적으로 파악할 수 있다. 높은 데이터 전송률이 주요 특징 중 하나이다.
(3) 진화된 운전(advanced driving)은 반-자동 또는 완전-자동 운전을 가능하게 한다. 각 차량 및/또는 RSU는 로컬 센서에서 얻은 자체 인식 데이터를 근접 차량과 공유하고, 차량이 궤도(trajectory) 또는 기동(manoeuvre)을 동기화 및 조정할 수 있게 한다. 각 차량은 근접 운전 차량과 운전 의도를 공유한다.
(4) 원격 운전(remote driving)은 원격 운전자 또는 V2X 응용 프로그램이 스스로 또는 위험한 환경에 있는 원격 차량으로 주행할 수 없는 승객을 위해 원격 차량을 운전할 수 있게 한다. 변동이 제한적이고, 대중 교통과 같이 경로를 예측할 수 있는 경우, 클라우드 컴퓨팅을 기반으로 한 운전을 사용할 수 있다. 높은 신뢰성과 낮은 대기 시간이 주요 요구 사항이다.
이하의 설명은 NR SL(sidelink) 또는 LTE SL에 모두 적용 가능하며, RAT(radio access technology)가 표시되지 않으면 NR SL을 의미할 수 있다. NR V2X에서 고려되고 있는 운영 시나리오는 아래와 같이 6가지가 존재할 수 있다. 이와 관련하여, 도 2b는 V2X SL 통신을 지원하는 독립형(standalone) 시나리오와 V2X SL 통신을 지원하는 MR-DC 시나리오를 나타낸다.
특히, 1) 시나리오 1에서, gNB는 LTE SL 및 NR SL 모두에서 단말의 V2X 통신에 대한 control/configuration을 제공한다. 2) 시나리오 2에서, ng-eNB는 LTE SL 및 NR SL 모두에서 단말의 V2X 통신에 대한 control/configuration을 제공한다. 3) 시나리오 3에서, eNB는 LTE SL 및 NR SL 모두에서 단말의 V2X 통신에 대한 control/configuration을 제공한다. 한편, 4) 시나리오 4에서, LTE SL 및 NR SL에서의 단말의 V2X 통신은 단말이 EN-DC로 설정되는 동안 Uu에 의해 control/configuration된다. 5) 시나리오 5에서, LTE SL 및 NR SL에서의 단말의 V2X 통신은 단말이 NE-DC에서 설정되는 동안 Uu에 의해 control/configuration된다. 또한 6) 시나리오 6에서, LTE SL 및 NR SL에서의 단말의 V2X 통신은 단말이 NGEN-DC로 설정되는 동안 Uu에 의해 control/configuration 된다.
도 2a 및 도 2b와 같이 V2X 통신을 지원하기 위해 차량은 안테나 시스템을 통해 eNB 및/또는 gNB과 무선 통신을 수행할 수 있다.
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 기기는 기지국과의 통신 커버리지 확장(coverage expansion)을 위해 빔 포밍(beam forming)을 수행할 수 있다.
한편, 5G 주파수 대역에 관계없이, 5G 통신 시스템에서는 전송 속도 향상을 위해, 더 많은 수의 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)을 지원할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 기지국으로 전송되는 복수의 5G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) MIMO가 수행될 수 있다. 또한, 5G 기지국으로부터 수신되는 복수의 5G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) MIMO가 수행될 수 있다.
한편, 4G 무선 통신 모듈(450)과 5G 무선 통신 모듈(460)을 통해 4G 기지국 및 5G 기지국과 이중 연결(DC: Dual Connectivity) 상태일 수 있다. 이와 같이, 4G 기지국 및 5G 기지국과의 이중 연결을 EN-DC(EUTRAN NR DC)이라 지칭할 수 있다. 한편, 4G 기지국과 5G 기지국이 공통-배치 구조(co-located structure)이면, 이종 반송파 집성(inter-CA(Carrier Aggregation)을 통해 스루풋(throughput) 향상이 가능하다. 따라서, 4G 기지국 및 5G 기지국과 EN-DC 상태이면, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다. 한편, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)을 이용하여 전자 기기(예컨대, 차량) 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 자원이 할당된 후 기지국을 경유하지 않고 차량들 간에 V2V 방식에 의해 무선 통신이 수행될 수 있다.
한편, 전송 속도 향상 및 통신 시스템 융합(convergence)을 위해, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460) 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(450)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈(460)과 Wi-Fi 통신 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, 텔레매틱스(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)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, 차량은 eNB 또는 gNB를 통해 자원을 할당받거나 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. 도 5b는 도 5a의 구조에서 복수의 안테나들의 기능 및 동작 대역을 나타낸다. 한편, 도 6은 일 실시 예에 따른 안테나 시스템의 분해도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 6을 참조하면, 제1 안테나(ANT1, 1110) 및 제2 안테나(ANT2, 1120)는 5G 주파수 대역에서 동작하는 5G 안테나일 수 있다. 구체적으로, 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)는 5G 중대역(mid band, MB) 및 5G 고대역(high band, HB)에서 동작하는 안테나일 수 있다. 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)는 유전체 구조물에 프린트된 금속 패턴으로 구현될 수 있다.
LTE 주파수 대역과 5G Sub6 주파수 대역에서 모두 동작하는 광대역 안테나가 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 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 RKE (Remote Keyless Entry) 안테나는 다중 대역에서 동작하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, LTE 및 5G 안테나가 저대역(LB) 이외에 중대역(MB)과 고대역(HB)에서도 광대역 동작할 수 있도록 구성되기 어렵다는 문제점이 있다.
본 명세서는 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 명세서의 다른 일 목적은, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시하기 위한 것이다. 본 명세서의 다른 일 목적은, 다중 대역에서 동작하는 RKE (Remote Keyless Entry) 안테나를 제공하기 위한 것이다. 본 명세서의 다른 일 목적은, 안테나 소자가 저대역(LB) 이외에 광대역 동작하도록 최적화된 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
이와 관련하여, 제1 RKE 안테나(RKE1) 및 제2 RKE 안테나(RKE2)는 단일 주파수에서 단일 공진(single resonance) 특성을 갖는다. 일 예로, 제1 RKE 안테나(RKE1) 및 제2 RKE 안테나(RKE2)는 433MHz의 주파수 대역에서 단일 공진 특성을 갖는다. 이와 관련하여, 313,9 MHz < f < 315,0 MHz 주파수 대역과 433.3 MHz < f < 434.5 MHz 주파수 대역에서 단일 안테나로 RKE 안테나를 구현할 필요가 있다. 따라서, RKE 안테나가 사용되는 국가 또는 차량에 관계없이 단일 안테나로 구현하기 위해 이중 대역(dal band) 안테나 설계가 요구된다. 이에 따라, 본 명세서에서는 광대역 및 이중 공진하는 RKE 안테나 구조를 제시하고자 한다.
또한, 5G Sub 6 band 중 고대역(HB)에서의 안테나 성능 확보가 중요하다. 이와 관련하여, 5G Sub 6 band 중 n79 대역을 사용하여 통신 서비스를 제공할 필요가 있다. 하지만, 4G 또는 5G 안테나에서 Low/Mid/High band를 하나의 안테나로 구현하는 경우 n79 대역으로의 성능 개선이 매우 제한적이거나 다른 주파수 대역에서의 성능의 저하가 발생한다는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 5G 안테나 전체 대역에서 적용 가능한 광대역 매칭 구조를 제시하고자 한다.
따라서, 본 명세서에서는 차량용 안테나에서 4x4 MIMO, 2X2 DSDA, V2X, GPS, SDARS, Wi-Fi 등의 복수의 안테나들을 TCU 내부에 배치하기 위한 구조를 제시하고자 한다. 이와 관련하여, 복수의 안테나들의 개수를 감소시키기 위해, 다중 대역 (multi-band) 안테나 설계 기법을 도입할 필요가 있다.
도 6의 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)와 인접하게 RKE (remote keyless entry) 안테나가 안테나 기판(antenna board)에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 7a 및 도 7b는 안테나 시스템의 일 측 및 타 측에 형성된 5G 안테나에 인접하게 배치된 RKE 안테나들을 나타낸다. 한편, 도 7c는 일 실시 예에 따른 안테나 기판(antenna board)과 유전체 캐리어(dielectric carrier)에 형성된 RKE 안테나의 분해도를 나타낸다
도 7a는 안테나 시스템(1000)의 일 측에 형성된 제1 안테나(ANT1, 1110)에 인접하게 배치된 제1 RKE 안테나(RKE1)를 나타낸다. 한편, 도 7b는 안테나 시스템(1000)의 타 측에 형성된 제2 안테나(ANT2, 1120)에 인접하게 배치된 제2 RKE 안테나(RKE2)를 나타낸다. 또한, 도 7c를 참조하면, 안테나 기판(antenna board, PCB)에 형성된 급전부(feeding part)와 유전체 캐리어(dielectric carrier)에 형성된 방사부(radiator part)가 RKE 안테나로 동작할 수 있다.
도 7a 및 도 7b와 같은 제1 RKE 안테나(RKE1) 및 제2 RKE 안테나(RKE2)는 단일 주파수에서 단일 공진(single resonance) 특성을 갖는다. 일 예로, 제1 RKE 안테나(RKE1) 및 제2 RKE 안테나(RKE2)는 433MHz의 주파수 대역에서 단일 공진 특성을 갖는다. 이와 관련하여, 313,9 MHz < f < 315,0 MHz 주파수 대역과 433.3 MHz < f < 434.5 MHz 주파수 대역에서 단일 안테나로 RKE 안테나를 구현할 필요가 있다. 따라서, RKE 안테나가 사용되는 국가 또는 차량에 관계없이 단일 안테나로 구현하기 위해 이중 대역(dal band) 안테나 설계가 요구된다. 이에 따라, 본 명세서에서는 광대역 및 이중 공진하는 RKE 안테나 구조를 제시하고자 한다.
이와 관련하여, 도 8a 및 도 8b는 서로 다른 실시 예에 따른 갭 커플링 구조의 RKE 안테나를 나타낸다. 도 8a는 평면(planar) 구조의 패치 안테나가 갭 커플링 구조로 형성된 RKE 안테나를 나타낸다. 한편, 도 8b는 선형(linear) 구조의 선형 안테나가 갭 커플링 구조로 형성된 RKE 안테나를 나타낸다. 도 8a 및 도 8b의 평면 안테나 구조와 선형 안테나 구조를 각각 type 1 및 type 2로 지칭할 수 있다.
한편, 도 8c는 도 8a 및 도 8b의 갭 커플링 구조로 형성된 RKE 안테나의 개념도를 나타낸다. 또한, 도 8d는 갭 커플링 구조로 형성된 RKE 안테나 매칭 회로 구조를 나타낸다.
도 7c 내지 도 8d를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 메인 방사체(main radiator, 1201a, 1201b) 및 기생 방사체(parasitic radiator, 1202a, 1202b)를 포함하는 RKE 안테나(1200a, 1200b)를 포함할 수 있다. 메인 방사체(1201a, 1201b)를 제1 브랜치(branch 1)로 지칭하고, 기생 방사체(1202a, 1202b)를 제2 브랜치(branch 2)로 지칭할 수 있다. 메인 방사체(1201a, 1201b)에 대응되는 제1 브랜치(branch 1)가 제1 모드로 동작하는 것으로 전제할 수 있다. 또한, 기생 방사체(1202a, 1202b)에 대응되는 제2 브랜치(branch 2)가 제2 모드로 동작하는 것으로 전제할 수 있다. 이에 따라, 제1 모드 및 제2 모드의 복수의 모드로 동작하는 RKE 안테나(1200)는 광대역 및 이중 공진하도록 구성될 수 있다.
메인 방사체(1201a, 1201b)는 안테나 기판(PCB)에 형성되고, 급전부(feeding part, 1211a, 1211b)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 기생 방사체(1202a, 1202b)는 메인 방사체(1201a, 1201b)로부터의 신호가 갭 커플링되도록 메인 방사체(1201a, 1201b)와 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 기생 방사체(1202a, 1202b)는 그라운드 연결부(1212a, 1212b)를 통해 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 메인 방사체(1201a, 1201b)는 제1 모드로 동작하고 기생 방사체(1202a, 1202b)는 제2 모드로 동작할 수 있다. 따라서, 제1 모드 및 제2 모드의 복수의 모드로 동작하는 RKE 안테나(1200a, 1200b)는 광대역 및 이중 공진하도록 구성될 수 있다.
Type 1 안테나 구조와 관련하여, 메인 방사체(1201a)와 기생 방사체(1202a)는 소정 간격 이격되어 형성되는 사각 패치(rectangular patch)로 형성되어 제1 RKE 안테나(1210)로 동작할 수 있다. 제1 RKE 안테나(1210)는 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 일 측에 배치되는 제1 안테나 기판(PCB1)에 형성되고, 제1 RKE 대역과 제2 RKE대역에서 동작할 수 있다.
메인 방사체(1201a)는 급전부(1211a)와 연결된 제1 패치(P1) 및 제1 패치(P1) 와 연결된 제2 패치(P2)를 포함할 수 있다. 한편, 기생 방사체(1202a)는 그라운드 연결부(1212a)와 연결된 제3 패치(P3)를 포함할 수 있다. 한편, 제3 패치(P3)의 제1 측(side)은 제1 패치(P1)와 제1 방향으로 소정 간격(g1)만큼 이격되어 배치되고, 제3 패치(P3)의 제1 측에 수직한 제2 측은 제2 패치(P2)와 제2 방향으로 소정 간격(g2)만큼 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 제1 방향 및 제2 방향은 각각 x축 방향 및 y축 방향일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
그라운드 연결부(1212a)는 복수의 연결부로 구성되어 임피던스 매칭 및 안테나 특성을 최적화할 수 있다. 이와 관련하여, 그라운드 연결부(1212a)는 제1 연결부(1212a-1) 및 제2 연결부(1212a-2)를 포함할 수 있다. 제1 연결부(1212a-1)는 급전부(1211a)와 제1 방향으로 소정 간격만큼 이격되어 형성될 수 있다. 제2 연결부(1212a-2)는 제1 패치(P1)와 제2 방향으로 소정 간격(g0)만큼 이격되어 형성될 수 있다. 제2 연결부(1212a-2)는 제1 연결부(1212a-1) 와 수직하게 형성될 수 있다. 여기서, 제1 방향 및 제2 방향은 각각 x축 방향 및 y축 방향일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
Type 2 안테나 구조와 관련하여, 메인 방사체(1201b)와 기생 방사체(1202b)는 소정 간격 이격되어 형성되는 도전 라인(conductive line)으로 형성되어 제2 RKE 안테나(1220)로 동작할 수 있다. 제2 RKE 안테나(1220)는 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 일 측에 배치되는 제2 안테나 기판(PCB2)에 형성되고, 제2 RKE 대역과 제3 RKE대역에서 동작할 수 있다.
메인 방사체(1201b)는 급전부(1211b)와 연결된 제1 도전 라인으로 형성될 수 있다. 한편, 기생 방사체(1202b)는 그라운드 연결부(1212b)와 연결된 제2 도전 라인으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 도전 라인 및 제2 도전 라인은 벤딩 구조 없이 일 축 방향으로만 형성되거나 또는 벤딩 구조로 형성될 수 있다.
이와 관련하여, 제1 도전 라인(1201b)는 제1 커플링 라인(1201b-1) 및 제1 연장 라인(1201b-2)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 도전 라인(1202b)도 제2 커플링 라인(1202b-1) 및 제2 연장 라인(1202b-2)을 포함할 수 있다.
제1 커플링 라인(1201b-1)은 급전부(1211b)와 수직하게 형성되고, 제2 도전 라인(1202b)과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 커플링 라인(1201b-1)은 제2 커플링 라인(1202b-1)과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성될 수 있다. 제1 연장 라인(1201b-2)은 제1 커플링 라인(1201b-1)과 수직하게 형성되고, 일부 영역이 제2 도전 라인(1202b)과 커플링되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 일부 길이의 제1 연장 라인(1201b-2)이 제2 연장 라인(1202b-2)과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 도전 라인(1201b)의 길이는 제2 도전 라인(1202b)의 길이보다 길게 형성될 수 있다.
제2 커플링 라인(1202b-1)은 그라운드 연결부(1212b)와 수직하게 형성되고, 제1 도전 라인(1201b)과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 커플링 라인(1202b-1)은 제1 커플링 라인(1201b-1)과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성될 수 있다. 제2 연장 라인(1202b-2)은 제2 커플링 라인(1202b-1)과 수직하게 형성되고, 제1 도전 라인(1201b)과 커플링되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 연장 라인(1202b-2)은 제1 도전 라인(1201b)의 제1 연장 라인(1201b-2)과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 도전 라인(1202b)의 길이는 제1 도전 라인(1201b)의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
도 8b 내지 도 8d를 참조하면, RKE 안테나의 제1 도전 라인은 직렬 인덕터(L1)와 병렬 인덕터(L2)로 구성된 매칭 회로를 구비할 수 있다. 일 예로, 제1 도전 라인은 15nH를 기준으로 소정 범위의 인덕턴스 값을 갖는 직렬 인덕터(L1)와 6.8nH를 기준으로 소정 범위의 인덕턴스 값을 갖는 병렬 인덕터(L2)와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 직렬 인덕터(L1)는 제1 도전 라인의 전기적 길이를 증가시켜 저대역에서 동작하도록 한다. 또한, 임피던스 매칭이 이루어지도록 병렬 인덕터(L2)가 배치될 수 있다. RKE 안테나의 제2 도전 라인은 직렬 인덕터(L3)로 구성된 매칭 회로를 구비할 수 있다. 일 예로, 제2 도전 라인은 15nH를 기준으로 소정 범위의 인덕턴스 값을 갖는 직렬 인덕터(L3)와 연결될 수 있다.
RKE 안테나는 안테나 기판(antenna board)에 형성되고, 급전부와 전기적으로 연결되도록 구성된 메인 방사체(1201b)를 포함할 수 있다. RKE 안테나는 메인 방사체(1201b)로부터의 신호가 갭 커플링되도록 메인 방사체(1201b)와 소정 간격 이격되어 형성된 기생 방사체(1202b)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 메인 방사체(1201b)와 급전부는 직렬로 연결된 제1 인덕터(L1)와 병렬된 연결되는 제2 인덕터(L2)를 통해 연결될 수 있다. 한편, 기생 방사체(1202b)는 그라운드와 직렬로 연결된 제3 인덕터(L3)를 통해 연결될 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 서로 다른 안테나 구조에 따른 RKE 안테나의 반사 계수 특성 및 효율 특성을 나타낸다. 도 9a는 type 1 및 type 2 안테나 구조에 따른 RKE 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다. 도 9b는 type 1 및 type 2 안테나 구조에 따른 RKE 안테나의 효율 특성을 나타낸다.
도 8a 내지 도 9a를 참조하면, type 1 안테나인 제1 RKE 안테나(1210)는 제1 RKE 대역(f1)과 제2 RKE대역(f2)에서 이중 공진하도록 동작할 수 있다. 한편, type 2 안테나인 제2 RKE 안테나(1220)는 제1 RKE 대역(f1)과 제3 RKE대역(f3)에서 이중 공진하도록 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 제3 RKE대역(f3)은 제2 RKE대역(f2)보다 더 높은 주파수 대역일 수 있다. 따라서, 평면 안테나 구조보다 선형 안테나 구조인 제2 RKE 안테나(1220)가 이중 대역 간의 간격을 더 넓게 구성할 수 있다. 이와 관련하여, 선형 안테나 구조에서 서로 다른 방사체 간의 갭 커플링을 유지하면서 일 방사체의 길이를 타 방사체의 길이보다 더 길게 형성할 수 있기 때문이다.
한편, 도 8a, 도 8b 및 도 9b를 참조하면, 제2 RKE 안테나(1220)의 제3 RKE대역(f3)에서의 안테나 효율 특성이 가장 높다. 이와 관련하여, 선형 안테나 구조에서 갭 커플링을 유지하면서 메인 방사체(1201b)에 해당하는 제2 브랜치(branch 2)의 길이를 최적화할 수 있기 때문이다.
한편, 도 6 내지 도 7c를 참조하면, 본 명세서에서 개시되는 RKE 안테나(1201, 1202)는 5G 주파수 대역에서 동작하는 제1 안테나(ANT1, 1110) 및 제2 안테나(ANT2, 1120)와 동일한 안테나 기판(PCB1, PCB2)에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10은 일 실시 예에 따른 그라운드 컨택 구조의 5G 안테나와 서로 다른 타입의 RKE 안테나가 배치된 안테나 시스템을 나타낸다.
도 6 내지 도 7c, 도 8a, 도 8b 및 도 10을 참조하면, 제1 안테나(ANT1, 1110)는 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 안테나(ANT1, 1110)는 제1 유전체 구조물(dielectric structure, DS1)을 더 포함할 수 있다. 한편, 제2 안테나(ANT2, 1120)는 제3 방사체(1121) 및 제4 방사체(1122)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 안테나(ANT2, 1120)는 제2 유전체 구조물(DS2)을 더 포함할 수 있다.
제1 유전체 구조물(DS1)은 제1 안테나 기판(PCB1) 상에 배치되고, 소정 각도로 높이가 변경되도록 형성될 수 있다. 제1 방사체(1111)는 제1 유전체 구조물(DS1)의 일 측면과 전면에 형성되도록 구성될 수 있다. 제2 방사체(1112)는 안테나 시스템의 메인 보드와 수직하게 연결될 수 있다. 또한, 제2 방사체(1112)는 제1 방사체(1111)와 소정 간격 이격되어 배치되도록 구성될 수 있다. 따라서, 제1 방사체(1111)는 메인 방사체로 동작하고, 제2 방사체(1112)는 기생 방사체로 동작하여 대역폭 특성을 향상시킬 수 있다. 한편, 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112)를 포함하는 제1 안테나(ANT1, 1110)는 5G 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.
한편, 메인 보드의 그라운드와 제1 방사체(1111) 및 제2 방사체(1112)가 형성된 측면 PCB의 그라운드는 상호 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 방사체(1111)는 안테나 기판(PCB)의 그라운드 영역과 연결될 수 있다. 한편, 제1 RKE 안테나(1200a, 1210)의 메인 방사체가 배치된 영역에는 그라운드 패턴이 제거될 수 있다.
제2 유전체 구조물(DS2)은 제2 안테나 기판(PCB2) 상에 배치되고, 소정 각도로 높이가 변경되도록 형성될 수 있다. 제3 방사체(1121)는 제2 유전체 구조물(DS2)의 일 측면과 전면에 형성되도록 구성될 수 있다. 제4 방사체(1122)는 안테나 시스템의 메인 보드와 수직하게 연결될 수 있다. 또한, 제4 방사체(1122)는 제3 방사체(1121)와 소정 간격 이격되어 배치되도록 구성될 수 있다. 따라서 제3 방사체(1121)는 메인 방사체로 동작하고, 제4 방사체(1122)는 기생 방사체로 동작하여 대역폭 특성을 향상시킬 수 있다. 한편, 제3 방사체(1121) 및 제4 방사체(1122)를 포함하는 제2 안테나(ANT2, 1120)는 5G 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.
한편, 메인 보드의 그라운드와 제3 방사체(1121) 및 제4 방사체(1122)가 형성된 측면 PCB의 그라운드는 상호 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 제3 방사체(1121)는 안테나 기판(PCB)의 그라운드 영역과 연결될 수 있다. 한편, 제2 RKE 안테나(1200b, 1202)의 메인 방사체가 배치된 영역에는 그라운드 패턴이 제거될 수 있다.
도 6 내지 도 7c, 도 8a, 도 8b 및 도 10을 참조하면, type 1에 해당하는 제1 RKE 안테나(1200a)와 type 2에 해당하는 제2 RKE 안테나(1200b)가 메인 보드의 일 측과 타 측에 배치될 수 있다. 제1 RKE 안테나(1200a)는 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 일 측에 배치되는 제1 안테나 기판(PCB1) 상에 사각 패치 형상의 메인 방사체 및 기생 방사체로 형성될 수 있다. 제2 RKE 안테나(1200b)는 메인 보드와 분리되어 타 측에 배치되는 제2 안테나 기판(PCB2) 상에 도전 라인 형상의 메인 방사체 및 기생 방사체로 형성될 수 있다.
이와 관련하여, 제1 RKE 안테나(1200a)와 동일한 안테나 기판(PCB1)에 배치된 제1 안테나(ANT1, 1110)도 그라운드 컨택 구조로 형성될 수 있다. 또한, 제2 RKE 안테나(1200b)와 동일한 안테나 기판(PCB2)에 배치된 제2 안테나(ANT2, 1120)도 그라운드 컨택 구조로 형성될 수 있다. 한편, 본 명세서에서 개시되는 RKE 안테나(1200a, 1200b)는 메인 보드와 측면 PCB 사이의 그라운드 연결 구조 및 그라운드 패턴 변경으로 이중 대역 동작하도록 구성될 수 있다. 따라서, 메인 보드와 측면 PCB 사이의 그라운드 연결 구조 및 그라운드 패턴 변경으로 RKE 안테나(1200a, 1200b)는 315MHz 대역 및 433MHz 대역에서 이중 공진하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 RKE 안테나는 메인 보드의 일 측 및 타 측에 동일한 type의 안테나로 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 11a는 안테나 시스템의 메인 보드의 일 측 및 타 측에 동일한 type의 RKE 안테나가 배치된 구성을 나타낸다. 한편, 도 11b는 type 2의 도전 라인이 커플링된 RKE 안테나 구성을 나타낸다. 도 11a 및 도 11b은 type 2의 도전 라인이 커플링된 RKE 안테나(1210, 1220)을 제시하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, type1의 금속 패치가 커플링된 RKE 안테나로 구성될 수 있다.
도 12a는 메인 보드와 측면 PCB 사이의 그라운드가 연결된 구조로 형성된 안테나 시스템에서 안테나 기판의 구성을 나타낸다. 한편, 도 12b는 안테나 기판의 전면과 후면에 형성된 급전부와 그라운드 연결부 및 도전 라인의 형상을 나타낸다.
도 6, 도 8b, 도 8c, 도 11a 내지 도 12b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 해당하는 제1 RKE 안테나(1210) 및 제2 RKE 안테나(1220)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 RKE 안테나(1210) 및 제2 RKE 안테나(1220)는 커플링된 도전 라인(1201b, 1202b) 형상으로 구성될 수 있다.
제1 RKE 안테나(1210)는 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 일 측에 배치되는 제1 안테나 기판(PCB1) 상에 도전 라인 형상의 메인 방사체(1201b) 및 기생 방사체(1202b)로 형성될 수 있다. 제2 RKE 안테나(1220)는 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 타 측에 배치되는 제2 안테나 기판(PCB2) 상에 도전 라인 형상의 메인 방사체(1201b) 및 기생 방사체(1202b)로 형성될 수 있다.
Type 2 안테나 구조와 관련하여, 메인 방사체(1201b)와 기생 방사체(1202b)는 소정 간격 이격되어 형성되는 도전 라인으로 형성되어 제1 RKE 안테나(1210)로 동작할 수 있다. 제1 RKE 안테나(1210)는 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 일 측에 배치되는 제1 안테나 기판(PCB1)에 형성되고, 제1 RKE 대역과 제3 RKE대역에서 동작할 수 있다.
또한, 메인 방사체(1201b)와 기생 방사체(1202b)는 소정 간격 이격되어 형성되는 도전 라인으로 형성되어 제2 RKE 안테나(1220)로 동작할 수 있다. 제2 RKE 안테나(1220)는 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 일 측에 배치되는 제2 안테나 기판(PCB2)에 형성되고, 제1 RKE 대역과 제3 RKE대역에서 동작할 수 있다.
메인 방사체(1201b)는 급전부(1211b)와 연결된 제1 도전 라인으로 형성될 수 있다. 한편, 기생 방사체(1202b)는 그라운드 연결부(1212b)와 연결된 제2 도전 라인으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 도전 라인 및 제2 도전 라인은 벤딩 구조 없이 일 축 방향으로만 형성되거나 또는 벤딩 구조로 형성될 수 있다.
이와 관련하여, 제1 도전 라인(1201b)는 제1 커플링 라인(1201b-1) 및 제1 연장 라인(1201b-2)을 포함할 수 있다. 또한, 제2 도전 라인(1202b)도 제2 커플링 라인(1202b-1) 및 제2 연장 라인(1202b-2)을 포함할 수 있다.
제1 커플링 라인(1201b-1)은 급전부(1211b)와 수직하게 형성되고, 제2 도전 라인(1202b)과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 커플링 라인(1201b-1)은 제2 커플링 라인(1202b-1)과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성될 수 있다. 제1 연장 라인(1201b-2)은 제1 커플링 라인(1201b-1)과 수직하게 형성되고, 일부 영역이 제2 도전 라인(1202b)과 커플링되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 일부 길이의 제1 연장 라인(1201b-2)이 제2 연장 라인(1202b-2)과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 도전 라인(1201b)의 길이는 제2 도전 라인(1202b)의 길이보다 길게 형성될 수 있다.
제2 커플링 라인(1202b-1)은 그라운드 연결부(1212b)와 수직하게 형성되고, 제1 도전 라인(1201b)과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 커플링 라인(1202b-1)은 제1 커플링 라인(1201b-1)과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성될 수 있다. 제2 연장 라인(1202b-2)은 제2 커플링 라인(1202b-1)과 수직하게 형성되고, 제1 도전 라인(1201b)과 커플링되도록 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 연장 라인(1202b-2)은 제1 도전 라인(1201b)의 제1 연장 라인(1201b-2)과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 도전 라인(1202b)의 길이는 제1 도전 라인(1201b)의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 안테나 시스템의 메인 보드의 일 측과 타 측에 도전 라인으로 구성된 type 2의 안테나에서 메인 보드와 측면 PCB 사이의 그라운드가 연결되고 안테나 기판의 그라운드 패턴을 변경할 수 있다. 이러한 type 2 안테나 구성에서 그라운드 구조의 변경을 통해, 도 13a 및 도 13b와 같은 안테나 반사 계수 특성과 효율 특성을 얻을 수 있다. 즉, 도 13a 및 도 13b는 일 실시 예에 따른 도전 라인 형태의 RKE 안테나 구성에서 그라운드 최적화를 통한 안테나 반사 계수 특성과 효율 특성을 나타낸다.
도 11a 내지 도 12b 및 도 13a를 참조하면, 소정 간격 이격되어 형성되는 도전 라인으로 형성된 제1 및 제2 RKE 안테나(1210, 1220)는 315MHz 대역 및 433MHz 대역에서 이중 공진하도록 구성될 수 있다. 도 11a 내지 도 12b 및 도 13b를 참조하면, 제1 RKE 대역보다 제3 RKE대역인 433MHz 대역에서 안테나 효율이 더 높음을 알 수 있다. 이와 관련하여, 제3 RKE대역인 433MHz 대역에서, 메인 방사체에 해당하는 제1 도전 라인(1201b)에 의해 주로 방사가 이루어지기 때문이다.
한편, 본 명세서에 따른 5G 안테나 또는 RKE 안테나는 스트립 라인 또는 매칭 회로를 통해 동작 대역에서 안테나 성능을 최적화할 수 있다. 이와 관련하여, 도 5a 내지 도 7c 및 도 14a를 참조하면, 5G 안테나가 유전체 안테나로 제공되고, 유전체 안테나가 매칭 회로를 통해 스트립 라인과 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 따라서, 도 14a는 일 실시 예에 따른 유전체 안테나로 형성된 5G 안테나 및 이와 연결되는 스트립 라인 및 매칭 회로의 구성을 나타낸다. 한편, 도 14b는 5G 안테나의 금속 패턴과 T-스트립 및 매칭 회로의 구성을 나타낸다. 이와 관련하여, 도 14c는 그라운드와 5G 안테나, 매칭 회로 및 T-스트립과의 연결 구조를 나타낸 개념도이다.
도 5a 내지 도 7c 및 도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 안테나 시스템은 급전부(feeding part, FP), 스트립 라인(strip line, SL) 및 유전체 안테나(1150)를 포함할 수 있다. 여기서, 스트립 라인(SL)은 T-형상의 마이크로스트립 라인을 지칭할 수 있다.
급전부(FP)는 안테나 시스템의 메인 보드에 형성될 수 있다. 스트립 라인(SL)은 급전부(FP)의 일 측과 전기적으로 연결되고, 제1 축 방향 및 제1 축 방향과 수직한 제2 축 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 스트립 라인(SL)은 제1 축 방향으로 형성된 제1 스트립 라인(SL1) 및 제1 축 방향과 수직한 제2 축 방향으로 형성된 제2 스트립 라인(SL2)으로 형성될 수 있다.
유전체 안테나(1150)는 메인 보드 상에 배치되는 유전체 구조물 상에 금속 패턴으로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 유전체 안테나(1150)의 측면에 형성된 제1 금속 패턴(1151)과 제2 금속 패턴(1152)은 각각 급전부(FP) 및 스트립 라인(SL) 주변의 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5a 내지 도 7c 및 도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 메인 방사체(main radiator, 1201a, 1201b) 및 기생 방사체(parasitic radiator, 1202a, 1202b)를 포함하는 RKE 안테나(1200a, 1200b)를 포함할 수 있다. 메인 방사체(1201a, 1201b)를 제1 브랜치(branch 1)로 지칭하고, 기생 방사체(1202a, 1202b)를 제2 브랜치(branch 2)로 지칭할 수 있다. 메인 방사체(1201a, 1201b)에 대응되는 제1 브랜치(branch 1)가 제1 모드로 동작하는 것으로 전제할 수 있다. 또한, 기생 방사체(1202a, 1202b)에 대응되는 제2 브랜치(branch 2)가 제2 모드로 동작하는 것으로 전제할 수 있다. 이에 따라, 제1 모드 및 제2 모드의 복수의 모드로 동작하는 RKE 안테나(1200)는 광대역 및 이중 공진하도록 구성될 수 있다.
메인 방사체(1201a, 1201b)는 안테나 기판(PCB)에 형성되고, 급전부(feeding part, 1211a, 1211b)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 기생 방사체(1202a, 1202b)는 메인 방사체(1201a, 1201b)로부터의 신호가 갭 커플링되도록 메인 방사체(1201a, 1201b)와 소정 간격 이격되어 형성될 수 있다. 기생 방사체(1202a, 1202b)는 그라운드 연결부(1212a, 1212b)를 통해 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 메인 방사체(1201a, 1201b)는 제1 모드로 동작하고 기생 방사체(1202a, 1202b)는 제2 모드로 동작할 수 있다. 따라서, 제1 모드 및 제2 모드의 복수의 모드로 동작하는 RKE 안테나(1200a, 1200b)는 광대역 및 이중 공진하도록 구성될 수 있다.
안테나 시스템(1000)은 전술한 메인 방사체(1201a, 1201b)와 기생 방사체(1202a, 1202b)로 이루어진 RKE 안테나(1200) 및 스트립 라인(strip line, SL) 과 유전체 안테나(1150)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 안테나 시스템(1000)은 RKE 신호를 수신 또는 송신하면서 5G 신호를 수신 또는 송신할 수 있다.
스트립 라인(SL)은 안테나 시스템의 메인 보드에 형성된 급전부(FP)의 일 측과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 스트립 라인(SL)은 제1 축 방향 및 제1 축 방향과 수직한 제2 축 방향으로 형성될 수 있다. 즉, 스트립 라인(SL)은 제1 축 방향으로 형성된 제1 스트립 라인(SL1) 및 제1 축 방향과 수직한 제2 축 방향으로 형성된 제2 스트립 라인(SL2)으로 형성될 수 있다.
유전체 안테나(1150)는 메인 보드 상에 배치되는 유전체 구조물 상에 금속 패턴으로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 유전체 안테나(1150)의 측면에 형성된 제1 금속 패턴(1151)과 제2 금속 패턴(1152)은 각각 급전부(FP) 및 스트립 라인(SL) 주변의 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다.
유전체 안테나(1150)는 전면 금속 패턴(1150P) 및 측면 금속 패턴에 해당하는 제1 금속 패턴(1151) 및 제2 금속 패턴(1152)을 포함하도록 구성될 수 있다. 전면 금속 패턴(1150P)은 유전체 구조물의 전면에 형성되도록 구성될 수 있다. 제1 금속 패턴(1151)은 유전체 구조물의 돌출된 제1 측면에 형성되도록 구성될 수 있다. 제2 금속 패턴(1152)은 유전체 구조물의 제2 측면에 형성되도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 스트립 라인(SL)은 제1 축 방향 및 제1 축 방향과 수직한 제2 축 방향으로 형성될 수 있다. 스트립 라인(SL)은 제1 축 방향으로 소정 너비와 소정 길이로 형성된 제1 스트립 라인(SL1)을 포함할 수 있다. 스트립 라인(SL)은 제1 스트립 라인의 단부에서 양 측에 해당하는 제2 축 방향으로 소정 길이만큼 연장되도록 형성된 제2 스트립 라인(SL2)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 스트립 라인(SL1)의 길이는 약 2.7mm로 설정되고 제2 스트립 라인(SL2)의 길이는 8.0mm로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 제1 스트립 라인(SL1)과 제2 스트립 라인(SL2)을 포함하는 스트립 라인(SL)는 8.0mm x 4.5mm로 설계될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 기본 안테나 (즉, 유전체 안테나)를 제거하여도 급전부, 필터 및 T-스트립 라인으로도 5G n79 대역 부근에서 공진 특성을 갖는 안테나로 동작하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 적용된 T-스트립 라인 구조는 PCB 상에서 구현되는 금속 패턴으로 안테나의 공진과 임피던스 매칭을 동시에 튜닝하기에 적합한 구조이다. 이와 관련하여, 제2 스트립 라인(SL2)의 길이는 안테나의 공진 주파수를 결정하는 주요 인자이다. 한편, 제1 스트립 라인(SL1)의 길이는 임피던스 매칭에 영향을 미치는 주요 인자이다. 반면에, 제2 스트립 라인(SL2)의 너비는 임피던스 매칭을 미세하게 튜닝하는 주요 인자이다.
급전부(FP)와 연결될 수 있는 제2 금속 패턴(1152)은 전면 금속 패턴(1150P) 과 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 금속 패턴(1152)은 소정 너비와 소정 길이를 갖는 사각 패치로 형성될 수 있다. 제1 스트립 라인(SL1)의 단부와 연결되는 사각 패치, 즉 제2 금속 패턴(1152)의 단부는 도전 라인(1152L)으로 형성될 수 있다. 도전 라인(1152L)의 양 측은 소정 길이와 소정 너비만큼 금속 패턴이 제거된 인셋 구조(inset structure)로 형성될 수 있다. 이러한 인셋 구조의 도전 라인(1152L)에 의해 급전부(FP)와의 임피던스 변환기와 같은 추가적인 도전 라인 없이 임피던스 매칭 특성을 개선할 수 있다. 따라서, 인셋 구조의 도전 라인(1152L)에 의해 유전체 구조물의 높이를 증가시키지 않으면서 임피던스 매칭 특성을 개선할 수 있다.
한편, 5G 주파수 대역 중 특정 대역에서 성능을 개선하도록 유전체 안테나(1150)가 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 금속 패턴(1152)의 단부에 해당하는 도전 라인(1152L)은 제1 스트립 라인(SL1)의 단부와 커패시터(1150C)를 통해 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 도 15a는 일 실시 예에 따른 안테나 시스템에 따른 복수의 안테나의 임피던스 매칭 회로의 인덕턴스와 커패시턴스 값을 나타낸다. 도 15b는 매칭 회로 유무 및 서로 다른 매칭 회로 구성에 따른 5G 안테나의 VSWR 특성을 나타낸다. 한편, 도 15c는 커패시터로 구성된 매칭 회로와 T-스트립 형태의 라인을 구비한 5G 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 14a 내지 도 14c 및 도 15a를 참조하면, 5G 대역에서 동작하는 유전체 안테나, 일 예로 제3 유전체 안테나(D-ANT3)는 T-스트립 라인과 1.5pF를 기준으로 소정 범위의 커패시턴스 값을 갖는 커패시터로 성능을 최적화할 수 있다. 이와 관련하여, 1.5pF의 고대역 통과(high-band pass) 특성을 이용하여, T-스트립 형상의 스트립 라인(SL)과 연결된 유전에 안테나의 대역폭 특성이 확장될 수 있다.
한편, 5G 대역에서 동작하는 제1 및 제2 안테나는 각각 3nH를 기준으로 소정 범위의 인덕턴스 값을 갖는 직렬 인덕터와 0.5pF를 기준으로 소정 범위의 커패시턴스 값을 갖는 병렬 커패시터로 성능을 최적화할 수 있다.
도 14a 내지 도 14c 및 도 15a 내지 도 15c를 참조하면, 유전체 안테나(1150)는 5G L/M/H대역에서 안테나로서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 매칭 회로(1150C)와 스터브 라인(SL)에 의해 유전체 안테나(1150)는 5G n79 대역에서 추가로 공진하도록 동작할 수 있다. 따라서, 매칭 회로(1150C)와 스터브 라인(SL)에 의해 유전체 안테나(1150)는 4.2 GHz 내지 4.8 GHz의 주파수 대역에서 추가로 공진하도록 동작할 수 있다. 이를 위해, T-스트립에 해당하는 스터브 라인(SL)과 필터에 해당하는 매칭 회로(1150C)를 급전부(FP)에 전기적으로 연결할 수 있다. 또한, T-스트립에 해당하는 스터브 라인(SL)과 필터에 해당하는 매칭 회로(1150C)를 유전체 안테나(1150) 하단부의 그라운드에 전기적으로 연결할 수 있다.
도 15b를 참조하면, 매칭 회로를 구비하지 않은 reference case의 경우 VSWR 특성이 5G HB 대역에서 열화된다. 한편, 인덕터와 커패시터의 조합에 의한 L/C resonance circuit case의 경우 VSWR 특성이 5G HB 대역에서 양호하지만, 약 2.1GHz 대역에서 VSWR 특성이 열화된다. 일 예로, 1.5pF 커패시터와 1.5nH 인덕터의 공진 회로가 구비된 경우 5G HB 대역에서 VSWR 특성은 개선된다. 하지만, 1.5pF 커패시터와 1.5nH 인덕터의 공진 회로가 구비된 경우 약 2.1GHz 대역에서 VSWR 특성이 열화되는 문제점이 발생한다. 이와 같은 안테나의 불요 특성(unwanted characteristics)은 공진 회로 추가로 인하여 발생하는 현상이거나 또는 공진 회로와 결합 시 주변 PCB 또는 기구와의 상호 작용에 의해 발생하는 현상이다. 따라서, 인덕터와 커패시터로 이루어진 공진 회로의 구성을 변경하여 약 2.1GHz 대역에서 특이점을 제거할 필요가 있다. 이를 위해, 공진 회로를 대역 통과 필터(band pass filter) 또는 고역 통과 필터(high pass filter) 형태로 변경할 필요가 있다. 또는, T-스트립의 공진 주파수 부근에서 기본 안테나 (즉, 유전체 안테나)의 특성 변화를 최소화하기 위해 공진 회로를 대역 정지 필터(band stop filter) 형태로 변경할 수 있다. 이에 따라, 특정 주파수에서 VSWR 특성이 열화되는 특이점을 원하는 주파수 대역 외부로 이동시킬 수 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위해 1.5pF 커패시터로 공진 회로를 구성하면 약 2.1GHz 대역에서 특이점을 제거할 수 있다. 따라서, 1.5pF 커패시터로 공진 회로를 구성여, 약 2.1GHz 대역에서 VSWR 특성이 열화되는 문제점을 해결할 수 있다.
도 15c를 참조하면, 직렬 커패시터로 구성된 매칭 회로와 스터브 라인에 의해 유전체 안테나는 4.2 GHz 내지 4.8 GHz의 주파수 대역, 즉 5G n79 대역에서 추가로 공진하도록 동작할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 유전체 안테나(1150)는 다양한 금속 패턴 형상으로 안테나 시스템(1000)의 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16은 다양한 실시 예에 따른 안테나 시스템의 메인 보드에 배치될 수 있는 유전체 안테나의 형상을 나타낸다.
도 5a 내지 도 7c, 도 14a 내지 도 14c및 도 16을 참조하면, 유전체 안테나(1150)는 제1 안테나(ANT1, 1110)와 인접하게 배치되는 제1 유전체 안테나(D-ANT1, 1130)일 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1, 1110)는 메인 보드와 분리된 일 측에 형성되고 5G 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 제1 유전체 안테나(D-ANT1, 1130)는 유전체 구조물의 전면과 측면에 형성되는 금속 패턴에 의해 PIFA (Planar Inverted F) 안테나로 동작할 수 있다. 제1 유전체 안테나(D-ANT1)는 4G 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)에서 동작할 수 있다. 제1 유전체 안테나(D-ANT1)의 측면에 형성된 제1 금속 패턴(1151)과 제2 금속 패턴(1152)은 각각 급전부 및 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 제1 유전체 안테나(D-ANT1, 1130)의 금속 패턴은 중대역(MB) 안테나 성능 개선을 위해 일부 변경될 수 있다. 일 예로, 중대역(MB) 안테나 성능 개선을 위해 제1 유전체 안테나(D-ANT1)의 제1 금속 패턴(1151)이 인셋 구조로 변경될 수 있다.
유전체 안테나(1150)는 제1 유전체 안테나(D-ANT1, 1130)와 인접하게 배치되고, 유전체 구조물의 전면에 루프 형상의 전면 금속 패턴이 형성된 제2 유전체 안테나(D-ANT2, 1140)를 더 포함할 수 있다. 제2 유전체 안테나(D-ANT2, 1140)도 4G L/M/H 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 제2 유전체 안테나(D-ANT2, 1140)는 전면 금속 패턴의 일 측과 전기적으로 연결되는 급전부(FP2)가 유전체 구조물 내부의 측면에 형성될 수 있다.
한편, 전면 금속 패턴의 대향하는 양 측은 그라운드와 단락부(shorted part, SP1, SP2)를 통해 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 단락부(SP1)는 유전체 구조물의 측면을 따라 형성되고, 제2 단락부(SP2)는 유전체 구조물의 전면부에만 형성되고 별도의 스크루를 통해 그라운드와 연결될 수 있다. 제1 단락부(SP1)와 제2 단락부(SP2)가 상이하게 구성되어 동일한 형상의 단락부로 구성한 경우보다 안테나 대역폭 특성을 더 개선할 수 있다. 한편, 전면 금속 패턴의 대향하는 양 측은 그라운드와 연결되고 급전부가 형성되지 않도록 구성될 수 있다.
저대역에서 대역폭 증가를 위해 제2 유전체 안테나(D-ANT2, 1140)의 전면 금속 패턴은 일부 변경될 수 있다. 일 예로, 제2 유전체 안테나(D-ANT2, 1140)의 전면 금속 패턴(1140P)은 대역폭 증가를 위해 금속 패턴의 일 측 영역이 일부 제거되도록 변경된 금속 패턴(1141P)으로 구성될 수 있다.
유전체 안테나(1150)는 제2 안테나(ANT2, 1120)와 인접하게 배치되는 제3 유전체 안테나(D-ANT3, 1150)일 수 있다. 이와 관련하여, 제2 안테나(ANT2, 1120)는 메인 보드와 분리된 타 측에 형성되고, 5G 주파수 대역에서 동작할 수 있다. 제3 유전체 안테나(D-ANT3, 1150)는 유전체 구조물의 전면과 측면에 형성되는 금속 패턴에 의해 PIFA (Planar Inverted F) 안테나로 동작할 수 있다. 제3 유전체 안테나(D-ANT3, 1150)는 5G L/M/H 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 한편, 제1 금속 패턴(1151)과 제2 금속 패턴(1151)이 형성되지 않은 유전체 구조물의 측면에 V2X 안테나를 급전하는 V2X 급전부(V2X_FP)가 형성될 수 있다.
유전체 안테나(1150)는 제3 유전체 안테나(D-ANT3, 1150)와 인접하게 배치되고, 유전체 구조물의 전면에 루프 형상의 전면 금속 패턴이 형성된 제4 유전체 안테나(D-ANT4, 1160)를 더 포함할 수 있다. 제4 유전체 안테나(D-ANT4, 1160)는 전면 금속 패턴의 일 측과 전기적으로 연결되는 급전부(FP4)가 유전체 구조물 내부의 측면에 형성될 수 있다. 제4 유전체 안테나(D-ANT4, 1160)도 5G L/M/H 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.
제4 유전체 안테나(D-ANT4, 1160)의 전면 금속 패턴(1160P)은 일 측 영역이 일부 제거되도록 변경된 금속 패턴으로 구성될 수 있다. 한편, 대역폭 특성을 더 개선하기 위해 전면 금속 패턴(1161P)은 일 측 영역과 타 측 영역이 일부 제거되도록 변경된 금속 패턴으로 구성될 수 있다. 전면 금속 패턴(1160P, 1161P)의 대향하는 양 측은 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다. 전면 금속 패턴(1160P, 1161P)의 대향하는 양 측은 급전부가 형성되지 않도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 복수의 유전체 안테나들은 PIFA 안테나 또는 루프 형상의 안테나로 유전체 구조물 상에 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 17은 일 실시 예에 따른 PIFA 안테나의 사시도와 측면도 및 히트 싱크와의 연결 구조를 나타낸다. 한편, 도 18은 일 실시 예에 따른 루프 안테나의 사시도와 측면도 및 히트 싱크와의 연결 구조를 나타낸다.
도 17(a)를 참조하면, PIFA 안테나 형상의 유전체 안테나의 급전부(FP)와 단락부(SP)는 메인 보드의 급전부 및 그라운드와 전기적으로 연결된다. PIFA 안테나 형상의 유전체 안테나는 단락부(SP)가 형성된 유전체 영역을 제외한 나머지 유전체 영역이 그라운드와 연결되지 않은 open ground 구조로 형성될 수 있다.
도 17(b)를 참조하면, 유전체 안테나는 히트 싱크(heat sink, HS)와 접촉되도록 구성되어, 안테나 시스템 내부 생성된 열 및 외부로부터 유입된 열을 방출할 수 있다. 한편, open ground 구조로 형성된 유전체 안테나의 성능을 유지 또는 개선하기 위해, 히트 싱크(HS)에 금속이 제거된 슬롯 영역(SR)이 형성될 수 있다.
도 18(a)를 참조하면, 루프 안테나 형상의 유전체 안테나의 제1 단락부(SP1) 및 제2 단락부(SP2)는 서로 다른 기판의 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 도 18(b)를 참조하면, 안테나의 제1 단락부(SP1) 및 제2 단락부(SP2)에 의해 서로 다른 그라운드 경로가 형성되어 저대역(LB)에서의 안테나 특성을 개선할 수 있다.
한편, 도 18(c)를 참조하면, 유전체 안테나는 전면 금속 패턴의 일 측과 전기적으로 연결되는 급전부(FP)가 유전체 구조물 내부의 측면에 형성될 수 있다. 일 예로, 급전부(FP)는 반원 형상(semi-circle shape)으로 형성되어 중대역(MB) 및 고대역(HB)에서의 안테나 특성도 개선할 수 있다. 반원 형상(semi-circle shape)의 급전부(FP)는 도전 라인 형상의 급전부에 비해 임피던스 변환부와 같이 동작 가능하다. 따라서, 반원 형상(semi-circle shape)의 급전부(FP)는 도전 라인 형상의 급전부에 비해 유전체 안테나가 중대역(MB) 및 고대역(HB)에서 광대역 동작하도록 할 수 있다.
한편, 루프 형상의 안테나 구조는 PIFA 형상의 안테나 구조에 비해 low-elevation 방사 특성을 갖는다. 따라서, 도 5a 내지 도 7c, 도 14a 내지 도 14c 및 도 16 내지 도 18을 참조하면, 루프 형상의 유전체 안테나는 low-elevation 방사 특성을 갖는다. 다시 말해, PIFA 안테나로 동작하는 제1 및 제3 유전체 안테나(D-ANT1, D-ANT3)보다 루프 안테나로 동작하는 제2 및 제4 유전체 안테나(D-ANT2, D-ANT4)가 더 low-elevation 방사 특성을 갖는다.
안테나 시스템 및 복수의 안테나들과 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 명세서의 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.
일 실시 예에 따르면, 안테나 시스템(1000) 내부의 복수의 안테나들을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 19는 일 실시 예에 따른 안테나 시스템이 구비된 차량의 구성을 나타낸다. 도 19를 참조하면, 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 2x2 MIMO 또는 4x4 MIMO를 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 복수의 안테나 소자들(1110 내지 1160) 중 2개 이상을 통해 2x2 MIMO를 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 한편, 기저대역 프로세서(1400)는 복수의 안테나 소자들(1110 내지 1160) 중 4개 이상을 통해 4x4 MIMO를 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
제1 및 제2 RKE 안테나(1210, 1220)가 전술한 바와 같이, 갭 커플링 구조의 메인 방사체와 기생 방사체로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 RKE 안테나(1210, 1220)는 사각 패치가 커플링된 구조 또는 도전 라인이 커플링된 구조로 형성될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)는 각각 5G 대역에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)는 안테나 기판과 수직하게 형성된 메인 방사체와 기생 방사체로 구성될 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 유전체 안테나(D-ANT1 내지 D-ANT4)가 4G/5G 대역에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 내지 제4 유전체 안테나(D-ANT1 내지 D-ANT4)는 PIFA 형상 또는 루프 형상의 금속 패턴이 프린트된 유전체 안테나일 수 있다. 4G/5G 대역에서 동작하는 복수의 안테나들 (ANT1, ANT2, D-ANT1 내지 D-ANT4)이 MIMO 동작을 지원할 수 있다.
따라서, 본 명세서에서는 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(1110 내지 1160)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(1110 내지 1160)) 중 일부를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 복수의 안테나 소자들(1110 내지 1160) 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.
기저대역 프로세서(1400)는 복수의 안테나 소자들(1110 내지 1160) 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(1110) 내지 제3 안테나(1130) 중 어느 하나를 통해 제1 신호를 수신하면서 제4 안테나(1140) 내지 제6 안테나(1160) 중 어느 하나를 통해 동일 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 인접한 안테나들은 다른 대역에서 동작하도록 구성하고 서로 다른 영역에 배치된 안테나들은 동일 대역에서 동작하도록 하여, 상호 간 격리도를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
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 명세서에서는 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 명세서의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.
이상에서는 본 명세서에 따른 차량에 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 20은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
도 20을 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.
차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 차량 내에 탑재되는 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 명세서에 따르면, 저대역(LB) 안테나와 다른 안테나들을 하나의 안테나 모듈에 구현하여 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 명세서에 따르면, 다중 대역에서 동작하는 갭 커플링 구조의 RKE (Remote Keyless Entry) 안테나와 이를 위한 매칭 회로를 제공할 수 있다.
또한, 본 명세서에 따르면, 안테나 소자가 저대역(LB) 이외에 광대역 동작하도록 최적화된 안테나 구조와 최적화된 매칭 회로와 스터브 패턴을 제공할 수 있다.
본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 명세서와 관련하여, 차량에 탑재되는 안테나 시스템과 이에 대한 제어 동작은 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 한편, 차량에 탑재되는 안테나 시스템의 다수의 안테나와 이들에 대한 제어를 수행하는 구성의 설계 및 이의 구동은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 판독할 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 판독할 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말 또는 차량의 제어부, 즉 프로세서를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 있어서,
    안테나 기판(antenna board)에 형성되고, 급전부(feeding part)와 전기적으로 연결되도록 구성된 메인 방사체(main radiator); 및
    상기 메인 방사체로부터의 신호가 갭 커플링되도록 상기 메인 방사체와 소정 간격 이격되어 형성된 기생 방사체(parasitic radiator)를 포함하고,
    상기 기생 방사체는 그라운드 연결부를 통해 그라운드와 전기적으로 연결되고, 상기 메인 방사체는 제1 모드로 동작하고 상기 기생 방사체는 제2 모드로 동작하는, 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메인 방사체와 상기 기생 방사체는 소정 간격 이격되어 형성되는 사각 패치(rectangular patch)로 형성되어 제1 RKE (remote keyless entry) 안테나로 동작하고,
    상기 제1 RKE 안테나는 상기 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 일 측에 배치되는 제1 안테나 기판에 형성되고, 제1 RKE 대역과 제2 RKE대역에서 동작하는, 안테나 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메인 방사체는 상기 급전부와 연결된 제1 패치 및 상기 제1 패치와 연결된 제2 패치를 포함하고,
    상기 기생 방사체는 상기 그라운드 연결부와 연결된 제3 패치를 포함하는, 안테나 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제3 패치의 제1 측(side)은 상기 제1 패치와 제1 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되고, 상기 제3 패치의 제1 측에 수직한 제2 측은 상기 제2 패치와 제2 방향으로 소정 간격 이격되어 배치되는, 안테나 시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 그라운드 연결부는,
    상기 급전부와 제2 방향으로 소정 간격 이격되어 형성된 제1 연결부; 및
    상기 제1 패치와 제1 방향으로 소정 간격 이격되어 형성된 제2 연결부를 포함하고,
    상기 제2 연결부는 상기 제1 연결부와 수직하게 형성되는, 안테나 시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 방사체와 상기 기생 방사체는 소정 간격 이격되어 형성되는 도전 라인(conductive line)으로 형성되어 제2 RKE (remote keyless entry) 안테나로 동작하고,
    상기 제2 RKE 안테나는 상기 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 타 측에 배치되는 제2 안테나 기판에 형성되고, 제1 RKE 대역과 제3 RKE대역에서 동작하는, 안테나 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 메인 방사체는 상기 급전부와 연결된 제1 도전 라인으로 형성되고
    상기 기생 방사체는 상기 그라운드 연결부와 연결된 제2 도전 라인으로 형성되고,
    상기 메인 방사체와 상기 급전부는 직렬로 연결된 제1 인덕터와 병렬된 연결되는 제2 인덕터를 통해 연결되고, 상기 기생 방사체는 상기 그라운드와 직렬로 연결된 제3 인덕터를 통해 연결되는, 안테나 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 도전 라인은,
    상기 급전부와 수직하게 형성되고, 상기 제2 도전 라인과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성되는 제1 커플링 라인(coupling line); 및
    상기 제1 커플링 라인과 수직하게 형성되고, 일부 영역이 상기 제2 도전 라인과 커플링되도록 형성되는 제1 연장 라인(extended line)을 포함하고,
    상기 제1 도전 라인의 길이는 상기 제2 도전 라인의 길이보다 길게 형성되는, 안테나 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 도전 라인은,
    상기 그라운드 연결부와 수직하게 형성되고, 상기 제1 도전 라인과 소정 간격 이격되어 커플링되도록 형성되는 제2 커플링 라인; 및
    상기 제2 커플링 라인과와 수직하게 형성되고, 상기 제1 도전 라인의 제1 연장 라인과 커플링되도록 형성되는 제2 연장 라인을 포함하고,
    상기 제2 도전 라인의 길이는 상기 제1 도전 라인의 길이보다 짧게 형성되는, 안테나 시스템.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 제1 안테나 기판 상에 배치되고, 소정 각도로 높이가 변경되도록 형성되는 제1 유전체 구조물;
    상기 제1 유전체 구조물의 일 측면과 전면에 형성되는 제1 방사체; 및
    상기 메인 보드와 수직하게 연결되고, 상기 제1 방사체와 소정 간격 이격되어 배치되도록 구성된 제2 방사체를 더 포함하고,
    상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체를 포함하는 제1 안테나는 5G 주파수 대역에서 동작하는, 안테나 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 메인 보드의 그라운드와 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체가 형성된 측면 PCB의 그라운드는 상호 연결되고,
    상기 제1 RKE 안테나의 상기 메인 방사체가 배치된 영역에는 그라운드 패턴이 제거되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 제2 안테나 기판 상에 배치되고, 소정 각도로 높이가 변경되도록 형성되는 제2 유전체 구조물;
    상기 제2 유전체 구조물의 일 측면과 전면에 형성되는 제3 방사체; 및
    상기 메인 보드와 수직하게 연결되고, 상기 제3 방사체와 소정 간격 이격되어 배치되도록 구성된 제4 방사체를 더 포함하고,
    상기 제3 방사체 및 상기 제4 방사체를 포함하는 제2 안테나는 5G 주파수 대역에서 동작하는, 안테나 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 메인 보드의 그라운드와 상기 제3 방사체 및 상기 제4 방사체가 형성된 측면 PCB의 그라운드는 상호 연결되고,
    상기 제2 RKE 안테나가 배치된 영역에는 그라운드 패턴이 제거되는 것을 특징으로 하는, 안테나 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 일 측에 배치되는 제1 안테나 기판 상에 사각 패치 형상의 메인 방사체 및 기생 방사체로 형성된 제1 RKE 안테나; 및
    상기 메인 보드와 분리되어 타 측에 배치되는 제2 안테나 기판 상에 도전 라인 형상의 메인 방사체 및 기생 방사체로 형성된 제2 RKE 안테나를 포함하는, 안테나 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 시스템의 메인 보드와 분리되어 일 측에 배치되는 제1 안테나 기판 상에 도전 라인 형상의 메인 방사체 및 기생 방사체로 형성된 제1 RKE 안테나; 및
    상기 메인 보드와 분리되어 타 측에 배치되는 제2 안테나 기판 상에 도전 라인 형상의 메인 방사체 및 기생 방사체로 형성된 제2 RKE 안테나를 포함하는, 안테나 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 시스템의 메인 보드에 형성된 급전부(feeding part)의 일 측과 전기적으로 연결되고, 제1 축 방향 및 상기 제1 축 방향과 수직한 제2 축 방향으로 형성된 스트립 라인; 및
    상기 메인 보드 상에 배치되는 유전체 구조물 상에 금속 패턴으로 구현되는 유전체 안테나를 더 포함하고,
    상기 유전체 구조물의 측면에 형성된 제1 금속 패턴과 제2 금속 패턴은 각각 상기 급전부 및 상기 스트립 라인 주변의 그라운드와 전기적으로 연결되는, 안테나 시스템.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 유전체 안테나는,
    상기 유전체 구조물의 전면에 형성된 전면 금속 패턴;
    상기 유전체 구조물의 돌출된 제1 측면에 형성된 상기 제1 금속 패턴; 및
    상기 유전체 구조물의 제2 측면에 형성된 상기 제2 금속 패턴을 포함하고,
    상기 제2 금속 패턴의 단부에 해당하는 도전 라인은 상기 제1 스트립 라인의 단부와 커패시터를 통해 연결되는, 안테나 시스템.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 스트립 라인은,
    상기 제1 축 방향으로 소정 너비와 소정 길이로 형성된 제1 스트립 라인; 및
    상기 제1 스트립 라인의 단부에서 양 측에 해당하는 상기 제2 축 방향으로 소정 길이만큼 연장되도록 형성된 제2 스트립 라인을 포함하고,
    상기 제2 금속 패턴은 상기 전면 금속 패턴과 연결되고, 소정 너비와 소정 길이를 갖는 사각 패치로 형성되고,
    상기 제1 스트립 라인의 단부와 연결되는 상기 사각 패치의 단부는 도전 라인으로 형성되고,
    상기 도전 라인의 양 측은 소정 길이와 소정 너비만큼 금속 패턴이 제거된 인셋 구조(inset structure)로 형성되는, 안테나 시스템.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 유전체 안테나는,
    상기 메인 보드와 분리된 일 측에 형성되고 5G 주파수 대역에서 동작하는 제1 안테나와 인접하게 배치되는 제1 유전체 안테나이고,
    상기 제1 유전체 안테나는 상기 유전체 구조물의 전면과 측면에 형성되는 금속 패턴에 의해 PIFA (Planar Inverted F) 안테나로 동작하고,
    상기 제1 유전체 안테나와 인접하게 배치되고, 유전체 구조물의 전면에 루프 형상의 전면 금속 패턴이 형성된 제2 유전체 안테나를 더 포함하고,
    상기 제2 유전체 안테나는 전면 금속 패턴의 일 측과 전기적으로 연결되는 급전부가 유전체 구조물 내부의 측면에 형성되고,
    상기 급전부가 형성되지 않은 상기 전면 금속 패턴의 대향하는 양 측은 그라운드와 전기적으로 연결되는, 안테나 시스템.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 유전체 안테나는,
    상기 메인 보드와 분리된 타 측에 형성되고, 5G 주파수 대역에서 동작하는 제2 안테나와 인접하게 배치되는 제3 유전체 안테나이고,
    상기 제3 유전체 안테나는 상기 유전체 구조물의 전면과 측면에 형성되는 금속 패턴에 의해 PIFA (Planar Inverted F) 안테나로 동작하고,
    상기 제1 금속 패턴과 제2 금속 패턴이 형성되지 않은 상기 유전체 구조물의 측면에 V2X 안테나를 급전하는 V2X 급전부가 형성되고,
    상기 유전체 안테나는,
    상기 제3 유전체 안테나와 인접하게 배치되고, 유전체 구조물의 전면에 루프 형상의 전면 금속 패턴이 형성된 제4 유전체 안테나를 더 포함하고,
    상기 제4 유전체 안테나는 전면 금속 패턴의 일 측과 전기적으로 연결되는 급전부가 유전체 구조물 내부의 측면에 형성되고,
    상기 급전부가 형성되지 않은 상기 전면 금속 패턴의 대향하는 양 측은 그라운드와 전기적으로 연결되는, 안테나 시스템.
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