WO2022075587A1

WO2022075587A1 - 차량에 배치되는 광대역 안테나

Info

Publication number: WO2022075587A1
Application number: PCT/KR2021/011314
Authority: WO
Inventors: 정강재; 조일남; 유종원; 김광석; 김정욱
Original assignee: 엘지전자 주식회사; 한국과학기술원
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2021-08-24
Publication date: 2022-04-14
Also published as: US11855331B2; KR20220123133A; KR102568209B1; US20230261357A1

Abstract

안테나 어셈블리는 유전체 기판(dielectric substrate); 상기 유전체 기판 상에 배치된 급전 라인의 일 측에 배치되는 제1 그라운드 영역; 제1 측면 및 상기 제1 측면의 타 측면에 해당하는 제2 측면이 도전 패턴들의 단부를 형성하여 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성된 방사체 영역; 및 상기 급전 라인의 타 측에 배치되는 제2 그라운드 영역을 포함하고, 상기 제1 그라운드 영역이 상기 제2 그라운드 영역보다 일 축 방향으로 더 길거나 또는 같은 길이로 형성될 수 있다. 상기 제2 측면의 스텝 개수가 상기 제1 측면의 스텝 개수보다 더 많거나 또는 같은 개수로 형성될 수 있다.

Description

차량에 배치되는 광대역 안테나

본 발명은 차량에 배치되는 광대역 안테나에 관한 것이다. 특정 구현은 다양한 통신 시스템에서 동작 가능하도록 투명 소재로 구현된 광대역 안테나를 구비한 안테나 시스템 및 이를 구비하는 차량에 관한 것이다.

차량(vehicle)은 다른 차량 또는 주변 사물, 인프라 또는 기지국과 무선 통신 서비스를 수행할 수 있다. 이와 관련하여, LTE 통신 기술 또는 5G 통신 기술이 적용된 무선 통신 시스템을 통해 다양한 통신 서비스를 제공할 수 있다. 한편, LTE 주파수 대역 중 일부를 5G 통신 서비스를 제공하기 위하여 할당될 수 있다.

한편, 차량 바디 및 차량 루프는 메탈 재질로 형성되어 전파가 차단되는 문제점이 있다. 이에 따라 차량 바디 또는 루프의 상부에 별도의 안테나 구조물을 배치할 수 있다. 또는, 안테나 구조물이 차량 바디 또는 루프의 하부에 배치되는 경우, 안테나 배치 영역에 대응하는 차량 바디 또는 루프 부분은 비 금속 재질로 형성될 수 있다.

하지만, 디자인적 측면에서 차량 바디 또는 루프가 일체로 형성될 필요가 있다. 이러한 경우, 차량 바디 또는 루프의 외관은 메탈 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 차량 바디 또는 루프에 의한 안테나 효율 감소가 크게 발생할 수 있는 문제점이 있다.

이와 관련하여, 차량의 외관 디자인의 변경 없이 통신용량증대를 위해 투명 안테나가 차량의 윈도우에 해당하는 글래스(glass) 상에 배치될 수 있다. 하지만, 투명 소재 안테나의 전기적 손실(electrical loss)로 인하여 안테나 방사 효율 및 임피던스 대역폭(impedance bandwidth) 특성이 열화되는 문제점이 있다.

한편, 안테나 패턴이 배치되는 안테나 레이어와 그라운드 패턴이 배치되는 그라운드 레이어는 서로 다른 평면 상에 배치되는 구조가 일반적이다. 특히, 광대역 안테나(wideband antenna)로 동작하는 경우 안테나 레이어와 그라운드 레이어 간의 두께가 증가할 필요가 있다. 하지만, 차량용 투명 안테나 레이어와 그라운드 레이어가 동일한 레이어 상에 배치될 필요가 있다. 이와 같이 안테나 패턴과 그라운드 패턴이 동일한 레이어 상에 배치되는 안테나는 광대역 안테나로 동작하기 어렵다는 문제점이 있다.

본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 LTE 및 5G 통신 서비스를 제공할 수 있는 광대역에서 동작하는 투명 소재의 안테나를 제공하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은, 다양한 형상으로 단일 평면 상에 구현될 수 있는 투명 소재의 광대역 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은, 광대역에서 동작하면서도 급전 손실을 감소시키고 안테나 효율을 향상시킬 수 있는 투명 소재의 광대역 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은, 광대역에서 동작하면서도 안테나 효율이 향상되고 크기 소형화가 가능한 투명 소재의 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은, 광대역에서 동작하면서도 안테나 효율이 향상된 투명 소재의 안테나 구조가 차량의 윈도우 상의 다양한 위치에 배치시킬 수 있는 구조를 제시하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은, 차량의 글래스 또는 전자 기기의 디스플레이에 복수 개의 투명 안테나를 배치하여 통신 성능을 개선하기 위한 것이다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 일 실시 예에 따른 안테나 어셈블리는 유전체 기판(dielectric substrate); 상기 유전체 기판 상에 배치된 급전 라인의 일 측에 배치되는 제1 그라운드 영역; 제1 측면 및 상기 제1 측면의 타 측면에 해당하는 제2 측면이 도전 패턴들의 단부를 형성하여 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성된 방사체 영역; 및 상기 급전 라인의 타 측에 배치되는 제2 그라운드 영역을 포함하고, 상기 제1 그라운드 영역이 상기 제2 그라운드 영역보다 일 축 방향으로 더 길거나 또는 같은 길이로 형성될 수 있다. 상기 제2 측면의 스텝 개수가 상기 제1 측면의 스텝 개수보다 더 많거나 또는 같은 개수로 형성될 수 있다.

실시 예로, 상기 방사체 영역은 상기 제1 그라운드 영역 및 상기 제2 그라운드 영역 중 하나의 상부 영역에만 배치될 수 있다.

실시 예로, 상기 방사체 영역의 상기 제1 측면은 직선 구조로 형성되고, 상기 방사체 영역의 제2 측면은 너비가 상이한 도전 패턴들에 의해 복수의 스텝 구조를 형성할 수 있다.

실시 예로, 상기 제1 그라운드 영역과 일 축 방향에서 인접한 상기 방사체 영역의 상기 제1 측면은 직선 구조로 형성될 수 있다.

실시 예로, 상기 방사체 영역의 상기 제1 측면은 상기 제1 그라운드 영역의 상부에서 M개의 스텝 구조로 형성되고, 상기 제2 그라운드 영역의 상부에 배치된 상기 방사체 영역의 상기 제2 측면은 M보다 큰 N개의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 상기 제1 그라운드 영역이 상기 제2 그라운드 영역보다 일 축 방향으로 더 길게 형성될 수 있다.

실시 예로, 상기 제1 그라운드 영역이 상기 제2 그라운드 영역보다 타 축 방향으로 너비가 더 좁게 형성되어, 안테나 어셈블리의 너비를 축소시킬 수 있다.

실시 예로, 상기 방사체 영역에서의 전류와 상기 제2 그라운드 영역에서의 전류 간 상호 작용에 의해 광대역 동작하도록, 상기 제1 그라운드 영역의 상부에 형성된 상기 방사체 영역의 상기 제1 측면에 의한 단부 위치는 상기 제1 그라운드 영역의 양 측 단부 사이에 형성될 수 있다.

실시 예로, 상기 방사체 영역에서의 전류와 상기 제2 그라운드 영역에서의 전류 간 상호 작용에 의해 광대역 동작하도록, 상기 제2 그라운드 영역의 상부에 형성된 상기 방사체 영역의 상기 제2 측면에 의한 단부 위치는 상기 제2 그라운드 영역의 양 측 단부 사이에 형성될 수 있다.

실시 예로, 상기 급전 라인은 상기 유전체 기판의 하부 영역에 배치되고, 상기 방사체 영역의 도전 패턴들은 상기 일 축 방향으로 상부 영역에 배치될 수록 타 축 방향으로 너비가 증가하도록 구성될 수 있다.

실시 예로, 상기 방사체 영역의 도전 패턴들은 상기 일 축 방향으로 상기 급전 라인에 인접할수록 상기 일 축 방향으로 길이가 감소하도록 구성될 수 있다.

실시 예로, 상기 방사체 영역의 도전 패턴들은 상기 일 축 방향으로 형성된 상기 급전 라인의 연장선을 중심으로 타 축 방향으로 대칭되게 배치될 수 있다.

실시 예로, 상기 방사체 영역의 도전 패턴들은 상기 일 축 방향으로 형성된 상기 급전 라인의 연장선을 중심으로 타 축 방향으로 비 대칭되게 배치되어, 안테나 어셈블리의 너비를 축소시킬 수 있다.

실시 예로, 상기 방사체 영역은 상부 영역에 대응되고, 상기 제1 측면 상에서 상기 제1 측면의 단부 위치가 상이한 복수의 도전 패턴들로 구성된 제1 영역을 포함할 수 있다. 상기 방사체 영역은 상기 제1 영역보다 하부 영역에 대응되고, 상기 제1 측면 상에서 단부가 상기 제1 그라운드 영역의 경계와 이격되게 형성되는 제2 영역을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 영역에서 상기 도전 패턴들의 너비는 상부 위치에서 더 넓게 형성될 수 있다.

실시 예로, 상기 제2 영역에서 상기 방사체 영역의 제1 측면의 경계는 상기 제1 그라운드 영역의 경계와 이격되어 마주보게 배치될 수 있다.

실시 예로, 상기 방사체 영역의 도전 패턴들에 의해 형성되는 상기 제1 측면의 적어도 일부는 직선 구조로 형성되고, 상기 방사체 영역의 제2 측면은 너비가 상이한 도전 패턴들에 의해 복수의 스텝 구조를 형성할 수 있다.

실시 예로, 상기 방사체 영역, 상기 급전 라인, 상기 제1 그라운드 영역 및 상기 제2 그라운드 영역은 복수의 격자들이 전기적으로 연결된 메탈 메쉬 패턴으로 형성될 수 있다. 상기 안테나 어셈블리는 상기 유전체 기판 상에서 투명 안테나로 구현될 수 있다. 상기 투명 안테나를 구성하는 상기 방사체 영역, 상기 급전 라인, 상기 제1 그라운드 영역 및 상기 제2 그라운드 영역은 상기 유전체 기판 상에 배치되어 CPW 구조를 형성할 수 있다.

본 명세서의 다른 양상에 따른 차량용 안테나 시스템에 있어서, 차량은 전기적 그라운드로 동작하는 도전 차량 바디(conductive vehicle body)를 구비한다. 상기 차량용 안테나 시스템은 상기 차량의 윈도우를 구성하는 글래스; 상기 글래스에 부착되고 메쉬 격자 형태의 도전 패턴들이 형성되도록 구성된 유전체 기판(dielectric substrate); 및 제1 대역 내지 제3 대역에서 동작하도록 구성된 투명 안테나로 구현된 안테나 모듈을 포함할 수 있다.

실시 예로, 상기 안테나 모듈은 상기 유전체 기판 상에 배치된 급전 라인의 일 측에 배치되는 제1 그라운드 영역; 제1 측면 및 상기 제1 측면의 타 측면에 해당하는 제2 측면이 도전 패턴들의 단부를 형성하여 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성된 방사체 영역; 및 상기 급전 라인의 타 측에 배치되는 제2 그라운드 영역을 포함할 수 있다.

실시 예로, 상기 제1 그라운드 영역이 상기 제2 그라운드 영역보다 일 축 방향으로 더 길거나 또는 같은 길이로 형성되고, 상기 제2 측면의 스텝 개수가 상기 제1 측면의 스텝 개수보다 더 많거나 또는 같은 개수로 형성될 수 있다.

실시 예로, 상기 급전 라인, 상기 방사체 영역, 상기 제1 그라운드 영역 및 상기 제2 그라운드 영역은 상기 안테나 모듈을 구성한다. 상기 안테나 시스템은 상기 안테나 모듈과 상기 급전 라인을 통해 동작 가능하게 결합되고, 제1 대역 내지 제3 대역 중 적어도 하나의 대역의 무선 신호가 상기 안테나 모듈을 통해 방사되도록 제어하는 송수신부 회로; 및 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 프로세서를 더 포함할 수 있다.

실시 예로, 상기 프로세서는 상기 급전 라인에 서로 다른 대역의 무선 신호가 인가되도록 상기 송수신부 회로를 제어하여, 상기 안테나 모듈의 제1 안테나 소자 및 제2 안테나 소자를 통해 반송파 집성(CA) 또는 이중 연결(DC)을 수행하도록 구성될 수 있다.

이와 같은 차량에 배치되는 광대역 안테나의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

일 실시 예에 따르면, 제1 패치의 내부에 제1 슬롯을 형성하고 제2 패치의 내부에 제2 슬롯을 형성하여, LTE 및 5G 통신 서비스를 제공할 수 있는 광대역에서 동작하는 투명 소재의 안테나를 제공할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 다중 공진점이 형성되도록 서로 다른 너비로 형성되는 도전 패턴들로 이루어진 방사체 영역이 형성된 광대역 동작할 수 있는 투명 소재의 투명 안테나를 제공할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 급전 라인의 길이를 최소화하여 투명 소재 안테나의 전체 안테나 크기는 최소화하면서 급전 손실을 최소화할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 비대칭 구조로 그라운드 영역이 형성된 CPW 급전 구조 및 방사체 구조를 통해 광대역에서 동작하면서도 안테나 크기를 최소화할 수 있는 투명 소재의 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.

일 실시 예에 따르면, 도전 패턴을 메탈 메쉬 구조로 구현하고 유전체 영역에도 더미 패턴을 배치하여, 광대역에서 동작하면서도 안테나 효율 및 투명도가 향상된 투명 소재의 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.

일 실시 예에 따르면, 광대역에서 동작하면서도 안테나 효율이 향상된 투명 소재의 안테나 구조가 차량의 전면 윈도우 상의 상부, 하부 또는 측면 영역 과 같이 다양한 위치에 배치시킬 수 있는 구조를 제시할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 차량의 글래스 또는 전자 기기의 디스플레이에 복수 개의 투명 안테나를 배치하여 통신 성능을 개선할 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 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다.

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

도 5는 본 명세서의 실시 예에 따른 광대역 CPW 안테나 어셈블리 구성을 나타낸다.

도 6은 본 명세서의 다른 실시 예에 따른 광대역 CPW 안테나 어셈블리 구성을 나타낸다.

도 7a는 도 5 및 도 6의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 효율 특성을 비교한 것이다. 한편, 도 7b는 도 5 및 도 6의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 반사 손실 특성을 비교한 것이다.

도 8a는 도 6의 광대역 CPW 안테나 어셈블리 구조에서 전류 분포 특성을 나타낸 것이다. 도 8b는 도 5의 광대역 CPW 안테나 어셈블리 구조에서 전류 분포 특성을 나타낸 것이다.

도 9는 본 명세서의 실시 예에 따른 대칭 구조로 형성되는 급전부를 구비하는 광대역 CPW 안테나 어셈블리를 나타낸다.

도 10a는 도 6 및 도 9의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 효율 특성을 비교한 것이다. 한편, 도 10b는 도 6 및 도 9의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 반사 손실 특성을 비교한 것이다.

도 11a는 도 6의 CPW 안테나 구조에서 전계 분포를 나타낸 것이다.

도 11b는 도 6 및 도 9의 CPW 안테나 구조가 투명 안테나로 구현된 경우 안테나 손실을 비교한 것이다.

도 12a는 도 9의 광대역 CPW 안테나 어셈블리 구조에서 전류 분포 특성을 나타낸 것이다. 도 12b는 도 6의 광대역 CPW 안테나 어셈블리 구조에서 전류 분포 특성을 나타낸 것이다.

도 13은 본 명세서의 실시 예에 따른 대칭 구조로 형성되는 급전부와 방사체 영역을 구비하는 광대역 CPW 안테나 어셈블리를 나타낸다.

도 14a는 도 9 및 도 13의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 효율 특성을 비교한 것이다. 한편, 도 14b는 도 9 및 도 13의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 반사 손실 특성을 비교한 것이다.

도 15a는 도 13의 대칭 구조를 방사체 영역이 형성된 CPW 안테나 구조에서 전계 분포를 나타낸 것이다. 한편, 도 15b는 도 9와 같이 일 측에만 방사체 영역이 형성된 CPW 안테나 구조에서 전계 분포를 나타낸 것이다.

도 16은 감소된 스텝 개수를 갖는 대칭 구조로 형성되는 방사체 영역을 구비하는 광대역 CPW 안테나 어셈블리를 나타낸다.

도 17a는 도 13 및 도 16의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 효율 특성을 비교한 것이다. 한편, 도 17b는 도 13 및 도 16의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 반사 손실 특성을 비교한 것이다.

도 18a는 도 16의 감소된 스텝 개수를 갖는 CPW 안테나 구조에서 전계 분포를 나타낸 것이다. 한편, 도 18b는 도 16의 증가된 스텝 개수를 갖는 CPW 안테나 구조에서 전계 분포를 나타낸 것이다.

도 19는 다른 실시 예에 따른 대칭 구조로 형성되는 급전부와 방사체 영역을 구비하는 광대역 CPW 안테나 어셈블리를 나타낸다.

도 20a는 도 16 및 도 19의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 효율 특성을 비교한 것이다. 한편, 도 20b는 도 16 및 도 19의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 반사 손실 특성을 비교한 것이다.

도 21은 본 명세서에서 제시되는 글래스에 메탈 메쉬 형태로 구현되는 투명 안테나가 배치되는 안테나 어셈블리의 층상 구조와 메쉬 격자 구조를 나타낸다.

도 22a는 본 명세서에 따른 글래스에 형성되는 투명 안테나가 구현될 수 있는 차량의 전면도를 나타낸다. 한편, 도 22b는 본 명세서에 따른 투명 안테나가 구현될 수 있는 투명 유리 어셈블리의 상세 구성을 나타낸다.

도 23은 실시 예에 따른 차량용 안테나 시스템이 탑재된 차량의 구성을 나타낸 블록도를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 설명되는 안테나 시스템은 차량(vehicle)에 탑재될 수 있다. 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.

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)(1000)에 관한 것이다. 따라서, 이러한 여러 통신 프로토콜을 지원할 수 있는 안테나 유닛(즉, 안테나 시스템)(1000)을 통합 안테나 모듈(1000)로 지칭할 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 텔레매틱스 유닛(telematics module, TCU)(300)와 안테나 어셈블리(1100)를 포함하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 안테나 어셈블리(1100)는 차량의 윈도우에 배치될 수 있다.

또한, 본 명세서는 이러한 안테나 시스템(1000)을 구비하는 차량(500)에 관한 것이다. 차량(500)은 대쉬 보드(dash board)와 텔레매틱스 유닛(TCU)(300) 등을 포함하는 하우징(10)을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 차량(500)은 이러한 텔레매틱스 유닛(telematics module, TCU)(300)을 장착하기 위한 장착 브라켓을 포함하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 차량(500)은 텔레매틱스 유닛(TCU)(300)과 이와 연결되도록 구성된 인포테인먼트 유닛(600)을 포함한다. 인포테인먼트 유닛(600)의 전면 패턴의 일부는 차량의 대시보드 형태로 구현될 수 있다. 차량의 대시보드에 디스플레이(610)와 오디오 유닛(620)이 포함되는 것으로 구성될 수 있다.

한편, 본 명세서에서 제시되는 안테나 어셈블리(1100), 즉 투명 안테나 형태의 안테나 모듈(1100)이 배치될 수 있는 영역의 전면 윈도우(310)의 상부 영역(310a), 하부 영역(310b) 및 측면 영역(320)중 적어도 하나일 수 있다. 또한, 본 명세서에서 제시되는 안테나 어셈블리(1100)는 전면 윈도우(310) 이외에 차량 측면의 측면 윈도우(320)에 형성될 수도 있다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 안테나 어셈블리(1100)가 전면 윈도우(310)의 하부 영역(310b)에 배치된 경우, 차량 내부에 배치된 TCU(300)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 안테나 어셈블리(1100)가 전면 윈도우(310)의 상부 영역(310a) 또는 측면 영역(310c)에 배치되면, 차량 외부의 TCU와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 하지만, 이러한 차량 내부 또는 외부의 TCU 결합 구성에 한정되는 것은 아니다.

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.

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. 이와 관련하여, 안테나 시스템은 도 1a 및 도 1b와 같이 내부 안테나 시스템(internal antenna system)으로 구성될 수 있다. 또한, 도 3a 내지 도 3c와 같이 외부 안테나 시스템(external antenna system) 및/또는 내부 안테나 시스템으로 구현될 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 내지 도 3c는 차량 전면 윈도우(310)에 형성된 투명 안테나를 통해 무선 통신을 수행할 수 있는 구성을 나타낸다. 투명 안테나를 포함하는 안테나 시스템(1000)이 차량 전면 윈도우와 차량 내부에 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 차량 전면 윈도우 이외에 차량 측면 글래스에 형성된 투명 안테나를 통해서도 무선 통신을 수행할 수도 있다.

본 발명에 따른 투명 안테나를 포함하는 차량용 안테나 시스템은 다른 안테나와 결합될 수도 있다. 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 투명 안테나로 구현되는 안테나 시스템(1000) 이외에 별도의 안테나 시스템(1000b)이 더 구성될 수도 있다. 도 3a 내지 도 3b는 안테나 시스템(1000) 이외에 별도의 안테나 시스템(1000b)이 차량의 지붕(roof) 위 또는 지붕 내에 탑재되는 형상을 도시한다. 한편, 도 3c는 안테나 시스템(1000) 이외에 별도의 안테나 시스템(1000b)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 대체할 수 있다. 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, 투명 안테나로 구현되는 안테나 시스템(1000)은 차량의 전면 윈도우(310)와 차량 내부에 구현될 수 있다. 한편, 외부 안테나에 해당하는 제2 안테나 시스템(1000b)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 제2 안테나 시스템(1000b)을 둘러쌀 수 있다. 상기 레이돔(2000a)은 제2 안테나 시스템(1000b)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

도 3b를 참조하면, 투명 안테나로 구현되는 안테나 시스템(1000)은 차량의 전면 윈도우(310)와 차량 내부에 구현될 수 있다. 한편, 외부 안테나에 해당하는 제2 안테나 시스템(1000b)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(1000b)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

도 3c를 참조하면, 투명 안테나로 구현되는 안테나 시스템(1000)은 차량의 후면 윈도우(330)와 차량 내부에 구현될 수 있다. 한편, 외부 안테나에 해당하는 제2 안테나 시스템(1000b)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, 제2 안테나 시스템(1000b)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템(1000)에 구비되는 안테나에 의한 빔 패턴(beam pattern)은 전면 윈도우(310) 또는 후면 윈도우(330)에 수직한 방향으로 형성될 수 있다. 한편, 차량에 탑재되는 제2 안테나 시스템(1000)에 구비되는 안테나에 의해 차량 바디 기준으로 수평 영역(horizontal region)에서 소정 각도만큼 빔 커버리지가 더 형성될 수 있다.

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

한편, 도 4는 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 유닛이 수행할 수 있다. 구체적으로, 차량(500)에 탑재되는 텔레매틱스 유닛이 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 유닛 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 모듈을 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. 이 경우, 차량용 디스플레이 장치는, 텔레 매틱스(telematics) 장치 또는 AVN(Audio Video Navigation) 장치로 명명될 수 있다.

이하에서는, 본 명세서에 따른 차량의 윈도우에 배치될 수 있는 안테나 어셈블리 (안테나 모듈)와 안테나 어셈블리를 포함하는 차량용 안테나 시스템에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 안테나 어셈블리는 유전체 기판 상에서 도전 패턴들이 결합된 구조를 의미하고, 안테나 모듈로도 지칭될 수 있다.

이와 관련하여, 도 5는 본 명세서의 실시 예에 따른 광대역 CPW 안테나 어셈블리 구성을 나타낸다. 한편, 도 6은 본 명세서의 다른 실시 예에 따른 광대역 CPW 안테나 어셈블리 구성을 나타낸다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 광대역 CPW 안테나 어셈블리는 제1 그라운드 영역(1150)과 제2 그라운드 영역(1160)이 다른 길이와 너비로 형성되므로 비대칭 (asymmetric) CPW 안테나로 지칭될 수 있다.

도 5를 참조하면, 안테나 어셈블리는 유전체 기판(dielectric substrate, 1010), 방사체 영역(1110), 제1 그라운드 영역(1150) 및 제2 그라운드 영역(1160)을 포함하도록 구성될 수 있다.

제1 그라운드 영역(1150)은 유전체 기판(1010) 상에 배치된 급전 라인(1120)의 일 측에 배치될 수 있다. 방사체 영역(1110)은 제1 측면(S1) 및 제1 측면(S1)의 타 측면에 해당하는 제2 측면(S2)이 도전 패턴들의 단부를 형성하여 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 제2 그라운드 영역(1160)은 유전체 기판(1010) 상에 배치된 급전 라인(1120)의 타 측에 배치될 수 있다.

유전체 기판(1010)은 방사체 영역(1110), 급전 라인(1120), 제1 그라운드 영역(1150) 및 제2 그라운드 영역(1160)이 표면 상에 배치되도록 구성된다. 유전체 기판(1010)은 소정의 유전율(permittivity)과 두께를 갖는 기판으로 구현된다. 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리가 투명 안테나로 구현되는 경우, 유전체 기판(1010)은 투명 소재의 투명 기판으로 구현될 수 있다.

방사체 영역(1110)은 유전체 기판(1010) 상에 도전 패턴으로 형성되어 무선 신호를 방사하도록 구성된다. 안테나 어셈블리가 투명 안테나로 구현되는 경우, 도전 패턴은 메탈 메쉬 격자(1020a)로 구성될 수 있다. 즉, 안테나 어셈블리는 복수의 격자들이 상호 연결되도록 구성된 메탈 메쉬 격자(1020a)로 구현될 수 있다. 반면에, 유전체 영역에 배치되는 더미 메쉬 격자(1020b)는 복수의 격자들이 연결 지점에서 끊어져 있는 오픈 더미(open dummy) 패턴으로 구현될 수 있다.

급전 라인(1120)은 방사체 영역(1110)의 도전 패턴과 동일 평면 상에서 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 방사체 영역(1110)과 급전 라인(1120)이 동일 평면 상에 배치되므로 CPW 안테나 구조가 구현된다.

도 5의 광대역 CPW 안테나 어셈블리는 상부 영역인 제1 영역(R1)에서 방사체 영역(1110)의 제1 측면(S1)은 복수의 스텝 구조로 형성된다. 반면에, 하부 영역인 제2 영역(R2)에서 방사체 영역(1110)의 제1 측면(S1)은 직선 구조로 형성된다. 한편, 상부 영역인 제1 영역(R1) 및 하부 영역인 제2 영역(R2)에서 방사체 영역(1110)의 제2 측면(S2)은 복수의 스텝 구조로 형성된다.

제1 그라운드 영역(1150)이 제2 그라운드 영역(1160)보다 일 축 방향으로 더 길게 형성될 수 있다. 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 구분하는 일 축 방향, 즉 y축 방향으로 제1 그라운드 영역(1150)의 길이(L1)가 제2 그라운드 영역(1160)의 길이(L2)보다 더 길게 형성된다. 이에 따라, 비대칭 CPW 구조를 형성한다. 반면에, 제1 그라운드 영역(1150)의 너비(W1)가 제2 그라운드 영역(1160)의 너비(W2)보다 더 좁게 형성될 수 있다.

제2 측면(S2)의 스텝 개수가 제1 측면(S1)의 스텝 개수보다 더 많거나 또는 같은 개수로 형성될 수 있다. 이에 따라, 방사체 영역(1100)도 비대칭 구조로 형성되어 비대칭 CPW 안테나를 구성할 수 있다.

방사체 영역(1110)을 구성하는 복수의 스텝 구조에서의 전류 방향(CR)은 타 축 방향, x 축 방향에서 제1 방향으로 형성된다. 반면에, 제2 그라운드 영역(1160)에서의 전류 방향(CG2)은 타 축 방향, x 축 방향에서 제2 방향으로 형성된다. 한편, 제1 그라운드 영역(1150)에서의 전류 방향(CG1)은 일 축 방향으로 형성된다.

도 6을 참조하면, 안테나 어셈블리는 유전체 기판(1010), 방사체 영역(1110a), 제1 그라운드 영역(1150) 및 제2 그라운드 영역(1160)을 포함하도록 구성될 수 있다.

제1 그라운드 영역(1150)은 유전체 기판(1010) 상에 배치된 급전 라인(1120)의 일 측에 배치될 수 있다. 방사체 영역(1110a)은 제1 측면(S1a) 및 제1 측면(S1a)의 타 측면에 해당하는 제2 측면(S2)이 도전 패턴들의 단부를 형성하여 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 방사체 영역(1110a)의 제1 측면(S1a)은 상부 영역인 제1 영역(R1)과 하부 영역인 제2 영역(R2)에서 직선 구조로 형성될 수 있다. 제2 그라운드 영역(1160)은 유전체 기판(1010) 상에 배치된 급전 라인(1120)의 일 측에 배치될 수 있다.

유전체 기판(1010)은 방사체 영역(1110a), 급전 라인(1120), 제1 그라운드 영역(1150) 및 제2 그라운드 영역(1160)이 표면 상에 배치되도록 구성된다. 유전체 기판(1010)은 소정의 유전율과 두께를 갖는 기판으로 구현된다. 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리가 투명 안테나로 구현되는 경우, 유전체 기판(1010)은 투명 소재의 투명 기판으로 구현될 수 있다. 도 5에서 전술한 바와 같이, 방사체 영역(1110a)은 유전체 기판(1010) 상에 도전 패턴으로 형성되어 무선 신호를 방사하도록 구성된다. 안테나 어셈블리가 투명 안테나로 구현되는 경우, 도전 패턴은 도 5의 메탈 메쉬 격자(1020a)로 구성될 수 있다. 반면에, 유전체 영역은 도 5의 더미 메쉬 격자(1020b)로 구현될 수 있다.

급전 라인(1120)은 방사체 영역(1110a)의 도전 패턴과 동일 평면 상에서 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 방사체 영역(1110a)과 급전 라인(1120)이 동일 평면 상에 배치되므로 CPW 안테나 구조가 구현된다. 도 6의 광대역 CPW 안테나 어셈블리는 상부 영역인 제1 영역(R1) 및 하부 영역인 제2 영역(R2)에서 방사체 영역(1110a)의 제1 측면(S1a)은 직선 구조로 형성된다. 반면에, 상부 영역인 제1 영역(R1) 및 하부 영역인 제2 영역(R2)에서 방사체 영역(1110a)의 제2 측면(S2)은 복수의 스텝 구조로 형성된다.

한편, 도 6의 비대칭 CPW 구조는 도 5의 비대칭 CPW 구조와 유사하게 제1 및 제2 그라운드 영역(1150, 1160)의 길이(L1a, L2a)가 상이하게 형성될 수 있다. 구체적으로, 제1 그라운드 영역(1150)이 제2 그라운드 영역(1160)보다 일 축 방향으로 더 길게 형성될 수 있다. 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)을 구분하는 일 축 방향, 즉 y축 방향으로 제1 그라운드 영역(1150)의 길이(L1a)가 제2 그라운드 영역(1160)의 길이(L2a)보다 더 길게 형성된다. 이에 따라, 비대칭 CPW 구조를 형성한다. 반면에, 제1 그라운드 영역(1150)의 너비(W1a)가 제2 그라운드 영역(1160)의 너비(W2a)보다 더 좁게 형성될 수 있다.

제2 측면(S2)의 스텝 개수가 제1 측면(S1a)의 스텝 개수보다 더 많거나 또는 같은 개수로 형성될 수 있다. 이에 따라, 방사체 영역(1100a)도 비대칭 구조로 형성되어 비대칭 CPW 안테나를 구성할 수 있다. 또한, 방사체 영역(1100a)의 제1 측면(S1a)은 직선 구조로 형성되고 제2 측면(S2)은 복수의 스텝 구조로 형성되어 비대칭 CPW 안테나를 구성하는 것으로 해석할 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 광대역 CPW 안테나 어셈블리는 적어도 일 측면이 직선 구조로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 그라운드 영역(1150)과 일 축 방향에서 인접한 방사체 영역(1110, 1110a)의 제1 측면(S1, S1a)은 직선 구조로 형성될 수 있다.

도 5를 참조하면, 방사체 영역(1110)의 제1 측면(S1)은 제1 그라운드 영역(1150)의 상부에서 M개의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 제2 그라운드 영역(1160)의 상부에 배치된 방사체 영역(1110)의 제2 측면(S2)은 M보다 큰 N개의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 한편, 도 6을 참조하면, 방사체 영역(1110)의 제1 측면(S1a)은 직선 구조로 형성될 수 있다. 제2 그라운드 영역(1160)의 상부에 배치된 방사체 영역(1110)의 제2 측면(S2)은 Nb개의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 직선 구조로 형성되는 제1 및 제2 그라운드 영역(1150, 1160)은 비대칭 구조로 형성될 수 있다. 따라서, 제1 그라운드 영역(1150)이 제2 그라운드 영역(1160)보다 일 축 방향, 즉 y축 방향으로 더 길게 형성될 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 그라운드 영역(1150)이 제2 그라운드 영역(1160)보다 타 축 방향, 즉 x축 방향으로 너비가 더 좁게 형성되어, 안테나 어셈블리의 너비를 축소시킬 수 있다. 도 5를 참조하면, 제1 그라운드 영역(1150)의 너비(W1)가 제2 그라운드 영역(1160)의 너비(W2)보다 더 좁게 형성되어, 안테나 어셈블리의 너비를 축소시킬 수 있다. 도 6을 참조하면, 제1 그라운드 영역(1150)의 너비(W1a)가 제2 그라운드 영역(1160)의 너비(W2a)보다 더 좁게 형성되어, 안테나 어셈블리의 너비를 축소시킬 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 방사체 영역(1110)에서의 전류(CR)와 제2 그라운드 영역(1160)에서의 전류(CG2)는 일 축 방향, 즉 x축 방향에서 반대 방향으로 형성될 수 있다. 도 5 및 도 6을 참조하면, 방사체 영역(1110, 1110a)에서의 전류(CR)와 제2 그라운드 영역(1160)에서의 전류(CG2) 간 상호 작용에 의해 CPW 안테나 어셈블리가 광대역 동작하도록 구성될 수 있다.

이를 위해, 제1 그라운드 영역(1150)과 제2 그라운드 영역(1160)을 포함하는 그라운드 영역의 전체 너비는 방사체 영역(1110, 1110a)의 전체 너비보다 더 넓게 형성된다. 따라서, 제1 그라운드 영역(1150)의 상부에 형성된 방사체 영역(1110, 1110a)의 제1 측면(S1, S1a)에 의한 단부 위치는 제1 그라운드 영역(1150)의 양 측 단부 사이에 형성될 수 있다. 또한, 제2 그라운드 영역(1160)의 상부에 형성된 방사체 영역(1110, 1110a)의 제2 측면(S2)에 의한 단부 위치는 제1 그라운드 영역(1160)의 양 측 단부 사이에 형성될 수 있다.

도 5 및 도 6의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 안테나 성능에 대해 설명하면 다음과 같다. 도 7a는 도 5 및 도 6의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 효율 특성을 비교한 것이다. 한편, 도 7b는 도 5 및 도 6의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 반사 손실 특성을 비교한 것이다.

도 7a를 참조하면, 50% 효율 대역폭을 기준으로 도 5의 안테나 구조는 약 164%의 대역폭을 갖는다. 한편, 50% 효율 대역폭을 기준으로 도 6의 안테나 구조는 약 110%의 대역폭을 갖는다. 따라서, 도 5와 같이 방사체 영역의 양 측면이 스텝 구조로 형성된 안테나 구조는 안테나 효율 대역폭 측면에서 장점이 있다. 또한, 도 5와 같이 방사체 영역의 양 측면이 스텝 구조로 형성된 안테나 구조는 전체 안테나 사이즈 측면에서 장점이 있다. 반면에, 도 6과 같이 방사체 영역의 일 측면이 스텝 구조로 형성된 안테나 구조는 방사체 영역을 단순화하여 구성할 수 있다. 도 7b를 참조하면, 도 5 및 도 6의 안테나 구조는 전체 대역에 대해 -8dB 이하의 반사 손실 특성을 갖는다.

한편, 도 5와 같이 방사체 영역(1110)의 제1 및 제2 측면(S1, S2)이 스텝 구조로 형성된 안테나 구조는 급전 라인(1120)을 기준으로 비대칭 방사체 구조로 형성된다. 따라서, 제1 및 제2 측면(S1, S2)이 스텝 구조로 형성되어 공진점을 증가시켜서 안테나 크기를 감소시키면서도 대역폭 특성 유지 또는 향상시킬 수 있는 구조를 설계할 수 있다.

도 5의 안테나 구조는 안테나 크기가 78x129mm로 설계될 수 있고, 0.18x0.3 파장에 해당한다. 이에 따라, 도 5의 안테나 구조는 광대역 동작하면서도 안테나 소형화가 가능하다. 도 6의 안테나 구조는 안테나 크기가 111x127mm로 설계될 수 있고, 0.25x0.27 파장에 해당한다. 이에 따라, 도 6의 안테나 구조도 광대역 동작하면서도 안테나 소형화가 가능하다.

도 5와 같이 방사체 영역의 양 측면이 스텝 구조로 형성된 안테나 구조는 도 6의 일 측면이 스텝 구조로 형성된 안테나 구조보다 안테나 면적이 26 % 감소될 수 있다. 한편, 도 5의 안테나 구조가 도 6의 안테나 구조에 비해 안테나 효율 대역폭은 54 % 증가할 수 있다. 또한, 도 5의 안테나 구조가 도 6의 안테나 구조에 비해 안테나 대역 내 최소 효율이 42%에서 52%로 10 %만큼 증가할 수 있다.

도 8a는 도 6의 광대역 CPW 안테나 어셈블리 구조에서 전류 분포 특성을 나타낸 것이다. 도 8b는 도 5의 광대역 CPW 안테나 어셈블리 구조에서 전류 분포 특성을 나타낸 것이다. 도 8a 및 도 8b의 전류 분포는 저대역(low band, LB)에 해당하는 700MHz에서의 전류 분포를 나타낸 것이지만, 해당 주파수에 한정되는 것은 아니다.

도 6 및 도 8a를 참조하면, 직선 구조로 형성된 제1 측면(S1a)에서의 전류 경로도 직선 경로로 형성되고, 전기적 길이(electrical length)는 LRa로 표현된다. 도 5 및 도 8b를 참조하면, 스텝 구조로 형성된 제1 측면(S1)에서의 전류 경로도 스텝 구조의 경로로 형성되고, 전기적 길이는 LRb로 표현된다. 이와 관련하여, 도 8a에서의 전류 경로의 전기적 길이(LRa)와 도 8b에서의 전류 경로의 전기적 길이(LRb)가 동일하게 설정될 수 있다. 동일한 전기적 길이를 갖는 경우, 도 6의 안테나 구조가 더 작은 사이즈로 구현될 수 있다.

도 6의 안테나 구조는 비대칭 방사체를 이용하여 저주파 대역에서 전체 안테나 크기를 감소시키면서 도 5의 안테나 구조와 동일 또는 유사한 길이를 갖는 표면 전류를 생성할 수 있다. 따라서, 도 6의 안테나 구조는 방사 효율을 유지하면서도 안테나의 너비를 감소시킬 수 있다.

한편, 본 명세서에 따른 광대역 CPW 안테나 어셈블리는 응용에 따라 다양한 구조로 변경 가능하다. 일 예로, 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 방사체는 비대칭 구조로 형성되면서 급전부는 대칭 구조로 형성될 수 있다. 도 9는 본 명세서의 실시 예에 따른 대칭 구조로 형성되는 급전부를 구비하는 광대역 CPW 안테나 어셈블리를 나타낸다. 이와 관련하여, 차량의 글래스와 같은 투명 유리에 구현되는 투명 안테나에서 급전부는 일부 영역만 글래스의 투명 영역에 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 급전부의 대부분의 영역은 글래스의 반투명 영역 또는 별도의 반투명 또는 불투명 기판에 구현될 수 있다. 따라서, 도 9와 같이 대칭 급전 구조에 의해 전체 안테나 어셈블리 너비가 다소 넓어지더라도 비대칭 구조의 방사체 영역의 너비는 실질적으로 감소할 수 있다.

도 9를 참조하면, 안테나 어셈블리는 유전체 기판(1010), 방사체 영역(1110b), 제1 그라운드 영역(1150b) 및 제2 그라운드 영역(1160b)을 포함하도록 구성될 수 있다.

제1 그라운드 영역(1150b)은 유전체 기판(1010) 상에 배치된 급전 라인(1120)의 일 측에 배치될 수 있다. 방사체 영역(1110b)은 제1 측면(S1b) 및 제1 측면(S1b)의 타 측면에 해당하는 제2 측면(S2)이 도전 패턴들의 단부를 형성하여 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 방사체 영역(1110b)의 제1 측면(S1a)은 상부 영역인 제1 영역(R1)과 하부 영역인 제2 영역(R2)에서 직선 구조로 형성될 수 있다. 제2 그라운드 영역(1160b)은 유전체 기판(1010) 상에 배치된 급전 라인(1120)의 타 측에 배치될 수 있다. 제1 그라운드 영역(1150b)과 제2 그라운드 영역(1160b)은 길이와 너비가 실질적으로 동일하도록 형성될 수 있다.

유전체 기판(1010)은 방사체 영역(1110b), 급전 라인(1120), 제1 그라운드 영역(1150b) 및 제2 그라운드 영역(1160b)이 표면 상에 배치되도록 구성된다. 유전체 기판(1010)은 소정의 유전율과 두께를 갖는 기판으로 구현된다. 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리가 투명 안테나로 구현되는 경우, 유전체 기판(1010)은 투명 소재의 투명 기판으로 구현될 수 있다. 도 5에서 전술한 바와 같이, 방사체 영역(1110b)은 유전체 기판(1010) 상에 도전 패턴으로 형성되어 무선 신호를 방사하도록 구성된다. 안테나 어셈블리가 투명 안테나로 구현되는 경우, 도전 패턴은 도 5의 메탈 메쉬 격자(1020a)로 구성될 수 있다. 반면에, 유전체 영역은 도 5의 더미 메쉬 격자(1020b)로 구현될 수 있다.

급전 라인(1120)은 방사체 영역(1110b)의 도전 패턴과 동일 평면 상에서 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 방사체 영역(1110b)과 급전 라인(1120)이 동일 평면 상에 배치되므로 CPW 안테나 구조가 구현된다.

도 6 및 도 9를 참조하면, 광대역 CPW 안테나 어셈블리는 상부 영역인 제1 영역(R1) 및 하부 영역인 제2 영역(R2)에서 방사체 영역(1110a, 1110b)의 제1 측면(S1a, S1b)은 직선 구조로 형성된다. 반면에, 상부 영역인 제1 영역(R1) 및 하부 영역인 제2 영역(R2)에서 방사체 영역(1110a, 1110b)의 제2 측면(S2)은 복수의 스텝 구조로 형성된다.

도 6 및 도 9를 참조하면, 제2 측면(S2)의 스텝 개수가 제1 측면(S1a, S1b)의 스텝 개수보다 더 많거나 또는 같은 개수로 형성될 수 있다. 이에 따라, 방사체 영역(1100a)도 비대칭 구조로 형성되어 비대칭 CPW 안테나를 구성할 수 있다. 또한, 방사체 영역(1100a)의 제1 측면(S1a, S1b)은 직선 구조로 형성되고 제2 측면(S2)은 복수의 스텝 구조로 형성되어 비대칭 CPW 안테나를 구성하는 것으로 해석할 수 있다.

도 6 및 도 9를 참조하면, 방사체 영역(1110a, 1110b)은 제1 그라운드 영역(1150, 1150b) 및 제2 그라운드 영역(1160, 1160b) 중 하나의 상부 영역에만 배치될 수 있다. 일 예로, 방사체 영역(1110a, 1110b)은 제2 그라운드 영역(1160, 1160b)의 상부 영역에만 배치될 수 있다. 한편, 방사체 영역(1110a, 1110b)의 제1 측면(S1a, S1b)은 직선 구조로 형성될 수 있다. 방사체 영역(1110a, 1110b)의 제2 측면은 너비가 상이한 도전 패턴들에 의해 복수의 스텝 구조를 형성할 수 있다.

도 5, 도 6 및 도 9를 참조하면, 방사체 영역(1100, 1100a, 1100b)의 도전 패턴들은 일 축 방향으로 형성된 급전 라인(1120)의 연장선을 중심으로 타 축 방향으로 비 대칭되게 배치되어, 안테나 어셈블리의 너비를 축소시킬 수 있다. 구체적으로, 방사체 영역(1100, 1100a, 1100b)은 급전 라인(1120)의 중심선을 기준으로 일 측에만 배치되거나 또는 중심선을 기준으로 비대칭 형상으로 배치될 수 있다.

도 6 및 도 9의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 안테나 성능에 대해 설명하면 다음과 같다. 도 10a는 도 6 및 도 9의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 효율 특성을 비교한 것이다. 한편, 도 10b는 도 6 및 도 9의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 반사 손실 특성을 비교한 것이다.

도 10a를 참조하면, 50% 효율 대역폭을 기준으로 도 6 및 도 9의 안테나 구조는 유사한 특성을 갖는다. 따라서, 도 6의 제1 그라운드 영역(1150)에 비해 도 9의 제1 그라운드 영역(1150b)의 길이가 감소하여도 안테나 효율 대역폭에 미치는 영향은 크지 않다. 전술한 바와 같이, 50% 효율 대역폭을 기준으로 도 6의 안테나 구조는 약 110%의 대역폭을 갖는다. 도 10b를 참조하면, 도 6 및 도 9의 안테나 구조는 전체 대역에 대해 -8dB 이하의 반사 손실 특성을 갖는다.

한편, 도 6 및 도 9와 같이 방사체 영역(1110a, 1110b)의 제2 측면(S2)이 스텝 구조로 형성된 안테나 구조는 급전 라인(1120)을 기준으로 비대칭 방사체 구조로 구성된다. 이와 관련하여, 방사체 영역(1110a, 1110b)의 제1 측면(S1)은 직선 구조로 형성되어 안테나 구조는 급전 라인(1120)을 기준으로 비대칭 방사체 구조로 구성된다.

도 6의 안테나 구조는 안테나 크기가 111x127mm로 설계될 수 있고, 0.25x0.27 파장에 해당한다. 이에 따라, 도 6의 안테나 구조도 광대역 동작하면서도 안테나 소형화가 가능하다. 도 9의 안테나 구조는 안테나 크기가 148x123mm로 설계될 수 있고, 0.29x0.27 파장에 해당한다. 이에 따라, 도 9의 안테나 구조도 광대역 동작하면서도 안테나 소형화가 가능하다.

도 6과 같이 제1 그라운드 영역(1150)의 너비가 감소된 안테나 구조는 도 9의 제1 및 제2 그라운드 영역(1150b, 1160b)이 대칭 CPW 구조를 갖는 안테나 구조보다 안테나 면적이 25% 감소될 수 있다. 도 9 및 도 10a를 참조하면, 148x123mm의 안테나 사이즈에서 안테나는 580MHz부터 동작한다. 반면에, 도 6 및 도 10a를 참조하면, 111x127m의 안테나 사이즈에서 안테나는 670MHz부터 동작한다. 따라서, 도 9의 대칭 CPW 라인을 갖는 광대역 CPW 안테나 어셈블리는 안테나 사이즈가 증가하지만, 안테나 동작 주파수가 더 낮은 주파수까지 확장될 수 있다.

한편, 도 6 및 도 9와 같이 방사체 영역의 일 측면이 직선 구조로 형성된 광대역 CPW 안테나의 특성에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 11a는 도 6의 CPW 안테나 구조에서 전계 분포를 나타낸 것이다. 이와 관련하여, CPW 안테나 구조의 전계 분포는 700MHz에서 도시된 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도 11b는 도 6 및 도 9의 CPW 안테나 구조가 투명 안테나로 구현된 경우 안테나 손실을 비교한 것이다.

도 6의 CPW 안테나 구조와 관련하여 도 11a의 전계 분포를 참조하면, 비대칭 형태의 그라운드 영역을 통해 무선 신호의 방사가 이루어지는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 비대칭 형태의 제1 그라운드 영역(1110)을 통해 무선 신호의 방사가 일부 이루어져, 도 6의 CPW 안테나 구조의 안테나 효율이 대칭 급전 구조를 갖는 도 9의 CPW 안테나 구조의 안테나 효율보다 증가한다.

도 11b를 참조하면, 도 6의 안테나 구조의 안테나 손실이 도 9의 대칭 급전 구조를 갖는 CPW 안테나 구조의 안테나 손실보다 약 10% 정도 감소한다. 도 6의 안테나 구조는 비대칭 형태의 제1 그라운드 영역(1110)을 통해 무선 신호의 추가적인 방사가 발생한다. 이러한 추가적인 방사는 안테나로 인가되는 전류 중 손실되는 전류를 감소시켜, 투명 소재인 메탈 메쉬 내에서의 손실을 약 10% 정도 감소시킬 수 있다.

따라서, 도 6의 비대칭 급전 구조를 갖는 CPW 안테나 구조는 도 9의 대칭 급전 구조를 갖는 CPW 안테나 구조보다 안테나 효율 및 전체 안테나 사이즈 측면에서 장점이 있다. 한편, 도 9의 대칭 급전 구조를 갖는 CPW 안테나 구조는 낮은 주파수까지 동작 주파수 대역이 확장될 수 있다.

도 12a는 도 9의 광대역 CPW 안테나 어셈블리 구조에서 전류 분포 특성을 나타낸 것이다. 도 12b는 도 6의 광대역 CPW 안테나 어셈블리 구조에서 전류 분포 특성을 나타낸 것이다. 도 12a 및 도 12b의 전류 분포는 저대역(low band, LB)에 해당하는 700MHz에서의 전류 분포를 나타낸 것이지만, 해당 주파수에 한정되는 것은 아니다.

도 9 및 도 12a를 참조하면, 안테나의 방사체 영역(1110a)에서 위로 올라가는 표면 전류(CR1, CR2)가 있지만 반대 위상의 평행한 표면 전류 벡터 성분이 없다. 이에 따라, 안테나의 방사체 영역(1110a) 이외에 추가적으로 방사에 기여하지 못하게 된다. 반면에 도 6 및 도 12b를 참조하면, 비대칭 형상의 제1 그라운드 영역(1150)을 이용하여 아래로 내려가는 반대 위상의 표면 전류(CR1b)를 생성한다. 이에 따라, 안테나의 방사체 영역(1110a) 이외에 반대 위상의 표면 전류(CR1b)에 의해 비대칭 형상의 제1 그라운드 영역(1150)을 통해 추가적으로 무선 신호의 방사가 이루어질 수 있다.

한편, 본 명세서에 따른 광대역 CPW 안테나 어셈블리는 응용에 따라 다양한 구조로 변경 가능하다. 이와 관련하여, 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 급전부와 방사체 영역이 모두 대칭 구조로 형성될 수 있다. 도 13은 본 명세서의 실시 예에 따른 대칭 구조로 형성되는 급전부와 방사체 영역을 구비하는 광대역 CPW 안테나 어셈블리를 나타낸다. 이와 관련하여, 차량의 글래스와 같은 투명 유리에 구현되는 투명 안테나에서 안테나 사이즈의 제약이 없다면 급전부와 방사체 영역을 모두 대칭 구조로 형성할 수도 있다.

도 13을 참조하면, 안테나 어셈블리는 유전체 기판(1010), 방사체 영역(1110c), 제1 그라운드 영역(1150b) 및 제2 그라운드 영역(1160b)을 포함하도록 구성될 수 있다.

제1 그라운드 영역(1150b)은 유전체 기판(1010) 상에 배치된 급전 라인(1120)의 일 측에 배치될 수 있다. 방사체 영역(1110c)은 제1 측면(S1b) 및 제1 측면(S1b)의 타 측면에 해당하는 제2 측면(S2)이 도전 패턴들의 단부를 형성하여 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 방사체 영역(1110c)의 제1 측면(S1c)은 전체 영역에서 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 방사체 영역(1110c)의 제2 측면(S2c)도 전체 영역에서 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 방사체 영역(1110c)은 복수의 도전 패턴들(CP1, CP2, 쪋, CP10)을 포함하도록 구성될 수 있다. 복수의 도전 패턴들의 개수는 도 13에 도시된 구성에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다.

방사체 영역(1110c)은 급전 라인(1120)의 중심선을 기준으로 제1 측면(S1c)까지의 거리와 제2 측면(S2c)까지의 거리가 실질적으로 동일한 대칭 구조로 형성될 수 있다. 제2 그라운드 영역(1160b)은 유전체 기판(1010) 상에 배치된 급전 라인(1120)의 타 측에 배치될 수 있다. 제1 그라운드 영역(1150b)과 제2 그라운드 영역(1160b)은 길이와 너비가 실질적으로 동일하도록 형성될 수 있다.

유전체 기판(1010)은 방사체 영역(1110c), 급전 라인(1120), 제1 그라운드 영역(1150b) 및 제2 그라운드 영역(1160b)이 표면 상에 배치되도록 구성된다. 유전체 기판(1010)은 소정의 유전율과 두께를 갖는 기판으로 구현된다. 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리가 투명 안테나로 구현되는 경우, 유전체 기판(1010)은 투명 소재의 투명 기판으로 구현될 수 있다. 도 5에서 전술한 바와 같이, 방사체 영역(1110c)은 유전체 기판(1010) 상에 도전 패턴으로 형성되어 무선 신호를 방사하도록 구성된다. 안테나 어셈블리가 투명 안테나로 구현되는 경우, 도전 패턴은 도 5의 메탈 메쉬 격자(1020a)로 구성될 수 있다. 반면에, 유전체 영역은 도 5의 더미 메쉬 격자(1020b)로 구현될 수 있다.

급전 라인(1120)은 방사체 영역(1110c)의 도전 패턴과 동일 평면 상에서 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 방사체 영역(1110c)과 급전 라인(1120)이 동일 평면 상에 배치되므로 CPW 안테나 구조가 구현된다.

도 9 및 도 13의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 안테나 성능에 대해 설명하면 다음과 같다. 도 14a는 도 9 및 도 13의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 효율 특성을 비교한 것이다. 한편, 도 14b는 도 9 및 도 13의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 반사 손실 특성을 비교한 것이다.

도 14a를 참조하면, 50% 효율 대역폭을 기준으로 도 9 및 도 13의 안테나 구조는 유사한 특성을 갖는다. 따라서, 도 9와 같이 방사체 영역(1110b)이 급전 라인(1120)의 일 측에만 배치되어도 안테나 효율 대역폭에 미치는 영향은 크지 않다. 도 14b를 참조하면, 도 9 및 도 13의 안테나 구조는 전체 대역에 대해 -8dB 이하의 반사 손실 특성을 갖는다.

한편, 도 13의 대칭 구조로 방사체 영역(1110c)이 형성된 안테나 구조보다 도 9와 같이 일 측에만 방사체 영역(1110b)이 형성된 안테나 구조가 안테나 소형화 관점에서 유리할 수 있다. 도 9의 비대칭 구조의 방사체 영역(1110b)은 도 6의 대칭 구조의 방사체 영역(1110c)에서 일 측에 형성된 절반 정도의 방사체 영역을 제거할 수 있다.

일 예로, 도 9의 비대칭 안테나 구조가 도 6의 대칭 안테나 구조에 비해 안테나 크기를 약 9% 정도 감소시키면서도 도 14d에 도시된 바와 같이 안테나 동작 주파수도 감소시킬 수 있다. 도 14를 참조하면, 도 13의 대칭 안테나 구조는 640 MHz부터 동작하지만, 도 9의 비대칭 안테나 구조는 60 MHz (9 %) 만큼 저주파 대역폭에서 동작한다.

도 15a는 도 13의 대칭 구조를 방사체 영역이 형성된 CPW 안테나 구조에서 전계 분포를 나타낸 것이다. 한편, 도 15b는 도 9와 같이 일 측에만 방사체 영역이 형성된 CPW 안테나 구조에서 전계 분포를 나타낸 것이다. 이와 관련하여, CPW 안테나 구조의 전계 분포는 700MHz에서 도시된 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 13 및 도 15a를 참조하면, 방사체 영역(1110c)의 상부 영역에는 표면 전류가 약하게 생성된다. 상부 영역에서 낮은 표면 전류(low surface current)로 인해 방사체 영역(1110c)의 크기에 비해 방사 효율은 감소할 수 있다. 또한, 방사체 영역(1110c)의 상부 영역의 전류 흐름과 제1 및 제2 그라운드 영역(1150b, 1160b)에서의 전류 흐름은 동일 위상(in-phase)이다. 이러한 동일 위상 성분을 갖는 전류 흐름에 따라 방사체 영역(1110c)의 상부 영역에서 무선 신호의 방사가 원활하게 이루어지지 않는다.

도 9 및 도 15b를 참조하면, 급전 라인(1120)의 일 측에만 형성되는 방사체 영역(1110b)에 의해 방사체 영역(1110b)의 상부 영역까지 표면 전류가 크게 생성된다. 상부 영역에서 높은 표면 전류(high surface current)로 인해 방사체 영역(1110b)의 크기에 비해 방사 효율 증가할 수 있다. 또한, 방사체 영역(1110b)의 상부 영역의 전류 흐름과 제1 및 제2 그라운드 영역(1150b, 1160b)에서의 전류 흐름은 반대 위상(out of phase)이다. 이러한 반대 위상 성분을 갖는 전류 흐름에 따라 방사체 영역(1110b)의 상부 영역에서 무선 신호의 방사가 원활하게 이루어질 수 있다. 특히, 저주파수 대역(LB)에서 반대 위상 성분을 갖는 전류 흐름에 따라 저주파수 대역에서의 방사 효율이 증가한다.

한편, 본 명세서에 따른 광대역 CPW 안테나 어셈블리는 응용에 따라 다양한 구조로 변경 가능하다. 이와 관련하여, 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 급전부와 방사체 영역이 모두 대칭 구조로 형성되면서 복수의 스텝 구조의 개수를 감소시켜 안테나의 단순화된 설계가 제공될 수 있다. 도 16은 감소된 스텝 개수를 갖는 대칭 구조로 형성되는 방사체 영역을 구비하는 광대역 CPW 안테나 어셈블리를 나타낸다. 이와 관련하여, 차량의 글래스와 같은 투명 유리에 구현되는 투명 안테나에서 안테나 사이즈의 제약이 없다면 급전부와 방사체 영역을 모두 대칭 구조로 형성할 수도 있다.

도 16을 참조하면, 안테나 어셈블리는 유전체 기판(1010), 방사체 영역(1110d), 제1 그라운드 영역(1150b) 및 제2 그라운드 영역(1160b)을 포함하도록 구성될 수 있다. 도 16의 구성과 관련하여 상세한 설명은 도 13에서의 설명으로 대체하고, 도 13과 비교하여 차별적인 구성을 위주로 설명한다.

제1 그라운드 영역(1150b)은 유전체 기판(1010) 상에 배치된 급전 라인(1120)의 일 측에 배치될 수 있다. 방사체 영역(1110d)은 제1 측면(S1d) 및 제1 측면(S1d)의 타 측면에 해당하는 제2 측면(S2d)이 도전 패턴들의 단부를 형성하여 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 방사체 영역(1110d)의 제1 측면(S1d)은 전체 영역에서 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 방사체 영역(1110c)의 제2 측면(S2d)도 전체 영역에서 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 방사체 영역(1110c)은 복수의 도전 패턴들(CP1, CP2, 쪋, CP5)을 포함하도록 구성될 수 있다. 복수의 도전 패턴들의 개수는 도 16에 도시된 구성에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다.

방사체 영역(1110d)은 급전 라인(1120)의 중심선을 기준으로 제1 측면(S1d)까지의 거리와 제2 측면(S2d)까지의 거리가 실질적으로 동일한 대칭 구조로 형성될 수 있다. 제2 그라운드 영역(1160b)은 유전체 기판(1010) 상에 배치된 급전 라인(1120)의 타 측에 배치될 수 있다. 제1 그라운드 영역(1150b)과 제2 그라운드 영역(1160b)은 길이와 너비가 실질적으로 동일하도록 형성될 수 있다. 급전 라인(1120)은 방사체 영역(1110d)의 도전 패턴과 동일 평면 상에서 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 방사체 영역(1110d)과 급전 라인(1120)이 동일 평면 상에 배치되므로 CPW 안테나 구조가 구현된다.

도 13 및 도 16의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 안테나 성능에 대해 설명하면 다음과 같다. 도 17a는 도 13 및 도 16의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 효율 특성을 비교한 것이다. 한편, 도 17b는 도 13 및 도 16의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 반사 손실 특성을 비교한 것이다.

도 17a를 참조하면, 50% 효율 대역폭을 기준으로 도 13 및 도 16의 안테나 구조는 유사한 특성을 갖는다. 따라서, 도 16과 같이 방사체 영역(1110d)의 스텝 개수가 감소하여도 일정 개수 이상만 유지하면 안테나 효율 대역폭에 미치는 영향은 크지 않을 수 있다. 도 17b를 참조하면, 도 13 및 도 16의 안테나 구조는 전체 대역에 대해 -8dB 이하의 반사 손실 특성을 갖는다. 하지만, 도 16의 안테나 구조는 감소된 스텝 개수로 인하여 임피던스 매칭 특성이 도 13의 안테나 구조의 임피던스 매칭 특성보다 열화(degrade)될 수 있다.

따라서, 도 16에 비해 도 13과 같이 증가된 스텝 개수, 즉 증가된 도전 패턴들에 따라 안테나가 다중 공진점을 가지도록 설계될 수 있다. 도 13 및 도 17a를 참조하면, 안테나 동작 주파수의 시작점이 670 MHz에서 640 MHz로 30 MHz만큼 저주파로 이동함을 알 수 있다. 이에 따라, 도 16의 감소된 개수의 스텝 구조에 비해 도 13의 증가된 개수의 스텝 구조에 의해 전체 안테나 크기를 약 4 % 정도 소형화할 수 있다. 도 17a를 참조하면, 도 13의 증가된 개수의 스텝 구조는 도 16의 구조에 비해 저주파 대역에서는 7 % 대역폭이 증가하고, 고주파 대역에서는 10 % 대역폭이 증가한다.

도 18a는 도 16의 감소된 스텝 개수를 갖는 CPW 안테나 구조에서 전계 분포를 나타낸 것이다. 한편, 도 18b는 도 16의 증가된 스텝 개수를 갖는 CPW 안테나 구조에서 전계 분포를 나타낸 것이다. 이와 관련하여, CPW 안테나 구조의 전계 분포는 2.1GHz에서 도시된 것이나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 16과 도 18a 및 도 13과 도 18b를 참조하면, 주파수에 따라서 반파장이 되는 길이에 대응하여 안테나가 공진하면서 표면전류를 생성할 수 있다. 이에 따라, 방사체 영역(1110c, 1110d)에서의 표면 전류가 제1 및 제2 그라운드 영역(1150b, 1160)에서의 표면 전류와 반대 위상인 경우 안테나가 무선 신호를 방사할 수 있다. 이에 따라, 방사체 영역(1110c, 1110d)의 측면 영역과 상부 영역을 통해 무선 신호의 방사가 이루어질 수 있다.

한편, 도 16 및 도 18a과 같이 방사체 영역(1110d)에 스텝 개수를 증가시켜 다중 공진점(resonance point) 개수를 증가시키면 제1 및 제2 그라운드 영역(1150b, 1160)에서의 표면 전류와 반대 위상의 전류가 생성되는 지점이 증가하게 된다. 이를 통해서 안테나 방사효율이 증가하도록 안테나 동작 대역이 추가되어, 안테나 구조가 광대역에서 안테나로 동작할 수 있다.

한편, 본 명세서에 따른 광대역 CPW 안테나 어셈블리는 응용에 따라 다양한 구조로 변경 가능하다. 이와 관련하여, 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 급전부와 방사체 영역이 모두 대칭 구조로 형성되면서 방사체 영역의 각 도전 패턴의 길이 및 너비가 증가하도록 구성될 수 있다. 도 19는 다른 실시 예에 따른 대칭 구조로 형성되는 급전부와 방사체 영역을 구비하는 광대역 CPW 안테나 어셈블리를 나타낸다. 이와 관련하여, 차량의 글래스와 같은 투명 유리에 구현되는 투명 안테나에서 안테나 사이즈의 제약 여부에 따라 급전부와 방사체 영역을 모두 대칭 구조로 형성하면서 방사체 영역의 각 도전 패턴의 길이 및 너비를 증가 또는 감소시킬 수 있다.

도 19를 참조하면, 안테나 어셈블리는 유전체 기판(1010), 방사체 영역(1110e), 제1 그라운드 영역(1150b) 및 제2 그라운드 영역(1160b)을 포함하도록 구성될 수 있다. 도 19의 구성과 관련하여 상세한 설명은 도 13 및 도 16에서의 설명으로 대체하고, 도 13 및 도 16과 비교하여 차별적인 구성을 위주로 설명한다.

제1 그라운드 영역(1150b)은 유전체 기판(1010) 상에 배치된 급전 라인(1120)의 일 측에 배치될 수 있다. 방사체 영역(1110e)은 제1 측면(S1e) 및 제1 측면(S1e)의 타 측면에 해당하는 제2 측면(S2e)이 도전 패턴들의 단부를 형성하여 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 방사체 영역(1110e)의 제1 측면(S1e)은 전체 영역에서 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 방사체 영역(1110e)의 제2 측면(S2e)도 전체 영역에서 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 방사체 영역(1110e)은 복수의 도전 패턴들(CP1, CP2, 쪋, CP5)을 포함하도록 구성될 수 있다. 복수의 도전 패턴들의 개수는 도 19에 도시된 구성에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다. 도 19의 복수의 도전 패턴들(CP1, CP2, 쪋, CP5)의 개수는 도 16의 복수의 도전 패턴들의 개수와 동일하지만, 각각의 도전 패턴의 길이와 너비는 상이하게 구성될 수 있다.

도 16에서 전체 안테나 크기는 148x123mm로 구현되고, 이는 0.34x0.29 파장에 해당된다. 도 19에서 전체 안테나 크기는 111x93mm로 구현되고, 이는 0.32x0.27 파장에 해당된다.

도 13, 도 16 및 도 19를 참조하면, 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 방사체 영역(1110c, 1100d, 1110e)은 급전 라인(1120)을 중심으로 대칭 구조로 형성될 수 있다. 구체적으로, 방사체 영역(1110c, 1100d, 1110e)의 도전 패턴들은 일 축 방향으로 형성된 급전 라인(1120)의 연장선을 중심으로 타 축 방향으로 대칭되게 배치될 수 있다.

도 16 및 도 19의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 안테나 성능에 대해 설명하면 다음과 같다. 도 20a는 도 16 및 도 19의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 효율 특성을 비교한 것이다. 한편, 도 20b는 도 16 및 도 19의 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 반사 손실 특성을 비교한 것이다.

도 20a를 참조하면, 50% 효율 대역폭을 기준으로 도 19에 비해 도 16의 안테나 구조는 급전부를 제외한 방사체 영역의 크기를 증가시켜서 약 700MHz에서 50% 이상의 효율이 갖도록 설계한 것이다. 도 19의 안테나 구조가 860MHz부터 동작하는 데 비해, 도 16의 안테나 구조는 670MHz부터 동작하도록 구성된다.

따라서, 도전 패턴들의 길이 및 너비가 증가된 도 16의 안테나 구조는 도 19의 안테나 구조에 비해, 약 190 MHz만큼 낮은 주파수까지 동작하도록 구성된다. 한편, 도 16의 안테나 구조는 도 19의 안테나 구조에 비해 안테나 면적이 약 76 %만큼 증가될 수 있다. 도 20b를 참조하면, 도 16 및 도 19의 안테나 구조는 전체 대역에 대해 -8dB 이하의 반사 손실 특성을 갖는다.

본 명세서의 다양한 실시 예들에 따른 광대역 CPW 안테나 어셈블리는 짧은 길이의 급전 라인 길이로 구성되고, 안테나가 광대역 동작하도록 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성된다. 한편, 일부 실시예에서, 제1 및 제2 그라운드 영역이 비대칭 구조로 구성되어 안테나 방사 효율을 향상시키면서 전체 안테나 사이즈를 감소시킬 수 있다.

이와 관련하여, 도 5 내지 도 20b를 참조하여 다양한 실시 예들에 따른 광대역 CPW 안테나 어셈블리의 구성 및 기술적 특징에 대해 설명한다. 도 5 내지 도 20b를 참조하면, 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e)의 상부 영역의 도전 패턴의 너비가 증가하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 급전 라인(1120)은 유전체 기판(1010)의 하부 영역에 배치된다. 한편, 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e)의 도전 패턴들은 일 축 방향, y축 방향으로 상부 영역에 배치될 수록 타 축 방향, x축 방향으로 너비가 증가되도록 구성될 수 있다.

일부 실시 예에서, 제1 및 제2 그라운드 영역(1150, 1160, 1150b, 1160b)에 형성되는 전류와 반대 위상을 갖도록 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e)에 전류가 형성된다. 이에 따라, CPW 안테나 어셈블리의 안테나 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 급전 라인(1120)에 인접한 하부 영역의 도전 패턴의 길이가 감소하도록 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e)의 길이가 감소하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e)의 도전 패턴들은 일 축 방향으로 급전 라인(1120)에 인접할수록 일 축 방향으로 길이가 감소하도록 구성될 수 있다.

도 5, 도 6, 도 9, 도 13, 도 16 및 도 19를 참조하면, 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e)의 도전 패턴들은 상부 영역에 배치될수록 x축 방향으로 너비가 증가되도록 구성될 수 있다. 또한, 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e)의 도전 패턴들은 상부 영역에 배치될수록 y축 방향으로 길이가 증가되도록 구성될 수 있다.

도 13, 도 16 및 도 19를 참조하면, 제1 도전 패턴(CP1)의 너비가 제2 도전 패턴(CP2)의 너비도다 더 넓게 구성된다. 제2 도전 패턴(CP2)의 너비가 제3 도전 패턴(CP3)의 너비보다 더 넓게 구성된다. 이와 유사하게, 제4 도전 패턴(CP4)의 너비가 제5 도전 패턴(CP5)의 너비보다 더 넓게 구성된다. 한편, 도 13을 참조하면 제9 도전 패턴(CP9)의 너비가 제10 도전 패턴(CP10)의 너비보다 더 넓게 구성된다. 이와 유사한 방식으로, 상부 영역에 배치된 도전 패턴일수록 길이가 하부 영역에 배치된 도전 패턴보다 길이가 더 길게 구성될 수 있지만, 하지만, 안테나 임피던스 매칭을 고려하여 하부 영역에 배치된 일부 도전 패턴의 길이가 더 길게 구성될 수도 있다.

도 13, 도 16 및 도 19의 대칭 구조 이외에 도 5, 도 6 및 도 9의 비대칭 구조에서도 상부 영역에 배치되는 도전 패턴의 너비가 하부 영역에 배치되는 도전 패턴의 너비보다 더 길게 구성된다. 한편, 도 5, 도 6 및 도 9의 비대칭 구조에서도 상부 영역에 배치되는 도전 패턴의 길이가 하부 영역에 배치되는 도전 패턴의 길이보다 더 길게 구성될 수 있다. 이와 같이 단계적으로 너비 및/또는 길이가 증가되도록 구성된 복수의 스텝 구조에 의해 안테나 구조가 광대역 동작하도록 구성될 수 있다.

이러한 복수의 스텝 구조로 형성된 도전 패턴들로 구성된 광대역 CPW 안테나 구조는 각각의 폴디드 다이폴(folded dipole) 안테나 구조로 등가화 될 수 있다. 각각의 폴디드 다이폴은 서로 다른 주파수에서 공진하도록 등가화 되고, 여러 개의 서로 다른 서브 대역에서 공진하는 폴디드 다이폴 안테나와 같이 광대역 동작할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 그라운드 영역(1150, 1160, 1150b, 1160b)과 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e)와의 표면 전류가 반대 위상이 되는 부분이 많아질 수록 다중 공진이 더 많이 발생하게 되어 광대역 특성이 확보된다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 방사체 영역(1110, 1110a)은 상부 영역인 제1 영역(R1)과 하부 영역인 제2 영역(R2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 영역(R1)은 상부 영역에 대응되고, 제1 측면(S1, S1a) 상에서 제1 측면(S1, S1a)의 단부 위치가 상이한 복수의 도전 패턴들로 구성될 수 있다. 제2 영역(R2)은 제1 영역(R1)보다 하부 영역에 대응되고, 제1 측면 상(S1, S1a)에서 단부가 제1 그라운드 영역(1150)의 경계와 이격되게 형성될 수 있다. 한편, 제1 영역(R1)에서 도전 패턴들의 너비는 상부 위치에서 더 넓게 형성될 수 있다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 하부 영역인 제2 영역(R2)에서 방사체 영역(1110, 1110a)의 제1 측면(S1, S1a)의 경계는 제1 그라운드 영역(1150)의 경계와 이격되어 마주보게 배치될 수 있다. 이에 따라, 방사체 영역(1110, 1110a)은 하부 영역인 제2 영역(R2)에서 제1 그라운드 영역(1150)의 경계와 인접하게 배치되어 전체 안테나 크기를 소형화 하면서 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.

도 5, 도 6 및 도 9를 참조하면, 방사체 영역(1110, 1110a, 1110b)의 도전 패턴들에 의해 형성되는 제1 측면(S1, S1a, S1b)의 적어도 일부는 직선 구조로 형성된다. 이에 따라, 전체 안테나 크기를 소형화 하면서 안테나 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 방사체 영역(1110, 1110a, 1110b)의 제2 측면(S2)은 너비가 상이한 도전 패턴들에 의해 복수의 스텝 구조를 형성할 수 있다. 이에 따라, 다중 공진 구조에 의해 광대역 안테나 성능을 구현할 수 있다.

도 5, 도 6, 도 9, 도 13, 도 16 및 도 19를 참조하면, 광대역 CPW 안테나 어셈블리는 투명 안테나로 구현될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이 전류가 형성되는 도전 패턴들은 메탈 메쉬 패턴(1020a)으로 구현될 수 있다. 한편, 전류가 형성되지 않는 유전체 영역은 더미 패턴(1020b)으로 구현될 수 있다.

도 5, 도 6, 도 9, 도 13, 도 16 및 도 19를 참조하면, 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e), 급전 라인(1120), 제1 그라운드 영역(1150, 1150b) 및 제2 그라운드 영역(1160, 1160b)은 복수의 격자들이 전기적으로 연결된 메탈 메쉬 패턴으로 형성될 수 있다. 안테나 어셈블리는 유전체 기판(1010) 상에서 투명 안테나로 구현될 수 있다. 투명 안테나를 구성하는 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e), 급전 라인(1120), 제1 그라운드 영역(1150, 1150b) 및 제2 그라운드 영역(1160, 1160b)은 유전체 기판(1010) 상에 배치되어 CPW 구조를 형성할 수 있다.

한편, 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 구조는 글래스 또는 디스플레이에 메탈 메쉬 형태의 투명 안테나로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 21은 본 명세서에서 제시되는 글래스에 메탈 메쉬 형태로 구현되는 투명 안테나가 배치되는 안테나 어셈블리의 층상 구조와 메쉬 격자 구조를 나타낸다.

도 21(a)를 참조하면, 투명 안테나가 배치되는 안테나 어셈블리의 층상 구조는 글래스(1001), 유전체 기판(dielectric substrate, 1010), 메탈 메쉬 층(1020) 및 OCA (optical clear adhesive) 층(1030)을 포함하도록 구성될 수 있다. 유전체 기판(dielectric substrate, 1010)은 투명 필름(transparent film)으로 구현될 수 있다. OCA 층(1030)은 제1 OCA 층(1031) 및 제2 OCA 층(1032)을 포함하도록 구성될 수 있다.

글래스(1001)는 유리 소재로 구현되고, 글래스 부착용 시트인 제2 OCA 층(1032)이 글래스(1001)에 부착될 수 있다. 일 예로, 글래스(1001)는 약 3.5-5.0mm의 두께로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 글래스(1001)는 도 1a 및 도 1b의 차량의 전면 윈도우(301)를 구성할 수 있다.

투명 필름 재질의 유전체 기판(1010)은 상부 영역의 메탈 메쉬 층(1020)의 도전 패턴들이 배치되는 유전체 영역을 구성한다. 유전체 기판(1010)은 약 100-150mm의 두께로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

메탈 메쉬 층(1020)은 도 5와 같이 복수의 메탈 메쉬 격자들에 의해 형성될 수 있다. 복수의 메탈 메쉬 격자들이 급전 라인 또는 방사체로 동작하도록 도전 패턴을 구성할 수 있다. 메탈 메쉬 층(1020)은 투명 안테나 영역을 구성한다. 일 예로, 메탈 메쉬 층(1020)은 약 2mm의 두께로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

메탈 메쉬 층(1020)은 메탈 메쉬 격자(1020a) 및 더미 메쉬 격자(1020b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 메탈 메쉬 격자(1020a) 및 더미 메쉬 격자(1020b)의 상부 영역에 도전 패턴을 외부 환경으로부터 보호하기 위한 투명 필름 층인 제1 OCA 층(1031)이 배치될 수 있다.

제1 OCA 층(1031)은 메탈 메쉬 층(1020)의 보호용 시트(protective sheet)로 메탈 메쉬 층(1020)의 상부 영역에 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 OCA 층(1031)은 20-40mm의 두께로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 OCA 층(1032)은 글래스 부착용 시트로 글래스(1001)의 상부 영역에 배치될 수 있다. 제2 OCA 층(1032)은 글래스(1001)와 투명 필름 재질의 유전체 기판(1010) 사이에 배치될 수 있다. 일 예로, 제2 OCA 층(1032)은 약 20-50mm의 두께로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5, 도 6, 도 9, 도 13, 도 16 및 도 19를 참조하면, CPW 안테나 어셈블리는 투명 안테나로 구현될 수 있다. 이를 위해, 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e), 급전 라인(1120), 제1 그라운드 영역(1150, 1150b) 및 제2 그라운드 영역(1160, 1160b)과 같은 도전 패턴들은 복수의 격자들이 전기적으로 연결된 메탈 메쉬 패턴(1020)으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e), 급전 라인(1120), 제1 그라운드 영역(1150, 1150b) 및 제2 그라운드 영역(1160, 1160b)를 포함하는 안테나 어셈블리는 복수의 격자들이 상호 연결되도록 구성된 메탈 메쉬 격자(1020a)로 구현될 수 있다. 반면에, 유전체 영역에 배치되는 더미 메쉬 격자(1020b)는 복수의 격자들이 연결 지점에서 끊어져 있는 오픈 더미(open dummy) 패턴으로 구현될 수 있다.

이에 따라, 투명 안테나 영역은 안테나 패턴 영역과 오픈 더미 영역으로 구분될 수 있다. 안테나 패턴 영역은 복수의 격자들이 상호 연결된 메탈 메쉬 격자(1020a)로 구성된다. 반면에, 오픈 더미 영역은 연결 지점에서 끊어져 있는 오픈 더미 구조의 더미 메쉬 격자(1020b)로 구성된다.

이상에서는 본 명세서의 일 양상에 따른 투명 안테나로 구현되는 광대역 안테나 어셈블리에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 명세서의 다른 양상에 따른 안테나 어셈블리를 구비하는 차량용 안테나 시스템에 대해 설명한다. 차량용 글래스에 부착되는 안테나 어셈블리는 투명 안테나로 구현될 수 있다.

이와 관련하여, 도 22a는 본 명세서에 따른 글래스에 형성되는 투명 안테나가 구현될 수 있는 차량의 전면도를 나타낸다. 한편, 도 22b는 본 명세서에 따른 투명 안테나가 구현될 수 있는 투명 유리 어셈블리의 상세 구성을 나타낸다.

도 22a를 참조하면, 차량(500)의 전면도는 본 명세서에 따른 차량용 투명 안테나가 배치될 수 있는 구성을 나타낸다. 판유리 어셈블리(pane assembly)(22)는 상부 영역(310a)의 안테나를 포함할 수 있다. 또한, 판유리 어셈블리(pane assembly)(22)는 유전체 기판으로 형성되는 반투명 판유리(translucent pane glass)(26)를 포함할 수 있다. 상부 영역(310a)의 안테나는 다양한 통신 시스템 중 임의의 하나 이상을 지원하도록 구성된다.

차량의 전면 윈도우(310) 중 상부 영역(310a)에 배치된 안테나는 4G/5G 통신 시스템의 mid band (MB), high band (HB) 및 5G Sub6 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 차량의 전면 윈도우(310)는 반투명 판유리(26)로 형성될 수 있다. 반투명 판유리(26)는 안테나와 급전부의 일부가 형성되는 제1 부분(38) 및 급전부의 일부 및 더비 구조가 형성되는 제2 부분(42)을 포함할 수 있다. 또한, 반투명 판유리(26)는 도전 패턴들이 형성되지 않는 외부 영역(30, 36)을 더 포함할 수 있다. 일 예로, 반투명 판유리(26)의 외부 영역(30)은 빛 전달(light transmission) 및 시야(field of view) 확보를 위해 투명하게 형성된 투명 영역(48)일 수 있다.

한편, 도전 패턴들이 전면 윈도우(310)의 일부 영역에 형성될 수 있는 것으로 예시되어 있지만, 다른 예는 도 1b의 측면 글래스(320), 도 3c의 후면 글래스(330) 및 임의의 글래스 구조로 확장될 수 있다. 차량(20)에서 탑승자 또는 운전자는 반투명 판유리(26)을 통해 도로 및 주변 환경을 볼 수 있고 일반적으로 상부 영역(310a)의 안테나에 의한 방해 없이 볼 수 있다.

도 22a 및 도 22b를 참조하면, 상부 영역(310a)의 안테나는 반투명 판유리(26)의 제1 영역(40) 전체에 걸쳐 있는 제1 부분(38), 및 제1 영역(40)에 인접하게 배치된 반투명 판유리(26)의 제2 영역(44) 전체에 걸쳐 있는 제2 부분(42)을 포함할 수 있다. 제1 부분(38)은 제2 부분(42)의 밀도보다 더 큰 밀도(즉, 더 큰 격자 구조)를 갖는다. 제1 부분(38)의 밀도가 제2 부분(42)의 밀도보다 더 크기 때문에, 제1 부분(38)이 제2 부분(42)보다 더 투명한 것으로 인식된다. 또한, 제1 부분(38)의 안테나 효율이 제2 부분(42)의 안테나 효율보다 더 높다.

따라서, 제1 부분(38)에 안테나 방사체를 형성하고 제2 부분(42)에는 더미 방사체 (더미 부)를 형성하도록 구성할 수도 있다. 안테나 어셈블리(1100)가 차량 전면 글래스(310)의 상부 영역(310a)인 제1 부분(38)에 구현 시, 더미 방사체 또는 급전 라인의 일부가 제2 부분(42)에 구현 (부착)될 수 있다.

이와 관련하여, 안테나 영역이 차량 전면 글래스(310)의 상부 영역(310a)에 구현될 수 있다. 안테나를 구성하는 메탈 메쉬 격자 기반의 도전 패턴들은 제1 영역(38)에 구현될 수 있다. 한편, 시인성을 위한 제1 영역(38)에 더미 메쉬 격자가 배치될 수 있다. 또한, 제1 부분(38)과 제2 부분(42) 간의 투명도 유지 관점에서 제2 영역(42)에도 더미 메쉬 격자 기반의 도전 패턴들이 형성될 수 있다. 제2 영역(42)에 배치되는 메쉬 격자(46)의 간격은 제1 영역(38)에 배치되는 메쉬 격자의 간격보다 더 넓게 형성된다.

상부 영역(310a)의 안테나의 제1 부분(38)에 형성되는 도전성 메쉬 격자(conductive mesh grid)는 반투명 판유리(26)의 주변부(34)와 제2 부분(42)을 포함하는 영역까지 확장될 수 있다. 상부 영역(310a)의 안테나는 주변부(34)를 따라 일 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다.

투명 안테나와 같은 안테나 어셈블리(1100)는 차량 전면 글래스(310)의 상부 영역(310a)에 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나 어셈블리(1100)가 전면 글래스(310)의 상부 영역(310a)에 배치되는 경우, 안테나 어셈블리(1100)는 반투명 판유리(26)의 상부 영역(47)까지 확장될 수 있다. 반투명 판유리(26)의 상부 영역(47)은 다른 부분보다 투명도가 낮게 구현될 수 있다. 판유리(26)의 상부 영역(47)에 급전부의 일부 또는 다른 인터페이스 라인들이 구현될 수 있다. 안테나 어셈블리(1100)가 차량 전면 글래스(310)의 상부 영역(310a)에 구현 시 안테나 어셈블리(1100)는 도 3a 내지 도 3c의 제2 안테나 시스템(1000b)과 연동될 수 있다.

안테나 어셈블리(1100)는 차량 전면 글래스(310)의 하부 영역(310b) 또는 측면 영역(310c)에 구현될 수 있다. 안테나 어셈블리(1100)가 차량 전면 글래스(310)의 하부 영역(310b)에 배치되는 경우, 안테나 어셈블리(1100)는 반투명 판유리(26)의 하부 영역(49)까지 확장될 수 있다. 반투명 판유리(26)의 하부 영역(49)은 다른 부분보다 투명도가 낮게 구현될 수 있다. 반투명 판유리(26)의 하부 영역(49)에 급전부의 일부 또는 다른 인터페이스 라인들이 구현될 수 있다. 커넥터 어셈블리(74)가 반투명 판유리(26)의 하부 영역(49)에 구현될 수 있다.

안테나 어셈블리(1100)가 차량 전면 글래스(310)의 하부 영역(310b)에 또는 측면 영역(310c)에 구현 시 안테나 어셈블리(1110)는 도 3a 내지 도 3c의 차량 내부의 안테나 시스템(1000)과 연동될 수 있다. 하지만, 안테나 시스템(1000) 및 제2 안테나 시스템(1000b)과의 연동 구성은 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 한편, 안테나 어셈블리(1100)는 차량 도 1b의 측면 글래스(320)에 구현될 수도 있다.

도 1a 내지 도 22b를 참조하면, 실시 예에 따른 안테나 어셈블리(1100)를 구비하는 차량용 안테나 시스템(1000)은 도 21의 투명 유리 어셈블리(transparent pane assembly, 1050)을 포함할 수 있다. 한편, 도 23는 실시 예에 따른 차량용 안테나 시스템이 탑재된 차량의 구성을 나타낸 블록도를 나타낸다.

도 1a 내지 도 22를 참조하면, 차량(500)은 차량용 안테나 시스템(1000)을 포함하도록 구성될 수 있다. 도 1a, 도 1b 및 도 22a를 참조하면, 차량(500)은 전기적 그라운드로 동작하는 도전 차량 바디(conductive vehicle body)를 구비할 수 있다.

도 1a 내지 도 23을 참조하면, 차량에 광대역 안테나 시스템(1000)이 탑재되고, 안테나 시스템(1000)은 자체적으로 또는 통신 장치(400)를 통해 근거리 통신, 무선 통신 및 V2X 통신 등을 수행할 수 있다. 이를 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 안테나 시스템(1000)을 통해 인접 차량, RSU 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.

대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 통신 장치(400)를 통해 인접 차량, RSU, 인접 사물 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다. 여기서, 인접 사물에 대한 정보는 차량(300)의 카메라(531), 레이다(532), 라이다(533), 센서(534, 535) 등의 오브젝트 검출 장치를 통해 획득될 수 있다. 또 다른 대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 통신 장치(400)와 안테나 시스템(1000)을 인접 차량, RSU, 인접 사물 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.

차량용 안테나 시스템(1000)은 차량의 윈도우를 구성하는 글래스(310)를 포함할 수 있다. 한편, 차량용 안테나 시스템(1000)은 글래스(310)에 부착되고 메쉬 격자 형태의 도전 패턴들이 형성되도록 구성된 유전체 기판(1010)을 포함할 수 있다. 또한, 안테나 시스템(1000)은 안테나 어셈블리(1100-1, 1100-2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 어셈블리(1100-1, 1100-2)의 개수는 다중 입출력(MIMO)을 고려하여 응용에 따라 다양하게 결정될 수 있다. 이와 관련하여, 전술한 본 명세서의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 어셈블리의 구성 및 기술적 특징이 이하의 설명에도 적용될 수 있다.

안테나 어셈블리(1100-1, 1100-2)의 각각은 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e), 제1 그라운드 영역(1150, 1150b) 및 제2 그라운드 영역(1160, 1160b)을 포함하도록 구성될 수 있다. 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e)은 제1 측면(S1, S1a 내지 S1e) 및 제1 측면의 타 측면에 해당하는 제2 측면(S2, S2c 내지 S2e)이 도전 패턴들의 단부를 형성하여 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성될 수 있다. 제1 그라운드 영역(1150, 1150b)은 유전체 기판(1010) 상에 배치된 급전 라인(1120)의 일 측에 배치될 수 있다. 제2 그라운드 영역(1160, 1160b)은 유전체 기판(1010) 상에 배치된 급전 라인(1120)의 타 측에 배치될 수 있다.

제1 그라운드 영역(1150, 1150b)이 제2 그라운드 영역(1160, 1160b)보다 일 축 방향으로 더 길거나 또는 같은 길이로 형성될 수 있다. 일 예로, 도 5 및 도 6의 급전 구조에서 제1 그라운드 영역(1150)이 제2 그라운드 영역(1160)보다 일 축 방향으로 더 길게 형성될 수 있다. 다른 예로, 도 9, 도 13, 도 16 및 도 19의 급전 구조에서 제1 그라운드 영역(1150b)이 제2 그라운드 영역(1160b)과 일 축 방향으로 같은 길이로 형성될 수 있다. 한편, 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e)의 제2 측면(S2, S2c 내지 S2e)의 스텝 개수가 상기 제1 측면의 스텝 개수 제1 측면(S1, S1a 내지 S1e)보다 더 많거나 또는 같은 개수로 형성될 수 있다.

한편, 방사체 영역(1110, 1110a, 1110b)의 도전 패턴들에 의해 형성되는 제1 측면(S1, S1a, S1b)의 적어도 일부는 직선 구조로 형성될 수 있다. 방사체 영역(1110, 1110a 내지 1110e)의 제2 측면(S2, S2c 내지 S2e)은 너비가 상이한 도전 패턴들에 의해 복수의 스텝 구조를 형성할 수 있다.

한편, 급전 라인(1120), 방사체 영역(1110, 1110a, 1110b), 제1 그라운드 영역(1150, 1150b) 및 제2 그라운드 영역(1160, 1160b) 은 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 구성할 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)과 급전 라인(1120)을 통해 동작 가능하게 결합되는 송수신부 회로(1250)와 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다.

송수신부 회로(1250)는 제1 대역 내지 제3 대역 중 적어도 하나의 대역의 무선 신호가 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 통해 방사되도록 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합되고, 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다.

이와 관련하여, 제2 대역은 제1 대역보다 높은 대역이고, 제3 대역은 제2 대역보다 높은 대역으로 설정될 수 있다. 일 예로, LB에 해당하는 제1 대역은 800MHz를 포함하도록 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. MB/HB에 해당하는 제2 대역은 2200MHz를 포함하도록 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. UHB 또는 Sub6 대역에 해당하는 제3 대역은 3500MHz를 포함하도록 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

프로세서(1400)는 안테나 모듈(1100-1, 1100-2)을 통해 서로 다른 데이터를 갖는 제1 및 제2 무선 신호가 방사되도록 제어하여, 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 한편, 프로세서(1400)는 급전 라인(1120)에 서로 다른 대역의 무선 신호가 인가되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 따라서, 프로세서(1400)는 안테나 모듈의 제1 안테나 소자(1100-1) 및 제2 안테나 소자(1100-2)를 통해 반송파 집성(carrier aggregation, CA) 또는 이중 연결(DC)을 수행하도록 구성될 수 있다. 제1 안테나 소자(1100-1) 및 제2 안테나 소자(1100-2)는 도 22에 도시된 바와 같이 일 축을 기준으로 대칭 구조로 배치될 수 있다.

이에 따라, 제1 안테나 소자(1100-1)에서 제1 그라운드 영역은 급전 라인의 타 측에 배치되고 제2 안테나 소자(1100-2)에서 제2 그라운드 영역은 급전 라인의 일 측에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 소자 간 배치 구조를 인접하게 구성하면서 제1 그라운드 영역이 상호 연결되도록 그라운드 공유 구조가 형성될 수도 있다. 하지만, 도 22와 같은 대칭 구조의 배치 구조에 한정되는 것은 아니고 제1 안테나 소자(1100-1) 및 제2 안테나 소자(1100-2)가 모두 제1 그라운드 영역-방사체 영역-제2 그라운드 영역으로 순차적으로 배치될 수도 있다.

프로세서(1400)는 제1 안테나(1100-1)와 제2 안테나(1100-2)에 서로 다른 대역의 제1 무선 신호 및 제2 무선 신호를 인가되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이를 위해, 각각의 안테나 소자(1100-1, 1100-2)의 서로 다른 포트에 서로 다른 RF 체인(chain)이 연결되도록 구성될 수 있다. 따라서, 송수신부 회로(1250)의 제1 RF 체인은 제1 대역의 제1 신호를 제1 급전 라인으로 인가할 수 있다. 반면에, 송수신부 회로(1250)의 제2 RF 체인은 제2 대역의 제2 신호를 제2 급전 라인으로 인가할 수 있다. 이에 따라, 하나의 안테나 소자를 이용하여 서로 다른 대역(의 신호)을 결합하여 반송파 집성(CA) 및/또는 이중 연결(DC)을 수행할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서는 차량에 배치되는 광대역 안테나 어셈블리와 이를 구비하는 차량용 안테나 시스템에 대해 설명하였다. 이와 같은 차량에 배치되는 광대역 안테나 어셈블리와 이를 구비하는 차량용 안테나 시스템의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

전술한 본 명세서와 관련하여, 광대역에서 동작하는 투명 안테나 및 이를 제어하는 차량의 설계 및 이의 구동은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 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 단말기의 제어부를 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

안테나 어셈블리에 있어서,

유전체 기판(dielectric substrate);

상기 유전체 기판 상에 배치된 급전 라인의 일 측에 배치되는 제1 그라운드 영역;

제1 측면 및 상기 제1 측면의 타 측면에 해당하는 제2 측면이 도전 패턴들의 단부를 형성하여 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성된 방사체 영역; 및

상기 급전 라인의 타 측에 배치되는 제2 그라운드 영역을 포함하고,

상기 제1 그라운드 영역이 상기 제2 그라운드 영역보다 일 축 방향으로 더 길거나 또는 같은 길이로 형성되고,

상기 제2 측면의 스텝 개수가 상기 제1 측면의 스텝 개수보다 더 많거나 또는 같은 개수로 형성되는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 방사체 영역은 상기 제1 그라운드 영역 및 상기 제2 그라운드 영역 중 하나의 상부 영역에만 배치되는, 안테나 어셈블리.
제2 항에 있어서,

상기 방사체 영역의 상기 제1 측면은 직선 구조로 형성되고, 상기 방사체 영역의 제2 측면은 너비가 상이한 도전 패턴들에 의해 복수의 스텝 구조를 형성하는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 제1 그라운드 영역과 일 축 방향에서 인접한 상기 방사체 영역의 상기 제1 측면은 직선 구조로 형성되는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 방사체 영역의 상기 제1 측면은 상기 제1 그라운드 영역의 상부에서 M개의 스텝 구조로 형성되고,

상기 제2 그라운드 영역의 상부에 배치된 상기 방사체 영역의 상기 제2 측면은 M보다 큰 N개의 스텝 구조로 형성되고,

상기 제1 그라운드 영역이 상기 제2 그라운드 영역보다 일 축 방향으로 더 길게 형성되는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 제1 그라운드 영역이 상기 제2 그라운드 영역보다 타 축 방향으로 너비가 더 좁게 형성되어, 안테나 어셈블리의 너비를 축소시키는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 방사체 영역에서의 전류와 상기 제2 그라운드 영역에서의 전류 간 상호 작용에 의해 광대역 동작하도록, 상기 제1 그라운드 영역의 상부에 형성된 상기 방사체 영역의 상기 제1 측면에 의한 단부 위치는 상기 제1 그라운드 영역의 양 측 단부 사이에 형성되는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 방사체 영역에서의 전류와 상기 제2 그라운드 영역에서의 전류 간 상호 작용에 의해 광대역 동작하도록, 상기 제2 그라운드 영역의 상부에 형성된 상기 방사체 영역의 상기 제2 측면에 의한 단부 위치는 상기 제2 그라운드 영역의 양 측 단부 사이에 형성되는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 급전 라인은 상기 유전체 기판의 하부 영역에 배치되고,

상기 방사체 영역의 도전 패턴들은 상기 일 축 방향으로 상부 영역에 배치될 수록 타 축 방향으로 너비가 증가하는 것을 특징으로 하는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 방사체 영역의 도전 패턴들은 상기 일 축 방향으로 상기 급전 라인에 인접할수록 상기 일 축 방향으로 길이가 감소하는 것을 특징으로 하는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 방사체 영역의 도전 패턴들은,

상기 일 축 방향으로 형성된 상기 급전 라인의 연장선을 중심으로 타 축 방향으로 대칭되게 배치되는 것을 특징으로 하는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 방사체 영역의 도전 패턴들은,

상기 일 축 방향으로 형성된 상기 급전 라인의 연장선을 중심으로 타 축 방향으로 비 대칭되게 배치되어, 안테나 어셈블리의 너비를 축소시키는 것을 특징으로 하는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 방사체 영역은,

상부 영역에 대응되고, 상기 제1 측면 상에서 상기 제1 측면의 단부 위치가 상이한 복수의 도전 패턴들로 구성된 제1 영역; 및

상기 제1 영역보다 하부 영역에 대응되고, 상기 제1 측면 상에서 단부가 상기 제1 그라운드 영역의 경계와 이격되게 형성되는 제2 영역을 포함하고,

상기 제1 영역에서 상기 도전 패턴들의 너비는 상부 위치에서 더 넓게 형성되는, 안테나 어셈블리.
제13 항에 있어서,

상기 제2 영역에서 상기 방사체 영역의 제1 측면의 경계는 상기 제1 그라운드 영역의 경계와 이격되어 마주보게 배치되는, 안테나 어셈블리.
제13 항에 있어서,

상기 방사체 영역의 도전 패턴들에 의해 형성되는 상기 제1 측면의 적어도 일부는 직선 구조로 형성되고, 상기 방사체 영역의 제2 측면은 너비가 상이한 도전 패턴들에 의해 복수의 스텝 구조를 형성하는, 안테나 어셈블리.
제1 항 및 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방사체 영역, 상기 급전 라인, 상기 제1 그라운드 영역 및 상기 제2 그라운드 영역은 복수의 격자들이 전기적으로 연결된 메탈 메쉬 패턴으로 형성되고,

상기 안테나 어셈블리는 상기 유전체 기판 상에서 투명 안테나로 구현되고,

상기 투명 안테나를 구성하는 상기 방사체 영역, 상기 급전 라인, 상기 제1 그라운드 영역 및 상기 제2 그라운드 영역은 상기 유전체 기판 상에 배치되어 CPW 구조를 형성하는, 안테나 어셈블리.
차량용 안테나 시스템에 있어서, 상기 차량은 전기적 그라운드로 동작하는 도전 차량 바디(conductive vehicle body)를 구비하고,

상기 차량의 윈도우를 구성하는 글래스;

상기 글래스에 부착되고 메쉬 격자 형태의 도전 패턴들이 형성되도록 구성된 유전체 기판(dielectric substrate);

상기 유전체 기판 상에 배치된 급전 라인의 일 측에 배치되는 제1 그라운드 영역;

제1 측면 및 상기 제1 측면의 타 측면에 해당하는 제2 측면이 도전 패턴들의 단부를 형성하여 너비가 상이한 도전 패턴들이 복수의 스텝 구조로 형성된 방사체 영역; 및

상기 급전 라인의 타 측에 배치되는 제2 그라운드 영역을 포함하고,

상기 제1 그라운드 영역이 상기 제2 그라운드 영역보다 일 축 방향으로 더 길거나 또는 같은 길이로 형성되고,

상기 제2 측면의 스텝 개수가 상기 제1 측면의 스텝 개수보다 더 많거나 또는 같은 개수로 형성되는, 차량용 안테나 시스템.
제17 항에 있어서,

상기 방사체 영역의 도전 패턴들에 의해 형성되는 상기 제1 측면의 적어도 일부는 직선 구조로 형성되고, 상기 방사체 영역의 제2 측면은 너비가 상이한 도전 패턴들에 의해 복수의 스텝 구조를 형성하는, 차량용 안테나 시스템.
제17 항에 있어서,

상기 급전 라인, 상기 방사체 영역, 상기 제1 그라운드 영역 및 상기 제2 그라운드 영역은 안테나 모듈을 구성하고,

상기 안테나 모듈과 상기 급전 라인을 통해 동작 가능하게 결합되고, 제1 대역 내지 제3 대역 중 적어도 하나의 대역의 무선 신호가 상기 안테나 모듈을 통해 방사되도록 제어하는 송수신부 회로; 및

상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 프로세서를 더 포함하는, 차량용 안테나 시스템.
제19 항에 있어서,

상기 프로세서는,

상기 급전 라인에 서로 다른 대역의 무선 신호가 인가되도록 상기 송수신부 회로를 제어하여, 상기 안테나 모듈의 제1 안테나 소자 및 제2 안테나 소자를 통해 반송파 집성(CA) 또는 이중 연결(DC)을 수행하도록 구성되는, 차량용 안테나 시스템.