WO2023054772A1 - 차량에 배치되는 광대역 안테나 - Google Patents

차량에 배치되는 광대역 안테나 Download PDF

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WO2023054772A1
WO2023054772A1 PCT/KR2021/013507 KR2021013507W WO2023054772A1 WO 2023054772 A1 WO2023054772 A1 WO 2023054772A1 KR 2021013507 W KR2021013507 W KR 2021013507W WO 2023054772 A1 WO2023054772 A1 WO 2023054772A1
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WO
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slot
radiator
antenna
metal plate
vehicle
Prior art date
Application number
PCT/KR2021/013507
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English (en)
French (fr)
Inventor
윤창원
김용곤
김창일
전철수
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
    • H01Q1/32—Adaptation for use in or on road or rail vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/20—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements characterised by the operating wavebands

Definitions

  • the present invention relates to a broadband antenna disposed in a vehicle. Certain implementations relate to an antenna module having a broadband antenna for operation in a variety of communication systems and a vehicle having the same.
  • a vehicle may perform a wireless communication service with other vehicles or surrounding objects, infrastructure, or base stations.
  • various wireless communication services may be provided using Long Term Evolution (LTE) communication, 5G communication, or WiFi communication technology.
  • LTE Long Term Evolution
  • 5G Fifth Generation
  • WiFi Wireless Fidelity
  • an antenna may be disposed above or below a glass of a vehicle or a roof of the vehicle.
  • the antenna When the antenna is disposed on the glass of a vehicle, it may be implemented with a transparent antenna material.
  • a change in antenna performance may occur due to the influence of the vehicle body and the roof of the vehicle.
  • the vehicle body and the vehicle roof are formed of a metal material to block radio waves. Accordingly, a separate antenna structure may be disposed above the vehicle body or roof. Alternatively, when the antenna structure is disposed under the vehicle body or roof, a portion of the vehicle body or roof corresponding to the antenna arrangement area may be formed of a non-metallic material.
  • the frequency band for 4G communication or 5G communication includes a low band (LB), a mid band (MB), and a high band (HB).
  • LB low band
  • MB mid band
  • HB high band
  • an antenna element for 4G communication or 5G communication needs to be designed with a wide band to cover a bandwidth of a low band (LB).
  • the low band (LB) of 4G communication or 5G communication has a high relative bandwidth ratio to the center frequency compared to the middle band (MB) and the high band (HB). Accordingly, there is a problem in that it is difficult to satisfy the antenna bandwidth requirement in the low band (LB).
  • the existing antenna element has a problem in that the bandwidth characteristic is limited because it is implemented as a resonance antenna element having a limited bandwidth.
  • Another object is to provide a broadband antenna element capable of broadband operation while being disposed in a vehicle.
  • Another object of the present specification is to provide a high-efficiency broadband antenna element having a high antenna gain while operating in a wideband.
  • Another object of the present specification is to maintain antenna performance at a certain level even when a vehicle body or roof exterior is formed of a metal material.
  • Another object of the present invention is to improve antenna performance while maintaining the height of an antenna system below a certain level.
  • Another object of the present invention is to provide a structure for mounting an antenna system capable of operating in a broadband to a vehicle in order to support various communication systems.
  • an antenna module mounted on a vehicle includes a PCB on which a transmission line is formed; a lower cover on which the PCB is disposed; an upper cover fastened to the lower cover to accommodate the PCB therein and having a metal plate formed in a portion made of a dielectric; a slot radiator configured to radiate a radio signal through a slot area formed in the metal plate and a partial area of the upper cover; and a feeding structure configured to transfer the radio signals of the transmission line formed on the PCB to the slot radiator so that the radio signals are radiated through the slot radiator.
  • the slot radiator may be configured to have a first length in a first axis direction based on the center point of the slot area, and gradually increase in width in a second axis direction based on the center point. there is.
  • the metal plate may be disposed on a side region of the upper cover.
  • the slot radiator may be formed to surround the slot area at a first frequency of an operating band of the slot radiator and operate in a slot mode by current distribution formed in different directions in an upper area and a lower area of the slot area. there is.
  • the slot radiator may operate in a patch mode by current distribution formed in the same direction in the metal plate at a second frequency higher than the first frequency.
  • the metal plate may be disposed in an inner region of the upper cover and disposed above the PCB parallel to the PCB.
  • the slot radiator may operate in a first combination mode in which a slot mode and a patch mode are combined at a first frequency in an operating band of the slot radiator.
  • the slot radiator may operate in the slot mode at a second frequency higher than the first frequency.
  • current distribution in the slot mode, current distribution may be formed in different directions in an upper region and a lower region of the slot region.
  • current distribution may be formed in the same direction in the metal plate.
  • the slot radiator may operate in a second synthesis mode in which the slot mode and the patch mode are synthesized at a third frequency between the first frequency and the second frequency.
  • the slot radiator may operate in the first synthesis mode at a fourth frequency between the third frequency and the second frequency.
  • a direction of current distribution formed in the slot area in the second combination mode may be opposite to a direction of current distribution formed in the slot area in the first combination mode.
  • the metal plate may be formed by being attached to a partial area of the upper cover by an injection method.
  • the transmission line may be a CPW transmission line in which ground patterns are formed on both sides of the signal line.
  • the metal plate may be disposed on a side area of the upper cover. The metal plate may be connected to the power supply structure vertically connected to the signal line of the CPW transmission line.
  • the antenna module may further include an auxiliary PCB disposed perpendicular to the PCB.
  • the metal plate may be disposed on the upper cover, and a CPW transmission line having ground patterns formed on both sides of a signal line may be formed on the auxiliary PCB.
  • the metal plate may be coupled or connected to the feed structure vertically connected to the signal line of the CPW transmission line at a predetermined interval.
  • the power supply structure is vertically connected to the signal line of the CPW transmission line and extends in the height direction of the PCB to a point higher than the center point of the slot area so that a wireless signal is coupled to the slot area It may include a first connection portion to be.
  • the power supply structure may further include a second connection part configured to be spaced apart from the metal plate by a predetermined distance at a point higher than the center point.
  • the second connection portion attaches to the metal plate such that a second distance between the second connection portion and the metal plate is smaller than a first distance between the first connection portion and the metal plate. 1 connection can be placed more adjacently.
  • the first connection part may have a first width and a first length so as to match impedance between the transmission line and the slot radiator when a radio signal is applied to the slot area.
  • the second connection part may have a second width wider than the first width and a second length shorter than the first length.
  • the antenna module may further include a second radiator connected to the signal line of the CPW transmission line and disposed perpendicularly to the metal plate.
  • the slot radiator may operate in a first band
  • the second radiator may operate in a second band higher than the first band.
  • the slot radiator may be connected to a first feed line among the signal lines, and the second radiator may be connected to a second feed line among the signal lines.
  • the first signal of the first band transmitted through the first feed line and the second signal of the second band transmitted through the second feed line may be separated from each other by a diplexer.
  • the slot radiator and the second radiator may be connected by the signal line having a filter unit including one or more filters.
  • the first signal of the first band transmitted through the signal line may be transmitted to the slot radiator and not transmitted to the second radiator by the filter unit.
  • the second signal of the second band transmitted through the signal line may be transmitted to the second radiator and not transmitted to the first radiator by the filter unit.
  • the slot area may include a first area formed in a tapering structure such that a width gradually increases in the second axis direction based on the central point where the coupling is fed by the power feeding structure.
  • the slot area may further include a second area having a uniform width in the second axis direction.
  • the first area of the slot area may be disposed on a first side area of the upper cover, and at least a portion of the second area may be disposed on a second side area adjacent to the first side area.
  • a vehicle includes an antenna module disposed under a roof of the vehicle; and a processor disposed inside or outside the antenna module and configured to communicate with at least one of a neighboring vehicle, a road side unit (RSU), and a base station.
  • RSU road side unit
  • the antenna module includes a PCB on which a transmission line is formed; a lower cover in which the PCB is disposed and configured to be attached to the vehicle; an upper cover fastened to the lower cover to accommodate the PCB therein and having a metal plate formed in a portion made of a dielectric; a slot radiator configured to radiate a radio signal through a slot area formed in the metal plate and a partial area of the upper cover; and a feeding structure configured to transfer the radio signals of the transmission line formed on the PCB to the slot radiator so that the radio signals are radiated through the slot radiator.
  • the slot radiator may be configured to have a first length in a first axis direction based on the center point of the slot area, and gradually increase in width in a second axis direction based on the center point. there is.
  • the transmission line may be a CPW transmission line in which ground patterns are formed on both sides of the signal line.
  • the metal plate may be disposed on a side area of the upper cover.
  • the metal plate may be connected to or spaced apart from the power supply structure that is vertically connected to the signal line of the CPW transmission line.
  • the power supply structure is connected perpendicularly to the signal line of the CPW transmission line, and a first connection portion extending to a point higher than the center point of the slot area in the height direction of the PCB so that the radio signal is coupled to the slot area can include
  • the power supply structure may further include a second connection part configured to be spaced apart from the metal plate by a predetermined distance at a point higher than the center point.
  • the antenna module may further include an auxiliary PCB disposed perpendicular to the PCB.
  • the metal plate may be disposed on the upper cover, and a CPW transmission line having ground patterns formed on both sides of a signal line may be formed on the auxiliary PCB.
  • the metal plate may be connected to or spaced apart from the power supply structure vertically connected to the signal line of the CPW transmission line.
  • the power supply structure is vertically connected to the signal line of the CPW transmission line and extends to a point higher than the center point of the slot area in the height direction of the auxiliary PCB so that the radio signal is coupled to the slot area.
  • a first connection portion can include
  • the power supply structure may further include a second connection part configured to be spaced apart from the metal plate by a predetermined distance at a point higher than the center point.
  • the antenna module may further include a second radiator connected to the signal line of the transmission line and disposed perpendicularly to the metal plate.
  • the slot radiator may operate in a first band
  • the second radiator may operate in a second band higher than the first band.
  • the antenna module may include a first antenna and a second antenna composed of the slot radiator and the second radiator.
  • the processor may control transmission and reception of signals in a first band through the first antenna.
  • the processor may control to perform multiple input/output (MIMO) in a second band higher than the first band through the first antenna and the second antenna.
  • MIMO multiple input/output
  • an area of a metal region surrounding a second region where the second antenna is disposed may be larger than a first region where the first antenna is disposed.
  • a bow-tie type broadband antenna element capable of operating even in a low band (LB) among 4G/5G bands while being disposed in a vehicle.
  • a high-efficiency broadband antenna element having a high antenna gain while operating in a broadband can be implemented through a structure in which a bow-tie type antenna element is connected to a power supply line on a PCB.
  • the broadband antenna element on the surface of the antenna module made of a non-metallic material, the performance of the antenna can be maintained at a certain level even when the exterior of the vehicle body or roof is made of a metal material.
  • a broadband antenna element is arranged on the surface of a non-metallic antenna module to improve antenna performance while maintaining the height of the entire antenna system below a certain level.
  • a structure for mounting an antenna system capable of operating in a broadband to a vehicle to support various communication systems can be proposed.
  • FIG. 1A is a configuration diagram illustrating an interior of a vehicle according to an example.
  • FIG. 1B is a configuration diagram of the interior of a vehicle viewed from the side 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 in relation to the present invention, in a vehicle including an antenna system mounted in the vehicle.
  • FIG. 4 is a block diagram referenced to describe a vehicle and an antenna system mounted therein according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows various configurations in which antenna elements are disposed in the upper region, the side region, and the lower region of the upper cover of the antenna module.
  • 6A is a side view of a configuration in which an antenna element according to the present specification is disposed on a side region of an upper cover of an antenna module composed of an upper cover and a lower cover.
  • 6B shows a transmission line configured to power an antenna element according to the present disclosure.
  • FIG. 7A shows a configuration in which a transmission line implemented on a PCB disposed on a lower cover of an antenna module and an antenna element are combined.
  • FIG. 7b shows a disassembled state prior to coupling the transmission line implemented on the PCB of FIG. 7a and the combinable antenna element.
  • 7C is a front view of the slot radiator of FIGS. 7A and 7B as viewed from the front.
  • 8a and 8b show VSWR and antenna efficiency of the broadband antenna element presented in this specification.
  • 9a and 9b show electric field distributions at a first frequency and a second frequency of a broadband antenna element presented herein.
  • 10A and 10B show the current distribution formed on the surface of the broadband antenna element presented in this specification at a first frequency and a second frequency.
  • FIG. 11A is an exploded view of an antenna module including a PCB and a radiator module including an antenna element that may be disposed on a front area of an upper cover. Meanwhile, FIG. 11B is an enlarged view of the radiator module of FIG. 11A.
  • FIG. 12A is a side view of an antenna module including the slot radiator of FIG. 11A.
  • FIG. 12B illustrates an example formed in various sizes of a feeding structure for feeding a radio signal to a slot radiator connected to an auxiliary PCB.
  • 13A and 13B show antenna input impedance characteristics and VSWR according to changes in the width and length of the second connection part of the feed structure.
  • FIG. 14 shows a configuration in which an antenna element is disposed parallel to the lower cover and VSWR characteristics of the antenna element according to this configuration.
  • FIG. 16 shows a radiator module having a separate power supply structure.
  • FIG. 17 shows a radiator module having a single feed structure.
  • FIG. 18 shows the VSWR of the antenna according to the feeding structure of FIGS. 16 and 17 .
  • 19A illustrates a structure in which radiator modules are disposed at different positions on a PCB.
  • 19B illustrates gain characteristics of a radiator module disposed at a specific location as a roof made of a metal material is disposed in a vehicle.
  • FIG. 20 shows a configuration diagram of an antenna system according to an embodiment and a vehicle on which the antenna system is mounted.
  • an antenna system mounted on a vehicle may include a plurality of antennas, a transceiver circuit for controlling them, and a processor.
  • FIG. 1A is a configuration diagram illustrating an interior of a vehicle according to an example.
  • FIG. 1B is a configuration diagram of the interior of a vehicle viewed from the side according to an example.
  • the present invention relates to an antenna unit (ie, an internal antenna system) 1000 capable of transmitting and receiving signals such as GPS, 4G wireless communication, 5G wireless communication, Bluetooth, or wireless LAN.
  • the antenna unit (ie, antenna system) 1000 capable of supporting these various communication protocols may be referred to as an integrated antenna module 1000.
  • the antenna system 1000 may include a telematics module (TCU) 300 and an antenna assembly 1100 .
  • the antenna assembly 1100 may be disposed on a window of a vehicle.
  • the present specification relates to a vehicle 500 having such an antenna system 1000.
  • the vehicle 500 may be configured to include a housing 10 including a dash board and a telematics unit (TCU) 300 .
  • the vehicle 500 may be configured to include a mounting bracket for mounting the telematics module (TCU) 300 thereon.
  • a vehicle 500 according to the present invention includes a telematics unit (TCU) 300 and an infotainment unit 600 configured to be connected thereto.
  • a part of the front pattern of the infotainment unit 600 may be implemented in the form of a dashboard of a vehicle.
  • a display 610 and an audio unit 620 may be included in a dashboard of a vehicle.
  • the antenna assembly 1100 presented in this specification that is, the upper region 310a, the lower region 310b, and the side region of the front window 310 of the region where the antenna module 1100 in the form of a transparent antenna can be disposed.
  • (320) may be at least one.
  • the antenna assembly 1100 presented in this specification may be formed on the side window 320 on the side of the vehicle in addition to the front window 310 .
  • the antenna assembly 1100 when the antenna assembly 1100 is disposed in the lower region 310b of the front window 310, it may be operably coupled with the TCU 300 disposed inside the vehicle.
  • the antenna assembly 1100 When the antenna assembly 1100 is disposed on the upper region 310a or the side region 310c of the front window 310, it can be operably coupled with a TCU outside the vehicle.
  • a TCU coupling configuration inside or outside the vehicle.
  • 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 vehicles and all entities, such as V2P (Vehicle-to-Pedestrian) and V2N (vehicle-to-network), which refer to communication between terminals owned by (pedestrians, cyclists, vehicle drivers, or passengers).
  • V2V Vehicle-to-Vehicle
  • V2I Vehicle to Infrastructure
  • eNB or RSU Raad Side Unit
  • V2P Vehicle-to-Pedestrian
  • V2N vehicle-to-network
  • V2X communication may indicate the same meaning as V2X sidelink or NR V2X, or may indicate a wider meaning including V2X sidelink or NR V2X.
  • V2X communication for example, forward collision warning, automatic parking system, cooperative adaptive cruise control (CACC), loss of control warning, traffic congestion 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).
  • a 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), a base station type (eNB type) RSU, or a terminal It may mean a UE type RSU, a robot equipped with a communication module, and the like.
  • V2X communication may be performed directly between terminals or through the network entity (s).
  • V2X operation modes may be classified according to the method of performing such V2X communication.
  • a Road Side Unit is a V2X service-capable device that can communicate with and receive mobile vehicles using V2I services.
  • RSU is a fixed infrastructure entity that supports V2X applications, and can exchange messages with other entities that support V2X applications.
  • RSU is a term often used in existing ITS specifications, and the reason for introducing this term into the 3GPP specification is to make the document easier to read in the ITS industry.
  • RSU is a logical entity that combines V2X application logic with functions of eNB (referred to as eNB-type RSU) or UE (referred to as UE-type RSU).
  • V2I Service is a type of V2X service, one is a vehicle and the other is an entity belonging to infrastructure.
  • V2P service is also a V2X service type, one is a vehicle, and the other is a device carried by an individual (eg, a portable terminal carried by a pedestrian, cyclist, driver, or passenger).
  • V2X Service is a type of 3GPP communication service in which a transmitting or receiving device is related to a vehicle. It can be further divided into V2V service, V2I service, and V2P service according to the counterparty participating in the communication.
  • V2X enabled UE is a UE that supports V2X service.
  • V2V Service is a type of V2X service, which is a vehicle for both sides of communication.
  • 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.
  • four types of V2X applications can use "co-operative awareness" to provide more intelligent services for end users.
  • Vehicle platooning enables vehicles to dynamically form platoons that move together. All vehicles in a platoon get information from the lead vehicle to manage this platoon. This information allows the vehicles to drive more harmoniously than normal, go in the same direction and travel together.
  • Extended sensors are raw or processed data collected through local sensors or live video images from vehicles, road site units, pedestrian devices, and V2X application servers. allow data to be exchanged. Vehicles can increase awareness of their environment beyond what their own sensors can detect, giving them a broader and more holistic picture of the local situation. High data rate is one of its main features.
  • Advanced driving enables semi-autonomous or fully-autonomous driving.
  • Each vehicle and/or RSU shares self-recognition data obtained from local sensors with nearby vehicles, enabling the vehicles to synchronize and adjust trajectories or maneuvers.
  • Each vehicle shares driving intent with the close-driving vehicle.
  • Remote driving allows remote drivers or V2X applications to drive remote vehicles for passengers who cannot drive on their own or with remote vehicles in hazardous environments.
  • Driving based on cloud computing can be used where fluctuations are limited and routes are predictable, such as in public transport. 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 terminal in both LTE SL and NR SL.
  • ng-eNB provides control / configuration for V2X communication of the terminal in both LTE SL and NR SL.
  • the eNB provides control / configuration for V2X communication of the terminal in both LTE SL and NR SL.
  • the V2X communication of the terminal in LTE SL and NR SL is controlled / configured by Uu while the terminal is configured as EN-DC.
  • the 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 configured as NGEN-DC.
  • a vehicle may perform wireless communication with an eNB and/or a gNB through an antenna system to support V2X communication.
  • the antenna system may be configured as an internal antenna system as shown in FIGS. 1A and 1B.
  • FIGS. 3A to 3C it may be implemented as an external antenna system and/or an internal antenna system.
  • FIGS. 3A to 3C show a structure in which the antenna system can be mounted in a vehicle in relation to the present invention, in a vehicle including an antenna system mounted in the vehicle.
  • FIGS. 3A to 3C show a configuration capable of performing wireless communication through a transparent antenna formed on a vehicle front window 310 .
  • the antenna system 1000 including a transparent antenna may be implemented inside a front window of a vehicle and inside the vehicle.
  • wireless communication may also be performed through a transparent antenna formed on the side glass of the vehicle in addition to the front window of the vehicle.
  • the vehicle antenna system including the transparent antenna according to the present invention may be combined with other antennas.
  • a separate antenna system 1000b may be further configured in addition to the antenna system 1000 implemented as a transparent antenna.
  • 3A to 3B show a shape in which a separate antenna system 1000b in addition to the antenna system 1000 is mounted on or in the roof of a vehicle.
  • FIG. 3C shows a structure in which, in addition to the antenna system 1000, a separate antenna system 1000b 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 car (vehicle) and preserve telematics performance in a collision, the existing shark fin antenna is replaced with a non-protruding flat antenna. can do.
  • the present invention intends to propose an antenna in which an LTE antenna and a 5G antenna are integrated in consideration of 5th generation (5G) communication along with providing existing mobile communication service (LTE).
  • an antenna system 1000 implemented as a transparent antenna may be implemented on a front window 310 of a vehicle and inside the vehicle. Meanwhile, the second antenna system 1000b corresponding to an external antenna 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 during driving of a vehicle may surround the second antenna system 1000b.
  • the radome 2000a may be made of a dielectric material through which radio signals transmitted/received between the second antenna system 1000b and the base station may pass.
  • the antenna system 1000 implemented as a transparent antenna may be implemented on a front window 310 of a vehicle and inside the vehicle.
  • the second antenna system 1000b corresponding to an external antenna may be disposed in a roof structure of a vehicle, and at least a part of the roof structure may be implemented with non-metal.
  • at least a part of the roof structure 2000b of the vehicle may be made of non-metal and made of a dielectric material through which radio signals transmitted/received between the antenna system 1000b and the base station may be transmitted.
  • the antenna system 1000 implemented as a transparent antenna may be implemented in a rear window 330 of the vehicle and inside the vehicle.
  • the second antenna system 1000b corresponding to an external antenna may be disposed inside the roof frame of the vehicle, and at least a portion of the roof frame 2000c may be implemented with non-metal.
  • at least a part of the roof frame 2000c of the vehicle 500 is made of non-metal and can be made of a dielectric material through which radio signals transmitted/received between the second antenna system 1000b and the base station can pass through. there is.
  • a beam pattern by an antenna provided in an antenna system 1000 mounted on a vehicle may be formed in a direction perpendicular to the front window 310 or the rear window 330. there is. Meanwhile, beam coverage may be further formed by a predetermined angle in a horizontal region based on the vehicle body by an antenna provided in the second antenna system 1000 mounted in the vehicle.
  • the vehicle 500 may not include the antenna system 1000b corresponding to an external antenna, but may include only an antenna unit (ie, an internal antenna system) 1000 corresponding to an internal antenna.
  • an antenna unit ie, an internal antenna system
  • FIG. 4 is a block diagram referenced to describe a vehicle and an antenna system mounted therein according to an embodiment of the present invention.
  • Vehicle 500 may be an autonomous vehicle.
  • the vehicle 500 may switch to an autonomous driving mode or a manual mode (pseudo driving mode) based on a user input.
  • the vehicle 500 may switch 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 .
  • a telematics unit installed in the vehicle 500 may perform operations such as object detection, wireless communication, navigation, and vehicle sensors and interfaces in relation to the manual mode and the autonomous driving mode. Specifically, the telematics unit mounted in the vehicle 500 may perform a corresponding operation in cooperation with the antenna module 300, the object detection device 520, and other interfaces. Meanwhile, the communication device 400 may be disposed in a telematics unit separately from the antenna system 300 or disposed in the antenna system 300 .
  • the vehicle 500 may switch 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 device 520 .
  • the vehicle 500 may switch 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 switch 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 switch 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 vehicle 500 When the vehicle 500 is operated in the autonomous driving mode, the autonomous vehicle 500 may be operated based on a driving system. For example, the self-driving vehicle 500 may operate based on information, data, or signals generated by a driving system, an exit system, or a parking system.
  • the autonomous vehicle 500 When the vehicle 500 is operated in the manual mode, the autonomous vehicle 500 may receive a user input for driving through a driving control device. Based on the user input received through the driving control 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 device 565 in addition to the above-described devices.
  • the vehicle 500 may further include components other than 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 UI (User Interfaces) or UX (User Experience) through the user interface device 510 .
  • UI User Interfaces
  • UX User Experience
  • the object detection device 520 is a device for detecting an object located outside the vehicle 500 .
  • the objects may be various objects related to driving of the vehicle 500 . Meanwhile, objects may be classified into moving objects and fixed objects.
  • the moving object may be a concept including other vehicles and pedestrians.
  • a fixed object may be a concept including traffic signals, roads, and structures.
  • the object detection device 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 detection device 520 may further include components other than the described components or may not include some of the described components.
  • the processor 530 may control overall operations of each unit of the object detection device 520 .
  • the processor 530 may detect and track an object based on the obtained image.
  • the processor 530 may perform operations such as calculating a distance to an object and calculating a relative speed with an object through an image processing algorithm.
  • the object detection device 520 may include a plurality of processors 530 or may not include the processor 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 device 520 may be operated according to the control of the processor or the controller 570 of the device in the vehicle 500.
  • the navigation system 550 may provide vehicle location information based on information acquired through the communication device 400, particularly the location information unit 420. Also, the navigation system 550 may provide a road guidance service to a destination based on current location information of the vehicle. In addition, the navigation system 550 may provide guide information about nearby locations based on information obtained through the object detection device 520 and/or the V2X communication unit 430 . Meanwhile, based on the V2V, V2I, and V2X information obtained through the wireless communication unit 460 operating together with the antenna system 1000 according to the present invention, guidance information, autonomous driving service, etc. may be provided.
  • the communication device 400 is a device for communicating with an external device.
  • the external device may be another vehicle, a mobile terminal, or a server.
  • the communication device 400 may include at least one of a transmission antenna, a reception antenna, a radio frequency (RF) circuit capable of implementing various communication protocols, and an RF element to perform communication.
  • the communication device 400 may include a short-distance communication unit 410, a location information unit 420, a V2X communication unit 430, an optical communication unit 440, a broadcast transmission/reception unit 450, and a processor 470.
  • the communication device 400 may further include components other than the described components, or may not include some of the described components.
  • the short-range communication unit 410 is a unit for short-range communication.
  • the short-range communication unit 410 may perform short-range communication between the vehicle 500 and at least one external device by forming wireless area networks.
  • 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 Infrastructure), another vehicle (V2V: Vehicle to Vehicle), or a pedestrian (V2P: Vehicle to Pedestrian).
  • the V2X communication unit 430 may include an RF circuit capable of implementing communication with infrastructure (V2I), vehicle-to-vehicle communication (V2V), and pedestrian communication (V2P) protocols.
  • the optical communication unit 440 is a unit for communicating 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 and transmits the optical signal to the outside and an optical receiver that converts the received optical signal into an electrical signal.
  • the light emitting unit may be integrally formed 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 other communication system.
  • the antenna module 300 disposed inside the vehicle 500 may include a wireless communication unit.
  • the vehicle 500 may be an electric vehicle (EV) or a vehicle capable of connecting to a communication system independently of an external electronic device.
  • the communication device 400 includes a short-distance communication unit 410, a location information module 420, a V2X communication unit 430, an optical communication unit 440, a 4G wireless communication module 450, and a 5G wireless communication module 460. may include at least one of them.
  • the 4G wireless communication module 450 may transmit and receive 4G signals with a 4G base station through a 4G mobile communication network. At this time, 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 a 4G base station.
  • up-link (UL) multi-input multi-output (MIMO) may be performed by a plurality of 4G transmission signals transmitted to a 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 5G signals with a 5G base station through a 5G mobile communication network.
  • the 4G base station and the 5G base station may have a non-stand-alone (NSA) structure.
  • NSA non-stand-alone
  • a 4G base station and a 5G base station may be deployed in a non-stand-alone (NSA) structure.
  • SA stand-alone
  • the 5G wireless communication module 460 may transmit and receive 5G signals with a 5G base station through a 5G mobile communication network. At this time, 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 a 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.
  • a 5G frequency band a Sub6 band, which is a band of 6 GHz or less, may be used.
  • a mmWave band may be used as a 5G frequency band to perform broadband high-speed communication.
  • an electronic device may perform beam forming for communication coverage expansion with a base station.
  • the 5G communication system can support a larger number of multi-input multi-outputs (MIMO) to improve transmission speed.
  • MIMO multi-input multi-outputs
  • up-link (UL) MIMO may be performed by a plurality of 5G transmission signals transmitted to a 5G base station.
  • DL MIMO down-link (DL) MIMO may be performed by a plurality of 5G received 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 a 4G base station and a 5G base station.
  • dual connectivity 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
  • throughput can be improved through inter-CA (Carrier Aggregation). Therefore, the 4G base station and the 5G base station and 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 scheme without passing through a base station.
  • carrier aggregation using at least one of the 4G wireless communication module 450 and the 5G wireless communication module 460 and the Wi-Fi communication module 113 this can be done
  • 4G + WiFi carrier aggregation may be performed using the 4G wireless communication module 450 and the Wi-Fi communication module 113
  • 5G + WiFi carrier aggregation may be performed using the 5G wireless communication module 460 and the Wi-Fi communication module.
  • 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 audio video navigation (AVN) device.
  • APN audio video navigation
  • the processor 470 of the communication device 400 may correspond to a modem.
  • the RFIC and the modem may be referred to as a first control unit (or first processor) and a second control unit (second processor), respectively.
  • RFIC and modem may be implemented as physically separated circuits.
  • the RFIC and the modem may be physically or logically or functionally separated into one circuit.
  • the modem may perform control and signal processing for transmission and reception of signals through different communication systems through RFIC.
  • the modem 1400 may obtain 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.
  • PDCH Physical Downlink Control Channel
  • the modem may control the RFIC 1250 to transmit and/or receive signals through the first communication system and/or the second communication system at specific time and frequency resources.
  • the vehicle may be allocated resources or maintain a connection state through the eNB or gNB.
  • the vehicle may perform at least one of V2V communication, V2I communication, and V2P communication with other entities through the allocated resource.
  • an antenna module mounted on a vehicle may be disposed inside the vehicle, on the roof of the vehicle, inside the roof, or inside the roof frame.
  • the antenna system disclosed herein is low band (LB), mid band (MB) and high band (HB) of 4G LTE system and SUB6 band of 5G NR system can be configured to operate.
  • FIG. 5 shows various configurations in which antenna elements are disposed in the upper region, the side region, and the lower region of the upper cover of the antenna module.
  • an antenna system mounted on a vehicle may be implemented in the form of an antenna module 1000.
  • the antenna element 1210 is disposed on the side area of the top cover 1320 of the antenna module 100, and the radio signal is transmitted to the side area of the top cover 1320. can radiate.
  • 5 (a) shows a structure in which an antenna element 1210 is attached to the side area of the top cover 1320 and radiates a radio signal to the side area of the top cover 1320.
  • 5 (b) shows a structure in which the antenna element 1210 is attached to the side area of the lower cover 1310.
  • 5 (b) is a structure in which the antenna element 1210 is attached to the side area of the lower cover 1310 and radiates a radio signal to the side area of the upper cover 1320 in FIG. 5 (a).
  • the antenna element 1210b is disposed on the front area of the upper cover 1320 of the antenna module 100, and the radio signal is transmitted to the front area of the upper cover 1320. can radiate.
  • 5(c) shows a structure in which an antenna element 1210b is attached to an inner area of the front area of the top cover 1320 and radiates a radio signal to the front area of the top cover 1320.
  • 5 (d) shows a structure in which an antenna element 1210 is attached to an outer area of the front area of the top cover 1320 and radiates a radio signal to the front area of the top cover 1320.
  • the antenna element 1210b is disposed parallel to the lower cover 1310 of the antenna module 100 to transmit radio signals to the front area of the upper cover 1320.
  • can emit 5(e) shows a structure in which an antenna element 1210b is attached to the inner region of the lower cover 1310 and radiates a radio signal to the front region of the upper cover 1320.
  • 5 (f) shows a structure in which radio signals are radiated to the front area of the upper cover 1320 by being spaced apart from the lower cover 1310 by a predetermined distance.
  • the antenna element 1210 may be disposed on a side area of the upper cover 1320 of the antenna module 100 .
  • the antenna element 1210b may be disposed on the front area (upper area) of the upper cover 1320 of the antenna module 100.
  • the antenna element 1210 may be a broadband antenna operating in a low band (LB) for 4G/5G communication.
  • the antenna element 1210 may be configured to improve antenna performance in a band of about 600 to 700 MHz.
  • the antenna element 1210 may be configured to operate as a radiator over the entire LB band of about 600 to 960 MHz band including the 600 to 700 MHz band.
  • it may be configured to provide a communication service even at 2.5 to 5 GHz through the antenna module 100 by using a separate antenna element disposed in the antenna module 100 in addition to the antenna element 1210 .
  • the antenna element 1210 may be a slot radiator configured to radiate a radio signal through a slot region (SR) formed in metal plates 1321 and 1322 and a partial region of the upper cover 1320, but It is not limited.
  • the antenna element 1210 may be a bow-tie slot antenna element in which the slot area SR is formed in a bow-tie slot structure on the metal plate 1321, but is not limited thereto.
  • the metal plates 1321 and 1322 may be formed by being attached to a partial area of the upper cover 1320 of the antenna module 1000 by an injection method. As shown in FIG. 5A , the metal plate 1321 may be formed by being attached to the side region of the upper cover 1320 by injection molding. As shown in FIG. 5A , the metal plate 1322 may be formed by being attached to the front area of the upper cover 1320 by injection molding.
  • 6A is a side view of a configuration in which an antenna element according to the present specification is disposed on a side region of an upper cover of an antenna module composed of an upper cover and a lower cover.
  • 6B shows a transmission line configured to power an antenna element according to the present disclosure.
  • FIG. 7A shows a configuration in which a transmission line implemented on a PCB disposed on a lower cover of an antenna module and an antenna element are combined.
  • FIG. 7b shows a disassembled state prior to coupling the transmission line implemented on the PCB of FIG. 7a and the combinable antenna element.
  • 7C is a front view of the slot radiator of FIGS. 7A and 7B as viewed from the front.
  • the main features of the present specification are: 1) an antenna structure for low band (LB) operation by applying a bow-tie structure to a metal area of an antenna module cover.
  • LB low band
  • the main feature is 2) a structure in which a metal planar patch to which a slot is applied to the injection case is attached to the cover of the antenna module.
  • the main feature is that 3) wideband characteristics are implemented by forming a CPW feeding structure and operating the antenna in a patch mode and a slot mode.
  • an antenna module 1000 mounted on a vehicle may include a lower cover 1310 and an upper cover 1320.
  • a printed circuit board (PCB) 1200 may be configured to arrange the antenna element 1210 and electronic components.
  • the lower cover 1310 may be formed of a metal plate 1321 disposed below the PCB 1200 and having a slot region SR formed in an area corresponding to an area where the antenna element 1210 is disposed.
  • the upper cover 1320 may be configured to be fastened to the lower cover 1310 to accommodate the PCB 1200 therein.
  • a broadband antenna according to the present specification may include an antenna element 1210 in which a metal plate 1321 having a slot region SR is operated as a radiator.
  • the antenna element 1210 is disposed in the space between the lower cover 1310 and the upper cover 1320, and may be mounted as the antenna module 1000 outside or inside the vehicle roof as shown in FIGS. 3A to 3C.
  • the lower cover 1310 and the upper cover 1320 are composed of the cover 1300 forming the exterior of the antenna system, and parts including the antenna element 1210 disposed in the cover 1300 can be disposed inside the vehicle roof. there is.
  • a transmission line 1201 may be formed on the PCB 1200 .
  • the transmission line 1220a may be a co-planar waveguide (CPW) transmission line having ground patterns GP formed on both sides of the same substrate as the power supply line FL, but is not limited thereto.
  • CPW co-planar waveguide
  • ground patterns GP may be formed on both sides of the CPW transmission line 1220a on the same substrate as the feed line FL.
  • the power supply line FL and the ground pattern GP may be formed as metal patterns.
  • a region between the power supply line FL and the ground pattern GP may be formed as a dielectric region. Accordingly, an area between the power supply line FL and the ground pattern GP corresponds to the gap area G from which the metal pattern is removed.
  • the width of the central metal line, that is, the feed line FL is equal to the gap G between the feed line FL and the ground pattern GP.
  • the CPW transmission line 1220a shown in FIG. 6B (a) is a structure suitable for feeding an antenna structure such as a slot radiator 1210.
  • the CPW transmission line 1220a has stable characteristics capable of transmitting an RF signal in a high frequency band with low loss due to the ground pattern GP disposed adjacent to the feed line FL.
  • FIG. 6B (b) and 6b (c) show side views of a microstrip line type first transmission line and a CPW type second transmission line.
  • a feed line FL is formed on an upper layer of a dielectric substrate, and a ground layer GL is disposed on a lower layer.
  • a feed line FL is formed on an upper layer of a dielectric substrate, and ground patterns GP are disposed on both sides of the feed line FL.
  • FIG. 6B (d) shows a metal pattern disposed on the side of the feed line FL in the microstrip line structure of FIG. 6B (b).
  • FIG. 6B (e) shows a ground layer disposed under the feed line FL in the CPW transmission line structure of FIG. 6B (c).
  • the interval between the first gaps G is greater than the width of the feed lines FL.
  • the interval of the second gap G is smaller than the width of the feed line FL.
  • the lower cover 1310 may be configured such that the PCB 1200 is disposed.
  • the PCB 1200 and the lower cover 1310 may be coupled by a contact portion 1311, but are not limited thereto.
  • the ground of the PCB 1200 may be disposed to contact the top of the lower cover 1310 .
  • the upper cover 1320 may be fastened to the lower cover 1310 to receive the PCB 1200 therein, and the metal plate 1321 may be formed in a partial region made of a dielectric material.
  • the lower cover 1310 may be configured such that a portion of the lower cover 1310 surrounds a lower side portion of the upper cover 1320.
  • the lower cover 1310 may be formed of a metal material to dissipate heat generated within the antenna module 100 to the outside.
  • the lower cover 1310 may be configured as a heat sink to dissipate heat.
  • the lower cover 1310 may be connected to the metal plate 1321 of the upper cover 1320, and the lower cover 1310 may be connected to the ground.
  • the metal plates 1321 of the lower cover 1310 and the upper cover 1320 may be electrically connected to the ground of the PCB 1200 . Therefore, mechanical stability is secured by the coupling structure 1312 of the lower cover 1310 and the upper cover 1320, and the metal plate 1321 operates as a ground, so that the slot radiator 1210 operates as an antenna.
  • coupling structures 1311 and 1312 may be formed so that the PCB 1200 and the upper cover 1320 on which the metal plate 1321 is formed are coupled.
  • the coupling structure 1312 may be configured such that the lower cover 1310 and the upper cover 1320 are fastened.
  • the coupling structures 1311 and 1312 electrically connect the metal plate 1321 of the side area of the upper cover 1320 and the PCB 1200 .
  • a portion of the coupling structures 1311 and 1312 may be coupled to the mechanism structure of the upper cover 1320 and connected to the PCB 1200 .
  • the coupling structures 1311 and 1312 may be integrally formed. Only one of the coupling structures 1311 and 1312 may be implemented, and the other may be selectively implemented.
  • the antenna element 1210 may be implemented as a slot radiator 1210 .
  • the slot radiator 1210 may be configured to radiate radio signals through a slot area SR formed in the metal plate 1321 and a partial area of the upper cover 1320 .
  • the feeding structure 1220 is configured to radiate the radio signal of the transmission line 1220a formed on the PCB 1200 through the slot radiator 1210.
  • the power supply structure 1220 is configured to transmit a radio signal to the slot radiator 1210 to transmit it.
  • the power supply structure 1220 may include a first connection part 1221 and a second connection part 1222 .
  • the first connection part 1221 is vertically connected to the signal line of the CPW transmission line 1220a formed on the PCB 1200.
  • the first connector 1221 extends in the height direction (y-axis direction) of the PCB 1200 to a point higher than the center point of the slot area SR so that the wireless signal is coupled to the slot area SR.
  • the first connection portion 1221 may have a first width and a first length.
  • the second connection part 1222 is formed with a predetermined length, that is, a second length, at a point higher than the center point of the slot region SR.
  • the second connection portion 1222 may have a second width and a second length.
  • the second connection part 1222 may be configured to be spaced apart from the metal plate 1321 by a predetermined distance at a point higher than the center point of the slot region SR. That is, the second connection part 1222 may be disposed closer to the metal plate 1321 than the first connection part 1221 in the z-axis direction.
  • the metal plate 1321 may be attached to the outside of the side area of the top cover 1320, and the second connector 1222 may be attached to the inside of the side area of the top cover 1320. Accordingly, the second connection portion 1222 and the metal plate 1321 may be spaced apart by the thickness of the side area of the upper cover 1320 for wireless signal coupling between them.
  • the second distance between the second connection part 1222 and the metal plate 1322 may be smaller than the first distance between the first connection part 1221 and the metal plate 1321 . Accordingly, the second connection part 1222 may be disposed closer to the metal plate 1321 than the first connection part 1221 .
  • the first connector 1221 has a first width and a first length so that impedance matching between the transmission line and the slot radiator 1210 is achieved when a radio signal is applied to the slot area SR.
  • the second connection portion 1222 may have a second width wider than the first width and a second length shorter than the first length.
  • the slot radiator 1210 is formed with a first length in a first axis, that is, an x-axis direction, based on the center point of the slot region SR. Meanwhile, the slot radiator 1210 may be configured such that the width gradually increases in the second axis, that is, the y-axis direction, based on the center point of the slot region SR.
  • the slot area SR may include a first area SR1 and a second area SR2 in a second axis, that is, a y-axis direction.
  • the first region SR1 may be formed in a tapering structure such that a width gradually increases in the second axial direction based on a central point where coupling is fed by the power feeding structure 1220 .
  • the second region SR2 may have a structure having a constant width in the second axial direction.
  • the metal plate 1310 on which the slot radiator 1210 is formed may have a bendable structure. Accordingly, the metal plate 1310 on which the slot radiator 1210 is formed may be disposed on a flexible substrate such as FPCB.
  • the slot radiator 1210 may be configured in a flexible form.
  • the slot radiator 1210 may be bent at a certain point and disposed on different sides of the upper cover 1320 .
  • the first area SR1 of the slot area SR is disposed on the first side area of the upper cover 1320, and at least a portion of the second area SR2 is disposed on the second side surface adjacent to the first side area. can be placed in an area.
  • At least a part of the second region SR2 based on the first bending line BL1 may be disposed on the second side region.
  • the first region SR1 is disposed on the first side region of the upper cover 1320, and one end of the first region R1 and the second region SR2 are adjacent to the second side region. can be placed in an area.
  • One end of the first region R1 and the second region SR2 may be disposed on the second side region based on the second bending line BL2.
  • the first side area and the second side area are the first side area S1 of FIGS. 5 (a) and 5 (b) and the second side area S2 adjacent to the first side area S1.
  • a power feeding structure 1220 coupled to the metal plate 1321 having the bow-tie slot area SR in a shape crossing the slot area SR may be formed.
  • the slot radiator 1210 is operated as a broadband antenna by combining two modes, a slot mode and a patch mode.
  • FIGS. 8a and 8b show VSWR and antenna efficiency of the broadband antenna element presented in this specification.
  • FIGS. 9A and 9B show electric field distributions at a first frequency and a second frequency of the broadband antenna element presented in this specification.
  • the antenna element 1210 double resonates at a first frequency, which is a low frequency, and a second frequency, which is a high frequency, within the LB.
  • the antenna element 1210 has a voltage standing wave ratio (VSWR) value of about 2 or less over the entire LB band. Also, referring to the VSWR simulation result of FIG. 8A , the antenna element 1210 has a low VSWR value at the first frequency and the second frequency in the LB, so that it double-resonates at the first frequency and the second frequency.
  • VSWR voltage standing wave ratio
  • the antenna element 1210 operates in a first mode (slot mode).
  • the antenna element 1210 operates in the second mode (patch mode).
  • the first frequency and the second frequency may be about 620 MHz and about 950 MHz, but are not limited thereto.
  • the antenna element 1210 can operate as a broadband antenna over the entire LB band by combining the first mode (slot mode) and the second mode (patch mode).
  • the antenna element 1210 has a high efficiency of about 60% or more over the entire LB band.
  • it has an antenna gain of ⁇ 3.9 dB or more at each frequency of 620 MHz to 960 MHz.
  • the corresponding antenna gain value is measured in a low elevation angle range of about 60 degrees to 90 degrees based on boresight, which is a vertical direction of the antenna element, and about 0 degrees to 30 degrees based on a horizontal direction. Accordingly, referring to FIGS. 7 to 8B , considering VSWR characteristics and antenna efficiency characteristics, the antenna element 1210 operates as a broadband antenna over the entire LB band.
  • the E-field is formed the highest in the slot region SR at 620 MHz, and the antenna element 1210 operates in the first mode (slot mode).
  • the E-field has a low value in a metal region (MR) between the slot region SR and the boundary region of the metal plate 1311 .
  • the E-field has a large horizontal component parallel to the boundary region BR. That is, in the boundary region BR of the metal plate 1311, the horizontal component of the E-field dominates the vertical component of the E-field and operates in the first mode (slot mode) at the first frequency.
  • the highest E-field distribution is formed in the boundary region BR of the metal plate 1311 at 950 MHz, so that the antenna element 1210 operates in the second mode (patch mode).
  • the E-field in the metal region MR between the slot region SR and the boundary region of the metal plate 1311 has a higher value than the E-field in the metal region of FIG. 9A .
  • the E-field has both a horizontal component parallel to the boundary region BR and a horizontal component perpendicular to the boundary region BR. That is, both the horizontal and vertical components of the E-field exist in the boundary region BR of the metal plate 1311 and operate in the second mode (patch mode) at the second frequency.
  • FIGS. 10A and 10B show current distributions formed on the surface of the broadband antenna element presented in this specification at a first frequency and a second frequency.
  • the antenna element 1210 can operate as a broadband antenna over the entire LB band by combining the first mode (slot mode) and the second mode (patch mode) at the first frequency.
  • the first frequency and the second frequency may be about 620 MHz and about 950 MHz, but are not limited thereto. Accordingly, the current distribution formed in the antenna element 1210 at the first frequency is formed in the first mode (slot mode).
  • the current distribution formed in the antenna element 1210 at the second frequency is formed in the second mode (patch mode).
  • the antenna element 1210 operates in a first mode (slot mode), and an equivalent current distribution in the first mode is along the boundary of the slot area SR. formed in different directions.
  • the metal plate 1321 may be disposed on a side area of the upper cover 1320 .
  • the slot radiator 1210 may operate in a slot mode at a first frequency in an operating band of the slot radiator. That is, the slot radiator 1210 operates in the slot mode by the current distribution formed to surround the slot region SR at the first frequency.
  • the slot radiator 1210 operates in a slot mode by current distribution formed in different directions in an upper region (UR) and a lower region (LR) of the slot region SR. Accordingly, in the slot mode, the current distribution of the slot radiator 1210 is formed in a loop shape formed in different directions with respect to the center of the slot region SR.
  • the antenna element 1210 operates in a second mode (patch mode) at 950 MHz, and in the second mode, an equivalent current distribution is formed in the same direction along the boundary of the slot region SR.
  • the metal plate 1321 may be disposed on a side area of the upper cover 1320 .
  • the slot radiator 1210 may operate in a patch mode at a second frequency in an operating band of the slot radiator. That is, the slot radiator 1210 operates in the patch mode by the current distribution formed in the same direction in the metal plate 1321 at the second frequency.
  • the slot radiator 1210 operates in a patch mode by current distribution formed in the same direction in the upper region UR and the lower region LR of the slot region SR. Meanwhile, the current component in the horizontal direction is dominant in one lateral direction of the slot region SR, and the current component in the vertical direction is dominant in the direction of one lateral surface of the slot region SR, and in the direction of the other lateral surface of the slot region SR. Therefore, in the patch mode, the slot radiator The current distribution of 1210 is formed at an inclined angle along the boundary of the slot region SR based on the center of the slot region SR.
  • FIG. 11A is an exploded view of an antenna module including a PCB and a radiator module including an antenna element that may be disposed on a front area of an upper cover.
  • FIG. 11B is an enlarged view of the radiator module of FIG. 11A.
  • FIG. 12A is a side view of an antenna module including the slot radiator of FIG. 11A.
  • FIG. 12B illustrates an example formed in various sizes of a feeding structure for feeding a radio signal to a slot radiator connected to an auxiliary PCB.
  • a metal plate 1322 may be disposed in an inner region of the upper cover 1320 and may be disposed above the PCB 1200 parallel to the PCB 1200 .
  • the antenna module 1000 may further include an auxiliary PCB 1100b in addition to the PCB 1200 corresponding to the main PCB.
  • the metal plate 1322 may be disposed on the upper cover 1320, and CPW transmission lines having ground patterns formed on both sides of the signal line may be formed on the auxiliary PCB 1100b.
  • the metal plate 1322 may be coupled or connected at a predetermined distance from the feed structure 1220 vertically connected to the signal line of the CPW transmission line.
  • the antenna module 1000 may be configured to further include a second radiator 1230 in addition to the slot radiator 1210b.
  • a radio signal may be applied to the slot radiator 1210b by the power supply structure 1220 .
  • a wireless signal may be applied to the second radiator 1230 through the second feed line 1220b.
  • the second feed line 1220b connected to the second radiator 1230 may be implemented as a signal line of a CPW transmission line of the PCB 1200. Accordingly, the second radiator 1230 may be connected to the signal line of the CPW transmission line and disposed perpendicularly to the metal plate 1322 .
  • the shape of the second radiator 1230 may be configured such that the width gradually increases for broadband operation.
  • the second radiator 1230 may have a semi-circle shape, but is not limited thereto.
  • the slot radiators 1210 and 1210b may operate in a first band, and the second radiator 1230 may operate in a second band higher than the first band.
  • the second band may be a mid band (MB) and a high band (HB) associated with 4G/5G communication, but is not limited thereto.
  • a power supply structure 1220 may include a first connection part 1221 and a second connection part 1222 .
  • the power supply structure 1220 may further include a third connection part 1223 configured to connect the first connection part 1221 and the second connection part 1222 .
  • the first connection part 1221 may be vertically connected to the signal line of the CPW transmission line.
  • the first connector 1221 may extend to a point higher than the center point of the slot area SR in the height direction of the auxiliary PCB 1220b so that the wireless signal is coupled to the slot area SR.
  • the second connection part 1222 is disposed closer to the metal plate 1322 than the first connection part 1221 . That is, the second distance between the second connection part 1222 and the metal plate 1322 is smaller than the first distance between the first connection part 1221 and the metal plate 1322 . Accordingly, the second connection part 1222 is disposed closer to the metal plate 1322 than the first connection part 1221 .
  • the first connection portion 1221 may have a first width and a first length so as to match impedance between the transmission line and the slot radiator 1210b when a radio signal is applied to the slot area SR.
  • the second connection portion 1222 may have a second width wider than the first width and a second length shorter than the first length. Accordingly, the first connection portion 1221 having a first width smaller than the second width and a first length longer than the second length operates more like a line of a transmission line than a radiator.
  • FIGS. 13A and 13B show antenna input impedance characteristics and VSWR according to changes in the width and length of the second connection portion of the feed structure.
  • the second width and the second length of the second connector 1222 may increase from 4x12.5 mm to 7x12.5 mm. Meanwhile, the second width and the second length of the second connector 1222 may increase from 7x12.5 mm to 7x18.5 mm. In addition, the second width and the second length of the second connector 1222 may both increase from 4x12.5 mm to 7x18.5 mm. In this regard, a gap between the second connection portion 1222 and the metal plate 1322 may be set to about 0.5 mm, but is not limited thereto.
  • the solid line represents the real part of the antenna input impedance and the dotted line represents the imaginary part of the antenna input impedance.
  • the width of the second connector 1222 increases from 4x12.5 mm to 7x12.5 mm, the real part approaches 50 ohm, and the impedance matching characteristic improves.
  • the length of the second connection portion 1222 increases from 7x12.5 mm to 7x18.5 mm, the capacitive component of the imaginary part is canceled, thereby improving impedance matching characteristics.
  • the length of the second connector 1222 may be further increased, for example, from 12.5 mm to 18.5 mm.
  • the plurality of modes are greater than when the antenna element 1210 is disposed on the side area of the upper cover 1320.
  • the antenna element 1210 operates in a first mode (slot mode) and a second mode (patch mode).
  • FIG. 14 shows a configuration in which an antenna element is disposed parallel to the lower cover and VSWR characteristics of the antenna element according to this configuration.
  • FIG. 15 shows current distribution formed in the metal plate at different frequencies in the low band (LB).
  • a metal plate 1322 may be disposed above the lower cover 1310 in parallel with the lower cover 1310 .
  • a metal plate 1322 may be disposed on an upper portion of the PCB 1200 parallel to the PCB 1200 by being disposed in an inner region of the upper cover 1320. .
  • a slot radiator 1210b corresponding to an antenna element may be configured to multi-resonate at different frequencies in a low band (LB).
  • the slot radiator 1210b may be configured to resonate in different modes at first to fourth frequencies in the low band LB.
  • the slot radiator 1210b operates in a first combination mode in which the slot mode and the patch mode are combined at a first frequency (620 MHz) of an operating band of the slot radiator.
  • the slot radiator 1210b operates in a slot mode at a second frequency (950 MHz) higher than the first frequency among operating bands.
  • the slot mode current distribution is formed in different directions in the upper region UR and the lower region LR of the slot region SR.
  • the patch mode current distribution is formed in the same direction in the metal plate 1322 .
  • the patch mode formed at the first frequency (620 MHz) may be formed in only one direction in the upper region UR of the metal plate 1322 .
  • the slot radiator 1210b has a second synthesis mode in which the slot mode and the patch mode are synthesized at a third frequency (720 MHz) between the first frequency and the second frequency. It works.
  • the slot radiator 1210b has a first synthesis mode in which a slot mode and a patch mode are synthesized at a fourth frequency (840 MHz) between a third frequency and a second frequency. It works. Accordingly, the slot radiator 1210b operates in the same first synthesis mode at the first frequency (620 MHz) and the fourth frequency (840 MHz).
  • the direction of the current distribution formed in the slot region SR in the second synthesis mode is opposite to the direction of the current distribution formed in the slot region SR in the first synthesis mode.
  • the patch mode formed in the second composition mode may be formed in only one direction in the upper region UR of the metal plate 1322 .
  • the patch mode formed in the second composition mode may be formed only in the other direction in the lower region LR of the metal plate 1322 .
  • the slot radiator 1210b disposed on the front area of the upper cover 1320 as shown in FIGS. 12A and 12B has more modes than the slot radiator 1210 disposed on the side area of the upper cover 1320 as shown in FIG. 7 .
  • the slot radiator 1210b disposed on the front area of the upper cover 1320 may have better reflection coefficient and bandwidth characteristics than the slot radiator 1210 disposed on the side surface of the upper cover 1320.
  • FIG. 16 shows a radiator module having a separate power supply structure.
  • FIG. 17 shows a radiator module having a single feeding structure.
  • FIG. 16(a) is a structure in which the slot radiator 1210b and the second radiator 1230 are formed as a separate power supply structure
  • FIG. 16(b) is a block diagram of the separate power supply structure of FIG. 16(a).
  • 17(a) shows a structure in which the slot radiator 1210 and the second radiator 1230 are formed as a single power feeding structure
  • FIG. 17(b) is a block diagram of the single power feeding structure of FIG. 17(a).
  • the slot radiator 1210b is a radiator that operates in the low band LB, which is the first band.
  • the second radiator 1230 is a radiator that operates in the middle band (MB) and high band (HB), which are the second bands.
  • the slot radiator 1210b operating in the first band may be referred to as a first radiator or LB antenna.
  • the second radiator 1230 operating in the second band may be referred to as a second radiator or an MHB antenna.
  • the slot radiator 1210b of FIGS. 16 (a) and 17 (a) is not limited to the structure disposed on the front area of the upper cover 1320 as shown in FIGS. 11A and 11B.
  • the slot radiators of FIGS. 16 (a) and 17 (a) may be configured as slot radiators 1210 disposed on the side regions of the upper cover 1320 as shown in FIGS. 6A to 7B.
  • the slot radiators 1210 and 1210b are connected to a first feed line FL1 among signal lines, and the second radiator 1230 is connected to a second feed line FL2 among signal lines.
  • the first signal of the first band transmitted through the first feed line FL1 and the second signal of the second band transmitted through the second feed line FL2 may be separated from each other by the diplexer 1240 .
  • the first feed line FL1 may include the feed structure 1120 of FIG. 11B.
  • the second feed line FL2 may include the second feed line 1220b of FIG. 11B.
  • the feed structure 1120 corresponding to the first feed line FL1 and the second feed line 1220b corresponding to the second feed line FL2 are connected to the diplexer 1240 of FIG. 16(b) to mutually can be separated Therefore, the first signal of the first band transmitted through the feed structure 1120 and the second signal of the second band transmitted through the second feed line 1220b are the diplexer 1240 of FIG. 16(b). can be separated from each other by
  • the slot radiators 1210 and 1210b and the second radiator 1230 are connected by a signal line including a filter unit 1240b composed of one or more filters.
  • the filter unit 1240b may be a multi-stage filter composed of a plurality of filters.
  • the filter unit 1240b may be implemented as a band stop filter (BSF), but is not limited thereto.
  • the filter unit 1240b includes at least one of a low pass filter (LPF), a band pass filter (BPF), a high pass filter (HPF), and a band stop filter (BSF). may be implemented.
  • LPF low pass filter
  • BPF band pass filter
  • HPF high pass filter
  • BSF band stop filter
  • the first signal of the first band transmitted through the signal line may be transmitted to the slot radiators 1210 and 1210b and not transmitted to the second radiator 1230 by the filter unit 1240b.
  • the second signal of the second band transmitted through the signal line may be transmitted to the second radiator 1230 and not transmitted to the slot radiators 1210 and 1210b by the filter unit.
  • the signal line may be a power supply line FL configured to power the slot radiators 1210 and 1210b and the second radiator 1230 .
  • the feed line FL is formed in a single feed line structure instead of the separated first and second feed lines FL1 and FL2 of FIG. 16 .
  • FIG. 18 shows the VSWR of the antenna according to the feeding structure of FIGS. 16 and 17 .
  • 18( a ) shows VSWR of a slot radiator in a first feed line and a second radiator in a second feed line of a separate feed structure.
  • the VSWR of the first feed line FL1 of the split feed structure corresponds to the VSWR of the slot radiators 1210 and 1210b.
  • the slot radiators 1210 and 1210b operate as a first radiator (LB antenna) operating in a first band, which is a low band (LB).
  • the second radiator 1230 operates as an MHB antenna operating in a second band corresponding to the middle band (MB) and high band (HB).
  • the isolation between the slot radiators 1210 and 1210b and the second radiator 1230 is improved by the mutual separation structure between the slot radiators 1210 and 1210b and the second radiator 1230 .
  • FIGS. 16 and 18(b) shows VSWR of a slot radiator and a second radiator in a single feed structure feed line.
  • the VSWR of the feed line FL of the single feed structure corresponds to the VSWR of the slot radiators 1210 and 1210b and the second radiator 1230 .
  • the slot radiators 1210 and 1210b operate as a first radiator (LB antenna) operating in a first band, which is a low band (LB).
  • the second radiator 1230 operates as an MHB antenna operating in a second band corresponding to the middle band (MB) and high band (HB). Due to the coupling structure between the slot radiators 1210 and 1210b and the second radiator 1230, antenna performance is improved over the entire band through the slot radiators 1210 and 1210b and the second radiator 1230.
  • FIG. 19A illustrates a structure in which radiator modules are disposed at different positions on a PCB.
  • 19(a) shows a radiator module 1100a disposed in a first area on a PCB 1200.
  • FIG. 19(b) shows the radiator module 1100b disposed in the second area on the PCB 1200.
  • FIGS. 19(a) and 19(b) a configuration in which radiator modules 1100a and 1100b are disposed in a roof 2000 of a vehicle is shown. Areas of the loop 2000 corresponding to upper areas of the first and second areas where the radiator modules 1100a and 1100b are disposed are formed of a non-metallic material to allow wireless signals to pass therethrough.
  • FIG. 19(c) is an enlarged view of the second area where the radiator module 1100b is disposed in FIG. 19(b).
  • the first area on the PCB 1200 may be an upper left area on the PCB 1200 corresponding to position A.
  • the second area on the PCB 1200 may be a lower right area on the PCB 1200 corresponding to position B.
  • the first radiator module 1100a and the second radiator module 1100b may be disposed in the first area and the second area on the PCB 1200, respectively.
  • the first radiator module 1100a and the second radiator module 1100b may be configured to simultaneously operate and perform multiple input/output (MIMO).
  • MIMO multiple input/output
  • FIG. 19B illustrates gain characteristics of a radiator module disposed at a specific position as a roof made of a metal material is disposed in a vehicle.
  • gain characteristics of LB corresponding to the first band and MB corresponding to the second band are shown.
  • an average gain is shown in a range of about 60 to 90 degrees with respect to the vertical plane of the vehicle. In other words, it represents the average gain in a low elevation angle range of about 0 degrees to 30 degrees relative to the horizontal plane of the vehicle.
  • a slight decrease in gain occurs in the first band and the second band when the loop is disposed compared to when the metal loop is not disposed.
  • a change in antenna performance according to positions where the radiator module is disposed that is, position A and position B is not large.
  • the area of the metal area around the first radiator module 1100a disposed at position A is smaller than the area of the metal area around the second radiator module 1100b disposed at position B. Accordingly, it is predicted that the gain value of the second radiator module 1100b disposed at position B is greater than the gain value of the first radiator module 1100a disposed at position B.
  • the second signal of the second band may be configured to be radiated through the first radiator module 1100a or the second radiator module 1100b or both.
  • the gain value of the second radiator module 1100b is greater than that of the first radiator module 1100a. Accordingly, when both the first radiator module 1100a and the second radiator module 1100b are disposed, radiating a radio signal through the second radiator module 1100b may be advantageous in terms of antenna performance. Accordingly, the first signal of the first band may be configured to be radiated through the second radiator module 1100b.
  • FIG. 20 shows a configuration diagram of an antenna system according to an embodiment and a vehicle on which the antenna system is mounted.
  • 20 is a configuration diagram of a vehicle in which an antenna module corresponding to an antenna system is disposed inside a vehicle roof and communicates with surrounding electronic devices, vehicles, and infrastructure.
  • an antenna module 1000 is mounted in a vehicle, and the antenna module 1000 may perform short-range communication, wireless communication, and V2X communication by itself or through the communication device 400.
  • the baseband processor 1400 may receive signals from or transmit signals from neighboring vehicles, RSUs, and base stations through the antenna module 1000 .
  • the baseband processor 1400 may control the communication device 400 to receive signals from, or transmit signals to, neighboring vehicles, RSUs, neighboring things, and base stations.
  • information on neighboring objects may be obtained through object detection devices such as the camera 531 of the vehicle 300, the radar 532, the lidar 533, and the sensors 534 and 535.
  • the baseband processor 1400 may control the communication device 400 and the antenna module 1000 to receive signals from or transmit signals to or from neighboring vehicles, RSUs, neighboring objects, and base stations.
  • a vehicle 500 including an antenna module 1000 may be configured to include a plurality of antennas 1100, a transceiver circuit 1250, and a baseband processor 1400. Meanwhile, the vehicle 500 may further include an object detection device 520 . In addition, the vehicle 500 may further include a communication device 400 . Here, the communication device 400 may be configured to perform wireless communication through an antenna unit.
  • a vehicle 500 may include an antenna module 1000.
  • the antenna module 1000 may be disposed below the roof of the vehicle and may be configured to communicate with at least one of a neighboring vehicle, a road side unit (RSU), and a base station through a processor. Since the antenna module 1000 performs a telematics operation through wireless communication in a vehicle, it may also be referred to as a telematics module.
  • the antenna PCB 1200 in the antenna module 1000 may be combined with the telematics module 1200c that performs a telematics function.
  • the antenna PCB 1200 and the telematics module 1200c may be coupled to interface on the same plane.
  • the vehicle 500 includes an antenna module 1000 disposed under the roof of the vehicle.
  • the vehicle 500 may further include a processor 1400 disposed inside or outside the antenna module 1000 and configured to communicate with at least one of a neighboring vehicle, a road side unit (RSU), and a base station.
  • RSU road side unit
  • the antenna module 1000 may include a PCB 1200, a lower cover 1310, an upper cover 1320, slot radiators 1210 and 1210b, and a feeding structure 1220.
  • a transmission line is formed on the PCB 1200, and the transmission line may be a CPW transmission line.
  • the lower cover 1310 may be configured such that the PC 1200 is disposed therein and can be attached to a vehicle.
  • the upper cover 1320 is fastened to the lower cover 1310 to accommodate the PCB 1200 therein, and metal plates 1321 and 1322 may be formed in a partial region made of a dielectric material.
  • the slot radiators 1210 and 1210b may be configured to emit radio signals through slot regions SR formed in the metal plates 1321 and 1322 and a partial region of the upper cover 1320 .
  • the power supply structure 1220 is configured to transfer radio signals from the transmission line formed on the PCB 1200 to the slot radiators 1210 and 1210b so that the radio signals are radiated through the slot radiators 1210 and 1210b.
  • the slot radiators 1210 and 1210b may be configured to have a first length in a first axial direction based on the center point of the slot region SR and gradually increase in width in a second axial direction based on the center point. there is.
  • a transmission line on the PCB 1200 or the auxiliary PCB 1200b may be configured as a CPW transmission line having ground patterns formed on both sides of the signal line.
  • the metal plate 1321 may be disposed on a side area of the upper cover 1320 .
  • the metal plate 1321 may be connected to or spaced apart from the feed structure 1220 vertically connected to the signal line of the CPW transmission line.
  • the power supply structure 1220 may include a first connection part 1221 and a second connection part 1222 .
  • the first connection part 1221 is vertically connected to the signal line of the CPW transmission line, and a point higher than the center point of the slot area SR in the height direction of the PCB 1200 so that the wireless signal is coupled to the slot area SR. can be extended up to
  • the second connection part 1222 may be configured to be spaced apart from the metal plate 1321 by a predetermined distance at a point higher than the center point.
  • the antenna module 1000 may further include an auxiliary PCB 1200b disposed perpendicular to the PCB 1200.
  • the metal plate 1322 may be disposed on the front area of the upper cover 1320, and CPW transmission lines having ground patterns formed on both sides of the signal line may be formed on the auxiliary PCB 1200b.
  • the metal plate 1322 may be connected to or spaced apart from the feed structure 1220 vertically connected to the signal line of the CPW transmission line.
  • the power supply structure 1220 may include a first connection part 1221 and a second connection part 1222 .
  • the first connection part 1221 is vertically connected to the signal line of the CPW transmission line of the PCB 1200, and the center point of the slot area in the height direction of the auxiliary PCB 1200b so that the radio signal is coupled to the slot area SR. It can be extended to higher points.
  • the second connection part 1222 may be configured to be spaced apart from the metal plate 1322 by a predetermined distance at a point higher than the center point of the slot area.
  • the antenna module 1000 may further include a second radiator 1230 connected to a signal line of a transmission line on the auxiliary PCB 1200b and disposed perpendicularly to the metal plates 1321 and 1322 .
  • the slot radiators 1210 and 1210b may operate in a first band, and the second radiator 1230 may operate in a second band higher than the first band.
  • the antenna module 1000 may include a plurality of antennas including slot radiators 1210 and 1210b and a second radiator 1230 .
  • the plurality of antennas may include a first antenna (ANT1, 1100a) and a second antenna (ANT2, 1100b).
  • the plurality of antennas may include a third antenna (ANT3, 1100c) and a fourth antenna (ANT4, 1100d).
  • the processor 1400 may control to perform multiple input/output (MIMO) in the first band through the first antenna ANT1 and 1100a and the second antenna ANT2 and 1100b.
  • the processor 1400 may control transmission and reception of signals in the first band only through the first antenna ANT1 and 1100a.
  • the processor 1400 may control to perform multiple input/output (MIMO) in a second band higher than the first band through the first antenna ANT1 and 1100a and the second antenna ANT2 and 1100b.
  • the area of the metal region surrounding the second region where the second antenna ANT2 or 1100b is disposed may be larger than the first region where the first antenna ANT1 or 1100a is disposed.
  • the transceiver circuit 1250 may be operatively coupled to each radiator module 1100 .
  • Processor 1400 may be operably coupled with transceiver circuitry 1250 .
  • the processor 1400 may be a baseband processor corresponding to a modem, but is not limited thereto and may be any processor that controls the transceiver circuit 1250 .
  • the processor 1400 of the vehicle may be implemented as a Network Access Device (NAD).
  • NAD Network Access Device
  • Transceiver circuitry 1250 may be operatively coupled with MIMO antennas ANT1 through ANT4.
  • the transceiver circuit 1250 may include a front end module (FEM) such as a power amplifier or a receive amplifier.
  • FEM front end module
  • the front-end module (FEM) may be separately disposed between the transceiver circuit 1250 and the antenna.
  • the transceiver circuit 1250 controls the amplitude and/or phase of signals transmitted to the MIMO antennas (ANT1 to ANT4) by adjusting the gain or input or output power of the power amplifier or the receiving amplifier, or controls only some of the antenna modules to operate. can
  • the processor 1400 may be operatively coupled to the transceiver circuitry 1250 and configured to control the transceiver circuitry 1250 .
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to control the amplitude and/or phase of signals transmitted to the MIMO antennas ANT1 to ANT4 or to operate only some antenna modules.
  • the processor 1400 may be configured to communicate with at least one of a neighboring vehicle, a road side unit (RSU), and a base station through the transceiver circuit 1250 .
  • RSU road side unit
  • MIMO multiple input/output
  • the vehicle may simultaneously receive the same information from various entities at the same time to improve reliability of surrounding information and reduce latency.
  • URLLC Ultra Reliable Low Latency Communication
  • a base station performing scheduling may preferentially allocate a time slot for a vehicle operating as a URLLC UE.
  • some of the specific time-frequency resources already allocated to other UEs may be punctured.
  • the plurality of antennas ANT1 to ANT4 in the antenna module 1000 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 high band HB may be referred to as a second (frequency) band.
  • the middle band (MB) is referred to as a first (frequency) band
  • the high band (HB) is referred to as a second (frequency) band.
  • the 5G Sub6 band may be the same band as the LTE band in case of LTE re-farming.
  • 5G NR When 5G NR operates in a band separate from LTE, it can operate in a high band (HB) or a higher band.
  • the 5G Sub6 band operating in the high band (HB) or higher band may also be referred to as a second (frequency) band.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through two or more of the plurality of antennas ANT1 to ANT4 in the first frequency band.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through two or more of the plurality of antennas ANT1 to ANT4 in the second frequency band.
  • MIMO multiple input/output
  • multiple input/output (MIMO) may be performed using antenna elements spaced apart from each other at a sufficient distance and disposed in a state rotated at a predetermined angle. Accordingly, isolation between the first signal and the second signal within the same band can be improved.
  • the baseband processor 1400 uses a transceiver circuit 1250 to receive a second signal of a second band while receiving a first signal of a first band through any one of the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4. ) can be controlled. In this case, there is an advantage in that carrier aggregation (CA) can be performed through one antenna.
  • CA carrier aggregation
  • the baseband processor 1400 receives the first signal of the first band through any one of the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2, while using the third antenna ANT3 and the fourth antenna ANT4. ) It is possible to control the transceiver circuit 1250 to receive the second signal of the second band through any one of. In this case, there is an advantage in that each antenna can be designed and implemented so as to be optimized for a corresponding band.
  • the baseband processor 1400 may perform carrier aggregation (CA) through a band in which the first frequency band and the second frequency band are combined. Accordingly, in the present invention, when it is necessary to receive a large amount of data for autonomous driving or the like, there is an advantage in that wideband reception is possible through carrier aggregation.
  • CA carrier aggregation
  • the vehicle can perform enhanced mobile broadband (eMBB) communication and the vehicle can operate as an eMBB UE.
  • eMBB enhanced mobile broadband
  • 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 free frequency bands excluding frequency resources already allocated to other UEs.
  • the bands corresponding to the low band (LB), mid band (MB) and high band (HB) are divided into first band, second band, and third band, respectively.
  • the antenna system 1000 is a single antenna in a first band, a second band, and a third band corresponding to a low band (LB), a mid band (MB), and a high band (HB). It can work.
  • the processor 1400 may determine a resource region allocated through a physical downlink control channel (PDCCH).
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform carrier aggregation in two or more of the first to third bands based on the allocated resource region.
  • PDCCH physical downlink control channel
  • the processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) in the EN-DC state through the first to fourth antennas ANT1 to ANT4.
  • MIMO multiple input/output
  • an EN-DC operation may be performed through the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2
  • MIMO multiple input/output
  • the EN-DC operation when the EN-DC operation is performed using different bands between 4G/5G communication systems, the EN-DC operation may be performed through a plurality of antennas in one antenna system. Accordingly, the level of interference between MIMO streams using the same band can be reduced.
  • the EN-DC operation may be performed through a plurality of antennas in different antenna systems. In this case, in order to reduce the interference level in the low band (LB), the MIMO operation through a plurality of antennas in the same antenna system may be performed in the middle band (MB) or higher.
  • LB low band
  • MB middle band
  • the antenna module having the broadband antenna element disposed in the vehicle and the vehicle equipped with the antenna module have been described.
  • Technical effects of the antenna module having the broadband antenna element disposed in the vehicle and the vehicle equipped with the antenna module will be described as follows.
  • a bow-tie type broadband antenna element capable of operating even in a low band (LB) among 4G/5G bands while being disposed in a vehicle.
  • a high-efficiency broadband antenna element having a high antenna gain while operating in a broadband can be implemented through a structure in which a bow-tie type antenna element is connected to a power supply line on a PCB.
  • the broadband antenna element on the surface of the antenna module made of a non-metallic material, the performance of the antenna can be maintained at a certain level even when the exterior of the vehicle body or roof is made of a metal material.
  • a broadband antenna element is arranged on the surface of a non-metallic antenna module to improve antenna performance while maintaining the height of the entire antenna system below a certain level.
  • a structure for mounting an antenna system capable of operating in a broadband to a vehicle to support various communication systems can be proposed.
  • an antenna system mounted on a vehicle and a control operation thereof may be implemented by software, firmware, or a combination thereof.
  • the design of an antenna system mounted on a vehicle and the configuration for controlling the antenna system can be implemented as computer readable codes on a program recorded medium.
  • a computer-readable medium includes all types 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. , and also includes those implemented in the form of a carrier wave (eg, transmission over the Internet).
  • 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 limiting in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

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Abstract

실시 예에 따른 차량에 탑재되는 안테나 모듈이 제공된다. 상기 안테나 모듈은 전송 선로가 형성된 PCB; 상기 PCB가 배치되는 하부 커버; 상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되고, 유전체로 이루어진 일부 영역에 메탈 플레이트가 형성된 상부 커버; 상기 메탈 플레이트에 형성된 슬롯 영역과 상기 상부 커버의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성된 슬롯 방사체; 및 상기 PCB에 형성된 전송 선로의 무선 신호를 상기 슬롯 방사체를 통해 방사되도록 상기 무선 신호를 상기 슬롯 방사체로 전달하도록 구성된 급전 구조(feeding structure)를 포함한다.

Description

차량에 배치되는 광대역 안테나
본 발명은 차량에 배치되는 광대역 안테나에 관한 것이다. 특정 구현은 다양한 통신 시스템에서 동작 가능하도록 광대역 안테나를 구비한 안테나 모듈 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(Long Term Evolution) 통신, 5G 통신 또는 WiFi 통신 기술을 이용하여 다양한 무선 통신 서비스를 제공할 수 있다.
차량에서 이러한 다양한 무선 통신 서비스를 제공하기 위해 안테나는 차량의 글래스, 차량의 루프(roof) 상부 또는 하부에 배치될 수 있다. 안테나가 차량의 글래스에 배치되는 경우 투명 안테나 소재로 구현될 수 있다. 한편, 안테나가 차량의 루프 상부 또는 하부에 배치되는 경우 차량 바디 및 차량의 루프에 영향이 안테나 성능에 변화가 발생할 수 있다.
이와 관련하여, 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.
한편, LTE 통신과 같은 4G 통신 또는 5G 통신 서비스를 제공하기 위해, 안테나 구조물에 해당하는 안테나 모듈 내에 배치되는 안테나 소자가 광대역 동작할 필요가 있다. 4G 통신 또는 5G 통신을 위한 주파수 대역은 저 대역(low band, LB), 중 대역(mid band, MB) 및 고 대역(high band, HB)을 포함한다. 이와 관련하여, 4G 통신 또는 5G 통신을 위한 안테나 소자가 저 대역(LB)의 대역폭을 커버할 수 있도록 광대역으로 설계될 필요가 있다. 특히, 4G 통신 또는 5G 통신의 저 대역(LB)은 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)과 비교하여, 중심 주파수 대비 상대 대역폭 비율(relative bandwidth ratio)이 높다. 이에 따라, 저 대역(LB)에서 안테나 대역폭 요구 조건을 만족하기 어렵다는 문제점이 있다.
하지만, 기존의 안테나 소자는 대역폭이 제한되는 공진형 안테나 소자(resonance antenna element)로 구현되어 대역폭 특성이 제한되는 문제점이 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 차량에 배치되면서 광대역 동작할 수 있는 광대역 안테나 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 광대역 동작하면서도 높은 안테나 이득을 갖는 고효율 광대역 안테나 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 안테나 성능을 일정 수준으로 유지하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 차량에 탑재되는 안테나 모듈이 제공된다. 상기 안테나 모듈은 전송 선로가 형성된 PCB; 상기 PCB가 배치되는 하부 커버; 상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되고, 유전체로 이루어진 일부 영역에 메탈 플레이트가 형성된 상부 커버; 상기 메탈 플레이트에 형성된 슬롯 영역과 상기 상부 커버의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성된 슬롯 방사체; 및 상기 PCB에 형성된 전송 선로의 무선 신호를 상기 슬롯 방사체를 통해 방사되도록 상기 무선 신호를 상기 슬롯 방사체로 전달하도록 구성된 급전 구조(feeding structure)를 포함한다.
실시 예에 따르면, 상기 슬롯 방사체는 상기 슬롯 영역의 중심 점을 기준으로 제1 축 방향으로 제1 길이로 형성되고, 상기 중심 점을 기준으로 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 측면 영역에 배치될 수 있다. 상기 슬롯 방사체는 상기 슬롯 방사체의 동작 대역 중 제1 주파수에서 상기 슬롯 영역을 둘러싸도록 형성되고, 상기 슬롯 영역의 상부 영역과 하부 영역에서 서로 다른 방향으로 형성되는 전류 분포에 의해 슬롯 모드로 동작할 수 있다. 상기 슬롯 방사체는 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수에서 상기 메탈 플레이트에서 동일한 방향으로 형성되는 전류 분포에 의해 패치 모드로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 내부 영역에 배치되어 상기 PCB에 평행하게 상기 PCB의 상부에 배치될 수 있다. 상기 슬롯 방사체는 상기 슬롯 방사체의 동작 대역 중 제1 주파수에서 슬롯 모드와 패치 모드가 합성된 제1 합성 모드로 동작할 수 있다. 상기 슬롯 방사체는 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수에서 상기 슬롯 모드로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 슬롯 모드는 상기 슬롯 영역의 상부 영역과 하부 영역에서 서로 다른 방향으로 전류 분포가 형성되도록 구성될 수 있다. 상기 패치 모드는 상기 메탈 플레이트에서 동일한 방향으로 전류 분포가 형성되도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 슬롯 방사체는 상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수 사이의 제3 주파수에서 상기 슬롯 모드와 상기 패치 모드가 합성된 제2 합성 모드로 동작할 수 있다. 상기 슬롯 방사체는 상기 제3 주파수와 상기 제2 주파수 사이의 제4 주파수에서 상기 제1 합성 모드로 동작할 수 있다. 상기 제2 합성 모드에서 상기 슬롯 영역에 형성되는 전류 분포의 방향은 상기 제1 합성 모드에서 상기 슬롯 영역에 형성되는 전류 분포의 방향과 반대 방향으로 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 메탈 플레이트는 사출(injection) 방식으로 상기 상부 커버의 일부 영역에 부착되어 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 전송 선로는 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로일 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 측면 영역에 배치될 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전구조와 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 PCB와 수직하게 배치되는 보조 PCB를 더 포함할 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버에 배치되고, 상기 보조 PCB 상에 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로가 형성될 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전 구조와 소정 간격 이격되어 결합되거나 또는 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 급전 구조는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되고, 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 커플링되도록 상기 PCB의 높이 방향으로 상기 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장되는 제 1 연결부를 포함할 수 있다. 상기 급전 구조는 상기 중심 점보다 높은 지점에서 상기 메탈 플레이트와 소정 간격 이격되도록 구성된 제2 연결부를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 연결부가 상기 메탈 플레이트와 이격된 제1 간격보다 상기 제2 연결부가 상기 메탈 플레이트와 이격된 제2 간격이 더 작도록, 상기 제2 연결부가 상기 메탈 플레이트에 상기 제1 연결부보다 더 인접하게 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 연결부는 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 인가 시 상기 전송 선로와 상기 슬롯 방사체 간의 임피던스 매칭이 되도록 제1 너비 및 제1 길이로 구성될 수 있다. 상기 제2 연결부는 상기 제1 너비보다 넓은 제2 너비 및 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 CPW 전송 선로의 신호 라인과 연결되고 상기 메탈 플레이트와 수직하게 배치되는 제2 방사체를 더 포함할 수 있다. 상기 슬롯 방사체는 제1 대역에서 동작하고, 상기 제2 방사체는 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 슬롯 방사체는 상기 신호 라인 중 제1 급전 라인과 연결되고, 상기 제2 방사체는 상기 신호 라인 중 제2 급전 라인과 연결될 수 있다. 상기 제1 급전 라인으로 전달되는 상기 제1 대역의 제1 신호와 상기 제2 급전 라인으로 전달되는 상기 제2 대역의 제2 신호는 다이플렉서에 의해 상호 분리될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 슬롯 방사체와 상기 제2 방사체는 하나 이상의 필터로 구성된 필터부가 구비된 상기 신호 라인에 의해 연결될 수 있다. 상기 신호 라인으로 전달되는 상기 제1 대역의 제1 신호는 상기 슬롯 방사체로 전달되고 상기 필터부에 의해 상기 제2 방사체로 전달되지 않도록 구성될 수 있다. 상기 신호 라인으로 전달되는 상기 제2 대역의 제2 신호는 상기 제2 방사체로 전달되고 상기 필터부에 의해 상기 제1 방사체로 전달되지 않도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 슬롯 영역은 상기 급전 구조에 의해 커플링 급전되는 상기 중심 점을 기준으로 상기 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 테이퍼링 구조로 형성되는 제1 영역을 포함할 수 있다. 상기 슬롯 영역은 상기 제2 축 방향으로 너비가 일정하게 형성되는 제2 영역을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 슬롯 영역 중 상기 제1 영역은 상기 상부 커버의 제1 측면 영역에 배치되고, 상기 제2 영역의 적어도 일부는 상기 제1 측면 영역에 인접한 제2 측면 영역에 배치될 수 있다.
본 명세서의 다른 양상에 따른 차량은 상기 차량의 루프 하부에 배치되는 안테나 모듈; 및 상기 안테나 모듈의 내부 또는 외부에 배치되고, 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 프로세서를 포함한다. 상기 안테나 모듈은 전송 선로가 형성된 PCB; 내부에 상기 PCB가 배치되고, 상기 차량에 부착될 수 있도록 구성된 하부 커버; 상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되고, 유전체로 이루어진 일부 영역에 메탈 플레이트가 형성된 상부 커버; 상기 메탈 플레이트에 형성된 슬롯 영역과 상기 상부 커버의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성된 슬롯 방사체; 및 상기 PCB에 형성된 전송 선로의 무선 신호를 상기 슬롯 방사체를 통해 방사되도록 상기 무선 신호를 상기 슬롯 방사체로 전달하도록 구성된 급전 구조(feeding structure)를 포함한다.
실시 예에 따르면, 상기 슬롯 방사체는 상기 슬롯 영역의 중심 점을 기준으로 제1 축 방향으로 제1 길이로 형성되고, 상기 중심 점을 기준으로 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 전송 선로는 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로일 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 측면 영역에 배치될 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전 구조와 연결되거나 이격되도록 결합될 수 있다. 상기 급전 구조는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되고, 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 커플링되도록 상기 PCB의 높이 방향으로 상기 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장되는 제1 연결부를 포함할 수 있다. 상기 급전 구조는 상기 중심 점보다 높은 지점에서 상기 메탈 플레이트와 소정 간격 이격되도록 구성된 제2 연결부를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 PCB와 수직하게 배치되는 보조 PCB를 더 포함할 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버에 배치되고, 상기 보조 PCB 상에 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로가 형성될 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전구조와 연결되거나 또는 이격되도록 결합될 수 있다. 상기 급전 구조는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되고, 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 커플링되도록 상기 보조 PCB의 높이 방향으로 상기 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장되는 제 1 연결부를 포함할 수 있다. 상기 급전 구조는 상기 중심 점보다 높은 지점에서 상기 메탈 플레이트와 소정 간격 이격되도록 구성된 제2 연결부를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 전송 선로의 신호 라인과 연결되고 상기 메탈 플레이트와 수직하게 배치되는 제2 방사체를 더 포함할 수 있다. 상기 슬롯 방사체는 제1 대역에서 동작하고, 상기 제2 방사체는 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 동작할 수 있다. 상기 안테나 모듈은 상기 슬롯 방사체와 상기 제2 방사체로 구성된 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 안테나를 통해 제1 대역에서 신호를 송신 및 수신하도록 제어할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 대역보다 높은 제2대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 상기 제1 안테나가 배치된 제1 영역보다 상기 제2 안테나가 배치된 제2 영역을 둘러싸고 있는 메탈 영역의 면적이 더 크게 구성될 수 있다.
이와 같은 차량에 배치되는 광대역 안테나 소자를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 차량에 배치되면서 4G/5G 대역 중 저 대역(LB)에서도 동작할 수 있는 bow-tie 타입의 광대역 안테나 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에 따르면, bow-tie 타입의 안테나 소자를 PCB 상의 급전 라인과 연결되는 구조를 통해 광대역 동작하면서도 높은 안테나 이득을 갖는 고효율 광대역 안테나 소자를 구현할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 광대역 안테나 소자를 비금속 재질의 안테나 모듈의 표면에 배치하여, 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 안테나 성능을 일정 수준으로 유지할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 광대역 안테나 소자를 비금속 재질의 안테나 모듈의 표면에 배치하여, 전체 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시키기 위한 것이다.
본 명세서에 따르면, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1a는 일 예시에 따른 차량 내부를 설명하기 위한 구성도이다. 한편, 도 1b는 일 예시에 따른 차량 내부를 측면에서 본 구성도이다.
도 2a는 V2X 어플리케이션의 타입을 나타낸다.
도 2b는 V2X SL 통신을 지원하는 독립형(standalone) 시나리오와 V2X SL 통신을 지원하는 MR-DC 시나리오를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량 및 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 5는 안테나 모듈의 상부 커버의 상부 영역, 측면 영역 및 하부 영역에 안테나 소자가 배치되는 다양한 구성을 나타낸다.
도 6a는 본 명세서에 따른 안테나 소자가 상부 커버 및 하부 커버로 구성된 안테나 모듈의 상부 커버의 측면 영역에 배치되는 구성의 측면도를 나타낸다. 도 6b는 본 명세서에 따른 안테나 소자를 급전하도록 구성된 전송 선로를 나타낸다.
도 7a는 안테나 모듈의 하부 커버에 배치되는 PCB상에 구현되는 전송 선로와 안테나 소자가 결합된 구성을 나타낸다. 도 7b는 도 7a의 PCB상에 구현되는 전송 선로와 결합 가능한 안테나 소자가 결합되기 이전의 분해된 상태를 나타낸다. 도 7c는 도 7a 및 도 7b의 슬롯 방사체의 전면에서 본 전면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자의 VSWR 및 안테나 효율을 나타낸 것이다.
도 9a 및 도 9b는 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자의 제1 주파수 및 제2 주파수에서의 전계 분포(electric field distribution)를 나타낸 것이다.
도 10a 및 10b는 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자의 표면에 형성되는 전류 분포를 제1 주파수 및 제2 주파수에서 나타낸 것이다.
도 11a는 상부 커버의 전면 영역에 배치될 수 있는 안테나 소자를 포함한 방사체 모듈과 PCB를 포함하는 안테나 모듈의 분해도이다. 한편, 도 11b는 도 11a의 방사체 모듈을 확대한 도면이다.
도 12a는 도 11a의 슬롯 방사체를 포함하는 안테나 모듈의 측면도이다. 또한, 도 12b는 보조 PCB 상에 연결되는 슬롯 방사체로 무선 신호를 급전하는 급전 구조의 다양한 크기로 형성되는 예시를 나타낸 것이다.
도 13a 및 도 13b는 급전 구조의 제2 연결부의 너비 및 길이 변화에 따라 안테나 입력 임피던스 특성 및 VSWR을 나타낸 것이다.
도 14는 하부 커버에 평행하게 안테나 소자가 배치되는 구성 및 이러한 구성에 따른 안테나 소자의 VSWR 특성을 나타낸다.
도 15는 저대역(LB) 내의 상이한 주파수들에서의 메탈 플레이트에 형성되는 전류 분포를 나타낸 것이다.
도 16은 분리 급전 구조를 갖는 방사체 모듈을 나타낸다.
도 17은 단일 급전 구조를 갖는 방사체 모듈을 나타낸다.
도 18은 도 16 및 도 17의 급전 구조에 따른 안테나의 VSWR을 나타낸 것이다.
도 19a는 방사체 모듈이 PCB 상에 서로 다른 위치에 배치된 구조를 나타낸 것이다.
도 19b는 차량에서 금속 재질로 형성된 루프가 배치됨에 따라 특정 위치에 배치된 방사체 모듈의 이득 특성을 나타낸 것이다.
도 20은 실시 예에 따른 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 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 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)(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 (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. 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.
통신 장치(400)의 프로세서(470)는 모뎀에 해당할 수 있다. 이와 관련하여, RFIC와 모뎀을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC와 모뎀은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC와 모뎀은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다. 모뎀은 RFIC를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(1400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)을 통해 획득할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel)을 통해 수신될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
모뎀은 특정 시간 및 주파수 자원에서 제1 통신 시스템 및/또는 제2 통신 시스템을 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 RFIC(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 차량은 eNB 또는 gNB를 통해 자원을 할당 받거나 또는 연결 상태를 유지할 수 있다. 또한, 차량은 할당된 자원을 통해 다른 엔티티들과 V2V 통신, V2I 통신 및 V2P 통신 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
한편, 도 1a 내지 도 4를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 모듈은 차량 내부, 차량의 지붕 위, 지붕 내부 또는 지붕 프레임 내부에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 4G LTE 시스템의 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)과 5G NR 시스템의 SUB6 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 본 명세서에 따른 광대역 안테나 소자 및 안테나 소자를 구비하는 차량용 안테나 모듈에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 5는 안테나 모듈의 상부 커버의 상부 영역, 측면 영역 및 하부 영역에 안테나 소자가 배치되는 다양한 구성을 나타낸다.
도 5 (a) 내지 도 5(f)를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 안테나 모듈(1000)의 형태로 구현될 수 있다. 도 5 (a) 및 도 5 (b)를 참조하면, 안테나 모듈(100)의 상부 커버(1320)의 측면 영역에 안테나 소자(1210)가 배치되어, 상부 커버(1320)의 측면 영역으로 무선 신호를 방사할 수 있다. 도 5 (a)는 상부 커버(1320)의 측면 영역에 안테나 소자(1210)가 부착되어, 상부 커버(1320)의 측면 영역으로 무선 신호를 방사하는 구조이다. 도 5 (b)는 하부 커버(1310)의 측면 영역에 안테나 소자(1210)가 부착되는 구조이다. 도 5 (b)는 하부 커버(1310)의 측면 영역에 안테나 소자(1210)가 부착되어, 도 5(a)의 상부 커버(1320)의 측면 영역으로 무선 신호를 무선 신호를 방사하는 구조이다.
도 5 (c) 및 도 5 (d)를 참조하면, 안테나 모듈(100)의 상부 커버(1320)의 전면 영역에 안테나 소자(1210b)가 배치되어, 상부 커버(1320)의 전면 영역으로 무선 신호를 방사할 수 있다. 도 5 (c)는 상부 커버(1320)의 전면 영역 중 내부 영역에 안테나 소자(1210b)가 부착되어, 상부 커버(1320)의 전면 영역으로 무선 신호를 방사하는 구조이다. 도 5 (d)는 상부 커버(1320)의 전면 영역 중 외부 영역에 안테나 소자(1210)가 부착되어, 상부 커버(1320)의 전면 영역으로 무선 신호를 방사하는 구조이다.
도 5 (e) 및 도 5 (f)를 참조하면, 안테나 모듈(100)의 하부 커버(1310)에 평행하게 안테나 소자(1210b)가 배치되어, 상부 커버(1320)의 전면 영역으로 무선 신호를 방사할 수 있다. 도 5 (e)는 하부 커버(1310)의 내부 영역에 안테나 소자(1210b)가 부착되어, 상부 커버(1320)의 전면 영역으로 무선 신호를 방사하는 구조이다. 도 5 (f)는 하부 커버(1310)와 소정 간격 이격되게 배치되어, 상부 커버(1320)의 전면 영역으로 무선 신호를 방사하는 구조이다.
도 5 (a) 및 도 5 (b)를 참조하면, 안테나 모듈(100)의 상부 커버(1320)의 측면 영역에 안테나 소자(1210)가 배치될 수 있다. 도 5 (c) 및 도 5 (d)를 참조하면, 안테나 모듈(100)의 상부 커버(1320)의 전면 영역 (상부 영역)에 안테나 소자(1210b)가 배치될 수 있다
안테나 소자(1210)는 4G/5G 통신을 위한 저대역(low band, LB)에서 동작하는 광대역 안테나일 수 있다. 안테나 소자(1210)는 약 600 내지 700MHz 대역에서 안테나 성능이 개선되도록 구성될 수 있다. 안테나 소자(1210)는 600 내지 700MHz 대역을 포함한 약 600 내지 960MHz 대역의 LB 대역 전체에 걸쳐 방사체로 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 안테나 소자(1210) 이외에 안테나 모듈(100) 내에 배치되는 별도의 안테나 소자를 이용하여 안테나 모듈(100)을 통해 2.5 내지 5GHz에서도 통신 서비스를 제공하도록 구성될 수 있다.
안테나 소자(1210)는 메탈 플레이트(metal plate, 1321, 1322)에 형성된 슬롯 영역(slot region, SR)과 상부 커버(1320)의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성된 슬롯 방사체일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나 소자(1210)는 메탈 플레이트(1321)에 슬롯 영역(SR)이 bow-tie 슬롯 구조로 형성된 bow-tie 슬롯 안테나 소자일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 메탈 플레이트(1321, 1322)는 사출(injection) 방식으로 안테나 모듈(1000)의 상부 커버(1320)의 일부 영역에 부착되어 형성될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 메탈 플레이트(1321)는 사출 방식으로 상부 커버(1320)의 측면 영역에 부착되어 형성될 수 있다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 메탈 플레이트(1322)는 사출 방식으로 상부 커버(1320)의 전면 영역에 부착되어 형성될 수 있다.
도 6a는 본 명세서에 따른 안테나 소자가 상부 커버 및 하부 커버로 구성된 안테나 모듈의 상부 커버의 측면 영역에 배치되는 구성의 측면도를 나타낸다. 도 6b는 본 명세서에 따른 안테나 소자를 급전하도록 구성된 전송 선로를 나타낸다.
한편, 도 7a는 안테나 모듈의 하부 커버에 배치되는 PCB상에 구현되는 전송 선로와 안테나 소자가 결합된 구성을 나타낸다. 도 7b는 도 7a의 PCB상에 구현되는 전송 선로와 결합 가능한 안테나 소자가 결합되기 이전의 분해된 상태를 나타낸다. 도 7c는 도 7a 및 도 7b의 슬롯 방사체의 전면에서 본 전면도이다. 도 6a 내지 도 7c를 참조하면, 본 명세서의 메인 특징은 1) bow-tie 구조를 안테나 모듈의 커버에 메탈 영역에 적용하여 저 대역(LB) 동작을 위한 안테나 구조에 있다. 또한, 메인 특징은 2) 사출 케이스에 슬롯(slot)이 적용된 메탈 평면형 패치(metal planar patch)를 안테나 모듈의 커버에 부착하는 구조에 있다. 또한, 메인 특징은 3) CPW 급전 구조를 형성하여, 안테나를 패치 모드와 슬롯 모드로 동작하도록 하여 광대역 특성을 구현한 것에 있다.
도 6a을 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 모듈(1000)은 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320)를 포함하도록 구성될 수 있다.
PCB(printed circuit board, 1200)는 안테나 소자(1210) 및 전자 부품들이 배치되도록 구성될 수 있다. 하부 커버(1310)는 PCB(1200)의 하부에 배치되고, 안테나 소자(1210)가 배치되는 영역에 대응하는 영역에 슬롯 영역(SR)이 형성된 메탈 플레이트(1321)로 구성될 수 있다. 상부 커버(1320)는 하부 커버(1310)와 체결되어 내부에 PCB(1200)가 수용되도록 구성될 수 있다. 본 명세서에 따른 광대역 안테나는 슬롯 영역(SR)이 형성된 메탈 플레이트(1321)가 방사체로 동작하는 안테나 소자(1210)로 구성될 수 있다.
한편, 안테나 소자(1210)가 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320) 사이의 공간에 배치되어, 도 3a 내지 도 3c와 같이 차량 루프 외부 또는 내부에 안테나 모듈(1000)로 장착될 수 있다. 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320)를 안테나 시스템의 외관을 형성하는 커버(1300)로 구성되고, 커버(1300) 내에 배치되는 안테나 소자(1210)를 포함한 부품들아 차량 루프 내부에 배치될 수 있다.
도 5a 내지 도 7b를 참조하여, 차량에 탑재되는 안테나 모듈(1000)에 대해 설명한다. PCB(1200)에 전송 선로(1201)가 형성될 수 있다. 전송 선로(1220a)는 급전 라인(FL)과 동일 기판상의 양 측면에 그라운드 패턴(GP)이 형성된 CPW(co-planar waveguide) 전송 선로일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 관련하여 도 6b (a)를 참조하면, CPW 전송 선로(1220a)는 급전 라인(FL)과 동일 기판상의 양 측면에 그라운드 패턴(GP)이 형성될 수 있다. 급전 라인(FL) 및 그라운드 패턴(GP)은 메탈 패턴으로 형성될 수 있다. 급전 라인(FL)과 그라운드 패턴(GP) 사이의 영역은 유전체 영역으로 형성될 수 있다. 따라서, 급전 라인(FL)과 그라운드 패턴(GP) 사이의 영역은 메탈 패턴이 제거된 갭(G) 영역에 해당한다.
도 6b (a)를 참조하면, 마이크로 스트립 라인 구조에 비해 CPW 구조는 중앙의 메탈 라인, 즉 급전 라인(FL)의 폭이 급전 라인(FL)과 그라운드 패턴(GP)과의 갭(G) 간격보다 더 넓다. 도 6b (a)와 같은 CPW 전송 선로(1220a)는 슬롯 방사체(1210)와 같은 안테나 구조를 급전하기 적합한 구조이다. 다시 말해, CPW 전송 선로(1220a)는 급전 라인(FL)에 인접하게 배치된 그라운드 패턴(GP)에 의해 고주파수 대역에서 RF 신호를 저 손실로 전달할 수 있는 안정적인 특성을 갖는다.
도 6b (b) 및 도 6b (c)는 마이크로 스트립 라인 타입의 제1 전송 선로 및 CPW 타입의 제2 전송 선로의 측면도를 나타낸다. 도 6b (b)를 참조하면, 제1 전송 선로는 유전체 기판의 상부 레이어 급전 라인(FL)이 형성되고, 하부 레이어에 그라운드 레이어(GL)가 배치된다. 도 6b (c)를 참조하면, 제2 전송 선로는 유전체 기판의 상부 레이어 급전 라인(FL)이 형성되고, 급전 라인(FL)의 양 측에 그라운드 패턴(GP)이 배치된다.
도 6b (d)는 도 6b (b)의 마이크로 스트립 라인 구조에서 급전 라인(FL)의 측면에 메탈 패턴이 배치된 것이다. 도 6b (e)는 도 6b (c)의 CPW 전송 선로 구조에서 급전 라인(FL)의 하부에 그라운드 레이어가 배치된 것이다. 도 6b (d)의 마이크로 스트립 라인 구조에서 급전 라인(FL)의 폭에 비해 제1 갭(G)의 간격이 더 크다. 반면에, 도 6b (e)의 CPW 전송 선로 구조에서 급전 라인(FL)의 폭에 비해 제2 갭(G)의 간격이 더 작다.
한편, 본 명세서에 따른 안테나 모듈(1000)은 PCB(1200)가 배치되도록 하부 커버(1310)가 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 6a와 같이 PCB(1200)와 하부 커버(1310)는 컨택 부(contact portion, 1311)에 의해 결합될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, PCB(1200)의 그라운드가 하부 커버(1310)의 상부에 접촉되도록 배치될 수도 있다.
상부 커버(1320)는 하부 커버(1310)와 체결되어 내부에 PCB(1200)가 수용되고, 유전체로 이루어진 일부 영역에 메탈 플레이트(1321)가 형성되도록 구성될 수 있다. 하부 커버(1310)의 일부분이 상부 커버(1320)의 기구의 측면 하단부를 둘러싸도록 하부 커버(1310)가 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 하부 커버(1310)는 안테나 모듈(100) 내에서 발생하는 열을 외부로 배출하도록 메탈 재질로 형성될 수 있다. 하부 커버(1310)는 방열이 가능하도록 히트 싱크로 구성될 수 있다. 이에 따라, 하부 커버(1310)가 상부 커버(1320)의 메탈 플레이트(1321)와 연결되고, 하부 커버(1310)가 그라운드와 연결될 수 있다. 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320)의 메탈 플레이트(1321)는 PCB(1200)의 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 하부 커버(1310)와 상부 커버(1320)의 결합 구조(1312)에 의해 기구적 안정성이 확보되고 메탈 플레이트(1321)가 그라운드로 동작하여, 슬롯 방사체(1210)가 안테나로 동작한다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, PCB(1200)와 메탈 플레이트(1321)가 형성된 상부 커버(1320)가 결합되도록 결합 구조(1311, 1312)가 형성될 수 있다. 결합 구조(1312)는 하부 커버(1310)와 상부 커버(1320)가 체결되도록 구성될 수 있다. 결합 구조(1311, 1312)는 상부 커버(1320)의 측면 영역의 메탈 플레이트(1321)와 PCB(1200)가 전기적으로 연결되도록 한다. 결합 구조(1311, 1312)는 일부분이 상부 커버(1320)의 기구 구조와 결합되어 PCB(1200)와 연결될 수 있다. 결합 구조(1311, 1312)는 일체로 형성될 수 있다. 결합 구조(1311, 1312) 중 하나로만 구현되고 나머지 하나는 선택적으로 구현될 수도 있다.
안테나 소자(1210)는 슬롯 방사체(1210)로 구현될 수 있다. 슬롯 방사체(1210)는 메탈 플레이트(1321)에 형성된 슬롯 영역(SR)과 상부 커버(1320)의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 급전 구조(feeding structure, 1220)는 PCB(1200)에 형성된 전송 선로(1220a)의 무선 신호를 슬롯 방사체(1210)를 통해 방사되도록 구성된다. 급전 구조(1220)는 무선 신호를 전달하도록 슬롯 방사체(1210)로 전달하도록 구성된다.
급전 구조(1220)는 제1 연결부(1221) 및 제2 연결부(1222)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 연결부(1221)는 PCB(1200) 상에 형성된 CPW 전송 선로(1220a)의 신호 라인과 수직하게 연결된다. 제1 연결부(1221)는 슬롯 영역(SR)으로 무선 신호가 커플링되도록 PCB(1200)의 높이 방향 (y축 방향)으로 슬롯 영역(SR)의 중심 점보다 높은 지점까지 연장된다. 제1 연결부(1221)는 제1 너비 및 제1 길이로 형성될 수 있다.
제2 연결부(1222)는 슬롯 영역(SR)의 중심 점보다 높은 지점에서 소정 길이, 즉 제2 길이로 형성된다. 제2 연결부(1222)는 제2 너비 및 제2 길이로 형성될 수 있다. 제2 연결부(1222)는 슬롯 영역(SR)의 중심 점보다 높은 지점에서 메탈 플레이트(1321)와 소정 간격 이격되도록 구성될 수 있다. 즉, 제2 연결부(1222)는 제1 연결부(1221)보다 메탈 플레이트(1321)에 z축 방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 메탈 플레이트(1321)가 상부 커버(1320)의 측면 영역의 외부에 부착되고, 제2 연결부(1222)는 상부 커버(1320)의 측면 영역의 내부에 부착될 수 있다. 따라서, 제2 연결부(1222)와 메탈 플레이트(1321)는 상호 간 무선 신호 커플링을 위해 상부 커버(1320)의 측면 영역의 두께만큼 이격될 수 있다.
제1 연결부(1221)가 메탈 플레이트(1321)와 이격된 제1 간격보다 제2 연결부(1222)가 메탈 플레이트(1322)와 이격된 제2 간격이 더 작게 설정될 수 있다. 따라서, 제2 연결부(1222)가 메탈 플레이트(1321)에 제1 연결부(1221)보다 더 인접하게 배치될 수 있다.
제1 연결부(1221)는 슬롯 영역(SR)으로 무선 신호가 인가 시 전송 선로와 슬롯 방사체(1210) 간의 임피던스 매칭이 되도록 제1 너비 및 제1 길이로 구성되다. 한편, 제2 연결부(1222)는 제1 너비보다 넓은 제2 너비 및 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 구성될 수 있다.
도 7c를 참조하면, 슬롯 방사체(1210)는 슬롯 영역(SR)의 중심 점을 기준으로 제1 축, 즉 x축 방향으로 제1 길이로 형성된다. 한편, 슬롯 방사체(1210)는 슬롯 영역(SR)의 중심 점을 기준으로 제2 축, 즉 y축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 구성될 수 있다.
도 7c를 참조하면, 슬롯 영역(SR)은 제2 축, 즉 y축 방향으로 제1 영역(SR1) 및 제2 영역(SR2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 영역(SR1)은 급전 구조(1220)에 의해 커플링 급전되는 중심 점을 기준으로 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 테이퍼링 구조로 형성될 수 있다. 제2 영역(SR2)은 제2 축 방향으로 너비가 일정한 구조로 형성될 수 있다. 슬롯 방사체(1210)가 형성된 메탈 플레이트(1310)는 벤딩 가능한 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 슬롯 방사체(1210)가 형성된 메탈 플레이트(1310)는 FPCB와 같은 유연성 기판(flexible substrate)상에 배치될 수 있다.
따라서, 슬롯 방사체(1210)는 유연한 형태로 구성될 수 있다. 슬롯 방사체(1210)는 일정 지점에서 벤딩되어 상부 커버(1320)의 서로 다른 측면에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 슬롯 영역(SR) 중 제1 영역(SR1)은 상부 커버(1320)의 제1 측면 영역에 배치되고, 제2 영역(SR2)의 적어도 일부는 제1 측면 영역에 인접한 제2 측면 영역에 배치될 수 있다. 제1 벤딩 라인(BL1)을 기준으로 제2 영역(SR2)의 적어도 일부는 제2 측면 영역에 배치될 수 있다.
한편, 제1 영역(SR1)은 상부 커버(1320)의 제1 측면 영역에 배치되고, 제1 영역(R1)의 일 측 단부와 제2 영역(SR2)이 제1 측면 영역에 인접한 제2 측면 영역에 배치될 수 있다. 제2 벤딩 라인(BL2)을 기준으로 제1 영역(R1)의 일 측 단부와 제2 영역(SR2)이 제2 측면 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 측면 영역과 제2 측면 영역은 도 5 (a) 및 도 5 (b)의 제1 측면 영역(S1) 및 제1 측면 영역(S1)에 인접한 제2 측면 영역(S2)일 수 있다. 이에 따라, 하부 커버(1310) 및 상부 커버(1320)의 측면에 서로 다른 슬롯 방사체들이 배치되는 경우 슬롯 방사체들 간 이격 거리를 확보하여, 상호 격리도를 개선할 수 있다.
Bow-tie 슬롯 영역(SR)을 구비한 메탈 플레이트(1321)에 슬롯 영역(SR)을 가로지르는 형태로 결합되는 급전 구조(1220)가 형성될 수 있다. Bow-tie 슬롯 영역(SR)을 가로지르는 형태로 결합되는 급전 구조(1220)에 의해, 슬롯 방사체(1210)는 슬롯 모드와 패치 모드의 두 모드가 조합되어 슬롯 방사체(1210)가 광대역 안테나로 동작하게 된다.
이와 관련하여, 도 8a 및 도 8b는 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자의 VSWR 및 안테나 효율을 나타낸 것이다. 한편, 도 9a 및 도 9b는 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자의 제1 주파수 및 제2 주파수에서의 전계 분포(electric field distribution)를 나타낸 것이다.
도 7 및 도 8a를 참조하면, 안테나 소자(1210)는 LB 내에서 낮은 주파수인 제1 주파수와 높은 주파수인 제2 주파수에서 이중 공진한다. 안테나 소자(1210)는 LB 전체 대역에 걸쳐서 약 2 이하의 VSWR (voltage standing wave ratio) 값을 갖는다. 또한, 도 8a의 VSWR 시뮬레이션 결과를 참조하면, 안테나 소자(1210)는 LB 내에서 제1 주파수와 제2 주파수에서 낮은 VSWR 값을 가지므로 제1 주파수와 제2 주파수에서 이중 공진한다.
이와 관련하여, 제1 주파수에서 안테나 소자(1210)는 제1 모드 (슬롯 모드)로 동작한다. 반면에, 제2 주파수에서 안테나 소자(1210)는 제2 모드 (패치 모드)로 동작한다. 일 예로, 제1 주파수 및 제2 주파수는 약 620MHz 및 950 MHz일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 안테나 소자(1210)는 제1 모드 (슬롯 모드)와 제2 모드 (패치 모드)가 합쳐져서 LB 전체 대역에 걸쳐서 광대역 안테나로서 동작할 수 있다.
도 7 및 도 8b를 참조하면, LB 전체 대역에 걸쳐서 안테나 소자(1210)의 안테나 효율은 약 60% 이상의 높은 효율을 갖는다. 도 8b를 참조하면, 620MHz 내지 960 MHz의 각 주파수에서 -3.9dB 이상의 안테나 이득을 갖는다. 이와 관련하여, 해당 안테나 이득 값은 안테나 소자의 수직 방향인 boresight를 기준으로 약 60도 내지 90도, 수평 방향을 기준으로 약 0도 내지 30도의 낮은 앙각(low elevation angle) 범위에서 측정된다. 따라서, 도 7 내지 도 8b를 참조하면, VSWR 특성 및 안테나 효율 특성을 고려하면 안테나 소자(1210)는 LB 전체 대역에 걸쳐서 광대역 안테나로서 동작한다.
도 7 및 도 9a를 참조하면, 620MHz에서 슬롯 영역(SR)에서 E-필드가 가장 높게 형성되어, 안테나 소자(1210)는 제1 모드 (슬롯 모드)로 동작한다. 이와 관련하여, 슬롯 영역(SR)과 메탈 플레이트(1311)의 경계 영역 사이의 메탈 영역(metal region, MR)에서 E-필드가 낮은 값을 갖는다. 또한, 슬롯 영역(SR)과 함께 E-필드가 높게 형성되는 메탈 플레이트(1311)의 경계 영역(BR)에서 E-필드는 경계 영역(BR)에 평행한 수평 성분이 크게 나타난다. 즉, 메탈 플레이트(1311)의 경계 영역(BR)에서 E-필드의 수평 성분이 E-필드의 수직 성분보다 우세(dominant)하여, 제1 주파수에서 제1 모드(슬롯 모드)로 동작한다.
도 7 및 도 9b를 참조하면, 950MHz에서 메탈 플레이트(1311)의 경계 영역(BR)에서 E-필드 분포가 가장 높게 형성되어, 안테나 소자(1210)는 제2 모드 (패치 모드)로 동작한다. 이와 관련하여, 슬롯 영역(SR)과 메탈 플레이트(1311)의 경계 영역 사이의 메탈 영역(MR)에서 E-필드가 도 9a의 메탈 영역에서의 E-필드보다 높은 값을 갖는다. 또한, E-필드가 높게 형성되는 메탈 플레이트(1311)의 경계 영역(BR)에서 E-필드는 경계 영역(BR)에 평행한 수평 성분과 수직한 수평 성분이 모두 나타난다. 즉, 메탈 플레이트(1311)의 경계 영역(BR)에서 E-필드의 수평 성분과 수직 성분이 모두 존재하여, 제2 주파수에서 제2 모드(패치 모드)로 동작한다.
한편, 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자의 표면에 형성되는 전류 분포(current distribution)에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 10a 및 10b는 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자의 표면에 형성되는 전류 분포를 제1 주파수 및 제2 주파수에서 나타낸 것이다.
전술한 바와 같이, 안테나 소자(1210)는 제1 주파수에서의 제1 모드 (슬롯 모드)와 제2 모드 (패치 모드)가 합쳐져서 LB 전체 대역에 걸쳐서 광대역 안테나로서 동작할 수 있다. 일 예로, 제1 주파수 및 제2 주파수는 약 620MHz 및 950 MHz일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 주파수에서 안테나 소자(1210)에 형성되는 전류 분포는 제1 모드 (슬롯 모드)로 형성된다. 반면에, 제2 주파수에서 안테나 소자(1210)에 형성되는 전류 분포는 제2 모드 (패치 모드)로 형성된다.
도 7 및 도 10a를 참조하면, 620MHz에서 안테나 소자(1210)는 제1 모드 (슬롯 모드)로 동작하고, 제1 모드에서 등가 전류 분포(equivalent current distribution)는 슬롯 영역(SR)의 경계를 따라 서로 다른 방향으로 형성된다. 도 5a 및 도 7과 같이 메탈 플레이트(1321)는 상부 커버(1320)의 측면 영역에 배치될 수 있다.
슬롯 방사체는(1210)는 슬롯 방사체의 동작 대역 중 제1 주파수에서 슬롯 모드로 동작할 수 있다. 즉, 슬롯 방사체는(1210)는 제1 주파수에서 슬롯 영역(SR)을 둘러싸도록 형성되는 전류 분포에 의해 슬롯 모드로 동작한다. 슬롯 방사체는(1210)는 슬롯 영역(SR)의 상부 영역(upper region, UR)과 하부 영역(lower region, LR)에서 서로 다른 방향으로 형성되는 전류 분포에 의해 슬롯 모드로 동작한다. 따라서, 슬롯 모드에서 슬롯 방사체(1210)의 전류 분포는 슬롯 영역(SR)의 중심을 기준으로 서로 다른 방향으로 형성되는 루프 형태로 형성된다.
도 7 및 도 10b를 참조하면, 950MHz에서 안테나 소자(1210)는 제2 모드 (패치 모드)로 동작하고, 제2 모드에서 등가 전류 분포는 슬롯 영역(SR)의 경계를 따라 동일한 방향으로 형성된다. 도 5a 및 도 7과 같이 메탈 플레이트(1321)는 상부 커버(1320)의 측면 영역에 배치될 수 있다.
슬롯 방사체(1210)는 슬롯 방사체의 동작 대역 중 제2 주파수에서 패치 모드로 동작할 수 있다. 즉, 슬롯 방사체는(1210)는 제2 주파수에서 메탈 플레이트(1321)에서 동일한 방향으로 형성되는 전류 분포에 의해 패치 모드로 동작한다. 슬롯 방사체는(1210)는 슬롯 영역(SR)의 상부 영역(UR)과 하부 영역(LR)에서 동일한 방향으로 형성되는 전류 분포에 의해 패치 모드로 동작한다. 한편, 슬롯 영역(SR)의 일 측면 방향에서는 수평 방향의 전류 성분이 우세하고, 슬롯 영역(SR)의 일 측면 방향에서는 타 측면 방향에서는 수직 방향의 전류 성분이 우세하다 따라서, 패치 모드에서 슬롯 방사체(1210)의 전류 분포는 슬롯 영역(SR)의 중심을 기준으로 슬롯 영역(SR)의 경계를 따라 기울어진 각도로 형성된다.
한편, 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 소자는 상부 커버(1320)의 전면 영역에 배치될 수도 있다. 이와 관련하여, 도 11a는 상부 커버의 전면 영역에 배치될 수 있는 안테나 소자를 포함한 방사체 모듈과 PCB를 포함하는 안테나 모듈의 분해도이다. 한편, 도 11b는 도 11a의 방사체 모듈을 확대한 도면이다.
이와 관련하여, 도 12a는 도 11a의 슬롯 방사체를 포함하는 안테나 모듈의 측면도이다. 또한, 도 12b는 보조 PCB 상에 연결되는 슬롯 방사체로 무선 신호를 급전하는 급전 구조의 다양한 크기로 형성되는 예시를 나타낸 것이다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 메탈 플레이트(1322)는 상부 커버(1320)의 내부 영역에 배치되어 PCB(1200)에 평행하게 PCB(1200)의 상부에 배치될 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 메인 PCB에 해당하는 PCB(1200) 이외에 보조 PCB(1100b)를 더 포함할 수 있다. 메탈 플레이트(1322)는 상부 커버(1320)에 배치되고, 보조 PCB(1100b) 상에 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로가 형성될 수 있다. 메탈 플레이트(1322)는 CPW 전송 선로의 신호 라인과 수직하게 연결되는 급전 구조(1220)와 소정 간격 이격되어 결합되거나 또는 연결될 수 있다.
안테나 모듈(1000)은 슬롯 방사체(1210b) 이외에 제2 방사체(1230)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 슬롯 방사체(1210b)는 급전 구조(1220)에 의해 무선 신호가 인가될 수 있다. 제2 방사체(1230)는 제2 급전 라인(1220b)에 의해 무선 신호가 인가될 수 있다. 제2 방사체(1230)와 연결된 제2 급전 라인(1220b)은 PCB(1200)의 CPW 전송 선로의 신호 라인으로 구현될 수 있다. 따라서, 제2 방사체(1230)는CPW 전송 선로의 신호 라인과 연결되고 메탈 플레이트(1322)와 수직하게 배치될 수 있다.
제2 방사체(1230)의 형상은 광대역 동작 위해 너비가 점진적으로 증가되도록 구성될 수 있다. 일 예로, 제2 방사체(1230)의 형상은 반원(semi-circle) 형상으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 슬롯 방사체(1210, 1210b)는 제1 대역에서 동작하고, 제2 방사체(1230)는 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 동작할 수 있다. 일 예로, 제2 대역은 4G/5G통신과 연관된 중 대역(mid band, MB) 및 고 대역(high band, HB)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 급전 구조(1220)는 제1 연결부(1221) 및 제2 연결부(1222)를 포함하도록 구성될 수 있다. 급전 구조(1220)는 제1 연결부(1221)와 제2 연결부(1222)를 연결하도록 구성된 제3 연결부(1223)을 더 포함할 수 있다. 제1 연결부(1221)는 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결될 수 있다. 제1 연결부(1221)는 슬롯 영역(SR)으로 무선 신호가 커플링되도록 보조 PCB(1220b)의 높이 방향으로 슬롯 영역(SR)의 중심 점보다 높은 지점까지 연장될 수 있다.
한편, 제1 연결부(1221)보다 제2 연결부(1222)가 메탈 플레이트(1322)에 더 인접하게 배치된다. 즉, 제1 연결부(1221)가 메탈 플레이트(1322)와 이격된 제1 간격보다 제2 연결부(1222)가 메탈 플레이트(1322)와 이격된 제2 간격이 더 작다. 따라서, 제2 연결부(1222)가 메탈 플레이트(1322)에 제1 연결부(1221)보다 더 인접하게 배치된다.
제1 연결부(1221)는 슬롯 영역(SR)으로 무선 신호가 인가 시 전송 선로와 슬롯 방사체(1210b) 간의 임피던스 매칭이 되도록 제1 너비 및 제1 길이로 구성될 수 있다. 제2 연결부(1222)는 제1 너비보다 넓은 제2 너비 및 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 구성될 수 있다. 따라서, 제2 너비보다 좁은 제1 너비 및 제2 길이보다 긴 제1 길이를 갖는 제1 연결부(1221)는 방사체보다 전송 선로의 라인과 유사하게 동작한다. 반면에, 제1 너비보다 넓은 제2 너비 및 제1 길이보다 짧은 제2 길이를 갖는 제2 연결부(1222)는 전송 선로의 라인보다 방사체와 유사하게 동작한다. 따라서, 전송 선로 => 제1 연결부 => 제2 연결부 => 방사체로의 전환 구조에 따라 전송 선로에서 방사체로의 단계적인 임피던스 매칭이 이루어질 수 있다.
도 12b를 참조하면, 제2 연결부(1222)의 제2 너비 및 제2 길이는 최적의 안테나 성능을 위해 조정될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a 및 도 13b는 급전 구조의 제2 연결부의 너비 및 길이 변화에 따라 안테나 입력 임피던스 특성 및 VSWR을 나타낸 것이다.
도 12b 내지 도 13b를 참조하면, 제2 연결부(1222)의 제2 너비 및 제2 길이는 4x12.5mm에서 7x12.5mm로 너비가 증가할 수 있다. 한편, 제2 연결부(1222)의 제2 너비 및 제2 길이는 7x12.5mm에서 7x18.5mm로 길이가 증가할 수 있다. 또한, 제2 연결부(1222)의 제2 너비 및 제2 길이는 4x12.5mm에서 7x18.5mm로 너비 및 길이가 모두 증가할 수 있다. 이와 관련하여, 제2 연결부(1222)와 메탈 플레이트(1322) 간의 갭은 약 0.5mm로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 13a를 참조하면, 실선은 안테나 입력 임피던스의 실수 부(real part)를 나타내고 점선은 안테나 입력 임피던스의 허수 부(imaginary part)를 나타낸다. 도 12b 및 도 13a를 참조하면, 4x12.5mm에서 7x12.5mm로 제2 연결부(1222)의 너비가 증가함에 따라 실수 부가 50ohm에 근접하여 임피던스 매칭 특성이 향상된다. 한편, 7x12.5mm에서 7x18.5mm로 제2 연결부(1222)의 길이가 증가함에 따라 허수 부의 커패시티브 성분이 상쇄되어 임피던스 매칭 특성이 향상된다.
따라서, 도 12b 내지 도 13b를 참조하면, 4x12.5mm에서 7x12.5mm로 제2 연결부(1222)의 너비가 증가함에 따라 저대역(LB)에서 특히 600-700MHz 대역의 안테나 성능이 향상된다. 또한, 7x12.5mm에서 7x18.5mm로 제2 연결부(1222)의 길이가 증가함에 따라 저대역(LB) 중 800MHz 이상 대역에서 다소 안테나 성능이 열화(degrade)되지만, 600-700MHz 대역의 안테나 성능은 더 향상된다. 특히, 600 MHz 부근에서의 안테나 성능의 마진 확보를 위해 제2 연결부(1222)의 길이를 더 증가, 예컨대 12.5mm에서 18.5mm까지 더 증가시킬 수 있다.
도 11a 내지 도 12b와 같이, 상부 커버(1320)의 전면 영역에 안테나 소자(1210b)가 배치 시, 안테나 소자(1210)가 상부 커버(1320)의 측면 영역에 배치된 경우에 비해 더 복수의 모드로 동작할 수 있다. 도 8a 내지 도 9b를 참조하면, 안테나 소자(1210)는 제1 모드 (슬롯 모드) 및 제2 모드 (패치 모드)로 동작한다.
이와 관련하여, 도 14는 하부 커버에 평행하게 안테나 소자가 배치되는 구성 및 이러한 구성에 따른 안테나 소자의 VSWR 특성을 나타낸다. 한편, 도 15는 저대역(LB) 내의 상이한 주파수들에서의 메탈 플레이트에 형성되는 전류 분포를 나타낸 것이다.
도 14(a)를 참조하면, 메탈 플레이트(1322)는 하부 커버(1310)에 평행하게 하부 커버(1310)의 상부에 배치될 수 있다. 도 12a, 도 12b 및 도 14(a)를 참조하면, 메탈 플레이트(1322)는 상부 커버(1320)의 내부 영역에 배치되어 PCB(1200)에 평행하게 PCB(1200)의 상부에 배치될 수 있다.
도 12a, 도 12b 및 도 14(b)를 참조하면, 안테나 소자에 해당하는 슬롯 방사체(1210b)는 저대역(LB) 내의 서로 다른 주파수들에서 다중 공진하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 슬롯 방사체(1210b)는 저대역(LB) 내의 제1 주파수 내지 제4 주파수에서 서로 다른 모드로 공진하도록 구성될 수 있다.
도 12a, 도 12b 및 도 15(a)를 참조하면, 슬롯 방사체(1210b)는 슬롯 방사체의 동작 대역 중 제1 주파수 (620MHz)에서 슬롯 모드와 패치 모드가 합성된 제1 합성 모드로 동작한다. 도 12a, 도 12b 및 도 15(d)를 참조하면, 슬롯 방사체(1210b)는 동작 대역 중 제1 주파수보다 높은 제2 주파수 (950MHz)에서 슬롯 모드로 동작한다. 슬롯 모드는 슬롯 영역(SR)의 상부 영역(UR)과 하부 영역(LR)에서 서로 다른 방향으로 전류 분포가 형성되도록 구성된다. 패치 모드는 메탈 플레이트(1322)에서 동일한 방향으로 전류 분포가 형성되도록 구성된다. 제1 주파수 (620MHz)에서 형성되는 패치 모드는 메탈 플레이트(1322)의 상부 영역(UR)에서 일 방향으로만 형성될 수 있다.
도 12a, 도 12b 및 도 15(b)를 참조하면, 슬롯 방사체(1210b)는 제1 주파수와 제2 주파수 사이의 제3 주파수 (720MHz)에서 슬롯 모드와 패치 모드가 합성된 제2 합성 모드로 동작한다. 도 12a, 도 12b 및 도 15(c)를 참조하면, 슬롯 방사체(1210b)는 제3 주파수와 제2 주파수 사이의 제4 주파수 (840MHz)에서 슬롯 모드와 패치 모드가 합성된 제1 합성 모드로 동작한다. 따라서, 슬롯 방사체(1210b)는 제1 주파수 (620MHz)와 제4 주파수 (840MHz)에서 동일한 제1 합성 모드로 동작한다.
제2 합성 모드에서 슬롯 영역(SR)에 형성되는 전류 분포의 방향은 제1 합성 모드에서 슬롯 영역(SR)에 형성되는 전류 분포의 방향과 반대 방향으로 형성된다. 한편, 제2 합성 모드에서 형성되는 패치 모드는 메탈 플레이트(1322)의 상부 영역(UR)에서 일 방향으로만 형성될 수 있다. 반면에, 제2 합성 모드에서 형성되는 패치 모드는 메탈 플레이트(1322)의 하부 영역(LR)에서 타 방향으로만 형성될 수 있다.
따라서, 도 12a 및 도 12b와 같이 상부 커버(1320)의 전면 영역에 배치된 슬롯 방사체(1210b)가 도 7과 같이 상부 커버(1320)의 측면 영역에 배치된 슬롯 방사체(1210)보다 더 많은 모드에서 동작한다. 따라서, 상부 커버(1320)의 전면 영역에 배치된 슬롯 방사체(1210b)가 상부 커버(1320)의 측면 영역에 배치된 슬롯 방사체(1210)보다 반사 계수 특성 및 대역폭 특성이 더 향상될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 제시되는 방사체 모듈을 구성하는 슬롯 방사체와 제2 방사체는 분리 급전 구조(separate feed structure) 또는 단일 급전 구조(single feed structure)에 의해 급전될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16은 분리 급전 구조를 갖는 방사체 모듈을 나타낸다. 반면에, 도 17은 단일 급전 구조를 갖는 방사체 모듈을 나타낸다.
도 16(a)는 슬롯 방사체(1210b)와 제2 방사체(1230)가 분리 급전 구조로 형성된 구조이고, 도 16(b)는 도 16(a)의 분리 급전 구조의 블록도이다. 도 17(a)는 슬롯 방사체(1210)와 제2 방사체(1230)가 단일 급전 구조로 형성된 구조이고, 도 17(b)는 도 17(a)의 단일 급전 구조의 블록도이다. 이와 관련하여, 슬롯 방사체(1210b)는 제1 대역인 저 대역(LB)에서 동작하는 방사체이다. 제2 방사체(1230)는 제2 대역인 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에서 동작하는 방사체이다. 따라서, 제1 대역에서 동작하는 슬롯 방사체(1210b)를 제1 방사체 또는 LB 안테나로 지칭할 수 있다. 제2 대역에서 동작하는 제2 방사체(1230)를 제2 방사체 또는 MHB 안테나로 지칭할 수 있다.
한편, 도 16 (a) 및 도 17 (a)의 슬롯 방사체(1210b)는 도 11a 및 도 11b와 같이 상부 커버(1320)의 전면 영역에 배치되는 구조에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 도 16 (a) 및 도 17 (a)의 슬롯 방사체는 도 6a 내지 도 7b와 같이 상부 커버(1320)의 측면 영역에 배치되는 슬롯 방사체(1210)로 구성될 수 있다.
도 11b 및 도 16을 참조하면, 슬롯 방사체(1210, 1210b)는 신호 라인 중 제1 급전 라인(FL1)과 연결되고, 제2 방사체(1230)는 신호 라인 중 제2 급전 라인(FL2)과 연결될 수 있다. 제1 급전 라인(FL1)으로 전달되는 제1 대역의 제1 신호와 제2 급전 라인(FL2)으로 전달되는 제2 대역의 제2 신호는 다이플렉서(1240)에 의해 상호 분리될 수 있다.
이와 관련하여, 제1 급전 라인(FL1)은 도 11b의 급전 구조(1120)으로 구성될 수 있다. 한편, 제2 급전 라인(FL2)은 도 11b의 제2 급전 라인(1220b)로 구성될 수 있다. 제1 급전 라인(FL1)에 해당하는 급전 구조(1120)와 제2 급전 라인(FL2)에 해당하는 제2 급전 라인(1220b)은 도 16(b)의 다이플렉서(1240)에 연결되어 상호 분리될 수 있다. 따라서, 급전 구조(1120)를 통해 전달되는 제1 대역의 제1 신호와 제2 급전 라인(1220b)를 통해 전달되는 제2 대역의 제2 신호는 도 16(b)의 다이플렉서(1240)에 의해 상호 분리될 수 있다.
도 11b 및 도 17을 참조하면, 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230)는 하나 이상의 필터로 구성된 필터부(1240b)가 구비된 신호 라인에 의해 연결된다. 필터부(1240b)는 복수의 필터로 구성된 다단 필터(multi-stage filter)일 수 있다. 필터부(1240b)는 대역 차단 필터(band stop filter, BSF)로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 필터부(1240b)는 저대역 통과 필터(low pass filter, LPF), 대역 통과 필터(band pass filter, BPF), 고대역 통과 필터(high pass filter, HPF) 및 대역 차단 필터(BSF) 중 적어도 하나로 구현될 수도 있다.
신호 라인으로 전달되는 제1 대역의 제1 신호는 슬롯 방사체(1210, 1210b)로 전달되고 필터부(1240b)에 의해 제2 방사체(1230)로 전달되지 않도록 구성될 수 있다. 한편, 신호 라인으로 전달되는 제2 대역의 제2 신호는 제2 방사체(1230)로 전달되고 필터부에 의해 슬롯 방사체(1210, 1210b)로 전달되지 않도록 구성될 수 있다. 신호 라인은 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230)을 급전하도록 구성된 급전 라인(FL)일 수 있다. 급전 라인(FL)은 도 16의 분리된 제1 및 제2 급전 라인(FL1, FL2) 형태가 아닌 단일 급전 라인 구조로 형성된다.
도 18은 도 16 및 도 17의 급전 구조에 따른 안테나의 VSWR을 나타낸 것이다. 도 18(a)는 분리 급전 구조의 제1 급전 라인에서의 슬롯 방사체와 제2 급전 라인에서의 제2 방사체의 VSWR을 나타낸 것이다. 도 16 및 도 18(a)를 참조하면, 분리 급전 구조의 제1 급전 라인(FL1)에서의 VSWR은 슬롯 방사체(1210, 1210b)의 VSWR에 해당한다.
이와 관련하여, 슬롯 방사체(1210, 1210b)는 저 대역(LB)인 제1 대역에서 동작하는 제1 방사체 (LB 안테나)로 동작한다. 반면에, 제2 방사체(1230)는 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에 해당하는 제2 대역에서 동작하는 MHB 안테나로 동작한다. 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230) 간에 상호 분리 구조에 의해 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230) 간 격리도가 향상된다.
도 18(b)는 단일 급전 구조의 급전 라인에서의 슬롯 방사체와 제2 방사체의 VSWR을 나타낸 것이다. 도 16 및 도 18(b)를 참조하면, 단일 급전 구조의 급전 라인(FL)에서의 VSWR은 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230)의 VSWR에 해당한다.
이와 관련하여, 슬롯 방사체(1210, 1210b)는 저 대역(LB)인 제1 대역에서 동작하는 제1 방사체 (LB 안테나)로 동작한다. 반면에, 제2 방사체(1230)는 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에 해당하는 제2 대역에서 동작하는 MHB 안테나로 동작한다. 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230) 간에 결합 구조에 의해 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230)를 통해 전체 대역에서 안테나 성능이 향상된다.
한편, 본 명세서에서 제시되는 복수의 광대역 안테나 소자로 이루어진 방사체 모듈은 PCB상의 특정 위치에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 19a는 방사체 모듈이 PCB 상에 서로 다른 위치에 배치된 구조를 나타낸 것이다. 도 19(a)는 PCB(1200) 상의 제1 영역에 배치된 방사체 모듈(1100a)을 나타낸다. 한편, 도 19(b)는 PCB(1200) 상의 제2 영역에 배치된 방사체 모듈(1100b)을 나타낸다.
도 19(a) 및 도 19(b)를 참조하면, 차량의 루프(2000) 내에 방사체 모듈(1100a,1100b)이 배치된 구성을 나타낸다. 방사체 모듈(1100a,1100b)이 배치되는 제1 영역 및 제2 영역의 상부 영역에 해당하는 루프(2000) 영역은 무선 신호가 통과하도록 비금속 재질로 형성된다. 도 19(c)는 도 19(b)에서 방사체 모듈(1100b)이 배치된 제2 영역을 확대한 것이다.
PCB(1200) 상의 제1 영역은 position A에 해당하는 PCB(1200)상의 좌측 상부 영역일 수 있다. PCB(1200) 상의 제2 영역은 position B에 해당하는 PCB(1200)상의 우측 하부 영역일 수 있다. 이와 관련하여, PCB(1200) 상의 제1 영역 및 제2 영역에 각각 제1 방사체 모듈(1100a)과 제2 방사체 모듈(1100b)이 배치될 수 있다. 제1 방사체 모듈(1100a)과 제2 방사체 모듈(1100b)은 동시에 동작하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다.
한편, 도 19b는 차량에서 금속 재질로 형성된 루프가 배치됨에 따라 특정 위치에 배치된 방사체 모듈의 이득 특성을 나타낸 것이다. 도 19b를 참조하면, 제1 대역에 해당하는 LB와 제2 대역에 해당하는 MB에서의 이득 특성을 나타낸 것이다. 이와 관련하여, 차량의 수직 면을 기준으로 약 60도 내지 90도 범위에서 평균 이득(average gain)을 나타낸 것이다. 다시 말해, 차량의 수평 면을 기준으로 약 0도 내지 30도 범위의 낮은 앙각 (low elevation angle) 범위에서의 평균 이득을 나타낸 것이다.
도 19a 및 도 19b를 참조하면, 금속 재질의 루프가 배치되지 않은 경우에 비해 루프가 배치된 경우 제1 대역 및 제2 대역에서 약간의 이득 감소가 발생한다. 한편, 제2 대역에서 방사체 모듈이 배치된 위치, 즉 position A와 position B에 따른 안테나 성능 변화는 크지 않다. 이와 관련하여 position A에 배치된 제1 방사체 모듈(1100a)의 주변 금속 영역의 면적이 position B에 배치된 제2 방사체 모듈(1100b)의 주변 금속 영역의 면적보다 작다. 이에 따라, position B에 배치된 제2 방사체 모듈(1100b)의 이득 값이 position B에 배치된 제1 방사체 모듈(1100a)의 이득 값보다 크다고 예측된다.
하지만, 제2 대역에서는 제2 방사체 모듈(1100b)의 이득 값과 제1 방사체 모듈(1100a)의 이득 값이 차이가 거의 발생하지 않는다. 따라서, 제1 방사체 모듈(1100a)과 제2 방사체 모듈(1100b)이 모두 배치된 경우, 이들 간에 안테나 성능 차이는 거의 발생하지 않는다. 이에 따라, 제2 대역의 제2 신호는 제1 방사체 모듈(1100a) 또는 제2 방사체 모듈(1100b)을 통해 방사되거나 이들 모두를 통해 방사되도록 구성될 수 잇다.
반면에, 저대역(LB)인 제1 대역에서 제2 방사체 모듈(1100b)의 이득 값이 제1 방사체 모듈(1100a)의 이득 값보다 크다. 따라서, 제1 방사체 모듈(1100a)과 제2 방사체 모듈(1100b)이 모두 배치된 경우, 제2 방사체 모듈(1100b)을 통해 무선 신호를 방사하는 것이 안테나 성능 관점에서 유리할 수 있다. 이에 따라, 제1 대역의 제1 신호는 제2 방사체 모듈(1100b)을 통해 방사되도록 구성될 수 있다.
이상에서는 본 명세서에 따른 광대역 안테나 소자를 구비하는 안테나 모듈에 대해 설명하였다. 이러한 안테나 모듈과 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다
한편, 도 20은 실시 예에 따른 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다. 도 20은 안테나 시스템에 해당하는 안테나 모듈이 차량 루프 내부에 배치되어, 주변 전자 기기, 차량 및 인프라 구조와 통신을 수행하는 차량의 구성도를 나타낸다.
도 20를 참조하면, 차량에 안테나 모듈(1000)이 탑재되고, 안테나 모듈(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 모듈(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 모듈(1000)을 인접 차량, RSU, 인접 사물 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.
도 1a 내지 도 20을 참조하면, 안테나 모듈(1000)을 구비하는 차량(500)은 복수의 안테나들(1100), 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 구성 가능하다. 한편, 차량(500)은 오브젝트 검출 장치(520)를 더 포함할 수 있다. 또한, 차량(500)은 통신 장치(400)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 통신 장치(400)은 안테나 유닛을 통해 무선 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 1a 내지 도 20을 참조하면, 차량(500)은 안테나 모듈(1000)을 구비할 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 차량의 루프 하부에 배치되고, 프로세서를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성될 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 차량에서 무선 통신을 통해 텔레매틱스 동작을 수행하므로 텔레매틱스 모듈로 지칭될 수도 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈(1000) 내의 안테나 PCB(1200)는 텔레매틱스 기능을 수행하는 텔레매틱스 모듈(1200c)과 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 PCB(1200)와 텔레매틱스 모듈(1200c)은 동일 평면 상에서 인터페이스 되도록 결합될 수 있다.
도 1a 내지 도 20을 참조하여, 본 명세서의 다른 양상에 따른 안테나 모듈(1000)을 구비하는 차량(500)에 대해 설명한다. 차량(500)은 차량의 루프 하부에 배치되는 안테나 모듈(1000)을 포함한다. 차량(500)은 안테나 모듈(1000)의 내부 또는 외부에 배치되고, 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다.
안테나 모듈(1000)은 PCB(1200), 하부 커버(1310), 상부 커버(1320), 슬롯 방사체(1210, 1210b) 및 급전 구조(feeding structure, 1220)를 포함하도록 구성될 수 있다. PCB(1200)에 전송 선로가 형성되고, 상기 전송 선로는 CPW 전송 선로일 수 있다. 하부 커버(1310)는 내부에 PC(1200)가 배치되고, 차량에 부착될 수 있도록 구성될 수 있다. 상부 커버(1320)는 하부 커버(1310)와 체결되어 내부에 PCB(1200)가 수용되고, 유전체로 이루어진 일부 영역에 메탈 플레이트(1321, 1322)가 형성될 수 있다.
슬롯 방사체(1210, 1210b)는 메탈 플레이트(1321, 1322)에 형성된 슬롯 영역(SR)과 상부 커버(1320)의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 급전 구조(1220)는 PCB(1200)에 형성된 전송 선로의 무선 신호를 슬롯 방사체(1210, 1210b)를 통해 방사되도록 무선 신호를 슬롯 방사체(1210, 1210b)로 전달하도록 구성된다. 슬롯 방사체(1210, 1210b)는 슬롯 영역(SR)의 중심 점을 기준으로 제1 축 방향으로 제1 길이로 형성되고, 중심 점을 기준으로 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 구성될 수 있다.
PCB(1200) 또는 보조 PCB(1200b) 상의 전송 선로는 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로로 구성될 수 있다. 메탈 플레이트(1321)는 상부 커버(1320)의 측면 영역에 배치될 수 있다. 메탈 플레이트(1321)는 CPW 전송 선로의 신호 라인과 수직하게 연결된 급전 구조(1220)와 연결되거나 이격되도록 결합될 수 있다.
급전 구조(1220)는 제1 연결부(1221) 및 제2 연결부(1222)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 연결부(1221)는 CPW 전송 선로의 신호 라인과 수직하게 연결되고, 슬롯 영역(SR)으로 무선 신호가 커플링되도록 PCB(1200)의 높이 방향으로 슬롯 영역(SR)의 중심 점보다 높은 지점까지 연장될 수 있다. 제2 연결부(1222)는 중심 점보다 높은 지점에서 메탈 플레이트(1321)와 소정 간격 이격되도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈(1000)은 PCB(1200)와 수직하게 배치되는 보조 PCB(1200b)를 더 포함할 수 있다. 메탈 플레이트(1322)는 상부 커버(1320)의 전면 영역에 배치되고, 보조 PCB(1200b) 상에 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로가 형성될 수 있다. 메탈 플레이트(1322)는 CPW 전송 선로의 신호 라인과 수직하게 연결되는 급전 구조(1220)와 연결되거나 이격되도록 결합될 수 있다.
급전 구조(1220)는 제1 연결부(1221) 및 제2 연결부(1222)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 연결부(1221)는 PCB(1200)의 CPW 전송 선로의 신호 라인과 수직하게 연결되고, 슬롯 영역(SR)으로 무선 신호가 커플링되도록 보조 PCB(1200b)의 높이 방향으로 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장될 수 있다. 제2 연결부(1222)는 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점에서 메탈 플레이트(1322)와 소정 간격 이격되도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈(1000)은 보조 PCB(1200b) 상의 전송 선로의 신호 라인과 연결되고 메탈 플레이트(1321, 1322)와 수직하게 배치되는 제2 방사체(1230)를 더 포함할 수 있다. 슬롯 방사체(1210, 1210b)는 제1 대역에서 동작하고, 제2 방사체(1230)는 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 동작할 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 슬롯 방사체(1210, 1210b)와 제2 방사체(1230)로 구성된 복수의 안테나를 포함할 수 있다. 복수의 안테나는 제1 안테나(ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(ANT2, 1100b)를 포함할 수 있다. 복수의 안테나는 제3 안테나(ANT3, 1100c) 및 제4 안테나(ANT4, 1100d)를 포함할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(ANT2, 1100b)를 통해 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1, 1100a)를 통해서만 제1 대역에서 신호를 송신 및 수신하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1, 1100a) 및 제2 안테나(ANT2, 1100b)를 통해 제1 대역보다 높은 제2대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1, 1100a)가 배치된 제1 영역보다 제2 안테나(ANT2, 1100b)가 배치된 제2 영역을 둘러싸고 있는 메탈 영역의 면적이 더 크게 구성될 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 각각의 방사체 모듈(1100)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 프로세서(1400)는 모뎀(modem)에 해당하는 기저대역 프로세서일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 송수신부 회로(1250)를 제어하는 임의의 프로세서일 수 있다. 차량의 프로세서(1400)는 NAD (Network Access Device)로 구현될 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 MIMO 안테나(ANT1 내지 ANT4)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 전력 증폭기 또는 수신 증폭기와 같은 프론트 엔드 모듈(front end module, FEM)을 포함할 수 있다. 다른 예로, 프론트 엔드 모듈(FEM)은 송수신부 회로(1250)와 별도로 송수신부 회로(1250)와 안테나 사이에 배치될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 전력 증폭기 또는 수신 증폭기의 이득 또는 입력 또는 출력 전력을 조절하여 MIMO 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 전달되는 신호의 크기 및/또는 위상을 제어하거나 일부 안테나 모듈만 동작하도록 제어할 수 있다.
프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합되고, 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 제어하여, MIMO 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 전달되는 신호의 크기 및/또는 위상을 제어하거나 일부 안테나 모듈만 동작하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성될 수 있다.
한편, 자율 주행 등을 위해 인접 차량, RSU, 기지국 등 다양한 엔티티로부터 동시에 정보를 수신하거나 송신할 필요가 있는 경우, 다중 입출력(MIMO)을 통해 정보를 수신 및 송신할 수 있다. 따라서, 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.
안테나 모듈(1000) 내의 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4)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. 다른 예로, 안테나 시스템(1000)이 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에서 동작하는 경우 중 대역(MB)을 제1 (주파수) 대역으로 지칭하고 고 대역(HB)을 제2 (주파수) 대역으로 지칭할 수 있다. 5G Sub6 대역은 LTE re-farming의 경우 LTE 대역과 동일 대역일 수 있다. 5G NR이 LTE와 별도의 대역에서 동작하는 경우 고 대역(HB) 또는 이보다 높은 대역에서 동작할 수 있다. 고 대역(HB) 또는 이보다 높은 대역에서 동작하는 5G Sub6 대역도 제2 (주파수) 대역으로 지칭할 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4) 중 둘 이상을 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 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 어느 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하면서 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 하나의 안테나를 통해 반송파 집성(carrier aggregation, CA)을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2) 중 어느 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하면서 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4) 중 어느 하나를 통해 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 각각의 안테나들을 해당 대역에서 최적화되도록 설계하고 동작하도록 구현할 수 있다는 장점이 있다.
따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역이 결합된 대역을 통해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 자율 주행 등을 위해 대용량의 데이터를 수신할 필요가 있는 경우, 반송파 집성을 통해 광대역 수신이 가능하다는 장점이 있다.
이에 따라, 차량은 eMBB (Enhanced Mobile Broad Band) 통신이 가능하고 차량은 eMBB UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 eMBB UE로 동작하는 차량을 위해 광대역 주파수 자원을 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 주파수 자원을 제외하고 여유 있는 주파수 대역들에 대한 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
주파수 대역과 관련하여, 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)에 해당하는 대역을 각각 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역으로 지칭할 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)에 해당하는 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역에서 단일 안테나로 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 PDCCH (physical downlink control channel)을 통해 할당된 자원 영역을 판단할 수 있다. 프로세서(1400)는 할당된 자원 영역에 기반하여, 제1 대역 내지 제3 대역 중 둘 이상의 대역에서 반송파 집성(carrier aggregation)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)를 통해 EN-DC 상태에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 일 예로, 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)를 통해 EN-DC 동작을 수행하고, 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 4G/5G 통신 시스템 간 다른 대역을 이용하여 EN-DC 동작이 수행되면, 하나의 안테나 시스템 내의 복수의 안테나를 통해 EN-DC 동작을 수행할 수 있다. 이에 따라, 동일 대역을 사용하는 MIMO 스트림 간에 간섭 수준을 저감할 수 있다. 반면에, 4G/5G 통신 시스템 간 동일 대역을 이용하여 EN-DC 동작이 수행되면, 다른 안테나 시스템 내의 복수의 안테나를 통해 EN-DC 동작을 수행할 수 있다. 이 경우, 저대역(LB)에서의 간섭 수준을 저감하기 위해, 동일 안테나 시스템 내의 복수의 안테나를 통한 MIMO 동작은 중대역(MB) 이상에서 수행될 수 있다.
복수의 안테나들을 구비하는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량과 이들에 대한 제어 동작과 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.
이상에서는 차량에 배치되는 광대역 안테나 소자를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량에 대해 설명하였다. 이와 같은 차량에 배치되는 광대역 안테나 소자를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 차량에 배치되면서 4G/5G 대역 중 저 대역(LB)에서도 동작할 수 있는 bow-tie 타입의 광대역 안테나 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에 따르면, bow-tie 타입의 안테나 소자를 PCB 상의 급전 라인과 연결되는 구조를 통해 광대역 동작하면서도 높은 안테나 이득을 갖는 고효율 광대역 안테나 소자를 구현할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 광대역 안테나 소자를 비금속 재질의 안테나 모듈의 표면에 배치하여, 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 안테나 성능을 일정 수준으로 유지할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 광대역 안테나 소자를 비금속 재질의 안테나 모듈의 표면에 배치하여, 전체 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시키기 위한 것이다.
본 명세서에 따르면, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 발명과 관련하여, 차량에 탑재되는 안테나 시스템과 이에 대한 제어 동작은 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 한편, 차량에 탑재되는 안테나 시스템의 설계와 안테나 시스템에 대한 제어를 수행하는 구성은 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 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 차량에 탑재되는 안테나 모듈에 있어서,
    전송 선로가 형성된 PCB;
    상기 PCB가 배치되는 하부 커버;
    상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되고, 유전체로 이루어진 일부 영역에 메탈 플레이트가 형성된 상부 커버;
    상기 메탈 플레이트에 형성된 슬롯 영역과 상기 상부 커버의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성된 슬롯 방사체; 및
    상기 PCB에 형성된 전송 선로의 무선 신호를 상기 슬롯 방사체를 통해 방사되도록 상기 무선 신호를 상기 슬롯 방사체로 전달하도록 구성된 급전 구조(feeding structure)를 포함하고,
    상기 슬롯 방사체는 상기 슬롯 영역의 중심 점을 기준으로 제1 축 방향으로 제1 길이로 형성되고, 상기 중심 점을 기준으로 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 구성되는, 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 측면 영역에 배치되고,
    상기 슬롯 방사체는,
    상기 슬롯 방사체의 동작 대역 중 제1 주파수에서 상기 슬롯 영역을 둘러싸도록 형성되고, 상기 슬롯 영역의 상부 영역과 하부 영역에서 서로 다른 방향으로 형성되는 전류 분포에 의해 슬롯 모드로 동작하고,
    상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수에서 상기 메탈 플레이트에서 동일한 방향으로 형성되는 전류 분포에 의해 패치 모드로 동작하는, 안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 내부 영역에 배치되어 상기 PCB에 평행하게 상기 PCB의 상부에 배치되고,
    상기 슬롯 방사체는,
    상기 슬롯 방사체의 동작 대역 중 제1 주파수에서 슬롯 모드와 패치 모드가 합성된 제1 합성 모드로 동작하고,
    상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수에서 상기 슬롯 모드로 동작하는, 안테나 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 슬롯 모드는 상기 슬롯 영역의 상부 영역과 하부 영역에서 서로 다른 방향으로 전류 분포가 형성되도록 구성되고,
    상기 패치 모드는 상기 메탈 플레이트에서 동일한 방향으로 전류 분포가 형성되도록 구성되는, 안테나 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬롯 방사체는,
    상기 제1 주파수와 상기 제2 주파수 사이의 제3 주파수에서 상기 슬롯 모드와 상기 패치 모드가 합성된 제2 합성 모드로 동작하고,
    상기 제3 주파수와 상기 제2 주파수 사이의 제4 주파수에서 상기 제1 합성 모드로 동작하고,
    상기 제2 합성 모드에서 상기 슬롯 영역에 형성되는 전류 분포의 방향은 상기 제1 합성 모드에서 상기 슬롯 영역에 형성되는 전류 분포의 방향과 반대 방향으로 형성되는, 안테나 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 메탈 플레이트는 사출(injection) 방식으로 상기 상부 커버의 일부 영역에 부착되어 형성되는, 안테나 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전송 선로는 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로이고,
    상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 측면 영역에 배치되고,
    상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전구조와 연결되는, 안테나 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 급전 구조는,
    상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되고, 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 커플링되도록 상기 PCB의 높이 방향으로 상기 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장되는 제 1 연결부; 및
    상기 중심 점보다 높은 지점에서 상기 메탈 플레이트와 소정 간격 이격되도록 구성된 제2 연결부를 포함하는, 안테나 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 PCB와 수직하게 배치되는 보조 PCB를 더 포함하고,
    상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버에 배치되고, 상기 보조 PCB 상에 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로가 형성되고,
    상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전 구조와 소정 간격 이격되어 결합되거나 또는 연결되는, 안테나 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 급전 구조는,
    상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되고, 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 커플링되도록 상기 보조 PCB의 높이 방향으로 상기 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장되는 제 1 연결부; 및
    상기 중심 점보다 높은 지점에서 상기 메탈 플레이트와 소정 간격 이격되도록 구성된 제2 연결부를 포함하는, 안테나 모듈.
  11. 제8항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제1 연결부가 상기 메탈 플레이트와 이격된 제1 간격보다 상기 제2 연결부가 상기 메탈 플레이트와 이격된 제2 간격이 더 작도록, 상기 제2 연결부가 상기 메탈 플레이트에 상기 제1 연결부보다 더 인접하게 배치되는, 안테나 모듈.
  12. 제8항 또는 제10항에 있어서,
    상기 제1 연결부는 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 인가 시 상기 전송 선로와 상기 슬롯 방사체 간의 임피던스 매칭이 되도록 제1 너비 및 제1 길이로 구성되고,
    상기 제2 연결부는 상기 제1 너비보다 넓은 제2 너비 및 상기 제1 길이보다 짧은 제2 길이로 구성되는, 안테나 모듈.
  13. 제7항 또는 제9 항에 있어서,
    상기 CPW 전송 선로의 신호 라인과 연결되고 상기 메탈 플레이트와 수직하게 배치되는 제2 방사체를 더 포함하고,
    상기 슬롯 방사체는 제1 대역에서 동작하고, 상기 제2 방사체는 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 동작하는, 안테나 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 슬롯 방사체는 상기 신호 라인 중 제1 급전 라인과 연결되고, 상기 제2 방사체는 상기 신호 라인 중 제2 급전 라인과 연결되고,
    상기 제1 급전 라인으로 전달되는 상기 제1 대역의 제1 신호와 상기 제2 급전 라인으로 전달되는 상기 제2 대역의 제2 신호는 다이플렉서에 의해 상호 분리되는, 안테나 모듈.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 슬롯 방사체와 상기 제2 방사체는 하나 이상의 필터로 구성된 필터부가 구비된 상기 신호 라인에 의해 연결되고,
    상기 신호 라인으로 전달되는 상기 제1 대역의 제1 신호는 상기 슬롯 방사체로 전달되고 상기 필터부에 의해 상기 제2 방사체로 전달되지 않고,
    상기 신호 라인으로 전달되는 상기 제2 대역의 제2 신호는 상기 제2 방사체로 전달되고 상기 필터부에 의해 상기 제1 방사체로 전달되지 않는, 안테나 모듈.
  16. 제1 항에 있어서,
    상기 슬롯 영역은,
    상기 급전 구조에 의해 커플링 급전되는 상기 중심 점을 기준으로 상기 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 테이퍼링 구조로 형성되는 제1 영역; 및
    상기 제2 축 방향으로 너비가 일정하게 형성되는 제2 영역을 포함하고,
    상기 슬롯 영역 중 상기 제1 영역은 상기 상부 커버의 제1 측면 영역에 배치되고, 상기 제2 영역의 적어도 일부는 상기 제1 측면 영역에 인접한 제2 측면 영역에 배치되는, 안테나 모듈.
  17. 안테나 모듈을 구비하는 차량에 있어서,
    상기 차량의 루프 하부에 배치되는 안테나 모듈; 및
    상기 안테나 모듈의 내부 또는 외부에 배치되고, 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
    상기 안테나 모듈은,
    전송 선로가 형성된 PCB;
    내부에 상기 PCB가 배치되고, 상기 차량에 부착될 수 있도록 구성된 하부 커버;
    상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB가 수용되고, 유전체로 이루어진 일부 영역에 메탈 플레이트가 형성된 상부 커버;
    상기 메탈 플레이트에 형성된 슬롯 영역과 상기 상부 커버의 일부 영역을 통해 무선 신호를 방사하도록 구성된 슬롯 방사체; 및
    상기 PCB에 형성된 전송 선로의 무선 신호를 상기 슬롯 방사체를 통해 방사되도록 상기 무선 신호를 상기 슬롯 방사체로 전달하도록 구성된 급전 구조(feeding structure)를 포함하고,
    상기 슬롯 방사체는 상기 슬롯 영역의 중심 점을 기준으로 제1 축 방향으로 제1 길이로 형성되고, 상기 중심 점을 기준으로 제2 축 방향으로 너비가 점진적으로 증가하도록 구성되는, 차량.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 전송 선로는 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로이고,
    상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버의 측면 영역에 배치되고,
    상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전 구조와 연결되거나 이격되도록 결합되고,
    상기 급전 구조는,
    상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되고, 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 커플링되도록 상기 PCB의 높이 방향으로 상기 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장되는 제1 연결부; 및
    상기 중심 점보다 높은 지점에서 상기 메탈 플레이트와 소정 간격 이격되도록 구성된 제2 연결부를 포함하는, 차량.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 상기 PCB와 수직하게 배치되는 보조 PCB를 더 포함하고,
    상기 메탈 플레이트는 상기 상부 커버에 배치되고, 상기 보조 PCB 상에 신호 라인의 양 측에 그라운드 패턴이 형성된 CPW 전송 선로가 형성되고,
    상기 메탈 플레이트는 상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되는 상기 급전구조와 연결되거나 또는 이격되도록 결합되고,
    상기 급전 구조는,
    상기 CPW 전송 선로의 상기 신호 라인과 수직하게 연결되고, 상기 슬롯 영역으로 무선 신호가 커플링되도록 상기 보조 PCB의 높이 방향으로 상기 슬롯 영역의 중심 점보다 높은 지점까지 연장되는 제 1 연결부; 및
    상기 중심 점보다 높은 지점에서 상기 메탈 플레이트와 소정 간격 이격되도록 구성된 제2 연결부를 포함하는, 차량.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 상기 전송 선로의 신호 라인과 연결되고 상기 메탈 플레이트와 수직하게 배치되는 제2 방사체를 더 포함하고, 상기 슬롯 방사체는 제1 대역에서 동작하고, 상기 제2 방사체는 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역에서 동작하고,
    상기 안테나 모듈은 상기 슬롯 방사체와 상기 제2 방사체로 구성된 제1 안테나 및 제2 안테나를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 안테나를 통해 제1 대역에서 신호를 송신 및 수신하도록 제어하고,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 대역보다 높은 제2대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어하고,
    상기 제1 안테나가 배치된 제1 영역보다 상기 제2 안테나가 배치된 제2 영역을 둘러싸고 있는 메탈 영역의 면적이 더 큰 것을 특징으로 하는, 차량.
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