WO2023068401A1 - 차량에 배치되는 광대역 안테나 - Google Patents

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WO2023068401A1
WO2023068401A1 PCT/KR2021/014782 KR2021014782W WO2023068401A1 WO 2023068401 A1 WO2023068401 A1 WO 2023068401A1 KR 2021014782 W KR2021014782 W KR 2021014782W WO 2023068401 A1 WO2023068401 A1 WO 2023068401A1
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WO
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band
slot
antenna
area
vehicle
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PCT/KR2021/014782
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English (en)
French (fr)
Inventor
김창일
윤창원
윤여민
김용곤
전철수
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엘지전자 주식회사
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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
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/44—Details of, or arrangements associated with, antennas using equipment having another main function to serve additionally as an antenna, e.g. means for giving an antenna an aesthetic aspect
    • H01Q1/46—Electric supply lines or communication lines
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems

Definitions

  • This specification 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.
  • an antenna for WiFi communication needs to be provided in the vehicle.
  • a vehicle WiFi antenna needs to be configured to operate up to a 5 GHz band in addition to a 2.4 GHz band.
  • 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.
  • the present invention aims to solve the foregoing and other problems.
  • another object is to provide an antenna structure that operates to cover the entire band of 4G / 5G low band (LB).
  • Another object of the present invention is to provide an antenna structure that operates in Wi-Fi bands in addition to 4G / 5G low band (LB).
  • Another object of the present invention is to provide a configuration capable of maintaining isolation while optimizing both the performance of an antenna for multiple input/output (MIMO) and the performance of a Wi-Fi antenna.
  • MIMO multiple input/output
  • Another object of the present invention is to provide a wireless signal to the interior area of the vehicle even when the exterior of the vehicle body or roof is formed of a metal material.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna that operates in a dual mode while utilizing a ground area of a body constituting an antenna module as an antenna.
  • 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 electronic components are disposed; a radiator electrically connected to the PCB through a side area, formed of a metal pattern having a predetermined length and width, and configured to transmit and receive a first signal; a lower cover disposed under the PCB and formed of a metal plate having slot regions; and an upper cover fastened to the lower cover and configured to accommodate the PCB and the radiator therein.
  • the metal plate may include a first slot region formed at one side of the metal plate to have a predetermined length and width; and a second slot area formed parallel to the first slot area and having a predetermined length and width.
  • the metal plate may further include a branch member formed of a metal plate having a predetermined length and width between the first slot area and the second slot area.
  • the antenna module may further include a first feeding unit disposed on a front surface of the PCB and connected to the radiator to supply a first signal of a first band to the radiator.
  • the first signal may be a low band (LB) signal for 4G communication or 5G communication.
  • the radiator may include a first metal pattern disposed in parallel with the upper cover and formed with an opening area; a second metal pattern perpendicularly connected to the upper metal pattern and forming a side area; and a third metal pattern connected to the second metal pattern and the first feeding part and configured to transfer the first signal of the first band to the second metal pattern.
  • the first feeding unit may be configured to feed a first signal of a second band higher than the first band to the slot areas.
  • the PCB may be configured to be connected to the lower cover through a ground contact unit.
  • the first band may be a first subband of the low band LB
  • the second band may be a second subband higher than the first subband of the low band LB.
  • the slot areas of the radiator configured to radiate the first signal of the first band and the metal plate configured to radiate the first signal of the second band are low bands among 4G communication or 5G communication bands ( LB) can configure a main antenna.
  • the antenna module is disposed between the branch line and the metal plate forming the second slot area, and supplies a second signal of a third band higher than the second band to the second slot area. It may further include a second power supply configured to.
  • the third band may be a frequency band for Wi-Fi communication.
  • the second slot area configured to radiate the second signal of the third band may constitute a Wi-Fi antenna operating in a Wi-Fi frequency band.
  • the radiator may operate as a first radiator radiating a first signal of the first band fed from the first power supply unit.
  • the slot regions may operate as second radiators radiating the first signal of the second band supplied from the second power supply unit.
  • the first radiator and the second radiator may constitute the main antenna.
  • the main antenna may be configured to radiate the first signal of the first band through the radiator.
  • the main antenna may be configured to radiate the first signal of the second band through the slot areas including the first slot area and the second slot area and operate in a first slot mode.
  • the Wi-Fi antenna is configured to radiate the second signal of the third band through the second slot area and can operate in the second slot mode.
  • the first slot area and the second slot area may be formed to have a first length and a second length in one axial direction.
  • the metal plate may include a first metal plate connected to the third metal pattern of the radiator and formed in an area higher than the first slot area in the other axis direction; a second metal plate formed between an upper end of the first slot area in the direction of the other axis and a lower end of the second slot area in the direction of the other axis; and a third metal plate formed in an area lower than a lower end of the second slot area in the direction of the other axis.
  • the first slot area may be formed to have a first width in the first area, and may be formed to have a second width wider than the first width in a second area that is a side area of the first area.
  • An end of the second slot area may be formed in an inner area than an end of the first slot area, and a length of the branch member may be shorter than the second length of the second slot area.
  • a position of an end of the PCB in the direction of the other axis may be lower than a position of a lower end of the second slot area.
  • the first feeding part disposed on the front surface of the PCB may be located in an inner area in the one axial direction than an end of the second slot area.
  • the second feeding part disposed on the rear surface of the PCB is disposed in a side area of the first feeding part in the one axial direction, and the antenna module is one part of the second slot area in the one axial direction.
  • a first ground contact unit and a second ground contact unit configured to connect the PCB and the metal plate of the lower cover may be further included.
  • the first ground contact unit may be disposed in an inner area in the one axial direction than the first power supply unit.
  • the second ground contact unit may be disposed in a side area in the one axial direction relative to the second power supply unit.
  • the antenna module may further include a first matching circuit connected between the first power supply unit and the PCB.
  • the antenna module may further include a second matching circuit connected between the second power supply unit and the PCB.
  • the first matching circuit may include a first capacitor in series to match an impedance between the radiator and the first feeder for the first signal of the first band.
  • the second matching circuit may include second capacitors and inductors in series and parallel form to match an impedance between the second slot area and the second feeder for the second signal of the third band.
  • the main antenna may include a first antenna, a second antenna, a third antenna, and a fourth antenna disposed on one upper part, one lower part, the other upper part, and the other lower part of the lower cover.
  • a mold cover made of a dielectric material may be disposed in first to fourth slot portions corresponding to the first to fourth antennas.
  • a vehicle equipped with an antenna module 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.
  • the antenna module includes a PCB on which electronic components are disposed; at least one radiator electrically connected to the PCB, formed of a metal pattern having a predetermined length and width, and configured to transmit and receive a first signal; a lower cover disposed under the PCB and formed of a metal plate having slot regions; and an upper cover fastened to the lower cover and configured to accommodate the PCB and the at least one radiator therein.
  • the metal plate may include a first slot region formed at one side of the metal plate to have a predetermined length and width; a second slot area formed in parallel with the first slot area to have a predetermined length and width; and a branch member formed of a metal plate having a predetermined length and width between the first slot area and the second slot area.
  • the antenna module of the vehicle may include a first feeding unit disposed on a front surface of the PCB and connected to the radiator to supply first signals of a first band and a second band to the radiator; and a second feeding unit disposed between the branch line and the metal plate forming the second slot area and configured to feed a second signal of a third band higher than the second band to the second slot area.
  • the first signal is a low band (LB) signal for 4G communication or 5G communication
  • the first band is a first subband of the low band (LB)
  • the second band is a second subband higher than the first subband among the low bands (LB)
  • the third band may be a frequency band for Wi-Fi communication.
  • a first antenna, a second antenna, a third antenna, and a fourth antenna are disposed on one upper side, one lower side, the other upper side, and the other lower side of the lower cover, and the first antenna to the Corresponding to the fourth antenna, a first slot portion to a fourth slot portion may be disposed.
  • a part of the first slot part to the fourth slot part is composed of a double slot area including the first slot area, the second slot area, and the branch line, and the first slot part to the fourth slot part The rest of them may be composed of a single slot area.
  • the processor may perform multiple input/output (MIMO) in the low band (LB) using two or more antennas having the double slot area among the first to fourth antennas. .
  • MIMO multiple input/output
  • An antenna module having a broadband antenna mounted on a vehicle and technical effects of a vehicle equipped with the antenna module will be described as follows.
  • an antenna structure that operates to cover the entire 4G/5G low band (LB) band may be provided by applying a slot structure to a metal plate disposed in a lower region of a radiator.
  • an antenna structure that operates in a Wi-Fi band as well as a 4G/5G low band (LB) by applying a double slot structure to a metal plate disposed in a lower region of a radiator.
  • LB 4G/5G low band
  • the antenna on the PCB in the antenna module and the metal plate of the lower cover, it is possible to provide a wireless signal to the interior area of the vehicle even when the exterior of the vehicle body or roof is formed of a metal material.
  • an antenna that operates in a dual mode while utilizing a ground area of a body constituting the antenna module as an antenna by implementing a slot structure antenna on a metal plate of a lower cover in the antenna module.
  • 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 an interior perspective view of an antenna module that may be disposed in a vehicle according to the present disclosure.
  • FIG. 6 shows an internal front view of the antenna module of FIG. 5;
  • FIG. 7a and 7b show side cross-sectional views of the antenna module of FIG. 6 in first and second positions.
  • FIG. 8 illustrates a structure of a slot region formed in a metal plate of a lower cover presented in this specification.
  • FIG. 9 is a front view of an antenna module in which a radiator is disposed on an upper region of a metal plate having a double slot region structure according to the present specification.
  • FIG. 10 illustrates a current distribution formed on a metal plate of a lower cover according to the present specification.
  • FIG. 11 shows a current distribution in a first band for the broadband antenna structure of FIG. 10 .
  • FIG. 12 shows current distribution and its mechanism in the second band for the broadband antenna structure of FIG. 10 .
  • FIG. 13 shows current distribution and its mechanism in the third band for the broadband antenna structure of FIG. 10 .
  • FIG. 14 shows a branch line structure according to different examples of the present specification.
  • FIG. 15 illustrates a matching circuit of a broadband antenna structure according to the present specification.
  • FIG. 16 shows a configuration of a matching circuit disposed between the second power supply unit and the slot region.
  • FIG. 17 shows a 3D radiation pattern in a 2.4 GHz band and a 5.4 GHz band, and a left view and a bottom view thereof.
  • 18A and 18B show slot areas formed at different locations of a metal plate of a lower cover according to example embodiments.
  • FIG. 19A shows a structure in which a double slot area is formed at one point of an antenna module according to the present specification and a mold cover can be coupled to the area.
  • FIG. 19B is a front view of FIG. 19A (a) before the mold cover is coupled.
  • 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.
  • the antenna system disclosed in this specification may be configured to operate in a 2.4 GHz band and a 5.44 GHz band for Wi-Fi communication service.
  • the vehicle broadband antenna structure can be implemented through slot antenna technology designed for two independent antennas.
  • the broadband antenna structure for a vehicle may be applied with a technique of designing an antenna using a sea surface metal case of a device for radiation inside the vehicle in addition to radiation to the outside area of the vehicle.
  • a slot is formed in the metal case, but the slot structure can be optimized for a Wi-Fi communication band other than the 4G/5G communication band.
  • FIG. 5 shows an interior perspective view of an antenna module that may be disposed in a vehicle according to the present disclosure.
  • FIG. 6 shows an internal front view of the antenna module of FIG. 5 .
  • 7A and 7B show cross-sectional side views of the antenna module of FIG. 6 in first and second positions.
  • the slot structure may be formed in a single slot structure, such as a “c” shape.
  • the slot structure according to the present specification may be formed in a double slot structure such as a "T" shape to operate in a dual mode to cover a Wi-Fi communication band in addition to a 4G / 5G communication band. Therefore, the broadband antenna structure according to the present specification adopts a technique of designing an antenna to operate as two independent antennas. In this regard, interference between antennas may occur when two antennas are implemented in a “c”-shaped slot.
  • a separate antenna pattern needs to be added to set resonant frequencies differently, increasing the antenna space.
  • a method of additionally designing an antenna without increasing the antenna space by additionally generating a resonance mode of the antenna in a limited space is proposed.
  • a double slot structure is applied to a metal plate of a lower cover in order to minimize an increase in cost due to additional implementation of an antenna.
  • the broadband antenna structure proposed in this specification is a technique for implementing a separate antenna by changing the shape of a slot structure. Therefore, the broadband antenna structure proposed in this specification is differentiated from the dual slot structure, and an antenna realized through such a dual slot structure has a characteristic of operating in a band of 1 GHz or higher as well as a band of 1 GHz or lower. In this regard, since the fundamental mode of the slot operates in a low frequency band, an additionally implemented slot antenna needs a structure that blocks signals in the 1 GHz band.
  • the present specification is intended to provide an antenna structure that operates to cover the entire band of the 4G/5G low band (LB).
  • the present specification is to provide an antenna structure that operates in a Wi-Fi band in addition to 4G / 5G low band (LB).
  • the present specification is intended to provide a configuration capable of maintaining isolation while optimizing both the performance of an antenna for multiple input/output (MIMO) and the performance of a Wi-Fi antenna.
  • the present specification is intended to provide a wireless signal to a vehicle interior area even when a vehicle body or roof exterior is formed of a metal material.
  • the present specification is to provide an antenna that operates in a dual mode while utilizing a ground area of a body constituting an antenna module as an antenna.
  • the present specification is intended to improve antenna performance while maintaining a height of an antenna system below a certain level.
  • the present specification is to suggest 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 in a vehicle may be configured to include a PCB 1100, a radiator 1110, a lower cover 1300, and an upper cover 1300u.
  • the PCB 1100 may be configured to place electronic components.
  • a PCB on which an antenna element such as the radiator 1110 may be disposed may be referred to as an antenna PCB 1100 .
  • the radiator 1110 may be configured to be electrically connected to the PCB 1100 through a side area.
  • the radiator 1110 may be formed of a metal pattern having a predetermined length and width to transmit and receive a first signal of a first band.
  • the first signal may be a low band (LB) signal for 4G communication or 5G communication.
  • the first band is a first sub-band of the low band (LB) and may be about 700 MHz, but is not limited thereto.
  • the radiator 1110 may be a mono-pole radiator operating as an antenna having an electrical length of about 1/4 wavelength of an operating frequency band, but is not limited thereto.
  • the lower cover 1300 may be disposed under the PCB 1100 and may be formed of a metal plate having slot areas SR1 and SR2 formed thereon.
  • the upper cover 1300u may be fastened to the lower cover 1300 to accommodate the PCB 1100 and the radiator 1110 therein.
  • the metal plate 1300m of the lower cover 1300 may include a first slot area SR1 , a second slot area SR2 , and a branch member 1350 .
  • the first slot region SR1 may be formed on one side of the metal plate 1300m to have a predetermined length and width.
  • the second slot area SR2 may be formed to have a predetermined length and width parallel to the first slot area SR1.
  • the branch member 1350 may be formed of a metal plate having a predetermined length and width between the first slot area SR1 and the second slot area SR2 . Since the first slot area SR1 constitutes a radiator that performs multiple input/output (MIMO) through 4G/5G wireless communication, it may be referred to as a MIMO slot. Since the second slot area SR2 constitutes a radiator for Wi-Fi wireless communication, it may be referred to as a Wi-Fi slot.
  • MIMO multiple input/output
  • a double slot structure may be configured by providing a branch conductive member inside the slot.
  • a monopole radiator may operate as an antenna in a first band through a direct feeder corresponding to a first feeder formed on a metal plate having a double slot structure.
  • a part of the slot area of the double slot structure may operate as an antenna in the second band through the direct feeder corresponding to the first feeder.
  • the slot area may operate as an antenna in the third band through an in-direct feeder corresponding to the second feeder formed in the slot area where the double slot structure is implemented.
  • a broadband antenna can be implemented by a slot sharing structure by the first and second feeders corresponding to the direct feeder and the indirect feeder.
  • the antenna module may be configured to include a first power feeding unit (F1).
  • the first power supply unit F1 may be disposed on the front surface of the PCB 1100 .
  • the first power supply unit F1 may be configured to be connected to the radiator 1110 and supply the first signal of the first band to the radiator.
  • the first feeder F1 may be connected to the radiator 1110 to feed the first signal of the second band to the slot areas SR1 and SR2.
  • the PCB 1100 may be configured to be connected to the lower cover 1300 through the ground contact portion 1350g. Accordingly, the first feeder F1 may be referred to as a MIMO feeder configured to perform MIMO in the first band or the second band.
  • the first signal may be a low band (LB) signal for 4G communication or 5G communication.
  • the second band is a second subband higher than the first subband among the low band (LB) and may be about 920 MHz, but is not limited thereto.
  • the radiator 1100 configured to radiate the first signal of the first band and the slot regions SR1 and SR2 of the metal plate 1300m configured to radiate the first signal of the second band may constitute a main antenna.
  • the main antenna may be configured to operate in a low band (LB) of a 4G communication or 5G communication band.
  • the antenna module may be configured to further include a second power supply unit F2.
  • the second feeder F2 may be disposed between the branch line 1350 and the metal plate forming the second slot region SR2.
  • the second feeder F2 may be configured to feed the second signal of the third band higher than the second band to the second slot area SR2.
  • the third band is a frequency band for Wi-Fi communication, and the second signal may be a Wi-Fi signal.
  • the second slot area SR2 configured to radiate the second signal of the third band may constitute a Wi-Fi antenna operating in the Wi-Fi frequency band.
  • the second power supply F2 may be referred to as a Wi-Fi power supply configured to apply a Wi-Fi signal in the third band.
  • the radiator 1110 may include a first metal pattern 1111 corresponding to an upper metal pattern and a second metal pattern 1112 corresponding to a side metal pattern.
  • the radiator 1110 may be configured to further include a third metal pattern 1113 corresponding to the lower metal pattern.
  • the first metal pattern 1111 may be disposed parallel to the upper cover.
  • An opening region 1111o may be formed in the first metal pattern 1111 . As the current path increases by the opening region 1111o, the radiator 1100 may operate in a lower frequency band.
  • the second metal pattern 1112 may be vertically connected to the first metal pattern 1111 and form a side area.
  • the third metal pattern 1113 may be connected to the second metal pattern 1112 and the first power supply unit F1.
  • the third metal pattern 1113 may be configured to transfer the first signal of the first band to the second metal pattern 1112 that is a side metal pattern.
  • the main antenna can resonate in a broadband over the entire low band (LB) band. Accordingly, the main antenna operates in a dual mode in which it operates as a first radiator in the first band and as a second radiator in the second band, and can operate in a wide band over the entire low band (LB) band.
  • LB low band
  • the radiator 1110 operates as a first radiator that radiates a first signal of a first band supplied from the first power supply unit F1.
  • the slot areas SR1 and SR2 operate as a second radiator radiating a first signal of a second band fed from the second power supply unit F2. Accordingly, the first radiator operating in the first band and the second radiator operating in the second band constitute the main antenna.
  • FIG. 8 shows a structure of a slot region formed in a metal plate of a lower cover presented in this specification.
  • 8( a ) shows a structure in which a single slot region SR is formed in the metal plate 1300m of the lower cover.
  • FIG. 8(b) shows a structure in which double slot regions SR1 and SR2 are formed on the metal plate 1300m of the lower cover.
  • the first slot area SR1 and the second slot area SR2 may be formed to have a first length L1 and a second length L2 in one axial direction.
  • the first length L1 and the second length L2 of the first slot area SR1 and the second slot area SR2 may be variously changed according to applications.
  • the metal plate 1300m may include a first metal plate 1310 to a third metal plate 1330 .
  • the first metal plate 1310 may be configured to be connected to the third metal pattern 1113 of the radiator 1110 .
  • the first metal plate 1310 may be formed in an area higher than the first slot area SR1 in the other axial direction.
  • the second metal plate 1320 may be formed between the upper end of the first slot region SR1 in the other axial direction and the lower end of the second slot region SR2 in the other axial direction.
  • the third metal plate 1330 may be formed in an area lower than the lower end of the second slot area SR2 in the other axial direction.
  • FIG. 9 shows a front view of an antenna module in which a radiator is disposed on an upper region of a metal plate having a double slot region structure according to the present specification.
  • a PCB 1100 may be disposed above the front surface of the metal plate 1300m of the lower cover.
  • the PCB 1100 may be disposed not to overlap the first and second slot regions SR1 and SR2 formed in the lower cover 1300 .
  • the first feeder F1 may be configured to apply a first signal of a first band to the radiator 1100 through the third metal pattern 1113 of the radiator 1100 .
  • the second feeder F2 may be configured to apply a first signal of a second band higher than the first band through the second slot region SR2.
  • the antenna module may be configured to operate in a wide band in the entire low band (LB) band for 4G and 5G communication in a vehicle.
  • the double slot structure for a broadband antenna according to the present specification may be configured such that different current distributions are formed in different frequency bands. Accordingly, the dual slot structure for a broadband antenna according to the present specification can operate as a radiator in both 4G/5G low band (LB) and Wi-Fi bands.
  • LB 4G/5G low band
  • FIG. 10 shows a current distribution formed on the metal plate of the lower cover according to the present specification.
  • 10(a) shows a current distribution when the first signal of the second band is applied through the second feeder F2.
  • FIG. 10(b) shows a current distribution when the second signal of the third band is applied through the third feeder F3.
  • the first signal of the second band is configured to radiate through the slot areas including the first slot area SR1 and the second slot area SR2 and operates in the first slot mode.
  • the metal plate 1300m may operate as an antenna in a low band LB such as about 920 MHz.
  • the metal plate 1300m may operate as an antenna in a Wi-Fi band such as about 2.4 GHz.
  • the dual-slot structure wideband antenna presented in this specification may be referred to as a multi-slot structure.
  • the length of the branch member 1350 between the first slot area SR1 and the second slot area SR2 may also be optimized for antenna performance.
  • the first slot area SR1 may be formed to have a first width W1 in the first area R1.
  • the first slot area SR1 may be formed to have a second width W2 wider than the first width W1 in the second area R2 which is a side area of the first area R1.
  • the second length L2 of the second slot area SR2 may be shorter than the first length L1 of the first slot area SR1. Accordingly, the end of the second slot region SR2 may be formed in an inner region than the end of the first slot region SR1.
  • the length of the branch member 1350 may be shorter than the second length L2 of the second slot region SR2. Accordingly, the second slot area SR2 may also be formed in a multi-stage slot structure similar to the first slot area SR1.
  • the position of the end of the PCB 1100 in the other axial direction may be lower than the position of the lower end of the second slot region SR2. Accordingly, radiation of radio signals by the first slot area SR1 and the second slot area SR2 may be prevented from being blocked by the PCB 1100 .
  • the first feeding part F1 disposed on the front surface of the PCB 1100 may be located in an inner area in one axial direction than the end of the second slot area SR2 . Accordingly, radio signals may be radiated through the entire slot area from the first power supply unit F1 to the ends of the first slot area SR1 and the second slot area SR2.
  • the second feeder F2 disposed on the rear surface of the PCB 1100 may be disposed in a side area than the first feeder F1 in one axial direction.
  • the second power supply unit F2 may be disposed on one point of the second slot area SR2 in one axial direction. Accordingly, a current path is formed through a part of the second slot area SR2 through the second power supply unit F2, so that a radio signal can be radiated.
  • the antenna module 1000 includes a first ground contact unit 1350g-1 and a second ground contact unit 1350g-2 configured to connect the PCB 1100 and the metal plate 1300m of the lower cover 1300.
  • the first ground contact unit 1350g-1 may be disposed in an inner area in one axial direction than the first power supply unit F1.
  • the second ground contact unit 1350g-2 may be disposed on a side area in one axial direction from the second power supply unit F2. Accordingly, a current path of the first signal of the second band and the second signal of the third band may be formed between the first ground contact unit 1350g-1 and the second ground contact unit 1350g-2.
  • FIG. 11 shows a current distribution in the first band for the broadband antenna structure of FIG. 10 .
  • FIG. 12 shows current distribution and its mechanism in the second band for the broadband antenna structure of FIG. 10 .
  • FIG. 13 shows current distribution and its mechanism in the third band for the broadband antenna structure of FIG. 10 .
  • a main antenna for 4G/5G communication in a low band is configured to radiate a first signal of a first band through a radiator 1110 .
  • the main antenna radiates a first signal of a first band through the first metal pattern 1111 of the radiator 1110 .
  • the first signal of the first band is applied to the radiator 1110 by a direct feed method in which the third metal pattern 1113 is directly connected to the first power supply unit F1.
  • the current distribution in the area contacting the third metal pattern 1113 in the metal plate 1300m of the lower cover is higher than the current distribution in the other slot areas SR1 and SR2. Accordingly, since the first signal of the first band is radiated through the radiator 1110 in a direct power supply method and the metal pattern operates as the radiator, it may be referred to as a pattern mode.
  • a main antenna for 4G/5G communication in a low band (LB) transmits a first signal of a second band to a first slot area SR1 and a second slot area SR2. It is configured to radiate through.
  • the main antenna radiates the first signal of the second band through the first slot area SR1 and the second slot area SR2 from the signal of the metal plate 1300m.
  • the first signal of the second band is transmitted to the first slot region SR1 and the second band by a direct feed method in which the third metal pattern 1113 is directly connected to the first power supply unit F1. applied to the slot area SR2.
  • the first current I1 is applied to the third metal pattern 1113 disposed on the upper surface of the metal plate 1300m of the lower cover through the first power supply F1.
  • a second current I2 which is a reverse current to the first current
  • a third current I3 may be formed along the peripheral areas of the slot regions SR1 and SR2 according to the second current I2 formed on the lower surface of the metal plate 1300m of the lower cover. Accordingly, since the first signal of the second band is radiated through the slot areas SR1 and SR2 in a direct feeding method, and the entire slot areas SR1 and SR2 operate as radiators, it can be referred to as a large slot mode.
  • the main antenna for Wi-Fi communication is configured to radiate a second signal of a third band through a second slot area SR2.
  • the Wi-Fi antenna radiates a second signal of a third band through a signal of the metal plate 1300m through the second slot area SR2.
  • the third signal of the third band is applied to the second slot region SR2 by a coupling feed scheme with the second feeder F2 extending from the PCB 1100 .
  • the first current I1 may be applied to the branch line 1350 through the second power supply F2.
  • the second current I2 may be formed along the peripheral area of the second slot area SR2 according to the first current I1 applied to the branch line 1350 .
  • the second current I2 may be formed along some areas of the first slot area SR2 and the second slot area SR2. Therefore, the second signal of the third band is radiated through a portion of the slot areas SR1 and SR2 in a coupling-feeding method, and a portion of the slot areas SR1 and SR2 operates as a radiator, so it is referred to as a small slot mode. It can be.
  • FIG. 14 shows a branch line structure according to different examples of the present specification.
  • the end positions of the branch lines 1350 may be disposed inside the end positions of the first metal plate 1310 and the third metal plate 1330 .
  • a first signal path SP1 may be formed by the first signals of the first band and the second band through the first feeder F1.
  • a second current path SP2 may be formed through the second slot region SR2 by the second signal of the third band through the second feeder F2.
  • the branch line 1350b is not connected to the second metal plate 1320 and may be formed of a separate substrate, that is, a PCB.
  • the branch line 1350b may be configured to be connected to the third metal plate 1330 through the ground contact unit 1350g.
  • the end positions of the branch lines 1350 may be disposed inside the end positions of the first metal plate 1310 and the third metal plate 1330, similar to FIG. 14(a) .
  • a first signal path SP1 may be formed by the first signals of the first band and the second band through the first feeder F1.
  • a second current path SP2 may be formed through the second slot region SR2 by the second signal of the third band through the second feeder F2.
  • the second slot area SR2 is a slot area disposed in a lower area of the branch line 1350b corresponding to a metal pattern in the WiFi band.
  • FIG. 15 illustrates a matching circuit of a broadband antenna structure according to the present specification.
  • the antenna module 1000 may further include a first matching circuit MC1 and a second matching circuit MC2.
  • the first matching circuit MC1 may be configured to be connected between the first power feeding part F1 and the PCB 1100.
  • the second matching circuit MC2 may be configured to be connected between the first power feeding part F2 and the PCB 1100 .
  • the first matching circuit MC1 may include a serial first capacitor C1 to match an impedance between the radiator 1110 and the first power supply F1 for the first signal of the first band.
  • the first matching circuit (MC1) is composed of a series type first capacitor (C1) to match the impedance between the slot regions (SR1, SR2) for the first signal of the second band and the first feeder (F1) It can be.
  • the capacitor C1 may be disposed between the first power supply unit F1 and the third metal pattern 1113.
  • the capacitance value of the capacitor C1 may be 3 pF, but is not limited thereto and may be changed according to applications.
  • the second matching circuit MC2 determines the impedance between the second slot region SR2 and the second feeder F2 for the second signal of the third band. It can be configured with a high pass filter (HPF) to match.
  • the high pass filter HPF may include a second capacitor C2 and an inductor L1 in series and parallel form.
  • the capacitance value of the second capacitor C2 may be 2pF, but is not limited thereto and may be changed according to applications.
  • the capacitance value of the second capacitor C2 may be reduced to 0.5 pF to improve isolation between the first and second power supply units. Meanwhile, isolation may be improved to less than -12dB by setting the inductance value of the parallel inductor L1 to 3nH. It is possible to improve the isolation between LB/Wi-Fi and the isolation between MB/Wi-Fi by optimizing the HPF configuration and inductance value by the inductor L1 of this parallel configuration.
  • the Wi-Fi resonant frequency may be adjusted by increasing the inductance value of the parallel inductor L1 to 10 nH.
  • the capacitance value of the second capacitor C2 may be selected in the range of about 0.5 pF to about 2 pF.
  • the inductance value of the parallel inductor L1 may be selected in the range of about 3 nH to about 10 nH.
  • the antenna operating in the Wi-Fi band may be configured to operate in the 5.4 GHz band in addition to the 2.4 GHz band.
  • FIG. 16 shows a configuration of a matching circuit disposed between the second power supply unit and the slot region.
  • FIG. 17 shows a 3D radiation pattern in a 2.4 GHz band and a 5.4 GHz band, and a left view and a bottom view thereof.
  • a Wi-Fi antenna may be implemented through a slot area SR separately from the radiator 1110 formed of the first metal pattern 1111 to the third metal pattern 1113.
  • the Wi-Fi antenna is not limited to the single slot area (SR) structure as shown in FIG. 16 (a), and the dual slot area (SR1, SR2) structure of FIGS. 9 to 15 may be applied.
  • a high pass filter HPF may be disposed between the second feeder F2 and the slot region SR.
  • the second matching circuit MC2 determines the impedance between the second slot area SR2 and the second feeder F2 for the second signal of the third band. It can be configured with a high pass filter (HPF) to match.
  • the high pass filter HPF may include a second capacitor C2 connected in series and an inductor L1 connected in parallel with the second capacitor C2 and connected to the ground GND. .
  • a Wi-Fi antenna operating in a Wi-Fi band may form a radiation pattern such that bottom radiation is performed.
  • 17(a) to 17(c) show a 3D radiation pattern in a 2.4 GHz band and a left side view and a bottom view thereof.
  • 17(d) to 17(f) show a 3D radiation pattern in a 5.4 GHz band and a left side view and a bottom view thereof.
  • the Wi-Fi antenna may have a radiation pattern formed such that top radiation and bottom radiation are made in the 2.4 GHz band and the 5.4 GHz band.
  • the radiation pattern in the x-z plane is formed in a symmetrical structure in an upper region and a lower region.
  • the radiation pattern is formed in all directions in the x-y plane. Accordingly, it is possible to implement Wi-Fi communication through the vehicle Wi-Fi antenna in the vehicle exterior area and the vehicle interior area. Accordingly, it is possible to receive and transmit Wi-Fi wireless signals in all directions in the vehicle interior area. Accordingly, the Wi-Fi antenna may be configured to be operable in the 2.4 GHz band and the 5.4 GHz band in the vehicle interior area as well as the vehicle exterior area.
  • the slot area SR of the metal plate 1300 of the lower cover is used as a radiator of the Wi-Fi antenna.
  • a high pass filter HPF
  • the matching circuit MC2 may be configured to include a second capacitor C2 disposed between a feeding pad for the second feeding part F2 and a separate PCB pad.
  • the matching circuit MC2 may further include an inductor L1 disposed between a power supply pad for the second power supply unit F2 and the ground GND, and may be configured as a high pass filter HPF.
  • the matching circuit MC2 may include only the second capacitor C2 connected in series without an inductor.
  • the broadband antenna structure presented in this specification may be spaced apart from each other at different locations within the antenna module. Slot regions may be formed at different positions of the metal plate 1300m of the lower cover 1300 to correspond to the antenna elements spaced apart from each other. Meanwhile, a mold cover may be disposed corresponding to positions where the slot regions are formed.
  • FIGS. 18A and 18B show slot areas formed at different positions of the metal plate of the lower cover according to embodiments. 5 to 18B, the main antenna includes a first antenna, a second antenna, and a third antenna disposed on one upper part, one lower part, the other upper part, and the other lower part of the metal plate 1300m of the lower cover. and a fourth antenna. Mold covers 1300c made of a dielectric material may be disposed in the first slot portion SP1 to the fourth slot portion SP4 corresponding to the first to fourth antennas.
  • FIG. 18A shows a structure in which the double slot area 1300ds is disposed at the first position of the metal plate 1300m of the lower cover 1300 .
  • the first slot area SR1 and the second slot area SR2 as described above may be formed in the double slot area 1300ds.
  • single slot regions 1300ss may be disposed in second to fourth positions of the metal plate 1300m of the lower cover 1300 . Only one slot is formed in the single slot area 1300ss.
  • a first type mold cover 1300c-1 combined with the double slot area 1300ds may be disposed in the double slot area 1300ds.
  • a second type mold cover 1300c-2 combined with the single slot area 1300ss may be disposed in the single slot area 1300ss.
  • FIG. 18B shows a structure in which double slot regions 1300ds are disposed at first and third positions of the metal plate 1300m of the lower cover 1300 .
  • the location where the double slot area 1300ds is formed is not limited thereto and can be changed according to applications.
  • the first slot area SR1 and the second slot area SR2 as described above may be formed in the double slot area 1300ds.
  • single slot regions 1300ss may be disposed at the remaining second and fourth positions of the metal plate 1300m of the lower cover 1300 . Only one slot is formed in the single slot area 1300ss.
  • a first type mold cover 1300c-1 combined with the double slot area 1300ds may be disposed in the double slot area 1300ds.
  • a second type mold cover 1300c-2 combined with the single slot area 1300ss may be disposed in the single slot area 1300ss.
  • MIMO multiple input/output signals are generated in the second band through the first feeder F1 and the slot areas SR1 and SR2 of FIGS. 5 and 6
  • MIMO Multiple input/output
  • a broadband antenna structure having a double slot area may be configured such that a metal plate of a lower cover and a mold cover are coupled.
  • FIG. 19A shows a structure in which a double slot area is formed at one point of the antenna module according to the present specification and a mold cover can be coupled to the area.
  • FIG. 19B is a front view of FIG. 19A (a) before the mold cover is coupled.
  • the third metal pattern 1113 of the radiator 1110 may be connected through the first power supply unit F1.
  • the first matching circuit MC1 may be connected between the third metal pattern 1113 and the first power supply F1.
  • the branch member 1350 forming the second slot area SR2 may be connected through the second power supply unit F2.
  • a second matching circuit MC2 may be connected between the branch member 1350 and the second power supply unit F2.
  • the mold cover 1350 may be combined with the slot regions SR1 and SR2 of the metal plate 1300m.
  • the mold cover 1350 may be formed of a double injection structure or a heat fusion structure.
  • the mold cover 1350 formed of a heat-sealing structure may be referred to as a mold-sealing structure. Due to the permittivity of the mold cover 1350, some changes in antenna performance may occur. In particular, some changes may occur in antenna performance due to the mold cover 1350 in the Wi-Fi band operating in the small slot mode. However, the resonant frequency can be adjusted by changing the structure of the second matching circuit MC2 or part of the slot.
  • FIG. 20 shows a configuration diagram of an antenna system according to an embodiment and a vehicle on which the antenna system is mounted.
  • FIG. 20 illustrates 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 second PCB 1200 in the antenna module 1000 may be combined with the telematics module 1200c that performs a telematics function.
  • the second 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
  • An antenna module mounted in a vehicle may be configured to include a PCB 1100, a radiator 1110, a lower cover 1300, and an upper cover 1300u.
  • the PCB 1100 may be configured to place electronic components.
  • a PCB on which an antenna element such as the radiator 1110 may be disposed may be referred to as an antenna PCB 1100 .
  • the antenna PCB 1100 may be configured to be combined with the second PCB 1200 on which other electronic components are disposed.
  • the PCB 1100 and the second PCB 1200 may be configured as an integral PCB or as separate PCBs.
  • the radiator 1110 may be configured to be electrically connected to the PCB 1100 through a side area.
  • the radiator 1110 may be formed of a metal pattern having a predetermined length and width to transmit and receive a first signal of a first band.
  • the first signal may be a low band (LB) signal for 4G communication or 5G communication.
  • the first band is a first sub-band of the low band (LB) and may be about 700 MHz, but is not limited thereto.
  • the lower cover 1300 may be disposed under the PCB 1100 and may be formed of a metal plate having slot areas SR1 and SR2 formed thereon.
  • the upper cover 1300u may be fastened to the lower cover 1300 to accommodate the PCB 1100 and the radiator 1110 therein.
  • the metal plate 1300m of the lower cover 1300 may include a first slot area SR1 , a second slot area SR2 , and a branch member 1350 .
  • the first slot region SR1 may be formed on one side of the metal plate 1300m to have a predetermined length and width.
  • the second slot area SR2 may be formed to have a predetermined length and width parallel to the first slot area SR1.
  • the branch member 1350 may be formed of a metal plate having a predetermined length and width between the first slot area SR1 and the second slot area SR2 .
  • the antenna module may be configured to include the first power supply unit F1.
  • the first power supply unit F1 may be disposed on the front surface of the PCB 1100 .
  • the first power supply unit F1 may be configured to be connected to the radiator 1110 and supply the first signal of the first band to the radiator.
  • the first feeder F1 may be connected to the radiator 1110 to feed the first signal of the second band to the slot regions SR1 and SR2.
  • the PCB 1100 may be configured to be connected to the lower cover 1300 through the ground contact unit GC.
  • the first signal may be a low band (LB) signal for 4G communication or 5G communication.
  • the second band is a second subband higher than the first subband among the low band (LB) and may be about 920 MHz, but is not limited thereto.
  • the radiator 1100 configured to radiate the first signal of the first band and the slot regions SR1 and SR2 of the metal plate 1300m configured to radiate the first signal of the second band may constitute a main antenna.
  • the main antenna may be configured to operate in a low band (LB) of a 4G communication or 5G communication band.
  • the antenna module may be configured to further include a second power supply unit F2.
  • the second feeder F2 may be disposed between the branch line 1350 and the metal plate forming the second slot region SR2.
  • the second feeder F2 may be configured to feed the second signal of the third band higher than the second band to the second slot area SR2.
  • the third band is a frequency band for Wi-Fi communication, and the second signal may be a Wi-Fi signal. Accordingly, the second slot area SR2 configured to radiate the second signal of the third band may constitute a Wi-Fi antenna operating in the Wi-Fi frequency band.
  • the first antenna (ANT1, 1100-1), the second antenna (ANT2, 1100-2), and the third antenna ( ANT3, 1100-3 and a fourth antenna ANT3, 1100-4 may be disposed.
  • a first slot portion (SP1) to a fourth slot portion (SP4) may be disposed to correspond to the first antenna (ANT1, 1100-1) to the fourth antenna (ANT3, 1100-4).
  • a part of the first slot part SP1 to the fourth slot part SP4 is composed of a double slot area 1350ds including a first slot area SR1, a second slot area SR2, and a branch line 1350. It can be. Accordingly, multiple input/output (MIMO) may be performed on some of the first antennas ANT1 and 1100-1 to the fourth antennas ANT3 and 1100-4 having the double slot area 1350ds. That is, multiple input/output (MIMO) may be performed in the second band of the low band (LB) through the first feeder F1 for a portion having the double slot area 1350ds. Meanwhile, for the first antenna (ANT1, 1100-1) to the fourth antenna (ANT3, 1100-4), multiple input/output (MIMO) is performed in the first band of the low band (LB) through the first feeder (F1). can be done
  • the processor 1400 uses two or more antennas having a double slot area 1350ds among the first antennas ANT1 and 1100-1 to the fourth antennas ANT4 and 1100-4 to perform multiple input/output (
  • the transceiver circuit 1250 may be controlled to perform MIMO.
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform multiple input/output (MIMO) in the second band of the low band (LB) using two or more antennas having the dual slot area 1350ds. there is.
  • the processor 1400 transmits and receives to perform multiple input/output (MIMO) in a first band among low bands (LB) using the first antenna (ANT1, 1100-1) to the fourth antenna (ANT4, 1100-4).
  • the sub-circuit 1250 can be controlled.
  • 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 for 4G/5G communication in the antenna module 1000 may operate in all bands of a low band (LB), a middle band (MB), and a 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 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 second band through any one of the first antenna ANT1 and the third antenna ANT3, while using the second antenna ANT2 and the fourth antenna ANT4. ) It is possible to control the transceiver circuit 1250 to receive the first 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 a different band between the 4G / 5G communication system and the WiFi communication system, 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 if the EN-DC operation is performed using the same band between 4G/5G communication systems, 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
  • an antenna module having a broadband antenna mounted on a vehicle and a vehicle equipped with the antenna module have been described.
  • An antenna module having a broadband antenna mounted on a vehicle and technical effects of a vehicle equipped with the antenna module will be described as follows.
  • an antenna structure that operates to cover the entire 4G/5G low band (LB) band may be provided by applying a slot structure to a metal plate disposed in a lower region of a radiator.
  • an antenna structure that operates in a Wi-Fi band as well as a 4G/5G low band (LB) by applying a double slot structure to a metal plate disposed in a lower region of a radiator.
  • LB 4G/5G low band
  • the antenna on the PCB in the antenna module and the metal plate of the lower cover, it is possible to provide a wireless signal to the interior area of the vehicle even when the exterior of the vehicle body or roof is formed of a metal material.
  • an antenna that operates in a dual mode while utilizing a ground area of a body constituting the antenna module as an antenna by implementing a slot structure antenna on a metal plate of a lower cover in the antenna module.
  • 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 a 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

차량에 탑재되는 안테나 모듈은 전자 부품들이 배치되는 PCB; 상기 PCB와 측면 영역을 통해 전기적으로 연결되고, 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 패턴으로 형성되어 제1 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 방사체; 상기 PCB의 하부에 배치되고, 슬롯 영역들이 형성된 메탈 플레이트로 구성된 하부 커버; 및 상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB및 상기 방사체가 수용되도록 구성된 상부 커버를 포함한다. 상기 메탈 플레이트는 상기 메탈 플레이트의 일 측에 소정 길이와 너비를 갖도록 형성되는 제1 슬롯 영역; 및 상기 제1 슬롯 영역과 평행하게 소정 길이와 너비를 갖도록 형성되는 제2 슬롯 영역을 포함할 수 있다.

Description

차량에 배치되는 광대역 안테나
본 명세서는 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, 차량에서 WiFi 통신 서비스를 제공하기 위하여, WiFi 통신용 안테나가 차량에 구비될 필요가 있다. 이러한 WiFi 통신 서비스와 관련하여, 차량용 WiFi 안테나는 2.4GHz대역이외에 5GHz 대역까지 동작하도록 구성될 필요가 있다. 이와 관련하여, 기존의 안테나 소자는 대역폭이 제한되는 공진형 안테나 소자(resonance antenna element)로 구현되어 대역폭 특성이 제한되는 문제점이 있다.
또한, 차량용 안테나를 통해 차량 외부 영역과 차량 내부 영역에서 무선 통신 서비스를 제공할 필요가 있다. 이와 관련하여, 차량용 안테나가 차량의 루프 내에 배치되는 경우 차량 내부 영역으로 무선 신호를 제공하기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 4G/5G 저대역(low band, LB)의 전체 대역을 커버하도록 동작하는 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 4G/5G 저대역(LB) 이외에 Wi-Fi 대역에서도 동작하는 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 다중 입출력(MIMO)을 위한 안테나의 성능과 Wi-Fi 안테나의 성능을 모두 최적화하면서 격리도를 유지할 수 있는 구성을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 차량 내부 영역으로 무선 신호를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 안테나 모듈을 구성하는 바디의 그라운드 영역을 안테나로 활용하면서 이중 모드로 동작하는 안테나를 제공하기 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 모듈은 전자 부품들이 배치되는 PCB; 상기 PCB와 측면 영역을 통해 전기적으로 연결되고, 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 패턴으로 형성되어 제1 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 방사체; 상기 PCB의 하부에 배치되고, 슬롯 영역들이 형성된 메탈 플레이트로 구성된 하부 커버; 및 상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB및 상기 방사체가 수용되도록 구성된 상부 커버를 포함한다. 상기 메탈 플레이트는 상기 메탈 플레이트의 일 측에 소정 길이와 너비를 갖도록 형성되는 제1 슬롯 영역; 및 상기 제1 슬롯 영역과 평행하게 소정 길이와 너비를 갖도록 형성되는 제2 슬롯 영역을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 메탈 플레이트는 상기 제1 슬롯 영역 및 상기 제2 슬롯 영역 사이에 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 플레이트로 형성되는 브랜치 멤버를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 PCB의 전면에 배치되고, 상기 방사체와 연결되어 제1 대역의 제1 신호를 상기 방사체로 급전하도록 구성된 제1 급전부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 신호는 4G 통신 또는 5G 통신을 위한 저대역(low band, LB) 신호일 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 방사체는 상기 상부 커버와 평행하게 배치되고, 개구 영역이 형성된 제1 메탈 패턴; 상기 상부 메탈 패턴과 수직하게 연결되고, 측면 영역을 형성하는 제2 메탈 패턴; 및 상기 제2 메탈 패턴 및 상기 제1 급전부와 연결되고, 상기 제1 대역의 제1 신호를 상기 제2 메탈 패턴으로 전달하도록 구성된 제3 메탈 패턴을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 급전부는 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역의 제1 신호를 상기 슬롯 영역들로 급전하도록 구성될 수 있다. 상기 PCB는 그라운드 컨택 부를 통해 상기 하부 커버와 연결되도록 구성될 수 있다. 상기 제1 대역은 상기 저대역(LB) 중 제1 서브 대역이고, 상기 제2 대역은 상기 저대역(LB) 중 상기 제1 서브 대역보다 높은 제2 서브 대역일 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 대역의 제1 신호를 방사하도록 구성된 상기 방사체 및 상기 제2 대역의 제1 신호를 방사하도록 구성된 상기 메탈 플레이트의 상기 슬롯 영역들은 4G 통신 또는 5G 통신 대역 중 저대역(LB)에서 동작하는 메인 안테나를 구성할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 브랜치 라인과 상기 제2 슬롯 영역을 형성하는 상기 메탈 플레이트 사이에 배치되고, 상기 제2 대역보다 높은 제3 대역의 제2 신호를 상기 제2 슬롯 영역으로 급전하도록 구성된 제2 급전부를 더 포함할 수 있다. 상기 제3 대역은 Wi-Fi 통신을 위한 주파수 대역일 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제3 대역의 제2 신호를 방사하도록 구성된 상기 제2 슬롯 영역은 Wi-Fi 주파수 대역에서 동작하는 Wi-Fi 안테나를 구성할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 방사체는 상기 제1 급전부에서 급전되는 상기 제1 대역의 제1 신호를 방사하는 제1 방사체로 동작할 수 있다. 상기 슬롯 영역들은 상기 제2 급전부에서 급전되는 상기 제2 대역의 제1 신호를 방사하는 제2 방사체로 동작할 수 있다. 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체는 상기 메인 안테나를 구성할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 메인 안테나는 상기 제1 대역의 제1 신호를 상기 방사체를 통해 방사하도록 구성될 수 있다. 상기 메인 안테나는 상기 제2 대역의 제1 신호를 상기 제1 슬롯 영역 및 상기 제2 슬롯 영역을 포함하는 상기 슬롯 영역들을 통해 방사하도록 구성되어 제1 슬롯 모드로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 Wi-Fi 안테나는 상기 제3 대역의 제2 신호를 상기 제2 슬롯 영역을 통해 방사하도록 구성되어 제2 슬롯 모드로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 슬롯 영역 및 상기 제2 슬롯 영역은 일 축 방향으로 제1 길이 및 제2 길이로 형성될 수 있다. 상기 메탈 플레이트는 상기 방사체의 상기 제3 메탈 패턴과 연결되고, 타 축 방향으로 상기 제1 슬롯 영역보다 상부 영역에 형성되는 제1 메탈 플레이트; 상기 타 축 방향으로 상기 제1 슬롯 영역의 상측 단부 및 상기 타 축 방향으로 상기 제2 슬롯 영역의 하측 단부 사이에 형성되는 제2 메탈 플레이트; 및 상기 타 축 방향으로 상기 제2 슬롯 영역의 하측 단부보다 하부 영역에 형성되는 제3 메탈 플레이트를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 슬롯 영역은 제1 영역에서 제1 너비로 형성되고, 상기 제1 영역보다 측면 영역인 제2 영역에서 상기 제1 너비보다 넓은 제2 너비로 형성될 수 있다. 상기 제2 슬롯 영역의 단부는 상기 제1 슬롯 영역의 단부보다 내부 영역에 형성되고, 상기 제2 슬롯 영역의 상기 제2 길이보다 상기 브랜치 멤버의 길이가 더 짧게 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 타 축 방향으로 상기 PCB의 단부 위치는 상기 제2 슬롯 영역의 하측 단부 위치보다 하부 영역일 수 있다. 상기 PCB의 전면에 배치되는 상기 제1 급전부는 상기 제2 슬롯 영역의 단부보다 상기 일 축 방향으로 내부 영역에 위치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 PCB의 배면에 배치되는 상기 제2 급전부는 상기 일 축 방향으로 상기 제1 급전부보다 측면 영역에 배치되고, 상기 안테나 모듈은 상기 일 축 방향으로 상기 제2 슬롯 영역의 일 지점 상에 배치될 수 있다. 상기 PCB와 상기 하부 커버의 메탈 플레이트를 연결하도록 구성된 제1 그라운드 컨택 부 및 제2 그라운드 컨택 부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 그라운드 컨택 부는 상기 제1 급전부보다 상기 일 축 방향으로 내부 영역에 배치될 수 있다. 상기 제2 그라운드 컨택 부는 상기 제2 급전부보다 상기 일 축 방향으로 측면 영역에 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 제1 급전부와 상기 PCB 사이에 연결되는 제1 매칭 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 안테나 모듈은 상기 제2 급전부와 상기 PCB 사이에 연결되는 제2 매칭 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 매칭 회로는 상기 제1 대역의 제1 신호에 대한 상기 방사체와 상기 제1 급전부 간의 임피던스를 매칭하도록 직렬 형태의 제1 커패시터로 구성될 수 있다. 상기 제2 매칭 회로는 상기 제3 대역의 제2 신호에 대한 상기 제2 슬롯 영역과 상기 제2 급전부 간의 임피던스를 매칭하도록 직렬 및 병렬 형태의 제2 커패시터 및 인덕터로 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 메인 안테나는 상기 하부 커버의 일 측 상부, 일 측 하부, 타 측 상부 및 타 측 하부에 배치되는 제1 안테나, 제2 안테나, 제3 안테나 및 제4 안테나를 포함할 수 있다. 상기 제1 안테나 내지 상기 제4 안테나에 대응되는 제1 슬롯 부(slot portion) 내지 제4 슬롯 부에는 유전체 재질의 몰드 커버(mold cover)가 배치될 수 있다.
본 명세서의 다른 양상에 따른 안테나 모듈이 탑재되는 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 포함할 수 있다. 상기 안테나 모듈은 전자 부품들이 배치되는 PCB; 상기 PCB와 전기적으로 연결되고, 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 패턴으로 형성되어 제1 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 적어도 하나의 방사체; 상기 PCB의 하부에 배치되고, 슬롯 영역들이 형성된 메탈 플레이트로 구성된 하부 커버; 및 상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB및 상기 적어도 하나의 방사체가 수용되도록 구성된 상부 커버를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 메탈 플레이트는 상기 메탈 플레이트의 일 측에 소정 길이와 너비를 갖도록 형성되는 제1 슬롯 영역; 상기 제1 슬롯 영역과 평행하게 소정 길이와 너비를 갖도록 형성되는 제2 슬롯 영역; 및 상기 제1 슬롯 영역 및 상기 제2 슬롯 영역 사이에 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 플레이트로 형성되는 브랜치 멤버를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 차량의 안테나 모듈은 상기 PCB의 전면에 배치되고, 상기 방사체와 연결되어 제1 대역 및 제2 대역의 제1 신호를 상기 방사체로 급전하도록 구성된 제1 급전부; 및 상기 브랜치 라인과 상기 제2 슬롯 영역을 형성하는 상기 메탈 플레이트 사이에 배치되고, 상기 제2 대역보다 높은 제3 대역의 제2 신호를 상기 제2 슬롯 영역으로 급전하도록 구성된 제2 급전부를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 신호는 4G 통신 또는 5G 통신을 위한 저대역(low band, LB) 신호이고, 상기 제1 대역은 상기 저대역(LB) 중 제1 서브 대역이고, 상기 제2 대역은 상기 저대역(LB) 중 상기 제1 서브 대역보다 높은 제2 서브 대역이고, 상기 제3 대역은 Wi-Fi 통신을 위한 주파수 대역일 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 하부 커버의 일 측 상부, 일 측 하부, 타 측 상부 및 타 측 하부에 제1 안테나, 제2 안테나, 제3 안테나 및 제4 안테나가 배치되고, 상기 제1 안테나 내지 상기 제4 안테나에 대응하여 제1 슬롯 부(slot portion) 내지 제4 슬롯 부가 배치될 수 있다. 상기 제1 슬롯 부 내지 상기 제4 슬롯 부 중 일부는 상기 제1 슬롯 영역, 상기 제2 슬롯 영역 및 상기 브랜치 라인을 포함하는 이중 슬롯 영역으로 구성되고, 상기 제1 슬롯 부 내지 상기 제4 슬롯 부 중 나머지는 단일 슬롯 영역으로 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 프로세서는 상기 제1 안테나 내지 상기 제4 안테나 중 상기 이중 슬롯 영역을 갖는 둘 이상의 안테나를 이용하여 상기 저대역(low band, LB)에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
이와 같은 차량에 탑재되는 광대역 안테나를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 방사체의 하부 영역에 배치되는 메탈 플레이트에 슬롯 구조를 적용하여, 4G/5G 저대역(low band, LB)의 전체 대역을 커버하도록 동작하는 안테나 구조를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 방사체의 하부 영역에 배치되는 메탈 플레이트에 이중 슬롯 구조를 적용하여, 4G/5G 저대역(LB) 이외에 Wi-Fi 대역에서도 동작하는 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에 따르면, 방사체의 하부 영역에 배치되는 메탈 플레이트에 이중 슬롯 구조와 매칭 회로를 적용하여, 다중 입출력(MIMO)을 위한 안테나의 성능과 Wi-Fi 안테나의 성능을 모두 최적화하면서 격리도를 유지할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 모듈 내의 PCB와 하부 커버의 메탈 플레이트에 안테나를 구현하여, 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 차량 내부 영역으로 무선 신호를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 모듈 내의 하부 커버의 메탈 플레이트에 슬롯구조의 안테나를 구현하여, 안테나 모듈을 구성하는 바디의 그라운드 영역을 안테나로 활용하면서 이중 모드로 동작하는 안테나를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 모듈 내의 하부 커버의 메탈 플레이트에 슬롯구조의 안테나를 구현하여, 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.
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 본 명세서에 따른 차량에 배치될 수 있는 안테나 모듈의 내부 사시도를 나타낸다.
도 6은 도 5의 안테나 모듈의 내부 전면도를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 도 6의 안테나 모듈의 제1 위치 및 제2 위치에서의 측면 단면도를 나타낸다.
도 8은 본 명세서에서 제시되는 하부 커버의 메탈 플레이트에 형성되는 슬롯 영역의 구조를 나타낸 것이다.
도 9는 본 명세서에 따른 이중 슬롯 영역 구조의 메탈 플레이트의 상부 영역에 방사체가 배치된 안테나 모듈의 전면도를 나타낸다.
도 10은 본 명세서에 따른 하부 커버의 메탈 플레이트에 형성되는 전류 분포를 나타낸 것이다.
도 11은 도 10의 광대역 안테나 구조에 대해여 제1 대역에서의 전류 분포를 나타낸 것이다.
도 12는 도 10의 광대역 안테나 구조에 대해여 제2 대역에서의 전류 분포와 그 메커니즘을 나타낸 것이다.
도 13은 도 10의 광대역 안테나 구조에 대하여 제3 대역에서의 전류 분포와 그 메커니즘을 나타낸 것이다.
도 14는 본 명세서의 서로 다른 예시에 따른 브랜치 라인 구조를 나타낸다.
도 15는 본 명세서에 따른 광대역 안테나 구조의 매칭 회로를 나타낸 것이다.
도 16은 제2 급전부와 슬롯 영역 사이에 배치되는 매칭 회로의 구성을 나타낸다.
도 17은 2.4GHz 대역 및 5.4GHz 대역에서의 3D 방사 패턴과 이의 좌측면도 및 하부도를 나타낸 것이다.
도 18a 및 도 18b는 실시 예들에 따라 하부 커버의 메탈 플레이트의 서로 다른 위치에 형성된 슬롯 영역들을 나타낸다.
도 19a는 본 명세서에 따른 안테나 모듈의 일 지점에 이중 슬롯 영역이 형성된 영역과 상기 영역에 몰드 커버가 결합될 수 있는 구조를 나타낸다. 한편, 도 19b는 몰드 커버가 결합되기 이전 상태인 도 19a (a)의 전면도를 나타낸다.
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. 또한, 본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 Wi-Fi 통신 서비스를 위해 2.4GHz 대역 및 5.44GHz 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 본 명세서에 따른 차량용 광대역 안테나 구조에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 차량용 광대역 안테나 구조는 두 개의 독립된 안테나들의 설계를 위한 슬롯 안테나 기술(slot antenna technology designed for two independent antennas)을 통해 구현 가능하다. 한편, 차량용 광대역 안테나 구조는 차량의 외부 영역으로의 방사 이외에 차량의 내부 방사를 위하여 기구의 바다면 메탈 케이스를 이용하여 안테나를 설계하는 기술이 적용될 수 있다. 이를 위해, 메탈 케이스에 슬롯을 형성하되, 4G/5G 통신 대역 이외에 Wi-Fi 통신 대역을 위해 슬롯 구조를 최적화할 수 있다.
도 5는 본 명세서에 따른 차량에 배치될 수 있는 안테나 모듈의 내부 사시도를 나타낸다. 한편, 도 6은 도 5의 안테나 모듈의 내부 전면도를 나타낸다. 또한, 도 7a 및 도 7b는 도 6의 안테나 모듈의 제1 위치 및 제2 위치에서의 측면 단면도를 나타낸다.
이와 관련하여, 슬롯 구조는 "'ㄷ" 형상과 같이 단일 슬롯 구조로 형성될 수 있다. 본 명세서에 따른 슬롯 구조는 "ㅌ" 형상과 같이 이중 슬롯 구조로 형성하여 4G/5G 통신 대역 이외에 Wi-Fi 통신 대역을 커버하도록 이중 모드로 동작할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 따른 광대역 안테나 구조는 2개의 독립된 안테나로 동작하도록 안테나를 설계하는 기술을 채택한다. 이와 관련하여, "ㄷ" 형상의 슬롯으로 2개의 안테나를 구현할 경우 안테나 간의 간섭이 발생할 수 있다. 또한, 별도로 2개의 안테나 구조를 채택할 경우 공진 주파수를 서로 다르게 설정하기 위해 별도의 안테나 패턴이 부가될 필요가 있어서 안테나 공간이 증가하게 된다.
따라서, 본 명세서에서는 한정된 공간에서 안테나의 공진모드를 추가로 생성하여 안테나 공간 증가없이 안테나를 추가로 설계하는 방법을 제안하고자 한다. 또한, 본 명세서에서는 안테나를 추가로 구현함에 따른 비용 증가를 최소화하기 위해 하부 커버의 메탈 플레이트에 이중 슬롯 구조를 적용하고자 한다.
이를 위해, 본 명세서에서 제안하는 광대역 안테나 구조는 슬롯 구조의 형상을 변경하여 별도의 안테나를 구현하는 기법이다. 따라서, 본 명세서에서 제안하는 광대역 안테나 구조는 이중 슬롯 구조에 차별점이 있으며, 이러한 이중 슬롯 구조를 통해 구현되는 안테나는 1GHz 이하의 대역 이외에 1GHz 이상의 대역에서도 동작하는 특성을 갖는다. 이와 관련하여, 슬롯의 기본 모드(fundamental mode)는 저주파 대역에서 동작하기 때문에 추가로 구현되는 슬롯 안테나는 1GHz 대역에서의 신호를 차단하는 구조가 필요하다.
이러한 광대역 안테나 구조를 통해 본 명세서에서는 4G/5G 저대역(low band, LB)의 전체 대역을 커버하도록 동작하는 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다. 또한, 본 명세서는 4G/5G 저대역(LB) 이외에 Wi-Fi 대역에서도 동작하는 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
한편, 본 명세서는 다중 입출력(MIMO)을 위한 안테나의 성능과 Wi-Fi 안테나의 성능을 모두 최적화하면서 격리도를 유지할 수 있는 구성을 제공하기 위한 것이다. 또한, 본 명세서는 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 차량 내부 영역으로 무선 신호를 제공하기 위한 것이다.
한편, 본 명세서는 안테나 모듈을 구성하는 바디의 그라운드 영역을 안테나로 활용하면서 이중 모드로 동작하는 안테나를 제공하기 위한 것이다. 또한, 본 명세서는 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시키기 위한 것이다. 또한, 본 명세서는 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시하기 위한 것이다
이와 관련하여, 차량에 탑재되는 안테나 모듈은 PCB(1100), 방사체(1110), 하부 커버(1300) 및 상부 커버(1300u)를 포함하도록 구성될 수 있다. PCB(1100)는 전자 부품들이 배치되도록 구성될 수 있다. 방사체(1110)와 같은 안테나 소자가 배치될 수 있는 PCB를 안테나 PCB(1100)라고 지칭할 수 있다.
방사체(1110)는 PCB(1100)와 측면 영역을 통해 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 방사체(1110)는 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 패턴으로 형성되어 제1 대역의 제1 신호를 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 신호는 4G 통신 또는 5G 통신을 위한 저대역(low band, LB) 신호일 수 있다. 제1 대역은 저대역(LB) 중 제1 서브 대역으로 약 700MHz 대역일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 방사체(1110)는 동작 주파수 대역의 약 1/4 파장의 전기적 길이의 안테나로 동작하는 모노폴 방사체(mono-pole radiator)일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
하부 커버(1300)는 PCB(1100)의 하부에 배치되고, 슬롯 영역들(SR1, SR2)이 형성된 메탈 플레이트로 구성될 수 있다. 상부 커버(1300u)는 하부 커버(1300)와 체결되어 내부에 PCB(1100) 및 방사체(1110)가 수용되도록 구성될 수 있다.
하부 커버(1300)의 메탈 플레이트(1300m)는 제1 슬롯 영역(SR1), 제2 슬롯 영역(SR2) 및 브랜치 멤버(1350)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 슬롯 영역(SR1)은 메탈 플레이트(1300m)의 일 측에 소정 길이와 너비를 갖도록 형성될 수 있다. 제2 슬롯 영역(SR2)은 제1 슬롯 영역(SR1)과 평행하게 소정 길이와 너비를 갖도록 형성될 수 있다. 브랜치 멤버(1350)는 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2) 사이에 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 플레이트로 형성될 수 있다. 제1 슬롯 영역(SR1)은 4G/5G 무선 통신을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하는 방사체를 구성하므로 MIMO 슬롯으로 지칭될 수 있다. 제2 슬롯 영역(SR2)은 Wi-Fi 무선 통신을 위한 방사체를 구성하므로 Wi-Fi 슬롯으로 지칭될 수 있다.
전술한 기술적 특징을 참조하여 본 명세서에 따른 광대역 안테나 구조의 메인 subject matter는 다음과 같이 요약될 수 있다. 모노폴 방사체 + 슬롯 방사체의 하이브리드 방사체 구조에서 슬롯 내부에 브랜치 도전 멤버를 구비하여 이중 슬롯 구조로 구성될 수 있다. 이중 슬롯 구조가 구현된 메탈 플레이트에 형성된 제1 급전부에 해당하는 직접 급전부를 통해 모노폴 방사체가 제1 대역에서 안테나로 동작할 수 있다. 제1 급전부에 해당하는 직접 급전부를 통해 이중 슬롯 구조의 일부 슬롯 영역이 제2 대역에서 안테나로 동작할 수 있다. 한편, 이중 슬롯 구조가 구현된 슬롯 영역에 형성된 제2 급전부에 해당하는 간접(in-direct) 급전부를 통해 슬롯 영역이 제3 대역에서 안테나로 동작할 수 있다. 직접 급전부 및 간접 급전부에 해당하는 제1 급전부 및 제2 급전부에 의한 슬롯 공유 구조에 의해 광대역 안테나 구현이 가능하다.
또한, 안테나 모듈은 제1 급전부(F1)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 급전부(F1)는 PCB(1100)의 전면에 배치될 수 있다. 제1 급전부(F1)는 방사체(1110)와 연결되어 제1 대역의 제1 신호를 방사체로 급전하도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 급전부(F1)는 방사체(1110)와 연결되어 제2 대역의 제1 신호를 슬롯 영역들(SR1, SR2)로 급전하도록 구성될 수 있다. 또한, PCB(1100)는 그라운드 컨택 부(1350g)를 통해 하부 커버(1300)와 연결되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제1 급전부(F1)를 제1 대역 또는 제2 대역에서 MIMO를 수행하도록 구성된 MIMO 급전부로 지칭할 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 신호는 4G 통신 또는 5G 통신을 위한 저대역(low band, LB) 신호일 수 있다. 제2 대역은 저대역(LB) 중 제1 서브 대역보다 높은 제2 서브 대역으로 약 920MHz 대역일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 대역의 제1 신호를 방사하도록 구성된 방사체(1100) 및 제2 대역의 제1 신호를 방사하도록 구성된 메탈 플레이트(1300m)의 슬롯 영역들(SR1, SR2)이 메인 안테나를 구성할 수 있다. 메인 안테나는 4G 통신 또는 5G 통신 대역 중 저대역(LB)에서 동작하도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈은 제2 급전부(F2)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 급전부(F2)는 브랜치 라인(1350)과 제2 슬롯 영역(SR2)을 형성하는 메탈 플레이트 사이에 배치되도록 구성될 수 있다. 제2 급전부(F2)는 제2 대역보다 높은 제3 대역의 제2 신호를 제2 슬롯 영역(SR2)으로 급전하도록 구성될 수 있다. 제3 대역은 Wi-Fi 통신을 위한 주파수 대역이고, 제2 신호는 Wi-Fi 신호일 수 있다. 따라서, 제3 대역의 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 슬롯 영역(SR2)은 Wi-Fi 주파수 대역에서 동작하는 Wi-Fi 안테나를 구성할 수 있다. 이에 따라, 제2 급전부(F2)를 제3 대역에서 Wi-Fi 신호를 인가하도록 구성된 Wi-Fi 급전부로 지칭할 수 있다.
방사체(1110)는 상부 메탈 패턴에 해당하는 제1 메탈 패턴(1111) 및 측면 메탈 패턴에 해당하는 제2 메탈 패턴(1112)을 포함하도록 구성될 수 있다. 방사체(1110)는 하부 메탈 패턴에 해당하는 제3 메탈 패턴(1113)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 메탈 패턴(1111)은 상부 커버와 평행하게 배치될 수 있다. 제1 메탈 패턴(1111)에 개구 영역(opening region, 1111o)이 형성될 수 있다. 개구 영역(1111o)에 의해 전류 경로가 증가함에 따라, 방사체(1100)가 더 낮은 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
제2 메탈 패턴(1112)은 제1 메탈 패턴(1111)과 수직하게 연결되고, 측면 영역을 형성할 수 있다. 제3 메탈 패턴(1113)은 제2 메탈 패턴(1112) 및 제1 급전부(F1)와 연결되도록 구성될 있다. 제3 메탈 패턴(1113)은 제1 대역의 제1 신호를 측면 메탈 패턴인 제2 메탈 패턴(1112)으로 전달하도록 구성될 수 있다.
방사체(1110)가 제1 방사체로 동작하고, 슬롯 영역들(SR1, SR2)이 제2 방사체로 동작함에 따라 메인 안테나는 저대역(LB) 전체 대역에 걸쳐 광대역 공진할 수 있다. 따라서, 메인 안테나는 제1 대역에서 제1 방사체로 동작하고 제2 대역에서 제2 방사체로 동작하는 이중 모드로 동작하여 저대역(LB) 전체 대역에 걸쳐 광대역 동작할 수 있다.
이와 관련하여, 방사체(1110)는 제1 급전부(F1)에서 급전되는 제1 대역의 제1 신호를 방사하는 제1 방사체로 동작한다. 한편, 슬롯 영역들(SR1, SR2)은 제2 급전부(F2)에서 급전되는 제2 대역의 제1 신호를 방사하는 제2 방사체로 동작한다. 이에 따라, 제1 대역에서 동작하는 제1 방사체 및 제2 대역에서 동작하는 제2 방사체가 메인 안테나를 구성한다.
한편, 본 명세서에서 설명되는 광대역 방사체를 구비하는 안테나 모듈은 하부 커버의 메탈 플레이트에 슬롯 영역을 다양하게 형성하여 안테나 성능을 최적화할 수 있다. 이와 관련하여, 도 8은 본 명세서에서 제시되는 하부 커버의 메탈 플레이트에 형성되는 슬롯 영역의 구조를 나타낸 것이다. 도 8(a)는 하부 커버의 메탈 플레이트(1300m)에 단일 슬롯 영역(SR)이 형성된 구조를 나타낸다. 반면에, 도 8(b)는 하부 커버의 메탈 플레이트(1300m)에 이중 슬롯 영역(SR1, SR2)이 형성된 구조를 나타낸다.
도 8(b)를 참조하면, 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2)은 일 축 방향으로 제1 길이(L1) 및 제2 길이(L2)로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2)의 제1 길이(L1) 및 제2 길이(L2)는 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다.
메탈 플레이트(1300m)는 제1 메탈 플레이트(1310) 내지 제3 메탈 플레이트(1330)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 메탈 플레이트(1310)는 방사체(1110)의 제3 메탈 패턴(1113)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 메탈 플레이트(1310)는 타 축 방향으로 제1 슬롯 영역(SR1) 보다 상부 영역에 형성될 수 있다.
제2 메탈 플레이트(1320)는 타 축 방향으로 제1 슬롯 영역(SR1)의 상측 단부 및 타 축 방향으로 제2 슬롯 영역(SR2)의 하측 단부 사이에 형성될 수 있다. 제3 메탈 플레이트(1330)는 타 축 방향으로 제2 슬롯 영역(SR2)의 하측 단부보다 하부 영역에 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 설명되는 광대역 방사체를 구비하는 안테나 모듈은 이중 슬롯 영역 구조의 메탈 플레이트의 상부 영역에 방사체를 배치하여 안테나 성능을 최적화할 수 있다. 이와 관련하여, 도 9는 본 명세서에 따른 이중 슬롯 영역 구조의 메탈 플레이트의 상부 영역에 방사체가 배치된 안테나 모듈의 전면도를 나타낸다.
도 9를 참조하면, PCB(1100)가 하부 커버의 메탈 플레이트(1300m)의 전면의상부에 배치될 수 있다. PCB(1100)는 하부 커버(1300)에 형성된 제1 및 제2 슬롯 영역(SR1, SR2)과 중첩되지 않도록 배치될 수 있다.
한편, 제1 급전부(F1)는 방사체(1100)의 제3 메탈 패턴(1113)을 통해 방사체(1100)로 제1 대역의 제1 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 한편, 제2 급전부(F2)는 제2 슬롯 영역(SR2)을 통해 제1 대역보다 높은 제2 대역의 제1 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 안테나 모듈은 차량에서 4G 및 5G 통신을 위한 저대역(LB) 전체 대역에서 광대역 동작하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 광대역 안테나를 위한 이중 슬롯 구조는 서로 다른 주파수 대역에서 서로 다른 전류 분포가 형성되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에 따른 광대역 안테나를 위한 이중 슬롯 구조는 4G/5G 저대역(LB)과 Wi-Fi 대역에서 모두 방사체로 동작할 수 있다.
이와 관련하여, 도 10은 본 명세서에 따른 하부 커버의 메탈 플레이트에 형성되는 전류 분포를 나타낸 것이다. 도 10(a)는 제2 대역의 제1 신호가 제2 급전부(F2)를 통해 인가되는 경우 전류 분포를 나타낸 것이다. 한편, 도 10(b)는 제3 대역의 제2 신호가 제3 급전부(F3)를 통해 인가되는 경우 전류 분포를 나타낸 것이다.
도 10(a)를 참조하면, 제2 대역의 제1 신호를 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2)을 포함하는 슬롯 영역들을 통해 방사하도록 구성되어 제1 슬롯 모드로 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 슬롯 모드의 전류 경로는 슬롯 영역들(SR1, SR2) 전체 영역을 통해 형성되므로, 메탈 플레이트(1300m)는 약 920MHz와 같은 저대역(LB)에서 안테나로 동작할 수 있다.
도 10(b)를 참조하면, 제3 대역의 제2 신호를 제2 슬롯 영역(SR2)을 통해 방사하도록 구성되어 제2 슬롯 모드로 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 제2 슬롯 모드의 전류 경로는 제2 슬롯 영역(SR2)을 통해 형성되므로, 메탈 플레이트(1300m)는 약 2.4GHz와 같은 Wi-Fi 대역에서 안테나로 동작할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 제시되는 이중 슬롯 구조의 광대역 안테나는 복수의 슬롯 영역 중 적어도 하나가 단차를 형성하므로 다단 슬롯 구조로 지칭될 수 있다. 한편, 제1 슬롯 영역(SR1)과 제2 슬롯 영역(SR2) 사이의 브랜치 멤버(1350)의 길이도 안테나 성능을 위해 최적화될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 슬롯 영역(SR1)은 제1 영역(R1)에서 제1 너비(W1)로 형성될 수 있다. 한편, 제1 슬롯 영역(SR1)은 제1 영역(R1)보다 측면 영역인 제2 영역(R2)에서 제1 너비(W1)보다 넓은 제2 너비(W2)로 형성될 수 있다.
제2 슬롯 영역(SR2)의 제2 길이(L2)가 제1 슬롯 영역(SR1)의 제1 길이(L1)보다 더 짧게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 슬롯 영역(SR2)의 단부는 제1 슬롯 영역(SR1)의 단부보다 내부 영역에 형성될 수 있다. 제2 슬롯 영역(SR2)의 제2 길이(L2)보다 브랜치 멤버(1350)의 길이가 더 짧게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 슬롯 영역(SR2)도 제1 슬롯 영역(SR1)과 유사하게 다단 슬롯 구조로 형성될 수 있다.
도 10(a), (b)에 도시된 바와 같이, 타 축 방향으로 PCB(1100)의 단부 위치는 제2 슬롯 영역(SR2)의 하측 단부 위치보다 하부 영역일 수 있다. 이에 따라, 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2)에 의한 무선 신호의 방사가 PCB(1100)에 의해 차단되는 것을 방지할 수 있다. PCB(1100)의 전면에 배치되는 제1 급전부(F1)는 제2 슬롯 영역(SR2)의 단부보다 일 축 방향으로 내부 영역에 위치할 수 있다. 이에 따라, 제1 급전부(F1)를 통해 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2)의 단부까지 슬롯 영역 전체를 통해 무선 신호가 방사될 수 있다.
도 5 내지 도 7b 및 도 10을 참조하면, PCB(1100)의 배면에 배치되는 제2 급전부(F2)는 일 축 방향으로 제1 급전부(F1)보다 측면 영역에 배치될 수 있다. 또한, 제2 급전부(F2)는 일 축 방향으로 제2 슬롯 영역(SR2)의 일 지점 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 급전부(F2)를 통해 제2 슬롯 영역(SR2)의 일부 영역을 통해 전류 경로가 형성되어 무선 신호가 방사될 수 있다.
한편, 안테나 모듈(1000)은 PCB(1100)와 하부 커버(1300)의 메탈 플레이트(1300m)를 연결하도록 구성된 제1 그라운드 컨택 부(1350g-1) 및 제2 그라운드 컨택 부(1350g-2)를 더 포함할 수 있다. 제1 그라운드 컨택 부(1350g-1)는 제1 급전부(F1)보다 일 축 방향으로 내부 영역에 배치될 수 있다. 제2 그라운드 컨택 부(1350g-2)는 제2 급전부(F2)보다 일 축 방향으로 측면 영역에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 대역의 제1 신호와 제3 대역의 제2 신호의 전류 경로가 제1 그라운드 컨택 부(1350g-1) 및 제2 그라운드 컨택 부(1350g-2) 사이에서 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 광대역 안테나 구조는 각 주파수 대역 별로 다른 전류 분포가 생성된다. 이와 관련하여, 도 11은 도 10의 광대역 안테나 구조에 대해여 제1 대역에서의 전류 분포를 나타낸 것이다. 도 12는 도 10의 광대역 안테나 구조에 대해여 제2 대역에서의 전류 분포와 그 메커니즘을 나타낸 것이다. 도 13은 도 10의 광대역 안테나 구조에 대하여 제3 대역에서의 전류 분포와 그 메커니즘을 나타낸 것이다.
도 5 및 도 11을 참조하면, 저대역(LB)에서 4G/5G 통신을 위한 메인 안테나는 제1 대역의 제1 신호를 방사체(1110)를 통해 방사하도록 구성된다. 특히, 메인 안테나는 방사체(1110)의 제1 메탈 패턴(1111)을 통해 제1 대역의 제1 신호를 방사한다. 이와 관련하여, 제3 메탈 패턴(1113)이 제1 급전부(F1)와 직접 연결되는 직접 급전(direct feed) 방식에 의해 제1 대역의 제1 신호가 방사체(1110)로 인가된다. 이와 관련하여, 하부 커버의 메탈 플레이트(1300m)에서 제3 메탈 패턴(1113)과 접촉되는 영역에서의 전류 분포가 다른 슬롯 영역(SR1, SR2)에서의 전류 분포보다 더 높게 형성된다. 따라서, 제1 대역의 제1 신호는 직접 급전 방식으로 방사체(1110)를 통해 방사되고, 메탈 패턴이 방사체로 동작하므로 패턴 모드로 지칭될 수 있다.
도 5 및 도 12(a)를 참조하면, 저대역(LB)에서 4G/5G 통신을 위한 메인 안테나는 제2 대역의 제1 신호를 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2)을 통해 방사하도록 구성된다. 특히, 메인 안테나는 메탈 플레이트(1300m)의 신호를 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2)을 통해 제2 대역의 제1 신호를 방사한다. 이와 관련하여, 제3 메탈 패턴(1113)이 제1 급전부(F1)와 직접 연결되는 직접 급전(direct feed) 방식에 의해 제2 대역의 제1 신호가 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2)으로 인가된다.
도 5 및 도 12(b)를 참조하면, 제1 급전부(F1)를 통해 하부 커버의 메탈 플레이트(1300m)의 상부 면에 배치된 제3 메탈 패턴(1113)에 제1 전류(I1)가 인가될 수 있다. 제3 메탈 패턴(1113)에 인가된 제1 전류(I1)에 따라 하부 커버의 메탈 플레이트(1300m)의 하부 면에 제1 전류의 역 방향 전류인 제2 전류(I2)가 형성될 수 있다. 하부 커버의 메탈 플레이트(1300m)의 하부 면에 형성된 제2 전류(I2)에 따라 슬롯 영역(SR1, SR2)의 주변 영역을 따라 제3 전류(I3)가 형성될 수 있다. 따라서, 제2 대역의 제1 신호를 직접 급전 방식으로 슬롯 영역(SR1, SR2)을 통해 방사되고, 슬롯 영역(SR1, SR2) 전체가 방사체로 동작하므로 large slot 모드로 지칭될 수 있다.
도 5 및 도 13(a)를 참조하면, Wi-Fi통신을 위한 메인 안테나는 제3 대역의 제2 신호를 제2 슬롯 영역(SR2)을 통해 방사하도록 구성된다. 특히, Wi-Fi 안테나는 메탈 플레이트(1300m)의 신호를 제2 슬롯 영역(SR2)을 통해 제3 대역의 제2 신호를 방사한다. 이와 관련하여, PCB(1100)에서 연장되는 제2 급전부(F2)와 커플링 급전(coupling feed) 방식에 의해 제3 대역의 제3 신호가 제2 슬롯 영역(SR2)으로 인가된다.
도 5 및 도 13(a)를 참조하면, 제2 급전부(F2)를 통해 브랜치 라인(1350)에 제1 전류(I1)가 인가될 수 있다. 브랜치 라인(1350)에 인가된 제1 전류(I1)에 따라 제2 슬롯 영역(SR2)의 주변 영역을 따라 제2 전류(I2)가 형성될 수 있다. 제2 전류(I2)는 제1 슬롯 영역(SR2) 및 제2 슬롯 영역(SR2)의 일부 영역을 따라 형성될 수 있다. 따라서, 제3 대역의 제2 신호를 커플링 급전 방식으로 슬롯 영역(SR1, SR2)의 일부 영역을 통해 방사되고, 슬롯 영역(SR1, SR2)의 일부 영역이 방사체로 동작하므로 small slot 모드로 지칭될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 광대역 안테나 구조는 다단 슬롯 구조로 형성되고 슬롯 영역 및 브랜치 라인의 길이는 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다. 이와 관련하여, 도 14는 본 명세서의 서로 다른 예시에 따른 브랜치 라인 구조를 나타낸다. 도 14(a)를 참조하면, 브랜치 라인(1350)의 단부 위치가 제1 메탈 플레이트(1310) 및 제3 메탈 플레이트(1330)의 단부 위치보다 내측에 배치될 수 있다. 제1 급전부(F1)를 통해 제1 대역 및 제2 대역의 제1 신호에 의해 제1 신호 경로(SP1)가 형성될 수 있다. 제2 급전부(F2)를 통해 제3 대역의 제2 신호에 의해 제2 전류 경로(SP2)가 제2 슬롯 영역(SR2)을 통해 형성될 수 있다.
도 14(b)를 참조하면, 브랜치 라인(1350b)은 제2 메탈 플레이트(1320)와 연결되지 않고 별도의 기판, 즉 PCB로 구성될 수 있다. 브랜치 라인(1350b)은 제3 메탈 플레이트(1330)와 그라운드 컨택 부(1350g)를 통해 연결되게 구성될 수 있다. 브랜치 라인(1350)의 단부 위치는 도 14(a)와 유사하게 제1 메탈 플레이트(1310) 및 제3 메탈 플레이트(1330)의 단부 위치보다 내측에 배치될 수 있다. 제1 급전부(F1)를 통해 제1 대역 및 제2 대역의 제1 신호에 의해 제1 신호 경로(SP1)가 형성될 수 있다. 제2 급전부(F2)를 통해 제3 대역의 제2 신호에 의해 제2 전류 경로(SP2)가 제2 슬롯 영역(SR2)을 통해 형성될 수 있다. 제2 슬롯 영역(SR2)은 WiFi 대역에서의 메탈 패턴에 해당하는 브랜치 라인(1350b)의 하부 영역에 배치되는 슬롯 영역이다.
한편, 본 명세서에 따른 광대역 안테나 구조의 급전부는 매칭 회로를 통해서 임피던스 매칭 특성을 최적화할 수 있다. 이와 관련하여, 도 15는 본 명세서에 따른 광대역 안테나 구조의 매칭 회로를 나타낸 것이다. 도 5, 도 14 및 도 15를 참조하면, 안테나 모듈(1000)은 제1 매칭 회로(MC1) 및 제2 매칭 회로(MC2)를 더 포함하도록 구성될 수 있다.
도 5, 도 14 및 도 15(a)를 참조하면, 제1 매칭 회로(MC1)는 제1 급전부(F1)와 PCB(1100) 사이에 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 매칭 회로(MC2)는 제1 급전부(F2)와 PCB(1100) 사이에 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 매칭 회로(MC1)는 제1 대역의 제1 신호에 대한 방사체(1110)와 제1 급전부(F1) 간의 임피던스를 매칭하도록 직렬 형태의 제1 커패시터(C1)로 구성될 수 있다. 또한, 제1 매칭 회로(MC1)는 제2 대역의 제1 신호에 대한 슬롯 영역(SR1, SR2)과 제1 급전부(F1) 간의 임피던스를 매칭하도록 직렬 형태의 제1 커패시터(C1)로 구성될 수 있다. 따라서, 제1 대역 및 제2 대역에서 4G/5G 통신을 위하여, 제1 급전부(F1)와 제3 메탈 패턴(1113) 사이에 커패시터(C1)가 배치될 수 있다. 일 예로, 커패시터(C1)의 커패시턴스 값은 3pF일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.
도 5, 도 14 및 도 15(b)를 참조하면, 제2 매칭 회로(MC2)는 제3 대역의 제2 신호에 대한 제2 슬롯 영역(SR2)과 제2 급전부(F2) 간의 임피던스를 매칭하도록 고대역 통과 필터(high pass filter, HPF)로 구성될 수 있다. 이를 위해, 고대역 통과 필터(HPF)는 직렬 및 병렬 형태의 제2 커패시터(C2) 및 인덕터(L1)로 구성될 수 있다.
일 예로, 제2 커패시터(C2)의 커패시턴스 값은 2pF일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 다른 예로, 제2 커패시터(C2)의 커패시턴스 값은 0.5pF까지 감소시켜 제1 및 제2 급전부 간의 격리도를 향상시킬 수 있다. 한편, 병렬 구성의 인덕터(L1)의 인덕턴스 값을 3nH로 설정하여 -12dB 미만으로 격리도를 향상시킬 수 있다. 이러한 병렬 구성의 인덕터(L1)에 의한 HPF 구성과 인덕턴스 값을 최적화를 통해, LB/Wi-Fi 간 격리도 향상과 MB/Wi-Fi 간 격리도 향상이 가능하다. 다른 예로, 병렬 구성의 인덕터(L1)의 인덕턴스 값을 10nH까지 증가시켜 Wi-Fi 공진 주파수를 조정할 수 있다. 따라서, 제2 커패시터(C2)의 커패시턴스 값은 약 0.5pF에서 약 2pF 사이의 범위에서 선택될 수 있다. 또한, 공진주파수 조정 및 격리도 향상 위해 병렬 구성의 인덕터(L1)의 인덕턴스 값은 약 3nH에서 약 10nH 사이의 범위에서 선택될 수 있다.
이러한 매칭 회로 구성을 통해 Wi-Fi 대역에서 동작하는 안테나는 2.4GHz 대역 이외에 5.4GHz 대역에서도 동작하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16은 제2 급전부와 슬롯 영역 사이에 배치되는 매칭 회로의 구성을 나타낸다. 한편, 도 17은 2.4GHz 대역 및 5.4GHz 대역에서의 3D 방사 패턴과 이의 좌측면도 및 하부도를 나타낸 것이다.
도 16(a)를 참조하면, 제1 메탈 패턴(1111) 내지 제3 메탈 패턴(1113)으로 이루어진 방사체(1110)와 별도로 슬롯 영역(SR)을 통해 Wi-Fi 안테나를 구현할 수 있다. Wi-Fi 안테나는 도 16(a)와 같이 단일 슬롯 영역(SR) 구조에 한정되는 것은 아니고, 도 9 내지 도 15의 이중 슬롯 영역(SR1, SR2) 구조가 적용될 수 있다. 도 15(b) 및 도 16(a)를 참조하면, 제2 급전부(F2)와 슬롯 영역(SR) 사이에 고대역 통과 필터(HPF)가 배치될 수 있다.
도 15(b) 내지 도 16(b)를 참조하면, 제2 매칭 회로(MC2)는 제3 대역의 제2 신호에 대한 제2 슬롯 영역(SR2)과 제2 급전부(F2) 간의 임피던스를 매칭하도록 고대역 통과 필터(HPF)로 구성될 수 있다. 이를 위해, 고대역 통과 필터(HPF)는 직렬 연결되도록 구성된 제2 커패시터(C2) 및 제2 커패시터(C2) 와 병렬 연결되고, 그라운드(GND)와 연결되도록 구성된 인덕터(L1)를 포함할 수 있다.
도 16 및 도 17을 참조하면, Wi-Fi 대역에서 동작하는 Wi-Fi 안테나는 하단 방사가 이루어지도록 방사 패턴이 형성될 수 있다. 도 17(a) 내지 도 17(c)는 2.4GHz 대역에서의 3D 방사 패턴과 이의 좌측면도(left side view) 및 하부도(bottom view)를 나타낸다. 도 17(d) 내지 도 17(f)는 5.4GHz 대역에서의 3D 방사 패턴과 이의 좌측면도(left side view) 및 하부도(bottom view)를 나타낸다.
도 17(a) 내지 도 17(f)를 참조하면, 2.4GHz 대역과 5.4GHz 대역에서 유사한 방사 패턴이 형성된다. 구체적으로, Wi-Fi 안테나는 2.4GHz 대역과 5.4GHz 대역에서 상단 방사와 하단 방사가 이루어지도록 방사 패턴이 형성될 수 있다.
도 17(b) 및 도 17(d)의 방사 패턴의 좌측면도를 참조하면, x-z 평면에서 방사 패턴은 상부 영역과 하부 영역에서 대칭 구조로 형성된다. 수평 면(z=0)에서의 방사 패턴 값은 상단 및 하단에서의 방사 패턴 값보다 낮은 값을 갖도록 구성 가능하다. 이에 따라, 차량 외부 영역과 차량 내부 영역에서 차량용 Wi-Fi 안테나를 통해 Wi-Fi 통신 구현이 가능하다. 차량 외부 영역은 방사 패턴의 상부 영역에 대응되고 차량 내부 영역은 방사 패턴의 하부 영역에 대응될 수 있다.
도 17(c) 및 도 17(f)의 방사 패턴의 하부도를 참조하면, x-y 평면에서 방사 패턴은 전 방향으로 형성된다. 이에 따라, 차량 외부 영역과 차량 내부 영역에서 차량용 Wi-Fi 안테나를 통해 Wi-Fi 통신 구현이 가능하다. 따라서, 차량 내부 영역에서 전 방향을 통해 Wi-Fi 무선 신호의 수신 및 송신이 가능하다. 이에 따라, Wi-Fi 안테나는 차량 외부 영역 이외에 차량 내부 영역에서도 2.4GHz 대역 및 5.4GHz 대역에서 동작 가능하도록 구성될 수 있다.
도 16 및 도 17을 참조하면, 하부 커버의 메탈 플레이트(1300)의 슬롯 영역(SR)을 Wi-Fi 안테나의 방사체로 이용한다. 한편, 4G/5G 방사체(1100)와의 간섭을 최소화하기 위하여 Wi-Fi 안테나의 급전부(F2)에 고대역 통과 필터(HPF)를 적용할 수 있다. 이를 위해, 매칭 회로(MC2)는 제2 급전부(F2)를 위한 급전 패드와 별도의 PCB 패드 사이에 배치되는 제2 커패시터(C2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 매칭 회로(MC2)는 제2 급전부(F2)를 위한 급전 패드와 그라운드(GND) 사이에 배치되는 인덕터(L1)를 더 포함하여 고대역 통과 필터(HPF)로 구성될 수 있다. 매칭 회로(MC2)는 응용에 따라 인덕터 구성 없이 직렬 연결되는 제2 커패시터(C2)만으로 구성될 수 있다.
본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 구조는 안테나 모듈 내의 서로 다른 위치에 이격되어 배치될 수 있다. 이와 같이 서로 다른 위치에 이격되어 배치된 안테나 소자에 대응하여, 하부 커버(1300)의 메탈 플레이트(1300m)의 서로 다른 위치에 슬롯 영역들이 형성될 수 있다. 한편, 슬롯 영역들이 형성된 위치에 대응하여 몰드 커버가 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 도 18a 및 도 18b는 실시 예들에 따라 하부 커버의 메탈 플레이트의 서로 다른 위치에 형성된 슬롯 영역들을 나타낸다. 도 5 내지 도 18b를 참조하면, 메인 안테나는 하부 커버의 메탈 플레이트(1300m)의 일 측 상부, 일 측 하부, 타 측 상부 및 타 측 하부에 배치되는 제1 안테나, 제2 안테나, 제3 안테나 및 제4 안테나를 포함할 수 있다. 제1 안테나 내지 제4 안테나에 대응되는 제1 슬롯 부(slot portion, SP1) 내지 제4 슬롯 부(SP4)에는 유전체 재질의 몰드 커버(mold cover, 1300c)가 배치될 수 있다.
구체적으로, 도 18a는 하부 커버(1300)의 메탈 플레이트(1300m)의 제1 위치에 이중 슬롯 영역(1300ds)이 배치된 구조이다. 이중 슬롯 영역(1300ds)에 전술한 바와 같은 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2)이 형성될 수 있다. 반면에, 하부 커버(1300)의 메탈 플레이트(1300m)의 나머지 제2 위치 내지 제4 위치에 단일 슬롯 영역(1300ss)이 배치될 수 있다. 단일 슬롯 영역(1300ss)에는 하나의 슬롯만이 형성된다.
이중 슬롯 영역(1300ds)에는 이중 슬롯 영역(1300ds)과 결합되는 제1 타입의 몰드 커버(1300c-1)가 배치될 수 있다. 반면에, 단일 슬롯 영역(1300ss)에는 단일 슬롯 영역(1300ss)과 결합되는 제2 타입의 몰드 커버(1300c-2)가 배치될 수 있다. 이중 슬롯 영역(1300ds)이 형성된 경우 저대역(LB) 중 제2 대역까지 안테나 소자가 동작할 수 있다. 반면에, 단일 슬롯 영역(1300ss)이 형성된 경우 방사체가 배치되어도 저대역(LB) 중 제1 대역에서만 안테나 소자가 동작할 수 있다.
도 18b는 하부 커버(1300)의 메탈 플레이트(1300m)의 제1 위치 및 제3 위치에 이중 슬롯 영역(1300ds)이 배치된 구조이다. 이중 슬롯 영역(1300ds)이 형성되는 위치는 이에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 변경 가능하다. 이중 슬롯 영역(1300ds)에 전술한 바와 같은 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2)이 형성될 수 있다. 반면에, 하부 커버(1300)의 메탈 플레이트(1300m)의 나머지 제2 위치 및 제4 위치에 단일 슬롯 영역(1300ss)이 배치될 수 있다. 단일 슬롯 영역(1300ss)에는 하나의 슬롯만이 형성된다.
이중 슬롯 영역(1300ds)에는 이중 슬롯 영역(1300ds)과 결합되는 제1 타입의 몰드 커버(1300c-1)가 배치될 수 있다. 반면에, 단일 슬롯 영역(1300ss)에는 단일 슬롯 영역(1300ss)과 결합되는 제2 타입의 몰드 커버(1300c-2)가 배치될 수 있다. 이중 슬롯 영역(1300ds)이 형성된 경우 저대역(LB) 중 제2 대역까지 안테나 소자가 동작할 수 있다. 반면에, 단일 슬롯 영역(1300ss)이 형성된 경우 방사체가 배치되어도 저대역(LB) 중 제1 대역에서만 안테나 소자가 동작할 수 있다.
이에 따라, 이중 슬롯 영역(1300ds)이 형성된 제1 위치 및 제3 위치에서, 도 5 및 도 6의 제1 급전부(F1)와 슬롯 영역들(SR1, SR2)를 통해 제2 대역에서 다중 입출력(MIMO)이 가능하다. 한편, 단일 슬롯 영역(1300ss) 또는 이중 슬롯 영역(1300ds)이 형성된 제1 위치 내지 제4 위치에서, 도 5 및 도 6의 제1 급전부(F1)와 방사체(1110)를 통해 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)가 가능하다.
한편, 본 명세서에 다른 이중 슬롯 영역을 갖는 광대역 안테나 구조는 하부 커버의 메탈 플레이트와 몰드 커버가 결합되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 19a는 본 명세서에 따른 안테나 모듈의 일 지점에 이중 슬롯 영역이 형성된 영역과 상기 영역에 몰드 커버가 결합될 수 있는 구조를 나타낸다. 한편, 도 19b는 몰드 커버가 결합되기 이전 상태인 도 19a (a)의 전면도를 나타낸다.
도 19a (a) 및 도 19b를 참조하면, 방사체(1110)의 제3 메탈 패턴(1113)이 제1 급전부(F1)를 통해 연결될 수 있다. 도 15, 도 17(a) 및 도 18을 참조하면, 제3 메탈 패턴(1113)과 제1 급전부(F1) 사이에 제1 매칭 회로(MC1)가 연결될 수 있다. 한편, 제2 슬롯 영역(SR2)을 형성하는 브랜치 멤버(1350)가 제2 급전부(F2)를 통해 연결될 수 있다. 브랜치 멤버(1350)와 제2 급전부(F2) 사이에 제2 매칭 회로(MC2)가 연결될 수 있다.
도 19a (b)를 참조하면, 몰드 커버(1350)가 메탈 플레이트(1300m)의 슬롯 영역(SR1, SR2)과 결합될 수 있다. 몰드 커버(1350)는 이중 사출 구조로 형성되거나 또는 열 융착 구조로 형성될 수 있다. 열 융착 구조로 형성되는 몰드 커버(1350)를 몰드 융착 구조로 지칭할 수 있다. 몰드 커버(1350)의 유전율로 인해 안테나 성능이 일부 변경이 발생할 수 있다. 특히, small 슬롯 모드로 동작하는 Wi-Fi 대역에서 몰드 커버(1350)로 인해 안테나 성능에 일부 변경이 발생할 수도 있다. 하지만, 제2 매칭 회로(MC2) 또는 슬롯 일부 구조 변경을 통해 공진 주파수 조정이 가능하다.
한편, 도 20은 실시 예에 따른 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다. 구체적으로, 도 20은 안테나 시스템에 해당하는 안테나 모듈이 차량 루프 내부에 배치되어, 주변 전자 기기, 차량 및 인프라 구조와 통신을 수행하는 차량의 구성도를 나타낸다.
도 20을 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 제2 PCB(1200)는 텔레매틱스 기능을 수행하는 텔레매틱스 모듈(1200c)과 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 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.
차량에 탑재되는 안테나 모듈은 PCB(1100), 방사체(1110), 하부 커버(1300) 및 상부 커버(1300u)를 포함하도록 구성될 수 있다. PCB(1100)는 전자 부품들이 배치되도록 구성될 수 있다. 방사체(1110)와 같은 안테나 소자가 배치될 수 있는 PCB를 안테나 PCB(1100)라고 지칭할 수 있다. 한편, 안테나 PCB(1100)는 다른 전자 부품들이 배치되는 제2 PCB(1200)와 결합되게 구성될 수 있다. 이와 관련하여, PCB(1100)와 제2 PCB(1200)가 일체의 PCB로 구성되거나 또는 별도의 PCB로 구성될 수 있다.
방사체(1110)는 PCB(1100)와 측면 영역을 통해 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 방사체(1110)는 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 패턴으로 형성되어 제1 대역의 제1 신호를 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 신호는 4G 통신 또는 5G 통신을 위한 저대역(low band, LB) 신호일 수 있다. 제1 대역은 저대역(LB) 중 제1 서브 대역으로 약 700MHz 대역일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
하부 커버(1300)는 PCB(1100)의 하부에 배치되고, 슬롯 영역들(SR1, SR2)이 형성된 메탈 플레이트로 구성될 수 있다. 상부 커버(1300u)는 하부 커버(1300)와 체결되어 내부에 PCB(1100) 및 방사체(1110)가 수용되도록 구성될 수 있다.
하부 커버(1300)의 메탈 플레이트(1300m)는 제1 슬롯 영역(SR1), 제2 슬롯 영역(SR2) 및 브랜치 멤버(1350)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 슬롯 영역(SR1)은 메탈 플레이트(1300m)의 일 측에 소정 길이와 너비를 갖도록 형성될 수 있다. 제2 슬롯 영역(SR2)은 제1 슬롯 영역(SR1)과 평행하게 소정 길이와 너비를 갖도록 형성될 수 있다. 브랜치 멤버(1350)는 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2) 사이에 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 플레이트로 형성될 수 있다.
안테나 모듈은 제1 급전부(F1)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 급전부(F1)는 PCB(1100)의 전면에 배치될 수 있다. 제1 급전부(F1)는 방사체(1110)와 연결되어 제1 대역의 제1 신호를 방사체로 급전하도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 급전부(F1)는 방사체(1110)와 연결되어 제2 대역의 제1 신호를 슬롯 영역들(SR1, SR2)로 급전하도록 구성될 수 있다. 또한, PCB(1100)는 그라운드 컨택 부(GC)를 통해 하부 커버(1300)와 연결되도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 신호는 4G 통신 또는 5G 통신을 위한 저대역(low band, LB) 신호일 수 있다. 제2 대역은 저대역(LB) 중 제1 서브 대역보다 높은 제2 서브 대역으로 약 920MHz 대역일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 대역의 제1 신호를 방사하도록 구성된 방사체(1100) 및 제2 대역의 제1 신호를 방사하도록 구성된 메탈 플레이트(1300m)의 슬롯 영역들(SR1, SR2)이 메인 안테나를 구성할 수 있다. 메인 안테나는 4G 통신 또는 5G 통신 대역 중 저대역(LB)에서 동작하도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈은 제2 급전부(F2)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 급전부(F2)는 브랜치 라인(1350)과 제2 슬롯 영역(SR2)을 형성하는 메탈 플레이트 사이에 배치되도록 구성될 수 있다. 제2 급전부(F2)는 제2 대역보다 높은 제3 대역의 제2 신호를 제2 슬롯 영역(SR2)으로 급전하도록 구성될 수 있다. 제3 대역은 Wi-Fi 통신을 위한 주파수 대역이고, 제2 신호는 Wi-Fi 신호일 수 있다. 따라서, 제3 대역의 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 슬롯 영역(SR2)은 Wi-Fi 주파수 대역에서 동작하는 Wi-Fi 안테나를 구성할 수 있다.
한편, 하부 커버(1300)의 일 측 상부, 일 측 하부, 타 측 상부 및 타 측 하부에 제1 안테나(ANT1, 1100-1), 제2 안테나(ANT2, 1100-2), 제3 안테나(ANT3, 1100-3) 및 제4 안테나(ANT3, 1100-4)가 배치될 수 있다. 제1 안테나(ANT1, 1100-1) 내지 제4 안테나(ANT3, 1100-4)에 대응하여 제1 슬롯 부(slot portion, SP1) 내지 제4 슬롯 부(SP4)가 배치될 수 있다.
제1 슬롯 부(SP1) 내지 제4 슬롯 부(SP4) 중 일부는 제1 슬롯 영역(SR1), 제2 슬롯 영역(SR2) 및 브랜치 라인(1350)을 포함하는 이중 슬롯 영역(1350ds)으로 구성될 수 있다. 이에 따라, 제1 안테나(ANT1, 1100-1) 내지 제4 안테나(ANT3, 1100-4) 중 이중 슬롯 영역(1350ds)을 구비한 일부에 대해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 즉, 이중 슬롯 영역(1350ds)을 구비한 일부에 대해 제1 급전부(F1)를 통해 저대역(LB) 중 제2 대역에서 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다. 한편, 제1 안테나(ANT1, 1100-1) 내지 제4 안테나(ANT3, 1100-4)에 대해 제1 급전부(F1)를 통해 저대역(LB) 중 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1, 1100-1) 내지 제4 안테나(ANT4, 1100-4) 중 이중 슬롯 영역(1350ds)을 갖는 둘 이상의 안테나를 이용하여 저대역(LB)에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 프로세서(1400)는 이중 슬롯 영역(1350ds)을 갖는 둘 이상의 안테나를 이용하여 저대역(LB) 중 제2 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 또한, 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1, 1100-1) 내지 제4 안테나(ANT4, 1100-4)를 이용하여 저대역(LB) 중 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 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 4G/5G 통신을 위한 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 제3 안테나(ANT3) 중 어느 하나를 통해 제2 대역의 제1 신호를 수신하면서 제2 안테나(ANT2) 및 제4 안테나(ANT4) 중 어느 하나를 통해 제2 대역의 제1 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 및 WiFi 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 탑재되는 광대역 안테나를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량에 대해 살펴보았다. 이와 같은 차량에 탑재되는 광대역 안테나를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 방사체의 하부 영역에 배치되는 메탈 플레이트에 슬롯 구조를 적용하여, 4G/5G 저대역(low band, LB)의 전체 대역을 커버하도록 동작하는 안테나 구조를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 방사체의 하부 영역에 배치되는 메탈 플레이트에 이중 슬롯 구조를 적용하여, 4G/5G 저대역(LB) 이외에 Wi-Fi 대역에서도 동작하는 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에 따르면, 방사체의 하부 영역에 배치되는 메탈 플레이트에 이중 슬롯 구조와 매칭 회로를 적용하여, 다중 입출력(MIMO)을 위한 안테나의 성능과 Wi-Fi 안테나의 성능을 모두 최적화하면서 격리도를 유지할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 모듈 내의 PCB와 하부 커버의 메탈 플레이트에 안테나를 구현하여, 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 차량 내부 영역으로 무선 신호를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 모듈 내의 하부 커버의 메탈 플레이트에 슬롯구조의 안테나를 구현하여, 안테나 모듈을 구성하는 바디의 그라운드 영역을 안테나로 활용하면서 이중 모드로 동작하는 안테나를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 모듈 내의 하부 커버의 메탈 플레이트에 슬롯구조의 안테나를 구현하여, 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.
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,
    전자 부품들이 배치되는 PCB;
    상기 PCB와 측면 영역을 통해 전기적으로 연결되고, 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 패턴으로 형성되어 제1 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 방사체;
    상기 PCB의 하부에 배치되고, 슬롯 영역들이 형성된 메탈 플레이트로 구성된 하부 커버; 및
    상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB및 상기 방사체가 수용되도록 구성된 상부 커버를 포함하고,
    상기 메탈 플레이트는,
    상기 메탈 플레이트의 일 측에 소정 길이와 너비를 갖도록 형성되는 제1 슬롯 영역;
    상기 제1 슬롯 영역과 평행하게 소정 길이와 너비를 갖도록 형성되는 제2 슬롯 영역; 및
    상기 제1 슬롯 영역 및 상기 제2 슬롯 영역 사이에 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 플레이트로 형성되는 브랜치 멤버를 포함하는, 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 PCB의 전면에 배치되고, 상기 방사체와 연결되어 제1 대역의 제1 신호를 상기 방사체로 급전하도록 구성된 제1 급전부를 더 포함하고,
    상기 제1 신호는 4G 통신 또는 5G 통신을 위한 저대역(low band, LB) 신호인, 안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 방사체는,
    상기 상부 커버와 평행하게 배치되고, 개구 영역이 형성된 제1 메탈 패턴;
    상기 상부 메탈 패턴과 수직하게 연결되고, 측면 영역을 형성하는 제2 메탈 패턴; 및
    상기 제2 메탈 패턴 및 상기 제1 급전부와 연결되고, 상기 제1 대역의 제1 신호를 상기 제2 메탈 패턴으로 전달하도록 구성된 제3 메탈 패턴을 포함하는, 안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 급전부는 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역의 제1 신호를 상기 슬롯 영역들로 급전하도록 구성되고,
    상기 PCB는 그라운드 컨택 부를 통해 상기 하부 커버와 연결되도록 구성되고,
    상기 제1 대역은 상기 저대역(LB) 중 제1 서브 대역이고, 상기 제2 대역은 상기 저대역(LB) 중 상기 제1 서브 대역보다 높은 제2 서브 대역인, 안테나 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 대역의 제1 신호를 방사하도록 구성된 상기 방사체 및 상기 제2 대역의 제1 신호를 방사하도록 구성된 상기 메탈 플레이트의 상기 슬롯 영역들은 4G 통신 또는 5G 통신 대역 중 저대역(LB)에서 동작하는 메인 안테나를 구성하는, 안테나 모듈.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 브랜치 라인과 상기 제2 슬롯 영역을 형성하는 상기 메탈 플레이트 사이에 배치되고, 상기 제2 대역보다 높은 제3 대역의 제2 신호를 상기 제2 슬롯 영역으로 급전하도록 구성된 제2 급전부를 더 포함하고,
    상기 제3 대역은 Wi-Fi 통신을 위한 주파수 대역인, 안테나 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 대역의 제2 신호를 방사하도록 구성된 상기 제2 슬롯 영역은 Wi-Fi 주파수 대역에서 동작하는 Wi-Fi 안테나를 구성하는, 안테나 모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 방사체는 상기 제1 급전부에서 급전되는 상기 제1 대역의 제1 신호를 방사하는 제1 방사체로 동작하고,
    상기 슬롯 영역들은 상기 제2 급전부에서 급전되는 상기 제2 대역의 제1 신호를 방사하는 제2 방사체로 동작하고,
    상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체는 상기 메인 안테나를 구성하는, 안테나 모듈.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 메인 안테나는,
    상기 제1 대역의 제1 신호를 상기 방사체를 통해 방사하도록 구성되고,
    상기 제2 대역의 제1 신호를 상기 제1 슬롯 영역 및 상기 제2 슬롯 영역을 포함하는 상기 슬롯 영역들을 통해 방사하도록 구성되어 제1 슬롯 모드로 동작하는, 안테나 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 Wi-Fi 안테나는,
    상기 제3 대역의 제2 신호를 상기 제2 슬롯 영역을 통해 방사하도록 구성되어 제2 슬롯 모드로 동작하는, 안테나 모듈.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 제1 슬롯 영역 및 상기 제2 슬롯 영역은 일 축 방향으로 제1 길이 및 제2 길이로 형성되고,
    상기 메탈 플레이트는,
    상기 방사체의 상기 제3 메탈 패턴과 연결되고, 타 축 방향으로 상기 제1 슬롯 영역보다 상부 영역에 형성되는 제1 메탈 플레이트;
    상기 타 축 방향으로 상기 제1 슬롯 영역의 상측 단부 및 상기 타 축 방향으로 상기 제2 슬롯 영역의 하측 단부 사이에 형성되는 제2 메탈 플레이트; 및
    상기 타 축 방향으로 상기 제2 슬롯 영역의 하측 단부보다 하부 영역에 형성되는 제3 메탈 플레이트를 포함하는, 안테나 모듈.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 슬롯 영역은 제1 영역에서 제1 너비로 형성되고, 상기 제1 영역보다 측면 영역인 제2 영역에서 상기 제1 너비보다 넓은 제2 너비로 형성되고,
    상기 제2 슬롯 영역의 단부는 상기 제1 슬롯 영역의 단부보다 내부 영역에 형성되고, 상기 제2 슬롯 영역의 상기 제2 길이보다 상기 브랜치 멤버의 길이가 더 짧게 형성되는, 안테나 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 타 축 방향으로 상기 PCB의 단부 위치는 상기 제2 슬롯 영역의 하측 단부 위치보다 하부 영역이고,
    상기 PCB의 전면에 배치되는 상기 제1 급전부는 상기 제2 슬롯 영역의 단부보다 상기 일 축 방향으로 내부 영역에 위치되는, 안테나 모듈.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 PCB의 배면에 배치되는 상기 제2 급전부는 상기 일 축 방향으로 상기 제1 급전부보다 측면 영역에 배치되고, 상기 일 축 방향으로 상기 제2 슬롯 영역의 일 지점 상에 배치되고,
    상기 PCB와 상기 하부 커버의 메탈 플레이트를 연결하도록 구성된 제1 그라운드 컨택 부 및 제2 그라운드 컨택 부를 더 포함하고,
    상기 제1 그라운드 컨택 부는 상기 제1 급전부보다 상기 일 축 방향으로 내부 영역에 배치되고, 상기 제2 그라운드 컨택 부는 상기 제2 급전부보다 상기 일 축 방향으로 측면 영역에 배치되는, 안테나 모듈.
  15. 제6항에 있어서,
    상기 제1 급전부와 상기 PCB 사이에 연결되는 제1 매칭 회로; 및
    상기 제2 급전부와 상기 PCB 사이에 연결되는 제2 매칭 회로를 더 포함하고,
    상기 제1 매칭 회로는 상기 제1 대역의 제1 신호에 대한 상기 방사체와 상기 제1 급전부 간의 임피던스를 매칭하도록 직렬 형태의 제1 커패시터로 구성되고,
    상기 제2 매칭 회로는 상기 제3 대역의 제2 신호에 대한 상기 제2 슬롯 영역과 상기 제2 급전부 간의 임피던스를 매칭하도록 직렬 및 병렬 형태의 제2 커패시터 및 인덕터로 구성되는, 안테나 모듈.
  16. 제6항에 있어서,
    상기 메인 안테나는,
    상기 하부 커버의 일 측 상부, 일 측 하부, 타 측 상부 및 타 측 하부에 배치되는 제1 안테나, 제2 안테나, 제3 안테나 및 제4 안테나를 포함하고,
    상기 제1 안테나 내지 상기 제4 안테나에 대응되는 제1 슬롯 부(slot portion) 내지 제4 슬롯 부에는 유전체 재질의 몰드 커버(mold cover)가 배치되는, 안테나 모듈.
  17. 안테나 모듈이 탑재되는 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,
    전자 부품들이 배치되는 PCB;
    상기 PCB와 전기적으로 연결되고, 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 패턴으로 형성되어 제1 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 적어도 하나의 방사체;
    상기 PCB의 하부에 배치되고, 슬롯 영역들이 형성된 메탈 플레이트로 구성된 하부 커버; 및
    상기 하부 커버와 체결되어 내부에 상기 PCB및 상기 적어도 하나의 방사체가 수용되도록 구성된 상부 커버를 포함하고,
    상기 메탈 플레이트는,
    상기 메탈 플레이트의 일 측에 소정 길이와 너비를 갖도록 형성되는 제1 슬롯 영역;
    상기 제1 슬롯 영역과 평행하게 소정 길이와 너비를 갖도록 형성되는 제2 슬롯 영역; 및
    상기 제1 슬롯 영역 및 상기 제2 슬롯 영역 사이에 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 플레이트로 형성되는 브랜치 멤버를 포함하는, 차량.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 PCB의 전면에 배치되고, 상기 방사체와 연결되어 제1 대역 및 제2 대역의 제1 신호를 상기 방사체로 급전하도록 구성된 제1 급전부;
    상기 브랜치 라인과 상기 제2 슬롯 영역을 형성하는 상기 메탈 플레이트 사이에 배치되고, 상기 제2 대역보다 높은 제3 대역의 제2 신호를 상기 제2 슬롯 영역으로 급전하도록 구성된 제2 급전부를 더 포함하고,
    상기 제1 신호는 4G 통신 또는 5G 통신을 위한 저대역(low band, LB) 신호이고, 상기 제1 대역은 상기 저대역(LB) 중 제1 서브 대역이고, 상기 제2 대역은 상기 저대역(LB) 중 상기 제1 서브 대역보다 높은 제2 서브 대역이고, 상기 제3 대역은 Wi-Fi 통신을 위한 주파수 대역인, 차량.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 하부 커버의 일 측 상부, 일 측 하부, 타 측 상부 및 타 측 하부에 제1 안테나, 제2 안테나, 제3 안테나 및 제4 안테나가 배치되고, 상기 제1 안테나 내지 상기 제4 안테나에 대응하여 제1 슬롯 부(slot portion) 내지 제4 슬롯 부가 배치되고,
    상기 제1 슬롯 부 내지 상기 제4 슬롯 부 중 일부는 상기 제1 슬롯 영역, 상기 제2 슬롯 영역 및 상기 브랜치 라인을 포함하는 이중 슬롯 영역으로 구성되고, 상기 제1 슬롯 부 내지 상기 제4 슬롯 부 중 나머지는 단일 슬롯 영역으로 구성되는, 차량.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 안테나 내지 상기 제4 안테나 중 상기 이중 슬롯 영역을 갖는 둘 이상의 안테나를 이용하여 상기 저대역(low band, LB)에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하는, 차량.
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