WO2023090498A1

WO2023090498A1 - 차량에 배치되는 안테나 모듈

Info

Publication number: WO2023090498A1
Application number: PCT/KR2021/017189
Authority: WO
Inventors: 이소연; 정강재; 김동진; 홍영택; 박병용
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2021-11-22
Filing date: 2021-11-22
Publication date: 2023-05-25
Also published as: US20230163450A1; US11876287B2; EP4184715A1

Abstract

안테나 어셈블리는 유전체 기판(dielectric substrate)의 일 측면에 도전 패턴들로 형성되어 무선 신호를 방사하도록 구성되고, 제1 안테나 구조와 제2 안테나 구조로 구성된 안테나 영역을 포함한다. 상기 안테나 어셈블리는 상기 안테나 영역과 동일 면에 형성된 그라운드 영역을 더 포함한다. 상기 그라운드 영역은 제1 슬롯 영역과 제2 슬롯 영역을 구성하고, 상기 제1 슬롯 영역에는 상기 제1 안테나 구조의 도전 패턴들로 무선 신호를 인가하도록 구성된 제1 급전 라인이 배치되고, 상기 제2 슬롯 영역에는 상기 제2 안테나 구조의 도전 패턴들로 무선 신호를 인가하도록 구성된 제2 급전 라인이 배치된다. 상기 제1 안테나 구조와 제2 안테나 구조는 상기 그라운드 영역과 결합되는 도전 평면과 연결되어 그라운드를 공유한다.

Description

차량에 배치되는 안테나 모듈

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

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

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

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

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

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

또한, 이러한 광대역 안테나가 차량용 투명 안테나로 구현되는 경우에도 복수의 안테나 소자를 통해 다중 입출력(MIMO)를 제공할 필요가 있다. 이러한 복수의 안테나 소자를 차량 글래스의 주어진 공간 내에 최적으로 배치할 지에 대하여 가이드 라인이 제시된 바 없다. 이와 관련하여, 안테나 모듈이 차량 윈도우의 제한된 영역 내에 배치할 수 있도록 안테나 모듈의 크기를 최소화할 필요가 있다.

한편, 이러한 차량에 배치되는 안테나 모듈이 4G/5G 통신 전 대역 중 1GHz 이하의 저대역(low band, LB)에서도 높은 안테나 성능을 유지할 수 있도록 구현될 필요가 있다. 하지만, 1GHz 이하의 저대역(LB)에서는 중심 주파수를 기준으로 동작 대역폭을 고려할 때 다른 대역보다 더 광대역 동작하여야 한다. 또한, 차량 윈도우에 배치될 수 있도록 투명 소재 및 유리 소재의 손실을 감안하여 높은 성능의 안테나가 요구된다.

본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 4G 및 5G 통신 서비스를 제공할 수 있는 광대역에서 동작하는 투명 소재의 안테나를 제공하기 위한 것이다.

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

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

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

본 명세서의 다른 일 목적은, 차량의 글래스 또는 전자 기기의 디스플레이에 복수 개의 투명 안테나를 배치하여 통신 성능을 개선하고, 저대역(LB)에서도 안테나 높은 안테나 성능을 제공하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은, 차량의 글래스의 주어진 공간 내에 복수 개의 투명 안테나를 배치하여 다중 입출력(MIMO)을 제공하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은, 차량의 글래스의 주어진 공간 내에 복수 개의 투명 안테나를 배치하여 다중 입출력(MIMO)을 제공하면서 안테나 간 간섭을 최소화하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은, 안테나 모듈이 차량 윈도우의 제한된 영역 내에 배치할 수 있도록 안테나 모듈의 크기를 최소화하기 위한 안테나 구조를 제시하기 위한 것이다.

본 명세서의 다른 일 목적은, 안테나 모듈이 차량 윈도우의 제한된 영역 내에 배치할 수 있도록 안테나 모듈의 크기를 최소화하면서도 안테나 소자 간 간섭을 방지하기 위한 것이다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위한 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리는 유전체 기판(dielectric substrate)의 일 측면에 도전 패턴들로 형성되어 무선 신호를 방사하도록 구성되고, 제1 안테나 구조와 제2 안테나 구조로 구성된 안테나 영역을 포함한다. 상기 안테나 어셈블리는 상기 안테나 영역과 동일 면에 형성된 그라운드 영역을 더 포함한다. 상기 그라운드 영역은 제1 슬롯 영역과 제2 슬롯 영역을 구성하고, 상기 제1 슬롯 영역에는 상기 제1 안테나 구조의 도전 패턴들로 무선 신호를 인가하도록 구성된 제1 급전 라인이 배치되고, 상기 제2 슬롯 영역에는 상기 제2 안테나 구조의 도전 패턴들로 무선 신호를 인가하도록 구성된 제2 급전 라인이 배치된다. 상기 제1 안테나 구조와 제2 안테나 구조는 상기 그라운드 영역과 결합되는 도전 평면과 연결되어 그라운드를 공유한다.

실시 예에서, 상기 제1 안테나 구조는 상기 제1 급전 라인을 통해 연결되고 제1 신호를 방사하도록 구성된 제1 도전 패턴으로 형성된 제1 방사체와 상기 제1 방사체의 양 측으로 제1 도전 평면과 제2 도전 평면으로 구성된다. 상기 제2 안테나 구조는 상기 제2 급전 라인을 통해 연결되고 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 도전 패턴으로 형성된 제2 방사체와 상기 제2 방사체의 양 측으로 상기 제2 도전 평면과 제3 도전 평면으로 구성된다.

실시 예에서, 상기 제1 도전 평면은 제1 연결 라인에 의해 상기 그라운드 영역과 연결된다. 상기 제2 도전 평면은 제2 연결 라인과 제3 연결 라인에 의해 상기 그라운드 영역과 연결된다. 상기 제3 도전 평면은 제4 연결 라인에 의해 상기 그라운드 영역과 연결된다.

실시 예에서, 상기 제1 도전 평면은 상기 제1 연결 라인을 통해 상기 그라운드 영역과 연결되고, 상기 제1 방사체의 일 단부와 상기 그라운드 영역 사이에 형성될 수 있다. 상기 제3 도전평면은 상기 제4 연결 라인을 통해 상기 제2 방사체의 일 단부와 상기 그라운드 영역 사이에 형성될 수 있다.

실시 예에서, 상기 제2 도전 평면은 상기 제1 안테나 구조와 상기 제2 안테나 구조의 공유 그라운드 패턴을 형성한다. 상기 제2 도전 평면은 일 축 방향의 하부 영역에서 상기 제1 방사체의 일 측과 인접하게 배치되는 제1 그라운드 영역; 상기 일 축 방향의 하부 영역에서 상기 제2 방사체의 일 측과 인접하게 배치되고, 하부가 상기 제1 그라운드 영역과 이격되고 상부가 상기 제1 그라운드와 연결되도록 구성된 제2 그라운드 영역; 및 상기 제1 그라운드 영역 및 상기 제2 그라운드 영역의 상단에서 연장되고, 상기 일 축 방향으로 제3 길이 및 상기 타 축 방향으로 제3 너비로 형성된 제3 그라운드 영역을 포함할 수 있다.

실시 예에서, 상기 제2 도전 평면은 상기 제3 그라운드 영역의 상단에서 연장되고, 상기 일 축 방향으로 제4 길이 및 상기 타 축 방향으로 상기 제3 너비보다 넓은 제4 너비로 형성되는 제4 그라운드 영역을 더 포함할 수 있다.

실시 예에서, 상기 안테나 어셈블리는 상기 제1 방사체와 상기 제2 도전 평면의 상기 제3 그라운드 영역 사이에 배치되는 제1 커플링 패턴을 더 포함할 수 있다. 상기 안테나 어셈블리는 상기 제2 방사체와 상기 제2 도전 평면의 상기 제3 그라운드 영역 사이에 배치되는 제2 커플링 패턴을 더 포함할 수 있다.

실시 예에서, 상기 제4 그라운드 영역은 하단이 상기 제1 커플링 패턴의 상단 및 상기 제1 방사체의 상단과 이격되고, 상기 타 축 방향의 너비가 증가하도록 구성된 제1 서브 패턴; 상기 제1 서브 패턴에서 연장되고, 상기 타 축 방향의 너비가 증가하도록 구성된 제2 서브 패턴; 및 상기 제2서브 패턴에서 연장되고, 상기 타 축 방향의 너비가 감소하도록 구성된 제3서브 패턴을 포함할 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 급전 라인을 통해 인가되는 제1 대역의 제1 신호는 상기 공유 그라운드 패턴의 상기 제1 그라운드 영역, 상기 제3 그라운드 영역 및 상기 제4 그라운드 영역을 통해 방사될 수 있다. 상기 제2 급전 라인을 통해 인가되는 상기 제1 대역의 제2 신호는 상기 공유 그라운드 패턴의 상기 제2 그라운드 영역, 상기 제3 그라운드 영역 및 상기 제4 그라운드 영역을 통해 방사될 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 급전 라인을 통해 인가되는 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역의 제1 신호는 상기 제1 방사체 및 상기 제1 커플링 패턴을 통해 방사될 수 있다. 상기 제2 급전 라인을 통해 인가되는 상기 제2 대역의 제2 신호는 상기 제2 방사체 및 상기 제2 커플링 패턴을 통해 방사될 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 급전 라인을 통해 인가되는 상기 제2 대역보다 높은 제3 대역의 제1 신호는 상기 제1 방사체 및 상기 제1 도전 평면을 통해 방사될 수 있다. 상기 제2 급전 라인을 통해 인가되는 상기 제3 대역의 제2 신호는 상기 제2 방사체 및 상기 제3 도전 평면을 통해 방사될 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 방사체는 제1 대역 내지 제3 대역의 무선 신호를 방사하는 제1 안테나 구조를 형성한다. 상기 제1 안테나 구조는 상기 제1 방사체의 제1 도전 패턴과 동일 평면 상에서 신호를 인가하도록 구성되는 제1 급전 라인; 상기 제1 급전 라인의 타 측에서 상기 제1 방사체의 일 축 방향으로 하부 영역에 배치되어, 제3 대역의 신호를 방사하도록 구성된 상기 제2 도전 평면; 및 상기 제1 급전 라인의 일 측에서 상기 제1 커플링 패턴의 일 측면 및 상기 일 축 방향으로 상부 영역에 배치되어, 제1 대역의 신호를 방사하도록 구성된 상기 제2 도전 평면 - 상기 제1 방사체는 제2 대역 및 제3 대역의 신호를 방사하도록 구성됨 - 을 포함할 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 방사체는 제1 대역 내지 제3 대역의 무선 신호를 방사하는 제2 안테나 구조를 형성한다. 상기 제2 안테나 구조는 상기 제2 방사체의 제2 도전 패턴과 동일 평면 상에서 신호를 인가하도록 구성되는 제2 급전 라인; 상기 제2 급전 라인의 타 측에서 상기 제2 커플링 패턴의 타 측면 및 상기 일 축 방향으로 상부 영역에 배치되어, 제1 대역의 신호를 방사하도록 구성된 상기 제2 도전 평면 - 상기 제2 방사체는 제2 대역 및 제3 대역의 신호를 방사하도록 구성됨 -; 및 상기 제2 급전 라인의 일 측에서 상기 제2 방사체의 일 축 방향으로 하부 영역에 배치되어, 제3 대역의 신호를 방사하도록 구성된 상기 제3 도전 평면을 포함할 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체는 상기 유전체 기판의 중심 라인을 기준으로 대칭 구조(symmetrical structure)로 형성될 수 있다. 상기 제1 방사체의 타 측의 경계와 상기 제2 방사체의 일 측의 경계는 단부의 위치가 상이한 리세스된 형상으로 형성될 수 있다.

실시 예에서, 제2 도전 평면은 상기 제1 급전 라인 및 상기 제1 커플링 패턴과 이격되어 배치되는 제1 측면 및 상기 제1 측면의 타 측면인 제2 측면을 구비할 수 있다. 상기 제1 측면의 경계는 상기 제1 방사체의 일 측면, 상기 제1 커플링 패턴의 일 측면 및 상기 제1 방사체의 상부 영역의 경계와 동일 평면 상에서 서로 다른 간격으로 마주보게 배치되어, 상기 제1 측면의 경계가 리세스된 형상으로 형성될 수 있다. 상기 제2 측면의 경계는 상기 제2 방사체의 타 측면, 상기 제2 커플링 패턴의 타 측면 및 상기 제2 방사체의 상부 영역의 경계와 동일 평면 상에서 서로 다른 간격으로 마주보게 배치되어, 상기 제2 측면의 경계가 리세스된 형상으로 형성될 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 도전 평면은 상기 제1 급전 라인의 경계와 이격되어 배치되고, 상기 제1 급전 라인의 경계에서 측면 방향으로 너비가 감소되는 리세스된 사각형 형상으로 구성되어, 상기 일 축 방향에서 리세스된 상기 제1 방사체와의 거리가 증가하도록 형성될 수 있다. 상기 제3 도전 평면은 상기 제2 급전 라인의 경계와 이격되어 배치되고, 상기 제2 급전 라인의 경계에서 측면 방향으로 너비가 감소되는 리세스된 사각형 형상으로 구성되어, 상기 일 축 방향에서 리세스된 상기 제2 방사체와의 거리가 증가하도록 형성될 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 안테나 구조 및 상기 제2 안테나 구조는 상기 제1 대역 내지 상기 제3 대역에서 제1 안테나 및 제2 안테나로 동작할 수 있다. 상기 제1 급전 라인에서 인가되는 제1 무선 신호에 의해 상기 안테나 어셈블리는 제1 편파를 갖는 상기 제1 안테나로 동작할 수 있다. 상기 제2 급전 라인에서 인가되는 제2 무선 신호에 의해 상기 안테나 어셈블리는 상기 제1 편파를 갖는 상기 제2 안테나로 동작할 수 있다.

본 명세서의 다른 양상에 따른 안테나 모듈을 구비하는 차량은 상기 차량의 윈도우를 구성하는 글래스의 내부에 형성되거나 또는 상기 글래스에 부착되고, 메쉬 격자 형태의 도전 패턴들이 형성되도록 구성된 유전체 기판(dielectric substrate); 상기 유전체 기판의 일 측면에 도전 패턴들로 형성되어 무선 신호를 방사하도록 구성되고, 제1 안테나 구조와 제2 안테나 구조로 구성된 안테나 영역; 및 상기 안테나 영역과 동일 면에 형성된 그라운드 영역을 포함한다. 상기 그라운드 영역은 제1 슬롯 영역과 제2 슬롯 영역을 구성하고, 상기 제1 슬롯 영역에는 상기 제1 안테나 구조의 도전 패턴들로 무선 신호를 인가하도록 구성된 제1 급전 라인이 배치되고, 상기 제2 슬롯 영역에는 상기 제2 안테나 구조의 도전 패턴들로 무선 신호를 인가하도록 구성된 제2 급전 라인이 배치된다.

실시 예에서, 상기 안테나 영역은 상기 급전 영역의 그라운드 패턴과 연결되고, 상기 제1 방사체의 일 단부와 상기 그라운드 패턴 사이에 형성된 제1 도전 평면; 및 상기 급전 영역의 그라운드 패턴과 연결되고, 상기 제2 방사체의 일 단부와 상기 그라운드 패턴 사이에 형성된 제3 도전 평면을 포함할 수 있다.

실시 예에서, 상기 차량의 윈도우를 구성하는 글래스는 상기 차량의 전면 영역에 배치되는 전면 글래스; 상기 차량의 도어 영역에 배치되는 도어 글래스;

상기 차량의 배면 영역에 배치되는 리어 글래스; 상기 리어 글래스와 이격되어, 상기 차량의 상부 영역에 배치되는 상부 글래스; 및 상기 차량의 도어 영역 중 일부 영역에 배치되는 쿼터 클래스를 포함할 수 있다. 상기 안테나 모듈은 상기 차량의 서로 다른 영역에 배치될 수 있다.

실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 차량의 좌측 도어 영역 및 우측 도어 영역 중 일부 영역인 좌측 쿼터 글래스 및 우측 쿼터 클래스에 배치되는 제1 안테나 모듈 및 제2 안테나 모듈을 포함할 수 있다.

실시 예에서, 상기 제1 안테나 구조 및 상기 제2 안테나 구조는 제1 급전 라인 및 제2 급전 라인과 연결되어 제1 안테나 및 제2 안테나로 동작할 수 있다. 상기 차량은 상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체와 상기 제1 급전 라인 및 상기 제2 급전 라인을 통해 동작 가능하게 결합되고, 상기 제1 대역 내지 상기 제3 대역 중 적어도 하나의 대역의 무선 신호가 상기 안테나 어셈블리를 통해 방사되도록 제어하는 송수신부 회로를 더 포함할 수 있다. 상기 차량은 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 프로세서를 더 포함할 수 있다.

실시 예에서, 상기 프로세서는 상기 제1 안테나 모듈 및 상기 제2 안테나 모듈 중 적어도 하나를 통해 신호를 수신하여 상기 쿼터 글래스를 통해 차량 내부에 상기 신호가 전달되도록 다이버시티 동작을 수행할 수 있다.

실시 예에서, 상기 안테나 모듈은 상기 전면 글래스의 상부 영역의 서로 다른 지점에 배치되어 상기 차량의 전면 방향의 신호들을 동시에 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된 제3 안테나 모듈 및 제4 안테나 모듈; 상기 상부 글래스의 서로 다른 지점에 배치되어 상기 차량의 상부 방향의 신호들을 동시에 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된 제5 안테나 모듈 및 제6 안테나 모듈; 및 상기 리어 글래스의 하부 영역의 서로 다른 지점에 배치되어 상기 차량의 후면 방향의 신호들을 동시에 수신하여 MIMO를 수행하도록 구성된 제7 안테나 모듈 및 제8 안테나 모듈을 더 포함할 수 있다.

실시 예에서, 상기 프로세서는 상기 차량의 주행 경로 및 상기 차량과 통신하는 엔티티와의 통신 경로에 기초하여, 상기 엔티티와 통신할 안테나 모듈을 선택할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 차량이 주행 경로를 변경하는 경우, 상기 제1 안테나 모듈 및 상기 제2 안테나 모듈을 통해 다이버시티 동작을 수행할 수 있다.

실시 예에서, 상기 프로세서는 상기 차량이 전면 주행 중인 경우 상기 제3 안테나 모듈 및 상기 제4 안테나 모듈을 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제3 및 제4 안테나 모듈 내의 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제3 및 제4 안테나 모듈 내의 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제2 대역 및 상기 제3 대역 중 적어도 하나에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제3 및 제4 안테나 모듈 내의 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 중 적어도 하나를 통해 반송파 집성(CA) 또는 이중 연결(DC)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.

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

본 명세서에 따르면, 방사체 영역의 양 측에 비대칭 구조의 그라운드들이 서로 다른 대역에서 동작하도록 하여, LTE 및 5G 통신 서비스를 제공할 수 있는 광대역에서 동작하는 투명 소재의 안테나를 제공할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 다중 공진점이 형성되도록 서로 다른 너비로 형성되는 스텝 구조의 도전 패턴들로 이루어진 방사체 영역이 형성된 광대역 동작할 수 있는 투명 소재의 투명 안테나를 제공할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 급전 라인의 길이를 최소화하여 투명 소재 안테나의 전체 안테나 크기는 최소화하면서 급전 손실을 최소화할 수 있다.

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

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

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

본 명세서에 따르면, 차량의 글래스 또는 전자 기기의 디스플레이에 복수 개의 투명 안테나를 배치하여 통신 성능을 개선하면서, 안테나 소자들의 공유 그라운드 구조를 통해 저대역(LB) 안테나 성능을 개선할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 차량의 글래스의 주어진 공간 내에 복수 개의 투명 안테나를 대칭 형태로 배치하면서 공유 그라운드 구조 및 독립 그라운드 구조를 최적화하여, 대역 별로 안테나 성능을 최적화면서 통신 용량을 확대할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 차량의 글래스의 주어진 공간 내에 복수 개의 투명 안테나를 대칭 형태로 배치하면서 서로 다른 방사체가 그라운드를 공유하도록 하여, 안테나 소자들이 동시에 동작하는 경우 상호 간섭을 저감할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 안테나 소자들의 공유 그라운드 구조를 통해 안테나 모듈이 차량 윈도우의 제한된 영역 내에 배치할 수 있도록 안테나 모듈의 크기를 최소화할 수 있다.

본 명세서에 따르면, 안테나 소자들의 공유 그라운드 구조와 급전 라인에 인접한 그라운드 영역을 일부 분리하여 안테나 모듈의 크기를 최소화하면서도 안테나 소자 간 간섭을 방지할 수 있다.

본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

도 1a는 일 예시에 따른 차량 내부를 설명하기 위한 구성도이다. 한편, 도 1b는 일 예시에 따른 차량 내부를 측면에서 본 구성도이다.

도 2a는 V2X 어플리케이션의 타입을 나타낸다.

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

도 3a 내지 도 3c는 차량 윈도우에 형성된 투명 안테나를 통해 무선 통신을 수행할 수 있는 구성을 나타낸다.

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

도 5a는 본 명세서의 실시 예에 따른 안테나 모듈이 배치될 수 있는 차량의 글래스를 나타낸 것이다. 한편, 도 5b는 실시 예에 따른 서로 다른 차량에서 도어 영역 중 일부 영역에 해당하는 쿼터 글래스의 위치와 형상을 나타낸 것이다.

도 6a 및 도 6b는 본 명세서의 투명 안테나 구조에서 제1 및 제2 방사체의 제1 및 제2 그라운드가 분리된 구조와 표면 전류 분포를 나타낸 것이다.

도 7a 및 도 7b는 본 명세서의 투명 안테나 구조에서 제1 및 제2 방사체의 제1 및 제2 그라운드가 분리된 구조와 표면 전류 분포를 나타낸 것이다.

도 8a 및 도 8b는 도 6a 및 도 7b의 투명 안테나 구조에서 주파수 대역에 따른 방사 전력을 나타낸 것이다.

도 9는 본 명세서에 따른 공유 그라운드 구조의 안테나 어셈블리 구조와 공유 그라운드 구조의 상세 구조를 나타낸다.

도 10a 및 도 10b는 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리의 제1 방사체 및 제2 방사체에 제1 신호 및 제2 신호가 인가된 경우 표면 전류 분포를 나타낸 것이다.

도 11a 및 도 11b는 도 9의 안테나 어셈블리의 제1 포트 및 제2 포트의 반사 계수 및 격리도를 나타낸 것이다.

도 12a는 다른 실시 예에 따른 공유 그라운드 패턴을 구비한 광대역 안테나 구조를 나타낸다. 한편, 도 12b는 도 12a의 안테나 구조의 반사 계수와 도 9의 안테나 구조의 반사 계수를 비교한 것이다.

도 13a 내지 도 13c는 본 명세서에 따른 공유 그라운드 패턴을 갖는 안테나 구조의 제1 대역 내지 제3 대역의 전류 경로를 나타낸 것이다.

도 14a 내지 도 14c는 도 13a 내지 도 13c의 제1 대역 내지 제3 대역의 전류 경로에 따른 방사 패턴을 나타낸 것이다.

도 15a는 일 실시 예에 따른 차량의 글래스의 서로 다른 위치에 안테나 모듈들이 배치된 구성을 나타낸다.

도 15b는 일 실시 예에 따른 차량의 글래스의 서로 다른 위치에 MIMO 또는 다이버시티 동작이 가능하도록 안테나 모듈들이 배치된 구성을 나타낸다.

도 16a 및 도 16b는 도 14a 및 도 14b에서 차량 안테나 배치 구조에서 배치될 수 있는 안테나 모듈의 구조를 나타낸다.

도 17은 본 명세서에서 제시되는 글래스에 메탈 메쉬 형태로 구현되는 투명 안테나가 배치되는 안테나 어셈블리의 층상 구조와 메쉬 격자 구조를 나타낸다.

도 18a는 본 명세서에 따른 글래스에 형성되는 투명 안테나가 구현될 수 있는 차량의 전면도를 나타낸다. 한편, 도 18b는 본 명세서에 따른 투명 안테나가 구현될 수 있는 투명 유리 어셈블리의 상세 구성을 나타낸다.

도 19는 본 명세서에 따른 차량의 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 안테나 모듈들이 차량의 다른 부품들과 결합된 구성을 나타낸다.

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

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

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

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

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

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

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명은 GPS, 4G 무선 통신, 5G 무선통신, 블루투스, 또는 무선랜 등의 신호를 송수신할 수 있는 안테나 유닛(즉, 내부 안테나 시스템)(1000)에 관한 것이다. 따라서, 이러한 여러 통신 프로토콜을 지원할 수 있는 안테나 유닛(즉, 안테나 시스템)(1000)을 통합 안테나 모듈(1000)로 지칭할 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 텔레매틱스 유닛(telematics module, TCU)(300)와 안테나 어셈블리(1100)를 포함하도록 구성될 수 있다. 일 예로, 안테나 어셈블리(1100)는 차량의 윈도우에 배치될 수 있다.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

V2X 통신에서 사용되는 용어는 다음과 같이 정의된다.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

도 2a 및 도 2b와 같이 V2X 통신을 지원하기 위해 차량은 안테나 시스템을 통해 eNB 및/또는 gNB과 무선 통신을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 시스템은 도 1a 및 도 1b와 같이 내부 안테나 시스템(internal antenna system)으로 구성될 수 있다. 또한, 도 3a 내지 도 3c와 같이 외부 안테나 시스템(external antenna system) 및/또는 내부 안테나 시스템으로 구현될 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다. 이와 관련하여, 도 3a 내지 도 3c는 차량 전면 윈도우(310)에 형성된 투명 안테나를 통해 무선 통신을 수행할 수 있는 구성을 나타낸다. 투명 안테나를 포함하는 안테나 시스템(1000)이 차량 전면 윈도우와 차량 내부에 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 차량 전면 윈도우 이외에 차량 측면 글래스에 형성된 투명 안테나를 통해서도 무선 통신을 수행할 수도 있다.

본 발명에 따른 투명 안테나를 포함하는 차량용 안테나 시스템은 다른 안테나와 결합될 수도 있다. 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 투명 안테나로 구현되는 안테나 시스템(1000) 이외에 별도의 안테나 시스템(1000b)이 더 구성될 수도 있다. 도 3a 내지 도 3b는 안테나 시스템(1000) 이외에 별도의 안테나 시스템(1000b)이 차량의 지붕(roof) 위 또는 지붕 내에 탑재되는 형상을 도시한다. 한편, 도 3c는 안테나 시스템(1000) 이외에 별도의 안테나 시스템(1000b)이 차량의 지붕과 후면 미러의 지붕 프레임 (roof frame) 내에 탑재되는 구조를 도시한다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명에서는 자동차(차량)의 외관 개선 및 충돌 시 텔레매틱스 성능을 보전하기 위해 기존의 샤크 핀(Shark Fin) 안테나를 돌출되지 않은 형태의 평면형(Flat) 안테나로 대체할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 기존 이동통신 서비스(LTE) 제공과 함께, 5세대(5G) 통신을 고려한 LTE 안테나와 5G 안테나가 통합된 형태의 안테나를 제안하고자 한다.

도 3a를 참조하면, 투명 안테나로 구현되는 안테나 시스템(1000)은 차량의 전면 윈도우(310)와 차량 내부에 구현될 수 있다. 한편, 외부 안테나에 해당하는 제2 안테나 시스템(1000b)은 차량의 지붕(roof) 위에 배치된다. 도 3a에서 상기 안테나 시스템(1000)을 외부 환경 및 차량 운전 시에 외부 충격으로부터 보호하기 위한 레이돔(radome, 2000a)이 제2 안테나 시스템(1000b)을 둘러쌀 수 있다. 상기 레이돔(2000a)은 제2 안테나 시스템(1000b)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

도 3b를 참조하면, 투명 안테나로 구현되는 안테나 시스템(1000)은 차량의 전면 윈도우(310)와 차량 내부에 구현될 수 있다. 한편, 외부 안테나에 해당하는 제2 안테나 시스템(1000b)은 차량의 지붕 구조물 내에 배치되고, 지붕 구조물의 적어도 일부가 비금속으로 구현되도록 구성될 수 있다. 이때, 차량의 지붕 구조물(2000b)의 적어도 일부는 비금속으로 구현되어, 안테나 시스템(1000b)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

도 3c를 참조하면, 투명 안테나로 구현되는 안테나 시스템(1000)은 차량의 후면 윈도우(330)와 차량 내부에 구현될 수 있다. 한편, 외부 안테나에 해당하는 제2 안테나 시스템(1000b)은 차량의 지붕 프레임 내부에 배치되고, 지붕 프레임(2000c)의 적어도 일부가 비금속으로 구현되도록 구성될 수 있다. 이때, 차량(500)의 지붕 프레임(2000c)의 적어도 일부는 비금속으로 구현되어, 제2 안테나 시스템(1000b)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

5G 무선 통신 모듈(460)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 여기서, 4G 기지국과 5G 기지국은 비-스탠드 얼론(NSA: Non-Stand-Alone) 구조일 수 있다. 예컨대, 4G 기지국과 5G 기지국은 논-스탠드 얼론(NSA: Non Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다. 또는, 5G 기지국은 4G 기지국과 별도의 위치에 스탠드-얼론(SA: Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다. 5G 무선 통신 모듈(460)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈(460)은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(460)은 하나 이상의 5G 수신 신호를 5G 기지국으로부터 수신할 수 있다. 이때, 5G 주파수 대역은 4G 주파수 대역과 동일한 대역을 사용할 수 있고, 이를 LTE 재배치(re-farming)이라고 지칭할 수 있다. 한편, 5G 주파수 대역으로, 6GHz 이하의 대역인 Sub6 대역이 사용될 수 있다. 반면, 광대역 고속 통신을 수행하기 위해 밀리미터파(mmWave) 대역이 5G 주파수 대역으로 사용될 수 있다. 밀리미터파(mmWave) 대역이 사용되는 경우, 전자 기기는 기지국과의 통신 커버리지 확장(coverage expansion)을 위해 빔 포밍(beam forming)을 수행할 수 있다.

한편, 5G 주파수 대역에 관계없이, 5G 통신 시스템에서는 전송 속도 향상을 위해, 더 많은 수의 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)을 지원할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 기지국으로 전송되는 복수의 5G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) MIMO가 수행될 수 있다. 또한, 5G 기지국으로부터 수신되는 복수의 5G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) MIMO가 수행될 수 있다.

한편, 4G 무선 통신 모듈(450)과 5G 무선 통신 모듈(460)을 통해 4G 기지국 및 5G 기지국과 이중 연결(DC: Dual Connectivity) 상태일 수 있다. 이와 같이, 4G 기지국 및 5G 기지국과의 이중 연결을 EN-DC(EUTRAN NR DC)이라 지칭할 수 있다. 한편, 4G 기지국과 5G 기지국이 공통-배치 구조(co-located structure)이면, 이종 반송파 집성(inter-CA(Carrier Aggregation)을 통해 스루풋(throughput) 향상이 가능하다. 따라서, 4G 기지국 및 5G 기지국과 EN-DC 상태이면, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다. 한편, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)을 이용하여 전자 기기(예컨대, 차량) 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 자원이 할당된 후 기지국을 경유하지 않고 차량들 간에 V2V 방식에 의해 무선 통신이 수행될 수 있다.

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

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

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

이와 관련하여, 도 5a는 본 명세서의 실시 예에 따른 안테나 모듈이 배치될 수 있는 차량의 글래스를 나타낸 것이다. 한편, 도 5b는 실시 예에 따른 서로 다른 차량에서 도어 영역 중 일부 영역에 해당하는 쿼터 글래스의 위치와 형상을 나타낸 것이다.

도 5a를 참조하면, 차량(500)은 전면 글래스(310), 도어 글래스(320), 리어 글래스(330) 및 쿼터 글래스(340)를 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 차량(500)은 도 3c에 도시된 지붕 프레임(2000c)에 형성된 윈도우인 상부 글래스(350)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.

따라서, 차량(500)의 윈도우를 구성하는 글래스는 차량의 전면 영역에 배치되는 전면 글래스(310), 차량의 도어 영역에 배치되는 도어 글래스(320) 및 차량의 배면 영역에 배치되는 리어 글래스(330)를 포함할 수 있다. 한편, 차량(500)의 윈도우를 구성하는 글래스는 차량의 도어 영역 중 일부 영역에 배치되는 쿼터 클래스(340)를 더 포함할 수 있다. 또한, 차량(500)의 윈도우를 구성하는 글래스는 리어 글래스(330)와 이격되어, 차량의 상부 영역에 배치되는 상부 글래스(350)를 더 포함할 수 있다.

전면 글래스(310)는 전면 방향에서의 바람이 차량 내부로 들어오는 것을 방지하므로 front windshield로 지칭될 수 있다. 전면 글래스(310)는 약 5.0 내지 5.5mm 두께의 2층 접합 구조로 형성될 수 있다. 전면 글래스(310)는 유리/비산방지필름/유리의 접합 구조로 형성될 수 있다.

도어 글래스(320)는 2층 접합 구조 또는 1층 압축 유리로 형성될 수 있다. 리어 글래스(330)는 약 3.5 내지 5.5 mm 두께의 2층 접합 구조 또는 1층 압축 유리로 형성될 수 있다. 리어 글래스(330)에서 열선 및 AM/FM 안테나와 투명 안테나 간에 이격 거리가 필요하다. 쿼터 글래스(340)는 약 3.5 내지 4.0mm 두께의 1층 압축 유리로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 5b(a)를 참조하면, SUV와 같은 차량의 쿼터 글래스(340a)는 제1 크기의 제1 형상으로 형성될 수 있다. 도 5b(b)를 참조하면, SUV와 유사한 형상을 가지면서 차량 크기가 작은 경차의 쿼터 글래스(340b)는 제2 크기의 제1 형상으로 형성될 수 있다. 경차의 쿼터 글래스(340b)의 제2 크기는 SUV와 같은 차량의 쿼터 글래스(340a)의 제1 크기보다 작게 형성될 수 있다. 도 5b(c)를 참조하면, 세단과 같은 차량의 쿼터 글래스(340c)는 제1 형상과 다른 제3 크기의 제2 형상으로 형성될 수 있다. 한편, 세단과 같은 차량의 쿼터 글래스(340c)의 제3 크기는 SUV와 같은 차량의 쿼터 글래스(340a)의 제1 크기보다 작게 형성될 수 있다.

쿼터 글래스(340)의 크기는 차량의 종류에 따라 크기가 다양하며, 전면 글래스(310) 및 리어 글래스(330)의 크기보다 현저하게 크기가 작게 구성될 수 있다. 쿼터 글래스(340)에 안테나를 배치하기 위해서는 쿼터 글래스(340) 내에 들어갈 수 있는 작은 안테나 패턴이 설계되어야 한다. 안테나 사이즈를 축소하면 저대역(LB)에서의 방사 효율 저하가 발생하며, 대역폭도 협소해지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서는 작은 사이즈의 안테나에서의 방사 효율과 넓은 대역을 유지하는 안테나 설계가 요구된다. 이와 관련하여, 차량 유리 사양 및 TCU 위치에 따라 투명 안테나의 배치를 결정할 수 있고, 안테나 배치에 따라 안테나 전체 성능에 차이가 있다.

한편, 본 명세서에 따른 차량의 글래스에 배치될 수 있는 광대역 투명 안테나 구조는 CPW 급전부와 동일 평면상의 단일 유전체 기판으로 구현될 수 있다. 또한, 본 명세서에 따른 차량의 글래스에 배치될 수 있는 광대역 투명 안테나 구조는 방사체의 양 측에 그라운드가 형성된 구조로 구현되어 광대역 구조를 형성할 수 있다.

이와 관련하여, 도 6a 및 도 6b는 본 명세서의 투명 안테나 구조에서 제1 및 제2 방사체의 제1 및 제2 그라운드가 분리된 구조와 표면 전류 분포를 나타낸 것이다. 한편, 도 7a 및 도 7b는 본 명세서의 투명 안테나 구조에서 제1 및 제2 방사체의 제1 및 제2 그라운드가 분리된 구조와 표면 전류 분포를 나타낸 것이다. 또한, 도 8a 및 도 8b는 도 6a 및 도 7b의 투명 안테나 구조에서 주파수 대역에 따른 방사 전력을 나타낸 것이다.

도 6a 및 도 7a를 참조하면, CPW 급전부(F1, F2)는 제1 급전 라인(1120a) 및 제2 급전 라인(1120b)를 통해 제1 방사체(1110a) 및 제2 방사체(1110b)가 연결된다.

도 6a를 참조하면, 제1 방사체(1110a)의 일 측에 제1 도전 평면(1150a)이 배치되고, 제1 방사체(1110a)의 타 측에 제2 도전 평면(1160a)이 배치된다. 한편, 제2 방사체(1110b)의 타 측에 제3 도전 평면(1150b)이 배치되고, 제2 방사체(1110b)의 일 측에 제4 도전 평면(1160b)이 배치된다. 이에 따라, 제1 방사체(1110a) 및 제2 방사체(1110b)의 제1 도전 평면(1150a) 및 제3 도전 평면(1150b)이 분리된 분리 그라운드 구조가 형성된다.

도 6b는 저대역(LB)인 제1 대역 중 617MHz에서의 표면 전류 분포를 나타낸 것이다. 도 6b를 참조하면, 저대역(LB)인 제1 대역에서 표면 전류 분포가 제1 그라운드 패턴(1150a)에 주로 형성되고 제3 그라운드 패턴(1150b)에는 낮은 수준으로 형성된다. 이에 따라 저대역(LB)인 제1 대역에서 전류 경로의 길이가 감소되고 안테나 방사 효율도 감소될 수 있다.

한편, 도 7a를 참조하면, 제1 방사체(1110a)의 일 측과 제2 방사체(1110b)의 타 측 사이의 영역에 제2 도전 평면(1150)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 방사체(1110a) 및 제2 방사체(1110b)의 그라운드 패턴이 일체로 형성된 공유 그라운드 구조로서 제2 도전 평면(1150)이 형성된다. 이와 관련하여, 제1 및 제2 안테나 구조(1100-1, 1100-2)가 제2 도전 평면(1150)을 공유하므로, 제2 도전 평면(1150)을 공유 그라운드 평면 (패턴)으로 지칭할 수도 있다.

한편, 제1 도전 평면(1160a) 내지 제3 도전 평면(1160b)은 일부 대역에서 그라운드로 동작하므로 제1 그라운드 패턴(1160a) 내지 제3 그라운드 패턴(1160b)으로 지칭될 수도 있다. 제2 그라운드 패턴(1150)을 제1 및 제2 방사체(1110a, 1110b)을 공유하는 구조이므로 공유 그라운드 패턴으로 지칭할 수도 있다. 제1 및 제3 그라운드 패턴(1160a, 1160b)은 제1 및 제2 확장 그라운드 패턴으로 지칭할 수도 있다. 하지만, 제1 도전 평면(1160a) 내지 제3 도전 평면(1160b)은 일부 다른 대역에서는 그라운드가 아니라 제1 및 제2 방사체(1110a, 1110b)와 함께 방사체로서 동작할 수 있다.

도 7b는 저대역(LB)인 제1 대역 중 617MHz에서의 표면 전류 분포를 나타낸 것이다. 도 7b를 참조하면, 저대역(LB)인 제1 대역에서 표면 전류 분포가 제2 도전 평면(1150)의 제1 그라운드 영역(1151) 및 제2 그라운드 영역(1152)에 고르게 모두 분포된다. 이에 따라 저대역(LB)인 제1 대역에서 전류 경로의 길이가 증가되고 안테나 방사 효율도 증가될 수 있다.

이와 관련하여, 도 8a를 참조하면 저대역(LB)인 제1 대역 중 특히 617MHz와 같은 낮은 주파수에서 방사 전력이 낮은 수준을 나타낸다. 반면에, 도 8b를 참조하면 저대역(LB)인 제1 대역 중 특히 617MHz와 같은 낮은 주파수에서 방사 전력이 도 8a에 비해 높은 수준을 나타낸다. 이러한 현상은 전술한 바와 같이 제2 도전 평면(1150)에 의해 저대역(LB)인 제1 대역에서 표면 전류 분포가 제2 도전 평면(1150)의 제1 그라운드 영역(1151) 및 제2 그라운드 영역(1152)에 고르게 모두 분포되기 때문이다. 이에 따라 저대역(LB)인 제1 대역에서 전류 경로의 길이가 증가되고 안테나 방사 효율도 증가될 수 있다.

이하에서는 본 명세서에 따른 공유 그라운드 구조의 안테나 어셈블리 구조와 공유 그라운드 구조의 상세 구조에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 9는 본 명세서에 따른 공유 그라운드 구조의 안테나 어셈블리 구조와 공유 그라운드 구조의 상세 구조를 나타낸다.

도 7a 및 도 9를 참조하면, 안테나 어셈블리(1100)는 유전체 기판 (dielectric substrate)(1010)의 일 측면에 구현될 수 있다. 안테나 어셈블리(1100)는 안테나 영역(1010a) 및 그라운드 영역(1010b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 그라운드 영역(1010b)은 제1 급전 라인(F1) 및 제2 급전 라인(F2)의 양 측에 그라운드 패턴(GP1 내지 GP3)이 배치되는 CPW 구조를 형성한다. 따라서, 그라운드 영역(1010b)은 급전 영역(1010b)으로 지칭할 수 있다.

안테나 어셈블리(1100)는 안테나 영역(1010a)은 유전체 기판(1010)의 일 측면에 도전 패턴들로 형성되어 무선 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 안테나 영역(1010a)은 제1 안테나 구조(1100-1)와 제2 안테나 구조(1100-2)로 구성될 수 있다.

그라운드 영역(1010b)은 안테나 영역과 동일 면에 형성될 수 있다. 그라운드 영역(1010b)은 제1 급전 라인(F1)이 배치되는 제1 슬롯 영역을 제2 급전 라인(F2)이 배치되는 제2 슬롯 영역을 구성할 수 있다. 제1 슬롯 영역의 양 측에 그라운드 패턴들(GP1, GP2)이 배치될 수 있다. 제2 슬롯 영역의 양 측에 그라운드 패턴들(GP2, GP3)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 그라운드 영역(1010b)의 제1 슬롯 영역에 배치되는 제1 급전 라인(F1) 및 제2 슬롯 영역에 배치되는 제2 급전 라인(F2)은 CPW 구조를 형성될 수 있다.

제1 슬롯 영역에는 제1 안테나 구조(1100-1)의 도전 패턴들로 무선 신호를 인가하도록 구성된 제1 급전 라인(F1)이 배치될 수 있다. 제2 슬롯 영역에는 제2 안테나 구조(1100-2)의 도전 패턴들로 무선 신호를 인가하도록 구성된 제2 급전 라인(F2)이 배치될 수 있다. 그라운드 영역(1010b)의 제1 급전 라인(F1) 및 제2 급전 라인(F2)은 안테나 영역(1010a)의 제1 급전 라인(1120a) 및 제2 급전 라인(1120b)과 연결되게 구성된다.

제1 안테나 구조(1100-1)는 제1 급전 라인(F1)을 통해 연결되고 제1 신호를 방사하도록 구성된 제1 도전 패턴으로 형성된 제1 방사체(1110a)와 제1 방사체(1110a)의 양 측의 제1 도전 평면(1160a)과 제2 도전 평면(1150)으로 구성될 수 있다. 제2 안테나 구조(1100-2)는 제2 급전 라인(F2)을 통해 연결되고 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 도전 패턴으로 형성된 제2 방사체(1120a)와 제2 방사체(1110a)의 양 측의 제2 도전 평면(1150)과 제3 도전 평면(1160b)으로 구성될 수 있다.

제1 도전 평면(1160a)은 제1 연결 라인(CL1)에 의해 그라운드 영역(101b)과 연결될 수 있다. 제2 도전 평면(1150)은 제2 연결 라인(CL2)과 제3 연결 라인(CL3)에 의해 그라운드 영역(101b)과 연결될 수 있다. 제3 도전 평면(1160b)은 제4 연결 라인(CL4)에 그라운드 영역(101b)과 연결될 수 있다. 제1 연결 라인(CL1)과 제2 연결 라인(CL2)에 의해 제1 안테나 구조(1100-1)의 임피던스 매칭이 이루어질 수 있다. 제3 연결 라인(CL3)과 제4 연결 라인(CL4)에 의해 제1 안테나 구조(1100-1)의 임피던스 매칭이 이루어질 수 있다.

안테나 영역(1010a)은 제1 방사체(1120a) 및 제2 방사체(1120b)를 포함하고, 다른 도전 평면들을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 방사체(1120a)는 급전 영역(1010b)과 제1 급전 라인(1120)을 통해 연결될 수 있다. 제1 방사체(1120a)는 제1 신호를 방사하도록 일 축 방향과 타 축 방향에서 특정 형상을 갖는 제1 도전 패턴으로 형성될 수 있다. 제1 방사체(1120a)는 경계 영역이 리세스된 사각 패치 또는 다각 패치로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 축 방향과 타 축 방향은 각각 y축 방향 및 x축 방향으로 설정될 수 있다. 이에 따라, 제1 방사체(1120a) 및 제2 방사체(1120b)는 일 축 방향에서 소정 길이와 타 축 방향에서 소정 너비로 형성될 수 있다.

제2 방사체(1120b)는 급전 영역(1010b)과 제2 급전 라인(1120b)을 통해 연결될 수 있다. 제2 방사체(1120b)는 제2 신호를 방사하도록 일 축 방향과 타 축 방향에서 특정 형상을 갖는 제2 도전 패턴으로 형성될 수 있다. 제2 방사체(1120b)는 경계 영역이 리세스된 사각 패치 또는 다각 패치로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

안테나 어셈블리(1100)가 투명 안테나로 구현되는 경우, 도전 패턴은 메탈 메쉬 격자(1020a)로 구성될 수 있다. 즉, 안테나 어셈블리(1100)는 복수의 격자들이 상호 연결되도록 구성된 메탈 메쉬 격자(1020a)로 구현될 수 있다. 반면에, 유전체 영역에 배치되는 더미 메쉬 격자(1020b)는 복수의 격자들이 연결 지점에서 끊어져 있는 오픈 더미(open dummy) 패턴으로 구현될 수 있다.

제1 방사체(1120a)에 해당하는 제1 안테나 구조(1100-1)와 제2 방사체(1120b)에 해당하는 제2 안테나 구조(1100-2)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하여 차량에서 통신 용량을 증대시킬 수 있다. 이와 관련하여, 제1 및 제2 안테나 구조(1100-1, 1100-2)는 LB/MB/HB/UHB에서 동작하도록 구성된다. 여기서, LB/MB/HB/UHB는 각각 저대역(low band), 중대역(mid band), 고대역(high band) 및 초고대역(ultra high band)를 나타낸다. 이와 관련하여, LB를 제1 대역, MB/HB를 제2 대역, UHB를 제3 대역으로 지칭할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

제1 방사체(1120a)에 해당하는 제1 안테나 구조와 제2 방사체(1120b)에 해당하는 제2 안테나 구조가 4G/5G 통신을 위한 제1 대역 내지 제3 대역의 광대역에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 대역 내지 제3 대역을 이용하여 차량에서 반송파 집성(carrier aggregation, CA) 및/또는 이중 연결(dual connectivity, DC) 동작을 수행할 수 있다.

안테나 영역(1010a)은 제1 방사체(1120a) 및 제2 방사체(1120b)을 포함하고, 제2 도전 평면(1150)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 도전 평면(1150)은 급전 영역(1010b)의 그라운드 패턴과 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 도전 평면(1150)은 제1 방사체(1120a)와 제2 방사체(1120b) 사이에 배치될 수 있다. 제2 도전 평면(1150)은 제1 방사체(1120a)와 제2 방사체(1120b)의 그라운드로 동작하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 도전 평면(1150)은 급전 영역(1010b)의 그라운드 패턴(GP2)과 연결되게 구성될 수 있다.

안테나 영역(1010a)도 급전 영역(1010b)과 유사하게 신호 영역의 양 측에 그라운드 영역이 배치되게 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 급전 영역(1010b)은 신호 영역의 양 측에 그라운드 영역이 배치되는 CPW 전송 선로로 구현되어 전송 손실을 저감할 수 있다. 한편, 안테나 영역(1010a)은 제1 방사체(1110a)의 양 측에 그라운드 영역(1150, 1160a)이 배치되는 구조로 구현되어 광대역 동작할 수 있다. 또한, 안테나 영역(1010a)은 제2 방사체(1110b)의 양 측에 그라운드 영역(1150, 1160b)이 배치되는 구조로 구현되어 광대역 동작할 수 있다.

이와 관련하여, 제1 방사체(1110a) 및 제2 방사체(1110b)의 메인 그라운드가 제2 도전 평면(1150)의 공통 그라운드 구조로 형성된다. 이에 따라, 안테나 어셈블리(1100)의 크기를 감소시켜, 안테나 어셈블리(1100)를 도 5a의 쿼터 글래스(340) 영역과 같은 제한된 공간 내에 배치될 수 있다.

공통 그라운드 구조인 제2 도전 평면(1150)이 아닌 다른 그라운드 패턴인 제1 및 제3 도전 평면(1160a, 1160b)이 제1 및 제2 방사체(1110a, 1110b)와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 어셈블리(1100)는 제1 도전 패턴(1160a) 및 제3 도전 평면(1160b)을 포함하도록 구성될 수 있다.

제1 도전평면(1160a)은 급전 영역(1010b)의 그라운드 패턴(GP1)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 도전 평면(1160a)은 제1 방사체(1110a)의 일 단부와 그라운드 패턴(GP1) 사이에 이격되어 형성될 수 있다. 제3 도전 평면(1160b)은 급전 영역(1010b)의 그라운드 패턴(GP3)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제3 도전 평면(1160b)은 제2 방사체(1110b)의 일 단부와 그라운드 패턴(GP3) 사이에 이격되어 형성될 수 있다.

제2 도전 평면(1150)은 복수의 도전 패턴들로 형성된 복수의 그라운드 영역을 포함하도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제2 도전 평면(1150)은 저대역인 제1 대역에서 긴 전류 경로를 형성하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 도전 평면(1150)은 하단에서 일부 분리된 구조로 형성되는 제1 그라운드 영역(1151) 및 제2 그라운드 영역 1152)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 도전 평면(1150)은 제1 그라운드 영역(1151) 및 제2 그라운드 영역(1152)에 제3 그라운드 영역(1153)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 제2 도전 평면(1150)은 제1 그라운드 영역(1151) 내지 제4 그라운드 영역(1154)을 모두 포함하도록 구성될 수 있다.

제1 그라운드 영역(1151)은 일 축 방향의 하부 영역에서 제1 방사체(1110a)의 일 측과 인접하게 배치될 수 있다. 제2 그라운드 영역(1152)은 일 축 방향의 하부 영역에서 제2 방사체(1110b)의 일 측과 인접하게 배치될 수 있다. 제2 그라운드 영역(1152)은 상부가 제1 그라운드(1151)의 상부와 연결되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 및 제2 그라운드 영역(1151, 1152)은 하부에서 소정 간격(G1)만큼 이격되게 형성되고, 제1 및 제2 그라운드 영역(1151, 1152)의 하부 너비는 W1으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 그라운드 영역(1151, 1152)은 상부에서 상호 연결되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 그라운드 영역(1151, 1152)은 상부에서 상부 너비가 W1+G1/2로 형성될 수 있다.

제3 그라운드 영역(1153)은 제1 그라운드 영역(1151) 및 제2 그라운드 영역(1152)의 상단에서 연장되게 형성될 수 있다. 제3 그라운드 영역(1153)은 일 축 방향으로 제3 길이(L3) 및 타 축 방향으로 제3 너비(W3)로 형성될 수 있다.

제4 그라운드 영역(1154)은 제3 그라운드 영역(1153)의 상단에서 연장되게 형성될 수 있다. 제4 그라운드 영역(1154)은 일 축 방향으로 제4 길이(L4) 및 타 축 방향으로 제3 너비(W3)보다 넓은 제4 너비(W4)로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제4 그라운드 영역(1154)이 구비된 제2 도전 평면(1510)은 저대역인 제1 대역에서 긴 전류 경로를 형성할 수 있다.

이와 관련하여, 제1 내지 제4 그라운드 영역(1151 내지 1154)로 구성된 제2 도전 평면(1150)에 의해 두 안테나 간의 그라운드를 공유하여 큰 면적의 그라운드로 동작한다. 이러한 제2 도전 평면(1150)에 의해 저대역(LB) 안테나 효율 개선 및 안테나 소형화가 가능하다.

본 명세서에 따른 제2 도전 평면(1150)을 갖는 광대역 안테나 구조는 도전 패턴들이 다단 구조로 형성되고, 복수의 안테나 소자로 동작하므로 step (array) antenna로 지칭될 수 있다. 본 명세서에 따른 step (array) antenna의 주요 구성의 특징은 다음과 같이 요약될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

1) 그라운드 브릿지(1151, 1152)는 제2 도전 평면(1150)에서 하부 영역에서 갭 영역으로 일부 이격된 제1 및 제2 그라운드 영역(1151, 1152)에 대응한다. 제2 도전 평면(1150)의 형태로 그라운드를 공유하여 동작하기 때문에, 안테나 간의 간섭을 고려할 필요가 있다. 이와 관련하여, 제2 도전 평면(1150)의 연결부, 즉 제1 및 제2 그라운드 영역(1151, 1152)의 연결부, 제3 및 제4 그라운드 영역(1153, 1154)의 경로를 길게 설계한다. 이에 따라, 제2 도전 평면(1150)에 의해 전체 안테나 크기를 감소시키면서도 안테나 간의 격리도를 개선할 수 있다. 이와 관련하여, 격리도인 S21을 -10dB 이하가 되도록 LB 주파수에서 그라운드 브릿지(1151, 1152)의 경로 길이를 파장의 1/6 내지 1/4 범위에서 설계할 수 있다.

2) 제1 및 제3 도전 평면(1160a, 1160)은 LB/MB/HB/UHB 임피던스 매칭 효율을 개선하도록 다단 구조로 형성될 수 있다. 일 예로, UHB 대역 내의 주파수의 파장의 1/4 사이즈로 제1 및 제3 도전 평면(1160a, 1160)의 길이를 형성할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

3) 기생 패턴(1170a, 1170)은 제1 및 제2 커플링 패턴(1170a, 1170b)으로 구성된다. 기생 패턴(1160a, 1160)은 신호 패턴에 해당하는 제1 및 제2 방사체(1110a, 1110b)와 급전 영역(1010b)의 그라운드 패턴(GP1, GP3) 사이에 배치된다. 제1 및 제2 커플링 패턴(1170a, 1170b)은 신호 패턴에 해당하는 제1 및 제2 방사체(1110a, 1110b)와 커플링에 의한 MB/HB 추가 공진 형성으로 광대역 설계가 가능하도록 한다. 이와 관련하여, 전체 안테나의 방사 효율이 저하되지 않도록 제1 및 제2 커플링 패턴(1170a, 1170b)의 위치 및 사이즈를 변경할 수 있다.

4) FPCB는 급전 영역(1010b)에 해당한다. 안테나 영역(1010a)의 그라운드 패턴들(1150, 1160a, 1160b)을 FPCB의 그라운드 패턴(GP1 내지 GP3)과 연결되도록 구성한다. 한편, FPCB에 해당하는 급전 영역(1010b)의 양 측 그라운드 패턴들(GP1, GP3)의 너비를 증가시켜 전체 그라운드 면적이 증가하고, 이에 따라 방사 효율을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 그라운드 패턴들(GP1, GP3)의 너비가 양방향으로 커질 수록 LB 효율은 향상된다. 이와 관련하여, MB/HB에서 효율이 저하되므로 이를 고려하여 그라운드 패턴들(GP1, GP3)의 너비 및 간격을 조절할 수 있다.

한편, 제4 그라운드 영역(1154)은 전술한 바와 같이 저대역 동작을 위한 긴 전류 경로 형성 및 광대역 동작을 위해 복수의 서브 패턴들로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제4 그라운드 영역(1154)은 제1 서브 패턴(SP1) 및 제2 서브 패턴(SP2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 제4 그라운드 영역(1154)은 제1 서브 패턴(SP1) 및 제2 서브 패턴(SP2)에 제3 서브 패턴(SP3)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.

제1 서브 패턴(SP1)은 하단이 제1 커플링 패턴(1170a)의 상단 및 제1 방사체(1110a)의 상단과 이격되게 구성될 수 있다. 제1 서브 패턴(SP1)은 타 축 방향의 너비가 증가하도록 테이퍼링 구조로 구성될 수 있다. 제2 서브 패턴(SP2)은 제1 서브 패턴(SP1)에서 연장되게 형성되고, 연결부에서 서로 다른 너비로 형성될 수 있다. 제2 서브 패턴(SP2)은 타 축 방향의 너비가 증가하도록 테이퍼링 구조로 구성될 수 있다. 제1 서브 패턴(SP1)과 제2 서브 패턴(SP2)의 너비가 증가하는 비율이 상이하고 연결부에서 서로 다른 너비로 형성되어 제4 그라운드 영역(1154)이 저대역 동작 및 광대역 동작이 가능하다.

이와 관련하여, 안테나 어셈블리(1100)는 제1 커플링 패턴(1170a) 및 제2 커플링 패턴(1170b)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 커플링 패턴(1170a) 및 제2 커플링 패턴(1170b)은 제1 및 제2 급전 라인(1120a, 1120b)가 연결되지 않고 제1 및 제2 방사체(1110a, 1110b)로부터 신호를 전달받도록 구성된다. 따라서, 제1 커플링 패턴(1170a) 및 제2 커플링 패턴(1170b)은 각각 제1 기생(parasitic) 패턴(1170a) 및 제2 기생 패턴(1170b)로 지칭될 수도 있다.

제1 커플링 패턴(1170a)은 제1 방사체(1110a)와 공유 그라운드(1150)의 제3 그라운드 영역(1153) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제2 커플링 패턴(1170b)은 제2 방사체(1110b)와 공유 그라운드(1150)의 제3 그라운드 영역(1153) 사이에 배치될 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 및 제2 커플링 패턴(1170a, 1170b)은 신호 패턴인 제1 및 제2 방사체(1110a, 1110b)과 제2 도전 평면(1150) 사이에 배치된다. 제1 및 제2 커플링 패턴(1170a, 1170b)은 신호 패턴인 제1 및 제2 방사체(1110a, 1110b)와의 커플링에 의해 제2 대역인 MB/HB의 추가 공진을 형성한다. 따라서, 제1 및 제2 커플링 패턴(1170a, 1170b)은 안테나 어셈블리(1100)의 광대역 설계가 가능하다. 제1 및 제2 커플링 패턴(1170a, 1170b)은 안테나 어셈블리(1100)의 방사 효율을 저하시키지 않도록 위치 및 사이즈를 변경할 수 있다.

한편, 제3 서브 패턴(SP3)은 제2 서브 패턴(SP2)에서 연장되게 형성될 수 있다. 제3 서브 패턴(SP3)은 타 축 방향의 너비가 감소하도록 테이퍼링 구조로 구성될 수 있다. 제3 서브 패턴(SP3)은 제1 서브 패턴(SP1) 및 제2 서브 패턴(SP2)과 달리 너비가 감소하는 구조로 형성되어 저대역에서 더 긴 전류 경로를 형성하면서 광대역 임피던스 매칭이 가능하다.

본 명세서에 따른 투명 안테나 구조는 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작이 가능하도록 안테나 어셈블리 내에 복수의 방사체가 배치된다. 이와 관련하여, 안테나 배치 구조의 공간을 최소화하면서도 제1 및 제2 방사체 간의 간섭이 저감되도록 구성할 필요가 있다. 이와 관련하여, 도 10a 및 도 10b는 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리의 제1 방사체 및 제2 방사체에 제1 신호 및 제2 신호가 인가된 경우 표면 전류 분포를 나타낸 것이다. 한편, 도 11a 및 도 11b는 도 9의 안테나 어셈블리의 제1 포트 및 제2 포트의 반사 계수 및 격리도를 나타낸 것이다. 또한, 도 11b는 도 9의 안테나 어셈블리의 주파수 대역 별 방사 전력 및 효율을 나타낸 것이다.

도 9 및 도 10a를 참조하면, 저대역 내의 617MHz에서 제1 급전 라인(1120a)을 통해 제1 신호가 인가된 경우 표면 전류 분포를 나타낸 것이다. 한편, 도 9 및 도 10b를 참조하면, 저대역 내의 617MHz에서 제2 급전 라인(1120b)을 통해 제2 신호가 인가된 경우 표면 전류 분포를 나타낸 것이다.

도 9 및 도 10a를 참조하면, 제1 급전 라인(1120a)을 통해 제1 신호가 인가되어도 제2 도전 평면(1150)의 제2 그라운드 영역(1152)로 전달되는 신호의 비율은 낮다. 또한, 도 9 및 도 10b를 참조하면, 제2 급전 라인(1120b)을 통해 제2 신호가 인가되어도 제2 도전 평면(1150)의 제1 그라운드 영역(1151)로 전달되는 신호의 비율은 낮다. 이에 따라, 제1 방사체(1110a)를 포함하는 제1 안테나 구조와 제2 방사체(1110b)를 포함하는 제2 안테나 구조 간에 간섭 수준을 저감할 수 있다.

제2 도전 평면(1150)은 상부의 제3 그라운드 영역(1153)과 제4 그라운드 영역(1154)인 제1 및 제2 안테나 구조가 공유하는 구조로 형성된다. 이에 따라, 제1 및 제2 안테나 구조를 포함하는 전체 안테나 크기를 감소시키면서도 저대역인 제1 대역에서 긴 전류 경로를 형성할 수 있다. 한편, 제2 도전 평면(1150)은 하부의 제1 그라운드 영역(1151)과 제2 그라운드 영역(1152)가 소정 간격(G1)만큼 일부 분리된 제1 및 제2 안테나 구조가 형성된다. 이러한 일부 분리된 제1 및 제2 안테나 구조에 의해 제1 및 제2 안테나 구조의 전체 안테나 크기를 감소시키면서도 상호 간섭을 저감하는 안테나 공유 구조가 형성되는 장점이 있다.

도 9 및 도 11a를 참조하면, 제1 안테나 구조와 제2 안테나 구조의 반사 계수는 S11 및 S22이다. S11 및 S22를 참조하면, 제1 대역인 저대역(LB), 제2 대역인 중대역(MB)와 고대역(HB)과 제3 대역인 초고대역(UHB)에서 공진이 발생하여 안테나로서 동작한다. 한편, 제1 안테나 구조와 제2 안테나 구조의 격리도인 S21을 참조하면, 제1 대역 내지 제3 대역에서 격리도는 -10dB 이하의 값을 갖는다. 제1 안테나 구조와 제2 안테나 구조의 격리도인 S21을 참조하면, 제1 안테나 구조와 제2 안테나 구조는 상호 간섭 수준이 낮은 독립된 안테나 구조로 간주될 수 있다.

도 11b에서 점선으로 표시된 주파수 대역 별 방사 전력은 도 8b의 방사 전력에 대응된다. 한편, 도 11b에서 실선으로 표시된 주파수 대역 별 효율은 도 8b의 주파수 별 방사 전력에 안테나의 반사 계수가 고려된 값이다. 한편, 도 8b의 주파수 별 방사 전력은 1.0dB 단위로 -10dB까지 표현되고, 도 11b의 주파수 대역 별 안테나 효율은 0.5dB 단위로 -5dB까지 표현된 것이다. 도 8b, 도 9 및 도 11b를 참조하면, 안테나 효율은 제1 대역 내지 제3 대역을 포함한 전 대역(full band)에서 -3.5dBi 이상의 값을 갖는다.

본 명세서에 따른 광대역 안테나 구조는 별도의 그라운드 패턴에 해당하는 제1 및 제3 도전 평면(1160a, 1160b) 없이 제2 도전 평면(1150)만으로 안테나 영역 내의 그라운드 패턴 구성이 가능하다. 이와 관련하여, 도 12a는 다른 실시 예에 따른 공유 그라운드 패턴을 구비한 광대역 안테나 구조를 나타낸다. 한편, 도 12b는 도 12a의 안테나 구조의 반사 계수와 도 9의 안테나 구조의 반사 계수를 비교한 것이다.

도 12a를 참조하면, 안테나 어셈블리(1100)는 확장 그라운드 패턴 없이 제1 및 제2 방사체(1110a, 1110b)와 제2 도전 평면(1150)로 구성 가능하다. 또한, 안테나 어셈블리(1100)는 기생 패턴에 해당하는 제1 및 제2 커플링 패턴(1170a, 1170b)를 더 포함하도록 구성 가능하다.

도 11a, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 도 12a의 안테나 구조는 도 9의 안테나 구조에 비해 제2 대역 및 제3 대역에서 반사 계수 특성이 다소 열화(degrade)될 수 있다. 다만, 도 12a의 안테나 구조는 도 9의 안테나 구조에 비해 제1 대역에서 반사 계수 특성이 다소 개선된다.

이와 관련하여, 도 5a의 차량 글래스 구성에서 일부 영역에는 도 12a의 안테나 구조가 배치되어 제1 대역의 신호를 송신 및 수신하도록 구성될 수도 있다. 이와 관련하여, 차량의 전면 글래스(310)의 일 영역에는 도 5a의 안테나 구조인 제1 안테나(1100)가 배치되고 다른 영역에는 도 12a의 안테나 구조인 제2 안테나(1100b)가 배치될 수 있다. 제1 안테나(1100)를 통해 제2 대역 및/또는 제3 대역에서 신호를 송신 및 수신하고 제2 안테나(1100b)를 통해 제1 대역에서 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 이에 따라, 각 대역 별로 최적화된 안테나 구조를 통해 차량에서 통신 성능을 각 대역 별로 최적화할 수 있다.

한편, 본 명세서에 따른 공유 그라운드 패턴을 갖는 안테나 구조는 제1 대역 내지 제3 대역의 광대역 동작하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a 내지 도 13c는 본 명세서에 따른 공유 그라운드 패턴을 갖는 안테나 구조의 제1 대역 내지 제3 대역의 전류 경로를 나타낸 것이다. 한편, 도 14a 내지 도 14c는 도 13a 내지 도 13c의 제1 대역 내지 제3 대역의 전류 경로에 따른 방사 패턴을 나타낸 것이다.

도 9 및 도 13a 내지 도 13c를 참조하면, 본 명세서에 따른 공유 그라운드 패턴을 갖는 안테나 구조에서 도전 패턴들이 다단 구조로 형성되고, 복수의 안테나 소자로 동작한다. 이에 따라, 도 9 및 도 13a 내지 도 13c의 안테나 구조를 step (array) antenna로 지칭할 수 있다. step (array) antenna는 복수의 안테나 소자, 예컨대 2개의 안테나 소자가 대칭으로 배치되도록 설계될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 도전 평면(1150)의 그라운드 영역 상의 형성되는 전류 경로의 길이가 LB에서 동작하도록 안테나가 설계될 수 있다.

따라서, 각 안테나 소자의 방사 영역에 해당하는 그라운드 패턴이 2배 사이즈의 그라운드로 동작함으로써 LB 주파수 방사 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 및 제3 도전 평면(1160a, 1160b)에 의해 안테나 소자의 광대역 임피던스 매칭 및 안테나 효율 향상이 가능하다.

도 9 및 도 13a를 참조하면, 제2 도전 평면(1150)의 전체 면적을 이용하고 세부 형태를 최적화하여 LB 내 공진 주파수를 조절하고, 안테나 효율을 조절할 수 있다. 이와 관련하여, 저대역(LB)인 제1 대역에서 λ/4 길이의 전류 경로를 갖는 제2 도전 평면(1150)의 설계가 가능하다.

도 9 및 도 13a를 참조하면, 급전 라인(F1)을 통해 인가되는 제1 대역의 제1 신호는 제2 도전 평면(1150)의 제1 그라운드 영역(1151), 제3 그라운드 영역(1153) 및 제4 그라운드 영역(1154)을 통해 방사될 수 있다. 한편, 급전 라인(F2)을 통해 인가되는 제1 대역의 제2 신호는 공유 그라운드 패턴의 제2 그라운드 영역(1153), 제3 그라운드 영역(1153) 및 제4 그라운드 영역(1154)을 통해 방사될 수 있다. 이와 관련하여, 급전 라인(F1)을 통해 인가되는 제1 대역의 제1 신호는 제1 전류 경로(I1)를 형성한다. 또한, 급전 라인(F2)을 통해 인가되는 제1 대역의 제2 신호는 제2 전류 경로(I2)를 형성한다.

도 9 및 도 14a를 참조하면, 제1 대역 (예: 617MHz)에서 제1 신호 및 제2 신호가 제1 및 제2 급전 라인(1120a, 1120b)을 통해 제1 및 제2 안테나에 인가되면, 제1 및 제2 방사 패턴(RP1, RP2)가 형성된다. 제1 및 제2 방사 패턴(RP1, RP2)은 전 방향으로 방사되는 무지향성 방사 패턴(isotropic radiation pattern)이 형성된다. 제1대역의 제1 및 제2 방사 패턴(RP1, RP2)의 빔 피크가 수평 방향으로 형성되어 차량에 적합한 빔 패턴 형태를 갖는다.

도 9 및 도 13b를 참조하면, 제1 및 제2 안테나 구조는 제2 대역 중 MB 내 공진 주파수의 λ/4 크기의 모노폴(monopole) 안테나로 동작할 수 있다. 급전 라인(F1)을 통해 인가되는 제1 대역보다 높은 제2 대역의 제1 신호는 제1 방사체(1110a) 및 제1 커플링 패턴(1170a)을 통해 방사될 수 있다. 한편, 급전 라인(F2)을 통해 인가되는 제2 대역의 제2 신호는 제2 방사체(1110b) 및 제2 커플링 패턴(1170b)을 통해 방사될 수 있다. 이와 관련하여, 급전 라인(F1)을 통해 인가되는 제2 대역의 제1 신호는 제1 및 제2 전류 경로(I1, I2)를 형성한다. 또한, 급전 라인(F2)을 통해 인가되는 제2 대역의 제2 신호는 제3 및 제4 전류 경로(I3, I4)를 형성한다.

도 9 및 도 14b를 참조하면, 제2 대역 (예: 3500MHz)에서 제1 신호 및 제2 신호가 제1 및 제2 급전 라인(1120a, 1120b)을 통해 제1 및 제2 안테나에 인가되면, 제1 및 제2 방사 패턴(RP1b, RP2b)가 형성된다. 제1 및 제2 방사 패턴(RP1b, RP2b)은 전 방향으로 방사되는 무지향성 방사 패턴이 형성된다. 제2 대역의 제1 및 제2 방사 패턴(RP1b, RP2b)은 제1 대역의 제1 및 제2 방사 패턴(RP1, RP2)보다는 다소 지향성을 갖는다. 하지만, 제2 대역의 제1 및 제2 방사 패턴(RP1b, RP2b)의 빔 피크가 수평 방향으로 형성되어 차량에 적합한 빔 패턴 형태를 갖는다.

도 9 및 도 13c를 참조하면, UHB에서 신호 패턴인 제1 및 제2 방사체(1110a, 1110b)를 통해 고차 모드(higher order mode)가 형성된다. 이에 따라, 신호 패턴인 제1 및 제2 방사체(1110a, 1110b)와 제1 및 제3 도전 평면(1160a, 1160b) 간의 커플링으로 광대역 임피던스 매칭이 가능하다.

도 9 및 도 14c를 참조하면, 급전 라인(F1)을 통해 인가되는 제2 대역보다 높은 제3 대역의 제1 신호는 제1 방사체(1110a) 및 제1 도전 평면(1160a)를 통해 방사될 수 있다. 또한, 급전 라인(F2)을 통해 인가되는 제2 대역보다 높은 제3 대역의 제2 신호는 제2 방사체(1110b) 및 제3 도전 평면(1160b)를 통해 방사될 수 있다. 이와 관련하여, 급전 라인(F1)을 통해 인가되는 제3 대역의 제1 신호는 제1 전류 경로(I1)를 형성한다. 또한, 급전 라인(F2)을 통해 인가되는 제3 대역의 제2 신호는 제2 전류 경로(I2)를 형성한다.

도 9 및 도 14c를 참조하면, 제3 대역 (예: 5000MHz)에서 제1 신호 및 제2 신호가 제1 및 제2 급전 라인(1120a, 1120b)을 통해 제1 및 제2 안테나에 인가되면, 제1 및 제2 방사 패턴(RP1c, RP2c)가 형성된다. 제1 및 제2 방사 패턴(RP1c, RP2c)은 전 방향으로 방사되는 무지향성 방사 패턴이 형성된다. 제3 대역의 제1 및 제2 방사 패턴(RP1c, RP2c)은 제2 대역의 제1 및 제2 방사 패턴(RP1b, RP2b)보다는 다소 지향성을 갖는다. 하지만, 제3 대역의 제1 및 제2 방사 패턴(RP1c, RP2c)의 빔 피크가 수평 방향에서 소정 각도만큼 상부 방향으로 형성되어 차량에 적합한 빔 패턴 형태를 갖는다.

본 명세서에 따른 공유 그라운드 패턴을 갖는 안테나 구조는 대칭 구조의 제1 및 제2 안테나 구조(1100-1, 1100-2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 방사체(1110a)는 제1 대역 내지 제3 대역의 무선 신호를 방사하는 제1 안테나 구조(1100-1)를 형성한다. 제1 안테나 구조(1100-1)는 제1 방사체(1110a)를 포함하고, 제1 급전 라인(1120a), 제2 도전 평면(1150) 및 제1 도전 평면(1160a)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 안테나 구조(1100-1)는 제1 커플링 패턴(1170a)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.

제1 급전 라인(1120a)은 제1 방사체(1110a)의 제1 도전 패턴과 동일 평면 상에서 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 제2 도전 평면(1150)은 제1 급전 라인(1120a)의 일 측에서 제1 커플링 패턴(1170a)의 일 측면 및 일 축 방향으로 상부 영역에 배치될 수 있다. 제2 도전 평면(1150)은 제1 대역의 신호를 방사하도록 구성되고, 제1 방사체(1110a)는 제1 커플링 패턴(1170a)과 제2 대역의 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 제1 방사체(1110a)는 제1 도전 평면(1160a)과 제3 대역의 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.

제1 도전 평면(1160a)은 제1 급전 라인(1120a)의 타 측에서 제1 방사체(1110a)의 일 축 방향으로 하부 영역에 배치될 수 있다. 제1 도전 평면(1160a)은 제3 대역의 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.

제2 방사체(1110b)는 제1 대역 내지 제3 대역의 무선 신호를 방사하는 제2 안테나 구조(1100-2)를 형성한다. 제2 안테나 구조(1100-2)는 제2 방사체(1110b)를 포함하고, 제2 급전 라인(1120b), 제2 도전 평면(1150) 및 제3 도전 평면(1160b)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 안테나 구조(1100-2)는 제2 커플링 패턴(1170b)을 더 포함하도록 구성될 수 있다.

제2 급전 라인(1120b)은 제2 방사체(1110b)의 제2 도전 패턴과 동일 평면 상에서 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 제2 도전 평면(1150)은 제2 급전 라인(1120b)의 일 측에서 제2 커플링 패턴(1170b)의 타 측면 및 일 축 방향으로 상부 영역에 배치될 수 있다. 제2 도전 평면(1150)은 제1 대역의 신호를 방사하도록 구성되고, 제2 방사체(1110b)는 제2 커플링 패턴(1170b)과 제2 대역의 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 제2 방사체(1110b)는 제3 도전 평면(1160b)과 제3 대역의 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.

제3 도전 평면(1160b)은 제2 급전 라인(1120b)의 일 측에서 제2 방사체(1110b)의 일 축 방향으로 하부 영역에 배치될 수 있다. 제3 도전 평면(1160b)은 제3 대역의 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.

한편, 제1 및 제2 안테나 구조(1100-1, 1100-2)에서 제1 방사체(1110a)와 제2 방사체(1110b)는 유전체 기판(1010)의 중심 라인을 기준으로 대칭 구조(symmetrical structure)로 형성될 수 있다. 제1 방사체(1110a)의 타 측의 경계와 제2 방사체(1110b)의 일 측의 경계는 단부의 위치가 상이한 리세스된 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 본 명세서에서 전체 안테나 사이즈를 감소시키기 위한 제2 도전 평면(1150)도 제1 및 제2 방사체(1110a, 1110b)와 유사하게 경계가 리세스된 형상 또는 너비가 다른 영역으로 구성될 수 있다.

제2 도전 평면(1150)은 제1 급전 라인(1120a) 및 제1 커플링 패턴(1170a)과 이격되어 배치되는 제1 측면(S1) 및 제1 측면(S1)의 타 측면인 제2 측면(S2)을 구비할 수 있다. 제1 측면(S1)의 경계는 제1 방사체(1110a)의 일 측면, 제1 커플링 패턴(1170a)의 일 측면 및 제1 방사체(1110a)의 상부 영역의 경계와 동일 평면 상에서 서로 다른 간격으로 마주보게 배치될 수 있다. 따라서, 제1 측면(S1)의 경계는 리세스된 형상 또는 너비가 다른 영역으로 구성될 수 있다.

제2 측면(S2)의 경계는 제2 방사체(1110b)의 타 측면, 제2 커플링 패턴(1170b)의 타 측면 및 제2 방사체(1110b)의 상부 영역의 경계와 동일 평면 상에서 서로 다른 간격으로 마주보게 배치될 수 있다. 따라서, 제2 측면(S2)의 경계는 리세스된 형상 또는 너비가 다른 영역으로 구성될 수 있다.

한편, 본 명세서에서 제3 대역을 포함한 광대역 동작을 위한 제1 및 제3 도전 평면(1160a, 1160b)도 제1 및 제2 방사체(1110a, 1110b)와 유사하게 경계가 리세스된 형상 또는 너비가 다른 영역으로 구성될 수 있다. 또한, 제1 및 제3 도전 평면(1160a, 1160b)도 제2 도전 평면(1150)과 유사하게 경계가 리세스된 형상 또는 너비가 다른 영역으로 구성될 수 있다.

제1 도전 평면(1160a)은 제1 급전 라인(1110a)의 경계와 이격되어 배치될 수 있다. 제1 도전 평면(1160a)은 제1 급전 라인(1110a)의 경계에서 측면 방향으로 너비가 감소되는 리세스된 사각형 형상으로 구성된다. 따라서, 제1 도전 평면(1160a)은 일 축 방향에서 리세스된 제1 방사체(1110a)와의 거리가 증가하도록 형성될 수 있다.

제3 도전 평면(1160b)은 제2 급전 라인(1110b)의 경계와 이격되어 배치될 수 있다. 제3 도전 평면(1160b)은 제2 급전 라인(1110b)의 경계에서 측면 방향으로 너비가 감소되는 리세스된 사각형 형상으로 구성된다. 따라서, 제3 도전 평면(1160b)은 일 축 방향에서 리세스된 제2 방사체(1110b)와의 거리가 증가하도록 형성될 수 있다.

한편, 본 명세서에서 전체 안테나 사이즈를 감소시키기 위한 제2 도전 평면(1150)을 갖는 제1 및 제2 안테나 구조(1100-1, 1100-2)는 각각 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)로 동작한다. 구체적으로, 제1 안테나 구조(1100-1) 및 제2 안테나 구조(1100-2)는 제1 대역 내지 제3 대역에서 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2) 로 동작한다.

도 9, 도 12a 내지 도 12를 참조하면, 제1 급전 라인(1120a)에서 인가되는 제1 무선 신호에 의해 안테나 어셈블리는 제1 편파를 갖는 제1 안테나(ANT1)로 동작한다. 이와 관련하여, 제1 대역 내지 제3 대역의 제1 신호의 전류 경로는 일 축 방향으로 형성되고, 제1 안테나(ANT1)는 제1 편파로 동작한다.

제2 급전 라인(1120b)에서 인가되는 제2 무선 신호에 의해 안테나 어셈블리는 제1 편파를 갖는 제2 안테나(ANT2)로 동작한다. 이와 관련하여, 제1 대역 내지 제3 대역의 제2 신호의 전류 경로는 일 축 방향으로 형성되고, 제2 안테나(ANT2)는 제1 편파로 동작한다. 도 9 내지 도 10b를 참조하면, 제1 및 제2 안테나(ANT1, ANT2)는 동일 편파로 동작하면서도 제2 도전 평면(1150)의 분리된 제1 및 제2 그라운드 영역(1151, 1152)에 의해 상호 간섭이 저감될 수 있다.

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

이와 관련하여, 도 15a는 일 실시 예에 따른 차량의 글래스의 서로 다른 위치에 안테나 모듈들이 배치된 구성을 나타낸다. 한편, 도 15b는 일 실시 예에 따른 차량의 글래스의 서로 다른 위치에 MIMO 또는 다이버시티 동작이 가능하도록 안테나 모듈들이 배치된 구성을 나타낸다. 도 16a 및 도 16b는 도 14a 및 도 14b에서 차량 안테나 배치 구조에서 배치될 수 있는 안테나 모듈의 구조를 나타낸다.

도 5a 및 도 15a를 참조하면, 차량의 전면 글래스(310), 상부 글래스(350) 및 리어 글래스(330)에 각각 안테나 모듈들(1100a 내지 1100c)이 배치될 수 있다. 다만, 이러한 안테나 모듈들(1100a 내지 1100c)의 배치 구조가 도 14a에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다.

한편, 도 15a의 차량의 글래스 상에 배치될 수 있는 안테나 모듈들(1100a 내지 1100c)은 도 16a와 같이 분리된 그라운드 구조(separated ground structure)로 구성될 수 있다. 도 16a를 참조하면, 제1 및 제2 안테나 구조(1100-1, 1100-2)는 LB/MB/HB/UHB에서 동작하도록 구성된다. 한편, 제3 안테나 구조(1100-3)는 LB를 제외한 MB/HB/UHB에서 동작하도록 구성된다. 여기서, LB/MB/HB/UHB는 각각 저대역(low band), 중대역(mid band), 고대역(high band) 및 초고대역(ultra high band)를 나타낸다. 이와 관련하여, LB를 제1 대역, MB/HB를 제2 대역, UHB를 제3 대역으로 지칭할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

분리된 그라운드를 갖는 안테나 어셈블리(1100s)는 유전체 기판(1010), 안테나 소자들(1100-1 내지 1100-3), 갭 영역(G1, G2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 소자들(1100-1 내지 1100-3)은 유전체 기판(1010) 상에 도전 패턴으로 형성되어 무선 신호를 방사하도록 구성된다.

안테나 소자들은 제1 안테나 구조(1100-1), 제2 안테나 구조(1100-2) 및 제3 안테나 구조(1100-3)를 포함하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)로 동작할 수 있다. 이에 따라, 도 9b의 안테나 구조는 4x4 MIMO 안테나 구조이다. 제3 안테나 구조(1100-3)는 추가 배치 공간 없이 제1 안테나 구조(1100-1)와 제2 안테나 구조(1100-2) 사이의 공간에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제한된 공간 내에서 4x4 MIMO 안테나가 배치되므로 All in One MIMO 안테나로 지칭할 수 있다.

확장/분리 그라운드 구조와 관련하여, 안테나 간 격리도 개선을 위해 제1 및 제2 방사체 구조(1100-1 및 1110-2)는 서로 마주보게 배치될 수 있다. 안테나 간 격리도는 제1 및 제2 안테나 간 격리도 이외에 제1 및 제3 안테나 간 격리도, 제2 및 제4 안테나 간 격리도 및 제3 및 제4 안테나 간 격리도를 모두 고려한다. 이에 따라, 전술한 모드 안테나 간 격리도가 모두 임계치 이하가 되도록 제1 및 제2 그라운드 영역(1150a, 1150b)의 확장/분리 그라운드 구조와 미러 구조가 설계된다. 한편, MB/HB/UHB 동작 모드에서는 제1 및 제2 그라운드 영역(1150a, 1150b)의 스텝 구조의 확장 그라운드 구조가 특히 아이솔레이터로 동작한다.

일 예로, 도 16a의 안테나 어셈블리(1100)는 824 내지 4000 MHz의 대역폭에서 동작하도록 구성될 수 있다. 안테나 어셈블리(1100)의 안테나 평균 효율(average efficiency)는 약 -3dBi 이상일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나 어셈블리(1100)는 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다.

제3 안테나 구조(1100-3)에 해당하는 제1 및 제2 안테나 (ANT1, ANT2)는 MB/HB/5G에서 최대 2x2 MIMO를 수행하도록 구성될 수 있다. 한편, 제1 내지 제3 안테나 구조(1100-1 내지 1100-3)에 해당하는 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 LB/MB/HB/5G에서 최대 4x4 MIMO를 수행하도록 구성될 수 있다.

안테나 어셈블리(1100)의 배치 구조는 4x4 MIMO 안테나 모듈의 조립 공정을 최소화하고, 급전 커넥터 실장 공간이 축소된다는 장점이 있다. 한편, 안테나 어셈블리(1100)의 배치 구조는 차량의 쿼터 글래스 영역에 배치하기에 크기가 다소 크다. 일 예로, 안테나 어셈블리(1100)의 크기는 146x102mm로 구성될 수 있다. 또한, 안테나 어셈블리(1100)의 배치 구조는 안테나 배치 집적 화로 인하여 다이버시티(diversity) 성능이 다소 저하될 수 있다.

도 5a 및 도 15b를 참조하면, 차량의 쿼터 글래스(340), 전면 글래스(310), 상부 글래스(350) 및 리어 글래스(330)에 각각 안테나 모듈들(1100a 내지 1100d)이 배치될 수 있다. 다만, 이러한 안테나 모듈들(1100a 내지 1100d)의 배치 구조가 도 14b에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다.

안테나 모듈들(1100a 내지 1100d)은 각각의 글래스 영역에서 서로 다른 위치에 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 각각의 글래스 영역에서 서로 다른 위치에 이격되어 배치되는 안테나 모듈들은 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작을 수행하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 쿼터 글래스(340)의 서로 다른 영역에 제1 및 제2 안테나 모듈(1100a, 1100a2)가 배치될 수 있다. 전면 글래스(310)의 서로 다른 영역에 제3 및 제4 안테나 모듈(1100b, 1100b2)가 배치될 수 있다. 상부 글래스(350)의 서로 다른 영역에 제5 및 제6 안테나 모듈(1100c, 1100c2)가 배치될 수 있다. 리어 글래스(330)의 서로 다른 영역에 제7 및 제8 안테나 모듈(1100d, 1100d2)가 배치될 수 있다.

한편, 도 15b의 차량의 글래스 상에 배치될 수 있는 안테나 모듈들(1100a 내지 1100c)은 도 16b와 같이 공유 그라운드 구조(shared ground structure)로 구성될 수 있다. 도 16b를 참조하면, 제1 및 제2 안테나 구조(1100-1, 1100-2)는 LB/MB/HB/UHB에서 동작하도록 구성된다. 전술할 바와 같이, LB/MB/HB/UHB는 각각 저대역(low band), 중대역(mid band), 고대역(high band) 및 초고대역(ultra high band)를 나타낸다. 이와 관련하여, LB를 제1 대역, MB/HB를 제2 대역, UHB를 제3 대역으로 지칭할 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

안테나 어셈블리(1100a)는 유전체 기판(1010), 안테나 소자들(1100-1 및 1100-2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 소자들(1100-1 및 1100-2)은 유전체 기판(1010) 상에 도전 패턴으로 형성되어 무선 신호를 방사하도록 구성된다.

안테나 소자들은 제1 안테나 구조(1100-1) 및 제2 안테나 구조(1100-2)를 포함하여, 제1 안테나(ANT1) 및 제4 안테나(ANT4)로 동작할 수 있다. 이에 따라, 도 9b의 안테나 구조는 2x2 MIMO 안테나 구조이고, 동작 대역 내에 최적 설계를 위해 경계 영역이 리세스된 형상의 스텝 안테나(step antenna) 구조로 형성된다.

한편, 제2 도전 평면(1150)은 제1 대역의 신호를 방사하도록 구성되고, 제1 및 제2 안테나 구조(1100-1, 1100-2)에 의해 공유되는 그라운드 영역이다. 이에 따라, 전체 안테나 사이즈를 감소시키고 저대역인 제1 대역에서도 전류 경로 길이를 형성하여 안테나 효율을 개선한다. 도 14b 및 도 15b의 안테나 모듈(1100a 내지 1100d)의 크기는 100x83mm로, 도 14a 및 도 14b의 안테나 모듈(1100a 내지 1100c)보다 작은 크기로 형성된다. 이에 따라, 차량의 쿼터 글래스(340) 영역과 같은 제한된 공간 내에도 안테나 배치가 가능하다.

한편, 도 15b 및 도 16b의 안테나 모듈(1100a 내지 1100d)의 동작 대역폭은 약 617 ~ 6000 MHz일 수 있다. 안테나 모듈(1100a 내지 1100d)의 안테나 평균 효율은 약 -3dBi 이상일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. MIMO 안테나 구성으로 LB/MB/HB/5G 대역에서 제1 및 제2 안테나(ANT 1, ANT2)를 통해 2x2 MIMO 동작이 가능하다.

전술한 바와 같이 도 15b 및 도 16b의 공유 그라운드 구조의 안테나 모듈(1100a 내지 1100d)은 차량의 쿼터 글래스(340) 영역과 같은 제한된 공간 내에도 안테나 배치가 가능하다. 또한, 공유 그라운드 구조의 안테나 모듈(1100a 내지 1100d)은 안테나 분산 배치로 다이버시티(diversity) 성능이 우세하다. 또한, 안테나 모듈(1100a 내지 1100d)은 차량 글래스의 서로 다른 영역에 복수 개로 이격된 상태로 배치되어 차량 사고시에도 통신 유지 가능성이 높다. 한편, 안테나 모듈(1100a 내지 1100d)은 다소 조립 공정이 증가할 수 있으나 공정 자동화를 통해 복잡도 감소시킬 수 있다. 또한, TCU의 위치에 따라 RF Cable 길이가 증가할 수 있으나 밀리미터파 대역이 아닌 6GHz 이하의 대역으로 RF Cable 손실 자체는 크게 문제되지 않으며 전력 증폭기 등에 의해 보상 가능하다.

한편, 본 명세서에서 제시되는 광대역 이중 편파 안테나 구조는 글래스 또는 디스플레이에 메탈 메쉬 형태의 투명 안테나로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 17은 본 명세서에서 제시되는 글래스에 메탈 메쉬 형태로 구현되는 투명 안테나가 배치되는 안테나 어셈블리의 층상 구조와 메쉬 격자 구조를 나타낸다.

도 17(a)를 참조하면, 투명 안테나가 배치되는 안테나 어셈블리의 층상 구조는 글래스(1001), 유전체 기판(dielectric substrate, 1010), 메탈 메쉬 층(1020) 및 OCA (optical clear adhesive) 층(1030)을 포함하도록 구성될 수 있다. 유전체 기판(dielectric substrate, 1010)은 투명 필름(transparent film)으로 구현될 수 있다. OCA 층(1030)은 제1 OCA 층(1031) 및 제2 OCA 층(1032)을 포함하도록 구성될 수 있다.

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

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

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

도 9 및 도 17(b)를 참조하면, 메탈 메쉬 층(1020)은 메탈 메쉬 격자(1020a) 및 더미 메쉬 격자(1020b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 메탈 메쉬 격자(1020a) 및 더미 메쉬 격자(1020b)의 상부 영역에 도전 패턴을 외부 환경으로부터 보호하기 위한 투명 필름 층인 제1 OCA 층(1031)이 배치될 수 있다.

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

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

이와 관련하여, 도 18a는 본 명세서에 따른 글래스에 형성되는 투명 안테나가 구현될 수 있는 차량의 전면도를 나타낸다. 한편, 도 18b는 본 명세서에 따른 투명 안테나가 구현될 수 있는 투명 유리 어셈블리의 상세 구성을 나타낸다.

도 18a를 참조하면, 차량(500)의 전면도는 본 명세서에 따른 차량용 투명 안테나가 배치될 수 있는 구성을 나타낸다. 판유리 어셈블리(pane assembly)(22)는 상부 영역(310a)의 안테나를 포함할 수 있다. 또한, 판유리 어셈블리(pane assembly)(22)는 유전체 기판으로 형성되는 반투명 판유리(translucent pane glass)(26)를 포함할 수 있다. 상부 영역(310a)의 안테나는 다양한 통신 시스템 중 임의의 하나 이상을 지원하도록 구성된다.

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

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

도 18a 및 도 18b를 참조하면, 상부 영역(310a)의 안테나는 반투명 판유리(26)의 제1 영역(40) 전체에 걸쳐 있는 제1 부분(38), 및 제1 영역(40)에 인접하게 배치된 반투명 판유리(26)의 제2 영역(44) 전체에 걸쳐 있는 제2 부분(42)을 포함할 수 있다. 제1 부분(38)은 제2 부분(42)의 밀도보다 더 큰 밀도(즉, 더 큰 격자 구조)를 갖는다. 제1 부분(38)의 밀도가 제2 부분(42)의 밀도보다 더 크기 때문에, 제1 부분(38)이 제2 부분(42)보다 더 투명한 것으로 인식된다. 또한, 제1 부분(38)의 안테나 효율이 제2 부분(42)의 안테나 효율보다 더 높다.

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

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

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

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

안테나 어셈블리(1100)는 차량 전면 글래스(310)의 상부 영역(310a), 하부 영역(310b) 또는 측면 영역(310c)에 구현될 수 있다. 안테나 어셈블리(1100)는 도 15a 또는 도 15b와 같이 차량 전면 글래스(310)의 서로 다른 지점에 적어도 하나의 안테나 모듈의 형태로 배치될 수 있다. 안테나 어셈블리(1100)가 차량 전면 글래스(310)의 하부 영역(310b)에 배치되는 경우, 안테나 어셈블리(1100)는 반투명 판유리(26)의 하부 영역(49)까지 확장될 수 있다. 반투명 판유리(26)의 하부 영역(49)은 다른 부분보다 투명도가 낮게 구현될 수 있다. 반투명 판유리(26)의 하부 영역(49)에 급전부의 일부 또는 다른 인터페이스 라인들이 구현될 수 있다. 커넥터 어셈블리(74)가 반투명 판유리(26)의 하부 영역(49)에 구현될 수 있다.

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

이하에서는 본 명세서의 일 양상에 따른 안테나 모듈을 구비한 차량에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 19는 본 명세서에 따른 차량의 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 안테나 모듈들이 차량의 다른 부품들과 결합된 구성을 나타낸다.

도 1 내지 도 19를 참조하면, 차량(500)은 전기적 그라운드로 동작하는 도전 차량 바디(conductive vehicle body)를 구비한다. 차량(500)은 복수의 글래스(310 내지 350)을 구비한다. 차량(500)은 유전체 기판(1010), 안테나 영역(1010a) 및 그라운드 영역(1010b)을 포함하도록 구성될 수 있다.

안테나 어셈블리(1100)는 유전체 기판 (dielectric substrate)(1010)의 일 측면에 구현될 수 있다. 안테나 어셈블리(1100)는 안테나 영역(1010a) 및 그라운드 영역(1010b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 그라운드 영역(1010b)은 제1 급전 라인(F1) 및 제2 급전 라인(F2)의 양 측에 그라운드 패턴(GP1 내지 GP3)이 배치되는 CPW 구조를 형성한다. 따라서, 그라운드 영역(1010b)은 급전 영역(1010b)으로 지칭할 수 있다.

안테나 영역(1010a)은 제1 방사체(1100a), 제2 방사체(1100b) 및 제2 도전 평면(1150)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 방사체(1100a)는 급전 영역(1010b)과 제1 급전 라인(1120a)을 통해 연결될 수 있다. 제1 방사체(1100a)는 제1 신호를 방사하도록 일 축 방향과 타 축 방향에서 특정 형상을 갖는 제1 도전 패턴으로 형성될 수 있다. 제2 방사체(1100b)는 급전 영역(1010b)과 제2 급전 라인(1120b)을 통해 연결될 수 있다. 제2 방사체(1100b)는 제2 신호를 방사하도록 일 축 방향과 타 축 방향에서 특정 형상을 갖는 제2 도전 패턴으로 형성될 수 있다.

제2 도전 평면(1150)은 급전 영역(1120a)의 그라운드 패턴(GP2)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 도전 평면(1150)은 제1 방사체(1100a)와 제2 방사체(1100b) 사이에 배치되어 제1 방사체(1100a)와 제2 방사체(1100b)의 그라운드로 동작하도록 구성될 수 있다.

안테나 영역(1010a)은 제1 도전 평면(1160a) 및 제3 도전 평면(1160b)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 도전 평면(1160a)은 급전 영역(1120a)의 그라운드 패턴(GP1)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제1 도전 평면(1160a)은 제1 방사체(1100a)의 일 단부와 그라운드 패턴 사이에 형성될 수 있다. 제3 도전 평면(1160b)은 급전 영역(1010b)의 그라운드 패턴(GP3)과 연결되도록 구성될 수 있다. 제3 도전 평면(1160b)은 제2 방사체(1100b)의 일 단부와 그라운드 패턴(GP3) 사이에 형성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 차량(500)은 전면 글래스(310), 도어 글래스(320), 리어 글래스(330) 및 쿼터 글래스(340)를 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 차량(500)은 도 3c에 도시된 지붕 프레임(2000c)에 형성된 윈도우인 상부 글래스(350)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 전면 글래스(310)는 차량의 윈도우를 구성할 수 있다. 도어 글래스(320)는 차량의 전면 영역에 배치될 수 있다. 리어 글래스(330)는 차량의 배면 영역에 배치될 수 있다. 쿼터 글래스(340)는 차량의 도어 영역 중 일부 영역에 배치될 수 있다. 상부 글래스(350)는 리어 글래스(330)와 이격되어, 차량의 상부 영역에 배치될 수 있다.

한편, 도 14a 및/또는 도 14b의 안테나 모듈(1100a 내지 1100d)은 차량의 서로 다른 영역에 배치될 수 있다. 안테나 모듈(1100a 내지 1100d)은 제1 안테나 모듈(1100c) 및 제2 안테나 모듈(1100c2)을 포함할 수 있다. 제1 안테나 모듈(1100c) 및 제2 안테나 모듈(1100c2)은 차량의 좌측 도어 영역 및 우측 도어 영역 중 일부 영역인 좌측 쿼터 글래스 및 우측 쿼터 클래스에 배치될 수 있다.

차량의 서로 다른 영역에 배치되는 각 안테나 모듈은 제1 안테나 구조(1100-1) 및 제2 안테나 구조(1100-2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 안테나 구조(1100-1) 및 제2 안테나 구조(1100-2)는 제1 급전 라인(1120a, F1) 및 제2 급전 라인(1120b, F2)과 연결되어 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나 ANT2)로 동작할 수 있다.

차량은 송수신부 회로(1250) 및 프로세서(1400)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(1250) 중 일부는 안테나 모듈 또는 이들의 조합의 단위로 배치될 수도 있다. 송수신부 회로(1250)는 제1 방사체(1110a) 및 제2 방사체(1110a)와 제1 급전 라인(F1) 및 제2 급전 라인(F1)을 통해 동작 가능하게 결합될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 제1 대역 내지 제3 대역 중 적어도 하나의 대역의 무선 신호가 안테나 모듈(1100a 내지 1100d)를 통해 방사되도록 제어할 수 있다.

프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합되고, 기저대역에서 동작하는 모뎀으로 구성될 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나 모듈(1100c) 및 제2 안테나 모듈(1100c2) 중 적어도 하나를 통해 신호를 수신 또는 송신하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1400)는 쿼터 글래스(340)를 통해 차량 내부에 신호가 전달되도록 제1 안테나 모듈(1100a) 및 제2 안테나 모듈(1100a2)을 이용하여 다이버시티 동작을 수행할 수 있다.

안테나 모듈은 전면 글래스(310)의 상부 영역의 서로 다른 지점에 배치될 수 있다. 안테나 모듈은 차량의 전면 방향의 신호들을 동시에 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된 제3 안테나 모듈(1100b) 및 제4 안테나 모듈(1100b2)을 포함할 수 있다.

안테나 모듈은 상부 글래스(350)의 서로 다른 지점에 배치되어 차량의 상부 방향의 신호들을 동시에 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된 제5 안테나 모듈(1100c) 및 제4 안테나 모듈(1100c2)을 포함할 수 있다.

안테나 모듈은 리어 글래스(330)의 하부 영역의 서로 다른 지점에 배치되어 차량의 후면 방향의 신호들을 동시에 수신하여 MIMO를 수행하도록 구성된 제7 안테나 모듈(1100d) 및 제8 안테나 모듈(1100d2)을 포함할 수 있다.

프로세서(1400)는 차량의 주행 경로 및 차량과 통신하는 엔티티와의 통신 경로에 기초하여, 해당 엔티티와 통신할 안테나 모듈을 선택하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1400)는 차량이 주행 경로를 변경하는 경우, 좌측 및 우측의 쿼터 글래스(340)에 배치된 제1 안테나 모듈(1100a) 및 제2 안테나 모듈(1100a2)을 통해 다이버시티 동작을 수행할 수 있다.

프로세서(1400)는 차량이 전면 주행 중인 제3 안테나 모듈(1100b) 및 제4 안테나 모듈(1100b2)을 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다. 프로세서(1400)는 제3 안테나 모듈(1100b) 및 제4 안테나 모듈(1100b2) 내의 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)를 통해 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 프로세서(1400)는 제3 안테나 모듈(1100b) 및 제4 안테나 모듈(1100b2)내의 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)를 통해 제2 대역 및 제3 대역 중 적어도 하나에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.

이에 따라, 어느 한 대역에서 차량에서 신호 송신/수신 성능이 저하되는 경우 다른 대역을 통해서 차량에서 신호 송신/수신이 가능하다. 일 예로, 차량에서 넓은 통신 커버리지와 연결 신뢰성을 위해 저대역인 제1 대역에서 우선적으로 통신 연결을 수행하고, 이후 제2 및 제3 대역에서 통신 연결을 수해할 수 있다.

프로세서(1400)는 제3 안테나 모듈(1100b) 및 제4 안테나 모듈(1100b2) 내의 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2) 중 적어도 하나를 통해 반송파 집성(CA) 또는 이중 연결(DC)을 수행하도록 송수신부 회로(12500를 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 대역보다 넓은 제2 대역 및 제3 대역의 집성을 통해서 통신 용량을 확대할 수 있다. 또한, 차량의 서로 다른 영역에 배치되는 복수의 안테나 소자들을 이용하여 주변 차량 또는 엔티티들과 이중 연결을 통해 통신 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

이상에서는 투명 소재로 구현된 광대역 안테나를 구비한 안테나 시스템 및 이를 구비하는 차량에 대해 설명하였다. 이와 같은 투명 소재로 구현된 광대역 안테나를 구비한 안테나 시스템 및 이를 구비하는 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

전술한 본 명세서와 관련하여, 투명 안테나를 포함하는 안테나 시스템 및 이를 제어하는 차량의 설계 및 이의 구동은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.

Claims

안테나 어셈블리에 있어서,

유전체 기판(dielectric substrate)의 일 측면에 도전 패턴들로 형성되어 무선 신호를 방사하도록 구성된 안테나 영역 - 상기 안테나 영역은 제1 안테나 구조와 제2 안테나 구조로 구성됨 -; 및

상기 안테나 영역과 동일 면에 형성된 그라운드 영역 - 상기 그라운드 영역은 제1 슬롯 영역과 제2 슬롯 영역을 구성하고, 상기 제1 슬롯 영역에는 상기 제1 안테나 구조의 도전 패턴들로 무선 신호를 인가하도록 구성된 제1 급전 라인이 배치되고, 상기 제2 슬롯 영역에는 상기 제2 안테나 구조의 도전 패턴들로 무선 신호를 인가하도록 구성된 제2 급전 라인이 배치되고,

상기 제1 안테나 구조는,

상기 제1 급전 라인을 통해 연결되고 제1 신호를 방사하도록 구성된 제1 도전 패턴으로 형성된 제1 방사체와 상기 제1 방사체의 양 측으로 제1 도전 평면과 제2 도전 평면으로 구성되고,

상기 제2 안테나 구조는,

상기 제2 급전 라인을 통해 연결되고 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 도전 패턴으로 형성된 제2 방사체와 상기 제2 방사체의 양 측으로 상기 제2 도전 평면과 제3 도전 평면으로 구성되고,

상기 제1 도전 평면은 제1 연결 라인에 의해 상기 그라운드 영역과 연결되고,

상기 제2 도전 평면은 제2 연결 라인과 제3 연결 라인에 의해 상기 그라운드 영역과 연결되고,

상기 제3 도전 평면은 제4 연결 라인에 의해 상기 그라운드 영역과 연결되는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 제1 도전 평면은 상기 제1 연결 라인을 통해 상기 그라운드 영역과 연결되고, 상기 제1 방사체의 일 단부와 상기 그라운드 영역 사이에 형성되고,

상기 제3 도전평면은 상기 제4 연결 라인을 통해 상기 제2 방사체의 일 단부와 상기 그라운드 영역 사이에 형성되는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 제2 도전 평면은 상기 제1 안테나 구조와 상기 제2 안테나 구조의 공유 그라운드 패턴을 형성하고,

상기 제2 도전 평면은,

일 축 방향의 하부 영역에서 상기 제1 방사체의 일 측과 인접하게 배치되는 제1 그라운드 영역;

상기 일 축 방향의 하부 영역에서 상기 제2 방사체의 일 측과 인접하게 배치되고, 하부가 상기 제1 그라운드 영역과 이격되고 상부가 상기 제1 그라운드와 연결되도록 구성된 제2 그라운드 영역; 및

상기 제1 그라운드 영역 및 상기 제2 그라운드 영역의 상단에서 연장되고, 상기 일 축 방향으로 제3 길이 및 상기 타 축 방향으로 제3 너비로 형성된 제3 그라운드 영역을 포함하는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 제2 도전 평면은,

상기 제3 그라운드 영역의 상단에서 연장되고, 상기 일 축 방향으로 제4 길이 및 상기 타 축 방향으로 상기 제3 너비보다 넓은 제4 너비로 형성되는 제4 그라운드 영역을 포함하는, 안테나 어셈블리.
제4 항에 있어서,

상기 제1 방사체와 상기 제2 도전 평면의 상기 제3 그라운드 영역 사이에 배치되는 제1 커플링 패턴; 및

상기 제2 방사체와 상기 제2 도전 평면의 상기 제3 그라운드 영역 사이에 배치되는 제2 커플링 패턴을 더 포함하는, 안테나 어셈블리.
제5 항에 있어서,

상기 제4 그라운드 영역은,

하단이 상기 제1 커플링 패턴의 상단 및 상기 제1 방사체의 상단과 이격되고, 상기 타 축 방향의 너비가 증가하도록 구성된 제1 서브 패턴; 및

상기 제1 서브 패턴에서 연장되고, 상기 타 축 방향의 너비가 증가하도록 구성된 제2 서브 패턴; 및

상기 제2서브 패턴에서 연장되고, 상기 타 축 방향의 너비가 감소하도록 구성된 제3서브 패턴을 포함하는, 안테나 어셈블리.
제5 항에 있어서,

상기 제1 급전 라인을 통해 인가되는 제1 대역의 제1 신호는 상기 제2 도전 평면의 상기 제1 그라운드 영역, 상기 제3 그라운드 영역 및 상기 제4 그라운드 영역을 통해 방사되고,

상기 제2 급전 라인을 통해 인가되는 상기 제1 대역의 제2 신호는 상기 제2 도전 평면의 상기 제2 그라운드 영역, 상기 제3 그라운드 영역 및 상기 제4 그라운드 영역을 통해 방사되는, 안테나 어셈블리.
제7 항에 있어서,

상기 제1 급전 라인을 통해 인가되는 상기 제1 대역보다 높은 제2 대역의 제1 신호는 상기 제1 방사체 및 상기 제1 커플링 패턴을 통해 방사되고,

상기 제2 급전 라인을 통해 인가되는 상기 제2 대역의 제2 신호는 상기 제2 방사체 및 상기 제2 커플링 패턴을 통해 방사되는, 안테나 어셈블리.
제8 항에 있어서,

상기 제1 급전 라인을 통해 인가되는 상기 제2 대역보다 높은 제3 대역의 제1 신호는 상기 제1 방사체 및 상기 제1 도전 평면을 통해 방사되고,

상기 제2 급전 라인을 통해 인가되는 상기 제3 대역의 제2 신호는 상기 제2 방사체 및 상기 제3 도전 평면을 통해 방사되는, 안테나 어셈블리.
제9 항에 있어서,

상기 제1 방사체는 제1 대역 내지 제3 대역의 무선 신호를 방사하는 제1 안테나 구조를 형성하고,

상기 제1 안테나 구조는,

상기 제1 방사체의 제1 도전 패턴과 동일 평면 상에서 신호를 인가하도록 구성되는 제1 급전 라인;

상기 제1 급전 라인의 타 측에서 상기 제1 방사체의 일 축 방향으로 하부 영역에 배치되어, 제3 대역의 신호를 방사하도록 구성된 상기 제2 도전 평면; 및

상기 제1 급전 라인의 일 측에서 상기 제1 커플링 패턴의 일 측면 및 상기 일 축 방향으로 상부 영역에 배치되어, 제1 대역의 신호를 방사하도록 구성된 상기 제2 도전 평면 - 상기 제1 방사체는 제2 대역 및 제3 대역의 신호를 방사하도록 구성됨 - 을 포함하는, 안테나 어셈블리.
제10 항에 있어서,

상기 제1 방사체는 제1 대역 내지 제3 대역의 무선 신호를 방사하는 제2 안테나 구조를 형성하고,

상기 제2 안테나 구조는,

상기 제2 방사체의 제2 도전 패턴과 동일 평면 상에서 신호를 인가하도록 구성되는 제2 급전 라인;

상기 제2 급전 라인의 타 측에서 상기 제2 커플링 패턴의 타 측면 및 상기 일 축 방향으로 상부 영역에 배치되어, 제1 대역의 신호를 방사하도록 구성된 상기 제2 도전 평면 - 상기 제2 방사체는 제2 대역 및 제3 대역의 신호를 방사하도록 구성됨 -; 및

상기 제2 급전 라인의 일 측에서 상기 제2 방사체의 일 축 방향으로 하부 영역에 배치되어, 제3 대역의 신호를 방사하도록 구성된 상기 제3 도전 평면을 포함하는, 안테나 어셈블리.
제1 항에 있어서,

상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체는 상기 유전체 기판의 중심 라인을 기준으로 대칭 구조(symmetrical structure)로 형성되고,

상기 제1 방사체의 타 측의 경계와 상기 제2 방사체의 일 측의 경계는 단부의 위치가 상이한 리세스된 형상으로 형성되는, 안테나 어셈블리.
제5 항에 있어서,

상기 제2 도전 평면은 상기 제1 급전 라인 및 상기 제1 커플링 패턴과 이격되어 배치되는 제1 측면 및 상기 제1 측면의 타 측면인 제2 측면을 구비하고,

상기 제1 측면의 경계는 상기 제1 방사체의 일 측면, 상기 제1 커플링 패턴의 일 측면 및 상기 제1 방사체의 상부 영역의 경계와 동일 평면 상에서 서로 다른 간격으로 마주보게 배치되어, 상기 제1 측면의 경계가 리세스된 형상으로 형성되고,

상기 제2 측면의 경계는 상기 제2 방사체의 타 측면, 상기 제2 커플링 패턴의 타 측면 및 상기 제2 방사체의 상부 영역의 경계와 동일 평면 상에서 서로 다른 간격으로 마주보게 배치되어, 상기 제2 측면의 경계가 리세스된 형상으로 형성되는, 안테나 어셈블리.
제5 항에 있어서,

상기 제1 도전 평면은,

상기 제1 급전 라인의 경계와 이격되어 배치되고, 상기 제1 급전 라인의 경계에서 측면 방향으로 너비가 감소되는 리세스된 사각형 형상으로 구성되어, 상기 일 축 방향에서 리세스된 상기 제1 방사체와의 거리가 증가하도록 형성되고,

상기 제3 도전 평면은,

상기 제2 급전 라인의 경계와 이격되어 배치되고, 상기 제2 급전 라인의 경계에서 측면 방향으로 너비가 감소되는 리세스된 사각형 형상으로 구성되어, 상기 일 축 방향에서 리세스된 상기 제2 방사체와의 거리가 증가하도록 형성되는, 안테나 어셈블리.
제12 항에 있어서,

상기 제1 안테나 구조 및 상기 제2 안테나 구조는 상기 제1 대역 내지 상기 제3 대역에서 제1 안테나 및 제2 안테나로 동작하고,

상기 제1 급전 라인에서 인가되는 제1 무선 신호에 의해 상기 안테나 어셈블리는 제1 편파를 갖는 상기 제1 안테나로 동작하고,

상기 제2 급전 라인에서 인가되는 제2 무선 신호에 의해 상기 안테나 어셈블리는 상기 제1 편파를 갖는 상기 제2 안테나로 동작하는, 안테나 어셈블리.
안테나 모듈을 구비하는 차량에 있어서,

상기 차량의 윈도우를 구성하는 글래스의 내부에 형성되거나 또는 상기 글래스에 부착되고, 메쉬 격자 형태의 도전 패턴들이 형성되도록 구성된 유전체 기판(dielectric substrate); 및

상기 유전체 기판의 일 측면에 도전 패턴들로 형성되어 무선 신호를 방사하도록 구성된 안테나 영역 - 상기 안테나 영역은 제1 안테나 구조와 제2 안테나 구조로 구성됨 -; 및

상기 안테나 영역과 동일 면에 형성된 그라운드 영역 - 상기 그라운드 영역의 제1 슬롯 영역과 제2 슬롯 영역을 구성하고, 상기 제1 슬롯 영역에는 상기 제1 안테나 구조의 도전 패턴들로 무선 신호를 인가하도록 구성된 제1 급전 라인이 배치되고, 상기 제2 슬롯 영역에는 상기 제2 안테나 구조의 도전 패턴들로 무선 신호를 인가하도록 구성된 제2 급전 라인이 배치되고,

상기 제1 안테나 구조는,

상기 제1 급전 라인을 통해 연결되고 제1 신호를 방사하도록 구성된 제1 도전 패턴으로 형성된 제1 방사체와 상기 제1 방사체의 양 측으로 제1 도전 평면과 제2 도전 평면으로 구성되고,

상기 제2 안테나 구조는,

상기 제2 급전 라인을 통해 연결되고 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 도전 패턴으로 형성된 제2 방사체와 상기 제2 방사체의 양 측으로 상기 제2 도전 평면과 제3 도전 평면으로 구성되고,

상기 제1 도전 평면은 제1 연결 라인에 의해 상기 그라운드 영역과 연결되고,

상기 제2 도전 평면은 제2 연결 라인과 제3 연결 라인에 의해 상기 그라운드 영역과 연결되고,

상기 제3 도전 평면은 제4 연결 라인에 의해 상기 그라운드 영역과 연결되는, 차량.
제16 항에 있어서,

상기 차량의 윈도우를 구성하는 글래스는,

상기 차량의 전면 영역에 배치되는 전면 글래스;

상기 차량의 도어 영역에 배치되는 도어 글래스;

상기 차량의 배면 영역에 배치되는 리어 글래스;

상기 리어 글래스와 이격되어, 상기 차량의 상부 영역에 배치되는 상부 글래스; 및

상기 차량의 도어 영역 중 일부 영역에 배치되는 쿼터 클래스를 포함하고,

상기 안테나 모듈은 상기 차량의 서로 다른 영역에 배치되고, 상기 안테나 모듈은,

상기 차량의 좌측 도어 영역 및 우측 도어 영역 중 일부 영역인 좌측 쿼터 글래스 및 우측 쿼터 클래스에 배치되는 제1 안테나 모듈 및 제2 안테나 모듈을 포함하는, 차량.
제17 항에 있어서,

상기 제1 안테나 구조 및 상기 제2 안테나 구조는 제1 급전 라인 및 제2 급전 라인과 연결되어 제1 안테나 및 제2 안테나로 동작하고,

상기 제1 방사체 및 상기 제2 방사체와 상기 제1 급전 라인 및 상기 제2 급전 라인을 통해 동작 가능하게 결합되고, 상기 제1 대역 내지 상기 제3 대역 중 적어도 하나의 대역의 무선 신호가 상기 안테나 모듈을 통해 방사되도록 제어하는 송수신부 회로; 및

상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 프로세서를 더 포함하고,

상기 프로세서는,

상기 제1 안테나 모듈 및 상기 제2 안테나 모듈 중 적어도 하나를 통해 신호를 수신하여 상기 쿼터 글래스를 통해 차량 내부에 상기 신호가 전달되도록 다이버시티 동작을 수행하는, 차량.
제18 항에 있어서,

상기 안테나 모듈은,

상기 전면 글래스의 상부 영역의 서로 다른 지점에 배치되어 상기 차량의 전면 방향의 신호들을 동시에 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된 제3 안테나 모듈 및 제4 안테나 모듈;

상기 상부 글래스의 서로 다른 지점에 배치되어 상기 차량의 상부 방향의 신호들을 동시에 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성된 제5 안테나 모듈 및 제6 안테나 모듈;

상기 리어 글래스의 하부 영역의 서로 다른 지점에 배치되어 상기 차량의 후면 방향의 신호들을 동시에 수신하여 MIMO를 수행하도록 구성된 제7 안테나 모듈 및 제8 안테나 모듈을 더 포함하는, 차량.
제19 항에 있어서,

상기 프로세서는,

상기 차량의 주행 경로 및 상기 차량과 통신하는 엔티티와의 통신 경로에 기초하여, 상기 엔티티와 통신할 안테나 모듈을 선택하고,

상기 차량이 주행 경로를 변경하는 경우, 상기 제1 안테나 모듈 및 상기 제2 안테나 모듈을 통해 다이버시티 동작을 수행하고,

상기 차량이 전면 주행 중인 경우 상기 제3 안테나 모듈 및 상기 제4 안테나 모듈을 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행하고,

상기 제3 및 제4 안테나 모듈 내의 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하고,

상기 제3 및 제4 안테나 모듈 내의 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제2 대역 및 상기 제3 대역 중 적어도 하나에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하고,

상기 제3 및 제4 안테나 모듈 내의 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나 중 적어도 하나를 통해 반송파 집성(CA) 또는 이중 연결(DC)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 차량.