WO2023132382A1 - 차량에 배치되는 광대역 안테나 - Google Patents

차량에 배치되는 광대역 안테나 Download PDF

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WO2023132382A1
WO2023132382A1 PCT/KR2022/000147 KR2022000147W WO2023132382A1 WO 2023132382 A1 WO2023132382 A1 WO 2023132382A1 KR 2022000147 W KR2022000147 W KR 2022000147W WO 2023132382 A1 WO2023132382 A1 WO 2023132382A1
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WO
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conductive pattern
antenna
vehicle
frequency band
disposed
Prior art date
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PCT/KR2022/000147
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English (en)
French (fr)
Inventor
윤여민
김창일
윤창원
김용곤
전철수
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엘지전자 주식회사
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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
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
    • H01Q5/50—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation

Definitions

  • the present invention relates to a broadband antenna disposed in a vehicle. Certain implementations relate to an antenna module having a broadband antenna for operation in a variety of communication systems and a vehicle having the same.
  • a vehicle may perform a wireless communication service with other vehicles or surrounding objects, infrastructure, or base stations.
  • various wireless communication services may be provided using Long Term Evolution (LTE) communication, 5G communication, or WiFi communication technology.
  • LTE Long Term Evolution
  • 5G Fifth Generation
  • WiFi Wireless Fidelity
  • an antenna may be disposed above or below a glass of a vehicle or a roof of the vehicle.
  • the antenna When the antenna is disposed on the glass of a vehicle, it may be implemented with a transparent antenna material.
  • a change in antenna performance may occur due to the influence of the vehicle body and the roof of the vehicle.
  • the vehicle body and the vehicle roof are formed of a metal material to block radio waves. Accordingly, a separate antenna structure may be disposed above the vehicle body or roof. Alternatively, when the antenna structure is disposed under the vehicle body or roof, a portion of the vehicle body or roof corresponding to the antenna arrangement area may be formed of a non-metallic material.
  • the vehicle V2X antenna needs to be configured to operate up to the 5.9 GHz band and the 7 GHz band in addition to the 760 MHz 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 vehicle antenna needs to form an antenna beam within a predetermined angular range in a horizontal direction rather than a vertical direction.
  • an antenna beam pattern formed within a predetermined angular range in the horizontal direction may be referred to as a low elevation beam pattern.
  • Another object is to provide a broadband antenna element capable of broadband operation while being disposed in a vehicle.
  • Another object of the present specification is to provide a broadband antenna element capable of providing a broadband V2X communication service while being disposed in a vehicle.
  • Another object of the present specification is to provide a vehicle antenna module supporting NR V2X supporting a high data rate with a wide bandwidth in 3GPP Release 16.
  • Another object of the present specification is to provide a vehicle antenna module supporting NR V2X that can cover up to a frequency band that can be considered in 3GPP Release 17.
  • Another object of the present specification is to provide an antenna structure capable of implementing a low elevation beam pattern while being disposed in a vehicle.
  • Another object of the present specification is to provide broadband V2X antennas for vehicles that transmit and receive data with everything around the vehicle to provide various services such as accident prevention, driving convenience improvement, and fuel economy improvement.
  • Another object of the present specification is to maintain antenna performance at a certain level and maintain a low elevation beam pattern even when the vehicle body or roof exterior is formed of a metal material.
  • Another object of the present invention is to improve antenna performance while maintaining a low elevation beam pattern while maintaining a 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.
  • the antenna module may include: the first radiator structure including a top conductive pattern and first and second side conductive patterns extending from both ends of the top conductive pattern; and a second radiator connected to the upper conductive pattern, a plurality of conductive patterns being interconnected to form first to fourth side surfaces, and configured to operate in a second frequency band and a third frequency band higher than the first frequency band.
  • structure, and the second radiator structure may include helical lines disposed on first to fourth side surfaces of the dielectric structure.
  • the antenna module may further include a third radiator structure formed of a conductive pattern connected to a power supply through a via hole and configured to operate in a fourth frequency band higher than the third frequency band. It may be configured to operate in the first frequency band by the helical lines of the first radiator structure and the second radiator structure.
  • the second radiator structure may include an upper branch connected to one end of the upper conductive pattern and a lower branch connected to the power supply unit.
  • the upper branch, the conductive patterns formed between the upper branch and the lower branch, and the lower branch may operate as a helical radiator formed of helical lines on the first to fourth side surfaces.
  • the antenna module further includes a dielectric structure configured to support the upper conductive pattern and the first and second side patterns of the first radiator structure and to support a plurality of conductive patterns of the second radiator structure. , the antenna module.
  • the second radiator structure may include a first conductive pattern connected to one end of the upper conductive pattern and forming the upper branch; a second conductive pattern having one end connected to the first conductive pattern and bent to form the other end; and a third conductive pattern having one end connected to the other end of the second conductive pattern and the other end connected to one end of the lower branch.
  • the second radiator structure includes a fourth conductive pattern having one end connected to the other end of the third conductive pattern and the bent end disposed on a dielectric substrate; and a fifth conductive pattern extending from a point on one side of the fourth conductive pattern.
  • a portion of the second conductive pattern, a portion of the third conductive pattern, and a portion of the fifth conductive pattern may be disposed on the first side surface to face the first side conductive pattern.
  • the lower part of the third conductive pattern and the upper part of the fifth conductive pattern disposed on the first side surface are formed as an interdigital structure in which a concave structure and a convex structure are complementary, A two-radiator structure may operate in the second frequency band.
  • the lower part of the second conductive pattern and the upper part of the fifth conductive pattern disposed on the second side surface adjacent to the first side surface are formed in an interdigital structure in which a concave structure and a convex structure are complementary,
  • a second radiator structure may operate in the second frequency band.
  • a first sub pattern of the first conductive pattern and a second sub pattern of the fourth conductive pattern may form the upper branch and the lower branch, respectively, on a second side surface adjacent to the first side surface.
  • a second sub-pattern of the first conductive pattern, a second sub-pattern of the second conductive pattern, and a first sub-pattern of the fourth conductive pattern may be disposed in parallel on the second side surface.
  • the third sub-pattern of the second conductive pattern and the first sub-pattern of the fifth conductive pattern may be disposed in parallel on the second side surface in an interdigital structure in which concave and convex structures are complementaryly formed.
  • the first frequency band is a 760 MHz band
  • the second frequency band is a 2.6 GHz band that is an n38 band
  • the third frequency band is a 5.9 GHz band that is an n47 band
  • the fourth frequency band is a 7 GHz band.
  • the first antenna module according to the first to third radiator structures may operate as a first antenna for V2X communication.
  • the first antenna may be configured to receive and transmit signals of the first to fourth frequency bands.
  • a second antenna module formed of the first to third radiator structures and configured to perform V2X communication may be further included, and the second antenna module may operate as a second antenna for V2X communication.
  • the first antenna module may be disposed in an upper region of one side of a PCB mounted in a vehicle, and the second antenna module may be disposed in a lower region of the other side of the PCB.
  • the antenna module may include a first dielectric substrate on which an end constituting a lower branch of the second radiator structure is disposed; and a second dielectric substrate disposed under the first dielectric substrate and configured such that the conductive pattern disposed on the rear surface is connected to the power feeding part disposed on the front surface through the via hole.
  • the conductive pattern of the third radiator structure may include a first conductive pattern having a first width and a first length; and a second conductive pattern formed perpendicularly to the first conductive pattern and having a second width and a second length.
  • the conductive pattern composed of the first conductive pattern and the second conductive pattern may operate as a radiator in a 7 GHz band that is the fourth frequency band.
  • the antenna module may further include an impedance matching unit disposed between one end of the first conductive pattern and a via pad connected to the via hole.
  • the impedance matching unit may include resistance, inductance, capacitance, or a combination thereof.
  • the feed line of the feed unit may include a first feed line feeding a first signal to an end of a lower branch of the second radiator structure; and a second feed line feeding a second signal to the conductive pattern of the third radiator structure.
  • the first antenna and the second antenna may form a low elevation beam pattern in a direction of a predetermined angle from a vertical direction relative to a horizontal plane in the first to fourth frequency bands.
  • an omni-directional beam pattern can be formed in a horizontal direction.
  • the antenna module may include a first antenna disposed on an upper region of one side of a PCB mounted in the vehicle and formed of the first to third radiator structures; and a second antenna disposed in a lower region of the other side of the PCB and formed of the first to third radiator structures.
  • the vehicle or the antenna module may further include a processor for controlling to perform a diversity operation for V2X communication in the first frequency band through the first antenna and the second antenna.
  • the processor may control to perform a diversity operation for V2X communication in the second frequency band or the third frequency band higher than the first frequency band through the first antenna and the second antenna.
  • a broadband antenna structure composed of a plurality of radiator structures in upper, side, and lower regions is proposed, so that it can operate in a broadband while being disposed in a vehicle.
  • a vehicle antenna module supporting NR V2X that can cover up to a 7 GHz band as a frequency band that can be considered in 3GPP Release 17 can be provided.
  • a vehicle antenna structure capable of realizing a low elevation beam pattern by arranging a ground pattern in a lower region of the antenna pattern.
  • antenna performance can be maintained at a certain level and a low elevation beam pattern can be maintained.
  • 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. 5A shows a configuration diagram of an antenna module that can be disposed in a vehicle according to the present specification and an enlarged view of a partial area.
  • FIG. 5B is an enlarged view of the power feeding structure of the antenna module of FIG. 5A.
  • FIG. 6 shows VSWR characteristics according to frequency in the antenna structure of FIG. 5A.
  • FIG. 7 is a development view showing the conductive patterns of the antenna module of FIG. 5A in an unfolded state.
  • FIG. 8 is a diagram in which conductive patterns of the antenna module of FIG. 5A are disposed on a dielectric structure.
  • 9a to 9c show a front view, a rear view, a right side view, a left side view, a top view, and a bottom view of the antenna module of FIG. 5a.
  • 10A and 10B show the electric field distribution formed in the antenna module for each frequency band.
  • FIG. 11A and 11B show perspective views of first and second antenna structures configured to perform V2X communication according to embodiments.
  • FIG. 13 shows real and imaginary parts of radiation resistance of the first and second antenna structures of FIGS. 11A and 11B.
  • 14A to 14C show first to third antenna structures in which an interval between conductive patterns is changed to a first to third interval.
  • 17a and 17b show scattering coefficient characteristics and antenna efficiency of the first and second V2X antennas.
  • 18a and 18b show radiation patterns of the first and second V2X antennas in the horizontal plane for each of the first to fourth frequency bands.
  • 19a and 19b show 3D radiation patterns in the first to fourth frequency bands of the wideband V2X antenna of FIG. 5a.
  • FIG. 20 illustrates definitions of front, rear, and side regions of a vehicle according to the present specification and average gains of V2X antennas operating in first to fourth frequency bands.
  • FIG. 21 shows a configuration diagram of an antenna module according to an embodiment and a vehicle on which the antenna module is mounted.
  • 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.
  • 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 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 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 herein may be configured to operate in 760 MHz band, 5.9 GHz band, and 7 GHz to provide NR V2X communication service.
  • a broadband antenna element included in an antenna module that can be disposed in a vehicle according to the present specification will be described.
  • 5G V2X new standards and services for transmitting/receiving data with arbitrary entities around the vehicle are required.
  • the antenna structure proposed in this specification it is possible to preoccupy a multi-band NR V2X antenna technology that can correspond not only to the legacy V2X band but also to the standard of 3GPP Release 17 in the future.
  • the antenna module in order to communicate with an arbitrary entity around the vehicle through the roof of the vehicle or an antenna module disposed therein, the antenna module is required to have 360-degree isotropic radiation characteristics.
  • the frequency band an antenna structure for supporting a single band of 5.9 GHz or 760 MHz band may be considered.
  • standardization work for NR V2X supporting n38 and n47 bands having a wide bandwidth and high data rate has recently been carried out in 3GPP Release 16.
  • 3GPP Release 17 there is a possibility that the 7GHz band NR will be extended.
  • legacy communication methods have limitations in accommodating high data transmission rates and reliability in transmitting/receiving data with arbitrary entities around the vehicle in order to provide various services such as accident prevention, driving convenience improvement, and fuel efficiency improvement.
  • V2X integrated solution antenna structure capable of supporting both the n38 and n47 bands standardized in Release 16 and the 7GHz band NR band, which is highly likely to be used in the future, is proposed in the legacy V2X antenna band.
  • FIG. 5A shows a configuration diagram of an antenna module that can be disposed in a vehicle according to the present specification and an enlarged view of a partial area.
  • FIG. 5B is an enlarged view of the power feeding structure of the antenna module of FIG. 5A.
  • 5b(a) shows a side perspective view of the lower area of the antenna module, and
  • FIG. 5b(b) shows a rear view of the lower area of the antenna module.
  • the antenna module 1100 may include a first radiator structure 1110, a second radiator structure 1120, and a third radiator structure 1130.
  • the end SP3 of the lower branch 1124 of the second radiator structure 1120 may be configured to transmit a signal from the first feed line 1151 of the feeder 1150.
  • the first feed line 1151 may be disposed on the first dielectric substrate 1011 .
  • the power supply line of the power supply unit 1150 may include a first power supply line 1151 and a second power supply line 1152 .
  • the first feed line 1151 may be configured to feed a first signal to an end of the lower branch 1124 of the second radiator structure 1120 .
  • the second feed line 1152 may be configured to feed a second signal to the conductive pattern of the third radiator structure 1130 .
  • the first feed line 1151 and the end SP3 of the lower branch 1124 of the second radiator structure 1120 may be configured to be connected by a coupling feed or a vertical via structure.
  • the first feed line 1151 may be connected to the feed line 1150 disposed on the second dielectric substrate 1012 through the via hole VH.
  • the first feed line 1151 may be connected to the first conductive pattern 1131 disposed on the second dielectric substrate 1012 through the via hole VH.
  • An impedance matching unit MC may be disposed between the via hole VH and the first conductive pattern 1131 .
  • the impedance matching unit MC may include resistance, inductance, capacitance, or a combination thereof.
  • FIG. 6 shows VSWR characteristics according to frequency in the antenna structure of FIG. 5A.
  • the antenna module 1100 operates as a radiator by resonating in a first to fourth frequency band.
  • the first frequency band may be a 760 MHz band
  • the second frequency band may be a 2.3 GHz band
  • the third frequency band may be a 5.9 GHz band
  • the fourth frequency band may be a 7 GHz band.
  • a target voltage standing wave ratio (VSWR) is satisfied in the full band of the first to fourth frequency bands. Accordingly, the antenna structure of FIG. 5a may be referred to as an all in one V2X antenna.
  • radiation efficiency can be secured in a metal roof structure in which a non-metal region is formed in a vehicle through the first radiator structure 1110 formed on the upper region and both side regions of the antenna module 1100 .
  • a subminiature 760 MHz band antenna structure may be proposed. Accordingly, an antenna operating in the 760 MHz band, which is the first frequency band, can be implemented through the first radiator structure 1110 and the second radiator structure 1120.
  • the size of the antenna may be reduced through the second radiator structure 1120 having a helical structure.
  • An antenna operating in the second frequency band and the third frequency band may be implemented through the second radiator structure 1120 having a helical structure.
  • the second frequency band and the third frequency band may be a 2.6 GHz band and a 5.9 GHz band, respectively, as the n38 band and the n47 band.
  • the second radiator structure 1120 may resonate in the second frequency band by the interdigital structure 1120a. Due to the interdigital structure 1120a, resonance may occur in the second frequency band by adjusting the inductance component and the capacitance component without an additional conductive pattern or electrical element. Meanwhile, the second radiator structure 1120 may resonate in a third frequency band by the lower conductive pattern 1120b of the inter-digital structure 1120a.
  • the third radiator structure 1130 which is a PCB-type printed antenna through a via structure, is mixed with the first and second radiator structures 1110 to produce a radiator in the fourth frequency band, 7GHz band.
  • FIG. 7 is a development view showing the conductive patterns of the antenna module of FIG. 5A in an unfolded state.
  • FIG. 8 is a diagram in which conductive patterns of the antenna module of FIG. 5A are disposed on a dielectric structure.
  • 9a to 9c show a front view, a rear view, a right side view, a left side view, a top view, and a bottom view of the antenna module of FIG. 5a.
  • 9a(a) and 9a(b) are front and rear views of the antenna module of FIG. 5a.
  • 9a(a) and 9a(b) are front and rear views of the antenna module of FIG. 5a.
  • 9b (a) and 9b (b) are right and left side views of the antenna module of FIG. 5a.
  • 9c(a) and 9c(b) are top and bottom views of the antenna module of FIG. 5a.
  • the antenna module 100 may include a first radiator structure 1110, a second radiator structure 1120, and a third radiator structure 1130.
  • the first radiator structure 1110 may include a top conductive pattern 1111 and first and second side conductive patterns 1112 and 1113 .
  • the first and second side conductive patterns 1112 and 1113 may be formed to extend from both ends of the upper conductive pattern 1111 .
  • the second radiator structure 1120 may be formed to be connected to the upper conductive pattern 1111 .
  • the plurality of conductive patterns 1121 to 1125 may be interconnected to form first side surfaces S1 to fourth side surfaces S4 .
  • the second radiator structure 1120 may include helical lines disposed on the first to fourth side surfaces S1 to S4 of the dielectric structure 1010 .
  • the second radiator structure 1120 may be configured to operate in a second frequency band and a third frequency band higher than the first frequency band. Meanwhile, it may be configured to operate in the first frequency band by the helical lines of the first radiator structure 1110 and the second radiator structure 1120 .
  • the second radiator structure 1120 may include an upper branch 1121 and a lower branch 1124 .
  • the upper branch 1121 may be formed to be connected to one end of the upper conductive pattern 1111 of the first radiator structure 1110 .
  • the lower branch 1124 may be formed to be connected to the power supply unit 1150 .
  • the lower branch 1124 may be connected to the conductive pattern of the third radiator structure 1130 through the power supply 1150 and the via hole VH.
  • the second radiator structure 1120 has helical lines formed on the first side surface S1 to the fourth side surface S4 by the upper branch 1121 , the conductive patterns 1122 , 1123 , and 1125 , and the lower branch 1124 . It can operate as a helical radiator formed of The conductive patterns 1122 , 1123 , and 1125 may be disposed between the upper branch 1121 and the lower branch 1124 .
  • the conductive pattern 1130a of the third radiator structure 1130 may include a first conductive pattern 1131 and a second conductive pattern 1132 .
  • the first conductive pattern 1131 may have a first width W1 and a first length L1.
  • the second conductive pattern 1132 may be formed perpendicular to the first conductive pattern 1131 .
  • the second conductive pattern 1132 may have a second width W2 and a first length L2.
  • the conductive pattern 1130a composed of the first conductive pattern 1131 and the second conductive pattern 1132 may operate as a radiator in a 7 GHz band, which is a fourth frequency band.
  • FIGS. 10A and 10B show the electric field distribution formed in the antenna module for each frequency band.
  • 10A (a) and 10A (b) show electric field distribution formed in the antenna module in the first and second frequency bands.
  • 10B (a) and 10B (b) show the electric field distribution formed in the antenna module in the third and fourth frequency bands.
  • electric field distributions higher than those of other regions are formed in the first radiator structure 1110 and the second radiator structure 1120 for a 760 MHz band. Specifically, the electric field distribution of the first radiator structure 1110 is the highest, and the electric field distribution of the first and second conductive patterns 1121 and 1122 on the second side surface S2 of the second radiator structure 1120 is next. formed high.
  • a higher electric field distribution than other regions is formed in the second radiator structure 1120 for a 2550 MHz band. It operates as a radiator by the electric field distribution formed on the first side surface S1 and the third side surface S3 of the second radiator structure 1120 .
  • the second radiator structure 1120 is a radiator by an electric field distribution formed in the second and third conductive patterns 1122 and 1123 and the third and fifth conductive patterns 1123 and 1125 on the first side surface S1. works with
  • the second radiator structure 1120 operates as a radiator by the electric field distribution formed in the second and third conductive patterns 1122 and 1123 of the third side surface S3.
  • a higher electric field distribution than other regions is formed in the second radiator structure 1120 for a 5920 MHz band. It operates as a radiator due to the highest electric field distribution on the first side surface S1 of the second radiator structure 1120 .
  • the second radiator structure 1120 operates as a radiator by the electric field distribution formed in the third and fifth conductive patterns 1123 and 1125 of the first side surface S1 .
  • a higher electric field distribution than other regions is formed in the third radiator structure 1130 for a 7050 MHz band. Due to the highest electric field distribution formed in the conductive pattern 1130a of the third radiator structure 1130, it can operate as a radiator. An electric field distribution at one end of the fourth conductive pattern 1124 of the second radiator structure 1120 electrically coupled to the conductive pattern 1130a may be formed to be next higher. However, the electric field distribution in the first and second radiator structures 1110 and 1120 has a value lower than the threshold level compared to the electric field distribution formed in the third radiator structure 1130 .
  • the antenna module 1100 may further include a dielectric structure 1010 .
  • the dielectric structure 1010 may be configured to support the upper conductive pattern 1111 and the first and second side patterns 1112 and 1113 of the first radiator structure 1110 .
  • the dielectric structure 1010 may be configured to support the plurality of conductive patterns 1121 to 1125 of the second radiator structure 1120 .
  • the second radiator structure 1120 may include first conductive patterns 1121 to fifth conductive patterns 1125 .
  • the second radiator structure 1120 may be variously changed according to applications. Referring to FIG. 7 , the first conductive pattern 1121 corresponding to the upper branch and the fourth conductive pattern 1124 corresponding to the lower branch may be connected as one conductive pattern. Accordingly, the second radiator structure 1120 may include the first conductive pattern 1121, the second conductive pattern 1122, the fourth conductive pattern 1124, and the fifth conductive pattern 112. Other
  • the second radiator structure 1120 may include a first conductive pattern 1121 , a third conductive pattern 1123 , a fourth conductive pattern 1124 , and a fifth conductive pattern 112 .
  • the second radiator structure 1120 may include the first conductive pattern 1121 to the fourth conductive pattern 1124 .
  • the second radiator structure 1120 may include a first conductive pattern 1121 , a second conductive pattern 1122 , and a fourth conductive pattern 1124 .
  • the second radiator structure 1120 may include a first conductive pattern 1121 , a third conductive pattern 1123 , and a fourth conductive pattern 1124 .
  • the first conductive pattern 1121 may be connected to one end of the upper conductive pattern 1111 and form an upper branch.
  • the second conductive pattern 1122 may have one end connected to the first conductive pattern 1121 and bent to form the other end.
  • the third conductive pattern 1123 may have one end connected to the other end of the second conductive pattern 1122 and the other end connected to one end of the lower branch 1124 .
  • One end of the fourth conductive pattern 1124 may be connected to the other end of the third conductive pattern 1123 and the bent end may be disposed on the dielectric substrate 1011 .
  • the fifth conductive pattern 1125 may be formed to extend from a point on one side of the fourth conductive pattern 1124 .
  • One portion SP1 of the second conductive pattern 1122, one portion SP1 of the third conductive pattern 1123, and one portion SP1 of the fifth conductive pattern 1125 form the first side conductive pattern 1122. It may be disposed on the first side surface (S1) facing toward.
  • the lower part of the third conductive pattern 1123 and the upper part of the fifth conductive pattern 1125 disposed on the first side surface S1 are an interdigital structure 1120a in which a concave structure and a convex structure are complementaryly formed. can be formed as Accordingly, the second radiator structure 1120 may operate in the second frequency band according to the inter-digital structure 1120a.
  • a conductive pattern arrangement structure on the second side surface S2 will be described.
  • the first sub-pattern SP1 of the first conductive pattern 1110 and the second sub-pattern SP2 of the fourth conductive pattern 1140 are formed on the second side surface S2 adjacent to the first side surface S1, respectively.
  • An upper branch and a lower branch may be formed.
  • the second sub-pattern SP2 of the first conductive pattern 1110, the second sub-pattern SP2 of the second conductive pattern 1120, and the first sub-pattern SP1 of the fourth conductive pattern 1140 are It can be arranged in parallel on the side surface (S2).
  • the antenna module 1100 may be configured to further include a first dielectric substrate 1011 and a second dielectric substrate 1012 .
  • the first dielectric substrate 1011 may be configured to have a third sub-pattern SP3, which is an end constituting a lower branch of the second radiator structure, disposed thereon.
  • the second dielectric substrate 1012 may be disposed under the first dielectric substrate 1011 .
  • the second dielectric substrate 1012 may be configured such that the conductive pattern 1130a is connected to the power supply 1150 through the via hole VH.
  • the power supply unit 1150 may be disposed on the entire surface of the second dielectric substrate 1012 .
  • a conductive pattern 1030p may be disposed on the rear surface of the second dielectric substrate 1012, but is not limited thereto.
  • the antenna module 1100 may further include an impedance matching unit (MC).
  • the impedance matching part MC may be disposed between one end of the first conductive pattern 1031 and the via pad VP connected to the via hole VH.
  • the impedance matching unit MC may include resistance, inductance, capacitance, or a combination thereof.
  • the power supply line of the power supply unit 1150 may include a first power supply line 1151 and a second power supply line 1152 .
  • the first feed line 1151 may be configured to feed a first signal to an end of the lower branch 1124 of the second radiator structure 1120 .
  • the second feed line 1152 may be configured to feed a second signal to the conductive pattern of the third radiator structure 1130 .
  • FIGS. 11A and 11B show perspective views of first and second antenna structures configured to perform V2X communication according to embodiments.
  • FIGS. 12A and 12B compare VSWR and antenna efficiency for the first and second antenna structures.
  • 11A shows an antenna structure in which conductive patterns are spaced apart by a first interval, for example, 1.1 m, without an interdigital structure.
  • 11B shows an antenna structure in which conductive patterns of an interdigital structure are spaced apart by a second distance smaller than the first distance, for example, 0.2 mm.
  • the antenna efficiency is about 60%.
  • the antenna efficiency is about It has a value of about 70%. Therefore, by setting the second interval between the third and fifth conductive patterns 1123 and 1125 of the interdigital structure of the second radiator structure 1120 to 0.2 mm, the antenna efficiency can be improved by about 1 dB or more in the n38 band. .
  • the horizontal spacing between the concave and convex structures of the third and fifth conductive patterns 1123 and 1125 may also be set to 0.2 mm, but is not limited thereto.
  • the distance between the third and fifth conductive patterns 1123 and 1125 of the inter-digital structure of the second radiator structure 1120 is set to be less than or equal to the critical distance, and the third and fifth conductive patterns
  • the amount of coupling between (1123 and 1125) can be increased. Accordingly, antenna performance may be improved by increasing the amount of coupling between the third and fifth conductive patterns 1123 and 1125 . Meanwhile, antenna performance may be improved by adjusting the distance between the third and fifth conductive patterns 1123 and 1125 or between the second and third conductive patterns 1122 and 1123 .
  • the VSWR characteristics and antenna efficiency of FIGS. 12A and 12B can be improved.
  • radiation resistance may be improved by adjusting the distance between the third and fifth conductive patterns 1123 and 1125 or by adjusting the distance between the second and third conductive patterns 1122 and 1123. .
  • FIG. 13 shows real and imaginary parts of radiation resistance of the first and second antenna structures of FIGS. 11A and 11B.
  • the first radiation resistance of the first antenna structure in the n38 band has a value of 20 ohm or less.
  • the second radiation resistance of the second antenna structure in the n38 band has a value of 20 ohm or more, and thus has a higher value than the first radiation resistance.
  • the radiation resistance is increased above the threshold resistance, thereby improving antenna performance. can be improved
  • FIGS. 14A to 14C show first to third antenna structures in which an interval between conductive patterns is changed to a first to third interval.
  • FIG. 15 compares VSWR according to the first to third antenna structures of FIGS. 14a to 14c.
  • VSWR when the first interval between the third and fifth conductive patterns 1123a and 1125a is set to 1 mm, VSWR has a value of 3 dB or more.
  • the VSWR may be improved by reducing the second spacing between the third and fifth conductive patterns 1123a and 1125a from the first spacing.
  • the second distance between the third and fifth conductive patterns 1123b and 1125b is set to 0.5 mm, the VSWR has a value of about 3 dB.
  • the VSWR may be improved by reducing the third interval between the third and fifth conductive patterns 1123 and 1125 from the second interval.
  • the third interval between the third and fifth conductive patterns 1123 and 1125 is set to 0.2 mm, VSWR has a value of 3 dB or less.
  • the third and fifth conductive patterns 1123 and 1125 may have an interdigital structure in which ends are concave and convex.
  • the amount of coupling between the conductive patterns may be increased by decreasing the distance between the third and fifth conductive patterns of the second radiator structure 1120 .
  • the amount of coupling between the conductive patterns may be increased by reducing the distance between the second and third conductive patterns of the second radiator structure 1120 . Accordingly, the amount of coupling between adjacent conductive patterns in the second radiator structure 1120 may be increased to improve return loss characteristics in the n38 band.
  • the distance between the lower end of the third conductive pattern 1123 and the upper end of the fifth conductive pattern 1225 disposed on the first side surface S1 may be set to 1.0 mm or less.
  • the second radiator structure 1120 may be configured to operate in the second frequency band, which is the n38 band.
  • the distance between the lower end of the third conductive pattern 1123 and the upper end of the fifth conductive pattern 1225 disposed on the first side surface S1 may be set to 0.5 mm or less.
  • the lower end of the third conductive pattern 1123 and the upper end of the fifth conductive pattern 1225 may have an interdigital structure of a concave structure and a convex structure.
  • the V2X antenna structure according to the present specification may be disposed at different locations on the main substrate mounted on the vehicle.
  • FIG. 16 shows a configuration in which V2X antennas according to the present specification are disposed on a PCB mounted in a vehicle.
  • FIGS. 17A and 17B show scattering coefficient characteristics and antenna efficiency of the first and second V2X antennas.
  • 18a and 18b show radiation patterns of the first and second V2X antennas in the horizontal plane for each of the first to fourth frequency bands.
  • reflection coefficients S11 and S22 of the first and second V2X antennas 1100-1 and 1100-2 resonate in the first to fourth frequency bands. Accordingly, the first and second V2X antennas 1100-1 and 1100-2 may operate as radiators in the first to fourth frequency bands.
  • the isolation S21 between the first and second V2X antennas 1100-1 and 1100-2 has a value of 15 dB or more in all bands to prevent interference between the first and second V2X antennas 1100-1 and 1100-2. It can be prevented. Accordingly, the first and second V2X antennas 1100-1 and 1100-2 may be operated simultaneously in diversity mode or MIMO mode.
  • the antenna efficiency of the first and second V2X antennas 1100-1 and 1100-2 has a value of -4dB or more in all bands. Accordingly, the first and second V2X antennas 1100-1 and 1100-2 may operate as radiators in the first to fourth frequency bands.
  • the first frequency band is a 760 MHz band
  • the beam peaks of the first and second V2X antennas 1100-1 and 1100-2 are -30 degrees and 30 degrees, respectively. Therefore, if the first and second V2X antennas 1100-1 and 1100-2 are operated in diversity mode by controlling them to operate simultaneously, an isotropic beam pattern can be implemented in a horizontal plane.
  • the second frequency band is a 2.6 GHz band, which is an n38 band
  • the radiation patterns of the first and second V2X antennas 1100-1 and 1100-2 are isotropic patterns in all directions. can be formed as
  • an omni-directional radiation pattern can be secured when combining so that the first and second V2X antennas 1100-1 and 1100-2 operate simultaneously.
  • Null points of the first and second V2X antennas 1100-1 and 1100-2 are formed at different points. Accordingly, the radiation pattern is improved at each null point during synthesis so that the first and second V2X antennas 1100-1 and 1100-2 operate simultaneously. Therefore, when synthesizing the first and second V2X antennas 1100-1 and 1100-2, the radiation pattern value in all directions may be implemented to have a value of -5dB or more.
  • the first antenna module 1100-1 by the first radiator structure 1110 to the third radiator structure 1130 serves as a first antenna for V2X communication. It can work.
  • the first antenna 1100-1 may be configured to receive and transmit signals of the first to fourth frequency bands.
  • the antenna module 1100 may be configured to include a first antenna module 1100-1 and a second antenna module 1100-2.
  • the second antenna module 1100-2 by the first radiator structure 1110 to the third radiator structure 1130 may operate as a second antenna for V2X communication.
  • the second antenna 1100-2 may be configured to receive and transmit signals of the first to fourth frequency bands.
  • the first antenna module 1100-1 may be disposed on an upper region of one side of the PCB 1200 mounted in a vehicle.
  • the second antenna module 1100-2 may be disposed in a lower area on the other side of the PCB 1200.
  • the antenna system 1000 disposed in the vehicle may be implemented on the PCB 1200. By controlling the antenna system 1000 to simultaneously transmit and receive signals through the first antenna 1100-1 and the second antenna 1100-2 for V2X communication, the first antenna 1100-1 and the second antenna 1100-1
  • the antenna 1100-2 may operate in diversity mode.
  • the wideband V2X antenna may be disposed as a first antenna 1100-1 and a second antenna 1100-2 in different areas of a PCB mounted in a vehicle.
  • the first antenna 1100-1 and the second antenna 1100-2 may form a low elevation beam pattern from a vertical direction to a predetermined angular direction with respect to a horizontal plane as shown in FIGS. 3A and 3B.
  • the first antenna 1100-1 and the second antenna 1100-2 may form a low elevation beam pattern in the first to fourth frequency bands.
  • the low elevation beam pattern means that a beam peak is formed at a predetermined angle in the upper direction of the vehicle with respect to the horizontal plane.
  • the low elevation beam pattern means that the beam pattern is formed in the range of 90- ⁇ to 90+ ⁇ degree in the vertical direction based on the vertical axis of the vehicle.
  • an omni-directional beam pattern can be formed in the horizontal direction as shown in FIGS. 18A and 18 .
  • FIGS. 19a and 19b show 3D radiation patterns in the first to fourth frequency bands of the wideband V2X antenna of FIG. 5a.
  • a low elevation beam pattern is formed in a direction of a predetermined angle from a vertical direction based on a horizontal plane.
  • a second frequency band of 2550 MHz in a second frequency band of 2550 MHz, a low elevation beam pattern is formed in a direction of a predetermined angle from a vertical direction based on a horizontal plane.
  • the second beam pattern in the second frequency band has more directivity than the first beam pattern in the first frequency band, so that the antenna gain increases.
  • a low elevation beam pattern is formed in a direction of a predetermined angle from a vertical direction based on a horizontal plane.
  • the third beam pattern in the third frequency band has more directivity than the second beam pattern in the second frequency band, so that the antenna gain increases.
  • the third beam pattern has more fluctuation than the first and second beam patterns, it generally has a low elevation beam pattern in the vertical direction and a non-directional pattern in the horizontal direction.
  • a low elevation beam pattern is formed in a direction of a predetermined angle from a vertical direction based on a horizontal plane.
  • the fourth beam pattern in the fourth frequency band has more fluctuations than the first and second beam patterns, it has a low elevation beam pattern in the vertical direction and an omnidirectional pattern in the horizontal direction as a whole.
  • a low elevation beam pattern is formed in a direction of a predetermined angle from a vertical direction based on a horizontal plane. Meanwhile, the beam pattern in the second frequency band has more directivity than the beam pattern in the first frequency band, so that the antenna gain increases.
  • FIG. 20 illustrates definitions of front, rear, and side regions of a vehicle according to the present specification and average gains of V2X antennas operating in the first to fourth frequency bands.
  • an average gain in a low elevation range of 84 degrees to 96 degrees in a vertical direction relative to the vertical axis of the vehicle is shown.
  • average gains in the front and rear regions are slightly higher than average gains in the side regions, both target gains are satisfied in the side regions.
  • the target gain in the side region is -9dBi, which is lower than the target gain in the front and rear regions -6dBi. This difference in target gain is because the V2X antenna mainly communicates with base stations, RSUs, or other vehicles in the front and rear areas.
  • the average gain generally tends to increase as the frequency band increases. This is because the antenna beam pattern has more directivity as the frequency band increases, as described above.
  • the average gain in the fourth frequency band 7.05 GHz band
  • the average gain in the third frequency band is slightly lower than the average gain in the third frequency band.
  • This reduction in gain is because the third radiator structure 1120 of FIG. 5A is disposed on one plane of the dielectric substrate in the downward direction of the antenna module 1000, unlike the first and second radiator structures 1110 and 1120.
  • the first and second radiator structures 1110 and 1120 are formed in a three-dimensional structure, so that the space occupied by the antenna structure is larger than that of the third radiator structure 1120 .
  • the broadband V2X antenna module formed of a plurality of radiator structures according to the present specification has been described.
  • Various changes and modifications to the foregoing embodiments relating to these antenna modules can be clearly understood by those skilled in the art within the spirit and scope of the present invention. Accordingly, it should be understood that various changes and modifications to the embodiments fall within the scope of the following claims.
  • FIG. 21 shows a configuration diagram of an antenna module according to an embodiment and a vehicle on which the antenna module 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 the antenna module 1100 , a transceiver circuit 1250 and a baseband processor 1400 . Meanwhile, the vehicle 500 may further include an object detection device 520 . In addition, the vehicle 500 may further include a communication device 400 . Here, the communication device 400 may be configured to perform wireless communication through an antenna unit.
  • a vehicle 500 may include an antenna module 1000 .
  • the antenna module 1000 may be disposed below the roof of the vehicle and may be configured to communicate with at least one of a neighboring vehicle, a road side unit (RSU), and a base station through a processor. Since the antenna module 1000 performs a telematics operation through wireless communication in a vehicle, it may also be referred to as a telematics module.
  • the antenna PCB 1200 in the antenna module 1000 may be combined with a telematics module that performs a telematics function.
  • the antenna PCB 1200 and the telematics module may be coupled to interface on the same plane, or the telematics module may be disposed under the antenna PCB 1200.
  • the vehicle 500 includes an antenna module 1000 disposed under the roof of the vehicle.
  • the vehicle 500 may further include a processor 1400 disposed inside or outside the antenna module 1000 and configured to communicate with at least one of a neighboring vehicle, a road side unit (RSU), and a base station.
  • RSU road side unit
  • the antenna module 1000 may include a first radiator structure 1110 including an upper conductive pattern 1111 and first and second side conductive patterns 1112 and 1113 extending from both ends of the upper conductive pattern. .
  • the antenna module 1000 may include a second radiator structure 1120 connected to the upper conductive pattern 1111 and forming first to fourth side surfaces by connecting a plurality of conductive patterns to each other.
  • the second radiator structure 1120 may be configured to operate in a second frequency band and a third frequency band higher than the first frequency band.
  • the second radiator structure 1120 may include helical lines disposed on the first to fourth side surfaces. It may be configured to operate in the first frequency band by the helical lines of the first radiator structure 1110 and the second radiator structure 1120 .
  • the first frequency band is a 760 MHz band
  • the second frequency band is a 2.6 GHz band which is an n38 band
  • the third frequency band is a 5.9 GHz band which is an n47 band and may be a band allocated for V2X communication, but is not limited thereto. .
  • the antenna module 1000 includes a third radiator structure 1130 formed of a conductive pattern 1130a connected to the power supply unit 1150 through a via hole VH and configured to operate in a fourth frequency band higher than the third frequency band. ) may be included.
  • the second radiator structure 1120 may include a first conductive pattern 1121 connected to one end of the upper conductive pattern 1111 and forming an upper branch.
  • the second radiator structure 1120 may include a second conductive pattern 1122 having one end connected to the first conductive pattern 1121 and bent to form the other end. there is.
  • the second radiator structure 1120 may include a third conductive pattern 1123 having one end connected to the other end of the second conductive pattern 1122 and the other end connected to one end of the lower branch 1124.
  • the second radiator structure 1120 may further include a fourth conductive pattern 1124 having one end connected to the other end of the third conductive pattern 1123 and the bent end disposed on the dielectric substrate 1121. there is.
  • the second radiator structure 1120 may include a fifth conductive pattern 1125 extending from a point on one side of the fourth conductive pattern 1124 .
  • One portion SP1 of the second conductive pattern 1122, one portion SP1 of the third conductive pattern 1123, and one portion SP1 of the fifth conductive pattern 1125 form the first side conductive pattern 1122. It may be disposed on the first side surface (S1) facing toward.
  • the lower part of the third conductive pattern 1123 and the upper part of the fifth conductive pattern 1125 disposed on the first side surface S1 are an interdigital structure 1120a in which a concave structure and a convex structure are complementaryly formed. can be formed as Accordingly, the second radiator structure 1120 may operate in the second frequency band according to the inter-digital structure 1120a.
  • the antenna module 1100 is disposed on an upper region of one side of a PCB 1200 mounted in a vehicle, and includes a first antenna (V-ANT1, 1100-1) formed of the first radiator structure 1110 to the third radiator structure 1120. ) may be included.
  • the antenna module 1100 is disposed on the lower area of the other side of the PCB 1200 and further includes second antennas V-ANT1 and 1100-2 formed of the first radiator structure 1110 to the third radiator structure 1120. can do.
  • Each type of antenna element may also be implemented with a plurality of antenna elements to implement multiple input/output (MIMO).
  • MIMO multiple input/output
  • a plurality of antennas may be provided for 4G/5G communication.
  • the plurality of antennas may include a first antenna ANT1 and a second antenna ANT2.
  • the plurality of antennas may further include a third antenna ANT3 and a fourth antenna ANT4.
  • the positions and shapes of the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 may be variously changed according to applications.
  • the processor 1400 may control to perform a diversity operation for V2X communication in the first frequency band through the first antenna (V-ANT1, 1100-1) and the second antenna (V-ANT2, 1100-2). there is.
  • the processor 1400 performs V2X communication in a second frequency band or a third frequency band higher than the first frequency band through the first antenna (V-ANT1, 1100-1) and the second antenna (V-ANT2, 1100-2) It can be controlled to perform a diversity operation for .
  • the processor 1400 performs a diversity operation for V2X communication in a fourth frequency band higher than the third frequency band through the first antenna (V-ANT1, 1100-1) and the second antenna (V-ANT2, 1100-2) can be controlled to do so.
  • the processor 1400 may control to perform multiple input/output (MIMO) in the first frequency band through the first antenna (V-ANT1, 1100-1) and the second antenna (V-ANT2, 1100-2). Through the first antenna (V-ANT1, 1100-1) and/or the second antenna (V-ANT2, 1100-2), the processor 1400 may perform diversity or single mode transmission/reception in the first frequency band. can Accordingly, the processor 1400 can switch among multiple transmission modes such as MIMO mode, diversity mode, and single transmission mode in the first band according to the communication environment.
  • MIMO multiple input/output
  • the processor 1400 transmits signals in a second frequency band and/or a third frequency band higher than the first frequency band through the first antennas V-ANT1 and 1100-1 and the second antennas V-ANT2 and 1100-2. It can be controlled to perform multiple input/output (MIMO). Through the first antenna (V-ANT1, 1100-1) and/or the second antenna (V-ANT2, 1100-2), the processor 1400 performs diversity or single signal in the second frequency band and/or the third frequency band. Mode transmission/reception can be performed. Accordingly, the processor 1400 can switch between multiple transmission modes such as MIMO mode, diversity mode, and single transmission mode in the second band and/or the third band according to the communication environment.
  • MIMO multiple input/output
  • Transceiver circuitry 1250 may be operably coupled with each of the antenna elements.
  • 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
  • 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 first band through any one of the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2, while using the third antenna ANT3 and the fourth antenna ANT4. ) It is possible to control the transceiver circuit 1250 to receive the second signal of the second band through any one of. In this case, there is an advantage in that each antenna can be designed and implemented so as to be optimized for a corresponding band.
  • the baseband processor 1400 may perform carrier aggregation (CA) through a band in which the first frequency band and the second frequency band are combined. Accordingly, in the present invention, when it is necessary to receive a large amount of data for autonomous driving or the like, there is an advantage in that wideband reception is possible through carrier aggregation.
  • CA carrier aggregation
  • the vehicle can perform enhanced mobile broadband (eMBB) communication and the vehicle can operate as an eMBB UE.
  • eMBB enhanced mobile broadband
  • a base station performing scheduling may allocate a wideband frequency resource for a vehicle operating as an eMBB UE.
  • carrier aggregation (CA) may be performed on free frequency bands excluding frequency resources already allocated to other UEs.
  • the bands corresponding to the low band (LB), mid band (MB) and high band (HB) are divided into first band, second band, and third band, respectively.
  • the antenna system 1000 is a single antenna in a first band, a second band, and a third band corresponding to a low band (LB), a mid band (MB), and a high band (HB). It can work.
  • the processor 1400 may determine a resource region allocated through a physical downlink control channel (PDCCH).
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform carrier aggregation in two or more of the first to third bands based on the allocated resource region.
  • PDCCH physical downlink control channel
  • the processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) in the EN-DC state through the first to fourth antennas ANT1 to ANT4.
  • MIMO multiple input/output
  • an EN-DC operation may be performed through the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2
  • MIMO multiple input/output
  • the EN-DC operation when the EN-DC operation is performed using 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
  • the antenna module having the broadband antenna element disposed in the vehicle according to the present specification and the vehicle equipped with the antenna module have been described.
  • a broadband antenna structure composed of a plurality of radiator structures in upper, side, and lower regions is proposed, so that it can operate in a broadband while being disposed in a vehicle.
  • a vehicle antenna module supporting NR V2X that can cover up to a 7 GHz band as a frequency band that can be considered in 3GPP Release 17 can be provided.
  • a vehicle antenna structure capable of implementing a low elevation beam pattern by arranging a ground pattern in a lower region of the antenna pattern.
  • antenna performance can be maintained at a certain level and a low elevation beam pattern can be maintained.
  • 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 module 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.

Landscapes

  • Details Of Aerials (AREA)

Abstract

안테나 모듈은 전송 선로가 형성된 PCB; 및 상기 PCB와 결합되고, 제1 면에 급전선과 안테나 패턴이 형성되고 제2 면에 그라운드 패턴이 형성된 안테나 PCB를 포함한다. 상기 그라운드 패턴은 상기 급전선이 형성된 영역에 상기 급전선의 너비보다 넓은 제1 너비를 갖도록 형성된 제1 그라운드 패턴 및 상기 제1 그라운드 패턴의 일 단부에서 연장되어, 제1 축 방향으로 제2 너비 및 제2 축 방향으로 제2 길이로 형성된 제2 그라운드 패턴을 포함할 수 있다. 상기 그라운드 패턴은 상기 제2 그라운드 패턴의 일 단부에서 벤딩(bending)되게 연장되어, 상기 제2 축 방향으로 제3 너비 및 상기 제1 축 방향으로 제3 길이로 형성된 제3 그라운드 패턴을 더 포함할 수 있다.

Description

차량에 배치되는 광대역 안테나
본 발명은 차량에 배치되는 광대역 안테나에 관한 것이다. 특정 구현은 다양한 통신 시스템에서 동작 가능하도록 광대역 안테나를 구비한 안테나 모듈 및 이를 구비하는 차량에 관한 것이다.
차량(vehicle)은 다른 차량 또는 주변 사물, 인프라 또는 기지국과 무선 통신 서비스를 수행할 수 있다. 이와 관련하여, LTE(Long Term Evolution) 통신, 5G 통신 또는 WiFi 통신 기술을 이용하여 다양한 무선 통신 서비스를 제공할 수 있다.
차량에서 이러한 다양한 무선 통신 서비스를 제공하기 위해 안테나는 차량의 글래스, 차량의 루프(roof) 상부 또는 하부에 배치될 수 있다. 안테나가 차량의 글래스에 배치되는 경우 투명 안테나 소재로 구현될 수 있다. 한편, 안테나가 차량의 루프 상부 또는 하부에 배치되는 경우 차량 바디 및 차량의 루프에 영향이 안테나 성능에 변화가 발생할 수 있다.
이와 관련하여, 차량 바디 및 차량 루프는 메탈 재질로 형성되어 전파가 차단되는 문제점이 있다. 이에 따라 차량 바디 또는 루프의 상부에 별도의 안테나 구조물을 배치할 수 있다. 또는, 안테나 구조물이 차량 바디 또는 루프의 하부에 배치되는 경우, 안테나 배치 영역에 대응하는 차량 바디 또는 루프 부분은 비 금속 재질로 형성될 수 있다.
한편, 차량에서 V2X 통신 서비스를 제공하기 위하여, V2X 통신용 안테나가 차량에 구비될 필요가 있다. 이러한 V2X 통신 서비스와 관련하여, 차량용 V2X 안테나는 760MHz대역 이외에 5.9GHz 대역 및7GHz 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 안테나는 수직 방향이 아닌 수평 방향에서 소정 각도 범위 내에서 안테나 빔이 형성될 필요가 있다. 이와 관련하여, 수평 방향에서 소정 각도 범위 내에서 형성되는 안테나 빔 패턴을 low elevation 빔 패턴이라고 지칭할 수 있다. 한편, 이러한 low elevation 빔 패턴을 구현하기 위하여 안테나 소자를 구성하는 구체적인 구조가 제시된 바 없다는 문제점이 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 차량에 배치되면서 광대역 동작할 수 있는 광대역 안테나 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 차량에 배치되면서 광대역 V2X 통신 서비스를 제공할 수 있는 광대역 안테나 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 3GPP Release 16에서 넓은 대역폭으로 높은 데이터 전송률을 지원하는 NR V2X를 지원하는 차량용 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 3GPP Release 17에서 고려될 수 있는 주파수 대역까지 커버할 수 있는 NR V2X를 지원하는 차량용 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 차량에 배치되면서 low elevation 빔 패턴을 구현할 수 있는 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은 사고방지, 운전 편의성 향상, 연비 증진 등 다양한 서비스를 제공하기 위한 차량 주변의 모든 것과 데이터를 송신 및 수신하는 차량용 광대역 V2X 안테나들을 제공할 수 있다.
본 명세서의 다른 일 목적은 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 안테나 성능을 일정 수준으로 유지하고 low elevation 빔 패턴을 유지하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 low elevation 빔 패턴을 유지하면서 안테나 성능을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 차량에 탑재되는 안테나 모듈이 제공된다. 상기 안테나 모듈은 상부 도전 패턴(top conductive pattern)과 상기 상부 도전 패턴의 양 단부에서 연장되는 제1 및 제2 측면 도전 패턴을 포함하는 상기 제1 방사체 구조; 및 상기 상부 도전 패턴과 연결되고, 복수의 도전 패턴들이 상호 연결되어 제1 측면 내지 제4 측면을 형성하고, 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 방사체 구조를 포함하고, 상기 제2 방사체 구조는 유전체 구조의 제1 측면 내지 제4 측면에 배치되는 헬리컬 라인들로 구성될 수 있다.
실시 예로, 상기 안테나 모듈은 비아 홀을 통해 급전부에 연결되는 도전 패턴으로 형성되고, 상기 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제3 방사체 구조를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 방사체 구조 및 상기 제2 방사체 구조의 헬리컬 라인에 의해 상기 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.
실시 예로, 상기 제2 방사체 구조는 상기 상부 도전 패턴의 일 측 단부에 연결되는 상부 브랜치와 상기 급전부와 연결되는 하부 브랜치를 포함할 수 있다. 상기 상부 브랜치, 상기 상부 브랜치와 상기 하부 브랜치 사이에 형성되는 도전 패턴들 및 상기 하부 브랜치에 의해 상기 제1 측면 내지 제4 측면 상에 헬리컬 라인들로 형성된 헬리컬 방사체로 동작할 수 있다.
실시 예로, 상기 안테나 모듈은 상기 제1 방사체 구조의 상기 상부 도전 패턴과 상기 제1 및 제2 측면 패턴을 지지하고, 상기 제2 방사체 구조의 복수의 도전 패턴들을 지지하도록 구성된 유전체 구조를 더 포함하는, 안테나 모듈.
실시 예로, 상기 제2 방사체 구조는 상기 상부 도전 패턴의 일 측 단부에 연결되고, 상기 상부 브랜치를 형성하는 제1 도전 패턴; 일 단부가 상기 제1 도전 패턴과 연결되고, 절곡되어 타 단부가 형성된 제2 도전 패턴; 및 일 단부가 상기 제2 도전 패턴의 타 단부와 연결되고, 타 단부가 상기 하부 브랜치의 일 단부와 연결되게 형성된 제3 도전 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제2 방사체 구조는 일 단부가 상기 제3 도전 패턴의 타 단부와 연결되고, 절곡된 타 단부가 유전체 기판에 배치되는 제4 도전 패턴; 및 상기 제4 도전 패턴의 일 측 상의 지점에서 연장되게 형성된 제5 도전 패턴을 더 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 제2 도전 패턴의 일 부분, 상기 제3 도전 패턴의 일 부분 및 상기 제5 도전 패턴의 일 부분은 상기 제1 측면 도전 패턴을 향하도록 상기 제1 측면 상에 배치될 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 측면 상에 배치되는 상기 제3 도전 패턴의 하단과 상기 제5 도전 패턴의 상단 사이의 간격은 1.0mm 이하로 설정되어, 상기 제2 방사체 구조가 상기 제2 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 측면 상에 배치되는 상기 제3 도전 패턴의 하부 및 상기 제5 도전 패턴의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조(interdigital structure)로 형성되어, 상기 제2 방사체 구조가 상기 제2 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 측면에 인접한 제2 측면 상에 배치되는 상기 제2 도전 패턴의 하부 및 상기 제5 도전 패턴의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조로 형성되어, 상기 제2 방사체 구조가 상기 제2 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 측면에 인접한 제2 측면 상에 상기 제1 도전 패턴의 제1 서브 패턴 및 상기 제4 도전 패턴의 제2 서브 패턴이 각각 상기 상부 브랜치 및 상기 하부 브랜치를 형성할 수 있다. 상기 제1 도전 패턴의 제2 서브 패턴, 상기 제2 도전 패턴의 제2 서브 패턴 및 상기 제4 도전 패턴의 제1 서브 패턴은 상기 제2 측면 상에서 평행하게 배치될 수 있다. 상기 제2 도전 패턴의 제3 서브 패턴 및 상기 제5 도전 패턴의 제1 서브 패턴은 상기 제2 측면 상에서 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조로 평행하게 배치될 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 주파수 대역은 760MHz 대역이고, 상기 제2 주파수 대역은 n38 대역인 2.6GHz 대역이고, 상기 제3 주파수 대역은 n47 대역인 5.9GHz 대역이고, 상기 제4 주파수 대역인 7GHz 대역일 수 있다. 상기 제1 방사체 구조 내지 상기 제3 방사체 구조에 의한 제1 안테나 모듈은 V2X 통신을 위한 제1 안테나로 동작할 수 있다. 상기 제1 안테나는 상기 제1 주파수 대역 내지 상기 제4 주파수 대역의 신호들을 수신 및 송신하도록 구성될 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 방사체 구조 내지 제3 방사체 구조로 형성되어 V2X 통신을 수행하도록 구성된 제2 안테나 모듈을 더 포함하고, 상기 제2 안테나 모듈은 V2X 통신을 위한 제2 안테나로 동작할 수 있다. 상기 제1 안테나 모듈은 차량에 탑재되는 PCB의 일측 상부 영역에 배치되고, 상기 제2 안테나 모듈은 상기 PCB의 타 측 하부 영역에 배치될 수 있다.
실시 예로, 상기 안테나 모듈은 상기 제2 방사체 구조의 하부 브랜치를 구성하는 단부가 배치되는 제1 유전체 기판; 및 상기 제1 유전체 기판의 하부에 배치되고, 배면에 배치된 상기 도전 패턴이 상기 비아 홀을 통해 전면에 배치된 상기 급전부와 연결되도록 구성된 제2 유전체 기판을 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 제3 방사체 구조의 상기 도전 패턴은 제1 너비와 제1 길이로 형성되는 제1 도전 패턴; 및 상기 제1 도전 패턴과 수직하게 형성되고, 제2 너비와 제2 길이로 형성되는 제2 도전 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제1 도전 패턴 및 상기 제2 도전 패턴으로 구성된 상기 도전 패턴은 상기 제4 주파수 대역인 7GHz 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다.
실시 예로, 상기 안테나 모듈은 상기 제1 도전 패턴의 일 단부와 상기 비아 홀과 연결되는 비아 패드 사이에 배치되는 임피던스 매칭 부를 더 포함할 수 있다. 상기 임피던스 매칭 부는 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
실시 예로, 상기 급전부의 급전 라인은 상기 제2 방사체 구조의 하부 브랜치의 단부로 제1 신호를 급전하는 제1 급전 라인; 및 상기 제3 방사체 구조의 상기 도전 패턴으로 제2 신호를 급전하는 제2 급전 라인을 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴을 상기 제1 주파수 대역 내지 상기 제4 주파수 대역에서 형성할 수 있다. 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나가 모두 동작하는 경우 수평 방향에서 omni-directional 빔 패턴을 형성할 수 있다.
본 명세서의 다른 양상에 따른 안테나 모듈을 구비하는 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 상부 도전 패턴과 상기 상부 도전 패턴의 양 단부에서 연장되는 제1 및 제2 측면 도전 패턴을 포함하는 제1 방사체 구조; 및 상기 상부 도전 패턴과 연결되고, 복수의 도전 패턴들이 상호 연결되어 제1 측면 내지 제4 측면을 형성하고, 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 방사체 구조를 포함하고, 상기 제2 방사체 구조는 상기 제1 측면 내지 제4 측면에 배치되는 헬리컬 라인들로 구성될 수 있다.
실시 예로, 상기 안테나 모듈은 상기 차량에 탑재되는 PCB의 일측 상부 영역에 배치되고, 상기 제1 방사체 구조 내지 상기 제3 방사체 구조로 형성된 제1 안테나; 및 상기 PCB의 타측 하부 영역에 배치되고, 상기 제1 방사체 구조 내지 상기 제3 방사체 구조로 형성된 제2 안테나를 포함할 수 있다.
실시 예로, 상기 차량 또는 상기 안테나 모듈은 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역에서 V2X 통신을 위한 다이버시티 동작을 수행하도록 제어하는 프로세서를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역보다 높은 상기 제2 주파수 대역 또는 상기 제3 주파수 대역에서 V2X 통신을 위한 다이버시티 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
이와 같은 차량에 배치되는 광대역 안테나 소자를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 상부, 측면 및 하부 영역의 복수의 방사체 구조로 구성된 광대역 안테나 구조를 제시하여 차량에 배치되면서 광대역 동작할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량에 배치되는 헬리컬 라인으로 이루어진 광대역 안테나 구조를 제시하여 차량에서 광대역 V2X 통신 서비스를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 3GPP Release 16에서 넓은 대역폭으로 높은 데이터 전송률을 갖는 n38, n47을 지원하는 NR V2X를 지원하는 차량용 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 3GPP Release 17에서 고려될 수 있는 주파수 대역으로 7GHz 대역까지 커버할 수 있는 NR V2X를 지원하는 차량용 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 패턴의 하부 영역에 그라운드 패턴을 배치하여, low elevation 빔 패턴을 구현할 수 있는 차량용 안테나 구조를 제공할 수 있다.다.
본 명세서에 따르면, PCB와 안테나 성능을 최적화할 수 있는 별도의 안테나 기판에 안테나 소자를 구현하여, 광대역 동작하면서도 높은 안테나 이득을 갖는 고효율 광대역 안테나 소자를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 안테나 성능을 일정 수준으로 유지하고 low elevation 빔 패턴을 유지할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 사고방지, 운전 편의성 향상, 연비 증진 등을 위한 차량용 광대역 V2X 안테나들을 통해 다이버시티 동작 구현하면서 안테나 간 격리도 향상이 가능하다.
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 5a는 본 명세서에 따른 차량에 배치될 수 있는 안테나 모듈의 구성도 및 일부 영역의 확대도를 나타낸다. 도 5b는 도 5a의 안테나 모듈의 급전 구조를 확대한 도면이다.
도 6은 도 5a의 안테나 구조에서 주파수에 따른 VSWR 특성을 나타낸 것이다.
도 7은 도 5a의 안테나 모듈의 도전 패턴들을 펼친 상태로 표시한 전개도이다.
도 8은 도 5a의 안테나 모듈의 도전 패턴들이 유전체 구조 상에 배치된 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 도 5a의 안테나 모듈의 전면도, 배면도, 우측면도, 좌측면도, 상부도 및 하부도를 나타낸 것이다.
도 10a 및 도 10b는 각 주파수 대역 별로 안테나 모듈에 형성된 전계 분포를 나타낸 것이다.
도 11a 및 도 11b는 실시 예들에 따른 V2X 통신을 수행하도록 구성된 제1 및 제2 안테나 구조의 사시도를 나타낸다.
도 12a 및 도 12b는 제1 및 제2 안테나 구조에 대한 VSWR 및 안테나 효율을 비교한 것이다.
도 13은 도 11a 및 도 11b의 제1 및 제2 안테나 구조의 방사 저항의 실수부와 허수부를 나타낸 것이다.
도 14a 내지 도 14c는 도전 패턴 간 간격이 제1 간격 내지 제3 간격으로 변경된 제1 내지 제3 안테나 구조를 나타낸다.
도 15는 도 14a 내지 도 14c의 제1 내지 제3 안테나 구조에 따른 VSWR을 비교한 것이다.
도 16은 본 명세서에 따른 V2X 안테나들이 차량에 탑재되는 PCB 상에 배치된 구성을 나타낸다.
도 17a 및 도 17b는 제1 및 제2 V2X 안테나의 산란 계수 특성 및 안테나 효율을 나타낸다.
도 18a 및 도 18b는 제1 내지 제4 주파수 대역 별로 수평 면에서의 제1 및 제2 V2X 안테나의 방사 패턴을 나타낸 것이다.
도 19a 및 도 19b는 도 5a의 광대역 V2X 안테나의 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역에서의 3D 방사 패턴을 나타낸 것이다.
도 20은 본 명세서에 따른 차량의 전면, 후면, 측면 영역의 정의와 제1 내지 제4 주파수 대역에서 동작하는 V2X 안테나의 평균 이득을 나타낸 것이다.
도 21은 실시 예에 따른 안테나 모듈과 상기 안테나 모듈이 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 NR V2X 통신 서비스를 제공하기 위해, 760MHz 대역, 5.9GHz 대역 및 7GHz에서 동작하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 본 명세서에 따른 차량에 배치될 수 있는 안테나 모듈에 구비되는 광대역 안테나 소자에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 최근 스마트 카(Smart Car) 시대가 도래함에 따라 차량 주변의 임의의 엔티티와 데이터를 송신/수신을 위한 5G V2X 새로운 표준과 서비스가 요구되고 있다. 본 명세서에 서 제안하는 안테나 구조를 통해 레거시(legacy) V2X 대역 뿐만 아니라, 향후 3GPP Release 17의 표준에도 대응할 수 있는 다중 대역(Multi-Band) NR V2X 안테나 기술을 선점할 수 있다.
이와 관련하여, 차량의 루프 또는 그 내부에 배치되는 안테나 모듈을 통해 차량 주변의 임의의 엔티티와 통신하기 위해 안테나 모듈은 360도의 등방성(isotropic) 방사특성이 요구된다. 주파수 대역과 관련하여 5.9GHz 또는 760MHz 대역의 단일 대역(single band)를 지원하기 위한 안테나 구조를 고려할 수 있다. 하지만, 본 명세서에서는 최근 3GPP Release 16에서 넓은 대역폭으로 높은 데이터 전송률을 가지는 n38 대역, n47 대역을 지원하는 NR V2X에 대한 표준화 작업이 진행되었다. 또한, 향후 Release 17에서는 7GHz 대역 NR까지도 확장될 가능성이 있다.
또한, 사고방지, 운전 편의성 향상, 연비 증진 등 다양한 서비스를 제공하기 위하여 차량 주변의 임의의 엔티티와 데이터를 송신/수신하는데 있어 레거시 통신 방식은 높은 데이터 전송률 및 신뢰성을 수용하는데 한계가 있다.
따라서, 본 명세서에서는 레거시 V2X 안테나 대역에 Release 16에서 표준화된 n38, n47 대역과 향후 사용 가능성이 높은 7GHz 대역 NR band를 모두 지원할 수 있는 V2X 통합 솔루션 안테나 구조를 제안하고자 한다.
도 5a는 본 명세서에 따른 차량에 배치될 수 있는 안테나 모듈의 구성도 및 일부 영역의 확대도를 나타낸다. 도 5b는 도 5a의 안테나 모듈의 급전 구조를 확대한 도면이다. 도 5b(a)는 안테나 모듈의 하부 영역의 측면 사시도를 나타내고, 도 5b(b)는 안테나 모듈의 하부 영역의 배면도를 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 제1 방사체 구조(1110), 제2 방사체 구조(1120) 및 제3 방사체 구조(1130)를 포함하도록 구성될 수 있다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 제2 방사체 구조(1120)의 하부 브랜치(1124)의 단부(SP3)가 급전부(1150)의 제1 급전 라인(1151)으로부터 신호가 전달되게 구성될 수 있다. 제1 급전 라인(1151)은 제1 유전체 기판(1011)에 배치될 수 있다.
급전부(1150)의 급전 라인은 제1 급전 라인(1151) 및 제2 급전 라인(1152)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 급전 라인(1151)은 제2 방사체 구조(1120)의 하부 브랜치(1124)의 단부로 제1 신호를 급전하도록 구성될 수 잇다. 제2 급전 라인(1152)은 제3 방사체 구조(1130)의 도전 패턴으로 제2 신호를 급전하도록 구성될 수 있다.
제1 급전 라인(1151)과 제2 방사체 구조(1120)의 하부 브랜치(1124)의 단부(SP3)는 커플링 급전되거나 또는 수직 비아 구조에 의해 연결되게 구성될 수 있다. 제1 급전 라인(1151)은 제2 유전체 기판(1012)에 배치된 급전 라인(1150)과 비아 홀(VH)을 통해 연결될 수 있다. 제1 급전 라인(1151)은 제2 유전체 기판(1012)에 배치된 제1 도전 패턴(1131)과 비아 홀(VH)을 통해 연결될 수 있다. 비아 홀(VH)과 제1 도전 패턴(1131) 사이에 임피던스 매칭 부(MC)가 배치될 수 있다. 임피던스 매칭 부(MC)는 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
한편, 도 6은 도 5a의 안테나 구조에서 주파수에 따른 VSWR 특성을 나타낸 것이다.
도 5a 내지 도 6을 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역에서 공진하여 방사체로 동작한다. 제1 주파수 대역은 760MHz 대역, 제2 주파수 대역은 2.3GHz 대역, 제3 주파수 대역은 5.9GHz 대역, 제4 주파수 대역은 7GHz 대역일 수 있다. 도 6을 참조하면, 제1 내지 제4 주파수 대역의 전 대역(full band)에서 타겟 VSWR(voltage standing wave ratio)를 만족한다. 따라서, 도 5a의 안테나 구조를 all in one V2X 안테나로 지칭할 수 있다.
도 5a를 참조하면, 안테나 모듈(1100)의 상부 영역과 양 측면 영역에 형성된 제1 방사체 구조(1110)를 통해 차량에서 비-메탈 영역이 형성된 메탈 루프 구조에서 방사 효율을 확보할 수 있다. 제1 방사체 구조(1110) 및 제2 방사체 구조(1120)를 통해 초소형의 760MHz 대역의 안테나 구조를 제안할 수 있다. 따라서, 제1 방사체 구조(1110) 및 제2 방사체 구조(1120)를 통해 제1 주파수 대역인 760MHz 대역에서 동작하는 안테나를 구현할 수 있다.
한편, 헬리컬(helical)구조의 제2 방사체 구조(1120)를 통해 안테나 사이즈를 축소할 수 있다. 이러한 헬리컬 구조의 제2 방사체 구조(1120)를 통해 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역에서 동작하는 안테나를 구현할 수 있다. 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역은 n38 대역 및 n47 대역으로 각각 2.6GHz 대역 및 5.9GHz 대역일 수 있다.
이와 관련하여, 인터 디지털 구조(interdigital structure)(1120a)에 의해 제2 방사체 구조(1120)가 제2 주파수 대역에서 공진할 수 있다. 인터 디지털 구조(1120a)에 의해 추가적인 도전 패턴이나 전기 소자 없이도 인덕턴스 성분 및 커패시턴스 성분 조절을 통해 제2 주파수 대역에서 공진이 발생할 수 있다. 한편, 인터 디지털 구조(1120a)의 하부 도전 패턴(1120b)에 의해 제2 방사체 구조(1120)가 제3 주파수 대역에서 공진할 수 있다.
또한, 비아(Via) 구조를 통한 PCB 형태의 프린트된 안테나인 제3 방사체 구조(1130)를 제1 및 제2 방사체 구조(1110)와 혼합(hybrid)하여 제4 주파수 대역인 7GHz 대역에서 방사체를 구현할 수 있다.
본 명세서에 따른 all-in one V2X 안테나 모듈(1100)의 구성에 대해 이하 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 7은 도 5a의 안테나 모듈의 도전 패턴들을 펼친 상태로 표시한 전개도이다. 도 8은 도 5a의 안테나 모듈의 도전 패턴들이 유전체 구조 상에 배치된 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 도 5a의 안테나 모듈의 전면도, 배면도, 우측면도, 좌측면도, 상부도 및 하부도를 나타낸 것이다. 도 9a(a) 및 도 9a(b)는 도 5a의 안테나 모듈의 전면도 및 배면도이다. 도 9a(a) 및 도 9a(b)는 도 5a의 안테나 모듈의 전면도 및 배면도이다. 도 9b(a) 및 도 9b(b)는 도 5a의 안테나 모듈의 우측면도 및 좌측면도이다. 도 9c(a) 및 도 9c(b)는 도 5a의 안테나 모듈의 상부도 및 하부도이다.
도 5a, 도 7 내지 도 9c을 참조하면, 안테나 모듈(100)은 제1 방사체 구조(1110), 제2 방사체 구조(1120) 및 제3 방사체 구조(1130)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 방사체 구조(1110)는 상부 도전 패턴(top conductive pattern, 1111), 제1 및 제2 측면 도전 패턴(1112, 1113)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 측면 도전 패턴(1112, 1113)은 상부 도전 패턴(1111)의 양 단부에서 연장되게 형성될 수 있다.
제2 방사체 구조(1120)는 상부 도전 패턴(1111)과 연결되게 형성될 수 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 복수의 도전 패턴들(1121 내지 1125)이 상호 연결되어 제1 측면(S1) 내지 제4 측면(S4)을 형성할 수 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 유전체 구조(1010)의 제1 측면(S1)내지 제4 측면(S4)에 배치되는 헬리컬 라인들로 구성될 수 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 한편, 제1 방사체 구조(1110) 및 제2 방사체 구조(1120)의 헬리컬 라인에 의해 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.
제2 방사체 구조(1120)는 상부 브랜치(1121)와 하부 브랜치(1124)를 포함하도록 구성될 수 있다. 상부 브랜치(1121)는 제1 방사체 구조(1110)의 상부 도전 패턴(1111)의 일 측 단부에 연결되게 형성될 수 있다. 하부 브랜치(1124)는 급전부(1150)와 연결되게 형성될 수 있다. 하부 브랜치(1124)는 급전부(1150)와 비아 홀(VH)을 통해 제3 방사체 구조(1130)의 도전 패턴과 연결될 수 있다.
제2 방사체 구조(1120)는 상부 브랜치(1121), 도전 패턴들(1122, 1123, 1125) 및 하부 브랜치(1124)에 의해 제1 측면(S1) 내지 제4 측면(S4) 상에 헬리컬 라인들로 형성된 헬리컬 방사체로 동작할 수 있다. 도전 패턴들(1122, 1123, 1125) 은 상부 브랜치(1121)와 하부 브랜치(1124)사이에 배치되게 형성될 수 있다.
제3 방사체 구조(1130)는 비아 홀(VH)을 통해 급전부(1150)에 연결되는 도전 패턴(1130a)으로 형성될 수 있다. 제3 방사체 구조(1130)는 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 제1 주파수 대역은 760MHz 대역이고, 제2 주파수 대역은 n38 대역인 2.6GHz 대역이고, 제3 주파수 대역은 n47 대역인 5.9GHz 대역이고, 제4 주파수 대역인 7GHz 대역일 수 있다.
제3 방사체 구조(1130)의 도전 패턴(1130a)은 제1 도전 패턴(1131) 및 제2 도전 패턴(1132)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 도전 패턴(1131)은 제1 너비(W1)와 제1 길이(L1)로 형성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1132)은 제1 도전 패턴(1131)과 수직하게 형성될 수 있다. 제2 도전 패턴(1132)은 제2 너비(W2)와 제1 길이(L2)로 형성될 수 있다. 제1 도전 패턴(1131) 및 제2 도전 패턴(1132)으로 구성된 도전 패턴(1130a)은 제4 주파수 대역인 7GHz 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다.
이와 관련하여, 도 10a 및 도 10b는 각 주파수 대역 별로 안테나 모듈에 형성된 전계 분포를 나타낸 것이다. 도 10a(a) 및 도 10a(b)는 제1 및 제2 주파수 대역에서 안테나 모듈에 형성된 전계 분포를 나타낸 것이다. 도 10b(a) 및 도 10b(b)는 제3 및 제4 주파수 대역에서 안테나 모듈에 형성된 전계 분포를 나타낸 것이다.
도 5a, 도 8 및 도 10a(a)를 참조하면, 760MHz 대역에 대해 제1 방사체 구조(1110)와 제2 방사체 구조(1120)에서 다른 영역보다 높은 전계 분포가 형성된다. 구체적으로, 제1 방사체 구조(1110)의 전계 분포가 가장 높고, 제2 방사체 구조(1120)의 제2 측면(S2)의 제1 및 제2 도전 패턴(1121, 1122)의 전계 분포가 다음으로 높게 형성된다.
도 5a, 도 8 및 도 10a(b)를 참조하면, 2550MHz 대역에 대해 제2 방사체 구조(1120)에서 다른 영역보다 높은 전계 분포가 형성된다. 제2 방사체 구조(1120)의 제1 측면(S1) 및 제3 측면(S3)에서 형성된 전계 분포에 의해 방사체로서 동작한다. 구체적으로, 제1 측면(S1)의 제2 및 제3 도전 패턴(1122, 1123)과 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)에서 형성된 전계 분포에 의해 제2 방사체 구조(1120)가 방사체로 동작한다. 또한, 제3 측면(S3)의 제2 및 제3 도전 패턴(1122, 1123)에서 형성된 전계 분포에 의해 제2 방사체 구조(1120)가 방사체로 동작한다.
도 5a, 도 8 및 도 10b(a)를 참조하면, 5920MHz 대역에 대해 제2 방사체 구조(1120)에서 다른 영역보다 높은 전계 분포가 형성된다. 제2 방사체 구조(1120)의 제1 측면(S1)에서 가장 높게 형성된 전계 분포에 의해 방사체로서 동작한다. 구체적으로, 제1 측면(S1)의 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)에서 형성된 전계 분포에 의해 제2 방사체 구조(1120)가 방사체로 동작한다.
도 5a, 도 8 및 도 10b(b)를 참조하면, 7050MHz 대역에 대해 제3 방사체 구조(1130)에서 다른 영역보다 높은 전계 분포가 형성된다. 제3 방사체 구조(1130)의 도전 패턴(1130a)에 가장 높게 형성된 전계 분포에 의해 방사체로서 동작할 수 있다. 도전 패턴(1130a)과 전기적으로 결합될 수 있는 제2 방사체 구조(1120)의 제4 도전 패턴(1124)의 일 단부의 전계 분포가 다음으로 높게 형성될 수 있다. 하지만, 제3 방사체 구조(1130)에 형성된 전계 분포에 비해 제1 및 제2 방사체 구조(1110, 1120)에서의 전계 분포는 임계 수준 이상으로 낮은 값을 갖는다.
한편, 도 5a, 도 6 내지 도 9를 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 유전체 구조(1010)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 유전체 구조(1010)는 제1 방사체 구조(1110)의 상부 도전 패턴(1111)과 제1 및 제2 측면 패턴(1112, 1113)을 지지하도록 구성될 수 있다. 유전체 구조(1010)는 제2 방사체 구조(1120)의 복수의 도전 패턴들(1121 내지 1125)을 지지하도록 구성될 수 있다.
제2 방사체 구조(1120)는 제1 도전 패턴(1121) 내지 제5 도전 패턴(1125)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 방사체 구조(1120)는 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다. 도 7을 참조하면, 상부 브랜치에 해당하는 제1 도전 패턴(1121)과 하부 브랜치에 해당하는 제4 도전 패턴(1124)은 하나의 도전 패턴으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 제2 방사체 구조(1120)는 제1 도전 패턴(1121), 제2 도전 패턴(1122), 제4 도전 패턴(1124) 및 제5 도전 패턴(112을 포함하도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 제2 방사체 구조(1120)는 제1 도전 패턴(1121), 제3 도전 패턴(1123), 제4 도전 패턴(1124) 및 제5 도전 패턴(112을 포함하도록 구성될 수 있다.
한편, 제2 방사체 구조(1120)는 제1 도전 패턴(1121) 내지 제4 도전 패턴(1124)을 포함하도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 제2 방사체 구조(1120)는 제1 도전 패턴(1121), 제2 도전 패턴(1122) 및 제4 도전 패턴(1124)을 포함하도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 제2 방사체 구조(1120)는 제1 도전 패턴(1121), 제3 도전 패턴(1123) 및 제4 도전 패턴(1124)을 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 도전 패턴(1121)은 상부 도전 패턴(1111)의 일 측 단부에 연결되고, 상부 브랜치를 형성할 수 있다. 제2 도전 패턴(1122)은 일 단부가 제1 도전 패턴(1121)과 연결되고, 절곡되어 타 단부가 형성될 수 있다. 제3 도전 패턴(1123)은 일 단부가 제2 도전 패턴(1122)의 타 단부와 연결되고, 타 단부가 하부 브랜치(1124)의 일 단부와 연결되게 형성될 수 있다.
제4 도전 패턴(1124)은 일 단부가 제3 도전 패턴(1123)의 타 단부와 연결되고, 절곡된 타 단부가 유전체 기판(1011)에 배치될 수 있다. 제5 도전 패턴(1125)은 제4 도전 패턴(1124)의 일 측 상의 지점에서 연장되게 형성될 수 있다.
제2 도전 패턴(1122)의 일 부분(SP1), 제3 도전 패턴(1123)의 일 부분(SP1) 및 제5 도전 패턴(1125)의 일 부분(SP1)은 제1 측면 도전 패턴(1122)을 향하도록 제1 측면(S1) 상에 배치될 수 있다.
제1 측면(S1) 상에 배치되는 제3 도전 패턴(1123)의 하부 및 제5 도전 패턴(1125)의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조(interdigital structure)(1120a)로 형성될 수 있다. 이에 따라, 인터 디지털 구조(1120a)에 따라 제2 방사체 구조(1120)가 제2 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
인터 디지털 구조(1120a)는 제1 측면(S1) 상에 형성될 수 있다. 인터 디지털 구조(1120a)는 제2 측면(S2) 상에도 형성될 수 있다. 제1 측면(S1)에 인접한 제2 측면(S2) 상에 배치되는 제2 도전 패턴(1122)의 하부 및 제5 도전 패턴(1125)의 상부는 인터 디지털 구조(1120a)로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 도전 패턴(1122)의 하부 및 제5 도전 패턴(1125)의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 인터 디지털 구조(1120a)에 따라 제2 방사체 구조(1120)가 제2 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
제2 측면(S2) 상의 도전 패턴 배치 구조에 대해서 설명한다. 제1 측면(S1)에 인접한 제2 측면(S2) 상에 제1 도전 패턴(1110)의 제1 서브 패턴(SP1) 및 제4 도전 패턴(1140)의 제2 서브 패턴(SP2)이 각각 상기 상부 브랜치 및 하부 브랜치를 형성할 수 있다. 제1 도전 패턴(1110)의 제2 서브 패턴(SP2), 제2 도전 패턴(1120)의 제2 서브 패턴(SP2) 및 제4 도전 패턴(1140)의 제1 서브 패턴(SP1)은 제2 측면(S2) 상에서 평행하게 배치될 수 있다. 제2 도전 패턴(1120)의 제3 서브 패턴(SP3) 및 제5 도전 패턴(1150)의 제1 서브 패턴(SP1)은 제2 측면(S2) 상에서 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조(1120a)로 평행하게 배치될 수 있다.
본 명세서에 따른 안테나 모듈(1100)은 제1 유전체 기판(1011) 및 제2 유전체 기판(1012)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 유전체 기판(1011)은 제2 방사체 구조의 하부 브랜치를 구성하는 단부인 제3 서브 패턴(SP3)가 배치되게 구성될 수 있다. 제2 유전체 기판(1012)은 제1 유전체 기판(1011)의 하부에 배치될 수 있다. 제2 유전체 기판(1012)은 도전 패턴(1130a)이 비아 홀(VH)을 통해 급전부(1150)와 연결되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 유전체 기판(1012)의 전면에 급전부(1150)가 배치될 수 있다. 제2 유전체 기판(1012)의 배면에 도전 패턴(1030p)이 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 따른 안테나 모듈(1100)은 임피던스 매칭 부(MC)를 더 포함할 수 있다. 임피던스 매칭 부(MC)는 제1 도전 패턴(1031)의 일 단부와 비아 홀(VH)과 연결되는 비아 패드(VP) 사이에 배치될 수 있다. 임피던스 매칭 부(MC)는 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
급전부(1150)의 급전 라인은 제1 급전 라인(1151) 및 제2 급전 라인(1152)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 급전 라인(1151)은 제2 방사체 구조(1120)의 하부 브랜치(1124)의 단부로 제1 신호를 급전하도록 구성될 수 잇다. 제2 급전 라인(1152)은 제3 방사체 구조(1130)의 도전 패턴으로 제2 신호를 급전하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 광대역 안테나 구조는 다양한 형태로 변경되어 설계될 수 있다. 이와 관련하여, 도 11a 및 도 11b는 실시 예들에 따른 V2X 통신을 수행하도록 구성된 제1 및 제2 안테나 구조의 사시도를 나타낸다. 한편, 도 12a 및 도 12b는 제1 및 제2 안테나 구조에 대한 VSWR 및 안테나 효율을 비교한 것이다.
도 11a는 인터 디지털 구조 없이 도전 패턴들이 제1 간격, 예컨대 1.1m만큼 이격된 안테나 구조를 나타낸다. 도 11b는 인터 디지털 구조의 도전 패턴들이 제1 간격보다 좁은 제2 간격, 예컨대 0.2mm만큼 이격된 안테나 구조를 나타낸다.
도 11a 및 도 12a를 참조하면, 제2 방사체 구조(1120)의 제3 및 제5 도전 패턴(1123a, 1125a) 사이의 제1 간격이 1.1mm인 경우 VSWR이 3 이상의 값을 갖는다. 반면에, 도 11b 및 도 12a를 참조하면, 제2 방사체 구조(1120)의 인터 디지털 구조의 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)사이의 제2 간격이 0.2mm인 경우 VSWR이 3 이하의 값을 갖는다. 따라서, 제2 방사체 구조(1120)의 인터 디지털 구조의 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)사이의 제2 간격을 0.2mm로 설정하여 VSWR을 n38 대역에서 약 1.5dB 이상 개선할 수 있다. 이와 관련하여, 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)의 오목 구조 및 볼록 구조 간의 수평 간격도 0.2mm로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11a 및 도 12b를 참조하면, 제2 방사체 구조(1120)의 제3 및 제5 도전 패턴(1123a, 1125a) 사이의 제1 간격이 1.1mm인 경우 안테나 효율이 약 60% 정도의 값을 갖는다. 반면에, 도 11b 및 도 12a를 참조하면, 제2 방사체 구조(1120)의 인터 디지털 구조의 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)사이의 제2 간격이 0.2mm인 경우 안테나 효율이 약 70% 정도의 값을 갖는다. 따라서, 제2 방사체 구조(1120)의 인터 디지털 구조의 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)사이의 제2 간격을 0.2mm로 설정하여 안테나 효율을 n38 대역에서 약 1dB 이상 개선할 수 있다. 이와 관련하여, 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)의 오목 구조 및 볼록 구조 간의 수평 간격도 0.2mm로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11a 내지 도 12b를 참조하면, 제2 방사체 구조(1120)의 인터 디지털 구조의 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)사이의 간격을 임계 간격 이하로 설정하여 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125) 간 커플링 량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125) 간 커플링 량을 증가시켜 안테나 성능을 개선할 수 있다. 한편, 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125) 간 간격을 조절하거나 또는 제2 및 제3 도전 패턴(1122, 1123) 간 간격을 조절하여 안테나 성능을 개선할 수 있다.
안테나 성능과 관련하여, 도 12a 및 도 12b의VSWR 특성 및 안테나 효율이 개선될 수 있다. 이와 관련하여, 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125) 간 간격을 조절하거나 또는 제2 및 제3 도전 패턴(1122, 1123) 간 간격을 조절하여 방사 저항(radiation resistance)을 개선시킬 수 있다.
이와 관련하여, 도 13은 도 11a 및 도 11b의 제1 및 제2 안테나 구조의 방사 저항의 실수부와 허수부를 나타낸 것이다. 도 11a 및 도 13을 참조하여, n38 대역에서 제1 안테나 구조의 제1 방사 저항은 20ohm 이하의 값을 갖는다. 반면에, 도 11b 및 도 13을 참조하여, n38 대역에서 제2 안테나 구조의 제2 방사 저항은 20ohm 이상의 값을 가져, 제1 방사 저항보다 높은 값을 갖는다. 따라서, 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125) 간 간격 또는 제2 및 제3 도전 패턴(1122, 1123) 간 간격을 임계 값 이하로 조절하여 방사 저항을 임계 저항 이상으로 증가시켜 안테나 성능을 개선할 수 있다.
한편, 본 명세서의 다양한 실시 예들에 따른 도전 패턴 간 간격 조절을 통한 안테나 구조들의 성능 변화에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 14a 내지 도 14c는 도전 패턴 간 간격이 제1 간격 내지 제3 간격으로 변경된 제1 내지 제3 안테나 구조를 나타낸다. 한편, 도 15는 도 14a 내지 도 14c의 제1 내지 제3 안테나 구조에 따른 VSWR을 비교한 것이다.
도 14a 및 도 15를 참조하면, 제3 및 제5 도전 패턴(1123a, 1125a) 사이의 제1 간격이 1mm로 설정된 경우 VSWR은 3dB 이상의 값을 갖는다. 도 14b 및 도 15를 참조하면, 제3 및 제5 도전 패턴(1123a, 1125a) 사이의 제2 간격을 제1 간격보다 감소시켜 VSWR을 개선할 수 있다. 제3 및 제5 도전 패턴(1123b, 1125b) 사이의 제2 간격이 0.5mm로 설정된 경우 VSWR은 약 3dB의 값을 갖는다.
도 14c 및 도 15를 참조하면, 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125) 사이의 제3 간격을 제2 간격보다 감소시켜 VSWR을 개선할 수 있다. 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125) 사이의 제3 간격이 0.2mm로 설정된 경우 VSWR은 3dB 이하의 값을 갖는다. 제3 및 제5 도전 패턴(1123, 1125)은 단부가 오목 구조 및 볼록 구조로 형성된 인터 디지털 구조로 형성될 수 있다.
도 14a 내지 도 15를 참조하면, 제2 방사체 구조(1120)의 제3 및 제5 도전 패턴 사이의 간격을 감소시켜 도전 패턴 간 커플링 양을 증가시킬 수 있다. 또한, 제2 방사체 구조(1120)의 제2 및 제3 도전 패턴 사이의 간격을 감소시켜 도전 패턴 간 커플링 양을 증가시킬 수 있다. 따라서, 제2 방사체 구조(1120)에서 인접한 도전 패턴 간의 커플링 양이 증가하여 n38 대역에서 반사 손실(return loss) 특성을 개선할 수 있다.
도 5a 내지 도 15를 참조하면, 제1 측면(S1) 상에 배치되는 제3 도전 패턴(1123)의 하단과 제5 도전 패턴(1225)의 상단 사이의 간격은 1.0mm 이하로 설정될 수 있다. 이에 따라, 제2 방사체 구조(1120)가 n38 대역인 제2 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 제1 측면(S1) 상에 배치되는 제3 도전 패턴(1123)의 하단과 제5 도전 패턴(1225)의 상단 사이의 간격은 0.5mm 이하로 설정될 수도 있다. 제3 도전 패턴(1123)의 하단과 제5 도전 패턴(1225)의 상단은 오목 구조 및 볼록 구조의 인터 디지털 구조로 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 V2X 안테나 구조는 차량에 탑재되는 메인 기판 상의 서로 다른 위치에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16은 본 명세서에 따른 V2X 안테나들이 차량에 탑재되는 PCB 상에 배치된 구성을 나타낸다. 한편, 도 17a 및 도 17b는 제1 및 제2 V2X 안테나의 산란 계수 특성 및 안테나 효율을 나타낸다. 또한, 도 18a 및 도 18b는 제1 내지 제4 주파수 대역 별로 수평 면에서의 제1 및 제2 V2X 안테나의 방사 패턴을 나타낸 것이다.
도 16 및 도 17a를 참조하면, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)의 반사 계수 S11, S22는 제1 내지 제4 주파수 대역에서 공진한다. 따라서, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)는 제1 내지 제4 주파수 대역에서 방사체로 동작할 수 있다. 또한, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)간의 격리도 S21은 전 대역에서 15dB 이상의 값을 가져 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)간의 간섭을 방지할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)를 동시에 동작되게 하여 다이버시티 모드 또는 MIMO 모드로 동작되게 할 수 있다.
도 16 및 도 17b를 참조하면, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)의 안테나 효율은 전 대역에서 -4dB 이상의 값을 갖는다. 따라서, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)는 제1 내지 제4 주파수 대역에서 방사체로 동작할 수 있다.
도 16 및 도 18a(a)를 참조하면, 제1 주파수 대역은 760MHz 대역이고, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)의 빔 피크는 각각 -30도 및 30도이다. 따라서, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)를 동시에 동작하도록 제어하여 다이버시티 모드로 동작하면 수평 면에서 등방성(isotropic) 빔 패턴을 구현할 수 있다.
도 16 및 도 18a(b)를 참조하면, 제2 주파수 대역은 n38 대역인 2.6GHz 대역이고, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)의 방사 패턴은 전 방향에서 등방성 패턴으로 형성될 수 있다.
도 16 및 도 18b(a)를 참조하면, 제3 주파수 대역은 n47 대역인 5.9GHz 대역이고, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)의 빔 피크는 0도를 기준으로 대칭 형태이다. 따라서, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)를 동시에 동작하도록 제어하여 다이버시티 모드로 동작하면 수평 면에서 등방성 빔 패턴을 구현할 수 있다.
도 16 및 도 18b(b)를 참조하면, 제4 주파수 대역은 7GHz 대역이고, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)의 빔 피크는 0도를 기준으로 대칭 형태이다. 따라서, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)를 동시에 동작하도록 제어하여 다이버시티 모드로 동작하면 수평 면에서 등방성 빔 패턴을 구현할 수 있다.
도 16, 도 18a 및 도 18b를 참조하면, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)가 동시에 동작하도록 합성(combine) 시 무지향성(omni-directional) 방사 패턴을 확보할 수 있다. 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)의 널 지점(null point)은 서로 다른 지점에서 형성된다. 이에 따라, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)가 동시에 동작하도록 합성 시 각각의 널 지점에서 방사 패턴이 개선된다. 따라서, 제1 및 제2 V2X 안테나(1100-1, 1100-2)를 합성 시 전 방향에서 방사 패턴 값은 -5dB 이상의 값을 갖도록 구현될 수 있다.
도 5a, 도 7 내지 도 9c 및 도 16을 참조하면, 제1 방사체 구조(1110) 내지 제3 방사체 구조(1130)에 의한 제1 안테나 모듈(1100-1)은 V2X 통신을 위한 제1 안테나로 동작할 수 있다. 제1 안테나(1100-1)는 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역의 신호들을 수신 및 송신하도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈(1100)은 제1 안테나 모듈(1100-1) 및 제2 안테나 모듈(1100-2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 방사체 구조(1110) 내지 제3 방사체 구조(1130)에 의한 제2 안테나 모듈(1100-2)은 V2X 통신을 위한 제2 안테나로 동작할 수 있다. 제2 안테나(1100-2)는 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역의 신호들을 수신 및 송신하도록 구성될 수 있다. 제1 안테나 모듈(1100-1)은 차량에 탑재되는 PCB(1200)의 일측 상부 영역에 배치될 수 있다. 제2 안테나 모듈(1100-2)은 PCB(1200)의 타 측 하부 영역에 배치될 수 있다.
차량에 배치되는 안테나 시스템(1000)은 PCB(1200) 상에 구현될 수 있다. V2X 통신을 위한 제1 안테나(1100-1) 및 제2 안테나(1100-2)를 통해 동시에 신호를 송신 및 수신하도록 안테나 시스템(1000)을 제어하여, 제1 안테나(1100-1) 및 제2 안테나(1100-2)는 다이버시티 모드로 동작할 수 있다.
본 명세서에 따른 광대역 V2X 안테나는 차량에 탑재되는PCB의 서로 다른 영역에 제1 안테나(1100-1) 및 제2 안테나(1100-2)로 배치될 수 있다. 제1 안테나(1100-1) 및 제2 안테나(1100-2)는 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴을 도 3a 및 도 3b와 같이 형성할 수 있다. 제1 안테나(1100-1) 및 제2 안테나(1100-2)는 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역에서 low elevation 빔 패턴을 형성할 수 있다. low elevation 빔 패턴은 수평면을 기준으로 차량의 상부 방향으로 소정 각도에서 빔 피크가 형성됨을 의미한다. 또한, low elevation 빔 패턴은 차량의 수직 축을 기준으로 수직 방향으로 90-α에서 90+α degree의 범위에서 빔 패턴이 형성됨을 의미한다.
제1 안테나(1100-1) 및 제2 안테나(1100-2)가 모두 동작하는 경우 도 18a 및 도 18에 도시된 바와 같이 수평 방향에서 무지향성(omni-directional) 빔 패턴을 형성할 수 있다.
한편, 도 19a 및 도 19b는 도 5a의 광대역 V2X 안테나의 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역에서의 3D 방사 패턴을 나타낸 것이다. 도 19a(a)를 참조하면, 제1 주파수 대역인 760MHz에서 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴이 형성된다. 도 19a(b)를 참조하면, 제2 주파수 대역인 2550MHz에서 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴이 형성된다. 한편, 제2 주파수 대역에서 제2 빔 패턴은 제1 주파수 대역에서의 제1 빔 패턴보다 더 지향성(directivity)을 가져 안테나 이득이 증가한다.
도 19b(a)를 참조하면, 제3 주파수 대역인 5980MHz에서 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴이 형성된다. 한편, 제3 주파수 대역에서 제3 빔 패턴은 제2 주파수 대역에서의 제2 빔 패턴보다 더 지향성(directivity)을 가져 안테나 이득이 증가한다. 제3 빔 패턴이 제1 및 제2 빔 패턴보다 변동성(fluctuation)이 있지만, 전체적으로 수직 방향에서 low elevation 빔 패턴 및 수평 방향에서 무지향성 패턴을 갖는다.
도 19b(b)를 참조하면, 제4 주파수 대역인 7050MHz에서 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴이 형성된다. 제4 주파수 대역에서의 제4 빔 패턴이 제1 및 제2 빔 패턴보다 변동성(fluctuation)이 있지만, 전체적으로 수직 방향에서 low elevation 빔 패턴 및 수평 방향에서 무지향성 패턴을 갖는다.
도 19b(b)를 참조하면, 제4 주파수 대역인 7050MHz에서 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴이 형성된다. 한편, 제2 주파수 대역에서 빔 패턴은 제1 주파수 대역에서의 빔 패턴보다 더 지향성(directivity)을 가져 안테나 이득이 증가한다.
한편, 본 명세서에 따른 제1 내지 제3 방사체 구조를 통해 제1 내지 제4 주파수 대역에서 광대역 동작하는 V2X 안테나가 차량의 루프에 탑재된 경우 각 영역(zone)에서의 평균 이득(mean gain)에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 20은 본 명세서에 따른 차량의 전면, 후면, 측면 영역의 정의와 제1 내지 제4 주파수 대역에서 동작하는 V2X 안테나의 평균 이득을 나타낸 것이다.
도 20을 참조하면, 차량의 수직 축을 기준으로 수직 방향으로 84도에서 96도의 low elevation range에서의 평균 이득을 나타낸 것이다. 전면 영역 및 배면 영역에서의 평균 이득이 측면 영역에서의 평균 이득보다 다소 높지만, 측면 영역에서도 타겟 이득을 모두 만족한다. 측면 영역에서의 타겟 이득은 -9dBi로 전면 및 후면 영역에서의 타겟 이득인 -6dBi 보다 낮다. 이러한 타겟 이득의 차이는 V2X 안테나가 전방 및 후방영역의 기지국, RSU 또는 다른 차량과 주로 통신하기 때문이다.
도 5a의 제1 및 제2 방사체 구조(1110, 1120)가 메인 방사체로 동작하는 제1 내지 제3 주파수 대역에서 평균 이득은 주파수 대역이 높아질수록 대체로 증가하는 경향을 갖는다. 이는 전술한 바와 같이 주파수 대역이 높아질수록 안테나 빔 패턴이 더 지향성을 갖기 때문이다.
한편, 제4 주파수 대역인 7.05GHz 대역에서 평균 이득은 제3 주파수 대역에서의 평균 이득보다 다소 감소한다. 이러한 이득의 감소는 도 5a의 제3방사체 구조(1120)가 제1 및 제2 방사체 구조(1110, 1120)와 달리 안테나 모듈(1000)의 하부 방향의 유전체 기판의 일 평면 상에 배치되기 때문이다. 반면에, 제1 및 제2 방사체 구조(1110, 1120)는 3차원 구조로 형성되어 안테나 구조가 차지하는 공간이 제3방사체 구조(1120)보다 더 크다.
이상에서는 본 명세서에 따른 복수의 방사체 구조로 형성된 광대역 V2X 안테나 모듈에 대해 설명하였다. 이러한 안테나 모듈과 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다
이하에서는 본 명세서의 다른 양상에 따른 복수의 방사체 구조로 형성된 광대역 V2X 안테나 모듈이 배치되는 차량에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 광대역 V2X 안테나 모듈이 배치되는 차량은 복수의 방사체 구조로 형성된 광대역 V2X 안테나 모듈에 대한 전술한 모든 기술적 특징과 결합될 수 있다.
한편, 도 21은 실시 예에 따른 안테나 모듈과 상기 안테나 모듈이 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 21을 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 21을 참조하면, 안테나 모듈(1000)을 구비하는 차량(500)은 안테나 모듈(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 21을 참조하면, 차량(500)은 안테나 모듈(1000)을 구비할 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 차량의 루프 하부에 배치되고, 프로세서를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성될 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 차량에서 무선 통신을 통해 텔레매틱스 동작을 수행하므로 텔레매틱스 모듈로 지칭될 수도 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈(1000) 내의 안테나 PCB(1200)는 텔레매틱스 기능을 수행하는 텔레매틱스 모듈과 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 PCB(1200)와 텔레매틱스 모듈은 동일 평면 상에서 인터페이스 되도록 결합되거나 또는 텔레매틱스 모듈이 안테나 PCB(1200)의 하부에 배치될 수도 있다.
도 1a 내지 도 21을 참조하여, 본 명세서의 다른 양상에 따른 안테나 모듈(1000)을 구비하는 차량(500)에 대해 설명한다. 차량(500)은 차량의 루프 하부에 배치되는 안테나 모듈(1000)을 포함한다. 차량(500)은 안테나 모듈(1000)의 내부 또는 외부에 배치되고, 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다.
안테나 모듈(1000)은 상부 도전 패턴(1111)과 상부 도전 패턴의 양 단부에서 연장되는 제1 및 제2 측면 도전 패턴(1112, 1113)을 포함하는 제1 방사체 구조(1110)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 상부 도전 패턴(1111)과 연결되고, 복수의 도전 패턴들이 상호 연결되어 제1 측면 내지 제4 측면을 형성하는 제2 방사체 구조(1120)를 포함할 수 있다.
제2 방사체 구조(1120)는 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 제1 측면 내지 제4 측면에 배치되는 헬리컬 라인들로 구성될 수 있다. 제1 방사체 구조(1110) 및 제2 방사체 구조(1120)의 헬리컬 라인에 의해 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 제1 주파수 대역은 760MHz 대역이고, 제2 주파수 대역은 n38 대역인 2.6GHz 대역이고, 제3 주파수 대역은 n47 대역인 5.9GHz 대역으로 V2X 통신을 위해 할당된 대역일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
안테나 모듈(1000)은 비아 홀(VH)을 통해 급전부(1150)에 연결되는 도전 패턴(1130a)으로 형성되고, 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제3 방사체 구조(1130)를 포함할 수 있다.
제2 방사체 구조(1120)는 상부 도전 패턴(1111)의 일 측 단부에 연결되고, 상부 브랜치를 형성하는 제1 도전 패턴(1121)을 포함할 수 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 일 단부가 제1 도전 패턴(1121)과 연결되고, 절곡되어 타 단부가 형성된 제2 도전 패턴(1122)을 포함할 수 있다. 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 일 단부가 제2 도전 패턴(1122)의 타 단부와 연결되고, 타 단부가 하부 브랜치(1124)의 일 단부와 연결되게 형성된 제3 도전 패턴(1123)을 포함할 수 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 일 단부가 제3 도전 패턴(1123)의 타 단부와 연결되고, 절곡된 타 단부가 유전체 기판(1121)에 배치되는 제4 도전 패턴(1124)을 더 포함할 수 있다. 제2 방사체 구조(1120)는 제4 도전 패턴(1124)의 일 측 상의 지점에서 연장되게 형성된 제5 도전 패턴(1125)을 포함할 수 있다.
제2 도전 패턴(1122)의 일 부분(SP1), 제3 도전 패턴(1123)의 일 부분(SP1) 및 제5 도전 패턴(1125)의 일 부분(SP1)은 제1 측면 도전 패턴(1122)을 향하도록 제1 측면(S1) 상에 배치될 수 있다.
제1 측면(S1) 상에 배치되는 제3 도전 패턴(1123)의 하부 및 제5 도전 패턴(1125)의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조(interdigital structure)(1120a)로 형성될 수 있다. 이에 따라, 인터 디지털 구조(1120a)에 따라 제2 방사체 구조(1120)가 제2 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
안테나 모듈(1100)은 차량에 탑재되는 PCB(1200)의 일측 상부 영역에 배치되고, 제1 방사체 구조(1110) 내지 제3 방사체 구조(1120)로 형성된 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 PCB(1200)의 타측 하부 영역에 배치되고, 제1 방사체 구조(1110) 내지 제3 방사체 구조(1120)로 형성된 제2 안테나(V-ANT1, 1100-2)를 더 포함할 수 있다.
안테나 모듈(1000)에 여러 타입의 안테나 소자들이 배치될 수 있다. 각각의 타입의 안테나 소자도 복수의 안테나 소자로 구현되어 다중 입출력(MIMO)을 구현할 수 있다. 4G/5G 통신을 위해 복수의 안테나가 구비될 수 있다. 복수의 안테나는 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)를 포함할 수 있다. 복수의 안테나는 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)가 배치되는 위치와 형상은 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다.
프로세서(1400)는 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(V-ANT2, 1100-2)를 통해 제1 주파수 대역에서 V2X 통신을 위한 다이버시티 동작을 수행하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(V-ANT2, 1100-2)를 통해 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 또는 제3 주파수 대역에서 V2X 통신을 위한 다이버시티 동작을 수행하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(V-ANT2, 1100-2)를 통해 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 V2X 통신을 위한 다이버시티 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(V-ANT2, 1100-2)를 통해 제1 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다. 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1) 및/또는 제2 안테나(V-ANT2, 1100-2)를 통해 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 다이버시티 또는 단일 모드 송신/수신을 수행할 수 있다. 따라서, 프로세서(1400)는 통신 환경에 따라 MIMO 모드와 같은 다중 전송 모드, 다이버시티 모드와 단일 전송 모드 간에 전환이 제1 대역에서 가능하다.
프로세서(1400)는 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1) 및 제2 안테나(V-ANT2, 1100-2)를 통해 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 및/또는 제3 주파수 대역에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 제어할 수 있다. 제1 안테나(V-ANT1, 1100-1) 및/또는 제2 안테나(V-ANT2, 1100-2)를 통해 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역 및/또는 제3 주파수 대역에서 다이버시티 또는 단일 모드 송신/수신을 수행할 수 있다. 따라서, 프로세서(1400)는 통신 환경에 따라 MIMO 모드와 같은 다중 전송 모드, 다이버시티 모드와 단일 전송 모드 간에 전환이 제2 대역 및/또는 제3 대역에서 가능하다.
송수신부 회로(1250)는 각각의 안테나 소자들과 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 V2X 기반 다이버시티 또는 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 제2 안테나(ANT2) 중 어느 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하면서 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4) 중 어느 하나를 통해 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 각각의 안테나들을 해당 대역에서 최적화되도록 설계하고 동작하도록 구현할 수 있다는 장점이 있다.
따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역이 결합된 대역을 통해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 자율 주행 등을 위해 대용량의 데이터를 수신할 필요가 있는 경우, 반송파 집성을 통해 광대역 수신이 가능하다는 장점이 있다.
이에 따라, 차량은 eMBB (Enhanced Mobile Broad Band) 통신이 가능하고 차량은 eMBB UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 eMBB UE로 동작하는 차량을 위해 광대역 주파수 자원을 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 주파수 자원을 제외하고 여유 있는 주파수 대역들에 대한 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
주파수 대역과 관련하여, 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)에 해당하는 대역을 각각 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역으로 지칭할 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)에 해당하는 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역에서 단일 안테나로 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 PDCCH (physical downlink control channel)을 통해 할당된 자원 영역을 판단할 수 있다. 프로세서(1400)는 할당된 자원 영역에 기반하여, 제1 대역 내지 제3 대역 중 둘 이상의 대역에서 반송파 집성(carrier aggregation)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)를 통해 EN-DC 상태에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 일 예로, 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)를 통해 EN-DC 동작을 수행하고, 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 4G/5G 통신 시스템 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 본 명세서에 따른 차량에 배치되는 광대역 안테나 소자를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량에 대해 설명하였다.
이와 같은 차량에 배치되는 광대역 안테나 소자를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 상부, 측면 및 하부 영역의 복수의 방사체 구조로 구성된 광대역 안테나 구조를 제시하여 차량에 배치되면서 광대역 동작할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량에 배치되는 헬리컬 라인으로 이루어진 광대역 안테나 구조를 제시하여 차량에서 광대역 V2X 통신 서비스를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 3GPP Release 16에서 넓은 대역폭으로 높은 데이터 전송률을 갖는 n38, n47을 지원하는 NR V2X를 지원하는 차량용 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 3GPP Release 17에서 고려될 수 있는 주파수 대역으로 7GHz 대역까지 커버할 수 있는 NR V2X를 지원하는 차량용 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 패턴의 하부 영역에 그라운드 패턴을 배치하여, low elevation 빔 패턴을 구현할 수 있는 차량용 안테나 구조를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, PCB와 안테나 성능을 최적화할 수 있는 별도의 안테나 기판에 안테나 소자를 구현하여, 광대역 동작하면서도 높은 안테나 이득을 갖는 고효율 광대역 안테나 소자를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 안테나 성능을 일정 수준으로 유지하고 low elevation 빔 패턴을 유지할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 사고방지, 운전 편의성 향상, 연비 증진 등을 위한 차량용 광대역 V2X 안테나들을 통해 다이버시티 동작 구현하면서 안테나 간 격리도 향상이 가능하다.
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 모듈과 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,
    상부 도전 패턴(top conductive pattern)과 상기 상부 도전 패턴의 양 단부에서 연장되는 제1 및 제2 측면 도전 패턴을 포함하는 상기 제1 방사체 구조;
    상기 상부 도전 패턴과 연결되고, 복수의 도전 패턴들이 상호 연결되어 제1 측면 내지 제4 측면을 형성하고, 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 방사체 구조 - 상기 제2 방사체 구조는 유전체 구조의 제1 측면 내지 제4 측면에 배치되는 헬리컬 라인들로 구성됨; 및
    비아 홀을 통해 급전부에 연결되는 도전 패턴으로 형성되고, 상기 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제3 방사체 구조를 포함하고,
    상기 제1 방사체 구조 및 상기 제2 방사체 구조의 헬리컬 라인에 의해 상기 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성되는, 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방사체 구조는,
    상기 상부 도전 패턴의 일 측 단부에 연결되는 상부 브랜치와 상기 급전부와 연결되는 하부 브랜치를 포함하고,
    상기 상부 브랜치, 상기 상부 브랜치와 상기 하부 브랜치 사이에 형성되는 도전 패턴들 및 상기 하부 브랜치에 의해 상기 제1 측면 내지 제4 측면 상에 헬리컬 라인들로 형성된 헬리컬 방사체로 동작하는, 안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사체 구조의 상기 상부 도전 패턴과 상기 제1 및 제2 측면 패턴을 지지하고, 상기 제2 방사체 구조의 복수의 도전 패턴들을 지지하도록 구성된 유전체 구조를 더 포함하는, 안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방사체 구조는,
    상기 상부 도전 패턴의 일 측 단부에 연결되고, 상기 상부 브랜치를 형성하는 제1 도전 패턴;
    일 단부가 상기 제1 도전 패턴과 연결되고, 절곡되어 타 단부가 형성된 제2 도전 패턴;
    일 단부가 상기 제2 도전 패턴의 타 단부와 연결되고, 타 단부가 상기 하부 브랜치의 일 단부와 연결되게 형성된 제3 도전 패턴;
    일 단부가 상기 제3 도전 패턴의 타 단부와 연결되고, 절곡된 타 단부가 유전체 기판에 배치되는 제4 도전 패턴; 및
    상기 제4 도전 패턴의 일 측 상의 지점에서 연장되게 형성된 제5 도전 패턴을 포함하는, 안테나 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2 도전 패턴의 일 부분, 상기 제3 도전 패턴의 일 부분 및 상기 제5 도전 패턴의 일 부분은 상기 제1 측면 도전 패턴을 향하도록 상기 제1 측면 상에 배치되는, 안테나 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 측면 상에 배치되는 상기 제3 도전 패턴의 하단과 상기 제5 도전 패턴의 상단 사이의 간격은 1.0mm 이하로 설정되어, 상기 제2 방사체 구조가 상기 제2 주파수 대역에서 동작하는, 안테나 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1 측면 상에 배치되는 상기 제3 도전 패턴의 하부 및 상기 제5 도전 패턴의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조(interdigital structure)로 형성되어, 상기 제2 방사체 구조가 상기 제2 주파수 대역에서 동작하는, 안테나 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 측면에 인접한 제2 측면 상에 배치되는 상기 제2 도전 패턴의 하부 및 상기 제5 도전 패턴의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조로 형성되어, 상기 제2 방사체 구조가 상기 제2 주파수 대역에서 동작하는, 안테나 모듈.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제1 측면에 인접한 제2 측면 상에 상기 제1 도전 패턴의 제1 서브 패턴 및 상기 제4 도전 패턴의 제2 서브 패턴이 각각 상기 상부 브랜치 및 상기 하부 브랜치를 형성하고,
    상기 제1 도전 패턴의 제2 서브 패턴, 상기 제2 도전 패턴의 제2 서브 패턴 및 상기 제4 도전 패턴의 제1 서브 패턴은 상기 제2 측면 상에서 평행하게 배치되고,
    상기 제2 도전 패턴의 제3 서브 패턴 및 상기 제5 도전 패턴의 제1 서브 패턴은 상기 제2 측면 상에서 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조로 평행하게 배치되는, 안테나 모듈.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 주파수 대역은 760MHz 대역이고, 상기 제2 주파수 대역은 n38 대역인 2.6GHz 대역이고, 상기 제3 주파수 대역은 n47 대역인 5.9GHz 대역이고, 상기 제4 주파수 대역인 7GHz 대역이고,
    상기 제1 방사체 구조 내지 상기 제3 방사체 구조에 의한 제1 안테나 모듈은 V2X 통신을 위한 제1 안테나로 동작하고,
    상기 제1 안테나는 상기 제1 주파수 대역 내지 상기 제4 주파수 대역의 신호들을 수신 및 송신하도록 구성되는, 안테나 모듈.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제1 방사체 구조 내지 제3 방사체 구조로 형성되어 V2X 통신을 수행하도록 구성된 제2 안테나 모듈을 더 포함하고, 상기 제2 안테나 모듈은 V2X 통신을 위한 제2 안테나로 동작하고,
    상기 제1 안테나 모듈은 차량에 탑재되는 PCB의 일측 상부 영역에 배치되고, 상기 제2 안테나 모듈은 상기 PCB의 타 측 하부 영역에 배치되는, 안테나 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방사체 구조의 하부 브랜치를 구성하는 단부가 배치되는 제1 유전체 기판; 및
    상기 제1 유전체 기판의 하부에 배치되고, 배면에 배치된 상기 도전 패턴이 상기 비아 홀을 통해 전면에 배치된 상기 급전부와 연결되도록 구성된 제2 유전체 기판을 포함하는, 안테나 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제3 방사체 구조의 상기 도전 패턴은,
    제1 너비와 제1 길이로 형성되는 제1 도전 패턴; 및
    상기 제1 도전 패턴과 수직하게 형성되고, 제2 너비와 제2 길이로 형성되는 제2 도전 패턴을 포함하고,
    상기 제1 도전 패턴 및 상기 제2 도전 패턴으로 구성된 상기 도전 패턴은 상기 제4 주파수 대역인 7GHz 대역에서 방사체로서 동작하는, 안테나 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 도전 패턴의 일 단부와 상기 비아 홀과 연결되는 비아 패드 사이에 배치되는 임피던스 매칭 부를 더 포함하고,
    상기 임피던스 매칭 부는 저항, 인덕턴스, 커패시턴스 또는 이들의 조합으로 구성되는, 안테나 모듈.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 급전부의 급전 라인은,
    상기 제2 방사체 구조의 하부 브랜치의 단부로 제1 신호를 급전하는 제1 급전 라인; 및
    상기 제3 방사체 구조의 상기 도전 패턴으로 제2 신호를 급전하는 제2 급전 라인을 포함하는, 안테나 모듈.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나는 수평면을 기준으로 수직 방향에서 소정 각도 방향으로 low elevation 빔 패턴을 상기 제1 주파수 대역 내지 상기 제4 주파수 대역에서 형성하고,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나가 모두 동작하는 경우 수평 방향에서 omni-directional 빔 패턴을 형성하는, 안테나 모듈.
  17. 안테나 모듈을 구비하는 차량에 있어서,
    상기 차량의 루프 하부에 배치되는 안테나 모듈; 및
    상기 안테나 모듈의 내부 또는 외부에 배치되고, 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 프로세서를 포함하고,
    상기 안테나 모듈은,
    상부 도전 패턴과 상기 상부 도전 패턴의 양 단부에서 연장되는 제1 및 제2 측면 도전 패턴을 포함하는 제1 방사체 구조;
    상기 상부 도전 패턴과 연결되고, 복수의 도전 패턴들이 상호 연결되어 제1 측면 내지 제4 측면을 형성하고, 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역 및 제3 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제2 방사체 구조 - 상기 제2 방사체 구조는 상기 제1 측면 내지 제4 측면에 배치되는 헬리컬 라인들로 구성됨 -; 및
    비아 홀을 통해 급전부에 연결되는 도전 패턴으로 형성되고, 상기 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 동작하도록 구성된 제3 방사체 구조를 포함하고,
    상기 제1 방사체 구조 및 상기 제2 방사체 구조의 헬리컬 라인에 의해 상기 제1 주파수 대역에서 동작하도록 구성되는, 차량.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 방사체 구조는,
    상기 상부 도전 패턴의 일 측 단부에 연결되고, 상기 상부 브랜치를 형성하는 제1 도전 패턴;
    일 단부가 상기 제1 도전 패턴과 연결되고, 절곡되어 타 단부가 형성된 제2 도전 패턴;
    일 단부가 상기 제2 도전 패턴의 타 단부와 연결되고, 타 단부가 상기 하부 브랜치의 일 단부와 연결되게 형성된 제3 도전 패턴;
    일 단부가 상기 제3 도전 패턴의 타 단부와 연결되고, 절곡된 타 단부가 유전체 기판에 배치되는 제4 도전 패턴; 및
    상기 제4 도전 패턴의 일 측 상의 지점에서 연장되게 형성된 제5 도전 패턴을 포함하고,
    상기 제2 도전 패턴의 일 부분, 상기 제3 도전 패턴의 일 부분 및 상기 제5 도전 패턴의 일 부분은 상기 제1 측면 도전 패턴을 향하도록 상기 제1 측면 상에 배치되는, 차량.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 측면 상에 배치되는 상기 제3 도전 패턴의 하부 및 상기 제5 도전 패턴의 상부는 오목 구조 및 볼록 구조가 상보적으로 형성된 인터 디지털 구조(interdigital structure)로 형성되어, 상기 제2 방사체 구조가 상기 제2 주파수 대역에서 동작하는, 안테나 모듈.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은,
    상기 차량에 탑재되는 PCB의 일측 상부 영역에 배치되고, 상기 제1 방사체 구조 내지 상기 제3 방사체 구조로 형성된 제1 안테나; 및
    상기 PCB의 타측 하부 영역에 배치되고, 상기 제1 방사체 구조 내지 상기 제3 방사체 구조로 형성된 제2 안테나를 포함하고,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역에서 V2X 통신을 위한 다이버시티 동작을 수행하도록 제어하는 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 안테나 및 상기 제2 안테나를 통해 상기 제1 주파수 대역보다 높은 상기 제2 주파수 대역 또는 상기 제3 주파수 대역에서 V2X 통신을 위한 다이버시티 동작을 수행하도록 제어하는, 차량.
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