WO2023149591A1 - 차량에 배치되는 광대역 안테나 - Google Patents

차량에 배치되는 광대역 안테나 Download PDF

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Abstract

실시 예에 따른 차량은 차량의 외관으로 형성되며 제1 고정부(fixing part)와 제2 고정부를 포함하는 루프 구조(roof structure) 및 상기 루프 구조에 배치된 안테나 어셈블리를 포함한다. 상기 안테나 어셈블리는 외측 면에 제1 홈 부(grove portion) 및 제2 홈 부를 구비하고, 내측 면에 복수의 커플링 부(coupling portion)들을 구비하는 제1 커버 - 상기 제1 홈 부는 상기 루프 구조의 상기 제1 고정부와 결합되고, 상기 제2 홈 부는 상기 루프 구조의 상기 제2 고정부와 결합됨; 및 상기 제1 커버와 결합되는 제2 커버를 포함한다. 상기 제2 커버는 금속재질로 이루어지며 4개의 측면부들(side portions)을 포함한다.

Description

차량에 배치되는 광대역 안테나
본 명세서는 차량에 배치되는 광대역 안테나에 관한 것이다. 특정 구현은 다양한 통신 시스템에서 동작 가능하도록 광대역 안테나를 구비한 안테나 모듈 및 이를 구비하는 차량에 관한 것이다.
차량(vehicle)은 다른 차량 또는 주변 사물, 인프라 또는 기지국과 무선 통신 서비스를 수행할 수 있다. 이와 관련하여, LTE(Long Term Evolution) 통신, 5G 통신 또는 WiFi 통신 기술을 이용하여 다양한 무선 통신 서비스를 제공할 수 있다.
차량에서 이러한 다양한 무선 통신 서비스를 제공하기 위해 안테나는 차량의 글래스, 차량의 루프(roof) 상부 또는 하부에 배치될 수 있다. 안테나가 차량의 글래스에 배치되는 경우 투명 안테나 소재로 구현될 수 있다. 한편, 안테나가 차량의 루프 상부 또는 하부에 배치되는 경우 차량 바디 및 차량의 루프에 영향이 안테나 성능에 변화가 발생할 수 있다.
이와 관련하여, 차량 바디 및 차량 루프는 메탈 재질로 형성되어 전파가 차단되는 문제점이 있다. 이에 따라 차량 바디 또는 루프의 상부에 별도의 안테나 구조물을 배치할 수 있다. 또는, 안테나 구조물이 차량 바디 또는 루프의 하부에 배치되는 경우, 안테나 배치 영역에 대응하는 차량 바디 또는 루프 부분은 비 금속 재질로 형성될 수 있다.
차량용 안테나를 통해 차량 외부 영역과 차량 내부 영역에서 무선 통신 서비스를 제공할 필요가 있다. 이와 관련하여, 차량용 안테나가 차량의 루프 내에 배치되는 경우 차량 내부 영역으로 무선 신호를 제공하기 어렵다는 문제점이 있다.
한편, 차량에서 4G/5G 통신 서비스 이외에 다양한 통신 서비스를 제공하기 위하여 다양한 안테나 소자들이 차량용 안테나 모듈에 배치될 필요가 있다. 다양한 안테나 소자들이 안테나 모듈의 제한된 영역 내에 배치됨에 따라 안테나 소자 간 간섭이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
또한, 안테나 모듈 내에 배치된 여러 전자 부품에서 발생하는 열을 방출하도록 방열 부품이 배치될 필요가 있다. 이러한 방열 부품은 열을 흡수하도록 메탈 재질로 형성될 수 있다. 메탈 재질의 방열 부품에 안테나 소자들이 인접하게 배치되는 경우 안테나 성능이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 4G/5G 통신을 위한 복수의 안테나들이 배치된 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 4G/5G 안테나 이외에 GNSS 안테나, Wi-Fi 안테나, V2X 안테나, SDARS 안테나들이 최적으로 배치된 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 차량용 안테나 모듈에서 안테나 기판과 TCU 기판의 다양한 결합 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 차량용 안테나 모듈에서 안테나 기판과 TCU 기판의 다양한 결합 구조에서 안테나 성능과 방열 성능을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 다중 입출력(MIMO)을 위한 안테나의 성능과 Wi-Fi 안테나의 성능을 모두 최적화하면서 격리도를 유지할 수 있는 구성을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 차량 바디 또는 루프 외관이 메탈 재질로 형성되는 경우에도 차량 내부 영역으로 무선 신호를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 안테나 모듈을 구성하는 바디의 그라운드 영역을 안테나로 활용하면서 이중 모드로 동작하는 안테나를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 안테나 모듈의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 모듈을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 차량은 차량의 외관으로 형성되며 제1 고정부(fixing part)와 제2 고정부를 포함하는 루프 구조(roof structure) 및 상기 루프 구조에 배치된 안테나 어셈블리를 포함한다. 상기 안테나 어셈블리는 외측 면에 제1 홈 부(grove portion) 및 제2 홈 부를 구비하고, 내측 면에 복수의 커플링 부(coupling portion)들을 구비하는 제1 커버 - 상기 제1 홈 부는 상기 루프 구조의 상기 제1 고정부와 결합되고, 상기 제2 홈 부는 상기 루프 구조의 상기 제2 고정부와 결합됨; 및 상기 제1 커버와 결합되는 제2 커버를 포함한다. 상기 제2 커버는 금속재질로 이루어지며 4개의 측면부들(side portions)을 포함한다.
실시 예에 따르면, 제1 측면 부와 제3 측면 부는 반대 측면들이고, 제2 측면 부와 제4 측면 부는 반대 측면들이고, 상기 제1 측면 부는 제1 슬롯 방사 부 와 제2 슬롯 방사 부를 구비하고, 상기 제3 측면 부는 제3 슬롯 방사 부 및 제4 슬롯 방사 부를 구비하고, 상기 제2 측면 부는 제1 리세스 부 및 상기 제1 리세스 부 내의 제1 돌출 부(protrusion part)를 구비하고, 상기 제 4 측면 부는 제 2 리세스 부 및 상기 제 2 리세스 부 내의 2 돌출 부를 구비한다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 어셈블리는 상기 제1 커버와 상기 제2 커버에 의해 형성되는 내부 공간(inner space)에 배치되는 제1 인쇄회로기판 (PCB) - 상기 제1 PCB는 무선 신호를 처리하도록 구성된 무선 통신 제어 IC를 포함하고, 상기 제1 PCB는 제1 급전부(feeding part) 및 제2 급전부를 포함함; 상기 제1 커버와 상기 제2 커버에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 배치되는 제2 PCB - 상기 제2 PCB는 제3 급전부 및 제4 급전부를 포함하고, 상기 제2 PCB는 상기 제1 PCB와 결합됨; 및 상기 제1 커버 및 상기 제2 커버에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 배치되는 복수의 안테나 구조들 - 상기 복수의 안테나 구조들은 제1 방사체, 제2 방사체, 제3 방사체 및 제4 방사체를 포함한다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 방사체는 제1 도전 패턴 및 제1 슬롯 방사 부를 포함한다. 상기 제1 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제1 PCB 사이에 배치된다. 상기 제1 도전 패턴은 상기 제1 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 상기 제1 급전부와 전기적으로 연결된다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 방사체는 제2 도전 패턴 및 제2 슬롯 방사부를 포함한다. 상기 제2 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제1 PCB 사이에 배치된다. 상기 제2 도전 패턴은 상기 제2 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 상기 제2 급전부와 전기적으로 연결된다.
실시 예에 따르면, 상기 제3 방사체는 제3 도전 패턴 및 제3 슬롯 방사 부를 포함한다. 상기 제3 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제2 PCB 사이에 배치된다. 상기 제3 도전 패턴은 상기 제3 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 제3 급전부와 전기적으로 연결된다.
실시 예에 따르면, 상기 제4 방사체는 제4 도전 패턴 및 제4 슬롯 방사 부를 포함한다. 상기 제4 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제2 PCB 사이에 배치된다. 상기 제4 도전 패턴은 상기 제4 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 제4 급전부와 전기적으로 연결된다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 고정부 및 상기 제1 돌출부는 상기 제1 홈 부에 제1 커플링 부재에 의해 고정된다. 상기 제2 고정부 및 상기 제2 돌출부는 상기 제2 홈 부에 상기 제2 커플링 부재에 의해 고정된다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 PCB의 제1 부분(part)은 상기 제1 슬롯 방사 부와 상기 제2 슬롯 방사 부 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 PCB의 제2 부분은 상기 제1 리세스 부와 상기 제2 리세스 부 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 PCB는 상기 제3 슬롯 방사 부와 상기 제4 슬롯 방사 부 사이에 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 PCB는 상기 제1 PCB의 제1 부분에 있는 제1 커넥터를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 PCB는 상기 제1 PCB의 상기 제1 커넥터와 결합되도록 구성된 제2 커넥터를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 PCB는 제1 그라운드 부(ground portion)를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 그라운드 부 및 상기 제2 커버는 복수의 컨택 지점들에서 연결될 수 있다. 상기 제2 PCB는 제2 그라운드 부를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 그라운드 부 및 상기 제2 커버는 복수의 컨택 지점들에서 연결될 수 있다
실시 예에 따르면, 상기 제1 PCB의 상기 무선 통신 제어 IC는 상기 제1 PCB의 상기 제2 부분에 배치될 수 있다. 상기 제1 커버는 개구 영역(opening area)을 구비할 수 있다. 상기 제1 커버의 상기 개구 영역은 상기 제1 PCB의 상기 무선 통신 제어 IC를 마주보도록 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 커버의 상기 개구 영역은 금속 구조의 히트 싱크에 의해 커버될 수 있다. 상기 무선 통신 제어 IC에 의해 생성된 열은 상기 히트 싱크로 전달될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 슬롯 방사 부 및 상기 제2 슬롯 방사 부는 상기 제1 측면 부에서 평행할 수 있다. 상기 제1 슬롯 방사 부의 크기는 상기 제2 슬롯 방사 부의 크기보다 더 크게 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 PCB는 제5 급전부를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 슬롯 방사 부는 상기 제2 커버에 연결된 제5 도전 패턴을 구비할 수 있다. 상기 제5 도전 패턴은 상기 제1 슬롯 방사 부 내의 상기 제5 도전 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제1 급전 부 및 상기 제5 도전 패턴은 상기 제1 PCB의 반대 면에 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제3 슬롯 방사 부 및 상기 제4 슬롯 방사 부는 상기 제3 측면 부에서 평행할 수 있다. 상기 제3 슬롯 방사 부의 크기는 상기 제4 슬롯 방사 부의 크기보다 더 작게 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 슬롯 방사 부는 상기 제2 커버 내에서 제1 유전체 커버에 의해 커버될 수 있다. 상기 제2 슬롯 방사 부는 상기 제2 커버 내에서 제2 유전체 커버에 의해 커버될 수 있다. 상기 제3 슬롯 방사 부는 상기 제2 커버 내에서 제3 유전체 커버에 의해 커버될 수 있다. 상기 제4 슬롯 방사 부는 상기 제2 커버 내에서 제4 유전체 커버에 의해 커버될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 돌출 부는 상기 제1 리세스 부의 중간 부(middle portion)에서 연결될 수 있다. 상기 제2 돌출 부는 상기 제2 리세스 부의 중간 부에서 연결될 수 있다. 상기 제2 돌출 부는 상기 제2 리세스 부 내에서 상기 제2 슬롯 방사 부를 향해 돌출된 서브 돌출 부를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 커버의 내측 면(inner-side surface)에 있는 상기 복수의 커플링 부들은 제1 커플링 부, 제2 커플링 부, 제3 커플링 부 및 제4 커플링 부를 포함할 수 있다. 상기 제1 도전 패턴은 제1 서브 패턴 및 제2 서브 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제1 서브 패턴은 상기 제1 커버의 상기 내측 면에 있는 상기 제1 커플링 부에 배치되고, 상기 제1 서브 패턴은 상기 제2 커버의 상기 제1 슬롯 방사 부와 중첩(overlap)되고, 상기 제2 서브 패턴은 상기 제1 서브 패턴 및 상기 제1 급전 부와 전기적으로 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 도전 패턴은 제3 서브 패턴 및 제4 서브 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제3 서브 패턴은 상기 제1 커버의 상기 내측 면에 있는 상기 제2 커플링 부에 배치되고, 상기 제3 서브 패턴은 상기 제2 커버의 상기 제2 슬롯 방사 부와 중첩되고, 상기 제4 서브 패턴은 상기 제3 서브 패턴 및 상기 제2 급전 부와 전기적으로 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제3 도전 패턴은 제5 서브 패턴 및 제6 서브 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제5 서브 패턴은 상기 제1 커버의 상기 내측 면에 있는 상기 제3 커플링 부에 배치되고, 상기 제5 서브 패턴은 상기 제2 커버의 상기 제3 슬롯 방사 부와 중첩되고, 상기 제6 서브 패턴은 상기 제5 서브 패턴 및 상기 제3 급전 부와 전기적으로 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제4 도전 패턴은 제7 서브 패턴 및 제8 서브 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제7 서브 패턴은 상기 제1 커버의 상기 내측 면에 있는 상기 제4 커플링 부에 배치되고, 상기 제7 서브 패턴은 상기 제2 커버의 상기 제4 슬롯 방사 부와 중첩되고, 상기 제8 서브 패턴은 상기 제7 서브 패턴 및 상기 제4 급전 부와 전기적으로 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 서브 패턴, 상기 제3 서브 패턴, 상기 제5 서브 패턴 및 상기 제7 서브 패턴은 상기 히트 싱크보다 더 상위 부분(higher portion)에 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 서브 패턴, 상기 제3 서브 패턴, 상기 제5 서브 패턴 및 상기 제7 서브 패턴은 10mm 이상만큼 상기 히트 싱크로부터 이격될 수 있다.
실시 예에 따르면, 각각의 안테나 구조들은 모노폴 안테나 부(monopole antenna portion)와 바닥 슬롯 안테나 부(bottom slot antenna portion)를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 각각의 안테나 구조들은 600MHz-6GHz 주파수 대역들(frequency bands)에서 4x4 다중 입출력(Multi input Multi output, MIMO) 시스템으로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 각각의 안테나 구조들은 너비 86 mm X 길이 43 mm X 높이 17mm의 체적 사이즈 (volume size) 내에 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 고정부 및 상기 제2 고정 부는 볼트 형상을 포함할 수 있다. 상기 제1 커플링 부재 및 상기 제2 커플링 부재는 너트 형상을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제3 방사체 또는 상기 제4 방사체로부터 수신된 신호가 소정 레벨보다 낮으면, 상기 무선 통신 제어 IC가 상기 제1 방사체 또는 상기 제2 방사체로부터 수신된 신호만 수신하도록 구성될 수 있다.
본 명세서의 다른 양상에 따른 차량은 차량의 외관으로 형성되며 제1 고정부(fixing part)와 제2 고정부를 포함하는 루프 구조(roof structure) 및 상기 루프 구조에 배치된 안테나 어셈블리를 포함한다. 상기 안테나 어셈블리는 상기 제1 커버와 상기 제2 커버에 의해 형성되는 내부 공간(inner space)에 배치되는 제1 인쇄회로기판 (PCB) - 상기 제1 PCB는 무선 신호를 처리하도록 구성된 무선 통신 제어 IC를 포함함; 및 상기 제1 커버와 상기 제2 커버에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 배치되는 제2 PCB - 상기 제2 PCB는 제1 급전부, 제2 급전부, 제3 급전부 및 제4 급전부를 포함하고, 상기 제2 PCB는 상기 제1 PCB와 결합될 수 있다.
본 명세서의 또 다른 양상에 따른 차량은 차량의 외관으로 형성되며 제1 고정부(fixing part)와 제2 고정부를 포함하는 루프 구조(roof structure) 및 상기 루프 구조에 배치된 안테나 어셈블리를 포함한다. 상기 안테나 어셈블리는 상기 제1 커버와 상기 제2 커버에 의해 형성되는 내부 공간(inner space)에 배치되는 제1 인쇄회로기판 (PCB) - 상기 제1 PCB는 무선 신호를 처리하도록 구성된 무선 통신 제어 IC를 포함하고, 상기 제1 PCB는 제1 급전부를 포함함; 및 상기 제1 커버와 상기 제2 커버에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 배치되는 제2 PCB - 상기 제2 PCB는 제2 급전부, 제3 급전부 및 제4 급전부를 포함하고, 상기 제2 PCB는 상기 제1 PCB와 결합될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 PCB의 제1 부분(part)은 상기 제1 슬롯 방사 부와 상기 제2 슬롯 방사 부 사이에 배치될 수 있다. 상기 제1 PCB의 제2 부분은 상기 제1 리세스 부와 상기 제2 리세스 부 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 PCB의 제1 부분은 상기 제3 슬롯 방사 부와 상기 제4 슬롯 방사 부 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 PCB의 제2 부분은 상기 제1 슬롯 방사 부와 상기 제1 슬롯 방사 부 사이에 배치될 수 있다.
이와 같은 차량에 탑재되는 광대역 안테나를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 4G/5G 통신을 위한 복수의 안테나들이 배치된 안테나 모듈에서, 각각의 안테나 성능을 최적화할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 4G/5G 안테나 이외에 GNSS 안테나, Wi-Fi 안테나, V2X 안테나, SDARS 안테나들이 최적으로 배치된 안테나 모듈을 구성할 수 있다. 이와 관련하여, 4G/5G 안테나의 메탈 패턴의 크기를 감소시키면서 안테나 성능을 유지할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량용 안테나 모듈에서 안테나 기판과 TCU 기판의 다양한 결합 구조를 제공하기 위한 것이다. 이와 관련하여, 안테나 기판과 TCU 기판이 동일 평면 상에서 결합될 수 있다. 또한, 전체 안테나 크기의 최적화를 위해 복수의 안테나 소자들이 안테나 기판 또는 TCU 기판의 급전 패턴과 연결될 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량용 안테나 모듈에서 안테나 기판과 TCU 기판의 다양한 결합 구조에서 안테나 성능과 방열 성능을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여, 4G/5G 안테나 소자들이 안테나 모듈의 일 측 상부, 일 측 하부, 타 측 상부 및 타 측 하부에 배치되고, 히트 싱크는 안테나 모듈의 중앙 영역에 배치될 수 있다.
본 명세서에 따르면, 다중 입출력(MIMO)을 위한 안테나의 성능과 Wi-Fi 안테나의 성능을 모두 최적화하면서 격리도를 유지할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나들 중 적어도 하나의 하부 영역에 배치된 하부 커버의 슬롯 구조를 형성하여 Wi-Fi 안테나를 구현할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량 바디 또는 루프 외관 중 일부가 메탈 재질로 형성되는 경우에도 차량 내부 영역으로 무선 신호를 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈의 상부 커버를 유전체로 구성하고 메탈 재질의 하부 커버에 슬롯 안테나를 구현할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 모듈을 구성하는 바디의 그라운드 영역을 안테나로 활용하면서 안테나가 이중 모드로 동작하게 할 수 있다. 이와 관련하여, 메탈 재질의 하부 커버에 슬롯 안테나를 구현하고 상부 영역에 다른 방사체를 배치할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 모듈의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여, 4G/5G 안테나의 각 방사체를 입체 구조로 형성하고 높이가 최소화되게 설계할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 모듈을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시할 수 있다. 이와 관련하여, 4G/5G 안테나 이외에 GNSS 안테나, Wi-Fi 안테나, V2X 안테나, SDARS 안테나들이 최적으로 배치된 안테나 모듈을 구성할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1a는 일 예시에 따른 차량 내부를 설명하기 위한 구성도이다. 한편, 도 1b는 일 예시에 따른 차량 내부를 측면에서 본 구성도이다.
도 2a는 V2X 어플리케이션의 타입을 나타낸다.
도 2b는 V2X SL 통신을 지원하는 독립형(standalone) 시나리오와 V2X SL 통신을 지원하는 MR-DC 시나리오를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 차량 및 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 5는 본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈의 분해 사시도를 나타낸다.
도 6a는 차량용 안테나 모듈의 하부 커버의 전면에 안테나 PCB가 배치된 전면도를 나타낸다. 도 6b는 차량용 안테나 모듈의 하부 커버의 전면도를 나타낸다. 도 6c는 도 6a 및 도 6b의 안테나 구성에서 제2 결합부의 구조에 따른 일 측 하부에 배치된 안테나의 안테나 효율을 주파수 별로 비교한 것이다.
도 7a 및 도 7b는 본 명세서에 따른 TCU PCB와 안테나 PCB가 보드 투 보드 커넥터에 의해 결합되기 이전의 구성과 결합된 이후의 구성을 나타낸다.
도 8a는 본 명세서에 따른 TCU PCB와 안테나 PCB가 결합된 구성에서 응급 상황에서의 동작 변경의 구성을 나타낸다.
도 8b는 도 8a의 동작 변경과 관련하여 제1 PCB와 제2 PCB 간의 신호 전달 경로를 변경하는 회로 구성을 나타낸다.
도 9a는 도 5의 상부 커버와 히트 싱크가 결합된 구조를 나타낸다. 한편, 도 9b는 히트 싱크 구조가 일 축 방향으로 확장된 구조를 나타낸다.
도 10은 본 명세서에 따른 4G/5G 안테나 이외에 다른 안테나 소자들을 포함하는 차량용 안테나 모듈의 분해 사시도이다.
도 11a 내지 도 11d은 안테나 모듈을 구성하는 각 부분의 구성을 나타낸 것이다.
도 12a 및 도 12b는 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리 구조가 차량의 루프 구조와 결합되는 사시도 및 측면도를 나타낸다.
도 12c는 본 명세서에 따른 제1 커버와 제2 커버와 체결 수단을 통해 체결되도록 구성된 안테나 어셈블리의 체결 이전의 분해도와 체결된 상태의 결합도를 나타낸다.
도 13a 및 도 13b는 본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈의 TCU PCB와 안테나 PCB가 결합되는 예시들을 나타낸다.
도 14a는 본 명세서에 따른 차량에 배치될 수 있는 안테나 모듈에서 4G/5G 통신을 수행하는 방사체가 배치되는 구조의 사시도를 나타낸다. 한편, 도 14b는 도 14a의 제1 타입의 방사체와 방사체의 크기가 감소된 제2 타입의 방사체를 비교한 것이다.
도 15a 및 도 15b는 실시 예들에 따라 하부 커버의 메탈 플레이트의 서로 다른 위치에 형성된 슬롯 영역들을 나타낸다.
도 16a 및 도 16b는 감소된 크기의 안테나 PCB로 구성된 차량용 안테나 모듈의 분해 사시도이다.
도 17은 본 명세서에 따른 구획된 구조로 형성된 상부 커버의 구조를 나타낸다.
도 18은 제1 안테나의 하부 영역에 V2X 안테나가 배치된 구조를 나타낸다.
도 19는 본 명세서의 서로 다른 예시에 따른 브랜치 라인 구조를 나타낸다.
도 20은 본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈의 제1 안테나의 하부 영역의 각 라인 상에서 단면도 및 컨택 영역을 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 Wi-Fi 통신 서비스를 위해 2.4GHz 대역 및 5.44GHz 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 본 명세서에 따른 차량용 광대역 안테나 모듈에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 5는 본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈의 분해 사시도를 나타낸다. 한편, 도 6a는 차량용 안테나 모듈의 하부 커버의 전면에 안테나 PCB가 배치된 전면도를 나타낸다. 도 6b는 차량용 안테나 모듈의 하부 커버의 전면도를 나타낸다.
도 5를 참조하면, 차량용 광대역 안테나 모듈(1000)은 내부에 안테나 PCB(1200)와 TCU PCB(1200b)가 배치될 수 있다. 안테나 PCB(1200)는 TCU PCB(1200b)와 결합되고, 적어도 하나의 안테나 소자가 배치될 수 있다. TCU PCB(1200b)는 안테나 PCB(1200)와 결합되고, 전자 부품들이 배치되어 차량의 동작을 제어, 즉 텔레매틱스 동작을 제어하도록 구성된다. TCU PCB(1200b)에서 TCU는 텔레매틱스 제어 유닛을 의미한다. 안테나 PCB(1200)와 TCU PCB(1200b)를 각각 안테나 기판(1200)과 TCU 기판(1200b)으로 지칭할 수 있다. 또한, 안테나 PCB(1200)와 TCU PCB(1200b) 중 어느 하나를 제1 PCB로 지칭하고, 이들 중 다른 하나를 제2 PCB로 지칭할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의상 TCU PCB(1200b)를 제1 PCB(1200b)로 지칭하고 안테나 PCB(1200)를 제2 PCB(1200)로 지칭하기로 한다.
도 5 및 도 6a를 참조하면, 차량용 안테나 모듈(1000)은 제1 PCB(1200b), 제2 PCB(1200)를 포함할 수 있다. 도 5 내지 도 6b를 참조하면, 차량용 안테나 모듈(1000)은 제1 PCB(1200b), 제2 PCB(1200) 및 하부 커버(1300)를 포함하도록 구성될 수 있다. 4G/5G 통신 대역에서 방사체로 동작하는 안테나(1100)는 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 방사체(1110) 및 제2 방사체(1120)는 제1 PCB(1200b)의 상측과 하측에 형성된 제1 급전 패턴(F1) 및 제2 급전 패턴(F2)과 각각 연결될 수 있다. 제3 방사체(1130) 및 제4 방사체(1140)는 제2 PCB(1200)의 상측과 하측에 형성된 제3 급전 패턴(F3) 및 제4 급전 패턴(F4)과 각각 연결될 수 있다.
도 5 내지 도 6b를 참조하면, 제1 PCB(1200b)는 전자 부품들이 배치되고, 제1 영역(R1) 및 제2 영역(R2)에 배치되게 구성될 수 있다. 제2 PCB(1200)는 제1 PCB(1200b)와 결합되어 제3 영역(R3)에 배치되게 구성될 수 있다. 제2 PCB(1200)에 GNSS 안테나(1150)가 배치될 수 있다. 제1 PCB(1200b)에 프로세서에 해당하는 NAD(network access device)가 배치될 수 있다.
하부 커버(1300)는 제1 PCB(1200b) 및 제2 PCB(1200)의 하부에 배치될 수 있다. 하부 커버(1300)는 제2 영역(R2)에 제1 돌출 부(1301) 및 제2 돌출 부(1302)가 형성될 수 있다.
안테나 모듈의 제1 영역(R1)에 제1 PCB(1200b)와 제1 방사체(1110) 및 제2 방사체(1120)가 구비될 수 있다. 제1 방사체(1110) 및 제2 방사체(1120) 사이에 제1 PCB(1200b)의 제1 부분(P1)이 배치될 수 있다. 안테나 모듈의 제1 영역(R2)에 제1 PCB(1200b)와 하부 커버(1300)의 제1 개구(opening)(O1) 및 제2 개구(O2)가 구비될 수 있다. 제1 리세스 부(1303) 및 제2 리세스 부(1304) 사이에 제1 PCB(1200b)의 제2 부분(P2)이 배치될 수 있다. 제1 리세스 부(1303)에 하부 커버(1300)에서 연장된 제1 돌출 부(1301)가 형성될 수 있다. 제2 리세스 부(1304)에 하부 커버(1300)에서 연장된 제2 돌출 부(1302)가 형성될 수 있다. 안테나 모듈의 제3 영역(R3)에 제2 PCB(1200)와 제3 방사체(1130) 및 제4 방사체(1140)가 구비될 수 있다. 제3 방사체(1130) 및 제4 방사체(1140) 사이에 제2 PCB(1200)가 배치될 수 있다.
제1 돌출 부(1301)는 제1 리세스 부(1303)의 하측 단부에서 수직하게 연장되어 상측 방향인 제1 방향으로 형성될 수 있다. 제2 돌출 부(1302)는 제2 리세스 부(1304)의 하측 단부에서 수직하게 연장되어 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 형성될 수 있다. 제2 돌출 부(1302)는 제1 방향과 수직하고 제2 방사체(1120)와 인접한 일 측 방향인 제2 방향으로 형성될 수 있다.
한편, 도 6c는 제2 결합부의 구조에 따른 일 측 하부에 배치된 안테나의 안테나 효율을 주파수 별로 비교한 것이다. 도 6c(a)를 참조하면, 제2 돌출 부(1302a)는 하부 커버(1300)에 연결되게 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 돌출 부(1302a)는 차량 루프 내부에 배치되도록 제1 돌출 부(1300)와 달리 제2 방향으로 형성될 수 있다. 제2 돌출 부(1302a)에 인접하게 배치된 안테나의 저대역(LB) 특성이 저하될 수 있다. 이러한 안테나 효율 특성 저하를 방지하기 위해, 제2 돌출 부(1302)는 제1 방향 및 이에 수직한 제2 방향으로 형성될 수 있다.
도 6a 및 도 6b와 같이 제2 홈 부(GP2)의 하측 단부에서 수직하게 연장되어 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 형성되는 제2 돌출 부(1302)에 의해 안테나 효율이 저대역(LB)에서 향상될 수 있다. 도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 제2 돌출 부(1302)가 제2 방사체(1120)이 배치되는 메탈 플레이트(1300m)의 단부에 인접하게 배치됨에 따라 제2 방사체(1120)의 안테나 효율이 저대역(LB)에서 향상될 수 있다. 이와 관련하여, 저대역(LB)인 620 내지 960MHz 대역에서 제2 방사체(1120)의 안테나 효율이 1.5dB 이상 향상될 수 있다.
제1 PCB(1200b)는 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)로 인가되는 신호를 제어하도록 구성된 NAD(network access device)(1400)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 도 7a 및 도 7b는 본 명세서에 따른 TCU PCB와 안테나 PCB가 보드 투 보드 커넥터에 의해 결합되기 이전의 구성과 결합된 이후의 구성을 나타낸다. 한편, 도 8a는 본 명세서에 따른 TCU PCB와 안테나 PCB가 결합된 구성에서 응급 상황에서의 동작 변경의 구성을 나타낸다. 도 8b는 도 8a의 동작 변경과 관련하여 제1 PCB와 제2 PCB 간의 신호 전달 경로를 변경하는 회로 구성을 나타낸다.
도 8b를 참조하면, TCU PCB에 해당하는 제1 PCB(1200b)를 통해 신호가 전달되도록 신호 전달 경로를 형성할 수 있다. 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 제1 PCB(1200b)에 배치된 제1 방사체(1110)를 통해 신호를 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 무선 통신 제어 IC(1400)는 출력이 제1 PCB(1200b)의 입력과 연결되도록 제어할 수 있다. 한편, 안테나 PCB에 해당하는 제2 PCB(1200)를 통해 신호가 전달되도록 신호 전달 경로를 형성할 수 있다. 제2 PCB(1200)에 배치된 제3 방사체(1130)를 통해 신호를 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 무선 통신 제어 IC(1400)는 출력이 제2 PCB(1200)의 입력과 연결되도록 제어할 수 있다. 무선 통신 제어 IC(1400)는 모뎀 IC, FEM (front end module) 및 PMIC(power management integrated chip)을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. PMIC가 무선 통신 제어 IC(1400)의 외부에 배치될 수도 있다.
도 5 내지 도 8b를 참조하면, 제1 PCB(1200b) 및 제2 PCB(1200)는 보드 투 보드 커넥터(1010a, 1010b)에 의해 동작 가능하게 결합될 수 있다. 도 5 내지 도 8을 참조하면, 보드 투 보드 커넥터(1010a, 1010b)에 의해 제3 영역(R3)에 배치된 안테나로 신호가 전달되지 않는 지 여부를 판단할 수 있다. 다시 말해, 제1 PCB(1200b) 및 제2 PCB(1200)가 결합된 구성에서 보드 투 보드 커넥터(1010a, 1010b)에 의해 제2 PCB(1200)로 신호가 전달되지 않는 지 여부를 판단할 수 있다. 이에 따라, 제1 PCB(1200b)는 제3 영역(R3)에 배치된 안테나가 아닌 제1 영역(R1)에 배치된 안테나로 신호가 전달되도록 제어할 수 있다.
이와 관련하여, NAD(1400)는 보드 투 보드 커넥터(1010a, 1010b)에 의해 제3 영역(R3)에 배치된 안테나를 통해 수신되는 신호가 임계치 이하인지 여부를 판단할 수 있다. NAD(1400)는 보드 투 보드 커넥터(1010a, 1010b)에 의해 제3 영역(R3)의 제3 방사체(1130) 또는 제4 방사체(1140)를 통해 수신되는 신호가 임계치 이하인지 여부를 판단할 수 있다. 제3 방사체(1130) 또는 제4 방사체(1140)를 통해 수신되는 신호가 임계치 이하이면, NAD(1400)는 신호 전달 경로를 제어할 수 있다. NAD(1400)는 제1 영역(R1)에 배치된 제1 방사체(1110) 및 제2 방사체(1120)를 통해 신호를 수신 또는 송신되도록 신호 전달 경로를 제어할 수 있다. 따라서, 제3 방사체(1130) 또는 제4 방사체(1140)로부터 수신된 신호가 소정 레벨보다 낮으면, 무선 통신 제어 IC(1400)가 제1 방사체(1110) 또는 제2 방사체(1120)로부터 수신된 신호만 수신하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈 내부에 히트 싱크(1020)가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9a는 도 5의 상부 커버와 히트 싱크가 결합된 구조를 나타낸다. 한편, 도 9b는 히트 싱크 구조가 일 축 방향으로 확장된 구조를 나타낸다.
도 5 내지 도 6b 및 도 9a(a)를 참조하면, 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)는 각각 제1 영역(R1)의 상부 영역, 제1 영역(R1)의 하부 영역, 제3 영역(R3)의 상부 영역 및 제3 영역(R3)의 하부 영역에 배치될 수 있다. 제1 방사체(1110)의 하부 영역의 A 라인 상에 V2X 안테나가 배치될 수 있다. 제1 방사체(1110)의 하부 영역의 B 라인 상에 제1 방사체(1110)를 위한 급전 패턴이 배치될 수 있다. 제1 방사체(1110)의 하부 영역의 C 라인 상에 Wi-Fi 안테나를 위한 급전 패턴이 배치될 수 있다. 이러한 A, B, C 라인 상의 배치 구조에 대해서는 도 17b 내지 도 18b에서 상세하게 설명한다.
안테나 모듈(1000)은 안테나 모듈의 제2 영역(R2)에 배치되는 히트 싱크(1020)를 더 포함할 수 있다. 히트 싱크(1020)는 NAD(1400)로부터 발생하는 열을 흡수하도록 메탈 재질의 구조물로 구성될 수 있다. 히트 싱크(1020)의 하부 영역에 백업 배터리(1300b)가 배치될 수 있다.
히트 싱크(1020)는 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)가 배치된 제1 영역(R1)의 상부 영역 내지 제3 영역(R3)의 하부 영역 사이의 제2 영역(R2)에 배치될 수 있다. 히트 싱크(1020)는 제1 돌출 부(1301) 및 제2 돌출 부(1302)가 배치된 제2 영역(R2)의 상부 영역 및 제2 영역(R2)의 하부 영역 사이의 제2 영역(R2)에 배치될 수 있다.
히트 싱크(1020)의 하부는 NAD(1400)와 인접하게 제1 PCB(1200b)와 결합될 수 있다. 히트 싱크(1020)의 상부는 메탈 플레이트(1021)로 형성될 수 있다. 히트 싱크(1020)의 메탈 플레이트(1021)의 상측 단부와 제1 방사체(1110) 및 제3 방사체(1130)의 메탈 플레이트의 하측 단부 사이의 거리는 제1 임계 거리 이상으로 설정될 수 있다. 제1 방사체(1110) 및 제3 방사체(1130)와의 간섭 방지를 위해 제1 임계 거리 이상으로 설정될 수 있다. 일 예로, 제1 임계 거리는 10mm 이상으로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5 내지 도 6b 및 도 9a(b)를 참조하면, 히트 싱크(1020)의 메탈 플레이트(1021)와 제1 방사체(1110) 및 제3 방사체(1130)의 메탈 플레이트와의 높이는 제2 임계 높이 이상으로 설정될 수 있다. 제1 방사체(1110) 및 제3 방사체(1130)와의 간섭 방지를 위해 제2 임계 높이 이상으로 설정될 수 있다. 일 예로, 제2 임계 높이는 4mm 이상으로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
따라서, 본 명세서에 따른 방열 개선을 위한 히트 싱크 가 배치되는 위치는 4x4 MIMO 안테나와 중첩되지 않는 위치로 선택될 수 있다 또한, 히트 싱크의 구조는 안테나의 성능에 미치는 영향이 최소화되도록 제1 임계 거리 이상 이격되고 제2 임계 높이 이상 이격된 메탈 플레이트 구조로 구성될 수 있다.
본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈(100)은 상부 커버(1300u)를 더 포함할 수 있다. 상부 커버(1300u)는 하부 커버(1300)와 체결되어 내부에 상기 제1 PCB(1200b)및 제2 PCB(1200)가 수용되도록 구성될 수 있다. 히트 싱크(1020)의 메탈 플레이트(1021)는 일 영역에 입체 구조(1022)의 상측 홀이 형성될 수 있다. 입체 구조(1022)의 하측은 제1 PCB(1200b)와 연결될 수 있다. 히트 싱크(1020)의 메탈 플레이트(1021)가 형성된 영역에 대응하는 상부 커버(1300u)의 영역에는 NAD(1400)로부터 흡수된 열이 상부 커버(1300u)를 통해 안테나 모듈의 외부로 방출되도록 개구 영역(OR)이 형성될 수 있다.
도 9b를 참조하면, 히트 싱크(1020)는 일 축 방향으로 확장된 구조로 형성될 수 있다. 히트 싱크(1020)의 메탈 플레이트(1021)가 제1 플레이트(1021a) 및 제2 플레이트(1021b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 플레이트(1021b)에 의해 히트 싱크(1020)가 일 축 방향으로 확장된 구조로 형성되어 방열 특성을 향상시킬 수 있다. 메탈 플레이트(1021)는 일 영역에 입체 구조(1022)의 상측 홀이 형성될 수 있다. 입체 구조(1022)의 하측은 제1 PCB(1200b)와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 입체 구조(1022)의 형상은 도 9b의 직육면체 구조에 한정되는 것은 아니고 방열 특성 및 배치 구조와의 간섭 등을 고려하여 다양하게 변경 가능하다. 예를 들어, 입체 구조(1022)의 형상은 직육면체 구조에 한정되지 않고, 다면체 구조 및 원기둥 구조 등으로 변경 가능하다.
도 9b의 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140) 구조는 메탈 플레이트(1111)에 개구 영역이 형성되지 않은 것으로 도시되었지만 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140) 구조는 도 5와 같이 개구 영역이 형성된 구조일 수 있다. 구체적으로, 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140) 구조에 후술할 도 14a의 개구 영역(1111o) 또는 도 14b의 개구 영역(1111ob)이 형성될 수 있다.
도 9a(a)의 백업 배터리(1300b)가 배치되는 영역까지 히트 싱크(1020)가 일 축 방향으로 확장된 구조로 형성되어 방열 특성을 향상시킬 수 있다. 도 9a(a) 및 도 9b를 참조하면, 백업 배터리(1300b)가 배치될 높이를 확보하고 상부 방향으로 열을 방출하기 위해 제2 플레이트(1021b)는 제1 플레이트(1021a)보다 높게 형성될 수 있다. 제1 플레이트(1021a)와 제2 플레이트(1021b)를 연결하기 위해 제1 플레이트(1021a)의 단부에서 수직하게 연장되는 제3 플레이트(1021c)가 형성될 수 있다. 제2 플레이트(1021b)와 제3 플레이트(1021c)는 수직하게 연결될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈은 전술한 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140) 이외에 다른 안테나 소자들을 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 10은 본 명세서에 따른 4G/5G 안테나 이외에 다른 안테나 소자들을 포함하는 차량용 안테나 모듈의 분해 사시도이다. 한편, 도 11a 내지 도 11d은 안테나 모듈을 구성하는 각 부분의 구성을 나타낸 것이다.
도 11a는 상부 커버(1300u)의 상부에 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)과 히트 싱크(1020) 및 다른 안테나 소자들이 배치된 구성을 나타낸다. 이와 관련하여, V2X 안테나(1170a, 1170b)와 SDARS 안테나(1180)가 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. V2X 안테나(1170a, 1170b)는 수직하게 배치된 유전체 기판 상에 메탈 패턴이 형성된 모노폴 방사체 또는 다이폴 방사체로 구성될 수 있고, V2V 안테나로도 지칭될 수 있다. V2X 안테나(1170a, 1170b)의 빔 패턴은 엔드 파이어 형태로 형성되고, 하부의 그라운드에 의해 상부 방향으로 형성된다. SDARS 안테나(1180)는 유전체 기판 상에 배치된 패치 안테나로 구성될 수 있다. SDARS 안테나(1180)의 빔 패턴은 보어 사이트 형태로 형성되고, 하부의 그라운드에 의해 상부 방향으로 형성된다.
도 11b는 제2 PCB(1200)에 안테나 소자들이 배치된 구성을 나타낸다. 도 11b를 참조하면, 제2 PCB(1200)에 GNSS 안테나(1150)와 제1 및 제2 Wi-Fi 안테나(1160a, 1160b)가 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 11c를 참조하면, 제1 PCB(1200b)의 일 측에 인터페이스를 위한 다수의 커넥터 단자가 배치될 수 있다. 제1 PCB(1200b)의 타 측에 안테나 PCB와 결합을 위한 보드 투 보드 커넥터(1010a)가 배치될 수 있다. 제1 PCB(1200b)의 일 영역에 보드 투 보드 커넥터(1010a)와 인접하게 NAD(14000)가 배치될 수 있다. 도 11d를 참조하면, 하부 커버(1300)에 형성된 슬롯 영역에 유전체 커버(1300c)가 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)를 구성하는 방사체가 특정 대역에서 신호를 방사하고, 다른 대역에서는 슬롯 안테나를 통해 신호를 방사할 수 있다. 따라서, 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)는 방사체 + 슬롯의 조합에 따라 광대역 동작이 가능하다.
도 5 내지 도 7b, 도 10, 도 11a 내지 도 11d을 참조하면, 제2 PCB(1200)는 제1 방사체(1110) 및 제2 방사체(1120)와 각각 연결되도록 구성된 제1 급전 패턴(F1) 및 제2 급전 패턴(F2)을 포함할 수 있다. 제2 PCB(1200)는 GNSS 안테나(1150)와 제1 및 제2 Wi-Fi 안테나(1160a, 1160b)를 더 포함할 수 있다.
GNSS 안테나(1150)는 제1 급전 패턴(F1) 및 제2 급전 패턴(F2) 사이의 영역에 배치될 수 있다. GNSS 안테나(1150)는 GPS 신호를 수신하고, 보드 투 보드 커넥터(1010a, 1010b)를 통해 NAD(1400)로 신호를 전달하도록 구성될 수 있다. 제1 및 제2 Wi-Fi 안테나(1160a, 1160b)는 제2 PCB(1200)의 상부 영역과 하부 영역에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 Wi-Fi 안테나(1160a, 1160b)는 제1 PCB(1200b)와 인터페이스 되도록 구성된 보드 투 보드 커넥터(1010a, 1010b)가 형성된 일 측이 아닌 타 측의 상부 영역과 하부 영역에 배치될 수 있다. 제1 및 제2 Wi-Fi 안테나(1160a, 1160b)는 Wi-Fi 신호를 수신 및 송신하도록 구성되고, 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작을 수행할 수 있다.
제2 PCB(1200)는 제3 방사체(1130) 및 제4 방사체(1140)와 각각 연결되도록 구성된 제3 급전 패턴(F3) 및 제4 급전 패턴(F4)을 포함할 수 있다. 제1 PCB(1200b)는 NAD(1400) 및 제1 및 제2 V2X 안테나(1170a, 1170b)를 더 포함할 수 있다.
NAD(1400)는 제2 PCB(1200)와 결합되는 제1 PCB(1200b)의 일 측에 배치될 수 있다. NAD(1400)는 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)와 동작 가능하게 결합되어 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140) 중 적어도 하나로 신호가 인가되게 제어할 수 있다. 제1 및 제2 V2X 안테나(1170a, 1170b)는 제3 급전 패턴(F3) 및 제4 급전 패턴(F4)에 인접하게 배치되는 제1 및 제2 패턴(P1, P2)과 연결될 수 있다. 제1 및 제2 V2X 안테나(1170a, 1170b)는 제1 PCB(1200b)와 수직하게 배치될 수 있다. 제1 및 제2 V2X 안테나(1170a, 1170b)는 차량 주변의 엔티티와 V2X 신호를 송신 또는 수신하도록 구성될 수 있다.
SDARS 안테나(1180)는 위성으로부터 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. SDARS 안테나(1180)는 제1 PCB(1200b)에 배치되거나 또는 상부 커버(1300u)에 배치될 수 있다. SDARS 안테나(1180)가 상부 커버(1300u)에 배치됨에 따라 제1 PCB(1200b) 내의 다른 전자 부품을 배치할 공간이 증가하게 된다. 이와 관련하여, SDARS 안테나(1180)가 상부 커버(1300u)에 배치됨에 따라 제1 PCB(1200b)에 NAD(1400)가 제2 PCB(1200)와 결합되는 영역에 인접하게 배치될 수 있다. SDARS 안테나(1180)와 연결되도록 구성된 커넥터가 제1 PCB(1200b)의 타 측에 커넥터 단자와 결합되도록 구성될 수 있다.
제1 돌출 부(1301)는 제1 리세스 부(1303)의 하측 단부에서 수직하게 연장되어 상측 방향인 제1 방향으로 형성될 수 있다. 제2 돌출 부(1302)는 제2 리세스 부(1304)의 하측 단부에서 수직하게 연장되어 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 형성될 수 있다. 제2 돌출 부(1302)는 제1 방향과 수직하고 제2 방사체(1120)와 인접한 일 측 방향인 제2 방향으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 돌출 부(1302)는 제2 개구(O2)에 인접한 제2 방사체(1120)의 저대역(LB)인 제1 대역 특성을 개선할 수 있다.
제2 PCB(1200) 및 제1 PCB(1200b)는 그라운드 컨택 부(1350g)를 통해 하부 커버(1300)와 연결되도록 구성될 수 있다. 백업 배터리(1300b)는 하부 커버(1300)의 상부에 배치될 수 있다. 백업 배터리(1300b)는 제2 PCB(1200)와 제1 PCB(1200b)가 결합되는 영역의 빈 영역에 배치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 안테나 모듈, 즉 안테나 어셈블리를 구비하는 차량은 루프 구조(roof structure)로 구성될 수 있다. 도 12a 및 도 12b는 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리 구조가 차량의 루프 구조와 결합되는 사시도 및 측면도를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 3a 내지 도 3c의 루프 구조(2000a, 2000b, 2000c)는 도 12a와 같이 루프 구조(2000)로 형성될 수 있다. 한편, 안테나 모듈을 구비하는 차량의 루프 구조(2000)는 도 12b와 같이 제1 고정부(2010) 및 제2 고정부(2020)를 구비할 수 있다. 상부 커버에 해당하는 제1 커버(1300u)는 제1 홈 부(groove portion)(GP1) 및 제2 홈 부(GP2)를 구비할 수 있다. 하부 커버에 해당하는 제2 커버(1300)는 제1 돌출 부(protrusion part)(1301) 및 제2 돌출 부(1302)를 구비할 수 있다.
상부 커버(1300u)는 차량의 상부 루프 구조(2000)와 결합되도록 하부 커버(1300)의 제1 돌출 부(1301) 및 제2 돌출 부(1302)가 형성된 영역에 제1 홈 부(GP1) 및 제2 홈 부(GP2)이 형성될 수 있다. 제1 돌출 부(1301) 및 제2 돌출 부(1302)가 형성된 영역에 대응하여 루프 구조(2000)는 제1 고정 부(2010) 및 제2 고정 부(2020)를 구비할 수 있다. 제1 고정 부(2010) 및 제2 고정 부(2020)가 제1 홈 부(GP1) 및 제2 홈 부(GP2)에 삽입되어 제1 돌출 부(1301) 및 제2 돌출 부(1302)를 통해 각각 하부 루프 구조와 체결될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 안테나 어셈블리를 구비하는 차량에 대해 도 5 내지 도 6c와 도 9a 내지 도 12b를 참조하여 상세하게 설명한다.
루프 구조(2000)는 차량의 외관으로 형성되며 제1 고정부(2010)와 제2 고정부(2020)를 포함할 수 있다. 안테나 어셈블리(1000)는 루프 구조에 배치된 안테나 어셈블리(1000)는 상부 커버에 해당하는 제1 커버(1300u) 및 하부 커버에 해당하는 제2 커버(1300)를 포함할 수 있다. 제1 커버(1300u)는 외측 면에 제1 홈 부(GP1) 및 제2 홈 부(GP2)를 구비하고, 내측 면에 복수의 커플링 부(coupling portion)들을 구비할 수 있다. 제1 홈 부(GP1)는 루프 구조의 제1 고정부(2010)와 결합되고, 제2 홈 부(GP2)는 루프 구조의 제2 고정부(2020)와 결합될 수 있다.
제2 커버(1300)는 제1 커버(1300u)와 결합되도록 구성될 수 있다. 제2 커버(1300)는 금속재질로 이루어지며 4개의 측면부들(side portions)을 포함할 수 있다. 제2 커버(1300)는 제1 측면 부(side portion) (S1) 내지 제4 측면 부(S4)를 포함할 수 있다. 제1 측면 부(S1)와 제3 측면 부(S3)는 반대 측면들(opposite sides)이고, 제2 측면 부(S2)와 제4 측면 부(S4)는 반대 측면들에 해당한다.
제1 측면 부(S1)는 제1 슬롯 방사 부(slot radiation portion) (SP1)와 제2 슬롯 방사 부(SP2)를 구비하도록 구성될 수 있다. 제3 측면 부(S3)는 제3 슬롯 방사 부(SP3) 및 제4 슬롯 방사 부(SP4)를 구비하도록 구성될 수 있다. 제2 측면 부(SP2)는 제1 리세스 부(1303) 및 제1 리세스 부(1303) 내의 제1 돌출 부(1301)를 구비할 수 있다. 제 4 측면 부(SP4)는 제 2 리세스 부(1304) 및 제 2 리세스 부(1304) 내의 2 돌출 부(1302)를 구비할 수 있다.
안테나 어셈블리(1000)는 제1 인쇄회로기판 (printed circuit board, PCB)(1200b) 및 제2 PCB(1200)를 더 포함할 수 있다. 제1 PCB(1200b)는 제1 커버(1300u)와 제2 커버(1300)에 의해 형성되는 내부 공간(inner space)에 배치될 수 있다. 제1 PCB(1200b)는 무선 신호를 처리하도록 구성된 무선 통신 제어 IC(1400)를 포함할 수 있다. 무선 통신 제어 IC(1400)는 NAD (Network Access Device)로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 PCB(1200b)는 제1 급전부(feeding part)(F1) 및 제2 급전부(F2)를 포함할 수 있다. 제2 PCB(1200)는 제1 커버(1300u)와 제2 커버(1300)에 의해 형성되는 내부 공간에 배치될 수 있다. 제2 PCB(1200)는 제3 급전부(F3) 및 제4 급전부(F4)를 포함할 수 있다. 제2 PCB(1200)는 제1 PCB(1200b)와 결합될 수 있다.
이와 관련하여, 도 11b와 같이 제1 급전부(F1) 및 제2 급전부(F2)가 제1 PCB(1200b)에 배치되는 구조에 한정되는 것은 아니다. 또한, 도 11c와 같이 제3 급전부(F3) 및 제4 급전부(F4)가 제2 PCB(1200)에 배치되는 구조에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시 예로 도 13a (a)의 구조에서는 제2 PCB(1200)는 제1 급전부(F1), 제2 급전부(F2), 제3 급전부(F3) 및 제4 급전부(F4)를 포함하도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시 예로 도 13a (b)의 구조에서는 제1 PCB(1200b)가 제1 급전부(F1)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 PCB(1200)는 제2 급전부(F2), 제3 급전부(F3) 및 제4 급전부(F4)를 포함하도록 구성될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 안테나 모듈 (안테나 어셈블리)을 구비한 차량은 도 11b 및 도 11c와 같은 제1 및 제2 PCB(1200b, 1200)에 다른 급전부 구조에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명에 따른 안테나 모듈 (안테나 어셈블리)을 구비한 차량의 독립 청구항은 도 11b 및 도 11c와 같은 급전부 구조에 한정되는 것으 아니다. 이에 따라, 본 발명에 따른 안테나 모듈 (안테나 어셈블리)을 구비한 차량의 독립 청구항은 도 13a (a) 또는 도 13a (b)의 급전부 구조로 구성될 수도 있다.
안테나 어셈블리(1000)는 복수의 안테나 구조들을 포함할 수 있다. 복수의 안테나 구조들은 제1 커버(1300u) 및 제2 커버(1300)에 의해 형성되는 내부 공간에 배치될 수 있다. 복수의 안테나 구조들은 제1 방사체(1110), 제2 방사체(1120), 제3 방사체(1130) 및 제4 방사체(1140)를 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 방사체(1110)는 제1 도전 패턴(1110a) 및 제1 슬롯 방사 부(SP1)를 포함할 수 있다. 제1 도전 패턴(1110a)은 제1 커버(1300u)와 제1 PCB(1300u) 사이에 배치될 수 있다. 제1 도전 패턴(1110a)은 제1 슬롯 방사 부(SP1)의 근처에 배치된 제1 급전부(F1)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 방사체(1120)는 제2 도전 패턴(1120a) 및 제2 슬롯 방사 부(SP2)를 포함할 수 있다. 제2 도전 패턴(1120a)은 제1 커버(1300u)와 제1 PCB(1300u) 사이에 배치될 수 있다 제2 도전 패턴(1120a)은 제2 슬롯 방사 부(SP2)의 근처에 배치된 제2 급전부(F2)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제3 방사체(1130)는 제3 도전 패턴(1130a) 및 제3 슬롯 방사 부(SP3)를 포함할 수 있다. 제3 도전 패턴(1130a)은 제1 커버(1300u)와 제1 PCB(1300u) 사이에 배치될 수 있다. 제3 도전 패턴(1130a)은 제3 슬롯 방사 부(SP3)의 근처에 배치된 제3 급전부(F3)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 방사체(1140)는 제4 도전 패턴(1140a) 및 제4 슬롯 방사 부(SP4)를 포함할 수 있다. 제4 도전 패턴(1140a)은 제1 커버(1300u)와 제1 PCB(1300u) 사이에 배치될 수 있다. 제4 도전 패턴(1140a)은 제4 슬롯 방사 부(SP4)의 근처에 배치된 제4 급전부(F4)와 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 차량의 루프 구조(2000)와 안테나 어셈블리(1000) 간의 체결 구조는 도 12a 및 도 12b와 같이 제1 및 제2 고정부(2010, 2020)와 제1 및 제2 커플링 구조(2030, 2040)에 의해 이루어질 수 있다. 제1 고정부(2010) 및 제1 돌출부(1301)는 제1 홈 부(GP1)를 통해 제1 커플링 부재(2030)에 의해 고정되게 구성될 수 있다. 제2 고정부(2020) 및 제2 돌출부(1302)는 제2 홈 부(GP2)를 통해 제2 커플링 부재(2040)에 의해 고정되게 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 고정부(2010) 및 제2 고정부(2020)는 볼트 형상을 포함할 수 있다. 제1 고정부(2010)의 단부가 볼트 형상의 제1 체결부(2011)로 구현될 수 있다. 제2 고정부(2020)의 단부가 볼트 형상의 제2 체결부(2021)로 구현될 수 있다. 제1 커플링 부재(2030) 및 제2 커플링 부재(2040)는 너트 형상을 포함할 수 있다. 이에 따라, 너트 형상의 제1 커플링 부재(2030) 및 제2 커플링 부재(2040)는 볼트 형상의 제1 체결부(2011) 및 제2 체결부(2021)와 체결될 수 있다.
차량의 루프 구조(2000)와 안테나 어셈블리(1000) 간의 체결 구조에서 제1 및 제2 고정부(2010, 2020)와 제1 및 제2 커플링 구조(2030, 2040)은 메탈 재질로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 고정부(2010, 2020)의 단부에 형성된 볼트 형상의 제1 및 제2 체결부(2011, 2021)도 메탈 재질로 형성될 수 있다. 이에 따라, 차량의 루프 구조(2000)의 그라운드와 안테나 어셈블리(1000)의 그라운드과 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 제1 및 제2 체결부(2011, 2021)를 둘러싸도록 형성된 외측 고정 부재는 메탈 재질에 한정되는 것은 아니다. 제1 및 제2 체결부(2011, 2021)를 둘러싸도록 형성된 외측 고정 부재는 강성을 유지할 수 있다면 유전체 재질로 형성될 수도 있다.
한편, 본 명세서에 따른 안테나 어셈블리는 제1 커버와 제2 커버와 체결 수단을 통해 체결되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 12c는 본 명세서에 따른 제1 커버와 제2 커버와 체결 수단을 통해 체결되도록 구성된 안테나 어셈블리의 체결 이전의 분해도와 체결된 상태의 결합도를 나타낸다.
도 12c를 참조하면, 제2 커버의 메탈 플레이트(1300m)은 차량의 그라운드와 전기적으로 연결되어 그라운드로 동작할 수 있다. 도 12c (a)를 참조하면, 제1 PCB(1200a)의 배면에 형성된 금속 패턴은 메탈 플레이트(1300m)와 연결되어 제1 그라운드(GND1)로 형성될 수 있다. 또한, 제2 PCB(1200)의 배면에 형성된 금속 패턴은 메탈 플레이트(1300m)와 연결되어 제2 그라운드(GND2)로 형성될 수 있다. 제1 PCB(1200a)의 제1 그라운드 부(GND1) 및 제2 커버(1300)는 복수의 컨택 지점들에서 체결 수단을 통해 연결될 수 있다. 제2 PCB(1200)의 제2 그라운드 부(GND2) 및 제2 커버(1300)는 복수의 컨택 지점들에서 체결 수단을 통해 연결될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 제1 PCB(1200b)와 제2 PCB(1200)는 다양한 배치 구조의 형태로 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a 및 도 13b는 본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈의 TCU PCB와 안테나 PCB가 결합되는 예시들을 나타낸다.
한편, 본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈의 TCU PCB와 안테나 PCB는 다양한 구조로 형성되어 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a 및 도 13b는 본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈의 TCU PCB와 안테나 PCB가 결합되는 예시들을 나타낸다. 도 13a(a)는 제1 PCB(1200b)의 상측 단부, 일측 단부 및 하측 단부를 둘러싸도록 제2 PCB(1200)가 결합되는 구조를 나타낸다. 도 13a(a)를 참조하면, 제2 PCB(1200)가 안테나 모듈의 전체 구성을 차지하도록 제2 PCB(1200)가 형성될 수 있다. 보드 투 보드(BtoB) 핀의 수는 다른 구조에 비해 최대 개수로 형성될 수 있다.
도 13a(b)는 제1 PCB(1200b)의 일측 단부 및 하측 단부를 둘러싸도록 제2 PCB(1200)가 결합되는 구조를 나타낸다. 도 13a(b)를 참조하면, 제2 PCB(1200)가 안테나 모듈의 일부 구성을 차지하도록 제2 PCB(1200)가 형성될 수 있다. 제2 PCB(1200)의 사이즈가 축소되어 비용을 절감할 수 있다. 또한, 보드 투 보드(BtoB) 핀의 수가 도 15a(a)의 구조에 비해 감소되어 비용을 절감할 수 있다.
도 13b(a)는 제1 PCB(1200b)의 일측 단부와 제2 PCB(1200)가 결합되는 구조를 나타낸다. 도 13b(a)를 참조하면, 제2 PCB(1200)가 안테나 모듈의 일부 구성을 차지하도록 제2 PCB(1200)가 형성될 수 있다. 제2 PCB(1200)의 사이즈가 축소되어 비용을 절감할 수 있다. 또한, 보드 투 보드(BtoB) 핀의 수가 도 15a(a)의 구조에 비해 감소되어 비용을 절감할 수 있다.
도 13b(b)는 제1 PCB(1200b)의 일측 단부와 제2 PCB(1200)가 결합되고, 도 13b(a)의 구조에 비해 제2 PCB(1200)의 크기가 축소된 구조를 나타낸다. 도 13b(b)를 참조하면, 제2 PCB(1200)가 안테나 모듈의 일부 구성을 차지하도록 제2 PCB(1200)가 형성될 수 있다. 제2 PCB(1200)의 사이즈가 축소되어 비용을 절감할 수 있다. 또한, 보드 투 보드(BtoB) 핀의 수가 도 13a(a)의 구조에 비해 감소되어 비용을 절감할 수 있다.
도 13a 및 도 13b를 참조하면, 제2 PCB(1200)는 일 측에서 보드 투 보드 커넥터(1010)를 통해 제1 PCB(1200b)와 결합될 수 있다. 도 15a(a) 및 도 15a(b)를 참조하면, 제2 PCB(1200)는 제1 PCB(1200b)의 상측 및 하측 중 적어도 일 측에서 제1 PCB(1200b)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 PCB(1200)는 안테나 소자 및 전자 부품들이 배치될 수 있는 공간을 더 확보할 수 있다.
도 5 내지 도 6c와 도 9a 내지 도 13b를 참조하면, 제1 PCB(1200b)의 제1 부분(part)(1200b-1)은 제1 슬롯 방사 부(SP1)와 상기 제2 슬롯 방사 부(SP2) 사이에 배치될 수 있다. 제1 PCB(1200b)의 제2 부분(1200b-2)은 제1 리세스 부(1303)와 제2 리세스 부(1304) 사이에 배치될 수 있다. 제2 PCB(1200)는 제3 슬롯 방사 부(SP3)와 제4 슬롯 방사 부(SP4) 사이에 배치될 수 있다. 일 예로, 제2 PCB(1200)의 제1 부분(1200-1)은 제3 슬롯 방사 부(SP3)와 제4 슬롯 방사 부(SP4) 사이에 배치될 수 있다. 한편, 제2 PCB(1200)의 제2 부분(1200-2)은 제1 슬롯 방사 부(SP1)와 제2 슬롯 방사 부(SP2) 사이에 배치될 수 있다. 제2 PCB(1200)의 제2 부분(1200-2)은 제1 슬롯 방사 부(SP1)와 제2 슬롯 방사 부(SP2)의 상부에서 제1 슬롯 방사 부(SP1)와 제2 슬롯 방사 부(SP2)를 커버하도록 배치될 수 있다.
제1 PCB(1200b)는 제1 PCB의 제2 부분(1200b-2)에 있는 제1 커넥터(1010a)를 더 포함할 수 있다. 제2 PCB(1200)는 제1 PCB(1200b)의 제1 커넥터(1010a)와 결합되도록 구성된 제2 커넥터(1010b)를 더 포함할 수 있다. 제1 PCB(1200b)의 제1 커넥터(1010a)와 제2 PCB(1200)의 제2 커넥터(1010b)는 보드 투 보드 커넥터를 구성하여 동일 평면 상에서 서로 다른 PCB들을 결합할 수 있다.
도 11 b 및 도 11c를 참조하면, 제1 PCB(1200b)는 제1 그라운드 부(ground portion)(GND1)를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 그라운드 부(GND1)는 제1 PCB(1200b)의 배면에 배치된 금속 패턴일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 그라운드 부(GND1)는 제1 PCB(1200b)의 전면에 형성되고 배면과 전기적으로 연결된 금속 패턴일 수 있다. 제2 PCB(1200)는 제2 그라운드 부(GND2)를 더 포함할 수 있다. 일 예로, 제2 그라운드 부(GND2)는 제2 PCB(1200)의 배면에 배치된 금속 패턴일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 그라운드 부(GND2)는 제2 PCB(1200)의 전면에 형성되고 배면과 전기적으로 연결된 금속 패턴일 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 그라운드 부(GND1) 및 제2 커버(1300)는 복수의 컨택 지점들에서 연결될 수 있다. 제2 그라운드 부(GND2) 및 제2 커버(1300)는 복수의 컨택 지점들에서 연결될 수 있다. 도 5 내지 도 6c와 도 9a 내지 도 13b를 참조하면, 제1 그라운드 부(GND1) 및 제2 커버(1300)는 제1 그라운드 컨택 부(1351g)를 통해 연결되게 구성될 수 있다. 또한, 제2 그라운드 부(GND2) 및 제2 커버(1300)는 제2 그라운드 컨택 부(1352g)를 통해 연결되게 구성될 수 있다. 제1 그라운드 컨택 부(1351g) 및 제2 그라운드 컨택 부(1352g)가 그라운드 컨택 부(1350)를 구성할 수 있다.
한편, 제1 커버(1300u)는 개구 영역(opening area, OA)을 구비하여, 안테나 어셈블리 내에서 발생한 열을 외부로 방출할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 PCB(1200b)의 무선 통신 제어 IC(1400)는 제1 PCB의 제2 부분(1200b-2)에 배치될 수 있다. 제1 커버(1300u)의 개구 영역(OA)은 제1 PCB(1200b)의 무선 통신 제어 IC(1400)를 마주보도록 형성될 수 있다. 제1 커버(1300u)의 개구 영역(OA)은 금속 구조의 히트 싱크(1020)에 의해 커버되게 구성될 수 있다. 무선 통신 제어 IC(1400)에 의해 생성된 열은 히트 싱크(1020)로 전달될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈에서 4G/5G 통신을 수행하는 제1 안테나 내지 제4 안테나를 구성하는 방사체의 구조에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 14a는 본 명세서에 따른 차량에 배치될 수 있는 안테나 모듈에서 4G/5G 통신을 수행하는 방사체가 배치되는 구조의 사시도를 나타낸다. 한편, 도 14b는 도 14a의 제1 타입의 방사체와 방사체의 크기가 감소된 제2 타입의 방사체를 비교한 것이다.
도 14a를 참조하면, 방사체(1110)는 상부 메탈 패턴에 해당하는 제1 메탈 패턴(1111) 및 측면 메탈 패턴에 해당하는 제2 메탈 패턴(1112)을 포함하도록 구성될 수 있다. 방사체(1110)는 하부 메탈 패턴에 해당하는 제3 메탈 패턴(1113)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 메탈 패턴(1111) 및 제2 메탈 패턴(1112)을 각각 제1 서브 패턴(1111) 및 제2 서브 패턴(1112)로 지칭할 수 있다. 제3 메탈 패턴(1113)은 급전 패턴(1113)으로 지칭할 수 있다.
제1 메탈 패턴(1111)은 상부 커버 및 하부 커버와 평행하게 배치될 수 있다. 제1 메탈 패턴(1111)에 개구 영역(opening region, 1111o)이 형성될 수 있다. 개구 영역(1111o)에 의해 전류 경로가 증가함에 따라, 방사체(1100)가 더 낮은 주파수 대역에서 동작할 수 있다.
제2 메탈 패턴(1112)은 제1 메탈 패턴(1111)과 수직하게 연결되고, 측면 영역을 형성할 수 있다. 제3 메탈 패턴(1113)은 제2 메탈 패턴(1112) 및 제1 급전부(F1)와 연결되도록 구성될 있다. 제3 메탈 패턴(1113)은 제1 대역의 제1 신호를 측면 메탈 패턴인 제2 메탈 패턴(1112)으로 전달하도록 구성될 수 있다.
방사체(1110)가 제1 방사체로 동작하고, 슬롯 영역들(SR1, SR2)이 제2 방사체로 동작함에 따라 메인 안테나는 저대역(LB) 전체 대역에 걸쳐 광대역 공진할 수 있다. 따라서, 메인 안테나는 제1 대역에서 제1 방사체로 동작하고 제2 대역에서 제2 방사체로 동작하는 이중 모드로 동작하여 저대역(LB) 전체 대역에 걸쳐 광대역 동작할 수 있다.
이와 관련하여, 방사체(1110)는 제1 급전부(F1)에서 급전되는 제1 대역의 제1 신호를 방사하는 제1 방사체로 동작한다. 한편, 슬롯 영역들(SR1, SR2)은 제2 급전부(F2)에서 급전되는 제2 대역의 제1 신호를 방사하는 제2 방사체로 동작한다. 이에 따라, 제1 대역에서 동작하는 제1 방사체 및 제2 대역에서 동작하는 제2 방사체가 메인 안테나를 구성한다.
도 5 내지 도 14a를 참조하면, 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140) 각각은 제1 메탈 패턴(1111) 및 제2 메탈 패턴(1112)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 메탈 패턴(1111)은 하부 커버(1300)에 평행하게 하부 커버(1300)의 상부에 배치될 수 있다. 제1 메탈 패턴(1111)은 소정 너비와 길이를 갖는 직사각형 형상으로 형성될 수 있다. 제1 메탈 패턴(1111)의 경계 영역들은 상측 단부, 하측 단부, 일 측 단부 및 타 측 단부를 형성할 수 있다. 제1 메탈 패턴(1111)의 중심 영역에 개구 영역(1111o)이 형성될 수 있다.
제2 메탈 패턴(1112)은 제1 메탈 패턴(1111)의 상측 단부 또는 하측 단부에서 제1 메탈 패턴(1111)과 수직하게 측면 영역을 형성할 수 있다. 제2 메탈 패턴(1112)은 하부 커버(1300)에 인접할수록 너비가 감소되는 형상으로 형성될 수 있다. 제2 메탈 패턴(1112)은 반원 형상(semi-circular shape)으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 14b를 참조하면, 제1 타입의 방사체(1110)와 제2 타입의 방사체(1110b)의 구조를 비교한 사시도와 전면도이다. 전술한 바와 같이, 제1 타입의 방사체(1110)의 제1 메탈 패턴(1111)에 개구 영역(1111o)이 형성될 수 있다. 제2 타입의 방사체(1110b)의 제1 메탈 패턴(1111)에 개구 영역(1111ob)이 형성될 수 있다. 제2 타입의 방사체(1110b)의 제1 메탈 패턴(1111)은 일 측에 형성된 제1 메탈 영역(1111a) 및 타 측에 형성된 제2 메탈 영역(1111b)을 포함할 수 있다. 제1 메탈 패턴(1111)은 제1 메탈 영역(1111a)과 제2 메탈 영역(1111b)을 연결하는 제1 연결부(1111c)를 포함할 수 있다. 제1 메탈 패턴(1111)은 제1 메탈 영역(1111a)과 제2 메탈 영역(1111b)을 연결하는 제2 연결부(1111d)를 더 포함할 수 있다. 연결하는 제1 연결부(1111c)와 제2 연결부(1111d)에 의해 개구 영역(1111ob)이 형성될 수 있다.
제2 타입의 방사체(1110b)의 제1 메탈 패턴(1111)의 일 축 방향의 길이는 제1 타입의 방사체(1110)의 제1 메탈 패턴(1111)의 일 축 방향의 길이보다 적게 형성될 수 있다. 제2 타입의 방사체(1110b)의 크기를 감소시킬 수 있고, 이에 따라 방사체 간 간섭 수준을 저감할 수 있다. 일 예로, 제2 타입의 방사체(1110b)의 제1 메탈 패턴(1111)의 일 축 방향의 길이는 제1 타입의 방사체(1110)의 제1 메탈 패턴(1111)의 일 축 방향의 길이보다 약 10.5mm 만큼 감소될 수 있다. 하지만, 이러한 수치에 한정되는 것은 아니고 차량용 안테나 모듈의 전체 크기 및 배치 구조에 따라 다양하게 변경 가능하다.
한편, 본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈의 하부 커버의 메탈 플레이트는 안테나가 배치되는 안테나 영역에 대응하여 메탈이 제거된 슬롯 영역이 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 본 명세서에서 제시되는 광대역 안테나 구조는 안테나 모듈 내의 서로 다른 위치에 이격되어 배치될 수 있다. 이와 같이 서로 다른 위치에 이격되어 배치된 안테나 소자에 대응하여, 하부 커버(1300)의 메탈 플레이트(1300m)의 서로 다른 위치에 슬롯 영역들이 형성될 수 있다. 한편, 슬롯 영역들이 형성된 위치에 대응하여 유전체 커버가 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 도 15a 및 도 15b는 실시 예들에 따라 하부 커버의 메탈 플레이트의 서로 다른 위치에 형성된 슬롯 영역들을 나타낸다. 도 5 내지 도 6c와 도 9a 내지 도 15a를 참조하면, 제1 슬롯 방사 부(SP1) 및 제2 슬롯 방사 부(SP2)는 제1 측면 부(S1)에서 상호 평행하게 배치될 수 있다. 제1 슬롯 방사 부(SP1)의 크기는 제2 슬롯 방사 부(SP2)의 크기보다 더 크게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 슬롯 방사 부(SP1)는 다중 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 제1 PCB(1200b)는 제5 급전부(F5)를 더 포함할 수 있다. 제1 슬롯 방사 부(SP1)는 제2 커버(1300)에 연결된 제5 도전 패턴(1350)을 구비하도록 구성될 수 있다. 제5 도전 패턴(1350)는 브랜치 멤버 형상으로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제5 도전 패턴(1350)은 제1 슬롯 방사 부 내의 제5 급전부(F5)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 급전 부(F1) 및 제5 급전부(F5)는 제1 PCB(1200b)의 반대 면에 배치될 수 있다.
제3 슬롯 방사 부(SP3) 및 제4 슬롯 방사 부(SP4)는 제3 측면 부(S3)에서 상호 평행하게 배치될 수 있다. 제3 슬롯 방사 부(SP3)의 크기는 제4 슬롯 방사 부(SP4)의 크기보다 더 작게 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 제3 슬롯 방사 부(SP3)의 크기는 제4 슬롯 방사 부(SP4)의 크기와 동일하게 구성될 수 있다.
한편, 제1 슬롯 방사 부(SP1) 내지 제4 슬롯 방사 부(SP4)는 각각의 유전체 커버와 결합되게 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 슬롯 방사 부(SP1)는 제2 커버(1300) 내에서 제1 유전체 커버(1300c)에 의해 커버될 수 있다. 제2 슬롯 방사 부(SP2)는 제2 커버(1300) 내에서 제2 유전체 커버(1300c2)에 의해 커버될 수 있다. 제3 슬롯 방사 부(SP3)는 제2 커버(1300) 내에서 제3 유전체 커버(1300c3)에 의해 커버될 수 있다. 제4 슬롯 방사 부(SP4)는 제2 커버(1300) 내에서 제4 유전체 커버(1300c4)에 의해 커버될 수 있다.
제2 커버(1300)의 제1 및 제2 돌출 부(1301, 1302)는 상이한 형상으로 형성되어 안테나 효율을 최적화할 수 있다. 제1 돌출 부(1301)는 제1 리세스 부(1303)의 중간 부(middle portion)에서 제2 커버의 메탈 플레이트(1300m)와 연결될 수 있다. 제1 리세스 부(1303)의 중간 부는 일 측면 및 타 측면 사이의 영역을 형성한다. 제2 돌출 부(1302)는 제2 리세스 부(1304)의 제2 커버의 메탈 플레이트(1300m)와 중간 부에서 연결될 수 있다. 제2 돌출 부(1302)는 제2 리세스 부(1304) 내에서 제2 슬롯 방사 부(SP2)를 향해 돌출된 서브 돌출 부(SPP)를 더 포함할 수 있다.
한편 도 5 내지 도 15b를 참조하면, 메인 안테나는 하부 커버의 메탈 플레이트(1300m)의 일 측 상부, 일 측 하부, 타 측 상부 및 타 측 하부에 배치되는 제1 안테나, 제2 안테나, 제3 안테나 및 제4 안테나를 포함할 수 있다. 제1 안테나 내지 제4 안테나에 대응되는 제1 슬롯 부(slot portion, SP1) 내지 제4 슬롯 부(SP4)에는 유전체 재질의 유전체 커버(mold cover, 1300c)가 배치될 수 있다.
구체적으로, 도 15a는 하부 커버(1300)의 메탈 플레이트(1300m)의 제1 위치에 이중 슬롯 영역(1300ds)이 배치된 구조이다. 이중 슬롯 영역(1300ds)에 전술한 바와 같은 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2)이 형성될 수 있다. 반면에, 하부 커버(1300)의 메탈 플레이트(1300m)의 나머지 제2 위치 내지 제4 위치에 단일 슬롯 영역(1300ss)이 배치될 수 있다. 단일 슬롯 영역(1300ss)에는 하나의 슬롯만이 형성된다.
이중 슬롯 영역(1300ds)에는 이중 슬롯 영역(1300ds)과 결합되는 제1 타입의 유전체 커버(1300c-1)가 배치될 수 있다. 반면에, 단일 슬롯 영역(1300ss)에는 단일 슬롯 영역(1300ss)과 결합되는 제2 타입의 유전체 커버(1300c-2)가 배치될 수 있다. 이중 슬롯 영역(1300ds)이 형성된 경우 저대역(LB) 중 제2 대역까지 안테나 소자가 동작할 수 있다. 반면에, 단일 슬롯 영역(1300ss)이 형성된 경우 방사체가 배치되어도 저대역(LB) 중 제1 대역에서만 안테나 소자가 동작할 수 있다.
이에 따라, 슬롯 영역들(SP1 내지 SP4) 중 일부는 제1 타입 슬롯(1300ss)으로 형성될 수 있다. 슬롯 영역들(SP1 내지 SP4) 중 나머지는 제2 타입 슬롯(1300ds)으로 형성될 수 있다. 도 14a 및 도 15a를 참조하면, 제1 타입 슬롯(1300ss)은 방사체의 제1 메탈 패턴(1111)의 하부에 제1 너비와 제1 길이의 직사각형 슬롯으로 구성될 수 있다. 제2 타입 슬롯(1300ds)은 방사체의 제1 메탈 패턴(1111)의 하부에 제1 슬롯(SR1)과 제2 슬롯(SR2)으로 구성될 수 있다.
제2 타입 슬롯(1300ds)은 제1 메탈 패턴(1111)의 하부에 제1 너비보다 넓은 제2 너비와 제2 길이의 제2 직사각형 슬롯으로 구성될 수 있다. 제2 직사각형 슬롯의 일 측에서 브랜치 멤버(1350)가 형성될 수 있다. 제2 타입 슬롯(1300ds)은 브랜치 멤버(1350)에 의해 상측의 제1 슬롯(SR1)과 하측의 제2 슬롯(SR2)으로 구분될 수 있다. 제2 슬롯(SR2)에 의해 급전되고, Wi-Fi 신호를 수신 및 송신하도록 구성된 제3 Wi-Fi 안테나(1160c)를 더 포함할 수 있다. 제3 Wi-Fi 안테나(1160c)는 다른 Wi-Fi 안테나와 달리 주로 슬롯 영역을 통해 신호를 방사하도록 구성된다.
도 15b는 하부 커버(1300)의 메탈 플레이트(1300m)의 제1 위치 및 제3 위치에 이중 슬롯 영역(1300ds)이 배치된 구조이다. 이중 슬롯 영역(1300ds)이 형성되는 위치는 이에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 변경 가능하다. 이중 슬롯 영역(1300ds)에 전술한 바와 같은 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2)이 형성될 수 있다. 반면에, 하부 커버(1300)의 메탈 플레이트(1300m)의 나머지 제2 위치 및 제4 위치에 단일 슬롯 영역(1300ss)이 배치될 수 있다. 단일 슬롯 영역(1300ss)에는 하나의 슬롯만이 형성된다.
이중 슬롯 영역(1300ds)에는 이중 슬롯 영역(1300ds)과 결합되는 제1 타입의 유전체 커버(1300c-1)가 배치될 수 있다. 반면에, 단일 슬롯 영역(1300ss)에는 단일 슬롯 영역(1300ss)과 결합되는 제2 타입의 유전체 커버(1300c-2)가 배치될 수 있다. 이중 슬롯 영역(1300ds)이 형성된 경우 저대역(LB) 중 제2 대역까지 안테나 소자가 동작할 수 있다. 반면에, 단일 슬롯 영역(1300ss)이 형성된 경우 방사체가 배치되어도 저대역(LB) 중 제1 대역에서만 안테나 소자가 동작할 수 있다.
이에 따라, 이중 슬롯 영역(1300ds)이 형성된 제1 위치 및 제3 위치에서, 도 11의 제1 급전부(F1)와 슬롯 영역들(SR1, SR2)를 통해 제2 대역에서 다중 입출력(MIMO)이 가능하다. 한편, 단일 슬롯 영역(1300ss) 또는 이중 슬롯 영역(1300ds)이 형성된 제1 위치 내지 제4 위치에서, 도 11의 제1 급전부(F1)와 방사체(1110)를 통해 제1 대역에서 다중 입출력(MIMO)가 가능하다.
도 5 내지 도 15b를 참조하면, 하부 커버(1300)는 제1 영역(R1)의 상부 및 하부 영역과 제3 영역(R3)의 상부 및 하부 영역에 슬롯 영역들(SP1 내지 SP4)이 형성된 메탈 플레이트(1300m)로 구성될 수 있다. 슬롯 영역들(SP1 내지 SP4)은 방사체의 제1 메탈 패턴(1111)이 형성된 영역의 하부 영역에 대응될 수 있다.
하부 커버(1300)의 일 측 상부, 일 측 하부, 타 측 상부 및 타 측 하부에 배치되는 제1 방사체(1110), 제2 방사체(1120), 제3 방사체(1130) 및 제4 방사체(1140)가 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다. 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)에 대응되는 제1 슬롯 부(SP1) 내지 제4 슬롯 부(SP4)에는 유전체 재질의 유전체 커버(1300c)가 배치될 수 있다.
한편, 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140) 각각은 제1 메탈 패턴(1111) 및 제2 메탈 패턴(1112) 이외에 제3 메탈 패턴(1113)을 더 포함할 수 있다. 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140) 각각은 개구 영역(1110o)을 더 포함할 수 있다.
제3 메탈 패턴(1113)은 제2 메탈 패턴(1112)의 하측 단부에서 연장될 수 있다. 제3 메탈 패턴(1113)은 하부 커버(1300)의 슬롯 영역(SP1 내지 SP4)의 일 측 단부와 인접하게 배치될 수 있다. 제3 메탈 패턴(1113)은 제1 급전 패턴(F1) 내지 제4 급전 패턴(F4)과 각각 연결되게 구성될 수 있다. 개구 영역(1110o)은 제1 메탈 패턴(1111)의 일 영역에 소정 너비와 길이로 형성될 수 있다.
한편, 본 명세서에 다른 차량용 안테나 모듈은 안테나 PCB의 크기를 감소시키기 위해 다양한 형태로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16a 및 도 16는 감소된 크기의 안테나 PCB로 구성된 차량용 안테나 모듈의 분해 사시도이다.
도 16a는 도 15a(b)와 같이 제1 PCB(1200b)의 일측 단부 및 하측 단부를 둘러싸도록 제2 PCB(1200)가 결합되는 구조이다. 제2 PCB(1200)와 제1 PCB(1200b)는 보드 투 보드 커넥터(1010a, 1010b)에 의해 상호 결합될 수 있다. 도 16a를 참조하면, 제1 방사체(1110)는 제1 PCB(1200b)에 형성된 제1 급전 패턴(F1)과 연결될 수 있다. 제2 방사체(1120) 내지 제4 방사체(1140)는 제2 PCB(1200)에 형성된 제2 급전 패턴(F2) 내지 제4 급전 패턴(F4)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 제2 PCB(1200)가 제1 PCB(1200b)를 상측 및 하측에서 모두 둘러싸는 구조에 비해 제2 PCB(1200)의 크기를 감소시킬 수 있다.
제2 PCB(1200)에 다른 안테나 소자들이 배치될 수 있다. 제2 PCB(1200)의 중앙 영역에 GNSS 안테나(1150)가 배치될 수 있다. 제2 PCB(1200)의 측면 영역의 상부와 하부에 각각 제1 및 제2 Wi-Fi 안테나(1160a, 1160b)가 배치될 수 있다. 제2 PCB(1200)의 상부 영역 및 하부 영역에 제1 및 제2 V2X 안테나(1170a, 1170b)가 배치될 수 있다.
한편, 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)의 상부 메탈 패턴인 제1 메탈 패턴은 상부 커버(1300)의 표면에 융착되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 안테나 모듈이 차량의 루프 내에 배치되어 사용되는 경우 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)가 안테나 모듈 내부에서 구조적 안정성을 더 확보할 수 있다.
도 16b는 도 13b(a)와 같이 제1 PCB(1200b)의 일측 단부와 제2 PCB(1200)가 결합되는 구조이다. 제2 PCB(1200)와 제1 PCB(1200b)는 보드 투 보드 커넥터(1010a, 1010b)에 의해 상호 결합될 수 있다. 도 16b를 참조하면, 제1 방사체(1110) 및 제2 방사체(1120)는 제1 PCB(1200b)에 형성된 제1 급전 패턴(F1) 및 제2 급전 패턴(F2)과 연결될 수 있다. 제3 방사체(1130) 및 제4 방사체(1140)는 제2 PCB(1200)에 형성된 제3 급전 패턴(F3) 및 제4 급전 패턴(F4)과 연결될 수 있다. 이에 따라, 제2 PCB(1200)가 제1 PCB(1200b)를 상측 및 하측에서 모두 둘러싸는 구조 또는 하측에서 둘러싸는 구조에 비해 제2 PCB(1200)의 크기를 감소시킬 수 있다.
제2 PCB(1200)에 다른 안테나 소자들이 배치될 수 있다. 제2 PCB(1200)의 중앙 영역에 GNSS 안테나(1150)가 배치될 수 있다. 제2 PCB(1200)의 측면 영역의 상부와 하부에 각각 제1 및 제2 Wi-Fi 안테나(1160a, 1160b)가 배치될 수 있다. 제2 PCB(1200)의 상부 영역에 V2X 안테나(1170)가 배치될 수 있다. V2X 안테나(1170)는 FPCB(flexible printed circuit board)와 같은 기판 상에 모노폴 방사체로 구현될 수 있다.
제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)의 상부 메탈 패턴인 제1 메탈 패턴은 상부 커버(1300)의 표면에 융착되게 형성될 수 있다. 이에 따라, 안테나 모듈이 차량의 루프 내에 배치되어 사용되는 경우 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)가 안테나 모듈 내부에서 구조적 안정성을 더 확보할 수 있다. 한편, SDARS 안테나(1180)도 상부 커버(1300)의 표면에 융착되게 형성되어 구조적 안정성을 확보할 수 있다. 또한, 히트 싱크(1020)도 상부 커버(1300)의 표면에 융착되게 형성되어 구조적 안정성과 안테나 모듈 외부로 열을 방출하여 방열 특성을 개선할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈의 상부 커버는 복수의 안테나 소자들이 융착되거나 또는 일정 구역 내에 수용되도록 구획된 구조로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 17은 본 명세서에 따른 구획된 구조로 형성된 상부 커버의 구조를 나타낸다. 한편, 도 18은 제1 안테나의 하부 영역에 V2X 안테나가 배치된 구조를 나타낸다.
도 17을 참조하면, 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)가 상부 커버(1300u)의 표면에 융착되게 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140) 각각은 구획 구조(1360a 내지 1360d)에 의해 다른 구성들과 구획될 수 있다. 이러한 구획 구조(1360a 내지 1360d)는 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140) 각각을 상부 영역에서 고정하도록 형성될 수 있다.
제1 방사체(1110)의 구획 구조(1360a)는 제1 구획 구조(1361) 내지 제3 구획 구조(1363)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 구획 구조(1361)에 제1 방사체(1110)의 제1 메탈 패턴(1111)의 일 측이 배치될 수 있다. 제2 구획 구조(1362)에 제1 방사체(1110)의 제1 메탈 패턴(1111)의 타 측이 배치될 수 있다. 제1 구획 구조(1361) 및 제2 구획 구조(1362)의 상측 영역에 제2 메탈 패턴(1112)가 융착될 수 있다. 제3 구획 구조(1363)는 제1 방사체(1110)의 제3 메탈 패턴(1113)이 고정되도록 구성될 수 있다.
제1 방사체(1110) 및 제2 방사체(1120)의 상부 메탈 패턴의 단부는 상부 커버(1300u)의 단부까지 연장될 수 있다. 한편, 제3 방사체(1130) 및 제4 방사체(1140)의 상부 메탈 패턴의 단부는 상부 커버(1300u)의 단부에서 소정 간격 오프셋되어 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제3 방사체(1130) 및 제4 방사체(1140)의 구획 구조(1360c, 1360d)의 단부는 상부 커버(1300u)의 측면과 소정 간격 오프셋 되게 형성된다. 따라서, 소정 간격 오프셋 되게 형성된 영역에 제1 및 제2 Wi-Fi 안테나(1160a, 1160b)가 배치될 수 있다. 제1 및 제2 Wi-Fi 안테나(1160a, 1160b)는 상부 커버(1300u)의 측면에 융착되어 형성될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 V2X 안테나(1170a, 1170b)가 상부 커버(1300u)의 구조물 내에 부착될 수 있다.
도 9a(a) 및 도 18을 참조하면, 제1 방사체(1110)의 하부 영역의 A 라인 상에 V2X 안테나(1170)가 배치될 수 있다. 제1 방사체(1110)의 하부 영역의 B 라인 상에 제1 방사체(1110)를 위한 제1 급전 패턴(F1)이 배치될 수 있다. 제1 급전 패턴(F1)이 제1 방사체(1110)의 제3 메탈 패턴(1113)과 연결될 수 있다. 제1 방사체(1110)의 하부 영역의 C 라인 상에 Wi-Fi 안테나를 위한 급전 패턴(F5)이 배치될 수 있다.
도 5 내지 도 6c, 도 9a 내지 도 15a, 도 17 및 도 18을 참조하면, 제1 커버(1300u)는 내측 면(inner-side surface)에 있는 복수의 커플링 부들을 포함하도록 구성될 수 있다. 복수의 커플링 부들은 제1 커플링 부(1360a), 제2 커플링 부(1360b), 제3 커플링 부(1360c) 및 제4 커플링 부(1360d)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 커플링 부(1360a), 제2 커플링 부(1360b), 제3 커플링 부(1360c) 및 제4 커플링 부(1360d)에 각 방사체를 구성하는 제1 도전 패턴(1110a), 제2 도전 패턴(1120a), 제3 도전 패턴(1130a) 및 제4 도전 패턴(1140a)이 부착될 수 있다.
제1 도전 패턴(1110a)은 제1 서브 패턴(1111) 및 제2 서브 패턴(1112)를 포함할 수 있다. 제1 서브 패턴(1111)은 제1 커버(1300u)의 내측 면에 있는 제1 커플링 부(1360a)에 배치될 수 있다. 제1 서브 패턴(1111)은 제2 커버(1300)의 제1 슬롯 방사 부(SP1)와 중첩(overlap)되게 상부에 배치될 수 있다. 제2 서브 패턴(1112)은 제1 서브 패턴(1111) 및 제1 급전 부(F1)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 급전 패턴(1113)도 제2 서브 패턴(1112)에 포함되는 것으로 간주될 수 있다. 제2 도전 패턴(1120a)은 제3 서브 패턴(1121) 및 제4 서브 패턴(1122)를 포함할 수 있다. 제3 서브 패턴(1121)은 제1 커버(1300u)의 내측 면에 있는 제2 커플링 부(1360b)에 배치될 수 있다. 제3 서브 패턴(1121)은 제2 커버(1300)의 제1 슬롯 방사 부(SP2)와 중첩되게 상부에 배치될 수 있다. 제4 서브 패턴(1122)은 제3 서브 패턴(1121) 및 제2 급전 부(F2)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제3 도전 패턴(1130a)은 제5 서브 패턴(1131) 및 제6 서브 패턴(1132)를 포함할 수 있다. 제5 서브 패턴(1131)은 제1 커버(1300u)의 내측 면에 있는 제3 커플링 부(1360c)에 배치될 수 있다. 제5 서브 패턴(1131)은 제2 커버(1300)의 제3 슬롯 방사 부(SP3)와 중첩되게 상부에 배치될 수 있다. 제6 서브 패턴(1132)은 제5 서브 패턴(1131) 및 제3 급전 부(F3)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제4 도전 패턴(1140a)은 제7 서브 패턴(1171) 및 제8 서브 패턴(1142)를 포함할 수 있다. 제7 서브 패턴(1171)은 제1 커버(1300u)의 내측 면에 있는 제4 커플링 부(1360d)에 배치될 수 있다. 제7 서브 패턴(1171)은 제2 커버(1300)의 제4 슬롯 방사 부(SP4)와 중첩되게 상부에 배치될 수 있다. 제8 서브 패턴(1142)은 제7 서브 패턴(1171) 및 제4 급전 부(F4)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 9a를 참조하면, 제1 서브 패턴(1111), 제3 서브 패턴(1121), 제5 서브 패턴(1131) 및 제7 서브 패턴(1141)은 히트 싱크(1020)보다 더 상위 부분(higher portion)에 배치될 수 있다. 다시 말해, 각 방사체의 상부 패턴들은 히트 싱크(1020)보다 z축 상에서 소정 간격만큼 더 상위 부분에 배치될 수 있다. 한편, 제1 서브 패턴(1111), 제3 서브 패턴(1121), 제5 서브 패턴(1131) 및 제7 서브 패턴(1141)은 10mm 이상만큼 히트 싱크(1020)(의 단부)로부터 이격되게 배치될 수 있다. 이에 따라, 히트 싱크(1020)를 통해 방출되는 열이 각 방사체의 상부 패턴들에 의해 차단되지 않아 방열 성능이 향상될 수 있다.
한편, 각각의 안테나 구조들은 모노폴 안테나 부(monopole antenna portion)와 바닥 슬롯 안테나 부(bottom slot antenna portion)를 포함하도록 구성될 수 있다. 도 14a 및 도 18을 참조하면, 안테나 구조들 중 하나인 제1 방사체(1100a)는 모노폴 안테나 부(1110) 및 바닥 슬롯 안테나 부(SP1)를 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 각각의 안테나 구조들은 600MHz-6GHz 주파수 대역들(frequency bands)에서 4x4 다중 입출력(Multi input Multi output, MIMO) 시스템으로 동작할 수 있다. 또한, 각각의 안테나 구조들은 너비 86 mm X 길이 43 mm X 높이 17mm의 체적 사이즈 (volume size) 내에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 도 14b의 제2 타입의 방사체(1110b)는 너비 73 mm X 길이 29 mm X 높이 17mm의 체적 사이즈 내에 배치될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 광대역 안테나 구조는 다단 슬롯 구조로 형성되고 슬롯 영역 및 브랜치 라인의 길이는 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다. 이와 관련하여, 도 19는 본 명세서의 서로 다른 예시에 따른 브랜치 라인 구조를 나타낸다. 도 19(a)를 참조하면, 브랜치 라인(1350)의 단부 위치가 제1 메탈 플레이트(1310) 및 제3 메탈 플레이트(1330)의 단부 위치보다 내측에 배치될 수 있다. 제1 급전부(F1)를 통해 제1 대역 및 제2 대역의 제1 신호에 의해 제1 신호 경로(SP1)가 형성될 수 있다. 제2 급전부(F2)를 통해 제3 대역의 제2 신호에 의해 제2 전류 경로(SP2)가 제2 슬롯 영역(SR2)을 통해 형성될 수 있다.
도 19(b)를 참조하면, 브랜치 라인(1350b)은 제2 메탈 플레이트(1320)와 연결되지 않고 별도의 기판, 즉 PCB로 구성될 수 있다. 브랜치 라인(1350b)은 제3 메탈 플레이트(1330)와 그라운드 컨택 부(1350g)를 통해 연결되게 구성될 수 있다. 브랜치 라인(1350)의 단부 위치는 도 14(a)와 유사하게 제1 메탈 플레이트(1310) 및 제3 메탈 플레이트(1330)의 단부 위치보다 내측에 배치될 수 있다. 제1 급전부(F1)를 통해 제1 대역 및 제2 대역의 제1 신호에 의해 제1 신호 경로(SP1)가 형성될 수 있다. 제2 급전부(F2)를 통해 제3 대역의 제2 신호에 의해 제2 전류 경로(SP2)가 제2 슬롯 영역(SR2)을 통해 형성될 수 있다. 제2 슬롯 영역(SR2)은 WiFi 대역에서의 메탈 패턴에 해당하는 브랜치 라인(1350b)의 하부 영역에 배치되는 슬롯 영역이다.
한편, 본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈의 제1 안테나가 배치된 영역은 다수의 안테나 동작을 위한 구성으로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 20은 본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈의 제1 안테나의 하부 영역의 각 라인 상에서 단면도 및 컨택 영역을 나타낸 것이다.
도 9a(a), 도 18 내지 도 20을 참조하면, 제1 방사체(1110)의 하부 영역의 A 라인 상에 V2X 안테나(1170)가 배치될 수 있다. 상부 커버(1300u)의 측면 단부가 하부 커버(1300)와 결합될 수 있다. 상부 커버(1300u)의 표면에 부착된 V2X 안테나(1170)가 제1 PCB(1200b)와 연결될 수 있다. V2X 안테나(1170)를 상부 커버(1300u)에 고정시키기 위해 상부 커버(1300u)의 내부에 측면 부(1310u)가 형성될 수 있다.
제1 방사체(1110)의 하부 영역의 B 라인 상에 제1 방사체(1110)를 위한 제1 급전 패턴(F1)이 배치될 수 있다. 제1 급전 패턴(F1)이 제1 방사체(1110)의 제3 메탈 패턴(1113)과 연결될 수 있다. B 라인 상에서 제1 메탈 패턴(1111)에 개구 영역(1111ob)이 형성될 수 있다. 제3 메탈 패턴(1113)의 단부가 제1 PCB(1200b)와 제1 급전 패턴(F1)을 통해 연결될 수 있다.
제1 방사체(1110)의 하부 영역의 C 라인 상에 Wi-Fi 안테나를 위한 급전 패턴(F2)이 배치될 수 있다. C 라인 상에서 하부 커버(1300)와 제1 PCB(1200b)가 그라운드 컨택 부(1350)를 통해 연결될 수 있다. 또한, 도 18a를 참조하면, 하부 커버(1300)와 제1 PCB(1200b)가 제2 급전 패턴(F2)을 통해 연결될 수 있다.
이상에서는 본 명세서의 일 양상에 따른 차량용 안테나 모듈에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 명세서의 다른 양상에 따른 차량용 안테나 모듈이 구비된 차량에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 전술한 모든 구성 및 기술적 특징에 대한 설명이 이하의 차량용 안테나 모듈이 구비된 차량에서도 적용될 수 있다.
한편, 도 21은 실시 예에 따른 안테나 모듈과 상기 안테나 모듈이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다. 구체적으로, 도 21은 안테나 모듈에 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 복수의 안테나들(1100), 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 구성 가능하다. 한편, 차량(500)은 오브젝트 검출 장치(520)를 더 포함할 수 있다. 또한, 차량(500)은 통신 장치(400)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 통신 장치(400)은 안테나 유닛을 통해 무선 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 1a 내지 도 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 제2 PCB(1200)는 텔레매틱스 기능을 수행하는 제1 PCB(1200b)과 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 PCB(1200)와 제1 PCB(1200b)는 동일 평면 상에서 인터페이스 되도록 결합될 수 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.
차량에 탑재되는 안테나 모듈은 PCB(1100), 방사체(1110), 하부 커버(1300) 및 상부 커버(1300u)를 포함하도록 구성될 수 있다. PCB(1100)는 전자 부품들이 배치되도록 구성될 수 있다. 방사체(1110)와 같은 안테나 소자가 배치될 수 있는 PCB를 제2 PCB(1100)라고 지칭할 수 있다. 한편, 제2 PCB(1100)는 다른 전자 부품들이 배치되는 제2 PCB(1200)와 결합되게 구성될 수 있다. 이와 관련하여, PCB(1100)와 제2 PCB(1200)가 일체의 PCB로 구성되거나 또는 별도의 PCB로 구성될 수 있다.
방사체(1110)는 PCB(1100)와 측면 영역을 통해 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 방사체(1110)는 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 패턴으로 형성되어 제1 대역의 제1 신호를 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 신호는 4G 통신 또는 5G 통신을 위한 저대역(low band, LB) 신호일 수 있다. 제1 대역은 저대역(LB) 중 제1 서브 대역으로 약 700MHz 대역일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
하부 커버(1300)는 PCB(1100)의 하부에 배치되고, 슬롯 영역들(SR1, SR2)이 형성된 메탈 플레이트로 구성될 수 있다. 상부 커버(1300u)는 하부 커버(1300)와 체결되어 내부에 PCB(1100) 및 방사체(1110)가 수용되도록 구성될 수 있다.
하부 커버(1300)의 메탈 플레이트(1300m)는 제1 슬롯 영역(SR1), 제2 슬롯 영역(SR2) 및 브랜치 멤버(1350)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 슬롯 영역(SR1)은 메탈 플레이트(1300m)의 일 측에 소정 길이와 너비를 갖도록 형성될 수 있다. 제2 슬롯 영역(SR2)은 제1 슬롯 영역(SR1)과 평행하게 소정 길이와 너비를 갖도록 형성될 수 있다. 브랜치 멤버(1350)는 제1 슬롯 영역(SR1) 및 제2 슬롯 영역(SR2) 사이에 소정 길이와 너비를 갖는 메탈 플레이트로 형성될 수 있다.
안테나 모듈은 제1 급전부(F1)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 급전부(F1)는 PCB(1100)의 전면에 배치될 수 있다. 제1 급전부(F1)는 방사체(1110)와 연결되어 제1 대역의 제1 신호를 방사체로 급전하도록 구성될 수 있다. 또한, 제1 급전부(F1)는 방사체(1110)와 연결되어 제2 대역의 제1 신호를 슬롯 영역들(SR1, SR2)로 급전하도록 구성될 수 있다. 또한, PCB(1100)는 그라운드 컨택 부(GC)를 통해 하부 커버(1300)와 연결되도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제1 신호는 4G 통신 또는 5G 통신을 위한 저대역(low band, LB) 신호일 수 있다. 제2 대역은 저대역(LB) 중 제1 서브 대역보다 높은 제2 서브 대역으로 약 920MHz 대역일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1 대역의 제1 신호를 방사하도록 구성된 방사체(1100) 및 제2 대역의 제1 신호를 방사하도록 구성된 메탈 플레이트(1300m)의 슬롯 영역들(SR1, SR2)이 메인 안테나를 구성할 수 있다. 메인 안테나는 4G 통신 또는 5G 통신 대역 중 저대역(LB)에서 동작하도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈은 제2 급전부(F2)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 급전부(F2)는 브랜치 라인(1350)과 제2 슬롯 영역(SR2)을 형성하는 메탈 플레이트 사이에 배치되도록 구성될 수 있다. 제2 급전부(F2)는 제2 대역보다 높은 제3 대역의 제2 신호를 제2 슬롯 영역(SR2)으로 급전하도록 구성될 수 있다. 제3 대역은 Wi-Fi 통신을 위한 주파수 대역이고, 제2 신호는 Wi-Fi 신호일 수 있다. 따라서, 제3 대역의 제2 신호를 방사하도록 구성된 제2 슬롯 영역(SR2)은 Wi-Fi 주파수 대역에서 동작하는 Wi-Fi 안테나를 구성할 수 있다.
한편, 하부 커버(1300)의 일 측 상부, 일 측 하부, 타 측 상부 및 타 측 하부에 제1 방사체(ANT1, 1100-1), 제2 방사체(ANT2, 1100-2), 제3 방사체(ANT3, 1100-3) 및 제4 방사체(ANT3, 1100-4)가 배치될 수 있다. 제1 방사체(ANT1, 1100-1) 내지 제4 방사체(ANT3, 1100-4)는 도 5 내지 도 18b의 제1 방사체(1110) 내지 제4 방사체(1140)에 대응된다. 제1 방사체(ANT1, 1100-1) 내지 제4 방사체(ANT3, 1100-4)에 대응하여 제1 슬롯 부(slot portion, SP1) 내지 제4 슬롯 부(SP4)가 배치될 수 있다.
안테나 모듈(1000)이 탑재되는 차량(500)에서 안테나 모듈(1000)은 차량의 루프 하부 또는 루프 구조 내부에 배치될 수 있다. 차량(1400)은 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다. 프로세서(1400)는 안테나 모듈(1000)의 내부 또는 외부에 배치될 수 있다. 프로세서(1400)는 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈(1000)은 전자 부품들이 배치되고, 제1 영역 및 제2 영역을 구성하는 제1 PCB(1200b)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 제1 PCB(1200b)와 결합되어 제3 영역을 구성하고, 적어도 하나의 안테나 소자가 배치되는 제2 PCB(1200)를 포함할 수 있다.
안테나 모듈(1000)은 제1 PCB(1200b) 및 제2 PCB(1200)의 하부에 배치되고, 제2 영역에 제1 돌출 부(1301) 및 제2 돌출 부(1302)가 형성된 하부 커버(1300)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1000)의 제1 영역에 제1 PCB(1200b)와 제1 방사체(ANT1, 1100-1) 및 제2 방사체(ANT2, 1100-2)가 구비될 수 있다. 제1 방사체(ANT1, 1100-1) 및 제2 방사체(ANT2, 1100-2) 사이에 제1 PCB(1200b)의 제1 부분(part)(P1)이 배치될 수 있다. 안테나 모듈(1000)의 제2 영역에 제1 PCB(1200b)와 하부 커버(1300)의 제1 리세스 부(1303) 및 제2 리세스 부(1304)가 구비될 수 있다. 제1 리세스 부(1303) 및 제2 리세스 부(1304) 사이에 제1 PCB(1200b)의 제2 부분(P2)이 배치될 수 있다. 제1 리세스 부(1303)에 하부 커버(1300)에서 연장된 제1 돌출 부(1301)가 형성될 수 있다. 제2 리세스 부(1304)에 하부 커버(1300)에서 연장된 제2 돌출 부(1302)가 형성될 수 있다.
안테나 모듈(1000)의 제3 영역에 제2 PCB(1200)와 제3 방사체(ANT3, 1100-3) 및 제4 방사체(ANT3, 1100-4)가 구비될 수 있다. 제3 방사체(ANT3, 1100-3) 및 제4 방사체(ANT3, 1100-4) 사이에 제2 PCB(1200)가 배치될 수 있다. 제1 PCB(1200b)에 배치되는 프로세서(1400)는 제1 방사체(ANT1, 1100-1) 내지 제4 방사체(ANT4, 1100-4)로 인가되는 신호를 제어하도록 구성된 NAD(network access device)에 포함될 수 있다.
제1 PCB(1200b) 및 제2 PCB(1200)는 보드 투 보드 커넥터(1010a, 1010b)에 의해 동작 가능하게 결합될 수 있다. 보드 투 보드 커넥터(1010a, 1010b)에 의해 제3 영역에 배치된 제3 방사체(ANT3, 1100-3)를 통해 수신되는 신호가 임계치 이하이면, NAD는 제1 영역에 배치된 제1 방사체(ANT1, 1100-1) 또는 제2 방사체(ANT2, 1100-2)를 통해 신호를 수신 또는 송신되도록 신호 전달 경로를 제어할 수 있다.
제1 방사체(ANT1, 1100-1) 내지 제4 방사체(ANT4, 1100-4)는 각각 제1 영역의 상부 영역, 제1 영역의 하부 영역, 제3 영역의 상부 영역 및 제3 영역의 하부 영역에 배치될 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 안테나 모듈(1000)의 제2 영역에 배치되어, NAD(1400)로부터 발생하는 열을 흡수하도록 메탈 재질의 구조물로 구성된 히트 싱크(1020)를 포함할 수 있다. 히트 싱크(1020)는 제1 방사체(ANT1, 1100-1) 내지 제4 방사체(ANT4, 1100-4)가 배치된 제1 영역의 상부 영역 내지 제3 영역의 하부 영역 사이의 제2 영역에 배치될 수 있다. 히트 싱크(1020)는 제1 돌출 부(1301) 및 제2 돌출 부(1302)가 배치된 제2 영역의 상부 영역 및 제2 영역의 하부 영역 사이의 상기 제2 영역의 중앙 영역에 배치될 수 있다.
제1 돌출 부(1301)는 제1 리세스 부(1303)의 하측 단부에서 수직하게 연장되어 상측 방향인 제1 방향으로 형성될 수 있다. 제2 돌출 부(1302)는 제2 리세스 부(1304)의 하측 단부에서 수직하게 연장되어 제1 방향과 수직하고 제2 방사체(ANT2, 1100-2)와 인접한 일 측 방향인 제2 방향으로 형성될 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 방사체(ANT1, 1100-1) 내지 제4 방사체(ANT4, 1100-4) 중 둘 이상의 안테나를 이용하여 저대역(low band, LB)에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 둘 이상의 안테나를 통해 수신되는 제1 및 제2 신호의 차이가 임계치 이상이면, 제2 돌출 부(1302)에 인접한 제2 방사체(ANT2, 1100-2)를 이용하여 저대역(LB)에서 신호를 수신 및 송신하도록 제어할 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 각각의 방사체 모듈(1100)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 프로세서(1400)는 모뎀(modem)에 해당하는 기저대역 프로세서일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 송수신부 회로(1250)를 제어하는 임의의 프로세서일 수 있다. 차량의 프로세서(1400)는 NAD (Network Access Device)로 구현될 수 있고 무선 통신 제어 IC로 지칭될 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 MIMO 안테나(ANT1 내지 ANT4)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 전력 증폭기 또는 수신 증폭기와 같은 프론트 엔드 모듈(front end module, FEM)을 포함할 수 있다. 다른 예로, 프론트 엔드 모듈(FEM)은 송수신부 회로(1250)와 별도로 송수신부 회로(1250)와 안테나 사이에 배치될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 전력 증폭기 또는 수신 증폭기의 이득 또는 입력 또는 출력 전력을 조절하여 MIMO 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 전달되는 신호의 크기 및/또는 위상을 제어하거나 일부 안테나 모듈만 동작하도록 제어할 수 있다.
프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합되고, 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 제어하여, MIMO 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 전달되는 신호의 크기 및/또는 위상을 제어하거나 일부 안테나 모듈만 동작하도록 제어할 수 있다. 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성될 수 있다.
한편, 자율 주행 등을 위해 인접 차량, RSU, 기지국 등 다양한 엔티티로부터 동시에 정보를 수신하거나 송신할 필요가 있는 경우, 다중 입출력(MIMO)을 통해 정보를 수신 및 송신할 수 있다. 따라서, 차량은 다양한 엔티티로부터 동시에 서로 다른 정보를 수신하여 통신 용량을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 차량에서 대역폭의 확장 없이도 MIMO 동작을 통해 통신 용량을 향상시킬 수 있다.
대안으로, 차량은 다양한 엔티티로부터 동시에 동일한 정보를 동시에 수신하여 주변 정보에 대한 신뢰성을 향상시키고 레이턴시를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 차량에서 URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication) 통신이 가능하고 차량은 URLLC UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 URLLC UE로 동작하는 차량을 위해 시간 슬롯을 우선적으로 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 특정 시간-주파수 자원 중 일부를 펑처링(puncturing)할 수 있다.
안테나 모듈(1000) 내의 4G/5G 통신을 위한 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4)은 저 대역(LB), 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)의 전 대역에서 동작할 수 있다. 여기서, 저 대역(LB)을 제1 (주파수) 대역으로 지칭하고 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)을 제2 (주파수) 대역으로 지칭할 수 있다. 다른 예로, 안테나 시스템(1000)이 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에서 동작하는 경우 중 대역(MB)을 제1 (주파수) 대역으로 지칭하고 고 대역(HB)을 제2 (주파수) 대역으로 지칭할 수 있다. 5G Sub6 대역은 LTE re-farming의 경우 LTE 대역과 동일 대역일 수 있다. 5G NR이 LTE와 별도의 대역에서 동작하는 경우 고 대역(HB) 또는 이보다 높은 대역에서 동작할 수 있다. 고 대역(HB) 또는 이보다 높은 대역에서 동작하는 5G Sub6 대역도 제2 (주파수) 대역으로 지칭할 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 상호 간에 충분한 거리로 이격되고 소정 각도로 회전된 상태로 배치된 안테나 소자들을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 동일 대역 내의 제1 신호 및 제2 신호 간의 격리도(isolation)을 향상시킬 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 제1 방사체(ANT1) 내지 제4 방사체(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 방사체(ANT1) 및 제3 방사체(ANT3) 중 어느 하나를 통해 제2 대역의 제1 신호를 수신하면서 제2 방사체(ANT2) 및 제4 방사체(ANT4) 중 어느 하나를 통해 제2 대역의 제1 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 각각의 안테나들을 해당 대역에서 최적화되도록 설계하고 동작하도록 구현할 수 있다는 장점이 있다.
따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역이 결합된 대역을 통해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 자율 주행 등을 위해 대용량의 데이터를 수신할 필요가 있는 경우, 반송파 집성을 통해 광대역 수신이 가능하다는 장점이 있다.
이에 따라, 차량은 eMBB (Enhanced Mobile Broad Band) 통신이 가능하고 차량은 eMBB UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 eMBB UE로 동작하는 차량을 위해 광대역 주파수 자원을 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 주파수 자원을 제외하고 여유 있는 주파수 대역들에 대한 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
주파수 대역과 관련하여, 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)에 해당하는 대역을 각각 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역으로 지칭할 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)에 해당하는 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역에서 단일 안테나로 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 PDCCH (physical downlink control channel)을 통해 할당된 자원 영역을 판단할 수 있다. 프로세서(1400)는 할당된 자원 영역에 기반하여, 제1 대역 내지 제3 대역 중 둘 이상의 대역에서 반송파 집성(carrier aggregation)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 방사체(ANT1) 내지 제4 방사체(ANT4)를 통해 EN-DC 상태에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 일 예로, 제1 방사체(ANT1) 및 제2 방사체(ANT2)를 통해 EN-DC 동작을 수행하고, 제3 방사체(ANT3) 및 제4 방사체(ANT4)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 4G/5G 통신 시스템 및 WiFi 통신 시스템 간 다른 대역을 이용하여 EN-DC 동작이 수행되면, 하나의 안테나 시스템 내의 복수의 안테나를 통해 EN-DC 동작을 수행할 수 있다. 이에 따라, 동일 대역을 사용하는 MIMO 스트림 간에 간섭 수준을 저감할 수 있다. 반면에, 4G/5G 통신 시스템 간 동일 대역을 이용하여 EN-DC 동작이 수행되면, 다른 안테나 시스템 내의 복수의 안테나를 통해 EN-DC 동작을 수행할 수 있다. 이 경우, 저대역(LB)에서의 간섭 수준을 저감하기 위해, 동일 안테나 시스템 내의 복수의 안테나를 통한 MIMO 동작은 중대역(MB) 이상에서 수행될 수 있다.
복수의 안테나들을 구비하는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량과 이들에 대한 제어 동작과 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.
이상에서는 차량에 탑재되는 광대역 안테나를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량에 대해 살펴보았다. 이와 같은 차량에 탑재되는 광대역 안테나를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 4G/5G 통신을 위한 복수의 안테나들이 배치된 안테나 모듈에서, 각각의 안테나 성능을 최적화할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 4G/5G 안테나 이외에 GNSS 안테나, Wi-Fi 안테나, V2X 안테나, SDARS 안테나들이 최적으로 배치된 안테나 모듈을 구성할 수 있다. 이와 관련하여, 4G/5G 안테나의 메탈 패턴의 크기를 감소시키면서 안테나 성능을 유지할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량용 안테나 모듈에서 안테나 기판과 TCU 기판의 다양한 결합 구조를 제공하기 위한 것이다. 이와 관련하여, 안테나 기판과 TCU 기판이 동일 평면 상에서 결합될 수 있다. 또한, 전체 안테나 크기의 최적화를 위해 복수의 안테나 소자들이 안테나 기판 또는 TCU 기판의 급전 패턴과 연결될 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량용 안테나 모듈에서 안테나 기판과 TCU 기판의 다양한 결합 구조에서 안테나 성능과 방열 성능을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여, 4G/5G 안테나 소자들이 안테나 모듈의 일 측 상부, 일 측 하부, 타 측 상부 및 타 측 하부에 배치되고, 히트 싱크는 안테나 모듈의 중앙 영역에 배치될 수 있다.
본 명세서에 따르면, 다중 입출력(MIMO)을 위한 안테나의 성능과 Wi-Fi 안테나의 성능을 모두 최적화하면서 격리도를 유지할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나들 중 적어도 하나의 하부 영역에 배치된 하부 커버의 슬롯 구조를 형성하여 Wi-Fi 안테나를 구현할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량 바디 또는 루프 외관 중 일부가 메탈 재질로 형성되는 경우에도 차량 내부 영역으로 무선 신호를 제공할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈의 상부 커버를 유전체로 구성하고 메탈 재질의 하부 커버에 슬롯 안테나를 구현할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 모듈을 구성하는 바디의 그라운드 영역을 안테나로 활용하면서 안테나가 이중 모드로 동작하게 할 수 있다. 이와 관련하여, 메탈 재질의 하부 커버에 슬롯 안테나를 구현하고 상부 영역에 다른 방사체를 배치할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 안테나 모듈의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여, 4G/5G 안테나의 각 방사체를 입체 구조로 형성하고 높이가 최소화되게 설계할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 모듈을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시할 수 있다. 이와 관련하여, 4G/5G 안테나 이외에 GNSS 안테나, Wi-Fi 안테나, V2X 안테나, SDARS 안테나들이 최적으로 배치된 안테나 모듈을 구성할 수 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 발명과 관련하여, 차량에 탑재되는 안테나 시스템과 이에 대한 제어 동작은 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 한편, 차량에 탑재되는 안테나 시스템의 설계와 안테나 시스템에 대한 제어를 수행하는 구성은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 판독할 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 판독할 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말 또는 차량의 제어부, 즉 프로세서를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (22)

  1. 차량에 있어서,
    상기 차량의 외관으로 형성되며 제1 고정부(fixing part)와 제2 고정부를 포함하는 루프 구조(roof structure); 및
    상기 루프 구조에 배치된 안테나 어셈블리를 포함하고,
    상기 안테나 어셈블리는,
    외측 면에 제1 홈 부(grove portion) 및 제2 홈 부를 구비하고, 내측 면에 복수의 커플링 부(coupling portion)들을 구비하는 제1 커버 - 상기 제1 홈 부는 상기 루프 구조의 상기 제1 고정부와 결합되고, 상기 제2 홈 부는 상기 루프 구조의 상기 제2 고정부와 결합됨;
    상기 제1 커버와 결합되는 제2 커버를 포함하고,
    상기 제2 커버는 금속재질로 이루어지며 4개의 측면부들(side portions)을 포함하고,
    제1 측면 부와 제3 측면 부는 반대 측면들이고, 제2 측면 부와 제4 측면 부는 반대 측면들이고,
    상기 제1 측면 부는 제1 슬롯 방사 부와 제2 슬롯 방사 부를 구비하고, 상기 제3 측면 부는 제3 슬롯 방사 부 및 제4 슬롯 방사 부를 구비하고,
    상기 제2 측면 부는 제1 리세스 부 및 상기 제1 리세스 부 내의 제1 돌출 부(protrusion part)를 구비하고, 상기 제 4 측면 부는 제 2 리세스 부 및 상기 제 2 리세스 부 내의 2 돌출 부를 구비하고,
    상기 제1 커버와 상기 제2 커버에 의해 형성되는 내부 공간(inner space)에 배치되는 제1 인쇄회로기판 (PCB) - 상기 제1 PCB는 무선 신호를 처리하도록 구성된 무선 통신 제어 IC를 포함하고, 상기 제1 PCB는 제1 급전부(feeding part) 및 제2 급전부를 포함함;
    상기 제1 커버와 상기 제2 커버에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 배치되는 제2 PCB - 상기 제2 PCB는 제3 급전부 및 제4 급전부를 포함하고, 상기 제2 PCB는 상기 제1 PCB와 결합됨;
    상기 제1 커버 및 상기 제2 커버에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 배치되는 복수의 안테나 구조들 - 상기 복수의 안테나 구조들은 제1 방사체, 제2 방사체, 제3 방사체 및 제4 방사체를 포함하고,
    상기 제1 방사체는 제1 도전 패턴 및 제1 슬롯 방사 부를 포함하고,
    상기 제1 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제1 PCB 사이에 배치되고,
    상기 제1 도전 패턴은 상기 제1 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 상기 제1 급전부와 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 방사체는 제2 도전 패턴 및 제2 슬롯 방사부를 포함하고,
    상기 제2 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제1 PCB 사이에 배치되고,
    상기 제2 도전 패턴은 상기 제2 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 상기 제2 급전부와 전기적으로 연결되고,
    상기 제3 방사체는 제3 도전 패턴 및 제3 슬롯 방사 부를 포함하고,
    상기 제3 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제2 PCB 사이에 배치되고,
    상기 제3 도전 패턴은 상기 제3 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 제3 급전부와 전기적으로 연결되고,
    상기 제4 방사체는 제4 도전 패턴 및 제4 슬롯 방사 부를 포함하고,
    상기 제4 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제2 PCB 사이에 배치되고,
    상기 제4 도전 패턴은 상기 제4 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 제4 급전부와 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 고정부 및 상기 제1 돌출부는 상기 제1 홈 부에 제1 커플링 부재에 의해 고정되고,
    상기 제2 고정부 및 상기 제2 돌출부는 상기 제2 홈 부에 상기 제2 커플링 부재에 의해 고정되는, 차량.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 PCB의 제1 부분(part)은 상기 제1 슬롯 방사 부와 상기 제2 슬롯 방사 부 사이에 배치되고,
    상기 제1 PCB의 제2 부분은 상기 제1 리세스 부와 상기 제2 리세스 부 사이에 배치되고,
    상기 제2 PCB는 상기 제3 슬롯 방사 부와 상기 제4 슬롯 방사 부 사이에 배치되는, 차량.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 PCB는 상기 제1 PCB의 제1 부분에 있는 제1 커넥터를 더 포함하고,
    상기 제2 PCB는 상기 제1 PCB의 상기 제1 커넥터와 결합되도록 구성된 제2 커넥터를 더 포함하는, 차량.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 PCB는 제1 그라운드 부(ground portion)를 더 포함하고,
    상기 제1 그라운드 부 및 상기 제2 커버는 복수의 컨택 지점들에서 연결되고,
    상기 제2 PCB는 제2 그라운드 부를 더 포함하고,
    상기 제2 그라운드 부 및 상기 제2 커버는 복수의 컨택 지점들에서 연결되는, 차량.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 PCB의 상기 무선 통신 제어 IC는 상기 제1 PCB의 상기 제2 부분에 배치되고,
    상기 제1 커버는 개구 영역(opening area)을 구비하고,
    상기 제1 커버의 상기 개구 영역은 상기 제1 PCB의 상기 무선 통신 제어 IC를 마주보는, 차량.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 커버의 상기 개구 영역은 금속 구조의 히트 싱크에 의해 커버되고,
    상기 무선 통신 제어 IC에 의해 생성된 열은 상기 히트 싱크로 전달되는, 차량.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 슬롯 방사 부 및 상기 제2 슬롯 방사 부는 상기 제1 측면 부에서 평행하고,
    상기 제1 슬롯 방사 부의 크기는 상기 제2 슬롯 방사 부의 크기보다 더 큰, 차량.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 PCB는 제5 급전부를 더 포함하고,
    상기 제1 슬롯 방사 부는 상기 제2 커버에 연결된 제5 도전 패턴을 구비하고,
    상기 제5 도전 패턴은 상기 제1 슬롯 방사 부 내의 상기 제5 도전 패턴과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 급전 부 및 상기 제5 도전 패턴은 상기 제1 PCB의 반대 면에 배치되는, 차량.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제3 슬롯 방사 부 및 상기 제4 슬롯 방사 부는 상기 제3 측면 부에서 평행하고,
    상기 제3 슬롯 방사 부의 크기는 상기 제4 슬롯 방사 부의 크기보다 더 작은, 차량.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 슬롯 방사 부는 상기 제2 커버 내에서 제1 유전체 커버에 의해 커버되고,
    상기 제2 슬롯 방사 부는 상기 제2 커버 내에서 제2 유전체 커버에 의해 커버되고,
    상기 제3 슬롯 방사 부는 상기 제2 커버 내에서 제3 유전체 커버에 의해 커버되고,
    상기 제4 슬롯 방사 부는 상기 제2 커버 내에서 제4 유전체 커버에 의해 커버되는, 차량.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 돌출 부는 상기 제1 리세스 부의 중간 부(middle portion)에서 연결되고,
    상기 제2 돌출 부는 상기 제2 리세스 부의 중간 부에서 연결되고,
    상기 제2 돌출 부는 상기 제2 리세스 부 내에서 상기 제2 슬롯 방사 부를 향해 돌출된 서브 돌출 부를 더 포함하는, 차량.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 커버의 내측 면(inner-side surface)에 있는 상기 복수의 커플링 부들은 제1 커플링 부, 제2 커플링 부, 제3 커플링 부 및 제4 커플링 부를 포함하고,
    상기 제1 도전 패턴은 제1 서브 패턴 및 제2 서브 패턴을 포함하고, 상기 제1 서브 패턴은 상기 제1 커버의 상기 내측 면에 있는 상기 제1 커플링 부에 배치되고, 상기 제1 서브 패턴은 상기 제2 커버의 상기 제1 슬롯 방사 부와 중첩(overlap)되고, 상기 제2 서브 패턴은 상기 제1 서브 패턴 및 상기 제1 급전 부와 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 도전 패턴은 제3 서브 패턴 및 제4 서브 패턴을 포함하고, 상기 제3 서브 패턴은 상기 제1 커버의 상기 내측 면에 있는 상기 제2 커플링 부에 배치되고, 상기 제3 서브 패턴은 상기 제2 커버의 상기 제2 슬롯 방사 부와 중첩되고, 상기 제4 서브 패턴은 상기 제3 서브 패턴 및 상기 제2 급전 부와 전기적으로 연결되고,
    상기 제3 도전 패턴은 제5 서브 패턴 및 제6 서브 패턴을 포함하고, 상기 제5 서브 패턴은 상기 제1 커버의 상기 내측 면에 있는 상기 제3 커플링 부에 배치되고, 상기 제5 서브 패턴은 상기 제2 커버의 상기 제3 슬롯 방사 부와 중첩되고, 상기 제6 서브 패턴은 상기 제5 서브 패턴 및 상기 제3 급전 부와 전기적으로 연결되고,
    상기 제4 도전 패턴은 제7 서브 패턴 및 제8 서브 패턴을 포함하고, 상기 제7 서브 패턴은 상기 제1 커버의 상기 내측 면에 있는 상기 제4 커플링 부에 배치되고, 상기 제7 서브 패턴은 상기 제2 커버의 상기 제4 슬롯 방사 부와 중첩되고, 상기 제8 서브 패턴은 상기 제7 서브 패턴 및 상기 제4 급전 부와 전기적으로 연결되는, 차량.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 서브 패턴, 상기 제3 서브 패턴, 상기 제5 서브 패턴 및 상기 제7 서브 패턴은 상기 히트 싱크보다 더 상위 부분(higher portion)에 배치되는, 차량.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 서브 패턴, 상기 제3 서브 패턴, 상기 제5 서브 패턴 및 상기 제7 서브 패턴은 10mm 이상만큼 상기 히트 싱크로부터 이격되는, 차량.
  15. 제1항에 있어서,
    각각의 안테나 구조들은 모노폴 안테나 부(monopole antenna portion)와 바닥 슬롯 안테나 부(bottom slot antenna portion)를 포함하는, 차량.
  16. 제1항에 있어서,
    각각의 안테나 구조들은 600MHz-6GHz 주파수 대역들(frequency bands)에서 4x4 다중 입출력(Multi input Multi output, MIMO) 시스템으로 동작하는, 차량.
  17. 제1항에 있어서,
    각각의 안테나 구조들은 너비 86 mm X 길이 43 mm X 높이 17mm의 체적 사이즈 (volume size) 내에 배치되는, 차량.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 고정부 및 상기 제2 고정 부는 볼트 형상을 포함하고,
    상기 제1 커플링 부재 및 상기 제2 커플링 부재는 너트 형상을 포함하는, 차량.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 제3 방사체 또는 상기 제4 방사체로부터 수신된 신호가 소정 레벨보다 낮으면, 상기 무선 통신 제어 IC가 상기 제1 방사체 또는 상기 제2 방사체로부터 수신된 신호만 수신하도록 구성되는, 차량.
  20. 차량에 있어서,
    상기 차량의 외관으로 형성되며 제1 고정부(fixing part)와 제2 고정부를 포함하는 루프 구조(roof structure); 및
    상기 루프 구조에 배치된 안테나 어셈블리를 포함하고,
    상기 안테나 어셈블리는,
    외측 면에 제1 홈 부(grove portion) 및 제2 홈 부를 구비하고, 내측 면에 복수의 커플링 부(coupling portion)들을 구비하는 제1 커버 - 상기 제1 홈 부는 상기 루프 구조의 상기 제1 고정부와 결합되고, 상기 제2 홈 부는 상기 루프 구조의 상기 제2 고정부와 결합됨;
    상기 제1 커버와 결합되는 제2 커버를 포함하고,
    상기 제2 커버는 금속재질로 이루어지며 4개의 측면부들(side portions)을 포함하고,
    제1 측면 부와 제3 측면 부는 반대 측면들이고, 제2 측면 부와 제4 측면 부는 반대 측면들이고,
    상기 제1 측면 부는 제1 슬롯 방사 부와 제2 슬롯 방사 부를 구비하고, 상기 제3 측면 부는 제3 슬롯 방사 부 및 제4 슬롯 방사 부를 구비하고,
    상기 제2 측면 부는 제1 리세스 부 및 상기 제1 리세스 부 내의 제1 돌출 부(protrusion part)를 구비하고, 상기 제 4 측면 부는 제 2 리세스 부 및 상기 제 2 리세스 부 내의 2 돌출 부를 구비하고,
    상기 제1 커버와 상기 제2 커버에 의해 형성되는 내부 공간(inner space)에 배치되는 제1 인쇄회로기판 (PCB) - 상기 제1 PCB는 무선 신호를 처리하도록 구성된 무선 통신 제어 IC를 포함함;
    상기 제1 커버와 상기 제2 커버에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 배치되는 제2 PCB - 상기 제2 PCB는 제1 급전부, 제2 급전부, 제3 급전부 및 제4 급전부를 포함하고, 상기 제2 PCB는 상기 제1 PCB와 결합됨;
    상기 제1 커버 및 상기 제2 커버에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 배치되는 복수의 안테나 구조들 - 상기 복수의 안테나 구조들은 제1 방사체, 제2 방사체, 제3 방사체 및 제4 방사체를 포함하고,
    상기 제1 방사체는 제1 도전 패턴 및 제1 슬롯 방사 부를 포함하고,
    상기 제1 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제1 PCB 사이에 배치되고,
    상기 제1 도전 패턴은 상기 제1 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 상기 제1 급전부와 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 방사체는 제2 도전 패턴 및 제2 슬롯 방사부를 포함하고,
    상기 제2 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제1 PCB 사이에 배치되고,
    상기 제2 도전 패턴은 상기 제2 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 상기 제2 급전부와 전기적으로 연결되고,
    상기 제3 방사체는 제3 도전 패턴 및 제3 슬롯 방사 부를 포함하고,
    상기 제3 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제2 PCB 사이에 배치되고,
    상기 제3 도전 패턴은 상기 제3 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 제3 급전부와 전기적으로 연결되고,
    상기 제4 방사체는 제4 도전 패턴 및 제4 슬롯 방사 부를 포함하고,
    상기 제4 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제2 PCB 사이에 배치되고,
    상기 제4 도전 패턴은 상기 제4 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 제4 급전부와 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 고정부 및 상기 제1 돌출부는 상기 제1 홈 부에 제1 커플링 부재에 의해 고정되고,
    상기 제2 고정부 및 상기 제2 돌출부는 상기 제2 홈 부에 상기 제2 커플링 부재에 의해 고정되는, 차량.
  21. 차량에 있어서,
    상기 차량의 외관으로 형성되며 제1 고정부(fixing part)와 제2 고정부를 포함하는 루프 구조(roof structure); 및
    상기 루프 구조에 배치된 안테나 어셈블리를 포함하고,
    상기 안테나 어셈블리는,
    외측 면에 제1 홈 부(grove portion) 및 제2 홈 부를 구비하고, 내측 면에 복수의 커플링 부(coupling portion)들을 구비하는 제1 커버 - 상기 제1 홈 부는 상기 루프 구조의 상기 제1 고정부와 결합되고, 상기 제2 홈 부는 상기 루프 구조의 상기 제2 고정부와 결합됨;
    상기 제1 커버와 결합되는 제2 커버를 포함하고,
    상기 제2 커버는 금속재질로 이루어지며 4개의 측면부들(side portions)을 포함하고,
    제1 측면 부와 제3 측면 부는 반대 측면들이고, 제2 측면 부와 제4 측면 부는 반대 측면들이고,
    상기 제1 측면 부는 제1 슬롯 방사 부와 제2 슬롯 방사 부를 구비하고, 상기 제3 측면 부는 제3 슬롯 방사 부 및 제4 슬롯 방사 부를 구비하고,
    상기 제2 측면 부는 제1 리세스 부 및 상기 제1 리세스 부 내의 제1 돌출 부(protrusion part)를 구비하고, 상기 제 4 측면 부는 제 2 리세스 부 및 상기 제 2 리세스 부 내의 2 돌출 부를 구비하고,
    상기 제1 커버와 상기 제2 커버에 의해 형성되는 내부 공간(inner space)에 배치되는 제1 인쇄회로기판 (PCB) - 상기 제1 PCB는 무선 신호를 처리하도록 구성된 무선 통신 제어 IC를 포함하고, 상기 제1 PCB는 제1 급전부를 포함함;
    상기 제1 커버와 상기 제2 커버에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 배치되는 제2 PCB - 상기 제2 PCB는 제2 급전부, 제3 급전부 및 제4 급전부를 포함하고, 상기 제2 PCB는 상기 제1 PCB와 결합됨;
    상기 제1 커버 및 상기 제2 커버에 의해 형성되는 상기 내부 공간에 배치되는 복수의 안테나 구조들 - 상기 복수의 안테나 구조들은 제1 방사체, 제2 방사체, 제3 방사체 및 제4 방사체를 포함하고,
    상기 제1 방사체는 제1 도전 패턴 및 제1 슬롯 방사 부를 포함하고,
    상기 제1 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제1 PCB 사이에 배치되고,
    상기 제1 도전 패턴은 상기 제1 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 상기 제1 급전부와 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 방사체는 제2 도전 패턴 및 제2 슬롯 방사부를 포함하고,
    상기 제2 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제1 PCB 사이에 배치되고,
    상기 제2 도전 패턴은 상기 제2 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 상기 제2 급전부와 전기적으로 연결되고,
    상기 제3 방사체는 제3 도전 패턴 및 제3 슬롯 방사 부를 포함하고,
    상기 제3 도전 패턴은 상기 제1 커버와 상기 제2 PCB 사이에 배치되고,
    상기 제3 도전 패턴은 상기 제3 슬롯 방사 부의 근처에 배치된 제3 급전부와 전기적으로 연결되고,
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  22. 제20항에 있어서,
    상기 제1 PCB의 제1 부분(part)은 상기 제1 슬롯 방사 부와 상기 제2 슬롯 방사 부 사이에 배치되고,
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