WO2024071478A1 - 차량에 배치되는 광대역 안테나 - Google Patents

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WO2024071478A1
WO2024071478A1 PCT/KR2022/014685 KR2022014685W WO2024071478A1 WO 2024071478 A1 WO2024071478 A1 WO 2024071478A1 KR 2022014685 W KR2022014685 W KR 2022014685W WO 2024071478 A1 WO2024071478 A1 WO 2024071478A1
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pattern
slot
area
antenna
conductive
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PCT/KR2022/014685
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English (en)
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김창일
윤창원
윤여민
정기봉
김용곤
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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
    • H01Q1/44—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
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/0413—MIMO systems

Definitions

  • This specification relates to a broadband antenna deployed in a vehicle.
  • Particular implementations relate to antenna modules equipped with wideband antennas capable of operating in various communication systems and vehicles equipped therewith.
  • a vehicle can perform wireless communication services with other vehicles or surrounding objects, infrastructure, or base stations.
  • various wireless communication services can 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 placed on the glass of the vehicle or on the top or bottom of the roof of the vehicle. If the antenna is placed on the top or bottom of the roof of the vehicle, the vehicle body and roof of the vehicle may be affected and changes in antenna performance may occur.
  • the vehicle body and vehicle roof are made of metal, so there is a problem in that radio waves are blocked. Accordingly, a separate antenna structure can be placed on the top of the vehicle body or roof.
  • the vehicle body or roof portion corresponding to the antenna placement area may be formed of a non-metallic material.
  • various antenna elements need to be placed in the vehicle antenna module.
  • a vehicle antenna module When a vehicle antenna module is placed in the vehicle's roof structure, wireless signals for 4G/5G communication services are radiated outside the vehicle.
  • a Wi-Fi antenna When a Wi-Fi antenna is placed in a vehicle antenna module, the Wi-Fi wireless signal needs to be transmitted inside the vehicle. Therefore, an antenna structure that transmits Wi-Fi wireless signals to the inside of the vehicle in a structure in which an antenna module is placed on the roof structure of a vehicle made of metal will be described.
  • Wi-Fi antennas need to operate in multiple frequency bands, for example, in the 5.4 GHz band and the 6.4 GHz band in addition to the 2.4 GHz band. Additionally, for wideband operation even in the 2.4GHz band, the Wi-Fi antenna needs to operate in dual-band resonance.
  • the present invention aims to solve the above-mentioned problems and other problems.
  • another purpose is to radiate wireless signals into the vehicle through an antenna module disposed outside the vehicle and disposed on the roof structure of the vehicle.
  • Another purpose of the present invention is to transmit a Wi-Fi wireless signal to the inside of the vehicle through the Wi-Fi antenna of the antenna module disposed in the roof structure of the vehicle.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna element that resonates in multiple bands in Wi-Fi frequency bands in a vehicle antenna module.
  • Another purpose of the present invention is to provide an antenna structure that operates in multiple modes by forming different current paths for each Wi-Fi frequency band in a vehicle antenna module.
  • Another purpose of the present invention is to provide a configuration that can maintain isolation while optimizing both the performance of the antenna for multiple input/output (MIMO) and the performance of the Wi-Fi antenna.
  • MIMO multiple input/output
  • Another purpose of the present invention is to improve antenna performance while maintaining the height of the antenna module below a certain level.
  • Another purpose of the present invention is to propose a structure for mounting an antenna module capable of operating in a wide band on a vehicle to support various communication systems.
  • the antenna module of a vehicle includes a first cover; a second cover configured to be coupled to the first cover; And it may include a printed circuit board (PCB) having a plurality of layers (multi-layers) disposed inside the first cover and the second cover.
  • the PCB having a plurality of layers includes: a first layer having patterns connected to a control element; And it may include a second layer including a conductive pattern and a power supply pattern that operates as a ground.
  • the second layer may have a slot formed in an edge portion from which the conductive pattern is removed.
  • the first pattern forming the first outer area of the slot and the second pattern forming the second outer area may be divided by slits.
  • a pattern that operates as a ground is connected to the conductive pattern of the second layer through a via, and the power supply pattern is connected to the first pattern through a connection pattern.
  • a conductive pattern may be provided on an inner surface of the second cover, and the conductive pattern of the second cover may be electrically connected to the first pattern.
  • the second cover may have a non-conductive portion, and the non-conductive portion may be configured to overlap the slot of the PCB.
  • the antenna module is connected through a dielectric contact portion at a first point of the first outer region inwardly adjacent to the point where the connection pattern is connected, and an additional conductive pattern formed to be bent inward of the first outer region ( Additional conductive patterns may be included.
  • the first pattern of the first outer area may include a first sub-pattern connected to the connection pattern and a second sub-pattern connected to the first sub-pattern and forming an end of the PCB. there is.
  • the slot may include a first slot area formed between the first sub-pattern and the second outer area and a second slot area formed between the second sub-pattern and the second outer area.
  • the second length of the second sub-pattern may be formed to be longer than the first length of the first sub-pattern.
  • the second slot length of the second slot area may be shorter than the first slot length of the first slot area.
  • the additional conductive pattern is disposed in an area formed by the first slot area and may radiate a signal through the non-conductive part of the second cover.
  • the additional conductive pattern may be formed on one side of the non-conductive portion of the second cover.
  • the additional conductive pattern may transmit a signal to the interior of the vehicle through a non-conductive part of the second cover.
  • the additional conductive pattern may include a first sub-conductive pattern connected to the first pattern in the first outer region and extending in a first axis direction; and a second sub-conductive pattern formed from an end of the first sub-conductive pattern to extend in a second axis direction perpendicular to the first axis direction.
  • the second sub-conductive pattern may extend from the second slot area toward the second sub-pattern, and an end of the second sub-conductive pattern may be disposed at a predetermined distance from an end of the second sub-pattern.
  • an antenna element that radiates signals in a plurality of frequency bands may be formed through the first pattern in the first outer area, the second pattern in the second outer area, and the slot.
  • the antenna element may transmit signals of the plurality of frequency bands to the interior of the vehicle through a non-conductive part of the second cover.
  • a first electric field may be coupled from the first outer region to the second outer region in the first frequency band.
  • the antenna element may operate in a first mode, which is a closed slot mode, in the first frequency band by the coupled first electric field.
  • a second electric field may be formed through the first outer region and the second outer region of the slot in the second frequency band.
  • the antenna element may operate in a second mode, which is an open slot mode, in a second frequency band higher than the first frequency band due to the second electric field.
  • a third electric field may be formed through the area where the connection pattern is formed, the first outer area, and the second outer area in the third frequency band.
  • the antenna element may operate in a Planar Inverted-F Antenna (PIFA) mode toward an end of the additional conductive pattern.
  • PIFA Planar Inverted-F Antenna
  • the antenna element may operate in a third mode combining open slot mode and PIFA mode in a third frequency band higher than the second frequency band due to the third electric field.
  • a fourth electric field may be formed through the area where the connection pattern is formed and the first outer area in the fourth frequency band.
  • the antenna element may operate in a Planar Inverted-F Antenna (PIFA) mode toward an end of the additional conductive pattern.
  • PIFA Planar Inverted-F Antenna
  • the antenna element may operate in a fourth mode combining open slot mode and PIFA mode in a fourth frequency band higher than the third frequency band due to the fourth electric field.
  • the PCB may further include at least one third layer disposed between the first layer and the second layer.
  • the slot area is formed adjacent to an inner end of the first pattern of the first outer area and may further include a third slot area where the power feeding pattern is disposed.
  • the third slot area may include at least one conductive pad adjacent to the feeding pattern.
  • the slit may include a first slit area in which the dielectric area in the third layer is removed. The first slit region may be formed between the first sub-pattern and the at least one conductive pad.
  • the slot area may further include a fourth slot area formed adjacent to an inner end of the second pattern of the second outer area.
  • the fourth slot area includes at least one second conductive pad formed between the second pattern and the third pattern of the second outer area, where the third pattern is configured to connect the first pattern and the second pattern. It can be included.
  • the slit may further include a second slit area in which the dielectric area in the third layer is removed. The second slit area may be formed between the second pattern and the at least one second conductive pad.
  • the antenna module may further include a plurality of antenna elements disposed on the first layer and configured to radiate signals in a specific frequency band through a non-conductive portion of the first cover.
  • the plurality of antenna elements may radiate signals in the specific frequency band to the outside of the vehicle through the non-conductive part of the first cover to perform multiple input/output (MIMO) with an entity outside the vehicle.
  • MIMO multiple input/output
  • a vehicle includes a roof structure formed on the exterior of the vehicle and including a first fixing part and a second fixing part; And it may include an antenna module disposed in the loop structure.
  • the antenna module includes a second cover coupled to the first cover; And it may include a printed circuit board (PCB) having a plurality of layers (multi-layers) disposed inside the first cover and the second cover.
  • the PCB having the plurality of layers includes a first layer having patterns that can be connected to a control element or radiator; and a second layer including a conductive pattern that operates as a ground and a power supply pattern, wherein a slot in which the conductive pattern is removed is formed in an edge portion of the second layer.
  • the first pattern forming the first outer area of the slot and the second pattern forming the second outer area may be divided by the slot area, which is a dielectric area from which the conductive pattern has been removed.
  • a pattern that operates as a ground may be connected to the conductive pattern of the second layer through a via
  • the power supply pattern may be connected to the first pattern through a connection pattern.
  • a conductive pattern may be provided on the inner surface of the second cover, and the conductive pattern of the second cover may be electrically connected to the first pattern.
  • the second cover may have a non-conductive portion, and the non-conductive portion may be configured to overlap the slot of the PCB to radiate signals in a plurality of frequency bands.
  • the antenna module is connected through a dielectric contact portion at a first point of the first outer region inwardly adjacent to the point where the connection pattern is connected, and an additional conductive pattern formed to be bent inward of the first outer region ( Additional conductive patterns may be included.
  • the first pattern of the first outer area may include a first sub-pattern connected to the connection pattern and a second sub-pattern connected to the first sub-pattern and forming an end of the PCB.
  • the slot area includes: a first slot area formed between the first sub-pattern and the second outer area; a second slot area formed between the second sub-pattern and the second outer area; and a third slot area where the power feeding pad is disposed.
  • the second length of the second sub-pattern may be formed to be longer than the first length of the first sub-pattern.
  • the second slot length of the second slot area may be shorter than the first slot length of the first slot area.
  • the additional conductive pattern is disposed in an area formed by the first slot area, and the additional conductive pattern may radiate signals in the plurality of frequency bands through the non-conductive portion of the second cover.
  • an antenna element that radiates signals in a plurality of frequency bands may be formed through the first pattern in the first outer area, the second pattern in the second outer area, and the slot.
  • the antenna element may transmit signals of the plurality of frequency bands to the interior of the vehicle through the non-conductive portion of the second cover.
  • a first electric field may be coupled from the first outer region to the second outer region in the first frequency band.
  • a second electric field may be formed through the first outer region and the second outer region of the slot in a second frequency band higher than the first frequency band.
  • the antenna element may operate in a first mode, which is a closed slot mode, in the first frequency band by the coupled first electric field. It may operate in a second mode, which is an open slot mode, in the second frequency band due to the second electric field.
  • a third electric field may be formed through the area where the connection pattern is formed, the first outer area, and the second outer area in the third frequency band.
  • a fourth electric field may be formed through the area where the connection pattern is formed and the first outer area in a fourth frequency band higher than the third frequency band.
  • the connection pattern may be connected to the first pattern and operate in PIFA (Planar Inverted-F Antenna) mode.
  • the antenna element may operate in a third mode combining open slot mode and PIFA mode in a third frequency band higher than the second frequency band due to the third electric field.
  • the antenna element may operate in a fourth mode combining open slot mode and PIFA mode in the fourth frequency band due to the fourth electric field.
  • a wireless signal can be radiated into the interior of the vehicle through a non-conductive portion of the lower cover from an antenna module disposed outside the vehicle and disposed on the roof structure of the vehicle.
  • a Wi-Fi wireless signal can be transmitted to the interior of the vehicle through a slot-structured antenna element and a non-conductive portion of the lower cover from an antenna module disposed in the roof structure of a vehicle.
  • an antenna element that resonates in multiple bands in Wi-Fi frequency bands can be provided through conductive patterns and additional conductive patterns formed in a slot area in a vehicle antenna module.
  • an antenna structure that operates in a multi-mode can be provided by forming different current paths for each Wi-Fi frequency band through conductive patterns and additional conductive patterns formed in the slot area in a vehicle antenna module.
  • the 4G/5G antenna and Wi-Fi antenna for multiple input/output (MIMO) are placed on the front and back of the PCB, respectively, to maintain isolation while optimizing the performance of both the 4G/5G antenna and Wi-Fi antenna. configuration can be provided.
  • antenna performance can be improved while maintaining the height of the antenna module below a certain level.
  • a 4G/5G antenna and a Wi-Fi antenna for multiple input/output (MIMO) are placed on the front and back of the PCB, respectively, and an antenna module capable of operating in a wide band can be mounted on the vehicle to support various communication systems. You can.
  • FIG. 1A to 1C illustrate a structure in which an antenna module can be mounted within a vehicle in a vehicle including an antenna system mounted on the vehicle in relation to the present invention.
  • FIG. 2 shows the type of V2X application.
  • Figure 3 is a block diagram referenced in explaining a vehicle and an antenna system mounted on the vehicle according to an embodiment of the present specification.
  • Figure 4 shows a structure in which an antenna module according to the present specification is mounted on a vehicle, and one side view and another side view of the antenna module.
  • Figure 5a shows an exploded view of each component of the antenna module according to the present specification.
  • Figure 5b shows a rear view of the antenna module of Figure 5a.
  • FIGS. 6A and 6B show a structure in which each layer of the PCB of FIG. 5A is connected to an additional conductive pattern.
  • FIGS. 7A and 7B show front and rear views of the PCB of FIG. 5A.
  • FIG. 7C shows the dimensions of each portion of the conductive patterns formed on the front and back surfaces of the PCB of FIG. 5A.
  • Figure 12a is a structural diagram of an antenna module implemented in the lower layer of the PCB and an enlarged view of the feeding pattern and surrounding area between the feeding pattern and the ground pattern.
  • Figure 12b shows an equivalent circuit in which an impedance matching circuit is implemented between the feeding pattern of Figure 12a and the antenna element, and reflection coefficient characteristics according to the presence or absence of the impedance matching circuit.
  • Figure 13 shows a structure in which a separate conductive pattern forming a coupling structure is disposed in the slot area.
  • FIG. 14 shows the numerical values of each structure of the antenna module of the coupling structure of FIG. 13.
  • Figure 15 shows a front view and a side perspective view of the lower layer of the PCB constituting the antenna module.
  • FIG. 16 compares the efficiency characteristics of the antenna of the first structure of FIG. 7A and the antenna of the second structure of FIG. 15.
  • Figure 17 shows a perspective view in which the antenna module structure according to the present specification is combined with the roof structure of a vehicle.
  • Figure 18 shows a configuration diagram of an antenna module and a vehicle on which the antenna module is mounted according to an embodiment.
  • an antenna system mounted on a vehicle may include a plurality of antennas and a transceiver circuit and processor that control them.
  • the antenna system (antenna module) described herein can be mounted on a vehicle.
  • the configuration and operation according to the embodiments described in this specification can be applied to a communication system mounted on a vehicle, that is, an antenna system.
  • an antenna system mounted on a vehicle may include a plurality of antennas and a transceiver circuit and processor that control them.
  • FIGS. 1A to 1C illustrate a structure in which an antenna module can be mounted within a vehicle in a vehicle including an antenna system mounted on the vehicle in relation to the present invention.
  • a vehicle antenna system including an antenna module according to the present invention may be combined with other antennas.
  • a separate antenna system 1000b may be further configured.
  • 1A to 1B show a configuration in which, in addition to the antenna system 1000, a separate antenna system 1000b is mounted on or within 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 on the roof of the vehicle and the roof frame of the rear mirror.
  • the present invention in order to improve the appearance of the car (vehicle) and preserve telematics performance in the event of a collision, the existing shark fin antenna is replaced with a flat antenna of a non-protruding form. can do.
  • the present invention proposes an antenna that integrates an LTE antenna and a 5G antenna in consideration of 5th generation (5G) communication in addition to providing existing mobile communication services (LTE).
  • the antenna system 1000 may be implemented inside a vehicle, but is not limited thereto.
  • the second antenna system 1000b which corresponds to an external antenna, is placed on the roof of the vehicle.
  • a radome 2000a to protect the antenna system 1000 from the external environment and external shocks when driving a vehicle may surround the second antenna system 1000b.
  • the radome (2000a) may be made of a dielectric material that can transmit radio signals transmitted/received between the second antenna system (1000b) and the base station.
  • the antenna system 1000 may be implemented inside a vehicle.
  • the second antenna system 1000b which corresponds to an external antenna, may be disposed within the roof structure of the vehicle, and at least a portion of the roof structure may be made of non-metal.
  • at least a portion of the roof structure 2000b of the vehicle may be made of non-metal and a dielectric material that can transmit radio signals transmitted/received between the antenna system 1000b and the base station.
  • the antenna system 1000 may be implemented on the rear window 330 of the vehicle and inside the vehicle.
  • the second antenna system 1000b which corresponds 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 made of non-metal.
  • at least a portion of the roof frame 2000c of the vehicle 500 may be made of non-metal and made of a dielectric material that can transmit radio signals transmitted/received between the second antenna system 1000b and the base station. there is.
  • the beam pattern by the antenna provided in the antenna system 1000 mounted on the 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 at a predetermined angle in the horizontal region based on the vehicle body by the antenna provided in the second antenna system 1000 mounted on the vehicle.
  • the vehicle 500 may not be equipped with an antenna system 1000b corresponding to an external antenna, but may be equipped with only an antenna unit (i.e., internal antenna system) 1000 corresponding to an internal antenna.
  • an antenna unit i.e., internal antenna system
  • Vehicle 500 may be configured to communicate with pedestrians, surrounding infrastructure, and/or servers in addition to surrounding vehicles.
  • Figure 2 shows the type of V2X application.
  • V2X (Vehicle-to-Everything) communication refers to V2V (Vehicle-to-Vehicle), which refers to communication between vehicles, and V2I (V2I), which refers to communication between vehicles and eNB or RSU (Road Side Unit).
  • V2P Vehicle to Infrastructure
  • V2P Vehicle-to-Pedestrian
  • V2N vehicle-to-network
  • the vehicle can perform wireless communication with an eNB and/or gNB through an antenna system.
  • the antenna module may be implemented as an external antenna module and/or an internal antenna module, as shown in FIGS. 1A to 1C.
  • Figure 3 is a block diagram referenced for explaining a vehicle and an antenna system mounted on the vehicle according to an embodiment of the present specification.
  • Vehicle 500 may be configured to include a communication device 400 and a processor 570.
  • the communication device 400 may correspond to a telematics control unit of the vehicle 500.
  • the communication device 400 is a device for communicating with an external device.
  • the external device may be another vehicle, mobile terminal, or server.
  • the communication device 400 may include at least one of a transmitting antenna, a receiving 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-range communication unit 410, a location information unit 420, a V2X communication unit 430, an optical communication unit 440, a 4G wireless communication module 450, and a 5G wireless communication module 460.
  • Communication device 400 may include a processor 470.
  • the communication device 400 may further include other components in addition to the components described, or may not include some of the components described.
  • the 4G wireless communication module 450 and 5G wireless communication module 460 perform wireless communication with one or more communication systems through one or more antenna modules.
  • the 4G wireless communication module 450 may transmit and/or receive a signal to a device in the first communication system through the first antenna module.
  • the 5G wireless communication module 460 may transmit and/or receive a signal to a device in the second communication system through the second antenna module.
  • the 4G wireless communication module 450 and 5G wireless communication module 460 may be physically implemented as one integrated communication module.
  • 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 to this and can be expanded to any other communication system.
  • the processor of the device within the vehicle 500 may be implemented as a Micro Control Unit (MCU) or a modem.
  • the processor 470 of the communication device 400 corresponds to a modem, and the processor 470 may be implemented as an integrated modem.
  • the processor 470 may obtain surrounding information from other nearby vehicles, objects, or infrastructure through wireless communication.
  • the processor 470 may perform vehicle control using the acquired surrounding information.
  • the processor 570 of the vehicle 500 may be a CAN (Car Area Network) or ADAS (Advanced Driving Assistance System) processor, but is not limited thereto.
  • the processor 570 of the vehicle 500 may be replaced with a processor of each device.
  • the antenna module disposed inside the vehicle 500 may be configured to include a wireless communication unit.
  • the 4G wireless communication module 450 can 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. Additionally, the 4G wireless communication module 450 may receive one or more 4G reception signals from a 4G base station.
  • uplink (UL: Up-Link) multi-input multi-output (MIMO) can be performed by a plurality of 4G transmission signals transmitted to a 4G base station.
  • downlink (DL) multi-input multi-output (MIMO) can be performed by a plurality of 4G reception signals received from a 4G base station.
  • the 5G wireless communication module 460 can 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: Non-Stand-Alone) structure.
  • NSA Non-Stand-Alone
  • 4G base stations and 5G base stations can be deployed in a non-stand-alone (NSA: Non Stand-Alone) structure.
  • the 5G base station may be deployed in a stand-alone (SA) structure in a separate location from the 4G base station.
  • SA stand-alone
  • the 5G wireless communication module 460 can transmit and receive 5G signals with a 5G base station through a 5G mobile communication network.
  • the 5G wireless communication module 460 can transmit one or more 5G transmission signals to the 5G base station. Additionally, the 5G wireless communication module 460 can receive one or more 5G reception signals from a 5G base station.
  • the 5G frequency band can use the same band as the 4G frequency band, and this can be referred to as LTE re-farming.
  • the Sub6 band a band below 6GHz, can be used as the 5G frequency band.
  • the millimeter wave (mmWave) band can be used as the 5G frequency band to perform broadband high-speed communication. When the millimeter wave (mmWave) band is used, the electronic device can perform beam forming to expand communication coverage with the base station.
  • the 5G communication system can support a greater number of Multi-Input Multi-Output (MIMO) to improve transmission speed.
  • MIMO Multi-Input Multi-Output
  • uplink (UL) MIMO can be performed by a plurality of 5G transmission signals transmitted to a 5G base station.
  • DL MIMO can be performed by a plurality of 5G reception signals received from a 5G base station.
  • dual connectivity with a 4G base station and a 5G base station through the 4G wireless communication module 450 and the 5G wireless communication module 460.
  • dual connectivity with a 4G base station and a 5G base station may be referred to as EN-DC (EUTRAN NR DC).
  • EN-DC EUTRAN NR DC
  • throughput can be improved through heterogeneous carrier aggregation (inter-CA (Carrier Aggregation)). Therefore, the 4G base station and the 5G base station In the EN-DC state, a 4G reception signal and a 5G reception signal can be simultaneously received through the 4G wireless communication module 450 and the 5G wireless communication module 460.
  • inter-CA Carrier Aggregation
  • the 4G wireless communication module 450 and the 5G wireless communication Short-distance communication may be performed between electronic devices (e.g., vehicles) using the module 460.
  • wireless communication may be performed between vehicles in a V2V manner without going through a base station. You can.
  • carrier aggregation is performed 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 (CA) can be performed using the 4G wireless communication module 450 and the Wi-Fi communication module 113.
  • 5G + WiFi carrier aggregation (CA) can 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 a user interface device.
  • the vehicle display device may be called a telematics device or an Audio Video Navigation (AVN) device.
  • APN Audio Video Navigation
  • the antenna module mounted on the vehicle may be placed inside the vehicle, on the roof of the vehicle, inside the roof, or inside the roof frame.
  • the antenna system disclosed in this specification operates in the low band (LB), mid band (MB), and high band (HB) of the 4G LTE system and the SUB6 band of the 5G NR system. It can be configured to operate. Additionally, the antenna system disclosed herein may be configured to operate in multiple frequency bands for Wi-Fi communication services.
  • Figure 4 shows a structure in which the antenna module according to the present specification is mounted on a vehicle and one side view and another side view of the antenna module.
  • the antenna module 1000 may be mounted on the vehicle 500.
  • the antenna module 1000 may be disposed on or inside the roof structures 2000a, 2000b, and 2000c of the vehicle. At least a portion of the loop structures 2000a, 2000b, and 2000c may be implemented in the form of a radome made of a dielectric material to allow wireless signals to pass through.
  • FIG. 4(b) shows a side view of the antenna module 1000 as seen from one side
  • FIG. 4(c) shows a side view of the antenna module 1000 as seen from the other side.
  • a plurality of antenna elements 1100-1 to 1100-4 configured to radiate wireless signals in the 4G/5G frequency band may be disposed.
  • a plurality of antenna elements 1100-1 to 1100-4 may be disposed at different positions on the front surface of a PCB corresponding to a multilayer board.
  • a Wi-Fi antenna 1200r may be formed on the back of the PCB for Wi-Fi wireless communication inside the vehicle. Wireless signals in the Wi-Fi frequency band can be radiated inside the vehicle through the Wi-Fi antenna (1200r).
  • a vehicle Wi-Fi antenna structure capable of operating in a wideband frequency band according to the present specification will be described in detail.
  • the antenna module 1000 may include a first cover 1300u, a second cover 1300, and a PCB 1200 having a multilayer substrate structure.
  • the first cover 1300u and the second cover 1300 constitute an upper cover and a lower cover, and the PCB 1200 may be disposed between the first cover 1300u and the second cover 1300.
  • the PCB 1200 has antenna elements disposed thereon and may be referred to as an antenna PCB or an antenna board.
  • the PCB 1200 may be combined with a separate second PCB 1200b on which control elements are disposed.
  • the first cover 1300u and the second cover 1300 may be combined as shown in FIG. 5B and mounted on the roof structure of the vehicle.
  • Interface terminals are formed on one side of the first cover 1300u so that the vehicle and the antenna module 1000 can transmit and receive control signals to and from the vehicle through the interface terminals.
  • the second cover 1300 which is the lower cover, may be configured to include a conductive portion 1310 made of a metal material and a non-conductive portion 1320 made of a dielectric material.
  • An additional conductive pattern (1250p) separate from the conductive pattern of the PCB (1200) may be implemented as a radiator in the non-conductive portion (1320).
  • a ground pattern may be formed on the front surface of the PCB 1200, and conductive pads CP1 and CP2 separated from the ground pattern may be formed.
  • the additional conductive pattern 1250p connected to the back of the PCB 1200 can form a Wi-Fi antenna structure together with the back of the PCB 1200, the conductive patterns, and the slot patterns.
  • a Wi-Fi antenna structure that radiates wireless signals into the vehicle according to the present specification will be described.
  • FIGS. 6A and 6B show a structure in which each layer of the PCB of FIG. 5A is connected to an additional conductive pattern.
  • Figure 6a shows a structure in which the PCB corresponding to a multilayer board is separated into each layer
  • Figure 6b shows a perspective view showing the front and back sides of the PCB of Figure 6a.
  • the PCB 1200 may be implemented in a structure in which a plurality of layers (multi-layers) are stacked.
  • a conductive pattern may be formed on the first layer 1210, which is an upper layer.
  • a first conductive pad (CP1) and a second conductive pad (CP2) may be formed in the first layer 1210, separated from the conductive pattern of the first layer 1210.
  • a conductive pattern may be formed as a ground pattern 1220g on the second layer 1220, which is a lower layer. Separately from the ground pattern 1220g, the feeding pattern 1220f, the connection pattern 1220c, and the slot 1200s may form a Wi-Fi antenna structure.
  • a slot 1200s may be formed between the first pattern 1210p and the second pattern 1220p of the conductive pattern.
  • a third layer 1230 which is an intermediate layer, may be formed between the first layer 1210 and the second layer 1220.
  • the third layer 1230 of the PCB 1200 may be formed of a plurality of layers.
  • the Wi-Fi antenna structure can be configured to operate at a wider bandwidth by using an additional conductive pattern 1250p that is connected to the first pattern 1210p separately from the slot 1200s.
  • the PCB 1200 may be formed as a multilayer dielectric substrate structure.
  • Conductive patterns of the first layer 1210 and the second layer 1220 may be formed on the front and back surfaces of the PCB 1200 having a multilayer dielectric substrate structure.
  • the additional conductive pattern 1250p may be composed of a plurality of sub-conductive patterns.
  • the additional conductive pattern 1250p may be configured to include a first sub-conductive pattern 1251p in one axis direction and a second sub-conductive pattern 1252p in the other axis direction.
  • the additional conductive pattern 1250p may be connected to the conductive pattern of the second layer 1220 through the contact portion 1230c.
  • the contact portion 1230c may be made of metal or dielectric material.
  • the additional conductive pattern 1250p is formed as an antenna structure that is directly coupled to the conductive pattern of the second layer 1220.
  • the additional conductive pattern 1250p is formed as an antenna structure that is indirectly coupled to the conductive pattern of the second layer 1220.
  • FIGS. 7A and 7B show front and rear views of the PCB of FIG. 5A.
  • FIG. 7C shows the dimensions of each portion of the conductive patterns formed on the front and back surfaces of the PCB of FIG. 5A.
  • the first layer 1210 corresponding to the front surface of the PCB may include a first pattern 1210a and a second pattern 1220a formed on one side and the other side.
  • a dielectric region in which no conductive pattern is formed may be formed between the first pattern 1210a and the second pattern 1220a.
  • Slits SL1 and SL2 in which the dielectric region is removed may be formed in lower areas of the first pattern 1210a and the second pattern 1220a.
  • the first layer 1210 may further include a third pattern 1230a configured to connect the first pattern 1210a and the second pattern 1220a.
  • the conductive pattern including the first to third patterns 1210a to 1230a may form a ground pattern 1210g.
  • the first and second conductive pads CP1 and CP2 may be formed in a structure separated from the ground pattern 1210g.
  • the first and second conductive pads CP1 and CP2 may be electrically connected to a control element or an antenna element.
  • the second layer 1220 corresponding to the back of the PCB may have the optimal shape of conductive patterns to form a Wi-Fi antenna structure.
  • the second layer 1220 may include a first pattern 1210p and a second pattern 1220p formed on one side and the other side.
  • a dielectric region in which no conductive pattern is formed may be formed between the first pattern 1210p and the second pattern 1220p.
  • Slits SL1 and SL2 in which the dielectric region is removed may be formed in lower areas of the first pattern 1210p and the second pattern 1220p.
  • the second layer 1220 may further include a third pattern 1230p configured to connect the first pattern 1210p and the second pattern 1220p.
  • the conductive pattern including the first to third patterns 1210p to 1230p may form a ground pattern 1220g.
  • the first and second conductive pads CP1 and CP2 may be formed in a structure separated from the ground pattern 1220g.
  • the first and second conductive pads CP1 and CP2 may be electrically connected to a control element or an antenna element.
  • FIG. 7b(b) is an enlarged view of the power supply pattern 1220f and the surrounding area of the second layer 1220 of the PCB of FIG. 7b(a).
  • the power supply pattern 1220f may be connected to the first pattern 1210 through a connection pattern 1220c.
  • the connection pattern 1220c may be implemented as a plurality of conductive patterns 1221c to 1223c to form a power feeding structure within a limited area.
  • the first pattern 1210a and the second pattern 1220a of the first layer 1210 forming the front surface of the PCB have a first length L1a and a second length (L1a). It can be formed as L2a).
  • the first pattern 1210a and the second pattern 1220a may be spaced apart by a predetermined distance Ga to form a dielectric region in which a conductive pattern is not formed.
  • the first pattern 1210a may be formed to have a first width W1a from the top of the first pattern 1210a to the bottom of the first conductive pad CP1.
  • the first pattern 1210a may be formed to have a second width W2a from the top of the first pattern 1210a to the bottom of the first pattern 1210a adjacent to the slit SL1.
  • the first pattern 1210a and the third pattern 1230a may be formed to have a third width W3a from the bottom of the first pattern 1210a adjacent to the slit SL1 to the top of the third pattern 1230a.
  • One end of the first pattern 1210a and one end of the third pattern 1230a may be spaced apart by a third length L3a.
  • One end of the second pattern 1220a and the other end of the third pattern 1230a may be spaced apart by a third length L4a.
  • the first pattern 1210p and the second pattern 1220p of the second layer 1220 forming the back of the PCB have a first length L1b and a second length (L1b). L2b).
  • the second sub-pattern 1212p and the second pattern 1220p of the first pattern 1210p may be spaced apart by the first gap G1b to form a dielectric region in which no conductive pattern is formed.
  • the end of the first sub-pattern 1211p of the first pattern 1210p and the end of the second sub-pattern 1212p may be spaced apart by a second gap G2b.
  • the first sub-pattern 1211p and the second sub-pattern 1212p may be configured to have a first width W1a and a second width W2a, respectively.
  • the first sub-pattern 1211p may be formed to have a third length (L3b) and the second sub-pattern (1212p) may be formed to have a first length (L1b). It may be formed to have a third width W3a from one side of the second sub-pattern 1212p adjacent to the slit SL1 to the top of the third pattern 1230a.
  • One end of the first pattern 1210p and one end of the third pattern 1230p may be spaced apart by a third length L3b.
  • One end of the second pattern 1220p and the other end of the third pattern 1230p may be spaced apart by a third length L4b.
  • the end of the second pattern 1220p of the second layer on which the Wi-Fi antenna is not formed may be formed to correspond to the end of the second pattern 1220a of the first layer.
  • the second pattern 1220p of the second layer may be formed to have the same length and the same width as the second pattern 1220a of the first layer.
  • the first pattern 1210p of the second layer on which the Wi-Fi antenna is formed may be formed to have a longer length than the first pattern 1210a of the first layer.
  • the first pattern 1210p of the second layer where the Wi-Fi antenna is formed may be formed to have the same width as the first pattern 1210a of the first layer.
  • the antenna module 1000 of the vehicle may be configured to include a first cover 1300u, a second cover 1300, and a printed circuit board (PCB) 1200.
  • the first cover 1300u and the second cover 1300 may correspond to the upper cover and the lower cover, respectively.
  • the second cover 1300 may be formed to be coupled to the first cover 1300u.
  • the PCB 1200 may be disposed in the inner area of the first cover 1300u and the second cover 1300.
  • the PCB 1200 may have multiple layers (multi-layers).
  • the PCB 1200 having a plurality of layers may include a first layer 1210 and a second layer 1220.
  • the first layer 1210 and the second layer 1220 may be an upper layer and a lower layer of the PCB 1200.
  • the PCB 1200 may further include a third layer 1230 disposed between the first layer 1210 and the second layer 1220.
  • the first layer 1210 and the second layer 1220 may be Layer 1 and Layer N, respectively.
  • the third layer 1230 may include layer 2 to layer (N-1).
  • the first layer 1210 and the second layer 1220 may be Layer 1 and Layer 10, respectively.
  • the third layer 1230 may include layers 2 to 9.
  • the first layer 1210 may include patterns connected to a control element or radiator.
  • the control element may be an element that can control signals transmitted to antenna elements disposed in the antenna module 1100.
  • the control element may be a telematics control unit, an RF circuit, or an electronic element that can be connected to these.
  • the second layer 1220 may include a conductive pattern 1220g that operates as a ground and a power supply pattern 1220f.
  • the second layer 1220 may have a slot 1200s formed in an edge portion from which the conductive pattern is removed.
  • the structure of the slot 1200s from which the conductive pattern has been removed will be described in detail.
  • the first pattern 1210p forming the first outer area of the slot 1200s and the second pattern 1220p forming the second outer area may be divided by slits SL.
  • a pattern operating as a ground may be connected to a conductive pattern operating as a ground of the second layer 1210 through a via. Accordingly, the ground may be electrically connected between the plurality of layers of the PCB 1200.
  • the feeding pattern 1220f may be connected to the first pattern 1210p of the second layer 1220 through the connection pattern 1220c.
  • the feeding pattern 1220f may be referred to as a feeding pad. It may be referred to as a feeding pattern including the feeding pad and connection pattern 1220c.
  • the connection pattern 1220c may be composed of a plurality of sub-patterns.
  • the connection pattern 1220c may be configured to include a first sub-pattern 1221c, a second sub-pattern 1222c, and a third sub-pattern 1223c.
  • the first sub-pattern 1221c may be connected to the power supply pattern 1220f.
  • the first sub-pattern 1221c may be formed in the first axis direction, for example, in the vertical direction.
  • the second sub-pattern 1222c is connected to the first sub-pattern 1221c and may be formed in a second axis direction, for example, a horizontal direction.
  • the third sub-pattern 1223c may be connected to the second sub-pattern 1222c and may be formed in the first axis direction.
  • the third sub-pattern 1223c may be connected to an end of the first pattern 1210p in the first outer area.
  • a conductive pattern may be provided on the inner surface of the second cover 1300.
  • the conductive pattern of the second cover 1300 may operate as a ground.
  • the conductive pattern of the second cover 1300 may be electrically connected to the first pattern 1210p of the second layer 1220.
  • the conductive pattern of the second cover 1300 may be electrically connected to the second pattern 1220p of the second layer 1220.
  • the second cover 1300 may include a conductive portion 1310 and a non-conductive portion 1320.
  • the non-conductive part 1320 may be configured to be coupled to the opening area OA of the conductive part 1310.
  • the non-conductive portion 1320 of the second cover 1300 may be configured to overlap the slot 1200s of the PCB 1200. Accordingly, signals radiating through the slot 1200s of the PCB 1200 may be transmitted to the inside of the vehicle through the non-conductive portion 1320 of the second cover 1300.
  • the antenna module 1000 may further include an added conductive pattern (1250p).
  • the additional conductive pattern 1250p may be connected through the dielectric contact portion 1230c at a first point in the first outer area adjacent to the inside of the point where the connection pattern 1220c is connected.
  • the additional conductive pattern 1250p may be formed to be bent inside the first outer area.
  • the first pattern 1210p of the first outer area of the second layer 1220 may be configured to include a first sub-pattern 1211p and a second sub-pattern 1212p.
  • the slot 1200s of the second layer 1220 may include a first slot area 1210s and a second slot area 1220s.
  • the slot 1200s of the second layer 1220 may further include a third slot area 1230s and a fourth slot area 1240s.
  • the first sub-pattern 1211p may be connected to the connection pattern 1220c.
  • the first sub-pattern 1211p may be connected to the power supply pattern 1220f through the connection pattern 1220c.
  • the second sub-pattern 1212p may be connected to the first sub-pattern 1211p.
  • the second sub-pattern 1212p may form an end portion (edge portion) of the PCB 1200.
  • the first slot area 1210s may be formed between the first sub-pattern 1211p and the second pattern 1220p of the second outer area.
  • the second slot area 1220s may be formed between the second sub-pattern 1212p and the second pattern 1220p of the second outer area.
  • the second length of the second sub-pattern 1212p may be longer than the first length of the first sub-pattern 1211p.
  • the second slot length of the second slot area 1220s may be shorter than the first slot length of the first slot area 1210s. Accordingly, an additional conductive pattern 1250p may be formed in the first slot area 1210s.
  • the additional conductive pattern 1250p may be disposed in the area formed by the second slot area 1220s.
  • the additional conductive pattern 1250p may radiate a signal to the external area of the second cover 1300 through the non-conductive portion 1320 of the second cover 1300.
  • the additional conductive pattern 1250p may be formed on one side of the non-conductive portion 1320 of the second cover 1300.
  • the additional conductive pattern 1250p may be disposed on the front surface of the non-conductive portion 1320 of the second cover 1300.
  • the back of the non-conductive portion 1320 of the second cover 1300 may be disposed to face the metal structure of the vehicle.
  • the additional conductive pattern 1250p may be formed of bent conductive patterns.
  • the additional conductive pattern 1250p may be disposed in the second slot area 1220s, which is a limited area.
  • the additional conductive pattern 1250p may be configured to include a first sub-conductive pattern 1251p and a second sub-conductive pattern 1252p.
  • the first sub-conductive pattern 1251p may be connected to the first pattern 1210p in the first outer area.
  • the first sub-conductive pattern 1251p may be formed to extend in the first axis direction, for example, in the vertical direction.
  • the second sub-conductive pattern 1252p is connected to the first sub-conductive pattern 1251p and may be formed to be bent at an end of the first sub-conductive pattern 1251p.
  • the second sub-conductive pattern 1252p may be formed to extend from an end of the first sub-conductive pattern 1251p in a second axis direction perpendicular to the first axis direction, for example, in a horizontal direction.
  • the second sub-conductive pattern 1252p may extend from the second slot area 1220s toward the second sub-pattern 1212p.
  • An end of the second sub-conductive pattern 1252p may be disposed to be spaced apart from an end of the second sub-pattern 1212p by a predetermined distance.
  • the first pattern 1210p of the first outer area, the second pattern 1220p of the second outer area, and the slot area 1200s form an antenna element 1200r that is a radiator that radiates signals in a plurality of frequency bands. can be formed.
  • the antenna element 1200r can transmit signals in multiple frequency bands to the interior of the vehicle through the non-conductive portion 1320 of the second cover 1300.
  • the antenna element 1200r may be configured to radiate signals in a plurality of Wi-Fi frequency bands into the vehicle to provide a Wi-Fi communication service inside the vehicle.
  • FIGS. 8 to 11 show current paths and current distributions at specific frequencies within the first to fourth frequency bands.
  • Specific frequencies within the first to fourth frequency bands of FIGS. 8 to 11 may be 2.14 GHz, 3.24 GHz, 5.38 GHz, and 6.42 GHz, respectively, but are not limited thereto.
  • a first current path in a first frequency band is formed along conductive patterns adjacent to the slot region 1200s.
  • a first current path is formed along the first pattern 1210p in the first outer area adjacent to the slot area on one side.
  • a second current path is formed from the end of the second pattern 1220p in the second outer area adjacent to the slot area on the other side to the point where the power supply pattern 1220f is formed.
  • the slot region 1200s may operate in a half-wavelength closed slot mode in the first frequency band.
  • a first electric field is transmitted from the first pattern 1210p of the first outer region to the second pattern 1220p of the second outer region in the first frequency band.
  • the antenna element 1200r may operate in a first mode, which is a closed slot mode, in a first frequency band by the coupled first electric field.
  • a third current path in the second frequency band is formed along the conductive patterns adjacent to the slot region 1200s.
  • a third current path is formed along the first pattern 1210p in the first outer area adjacent to the slot area on one side.
  • the direction of the third current path may be formed in a direction opposite to the direction of the first current path in FIG. 7A(a).
  • a fourth current path is formed from a point between the feeding pattern 1220f and the second conductive pad CP2 to the end of the second pattern 1220p in the second outer area adjacent to the slot area on the other side.
  • the direction of the fourth current path may be formed in a direction opposite to the direction of the second current path in FIG. 7A(a).
  • the slot region 1200s may operate in a quadrature-wavelength open slot mode in the second frequency band.
  • a second electric field may be formed through the first and second outer regions of the slot 1200s in the second frequency band.
  • the antenna element 1200r may operate in a second mode, which is an open slot mode, in a second frequency band higher than the first frequency band due to the second electric field.
  • a second mode which is an open slot mode, may be formed due to a strong electric field distribution inside the slot 1200s.
  • the field distribution of the third slot area 1230s, which is inside the slot 1200s, may be formed to be higher than that of other slot areas.
  • a current path is formed through the slot 1200s and the additional conductive pattern 1250p based on the position of the feeding pattern 1220f.
  • a fifth current path of the third frequency band is formed from the first pattern 1210p in the first outer area toward the end of the additional conductive pattern 1250p.
  • the antenna element 1200r may operate in Planar Inverted-F Antenna (PIFA) mode toward the end of the additional conductive pattern 1250p.
  • the direction of the fifth current path is opposite to the direction of the first current path in FIG. 7A(a) and may be formed in the same direction as the third current direction in FIG. 8(a).
  • a sixth current path in the third frequency band may be formed through the slot areas 1200s on one side and the other side.
  • the direction of the sixth current path may be formed in a direction opposite to the third current direction in FIG. 8(a) on one side of the slot area 1200s.
  • the direction of the sixth current path may be formed in the same direction as the fourth current direction in FIG. 8(a) on the other side of the slot area 1200s.
  • a third electric field is generated through the area where the connection pattern 1200c is formed and the first and second outer areas of the slot area 1200s in the third frequency band. can be formed.
  • a peak area of the third electric field may be formed in the first slot area 1210s, the third slot area 1230s, and the fourth slot area 1240s.
  • the third slot area 1230s and the fourth slot area 1240s may be areas where the first conductive pad CP1 and the second conductive pad CP2 are formed, respectively.
  • the antenna element 1200r may operate in Planar Inverted-F Antenna (PIFA) mode toward the end of the additional conductive pattern 1250p.
  • the antenna element 1200r may operate in a third mode combining the open slot mode and PIFA mode in a third frequency band higher than the second frequency band due to the third electric field.
  • PIFA Planar Inverted-F Antenna
  • a current path may be formed in the slot 1200s in a quadrature-wavelength open slot mode.
  • a seventh current path of the fourth frequency band is formed from the first pattern 1210p in the first outer area toward the end of the additional conductive pattern 1250p.
  • the antenna element 1200r may operate in Planar Inverted-F Antenna (PIFA) mode toward the end of the additional conductive pattern 1250p.
  • the direction of the seventh current path may be formed in the additional conductive pattern 1230 in a direction opposite to the direction of the fifth current path in FIG. 9A(a).
  • the direction of the seventh current path may be formed in the same direction as the fifth current path in FIG. 9A(a) in the first pattern 1210p of the first outer area.
  • An eighth current path in the fourth frequency band may be formed through the slot areas 1200s on one side and the other side.
  • the direction of the eighth current path may be formed in the same direction and the opposite direction to the sixth current direction in FIG. 9(a) in some areas and other parts of one side of the slot area 1200s, respectively.
  • the direction of the eighth current path may be formed in a direction opposite to the sixth current direction in FIG. 9(a) on the other side of the slot area 1200s.
  • a fourth electric field may be formed through the area where the connection pattern 1220c is formed and the first outer area in the fourth frequency band.
  • a peak area of the fourth electric field may be formed in the first slot area 1210s and the third slot area 1230s.
  • the third slot area 1230s may be an area where the first conductive pad CP1 is formed.
  • the antenna element 1200r may operate in Planar Inverted-F Antenna (PIFA) mode toward the end of the additional conductive pattern 1250p.
  • the antenna element 1200r may operate in a fourth mode combining the open slot mode and PIFA mode in a fourth frequency band higher than the third frequency band due to the fourth electric field.
  • PIFA Planar Inverted-F Antenna
  • the PCB 1200 may have a multi-layer substrate structure in which a plurality of layers are stacked.
  • the PCB 1200 may further include at least one third layer 1230 disposed between the first layer 1210 and the second layer 1220.
  • the slot area 1200s including the first and second slot areas 1210s and 1220s may further include third and fourth slot areas 1230s and 1240s.
  • the third slot area 1230s may be formed adjacent to the inner end of the first pattern 1210p in the first outer area and further inside the first pattern 1210p.
  • a power feeding pattern 1220f may be disposed in the third slot area 1230s.
  • the third slot area 1230s may include at least one conductive pad CP1a and CP1b adjacent to the power supply pattern 1220f. At least one conductive pad (CP1a, CP1b) may form the first conductive pad (CP1).
  • the fourth slot area 1240s may be formed adjacent to the inner end of the second pattern 1220p in the second outer area and further inside the second pattern 1220p. At least one second conductive pad CP2 may be disposed in the fourth slot area 1240s. The fourth slot area 1240s may include at least one second conductive pad CP2 formed between the second pattern 1220p and the third pattern 1230p in the second outer area. The third pattern 1230p may be configured to connect the first pattern 1210p of the first outer area and the second pattern 1220p of the second outer area. The third pattern 1230p may be formed in an area further inner than the first pattern 1210p in the first outer area and the second pattern 1220p in the second outer area.
  • the slit SL may include a first slit region SL1 in the third layer 1230 from which the dielectric region is removed.
  • the first slit area SL1 may be formed between the first sub-pattern 1210p and at least one conductive pad CP1a and CP1b.
  • the slit SL may further include a second slit region SL2 in which the dielectric region of the third layer 1230 is removed.
  • the second slit area SL2 may be formed between the second pattern 1220p in the second outer area and at least one second conductive pad CP2.
  • the level of interference caused by surface current between radiators of the PCB 1200 can be reduced by the first and second slit regions SL1 and SL2 from which the dielectric region is removed.
  • the first and second slit areas SL1 and SL2 may be formed adjacent to the power supply pattern 1220f and the first and second conductive pads CP1 and CP2. Accordingly, the level of interference between radiators disposed on the PCB 1200 or connected to the conductive pattern of the PCB 1200 can be reduced.
  • the antenna module includes a plurality of antenna elements (1100-1 to 1100-1) that perform wireless communication in the 4G frequency band and 5G Sub6 frequency band as shown in FIG. 4 in addition to the Wi-Fi antenna operating in a slot antenna structure. 1100-4) may further be included.
  • the plurality of antenna elements 1100-1 to 1100-4 radiate signals in a specific frequency band to the outside of the vehicle through the non-conductive portion of the first cover 1300u to communicate with entities outside the vehicle and multiple input/output (MIMO) ) can be performed.
  • MIMO multiple input/output
  • Figure 12a is a structural diagram of an antenna module implemented in the lower layer of the PCB and an enlarged view of the feeding pattern and surrounding area between the feeding pattern and the ground pattern.
  • Figure 12b shows an equivalent circuit in which an impedance matching circuit is implemented between the feeding pattern of Figure 12a and the antenna element, and reflection coefficient characteristics according to the presence or absence of the impedance matching circuit.
  • the first pattern 1210p and the second pattern 1220p of the second layer may be formed to be spaced apart by a predetermined distance G1b, Gb.
  • the power supply pattern 1220f may be connected to the first point of the first pattern 1210p through the connection pattern 1220c.
  • the first point of the first pattern 1210p may be set as one end of the first pattern 1210p, but is not limited thereto.
  • the additional conductive pattern 1250p may be connected to a second point inside the end of the first pattern 1210p.
  • the feed port (FP) is connected to the antenna through a capacitor (C1) connected in series with the feed pattern (1220f) and an inductor (L1) connected in parallel with the ground. It is connected to the element (1200r).
  • the capacitance value of the capacitor C1 and the inductance value of the inductor L1 may be set to values within a predetermined range of 1pF and 5nH, respectively.
  • the antenna element 1200r may include a first pattern 1210p and a second pattern 1220p disposed on a second layer.
  • an impedance matching circuit (1200m) consisting of a capacitor (C1) and an inductor (L1) may be disposed between the feed port (FP) and the antenna element (1200r).
  • Figure 11b(b) shows the reflection coefficient characteristics of the antenna depending on the presence or absence of the impedance matching circuit (1200m). Referring to the structure in which the impedance matching circuit (i) of FIG. 11B (b) is not formed, the reflection coefficient has a value of about -5 dB in the first and second frequency bands. Referring to the structure in which the impedance matching circuit (ii) of FIG.
  • the reflection coefficient has a value of -10 dB or less at the center frequencies of the first and second frequency bands. Therefore, compared to (i) a structure without an impedance matching circuit, (ii) a structure with an impedance matching circuit has improved antenna characteristics in the first and second frequency bands.
  • the antenna module according to the present specification may be configured such that a separate conductive pattern is disposed in the slot area, coupled to the first and second patterns of the second layer, and connected to the third pattern.
  • Figure 13 shows a structure in which a separate conductive pattern forming a coupling structure is disposed in the slot area.
  • FIG. 14 shows the numerical values of each structure of the antenna module of the coupling structure of FIG. 13.
  • an additional conductive pattern 1250c which is a separate conductive pattern forming a coupling structure, may be connected to the feed pattern 1220f and the connection pattern 1220c2.
  • the additional conductive pattern 1250c may be implemented as a separate PCB from the multi-layer PCB 1200 or may be implemented as a separate conductive pattern on the second layer of the PCB 1200. Since the additional conductive pattern 1250c forms a coupling structure, it may be referred to as a coupling pattern.
  • the first pattern 1210p and the second pattern 1220p of the second layer may be formed to be spaced apart by a predetermined distance (Gc).
  • the gap Gc between the first pattern 1210p and the second pattern 1220p in FIG. 12(a) is the gap between the first pattern 1210p and the second pattern 1220p in FIG. 11a(a). It can be formed narrower than (Gb).
  • a low band (LB) signal in the Wi-Fi frequency band may be radiated through the first pattern 1210 of the second layer.
  • a Wi-Fi radiator can be implemented in the low band (LB) through the coupling structure of the additional conductive pattern 1250c and the first pattern 1210.
  • a high band (HB) signal in the Wi-Fi frequency band may be radiated through the second pattern 1220 of the second layer.
  • the ends of the additional conductive pattern 1250c may be spaced apart from the ends of the first pattern 1210 and the end of the second pattern 1220 of the second layer by a predetermined gap distance to form a coupling structure.
  • the additional conductive pattern 1250c may be connected to the third pattern 1230p through the connection pattern 1220c2 at a second point P2 that is different from the first point P1 where the power supply pattern of FIG. 6A is connected.
  • the second point P2 may be formed in an area further outside the first point P1.
  • the feeding pattern at the first point P1 may be connected to another antenna element.
  • the additional conductive pattern 1250c may also be connected to the first pattern 1230p through the second connection pattern 1220c3.
  • the antenna element of the first structure in FIG. 7C and the antenna element of the second structure in FIGS. 13B and 14 will be described.
  • the slot length (Sc) of the antenna element of the first structure and the antenna element of the second structure may be set to be the same at 47.1 mm.
  • the width (W2b) of the first pattern of the first structure and the width (W2c) of the first pattern of the second structure may be set to be the same.
  • the width (W3b) of the first pattern of the first structure and the width (W3c) of the first pattern of the second structure may be set to be the same.
  • the length L1c of the first pattern of the second structure may be longer than the length L1b of the first pattern of the first structure. Accordingly, the gap gap (Gc) of the second structure may be set to be narrower than the gap gap (G1b) of the first structure at about 1.1 mm.
  • the gap distance G2c may be set to be spaced apart from the first pattern of the additional conductive pattern 1250c, for example, about 0.4 mm. Accordingly, a Wi-Fi radiator can be implemented in the low band (LB) through the coupling structure of the additional conductive pattern 1250c and the first pattern 1210.
  • the conductive pattern of the antenna module with the coupling structure may be formed as a structure printed on a dielectric structure in the slot area.
  • Figure 15 shows a front view and a side perspective view of the lower layer of the PCB constituting the antenna module.
  • FIG. 16 compares the efficiency characteristics of the antenna of the first structure of FIG. 7A and the antenna of the second structure of FIG. 15.
  • a conductive pattern of the second layer 1220 may be formed on the back of the PCB 1200 composed of a multilayer substrate.
  • a slot 1200s may be formed between the first pattern 1210p and the second pattern 1220p of the second layer 1220.
  • the dielectric of the PCB 1200 may be removed and a separate dielectric carrier may be placed in the slot 1200s.
  • the first additional conductive pattern 1251c and the second additional conductive pattern 1252c may be formed in a coupling structure on the dielectric carrier.
  • the first additional conductive pattern 1251c and the second additional conductive pattern 1252c may form the additional conductive pattern 1250c.
  • the power supply pattern 1220f may be connected to the first additional conductive pattern 1251c formed on one side of the dielectric carrier through the connection pattern 1220c.
  • the antenna of the first structure has an antenna efficiency of between 0.8 and 0.9 in the first and second frequency bands, that is, the low band.
  • the (ii) second structure antenna has higher antenna efficiency than the (i) first structure antenna, but has narrow band characteristics.
  • the antenna of the first structure is formed with a separate additional conductive pattern (1250p) in addition to the first pattern and the second pattern, thereby maintaining high antenna efficiency throughout the first and second frequency bands, which are low bands.
  • the first pattern and the second pattern are formed with a narrow gap, so a separate additional conductive pattern 1250c cannot be disposed.
  • the antenna of the second structure is formed as a resonance structure in a low band by disposing an additional conductive pattern 1250c in the slot area below the first pattern 1210p instead of the additional conductive pattern 1250p.
  • the antenna of the second structure has higher antenna efficiency than the antenna of the first structure (i), but has narrow band characteristics. Accordingly, (ii) an antenna of a second structure can be formed to implement a high-efficiency Wi-Fi antenna in a narrow band at the center frequency of 2.4GHz. On the other hand, to achieve high antenna efficiency throughout the first and second frequency bands, (i) an antenna of the first structure may be formed.
  • FIG. 17 shows a perspective view in which the antenna module structure according to the present specification is combined with the roof structure of a vehicle.
  • the loop structures 2000a, 2000b, and 2000c of FIGS. 1A to 1C may be formed as a loop structure 2000 as shown in FIG. 17.
  • the roof structure 2000 of a vehicle equipped with an antenna module may be provided with a first fixing part 2010 and a second fixing part 2020 as shown in FIG. 17.
  • the first cover 1300u corresponding to the upper cover may include a first groove portion GP1 and a second groove portion GP2.
  • the upper cover 1300u has a first groove portion GP1 and a first groove portion GP1 and A second groove part GP2 may be formed.
  • the loop structure 2000 may include a first fixing part 2010 and a second fixing part 2020 corresponding to the area where the first groove part GP1 and the second groove part GP2 are formed.
  • the first fixing part 2010 and the second fixing part 2020 are inserted into the first groove part GP1 and the second groove part GP2 to form the first protrusion part 2011 and the second protrusion part 2021. Each can be fastened to the lower loop structure.
  • the first fixing part 2010 and the first protruding part 2011 may be configured to be fixed by the first coupling member 2030 through the first groove part GP1.
  • the second fixing part 2020 and the second protruding part 2021 may be configured to be fixed by the second coupling member 2040 through the second groove part GP2.
  • the first fixing part 2010 and the second fixing part 2020 may include a bolt shape.
  • the end of the first fixing part 2010 may be implemented as a bolt-shaped first fastening part 2011.
  • the end of the second fixing part 2020 may be implemented as a bolt-shaped second fastening part 2021.
  • the first coupling member 2030 and the second coupling member 2040 may include a nut shape. Accordingly, the nut-shaped first coupling member 2030 and the second coupling member 2040 may be fastened to the bolt-shaped first fastening part 2011 and the second fastening part 2021.
  • the first and second fixing parts 2010 and 2020 and the first and second coupling structures 2030 and 2040 may be formed of metal material.
  • the bolt-shaped first and second fastening parts 2011 and 2021 formed at the ends of the first and second fastening parts 2010 and 2020 may also be made of a metal material. Accordingly, the ground of the vehicle roof structure 2000 and the ground of the antenna assembly 1000 can be electrically connected.
  • the outer fixing member formed to surround the first and second fastening parts 2011 and 2021 is not limited to a metal material.
  • the outer fixing member formed to surround the first and second fastening parts 2011 and 2021 may be made of a dielectric material as long as it can maintain rigidity.
  • FIG. 18 shows a configuration diagram of an antenna module and a vehicle on which the antenna module is mounted according to an embodiment.
  • FIG. 18 shows a configuration diagram of a vehicle in which an antenna module corresponding to an antenna module is disposed inside the vehicle roof and communicates with surrounding electronic devices, vehicles, and infrastructure structures.
  • the antenna module 1000 is mounted on the vehicle, and the antenna module 1000 can perform short-range communication, wireless communication, and V2X communication on its own or through the communication device 400 of FIG. 3. .
  • the baseband processor 1400 may receive signals from or transmit signals to adjacent 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 adjacent vehicles, RSUs, adjacent objects, and base stations.
  • information about adjacent objects can be obtained through object detection devices such as the camera 531, radar 532, lidar 533, and sensors 534 and 535 of the vehicle 300.
  • the baseband processor 1400 may control the communication device 400 and the antenna module 1000 to receive signals from or transmit signals to adjacent vehicles, RSUs, adjacent objects, and base stations.
  • a vehicle 500 equipped with an antenna module 1000 can be configured to include a plurality of antennas 1100, a transceiver circuit 1250, and a baseband processor 1400. Meanwhile, the vehicle 500 may further include an object detection device 520. Additionally, 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 module.
  • the vehicle 500 may be equipped with an antenna module 1000.
  • the antenna module 1000 may be placed under the roof of the vehicle and configured to communicate with at least one of an adjacent vehicle, a Road Side Unit (RSU), and a base station through a processor. Since the antenna module 1000 performs telematics operations through wireless communication in the vehicle, it may also be referred to as a telematics module.
  • RSU Road Side Unit
  • the vehicle 500 includes a roof structure 2000 of the vehicle and an antenna module 1000 disposed on the roof structure 2000.
  • 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 an adjacent vehicle, a road side unit (RSU), and a base station.
  • the processor 1400 may be configured to control the antenna module 1000 through the transceiver circuit 1250.
  • the roof structure 2000 may be formed as the exterior of a vehicle.
  • the loop structure 2000 may include a first fixing part 2010 and a second fixing part 2020.
  • the antenna module 1000 may be disposed in the loop structure 2000.
  • the antenna module 1000 may include a first cover 1300u and a second cover 1300 that can be coupled to the first cover 1300u.
  • the antenna module 1000 includes a printed circuit board (PCB) 1200 having a plurality of layers (multi-layers) disposed inside the first cover 1300u and the second cover 1300. It can be included.
  • PCB printed circuit board
  • a PCB 1200 with a plurality of layers may include a first layer 1210 with patterns that can be connected to a control element or radiator.
  • the PCB 1200 may include a second layer 1200 including a conductive pattern 1220g that operates as a ground and a power supply pattern 1220f.
  • the second layer 1200 may have a slot 1200 formed in an edge portion from which the conductive pattern is removed.
  • the first pattern 1210p forming the first outer region of the slot 1200s and the second pattern 1210p forming the second outer region are formed by the slot regions 1210s and 1220s, which are dielectric regions from which the conductive pattern has been removed. can be divided.
  • a pattern that operates as a ground may be connected to the conductive pattern of the second layer 1220 through a via.
  • the power supply pattern 1220f may be connected to the first pattern 1210p through the connection pattern 1220c.
  • a conductive pattern may be provided on the inner surface of the second cover 1300.
  • the conductive pattern of the second cover 1300 may be electrically connected to the first pattern 121p.
  • the second cover 1300 may include a non-conductive portion 1320.
  • the non-conductive portion 1320 may be configured to overlap the slot 1200s of the PCB 1200 to radiate signals in a plurality of frequency bands.
  • the antenna module may further include an added conductive pattern (1250p).
  • the additional conductive pattern 1250p may be connected through the dielectric contact portion 1230c at a first point of the first outer region inwardly adjacent to the point where the connection pattern 1220c is connected and may be formed to be bent inside the first outer region. there is.
  • the first pattern 1210p of the first outer area may include a first sub-pattern 1211p connected to the connection pattern 1220c.
  • the first pattern 1210p of the first outer area may further include a second sub-pattern 1212p that is connected to the first sub-pattern 1211p and forms an end of the PCB.
  • the slot area includes a first slot area 1210s formed between the first sub-pattern 1211p and the second outer area, and a second slot area 1220s formed between the second sub-pattern 1212p and the second outer area. may include.
  • the slot area may include a third slot area 1230s where the power feeding pad 1220f is disposed.
  • the second length of the second sub-pattern 1212p may be longer than the first length of the first sub-pattern 1211p.
  • the second slot length of the second slot area 1220s may be shorter than the first slot length of the first slot area 1210s.
  • the additional conductive pattern 1250p may be disposed in an area formed by the first slot area 1210s.
  • the additional conductive pattern 1250p may radiate signals in a plurality of frequency bands through the non-conductive portion 1320 of the second cover 1300.
  • An antenna element 1200r that radiates signals in a plurality of frequency bands can be formed through the first pattern 1210p in the first outer area, the second pattern 1220p in the second outer area, and the slot 1200s.
  • the antenna element 1200r can transmit signals in multiple frequency bands to the interior of the vehicle through the non-conductive portion 1320 of the second cover 1300.
  • a first electric field may be coupled from the first outer region to the second outer region in the first frequency band.
  • a second electric field may be formed through the first and second outer areas of the slot 1200s in a second frequency band higher than the first frequency band.
  • the antenna element 1200r may operate in a first mode, which is a closed slot mode, in a first frequency band due to the coupled first electric field.
  • the antenna element 1200r may operate in a second mode, which is an open slot mode, in the second frequency band by a second electric field.
  • a third electric field may be formed through the area where the connection pattern 1220c is formed, the first outer region, and the second outer region.
  • a fourth electric field may be formed through the area where the connection pattern 1220c is formed and the first outer area in the fourth frequency band that is higher than the third frequency band.
  • the connection pattern 1220c is connected to the first pattern 1210p and can operate in PIFA (Planar Inverted-F Antenna) mode.
  • the antenna element 1200r is controlled by the third electric field. In a third frequency band higher than the second frequency band, it can operate in a third mode combining open slot mode and PIFA mode.
  • the antenna element 1200r may operate in a fourth mode combining the open slot mode and PIFA mode in the fourth frequency band by the fourth electric field.
  • the transceiver circuit 1250 may be operably coupled to each radiator module 1100.
  • the processor 1400 may be operably coupled to the transceiver circuit 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 vehicle's processor 1400 may be implemented as a Network Access Device (NAD) and may be referred to as a wireless communication control element.
  • NAD Network Access Device
  • the transceiver circuit 1250 may be operably coupled with the MIMO antennas ANT1 to ANT4 of FIG. 4A.
  • the transceiver circuit 1250 may include a front end module (FEM) such as a power amplifier or a reception amplifier.
  • FEM front end module
  • the front-end module (FEM) may be disposed between the transceiver circuit 1250 and the antenna separately from the transceiver circuit 1250.
  • the transceiver circuit 1250 adjusts the gain or input or output power of the power amplifier or reception amplifier to control the size and/or phase of the signal transmitted to the MIMO antennas (ANT1 to ANT4) or to control only some antenna modules to operate. You can.
  • the processor 1400 may be operably coupled to the transceiver circuit 1250 and configured to control the transceiver circuit 1250 .
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to control the size 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 an adjacent vehicle, a road side unit (RSU), and a base station through the transceiver circuit 1250.
  • RSU road side unit
  • MIMO multiple input/output
  • the vehicle could simultaneously receive the same information from various entities at the same time, improving reliability of surrounding information and reducing latency.
  • URLLC Ultra Reliable Low Latency Communication
  • the vehicle can operate as a URLLC UE.
  • the base station performing scheduling may preferentially allocate time slots for vehicles operating as URLLC UEs.
  • some of the specific time-frequency resources already allocated to other UEs can be punctured.
  • a plurality of antennas (ANT1 to ANT4) for 4G/5G communication within the antenna module 1000 can operate in all bands of low band (LB), middle band (MB), and high band (HB).
  • the low band (LB) may be referred to as the first (frequency) band
  • the middle band (MB) and high band (HB) may be referred to as the second (frequency) band.
  • the middle band (MB) is referred to as the first (frequency) band
  • the high band (HB) is referred to as the second (frequency) band. It can be referred to as a 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 separate band from LTE, it can operate in high band (HB) or a higher band.
  • the 5G Sub6 band which operates in high band (HB) or a higher band, may also be referred to as the 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. Additionally, 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) can be performed using antenna elements spaced apart from each other at a sufficient distance and 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 operates a transceiver circuit 1250 to receive a first signal in the first band and a second signal in the second band through any one of the first radiator (ANT1) to the fourth radiator (ANT4). ) can be controlled. In this case, there is an advantage that carrier aggregation (CA) can be performed through one antenna.
  • CA carrier aggregation
  • the baseband processor 1400 may receive the first signal of the second band through any one of the first radiator (ANT1) and the third radiator (ANT3) while receiving the second radiator (ANT2) and the fourth radiator (ANT4).
  • the transceiver circuit 1250 can be controlled to receive the first signal of the second band through any one of the following. In this case, there is an advantage that each antenna can be designed and implemented to operate optimally in the corresponding band.
  • the baseband processor 1400 may perform carrier aggregation (CA) through a band that combines the first and second frequency bands. Accordingly, the present invention has the advantage of enabling broadband reception through carrier aggregation when it is necessary to receive large amounts of data for autonomous driving, etc.
  • CA carrier aggregation
  • the vehicle is capable of eMBB (Enhanced Mobile Broad Band) communication and the vehicle can operate as an eMBB UE.
  • the base station performing scheduling can allocate broadband frequency resources for vehicles operating as eMBB UEs.
  • carrier aggregation (CA) can be performed on spare frequency bands, excluding frequency resources already allocated to other vehicles.
  • the bands corresponding to the low band (LB), mid band (MB), and high band (HB) are divided into the first band, the second band, and the third band, respectively. It can be referred to.
  • the antenna system 1000 uses a single antenna in the first, second, and third bands corresponding to the low band (LB), mid band (MB), and high band (HB). It can work.
  • the processor 1400 may determine the allocated resource area through a physical downlink control channel (PDCCH).
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform carrier aggregation in two or more bands among 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 radiators (ANT1) to ANT4.
  • MIMO multiple input/output
  • EN-DC operation can be performed through the first radiator (ANT1) and the second radiator (ANT2)
  • MIMO multiple input/output
  • ANT3 third radiator
  • ANT4 fourth radiator
  • the EN-DC operation can be performed through a plurality of antennas within one antenna system. Accordingly, the level of interference between MIMO streams using the same band can be reduced.
  • EN-DC operation can be performed using the same band between 4G/5G communication systems.
  • EN-DC operation can be performed through multiple antennas in different antenna systems. In this case, in order to reduce the level of interference in the low band (LB), MIMO operation through multiple antennas within the same antenna system can be performed in the mid band (MB) or higher.
  • LB low band
  • MIMO operation through multiple antennas within the same antenna system can be performed in the mid band (MB) or higher.
  • a wireless signal can be radiated into the interior of the vehicle through a non-conductive portion of the lower cover from an antenna module disposed outside the vehicle and disposed on the roof structure of the vehicle.
  • a Wi-Fi wireless signal can be transmitted to the interior of the vehicle through a slot-structured antenna element and a non-conductive portion of the lower cover from an antenna module disposed in the roof structure of a vehicle.
  • an antenna element that resonates in multiple bands in Wi-Fi frequency bands can be provided through conductive patterns and additional conductive patterns formed in a slot area in a vehicle antenna module.
  • an antenna structure that operates in a multi-mode can be provided by forming different current paths for each Wi-Fi frequency band through conductive patterns and additional conductive patterns formed in the slot area in a vehicle antenna module.
  • the 4G/5G antenna and Wi-Fi antenna for multiple input/output (MIMO) are placed on the front and back of the PCB, respectively, to maintain isolation while optimizing the performance of both the 4G/5G antenna and Wi-Fi antenna. configuration can be provided.
  • antenna performance can be improved while maintaining the height of the antenna module below a certain level.
  • a 4G/5G antenna and a Wi-Fi antenna for multiple input/output (MIMO) are placed on the front and back of the PCB, respectively, and an antenna module capable of operating in a wide band can be mounted on the vehicle to support various communication systems. You can.
  • the antenna system mounted on the vehicle and its control operation may be implemented through software, firmware, or a combination thereof.
  • the design of the antenna system mounted on the vehicle and the configuration for controlling the antenna system can be implemented as computer-readable code on a program-recorded medium.
  • Computer-readable media includes all types of recording devices that store data that can be read by a computer system. Examples of computer-readable media include HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Disk), SDD (Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc. It also includes those implemented in the form of carrier waves (e.g., transmission via the Internet).
  • the computer may include a terminal or vehicle control unit, that is, a processor. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects and should be considered illustrative. The scope of the present invention should be determined by reasonable interpretation of the appended claims, and all changes within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

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  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
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  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

실시 예에 따른 차량의 안테나 모듈은 제1 커버; 상기 제1 커버와 결합 가능하게 형성된 제2 커버; 및 상기 제1 커버와 상기 제2 커버의 내부에 배치되는 복수의 레이어들(multi-layers)을 구비한 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)를 포함할 수 있다. 복수의 레이어들을 구비하는 상기 PCB는 제어 소자와 연결되는 패턴들을 구비한 제1 레이어; 및 그라운드로 동작하는 도전 패턴과 급전 패턴을 포함하는 제2 레이어를 포함할 수 있다. 상기 제2 레이어는 에지 부분(edge portion)에 도전 패턴이 제거된 슬롯이 형성될 수 있다. 상기 슬롯의 제1 외곽 영역을 형성하는 제1 패턴과 제2 외곽 영역을 형성하는 제2 패턴은 슬릿으로 나뉘어질 수 있다.

Description

차량에 배치되는 광대역 안테나
본 명세서는 차량에 배치되는 광대역 안테나에 관한 것이다. 특정 구현은 다양한 통신 시스템에서 동작 가능하도록 광대역 안테나를 구비한 안테나 모듈 및 이를 구비하는 차량에 관한 것이다.
차량(vehicle)은 다른 차량 또는 주변 사물, 인프라 또는 기지국과 무선 통신 서비스를 수행할 수 있다. 이와 관련하여, LTE(Long Term Evolution) 통신, 5G 통신 또는 WiFi 통신 기술을 이용하여 다양한 무선 통신 서비스를 제공할 수 있다.
차량에서 이러한 다양한 무선 통신 서비스를 제공하기 위해 안테나는 차량의 글래스, 차량의 루프(roof) 상부 또는 하부에 배치될 수 있다. 안테나가 차량의 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.
차량에서 4G/5G 통신 서비스 이외에 다양한 통신 서비스를 제공하기 위하여 다양한 안테나 소자들이 차량용 안테나 모듈에 배치될 필요가 있다. 차량용 안테나 모듈이 차량의 루프 구조에 배치되는 경우 4G/5G 통신 서비스를 위한 무선 신호는 차량 외부로 방사된다. 차량용 안테나 모듈에 Wi-Fi 안테나가 배치되는 경우 Wi-Fi 무선 신호는 차량 내부로 전달될 필요가 있다. 따라서, 메탈 재질로 형성된 차량의 루프 구조에 안테나 모듈이 배치되는 구조에서 Wi-Fi 무선 신호를 차량 내부로 전달하는 안테나 구조에 대해 설명한다.
Wi-Fi 통신 서비스를 제공하기 위해 Wi-Fi 안테나는 복수의 주파수 대역, 예를 들어 2.4GHz 대역 이외에 5.4GHz 대역과 6.4GHz 대역에서도 동작할 필요가 있다. 또한, 2.4GHz 대역에서도 광대역 동작을 위해 Wi-Fi 안테나는 이중 대역 공진하도록 동작할 필요가 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 차량의 루프 구조에 배치되는 차량 외부에 배치되는 안테나 모듈을 통해 차량 내부로 무선 신호를 방사하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 차량의 루프 구조에 배치되는 안테나 모듈의 Wi-Fi 안테나를 통해 Wi-Fi 무선 신호를 차량 내부로 전달하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 차량용 안테나 모듈에서 Wi-Fi 주파수 대역들에서 다중 대역 공진하는 안테나 소자를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 차량용 안테나 모듈에서 Wi-Fi 주파수 대역들 별로 서로 다른 전류 경로를 형성하여 다중 모드 동작하는 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 다중 입출력(MIMO)을 위한 안테나의 성능과 Wi-Fi 안테나의 성능을 모두 최적화하면서 격리도를 유지할 수 있는 구성을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 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 차량의 안테나 모듈은 제1 커버; 상기 제1 커버와 결합 가능하게 형성된 제2 커버; 및 상기 제1 커버와 상기 제2 커버의 내부에 배치되는 복수의 레이어들(multi-layers)을 구비한 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)를 포함할 수 있다. 복수의 레이어들을 구비하는 상기 PCB는 제어 소자와 연결되는 패턴들을 구비한 제1 레이어; 및 그라운드로 동작하는 도전 패턴과 급전 패턴을 포함하는 제2 레이어를 포함할 수 있다. 상기 제2 레이어는 에지 부분(edge portion)에 도전 패턴이 제거된 슬롯이 형성될 수 있다. 상기 슬롯의 제1 외곽 영역을 형성하는 제1 패턴과 제2 외곽 영역을 형성하는 제2 패턴은 슬릿으로 나뉘어질 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 레이어의 상기 패턴들 중 그라운드로 동작하는 패턴은 비아(via)를 통해 상기 제2 레이어의 상기 도전 패턴과 연결되고, 상기 급전 패턴은 연결 패턴을 통해 상기 제1 패턴에 연결될 수 있다. 상기 제2 커버의 내부 표면에 도전 패턴을 구비하고, 상기 제2 커버의 상기도전 패턴은 상기 제1 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 커버는 비 도전 부(non-conductive portion)를 구비하고, 상기 비 도전 부는 상기 PCB의 상기 슬롯과 중첩(overlap)되도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 연결 패턴이 연결된 지점에 내측으로 인접한 상기 제1 외곽 영역의 제1 지점에서 유전체 컨택 부를 통해 연결되고 상기 제1 외곽 영역의 내측으로 절곡되게 형성된 부가 도전 패턴(added conductive pattern)을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 외곽 영역의 상기 제1 패턴은 상기 연결 패턴과 연결되는 제1 서브 패턴 및 상기 제1 서브 패턴과 연결되고 상기 PCB의 단부를 형성하는 제2 서브 패턴을 포함할 수 있다. 상기 슬롯은 상기 제1 서브 패턴과 상기 제2 외곽 영역 사이에 형성되는 제1 슬롯 영역 및 상기 제2 서브 패턴과 상기 제2 외곽 영역 사이에 형성되는 제2 슬롯 영역을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 서브 패턴의 제2 길이는 상기 제1 서브 패턴의 제1 길이보다 더 길게 형성될 수 있다. 상기 제2 슬롯 영역의 제2 슬롯 길이는 상기 제1 슬롯 영역의 제1 슬롯 길이보다 더 짧게 형성될 수 있다. 상기 부가 도전 패턴은 상기 제1 슬롯 영역에 의해 형성되는 영역 내에 배치되고, 상기 제2 커버의 상기 비 도전 부를 통해 신호를 방사할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 부가 도전 패턴은 상기 제2 커버의 상기 비 도전 부의 일 면에 형성될 수 있다. 상기 부가 도전 패턴은 상기 제2 커버의 비 도전 부를 통해 상기 차량의 내부로 신호를 전달할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 부가 도전 패턴은 상기 제1 외곽 영역의 상기 제1 패턴과 연결되고, 제1 축 방향으로 연장되게 형성되는 제1 서브 도전 패턴; 및 상기 제1 서브 도전 패턴의 단부에서 상기 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 연장되게 형성되는 제2 서브 도전 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제2 서브 도전 패턴은 상기 제2 슬롯 영역에서 상기 제2 서브 패턴을 향해 연장되어, 상기 제2 서브 도전 패턴의 단부가 상기 제2 서브 패턴의 단부와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 외곽 영역의 상기 제1 패턴 및 상기 제2 외곽 영역의 상기 제2 패턴 및 상기 슬롯을 통해 복수의 주파수 대역에서 신호를 방사하는 안테나 소자를 형성할 수 있다. 상기 안테나 소자는 상기 복수의 주파수 대역의 신호를 상기 제2 커버의 비 도전 부를 통해 상기 차량의 내부로 전달할 수 있다.
실시 예에 따르면, 제1 주파수 대역에서 상기 제1 외곽 영역으로부터 상기 제2 외곽 영역으로 제1 전계(electric field)가 커플링될 수 있다. 상기 안테나 소자는 상기 커플링된 상기 제1 전계에 의해 상기 제1 주파수 대역에서 폐쇄 슬롯 모드(closed slot mode)인 제1 모드로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 제2 주파수 대역에서 상기 슬롯의 상기 제1 외곽 영역 및 상기 제2 외곽 영역을 통해 제2 전계가 형성될 수 있다. 상기 안테나 소자는 상기 제2 전계에 의해 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드(open slot mode)인 제2 모드로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 제3 주파수 대역에서 상기 연결 패턴이 형성된 영역, 상기 제1 외곽 영역 및 상기 제2 외곽 영역을 통해 제3 전계가 형성될 수 있다. 상기 안테나 소자는 상기 부가 도전 패턴의 단부를 향해 PIFA (Planar Inverted-F Antenna) 모드로 동작할 수 있다. 상기 안테나 소자는 상기 제3 전계에 의해 상기 제2 주파수 대역보다 높은 제3 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드와 PIFA 모드가 결합된 제3 모드로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 제4 주파수 대역에서 상기 연결 패턴이 형성된 영역 및 상기 제1 외곽 영역을 통해 제4 전계가 형성될 수 있다. 상기 안테나 소자는 상기 부가 도전 패턴의 단부를 향해 PIFA (Planar Inverted-F Antenna) 모드로 동작할 수 있다. 상기 안테나 소자는 상기 제4 전계에 의해 상기 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드와 PIFA 모드가 결합된 제4 모드로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 PCB는 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어 사이에 배치되는 적어도 하나의 제3 레이어를 더 포함할 수 있다. 상기 슬롯 영역은 상기 제1 외곽 영역의 제1 패턴의 내측 단부에 인접하게 형성되고, 상기 급전 패턴이 배치된 제3 슬롯 영역을 더 포함할 수 있다. 상기 제3 슬롯 영역은 상기 급전 패턴과 인접한 적어도 하나의 도전 패드를 포함할 수 있다. 실시 예에 따르면, 상기 슬릿은 상기 제3 레이어에 유전체 영역이 제거된 제1 슬릿 영역을 포함할 수 있다. 상기 제1 슬릿 영역은 상기 제1 서브 패턴과 상기 적어도 하나의 도전 패드 사이에 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 슬롯 영역은 상기 제2 외곽 영역의 제2 패턴의 내측 단부에 인접하게 형성된 제4 슬롯 영역을 더 포함할 수 있다. 상기 제4 슬롯 영역은 상기 제2 외곽 영역의 제2 패턴과 제3 패턴 사이에 형성된 적어도 하나의 제2 도전 패드 - 상기 제3 패턴은 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴을 연결하도록 구성됨 - 를 포함할 수 있다. 상기 슬릿은 상기 제3 레이어에 유전체 영역이 제거된 제2 슬릿 영역을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 슬릿 영역은 상기 제2 패턴과 상기 적어도 하나의 제2 도전 패드 사이에 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 제1 레이어에 배치되고, 상기 제1 커버의 비 도전 부분을 통해 특정 주파수 대역에서 신호를 방사하도록 구성된 복수의 안테나 소자를 더 포함할 수 있다. 상기 복수의 안테나 소자는 상기 특정 주파수 대역의 신호들을 상기 제1 커버의 상기 비 도전 부를 통해 상기 차량의 외부로 방사하여 상기 차량 외부의 엔티티와 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다.
본 명세서의 또 다른 양상에 따른 차량은 상기 차량의 외관으로 형성되며 제1 고정부(fixing part)와 제2 고정부를 포함하는 루프 구조(roof structure); 및 상기 루프 구조에 배치된 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 상기 안테나 모듈은 상기 제1 커버와 결합 가능하게 형성된 제2 커버; 및 상기 제1 커버와 상기 제2 커버의 내부에 배치되는 복수의 레이어들(multi-layers)을 구비한 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)를 포함할 수 있다. 상기 복수의 레이어들을 구비하는 상기 PCB는 제어 소자 또는 방사체와 연결될 수 있는 패턴들을 구비한 제1 레이어; 및 그라운드로 동작하는 도전 패턴과 급전 패턴을 포함하는 제2 레이어 - 상기 제2 레이어는 에지 부분(edge portion)에 도전 패턴이 제거된 슬롯이 형성됨 - 을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 슬롯의 제1 외곽 영역을 형성하는 제1 패턴과 제2 외곽 영역을 형성하는 제2 패턴은 도전 패턴이 제거된 유전체 영역인 슬롯 영역에 의해 나뉘어질 수 있다. 상기 제1 레이어의 상기 패턴들 중 그라운드로 동작하는 패턴은 비아(via)를 통해 상기 제2 레이어의 상기 도전 패턴과 연결되고, 상기 급전 패턴은 연결 패턴을 통해 상기 제1 패턴에 연결될 수 있다. 상기 제2 커버의 내부 표면에 도전 패턴을 구비하고, 상기 제2 커버의 상기 도전 패턴은 상기 제1 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 제2 커버는 비 도전 부(non-conductive portion)를 구비하고, 상기 비 도전 부는 상기 PCB의 상기 슬롯과 중첩(overlap)되어 복수의 주파수 대역의 신호들이 방사되도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 연결 패턴이 연결된 지점에 내측으로 인접한 상기 제1 외곽 영역의 제1 지점에서 유전체 컨택 부를 통해 연결되고 상기 제1 외곽 영역의 내측으로 절곡되게 형성된 부가 도전 패턴(added conductive pattern)을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 외곽 영역의 상기 제1 패턴은 상기 연결 패턴과 연결되는 제1 서브 패턴 및 상기 제1 서브 패턴과 연결되고 상기 PCB의 단부를 형성하는 제2 서브 패턴을 포함할 수 있다. 상기 슬롯 영역은 상기 제1 서브 패턴과 상기 제2 외곽 영역 사이에 형성되는 제1 슬롯 영역; 상기 제2 서브 패턴과 상기 제2 외곽 영역 사이에 형성되는 제2 슬롯 영역; 및 상기 급전 패드가 배치된 제3 슬롯 영역을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 서브 패턴의 제2 길이는 상기 제1 서브 패턴의 제1 길이보다 더 길게 형성될 수 있다. 상기 제2 슬롯 영역의 제2 슬롯 길이는 상기 제1 슬롯 영역의 제1 슬롯 길이보다 더 짧게 형성될 수 있다. 상기 부가 도전 패턴은 상기 제1 슬롯 영역에 의해 형성되는 영역 내에 배치되고, 상기 부가 도전 패턴은 제2 커버의 상기 비 도전 부를 통해 상기 복수의 주파수 대역의 신호들을 방사할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 외곽 영역의 상기 제1 패턴 및 상기 제2 외곽 영역의 상기 제2 패턴 및 상기 슬롯을 통해 복수의 주파수 대역에서 신호를 방사하는 안테나 소자를 형성할 수 있다. 기 안테나 소자는 상기 복수의 주파수 대역의 신호를 상기 제2 커버의 비 도전 부를 통해 차량의 내부로 전달할 수 있다.
실시 예에 따르면, 제1 주파수 대역에서 상기 제1 외곽 영역으로부터 상기 제2 외곽 영역으로 제1 전계(electric field)가 커플링될 수 있다. 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 상기 슬롯의 상기 제1 외곽 영역 및 상기 제2 외곽 영역을 통해 제2 전계가 형성될 수 있다. 상기 안테나 소자는 상기 커플링된 상기 제1 전계에 의해 상기 제1 주파수 대역에서 폐쇄 슬롯 모드(closed slot mode)인 제1 모드로 동작할 수 있다. 상기 제2 전계에 의해 상기 제2 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드(open slot mode)인 제2 모드로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 제3 주파수 대역에서 상기 연결 패턴이 형성된 영역, 상기 제1 외곽 영역 및 상기 제2 외곽 영역을 통해 제3 전계가 형성될 수 있다. 상기 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 상기 연결 패턴이 형성된 영역 및 상기 제1 외곽 영역을 통해 제4 전계가 형성될 수 있다. 상기 연결 패턴이 형성된 영역에서 상기 연결 패턴이 상기 제1 패턴에 연결되어 PIFA (Planar Inverted-F Antenna) 모드로 동작할 수 있다. 상기 안테나 소자는 상기 제3 전계에 의해 상기 제2 주파수 대역보다 높은 제3 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드와 PIFA 모드가 결합된 제3 모드로 동작할 수 있다. 상기 안테나 소자는 상기 제4 전계에 의해 상기 제4 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드와 PIFA 모드가 결합된 제4 모드로 동작할 수 있다.
이와 같은 차량에 탑재되는 광대역 안테나 소자를 구비하는 안테나 모듈 및 안테나 모듈이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 명세서에 따르면, 차량의 루프 구조에 배치되는 차량 외부에 배치되는 안테나 모듈에서 하부 커버의 비 도전 부를 통해 차량 내부로 무선 신호를 방사할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량의 루프 구조에 배치되는 안테나 모듈에서 무선 신호를 슬롯 구조의 안테나 소자와 하부 커버의 비 도전 부를 통해 차량 내부로 Wi-Fi 무선 신호를 전달할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량용 안테나 모듈에서 슬롯 영역에 형성된 도전 ㅍ패턴들과 부가 도전 패턴을 통해 Wi-Fi 주파수 대역들에서 다중 대역 공진하는 안테나 소자를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량용 안테나 모듈에서 슬롯 영역에 형성된 도전 패턴들과 부가 도전 패턴을 통해 Wi-Fi 주파수 대역들 별로 서로 다른 전류 경로를 형성하여 다중 모드 동작하는 안테나 구조를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, PCB의 전면과 배면에 각각 다중 입출력(MIMO)을 위한 4G/5G 안테나와 Wi-Fi 안테나를 배치하여, 4G/5G 안테나와 Wi-Fi 안테나의 성능을 모두 최적화하면서 격리도를 유지할 수 있는 구성을 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, PCB의 전면과 배면에 각각 4G/5G 안테나와 Wi-Fi 안테나를 배치하여, 안테나 모듈의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 따르면, PCB의 전면과 배면에 각각 다중 입출력(MIMO)을 위한 4G/5G 안테나와 Wi-Fi 안테나를 배치하여, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 모듈을 차량에 탑재할 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 1a 내지 도 1c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 안테나 모듈이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다.
도 2는 V2X 어플리케이션의 타입을 나타낸다.
도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 차량 및 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 4는 본 명세서에 따른 안테나 모듈이 차량에 탑재되는 구조와 안테나 모듈의 일 측면도 및 타 측면도를 나타낸다.
도 5a는 본 명세서에 따른 안테나 모듈의 각 구성부를 분해도를 나타낸다.
도 5b는 도 5a의 안테나 모듈의 배면도를 나타낸다.
도 6a 및 도 6b는 도 5a의 PCB의 각 레이어들과 부가 도전 패턴이 연결되는 구조를 나타낸다.
도 7a 및 도 7b는 도 5a의 PCB의 전면도 및 배면도를 나타낸다.
도 7c는 도 5a의 PCB의 전면과 배면에 형성된 도전 패턴들의 각 부분의 치수를 나타낸다.
도 8 내지 도 11은 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역 내의 특정 주파수들에서의 전류 경로 및 전류 분포를 나타낸다.
도 12a는 PCB의 하부 레이어에 구현되는 안테나 모듈의 구조도와 급전 패턴과 그라운드 패턴 사이의 급전 패턴과 주변 영역을 확대한 도면이다.
도 12b는 도 12a의 급전 패턴과 안테나 소자 사이에 임피던스 매칭 회로가 구현된 등가 회로와 임피던스 매칭 회로 유무에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 13은 커플링 구조를 형성하는 별도의 도전 패턴이 슬롯 영역에 배치되는 구조를 나타낸다.
도 14는 도 13의 커플링 구조의 안테나 모듈의 각 구조의 수치를 나타낸다.
도 15는 안테나 모듈을 구성하는 PCB의 하부 레이어의 전면도와 측면 사시도를 나타낸다.
도 16은 도 7a의 제1 구조의 안테나와 도 15의 제2 구조의 안테나의 효율 특성을 비교한 것이다.
도 17은 본 명세서에 따른 안테나 모듈 구조가 차량의 루프 구조와 결합되는 사시도를 나타낸다.
도 18은 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.
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 시스템 (안테나 모듈)은 차량(vehicle)에 탑재될 수 있다. 본 명세서에서 기재된 실시 예에 따른 구성 및 동작은 차량에 탑재되는 통신 시스템, 즉 안테나 시스템에 적용될 수 있다. 이와 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 복수의 안테나들과 이들을 제어하는 송수신부 회로 및 프로세서를 포함할 수 있다.
이하에서는 본 명세서에 따른 차량에 탑재되는 안테나 모듈에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 1a 내지 도 1c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 안테나 모듈이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다.
본 발명에 따른 안테나 모듈을 포함하는 차량용 안테나 시스템은 다른 안테나와 결합될 수도 있다. 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 내부 안테나 모듈에 해당하는 안테나 시스템(1000) 이외에 별도의 안테나 시스템(1000b)이 더 구성될 수도 있다. 도 1a 내지 도 1b는 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 1a 내지 도 1c를 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 1a를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량 내부에 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 외부 안테나에 해당하는 제2 안테나 시스템(1000b)은 차량의 지붕(roof) 위에 배치된다. 도 1a에서 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 1b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 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 1c를 참조하면, 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 1 내지 도 1를 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.
차량(500)은 주변 차량 이외에 보행자, 주변 인프라 및/또는 서버와 통신하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 2는 V2X 어플리케이션의 타입을 나타낸다. 도 2를 참조하면, V2X(Vehicle-to-Everything) 통신은 차량 사이의 통신을 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 통신을 지원하기 위해 차량은 안테나 시스템을 통해 eNB 및/또는 gNB과 무선 통신을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈은 도 1a 내지 도 1c와 같이 외부 안테나 모듈(external antenna module) 및/또는 내부 안테나 모듈(internal antenna module)로 구현될 수 있다.
한편, 도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 차량 및 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
차량(500)은 통신 장치(400) 및 프로세서(570)를 포함하도록 구성될 수 있다. 통신 장치(400)는 차량(500)의 텔레매틱스 제어 유닛(telematics control unit)에 대응할 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), 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)을 포함할 수 있다. 통신 장치(400)는 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.
4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)은 하나 이상의 안테나 모듈을 통해 하나 이상의 통신 시스템과 무선 통신을 수행한다. 4G 무선 통신 모듈(450)은 제1 안테나 모듈을 통해 제1 통신 시스템 내의 기기로 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(460)은 제2 안테나 모듈을 통해 제2 통신 시스템 내의 기기로 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)은 물리적으로 하나의 통합 통신 모듈로 구현될 수도 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.
차량(500)내 장치의 프로세서는 MCU(Micro Control Unit) 또는 모뎀(modem)으로 구현될 수 있다. 통신 장치(400)의 프로세서(470)는 모뎀(modem)에 해당하고 프로세서(470)는 통합 모뎀으로 구현될 수 있다. 프로세서(470)는 무선 통신을 통해 다른 주변 차량, 사물 또는 인프라로부터 주변 정보를 획득할 수 있다. 프로세서(470)는 획득된 주변 정보를 이용하여 차량 제어를 수행할 수 있다.
차량(500)의 프로세서(570)는 CAN(Car Area Network) 또는 ADAS(Advanced Driving Assistance System)의 프로세서일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 차량(500)이 분산 제어 방식으로 구현 시 차량(500)의 프로세서(570)는 각 장치의 프로세서로 대체될 수 있다.
한편, 차량(500) 내부에 배치되는 안테나 모듈은 무선 통신부를 포함하도록 구성될 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 장치와 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.
한편, 도 1a 내지 도 3을 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 복수의 주파수 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.
이하에서는 본 명세서에 따른 차량용 광대역 안테나 모듈에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 4는 본 명세서에 따른 안테나 모듈이 차량에 탑재되는 구조와 안테나 모듈의 일 측면도 및 타 측면도를 나타낸다.
도 1a 내지 도 3 및 도 4(a)를 참조하면, 안테나 모듈(1000)이 차량(500)에 탑재될 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 차량의 루프 구조(2000a, 2000b, 2000c)의 상부 또는 내부에 배치될 수 있다. 루프 구조(2000a, 2000b, 2000c)의 적어도 일부는 무선 신호가 통과될 수 있도록 유전체 재질의 레이돔 형태로 구현될 수 있다.
도 4(b)는 안테나 모듈(1000)을 일 측면에서 본 일 측면도를 나타내고 도 4(c)는 안테나 모듈(1000)을 타 측면에서 본 타 측면도를 나타낸다. 도 4(b) 및 도 4(c)를 참조하면, 4G/5G 주파수 대역의 무선 신호들을 방사하도록 구성된 복수의 안테나 소자들(1100-1 내지 1100-4)이 배치될 수 있다. 다층 기판에 해당하는 PCB의 전면의 서로 다른 위치에 복수의 안테나 소자들(1100-1 내지 1100-4)이 배치될 수 있다.
제1 안테나(1100-1) 및 제2 안테나(1100-2)가 일 축 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 제3 안테나(1100-3) 및 제4 안테나(1100-4)가 일 축 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 안테나(1100-1) 및 제3 안테나(1100-3)가 일 축에 수직한 타 축 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 제2 안테나(1100-2) 및 제4 안테나(1100-4)가 타 축 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 텔레매틱스 제어 유닛(TCU)(300)가 제1 안테나(1100-1) 내지 제4 안테나(1100-4)로 전달되는 신호를 제어하도록 구성될 수 있다. 제1 안테나(1100-1) 내지 제4 안테나(1100-4) 중 둘 이상의 안테나를 통해 동일 주파수 대역의 신호들을 동시에 송신 또는 수신하여 다중 입출력(MIMO) 동작을 수행할 수 있다.
한편, 차량 내부에서 Wi-Fi 무선 통신을 위해 PCB의 배면에 Wi-Fi 안테나(1200r)가 형성될 수 있다. Wi-Fi 안테나(1200r)를 통해 Wi-Fi 주파수 대역의 무선 신호를 차량 내부로 방사할 수 있다. 이하, 본 명세서에 따른 광대역 주파수 대역에서 동작 가능한 차량용 Wi-Fi 안테나 구조에 대해 상세하게 설명한다.
전술한 바와 같이, 본 명세서에 따른 광대역 주파수 대역에서 동작 가능한 차량용 Wi-Fi 안테나 구조에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 5a는 본 명세서에 따른 안테나 모듈의 각 구성부를 분해도를 나타낸다. 도 5b는 도 5a의 안테나 모듈의 배면도를 나타낸다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 안테나 모듈(1000)은 제1 커버(1300u), 제2 커버(1300) 및 다층 기판 구조의 PCB(1200)를 포함할 수 있다. 제1 커버(1300u) 및 제2 커버(1300)는 상부 커버 및 하부 커버를 구성하고, PCB(1200)가 제1 커버(1300u) 및 제2 커버(1300) 사이에 배치될 수 있다. PCB(1200)는 안테나 소자들이 배치되어 안테나 PCB 또는 안테나 기판으로 지칭될 수 있다. PCB(1200)는 제어 소자들이 배치되는 별도의 제2 PCB(1200b)과 결합될 수 있다.
제1 커버(1300u) 및 제2 커버(1300)는 도 5b와 같이 결합되어 차량의 루프 구조에 장착될 수 있다. 제1 커버(1300u)의 일 측면 부에 인터페이스 단자들이 형성되어 인터페이스 단자들을 통해 차량과 안테나 모듈(1000)이 차량과 제어 신호들을 송신 및 수신할 수 있다.
하부 커버인 제2 커버(1300)는 메탈 재질의 도전 부(1310)와 유전체 재질의 비 도전 부(non-conductive portion)(1320)을 포함하도록 구성될 수 있다. 비 도전 부(1320)에 PCB(1200)의 도전 패턴과 별도의 부가 도전 패턴(additional conductive pattern)(1250p)이 방사체로 구현될 수 있다. PCB(1200)의 전면에 그라운드 패턴이 형성되고, 그라운드 패턴과 분리된 도전 패드(CP1, CP2)가 형성될 수 있다. PCB(1200)의 배면과 연결된 부가 도전 패턴(1250p)은 PCB(1200)의 배면과 도전 패턴들 및 슬롯 패턴들과 함께 Wi-Fi 안테나 구조를 형성할 수 있다. 이하, 본 명세서에 따른 차량 내부로 무선 신호들을 방사하는 Wi-Fi 안테나 구조에 대해 설명한다.
전술한 바와 같이, 차량 내부로 무선 신호들을 방사하는 Wi-Fi 안테나 구조에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 6a 및 도 6b는 도 5a의 PCB의 각 레이어들과 부가 도전 패턴이 연결되는 구조를 나타낸다. 도 6a는 다층 기판에 해당하는 PCB를 각 레이어 별로 분리한 구조이고, 도 6b는 도 6a의 PCB의 전면과 배면이 표시된 사시도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 6a를 참조하면, PCB(1200)는 복수의 레이어들(multi-layers)이 적층된 구조로 구현될 수 있다. 상부 레이어인 제1 레이어(1210)에 도전 패턴이 형성될 수 있다. 제1 레이어(1210)의 도전 패턴과 분리되어 제1 도전 패드(CP1) 및 제2 도전 패드(CP2)가 제1 레이어(1210)에 형성될 수 있다. 하부 레이어인 제2 레이어(1220)에 도전 패턴이 그라운드 패턴(1220g)로 형성될 수 있다. 그라운드 패턴(1220g)과 별도로 급전 패턴(1220f), 연결 패턴(1220c) 및 슬롯(1200s)이 Wi-Fi 안테나 구조를 형성할 수 있다. 도전 패턴의 제1 패턴(1210p) 및 제2 패턴(1220p) 사이에 슬롯(1200s)이 형성될 수 있다.
제1 레이어(1210) 및 제2 레이어(1220) 사이에 중간 레이어인 제3 레이어(1230)가 형성될 수 있다. PCB(1200)의 제3 레이어(1230)는 복수의 레이어들로 형성될 수 있다. 슬롯(1200s)과 별도로 제1 패턴(1210p)과 연결되는 부가 도전 패턴(1250p)에 의해 Wi-Fi 안테나 구조가 더 광대역에서 동작하도록 구성될 수 있다.
도 5a 내지 도 6b를 참조하면, PCB(1200)는 다층 유전체 기판 구조로 형성될 수 있다. 다층 유전체 기판 구조의 PCB(1200)의 전면 및 배면에 제1 레이어(1210) 및 제2 레이어(1220)의 도전 패턴들이 형성될 수 있다. 부가 도전 패턴(1250p)은 복수의 서브 도전 패턴들로 구성될 수 있다. 부가 도전 패턴(1250p)은 일 축 방향의 제1 서브 도전 패턴(1251p)과 타 축 방향의 제2 서브 도전 패턴(1252p)을 포함하도록 구성될 수 있다. 부가 도전 패턴(1250p)은 컨택 부(1230c)를 통해 제2 레이어(1220)의 도전 패턴과 연결될 수 있다. 컨택 부(1230c)는 메탈 재질 또는 유전체 재질로 형성될 수 있다. 컨택 부(1230c)가 메탈 재질로 형성되면 부가 도전 패턴(1250p)은 제2 레이어(1220)의 도전 패턴과 직접 결합(direct coupling) 구조의 안테나 구조로 형성된다. 컨택 부(1230c)가 유전체 재질로 형성되면 부가 도전 패턴(1250p)은 제2 레이어(1220)의 도전 패턴과 간접 결합(indirect coupling) 구조의 안테나 구조로 형성된다.
이하, 본 명세서에 따른 Wi-Fi 안테나 구조가 형성된 PCB의 전면 및 배면에 형성된 도전 패턴들의 상세 구조에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 7a 및 도 7b는 도 5a의 PCB의 전면도 및 배면도를 나타낸다. 도 7c는 도 5a의 PCB의 전면과 배면에 형성된 도전 패턴들의 각 부분의 치수를 나타낸다.
도 7a를 참조하면 PCB의 전면에 해당하는 제1 레이어(1210)는 일 측 영역 및 타 측 영역에 형성된 제1 패턴(1210a) 및 제2 패턴(1220a)을 포함할 수 있다. 제1 패턴(1210a) 및 제2 패턴(1220a) 사이에 도전 패턴이 형성되지 않은 유전체 영역이 형성될 수 있다. 제1 패턴(1210a) 및 제2 패턴(1220a)의 하부 영역에 유전체 영역이 제거된 슬릿(SL1, SL2)이 형성될 수 있다. 제1 레이어(1210)는 제1 패턴(1210a) 및 제2 패턴(1220a)을 연결하도록 구성된 제3 패턴(1230a)을 더 포함할 수 있다. 제1 패턴(1210a) 내지 제3 패턴(1230a)을 포함하는 도전 패턴은 그라운드 패턴(1210g)을 형성할 수 있다. 그라운드 패턴(1210g)과 분리된 구조로 제1 및 제2 도전 패드(CP1, CP2)가 형성될 수 있다. 제1 및 제2 도전 패드(CP1, CP2)는 제어 소자 또는 안테나 소자와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7b(a)를 참조하면, PCB의 배면에 해당하는 제2 레이어(1220)는 Wi-Fi 안테나 구조를 형성하기 위해 도전 패턴들의 형상이 최적으로 구현될 수 있다. 제2 레이어(1220)는 일 측 영역 및 타 측 영역에 형성된 제1 패턴(1210p) 및 제2 패턴(1220p)을 포함할 수 있다. 제1 패턴(1210p) 및 제2 패턴(1220p) 사이에 도전 패턴이 형성되지 않은 유전체 영역이 형성될 수 있다. 제1 패턴(1210p) 및 제2 패턴(1220p)의 하부 영역에 유전체 영역이 제거된 슬릿(SL1, SL2)이 형성될 수 있다. 제2 레이어(1220)는 제1 패턴(1210p) 및 제2 패턴(1220p)을 연결하도록 구성된 제3 패턴(1230p)을 더 포함할 수 있다. 제1 패턴(1210p) 내지 제3 패턴(1230p)을 포함하는 도전 패턴은 그라운드 패턴(1220g)을 형성할 수 있다. 그라운드 패턴(1220g)과 분리된 구조로 제1 및 제2 도전 패드(CP1, CP2)가 형성될 수 있다. 제1 및 제2 도전 패드(CP1, CP2)는 제어 소자 또는 안테나 소자와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7b(b)는 도 7b(a)의 PCB의 제2 레이어(1220)의 급전 패턴(1220f)과 주변 영역을 확대한 도면이다. 도 7b(b)를 참조하면, 급전 패턴(1220f)은 연결 패턴(1220c)을 통해 제1 패턴(1210)과 연결될 수 있다. 연결 패턴(1220c)은 복수의 도전 패턴들(1221c 내지 1223c)로 구현되어 제한된 영역 내에서 급전 구조를 형성할 수 있다.
도 7a 내지 도 7c(a)를 참조하면, PCB의 전면을 형성하는 제1 레이어(1210)의 제1 패턴(1210a) 및 제2 패턴(1220a)은 제1 길이(L1a) 및 제2 길이(L2a)로 형성될 수 있다. 제1 패턴(1210a) 및 제2 패턴(1220a)은 소정 간격(Ga)만큼 이격되어 도전 패턴이 형성되지 않은 유전체 영역을 형성할 수 있다.
제1 패턴(1210a)의 상단에서 제1 도전 패드(CP1) 하단까지 제1 너비(W1a)를 갖도록 제1 패턴(1210a)이 형성될 수 있다. 제1 패턴(1210a)의 상단에서 슬릿(SL1)에 인접한 제1 패턴(1210a)의 하단까지 제2 너비(W2a)를 갖도록 제1 패턴(1210a)이 형성될 수 있다. 슬릿(SL1)에 인접한 제1 패턴(1210a)의 하단에서 제3 패턴(1230a)의 상단까지 제3 너비(W3a)를 갖도록 제1 패턴(1210a) 및 제3 패턴(1230a)이 형성될 수 있다. 제1 패턴(1210a)의 일 측 단부와 제3 패턴(1230a)의 일 측 단부는 제3 길이(L3a)만큼 이격될 수 있다. 제2 패턴(1220a)의 일 측 단부와 제3 패턴(1230a)의 타 측 단부는 제3 길이(L4a)만큼 이격될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c(b)를 참조하면, PCB의 배면을 형성하는 제2 레이어(1220)의 제1 패턴(1210p) 및 제2 패턴(1220p)은 제1 길이(L1b) 및 제2 길이(L2b)로 형성될 수 있다. 제1 패턴(1210p)의 제2 서브 패턴(1212p) 및 제2 패턴(1220p)은 제1 간격(G1b)만큼 이격되어 도전 패턴이 형성되지 않은 유전체 영역을 형성할 수 있다. 제1 패턴(1210p)의 제1 서브 패턴(1211p)의 단부와 제2 서브 패턴(1212p)의 단부는 제2 간격(G2b)만큼 이격될 수 있다.
제1 서브 패턴(1211p) 및 제2 서브 패턴(1212p)은 각각 제1 너비(W1a) 및 제2 너비(W2a)를 갖도록 구성될 수 있다. 제1 서브 패턴(1211p)은 제3 길이(L3b)로 형성되고 제2 서브 패턴(1212p)은 제1 길이(L1b)로 형성될 수 있다. 슬릿(SL1)에 인접한 제2 서브 패턴(1212p)의 일 측에서 제3 패턴(1230a)의 상단까지 제3 너비(W3a)를 갖도록 형성될 수 있다. 제1 패턴(1210p)의 일 측 단부와 제3 패턴(1230p)의 일 측 단부는 제3 길이(L3b)만큼 이격될 수 있다. 제2 패턴(1220p)의 일 측 단부와 제3 패턴(1230p)의 타 측 단부는 제3 길이(L4b)만큼 이격될 수 있다.
이와 관련하여, Wi-Fi 안테나가 형성되지 않은 제2 레이어의 제2 패턴(1220p)의 단부는 제1 레이어의 제2 패턴(1220a)의 단부에 대응되게 형성될 수 있다. 제2 레이어의 제2 패턴(1220p)은 제1 레이어의 제2 패턴(1220a)과 동일한 길이 및 동일한 너비로 형성될 수 있다. Wi-Fi 안테나가 형성된 제2 레이어의 제1 패턴(1210p)은 제1 레이어의 제1 패턴(1210a)보다 더 긴 길이로 형성될 수 있다. Wi-Fi 안테나가 형성된 제2 레이어의 제1 패턴(1210p)은 제1 레이어의 제1 패턴(1210a)과 동일한 너비로 형성될 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 7c를 참조하여 본 명세서에 따른 안테나 모듈을 구비한 차량에 대해 설명한다. 차량의 안테나 모듈(1000)은 제1 커버(1300u), 제2 커버(1300) 및 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)(1200)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 커버(1300u) 및 제2 커버(1300)는 각각 상부 커버 및 하부 커버에 대응될 수 있다. 제2 커버(1300)는 제1 커버(1300u)와 결합 가능하게 형성될 수 있다.
PCB(1200)는 제1 커버(1300u), 제2 커버(1300)의 내부 영역에 배치될 수 있다. PCB(1200)는 복수의 레이어들(multi-layers)을 구비할 수 있다. 복수의 레이어들을 구비하는 PCB(1200)는 제1 레이어(1210) 및 제2 레이어(1220)를 포함할 수 있다. 제1 레이어(1210) 및 제2 레이어(1220)는 PCB(1200)의 상부 레이어 및 하부 레이어일 수 있다. 도 6a를 참조하면, PCB(1200)는 제1 레이어(1210) 및 제2 레이어(1220) 사이에 배치되는 제3 레이어(1230)를 더 포함할 수 있다. 다층 기판에 해당하는 PCB(1200)가 N개의 레이어로 구성되는 경우, 제1 레이어(1210) 및 제2 레이어(1220)는 각각 Layer 1 및 layer N일 수 있다. 제3 레이어(1230)는 layer 2 내지 layer (N-1)을 포함할 수 있다. 예를 들어, PCB(1200)가 10개의 레이어로 구성되는 경우, 제1 레이어(1210) 및 제2 레이어(1220)는 각각 Layer 1 및 layer 10일 수 있다. 제3 레이어(1230)는 layer 2 내지 layer 9를 포함할 수 있다.
제1 레이어(1210)는 제어 소자 또는 방사체와 연결되는 패턴들을 구비할 수 있다. 제어 소자는 안테나 모듈(1100)에 배치되는 안테나 소자들로 전달되는 신호들을 제어할 수 있는 소자일 수 있다. 제어 소자는 텔레매틱스 제어 유닛, RF 회로 또는 이들과 연결될 수 있는 전자 소자일 수 있다. 제2 레이어(1220)는 그라운드로 동작하는 도전 패턴(1220g)과 급전 패턴(1220f)을 포함할 수 있다. 제2 레이어(1220)는 에지 부분(edge portion)에 도전 패턴이 제거된 슬롯(1200s)이 형성될 수 있다.
도전 패턴이 제거된 슬롯(1200s)의 구조에 대해 상세하게 설명한다. 슬롯(1200s)의 제1 외곽 영역을 형성하는 제1 패턴(1210p)과 제2 외곽 영역을 형성하는 제2 패턴(1220p)은 슬릿(SL)으로 나뉘어 질 수 있다.
제1 레이어(1210)의 패턴들 중 그라운드로 동작하는 패턴은 비아(via)를 통해 제2 레이어(1210)의 그라운드로 동작하는 도전 패턴과 연결될 수 있다. 이에 따라, PCB(1200)의 복수의 레이어들 간에 그라운드가 전기적으로 연결될 수 있다. 급전 패턴(1220f)은 연결 패턴(1220c)을 통해 제2 레이어(1220)의 제1 패턴(1210p)에 연결될 수 있다. 급전 패턴(1220f)을 급전 패드로 지칭할 수 있다. 급전 패드와 연결 패턴(1220c)을 포함하여 급전 패턴으로 지칭할 수 있다.
연결 패턴(1220c)은 복수의 서브 패턴들로 구성될 수 있다. 연결 패턴(1220c)은 제1 서브 패턴(1221c), 제2 서브 패턴(1222c) 및 제3 서브 패턴(1223c)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 서브 패턴(1221c)은 급전 패턴(1220f)과 연결될 수 있다. 제1 서브 패턴(1221c)은 제1 축 방향, 예를 들어 수직 방향으로 형성될 수 있다. 제2 서브 패턴(1222c)은 제1 서브 패턴(1221c)과 연결되고 제2 축 방향, 예를 들어 수평 방향으로 형성될 수 있다. 제3 서브 패턴(1223c)은 제2 서브 패턴(1222c)과 연결되고 제1 축 방향으로 형성될 수 있다. 제3 서브 패턴(1223c)은 제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p)의 단부와 연결될 수 있다.
제2 커버(1300)의 내부 표면에 도전 패턴을 구비할 수 있다. 제2 커버(1300)의 도전 패턴은 그라운드로 동작할 수 있다. 제2 커버(1300)의 도전 패턴은 제2 레이어(1220)의 제1 패턴(1210p)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 커버(1300)의 도전 패턴은 제2 레이어(1220)의 제2 패턴(1220p)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 커버(1300)는 도전 부(conductive portion)(1310) 및 비 도전 부(non-conductive portion)(1320)를 구비할 수 있다. 비 도전 부(1320)가 도전 부(1310)의 개구 영역(OA)에 결합되도록 구성될 수 있다. 제2 커버(1300)의 비 도전 부(1320)는 PCB(1200)의 슬롯(1200s)과 중첩되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, PCB(1200)의 슬롯(1200s)을 통해 방사되는 신호들이 제2 커버(1300)의 비 도전 부(1320)를 통해 차량 내부로 전달될 수 있다.
안테나 모듈(1000)은 부가 도전 패턴(added conductive pattern)(1250p)를 더 포함할 수 있다. 부가 도전 패턴(1250p)은 연결 패턴(1220c)이 연결된 지점에 내측으로 인접한 제1 외곽 영역의 제1 지점에서 유전체 컨택 부(1230c)를 통해 연결될 수 있다. 부가 도전 패턴(1250p)은 제1 외곽 영역의 내측으로 절곡되게 형성될 수 있다.
제2 레이어(1220)의 제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p)은 제1 서브 패턴(1211p) 및 제2 서브 패턴(1212p)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 레이어(1220)의 슬롯(1200s)은 제1 슬롯 영역(1210s) 및 제2 슬롯 영역(1220s)을 포함할 수 있다. 제2 레이어(1220)의 슬롯(1200s)은 제3 슬롯 영역(1230s) 및 제4 슬롯 영역(1240s)을 더 포함할 수 있다.
제1 서브 패턴(1211p)은 연결 패턴(1220c)과 연결될 수 있다. 제1 서브 패턴(1211p)은 연결 패턴(1220c)을 통해 급전 패턴(1220f)과 연결될 수 있다. 제2 서브 패턴(1212p)은 제1 서브 패턴(1211p)과 연결될 수 있다. 제2 서브 패턴(1212p)은 PCB(1200)의 단부 (에지 부분)를 형성할 수 있다.
제1 슬롯 영역(1210s)은 제1 서브 패턴(1211p)과 제2 외곽 영역의 제2 패턴(1220p)사이에 형성될 수 있다. 제2 슬롯 영역(1220s)은 제2 서브 패턴(1212p)과 제2 외곽 영역의 제2 패턴(1220p) 사이에 형성될 수 있다. 제2 서브 패턴(1212p)의 제2 길이는 제1 서브 패턴(1211p)의 제1 길이보다 더 길게 형성될 수 있다. 제2 슬롯 영역(1220s)의 제2 슬롯 길이는 제1 슬롯 영역(1210s)의 제1 슬롯 길이보다 더 짧게 형성될 수 있다. 이에 따라, 부가 도전 패턴(1250p)이 제1 슬롯 영역(1210s)에 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 부가 도전 패턴(1250p)은 제2 슬롯 영역(1220s)에 의해 형성되는 영역 내에 배치될 수 있다. 부가 도전 패턴(1250p)은 제2 커버(1300)의 비 도전 부(1320)를 통해 제2 커버(1300)의 외부 영역으로 신호를 방사할 수 있다. 부가 도전 패턴(1250p)은 제2 커버(1300)의 비 도전 부(1320)의 일 면에 형성될 수 있다. 부가 도전 패턴(1250p)은 제2 커버(1300)의 비 도전 부(1320)의 전면(front surface)에 배치될 수 있다. 제2 커버(1300)의 비 도전 부(1320)의 배면은 차량의 메탈 구조를 마주보도록 배치될 수 있다.
부가 도전 패턴(1250p)은 절곡된 도전 패턴들로 형성될 수 있다. 부가 도전 패턴(1250p)이 제한된 영역인 제2 슬롯 영역(1220s) 내에 배치될 수 있다. 부가 도전 패턴(1250p)은 제1 서브 도전 패턴(1251p) 및 제2 서브 도전 패턴(1252p)을 포함하도록 구성될 수 있다.
제1 서브 도전 패턴(1251p)은 제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p)과 연결될 수 있다. 제1 서브 도전 패턴(1251p)은 제1 축 방향, 예를 들어 수직 방향으로 연장되게 형성될 수 있다. 제2 서브 도전 패턴(1252p)은 제1 서브 도전 패턴(1251p)과 연결되고, 제1 서브 도전 패턴(1251p)의 단부에서 절곡되게 형성될 수 있다. 제2 서브 도전 패턴(1252p)은 제1 서브 도전 패턴(1251p)의 단부에서 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향, 예를 들어 수평 방향으로 연장되게 형성될 수 있다. 제2 서브 도전 패턴(1252p)은 제2 슬롯 영역(1220s)에서 제2 서브 패턴(1212p)을 향해 연장될 수 있다. 제2 서브 도전 패턴(1252p)의 단부가 제2 서브 패턴(1212p)의 단부와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p) 및 제2 외곽 영역의 제2 패턴(1220p)과 슬롯 영역(1200s)이 복수의 주파수 대역에서 신호를 방사하는 방사체(radiator)인 안테나 소자(1200r)를 형성할 수 있다. 안테나 소자(1200r)는 복수의 주파수 대역의 신호를 제2 커버(1300)의 비 도전 부(1320)를 통해 차량의 내부로 전달할 수 있다. 안테나 소자(1200r)는 복수의 Wi-Fi 주파수 대역에서 신호들을 차량 내부로 방사하여, 차량 내부에서 Wi-Fi 통신 서비스가 이루어지도록 구성될 수 있다.
이하, 복수의 주파수 대역에서 동작하는 Wi-Fi 안테나의 각 주파수 대역에서의 전류 경로 및 전계 분포에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 8 내지 도 11은 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역 내의 특정 주파수들에서의 전류 경로 및 전류 분포를 나타낸다. 도 8 내지 도 11의 제1 주파수 대역 내지 제4 주파수 대역 내의 특정 주파수들은 각각 2.14GHz, 3.24GHz, 5.38GHz 및 6.42GHz일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5a 내지 도 7c 및 도 8(a)를 참조하면, 슬롯 영역(1200s)에 인접한 도전 패턴들을 따라 제1 주파수 대역의 제1 전류 경로가 형성된다. 부가 도전 패턴(1250p)의 단부에서 일 측의 슬롯 영역에 인접한 제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p)을 따라 제1 전류 경로가 형성된다. 타 측의 슬롯 영역에 인접한 제2 외곽 영역의 제2 패턴(1220p)의 단부에서 급전 패턴(1220f)이 형성된 지점까지 제2 전류 경로가 형성된다. 슬롯 영역(1200s)은 제1 주파수 대역에서 반파장 폐쇄 슬롯 모드(half-wavelength closed slot mode)로 동작할 수 있다.
도 5a 내지 도 7c 및 도 8(b)를 참조하면, 제1 주파수 대역에서 제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p)으로부터 제2 외곽 영역의 제2 패턴(1220p)으로 제1 전계(electric field)가 커플링될 수 있다. 안테나 소자(1200r)는 커플링된 제1 전계에 의해 제1 주파수 대역에서 폐쇄 슬롯 모드(closed slot mode)인 제1 모드로 동작할 수 있다.
도 5a 내지 도 7c 및 도 9(a)를 참조하면, 슬롯 영역(1200s)에 인접한 도전 패턴들을 따라 제2 주파수 대역의 제3 전류 경로가 형성된다. 부가 도전 패턴(1250p)의 단부에서 일 측의 슬롯 영역에 인접한 제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p)을 따라 제3 전류 경로가 형성된다. 제3 전류 경로의 방향은 도 7a(a)의 제1 전류 경로의 방향과 반대 방향으로 형성될 수 있다. 급전 패턴(1220f)과 제2 도전 패드(CP2) 사이의 지점에서 타 측의 슬롯 영역에 인접한 제2 외곽 영역의 제2 패턴(1220p)의 단부까지 제4 전류 경로가 형성된다. 제4 전류 경로의 방향은 도 7a(a)의 제2 전류 경로의 방향과 반대 방향으로 형성될 수 있다. 슬롯 영역(1200s)은 제2 주파수 대역에서 4반파장 개방 슬롯 모드(quadrature-wavelength open slot mode)로 동작할 수 있다.
도 5a 내지 도 7c 및 도 9(b)를 참조하면, 제2 주파수 대역에서 슬롯(1200s)의 제1 외곽 영역의 및 제2 외곽 영역을 통해 제2 전계가 형성될 수 있다. 안테나 소자(1200r)는 제2 전계에 의해 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드(open slot mode)인 제2 모드로 동작할 수 있다. 슬롯(1200s)의 내부에서 강한 전계 분포로 개방 슬롯 모드인 제2 모드가 형성될 수 있다. 슬롯(1200s)의 내부인 제3 슬롯 영역(1230s)의 필드 분포가 다른 슬롯 영역보다 더 높게 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 7c 및 및 도 10(a)를 참조하면, 급전 패턴(1220f)의 위치를 기준으로 슬롯(1200s) 및 부가 도전 패턴(1250p)으로 전류 경로가 형성된다. 제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p)에서 부가 도전 패턴(1250p)의 단부를 향해 제3 주파수 대역의 제5 전류 경로가 형성된다. 안테나 소자(1200r)는 부가 도전 패턴(1250p)의 단부를 향해 PIFA (Planar Inverted-F Antenna) 모드로 동작할 수 있다. 제5 전류 경로의 방향은 도 7a(a)의 제1 전류 경로의 방향과 반대 방향이고 도 8(a)의 제3 전류 방향과 동일한 방향으로 형성될 수 있다.
일 측 및 타 측의 슬롯 영역(1200s)을 통해 제3 주파수 대역의 제6 전류 경로가 형성될 수 있다. 제6 전류 경로의 방향은 슬롯 영역(1200s)의 일 측에서 도 8(a)의 제3 전류 방향과 반대 방향으로 형성될 수 있다. 제6 전류 경로의 방향은 슬롯 영역(1200s)의 타 측에서 도 8(a)의 제4 전류 방향과 동일한 방향으로 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 7c 및 도 10(b)를 참조하면, 제3 주파수 대역에서 연결 패턴(1200c)이 형성된 영역, 슬롯 영역(1200s)의 제1 외곽 영역 및 제2 외곽 영역을 통해 제3 전계가 형성될 수 있다. 제3 전계의 피크 영역이 제1 슬롯 영역(1210s), 제3 슬롯 영역(1230s) 및 제4 슬롯 영역(1240s)에 형성될 수 있다. 제3 슬롯 영역(1230s) 및 제4 슬롯 영역(1240s)은 각각 제1 도전 패드(CP1) 및 제2 도전 패드(CP2)가 형성된 영역일 수 있다. 안테나 소자(1200r)는 부가 도전 패턴(1250p)의 단부를 향해 PIFA (Planar Inverted-F Antenna) 모드로 동작할 수 있다. 안테나 소자(1200r)는 제3 전계에 의해 제2 주파수 대역보다 높은 제3 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드와 PIFA 모드가 결합된 제3 모드로 동작할 수 있다.
도 5a 내지 도 7c 및 도 11(a)를 참조하면, 4반파장 개방 슬롯 모드(quadrature-wavelength open slot mode)로 전류 경로가 슬롯(1200s)에 형성될 쉬 있다. 제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p)에서 부가 도전 패턴(1250p)의 단부를 향해 제4 주파수 대역의 제7 전류 경로가 형성된다. 안테나 소자(1200r)는 부가 도전 패턴(1250p)의 단부를 향해 PIFA (Planar Inverted-F Antenna) 모드로 동작할 수 있다. 제7 전류 경로의 방향은 부가 도전 패턴(1230)에서 도 9a(a)의 제5 전류 경로의 방향과 반대 방향으로 형성될 수 있다. 제7 전류 경로의 방향은 제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p)에서 도 9a(a)의 제5 전류 경로와 동일한 방향으로 형성될 수 있다.
일 측 및 타 측의 슬롯 영역(1200s)을 통해 제4 주파수 대역의 제8 전류 경로가 형성될 수 있다. 제8 전류 경로의 방향은 슬롯 영역(1200s)의 일 측의 일부 영역 및 다른 부분에서 각각 도 9(a)의 제6 전류 방향과 동일한 방향 및 반대 방향으로 형성될 수 있다. 제8 전류 경로의 방향은 슬롯 영역(1200s)의 타 측에서 도 9(a)의 제6 전류 방향과 반대 방향으로 형성될 수 있다.
도 5a 내지 도 7c 및 도 11(b)를 참조하면, 제4 주파수 대역에서 연결 패턴(1220c)이 형성된 영역 및 제1 외곽 영역을 통해 제4 전계가 형성될 수 있다. 제4전계의 피크 영역이 제1 슬롯 영역(1210s) 및 제3 슬롯 영역(1230s)에 형성될 수 있다. 제3 슬롯 영역(1230s)은 제1 도전 패드(CP1)가 형성된 영역일 수 있다. 안테나 소자(1200r)는 부가 도전 패턴(1250p)의 단부를 향해 PIFA (Planar Inverted-F Antenna) 모드로 동작할 수 있다. 안테나 소자(1200r)는 제4 전계에 의해 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드와 PIFA 모드가 결합된 제4 모드로 동작할 수 있다.
전술한 바와 같이, PCB(1200)는 복수의 레이어들로 적층된 다층 기판 구조일 수 있다. PCB(1200)는 제1 레이어(1210)와 제2 레이어(1220) 사이에 배치되는 적어도 하나의 제3 레이어(1230)를 더 포함할 수 있다. 제1 및 제2 슬롯 영역(1210s, 1220s)을 포함하는 슬롯 영역(1200s)은 제3 및 제4 슬롯 영역(1230s, 1240s)을 더 포함할 수 있다.
제3 슬롯 영역(1230s)은 제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p)의 내측 단부에 인접하게 제1 패턴(1210p)보다 더 내측 영역에 형성될 수 있다. 제3 슬롯 영역(1230s)에 급전 패턴(1220f)이 배치될 수 있다. 제3 슬롯 영역(1230s)은 급전 패턴(1220f)과 인접한 적어도 하나의 도전 패드(CP1a, CP1b)를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 도전 패드(CP1a, CP1b)를 제1 도전 패드(CP1)를 구성할 수 있다.
제4 슬롯 영역(1240s)은 제2 외곽 영역의 제2 패턴(1220p)의 내측 단부에 인접하게 제2 패턴(1220p)보다 더 내측 영역에 형성될 수 있다. 제4 슬롯 영역(1240s)에 적어도 하나의 제2 도전 패드(CP2)가 배치될 수 있다. 제4 슬롯 영역(1240s)은 제2 외곽 영역의 제2 패턴(1220p)과 제3 패턴(1230p) 사이에 형성된 적어도 하나의 제2 도전 패드(CP2)를 포함할 수 있다. 제3 패턴(1230p)은 제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p) 및 제2 외곽 영역의 제2 패턴(1220p)을 연결하도록 구성도리 수 있다. 제3 패턴(1230p)은 제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p) 및 제2 외곽 영역의 제2 패턴(1220p)보다 더 내측 영역에 형성될 수 있다.
슬릿(SL)은 제3 레이어(1230)에 유전체 영역이 제거된 제1 슬릿 영역(SL1)을 포함할 수 있다. 제1 슬릿 영역(SL1)은 제1 서브 패턴(1210p)과 적어도 하나의 도전 패드(CP1a, CP1b) 사이에 형성될 수 있다. 슬릿(SL)은 제3 레이어(1230)에 유전체 영역이 제거된 제2 슬릿 영역(SL2)을 더 포함할 수 있다. 제2 슬릿 영역(SL2)은 제2 외곽 영역의 제2 패턴(1220p)과 적어도 하나의 제2 도전 패드(CP2) 사이에 형성될 수 있다. 유전체 영역이 제거된 제1 및 제2 슬릿 영역(SL1, SL2)에 의해 PCB(1200)의 방사체들 간에 표면 전류에 의한 간섭 수준을 저감할 수 있다. 제1 및 제2 슬릿 영역(SL1, SL2)을 급전 패턴(1220f)과 제1 및 제2 도전 패드(CP1, CP2)에 인접하게 형성할 수 있다. 이에 따라, PCB(1200) 상에 배치되거나 PCB(1200)의 도전 패턴과 연결된 방사체들 간에 간섭 수준을 저감할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 안테나 모듈은 슬롯 안테나 구조로 동작하는 Wi-Fi 안테나 이외에 도 4에 도시된 바와 같이 4G 주파수 대역 및 5G Sub6 주파수 대역에서 무선 통신을 수행하는 복수의 안테나 소자(1100-1 내지 1100-4)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나 소자(1100-1 내지 1100-4)는 특정 주파수 대역의 신호들을 제1 커버(1300u)의 비 도전 부를 통해 차량의 외부로 방사하여 차량 외부의 엔티티와 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 안테나 모듈은 급전 패턴과 그라운드 패턴 사이에 임피던스 매칭 회로를 구현하여 안테나 특성을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여, 도 12a는 PCB의 하부 레이어에 구현되는 안테나 모듈의 구조도와 급전 패턴과 그라운드 패턴 사이의 급전 패턴과 주변 영역을 확대한 도면이다. 도 12b는 도 12a의 급전 패턴과 안테나 소자 사이에 임피던스 매칭 회로가 구현된 등가 회로와 임피던스 매칭 회로 유무에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 7a, 도 7b 및 도 12a(a)를 참조하면, 제2 레이어의 제1 패턴(1210p) 및 제2 패턴(1220p)은 소정 간격(G1b, Gb)만큼 이격되게 형성될 수 있다. 제2 레이어의 제1 패턴(1210p) 및 제2 패턴(1220p)는 G1b=9.7mm 또는 Gb =10mm만큼 이격되게 형성될 수 있다. 급전 패턴(1220f)은 연결 패턴(1220c)을 통해 제1 패턴(1210p)의 제1 지점과 연결될 수 있다. 제1 패턴(1210p)의 제1 지점은 제1 패턴(1210p)의 일 단부로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 추가 도전 패턴(1250p)은 제1 패턴(1210p)의 단부 내측의 제2 지점과 연결될 수 있다.
도 7a, 도 7b 및 도 12a 내지 도 12b(a)를 참조하면, 급전 포트(FP)는 급전 패턴(1220f)과 직렬로 연결된 커패시터(C1) 및 그라운드와 병렬로 연결된 인덕터(L1)를 통해 안테나 소자(1200r)에 연결된다. 커패시터(C1)의 커패시턴스 값 및 인덕터(L1)의 인덕턴스 값은 각각 1pF 및 5nH에서 소정 범위 내의 값으로 설정될 수 있다. 안테나 소자(1200r)는 제2 레이어에 배치되는 제1 패턴(1210p) 및 제2 패턴(1220p)을 포함할 수 있다.
도 12b(a) 및 도 12b(b)를 참조하면, 커패시터(C1) 및 인덕터(L1)로 이루어진 임피던스 매칭 회로(1200m)가 급전 포트(FP)와 안테나 소자(1200r) 사이에 배치될 수 있다. 도 11b(b)는 임피던스 매칭 회로(1200m) 유무에 따른 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다. 도 11b(b)의 (i) 임피던스 매칭 회로가 형성되지 않은 구조를 참조하면, 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역에서 반사 계수가 약 -5dB의 값을 갖는다. 도 11b(b)의 (ii) 임피던스 매칭 회로가 형성된 구조를 참조하면, 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역의 중심 주파수에서 반사 계수가 -10dB 이하의 값을 갖는다. 따라서, (i) 임피던스 매칭 회로가 형성되지 않은 구조에 비해 (ii) 임피던스 매칭 회로가 형성된 구조가 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역에서 안테나 특성이 향상된다.
한편, 본 명세서에 따른 안테나 모듈은 별도의 도전 패턴이 슬롯 영역에 배치되어, 제2 레이어의 제1 및 제2 패턴과 커플링되고 제3 패턴과 연결되도록 구성될 수도 있다. 이와 관련하여, 도 13은 커플링 구조를 형성하는 별도의 도전 패턴이 슬롯 영역에 배치되는 구조를 나타낸다. 도 14는 도 13의 커플링 구조의 안테나 모듈의 각 구조의 수치를 나타낸다.
도 13(a) 및 도 14를 참조하면, 커플링 구조를 형성하는 별도의 도전 패턴인 추가 도전 패턴(1250c)이 급전 패턴(1220f)과 연결 패턴(1220c2)을 통해 연결될 수 있다. 추가 도전 패턴(1250c)은 다층 기판 구조의 PCB(1200)와 별도의 PCB로 구현되거나 또는 PCB(1200)의 제2 레이어에 별도의 도전 패턴으로 구현될 수 있다. 추가 도전 패턴(1250c)은 커플링 구조를 형성하므로 커플링 패턴으로 지칭할 수 있다. 제2 레이어의 제1 패턴(1210p) 및 제2 패턴(1220p)이 소정 간격(Gc)만큼 이격되어 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 12(a)의 제1 패턴(1210p) 및 제2 패턴(1220p)의 간격(Gc)은 도 11a(a)의 제1 패턴(1210p) 및 제2 패턴(1220p)의 간격(Gb)보다 좁게 형성될 수 있다.
도 13(b) 및 도 14를 참조하면, 제2 레이어의 제1 패턴(1210)을 통해 Wi-Fi 주파수 대역 중 저대역(low band, LB)의 신호가 방사될 수 있다. 추가 도전 패턴(1250c)과 제1 패턴(1210)의 커플링 구조를 통해 저 대역(LB)에서 Wi-Fi 방사체가 구현될 수 있다. 제2 레이어의 제2 패턴(1220)을 통해 Wi-Fi 주파수 대역 중 고대역(high band, HB)의 신호가 방사될 수 있다. 추가 도전 패턴(1250c)의 단부들은 제2 레이어의 제1 패턴(1210)의 단부 및 제2 패턴(1220)의 단부와 소정 갭 간격만큼 이격되게 형성되어 커플링 구조를 형성할 수 있다. 추가 도전 패턴(1250c)은 도 6a의 급전 패턴이 연결되는 제1 지점(P1)과 상이한 제2 지점(P2)에서 연결 패턴(1220c2)을 통해 제3 패턴(1230p)과 연결될 수 있다. 제2 지점(P2)은 제1 지점(P1)보다 더 외측 영역에 형성될 수 있다. 제1 지점(P1)의 급전 패턴은 다른 안테나 소자와 연결될 수도 있다. 추가 도전 패턴(1250c)은 제2 연결 패턴(1220c3)을 통해 제1 패턴(1230p)과도 연결될 수 있다.
도 7c의 제1 구조의 안테나 소자와 도 13b 및 도 14의 제2 구조의 안테나 소자에 대해 설명한다. 제1 구조의 안테나 소자와 제2 구조의 안테나 소자의 슬롯 길이(Sc)는 47.1mm로 동일하게 설정될 수 있다. 제1 구조의 제1 패턴의 너비(W2b)와 제2 구조의 제1 패턴의 너비(W2c)는 동일하게 설정될 수 있다. 제1 구조의 제1 패턴의 너비(W3b)와 제2 구조의 제1 패턴의 너비(W3c)는 동일하게 설정될 수 있다.
제2 구조의 제1 패턴의 길이(L1c)는 제1 구조의 제1 패턴의 길이(L1b)보다 더 길게 형성될 수 있다. 이에 따라, 제2 구조의 갭 간격(Gc)은 약 1.1mm로 제1 구조의 갭 간격(G1b)보다 좁게 설정될 수 있다. 추가 도전 패턴(1250c)의 제1 패턴과 갭 간격(G2c), 예를 들어 약 0.4mm만큼 이격되어 설정될 수 있다. 이에 따라, 추가 도전 패턴(1250c)과 제1 패턴(1210)의 커플링 구조를 통해 저 대역(LB)에서 Wi-Fi 방사체가 구현될 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 커플링 구조의 안테나 모듈의 도전 패턴은 슬롯 영역 내에 유전체 구조물에 프린트된 구조로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 15는 안테나 모듈을 구성하는 PCB의 하부 레이어의 전면도와 측면 사시도를 나타낸다. 도 16은 도 7a의 제1 구조의 안테나와 도 15의 제2 구조의 안테나의 효율 특성을 비교한 것이다.
도 15(a)를 참조하면, 다층 기판으로 구성된 PCB(1200)의 배면에 제2 레이어(1220)의 도전 패턴이 형성될 수 있다. 제2 레이어(1220)의 제1 패턴(1210p)과 제2 패턴(1220p) 사이에 슬롯(1200s)이 형성될 수 있다. 도 15(b)를 참조하면, 슬롯(1200s)에 PCB(1200)의 유전체가 제거되고 별도의 유전체 캐리어가 배치될 수 있다. 유전체 캐리어에 제1 추가 도전 패턴(1251c) 및 제2 추가 도전 패턴(1252c)이 커플링 구조로 형성될 수 있다. 제1 추가 도전 패턴(1251c) 및 제2 추가 도전 패턴(1252c)이 추가 도전 패턴(1250c)을 형성할 수 있다. 급전 패턴(1220f)은 연결 패턴(1220c)을 통해 유전체 캐리어의 일 면에 형성된 제1 추가 도전 패턴(1251c)과 연결될 수 있다.
도 7a 및 도 16를 참조하면, (i) 제1 구조의 안테나는 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역, 즉 저 대역에서 0.8 내지 0.9 사이의 안테나 효율을 갖는다. 도 14 내지 도 16를 참조하면, 2.4GHz에서 (ii) 제2 구조의 안테나는 (i) 제1 구조의 안테나에 비해 높은 안테나 효율을 갖지만, 협 대역(narrow band) 특성을 갖는다. 이와 관련하여, (i) 제1 구조의 안테나는 제1 패턴 및 제2 패턴 이외에 별도의 추가 도전 패턴(1250p)이 형성되어 저 대역인 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역 전체에서 높은 안테나 효율을 갖는다. 반면에, (ii) 제2 구조의 안테나는 제1 패턴 및 제2 패턴이 좁은 갭 간격으로 형성되어 별도의 추가 도전 패턴(1250c)을 배치할 수 없다. 제2 구조의 안테나는 추가 도전 패턴(1250p) 대신에 제1 패턴(1210p)의 하부의 슬롯 영역에 추가 도전 패턴(1250c)을 배치하여 저 대역에서 공진 구조로 형성된다.
따라서, 전술한 바와 같이 (ii) 제2 구조의 안테나는 (i) 제1 구조의 안테나에 비해 높은 안테나 효율을 갖지만, 협 대역(narrow band) 특성을 갖는다. 이에 따라 중심 주파수인 2.4GHz에서 협 대역으로 고 효율 Wi-Fi 안테나를 구현하기 위해 (ii) 제2 구조의 안테나가 형성될 수 있다. 반면에, 제1 주파수 대역 및 제2 주파수 대역 전체에서 높은 안테나 효율을 달성하기 위해 (i) 제1 구조의 안테나가 형성될 수 있다.
본 명세서에 따른 차량용 안테나 모듈은 차량의 루프 구조와 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 도 17은 본 명세서에 따른 안테나 모듈 구조가 차량의 루프 구조와 결합되는 사시도를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 1a 내지 도 1c의 루프 구조(2000a, 2000b, 2000c)는 도 17과 같이 루프 구조(2000)로 형성될 수 있다. 한편, 안테나 모듈을 구비하는 차량의 루프 구조(2000)는 도 17과 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.
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 홈 부(GP1) 및 제2 홈 부(GP2)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(2011) 및 제2 돌출 부(2021)를 통해 각각 하부 루프 구조와 체결될 수 있다.
제1 고정부(2010) 및 제1 돌출 부(2011)는 제1 홈 부(GP1)를 통해 제1 커플링 부재(2030)에 의해 고정되게 구성될 수 있다. 제2 고정부(2020) 및 제2 돌출 부(2021)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 모듈 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.
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 18은 실시 예에 따른 안테나 모듈과 상기 안테나 모듈이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다. 구체적으로, 도 18은 안테나 모듈에 해당하는 안테나 모듈이 차량 루프 내부에 배치되어, 주변 전자 기기, 차량 및 인프라 구조와 통신을 수행하는 차량의 구성도를 나타낸다.
도 18을 참조하면, 차량에 안테나 모듈(1000)이 탑재되고, 안테나 모듈(1000)은 자체적으로 또는 도 3의 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.
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 18을 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 모듈을 통해 무선 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 1a 내지 도 18을 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.
도 1a 내지 도 18을 참조하여, 본 명세서의 다른 양상에 따른 안테나 모듈(1000)을 구비하는 차량(500)에 대해 설명한다. 차량(500)은 차량의 루프 구조(2000) 및 루프 구조(2000)에 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. 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 통해 안테나 모듈(1000)을 제어하도록 구성될 수 있다.
루프 구조(2000)는 차량의 외관으로 형성될 수 있다. 루프 구조(2000)는 제1 고정부(fixing part)(2010)와 제2 고정부(2020)를 포함할 수 있다. 루프 구조(2000)에 안테나 모듈(1000)이 배치될 수 있다.
안테나 모듈(1000)은 제1 커버(1300u) 및 제1 커버(1300u)와 결합 가능하게 형성된 제2 커버(1300)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(1000)은 제1 커버(1300u)와 제2 커버(1300)의 내부에 배치되는 복수의 레이어들(multi-layers)을 구비한 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)(1200)를 포함할 수 있다.
복수의 레이어들(multi-layers)을 구비한 PCB(1200)는 제어 소자 또는 방사체와 연결될 수 있는 패턴들을 구비한 제1 레이어(1210)를 포함할 수 있다. PCB(1200)는 그라운드로 동작하는 도전 패턴(1220g)과 급전 패턴(1220f)을 포함하는 제2 레이어(1200)를 포함할 수 있다. 제2 레이어(1200)는 에지 부분(edge portion)에 도전 패턴이 제거된 슬롯(1200)이 형성될 수 있다.
슬롯(1200s)의 제1 외곽 영역을 형성하는 제1 패턴(1210p)과 제2 외곽 영역을 형성하는 제2 패턴(1210p)은 도전 패턴이 제거된 유전체 영역인 슬롯 영역(1210s, 1220s)에 의해 나뉘어질 수 있다. 제1 레이어(1210)의 패턴들 중 그라운드로 동작하는 패턴은 비아(via)를 통해 상기 제2 레이어(1220)의 도전 패턴과 연결될 수 있다. 급전 패턴(1220f)은 연결 패턴(1220c)을 통해 제1 패턴(1210p)에 연결될 수 있다. 제2 커버(1300)의 내부 표면에 도전 패턴을 구비할 수 있다. 제2 커버(1300)의 도전 패턴은 제1 패턴(121p)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 커버(1300)는 비 도전 부(non-conductive portion)(1320)를 구비할 수 있다. 비 도전 부(non-conductive portion)(1320)는 PCB(1200)의 슬롯(1200s)과 중첩(overlap)되어 복수의 주파수 대역의 신호들이 방사되도록 구성될 수 있다.
안테나 모듈은 부가 도전 패턴(added conductive pattern)(1250p)을 더 포함할 수 있다. 부가 도전 패턴(1250p)은 연결 패턴(1220c)이 연결된 지점에 내측으로 인접한 제1 외곽 영역의 제1 지점에서 유전체 컨택 부(1230c)를 통해 연결되고 제1 외곽 영역의 내측으로 절곡되게 형성될 수 있다.
제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p)은 연결 패턴(1220c)과 연결되는 제1 서브 패턴(1211p)을 포함할 수 있다. 제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p)은 제1 서브 패턴(1211p)과 연결되고 상기 PCB의 단부를 형성하는 제2 서브 패턴(1212p)을 더 포함할 수 있다.
슬롯 영역은 제1 서브 패턴(1211p)과 제2 외곽 영역 사이에 형성되는 제1 슬롯 영역(1210s) 및 제2 서브 패턴(1212p)과 제2 외곽 영역 사이에 형성되는 제2 슬롯 영역(1220s)을 포함할 수 있다. 슬롯 영역은 급전 패드(1220f)가 배치된 제3 슬롯 영역(1230s)을 포함할 수 있다. 제2 서브 패턴(1212p)의 제2 길이는 제1 서브 패턴(1211p)의 제1 길이보다 더 길게 형성될 수 있다. 제2 슬롯 영역(1220s)의 제2 슬롯 길이는 제1 슬롯 영역(1210s)의 제1 슬롯 길이보다 더 짧게 형성될 수 있다. 부가 도전 패턴(1250p)은 제1 슬롯 영역(1210s) 내에 의해 형성되는 영역 내에 배치될 수 있다. 부가 도전 패턴(1250p)은 제2 커버(1300)의 비 도전 부(1320)를 통해 복수의 주파수 대역의 신호들을 방사할 수 있다.
제1 외곽 영역의 제1 패턴(1210p) 및 제2 외곽 영역의 제2 패턴(1220p) 및 슬롯(1200s)을 통해 복수의 주파수 대역에서 신호를 방사하는 안테나 소자(1200r)를 형성할 수 있다. 안테나 소자(1200r)는 복수의 주파수 대역의 신호를 제2 커버(1300)의 비 도전 부(1320)를 통해 차량의 내부로 전달할 수 있다.
제1 주파수 대역에서 제1 외곽 영역으로부터 제2 외곽 영역으로 제1 전계(electric field)가 커플링될 수 있다. 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 슬롯(1200s)의 제1 외곽 영역 및 제2 외곽 영역을 통해 제2 전계가 형성될 수 있다. 안테나 소자(1200r)는 커플링된 상기 제1 전계에 의해 제1 주파수 대역에서 폐쇄 슬롯 모드(closed slot mode)인 제1 모드로 동작할 수 있다. 안테나 소자(1200r)는 제2 전계에 의해 상기 제2 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드(open slot mode)인 제2 모드로 동작할 수 있다.
제3 주파수 대역에서 연결 패턴(1220c)이 형성된 영역, 제1 외곽 영역 및 제2 외곽 영역을 통해 제3 전계가 형성될 수 있다. 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 연결 패턴(1220c)이 형성된 영역 및 제1 외곽 영역을 통해 제4 전계가 형성될 수 있다. 연결 패턴(1220c)이 형성된 영역에서 연결 패턴(1220c)이 제1 패턴(1210p)에 연결되어 PIFA (Planar Inverted-F Antenna) 모드로 동작할 수 있다 안테나 소자(1200r)는 제3 전계에 의해 제2 주파수 대역보다 높은 제3 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드와 PIFA 모드가 결합된 제3 모드로 동작할 수 있다. 안테나 소자(1200r)는 제4 전계에 의해 제4 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드와 PIFA 모드가 결합된 제4 모드로 동작할 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 소자로 지칭될 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 도 4a의 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 차량에게 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, 차량의 루프 구조에 배치되는 차량 외부에 배치되는 안테나 모듈에서 하부 커버의 비 도전 부를 통해 차량 내부로 무선 신호를 방사할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량의 루프 구조에 배치되는 안테나 모듈에서 무선 신호를 슬롯 구조의 안테나 소자와 하부 커버의 비 도전 부를 통해 차량 내부로 Wi-Fi 무선 신호를 전달할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량용 안테나 모듈에서 슬롯 영역에 형성된 도전 ㅍ패턴들과 부가 도전 패턴을 통해 Wi-Fi 주파수 대역들에서 다중 대역 공진하는 안테나 소자를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, 차량용 안테나 모듈에서 슬롯 영역에 형성된 도전 패턴들과 부가 도전 패턴을 통해 Wi-Fi 주파수 대역들 별로 서로 다른 전류 경로를 형성하여 다중 모드 동작하는 안테나 구조를 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, PCB의 전면과 배면에 각각 다중 입출력(MIMO)을 위한 4G/5G 안테나와 Wi-Fi 안테나를 배치하여, 4G/5G 안테나와 Wi-Fi 안테나의 성능을 모두 최적화하면서 격리도를 유지할 수 있는 구성을 제공할 수 있다.
본 명세서에 따르면, PCB의 전면과 배면에 각각 4G/5G 안테나와 Wi-Fi 안테나를 배치하여, 안테나 모듈의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 따르면, PCB의 전면과 배면에 각각 다중 입출력(MIMO)을 위한 4G/5G 안테나와 Wi-Fi 안테나를 배치하여, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 모듈을 차량에 탑재할 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 (21)

  1. 차량에 있어서,
    제1 커버;
    상기 제1 커버와 결합 가능하게 형성된 제2 커버; 및
    상기 제1 커버와 상기 제2 커버의 내부에 배치되는 복수의 레이어들(multi-layers)을 구비한 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)를 포함하고,
    상기 복수의 레이어들을 구비하는 상기 PCB는,
    제어 소자와 연결되는 패턴들을 구비한 제1 레이어; 및
    그라운드로 동작하는 도전 패턴과 급전 패턴을 포함하는 제2 레이어 - 상기 제2 레이어는 에지 부분(edge portion)에 도전 패턴이 제거된 슬롯이 형성됨 - 을 포함하고,
    상기 슬롯의 제1 외곽 영역을 형성하는 제1 패턴과 제2 외곽 영역을 형성하는 제2 패턴은 슬릿으로 나뉘어지고,
    상기 제1 레이어의 상기 패턴들 중 그라운드로 동작하는 패턴은 비아(via)를 통해 상기 제2 레이어의 상기 도전 패턴과 연결되고, 상기 급전 패턴은 연결 패턴을 통해 상기 제1 패턴에 연결되고,
    상기 제2 커버의 내부 표면에 도전 패턴을 구비하고, 상기 제2 커버의 상기도전 패턴은 상기 제1 패턴과 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 커버는 비 도전 부(non-conductive portion)를 구비하고, 상기 비 도전 부는 상기 PCB의 상기 슬롯과 중첩(overlap)되도록 구성되는, 차량.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 연결 패턴이 연결된 지점에 내측으로 인접한 상기 제1 외곽 영역의 제1 지점에서 유전체 컨택 부를 통해 연결되고 상기 제1 외곽 영역의 내측으로 절곡되게 형성된 부가 도전 패턴(added conductive pattern)을 더 포함하는, 차량.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 외곽 영역의 상기 제1 패턴은 상기 연결 패턴과 연결되는 제1 서브 패턴 및 상기 제1 서브 패턴과 연결되고 상기 PCB의 단부를 형성하는 제2 서브 패턴을 포함하고,
    상기 슬롯은 상기 제1 서브 패턴과 상기 제2 외곽 영역 사이에 형성되는 제1 슬롯 영역 및 상기 제2 서브 패턴과 상기 제2 외곽 영역 사이에 형성되는 제2 슬롯 영역을 포함하는, 차량.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 서브 패턴의 제2 길이는 상기 제1 서브 패턴의 제1 길이보다 더 길게 형성되고,
    상기 제2 슬롯 영역의 제2 슬롯 길이는 상기 제1 슬롯 영역의 제1 슬롯 길이보다 더 짧게 형성되고,
    상기 부가 도전 패턴은 상기 제1 슬롯 영역에 의해 형성되는 영역 내에 배치되고, 상기 제2 커버의 상기 비 도전 부를 통해 신호를 방사하는, 차량.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 부가 도전 패턴은 상기 제2 커버의 상기 비 도전 부의 일 면에 형성되고,
    상기 부가 도전 패턴은 상기 제2 커버의 비 도전 부를 통해 상기 차량의 내부로 신호를 전달하는, 차량.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 부가 도전 패턴은,
    상기 제1 외곽 영역의 상기 제1 패턴과 연결되고, 제1 축 방향으로 연장되게 형성되는 제1 서브 도전 패턴; 및
    상기 제1 서브 도전 패턴의 단부에서 상기 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 연장되게 형성되는 제2 서브 도전 패턴을 포함하고,
    상기 제2 서브 도전 패턴은 상기 제2 슬롯 영역에서 상기 제2 서브 패턴을 향해 연장되어, 상기 제2 서브 도전 패턴의 단부가 상기 제2 서브 패턴의 단부와 소정 간격 이격되어 배치되는, 차량.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 외곽 영역의 상기 제1 패턴 및 상기 제2 외곽 영역의 상기 제2 패턴 및 상기 슬롯을 통해 복수의 주파수 대역에서 신호를 방사하는 안테나 소자를 형성하고,
    상기 안테나 소자는 상기 복수의 주파수 대역의 신호를 상기 제2 커버의 비 도전 부를 통해 상기 차량의 내부로 전달하는, 차량.
  8. 제7 항에 있어서,
    제1 주파수 대역에서 상기 제1 외곽 영역으로부터 상기 제2 외곽 영역으로 제1 전계(electric field)가 커플링되고,
    상기 안테나 소자는 상기 커플링된 상기 제1 전계에 의해 상기 제1 주파수 대역에서 폐쇄 슬롯 모드(closed slot mode)인 제1 모드로 동작하는, 차량.
  9. 제8 항에 있어서,
    제2 주파수 대역에서 상기 슬롯의 상기 제1 외곽 영역 및 상기 제2 외곽 영역을 통해 제2 전계가 형성되고,
    상기 안테나 소자는 상기 제2 전계에 의해 상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드(open slot mode)인 제2 모드로 동작하는, 차량.
  10. 제9 항에 있어서,
    제3 주파수 대역에서 상기 연결 패턴이 형성된 영역, 상기 제1 외곽 영역 및 상기 제2 외곽 영역을 통해 제3 전계가 형성되고,
    상기 안테나 소자는 상기 부가 도전 패턴의 단부를 향해 PIFA (Planar Inverted-F Antenna) 모드로 동작하고,
    상기 안테나 소자는 상기 제3 전계에 의해 상기 제2 주파수 대역보다 높은 제3 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드와 PIFA 모드가 결합된 제3 모드로 동작하는, 차량.
  11. 제10 항에 있어서,
    제4 주파수 대역에서 상기 연결 패턴이 형성된 영역 및 상기 제1 외곽 영역을 통해 제4 전계가 형성되고,
    상기 안테나 소자는 상기 부가 도전 패턴의 단부를 향해 PIFA (Planar Inverted-F Antenna) 모드로 동작하고,
    상기 안테나 소자는 상기 제4 전계에 의해 상기 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드와 PIFA 모드가 결합된 제4 모드로 동작하는, 차량.
  12. 제3 항에 있어서,
    상기 PCB는,
    상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어 사이에 배치되는 적어도 하나의 제3 레이어를 더 포함하는, 차량.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 슬롯 영역은 상기 제1 외곽 영역의 제1 패턴의 내측 단부에 인접하게 형성되고, 상기 급전 패턴이 배치된 제3 슬롯 영역을 더 포함하고,
    상기 제3 슬롯 영역은 상기 급전 패턴과 인접한 적어도 하나의 도전 패드를 포함하고,
    상기 슬릿은 상기 제3 레이어에 유전체 영역이 제거된 제1 슬릿 영역을 포함하고,
    상기 제1 슬릿 영역은 상기 제1 서브 패턴과 상기 적어도 하나의 도전 패드 사이에 형성되는, 차량.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 슬롯 영역은 상기 제2 외곽 영역의 제2 패턴의 내측 단부에 인접하게 형성된 제4 슬롯 영역을 더 포함하고,
    상기 제4 슬롯 영역은 상기 제2 외곽 영역의 제2 패턴과 제3 패턴 사이에 형성된 적어도 하나의 제2 도전 패드 - 상기 제3 패턴은 상기 제1 패턴 및 상기 제2 패턴을 연결하도록 구성됨 - 를 포함하고,
    상기 슬릿은 상기 제3 레이어에 유전체 영역이 제거된 제2 슬릿 영역을 더 포함하고,
    상기 제2 슬릿 영역은 상기 제2 패턴과 상기 적어도 하나의 제2 도전 패드 사이에 형성되는, 차량.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 레이어에 배치되고, 상기 제1 커버의 비 도전 부분을 통해 특정 주파수 대역에서 신호를 방사하도록 구성된 복수의 안테나 소자를 더 포함하고,
    상기 복수의 안테나 소자는 상기 특정 주파수 대역의 신호들을 상기 제1 커버의 상기 비 도전 부를 통해 상기 차량의 외부로 방사하여 상기 차량 외부의 엔티티와 다중 입출력(MIMO)를 수행하는, 차량.
  16. 차량에 있어서,
    상기 차량의 외관으로 형성되며 제1 고정부(fixing part)와 제2 고정부를 포함하는 루프 구조(roof structure); 및
    상기 루프 구조에 배치된 안테나 모듈을 포함하고,
    안테나 모듈에 있어서,
    제1 커버;
    상기 제1 커버와 결합 가능하게 형성된 제2 커버; 및
    상기 제1 커버와 상기 제2 커버의 내부에 배치되는 복수의 레이어들(multi-layers)을 구비한 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB)를 포함하고,
    상기 복수의 레이어들을 구비하는 상기 PCB는,
    제어 소자 또는 방사체와 연결될 수 있는 패턴들을 구비한 제1 레이어; 및
    그라운드로 동작하는 도전 패턴과 급전 패턴을 포함하는 제2 레이어 - 상기 제2 레이어는 에지 부분(edge portion)에 도전 패턴이 제거된 슬롯이 형성됨 - 을 포함하고,
    상기 슬롯의 제1 외곽 영역을 형성하는 제1 패턴과 제2 외곽 영역을 형성하는 제2 패턴은 도전 패턴이 제거된 유전체 영역인 슬롯 영역에 의해 나뉘어지고,
    상기 제1 레이어의 상기 패턴들 중 그라운드로 동작하는 패턴은 비아(via)를 통해 상기 제2 레이어의 상기 도전 패턴과 연결되고, 상기 급전 패턴은 연결 패턴을 통해 상기 제1 패턴에 연결되고,
    상기 제2 커버의 내부 표면에 도전 패턴을 구비하고, 상기 제2 커버의 상기도전패턴은 상기 제1 패턴과 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 커버는 비 도전 부(non-conductive portion)를 구비하고,
    상기 비 도전 부는 상기 PCB의 상기 슬롯과 중첩(overlap)되어 복수의 주파수 대역의 신호들이 방사되도록 구성되는, 차량.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은,
    상기 연결 패턴이 연결된 지점에 내측으로 인접한 상기 제1 외곽 영역의 제1 지점에서 유전체 컨택 부를 통해 연결되고 상기 제1 외곽 영역의 내측으로 절곡되게 형성된 부가 도전 패턴(added conductive pattern)을 더 포함하는, 차량.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 제1 외곽 영역의 상기 제1 패턴은 상기 연결 패턴과 연결되는 제1 서브 패턴 및 상기 제1 서브 패턴과 연결되고 상기 PCB의 단부를 형성하는 제2 서브 패턴을 포함하고,
    상기 슬롯 영역은
    상기 제1 서브 패턴과 상기 제2 외곽 영역 사이에 형성되는 제1 슬롯 영역;
    상기 제2 서브 패턴과 상기 제2 외곽 영역 사이에 형성되는 제2 슬롯 영역;
    상기 급전 패드가 배치된 제3 슬롯 영역을 포함하고,
    상기 제2 서브 패턴의 제2 길이는 상기 제1 서브 패턴의 제1 길이보다 더 길게 형성되고,
    상기 제2 슬롯 영역의 제2 슬롯 길이는 상기 제1 슬롯 영역의 제1 슬롯 길이보다 더 짧게 형성되고,
    상기 부가 도전 패턴은 상기 제1 슬롯 영역에 의해 형성되는 영역 내에 배치되고, 상기 부가 도전 패턴은 제2 커버의 상기 비 도전 부를 통해 상기 복수의 주파수 대역의 신호들을 방사하는, 차량.
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 외곽 영역의 상기 제1 패턴 및 상기 제2 외곽 영역의 상기 제2 패턴 및 상기 슬롯을 통해 복수의 주파수 대역에서 신호를 방사하는 안테나 소자를 형성하고,
    상기 안테나 소자는 상기 복수의 주파수 대역의 신호를 상기 제2 커버의 비 도전 부를 통해 차량의 내부로 전달하는, 차량.
  20. 제16 항에 있어서,
    제1 주파수 대역에서 상기 제1 외곽 영역으로부터 상기 제2 외곽 영역으로 제1 전계(electric field)가 커플링되고,
    상기 제1 주파수 대역보다 높은 제2 주파수 대역에서 상기 슬롯의 상기 제1 외곽 영역 및 상기 제2 외곽 영역을 통해 제2 전계가 형성되고,
    상기 안테나 소자는,
    상기 커플링된 상기 제1 전계에 의해 상기 제1 주파수 대역에서 폐쇄 슬롯 모드(closed slot mode)인 제1 모드로 동작하고,
    상기 제2 전계에 의해 상기 제2 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드(open slot mode)인 제2 모드로 동작하는, 차량.
  21. 제20 항에 있어서,
    제3 주파수 대역에서 상기 연결 패턴이 형성된 영역, 상기 제1 외곽 영역 및 상기 제2 외곽 영역을 통해 제3 전계가 형성되고,
    상기 제3 주파수 대역보다 높은 제4 주파수 대역에서 상기 연결 패턴이 형성된 영역 및 상기 제1 외곽 영역을 통해 제4 전계가 형성되고,
    상기 연결 패턴이 형성된 영역에서 상기 연결 패턴이 상기 제1 패턴에 연결되어 PIFA (Planar Inverted-F Antenna) 모드로 동작하고,
    상기 안테나 소자는
    상기 제3 전계에 의해 상기 제2 주파수 대역보다 높은 제3 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드와 PIFA 모드가 결합된 제3 모드로 동작하고,
    상기 제4 전계에 의해 상기 제4 주파수 대역에서 개방 슬롯 모드와 PIFA 모드가 결합된 제4 모드로 동작하는, 차량.
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