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WO2021225187A1 - 차량에 탑재되는 안테나 시스템 - Google Patents

차량에 탑재되는 안테나 시스템 Download PDF

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Publication number
WO2021225187A1
WO2021225187A1 PCT/KR2020/005933 KR2020005933W WO2021225187A1 WO 2021225187 A1 WO2021225187 A1 WO 2021225187A1 KR 2020005933 W KR2020005933 W KR 2020005933W WO 2021225187 A1 WO2021225187 A1 WO 2021225187A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
antenna
coupling
band
disposed
antenna system
Prior art date
Application number
PCT/KR2020/005933
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김창일
정선인
Original Assignee
엘지전자 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020227027094A priority Critical patent/KR102624056B1/ko
Priority to US17/923,738 priority patent/US20230198553A1/en
Priority to PCT/KR2020/005933 priority patent/WO2021225187A1/ko
Publication of WO2021225187A1 publication Critical patent/WO2021225187A1/ko

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    • H04B1/005—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges
    • H04B1/0064—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission adapting radio receivers, transmitters andtransceivers for operation on two or more bands, i.e. frequency ranges with separate antennas for the more than one band
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
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    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/045—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means
    • H01Q9/0457—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna with particular feeding means electromagnetically coupled to the feed line
    • H—ELECTRICITY
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    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0471—Non-planar, stepped or wedge-shaped patch
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/20—Control channels or signalling for resource management
    • H04W72/23—Control channels or signalling for resource management in the downlink direction of a wireless link, i.e. towards a terminal
    • H04W72/232—Control channels or signalling for resource management in the downlink direction of a wireless link, i.e. towards a terminal the control data signalling from the physical layer, e.g. DCI signalling

Definitions

  • the present invention relates to an antenna system mounted on a vehicle. Certain implementations relate to antenna systems with broadband antennas to be operable in a variety of communication systems and vehicles having the same.
  • Electronic devices may be divided into mobile/portable terminals and stationary terminals depending on whether they can be moved.
  • a wireless communication system using LTE communication technology has been commercialized for electronic devices to provide various services.
  • a wireless communication system using 5G communication technology will be commercialized in the future to provide various services.
  • some of the LTE frequency bands may be allocated to provide 5G communication services.
  • the mobile terminal may be configured to provide 5G communication services in various frequency bands. Recently, attempts have been made to provide a 5G communication service using the Sub6 band below the 6GHz band. However, in the future, it is expected that 5G communication service will be provided using millimeter wave (mmWave) band other than Sub6 band for faster data rate.
  • mmWave millimeter wave
  • a broadband antenna operating in both the LTE frequency band and the 5G Sub6 frequency band needs to be disposed in the vehicle other than the electronic device.
  • the vehicle antenna needs to operate in a wide band of about 5.9 GHz in a band of about 600 MHz.
  • an antenna disposed in a vehicle is difficult to operate in a wide band with a low-profile structure.
  • the vehicle antenna system has a problem in that the temperature rises due to heat generated by various electronic components and heat flowing into the roof of the vehicle.
  • a heat sink may be provided to solve the heating problem of the vehicle antenna system.
  • the size of the heat sink increases, the weight of the antenna system increases and there is a problem in that a space for mounting the antenna system in the vehicle becomes insufficient.
  • the present invention aims to solve the above and other problems.
  • another object is to improve the antenna performance while maintaining the height of the antenna system mounted in the vehicle below a certain level.
  • Another object of the present invention is to propose a structure for mounting an antenna system operable in a broadband in a vehicle to support various communication systems.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna having various structures capable of operating in a low band (LB).
  • LB low band
  • Another object of the present invention is to provide a low profile antenna structure having various structures while operating in a wide band as a planar antenna structure.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna structure with improved heat dissipation characteristics while operating in a broadband.
  • the antenna system mounted on a vehicle according to an embodiment.
  • the antenna system may include a circuit board; a heat sink having an aperture region on the circuit board and configured to be fixed through the circuit board and a fixing part; and a coupling feed portion connected to the circuit board and configured to radiate a signal to the opening region.
  • the coupling power supply unit may be formed of a metal patch disposed on at least one surface of the dielectric carrier vertically connected to the circuit board.
  • the coupling feeding unit may include a first radiation patch disposed on the front surface of the dielectric carrier.
  • the coupling feeding unit may further include a second radiation patch disposed on a side surface of the dielectric carrier and vertically connected to the first radiation patch.
  • the first radiation patch may be disposed on a front surface of the dielectric carrier in a semi-circle shape
  • the second radiation patch may be disposed on a side surface of the dielectric carrier in a rectangular shape
  • the second radiation patch disposed on the side surface of the dielectric carrier may be coupled to one of the conductive members of the heat sink through a screw.
  • the antenna system may further include a coupling ground portion disposed to be coupled with a second conductive member opposite to the conductive member of the heat sink on which the coupling feeding part is disposed.
  • the antenna system may include a transceiver circuit operatively coupled to the coupling feeding unit; and a processor operatively coupled to the transceiver circuit.
  • the antenna system may operate as a single antenna by the coupling power supply unit and the coupling ground unit.
  • the coupling ground portion includes a vertical connection portion vertically connected to the circuit board; And it may include a horizontal extension portion (horizontal extension portion) formed to extend in one direction and the other direction from the vertical connection portion.
  • the horizontal extension portion of the coupling ground portion may be disposed under the second conductive member to be spaced apart from the second conductive member by a predetermined distance.
  • the antenna system by the coupling power supply unit and the coupling ground unit is in a low band (LB), a mid band (MB) and a high band (HB). It can operate as a single antenna in the corresponding first band, second band, and third band.
  • the processor may determine the allocated resource region through a physical downlink control channel (PDCCH).
  • the processor may control the transceiver circuit to perform carrier aggregation in two or more of the first band to the third band based on the allocated resource region.
  • PDCCH physical downlink control channel
  • the antenna system may further include a second coupling feeder disposed to be coupled to a second conductive member opposite to the conductive member of the heat sink on which the coupling feeder is disposed.
  • the antenna system may include a receiver circuit operatively coupled to the coupling feeder and the second coupling feeder; and a processor operatively coupled to the transceiver circuit.
  • the processor may control the transceiver circuit so that the antenna system performs multiple input/output (MIMO) in a mid band (MB) by the coupling feeding unit and the second coupling feeding unit.
  • MIMO multiple input/output
  • a lower heat sink disposed to be in contact with the circuit board and configured to absorb heat generated from the circuit board may be further included.
  • the lower heat sink is formed in a plate shape and a plate part configured to dispose a heat dissipation fan; and an extension portion extending from the plate portion to one side and the other side and configured to be coupled to a vertical coupling portion of the heat sink.
  • the vertical coupling part and the extension part are electrically connected to a ground region formed on the front surface of the circuit board, so that the antenna formed of the coupling power supply part, the coupling ground part, and the opening region of the heat sink operates in a wide band.
  • a ground region may be disposed on the front surface of the circuit board, and a region connected to the coupling feeding unit may be formed as a slot region from which a ground pattern is removed.
  • a ground region is disposed on the front surface of the circuit board, and the first region connected to the coupling power supply part and the second region connected to the second coupling power supply part are slots from which the ground pattern is removed. area can be formed.
  • a feeding pattern electrically connected to the coupling feeding part may be disposed on the rear surface of the circuit board.
  • the antenna system may further include a transceiver circuit operatively coupled to the coupling feeder and configured to control a signal transmitted to the coupling feeder through the feed pattern.
  • the antenna system may further include a processor operatively coupled to the transceiver circuitry and configured to control the transceiver circuitry.
  • the processor may be configured to detect a fan rotation speed of a heat dissipation fan disposed inside the opening area of the heat sink or an amount of power consumed by the transceiver circuit.
  • the signal applied to the coupling power supply unit may be controlled to reduce the size.
  • a vehicle having an antenna system may be provided.
  • the vehicle may include an antenna system.
  • the antenna system may include a circuit board disposed on a roof of the vehicle or a metal frame disposed inside a roof frame; a heat sink having an aperture region on the circuit board and configured to be fixed through the circuit board and a fixing part; and a coupling feed portion connected to the circuit board and configured to radiate a signal to the opening region.
  • the vehicle includes: a transceiver circuit configured to control the signal transmitted through the coupling power supply to be radiated through an opening area of the heat sink; and a processor configured to communicate with at least one of an adjacent vehicle, a Road Side Unit (RSU), and a base station through the transceiver circuit.
  • RSU Road Side Unit
  • the antenna system may further include a coupling ground portion disposed to be coupled with a second conductive member opposite to the conductive member of the heat sink on which the coupling feeding part is disposed.
  • the antenna system by the coupling power supply unit and the coupling ground unit is a first band corresponding to a low band (LB), a mid band (MB) and a high band (HB), It can operate as a single antenna in the second band and the third band.
  • LB low band
  • MB mid band
  • HB high band
  • the processor may determine the allocated resource region through a physical downlink control channel (PDCCH).
  • the processor may control the transceiver circuit to perform carrier aggregation in two or more of the first band to the third band based on the allocated resource region.
  • PDCCH physical downlink control channel
  • the antenna system may further include a second coupling feeder disposed to be coupled to a second conductive member opposite to the conductive member of the heat sink on which the coupling feeder is disposed.
  • the processor may control the transceiver circuit so that the antenna system performs multiple input/output (MIMO) in a mid band (MB) by the coupling feeding unit and the second coupling feeding unit.
  • MIMO multiple input/output
  • the antenna performance can be improved while maintaining the height of the antenna system mounted in the vehicle below a certain level.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna structure that operates in a wide band by operating a heat sink as a loop antenna.
  • the antenna system can be optimized with different antennas in the low band (LB) and other bands, and the antenna system can be arranged in an optimal configuration and performance within the roof frame of the vehicle.
  • LB low band
  • MIMO multiple input/output
  • diversity operations can be implemented in an antenna system of a vehicle using a plurality of antennas in a specific band.
  • FIG. 1A is a configuration diagram for explaining the interior of a vehicle according to an example.
  • FIG. 1B is a configuration diagram of the interior of a vehicle viewed from the side according to an example.
  • FIG. 1 shows the type of V2X application.
  • FIG. 2b shows a standalone scenario supporting V2X SL communication and an MR-DC scenario supporting V2X SL communication.
  • 3A to 3C show a structure in which the antenna system can be mounted in the vehicle in the vehicle including the antenna system mounted on the vehicle according to the present invention.
  • 4A is a block diagram referenced for explaining a vehicle and an antenna system mounted on the vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B shows the configuration of a wireless communication unit of a vehicle operable in a plurality of wireless communication systems according to the present invention.
  • FIG. 5A shows the configuration of an antenna system according to an embodiment.
  • FIG. 5B shows a power supply structure and a ground structure of the antenna system of FIG. 5A .
  • FIG. 6 is an exploded view illustrating an assembled configuration of an antenna system having a heat sink, a heat dissipation fan, a coupling power supply unit, and a coupling ground unit, according to an embodiment, and an exploded view before assembly.
  • FIG. 7A shows a first type antenna printed on a dielectric carrier (DC) according to an example. Meanwhile, FIG. 7B shows a second type antenna printed on a dielectric carrier DC according to an example.
  • DC dielectric carrier
  • 8A and 8B show efficiency and return loss characteristics of the antenna system disclosed herein.
  • FIG. 9 shows a configuration of an antenna system having a plurality of feeding structures according to an embodiment.
  • FIG. 10 illustrates another embodiment of an antenna system including a heat sink through a plurality of coupling feeders. Meanwhile, FIG. 11 shows a side view of the antenna system of FIG. 10 .
  • 12A shows the reflection coefficient and isolation characteristics of an antenna system including a first feeder and a second feeder.
  • 12B shows antenna efficiency characteristics of an antenna system including a first power feeding unit and a second feeding unit.
  • FIG. 13 illustrates an antenna configuration in which a heat dissipation fan is not disposed inside a heat sink according to another exemplary embodiment.
  • 14A shows the efficiency characteristics of an antenna in which a heat dissipation fan is not disposed inside a heat sink.
  • 14B illustrates return loss characteristics of an antenna in which a heat dissipation fan is not disposed inside a heat sink.
  • 15A and 15B illustrate a structure in which a coupling ground portion of the heat sink-based antenna system is disposed under a conductive member of the heat sink or inside the heat sink.
  • 16A and 16B show antenna radiation efficiency and total efficiency characteristics according to the position of the coupling ground unit according to FIGS. 15A and 15B .
  • 17A and 17B show a shape of an antenna system using a loop-shaped metal pattern and a branch line pattern and an equivalent structure of the antenna system according to an embodiment of the present specification.
  • 18A illustrates a PCB structure in which an antenna system using a loop-shaped metal pattern and a branch line pattern is implemented according to an embodiment.
  • 18B illustrates a loop-shaped metal pattern having a branch line pattern and a shape of a coupling power supply unit according to an exemplary embodiment.
  • 19A and 19B show VSWR characteristics and antenna efficiency according to different combinations of the first and second paragraphs.
  • FIG. 20 illustrates various embodiments of adjusting the antenna characteristics by adjusting the shape and position of the feeding structure, the size of the loop antenna, and the position of the short circuit structure.
  • 21A and 21B show the VSWR and efficiency characteristics of the antenna as the length of the loop antenna is increased by a predetermined length.
  • 22A and 22B show antenna VSWR characteristics and efficiency characteristics according to a change in height of a coupling feeding unit.
  • 23A illustrates a change in the antenna VSWR characteristic when the width of the loop antenna is reduced by a predetermined ratio.
  • 23B illustrates a change in antenna efficiency in the low band (LB) when the width of the loop antenna is reduced by a predetermined ratio.
  • 24A shows a structure of a loop antenna in which the width of a short-circuited metal pattern is changed.
  • 24B shows antenna VSWR characteristics according to a change in width of a short-circuited metal pattern.
  • 24C shows antenna efficiency characteristics according to a change in width of a short-circuited metal pattern.
  • FIG. 25A shows a structure of a loop antenna and a configuration in which ends of the first and second short circuits are connected to the ground through a matching circuit composed of an inductor and a capacitor. Meanwhile, FIG. 25B shows a VSWR value of an antenna according to a change in capacitance or inductance value. 25C shows impedance characteristics of an antenna according to a change in capacitance or inductance value.
  • 26A shows the change of the resonance frequency when the positions of the short-circuited metal patterns on the left are spaced apart from the coupling feeding part by a predetermined interval.
  • 26B shows the change of the resonance frequency when the positions of the short-circuited metal patterns on the right are spaced apart from the coupling feeding part by a predetermined interval.
  • 27 is a block diagram of an antenna system and a vehicle on which the antenna system is mounted, according to an embodiment.
  • FIG. 28 is a block diagram of an antenna system and a vehicle on which the antenna system is mounted according to another embodiment.
  • 29 illustrates a block diagram of a wireless communication system to which the methods proposed in the present specification can be applied.
  • Electronic devices described herein include mobile phones, smart phones, laptop computers, digital broadcasting terminals, personal digital assistants (PDAs), portable multimedia players (PMPs), navigation systems, and slate PCs.
  • PDAs personal digital assistants
  • PMPs portable multimedia players
  • slate PCs slate PCs.
  • tablet PCs ultrabooks
  • wearable devices for example, watch-type terminals (smartwatch), glass-type terminals (smart glass), HMD (head mounted display), etc. may be included. have.
  • the electronic device described herein may include a vehicle other than a mobile terminal. Accordingly, wireless communication through an electronic device described herein includes wireless communication through a vehicle in addition to wireless communication through a mobile terminal.
  • the configuration and operation according to the embodiment described in this specification may be applied to a vehicle in addition to the mobile terminal.
  • the configuration and operation according to the embodiments described in this specification may be applied to a communication system mounted on a vehicle, that is, an antenna system.
  • the antenna system mounted on the vehicle may include a plurality of antennas, a transceiver circuit and a processor for controlling them.
  • the vehicle-mounted antenna system referred to in this specification mainly refers to an antenna system disposed outside the vehicle, but may include a mobile terminal (electronic device) disposed inside the vehicle or possessed by a user riding in the vehicle. .
  • FIG. 1A is a configuration diagram for explaining the interior of a vehicle according to an example.
  • FIG. 1B is a configuration diagram of the interior of a vehicle viewed from the side according to an example.
  • the present invention relates to an antenna unit (ie, an internal antenna system) 300 capable of transmitting and receiving signals such as GPS, 4G wireless communication, 5G wireless communication, Bluetooth, or wireless LAN.
  • the antenna unit (ie, the antenna system) 300 capable of supporting these various communication protocols may be referred to as an integrated antenna module 300 .
  • the present invention also relates to a vehicle 500 having such an antenna unit 300 .
  • the vehicle 500 may be configured to include a housing including a dashboard and an antenna unit 300 .
  • the vehicle 500 may be configured to include a mounting bracket for mounting the antenna unit 300 .
  • the vehicle 500 includes an antenna module 300 corresponding to an antenna unit and a telematics module (TCU) 600 configured to be connected thereto.
  • the telematics module 600 may be configured to include the antenna module 300 .
  • the telematics module 600 may be configured to include a display 610 and an audio unit 620 .
  • V2X communication is V2V (Vehicle-to-Vehicle), which refers to communication between vehicles, V2I (Vehicle to Infrastructure), which refers to communication between a vehicle and an eNB or RSU (Road Side Unit), vehicle and individual It includes communication between the vehicle and all entities, such as V2P (Vehicle-to-Pedestrian) and V2N (vehicle-to-network), which refers to communication between terminals possessed by (pedestrian, cyclist, vehicle driver, or passenger).
  • V2V Vehicle-to-Vehicle
  • V2I Vehicle to Infrastructure
  • eNB or RSU Raad Side Unit
  • vehicle and individual It includes communication between the vehicle and all entities, such as V2P (Vehicle-to-Pedestrian) and V2N (vehicle-to-network), which refers to communication between terminals possessed by (pedestrian, cyclist, vehicle driver, or passenger).
  • V2X communication may represent the same meaning as V2X sidelink or NR V2X, or may represent a broader meaning including V2X sidelink or NR V2X.
  • V2X communication is, for example, forward collision warning, automatic parking system, cooperative adaptive cruise control (CACC), loss of control warning, traffic queue warning, traffic vulnerable safety warning, emergency vehicle warning, when driving on a curved road. It can be applied to various services such as speed warning and traffic flow control.
  • CACC cooperative adaptive cruise control
  • V2X communication may be provided through a PC5 interface and/or a Uu interface.
  • specific network entities for supporting communication between the vehicle and all entities may exist.
  • the network entity may be a base station (eNB), a road side unit (RSU), a terminal, or an application server (eg, a traffic safety server).
  • the terminal performing V2X communication is not only a general portable terminal (handheld UE), but also a vehicle terminal (V-UE (Vehicle UE)), a pedestrian terminal (pedestrian UE), an RSU of a base station type (eNB type), or a terminal It may mean an RSU of a UE type, a robot equipped with a communication module, and the like.
  • V2X communication may be performed directly between terminals, or may be performed through the network entity (s).
  • a V2X operation mode may be divided according to a method of performing such V2X communication.
  • RSU Road Side Unit
  • RSU is a V2X service-capable device that can transmit and receive with a mobile vehicle using V2I service.
  • RSU is a fixed infrastructure entity that supports V2X applications, and can exchange messages with other entities that support V2X applications.
  • RSU is a term frequently used in the existing ITS specification, and the reason for introducing this term to the 3GPP specification is to make the document easier to read in the ITS industry.
  • the RSU is a logical entity that combines V2X application logic with the function of an eNB (referred to as an eNB-type RSU) or a UE (referred to as a UE-type RSU).
  • V2I Service is a type of V2X service, where one side is a vehicle and the other side is an entity belonging to infrastructure.
  • V2P Service is also a V2X service type. One side is a vehicle and the other side is a device carried by an individual (eg, a portable terminal carried by a pedestrian, a cyclist, a driver or a passenger).
  • V2X Service is a 3GPP communication service type in which a transmission or reception device is related to a vehicle. It can be further divided into V2V service, V2I service, and V2P service according to the counterpart participating in communication.
  • V2X enabled (enabled) UE is a UE supporting the V2X service.
  • V2V Service is a type of V2X service, where both sides of communication are vehicles.
  • the V2V communication range is the direct communication range between two vehicles participating in the V2V service.
  • V2X applications called V2X are, as described above, (1) vehicle-to-vehicle (V2V), (2) vehicle-to-infrastructure (V2I), (3) vehicle-to-network (V2N), (4) )
  • V2P vehicle-to-pedestrian
  • Figure 2a shows the type of V2X application.
  • the four types of V2X applications can use "co-operative awareness" that provides a more intelligent service for the end user.
  • Vehicle Platooning allows vehicles to dynamically form platoons that move together. All vehicles in the Platoon get information from the lead vehicle to manage this Platoon. This information allows vehicles to drive more harmoniously than normal, go in the same direction and drive together.
  • extended sensors are raw or processed raw or processed through a local sensor or live video image from a vehicle, a road site unit, a pedestrian device, and a V2X application server allow data to be exchanged.
  • Vehicles can increase their environmental awareness beyond what their sensors can detect, and provide a broader and holistic picture of local conditions.
  • a high data rate is one of the main characteristics.
  • Each vehicle and/or RSU shares self-awareness data obtained from local sensors with nearby vehicles, allowing the vehicle to synchronize and coordinate its trajectory or maneuver.
  • Each vehicle shares driving intent with the proximity-driving vehicle.
  • Remote driving enables remote drivers or V2X applications to drive remote vehicles on their own or for passengers who cannot drive with remote vehicles in hazardous environments.
  • variability is limited and routes can be predicted, such as in public transport, driving based on cloud computing can be used.
  • High reliability and low latency are key requirements.
  • FIG. 2b shows a standalone scenario supporting V2X SL communication and an MR-DC scenario supporting V2X SL communication.
  • the gNB provides control/configuration for V2X communication of the UE in both LTE SL and NR SL.
  • ng-eNB provides control/configuration for V2X communication of the UE in both LTE SL and NR SL.
  • the eNB provides control/configuration for V2X communication of the UE in both LTE SL and NR SL.
  • V2X communication of the terminal in LTE SL and NR SL is controlled / configured by Uu while the terminal is set to EN-DC.
  • V2X communication of the terminal in LTE SL and NR SL is controlled / configured by Uu while the terminal is configured in NE-DC.
  • V2X communication of the terminal in LTE SL and NR SL is controlled / configured by Uu while the terminal is set to NGEN-DC.
  • the vehicle may perform wireless communication with an eNB and/or gNB through an antenna system.
  • FIGS. 3A to 3C show a structure in which the antenna system can be mounted in the vehicle in the vehicle including the antenna system mounted on the vehicle according to the present invention.
  • FIGS. 3A and 3B illustrate a configuration in which the antenna system 1000 is mounted on or within a roof of a vehicle.
  • FIG. 3C shows a structure in which the antenna system 1000 is mounted in a roof frame of a vehicle roof and a rear mirror.
  • the present invention in order to improve the appearance of a vehicle (vehicle) and preserve telematics performance in case of a collision, the existing Shark Fin antenna is replaced with a non-protruding flat antenna.
  • the present invention intends to propose an antenna in which an LTE antenna and a 5G antenna are integrated in consideration of 5G (5G) communication, along with the existing mobile communication service (LTE) provision.
  • the antenna system 1000 is disposed on the roof of the vehicle.
  • a radome 2000a for protecting the antenna system 1000 from external impact when driving in an external environment and a vehicle may surround the antenna system 1000 .
  • the radome 2000a may be made of a dielectric material through which a radio wave signal transmitted/received between the antenna system 1000 and the base station may be transmitted.
  • the antenna system 1000 may be disposed within a roof structure of a vehicle, and may be configured such that at least a portion of the roof structure is made of a non-metal.
  • at least a part of the roof structure 2000b of the vehicle may be made of a non-metal, and may be made of a dielectric material through which a radio signal transmitted/received between the antenna system 1000 and the base station may be transmitted.
  • the antenna system 1000 may be disposed inside a roof frame of a vehicle, and at least a portion of the roof frame 2000c may be configured to be implemented with a non-metal.
  • at least a part of the roof frame 2000c of the vehicle 500 may be made of a non-metal, and may be made of a dielectric material through which a radio signal transmitted/received between the antenna system 1000 and the base station may be transmitted.
  • the beam pattern by the antenna provided in the antenna system 1000 mounted on the vehicle needs to be formed in the upper region by a predetermined angle from the horizontal region. have.
  • the peak of the elevation beam pattern of the antenna provided in the antenna system 1000 does not need to be formed at the bore site. Therefore, the peak of the elevation beam pattern of the antenna needs to be formed in the upper region by a predetermined angle in the horizontal region.
  • the elevation beam pattern of the antenna may be formed in a hemisphere shape as shown in FIGS. 2A to 2C .
  • the antenna system 1000 may be installed on the front or rear of the vehicle depending on the application in addition to the roof structure or roof frame of the vehicle.
  • the antenna system 1000 corresponds to an external antenna.
  • the vehicle 500 may not include the antenna system 1000 corresponding to the external antenna, but may include the antenna unit (ie, the internal antenna system) 300 corresponding to an internal antenna.
  • both the antenna system 1000 corresponding to the external antenna and the antenna unit (ie, the internal antenna system) 300 corresponding to the internal antenna may be provided.
  • FIG. 4A is a block diagram referenced to describe a vehicle and an antenna system mounted on the vehicle according to an embodiment of the present invention.
  • the vehicle 500 may be an autonomous driving vehicle.
  • the vehicle 500 may be switched to an autonomous driving mode or a manual mode (pseudo driving mode) based on a user input.
  • the vehicle 500 may be switched from the manual mode to the autonomous driving mode or from the autonomous driving mode to the manual mode based on a user input received through the user interface device 510 .
  • operations such as object detection, wireless communication, navigation, and vehicle sensors and interfaces may be performed by the telematics module mounted on the vehicle 500 .
  • the telematics module mounted on the vehicle 500 may perform a corresponding operation in cooperation with the antenna module 300 , the object detection device 520 , and other interfaces.
  • the communication device 400 may be disposed in the telematics module separately from the antenna system 300 , or may be disposed in the antenna system 300 .
  • the vehicle 500 may be switched to an autonomous driving mode or a manual mode based on driving situation information.
  • the driving situation information may be generated based on the object information provided by the object detection apparatus 520 .
  • the vehicle 500 may be switched from the manual mode to the autonomous driving mode or from the autonomous driving mode to the manual mode based on driving situation information generated by the object detection device 520 .
  • the vehicle 500 may be switched from the manual mode to the autonomous driving mode or from the autonomous driving mode to the manual mode based on driving situation information received through the communication device 400 .
  • the vehicle 500 may be switched from the manual mode to the autonomous driving mode or from the autonomous driving mode to the manual mode based on information, data, and signals provided from an external device.
  • the autonomous driving vehicle 500 may be operated based on a driving system.
  • the autonomous vehicle 500 may be operated based on information, data, or signals generated by the driving system, the taking-out system, and the parking system.
  • the autonomous driving vehicle 500 may receive a user input for driving through the driving manipulation device. Based on the user input received through the driving manipulation device, the vehicle 500 may be driven.
  • the vehicle 500 may include a user interface device 510 , an object detection device 520 , a navigation system 550 , and a communication device 400 .
  • the vehicle may further include a sensing unit 561 , an interface unit 562 , a memory 563 , a power supply unit 564 , and a vehicle control unit 565 in addition to the above-described device.
  • the vehicle 500 may further include other components in addition to the components described herein, or may not include some of the components described herein.
  • the user interface device 510 is a device for communicating between the vehicle 500 and a user.
  • the user interface device 510 may receive a user input and provide information generated in the vehicle 500 to the user.
  • the vehicle 500 may implement User Interfaces (UIs) or User Experiences (UXs) through the user interface device 510 .
  • UIs User Interfaces
  • UXs User Experiences
  • the object detecting device 520 is a device for detecting an object located outside the vehicle 500 .
  • the object may be various objects related to the operation of the vehicle 500 . Meanwhile, the object may be classified into a moving object and a fixed object.
  • the moving object may be a concept including other vehicles and pedestrians.
  • the fixed object may be a concept including a traffic signal, a road, and a structure.
  • the object detection apparatus 520 may include a camera 521 , a radar 522 , a lidar 523 , an ultrasonic sensor 524 , an infrared sensor 525 , and a processor 530 .
  • the object detecting apparatus 520 may further include other components in addition to the described components, or may not include some of the described components.
  • the processor 530 may control the overall operation of each unit of the object detection apparatus 520 .
  • the processor 530 may detect and track the object based on the acquired image.
  • the processor 530 may perform operations such as calculating a distance to an object and calculating a relative speed with respect to an object through an image processing algorithm.
  • the object detecting apparatus 520 may include a plurality of processors 530 or may not include the processors 530 .
  • each of the camera 521 , the radar 522 , the lidar 523 , the ultrasonic sensor 524 , and the infrared sensor 525 may individually include a processor.
  • the object detection apparatus 520 may be operated under the control of the processor or the controller 570 of the apparatus in the vehicle 500 .
  • the navigation system 550 may provide location information of the vehicle based on information obtained through the communication device 400 , in particular, the location information unit 420 . Also, the navigation system 550 may provide a route guidance service to a destination based on current location information of the vehicle. In addition, the navigation system 550 may provide guide information about a surrounding location based on information obtained through the object detection device 520 and/or the V2X communication unit 430 . Meanwhile, it is possible to provide guidance information, autonomous driving service, etc. based on V2V, V2I, and V2X information obtained through the wireless communication unit 460 operating together with the antenna system 1000 according to the present invention.
  • the communication apparatus 400 is an apparatus for performing communication with an external device.
  • the external device may be another vehicle, a mobile terminal, or a server.
  • the communication device 400 may include at least one of a transmit antenna, a receive 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 broadcast transceiver 450 , and a processor 470 .
  • the communication device 400 may further include other components in addition to the described components, or may not include some of the described components.
  • the short-range communication unit 410 is a unit for short-range communication.
  • the short-range communication unit 410 may form wireless area networks to perform short-range communication between the vehicle 500 and at least one external device.
  • the location information unit 420 is a unit for obtaining location information of the vehicle 500 .
  • the location information unit 420 may include a Global Positioning System (GPS) module or a Differential Global Positioning System (DGPS) module.
  • GPS Global Positioning System
  • DGPS Differential Global Positioning System
  • the V2X communication unit 430 is a unit for performing wireless communication with a server (V2I: Vehicle to Infra), another vehicle (V2V: Vehicle to Vehicle), or a pedestrian (V2P: Vehicle to Pedestrian).
  • the V2X communication unit 430 may include an RF circuit capable of implementing protocols for communication with infrastructure (V2I), vehicle-to-vehicle communication (V2V), and communication with pedestrians (V2P).
  • the optical communication unit 440 is a unit for performing communication with an external device via light.
  • the optical communication unit 440 may include an optical transmitter that converts an electrical signal into an optical signal to transmit to the outside, and an optical receiver that converts the received optical signal into an electrical signal.
  • the light transmitter may be formed to be integrated with a lamp included in the vehicle 500 .
  • the wireless communication unit 460 is a unit that performs wireless communication with one or more communication systems through one or more antenna systems.
  • the wireless communication unit 460 may transmit and/or receive a signal to a device in the first communication system through the first antenna system.
  • the wireless communication unit 460 may transmit and/or receive a signal to a device in the second communication system through the second antenna system.
  • the first communication system and the second communication system may be an LTE communication system and a 5G communication system, respectively.
  • the first communication system and the second communication system are not limited thereto and can be extended to any different communication systems.
  • the antenna module 300 disposed inside the vehicle 500 may be configured to include a wireless communication unit.
  • the vehicle 500 may be an electric vehicle (EV) or a vehicle that can be connected to a communication system independently of an external electronic device.
  • the communication device 400 includes a short-range communication unit 410, a location information module 420, a V2X communication unit 430, an optical communication unit 440, a 4G wireless communication module 450, a 5G wireless communication module 460. may include at least one of
  • the 4G wireless communication module 450 may transmit and receive a 4G signal with a 4G base station through a 4G mobile communication network. In this case, the 4G wireless communication module 450 may transmit one or more 4G transmission signals to the 4G base station. In addition, the 4G wireless communication module 450 may receive one or more 4G reception signals from the 4G base station.
  • Up-Link (UL) Multi-Input Multi-Output (MIMO) may be performed by a plurality of 4G transmission signals transmitted to the 4G base station.
  • Down-Link (DL) Multi-Input Multi-Output (MIMO) may be performed by a plurality of 4G reception signals received from a 4G base station.
  • the 5G wireless communication module 460 may transmit and receive a 5G signal with a 5G base station through a 5G mobile communication network.
  • the 4G base station and the 5G base station may have a Non-Stand-Alone (NSA) structure.
  • the 4G base station and the 5G base station may be arranged in a non-stand-alone (NSA) structure.
  • the 5G base station may be disposed in a stand-alone (SA) structure at a location separate from the 4G base station.
  • SA stand-alone
  • the 5G wireless communication module 460 may transmit and receive a 5G signal with a 5G base station through a 5G mobile communication network. In this case, the 5G wireless communication module 460 may transmit one or more 5G transmission signals to the 5G base station.
  • the 5G wireless communication module 460 may receive one or more 5G reception signals from the 5G base station.
  • the 5G frequency band may use the same band as the 4G frequency band, and this may be referred to as LTE re-farming.
  • the 5G frequency band the Sub6 band, which is a band of 6 GHz or less, may be used.
  • a millimeter wave (mmWave) band may be used as a 5G frequency band to perform broadband high-speed communication.
  • mmWave millimeter wave
  • the electronic device may perform beam forming for communication coverage expansion with the base station.
  • the 5G communication system may support a larger number of Multi-Input Multi-Output (MIMO) in order to improve transmission speed.
  • MIMO Multi-Input Multi-Output
  • UL MIMO may be performed by a plurality of 5G transmission signals transmitted to the 5G base station.
  • DL MIMO may be performed by a plurality of 5G reception signals received from a 5G base station.
  • the 4G wireless communication module 450 and the 5G wireless communication module 460 may be in a dual connectivity (DC) state with the 4G base station and the 5G base station.
  • DC dual connectivity
  • the dual connection with the 4G base station and the 5G base station may be referred to as EN-DC (EUTRAN NR DC).
  • EN-DC EUTRAN NR DC
  • the 4G base station and the 5G base station have a co-located structure, throughput improvement is possible through 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.
  • the 4G wireless communication module 450 and the 5G wireless communication Short-range communication between electronic devices may be performed using the module 460.
  • wireless communication may be performed between vehicles by a V2V method without going through a base station.
  • carrier aggregation using at least one of the 4G wireless communication module 450 and the 5G wireless communication module 460 and the Wi-Fi communication module 113
  • 4G + WiFi carrier aggregation may be performed using the 4G wireless communication module 450 and the Wi-Fi communication module 113
  • 5G + WiFi carrier aggregation may be performed using the 5G wireless communication module 460 and the Wi-Fi communication module 113 .
  • the communication device 400 may implement a vehicle display device together with the user interface device 510 .
  • the vehicle display device may be referred to as a telematics device or an AVN (Audio Video Navigation) device.
  • the vehicle includes a first power amplifier 210 , a second power amplifier 220 , and an RFIC 1250 .
  • the vehicle may further include a modem (Modem, 1400) and an application processor (AP: Application Processor, 1450).
  • the modem (Modem, 1400) and the application processor (AP, 1450) are physically implemented on one chip, and may be implemented in a logically and functionally separated form.
  • the present invention is not limited thereto and may be implemented in the form of physically separated chips depending on the application.
  • the vehicle includes a plurality of low noise amplifiers (LNAs) 210a to 240a in the receiver.
  • LNAs low noise amplifiers
  • the first power amplifier 210 , the second power amplifier 220 , the RFIC 1250 , and the plurality of low-noise amplifiers 210a to 240a are all operable in the first communication system and the second communication system.
  • the first communication system and the second communication system may be a 4G communication system and a 5G communication system, respectively.
  • the RFIC 1250 may be configured as a 4G/5G integrated type, but is not limited thereto and may be configured as a 4G/5G separate type according to an application.
  • the RFIC 1250 is configured as a 4G/5G integrated type, it is advantageous in terms of synchronization between 4G/5G circuits, as well as the advantage that control signaling by the modem 1400 can be simplified.
  • the RFIC 1250 when the RFIC 1250 is configured as a 4G/5G separate type, it may be referred to as a 4G RFIC and a 5G RFIC, respectively.
  • the RFIC 1250 when the difference between the 5G band and the 4G band is large, such as when the 5G band is configured as a millimeter wave band, the RFIC 1250 may be configured as a 4G/5G separate type.
  • the 4G RFIC and the 5G RFIC are logically and functionally separated, and it is also possible to be physically implemented as a Soc (System on Chip) on one chip.
  • the application processor (AP) 1450 is configured to control the operation of each component of the electronic device. Specifically, the application processor (AP) 1450 may control the operation of each component of the electronic device through the modem 1400 .
  • the first power amplifier 210 and the second power amplifier 220 may operate in at least one of the first and second communication systems.
  • the first and second power amplifiers 220 may operate in both the first and second communication systems.
  • the 5G communication system operates in the millimeter wave (mmWave) band
  • one of the first and second power amplifiers 210 and 220 operates in the 4G band, and the other operates in the millimeter wave band. have.
  • mmWave millimeter wave
  • 4x4 MIMO can be implemented using four antennas as shown in FIG. 2 .
  • 4x4 DL MIMO may be performed through the downlink (DL).
  • the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 may be configured to operate in both the 4G band and the 5G band.
  • the 5G band is a millimeter wave (mmWave) band
  • the first to fourth antennas ANT1 to ANT4 may be configured to operate in any one of the 4G band and the 5G band.
  • each of a plurality of separate antennas may be configured as an array antenna in the millimeter wave band.
  • 2x2 MIMO implementation is possible using two antennas connected to the first power amplifier 210 and the second power amplifier 220 among the four antennas.
  • 2x2 UL MIMO (2 Tx) may be performed through the uplink (UL).
  • a vehicle capable of operating in a plurality of wireless communication systems may further include a duplexer 231 , a filter 232 , and a switch 233 .
  • the duplexer 231 is configured to mutually separate signals of a transmission band and a reception band. At this time, the signals of the transmission band transmitted through the first and second power amplifiers 210 and 220 are applied to the antennas ANT1 and ANT4 through the first output port of the duplexer 231 . On the other hand, signals of the reception band received through the antennas ANT1 and ANT4 are received by the low noise amplifiers 210a and 240a through the second output port of the duplexer 231 .
  • the filter 232 may be configured to pass a signal of a transmission band or a reception band and block a signal of the remaining band.
  • the switch 233 is configured to transmit either only a transmit signal or a receive signal.
  • the vehicle according to the present invention may further include a modem 1400 corresponding to a control unit.
  • the RFIC 1250 and the modem 1400 may be referred to as a first controller (or first processor) and a second controller (second processor), respectively.
  • the RFIC 1250 and the modem 1400 may be implemented as physically separate circuits.
  • the RFIC 1250 and the modem 1400 may be physically or logically divided into one circuit.
  • the modem 1400 may control and process signals for transmission and reception of signals through different communication systems through the RFIC 1250 .
  • the modem 1400 may be obtained through control information received from the 4G base station and/or the 5G base station.
  • the control information may be received through a physical downlink control channel (PDCCH), but is not limited thereto.
  • PDCCH physical downlink control channel
  • the modem 1400 may control the RFIC 1250 to transmit and/or receive a signal through the first communication system and/or the second communication system in a specific time and frequency resource. Accordingly, the vehicle may be allocated resources or maintain a connected state through the eNB or gNB. In addition, the vehicle may perform at least one of V2V communication, V2I communication, and V2P communication with other entities through the allocated resource.
  • the antenna system mounted on the vehicle may be disposed inside the vehicle, on the roof of the vehicle, inside the roof or inside the roof frame.
  • the antenna system disclosed in this specification is 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. may be configured to operate.
  • FIG. 5A shows the configuration of an antenna system according to an embodiment.
  • FIG. 5B shows a power supply structure and a ground structure of the antenna system of FIG. 5A .
  • FIG. 6 is an exploded view showing an assembled configuration diagram of an antenna system having a heat sink, a heat dissipation fan, a coupling power supply unit, and a coupling ground unit, according to an embodiment, and an exploded view before assembly.
  • the antenna system 1000 may be configured to include a circuit board 1010 , a heat sink 1020 , and a coupling feed portion 1110 .
  • the circuit board 1010 may be disposed on the roof of the vehicle or a metal frame inside the roof frame, and various electronic components may be disposed thereon. Heat may be generated by driving of electronic components disposed on the circuit board 1010 and a heat source transmitted to the inside of the vehicle roof. The increase in temperature due to heat inside the roof of the vehicle may be reduced through the heat sink 1020 . In addition, a temperature increase due to heat inside the roof of the vehicle may be reduced through the lower heat sink 1030 .
  • the heat sink 1020 may have an aperture region on the circuit board 1010 , and be configured to be fixed through the circuit board 1010 and the fixing part 1025 .
  • the fixing part 1025 may be configured to connect the heat sink 1020 and the lower heat sink 1030 .
  • the coupling power supply 1110 may be electrically connected to the circuit board 1010 and configured to radiate a signal to an opening region.
  • a ground region GND may be disposed on the front surface of the circuit board 1010 .
  • the region of the circuit board 1010 connected to the coupling power supply unit 1110 may be formed as a slot region (SR) from which the ground pattern is removed.
  • the shape of the coupling feeding unit 1110 may be formed in various shapes.
  • FIG. 7A illustrates a first type antenna printed on a dielectric carrier (DC) according to an example.
  • FIG. 7B shows a second type antenna printed on a dielectric carrier DC according to an example.
  • the first feeding unit 1110a may include a radiation patch (RP) and a side surface patch (SSP).
  • the first feeding unit 1110a may further include a parasitic patch (PP).
  • the shape of the radiation patch RP of the first antennas ANT1 and 1110a is not limited to the circular patch and may be changed into various shapes.
  • the shape of the radiation patch RP of the first antennas ANT1 and 1110a may be implemented as a square patch RP2 as shown in FIG. 7B .
  • the second feeding unit may be configured as another T-shaped feeding unit configured to couple a signal to the heat sink 1020 .
  • the first power feeding unit 1110a and the second feeding unit may be referred to as a first coupling feeding unit and a second coupling feeding unit, respectively, because signals are coupled into the loop-shaped heat sink 1020 .
  • the first coupling feeding unit may be referred to as a coupling feeding unit 1110a for convenience.
  • the coupling feeding unit 1110a may be formed of a metal patch disposed on at least one surface of the dielectric carrier DC vertically connected to the circuit board 1010 .
  • the metal patch may be configured in a plurality of radial arrangements of FIG. 7A or 7B.
  • the radiation patch RP may be configured to be disposed on the front surface of the dielectric carrier DC, and the side patch SSP may be configured to be disposed on the side surface of the dielectric carrier DC.
  • the side patch (SSP) may be configured to be connected to the radiation patch (RP).
  • the present invention is not limited thereto, and the side patch SSP may be spaced apart to be coupled to the radiation patch RP.
  • the radiation patch RP may be referred to as a first radiation patch 1111a and the side patch SSP may be referred to as a second radiation patch 1112a.
  • the first radiation patch 1111a may be configured to be disposed on the front surface of the dielectric carrier DC.
  • the second radiation patch 1112a may be disposed on a side surface of the dielectric carrier DC and may be disposed to be substantially perpendicularly connected to the first radiation patch RP1.
  • the first radiation patch 1111a may be disposed on the front surface of the dielectric carrier DC in a semi-circle shape.
  • the second radiation patch 1112a may be disposed on a side surface of the dielectric carrier DC in a rectangular shape.
  • the parasitic patch PP may be configured to be disposed on the rear surface of the dielectric carrier DC.
  • the broadband antenna element according to the present invention may be referred to as a Shaped Monopole with parasitic element.
  • the shape of the radiation patch RP disposed on the front surface of the dielectric carrier DC it may be referred to as a Half Circle Shaped Monopole with parasitic element.
  • the shape of the radiation patch RP disposed on the front surface of the dielectric carrier DC is not limited thereto, and may be implemented in the form of a square patch as shown in FIG. 8B .
  • the radiation patches RP and RP2 and the parasitic patch PP may be configured to be interconnected to operate as a monopole antenna.
  • the radiation patch (RP, RP2) may be disposed with a plurality of screws (screw, SC) spaced apart from each other at a predetermined interval. Some of the plurality of screws SC may be fastened to connect the radiation patches RP and RP2 and the parasitic patch PP. Meanwhile, some of the plurality of screws SC may not be coupled to be directly connected to the parasitic patch PP. In this case, some of the plurality of screws SC may be inserted into the dielectric carrier DC by adjusting the depth to perform impedance matching for each corresponding band.
  • the radiation patch RP2 may be configured to be disposed on the front surface of the dielectric carrier DC, and the side patch SSP may be configured to be disposed on the side surface of the dielectric carrier DC.
  • the side patch SSP may be configured to be connected to the radiation patch RP2.
  • the present invention is not limited thereto, and the side patch SSP may be spaced apart to be coupled to the radiation patch RP2.
  • the radiation patch RP may be referred to as a first radiation patch 1111b and the side patch SSP may be referred to as a second radiation patch 1112b.
  • the first radiation patch 1111b may be configured to be disposed on the front surface of the dielectric carrier DC.
  • the second radiation patch 1112b may be disposed on a side surface of the dielectric carrier DC and may be disposed to be substantially perpendicularly connected to the first radiation patch 1111b.
  • the first radiation patch 1111b may be disposed on the front surface of the dielectric carrier DC in a rectangular shape.
  • the second radiation patch 1112b may be disposed on a side surface of the dielectric carrier DC in a rectangular shape.
  • a plurality of screws SC may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance even on the side surface of the dielectric carrier.
  • the depth into which the plurality of screws SC inserted into the side surface of the dielectric carrier are inserted may be adjusted so that impedance matching may be performed for each corresponding band.
  • the dielectric carrier may be configured such that the dielectric in a portion of the region is removed.
  • the dielectric carrier DC may include slot regions slot1 and slot2 in which the dielectric is removed to a predetermined thickness and length.
  • radiation efficiency of the antenna elements 1110a and 1110b may be improved by the slot regions slot1 and slot2 from which the dielectric is removed.
  • a dielectric loss caused by a current induced in the antenna elements 1110a and 1110b may be reduced by the slot regions slot1 and slot2 from which the dielectric is removed.
  • a feeder (F) connected to the radiation patch (RP, RP2) and formed to feed a signal may be disposed on the front surface of the dielectric carrier (DC).
  • the power feeding unit F of the antenna elements 1110a and 1110b may be connected to a signal line of the transceiver circuit 1250 of FIG. 5B . Accordingly, the transceiver circuit 1250 may transmit a signal to at least one of the plurality of antennas.
  • the second radiation patches 1112a and 1112b disposed on the side surface of the dielectric carrier DC connect one of the conductive members of the heat sink 1020 with the screw SC.
  • the antenna system 1000 may be configured to further include a coupling ground portion 1120 .
  • the coupling ground part 1120 may be disposed to be coupled to a second conductive member opposite to the conductive member of the heat sink 1020 on which the coupling power supply part 1110 is disposed.
  • a ground region GND is disposed on the front surface of the circuit board 1010
  • a feeding pattern electrically connected to the coupling feeding unit 1110 is disposed on the rear surface of the circuit board 1010 .
  • the position at which the feeding pattern is disposed is not limited to the rear surface of the circuit board 1010 , and may also be disposed on the front surface of the circuit board 1010 or the front surface of another circuit board.
  • the coupling ground portion 1120 may include a vertical connection portion (VCP) connected substantially vertically to the circuit board 1010 .
  • the coupling ground portion 1120 may further include a horizontal extension portion (HCP) formed to extend in one direction and the other direction from the vertical connection portion.
  • the horizontal extension HCP of the coupling ground part 1120 may be disposed under the second conductive member to be spaced apart from the second conductive member by a predetermined distance.
  • the structure is not limited thereto, and at least a portion of the horizontal extension portion HCP may be configured to be connected to the second conductive member.
  • the antenna system 1000 may be configured to further include a lower heat sink 1030 .
  • the lower heat sink 1030 may be disposed to contact the circuit board 1010 .
  • the lower heat sink 1030 may be spaced apart from the circuit board 1010 by a predetermined distance and disposed under the circuit board 1010 .
  • the lower heat sink 1030 may be configured to absorb heat generated from the circuit board 1010 .
  • the lower heat sink 1030 may be configured to transfer heat generated from the circuit board 1010 to the heat sink 1020 through the fixing part 1025 .
  • the lower heat sink 1030 may be configured to include a plate portion 1031 and an extension portion 1032 .
  • the plate part 1031 may be configured such that a heat dissipation fan (FAN) is disposed.
  • FAN heat dissipation fan
  • the extension 1032 may be.
  • the extension part 1032 may extend from the plate part 1031 to one side and the other side, and may be configured to be coupled to the vertical coupling part VCP of the heat sink 1020 .
  • the vertical coupling part VCP and the extension part 1032 may be electrically connected to a ground region formed on the front surface of the circuit board 1010 . Accordingly, the antenna formed of the coupling power supply unit 1110 , the coupling ground unit 1020 , and the opening region of the heat sink 1020 may be configured to operate in a wide band.
  • the antenna system 1000 may be configured to further include a transceiver circuit 1250 and a processor 1400 .
  • the transceiver circuit 1250 and the processor 1400 may be disposed on the rear surface or the front surface of the circuit board 1010 .
  • the transceiver circuit 1250 and the processor 1400 may be disposed on another circuit board disposed below the circuit board 1010 .
  • the transceiver circuit 1250 may be operatively coupled to the coupling power supply 1110 .
  • the processor 1400 may be operatively 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 antenna system 1000 may operate as a single antenna by the coupling power supply unit 1110 and the coupling ground unit 1120 .
  • the transceiver circuit 1250 may be operatively coupled to the coupling feeding unit 1110 and configured to control a signal transmitted to the coupling feeding unit 1110 through a feeding pattern.
  • 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 may control the magnitude and/or phase of a signal transmitted to the coupling power supply unit 1110 by adjusting the gain or input or output power of the power amplifier or the receiving amplifier.
  • the feeding pattern may be disposed on the rear surface of the circuit board 1010 as described above, but is not limited thereto.
  • the processor 1400 may be operatively 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 magnitude and/or phase of a signal transmitted to the coupling power supply unit 1110 .
  • the antenna system may operate as a single antenna in the first band, the second band, and the third band by the coupling power supply unit 1110 and the coupling ground unit 1120 .
  • the first band, the second band and the third band correspond to the low band (LB), the mid band (MB) and the high band (HB) of the 4G LTE system, respectively.
  • the 5G NR system using the 5G SUB6 band can operate in the LB, MB, and HB bands through LTE re-faming.
  • the 5G NR system can operate in bands other than the LB, MB and HB bands.
  • the processor 1400 may receive control information including resource allocation information from at least one of a Road Side Unit (RSU) and a base station.
  • RSU Road Side Unit
  • the processor 1400 of the vehicle may receive and detect resource allocation information through a physical downlink control channel (PDCCH).
  • the processor 1400 may determine the allocated resource region through a physical downlink control channel (PDCCH).
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform carrier aggregation in two or more of the first to third bands based on the allocated resource region.
  • the 5G NR system may operate in bands other than the LB, MB, and HB bands.
  • FIGS. 8A and 8B show efficiency and return loss characteristics of the antenna system disclosed herein.
  • the antenna system disclosed herein may operate in a broadband of about 600 MHz to 6 GHz. More specifically, the antenna system disclosed herein may operate in a broadband of about 617 MHz to 5900 MHz.
  • the return loss characteristic of the antenna has a high efficiency of 50% or more in almost all bands except for some of the low band (LB) and the middle band (MB). Therefore, if the return loss characteristics are further improved in some bands of the low band (LB) and the middle band (MB), (ii) the total efficiency of the antenna can also be configured to have a high efficiency of 50% or more in the entire band. .
  • the antenna system disclosed herein may operate in a broadband of about 600 MHz to 6 GHz. More specifically, the antenna system disclosed herein may operate in a broadband of about 617 MHz to 5900 MHz.
  • the processor 1400 may configure the fan rotation speed of the heat dissipation fan (FAN).
  • the processor 1400 may be configured to detect a fan rotation speed of a heat dissipation fan (FAN) disposed inside the opening area of the heat sink 1020 or an amount of power consumed by the transceiver circuit 1250 .
  • FAN heat dissipation fan
  • the processor 1400 may determine whether the fan rotation speed of the heat dissipation fan is equal to or greater than a first threshold value and/or whether a signal quality received through the antenna is equal to or greater than a second threshold value. When the fan rotation speed of the heat dissipation fan is greater than or equal to the first threshold value and the signal quality received through the antenna is greater than or equal to the second threshold value, the processor 1400 transmits/receives such that the magnitude of the signal applied to the coupling power supply unit 1110 is reduced The sub-circuit 1250 may be controlled.
  • a terminal equipped with an antenna system may transmit a request message to change a connection state to an adjacent vehicle or RSU (Road Side Unit) having a closer distance when the distance between base stations increases. That is, when the temperature inside the vehicle increases and the distance to the base station increases to request a higher signal level, the vehicle may perform a connection change request to an adjacent entity.
  • RSU Radioad Side Unit
  • the antenna system using the heat sink disclosed herein may operate with a plurality of antennas.
  • FIG. 9 shows a configuration of an antenna system having a plurality of feeding structures according to an embodiment.
  • the antenna system 1000 includes a second coupling feeding part ( ) disposed to be coupled with a second conductive member opposite to the conductive member of the heat sink 1010 in which the coupling feeding part 1110 is disposed.
  • 1130 may be further included.
  • a ground region GND may be disposed on the front surface of the circuit board 1010 .
  • the first region connected to the coupling power supply unit 1110 and the second region connected to the second coupling power supply unit 1130 may be formed as slot regions SR1 and SR2 from which the ground pattern is removed.
  • the antenna system 1000 may be configured to further include a transceiver circuit 1250 and a processor 1400 .
  • the transceiver circuit 1250 and the processor 1400 may be disposed on the rear surface or the front surface of the circuit board 1010 .
  • the transceiver circuit 1250 and the processor 1400 may be disposed on another circuit board disposed below the circuit board 1010 .
  • the transceiver circuit 1250 may be operatively coupled to the coupling feeding unit 1110 and the second coupling feeding unit 1130 .
  • the processor 1400 may be operatively 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 processor 1400 is a transceiver circuit 1250 so that the antenna system performs multiple input/output (MIMO) in a mid band (MB) by the coupling feeding unit 1110 and the second coupling feeding unit 1130 . can control
  • MIMO multiple input/output
  • one heat sink may function as a plurality of antennas through a plurality of feeding units. Through such a plurality of feeding units, the antenna system may perform multiple input/output (MIMO).
  • MIMO multiple input/output
  • FIG. 10 shows another embodiment of an antenna system including a heat sink through a plurality of coupling feeding units.
  • FIG. 11 shows a side view of the antenna system of FIG. 10 .
  • the first coupling power supply unit 1110 is connected to the heat sink 1020 through a screw SC.
  • the second coupling feeding unit 1110 may be disposed to be spaced apart from the heat sink 1020 by a predetermined distance.
  • the first coupling power supply unit 1110 may be disposed to be spaced apart from the heat sink 1020 by a predetermined distance.
  • the second coupling feeding unit 1130 may also be disposed to be spaced apart from the heat sink 1020 by a predetermined distance.
  • the first feeding unit 1110 may include a semicircular front patch and a side patch.
  • the second feeding part 1130 may be configured to include a vertical connection part 1131 and a horizontal connection part 1132 .
  • the vertical connection part 1131 may be disposed under the heat sink 1020 in a direction perpendicular to the heat sink 1020 .
  • the horizontal connection part 1132 may be formed to extend in one direction and the other direction from the vertical connection part 1121 .
  • 11 (a) is a side view of the antenna system 1000 viewed from the first coupling feeding unit 1110 side.
  • 11 (b) is another side view of the antenna system 1000 viewed from the second coupling feeding unit 1130 side.
  • the first coupling power supply 1110 may be configured to be fastened to the heat sink 1020 through a screw SC.
  • the first coupling power supply unit 1110 may be configured to be disposed to be spaced apart from the heat sink 1020 by a predetermined distance.
  • the second coupling power supply unit 1130 may be configured to be disposed to be spaced apart from the heat sink 1020 by a predetermined distance.
  • the second coupling power supply unit 1130 may be replaced with a coupling ground 1120 .
  • the first coupling feeding unit 1110 and the second coupling feeding unit 1130 may be referred to as a first feeding unit 1110 and a second feeding unit 1130 , respectively.
  • the shapes of the first feeding unit 1110 and the second feeding unit 1130 are not limited thereto and may be changed according to applications.
  • the shapes of the first feeding unit 1110 and the second feeding unit 1130 may be the same, so that electrical characteristics of the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 may be maintained to be the same or similar.
  • the shapes of the first feeding unit 1110 and the second feeding unit 1130 are the same, interference characteristics between the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 may be reduced.
  • FIG. 12A shows the reflection coefficient and isolation characteristics of an antenna system including a first feeder and a second feeder.
  • 12B shows antenna efficiency characteristics of an antenna system including a first power feeding unit and a second feeding unit.
  • the return loss characteristics of the first and second antennas by the first and second feeding units have good characteristics in almost the entire band.
  • the isolation characteristic between the first antenna and the second antenna deteriorates in the low band LB.
  • the heat sink-based antenna system for performing the MIMO operation disclosed herein may operate in the middle band (MB) and the high band (HB) and 5G SUB 6 bands except for the low band (LB).
  • the heat sink-based antenna system for performing the MIMO operation disclosed herein may be configured to operate at 1410 MHz to 5900 MHz.
  • the red efficiency characteristics of the first antenna and the second antenna by the first and second feeders are the middle band (MB) and the high band (HB) and 5G SUB excluding the low band (LB). It has good characteristics in 6 bands.
  • the reflection coefficient characteristic of the second antenna is deteriorated compared to the reflection coefficient characteristic of the first antenna.
  • the total efficiency characteristic of the second antenna ANT2 is deteriorated compared to the total efficiency characteristic of the first antenna ANT1 .
  • FIG. 13 shows an antenna configuration in which a heat dissipation fan is not disposed inside a heat sink according to another exemplary embodiment.
  • 14A shows the efficiency characteristics of an antenna in which a heat dissipation fan is not disposed inside a heat sink.
  • 14B illustrates return loss characteristics of an antenna in which a heat dissipation fan is not disposed inside a heat sink.
  • the coupling feeding unit 1110 may be disposed to be coupled to a conductive member of the heat sink.
  • the coupling ground part 1120 may be disposed to be spaced apart from each other by a predetermined distance so as to be coupled to the second conductive member facing the conductive member.
  • An antenna configuration in which a heat dissipation fan is not disposed inside the heat sink is not limited thereto.
  • the antenna may be configured to perform multiple input/output (MIMO) by a plurality of coupling feeding units without a coupling ground unit.
  • MIMO multiple input/output
  • FIG. 14A it has an antenna efficiency of 50% or more in the mid-band (MB) and high-band (HB) and 5G SUB6 bands.
  • antenna efficiency decreases in the low band LB.
  • FIG. 8A it can be seen that the antenna efficiency characteristic is maintained at a level of 50% even in the low band LB near 1 GHz and below.
  • a heat dissipation fan FAN is disposed inside the heat sink 1020 to improve antenna efficiency characteristics. This is due to the low-band (LB) resonance mode formed between the loop structure by the heat sink 1020 and the metal structure surrounding the heat dissipation fan disposed inside the heat sink.
  • FIG. 14B it has a return loss characteristic of -6dB or less in the middle band (MB) and high band (HB) and 5G SUB6 bands. Even in some of the low bands (LB), it has a return loss characteristic of -6dB or less.
  • FIG. 8B compared to a case in which a heat dissipation fan is disposed inside the heat sink 1020 , when a heat dissipation fan is not disposed as in FIG. 14B , the return loss characteristic has similar characteristics.
  • FIGS. 8A and 14A as a heat dissipation fan (FAN) is disposed inside the heat sink 1020 , antenna efficiency characteristics may be improved without significant improvement in return loss characteristics.
  • the low-band (LB) resonance mode formed between the loop structure by the heat sink 1020 and the metal structure surrounding the heat dissipation fan (FAN) allows the antenna system to operate as an antenna even in the low-band (LB).
  • FIGS. 15A and 15B show a structure in which the position of the coupling ground portion of the heat sink-based antenna system is disposed under the conductive member of the heat sink or inside the heat sink.
  • FIG. 15A illustrates a case in which the coupling ground portion of the heat sink-based antenna system is disposed under the conductive member of the heat sink.
  • 15B illustrates a structure in which a position of a coupling ground portion of the heat sink-based antenna system is disposed inside the heat sink.
  • FIGS. 16A and 16B show antenna radiation efficiency and total efficiency characteristics according to the location of the coupling ground unit according to FIGS. 15A and 15B .
  • the coupling ground part 1120 may be disposed under the second conductive member of the heat sink 1020 .
  • the coupling feeding unit 1110 may be connected to a conductive member of the heat sink 1020 .
  • the second conductive member of the heat sink 1020 may be disposed on a side opposite to the conductive member of the heat sink 1020 .
  • the coupling ground part 1120 may be disposed to be offset by a predetermined distance from the second conductive member of the heat sink 1020b to the inside of the heat sink 1020b.
  • the coupling power supply 1110 may be connected to a conductive member of the heat sink 1020b.
  • the second conductive member of the heat sink 1020 may be disposed on a side opposite to the conductive member of the heat sink 1020 .
  • the position of the coupling ground unit 1120 of FIGS. 15A and 15B may be the same, and the length of the heat sink 1020b of FIG. 15B may be increased.
  • the coupling ground part is disposed inside the heat sink, the antenna radiation efficiency and total efficiency characteristics in the low band LB are deteriorated. Accordingly, as the coupling ground portion is disposed inside the heat sink, antenna characteristics in the low band LB are deteriorated. Accordingly, an optimal position of the coupling feeder for wideband operation of the antenna system may be determined below the second conductive member of the heat sink. However, depending on the application, when the antenna system operates only in the middle band (MB) or higher, the location of the coupling ground part may be disposed inside the heat sink. Accordingly, interference with other antennas operating in the low band LB can be reduced.
  • MB middle band
  • FIGS. 17A and 17B show the shape of the antenna system using the loop-shaped metal pattern and the branch line pattern and the equivalent structure of the antenna system according to an embodiment of the present specification.
  • FIG. 18A shows a PCB structure in which an antenna system using a loop-shaped metal pattern and a branch line pattern is implemented according to an embodiment.
  • 18B illustrates a loop-shaped metal pattern having a branch line pattern and a shape of a coupling power supply unit according to an exemplary embodiment.
  • the antenna system 1000 may be configured to include a circuit board 1010 , an antenna ANT 1100 , and a coupling feed portion 1110 - 2 . have.
  • the circuit board 1010 may be disposed on the roof of the vehicle or a metal frame inside the roof frame, and various electronic components may be disposed thereon.
  • the antenna ANT 1100 may be configured to have an aperture region corresponding to the inside of the metal pattern on the circuit board 1010 .
  • a ground region GND may be disposed on the front surface of the circuit board 1010 , and a region connected to the coupling power supply 1110 - 2 may be formed as a slot region SR from which a ground pattern is removed.
  • a feeding pattern electrically connected to the coupling feeding unit 1110 - 2 may be disposed on the rear surface or the front surface of the circuit board 1010 .
  • the antenna system 1000 may be configured to further include a transceiver circuit 1250 and a processor 1400 .
  • the transceiver circuit 1250 may be operatively coupled to the coupling feeding unit 1110 - 2 and configured to control a signal transmitted to the coupling feeding unit 1110 - 2 through a feeding pattern.
  • the processor 1400 may be operatively coupled to the transceiver circuit 1250 and configured to control 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.
  • the processor 1400 may detect the amount of power consumed by the transceiver circuit 1250 and determine whether the signal quality received through the antenna is equal to or greater than a threshold value. When the amount of power consumed by the transceiver circuit 1250 is equal to or greater than the first threshold and the quality of a signal received through the antenna is equal to or greater than the second threshold, the processor 1400 may control the signal to be reduced in size. That is, the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to reduce the magnitude of the signal applied to the coupling power supply unit 1110 - 2 .
  • the antenna ANT 1100 may be configured to be fixed through the circuit board 1010 and a short portion 1140 .
  • the shorting unit 1140 may include a first shorting unit 1141 and a second shorting unit 1142 configured to be connected to one side and the other side of the loop antenna and to be connected to a ground. Accordingly, a structure having a dual path to the ground, such as the first shorting unit 1141 and the second shorting unit 1142 , may be referred to as a dual path to ground.
  • Impedance matching characteristics in the low band LB may be improved by the first shorting part 1141 and the second shorting part 1142 .
  • the antenna may have a broad band characteristic in the high band HB through the coupling feeding unit 1110 - 2 .
  • the antenna can operate in a wide band through the feeding structure through a wide surface and the feeding structure of the vertical tapering structure.
  • a metal pattern other than the metal pattern of the loop antenna through which the signal is transmitted through the coupling feeding unit 1110 - 2 may be connected to the ground region through the first shorting part 1141 and the second shorting part 1142 .
  • the metal patterns of one side and the other side of the loop antenna may be connected to the ground region of the circuit board 1010 and at both sides of the loop antenna through the first shorting part 1141 and the second shorting part 1142 .
  • the metal pattern of one side and the other side of the loop antenna may be configured not to be connected to the coupling feeding unit 1110 - 2 .
  • the first shorting part 1141 and the second shorting part 1142 connected to the metal pattern on one side and the other side of the loop antenna may be referred to as L-short and R-short, respectively.
  • the first shorting part 1141 and the second shorting part 1142 may be connected to the loop antenna at different offset positions.
  • a point where the first shorting part 1141 is connected to the loop antenna and a point where the second shorting part 1142 is connected to the loop antenna may be different from each other.
  • the length L1 of the point where the first shorting part 1141 is connected to the loop antenna and the length R1 of the point where the second shorting part 1142 is connected to the loop antenna may be different from each other.
  • the length L1 of the point where the first shorting part 1141 is connected to the loop antenna may be 20.5 mm, but is not limited thereto.
  • the length R1 of the point where the second shorting part 1142 is connected to the loop antenna may be 10.0 mm, but is not limited thereto.
  • the branch line 1102 is formed on only one side of the loop antenna 1101 , the points at which the first shorting part 1141 and the second shorting part 1142 are connected may be different. This is because the current distribution formed in the loop antenna 1101 by the offset branch line 1102 may be asymmetric.
  • the branch line 1102 is not formed or is formed in a symmetrical shape, the point where the first shorting part 1141 and the second shorting part 1142 are connected may be formed in the same way.
  • the present invention is not limited thereto, and regardless of whether the branch line 1102 is formed or a length thereof, a point where the first shorting part 1141 and the second shorting part 1142 are connected may be formed in the same way.
  • a point where the first shorting part 1141 and the second shorting part 1142 are connected may be different. Even if the branch line 1102 is not formed or is formed in a symmetrical shape, a point where the first shorting part 1141 and the second shorting part 1142 are connected may be different. In this case, impedance values of the matching circuits between the first and second short circuits 1141 and 1142 and the ground may be different from each other. Accordingly, it is possible to increase the degree of freedom capable of optimizing antenna characteristics in a specific band. Also, if the points at which the first shorting part 1141 and the second shorting part 1142 are connected are different, the bandwidth characteristic may be improved.
  • the point where the first shorting unit 1141 is connected may be such that antenna performance is optimized in the first frequency band within the low band LB.
  • the point where the first shorting unit 1141 is connected may be such that antenna performance is optimized in the second frequency band within the low band LB. Accordingly, the points at which the first shorting part 1141 and the second shorting part 1142 are connected are slightly different to cover the entire band of the low band LB.
  • FIGS. 19A and 19B show VSWR characteristics and antenna efficiency according to different combinations of the first and second paragraphs.
  • the length L1 of the point where the first shorting part 1141 is connected to the loop antenna may be assumed to be 20.5 mm.
  • the length R1 of the point where the second shorting part 1142 is connected to the loop antenna is 10.0 mm.
  • the VSWR characteristic deteriorates in the low band LB.
  • the second shorting section that is, the R-short is arranged
  • the VSWR characteristic is improved in the low band (LB) than when the first shorting section and the second shorting section are not provided.
  • the first shorting part that is, the L-short is disposed
  • the VSWR characteristic is improved in the low band (LB) compared to the case without the first shorting part and the second shorting part.
  • the VSWR characteristic is most improved in the low band (LB) when there is a first shorting section and a second shorting section.
  • the antenna total efficiency characteristic is deteriorated in the low band (LB).
  • the antenna total efficiency characteristic is improved in the low band (LB) than when the first shorting section and the second shorting section are not provided.
  • the antenna total efficiency characteristic is improved in the low band (LB) compared to the case without the first shorting part and the second shorting part.
  • the antenna total efficiency characteristic is most improved in the low band (LB).
  • the antenna formed by the coupling feeder, the first and second short circuit parts 1141 and 1142 , the opening area of the loop antenna 1101 and the branch line 1102 can operate in a wide band.
  • the antenna disclosed herein may operate as an antenna in a low band (LB), a middle band (MB) and a high band (HB).
  • the antenna ANT 1100 may operate in a wide band.
  • the antenna characteristics may be improved in the low band LB by the branch line 1102 .
  • the branch line 1102 by providing the branch line 1102 , the performance at a specific frequency in the low band (LB) may be improved or the low band (LB) bandwidth characteristic may be improved.
  • An antenna length may be increased by the branch line 1102 to improve low-bandwidth (LB) characteristics.
  • An antenna performance improvement by the branch line 1102 will be described in detail with reference to FIG. 20 .
  • the antenna ANT 1100 may be a loop antenna in which a metal pattern is formed in a loop shape.
  • the antenna ANT 1100 may include a branch line pattern 1102 in which at least a portion of the loop antenna 1101 is extended.
  • the coupling feeding unit 1110 - 2 may be electrically connected to the circuit board 1010 and configured to radiate a signal to an opening region.
  • a ground region GND may be disposed on the front surface of the circuit board 1010 .
  • the region of the circuit board 1010 connected to the coupling feeding unit 1110 may be formed as a slot region from which the ground pattern is removed.
  • the shape of the coupling feeding unit 1110 - 2 may be formed in various shapes. In this regard, it may be implemented in a semicircular shape or a rectangular shape printed on a dielectric carrier (DC) as shown in FIGS. 7A and 7B . Meanwhile, as shown in FIG. 18B , the coupling feeding unit 1110 - 2 implemented on the dielectric carrier DC may include a first radiation patch 1111 - 2 and a second radiation patch 1112 - 2 .
  • the first radiation patch 1111 - 2 may be disposed on the front surface of the dielectric carrier DC.
  • the shape of the first radiation patch 1111 - 2 may be a semicircular shape, but is not limited thereto. Accordingly, the first radiation patch 1111 - 2 may be disposed on the front surface of the dielectric carrier DC in a semi-circle shape, a rectangular shape, or a triangular shape. In this regard, the shape of the first radiation patch 1111 - 2 may be a rectangular shape, any polygonal shape, an elliptical shape, or any closed curved shape.
  • the second radiation patch 1112 - 2 may be disposed on a side surface of the dielectric carrier DC and may be configured to be substantially perpendicularly connected to the first radiation patch 1111 - 2 .
  • the loop antenna disclosed herein may optimize antenna characteristics by adjusting the shape and position of the feeding structure, the size of the loop antenna, and the position of the shorting structure.
  • FIG. 20 shows various embodiments in which antenna characteristics are adjusted by adjusting the shape and position of the feeding structure, the size of the loop antenna, and the position of the shorting structure.
  • the loop antenna-based antenna system may change a feeding structure from a proposed design structure.
  • the shape of the coupling feeding unit 1110 - 2 may be changed to a rectangular shape or a triangular shape in addition to the semicircular shape.
  • the size of the loop antenna 1101 may be increased in the longitudinal direction.
  • the shape of the coupling feeding unit 1110 - 2 may be changed to a rectangular shape or a triangular shape in addition to the semicircular shape.
  • the coupling feeder 1110 - 2 disposed on the side surface of the dielectric carrier may be disposed on the side surface of the dielectric carrier.
  • the second radiation patch 1112 - 2 disposed on the side of the dielectric carrier is disposed spaced apart from one of the metal patterns of the loop antenna by a predetermined distance in order to improve the low band (LB) bandwidth characteristic of the loop antenna.
  • the shape of the coupling feeding unit 1110 - 2 may be changed to a rectangular shape or a triangular shape in addition to the semicircular shape.
  • the coupling feeding unit 1110 - 2 may be electrically connected to the metal pattern of the loop antenna 1101 .
  • the coupling feeder 1110 - 2 disposed on the side of the dielectric carrier is connected through one of the metal patterns of the loop antenna 1101 and a screw. can be contracted.
  • the second radiation patch 1112 - 2 is screwed with one of the metal patterns of the loop antenna 1101 in order to improve the antenna performance at a specific frequency within the low band (LB) of the loop antenna 1101 .
  • the point L1 at which the first shorting part 1141 is connected to the loop antenna and the point R1 at which the second shorting part 1142 is connected to the loop antenna are the end portions of the loop antenna.
  • the point L1 at which the first shorting part 1141 is connected to the loop antenna and the point R1 where the second shorting part 1142 is connected to the loop antenna are in the low band (LB) of the loop antenna.
  • LB low band
  • the antennas ANT 1100 may operate in a wide band by the branch line 1102 connected to the loop antenna 1101 .
  • the antenna characteristics may be improved in the low band LB by the branch line 1102 .
  • antenna performance at a specific frequency within the low band (LB) may be improved or the low band (LB) bandwidth characteristic may be improved.
  • An antenna length may be increased by the branch line 1102 to improve low-bandwidth (LB) characteristics.
  • the low-bandwidth (LB) bandwidth characteristic may be improved by the offset branch line 1102 .
  • antenna performance may be improved at a specific frequency within the low band LB by the branch line 1102 having a symmetrical shape.
  • the branch line pattern may be provided or omitted.
  • the branch line pattern 1102 may be connected to a second metal pattern opposite to the metal pattern of the loop antenna coupled to the coupling feeder 1110 - 2 .
  • the branch line pattern 1102 may be connected to an end of the second metal pattern of the loop antenna.
  • the branch line pattern 1102 may be connected to an end of the second metal pattern of the loop antenna in order to improve low band (LB) bandwidth characteristics.
  • the branch line pattern 1102 is connected to the end of the second metal pattern of the loop antenna, and the coupling feeder 1110 - 2 is the metal pattern of the loop antenna.
  • the lower portion may be spaced apart from each other by a predetermined interval.
  • the branch line pattern 1102 may be connected to the center point of the second metal pattern in order to improve antenna performance at a specific frequency in a low band (LB) of the loop antenna.
  • the branch line pattern 1102 is connected with the center point of the second metal pattern of the loop antenna, and the coupling feeder 1110-2 ) may be connected to the metal pattern of the loop antenna.
  • the low-band (LB) characteristic may be improved by increasing the size of the loop antenna 1101 .
  • FIGS. 21A and 21B show the VSWR and efficiency characteristics of the antenna as the length of the loop antenna is increased by a predetermined length.
  • the length L of the loop antenna 1101 may be increased from 43 mm to 10 mm. In this case, the entire length of the antenna ANT 1100 including the loop antenna 1101 and the branch line 1102 may be constantly maintained.
  • the resonant frequency of the antenna shifts to a lower frequency.
  • the resonant frequency of the loop antenna is shifted by about 137 MHz.
  • the overall length of the antenna ANT 1100 including the loop antenna 1101 and the branch line 1102 may not be changed. That is, if the area of the loop antenna 1101 is increased, the length of the branch line 1102 may be shortened to configure the antenna. In this case, as the length L of the loop antenna 1101 increases, the antenna characteristics in the low band LB are improved. Accordingly, by increasing the length of the metal pattern of the loop antenna 1101 without increasing the overall antenna length, it is possible to improve antenna characteristics in a low frequency band of the low band LB, for example, 700 MHz or less.
  • the branch line 1102 by increasing the length of the branch line 1102 while maintaining the overall antenna length, it is possible to improve antenna characteristics in a high frequency band among the low band LB, for example, 700 MHz or higher.
  • antenna efficiency in the 800 MHz to 900 MHz band may be reduced by about 5% to 10%.
  • an antenna having a length L smaller than a width W of the loop antenna may be referred to as a first type antenna.
  • an antenna having a length L longer than a width W of the loop antenna may be referred to as a second type antenna.
  • both the first type antenna and the second type antenna may be disposed in the vehicle.
  • the processor 1400 of the vehicle TCU may control to transmit and receive a signal through the second type antenna.
  • the processor may control to transmit and receive a signal through the first type antenna.
  • the second subband may be a higher frequency band than the first subband among the LB bands. For example, if a band of 700 MHz or less is allocated, a signal may be transmitted and received through the second type antenna having a length L longer than a width W of the loop antenna. On the other hand, when a band of 700 MHz or more is allocated, a signal may be transmitted and received through the first type antenna having a length L longer than a width W of the loop antenna.
  • the electrical characteristics of the loop antenna may be changed by adjusting the height (H) and the radius (R) of the coupling feeding unit 1110 - 2 .
  • FIGS. 22A and 22B show antenna VSWR characteristics and efficiency characteristics according to a change in the height of the coupling feeding unit. 18A, 18B and 22A , when the height H of the coupling feeding unit 1110 - 2 is changed from 18.2 mm to 19.9 mm, the antenna VSWR characteristic in the low band LB is improved. However, even when the height H of the power feeding unit 1110 - 2 is changed from 18.2 mm to 19.9 mm, the bandwidth characteristic in the low band LB is not significantly changed. On the other hand, when the height (H) of the coupling feeding unit 1110 - 2 is changed from 18.2 mm to 19.9 mm, the antenna VSWR characteristics in the middle band (LB) and the high band (HB) are somewhat deteriorated.
  • the height (H) of the coupling feeding unit 1110 - 2 may be set in a range between 18.2 mm and 19.9 mm.
  • an antenna having a height H of the coupling feeding unit 1110 - 2 of about 18.2 mm may be referred to as a first type antenna.
  • an antenna having a height (H) of about 19.9 mm of the coupling feeding unit 1110 - 2 may be referred to as a second type antenna.
  • both the first type antenna and the second type antenna may be disposed in the vehicle.
  • the processor 1400 of the vehicle TCU may control to transmit and receive a signal through the second type antenna.
  • the processor may control to transmit and receive a signal through the first type antenna.
  • FIG. 23A shows a change in the antenna VSWR characteristic when the width of the loop antenna is reduced by a predetermined ratio.
  • 23B illustrates a change in antenna efficiency in the low band (LB) when the width of the loop antenna is reduced by a predetermined ratio.
  • the width W of the loop antenna 1101 may be reduced by about 10%.
  • the width W of the loop antenna 1101 may be reduced from 65 mm to 60.84, 56.68, 52.52, 48.36, and 44.2 mm.
  • the area of the feeding unit 1110 - 2 may decrease by 10%.
  • a change in the antenna VSWR characteristic as the width W of the loop antenna 1101 decreases is shown in FIG. 22A . Referring to FIG. 22A , the antenna corresponding to type 2 has the best VSWR characteristic in the low band (LB).
  • the type 2 antenna is a case in which the width W of the loop antenna 1101 is reduced from 65 mm to about 56.68 mm.
  • the type 2 antenna has the highest antenna efficiency characteristic in the low band (LB).
  • the width W of the loop antenna 1101 may be reduced from 65 mm to 60.84, 56.68, 52.52, 48.36, and 44.2 mm as shown in FIG. 23A.
  • an antenna having a width W of the disclosed loop antenna 1101 of about 65.0 mm may be referred to as a first type antenna.
  • an antenna having a width W of the loop antenna 1101 of about 56.68 mm may be referred to as a second type antenna.
  • the width W of the loop antenna 1101 in the first and second type antennas is not limited to the above-described value.
  • Any loop antenna structure in which the width of the loop antenna is reduced in order to improve antenna efficiency in the low band LB may be referred to as a second type antenna.
  • both the first type antenna and the second type antenna may be disposed in the vehicle.
  • the processor 1400 of the vehicle TCU may control to transmit and receive a signal through the second type antenna.
  • the processor may control to transmit and receive a signal through the first type antenna.
  • the second subband may be a higher frequency band than the first subband among the LB bands. For example, if a band of 700 MHz or less is allocated, a signal may be transmitted and received through the second type antenna in which the width W of the loop antenna 1101 is reduced. On the other hand, when a band of 700 MHz or more is allocated, a signal may be transmitted and received through the first type antenna in which the width W of the loop antenna 1101 is increased.
  • the loop antenna disclosed herein may optimize antenna characteristics by adjusting the width of a shorted metal pattern connected to the first and second shorting parts 1141 and 1142 .
  • FIG. 24A shows a loop antenna structure in which the width of the short-circuited metal pattern is changed.
  • 24B shows antenna VSWR characteristics according to a change in width of a short-circuited metal pattern.
  • 24C shows antenna efficiency characteristics according to a change in width of a short-circuited metal pattern.
  • the width of the short-circuited metal patterns 1143 and 1144 of the loop antenna 1101 may be varied to 2 mm, 5 mm, or 10 mm.
  • the antenna VSWR value in the low band LB is improved from a value of 3 or more to a value of 2 or less.
  • the antenna efficiency in the low band (LB) is improved to about 65% at a value of 40% or less.
  • the width of the short-circuited metal patterns 1143 and 1144 is increased to be greater than 10 mm, the electric field component in the width direction may increase and thus the resonance frequency may be changed.
  • the width of the shorting metal patterns 1143 and 1144 is increased to be greater than 10 mm, the effective length of the antenna may increase, and thus the resonance frequency may decrease.
  • the above-described technical characteristics are similarly applied to the width of the metal pattern of the loop antenna 1101 and the antenna VSWR and gain characteristics in the low band LB. Accordingly, if the width of the metal pattern of the loop antenna 1101 is increased from 2 mm to 10 mm, VSWR and gain characteristics in the low band LB may be improved. However, if the width of the loop antenna 1101 is increased to be greater than 10 mm, the electric field component in the width direction may increase, and thus the resonance frequency may be changed. As an example, if the width of the metal pattern of the loop antenna 1101 is increased to be greater than 10 mm, the effective length of the loop may be increased and the resonance frequency may be decreased.
  • the first and second short circuit portions 1141 and 1142 of the loop antenna disclosed herein may be connected to the ground through a matching circuit including an inductor and a capacitor.
  • FIG. 25A shows the structure of the loop antenna and the configuration in which the ends of the first and second short circuits are connected to the ground through a matching circuit composed of an inductor and a capacitor.
  • FIG. 25B shows a VSWR value of an antenna according to a change in capacitance or inductance value.
  • 25C shows impedance characteristics of an antenna according to a change in capacitance or inductance value.
  • the ends of the first shorting part 1141 and the second shorting part 1142 are connected to the circuit board through a matching circuit MC composed of an inductor L and a capacitor C. It may be connected to the ground region GND of the 1010 .
  • the matching circuit MC may be controlled to be connected to the ground region GND and the inductor L or the capacitor C.
  • the capacitance value may be, for example, 100 pF.
  • the inductance value may be, for example, one of 5nH, 10nH, 15nH, 20nH, and 25nH.
  • impedance matching through the matching circuit MC formed of the inductor L or the capacitor C is not limited to the loop antenna structure having a metal pattern. Accordingly, impedance matching may be performed through the matching circuit MC including the inductor L or the capacitor C in the antenna system including the heat sink of FIGS. 5A to 16B .
  • the resonant frequency is set to 1 GHz or more, so that the low-band (LB) characteristic of the antenna may be deteriorated.
  • the inductance value is changed to 5nH or 10nH, the resonance frequency is changed to a lower band of 1 GHz or less, so that the low-band (LB) characteristic of the antenna may be improved.
  • the impedance value decreases to a value of 50 ohm or less. Accordingly, as the inductance value increases to 15nH, 20nH, and 25nH as shown in FIG. 25B, the VSWR value at the resonant frequency increases.
  • the antenna system disclosed herein may optimize the band characteristics through the matching circuit MC formed of the variable inductor L or the variable capacitor C.
  • the band characteristics may be optimized through the matching circuit MC and the switches SW1 and SW2 made of the inductor L or the capacitor C as shown in FIG. 25A .
  • the antenna when the switch SW2 connected to the capacitor C is in an ON state, the antenna may operate as a first type antenna operating in the first subband of the low band LB.
  • the switch SW1 connected to the inductor L is in an ON state, the antenna may operate as a second type antenna operating in the second subband of the low band LB.
  • both the first type antenna and the second type antenna may be disposed in the vehicle.
  • the processor 1400 of the vehicle TCU may control to transmit and receive a signal through the first type antenna.
  • the processor may control to transmit and receive a signal through the second type antenna.
  • the second subband may be a higher frequency band than the first subband among the LB bands.
  • the antenna disclosed herein may adjust the resonant frequency by adjusting the position of the shorting metal pattern.
  • FIG. 26A shows the change of the resonance frequency when the positions of the short-circuited metal patterns on the left are spaced apart from the coupling power supply part by a predetermined interval.
  • 26B shows the change of the resonance frequency when the positions of the short-circuited metal patterns on the right are spaced apart from the coupling feeding part by a predetermined interval.
  • the resonance frequency may shift from the low band LB to the upper band.
  • a position of the short circuit metal pattern 1143 may be offset by 10 mm from the metal pattern on which the coupling feeding unit is disposed.
  • the LB frequency shift is shifted to the upper band by about 40 MHz to 50 MHz.
  • the resonance frequency may shift from the low band LB to the upper band.
  • a position of the shorting metal pattern 1144 may be offset by 10 mm from the metal pattern on which the coupling feeding unit is disposed.
  • the LB frequency shift is shifted to the upper band by about 20 MHz to 50 MHz.
  • the first from the coupling feeding unit 1110 - 2 to shift the resonance frequency of the low band LB to the high band. and positions of the second shorting parts 1141 and 1142 may be offset.
  • the positions of the first and second shorting units 1141 and 1142 may be disposed adjacent to the coupling feeding unit 1110 - 2 .
  • the shorting metal pattern 1144 may be disposed without an offset from the metal pattern on which the coupling feeding unit is disposed.
  • FIG. 27 shows a configuration diagram of an antenna system and a vehicle on which the antenna system is mounted, according to an embodiment.
  • the broadband antenna system 1000 is mounted on a vehicle, and the antenna system 1000 may perform short-range communication, wireless communication, and V2X communication by itself or through the communication device 400 .
  • the baseband processor 1400 may control the antenna system 1000 to receive signals from, or transmit signals to, adjacent vehicles, RSUs, and base stations through the antenna system 1000 .
  • the baseband processor 1400 may control the communication device 400 to receive signals from or transmit signals to adjacent vehicles, RSUs, adjacent things, and base stations.
  • the information on the adjacent object may be acquired through an object detection device such as the camera 531 , the radar 532 , the lidar 533 , and the sensors 534 and 535 of the vehicle 300 .
  • the baseband processor 1400 may control the communication device 400 and the antenna system 1000 to receive signals from, or transmit signals to, adjacent vehicles, RSUs, adjacent objects, and base stations.
  • a vehicle 500 having an antenna system 1000 is configured to include a plurality of antennas 1100 , a transceiver circuit 1250 , and a baseband processor 1400 . possible. Meanwhile, the vehicle 500 may further include an object detecting apparatus 520 . Also, the vehicle 500 may further include a communication device 400 . Here, the communication device 400 may be configured to perform wireless communication through an antenna unit.
  • the vehicle 500 may be provided with the antenna system 1000 .
  • the antenna system 1000 may be configured to include a circuit board 1010 , a heat sink 1020 , and a coupling feed portion 1110 .
  • the antenna system 1000 may further include a coupling ground portion 1120 .
  • the antenna system 1000 may be configured to include a coupling feeding unit 1110 and a second coupling feeding unit 1120 .
  • the antenna system 1000 may further include a transceiver circuit 1250 and a processor 1400 .
  • the circuit board 1010 may be disposed on a roof of a vehicle or a metal frame disposed inside a roof frame, and configured to have electronic components disposed therein.
  • the heat sink 1020 may have an aperture region on an upper portion of the circuit board 1010 , and may be configured to be fixed through the circuit board 1010 and the fixing unit 1025 .
  • the fixing part 1025 may be configured to connect the heat sink 1020 and the lower heat sink 1030 .
  • the coupling power supply 1110 may be electrically connected to the circuit board 1010 and may be configured to radiate a signal to an opening region of the heat sink 1020 .
  • a ground region GND may be disposed on the front surface of the circuit board 1010 .
  • the region of the circuit board 1010 connected to the coupling power supply unit 1110 may be formed as a slot region (SR) from which the ground pattern is removed.
  • the second coupling feeding unit 1130 may be disposed to be coupled to a second conductive member facing the conductive member of the heat sink 1020 on which the coupling feeding unit 1110 is disposed.
  • the antenna system 1000 may operate as the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 by the coupling feeding unit 1110 and the second coupling feeding unit 1130 . Accordingly, multiple input/output (MIMO) may be performed through the antenna system 1000 corresponding to one antenna unit.
  • MIMO multiple input/output
  • the transceiver circuit 1250 may be operatively coupled to the coupling power supply 1110 .
  • the processor 1400 may be operatively 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 antenna system 1000 may operate as a single antenna by the coupling power supply unit 1110 and the coupling ground unit 1120 .
  • the transceiver circuit 1250 may be operatively coupled to the coupling feeding unit 1110 and configured to control a signal transmitted to the coupling feeding unit 1110 through a feeding pattern.
  • 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 may control the magnitude and/or phase of a signal transmitted to the coupling power supply unit 1110 by adjusting the gain or input or output power of the power amplifier or the receiving amplifier.
  • the feeding pattern may be disposed on the rear surface of the circuit board 1010 as described above, but is not limited thereto.
  • the processor 1400 may be operatively 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 magnitude and/or phase of a signal transmitted to the coupling power supply unit 1110 .
  • 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 may simultaneously receive the same information from various entities at the same time, improving reliability for surrounding information and reducing latency.
  • URLLC Ultra Reliable Low Latency Communication
  • a base station performing scheduling may preferentially allocate a time slot for a vehicle operating as a URLLC UE. For this, some of the specific time-frequency resources already allocated to other UEs may be punctured.
  • the antenna system 1000 of FIG. 27 may include a first antenna system 1000a and a second antenna system 1000b.
  • the first antenna system 1000a and the second antenna system 1000b may be configured to be separated from each other or may be optimally disposed within one heat sink.
  • the first antenna system 1000a and the second antenna system 1000b are configured to be separated from each other, they may be disposed in the same area or may be disposed in different areas.
  • Both the first antenna system 1000a and the second antenna system 1000b may be disposed inside the roof frame.
  • both the first antenna system 1000a and the second antenna system 1000b may be disposed on the roof.
  • one of the first antenna system 1000a and the second antenna system 1000b may be disposed inside the roof frame, and the other may be disposed on the roof.
  • the antenna system disclosed herein is not limited thereto, and one antenna system may operate as one antenna.
  • one antenna system includes a plurality of antennas.
  • the first antenna system 1000a may be configured to include a first antenna ANT1 and a second antenna ANT2 .
  • the second antenna system 1000b may be configured to include a third antenna ANT3 and a fourth antenna ANT4.
  • the plurality of antennas ANT1 to ANT4 in the antenna system 1000 may operate in all bands of the low band LB, the middle band MB, and the high band HB.
  • the low band LB may be referred to as a first (frequency) band
  • the middle band MB and the high band HB may be referred to as a second (frequency) band.
  • the middle band (MB) is referred to as a first (frequency) band
  • the high band (HB) is referred to as a second (frequency). 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 When 5G NR operates in a band separate from LTE, it may operate in a high band (HB) or a higher band.
  • the 5G Sub6 band operating in the high band (HB) or higher band may also be referred to as a second (frequency) band.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through two or more of the plurality of antennas ANT1 to ANT4 in the first frequency band. Also, 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. In this regard, multiple input/output (MIMO) may be performed using antenna elements that are spaced apart from each other by a sufficient distance and rotated at a predetermined angle. Accordingly, isolation between the first signal and the second signal within the same band may be improved.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor 1400 receives the first signal of the first band through any one of the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4 and the transceiver circuit 1250 to receive the second signal of the second band. ) 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 receives the first signal of the first band through one of the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 while receiving the third antenna ANT3 and the fourth antenna ANT4 ) may control the transceiver circuit 1250 to receive the second signal of the second band through any one of.
  • each antenna can be designed to be optimized in a corresponding band and implemented to operate.
  • the baseband processor 1400 may perform carrier aggregation (CA) through a band in which the first frequency band and the second frequency band are combined. Accordingly, in the present invention, when it is necessary to receive a large amount of data for autonomous driving, there is an advantage that broadband reception is possible through carrier aggregation.
  • CA carrier aggregation
  • the vehicle may perform Enhanced Mobile Broad Band (eMBB) communication and the vehicle may operate as an eMBB UE.
  • eMBB Enhanced Mobile Broad Band
  • a base station performing scheduling may allocate a wideband frequency resource for a vehicle operating as an eMBB UE.
  • carrier aggregation (CA) may be performed on spare frequency bands except for the frequency resources already allocated to other UEs.
  • the bands corresponding to the low band (LB), the mid band (MB), and the high band (HB) are respectively divided into the first band, the second band and the third band. can be referred to.
  • the antenna system 1000 may include a coupling feeding unit 1110 and a coupling ground unit 1120 .
  • one antenna system may operate as one antenna.
  • the antenna system 1000 is connected to a low band (LB), a mid band (MB), and a high band (HB). It can operate as a single antenna in the corresponding first band, second band, and third band.
  • the processor 1400 may determine the allocated resource region through a physical downlink control channel (PDCCH).
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform carrier aggregation in two or more of the first to third bands based on the allocated resource region.
  • PDCCH physical downlink control channel
  • the antenna system 1000 may include a coupling feeding unit 1110 and a second coupling feeding unit 1120 .
  • the processor 1400 includes a transceiver circuit 1200 to the coupling feeding unit 1110 and the second coupling feeding unit 1120 so that the antenna system performs multiple input/output (MIMO) in a mid band (MB). can be controlled
  • the processor 1400 may include a transmission/reception unit circuit 1200 such that the antenna system performs multiple input/output (MIMO) in a high band (HB) to the coupling feeding unit 1110 and the second coupling feeding unit 1120 . ) can be controlled.
  • the processor 1400 performs multiple input/output while the antenna system performs carrier aggregation (CA) in the middle band (MB) and the high band (HB) to the coupling feeder 1110 and the second coupling feeder 1120 .
  • the transceiver circuit 1200 may be controlled to perform (MIMO).
  • the processor 1400 may control the coupling feeder 1110 and the second coupling feeder 1120 so that the antenna system maintains a dual connection state with 4G LTE and 5G NR, respectively, or performs a dual connection operation.
  • 4G LTE and 5G NR and dual connectivity may be referred to as EN-DC.
  • the processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) in the EN-DC state through the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4 .
  • MIMO multiple input/output
  • EN-DC operation may be performed through the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2
  • MIMO multiple input/output
  • the EN-DC operation may be performed through a plurality of antennas in one antenna system. Accordingly, it is possible to reduce the level of interference between MIMO streams using the same band.
  • the EN-DC operation may be performed through a plurality of antennas in different antenna systems. In this case, in order to reduce the interference level in the low band (LB), MIMO operation through a plurality of antennas in the same antenna system may be performed in the middle band (MB) or higher.
  • LB low band
  • MIMO operation through a plurality of antennas in the same antenna system may be performed in the middle band (MB) or higher.
  • FIG. 28 shows a configuration diagram of an antenna system and a vehicle on which the antenna system is mounted, according to another exemplary embodiment.
  • the broadband antenna system 1000 is mounted on a vehicle, and the antenna system 1000 may perform short-range communication, wireless communication, and V2X communication by itself or through the communication device 400 .
  • the baseband processor 1400 may control the antenna system 1000 to receive signals from, or transmit signals to, adjacent vehicles, RSUs, and base stations through the antenna system 1000 .
  • the baseband processor 1400 may control the communication device 400 to receive signals from or transmit signals to adjacent vehicles, RSUs, adjacent things, and base stations.
  • the information on the adjacent object may be acquired through an object detection device such as the camera 531 , the radar 532 , the lidar 533 , and the sensors 534 and 535 of the vehicle 300 .
  • the baseband processor 1400 may control the communication device 400 and the antenna system 1000 to receive signals from, or transmit signals to, adjacent vehicles, RSUs, adjacent objects, and base stations.
  • a vehicle 500 having an antenna system 1000 includes a plurality of antennas 1100, a transceiver circuit 1250, and a baseband processor ( 1400) is configurable. Meanwhile, the vehicle 500 may further include an object detecting apparatus 520 . Also, the vehicle 500 may further include a communication device 400 . Here, the communication device 400 may be configured to perform wireless communication through an antenna unit.
  • the vehicle 500 may be provided with the antenna system 1000 .
  • the antenna system 1000 may be configured to include a circuit board 1010, an antenna 1100, and a coupling feed portion 1110-2.
  • the antenna system 1000 includes a transceiver circuit ( It may further include a transceiver circuit 1250 and a processor 1400 .
  • the circuit board 1010 may be disposed on a roof of a vehicle or a metal frame disposed inside a roof frame, and configured to have electronic components disposed therein.
  • the antenna 1100 may have an aperture region on the circuit board 1010 , and may be configured to be fixed through the circuit board 1010 and the short circuit parts 1141 and 1142 .
  • the coupling feeding unit 1110 - 2 may be electrically connected to the circuit board 1010 and configured to radiate a signal to an opening area of the antenna 1100 .
  • a ground region GND may be disposed on the front surface of the circuit board 1010 .
  • a region of the circuit board 1010 connected to the coupling power supply unit 1110 - 2 may be formed as a slot region (SR) from which a ground pattern is removed.
  • the antenna 1100 may be configured as a loop antenna in which the metal pattern 1101 is formed in a loop shape.
  • the antenna 1100 may include a branch line pattern 1102 in which at least a portion of the loop antenna extends.
  • the branch line pattern 1102 may be connected to a second metal pattern opposite to the metal pattern of the loop antenna coupled to the coupling feeding unit 1110 - 2 .
  • Other metal patterns may be connected to the ground region of the circuit board 1010 at both sides of the loop antenna through the first shorting part 1141 and the second shorting part 1142 .
  • the other metal pattern corresponds to the metal pattern of the loop antenna through which the signal is transmitted through the coupling feeding unit 1110 - 2 and the metal pattern opposing the metal pattern.
  • the antenna formed by the coupling feeder 1110 - 2 , the first and second shorting parts 1141 and 1142 , and the opening area of the loop antenna and the branch line 1102 has a low band (LB), a middle band (middle band, MB) and high band (high band, HB) can operate as an antenna.
  • LB low band
  • MB middle band
  • HB high band
  • the transceiver circuit 1250 may be operatively coupled to the coupling power supply 1110 - 2 .
  • the processor 1400 may be operatively 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 transceiver circuit 1250 may be configured to control a signal transmitted to the coupling power supply unit 1110 - 2 so that the signal transmitted through the coupling power supply unit 1110 - 2 is radiated through the opening region. That is, the transceiver circuit 1250 may be operatively coupled to the coupling feeding unit 1110 and configured to control a signal transmitted to the coupling feeding unit 1110 through a feeding pattern.
  • the transceiver circuit 1250 may include a front end module (FEM) such as a power amplifier or a reception amplifier. As another example, the front end module FEM may be disposed between the transceiver circuit 1250 and the antenna separately from the transceiver circuit 1250 .
  • FEM front end module
  • the transceiver circuit 1250 may control the magnitude and/or phase of a signal transmitted to the coupling power supply unit 1110 by adjusting the gain or input or output power of the power amplifier or the receiving amplifier.
  • the feeding pattern may be disposed on the rear surface of the circuit board 1010 as described above, but is not limited thereto.
  • the processor 1400 may be operatively 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 magnitude and/or phase of a signal transmitted to the coupling power supply unit 1110 .
  • 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 may simultaneously receive the same information from various entities at the same time, improving reliability for surrounding information and reducing latency.
  • URLLC Ultra Reliable Low Latency Communication
  • a base station performing scheduling may preferentially allocate a time slot for a vehicle operating as a URLLC UE. For this, some of the specific time-frequency resources already allocated to other UEs may be punctured.
  • the antenna system 1000 of FIG. 28 may include a first antenna system 1000a to a fourth antenna system 1000d.
  • the first antenna system 1000a to the fourth antenna system 1000d may be configured to be separated from each other or may be optimally disposed within one loop antenna.
  • the first antenna system 1000a to the fourth antenna system 1000d are configured to be separated from each other, they may be disposed in the same area or may be disposed in different areas. All of the first antenna system 1000a to the fourth antenna system 1000d may be disposed inside the roof frame.
  • all of the first antenna system 1000a to the fourth antenna system 1000d may be disposed on the roof.
  • some of the first antenna system 1000a to the fourth antenna system 1000d may be disposed inside the roof frame, and the rest of them may be disposed on the roof.
  • the antenna system disclosed herein is not limited thereto, and one antenna system may operate as one antenna.
  • one antenna system includes one antenna.
  • the first antenna system 1000a, the second antenna system 1000b, the third antenna system 1000c, and the fourth antenna system 1000d are respectively a first antenna ANT1, a second antenna ANT2, and a third antenna. It may be configured to include an ANT3 and a fourth antenna ANT4.
  • the loop antenna-based antenna system can be implemented within a limited space of a PCB such as a circuit board, one antenna loop antenna can be implemented as a single antenna.
  • Multiple input/output (MIMO) may be performed by disposing such a plurality of loop antennas in a limited space of the PCB.
  • MIMO Multiple input/output
  • the plurality of antennas ANT1 to ANT4 in the antenna system 1000 may operate in all bands of the low band LB, the middle band MB, and the high band HB.
  • the low band LB may be referred to as a first (frequency) band
  • the middle band MB and the high band HB may be referred to as a second (frequency) band.
  • the middle band (MB) is referred to as a first (frequency) band
  • the high band (HB) is referred to as a second (frequency). 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 When 5G NR operates in a band separate from LTE, it may operate in a high band (HB) or a higher band.
  • the 5G Sub6 band operating in the high band (HB) or higher band may also be referred to as a second (frequency) band.
  • the baseband processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) through two or more of the plurality of antennas ANT1 to ANT4 in the first frequency band. Also, 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. In this regard, multiple input/output (MIMO) may be performed using antenna elements that are spaced apart from each other by a sufficient distance and rotated at a predetermined angle. Accordingly, isolation between the first signal and the second signal within the same band may be improved.
  • MIMO multiple input/output
  • the baseband processor 1400 receives the first signal of the first band through any one of the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4 and the transceiver circuit 1250 to receive the second signal of the second band. ) 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 receives the first signal of the first band through one of the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2 while receiving the third antenna ANT3 and the fourth antenna ANT4 ) may control the transceiver circuit 1250 to receive the second signal of the second band through any one of.
  • each antenna can be designed to be optimized in a corresponding band and implemented to operate.
  • the baseband processor 1400 may perform carrier aggregation (CA) through a band in which the first frequency band and the second frequency band are combined. Accordingly, in the present invention, when it is necessary to receive a large amount of data for autonomous driving, there is an advantage that broadband reception is possible through carrier aggregation.
  • CA carrier aggregation
  • the vehicle may perform Enhanced Mobile Broad Band (eMBB) communication and the vehicle may operate as an eMBB UE.
  • eMBB Enhanced Mobile Broad Band
  • a base station performing scheduling may allocate a wideband frequency resource for a vehicle operating as an eMBB UE.
  • carrier aggregation (CA) may be performed on spare frequency bands except for the frequency resources already allocated to other UEs.
  • the bands corresponding to the low band (LB), the mid band (MB), and the high band (HB) are respectively divided into the first band, the second band and the third band. can be referred to.
  • the antenna system 1000 may include a coupling feeding unit 1110 and a coupling ground unit 1120 .
  • one antenna system may operate as one antenna.
  • the antenna system 1000 is connected to a low band (LB), a mid band (MB), and a high band (HB). It can operate as a single antenna in the corresponding first band, second band, and third band.
  • the processor 1400 may determine the allocated resource region through a physical downlink control channel (PDCCH).
  • the processor 1400 may control the transceiver circuit 1250 to perform carrier aggregation in two or more of the first to third bands based on the allocated resource region.
  • PDCCH physical downlink control channel
  • the antenna system 1000 may include a coupling feeding unit 1110 and a second coupling feeding unit 1120 .
  • the processor 1400 includes a transceiver circuit 1200 to the coupling feeding unit 1110 and the second coupling feeding unit 1120 so that the antenna system performs multiple input/output (MIMO) in a mid band (MB). can be controlled
  • the processor 1400 may include a transmission/reception unit circuit 1200 such that the antenna system performs multiple input/output (MIMO) in a high band (HB) to the coupling feeding unit 1110 and the second coupling feeding unit 1120 . ) can be controlled.
  • the processor 1400 performs multiple input/output while the antenna system performs carrier aggregation (CA) in the middle band (MB) and the high band (HB) to the coupling feeder 1110 and the second coupling feeder 1120 .
  • the transceiver circuit 1200 may be controlled to perform (MIMO).
  • the processor 1400 may control the coupling feeder 1110 and the second coupling feeder 1120 so that the antenna system maintains a dual connection state with 4G LTE and 5G NR, respectively, or performs a dual connection operation.
  • 4G LTE and 5G NR and dual connectivity may be referred to as EN-DC.
  • the processor 1400 may perform multiple input/output (MIMO) in the EN-DC state through the first antenna ANT1 to the fourth antenna ANT4 .
  • MIMO multiple input/output
  • EN-DC operation may be performed through the first antenna ANT1 and the second antenna ANT2
  • MIMO multiple input/output
  • the EN-DC operation may be performed through a plurality of antennas in one antenna system. Accordingly, it is possible to reduce the level of interference between MIMO streams using the same band.
  • the EN-DC operation may be performed through a plurality of antennas in different antenna systems. In this case, in order to reduce the interference level in the low band (LB), MIMO operation through a plurality of antennas in the same antenna system may be performed in the middle band (MB) or higher.
  • LB low band
  • MIMO operation through a plurality of antennas in the same antenna system may be performed in the middle band (MB) or higher.
  • FIG. 29 illustrates a block diagram of a wireless communication system to which the methods proposed in the present specification can be applied.
  • the wireless communication system includes a first communication device 910 and/or a second communication device 920 .
  • 'A and/or B' may be interpreted as having the same meaning as 'including at least one of A or B'.
  • the first communication device may represent the base station, and the second communication device may represent the terminal (or the first communication device may represent the terminal or vehicle, and the second communication device may represent the base station).
  • Base station is a fixed station (fixed station), Node B, evolved-NodeB (eNB), gNB (Next Generation NodeB), BTS (base transceiver system), access point (AP: Access Point), gNB (general) NB), 5G system, network, AI system, RSU (road side unit), may be replaced by terms such as robot.
  • the terminal may be fixed or have mobility
  • UE User Equipment
  • MS Mobile Station
  • UT user terminal
  • MSS Mobile Subscriber Station
  • SS Subscriber Station
  • AMS Advanced Mobile
  • WT Wireless terminal
  • MTC Machine-Type Communication
  • M2M Machine-to-Machine
  • D2D Device-to-Device
  • vehicle robot
  • AI module may be replaced by terms such as
  • the first communication device and the second communication device include a processor 911,921, a memory 914,924, one or more Tx/Rx radio frequency modules 915,925, Tx processors 912,922, Rx processors 913,923 , including antennas 916 and 926 .
  • the processor implements the functions, processes and/or methods salpinned above. More specifically, in DL (communication from a first communication device to a second communication device), an upper layer packet from the core network is provided to the processor 911 .
  • the processor implements the functions of the L2 layer.
  • the processor provides multiplexing between logical channels and transport channels, allocation of radio resources to the second communication device 920, and is responsible for signaling to the second communication device.
  • a transmit (TX) processor 912 implements various signal processing functions for the L1 layer (ie, the physical layer).
  • the signal processing function facilitates forward error correction (FEC) in the second communication device, and includes coding and interleaving.
  • FEC forward error correction
  • the coded and modulated symbols are divided into parallel streams, each stream mapped to OFDM subcarriers, multiplexed with a reference signal (RS) in the time and/or frequency domain, and using Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) are combined together to create a physical channel carrying a stream of time domain OFDMA symbols.
  • RS reference signal
  • IFFT Inverse Fast Fourier Transform
  • the OFDM stream is spatially precoded to generate multiple spatial streams.
  • Each spatial stream may be provided to a different antenna 916 via a separate Tx/Rx module (or transceiver) 915 .
  • Each Tx/Rx module may modulate an RF carrier with a respective spatial stream for transmission.
  • each Tx/Rx module (or transceiver) 925 receives a signal via each antenna 926 of each Tx/Rx module.
  • Each Tx/Rx module recovers information modulated with an RF carrier and provides it to a receive (RX) processor 923 .
  • the RX processor implements the various signal processing functions of layer 1.
  • the RX processor may perform spatial processing on the information to recover any spatial streams destined for the second communication device. If multiple spatial streams are destined for the second communication device, they may be combined into a single OFDMA symbol stream by multiple RX processors.
  • the RX processor uses a Fast Fourier Transform (FFT) to transform the OFDMA symbol stream from the time domain to the frequency domain.
  • the frequency domain signal includes a separate OFDMA symbol stream for each subcarrier of the OFDM signal.
  • the symbols and reference signal on each subcarrier are recovered and demodulated by determining the most probable signal placement points transmitted by the first communication device. These soft decisions may be based on channel estimate values.
  • the soft decisions are decoded and deinterleaved to recover the data and control signal originally transmitted by the first communication device on the physical channel. Corresponding data and control signals are provided to the processor 921 .
  • the UL (second communication device to first communication device) is handled in the first communication device 910 in a manner similar to that described with respect to the receiver function in the second communication device 920 .
  • Each Tx/Rx module 925 receives a signal via a respective antenna 926 .
  • Each Tx/Rx module provides an RF carrier and information to the RX processor 923 .
  • the processor 921 may be associated with a memory 924 that stores program code and data. Memory may be referred to as a computer-readable medium.
  • the second communication device is not limited to the base station.
  • the second communication device may be another vehicle, and V2V communication may be performed between the first communication device and the second communication device.
  • the second communication device may be a pedestrian, and V2P communication may be performed between the first communication device and the second communication device.
  • the second communication device may be a road side unit (RSU), and V2I communication between the first communication device and the second communication device may be performed.
  • the second communication device may be an application server, and V2N communication between the first communication device and the second communication device may be performed.
  • the base station may allocate resources for communication between the first communication device and the second communication device.
  • a communication device configured to allocate resources for communication between the first communication device and the second communication device may be referred to as a third communication device.
  • the aforementioned series of communication procedures may be performed between the first communication device and the third communication device.
  • the antenna performance can be improved while maintaining the height of the antenna system mounted in the vehicle below a certain level.
  • Another object of the present invention is to provide an antenna structure that operates in a wide band by operating a heat sink as a loop antenna.
  • the antenna system can be optimized with different antennas in the low band (LB) and other bands, and the antenna system can be arranged in an optimal configuration and performance within the roof frame of the vehicle.
  • LB low band
  • MIMO multiple input/output
  • diversity operations can be implemented in an antenna system of a vehicle using a plurality of antennas in a specific band.
  • an antenna system mounted on a vehicle and a control operation therefor may be implemented by 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 codes in a medium in which a program is recorded.
  • the computer-readable medium includes all kinds of recording devices in which data readable by a computer system is stored. Examples of computer-readable media include Hard Disk Drive (HDD), Solid State Disk (SSD), Silicon Disk Drive (SDD), ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage device, etc.
  • HDD Hard Disk Drive
  • SSD Solid State Disk
  • SDD Silicon Disk Drive
  • ROM Read Only Memory
  • RAM Compact Disk Read Only Memory
  • CD-ROM Compact Disk Read Only Memory
  • magnetic tape floppy disk
  • optical data storage device etc.
  • carrier wave eg, transmission over the Internet
  • the computer may include a terminal or a control unit of the vehicle, that is, a processor. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention.

Landscapes

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Abstract

일 실시 예에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템이 제공된다. 상기 안테나 시스템은 회로 기판(circuit board); 상기 회로 기판의 상부에 개구 영역(aperture region)을 구비하고, 상기 회로 기판과 고정부를 통해 고정되도록 구성되는 히트 싱크(heat sink); 및 상기 회로 기판과 연결되고, 상기 개구 영역으로 신호를 방사하도록 구성된 커플링 급전부(coupling feed portion)을 포함할 수 있다.

Description

차량에 탑재되는 안테나 시스템
본 발명은 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 관한 것이다. 특정 구현은 다양한 통신 시스템에서 동작 가능하도록 광대역 안테나를 구비한 안테나 시스템 및 이를 구비하는 차량에 관한 것이다.
전자기기(electronic devices)는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)로 나뉠 수 있다. 한편, 최근 전자기기는 LTE 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공하고 있다. 또한, 향후에는 5G 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공할 것으로 기대된다. 한편, LTE 주파수 대역 중 일부를 5G 통신 서비스를 제공하기 위하여 할당될 수 있다.
이와 관련하여, 이동 단말기는 5G 통신 서비스를 다양한 주파수 대역에서 제공하도록 구성될 수 있다. 최근에는 6GHz 대역 이하의 Sub6 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 하지만, 향후에는 보다 빠른 데이터 속도를 위해 Sub6 대역 이외에 밀리미터파(mmWave) 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공할 것으로 예상된다.
최근에는, 이러한 통신 서비스를 차량을 통해 제공할 필요성이 증대되고 있다. 한편, 통신 서비스에 관련하여 LTE(Long Term Evolution) 등의 기존 통신 서비스뿐만 아니라, 차세대 통신 서비스인 5세대 통신 서비스(5G communication service)에 대한 필요성도 대두되고 있다.
이에 따라, LTE 주파수 대역과 5G Sub6 주파수 대역에서 모두 동작하는 광대역 안테나가 전자 기기 이외에 차량에 배치될 필요가 있다. 이와 관련하여, 차량용 안테나는 약 600MHz 대역에서 약 5.9GHz 대역의 광대역에서 동작할 필요가 있다. 하지만, 차량에 배치되는 안테나는 low-profile 구조로 광대역 동작하기 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 차량용 안테나 시스템은 각종 전자 부품에 의한 발열과 차량 지붕 내부로 유입되는 열에 의해 온도가 상승하는 문제점이 있다. 이러한 차량용 안테나 시스템의 발열 문제를 해결하기 위해 히트싱크(heat sink)가 제공될 수 있다. 하지만, 히트싱크의 크기가 증가함에 따라 안테나 시스템의 중량이 증가하고 차량 내에 안테나 시스템을 장착할 공간이 부족하게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 차량 내에 탑재되는 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시키기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 다양한 통신 시스템을 지원하기 위해 광대역에서 동작 가능한 안테나 시스템을 차량에 탑재하기 위한 구조를 제시하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 저대역(LB)에서 동작할 수 있는 다양한 구조의 안테나를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 광대역에서 동작하면서도 다양한 구조의 low profile 안테나 구조를 평면형 안테나 구조(planar antenna structure)로 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은, 광대역에서 동작하면서도 방열 특성이 향상된 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 일 실시 예에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템이 제공된다. 상기 안테나 시스템은 회로 기판(circuit board); 상기 회로 기판의 상부에 개구 영역(aperture region)을 구비하고, 상기 회로 기판과 고정부를 통해 고정되도록 구성되는 히트 싱크(heat sink); 및 상기 회로 기판과 연결되고, 상기 개구 영역으로 신호를 방사하도록 구성된 커플링 급전(coupling feed portion)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 커플링 급전부는 상기 회로 기판과 수직하게 연결된 유전체 캐리어의 적어도 일 면에 배치되는 금속 패치로 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 커플링 급전부는 상기 유전체 캐리어의 전면에 배치되는 제1 방사 패치(radiation patch)를 포함할 수 있다. 상기 커플링 급전부는 상기 유전체 캐리어의 측면에 배치되고, 상기 제1 방사패치와 수직하게 연결된 제2 방사 패치를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 방사 패치는 반원(semi-circle) 형태로 상기 유전체 캐리어의 전면에 배치되고, 상기 제2 방사 패치는 직사각형 형태로 상기 유전체 캐리어의 측면에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 유전체 캐리어의 측면에 배치된 상기 제2 방사 패치는 상기 히트 싱크의 도전 멤버들(conductive members) 중 하나와 스크루를 통해 체결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 시스템은 상기 커플링 급전부가 배치된 상기 히트 싱크의 도전 멤버에 대향하는 제2 도전 멤버와 커플링되도록 배치되는 커플링 그라운드 부(coupling ground portion)를 더 포함할 수 있다. 상기 안테나 시스템은 상기 커플링 급전부와 동작 가능하게 결합된 송수신부 회로; 및 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합된 프로세서를 더 포함할 수 있다. 상기 커플링 급전부와 상기 커플링 그라운드 부에 의해 상기 안테나 시스템은 단일 안테나로 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 커플링 그라운드 부는 상기 회로 기판과 수직하게 연결된 수직 연결부(vertical connection portion); 및 상기 수직 연결부에서 일측 방향 및 타측 방향으로 연장되게 형성되는 수평 연장부(horizontal extension portion)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 커플링 그라운드 부의 상기 수평 연장부는 상기 제2 도전 멤버의 하부에 상기 제2 도전 멤버와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 커플링 급전부와 상기 커플링 그라운드 부에 의해 상기 안테나 시스템은 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. 상기 프로세서는 PDCCH (physical downlink control channel)을 통해 할당된 자원 영역을 판단할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 할당된 자원 영역에 기반하여, 상기 제1 대역 내지 상기 제3 대역 중 둘 이상의 대역에서 반송파 집성(carrier aggregation)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 시스템은 상기 커플링 급전부가 배치된 상기 히트 싱크의 도전 멤버에 대향하는 제2 도전 멤버와 커플링되도록 배치되는 제2 커플링 급전부를 더 포함할 수 있다. 상기 안테나 시스템은 상기 커플링 급전부 및 상기 제2 커플링 급전부와 동작 가능하게 결합된 수신부 회로; 및 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합된 프로세서를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 커플링 급전부와 상기 제2 커플링 급전부에 의해 상기 안테나 시스템이 중대역(mid band, MB) 에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 회로 기판과 접촉되도록 배치되어 상기 회로 기판으로부터 발생하는 열을 흡수하도록 구성된 하부 히트 싱크를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 하부 히트 싱크는 플레이트 형상으로 형성되고 방열 팬이 배치되도록 구성된 플레이트 부; 및 상기 플레이트 부로부터 일 측 및 타 측으로 연장되고, 상기 히트 싱크의 수직 체결부와 체결되도록 구성된 연장 부를 포함할 수 있다. 상기 수직 체결부와 상기 연장 부는 상기 회로 기판의 전면에 형성된 그라운드 영역과 전기적으로 연결되어, 상기 커플링 급전부, 커플링 그라운드 부 및 상기 히트 싱크의 개구 영역으로 형성되는 안테나가 광대역 동작하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 회로 기판의 전면에는 그라운드 영역이 배치되고, 상기 커플링 급전부와 연결되는 영역은 그라운드 패턴이 제거된 슬롯 영역으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 회로 기판의 전면에는 그라운드 영역이 배치되고, 상기 커플링 급전부와 연결되는 제1 영역 및 상기 제2 커플링 급전부와 연결되는 제2 영역은 그라운드 패턴이 제거된 슬롯 영역으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 회로 기판의 배면에는 상기 커플링 급전부와 전기적으로 연결되는 급전 패턴(feeding pattern)이 배치될 수 있다. 상기 안테나 시스템은 상기 커플링 급전부와 동작 가능하게 결합되고, 상기 급전 패턴을 통해 상기 커플링 급전부로 전달되는 신호를 제어하도록 구성된 송수신부 회로를 더 포함할 수 있다. . 상기 안테나 시스템은 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 프로세서를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 히트 싱크의 개구 영역 내부에 배치되는 방열 팬의 팬 회전 속도 또는 상기 송수신부 회로에 의한 소비되는 전력량을 검출하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 프로세서는 상기 방열 팬의 팬 회전 속도가 제1 임계 값 이상이고, 상기 안테나를 통해 수신된 신호 품질이 제2 임계 값 이상이면, 상기 커플링 급전부로 인가되는 신호의 크기가 감소되도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 안테나 시스템을 구비하는 차량이 제공될 수 있다. 상기 차량은 안테나 시스템을 포함할 수 있다. 상기 안테나 시스템은 상기 차량의 지붕 또는 지붕 프레임 내부에 배치되는 금속 프레임에 배치되는 회로 기판(circuit board); 상기 회로 기판의 상부에 개구 영역(aperture region)을 갖고, 상기 회로 기판과 고정부를 통해 고정되도록 구성되는 히트 싱크(heat sink); 및 상기 회로 기판과 연결되고, 상기 개구 영역으로 신호를 방사하도록 구성된 커플링 급전부(coupling feed portion)를 포함할 수 있다. 상기 차량은 상기 커플링 급전부를 통해 전달된 신호가 상기 히트 싱크의 개구 영역을 통해 방사되도록 상기 신호를 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit); 및 상기 송수신부 회로를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 프로세서를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 시스템은 상기 커플링 급전부가 배치된 상기 히트 싱크의 도전 멤버에 대향하는 제2 도전 멤버와 커플링되도록 배치되는 커플링 그라운드 부(coupling ground portion)를 더 포함할 수 있다. 상기 커플링 급전부와 상기 커플링 그라운드 부에 의해 상기 안테나 시스템은 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.
일 실시 예에 따르면, 상기 프로세서는 PDCCH (physical downlink control channel)을 통해 할당된 자원 영역을 판단할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 할당된 자원 영역에 기반하여, 상기 제1 대역 내지 상기 제3 대역 중 둘 이상의 대역에서 반송파 집성(carrier aggregation)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 시스템은 상기 커플링 급전부가 배치된 상기 히트 싱크의 도전 멤버에 대향하는 제2 도전 멤버와 커플링되도록 배치되는 제2 커플링 급전부를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 커플링 급전부와 상기 제2 커플링 급전부에 의해 상기 안테나 시스템이 중대역(mid band, MB) 에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 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.
이와 같은 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 차량 내에 탑재되는 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 저대역(LB) 안테나와 다른 안테나들을 하나의 안테나 모듈에 구현하여 다양한 통신 시스템을 지원할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 다른 일 목적은, 히트 싱크를 루프 안테나로 동작하도록 하여 광대역 동작하는 안테나 구조를 제시할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 안테나 시스템을 저대역(LB)과 다른 대역에서 서로 다른 안테나로 최적화하여, 차량의 지붕 프레임 내에 최적의 구성과 성능으로 안테나 시스템을 배치할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 특정 대역에서 다수의 안테나들을 이용하여 다중 입출력(MIMO) 및 다이버시티 동작을 차량의 안테나 시스템에서 구현할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 커플링 급전 부, 단락 부 및 브랜치 라인 패턴의 최적화를 통해, 광대역에서 동작하면서도 다양한 구조의 low profile 안테나 구조를 평면형 안테나 구조(planar antenna structure)로 제공할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1a는 일 예시에 따른 차량 내부를 설명하기 위한 구성도이다. 한편, 도 1b는 일 예시에 따른 차량 내부를 측면에서 본 구성도이다.
도 2a는 V2X 어플리케이션의 타입을 나타낸다.
도 2b는 V2X SL 통신을 지원하는 독립형(standalone) 시나리오와 V2X SL 통신을 지원하는 MR-DC 시나리오를 나타낸다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 차량 및 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
도 4b는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 차량의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 5a는 일 실시 예에 따른 안테나 시스템의 구성을 나타낸다. 도 5b는 도 5a의 안테나 시스템의 급전 구조와 그라운드 구조를 나타낸다.
도 6은 일 실시 예에 따른 히트 싱크와 방열 팬, 커플링 급전부 및 커플링 그라운드 부를 갖는 안테나 시스템이 조립된 구성도 및 조립되기 이전의 분해도를 나타낸다.
도 7a는 일 예시에 따른 유전체 캐리어(dielectric carrier, DC) 상에 프린트된 제1 타입 안테나를 나타낸다. 한편, 도 7b는 일 예시에 따른 유전체 캐리어(DC) 상에 프린트된 제2 타입 안테나를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템의 효율 및 반사 손실(return loss) 특성을 나타낸다.
도 9는 일 실시 예에 따른 복수의 급전 구조를 갖는 안테나 시스템의 구성을 나타낸다.
도 10은 복수의 커플링 급전부를 통해 히트 싱크를 포함하는 안테나 시스템의 서로 다른 실시 예를 나타낸다. 한편, 도 11은 도 10의 안테나 시스템의 측면도를 나타낸다.
도 12a는 제1 급전부와 제2 급전부를 구비하는 안테나 시스템의 반사 계수 및 격리도 특성을 나타낸다. 도 12b는 제1 급전부와 제2 급전부를 구비하는 안테나 시스템의 안테나 효율 특성을 나타낸다.
도 13은 다른 실시 예에 따른 히트 싱크 내부에 방열 팬이 배치되지 않은 안테나 구성을 나타낸다.
도 14a는 히트 싱크 내부에 방열 팬이 배치되지 않은 안테나의 효율 특성을 나타낸다. 도 14b는 히트 싱크 내부에 방열 팬이 배치되지 않은 안테나의 반사 손실 특성을 나타낸다.
도 15a 및 도 15b는 히트 싱크 기반 안테나 시스템의 커플링 그라운드 부의 위치가 히트 싱크의 도전 멤버 하부 또는 히트 싱크 내부에 배치된 구조를 나타낸다.
도 16a 및 도 16b는 도 15a 및 도 15b에 따른 커플링 그라운드 부의 위치에 따른 안테나 방사 효율 및 총 효율 특성을 나타낸다.
도 17a 및 도 17b는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 루프 형상의 금속 패턴과 브랜치 라인 패턴을 이용한 안테나 시스템의 형상과 안테나 시스템의 등가 구조를 나타낸다.
도 18a은 일 실시 예에 따른 루프 형상의 금속 패턴과 브랜치 라인 패턴을 이용한 안테나 시스템이 구현된 PCB 구조를 나타낸다. 도 18b는 일 실시 예에 따른 브랜치 라인 패턴을 구비한 루프 형상의 금속 패턴과 커플링 급전부의 형상을 나타낸다.
도 19a 및 도 19b는 제1 단락 및 제 2 단락 부의 서로 다른 조합에 따른 VSWR 특성 및 안테나 효율을 나타낸 것이다.
도 20은 급전 구조의 형상 및 위치, 루프 안테나 크기 및 단락 구조의 위치를 조절하여 안테나 특성을 조절하는 다양한 실시 예들을 나타낸다.
도 21a 및 도 21b는 루프 안테나의 길이를 소정 길이만큼 증가시킴에 따른 안테나의 VSWR 및 효율 특성을 나타낸다.
도 22a 및 도 22b는 커플링 급전부의 높이 변경에 따른 안테나 VSWR 특성과 효율 특성을 나타낸다.
도 23a는 루프 안테나의 너비를 소정 비율만큼 감소시킨 경우 안테나 VSWR 특성 변화를 나타낸다. 도 23b는 루프 안테나의 너비를 소정 비율만큼 감소시킨 경우 저대역(LB)에서의 안테나 효율 변화를 나타낸 것이다.
도 24a는 단락 금속 패턴의 너비가 변경된 루프 안테나 구조를 나타낸다. 도 24b는 단락 금속 패턴의 너비 변화에 따른 안테나 VSWR 특성을 나타낸다. 도 24c는 단락 금속 패턴의 너비 변화에 따른 안테나 효율 특성을 나타낸다.
도 25a는 루프 안테나의 구조 및 제1 및 제2 단락 부의 단부가 인덕터와 커패시터로 이루어진 매칭 회로를 통해 그라운드와 연결되는 구성을 나타낸다. 한편, 도 25b는 커패시턴스 또는 인덕턴스 값 변화에 따른 안테나의 VSWR 값을 나타낸다. 도 25c는 커패시턴스 또는 인덕턴스 값 변화에 따른 안테나의 임피던스 특성을 나타낸다.
도 26a는 좌측의 단락 금속 패턴의 위치가 커플링 급전부에서 소정 간격 이격되는 경우 공진 주파수 변경을 나타낸다. 도 26b는 우측의 단락 금속 패턴의 위치가 커플링 급전부에서 소정 간격 이격되는 경우 공진 주파수 변경을 나타낸다.
도 27은 일 실시 예에 따른 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다.
도 28은 다른 실시 예에 따른 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다.
도 29는 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
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 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 이동 단말 이외에 차량(vehicle)이 포함될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 설명되는 전자 기기를 통한 무선 통신은 이동 단말을 통한 무선 통신 이외에 차량을 통한 무선 통신을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 기재된 실시 예에 따른 구성 및 동작은 이동 단말 이외에 차량(vehicle)에도 적용될 수 있다. 한편, 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.
한편, 본 명세서에서 언급되는 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 차량 외부에 배치되는 안테나 시스템을 주로 언급하지만, 차량 내부에 배치되거나 차량에 탑승한 사용자가 소지하는 이동 단말기(전자 기기)를 포함할 수 있다.
도 1a는 일 예시에 따른 차량 내부를 설명하기 위한 구성도이다. 한편, 도 1b는 일 예시에 따른 차량 내부를 측면에서 본 구성도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명은 GPS, 4G 무선 통신, 5G 무선통신, 블루투스, 또는 무선랜 등의 신호를 송수신할 수 있는 안테나 유닛(즉, 내부 안테나 시스템)(300)에 관한 것이다. 따라서, 이러한 여러 통신 프로토콜을 지원할 수 있는 안테나 유닛(즉, 안테나 시스템)(300)을 통합 안테나 모듈(300)로 지칭할 수 있다.
또한, 본 발명은 이러한 안테나 유닛(300)을 구비하는 차량(500)에 관한 것이다. 차량(500)은 대쉬 보드(dash board)와 안테나 유닛(300) 등을 포함하는 하우징을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 차량(500)은 이러한 안테나 유닛(300)을 장착하기 위한 장착 브라켓을 포함하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 차량(500)은 안테나 유닛에 해당하는 안테나 모듈(300)과 이와 연결되도록 구성된 텔레매틱스 모듈(telematics module, TCU)(600)을 포함한다. 일 예시에 따라, 텔레매틱스 모듈(600)이 안테나 모듈(300)을 포함하는 것으로 구성될 수 있다. 한편, 텔레매틱스 모듈(600)은 디스플레이(610)와 오디오 유닛(620)을 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
< V2X (Vehicle-to-Everything)>
V2X 통신은 차량 사이의 통신(Communication between vehicles)을 지칭하는 V2V(Vehicle-to-Vehicle), 차량과 eNB 또는 RSU(Road Side Unit) 사이의 통신을 지칭하는 V2I(Vehicle to Infrastructure), 차량 및 개인(보행자, 자전거 운전자, 차량 운전자 또는 승객)이 소지하고 있는 단말 간 통신을 지칭하는 V2P(Vehicle-to-Pedestrian), V2N(vehicle-to- network) 등 차량과 모든 개체들 간 통신을 포함한다.
V2X 통신은 V2X 사이드링크 또는 NR V2X와 동일한 의미를 나타내거나 또는 V2X 사이드링크 또는 NR V2X를 포함하는 보다 넓은 의미를 나타낼 수 있다.
V2X 통신은 예를 들어, 전방 충돌 경고, 자동 주차 시스템, 협력 조정형 크루즈 컨트롤(Cooperative adaptive cruise control: CACC), 제어 상실 경고, 교통행렬 경고, 교통 취약자 안전 경고, 긴급 차량 경보, 굽은 도로 주행 시 속도 경고, 트래픽 흐름 제어 등 다양한 서비스에 적용 가능하다.
V2X 통신은 PC5 인터페이스 및/또는 Uu 인터페이스를 통해 제공될 수 있다. 이 경우, V2X 통신을 지원하는 무선 통신 시스템에는, 상기 차량과 모든 개체들 간의 통신을 지원하기 위한 특정 네트워크 개체(network entity)들이 존재할 수 있다. 예를 들어, 상기 네트워크 개체는, 기지국(eNB), RSU(road side unit), 단말, 또는 어플리케이션 서버(application server)(예: 교통 안전 서버(traffic safety server)) 등일 수 있다.
또한, V2X 통신을 수행하는 단말은, 일반적인 휴대용 단말(handheld UE)뿐만 아니라, 차량 단말(V-UE(Vehicle UE)), 보행자 단말(pedestrian UE), 기지국 유형(eNB type)의 RSU, 또는 단말 유형(UE type)의 RSU, 통신 모듈을 구비한 로봇 등을 의미할 수 있다.
V2X 통신은 단말들 간에 직접 수행되거나, 상기 네트워크 개체(들)를 통해 수행될 수 있다. 이러한 V2X 통신의 수행 방식에 따라 V2X 동작 모드가 구분될 수 있다.
V2X 통신에서 사용되는 용어는 다음과 같이 정의된다.
A Road Side Unit (RSU): RSU (Road Side Unit)는 V2I 서비스를 사용하여 이동 차량과 송수신 할 수 있는 V2X 서비스 가능 장치이다. 또한, RSU는 V2X 응용 프로그램을 지원하는 고정 인프라 엔터티로서, V2X 응용 프로그램을 지원하는 다른 엔터티와 메시지를 교환할 수 있다. RSU는 기존 ITS 스펙에서 자주 사용되는 용어이며, 3GPP 스펙에 이 용어를 도입한 이유는 ITS 산업에서 문서를 더 쉽게 읽을 수 있도록 하기 위해서이다. RSU는 V2X application logic을 eNB (eNB- type RSU라고 함) 또는 UE (UE - type RSU라고 함)의 기능과 결합하는 논리적 entity이다.
V2I Service는 V2X 서비스의 타입으로, 한 쪽은 vehicle이고 다른 쪽은 infrastructure에 속하는 entity이다. V2P Service도 V2X 서비스 타입으로, 한 쪽은 vehicle이고, 다른 쪽은 개인이 휴대하는 디바이스(예: 보행자, 자전거 타는 사람, 운전자 또는 동승자가 휴대하는 휴대용 단말기)이다. V2X Service는 차량에 송신 또는 수신 장치가 관계된 3GPP 통신 서비스 타입이다. 통신에 참여한 상대방에 따라 V2V 서비스, V2I 서비스 및 V2P 서비스로 더 나눌 수 있다.
V2X 가능(enabled) UE는 V2X 서비스를 지원하는 UE이다. V2V Service는 V2X 서비스의 유형으로, 통신의 양쪽 모두 차량이다. V2V 통신 범위는 V2V 서비스에 참여하는 두 차량 간의 직접 통신 범위이다.
V2X (Vehicle-to-Everything)라고 불리는 V2X 어플리케이션은 전술한 바와 같이, (1) 차량 대 차량 (V2V), (2) 차량 대 인프라 (V2I), (3) 차량 대 네트워크 (V2N), (4) 차량 대 보행자 (V2P)의 4가지 타입이 있다. 이와 관련하여, 도 2a는 V2X 어플리케이션의 타입을 나타낸다. 도 2a를 참조하면, 4가지 타입의 V2X 어플리케이션은 최종 사용자를 위해 보다 지능적인 서비스를 제공하는 "협력적 인식(co-operative awareness)"을 사용할 수 있다.
이는 차량, 길가 기반 시설, 애플리케이션 서버 및 보행자와 같은 entities이 협동 충돌 경고 또는 자율 주행과 같은 보다 지능적인 정보를 제공하기 위해 해당 지식을 처리하고 공유하도록 해당 지역 환경에 대한 지식(예: 근접한 다른 차량 또는 센서 장비로부터 받은 정보)을 수집할 수 있음을 의미한다.
<NR V2X >
3GPP release 14 및 15 동안 자동차 산업으로 3GPP 플랫폼을 확장하기 위해, LTE에서 V2V 및 V2X 서비스에 대한 지원이 소개되었다.
개선된(enhanced) V2X use case에 대한 지원을 위한 요구 사항들은 크게 4개의 use case group들로 정리된다.
(1) 차량 플래투닝 (vehicle Platooning)는 차량들이 함께 움직이는 플래툰(platoon)을 동적으로 형성할 수 있게 한다. 플래툰의 모든 차량은 이 플래툰을 관리하기 위해 선두 차량으로부터 정보를 얻는다. 이러한 정보는 차량이 정상 방향보다 조화롭게 운전되고, 같은 방향으로 가고 함께 운행할 수 있게 한다.
(2) 확장된 센서(extended sensor)들은 차량, 도로 사이트 유닛(road site unit), 보행자 장치(pedestrian device) 및 V2X application server에서 local sensor 또는 live video image를 통해 수집된 원시(raw) 또는 처리된 데이터를 교환할 수 있게 한다. 차량은 자신의 센서가 감지할 수 있는 것 이상으로 환경에 대한 인식을 높일 수 있으며, 지역 상황을 보다 광범위하고 총체적으로 파악할 수 있다. 높은 데이터 전송률이 주요 특징 중 하나이다.
(3) 진화된 운전(advanced driving)은 반-자동 또는 완전-자동 운전을 가능하게 한다. 각 차량 및/또는 RSU는 로컬 센서에서 얻은 자체 인식 데이터를 근접 차량과 공유하고, 차량이 궤도(trajectory) 또는 기동(manoeuvre)을 동기화 및 조정할 수 있게 한다. 각 차량은 근접 운전 차량과 운전 의도를 공유한다.
(4) 원격 운전(remote driving)은 원격 운전자 또는 V2X 응용 프로그램이 스스로 또는 위험한 환경에 있는 원격 차량으로 주행할 수 없는 승객을 위해 원격 차량을 운전할 수 있게 한다. 변동이 제한적이고, 대중 교통과 같이 경로를 예측할 수 있는 경우, 클라우드 컴퓨팅을 기반으로 한 운전을 사용할 수 있다. 높은 신뢰성과 낮은 대기 시간이 주요 요구 사항이다.
이하의 설명은 NR SL(sidelink) 또는 LTE SL에 모두 적용 가능하며, RAT(radio access technology)가 표시되지 않으면 NR SL을 의미할 수 있다. NR V2X에서 고려되고 있는 운영 시나리오는 아래와 같이 6가지가 존재할 수 있다. 이와 관련하여, 도 2b는 V2X SL 통신을 지원하는 독립형(standalone) 시나리오와 V2X SL 통신을 지원하는 MR-DC 시나리오를 나타낸다.
특히, 1) 시나리오 1에서, gNB는 LTE SL 및 NR SL 모두에서 단말의 V2X 통신에 대한 control/configuration을 제공한다. 2) 시나리오 2에서, ng-eNB는 LTE SL 및 NR SL 모두에서 단말의 V2X 통신에 대한 control/configuration을 제공한다. 3) 시나리오 3에서, eNB는 LTE SL 및 NR SL 모두에서 단말의 V2X 통신에 대한 control/configuration을 제공한다. 한편, 4) 시나리오 4에서, LTE SL 및 NR SL에서의 단말의 V2X 통신은 단말이 EN-DC로 설정되는 동안 Uu에 의해 control/configuration된다. 5) 시나리오 5에서, LTE SL 및 NR SL에서의 단말의 V2X 통신은 단말이 NE-DC에서 설정되는 동안 Uu에 의해 control/configuration된다. 또한 6) 시나리오 6에서, LTE SL 및 NR SL에서의 단말의 V2X 통신은 단말이 NGEN-DC로 설정되는 동안 Uu에 의해 control/configuration 된다.
도 2a 및 도 2b와 같이 V2X 통신을 지원하기 위해 차량은 안테나 시스템을 통해 eNB 및/또는 gNB과 무선 통신을 수행할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 상기 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다. 이와 관련하여, 도 3a 및 도 3b는 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕(roof) 위 또는 지붕 내에 탑재되는 형상을 도시한다. 한편, 도 3c는 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕과 후면 미러의 지붕 프레임 (roof frame) 내에 탑재되는 구조를 도시한다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 본 발명에서는 자동차(차량)의 외관 개선 및 충돌 시 텔레매틱스 성능을 보전하기 위해 기존의 샤크 핀(Shark Fin) 안테나를 돌출되지 않은 형태의 평면형(Flat) 안테나로 대체하고자 한다. 또한, 본 발명에서는 기존 이동통신 서비스(LTE) 제공과 함께, 5세대(5G) 통신을 고려한 LTE 안테나와 5G 안테나가 통합된 형태의 안테나를 제안하고자 한다.
도 3a를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕(roof) 위에 배치된다. 도 3a에서 상기 안테나 시스템(1000)을 외부 환경 및 차량 운전 시에 외부 충격으로부터 보호하기 위한 레이돔(radome, 2000a)이 상기 안테나 시스템(1000)을 둘러쌀 수 있다. 상기 레이돔(2000a)은 상기 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.
도 3b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)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(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.
또한, 도 3c를 참조하면, 안테나 시스템(1000)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, 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.
한편, 도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템(1000)에 구비되는 안테나에 의한 빔 패턴(beam pattern)은 수평 영역(horizontal region)을 소정 각도만큼 상부 영역에서 형성될 필요가 있다.
이와 관련하여, 안테나 시스템(1000)에 구비되는 안테나의 앙각 빔 패턴(elevation beam pattern)의 피크는 보어 사이트에서 형성될 필요가 없다. 따라서, 안테나의 앙각 빔 패턴의 피크는 수평 영역에서 소정 각도만큼 상부 영역에서 형성될 필요가 있다. 일 예로, 안테나의 앙각 빔 패턴은 도 2a 내지 도 2c와 같은 hemisphere 형태로 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 구조물 또는 지붕 프레임 이외에 응용에 따라 차량 전면 또는 후면 위에 설치될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 시스템(1000)은 외부 안테나(external antenna)에 해당한다.
한편, 차량(500)은 외부 안테나에 해당하는 안테나 시스템(1000)을 구비하지 않고 내부 안테나(internal antenna)에 해당하는 안테나 유닛(즉, 내부 안테나 시스템)(300)을 구비할 수 있다. 또한, 외부 안테나에 해당하는 안테나 시스템(1000)과 내부 안테나에 해당하는 안테나 유닛(즉, 내부 안테나 시스템)(300)을 모두 구비할 수 있다.
한편, 도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 차량 및 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 설명하는데 참조되는 블럭도이다.
차량(500)은 자율 주행 차량일 수 있다. 차량(500)은 사용자 입력에 기초하여, 자율 주행 모드 또는 메뉴얼 모드(준(pseudo) 주행 모드)로 전환될 수 있다. 예를 들면, 차량(500)은, 사용자 인터페이스 장치(510)를 통해, 수신되는 사용자 입력에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.
이러한 매뉴얼 모드 및 자율 주행 모드와 관련하여 오브젝트 검출, 무선 통신, 내비게이션 및 차량 센서 및 인터페이스 등의 동작은 차량(500)에 탑재되는 텔레매틱스 모듈이 수행할 수 있다. 구체적으로, 차량(500)에 탑재되는 텔레매틱스 모듈이 안테나 모듈(300), 오브젝트 검출 장치(520) 및 다른 인터페이스와 협력하여 해당 동작을 수행할 수 있다. 한편, 통신 장치(400)는 안테나 시스템(300)과 별도로 텔레매틱스 모듈 내에 배치되거나 또는 안테나 시스템(300)에 배치될 수 있다.
차량(500)은 주행 상황 정보에 기초하여, 자율 주행 모드 또는 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다. 주행 상황 정보는, 오브젝트 검출 장치(520)에서 제공된 오브젝트 정보에 기초하여 생성될 수 있다. 예를 들면, 차량(500)은, 오브젝트 검출 장치(520)에서 생성되는 주행 상황 정보에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.
예를 들면, 차량(500)은 통신 장치(400)를 통해 수신되는 주행 상황 정보에 기초하여, 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다. 차량(500)은 외부 디바이스에서 제공되는 정보, 데이터, 신호에 기초하여 메뉴얼 모드에서 자율 주행 모드로 전환되거나, 자율 주행 모드에서 메뉴얼 모드로 전환될 수 있다.
차량(500)이 자율 주행 모드로 운행되는 경우, 자율 주행 차량(500)은 운행 시스템에 기초하여 운행될 수 있다. 예를 들면, 자율 주행 차량(500)은 주행 시스템, 출차 시스템, 주차 시스템에서 생성되는 정보, 데이터 또는 신호에 기초하여 운행될 수 있다. 차량(500)이 메뉴얼 모드로 운행되는 경우, 자율 주행 차량(500)은 운전 조작 장치를 통해 운전을 위한 사용자 입력을 수신할 수 있다. 운전 조작 장치를 통해 수신되는 사용자 입력에 기초하여, 차량(500)은 운행될 수 있다.
차량(500)은 사용자 인터페이스 장치(510), 오브젝트 검출 장치(520), 내비게이션 시스템(550), 통신 장치(400)을 포함할 수 있다. 또한, 차량은 전술한 장치 이외에 센싱부(561), 인터페이스부(562), 메모리(563), 전원공급부(564), 차량 제어 장치(565)를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 차량(500)은 본 명세서에서 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.
사용자 인터페이스 장치(510)는, 차량(500)과 사용자와의 소통을 위한 장치이다. 사용자 인터페이스 장치(510)는, 사용자 입력을 수신하고, 사용자에게 차량(500)에서 생성된 정보를 제공할 수 있다. 차량(500)은 사용자 인터페이스 장치(510)를 통해, UI(User Interfaces) 또는 UX(User Experience)를 구현할 수 있다.
오브젝트 검출 장치(520)는, 차량(500) 외부에 위치하는 오브젝트를 검출하기 위한 장치이다. 오브젝트는 차량(500)의 운행과 관련된 다양한 물체들일 수 있다. 한편, 오브젝트는, 이동 오브젝트와 고정 오브젝트로 분류될 수 있다. 예를 들면, 이동 오브젝트는, 타 차량, 보행자를 포함하는 개념일 수 있다. 예를 들면, 고정 오브젝트는, 교통 신호, 도로, 구조물을 포함하는 개념일 수 있다. 오브젝트 검출 장치(520)는, 카메라(521), 레이다(522), 라이다(523), 초음파 센서(524), 적외선 센서(525) 및 프로세서(530)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 오브젝트 검출 장치(520)는, 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.
프로세서(530)는, 오브젝트 검출 장치(520)의 각 유닛의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 프로세서(530)는, 획득된 영상에 기초하여, 오브젝트를 검출하고, 트래킹할 수 있다. 프로세서(530)는, 영상 처리 알고리즘을 통해, 오브젝트와의 거리 산출, 오브젝트와의 상대 속도 산출등의 동작을 수행할 수 있다.
실시예에 따라, 오브젝트 검출 장치(520)는, 복수의 프로세서(530)를 포함하거나, 프로세서(530)를 포함하지 않을 수도 있다. 예를 들면, 카메라(521), 레이다(522), 라이다(523), 초음파 센서(524) 및 적외선 센서(525) 각각은 개별적으로 프로세서를 포함할 수 있다.
오브젝트 검출 장치(520)에 프로세서(530)가 포함되지 않는 경우, 오브젝트 검출 장치(520)는, 차량(500)내 장치의 프로세서 또는 제어부(570)의 제어에 따라, 동작될 수 있다.
내비게이션 시스템(550)은 통신 장치(400), 특히 위치 정보부(420)를 통해 획득된 정보에 기반하여 차량의 위치 정보를 제공할 수 있다. 또한, 내비게이션 시스템(550)은 차량의 현재 위치 정보에 기반하여 목적지로의 길 안내 서비스를 제공할 수 있다. 또한, 내비게이션 시스템(550)은 오브젝트 검출 장치(520) 및/또는 V2X 통신부(430)를 통해 획득된 정보에 기반하여 주변 위치에 대한 안내 정보를 제공할 수 있다. 한편, 본 발명에 따른 안테나 시스템(1000)과 함께 동작하는 무선 통신부(460)를 통해 획득한 V2V, V2I, V2X 정보에 기반하여 안내 정보 제공, 자율 주행 서비스 등을 제공할 수 있다.
통신 장치(400)는, 외부 디바이스와 통신을 수행하기 위한 장치이다. 여기서, 외부 디바이스는, 타 차량, 이동 단말기 또는 서버일 수 있다. 통신 장치(400)는, 통신을 수행하기 위해 송신 안테나, 수신 안테나, 각종 통신 프로토콜이 구현 가능한 RF(Radio Frequency) 회로 및 RF 소자 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 통신 장치(400)는, 근거리 통신부(410), 위치 정보부(420), V2X 통신부(430), 광통신부(440), 방송 송수신부(450) 및 프로세서(470)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 통신 장치(400)는, 설명되는 구성 요소외에 다른 구성 요소를 더 포함하거나, 설명되는 구성 요소 중 일부를 포함하지 않을 수 있다.
근거리 통신부(410)는, 근거리 통신(Short range communication)을 위한 유닛이다. 근거리 통신부(410)는, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 형성하여, 차량(500)과 적어도 하나의 외부 디바이스 사이의 근거리 통신을 수행할 수 있다. 위치 정보부(420)는, 차량(500)의 위치 정보를 획득하기 위한 유닛이다. 예를 들면, 위치 정보부(420)는, GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 DGPS(Differential Global Positioning System) 모듈을 포함할 수 있다.
V2X 통신부(430)는, 서버(V2I: Vehicle to Infra), 타 차량(V2V: Vehicle to Vehicle) 또는 보행자(V2P: Vehicle to Pedestrian)와의 무선 통신 수행을 위한 유닛이다. V2X 통신부(430)는, 인프라와의 통신(V2I), 차량간 통신(V2V), 보행자와의 통신(V2P) 프로토콜이 구현 가능한 RF 회로를 포함할 수 있다. 광통신부(440)는, 광을 매개로 외부 디바이스와 통신을 수행하기 위한 유닛이다. 광통신부(440)는, 전기 신호를 광 신호로 전환하여 외부에 발신하는 광발신부 및 수신된 광 신호를 전기 신호로 전환하는 광수신부를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 광발신부는, 차량(500)에 포함된 램프와 일체화되게 형성될 수 있다.
무선 통신부(460)는 하나 이상의 안테나 시스템을 통해 하나 이상의 통신 시스템과 무선 통신을 수행하는 유닛이다. 무선 통신부(460)는 제1 안테나 시스템을 통해 제1 통신 시스템 내의 기기로 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 또한, 무선 통신부(460)는 제2 안테나 시스템을 통해 제2 통신 시스템 내의 기기로 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 여기서, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 각각 LTE 통신 시스템 및 5G 통신 시스템일 수 있다. 하지만, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 이에 한정되는 것은 아니고 임의의 서로 다른 통신 시스템으로 확장 가능하다.
한편, 차량(500) 내부에 배치되는 안테나 모듈(300)은 무선 통신부를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 차량(500)은 전기 자동차(electric vehicle, EV) 또는 외부 전자 기기와 독립적으로 통신 시스템과 접속 가능한 자동차일 수 있다. 이와 관련하여, 통신 장치(400)는 근거리 통신부(410), 위치정보 모듈(420), V2X 통신부(430), 광통신부(440), 4G 무선 통신 모듈(450), 5G 무선 통신 모듈(460) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
4G 무선 통신 모듈(450)은 4G 이동통신 네트워크를 통해 4G 기지국과 4G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 4G 무선 통신 모듈(450)은 하나 이상의 4G 송신 신호를 4G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 4G 무선 통신 모듈(450)은 하나 이상의 4G 수신 신호를 4G 기지국으로부터 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 4G 기지국으로 전송되는 복수의 4G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다. 또한, 4G 기지국으로부터 수신되는 복수의 4G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다.
5G 무선 통신 모듈(460)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 여기서, 4G 기지국과 5G 기지국은 비-스탠드 얼론(NSA: Non-Stand-Alone) 구조일 수 있다. 예컨대, 4G 기지국과 5G 기지국은 논-스탠드 얼론(NSA: Non Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다. 또는, 5G 기지국은 4G 기지국과 별도의 위치에 스탠드-얼론(SA: Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다. 5G 무선 통신 모듈(460)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈(460)은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(460)은 하나 이상의 5G 수신 신호를 5G 기지국으로부터 수신할 수 있다. 이때, 5G 주파수 대역은 4G 주파수 대역과 동일한 대역을 사용할 수 있고, 이를 LTE 재배치(re-farming)이라고 지칭할 수 있다. 한편, 5G 주파수 대역으로, 6GHz 이하의 대역인 Sub6 대역이 사용될 수 있다. 반면, 광대역 고속 통신을 수행하기 위해 밀리미터파(mmWave) 대역이 5G 주파수 대역으로 사용될 수 있다. 밀리미터파(mmWave) 대역이 사용되는 경우, 전자 기기는 기지국과의 통신 커버리지 확장(coverage expansion)을 위해 빔 포밍(beam forming)을 수행할 수 있다.
한편, 5G 주파수 대역에 관계없이, 5G 통신 시스템에서는 전송 속도 향상을 위해, 더 많은 수의 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)을 지원할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 기지국으로 전송되는 복수의 5G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) MIMO가 수행될 수 있다. 또한, 5G 기지국으로부터 수신되는 복수의 5G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) MIMO가 수행될 수 있다.
한편, 4G 무선 통신 모듈(450)과 5G 무선 통신 모듈(460)을 통해 4G 기지국 및 5G 기지국과 이중 연결(DC: Dual Connectivity) 상태일 수 있다. 이와 같이, 4G 기지국 및 5G 기지국과의 이중 연결을 EN-DC(EUTRAN NR DC)이라 지칭할 수 있다. 한편, 4G 기지국과 5G 기지국이 공통-배치 구조(co-located structure)이면, 이종 반송파 집성(inter-CA(Carrier Aggregation)을 통해 스루풋(throughput) 향상이 가능하다. 따라서, 4G 기지국 및 5G 기지국과 EN-DC 상태이면, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다. 한편, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460)을 이용하여 전자 기기(예컨대, 차량) 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 자원이 할당된 후 기지국을 경유하지 않고 차량들 간에 V2V 방식에 의해 무선 통신이 수행될 수 있다.
한편, 전송 속도 향상 및 통신 시스템 융합(convergence)을 위해, 4G 무선 통신 모듈(450) 및 5G 무선 통신 모듈(460) 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(450)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈(460)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 5G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
한편, 통신 장치(400)는, 사용자 인터페이스 장치(510)와 함께 차량용 디스플레이 장치를 구현할 수 있다. 이경우, 차량용 디스플레이 장치는, 텔레매틱스(telematics) 장치 또는 AVN(Audio Video Navigation) 장치로 명명될 수 있다.
도 4b는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 차량의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 4b를 참조하면, 차량은 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220) 및 RFIC(1250)를 포함한다. 또한, 차량은 모뎀(Modem, 1400) 및 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor, 1450)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 모뎀(Modem, 1400)과 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)와 물리적으로 하나의 chip에 구현되고, 논리적 및 기능적으로 분리된 형태로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 물리적으로 분리된 chip의 형태로 구현될 수도 있다.
한편, 차량은 수신부에서 복수의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 210a 내지 240a)을 포함한다. 여기서, 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220), RFIC(1250) 및 복수의 저잡음 증폭기(210a 내지 240a)는 모두 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템에서 동작 가능하다. 이때, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 각각 4G 통신 시스템과 5G 통신 시스템일 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, RFIC(1250)는 4G/5G 일체형으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. RFIC(1250)가 4G/5G 일체형으로 구성되는 경우, 4G/5G 회로 간 동기화 (synchronization) 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 모뎀(1400)에 의한 제어 시그널링이 단순화될 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G RFIC 및 5G RFIC로 각각 지칭될 수 있다. 특히, 5G 대역이 밀리미터파 대역으로 구성되는 경우와 같이 5G 대역과 4G 대역의 대역 차이가 큰 경우, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우에도 4G RFIC 및 5G RFIC가 논리적 및 기능적으로 분리되고 물리적으로는 하나의 chip에 Soc (System on Chip)으로 구현되는 것도 가능하다. 한편, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어하도록 구성한다. 구체적으로, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 모뎀(1400)을 통해 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어할 수 있다.
한편, 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템 중 적어도 하나에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 통신 시스템이 4G 대역 또는 Sub6 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템에서 모두 동작 가능하다. 반면에, 5G 통신 시스템이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)는 어느 하나는 4G 대역에서 동작하고, 다른 하나는 밀리미터파 대역에서 동작할 수 있다.
한편, 송수신부와 수신부를 통합하여, 송수신 겸용 안테나를 이용하여 하나의 안테나로 2개의 서로 다른 무선 통신 시스템을 구현할 수 있다. 이때, 도 2와 같이 4개의 안테나를 이용하여 4x4 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 하향링크(DL)를 통해 4x4 DL MIMO가 수행될 수 있다.
한편, 5G 대역이 Sub6 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역에서 모두 동작하도록 구성될 수 있다. 반면에, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이때, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 별도의 복수 안테나 각각이 밀리미터파 대역에서 배열 안테나로 구성될 수 있다. 한편, 4개의 안테나 중 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)에 연결된 2개의 안테나를 이용하여 2x2 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 상향링크(UL)를 통해 2x2 UL MIMO (2 Tx)가 수행될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 차량은 듀플렉서(duplexer, 231), 필터(232) 및 스위치(233)를 더 포함할 수 있다. 듀플렉서(231)는 송신 대역과 수신 대역의 신호를 상호 분리하도록 구성된다. 이때, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 통해 송신되는 송신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트를 통해 안테나(ANT1, ANT4)에 인가된다. 반면에, 안테나(ANT1, ANT4)를 통해 수신되는 수신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제2 출력포트를 통해 저잡음 증폭기(210a, 240a)로 수신된다. 필터(232)는 송신 대역 또는 수신 대역의 신호를 통과(pass)시키고 나머지 대역의 신호는 차단(block)하도록 구성될 수 있다. 스위치(233)는 송신 신호 또는 수신 신호 중 어느 하나만을 전달하도록 구성된다.
한편, 본 발명에 따른 차량은 제어부에 해당하는 모뎀(1400)을 더 포함할 수 있다. 이때, RFIC(1250)와 모뎀(1400)을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다. 모뎀(1400)은 RFIC(1250)를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(1400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)를 통해 획득할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel)을 통해 수신될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
모뎀(1400)은 특정 시간 및 주파수 자원에서 제1 통신 시스템 및/또는 제2 통신 시스템을 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 RFIC(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 차량은 eNB 또는 gNB를 통해 자원을 할당받거나 또는 연결 상태를 유지할 수 있다. 또한, 차량은 할당된 자원을 통해 다른 엔티티들과 V2V 통신, V2I 통신 및 V2P 통신 중 적어도 하나를 수행할 수 있다.
한편, 도 1a 내지 도 4b를 참조하면, 차량에 탑재되는 안테나 시스템은 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.
도 5a는 일 실시 예에 따른 안테나 시스템의 구성을 나타낸다. 도 5b는 도 5a의 안테나 시스템의 급전 구조와 그라운드 구조를 나타낸다. 한편, 도 6은 일 실시 예에 따른 히트 싱크와 방열 팬, 커플링 급전부 및 커플링 그라운드 부를 갖는 안테나 시스템이 조립된 구성도 및 조립되기 이전의 분해도를 나타낸다.
도 5a 내지 도 6을 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 회로 기판(1010), 히트 싱크(heat sink, 1020) 및 커플링 급전부(coupling feed portion, 1110)을 포함하도록 구성될 수 있다. 회로 기판(1010)은 차량의 지붕 또는 지붕 프레임 내부의 금속 프레임과 배치될 수 있고, 각종 전자 부품들이 배치될 수 있다. 회로 기판(1010)에 배치된 전자 부품들의 구동 및 차량 지붕 내부로 전달되는 열원(heat source)에 의해 열이 발생할 수 있다. 이러한 차량 지붕 내부의 열에 의한 온도 상승을 히트 싱크(1020)를 통해 저감시킬 수 있다. 또한, 차량 지붕 내부의 열에 의한 온도 상승을 하부 히트 싱크(1030)을 통해 저감시킬 수 있다.
히트 싱크(1020)는 회로 기판(1010)의 상부에 개구 영역(aperture region)을 구비하고, 회로 기판(1010)과 고정부(1025)를 통해 고정되도록 구성될 수 있다. 여기서, 고정부(1025)는 히트 싱크(1020)와 하부 히트 싱크(1030)를 연결하도록 구성될 수 있다.
커플링 급전부(1110)는 회로 기판(1010)과 전기적으로 연결되고, 개구 영역으로 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 회로 기판(1010)의 전면에는 그라운드 영역(GND)이 배치될 수 있다. 한편, 커플링 급전부(1110)와 연결되는 회로 기판(1010)의 영역은 그라운드 패턴이 제거된 슬롯 영역(slot region, SR)으로 형성될 수 있다.
커플링 급전부(1110)의 형상은 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 7a는 일 예시에 따른 유전체 캐리어(dielectric carrier, DC) 상에 프린트된 제1 타입 안테나를 나타낸다. 한편, 도 7b는 일 예시에 따른 유전체 캐리어(DC) 상에 프린트된 제2 타입 안테나를 나타낸다.
방사체 구성과 관련하여 도 7a를 참조하면, 제1 급전부(1110a)는 방사 패치(radiation patch, RP) 및 측면 패치(side surface patch, SSP)를 포함할 수 있다. 또한, 제1 급전부(1110a)는 기생 패치(parasitic patch, PP)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1, 1110a)의 방사 패치(RP)의 형태는 원형 패치에 한정되는 것은 아니고 다양한 형태로 변경 가능하다. 예를 들어, 제1 안테나(ANT1, 1110a)의 방사 패치(RP)의 형태는 도 7b와 같이 사각 패치(RP2)로 구현될 수 있다.
도 5a 내지 도 7b를 참조하면, 제2 급전부는 히트 싱크(1020)로 신호가 커플링되도록 구성된 T 형상의 다른 급전부로 구성될 수 있다. 한편, 제1 급전부(1110a)와 제2 급전부는 신호가 루프 형상의 히트 싱크(1020) 내부로 커플링 되므로 각각 제1 커플링 급전부 및 제2 커플링 급전부로 지칭할 수 있다. 제1 커플링 급전부를 편의상 커플링 급전부(1110a)로 지칭할 수 있다.
커플링 급전부(1110a)는 회로 기판(1010)과 수직하게 연결된 유전체 캐리어(DC)의 적어도 일 면에 배치되는 금속 패치로 구성될 수 있다. 금속 패치는 도 7a 또는 도 7b의 복수의 방사 배치들로 구성될 수 있다.
도 7a를 참조하면, 방사 패치(RP)는 유전체 캐리어(DC)의 전면에 배치되도록 구성되고, 측면 패치(SSP)는 유전체 캐리어의 측면에 배치되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 측면 패치(SSP)는 방사 패치(RP)와 연결되도록 구성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 측면 패치(SSP)는 방사 패치(RP)와 커플링되도록 이격될 수 있다. 이와 관련하여, 방사 패치(RP)를 제1 방사 패치(1111a)로 지칭하고, 측면 패치(SSP)를 제2 방사 패치(1112a)로 지칭할 수 있다.
따라서, 제1 방사 패치(1111a)는 유전체 캐리어(DC)의 전면에 배치되도록 구성될 수 있다. 제2 방사 패치(1112a)는 유전체 캐리어(DC)의 측면에 배치되고, 제1 방사 패치(RP1)와 실질적으로 수직하게 연결되도록 배치될 수 있다. 제1 방사 패치(1111a)는 반원(semi-circle) 형태로 유전체 캐리어(DC)의 전면에 배치될 수 있다. 제2 방사 패치(1112a)는 직사각형 형태로 유전체 캐리어(DC)의 측면에 배치될 수 있다.
또한, 기생 패치(PP)는 유전체 캐리어(DC)의 배면에 배치되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 광대역 안테나 소자는 Shaped Monopole with parasitic element로 지칭할 수 있다. 특히, 유전체 캐리어(DC)의 전면에 배치되는 방사 패치(RP)의 형상을 고려하여 Half Circle Shaped Monopole with parasitic element로 지칭할 수 있다. 하지만, 유전체 캐리어(DC)의 전면에 배치되는 방사 패치(RP)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니고 도 8b와 같이 사각 패치 형태로 구현될 수 있다.
모노폴 안테나로 동작하도록 방사 패치(RP, RP2)와 기생 패치(PP)가 상호 연결되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 방사 패치(RP, RP2)에는 소정 간격으로 이격되어 배치되는 복수의 나사(screw, SC)가 배치될 수 있다. 복수의 나사(SC) 중 일부는 방사 패치(RP, RP2)와 기생 패치(PP)를 연결하도록 체결될 수 있다. 한편, 복수의 나사(SC) 중 일부는 기생 패치(PP)와 직접 연결되도록 체결되지 않을 수 있다. 이 경우, 복수의 나사(SC) 중 일부는 유전체 캐리어(DC) 내부로 삽입되는 깊이를 조절하여 해당 대역 별로 임피던스 매칭이 수행되도록 할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 방사 패치(RP2)는 유전체 캐리어(DC)의 전면에 배치되도록 구성되고, 측면 패치(SSP)는 유전체 캐리어의 측면에 배치되도록 구성될 수 있다. 이 경우, 측면 패치(SSP)는 방사 패치(RP2)와 연결되도록 구성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 측면 패치(SSP)는 방사 패치(RP2)와 커플링되도록 이격될 수 있다. 이와 관련하여, 방사 패치(RP)를 제1 방사 패치(1111b)로 지칭하고, 측면 패치(SSP)를 제2 방사 패치(1112b)로 지칭할 수 있다.
따라서, 제1 방사 패치(1111b)는 유전체 캐리어(DC)의 전면에 배치되도록 구성될 수 있다. 제2 방사 패치(1112b)는 유전체 캐리어(DC)의 측면에 배치되고, 제1 방사 패치(1111b)와 실질적으로 수직하게 연결되도록 배치될 수 있다. 제1 방사 패치(1111b)는 직사각형 형태로 유전체 캐리어(DC)의 전면에 배치될 수 있다. 제2 방사 패치(1112b)는 직사각형 형태로 유전체 캐리어(DC)의 측면에 배치될 수 있다.
일 예시로, 유전체 캐리어의 측면에도 복수의 나사(SC)가 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 이 경우, 유전체 캐리어의 측면에 삽입되는 복수의 나사(SC)가 삽입되는 깊이를 조절하여 해당 대역 별로 임피던스 매칭이 수행되도록 할 수 있다.
일 예시로, 유전체 캐리어는 일부 영역의 유전체가 제거되도록 구성될 수 있다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 유전에 캐리어(DC)에 내부에 소정 두께와 길이로 유전체가 제거된 슬롯 영역(slot1, slot2)이 구비될 수 있다. 이와 같이, 유전체가 제거된 슬롯 영역(slot1, slot2)에 의해 안테나 소자(1110a, 1110b)의 방사 효율(radiation efficiency)이 향상될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 소자(1110a, 1110b)에 유도되는 전류에 의해 발생되는 유전체 손실(dielectric loss)가 유전체가 제거된 슬롯 영역(slot1, slot2)에 의해 감소될 수 있다.
한편, 방사 패치(RP, RP2)와 연결되고, 신호를 급전하도록 형성된 급전부(feeder, F)가 유전체 캐리어(DC)의 전면에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 소자(1110a, 1110b)의 급전부(F)는 도 5b의 송수신부 회로(1250)의 신호선과 연결될 수 있다. 이에 따라, 송수신부 회로(1250)는 복수의 안테나들 중 적어도 하나로 신호를 전달할 수 있다.
도 5a 내지 도 7b를 참조하면, 유전체 캐리어(DC)의 측면에 배치된 제2 방사 패치(1112a, 1112b)는 히트 싱크(1020)의 도전 멤버들(conductive members) 중 하나와 스크루(SC)를 통해 체결될 수 있다.
도 5a 내지 도 6을 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 커플링 그라운드 부(coupling ground portion, 1120)을 더 포함하도록 구성될 수 있다. 커플링 그라운드 부(1120)는 커플링 급전부(1110)가 배치된 히트 싱크(1020)의 도전 멤버에 대향하는 제2 도전 멤버와 커플링되도록 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 회로 기판(1010)의 전면에는 그라운드 영역(GND)이 배치되고, 회로 기판(1010)의 배면에는 커플링 급전부(1110)와 전기적으로 연결되는 급전 패턴(feeding pattern)이 배치될 수 있다. 다른 예로, 급전 패턴이 배치되는 위치는 회로 기판(1010)의 배면에 한정되는 것은 아니고, 회로 기판(1010)의 전면 또는 다른 회로 기판의 전면에도 배치될 수 있다.
커플링 그라운드 부(1120)는 회로 기판(1010)과 실질적으로 수직하게 연결된 수직 연결부(vertical connection portion, VCP)를 포함할 수 있다. 커플링 그라운드 부(1120)는 수직 연결부에서 일측 방향 및 타측 방향으로 연장되게 형성되는 수평 연장부(horizontal extension portion, HCP)를 더 포함할 수 있다. 커플링 그라운드 부(1120)의 수평 연장부(HCP)는 제2 도전 멤버의 하부에 제2 도전 멤버와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 하지만, 이러한 구조에 한정되는 것은 아니고, 수평 연장부(HCP) 중 적어도 일부는 제2 도전 멤버와 연결되도록 구성될 수 있다.
안테나 시스템(1000)은 하부 히트 싱크(lower heat sink, 1030)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 하부 히트 싱크(1030)는 회로 기판(1010)과 접촉되도록 배치될 수 있다. 다른 예로, 하부 히트 싱크(1030)는 회로 기판(1010)과 소정 간격 이격되어 회로 기판(1010) 하부에 배치될 수 있다. 하부 히트 싱크(1030)는 회로 기판(1010)으로부터 발생하는 열을 흡수하도록 구성될 수 있다. 또한, 하부 히트 싱크(1030)는 회로 기판(1010)으로부터 발생하는 열을 고정부(1025)를 통해 히트 싱크(1020)로 전달하도록 구성될 수 있다.
하부 히트 싱크(1030)는 플레이트 부(1031) 및 연장 부(1032)를 포함하도록 구성될 수 있다. 플레이트 부(1031)는 방열 팬(FAN)이 배치되도록 구성될 수 있다. 일 예로, 방열 팬(FAN)이 플레이트 부(1031))와 체결될 수 있다. 연장 부(1032)는 될 수 있다. 연장 부(1032)는 플레이트 부(1031)로부터 일 측 및 타 측으로 연장되고, 히트 싱크(1020)의 수직 체결부(VCP)와 체결되도록 구성될 수 있다.
수직 체결부(VCP)와 연장 부(1032)는 회로 기판(1010)의 전면에 형성된 그라운드 영역과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 커플링 급전부(1110), 커플링 그라운드 부(1020) 및 히트 싱크(1020)의 개구 영역으로 형성되는 안테나가 광대역 동작하도록 구성될 수 있다.
안테나 시스템(1000)은 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 프로세서(1400)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(1250) 및 프로세서(1400)는 회로 기판(1010)의 배면 또는 전면에 배치될 수 있다. 다른 예로, 송수신부 회로(1250) 및 프로세서(1400)는 회로 기판(1010)의 하부에 배치되는 다른 회로 기판 상에 배치될 수도 있다.
송수신부 회로(1250)는 커플링 급전부(1110)와 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. 한편, 커플링 급전부(1110)와 커플링 그라운드 부(1120)에 의해 안테나 시스템(1000)은 단일 안테나로 동작할 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 커플링 급전부(1110)와 동작 가능하게 결합되고, 급전 패턴을 통해 커플링 급전부(1110)로 전달되는 신호를 제어하도록 구성될 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 커플링 급전부(1110)로 전달되는 신호의 크기 및/또는 위상을 제어할 수 있다. 여기서, 급전 패턴은 전술한 바와 같이 회로 기판(1010)의 배면에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
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, 커플링 급전부(1110)로 전달되는 신호의 크기 및/또는 위상을 제어할 수 있다.
이와 관련하여, 커플링 급전부(1110)와 커플링 그라운드 부(1120)에 의해 안테나 시스템은 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역에서 단일 안테나로 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역은 각각 4G LTE 시스템의 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)에 해당할 수 있다. 한편, 5G SUB6 대역을 사용하는 5G NR 시스템은 LTE re-faming을 통해 LB, MB 및 HB 대역에서 동작할 수 있다. 또한, 5G NR 시스템은 LB, MB 및 HB 대역 이외의 대역에서도 동작할 수 있다.
이와 관련하여, 프로세서(1400)는 자원 할당 정보를 포함한 제어 정보를 RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나로부터 수신할 수 있다. 일 예로, 차량의 프로세서(1400)는 PDCCH (physical downlink control channel)를 통해 자원 할당 정보를 수신 및 검출할 수 있다. 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 상기 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이, 5G NR 시스템은 LB, MB 및 HB 대역 이외의 대역에서도 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 도 8a 및 도 8b는 본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템의 효율 및 반사 손실(return loss) 특성을 나타낸다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 약 600MHz 내지 6GHz의 광대역에서 동작할 수 있다. 보다 상세하게는, 본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 약 617MHz 내지 5900MHz의 광대역에서 동작할 수 있다.
도 8a를 참조하면, (i)안테나의 방사 효율(radiation efficiency)은 전 대역(full band)에서 50% 이상의 높은 효율을 갖는다. 한편, (ii) 안테나의 총 효율(total efficiency)은 저 대역(LB) 중 일부 대역을 제외하고 거의 전 대역에서 50% 이상의 높은 효율을 갖는다.
도 8b를 참조하면, 안테나의 반사 손실 특성은 저 대역(LB)과 중 대역(MB) 중 일부 대역을 제외하고 거의 전 대역에서 50% 이상의 높은 효율을 갖는다. 따라서, 저 대역(LB)과 중 대역(MB) 중 일부 대역에서 반사 손실 특성을 더 개선하면, (ii) 안테나의 총 효율(total efficiency)도 전 대역에서 50% 이상의 높은 효율을 갖도록 구성 가능하다.
따라서, 전술한 바와 같이 본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 약 600MHz 내지 6GHz의 광대역에서 동작할 수 있다. 보다 상세하게는, 본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 약 617MHz 내지 5900MHz의 광대역에서 동작할 수 있다.
다른 실시 예로, 프로세서(1400)는 방열 팬(FAN)의 팬 회전 속도를 구성될 수 있다. 일 예로, 프로세서(1400)는 히트 싱크(1020)의 개구 영역 내부에 배치되는 방열 팬(FAN)의 팬 회전 속도 또는 송수신부 회로(1250)에 의한 소비되는 전력량을 검출하도록 구성될 수 있다.
프로세서(1400)는 방열 팬의 팬 회전 속도가 제1 임계 값 이상인지 여부 및/또는 안테나를 통해 수신된 신호 품질이 제2 임계 값 이상인지 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(1400)는 방열 팬의 팬 회전 속도가 제1 임계 값 이상이고 안테나를 통해 수신된 신호 품질이 제2 임계 값 이상이면, 커플링 급전부(1110)로 인가되는 신호의 크기가 감소되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 안테나 시스템이 장착된 단말, 예컨대 차량은 기지국 간의 거리가 증가하면 거리가 더 가까운 인접 차량 또는 RSU (Road Side Unit)로 연결 상태를 변경하도록 요청 메시지를 송신할 수 있다. 즉, 차량 내부의 온도가 증가하고 기지국과의 거리가 증가하여 더 높은 신호 크기를 요구하면, 차량은 인접한 엔티티로의 연결 변경 요청을 수행할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 본 명세서에서 개시되는 히트 싱크를 이용한 안테나 시스템은 복수의 안테나로 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 도 9는 일 실시 예에 따른 복수의 급전 구조를 갖는 안테나 시스템의 구성을 나타낸다.
도 9를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 커플링 급전부(1110)가 배치된 히트 싱크(1010)의 도전 멤버에 대향하는 제2 도전 멤버와 커플링되도록 배치되는 제2 커플링 급전부(1130)을 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 회로 기판(1010)의 전면에는 그라운드 영역(GND)이 배치될 수 있다. 커플링 급전부(1110)와 연결되는 제1 영역 및 제2 커플링 급전부(1130)와 연결되는 제2 영역은 그라운드 패턴이 제거된 슬롯 영역(SR1, SR2)으로 형성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 안테나 시스템(1000)은 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 프로세서(1400)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(1250) 및 프로세서(1400)는 회로 기판(1010)의 배면 또는 전면에 배치될 수 있다. 다른 예로, 송수신부 회로(1250) 및 프로세서(1400)는 회로 기판(1010)의 하부에 배치되는 다른 회로 기판 상에 배치될 수도 있다.
송수신부 회로(1250)는 커플링 급전부(1110) 및 제2 커플링 급전부(1130)와 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. 프로세서(1400)는 커플링 급전부(1110)와 제2 커플링 급전부(1130)에 의해 안테나 시스템이 중대역(mid band, MB) 에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 복수의 급전부를 통해 하나의 히트 싱크가 기능적으로 복수의 안테나로 동작할 수 있다. 이러한 복수의 급전부를 통해 안테나 시스템은 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 10은 복수의 커플링 급전부를 통해 히트 싱크를 포함하는 안테나 시스템의 서로 다른 실시 예를 나타낸다. 한편, 도 11은 도 10의 안테나 시스템의 측면도를 나타낸다.
도 10(a)를 참조하면, 제1 커플링 급전부(1110)는 히트 싱크(1020)와 스크루(SC)를 통해 연결된다. 반면에, 제2 커플링 급전부(1110)는 히트 싱크(1020)와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
도 10(b)를 참조하면, 제1 커플링 급전부(1110)는 히트 싱크(1020)와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 제2 커플링 급전부(1130)도 히트 싱크(1020)와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1 급전부(1110)은 반원 형상의 전면 패치와 측면 패치로 구성될 수 있다. 반면에, 제2 급전부(1130)는 수직 연결부(1131) 및 수평 연결부(1132)를 포함하도록 구성될 수 있다. 수직 연결부(1131)는 히트 싱크(1020)의 하부에서 히트 싱크(1020)와 수직한 방향으로 배치될 수 있다. 수평 연결부(1132)는 수직 연결부(1121)에서 일측 방향 및 타측 방향으로 연장되게 형성될 수 있다.
도 11 (a)는 제1 커플링 급전부(1110) 측에서 바라본 안테나 시스템(1000)의 일 측면도이다. 도 11 (b)는 제2 커플링 급전부(1130) 측에서 바라본 안테나 시스템(1000)의 타 측면도이다.
도 10(a) 및 도 11(a)를 참조하면, 제1 커플링 급전부(1110)는 히트 싱크(1020)와 스크루(SC)을 통해 체결되도록 구성될 수 있다. 다른 예로, 도 10(b) 및 도 11(a)를 참조하면, 제1 커플링 급전부(1110)는 히트 싱크(1020)와 소정 간격 이격되어 배치되도록 구성될 수 있다.
도 10(a), 도 10(b) 및 도 11(b)를 참조하면, 제2 커플링 급전부(1130)는 히트 싱크(1020)와 소정 간격 이격되어 배치되도록 구성될 수 있다. 도 11(a) 및 도 11(b)에서, 제2 커플링 급전부(1130)는 커플링 그라운드(1120)로 대체될 수 있다. 제1 커플링 급전부(1110)와 제2 커플링 급전부(1130)를 각각 제1 급전부(1110) 및 제2 급전부(1130)로 지칭할 수 있다.
한편, 제1 급전부(1110) 및 제2 급전부(1130)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 제1 급전부(1110) 및 제2 급전부(1130)의 형상은 동일하게 형성되어 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나(ANT2)의 전기적 특성을 동일 또는 유사하게 유지할 수 있다. 하지만, 제1 급전부(1110) 및 제2 급전부(1130)의 형상이 동일하면, 제1 안테나(ANT1)와 제2 안테나(ANT2) 간 간섭 특성이 저하될 수 있다.
도 10과 같은 복수의 급전부를 구비하는 안테나 시스템을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 도 12a는 제1 급전부와 제2 급전부를 구비하는 안테나 시스템의 반사 계수 및 격리도 특성을 나타낸다. 도 12b는 제1 급전부와 제2 급전부를 구비하는 안테나 시스템의 안테나 효율 특성을 나타낸다.
도 12a를 참조하면, 제1 급전부와 제2 급전부에 의한 제1 안테나 및 제2 안테나의 반사 손실 특성은 거의 전 대역에서 양호한 특성을 갖는다. 하지만, 제1 안테나 및 제2 안테나 간의 격리도(isolation) 특성은 저 대역(LB)에서 열화된다. 따라서, 본 명세서에서 개시되는 MIMO 동작을 수행하는 히트 싱크 기반 안테나 시스템은 저 대역(LB)을 제외한 중 대역(MB) 및 고 대역(HB) 및 5G SUB 6 대역에서 동작할 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 개시되는 MIMO 동작을 수행하는 히트 싱크 기반 안테나 시스템은 1410MHz 내지 5900MHz에서 동작하도록 구성될 수 있다.
도 12b를 참조하면, 제1 급전부와 제2 급전부에 의한 제1 안테나 및 제2 안테나의 홍 효율 특성은 저 대역(LB)을 제외한 중 대역(MB) 및 고 대역(HB) 및 5G SUB 6 대역에서 양호한 특성을 갖는다. 도 12a를 참조하면, 제2 안테나의 반사 계수 특성이 제1 안테나의 반사 계수 특성보다 열화된다. 따라서, 도 12b와 같이 제2 안테나(ANT2)의 총 효율 특성이 제1 안테나(ANT1)의 총 효율 특성보다 열화된다.
본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 히트 싱크(1020) 내부에 방열 팬(FAN)이 배치되어 안테나 성능을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여, 도 13은 다른 실시 예에 따른 히트 싱크 내부에 방열 팬이 배치되지 않은 안테나 구성을 나타낸다. 도 14a는 히트 싱크 내부에 방열 팬이 배치되지 않은 안테나의 효율 특성을 나타낸다. 도 14b는 히트 싱크 내부에 방열 팬이 배치되지 않은 안테나의 반사 손실 특성을 나타낸다.
도 13을 참조하면, 커플링 급전부(1110)가 히트 싱크의 도전 멤버와 결합되도록 배치될 수 있다. 커플링 그라운드 부(1120)가 도전 멤버에 대향하는 제2 도전 멤버와 커플링되도록 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 히트 싱크 내부에 방열 팬이 배치되지 않은 안테나 구성은 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 커플링 그라운드 부 없이 복수의 커플링 급전부에 의해 안테나가 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 14a를 참조하면, 중대역(MB) 및 고대역(HB)과 5G SUB6 대역에서 50% 이상의 안테나 효율을 갖는다. 하지만, 저대역(LB)에서 안테나 효율이 감소하게 된다. 반면에, 도 8a를 참조하면, 1GHz 부근 및 그 이하의 저대역(LB)에서도 안테나 효율 특성이 50% 수준을 유지함을 알 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 히트 싱크(1020) 내부에 방열 팬(FAN)이 배치되어 안테나 효율 특성을 향상시킬 수 있다. 이는 히트 싱크(1020)에 의한 루프 구조와 히트 싱크 내부에 배치되는 방열 팬을 둘러싸는 금속 구조 간에 형성되는 저대역(LB) 공진 모드에 기인한다.
도 14b를 참조하면, 중대역(MB) 및 고대역(HB)과 5G SUB6 대역에서 -6dB 이하의 반사 손실 특성을 갖는다. 저대역(LB) 중 일부 대역에서도 -6dB 이하의 반사 손실 특성을 갖는다. 도 8b를 참조하면, 히트 싱크(1020) 내부에 방열 팬(FAN)이 배치된 경우와 비교하여 도 14b와 같이 방열 팬이 배치되지 않은 경우 반사 손실 특성은 유사한 특성을 갖는다. 도 8a 및 도 14a를 참조하면, 히트 싱크(1020) 내부에 방열 팬(FAN)이 배치됨에 따라 반사 손실 특성의 큰 향상 없이도 안테나 효율 특성을 향상시킬 수 있다. 히트 싱크(1020)에 의한 루프 구조와 방열 팬(FAN)을 둘러싸는 금속 구조 간에 형성되는 저대역(LB) 공진 모드는 안테나 시스템이 저대역(LB)에서도 안테나로서 동작하도록 한다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 히트 싱크 기반 안테나 시스템의 커플링 그라운드 부의 위치는 안테나 대역 특성을 위해 변경될 수 있다. 이와 관련하여, 도 15a 및 도 15b는 히트 싱크 기반 안테나 시스템의 커플링 그라운드 부의 위치가 히트 싱크의 도전 멤버 하부 또는 히트 싱크 내부에 배치된 구조를 나타낸다. 보다 상세하게는, 도 15a는 히트 싱크 기반 안테나 시스템의 커플링 그라운드 부의 위치가 히트 싱크의 도전 멤버 하부에 배치된 경우를 나타낸다. 도 15b는 히트 싱크 기반 안테나 시스템의 커플링 그라운드 부의 위치가 히트 싱크 내부에 배치된 구조를 나타낸다. 한편, 도 16a 및 도 16b는 도 15a 및 도 15b에 따른 커플링 그라운드 부의 위치에 따른 안테나 방사 효율 및 총 효율 특성을 나타낸다.
도 15a를 참조하면, 커플링 그라운드 부(1120)는 히트 싱크(1020)의 제2 도전 멤버의 하부에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 커플링 급전부(1110)는 히트 싱크(1020)의 도전 멤버와 연결될 수 있다. 히트 싱크(1020)의 제2 도전 멤버는 히트 싱크(1020)의 도전 멤버와 대향하는 측에 배치될 수 있다.
도 15b를 참조하면, 커플링 그라운드 부(1120)는 히트 싱크(1020b)의 제2 도전 멤버로부터 히트 싱크(1020b)의 내부로 소정 간격 오프셋 되어 배치될 수 있다. 커플링 급전부(1110)는 히트 싱크(1020b)의 도전 멤버와 연결될 수 있다. 히트 싱크(1020)의 제2 도전 멤버는 히트 싱크(1020)의 도전 멤버와 대향하는 측에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 15a 및 도 15b의 커플링 그라운드 부(1120)의 위치는 동일하고, 도 15b의 히트 싱크(1020b)의 길이가 증가하도록 구성될 수 있다.
도 16a 및 도 16b를 참조하면, 커플링 그라운드 부가 히트 싱크 내부에 배치됨에 따라 저대역(LB)에서의 안테나 방사 효율 및 총 효율 특성은 저하된다. 따라서, 커플링 그라운드 부가 히트 싱크 내부에 배치됨에 따라 저대역(LB)에서의 안테나 특성이 저하된다. 따라서, 안테나 시스템이 광대역 동작하기 위한 커플링 급전부의 최적 위치는 히트 싱크의 제2 도전 멤버 하부로 결정될 수 있다. 하지만, 응용에 따라 안테나 시스템이 중대역(MB) 이상의 대역에서만 동작하는 경우, 커플링 그라운드 부의 위치를 히트 싱크 내부로 배치할 수도 있다. 이에 따라, 저대역(LB)에서 동작하는 다른 안테나와의 간섭을 저감할 수 있다.
이상에서는 본 명세서의 일 양상에 따른 히트 싱크 기반의 안테나 시스템에 대하여 설명하였다. 이하에서는 본 명세서의 다른 양상에 따른 루프 형상의 금속 패턴과 브랜치 라인 패턴을 이용한 안테나 시스템에 대하여 설명하기로 한다.
이와 관련하여, 도 17a 및 도 17b는 본 명세서의 일 실시 예에 따른 루프 형상의 금속 패턴과 브랜치 라인 패턴을 이용한 안테나 시스템의 형상과 안테나 시스템의 등가 구조를 나타낸다.
한편, 도 18a은 일 실시 예에 따른 루프 형상의 금속 패턴과 브랜치 라인 패턴을 이용한 안테나 시스템이 구현된 PCB 구조를 나타낸다. 도 18b는 일 실시 예에 따른 브랜치 라인 패턴을 구비한 루프 형상의 금속 패턴과 커플링 급전부의 형상을 나타낸다.
도 17a 내지 도 18b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 회로 기판(circuit board, 1010), 안테나(ANT, 1100) 및 커플링 급전부(coupling feed portion, 1110-2)을 포함하도록 구성될 수 있다.
회로 기판(1010)은 차량의 지붕 또는 지붕 프레임 내부의 금속 프레임과 배치될 수 있고, 각종 전자 부품들이 배치될 수 있다. 안테나(ANT, 1100)는 회로 기판(1010)의 상부에 금속 패턴 내부에 해당하는 개구 영역(aperture region)을 구비하도록 구성될 수 있다.
회로 기판(1010)의 전면에는 그라운드 영역(GND)이 배치되고, 커플링 급전부(1110-2)와 연결되는 영역은 그라운드 패턴이 제거된 슬롯 영역(slot region, SR)으로 형성될 수 있다. 회로 기판(1010)의 배면 또는 전면에는 커플링 급전부(1110-2)와 전기적으로 연결되는 급전 패턴(feeding pattern)이 배치될 수 있다.
한편, 안테나 시스템(1000)은 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 프로세서(1400)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 커플링 급전부(1110-2)와 동작 가능하게 결합되고, 급전 패턴을 통해 커플링 급전부(1110-2)로 전달되는 신호를 제어하도록 구성될 수 있다.
프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합되고, 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1400)는 모뎀(modem)에 해당하는 기저대역 프로세서일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 임의의 프로세서일 수 있다. 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)에 의한 소비되는 전력량을 검출하고, 안테나를 통해 수신된 신호 품질이 임계 값 이상인지 여부를 판단할 수 있다. 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)에 의한 소비되는 전력량이 제1 임계치 이상이고, 안테나를 통해 수신된 신호 품질이 제2 임계 값 이상이면, 신호의 크기가 감소되도록 제어할 수 있다. 즉, 프로세서(1400)는 커플링 급전부(1110-2)로 인가되는 신호의 크기가 감소되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
안테나(ANT, 1100)는 회로 기판(1010)과 단락 부(short portion, 1140)를 통해 고정되도록 구성될 수 있다. 단락 부(1140)는 루프 안테나의 일 측과 타 측과 연결되고 그라운드와 연결되도록 구성된 제1 단락 부(1141) 및 제2 단락 부(1142)를 포함할 수 있다. 따라서, 제1 단락 부(1141) 및 제2 단락 부(1142)와 같이 그라운드로 이중 경로(dual path)를 갖는 구조를 dual path to ground로 지칭할 수 있다.
제1 단락 부(1141) 및 제2 단락 부(1142)에 의해 저 대역(LB)에서 임피던스 매칭 특성이 향상될 수 있다. 한편, 커플링 급전부(1110-2)를 통해 고대역(HB)에서 안테나가 광대역(broad band) 특성을 가질 수 있다. 이와 관련하여, 넓은 면을 통한 급전 구조 및 수직 방향으로 테이퍼링 구조의 급전 구조를 통해 안테나가 광대역 동작할 수 잇다.
한편, 커플링 급전부(1110-2)를 통해 신호가 전달되는 루프 안테나의 금속 패턴이 아닌 다른 금속 패턴은 제1 단락 부(1141) 및 제 2 단락 부(1142)를 통해 그라운드 영역과 연결될 수 있다. 즉, 루프 안테나의 일 측과 타 측의 금속 패턴은 회로 기판(1010)의 그라운드 영역과 제1 단락 부(1141) 및 제 2 단락 부(1142)를 통해 루프 안테나의 양 측면에서 연결될 수 있다. 이 경우, 루프 안테나의 일 측과 타 측의 금속 패턴은 커플링 급전부(1110-2)와 연결되지 않도록 구성될 수 있다. 한편, 루프 안테나의 일 측과 타 측의 금속 패턴에 연결되는 제1 단락 부(1141) 및 제2 단락 부(1142)를 각각 L-short 및 R-short로 지칭할 수 있다.
제1 단락 부(1141) 및 제 2 단락 부(1142)는 서로 다른 오프셋 위치로 루프 안테나와 연결될 수 있다. 제1 단락 부(1141)가 루프 안테나와 연결되는 지점과 제2 단락 부(1142)가 루프 안테나와 연결되는 지점은 서로 상이할 수 있다. 일 예로, 루프 안테나의 너비 W 및 길이 L이 각각 W x L = 65 x 43mm일 수 있다. 이 경우, 제1 단락 부(1141)가 루프 안테나와 연결되는 지점의 길이(L1)과 제2 단락 부(1142)가 루프 안테나와 연결되는 지점의 길이(R1)는 서로 상이할 수 있다. 일 예로, 제1 단락 부(1141)가 루프 안테나와 연결되는 지점의 길이(L1)는 20.5mm일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 단락 부(1142)가 루프 안테나와 연결되는 지점의 길이(R1)는 10.0mm일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 관련하여, 루프 안테나(1101)의 일 측에만 브랜치 라인(1102)이 형성되기 때문에, 제1 단락 부(1141) 및 제2 단락 부(1142)가 연결되는 지점을 상이하게 할 수 있다. 오프셋된 브랜치 라인(1102)에 의해 루프 안테나(1101)에 형성되는 전류 분포가 비대칭일 수 있기 때문이다. 반면에, 브랜치 라인(1102)이 형성되지 않거나 대칭 형태로 형성되면 제1 단락 부(1141) 및 제2 단락 부(1142)가 연결되는 지점이 동일하게 형성될 수도 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 브랜치 라인(1102)의 형성 여부 및 그 길이에 관계없이, 제1 단락 부(1141) 및 제2 단락 부(1142)가 연결되는 지점이 동일하게 형성될 수도 있다.
한편, 브랜치 라인(1102)의 오프셋 여부와 관계없이 제1 단락 부(1141) 및 제2 단락 부(1142)가 연결되는 지점을 상이하게 할 수 있다. 브랜치 라인(1102)이 형성되지 않거나 대칭 형태로 형성되어도, 제1 단락 부(1141) 및 제2 단락 부(1142)가 연결되는 지점을 상이하게 할 수 있다. 이 경우, 제1 단락 부(1141) 및 제2 단락 부(1142)와 그라운드 사이의 매칭 회로의 임피던스 값을 서로 다른 값으로 할 수 있다. 따라서, 특정 대역에서 안테나 특성을 최적화할 수 있는 자유도(degree of freedom)를 증가시킬 수 있다. 또한, 제1 단락 부(1141) 및 제2 단락 부(1142)가 연결되는 지점을 상이하게 하면, 대역폭 특성을 향상시킬 수 있다. 일 예로, 제1 단락 부(1141)가 연결되는 지점을 저대역(LB) 내의 제1 주파수 대역에서 안테나 성능이 최적화되도록 할 수 있다. 반면에, 제1 단락 부(1141)가 연결되는 지점을 저대역(LB) 내의 제2 주파수 대역에서 안테나 성능이 최적화되도록 할 수 있다. 따라서, 제1 단락 부(1141) 및 제2 단락 부(1142)가 연결되는 지점을 약간 상이하게 하여 저대역(LB)의 전체 대역을 커버하도록 할 수 있다.
제1 단락 부(1141) 및 제 2 단락 부(1142)에 의해 저대역(LB)에서의 안테나 특성이 향상될 수 있다. 이와 관련하여, 도 19a 및 도 19b는 제1 단락 및 제 2 단락 부의 서로 다른 조합에 따른 VSWR 특성 및 안테나 효율을 나타낸 것이다.
도 19a 및 도 19b와 관련하여, 루프 안테나의 너비 W 및 길이 L이 각각 W x L = 65 x 43mm로 가정할 수 있다. 제1 단락 부(1141)가 루프 안테나와 연결되는 지점의 길이(L1)는 20.5mm로 가정할 수 있다. 또한, 제2 단락 부(1142)가 루프 안테나와 연결되는 지점의 길이(R1)는 10.0mm로 가정할 수 있다.
도 19a를 참조하면, (i) 제1 단락 부 및 제 2 단락 부가 없는 경우 저대역(LB)에서 VSWR 특성이 열화된다. (ii) 제2 단락 부, 즉 R-short만 배치된 경우 제1 단락 부 및 제 2 단락 부가 없는 경우보다 저대역(LB)에서 VSWR 특성이 향상된다. (iii) 제1 단락 부, 즉 L-short만 배치된 경우 제1 단락 부 및 제 2 단락 부가 없는 경우보다 저대역(LB)에서 VSWR 특성이 향상된다. (iv) 제1 단락 부 및 제 2 단락 부가 있는 경우 저대역(LB)에서 VSWR 특성이 가장 향상된다.
도 19b를 참조하면, (i) 제1 단락 부 및 제 2 단락 부가 없는 경우 저대역(LB)에서 안테나 총 효율 특성이 열화된다. (ii) 제2 단락 부, 즉 R-short만 배치된 경우 제1 단락 부 및 제 2 단락 부가 없는 경우보다 저대역(LB)에서 안테나 총 효율 특성이 향상된다. (iii) 제1 단락 부, 즉 L-short만 배치된 경우 제1 단락 부 및 제 2 단락 부가 없는 경우보다 저대역(LB)에서 안테나 총 효율 특성이 향상된다. (iv) 제1 단락 부 및 제 2 단락 부가 있는 경우 저대역(LB)에서 안테나 총 효율 특성이 가장 향상된다.
도 17a 내지 도 19b를 참조하면, 커플링 급전부, 제1 및 제2 단락 부(1141, 1142) 및 루프 안테나(1101)의 개구 영역과 브랜치 라인(1102)로 형성되는 안테나는 광대역 동작할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시되는 안테나는 저대역(low band, LB), 중대역(middle band, MB) 및 고대역(high band, HB)에서 안테나로 동작할 수 있다. 루프 안테나(1101)와 연결된 브랜치 라인(1102)에 의해 안테나(ANT, 1100)는 광대역 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 루프 안테나(1101)만을 포함하는 구조에 비해 브랜치 라인(1102)에 의해 저대역(LB)에서 안테나 특성이 향상될 수 있다. 이와 관련하여, 브랜치 라인(1102)을 구비하여 저대역(LB) 내의 특정 주파수에서의 성능이 향상되거나 또는 저대역(LB) 대역 폭 특성이 향상될 수 있다. 브랜치 라인(1102)에 의해 안테나 길이가 증가하여 저대역(LB) 특성이 향상될 수 있다. 브랜치 라인(1102)에 의한 안테나 성능 개선에 대해서 도 20에서 상세하게 설명한다.
전술한 바와 같이, 제1 단락 부(1141)가 루프 안테나와 연결되는 지점의 길이(L1)과 제2 단락 부(1142)가 루프 안테나와 연결되는 지점의 길이(R1)는 서로 상이할 수 있다. 안테나(ANT, 1100)는 금속 패턴이 루프 형태로 구성된 루프 안테나일 수 있다. 안테나(ANT, 1100)는 루프 안테나(1101)의 적어도 일부가 연장된 브랜치 라인 패턴(branch line pattern, 1102)을 포함할 수 있다.
커플링 급전부(1110-2)는 회로 기판(1010)과 전기적으로 연결되고, 개구 영역으로 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 회로 기판(1010)의 전면에는 그라운드 영역(GND)이 배치될 수 있다. 한편, 커플링 급전부(1110)와 연결되는 회로 기판(1010)의 영역은 그라운드 패턴이 제거된 슬롯 영역으로 형성될 수 있다.
커플링 급전부(1110-2)의 형상은 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 7a 및 도 7b와 같이 유전체 캐리어(dielectric carrier, DC) 상에 프린트된 반원 형상 또는 직사각형 형상으로 구현될 수 있다. 한편, 도 18b와 같이 유전체 캐리어(DC) 상에 구현된 커플링 급전부(1110-2)는 제1 방사 패치(radiation patch, 1111-2) 및 제2 방사 패치(1112-2)를 포함할 수 있다.
제1 방사 패치(1111-2)는 유전체 캐리어(DC)의 전면에 배치될 수 있다. 제1 방사 패치(1111-2)의 형상은 반원 형상일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 방사 패치(1111-2)는 반원(semi-circle) 형태, 직사각형 형태, 또는 삼각형 형태로 유전체 캐리어(DC)의 전면에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 방사 패치(1111-2)의 형상은 직사각형 형상, 임의의 다각형 형상, 타원 형상, 또는 임의의 폐 곡면 형상일 수 있다. 제2 방사 패치(1112-2)는 유전체 캐리어(DC)의 측면에 배치되고, 제1 방사 패치(1111-2)와 실질적으로 수직하게 연결되도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 루프 안테나는 급전 구조의 형상 및 위치, 루프 안테나 크기 및 단락 구조의 위치를 조절하여 안테나 특성을 최적화할 수 있다. 이와 관련하여, 도 20은 급전 구조의 형상 및 위치, 루프 안테나 크기 및 단락 구조의 위치를 조절하여 안테나 특성을 조절하는 다양한 실시 예들을 나타낸다.
도 17a 내지 도 20을 참조하면, 루프 안테나 기반의 안테나 시스템은 제안된 설계(proposed design) 구조에서 급전 구조를 변경할 수 있다. 이와 관련하여, 커플링 급전부(1110-2)의 형상은 반원 형상 이외에 직사각형 형상 또는 삼각형 형상으로 변경될 수 있다.
Case 1을 참조하면, 저대역(LB) 성능(performance)을 향상시키기 위해, 루프 안테나(1101)의 크기를 길이 방향으로 증가시킬 수 있다. 이와 관련하여, 커플링 급전부(1110-2)의 형상은 반원 형상 이외에 직사각형 형상 또는 삼각형 형상으로 변경될 수 있다.
Case 2를 참조하면, 저대역(low band, LB) 대역폭 특성을 개선하기 위해, 유전체 캐리어의 측면에 배치되는 커플링 급전부(1110-2)는 유전체 캐리어의 측면에 배치될 수 있다. 구체적으로, 유전체 캐리어의 측면에 배치되는 제2 방사 패치(1112-2)는 루프 안테나의 저대역(low band, LB) 대역폭 특성을 개선하기 위해 루프 안테나의 금속 패턴 중 하나와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 커플링 급전부(1110-2)의 형상은 반원 형상 이외에 직사각형 형상 또는 삼각형 형상으로 변경될 수 있다.
제안된 설계 구조 및 case 3을 참조하면, 커플링 급전부(1110-2)는 루프 안테나(1101)의 금속 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 저대역(low band, LB) 내 특정 주파수에서 안테나 성능을 개선하기 위해, 유전체 캐리어의 측면에 배치되는 커플링 급전부(1110-2)는 루프 안테나(1101)의 금속 패턴 중 하나와 스크루를 통해 체결될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 방사 패치(1112-2)는 루프 안테나(1101)의 저대역(low band, LB) 내 특정 주파수에서 안테나 성능을 개선하기 위해 루프 안테나(1101)의 금속 패턴 중 하나와 스크루를 통해 체결될 수 있다.
Case 4를 참조하면, 제1 단락 부(1141)가 루프 안테나와 연결되는 지점(L1)과 제2 단락 부(1142)가 루프 안테나와 연결되는 지점(R1)은 루프 안테나의 단부(end portion)일 수 있다. 이와 관련하여, 제1 단락 부(1141)가 루프 안테나와 연결되는 지점(L1)과 제2 단락 부(1142)가 루프 안테나와 연결되는 지점(R1)은 루프 안테나의 저대역(low band, LB) 내 특정 주파수에서 안테나 성능을 개선하기 위해 루프 안테나의 단부(end portion)로 결정될 수 있다.
한편, 루프 안테나(1101)와 연결된 브랜치 라인(1102)에 의해 안테나(ANT, 1100)는 광대역 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 루프 안테나(1101)만을 포함하는 구조에 비해 브랜치 라인(1102)에 의해 저대역(LB)에서 안테나 특성이 향상될 수 있다. 이와 관련하여, 브랜치 라인(1102)을 구비하여 저대역(LB) 내의 특정 주파수에서 안테나 성능이 향상되거나 또는 저대역(LB) 대역 폭 특성이 향상될 수 있다. 브랜치 라인(1102)에 의해 안테나 길이가 증가하여 저대역(LB) 특성이 향상될 수 있다. Case 2를 참조하면, 오프셋된 브랜치 라인(1102)에 의해 저대역(LB) 대역 폭 특성이 향상될 수 있다. 또한, Case 3을 참조하면, 대칭 형태의 브랜치 라인(1102)에 의해 저대역(LB) 내의 특정 주파수에서 안테나 성능이 향상될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 복수의 단락 부와 연결된 루프 안테나에서 브랜치 라인 패턴은 구비되거나 또는 생략될 수 있다. 제안된 설계(proposed design) 구조에서 브랜치 라인 패턴(1102)은 커플링 급전부(1110-2)와 커플링되는 루프 안테나의 금속 패턴에 대향하는 제2 금속 패턴과 연결될 수 있다.
일 예로, 브랜치 라인 패턴(1102)은 루프 안테나의 제2 금속 패턴의 단부와 연결될 수 있다. Case 2를 참조하면, 브랜치 라인 패턴(1102)은 저대역(low band, LB) 대역폭 특성을 개선하기 위해 루프 안테나의 제2 금속 패턴의 단부와 연결될 수 있다. 저대역(low band, LB) 대역폭 특성을 개선하기 위해, 브랜치 라인 패턴(1102)이 루프 안테나의 제2 금속 패턴의 단부와 연결되고, 커플링 급전부(1110-2)는 루프 안테나의 금속 패턴 하부에 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다.
Case 3을 참조하면, 브랜치 라인 패턴(1102)은 루프 안테나의 저대역(low band, LB) 내 특정 주파수에서 안테나 성능을 개선하기 위해 제2 금속 패턴의 중심 지점과 연결될 수 있다. 안테나의 저대역(low band, LB) 내 특정 주파수에서 안테나 성능을 개선하기 위해, 브랜치 라인 패턴(1102)이 루프 안테나의 제2 금속 패턴의 중심 지점과 연결되고, 커플링 급전부(1110-2)는 루프 안테나의 금속 패턴과 연결될 수 있다.
Case 1을 참조하면, 루프 안테나(1101)의 크기를 증가시켜 저대역(LB) 특성을 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여, 도 21a 및 도 21b는 루프 안테나의 길이를 소정 길이만큼 증가시킴에 따른 안테나의 VSWR 및 효율 특성을 나타낸다. 이와 관련하여, 루프 안테나의 너비 W 및 길이 L이 각각 W x L = 65 x 43mm로 가정할 수 있다. 이와 관련하여, 도 17b, 도 18b 및 도 21a을 참조하면, 루프 안테나(1101)의 길이 L =43mm에서 10mm만큼 증가시킬 수 있다. 이 경우, 루프 안테나(1101)와 브랜치 라인(1102)을 포함하는 안테나(ANT, 1100)의 전체 길이를 일정하게 유지할 수 있다.
도 21a을 참조하면, 루프 안테나의 길이 L이 10mm만큼 증가함에 따라 안테나의 공진 주파수가 낮은 주파수로 천이됨을 알 수 있다. 루프 안테나의 길이 L이 L = 43mm에서 30mm만큼 더 증가하면, 루프 안테나의 공진 주파수는 약 137MHz만큼 천이(shift)된다. 도 17b, 도 18b 및 도 21a을 참조하면, 루프 안테나(1101)와 브랜치 라인(1102)을 포함하는 안테나(ANT, 1100)의 전체 길이는 변경되지 않게 구성될 수 있다. 즉, 루프 안테나(1101)의 면적이 늘어나면 브랜치 라인(1102)의 길이는 짧아지도록 안테나를 구성할 수 있다. 이 경우, 루프 안테나(1101)의 길이 L이 증가함에 따라 저대역(LB)에서의 안테나 특성이 향상된다. 따라서, 전체 안테나 길이의 증가 없이도 루프 안테나(1101)의 금속 패턴의 길이를 증가시켜 저대역(LB) 중 낮은 주파수 대역, 예컨대 700 MHz 이하에서 안테나 특성을 향상시킬 수 있다.
반면에, 전체 안테나 길이를 유지하면서 브랜치 라인(1102)의 길이를 증가시켜 저대역(LB) 중 높은 주파수 대역, 예컨대 700 MHz 이상에서 안테나 특성을 향상시킬 수 있다.
도 21b를 참조하면, 600MHz 대역에서 루프 안테나의 길이 L이 L = 43mm에서 30mm만큼 더 증가하면, 안테나 효율이 약 20% 정도 향상된다. 하지만, 800MHz 내지 900MHz 대역에서 안테나 효율은 약 5% 내지 10% 정도 저하될 수 있다. 이와 관련하여, 루프 안테나의 너비 W보다 길이 L이 더 작은 안테나를 제1 타입 안테나로 지칭할 수 있다. 한편, 루프 안테나의 너비 W보다 길이 L이 더 긴 안테나를 제2 타입 안테나로 지칭할 수 있다.
이와 관련하여, 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 모두 차량에 배치될 수 있다. 차량 TCU의 프로세서(1400)는 LB 대역 중 제1 서브 대역이 할당되면, 제2 타입 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신하도록 제어할 수 있다. 반면에, 프로세서는 LB 대역 중 제2 서브 대역이 할당되면, 제1 타입 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신하도록 제어할 수 있다. 여기서, LB 대역 중 제1 서브 대역보다 제2 서브 대역이 더 높은 주파수 대역일 수 있다. 일 예로, 700 MHz 이하의 대역이 할당되면, 루프 안테나의 너비 W보다 길이 L이 더 긴 제2 타입 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 반면에, 700 MHz 이상의 대역이 할당되면, 루프 안테나의 너비 W보다 길이 L이 더 긴 제1 타입 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 루프 안테나에서 커플링 급전부(1110-2)의 높이(H)와 반경(R)을 조절하여 루프 안테나의 전기적 특성을 변경할 수 있다. 이와 관련하여, 도 22a 및 도 22b는 커플링 급전부의 높이 변경에 따른 안테나 VSWR 특성과 효율 특성을 나타낸다. 도 18a, 도 18b 및 도 22a를 참조하면, 커플링 급전부(1110-2)의 높이(H)를 18.2mm에서 19.9mm로 변경하면 저대역(LB)에서 안테나 VSWR 특성이 향상된다. 하지만, 급전부(1110-2)의 높이(H)를 18.2mm에서 19.9mm로 변경하여도 저대역(LB)에서 대역폭 특성은 크게 변경되지 않는다. 한편, 커플링 급전부(1110-2)의 높이(H)를 18.2mm에서 19.9mm로 변경하면 중대역(LB) 및 고대역(HB)에서 안테나 VSWR 특성은 다소 저하된다.
도 18a, 도 18b 및 도 22b를 참조하면, 커플링 급전부(1110-2)의 높이(H)를 18.2mm에서 19.9mm로 변경하면 저대역(LB)에서 안테나 효율 특성이 향상된다. 한편, 커플링 급전부(1110-2)의 높이(H)를 18.2mm에서 19.9mm로 변경하면 중대역(LB) 및 고대역(HB)에서 안테나 효율 특성은 다소 저하된다.
따라서, 루프 안테나에서 커플링 급전부(1110-2)의 높이(H)를 18.2mm 내지 19.9mm로 변경하면, 안테나 VSWR 및 효율 특성이 각 대역 별로 다소 다르게 나타난다. 따라서, 본 명세서에서 개시되는 루프 안테나에서 커플링 급전부(1110-2)의 높이(H)를 18.2mm 내지 19.9mm 사이의 범위로 설정할 수 있다. 이와 관련하여, 커플링 급전부(1110-2)의 높이(H)가 약 18.2mm인 안테나를 제1 타입 안테나로 지칭할 수 있다. 한편, 커플링 급전부(1110-2)의 높이(H)가 약 19.9mm인 안테나를 제2 타입 안테나로 지칭할 수 있다.
이와 관련하여, 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 모두 차량에 배치될 수 있다. 차량 TCU의 프로세서(1400)는 LB 대역이 할당되면, 제2 타입 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신하도록 제어할 수 있다. 반면에, 프로세서는 MB 대역, HB 대역 또는 5G SUB6 대역이 할당되면, 제1 타입 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신하도록 제어할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 루프 안테나(1101)의 너비(W)를 소정 비율만큼 감소시키면서 안테나 성능 변화를 검토하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 23a는 루프 안테나의 너비를 소정 비율만큼 감소시킨 경우 안테나 VSWR 특성 변화를 나타낸다. 도 23b는 루프 안테나의 너비를 소정 비율만큼 감소시킨 경우 저대역(LB)에서의 안테나 효율 변화를 나타낸 것이다.
도 18a, 도 18b 및 도 23a를 참조하면, 루프 안테나(1101)의 너비(W)를 약 10%만큼 감소시킬 수 있다. 이와 관련하여, 루프 안테나(1101)의 너비(W)는 65mm에서 60.84, 56.68, 52.52, 48.36, 44.2mm로 감소시킬 수 있다. 루프 안테나(1101)의 너비(W)가 감소함에 따라 급전부(1110-2)의 면적은 10%씩 감소할 수 있다. 루프 안테나(1101)의 너비(W)가 감소함에 따른 안테나 VSWR 특성 변화는 도 22a와 같다. 도 22a를 참조하면, type 2에 해당하는 안테나가 저대역(LB)에서 VSWR 특성이 가장 양호하다. 또한, 안테나 소형화 관점과 저대역(LB) VSWR 특성을 고려하면, type 2에 해당하는 type 2 안테나가 가장 유리하다. 여기서, type 2 안테나는 루프 안테나(1101)의 너비(W)가 65mm에서 약 56.68mm로 감소한 경우이다.
도 18a, 도 18b 및 도 23b를 참조하면, type 2 안테나가 저대역(LB)에서 가장 높은 안테나 효율 특성을 갖는다. 이와 관련하여, 루프 안테나(1101)의 너비(W)는 도 23a와 같이 65mm에서 60.84, 56.68, 52.52, 48.36, 44.2mm로 감소시킬 수 있다. 700MHz이하의 저대역(LB)에서 W=56.68 (20% feeder area reduction)인 경우, 안테나 효율이 가장 높다. 따라서, 본 명세서에서 개시되는 루프 안테나(1101)의 너비(W)를 65.0mm 내지 56.68mm 사이의 범위로 설정할 수 있다. 이와 관련하여, 개시되는 루프 안테나(1101)의 너비(W)가 약 65.0mm인 안테나를 제1 타입 안테나로 지칭할 수 있다. 한편, 루프 안테나(1101)의 너비(W)가 약 56.68mm인 안테나를 제2 타입 안테나로 지칭할 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 타입 안테나에서 루프 안테나(1101)의 너비(W)는 전술한 값에 한정되는 것은 아니다. 저 대역(LB)에서 안테나 효율을 향상시키기 위해 루프 안테나의 너비를 감소시킨 임의의 루프 안테나 구조를 제2 타입 안테나로 지칭할 수 있다.
이와 관련하여, 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 모두 차량에 배치될 수 있다. 차량 TCU의 프로세서(1400)는 LB 대역 중 제1 서브 대역이 할당되면, 제2 타입 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신하도록 제어할 수 있다. 반면에, 프로세서는 LB 대역 중 제2 서브 대역이 할당되면, 제1 타입 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신하도록 제어할 수 있다. 여기서, LB 대역 중 제1 서브 대역보다 제2 서브 대역이 더 높은 주파수 대역일 수 있다. 일 예로, 700 MHz 이하의 대역이 할당되면, 루프 안테나(1101)의 너비(W)가 감소된 제2 타입 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 반면에, 700 MHz 이상의 대역이 할당되면, 루프 안테나(1101)의 너비(W)가 증가된 제1 타입 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 루프 안테나는 제1 및 제2 단락 부(1141, 1142)와 연결되는 단락 금속 패턴(shorted metal pattern)의 너비를 조절하여 안테나 특성을 최적화할 수 있다. 이와 관련하여, 도 24a는 단락 금속 패턴의 너비가 변경된 루프 안테나 구조를 나타낸다. 도 24b는 단락 금속 패턴의 너비 변화에 따른 안테나 VSWR 특성을 나타낸다. 도 24c는 단락 금속 패턴의 너비 변화에 따른 안테나 효율 특성을 나타낸다.
도 18a, 도 18b 및 도 24a를 참조하면, 루프 안테나(1101)의 단락 금속 패턴(1143, 1144)의 너비를 2mm, 5mm 또는 10mm로 가변할 수 있다.
도 24b를 참조하면, 단락 금속 패턴의 너비가 2mm에서 10mm로 변경됨에 따라 저대역(LB)에서 안테나 VSWR 값이 3 이상의 값에서 2 이하의 값으로 향상된다. 도 24c를 참조하면, 단락 금속 패턴의 너비가 2mm에서 10mm로 변경됨에 따라 저대역(LB)에서 안테나 효율이 40% 이하의 값에서 65% 정도로 향상된다. 이와 관련하여, 루프 안테나(1101)의 단락 금속 패턴(1143, 1144)의 너비를 증가시켜 대역폭 특성 변화없이 저대역(LB)에서 VSWR과 이득 특성을 향상시킬 수 있다. 하지만, 단락 금속 패턴(1143, 1144)의 너비를 10mm보다 더 크게 증가시키면 너비 방향의 전계 성분이 증가하여 공진 주파수가 변경될 수 있다. 일 예로, 단락 금속 패턴(1143, 1144)의 너비를 10mm보다 더 크게 증가시키면 안테나의 유효 길이(effective length)가 증가하여 공진 주파수가 감소할 수 있다.
한편, 전술한 기술적 특징이 루프 안테나(1101)의 금속 패턴의 너비와 저대역(LB)에서 안테나 VSWR과 이득 특성에도 유사하게 적용된다. 따라서, 루프 안테나(1101)의 금속 패턴의 너비를 2mm에서 10mm로 증가시키면 저대역(LB)에서 VSWR과 이득 특성을 향상시킬 수 있다. 하지만, 루프 안테나(1101)의 너비를 10mm보다 더 크게 증가시키면 너비 방향의 전계 성분이 증가하여 공진 주파수가 변경될 수 있다. 일 예로, 루프 안테나(1101)의 금속 패턴의 너비를 10mm보다 더 크게 증가시키면 루프의 유효 길이가 증가하여 공진 주파수가 감소할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 루프 안테나의 제1 및 제2 단락 부(1141, 1142)는 인덕터와 커패시터로 이루어진 매칭 회로를 통해 그라운드와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 도 25a는 루프 안테나의 구조 및 제1 및 제2 단락 부의 단부가 인덕터와 커패시터로 이루어진 매칭 회로를 통해 그라운드와 연결되는 구성을 나타낸다. 한편, 도 25b는 커패시턴스 또는 인덕턴스 값 변화에 따른 안테나의 VSWR 값을 나타낸다. 도 25c는 커패시턴스 또는 인덕턴스 값 변화에 따른 안테나의 임피던스 특성을 나타낸다.
도 18a, 도 18b 및 도 25a를 참조하면, 제1 단락 부(1141)와 제2 단락 부(1142)의 단부는 인덕터(L)와 커패시터(C)로 이루어진 매칭 회로(MC)를 통해 회로 기판(1010)의 그라운드 영역(GND)과 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 매칭 회로(MC)는 그라운드 영역(GND)과 인덕터(L) 또는 커패시터(C)와 연결되도록 제어될 수 있다. 인덕터(L) 또는 커패시터(C)로 이루어진 매칭 회로(MC)에서 커패시턴스 값은 일 예로 100pF일 수 있다. 인덕터(L) 또는 커패시터(C)로 이루어진 매칭 회로(MC)에서 인덕턴스 값은 일 예로 5nH, 10nH, 15nH, 20nH 및 25nH 중 하나일 수 있다. 이와 관련하여, 인덕터(L) 또는 커패시터(C)로 이루어진 매칭 회로(MC)를 통한 임피던스 매칭은 금속 패턴을 갖는 루프 안테나 구조에만 한정되는 것은 아니다. 따라서, 도 5a 내지 도 16b의 히트 싱크로 이루어진 안테나 시스템에도 인덕터(L) 또는 커패시터(C)로 이루어진 매칭 회로(MC)를 통한 임피던스 매칭이 이루어질 수 있다.
한편, 도 25b를 참조하면, 커패시턴스 값이 100pF인 경우 공진 주파수는 1GHz 이상으로 설정되어 안테나의 저대역(LB) 특성이 열화될 수 있다. 인덕턴스 값이 5nH 또는 10nH로 변경됨에 따라 공진 주파수는 1GHz 이하의 더 낮은 대역으로 변경되어 안테나의 저대역(LB) 특성이 향상될 수 있다.
도 25c를 참조하면, 인덕턴스 값이 15nH, 20nH 및 25nH로 증가함에 따라 임피던스 값이 50ohm 이하의 값으로 감소한다. 이에 따라, 도 25b와 같이 인덕턴스 값이 15nH, 20nH 및 25nH로 증가함에 따라 공진 주파수에서의 VSWR 값이 증가한다.
따라서, 본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 가변 인덕터(L) 또는 가변 커패시터(C)로 이루어진 매칭 회로(MC)를 통해 대역 특성을 최적화할 수 있다. 또는, 도 25a와 같이 인덕터(L) 또는 커패시터(C)로 이루어진 매칭 회로(MC)와 스위치(SW1, SW2)를 통해 대역 특성을 최적화할 수 있다. 일 예로, 커패시터(C)에 연결된 스위치(SW2)가 ON 상태이면, 안테나는 저대역(LB) 중 제1 서브 대역에서 동작하는 제1 타입 안테나로 동작할 수 있다. 인덕터(L)에 연결된 스위치(SW1)가 ON 상태이면, 안테나는 저대역(LB) 중 제2 서브 대역에서 동작하는 제2 타입 안테나로 동작할 수 있다.
이와 관련하여, 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 모두 차량에 배치될 수 있다. 차량 TCU의 프로세서(1400)는 LB 대역 중 제1 서브 대역이 할당되면, 제1 타입 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신하도록 제어할 수 있다. 반면에, 프로세서는 LB 대역 중 제2 서브 대역이 할당되면, 제2 타입 안테나를 통해 신호를 송신 및 수신하도록 제어할 수 있다. 여기서, LB 대역 중 제1 서브 대역보다 제2 서브 대역이 더 높은 주파수 대역일 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 안테나는 단락 금속 패턴의 위치를 조정하여 공진 주파수를 조정할 수 있다. 이와 관련하여, 도 26a는 좌측의 단락 금속 패턴의 위치가 커플링 급전부에서 소정 간격 이격되는 경우 공진 주파수 변경을 나타낸다. 도 26b는 우측의 단락 금속 패턴의 위치가 커플링 급전부에서 소정 간격 이격되는 경우 공진 주파수 변경을 나타낸다.
도 26a을 참조하면, case 1 내지 case 6에 따라 좌측 단락 금속 패턴(1143)의 위치가 오프셋됨에 따라 공진 주파수가 저대역(LB)에서 상부 대역(upper band)로 천이(shift)될 수 있다. 일 예로, 단락 금속 패턴(1143)의 위치가 커플링 급전부가 배치되는 금속 패턴으로부터 10mm씩 오프셋 배치될 수 있다. 단락 금속 패턴(1143)가 10mm씩 오프셋됨에 따라 LB 주파수 천이는 약 40MHz 내지 50 MHz씩 상부 대역으로 천이(shift)된다.
도 26b를 참조하면, case 1 내지 case 6에 따라 우측 단락 금속 패턴(1144)의 위치가 오프셋됨에 따라 공진 주파수가 저대역(LB)에서 상부 대역(upper band)로 천이(shift)될 수 있다. 일 예로, 단락 금속 패턴(1144)의 위치가 커플링 급전부가 배치되는 금속 패턴으로부터 10mm씩 오프셋 배치될 수 있다. 단락 금속 패턴(1144)가 10mm씩 오프셋됨에 따라 LB 주파수 천이는 약 20MHz 내지 50 MHz씩 상부 대역으로 천이(shift)된다.
단락 금속 패턴(1143, 1144)이 배치되는 위치와 관련하여, 도 20의 case 4와 같이 저대역(LB) 중 공진 주파수를 높은 대역으로 천이하기 위해 커플링 급전부(1110-2)로부터 제1 및 제2 단락 부(1141, 1142)의 위치가 오프셋 되어 배치될 수 있다. 반면에, 저대역(LB) 중 공진 주파수를 낮은 대역으로 천이하기 위해 제1 및 제2 단락 부(1141, 1142)의 위치가 커플링 급전부(1110-2)와 인접하게 배치될 수 있다. 일 예로, 단락 금속 패턴(1144)의 위치가 커플링 급전부가 배치되는 금속 패턴으로부터 오프셋 없이 배치될 수 있다.
안테나 시스템과 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.
한편, 도 27은 일 실시 예에 따른 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다. 도 27을 참조하면, 차량에 광대역 안테나 시스템(1000)이 탑재되고, 안테나 시스템(1000)은 자체적으로 또는 통신 장치(400)를 통해 근거리 통신, 무선 통신 및 V2X 통신 등을 수행할 수 있다. 이를 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 안테나 시스템(1000)을 통해 인접 차량, RSU 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.
대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 통신 장치(400)를 통해 인접 차량, RSU, 인접 사물 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다. 여기서, 인접 사물에 대한 정보는 차량(300)의 카메라(531), 레이다(532), 라이다(533), 센서(534, 535) 등의 오브젝트 검출 장치를 통해 획득될 수 있다. 또 다른 대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 통신 장치(400)와 안테나 시스템(1000)을 인접 차량, RSU, 인접 사물 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.
도 1a 내지 도 16b 및 도 27을 참조하면, 안테나 시스템(1000)을 구비하는 차량(500)은 복수의 안테나들(1100), 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 구성 가능하다. 한편, 차량(500)은 오브젝트 검출 장치(520)를 더 포함할 수 있다. 또한, 차량(500)은 통신 장치(400)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 통신 장치(400)은 안테나 유닛을 통해 무선 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 차량(500)은 안테나 시스템(1000)을 구비할 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 회로 기판(circuit board, 1010), 히트 싱크(heat sink, 1020) 및 커플링 급전부(coupling feed portion, 1110)를 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 커플링 그라운드 부(coupling ground portion, 1120)를 더 포함할 수 있다. 또는, 안테나 시스템(1000)은 커플링 급전부(1110) 및 제2 커플링 급전부(1120)를 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다.
회로 기판(1010)은 차량의 지붕 또는 지붕 프레임 내부에 배치되는 금속 프레임에 배치되고, 전자 부품들이 배치되도록 구성될 수 있다. 히트 싱크(1020)는 회로 기판(1010)의 상부에 개구 영역(aperture region)을 갖고, 회로 기판(1010)과 고정부(1025)를 통해 고정되도록 구성될 수 있다. 여기서, 고정부(1025)는 히트 싱크(1020)와 하부 히트 싱크(1030)를 연결하도록 구성될 수 있다.
커플링 급전부(1110)는 회로 기판(1010)과 전기적으로 연결되고, 히트 싱크(1020)의 개구 영역으로 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 회로 기판(1010)의 전면에는 그라운드 영역(GND)이 배치될 수 있다. 한편, 커플링 급전부(1110)와 연결되는 회로 기판(1010)의 영역은 그라운드 패턴이 제거된 슬롯 영역(slot region, SR)으로 형성될 수 있다.
제2 커플링 급전부(1130)는 커플링 급전부(1110)가 배치된 히트 싱크(1020)의 도전 멤버에 대향하는 제2 도전 멤버와 커플링되도록 배치될 수 있다. 커플링 급전부(1110)와 제2 커플링 급전부(1130)에 의해 안테나 시스템(1000)은 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)로 동작할 수 있다. 따라서, 하나의 안테나 유닛에 해당하는 안테나 시스템(1000)을 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 커플링 급전부(1110)와 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. 한편, 커플링 급전부(1110)와 커플링 그라운드 부(1120)에 의해 안테나 시스템(1000)은 단일 안테나로 동작할 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 커플링 급전부(1110)와 동작 가능하게 결합되고, 급전 패턴을 통해 커플링 급전부(1110)로 전달되는 신호를 제어하도록 구성될 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 커플링 급전부(1110)로 전달되는 신호의 크기 및/또는 위상을 제어할 수 있다. 여기서, 급전 패턴은 전술한 바와 같이 회로 기판(1010)의 배면에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
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, 커플링 급전부(1110)로 전달되는 신호의 크기 및/또는 위상을 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.
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.
본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템을 복수로 구비하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하거나 또는 다중 입출력(MIMO) 용량을 증가시킬 수 있다. 일 예로, 도 27의 안테나 시스템(1000)은 제1 안테나 시스템(1000a) 및 제2 안테나 시스템(1000b)을 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나 시스템(1000a) 및 제2 안테나 시스템(1000b)은 상호 분리되어 구성되거나 또는 하나의 히트 싱크 내에서 최적으로 배치될 수 있다. 제1 안테나 시스템(1000a) 및 제2 안테나 시스템(1000b)이 상호 분리되어 구성된 경우, 동일한 영역에 배치되거나 서로 다른 영역에 배치될 수 있다. 제1 안테나 시스템(1000a) 및 제2 안테나 시스템(1000b) 모두 지붕 프레임 내부에 배치될 수 있다. 또는, 제1 안테나 시스템(1000a) 및 제2 안테나 시스템(1000b)이 모두 지붕 위에 배치될 수 있다. 또는, 제1 안테나 시스템(1000a) 및 제2 안테나 시스템(1000b) 중 하나는 지붕 프레임 내부에 배치되고, 다른 하나는 지붕 위에 배치될 수도 있다.
본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 이에 한정되는 것은 아니고 하나의 안테나 시스템이 하나의 안테나로 동작할 수도 있다. 이하에서는 하나의 안테나 시스템이 복수의 안테나를 포함하는 것을 전제하여 설명한다. 제1 안테나 시스템(1000a)은 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 안테나 시스템(1000b)은 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4)를 포함하도록 구성될 수 있다.
안테나 시스템(1000) 내의 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4)은 저 대역(LB), 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)의 전 대역에서 동작할 수 있다. 여기서, 저 대역(LB)을 제1 (주파수) 대역으로 지칭하고 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)을 제2 (주파수) 대역으로 지칭할 수 있다. 다른 예로, 안테나 시스템(1000)이 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에서 동작하는 경우 중 대역(MB)을 제1 (주파수) 대역으로 지칭하고 고 대역(HB)을 제2 (주파수) 대역으로 지칭할 수 있다. 5G Sub6 대역은 LTE re-farming의 경우 LTE 대역과 동일 대역일 수 있다. 5G NR이 LTE와 별도의 대역에서 동작하는 경우 고 대역(HB) 또는 이보다 높은 대역에서 동작할 수 있다. 고 대역(HB) 또는 이보다 높은 대역에서 동작하는 5G Sub6 대역도 제2 (주파수) 대역으로 지칭할 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 상호 간에 충분한 거리로 이격되고 소정 각도로 회전된 상태로 배치된 안테나 소자들을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 동일 대역 내의 제1 신호 및 제2 신호 간의 격리도(isolation)을 향상시킬 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 어느 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하면서 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 하나의 안테나를 통해 반송파 집성(carrier aggregation, CA)을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2) 중 어느 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하면서 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4) 중 어느 하나를 통해 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 각각의 안테나들을 해당 대역에서 최적화되도록 설계하고 동작하도록 구현할 수 있다는 장점이 있다.
따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역이 결합된 대역을 통해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 자율 주행 등을 위해 대용량의 데이터를 수신할 필요가 있는 경우, 반송파 집성을 통해 광대역 수신이 가능하다는 장점이 있다.
이에 따라, 차량은 eMBB (Enhanced Mobile Broad Band) 통신이 가능하고 차량은 eMBB UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 eMBB UE로 동작하는 차량을 위해 광대역 주파수 자원을 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 주파수 자원을 제외하고 여유 있는 주파수 대역들에 대한 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
주파수 대역과 관련하여, 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)에 해당하는 대역을 각각 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역으로 지칭할 수 있다.
안테나 시스템(1000)은 커플링 급전부(1110)와 커플링 그라운드 부(1120)를 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 하나의 안테나 시스템이 하나의 안테나로 동작할 수 있다. 커플링 급전부(1110)와 커플링 그라운드 부(1120)에 의해 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.
안테나 시스템(1000)은 커플링 급전부(1110)와 제2 커플링 급전부(1120)를 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 하나의 안테나 시스템이 제1 및 제2 안테나로 동작할 수 있다. 프로세서(1400)는 커플링 급전부(1110)와 제2 커플링 급전부(1120)에 안테나 시스템이 중대역(mid band, MB)에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1200)를 제어할 수 있다. 또는, 프로세서(1400)는 커플링 급전부(1110)와 제2 커플링 급전부(1120)에 안테나 시스템이 고대역(high band, HB)에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1200)를 제어할 수 있다. 또는, 프로세서(1400)는 커플링 급전부(1110)와 제2 커플링 급전부(1120)에 안테나 시스템이 중대역(MB) 및 고대역(HB)에서 반송파 집성(CA)을 수행하면서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1200)를 제어할 수 있다.
프로세서(1400)는 커플링 급전부(1110)와 제2 커플링 급전부(1120)에 안테나 시스템이 각각 4G LTE 및 5G NR과 이중 연결 상태를 유지하거나 이중 연결 동작을 수행하도록 제어할 수 있다. 4G LTE 및 5G NR과 이중 연결 상태를 EN-DC로 지칭할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)를 통해 EN-DC 상태에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 일 예로, 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)를 통해 EN-DC 동작을 수행하고, 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 4G/5G 통신 시스템 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.
한편, 도 28은 다른 실시 예에 따른 안테나 시스템과 상기 안테나 시스템이 탑재되는 차량의 구성도를 나타낸다. 도 27을 참조하면, 차량에 광대역 안테나 시스템(1000)이 탑재되고, 안테나 시스템(1000)은 자체적으로 또는 통신 장치(400)를 통해 근거리 통신, 무선 통신 및 V2X 통신 등을 수행할 수 있다. 이를 위해, 기저대역 프로세서(1400)는 안테나 시스템(1000)을 통해 인접 차량, RSU 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.
대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 통신 장치(400)를 통해 인접 차량, RSU, 인접 사물 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다. 여기서, 인접 사물에 대한 정보는 차량(300)의 카메라(531), 레이다(532), 라이다(533), 센서(534, 535) 등의 오브젝트 검출 장치를 통해 획득될 수 있다. 또 다른 대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 통신 장치(400)와 안테나 시스템(1000)을 인접 차량, RSU, 인접 사물 및 기지국으로부터 신호를 수신하거나 이들로 신호를 송신하도록 제어할 수 있다.
도 1 내지 도 4b, 도 17a 내지 도 26 및 도 27을 참조하면, 안테나 시스템(1000)을 구비하는 차량(500)은 복수의 안테나들(1100), 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 구성 가능하다. 한편, 차량(500)은 오브젝트 검출 장치(520)를 더 포함할 수 있다. 또한, 차량(500)은 통신 장치(400)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 통신 장치(400)은 안테나 유닛을 통해 무선 통신을 수행하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 차량(500)은 안테나 시스템(1000)을 구비할 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 회로 기판(circuit board, 1010), 안테나(1100) 및 커플링 급전부(coupling feed portion, 1110-2를 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 시스템(1000)은 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다.
회로 기판(1010)은 차량의 지붕 또는 지붕 프레임 내부에 배치되는 금속 프레임에 배치되고, 전자 부품들이 배치되도록 구성될 수 있다. 안테나(1100)는 회로 기판(1010)의 상부에 개구 영역(aperture region)을 갖고, 회로 기판(1010)과 단락 부(1141, 1142)를 통해 고정되도록 구성될 수 있다.
커플링 급전부(1110-2)는 회로 기판(1010)과 전기적으로 연결되고, 안테나(1100)의 개구 영역으로 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 회로 기판(1010)의 전면에는 그라운드 영역(GND)이 배치될 수 있다. 한편, 커플링 급전부(1110-2)와 연결되는 회로 기판(1010)의 영역은 그라운드 패턴이 제거된 슬롯 영역(slot region, SR)으로 형성될 수 있다.
안테나(1100)는 금속 패턴(1101)이 루프 형태로 구성된 루프 안테나로 구성될 수 있다. 안테나(1100)는 루프 안테나의 적어도 일부가 연장된 브랜치 라인 패턴(branch line pattern, 1102)을 포함할 수 있다. 브랜치 라인 패턴(1102)은 커플링 급전부(1110-2)와 커플링되는 루프 안테나의 금속 패턴에 대향하는 제2 금속 패턴과 연결될 수 있다. 다른 금속 패턴은 회로 기판(1010)의 그라운드 영역과 제1 단락 부(1141) 및 제 2 단락 부(1142)를 통해 루프 안테나의 양 측면에서 연결될 수 있다. 다른 금속 패턴은 커플링 급전부(1110-2)를 통해 신호가 전달되는 루프 안테나의 금속 패턴 및 이에 대향하는 금속 패턴이 아닌 금속 패턴에 해당한다.
커플링 급전부(1110-2), 제1 및 제2 단락 부(1141, 1142) 및 루프 안테나의 개구 영역과 브랜치 라인(1102)으로 형성되는 안테나는 저대역(low band, LB), 중대역(middle band, MB) 및 고대역(high band, HB)에서 안테나로 동작할 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 커플링 급전부(1110-2)와 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.
송수신부 회로(1250)는 커플링 급전부(1110-2)를 통해 전달된 신호가 개구 영역을 통해 방사되도록 커플링 급전부(1110-2)로 전달되는 신호를 제어하도록 구성될 수 있다. 즉, 송수신부 회로(1250)는 커플링 급전부(1110)와 동작 가능하게 결합되고, 급전 패턴을 통해 커플링 급전부(1110)로 전달되는 신호를 제어하도록 구성될 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 커플링 급전부(1110)로 전달되는 신호의 크기 및/또는 위상을 제어할 수 있다. 여기서, 급전 패턴은 전술한 바와 같이 회로 기판(1010)의 배면에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
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, 커플링 급전부(1110)로 전달되는 신호의 크기 및/또는 위상을 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.
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.
본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템을 복수로 구비하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하거나 또는 다중 입출력(MIMO) 용량을 증가시킬 수 있다. 일 예로, 도 28의 안테나 시스템(1000)은 제1 안테나 시스템(1000a) 내지 제4 안테나 시스템(1000d)을 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나 시스템(1000a) 내지 제4 안테나 시스템(1000d)은 상호 분리되어 구성되거나 또는 하나의 루프 안테나 내에서 최적으로 배치될 수 있다. 은 제1 안테나 시스템(1000a) 내지 제4 안테나 시스템(1000d)이 상호 분리되어 구성된 경우, 동일한 영역에 배치되거나 서로 다른 영역에 배치될 수 있다. 제1 안테나 시스템(1000a) 내지 제4 안테나 시스템(1000d)이 모두 지붕 프레임 내부에 배치될 수 있다. 또는, 제1 안테나 시스템(1000a) 내지 제4 안테나 시스템(1000d)이 모두 지붕 위에 배치될 수 있다. 또는, 제1 안테나 시스템(1000a) 내지 제4 안테나 시스템(1000d) 중 일부는 지붕 프레임 내부에 배치되고, 이들 중 나머지는 지붕 위에 배치될 수도 있다.
본 명세서에서 개시되는 안테나 시스템은 이에 한정되는 것은 아니고 하나의 안테나 시스템이 하나의 안테나로 동작할 수도 있다. 이하에서는 하나의 안테나 시스템이 하나의 안테나를 포함하는 것을 전제하여 설명한다. 제1 안테나 시스템(1000a), 제2 안테나 시스템(1000b), 제3 안테나 시스템(1000c) 및 제4 안테나 시스템(1000d)이 각각 제1 안테나(ANT1), 제2 안테나(ANT2), 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 루프 안테나 기반의 안테나 시스템은 회로 기판과 같은 PCB의 제한된 공간 내에 구현 가능하므로 하나의 안테나 루프 안테나가 단일 안테나로 구현될 수 있다. 이러한 복수의 루프 안테나를 PCB의 제한된 공간 내에 배치하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
안테나 시스템(1000) 내의 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4)은 저 대역(LB), 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)의 전 대역에서 동작할 수 있다. 여기서, 저 대역(LB)을 제1 (주파수) 대역으로 지칭하고 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)을 제2 (주파수) 대역으로 지칭할 수 있다. 다른 예로, 안테나 시스템(1000)이 중 대역(MB) 및 고 대역(HB)에서 동작하는 경우 중 대역(MB)을 제1 (주파수) 대역으로 지칭하고 고 대역(HB)을 제2 (주파수) 대역으로 지칭할 수 있다. 5G Sub6 대역은 LTE re-farming의 경우 LTE 대역과 동일 대역일 수 있다. 5G NR이 LTE와 별도의 대역에서 동작하는 경우 고 대역(HB) 또는 이보다 높은 대역에서 동작할 수 있다. 고 대역(HB) 또는 이보다 높은 대역에서 동작하는 5G Sub6 대역도 제2 (주파수) 대역으로 지칭할 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 복수의 안테나들(ANT1 내지 ANT4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 상호 간에 충분한 거리로 이격되고 소정 각도로 회전된 상태로 배치된 안테나 소자들을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 동일 대역 내의 제1 신호 및 제2 신호 간의 격리도(isolation)을 향상시킬 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 어느 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하면서 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 하나의 안테나를 통해 반송파 집성(carrier aggregation, CA)을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
대안으로, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2) 중 어느 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하면서 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4) 중 어느 하나를 통해 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 각각의 안테나들을 해당 대역에서 최적화되도록 설계하고 동작하도록 구현할 수 있다는 장점이 있다.
따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역이 결합된 대역을 통해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 자율 주행 등을 위해 대용량의 데이터를 수신할 필요가 있는 경우, 반송파 집성을 통해 광대역 수신이 가능하다는 장점이 있다.
이에 따라, 차량은 eMBB (Enhanced Mobile Broad Band) 통신이 가능하고 차량은 eMBB UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 eMBB UE로 동작하는 차량을 위해 광대역 주파수 자원을 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 주파수 자원을 제외하고 여유 있는 주파수 대역들에 대한 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
주파수 대역과 관련하여, 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)에 해당하는 대역을 각각 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역으로 지칭할 수 있다.
안테나 시스템(1000)은 커플링 급전부(1110)와 커플링 그라운드 부(1120)를 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 하나의 안테나 시스템이 하나의 안테나로 동작할 수 있다. 커플링 급전부(1110)와 커플링 그라운드 부(1120)에 의해 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.
안테나 시스템(1000)은 커플링 급전부(1110)와 제2 커플링 급전부(1120)를 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 하나의 안테나 시스템이 제1 및 제2 안테나로 동작할 수 있다. 프로세서(1400)는 커플링 급전부(1110)와 제2 커플링 급전부(1120)에 안테나 시스템이 중대역(mid band, MB)에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1200)를 제어할 수 있다. 또는, 프로세서(1400)는 커플링 급전부(1110)와 제2 커플링 급전부(1120)에 안테나 시스템이 고대역(high band, HB)에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1200)를 제어할 수 있다. 또는, 프로세서(1400)는 커플링 급전부(1110)와 제2 커플링 급전부(1120)에 안테나 시스템이 중대역(MB) 및 고대역(HB)에서 반송파 집성(CA)을 수행하면서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1200)를 제어할 수 있다.
프로세서(1400)는 커플링 급전부(1110)와 제2 커플링 급전부(1120)에 안테나 시스템이 각각 4G LTE 및 5G NR과 이중 연결 상태를 유지하거나 이중 연결 동작을 수행하도록 제어할 수 있다. 4G LTE 및 5G NR과 이중 연결 상태를 EN-DC로 지칭할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)를 통해 EN-DC 상태에서 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 일 예로, 제1 안테나(ANT1) 및 제2 안테나(ANT2)를 통해 EN-DC 동작을 수행하고, 제3 안테나(ANT3) 및 제4 안테나(ANT4)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 4G/5G 통신 시스템 간 다른 대역을 이용하여 EN-DC 동작이 수행되면, 하나의 안테나 시스템 내의 복수의 안테나를 통해 EN-DC 동작을 수행할 수 있다. 이에 따라, 동일 대역을 사용하는 MIMO 스트림 간에 간섭 수준을 저감할 수 있다. 반면에, 4G/5G 통신 시스템 간 동일 대역을 이용하여 EN-DC 동작이 수행되면, 다른 안테나 시스템 내의 복수의 안테나를 통해 EN-DC 동작을 수행할 수 있다. 이 경우, 저대역(LB)에서의 간섭 수준을 저감하기 위해, 동일 안테나 시스템 내의 복수의 안테나를 통한 MIMO 동작은 중대역(MB) 이상에서 수행될 수 있다.
복수의 안테나들을 구비하는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량과 이들에 대한 제어 동작과 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 발명의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.
이상에서는 본 발명에 따른 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량에 대해 살펴보았다. 이러한 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량과 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템에 대해 살펴보면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 29는 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
도 29를 참조하면, 무선 통신 시스템은 제 1 통신 장치(910) 및/또는 제 2 통신 장치(920)을 포함한다. 'A 및/또는 B'는 'A 또는 B 중 적어도 하나를 포함한다'와 동일한 의미로 해석될 수 있다. 제 1 통신 장치가 기지국을 나타내고, 제 2 통신 장치가 단말을 나타낼 수 있다(또는 제 1 통신 장치가 단말 또는 차량을 나타내고, 제 2 통신 장치가 기지국을 나타낼 수 있다).
기지국(BS: Base Station)은 고정국(fixed station), Node B, eNB(evolved-NodeB), gNB(Next Generation NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(AP: Access Point), gNB(general NB), 5G 시스템, 네트워크, AI 시스템, RSU(road side unit), 로봇 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, 단말(Terminal)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D(Device-to-Device) 장치, 차량(vehicle), 로봇(robot), AI 모듈 등의 용어로 대체될 수 있다.
제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치는 프로세서(processor, 911,921), 메모리(memory, 914,924), 하나 이상의 Tx/Rx RF 모듈(radio frequency module, 915,925), Tx 프로세서(912,922), Rx 프로세서(913,923), 안테나(916,926)를 포함한다. 프로세서는 앞서 살핀 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 보다 구체적으로, DL(제 1 통신 장치에서 제 2 통신 장치로의 통신)에서, 코어 네트워크로부터의 상위 계층 패킷은 프로세서(911)에 제공된다. 프로세서는 L2 계층의 기능을 구현한다. DL에서, 프로세서는 논리 채널과 전송 채널 간의 다중화(multiplexing), 무선 자원 할당을 제 2 통신 장치(920)에 제공하며, 제 2 통신 장치로의 시그널링을 담당한다. 전송(TX) 프로세서(912)는 L1 계층 (즉, 물리 계층)에 대한 다양한 신호 처리 기능을 구현한다. 신호 처리 기능은 제 2 통신 장치에서 FEC(forward error correction)을 용이하게 하고, 코딩 및 인터리빙(coding and interleaving)을 포함한다. 부호화 및 변조된 심볼은 병렬 스트림으로 분할되고, 각각의 스트림은 OFDM 부반송파에 매핑되고, 시간 및/또는 주파수 영역에서 기준 신호(Reference Signal, RS)와 멀티플렉싱되며, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)를 사용하여 함께 결합되어 시간 영역 OFDMA 심볼 스트림을 운반하는 물리적 채널을 생성한다. OFDM 스트림은 다중 공간 스트림을 생성하기 위해 공간적으로 프리코딩된다. 각각의 공간 스트림은 개별 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,915)를 통해 상이한 안테나(916)에 제공될 수 있다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 전송을 위해 각각의 공간 스트림으로 RF 반송파를 변조할 수 있다. 제 2 통신 장치에서, 각각의 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,925)는 각 Tx/Rx 모듈의 각 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 캐리어로 변조된 정보를 복원하여, 수신(RX) 프로세서(923)에 제공한다. RX 프로세서는 layer 1의 다양한 신호 프로세싱 기능을 구현한다. RX 프로세서는 제 2 통신 장치로 향하는 임의의 공간 스트림을 복구하기 위해 정보에 공간 프로세싱을 수행할 수 있다. 만약 다수의 공간 스트림들이 제 2 통신 장치로 향하는 경우, 다수의 RX 프로세서들에 의해 단일 OFDMA 심볼 스트림으로 결합될 수 있다. RX 프로세서는 고속 푸리에 변환 (FFT)을 사용하여 OFDMA 심볼 스트림을 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다. 주파수 영역 신호는 OFDM 신호의 각각의 서브 캐리어에 대한 개별적인 OFDMA 심볼 스트림을 포함한다. 각각의 서브캐리어 상의 심볼들 및 기준 신호는 제 1 통신 장치에 의해 전송된 가장 가능성 있는 신호 배치 포인트들을 결정함으로써 복원되고 복조 된다. 이러한 연 판정(soft decision)들은 채널 추정 값들에 기초할 수 있다. 연판정들은 물리 채널 상에서 제 1 통신 장치에 의해 원래 전송된 데이터 및 제어 신호를 복원하기 위해 디코딩 및 디인터리빙 된다. 해당 데이터 및 제어 신호는 프로세서(921)에 제공된다.
UL(제 2 통신 장치에서 제 1 통신 장치로의 통신)은 제 2 통신 장치(920)에서 수신기 기능과 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 제 1 통신 장치(910)에서 처리된다. 각각의 Tx/Rx 모듈(925)는 각각의 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 반송파 및 정보를 RX 프로세서(923)에 제공한다. 프로세서 (921)는 프로그램 코드 및 데이터를 저장하는 메모리 (924)와 관련될 수 있다. 메모리는 컴퓨터 판독 가능 매체로서 지칭될 수 있다.
한편, 제 1 통신 장치가 차량인 경우 제 2 통신 장치가 기지국으로 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 도 2a를 참조하면, 제 2 통신 장치는 다른 차량일 수 있고 제1 통신 장치와 제2 통신 장치 간 V2V 통신이 수행될 수 있다. 한편, 제 2 통신 장치는 보행자(pedestrian)일 수 있고 제1 통신 장치와 제2 통신 장치 간 V2P 통신이 수행될 수 있다. 또한, 제 2 통신 장치는 RSU (road side unit)일 수 있고 제1 통신 장치와 제2 통신 장치 간 V2I 통신이 수행될 수 있다. 또한, 제 2 통신 장치는 어플리케이션 서버일 수 있고 제1 통신 장치와 제2 통신 장치 간 V2N 통신이 수행될 수 있다.
이와 관련하여, 제 2 통신 장치가 다른 차량, 보행자, RSU 또는 어플리케이션 서버인 경우에도, 기지국이 제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치 간 통신을 위한 자원을 할당할 수 있다. 따라서, 제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치 간 통신을 위한 자원을 할당하도록 구성된 통신 장치를 제 3 통신 장치라고 지칭할 수 있다. 한편, 전술한 일련의 통신 절차는 제 1 통신 장치 내지 제 3 통신 장치 간에 수행될 수도 있다.
이상에서는 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량에 대해 살펴보았다. 이와 같은 차량에 탑재되는 안테나 시스템 및 안테나 시스템이 탑재된 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 차량 내에 탑재되는 안테나 시스템의 높이를 일정 수준 이하로 유지하면서도 안테나 성능을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 저대역(LB) 안테나와 다른 안테나들을 하나의 안테나 모듈에 구현하여 다양한 통신 시스템을 지원할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 다른 일 목적은, 히트 싱크를 루프 안테나로 동작하도록 하여 광대역 동작하는 안테나 구조를 제시할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 안테나 시스템을 저대역(LB)과 다른 대역에서 서로 다른 안테나로 최적화하여, 차량의 지붕 프레임 내에 최적의 구성과 성능으로 안테나 시스템을 배치할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 특정 대역에서 다수의 안테나들을 이용하여 다중 입출력(MIMO) 및 다이버시티 동작을 차량의 안테나 시스템에서 구현할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 커플링 급전 부, 단락 부 및 브랜치 라인 패턴의 최적화를 통해, 광대역에서 동작하면서도 다양한 구조의 low profile 안테나 구조를 평면형 안테나 구조(planar antenna structure)로 제공할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 발명과 관련하여, 차량에 탑재되는 안테나 시스템과 이에 대한 제어 동작은 소프트웨어, 펌웨어 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 한편, 차량에 탑재되는 안테나 시스템의 설계와 안테나 시스템에 대한 제어를 수행하는 구성은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 판독할 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 판독할 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말 또는 차량의 제어부, 즉 프로세서를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 차량에 탑재되는 안테나 시스템에 있어서,
    회로 기판(circuit board);
    상기 회로 기판의 상부에 개구 영역(aperture region)을 구비하고, 상기 회로 기판과 고정부를 통해 고정되도록 구성되는 히트 싱크(heat sink); 및
    상기 회로 기판과 연결되고, 상기 개구 영역으로 신호를 방사하도록 구성된 커플링 급전부(coupling feed portion)를 포함하는, 안테나 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 커플링 급전부는 상기 회로 기판과 수직하게 연결된 유전체 캐리어의 적어도 일 면에 배치되는 금속 패치로 구성되는, 안테나 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 커플링 급전부는,
    상기 유전체 캐리어의 전면에 배치되는 제1 방사 패치(radiation patch); 및
    상기 유전체 캐리어의 측면에 배치되고, 상기 제1 방사패치와 수직하게 연결된 제2 방사 패치를 포함하는, 안테나 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 방사 패치는 반원(semi-circle) 형태로 상기 유전체 캐리어의 전면에 배치되고, 상기 제2 방사 패치는 직사각형 형태로 상기 유전체 캐리어의 측면에 배치되는, 안테나 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 유전체 캐리어의 측면에 배치된 상기 제2 방사 패치는 상기 히트 싱크의 도전 멤버들(conductive members) 중 하나와 스크루를 통해 체결되는, 안테나 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 커플링 급전부가 배치된 상기 히트 싱크의 도전 멤버에 대향하는 제2 도전 멤버와 커플링되도록 배치되는 커플링 그라운드 부(coupling ground portion);
    상기 커플링 급전부와 동작 가능하게 결합된 송수신부 회로; 및
    상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합된 프로세서를 더 포함하고,
    상기 커플링 급전부와 상기 커플링 그라운드 부에 의해 상기 안테나 시스템은 단일 안테나로 동작하는, 안테나 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 커플링 그라운드 부는,
    상기 회로 기판과 수직하게 연결된 수직 연결부(vertical connection portion); 및
    상기 수직 연결부에서 일측 방향 및 타측 방향으로 연장되게 형성되는 수평 연장부(horizontal extension portion)을 포함하는, 안테나 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 커플링 그라운드 부의 상기 수평 연장부는 상기 제2 도전 멤버의 하부에 상기 제2 도전 멤버와 소정 간격 이격되어 배치되는, 안테나 시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 커플링 급전부와 상기 커플링 그라운드 부에 의해 상기 안테나 시스템은 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)에 해당하는 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역에서 단일 안테나로 동작하고,
    상기 프로세서는,
    PDCCH (physical downlink control channel)를 통해 할당된 자원 영역을 판단하고,
    상기 할당된 자원 영역에 기반하여, 상기 제1 대역 내지 상기 제3 대역 중 둘 이상의 대역에서 반송파 집성(carrier aggregation)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 안테나 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 커플링 급전부가 배치된 상기 히트 싱크의 도전 멤버에 대향하는 제2 도전 멤버와 커플링되도록 배치되는 제2 커플링 급전부;
    상기 커플링 급전부 및 상기 제2 커플링 급전부와 동작 가능하게 결합된 수신부 회로; 및
    상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합된 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 커플링 급전부와 상기 제2 커플링 급전부에 의해 상기 안테나 시스템이 중대역(mid band, MB) 에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 안테나 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 회로 기판과 접촉되도록 배치되어 상기 회로 기판으로부터 발생하는 열을 흡수하도록 구성된 하부 히트 싱크를 더 포함하는, 안테나 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 하부 히트 싱크는,
    플레이트 형상으로 형성되고 방열 팬이 배치되도록 구성된 플레이트 부; 및
    상기 플레이트 부로부터 일 측 및 타 측으로 연장되고, 상기 히트 싱크의 수직 체결부와 체결되도록 구성된 연장 부를 포함하고,
    상기 수직 체결부와 상기 연장 부는 상기 회로 기판의 전면에 형성된 그라운드 영역과 전기적으로 연결되어, 상기 커플링 급전부, 커플링 그라운드 부 및 상기 히트 싱크의 개구 영역으로 형성되는 안테나가 광대역 동작하도록 구성되는, 안테나 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 회로 기판의 전면에는 그라운드 영역이 배치되고, 상기 커플링 급전부와 연결되는 영역은 그라운드 패턴이 제거된 슬롯 영역으로 형성되는, 안테나 시스템.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 회로 기판의 전면에는 그라운드 영역이 배치되고, 상기 커플링 급전부와 연결되는 제1 영역 및 상기 제2 커플링 급전부와 연결되는 제2 영역은 그라운드 패턴이 제거된 슬롯 영역으로 형성되는, 안테나 시스템.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 회로 기판의 배면에는 상기 커플링 급전부와 전기적으로 연결되는 급전 패턴(feeding pattern)이 배치되고,
    상기 커플링 급전부와 동작 가능하게 결합되고, 상기 급전 패턴을 통해 상기 커플링 급전부로 전달되는 신호를 제어하도록 구성된 송수신부 회로를 더 포함하는, 안테나 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 히트 싱크의 개구 영역 내부에 배치되는 방열 팬의 팬 회전 속도 또는 상기 송수신부 회로에 의한 소비되는 전력량을 검출하도록 구성되는, 안테나 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 방열 팬의 팬 회전 속도가 제1 임계 값 이상이고, 상기 안테나를 통해 수신된 신호 품질이 제2 임계 값 이상이면, 상기 커플링 급전부로 인가되는 신호의 크기가 감소되도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 안테나 시스템.
  18. 안테나 시스템을 구비하는 차량에 있어서,
    상기 차량의 지붕 또는 지붕 프레임 내부에 배치되는 금속 프레임에 배치되는 회로 기판(circuit board);
    상기 회로 기판의 상부에 개구 영역(aperture region)을 갖고, 상기 회로 기판과 고정부를 통해 고정되도록 구성되는 히트 싱크(heat sink);
    상기 회로 기판과 연결되고, 상기 개구 영역으로 신호를 방사하도록 구성된 커플링 급전부(coupling feed portion);
    상기 커플링 급전부를 통해 전달된 신호가 상기 히트 싱크의 개구 영역을 통해 방사되도록 상기 신호를 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit); 및
    상기 송수신부 회로를 통해 인접 차량, RSU (Road Side Unit) 및 기지국 중 적어도 하나와 통신하도록 구성된 프로세서를 포함하는, 차량.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 커플링 급전부가 배치된 상기 히트 싱크의 도전 멤버에 대향하는 제2 도전 멤버와 커플링되도록 배치되는 커플링 그라운드 부(coupling ground portion)를 더 포함하고,
    상기 커플링 급전부와 상기 커플링 그라운드 부에 의해 상기 안테나 시스템은 저대역(low band, LB), 중대역(mid band, MB) 및 고대역(high band, HB)에 해당하는 제1 대역, 제2 대역 및 제3 대역에서 단일 안테나로 동작하고,
    상기 프로세서는,
    PDCCH (physical downlink control channel)를 통해 할당된 자원 영역을 판단하고,
    상기 할당된 자원 영역에 기반하여, 상기 제1 대역 내지 상기 제3 대역 중 둘 이상의 대역에서 반송파 집성(carrier aggregation)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 차량.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 커플링 급전부가 배치된 상기 히트 싱크의 도전 멤버에 대향하는 제2 도전 멤버와 커플링되도록 배치되는 제2 커플링 급전부를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 커플링 급전부와 상기 제2 커플링 급전부에 의해 상기 안테나 시스템이 중대역(mid band, MB) 에서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 차량.
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