KR102670667B1 - 차량용 어레이 안테나 - Google Patents

Abstract

실시예에 의한 차량용 어레이 안테나가 개시된다. 상기 차량용 어레이 안테나는 제1 기판; 상기 제1 기판의 일면에 수직으로 배치되고, 소정의 간격으로 이격되어 배치된 복수의 제2 기판; 및 상기 복수의 제2 기판의 각 일면에 형성된 루프 안테나를 포함하고, 상기 복수의 제2 기판의 각 일면은 동일한 방향으로 배치된다.

Description

차량용 어레이 안테나{ARRAY ANTENNA FOR VEHICLE}

실시예는 위치 측위 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 구조가 간단하면서 이상적인 신호 수신 성능을 구현할 수 있는 차량용 어레이 안테나에 관한 것이다.

보안의 취약한 스마트키의 단점을 보완하기 위하여 한국, 일본, 미국 등 차량 업체에서 대체 기술이 활발히 개발 중이다. 주요 대체기술로는 NFC(Near Field Communication), BLE(Bluetooth Low Energy) 기술이 있다. NFC는 폰을 차와 접촉 시켜야만 하는 거리적 불편함이 있으며 이를 한 단계 개성 시킨 것이 BLE 차량 측위 기술이다. 측위를 위해서는 각 안테나를 일정 간격 이상 이격시킨 후 송수신되는 신호의 위상(phase) 차이를 감지하여 핸드폰의 위치를 계산하게 된다.

차량에 BLE AOA(Angle Of Arrival) 기능을 넣기 위해서는 차량 전방위에서 사용자의 폰을 인식할 수 있어야 하고 이때 가장 핵심이 되는 기술은 안테나 어레이(antenna array) 기술이다. 이때 폰과 송수신을 위해서는 각 안테나 방사 범위가 골고루 넓어야 한다.

도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 따른 차량용 어레이 안테나를 나타내는 도면이다.

도 1a를 참조하면, 종래 기술에 따른 차량용 어레이 안테나는 기판(1), 다수의 모노폴 안테나 또는 다이폴 안테나(2), RF(Radio Frequency) 케이블(3), RF 커넥터(4)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 사용하는 모노폴 안테나 또는 다이폴 안테나는 고가이고, 안테나가 3개 사용되는 경우 3개의 RF 케이블과 6개의 RF 커넥터가 필요하여 가격이 비싸진다.

또한 선형 배열(linear array)의 구조 상 후면에 반사판(5)이 추가로 구비되어야 하는데, 반사판은 크기가 커서 차량의 범퍼 안쪽에 장착하기가 어렵다.

도 1b를 참조하면, 종래 기술에 따른 차량용 어레이 안테나의 방사 패턴을 보여주고 있는데, 반사판의 후방을 제외한 넓은 범위의 신호 수신이 가능함을 알 수 있다.

하지만 각 안테나 방사 범위를 넓게 하기 위하여 어레이 안테나를 설계하는 경우 어레이 안테나의 크기가 크고 비싸질 뿐 아니라 실제 차량에 넣을 만큼의 공간이 존재하지 않는다. 현재까지는 사실상 양산성이 없는 이상적인 안테나만 설계되어 있다.

공개특허공보 제10-2017-0026255호

실시예는, 구조가 간단하면서 이상적인 신호 수신 성능을 구현할 수 있는 차량용 어레이 안테나를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 어레이 안테나는 제1 기판; 상기 제1 기판의 일면에 수직으로 배치되고, 소정의 간격으로 이격되어 배치된 복수의 제2 기판; 및 상기 복수의 제2 기판의 각 일면에 형성된 루프 안테나를 포함하고, 상기 복수의 제2 기판의 각 일면은 동일한 방향으로 배치될 수 있다.

상기 루프 안테나는 방사체; 상기 방사체의 일단으로부터 연장 형성되고, 상기 제1 기판의 신호라인에 연결되는 급전 라인; 및 상기 방사체의 타단으로부터 연장 형성되고, 상기 제1 기판의 그라운드에 연결되는 접지 라인을 포함할 수 있다.

상기 방사체는 원 형상, 타원 형상, 다각 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.

상기 제1 기판과 상기 제2 기판은 일체형으로 형성될 수 있다.

상기 제2 기판은 상기 제1 기판에 착탈식으로 결합될 수 있다. 상기 제1 기판의 일면에는 홈부가 형성되고, 상기 제2 기판의 일측에는 상기 홈부에 삽입 결합되는 돌출부가 형성될 수 있다.

상기 루프 안테나는 모노폴(monopole) 안테나일 수 있다.

상기 방사체의 전체 길이는 1 λ이고, 상기 방사체의 가로 길이와 세로 길이의 비율이 5:4로 형성될 수 있다.

실시예에 따르면, 제1기판의 일면에 복수 개의 제2 기판을 소정 간격으로 수직 배치하고, 복수 개의 제2 기판의 각 일면에 루프 안테나를 형성하도록 함으로써, 간단한 구조로 후방을 제외한 넓은 범위의 신호 수신이 가능할 수 있다.

실시예에 따르면, 간단한 구조로 구현되더라도 이상적인 다이폴 안테나와 동등한 성능을 구현할 수 있다.

실시예에 따르면, 저가의 기판을 이용하고 고가의 다이폴 안테나, 케이블, 커넥터를 사용하지 않기 때문에 재료비를 획기적으로 절감하면서 크기 소형화가 가능할 수 있다.

실시예에 따르면, 제1기판의 일면에 복수 개의 제2 기판을 소정 간격으로 수직 배치하기 때문에, 제2 기판의 개수를 조절하여 안테나의 크기를 용이하게 확장할 수 있다.

도 1a 내지 도 1b는 종래 기술에 따른 차량용 어레이 안테나를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 어레이 안테나를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 차량용 어레이 안테나의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 내지 도 4b는 도 2에 도시된 제1 기판과 제2 기판의 결합 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 2에 도시된 루프 안테나의 구체적인 형상을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 차량용 어레이 안테나의 방사 패턴을 보여주는 도면이다.
도 7은 차량에 장착된 차량용 어레이 안테나의 방사 패턴을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.

이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

실시예에서는, 제1기판의 일면에 복수 개의 제2 기판을 소정 간격으로 수직 배치하고, 복수 개의 제2 기판의 각 일면에 루프 안테나를 형성하도록 한, 새로운 구조의 차량용 어레이 안테나를 제안한다. 특히, 실시예에 따른 차량용 어레이 안테나는 근거리 무선통신 기술 기반 AOA(Angle Of Arrival) 측위용일 수 있다. 여기서, 근거리 통신 기술은 예컨대, BLE(Bluetooth Low Energy) 등을 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 어레이 안테나를 나타내는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 차량용 어레이 안테나의 형태를 설명하기 위한 도면이다.

도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 측위를 위한 차량용 어레이 안테나는 제1 기판(100), 제2 기판(200), 루프 안테나(300)를 포함할 수 있다.

제1 기판(100)은 일면에 복수 개의 제2 기판(200)을 수직으로 배치하고, 복수 개의 제2 기판(200)을 소정의 간격으로 이격시켜 배치할 수 있다. 이러한 제1 기판(100)은 복수 개의 제2 기판(200)을 선형 배열하기 위한 지지 수단으로 사용될 수 있을 뿐 아니라 복수 개의 제2 기판(200)에 각각 형성된 루프 안테나를 통해 방사되는 신호를 일면의 전방으로 반사시키기 위한 반사 수단으로 사용될 수 있다.

제1 기판(100)은 동박(copper coil)을 입힌 적층판인 PCB(Printed Circuit Board) 기판일 수 있다. 따라서 제1 기판(100)은 일면에 별도의 반사 수단을 형성할 필요 없이 기본적인 적층 구조를 형성하는 동박을 통해 반사 수단이 될 수 있다.

제2 기판(200)은 제1 기판(100)의 일면에 수직으로 배치되고, 소정의 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 제2 기판(200)은 일면에 루프 안테나가 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 3개의 제2 기판(200)에 배치된 경우를 일 예로 설명하고 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고 필요에 따라 2개 이상이 배치될 수 있다.

제2 기판(200)은 동박(copper coil)을 입힌 적층판인 PCB(Printed Circuit Board) 기판일 수 있다. 이때, PCB 기판은 적층 구조와 상관없이 모두 적용 가능할 수 있다.

이때, 제1 기판(100)의 크기는 제2 기판(200)의 크기보다 크게 형성될 수 있다. 제1 기판(100)의 크기는 설치 공간을 고려하여 예컨대, 100mm × 60mm로 형성될 수 있다.

루프 안테나(300)는 복수 개의 제2 기판(200)의 각 일면에 형성될 수 있다. 이러한 루프 안테나(300)는 복수 개의 제2 기판(200)의 각 일면에 동일하게 형성될 수 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고 필요에 따라 다르게 형성될 수도 있다.

이러한 루프 안테나(300)는 예컨대, 모노폴(monopole) 안테나로 구현될 수 있다.

이때, 복수 개의 제2 기판(200)의 각 일면에 형성된 루프 안테나(300)는 소정의 간격만큼 이격되는데, 이격되는 간격(D)은 다음의 [수학식 1]을 만족할 수 있다.

[수학식 1]

D = λ / 4, λ = c / f

여기서, λ는 파장을 나타내고, c는 광속(3×10⁸)을 나타내고, f는 주파수를 나타낸다.

도 4a 내지 도 4b는 도 2에 도시된 제1 기판과 제2 기판의 결합 관계를 설명하기 위한 도면이다.

도 4a를 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 기판(100)과 제2 기판(200)은 착탈식으로 결합될 수 있다. 여기서는 설명의 편의상 하나의 제2 기판(200)을 이용하여 설명한다. 예컨대, 제2 기판(200)은 일측이 제1 기판(100)의 일면에 삽입 결합될 수 있다. 본 실시예에서는 제1 기판(100)과 제2 기판(200)을 착탈식으로 결합된 경우를 일 예로 설명한다.

이렇게 제1 기판(100)과 제2 기판(200)은 DIP 타입으로 삽입 결합될 수 있다.

이를 위해, 제1 기판(100)은 일면에 제2 기판(200)이 삽입 결합되는 적어도 하나의 홈부(110)가 형성될 수 있다. 제1 기판(100)의 일면에는 3개의 홈부가 형성된 경우를 보여주고 있지만, 홈부의 개수는 이에 반드시 한정되지 않고 필요에 따라 변경될 수 있다.

제2 기판(200)은 일측이 제1 기판(100)의 일면에 형성된 적어도 하나의 홈부(110)에 삽입 결합되는 돌출부(210)가 형성될 수 있다. 제2 기판(200)의 일면에는 3개의 돌출부가 형성된 경우를 보여주고 있지만, 돌출부의 개수는 이에 한정되지 않고 필요에 따라 변경될 수 있다.

이때, 복수 개의 제2 기판(200)은 제1 기판(100)의 일면에 복수 개의 제2 기판(200)이 수직으로 삽입 결합되고, 동일한 간격으로 이격되어 배치되는 것이 바람직하고, 필요에 따라 적어도 하나의 제2 기판이 다른 간격으로 이격되어 배치될 수도 있다.

또한 복수 개의 제2 기판(200)의 일면에는 루프 안테나(300)가 형성될 수 있는데, 루프 안테나는 하나의 루프로 형성되고, 동일한 형상으로 형성되는 것이 바람직하고, 필요에 따라 적어도 하나의 제2 기판이 다른 형상으로 형성될 수도 있다.

또한 복수 개의 제2 기판(200)의 일면은 모두 동일한 방향으로 배치되는 것이 바람직하고, 필요에 따라 적어도 하나의 제2 기판이 다른 방향으로 배치될 수도 있다.

도 4b를 참조하면, 본 실시예에 따른 제1 기판(100)과 제2 기판(200)은 일체형으로 형성될 수 있다. 여기서는 설명의 편의상 하나의 제2 기판(200)을 이용하여 설명한다. 예컨대, 제1 기판(100)과 제2 기판(200)은 LCP(Liquid Crystal Polymer) 사출성형에 의해 하나의 LCP 사출물로 형성될 수 있다.

그리고 나서 일체형으로 형성된 제1 기판(100)과 제2 기판(200)에는 LDS(Laser Direct Structuring) 공법을 이용하여 루프 안테나 및 회로가 형성될 수 있다.

도 5는 도 2에 도시된 루프 안테나의 구체적인 형상을 설명하기 위한 도면이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 제2 기판(200)의 일면에는 루프 안테나(300)가 형성되는데, 루프 안테나(300)는 방사체(310), 급전 라인(320), 접지 라인(330)을 포함할 수 있다.

방사체(310)는 신호를 방사하기 위한 소정의 형상으로 형성될 수 있는데, 예컨대, 원 형상, 타원 형상, 다각 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다. 여기서, 방사체(310)는 도전성 물질로 형성될 수 있는데, 예컨대, 은(Ag), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Gu), 금(Au), 니켈(Ni) 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.

방사체(310)는 하나의 루프로 형성되고, 루프의 일단으로부터 급전 라인(320)이 연장 형성되고, 루프의 타단으로부터 접지 라인(330)이 연장 형성될 수 있다. 급전 라인(320)과 접지 라인330)은 소정 간격 이격되어 평행하게 형성될 수 있다.

이때, 제2 기판이 제1 기판에 삽입 결합되는 경우 급전 라인(320)은 제1 기판의 신호 라인에 연결되고, 접지 라인(330)은 제1 기판의 그라운드에 연결될 수 있다.

또한, 방사체(310)는 하나의 루프로 이루어지는데, 루프의 전체 길이(L)는 1 λ를 만족할 수 있고, 루프의 가로 길이(Lx)와 세로 길이(Ly)의 비율이 5:4를 만족할 수 있다.

또한, 급전 라인의 길이(L_power)와 접지 라인(L_ground)의 길이의 비율이 1:1을 만족할 수 있다.

도 6은 도 2에 도시된 차량용 어레이 안테나의 방사 패턴을 보여주는 도면이고, 도 7은 차량에 장착된 차량용 어레이 안테나의 방사 패턴을 보여주는 도면이다.

도 6을 참조하면, 본 실시예에서는 일반적인 저가의 기판인 복수 개의 제2 기판을 소정 크기의 제1 기판의 일면에 수직으로 배치함으로써 기존의 이상적인 다이폴 안테나와 동등한 성능을 가짐을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 어레이 안테나는 차량에서 BLE AOA 위치 측위를 위해 앞 범퍼와 뒤 범퍼의 양 끝단부(P1, P2, P3, P4)에 설치될 수 있다. 차량의 도어(door) 등은 금속(metal)로 되어 있기 때문에 장착이 힘들고 샤크 안테나는 이미 포화 상태로 2.4GHz 대역의 리니어 안테나를 여러 개 넣기에는 불가능하다.

차량의 앞 범퍼와 뒤 범퍼에 차량용 어레이 안테나가 위치할 때 안테나의 파형이 차량의 외부를 향하게 방사하도록 하는 것이 중요하다. 따라서 본 실시예와 같이 복수 개의 제2 기판을 소정 크기의 제1 기판의 일면에 수직으로 배치함으로써 제1 기판이 반사판 역할을 하는 것이 가능하기 때문에 신호를 고루 방사할 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 안테나는 기존 고가의 안테나와 RF 케이블을 다수 사용하는 방식과 달리 저가의 기판(FR-4)만을 사용하여 안테나 성능을 만족시킬 수 있다.

여기서는 차량 내 4곳의 위치에 안테나를 설치한 경우를 일 예로 설명하고 있지만, 반드시 이에 한정되지 않고 필요에 따라 설치 위치 및 설치 개수를 달라질 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 제1 기판
200: 제2 기판
300: 루프 안테나
310: 방사체
320: 급전 라인
330: 접지 라인

Claims (8)

1. 제1 기판;
   상기 제1 기판의 일면에 수직으로 배치되고, 소정의 간격으로 이격되어 배치되되, 각 일면이 동일한 방향으로 배치된 복수의 제2 기판; 및
   상기 복수의 제2 기판의 각 일면에 형성된 루프 안테나를 포함하고,
   상기 제1 기판의 일면에는 홈부가 형성되고,
   상기 제2 기판의 일측에는 상기 홈부에 삽입 결합되는 돌출부가 형성되고,
   상기 루프 안테나는 적어도 하나의 제2 기판에 다른 형상으로 형성되고,
   상기 소정의 간격은 λ/4이고, 상기 λ는 파장을 나타내고,
   상기 루프 안테나는
   방사체;
   상기 방사체의 일단으로부터 연장 형성되고, 상기 제1 기판의 신호라인에 연결되는 급전 라인; 및
   상기 방사체의 타단으로부터 연장 형성되고, 상기 제1 기판의 그라운드에 연결되는 접지 라인을 포함하되,
   상기 방사체의 전체 길이는 1λ이고,
   상기 방사체의 가로 길이와 세로 길이의 비율이 5:4로 형성되고,
   상기 급전 라인의 길이와 상기 접지 라인의 길이의 비율이 1:1로 형성되고, 상기 급전 라인과 상기 접지 라인은 소정의 간격으로 이격되어 평행하게 형성되는, 차량용 어레이 안테나.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 방사체는,
   원 형상, 타원 형상, 다각 형상 중 어느 하나의 형상으로 형성되는, 차량용 어레이 안테나.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

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