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KR102510100B1 - 차량용 안테나 - Google Patents

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KR102510100B1
KR102510100B1 KR1020160076709A KR20160076709A KR102510100B1 KR 102510100 B1 KR102510100 B1 KR 102510100B1 KR 1020160076709 A KR1020160076709 A KR 1020160076709A KR 20160076709 A KR20160076709 A KR 20160076709A KR 102510100 B1 KR102510100 B1 KR 102510100B1
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최승호
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엘에스엠트론 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 위성 멀티미디어 서비스를 위한 차량용 안테나는, 안테나 패치를 포함하는 안테나 모듈; 상기 안테나 패치와 일정한 거리만큼 이격되어 설치되어 상기 안테나 패치에서 방사되는 전자파의 특정 각도에서 이득을 극대화하는 리플렉터; 및 상기 안테나 패치와 상기 리플렉터 사이에 삽입되어 설치되는 유전체를 포함한다. 안테나 패치와 리플렉터 사이에 유전체를 삽입함으로써 안테나 패치와 리플렉터 사이의 물리적 이격 거리를 좁히면서도 기존과 동일한 방사 효과를 나타내어 차량용 안테나의 소형화를 달성할 수 있다.

Description

차량용 안테나{ANTENNA FOR VEHICLE}
본 발명은 안테나 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로 크기를 줄인 차량용 안테나에 관한 것이다.
통신 기기가 발달함에 따라 차량의 내외부에 다양한 종류의 무선 신호를 송수신하기 위한 안테나가 설치되고 있다. 다양한 종류의 무선 신호에는 위치 기반 시스템을 활용하기 위한 GNSS(Global Navigation Satellite System) 신호, FM 및 AM 라디오 신호, 차량 내에서 디지털 방송을 시청하기 위한 DMB(Digital Multimedia Broadcast) 신호, 텔레매틱스 통신을 위한 TMU(Telematics Management Unit) 신호, XM 위성 라디오 신호 및 시리우스(Sirius) 신호, DAB(Digital Audio Broadcasting) 신호 등이 포함될 수 있다. 이러한 차량용 안테나 기술 분야의 중요 과제는 차량의 공간 제약 등의 이유로 안테나를 소형화하는 것이다.
최근 북미향 위성 멀티미디어 서비스(Sirius XM)를 위한 차량용 안테나의 수요가 증가하고 있다. 현재는 음성 서비스만 실시되고 있지만 데이터 서비스로 확장하게 된다면 중요성은 더욱 높아질 것이다. 상기 위성 멀티미디어 서비스를 수신하기 위한 차량용 안테나는 기본 구성으로 2.4GHz RHCP(Right Hand Circular Polarized) 안테나 패치와 그 안테나 패치로부터 일정 간격을 두고 설치되는 도체 구조물인 리플렉터(Reflector)를 포함해야 한다. 상기 위성 멀티미디어 서비스의 성능 규격에 만족하도록 상기 리플렉터와 상기 안테나 패치 간의 이격 거리를 조절한다.
도 1은 종래 기술에 따른 차량용 안테나를 나타낸 도면으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 차량용 안테나는, 베이스(110), 신호 처리 기판(120), 안테나 모듈(130), 리플렉터(140) 및 하우징(150)을 포함한다.
베이스(110)는, 전체적으로 플레이트(plate) 형상을 가지는 부재로서, 하부면이 차량의 외부 패널에 결합되고 상부에 상기 신호 처리 기판(120) 및 안테나 모듈(130)이 설치된다.
신호 처리 기판(120)은 상기 안테나 모듈(130)을 통해 수신되는 신호를 처리한다. 예컨대, 원하는 주파수 대역의 신호를 대역 통과 필터로 필터링하여 노이즈 등을 제거하고 필요한 수준으로 증폭한다. 이러한 신호 처리 기판(120)은 예를 들어 PCB(Printed Circuit Board) 형태로 구성될 수 있다.
안테나 모듈(130)은 앞서 설명한 위성 멀티미디어 서비스를 위한 신호를 수신하여 상기 신호 처리 기판(120)으로 전달한다. 안테나 모듈(130)은 상기 신호 처리 기판(120)의 접지면에 설치되고, 유전체(132) 및 안테나 패치(133)가 순서대로 적층되어 있다.
리플렉터(140)는 하우징(150)에 고정 설치되거나 또는 다른 지지 구조물에 고정 설치되어 상기 안테나 모듈(130)의 상부에 일정한 거리로 이격되어 위치한다. 리플렉터(140)는 상기 안테나 모듈(130)과 일정한 거리 이격되어 위치함으로써 안테나 모듈(130)에서 방사되는 전자파를 틸팅하여 특정 각도에서 이득을 극대화하는 역할을 한다. 일반적으로 상기 북미향 위성 멀티미디어 서비스를 위해서는 상기 안테나 모듈(130)의 중심을 기준으로 약 60도에서 전파의 피크 이득이 나타나야 하고, 이를 위해 안테나 모듈(130)과 리플렉터(140)는 최소 3mm~10mm 이격되어야 한다.
하우징(150)은, 베이스(110)와 결합하여 내부 수용 공간에 상기 신호 처리 기판(120), 안테나 모듈(130), 리플렉터(140)를 수용한다. 하우징(150)은 샤크 핀 형태로 구현되어 차량 이동시 발생하는 공기 저항과 풍절음을 감소시킬 수 있다.
이상의 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 상기 북비향 위성 멀티미디어 서비스를 위한 차량용 안테나는, 기본 구성으로 2.4GHz RHCP 안테나 패치(133)와 그 안테나 패치(133)로부터 일정 간격을 두고 설치되는 도체 구조물인 리플렉터(140)를 포함해야 하고, 60도에서 전파의 피크 이득을 얻기 위해 안테나 패치(133)와 리플렉터(144)는 최소 3mm~10mm 이격되어 설치되어야 하므로, 결국 차량용 안테나의 크기가 커지는 문제점이 있다. 따라서 최소 이격 거리를 가져야 하는 안테나 패치(133)와 리플렉터(144)는 유선형 디자인의 차량용 안테나에서 많은 공간을 차지하고, 또한 차량용 안테나는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 이동 통신 서비스를 위한 안테나 모듈과 GNSS 서비스를 위한 안테나 모듈 등의 여러 종류의 안테나 모듈도 동시에 구현하는 데 있어 안테나 패치(133)와 리플렉터(144) 사이의 넓은 간격은 공간 한계로 작용한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 위성 멀티미디어 서비스를 위한 차량용 안테나에서 안테나 패치와 리플렉터 간의 간격을 줄여 소형화하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 차량용 안테나의 안테나 패치와 리플렉터 간의 간격을 줄이면서 방사 효율을 높이는 것을 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 차량용 안테나는, 안테나 패치를 포함하는 안테나 모듈; 상기 안테나 패치와 일정한 거리만큼 이격되어 설치되어 상기 안테나 패치에서 방사되는 전자파의 특정 각도에서 이득을 극대화하는 리플렉터; 및 상기 안테나 패치와 상기 리플렉터 사이에 삽입되어 설치되는 유전체를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 유전체는, 상기 리플렉터와 맞닿아 설치되고 상기 안테나 패치와는 소정의 거리만큼 이격되어 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 안테나 패치와 상기 유전체 사이의 이격 공간에 설치되어 상기 안테나 패치 및 상기 유전체와 맞닿는 스페이서를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 스페이서는 스폰지 등과 같은 저유전율의 물체일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 유전체의 유전율은 3 내지 50이다.
일 실시예에 따르면, 상기 안테나 모듈은, 접지면; 상기 접지면 위에 적층되는 다른 유전체; 및 상기 다른 유전체 위에 적층되는 상기 안테나 패치를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 리플렉터의 상면은, 프랙탈(fractal) 구조로 이루어져 많은 에지를 구현하고 그 에지를 통해 전계를 방사할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 유전체 및 상기 리플렉터의 크기는, 상기 안테나 패치와 동일하거나 클 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 유전체의 두께는 상기 리플렉터의 두께보다 클 수 있다.
본 발명은 안테나 패치와 리플렉터 사이에 유전체를 삽입함으로써 안테나 패치와 리플렉터 간의 물리적 이격 거리를 줄이면서도 위성 멀티미디어 서비스 규격을 만족시켜 위성 멀티미디어 서비스를 위한 차량용 안테나의 소형화를 달성할 수 있다.
본 발명은, 리플렉터의 상면을 프랙탈 구조로 만들어 에지를 많이 갖도록 함으로써 상기 유전체로 인해 발생하는 방사 손실을 보상할 수 있다.
본 발명은 상기 안테나 패치와 상기 유전체 사이의 이격 공간에 유전율이 낮은 스페이서를 삽입함으로써, 안테나 패치, 유전체 및 리플렉터를 일체형으로 제작할 수 있어 차량용 안테나의 제조 공정을 단순화하며 불량률을 낮추고 또한 차량 이동시 발생하는 충격을 흡수하여 차량용 안테나의 고장 발생을 줄일 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 차량용 안테나를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 안테나를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 차량용 안테나의 주요 구성요소들의 사시도이다.
도 4는 도 3의 주요 구성요소들의 적층 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 패치와 리플렉터 사이의 유전체에 의한 이격 거리 감소 효과를 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리플렉터의 상면의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7a는 종래의 차량용 안테나의 전자기장을 나타낸 도면이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 안테나의 전자기장을 나타낸 도면이다.
도 8는 종래 및 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 안테나의 전압 정재파비를 비교한 도면이다.
도 9는 종래 및 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 안테나의 방사 패턴을 도면이다.
도 10은 종래 및 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 안테나의 높이를 비교한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 안테나의 주요 구성요소들의 사시도이다.
도 12는 도 11의 주요 구성요소들의 적층 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 안테나를 나타낸 도면으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 차량용 안테나는, 베이스(210), 신호 처리 기판(220), 안테나 모듈(230), 리플렉터(240), 하우징(250) 및 유전체(260)를 포함한다.
베이스(210)는 전체적으로 판 형상을 가지는 부재로서 하부면이 차량의 외부 패널에 결합되고 상부에 상기 신호 처리 기판(220) 및 상기 안테나 모듈(230)이 설치된다.
신호 처리 기판(220)은 상기 안테나 모듈(230)을 통해 수신되는 신호를 처리한다. 예컨대, 원하는 주파수 대역의 신호를 대역 통과 필터로 필터링하여 노이즈 등을 제거하고 필요한 수준으로 증폭한다. 이러한 신호 처리 기판(220)은 예를 들어 PCB(Printed Circuit Board) 형태로 구성될 수 있다.
안테나 모듈(230)은 2.4GHz의 위성 멀티미디어 서비스 신호를 수신하여 상기 신호 처리 기판(220)으로 전달한다. 안테나 모듈(230)은 상기 신호 처리 기판(220)의 접지면에 설치되고 유전체(232) 및 안테나 패치(233)가 순서대로 적층되어 있다. 안테나 패치(233)는 2.4GHz의 RHCP(Right Hand Circular Polarized) 패치이다.
리플렉터(240)는 판 형상의 도전체로서 하우징(250)에 고정 설치되거나 또는 다른 지지 구조물에 고정 설치되어 상기 안테나 모듈(230)의 상부에 일정한 거리로 이격되어 위치한다. 리플렉터(240)는 상기 안테나 모듈(230)과 일정한 거리 이격되어 위치함으로써 상기 안테나 모듈(230)에서 방사되는 전자파를 틸팅하여 특정 각도에서 이득을 극대화한다. 일반적으로 상기 북미향 위성 멀티미디어 서비스를 위해서는 상기 안테나 모듈(230)의 중심을 기준으로 약 60도에서 전파의 피크 이득이 나타나야 한다. 상기 리플렉터(240)와 상기 안테나 패치(233)의 간격을 조절하여 상기 안테나 모듈(230)의 중심을 기준으로 약 60도에서 전파의 피크 이득이 나타나도록 한다.
본 실시예의 차량용 안테나는 종래의 차량용 안테나와 비교하여 안테나 모듈(230)의 안테나 패치(233)와 리플렉터(240) 사이에 유전체(260)를 더 포함한다. 유전체(260)는 상기 리플렉터(240)의 하면에 맞닿도록 설치하고, 안테나 패치(233)와는 소정의 거리, 예컨대 최소 0.1mm 이상의 간격만큼 이격되어 설치된다. 유전체(260)와 안테나 패치(233)를 물리적으로 접촉하여 설치할 경우 임피던스에 영향을 주게 되고 이에 따른 임피던스 매칭을 위해 안테나 패치(233)의 크기를 줄여야 하는데, 이 경우 방사 효율이 감소한다. 따라서 방사 효율을 유지하기 위해 안테나 패치(233)와 유전체(260)는 최소 0.1mm 이상 이격되는 것이 바람직하다. 안테나 패치(233)와 유전체(260)를 최소 0.1mm 이상 이격할 경우 안테나 패치(233)와 유전체(260) 사이에는 유전율이 1에 가까운 에어 갭(air gap)이 형성되어 임피던스 영향을 최소화할 수 있다.
유전체(260)의 유전율은 3 내지 50인 것이 바람직하고, 예를 들어 본 실시예에서 유전체(260)의 유전율은 12이다. 도 1을 참조하여 설명한 종래의 차량용 안테나에서 안테나 패치(133)와 리플렉터(140) 사이는 별도의 물체가 놓이지 않고 에어 갭(air gap)이 형성된다. 그러나 본 실시예의 차량용 안테나는 안테나 패치(233)와 리플렉터(240) 사이에 유전체(260)를 더 포함하고 상기 유전체(260)로 인해 리플렉터(240)를 안테나 패치(233)에 더 가깝게 위치시킬 수 있다. 즉, 종래의 안테나 패치(133)와 리플렉터(140) 간의 이격 거리보다 더 작은 이격 거리로 리플렉터(240)를 위치시킬 수 있다.
하우징(250)은 베이스(210)와 결합하여 내부 수용 공간에 상기 신호 처리 기판(220), 안테나 모듈(230), 리플렉터(240)를 수용한다. 하우징(250)은 샤크 핀 형태로 구현되어 차량 이동시 발생하는 공기 저항과 풍절음을 감소시킬 수 있다.
도 3은 도 2의 차량용 안테나의 주요 구성요소들의 사시도이고, 도 4는 도 3의 주요 구성요소들의 적층 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 신호 처리 기판(220)의 접지면 위에 안테나 모듈(230)의 유전체(232) 및 안테나 패치(233)가 순서대로 적층된다. 이러한 안테나 모듈(230)은 일반적인 마이크로스트립 패치 안테나의 구성과 동일하다. 안테나 모듈(230)은 앞서 설명한 바와 같이 2.4GHz의 위성 멀티미디어 서비스 신호를 수신한다. 신호 처리 기판(220)의 접지면에는 급전 부재가 설치되고 그 급전 부재는 급전선을 통해 상기 안테나 패치(233)에 연결된다. 급전 부재 및 급전선은 일반적으로 도전 선로 등으로 이루어진다. 안테나 모듈(230)에 포함되는 유전체(232)는 접지면과 안테나 패치(233) 사이에 설치되고, 플라스틱, 테프론, 세라믹, 유리, 에폭시, 합성수지 등과 같은 다양한 재질의 유전체를 적용하는 것이 가능하다. 안테나 패치(233)는 전기전도도가 우수한 금속 박판을 이용하여 형성된다. 예를 들어 구리나 알루미늄 등의 금속 박판을 사용하는 것이 가능하고, 또는 은, 금 등의 전기전도도가 우수하고 성형성과 가공성이 좋은 은, 금 등의 금속 박판을 사용하는 것도 가능하다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 안테나 모듈(230)과 리플렉터(240) 사이에는 유전체(260)가 삽입된다. 유전체(260)는 플라스틱, 테프론, 세라믹, 유리, 에폭시, 합성수지 등과 같은 다양한 재질의 유전체를 적용하는 것이 가능하다. 유전체(260)는 리플렉터(240)와 면이 맞닿으면서 안테나 모듈(230)의 안테나 패치(233)와는 소정의 이격 거리만큼 떨어져 위치한다. 유전체(260)와 안테나 패치(233) 사이는 최소 0.1mm 이상의 간격을 두어 에어 갭(air gap)을 형성하도록 한다. 유전체(260)와 안테나 패치(233)를 물리적으로 접촉하여 설치할 경우 임피던스에 영향을 주게 되고 이에 따른 임피던스 매칭을 위해 안테나 패치(233)의 크기를 줄여야 하는데, 이 경우 방사 효율이 감소한다. 따라서 방사 효율을 유지하기 위해 안테나 패치(233)와 유전체(260)는 최소 0.1mm 이상 이격되는 것이 바람직하다. 안테나 패치(233)와 유전체(260)를 최소 0.1mm 이상 이격할 경우 안테나 패치(233)와 유전체(260) 사이에는 유전율이 1에 가까운 에어 갭(air gap)이 형성되어 임피던스 영향을 최소화할 수 있다.
리플렉터(240)에 유전체(260)를 접촉시켜 설치하고 안테나 패치(233)와 유전체(260)를 소정 거리 이격 설치하므로, 리플렉터(240)는 하우징(250)에 고정되거나 또는 별도의 지지 구조물에 고정된다. 안테나 패치(233)와 리플렉터(240) 사이에 유전체(260)를 삽입하면, 유전체(260)의 유전율에 의해 전기적 신호 지연 효과를 일으켜 안테나 패치(233)와 리플렉터(240) 사이의 물리적 이격 거리를 좁히면서도 늘인 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 즉 안테나 패치(233)와 리플렉터(240) 사이의 이격 거리를 최소화하면서도 기존과 동일한 방사 효과를 얻을 수 있다.
유전체(260)의 두께는 리플렉터(240)의 두께보다 두껍다. 본 실시예에서 리플렉터(240)의 두께는 0.15mm이고 유전체(260)의 두께는 0.8mm이다. 상술한 바와 같이, 유전체(260)의 유전율은 3 내지 50인 것이 바람직하다. 유전체(260)의 두께를 리플렉터(240)의 두께보다 작게 할 경우 유전체(260)의 유전율은 50보다 커지게 되어 방사 손실을 야기한다. 따라서 유전체(260)의 두께는 리플렉터(240)의 두께보다 작아야 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 패치와 리플렉터 사이의 유전체에 의한 이격 거리 감소 효과를 설명하는 도면으로, 도 5의 (a)는 안테나 패치(233)와 리플렉터(240) 사이에 유전체(260)가 삽입되지 않고 에어 갭(air gap)만 있을 때의 전파의 파장을 나타낸 도면이고, 도 5의 (b)는 안테나 패치(233)와 리플렉터(240) 사이에 두께가 L인 유전체(260)가 삽입되었을 때의 전파의 파장을 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 안테나 패치(233)와 리플렉터(240) 사이에 유전체(260)가 삽입되지 않고 에어 갭만 있을 때 전파의 파장이 T라면, 유전체(260)가 삽입될 경우 안테나 패치(233)에서 리플렉터(240)로 방사되는 전파의 파장은 유전율이 높은 유전체(260)에서 짧아져, 결국 안테나 패치(233)와 리플렉터(240) 사이의 물리적 이격 거리를 좁히면서도 늘인 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.
유전체(260)의 유전율은 3 내지 50인 것이 바람직하다. 유전체(260)의 유전율이 3보다 작을 경우 진공 상태와 크게 다르지 않으므로 두께가 두꺼운 유전체(260)를 사용해야 하기 때문에 실효성이 없다. 그리고 유전체(260)의 유전율이 50보다 큰 경우 유전체(260)의 두께는 축소될 수 있으나 유전체(260)에 의한 방사 손실(Loss)로 인하여 방사 이득이 감소한다. 그리고 유전체(260) 및 리플렉터(240)는 안테나 패치(233)와 대비하여 그 크기가 동일하거나 더 큰 것이 바람직하다.
리플렉터(240)의 상면, 즉 유전체(260)가 설치되는 면의 반대면은, 에지(edge)가 많이 포함될 수 있도록 프랙탈(fractal) 구조일 수 있다. 리플렉터(240)가 설치된 차량용 안테나에서 전파의 방사는 리플렉터(240)의 에지(edge)에서 주로 이루어진다. 에지(edge)는 적어도 두 면이 만나서 생기는 꼭지점이나 선분을 의미한다. 리플렉터(240)의 상면이 비프랙탈 구조, 즉 평면 구조일 경우 에지(edge)는 리플렉터(240)의 네 측면에만 존재하지만, 리플렉터(240)의 상면을 프랙탈 구조로 하면 네 측면뿐만 아니라 상면에도 많은 에지가 형성되어 그 에지들을 통해 리플렉터(240)의 표면 전류를 유도하여 다중 공진을 구현할 수 있어, 방사 효과를 높일 수 있다. 안테나 패치(233)와 리플렉터(240) 사이에 유전체(260)가 삽입될 경우 안테나 패치(233)와 리플렉터(240) 사이의 물리적 이격 거리를 줄일 수 있지만 유전체(260)로 인해 방사 손실이 발생할 수 있는데, 리플렉터(240)의 상면을 프랙탈 구조로 만들어 에지가 많이 포함되도록 함으로써 유전체(260)로 인한 방사 손실을 보상할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 리플렉터의 상면의 프랙탈 구조를 나타낸 도면으로, 도 6의 (a)는 리플렉터(240)의 상면에 작은 삼각형들이 반복되어 채워진 예이고, 도 6의 (b)는 리플렉터(240)의 상면에 힐버트 곡선 구조가 채워진 예이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 리플렉터(240)의 상면은 프랙탈 구조로 이루어져 많은 에지가 형성되고 그 에지들로부터 신호 처리 기판(220)의 접지면으로 전계가 형성되어 다중 공진을 구현하여 방사 효율을 높일 수 있다.
도 7a는 종래의 차량용 안테나의 전자기장을 나타낸 도면이고, 도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 안테나의 전자기장을 나타낸 도면이다. 도 7a에 도시된 종래의 차량용 안테나의 리플렉터(140)의 상면은 평평한 구조, 즉 비프랙탈 구조이다. 도 7b에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 차량용 안테나의 리플렉터(240)의 상면은 프랙탈 구조이다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 프랙탈 구조인 본 발명의 실시예에 따른 차량용 안테나가 종래의 비프랙탈 구조의 차량용 안테나에 비해 리플렉터(240)에서 형성되는 근거리장(near field)(도 7의 노란색)의 성능이 향상되고 이에 따라 원거리장(far field)(도 7의 붉은색)의 성능도 함께 향상되어 방사 효율이 높아짐을 알 수 있다. 이는 프랙탈 구조의 리플렉터(240)의 상면에 에지가 많이 형성되어 있기 때문이다.
도 8의 (a)는 종래의 차량용 안테나의 전압 정재파비(VSWR:Voltage Standing Wave Ratio)를 나타낸 도면이고 도 8의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 안테나의 전압 정재파비(VSWR)를 나타낸 도면이다. 도 9의 (a)는 종래의 차량용 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이고 도 9의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 안테나의 방사 패턴을 나타낸 도면이다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 차량용 안테나는, 안테나 패치(233)와 리플렉터(240) 사이에 유전체(260)를 삽입하여 물리적 이격 거리를 줄였음에도 종래의 차량용 안테나와 동일한 방사 이득(5.8dBi)을 갖고, 유사한 방사 효율(radiation efficiency) 및 방사 패턴을 갖는다. 종래의 차량용 안테나의 방사 효율은 84%이고 본 발명의 실시예에 따른 차량용 안테나의 방사 효율은 88%이다. 시뮬레이션 오차 범위의 차이로서 동등 수준임을 알 수 있다.
도 10은 종래의 차량용 안테나와 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 안테나의 높이를 비교한 도면이다. 도 10의 (a)는 종래의 차량용 안테나이고 도 10의 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 차량용 안테나이다. 종래의 차량용 안테나에서 안테나 패치(133)와 리플렉터(140) 사이의 이격 거리는 3mm ~ 10mm이다. 그러나 본 발명의 실시예에 따른 차량용 안테나에서 안테나 패치(233)와 리플렉터(240) 사이에 유전율 12의 유전체(260)를 삽입하여 안테나 패치(233)와 리플렉터(240) 사이의 이격 거리를 1.2mm로 구현할 수 있다. 따라서 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 안테나는 종래의 차량용 안테나에 비해 그 높이가 약 1.8mm 내지 8.8mm 줄어들어 소형화를 달성할 수 있다.
이상의 실시예에서 유전체(260)는 리플렉터(240)와 맞닿아 설치되지만 안테나 패치(233)와는 일정한 거리만큼 이격되어 에어 갭(air gap)을 유지한다. 따라서 리플렉터(240)를 하우징(250)에 고정하거나 별도의 지지 구조물에 고정해야 한다. 다른 실시예로서 안테나 패치(233)와 유전체(260) 사이에 스폰지(sponge)와 같은 유전율이 1에 가까운 스페이서를 삽입하여 안테나 모듈(230)과 리플렉터(240)를 일체로 생산할 수 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 안테나의 주요 구성요소들의 사시도이고, 도 12는 도 11의 주요 구성요소들의 적층 단면도이다. 도 11 및 도 12를 참조하면, 신호 처리 기판(220)의 접지면 위에 안테나 모듈(230)의 유전체(232) 및 안테나 패치(233)가 순서대로 적층되고, 안테나 모듈(230)의 안테나 패치(233) 위에 스폰지와 같은 유전율이 1에 가까운 스페이서(1110)가 적층된다. 그리고 스페이서(1110) 위에 유전체(260) 및 리플렉터(240)가 순서대로 적층된다. 스페이서(1110)는 공기의 유전율에 가깝기 때문에 안테나 패치(233)와 유전체(260) 사이에 삽입되더라도 전파의 방사에는 영향을 주지 않는다. 신호 처리 기판(220)의 접지면부터 리플렉터(240)까지 에어 갭(air gap)이 없이 적층됨으로써 리플렉터(240)를 별도의 지지 구조물로 지지할 필요가 없어져, 리플렉터(240)를 포함하여 안테나 모듈(230)을 일체로 생산할 수 있고, 차량용 안테나의 조립시에 리플렉터(240)가 일체로 형성된 안테나 모듈(230)을 신호 처리 기판(220)에 장착만 하면 되므로 제조 공정을 단순화하고 불량률을 낮출 수 있다. 또한 스페이서(1110)는 스폰지와 같은 재질로서 차량의 이동시 발생하는 충격을 흡수할 수 있어 차량용 안테나의 안정적인 동작을 가능하게 한다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
210 : 베이스
220 : 신호 처리 기판
230 : 안테나 모듈
232 : 유전체
233 : 안테나 패치
240 : 리플렉터
250 : 하우징
1110 : 스페이서

Claims (9)

  1. 차량용 안테나에 있어서,
    안테나 패치를 포함하는 안테나 모듈;
    상기 안테나 패치와 일정한 거리만큼 이격 설치되어 상기 안테나 패치에서 방사되는 전자파를 틸팅하여 상기 안테나 모듈의 중심을 기준으로 60도에서 피크 이득이 나타나도록 하는 리플렉터;
    상기 안테나 패치와의 사이에 에어 갭이 형성되도록 상기 안테나 패치와 상기 리플렉터 사이에 삽입되어 설치되고, 유전율에 의해 상기 안테나 패치에서 상기 리플렉터로 방사되는 전파의 파장을 짧아지게 하는 제1유전체; 및
    내부 수용 공간에 상기 안테나 모듈, 상기 리플렉터 및 상기 제1유전체를 수용하는 하우징을 포함하고,
    상기 리플렉터의 상면은,
    삼각형이 반복되는 프랙탈(fractal) 구조로 이루어진 차량용 안테나.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1유전체는,
    상기 리플렉터와 맞닿아 설치되고 상기 안테나 패치와는 소정의 거리만큼 이격되어 있는 차량용 안테나.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 안테나 패치와 상기 제1유전체 사이의 이격 공간에 상기 안테나 패치 및 상기 제1유전체와 맞닿아 설치되는 스페이서를 더 포함하는 차량용 안테나.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스페이서는 스폰지인 차량용 안테나.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1유전체의 유전율은 3 내지 50인 차량용 안테나.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은,
    접지면;
    상기 접지면 위에 적층되는 제2유전체; 및
    상기 제2유전체 위에 적층되는 상기 안테나 패치를 포함하는 차량용 안테나.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1유전체 및 상기 리플렉터의 크기는,
    상기 안테나 패치와 동일하거나 큰 차량용 안테나.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1유전체의 두께는 상기 리플렉터의 두께보다 큰 차량용 안테나.
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