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G마켓 – 자동차안테나
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자동차 안테나, 얼마나 중요할까요? : 네이버 블로그
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자동차 위에는 왜 지느러미가 달려 있을까?
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샤크핀 안테나 Shark-fin antenna
무선으로 정보를 전달하는 방법
상황에 맞는 전자기파의 대역폭 그리고 안테나
안테나의 미래
자동차안테나 : 롯데ON
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‘차량용안테나’ 최저가 검색, 최저가 3,900원 : 쿠차 | 시간을 줄여주는 쇼핑검색
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안테나 Midland | 차 | Techinn
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자동차 안테나, 얼마나 중요할까요?
자동차 안테나의 역할, 아직도 라디오 전파 수신 정도라고 가볍게 여기시나요?
내비게이션과 DMB, 그리고 무선통신과 블루투스를 거쳐 미래형 자동차인 커넥티드카에 이르기까지… 자동차의 발전과 함께하는 부품 중 생각보다 중요한 역할을 맡고 있는 ‘자동차 안테나’에 대해 자세히 알아보겠습니다.
자동차와 안테나의 만남
자동차는 지난 수십 년 동안 발전을 거듭해왔지만, 드라이빙과 함께 음악을 듣고자 하는 낭만은 예나 지금이나 똑같은가 봅니다. 자동차에서 처음 무언가를 들을 수 있게 된 것은 1930년, 자동차용 라디오가 출시되면서부터인데요. 당시 자동차 라디오는 부피가 10L나 되어 운전석 근처에 둘 수도 없었고, 가격도 무려 자동차의 1/4 정도나 되었음에도 이목을 끌기에 충분했죠. 그 후로 자동차의 라디오 시스템은 급격히 발전해 약 20년 만에 AM/FM 라디오를 동시에 지원하고, 송출국 자동 스캔 기능까지 도입되었습니다.
이때의 ‘자동차 안테나’는 라디오 전파를 수신할 수 있도록 길게 뽑아 사용하는 ‘막대형 안테나’였는데요. 운전자가 라디오를 들을 때마다 직접 뽑아야 하기 때문에 운전석 근처에 있었답니다. 그 후 라디오를 켜면 자동으로 안테나가 올라가는 ‘전동 안테나’가 도입되었는데요. 로봇처럼 스르륵 길어지는 안테나가 신기해 계속 라디오를 껐다 켰다 해본 추억이 한 번쯤은 있으실 겁니다.^^
자동차 안테나, 짧고 굵어지다!
막대형 안테나는 자동차가 빠르게 달리면 공기 저항으로 인해 소음이 심해지고, 부러지는 사고도 종종 생기곤 했는데요. 그 대안으로 앞·뒷유리에 안테나를 삽입하는 ‘글래스 안테나’가 사용되었습니다. 글래스 안테나는 외관이 깔끔해지고 소음이 사라지긴 했지만 수신감도가 떨어져 증폭기를 달아야 하는 번거로움도 생겼죠.
그 후 등장한 것이 ‘휩 안테나’와 ‘샤크 안테나’! 짧고 귀여워서 각종 안테나볼을 꽂아 사용하거나, 차체와 하나인 것같이 어우러지는 디자인으로 뉴스의 자동차 섹션을 뜨겁게 달구었죠. 게다가 DMB와 내비게이션이 선풍적인 인기를 끌며 라디오 전파는 물론, GPS까지 잡아내는 이 안테나들이 2000년대를 풍미하게 됩니다.
최근의 자동차 안테나는 ‘리시버’ 역할을 하고 있는데요. 쉽게 말해 리모트 키로 자동차 문을 열고, 타이어 공기압이 부족할 때 계기판에 경고등을 띄우는 시스템 역시 자동차 안테나의 역할로 볼 수 있습니다.
자동차 안테나의 내일
현재 자동차에는 스마트 기술이 빠르게 자리를 잡고 있는데요. 다양한 첨단 기술이 등장하며 미래형 자동차인 ‘커넥티드카’의 실현도 눈앞에 다가왔습니다. 안테나는 커넥티드카의 빼놓을 수 없는 부품으로 차 내부에서는 레이더나 카메라 등의 장치와 센서가 안테나를 통해 통신하고, 원격 제어, 지능형 교통시스템을 활용해 자율 주행•주차를 가능하게 합니다.
최근에는 자동차에서 3G나 LTE 등 무선 인터넷을 수신해 사용할 수 있는 기술이 등장했습니다. 이로써 정보를 뜻하는 인포메이션(Information)과 오락거리를 뜻하는 엔터테인먼트(Entertainment)의 합성어, ‘인포테인먼트’도 활발하게 이용될 것으로 보입니다. 운행과 관련된 정보를 확인하며 기타 정보를 검색하고, 음성을 통해 영화 티켓을 사고 식당 예약을 할 수 있는 것이죠. 이 모든 것이 안테나에서 시작된다고 하니, 앞으로 ‘자동차 안테나’의 중요성은 점점 커지겠죠?
구식 부품으로만 생각했던 ‘자동차 안테나’의 숨겨진 역할들! 알고 보니 정말 중요하죠? 안테나가 다양한 것들을 수신하며 더 발전하고 편리해질 우리의 자동차, 앞으로 더욱 기대가 됩니다. ^^
자동차 위에는 왜 지느러미가 달려 있을까?
by 엔너드 EngNerd
#자동차 #지느러미 #샤크핀안테나 #안테나 #통합안테나 #전파 #전자기파 #무선통신 #공학 #과학 #기술 #과학기술 #엔너드
도로 위의 승용차를 유심히 살펴보면 루프(지붕)에 상어 지느러미처럼 생긴 물건이 뒷쪽 가운데에 달려있는 것을 자주 보셨을 겁니다. 이 지느러미는 국산차와 해외차 또는 세단과 SUV 등 업체 및 차종에 상관없이 달려 있는데요. 지느러미 때문에 차의 매끈한 외관을 방해하고, 주행할 때 지붕 위로 흐르는 공기에 방해를 줄 것처럼 생겼죠. 왜 자동차는 지느러미를 지붕에 달아서 보는 사람을 불편하게 만들까요? 대체 지느러미는 무슨 역할을 하는 걸까요?
현대 아반떼 2020 (준중형; 왼쪽) 및 벤츠 S클래스 2020 (대형; 오른쪽) [출처: 네이버]
현대 GV70 2021 (중형; 왼쪽) 및 BMW X7 2021 (대형; 오른쪽) [출처: 네이버]
샤크핀 안테나, Shark-fin antenna
지느러미의 정식 명칭은 샤크핀 안테나(shark-fin antenna)입니다. 앗, 혹시 차 뒤에 길쭉하게 뻗어서 나오던 그 안테나? 네, 맞습니다. 옛날 사람이라면 아실겁니다. 차에서 라디오나 DMB(Digital Multimedia Broadcasting; 디지털 멀티미디어 방송)를 틀면 트렁크 옆에서 천천히 위로 나오던 은색 더듬이를 말이죠. 생각해보면 어느 순간 그 더듬이 안테나가 사라졌습니다. 아직 차에서는 라디오 기능이 있는데도요. 그 이유는 바로 그 더듬이 안테나가 우리가 지느러미인 줄 알았던 샤크핀 안테나로 진화한 것입니다.’
옛날 사람이라면 아는 바로 ‘그 안테나’ [출처: Unsplash]
사실 지느러미는 덮개일 뿐입니다. 그 덮개를 열어보면 컴퓨터 부품같은 전자 부품들, 즉 안테나가 있습니다. 그럼 안테나가 더듬이에서 상어 지느러미 형상으로 바뀔 수 있었던 이유를 알아보도록 하겠습니다.
위너콤(주) 사의 샤크핀 안테나 [출처: 산업통상자원부]
무선으로 정보를 전달하는 방법
자, 우리가 차를 타는 상황을 생각해봅시다. 먼저 차 근처로 다가가서 스마트키로 문을 엽니다. 혹은 문손잡이에 있는 센서를 누르거나 터치해서 문을 열죠. 차의 시동을 키면 차의 네비게이션이 작동되고 라디오의 소리가 흘러 나옵니다. 주행 중 고속도로에 진입하면 하이패스로 통행료가 결제됩니다. 차선을 변경하던 중 사각지대에 있던 차량이 있어 경고등이 울립니다. 혹시나 타이어 공기압은 적정한지 버튼을 눌러 체크해봅니다.
혹시 눈치 채셨나요? 위에서 말한 모든 기능들이 전부 안테나(antenna)를 이용한 것입니다 [Rabinovich et al. (2010)].
안테나를 통해 제공하는 차량 서비스
– AM/FM 방송
– 위성 디지털 오디오 라디오 서비스(satellite digital audio radio service; SDARS) 신호
– GPS (global positioning system) 데이터
– 휴대폰 통신, 디지털 오디오 방송 (digital audio broadcasting; DAB)
– RKE (remote keyless entry) 및 RSE (remote start engine) 시스템
– 텔레비전 수신, 전자 통행료 징수(electronic toll collection; ETC)
– 타이어 공기압 센서
– 자동차 레이더
안테나는 전자기파(electromagnetic waves)를 공간으로 전달하거나 받기 위한 변환 장치입니다. 전자기파는 전기가 흐를 때 그 주위에 전기장과 자기장이 동시에 발생하는데, 이들이 주기적으로 바뀌면서 생기는 파동입니다. 빛이 대표적인 전자기파이죠. 전자기파는 말그대로 빛의 속도로 진공상태에서도 이동할 수 있다는 특징이 있습니다.
따라서 안테나는 교류 전압을 전자기파로 바꿔 대기 중으로 송신하거나 혹은 수신한 전자기파를 전류로 바꿈으로써 무선 통신을 가능하게 해줍니다.
1/2 파장 양극성 안테나의 라디오파 송신 전기장(왼쪽) 및 수신 전기장(오른쪽) [출처: 위키피디아]
전자기파의 모형(출처: 채종철/이지원/한국천문학회) [출처: 네이버 지식백과]
전자기파를 송신하기 전에는 0과 1로 이루어진 정보를 주파수(frequency), 진폭(amplitude), 위상(phase) 등을 이용하여 교류 전압으로 나타내는 변조(modulation)가 필요합니다. 그리고 수신할 때는 정반대 과정인 복조(demodulation)가 필요하죠. 예를 들어 진폭을 일정하게 한 뒤 주파수를 변조한다면 주파수 변조(Frequency Modulation), 즉 FM이고, 주파수를 일정하게 한 뒤 진폭를 변조한다면 진폭 변조(Amplitude Modulation), 즉 AM입니다. 흔히 라디오 방송에서 쓰는 그 FM, AM 단어가 맞습니다.
정리하자면 정보가 전자기파로 변환되기까지 다음의 과정을 거치게 됩니다.
아날로그(analog) 정보 → 디지털(digital) 정보 →(변조)→ 교류 전압 → 전자기파
오디오 신호의 AM, FM 신호 [출처: 위키피디아]
전자기파는 다양한 주파수를 가질 수 있는데, 무선 통신용으로는 주로 3 THz(테라헤르츠) 이하의 무선주파수(Radio Frequency; RF)를 가진 전파(Radio Waves)가 사용됩니다. 전파는 주파수에 따라 정보량 및 성질이 달라지기 때문에 각 주파수 별로 통신 용도가 다를 뿐더러 각 국가별로 이를 관리감독하고 있습니다. 또한 각 주파수 별로 적합한 안테나의 형상도 다르죠.
전파의 종류와 대역(band) [D’Abreu (2016)]
– AM/FM : 0.530-108 MHz
– 셀룰러(Cellular) : 850-1900 MHz
– LTE : 850-2100 MHz
– GPS/GLONASS : 1600 MHz
– XM 라디오 : 2300 MHz
– WiFi : 2.4 GHz, 5.8 GHz
– DSRC : 5.9 GHz
– Bluetooth
대한민국에서 주파수에 따른 전파 이용 현황 [출처: 전파누리]
다음 그림은 자동차 산업에서 주로 사용되는 전파의 주파수 대역(Frequency Band)을 보여줍니다.
자동차 산업에서 주로 사용되는 전자기파의 주파수 스펙트럼 [Rabinovich et al. 2010] 및 차량에서 제공하는 무선 통신 서비스와 해당 주파수 [출처: Ficosa]
상황에 맞는 전자기파의 대역폭 그리고 안테나
차량에 내장된 다양한 안테나들 [출처: Humax]
차에는 20개 이상의 안테나가 내장되어 있습니다. 즉, 여러 주파수 대역에서 여러 무선 통신을 하는 안테나들이 사용되고 있는 것이죠. 그렇다면 차량에 필요한 안테나는 어떤 것이며 어디에 설치하는 것이 좋을까요?
차량 안테나의 최적 위치
차량의 안테나가 송수신을 잘하려면 자동차 주변의 모든 방향에서 전송가능해야 하겠죠. 그러기 위해서는 일반적으로 안테나가 바닥에서 가능하면 높을수록 좋습니다. 안테나 주변에 장애물이 없으면 좋구요. 또한, 안테나를 통해 송수신하는 라디오 또는 네비게이션 등의 장비가 있을텐데, 안테나는 이들과의 거리가 너무 멀지 않아야 합니다.
엔진은 수신을 방해할 수 있는 스퓨리어스 노이즈(spurious noise)를 생성하기 하므로 안테나는 엔진에서 최대한 멀리 떨어져 있어야 좋습니다.
이러한 조건을 모두 고려했을 때 차량에 안테나를 설치하기 좋은 위치는 지붕(roof), 뒷유리(rear-window), 펜더(fender) 및 범퍼(bumper), 트렁크 커버(trunk cover), 사이드 미러(side mirror) 등이 있습니다. 이 중에서 지붕과 뒷유리는 지상에서 높고 주변에 장애물이 없기 때문에 모든 방향으로 송수신하기 좋죠. 따라서 대부분의 차량이 지붕 또는 뒷유리에 안테나를 설치합니다.
일반적인 승용차에서 안테나를 설치하기 적합한 위치 [출처: Antennas for Automobiles]
차량 안테나의 종류 및 형상
차량 안테나는 전파의 주파수 대역 및 제공하는 서비스에 따라 여러 종류가 있습니다.
만들기 쉽고 저렴해서 광범위하게 쓰이는 모노폴(monopole) 안테나, 평평한 금속판으로 되어 있어 1 GHz 이상의 고주파 통신(1.5GHz의 GPS 수신, 2.3GHz의 SDARS 위성 방송 라디오 수신, 또는 5-6 GHz의 WLAN 및 Car2Car 통신)에 주로 사용되는 패치(patch) 안테나, TV 방송을 전송하는 VHF 대역(76-109MHz) 및 UHF 대역(400-800MHz) 전파에 유리한 유리 슬롯 안테나(on-glass slot antenna), 금속 호일로 된 접착 포일(glued foil) 안테나 등이 있습니다.
뒷유리에 설치된 모노폴 안테나(왼쪽) 및 유리 슬롯 안테나(오른쪽) [Rabinovich (2010)]
패치 안테나(왼쪽) [출처: Saturn PCB Design] 및 둘둘 말린 포일 안테나(오른쪽) [출처: Antennas for Automobiles]
사이드 미러에 설치된 AM/FM 통합 안테나(왼쪽) 및 LTE 및 Wi-Fi 안테나(오른쪽) [출처: Ficosa]
통합 안테나
이렇게 다양한 안테나가 있는데, 이들이 자동차 곳곳에 뿔뿔이 흩어져 있는 것보다는 한 곳에 모여 있는 것이 설계상 좋습니다. 특히, 통신하기 최적의 위치인 지붕 또는 뒷유리에 있으면 좋겠죠. 하지만 2개 이상의 안테나가 있으면 서로 방해하거나 간섭하지 않도록 잘 설치해야 합니다. 또한 안테나가 지붕 위로 튀어나온다면 차량의 공력성능에 방해되지 않도록 공기역학적인 디자인이면 좋을 것 입니다. 이를 고려하여 상어 지느러미 형태의 플라스틱 케이스 안에 다양한 대역의 주파수를 통신할 수 있는 2개 이상의 안테나로 이루어진 통합 안테나가 바로 샤크핀 안테나입니다.
Laird 사의 샤크핀 안테나(예시; 왼쪽) 및 Fuba 사의 샤크핀 안테나(예시; 오른쪽) [출처: Laird, Fuba]
2018년 성균관대 김병성 교수 연구진이 제안한 샤크핀 안테나. (a)는 PIFAs, (b)는 모노폴 안테나, (c)는 커버 내 안테나 위치, (d)는 제작된 안테나를 보여준다
안테나의 미래
이처럼 샤크핀 안테나는 자동차의 무선 통신에 중요한 역할을 합니다. 게다가 앞으로 자율주행차가 개발된다면 더 많은 무선 통신을 필요로 하므로 안테나는 더욱 중요해질 것입니다.
그런데 안테나가 겉으로 보이지 않게 뒷유리 혹은 차량 내부에 만들 수 없을까요? 이는 현재 공학자들이 연구 및 개발하고 있으며 머지 않은 미래에 샤크핀 안테나를 대체할 수 있는 유리에 내장된 안테나가 개발될 것으로 기대하고 있습니다.
참고로 샤크핀 안테나는 국내 중소 기업인 위너콤이 세계 최초로 개발하여 국내 및 해외에 납품하고 있는데요. 처음 알게 된 중소 기업이 이렇게 뛰어난 기술력을 가졌다니, 새삼 국내 제조업 기술에 놀랐습니다. 앞으로도 국내 제조업 기업들이 더욱 성장하여 국제적으로 기술력을 인정받을 수 있기를 응원합니다. – EngNerd
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참고자료
– Rabinovich, V., Alexandrov, N., & Alkhateeb, B. (2017). Automotive antenna design and applications. CRC press.
– Kwon, O. Y., Song, R., & Kim, B. S. (2018). A fully integrated shark-fin antenna for MIMO-LTE, GPS, WLAN, and WAVE applications. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 17(4), 600-603.
– D’Abreu, G. Automotive antenna evaluation. In AMTA 2016 Proceedings (pp. 1-6). IEEE.
– Antennas for Automobiles: https://www.intechopen.com/books/new-advances-in-vehicular-technology-and-automotive-engineering/antennas-for-automobiles
그림 출처:
– 산업통상자원부: https://tongsangnews.kr/webzine/2103/sub3_2.html
– https://blog.naver.com/applepop/220945282313
– http://www.rfdh.com/invite/ni/02/02.htm
– Humax: https://biz.humaxdigital.com/in-vehicle-antenna/
– Ficosa: https://www.ficosa.com/products/advanced-communication-systems/integrated-antennas/
– Laird: https://www.microcontrollertips.com/image-gallery-cool-autonomous-vehicle-tech-tu-automotive-detroit/5/
– Fuba: https://www.fuba-automotive.com/
– Saturn PCB Design: https://saturnpcb.com/pa915/
– 전파누리: https://spectrummap.kr/
안테나 Midland
자동차 안테나는 어떻게 작동합니까?
운전할 때마다 항상 FM 라디오/음악을 듣고 드라이브를 즐기는 것을 좋아합니다. 따라서 자동차 안테나가 제대로 작동하는 것이 중요합니다. 자동차 안테나는 전파 및 무선 신호의 중단 없는 전송을 제공하는 중요한 자동차 액세서리 중 하나로 알려져 있습니다.일반 라디오를 좋아하든 위성 라디오를 듣는 것을 선호하든 자동차의 안테나를 사용하면 라디오 방송국을 들을 수 있습니다. 우수한 품질의 차량용 안테나는 전파를 지속적으로 전송하여 운전 중 휴식 없이 음악을 즐길 수 있도록 합니다. 자동차 안테나는 일반 안테나와 동일하게 작동합니다. 그러나 자동차 안테나가 어떻게 작동하는지 궁금해 한 적이 있습니까? 이 가이드에서는 자동차 안테나의 기능에 대해 설명합니다. 아래를 살펴보세요.안테나는 간단한 메커니즘으로 작동합니다. 전파는 송신기와 송신 안테나에서 발생하는 일종의 자기 에너지입니다. 안테나는 전파의 자기 에너지를 포착하여 자동차 라디오 수신기로 보냅니다. 결과적으로 듣고 싶은 전파를 분리하고 증폭합니다.가능한 한 많은 신호로 자동차 라디오에 전기 충격을 전달하는 것이 중요합니다. PNI 의 유명한 제조업체입니다.
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