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KR102471203B1 - 안테나 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

안테나 장치 및 이를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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KR102471203B1
KR102471203B1 KR1020160101852A KR20160101852A KR102471203B1 KR 102471203 B1 KR102471203 B1 KR 102471203B1 KR 1020160101852 A KR1020160101852 A KR 1020160101852A KR 20160101852 A KR20160101852 A KR 20160101852A KR 102471203 B1 KR102471203 B1 KR 102471203B1
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South Korea
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radiator
antenna device
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multilayer circuit
patch
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박정민
김병철
김현진
백광현
이영주
허진수
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삼성전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 무선 통신 시스템에서 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 안테나 장치에 관한 것이다. 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나 장치는 다층 회로 기판의 측면 중 적어도 일부에 급전 신호를 제공받아 무선 신호를 송수신하도록 구성한 제 1 방사체; 및 상기 다층 회로 기판의 적어도 일 면에 실장되며, 상기 제 1 방사체와 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 방사체와 함께 무선 신호를 송수신하도록 구성된 제 2 방사체를 포함할 수 있다.

Description

안테나 장치 및 이를 포함하는 전자 장치{ANTENNA DEVICE AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 안테나 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 mmWave 무선 통신 시스템에서 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 혼합 편파 안테나 장치에 관한 것이다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및 SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
30~300GHz 범위의 초고주파 대역에서 사용되는 안테나 장치의 공진주파수 파장(λ)은 1~10mm에 불과하므로 안테나 장치가 구비하는 방사체의 길이가 비교적 짧더라도 무선 통신 시스템을 지원할 수 있다. 예를 들어, 무선 통신 시스템을 지원하는 안테나 장치는 상기 공진 주파수 파장(λ)의 약 1/4 정도인 0.25~2.5mm 길이의 방사체를 구비함으로써 초고주파 대역에서의 무선 통신 서비스를 제공할 수 있게 된다.
한편, 주파수 대역이 높아질수록 전파의 직진성이 강해지고 회절성이 낮아지는 특성이 있으므로, 초고주파 대역에서 사용되는 안테나 장치는 장애물(예: 건물이나 지형지물) 등에 의한 손실이 커질 수 있다. 따라서, 초고주파 대역에서 사용되는 안테나 장치는 360°커버리지가 필요하며, 이를 위해 전자 장치는 상기 전자 장치 내 다층 회로 기판의 측면 부분에 안테나 장치를 적어도 일부 실장하는 방법을 통해 360°커버리지를 지원할 수 있다.
그러나, 다층 회로 기판의 측면 부분에 실장되는 안테나 장치에 있어서, 전파의 수평 편파 성분을 확보하는 것은 비교적 용이하지만, 수직 편파 성분을 확보하는 것에는 어려움이 있다. 예컨대, 다층 회로 기판의 두께가 대략 1mm 내외인 실정에서, 방사체 길이를 수직 방향으로 1mm 이상으로 연장하는 것에 한계가 있기 때문이다.
따라서, 본 발명의 다양한 실시예들은, mmWave 대역에서 다층 회로 기판의 두께를 유지하면서 안테나 장치의 수직 편파 성분을 용이하게 확보할 수 있는 혼합 편파 안테나 장치를 제공하고자 한다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나 장치는 다층 회로 기판의 측면 중 적어도 일부에 급전 신호를 제공받아 무선 신호를 송수신하도록 구성한 제 1 방사체; 및 상기 다층 회로 기판의 적어도 일 면에 실장되며, 상기 제 1 방사체와 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 방사체와 함께 무선 신호를 송수신하도록 구성된 제 2 방사체를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다층 회로 기판의 여러 측면 중 적어도 일부로부터 급전 신호를 제공받아 무선 신호를 송수신하도록 구성한 제 1 방사체를 포함하는 제 1 안테나 장치; 및 다른 제 1 방사체 및 상기 다른 제 1 방사체와 함께 무선 신호를 송수신하도록 구성된 제 2 방사체를 포함하는 제 2 안테나 장치로, 상기 제 2 방사체는 상기 다층 회로 기판의 적어도 일 면에 실장되며, 상기 다른 제 1 방사체와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 제 2 안테나 장치;를 포함하고, 상기 제 1 안테나 장치 및 상기 제 2 안테나 장치들은 상기 다층 회로 기판의 측면 방향을 따라 서로 번갈아 가며 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들은, 다층 회로 기판의 두께를 유지하면서 안테나 장치의 편파 성분을 용이하게 확보할 수 있는 편파 안테나 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 방사체를 구현하는 예를 나타내는 도면이다.
도 2a 내지 도 2b는 다양한 실시예들에 따른 안테나 장치를 개략적으로 나타내는 측면도 및 정면도이다.
도 3은 다양한 실시예에 따른 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 어레이(Array) 안테나 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4a는 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 전자 장치를 나타내는 도면이다.
도 4b는 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 실장하는 전자 장치의 내부 구성도를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 8은 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 나타내는 도면들이다.
도 9 내지 도 10은 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 나타내는 도면이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 실시예 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 및/또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B" 또는 "A 및/또는 B 중 적어도 하나" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제 1," "제 2," "첫째," 또는 "둘째,"등의 표현들은 해당 구성요소들을, 순서 또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 어떤(예: 제 1) 구성요소가 다른(예: 제 2) 구성요소에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소(예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다.
본 문서에서, "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, 하드웨어적 또는 소프트웨어적으로 "~에 적합한," "~하는 능력을 가지는," "~하도록 변경된," "~하도록 만들어진," "~를 할 수 있는," 또는 "~하도록 설계된"과 상호 호환적으로(interchangeably) 사용될 수 있다. 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성된(또는 설정된) 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서(예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서(예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는, 예를 들면, 스마트폰, 태블릿 PC, 이동 전화기, 영상 전화기, 전자책 리더기, 데스크탑 PC, 랩탑 PC, 넷북 컴퓨터, 워크스테이션, 서버, PDA, PMP(portable multimedia player), MP3 플레이어, 의료기기, 카메라, 또는 웨어러블 장치 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 웨어러블 장치는 액세서리형(예: 시계, 반지, 팔찌, 발찌, 목걸이, 안경, 콘택트 렌즈, 또는 머리 착용형 장치(head-mounted-device(HMD)), 직물 또는 의류 일체형(예: 전자 의복), 신체 부착형(예: 스킨 패드 또는 문신), 또는 생체 이식형 회로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예들에서, 전자 장치는, 예를 들면, 텔레비전, DVD(digital video disk) 플레이어, 오디오, 냉장고, 에어컨, 청소기, 오븐, 전자레인지, 세탁기, 공기 청정기, 셋톱 박스, 홈 오토매이션 컨트롤 패널, 보안 컨트롤 패널, 미디어 박스(예: 삼성 HomeSyncTM, 애플TVTM, 또는 구글 TVTM), 게임 콘솔(예: XboxTM, PlayStationTM), 전자 사전, 전자 키, 캠코더, 또는 전자 액자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 전자 장치는, 각종 의료기기(예: 각종 휴대용 의료측정기기(혈당 측정기, 심박 측정기, 혈압 측정기, 또는 체온 측정기 등), MRA(magnetic resonance angiography), MRI(magnetic resonance imaging), CT(computed tomography), 촬영기, 또는 초음파기 등), 네비게이션 장치, 위성 항법 시스템(GNSS(global navigation satellite system)), EDR(event data recorder), FDR(flight data recorder), 자동차 인포테인먼트 장치, 선박용 전자 장비(예: 선박용 항법 장치, 자이로 콤파스 등), 항공 전자기기(avionics), 보안 기기, 차량용 헤드 유닛(head unit), 산업용 또는 가정용 로봇, 드론(drone), 금융 기관의 ATM, 상점의 POS(point of sales), 또는 사물 인터넷 장치 (예: 전구, 각종 센서, 스프링클러 장치, 화재 경보기, 온도조절기, 가로등, 토스터, 운동기구, 온수탱크, 히터, 보일러 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에 따르면, 전자 장치는 가구, 건물/구조물 또는 자동차의 일부, 전자 보드(electronic board), 전자 사인 수신 장치(electronic signature receiving device), 프로젝터, 또는 각종 계측 기기(예: 수도, 전기, 가스, 또는 전파 계측 기기 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에서, 전자 장치는 플렉서블하거나, 또는 전술한 다양한 장치들 중 둘 이상의 조합일 수 있다. 본 문서의 실시예에 따른 전자 장치는 전술한 기기들에 한정되지 않는다. 본 문서에서, 사용자라는 용어는 전자 장치를 사용하는 사람 또는 전자 장치를 사용하는 장치(예: 인공지능 전자 장치)를 지칭할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.
또한, 본 발명의 실시예들을 구체적으로 설명함에 있어서, 반송파 결합(carrier aggregation)을 지원하는 Advanced E-UTRA (혹은 LTE-A 라고 칭함) 시스템을 주된 대상으로 할 것이지만, 본 발명의 주요한 요지는 유사한 기술적 배경 및 채널형태를 가지는 여타의 통신 시스템에도 본 발명의 범위를 크게 벗어나지 아니하는 범위에서 약간의 변형으로 적용 가능하며, 이는 본 발명의 기술분야에서 숙련된 기술적 지식을 가진 자의 판단으로 가능할 것이다. 예컨데, 반송파 결합을 지원하는 multicarrier HSPA 에도 본 발명의 주요 요지를 적용 가능하다.
본 명세서에서 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른 방사체를 구현하는 예를 나타내는 도면이다.
다양한 실시예에 따르면, 다층 회로 기판(110)은 적어도 하나 이상의 회로 기판(PCB, Printed Circuit Board)들을 적층함으로써 구성될 수 있다. 다층 회로 기판(110)은 여러 전자 부품들과 회로 배선이 형성되는 제 1 면(F1)과 상기 제 1 면과 반대 방향으로 향하는 제 2 면(F2)을 포함할 수 있다. 다층 회로 기판(110)은 상기 제 1 면 또는 상기 제 2 면 사이의 적어도 일부 공간을 둘러싸는 측면(F3)을 포함할 수 있다. 본 문서의 이하에서 기재되는 '제 1 면', '제 2 면' 또는 '측면'은 상기 다층 회로 기판(110)의 상기 제 1 면(F1), 상기 제 2 면(F2) 및 상기 측면(F3)으로 정의될 수 있다. 본 문서의 이하에서 기재되는 다층 회로 기판(110)의 측면 중 x-y 평면 상으로 연장되는 길이 방향은 '측면 길이 방향'이라 정의하고, 다층 회로 기판(110)의 측면 중 x-y 평면과 수직한 z축 방향으로 연장되는 길이 방향은 '측면 두께 방향'이라 정의한다. 또한, 분 문서의 이하에서 기재되는 '수직' 및 '수평'의 용어들은 상기 다층 회로 기판(110)의 x-y 평면을 기준으로 사용될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 장치는 다층 회로 기판(110)의 측면(F3) 중 적어도 일부를 급전 신호를 제공받아 무선 신호를 송수신하도록 구성한 제 1 방사체(120)를 포함할 수 있다. 이러한 제 1 방사체는 다층 회로 기판(110)의 측면(F3) 중 적어도 일부를 통해 최대 방사가 이루어지도록 할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 방사체(120)는 상기 다층 회로 기판(110)의 측면(F3) 중 적어도 일부를 비아(via)들의 결합 형태로 구성한 메시 그리드(mesh grid) 방사체를 포함할 수 있다. 메시 그리드 방사체는 복수의 패치(121)들과 비아(via, 123)들을 그물망 형태로 배열하여 구성될 수 있다. 복수의 패치(121)들은 다층 회로 기판(110)을 이루는 각 층에 배열되며, 서로 인접하는 층의 패치(121)들은 비아(123)들을 통해 서로 연결되어 제 1 방사체(120)가 측면 방사형 안테나로 동작하게 할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 제 1 방사체(120)의 크기(예를 들어, 수직 또는 수평 길이)는 공진 주파수 및 급전 위치 등에 따라가 결정될 수 있다. 다층 회로 기판(110)의 측면(F3) 길이 방향으로 연장되는 수평 편파 안테나 장치의 구현은 용이하지만, 다층 회로 기판(110)의 측면(F3) 두께 방향으로 연장되는 수직 편파 안테나 장치를 구현하는 것은 한계가 있다.
도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나 장치를 개략적으로 나타내는 측면도 및 정면도이다.
도 2a 내지 도 2b를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 도 1에 도시된 방사체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 안테나 장치는 다층 회로 기판의 측면 중 적어도 일부를 급전 신호를 제공받아 무선 신호를 송수신하도록 구성한 제 1 방사체(240)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 방사체(240)는 상기 다층 회로 기판의 적어도 일 측면 중 적어도 일부를 비아(via)들의 결합 형태로 구성된 메시 그리드(mesh grid) 방사체를 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따른 편파 안테나 장치는 상기 다층 회로 기판의 적어도 일 면에 실장되며, 상기 제 1 방사체(240)와 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 방사체(240)와 함께 무선 신호를 송수신하도록 구성된 제 2 방사체를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 제 2 방사체는 방사 패치(230), 유전체층(220) 및 반사 패치(210) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 제 2 방사체가 상기 구성요소들 중 적어도 하나를 생략하거나 다른 구성요소를 추가적으로 구비할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제 2 방사체는 상기 제 1 방사체와 적어도 일부 접합되며, 상기 접합된 위치로부터 상기 다층 회로 기판의 측면 두께 방향 중 적어도 일 방향으로 연장되는 방사 패치(230)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 방사 패치(230)는 제 1 방사체(240)와 함께 종래의 안테나 장치에서 확보하기 어려웠던 수직 편파 성분을 용이하게 확보할 수 있게 한다.
방사 패치(230)가 연장되는 길이는 공진 주파수 및 급전 위치 등에 따라 결정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제 2 방사체는 상기 방사 패치(230)로부터 전파를 방사하는 반대 방향으로 연장되는 반사 패치(210)를 포함할 수 있다. 반사 패치(210)는 방사 패치(230)로부터 방사된 전파의 수직 편파 성분을 강화함과 아울러, 지향성(directivity)을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 반사 패치(210)는 방사 패치(230)로부터 전파를 방사하고자 하는 방향의 역방향에 위치할 수 있다. 또한, 반사 패치(210)는 방사 패치(230)와 평행하게 연장되되, 그 길이는 방사 패치(230)보다 더 길거나 같게 형성될 수 있다. 이렇게 형성된 반사 패치(210)는 방사 패치(230)로부터 방사된 전파의 일부분이 방사하고자 하는 방향의 역방향으로 방사되는 경우 전파를 반사시켜 방사하고자 하는 방향으로 방사되도록 할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 편파 안테나 장치는 방사 패치(230) 및 반사 패치(210)의 사이의 적어도 일부 공간에 유전체층(220)을 포함할 수 있다. 유전체층(220)은 직류 전류는 흐르지 않고 전기적 절연체와 같은 역할을 할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전체층(220)은 유전율이 큰 폴리스티롤(Poly Sterol), 페라이트(Ferrite) 또는 에폭시(Epoxy) 수지 등의 다양한 유전 물질을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 방사 패치(230)와 반사 패치(210) 사이의 간격은 유전체층에 포함된 물질의 유전율에 따라 결정될 수 있다. 유전체층(220)은 방사 패치(230)와 반사 패치(210)가 전기적으로 연결되는 것을 방지하며, 안테나 공진 및 다양한 주파수 대역에 대한 활용을 가능하게 할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 다층 회로 기판(250)은 적어도 하나 이상의 PCB(Printed Circuit Board)를 적층하여 구성할 수 있다. 다층 회로 기판(250)은 여러 전자 부품들과 회로 배선이 형성되는 제 1 면(예: 제 1 면(F1))과 상기 제 1 면과 반대 방향으로 향하는 제 2 면(예: 제 2 면(F2))을 포함할 수 있다. 다층 회로 기판(110)은 상기 제 1 면 또는 상기 제 2 면 사이의 적어도 일부 공간을 둘러싸는 측면(예: 측면(F3))을 포함할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 어레이(Array) 안테나 시스템을 개략적으로 나타내는 도면이다.
MIMO 어레이 안테나 시스템은 복수 개의 안테나 장치를 특수한 구조로 배열하여 다중 입출력 동작을 수행하며, 특정 범위에서 데이터 전송 속도를 향상시키거나 특정 데이터 전송 속도에 대해 시스템 범위를 증가시키기 위하여 이용될 수 있다. 일반적으로, MIMO 안테나를 구현하기 위해서는 동일한 성능을 갖는 복수 개의 안테나 소자를 사용할 수 있다. 다만, 제한된 공간 내에 복수 개의 안테나 장치를 배열할 경우, 안테나 장치들간의 전기적 거리가 극히 제한되며, 안테나 장치간의 전류 및 방사에 의한 간섭이 발생하게 된다.
도 3을 참조하면, 수직 편파 성분을 방사하는 안테나 장치 및 수평 편파 성분을 방사하는 안테나 장치를 번갈아 배치함으로써 동일한 성능을 갖는 안테나 장치간의 상호 간섭을 효과적으로 억제하는 방법을 개시하고 있다. 다양한 실시예에 따른 MIMO 어레이 안테나 시스템은 수평 안테나 장치와 수직 안테나 장치가 번갈아 배치되는 인터리브 어레이(Interleaved Array) 방식으로 배치될 수 있다. 도 3에서는 수직 편파 안테나 장치와 수평 편파 안테나 장치를 1x4 인터리브 어레이 안테나로 배치하고 있지만, 이득 값 및 조사 반경을 고려하여 안테나 장치의 개수를 조절할 수 있으며, 도 3에 도시된 예로 한정되는 것은 아니다.
인터리브 어레이 방식의 MIMO 어레이 안테나 시스템에 있어서, 동일한 성능을 갖는 안테나 장치간의 상호 간섭을 효과적으로 억제하기 위하여 수평 편파 안테나 장치(330)의 방사체와 수직 편파 안테나 장치(320)의 방사체는 직각을 이루도록 하여 다층 회로 기판의 측면 길이 방향을 따라 번갈아 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 수직 편파 안테나 장치(320a)와 다른 수직 편파 안테나 장치(320b) 사이에 수평 편파 안테나 장치(330)를 배치하면 수직 편파 안테나 장치(320) 간의 상호 간섭이 감소될 수 있다. 마찬가지로, 수평 편파 안테나 장치(330a)과 다른 수평 편파 안테나 장치(330b) 사이에 수직 편파 안테나 장치(320)를 배치함으로써 수평 편파 안테나 장치(310) 간의 상호 간섭이 감소될 수 있다.
도 4a는 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 전자 장치를 나타내는 도면이다. 도 4a를 참조하면, 안테나 장치(410)는 전자 장치 내 다층 회로 기판의 측면 중 적어도 일부에 배치되도록 구성할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(410)는 전파가 전자 장치의 측면을 바라보는 방향 중 적어도 일부를 향해 최대 방사가 이루어지도록 방사 패치(411)를 배치할 수 있다.
도 4a에 도시되지는 않았지만, 다양한 실시예에 따르면 안테나 장치(410)는 전자 장치의 하우징 외부에 적어도 일부 노출되도록 구성할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치의 하우징이 금속 소재로 이루어진 경우 전자 장치 내부에서 외부로 방사하는 전파는 전자 장치의 하우징으로 인해 방해를 받을 수 있다. 따라서, 방사 패치(611) 중 적어도 일부를 전자 장치의 하우징 외부로 노출시키고 주위의 금속 소재와 분절함으로써 전자 장치의 하우징으로부터 방해를 받지 않고 효율적으로 전파를 방사할 수 있다. 또한 제거된 금속 하우징 부분은 외형적인 일체감을 줄 수 있도록, 유전체로 채우고 금속 색상으로 후가공 할 수 있다.
도 4b는 안테나 장치를 실장하는 전자 장치의 내부 구성도를 나타내는 도면이다. 도 4b를 참조하면, 안테나 장치(410)는 다층 회로 기판(420) 중 적어도 일부에 실장될 수 있다. 전파를 방사하고자 하는 방향으로 방사 패치(412)를 배치하고 전파를 방사하고자 하는 역방향으로 반사 패치(414)를 배치할 수 있다. 상기 방사 패치(412)와 반사 패치(414)의 사이 적어도 일부 공간에는 유전체층(413)을 포함할 수 있다.
도 5 내지 도 8은 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 나타내는 도면들이다.
도 5을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 제 1 방사체(540), 방사 패치(530), 유전체층(520), 반사 패치(510) 및 유도 패치(570′, 570″)들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 유도 패치(570′, 570″)들은 방사된 전파의 수직 편파 성분을 강화함과 아울러, 지향성(direcivity)을 향상시킬 수 있다. 또한, 유도 체의 수가 증가함에 따라 지향성은 더 향상될 수 있다.
도 5에 도시된 유도 패치(570′, 570″)들은 전파를 방사하고자 하는 방향으로 배열될 수 있다. 유도 패치(570′, 570″)들은 방사 패치(530)와 평행하게 연장되되, 그 길이는 방사 패치(530)보다 더 짧거나 같을 수 있다. 방사 패치(530)보다 유도 패치(570′, 570″)들이 더 짧거나 같은 길이를 가짐으로써 상기 방사체(530)로부터 방사된 전파는 상기 유도 패치(570′, 570″)들에 표면 전류를 유기할 수 있다. 이를 통해 상기 안테나 장치는 수직 편파 성분을 강화함과 아울러, 지향성을 더 높일 수 있다.
다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 유도 패치(570′)와 방사 패치(530) 사이의 적어도 일부 공간에 유전체층(520′)을 포함할 수 있다. 나아가, 유도 패치(570′)와 다른 유도 패치(570′) 사이의 적어도 일부 공간에도 유전체층(520″)을 포함할 수 있다. 상기 유전체층(520′, 520″)들은 방사 패치(530)와 반사 패치(510) 사이의 적어도 일부 공간에 포함된 유전체층(520)과 동일한 기능을 수행할 수 있으며 자세한 설명은 생략한다.
도시되지는 않았지만, 유도 패치(570′)와 방사 패치(530) 사이의 유전체층(520′)은 생략될 수 있다.
도 6을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 제 1 방사체(640), 방사 패치(630) 및 반사 패치(610) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 제 1 방사체(740), 방사 패치(730, 730′)들, 유전체층(720, 720′)들 및 반사 패치(710, 710′)들 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 방사 패치(730, 730′)들은 상기 제 1 방사체와 적어도 일부 접합되며, 상기 접합된 위치로부터 상기 다층 회로 기판의 측면 두께 방향 중 적어도 서로 다른 일 방향으로 연장될 수 있다. 각 방사 패치(730, 730′)들은 제 1 방사체(740)는 함께 무선 신호를 송수신하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 반사 패치(710, 710′)들은 동일면에 배치된 각 방사 패치(730, 730′)로부터 전파를 방사하고자 하는 방향의 역방향에 위치할 수 있다. 반사 패치(710, 710′)들은 각 방사 패치(730, 730′)들로부터 방사된 전파의 일부분이 방사하고자 하는 방향의 역방향으로 방사되는 경우 전파를 반사시켜 방사하고자 하는 방향으로 방사되도록 할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 각 방사 패치(730, 730′)들과 동일면에 배치된 각 반사 패치(710, 710′)들 사이 적어도 일부 공간에는 유전체층(720, 7 20′)들을 포함할 수 있다. 유전체층(720, 720′)들은 방사 패치(730, 730′)들과 반사 패치(710, 710′)들이 전기적으로 연결되는 것을 방지하며, 안테나 공진 및 다양한 주파수 대역에 대한 활용을 가능하게 할 수 있다.
도 8을 참조하면, 다양한 실시예에 따른 안테나 장치는 제 1 방사체(840), 방사 패치(830), 유전체층(820) 및 반사 패치(810) 및 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 8에 도시된 실시예들은 유전체층(820)의 양 끝단(810, 830)을 금속으로 도금 처리한 실시예들을 나타내고 있다. 유전체층(820)의 양 끝단(810, 830)을 도금 처리하는 방법은, 예를 들어, 전기도금, 화학도금, 분무, 진공증착 등의 다양한 방법을 이용할 수 있다.
도 9 내지 도 10은 다양한 실시예에 따른 안테나 장치를 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(920)는 수평 편파 성분 및 수직 편파 성분을 방사할 수 있다. 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(920)는 수직/수평 혼합 편파 안테나 장치로 동작할 수 있다.
도 10를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 장치(1020)는 슬릿(1021)을 포함할 수 있다. 안테나 장치(1020)가 슬릿(1021)을 포함하는 경우 상기 작은 크기의 안테나 장치(1020)를 이용하여 낮은 주파수 대역의 이동 통신 서비스를 제공할 수 있다. 안테나 장치에 슬릿을 포함하여 제공하는 낮은 주파수 대역을 지원하는 기술은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명하므로 자세한 설명은 생략한다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나 장치는 다층 회로 기판의 측면 중 적어도 일부를 급전 신호를 제공받아 무선 신호를 송수신하도록 구성한 제 1 방사체; 및 상기 다층 회로 기판의 적어도 일 면에 실장되며, 상기 제 1 방사체와 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 방사체와 함께 무선 신호를 송수신하도록 구성된 제 2 방사체를 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나 장치의 상기 제 1 방사체는 상기 다층 회로 기판의 적어도 일 측면 중 적어도 일부를 비아(via)들의 결합 형태로 구성된 메시 그리드(mesh grid) 방사체를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 안테나 장치의 상기 제 2 방사체는 상기 제 1 방사체와 적어도 일부 접합되며, 상기 접합된 위치로부터 상기 다층 회로 기판의 측면 두께 방향 중 적어도 일 방향으로 연장되는 방사 패치를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따르면 상기 제 1 방사체의 수직 길이와 상기 방사 패치의 수직 길이에 대한 합은 공진 주파수 파장(λ)의 1/4 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 편파 안테나 장치는 상기 방사 패치로부터 전파를 방사하고자 하는 방향의 역방향에 배치되며, 상기 방사 패치가 연장되는 방향으로 연장되는 반사 패치를 포함으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 편파 안테나 장치의 상기 반사 패치는 상기 방사 패치보다 적어도 길게 연장되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 편파 안테나 장치의 상기 반사 패치는 상기 방사 패치로부터 공진 주파수 파장(λ)의 1/4 거리만큼 이격된 위치에 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 편파 안테나 장치는 상기 방사 패치와 상기 반사 패치 사이의 적어도 일부 공간에 유전체층을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 편파 안테나 장치의 상기 반사 패치와 상기 방사 패치의 이격 거리는 상기 유전체층이 포함하는 물질의 유전율에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 편파 안테나 장치는 상기 방사 패치로부터 전파를 방사하고자 하는 방향으로 배열되며, 상기 방사 패치가 연장되는 방향으로 연장되는 적어도 하나 이상의 유도 패치를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 편파 안테나 장치의 상기 적어도 하나 이상의 유도 패치는 상기 방사 패치보다 적어도 짧게 연장되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 편파 안테나 장치는 상기 제 2 방사체가 실장되는 상기 다층 회로 기판의 상기 적어도 일 면과 반대 방향로 향하는 적어도 다른 일 면에 실장되며, 상기 제 1 방사체와 전기적으로 연결되어, 상기 상기 제 1 방사체 및 상기 제 2 방사체와 함께 무선 신호를 송수신하도록 구성된 제 3 방사체를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 편파 안테나 장치의 상기 제 2 방사체는 유전체층을 포함하고, 상기 유전체층의 양 끝단은 금속으로 도금 처리하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 편파 안테나 장치의 상기 제 1 방사체는 상기 다층 회로 기판의 상면 또는 하면과 수평을 이루는 방향으로 적어도 공진 주파수 파장(λ)의 1/4 이상 연장되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전자 장치는 다층 회로 기판의 적어도 일 측면 중 적어도 일부를 급전 신호를 제공받아 무선 신호를 송수신하도록 구성한 제 1 방사체를 포함하는 제 1 안테나 장치;및 다른 제 1 방사체 및 상기 다른 제 1 방사체와 함께 무선 신호를 송수신하도록 구성된 제 2 방사체를 포함하는 제 2 안테나 장치로, 상기 제 2 방사체는 상기 다층 회로 기판의 적어도 일 면에 실장되며, 상기 다른 제 1 방사체와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 제 2 안테나 장치;를 포함하고, 상기 제 1 안테나 장치 및 상기 제 2 안테나 장치들은 상기 다층 회로 기판의 측면 길이 방향을 따라 서로 번갈아 가며 배치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

Claims (10)

  1. 다층 회로 기판의 측면 중 적어도 일부에 급전 신호를 제공받아 무선 신호를 송수신하도록 구성한 제 1 방사체; 및
    상기 다층 회로 기판의 적어도 일 면에 실장되며, 상기 제 1 방사체와 전기적으로 연결되어, 상기 제 1 방사체와 함께 무선 신호를 송수신하도록 구성된 제 2 방사체를 포함하고,
    상기 제 2 방사체는 상기 제 1 방사체와 적어도 일부 접합되며, 상기 접합된 위치로부터 상기 다층 회로 기판의 측면 두께 방향 중 적어도 일 방향으로 연장되는 방사 패치를 포함하고,
    상기 방사 패치로부터 전파를 방사하고자 하는 방향의 역방향에 배치되며, 상기 방사 패치가 연장되는 방향으로 연장되는 반사 패치를 포함하고,
    상기 방사 패치와 상기 반사 패치 사이의 적어도 일부 공간에 유전체층을 포함하는 안테나 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 방사체는 상기 다층 회로 기판의 적어도 일 측면 중 적어도 일부를 비아(via)들의 결합 형태로 구성된 메시 그리드(mesh grid) 방사체를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사 패치와 상기 방사 패치의 이격 거리는 상기 유전체층이 포함하는 물질의 유전율에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 방사 패치로부터 전파를 방사하고자 하는 방향으로 배열되며, 상기 방사 패치가 연장되는 방향으로 연장되는 적어도 하나 이상의 유도 패치를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 방사체가 실장되는 상기 다층 회로 기판의 상기 적어도 일 면과 반대 방향로 향하는 적어도 다른 일 면에 실장되며, 상기 제 1 방사체와 전기적으로 연결되어, 상기 상기 제 1 방사체 및 상기 제 2 방사체와 함께 무선 신호를 송수신하도록 구성된 제 3 방사체를 더 포함하는 안테나 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 방사체는 유전체층을 포함하고,
    상기 유전체층의 양 끝단은 금속으로 도금 처리하는 것을 특징으로 하는 안테나 장치.
  10. 다층 회로 기판의 적어도 일 측면 중 적어도 일부를 급전 신호를 제공받아 무선 신호를 송수신하도록 구성한 제 1 방사체를 포함하는 제 1 안테나 장치; 및
    다른 제 1 방사체 및 상기 다른 제 1 방사체와 함께 무선 신호를 송수신하도록 구성된 제 2 방사체를 포함하는 제 2 안테나 장치로, 상기 제 2 방사체는 상기 다층 회로 기판의 적어도 일 면에 실장되며, 상기 다른 제 1 방사체와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 제 2 안테나 장치;를 포함하고,
    상기 제 1 안테나 장치 및 상기 제 2 안테나 장치들은 상기 다층 회로 기판의 측면 길이 방향을 따라 서로 번갈아 가며 배치되는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
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