KR101274919B1

KR101274919B1 - 안테나 어레이, 안테나 어레이를 포함하는 장치, 전자 제품및 안테나 어레이의 제조 방법

Info

Publication number: KR101274919B1
Application number: KR1020087027969A
Authority: KR
Inventors: 텔레스포 캄가잉
Original assignee: 인텔 코포레이션
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2007-06-06
Publication date: 2013-06-19
Also published as: WO2007146711A1; CN101438555A; CN101438555B; US20070285336A1; JP2012065371A; KR20090003336A; TW200807807A; TWI377733B; US7760140B2; JP2009540691A

Abstract

일부 실시예에서, 전자기 밴드갭 구조를 사용하는 멀티대역 안테나 어레이가 존재한다. 이와 관련하여, 안테나 어레이는 실질적으로 기판의 표면 상에 위치된 두 개 이상의 평면 안테나와, 실질적으로 안테나를 구비하는 평면 상에서 안테나 사이에 위치된 제 1 세트의 전자기 밴드갭(EBG) 셀과, 기판 내부에서 안테나 아래에 위치된 제 2 세트의 EBG 셀을 포함한다. 그 외의 실시예가 개시 및 청구되었다.

Description

안테나 어레이, 안테나 어레이를 포함하는 장치, 전자 제품 및 안테나 어레이의 제조 방법{MULTIBAND ANTENNA ARRAY USING ELECTROMAGNETIC BANDGAP STRUCTURES}

본 발명의 실시예는 일반적으로 안테나 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전자기 밴드갭 구조를 사용하는 멀티대역 안테나 어레이에 관한 것이다.

노트북 컴퓨터와 같은 오늘날의 무선 통신 디바이스는 외부 신호를 전송 및 수신하기 위해 적어도 두 개의 안테나를 필요로 한다. 필요한 안테나의 개수가 증가함에 따라 안테나들이 서로로부터 단절되는 것이 필요할 것이다. 동시에 무선 디바이스의 크기의 감소가 기대될 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자기 밴드갭 구조를 사용하는 멀티대역 안테나 어레이를 위에서 바라본 그래픽 도면,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자기 밴드갭 구조를 사용하는 멀티대 역 안테나 어레이의 단면의 그래픽 도면,

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자기 밴드갭 구조를 사용하는 멀티대역 안테나 어레이의 단면의 그래픽 도면,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자기 밴드갭 구조를 사용하는 멀티대역 안테나 어레이를 제조하는 예시적인 방법의 순서도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자기 밴드갭 구조를 사용하는 멀티대역 안테나 어레이를 구현하기에 적절한 예시적인 전자 제품(electronic appliance)의 블록도.

본 발명은 예시의 방법으로 설명된 것으로, 첨부된 도면으로 한정되는 것은 아니며, 첨부된 도면에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

아래에서는, 설명을 위해 본 발명의 철저한 이해를 제공하도록 다수의 특정한 세부사항들이 설정되었다. 그러나 당업자에게는 본 발명의 실시예가 이러한 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있음이 명백할 것이다. 다른 예시에서, 본 발명을 불필요하게 흐리지 않도록 구조 및 디바이스가 블록도의 형태로 도시되었다.

본 명세서 전반에서 지칭하는 "일 실시예" 또는 "실시예"는 이것과 관련되어 기술된 특성, 구조 또는 특징이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 등장하는 "일 실시예에서" 또는 "실시예에서"와 같은 표현들이 모두 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정한 특성, 구조 또는 특징은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자기 밴드갭 구조를 사용하는 멀티대역 안테나 어레이를 위에서 바라본 그래픽 도면이다. 도시된 실시예에 따르면, 안테나 어레이 패키지(100)는 하나 이상의 전자기 밴드갭(EBG) 셀(102)과 안테나(104)를 포함한다. 일 실시예에서, 안테나 어레이 패키지(100)는 다른 구성요소들을 따라 인쇄 회로 보드에 솔더링된(soldered) 멀티층 유기 기판을 포함하는 패키지를 나타낸다.

EBG 셀(102)은 안테나 어레이 패키지(100)의 표면 상의 멀티대역 EBG 구조를 나타낸다. EBG 셀(102)은 방사 파가 안테나(104) 사이에서 전파되는 것을 방지하도록 설계된다. 당업자는 EBG 셀(102)이 개별적인 안테나들이 서로 근접하게 위치되는 것을 허용함으로써 작은 스케일의 안테나 어레이를 가능케 할 수 있음을 인지할 것이다. 도시된 바와 같이, EBG 셀(102)은 나선형 패치(spiral patch)를 포함하지만, 그외의 위상들 또는 서로 다른 위상의 조합이 사용될 수 있다. 도시된 바와 같이, EBG 셀(102)의 네 개의 행(row)이 인접하는 안테나(104)를 분리시키지만, 보다 많거나 또는 보다 적은 행들이 사용될 수도 있다. EBG 셀(102)은 나선형 패치의 회전 개수와 트레이스 폭(trace width)을 변화시킴으로써 안테나(104)에 의해 전파될 파에 대해 커스토마이징된(customized) 금지된 밴드갭(forbidden bandgap)을 가질 수도 있다. 일 실시예에서, 각 EBG 셀(102)의 폭은 매우 낮은 주파수(~1㎓)에 대해 약 750㎛이하이다.

안테나(104)는 안테나 어레이 패키지(100)의 표면 상의 평면 안테나를 나타낸다. 안테나(104)는 신호를 방사 파동 전파를 통해 자유 공간으로 전송한다. 정사각형 패턴의 네 개의 안테나를 포함하는 것으로 도시되었지만, 안테나 어레이 패키지(100)는 임의의 패턴을 갖는 임의의 개수의 안테나를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 동축의 또는 동일 평면의 도파관이 신호를 안테나(104)로 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 도금된 스루홀(PTH: plated through hole)이 신호를 안테나(104)로 전송한다. 안테나(104)는 동일한 또는 서로 다른 주파수를 전송할 수 있다. 안테나(104)를 사용할 수 있는 무선 통신의 일부 예는 WiFi, WiMax, Bluetooth 및 셀 방식(cellular) 통신을 포함한다. 일 실시예에서, 안테나 어레이 패키지(100)는 복수 입력 복수 출력(MIMO: multiple inputs multiple outputs)의 일부이며, 이때 안테나들(104)은 동일하고 EBG 셀(102)은 신호를 윗방향으로 방향을 바꾸어 실질적으로 신호들이 옆으로 전파되는 것을 방지한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자기 밴드갭 구조를 사용하는 멀티대역 안테나 어레이의 단면의 그래픽 도면이다. 도시된 바와 같이, 안테나 어레이 패키지(200)는 EBG 셀(202), 안테나(204), EBG 셀(206), 접지 평면(208) 및 유전층(210, 212)을 포함한다.

EBG 셀(202)은 안테나(204)로부터의 방사 파가 인접하는 안테나로 전파되는 것을 방지하며, 그 역도 마찬가지이다.

EBG 셀(206)은 안테나(204)의 주파수 대역 내의 금지된 밴드갭을 갖는다. 당업자는 기판 두께가 종래의 평면 패치 안테나에 의해 요구되는 1/4 파장보다 작을 수 있음을 인식할 것이다. EBG 셀(206)은 크기 및 위상에 있어서 EBG 셀(202)와 동일하거나 또는 서로 다를 수 있다. EBG 셀(206)은 50㎓ 미만의 하나, 둘, 셋 또는 그 이상의 밴드갭을 가질 수 있다. 일 실시예에서, EBG 셀(206)의 인덕턴스는 EBG 셀(206)을 접지 평면(208)과 커플링하는 비아의 높이를 변화시킴으로써 변경 및 개선된다.

전자기 밴드갭 구조를 사용하는 멀티대역 안테나 어레이를 제조하는 프로세스의 일부로서, 예컨대 도 4를 참조로 기술된 바와 같이 유전층(210, 212)이 코어 접지 평면(208) 상에 라미네이트될 수 있다. 일 실시예에서, 접지 평면(208)은 인쇄 회로 보드 상의 접지와 커플링되고 PTH를 통해 EBG 셀(202, 206)과 커플링되는 금속층이다. 일 실시예에서, 유전층(210, 212)은 유기 기판 층이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자기 밴드갭 구조를 사용하는 멀티대역 안테나 어레이의 단면의 그래픽 도면이다. 도시된 바와 같이, 안테나 어레이 패키지(300)는 EBG 셀(302), 안테나(304), EBG 셀(306), 접지 평면(308), 안테나(310) 및 EBG 셀(312, 314)을 포함한다.

안테나 어레이 패키지(300)는 기판의 표면 상의 안테나(304)와 기판 내의 안테나(310)를 포함한다. 안테나와, 그에 관련된 접지된 EBG 셀(312, 314)을 기판 내에 결합시킴으로써, 안테나 어레이 패키지의 풋프린트를 증가시키지 않고도 보다 많은 안테나를 구현하는 것이 가능할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자기 밴드갭 구조를 사용하는 멀티대역 안테나 어레이를 제조하는 예시적인 방법의 순서도이다. 아래의 동작들이 순차 적 프로세스로서 기술될 수 있지만, 다수의 동작들은 실제로 동시에 또는 수반하여 수행될 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다. 또한, 동작들의 순서는 본 발명의 실시예의 사상으로부터 벗어나지 않는 한 재배치 될 수 있고 또는 반복될 수 있다.

그러나 하나의 예시적인 구현에 따르면, 도 4의 방법은 라미네이션 및 비아홀 형성(402)으로 시작한다. 일 실시예에서, 예컨대 접지 평면(208)이 유전층(210, 212)에 의해 라미네이트된 것과 같이, 금속 기판 코어가 라미네이트되며 접지 평면으로서 사용된다. 비아홀은 EBG 셀(206)이 접지 평면(208)에 접지되도록 유전층(210) 내에 형성될 수 있다.

다음으로, EBG 셀이 패터닝되어 형성된다(404). 일 실시예에서, 포토레지스트 패턴 및 전자도금이 EBG 셀(206)의 나선형 패치를 형성하는 데에 사용된다. 다른 실시예에서, EBG 셀(206)은 기판 상에 사전형성되고 배치된다.

다음으로, 추가의 라미네이션 및 비아홀 형성(406)이 수행된다. 비아홀은 유전층(210) 내에서 형성되어 EBG 셀(202)이 접지 평면(208)으로 접지되도록 할 수 있다. 비아홀은 신호를 전송될 안테나(204)로 공급하도록 형성될 수 있다.

마지막으로, 안테나 및 EBG 셀이 패터닝되어 형성된다(408). 일 실시예에서, 포토레지스터 패턴 및 전자도금이 안테나(204) 및 EBG 셀(202)의 나선형 패치를 형성하는 데에 사용된다. 일 실시예에서, 안테나(204) 및 EBG 셀(202)은 기판 상에 사전형성되고 배치된다. 예컨대 볼 그리드 어레이(BGA) 콘택트의 추가와 같은 추가적인 단계가 패키지를 완성하는 데에 필요할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 전자기 밴드갭 구조를 사용하는 멀티대 역 안테나 어레이를 구현하기에 적절한 예시적인 전자 제품(electronic appliance)의 블록도이다. 전자 제품(500)은 노트북 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 휴대폰, 무선 통신 가입자 유닛, 무선 통신 전화 하부조직 소자, PDA, 셋톱 박스, 또는 본 발명의 내용으로부터 이익을 얻을 수 있는 임의의 전기 제품 등의 광범위한 종래의 및 최신의 임의의 전자 제품를 나타내는 것으로 의도된다. 도시된 예시적인 실시예에 따르면, 전자 제품(500)은 하나 이상의 프로세서(들)(502), 메모리 컨트롤러(504), 시스템 메모리(506), 입력/출력 컨트롤러(508), 무선 네트워크 컨트롤러(들)(510), 입력/출력 디바이스(들)(512) 및 도 5에 도시된 바와 같이 커플링된 안테나 어레이(514)를 포함할 수 있다.

프로세서(들)(502)는 하나 이상의 마이크로프로세서, 프로그램가능한 논리 디바이스(PLD), 프로그램가능한 논리 어레이(PLA), 주문형 반도체(ASIC), 마이크로컨트롤러 등을 포함하는 광범위한 임의의 제어 로직을 나타낼 수 있으며, 본 발명이 이것으로 한정되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 프로세서(들)(502)는 Intel® 호환성 프로세서이다. 프로세서(들)(502)는 예컨대 애플리케이션 또는 운영 시스템에 의해 실시될 수 있는 복수의 기계 레벨 명령어를 포함하는 명령어 세트를 구비할 수 있다.

메모리 컨트롤러(504)는 시스템 메모리(508)와 전자 제품(500)의 다른 구성요소를 인터페이스하는 임의의 유형의 칩셋 또는 제어 논리를 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 프로세서(들)(502)와 메모리 컨트롤러(504) 사이의 접속은 프론트-사이드 버스(front-side bus)로서 지칭될 수 있다. 다른 실시예에서, 메모리 컨틀로 러(504)는 노스브릿지(north bridge)로서 지칭될 수 있다.

시스템 메모리(506)는 프로세스(들)(502)에 의해 사용되었거나 또는 사용될 데이터 및 명령어를 저장하는 데에 사용되는 임의의 유형의 메모리 디바이스(들)를 나타낼 수 있다. 전형적으로, 본 발명이 이것으로 제한되는 것은 아니지만, 시스템 메모리(506)는 동적 랜덤 액세스 메모리(DRAM)로 이루어질 것이다. 일 실시예에서, 시스템 메모리(506)는 Rambus DRAM(RDRAM)으로 이루어질 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템 메모리(506)는 더블 데이터 레이트(double data rate) 동기식 DRAM(DDRSDRAM)으로 이루어질 수 있다.

입력/출력(I/O) 컨트롤러(508)는 I/O 디바이스(들)(512)를 전자 제품(500)의 다른 구성요소들과 인터페이스하는 임의의 유형의 칩셋 또는 제어 로직을 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, I/O 컨트롤러(508)는 사우스브릿지(south bridge)로서 지칭될 수 있다. 다른 실시예에서, I/O 컨트롤러(508)는 2003년 4월 15일 발표된 Peripheral Component Interconnet (PCI) Express™ Base Specification, Revision 1.0a, PCI Special Interest Group을 따를 수 있다.

무선 네트워크 컨트롤러(들)(510)는 전자 제품(500)이 다른 전자 제품 또는 다바이스와 무선 통신하도록 하는 임의의 유형의 디바이스를 나타낼 수 있다. 일 실시예에서, 네트워크 컨트롤러(510)는 The Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc. (IEEE) 802.11b 표준(1999년 9월 16일 승인되어 ANSI/IEEE Std 802.11, 1999년판에 추가됨)을 따를 수 있다. 다른 실시예에서, 무선 통신 컨트롤러(들)(510)는 초-광대역(UWB), 모바일용 글로벌 시스템(GSM), 글로 벌 포지셔닝 시스템(GPS), 또는 그외의 통신을 포함할 수 있다.

입력/출력(I/O) 디바이스(들)(512)는 전자 제품(500)으로의 입력을 제공하거나 또는 전자 제품(500)으로부터의 출력을 프로세싱하는 임의의 유형의 디바이스, 주변 장치 또는 구성요소를 나타낼 수 있다.

안테나 어레이(514)는 도 1, 2 또는 3에 도시된 바와 같은 전자기 밴드갭 구조를 사용하는 멀티대역 안테나 어레이를 나타낼 수 있다.

전술된 내용에서, 설명을 위해 본 발명의 철저한 이해를 제공하도록 다수의 특정 세부사항들이 설정되었다. 그러나, 본 발명이 이러한 일부 특정 세부사항 없이도 실시될 수 있음이 당업자에게는 명백할 것이다. 다른 예시에서, 잘 알려진 구조 및 디바이스가 블록도의 형태로 도시되었다.

다수의 방법들이 가장 기본적인 형태로 기술되었지만, 본 발명의 기본 사상으로부터 벗어나지 않는 한, 동작들이 추가되거나 또는 임의의 방법들로부터 삭제될 수 있고, 정보가 추가되거나 또는 임의의 기술된 메시지로부터 삭제될 수 있다. 본 발명의 개념에 대한 어떠한 변경도 본 발명의 범주 및 사상 내에서 예상된다. 이와 관련하여, 특정하게 기술된 예시적인 실시예는 본 발명을 제한하고자 제공된 것이 아니며 단지 설명을 위한 것이다. 따라서, 본 발명의 범주는 앞서 제공된 특정 예시들에 의해 결정되는 것이 아니며 아래의 특허청구범위의 명확한 표현에 의해 결정된다.

Claims

안테나 어레이로서,

기판의 표면 상에 위치된 두 개 이상의 평면 안테나와,

상기 안테나를 구비하는 평면 상에서 상기 안테나 사이에 위치되어 방사 파의 전파를 제한하는 제 1 세트의 전자기 밴드갭(electromagnetic bandgap)(EBG) 패치(patch)와,

상기 안테나 아래에서 상기 기판 내부의 유전 물질 내에 위치되어 방사 파의 전파를 제한하는 제 2 세트의 EBG 패치를 포함하되,

상기 제 1 세트의 EBG 패치는 상기 유전 물질 내의 접지 금속 층과 커플링되는

안테나 어레이.
제 1 항에 있어서,

정사각형 패턴으로 배치된 네 개의 안테나를 더 포함하는

안테나 어레이.
제 2 항에 있어서,

상기 기판 내에 위치된 안테나를 더 포함하는

안테나 어레이.
삭제
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 세트의 EBG 패치는 나선형 기반의 EBG 패치를 포함하는

안테나 어레이.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 세트의 EBG 패치는 네 개의 행(row)의 EBG 패치를 포함하는

안테나 어레이.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 세트의 EBG 패치는 750㎛의 폭을 갖는 패치를 포함하는

안테나 어레이.
인쇄 회로 보드와,

상기 인쇄 회로 보드에 솔더링된(soldered) 무선 네트워크 컨트롤러와,

상기 인쇄 회로 보드에 솔더링된 안테나 어레이를 포함하되,

상기 안테나 어레이는,

기판의 표면 상에 위치된 두 개 이상의 평면 안테나와,

상기 안테나를 구비하는 평면 상에서 상기 안테나 사이에 위치되어 방사 파의 전파를 제한하는 제 1 세트의 전자기 밴드갭(EBG) 패치 -상기 제 1 세트의 EBG 패치는 상기 기판 내부의 유전 물질 내의 접지 금속 층과 커플링됨- 와,

상기 안테나 아래에서 상기 유전 물질 내에 위치되어 방사 파의 전파를 제한하는 제 2 세트의 EBG 패치를 포함하는

안테나 어레이를 포함하는 장치.
제 8 항에 있어서,

정사각형 패턴으로 배치된 네 개의 안테나를 더 포함하는

안테나 어레이를 포함하는 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 기판 내에 위치된 안테나를 더 포함하는

안테나 어레이를 포함하는 장치.
삭제
제 8 항에 있어서,

상기 제 1 세트의 EBG 패치는 나선형 기반의 EBG 패치를 포함하는

안테나 어레이를 포함하는 장치.
제 8 항에 있어서,

상기 제 2 세트의 EBG 패치는 750㎛의 폭을 갖는 패치를 포함하는

안테나 어레이를 포함하는 장치.
전자 제품(electronic appliance)으로서,

무선 네트워크 컨트롤러와,

시스템 메모리와,

프로세서와,

안테나 어레이를 포함하되,

상기 안테나 어레이는 기판의 표면 상에 위치된 두 개 이상의 평면 안테나와, 상기 안테나 사이에 위치되어 방사 파의 전파를 제한하는 제 1 세트의 전자기 밴드갭(EBG) 패치와, 상기 안테나 아래에서 상기 기판 내부의 유전 물질 내에 위치되어 방사 파의 전파를 제한하는 제 2 세트의 EBG 패치를 포함하되,

상기 제 1 세트의 EBG 패치는 상기 유전 물질 내의 접지 금속 층과 커플링되는

전자 제품.
제 14 항에 있어서,

정사각형 패턴으로 배치된 네 개의 안테나를 더 포함하는

전자 제품.
제 15 항에 있어서,

상기 기판 내에 위치된 안테나를 더 포함하는

전자 제품.
삭제
제 14 항에 있어서,

상기 제 1 세트의 EBG 패치는 나선형 기반의 EBG 패치를 포함하는

전자 제품.
제 14 항에 있어서,

상기 제 1 세트의 EBG 패치는 네 개의 행의 EBG 패치를 포함하는

전자 제품.
패키지 기판의 표면 상에 두 개 이상의 평면 안테나를 형성하는 단계와,

상기 안테나 사이에 방사 파의 전파를 제한하도록 제 1 세트의 전자기 밴드갭(EBG) 패치를 형성하는 단계와,

상기 안테나 아래에서 상기 기판 내부의 유전 물질 내에 방사 파의 전파를 제한하도록 제 2 세트의 EBG 패치를 형성하는 단계와,

상기 제 1 세트의 EBG 패치와 커플링된 접지 평면으로서의 역할을 하는 금속 층을 상기 기판 내에 형성하는 단계를 포함하는

안테나 어레이의 제조 방법.
삭제
제 20 항에 있어서,

정사각형 패턴으로 배치된 네 개의 안테나를 형성하는 단계를 더 포함하는

안테나 어레이의 제조 방법.
삭제
삭제
제 20 항에 있어서,

멀티층 유기 기판을 형성하는 단계를 더 포함하는

안테나 어레이의 제조 방법.