KR102194761B1 - 5g를 지원하는 수직 편파 안테나 구조 - Google Patents

5g를 지원하는 수직 편파 안테나 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예는 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 얇은 두께의 사용자 장비 뿐만 아닌 다른 구조에서도 적용할 수 있는 5G를 지원할 수 있는 소형의 28GHz 에서 동작하는 수직 편파 안테나 구조를 제공하는데 있다.
이를 위해 본 발명은 제1면과 상기 제1면의 반대면인 제2면을 갖는 제1유전층과, 상기 제1유전층의 두께 방향으로 형성된 제1도전성 비아와, 상기 제1도전성 비아에 연결되며 상기 제1유전층의 제1면에 노출되어 형성된 제1노출 도전성 플레인과, 상기 제1도전성 비아에 연결되며 상기 제1유전층의 내측에 임베디드되어 형성된 제1임베디드 도전성 플레인을 포함하는 인쇄회로기판; 및 제1표면과 상기 제1표면의 반대면인 제2표면을 갖는 제2유전층과, 상기 제2유전층의 두께 방향으로 관통된 제2도전성 비아와, 상기 제2도전성 비아에 연결되며 상기 제2유전층의 제2표면에 노출되어 형성된 제2노출 도전성 플레인과, 상기 제2도전성 비아에 연결되며 상기 제2유전층의 제1표면과 상기 제1유전층의 제2면 사이에 임베디드되어 형성된 제2임베디드 도전성 플레인을 포함하는 사출물을 포함하고, 상기 제1임베디드 도전성 플레인과 상기 제2임베디드 도전성 플레인은 상호간 이격되어 마주보는, 수직 편파 안테나 구조를 개시한다.

Description

5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조{Vertical polarization antenna structure supporting 5G}
본 발명의 실시예는 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조에 관한 것이다.
5세대(5G) 이동 통신 시스템에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 5G 이동통신의 핵심 성과 지표는 단위 면적당 전송량을 증대하는 것으로 기존 LTE(Long Term Evolution) 시스템 대비 대략 1000배의 전송 용량 증대를 화두로 다양한 무선 통신 기술이 개발되고 있다.
대표적인 5G 이동 통신 시스템의 후보 기술은 소형셀(small cell)과 거대 다중안테나[massive MIMO(Multiple Input Multiple Output)]이다. 거대 다중안테나 기술은 초당 대략 20Gbps(bit per second)의 고속 데이터 전송이 가능하며, 모바일 어플리케이션에서는 수직/수평 편파를 갖는 안테나를 동시에 사용하여 데이터를 한번에 많이 송수신 할 수 있도록 한다.
한편, 5G 이동 통신의 경우 Below 6GHz(3.6GHz) 및 28GHz 의 두 가지 주파수 대역을 사용하며 사용자 장비(UE: User Equipment)에 장착하기에는 3.6GHz 의 경우 안테나의 크기가 커 주로 28GHz 주파수 대역을 사용한 수직 수평 편파 안테나를 사용한다.
그런데, UE에 수직/수평 편파의 안테나를 적용할 경우, 수평 편파 안테나는 쉽게 구현이 가능하지만 UE의 두께가 얇아(대략 6~7mm) 수직 편파 안테나의 구현에 어려움이 있다.
이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.
일본 특허공보 특허 제 5413467호(2014.02.12) 일본 공개특허공보 특개2014-107746호(2014.06.09)
본 발명의 실시예에 따른 해결하고자 하는 과제는 얇은 두께의 UE 뿐만 아닌 다른 구조에서도 적용할 수 있는 5G를 지원할 수 있는 소형의 28GHz 에서 동작하는 수직 편파 안테나 구조를 제공하는데 있다.
본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조는 제1면과 상기 제1면의 반대면인 제2면을 갖는 제1유전층과, 상기 제1유전층의 두께 방향으로 형성된 제1도전성 비아와, 상기 제1도전성 비아에 연결되며 상기 제1유전층의 제1면에 노출되어 형성된 제1노출 도전성 플레인과, 상기 제1도전성 비아에 연결되며 상기 제1유전층의 내측에 임베디드되어 형성된 제1임베디드 도전성 플레인을 포함하는 인쇄회로기판; 및 제1표면과 상기 제1표면의 반대면인 제2표면을 갖는 제2유전층과, 상기 제2유전층의 두께 방향으로 관통된 제2도전성 비아와, 상기 제2도전성 비아에 연결되며 상기 제2유전층의 제2표면에 노출되어 형성된 제2노출 도전성 플레인과, 상기 제2도전성 비아에 연결되며 상기 제2유전층의 제1표면과 상기 제1유전층의 제2면 사이에 임베디드되어 형성된 제2임베디드 도전성 플레인을 포함하는 사출물을 포함하고, 상기 제1임베디드 도전성 플레인과 상기 제2임베디드 도전성 플레인은 상호간 이격되어 마주보고, 상기 제1도전성 비아와 상기 제2도전성 비아의 합친 길이는 동작 주파수의 반파장 길이와 같으며, 상기 제1도전성 비아의 길이 방향은 상기 제2도전성 비아의 길이 방향과 중첩될 수 있다.
상기 제1임베디드 도전성 플레인 및 상기 제2임베디드 도전성 플레인은 급전부에 연결될 수 있다.
상기 제1도전성 비아의 길이는 상기 제2도전성 비아의 길이와 같거나 다를 수 있다. 일부 예들에서, 상기 제1도전성 비아의 길이는 상기 제2도전성 비아의 길이보다 짧을 수 있다.
상기 제1임베디드 도전성 플레인의 면적은 상기 제2임베디드 도전성 플레인의 면적과 같거나 다를 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 비아의 길이가 서로 다름에 따라 면적도 달라질 수 있으며, 길이가 짧은 쪽의 경우 도전성 플레인의 면적을 넓혀 길이를 보상할 수 있다.
상기 제1노출 도전성 플레인의 면적은 상기 제2노출 도전성 플레인의 면적과 같거나 다를 수 있다. 일부 예들에서, 도전성 비아의 길이가 서로 다름에 따라 면적도 달라질 수 있으며, 길이가 짧은 쪽의 경우 도전성 플레인의 면적을 넓혀 길이를 보상할 수 있다.
상기 제1,2노출 도전성 플레인의 면적이 상기 제1,2임베디드 도전성 플레인의 면적보다 넓을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조는 제1면과 상기 제1면의 반대면인 제2면을 갖는 제1유전층과, 상기 제1유전층의 두께 방향으로 형성된 하부 도전성 비아와, 상기 하부 도전성 비아에 연결되며 상기 제1유전층의 내측에 임베디드되어 형성된 하부 임베디드 도전성 플레인과, 상기 제1유전층의 두께 방향으로 형성된 상부 도전성 비아와, 상기 상부 도전성 비아에 연결되며 상기 제1유전층의 내측에 임베디드되어 형성된 상부 임베디드 도전성 플레인을 포함하되, 상기 하부 임베디드 도전성 플레인과 상기 상부 임베디드 도전성 플레인은 상호간 이격되어 마주보는 인쇄회로기판; 상기 제1유전층의 제1면에 부착된 제2유전층과, 상기 제2유전층을 관통하여 형성되고 상기 하부 도전성 비아와 연결된 제2도전성 비아와, 상기 제2도전성 비아에 연결되며 상기 제2유전층의 하면에 형성된 하부 노출 도전성 플레인을 포함하는 하부 사출물; 및 상기 제1유전층의 제2면에 부착된 제3유전층과, 상기 제3유전층을 관통하여 형성되고 상기 상부 도전성 비아와 연결된 제3도전성 비아와, 상기 제3도전성 비아에 연결되며 상기 제3유전층의 상면에 형성된 상부 노출 도전성 플레인을 포함하는 상부 사출물로 이루어질 수 있다.
상기 하부 임베디드 도전성 플레인 및 상기 상부 임베디드 도전성 플레인은 급전부에 연결될 수 있다.
상기 하부 도전성 비아와 상기 제2도전성 비아의 합친 길이는 상기 상부 도전성 비아와 상기 제3도전성 비아의 합친 길이와 같거나 다를 수 있다.
상기 하부 임베디드 도전성 플레인의 면적은 상기 상부 임베디드 도전성 플레인의 면적과 같거나 다를 수 있다.
상기 하부 노출 도전성 플레인의 면적은 상기 상부 노출 도전성 플레인의 면적과 같거나 다를 수 있다.
상기 상,하부 노출 도전성 플레인의 면적이 상기 상,하부 임베디드 도전성 플레인의 면적보다 넓을 수 있다.
본 발명의 실시예는 얇은 두께의 UE 뿐만 아닌 다른 구조에서도 적용할 수 있는 5G를 지원할 수 있는 소형의 28GHz 에서 동작하는 수직 편파 안테나 구조를 제공한다.
일례로, 본 발명의 실시예는 인쇄회로기판에 다이폴 안테나의 절반을 도전성 비아 및 도전성 패턴으로 구현하고, 다이폴 안테나의 나머지 절반을 인쇄회로기판에 부착된 사출물(도전성 비아 및 도전성 패턴 포함)을 이용하여 구현할 수 있다.
다른 예로, 본 발명의 실시예는 인쇄회로기판에 다이폴 안테나의 절반을 도전성 비아 및 도전성 패턴으로 구현하고, 다이폴 안테나의 나머지 절반을 인쇄회로기판의 상면 및 하면에 각각 부착된 사출물(도전성 비아 및 도전성 패턴을 포함)을 이용하여 구현할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 수직 편파 안테나 구조는 얇은 두께의 UE에 용이하게 형성될 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조를 투시하여 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조중 도전체만을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조에 의한 방사 패턴을 도시한 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조를 투시하여 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조가 채택된 인쇄회로기판의 일례를 도시한 평면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.
"하면(bottom surface)", "하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상면(top surface)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하면", "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상면", "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하면"은 "상면"을 포괄하는 개념이다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조(100)를 투시하여 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조(100)는 유전체와 도전체를 갖는 인쇄회로기판(110)과, 유전체와 도전체를 갖는 사출물(120)을 포함할 수 있다.
이하에 언급되는 모든 유전체(예를 들면, 유전층)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, FR-4, 직조 유리 강화 하이드로카본/세라믹(woven glass reinforced hydrocarbon/ceramic), 폴리테트라플로로에틸렌(Polytetrafluoroethylene(PTFE)/직조 유리, 에폭시/유리, 폴리이미드(Polyimide(PI)), 폴리벤즈옥사졸(Polybenzoxazole(PBO)), 벤조사이클로부틴(Benzocyclobuten(BCB)), 실리콘(Silicones), 아크릴레이트(Acrylates), 플라스틱, 세라믹 또는 이들의 합성물로 지칭되거나 이들을 포함할 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 유전체의 두께는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 0.5mm 내지 대략 1.5mm, 바람직하기로 대략 1mm일 수 있다.
일부 예들에서, 유전체의 유전율은, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 3 내지 대략 4일 수 있고, 손실 탄젠트는 대략 0.003 내지 대략 0.005일 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 유전체는 라미네이트 방식 또는 사출 방식으로 형성될 수 있다. 더욱이, 일부 예들에서, 유전체는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 스핀 코팅, 닥터 블레이드, 캐스팅, 페인팅, 스프레이 코팅, 슬롯 다이 코팅, 커튼 코팅, 슬라이드 코팅 또는 나이프 오버 에지 코팅과 같은 코팅 방식, 스크린 프린팅, 패드 프린 팅, 그라비아 프린팅, 플렉소그래피 프린팅 또는 옵셋 프린팅과 같은 프린팅 방식, 코팅과 프린팅의 중간적 성격의 기술인 잉크젯 프린팅 방식, 또는 이중 사출 방식으로 형성될 수 있다.
이러한 유전체의 재질 및/또는 제조 방법은 본 명세서에 기재된 모든 유전체에 동일하게 적용될 수 있다.
또한, 이하에서 언급되는 도전체(즉, 도전성 비아 및/또는 도전성 플레인)는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 구리, 알루미늄, 금, 은, 백금, 니켈, 팔라듐, 크롬, 철, SUS 또는 이들의 합금으로 지칭되거나 또는 이들을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 이러한 도전체는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 스퍼터링, 무전해 도금, 전해도금, 물리기상증착(physical vapor deposition(PVD)), 화학기상증착(chemical vapor deposition(CVD)), 금속유기화학기상증착(metal organic chemical vapor deposition(MOCVD)), 원자층증착(atomic layer deposition(ALD)), 저압화학기상증착(low pressure chemical vapor deposition(LPCVD)) 또는 플라즈마강하화학기상증착(plasma enhanced chemical vapor deposition(PECVD))으로 형성될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 도전체의 두께는, 예를 들면, 한정하는 것은 아니지만, 대략 10㎛ 내지 대략 500㎛, 바람직하기로 100㎛ 내지 300㎛일 수 있다.
이러한 도전체의 재질 및/또는 제조 방법은 본 명세서에 기재된 모든 도전체에 동일하게 적용될 수 있다.
계속해서, 본 발명의 실시예에 따른 수직 편파 안테나 구조(100)를 구성하는 인쇄회로기판(110)과 사출물(120)에 대해 설명한다.
인쇄회로기판(110)은 제1유전층(111)과, 제1도전성 비아(112)와, 제1노출 도전성 플레인(113)과, 제1임베디드 도전성 플레인(114)을 포함할 수 있다.
제1유전층(111)은 대략 평평한 제1면(하면)과, 제1면의 반대면으로서 대략 평평한 제2면(상면)을 포함할 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 제1유전층(111)의 제1면에는 상대적으로 넓은 하부 그라운드층(115)이 형성되고, 제1유전층(111)의 제2면에도 상대적으로 넓은 상부 그라운드층(116)이 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 제1유전층(111)의 둘레에 하부 그라운드층(115)으로 덮이지 않는 제1면이 하부로 노출될 수 있고, 또한 상부 그라운드층(116)으로 덮이지 않은 제2면이 상부로 노출될 수 있다. 일부 예들에서, 이러한 노출된 제1유전층(111)의 제1면 및 제2면, 그리고 그 내측에 수직 편파 안테나 구조(100)중 일부 또는 절반이 구비될 수 있다.
제1도전성 비아(112)는 제1유전층(111)의 두께 방향(예를 들면, 제1면에서 제2면을 향하는 방향 또는 그 반대 방향)으로 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 제1도전성 비아(112)는 제1면 및/또는 제2면에 대하여 대략 수직 방향으로 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 제1도전성 비아(112)의 하단은 제1유전층(111)의 제1면을 통해 노출될 수 있고, 제1도전성 비아(112)의 상단은 제1유전층(111)의 내측에 임베디드될 수 있다.
제1노출 도전성 플레인(113)은 제1도전성 비아(112)의 하단에 연결되며, 제1유전층(111)의 제1면에 노출되어 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 제1노출 도전성 플레인(113)의 평면적인 형태는 대략 원형일 수 있다. 일부 예들에서, 제1노출 도전성 플레인(113)의 평면적인 형태는 정사각형, 직사각형, 삼각형, 오각형, 육각형 또는 다각형일 수 있다.
제1임베디드 도전성 플레인(114)은 제1도전성 비아(112)의 상단에 연결되며, 이는 제1유전층(111)의 내측에 임베디드되어 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 제1임베디드 도전성 플레인(114)의 평면적인 형태는 대략 원형일 수 있다. 일부 예들에서, 제1임베디드 도전성 플레인(114)의 평면적인 형태는 정사각형, 직사각형, 삼각형, 오각형, 육각형 또는 다각형일 수 있다. 일부 예들에서, 제1임베디드 도전성 플레인(114)의 넓이가 제1노출 도전성 플레인(113)의 넓이보다 좁을 수 있다. 반대로 설명하면, 제1노출 도전성 플레인(113)의 넓이가 제1임베디드 도전성 플레인(114)의 넓이보다 넓을 수 있다.
일부 예들에서, 제1노출 도전성 플레인(113)과 제1임베디드 도전성 플레인(114)은 대략 평행한 관계를 가질 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 제1노출 도전성 플레인(113)과 제1임베디드 도전성 플레인(114)은 제1유전층(111)의 제1면(하면) 및/또는 제2면(상면)에 대략 평행한 관계를 가질 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 제1노출 도전성 플레인(113)과 제1임베디드 도전성 플레인(114)은 각각의 중심점이 제1도전성 비아(112)의 하단과 상단에 각각 결합될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 제1노출 도전성 플레인(113)과 제1임베디드 도전성 플레인(114)은 상호간 평행할 수 있으나, 이에 대하여 제1도전성 비아(112)는 수직을 이룰 수 있다.
사출물(120)은 제2유전층(121)과, 제2도전성 비아(122)와, 제2노출 도전성 플레인(123)과, 제2임베디드 도전성 플레인(124)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 이러한 사출물(120)의 제1표면 및 제2표면, 그리고 그 내측에 수직 편파 안테나 구조(100)중 일부 또는 절반이 구비될 수 있다.
제2유전층(121)은 대략 평평한 제1표면(하면)과, 제1표면의 반대면으로서 대략 평평한 제2표면(상면)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 제2유전층(121)은 제1유전층(111)보다 상대적으로 작은 부피(또는 체적)를 차지하며, 이는 제2유전층(121)에 직접 접착될 수 있다. 일부 예들에서, 제2유전층(121)은 대략 원기둥 또는 사각 기둥 형태일 수 있다. 일부 예들에서, 제2유전층(121)의 제1표면이 절연 접착제를 통하여 제1유전층(111)의 제2면에 접착될 수 있다.
제2도전성 비아(122)는 제2유전층(121)의 두께 방향(예를 들면, 제1표면에서 제2표면을 향하는 방향 또는 그 반대 방향)으로 관통되어 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 제2도전성 비아(122)는 제1표면 및/또는 제2표면에 대하여 대략 수직 방향으로 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 제2도전성 비아(122)의 하단은 제2유전층(121)의 제1표면을 통해 노출될 수 있고, 제2도전성 비아(122)의 상단은 제2유전층(121)의 제2표면을 통해 노출될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 제2도전성 비아(122)의 길이 방향은 제1도전성 비아(112)의 길이 방향과 중첩될 수 있다. 일부 예들에서, 제1도전성 비아(112) 및 제2도전성 비아(122)는 서로 이격되어 있으나, 대략 2개의 이격된 직선 형태를 할 수 있다.
제2노출 도전성 플레인(123)은 제2도전성 비아(122)의 상단에 연결되며, 제2유전층(121)의 제2표면에 노출되어 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 제2노출 도전성 플레인(123)의 평면적인 형태는 대략 원형일 수 있다. 일부 예들에서, 제2노출 도전성 플레인(123)의 평면적인 형태는 정사각형, 직사각형, 삼각형, 오각형, 육각형 또는 다각형일 수 있다.
제2임베디드 도전성 플레인(124)은 제2도전성 비아(122)의 하단에 연결되며, 이는 제2유전층(121)과 제1유전층(111)의 사이에 임베디드되어 형성될 수 있다. 일부 예들에서, 제2임베디드 도전성 플레인(124)의 평면적인 형태는 대략 원형일 수 있다. 일부 예들에서, 제2임베디드 도전성 플레인(124)의 평면적인 형태는 정사각형, 직사각형, 삼각형, 오각형, 육각형 또는 다각형일 수 있다.
일부 예들에서, 제2임베디드 도전성 플레인(124)의 넓이가 제2노출 도전성 플레인(123)의 넓이보다 좁을 수 있다. 반대로 설명하면, 제2노출 도전성 플레인(123)의 넓이가 제2임베디드 도전성 플레인(124)의 넓이보다 넓을 수 있다.
일부 예들에서, 제2노출 도전성 플레인(123)과 제2임베디드 도전성 플레인(124)은 상호간 마주보는 형태 또는 대략 평행한 관계를 가질 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 제2노출 도전성 플레인(123)과 제2임베디드 도전성 플레인(124)은 제2유전층(121)의 제1표면(하면) 및/또는 제2표면(상면)에 대략 평행한 관계를 가질 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 제2노출 도전성 플레인(123)과 제2임베디드 도전성 플레인(124)은 각각의 중심점이 제2도전성 비아(122)의 상단과 하단에 각각 결합될 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 제2노출 도전성 플레인(123)과 제2임베디드 도전성 플레인(124)은 상호간 평행할 수 있으나, 이에 대하여 제2도전성 비아(122)는 수직을 이룰 수 있다.
일부 예들에서, 제1임베디드 도전성 플레인(114)과 제2임베디드 도전성 플레인(124)은 상호간 이격되어 마주볼 수 있다. 일부 예들에서, 제1임베디드 도전성 플레인(114)과 제2임베디드 플레인의 사이에 제1유전층(111)이 개재될 수 있다.
일부 예들에서, 제1도전성 비아(112)의 길이는 제2도전성 비아(122)의 길이와 같을 수 있다. 일부 예들에서, 제1도전성 비아(112)의 길이는 제2도전성 비아(122)의 길이와 다를 수 있다. 일부 예들에서, 제1도전성 비아(112)의 길이는 제2도전성 비아(122)의 길이보다 짧을 수 있다.
일부 예들에서, 제1임베디드 도전성 플레인(114)과 제2임베디드 도전성 플레인(124)은 상호간 평행한 관계일 수 있으며, 상호간의 면적이 동일하거나 다를 수 있다. 제1,2도전성 비아(112,122)의 길이가 서로 다름에 따라 제1,2임베디드 도전성 플레인(114,124)의 면적도 달라질 수 있으며, 길이가 짧은쪽의 경우 도전성 플레인의 면적을 넓혀 길이를 보상할 수 있다.
또한, 일부 예들에서, 제1노출 도전성 플레인(113)과 제2노출 도전성 플레인(123)은 상호간 평행한 관계일 수 있으며, 상호간의 면적이 동일하거나 다를 수 있다. 제1,2도전성 비아(112,122)의 길이가 서로 다름에 따라 제1,2노출 도전성 플레인(113,123)의 면적도 달라질 수 있으며, 길이가 짧은쪽의 경우 도전성 플레인의 면적을 넓혀 길이를 보상할 수 있다.
일부 예들에서, 상호간 이격된 제1임베디드 도전성 플레인(114) 및 제2임베디드 도전성 플레인(124)은 급전부에 연결될 수 있다.
일부 예들에서, 인쇄회로기판(110)에 구비된 제1도전성 비아(112)와 사출물(120)에 구비된 제2도전성 비아(122)의 합친 길이는 동작 주파수의 반파장 길이와 동일할 수 있다.
일부 예들에서, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 구조(100)는 다이폴 안테나와 같은 방식으로 동작할 수 있다. 일반적으로, 다이폴 안테나는 각각의 암(arm) 길이가 동일하고, 암의 중간에 급전부를 두어 안테나로 동작하도록 한다. 다이폴 안테나의 방향에 따라 안테나의 편파를 결정할 수 있는데, 일례로, 안테나가 누워 있는 경우 수평 편파를 발생시키고, 안테나가 세워져 있는 경우 수직 편파를 발생시킨다.
본 발명의 실시예에서는, 수직 편파가 필요하므로 안테나를 수직 방향으로 세운 형태로 구성할 수 있다. 또한, 안테나의 길이를 반파장 이하로 줄이기 위해, 탑 로딩(top loading) 방식을 이용할 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 위의 탑 로딩 다이폴 안테나를 인쇄회로기판(110) 상에 절반을 구현하는 것으로 일반 FR-4 인쇄회로기판(110) 내부에 탑 로딩 다이폴 안테나의 절반에 해당하는 구조를 인쇄회로기판(110)의 도전성 비아와 도전성 패턴으로 구현하고, 나머지 안테나의 절반은 인쇄회로기판(110) 위에 부착된 사출물(120)을 이용하여 구현하여 하나의 다이폴 안테나로 동작할 수 있도록 한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조(100)중 도전체만을 도시한 단면도이다. 여기서, 도 2a는 탑 로딩 방식의 다이폴 안테나를 도시한 것이고, 도 2b는 일반적인 직선 도선 다이폴 안테를 도시한 것이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 탑 로딩 다이폴 안테나의 경우 안테나(즉, 제1,2도전성 비아(112,122))의 하단 및 상단에 원판 형상의 금속체(즉, 제1,2노출 도전성 플레인(113,123))를 추가로 연결하여, 안테나의 캐패시턴스 성분을 높이고, 이에 따라 안테나의 길이를 반파장 길이 이하로 줄이면서도 동일한 공진주파수 대역을 갖도록 할 수 있다. 만약 원판 형상의 금속체(즉, 제1,2노출 도전성 플레인(113,123))가 없다면 도 2b에 도시된 바와 같이 안테나의 길이를 반파장 이하로 줄이기 어렵다.
이와 같이 하여, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 구조(100)는 얇은 두께의 사용자 장비(UE) 뿐만 아닌 다른 구조에서도 적용할 수 있는 5G를 지원할 수 있는 소형의 28GHz 에서 동작하는 수직 편파 안테나를 제공한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조(100)에 의한 방사 패턴을 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 안테나 구조(100)는 일반적인 다이폴 안테나와 같은 수직/수평 방향으로 방사하는 것을 확인할 수 있었다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조(200)를 투시하여 도시한 사시도 및 단면도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조(200)는 인쇄회로기판(210)과, 하부 사출물(220)과, 상부 사출물(230)을 포함할 수 있다.
인쇄회로기판(210)은 제1면과 제1면의 반대면인 제2면을 갖는 제1유전층(211)과, 제1유전층(211)의 두께 방향으로 형성된 하부 도전성 비아(212)와, 하부 도전성 비아(212)에 연결되며 제1유전층(211)의 내측에 임베디드되어 형성된 하부 임베디드 도전성 플레인(213)과, 제1유전층(211)의 두께 방향으로 형성된 상부 도전성 비아(214)와, 상부 도전성 비아(214)에 연결되며 제1유전층(211)의 내측에 임베디드되어 형성된 상부 임베디드 도전성 플레인(215)을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, 하부 임베디드 도전성 플레인(213)과 상부 임베디드 도전성 플레인(215)은 상호간 이격된채 마주 보는 형태를 할 수 있다. 일부 예들에서, 하부 임베디드 도전성 플레인(213)과 상부 임베디드 도전성 플레인(215)의 사이에 제1유전층(211)이 개재될 수 있다. 일부 예들에서, 하부 임베디드 도전성 플레인(213)의 면적과 상부 임베디드 도전성 플레인(215)의 면적은 상호간 동일하거나 다를 수 있다. 또한, 일부 예들에서, 하부 도전성 비아(212)와 상부 도전성 비아(214)는 대략 2개의 이격된 직선 형태일 수 있다.
하부 사출물(220)은 제1유전층(211)의 제1면에 부착된 제2유전층(221)과, 제2유전층(221)을 관통하여 형성되고 하부 도전성 비아(212)와 전기적으로 연결된 제2도전성 비아(222)와, 제2도전성 비아(222)에 연결되며 제2유전층(221)의 하면에 형성된 하부 노출 도전성 플레인(223)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제2유전층(221)은 절연성 접착제를 통해 제1유전층(211)의 제1면에 접착될 수 있다. 일부 예에서, 제2도전성 비아(222)는 도전성 접착제를 통해 하부 도전성 비아(212)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 일부 예에서, 하부 노출 도전성 플레인(223)의 면적이 상,하부 임베디드 도전성 플레인(213,215)의 각 면적보다 넓은 수 있다.
상부 사출물(230)은 제1유전층(211)의 제2면에 부착된 제3유전층(231)과, 제3유전층(231)을 관통하여 형성되고 상부 도전성 비아(214)와 전기적으로 연결된 제3도전성 비아(232)와, 제3도전성 비아(232)에 연결되며 제3유전층(231)의 상면에 형성된 상부 노출 도전성 플레인(233)을 포함할 수 있다. 일부 예에서, 제3유전층(231)은 절연성 접착제를 통해 제1유전층(211)의 제2면에 접착될 수 있다. 일부 예에서, 제3도전성 비아(232)는 도전성 접착제를 통해 상부 도전성 비아(214)에 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 일부 예에서, 상부 노출 도전성 플레인(233)의 면적이 상,하부 임베디드 도전성 플레인(213,215)의 각 면적보다 넓은 수 있다.
일부 예들에서, 하부 임베디드 도전성 플레인(213) 및 상부 임베디드 도전성 플레인(215)이 급전부에 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 하부 도전성 비아(212)와 제2도전성 비아(222)의 합친 길이는 상부 도전성 비아(214)와 제3도전성 비아(232)의 합친 길이와 같거나 다를 수 있다. 일부 예들에서, 하부 노출 도전성 플레인(223)의 면적과 상부 노출 도전성 플레인(233)의 면적은 상호간 동일하거나 다를 수 있다.
이와 같이 하여, 본 발명에서는 탑 로딩 다이폴 안테나를 인쇄회로기판(210) 상에 구현하는 것으로 일반 FR-4 인쇄회로기판(210)의 내부에 탑 로딩 다이폴 안테나의 절반에 해당하는 구조를 인쇄회로기판(210)의 도전성 비아와 도전성 패턴으로 구현하고, 나머지 안테나의 절반은 인쇄회로기판(210)의 하부 및 상부에 각각 사출물(220,230)을 이용하여 구현하여 하나의 다이폴 안테나로 동작할 수 있도록 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조(100,200)가 채택된 인쇄회로기판(110,210)의 일례를 도시한 평면도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조(100,200)는 인쇄회로기판(110,210)중 그라운드층의 일부 영역이 제거되고, 이러한 제거된 영역에 형성될 수 있다. 따라서, 방사 패턴이 스마트폰이나 핸드폰과 같은 사용자 장비의 측면으로 방사될 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 5G를 지원하는 수직 편파 안테나 구조을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
100; 수직 편파 안테나 구조
110; 인쇄회로기판 111; 제1유전층
112; 제1도전성 비아 113; 제1노출 도전성 플레인
114; 제1임베디드 도전성 플레인 115; 하부 그라운드층
116; 상부 그라운드층 120; 사출물
121; 제2유전층 122; 제2도전성 비아
123; 제2노출 도전성 플레인 124; 제2임베디드 도전성 플레인
200; 수직 편파 안테나 구조
210; 인쇄회로기판 211; 제1유전층
212; 하부 도전성 비아 213; 하부 임베디드 도전성 플레인
214; 상부 도전성 비아 215; 상부 임베디드 도전성 플레인
220; 하부 사출물 221; 제2유전층
222; 제2도전성 비아 223; 하부 노출 도전성 플레인
230; 상부 사출물 231; 제3유전층
232; 제3도전성 비아 233; 상부 노출 도전성 플레인

Claims (6)

  1. 제1면과 상기 제1면의 반대면인 제2면을 갖는 제1유전층과, 상기 제1유전층의 두께 방향으로 형성된 제1도전성 비아와, 상기 제1도전성 비아에 연결되며 상기 제1유전층의 제1면에 노출되어 형성된 제1노출 도전성 플레인과, 상기 제1도전성 비아에 연결되며 상기 제1유전층의 내측에 임베디드되어 형성된 제1임베디드 도전성 플레인을 포함하는 인쇄회로기판; 및
    제1표면과 상기 제1표면의 반대면인 제2표면을 갖는 제2유전층과, 상기 제2유전층의 두께 방향으로 관통된 제2도전성 비아와, 상기 제2도전성 비아에 연결되며 상기 제2유전층의 제2표면에 노출되어 형성된 제2노출 도전성 플레인과, 상기 제2도전성 비아에 연결되며 상기 제2유전층의 제1표면과 상기 제1유전층의 제2면 사이에 임베디드되어 형성된 제2임베디드 도전성 플레인을 포함하는 사출물을 포함하고,
    상기 제1임베디드 도전성 플레인과 상기 제2임베디드 도전성 플레인은 상호간 이격되어 마주보고,
    상기 제1도전성 비아와 상기 제2도전성 비아의 합친 길이는 동작 주파수의 반파장 길이와 같으며, 상기 제1도전성 비아의 길이 방향은 상기 제2도전성 비아의 길이 방향과 중첩된, 수직 편파 안테나 구조.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1임베디드 도전성 플레인 및 상기 제2임베디드 도전성 플레인은 급전부에 연결되는, 수직 편파 안테나 구조.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1도전성 비아의 길이는 상기 제2도전성 비아의 길이와 같거나 다른, 수직 편파 안테나 구조.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1임베디드 도전성 플레인의 면적은 상기 제2임베디드 도전성 플레인의 면적과 같거나 다른, 수직 편파 안테나 구조.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1노출 도전성 플레인의 면적은 상기 제2노출 도전성 플레인의 면적과 같거나 다른, 수직 편파 안테나 구조.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1,2노출 도전성 플레인의 면적이 상기 제1,2임베디드 도전성 플레인의 면적보다 넓은, 수직 편파 안테나 구조.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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