KR102307122B1 - 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 그라운드층과, 그라운드층의 상측으로 이격 배치되고 상면이 다각형인 패치 안테나 패턴과, 패치 안테나 패턴보다 하위에서 패치 안테나 패턴으로 급전 경로를 제공하는 피드비아와, 각각 그라운드층의 상측으로 이격 배치되고 패치 안테나 패턴으로부터 이격되고 서로 이격된 복수의 메타 패턴을 포함하고, 복수의 메타 패턴은, 패치 안테나 패턴을 둘러싸도록 배열되되 패치 안테나 패턴의 다각형의 각 변마다 패치 안테나 패턴을 향하여 2개 이상이 커버하도록 배열된 복수의 제1 메타 패턴 및 패치 안테나 패턴으로부터 복수의 제1 메타 패턴보다 멀리서 복수의 제1 메타 패턴보다 드문드문하게(sparsely) 배열된 복수의 제2 메타 패턴을 포함할 수 있다.

Description

안테나 장치{Antenna apparatus}

본 발명은 안테나 장치에 관한 것이다.

이동통신의 데이터 트래픽(Data Traffic)은 매년 비약적으로 증가하는 추세이다. 이러한 비약적인 데이터를 무선망에서 실시간으로 지원해 주고자 활발한 기술 개발이 진행 중에 있다. 예를 들어, IoT(Internet of Thing) 기반 데이터의 컨텐츠화, AR(Augmented Reality), VR(Virtual Reality), SNS와 결합한 라이브 VR/AR, 자율 주행, 싱크뷰 (Sync View, 초소형 카메라 이용해 사용자 시점 실시간 영상 전송) 등의 애플리케이션(Application)들은 대용량의 데이터를 주고 받을 수 있게 지원하는 통신(예: 5G 통신, mmWave 통신 등)을 필요로 한다.

따라서, 최근 5세대(5G) 통신을 포함하는 밀리미터웨이브(mmWave) 통신이 활발하게 연구되고 있으며, 이를 원활히 구현하는 안테나 장치의 상용화/표준화를 위한 연구도 활발히 진행되고 있다.

높은 주파수 대역(예: 24GHz, 28GHz, 36GHz, 39GHz, 60GHz 등)의 RF 신호는 전달되는 과정에서 쉽게 흡수되고 손실로 이어지므로, 통신의 품질은 급격하게 떨어질 수 있다. 따라서, 높은 주파수 대역의 통신을 위한 안테나는 기존 안테나 기술과는 다른 기술적 접근법이 필요하게 되며, 안테나 이득(Gain) 확보, 안테나와 RFIC의 일체화, EIRP(Effective Isotropic Radiated Power) 확보 등을 위한 별도의 전력 증폭기 등 특수한 기술 개발을 요구할 수 있다.

일본 6262617

본 발명은 안테나 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 그라운드층; 상기 그라운드층의 상측으로 이격 배치되고 상면이 다각형인 패치 안테나 패턴; 상기 패치 안테나 패턴보다 하위에서 상기 패치 안테나 패턴으로 급전 경로를 제공하는 피드비아; 및 각각 상기 그라운드층의 상측으로 이격 배치되고 상기 패치 안테나 패턴으로부터 이격되고 서로 이격된 복수의 메타 패턴; 을 포함하고, 상기 복수의 메타 패턴은, 상기 패치 안테나 패턴을 둘러싸도록 배열되되 상기 패치 안테나 패턴의 다각형의 각 변마다 상기 패치 안테나 패턴을 향하여 2개 이상이 커버하도록 배열된 복수의 제1 메타 패턴; 및 상기 패치 안테나 패턴으로부터 상기 복수의 제1 메타 패턴보다 멀리서 상기 복수의 제1 메타 패턴보다 드문드문하게(sparsely) 배열된 복수의 제2 메타 패턴; 을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 그라운드층; 상기 그라운드층의 상측으로 이격 배치되고 상면이 다각형인 패치 안테나 패턴; 상기 패치 안테나 패턴보다 하위에서 상기 패치 안테나 패턴으로 급전 경로를 제공하는 피드비아; 각각 상기 그라운드층의 상측으로 이격 배치되고 상기 패치 안테나 패턴으로부터 이격되고 서로 이격되고, 상기 패치 안테나 패턴의 적어도 하나의 변을 따라 배열된 복수의 메타 패턴; 및 각각 상기 복수의 메타 패턴 중 일부를 전기적으로 연결시키는 복수의 배열 비아; 를 포함하고, 상기 복수의 메타 패턴은, 상기 복수의 배열 비아에 전기적으로 연결되어 입체적으로 배열된 복수의 제1 메타 패턴; 및 사이에 금속 구성요소가 배치되지 않고 절연층 및 공기 중 적어도 하나로 채워져 입체적으로 배열된 복수의 제2 메타 패턴; 을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 적어도 하나의 관통홀을 가지는 그라운드층; 상기 그라운드층의 상측으로 이격 배치된 패치 안테나 패턴; 상기 패치 안테나 패턴보다 하위에서 상기 패치 안테나 패턴으로 급전 경로를 제공하고 상기 그라운드층의 적어도 하나의 관통홀을 관통하도록 배치된 피드비아; 상기 그라운드층의 하측으로 이격 배치되고 상기 피드비아로부터 이격 배치된 피드라인; 상기 피드라인에 전기적으로 연결된 엔드-파이어 안테나 패턴; 및 각각 상기 그라운드층의 상측으로 이격 배치되고 상기 패치 안테나 패턴으로부터 이격되고 서로 이격되고, 적어도 일부가 상하방향으로 볼 때 상기 패치 안테나 패턴과 상기 엔드-파이어 안테나 패턴의 사이에 위치하도록 배열된 복수의 메타 패턴; 을 포함하고, 상기 복수의 메타 패턴은 상기 엔드-파이어 안테나 패턴을 향하는 수평방향으로 적어도 하나의 캐비티를 제공하도록 배열되고, 상기 복수의 메타 패턴의 상기 적어도 하나의 캐비티를 사이에 두는 이격 거리는 상기 적어도 하나의 캐비티를 사이에 두지 않는 이격 거리보다 길 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, RF 신호를 더욱 z방향으로 집중시킬 수 있으므로 더욱 향상된 안테나 성능을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, RF 신호를 z방향으로 집중시키기 위한 구성요소(예: 메타 패턴)의 사이즈 대비 성능을 향상시킬 수 있으므로, 안테나 성능을 향상시키면서도 소형화에 유리한 구조를 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 더욱 압축된 구조를 가지면서도 패치 안테나 패턴의 V폴(Vertical pole) RF 신호가 인접 안테나 장치에 주는 전자기적 간섭을 줄일 수 있으므로, 사이즈 대비 개선된 안테나 성능을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 안테나 성능에 종속적인 요소(예: 캐비티)를 추가로 제공할 수 있으므로, 더욱 섬세하게 조절된 안테나 성능을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, RF 신호를 z방향으로 집중시키기 위한 구성요소(예: 메타 패턴)의 임피던스 균형이 잡힌 구조를 제공할 수 있으므로, 복수의 안테나 장치 간의 메타 패턴 결합 효율을 향상시킬 수 있으며, 더욱 개선된 안테나 성능을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 측면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 고리형 메타 패턴과 결합형 메타 패턴을 구체적으로 나타낸 사시도이다.
도 2d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 등가회로를 나타낸 회로도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 패치 안테나 패턴의 배열을 예시한 사시도이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 상면을 나타낸 평면도이다.
도 3c 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 각 층을 나타낸 평면도이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 치수를 나타낸 평면도이다.
도 4b 내지 도 4g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 결합형 메타 패턴의 다양한 형태를 예시한 평면도이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 패치 안테나 패턴의 배열을 예시한 사시도이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 메타 패턴의 배열을 예시한 평면도이다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치에 포함된 연결 부재의 하측 구조를 예시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 구조를 예시한 측면도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 전자기기에서의 배치를 예시한 평면도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 패치 안테나 패턴(110a), 피드비아(120a), 고리형 메타 패턴(130a) 및 결합형 메타 패턴(180a)을 포함할 수 있다.

피드비아(120a)는 RF(Radio Frequency) 신호가 통과하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 피드비아(120a)는 IC와 패치 안테나 패턴(110a)의 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있으며, z방향으로 연장된 구조를 가질 수 있다.

패치 안테나 패턴(110a)은 피드비아(120a)의 일단에 전기적으로 연결될 수 있다. 패치 안테나 패턴(110a)은 피드비아(120a)로부터 RF 신호를 전달받아 z방향으로 송신할 수 있으며, z방향으로 수신된 RF 신호를 피드비아(120a)로 전달할 수 있다.

패치 안테나 패턴(110a)에서 투과되는 RF 신호 중 일부는 하측에 배치된 그라운드층(125a)를 향할 수 있다. 그라운드층(125a)을 향하는 RF 신호는 그라운드층(125a)에서 반사되어 z방향으로 향할 수 있다. 이에 따라, 패치 안테나 패턴(110a)에서 투과되는 RF 신호는 더욱 z방향으로 집중될 수 있다.

예를 들어, 패치 안테나 패턴(110a)은 원형 또는 다각형의 양면을 가지는 패치 안테나의 구조를 가질 수 있다. 상기 패치 안테나 패턴(110a)의 양면은 RF 신호가 전도체와 비전도체 사이를 투과하는 경계로 작용할 수 있다. 상기 패치 안테나 패턴(110a)은 내재적 요소(예: 형태, 크기, 높이, 절연층의 유전율 등)에 따른 내재적 주파수 대역(예: 28GHz)을 가질 수 있다.

복수의 고리형 메타 패턴(130a)은 각각 패치 안테나 패턴(110a)으로부터 이격 배치되고 패치 안테나 패턴(110a)의 측경계의 적어도 일부분에 대응하여 배열될 수 있다. 상기 복수의 고리형 메타 패턴(130a)은 패치 안테나 패턴(110a)에 전자기적으로 커플링될 수 있으며, 패치 안테나 패턴(110a)의 RF 신호의 경로를 z방향으로 유도할 수 있다.

예를 들어, 복수의 고리형 메타 패턴(130a)은 서로 동일한 형태를 가지고 반복적으로 배열될 수 있다. 즉, 복수의 고리형 메타 패턴(130a)은 전자기 밴드갭(electro-magnetic bandgap) 특성을 가질 수 있으며, RF 신호에 대해 음의 굴절률을 가질 수 있다. 이에 따라, 복수의 고리형 메타 패턴(130a)은 패치 안테나 패턴(110a)의 RF 신호의 경로를 더욱 z방향으로 유도할 수 있다.

또한, 복수의 고리형 메타 패턴(130a)은 패치 안테나 패턴(110a)에 전자기적으로 커플링될 수 있는데, 복수의 고리형 메타 패턴(130a)의 요소(예: 높이, 형태, 크기, 개수, 사이 간격, 패치 안테나 패턴에 대한 이격거리 등)는 패치 안테나 패턴(110a)의 주파수 특성에 영향을 줄 수 있다.

복수의 고리형 메타 패턴(130a)을 투과하는 RF 신호의 대부분은 z방향에 가깝게 유도될 수 있으나, 일부는 z방향으로부터 멀어질 수 있다. 이에 따라, 복수의 고리형 메타 패턴(130a)을 투과하는 RF 신호 중 일부는 복수의 고리형 메타 패턴(130a)에서 x방향 및/또는 y방향으로 셀 수 있다.

복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 복수의 고리형 메타 패턴(130a)의 측경계의 적어도 일부분에 대응하여 배열될 수 있으며, 복수의 고리형 메타 패턴(130a)보다 드문드문(sparsely) 배열될 수 있다.

예를 들어, 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 서로 동일한 형태를 가지고 반복적으로 배열될 수 있다. 즉, 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 전자기 밴드갭 특성을 가질 수 있으며, RF 신호에 대해 음의 굴절률을 가질 수 있다. 이에 따라, 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 패치 안테나 패턴(110a)의 RF 신호의 경로를 더욱 z방향으로 유도할 수 있다.

또한, 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 인접 안테나 장치의 복수의 결합형 메타 패턴에 쉽게 결합되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 인접 안테나 장치의 복수의 결합형 메타 패턴의 일부분이 삽입 배치되는 공간을 제공할 수 있다.

이에 따라, 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 인접 안테나 장치의 복수의 결합형 메타 패턴의 결합에 의해 복수의 고리형 메타 패턴(130a)과 유사하게 작용할 수 있다. 즉, 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 복수의 고리형 메타 패턴(130a)에 대해 효율적으로 연계될 수 있으므로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 마치 복수의 고리형 메타 패턴(130a)의 수평방향(x방향/y방향) 폭이 넓어진 것처럼 동작할 수 있다. 복수의 고리형 메타 패턴(130a)의 수평방향 폭이 넓어진다는 것은 그라운드층(125a)에서 반사된 RF 신호가 통과하는 경로를 더욱 넓게 커버한다는 것을 의미한다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 RF 신호의 경로를 더욱 z방향으로 유도할 수 있다.

여기서, 복수의 메타 패턴(고리형과 결합형을 포괄함)의 수평방향 폭이 넓어진다는 것은 더 큰 공간을 사용한다는 것을 의미한다. 따라서, 복수의 메타 패턴의 RF 신호 커버범위와 복수의 메타 패턴이 사용하는 공간의 크기는 서로 상충관계(trade-off)이다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 사이즈 증가 대비 RF 신호 커버범위 증가가 큰 복수의 메타 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 수평방향 폭이 약 1.5배 증가된 복수의 메타 패턴을 사용하여 수평방향 폭이 약 2배 증가된 RF 신호 커버범위를 가질 수 있다.

여기서, 복수의 메타 패턴의 수평방향 폭이 약 1.5배 증가된다는 것은 복수의 결합형 메타 패턴(180a)과 인접 안테나 장치의 복수의 결합형 메타 패턴이 서로 배치공간을 공유하는 것에 기인한다. 즉, 인접 안테나 장치도 복수의 결합형 메타 패턴(180a)의 결합으로 인해 복수의 고리형 메타 패턴의 수평방향 폭이 넓어진 것처럼 동작할 수 있으므로, 2개의 안테나 장치는 복수의 결합형 메타 패턴의 배치공간을 공유할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 단일 안테나 장치 관점에서 사이즈 대비 개선된 이득(gain)을 가질 수 있다.

또한, 복수의 결합형 메타 패턴(180a)의 사이 공간의 일부분은 인접 안테나 장치의 복수의 결합형 메타 패턴의 일부분에 의해 채워질 수 있다. 이에 따라, 복수의 결합형 메타 패턴(180a)의 사이 공간의 나머지 부분은 캐비티(cavity)를 이룰 수 있다. 상기 캐비티는 복수의 결합형 메타 패턴(180a) 각각의 면적보다 작은 면적의 상면/하면을 가질 수 있다.

상기 캐비티는 안테나 장치가 인접 안테나 장치에 주는 전자기 간섭을 줄일 수 있다. 즉, 상기 캐비티는 복수의 메타 패턴이 RF 신호를 z방향으로 유도하면서도 x방향 및/또는 y방향으로 유도하는 것을 방지하도록 장벽으로 작용할 수 있다.

예를 들어 안테나 장치가 H폴(Horizontal pole) RF 신호와 V폴(Vertical pole) RF 신호를 각각 송수신하여 편파를 구현할 경우, 안테나 장치의 H폴 RF 신호는 인접 안테나 장치에 전자기 간섭을 줄 수 있다. 상기 캐비티는 상기 H폴의 RF 신호가 복수의 메타 패턴을 타고 인접 안테나 장치로 건너가는 것을 막을 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 복수의 안테나 장치의 배열 관점에서 사이즈 대비 개선된 이득을 가질 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 상기 캐비티의 크기에 종속적인 특성을 가질 수 있다. 따라서, 상기 캐비티는 안테나 특성의 조절 요소로 작용할 수 있다.

한편, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 패치 안테나 패턴(110a)의 상측에 배치되고 상하방향(z방향)으로 볼 때 적어도 일부분이 복수의 고리형 메타 패턴(130a)에 의해 둘러싸이도록 배치된 커플링 패치 패턴(115a)을 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 더욱 넓은 대역폭을 가질 수 있다.

상기 커플링 패치 패턴(115a)의 배치에 따라, 패치 안테나 패턴(110a)에서의 피드비아(120a)의 연결을 위한 최적 위치는 패치 안테나 패턴(110a)의 경계에 가까워질 수 있다. 상기 최적 위치가 패치 안테나 패턴(110a)의 제1 방향(예: 0도 방향) 가장가리에 가까울 경우, 패치 안테나 패턴(110a)의 RF 신호 송수신에 따라 패치 안테나 패턴(110a)를 흐르는 표면 전류는 패치 안테나 패턴(110a)의 제3 방향(예: 180도 방향)을 향하여 흐를 수 있다. 이때, 표면 전류는 제2 방향(예: 90도 방향) 및 제4 방향(예: 270도 방향)으로 분산될 수 있는데, 복수의 고리형 메타 패턴(130a) 및/또는 결합형 메타 패턴(180a)은 표면 전류가 제2 및 제4 방향으로 분산됨에 따라 측면으로 세는 RF 신호를 상면 방향으로 유도(guide)할 수 있다. 이에 따라, 패치 안테나 패턴(110a)의 방사패턴은 상면 방향으로 더욱 집중될 수 있으므로, 패치 안테나 패턴(110a)의 안테나 성능은 향상될 수 있다. 한편 설계에 따라, 커플링 패치 패턴(115a)은 생략될 수 있다.

한편, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 엔드-파이어 안테나 패턴(210a), 디렉터 패턴(215a), 피드라인(220a) 및 커플링 그라운드 패턴(235a) 중 적어도 일부를 더 포함할 수 있다.

엔드-파이어 안테나 패턴(210a)은 제2 방향(예: y방향)으로 RF 신호를 송신 또는 수신하도록 제2 방향(예: y방향)으로 방사패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 RF 신호 송수신 방향을 전방향(omni-directional)으로 확대할 수 있다.

예를 들어, 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)은 다이폴(dipole) 형태 또는 접힌 다이폴(folded dipole) 형태를 가질 수 있다. 여기서, 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)의 각각의 폴의 일단은 피드라인(220a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)의 주파수 대역은 패치 안테나 패턴(110a)의 주파수 대역과 실질적으로 동일하게 설계될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)은 복수의 수평방향 패턴과 복수의 결합비아(212a)가 서로 결합된 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)은 제2 방향(예: y방향)을 향하고 표면전류가 흐르는 전자기적 면을 가질 수 있으므로, 개선된 이득(gain)을 가질 수 있다.

디렉터 패턴(215a)은 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)에 전자기적으로 커플링되어 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)의 이득이나 대역폭을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 디렉터 패턴(215a)은 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)의 층 개수보다 적은 개수의 층(예: 1개 층)을 사용할 수 있다. 이에 따라, 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)은 더욱 넓은 대역폭을 가질 수 있다.

피드라인(220a)은 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)로부터 수신된 RF 신호를 IC로 전달할 수 있으며, IC로부터 전달받은 RF 신호를 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)으로 전달할 수 있다. 예를 들어, 피드라인(220a)은 제2 피드비아(219a)를 통해 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)에 전기적으로 연결될 수 있다.

결합형 메타 패턴(180a)은 패치 안테나 패턴(110a)과 엔드-파이어 안테나 패턴(210a) 간의 전자기적 격리도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 안테나 성능을 확보하면서도 더욱 소형화될 수 있다.

커플링 그라운드 패턴(235a)은 피드라인(220a)의 상측에 배치되거나 하측에 배치될 수 있다. 상기 커플링 그라운드 패턴(235a)은 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)에 전자기적으로 커플링될 수 있다. 따라서, 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)은 더욱 넓은 대역폭을 가질 수 있다.

도 2a는 도 1에 도시된 안테나 장치를 나타낸 측면도이다.

도 2a를 참조하면, 패치 안테나 패턴과 커플링 패치 패턴은 각각 복수의 고리형 메타 패턴(130a)과 결합형 메타 패턴(180a)이 배치된 층과 동일한 층에 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 고리형 메타 패턴(130a)과 결합형 메타 패턴(180a)은 패치 안테나 패턴에서 세는 RF 신호를 상면 방향으로 효율적으로 유도할 수 있다.

고리형 메타 패턴(130a)과 결합형 메타 패턴(180a)은 각각 복수(예: 6개)의 층을 가질 수 있다. 고리형 메타 패턴(130a)과 결합형 메타 패턴(180a)의 층 개수가 많을수록 고리형 메타 패턴(130a)의 RF 신호 유도 성능과 결합형 메타 패턴(180a)의 RF 신호 반사 성능은 향상될 수 있다.

한편, 연결 부재(200a)는 전술한 그라운드층(125a)을 포함할 수 있으며, 배선 그라운드층(202a), 제2 그라운드층(203a) 및 IC 그라운드층(204a)을 더 포함할 수 있다. 피드라인(220a)은 배선 그라운드층(202a)에 대해 동위(same level)에 배치될 수 있다.

도 2b는 도 2a에 도시된 안테나 장치를 나타낸 단면도이다.

도 2b를 참조하면, 복수의 고리형 메타 패턴(130a)은 1줄로 배열될 수 있다. 복수의 고리형 메타 패턴(130a) 간의 간격은 복수의 고리형 메타 패턴(130a)과 결합형 메타 패턴(180a) 사이의 간격보다 짧을 수 있다. 이에 따라, 복수의 고리형 메타 패턴(130a)은 더욱 효율적으로 RF 신호를 z방향으로 유도할 수 있다.

한편 도 2b를 참조하면, 연결 부재(200a)는 복수의 그라운드층의 사이를 전기적으로 연결시키고 복수의 그라운드층의 가장자리에 인접하여 배치된 복수의 차폐비아(245a)를 포함할 수 있다.

복수의 차폐비아(245a)의 일부는 복수의 고리형 메타 패턴(130a)의 하측에 배열될 수 있으며, 복수의 차폐비아(245a)의 다른 일부는 피드비아(120a)을 둘러싸도록 배열될 수 있다. 이에 따라, 피드비아(120a)에 영향을 주는 전자기적 노이즈는 감소할 수 있으며, RF 신호의 전송손실은 감소할 수 있다.

도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 고리형 메타 패턴과 결합형 메타 패턴을 구체적으로 나타낸 사시도이다.

도 2c를 참조하면, 복수의 고리형 메타 패턴(130a)은 복수의 제1 고리형 메타 패턴(137a), 복수의 제2 고리형 메타 패턴(132a), 복수의 제3 고리형 메타 패턴(133a), 복수의 제4 고리형 메타 패턴(134a), 복수의 제5 고리형 메타 패턴(135a), 복수의 제6 고리형 메타 패턴(136a)으로 구성될 수 있다. 복수의 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 고리형 메타 패턴(137a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a)은 복수의 배열 비아(131a)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 복수의 고리형 메타 패턴(130a)은 더욱 전자기 밴드갭 특성에 가까운 특성을 가질 수 있다.

설계에 따라, 복수의 배열 비아(131a)는 복수의 고리형 메타 패턴(130a)과 복수의 결합형 메타 패턴(180a) 중 복수의 고리형 메타 패턴(130a)만 서로 상하방향으로 연결시킬 수 있다.

또한, 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 복수의 제1 결합형 메타 패턴(187a), 복수의 제2 결합형 메타 패턴(182a), 복수의 제3 결합형 메타 패턴(183a), 복수의 제4 결합형 메타 패턴(184a), 복수의 제5 결합형 메타 패턴(185a), 복수의 제6 결합형 메타 패턴(186a)이 평행하게 배치된 구조를 가질 수 있다.

예를 들어, 복수의 제1 고리형 메타 패턴(137a)은 패치 안테나 패턴(110a)과 결합형 메타 패턴(180a)의 복수의 제1 결합형 메타 패턴(187a)에 대해 동위에 배치될 수 있으며, 복수의 제2 고리형 메타 패턴(132a)은 커플링 패치 패턴(115a)과 복수의 결합형 메타 패턴(180a)의 복수의 제2 결합형 메타 패턴(182a)에 대해 동위에 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 고리형 메타 패턴(130a)과 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 패치 안테나 패턴(110a)을 투과하는 RF 신호를 더욱 효율적으로 z방향으로 유도할 수 있다.

도 2c를 참조하면, 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 일부와 다른 일부가 서로 상하방향으로 오버랩되도록 배열되되 서로 전기적으로 분리되도록 배열될 수 있다.

즉, 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 복수의 제1, 제2, 제3, 제4, 제5 및 제6 결합형 메타 패턴(187a, 182a, 183a, 184a, 185a, 186a)을 서로 연결시키는 복수의 비아를 포함하지 않도록 구성될 수 있다.

상기 복수의 비아는 등가회로 관점에서 인덕턴스로 작용할 수 있다. 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 인접 안테나 장치의 복수의 결합형 메타 패턴과 복수의 고리형 메타 패턴(130a)에 각각 커플링되므로, 상대적으로 큰 캐패시턴스를 가질 수 있다. 따라서, 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 복수의 메타 패턴 전체의 임피던스 균형을 위해 상대적으로 작은 인덕턴스를 가지도록 복수의 비아를 포함하지 않을 수 있다. 다만, 인덕턴스와 캐패시턴스는 설계에 따라 달라질 수 있으므로, 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 안테나 장치의 설계에 따라 상기 복수의 비아를 포함하도록 구성될 수도 있다.

한편, 복수의 고리형 메타 패턴(130a)과 복수의 결합형 메타 패턴(180a)은 각각 그라운드층(125a)로부터 전기적으로 분리될 수 있다. 이에 따라, 복수의 메타 패턴은 패치 안테나 패턴(110a)의 주파수 대역에 인접한 주파수를 가지는 RF 신호에 대해 더욱 적응적인(adaptive) 특성을 가질 수 있으므로, 대역폭을 더욱 넓힐 수 있다. 다만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 설계에 따라 복수의 메타 패턴과 그라운드층(125a)의 사이를 전기적으로 연결시키는 그라운딩 비아(미도시)를 포함하도록 구성되어 동작 안정성 관점에서 설계될 수 있다.

도 2d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 등가회로를 나타낸 회로도이다.

도 2d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 패치 안테나 패턴(110b)은 IC와 같은 소스(SRC2)로 RF 신호를 전달하거나 RF 신호를 전달받을 수 있으며, 저항값(R2)과 인덕턴스(L3, L4)를 가질 수 있다.

복수의 고리형 메타 패턴(130b)은 패치 안테나 패턴(110b)에 대한 캐패시턴스(C5, C12)와, 복수의 고리형 메타 패턴 사이의 캐패시턴스(C6, 10)와, 배열 비아의 인덕턴스(L5, L6)와, 복수의 고리형 메타 패턴과 그라운드층 간의 캐패시턴스(C7, C11)를 가질 수 있다.

여기서, 복수의 고리형 메타 패턴(130b)의 캐패시턴스와 인덕턴스에는 전술한 복수의 결합형 메타 패턴의 캐패시턴스와 인덕턴스가 합산될 수 있다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 주파수 대역과 대역폭은 전술한 저항값, 캐패시턴스 및 인덕턴스에 의해 결정될 수 있다.

도 3a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 패치 안테나 패턴의 배열을 예시한 사시도이고, 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 상면을 나타낸 평면도이다.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 복수의 패치 안테나 패턴(110b), 복수의 커플링 패치 패턴(115b), 복수의 피드비아, 그라운드층(125b), 복수의 고리형 메타 패턴(130b), 복수의 결합형 메타 패턴(180b), 연결 부재(200b), 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210b), 복수의 디렉터 패턴(215b), 복수의 피드라인(220b) 및 복수의 커플링 그라운드 패턴(235b) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

복수의 패치 안테나 패턴(110b)과 복수의 커플링 패치 패턴(115b)은 각각 제1 방향(예: x방향)으로 배열될 수 있다.

즉, 복수의 패치 안테나 패턴(110b)은 1 X n 구조 배열될 수 있다. 여기서, n은 2 이상의 자연수이다. 복수의 패치 안테나 패턴(110b)이 1 X n 구조로 배열된 안테나 장치는 전자기기의 모서리에 효율적으로 배치될 수 있다.

복수의 고리형 메타 패턴(130b)은 복수의 패치 안테나 패턴(110b) 각각을 둘러싸도록 배열될 수 있다.

복수의 결합형 메타 패턴(180b)은 복수의 고리형 메타 패턴(130b)을 둘러싸도록 배열될 수 있다.

복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210b)은 상하방향(z방향)으로 볼 때 복수의 패치 안테나 패턴(110b) 각각으로부터 제2 방향(예: y방향)으로 이격되어 배치될 수 있다.

여기서, 복수의 고리형 메타 패턴(130b)의 일부는 상하방향(z방향)으로 볼 때 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210b)과 복수의 패치 안테나 패턴(110b)의 사이에 배열될 수 있다.

이에 따라, 복수의 패치 안테나 패턴(110b)과 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210b) 사이의 전자기적 격리도는 향상될 수 있다.

또한, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)의 일부는 상하방향(z방향)으로 볼 때 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210b)과 복수의 패치 안테나 패턴(110b)의 사이에 배열될 수 있다.

복수의 결합형 메타 패턴(180b)이 더 드문드문 배열되므로, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)은 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210b)에 대해 더 넓은 전자기적 경계면을 제공할 수 있다.

이에 따라, 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210b)에서 복수의 패치 안테나 패턴(110b)으로 세는 RF 신호는 복수의 결합형 메타 패턴(180b)의 전자기적 경계면에서 더욱 효율적으로 반사될 수 있으며, 더욱 제2 방향(예: y방향)으로 집중되어 반사될 수 있다. 따라서, 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210b)의 안테나 성능은 더욱 향상될 수 있다.

도 3c 내지 도 3f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 각 층을 나타낸 평면도이다.

도 3c를 참조하면, 그라운드층(201a)은 피드비아(120a)가 통과하는 관통홀을 가질 수 있으며, 그라운딩 비아(185a)의 타단에 연결될 수 있다. 그라운드층(201a)은 패치 안테나 패턴(110a)과 피드라인 사이를 전자기적으로 차폐시킬 수 있다.

도 3d를 참조하면, 배선 그라운드층(202a)은 피드라인(220a)의 적어도 일부분과 패치 안테나 피드라인(221a)을 각각 둘러쌀 수 있다. 피드라인(220a)은 제2 배선비아(232a)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 패치 안테나 피드라인(221a)은 제1 배선비아(231a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 배선 그라운드층(202a)은 피드라인(220a)과 패치 안테나 피드라인(221a) 사이를 전자기적으로 차폐시킬 수 있다. 피드라인(220a)의 일단은 제2 피드비아(211a)에 연결될 수 있다.

도 3e를 참조하면, 제2 그라운드층(203a)은 제1 배선비아(231a)와 제2 배선비아(232a)가 각각 통과하는 복수의 관통홀을 가질 수 있으며, 커플링 그라운드 패턴(235a)을 가질 수 있다. 제2 그라운드층(203a)은 피드라인과 IC 사이를 전자기적으로 차폐시킬 수 있다.

도 3f를 참조하면, IC 그라운드층(204a)은 제1 배선비아(231a)와 제2 배선비아(232a)가 각각 통과하는 복수의 관통홀을 가질 수 있다. IC(310a)는 IC 그라운드층(204a)의 하측에 배치될 수 있으며, 제1 배선비아(231a)와 제2 배선비아(232a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)과 디렉터 패턴(215a)은 IC 그라운드층(204a)과 실질적으로 동일한 높이에 배치될 수 있다.

IC 그라운드층(204a)은 IC(310a)의 회로 및/또는 수동부품에서 사용되는 그라운드를 IC(310a) 및/또는 수동부품으로 제공할 수 있다. 설계에 따라, IC 그라운드층(204a)은 IC(310a) 및/또는 수동부품에서 사용되는 전원 및 신호의 전달경로를 제공할 수 있다. 따라서, IC 그라운드층(204a)은 IC 및/또는 수동부품에 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 배선 그라운드층(202a), 제2 그라운드층(203a) 및 IC 그라운드층(204a)은 캐비티(cavity)를 제공하도록 함몰된 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 엔드-파이어 안테나 패턴(210a)은 더욱 IC 그라운드층(204a)에 가까이 배치될 수 있다.

한편, 배선 그라운드층(202a), 제2 그라운드층(203a) 및 IC 그라운드층(204a)의 상하관계와 형태는 설계에 따라 달라질 수 있다.

도 4a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 치수를 나타낸 평면도이다.

도 4a를 참조하면, 복수의 고리형 메타 패턴(130b)은 제1 영역(S1)과 제3 영역(S3)에 배열될 수 있으며, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)은 제2 영역(S2)과 제4 영역(S4)에 배열될 수 있다. 제2 영역(S2)은 제1 영역(S1)의 사이에 배치될 수 있다. 제4 영역(S4)는 제3 영역(S3)보다 패치 안테나 패턴(110b) 및/또는 커플링 패치 패턴(115b)으로부터 더 멀리 배치될 수 있다.

복수의 고리형 메타 패턴(130b)은 제1 간격(G11, G12)을 가지는 사이 공간을 두도록 배열될 수 있다. 제1 방향 제1 간격(G11)과 제2 방향 제1 간격(G12)은 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

복수의 고리형 메타 패턴(130b)은 각각 제1 방향 제1 길이(W11)와 제2 방향 제1 길이(W12)를 가질 수 있다. 제1 방향 제1 길이(W11)와 제2 방향 제1 길이(W12)는 서로 동일할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제1 방향 제1 길이(W11)와 제2 방향 제1 길이(W12)는 각각 제1 방향 제1 간격(G11)과 제2 방향 제1 간격(G12)의 10배 이상 12배 이하일 수 있다.

캐비티(190b)는 제1 간격(G11, G12)보다 큰 제2 간격(G21, G22)을 가질 수 있다. 따라서, 캐비티(190b)는 복수의 고리형 메타 패턴(130b)의 사이 공간보다 클 수 있다. 이에 따라, 캐비티(190b)는 복수의 결합형 메타 패턴(180b)의 전자기 밴드갭 특성에 보조하여 복수의 패치 안테나 패턴(110b) 사이의 전자기적 격리도를 더욱 향상시킬 수 있다.

캐비티(190b)는 제1 방향 제2 간격(G21)과 제2 방향 제2 간격(G22)을 가질 수 있으며, 제1 방향 제2 간격(G21)은 제2 방향 제2 간격(G22)보다 작을 수 있다. 즉, 캐비티(190b)의 상하면은 제1 방향의 길이와 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향의 길이가 서로 다른 다각형 형태를 가질 수 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 복수의 패치 안테나 패턴(110b) 사이의 전자기적 격리도를 확보하면서도 제1 영역(S1)의 크기를 줄여서 소형화될 수 있다. 예를 들어, 제1 방향 제2 간격(G21)은 제2 방향 제2 간격(G22)의 1/2배 초과 3/4배 미만일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

복수의 결합형 메타 패턴(180b)은 각각 제1 방향 제3 길이(W31)와 제2 방향 제1 길이(W12)를 가질 수 있다.

복수의 결합형 메타 패턴(180b)의 일측은 복수의 고리형 메타 패턴(130b)으로부터 제1 방향 제1 간격(G11)으로 이격 배치되고, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)의 타측은 복수의 고리형 메타 패턴(130b)으로부터 제1 방향 제1 간격(G11)보다 긴 제1 방향 제2 간격(G21)으로 이격 배치될 수 있다. 이에 따라, 캐비티(190b)는 규칙적으로 배열될 수 있으므로, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)의 전자기 밴드갭 특성에 더욱 효율적으로 보조할 수 있다.

설계에 따라, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)은 각각의 일부분이 서로 제2 방향 제1 간격(G12)과 동일한 간격을 가지는 사이 공간을 두도록 배열될 수 있다. 이에 따라, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)은 캐비티(190b)를 이루면서도 전자기 밴드갭 특성을 희생하지 않고 전자기적 결합 효율을 향상시킬 수 있다.

설계에 따라, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)의 제1 방향 제3 길이(W31)는 제1 방향 제1 길이(W11)보다 더 크거나, 제2 방향 제1 길이(W12)보다 더 큰 다각형 형태를 가질 수 있다. 이에 따라, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)은 캐비티(190b)를 이루면서도 전자기적 결합 효율을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 방향 제3 길이(W31)는 제1 방향 제1 길이(W11)의 1배 초과 1.2배 이하일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

캐비티(190b)의 제1 방향 제2 간격(G21)은 복수의 결합형 메타 패턴(180b)의 제1 방향 제3 길이(W31)보다 작을 수 있다. 따라서, 캐비티(190b)는 복수의 결합형 메타 패턴(180b) 각각의 면적보다 작은 상하면 면적을 가질 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 복수의 패치 안테나 패턴(110b) 사이의 전자기적 격리도를 확보하면서도 제1 영역(S1)의 크기를 줄여서 소형화될 수 있다.

한편, 복수의 결합형 메타 패턴(180b) 중 제2 방향(예: y방향)의 가장자리에 배열된 결합형 메타 패턴(182b)은 제2 방향의 중심에 배열된 결합형 메타 패턴(181b)보다 더 클 수 있다.

즉, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)은 다각형을 이루도록 패치 안테나 패턴(110b)을 둘러싸고, 복수의 결합형 메타 패턴 중 다각형의 코너에 대응되는 결합형 메타 패턴(182b)은 상기 복수의 결합형 메타 패턴 중 다각형의 변에 대응되는 결합형 메타 패턴(181b)보다 더 클 수 있다.

이에 따라, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)은 캐비티(190b)를 이루면서도 제2 방향(예: y방향) 가장자리의 배열 균형도를 향상시킬 수 있으므로, 전자기 밴드갭 특성 안정도를 향상시키고 전자기적 결합 효율을 향상시킬 수 있다.

예를 들어, 복수의 결합형 메타 패턴(180b) 중 가장자리에 배열된 결합형 메타 패턴(182b)은 제1 방향 제1 길이(W11)보다 긴 제1 방향 제3 길이(W13)를 가지고, 제2 방향 제1 길이(W12)보다 긴 제2 방향 제3 길이(W14)를 가질 수 있다.

마찬가지로, 복수의 고리형 메타 패턴(130b)은 다각형을 이루도록 패치 안테나 패턴(110b)을 둘러싸고, 복수의 고리형 메타 패턴 중 다각형의 코너에 대응되는 고리형 메타 패턴(132b)은 상기 복수의 고리형 메타 패턴 중 다각형의 변에 대응되는 고리형 메타 패턴(131b)보다 더 클 수 있다.마찬가지로, 캐비티(190b)에서 상기 다각형의 코너에 대응되는 캐비티(192b)는 다각형의 변에 대응되는 캐비티(191b, 193b)보다 더 클 수 있다.

이에 따라, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)은 캐비티(190b)를 이루면서도 제2 방향(예: y방향) 가장자리의 배열 균형도를 향상시킬 수 있으므로, 전자기 밴드갭 특성 안정도를 향상시키고 전자기적 결합 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 복수의 결합형 메타 패턴(180b) 중 패치 안테나 패턴(110b)과 엔드-파이어 안테나 패턴(210b)의 사이에 배치된 결합형 메타 패턴은 제1 방향 제4 길이(W42)와 제2 방향 제4 길이(W41)를 가질 수 있다. 제1 방향 제4 길이(W42)는 제1 방향 제1 길이(W11)과 동일할 수 있으며, 제2 방향 제4 길이(W41)는 제2 방향 제1 길이(W12)보다 작을 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

한편, 복수의 고리형 메타 패턴(130b)은 복수의 패치 안테나 패턴(110b)으로부터 제1 방향 제5 간격(G51)과 제2 방향 제5 간격(G52)으로 이격될 수 있다.

여기서, 캐비티(190b)의 제1 방향 제2 간격(G21)은 제1 방향 제5 간격(G51)보다 작을 수 있으며, 제2 방향 제5 간격(G52)보다 작을 수 있다. 이에 따라, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)은 캐비티(190b)의 전자기적 장벽 성능을 향상시키고 전자기적 결합 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)은 복수의 패치 안테나 패턴(110b) 중 일부(예: 제1 방향 일측 가장자리)에 더 가까운 결합형 메타 패턴의 일부분과 복수의 패치 안테나 패턴 중 다른 일부(예: 제1 방향 타측 가장자리)에 더 가까운 결합형 메타 패턴의 일부분이 서로 번갈아 끼워진 형태를 가질 수 있다.

이에 따라, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)은 캐비티(190b)를 이루면서도 전자기 밴드갭 특성을 희생하지 않고 전자기적 결합 효율을 향상시킬 수 있다.

설계에 따라, 복수의 결합형 메타 패턴(180b)은 도 4b 내지 도 4g에 도시된 바와 같이 서로 번갈아 끼워진 형태를 가지지 않을 수도 있다.

도 4b 내지 도 4g는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 결합형 메타 패턴의 다양한 형태를 예시한 평면도이다.

도 4b 내지 도 4f를 참조하면, 복수의 결합형 메타 패턴(180c, 180d, 180e, 180f, 180g)은 N개(N은 자연수)의 지그재그(zigzag) 열로 배열될 수 있다. 이에 따라, 복수의 결합형 메타 패턴(180c, 180d, 180e, 180f, 180g)은 전자기 밴드갭 특성과 캐비티(190c, 190d, 190e, 190f, 190g)의 전자기적 장벽 성능을 조화롭게 확보할 수 있다.

도 4b 내지 도 4f를 참조하면, 복수의 고리형 메타 패턴(130c, 130d, 130e, 130f, 130g)은 N개의 열로 배열될 수 있다. 즉, 복수의 고리형 메타 패턴(130c, 130d, 130e, 130f, 130g)의 열 개수는 복수의 결합형 메타 패턴(180c, 180d, 180e, 180f, 180g)의 열 개수와 동일할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 복수의 고리형 메타 패턴(130c, 130d, 130e, 130f, 130g)의 상대적으로 높은 규칙성과 복수의 결합형 메타 패턴(180c, 180d, 180e, 180f, 180g)의 상대적으로 높은 전자기적 장벽 성능을 조화롭게 사용할 수 있다.

도 4b 내지 도 4f를 참조하면, 캐비티(190c, 190d, 190e, 190f, 190g)는 복수의 고리형 메타 패턴(130c, 130d, 130e, 130f, 130g)의 측경계와 복수의 결합형 메타 패턴(180c, 180d, 180e, 180f, 180g)의 지그재그 열의 굴곡에 의해 이루어질 수 있다. 이에 따라, 캐비티(190c, 190d, 190e, 190f, 190g)는 지그재그 열로 배열될 수 있으며, 전자기적 장벽 성능을 향상시키면서 복수의 결합형 메타 패턴(180c, 180d, 180e, 180f, 180g)의 전자기 밴드갭 특성을 효율적으로 보조할 수 있다.

도 4b 내지 도 4g를 참조하면, 복수의 캐비티(190c, 190d, 190e, 190f, 190g, 190h)는 복수의 결합형 메타 패턴(190c, 190d, 190e, 190f, 190g, 190h)에 대해 모자이크(mosaic) 구조로 배열될 수 있다. 이에 따라, 복수의 캐비티(190c, 190d, 190e, 190f, 190g, 190h)와 복수의 결합형 메타 패턴(180c, 190d, 190e, 190f, 190g, 190h)은 각각 상대적으로 높은 배열 규칙성을 가지면서도 서로 상보적으로 결합될 수 있으므로, 전자기 밴드갭 특성과 전자기적 장벽 성능을 조화롭게 확보할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 캐비티(190c)는 도 4a에 도시된 캐비티의 제1 방향 제2 간격보다 더 큰 제1 방향 제2 간격(G21)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 방향 제2 간격(G21)은 복수의 결합형 메타 패턴(180c)의 제1 방향 제3 길이(W31)와 동일할 수 있다.

도 4c를 참조하면, 캐비티(190d)는 도 4b에 도시된 캐비티의 제1 방향 제2 간격보다 더 큰 제1 방향 제2 간격(G21)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 방향 제2 간격(G21)은 복수의 결합형 메타 패턴(180b)의 제1 방향 제3 길이(W31)에서 확장 간격(G23)만큼 더 확장될 수 있다. 예를 들어, 복수의 결합형 메타 패턴(180d)의 제1 방향 제3 길이(W31)는 도 4a에 도시된 복수의 결합형 메타 패턴의 제1 방향 제3 길이보다 더 길 수 있다.

도 4d를 참조하면, 복수의 결합형 메타 패턴(180e)과 복수의 캐비티(190e)는 각각 도 4a에 도시된 복수의 결합형 메타 패턴과 복수의 캐비티보다 더 많은 열을 가질 수 있다.

도 4e를 참조하면, 복수의 캐비티(190f)는 각각 도 4a에 도시된 복수의 캐비티보다 더 많은 열을 가질 수 있다.

도 4f를 참조하면, 캐비티(190g)는 도 4a에 도시된 캐비티의 제2 방향 제2 간격보다 더 작은 제2 방향 제2 간격(G22)을 가질 수 있다.

도 4g를 참조하면, 패치 안테나 패턴(110h)은 원형일 수 있으며, 복수의 고리형 메타 패턴(130h)과 복수의 결합형 메타 패턴(180h)은 각각 사다리꼴 형태를 가질 수 있으며, 캐비티(190h)는 삼각형 형태를 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 각 구성요소의 형태는 사각형으로 한정되지 않는다.

도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 패치 안테나 패턴의 배열을 예시한 사시도이다.

도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 복수의 패치 안테나 패턴(110i), 그라운드층(125i), 복수의 고리형 메타 패턴(130i), 복수의 결합형 메타 패턴(180i), 복수의 캐비티(190i), 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210i) 및 복수의 피드라인(220i) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

복수의 패치 안테나 패턴(110i)은 m X n 구조로 배열될 수 있다. 여기서, m과 n은 2 이상의 자연수이다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 전자기기의 코너에 근접하여 배치될 수 있다.

복수의 고리형 메타 패턴(130i)은 복수의 패치 안테나 패턴(110i)의 형태에 대응되는 링 형태를 가질 수 있으며, 복수의 결합형 메타 패턴(180i)은 격자 구조를 가질 수 있다.

도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 메타 패턴의 배열을 예시한 평면도이다.

도 5b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 복수의 패치 안테나 패턴(110i), 그라운드층(125j), 복수의 고리형 메타 패턴(130j), 복수의 결합형 메타 패턴(180j), 복수의 캐비티(190j) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

복수의 고리형 메타 패턴(130j)과 복수의 결합형 메타 패턴(180j)은 각각 복수의 패치 안테나 패턴(110i)를 완전히 둘러싸지 않고, 복수의 패치 안테나 패턴(110i)의 사이에만 배치될 수도 있다.

즉, 복수의 결합형 메타 패턴(180j)이 복수의 고리형 메타 패턴(130j)의 사이에서 배열된다면, 복수의 고리형 메타 패턴(130j)의 형태는 특별히 고리로 한정되지 않으며, 끈(string)의 형태일 수 있다.

도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치에 포함된 연결 부재의 하측 구조를 예시한 측면도이다.

도 6a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 연결 부재(200), IC(310), 접착 부재(320), 전기연결구조체(330), 봉합재(340), 수동부품(350) 및 서브기판(410) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

연결 부재(200)는 도 1 내지 도 5b를 참조하여 전술한 연결 부재와 유사한 구조를 가질 수 있다.

IC(310)는 전술한 IC와 동일하며, 연결 부재(200)의 하측에 배치될 수 있다. 상기 IC(310)는 연결 부재(200)의 배선에 전기적으로 연결되어 RF 신호를 전달하거나 전달받을 수 있으며, 연결 부재(200)의 그라운드층에 전기적으로 연결되어 그라운드를 제공받을 수 있다. 예를 들어, IC(310)는 주파수 변환, 증폭, 필터링, 위상제어 및 전원생성 중 적어도 일부를 수행하여 변환된 신호를 생성할 수 있다.

접착 부재(320)는 IC(310)와 연결 부재(200)를 서로 접착시킬 수 있다.

전기연결구조체(330)는 IC(310)와 연결 부재(200)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 전기연결구조체(330)는 솔더볼(solder ball), 핀(pin), 랜드(land), 패드(pad)과 같은 구조를 가질 수 있다. 전기연결구조체(330)는 연결 부재(200)의 배선과 그라운드층보다 낮은 용융점을 가져서 상기 낮은 용융점을 이용한 소정의 공정을 통해 IC(310)와 연결 부재(200)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.

봉합재(340)는 IC(310)의 적어도 일부를 봉합할 수 있으며, IC(310)의 방열성능과 충격 보호성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 봉합재(340)는 PIE(Photo Imageable Encapsulant), ABF (Ajinomoto Build-up Film), 에폭시몰딩컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 등으로 구현될 수 있다.

수동부품(350)은 연결 부재(200)의 하면 상에 배치될 수 있으며, 전기연결구조체(330)를 통해 연결 부재(200)의 배선 및/또는 그라운드층에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 수동부품(350)은 캐패시터(예: Multi Layer Ceramic Capacitor(MLCC))나 인덕터, 칩저항기 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

서브기판(410)은 연결 부재(200)의 하측에 배치될 수 있으며, 외부로부터 IF(intermediate frequency) 신호 또는 기저대역(base band) 신호를 전달받아 IC(310)로 전달하거나 IC(310)로부터 IF 신호 또는 기저대역 신호를 전달받아 외부로 전달하도록 연결 부재(200)에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, RF 신호의 주파수(예: 24GHz, 28GHz, 36GHz, 39GHz, 60GHz)는 IF 신호(예: 2GHz, 5GHz, 10GHz 등)의 주파수보다 크다.

예를 들어, 서브기판(410)은 연결 부재(200)의 IC 그라운드층에 포함될 수 있는 배선을 통해 IF 신호 또는 기저대역 신호를 IC(310)로 전달하거나 IC(310)로부터 전달받을 수 있다. 연결 부재(200)의 제1 그라운드층이 IC 그라운드층과 배선의 사이에 배치되므로, 안테나 장치 내에서 IF 신호 또는 기저대역 신호와 RF 신호는 전기적으로 격리될 수 있다.

도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 차폐 부재(360), 커넥터(420) 및 칩 안테나(430) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

차폐 부재(360)는 연결 부재(200)의 하측에 배치되어 연결 부재(200)와 함께 IC(310)를 가두도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 차폐 부재(360)는 IC(310)와 수동부품(350)을 함께 커버(예: conformal shield)하거나 각각 커버(예: compartment shield)하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 차폐 부재(360)는 일면이 개방된 육면체의 형태를 가지고, 연결 부재(200)와의 결합을 통해 육면체의 수용공간을 가질 수 있다. 차폐 부재(360)는 구리와 같이 높은 전도도의 물질로 구현되어 짧은 스킨뎁스(skin depth)를 가질 수 있으며, 연결 부재(200)의 그라운드층에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 차폐 부재(360)는 IC(310)와 수동부품(350)이 받을 수 있는 전자기적 노이즈를 줄일 수 있다.

커넥터(420)는 케이블(예: 동축케이블, 연성PCB)의 접속구조를 가질 수 있으며, 연결 부재(200)의 IC 그라운드층에 전기적으로 연결될 수 있으며, 전술한 서브기판과 유사한 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상기 커넥터(420)는 케이블로부터 IF 신호, 기저대역 신호 및/또는 전원을 제공받거나 IF 신호 및/또는 기저대역 신호를 케이블로 제공할 수 있다.

칩 안테나(430)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치에 보조하여 RF 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 예를 들어, 칩 안테나(430)는 절연층보다 큰 유전율을 가지는 유전체 블록과, 상기 유전체 블록의 양면에 배치되는 복수의 전극을 포함할 수 있다. 상기 복수의 전극 중 하나는 연결 부재(200)의 배선에 전기적으로 연결될 수 있으며, 다른 하나는 연결 부재(200)의 그라운드층에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 구조를 예시한 측면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 엔드-파이어 안테나(100f)와 패치 안테나 패턴(1110f)과 IC(310f)와 수동부품(350f)이 연결 부재(500f)에 통합된 구조를 가질 수 있다.

엔드-파이어 안테나(100f) 및 패치 안테나 패턴(1110f)은 각각 전술한 안테나 장치 및 전술한 패치 안테나 패턴과 동일하게 설계될 수 있으며, IC(310f)로부터 RF 신호를 전달받아 송신하거나, 수신된 RF 신호를 IC(310f)로 전달할 수 있다.

연결 부재(500f)는 적어도 하나의 도전층(510f)과 적어도 하나의 절연층(520f)이 적층된 구조(예: 인쇄회로기판의 구조)를 가질 수 있다. 상기 도전층(510f)은 전술한 그라운드층과 피드라인을 가질 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 연성 연결 부재(550f)를 더 포함할 수 있다. 연성 연결 부재(550f)는 상하방향으로 볼 때 연결 부재(500f)에 오버랩되는 제1 연성 영역(570f)과 연결 부재(500f)에 오버랩되지 않는 제2 연성 영역(580f)을 포함할 수 있다.

제2 연성 영역(580f)은 상하방향으로 유연하게 휘어질 수 있다. 이에 따라, 제2 연성 영역(580f)은 세트 기판의 커넥터 및/또는 인접 안테나 장치에 유연하게 연결될 수 있다.

연성 연결 부재(550f)는 신호선(560f)을 포함할 수 있다. IF(Intermediate frequency) 신호 및/또는 기저대역 신호는 신호선(560f)을 통해 IC(310f)로 전달되거나 세트 기판의 커넥터 및/또는 인접 안테나 장치에 전달될 수 있다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 전자기기에서의 배치를 예시한 평면도이다.

도 8a를 참조하면, 엔드-파이어 안테나(100g), 패치 안테나 패턴(1110g) 및 절연층(1140g)을 포함하는 안테나 장치는 전자기기(700g)의 세트 기판(600g) 상에서 전자기기(700g)의 측면 경계에 인접하여 배치될 수 있다.

전자기기(700g)는 스마트 폰(smart phone), 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 태블릿(tablet), 랩탑(laptop), 넷북(netbook), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch), 오토모티브(Automotive) 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

상기 세트 기판(600g) 상에는 통신모듈(610g) 및 기저대역 회로(620g)가 더 배치될 수 있다. 상기 안테나 장치는 동축케이블(630g)을 통해 통신모듈(610g) 및/또는 기저대역 회로(620g)에 전기적으로 연결될 수 있다.

통신모듈(610g)은 디지털 신호처리를 수행하도록 휘발성 메모리(예컨대, DRAM), 비-휘발성 메모리(예컨대, ROM), 플래시 메모리 등의 메모리 칩; 센트랄 프로세서(예컨대, CPU), 그래픽 프로세서(예컨대, GPU), 디지털 신호 프로세서, 암호화 프로세서, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 등의 어플리케이션 프로세서 칩; 아날로그-디지털 컨버터, ASIC(application-specific IC) 등의 로직 칩 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.

기저대역 회로(620g)는 아날로그-디지털 변환, 아날로그 신호에 대한 증폭, 필터링 및 주파수 변환을 수행하여 베이스 신호를 생성할 수 있다. 상기 기저대역 회로(620g)로부터 입출력되는 베이스 신호는 케이블을 통해 안테나 장치로 전달될 수 있다.

예를 들어, 상기 베이스 신호는 전기연결구조체와 코어 비아와 배선을 통해 IC로 전달될 수 있다. 상기 IC는 상기 베이스 신호를 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 RF 신호로 변환할 수 있다.

도 8b를 참조하면, 엔드-파이어 안테나(100h), 패치 안테나 패턴(1110h) 및 절연층(1140h)를 각각 포함하는 복수의 안테나 장치는 전자기기(700h)의 세트 기판(600h) 상에서 전자기기(700h)의 일측면 경계와 타측면 경계에 각각 인접하여 배치될 수 있으며, 상기 세트 기판(600h) 상에는 통신모듈(610h) 및 기저대역 회로(620h)가 더 배치될 수 있다. 상기 복수의 안테나 장치는 동축케이블(630h)을 통해 통신모듈(610h) 및/또는 기저대역 회로(620h)에 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 본 명세서에 개진된 패치 안테나 패턴, 커플링 패치 패턴, 고리형 메타 패턴, 결합형 메타 패턴, 피드비아, 배열 비아, 그라운딩비아, 차폐비아, 배선비아, 피드라인, 그라운드층, 엔드-파이어 안테나 패턴, 디렉터 패턴, 커플링 그라운드 패턴, 전기연결구조체는, 금속 재료(예: 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질)를 포함할 수 있으며, CVD(chemical vapor deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), 스퍼터링(sputtering), 서브트랙티브(Subtractive), 애디티브(Additive), SAP(Semi-Additive Process), MSAP(Modified Semi-Additive Process) 등의 도금 방법에 따라 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

한편, 본 명세서에 개진된 절연층은 FR4, LCP(Liquid Crystal Polymer), LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic), 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들 수지가 무기필러와 함께 유리섬유(Glass Fiber, Glass Cloth, Glass Fabric) 등의 심재에 함침된 수지, 프리프레그(prepreg), ABF(Ajinomoto Build-up Film), FR-4, BT(Bismaleimide Triazine), 감광성 절연(Photo Imagable Dielectric: PID) 수지, 일반 동박 적층판(Copper Clad Laminate, CCL) 또는 글래스나 세라믹 (ceramic) 계열의 절연재 등으로 구현될 수도 있다. 상기 절연층은 본 명세서에 개진된 안테나 장치에서 패치 안테나 패턴, 커플링 패치 패턴, 고리형 메타 패턴, 결합형 메타 패턴, 피드비아, 배열 비아, 그라운딩비아, 차폐비아, 배선비아, 피드라인, 그라운드층, 엔드-파이어 안테나 패턴, 디렉터 패턴, 커플링 그라운드 패턴, 전기연결구조체가 배치되지 않은 위치의 적어도 일부분에 채워질 수 있다.

한편, 본 명세서에 개진된 RF 신호는 Wi-Fi(IEEE 802.11 패밀리 등), WiMAX(IEEE 802.16 패밀리 등), IEEE 802.20, LTE(long term evolution), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPS, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, 3G, 4G, 5G 및 그 이후의 것으로 지정된 임의의 다른 무선 및 유선 프로토콜들에 따른 형식을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

110: 패치 안테나 패턴(patch antenna pattern)
115: 커플링 패치 패턴(coupling patch pattern)
120: 피드비아(feed via)
125: 그라운드층(ground layer)
130: 고리형 메타 패턴(meta pattern)
131a: 배열 비아
132a: 제2 고리형 메타 패턴
133a: 제3 고리형 메타 패턴
134a: 제4 고리형 메타 패턴
135a: 제5 고리형 메타 패턴
136a: 제6 고리형 메타 패턴
137a: 제1 고리형 메타 패턴
131b: 다각형의 변에 대응되는 고리형 메타 패턴
132b: 다각형의 코너에 대응되는 고리형 메타 패턴
180: 결합형 메타 패턴
182a: 제2 결합형 메타 패턴
183a: 제3 결합형 메타 패턴
184a: 제4 결합형 메타 패턴
185a: 제5 결합형 메타 패턴
186a: 제6 결합형 메타 패턴
187a: 제1 결합형 메타 패턴
181b: 다각형의 변에 대응되는 결합형 메타 패턴
182b: 다각형의 코너에 대응되는 결합형 메타 패턴
190: 캐비티(cavity)
200: 연결 부재
202: 배선 그라운드층
203: 제2 그라운드층
204: IC 그라운드층
210: 엔드-파이어 안테나 패턴(end-fire antenna pattern)
215: 디렉터 패턴(director patter)
220: 피드라인(feed line)
235: 커플링 그라운드 패턴(coupling ground pattern)
245: 차폐비아(shielding via)

Claims (14)

1. 그라운드층;
   상기 그라운드층의 상측으로 이격 배치되고 상면이 다각형인 패치 안테나 패턴;
   상기 패치 안테나 패턴보다 하위에서 상기 패치 안테나 패턴으로 급전 경로를 제공하는 피드비아; 및
   각각 상기 그라운드층의 상측으로 이격 배치되고 상기 패치 안테나 패턴으로부터 이격되고 서로 이격된 복수의 메타 패턴; 을 포함하고,
   상기 복수의 메타 패턴은,
   상기 패치 안테나 패턴을 둘러싸도록 배열되되 상기 패치 안테나 패턴의 다각형의 각 변마다 상기 패치 안테나 패턴을 향하여 2개 이상이 커버하도록 배열된 복수의 제1 메타 패턴; 및
   상기 패치 안테나 패턴으로부터 상기 복수의 제1 메타 패턴보다 멀리서 상기 복수의 제1 메타 패턴보다 드문드문하게(sparsely) 배열된 복수의 제2 메타 패턴; 을 포함하는 안테나 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 제1 메타 패턴은 제1 간격을 가지는 사이 공간을 두도록 배열되고,
   상기 복수의 제2 메타 패턴은 상기 복수의 제1 메타 패턴의 사이 공간보다 큰 적어도 하나의 캐비티(cavity)가 형성되도록 배열된 안테나 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 캐비티는 상기 패치 안테나 패턴의 다각형의 각 변마다 상기 패치 안테나 패턴을 향하여 1개 이상이 커버하도록 배열된 복수의 캐비티로 구성된 안테나 장치.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 캐비티에서 상기 복수의 제1 및 제2 메타 패턴 중 대응되는 제1 및 제2 메타 패턴 사이의 이격 거리는 상기 복수의 제1 메타 패턴 사이의 이격 거리보다 길고 상기 복수의 제1 메타 패턴 각각의 길이보다 짧은 안테나 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 패치 안테나 패턴을 둘러싸도록 배열되되 상기 패치 안테나 패턴의 다각형의 각 변마다 상기 패치 안테나 패턴을 향하여 2개 이상이 커버하도록 배열된 복수의 배열 비아를 더 포함하고,
   상기 복수의 제1 메타 패턴은 상기 복수의 배열 비아에 전기적으로 연결되고 입체적으로 배열된 안테나 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 복수의 제2 메타 패턴은 입체적으로 배열되고,
   상기 복수의 제2 메타 패턴의 사이에는 금속 구성요소가 배치되지 않고 절연층 및 공기 중 적어도 하나로 채워진 안테나 장치.
   
7. 그라운드층;
   상기 그라운드층의 상측으로 이격 배치되고 상면이 다각형인 패치 안테나 패턴;
   상기 패치 안테나 패턴보다 하위에서 상기 패치 안테나 패턴으로 급전 경로를 제공하는 피드비아;
   각각 상기 그라운드층의 상측으로 이격 배치되고 상기 패치 안테나 패턴으로부터 이격되고 서로 이격되고, 상기 패치 안테나 패턴의 적어도 하나의 변을 따라 배열된 복수의 메타 패턴; 및
   각각 상기 복수의 메타 패턴 중 일부를 전기적으로 연결시키는 복수의 배열 비아; 를 포함하고,
   상기 복수의 메타 패턴은,
   상기 복수의 배열 비아에 전기적으로 연결되어 입체적으로 배열된 복수의 제1 메타 패턴; 및
   사이에 금속 구성요소가 배치되지 않고 절연층 및 공기 중 적어도 하나로 채워져 입체적으로 배열된 복수의 제2 메타 패턴; 을 포함하는 안테나 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 복수의 메타 패턴은 내부의 적어도 하나의 캐비티를 둘러싸도록 배열되고,
   상기 복수의 메타 패턴의 상기 적어도 하나의 캐비티를 사이에 두는 이격 거리는 상기 적어도 하나의 캐비티를 사이에 두지 않는 이격 거리보다 긴 안테나 장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 복수의 메타 패턴의 상기 적어도 하나의 캐비티를 사이에 두는 제1 방향 이격거리와 상기 제1 방향에 대해 수직인 제2 방향 이격거리 간의 차이는, 상기 복수의 메타 패턴 각각의 제1 방향 길이와 제2 방향 길이 간의 차이보다 큰 안테나 장치.
   
10. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 복수의 메타 패턴과 상기 그라운드층의 사이에는 금속 구성요소가 배치되지 않고 절연층 및 공기 중 적어도 하나로 채워진 안테나 장치.
    
11. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 피드비아는 상기 복수의 메타 패턴의 중심에서 다각형의 서로 다른 변을 향하여 치우쳐져 배치된 제1 및 제2 피드비아로 구성되고,
    상기 복수의 제2 메타 패턴은 상기 패치 안테나 패턴을 둘러싸도록 배열된 안테나 장치.
    
12. 적어도 하나의 관통홀을 가지는 그라운드층;
    상기 그라운드층의 상측으로 이격 배치된 패치 안테나 패턴;
    상기 패치 안테나 패턴보다 하위에서 상기 패치 안테나 패턴으로 급전 경로를 제공하고 상기 그라운드층의 적어도 하나의 관통홀을 관통하도록 배치된 피드비아;
    상기 그라운드층의 하측으로 이격 배치되고 상기 피드비아로부터 이격 배치된 피드라인;
    상기 피드라인에 전기적으로 연결된 엔드-파이어 안테나 패턴; 및
    각각 상기 그라운드층의 상측으로 이격 배치되고 상기 패치 안테나 패턴으로부터 이격되고 서로 이격되고, 적어도 일부가 상하방향으로 볼 때 상기 패치 안테나 패턴과 상기 엔드-파이어 안테나 패턴의 사이에 위치하도록 배열된 복수의 메타 패턴; 을 포함하고,
    상기 복수의 메타 패턴은 상기 엔드-파이어 안테나 패턴을 향하는 수평방향으로 적어도 하나의 캐비티를 제공하도록 배열되고,
    상기 복수의 메타 패턴의 상기 적어도 하나의 캐비티를 사이에 두는 이격 거리는 상기 적어도 하나의 캐비티를 사이에 두지 않는 이격 거리보다 긴 안테나 장치.
    
13. 제12항에 있어서,
    각각 상기 복수의 메타 패턴 중 일부를 전기적으로 연결시키는 복수의 배열 비아를 더 포함하고
    상기 복수의 메타 패턴은,
    상기 복수의 배열 비아에 전기적으로 연결되어 입체적으로 배열된 복수의 제1 메타 패턴; 및
    상기 패치 안테나 패턴으로부터 상기 복수의 제1 메타 패턴보다 멀리서 입체적으로 배열되고, 사이에 금속 구성요소가 배치되지 않고 절연층 및 공기 중 적어도 하나로 채워져 입체적으로 배열된 복수의 제2 메타 패턴; 을 포함하는 안테나 장치.
    
14. 제12항에 있어서,
    상기 그라운드층의 하측으로 이격 배치되고 상기 피드라인으로부터 이격 배치된 제2 그라운드층을 더 포함하고,
    상기 제2 그라운드층은 상기 엔드-파이어 안테나 패턴을 향하는 수평방향으로 제2 캐비티(cavity)를 제공하는 안테나 장치.

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