KR102346283B1 - 반사체를 포함하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이, 상기 안테나 어레이의 상단면과 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체, 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체의 하단면과 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체 및 금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이의 상단면과 마주하는 상기 유전체의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체를 포함하는 안테나 모듈을 제공한다.

Description

반사체를 포함하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자장치{AN ANTENNA MODULE INCLUDING REFLECTOR AND AN ELECTRIC DEVICE INCLUDING THE ANTENNA MODULE}
본 발명은 차세대 통신 기술에서 이용되는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자장치에 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), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술이 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
차세대 통신 시스템은 초고주파 대역(mmWave)을 이용할 수 있다. 초고주파 대역에서는 전파의 경로손실로 인해 안테나의 게인값 하락이 발생할 수 있다. 따라서 이를 방지하기 위해 렌즈 등 다양한 장치들이 안테나와 결합될 수 있다. 그러나 렌즈를 통해 안테나의 게인값을 향상시키기 위해서는 안테나와 렌즈간 특정거리 이상의 이격거리가 필요하다.
반면, 차세대 통신 시스템이 적용되는 전자 장치의 사이즈는 점차 소형화되는 추세에 있다. 따라서 전장 장치내에서 안테나와 렌즈간 이격거리가 충분하게 확보되지 못하는 경우가 발생할 수 있으며, 이에 따라 안테나의 게인값이 급격하게 하락하는 문제점이 존재한다.
본 발명은 상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이, 상기 안테나 어레이의 상단면과 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체, 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체의 하단면과 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체; 및 금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이의 상단면과 마주하는 상기 유전체의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체를 포함하는 안테나 모듈을 제공한다.
상기 유전체는 하단면을 통해 입사되는 빔의 위상을 변경시켜 상단면으로 빔을 방사할 수 있다.
상기 제1 반사체는 상기 안테나 어레이가 배치되는 수평면상에 상기 안테나 어레이를 둘러싸며 배치될 수 있다.
상기 제1 길이는 상기 제2 길이보다 작거나 같을 수 있다.
상기 제2 반사체는 그리드(grid) 형상을 가지며, 상기 그리드를 구성하는 각각의 격자무늬 크기는 서로 상이할 수 있다.
상기 각각의 격자무늬 크기는 상기 각각의 격자무늬가 상기 안테나 어레이의 중심축으로부터 멀어질수록 커질 수 있다.
상기 제2 반사체는 기설정된 형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함하며, 상기 복수개의 단위 반사체는 상기 유전체의 하단면에 주기적으로 배치될 수 있다.
상기 기설정된 형상은 정사각형 형상, 원 형상, 정사각형 링형상, 십자가 형상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 반사체는 복수개의 레이어로 구성될 수 있다.
상기 안테나 모듈을 둘러싸도록 형성된 하우징을 더 포함하며, 상기 유전체 및 상기 제2 반사체는 상기 하우징의 외곽을 따라 상기 하우징의 일면에 배치될 수 있다.
본 발명은 안테나 모듈을 포함하는 전자 장치를 제공하며, 상기 안테나 모듈은 상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이, 상기 안테나 어레이의 상단면과 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체, 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체의 하단면과 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체 및 금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이의 상단면과 마주하는 상기 유전체의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체를 포함할 수 있다.
상기 유전체는 하단면을 통해 입사되는 빔의 위상을 변경시켜 상단면으로 빔을 방사할 수 있다.
상기 제1 반사체는 상기 안테나 어레이가 배치되는 수평면상에 상기 안테나 어레이를 둘러싸며 배치될 수 있다.
상기 제1 길이는 상기 제2 길이보다 작거나 같을 수 있다.
상기 제2 반사체는 그리드(grid) 형상을 가지며, 상기 그리드를 구성하는 각각의 격자무늬 크기는 서로 상이할 수 있다.
상기 각각의 격자무늬 크기는 상기 각각의 격자무늬가 상기 안테나 어레이의 중심축으로부터 멀어질수록 커질 수 있다.
상기 제2 반사체는 기설정된 형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함하며, 상기 복수개의 단위 반사체는 상기 유전체의 하단면에 주기적으로 배치될 수 있다.
상기 기설정된 형상은 정사각형 형상, 원 형상, 정사각형 링형상, 십자가 형상 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 반사체는 복수개의 레이어(layer)로 구성될 수 있다.
상기 안테나 모듈을 둘러싸도록 형성된 하우징을 더 포함하며, 상기 유전체 및 상기 제2 반사체는 상기 하우징의 외곽을 따라 일면에 배치될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 안테나 어레이와 절연체(또는 렌즈)간의 이격거리가 근접하더라도, 안테나 어레이의 주변에 배치되는 반사체를 통해 안테나 모듈의 게인값을 유지할 수 있다.
또한, 본 발명에서 개시하고 있는 구조를 통해 안테나 어레이와 절연체간 이격거리가 줄어들 수 있어, 안테나 모듈 및 상기 안테나 모듈을 포함하는 전자 장치의 사이즈를 감소시킬 수 있다.
도 1은 렌즈를 포함하는 안테나 모듈 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 모듈의 측면도를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 모듈을 상단면에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나 모듈을 상단면에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 안테나 모듈을 상단면에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 제2 반사체의 형상을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 안테나 모듈의 측면도를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치의 측면도를 나타낸 도면이다.
본 발명의 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. 또한 실시 예에서 '~부'는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
도 1은 렌즈를 포함하는 안테나 모듈 구조를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 안테나 모듈(100)은 복수개의 안테나 엘리먼트를 포함하는 안테나 어레이(110), 상기 안테나 어레이(110)와 기설정된 거리만큼 이격되어 배치되는 렌즈(120), 및 상기 안테나 어레이(110)와 상기 렌즈(120)를 고정하는 케이스(130)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 렌즈(120)는 상기 안테나 어레이(110)를 통해 방사되는 빔을 수신할 수 있다. 차세대 이동 통신 시스템에 이용되는 안테나 어레이(110)는 빔 스위핑 기능을 이용해 빔의 각도를 바꿔가며 다양한 각도로 빔을 방사할 수 있다. 렌즈(120)는 다양한 위상으로 방사되는 빔을 수신하며, 상기 빔의 위상을 변경하여 케이스(130) 외부로 방사할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 렌즈(120)에 의해 상기 안테나 모듈(100)의 게인값이 향상될 수 있다. 그러나, 게인값을 향상시키기 위해서는 안테나 어레이(110)와 렌즈(120) 간에 기설정된 기준거리 이상의 이격거리(d)가 필요하다. 예를 들어 차세대 이동 통신 시스템에 이용되는 mmWave 대역에서는 3cm 이상의 이격거리(d)가 필요할 수 있다.
그러나, 전자 장치의 크기가 소형화되는 최근의 추세에서 안테나와 렌즈간 수 센티미터의 이격거리를 가지는 안테나 모듈 구조는 배제될 수 밖에 없다. 따라서 안테나 어레이(110)와 렌즈(120)간 이격거리를 줄일 수 있는 안테나 모듈 구조가 요구되며, 이하에서는 이와 같은 요구를 만족시키기 위한 안테나 모듈 구조를 제공한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 모듈의 측면도를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면 안테나 모듈(200)은 상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이(210), 상기 안테나 어레이(210)의 상단면과 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체(220), 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체(220)의 하단면과 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체(230) 및 금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이(210)의 상단면과 마주하는 상기 유전체(220)의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체(241, 242, 243)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 안테나 어레이(210)는 복수개의 안테나 엘리먼트를 포함할 수 있다. 상기 안테나 어레이(210)는 각각의 안테나 엘리먼트를 제어하여 빔포밍을 수행할 수 있다. 즉, 상기 안테나 어레이(210)는 다양한 각도로 빔 조향(beam steering)을 수행할 수 있다.
상기 안테나 어레이(210)의 상단면을 통해 복수개의 빔(260, 262, 270)이 방사될 수 있다. 상기 안테나 어레이(210)의 상단면에서 수직으로 방사되는 빔(260)은 상기 안테나 어레이(210)와 상기 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체(220)의 하단면에 수직으로 입사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 유전체(220)의 하단면으로 수직으로 입사된 빔(260)은 빔 위상 값의 변경 없이 상기 유전체(220)를 투과할 수 있다. 상기 유전체(220)를 투과한 빔(261)은 상기 유전체(220)와 수직을 유지하며 안테나 모듈(200) 외부로 방사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 안테나 어레이(210)의 빔포밍에 의해 특정한 위상 값을 가지는 빔(270)이 유전체(220)의 하단면에 입사할 수 있다. 이 경우, 상기 유전체(220)는 상기 빔(270)의 위상을 변경시킬 수 있으며, 위상이 변경된 빔(271)은 안테나 모듈(200) 외부로 방사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 유전체(200)에 의해 위상이 변경된 빔(271)의 위상은 유전체(220)와 수직을 유지하며 안테나 모듈(200) 외부로 방사되는 빔(261)과 동일한 위상을 가질 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈(200)의 게인값이 향상될 수 있다.
일실시예에 따르면 안테나 어레이(210)를 통해 방사되는 빔의 일부(262)는 제2 반사체(241)에 입사될 수 있다. 상기 제2 반사체(241)는 금속성 물질을 포함하며, 상기 제2 반사체(241)에 입사되는 빔의 일부(264)는 위상이 180° 변경되어 반사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 반사체(241)에 입사되는 빔의 일부(263)는 상기 제2 반사체(241)를 투과할 수 있다. 투과된 상기 빔의 일부(263)는 상기 제2 반사체(241)의 상단면에 배치되는 유전체(220)에 의해 빔의 위상이 변경될 수 있으며, 위상이 변경된 빔(263)은 안테나 모듈(200) 외부로 방사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 위상이 변경된 빔(263)의 위상은 유전체(220)와 수직을 유지하며 안테나 모듈(200) 외부로 방사되는 빔(261, 271)과 동일한 위상을 가질 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈(200)의 게인값이 향상될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 반사체(241)에 의해 반사되는 빔(264)은 특정 위상을 가지며 제1 반사체(230)로 입사할 수 있다. 상기 제1 반사체(230)로 입사된 빔(264)은 상기 제1 반사체(230)를 투과할 수 없으며, 상기 제1 반사체(230)에 의해 위상이 180° 변경되어 전반사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 반사체(230)에 의해 반사된 빔(265)은 특정 빔(262)과 동일한 위상을 가질 수 있으며, 제2 반사체(242)에 입사될 수 있다. 상기 제2 반사체(242)는 금속성 물질을 포함하며, 상기 제2 반사체(242)에 입사되는 빔의 일부(267)는 위상이 180° 변경되어 반사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 반사체(242)에 입사되는 빔의 일부(266)는 상기 제2 반사체(242)를 투과할 수 있다. 투과된 상기 빔의 일부(266)는 상기 제2 반사체(242)의 상단면에 배치되는 유전체(220)에 의해 빔의 위상이 변경될 수 있으며, 위상이 변경된 빔(266)은 안테나 모듈(200) 외부로 방사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 위상이 변경된 빔(266)의 위상은 유전체(220)와 수직을 유지하며 안테나 모듈(200) 외부로 방사되는 빔(261, 263, 271)과 동일한 위상을 가질 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈(200)의 게인값이 향상될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 반사체(242)에 의해 반사되는 빔(267)은 특정 위상을 가지며 제1 반사체(230)로 입사할 수 잇다. 상기 제1 반사체(230)로 입사한 빔(267)은 상기 제1 반사체(230)를 투과할 수 없으며, 상기 제1 반사체(230)에 의해 위상이 180° 변경되어 전반사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 반사체(230)에 의해 반사된 빔(268)은 특정 빔(262, 265)과 동일한 위상을 가질 수 있으며, 제2 반사체(243)에 입사될 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 제2 반사체(243)에 입사되는 빔의 일부(269)는 유전체(220)에 의해 빔의 위상이 변경되어 안테나 모듈(200) 외부로 방사될 수 있다.
일실시예에 따르면, 위상이 변경된 빔(269)의 위상은 유전체(220)와 수직을 유지하며 안테나 모듈(200) 외부로 방사되는 특정 빔(261, 263, 266, 271)과 동일한 위상을 가질 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈의 게인값이 향상될 수 있다.
도시하지는 않았으나, 제2 반사체(243)로 입사되는 빔(268)의 일부도 위상이 180° 변경되어 제1 반사체(230)를 향해 반사될 수 있다. 즉, 안테나 어레이(210)를 통해 방사되는 빔의 일부는 상기 제1 반사체(230)와 상기 제2 반사체(241, 242, 243)에 의해 상기 안테나 모듈(200) 내부에서 반사되어 이동하며 안테나 모듈(200) 외부로 방사될 수 있다.
따라서 본 발명의 일실시예에 따르면, 유전체(220)를 통해 빔이 방사되는 면적이 넓어질 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈의 성능(예를 들어 게인값)을 향상시킬 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 반사체(230)는 상기 안테나 어레이(210)가 배치되는 수평면상에서 상기 안테나 어레이(210)를 둘러싸며 배치될 수 있다. 즉 상기 안테나 어레이(210)와 유전체(220)간의 이격거리인 제1 길이와 유전체(220)와 제1 반사체(230)간의 이격거리인 제2 길이가 동일할 수 있다.
일실시예에 따르면, 안테나 어레이(210)와 유전체(220)간의 이격거리인 상기 제1 길이가 유전체(220)와 제1 반사체(230)간의 이격거리인 제2 길이보다 작거나 같을 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 안테나 어레이(210)는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)의 상단면에 배치될 수 있다. 일실시예에 따르면 상기 안테나 어레이(210)는 패치형 안테나일 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 인쇄회로기판의 하단면에 배치되는 그라운드층에 연장되어 제1 반사체(230)가 형성될 수 있다. 즉, 제1 반사체(230)는 상기 그라운드층이 배치되는 수평면상에 상기 안테나 어레이(210)를 둘러싸도록 배치될 수 있다. 일실시예에 따르면 상기 제1 반사체(230)와 상기 그라운드층은 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 도 2에서 도시하고 있는 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 일실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위가 도 2에서 개시하고 있는 실시예에 국한되어서는 안 될 것이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 모듈을 상단면에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 제2 반사체(320)는 그리드(grid) 형상을 가질 수 있다. 즉, 격자무늬의 테두리가 제2 반사체(320)로 구성될 수 있으며, 상기 제2 반사체(320)는 플레이트 형상을 가지는 유전체(미도시)의 하단면에 배치될 수 있다. 상기 그리드 형상의 제2 반사체(320)를 통해 유전체의 하단면 중 격자무늬의 테두리가 배치되는 영역은 반사체로써 이용될 수 있으며, 유전체의 하단면 중 격자무늬 테두리가 배치되지 않는 영역은 유전체로써 이용될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 반사체(320)는 상기 안테나 어레이(310)의 상단면과 마주하도록 배치될 수 있으며, 안테나 어레이(310)는 상기 제2 반사체(320)와 기설정된 길이만큼 이격되어 배치될 수 있다. 일실시예에 따르면 안테나 어레이(310)를 통해 방사되어 상기 제2 반사체(320)를 통해 반사되는 빔이 다시 제2 반사체(320)를 향해 재반사될 수 있도록 제1 반사체(330)가 상기 안테나 어레이(310) 주변에 배치될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 반사체(330)는 상기 제2 반사체(320)를 통해 반사되는 빔이 전부 제2 반사체(320)를 향해 반사될 수 있도록 금속성 물질을 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 제1 반사체(330)는 상기 안테나 어레이(310)가 배치되는 수평면상에 상기 안테나 어레이(310)를 둘러싸며 배치될 수 있다. 즉, 상기 안테나 어레이(310)와 상기 제2 반사체(320)간의 이격거리와 상기 제1 반사체(330)와 상기 제2 반사체(320)간의 이격거리가 동일할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제2 반사체(320)를 구성하는 각 격자무늬는 직사각형 형상을 가질 수 있다. (보다 구체적으로 도 3에서 도시하고 있는 dx와 dy가 서로 다를 수 있다.) 뿐만 아니라, 각 격자무늬의 크기가 서로 상이할 수 있다. (보다 구체적으로 도 3에서 도시하고 있는 wx와 wy가 서로 다를 수 있다.)
일실시예에 따르면 상기 그리드 형상의 제2 반사체(320)를 구성하는 각각의 격자무늬는 비대칭(asymmetric)하게 형성될 수 있다. 일실시예에 따르면 상기 비대칭적인 격자무늬 형상의 제2 반사체(320)를 통해 특정 위상(예를 들면 안테나 모듈을 통해 방사하고자 하는 빔의 위상)의 게인값이 향상될 수 있다.
한편, 도 3에서 도시하고 있는 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 일실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위가 도 3에서 개시하고 있는 실시예에 국한되어서는 안 될 것이다. 예를 들어 제2 반사체(320)는 격자무늬를 포함하는 그리드 형상이 아닌 육각 그리드(hexagon grid) 형상을 포함할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 안테나 모듈을 상단면에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 그리드 형상을 가지는 제2 반사체(420)를 구성하는 각각의 격자무늬는 비균일(non-uniform)하게 형성될 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈의 상단면에서 보았을 때, 안테나 어레이(410)와 중첩되어 배치되는 제2 반사체(420)의 격자무늬 크기는 안테나 어레이(410)와 중첩되지 않는 제2 반사체(420)의 격자무늬 크기보다 클 수 있다.
일실시예에 따르면, 안테나 모듈의 상단면에서 보았을 때, 안테나 어레이(410)와 중첩되는 영역은 안테나 어레이(410)와 수직하게 방사되는 빔일 확률이 높다. 따라서 상기 영역에는 도 4에서 도시하고 있는 바와 같이 제2 반사체의 배치를 최소화하는 것이 안테나 모듈의 게인값 향상 측면에서 바람직하다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 안테나 모듈을 상단면에서 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 그리드 형상을 가지는 제2 반사체(520)를 구성하는 각각의 격자무늬는 비균일하게 형성될 수 있다. 일실시예에 따르면, 안테나 모듈의 상단면에서 보았을 때, 각각의 격자무늬 크기는 상기 각각의 격자무늬가 상기 안테나 어레이(510)의 중식축으로부터 멀어질수록 커질 수 있다.
일실시예에 따르면, 안테나 어레이(510)와 가장 근접하게 위치하는 격자무늬의 밑변길이는 d1이며, 밑변길이가 d1인 격자무늬의 옆에 위치하는 격자무늬의 밑변길이는 d2이고, d2는 d1보다 클 수 있다. 동일한 원리로 도 5에서 도시하고 있는 격자무늬 밑변길이의 대소관계를 정리하면 하기의 수식과 같이 정리할 수 있다.
[수식]
d1 < d2 < d3 < d4 < d5 < d6 < d7
d1, d2, d3, d4, d5, d6, d7: 해당 격자무늬의 밑변길이
일실시예에 따르면 상기 비균일한 격자무늬 형상의 제2 반사체(520)를 통해 특정 위상(예를 들면 안테나 모듈을 통해 방사하고자 하는 빔의 위상)의 게인값이 향상될 수 있다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 따른 제2 반사체의 형상을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면 제2 반사체(610)는 정사각형 형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함할 수 있으며, 상기 복수개의 단위 반사체는 유전체(620)의 하단면에 주기적으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 각각의 단위 반사체는 서로 동일한 거리만큼 이격되어 유전체(620)의 하단면에 반복되어 배치될 수 있다.
일실시예에 따르면 안테나 어레이를 통해 방사되는 빔의 일부는 상기 제2 반사체(610)에 의해 위상이 180° 변경되어 반사될 수 있으며, 빔의 다른 일부는 상기 유전체(620)를 투과하여 안테나 모듈 외부로 방사될 수 있다. 일실시예에 따르면, 유전체(620)를 투과하는 빔의 일부는 상기 유전체(620)에 의하여 빔의 위상이 변경될 수 있다.
도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 제2 반사체의 형상을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면 제2 반사체(610)는 원 형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함할 수 있으며, 상기 복수개의 단위 반사체는 유전체(620)의 하단면에 주기적으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 각각의 단위 반사체는 서로 동일한 거리만큼 이격되어 유전체(620)의 하단면에 반복되어 배치될 수 있다.
단위 반사체의 형상이 원 형상으로 형성될 수 있다는 점을 제외하고 제2 반사체 및 유전체의 구조 및 효과는 도 6a의 제2 반사체 및 유전체의 구조 및 효과와 동일 또는 유사할 수 있다.
도 6c는 본 발명의 실시예에 따른 제2 반사체의 형상을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면 제2 반사체(610)는 정사각형 링형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함할 수 있으며, 상기 복수개의 단위 반사체는 유전체(620)의 하단면에 주기적으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 각각의 단위 반사체는 서로 동일한 거리만큼 이격되어 유전체(620)의 하단면에 반복되어 배치될 수 있다.
단위 반사체의 형상이 직사각형 링형상으로 형성될 수 있다는 점을 제외하고 제2 반사체 및 유전체의 구조 및 효과는 도 6a의 제2 반사체 및 유전체의 구조 및 효과와 동일 또는 유사할 수 있다.
도 6d는 본 발명의 실시예에 따른 제2 반사체의 형상을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면 제2 반사체(610)는 십자가 형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함할 수 있으며, 상기 복수개의 단위 반사체는 유전체(620)의 하단면에 주기적으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 각각의 단위 반사체는 서로 동일한 거리만큼 이격되어 유전체(620)의 하단면에 반복되어 배치될 수 있다.
단위 반사체의 형상이 십자가 형상으로 형성될 수 있다는 점을 제외하고 제2 반사체 및 유전체의 구조 및 효과는 도 6a의 제2 반사체 및 유전체의 구조 및 효과와 동일 또는 유사할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 안테나 모듈의 측면도를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 안테나 모듈(700)은 상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이(710), 상기 안테나 어레이(710)의 상단면과 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체(720) 및 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체(720)의 하단면과 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체(730)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 안테나 모듈(700)은 금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이의 상단면과 마주하는 상기 유전체의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체를 포함할 수 있으며, 상기 제2 반사체는 복수개의 레이어(741, 743)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 제2 반사체를 구성하는 각각의 레이어(741, 743)는 서로 다른 형상을 가지는 단위 반사체가 주기적으로 배치될 수 있다. 예를 들어 741 레이어는 그리드 형상을 가지는 반사체가 배치될 수 있으며, 743 레이어는 정사각형 형상을 가지는 단위 반사체가 주기적으로 배치되어 있는 반사체가 배치될 수 있다.
일실시예에 따르면, 제2 반사체를 구성하는 각각의 레이어(741, 743)는 서로 동일한 형상을 가지는 단위 반사체가 주기적으로 배치될 수 있다. 예를 들어 741 레이어가 원형 형상을 가지는 단위 반사체가 주기적으로 배치되어 있는 반사체라면, 743 레이어도 원형 형상을 가지는 단위 반사체가 주기적으로 배치되어 있는 반사체일 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치의 측면도를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 전자 장치(800)는 안테나 모듈 및 상기 안테나 모듈을 둘러싸도록 형성된 하우징(850))을 포함할 수 있으며, 상기 안테나 모듈은 상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이(810), 상기 안테나 어레이(810)의 상단면과 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체(820), 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체(820)의 하단면과 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체(830) 및 금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이(810)의 상단면과 마주하는 상기 유전체(820)의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체(830)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 유전체(820) 및 상기 제2 반사체(840)는 상기 하우징(850)의 외곽을 따라 상기 하우징(850)의 일면에 배치될 수 있다. 즉, 상기 하우징(850)이 곡면으로 형성되는 경우, 상기 유전체(820)와 상기 제2 반사체(840)도 곡면으로 형성될 수 있다.
일실시예에 따르면 상기 유전체(820) 및 상기 제2 반사체(840)는 상기 하우징의 일면에 인쇄될 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 제2 반사체(840)는 상기 유전체(820)에 패터닝(patterning) 공정을 통해 배치될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한 상기 각각의 실시 예는 필요에 따라 서로 조합되어 운용할 수 있다. 예컨대, 본 발명에서 제안하는 방법들의 일부분들이 서로 조합되어 기지국과 단말이 운용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이;
    상기 안테나 어레이의 상단면과 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체;
    금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체의 하단면과 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체;
    금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이의 상단면과 마주하는 상기 유전체의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체; 및
    상기 안테나 어레이 및 상기 유전체를 고정하는 하우징을 포함하고,
    상기 제2 반사체는 복수의 격자 무늬로 구성된 그리드(grid) 형상으로 배치되며, 상기 복수의 격자 무늬 중 상기 안테나 어레이와 중첩되는 영역의 격자 무늬는 상기 복수의 격자 무늬 중 상기 안테나 어레이와 중첩되지 않는 영역의 격자 무늬보다 큰 크기를 가지며,
    상기 유전체 및 상기 제2 반사체는 상기 하우징의 외곽을 따라 상기 하우징의 일면에 배치되고,
    상기 하우징, 상기 유전체 및 상기 제2 반사체는 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유전체는 하단면을 통해 입사되는 빔의 위상을 변경시켜 상단면으로 빔을 방사하는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사체는 상기 안테나 어레이가 배치되는 수평면상에 상기 안테나 어레이를 둘러싸며 배치되는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 길이는 상기 제2 길이보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반사체는 상기 유전체에 패터닝(patterning) 공정을 통해 배치되는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반사체는 기설정된 형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함하며, 상기 복수개의 단위 반사체는 상기 유전체의 하단면에 주기적으로 배치되는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기설정된 형상은 정사각형 형상, 원 형상, 정사각형 링형상, 십자가 형상 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 반사체는 복수개의 레이어로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  10. 삭제
  11. 안테나 모듈을 포함하는 전자 장치에 있어서,
    상기 안테나 모듈은,
    상단면을 통해 빔을 방사하는 안테나 어레이;
    상기 안테나 어레이의 상단면과 제1 길이만큼 이격되어 배치되는 유전체;
    금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체의 하단면과 제2 길이만큼 이격되어 배치되는 제1 반사체;
    금속성 물질을 포함하며, 상기 안테나 어레이의 상단면과 마주하는 상기 유전체의 하단면의 일부 영역에 배치되는 제2 반사체; 및
    상기 안테나 어레이 및 상기 유전체를 고정하는 하우징을 포함하고,
    상기 제2 반사체는 복수의 격자 무늬로 구성된 그리드(grid) 형상으로 배치되며, 상기 복수의 격자 무늬 중 상기 안테나 어레이와 중첩되는 영역의 격자 무늬는 상기 복수의 격자 무늬 중 상기 안테나 어레이와 중첩되지 않는 영역의 격자 무늬보다 큰 크기를 가지며,
    상기 유전체 및 상기 제2 반사체는 상기 하우징의 외곽을 따라 상기 하우징의 일면에 배치되고,
    상기 하우징, 상기 유전체 및 상기 제2 반사체는 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유전체는 하단면을 통해 입사되는 빔의 위상을 변경시켜 상단면으로 빔을 방사하는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 반사체는 상기 안테나 어레이가 배치되는 수평면상에 상기 안테나 어레이를 둘러싸며 배치되는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 길이는 상기 제2 길이보다 작거나 같은 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제2 반사체는 상기 유전체에 패터닝(patterning) 공정을 통해 배치되는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  16. 삭제
  17. 제11항에 있어서,
    상기 제2 반사체는 기설정된 형상을 가지는 복수개의 단위 반사체를 포함하며, 상기 복수개의 단위 반사체는 상기 유전체의 하단면에 주기적으로 배치되는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 기설정된 형상은 정사각형 형상, 원 형상, 정사각형 링형상, 십자가 형상 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  19. 제11항에 있어서,
    상기 제2 반사체는 복수개의 레이어(layer)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는,
    전자 장치.
  20. 삭제
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