KR102400537B1 - 안테나 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 제2 커플링 패치 패턴; 적어도 일부분이 제2 커플링 패치 패턴에 상하방향으로 오버랩되도록 제2 커플링 패치 패턴의 상측으로 이격 배치되는 제1 커플링 패치 패턴; 적어도 일부분이 제2 커플링 패치 패턴에 상하방향으로 오버랩되도록 제2 커플링 패치 패턴의 하측으로 이격 배치되는 패치 안테나 패턴; 패치 안테나 패턴에 대한 급전 경로를 제공하는 피드비아; 제1 및 제2 커플링 패치 패턴의 배치공간을 제공하는 제1 유전층; 및 패치 안테나 패턴 및 피드비아의 배치공간을 제공하고 제1 유전층의 하측에 배치된 제2 유전층; 을 포함하고, 제1 유전층은 상기 패치 안테나 패턴을 향하여 함몰영역을 제공할 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.
한국 공개특허공보 10-2009-0068799
본 발명은 안테나 성능(예: 송수신율, 이득, 대역폭, 직진성(directivity) 등)을 향상시키거나 소형화에 유리한 구조를 가질 수 있는 안테나 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 제2 커플링 패치 패턴; 적어도 일부분이 상기 제2 커플링 패치 패턴에 상하방향으로 오버랩되도록 상기 제2 커플링 패치 패턴의 상측으로 이격 배치되는 제1 커플링 패치 패턴; 적어도 일부분이 상기 제2 커플링 패치 패턴에 상하방향으로 오버랩되도록 상기 제2 커플링 패치 패턴의 하측으로 이격 배치되는 패치 안테나 패턴; 상기 패치 안테나 패턴에 대한 급전 경로를 제공하는 피드비아; 상기 제1 및 제2 커플링 패치 패턴의 배치공간을 제공하는 제1 유전층; 및 상기 패치 안테나 패턴 및 상기 피드비아의 배치공간을 제공하고 제1 유전층의 하측에 배치된 제2 유전층; 을 포함하고, 상기 제1 유전층은 상기 패치 안테나 패턴을 향하여 함몰영역을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 제2 커플링 패치 패턴; 적어도 일부분이 상기 제2 커플링 패치 패턴에 상하방향으로 오버랩되도록 상기 제2 커플링 패치 패턴의 상측으로 이격 배치되는 제1 커플링 패치 패턴; 상기 제1 및 제2 커플링 패치 패턴의 배치공간을 제공하고, 하측으로 함몰영역을 제공하는 유전층; 및 상기 유전층의 하면 상에서 상기 함몰영역에 상하방향으로 오버랩되지 않는 부분에 각각 배치된 복수의 전기연결구조체; 를 포함하고, 상기 함몰영역은 상기 함몰영역의 하측으로부터 상기 제2 커플링 패치 패턴을 전기적으로 분리시키도록 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 안테나 성능을 향상시키거나 소형화에 유리한 구조를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 2a 내지 도 2j는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈을 나타낸 측면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈에 포함될 수 있는 복수의 도전성 배열 패턴을 예시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈을 나타낸 평면도이다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈에 포함될 수 있는 연결 부재를 예시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 변형 구조를 예시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 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 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(100)는 연결 부재(200)의 상측에 배치될 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 상기 안테나 장치(100)에 대응되는 복수의 안테나 장치를 포함할 수 있다. 설계에 따라, 상기 연결 부재(200)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(100) 및 안테나 모듈에 포함될 수 있다. IC(Integrated Circuit)는 연결 부재(200)의 하측에 배치될 수 있다.
연결 부재(200)는 제3 영역(153)에 배치될 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(100) 및 안테나 모듈을 IC에 전기적으로 연결시킬 수 있으며, 안테나 장치(100) 및 안테나 모듈과 IC간의 전자기적 격리도 및/또는 임피던스를 제공할 수 있다.
연결 부재(200)는 안테나 장치(100) 및 안테나 모듈과 IC로 전기적 그라운드를 제공할 수 있으며, 그라운드층(125), 제2 그라운드층(202), 제3 그라운드층(203), 제4 그라운드층(204), 제5 그라운드층(205) 및 차폐비아(245) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
설계에 따라, 연결 부재(200)는 적어도 하나의 엔드-파이어 안테나를 포함할 수 있다. 상기 엔드-파이어 안테나는 엔드-파이어 안테나 패턴(210), 엔드-파이어 안테나 피드비아(211), 디렉터 패턴(215) 및 엔드-파이어 안테나 피드라인(220) 중 적어도 일부를 포함할 수 있으며, x방향으로 RF(Radio Frequency) 신호를 송수신할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(100) 및 안테나 모듈은, 안테나 패키지(105) 및 피드비아(120)를 포함할 수 있으며, z방향으로 RF 신호를 송수신할 수 있다.
안테나 패키지(105)는 제1 영역(154)에 배치될 수 있으며, 후술할 패치 안테나 패턴, 제1 및 제2 커플링 패치 패턴을 포함할 수 있으며, 설계에 따라 복수의 도전성 배열 패턴을 더 포함할 수 있다.
피드비아(120)는 제2 영역(152)에 배치될 수 있으며, 안테나 패키지(105)와 연결 부재(200) 간을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(100) 및 안테나 모듈은 제1 및 제2 영역(151, 152)의 유전상수가 클수록 소형화에 유리할 수 있으며, 제1 및 제2 영역(151, 152)의 유전상수가 작을수록 안테나 성능(예: 이득, 대역폭) 향상에 유리할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치(100) 및 안테나 모듈은 제1 및 제2 영역(151, 152)의 유전상수 구성을 통해 개선된 안테나 성능을 가지면서 소형화에 유리한 구조를 제공할 수 있다.
도 2a 내지 도 2j는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈을 나타낸 측면도이다.
도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 패치 안테나 패턴(110), 제1 커플링 패치 패턴(111), 제2 커플링 패치 패턴(112), 피드비아(120), 그라운드층(125), 그라운딩 비아(127), 패드(128), 전기연결구조체(129), 복수의 도전성 배열 패턴(130), 제2 유전층(140), 저유전영역(145) 및 유전층(150) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
여기서, 유전층(150) 및 제2 유전층(140)은 각각 패치 안테나 패턴(110), 제1 커플링 패치 패턴(111) 및 제2 커플링 패치 패턴(112) 중 일부의 배치공간을 제공할 수 있다. 예를 들어, 안테나 패턴(110)은 제2 유전층(140)의 상면 상에 놓이거나 제2 유전층(140)의 내부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 커플링 패치 패턴(111, 112)은 유전층(150)의 상면 또는 하면 상에 놓이거나 유전층(150)의 내부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 유전층(150) 및 제2 유전층(140)은 각각 복수의 층이 적층된 형태를 가질 수 있다. 따라서, 유전층(150) 및 제2 유전층(140) 각각은 관점에 따라 복수의 유전 구성요소를 포함하는 것으로 보여질 수 있다.
그라운드층(125)은 패치 안테나 패턴(110)과 전술한 연결 부재 간의 전자기적 격리도를 향상시킬 수 있으며, 패치 안테나 패턴(110)에 대해 리플렉터(reflector)로 작용하여 패치 안테나 패턴(110)의 RF 신호를 z방향 반사하여 RF 신호를 z방향으로 더욱 집중시킬 수 있다. 그라운드층(125)은 패치 안테나 패턴(110)에 대한 이격 거리(H4)를 확보하도록 배치되어 리플렉터 특성을 가질 수 있다.
그라운드층(125)은 피드비아(120)가 통과하는 관통홀(hole)을 가질 수 있다. 관통홀(hole)은 z방향으로 볼 때 패치 안테나 패턴(110)에 오버랩될 수 있다.
피드비아(120)는 패치 안테나 패턴(110)으로부터 전달받은 RF 신호를 전술한 연결 부재 및/또는 IC로 전달할 수 있으며, 연결 부재 및/또는 IC로부터 전달받은 RF 신호를 전술한 연결 부재 및/또는 IC로 전달할 수 있다. 설계에 따라, 복수의 피드비아(120)는 단일 또는 복수의 패치 안테나 패턴(110)에 연결될 수 있다. 복수의 피드비아(120)가 단일의 패치 안테나 패턴(110)에 연결될 경우, 복수의 피드비아(120)는 각각 서로 편파인 H폴(Horizontal Pole) RF 신호와 V폴(Vertical Pole) RF 신호가 흐르도록 구성될 수 있다.
패치 안테나 패턴(110)은 그라운드층(125)의 상측에 배치되고 피드비아(120)의 일단에 전기적으로 연결될 수 있다. 패치 안테나 패턴(110)은 피드비아(120)로부터 RF 신호를 전달받아서 z방향으로 원격 송신하거나 z방향으로 RF 신호를 원격 수신하여 피드비아(120)로 RF 신호를 전달할 수 있다.
제1 커플링 패치 패턴(111)은 패치 안테나 패턴(110)의 상측에 배치될 수 있다. 제1 커플링 패치 패턴(111)은 패치 안테나 패턴(110)에 전자기적으로 커플링될 수 있으며, 패치 안테나 패턴(110)의 공진 주파수에 영향을 주고, RF 신호를 z방향으로 더욱 집중시켜서 패치 안테나 패턴(110)의 이득을 향상시킬 수 있다.
패치 안테나 패턴(110)과 제1 커플링 패치 패턴(111) 사이를 투과하는 RF 신호의 파장은 패치 안테나 패턴(110)과 제1 커플링 패치 패턴(111) 사이의 유효 유전상수가 작을수록 길 수 있다. 또한, 패치 안테나 패턴(110)과 제1 커플링 패치 패턴(111) 사이의 전자기적 커플링에 따른 RF 신호의 z방향 집중도는 RF 신호의 파장이 길수록 클 수 있다. 따라서, 패치 안테나 패턴(110)의 이득은 패치 안테나 패턴(110)과 제1 커플링 패치 패턴(111) 사이의 유효 유전상수가 작을수록 향상될 수 있다.
패치 안테나 패턴(110)과 제1 커플링 패치 패턴(111) 사이의 유효 유전상수가 작아질 경우, 공진 주파수를 유지하기 위한 패치 안테나 패턴(110)의 크기는 커질 수 있으며, 패치 안테나 패턴(110)의 대역폭은 좁아질 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은 패치 안테나 패턴(110)과 제1 커플링 패치 패턴(111) 사이에 배치된 제2 커플링 패치 패턴(112)를 더 포함함으로써, 패치 안테나 패턴(110)의 공진 주파수를 낮추고 패치 안테나 패턴(110)의 대역폭을 넓힐 수 있다.
제2 커플링 패치 패턴(112)은 제1 커플링 패치 패턴(111)과 패치 안테나 패턴(110)의 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 제2 커플링 패치 패턴(112)은 제1 커플링 패치 패턴(111)과 제2 커플링 패치 패턴(112) 사이의 유효 유전상수가 제2 커플링 패치 패턴(112)과 패치 안테나 패턴(110) 사이의 유효 유전상수보다 높도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 패치 안테나 패턴(110)은 패치 안테나 패턴(110)과 제1 커플링 패치 패턴(111) 사이의 유효 유전상수 감소에 따른 공진 주파수 시프트(shift)와 대역폭 감소를 더욱 쉽게 상쇄시킬 수 있다.
유전층(150)은 적어도 제1 및 제2 커플링 패치 패턴(111, 112)의 사이 공간의 적어도 일부분을 차지하되, 패치 안테나 패턴(110)과 제2 커플링 패치 패턴(112)의 사이 공간의 적어도 일부분의 유전상수(DK)가 제1 및 제2 커플링 패치 패턴(111, 112)의 사이 공간의 유전상수(DK)보다 작도록 배치될 수 있다.
즉, 제1 커플링 패치 패턴(111)과 제2 커플링 패치 패턴(112) 사이의 유효 유전상수와 제2 커플링 패치 패턴(112)과 패치 안테나 패턴(110) 사이의 유효 유전상수는 유전층(150)의 배치 위치에 따라 결정될 수 있다.
예를 들어, 패치 안테나 패턴(100)과 제2 커플링 패치 패턴(112)의 사이 공간의 적어도 일부분의 유전상수는 유전층(150)의 유전상수보다 작을 수 있다. 즉, 패치 안테나 패턴(110)과 제2 커플링 패치 패턴(112)의 사이 공간은 저유전영역(145)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 저유전영역(145)은 공기와 동일한 유전상수를 가질 수 있으나, 설계에 따라 유전층(150)의 유전상수보다 작은 유전물질이나 봉합재(encapsulant)를 포함하여 절연 신뢰도를 확보할 수 있다.
예를 들어, 유전층(150)은 하측으로 함몰영역(Cavity)을 제공할 수 있다. 상기 함몰영역은 패치 안테나 패턴(110)과 제1 및 제2 커플링 패치 패턴(111, 112) 사이 물리적 거리의 증가나 유전층(150)의 z방향 길이(H12) 증가 없이도 유효 유전상수를 낮출 수 있다. 따라서, 안테나 장치 및 안테나 모듈의 안테나 성능 대비 사이즈는 더욱 축소될 수 있다.
예를 들어, 제1 커플링 패치 패턴(111)은 유전층(150)에 배치되되 유전층(150)의 상측으로 노출되도록 배치되고, 제2 커플링 패치 패턴(112)은 유전층(150)의 함몰영역(Cavity)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제2 커플링 패치 패턴(112)과 패치 안테나 패턴(110) 사이의 거리는 H3에서 (H2 + H3)로 길어질 수 있으며, 제2 커플링 패치 패턴(112)과 제1 커플링 패치 패턴(111) 사이의 거리는 H12에서 H1로 짧아질 수 있다. 즉, 안테나 장치 및 안테나 모듈은 저유전상수의 안테나 성능에 유리한 특성을 더욱 효율적으로 사용하면서 고유전상수의 소형화에 유리한 특성을 더욱 효율적으로 사용할 수 있다.
예를 들어, 제1 커플링 패치 패턴의 측방향 길이(L3)는 제2 커플링 패치 패턴의 측방향 길이(L2)보다 길고 유전층의 함몰영역의 측방향 길이(L4)보다 짧을 수 있다. 이에 따라, 제2 커플링 패치 패턴(112)은 함몰영역(Cavity)의 경계를 효율적으로 활용하여 이득을 향상시키고 대역폭을 넓힐 수 있다.
예를 들어, 패치 안테나 패턴의 측방향 길이(L1)는 제2 커플링 패치 패턴의 측방향 길이(L2)보다 짧을 수 있다. 이에 따라, 제2 커플링 패치 패턴(112)은 패치 안테나 패턴(110)에 대해 더욱 쉽게 커플링될 수 있으며, 패치 안테나 패턴(110)의 대역폭은 더욱 넓어질 수 있다.
상기 함몰영역(Cavity)은 설계에 따라 생략될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은 함몰영역(Cavity)이 없더라도 유전물질의 충진 생략, 낮은 유전상수를 가진 유전물질의 충진을 통해 구현될 수 있으며, 유전층(150)과 제2 유전층(140)이 별도로 제조된 상태에서의 전기적 접합을 통해 구현될 수 있다.
제2 유전층(140)은 그라운드층(125)과 패치 안테나 패턴(110)의 사이 영역의 적어도 일부분을 차지하도록 배치될 수 있다.
복수의 전기연결구조체(129)는 그라운드층(125)의 상측에 배치되고 유전층(150)을 지지할 수 있다. 복수의 전기연결구조체(129) 각각은 소정의 높이를 가질 수 있으므로, 저유전영역(145)을 제공할 수 있다.
저유전영역(145)은 별도의 절연물질 없이도 절연 신뢰도를 확보할 수 있으므로, 공기로 이루어질 수 있다. 공기는 실질적으로 1의 유전상수를 가지며, 저유전영역(145)에 채워지기 위한 별도의 공정을 요구하지 않는다. 따라서, 제2 유전층(140)에 배치된 패치 안테나 패턴(110)과 유전층(150)에 배치된 제2 커플링 패치 패턴(112) 간의 유효 유전상수는 쉽게 낮아질 수 있다.
복수의 전기연결구조체(129)는 유전층(150)에 배치된 도전성 구성요소(예: 도전성 배열 패턴)와 제2 유전층(140)에 배치된 도전성 구성요소(예: 그라운드층)를 전기적으로 연결시킬 수 있으며, 상기 도전성 구성요소보다 낮은 용융점을 가질 수 있으므로, 유전층(150)과 제2 유전층(140)이 별도로 제조된 상태에서의 전기적 접합환경을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은 함몰영역(Cavity)을 가지지 않더라도 복수의 전기연결구조체(129)의 크기 및/또는 높이를 증가시켜서 패치 안테나 패턴(110)과 제2 커플링 패치(112) 간의 유효 유전상수를 더욱 낮출 수 있다. 예를 들어, 복수의 전기연결구조체(129)는 IC와 연결 부재 간의 전기연결구조체보다 크도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 복수의 전기연결구조체(129)는 솔더볼(solder ball), 핀(pin), 패드(pad), 랜드(land) 또는 서브기판과 같은 구조 중 선택될 수 있는데, IC와 연결 부재 간의 전기연결구조체와 다른 구조를 가져서 크기 및/또는 높이를 증가시킬 수 있다.
한편, 제2 유전층(140)의 유전상수는 유전층(150)의 유전상수보다 작을 수 있다. 공진 주파수를 유지하기 위한 패치 안테나 패턴(110) 및 제1 및 제2 커플링 패치 패턴(111, 112)의 크기는 유전층(150)의 유전상수가 클수록 작아질 수 있다. 또한, 패치 안테나 패턴(110)과 인접 안테나 장치 간의 이격 거리는 유전층(150)의 유전상수가 클수록 작아질 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈은 큰 유전상수 가지는 유전층(150)을 사용하여 소형화를 구현하면서도 저유전영역(145)을 제공하여 안테나 성능도 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 유전층(150)은 제2 유전층(140)의 유전정접(DF)보다 작은 유전정접을 가질 수 있다. 이에 따라, 패치 안테나 패턴(110)의 RF 신호 송수신에 따른 에너지 손실은 감소할 수 있다.
복수의 도전성 배열 패턴(130)은 소정의 측방향 길이(L5)를 가져서 제1 또는 제2 커플링 패치 패턴(111, 112)의 측경계를 따라 둘러싸도록 배열되고 복수의 전기연결구조체(129)에 전기적으로 연결될 수 있다. 유전층(150)은 복수의 도전성 배열 패턴(130)의 배치공간을 제공할 수 있다. 상기 복수의 도전성 배열 패턴(130)은 제1 또는 제2 커플링 패치 패턴(111, 112)에 전자기적으로 커플링될 수 있으며, 패치 안테나 패턴(110)과 인접 안테나 장치 간의 전자기적 격리도를 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 복수의 도전성 배열 패턴(130)은, 제1 커플링 패치 패턴(111)과 동위에 배치된 복수의 제1 도전성 배열 패턴(132)과, 복수의 그라운딩 비아(127)에 전기적으로 연결된 복수의 제2 도전성 배열 패턴(138)과, 복수의 제1 도전성 배열 패턴(132)과 복수의 제2 도전성 배열 패턴(138)을 각각 연결시키는 복수의 배열 비아(131)를 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수의 도전성 배열 패턴(130)은 전자기 밴드갭(electromagnetic bandgap) 구조에 가까워질 수 있으므로, 투과되는 RF 신호를 더욱 z방향으로 유도할 수 있다.
예를 들어, 복수의 도전성 배열 패턴(130)은 복수의 그라운딩 비아(127)와 패드(128)를 통해 그라운드층(125)에 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 복수의 그라운딩 비아(127) 각각의 적어도 일부분은 상기 제2 유전층 내에 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 도전성 배열 패턴(130)의 전자기 차폐 성능은 더욱 향상될 수 있다.
도 2b는 도 2a의 안테나 장치와 비교하여 복수의 도전성 배열 패턴을 생략한 구조를 나타낸 도면이다. 즉, 안테나 장치는 전술한 복수의 도전성 배열 패턴을 포함하지 않을 수 있다.
도 2a에 도시된 안테나 장치와 비교하여, 도 2b에 도시된 안테나 장치는 패치 안테나 패턴(110)의 개수가 적을수록 개선된 안테나 성능을 가지고 패치 안테나 패턴(110)과 인접 안테나 패턴 간의 간격이 길수록 개선된 안테나 성능을 가질 수 있다. 따라서, 전술한 복수의 도전성 배열 패턴의 포함 여부는 패치 안테나 패턴(110)의 개수 및/또는 간격에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 패치 안테나 패턴(110)과 제2 커플링 패치 패턴(112) 간의 간격은 약 0.2mm일 수 있으며, 제2 커플링 패치 패턴(112)과 제1 커플링 패치 패턴(111) 간의 간격은 약 0.2mm일 수 있으며, 함몰영역의 z방향 높이는 약 0.1mm일 수 있으며, 제1 및 제2 커플링 패치 패턴(111, 112)의 z방향 높이는 약 0.015mm일 수 있으며, 패치 안테나 패턴(110)과 그라운드층(125) 간의 거리는 약 0.3mm일 수 있다.
도 2c는 도 2b의 안테나 장치와 비교하여 제1 및 제2 커플링 패치 패턴의 크기가 작아진 구조를 나타낸 도면이다.
도 2c를 참조하면, 유전층(150)은 제2 유전층(140)의 유전상수보다 높은 유전상수를 가질 수 있으며, 도 2a 및 도 2b에 도시된 유전층보다 더 높은 유전상수를 가질 수 있다. 이에 따라, 도 2b에 도시된 안테나 장치와 비교하여, 도 2c에 도시된 안테나 장치는 더욱 소형화된 제1 및 제2 커플링 패치 패턴(111, 112)을 가질 수 있다.
예를 들어, 패치 안테나 패턴(110)의 수평방향 길이는 약 2.5mm일 수 있으며, 제1 커플링 패치 패턴(111)의 수평방향 길이는 약 2.1mm일 수 있으며, 제2 커플링 패치 패턴(112)의 수평방향 길이는 약 1.7mm일 수 있다.
도 2d는 도 2c의 안테나 장치와 비교하여 유전층의 유전상수가 낮아진 구조를 나타낸 도면이다.
도 2d를 참조하면, 유전층(150)은 제2 유전층(140)의 유전상수와 실질적으로 동일한 유전상수를 가질 수 있으며, 도 2a 및 도 2b에 도시된 유전층보다 더 낮은 유전상수를 가질 수 있다.
이에 따라, 도 2c에 도시된 안테나 장치와 비교하여, 제1 커플링 패치 패턴(111)과 제2 커플링 패치 패턴(112) 간의 간격은 더욱 짧아질 수 있으며, 제2 커플링 패치 패턴(112)과 패치 안테나 패턴(110) 간의 간격보다 짧을 수 있다.
또한, 도 2c에 도시된 안테나 장치와 비교하여, 함몰영역(Cavity)의 측방향 길이는 더욱 길어질 수 있다.
예를 들어, 패치 안테나 패턴(110)과 제2 커플링 패치 패턴(112) 간의 간격은 약 0.28mm일 수 있으며, 제2 커플링 패치 패턴(112)과 제1 커플링 패치 패턴(111) 간의 간격은 약 0.12mm일 수 있으며, 전기연결구조체(129)의 높이는 약 0.1mm일 수 있으며, 패치 안테나 패턴(110)의 수평방향 길이는 약 2.5mm일 수 있으며, 제1 커플링 패치 패턴(111)의 수평방향 길이는 약 2.7mm일 수 있으며, 제2 커플링 패치 패턴(112)의 수평방향 길이는 약 1.5mm일 수 있다.
도 2e는 도 2d의 안테나 장치와 비교하여 복수의 도전성 배열 패턴이 추가 배치된 구조를 나타낸 도면이다.
도 2e를 참조하면, 유전층(150)은 복수의 배열 비아(131), 복수의 제1 도전성 배열 패턴(132), 복수의 제2 도전성 배열 패턴(138), 복수의 제3 도전성 배열 패턴(133), 복수의 제4 도전성 배열 패턴(134), 복수의 제5 도전성 배열 패턴(135), 복수의 제6 도전성 배열 패턴(136), 복수의 제7 도전성 배열 패턴(137)을 포함할 수 있다.
도 2d에 도시된 안테나 장치와 비교하여, 도 2e에 도시된 안테나 장치는 패치 안테나 패턴(110)의 개수가 많을수록 개선된 안테나 성능을 가지고 패치 안테나 패턴(110)과 인접 안테나 패턴 간의 간격이 짧을수록 개선된 안테나 성능을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 간격은 RF 신호의 파장의 절반보다 길 수 있다.
도 2f는 도 2e의 안테나 장치와 비교하여 안테나 패턴의 제2 상부 유전층이 추가 배치된 구조를 나타낸 도면이다.
도 2f를 참조하면, 제2 유전층(140)은 패치 안테나 패턴(110)의 측면을 둘러싸는 제2 상부 유전층(141)을 더 포함할 수 있다. 제2 상부 유전층(141)은 패치 안테나 패턴(110)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 2g는 도 2e의 안테나 장치와 비교하여 유전층의 상부 유전층 추가 배치된 구조를 나타낸 도면이다.
도 2g를 참조하면, 유전층(150)은 유전층(150)의 상측에 배치된 상부 유전층(151)을 더 포함할 수 있다. 상기 상부 유전층(151)은 제1 커플링 패치 패턴(111)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 2h는 도 2g의 안테나 장치와 비교하여 패치 안테나 패턴의 제2 상부 유전층이 추가 배치된 구조를 나타낸 도면이다.
도 2h를 참조하면, 제2 유전층(140)은 패치 안테나 패턴(110)의 측면을 둘러싸는 제2 상부 유전층(141)을 더 포함할 수 있으며, 유전층(150)은 제1 커플링 패치 패턴(111)의 상측에 배치된 상부 유전층(151)을 더 포함할 수 있다.
도 2i는 도 2e의 안테나 장치와 비교하여 함몰영역의 크기가 증가된 구조를 나타낸 도면이다.
도 2i를 참조하면, 유전층(150)은 상대적으로 긴 높이를 가지는 함몰영역(Cavity)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 유효 유전상수는 더욱 낮아질 수 있으므로, 안테나 장치의 이득은 더욱 향상될 수 있다.
예를 들어, 함몰영역(Cavity)의 높이는 약 0.18mm일 수 있으며, 제1 커플링 패치 패턴(111)과 제2 커플링 패치 패턴(112) 간의 거리는 약 0.1mm일 수 있다.
도 2j는 도 2e의 안테나 장치와 비교하여 함몰영역이 생략된 구조를 나타낸 도면이다.
도 2j를 참조하면, 유전층(150)은 함몰영역을 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 대역폭은 더욱 넓어질 수 있다.
예를 들어, 전기연결구조체(129)의 높이는 약 0.1mm일 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈에 포함될 수 있는 복수의 도전성 배열 패턴을 예시한 도면이다.
도 3a를 참조하면, 복수의 도전성 배열 패턴(130a)은 복수의 배열 비아(131a), 복수의 제1 도전성 배열 패턴(132a), 제3 도전성 배열 패턴(133a), 제4 도전성 배열 패턴(134a), 제5 도전성 배열 패턴(135a), 제6 도전성 배열 패턴(136a)을 포함할 수 있으며, 차폐비아(126a)를 포함하는 그라운드층(125a)의 상측에 배치될 수 있다.
예를 들어, 복수의 도전성 배열 패턴(130a)은 n X 2의 구조로 배열될 수 있다. 여기서, n은 2 이상의 자연수이다. 즉, 복수의 도전성 배열 패턴(130a)은 2개의 스트링(string)으로 배열될 수 있다. 패치 안테나 패턴에서 x방향 또는 y방향으로 세는 RF 신호는 2개의 스트링 중 패치 안테나 패턴에 가까운 스트링과 패치 안테나 패턴에 먼 스트링 간의 좁은 갭에 의해 마치 음의 굴절률의 매질에 입사하는 것처럼 투과될 수 있다. 따라서, n X 2의 구조로 배열된 복수의 도전성 배열 패턴(130a)은 RF 신호를 z방향으로 더욱 집중시킬 수 있다. 상기 복수의 도전성 배열 패턴(130a)의 구조는 n X 2의 구조로 한정되지 않으며, 설계에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 도전성 배열 패턴(130a)은 n X 1의 구조로 배열될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 안테나 장치(100a)는 패치 안테나 패턴(110a)과 커플링 패치 패턴(115a)의 측경계를 따라 둘러싸도록 배치되는 복수의 도전성 배열 패턴(130a)을 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수의 도전성 배열 패턴(130a)는 더욱 효율적으로 RF 신호를 z방향으로 유도할 수 있다.
또한, 피드비아(120a)는 패치 안테나 패턴(110a)에 연결될 수 있으며, 그라운드층(125a)을 관통하도록 배치될 수 있다. 그라운드층(125a)은 연결 부재(1200a)에 포함될 수 있다.
도 3c를 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 도전성 배열 패턴(130b)은 패치 안테나 패턴(110b)에 대한 캐패시턴스(C5, C12)와, 복수의 도전성 배열 패턴 사이의 캐패시턴스(C6, 10)와, 배열 비아의 인덕턴스(L5, L6)와, 복수의 도전성 배열 패턴과 그라운드층 간의 캐패시턴스(C7, C11)를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 주파수 대역과 대역폭은 전술한 저항값, 캐패시턴스 및 인덕턴스에 의해 결정될 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈을 나타낸 평면도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 복수의 패치 안테나 패턴(110c), 그라운드층(125c), 복수의 도전성 배열 패턴(130c), 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210c), 복수의 디렉터 패턴(215c) 및 복수의 엔드-파이어 피드라인(220c) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210c)은 제2 방향(예: 측면 방향)으로 RF 신호를 송신 또는 수신하도록 제2 방향으로 방사패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210c)는 연결 부재에서 연결 부재의 측면에 인접하여 배치될 수 있으며, 다이폴(dipole) 형태 또는 접힌 다이폴(folded dipole) 형태를 가질 수 있다. 여기서, 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210c)의 각각의 폴의 일단은 복수의 엔드-파이어 안테나 피드라인(220c)의 제1 및 제2 라인에 전기적으로 연결될 수 있다. 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210c)의 주파수 대역은 복수의 패치 안테나 패턴(110c)의 주파수 대역과 실질적으로 동일하게 설계될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
복수의 디렉터 패턴(215c)은 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210c)에 전자기적으로 커플링되어 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210c)의 이득이나 대역폭을 향상시킬 수 있다.
복수의 엔드-파이어 안테나 피드라인(220c)은 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210c)로부터 수신된 RF 신호를 IC로 전달할 수 있으며, IC로부터 전달받은 RF 신호를 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210c)로 전달할 수 있다. 상기 복수의 엔드-파이어 안테나 피드라인(220c)은 연결 부재의 배선으로 구현될 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 제1 및 제2 방향으로 방사패턴을 형성할 수 있으므로, RF 신호 송수신 방향을 전방향(omni-directional)으로 확대할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 도 4a에 도시된 바와 같이 n X m의 구조로 배열될 수 있으며, 상기 안테나 장치를 포함하는 안테나 모듈은 전자기기의 꼭지점에 인접하여 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 도 4b에 도시된 바와 같이 n X 1의 구조로 배열될 수 있으며, 상기 안테나 장치를 포함하는 안테나 모듈은 전자기기의 모서리의 중간 지점에 인접하여 배치될 수 있다.
도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 복수의 패치 안테나 패턴(110d), 그라운드층(125d), 복수의 도전성 배열 패턴(130d), 복수의 엔드-파이어 안테나 패턴(210d), 복수의 디렉터 패턴(215d) 및 복수의 엔드-파이어 안테나 피드라인(220d) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
즉, 복수의 도전성 배열 패턴(130d)은 n X 1의 구조로 배열될 수 있으며, 복수의 패치 안테나 패턴(110d) 각각을 둘러싸도록 배치될 수 있으며, 서로 이격 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 안테나 장치의 서로에 대한 영향은 감소할 수 있다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈에 포함될 수 있는 연결 부재를 예시한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 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 4c를 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 모듈 내에서 IF 신호 또는 기저대역 신호와 RF 신호는 전기적으로 격리될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은, 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 유전상수를 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 5c를 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 5d를 참조하면, 제2 그라운드층(202a)은 엔드-파이어 안테나 피드라인(220a)의 적어도 일부분과 패치 안테나 피드라인(221a)을 각각 둘러쌀 수 있다. 엔드-파이어 안테나 피드라인(220a)은 제2 배선비아(232a)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 패치 안테나 피드라인(221a)은 제1 배선비아(231a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 그라운드층(202a)은 엔드-파이어 안테나 피드라인(220a)과 패치 안테나 피드라인(221a) 사이를 전자기적으로 차폐시킬 수 있다. 엔드-파이어 안테나 피드라인(220a)의 일단은 엔드-파이어 안테나 피드비아(211a)에 연결될 수 있다.
도 5e를 참조하면, 제3 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. 제3 그라운드층(203a)은 피드라인과 IC 사이를 전자기적으로 차폐시킬 수 있다.
도 5f를 참조하면, 제4 그라운드층(204a)은 제1 배선비아(231a)와 제2 배선비아(232a)가 각각 통과하는 복수의 관통홀을 가질 수 있다. IC(310a)는 제4 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 제4 그라운드층(204a)과 실질적으로 동일한 높이에 배치될 수 있다.
제4 그라운드층(204a)은 IC(310a)의 회로 및/또는 수동부품에서 사용되는 그라운드를 IC(310a) 및/또는 수동부품으로 제공할 수 있다. 설계에 따라, 제4 그라운드층(204a)은 IC(310a) 및/또는 수동부품에서 사용되는 전원 및 신호의 전달경로를 제공할 수 있다. 따라서, 제4 그라운드층(204a)은 IC 및/또는 수동부품에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 제2 그라운드층(202a), 제3 그라운드층(203a) 및 제4 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. 상기 캐비티는 도 1 내지 도 4c에서 전술한 함몰영역과는 다른 위치에 배치될 수 있다.
한편, 제2 그라운드층(202a), 제3 그라운드층(203a) 및 제4 그라운드층(204a)의 상하관계와 형태는 설계에 따라 달라질 수 있다. 도 1에 도시된 제5 그라운드층은 제4 그라운드층(204a)과 유사한 구조/역할을 가질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치 및 안테나 모듈의 변형 구조를 예시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈은 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 엔드-파이어 안테나 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 모듈은 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 모듈에 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 모듈에 전달될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 모듈의 전자기기에서의 배치를 예시한 평면도이다.
도 7a를 참조하면, 엔드-파이어 안테나(100g), 패치 안테나 패턴(1110g) 및 절연층(1140g)을 포함하는 안테나 모듈은 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 모듈은 동축케이블(630g)을 통해 통신모듈(610g) 및/또는 기저대역 회로(620g)에 전기적으로 연결될 수 있다. 설계에 따라, 상기 동축케이블(630g)은 도 6에 도시된 연성 연결 부재로 대체될 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 모듈로 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 7b를 참조하면, 엔드-파이어 안테나(100h), 패치 안테나 패턴(1110h) 및 절연층(1140h)를 각각 포함하는 복수의 안테나 모듈은 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 모듈은 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, 도전성 배열 패턴, 피드비아, 배열비아, 그라운딩비아, 차폐비아, 그라운드층, 엔드-파이어 안테나 패턴, 디렉터 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 유전층은 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 유전층은 본 명세서에 개진된 안테나 장치 및 안테나 모듈에서 패치 안테나 패턴, 커플링 패치 패턴, 도전성 배열 패턴, 피드비아, 배열비아, 그라운딩비아, 차폐비아, 그라운드층, 엔드-파이어 안테나 패턴, 디렉터 패턴, 커플링 그라운드 패턴, 전기연결구조체가 배치되지 않은 위치의 적어도 일부에 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)
111: 제1 커플링 패치 패턴(coupling patch pattern)
112: 제2 커플링 패치 패턴
120: 피드비아(feed via)
125: 그라운드층(ground layer)
127: 그라운딩 비아(grounding via)
129: 전기연결구조체(electrical connection structure)
130: 도전성 배열 패턴(conductive array pattern)
131: 배열 비아(array via)
132: 제1 도전성 배열 패턴(conductive array pattern)
138: 제2 도전성 배열 패턴
140: 제2 유전층
141: 제2 상부 유전층
145: 저유전영역
150: 유전층(dielectric layer)
151: 상부 유전층
200: 연결 부재
202: 제2 그라운드층
203: 제3 그라운드층
204: 제4 그라운드층
205: 제5 그라운드층
210: 엔드-파이어 안테나 패턴(end-fire antenna pattern)
215: 디렉터 패턴(director pattern)
220: 엔드-파이어 안테나 피드라인
245: 차폐비아

Claims (10)

  1. 제2 커플링 패치 패턴;
    적어도 일부분이 상기 제2 커플링 패치 패턴에 상하방향으로 오버랩되도록 상기 제2 커플링 패치 패턴의 상측으로 이격 배치되는 제1 커플링 패치 패턴;
    적어도 일부분이 상기 제2 커플링 패치 패턴에 상하방향으로 오버랩되도록 상기 제2 커플링 패치 패턴의 하측으로 이격 배치되는 패치 안테나 패턴;
    상기 패치 안테나 패턴에 대한 급전 경로를 제공하는 피드비아;
    상기 제1 및 제2 커플링 패치 패턴 사이에 위치하여 상기 제1 및 제2 커플링 패치 패턴의 배치공간을 제공하는 제1 유전층; 및
    상기 패치 안테나 패턴 및 상기 피드비아의 배치공간을 제공하고 제1 유전층의 하측에 배치된 제2 유전층; 을 포함하고,
    상기 제1 유전층의 상부 표면에는 상기 제1 커플링 패치가 배치되고, 상기 제1 유전층의 하부 표면에는 상기 제2 커플링 패치가 배치되고,
    상기 제1 유전층은 상기 패치 안테나 패턴을 향하여 함몰영역을 제공하고,
    상기 제1 커플링 패치 패턴과 상기 제2 커플링 패치 패턴 사이의 간격은 상기 제1 유전층의 두께보다 작은 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패치 안테나 패턴의 하측으로 이격 배치되고 상기 제2 유전층에 배치된 그라운드층을 더 포함하고,
    상기 피드비아는 상기 그라운드층을 관통하도록 배치된 안테나 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    각각 상기 그라운드층에 전기적으로 연결되고 상기 제2 유전층에 배치되고 상기 피드비아를 둘러싸도록 배열되는 복수의 그라운딩 비아를 더 포함하는 안테나 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 유전층의 사이에서 상기 함몰영역에 상하방향으로 오버랩되지 않는 부분에 각각 배치된 복수의 전기연결구조체를 더 포함하는 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 함몰영역의 유전상수는 상기 제1 및 제2 유전층의 유전상수보다 낮은 안테나 장치.
  6. 제2 커플링 패치 패턴;
    적어도 일부분이 상기 제2 커플링 패치 패턴에 상하방향으로 오버랩되도록 상기 제2 커플링 패치 패턴의 상측으로 이격 배치되는 제1 커플링 패치 패턴;
    상기 제1 및 제2 커플링 패치 패턴 사이에 위치하여 상기 제1 및 제2 커플링 패치 패턴의 배치공간을 제공하고, 하측으로 함몰영역을 제공하는 유전층; 및
    상기 유전층의 하면 상에서 상기 함몰영역에 상하방향으로 오버랩되지 않는 부분에 각각 배치된 복수의 전기연결구조체; 를 포함하고,
    상기 함몰영역은 상기 함몰영역의 하측으로부터 상기 제2 커플링 패치 패턴을 전기적으로 분리시키도록 구성되고,
    상기 유전층의 상부 표면에는 상기 제1 커플링 패치가 배치되고, 상기 유전층의 하부 표면에는 상기 제2 커플링 패치가 배치되고,
    상기 제1 커플링 패치 패턴과 상기 제2 커플링 패치 패턴 사이의 간격은 상기 유전층의 두께보다 작은 안테나 장치.
  7. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제2 커플링 패치 패턴은 상기 함몰영역에 배치되는 안테나 장치.
  8. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제2 커플링 패치 패턴은 상기 함몰영역으로부터 상측으로 이격 배치되는 안테나 장치.
  9. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 함몰영역의 적어도 일부분은 공기(air)를 포함하는 안테나 장치.
  10. 제1항 또는 제6항에 있어서,
    상기 제1 또는 제2 커플링 패치 패턴을 둘러싸도록 배열된 복수의 도전성 배열 패턴을 더 포함하는 안테나 장치.
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