KR102461629B1 - 안테나 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 피드라인과, 피드라인의 일부분을 둘러싸는 그라운드 플레인과, 피드라인에 전기적으로 연결되고 하측으로 연장된 피드비아와, 그라운드 플레인의 전방에 이격 배치되고 피드비아에 전기적으로 연결된 제1 엔드파이어 안테나 패턴과, 제1 엔드파이어 안테나 패턴의 상측에 이격 배치된 제2 엔드파이어 안테나 패턴과, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴을 전기적으로 연결시키는 코어비아를 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.

공개특허공보 제10-2018-0105833호

본 발명은 서로 다른 복수의 주파수 대역에 대한 송수신 수단을 제공하면서도 안테나 성능을 향상시키거나 쉽게 소형화될 수 있는 안테나 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 피드라인; 상기 피드라인의 일부분을 둘러싸는 그라운드 플레인; 상기 피드라인에 전기적으로 연결되고 하측으로 연장된 피드비아; 상기 그라운드 플레인의 전방에 이격 배치되고 상기 피드비아에 전기적으로 연결된 제1 엔드파이어 안테나 패턴; 상기 제1 엔드파이어 안테나 패턴의 상측에 이격 배치된 제2 엔드파이어 안테나 패턴; 및 상기 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴을 전기적으로 연결시키는 코어비아; 를 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 피드라인; 상기 피드라인의 일부분을 둘러싸는 그라운드 플레인; 상기 그라운드 플레인의 전방에 이격 배치되고 상기 피드라인에 전기적으로 연결된 제1 엔드파이어 안테나 패턴; 상기 제1 엔드파이어 안테나 패턴의 상측에 이격 배치된 제2 엔드파이어 안테나 패턴; 상기 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴을 전기적으로 연결시키는 코어비아; 및 상기 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴이 사이에 배치되도록 각각 상기 그라운드 플레인의 적어도 일부분에서부터 연장되고 서로를 향하여 돌출된 형태를 가지는 복수의 제1 그라운드 패턴; 을 포함한다.

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 서로 다른 복수의 주파수 대역에 대한 송수신 수단을 제공하면서도 안테나 성능(예: 이득, 대역폭, 지향성(directivity), 송수신율 등)을 향상시키거나 쉽게 소형화될 수 있다.

도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 측면도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 평면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 측면도이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 배열을 예시한 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 치수들을 나타낸 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 1a 내지 도 4b에 도시된 안테나 장치에 포함될 수 있는 연결 부재와 그 하측 구조를 예시한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 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 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 측면도이고, 도 1c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 평면도이다.

도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a) 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)을 포함함으로써 서로 다른 복수의 주파수 대역에 대한 송수신 수단을 제공할 수 있다.

제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)은 피드비아(111a)를 통해 피드라인(110a)의 일단에 전기적으로 연결되며, 피드라인(110a)으로부터 제1 및 제2 RF(Radio Frequency) 신호를 제공받아서 전방(예: y방향)으로 송신하거나 전방으로부터 수신한 제1 및 제2 RF 신호를 피드라인(110a)으로 제공할 수 있다.

피드라인(110a)은 연결 부재(200a) 내의 제1 배선비아(231a)에 전기적으로 연결될 수 있으며, 제1 배선비아(231a)는 하측(예: -z방향)에 배치된 IC(310a)에 전기적으로 연결될 수 있다. IC(310a)는 제1 및 제2 RF 신호를 제1 배선비아(231a)와 피드라인(110a)을 통해 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)까지 제1 및 제2 RF 신호를 제공하거나 제공받을 수 있다.

피드라인(110a)은 제1 주파수 대역(예: 39GHz)의 제1 RF 신호의 전송경로와 제2 주파수 대역(예: 28GHz)의 제2 RF 신호의 전송경로가 공유되는 구조를 가질 수 있다. 이에 따라, 피드라인(110a)의 개수가 감소할 수 있으므로, 연결 부재(200a)에서 RF 신호 전송경로가 차지하는 사이즈는 줄어들 수 있으며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 전반적인 사이즈는 감소할 수 있다.

예를 들어, 피드라인(110a)은 제1 및 제2 피드라인으로 구성될 수 있다. 제1 및 제2 피드라인은 각각 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)의 일측 및 타측 폴(pole)에 전기적으로 연결될 수 있다.

피드라인의 일부분(212a)은 그라운드 플레인(201a, 202a, 203a, 204a, 205a, 206a) 중 적어도 일부분에 의해 둘러싸인다. 따라서, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)은 그라운드 플레인(201a, 202a, 203a, 204a, 205a, 206a)의 가장자리(end-line)의 근처에서 방사패턴을 형성할 수 있다.

제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)은 각각 제1 및/또는 제2 주파수 대역에 대해 공진하여 제1 및 제2 RF 신호에 대응되는 에너지를 집중적으로 수용하여 외부로 방사할 수 있다.

절연층(240a)은 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)을 둘러쌀 수 있으며, 공기보다 높은 유전율을 가질 수 있다. 상기 유전율은 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 공진 주파수에 영향을 줄 수 있다.

연결 부재(200a)는 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)이 방사하는 제1 및 제2 RF 신호 중 연결 부재(200a)를 향하여 방사되는 제1 및 제2 RF 신호를 반사(reflect)할 수 있으므로, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 방사패턴을 전방(예: y방향)으로 집중시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 이득(gain)은 향상될 수 있다.

복수의 제2 차폐비아(145a)는 적어도 일부가 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 후방에 배치되고 그라운드 플레인(201a, 202a, 203a, 204a, 205a, 206a)에서부터 상측으로 연장될 수 있다. 복수의 제2 차폐비아(145a)는 연결 부재(200a)의 제1 및 제2 RF 신호에 대한 반사 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 공진은 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)과 주변의 구조에 대응되는 인덕턴스와 캐패시턴스의 조합에 따른 공진 주파수에 기반하여 발생할 수 있다.

제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a) 각각은 내재적 요소(예: 형태, 크기, 두께, 이격 거리, 절연층의 유전율 등)에 따른 내재적(intrinsic) 공진 주파수와, 인접 패턴 및/또는 비아와의 전자기적 커플링에 따른 외재적(extrinsic) 공진 주파수에 기반한 대역폭을 가질 수 있다.

제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)은 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)보다 작으므로, 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)의 내재적 요소에 따른 인덕턴스 및/또는 캐패시턴스보다 작은 인덕턴스 및/또는 캐패시턴스를 가질 수 있으므로, 제1 및 제2 RF 신호 중 짧은 파장을 가지는 제1 RF 신호에 대해 지배적으로 공진할 수 있다. 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)은 제2 RF 신호에 대해 지배적으로 공진할 수 있다.

피드비아(111a)는 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)과 피드라인(110a)의 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 즉, 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)은 피드비아(111a)로 인해 피드라인(110a)의 하측에 배치될 수 있다.

제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)의 제1 RF 신호 중 -z방향 벡터성분은 피드비아(111a)에서의 -z방향 경로제공에 따라 제1 RF 신호에 추가될 수 있다. 따라서, 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)의 방사패턴은 전방(예: y방향)에서 -z방향으로 기울어질 수 있다.

코어비아(115a)는 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)과 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)의 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있다.

코어비아(115a)의 길이는 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)이 피드라인(110a)보다 상위에 배치되도록 긴 길이를 가질 수 있다.

제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)의 제2 RF 신호 중 +z방향 벡터성분은 코어비아(115a)에서의 +z방향 경로제공에 따라 제2 RF 신호에 추가될 수 있다. 따라서, 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)의 방사패턴은 전방(예: y방향)에서 +z방향으로 기울어질 수 있다.

이에 따라, 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)의 방사패턴은 -z방향으로 약간 기울어질 수 있으며, 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)의 방사패턴은 +z방향으로 약간 기울어질 수 있다.

즉, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 방사패턴은 서로에 대해 더 멀어지도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a) 사이의 전자기적 간섭을 감소할 수 있으며, 제1 및 제2 RF 신호에 대한 이득은 향상될 수 있다.

또한, 코어비아(115a)의 길이가 피드비아(111a)의 길이보다 더 긴데, 피드비아(111a)의 길이와 코어비아(115a)의 길이는 각각 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 공진 주파수에 영향을 주는 요소로 작용할 수 있다.

피드비아(111a)의 길이는 제1 및 제2 RF 신호 중 짧은 파장을 가지는 제1 RF 신호에 대응될 수 있으며, 코어비아(115a)의 길이는 제1 및 제2 RF 신호 중 긴 파장을 가지는 제2 RF 신호에 대응될 수 있다.

코어비아(115a)는 피드라인(110a)보다 하위에 배치된 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)에서부터 연장된 구조이므로, 코어비아(115a)의 길이는 쉽게 길어질 수 있다.

이에 따라, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)은 각각 제1 및 제2 주파수에 대한 공진 포인트를 더 쉽게 추가할 수 있으므로, 제1 및 제2 주파수에 대응되는 제1 및 제2 대역폭을 보다 쉽게 넓힐 수 있다.

또한, 제1 및 제2 피드비아(116a, 117a)의 서로 다른 방향으로 연장되는 구조에 따라, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121, 122) 사이의 높이차는 더 커질 수 있다.

즉, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121, 122)의 방사패턴 형성시작 지점은 서로 더 멀어질 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121, 122)의 방사패턴은 서로에 대해 더 멀어지도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121, 122) 사이의 전자기적 간섭을 감소할 수 있으며, 제1 및 제2 RF 신호에 대한 이득은 향상될 수 있다.

예를 들어, 코어비아(115a)는 복수의 코어비아로 구성될 수 있으며, 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)은 상기 복수의 코어비아의 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 즉, 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)은 폐쇄형일 수 있으며, 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)의 개방형과는 다른 유형이다. 개방형 구조와 폐쇄형 구조는 서로 다른 전자기적 원리로 방사패턴을 형성하므로, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121, 122)의 제1 및 제2 방사패턴이 서로에 주는 전자기적 간섭은 줄어들 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 RF 신호에 대한 이득은 더욱 향상될 수 있다.

도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 사이에서 코어비아(115a)에 전기적으로 연결되고 코어비아(115a)보다 더 긴 폭을 가지는 코어패턴(116a, 117a, 118a, 119a)을 더 포함할 수 있다.

상기 코어패턴(116a, 117a, 118a, 119a)의 수평방향(예: x방향 및/또는 y방향) 폭은 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121, 122)의 공진 주파수에 영향을 주는 요소로 작용할 수 있다.

예를 들어, 코어패턴(116a, 117a, 118a, 119a)의 수평방향 폭이 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121, 122)의 제1 및 제2 공진 주파수 중 하나에 최적화될 경우, 코어패턴(116a, 117a, 118a, 119a)의 수평방향 폭은 상기 제1 및 제2 공진 주파수 중 다른 하나에 대해 필터링 요소로 작용할 수 있다.

즉, 코어패턴(116a, 117a, 118a, 119a)은 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121, 122) 사이의 전자기적 격리도를 높일 수 있다.

또한, 코어패턴(116a, 117a, 118a, 119a)은 복수의 제1 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a)에 대해 전자기적으로 커플링될 수 있으며, 코어패턴(116a, 117a, 118a, 119a)의 전자기적 커플링은 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121, 122)의 공진 주파수에 영향을 주는 요소로 작용할 수 있다.

도 1a, 도 1b 및 도 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 복수의 제1 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a), 복수의 제2 그라운드 패턴(181a, 182a, 183a, 184a, 185a, 186a), 복수의 제1 및 제2 차폐비아(145a)를 더 포함할 수 있다.

복수의 제1 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a)은 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)이 사이에 배치되도록 각각 복수의 그라운드 플레인(201a, 202a, 203a, 204a, 205a, 206a)의 적어도 일부분에서부터 연장될 수 있으며, 그라운드 플레인(201a, 202a, 203a, 204a, 205a, 206a)의 전방에서 서로를 향하여 돌출된 형태를 가질 수 있다.

예를 들어, 복수의 제1 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a)은 L형태 또는 T형태를 가질 수 있다.

이에 따라, 복수의 제1 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a)에서 돌출된 부분 사이의 제1 x방향 이격 거리는 상기 돌출된 부분의 후방의 제2 x방향 이격 거리보다 짧을 수 있다.

상기 제1 및 제2 x방향 이격 거리는 각각 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 공진 주파수에 영향을 주는 요소로 작용할 수 있다.

즉, 복수의 제1 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a)은 제1 x방향 이격 거리에 대응되는 임피던스를 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)으로 제공하고, 제2 x방향 이격 거리에 대응되는 임피던스를 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)으로 제공할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)는 더욱 쉽게 이득을 높이거나 대역폭을 넓힐 수 있다.

또한, 코어비아(115a)는 피드비아(111a)보다 복수의 제1 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a)에 더 가까이 배치될 수 있다.

이에 따라, 코어비아(115a)는 복수의 제1 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a)의 돌출된 부분에 더 효율적으로 전자기적으로 커플링될 수 있다.

복수의 제2 그라운드 패턴(181a, 182a, 183a, 184a, 185a, 186a)은 복수의 제1 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a)의 상측에 이격 배치되고 서로를 향하여 돌출된 형태를 가질 수 있다.

또한, 복수의 제1 차폐비아(145a)는 각각 복수의 제1 및 제2 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a, 181a, 182a, 183a, 184a, 185a, 186a)에서 돌출된 부분의 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 복수의 제1 차폐비아(145a)는 코어비아(115a)에 전자기적으로 커플링될 수 있다.

복수의 제2 그라운드 패턴(181a, 182a, 183a, 184a, 185a, 186a)의 돌출된 구조는 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 공진 주파수에 영향을 주는 요소로 작용할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)는 더욱 쉽게 이득을 높이거나 대역폭을 넓힐 수 있다.

제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)은 복수의 제1 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a) 중 적어도 일부보다 하위 또는 동위에 배치될 수 있다. 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)은 복수의 제2 그라운드 패턴(181a, 182a, 183a, 184a, 185a, 186a) 중 적어도 일부보다 상위 또는 동위에 배치될 수 있다.

이에 따라, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a) 사이의 z방향 이격거리는 더욱 쉽게 길어질 수 있으므로, 제1 및 제2 RF 신호 사이의 전자기적 간섭은 더욱 감소할 수 있다. 또한, 복수의 제1 및 제2 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a, 181a, 182a, 183a, 184a, 185a, 186a)로 인해, 안테나 장치 전체의 사이즈는 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a) 사이의 z방향 이격거리가 증가하더라도 실질적으로 증가하지 않을 수 있다.

한편, 복수의 제1 및 제2 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a, 181a, 182a, 183a, 184a, 185a, 186a)은 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)보다 더 전방에서 돌출되되 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 적어도 일부의 전방을 가로막지 않는 길이로 돌출될 수 있다.

즉, 복수의 제1 및 제2 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a, 181a, 182a, 183a, 184a, 185a, 186a) 각각의 일부분과 나머지부분 간의 최단 이격거리는 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)의 길이보다 더 길 수 있다.

이에 따라, 복수의 제1 및 제2 그라운드 패턴(131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a, 181a, 182a, 183a, 184a, 185a, 186a)의 돌출된 부분은 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 방사패턴 형성을 실질적으로 방해하지 않으므로, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 높은 이득을 확보할 수 있다.

도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 복수의 그라운드 플레인(201a, 202a, 203a, 204a, 205a, 206a)보다 상위에 배치된 패치 안테나 패턴(1110a)을 더 포함할 수 있다.

패치 안테나 패턴(1110a)은 제2 피드비아(1120a)에 전기적으로 연결되어 제3 RF 신호를 z방향으로 원격 송수신할 수 있으며, 상부 커플링 패턴(1115a)에 전자기적으로 커플링됨에 따라 대역폭을 더 넓힐 수 있으며, 복수의 패치안테나 그라운드 패턴(1101a, 1102a, 1103a, 1104a, 1105a, 1106a)에 의해 둘러싸일 수 있다.

복수의 패치안테나 그라운드 패턴(1101a, 1102a, 1103a, 1104a, 1105a, 1106a)은 복수의 제2 그라운드 패턴(181a, 182a, 183a, 184a, 185a, 186a)에 전기적으로 연결될 수 있다.

제2 피드비아(1120a)는 제2 배선비아(232a)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 및 제2 배선비아(231a, 232a)는 전기연결구조체(240a)를 통해 IC(310a)에 전기적으로 연결될 수 있다. IC(310a)는 실장 전기연결구조체(213a)를 통해 베이스 신호(예: IF신호 또는 기저대역 신호)를 전달받거나 전달할 수 있다.

제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)의 적어도 일부분은 패치 안테나 패턴(1110a)보다 상위 또는 동위에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a) 사이의 z방향 이격거리는 더욱 쉽게 길어질 수 있으므로, 제1 및 제2 RF 신호 사이의 전자기적 간섭은 더욱 감소할 수 있다.

한편, 도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 연결 부재(200a)는 복수의 그라운드 플레인(201a, 202a, 203a, 204a, 205a, 206a)이 적층된 구조를 가질 수 있다. 복수의 그라운드 플레인(201a, 202a, 203a, 204a, 205a, 206a)의 개수는 특별히 한정되지 않는다.

복수의 그라운드 플레인(201a, 202a, 203a, 204a, 205a, 206a) 중 적어도 하나는 피드라인의 일부분(212a)을 둘러싸고 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 후방에 위치할 수 있으므로, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)에서 방사되는 제1 및 제2 RF 신호를 반사(reflect)할 수 있다. 즉, 복수의 그라운드 플레인(201a, 202a, 203a, 204a, 205a, 206a)은 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)에 대해 리플렉터(reflector)로 작용할 수 있으므로, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 이득을 향상시킬 수 있다.

도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 측면도이다.

도 2a 및 도 2b를 참조하면, 코어비아(115a)는 피드비아(111a)보다 더 전방에 배치될 수 있다.

도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 배열을 예시한 평면도이다.

도 2c를 참조하면, 복수의 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a, 122d)는 x방향으로 배열될 수 있으며, 각각 y방향으로 방사패턴을 집중시킬 수 있다.

설계에 따라, 복수의 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a, 122d) 중 일부의 형태는 나머지의 형태와 다를 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이다.

도 3을 참조하면, 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121b)과 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122c)는 각각 복수의 그라운드 플레인(201a, 202a, 203a, 204a, 205a, 206a)에 대해 평행한 구조를 가질 수 있다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 치수들을 나타낸 사시도이다.

도 4a를 참조하면, 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)은 피드라인(110a)에 대해 Offset만큼 사선으로 연장된 형태를 가질 수 있다.

이에 따라, 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)의 제2 길이(L2)는 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)의 피드라인(110a)에서부터 연장되는 방향의 조절을 통해 보다 자유롭게 조절될 수 있다. 이에 따라, 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)의 대역폭은 보다 자유롭게 설계될 수 있다.

또한, 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a)의 제3 폭(W3)과 제3-2 폭(W3_2) 간의 편차는 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a)의 제2 폭(W2)의 편차보다 더 클 수 있다.

이에 따라, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)은 서로 다른 공진 주파수를 가지기 더 쉬워질 수 있으므로, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a)의 이득 및/또는 대역폭은 향상될 수 있다.

또한, 피드라인(110a)과 제2 엔드파이어 안테나 패턴(122a) 사이의 상하방향 이격 거리(H2 - H1)는 피드라인(110a)과 상기 제1 엔드파이어 안테나 패턴(121a) 사이의 상하방향 이격 거리(H1)보다 더 길 수 있다.

이에 따라, 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴(121a, 122a) 사이의 z방향 이격거리는 더욱 쉽게 길어질 수 있으므로, 제1 및 제2 RF 신호 사이의 전자기적 간섭은 더욱 감소할 수 있다.

도 4b를 참조하면, 제1 및 제2 그라운드 패턴(130b, 180b)은 각각 제1 x방향 길이(SWx1)와 제2 x방향 길이(SWx2)를 가지고, 제1 y방향 길이(SWy1)와 제2 y방향 길이(SWy2)와 제3 y방향 길이(SWy3)를 가질 수 있다.

제1 x방향 길이(SWx1)와 제2 x방향 길이(SWx2)는 제1 및 제2 그라운드 패턴(130b, 180b)의 돌출된 부분이 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴보다 전방에 위치하도록 설계될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

제2 x방향 길이(SWx2)는 제1 및 제2 엔드파이어 안테나 패턴의 적어도 일부의 전방이 가로막히지 않도록 설계될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 5a 및 도 5b는 도 1a 내지 도 4b에 도시된 안테나 장치에 포함될 수 있는 연결 부재와 그 하측 구조를 예시한 도면이다.

도 5a를 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 1a 내지 도 4b를 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 그라운드 플레인에 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 그라운드 플레인보다 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 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 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 그라운드 플레인에 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 그라운드 플레인이 IC 그라운드 플레인과 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 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 그라운드 플레인에 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 그라운드 플레인에 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 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 전자기기에서의 배치를 예시한 평면도이다.

도 6a를 참조하면, 안테나 장치(100g), 패치 안테나 패턴(1110g) 및 유전층(1140g)를 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.

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 6b를 참조하면, 안테나 장치(100i) 및 패치 안테나 패턴(1110i)을 각각 포함하는 복수의 안테나 모듈은 전자기기(700i)의 세트 기판(600i) 상에서 다각형의 전자기기(700i)의 변의 중심에 각각 인접하여 배치될 수 있으며, 상기 세트 기판(600i) 상에는 통신모듈(610i) 및 기저대역 회로(620i)가 더 배치될 수 있다. 안테나 장치 및 안테나 모듈은 동축케이블(630i)을 통해 통신모듈(610i) 및/또는 기저대역 회로(620i)에 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 본 명세서에 개진된 엔드파이어 안테나 패턴, 피드라인, 피드비아, 코어비아, 배선비아, 그라운드 플레인, 그라운드 패턴, 패치 안테나 패턴, 차폐비아, 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 유전층 및/또는 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 유전층 및/또는 절연층은 본 명세서에 개진된 안테나 장치에서 엔드파이어 안테나 패턴, 피드라인, 피드비아, 코어비아, 배선비아, 그라운드 플레인, 그라운드 패턴, 패치 안테나 패턴, 차폐비아, 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.

110a: 피드라인(feed line)
111a: 피드비아(feed via)
115a: 코어비아(core via)
116a, 117a, 118a, 119a: 코어패턴(core pattern)
121a: 제1 엔드파이어 안테나 패턴(endfire antenna pattern)
122a: 제2 엔드파이어 안테나 패턴
124: 제3 엔드파이어 안테나 패턴
131a, 132a, 133a, 134a, 135a, 136a: 복수의 제1 그라운드 패턴(ground pattern)
145a: 차페비아
181a, 182a, 183a, 184a, 185a, 186a: 복수의 제2 그라운드 패턴
200a, 200b: 연결 부재(connection member)
201a, 202a, 203a, 204a, 205a, 206a: 그라운드 플레인(ground plane)
212a: 피드라인의 일부분
1110a: 패치 안테나 패턴(patch antenna pattern)

Claims (10)

1. 피드라인;
   상기 피드라인의 일부분을 둘러싸는 그라운드 플레인;
   상기 피드라인에 전기적으로 연결되고 하측으로 연장된 피드비아;
   상기 그라운드 플레인의 전방에 상기 그라운드 플레인과 이격 배치되고, 상기 피드비아에 전기적으로 연결된 제1 엔드파이어 안테나 패턴;
   상기 제1 엔드파이어 안테나 패턴의 상측에 이격 배치된 제2 엔드파이어 안테나 패턴; 및
   상기 그라운드 플레인으로부터 확장된 복수의 제1 그라운드 패턴을 포함하고,
   상기 복수의 제1 그라운드 패턴은 상기 제1 엔드파이어 안테나 패턴 및 상기 제2 엔드파이어 안테나 패턴의 측면에 위치하는 안테나 장치.
   
2. 제1항에서,
   상기 복수의 제1 그라운드 패턴의 하측에 이격 배치되고 상기 복수의 제1 그라운드 패턴과 중첩하도록 돌출된 복수의 제2 그라운드 패턴; 및
   상기 복수의 제1 그라운드 패턴과 상기 복수의 제2 그라운드 패턴 사이를 전기적으로 연결시키는 복수의 제1 차폐비아; 를 더 포함하는 안테나 장치.
   
3. 제2항에서,
   상기 제1 엔드파이어 안테나 패턴과 상기 제2 엔드파이어 안테나 패턴을 전기적으로 연결시키는 코어비아; 및
   상기 제1 엔드파이어 안테나 패턴과 상기 제2 엔드파이어 안테나 패턴 사이에서 상기 코어비아에 전기적으로 연결되고 상기 코어비아보다 더 긴 폭을 가지는 코어 패턴을 더 포함하는 안테나 장치.
   
4. 제3항에서,
   상기 코어비아는 복수의 코어비아이고,
   상기 제2 엔드파이어 안테나 패턴은 상기 복수의 코어비아의 사이를 전기적으로 연결시키는 안테나 장치.
   
5. 제3항에서,
   상기 코어비아는 상기 피드비아보다 상기 복수의 제1 그라운드 패턴에 더 가까이 배치되는 안테나 장치.
   
6. 제1항에서,
   상기 제1 엔드파이어 안테나 패턴은 상기 피드라인에 대해 사선으로 연장된 형태인 안테나 장치.
   
7. 제6항에서,
   상기 제2 엔드파이어 안테나 패턴의 폭 편차는 상기 제1 엔드파이어 안테나 패턴의 폭 편차보다 더 큰 안테나 장치.
   
8. 제1항에서,
   상기 피드라인과 상기 제2 엔드파이어 안테나 패턴 사이의 상하방향 이격 거리는 상기 피드라인과 상기 제1 엔드파이어 안테나 패턴 사이의 상하방향 이격 거리보다 더 긴 안테나 장치.
   
9. 제1항에서,
   상기 그라운드 플레인보다 상위에 배치된 패치 안테나 패턴을 더 포함하고,
   상기 제2 엔드파이어 안테나 패턴의 적어도 일부분은 상기 패치 안테나 패턴보다 상위 또는 동위에 배치된 안테나 장치.
   
10. 제2항에서,
    적어도 일부가 상기 제1 엔드파이어 안테나 패턴과 상기 제2 엔드파이어 안테나 패턴의 후방에 배치되고 상기 그라운드 플레인에서부터 상측으로 연장된 복수의 제2 차폐비아를 더 포함하는 안테나 장치.

Images