KR102464064B1 - 안테나 및 안테나를 포함하는 무선 통신 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시의 다양한 실시 예에서는 하는 장치 및 방법을 제안한다. 이를 위해, 안테나 유닛은 유전체 기판, 유전체 기판 상의 유전체 커버, 유전체 기판 위나 안에 정렬되는 금속 계층 안에 형성되는 슬롯 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 상기 슬롯 안테나 어레이는 유전체 기판과 유전체 커버에서 전파되는 진행파를 생성하도록 구성되며, 적어도 두 그룹들 (제1 및 제2그룹)의 슬롯 요소들을 가질 수 있다. 제2그룹의 슬롯 요소들 각각은 제1그룹의 슬롯 요소보다 길이가 짧고, 제1 및 제2그룹의 슬롯들은 슬롯 요소들의 쌍들을 형성하도록 서로 반대로 배치될 수 있다. 하나의 쌍 안에서 제1그룹의 슬롯 요소로부터 제2그룹의 슬롯 요소까지의 거리는 그들의 90도 방사파들 간 위상 천이를 제공하도록 선택될 수 있다. 상기 슬롯 요소들의 쌍들은 슬롯 요소들의 짝수 쌍들이 슬롯 요소들의 홀수 쌍들에 대해 오프셋되는 방식으로 일직선에서 벗어나 정렬될 수 있다.

Description

안테나 및 안테나를 포함하는 무선 통신 장치{ANTENNA UNIT FOR A COMMUNICATION DIVECE}

본 개시의 다양한 실시 예들은 무선 통신 네트워크에서 안테나 및 안테나를 포함하는 무선 통신 장치에 관한 것이다.

4G (4^th-generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G (5^th-generation) 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 이후 (post LTE)의 시스템이라 불리고 있다.

높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파 (mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가 (60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서 전파의 경로 손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍 (beamforming), 거대 배열 다중 입출력 (massive multi-input multi-output: 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), 및 SCMA (sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.

차세대 표준은 사용자들이 인터넷 상에서 원하는 정보를 발견하는데 최대한 짧은 시간을 쓰게 해야 한다. 이러한 이유로, 5세대 표준은 밀리미터 파장으로 동작할 수 있다.

US8760352 B2 (2005년 10월 4일 공개됨)는 모바일 장치 및 그 안테나 어레이를 기술한 방안으로써, (전화기 평면의) 엔드 파이어 (end-fire) 및 (전화기 평면에 직교하는) 브로드 사이드 방향을 커버하는 인터리브 (interleaved) TX/RX 안테나 요소들을 가지는 저 프로파일 안테나를 공개하고 있다. 이 방안은 전자기파가 금속 케이스에 의해 왜곡될 수 있어, 금속 케이스를 가진 모바일 장치에서 구현하는 것이 용이하지 않았다.

또한, US3225351 (1965년 12월 21일 공개됨)은 글라이드 패스 (glide path) 시스템을 위한 수직 편향 마이크로스트립 안테나에 관한 것으로써, 비행기를 착륙대로 안내하기 위한 진행파 안테나 어레이에 대해 공개하고 있다. 이 방안은 비슷한 원리를 사용함에도 불구하고 모바일 통신 기술에서 구현하는 것이 용이하지 않을 수 있다. 그 이유는 공간을 스캐닝하는 기능을 사용하지 못하기 때문에 금속 프레임을 가진 모바일 장치 안에서 작용하는 기능으로 구현될 수 없는 것이다. 또한, 이 방안의 안테나 크기는 개발된 방안 보다 큰 2-3 파장이다.

또한, “적외선 및 밀리미터파에 대한 국제 저널”이라는 논문집에 2007년 3월 공개된 “Masataka Ohira, Amane Miura и Masazumi Ueba”의 논문이 알려져 있다. 해당 논문은 후방 방사를 억제하고, 그 안테나가 매우 낮은 프로파일을 가지도록 (겨우 동작 파장의 약 4%) 하는 기판 집적 도파로 중공에 대해 기술한다. 특히, 해당 논문은 임피던스 정합을 향상시키기 위해 반원형단을 가진 슬롯 공진기, 1/4 파장 마이크로스트립 공진기와 같은 몇 가지 기법들을 소개하고 있다. 연구된 결과들은 이러한 안테나가 54.3-67Ghz의 넓은 동작 대역폭과, 좁은 방사 패턴 및 낮은 수준의 교차 편향을 가진다는 것을 증명하고 있다. 해당 논문에서 기술하고 있는 해법은 전자 스캐닝의 가능성을 제공하지 못함에 따라, 안테나에 있어서 큰 사이즈와 길이 방향에서의 저 증폭과 유전 물질에서의 큰 손실을 가질 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 무선 통신 장치에서 유효한 방사 방향을 얻도록 하는 안테나 어레이를 갖는 무선 통신 장치를 제공할 수 있다.

본 개시의 한 실시 예에 따르면, 하우징이 지시하는 방향 (지향, end fire)으로 유효하게 신호를 방사하는 디스플레이의 유전체 코팅을 가진 통신 장치 내의 슬롯 안테나 어레이 요소들에 대한 설정 및 구성을 제공할 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따른 무선 통신 장치는, 하우징과, 상기 하우징 안에 고정되는 유전체 기판 및 상기 유전체 기판 상의 유전체 커버를 포함하며, 여기서, 상기 유전체 기판은 다중 계층 인쇄 회로와, 상기 다중 계층 인쇄 회로의 상부 면을 덮고 있는 금속 계층을 포함하며, 상기 금속 계층은 제1 길이를 갖는 다수의 제1 슬롯 요소들과, 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 갖는 다수의 제2 슬롯 요소들로 구성된 슬롯 안테나 어레이를 가지며, 상기 다수의 제1 슬롯 요소들의 하나 또는 다수의 짝수 번째 슬롯 요소는 상기 금속 계층 상에서 하나 또는 다수의 홀수 번째 슬롯 요소와 일직선에서 벗어나도록 구성되며, 상기 다수의 제2 슬롯 요소들의 하나 또는 다수의 짝수 번째 슬롯 요소들은 상기 금속 계층 상에서 하나 또는 다수의 홀수 번째 슬롯 요소들과 일직선에서 벗어나도록 구성될 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따른 무선 통신 장치용 안테나는, 다중 계층 인쇄 회로와, 상기 다중 계층 인쇄 회로의 상부 면을 덮고 있는 금속 계층을 포함하는 유전체 기판 및 상기 유전체 기판에 포함된 상기 금속 계층 위로 적층된 유전체 커버를 포함하며, 여기서, 상기 금속 계층은 각각이 서로 상이한 길이를 갖는 적어도 두 개의 슬롯 요소들을 포함하는 다수의 슬롯 요소들의 쌍들로 구성된 슬롯 안테나 어레이를 가지며, 상기 다수의 슬롯 요소들의 쌍들의 하나 또는 다수의 짝수 쌍들은 상기 금속 계층 상에서 하나 또는 다수의 홀수 쌍들과 일직선에서 벗어나도록 구성될 수 있다.

본 개시의 다양한 실시 예에 따르면, 안테나 방사 패턴을 제공하고, 스캐닝 범위를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 밀리미터 범위 안테나의 미리 설정된 방향에서의 방사를 늘리면서도 신호 손실을 줄일 수 있어, 이는 본질적으로 통신 성능을 향상시킬 수 있도록 할 것이다.

도 1은 통신 장치의 안테나로부터의 방사 방향들을 도시한 도면이다.
도 2는 다양한 실시 예에 따른, 통신 장치의 상면도 상에서 안테나 어레이의 슬롯 방사기들의 어레이를 도시한 도면이다.
도 3은 다양한 실시 예에 따른, 안테나 어레이를 가진 통신 장치의 측면도를 도시한 도면이다.
도 4는 제안된 다양한 실시 예에 따른, 통신 장치 안에서 수동 반사 슬롯들의 구현 예를 도시한 도면이다.
도 5는 제안된 다양한 실시 예에 따른, 안테나가 장치의 백 커버 아래에 위치할 경우에 대해, 금속 반사 스크린과 조합되는 슬롯 안테나 어레이 및 수동 반사 슬롯들의 구현 예를 도시한 도면이다.
도 6은 제안된 다양한 실시 예에 따른, 안테나 유닛에서 이득 대 방사 방향의 그래프를 도시한 도면이다.

이하, 본 개시의 다양한 실시 예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나 이는 본 개시를 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 개시의 실시 예의 다양한 변경 (modification), 균등물 (equivalent), 및/또는 대체물 (alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.

본 문서에서, "가진다" 또는 "가질 수 있다" 또는 “포함한다” 또는 “포함할 수 있다” 등의 표현은 해당 특징 (예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.

본 문서에서, “A 또는 B”, “A 또는/및 B 중 적어도 하나” 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상" 등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, “A 또는 B", “ A 및 B 중 적어도 하나” 또는 “ A 또는 B 중 적어도 하나”는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.

다양한 실시 예에서 사용된 “제 1”, “제 2”, “첫째” 또는 “둘째” 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 상기 표현들은 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 제 1 사용자 기기와 제 2 사용자 기기는, 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 사용자 기기를 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 개시의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.

어떤 구성요소 (예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소 (예: 제 2 구성요소)에 "(기능적으로 또는 통신적으로) 연결되어 ((operatively or communicatively) coupled with/to)"있다거나 "접속되어 (connected to)"있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나, 다른 구성요소 (예: 제 3 구성요소)를 통하여 연결될 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소 (예: 제 1 구성요소)가 다른 구성요소 (예: 제 2 구성요소)에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 다른 구성요소 (예: 제 3 구성요소)가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.

본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된 (또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한 (suitable for)", "~하는 능력을 가지는 (having the capacity to)", "~하도록 설계된 (designed to)", "~하도록 변경된 (adapted to)", "~하도록 만들어진 (made to)" 또는 "~를 할 수 있는 (capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성 (또는 설정)된"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된 (specifically designed to)"것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. 예를 들면, 문구 "A, B, 및 C를 수행하도록 구성 (또는 설정)된 프로세서"는 해당 동작을 수행하기 위한 전용 프로세서 (예: 임베디드 프로세서), 또는 메모리 장치에 저장된 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 실행함으로써, 해당 동작들을 수행할 수 있는 범용 프로세서 (generic-purpose processor) (예: CPU 또는 application processor)를 의미할 수 있다.

본 문서에서 사용된 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 개시의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 문서에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 문서에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.

본 개시에서 제안된 다양한 실시 예들은 5G, WiGig 표준 및 기타에 따른 동작을 제공함으로써, 통신 장치의 안테나 어레이가 요구하는 신호 전파 방향들의 커버리지를 제공할 수 있는 금속 프레임을 가진 하우징을 포함하는 통신 장치의 하우징 안에 위치할 수 있는 안테나 유닛을 제공할 수 있다. 상기 신호 전파 방향들은 브로드 사이드(broadside) 방향과 엔드 파이어 방향을 포함할 수 있다. 상기 브로드 사이드 방향은 통신 장치의 평면에 수직인 방향이고, 상기 엔드 파이어 방향은 통신 장치의 디스플레이 평면에 나란한 방향이다. 즉, 상기 브로드 사이드 방향과 상기 엔드 파이어 방향은 90도를 가질 수 있다.

본 개시에서 제안된 다양한 실시 예들은 안테나의 방향 특성 개선을 제공하고, 일부 실시 예들에서 진행파 안테나의 후방 방사를 감소시킬 수 있다.

적어도 바람직한 실시 예에 의해 제안된 안테나는 다음과 같은 사항을 제공할 수 있다.

- 금속 프레임을 가진 통신 장치를 이용할 때에도 신뢰성 있고 안정적인 신호 수신;

- 4 쌍의 안테나 요소들에 대해 10dB 보다 큰 높은 이득;

- 낮은 반사 손실 (<-10dB의 반사 계수);

- +/- 75도의 개선된 스캐닝 범위;

- 후방 엔드 파이어 방향의 반사 감소;

- 안테나 어레이의 칸막이 쳐진 (screened) 구조로 인해 장치의 다른 요소들과의 전기적 절연.

이하 제안될 다양한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 통신 장치의 안테나로부터의 방사 방향들을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 하나 또는 다수의 진행파들은 슬롯 안테나 어레이 요소들의 제안된 설정에 의해 생성될 수 있다. 상기 생성된 하나 또는 다수의 진행파들은 통신 장치 하우징 (telecommunication device housing)의 금속 프레임을 감싸는 유전체 커버 및/또는 유전체 기판을 통해 진행될 수 있다. 상기 유전체 커버 및/또는 유전체 기판을 통해 진행된 하나 또는 다수의 진행파들은 통신 장치의 디스플레이 평면을 따라 수평 방향 (엔드 파이어 방향 (end fire direction))으로 방출되거나 상기 통신 장치의 디스플레이 평면의 수직 방향 (방송 방향 (broadcast direction))으로 방출될 수 있다.

도 2는 다양한 실시 예에 따른, 통신 장치의 상면도 상에서 안테나 어레이를 구성하는 슬롯 방사기들의 배치 (array)를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 도시된 안테나 어레이의 변형은 유전체 기판(3) 위 또는 내부에 다수의 그룹들 각각의 슬롯 요소들에 의해 구성될 수 있다. 하기에서는 설명의 편의를 위해 다수의 그룹들 각각의 슬롯 요소들은 유전체 기판(3) 위에 구성됨을 가정할 것이다. 하지만 제안된 실시 예들이 다수의 그룹들 각각의 슬롯 요소들이 유전체 기판(3) 위에 구성되는 경우로 한정되어서는 안될 것이다. 즉 제안된 실시 예들은 다수의 그룹들 각각의 슬롯 요소들이 유전체 기판(3) 내부에 구성되거나 일부가 유전체 기판(3) 내부에 구성되고 나머지 일부가 유전체 기판(3) 위에 구성될 수도 있다.

일 실시 예에 따르면, 유전체 기판(3) 위에 적어도 두 개의 그룹들 (예컨대 제1 및 제2그룹(1, 2)) 각각의 슬롯 요소들이 구성될 수 있다. 예컨대, 유전체 기판(3) 위에 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d) 및 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)로 구성될 수 있다. 상기 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d) 및 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)은 유전체 기판(3) 상에 위치한 금속 계층에 만들어진 직사각형의 오려진 것 (컷-아웃, cutout)들이 될 수 있다.

상기 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)은 동일한 길이 (L1)와 동일한 너비 (w1)를 가질 수 있다. 상기 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)은 동일한 길이 (L2)와 동일한 너비 (w2)를 가질 수 있다. 이때 길이 L은 해당 슬롯 요소에 상응한 직사각형 컷-아웃의 긴 변의 치수에 해당하고, 너비 w는 해당 슬롯 요소에 상응한 직사각형 컷-아웃의 짧은 변의 치수에 해당한다.

상기 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)의 길이 (L1)과 상기 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)의 길이 (L2)는 서로 다른 값을 가질 수 있다. 일 예로써, 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)의 길이 (L1)는 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)의 길이 (L2)보다 길 수 있다.

하나의 실시 예에 따르면, 유전체 기판(3) 상에서 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)은 아래에 정의된 바와 같이 수직 방향으로 배치될 수 있다.

보다 구체적으로, 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)을 구성하는 홀수 번째 슬롯 요소들(1a, 1c)와 짝수 번째 슬롯 요소들(1b, 1d)은 수직 방향에서 상이한 높이를 갖도록 평행하게 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1그룹(1)의 홀수 번째 슬롯 요소들(1a, 1c)은 수직 방향에서 동일한 높이를 갖도록 평행하게 배치될 수 있고, 상기 제1그룹(1)의 짝수 번째 슬롯 요소들(1b, 1d)은 수직 방향에서 동일 높이를 갖도록 평행하게 배치될 수 있다.

이 경우, 상기 제1그룹(1)의 홀수 번째 슬롯 요소들(1a, 1c)과 짝수 번째 슬롯 요소들(1b, 1d)은 수직 방향에서 위/아래에 교번적으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1그룹(1)의 홀수 번째 슬롯 요소들(1a, 1c)의 위쪽 긴 변 (또는 아래쪽 긴 변)과 짝수 번째 슬롯 요소들(1b, 1d)의 아래쪽 긴 변 (또는 위쪽 긴 변)은 수직 방향에서 동일 높이를 갖거나 소정 거리만큼 이격될 수 있다. 상기 수직 방향에서 동일 높이를 갖는 경우, 제1그룹(1)의 홀수 번째 슬롯 요소들(1a, 1c)의 위쪽 긴 변 (또는 아래쪽 긴 변)과 짝수 번째 슬롯 요소들(1b, 1d)의 아래쪽 긴 변 (위쪽 긴 변) 간의 거리는 상기 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)의 폭(w1)과 동일할 수 있다. 상기 수직 방향에서 소정 거리만큼 이격되는 경우, 제1그룹(1)의 홀수 번째 슬롯 요소들(1a, 1c)의 위쪽 긴 변 (또는 아래쪽 긴 변)과 짝수 번째 슬롯 요소들(1b, 1d)의 아래쪽 긴 변 (또는 위쪽 긴 변) 간의 거리는 소정 값을 가질 수 있다. 이때 상기 소정 값은 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)의 폭(w1)에 비해 상대적으로 큰 값일 수 있다.

하나의 실시 예에 따르면, 유전체 기판(3) 상에서 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)은 아래에 정의된 바와 같이 수평 방향으로 배치될 수 있다.

보다 구체적으로, 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d) 각각은 좌측에서 우측 방향 (수평 방향)에서 다음에 배치된 슬롯 요소와 소정 거리 (D1)만큼 떨어져 배치될 수 있다. 예컨대, 제1그룹(1)의 첫 번째 슬롯 요소(1a)의 좌측 짧은 변 (또는 우측 짧은 변)은 수평 방향에서 다음에 배치된 두 번째 슬롯 요소(1b)의 우측 짧은 변 (또는 좌측 짧은 변)과 소정 거리 (D1)만큼 떨어져 배치될 수 있다. 이때 상기 소정 값 (D1)은 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)의 길이(L1)에 비해 상대적으로 큰 값일 수 있다.

하나의 실시 예에 따르면, 유전체 기판(3) 상에서 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)은 아래에 정의된 바와 같이 수직 방향으로 배치될 수 있다.

보다 구체적으로, 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)을 구성하는 홀수 번째 슬롯 요소들(2a, 2c)와 짝수 번째 슬롯 요소들(2b, 2d)은 수직 방향에서 상이한 높이를 갖도록 평행하게 배치될 수 있다. 즉, 상기 제2그룹(2)의 홀수 번째 슬롯 요소들(2a, 2c)은 수직 방향에서 동일한 높이를 갖도록 평행하게 배치될 수 있고, 상기 제2그룹(2)의 짝수 번째 슬롯 요소들(2b, 2d)은 수직 방향에서 동일 높이를 갖도록 평행하게 배치될 수 있다.

이 경우, 상기 제2그룹(2)의 홀수 번째 슬롯 요소들(2a, 2c)과 짝수 번째 슬롯 요소들(2b, 2d)은 수직 방향에서 위/아래에 교번적으로 배치될 수 있다. 즉, 상기 제2그룹(2)의 홀수 번째 슬롯 요소들(2a, 2c)의 위쪽 긴 변 (또는 아래쪽 긴 변)과 짝수 번째 슬롯 요소들(2b, 2d)의 아래쪽 긴 변 (또는 위쪽 긴 변)은 수직 방향에서 동일 높이를 갖거나 소정 거리만큼 이격될 수 있다. 상기 수직 방향에서 동일 높이를 갖는 경우, 제2그룹(2)의 홀수 번째 슬롯 요소들(2a, 2c)의 위쪽 긴 변 (또는 아래쪽 긴 변)과 짝수 번째 슬롯 요소들(2b, 2d)의 아래쪽 긴 변 (위쪽 긴 변) 간의 거리는 상기 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)의 폭(w1)과 동일할 수 있다. 상기 수직 방향에서 소정 거리만큼 이격되는 경우, 제2그룹(2)의 홀수 번째 슬롯 요소들(2a, 2c)의 위쪽 긴 변 (또는 아래쪽 긴 변)과 짝수 번째 슬롯 요소들(2b, 2d)의 아래쪽 긴 변 (또는 위쪽 긴 변) 간의 거리는 소정 값을 가질 수 있다. 이때 상기 소정 값은 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)의 폭(w2)에 비해 상대적으로 큰 값일 수 있다.

하나의 실시 예에 따르면, 유전체 기판(3) 상에서 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)은 아래에 정의된 바와 같이 수평 방향으로 배치될 수 있다.

보다 구체적으로, 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d) 각각은 좌측에서 우측 방향 (수평 방향)에서 다음에 배치된 슬롯 요소와 소정 거리 (도시되지 않음)만큼 떨어져 배치될 수 있다. 예컨대, 제2그룹(2)의 첫 번째 슬롯 요소(2a)의 좌측 짧은 변 (또는 우측 짧은 변)은 수평 방향에서 다음에 배치된 두 번째 슬롯 요소(2b)의 우측 짧은 변 (또는 좌측 짧은 변)과 소정 거리만큼 떨어져 배치될 수 있다. 이때 상기 소정 값은 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)의 길이(L2)에 비해 상대적으로 큰 값일 수 있다.

하나의 실시 예에 따르면, 유전체 기판(3) 상에서 제1그룹(1)의 (1a, 1b, 1c, 1d)과 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)은 아래에 정의된 바와 같이 수직 방향으로의 관계를 가질 수 있다.

보다 구체적으로, 제1그룹(1)의 홀수 번째 요소들(1a, 1c)과 제2그룹(2)의 홀수 번째 요소들(2a, 2c)은 아래쪽 (또는 위쪽) 긴 변이 일정한 간격(D2)만큼 떨어지도록 배치될 수 있다. 상기 제1그룹(1)의 짝수 번째 요소들(1b, 1d)과 상기 제2그룹(2)의 짝수 번째 요소들(2b, 2d)은 아래쪽 (또는 위쪽) 긴 변이 일정한 간격(D2)만큼 떨어지도록 배치될 수 있다. 상기 일정한 간격(D2)는 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)의 폭(w1) 또는 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)의 폭(w2)에 비해 상대적으로 큰 값일 수 있다.

하나의 실시 예에 따르면, 유전체 기판(3) 상에서 제1그룹(1)의 (1a, 1b, 1c, 1d)과 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)은 아래에 정의된 바와 같이 수평 방향으로의 관계를 가질 수 있다.

제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)과 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)은 모든 긴 변들이 도면 상에서 수평 방향 (좌우 방향)으로 평행하도록, 유전체 기판(3) 상에 배치될 수 있다. 여기서 수평 방향으로의 평행은, 수직 방향으로 동일 높이에서의 평행 (일직선 상에서의 평행)뿐만 아니라 수직 방향으로 상이한 높이에서의 평행 (수평을 유지하는 평행)을 모두 포함하는 의미를 갖는다.

보다 구체적으로, 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)과 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)은 쌍을 이룰 수 있다. 예컨대, 제1그룹(1)의 첫 번째 슬롯 요소(1a)와 제2그룹(2)의 첫 번째 슬롯 요소(2a)가 하나의 쌍(a)을 이루고, 제1그룹(1)의 두 번째 슬롯 요소(1b)와 제2그룹(2)의 두 번째 슬롯 요소(2b)가 하나의 쌍(b)을 이루며, 제1그룹(1)의 세 번째 슬롯 요소(1c)와 제2그룹(2)의 세 번째 슬롯 요소(2c)가 하나의 쌍(c)을 이루고, 제1그룹(1)의 네 번째 슬롯 요소(1d)와 제2그룹(2)의 네 번째 슬롯 요소(2d)가 하나의 쌍(d)을 이룰 수 있다.

각 쌍을 이루는 제1그룹(1)의 슬롯 요소와 제2그룹(2)의 슬롯 요소는 도면 상에서 상하 방향으로 서로 마주보도록 유전체 기판(3) 상 또는 내부에 배치될 수 있다.

상기 각 쌍을 이루는 제1그룹(1)의 슬롯 요소의 중심 축과 제2그룹(2)의 슬롯 요소의 중심 축이 일렬 정렬되도록, 상기 각 쌍을 이루는 제1그룹(1)의 슬롯 요소와 제2그룹(2)의 슬롯 요소가 유전체 기판(3) 상에 위치될 수 있다. 이때 상기 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)과 상기 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d) 각각의 중심 축들 (C)은 해당 슬롯 요소의 긴 변들에 수직일 수 있다.

일 예로써, 제1그룹(1)의 첫 번째 슬롯 요소 1a와 제2그룹(2)의 첫 번째 슬롯 요소 2a로 이루어진 첫 번째 쌍 (a)의 경우, 상기 제1그룹(1)의 첫 번째 슬롯 요소 1a의 중심 축과 상기 제2그룹(2)의 첫 번째 슬롯 요소 2a의 중심 축이 상하 방향으로 일렬 정렬될 수 있다 (C 참조). 이때 상기 중심 축 C는 제1그룹(1)의 첫 번째 슬롯 요소 1a의 긴 변과 제2그룹(2)의 첫 번째 슬롯 요소 2a의 긴 변을 이등분할 수 있다.

상술한 일 예에 따른 구조는 나머지 쌍들 (제1그룹의 나머지 슬롯 요소들(1b, 1c, 1d)와 제2그룹의 나머지 슬롯 요소들(2b, 2c, 2d)로 이루어진 쌍들)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있을 것이다.

이 경우, 쌍들의 중심축들 간의 거리는 앞에서 정의된 D1과 동일할 수 있다. 아울러 제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)과 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)에 의해 구성된 다수의 쌍들(a, b, c, d)은 도면 상에서 좌에서 우측 방향으로 유전체 기판(3) 상에 배치될 수 있다. 즉, 다수의 쌍들(a, b, c, d) 각각의 중심 축은 도면 상에서 좌우 방향으로 서로 평행하도록 유전체 기판(3) 상에 배치될 수 있다.

상술한 바에 따라 유전체 기판(3)에 배치된 쌍들 각각의 슬롯 요소들이 방출하는 신호들 사이의 위상 차는 90도가 될 수 있다. 즉, 하나의 쌍을 이루는 제1그룹(1)의 슬롯 요소가 방출하는 제1 신호와 제2그룹(2)의 슬롯 요소가 방출하는 제2 신호는 90도의 위상 차를 가질 수 있다.

이 경우, 슬롯들의 서로 다른 길이들은 슬롯 구경을 따라 방사 빔의 유효한 기울기를 제공하며, 그 결과로 원하는 엔드 파이어 방향에서의 안테나 전방사 (total radiation)를 제공할 수 있다.

제1그룹(1)의 슬롯 요소들(1a, 1b, 1c, 1d)과 제2그룹(2)의 슬롯 요소들(2a, 2b, 2c, 2d)은 유전체 기판(3) 상 또는 유전체 기판(3) 내에 위치될 수 있다, 예컨대, 유전체 기판(3) 위나 유전체 기판(3) 안에 위치한 금속 계층 안에서 오려질 수 있다.

슬롯들의 길이(L1, L2)와 너비(w1, w2)는 슬롯 안테나들에 대한 일반적인 이론에 따라, 하기 <수학식 1>에 의해 결정될 수 있다

[수학식 1]

λ_eff/2 < L2 < L1 <λ_eff,

w1, w2 ~ (0.1-0.3)λ_eff,

여기서 λ_eff 는 평균 유전 상수 ε_eff(

)를 가진 등가적 물질에 대해 환산되는 유효 파장으로, 유전체 기판 h1 물질의 두께 및 유전체 코팅 h2 물질의 두께에 의해 규정될 수 있다.

슬롯들의 쌍들 간 거리(도 2의 D1)는 한 쌍의 슬롯 요소들의 짧은 변에서 인접 쌍의 슬롯 요소들의 대응하는 짧은 변까지의 거리로서 정의될 수 있다. 안테나 어레이들에 대한 일반적인 이론에 따르면, 하기 <수학식 2>에 의해 산출될 수 있다.

[수학식 2]

λ₁/2 <D1 <λ₁

여기서 λ₁ 는 유전체 기판에서의 파장을 의미한다.

각 쌍을 구성하는 슬롯 요소들 간의 거리 D1는 제1그룹의 슬롯 요소의 한 긴 변에서 제2 또는 다음 그룹의 슬롯 요소의 대응하는 긴 변까지의 거리로서 정의될 수 있다. 이 경우 상기 D1은 대략 1/4 파장에 상응한다.

이러한 구성을 갖는 하나의 쌍에 상응한 안테나 슬롯 요소들의 방사 위상 천이는 90도 만큼이 제공될 수 있다. 둘을 넘는 그룹들의 슬롯 요소들이 있는 경우, 즉, 다음 슬롯 요소(들)가 슬롯 요소들의 쌍에 추가될 때, 각각의 인접한 슬롯 요소들 간 거리는 마찬가지로, 90도 만큼의 안테나 슬롯 요소들의 방사 위상 천이를 제공할 수 있어야 한다.

안테나 슬롯 요소들의 쌍들의 배열은 일직선 상에서 벗어나 비선형이 될 수 있다. 즉 안테나 슬롯 요소들의 인접 쌍들은 공통 축을 따라 정렬되지 않을 수 있다. 예를 들어, 슬롯 요소들의 짝수 쌍들은 한 줄 상에 정렬될 수 있고, 슬롯 요소들의 홀수 쌍들은 다른 줄에 정렬될 수 있다. 이 경우, 모든 슬롯들의 긴 변들이 나란하고, 슬롯 요소들의 인접 쌍들의 측변들이 서로 마주보게 될 것이다. 하지만, 이 쌍들이 동일한 축을 따라 위치하지 않을 수 있다. 즉, 짝수 쌍들은 인접하는 홀수 쌍들에 대해 짝/홀수 쌍의 슬롯들 각자의 긴 변들 간 거리에 상응하는 거리 D3만큼 오프-셋될 수 있다. 오프셋 값 D3는 기생 신호들이 금속 케이싱을 따라 전파하는 것을 억제하기 위해 대략 1/10 파장에 상응할 수 있다.

통신 장치의 하우징에 상응한 금속 프레임의 위치에 해당할 수 있는 유전체 기판의 가장자리에서 그 가장자리에 가장 가까운 슬롯 요소의 긴 변까지의 거리로서 정의되는 거리 D4는 대략적으로 l_eff/2의 배수가 될 수 있다. 상기 D4는 금속 케이스로부터 유전체 코팅을 통해 전파되는 전자기파들의 반사를 최소화한다는 목적에 따라 결정될 수 있다.

도 3은 다양한 실시 예에 따른, 안테나 어레이를 가진 통신 장치의 측면도를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 통신 장치는 유전체 기판(3), 예컨대 금속 계층(5)에 의해 커버되는 다중계층 인쇄 회로 보드(7)를 포함할 수 있다. 이 유전체 기판(3) 상에는 통신 장치의 디스플레이(4)를 구성하는 유전체 코팅 (유전체 스크린)이 존재할 수 있다.

상기 금속 계층(5)에 형성되는 슬롯들(제1그룹의 슬롯 요소 및 제2그룹의 슬롯 요소)의 그룹들은, 일 실시 예에서 마이크로 스트림 선인 신호공급선(8)을 통해 신호를 공급받을 수 있다. 제안된 안테나 유닛의 한 가지 동작 특성은, 통신 장치의 금속 프레임(6)이 안테나 유닛이 생성한 진행 파에 대한 장애물이 아니라는 것이다.

안테나 슬롯 요소들에 의한 각 쌍은 제1 및 제2그룹의 적어도 2 개의 슬롯 안테나 요소들(1 및 2)로 구성될 수 있다. 그러나 추가적인 슬롯 요소들의 그룹들이 존재할 경우, 예컨대 상기 추가 그룹들과 관련된 제3, 제4 등의 다음 슬롯 요소들이 슬롯 요소들의 쌍들에 추가될 수 있다. 이 경우, 해당 쌍은 제1 및 제2그룹들의 슬롯 요소들만이 아니라 제1 및 그 다음 그룹들의 추가 슬롯 요소들도 포함할 것이다.

한 쌍을 이루는 슬롯 안테나 요소들 각각은 급전 마이크로 스트립 선을 통과하는 진행파에 의해 순차적으로 여자될 수 있다. 최대 방사를 위해, 제1슬롯은 급전선의 그라운드까지의 단락 회로로부터 유전체 기판을 통해 전파하는 대략적인 1/2 파장에 상응하는 거리에 위치할 수 있다.

제2 및 그 다음 슬롯들(존재할 경우)은 급전선을 따라 제1 (또는 이전) 슬롯으로부터 그들이 방사하는 신호들 간 위상 천이가 90도가 되게 하는 거리에 위치되어야 한다.

각각의 슬롯의 길이는 반파장에서 한 파장까지이며, 쌍 안의 한 슬롯은 다른 한 슬롯보다 길이가 짧고, 보다 짧은 방사기가 보다 긴 방사기에 대한 디렉터(director)인 “웨이브 채널” 안테나들로 구현되는 원리와 유사하다.

통신 장치의 슬롯 안테나 요소들 위에서 기판의 유전율보다 큰 유전율을 가지는 유전체 디스플레이 스크린의 존재는 엔드 파이어 방향으로 보다 나은 방사 방향을 제공할 수 있다.

유전체 디스플레이 스크린은 슬롯 안테나 요소들을 위한 지연선이고, 유전체 내에 표면파를 보류하고 브로드 사이드 방향의 조기 방사를 방지하여, 슬롯 안테나 어레이가 방사하는 진행파의 방향 특성을 개선하며, 안테나 어레이의 방향성 및 전반적 이득을 높일 수 있다.

슬롯 안테나 어레이 요소들은 어긋난 정렬을 이룬다. 즉 제1 및 제2그룹의 인접 슬롯 요소들 및 슬롯 요소들의 인접하는 짝수 및 홀수 쌍들은 유전체 기판의 가장자리에서 그 짝수 및 홀수 쌍들까지의 거리가 서로 상이하도록 서로에 대해 오프셋될 수 있다. 이러한 정렬은 하우징으로부터의 동위상 반사의 결과로서 나타나는 기생파들이 금속 하우징을 따라 전파되는 것을 억제할 수 있다. 대략 1/10 파장의 작은 위상 천이는 반사된 표면파들의 단계적 도입(phasing-in)을 없애서 안테나 어레이 이득을 높일 수 있다.

안테나 어레이의 슬롯 요소들은 유전체 코팅 내 표면파들을 여자시킬 수 있다. 이는 통신 장치의 금속 프레임이나 통신 장치의 하우징일 수 있는 다른 금속 장애물들을 통해 이 전파들에 의해 전송되는 방사 출력을 제공하는 것이 가능하도록 한다.

상술한 해법을 이용할 때, 메인 방사 방향과 반대 방향에 작은 기생 방사가 존재할 수 있다. 이러한 기생 방사를 억제하기 위해, 메인 디렉트 방사 방향 (도 4의 화살표)와 반대 측에 있는 방사 슬롯들(1a, 1b, 1c, 1d) 뒤에 위치하는 수동 반사 슬롯 요소들(9a-1, 9a-2, 9b-1, 9b-2, 9c-1, 9c-2, 9d-1, 9d-2)이 사용될 수 있다. 상기 수동 반사 슬롯들(9a-1, 9a-2, 9b-1, 9b-2, 9c-1, 9c-2, 9d-1, 9d-2)은 유전체 안에서 전파되는 표면파들을 반사한다.

이들의 유효 동작을 위해, 상기 수동 반사 슬롯들(9a-1, 9a-2, 9b-1, 9b-2, 9c-1, 9c-2, 9d-1, 9d-2)은 방사 슬롯 요소들로부터 약 l₂/4 내지 l₂/2의 거리에 위치하여 전방 및 후방파들의 역위상 추가를 제공할 수 있다. 이때 l₂는 유전체 코팅에서의 파장이다. “웨이브 채널” 안테나들의 원리와도 유사한 반사 슬롯들의 길이는 메인 방사 슬롯들의 길이보다 다소 클 수 있다.

유도 임피던스 특성을 가진 반사 슬롯들은 방사 슬롯들에 대한 “반사기들”이 될 수 있다. 수동 반사 슬롯들의 너비는 방사 슬롯들의 너비 w1, w2와 대략적으로 동일할 수 있다. 일반적으로, 각각의 안테나 어레이 요소마다 하나의 방사 슬롯이 사용될 수 있으나, 이들을 여러 슬롯들로 나눌 때 (예컨대, 쌍 안의 방사 슬롯 요소들의 긴 변들과 평행인 동일한 선 상에 긴 변들이 위치하는 반사 슬롯들의 쌍을 이용함) 역 방사의 도입을 더 억제할 수 있다. 이러한 해법은 후방 엔드 파이어 방향의 기생 방사를 실질적으로 억제하고, 전방 엔드 파이어 방향의 방향 특성들을 향상시킬 수 있다.

도 4는 제안된 다양한 실시 예에 따른, 통신 장치 안에서 수동 반사 슬롯들의 구현 예를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 각 쌍의 방사 슬롯 요소들은, 수동 반사 슬롯 요소들의 긴 변들이 방사 슬롯 요소들의 긴 변과 평행하도록, 각 쌍의 방사 슬롯 요소들의 중심축에 대해 대칭적으로 정렬되는 두 개의 수동 반사 슬롯 요소들과 관련될 수 있다.

도 5는 제안된 다양한 실시 예에 따른, 안테나가 장치의 백 커버 아래에 위치할 경우에 대해, 금속 반사 스크린과 조합되는 슬롯 안테나 어레이 및 수동 반사 슬롯들의 구현 예를 도시한 도면이다.

도 5를 참조하면, 수동 반사 슬롯들(9a-1, 9a-2, 9b-1, 9b-2, 9c-1, 9c-2, 9d-1, 9d-2)뿐 아니라, 금속 반사 스크린(10) 또한 개별적으로나 조합된 형식으로 반사 요소로 사용될 수 있다.

예를 들어, 금속 벽(10)이 자유 공간에서 전파되는 방사파의 일부를 반사하므로, 상기 금속 벽(10)이 유전체 상의 진행파의 1/2 파장보다 다소 큰 거리에 위치하는 반사 요소로서 사용될 수 있다. 즉, 안테나 어레이가 유전체 파라미터들이 이하의 도파로 구조의 파라미터들을 만족시키는 장치의 후방 커버 아래에 위치하는 경우, 금속 반사 스크린 기능이 안테나 어레이의 평면 상에 위치하는 통신 장치에 내장된 카메라의 금속 벽(10)에 의해 수행될 수 있다.

도 6은 제안된 다양한 실시 예에 따른, 안테나 유닛에서 이득 대 방사 방향의 그래프를 도시한 도면이다. 즉, 도 6은 다양한 개시들의 제안에 따른 안테나 유닛 동작의 시뮬레이션 결과를 보여준다.

도 6을 참조하면, 두꺼운 실선은 제안된 안테나 유닛 이득 대 방사 방향의 그래프를 보여주며, m1 포인트는 방사의 엔드 파이어 방향에 해당한다. 스캐닝 범위는 m2 포인트에서 m3 포인트까지 주어지며, 150도 각도(+/- 75도)이다.

제안된 안테나 유닛은 유전체 다중 계층 인쇄 회로 보드 상이나 그 안에서 구현될 수 있고, 이어서 디스플레이에 밀착 연결된다 (가령, 접착제를 사용함). 연결 파라미터들은 연산 모델 안에서도 고려된다 (예를 들어, 접착 조인트의 두께 및 유전체 특성들이 고려된다).

유전체 디스플레이 스크린의 재료가 안테나 요소들을 수용하는 유전체 기판의 재료보다 높은 유전율을 가지므로, 그것은 안테나 어레이에 의해 여자된 전자기파들을 감속시키는 구조가 된다. 따라서, 디스플레이를 유전체 도파로 (주로 유전체 상수 및 디스플레이 높이의 파라미터들)로서 정의하는 조건들이 그 디스플레이에 대해 관찰되므로, 유전체 디스플레이의 구조에서 엔드 파이어 방향으로 전자기파들을 안내하고, 브로드 사이드 방향의 방사를 감소시키는 것이 가능하다.

또한 제안된 방안은 금속 케이싱이나 금속 케이싱 프레임을 가진 통신 장치들 및 기타 통신 기기들에 내장되는 밀리미터파 안테나의 효율적 사용 가능성을 제공한다.

무선 통신이 가능하고 청구된 안테나 유닛을 가지는 통신 장치는 모바일 전화, 무선 통신을 수행하도록 된 태블릿 컴퓨터, 랩탑, 울트라북, PDA, 무선 통신 기능을 가진 디스플레이 장치, 또는 통신 장치 하우징 안에 안테나 어레이를 채택하는 기능 및 디스플레이를 가진 어떤 다른 장치와 같은 임의의 모바일 통신 장치일 수 있다.

안테나 유닛은 통신 장치의 통신 유닛 안에 내장될 수 있다. 기능적으로 말해, 통신 장치의 통신 유닛은 방사 소스, 전력 공급부, 데이터 출력부, 사용자 입력부 및 목적을 구현하는데 필요한 다른 유닛들을 포함한다. 방사 소스는 사용자 입력 신호를 송수신하고, 사용자로부터 수신한 데이터를 적절한 수신 장치에 전송하기 적합한 신호들로 변환하기 위한 데이터 컨버터들을 포함한다. 데이터 출력부는 특히, 사용자에게 통신에 필요한 데이터를 보여주는 디스플레이 및 확성기를 포함할 수 있다. 사용자 입력부는 마이크로폰, 키보드, 디스플레이, 및 사용자 및 통신부로의 데이터 방향으로부터 데이터를 수신하기 적합한 어떤 다른 유닛을 포함할 수 있다. 전력 공급부는 상술한 유닛들의 동작을 위한 전력을 공급한다.

본 개시에서의 진행파 안테나 사용을 통해, 전파가 통신 장치의 금속 하우징을 감싸고, 그에 따라 엔드 파이어 방향으로의 방사를 가능하게 한다. 이는 하우징의 무결성을 악화시킬 수 있는 금속 하우징에서의 어떤 불연속성들이나 어떤 포트들의 필요성을 없앤다.

본 개시에서의 안테나 유닛 및 그것을 포함하는 통신 장치의 구조는 다음과 같은 이점들을 가진다.

- 높은 이득의 안테나;

- +/-70도 범위 내 엔드 파이어 방향에서의 개선된 스캐닝으로서, 스캐닝 영역의 확장은 안테나 방사기에 의해 여자된 전파들에 대한 유전체 커버의 감속 특성들과 관련이 있다.

본 개시에서의 안테나 특성들은 표면파들을 지원함으로써 엔드 파이어 방향에서의 진행파 안테나의 지향 특성들의 향상, 유전체 커버에서 전파되는 전자기파로 인한 스캐닝 손실 없이 종방향 평면에서의 방사 패턴의 빔 스캐닝 개선을 제공한다.

통신 장치 하우징의 금속 프레임은 안테나 유닛을 외부 환경과 매칭시키기 위해 사용된다. 진행파의 사용은 금속 프레임으로의 방사 및 엔드 파이어 방향으로 효과적 전파를 가능하게 한다.

본 개시에서 제안된 실시 예들은 상술한 것들에 국한되지 않는다.

앞서 제안된 안테나 유닛은 유전체 커버, 예컨대 인쇄 회로 보드를 포함하며, 인쇄 회로 보드에는 그 안에 형성된 마이크로스트립 선로에 의해 여자되는 진행파 생성을 위한 슬롯 안테나 요소들의 어레이가 그 위나 내부에 형성된다.

안테나 어레이의 각각의 슬롯 요소는 유전체 디스플레이 스크린 및 유전체 커버 내에서 전파되는 진행파들을 여자시키며, 그런 다음 하우징의 금속 프레임을 감싸는 방사파가 기지국을 향해 방출된다.

유전체 안에서 신호가 전파되는 진행파 안테나는 출력 저항의 큰 무효 성분을 가지며, 외부 환경에 부합될 것이다.

유전체의 말단에서 장치 하우징의 금속 프레임과 같은 금속 요소들은 출력 임피던스의 그러한 무효 성분에 대한 효과적인 보상과, 외부 환경으로의 지향적 방사파를 제공하기 위해 사용된다. 일반적으로 금속 오브젝트의 “단차”의 존재 그 자체는 매칭 반응성의 도입이 될 것이다. (공중에서) l/8보다 큰 값들의 경우, 금속 하우징 프레임의 두께는 강한 영향력의 발휘를 멈춘다. 그러나, 보다 적은 값들의 경우, 이 파라미터가 제조자에 의해 가변될 수 있을 때, 그것이 최적화 해석 시 고려될 수도 있다.

커버 및 기판의 유전체 물질들은 서로 다른 유전율 특성들의 비를 가질 수 있다. 예컨대 커버의 유전율이 ε1에 해당하고, 기판 유전체의 유전율이 ε2에 해당하면, 서로 다른 비율들이 있을 수 있다 (ε1 > ε2, ε1< ε2 or ε1= ε2).

본 개시에서 제안된 다양한 실시 예에서, 유리나 어떤 다른 유전체 물질일 수 있는 유전체 디스플레이 스크린은 안테나를 수용하는 기판 유전체의 유전율 ε2 보다 큰 유전율 ε1을 가질 수 있다. 그러한 비율을 통해, 유전체 디스플레이의 감속 효과가 본 개시에서 제안된 다양한 실시 예들에서 구현됨으로써, 유전체 디스플레이 스크린의 두께로 전자기파들을 보류하는 것이 가능하고 브로드 사이드 방향의 조기 방출을 줄일 수 있다.

일 실시 예에서, 기술된 안테나 어레이는, 유전율이 유전체 디스플레이 스크린에 대해 정의되었던 것과 같이, 기판 유전체의 유전율보다 크고 감속 도파로 구조의 조건들을 만족시키는 경우, 통신 장치의 후방 커버 밑에 위치할 수 있다.

실시 예들 중 하나에서, 구현된 통신 장치는 “가장자리 (edge)”가 형성된 하우징을 가질 수 있다. 즉 둥근 가장자리들을 가진 디스플레이를 포함한다. 이러한 실시 예는 또한 상술한 바와 같은 발명의 장치의 동작을 보장하며, 개별적이고도 집합적으로 기지국과 통신 장치의 보다 우수한 통신을 제공하는 동일한 바람직한 효과들의 달성을 제공한다.

통신 장치가 금속 프레임을 갖지 않거나 금속 프레임이 안테나 요소들의 위치 및 디스플레이의 바닥 표면보다 한참 아래에 있으면(>l/4 - l/2), 자유 공간 매칭 반응성은 다른 방식으로, 예컨대 매칭 스텁 (stub)들 등을 사용하여 관리될 수 있다.

실시 예들이 여기 개시된 사항들에 국한되는 것은 아니며, 당업자는 본 명세서에 포함된 정보 및 선행 기술에서의 지식을 기반으로 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않은 채 다른 실시 예들을 예상할 수 있을 것이다.

단수로 언급된 요소들은 달리 특정하지 않는 한 복수의 요소들을 배제하지 않는다.

요소들의 동작 관계는 이 요소들의 서로에 대한 올바른 상호동작 및 요소들의 기능 구현을 보장하는 관계로서 이해되어야 한다. 기능적 관계의 구체적 예들은 데이터 교환 수단과의 관계, 복수의 전류 전송 수단과의 관계, 기계적 이동 수단과의 관계, 광, 사운드, 전자기 또는 기계적 진동 등의 전송 수단과의 관계가 될 수 있다. 기능적 관계의 특정 유형은 상기 요소들의 상호동작에 의해 결정되며, 달리 언급하지 않는 한 이 분야에 잘 알려진 원리들을 이용하는 잘 알려진 수단에 의해 제공된다.

본 개시는 도면의 블록들을 구현하기 위한 어떤 특정 소프트웨어 및 하드웨어를 기술하는 것이 아니며, 당업자라면 본 개시에서 제안된 다양한 실시 예들의 본질이 특정 하드웨어나 소프트웨어 구현에 국한되지 않으며, 따라서 이 분야에 알려진 임의의 하드웨어나 소프트웨어 수단이 본 발명을 구현하는데 사용될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서 하드웨어는 하나 이상의 ASIC (application specific integrated circuit)들, DSP (digital signal processor)들, DSP 소자들, 프로그래머블 로직 소자들, FPGA (field programmable gate array)들, 프로세서들, 컨트롤러들, 마이크로 컨트롤러들, 마이크로프로세서들, 전자 장치들, 여기 개시된 동작들을 수행하도록 구성된 다른 전자 모듈들, 컴퓨터, 또는 이들의 조합 안에서 구현될 수 있다.

그리고 다양한 실시 예에서 하위 개념으로 언급되는 특징들 및 상세한 설명의 다양한 부분에서 개시된 실시 예들이 결합되어 (그러한 결합 가능성이 명시적으로 개시되지 않더라도) 바람직한 효과를 얻을 수 있다.

본 명세서나 도면에서의 자료에서 지시된 수치들은 언급된 범위의 하한 치에서 상한 치까지의 모든 값들을 포함하도록 되어 있다.

예시된 실시 예들이 첨부된 도면들에서 상세히 기술 및 도시되었다는 사실에도 불구하고, 이러한 실시 예들은 다만 예시적인 것으로 보다 광범위한 발명을 제한하고자 하는 것이 아니며, 당업자에게는 다른 다양한 변형들이 자명해 보이므로 본 개시에서 제안된 다양한 실시 예들이 예시 및 기술된 배열 및 구조들에 국한되는 것은 아니라는 것을 알아야 한다.

한편, 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시에서 제안한 다양한 실시 예에 따른 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 변형에 의한 실시할 수 있음은 물론이다. 그러므로 본 개시에 따른 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐만 아니라, 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. 그뿐만 아니라, 이러한 변형 실시들은 본 개시의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

Claims (14)

1. 무선 통신 장치에 있어서,
   하우징(housing);
   상기 하우징 안에 고정되는 유전체 기판; 및
   상기 유전체 기판 상의 유전체 커버를 포함하며,
   여기서, 상기 유전체 기판은 다중 계층 인쇄 회로와, 상기 다중 계층 인쇄 회로의 상부 면을 덮고 있는 금속 계층을 포함하며,
   상기 금속 계층은 제1 길이를 갖는 다수의 제1 슬롯 요소들과, 상기 제1 길이보다 긴 제2 길이를 갖는 다수의 제2 슬롯 요소들로 구성된 슬롯 안테나 어레이를 가지며,
   상기 다수의 제1 슬롯 요소들의 하나 또는 다수의 짝수 번째 슬롯 요소는 상기 금속 계층 상에서 하나 또는 다수의 홀수 번째 슬롯 요소와 일직선에서 벗어나도록 구성되며,
   상기 다수의 제2 슬롯 요소들의 하나 또는 다수의 짝수 번째 슬롯 요소들은 상기 금속 계층 상에서 하나 또는 다수의 홀수 번째 슬롯 요소들과 일직선에서 벗어나도록 구성되는 무선 통신 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 다수의 제1 슬롯 요소들 각각은 상기 다수의 제2 슬롯 요소들 중 하나와 90도의 위상 천이를 갖도록 동일 방사 방향에 구성되는 무선 통신 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은 외부 환경과, 상기 유전체 커버 안에서 전파되는 신호들(waves)을 추가 매칭할 수 있는 금속 프레임을 더 포함하는 무선 통신 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 슬롯 요소들 및 상기 제2 슬롯 요소들의 길이는 진행파의 1/2 파장에서 상기 진행파의 파장까지의 범위에서 선택되는 무선 통신 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   짝수 번째 제1 및 제2 슬롯 요소는 홀수 번째 제1 및 제2 슬롯 요소들에 대해 1/10 파장만큼 오프-셋되는 무선 통신 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 금속 계층에는 후방 방사파를 반사하도록 수동 반사 슬롯 요소들을 더 구성됨을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 금속 계층에는 백스캐터링(back scattering)되는 금속 스크린이 더 구성됨을 특징으로 하는 무선 통신 장치.
   
8. 무선 통신 장치용 안테나에 있어서,
   다중 계층 인쇄 회로와, 상기 다중 계층 인쇄 회로의 상부 면을 덮고 있는 금속 계층을 포함하는 유전체 기판; 및
   상기 유전체 기판에 포함된 상기 금속 계층 위로 적층된 유전체 커버를 포함하며,
   여기서, 상기 금속 계층은 각각이 서로 상이한 길이를 갖는 적어도 두 개의 슬롯 요소들을 포함하는 다수의 슬롯 요소들의 쌍들로 구성된 슬롯 안테나 어레이를 가지며,
   상기 다수의 슬롯 요소들의 쌍들의 하나 또는 다수의 짝수 쌍들은 상기 금속 계층 상에서 하나 또는 다수의 홀수 쌍들과 일직선에서 벗어나도록 구성된 무선 통신 장치용 안테나.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 다수의 슬롯 요소들의 쌍들은 90도의 위상 천이를 갖도록 동일 방사 방향에 구성되는 제1 슬롯 요소와 제2 슬롯 요소를 포함하는 무선 통신 장치용 안테나.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 유전체 커버 안에서 전파되는 신호들(waves)을 추가 매칭할 수 있는 금속 프레임을 더 포함하는 무선 통신 장치용 안테나.
    
11. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 슬롯 요소들의 길이는 진행파의 1/2 파장에서 상기 진행파의 파장까지의 범위에서 서로 상이하게 선택되는 무선 통신 장치용 안테나.
    
12. 제8항에 있어서,
    상기 하나 또는 다수의 짝수 쌍들은 상기 금속 계층 상에서 상기 하나 또는 다수의 홀수 쌍들에 대해 1/10 파장만큼 오프-셋되는 무선 통신 장치용 안테나.
    
13. 제8항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나 어레이에는 후방 방사파를 반사하도록 수동 반사 슬롯 요소들을 더 구성함을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.
    
14. 제8항에 있어서,
    상기 슬롯 안테나 어레이에는 백스캐터링되는 금속 스크린을 더 구성함을 특징으로 하는 무선 통신 장치용 안테나.

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