KR102476598B1 - 안테나 모듈을 위한 커플러의 구조 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

안테나 모듈을 위한 커플러의 구조 및 이를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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Abstract

본 개시(disclosure)는 LTE(long term evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시는 무선 통신 시스템에서 안테나 장치에 관한 것으로, 상기 안테나 장치는, 복수의 안테나 소자들 및 상기 복수의 안테나 소자들에게 전송되는 신호의 일부를 추출하기 위한 커플러(coupler)를 포함하는 안테나 보드, 및 상기 안테나 보드의 아래에 위치하고, 상기 커플러에 의해 추출된 신호의 일부를 이용하여 오차를 보정하기 위한 보정 회로를 포함하는 캘리브레이션(calibration) 보드를 포함하고, 상기 커플러는, 상기 복수의 안테나 소자들과 연결되는 제1 전송 선로 및 상기 제1 전송 선로와 용량적으로(capacitive) 연결되도록 배치된 제2 전송 선로를 포함하고, 상기 제2 전송 선로는, 상기 제1 전송 선로를 사이에 두고 각각 상기 제1 전송 선로와 평행하도록 이격 배치된 제3 전송 선로 및 제4 전송 선로, 및 각 종단이 상기 제3 전송 선로 및 상기 제4 전송 선로와 연결되고 상기 안테나 보드를 수직 방향으로 관통하는 비아 홀(via hole)을 둘러싸도록 배치된 제5 전송 선로를 포함할 수 있다.

Description

안테나 모듈을 위한 커플러의 구조 및 이를 포함하는 전자 장치 {STRUCTURE OF COUPLER FOR ANTENNA MODULE AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 안테나 모듈을 위한 커플러(coupler)의 구조 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th 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(long term evolution) 시스템 이후(post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역(예를 들어, 28기가(28GHz) 또는 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 multiple-input multiple-output, massive MIMO), 전차원 다중입출력(full dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beamforming), 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 frequency shift keying and quadrature amplitude 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.
통신 성능을 높이기 위해 다수의 안테나들을 장착한 제품이 개발되고 있고, 거대 배열 다중 입출력 기술을 활용하여 보다 많은 수의 안테나들을 가지는 장비가 사용될 것으로 예상된다. 이에 더하여, 5G 시스템에서는 초고주파 대역의 신호가 송수신됨에 따라, 초고주파 대역 신호를 이용한 통신 성능을 향상시키기 위한 안테나 모듈의 구조들이 연구되고 있다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 무선 통신 시스템에서 안테나 모듈을 위한 커플러(coupler)의 구조 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 신호의 손실 및 커플러의 크기를 감소시키기 위한 커플러의 구조 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서 커플러들 간 격리를 제공하기 위한 구조 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 안테나 장치는, 복수의 안테나 소자들 및 상기 복수의 안테나 소자들에게 전송되는 신호의 일부를 추출하기 위한 커플러(coupler)를 포함하는 안테나 보드, 및 상기 안테나 보드의 아래에 위치하고, 상기 커플러에 의해 추출된 신호의 일부를 이용하여 오차를 보정하기 위한 보정 회로를 포함하는 캘리브레이션(calibration) 보드를 포함하고, 상기 커플러는, 상기 복수의 안테나 소자들과 연결되는 제1 전송 선로 및 상기 제1 전송 선로와 용량적으로(capacitive) 연결되도록 배치된 제2 전송 선로를 포함하고, 상기 제2 전송 선로는, 상기 제1 전송 선로를 사이에 두고 각각 상기 제1 전송 선로와 평행하도록 이격 배치된 제3 전송 선로 및 제4 전송 선로, 및 각 종단이 상기 제3 전송 선로 및 상기 제4 전송 선로와 연결되고 상기 안테나 보드를 수직 방향으로 관통하는 비아 홀(via hole)을 둘러싸도록 배치된 제5 전송 선로를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템에서 전자 장치는, 적어도 하나의 프로세서 및 안테나 장치를 포함하고, 상기 안테나 장치는, 복수의 안테나 소자들 및 상기 복수의 안테나 소자들에게 전송되는 신호의 일부를 추출하기 위한 커플러(coupler)를 포함하는 안테나 보드, 및 상기 안테나 보드의 아래에 위치하고, 상기 커플러에 의해 추출된 신호의 일부를 이용하여 오차를 보정하기 위한 보정 회로를 포함하는 캘리브레이션 보드를 포함하고, 상기 커플러는, 상기 복수의 안테나 소자들과 연결되는 제1 전송 선로 및 상기 제1 전송 선로와 용량적으로 연결되도록 배치된 제2 전송 선로를 포함하고, 상기 제2 전송 선로는, 상기 제1 전송 선로를 사이에 두고 각각 상기 제1 전송 선로와 평행하도록 이격 배치된 제3 전송 선로 및 제4 전송 선로, 및 각 종단이 상기 제3 전송 선로 및 상기 제4 전송 선로와 연결되고 상기 안테나 보드를 수직 방향으로 관통하는 비아 홀을 둘러싸도록 배치된 제5 전송 선로를 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치들은, 안테나에 의해 방사되는 신호들의 삽입 손실(insertion loss)를 감소시킴과 동시에 안테나 보드 및 캘리브레이션 보드 간의 간섭을 감소시킬 수 있게 한다.
본 개시에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 예를 도시한다.
도 2는 안테나 모듈의 구성의 예를 도시한다.
도 3a는 안테나 모듈에 포함되는 구성들을 회로로 표현한 블록도의 예를 도시한다.
도 3b는 분리형 안테나 모듈의 단면의 예를 도시한다.
도 3c는 일체형 안테나 모듈의 단면의 예를 도시한다.
도 4a는 안테나 모듈에 포함되는 안테나 보드의 구조 및 캘리브레이션 보드의 구조의 예를 도시한다.
도 4b는 안테나 모듈에 포함되는 캘리브레이션 보드의 등가 회로의 예를 도시한다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 기본 구조를 도시한다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제1 구조를 도시한다.
도 7a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 측면에서의 등가 회로를 도시한다.
도 7b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 등가 회로를 도시한다.
도 8a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 모의 실험 환경을 도시한다.
도 8b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 모의 실험 결과를 도시한다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제2 구조를 도시한다.
도 10a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제2 구조에 대한 측면에서의 등가 회로를 도시한다.
도 10b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제2 구조에 대한 등가 회로를 도시한다.
도 11a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제2 구조에 대한 모의 실험 환경을 도시한다.
도 11b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제2 구조에 대한 모의 실험 결과를 도시한다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제3 구조를 도시한다.
도 13a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제3 구조에 대한 모의 실험 환경을 도시한다.
도 13b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제3 구조에 대한 모의 실험 결과를 도시한다.
도 14a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제4 구조를 도시한다.
도 14b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제4 구조에 대한 등가 회로를 도시한다.
도 15a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제5 구조를 도시한다.
도 15b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제5 구조에 대한 등가 회로를 도시한다.
도 16은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제1 구조를 도시한다.
도 17a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 측면에서의 등가 회로를 도시한다.
도 17b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 등가 회로를 도시한다.
도 18a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 모의 실험 환경을 도시한다.
도 18b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 단면을 도시한다.
도 18c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 모의 실험 결과를 도시한다.
도 19a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제2 구조를 도시한다.
도 19b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제3 구조를 도시한다.
도 20a 및 20b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 커플러들을 차폐하기 위한 구조의 예들을 도시한다.
도 21a 및 21b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 유전체가 부착된 커플러 라인을 이용하는 구조의 예를 도시한다.
도 22a 및 22b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 유전체가 부착된 커플러 라인을 이용하는 구조의 다른 예를 도시한다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 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 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 본 개시는 무선 통신 시스템에서 안테나 모듈을 위한 커플러(coupler)의 구조 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시는 커플러 라인의 길이가 감소된 커플러 구조를 통해, 성능, 공간적, 비용적 측면에서 효율적인 안테나 구조를 형성하기 위한 기술을 설명한다.
이하 설명에서 사용되는 전자 장치의 부품들을 지칭하는 용어(예: 필터, 커플러, 안테나 어레이, 급전 네트워크, 캘리브레이션 네트워크, 전송 레이어 등), 부품의 형상을 지칭하는 용어, 회로를 지칭하는 용어, 포트를 지칭하는 용어(예: 안테나 포트, 커플러 포트, 격리 포트, 필터 포트), 커플러를 구성하는 선로들을 지칭하는 용어(예: 주 경로, 부 경로) 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다. 또한, 이하 사용되는 '...부', '...기', '...물', '...체' 등의 용어는 적어도 하나의 형상 구조를 의미하거나 또는 기능을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 예를 도시한다. 도 1의 무선 통신 환경(100)은 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 기지국(110) 및 단말(120)을 예시한다.
기지국(110)은 단말(120)에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 기지국(110)은 신호를 송신할 수 있는 거리에 기초하여 일정한 지리적 영역으로 정의되는 커버리지(coverage)를 가진다. 기지국(110)은 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '5G 노드비(5G NodeB, NB)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)', '액세스 유닛(access unit)','분산 유닛(distributed unit, DU)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)','무선 유닛(radio unit, RU), 원격 무선 장비(remote radio head, RRH) 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다. 기지국(110)은 하향링크 신호를 송신하거나 상향링크 신호를 수신할 수 있다.
단말(120)은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국(110)과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 경우에 따라, 단말(120)은 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 즉, 단말(120)은 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말(120)은 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', '고객 댁내 장치'(customer premises equipment, CPE), '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', '전자 장치(electronic device)', 또는 '차량(vehicle)용 단말', '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
통신 성능을 높이기 위해 무선 통신을 수행하는 장비의 안테나(또는 안테나 소자(antenna element))들의 개수는 증가하고 있다. 또한, 안테나 소자를 통해 수신되거나 송신되는 RF 신호를 처리하기 위한 RF 부품, 구성요소들(components)의 개수도 증가하게 되어 통신 장비를 구성함에 있어 통신 성능을 충족하면서 공간적 이득, 비용적 효율이 필수적으로 요구된다. 이하, 도 1에서는 본 개시의 연결 구조 및 이를 포함하는 전자 장치를 설명하기 위해, 도 1의 기지국(110)의 RF 구성요소들을 예로 서술하나, 본 개시의 다양한 실시 예들은 이에 한정되지 않는다. 본 개시의 연결 구조 및 이를 포함하는 전자 장치는 도 1의 단말(120), 기지국과 연결되는 무선 장비(예: TRP), 또는 기타 신호 처리를 위한 통신 부품들의 안정적인 연결 구조를 요구하는 장비에 적용될 수 있음은 물론이다.
도 1을 참고하면, 기지국(110)의 예시적인 기능적 구성이 도시된다. 기지국(110)은 안테나부(111), 필터부(112), RF(radio frequency) 처리부(113), 제어부(114)를 포함할 수 있다.
안테나부(111)는 다수의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나는 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 안테나는 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나는 상향 변환된 신호를 무선 채널 상에서 방사하거나 다른 장치가 방사한 신호를 획득할 수 있다. 각 안테나는 안테나 엘리멘트 또는 안테나 소자로 지칭될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 안테나부(111)는 복수의 안테나 엘리멘트들이 열(array)을 이루는 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다. 안테나부(111)는 RF 신호선들을 통해 필터부(112)와 전기적으로 연결될 수 있다. 안테나부(111)는 다수의 안테나 엘리멘트들을 포함하는 PCB에 실장될 수 있다. PCB는 각 안테나 엘리멘트와 필터부(112)의 필터를 연결하는 복수의 RF 신호선들을 포함할 수 있다. 이러한 RF 신호선들은 급전 네트워크(feeding network)로 지칭될 수 있다. 안테나부(111)는 수신된 신호를 필터부(112)에 제공하거나 필터부(112)로부터 제공된 신호를 공기중으로 방사할 수 있다.
필터부(112)는 원하는 주파수의 신호를 전달하기 위해, 필터링을 수행할 수 있다. 필터부(112)는 공진(resonance)를 형성함으로써 주파수를 선택적으로 식별하기 위한 기능을 수행할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 필터부(112)는 구조적으로 유전체를 포함하는 공동(cavity)을 통해 공진을 형성할 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서 필터부(112)는 인덕턴스 또는 캐패시턴스를 형성하는 소자들을 통해 공진을 형성할 수 있다. 필터부(112)는 대역 통과 필터(band pass filter), 저역 통과 필터(low pass filter), 고역 통과 필터(high pass filter), 또는 대역 제거 필터(band reject filter) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 필터부(112)는 송신을 위한 주파수 대역 또는 수신을 위한 주파수 대역의 신호를 얻기 위한 RF 회로들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따른 필터부(112)는 안테나부(111)와 RF 처리부(113)를 전기적으로 연결할 수 있다.
RF 처리부(113)는 복수의 RF 경로들을 포함할 수 있다. RF 경로는 안테나를 통해 수신되는 신호 혹은 안테나를 통해 방사되는 신호가 통과하는 경로의 단위일 수 있다. 적어도 하나의 RF 경로는 RF 체인으로 지칭될 수 있다. RF 체인은 복수의 RF 소자들을 포함할 수 있다. RF 소자들은 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, RF 처리부(113)는 기저대역(base band)의 디지털 송신신호를 송신 주파수로 상향 변환하는 상향 컨버터(up converter)와, 상향 변환된 디지털 송신신호를 아날로그 RF 송신신호로 변환하는 DAC(digital-to-analog converter)를 포함할 수 있다. 상향 컨버터와 DAC는 송신경로의 일부를 형성한다. 송신 경로는 전력 증폭기(power amplifier, PA) 또는 커플러(coupler)(또는 결합기(combiner))를 더 포함할 수 있다. 또한 예를 들어, RF 처리부(113)는 아날로그RF 수신신호를 디지털 수신신호로 변환하는 ADC(analog-to-digital converter)와 디지털 수신신호를 기저대역의 디지털 수신신호로 변환하는 하향 컨버터(down converter)를 포함할 수 있다. ADC와 하향 컨버터는 수신경로의 일부를 형성한다. 수신 경로는 저전력 증폭기(low-noise amplifier, LNA) 또는 커플러(coupler)(또는 분배기(divider))를 더 포함할 수 있다. RF 처리부의 RF 부품들은 PCB에 구현될 수 있다. 기지국(110)은 안테나 부(111)-필터부(112)-RF 처리부(113) 순으로 적층된 구조를 포함할 수 있다. 안테나들과 RF 처리부의 RF 부품들은 PCB 상에서 구현될 수 있고, PCB와 PCB 사이에 필터들이 반복적으로 체결되어 복수의 층들(layers)을 형성할 수 있다.
제어부(114)는 기지국(110)의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 제어부 (114)은 통신을 수행하기 위한 다양한 모듈들을 포함할 수 있다. 제어부(114)는 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 제어부(114)는 디지털 신호 처리(digital signal processing)을 위한 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 데이터 송신 시, 제어부(114)은 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 예를 들어, 데이터 수신 시, 제어부(114)은 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 제어부(114)는 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다.
도 2는 안테나 모듈의 구성의 예를 도시한다. 안테나 모듈(200)은 MMU(massive MIMO(multiple-input multiple-output) unit) 안테나 모듈을 예시한다.
도 2를 참고하면, 안테나 모듈(200)은 안테나 어레이(210), 회로 기판(220), 회로 기판(230), 및 회로 기판(240)이 적층된 구조를 가질 수 있다. 다양한 실시 예들에 따라, 회로 기판들(220, 230, 240) 각각은 PCB(printed circuit board)일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
구체적으로, 회로 기판(220)에서 복수의 안테나 소자들에게 급전을 수행하기 위한 급전 네트워크(feeding network)가 구현되고, 회로 기판(220)의 상단에 복수의 안테나 소자들을 포함하는 안테나 어레이(210)이 설치될 수 있다. 안테나 어레이(210) 및 회로 기판(220)에 구현된 급전 네트워크는 금속 플레이트 등을 이용하여 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 회로 기판(220)의 하부에 위치하는 회로 기판(230)에서 캘리브레이션 네트워크(calibration network)를 구성하는 회로가 구현될 수 있다. 캘리브레이션 네트워크는 안테나 모듈의 운용 중 송신 경로 별 신호의 크기 및 위상 변화를 검출하고 오차를 보정하기 위해 이용될 수 있다.
또한, 회로 기판(230)의 하부에 위치하는 회로 기판(240)에서 전송 레이어를 구성하는 회로가 구현될 수 있다. 전송 레이어는 전력 증폭기들을 포함함으로써, 전력이 증폭된 신호를 급전 네트워크에 전달할 수 있다.
도 3a는 안테나 모듈에 포함되는 구성들을 회로로 표현한 블록도의 예를 도시한다. 도 3b는 분리형 안테나 모듈의 단면의 예를 도시한다. 도 3c는 일체형 안테나 모듈의 단면의 예를 도시한다. 안테나 모듈은 MMU(massive MIMO(multiple-input multiple-output) unit) 안테나 모듈을 예시한다. 블록도(300)는 MMU 안테나 모듈의 일부를 예시한다.
도 3a를 참고하면, 블록도(300)는 필터들, 안테나 소자들(310), 및 캘리브레이션 네트워크(320)의 일부를 포함할 수 있다. 각 필터를 통과한 신호는 캘리브레이션 네트워크(320)에 포함된 커플러를 거쳐 안테나 소자들(310)에 의해 외부로 방사될 수 있다. 이 경우, 캘리브레이션 네트워크(320)에 포함된 커플러는 안테나 소자들에 전달되는 신호의 일부를 추출함으로써, 캘리브레이션 네트워크(320)가 해당 신호의 크기 및 위상을 확인하고 보정을 수행할 수 있도록 할 수 있다. 캘리브레이션 네트워크(320)는 경로 별로 신호를 추출하기 위한 커플러를 포함하고, 스위칭을 통해 각 경로에 대한 캘리브레이션 동작의 온/오프 여부를 제어할 수 있다.
도 3b를 참고하면, MMU 안테나 모듈의 구성들의 블록도(300)은 분리형 MMU 안테나 모듈로 구현될 수 있다. 구체적으로, 도 3b에 도시된 안테나 소자들(310)이 구현되는 안테나 보드 및 캘리브레이션 네트워크(320)가 구현되는 캘리브레이션 보드 사이에 금속 플레이트가 위치할 수 있다. 이에 따라, 안테나 보드 및 캘리브레이션 보드가 분리된 형태로 구현될 수 있다.
도 3c를 참고하면, MMU 안테나 모듈의 구성들의 블록도(300)은 일체형 MMU 안테나 모듈로 구현될 수 있다. 구체적으로, 도 3c에 도시된 안테나 소자들(310)이 구현되는 안테나 보드가 금속 플레이트 없이 캘리브레이션 네트워크(320)가 구현되는 캘리브레이션 보드의 상단에 바로 위치할 수 있다. 이에 따라, 안테나 보드 및 캘리브레이션 보드가 일체로서 구현될 수 있다.
상술한 바와 같은 안테나 모듈에서, 캘리브레이션 네트워크가 안테나 소자에 의해 방사되는 통신 신호의 크기 및 위상을 체크하기 위하여, 안테나 소자로 전달되는 신호를 추출하는 수단으로서 커플러가 이용될 수 있다. 신호를 추출하기 위해 다양한 유형의 커플러들이 이용될 수 있으나, 본 개시에서는 결합 선로(coupled line)를 활용한 방향성 커플러(directional coupler)인 결합 선로 커플러(coupled line coupler)가 사용되는 안테나 모듈이 설명된다. 결합 선로 커플러는 두 개의 선로들이 인접하도록 배치하고 선로들 간 마주 보는 부분의 길이가 신호의 파장의 4분의 1, 즉 λ/4이 되도록 구성함으로써 구현되는 커플러로서, 선로들 간 간격에 의해 추출 및/또는 검출되는 신호의 크기가 조절될 수 있다. 결합 선로 커플러는 마이크로스트립 선로(microstrip line), 스트립 선로(strip line)과 같은 선로 형태로 구현될 수 있다. 또한, 결합 선로 커플러는 입력(input) 포트, 통과(through) 포트, 결합(coupled) 포트, 및 격리(isolation) 포트로 구성된다. 입력 포트에 신호가 입력되면 입력된 신호의 대부분의 전력은 통과 포트를 통해 그대로 통과되고, 입력된 신호의 전력 일부는 결합 포트를 통해 출력됨으로써 신호의 전력 일부가 추출될 수 있다. 또한, 격리 포트는 선로의 임피던스에 정합되도록 터미네이션(termination) 저항이 부가되므로 신호들의 입력/출력을 위한 것이 아니라 누설 전력의 반사를 방지하기 위해 사용된다. 이하 본 개시에서는, 상술한 결합 선로 커플러의 크기를 감소시키기 위한 커플러 구조가 상세히 설명된다.
도 4a는 안테나 모듈에 포함되는 안테나 보드의 구조 및 캘리브레이션 보드의 구조의 예를 도시한다. 도 4b는 안테나 모듈에 포함되는 캘리브레이션 보드의 등가 회로의 예를 도시한다. 도 4a는 도 4b의 등가 회로(470)를 참고하여 설명된다.
도 4a를 참고하면, 안테나 보드(400)는 안테나 소자들(402a, 402b) 및 안테나 포트(404a, 404b)를 포함한다. 여기서, 안테나 포트는 안테나 소자들에 대해 급전을 수행하기 위한 급전선이 통과하는 포트를 의미한다. 급전선은 안테나 포트를 통과하여 안테나 소자들과 연결되도록 안테나 보드 상에 배치될 수 있다. 안테나 보드 상에 도시된 안테나 포트는 캘리브레이션 보드에 구현된 안테나 포트(404a) 또는 안테나 포트(404b) 중 하나일 수 있고, 안테나 소자들(402a, 402b)은 안테나 포트(404a) 또는 안테나 포트(404b) 중 하나를 통과하는 급전선을 통해 전달되는 신호를 방사하기 위해 이용될 수 있다.
이 경우, 안테나 소자들에 전달되는 신호 일부를 추출하기 위한 커플러는 캘리브레이션 보드(450) 상에서 구현된다. 구체적으로, 안테나 포트(404a) 및 필터 포트(452a)를 연결하는 선로(456a)와 커플러 포트(454a) 및 터미네이션(termination) 저항을 연결하는 선로(458a)가 캘리브레이션 보드(450) 상에 구현될 수 있다. 또한, 안테나 포트(404b) 및 필터 포트(452b)를 연결하는 선로(456b)와 커플러 포트(454b) 및 터미네이션 저항을 연결하는 선로(458b)가 캘리브레이션 보드(450) 상에 구현될 수 있다. 여기서, 선로(456a) 및 선로(456b) 각각은 안테나 소자들에게 신호를 전달하기 위한 급전선의 일부인 것으로 이해될 수 있다. 여기서, 필터 포트는 도 3a에서 도시된 바와 같이, 안테나 소자에 전달되는 신호를 필터링하기 위한 필터와 연결되는 선로가 통과하는 포트를 의미한다. 또한, 커플러 포트는 안테나 소자에 전달되는 신호의 오차의 보정을 수행하는 캘리브레이션 네트워크 회로에 연결된 선로가 통과하는 포트로서, 후술하는 커플러와 보정 회로를 연결할 수 있다. 선로들(456a, 458a, 456b, 458b)은 마이크로스트립 선로, 스트립 선로 등과 같이 다양한 형태로 구현될 수 있다. 이에 따라, 선로(456a) 및 선로(458a)에 의해 커패시턴스 Cgd를 가지는 제1 방향성 커플러가 형성되고, 선로(456b) 및 선로(458b)에 의해 커패시턴스 Cgd를 가지는 제2 방향성 커플러가 형성될 수 있다. 즉, 결합 선로 커플러와 관련하여, 필터 포트들(452a, 452b) 각각은 입력 포트, 안테나 포트들(404a, 404b) 각각은 통과 포트, 커플러 포트들(454a, 454b) 각각은 결합 포트로서 동작할 수 있다. 따라서, 필터를 통과하여 안테나 소자에 신호를 전달하기 위한 선로(456a) 및 선로(456b)가 방향성 커플러의 주 경로(main path)로서 각각 동작할 수 있고, 커플러 포트와 연결된 선로(458a) 및 선로(458b)는 안테나 소자로 전달되는 신호로부터 일부 신호 성분을 추출하기 위한 부 경로로서 동작할 수 있다.
설명의 편의상 라인들 간의 커패시턴스가 동일한 값을 가지는 것으로 설명되었으나 커패시턴스들은 상이하게 구현될 수 있다. 상술한 내용은 이하 본 개시의 전체에서 동일하게 적용될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조의 안테나 모듈을 이용하는 경우, 일체형 MMU 안테나 모듈에서 비아(via)에 의한 간섭이 발생할 수 있다. 예를 들어, 캘리브레이션 보드 상에서 커플러를 형성하는 선로를 따라 비아들이 형성되고 안테나 보드 상의 안테나 소자들 중 일부가 캘리브레이션 보드의 회로와 중첩되는 경우가 발생할 수 있다. 이들 비아들은 일체형 안테나 모듈의 경우 안테나 보드에 영향을 미칠 수 있다. 즉, 안테나 보드까지 연결되는 비아로 인해 안테나 보드 및 캘리브레이션 보드의 중첩되는 부분에서 신호에 간섭이 발생할 수 있다.
한편, 결합 선로 커플러에서, 주 경로 및 부 경로 중 서로 인접하면서 대향하는 부분은 파장의 4 분의 1 즉, λ/4의 길이를 형성하여야 한다. 그러나, 캘리브레이션 보드 상에서 커플러를 구현하는 경우, 안테나 포트 및 필터 포트 간에 형성되는 커플러의 주 경로에 대해 우회 경로가 발생할 수 있다. 즉, 공정 또는 설계 상의 제한 사항으로 인해, 주 경로로 동작하는 안테나 포트 및 필터 포트 간의 선로가 우회하여 안테나 포트에 도달하도록 배치됨으로써, 우회 경로로 인한 삽입 손실이 증가할 수 있다. 예를 들어, 저손실(low loss) 회로 기판에서 커플러를 구현하는 경우, 우회 경로로 인해 삽입 손실이 1dB 이상 증가할 수 있다.
이하, 본 개시에서는 안테나 어레이에서 형성되는 비아들로 인한 간섭을 제거하고 우회 경로로 인한 삽입 손실을 감소시키기 위한 두 가지 유형의 커플러의 구조들이 설명된다. 이하 도 5 내지 도 15b에서, 안테나 보드 상에 구현되는 제1 유형의 커플러 구조가 상세히 설명된다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 기본 구조를 도시한다.
도 5를 참고하면, 안테나 보드(500)는 안테나 소자들(502a, 502b), 안테나 포트(504), 커플러 포트(554a, 554b), 안테나 포트(504) 및 안테나 소자들(502a, 502b)과 연결된 선로(510), 및 커플러 포트(554a, 554b) 및 터미네이션 저항과 연결된 선로(515)를 포함한다. 또한, 캘리브레이션 보드(550)는 안테나 포트(504), 필터 포트(552), 커플러 포트들(554a, 554b), 커플러 포트(554a) 및 저항과 연결된 선로(560a), 및 커플러 포트(554b) 및 저항과 연결된 선로(560b)를 포함한다.
구체적으로, 급전선의 일부인 선로(510)가 안테나 보드(500) 상에서 안테나 소자들(502a, 502b)와 연결되도록 배치되고, 선로(515)가 선로(510)과 인접하면서 나란하도록 안테나 보드(500) 상에 배치될 수 있다. 즉, 안테나 포트(504)가 결합 선로 커플러의 입력 포트, 커플러 포트들(554a, 554b) 각각은 결합 선로 커플러의 결합 포트가 될 수 있다. 또한, 선로(510)는 결합 선로 커플러의 주 경로로서 구성되고, 선로(515)가 부 경로로서 구성될 수 있다. 이 경우, 캘리브레이션 네트워크 회로와 관계없이 안테나 보드 상에서 바로 커플러가 구현될 수 있으므로, 선로들(510, 515) 간 인접하고 대향하는 부분의 길이가 λ/4이 되어야 하는 것 외에 추가적인 우회 경로가 요구되지 않는다. 즉, 캘리브레이션 보드의 필터 포트로부터 안테나 포트로 향하는 신호를 전달하는 급전선의 우회 경로가 요구되지 않으므로, 커플러를 구성하기 위해 필요한 선로들의 길이가 감소될 수 있다.
제1 유형의 커플러 구조의 경우, 필터에서 필터링된 신호는 필터 포트(552) 및 안테나 포트(504)를 연결하는 선로를 지나 캘리브레이션 보드(550) 상부에 위치하는 안테나 보드(500)에 배치된 선로(510)을 통해 안테나 소자들(502a, 502b)에게 전달된다. 즉, 커플러의 입력 포트인 안테나 포트(504)를 통과한 신호는 주 경로인 선로(510)를 거쳐 통과 포트를 통과함으로써 안테나 소자들(502a, 502b)에 도달할 수 있다. 또한, 안테나 포트(504)로 입력된 신호 중 일부는 결합 포트인 커플러 포트(554a, 554b)를 통과함으로써, 하부의 캘리브레이션 네트워크에 의한 신호의 오차 보정에 이용될 수 있다.
도 5에서 제1 유형의 커플러의 기본적인 구조로서 단일 선로들 간 커플러가 형성되는 예가 설명되었으나, 후술하는 바와 같이 다양한 구조로 변경될 수 있다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제1 구조를 도시한다. 도 6은 안테나 보드에 형성되는 커플러 구조의 예를 도시한다.
도 6을 참고하면, 안테나 보드(600)는 안테나 소자들(602a, 602b), 안테나 포트(604), 커플러 포트(606), 안테나 포트(604) 및 안테나 소자들(602a, 602b)과 연결된 선로(610), 및 커플러 포트(606) 및 터미네이션 저항과 연결된 선로(620)를 포함한다. 또한, 안테나 포트(604) 및 커플러 포트(606) 각각에서 비아가 형성될 수 있다. 즉, 안테나 보드(600)는 안테나 소자들(602a, 602b) 및 복수의 안테나 소자들(602a, 602b)에게 전송되는 신호의 일부를 추출하기 위한 커플러를 포함하고, 캘리브레이션 보드는 안테나 보드(600)의 아래에 위치하여, 커플러에 의해 추출된 신호의 일부를 이용하여 오차를 보정하기 위한 보정 회로를 포함할 수 있다.
급전선의 일부인 선로(610)는 한쪽 종단이 안테나 보드(600) 상에서 안테나 소자들(602a, 602b)에 직접 연결되거나 또는 안테나 소자들(602a, 602b) 간의 선로와 맞닿도록 함으로써 간접 연결될 수 있다. 선로(610)는 반대쪽 종단이 안테나 포트(604)와 접촉하도록 배치됨으로써, 안테나 포트(604)에 형성된 비아를 통해 하부의 캘리브레이션 보드와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 선로(610)는 제1 부분(612) 및 나머지 제2 부분을 포함할 수 있다. 구체적으로, 선로(610)의 제1 부분(612)은 안테나 포트(604)와 접촉된 일직선의 선로로 구성될 수 있다. 또한, 선로(610)의 제2 부분은 제1 부분의 안테나 포트(604)와 연결되지 않은 반대쪽 종단 지점에서 꺾인 선로로 구성될 수 있다. 제2 부분의 양단 중 제1 부분(612)과 연결되지 않은 종단은 안테나 소자들(602a, 602b)과 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 즉, 선로(610)의 제1 부분(612) 및 제2 부분은 일직선을 이루지 않으며 꺾이는 지점을 중심으로 일정한 각도를 이루도록 구성될 수 있다. 도 6에서는 제1 부분(612) 및 제2 부분이 직각을 이루도록 도시되었으나 이에 한정되지 않으며, 제2 부분은 커플러의 구성 요소로 포함되는 제1 부분과 구별될 수 있는 정도의 각도를 형성하도록 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이 안테나 보드(600) 상에 구현된 선로(610)의 제1 부분(612)은 결합 선로 커플러의 주 경로로서 동작할 수 있다.
선로(620)는 선로(610)과 용량적으로(capacitive) 연결되도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 선로(620)는 한쪽 종단이 안테나 보드(600) 상에서 터미네이션 저항과 연결될 수 있다. 선로(620)는 반대쪽 종단이 커플러 포트(606)와 접촉하도록 배치됨으로써, 커플러 포트(606)에 형성된 비아를 통해 하부의 캘리브레이션 보드와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 선로(620)는, 선로(610)의 제1 부분(612)와 인접함과 동시에 평행한 선로(620)의 적어도 일부(622)를 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 안테나 보드(600) 상에 구현된 선로(620)의 적어도 일부(622)는 결합 선로 커플러의 부 경로로서 동작할 수 있다. 이 경우, 캘리브레이션 네트워크 회로와 관계없이 안테나 보드 상에서 바로 커플러가 구현될 수 있으므로, 선로들(610, 620) 간 인접하고 대향하는 부분(612, 622)의 길이가 각각 λ/4이 되어야 하는 것 외에 추가적인 우회 경로가 요구되지 않는다. 즉, 캘리브레이션 보드의 필터 포트로부터 안테나 포트로 향하는 신호를 전달하는 급전선의 우회 경로가 요구되지 않으므로, 커플러를 구성하기 위해 필요한 선로들의 길이가 감소됨에 따라 안테나 모듈에 이용되는 커플러들의 크기가 감소될 수 있다.
상술한 바와 같이 안테나 보드 상에 형성된 결합 선로 커플러의 경우, 주 경로인 선로(610)의 제1 부분(612) 및 부 경로인 선로(620)의 적어도 일부(622) 간의 간격을 조절함으로써, 안테나 소자들(602a, 602b)에 전달되는 신호의 반사 손실이 감소될 수 있다. 이하 도 7a 및 도 7b에서 결합 선로 커플러를 이용한 반사 손실의 감소가 설명된다.
도 7a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 측면에서의 등가 회로를 도시한다. 도 7b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 등가 회로를 도시한다. 도 7a 및 도 7b는 도 6의 안테나 보드(600)에서 구현된 결합 선로 커플러에 대한 등가 회로들을 예시한다.
도 7a를 참고하면, 선로(610)의 제1 부분(612) 및 접지면 사이와 선로(620)의 적어도 일부(622) 및 접지면 사이에서 각각 제1 커패시터가 형성될 수 있다. 또한, 선로(610)의 제1 부분(612) 및 선로(620)의 적어도 일부(622) 사이에서 제2 커패시터가 형성될 수 있다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 안테나 포트(604)에서 입력된 신호의 반사 손실 S11은 제1 커패시터의 커패시턴스 CP, 제2 커패시터의 커패시턴스 Cgd에 기반하여 결정된다. 선로들에 의해 형성되는 커패시터들 중 제1 커패시터의 커패시턴스 CP는 이하 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019090787410-pat00001
여기서, CP는 커플러의 주 경로 또는 부 경로를 구성하는 선로와 접지면 사이에 형성되는 커패시턴스, ε0는 공기의 유전율, εr은 회로 기판을 구성하는 유전체의 유전율, h는 회로 기판을 구성하는 유전체의 두께, w는 커플러의 주 경로 또는 부 경로를 구성하는 선로의 폭을 의미한다. 따라서, CP는 안테나 모듈 설계 시 다른 구성 요소들을 고려하여야 하는 요소들에 의해 결정된다. 또한, 선로들에 의해 형성되는 커패시터들 중 제2 커패시터의 커패시턴스 Cgd는 이하 <수학식 2>와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112019090787410-pat00002
여기서, Cgd는 커플러의 주 경로를 구성하는 선로 및 부 경로를 구성하는 선로 사이에 형성되는 커패시턴스, ε0는 공기의 유전율, εr은 회로 기판을 구성하는 유전체의 유전율, h는 회로 기판을 구성하는 유전체의 두께, s는 커플러의 주 경로를 구성하는 선로 및 부 경로를 구성하는 선로 간의 간격을 의미한다. 따라서, 안테나 보드 상에서 커플러를 구성하는 선로들 간 간격을 조절하여 커패시턴스를 제어함으로써, 반사 손실 S11을 감소시키는 커플러가 구현될 수 있다.
도 8a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 모의 실험 환경을 도시한다. 도 8b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 모의 실험 결과를 도시한다.
도 8a를 참고하면, 커플러는 안테나 포트(802)로 신호가 입력되고 안테나 소자들에 전달되도록 하는 주 경로, 신호를 추출하기 위한 커플러 포트(804) 및 격리 포트(806)를 연결하는 부 경로를 포함하도록 구현될 수 있다. 격리 포트(806)은 50옴의 저항 값을 가지는 터미네이션 저항과 연결된다. 도 8a에 도시된 커플러에 대하여, 2.00 GHz 내지 2.30 GHz의 신호의 주파수 범위에서 입력 포트로 다시 반사되는 신호 성분에 대한 S 파라미터의 값을 나타내는 곡선(822)과 커플러 포트를 통해 추출되는 신호 성분에 대한 S 파라미터의 값을 나타내는 곡선(824)이 도 8b에서 도시된다. 곡선(824)을 참고하면, 2.00 GHz 내지 2.30 GHz의 신호의 주파수 범위에서, 커플러 포트를 통해 추출되는 신호 성분에 대한 S 파라미터의 값은 약 -20.00 dB으로 유지된다. 즉, 신호 성분 추출 성능을 유지하면서 크기가 감소된 커플러가 이용될 수 있다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제2 구조를 도시한다. 도 9는 안테나 보드에 형성되는 커플러 구조의 다른 예를 도시한다.
도 9를 참고하면, 안테나 보드(900)는 안테나 소자들(902a, 902b), 안테나 포트(904), 커플러 포트(906), 안테나 포트(904) 및 안테나 소자들(902a, 902b)과 연결된 선로(910), 및 커플러 포트(906) 및 터미네이션 저항과 연결된 선로(920)를 포함한다. 또한, 안테나 포트(904) 및 커플러 포트(906) 각각에서 비아가 형성될 수 있다. 즉, 안테나 보드(900)는 안테나 소자들(902a, 902b) 및 복수의 안테나 소자들(902a, 902b)에게 전송되는 신호의 일부를 추출하기 위한 커플러를 포함하고, 캘리브레이션 보드는 안테나 보드(900)의 아래에 위치하여, 커플러에 의해 추출된 신호의 일부를 이용하여 오차를 보정하기 위한 보정 회로를 포함할 수 있다.
급전선의 일부인 선로(910)는 한쪽 종단이 안테나 보드(900) 상에서 안테나 소자들(902a, 902b)에 직접 연결되거나 또는 안테나 소자들(902a, 902b) 간의 선로와 맞닿도록 함으로써 간접 연결될 수 있다. 선로(910)는 반대쪽 종단이 안테나 포트(904)와 접촉하도록 배치됨으로써, 안테나 포트(904)에 형성된 비아를 통해 하부의 캘리브레이션 보드와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 선로(910)는 제1 부분(912) 및 제2 부분(914)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 선로(910)의 제2 부분(914)은 안테나 포트(904)와 접촉된 일직선의 선로로 구성될 수 있다. 또한, 선로(910)의 제1 부분(912)은 제1 부분(912)의 안테나 포트(904)와 연결되지 않은 반대쪽 종단 지점에서 꺾인 선로로 구성될 수 있다. 제1 부분(912)의 양단 중 제2 부분(914)과 연결되지 않은 종단은 안테나 소자들(902a, 902b)과 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 즉, 선로(910)의 제1 부분(912) 및 제2 부분(914)은 일직선을 이루지 않으며 꺾이는 지점을 중심으로 일정한 각도를 이루도록 구성될 수 있다. 도 9에서는 제1 부분(912) 및 제2 부분(914)이 직각을 이루도록 도시되었으나 이에 한정되지 않으며, 제1 부분(912)은 커플러의 구성 요소로 포함되는 제2 부분(914)과 구별될 수 있는 정도의 각도를 형성하도록 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이 안테나 보드(900) 상에 구현된 선로(910)의 제2 부분(914)은 결합 선로 커플러의 주 경로로서 동작할 수 있다.
선로(920)는 선로(910)과 용량적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 선로(920)는 한쪽 종단이 안테나 보드(900) 상에서 터미네이션 저항과 연결되도록 배치될 수 있다. 선로(920)는 반대쪽 종단이 커플러 포트(906)와 접촉하도록 배치됨으로써, 커플러 포트(906)에 형성된 비아를 통해 하부의 캘리브레이션 보드와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 선로(920)는 안테나 포트(904)에 형성된 비아 홀(via hole)을 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 선로(920)는 선로(910)의 제2 부분(914)과 인접하고 평행하게 배치되는 선로로 구성되는 제1 부분(922) 및 제3 부분(926), 및 안테나 포트(904)를 감싸도록 곡선 형태로 배치되는 선로로 구성되는 제2 부분(924)을 포함할 수 있다. 선로(920)의 제1 부분(922)은 선로(910)의 제2 부분(914)을 구성하는 선로의 제1 측면과 인접함과 동시에 평행하게 배치되는 선로로 구성될 수 있다. 선로(920)의 제3 부분(926)은 선로(910)의 제2 부분(914)을 구성하는 선로의 제2 측면과 인접함과 동시에 평행하게 배치되는 선로로 구성될 수 있다. 여기서, 선로(910)의 제2 부분(914)을 구성하는 선로의 측면은, 안테나 포트(904)로부터 선로가 진행하는 방향과 평행한 면을 의미할 수 있다. 선로(920)의 제2 부분(924)는 각 종단이 제1 부분(922) 및 제3 부분(926)과 연결된 선로의 부분으로서, 안테나 포트(904)를 중심으로 선로(910)의 제2 부분(914)의 반대편에서 안테나 포트(904)를 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 즉, 선로(920)의 제1 부분(922) 및 선로(920)의 제3 부분(926)은 선로(910)를 사이에 두고 각각 선로(910)와 평행하도록 이격 배치될 수 있고, 선로(920)의 제2 부분(924)은, 각 종단이 선로(920)의 제1 부분(922) 및 선로(920)의 제3 부분(926)과 연결되고 안테나 보드를 수직 방향으로 관통하는 비아 홀을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이 안테나 보드(900) 상에 구현된 선로(920)의 제1 부분(922), 제2 부분(924), 및 제3 부분(926)은 결합 선로 커플러의 부 경로로서 동작할 수 있다.
이 경우, 캘리브레이션 네트워크 회로와 관계없이 안테나 보드 상에서 바로 커플러가 구현될 수 있으므로, 선로(910) 중 결합 선로 커플러를 구성하는 부분(914) 및 선로(920) 중 결합 선로 커플러를 구성하는 부분들(922, 924, 926)의 합 각각의 길이가 대략 λ/4이 되어야 하는 것 외에 추가적인 우회 경로가 요구되지 않는다. 이에 더하여, 도 9에 도시된 제1 유형 커플러의 제2 구조는, 부 경로로 동작하는 선로가 주 경로로 동작하는 선로의 양쪽 측면들에서 이중으로 커패시터를 형성할 수 있는 형태를 가짐으로써, 단위 길이 당 커패시턴스의 증가를 통해 커플러의 크기가 더욱 감소될 수 있다. 상술한 바와 같이 안테나 보드 상에 형성된 결합 선로 커플러의 경우, 주 경로인 선로(910)의 제2 부분(914) 및 부 경로인 선로(920)의 부분들(922, 924, 926) 간의 간격을 조절함으로써, 안테나 소자들(902a, 902b)에 전달되는 신호의 반사 손실이 감소될 수 있다. 이하 도 10a 및 도 10b에서 결합 선로 커플러를 이용한 반사 손실의 감소가 설명된다.
도 10a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제2 구조에 대한 측면에서의 등가 회로를 도시한다. 도 10b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제2 구조에 대한 등가 회로를 도시한다. 도 10a 및 도 10b는 도 9의 안테나 보드(900)에서 구현된 결합 선로 커플러에 대한 등가 회로들을 예시한다.
도 10a를 참고하면, 선로(910)의 제2 부분(914) 및 접지면 사이, 선로(920)의 제1 부분(922) 및 접지면 사이, 선로(920)의 제3 부분(926) 및 접지면 사이에서 각각 제1 커패시터가 형성될 수 있다. 또한, 선로(910)의 제2 부분(914) 및 선로(920)의 제1 부분(922) 사이에서 제2 커패시터가 형성되고, 선로(910)의 제2 부분(914) 및 선로(920)의 제3 부분(926) 사이에서 제3 커패시터가 형성될 수 있다. 또한, 도 10a에 도시되지는 않았으나, 안테나 포트(904) 및 선로(920)의 제2 부분(924) 사이에서 제4 커패시터가 형성될 수 있다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 안테나 포트(904)에서 입력된 신호의 반사 손실 S11은 제1 커패시터의 커패시턴스 CP, 제2 커패시터의 커패시턴스 Cgd1, 제3 커패시터의 커패시턴스 Cgd2, 제4 커패시터의 커패시턴스 CV에 기반하여 결정된다. 여기서, 제2 커패시터, 제3 커패시터, 제4 커패시터는 병렬 연결되므로, 하나의 등가 커패시터(1030)로 해석될 수 있다. 따라서, 등가 커패시터(1030)의 커패시턴스 CT는, CT=Cgd1+Cgd2+CV의 값을 가질 수 있다. 선로들에 의해 형성되는 커패시터들 중 제1 커패시터의 커패시턴스 CP는 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있다. 또한, 선로들에 의해 형성되는 커패시터들 중 제2 커패시터의 커패시턴스 Cgd1, 제3 커패시터의 커패시턴스 Cgd2는 각각 <수학식 2>와 같이 표현될 수 있다. 여기서, 선로(910)의 제2 부분(914) 및 선로(920)의 제1 부분(922) 간의 간격 s1과 선로(910)의 제2 부분(914) 및 선로(920)의 제3 부분(926) 간의 간격 s2는 상이하게 설계될 수 있으므로, Cgd1 및 Cgd2는 서로 상이한 값을 가질 수 있다. 따라서, 안테나 보드 상에서 커플러를 구성하는 선로들 간 간격을 조절하여 커패시턴스를 제어함으로써, 반사 손실 S11을 감소시키는 커플러가 구현될 수 있다.
도 11a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제2 구조에 대한 모의 실험 환경을 도시한다. 도 11b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제2 구조에 대한 모의 실험 결과를 도시한다.
도 11a를 참고하면, 커플러는 안테나 포트(1102)로 신호가 입력되고 안테나 소자들에 전달되도록 하는 주 경로, 신호를 추출하기 위한 커플러 포트(1104) 및 격리 포트(1106)를 연결하는 부 경로를 포함하도록 구현될 수 있다. 격리 포트(1106)은 50옴의 저항 값을 가지는 터미네이션 저항과 연결된다. 도 11a에 도시된 커플러에 대하여, 2.00 GHz 내지 2.30 GHz의 신호의 주파수 범위에서 입력 포트로 다시 반사되는 신호 성분에 대한 S 파라미터의 값을 나타내는 곡선(1122)과 커플러 포트를 통해 추출되는 신호 성분에 대한 S 파라미터의 값을 나타내는 곡선(1124)이 도 11b에서 도시된다. 곡선(1124)을 참고하면, 2.00 GHz 내지 2.30 GHz의 신호의 주파수 범위에서, 커플러 포트를 통해 추출되는 신호 성분에 대한 S 파라미터의 값은 -18.00dB 내지 -22.00 dB 범위 내에서 유지된다. 즉, 신호 성분 추출 성능을 유지하면서 크기가 감소된 커플러가 이용될 수 있다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제3 구조를 도시한다. 도 12는 안테나 보드에 형성되는 커플러 구조의 또 다른 예를 도시한다.
도 12를 참고하면, 안테나 보드(1200)는 안테나 소자들(1202a, 1202b), 안테나 포트(1204), 커플러 포트(1206), 안테나 포트(1204) 및 안테나 소자들(1202a, 1202b)과 연결된 선로(1210), 및 커플러 포트(1206) 및 터미네이션 저항과 연결된 선로(1220)를 포함한다. 또한, 안테나 포트(1204) 및 커플러 포트(1206) 각각에서 비아가 형성될 수 있다. 즉, 안테나 보드(1200)는 안테나 소자들(1202a, 1202b) 및 복수의 안테나 소자들(1202a, 1202b)에게 전송되는 신호의 일부를 추출하기 위한 커플러를 포함하고, 캘리브레이션 보드는 안테나 보드(1200)의 아래에 위치하여, 커플러에 의해 추출된 신호의 일부를 이용하여 오차를 보정하기 위한 보정 회로를 포함할 수 있다.
급전선의 일부인 선로(1210)는 한쪽 종단이 안테나 보드(1200) 상에서 안테나 소자들(1202a, 1202b)에 직접 연결되거나 또는 안테나 소자들(1202a, 1202b) 간의 선로와 맞닿도록 함으로써 간접 연결될 수 있다. 선로(1210)는 반대쪽 종단이 안테나 포트(1204)와 접촉하도록 배치됨으로써, 안테나 포트(1204)에 형성된 비아를 통해 하부의 캘리브레이션 보드와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 선로(1210)는 제1 부분(1212) 및 제2 부분(1214)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 선로(1210)의 제2 부분(1214)은 안테나 포트(1204)와 접촉된 일직선의 선로로 구성될 수 있다. 또한, 선로(1210)의 제1 부분(1212)은 제1 부분(1212)의 안테나 포트(1204)와 연결되지 않은 반대쪽 종단 지점에서 꺾인 선로로 구성될 수 있다. 제1 부분(1212)의 양단 중 제2 부분(1214)과 연결되지 않은 종단은 안테나 소자들(1202a, 1202b)과 직접 또는 간접적으로 연결될 수 있다. 즉, 선로(1210)의 제1 부분(1212) 및 제2 부분(1214)은 일직선을 이루지 않으며 꺾이는 지점을 중심으로 일정한 각도를 이루도록 구성될 수 있다. 도 12에서는 제1 부분(1212) 및 제2 부분(1214)이 직각을 이루도록 도시되었으나 이에 한정되지 않으며, 제1 부분(1212)은 커플러의 구성 요소로 포함되는 제2 부분(1214)과 구별될 수 있는 정도의 각도를 형성하도록 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이 안테나 보드(1200) 상에 구현된 선로(1210)의 제2 부분(1214)은 결합 선로 커플러의 주 경로로서 동작할 수 있다.
선로(1220)는 선로(1210)과 용량적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 선로(1220)는 한쪽 종단이 안테나 보드(1200) 상에서 터미네이션 저항과 연결되도록 배치될 수 있다. 선로(1220)는 반대쪽 종단이 커플러 포트(1206)와 접촉하도록 배치됨으로써, 커플러 포트(1206)에 형성된 비아를 통해 하부의 캘리브레이션 보드와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 선로(1220)는 안테나 포트(1204)에 형성된 비아 홀을 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 선로(1220)는 선로(1210)의 제2 부분(1214)과 인접하고 평행하게 배치되는 선로로 구성되는 제1 부분(1222) 및 제3 부분(1226), 및 안테나 포트(1204)를 감싸도록 곡선 형태로 배치되는 비아들로 구성되는 제2 부분(1224)을 포함할 수 있다. 선로(1220)의 제1 부분(1222)은 선로(1210)의 제2 부분(1214)을 구성하는 선로의 제1 측면과 인접함과 동시에 평행하게 배치되는 선로로 구성될 수 있다. 선로(1220)의 제3 부분(1226)은 선로(1210)의 제2 부분(1214)을 구성하는 선로의 제2 측면과 인접함과 동시에 평행하게 배치되는 선로로 구성될 수 있다. 여기서, 선로(1210)의 제2 부분(1214)을 구성하는 선로의 측면은, 안테나 포트(1204)로부터 선로가 진행하는 방향과 평행한 면을 의미할 수 있다. 선로(1220)의 제2 부분(1224)는 각 종단이 제1 부분(1222) 및 제3 부분(1226)과 연결된 비아들의 배열로서, 안테나 포트(1204)를 중심으로 선로(1210)의 제2 부분(1214)의 반대편에서 안테나 포트(1204)를 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 이 경우, 도 9에서 도시된 제2 부분(924)을 구성하는 선로와 유사한 형태를 가지도록 복수의 비아들 간 간격을 좁게 하여 안테나 보드(1200)에 형성될 수 있다. 즉, 선로(1220)의 제1 부분(1222) 및 선로(1220)의 제3 부분(1226)은 선로(1210)를 사이에 두고 각각 선로(1210)와 평행하도록 이격 배치될 수 있고, 선로(1220)의 제2 부분(1224)은, 각 종단이 선로(1220)의 제1 부분(1222) 및 선로(1220)의 제3 부분(1226)과 연결되고 안테나 보드를 수직 방향으로 관통하는 비아 홀을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이 안테나 보드(1200) 상에 구현된 선로(1220)의 제1 부분(1222), 제2 부분(1224), 및 제3 부분(1226)은 결합 선로 커플러의 부 경로로서 동작할 수 있다.
이 경우, 캘리브레이션 네트워크 회로와 관계없이 안테나 보드 상에서 바로 커플러가 구현될 수 있으므로, 선로(1210) 중 결합 선로 커플러를 구성하는 부분(1214) 및 선로(1220) 중 결합 선로 커플러를 구성하는 부분들(1222, 1224, 1226)의 합 각각의 길이가 대략 λ/4이 되어야 하는 것 외에 추가적인 우회 경로가 요구되지 않는다. 이에 더하여, 도 12에 도시된 제1 유형 커플러의 제3 구조는, 부 경로로 동작하는 선로가 주 경로로 동작하는 선로의 양쪽 측면들에서 이중으로 커패시터를 형성할 수 있는 형태를 가지고 제2 부분(1222)이 비아들로 형성됨으로써, 단위 길이 당 커패시턴스가 더욱 증가될 수 있다. 이에 따라, 커플러의 크기가 더욱 감소될 수 있다. 상술한 바와 같이 안테나 보드 상에 형성된 결합 선로 커플러의 경우, 주 경로인 선로(1210)의 제2 부분(1214) 및 부 경로인 선로(1220)의 부분들(1222, 1224, 1226) 간의 간격을 조절함으로써, 안테나 소자들(1202a, 1202b)에 전달되는 신호의 반사 손실이 감소될 수 있다.
도 13a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제3 구조에 대한 모의 실험 환경을 도시한다. 도 13b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제3 구조에 대한 모의 실험 결과를 도시한다.
도 13a를 참고하면, 커플러는 안테나 포트(1302)로 신호가 입력되고 안테나 소자들에 전달되도록 하는 주 경로, 신호를 추출하기 위한 커플러 포트(1304) 및 격리 포트(1306)를 연결하는 부 경로를 포함하도록 구현될 수 있다. 격리 포트(1306)은 50옴의 저항 값을 가지는 터미네이션 저항과 연결된다. 도 13a에 도시된 커플러에 대하여, 2.00 GHz 내지 2.30 GHz의 신호의 주파수 범위에서 입력 포트로 다시 반사되는 신호 성분에 대한 S 파라미터의 값을 나타내는 곡선(1322)와 커플러 포트를 통해 추출되는 신호 성분에 대한 S 파라미터의 값을 나타내는 곡선(1324)이 도 13b에서 도시된다. 곡선(1324)을 참고하면, 2.00 GHz 내지 2.30 GHz의 신호의 주파수 범위에서, 커플러 포트를 통해 추출되는 신호 성분에 대한 S 파라미터의 값은 -19.00dB 내지 -22.00 dB 범위 내에서 유지된다. 즉, 신호 성분 추출 성능을 유지하면서 크기가 감소된 커플러가 이용될 수 있다.
도 14a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제4 구조를 도시한다. 도 14a는 안테나 보드에 형성되는 커플러 구조의 또 다른 예를 도시한다.
도 14a를 참고하면, 안테나 보드(1400)는 안테나 소자들(1402a, 1402b), 안테나 포트(1404), 커플러 포트(1406), 안테나 포트(1404) 및 안테나 소자들(1402a, 1402b)과 연결된 선로(1410), 및 커플러 포트(1406) 및 터미네이션 저항과 연결된 선로(1420)를 포함한다. 또한, 안테나 포트(1404) 및 커플러 포트(1406) 각각에서 비아가 형성될 수 있다. 즉, 안테나 보드(1400)는 안테나 소자들(1402a, 1402b) 및 복수의 안테나 소자들(1402a, 1402b)에게 전송되는 신호의 일부를 추출하기 위한 커플러를 포함하고, 캘리브레이션 보드는 안테나 보드(1400)의 아래에 위치하여, 커플러에 의해 추출된 신호의 일부를 이용하여 오차를 보정하기 위한 보정 회로를 포함할 수 있다.
급전선의 일부인 선로(1410)는 제1 종단이 안테나 보드(1400) 상에서 안테나 소자들(1402a, 1402b)에 직접 연결되거나 또는 안테나 소자들(1402a, 1402b) 간의 선로와 맞닿도록 함으로써 간접 연결될 수 있다. 또한, 선로(1410)는 제2 종단이 안테나 포트(1404)와 접촉하도록 배치됨으로써, 안테나 포트(1404)에 형성된 비아를 통해 하부의 캘리브레이션 보드와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 선로(1410)는 커플러의 주 경로로서 동작하는 제1 부분 및 안테나 매칭 스텁(stub)의 역할을 하는 제2 부분(1412)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 선로(1410)의 제1 부분은 안테나 포트(1404)로부터 안테나 소자들(1402a, 1402b)까지 곧바로 진행하도록 배치된 선로 부분을 포함할 수 있다. 즉, 선로(1410)의 제1 부분은 상술한 제1 종단 및 제2 종단을 우회하지 않고 곧바로 연결하는 선로 부분을 의미한다. 또한, 선로(1410)의 제2 부분(1412)은 선로(1410)의 제1 부분과 구별될 수 있도록 돌출됨으로써, 선로(1420)에 의해 둘러싸이도록 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 안테나 보드(1400) 상에 구현된 선로(1410)의 제1 부분은 결합 선로 커플러의 주 경로로서 안테나 소자들로 향하는 신호가 통과하고, 제2 부분(1412)은 안테나 매칭 스텁으로서 부가되는 요소일 수 있다.
선로(1420)는 선로(1410)과 용량적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 선로(1420)는 한쪽 종단이 안테나 보드(1400) 상에서 터미네이션 저항과 연결되도록 배치될 수 있다. 선로(1420)는 반대쪽 종단이 커플러 포트(1406)와 접촉하도록 배치됨으로써, 커플러 포트(1406)에 형성된 비아를 통해 하부의 캘리브레이션 보드와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 선로(1420)는 안테나 매칭 스텁(1412)을 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 선로(1420)는 선로(1410)의 안테나 매칭 스텁(1412)과 인접하고 평행하게 배치되는 선로로 구성되는 제1 부분(1422) 및 제3 부분(1426), 및 제1 부분(1422) 및 제3 부분(1426)을 연결함으로써 선로(1420)가 안테나 매칭 스텁(1412)을 감싸도록 배치되는 선로로 구성되는 제2 부분(1424)을 포함할 수 있다. 선로(1420)의 제1 부분(1422)은 선로(1410)의 안테나 매칭 스텁(1412)을 구성하는 선로의 제1 측면과 인접함과 동시에 평행하게 배치되는 선로로 구성될 수 있다. 선로(1420)의 제3 부분(1426)은 선로(1410)의 안테나 매칭 스텁(1412)을 구성하는 선로의 제2 측면과 인접함과 동시에 평행하게 배치되는 선로로 구성될 수 있다. 여기서, 선로(1410)의 안테나 매칭 스텁(1412)을 구성하는 선로의 측면은, 안테나 포트(1404)로부터 안테나 매칭 스텁(1412)까지 선로가 진행하는 방향과 평행한 면을 의미할 수 있다. 선로(1420)의 제2 부분(1424)는 각 종단이 제1 부분(1422) 및 제3 부분(1426)과 연결된 선로로서, 안테나 매칭 스텁(1412)을 중심으로 안테나 포트(1404)의 반대편에서 안테나 매칭 스텁(1412)을 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 도 14a에서 제1 부분(1422) 및 제2 부분(1424), 제3 부분(1426) 및 제2 부분(1424)이 각각 직각을 이루는 것으로 도시되었으나 이에 한정되지 않는다. 제1 부분(1422) 및 제2 부분(1424), 제3 부분(1426) 및 제2 부분(1424)은 각각 임의의 각도를 형성하도록 배치될 수 있거나, 또는 제2 부분(1424)은 곡선 형태를 이루도록 형성될 수도 있다. 상술한 바와 같이 안테나 보드(1400) 상에 구현된 선로(1420)의 제1 부분(1422), 제2 부분(1424), 및 제3 부분(1426)은 결합 선로 커플러의 부 경로로서 동작할 수 있다.
도 14a에 도시된 제1 유형 커플러의 제4 구조는, 부 경로로 동작하는 선로가 안테나 매칭 스텁의 양쪽 측면들과 상호 작용함으로써 이중으로 커패시터를 형성하므로, 단위 길이 당 커패시턴스의 증가를 통해 커플러의 크기가 더욱 감소될 수 있다. 이에 더하여, 안테나 매칭 스텁에 의해 형성되는 인덕터를 이용하여 임피던스 매칭에 활용함으로써, 안테나 소자들(1402a, 1402b)에 전달되는 신호의 반사 손실이 더욱 감소될 수 있다. 또한, 안테나 매칭 스텁(1412) 및 부 경로인 선로(1420)의 부분들(1422, 1424, 1426) 간의 간격을 조절함으로써, 안테나 소자들(1402a, 1402b)에 전달되는 신호의 반사 손실이 감소될 수 있다.
도 14b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제4 구조에 대한 등가 회로를 도시한다. 도 14b는 도 14a의 안테나 보드(1400)에서 구현된 결합 선로 커플러에 대한 등가 회로(1450)를 예시한다.
도 14a에 도시된 커플러의 경우, 안테나 매칭 스텁(1412)에 의해 인덕턴스 LS를 가지는 인덕터(1470) 및 커패시턴스 CS를 가지는 제1 커패시터가 형성되고, 선로(1420)와 접지면 사이에서 커패시턴스 CP를 가지는 제2 커패시터가 형성될 수 있다. 또한, 안테나 매칭 스텁(1412) 및 선로(1420)의 제1 부분(1422) 사이에서 커패시턴스 Cgd1을 가지는 제3 커패시터가 형성되고, 안테나 매칭 스텁(1412) 및 선로(1420)의 제3 부분(1426) 사이에서 커패시턴스 Cgd2를 가지는 제4 커패시터가 형성될 수 있다. 또한, 안테나 매칭 스텁(1412) 및 선로(1420)의 제2 부분(1424) 사이에서 커패시턴스 CV를 가지는 제5 커패시터가 형성될 수 있다. 따라서, 도 14b에 도시된 바와 같이, 안테나 포트(1404)에서 입력된 신호의 반사 손실 S11은 제1 커패시터의 커패시턴스 CS, 제2 커패시터의 커패시턴스 CP, 제3 커패시터의 커패시턴스 Cgd1, 제4 커패시터의 커패시턴스 Cgd2, 제5 커패시터의 커패시턴스 CV, 인덕턴스 LS에 기반하여 결정된다. 여기서, 제3 커패시터, 제4 커패시터, 제5 커패시터는 병렬 연결되므로, 하나의 등가 커패시터(1460)로 해석될 수 있다. 따라서, 등가 커패시터(1460)의 커패시턴스 CT는, CT=Cgd1+Cgd2+CV의 값을 가질 수 있다. 제2 커패시터의 커패시턴스 CP는 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있다. 또한, 선로들에 의해 형성되는 커패시터들 중 제3 커패시터의 커패시턴스 Cgd1, 제4 커패시터의 커패시턴스 Cgd2는 각각 <수학식 2>와 같이 표현될 수 있다. 따라서, 안테나 보드 상에서 안테나 매칭 스텁을 사용하고 안테나 매칭 스텁 및 선로 간 간격을 조절함으로써, 반사 손실 S11이 더욱 감소될 수 있다.
도 15a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제5 구조를 도시한다. 도 15a는 안테나 보드에 형성되는 커플러 구조의 또 다른 예를 도시한다.
도 15a를 참고하면, 안테나 보드(1500)는 안테나 소자들(1502a, 1502b), 안테나 포트(1504), 커플러 포트(1506), 안테나 포트(1504) 및 안테나 소자들(1502a, 1502b)과 연결된 선로(1510), 및 커플러 포트(1506) 및 터미네이션 저항과 연결된 선로(1520)를 포함한다. 또한, 안테나 포트(1504) 및 커플러 포트(1506) 각각에서 비아가 형성될 수 있다. 즉, 안테나 보드(1500)는 안테나 소자들(1502a, 1502b) 및 복수의 안테나 소자들(1502a, 1502b)에게 전송되는 신호의 일부를 추출하기 위한 커플러를 포함하고, 캘리브레이션 보드는 안테나 보드(1500)의 아래에 위치하여, 커플러에 의해 추출된 신호의 일부를 이용하여 오차를 보정하기 위한 보정 회로를 포함할 수 있다.
급전선의 일부인 선로(1510)는 제1 종단이 안테나 보드(1500) 상에서 안테나 소자들(1502a, 1502b)에 직접 연결되거나 또는 안테나 소자들(1502a, 1502b) 간의 선로와 맞닿도록 함으로써 간접 연결될 수 있다. 또한, 선로(1510)는 제2 종단이 안테나 포트(1504)와 접촉하도록 배치됨으로써, 안테나 포트(1504)에 형성된 비아를 통해 하부의 캘리브레이션 보드와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 선로(1510)는 커플러의 주 경로로서 동작하는 제1 부분 및 안테나 매칭 스텁의 역할을 하는 제2 부분(1512)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 선로(1510)의 제1 부분은 안테나 포트(1504)로부터 안테나 소자들(1502a, 1502b)까지 곧바로 진행하도록 배치된 선로 부분을 포함할 수 있다. 즉, 선로(1510)의 제1 부분은 상술한 제1 종단 및 제2 종단을 우회하지 않고 곧바로 연결하는 선로 부분을 의미한다. 선로(1510)의 제1 부분은 선로(1520)에 의해 둘러싸이도록 배치될 수 있다. 또한, 선로(1510)의 제2 부분(1512)은 선로(1510)의 제1 부분과 구별될 수 있도록 돌출될 수 있다. 도 15a를 참고하면, 선로(1510)은 제1 부분과 제2 부분이 서로 교차하도록 함으로써 T자 형태를 가지도록 배치될 수 있다. 상술한 바와 같이, 안테나 보드(1500) 상에 구현된 선로(1510)의 제1 부분은 결합 선로 커플러의 주 경로로서 안테나 소자들로 향하는 신호가 통과하고, 제2 부분(1512)은 안테나 매칭 스텁으로서 부가되는 요소일 수 있다.
선로(1520)는 선로(1510)과 용량적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 선로(1520)는 한쪽 종단이 안테나 보드(1500) 상에서 터미네이션 저항과 연결되도록 배치될 수 있다. 선로(1520)는 반대쪽 종단이 커플러 포트(1506)와 접촉하도록 배치됨으로써, 커플러 포트(1506)에 형성된 비아를 통해 하부의 캘리브레이션 보드와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 선로(1520)는 커플러의 주 경로를 구성하는 선로(1510)의 제1 부분을 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 선로(1520)는 선로(1510)의 안테나 매칭 스텁(1512)과 인접하고 평행하게 배치되는 선로로 구성되는 제1 부분(1522) 및 제3 부분(1526), 및 제1 부분(1522) 및 제3 부분(1526)을 연결함으로써 선로(1520)가 안테나 포트(1504)를 감싸도록 배치되는 선로로 구성되는 제2 부분(1524)을 포함할 수 있다. 선로(1520)의 제2 부분(1524)는 각 종단이 제1 부분(1522) 및 제3 부분(1526)과 연결된 선로로서, 안테나 포트(1504)를 중심으로 안테나 매칭 스텁(1512)의 반대편에서 안테나 포트(1504)를 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 도 15a에서 제1 부분(1522) 및 제2 부분(1524), 제3 부분(1526) 및 제2 부분(1524)이 각각 직각을 이루는 것으로 도시되었으나 이에 한정되지 않는다. 제1 부분(1522) 및 제2 부분(1524), 제3 부분(1526) 및 제2 부분(1524)은 각각 임의의 각도를 형성하도록 배치될 수 있거나, 또는 제2 부분(1524)은 곡선 형태를 이루도록 형성될 수도 있다. 상술한 바와 같이 안테나 보드(1500) 상에 구현된 선로(1520)의 제1 부분(1522), 제2 부분(1524), 및 제3 부분(1526)은 결합 선로 커플러의 부 경로로서 동작할 수 있다.
도 15a에 도시된 제1 유형 커플러의 제5 구조는, 부 경로로 동작하는 선로가 주 경로를 구성하는 선로의 양쪽 측면들과 상호 작용함으로써 이중으로 커패시터를 형성하므로, 단위 길이 당 커패시턴스의 증가를 통해 커플러의 크기가 더욱 감소될 수 있다. 이에 더하여, 안테나 매칭 스텁에 의해 형성되는 인덕터를 이용하여 임피던스 매칭에 활용함으로써, 안테나 소자들(1502a, 1502b)에 전달되는 신호의 반사 손실이 더욱 감소될 수 있다. 또한, 선로(1510)에서 주 경로로 동작하는 제1 부분 및 부 경로인 선로(1520)의 부분들(1522, 1524, 1526) 간의 간격을 조절함으로써, 안테나 소자들(1502a, 1502b)에 전달되는 신호의 반사 손실이 감소될 수 있다.
도 15b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제1 유형의 커플러의 제5 구조에 대한 등가 회로를 도시한다. 도 15b는 도 15a의 안테나 보드(1500)에서 구현된 결합 선로 커플러에 대한 등가 회로(1550)를 예시한다.
도 15a에 도시된 커플러의 경우, 안테나 매칭 스텁(1512)에 의해 인덕턴스 LS1을 가지는 제1 인덕터와 인덕턴스 LS2를 가지는 제2 인덕터의 병렬 연결(1570) 및 커패시턴스 CS를 가지는 제1 커패시터가 형성되고, 선로(1520)와 접지면 사이에서 커패시턴스 CP를 가지는 제2 커패시터들이 형성될 수 있다. 또한, 선로(1510)의 제1 부분 및 선로(1520)의 제1 부분(1522) 사이에서 커패시턴스 Cgd1을 가지는 제3 커패시터가 형성되고, 선로(1510)의 제1 부분 및 선로(1520)의 제3 부분(1526) 사이에서 커패시턴스 Cgd2를 가지는 제4 커패시터가 형성될 수 있다. 또한, 안테나 포트(1504) 및 선로(1520)의 제2 부분(1524) 사이에서 커패시턴스 CV를 가지는 제5 커패시터가 형성될 수 있다. 따라서, 도 15b에 도시된 바와 같이, 안테나 포트(1504)에서 입력된 신호의 반사 손실 S11은 제1 커패시터의 커패시턴스 CS, 제2 커패시터의 커패시턴스 CP, 제3 커패시터의 커패시턴스 Cgd1, 제4 커패시터의 커패시턴스 Cgd2, 제5 커패시터의 커패시턴스 CV, 제1 인덕턴스 LS1, 제2 인덕턴스 LS2에 기반하여 결정된다. 여기서, 제3 커패시터, 제4 커패시터, 제5 커패시터는 병렬 연결되므로, 하나의 등가 커패시터(1560)로 해석될 수 있다. 따라서, 등가 커패시터(1560)의 커패시턴스 CT는, CT=Cgd1+Cgd2+CV의 값을 가질 수 있다. 제2 커패시터의 커패시턴스 CP는 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있다. 또한, 선로들에 의해 형성되는 커패시터들 중 제3 커패시터의 커패시턴스 Cgd1, 제4 커패시터의 커패시턴스 Cgd2는 각각 <수학식 2>와 같이 표현될 수 있다. 따라서, 안테나 보드 상에서 안테나 매칭 스텁을 사용하고 안테나 매칭 스텁 및 선로 간 간격을 조절함으로써, 반사 손실 S11이 더욱 감소될 수 있다.
이하 도 16 내지 도 19b에서, 안테나 어레이에서 형성되는 비아들로 인한 간섭을 제거하고 우회 경로로 인한 삽입 손실을 감소시키기 위한 두 가지 유형의 커플러 구조들 중 캘리브레이션 보드 상에 구현되는 제2 유형 커플러의 구조가 상세히 설명된다.
도 16은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제1 구조를 도시한다. 도 16은 캘리브레이션 보드에 형성되는 커플러 구조의 예를 도시한다.
도 16을 참고하면, 캘리브레이션 보드(1600)는 안테나 포트들(1602a, 1602b), 커플러 포트들(1604a, 1604b), 필터 포트들(1606a, 1606b), 안테나 포트들(1602a, 1602b) 및 필터 포트들(1606a, 1606b)을 각각 연결하는 선로들(1610a, 1610b), 커플러 포트들(1604a, 1604b) 및 터미네이션 저항들을 각각 연결하는 선로들(1620a, 1620b)를 포함할 수 있다. 또한, 안테나 포트들(1602a, 1602b), 커플러 포트들(1604a, 1604b), 필터 포트들(1606a, 1606b) 각각에서 비아가 형성될 수 있다. 설명의 편의를 위해 도 16의 상단에 도시된 커플러의 형태에 대해 설명되며, 후술하는 설명은 하단에 도시된 커플러에 동일하게 적용될 수 있다.
급전선의 일부인 선로(1610a)가 캘리브레이션 보드(1600) 상에서 한쪽 종단이 안테나 포트(1602a)와 연결되도록 배치됨으로써, 상부의 안테나 보드의 안테나 소자들에 신호가 전송될 수 있다. 또한, 선로(1610a)의 반대쪽 종단이 필터 포트(1606a)와 연결되도록 선로(1610a)를 배치함으로써, 하부의 필터를 통과한 신호가 캘리브레이션 보드에 형성된 선로들을 통과할 수 있다. 상술한 바와 같이, 선로(1610a)는 안테나 소자들로 전달되는 신호가 통과하는 경로로서, 결합 선로 커플러의 주 경로로서 동작할 수 있다.
선로(1620a)는 제1 부분(1622a) 및 제2 부분(1624a)을 포함할 수 있다. 제1 부분(1622a)은 한쪽 종단이 커플러 포트(1604a)와 접촉된 선로로 구성되고, 선로(1610a)와 인접함과 동시에 평행하도록 배치될 수 있다. 즉, 커플러 포트와 연결된 선로의 일부가 선로(1610a)와 인접하게 배치될 수 있도록, 커플러 포트(1604a)를 위한 비아의 위치가 결정될 수 있다. 또한, 제2 부분(1624a)은 안테나 포트(1602a)와 일정한 간격으로 이격되고 선로(1610a)와 일직선의 형태를 이루도록 배치될 수 있다. 제2 부분(1624a)의 한쪽 종단은 터미네이션 저항과 연결될 수 있다. 또한, 제1 부분(1620a)과 제2 부분(1624a)은 안테나 포트(1602a)에 형성된 비아 홀을 둘러싸는 선로를 통해 서로 연결되는 형태를 형성할 수 있다. 상술한 바와 같이 커플러 포트(1604a)와 연결되는 선로(1620a)는 결합 선로 커플러의 부 경로로서 동작할 수 있다.
이 경우, 캘리브레이션 보드 상에서, 커플러를 구성하는 결합 선로들, 즉 주 경로 및 부 경로에 대해 λ/4만큼의 길이를 확보하기 위한 우회 경로 없이 커플러가 구현될 수 있다. 이에 더하여, 도 16에 도시된 커플러 구조의 경우, 주 경로를 구성하는 선로 및 부 경로를 구성하는 선로 간 커패시터뿐 아니라 안테나 포트에 형성된 비아 및 선로 간에 형성된 커패시터를 이용함으로써, 안테나 소자들에 전달되는 신호의 반사 손실이 감소될 수 있다. 또한, 캘리브레이션 보드 상에서 커플러를 구현하는 경우, 커플러를 포함하는 캘리브레이션 네트워크가 편리하게 구성될 수 있다.
도 17a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 측면에서의 등가 회로를 도시한다. 도 17b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 등가 회로를 도시한다. 도 17a 및 도 17b는 도 16의 캘리브레이션 보드(1600)에서 구현된 결합 선로 커플러에 대한 등가 회로들을 예시한다.
도 17a를 참고하면, 선로(1610a) 및 접지면 사이, 선로(1620a)의 제1 부분(1622a) 및 접지면 사이, 선로(1620a)의 제2 부분(1624a) 및 접지면 사이에서 각각 제1 커페시터가 형성될 수 있다. 또한, 선로(1610a) 및 선로(1620a)의 제1 부분(1622a) 사이에서 제2 커패시터가 형성되고, 선로(1610a) 및 선로(1620a)의 제2 부분(1624a) 사이에서 제3 커패시터가 형성될 수 있다. 도 17b에 도시된 바와 같이, 안테나 포트(1602a)에서 입력된 신호의 반사 손실 S11은 제1 커패시터의 커패시턴스 CP, 제2 커패시터의 커패시턴스 Cgd, 제3 커패시터의 커패시턴스 CV에 기반하여 결정된다. 여기서, 제2 커패시터, 제3 커패시터는 병렬 연결되므로, 하나의 등가 커패시터(1730)로 해석될 수 있다. 따라서, 등가 커패시터(1730)의 커패시턴스 CT는, CT=Cgd+CV의 값을 가질 수 있다. 선로들에 의해 형성되는 커패시터들 중 제1 커패시터의 커패시턴스 CP는 <수학식 1>과 같이 표현될 수 있다. 또한, 선로들에 의해 형성되는 커패시터들 중 제2 커패시터의 커패시턴스 Cgd는 <수학식 2>와 같이 표현될 수 있다. 따라서, 캘리브레이션 보드 상에서 커플러를 구성하는 선로들 간 간격을 조절하여 커패시턴스를 제어함으로써, 반사 손실 S11을 감소시키는 커플러가 구현될 수 있다.
도 18a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 모의 실험 환경을 도시한다. 도 18b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 단면을 도시한다. 도 18c는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제1 구조에 대한 모의 실험 결과를 도시한다.
도 18a를 참고하면, 커플러는 안테나 포트(1602a, 1602b)로 신호가 입력되고 안테나 소자들에 전달되도록 하는 주 경로 및 신호를 추출하기 위한 커플러 포트(1604a, 1604b) 및 격리 포트(1808a, 1808b)를 연결하는 부 경로를 포함하도록 구현될 수 있다. 격리 포트(1808a, 1808b)는 50 옴의 저항 값을 가지는 터미네이션 저항과 연결된다. 상술한 커플러가 구현된 안테나 모듈의 측면(1820)을 참고하면, 필터 포트(1606a, 1606b)를 통해 캘리브레이션 보드 상에 신호가 전달되고 안테나 포트(1602a, 1602b)를 통해 캘리브레이션 상부의 안테나 보드에 신호가 전달된다. 도 18a에 도시된 커플러의 모의 실험 환경에 대하여, 3.00 GHz 내지 4.00 GHz의 신호의 주파수 범위에서 커플러 포트를 통해 추출되는 신호 성분에 대한 S 파라미터의 값을 나타내는 곡선(1842)과 입력 포트로 다시 반사되는 신호 성분에 대한 S 파라미터의 값을 나타내는 곡선(1844)이 도 18c에서 도시된다. 도 18c를 참고하면, 3.00 GHz 내지 4.00 GHz의 신호의 주파수 범위에서, 커플러 포트를 통해 추출되는 신호 성분에 대한 S 파라미터의 값(1842)은 -19.20dB 내지 -20.50 dB 범위 내에서 유지된다. 즉, 신호 성분 추출 성능을 유지하면서 크기가 감소된 커플러가 이용될 수 있다.
도 19a는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제2 구조를 도시한다. 도 19a는 캘리브레이션 보드에 형성되는 커플러 구조의 다른 예를 도시한다.
도 19a를 참고하면, 캘리브레이션 보드(1900)는 안테나 포트들(1902a, 1902b), 커플러 포트들(1904a, 1904b), 필터 포트들(1906a, 1906b), 안테나 포트들(1902a, 1902b) 및 필터 포트들(1906a, 1906b)을 각각 연결하는 선로들(1910a, 1910b), 커플러 포트들(1904a, 1904b) 및 터미네이션 저항들을 각각 연결하는 선로들(1920a, 1920b)을 포함할 수 있다. 또한, 안테나 포트들(1902a, 1902b), 커플러 포트들(1904a, 1904b), 필터 포트들(1906a, 1906b) 각각에서 비아가 형성될 수 있다. 설명의 편의를 위해 도 19a의 상단에 도시된 커플러의 형태에 대해 설명되며, 후술하는 설명은 하단에 도시된 커플러에 동일하게 적용될 수 있다.
급전선의 일부인 선로(1910a)가 캘리브레이션 보드(1900) 상에서 한쪽 종단이 안테나 포트(1902a)와 연결되도록 배치됨으로써, 상부의 안테나 보드의 안테나 소자들에 신호가 전송될 수 있다. 또한, 선로(1910a)의 반대쪽 종단이 필터 포트(1906a)와 연결되도록 선로(1910a)를 배치함으로써, 하부의 필터를 통과한 신호가 캘리브레이션 보드에 형성된 선로들을 통과할 수 있다. 상술한 바와 같이, 선로(1910a)는 안테나 소자들로 전달되는 신호가 통과하는 경로로서, 결합 선로 커플러의 주 경로로서 동작할 수 있다.
선로(1920a)는 제1 부분(1922a) 및 제2 부분(1924a)을 포함할 수 있다. 제1 부분(1922a)은 한쪽 종단이 커플러 포트(1904a)와 접촉된 선로로 구성되고, 선로(1910a)의 제1 측면과 인접함과 동시에 평행하도록 배치될 수 있다. 즉, 커플러 포트와 연결된 선로의 일부가 선로(1910a)와 인접하게 배치될 수 있도록, 커플러 포트(1904a)를 위한 비아의 위치가 결정될 수 있다. 여기서, 선로(1910a)의 측면은, 안테나 포트(1902a)로부터 선로가 진행하는 방향과 평행한 면을 의미할 수 있다. 또한, 제2 부분(1924a)은 안테나 포트(1902a)에 형성된 비아 홀을 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 부분(1924a)은 안테나 포트(1902a)를 중심으로 선로(1910a)의 반대편에서 안테나 포트(1902a)를 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 이에 더하여, 제2 부분(1924a)에서 제1 부분(1922a)과 연결되지 않은 다른 종단은 선로(1910a)의 제2 측면과 인접함과 동시에 평행하도록 배치되는 선로를 통해 터미네이션 저항과 연결될 수 있다. 상술한 바와 같이, 커플러 포트(1904a)와 연결되는 선로(1920a)는 결합 선로 커플러의 부 경로로서 동작할 수 있다.
이 경우, 캘리브레이션 보드 상에서, 커플러를 구성하는 결합 선로들, 즉 주 경로 및 부 경로에 대해 λ/4만큼의 길이를 확보하기 위한 우회 경로 없이 커플러가 구현될 수 있다. 이에 더하여, 도 19a에 도시된 제2 유형 커플러의 제2 구조는, 부 경로로 동작하는 선로가 주 경로로 동작하는 선로의 양쪽 측면들에서 이중으로 커패시터를 형성할 수 있는 형태를 가짐으로써, 단위 길이 당 커패시턴스의 증가를 통해 커플러의 크기가 더욱 감소될 수 있다. 또한, 주 경로를 구성하는 선로 및 부 경로를 구성하는 선로 간 커패시터뿐 아니라 안테나 포트에 형성된 비아 및 선로 간에 형성된 커패시터를 이용함으로써, 안테나 소자들에 전달되는 신호의 반사 손실이 감소될 수 있다. 또한, 캘리브레이션 보드 상에서 커플러를 구현하는 경우, 커플러를 포함하는 캘리브레이션 네트워크 구성이 편리하게 수행될 수 있다.
도 19b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 제2 유형의 커플러의 제3 구조를 도시한다. 도 19b는 캘리브레이션 보드에 형성되는 커플러 구조의 또 다른 예를 도시한다.
도 19b를 참고하면, 캘리브레이션 보드(1950)는 안테나 포트들(1952a, 1952b), 커플러 포트들(1954a, 1954b), 필터 포트들(1956a, 1956b), 안테나 포트들(1952a, 1952b) 및 필터 포트들(1956a, 1956b)을 각각 연결하는 선로들(1960a, 1960b), 커플러 포트들(1954a, 1954b) 및 터미네이션 저항들을 각각 연결하는 선로들(1970a, 1970b)을 포함할 수 있다. 또한, 안테나 포트들(1952a, 1952b), 커플러 포트들(1954a, 1954b), 필터 포트들(1956a, 1956b) 각각에서 비아가 형성될 수 있다. 설명의 편의를 위해 도 19b의 상단에 도시된 커플러의 형태에 대해 설명되며, 후술하는 설명은 하단에 도시된 커플러에 동일하게 적용될 수 있다.
급전선의 일부인 선로(1960a)가 캘리브레이션 보드(1950) 상에서 한쪽 종단이 안테나 포트(1952a)와 연결되도록 배치됨으로써, 상부의 안테나 보드의 안테나 소자들에 신호가 전송될 수 있다. 또한, 선로(1960a)의 반대쪽 종단이 필터 포트(1956a)와 연결되도록 선로(1960a)를 배치함으로써, 하부의 필터를 통과한 신호가 캘리브레이션 보드에 형성된 선로들을 통과할 수 있다. 상술한 바와 같이, 선로(1960a)는 안테나 소자들로 전달되는 신호가 통과하는 경로로서, 결합 선로 커플러의 주 경로로서 동작할 수 있다.
선로(1970a)는 제1 부분(1972a) 및 제2 부분(1974a)을 포함할 수 있다. 제1 부분(1972a)은 한쪽 종단이 커플러 포트(1954a)와 접촉된 선로로 구성되고, 선로(1960a)의 제1 측면과 인접함과 동시에 평행하도록 배치될 수 있다. 즉, 커플러 포트와 연결된 선로의 일부가 선로(1960a)와 인접하게 배치될 수 있도록, 커플러 포트(1954a)를 위한 비아의 위치가 결정될 수 있다. 여기서, 선로(1960a)의 측면은, 안테나 포트(1952a)로부터 선로가 진행하는 방향과 평행한 면을 의미할 수 있다. 또한, 제2 부분(1974a)은 안테나 포트(1952a)에 형성된 비아 홀을 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 부분(1974a)은 안테나 포트(1952a)를 중심으로 선로(1960a)의 반대편에서 안테나 포트(1952a)를 감싸는 형태로 형성될 수 있다. 이에 더하여, 제2 부분(1974a)에서 제1 부분(1972a)과 연결되지 않은 다른 종단은 터미네이션 저항과 연결될 수 있다. 상술한 바와 같이, 커플러 포트(1954a)와 연결되는 선로(1970a)는 결합 선로 커플러의 부 경로로서 동작할 수 있다.
이 경우, 캘리브레이션 보드 상에서, 커플러를 구성하는 결합 선로들, 즉 주 경로 및 부 경로에 대해 λ/4만큼의 길이를 확보하기 위한 우회 경로 없이 커플러가 구현될 수 있다. 이에 더하여, 주 경로 및 부 경로 간 커패시터뿐 아니라 안테나 포트에 형성된 비아 및 선로 간의 커패시터를 이용함으로써, 단위 길이 당 커패시턴스의 증가를 통해, 커플러의 크기 및 안테나 소자들에 전달되는 신호의 반사 손실이 감소될 수 있다. 또한, 캘리브레이션 보드 상에서 커플러를 구현하는 경우, 커플러를 포함하는 캘리브레이션 네트워크 구성이 편리하게 수행될 수 있다.
도 20a 및 20b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 커플러들을 차폐하기 위한 구조의 예들을 도시한다. 도20a 및 도 20b는 안테나 보드 상에 커플러가 배치되는 경우들을 예시한다.
도 20a를 참고하면, 제1 커플러를 구성하는 급전 선로(2002a) 및 커플링 선로(2004a)와 제2 커플러를 구성하는 급전 선로(2002b) 및 커플링 선로(2004b)가 안테나 보드(2010) 상에 배치된다. 즉, 도 20a에 장착된 커플러는 도 6에 도시된 커플러와 동일한 구조를 가질 수 있다. 제1 커플러는 급전 선로(2002a)를 통해 제1 안테나 소자들에게 전달되는 신호의 추출을 위한 것으로서, 다른 안테나 소자들에게 전달되는 신호들의 차단이 요구될 수 있다. 마찬가지로, 제2 커플러는 급전 선로(2002b)를 통해 제2 안테나 소자들에게 전달되는 신호의 추출을 위한 것으로서, 제1 안테나 소자들을 포함하는 다른 안테나 소자들에게 전달되는 신호들의 차단이 요구될 수 있다. 이에 따라, 커플러를 차폐하기 위한 적어도 하나의 구조물이 안테나 보드 상에 형성될 수 있다. 즉, 제1 커플러를 차폐하기 위한 구조물(2006a) 또는 제2 커플러를 차폐하기 위한 구조물(2006b) 중 적어도 하나가 해당하는 커플러의 상부에 구현될 수 있다. 예를 들어, 커플러를 차폐하기 위한 구조물은 실드 캔(sealed can)으로서, 금속 재료를 이용하여 구현될 수 있다. 결합을 위한 구성 요소(예: 리벳(rivet), SMT(surface mounter technology))를 이용하여 안테나 보드(2010)와 접촉하는 부분을 체결함으로써, 결합 구조물들(2006a, 2006b) 각각은 안테나 보드(2010) 상에 고정된 상태로 장착될 수 있다. 이에 더하여, 구조물들(2006a, 2006b) 각각이 안테나 보드(2010)에 접촉하는 부분의 하부에서, 안테나 보드(2010)를 관통하는 비아들을 추가적으로 형성함으로써, 차폐 성능이 더욱 향상될 수 있다.
도 20b를 참고하면, 제1 커플러를 구성하는 급전 선로(2062a) 및 커플링 선로들(2064a, 2066a)과 제2 커플러를 구성하는 급전 선로(2062b) 및 커플링 선로들(2064b, 2066b))이 안테나 보드(2050) 상에 배치된다. 즉, 도 20b에 장착된 커플러는 도 9, 도 12, 도 14a, 및 도 15a에 도시된 커플러들 중 적어도 하나와 동일한 구조를 가질 수 있다. 도 20a와 마찬가지로, 다른 안테나 소자들에게 전달되는 신호들의 차단이 요구되므로, 제1 커플러 및 제2 커플러 각각은 커플러를 차폐하기 위한 구조물들에 의해 차폐될 수 있다. 예를 들어, 제1 커플러의 상부에 구조물(2068a)가 장착됨으로써 급전 선로(2062a)를 지나는 신호 외의 다른 신호들이 차단되고, 제2 커플러의 상부에 구조물(2068b)가 장착됨으로써 급전 선로(2062b)를 지나는 신호 외의 다른 신호들이 차단될 수 있다. 또한, 커플러를 차폐하기 위한 구조물은 실드 캔으로서, 금속 재료를 이용하여 구현될 수 있다. 결합을 위한 구성 요소(예: 리벳, SMT)를 이용하여 안테나 보드(2060)와 접촉하는 부분을 체결함으로써, 결합 구조물들(2068a, 2068b) 각각은 안테나 보드(2060) 상에 고정된 상태로 장착될 수 있다. 이에 더하여, 구조물들(2068a, 2068b) 각각이 안테나 보드(2060)에 접촉하는 부분의 하부에서, 안테나 보드(2060)를 관통하는 비아들(2070a, 2070b)을 추가적으로 형성함으로써, 차폐 성능이 더욱 향상될 수 있다.
도 21a 및 21b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 유전체가 부착된 커플러 라인을 이용하는 구조의 예를 도시한다. 도21a 및 도 21b는 안테나 보드 상에 커플러가 배치되는 경우를 예시한다.
도 21a를 참고하면, 커플러를 구성하는 급전 선로(2112) 및 커플링 선로(2114) 가 안테나 보드(2110) 상에 배치된 구조의 측면(2100)이 도시된다. 또한, 도 21b를 참고하면, 커플러를 구성하는 급전 선로(2112) 및 커플링 선로(2114) 가 안테나 보드(2110) 상에 배치된 구조를 위에서 내려다 본 평면(2150)이 도시된다. 구체적으로, 커플링 선로(2114)의 상단 면에 유전체(2116)가 부착된 상태로 커플링 선로(2114)가 안테나 보드(2110)에 배치될 수 있다. 이 경우, 고유전율을 가진 유전체(2116)의 부착으로 인하여 단위 길이 당 커패시턴스가 증가하므로, 커플러를 구성하는 선로의 길이가 감소될 수 있다.
도 22a 및 22b는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 안테나 모듈에서 유전체가 부착된 커플러 라인을 이용하는 구조의 다른 예를 도시한다. 도22a 및 도 22b는 안테나 보드 상에 커플러가 배치되는 경우를 예시한다.
도 22a를 참고하면, 커플러를 구성하는 급전 선로(2212) 및 커플링 선로(2214) 가 안테나 보드(2210) 상에 배치된 구조의 측면(2200)이 도시된다. 또한, 도 22b를 참고하면, 커플러를 구성하는 급전 선로(2212) 및 커플링 선로(2214) 가 안테나 보드(2210) 상에 배치된 구조를 위에서 내려다 본 평면(2250)이 도시된다. 구체적으로, 커플링 선로(2214)의 상단 면에 유전체(2216)가 부착된 상태로 커플링 선로(2214)가 안테나 보드(2210)에 배치될 수 있다. 이 경우, 고유전율을 가진 유전체(2216)의 부착으로 인하여 단위 길이 당 커패시턴스가 증가하므로, 커플러를 구성하는 선로의 길이가 감소될 수 있다. 또한, 다른 포트와의 격리를 위해 유전체(2216)의 양단에 비아들(2218)이 형성될 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 무선 통신 시스템에서 안테나 장치에 있어서,
    복수의 안테나 소자들 및 상기 복수의 안테나 소자들에게 전송되는 신호의 일부를 추출하기 위한 커플러(coupler)를 포함하는 안테나 보드; 및
    상기 안테나 보드의 아래에 위치하고, 상기 커플러에 의해 추출된 신호의 일부를 이용하여 오차를 보정하기 위한 보정 회로를 포함하는 캘리브레이션(calibration) 보드를 포함하고,
    상기 안테나 보드에 배치되는 상기 커플러는,
    상기 복수의 안테나 소자들과 연결되고 상기 복수의 안테나 소자들에 급전하기 위한 제1 전송 선로; 및
    상기 제1 전송 선로와 용량적으로(capacitive) 연결되도록 배치된 제2 전송 선로를 포함하고,
    상기 제2 전송 선로는,
    상기 제1 전송 선로를 사이에 두고 각각 상기 제1 전송 선로와 평행하도록 이격 배치된 제3 전송 선로 및 제4 전송 선로; 및
    각 종단이 상기 제3 전송 선로 및 상기 제4 전송 선로와 연결되는 제5 전송 선로를 포함하고, 상기 제5 전송 선로는 상기 안테나 보드를 수직 방향으로 관통하는 비아 홀(via hole)에 해당하는 안테나 포트를 둘러싸도록 배치되고,
    상기 제1 전송 선로는 상기 안테나 포트와 상기 복수의 안테나 소자를 전기적으로 연결하는 안테나 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 전송 선로는, 상기 복수의 안테나 소자들에게 신호가 전달되는 상기 커플러의 주 경로(main path)를 구성하고,
    상기 제2 전송 선로는, 상기 신호의 일부를 추출하기 위한 상기 커플러의 부 경로를 구성하는 안테나 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제3 전송 선로는, 상기 보정 회로에 추출된 신호를 전달하기 위한 상기 커플러의 커플러 포트와 연결되고,
    상기 제4 전송 선로는, 종단(termination) 저항과 연결된 상기 커플러의 격리(isolation) 포트와 연결되는 안테나 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 안테나 포트에서 측정되는 상기 신호의 반사 손실은, 상기 제1 전송 선로 및 상기 제3 전송 선로 간에 형성되는 제1 커패시터, 상기 제1 전송 선로 및 상기 제4 전송 선로 간에 형성되는 제2 커패시터, 및 상기 비아 홀 및 상기 제5 전송 선로 간에 형성되는 제3 커패시터가 병렬 연결됨으로써 형성되는 커패시턴스에 기반하여 제어되는 안테나 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제5 전송 선로는, 복수의 비아(via)들에 의해 형성되는 안테나 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 안테나 보드는, 상기 제1 전송 선로로부터 돌출되고 상기 제1 전송 선로와 평행하지 않도록 배치된 임피던스 정합을 위한 스텁(stub)을 더 포함하고,
    상기 스텁은, 상기 제2 전송 선로와 이격되어 배치되는 안테나 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 안테나 포트에서 측정되는 상기 신호의 반사 손실은, 상기 제1 전송 선로 및 상기 제3 전송 선로 간에 형성되는 제1 커패시터, 상기 제1 전송 선로 및 상기 제4 전송 선로 간에 형성되는 제2 커패시터, 및 상기 비아 홀 및 상기 제5 전송 선로 간에 형성되는 제3 커패시터가 병렬 연결됨으로써 형성되는 커패시턴스 및 상기 스텁에 의해 형성되는 인덕턴스에 기반하여 제어되는 안테나 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 안테나 보드는, 상기 커플러를 차폐하기 위한 구조물을 더 포함하고,
    상기 구조물은, 상기 커플러의 상부를 덮도록 배치되고,
    상기 구조물의 양 종단들은, 결합을 위한 구성 요소에 의해 상기 안테나 보드에 고정되는 안테나 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 구조물의 양 종단들과 접촉하는 부분들에서, 상기 안테나 보드를 세로로 관통하는 비아(via)들이 형성되는 안테나 장치.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제2 전송 선로는, 제1 면 및 상기 제1 면과 평행한 제2 면을 포함하고,
    상기 제2 전송 선로의 상기 제1 면에 유전체가 부착되고,
    상기 제2 전송 선로는, 상기 제2 면을 통해 상기 안테나 보드에 장착되는 안테나 장치.
  11. 무선 통신 시스템에서 전자 장치에 있어서,
    적어도 하나의 프로세서; 및
    안테나 장치를 포함하고,
    상기 안테나 장치는,
    복수의 안테나 소자들 및 상기 복수의 안테나 소자들에게 전송되는 신호의 일부를 추출하기 위한 커플러(coupler)를 포함하는 안테나 보드; 및
    상기 안테나 보드의 아래에 위치하고, 상기 커플러에 의해 추출된 신호의 일부를 이용하여 오차를 보정하기 위한 보정 회로를 포함하는 캘리브레이션(calibration) 보드를 포함하고,
    상기 안테나 보드에 배치되는 상기 커플러는,
    상기 복수의 안테나 소자들과 연결되고 상기 복수의 안테나 소자들에 급전하기 위한 제1 전송 선로; 및
    상기 제1 전송 선로와 용량적으로(capacitive) 연결되도록 배치된 제2 전송 선로를 포함하고,
    상기 제2 전송 선로는,
    상기 제1 전송 선로를 사이에 두고 각각 상기 제1 전송 선로와 평행하도록 이격 배치된 제3 전송 선로 및 제4 전송 선로; 및
    각 종단이 상기 제3 전송 선로 및 상기 제4 전송 선로와 연결되는 제5 전송 선로를 포함하고, 상기 제5 전송 선로는 상기 안테나 보드를 수직 방향으로 관통하는 비아 홀(via hole)에 해당하는 안테나 포트를 둘러싸도록 배치되고,
    상기 제1 전송 선로는 상기 안테나 포트와 상기 복수의 안테나 소자를 전기적으로 연결하는 전자 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 전송 선로는, 상기 복수의 안테나 소자들에게 신호가 전달되는 상기 커플러의 주 경로(main path)를 구성하고,
    상기 제2 전송 선로는, 상기 신호의 일부를 추출하기 위한 상기 커플러의 부 경로를 구성하는 전자 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 제3 전송 선로는, 상기 보정 회로에 추출된 신호를 전달하기 위한 상기 커플러의 커플러 포트와 연결되고,
    상기 제4 전송 선로는, 종단(termination) 저항과 연결된 상기 커플러의 격리(isolation) 포트와 연결되는 전자 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 안테나 포트에서 측정되는 상기 신호의 반사 손실은, 상기 제1 전송 선로 및 상기 제3 전송 선로 간에 형성되는 제1 커패시터, 상기 제1 전송 선로 및 상기 제4 전송 선로 간에 형성되는 제2 커패시터, 및 상기 비아 홀 및 상기 제5 전송 선로 간에 형성되는 제3 커패시터가 병렬 연결됨으로써 형성되는 커패시턴스에 기반하여 제어되는 전자 장치.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 제5 전송 선로는, 복수의 비아(via)들에 의해 형성되는 전자 장치.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 안테나 보드는, 상기 제1 전송 선로로부터 돌출되고 상기 제1 전송 선로와 평행하지 않도록 배치된 임피던스 정합을 위한 스텁(stub)을 더 포함하고,
    상기 스텁은, 상기 제2 전송 선로와 이격되어 배치되는 전자 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 안테나 포트에서 측정되는 상기 신호의 반사 손실은, 상기 제1 전송 선로 및 상기 제3 전송 선로 간에 형성되는 제1 커패시터, 상기 제1 전송 선로 및 상기 제4 전송 선로 간에 형성되는 제2 커패시터, 및 상기 비아 홀 및 상기 제5 전송 선로 간에 형성되는 제3 커패시터가 병렬 연결됨으로써 형성되는 커패시턴스 및 상기 스텁에 의해 형성되는 인덕턴스에 기반하여 제어되는 전자 장치.

  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 안테나 보드는, 상기 커플러를 차폐하기 위한 구조물을 더 포함하고,
    상기 구조물은, 상기 커플러의 상부를 덮도록 배치되고,
    상기 구조물의 양 종단들은, 결합을 위한 구성 요소에 의해 상기 안테나 보드에 고정되는 전자 장치.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 구조물의 양 종단들과 접촉하는 부분들에서, 상기 안테나 보드를 세로로 관통하는 비아(via)들이 형성되는 전자 장치.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 제2 전송 선로는, 제1 면 및 상기 제1 면과 평행한 제2 면을 포함하고,
    상기 제2 전송 선로의 상기 제1 면에 유전체가 부착되고,
    상기 제2 전송 선로는, 상기 제2 면을 통해 상기 안테나 보드에 장착되는 전자 장치.
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