KR102499764B1

KR102499764B1 - 안테나를 구비하는 전자 기기

Info

Publication number: KR102499764B1
Application number: KR1020217025679A
Authority: KR
Inventors: 유승우; 이주희; 정준영; 김형정
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2023-02-16
Also published as: KR20210109035A; US20220336946A1; WO2021045268A1

Abstract

본 발명에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 제1 기판과 제2 기판 사이에 구비되고, 상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며, 상부에 개구부를 구비한 콘 방사체; 상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치; 상기 금속 패치와 상기 제2 기판의 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀; 상기 제2 기판 상에 형성되고, 하부 개구부를 통해 신호를 전달하도록 구성된 급전부; 및 상기 하부 개구부를 둘러싸도록 원기둥 형상으로 구성된 유전체(dielectric)를 포함하는 콘 안테나를 포함하여, 5G Sub 6 대역까지 넓은 주파수 대역에서 동작하는 콘 안테나를 제공하면서, 급전부의 최적 구조를 제공할 수 있다.

Description

안테나를 구비하는 전자 기기

본 발명은 광대역 안테나를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 저주파수 대역에서 5GHz 대역까지 동작하는 콘 안테나를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다.

전자기기(electronic devices)는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)으로 나뉠 수 있다. 다시 전자기기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mounted terminal)로 나뉠 수 있다.

전자기기의 기능은 다양화되고 있다. 예를 들면, 데이터와 음성통신, 카메라를 통한 사진촬영 및 비디오 촬영, 음성녹음, 스피커 시스템을 통한 음악파일 재생 그리고 디스플레이부에 이미지나 비디오를 출력하는 기능이 있다. 일부 단말기는 전자게임 플레이 기능이 추가되거나, 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다. 특히 최근의 이동 단말기는 방송과 비디오나 텔레비전 프로그램과 같은 시각적 컨텐츠를 제공하는 멀티캐스트 신호를 수신할 수 있다.

이와 같은 전자기기는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.

이러한 전자기기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.

상기 시도들에 더하여, 최근 전자기기는 LTE 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공하고 있다. 또한, 향후에는 5G 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공할 것으로 기대된다. 한편, LTE 주파수 대역 중 일부를 5G 통신 서비스를 제공하기 위하여 할당될 수 있다.

이와 관련하여, 이동 단말기는 5G 통신 서비스를 다양한 주파수 대역에서 제공하도록 구성될 수 있다. 최근에는 6GHz 대역 이하의 Sub6 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 하지만, 향후에는 보다 빠른 데이터 속도를 위해 Sub6 대역 이외에 밀리미터파(mmWave) 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공할 것으로 예상된다.

이에 따라, LTE 주파수 대역과 5G Sub6 주파수 대역에서 모두 동작하는 광대역 안테나가 전자 기기에 배치될 필요가 있다. 하지만, 콘 안테나와 같은 광대역 안테나는 전체 안테나 크기가 증가하고 무게가 증가하는 문제점이 있다.

또한, 콘 안테나와 같은 광대역 안테나를 기존의 평면형 안테나(planar antenna)에 비해 입체 구조로 구현될 수 있다. 따라서, 이러한 입체 구조의 콘 안테나를 어떠한 방식으로 전자 기기 또는 차량 내에 배치할 지 구체적인 배치 구조가 제시된 바 없다는 문제점이 있다.

또한, 콘 안테나가 배치되는 다층 기판 구조에서, 급전부가 배치되는 경우 기판의 그라운드 평면에 금속이 제거될 수 있다. 이와 관련하여, 그라운드 평면에 금속이 제거됨에 따라 해당 기판의 영역에 신호선이 배치되기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 저주파수 대역에서 5GHz 대역까지 동작하는 광대역 안테나 소자를 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다

본 발명의 다른 일 목적은, 광대역 안테나를 급전하는 급전부가 배치되는 기판의 그라운드 영역에도 금속이 제거되지 않도록 최적 구조의 급전 구조를 제공하기 위한 것이다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 제1 기판과 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체; 상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치; 상기 금속 패치와 상기 제2 기판의 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀; 상기 제2 기판 상에 형성되고, 하부 개구부를 통해 신호를 전달하도록 구성된 급전부; 및 상기 하부 개구부를 둘러싸도록 원기둥 형상으로 구성된 유전체(dielectric)를 포함하는 콘 안테나를 포함하여, 5G Sub 6 대역까지 넓은 주파수 대역에서 동작하는 콘 안테나를 제공하면서, 급전부의 최적 구조를 제공할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 콘 방사체에 급전부를 통해 연결되고, 상기 콘 안테나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 급전부는 상기 하부 개구부의 형상에 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성된다.

일 실시 예에 따르면, 상기 유전체는 상기 급전부의 전송 선로가 형성되는 영역에는 소정 각도 범위에서 유전체가 일부 제거된 입체 부채꼴(three-dimensional sector) 형태로 형성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 링 형상의 상기 급전부의 단부의 상부에 상기 입체 부채꼴 형상의 상기 유전체가 배치되어, 상기 급전부 단부의 링 직경과 상기 하부 개구부의 직경이 감소될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 급전부의 단부와 상기 단부에 연결된 전송 선로 영역의 하부 영역은, 상기 제2 기판의 상기 그라운드 층이 제거되지 않고 채워질 수 있다. 이에 따라, 전자 기기 또는 차량에서 저주파수 대역에서 5G Sub 6 대역까지 동작하는 콘 안테나의 성능을 유지하면서, 급전부 주변에 신호선들을 배치할 수 있다는 장점이 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 단락 핀은 상기 금속 패치와 상기 제2 기판 사이에 수직 연결된 하나의 단락 핀으로 형성되고, 상기 하나의 단락 핀에 의해, 상기 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 단락 핀은 상기 금속 패치와 상기 제2 기판 사이를 수직 연결하도록 구성된 소정 직경의 나사(screw)로 형성되고, 상기 단락 핀에 해당하는 상기 나사를 둘러싸도록 형성되고, 소정 직경의 원기둥 형상으로 구성된 제2 유전체를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 지지하도록 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 수직하게 연결하도록 구성된 적어도 하나의 비-금속 지지체(non-metal supporter)를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 제2 기판의 상기 채워진 그라운드 층에 대응하는 상기 제3 기판의 배면에는 신호선이 배치되고, 상기 신호선에 대응하는 상기 채워진 그라운드 층에 의해 신호 손실이 저감될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 콘 안테나는 상기 콘 안테나의 상기 상부 개구부를 형성하고, 상기 콘 안테나를 상기 제1 기판과 연결하도록 구성된 복수의 외곽 림(outer rib); 및 상기 외곽 림과 상기 제1 기판을 연결하도록 구성된 복수의 체결구(fastener)를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 급전부 단부의 내부를 통해 상기 제2 기판과 연결되도록 구성된 체결구(fastener)를 더 포함하고, 상기 체결구를 통해 상기 급전부가 형성된 상기 제2 기판과 상기 콘 방사체가 고정될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 금속 패치는 상기 콘 안테나의 상부 개구의 일부 영역을 둘러싸도록 일 측에만 배치되어, 상기 금속 패치를 포함한 상기 콘 안테나의 크기를 최소화할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 금속 패치는 외측 형상(outer side shape)이 사각형 형태인 사각 패치(rectangular patch)로 형성되고, 상기 사각 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상기 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성되어, 상기 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 상기 사각 패치의 내측을 통해 커플링되도록 형성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 금속 패치는 외곽 형상이 원형 형태인 원형 패치(circular patch)로 형성되고, 상기 원형 패치의 내측 형상은 상기 상부 개구부의 외측 형상에 대응되도록 원형으로 형성되어, 상기 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 상기 원형 패치의 내측을 통해 커플링되도록 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따른 차량은 제1 기판과 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 개구부를 구비한　콘 방사체; 상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치; 상기 금속 패치와 상기 제2 기판의 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀; 상기 제2 기판 상에 형성되고, 하부 개구부를 통해 신호를 전달하도록 구성된 급전부; 및 상기 하부 개구부를 둘러싸도록 원기둥 형상으로 구성된 유전체(dielectric)을 포함하도록 구성 가능하다.

일 실시 예에 따르면, 상기 콘 안테나는 상기 전자 기기에 배치되는 복수의 콘 안테나들로 구현되고. 상기 콘 방사체에 상기 급전부를 통해 연결되고, 상기 콘 안테나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로; 및 상기 송수신부 회로의 동작을 제어하는 프로세서를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 프로세서는 상기 복수의 콘 안테나들을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부를 제어할 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 급전부는 상기 하부 개구부의 형상에 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성되고, 상기 유전체는 상기 급전부의 전송 선로가 형성되는 영역에는 소정 각도 범위에서 유전체가 일부 제거된 입체 부채꼴(three-dimensional sector) 형태로 형성될 수 있다.

일 실시 예에 따르면, 상기 급전부의 단부와 상기 단부에 연결된 전송 선로 영역의 하부 영역은, 상기 제2 기판의 상기 그라운드 층이 제거되지 않고 채워질 수 있다.

본 발명에 따르면, 저주파수 대역에서 5G Sub 6 대역까지 넓은 주파수 대역에서 동작하는 콘 안테나를 제공하면서, 급전부의 최적 구조를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전자 기기 또는 차량에서 저주파수 대역에서 5G Sub 6 대역까지 동작하는 콘 안테나의 성능을 유지하면서, 급전부 주변에 신호선들을 배치할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 콘 안테나의 급전부 주변에 신호선이 배치될 수 있도록 그라운드가 금속으로 채워질 수 있는 입체 형상의 유전체가 급전부 주변에 배치되는 콘 안테나를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 다양한 형상의 금속 패치를 콘 안테나의 상부 개구부 주변에 배치하여, 안테나 동작 주파수 및 설계 조건에 따라 최적의 구조의 광대역 안테나를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 콘 안테나 상부 영역에 금속 패치가 배치되는 영역과 단락 핀의 개수를 최적화하여, 전체 안테나 크기를 최소화하면서 안테나 특성을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.

도 1a는 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 전자 기기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기또는 차량의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 전자 기기의 복수의 안테나들이 배치될 수 있는 구성의 예시를 나타낸다.
도 4a는 본 발명과 관련하여, 급전부 주변의 그라운드 영역이 제거된 콘 안테나와 급전부의 3차원 구조의 사시도를 나타낸다.
도 4b는 본 발명에 따른 콘 안테나와 급전부의 3차원 구조의 사시도(perspective view)를 나타낸다.
도 4c는 본 발명에 따른 콘 안테나와 급전부의 3차원 구조도의 측면도(side view)를 나타낸다.
도 5a는 본 발명에 따른 콘 안테나 하부와 유전체 및 유전체가 배치된 급전부를 확대한 사시도이다.
도 5b는 본 발명에 따른 유전체와 유전체가 배치된 급전부를 확대한 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 콘 안테나 하부와 유전체가 배치된 급전부를 확대한 전면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 콘 안테나의 하부 직경(lower diameter) 변화에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 콘 방사체가 고정되는 하부 기판의 그라운드 홀 크기(ground hole size) 변화에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다. 한편, 도 8c는 본 발명에 따른 그라운드 패턴 제거 유무에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 Cone with single shorting pin 구조의 콘 안테나의 전면도를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Cone with two shorting pin 구조의 콘 안테나를 구비하는 전자 기기를 나타낸다.
도 11a는 2개의 단락 핀을 구비한 콘 안테나와 같은 대칭 구조에 대한 방사 패턴을 나타낸다. 반면에, 도 11b는 하나의 단락 핀을 구비한 콘 안테나와 같은 구조에 대한 방사 패턴을 나타낸다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다.
도 13은 본 발명에 따른 복수 개의 단락 핀이 대칭 형태로 복수의 금속 패치를 구비하는 하이브리드 콘 안테나를 구비한 차량의 방사패턴의 일 예시를 나타낸다.
도 14a는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들을 구비하는 전자 기기 또는 차량의 형상을 나타낸다. 또한, 도 14b는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들, 송수신부 회로 및 프로세서를 구비하는 전자 기기 또는 차량의 구조를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.

그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 도 1a는 본 발명과 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이고, 도 1b 및 1c는 본 발명과 관련된 전자 기기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.

상기 전자 기기(100)는 무선 통신부(110), 입력부(120), 센싱부(140), 출력부(150), 인터페이스부(160), 메모리(170), 제어부(180) 및 전원 공급부(190) 등을 포함할 수 있다. 도 1a에 도시된 구성요소들은 전자 기기를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 전자 기기는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신부(110)는, 전자 기기(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 네트워크는 예컨대 4G 통신 네트워크 및 5G 통신 네트워크일 수 있다.

이러한 무선 통신부(110)는, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113), 위치정보 모듈(114) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

4G 무선 통신 모듈(111)은 4G 이동통신 네트워크를 통해 4G 기지국과 4G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 송신 신호를 4G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 수신 신호를 4G 기지국으로부터 수신할 수 있다.

이와 관련하여, 4G 기지국으로 전송되는 복수의 4G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다. 또한, 4G 기지국으로부터 수신되는 복수의 4G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다.

5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 여기서, 4G 기지국과 5G 기지국은 비-스탠드 얼론(NSA: Non-Stand-Alone) 구조일 수 있다. 예컨대, 4G 기지국과 5G 기지국은 셀 내 동일한 위치에 배치되는 공통-배치 구조(co-located structure)일 수 있다. 또는, 5G 기지국은 4G 기지국과 별도의 위치에 스탠드-얼론(SA: Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다.

5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 수신 신호를 5G 기지국으로부터 수신할 수 있다.

이때, 5G 주파수 대역은 4G 주파수 대역과 동일한 대역을 사용할 수 있고, 이를 LTE 재배치(re-farming)이라고 지칭할 수 있다. 한편, 5G 주파수 대역으로, 6GHz 이하의 대역인 Sub6 대역이 사용될 수 있다.

반면, 광대역 고속 통신을 수행하기 위해 밀리미터파(mmWave) 대역이 5G 주파수 대역으로 사용될 수 있다. 밀리미터파(mmWave) 대역이 사용되는 경우, 전자 기기(100)는 기지국과의 통신 커버리지 확장(coverage expansion)을 위해 빔 포밍(beam forming)을 수행할 수 있다.

한편, 5G 주파수 대역에 관계없이, 5G 통신 시스템에서는 전송 속도 향상을 위해, 더 많은 수의 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)을 지원할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 기지국으로 전송되는 복수의 5G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) MIMO가 수행될 수 있다. 또한, 5G 기지국으로부터 수신되는 복수의 5G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) MIMO가 수행될 수 있다.

한편, 무선 통신부(110)는 4G 무선 통신 모듈(111)과 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 기지국 및 5G 기지국과 이중 연결(DC: Dual Connectivity) 상태일 수 있다. 이와 같이, 4G 기지국 및 5G 기지국과의 이중 연결을 EN-DC(EUTRAN NR DC)이라 지칭할 수 있다. 여기서, EUTRAN은 Evolved Universal Telecommunication Radio Access Network로 4G 무선 통신 시스템을 의미하고, NR은 New Radio로 5G 무선 통신 시스템을 의미한다.

한편, 4G 기지국과 5G 기지국이 공통-배치 구조(co-located structure)이면, 이종 반송파 집성(inter-CA(Carrier Aggregation)을 통해 스루풋(throughput) 향상이 가능하다. 따라서, 4G 기지국 및 5G 기지국과 EN-DC 상태이면, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다.

근거리 통신 모듈(113)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth™), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 통신 모듈(114)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100, 또는 외부서버)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.

한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 이용하여 전자 기기 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 기지국을 경유하지 않고 전자 기기들 간에 D2D (Device-to-Device) 방식에 의해 근거리 통신이 수행될 수 있다.

한편, 전송 속도 향상 및 통신 시스템 융합(convergence)을 위해, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112) 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(111)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈(112)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 5G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.

위치정보 모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예를 들어, 전자 기기는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 전자 기기는 Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 필요에 따라서, 위치정보모듈(114)은 치환 또는 부가적으로 전자 기기의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신부(110)의 다른 모듈 중 어느 기능을 수행할 수 있다. 위치정보모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위해 이용되는 모듈로, 전자 기기의 위치를 직접적으로 계산하거나 획득하는 모듈로 한정되지는 않는다.

구체적으로, 전자 기기는 5G 무선 통신 모듈(112)을 활용하면, 5G 무선 통신 모듈 과 무선신호를 송신 또는 수신하는 5G 기지국의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 특히, 밀리미터파(mmWave) 대역의 5G 기지국은 좁은 커버리지를 갖는 소형 셀(small cell)에 배치(deploy)되므로, 전자 기기의 위치를 획득하는 것이 유리하다.

입력부(120)는, 영상 신호 입력을 위한 카메라(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 122), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(123, 예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력부(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.

센싱부(140)는 전자 기기 내 정보, 전자 기기를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센싱부(140)는 근접센서(141, proximity sensor), 조도 센서(142, illumination sensor), 터치 센서(touch sensor), 가속도 센서(acceleration sensor), 자기 센서(magnetic sensor), 중력 센서(G-sensor), 자이로스코프 센서(gyroscope sensor), 모션 센서(motion sensor), RGB 센서, 적외선 센서(IR 센서: infrared sensor), 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 122 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 전자 기기는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.

출력부(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이부(151), 음향 출력부(152), 햅팁 모듈(153), 광 출력부(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 디스플레이부(151)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(123)로써 기능함과 동시에, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다.

인터페이스부(160)는 전자 기기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부 기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 인터페이스부(160)는, 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 기기(100)에서는, 상기 인터페이스부(160)에 외부 기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부 기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.

또한, 메모리(170)는 전자 기기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 전자 기기(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 전자 기기(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 전자 기기(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 전자 기기(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 전자 기기(100) 상에 설치되어, 제어부(180)에 의하여 상기 전자 기기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.

제어부(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 기기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 제어부(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다.

또한, 제어부(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 제어부(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 전자 기기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.

전원공급부(190)는 제어부(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 전자 기기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 배터리를 포함하며, 상기 배터리는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다.

상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 전자 기기 상에서 구현될 수 있다.

도 1 b 및 1c를 참조하면, 개시된 전자 기기(100)는 바 형태의 단말기 바디를 구비하고 있다. 다만, 본 발명은 여기에 한정되지 않고 와치 타입, 클립 타입, 글래스 타입 또는 2 이상의 바디들이 상대 이동 가능하게 결합되는 폴더 타입, 플립 타입, 슬라이드 타입, 스윙 타입, 스위블 타입 등 다양한 구조에 적용될 수 있다. 전자 기기의 특정 유형에 관련될 것이나, 전자 기기의 특정유형에 관한 설명은 다른 타입의 전자 기기에 일반적으로 적용될 수 있다.

여기에서, 단말기 바디는 전자 기기(100)를 적어도 하나의 집합체로 보아 이를 지칭하는 개념으로 이해될 수 있다.

전자 기기(100)는 외관을 이루는 케이스(예를 들면, 프레임, 하우징, 커버 등)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전자 기기(100)는 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)를 포함할 수 있다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)의 결합에 의해 형성되는 내부공간에는 각종 전자부품들이 배치된다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102) 사이에는 적어도 하나의 미들 케이스가 추가로 배치될 수 있다.

단말기 바디의 전면에는 디스플레이부(151)가 배치되어 정보를 출력할 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이부(151)의 윈도우(151a)는 프론트 케이스(101)에 장착되어 프론트 케이스(101)와 함께 단말기 바디의 전면을 형성할 수 있다.

경우에 따라서, 리어 케이스(102)에도 전자부품이 장착될 수 있다. 리어 케이스(102)에 장착 가능한 전자부품은 착탈 가능한 배터리, 식별 모듈, 메모리 카드 등이 있다. 이 경우, 리어 케이스(102)에는 장착된 전자부품을 덮기 위한 후면커버(103)가 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 후면 커버(103)가 리어 케이스(102)로부터 분리되면, 리어 케이스(102)에 장착된 전자부품은 외부로 노출된다. 한편, 리어 케이스(102)의 측면 중 일부가 방사체(radiator)로 동작하도록 구현될 수 있다.

도시된 바와 같이, 후면커버(103)가 리어 케이스(102)에 결합되면, 리어 케이스(102)의 측면 일부가 노출될 수 있다. 경우에 따라서, 상기 결합시 리어 케이스(102)는 후면커버(103)에 의해 완전히 가려질 수도 있다. 한편, 후면커버(103)에는 카메라(121b)나 음향 출력부(152b)를 외부로 노출시키기 위한 개구부가 구비될 수 있다.

전자 기기(100)에는 디스플레이부(151), 제1 및 제2 음향 출력부(152a, 152b), 근접 센서(141), 조도 센서(142), 광 출력부(154), 제1 및 제2 카메라(121a, 121b), 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b), 마이크로폰(122), 인터페이스부(160) 등이 구비될 수 있다.

디스플레이부(151)는 전자 기기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이부(151)는 전자 기기(100)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.

또한, 디스플레이부(151)는 전자 기기(100)의 구현 형태에 따라 2개 이상 존재할 수 있다. 이 경우, 전자 기기(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.

디스플레이부(151)는 터치 방식에 의하여 제어 명령을 입력 받을 수 있도록, 디스플레이부(151)에 대한 터치를 감지하는 터치센서를 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 디스플레이부(151)에 대하여 터치가 이루어지면, 터치센서는 상기 터치를 감지하고, 제어부(180)는 이에 근거하여 상기 터치에 대응하는 제어명령을 발생시키도록 이루어질 수 있다. 터치 방식에 의하여 입력되는 내용은 문자 또는 숫자이거나, 각종 모드에서의 지시 또는 지정 가능한 메뉴항목 등일 수 있다.

이처럼, 디스플레이부(151)는 터치센서와 함께 터치 스크린을 형성할 수 있으며, 이 경우에 터치 스크린은 사용자 입력부(123, 도 1a 참조)로 기능할 수 있다. 경우에 따라, 터치 스크린은 제1조작유닛(123a)의 적어도 일부 기능을 대체할 수 있다.

제1음향 출력부(152a)는 통화음을 사용자의 귀에 전달시키는 리시버(receiver)로 구현될 수 있으며, 제2 음향 출력부(152b)는 각종 알람음이나 멀티미디어의 재생음을 출력하는 라우드 스피커(loud speaker)의 형태로 구현될 수 있다.

광 출력부(154)는 이벤트의 발생시 이를 알리기 위한 빛을 출력하도록 이루어진다. 상기 이벤트의 예로는 메시지 수신, 호 신호 수신, 부재중 전화, 알람, 일정 알림, 이메일 수신, 애플리케이션을 통한 정보 수신 등을 들 수 있다. 제어부(180)는 사용자의 이벤트 확인이 감지되면, 빛의 출력이 종료되도록 광 출력부(154)를 제어할 수 있다.

제1카메라(121a)는 촬영 모드 또는 화상통화 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이부(151)에 표시될 수 있으며, 메모리(170)에 저장될 수 있다.

제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 전자 기기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력 받기 위해 조작되는 사용자 입력부(123)의 일 예로서, 조작부(manipulating portion)로도 통칭될 수 있다. 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 터치, 푸시, 스크롤 등 사용자가 촉각적인 느낌을 받으면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 근접 터치(proximity touch), 호버링(hovering) 터치 등을 통해서 사용자의 촉각적인 느낌이 없이 조작하게 되는 방식으로도 채용될 수 있다.

한편, 전자 기기(100)에는 사용자의 지문을 인식하는 지문인식센서가 구비될 수 있으며, 제어부(180)는 지문인식센서를 통하여 감지되는 지문정보를 인증수단으로 이용할 수 있다. 상기 지문인식센서는 디스플레이부(151) 또는 사용자 입력부(123)에 내장될 수 있다.

마이크로폰(122)은 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력 받도록 이루어진다. 마이크로폰(122)은 복수의 개소에 구비되어 스테레오 음향을 입력 받도록 구성될 수 있다.

인터페이스부(160)는 전자 기기(100)를 외부기기와 연결시킬 수 있는 통로가 된다. 예를 들어, 인터페이스부(160)는 다른 장치(예를 들어, 이어폰, 외장 스피커)와의 연결을 위한 접속단자, 근거리 통신을 위한 포트[예를 들어, 적외선 포트(IrDA Port), 블루투스 포트(Bluetooth Port), 무선 랜 포트(Wireless LAN Port) 등], 또는 전자 기기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급단자 중 적어도 하나일 수 있다. 이러한 인터페이스부(160)는 SIM(Subscriber Identification Module) 또는 UIM(User Identity Module), 정보 저장을 위한 메모리 카드 등의 외장형 카드를 수용하는 소켓의 형태로 구현될 수도 있다.

단말기 바디의 후면에는 제2카메라(121b)가 배치될 수 있다. 이 경우, 제2카메라(121b)는 제1카메라(121a)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지게 된다.

제2카메라(121b)는 적어도 하나의 라인을 따라 배열되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈는 행렬(matrix) 형식으로 배열될 수도 있다. 이러한 카메라는, 어레이(array) 카메라로 명명될 수 있다. 제2카메라(121b)가 어레이 카메라로 구성되는 경우, 복수의 렌즈를 이용하여 다양한 방식으로 영상을 촬영할 수 있으며, 보다 나은 품질의 영상을 획득할 수 있다.

플래시(124)는 제2카메라(121b)에 인접하게 배치될 수 있다. 플래시(124)는 제2카메라(121b)로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향하여 빛을 비추게 된다.

단말기 바디에는 제2 음향 출력부(152b)가 추가로 배치될 수 있다. 제2 음향 출력부(152b)는 제1음향 출력부(152a)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 통화시 스피커폰 모드의 구현을 위하여 사용될 수도 있다.

단말기 바디에는 무선 통신을 위한 적어도 하나의 안테나가 구비될 수 있다. 안테나는 단말기 바디에 내장되거나, 케이스에 형성될 수 있다. 한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)와 연결되는 복수의 안테나는 단말기 측면에 배치될 수 있다. 또는, 안테나는 필름 타입으로 형성되어 후면 커버(103)의 내측면에 부착될 수도 있고, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나로서 기능하도록 구성될 수도 있다.

한편, 단말기 측면에 배치되는 복수의 안테나는 MIMO를 지원하도록 4개 이상으로 구현될 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 복수의 안테나 각각이 배열 안테나(array antenna)로 구현됨에 따라, 전자 기기에 복수의 배열 안테나가 배치될 수 있다.

단말기 바디에는 전자 기기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(190, 도 1a 참조)가 구비된다. 전원 공급부(190)는 단말기 바디에 내장되거나, 단말기 바디의 외부에서 착탈 가능하게 구성되는 배터리(191)를 포함할 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 다중 송신 시스템 구조 및 이를 구비하는 전자 기기, 특히 이종 무선 시스템(heterogeneous radio system)에서 전력 증폭기 및 이를 구비하는 전자 기기 또는 차량과 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.

도 2는 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기또는 차량의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 2를 참조하면, 전자 기기는 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220) 및 RFIC(250)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 모뎀(Modem, 400) 및 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor, 450)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 모뎀(Modem, 400)과 어플리케이션 프로세서(AP, 450)와 물리적으로 하나의 chip에 구현되고, 논리적 및 기능적으로 분리된 형태로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 물리적으로 분리된 chip의 형태로 구현될 수도 있다.

한편, 전자 기기는 수신부에서 복수의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 310 내지 340)을 포함한다. 여기서, 제1 전력 증폭기(210), 제2 전력 증폭기(220), 제어부(250) 및 복수의 저잡음 증폭기(310 내지 340)는 모두 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템에서 동작 가능하다. 이때, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 각각 4G 통신 시스템과 5G 통신 시스템일 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, RFIC(250)는 4G/5G 일체형으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. RFIC(250)가 4G/5G 일체형으로 구성되는 경우, 4G/5G 회로 간 동기화 (synchronization) 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 모뎀(400)에 의한 제어 시그널링이 단순화될 수 있다는 장점이 있다.

한편, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G RFIC 및 5G RFIC로 각각 지칭될 수 있다. 특히, 5G 대역이 밀리미터파 대역으로 구성되는 경우와 같이 5G 대역과 4G 대역의 대역 차이가 큰 경우, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. 이와 같이, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G 대역과 5G 대역 각각에 대하여 RF 특성을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.

한편, RFIC(250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우에도 4G RFIC 및 5G RFIC가 논리적 및 기능적으로 분리되고 물리적으로는 하나의 chip에 구현되는 것도 가능하다.

한편, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어하도록 구성한다. 구체적으로, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 모뎀(400)을 통해 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 전자 기기의 저전력 동작(low power operation)을 위해 전력 관리 IC (PMIC: Power Management IC)를 통해 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 모뎀(400)은 RFIC(250)를 통해 송신부 및 수신부의 전력 회로를 저전력 모드에서 동작시킬 수 있다.

이와 관련하여, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다고 판단되면, 모뎀(400)을 통해 RFIC(250)를 다음과 같이 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다면, 제1 및 제2 전력 증폭기(110, 120) 중 적어도 하나가 저전력 모드에서 동작하거나 또는 오프(off)되도록 모뎀(400)을 통해 RFIC(250)를 제어할 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 전자 기기가 low battery mode이면, 저전력 통신이 가능한 무선 통신을 제공하도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 4G 기지국, 5G 기지국 및 액세스 포인트 중 복수의 엔티티와 연결된 경우, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 가장 저전력으로 무선 통신이 가능하도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스루풋을 다소 희생하더라도 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 근거리 통신 모듈(113)만을 이용하여 근거리 통신을 수행하도록 모뎀(400)과 RFIC(250)를 제어할 수 있다.

또 다른 실시 예에 따르면, 전자 기기의 배터리 잔량이 임계치 이상이면, 최적의 무선 인터페이스를 선택하도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 배터리 잔량과 가용 무선 자원 정보에 따라 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 이때, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 배터리 잔량 정보는 PMIC로부터 수신하고, 가용 무선 자원 정보는 모뎀(400)으로부터 수신할 수 있다. 이에 따라, 배터리 잔량과 가용 무선 자원이 충분하면, 어플리케이션 프로세서(AP, 450)는 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(400)과 RFIC(250)를 제어할 수 있다.

한편, 도 2의 다중 송수신 시스템(multi-transceiving system)은 각각의 무선 시스템(radio System)의 송신부와 수신부를 하나의 송수신부로 통합할 수 있다. 이에 따라, RF 프론트 엔드(Front-end)에서 두 종류의 시스템 신호를 통합하는 회로부분을 제거할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 프론트 엔드 부품을 통합된 송수신부로 제어 가능하므로, 송수신 시스템이 통신 시스템 별로 분리되었을 경우보다 효율적으로 프론트 엔드 부품을 통합할 수 있다.

또한, 통신 시스템 별로 분리되는 경우, 필요에 따라 다른 통신 시스템을 제어하는 것이 불가능하거나, 이로 인한 시스템 지연(system delay)를 가중시키기 때문에 효율적인 자원 할당이 불가능하다. 반면에, 도 2와 같은 다중 송수신 시스템은, 필요에 따라 다른 통신 시스템을 제어하는 것이 가능하고, 이로 인한 시스템 지연을 최소화할 수 있어 효율적인 자원 할당이 가능한 장점이 있다.

한편, 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템 중 적어도 하나에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 통신 시스템이 4G 대역 또는 Sub6 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(220)는 제1 및 제2 통신 시스템에서 모두 동작 가능하다.

반면에, 5G 통신 시스템이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)는 어느 하나는 4G 대역에서 동작하고, 다른 하나는 밀리미터파 대역에서 동작할 수 있다.

한편, 송수신부와 수신부를 통합하여, 송수신 겸용 안테나를 이용하여 하나의 안테나로 2개의 서로 다른 무선 통신 시스템을 구현할 수 있다. 이때, 도 2와 같이 4개의 안테나를 이용하여 4x4 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 하향링크(DL)를 통해 4x4 DL MIMO가 수행될 수 있다.

한편, 5G 대역이 Sub6 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역에서 모두 동작하도록 구성될 수 있다. 반면에, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이때, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 별도의 복수 안테나 각각이 밀리미터파 대역에서 배열 안테나로 구성될 수 있다.

한편, 4개의 안테나 중 제1 전력 증폭기(210)와 제2 전력 증폭기(220)에 연결된 2개의 안테나를 이용하여 2x2 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 상향링크(UL)를 통해 2x2 UL MIMO (2 Tx)가 수행될 수 있다. 또는, 2x2 UL MIMO에 한정되는 것은 아니고, 1 Tx 또는 4 Tx로 구현 가능하다. 이때, 5G 통신 시스템이 1 Tx로 구현되는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220) 중 어느 하나만 5G 대역에서 동작하면 된다. 한편, 5G 통신 시스템이 4Tx로 구현되는 경우, 5G 대역에서 동작하는 추가적인 전력 증폭기가 더 구비될 수 있다. 또는, 하나 또는 두 개의 송신 경로 각각에서 송신 신호를 분기하고, 분기된 송신 신호를 복수의 안테나에 연결할 수 있다.

한편, RFIC(250)에 해당하는 RFIC 내부에 스위치 형태의 분배기(Splitter) 또는 전력 분배기(power divider)가 내장되어 있어, 별도의 부품이 외부에 배치될 필요가 없고 이로 인해 부품 실장성을 개선시킬 수 있다. 구체적으로, 제어부(250)에 해당하는 RFIC 내부에 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태의 스위치를 사용하여 2개의 서로 다른 통신 시스템의 송신부(TX) 선택이 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기는 듀플렉서(duplexer, 231), 필터(232) 및 스위치(233)를 더 포함할 수 있다.

듀플렉서(231)는 송신 대역과 수신 대역의 신호를 상호 분리하도록 구성된다. 이때, 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 통해 송신되는 송신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트를 통해 안테나(ANT1, ANT4)에 인가된다. 반면에, 안테나(ANT1, ANT4)를 통해 수신되는 수신 대역의 신호는 듀플렉서(231)의 제2 출력포트를 통해 저잡음 증폭기(310, 340)로 수신된다.

필터(232)는 송신 대역 또는 수신 대역의 신호를 통과(pass)시키고 나머지 대역의 신호는 차단(block)하도록 구성될 수 있다. 이때, 필터(232)는 듀플렉서(231)의 제1 출력 포트에 연결되는 송신 필터와 듀플렉서(231)의 제2 출력포트에 연결되는 수신 필터로 구성될 수 있다. 대안적으로, 필터(232)는 제어 신호에 따라 송신 대역의 신호만을 통과시키거나 또는 수신 대역의 신호만을 통과시키도록 구성될 수 있다.

스위치(233)는 송신 신호 또는 수신 신호 중 어느 하나만을 전달하도록 구성된다. 본 발명의 일 실시 예에서, 스위치(233)는 시분할 다중화(TDD: Time Division Duplex) 방식으로 송신 신호와 수신 신호를 분리하도록 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 이때, 송신 신호와 수신 신호는 동일 주파수 대역의 신호이고, 이에 따라 듀플렉서(231)는 서큘레이터(circulator) 형태로 구현될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에서, 스위치(233)는 주파수 분할 다중화(FDD: Time Division Duplex) 방식에서도 적용 가능하다. 이때, 스위치(233)는 송신 신호와 수신 신호를 각각 연결 또는 차단할 수 있도록 DPDT (Double Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 한편, 듀플렉서(231)에 의해 송신 신호와 수신 신호의 분리가 가능하므로, 스위치(233)가 반드시 필요한 것은 아니다.

한편, 본 발명에 따른 전자 기기는 제어부에 해당하는 모뎀(400)을 더 포함할 수 있다. 이때, RFIC(250)와 모뎀(400)을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC(250)와 모뎀(400)은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC(250)와 모뎀(400)은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다.

모뎀(400)은 RFIC(250)를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)을 통해 획득할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel)을 통해 수신될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

모뎀(400)은 특정 시간 및 주파수 자원에서 제1 통신 시스템 및/또는 제2 통신 시스템을 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 RFIC(250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, RFIC(250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 송신하도록 제1 및 제2 전력 증폭기(210, 220)를 포함한 송신 회로들을 제어할 수 있다. 또한, RFIC(250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 수신하도록 제1 내지 제4 저잡음 증폭기(310 내지 340)를 포함한 수신 회로들을 제어할 수 있다.

한편, 도 2와 같은 다중 송수신 시스템이 구비된 본 발명에 따른 서로 다른 대역에서 동작하는 배열 안테나를 구비하는 전자기기의 구체적인 동작 및 기능에 대해서 이하에서 검토하기로 한다.

본 발명에 따른 5G 통신 시스템에서, 5G 주파수 대역은 LTE 주파수 대역보다 높은 Sub6 대역 및/또는 LTE 주파수 대역을 포함할 수 있다. 이와 같이, 4G 통신 시스템과 5G 통신 시스템을 모두 지원할 수 있든 광대역 안테나가 전자 기기에 제공될 필요가 있다. 이와 관련하여, 본 발명은 저주파수 대역에서 약 5GHz 대역까지 동작 가능한 광대역 안테나 (예컨대, 콘 안테나)를 제공한다.

도 3은 본 발명에 따른 전자 기기의 복수의 안테나들이 배치될 수 있는 구성의 예시를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 전자 기기(100)의 배면에 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d 또는 1150B)이 배치될 수 있다. 대안적으로, 전자 기기(100)의 측면에 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2)이 배치될 수 있다. 여기서, 전자 기기는 사용자 단말(UE) 이외에 통신 중계 장치(communication relay apparatus), 소형 셀 기지국 또는 기지국 등에 구현될 수 있다. 여기서, 통신 중계 장치는 5G 통신 서비스를 실내에서 제공할 수 있는 CPE (Customer Premises Equipment)일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 콘 안테나는 전자 기기 이외에 차량(vehicle)에 탑재되어 4G 통신 서비스 및 5G 통신 서비스를 제공할 수 있다.

한편, 도 2를 참조하면, 전자 기기(100)의 측면 또는 배면에 복수의 안테나들(예컨대, 콘 안테나들) (ANT 1 내지 ANT 4)이 배치될 수 있다.

한편, 도 2 및 도 3을 참조하면, 복수의 안테나들(ANT 1 내지 ANT 4)에 해당하는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d) 각각은 하나의 콘 안테나로 구성될 수 있다. 전자 기기는 복수의 콘 안테나들(1110a 내지 1110d) 중 어느 하나의 안테나를 통해 기지국과 통신이 가능하다. 또는, 전자 기기는 복수의 콘 안테나들(1110a 내지 1110d) 중 둘 이상의 안테나를 통해 기지국과 다중 입출력(MIMO) 통신이 가능하다.

한편, 본 발명은 전자 기기(100)의 측면에 복수의 콘 안테나들(1110S1 및 1110S2)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 도시된 바와 달리, 전자 기기(100)의 측면에 복수의 콘 안테나들(1110S1 내지 1110S4)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 한편, 전자 기기는 복수의 콘 안테나들(1110S1 내지 1110S4) 중 어느 하나의 안테나를 통해 기지국과 통신이 가능하다. 또는, 전자 기기는 복수의 콘 안테나들(1110S1 내지 1110S4) 중 둘 이상의 안테나를 통해 기지국과 다중 입출력(MIMO) 통신이 가능하다.

한편, 본 발명은 전자 기기(100)의 배면 및/또는 측면에 복수의 콘 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 내지 1110S4)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 한편, 전자 기기는 복수의 콘 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 내지 1110S4) 중 어느 하나의 안테나를 통해 기지국과 통신이 가능하다. 또는, 전자 기기는 복수의 콘 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 내지 1110S4) 중 둘 이상의 안테나를 통해 기지국과 다중 입출력(MIMO) 통신이 가능하다.

이하에서는, 본 발명에 따른 콘 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 살펴보기로 한다.

이와 관련하여, 도 4a 및 도 4c는 본 발명에 따른 저주파수 대역에서 약 5GHz 대역까지 동작 가능한 광대역 안테나 (예컨대, 콘 안테나)에서 급전부의 상세한 구조를 나타낸다. 구체적으로, 도 4a는 본 발명과 관련하여, 급전부 주변의 그라운드 영역이 제거된 콘 안테나와 급전부의 3차원 구조의 사시도를 나타낸다. 한편, 도 4b는 본 발명에 따른 콘 안테나와 급전부의 3차원 구조의 사시도(perspective view)를 나타낸다. 한편, 도 4c는 본 발명에 따른 콘 안테나와 급전부의 3차원 구조도의 측면도(side view)를 나타낸다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기는 콘 안테나(1100)를 포함한다. 여기서, 콘 안테나(1100)는 금속 패치(1101), 콘 방사체(1100R) 단락 핀(1102) 및 급전부(1105)를 포함하도록 구성 가능하다.

한편, 도 4a에서 콘 방사체(1100R)를 급전하는 급전부(1105)가 배치되는 제2 기판(S2)의 배면에는 급전부(1105)에 대응하는 그라운드 층(GND)이 제거된다. 이에 따라, 급전부(1105)에 대응하는 그라운드 층(GND)이 제거됨에 따라 제2 기판(S2) 또는 제2 기판(S2)과 체결되는 다른 기판에서 신호선에 대한 그라운드 특성이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 도 4b와 같이 콘 방사체(1100R)의 하부 개구부를 둘러싸도록 유전체(dielectric, 1105a)를 급전부(1105) 상부에 배치한다. 이와 관련하여, 도 5a는 본 발명에 따른 콘 안테나 하부와 유전체 및 유전체가 배치된 급전부를 확대한 사시도이다. 한편, 도 5b는 본 발명에 따른 유전체와 유전체가 배치된 급전부를 확대한 사시도이다. 또한, 도 6은 본 발명에 따른 콘 안테나 하부와 유전체가 배치된 급전부를 확대한 전면도이다

도 4b 내지 도 6을 참조하면, 콘 안테나(1100)는 상부 기판(upper substrate)에 해당하는 제1 기판(S1), 하부 기판(lower substrate)에 해당하는 제2 기판(S2) 및 콘 방사체(1100R)를 포함하도록 구성 가능하다. 또한, 콘 안테나(1100)는 금속 패치(1101), 단락 핀(shorting pin, 1102), 급전부(1105)를 더 포함하도록 구성 가능한다.

또한, 콘 안테나(1100)는 외곽 림(outer rim, 1103)과 외곽 림(1103)을 통해 제1 기판(S1)과 고정되도록 하는 체결구(fastener, 1104)를 더 포함하도록 구성 가능하다. 또한, 콘 안테나(1100)는 비-금속 지지체(non-metal supporter, 1106) 및 급전부(1105)를 체결하는 체결구(fastener, 1107)를 더 포함하도록 구성 가능하다. 여기서, 체결구(1104, 1107)는 소정 직경을 갖는 나사(screw)와 같은 체결구로 구현 가능하다.

이와 관련하여, 제2 기판(S2)은 제1 기판(S1)과 소정 간격으로 이격되고,　그라운드 층(GND)을 구비할 수 있다. 한편, 콘 방사체(1100R)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 사이에 구비되도록 배치될 수 있다. 구체적으로, 콘 방사체(1100R)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 연결하도록, 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2) 간을 수직 연결할 수 있다. 또한, 콘 방사체(1100R)는 상부는 제1 기판(S1)과 연결되고, 하부는 제2 기판(S2)과 연결되며,　상부에 상부 개구부(upper aperture)를 구비하도록 구성 가능하다.

한편, 금속 패치(1101)는 제1 기판(S1)에 형성되며, 상부 개구부에 이격되게 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)는 도 4b와 같이 외측 형상(outer side shape)이 원형 형태인 원형 패치(circular patch)로 형성될 수 있다. 하지만, 금속 패치(1101)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니고, 같이 외측 형상이 사각형 형태인 사각 패치(rectangular patch)로 형성될 수 있다.

한편, 금속 패치(1101)의 내측 형상(inner side shape)은 금속 패치(1101)의 외측 형상에 관계없이, 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이를 통해, 콘 방사체(1100R)로부터 방사되는 신호가 금속 패치(1101)의 내측을 통해 커플링되도록 형성될 수 있다.

한편, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구의 일부 영역을 둘러싸도록 일 측에만 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)를 포함한 콘 안테나(1100)의 전체 크기를 최소화할 수 있다. 하지만, 이러한 금속 패치(1101)의 형상과 배치 형태는 상부 개구의 일 측에만 배치된 원형 패치에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 금속 패치(1101)는 일 측에 배치된 사각 패치, 양 측에 배치된 원형 패치 또는 양 측에 배치된 사각 패치로 구현 가능하다. 이와 같은 금속 패치(1101)의 형상과 배치 형태에 대해서는 아래에서 상세하게 설명하기로 한다.

한편, 급전부(1105)는 제2 기판(S2) 상에 형성되고, 하부 개구부(lower aperture)를 통해 신호를 전달하도록 구성된다. 이를 위해, 급전부(1105)는 하부 개구부의 형상에 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성될 수 있다.

한편, 유전체(dielectric, 1105a)는 콘 방사체(1100R)의 하부 개구부를 둘러싸도록 원기둥 형상으로 구성될 수 있다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 유전체(1105a)는 급전부(1105)의 전송 선로가 형성되는 영역에는 소정 각도 범위에서 유전체가 일부 제거된 입체 부채꼴(three-dimensional sector) 형태로 형성될 수 있다. 이에 따라, 링 형상의 급전부(1105)의 단부의 상부에 입체 부채꼴 형상의 유전체(1105a)가 배치되어, 급전부(1105) 단부의 링 직경은 감소되고 하부 개구부의 직경은 증가될 수 있다. 예를 들어, 도 4a와 같이 급전부의 상부에 유전체가 배치되지 않은 경우, 방사체의 하부 콘 직경은 3mm일 수 있다. 반면에, 도 4b 내지 도 6과 같이 급전부(1105)의 상부에 유전체(1105a)가 배치된 경우, 방사체(1100R)의 하부 콘 직경은 5mm일 수 있다.

이와 관련하여, 도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 콘 안테나의 하부 직경(lower diameter) 변화에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다. 구체적으로, 도 7a는 저주파수(614MHz)부터 동작하는 2개의 단락 핀과 원형 패치를 갖는 콘 안테나에 대한 반사 계수 특성을 나타낸다. 반면에, 도 7b는 중간주파수(1400MHz)부터 동작하는 하나의 단락 핀과 사각 패치를 갖는 콘 안테나에 대한 반사 계수 특성을 나타낸다. 구체적으로, 도 7b는 하나의 단락 핀(1102)과 방사체(1100R)의 일 측에 사각 패치 형태의 금속 패치(1101)를 갖는 콘 안테나(1100)에 해당한다. 도 7a 및 도 7b에서, 콘 안테나의 하부 직경을 1mm, 3mm, 5mm로 2mm만큼 변경할 수 있다.

이 경우, 콘 안테나(1100)의 하부 직경의 크기가 작을수록 고주파수 대역에서 정합 특성이 개선됨을 알 수 있다. 또한, 콘 방사체(1100R)의 하부 직경의 크기가 작을수록 대역폭 특성이 개선됨을 알 수 있다. 따라서, 본 발명과 관련하여 도 7b를 참조하면, 콘 안테나(1100)의 하부 직경의 크기를 작게 구현하면 안테나 특성이 개선된다. 하지만, 콘 안테나(1100)의 하부 직경의 크기를 작게 구현하는 경우, 콘 방사체(1100R)를 안정적으로 지지하기 어렵다는 문제점이 있다.

한편, 도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 콘 방사체가 고정되는 하부 기판의 그라운드 홀 크기(ground hole size) 변화에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다. 구체적으로, 도 8a는 저주파수(614MHz)부터 동작하는 2개의 단락 핀과 원형 패치를 갖는 콘 안테나에 대한 반사 계수 특성을 나타낸다. 반면에, 도 8b는 중간주파수(1400MHz)부터 동작하는 하나의 단락 핀과 사각 패치를 갖는 콘 안테나에 대한 반사 계수 특성을 나타낸다.

구체적으로, 도 8b는 하나의 단락 핀(1102)과 방사체(1100R)의 일 측에 사각 패치 형태의 금속 패치(1101)를 갖는 콘 안테나(1100)에 해당한다. 도 8a 및 도 8b에서, 그라운드 홀 크기를 3mm, 5mm, 7mm로 2mm만큼 변경할 수 있다. 여기서, "그라운드 홀"영역의 의미는 제2 기판의 배면의 그라운드에서 콘 방사체(1100R)의 하부 영역에 대응하는 영역에서 그라운드가 홀 형태로 제거된 영역을 의미한다.

한편, 제2 기판 배면의 그라운드 홀 크기가 작을수록 고주파수 대역에서 정합 특성이 개선됨을 알 수 있다. 또한, 콘 방사체(1100R)의 그라운드 홀 크기가 작을수록 대역폭 특성이 개선됨을 알 수 있다. 특히, 콘 방사체(1100R)의 그라운드 홀 크기가 작을수록 중간 대역(mid band) 및 고 대역(high band)에서의 안테나 성능이 개선된다. 이와 관련하여, 도 8b를 참조하면 콘 안테나(1100)의 제2 기판 배면의 그라운드 홀 크기를 작게 구현하면 중간 대역 및 고 대역에서 반사 계수 특성이 개선된다. 하지만, 제2 기판 배면의 그라운드 홀 크기를 작게 구현하는 경우, 콘 방사체(1100R)를 안정적으로 지지하기 어렵다는 문제점이 있다.

이와 관련하여, 본 발명에 따른 유전체(1105a)를 구비하는 콘 방사체(1100R)를 통해 제2 기판의 배면이 그라운드로 채워질 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라, 유전체(1105a)를 구비하는 콘 방사체(1100R)는 콘 방사체(1100R)의 높이 또는 상부 개구부의 직경은 감소하면서도 하부 개구부의 직경은 증가하여 기구적 안정성이 개선된다. 또한, 본 발명에 따르면, 콘 방사체(1100R) 자체의 크기를 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 급전부(1105) 단부의 크기를 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 콘 방사체(1100R)의 하부 개구부의 직경은 증가시킬 수 있어 기구적 안정성이 개선되면서 동시에 콘 방사체(1100R)의 전기적 특성(예: 대역폭 특성)을 개선할 수 있다.

한편, 도 8c는 본 발명에 따른 그라운드 패턴 제거 유무에 따른 반사 계수 특성을 나타낸다. 도 8c를 참조하면, 급전부 주변의 그라운드 패턴이 제거(Ground hole)된 경우 대역폭이 고대역으로 시프트되어 원하는 대역에서 반사 계수 특성이 저하됨을 알 수 있다. 이에 따라, 급전부 주변의 그라운드 패턴이 제거(Ground hole)된 경우 삽입 손실 특성도 저하될 수 있다. 반면에, 급전부 주변의 그라운드 패턴이 존재(No ground hole)하는 경우 해당 대역에서 반사 계수 특성이 양호함을 알 수 있다. 이에 따라, 급전부 주변의 그라운드 패턴이 존재(No ground hole)하는 경우 낮은 삽입 손실 특성을 갖는다.

또한, 본 발명에서는 급전부(1105) 상부에 유전체(1105a)가 배치되어, 제2 기판(S2)의 그라운드 층(GND)의 모든 영역에 금속이 모두 배치될 수 있다는 장점이 있다. 이와 관련하여, 도 4a와 같이 급전부의 상부에 유전체가 배치되지 않은 경우, 급전부(1105)에 대응하는 그라운드가 제거된 홀 직경은 10mm일 수 있다. 이와 관련하여, 콘 안테나는 급전부에 대응하는 그라운드 홀(ground hole)로 인하여 그 사이즈에 해당되는 영역에서 금속이 제거된 개방(open) 영역을 구비한다.

반면에, 도 4b 내지 도 6과 같이 급전부(1105)의 상부에 유전체(1105a)가 배치된 경우, 급전부(1105)에 대응하는 그라운드가 제거되지 않는다. 따라서, 그라운드가 제거된 홀 직경은 0mm일 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 급전부(1105)의 단부와 단부에 연결된 전송 선로 영역의 하부 영역은, 제2 기판(S2)의 그라운드 층(GND)이 제거되지 않고 채워지는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에서는 전술한 바와 같이 금속이 제거된 개방(open) 영역으로 인한 신호선 등에 의한 라우팅에 제한을 해결하기 위한 것이다. 이를 위해, 본 발명에서는 급전부(1105) 상부에 유전체(1105a)와 같은 PC (Polycarbonate) Cone Supporter를 사용한다. 따라서, 급전부(1105) 상부에 배치된 유전체(1105a)를 콘 지지체(1105a)로 지칭할 수 있다.

한편, 단락 핀(shorting pin, 1102)은 금속 패치(1101)와 제2 기판(S2)의 그라운드 층(GND)을 전기적으로 연결하도록 형성된다. 한편, 단락 핀(1102)은 유전체와 같은 구조물 내부에 소정 직경을 갖는 나사(screw)와 같은 체결구가 삽입된 구조로 구현 가능하다.

이와 관련하여, 전자 기기 내에 복수 개의 콘 안테나를 배치하기 위해, 콘 안테나는 작은 크기로 구현될 필요가 있다. 이를 위한 본 발명에 따른 콘 안테나 구조를 "Cone with shorting pin" 또는 "Cone with shorting supporter"로 지칭할 수 있다.

이와 관련하여, 단락 핀(shorting pin) 또는 단락 지지체(shorting supporter)의 개수는 1개 또는 2개일 수 있다. 구체적으로, 단락 핀 또는 단락 지지체의 개수는 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 하지만, 본 발명에 따른 "Cone with shorting pin" 또는 "Cone with shorting supporter"에서 단락 핀 또는 단락 지지체는 안테나 크기 소형화를 위해 1개 또는 2개로 구현될 수 있다.

구체적으로, 단락 핀(shorting pin, 1102)은 금속 패치(1101)와 제2 기판(S2) 사이에 하나의 단락 핀으로 형성될 수 있다. 이와 같은 하나의 단락 핀(1102)에 의해, 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 이에 대한 동작 원리 및 기술적 특징은 도 11a 및 도 11b에서 상세하게 설명하기로 한다.

이와 관련하여, 일반적인 콘 안테나는 앙각(elevation angle) 방향의 보어사이트에서 방사 패턴의 널(null)이 생성되어 수신 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 콘 안테나(1110)가 하나의 단락 핀(1102)과 연결되는 구조를 통해, 앙각 방향의 보어사이트에서 방사 패턴의 널이 제거될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 거의 모든 방향에서 수신 성능이 개선될 수 있다는 장점이 있다.

이와 관련하여, 도 4b를 참조하면, 하나의 단락 핀을 구비한 콘 안테나는 급전부(1105)-콘 방사체(1100R)-금속 패치(1101)-단락 핀(1102)-그라운드 층(GND)의 전류 경로를 형성한다. 이와 같이, 급전부(1105)-콘 방사체(1100R)-금속 패치(1101)-단락 핀(1102)-그라운드 층(GND)의 비대칭 전류 경로를 통해, 앙각 방향의 보어 사이트에서 방사 패턴이 널(null)이 생성되는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 단락 핀(1102)은 금속 패치(1101)와 제2 기판(S2) 사이를 수직 연결하도록 구성된 소정 직경의 나사(screw)로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 단락 핀(1102)의 높이는 2mm로 직경은 1.5mm로 설정될 수 있다. 하지만, 단락 핀(1102)의 높이와 직경은 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.

한편, 이와 같은 특정 직경을 갖는 단락 핀(1102)만으로 기구적 안정성을 확보하기 어려울 수 있다. 따라서, 단락 핀(1102)에 의한 기구적 안정성을 확보하기 위해, 제2 유전체(1102a)를 더 포함할 수 있다. 즉, 제2 유전체(1102a)는 단락 핀(1102)에 해당하는 나사를 둘러싸도록 형성되고, 소정 직경의 원기둥 형상으로 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 콘 안테나는 콘 방사체(1100R)와 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 기구적으로 고정하기 위해, 적어도 하나의 비-금속 지지체(non-metal supporter, 1106)를 더 포함할 수 있다. 이를 위해, 비-금속 지지체(1106)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 지지하도록 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 수직하게 연결하도록 구성된다. 한편, 비-금속 지지체(1106)는 금속이 아니고, 또한 금속 패치(1101)와 전기적으로 연결되지 않기 때문에, 콘 안테나(1100)의 전기적 특성에 영향을 미치지 않는다. 따라서, 비-금속 지지체(1106)는 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 수직하게 연결하여 지지하도록 제1 및 제2 기판(S1, S2)의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 하부에 배치될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 제1 기판(S1)과 제2 기판(S2)을 지지할 수 있는 다양한 구조로 변경 가능하다.

한편, 복수의 외곽 림(1103)은 콘 방사체(1100R)의 상부 개구부를 형성하고, 콘 안테나를 제1 기판(S1)과 연결하도록 구성된다. 이에 따라, 외곽 림(1103)은 콘 방사체(1100R)와 일체로 형성되고, 제1 기판(S1)과 체결구(1104)를 통해 연결될 수 있다. 또한, 복수의 체결구(1104)는 외곽 림(1103)과 제1 기판(S1)을 연결하도록 구성된다.

여기서, 외곽 림(1103)과 체결구(1104)는 콘 방사체(1100R)의 대향하는 지점 상에 2개의 외곽 림으로 구현될 수 있다. 하지만, 외곽 림(1103)과 체결구(1104)의 개수는 이에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 3개 이상의 외곽 림으로 구현될 수 있다.

한편, 체결구(1107)는 급전부(1105) 단부 (즉, 링 형상)의 내부를 통해 제2 기판(S2)과 연결되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 체결구(1107)를 통해 급전부(1105)가 형성된 제2 기판(S2)과 콘 방사체(1100R)가 고정될 수 있다. 이에 따라, 체결구(1107)는 콘 방사체(1100R)로 신호를 전달하는 급전부의 역할과 함께 콘 방사체(1100R)를 제2 기판(S2)에 고정하는 역할을 한다.

한편, 본 발명에 따른 콘 안테나 하부와 유전체가 배치된 급전부를 통해 제2 기판(S2)에는 그라운드 제거된 홀이 존재하지 않는다. 이에 따라, 제2 기판(S2)의 배면에는 그라운드 층(GND)이 전부 배치되어, 신호선에 의한 라우팅 라인의 배치 자유도(degree of freedom in positioning routing line)를 증가시킬 수 있다.

이와 관련하여, 도 6은 본 발명에 따른 안테나 레이어와 송수신부 회로 레이어가 배치된 구성을 나타낸다. 이와 관련하여, 안테나 레이어는 상부 기판에 해당하는 제1 기판(S1)일 수 있다. 한편, 송수신부 회로 레이어는 하부 기판에 해당하는 제2 기판(S2) 및/또는 제3 기판(S3)일 수 있다. 이와 관련하여, 제3 기판(S3)은 제2 기판(S2)의 하부에 배치될 수 있다. 여기서, 송수신부 회로(1250)는 콘 방사체(1100R)에 급전부(1105)를 통해 연결되고, 콘 안테나(1100)를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 이를 위해, 송수신부 회로(1250)는 콘 안테나(1100)에 연결된 송신부 또는 수신부 회로의 동작을 제어할 수 있다. 구체적으로, 송수신부 회로(1250)는 송신부의 전력 증폭기(PA: Power Amplifier)의 출력 전력을 제어할 수 있다. 또한, 송수신부 회로(1250)는 수신부의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier)의 이득을 조절할 수 있다.

한편, 송수신부 회로(1250)가 제2 기판(S2)에 배치되면 급전부(1105)와의 연결 길이를 감소시킬 수 있다. 반면에, 송수신부 회로(1250)가 제3 기판(S3)에 배치되면 실장 공간 측면에서 유리하고, 다수의 콘 안테나(1100)가 배치된 경우 콘 안테나(1100)와 간섭도 저감된다.

따라서, 콘 안테나가 5G 밀리미터 대역에서 사용되는 경우, 송수신부 회로(1250)가 제2 기판(S2)에 배치되는 것이 유리할 수 있다. 반면에, 콘 안테나가 LTE 대역 및 5G Sub 6 대역에서 사용되는 경우, 송수신부 회로(1250)가 제2 기판(S2)에 배치되는 것이 유리할 수 있다.

이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)는 제3 기판(S3)의 배면(bottom surface)에 배치될 수 있다. 한편, 제2 기판(S2)의 그라운드로 채워진 홀 영역 (H)(즉, 채워진 그라운드 층)에 대응하는 제3 기판(S3)의 배면(S3B)에는 신호선(SL: Signal Line)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 신호선(SL)에 대응하는 상기 채워진 그라운드 층(H)에 의해 신호선(SL)에 의한 신호 손실이 도 4a의 그라운드 구조에 비해 저감될 수 있다. 여기서, 도 4a의 그라운드 구조는 급전부 주위의 콘 방사체 하부 영역에 대응하는 그라운드 층이 제거된 그라운드 구조이다.

한편, 본 발명에 따른 하부 개구 주변에 유전체(1105a)를 구비한 콘 안테나(1100)에서 금속 패치(1101)는 원형 패치로 형성될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 금속 패치(1101))는 원형 패치 또는 임의의 다각형 구조의 금속 패치로 구현될 수 있다.

한편, 도 9a 및 도 9b는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 Cone with single shorting pin 구조의 콘 안테나의 전면도를 나타낸다. 즉, 도 9a 및 도 9b는 하나의 방사체에 의해 하나의 단락 핀에 의해 구현되는 콘 안테나를 나타낸다. 여기서, 도 9a 및 도 9b와 같이 콘 방사체(1102)의 일 측에만 금속 패치(1101, 1101')가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 도 8a의 원형 패치(1101)의 경우 금속 패치(1101)의 내측은 이에 대응되도록 원형 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 도 9a 및 도 9b과 같은 Cone with single shorting pin 구조는 1개의 단락 핀 (또는 단락 지지체)에 의해 구현될 수 있다. 구체적으로, 도 8a는 원형 형상의 금속 패치가 콘 방사체의 상부 개구의 일측에 배치된 형상을 나타낸다. 반면에, 도 8b는 사각형 형상의 금속 패치가 콘 방사체의 상부 개구의 일측에 배치된 형상을 나타낸다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 기기는 콘 안테나(1100)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250)를 더 포함할 수 있다.

한편, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 콘 안테나(1100)는 상부 기판(upper substrate)인 제1 기판과 하부 기판(lower substrate)인 제2 기판 사이에 형성된다. 한편, 콘 안테나(1100)는 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b) 및 단락 핀(1102)을 포함할 수 있다. 여기서, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부(upper aperture)의 일 측(one side)의 주변 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)는 제1 기판 상에 형성될 수 있다. 여기서, 콘 안테나(1100)는 속이 빈(hollow) 콘 안테나만을 지칭하거나 또는 금속 패치(1101)를 포함한 전체 안테나 구조를 지칭할 수 있다.

구체적으로, 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 상부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부로부터 제1 기판의 두께만큼 z축으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101)가 제1 기판의 상부에 배치되는 경우, 콘 안테나(1100)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로, 금속 패치(1101)를 포함하는 콘 안테나(1100)의 상부 영역에 소정 유전율을 갖는 제1 기판이 배치되어, 콘 안테나(1100)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.

또는, 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 하부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100)의 상부 개구부와 z축 상의 동일 평면 상에서 일정 간격 이격되어 될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101)가 제1 기판의 하부에 배치되는 경우, 제1 기판이 금속 패치(1101)를 포함하는 콘 안테나(1100)의 레이돔(radome)으로 동작할 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101)를 포함하는 콘 안테나(1100)를 외부로부터 보호할 수 있고, 또한 콘 안테나(1100)의 이득(gain)을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

단락 핀(1102)은 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된다. 이와 같이, 금속 패치(1101)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된 단락 핀(1102)에 의해, 콘 안테나(1100)의 크기를 소형화 할 수 있다는 장점이 있다. 한편, 단락 핀(1102)의 개수는 1개 또는 2개일 수 있다. 단락 핀(1102)의 개수가 1개인 경우가 콘 안테나(1100) 소형화 관점에서 가장 유리할 수 있다. 이에 따라, 단락 핀(1102)은 금속 패치와 하부 기판인 제2 기판 사이에 하나의 단락 핀으로 형성될 수 있다. 하지만, 단락 핀의 개수는 이에 한정되는 것은 아니고, 콘 안테나(1100)의 성능 및 구조적 안정성 관점에서 2개 이상의 단락 핀이 사용될 수도 있다. 응용에 따라 단락 핀(1102) 이외에 나머지 일부 핀은 비-금속 형태의 비-금속 지지 핀 (non-metal supporting pin)으로 구현될 수 있다.

송수신부 회로(1250)는 콘 방사체(1100R)에 급전부(1105)를 통해 연결되고, 콘 안테나(1100)를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)는 도 2와 같이 전력 증폭기(210), 저잡음 증폭기(310)를 전단에 구비할 수 있다. 이에 따라, 송수신부 회로(1250)는 전력 증폭기(210)를 통해 증폭된 신호를 콘 안테나(1100)를 통해 방사하도록 전력 증폭기(210)를 제어할 수 있다. 또한, 송수신부 회로(1250)는 콘 안테나(1100)로부터 수신된 신호를 저잡음 증폭기(310)를 통해 증폭하도록 저잡음 증폭기(310)를 제어할 수 있다. 또한, 송수신부 회로(1250) 콘 안테나(1100)를 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 송수신부 회로(1250) 내부의 소자들을 제어할 수 있다.

이와 관련하여, 전자 기기가 복수의 콘 안테나를 구비하는 경우, 송수신부 회로(1250)는 복수의 콘 안테나 중 적어도 하나를 통해 신호가 송신 및/또는 수신되도록 제어할 수 있다. 송수신부 회로(1250)가 하나의 콘 안테나만을 통해 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 각각 1 Tx 또는 1 Rx로 지칭할 수 있다. 반면에, 송수신부 회로(1250)가 둘 이상의 콘 안테나를 통해 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 안테나의 개수에 따라 n Tx 또는 n Rx로 지칭할 수 있다.

예를 들어, 송수신부 회로(1250)가 2개의 콘 안테나를 통해 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 2 Tx 또는 2 Rx로 지칭할 수 있다. 하지만, 송수신부 회로(1250)가 2개의 콘 안테나를 통해 동일한 데이터를 갖는 제1 및 제2 신호를 송신 또는 수신하는 경우는 1 Tx 또는 2 Rx로 지칭할 수 있다. 이와 같이 송수신부 회로(1250)가 2개의 콘 안테나를 통해 동일한 데이터를 갖는 제1 및 제2 신호를 송신 또는 수신하는 경우를 다이버시티 모드로 지칭할 수 있다.

한편, 금속 패치(1101)의 형태는 도 8a와 같이 원형 패치(circular patch) 형태로 구성될 수 있다.

또한, 금속 패치(1101)의 형태는 도 8b와 같이 사각 패치(rectangular patch) 형태로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)의 형태는 응용에 따라 안테나 소형화 및 성능 관점에서 원형 패치(circular patch) 또는 임의의 다각형 패치 형태로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 임의의 다각형 패치 형태에서 다각형의 차수가 증가함에 따라 원형 패치 형태로 근사화 될 수 있다.

도 9a를 참조하면, 금속 패치(1101)는 외측 형상(outer side shape)이 원형 형태인 원형 패치(circular patch)로 형성될 수 있다. 한편, 원형 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 원형 패치(1101)의 내측을 통해 커플링되도록 형성되어, 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.

도 9b를 참조하면, 금속 패치(1101')는 외측 형상(outer side shape)이 사각형 형태인 사각 패치(rectangular patch)로 형성될 수 있다. 한편, 사각 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 사각 패치(1101)의 내측을 통해 커플링되도록 형성되어, 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Cone with two shorting pin 구조의 콘 안테나를 구비하는 전자 기기를 나타낸다. 이와 관련하여, Cone with two shorting pin 구조는 2개의 단락 핀 (또는 단락 지지체)에 의해 구현된 콘 안테나이다. 여기서, 도 10a 및 도 10b의 구조가 Cone with two shorting pin 구조에 한정되는 것은 아니고, Cone with single shorting pin 구조일 수 있다. 이와 관련하여, 2개의 지지 구조 중 하나는 단락 핀으로 나머지 하나는 비-금속 지지체로 구현될 수 있다. 구체적으로, 도 9a의 단락 핀(1102a) 중 하나는 도 4a의 비-금속 지지체(1106)으로 대체될 수 있다. 이에 따라, 비-금속 지지체(1106) 중 하나는, 타 측에 배치된 금속 패치에 형성될 수 있다.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 기기는 콘 안테나(1100a)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다.

한편, 도 4a 내지 도 10b를 참조하면, 콘 안테나(1100a)는 상부 기판(upper substrate)인 제1 기판과 하부 기판(lower substrate)인 제2 기판 사이에 형성된다. 한편, 콘 안테나(1100a)는 금속 패치(1101a) 및 단락 핀(1102a)을 포함할 수 있다. 여기서, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부(upper aperture)의 주변 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)는 제1 기판 상에 형성될 수 있다.

한편, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부 전체를 둘러싸도록 원형 패치로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부 일부를 둘러싸는 원형 패치로 구현될 수 있다. 따라서, 원형 패치는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부의 양측에 모두 형성되거나 또는 일측에 형성될 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100a)에서, 원형 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부 전체 영역을 둘러싸도록 전체 영역에 형성될 수 있다. 구체적으로, 원형 패치(1101a)와 같은 금속 패치는 콘 안테나의 상부 개구 전체 영역을 둘러싸도록 일 측(one side) 및 일 측에 대응되는 타 측(other side)에 모두 배치될 수 있다.

따라서, 대칭 형태의 원형 패치(1101a)와 단락 핀(1102a)을 구비하는 콘 안테나(1100a)는 일 측에만 배치되는 금속 패치를 구비하는 경우보다 전체 크기가 다소 증가할 수 있다. 하지만, 대칭 형태의 원형 패치(1101a)와 단락 핀(1102a)을 구비하는 콘 안테나(1100a)는 방사 패턴이 대칭 형태이고 광대역 특성으로 구현될 수 있다는 장점이 있다.

한편, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100a)에서, 원형 패치(1101a)는 상부 개구부의 일부 영역을 둘러싸도록 일부 영역에만 형성될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101a)를 포함한 콘 안테나(1100a) 크기를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.

구체적으로, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 상부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부로부터 제1 기판의 두께만큼 z축으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101a)가 제1 기판의 상부에 배치되는 경우, 콘 안테나(1100a)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로, 금속 패치(1101a)를 포함하는 콘 안테나(1100)의 상부 영역에 소정 유전율을 갖는 제1 기판이 배치되어, 콘 안테나(1100)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.

또는, 금속 패치(1101)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 하부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101a)는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부와 z축 상의 동일 평면 상에서 일정 간격 이격되어 될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101a)가 제1 기판의 하부에 배치되는 경우, 제1 기판이 금속 패치(1101a)를 포함하는 콘 안테나(1100a)의 레이돔(radome)으로 동작할 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101a)를 포함하는 콘 안테나(1100a)를 외부로부터 보호할 수 있고, 또한 콘 안테나(1100a)의 이득(gain)을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

단락 핀(1102a)은 금속 패치(1101a)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된다. 이와 같이, 금속 패치(1101a)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된 단락 핀(1102a)에 의해, 콘 안테나(1100a)의 크기를 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.

송수신부 회로(1250)는 콘 안테나(1100b)에 연결되고, 콘 안테나(1100b)를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 이와 관련한 상세한 설명은 도 5a 및 도 5b에서의 설명으로 대체한다.

도 10a를 참조하면, 금속 패치(1101a)는 외측 형상(outer side shape)이 원형 형태인 원형 패치(circular patch)로 형성될 수 있다. 한편, 원형 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상기 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 원형 패치(1101a)의 내측을 통해 커플링되도록 형성되어, 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 금속 패치(1101a)의 개구부에 의해 공진 길이가 형성될 수 있다. 따라서, 콘 안테나(1100a)로부터 방사되는 신호가 원형 패치(1101a)의 내측을 통해 커플링될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 원형 패치(1101a)의 개구부에 의해 콘 안테나(1100a)의 소형화가 가능하다는 장점이 있다.

한편, 도 10b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 Cone with two shorting pin 구조의 콘 안테나를 구비하는 전자 기기를 나타낸다. 이와 관련하여, Cone with two shorting pin 구조는 2개의 단락 핀 (또는 단락 지지체)에 의해 구현된 콘 안테나이다. 여기서, 도 9a 및 도 9b의 구조가 Cone with two shorting pin 구조에 한정되는 것은 아니고, Cone with single shorting pin 구조일 수 있다. 이와 관련하여, 2개의 지지 구조 중 하나는 단락 핀으로 나머지 하나는 비-금속 지지체로 구현될 수 있다. 구체적으로, 도 6b의 단락 핀(1102b) 중 하나는 도 4a의 비-금속 지지체(1106)으로 대체될 수 있다. 이에 따라, 비-금속 지지체(1106) 중 하나는, 타 측에 배치된 금속 패치(1101b1)에 형성될 수 있다.

도 10b를 참조하면, 본 발명에 따른 전자 기기는 콘 안테나(1100b)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다.

한편, 도 4 내지 도 9b를 참조하면, 콘 안테나(1100b)는 상부 기판(upper substrate)인 제1 기판과 하부 기판(lower substrate)인 제2 기판 사이에 형성된다. 한편, 콘 안테나(1100a)는 금속 패치(1101b) 및 단락 핀(1102b)을 포함할 수 있다. 여기서, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부(upper aperture)의 주변 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 금속 패치(1101)는 제1 기판 상에 형성될 수 있다.

한편, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부 전체를 둘러싸도록 사각 패치로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부 일부를 둘러싸는 사각 패치로 구현될 수 있다. 따라서, 사각 패치는 콘 안테나(1100a)의 상부 개구부의 양측에 모두 형성되거나 또는 일측에 형성될 수 있다.

이에 따라, 본 발명에 따른 콘 안테나(1100a)에서, 사각 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부 영역을 둘러싸도록 실질적으로 전체 영역에 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 사각 패치(1101b)의 크기를 감소시키기 위해, 콘 안테나(1100b)를 지지하는 체결구(fastening, 1104) 주변 영역에는 사각 패치(1101b)가 형성되지 않을 수 있다. 따라서, 사각 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 좌측 영역과 우측 영역에 각각 배치될 수 있다.

이와 관련하여, 금속 패치(1101b)는 제1 금속 패치(1101b1)와 제2 금속 패치(1101b2)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 금속 패치(1101b1)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부를 둘러싸도록 상기 상부 개구부의 좌측에 형성될 수 있다. 또한, 제2 금속 패치(1101b2)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부를 둘러싸도록 상기 상부 개구부의 우측에 형성될 수 있다.

이에 따라, 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)는 금속 패턴이 분리되도록 형성되어, 전체 안테나 크기를 감소시킬 수 있다. 이와 관련하여, 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)가 상호 연결되면 금속 패치(1101b)가 방사체(radiator)로 일부 동작할 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나(1100b)보다 대역폭이 좁은 금속 패치(1101b)의 영향에 의해 원하지 않는 공진에 따라 대역폭이 일부 제한될 수 있다.

이러한 대역폭 제한을 방지하기 위해 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)는 금속 패턴이 분리되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)에 의해 금속 패턴이 분리된 콘 안테나(1100b)가 광대역 안테나로 동작할 수 있다. 따라서, 상기 상부 개구부를 형성하는 외곽 림(outer rim, 1103)에 대응하는 영역에는 제1 금속 패치(1101b)와 제2 금속 패치(1101b2)가 형성되지 않을 수 있다.

구체적으로, 사각 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 상부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부로부터 제1 기판의 두께만큼 z축으로 이격된 위치에 배치될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101b)가 제1 기판의 상부에 배치되는 경우, 콘 안테나(1100b)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로, 금속 패치(1101b)를 포함하는 콘 안테나(1100)의 상부 영역에 소정 유전율을 갖는 제1 기판이 배치되어, 콘 안테나(1100b)의 크기를 더욱 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.

또는, 사각 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부의 주변 영역에 형성되고, 제1 기판의 하부에 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101b)는 콘 안테나(1100b)의 상부 개구부와 z축 상의 동일 평면 상에서 일정 간격 이격되어 될 수 있다. 이와 같이 금속 패치(1101b)가 제1 기판의 하부에 배치되는 경우, 제1 기판이 금속 패치(1101b)를 포함하는 콘 안테나(1100b)의 레이돔(radome)으로 동작할 수 있다. 이에 따라, 금속 패치(1101b)를 포함하는 콘 안테나(1100b)를 외부로부터 보호할 수 있고, 또한 콘 안테나(1100b)의 이득(gain)을 증가시킬 수 있다는 장점이 있다.

단락 핀(1102b)은 금속 패치(1101a)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된다. 이와 같이, 금속 패치(1101a)와 제2 기판에 형성된 그라운드 층(GND) 간을 연결하도록 구성된 단락 핀(1102a)에 의해, 콘 안테나(1100a)의 크기를 소형화 할 수 있다는 장점이 있다.

송수신부 회로(1250)는 콘 안테나(1100b)에 연결되고, 콘 안테나(1100b)를 통해 신호를 방사하도록 제어할 수 있다. 이와 관련한 상세한 설명은 도 8에서의 설명으로 대체한다.

도 9b을 참조하면, 사각 패치(1101b)는 외측 형상(outer side shape)이 사각형 형태인 사각 패치(rectangular patch)로 형성될 수 있다. 한편, 사각 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상기 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 사각 패치(1100b)의 내측을 통해 커플링되도록 형성되어, 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 사각 패치(1101b)의 원형 개구부에 의해 공진 길이가 형성될 수 있다. 따라서, 콘 안테나(1100b)로부터 방사되는 신호가 사각 패치(1101b)의 내측을 통해 커플링될 수 있다. 이에 따라, 콘 안테나의 상부 개구부보다 더 큰 개구부 크기를 갖는 사각 패치(1101b)의 원형 개구부에 의해 콘 안테나(1100b)의 소형화가 가능하다는 장점이 있다.

한편, 도 8a 내지 도 9b 구조에서 금속 패치(1101, 1101', 1101a, 1101b) 내부의 콘 방사체(1100R)의 하부 영역에 유전체(1105a)가 배치되어, 급전부(1105) 하부의 제2 기판(S2)의 배면은 그라운드로 채워질 수 있다. 이와 같이 그라운드로 채워진 제2 기판(S2)의 그라운드 층(GND)에 의해 신호선 등의 라우팅 라인의 배치 설계 자유도가 증가할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 콘 안테나를 구비하는 전자 기기에서 콘 안테나를 통해 거의 모든 방항에서 우수한 수신 성능을 갖는다. 구체적으로, 콘 안테나의 방사 패턴은 앙각 방향의 보어 사이트에서도 우수한 수신 성능을 갖는다. 이와 관련하여, 도 11a는 2개의 단락 핀을 구비한 콘 안테나와 같은 대칭 구조에 대한 방사 패턴을 나타낸다. 반면에, 도 11b는 하나의 단락 핀을 구비한 콘 안테나와 같은 구조에 대한 방사 패턴을 나타낸다.

도 11a를 참조하면, 2개의 단락 핀을 구비한 콘 안테나는 앙각(elevation angle) 방향의 보어사이트에서 방사 패턴의 널(null)이 생성되어 수신 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는 콘 안테나(1110)가 하나의 단락 핀(1102)과 연결되는 구조를 통해, 앙각 방향의 보어사이트에서 방사 패턴의 널이 제거될 수 있다. 이와 관련하여, 도 4a를 참조하면, 하나의 단락 핀을 구비한 콘 안테나는 급전부(1105)-콘 방사체(1100R)-금속 패치(1101)-단락 핀(1102)-그라운드 층(GND)의 전류 경로를 형성한다. 이와 같이, 급전부(1105)-콘 방사체(1100R)-금속 패치(1101)-단락 핀(1102)-그라운드 층(GND)의 비대칭 전류 경로를 통해, 앙각 방향의 보어 사이트에서 방사 패턴이 널(null)이 생성되는 현상을 방지할 수 있다.

도 11b를 참조하면, 하나의 단락 핀을 구비한 콘 안테나는 앙각 방향의 보어사이트에서 방사 패턴의 널이 제거될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에서는 거의 모든 방향에서 수신 성능이 개선될 수 있다는 장점이 있다.

이상에서는 본 발명의 일 양상에 따른 금속 패치(1101) 내부에 2개 이상의 콘 방사체를 구비하는 안테나 구조가 채택된 전자 기기에 대해 살펴보았다. 이하에서는, 본 발명의 다른 양상에 따른 금속 패치(1101) 내부에 2개 이상의 콘 방사체를 구비하는 안테나 구조가 채택된 차량에 대해 살펴보기로 한다. 이와 관련하여, 전술된 복수의 금속 패치를 구비하는 하이브리드 콘 안테나(1100)에 대한 설명이 복수의 금속 패치를 구비하는 하이브리드 콘 안테나를 구비한 차량에도 적용될 수 있다.

도 12a 및 도 12b는 본 발명과 관련하여 차량에 탑재되는 안테나 시스템을 포함하는 차량에 있어서, 안테나 시스템이 차량 내에 탑재될 수 있는 구조를 도시한다. 이와 관련하여, 도 12a는 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕(roof) 내에 탑재되는 형상을 도시한다. 이와 관련하여, 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕 위에 탑재되는 경우도 이에 포함할 수 있다. 한편, 안테나 시스템(1000)이 차량의 지붕과 후면 미러의 지붕 프레임 (roof frame) 내에 탑재될 수도 있다.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 본 발명에서는 자동차(차량)의 외관 개선 및 충돌 시 텔레매틱스 성능을 보전하기 위해 기존의 샤크 핀(Shark Fin) 안테나를 돌출되지 않은 형태의 평면형(Flat) 안테나로 대체하고자 한다. 또한, 본 발명에서는 기존 이동통신 서비스(LTE) 제공과 함께, 5세대(5G) 통신을 고려한 LTE 안테나와 5G 안테나가 통합된 형태의 안테나를 제안하고자 한다.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 이루어진 구조물로 구성되며, 차량의 지붕(roof) 위에 배치된다. 상기 안테나 시스템(1000)을 외부 환경 및 차량 운전 시에 외부 충격으로부터 보호하기 위한 레이돔(radome, 2000a)이 상기 안테나 시스템(1000)을 둘러쌀 수 있다. 상기 레이돔(2000a)은 상기 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

도 12a를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 구조물 내에 배치되고, 지붕 구조물의 적어도 일부가 비금속으로 구현되도록 구성될 수 있다. 이때, 차량의 지붕 구조물(2000a)의 적어도 일부는 비금속으로 구현되어, 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

또한, 도 12b를 참조하면, 안테나 시스템(1000)은 차량의 지붕 프레임 내부에 배치되고, 지붕 프레임의 적어도 일부가 비금속으로 구현되도록 구성될 수 있다. 이때, 차량의 지붕 프레임(2000b)의 적어도 일부는 비금속으로 구현되어, 안테나 시스템(1000)과 기지국 간 송신/수신되는 전파 신호가 투과될 수 있는 유전체(dielectric) 소재로 이루어질 수 있다.

한편, 도 12a 및 도 12b를 참조하면, 차량에서 앙각 방향의 보어 사이트를 통해 신호를 송신 또는 수신하는 것이 중요하지 않을 수 있다. 이와 관련하여, 차량은 앙각 방향에서 수직 방향이 아닌 수평 방향에서 소정 각도 구간, 예컨대 30도에서만 신호를 송신 및/또는 수신하면 된다. 이와 관련하여, 도 13은 본 발명에 따른 복수 개의 단락 핀이 대칭 형태로 복수의 금속 패치를 구비하는 하이브리드 콘 안테나를 구비한 차량의 방사패턴의 일 예시를 나타낸다. 도 12a, 도 12b 및 도 13을 참조하면, 차량은 앙각 방향에서 수직 방향이 아닌 수평 방향에서 소정 각도 구간, 예컨대 30도에서만 신호를 송신 및/또는 수신하도록 해당 영역에서 방사 패턴이 주로 형성될 수 있다.

이와 관련하여, 본 발명에 따른 복수의 금속 패치를 구비하는 하이브리드 콘 안테나는 복수의 단락 핀으로 구성되어 구조적 안정성과 함께 여러 방향에서 전기적 특성의 대칭성이 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 소정 각도 간격으로 복수의 단락 핀으로 구성되는 경우, 복수의 금속 패치를 구비하는 하이브리드 콘 안테나의 전류 분포는 대칭 형태로 형성된다. 이에 따라 복수의 금속 패치를 구비하는 하이브리드 콘 안테나를 구비하는 전자 기기 또는 차량에서 이동성(mobility), 특히 방향 전환 시에도 여러 방향에서 전기적 특성의 대칭성이 유지될 수 있다는 장점이 있다. 이와 관련하여, 복수 개의 단락 핀이 대칭 형태로 배치되는 경우, 앙각 방향의 보어 사이트에서 방사 패턴이 널(null)이 생성될 수 있다. 따라서, 차량과 같은 경우에는 앙각 방향의 보어 사이트를 통해 신호를 송신 또는 수신하는 것이 중요하지 않을 수 있다. 이와 관련하여, 도 12a, 도 12b 및 도 13을 참조하면, 차량은 앙각 방향에서 수직 방향이 아닌 수평 방향에서 소정 각도 구간, 예컨대 30도에서만 신호를 송신 및/또는 수신하도록 해당 영역에서 방사 패턴이 주로 형성될 수 있다.

이러한 유전체와 같은 콘 지지체(1105a)를 갖는 콘 안테나(1100)를 구비하는 전자 기기 또는 차량에서 복수의 콘 안테나들을 포함하는 안테나 시스템으로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 14a는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들을 구비하는 전자 기기 또는 차량의 형상을 나타낸다. 또한, 도 14b는 본 발명에 따른 복수의 콘 안테나들, 송수신부 회로 및 프로세서를 구비하는 전자 기기 또는 차량의 구조를 나타낸다.

도 14a를 참조하면, 전자 기기 또는 차량은 4개의 콘 안테나, 즉 제1 콘 안테나(1100-1) 내지 제4 콘 안테나(1100-4)를 포함할 수 있다. 여기서, 콘 안테나의 개수는 응용에 따라 다양한 개수로 변경 가능하다. 여기서, 제1 콘 안테나(1100-1) 내지 제4 콘 안테나(1100-4)는 동일한 안테나 성능을 위해 동일한 형상으로 구현될 수 있다. 또한, 제1 콘 안테나(1100-1) 내지 제4 콘 안테나(1100-4)는 최적의 안테나 성능 및 최적의 배치 구조를 위해 상이한 형상으로 구현될 수 있다.

여기서, 전자 기기는 사용자 단말(UE) 이외에, 통신 중계 장치(communication relay apparatus), 소형 셀 기지국 또는 기지국 등에 구현될 수 있다. 여기서, 통신 중계 장치는 5G 통신 서비스를 실내에서 제공할 수 있는 CPE (Customer Premises Equipment)일 수 있다. 또한, 차량은 4G 기지국 또는 5G 기지국과 통신하도록 구성되거나 또는 인접 차량과 직접 또는 주변 기기를 통해 통신하도록 구성될 수 있다.

한편, 도 4a 내지 도 14b를 참조하여, 본 발명에 따른 유전체와 같은 콘 지지체(1105a)를 갖는 콘 안테나(1100)를 구비한 차량에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 전술된 유전체와 같은 콘 지지체를 갖는 콘 안테나에 대한 설명이 유전체와 같은 콘 지지체를 갖는 콘 안테나를 구비한 차량에도 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 차량(300)은 콘 안테나로 이루어진 안테나 시스템(1000)을 구비한다. 여기서, 안테나 시스템(1000)은 콘 안테나 이외에 복수의 콘 안테나가 배열된 안테나를 포함할 수 있다. 또한, 안테나 시스템(1000)은 복수의 콘 안테나가 배열된 안테나와 이에 연결된 송수신부 회로 와 기저대역 프로세서를 포함할 수 있다.

유전체와 같은 콘 지지체를 갖는 콘 안테나를 구비한 차량(300)은 콘 방사체(1100R), 금속 패치(1101), 단락 핀(1102), 급전부(1105) 및 유전체(1105a)를 포함하는 안테나 시스템(1000)을 구비할 수 있다. 한편, 차량(300)에 구비되는 안테나 시스템(1000)은 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다.

이와 관련하여, 콘 방사체(1100R)는 제1 기판(S1)과 제1 기판(S1)과 소정 간격으로 이격된 제2 기판(S2)을 연결하도록 형성된다. 이와 관련하여, 콘 방사체(1100R)는 제1 기판(S1)과 체결되는 상부 개구부(upper aperture)와 제2 기판(S2)과 체결되는 하부 개구부(lower aperture)를 구비하도록 구성된다.

한편, 금속 패치(1101)는 제1 기판(S1)의 전면 또는 배면에 형성되며, 상부 개구부에 이격되게 형성된다. 단락 핀(1120)은 금속 패치(1101)와 제2 기판의 그라운드 층(GND)을 전기적으로 연결하도록 형성된다. 또한, 급전부(1105)는 제2 기판(S2) 상에 형성되고, 하부 개구부를 통해 신호를 콘 방사체(1100R)로 전달하도록 구성된다.

한편, 본 발명에 따른 유전체, 즉 콘 지지체(1105a)는 콘 방사체(1100R)의 하부 개구부를 둘러싸도록 원기둥 형상으로 구성될 수 있다. 보다 상세하게는, 급전부(1105)는 방사체(1100R)의 하부 개구부의 형상에 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성될 수 있다. 한편, 유전체, 즉 콘 지지체(1105a)는 급전부(1105)의 전송 선로가 형성되는 영역에는 소정 각도 범위에서 유전체가 일부 제거된 입체 부채꼴(three-dimensional sector) 형태로 형성될 수 있다.

한편, 차량에 배치되는 안테나 시스템(1000)은 복수의 콘 안테나들, 예컨대 제1 콘 안테나(1100-1) 내지 제4 콘 안테나(1100-4)를 포함한다. 구체적으로, 차량 내의 안테나 시스템(1100)의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 하부 상에 배치된 복수의 콘 안테나들, 즉 제1 내지 제4 콘 안테나(1100-1 내지 1100-4)로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)은 금속 패치(1101-1, 1101-2), 콘 방사체(1100R)와 급전부(1105)를 구비할 수 있다.

또한, 차량에 배치되는 안테나 시스템(1000)은 송수신부 회로(1250)를 더 포함할 수 있다. 또한, 차량에 배치되는 안테나 시스템(1000)은 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성된 기저대역 프로세서일 수 있다.

이와 관련하여, 송수신부 회로(1250)는 콘 방사체(1100R)에 급전부(1105)를 통해 각각 연결된다. 또한, 송수신부 회로(1250)는 제1 주파수 대역의 제1 신호를 콘 안테나(1110)를 통해 방사하도록 제어할 수 있다. 또한, 송수신부 회로(1250)는 제1 주파수 대역보다 낮은 제2 주파수 대역의 제2 신호를 콘 안테나(1110)를 통해 방사하도록 제어할 수 있다.

이와 관련하여, 프로세서(1400)는 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부(1250)를 제어할 수 있다.

제1 주파수 대역의 자원이 차량에 할당된 경우, 프로세서(1400)는 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부(1250)를 제어한다. 이를 위해, 제1 주파수 대역의 자원이 차량에 할당된 경우, 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 제1 주파수 대역에서 동작하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 동작하는 송수신부 회로(1250)의 일부 구성을 비활성화할 수 있다.

반면에, 제2 주파수 대역의 자원이 차량에 할당된 경우, 프로세서(1400)는 복수의 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부(1250)를 제어한다. 이를 위해, 제2 주파수 대역의 자원이 차량에 할당된 경우, 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 제2 주파수 대역에서 동작하도록 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 동작하는 송수신부 회로(1250)의 일부 구성을 비활성화할 수 있다.

한편, 제1 주파수 대역의 자원과 제2 주파수 대역의 자원이 모두 차량에 할당된 경우, 프로세서(1400)는 하나의 콘 안테나만을 사용할 수 있다. 이를 위해, 프로세서(1400)는 하나의 콘 안테나를 통해 수신되는 제1 신호와 제2 신호에 대해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 프로세서(1400)는 제1 및 제2 신호에 각각 포함된 제1 및 제2 정보를 모두 동시에 획득할 수 있다.

한편, 차량에 배치되는 안테나 시스템(1000)의 각각의 안테나들(1100-1 내지 1100-4)은 제2 금속 패치(1101-2)와 제2 기판(S2)의 그라운드 층(GND)을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀(1102)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 단락 핀(1102)은 제2 금속 패치(1101-2)와 제2 기판(S2) 사이에 하나의 단락 핀으로 형성될 수 있다. 이와 같이 하나의 단락 핀에 의해, 상기 콘 안테나의 앙각 방향에서 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지될 수 있다.

또는, 단락 핀(1102)은 금속 패치(1101)와 제2 기판(S2) 사이에 복수의 단락 핀으로 형성될 수 있다. 이와 같이 복수의 단락 핀에 의해, 콘 안테나의 앙각 방향에서 방사 패턴의 널(null)이 생성될 수 있지만, 차량의 경우에는 문제되지 않는다.

한편, 급전부(1105)는 하부 개구부의 형상과 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성될 수 있다. 이 경우, 급전부(1105) 단부의 내부를 통해 제2 기판(S2)과 연결되도록 구성된 체결구(fastener, 1107)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 체결구(1107)를 통해 급전부가 형성된 제2 기판(S2)과 콘 방사체(1100R)가 고정될 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이 본 발명에 따른 유전체, 즉 콘 지지체(1105a)는 콘 방사체(1100R)의 하부 개구부를 둘러싸도록 원기둥 형상으로 형성된다. 이 경우, 유전체, 즉 콘 지지체(1105a)는 급전부(1105)의 전송 선로가 형성되는 영역에는 소정 각도 범위에서 유전체가 일부 제거된 입체 부채꼴(three-dimensional sector) 형태로 형성될 수 있다. 또한, 링 형상의 급전부(1105)의 단부의 상부에 입체 부채꼴 형상의 유전체(1105a)가 배치되어, 급전부(1105) 단부의 링 직경은 감소된다. 반면에, 링 형상의 급전부(1105)의 단부의 상부에 입체 부채꼴 형상의 유전체(1105a)가 배치됨에 따라, 콘 방사체(1100R)의 하부 개구부의 직경은 증가된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 유전체, 즉 콘 지지체(1105a)에 의해 그라운드 영역의 확보가 가능할 뿐만 아니라, 콘 방사체(1100R)의 기구적 안정성을 개선할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 금속 패치(1100)는 콘 방사체(1100R)의 상부 개구의 일부 영역을 둘러싸도록 일 측에만 배치되어, 금속 패치(1100)를 포함한 콘 안테나의 크기를 최소화할 수 있다.

한편, 복수의 콘 안테나들의 배치 구조와 이를 통한 신호 송수신 방법은 다음과 같다. 이와 관련하여, 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)은 전자 기기의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 상부 상에 배치될 수 있다. 이러한 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4)의 배치 형태는 전자 기기 내에서 상호 간에 이격 거리가 최대가 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 따라서, 콘 안테나들(1100-1 내지 1100-4) 간 상호 간섭이 최소가 되어, 다중 입출력(MIMO) 또는 다이버시티 동작 시 유리하다.

이상에서는 본 발명에 따른 콘 안테나(cone antenna)를 구비하는 전자 기기 또는 차량에 대해 살펴보았다. 이와 같은 콘 안테나(cone antenna)를 구비하는 전자 기기 또는 차량의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따르면, 저주파수 대역에서 5G Sub 6 대역까지 넓은 주파수 대역에서 동작하는 복수 개의 금속 패치를 구비하는 콘 안테나를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전자 기기 또는 차량에서 저주파수 대역에서 5G Sub 6 대역까지 동작하는 콘 방사체를 복수의 금속 패치 및 단락 핀과 최적으로 배치하여 안테나 성능을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 방사체와 일체로 형성된 multi-wing 구조를 통해 저주파수 대역에서 다중 공진을 통해 대역폭 특성이 개선된 콘 안테나를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

전술한 본 발명과 관련하여, 다수의 콘 안테나와 이들에 대한 제어를 수행하는 구성의 설계 및 이의 구동은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.

Claims

안테나를 구비하는 전자 기기에 있어서,
제1 기판;
상기 제1 기판과 소정 간격으로 이격되고　그라운드 층을 구비한　제2 기판;
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며,　상부에 상부 개구부를 구비한　콘 방사체;
상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치;
상기 금속 패치와 상기 제2 기판의 상기 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀;
상기 제2 기판 상에 형성되고, 하부 개구부를 통해 신호를 전달하도록 구성된 급전부; 및
상기 하부 개구부를 둘러싸도록 원기둥 형상으로 구성된 유전체(dielectric)를 포함하는 콘 안테나; 및
상기 콘 방사체에 급전부를 통해 연결되고, 상기 콘 안테나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로(transceiver circuit)를 포함하고,
상기 급전부는 상기 하부 개구부의 형상에 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성되고,
상기 급전부의 단부와 상기 단부에 연결된 전송 선로 영역의 하부 영역은,
상기 제2 기판의 상기 그라운드 층이 제거되지 않고 채워지는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 유전체는,
상기 급전부의 전송 선로가 형성되는 영역에는 소정 각도 범위에서 유전체가 일부 제거된 입체 부채꼴(three-dimensional sector) 형태로 형성된, 전자 기기.
제3 항에 있어서,
상기 링 형상의 상기 급전부의 단부의 상부에 상기 입체 부채꼴 형상의 상기 유전체가 배치되어, 상기 급전부의 단부의 링 직경과 상기 하부 개구부의 직경이 감소되는, 전자 기기.
삭제
제1 항에 있어서,
상기 단락 핀은 상기 금속 패치와 상기 제2 기판 사이에 수직 연결된 하나의 단락 핀으로 형성되고,
상기 하나의 단락 핀에 의해, 상기 콘 안테나의 방사 패턴의 널(null)이 생성되는 것을 방지하는, 전자 기기.
◈청구항 7은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제6 항에 있어서,
상기 단락 핀은 상기 금속 패치와 상기 제2 기판 사이를 수직 연결하도록 구성된 소정 직경의 나사(screw)로 형성되고,
상기 단락 핀에 해당하는 상기 나사를 둘러싸도록 형성되고, 소정 직경의 원기둥 형상으로 구성된 제2 유전체를 더 포함하는, 전자 기기.
◈청구항 8은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제1 항에 있어서,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 지지하도록 상기 제1 기판과 상기 제2 기판을 수직하게 연결하도록 구성된 적어도 하나의 비-금속 지지체(non-metal supporter)를 더 포함하는, 전자 기기.
◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제1 항에 있어서,
상기 제2 기판의 하부에 배치되는 제3 기판을 더 포함하고,
상기 송수신부 회로는 상기 제3 기판의 배면(bottom surface)에 배치되는, 전자 기기.
◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제9 항에 있어서,
상기 제2 기판의 상기 채워진 그라운드 층에 대응하는 상기 제3 기판의 배면에는 신호선이 배치되고,
상기 신호선에 대응하는 상기 채워진 그라운드 층에 의해 신호 손실이 저감되는, 전자 기기.
◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제1 항에 있어서,
상기 콘 안테나는,
상기 콘 안테나의 상기 상부 개구부를 형성하고, 상기 콘 안테나를 상기 제1 기판과 연결하도록 구성된 복수의 외곽 림(outer rim); 및
상기 외곽 림과 상기 제1 기판을 연결하도록 구성된 복수의 체결구(fastener)를 더 포함하는, 전자 기기.
◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제1 항에 있어서,
상기 급전부의 단부의 내부를 통해 상기 제2 기판과 연결되도록 구성된 체결구(fastener)를 더 포함하고,
상기 체결구를 통해 상기 급전부가 형성된 상기 제2 기판과 상기 콘 방사체가 고정되는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
◈청구항 13은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제1 항에 있어서,
상기 금속 패치는 상기 콘 안테나의 상부 개구의 일부 영역을 둘러싸도록 일 측에만 배치되어, 상기 금속 패치를 포함한 상기 콘 안테나의 크기를 최소화하는 것을 특징으로 하는, 전자 기기.
◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제1 항에 있어서,
상기 금속 패치는 외측 형상(outer side shape)이 사각형 형태인 사각 패치(rectangular patch)로 형성되고,
상기 사각 패치의 내측 형상(inner side shape)은 상기 상부 개구부의 외곽선의 형상에 대응되도록 원형으로 형성되어, 상기 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 상기 사각 패치의 내측을 통해 커플링되도록 형성되는, 전자 기기.
◈청구항 15은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈

제1 항에 있어서,
상기 금속 패치는 외곽 형상이 원형 형태인 원형 패치(circular patch)로 형성되고,
상기 원형 패치의 내측 형상은 상기 상부 개구부의 외측 형상에 대응되도록 원형으로 형성되어, 상기 콘 안테나로부터 방사되는 신호가 상기 원형 패치의 내측을 통해 커플링되도록 형성되는, 전자 기기.
안테나를 구비하는 차량에 있어서,
제1 기판과 제2 기판 사이에 구비되고,　상부는 상기 제1 기판과 연결되고, 하부는 상기 제2 기판과 연결되며, 상부에 상부 개구부를 구비한　콘 방사체;
상기 제1 기판에 형성되며, 상기 상부 개구부에 이격되게 형성된 금속 패치;
상기 금속 패치와 상기 제2 기판의 그라운드 층을 전기적으로 연결하도록 형성된 단락 핀;
상기 제2 기판 상에 형성되고, 하부 개구부를 통해 신호를 전달하도록 구성된 급전부; 및
상기 하부 개구부를 둘러싸도록 원기둥 형상으로 구성된 유전체(dielectric)을 포함하는 콘 안테나를 포함하고,
상기 급전부는 상기 하부 개구부의 형상에 대응되도록 단부(end portion)가 링 형상으로 구성되고,
상기 급전부의 단부와 상기 단부에 연결된 전송 선로 영역의 하부 영역은,
상기 제2 기판의 상기 그라운드 층이 제거되지 않고 채워지는 것을 특징으로 하는, 차량.
제16 항에 있어서,
상기 콘 안테나는 상기 차량에 배치되는 복수의 콘 안테나들로 구현되고,
상기 콘 방사체에 상기 급전부를 통해 연결되고, 상기 콘 안테나를 통해 신호를 방사하도록 제어하는 송수신부 회로; 및
상기 송수신부 회로의 동작을 제어하는 프로세서를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 복수의 콘 안테나들을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부를 제어하는, 차량.
제16 항에 있어서,
상기 유전체는,
상기 급전부의 전송 선로가 형성되는 영역에는 소정 각도 범위에서 유전체가 일부 제거된 입체 부채꼴(three-dimensional sector) 형태로 형성된, 차량.
제18 항에 있어서,
상기 링 형상의 상기 급전부의 단부의 상부에 상기 입체 부채꼴 형상의 상기 유전체가 배치되어, 상기 급전부의 단부의 링 직경과 상기 하부 개구부의 직경이 감소되는, 차량.
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