KR102578395B1

KR102578395B1 - 커넥터를 구비하는 전자 기기

Info

Publication number: KR102578395B1
Application number: KR1020217023932A
Authority: KR
Inventors: 이주희; 유승우; 정준영
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2019-04-25
Filing date: 2019-04-25
Publication date: 2023-09-14
Also published as: WO2020218643A1; US20220216588A1; KR20210099164A

Abstract

본 발명에 따른 전자 기기는, 송수신부 회로를 포함하는 제1 다층 회로 기판(printed circuit board; PCB); 안테나를 포함하는 제2 다층 회로 기판; 및 상기 제1 다층 회로 기판과 상기 제2 다층 회로 기판을 상호 연결하도록 구성된 커넥터를 포함하여, 밀리미터파 대역에서 안테나와 송수신 회로를 수직 연결함에 있어서 삽일 손실을 감소시킬 수 있는 커넥터 및 전자 기기를 제공할 수 있다.

Description

커넥터를 구비하는 전자 기기

본 발명은 커넥터를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 안테나와 RFIC를 연결하는 커넥터를 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, 전자 기기는 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.

한편, 전자 기기는 안테나와 송수신 회로, 즉 RFIC를 연결하는 커넥터를 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 기존의 커넥터는 밀리미터파 대역에서 안테나와 송수신 회로를 수직 연결함에 있어서 삽일 손실(insertion loss)이 크게 증가한다는 문제점이 있다.

특히, 밀리미터파 대역에서 안테나와 송수신 회로를 수직 연결함에 따라 수직 비아의 길이가 증가하는 경우, 이러한 수직 비아에 의한 방사에 의해 삽입 손실이 증가하는 문제점이 있다.

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 안테나와 송수신 회로를 수직 연결함에 있어서 삽일 손실을 감소시킬 수 있는 커넥터 및 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 안테나와 송수신 회로를 수직 연결함에 따라 수직 비아의 길이가 증가하는 경우, 이러한 수직 비아에 의한 방사에 의해 삽입 손실을 감소시킬 수 있는 커넥터 및 이를 구비하는 전자기기를 제공하기 위한 것이다.

상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전자 기기는, 송수신부 회로를 포함하는 제1 다층 회로 기판(printed circuit board; PCB); 안테나를 포함하는 제2 다층 회로 기판; 및 상기 제1 다층 회로 기판과 상기 제2 다층 회로 기판을 상호 연결하도록 구성된 커넥터를 포함하여, 밀리미터파 대역에서 안테나와 송수신 회로를 수직 연결함에 있어서 삽일 손실을 감소시킬 수 있는 커넥터 및 전자 기기를 제공할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 다층 PCB는 서로 다른 레이어 간의 그라운드 수직 연결을 구성하는 그라운드 패턴을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 그라운드 패턴은, 상기 그라운드 수직 연결을 위한 그라운드 비아(via)가 배치되는 그라운드 패드; 및 상기 그라운드 패드 간을 연결하는 그라운드 라인을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 그라운드 패턴은 상기 제1 및 제2 다층 PCB의 서로 다른 레이어의 동일한 위치 상에 형성되고, 상호 인접한 상기 그라운드 패턴 간에는 금속 패턴이 제거된 윈도우 영역(window region)이 상기 제1 및 제2 다층 PCB의 서로 다른 레이어의 동일한 위치 상에 형성될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 그라운드 패턴은 상기 커넥터의 복수의 그라운드 단자에 대응하여 복수의 그라운드 패턴으로 형성되고, 상기 복수의 그라운드 패턴 사이에 신호 전송선(signal transmission line)이 배치될 수 있다. 이때, 상기 신호 전송선에서 신호 라인의 길이는 상기 그라운드 패턴의 그라운드 패드의 길이와 동일하게 형성될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 그라운드 패드는 상기 그라운드 비아의 형상과 동일한 원형 형상의 제1 및 제2 원형 그라운드 패드이고, 상기 제1 및 제2 원형 그라운드 패드 각각은, 상기 그라운드 패드의 직경보다 좁은 너비(width)를 갖는 상기 그라운드 라인과 연결될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 및 제2 다층 PCB는 서로 다른 레이어 간의 신호 전달을 위한 수직 연결을 구성하는 신호 전송선을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 신호 전송선은, 상기 신호 전달을 위한 수직 연결을 위한 신호 비아(via)가 배치되는 신호 패드; 및 상기 신호 패드와 연결되고, 상기 신호 패드의 직경보다 좁은 너비(width)를 갖고, 일정 길이로 연장되는 신호 라인을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 안테나로부터 상기 커넥터의 서로 다른 신호 단자를 통해 신호를 수신하거나 또는 상기 커넥터의 서로 다른 신호 단자를 통해 상기 안테나로 신호를 송신하도록 하는 송수신부 회로를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 안테나로부터 상기 커넥터의 서로 다른 신호 단자를 통해 상기 송수신부 회로로 수신된 제1 및 제2수신 신호들을 제어하는 기저대역 프로세서를 더 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 기저대역 프로세서는, 상기 안테나의 수평/수직(H/V) 편파를 이용하여 특정 시간 구간 동안 상기 제1수신 신호 및 상기 제2수신 신호를 동시에 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 다층 PCB와 연결되는 제1 연결부(connecting portion)와 상기 제2 다층 PCB와 연결되는 제2 연결부는 각각 8개의 단자로 구성될 수 있다. 한편, 상기 기저대역 프로세서는, 상기 제2 연결부의 상기 8개의 단자 중 4개의 단자에 연결된 4개의 안테나로 구성된 제1 배열 안테나와 나머지 4개의 단자에 연결된 4개의 안테나로 구성된 제2 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따른 커넥터 장치가 제공된다. 상기 커넥터 장치는, 제1 다층 회로 기판(printed circuit board; PCB)과 연결되도록 구성되는 복수의 단자들을 구비하는 제1 연결부(connecting portion); 및 제2 다층 회로 기판과 연결되도록 구성되는 복수의 단자들을 구비하는 제2 연결부를 포함한다. 한편, 상기 제1 다층 회로 기판과 상기 제2 다층 회로 기판의 신호 전송선은 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부에 의해 상호 수직 연결되어, 무선 주파수 (radio frequency; RF) 신호를 전달할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 제1 다층 PCB에는 송수신부 회로가 배치되고, 상기 제2 다층 PCB에는 안테나가 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 다층 PCB는 서로 다른 레이어 간의 그라운드 수직 연결을 구성하는 그라운드 패턴을 포함할 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 그라운드 패턴은 상기 제1 및 제2 다층 PCB의 서로 다른 레이어의 동일한 위치 상에 형성될 수 있다. 또한, 상호 인접한 상기 그라운드 패턴 간에는 금속 패턴이 제거된 윈도우 영역(window region)이 상기 제1 및 제2 다층 PCB의 서로 다른 레이어의 동일한 위치 상에 형성될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 그라운드 패턴은 상기 커넥터의 복수의 그라운드 단자에 대응하여 복수의 그라운드 패턴으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 복수의 그라운드 패턴 사이에 신호 전송선(signal transmission line)이 배치될 수 있다. 이때, 상기 신호 전송선에서 신호 라인의 길이는 상기 그라운드 패턴의 그라운드 패드의 길이와 동일하게 형성될 수 있다.

일 실시 예에서, 상기 그라운드 패드는 상기 그라운드 비아의 형상과 동일한 원형 형상의 제1 및 제2 원형 그라운드 패드일 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 원형 그라운드 패드 각각은, 상기 그라운드 패드의 직경보다 좁은 너비(width)를 갖는 상기 그라운드 라인과 연결될 수 있다.

본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 안테나와 송수신 회로를 수직 연결함에 있어서, 수직 비아 주변의 회로 패턴을 최적화하여 삽일 손실을 감소시킬 수 있는 커넥터를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 안테나와 송수신 회로를 수직 연결함에 따라 수직 비아의 길이가 증가하는 경우, 수직 비아 주변의 회로 패턴을 최적화하여 이러한 수직 비아에 의한 방사에 의해 삽입 손실을 감소시킬 수 있는 커넥터 및 이를 구비하는 전자기기를 제공할 수 있다는 장점이 있다.

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 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 3a는 송수신부 회로와 안테나가 별도의 커넥터 없이 직접 연결된 구조의 개념도를 나타낸다. 반면에, 도 3b는 본 발명에 따른 송수신부 회로와 안테나가 커넥터에 상호 연결된 구조의 개념도를 나타낸다.
도 4a는 기존의 커넥터를 밀리미터파 대역과 같은 주파수 대역에서 사용하는 경우의 삽입손실(IL)과 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)를 나타낸다.
도 4b는 본 발명에 따른 다층 기판 PCB 커넥터의 삽입 손실(IL: Insertion Loss)을 나타낸다.
도 5는 본 발명에 따른 복수의 레이어를 갖는 RFIC PCB와 안테나 PCB를 수직 연결하는 커넥터 체결 구조의 개념도이다.
도 6a는 본 발명에 따른 원형 그라운드 패드 기반 CPW 구조와 기존 CPW 구조를 비교한 것이다.
도 6b는 본 발명에 따른 그라운드 핀 연결 시, 비아 및 그라운드 패턴 유무에 따른 PCB 구조를 나타낸다.
도 6c와 도 6d는 본 발명에 따른 비아 및 그라운드 패턴 유무에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 RFIC PCB와 RFIC의 각 단자가 연결되는 개념도와 이에 따른 회로 구조의 개념도를 나타낸다.
도 8은 본 발명에 따른 RFIC PCB의 Layer 4와 Layer 6의 각 평면도와 Layer 4와 Layer 6가 신호 비아와 그라운드 비아에 의해 연결된 구조를 나타낸다.
도 9는 본 발명에 따른 RFIC PCB의 Layer 4와 커넥터 단자 간 연결 상태와 커넥터가 RFIC PCB의 Layer 4 및 6와 체결된 구성을 나타낸다.
도 10은 본 발명에 따른 RFIC PCB의 Layer 4, 5 및 6의 각 평면도와 Layer 4 내지 6이 신호 비아와 그라운드 비아에 의해 연결된 구조를 나타낸다.
도 11은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 RFIC PCB의 모든 Layer 각각의 평면도를 나타낸다.
도 12는 본 발명에 따른 안테나 PCB의 복수의 Layer들 각각의 평면도를 나타낸다.
도 13a는 본 발명에 따른 커넥터에 연결되는 다층 PCB 내부의 신호 전송선의 길이를 최적화와 관련된 구성을 나타낸다.
도 13b는 본 발명에 따른 다층 PCB 내부의 그라운드 영역과 비아 배치를 최적화한 경우 (도 13b(a))와 그렇지 않은 경우 (도 13b(b))의 형상을 비교한 것이다.
도 13c와 도 13d는 본 발명에 따른 다층 PCB 내부의 그라운드 영역과 비아 배치를 최적화한 경우와 그렇지 않은 경우에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도 14는 본 발명에 따른 커넥터에 연결되는 다층 PCB에서 금속 패턴이 제거된 윈도우 영역의 최적화와 관련된 구성을 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 논-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(115)은 치환 또는 부가적으로 전자 기기의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신부(110)의 다른 모듈 중 어느 기능을 수행할 수 있다. 위치정보모듈(115)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 기기와 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 기기의 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, 500)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 모뎀(Modem, 400)과 어플리케이션 프로세서(AP, 500)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, RFIC(250)와 모뎀(400)은 각각 송수신부 회로(transceiver circuit, 250) 및 기저대역 프로세서(baseband processor, 400)로 지칭될 수 있다.

한편, 전자 기기는 수신부에서 복수의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 410 내지 440)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, 500)는 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어하도록 구성한다. 구체적으로, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)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, 500)는 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다고 판단되면, 모뎀(300)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(300)을 통해 RFIC(250)를 제어할 수 있다.

다른 실시 예에 따르면, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 전자 기기가 low battery mode이면, 저전력 통신이 가능한 무선 통신을 제공하도록 모뎀(300)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 4G 기지국, 5G 기지국 및 액세스 포인트 중 복수의 엔티티와 연결된 경우, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 가장 저전력으로 무선 통신이 가능하도록 모뎀(400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스루풋을 다소 희생하더라도 어플리케이션 프로세서(AP, 500)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 임계 값 이상이면, 최적의 무선 인터페이스를 선택하도록 모뎀(300)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)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, 500)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, 500)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 커넥터를 구비하는 전자기기의 구체적인 동작 및 기능에 대해서 이하에서 검토하기로 한다. 보다 상세하게는, 다중 송수신 시스템에서 송수신부 회로와 안테나를 연결하는 커넥터를 구비하는 전자 기기에 대해 검토하기로 한다.

이와 관련하여, 도 3a는 송수신부 회로와 안테나가 별도의 커넥터 없이 직접 연결된 구조의 개념도를 나타낸다. 반면에, 도 3b는 본 발명에 따른 송수신부 회로와 안테나가 커넥터에 상호 연결된 구조의 개념도를 나타낸다.

도 3a를 참조하면, 송수신부 회로인 RFIC(1250)와 복수의 안테나(1110)가 별도의 커넥터 없이 직접 연결된 구조이다. 이와 같은 구조에서, RFIC(1250)와 안테나(1110)가 직접 연결된 상태에서, RFIC(1250)와 안테나(1110) 각각에 대한 성능 테스트를 할 수 없다는 단점이 있다. 이에 따라, RFIC(1250)와 안테나(1110)를 통합 설계 및 제작해야 한다는 단점이 있다. 또한, RFIC(1250)와 안테나(1110)의 연결 부분 중 어느 한 부분이라도 연결 상태에 문제가 발생한 경우, 전체 모듈을 사용할 수 없다는 단점이 있다.

또한, 성능 관점에서도 RFIC(1250)와 안테나(1110)가 직접 연결됨에 따라, RFIC(1250)의 발열 이슈가 존재한다. 한편, RFIC(1250)와 안테나(1110)가 직접 연결됨에 따라, 안테나(1110)와 기구 간의 에어 간극(air gap)이 필요하며 이에 따른 최적 매칭(optimum matching)에 한계가 있다.

반면에, 도 3b를 참조하면, 복수의 안테나(1110)와 송수신부 회로(1250) 사이에 커넥터(1120)가 배치되어, 커넥터(1120)를 통해 안테나(1110)와 송수신부 회로(1250)가 체결될 수 있다. 따라서, RFIC(1250)와 안테나(1110)가 직접 연결된 상태에서, RFIC(1250)와 안테나(1110) 각각에 대한 성능 테스트가 가능하다. 또한, RFIC(1250)와 안테나(1110)를 각각 최적 설계할 수 있다는 장점이 있다. 또한, RFIC(1250)와 안테나(1110)의 연결 부분 중 어느 한 부분이라도 연결 상태에 문제가 발생한 경우에도, 커넥터(1120)를 교체하는 방식으로 전체 모듈을 사용할 수 있다.

또한, 성능 관점에서도 RFIC(1250)와 안테나(1110)가 직접 연결되지 않고 커넥터(1120)를 통해 연결됨에 따라, RFIC(1250)의 발열 이슈를 해결할 수 있다. 한편, RFIC(1250)와 안테나(1110)가 커넥터(1120)를 통해 연결됨에 따라, 최적 칭(optimum matching)이 가능하다는 장점이 있다.

한편, 안테나(1110)의 개수는 8개에 한정되는 것은 아니라, 응용에 따라 4개, 8개, 16개, 32개 등으로 변경 가능하다. 이때, 8개의 안테나(1110) 중 4개의 안테나를 하나의 배열 안테나로 구현하여 빔포밍을 수행할 수 있다. 따라서, 4개의 안테나로 구성된 제1 배열 안테나와 제2 배열 안테나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다. 또한, 안테나(1110)가 패치 안테나와 같이 수평/수직(H/V) 편파를 지원하는 경우, H/V 편파에 따라 MIMO를 수행할 수 있다. 따라서, 제1 배열 안테나와 제2 배열 안테나와 H/V 편파를 이용하여 최대 4x4 MIMO가 가능하다.

한편, 밀리미터파 대역과 같은 주파수 대역에서 기존의 SMA 타입과 같은 커넥터를 사용하는 경우에는 삽입손실(IL: Insertion Loss)이 크게 증가하는 문제점이 있다. 이와 관련하여, 도 4는 기존의 커넥터를 밀리미터파 대역과 같은 주파수 대역에서 사용하는 경우의 삽입손실(IL)과 정재파비(VSWR: Voltage Standing Wave Ratio)를 나타낸다.

도 4(a)를 참조하면, 28GHz 대역과 39GHz 대역에서 삽입손실은 각각 -6dB와 -12dB의 값을 갖는다. 따라서, 28GHz 대역과 39GHz 대역에서 안테나를 통해 수신된 신호가 커넥터를 통과하면서 신호 크기가 각각 1/4과 1/16로 감소하게 된다. 이에 따라, 이러한 기존 커넥터를 안테나와 RFIC를 연결하도록 밀리미터파 대역에서 사용할 수 없다는 문제점이 있다.

한편, 도 4(b)를 참조하면, 28GHz 대역과 39GHz 대역에서 VSWR은 2 이하의 값을 갖는다. 따라서, 28GHz 대역과 39GHz 대역에서 안테나를 통해 수신된 신호가 커넥터를 통과하면서 안테나로 반사되는 신호 자체는 크게 문제되지 않음을 알 수 있다. 하지만, 도 4(a)와 같이 28GHz 대역과 39GHz 대역에서 안테나를 통해 수신된 신호가 커넥터를 통과하면서 신호 크기가 크게 감소한다는 문제점이 있다.

반면에, 도 4b는 본 발명에 따른 다층 기판 PCB 커넥터의 삽입 손실(IL: Insertion Loss)을 나타낸다. 도 4b를 참조하면, 28GHz 대역과 39GHz 대역을 포함하여 23GHz 내지 44GHz 대역에서 삽입손실은 1.4dB 이하로 매우 양호한 RF 특성을 갖는다는 장점이 있다.

한편, 본 발명에 따른 커넥터는 복수의 층(layer)을 갖는 안테나 PCB와 RFIC PCB를 수직 연결하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 5는 본 발명에 따른 복수의 레이어를 갖는 RFIC PCB와 안테나 PCB를 수직 연결하는 커넥터 체결 구조의 개념도이다.

도 5를 참조하면, RFIC PCB와 안테나 PCB를 각각 제1 다층 회로 기판(printed circuit board; PCB)(2100) 및 제2 다층 PCB(2200)로 지칭할 수 있다. 이때, 제1 다층 PCB(2100) 및 제2 다층 PCB(2200)는 각각 6층 PCB 및 3층 PCB로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 한편, RFIC PCB와 안테나 PCB인 제1 다층 PCB(2100) 및 제2 다층 PCB(2200)를 상호 연결하는 커넥터(1120)가 배치될 수 있다.

한편, 도 3 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 양상에 따른 커넥터 장치가 제공된다. 여기서, 상기 커넥터 장치는 도 3b의 커넥터(1120) 뿐만 아니라, 도 5의 제1 다층 PCB(2100)와 제2 다층 PCB(2200)를 포함할 수 있다.

한편, 도 3, 도 5 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 양상에 따른 커넥터 장치를 포함하는 전자 기기가 제공된다. 여기서, 상기 전자 기기는 도 5의 제1 다층 PCB(2100)와 제2 다층 PCB(2200) 뿐만 아니라, 도 7의 송수신부 회로(RFIC)(1250)과 기저대역 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 양상에 따른 커넥터 장치는 제1 연결부(connecting portion, 1121)와 제2 연결부(1122)를 포함한다. 구체적으로, 제1 연결부(11121)는 제1 다층 회로 기판(PCB, 2100)과 연결되도록 구성되는 복수의 단자들을 구비한다. 또한, 제2 연결부(1122)는 제2 다층 회로 기판(2200)과 연결되도록 구성되는 복수의 단자들을 구비한다. 여기서, 복수의 단자들의 개수는 8개에 한정되는 것은 아니고, 안테나의 개수에 따라 변경 가능하다.

한편, 제1 다층 회로 기판(2100)에는 송수신부 회로(1250)가 배치되고, 제2 다층 회로 기판(2200)에는 안테나(1110)가 배치될 수 있다. 이때, 커넥터(1120)는 제1 다층 회로 기판(2100)과 제2 다층 회로 기판(2100)의 신호 전송선은 제1 연결부(1111) 및 제2 연결부(1112)에 의해 상호 수직 연결되어, 무선 주파수 (radio frequency; RF) 신호를 전달할 수 있다. 구체적으로, 커넥터(1120)는 제1 연결부(1121)와 제2 연결부(1122)를 통해 안테나(1100)와 송수신부 회로(1250) 간의 RF 신호를 전달할 수 있다.

한편, 도 3b 및 도 5를 참조하면, 제1 다층 PCB(2100)는 송수신부 회로(1250)를 포함하도록 구성된다. 한편, 제2 다층 PCB(2200)는 안테나(1110)를 포함하도록 구성된다. 또한, 커넥터(1120)는 제1 다층 PCB(2100)와 제2 다층 PCB(2200)를 상호 연결하도록 구성된다. 이때, 편의상 제1 다층 PCB(2100)와 제2 다층 PCB(2200)의 최상위 레이어인 Layer 6 및 Layer 3을 도시하였다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 제1 다층 PCB(2100)와 제2 다층 PCB(2200)의 임의의 레이어에도 적용 가능하다.

한편, 제1 다층 PCB(2100)는 서로 다른 레이어 간의 그라운드 수직 연결을 구성하는 그라운드 패턴(2110)을 포함한다. 또한, 제2 다층 PCB(2200)는 서로 다른 레이어 간의 그라운드 수직 연결을 구성하는 그라운드 패턴(2210)을 포함한다.

이와 관련하여, 그라운드 패턴(2110, 2210)은 그라운드 간 수직 연결을 위한 그라운드 비아(via)가 배치되는 그라운드 패드(2111, 2211)를 포함한다. 또한, 그라운드 패턴(2110, 2210)은 그라운드 패드(2111, 2211)를 연결하는 그라운드 라인(2112, 2212)을 포함한다. 한편, 그라운드 패드(2111, 2211) 중 일부는 그라운드 라인(2112, 2212) 없이 직접 연결될 수 있다.

한편, 그라운드 패턴(2110, 2210)은 커넥터(1120)의 복수의 그라운드 단자에 대응하여 복수의 그라운드 패턴으로 형성될 수 있다. 이때, 복수의 그라운드 패턴(2110, 2210) 사이에 신호 전송선(signal transmission line, 2120, 2220)이 배치될 수 있다.

한편, 그라운드 패드(2111)는 그라운드 비아의 형상과 동일한 원형 형상의 제1 및 제2 원형 그라운드 패드(2111a, 2111b)로 구현될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 원형 그라운드 패드(2111a, 2111b) 각각은, 그라운드 패드(2111a, 2111b)의 직경보다 좁은 너비(width)를 갖는 그라운드 라인(2112)과 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 그라운드 라인(2112)의 너비를 제1 및 제2 원형 그라운드 패드(2111a, 2111b)의 직경보다 좁게 구성하여 밀리미터파 대역에서 원하지 않는 인덕티브 및 커패시티브 성분이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.

한편, 전술한 RFIC PCB인 제1 다층 PCB(2100)의 그라운드 패드(2111)에 관한 사항이 안테나 PCB인 제2 다층 PCB(2200)의 그라운드 패드(2211)에도 적용 가능하다. 따라서, 그라운드 패드(2211)는 그라운드 비아의 형상과 동일한 원형 형상의 제1 및 제2 원형 그라운드 패드(2211a, 2211b)로 구현될 수 있다. 이때, 제1 및 제2 원형 그라운드 패드(2211a, 2211b) 각각은, 그라운드 패드(2211a, 2211b)의 직경보다 좁은 너비(width)를 갖는 그라운드 라인(2212)과 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 그라운드 라인(2212)의 너비를 제1 및 제2 원형 그라운드 패드(2211a, 2211b)의 직경보다 좁게 구성하여 밀리미터파 대역에서 원하지 않는 인덕티브 및 커패시티브 성분이 발생하는 문제를 해결할 수 있다.

한편, 그라운드 라인(2112, 2212)의 너비의 하한(lower bound)과 관련하여, 선 폭(line-width)이 좁은 경우 높은 임피던스에 의한 불요 방사(unwanted radiation)이 발생할 수 있다. 하지만, 그라운드 라인(2112, 2212) 자체가 신호를 전달하지는 않으므로 그라운드 라인(2112, 2212)의 너비의 하한은 크게 문제되지 않는다.

한편, 전술한 복수의 그라운드 패턴(2110, 2210) 사이에 신호 전송선(2120, 2220)이 제1 다층 PCB(2100) 및 제2 다층 PCB(2200)에 배치될 수 있다. 따라서, 제1 다층 PCB(2100) 및 제2 다층 PCB(2200)는 서로 다른 레이어 간의 신호 전달을 위한 수직 연결을 구성하는 신호 전송선(2120, 2220)을 포함할 수 있다.

한편, 신호 전송선(2120, 2220)은 신호 전달을 위한 수직 연결을 위한 신호 비아(via)가 배치되는 신호 패드(2121, 2221)를 포함한다. 또한, 신호 전송선(2120, 2220)은 신호 패드(2121, 2221)를 연결하는 신호 라인(2122, 2222)을 포함한다. 이때, 신호 라인(2122, 2222)은 신호 패드(2121, 2221)의 직경보다 좁은 너비(width)를 갖고, 신호 패드(2121, 2221)로부터 일정 길이로 연장된다. 이때, 신호 라인(2122, 2222)의 너비는 그라운드 라인(2112, 2212)의 너비와 달리 특성 임피던스(characteristic impedance) 값의 너비로 고정될 수 있다. 예를 들어, 신호 라인(2122, 2222)의 너비는 50Ω의 특성 임피던스 값의 너비로 구현될 수 있지만, 응용에 따라 다른 특성 임피던스 값으로 구현될 수 있다.

한편, 신호 패드(2121, 2221)도 신호 비아의 형상과 동일한 원형 형상의 원형 신호 패드(2211, 2211)로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 원형 신호 패드(2211, 2211)가 배치되는 일 축 상의 위치는 그라운드 라인(2112, 2212)이 배치되는 위치일 수 있다.

따라서, 복수의 원형 신호 패드(2211, 2211)가 배치되는 사이의 공간에 그라운드 패드(2211, 2212)가 아닌 그라운드 라인(2112, 2212)이 배치되는 것이 최적이다. 왜냐하면, 복수의 원형 신호 패드(2211, 2211)가 배치되는 사이의 공간에 원형 그라운드 패드(2211, 2212)가 배치되면 배치 공간이 부족할 수 있다. 또한, 신호 라인(2122, 2222)에 제1 및 제2 원형 그라운드 패드(2111a, 2111b, 2211a, 2211b)가 인접하게 배치됨에 따라 CPW(coplanar waveguide) 형태로 구성 가능하다는 장점이 있다.

이와 관련하여, 도 6a는 본 발명에 따른 원형 그라운드 패드 기반 CPW 구조와 기존 CPW 구조를 비교한 것이다.

도 5 및 도 6a(a)를 참조하면, 본 발명에 따른 원형 그라운드 패드 기반 CPW 구조에서, 신호 라인(2122, 2222)에 제1 및 제2 원형 그라운드 패드(2111a, 2111b, 2211a, 2211b)가 동일 평면 상에서 인접하게 배치된다. 이에 따라, 신호 라인(2122, 2222)에 의한 불요 방사에 의한 급전 손실(feeding loss)을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 구체적으로 급전 손실을 동일 평면 상의 인접한 제1 및 제2 원형 그라운드 패드(2111a, 2111b, 2211a, 2211b)에 의해 감소시킬 수 있다.

이와 관련하여, 신호 라인(2122, 2222)과 제1 및 제2 원형 그라운드 패드(2111a, 2111b, 2211a, 2211b)간의 거리는 최소 d에서 최대 d + r의 값을 갖는다. 여기서, r은 제1 및 제2 원형 그라운드 패드(2111a, 2111b, 2211a, 2211b)의 반경이다.

이와 같이, 신호 라인(2122, 2222)과 제1 및 제2 원형 그라운드 패드(2111a, 2111b, 2211a, 2211b)간의 거리가 변경됨에 따라 다양한 형태 및 양상의 불요 방사에 의한 급전 손실을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다. 예를 들어, 불요 방사는 특정 주파수 대역 이외에 고차 모드 등 다양한 주파수 대역의 신호에 기인할 수 있다. 따라서, 신호 라인(2122, 2222)과 제1 및 제2 원형 그라운드 패드(2111a, 2111b, 2211a, 2211b)간의 거리가 다양한 형태로 변경됨에 이러한 다양한 주파수 대역의 불요 방사 신호에 효과적으로 대응할 수 있다는 장점이 있다.

반면에, 도 6a(b)를 참조하면, 신호 라인과 그라운드 간의 거리가 d2로 동일한 값을 갖게 되어 다양한 형태 및 양상의 불요 방사에 의한 신호 손실을 감소시킬 수 없다는 문제점이 있다. 구체적으로, 신호 라인과 그라운드 간의 거리 d2가 도 6a(a)의 최대 거리 d + r이 되면, 그라운드에 의한 효과가 감소하게 된다. 한편, 신호 라인과 그라운드 간의 거리 d2가 도 6a(a)의 최소 거리 d가 되면, 주파수 대역 변화에 따른 특성 변화가 크게 되는 문제점이 있다. 또한, 신호 라인과 그라운드 간의 거리 d2가 도 6a(a)의 최소 거리 d가 되면, 회로 제작 오차에 따른 특성 변화가 크게 되는 문제점이 있다.

도 6b는 본 발명에 따른 그라운드 핀 연결 시, 비아 및 그라운드 패턴 유무에 따른 PCB 구조를 나타낸다. 한편, 도 6c와 도 6d는 본 발명에 따른 비아 및 그라운드 패턴 유무에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸다.

구체적으로, 도 6c는 본 발명에 따른 비아 및 그라운드 패턴이 존재하는 경우, 8개의 단자에서의 삽입 손실(IL: Insertion Loss)을 나타낸다. 반면에, 도 6d는 본 발명과 관련하여, 비아 및 그라운드 패턴이 없는 경우, 8개의 단자에서의 삽입 손실(IL)을 나타낸다.

도 5 및 도 6b를 참조하면, 3층 PCB에 해당하는 제2 다층 PCB(2200)에 대해 비아 및 그라운드 패턴 유무에 따른 PCB 구조를 나타낸다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 6층 PCB에 해당하는 제1 다층 PCB(2100)에도 적용 가능하다.

한편, 도 6b, 6c에 도시된 바와 같이, 비아 및 그라운드 패턴이 존재하는 경우, 23 내지 44GHz 대역에서 삽입 손실(IL) 특성이 양호함을 알 수 있다. 반면에, 도 6b, 도 6d에 도시된 바와 같이, 비아 및 그라운드 패턴이 존재하지 않으면, 23 내지 44GHz 대역에서 삽입 손실(IL) 특성이 열화(degrade)됨을 알 수 있다.

구체적으로, 표 1은 본 발명에 따른 비아 및 그라운드 패턴 유무에 따른 삽입 손실(IL), 격리도 및 반사 손실(RL) 값을 나타낸다. 여기서, 표 1의 값은 23 내지 44GHz 대역에서 가장 성능이 좋지 않은 경우의 삽입 손실(IL), 격리도 및 반사 손실(RL) 값을 나타낸다.

따라서, 표 1을 참조하면, 비아 및 그라운드 패턴이 추가됨에 따라, 본 발명에 따른 커넥터 모듈은 23 내지 44GHz 대역에서 삽입손실은 1.4dB 이하로 매우 양호한 RF 특성을 갖는다는 장점이 있다. 반면에, 비아 및 그라운드 패턴이 커넥터 모듈 주변과 내부에 배치되지 않는 경우, 23 내지 44GHz 대역에서 삽입손실은 최대 3.2dB로 절반 이상의 RF 손실이 발생하는 문제점이 있다.

또한, 비아 및 그라운드 패턴이 추가됨에 따라, 본 발명에 따른 커넥터 모듈은 23 내지 44GHz 대역에서 -10dB 이하의 반사 손실 및 17dB 이상의 격리도 값을 가져, 매우 양호한 RF 특성을 갖는다는 장점이 있다.

한편, 도 7은 본 발명에 따른 RFIC PCB와 RFIC의 각 단자가 연결되는 개념도와 이에 따른 회로 구조의 개념도를 나타낸다.

도 7(a)에 도시된 바와 같이, RFIC PCB인 제1 다층 PCB(2100)의 그라운드 패턴(2110)은 그라운드 간 수직 연결을 위한 그라운드 비아(via)가 배치되는 복수의 그라운드 패드(2111)를 포함한다. 또한, 그라운드 패턴(2110)은 그라운드 패드(2111)를 연결하는 복수의 그라운드 라인(2112)을 포함한다.

한편, 복수의 그라운드 라인(2112) 간에는 서로 다른 레이어 간의 신호 전달을 위한 수직 연결을 구성하는 신호 전송선(2120)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 다층 PCB(2100) 좌측 영역과 우측 영역과 각각 n개씩 신호 전송선(2120)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 다층 PCB(2100) 좌측 영역과 우측 영역과 각각 4개씩, 8개의 신호 전송선(2120)이 배치될 수 있다. 이때, 8개의 신호 전송선(2120) 각각이 RFIC(1250)의 8개의 단자와 각각 연결되어, 신호 전송선(2120)으로부터의 신호를 RFIC(1250)로 전달할 수 있다.

구체적으로, 도 3b 및 도 7을 참조하면, 기저대역 프로세서(1400)는 안테나(1110)의 수평/수직(H/V) 편파를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이를 위해, 안테나(1110)의 수평/수직(H/V) 편파를 이용하여 특정 시간 구간 동안 제1수신 신호 및 제2수신 신호를 동시에 수신할 수 있다. 이에 따라, 기저대역 프로세서(1400)는 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.

한편, 도 3b, 도 5 및 도 7을 참조하면, 제1 다층 PCB(2100)와 연결되는 제1 연결부(connecting portion, 1121)와 제2 다층 PCB(2200)와 연결되는 제2 연결부(1122)는 각각 8개의 단자로 구성될 수 있다. 이때, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 연결부(1122)의 8개의 단자 중 4개의 단자에 연결된 4개의 안테나로 구성된 제1 배열 안테나(1111)와 나머지 4개의 단자에 연결된 4개의 안테나로 구성된 제2 배열 안테나(1112)를 제어할 수 있다. 보다 상세하게는, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 배열 안테나(1111)와 제2 배열 안테나(1112)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.

한편, 도 5 및 도 7(b)에 도시된 바와 같이, RFIC(1250)와 커넥터(1120) 간의 인터페이스는 스트립 라인(strip line) 형태로 이루어질 수 있다. 여기서, "스트립 라인"은 도 7(b)와 같이 상부와 하부 모두에 그라운드 면(ground plane)이 배치되고, 중간에 신호 라인(signal line, 2130)이 배치되는 구조이다.

한편, 도 7(a)를 참조하면, 8개의 신호 전송선(2120)은 Layer 4에 배치되고, 8개의 신호 전송선(2120)은 8개의 신호 라인(2130)과 연결된다. 이때, Layer 4에 배치되는 8개의 신호 라인(2130)은 "스트립 라인"구조로 형성될 수 있다. 따라서, RFIC(1250)와 연결되는 8개의 신호 라인(2130)의 상부와 하부 모두에 그라운드 면(ground plane)이 배치될 수 있다. 이때, 신호 라인(2130) 없이 신호 전송선(2120)에 의해 RFIC(1250)와 직접 연결되는 것도 가능하다. 여기서, 신호 전송선(2120)이 스트립 라인 구조로 형성될 수 있다.

한편, 도 8은 본 발명에 따른 RFIC PCB의 Layer 4와 Layer 6의 각 평면도와 Layer 4와 Layer 6가 신호 비아와 그라운드 비아에 의해 연결된 구조를 나타낸다.

구체적으로, 도 8(a)의 RFIC PCB인 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 6는 도 5의 RFIC PCB인 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 6에 해당한다. 또한, 도 8(b)의 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 4는 도 7(a)의 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 6에 해당한다.

한편, 도 8 (c)는 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 4와 Layer 6이 신호 비아와 그라운드 비아에 의해 연결된 구성을 나타낸다. 여기서, 신호 비아는 서로 다른 레이어, 예컨대 Layer 4와 Layer 6의 신호 패드(2121) 간을 수직 연결한다.

한편, 도 5 및 도 8(d)를 참조하면, 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 6와 커넥터(1120)는 커넥터 접촉 지점(connector contact point) (2140)에 의해 상호 연결된다. 이때, 커넥터 접촉 지점(2140)에 의해 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 6의 그라운드 패턴(2100)이 커넥터(1120)의 그라운드와 전기적으로 연결된다. 커넥터(1120)와 접촉되는 제2 커넥터 접촉 지점(2160)은 그라운드와 연결되지 않고 플로팅(floating) 금속 패턴으로 구현된다.

한편, 도 8 (d) 및 도 8 (e)를 참조하면, 커넥터 접촉 지점(2140)에 의해 커넥터(1120)의 그라운드가 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 6의 그라운드와 연결된다. 또한, 커넥터(1120)의 신호 단자가 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 6의 신호 라인(2122)와 연결된다.

한편, 도 9는 본 발명에 따른 RFIC PCB의 Layer 4와 커넥터 단자 간 연결 상태와 커넥터가 RFIC PCB의 Layer 4 및 6와 체결된 구성을 나타낸다.

도 9 (a)를 참조하면, 커넥터(1120)의 그라운드 단자는 RFIC PCB인 제1 다층 PCB(2100) 중 Layer 4의 그라운드 패드(2111)와 전기적으로 연결된다. 이와 관련하여, 도 9 (b)는 커넥터(1120)의 그라운드 단자가 제1 다층 PCB(2100) 중 Layer 4의 그라운드 패드(2111)와 전기적으로 연결된 측면도를 나타낸다.

한편, 도 8(d) 및 도 9 (c)를 참조하면, 커넥터(1120)의 그라운드 단자가 제1 다층 PCB(2100) 중 Layer 4의 그라운드 패드(2111)와 전기적으로 연결되면서, Layer 6의 그라운드 중 커넥터 접촉 지점(2140)이 전기적으로 연결된 측면도를 나타낸다.

한편, 도 10은 본 발명에 따른 RFIC PCB의 Layer 4, 5 및 6의 각 평면도와 Layer 4 내지 6이 신호 비아와 그라운드 비아에 의해 연결된 구조를 나타낸다.

구체적으로, 도 10(a)의 RFIC PCB인 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 4는 도 8(b)의 RFIC PCB인 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 4에 해당한다. 또한, 도 10(b)의 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 6은 도 8(a)의 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 6에 해당한다.

한편, 도 10 (c)의 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 5의 그라운드 패턴(2110)은 Layer 4의 그라운드 패턴(2110b)과 동일한 형상으로 이루어질 수 있다. 따라서, 제1 다층 PCB(2100)의 서로 다른 레이어의 동일한 위치 상에 그라운드 패턴(2110, 2110b)이 형성될 수 있다. 또한, 상호 인접한 그라운드 패턴(2110, 2110b) 간에는 금속 패턴이 제거된 윈도우 영역(window region, 2150)이 제1 다층 PCB(2100)의 서로 다른 레이어의 동일한 위치 상에 형성된다.

구체적으로, 도 10 (a) 내지 (c)를 참조하면, 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 4 내지 6의 신호 패드(2121)의 위치는 동일 위치 상에 형성된다. Layer 4와 6은 신호 전송선(2120)은 각각 신호 패드(2121)를 중심으로 각각 좌측과 우측에 신호 라인(2122)이 배치될 수 있다. 이와 같은 신호 패드(2121)를 중심으로 각각 좌측과 우측에 배치되는 신호 라인(2122)에 의해 커넥터(1120)와 RFIC(1250) 간에 신호가 전달될 수 있다. 반면에, Layer 4와 6 사이에 배치되는 Layer 5에는 신호 라인 없이 신호 패드(2121)만 배치된다.

이와 같이 제1 다층 PCB(2100)의 서로 다른 레이어 간에 그라운드 패턴(2110, 2110b)과 윈도우 영역(2150)이 동일한 위치 상에 형성됨에 따라, 신호 전송선(2120)을 통해 전달되는 신호의 왜곡(distortion)이 방지되는 장점이 있다. 이와 같이, 신호 전송선(2120)을 통해 전달되는 신호의 왜곡이 방지되는 것은 신호 전송선(2120)을 통해 전달되는 신호가 대칭 전송선(symmetrical transmission line)으로 전달되기 때문이다.

여기서, 신호 "왜곡"의 의미는 신호 전송선(2120)과 신호 라인(2130)을 통해 RFIC(1250)로 전달되는 신호의 손실(loss)을 의미할 수 있다. 이때, 신호 손실은 신호 전송선(2120)과 신호 라인(2130)의 도체 손실(conduction loss)와 기판(substrate)의 유전율(permittivity)에 의한 유전체 손실을 포함한다. 또한, 신호 전송선(2120)과 신호 라인(2130)이 좁은 선폭을 갖는 고 임피던스 라인으로 구현되거나 벤딩(bending)에 의한 경우, 원하지 않는 불요 방사(unwanted radiation)에 의한 방사 손실(radiation loss)를 포함한다.

한편, 신호 손실을 최소화하기 위해서는 낮은 유전율을 갖는 기판을 사용하거나, 50Ω보다 높은 임피던스를 갖는 신호 전송선(2120)과 신호 라인(2130) 부분을 최소화할 필요가 있다. 또한, 신호 전송선(2120)과 신호 라인(2130) 간에 벤딩 구조를 최소화하거나 또는 직선 형태가 아닌 도 7 (b)와 같이 유선형의 곡선 형태로 신호 라인(2130) 구현할 필요가 있다.

또한, 신호 "왜곡"은 인접한 신호 전송선 간 또는 신호 전송선과 그라운드 간의 커플링에 따른 신호 왜곡 또는 고차 모드에 의한 원하지 않는 대역에서의 고차 모드 신호 발생에 따른 신호 왜곡을 포함할 수 있다. 따라서, 커플링 또는 고차 모드에 의한 신호 왜곡을 방지하기 위해서, 신호 전송선(2120)과 신호 라인(2130)의 구조를 동일 평면 상에서 대칭 형태로 구현할 수 있다. 또한, 신호 왜곡을 방지하기 위해서, 신호 전송선(2120)의 구조를 서로 다른 레이어 상에서도 대칭 형태로 구현할 수 있다.

신호 왜곡과 관련하여, 대칭 전송선은 동일 평면 상의 주변 금속 패턴이 좌우 대칭으로 형성되기 때문에 신호 전송선(2120)을 통해 전달되는 신호 왜곡은 크게 감소한다. 또한, 신호 전송선(2120)의 상부와 하부의 그라운드 패턴도 대칭형태이기 때문에 신호 전송선(2120)을 통해 전달되는 신호의 왜곡은 더욱 감소한다. 또한, 도 7(b)와 같이 스트립라인으로 구현됨에 따라, 마이크로스트립 라인으로 구현된 경우보다 신호 손실이나 왜곡이 더 감소할 수 있다. 이와 관련하여, "마이크로스트립 라인"은 신호 라인의 상부 또는 하부에만 그라운드가 구현된 형태이다.

한편, 도 10(d)와 (e)는 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 4 내지 6이 전기적으로 상호 결합된 구조이다. 구체적으로, 도 10(d)는 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 4 내지 6이 결합된 상태에서 Layer 6에서 본 전면도이다. 이와 관련하여, Layer 5의 그라운드 패턴(2110)은 Layer 4의 그라운드 패턴(2110b)과 동일한 형상이므로, Layer 5와 6 간에 신호 전송선(2120)이 상호 연결된 상태만이 표시된다.

반면에, 도 10(e)는 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 4 내지 6이 결합된 상태에서 Layer 4에서 본 전면도이다. 이와 관련하여, Layer 5의 그라운드 패턴(2110)은 Layer 4의 그라운드 패턴(2110b)과 동일한 형상이므로, Layer 4와 6 간에 신호 전송선(2120)이 상호 연결된 상태만이 표시된다.

도 11은 본 발명에 따른 본 발명에 따른 RFIC PCB의 모든 Layer 각각의 평면도를 나타낸다.

구체적으로, 도 11(a) 내지 (f)는 RFIC PCB인 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 6 내지 1에 각각 해당한다. 전술한 바와 같이, 도 11 (b)의 Layer 5의 그라운드 패턴(2110)은 도 11 (c)의 Layer 4의 그라운드 패턴(2110b)과 동일한 형상으로 이루어지고 동일한 위치에 배치될 수 있다.

한편, 도 11 (d) 및 (e)의 Layer 3, 2의 그라운드 패턴(2110c, 2110d)은 서로 다른 형상으로 이루어질 수 있다. 이와 관련하여, Layer 3, 2에는 신호 전송선이 배치되지 않기 때문에, Layer 3, 2의 그라운드 패턴(2110c, 2110d)은 최적의 RF 성능을 위하여 최적화될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 신호 전송선이 배치되는 Layer 5, 4에는 그라운드 패턴(2110, 2110b)이 동일한 형상으로 이루어지고 동일한 위치에 배치될 수 있다. 또한, 신호 전송선이 배치되지 않는 Layer 3, 2에는 그라운드 패턴(2110c, 2110d)이 최적화되어, 신호 손실 및 왜곡 측면에서 최적의 RF 성능을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 도 11(f)를 참조하면, 제1 다층 PCB(2100)의 Layer 1에는 그라운드가 제거되지 않은 그라운드 패턴(2110e)만이 존재한다.

한편, 도 12는 본 발명에 따른 안테나 PCB의 복수의 Layer들 각각의 평면도를 나타낸다. 도 12(a)를 참조하면, 안테나 PCB인 제2 다층 PCB(2200)의 Layer 3에는 그라운드 패턴(2210) 사이에 복수의 신호 전송선(2220)이 배치될 수 있다. 한편, 도 12(b)를 참조하면, 제2 다층 PCB(2200)의 Layer 2에도 그라운드 패턴(2210b) 사이에 복수의 신호 전송선(2220)이 배치될 수 있다.

구체적으로, 도 12 (a) 및 (b)를 참조하면, 제2 다층 PCB(2200)의 Layer 3 및 2의 신호 패드(2121)의 위치는 동일 위치 상에 형성된다. Layer 3과 2의 신호 전송선(2120)은 각각 신호 패드(2121)를 중심으로 각각 좌측과 우측에 신호 라인(2122)이 배치될 수 있다. 이와 같은 신호 패드(2221)를 중심으로 각각 좌측과 우측에 배치되는 신호 라인(2222)에 의해 커넥터(1120)와 안테나(1110) 간에 신호가 전달될 수 있다.

한편, 도 12 (c)를 참조하면, Layer 1에도 Layer 2, 3과 동일한 형상으로 그라운드 패턴이 제거된 윈도우가 형성될 수 있다. 이와 관련하여, Layer 1 내지 3에 형성된 윈도우는 동일한 형상으로 동일한 위치에 배치됨에 따라 안테나(1110)의 방사 특성을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다. 또한, Layer 1 내지 3에 형성된 윈도우가 금속이 제거된 형태가 아니라 유전체까지 제거된 경우에는 전력 증폭기 등에 의한 발열을 제거할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 도 13은 본 발명에 따른 커넥터에 연결되는 다층 PCB 내부의 신호 전송선의 길이를 최적화와 관련된 구성을 나타낸다.

이와 관련하여, 전술한 바와 같이, 복수의 그라운드 패턴(2110, 2210) 사이에 복수의 신호 전송선(2120, 2220)이 제1 다층 PCB(2100) 및 제2 다층 PCB(2200)에 배치될 수 있다. 도 13 (a)를 참조하면, RFIC PCB인 제1 다층 PCB(2100)에서, 복수의 신호 전송선(2120)이 복수의 그라운드 패턴(2110, 2210) 사이에 배치될 수 있다. 하지만, 도 13 (a)의 구성은 제1 다층 PCB(2100)에 한정되는 것이 아니라, 제2 다층 PCB(2200)에도 적용 가능하다.

도 13 (a)의 복수의 신호 전송선(2120)에서 신호 라인(2122)의 길이는 그라운드 패드(2111)의 길이와 동일하게 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 신호 라인(2122)의 길이가 그라운드 패드(2111)의 길이보다 긴 경우, 일부 신호 라인이 CPW 형태로 구현될 수 없다. 반면에, 신호 라인(2122)의 길이가 그라운드 패드(2111)의 길이보다 작게 형성되면, 모든 신호 라인이 CPW 형태로 구현되어 밀리미터파 대역에서 신호 손실을 저감할 수 있다는 장점이 있다. 한편, 신호 라인(2122)의 길이가 길수록 커넥터(1120)와의 접촉(contact)이 안정적이고 신호 손실이 저감될 수 있다. 따라서, 복수의 신호 전송선(2120)에서 신호 라인(2122)의 길이를 그라운드 패드(2211)의 길이와 동일하게 형성하는 것이 RF 신호 손실 및 왜곡 측면에서 최적일 수 있다.

한편, 도 13(b)는 다층 PCB 내부의 신호 전송선의 길이가 그라운드 패드(2211)의 길이와 동일하게 형성된 경우의 3차원 구조도를 나타낸다. 이와 같이, 다층 PCB 내부의 신호 전송선의 길이가 그라운드 패드(2211)의 길이와 동일하게 형성하여, RF 신호 손실 및 왜곡을 최소화할 수 있다.

한편, 도 13b는 본 발명에 따른 다층 PCB 내부의 그라운드 영역과 비아 배치를 최적화한 경우 (도 13b(a))와 그렇지 않은 경우 (도 13b(b))의 형상을 비교한 것이다. 도 13b를 참조하면, 다층 PCB 내부의 그라운드 영역과 비아 배치를 최적화지 않은 경우, 다층 PCB 내부의 신호 전송선과 동일 평면의 다른 레이어에는 비아가 배치된 그라운드 면이 존재한다. 반면에, 다층 PCB 내부의 그라운드 영역과 비아 배치가 최적화된 경우, 신호 전송선과 동일 평면 하부에 비아가 배치되는 그라운드 면이 제거된다.

한편, 도 5 및 도 13b를 참조하면, 6층 PCB에 해당하는 제1 다층 PCB(2100)에 대한 그라운드 영역과 비아의 최적 배치를 나타낸다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 3층 PCB에 해당하는 제2 다층 PCB(2200)에도 적용 가능하다.

한편, 도 13c와 도 13d는 본 발명에 따른 다층 PCB 내부의 그라운드 영역과 비아 배치를 최적화한 경우와 그렇지 않은 경우에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸다.

구체적으로, 도 13c는 본 발명에 따른 다층 PCB 내부의 그라운드 영역과 비아 배치를 최적화한 경우, 8개의 단자에서의 삽입 손실(IL: Insertion Loss)을 나타낸다. 반면에, 도 13d는 본 발명과 관련하여 다층 PCB 내부의 신호 전송선과 동일 평면의 다른 레이어에 비아가 배치된 그라운드 면이 존재하는 경우, 8개의 단자에서의 삽입 손실(IL)을 나타낸다.

한편, 도 13b, 도13c에 도시된 바와 같이, 다층 PCB 내부의 그라운드 영역과 비아 배치가 최적화된 경우, 23 내지 44GHz 대역에서 삽입 손실(IL) 특성이 양호함을 알 수 있다. 반면에, 도 13b, 도 13d에 도시된 바와 같이, 다층 PCB 내부의 신호 전송선과 동일 평면의 다른 레이어에 비아가 배치된 그라운드 면이 존재하는 경우, 23 내지 44GHz 대역에서 삽입 손실(IL) 특성이 열화(degrade)됨을 알 수 있다.

구체적으로, 표 2는 본 발명에 따른 다층 PCB 내부의 그라운드 영역과 비아 배치의 최적화 여부에 따른 삽입 손실(IL), 격리도 및 반사 손실(RL) 값을 나타낸다. 여기서, 표 2의 값은 23 내지 44GHz 대역에서 가장 성능이 좋지 않은 경우의 삽입 손실(IL), 격리도 및 반사 손실(RL) 값을 나타낸다.

따라서, 표 2를 참조하면, 그라운드 영역과 비아 배치가 최적화됨에 따라, 본 발명에 따른 커넥터 모듈은 23 내지 44GHz 대역에서 삽입손실은 1.4dB 이하로 매우 양호한 RF 특성을 갖는다는 장점이 있다. 반면에, 그라운드 영역과 비아 배치가 최적화되지 않은 경우, 23 내지 44GHz 대역에서 삽입손실은 최대 1.9dB로 증가하는 문제점이 있다.

한편, 도 14는 본 발명에 따른 커넥터에 연결되는 다층 PCB에서 금속 패턴이 제거된 윈도우 영역의 최적화와 관련된 구성을 나타낸다.

도 5 및 도 14 (a)를 참조하면, 신호 라인(2122, 2222) 간의 윈도우 영역 또는 그라운드 패턴(2110, 2120) 간의 윈도우 영역의 크기를 밀리미터파 대역에서 RF 신호 손실 및 왜곡 관점에서 최적화할 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 그라운드 라인(2112, 2212) 간의 간격 W_Window는 커넥터(1120)의 핀 간격과 동일하게 설정될 수 있다. 따라서, 그라운드 라인(2112, 2212)과 그라운드 라인(2112, 2212)을 연결하는 복수의 그라운드 패드(2111, 2211)를 포함하는 윈도우 영역의 길이 L_Window를 최적화할 필요가 있다.

한편, 도 14 (b)를 참조하면, 그라운드 라인(2112, 2212)의 너비의 하한(lower bound)과 관련하여, 선 폭(line-width)이 좁은 경우 높은 임피던스에 의한 불요 방사(unwanted radiation)이 발생할 수 있다. 하지만, 그라운드 라인(2112, 2212) 자체가 신호를 전달하지는 않으므로 그라운드 라인(2112, 2212)의 너비의 하한은 크게 문제되지 않는다. 따라서, 그라운드 라인(2112, 2212)의 너비는 불요 방사가 발생하지 않는 한도 내에서 가능한 한 좁은 선폭으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 그라운드 라인(2112, 2212)의 너비는 75um로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.

이상에서는 본 발명에 따른 안테나와 송수신부를 연결하는 커넥터를 구비하는 전자 기기에 대해 살펴보았다. 이러한, 안테나와 송수신부를 연결하는 커넥터를 구비하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.

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.

전술한 본 발명과 관련하여, 다층 PCB에 배치되는 안테나와 송수신부 회로를 연결하는 커넥터 장치의 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 제어부(180, 1400)를 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

전자 기기에 있어서,
송수신부 회로를 포함하는 제1 다층 회로 기판(printed circuit board; PCB);
안테나를 포함하는 제2 다층 회로 기판; 및
상기 제1 다층 회로 기판과 상기 제2 다층 회로 기판을 상호 연결하도록 구성된 커넥터를 포함하고,
상기 제1 다층 PCB의 최상위 레이어는 제1 커넥터 접촉 지점들 및 제2 커넥터 접촉 지점들을 구비하고,
상기 커넥터의 그라운드 단자는 상기 제1 커넥터 접촉 지점들에 의해 상기 제1 다층 PCB의 최상위 레이어의 그라운드 패턴과 전기적으로 연결되고,
상기 커넥터와 접촉되는 제2 커넥터 접촉 지점들은 상기 그라운드 패턴과 연결되지 않고 플로팅 금속 패턴으로 구현되는, 전자 기기.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 다층 PCB는 서로 다른 레이어 간의 그라운드 수직 연결을 구성하는 그라운드 패턴들을 포함하는, 전자 기기.
제2항에 있어서,
상기 그라운드 패턴들은,
상기 그라운드 수직 연결을 위한 그라운드 비아(via)가 배치되는 그라운드 패드; 및
상기 그라운드 패드 간을 연결하는 그라운드 라인을 포함하는, 전자 기기.
제3항에 있어서,
상기 그라운드 패턴은 상기 제1 및 제2 다층 PCB의 서로 다른 레이어의 동일한 위치 상에 형성되고,
상호 인접한 상기 그라운드 패턴 간에는 금속 패턴이 제거된 윈도우 영역(window region)이 상기 제1 및 제2 다층 PCB의 서로 다른 레이어의 동일한 위치 상에 형성되는, 전자 기기.
제4항에 있어서,
상기 그라운드 패턴은 상기 커넥터의 복수의 그라운드 단자에 대응하여 복수의 그라운드 패턴으로 형성되고,
상기 복수의 그라운드 패턴 사이에 신호 전송선(signal transmission line)이 배치되고,
상기 신호 전송선에서 신호 라인의 길이는 상기 그라운드 패턴의 그라운드 패드의 길이와 동일하게 형성되는, 전자 기기.
제5항에 있어서,
상기 그라운드 패드는 상기 그라운드 비아의 형상과 동일한 원형 형상의 제1 및 제2 원형 그라운드 패드이고,
상기 제1 및 제2 원형 그라운드 패드 각각은, 상기 그라운드 패드의 직경보다 좁은 너비(width)를 갖는 상기 그라운드 라인과 연결되는, 전자 기기.
제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 다층 PCB는 서로 다른 레이어 간의 신호 전달을 위한 수직 연결을 구성하는 신호 전송선을 포함하는, 전자 기기.
제7항에 있어서,
상기 신호 전송선은,
상기 신호 전달을 위한 수직 연결을 위한 신호 비아(via)가 배치되는 신호 패드; 및
상기 신호 패드와 연결되고, 상기 신호 패드의 직경보다 좁은 너비(width)를 갖고, 일정 길이로 연장되는 신호 라인을 포함하는, 전자 기기.
제1항에 있어서,
상기 안테나로부터 상기 커넥터의 서로 다른 신호 단자를 통해 신호를 수신하거나 또는 상기 커넥터의 서로 다른 신호 단자를 통해 상기 안테나로 신호를 송신하도록 하는 송수신부 회로를 더 포함하는, 전자 기기.
제9항에 있어서,
상기 안테나로부터 상기 커넥터의 서로 다른 신호 단자를 통해 상기 송수신부 회로로 수신되는 제1수신 신호 및 제2수신 신호를 제어하는 기저대역 프로세서를 더 포함하는, 전자 기기.
제10항에 있어서,
상기 기저대역 프로세서는,
상기 안테나의 수평/수직(H/V) 편파를 이용하여 특정 시간 구간 동안 상기 제1수신 신호 및 상기 제2수신 신호를 동시에 수신하여 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 전자 기기.
제10항에 있어서,
상기 제1 다층 PCB와 연결되는 제1 연결부(connecting portion)와 상기 제2 다층 PCB와 연결되는 제2 연결부는 각각 8개의 단자로 구성되고,
상기 기저대역 프로세서는,
상기 제2 연결부의 상기 8개의 단자 중 4개의 단자에 연결된 4개의 안테나로 구성된 제1 배열 안테나와 나머지 4개의 단자에 연결된 4개의 안테나로 구성된 제2 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 전자 기기.
커넥터 장치에 있어서,
제1 다층 회로 기판(printed circuit board; PCB)과 연결되도록 구성되는 복수의 단자들을 구비하는 제1 연결부(connecting portion); 및
제2 다층 회로 기판과 연결되도록 구성되는 복수의 단자들을 구비하는 제2 연결부를 포함하고,
상기 제1 다층 회로 기판과 상기 제2 다층 회로 기판의 신호 전송선은 상기 제1 연결부 및 상기 제2 연결부에 의해 상호 수직 연결되어, 무선 주파수 (radio frequency; RF) 신호를 전달하고,
상기 제1 다층 PCB의 최상위 레이어는 제1 커넥터 접촉 지점들 및 제2 커넥터 접촉 지점들을 구비하고,
상기 커넥터의 그라운드 단자는 상기 제1 커넥터 접촉 지점들에 의해 상기 제1 다층 PCB의 최상위 레이어의 그라운드 패턴과 전기적으로 연결되고,
상기 커넥터와 접촉되는 제2 커넥터 접촉 지점들은 상기 그라운드 패턴과 연결되지 않고 플로팅 금속 패턴으로 구현되는, 커넥터 장치.
제13항에 있어서,
상기 제1 다층 PCB에는 송수신부 회로가 배치되고, 상기 제2 다층 PCB에는 안테나가 배치되고,
상기 제1 및 제2 다층 PCB는 서로 다른 레이어 간의 그라운드 수직 연결을 구성하는 그라운드 패턴을 포함하는, 커넥터 장치.
제14항에 있어서,
상기 그라운드 패턴은,
상기 그라운드 수직 연결을 위한 그라운드 비아(via)가 배치되는 그라운드 패드; 및
상기 그라운드 패드 간을 연결하는 그라운드 라인을 포함하는, 커넥터 장치.
제15항에 있어서,
상기 그라운드 패턴은 상기 제1 및 제2 다층 PCB의 서로 다른 레이어의 동일한 위치 상에 형성되고,
상호 인접한 상기 그라운드 패턴 간에는 금속 패턴이 제거된 윈도우 영역(window region)이 상기 제1 및 제2 다층 PCB의 서로 다른 레이어의 동일한 위치 상에 형성되는, 커넥터 장치.
제16항에 있어서,
상기 그라운드 패턴은 상기 커넥터의 복수의 그라운드 단자에 대응하여 복수의 그라운드 패턴으로 형성되고,
상기 복수의 그라운드 패턴 사이에 신호 전송선(signal transmission line)이 배치되고,
상기 신호 전송선에서 신호 라인의 길이는 상기 그라운드 패턴의 그라운드 패드의 길이와 동일하게 형성되는, 커넥터 장치.
제17항에 있어서,
상기 그라운드 패드는 상기 그라운드 비아의 형상과 동일한 원형 형상의 제1 및 제2 원형 그라운드 패드이고,
상기 제1 및 제2 원형 그라운드 패드 각각은, 상기 그라운드 패드의 직경보다 좁은 너비(width)를 갖는 상기 그라운드 라인과 연결되는, 커넥터 장치.
제14항에 있어서,
상기 제1 및 제2 다층 PCB는 서로 다른 레이어 간의 신호 전달을 위한 수직 연결을 구성하는 신호 전송선을 포함하는, 커넥터 장치.
제19항에 있어서,
상기 신호 전송선은,
상기 신호 전달을 위한 수직 연결을 위한 신호 비아(via)가 배치되는 신호 패드; 및
상기 신호 패드와 연결되고, 상기 신호 패드의 직경보다 좁은 너비(width)를 갖고, 일정 길이로 연장되는 신호 라인을 포함하는, 커넥터 장치.