KR102646542B1 - 안테나 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 패치 안테나 패턴과, 패치 안테나 패턴의 중심에서부터 제1 방향으로 치우쳐진 지점에 전기적으로 연결되는 피드비아와, 패치 안테나 패턴으로부터 제2 방향 및 제2 방향의 반대방향으로 각각 이격되어 배치된 복수의 사이드 커플링 패턴과, 패치 안테나 패턴으로부터 제1 방향 및 제1 방향의 반대방향으로 각각 이격되어 배치되고 패치 안테나 패턴과 상기 복수의 사이드 커플링 패턴이 사이에 위치하도록 배치된 복수의 사이드 그라운드 패턴을 포함할 수 있다.

Description

안테나 장치{Antenna apparatus}
본 발명은 안테나 장치에 관한 것이다.
이동통신의 데이터 트래픽(Data Traffic)은 매년 비약적으로 증가하는 추세이다. 이러한 비약적인 데이터를 무선망에서 실시간으로 지원해 주고자 활발한 기술 개발이 진행 중에 있다. 예를 들어, IoT(Internet of Thing) 기반 데이터의 컨텐츠화, AR(Augmented Reality), VR(Virtual Reality), SNS와 결합한 라이브 VR/AR, 자율 주행, 싱크뷰 (Sync View, 초소형 카메라 이용해 사용자 시점 실시간 영상 전송) 등의 애플리케이션(Application)들은 대용량의 데이터를 주고 받을 수 있게 지원하는 통신(예: 5G 통신, mmWave 통신 등)을 필요로 한다.
따라서, 최근 5세대(5G) 통신을 포함하는 밀리미터웨이브(mmWave) 통신이 활발하게 연구되고 있으며, 이를 원활히 구현하는 안테나 장치의 상용화/표준화를 위한 연구도 활발히 진행되고 있다.
높은 주파수 대역(예: 24GHz, 28GHz, 36GHz, 39GHz, 60GHz 등)의 RF 신호는 전달되는 과정에서 쉽게 흡수되고 손실로 이어지므로, 통신의 품질은 급격하게 떨어질 수 있다. 따라서, 높은 주파수 대역의 통신을 위한 안테나는 기존 안테나 기술과는 다른 기술적 접근법이 필요하게 되며, 안테나 이득(Gain) 확보, 안테나와 RFIC의 일체화, EIRP(Effective Isotropic Radiated Power) 확보 등을 위한 별도의 전력 증폭기 등 특수한 기술 개발을 요구할 수 있다.
미국 특허출원공개공보 US2018/0219272
본 발명은 안테나 성능(예: 이득, 대역폭, 지향성(directivity) 등)을 향상시키거나 소형화에 유리한 구조를 가질 수 있는 안테나 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 패치 안테나 패턴; 상기 패치 안테나 패턴의 중심에서부터 제1 방향으로 치우쳐진 지점에 전기적으로 연결되는 피드비아; 상기 패치 안테나 패턴으로부터 제2 방향 및 상기 제2 방향의 반대방향으로 각각 이격되어 배치된 복수의 사이드 커플링 패턴; 및 상기 패치 안테나 패턴으로부터 제1 방향 및 상기 제1 방향의 반대방향으로 각각 이격되어 배치되고 상기 패치 안테나 패턴과 상기 복수의 사이드 커플링 패턴이 사이에 위치하도록 배치된 복수의 사이드 그라운드 패턴; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 제1 방향으로 M개 배열되고 제2 방향으로 N개 배열된 복수의 패치 안테나 패턴; 각각 상기 복수의 패치 안테나 패턴으로부터 제2 방향으로 이격되어 배치된 복수의 사이드 커플링 패턴; 및 상기 복수의 패치 안테나 패턴의 제1 방향 사이와 상기 복수의 사이드 커플링 패턴의 제1 방향 사이를 함께 가로막도록 배치된 사이드 그라운드 패턴; 을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 안테나 성능(예: 이득, 대역폭, 지향성(directivity) 등)을 향상시키거나 소형화에 유리한 구조를 가질 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 평면도이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치와 패치 안테나 패턴의 제2 방향(예: y방향) 배열을 나타낸 평면도이다.
도 1c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치와 패치 안테나 패턴의 제1 및 제2 방향(예: x방향 및 y방향) 배열을 나타낸 평면도이다.
도 1d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치와 사이드 커플링 패턴의 추가적 배열을 나타낸 평면도이다.
도 1e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치와 사이드 커플링 패턴의 변형 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 안테나 장치를 나타낸 평면도이다.
도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 편파(polarized wave) 구현 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 패치 안테나 패턴의 변형 구조를 나타낸 평면도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 제1 방향 측면도이다.
도 3c 및 도 3d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 제2 방향 측면도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 N X M 행렬 구조를 나타낸 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 N X M 행렬 구조의 코너 영역을 나타낸 평면도이다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치에 포함된 연결 부재의 하측 구조를 예시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 구조를 예시한 측면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 전자기기에서의 배치를 예시한 평면도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 평면도이고, 도 1b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치와 패치 안테나 패턴의 제2 방향(예: y방향) 배열을 나타낸 평면도이고, 도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 안테나 장치를 나타낸 평면도이다.
도 1a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 제1 안테나부(100a)를 포함하고, 제1 안테나부(100a)는 패치 안테나 패턴(110a), 사이드 커플링 패턴(130a) 및 사이드 그라운드 패턴(180a)을 포함할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 제2 안테나부(100b)를 더 포함하고, 제2 안테나부(100b)는 패치 안테나 패턴(110b), 사이드 커플링 패턴(130b) 및 사이드 그라운드 패턴(180b)을 포함할 수 있다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 복수의 제1 피드비아(120a, 120b)를 포함하고, 복수의 제1 배선비아(231a, 231b)을 더 포함할 수 있다.
복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)은 각각 RF(Radio Frequency) 신호를 원격 송수신할 수 있으며, 상하방향(예: z방향)으로 방사패턴을 형성할 수 있다.
상기 RF 신호는 송신시에 IC(Integrated Circuit)에서부터 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)까지 전송될 수 있으며, 수신시에 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에서부터 IC까지 전송될 수 있다.
복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 이득(gain)은 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 개수가 많을수록 높을 수 있다. 그러나, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)과 IC 사이의 전기적 경로는 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 개수가 많을수록 복잡해질 수 있다. 상기 전기적 경로의 전반적인 전송손실은 상기 전기적 경로의 복잡도가 높을수록 커질 수 있다.
또한, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b) 사이의 RF 신호의 위상차는 IC에서 빔포밍(beam-forming) 제어에 따라 제어되거나 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)과 IC 사이의 전기적 경로의 전기적 길이(electrical length)에 의해 결정될 수 있다. 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 이득 및/또는 지향성은 상기 위상차가 설계된 위상차에 가까울수록 높아질 수 있다. 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)과 IC 사이의 전기적 경로의 복잡도는 상기 위상차가 설계된 위상차를 벗어나도록 하는 요인이 될 수 있다.
복수의 제1 피드비아(120a, 120b)는 각각 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b) 중 대응되는 패치 안테나 패턴에 전기적으로 연결된다.
이에 따라, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)과 복수의 제1 피드라인(221a, 221b)은 서로 다른 높이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 개수(또는 이득) 대비 사이즈는 작아질 수 있으며, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)과 IC 사이의 전기적 경로는 더 단순해질 수 있다. 상기 전기적 경로의 단순화에 따라, 상기 전기적 경로의 전반적 전송손실은 작아질 수 있으며, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 위상차는 설계된 위상차에 더 가까워질 수 있으므로, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 이득 및/또는 지향성은 향상될 수 있다.
예를 들어, 복수의 제1 피드비아(120a, 120b)는 상하방향(예: z방향)으로 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에 접속될 수 있다.
복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에서 방사되는 RF 신호는 상기 표면전류에 대해 수직인 상하방향(예: z방향)으로 전파될 수 있다. 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 상측 기준에서, RF 신호의 전계는 제1 방향의 반대방향(예: x방향)으로 형성될 수 있으며, RF 신호의 자계는 상하방향(예: z방향)과 제1 방향에 수직인 제2 방향의 반대방향(예: y방향)으로 형성될 수 있다.
복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 이득 및/또는 지향성은 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b) 각각이 형성하는 전계의 방향이 유사하고 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b) 각각이 형성하는 자계의 방향이 유사할수록 높아질 수 있다.
복수의 제1 피드비아(120a, 120b) 각각은 대응되는 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 중심에서부터 제1 방향(예: -x방향)으로 치우쳐진 지점에 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b) 각각의 표면전류의 대부분은 제1 방향 또는 제1 방향의 반대방향으로 흐를 수 있으므로, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 전계방향 유사도와 자계방향 유사도는 높아질 수 있으며, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 이득 및/또는 지향성은 높아질 수 있다.
복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)은 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 사이를 가로막도록 배치될 수 있으며, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에 전자기적으로 커플링될 수 있다.
이에 따라, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)은 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)으로 추가적인 캐패시턴스 및/또는 인덕턴스를 제공할 수 있다. 상기 추가적인 캐패시턴스 및/또는 인덕턴스는 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 추가적인 공진주파수로 작용할 수 있으므로, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 대역폭은 넓어질 수 있다.
또한, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)은 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)과 함께 제2 방향(예: y방향)으로 배열될 수 있다.
이에 따라, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)은 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 표면전류의 방향을 보조할 수 있으므로, 상기 표면전류의 방향은 안정적일 수 있으며, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)의 이득 및/또는 지향성은 더 향상될 수 있다.
즉, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)에 의해, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 표면전류의 방향은 더욱 제1 방향 또는 제1 방향의 반대방향으로 집중될 수 있다.
예를 들어, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b) 중 적어도 하나는 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 적어도 일부분과 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)의 제1 방향 사이를 가로막지 않도록 구성될 수 있다.
이에 따라, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)은 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 표면전류의 방향을 더욱 안정적으로 보조할 수 있으며, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b) 사이의 보강간섭 비율을 더욱 효율적으로 높일 수 있으므로, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 이득 및/또는 지향성을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b) 각각의 표면전류의 제1 방향 또는 제1 방향의 반대방향에 대한 집중도가 높을수록, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 인접 패치 안테나 패턴에 대한 전자기적 간섭방향은 제1 방향 또는 제1 방향의 반대방향으로 집중될 수 있다.
이에 따라, 서로 제2 방향으로 이격 배치된 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 서로에 대한 전자기적 간섭은 줄어들 수 있으나, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에서부터 제1 방향 또는 제1 방향(예: x방향)의 반대방향으로 이격 배치된 패치 안테나 패턴에 대한 전자기적 간섭은 상대적으로 커질 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)으로부터 제1 방향 및 제1 방향의 반대방향(예: x방향)으로 각각 이격되어 배치되고 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)과 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)이 사이에 위치하도록 배치된 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)은 도 2a에 도시된 복수의 그라운드 연결 비아(185a)를 통해 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 수 있다.
사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)은 그라운드 특성을 가지므로, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 전계 및/또는 자계에 따른 전자기적 영향이 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)을 통과하는 것을 막을 수 있다.
이에 따라, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 제1 방향 및 제1 방향의 반대방향(예: x방향)에 대한 전자기적 간섭은 억제될 수 있다.
또한, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)은 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)을 통해 더욱 넓은 대역폭을 가지고 더욱 안정적으로 이득 및/또는 지향성을 향상시킬 수 있으며, 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)을 통해 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 전자기적 간섭을 줄일 수 있다.
도 1b를 참조하면, 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)은 제2 방향 길이(L1)와 제1 방향 폭(W1)과 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)으로부터의 제1 방향 이격거리(G1)와 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)으로부터의 제1 방향 이격거리(G3)을 가질 수 있으며, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)은 각각 제1 방향 길이(L2)와 제2 방향 폭(W2)과 서로에 대한 제2 방향 이격거리(G4)를 가질 수 있으며, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)은 각각 제1 방향 길이(L3)와 제2 방향 폭(W3)과 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)에 대한 제2 방향 이격거리(G2)를 가질 수 있다.
복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)은 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에 전자기적으로 커플링됨에 따라 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 크기를 전자기적으로 확장할 수 있다. 따라서, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b) 각각의 제2 방향 폭(W2)이 상대적으로 좁을 경우, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 대역폭은 보다 효율적으로 넓힐 수 있다.
사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)의 제1 방향 폭(W1)이 넓을수록, 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)은 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)의 제1 방향 및/또는 제1 방향의 반대방향에 대한 전자기적 간섭을 더욱 강하게 억제할 수 있다.
따라서, 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)의 제1 방향 폭(W1)은 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b) 각각의 제2 방향 폭(W2)보다 클 수 있다.
복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)이 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에 상대적으로 가까이 배치될수록, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b)은 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에 더욱 긴밀히 커플링될 수 있으므로, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)을 효율적으로 보조할 수 있다.
사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)이 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)으로부터 상대적으로 멀리 배치될수록, 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)이 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b) 사이의 전자기적 간섭의 매개체가 될 가능성은 더욱 줄어들 수 있다.
따라서, 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)의 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에 대한 제1 방향 이격거리(G1)는 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b) 각각의 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에 대한 제2 방향 이격거리(G2)보다 길 수 있다.
복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b) 각각은 제1 방향 길이(L2)가 제2 방향 폭(W2)보다 더 길도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)은 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 표면전류의 방향을 보다 효율적으로 보조할 수 있다.
사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)은 제2 방향 길이(L1)가 제1 방향 폭(W1)보다 더 길도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)은 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b) 각각의 제1 방향 및/또는 제1 방향의 반대방향에 대한 전자기적 간섭을 더욱 강하게 억제하거나 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)이 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b) 사이의 전자기적 간섭의 매개체가 될 가능성을 더욱 억제할 수 있다.
사이드 그라운드 패턴(180a, 180b)의 제2 방향 길이(L1)는 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b) 중 제2 방향 일단에 위치한 패치 안테나 패턴의 제2 방향 일단부터 제2 방향 타단에 위치한 패치 안테나 패턴의 제2 방향 타단까지의 길이(W3+G2+W2+G4+W2+G2+W3)보다 길 수 있다.
이에 따라, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b) 중 제2 방향 일단 또는 타단에 위치한 패치 안테나 패턴의 전자기적 주변환경과, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b) 중 제2 방향 중심에 위치한 패치 안테나 패턴의 전자기적 주변환경은 더욱 유사해질 수 있으므로, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)은 전반적으로 방사패턴을 효율적으로 형성할 수 있다.
도 1c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치와 패치 안테나 패턴의 제1 및 제2 방향(예: x방향 및 y방향) 배열을 나타낸 평면도이다.
도 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나부(100a, 100b, 100c, 100d)를 포함할 수 있으며, 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나부(100a, 100b, 100c, 100d)는 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b, 110c, 110d), 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b, 130c, 130d) 및 복수의 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b, 180c)을 포함할 수 있다. 복수의 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b, 180c)은 각각 제1 방향 폭(W1-1, W1, W1-2)을 가질 수 있다.
복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b, 110c, 110d)은 제1 방향으로 M개 배열되고 제2 방향으로 N개 배열된 구조를 가질 수 있다. 여기서, M과 N은 각각 자연수이다.
이러한 M X N 배열 구조는 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b, 110c, 110d)의 개수가 많을수록 전자기적으로 효율적인 배열 구조이다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 원격 송수신되는 RF 신호의 에너지를 더욱 효율적으로 높일 수 있으므로, 통신에서 큰 출력이 요구되는 전자기기(예: 기지국 통신기기)의 통신을 효율적으로 지원할 수 있다.
복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b, 130c, 130d)은 각각 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b, 110c, 110d)으로부터 제2 방향(예: y방향)으로 이격되어 배치될 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b, 110c, 110d)의 개수가 많더라도 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b, 110c, 110d) 각각의 방사패턴을 효율적으로 합칠 수 있다.
복수의 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b, 180c)은 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b, 110c, 110d)의 제1 방향(예: x방향) 사이와 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b, 130c, 130d)의 제1 방향(예: x방향) 사이를 함께 가로막도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 사이드 그라운드 패턴(180b)은 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나부(100a, 100b, 100c, 100d)의 전자기적 간섭 요소(예: 전계/자계에 의해 유도되는 표면전류)가 만나는 영역일 수 있는데, 중앙의 사이드 그라운드 패턴(180b) 관점에서 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나부(100a, 100b, 100c, 100d)에 대한 이격 방향이 서로 대칭적이므로, 중앙의 사이드 그라운드 패턴(180b)은 제1, 제2, 제3 및 제4 안테나부(100a, 100b, 100c, 100d)의 전자기적 간섭 요소를 효율적으로 상쇄시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b, 110c, 110d)의 개수가 많더라도 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b, 110c, 110d) 사이의 전자기적 간섭을 효율적으로 줄일 수 있다.
도 1d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치와 사이드 커플링 패턴의 추가적 배열을 나타낸 평면도이다.
도 1d를 참조하면, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b, 130c, 130d)의 개수는 설계에 따라 2개를 초과할 수 있다.
예를 들어, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b, 130c, 130d)의 배열의 반복성이 높을 경우, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b, 130c, 130d)은 특정 주파수에 대해 공진을 일으킬 수 있으므로, 특정 주파수에 대해 더 강하게 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b, 110c, 110d)에 전자기적으로 커플링될 수 있다.
도 1e는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치와 사이드 커플링 패턴의 변형 구조를 나타낸 평면도이다.
도 1e를 참조하면, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b, 130c, 130d)의 제1 방향 길이(L2-1)는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 사이드 커플링 패턴의 제1 방향 길이보다 더 길어질 수 있으며, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b, 130c, 130d)의 제2 방향 폭(W2-2)은 도 1a 내지 도 1d에 도시된 사이드 커플링 패턴의 제2 방향 폭보다 더 길어질 수 있다.
즉, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a, 130b, 130c, 130d)의 제1 방향 길이(L2-1)와 제2 방향 폭(W2-2)은 설계에 따라 다양한 값으로 결정될 수 있다.
도 2a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2b는 도 2a의 안테나 장치를 나타낸 평면도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 복수의 제1 피드라인(221a, 221b)은 각각 복수의 제1 피드비아(120a, 120b) 중 대응되는 제1 피드비아에 전기적으로 연결된다. 복수의 제1 피드라인(221a, 221b)은 복수의 제1 피드비아(120a, 120b)와 복수의 제1 배선비아(231a, 231b)의 사이를 전기적으로 연결시켜서 RF 신호의 전기적 경로로 작용할 수 있다. 복수의 제1 배선비아(231a, 231b)은 IC와 복수의 제1 피드라인(221a, 221b)의 사이를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
예를 들어, 복수의 제1 피드라인(221a, 221b)은 xy평면을 이루도록 배치될 수 있다.
복수의 제1 피드라인(221a, 221b)의 복수의 제1 피드비아(120a, 120b)에 대한 전기적 연결 방향은 RF 신호의 복수의 제1 피드라인(221a, 221b) 내에서의 전송방향에 대응될 수 있다.
복수의 제1 피드라인(221a, 221b)과 복수의 제1 피드비아(120a, 120b) 사이의 전기적 연결 지점은 RF 신호의 전송방향이 수평방향(예: x방향 및/또는 y방향)에서 상하방향(예: z방향)으로 꺾이는 지점에 대응될 수 있다.
RF 신호의 전송방향은 RF 신호의 주파수가 높을수록 빛의 특성에 더 가까워짐에 따라 변하기 어려울 수 있다. 따라서, 복수의 제1 피드비아(120a, 120b)에서 전송되는 RF 신호는 복수의 제1 피드라인(221a, 221b)의 RF 신호의 전송방향에 대응되는 벡터성분을 포함할 수 있다.
상기 벡터성분은 복수의 제1 피드라인(221a, 221b)과 복수의 제1 피드비아(120a, 120b) 사이의 전기적 연결 지점에서부터 점진적으로 복수의 제1 피드비아(120a, 120b)의 연장방향인 상하방향의 벡터성분으로 변할 수 있으며, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에서 남을 수 있다. 복수의 제1 피드라인(221a, 221b)의 RF 신호의 전송방향에 대응되는 벡터성분 중 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에 남는 에너지는 복수의 제1 피드비아(120a, 120b)의 전기적 길이가 짧을수록 클 수 있다.
따라서, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에서 흐르는 표면전류의 방향은 복수의 제1 피드라인(221a, 221b)의 복수의 제1 피드비아(120a, 120b)에 대한 전기적 연결 방향에 약하게(slightly) 영향을 받을 수 있다.
복수의 제1 피드라인(221a, 221b) 각각은 대응되는 제1 피드비아(120a, 120b)에서부터 서로 0도 및 180도를 이루지 않는 방향으로 연장된다.
예를 들어, 제1 안테나부(100a)의 제1 피드라인(221a)은 제2 방향(예: y방향)으로 제1 피드비아(120a)에 전기적으로 연결되고, 제2 안테나부(100b)의 제1 피드라인(221b)은 제1 방향(예: x방향)으로 제1 피드비아(120b)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 제1 안테나부(100a)의 제1 피드라인(221a)의 제1 피드비아(120a)에 대한 전기적 연결 방향이 패치 안테나 패턴(110a)의 표면전류에 주는 제1 영향과, 제2 안테나부(100b)의 제1 피드라인(221b)의 제1 피드비아(120b)에 대한 전기적 연결 방향이 패치 안테나 패턴(110b)의 표면전류에 주는 제2 영향은, 서로 다를 수 있다.
상기 제1 및 제2 영향이 서로 다름에 따라, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에서 발생될 수 있는 부엽(side lobe)은 제거되거나 감소할 수 있다.
도 2c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 편파(polarized wave) 구현 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 복수의 제2 피드비아(122a, 122b) 및 복수의 제2 피드라인(222a, 222b)을 더 포함할 수 있다.
복수의 제2 피드비아(122a, 122b)는 각각 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b) 중 대응되는 패치 안테나 패턴에 전기적으로 연결되되, 대응되는 패치 안테나 패턴의 중심에서부터 제2 방향(예: y방향)으로 치우쳐진 지점에 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 복수의 제2 피드비아(122a, 122b)에 대응되는 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)의 제2 표면전류의 대부분은 제2 방향(예: y방향)으로 흐를 수 있으며, 복수의 제1 피드비아(120a, 120b)에 대응되는 제1 표면전류에 대해 수직방향으로 흐를 수 있다.
상기 제1 및 제2 표면전류가 서로 수직일 경우, 상기 제1 및 제2 표면전류에 대응되는 제1 및 제2 전계는 서로 수직을 이룰 수 있으며, 상기 제1 및 제2 표면전류에 대응되는 제1 및 제2 자계는 서로 수직을 이룰 수 있다.
이에 따라, 복수의 제1 피드비아(120a, 120b)를 통해 전송되는 RF 신호와 복수의 제2 피드비아(122a, 122b)를 통해 전송되는 RF 신호는 서로 실질적 간섭 없이 병렬적으로 원격 송수신될 수 있다.
복수의 제2 피드라인(222a, 222b)은 복수의 제2 피드비아(122a, 122b) 중 대응되는 제2 피드비아에 전기적으로 연결되되, 대응되는 제2 피드비아에서부터 서로 0도 및 180도를 이루지 않는 방향으로 연장될 수 있다.
이에 따라, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)에서 발생될 수 있는 부엽(side lobe)은 더욱 효율적으로 제거되거나 감소할 수 있다.
도 2d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 패치 안테나 패턴의 변형 구조를 나타낸 평면도이다.
도 2d를 참조하면, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)은 원형일 수 있다.
도 2a 내지 도 2d를 참조하면, 복수의 패치 안테나 패턴(110a, 110b)은 설계에 따라 다각형 또는 원형일 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 제1 방향 측면도이고, 도 3c 및 도 3d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치를 나타낸 제2 방향 측면도이다.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 연결 부재(200)를 포함할 수 있으며, 연결 부재(200)는 그라운드 플레인(201a), 제2 그라운드 플레인(202a), 제3 그라운드 플레인(203a), 제4 그라운드 플레인(204a) 및 차폐비아(245a)를 포함할 수 있으며, 제1 피드라인(221a)과 제1 배선비아(231a)의 배치공간을 제공할 수 있다.
연결 부재(200)의 하면은 IC의 배치공간으로 사용될 수 있다. 상기 IC는 제1 배선비아(231a)에 전기적으로 연결될 수 있다.
그라운드 플레인(201a)은 제1 피드비아(120a)가 관통하는 관통홀을 가지고 패치 안테나 패턴(110a)과 제1 피드라인(221a)의 사이를 가로막도록 배치될 수 있다.
이에 따라, 제1 피드라인(221a)과 패치 안테나 패턴(110a) 사이의 전자기적 격리도는 향상될 수 있으므로, 제1 피드라인(221a)에서 전송되는 RF 신호의 전자기적 노이즈는 저감될 수 있다.
또한, 그라운드 플레인(201a)은 패치 안테나 패턴(110a)에 대해 전자기적 리플렉터(reflector)로 작용할 수 있으므로, 패치 안테나 패턴(110a)의 방사패턴을 더욱 상측으로 집중시킬 수 있다.
상부 커플링 패턴(115a)은 패치 안테나 패턴(110a)으로부터 상측으로 이격 배치될 수 있다. 이에 따라, 상부 커플링 패턴(115a)은 패치 안테나 패턴(110a)으로 추가적인 캐패시턴스 및/또는 인덕턴스를 제공할 수 있다. 상기 추가적인 캐패시턴스 및/또는 인덕턴스는 패치 안테나 패턴(110a)의 추가적인 공진주파수로 작용할 수 있으므로, 패치 안테나 패턴(110a)의 대역폭은 넓어질 수 있다.
설계에 따라, 상부 커플링 패턴(115a)의 적층 수는 2개 이상일 수 있다. 패치 안테나 패턴(110a)의 대역폭은 상부 커플링 패턴(115a)의 적층 수가 많을수록 더 효율적으로 넓어질 수 있다.
설계에 따라, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a)의 적층 수도 2개 이상일 수 있다. 예를 들어, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a) 중 일부는 패치 안테나 패턴(110a)과 동일한 높이에 배치되고, 다른 일부 또는 나머지는 상부 커플링 패턴(115a)과 동일한 높이에 배치될 수 있다.
이에 따라, 패치 안테나 패턴(110a)에 제공되는 추가적인 캐패시턴스 및/또는 인덕턴스의 조합 경우의 수는 더욱 많아질 수 있으므로, 패치 안테나 패턴(110a)의 대역폭은 더욱 효율적으로 넓어질 수 있다.
또한, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a) 중 적어도 하나는 그라운드 플레인(201a)으로부터 분리될 수 있다.
이에 따라, 복수의 사이드 커플링 패턴(130a)은 패치 안테나 패턴(110a)의 전자기적 간섭을 막는 동작보다 패치 안테나 패턴(110a)에 전자기적으로 커플링되는 동작에 더욱 집중할 수 있으므로, 패치 안테나 패턴(110a)의 대역폭을 더욱 효율적으로 향상시킬 수 있다. 여기서, 패치 안테나 패턴(110a)의 전자기적 간섭은 사이드 그라운드 패턴(180a)에 의해 억제될 수 있다.
한편, 복수의 사이드 그라운드 패턴(180a) 중 일부와 다른 일부는 서로 다른 높이에 위치하고 복수의 사이드 그라운드 비아(182a)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 복수의 사이드 그라운드 패턴(180a)의 전자기적 체적은 더욱 커질 수 있으므로, 패치 안테나 패턴(110a)의 제1 방향(예: x방향)에 대한 전자기적 간섭을 더욱 입체적으로 억제할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 N X M 행렬 구조를 나타낸 평면도이다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 제1 안테나부(100a), 제2 안테나부(100b), 제3 안테나부(100c), 제4 안테나부(100d), 제5 안테나부(100e), 제6 안테나부(100f), 제7 안테나부(100g), 제8 안테나부(100h), 제9 안테나부(100i), 제10 안테나부(100j), 제11 안테나부(100k), 제12 안테나부(100l)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 내지 제12 안테나부(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100g, 100h, 100i, 100j, 100k, 100l)는 N X N 행렬 구조로 배열될 수 있다. 여기서, N은 4일 수 있고, M은 3일 수 있다.
제1 내지 제12 안테나부(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100g, 100h, 100i, 100j, 100k, 100l)는 대응되는 피드비아에 의한 수직 피드 에너지와 대응되는 피드라인에 의해 수평 피드 에너지를 제공받아 방사하는 복수의 패치 안테나 패턴을 각각 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 및 제3 안테나부(100a, 100c)는 제1 그룹에 속할 수 있으며, 제2, 제4 내지 제12 안테나부(100b, 100d, 100e, 100f, 100g, 100h, 100i, 100j, 100k, 100l)는 제2 그룹에 속할 수 있다.
상기 제1 그룹의 대응되는 제1 피드비아(120a)에서부터의 제1 피드라인(221a, 221c)의 연장방향과 상기 제2 그룹의 대응되는 제1 피드비아(120b)에서부터의 제1 피드라인(221b, 221g) 연장방향은 서로 0도 및 180도를 이루지 않을 수 있다.
상기 제1 그룹은 수평피드 에너지 성분을 제1 방향 또는 제1 방향의 반대방향으로만 제공받고, 상기 제2 그룹은 수평피드 에너지 성분을 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향 또는 제2 방향의 반대방향으로만 제공받을 수 있다.
이에 따라, 제1 내지 제12 안테나부(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100g, 100h, 100i, 100j, 100k, 100l)에서 발생될 수 있는 부엽(side lobe)은 제거되거나 감소할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 상기 제1 그룹에 대응되는 제1 피드라인(221a, 221c) 중 일부와 나머지의 제1 피드비아에서부터의 연장방향은 서로 반대방향일 수 있다. 여기서, 제1 결합 피드라인(221ac)은 상기 제1 그룹에 대응되는 제1 피드라인(221a, 221c) 중 일부와 나머지가 서로 결합된 구조를 가질 수 있으며, 제1 배선비아에 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 복수의 피드라인은 더욱 단순한 구조를 가질 수 있으므로, 복수의 피드라인에서의 RF 신호의 전송손실은 감소할 수 있으며, 복수의 피드라인이 차지하는 전체 면적도 작아질 수 있다.
상기 제2 그룹에 대응되는 제1 피드라인(221b, 221g) 중 일부와 나머지의 제1 피드비아에서부터의 연장방향은 서로 반대방향일 수 있다. 여기서, 제1 결합 피드라인(221bg)은 상기 제1 그룹에 대응되는 제1 피드라인(221b, 221g) 중 일부와 나머지가 서로 결합된 구조를 가질 수 있으며, 제1 배선비아에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 상기 제1 그룹에 대응되는 제2 피드라인(222a, 222c) 중 일부와 나머지의 제2 피드비아(122a)에서부터의 연장방향은 서로 반대방향일 수 있다. 여기서, 제2 결합 피드라인(222ac)은 상기 제1 그룹에 대응되는 제2 피드라인(222a, 222c) 중 일부와 나머지가 서로 결합된 구조를 가질 수 있으며, 제2 배선비아에 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제2 그룹에 대응되는 제2 피드라인(222b, 222g) 중 일부와 나머지의 제2 피드비아(122b)에서부터의 연장방향은 서로 반대방향일 수 있다. 여기서, 제2 결합 피드라인(222bg)은 상기 제2 그룹에 대응되는 제2 피드라인(222b, 222g) 중 일부와 나머지가 서로 결합된 구조를 가질 수 있으며, 제2 배선비아에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 4c를 참조하면, 상기 제1 및 제2 결합 피드라인은 생략될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 복수의 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b, 180c)을 포함할 수 있으므로, 제1 내지 제12 안테나부(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100g, 100h, 100i, 100j, 100k, 100l) 사이의 제1 방향(예: x방향)에 대한 전자기적 간섭을 억제할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 N X M 행렬 구조의 코너 영역을 나타낸 평면도이다.
도 5를 참조하면, 제1 내지 제12 안테나부(100a, 100b, 100c, 100d, 100e, 100f, 100g, 100h, 100i, 100j, 100k, 100l)가 포함된 N X M 행렬 구조는 제1 그룹의 제1 코너 영역(SLC1), 제1 그룹의 제2 코너 영역(SLC2), 제1 그룹의 제3 코너 영역(SLC3), 제1 그룹의 제4 코너 영역(SLC4)을 포함할 수 있으며, IC(310a)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 그룹의 제1 코너 영역(SLC1)은 N X M 행렬 구조의 (1, 1) 성분을 포함하고, 제1 그룹의 제2 코너 영역(SLC2)은 N X M 행렬 구조의 (1, N) 성분을 포함하고, 제1 그룹의 제3 코너 영역(SLC3)은 N X M 행렬 구조의 (M, 1) 성분을 포함하고, 제1 그룹의 제4 코너 영역(SLC4)은 N X M 행렬 구조의 (M, N) 성분을 포함한다.
설계에 따라, 제1 그룹의 제1, 제2, 제3 및 제4 코너 영역(SLC1, SLC2, SLC3, SLC4) 중 적어도 하나는 제1 그룹이 아닌 제2 그룹에 속할 수 있으며, 상기 N X M 행렬 구조에서 제1 그룹의 제1, 제2, 제3 및 제4 코너 영역(SLC1, SLC2, SLC3, SLC4) 이외는 제2 그룹에 속할 수 있다.
N X M 행렬 구조의 (1, 1) 성분, (1, N) 성분, (M, 1) 성분, (M, N) 성분은 인접한 성분의 개수가 2개이므로 다른 성분의 인접한 성분의 개수보다 작다. 따라서, N X M 행렬 구조의 (1, 1) 성분, (1, N) 성분, (M, 1) 성분, (M, N) 성분의 패치 안테나 패턴에서의 표면전류와 나머지 성분의 패치 안테나 패턴에서의 표면전류는 미세하게 다른 특성을 가질 수 있다. 상기 미세하게 다른 특성은 부엽(side lobe)을 유발할 수 있다.
상기 제1 그룹은 수평피드 에너지 성분을 제1 방향 또는 제1 방향의 반대방향으로만 제공받고, 상기 제2 그룹은 수평피드 에너지 성분을 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향 또는 제2 방향의 반대방향으로만 제공받을 수 있다.
이에 따라, N X M 행렬 구조의 (1, 1) 성분, (1, N) 성분, (M, 1) 성분, (M, N) 성분의 패치 안테나 패턴에서의 표면전류와 나머지 성분의 패치 안테나 패턴에서의 표면전류는 미세하게 다른 특성은 상쇄될 수 있으므로, 부엽(side lobe)은 제거되거나 감소할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 복수의 사이드 그라운드 패턴(180a, 180b, 180c, 180d, 180e, 180f, 180g, 180h, 180i)을 포함할 수 있으므로, M X N 개의 안테나부 사이의 제1 방향(예: x방향)에 대한 전자기적 간섭을 억제할 수 있다.
도 6a 내지 도 6b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치에 포함된 연결 부재의 하측 구조를 예시한 측면도이다.
도 6a를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 연결 부재(200), IC(310), 접착 부재(320), 전기연결구조체(330), 봉합재(340), 수동부품(350) 및 코어 부재(410) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
연결 부재(200)는 도 2를 참조하여 전술한 연결 부재와 유사한 구조를 가질 수 있다.
IC(310)는 전술한 IC와 동일하며, 연결 부재(200)의 하측에 배치될 수 있다. 상기 IC(310)는 연결 부재(200)의 배선에 전기적으로 연결되어 RF 신호를 전달하거나 전달받을 수 있으며, 연결 부재(200)의 그라운드 플레인에 전기적으로 연결되어 그라운드를 제공받을 수 있다. 예를 들어, IC(310)는 주파수 변환, 증폭, 필터링, 위상제어 및 전원생성 중 적어도 일부를 수행하여 변환된 신호를 생성할 수 있다.
접착 부재(320)는 IC(310)와 연결 부재(200)를 서로 접착시킬 수 있다.
전기연결구조체(330)는 IC(310)와 연결 부재(200)를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 예를 들어, 전기연결구조체(330)는 솔더볼(solder ball), 핀(pin), 랜드(land), 패드(pad)과 같은 구조를 가질 수 있다. 전기연결구조체(330)는 연결 부재(200)의 배선과 그라운드 플레인보다 낮은 용융점을 가져서 상기 낮은 용융점을 이용한 소정의 공정을 통해 IC(310)와 연결 부재(200)를 전기적으로 연결시킬 수 있다.
봉합재(340)는 IC(310)의 적어도 일부를 봉합할 수 있으며, IC(310)의 방열성능과 충격 보호성능을 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 봉합재(340)는 PIE(Photo Imageable Encapsulant), ABF (Ajinomoto Build-up Film), 에폭시몰딩컴파운드(epoxy molding compound, EMC) 등으로 구현될 수 있다.
수동부품(350)은 연결 부재(200)의 하면 상에 배치될 수 있으며, 전기연결구조체(330)를 통해 연결 부재(200)의 배선 및/또는 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 수동부품(350)은 캐패시터(예: Multi Layer Ceramic Capacitor(MLCC))나 인덕터, 칩저항기 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
코어 부재(410)는 연결 부재(200)의 하측에 배치될 수 있으며, 외부로부터 IF(intermediate frequency) 신호 또는 기저대역(base band) 신호를 전달받아 IC(310)로 전달하거나 IC(310)로부터 IF 신호 또는 기저대역 신호를 전달받아 외부로 전달하도록 연결 부재(200)에 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, RF 신호의 주파수(예: 24GHz, 28GHz, 36GHz, 39GHz, 60GHz)는 IF 신호(예: 2GHz, 5GHz, 10GHz 등)의 주파수보다 크다.
예를 들어, 코어 부재(410)는 연결 부재(200)의 IC 그라운드 플레인에 포함될 수 있는 배선을 통해 IF 신호 또는 기저대역 신호를 IC(310)로 전달하거나 IC(310)로부터 전달받을 수 있다. 연결 부재(200)의 제1 그라운드 플레인이 IC 그라운드 플레인과 배선의 사이에 배치되므로, 안테나 장치 내에서 IF 신호 또는 기저대역 신호와 RF 신호는 전기적으로 격리될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 차폐 부재(360), 커넥터(420) 및 칩 안테나(430) 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
차폐 부재(360)는 연결 부재(200)의 하측에 배치되어 연결 부재(200)와 함께 IC(310)를 가두도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 차폐 부재(360)는 IC(310)와 수동부품(350)을 함께 커버(예: conformal shield)하거나 각각 커버(예: compartment shield)하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 차폐 부재(360)는 일면이 개방된 육면체의 형태를 가지고, 연결 부재(200)와의 결합을 통해 육면체의 수용공간을 가질 수 있다. 차폐 부재(360)는 구리와 같이 높은 전도도의 물질로 구현되어 짧은 스킨뎁스(skin depth)를 가질 수 있으며, 연결 부재(200)의 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 차폐 부재(360)는 IC(310)와 수동부품(350)이 받을 수 있는 전자기적 노이즈를 줄일 수 있다.
커넥터(420)는 케이블(예: 동축케이블, 연성PCB)의 접속구조를 가질 수 있으며, 연결 부재(200)의 IC 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 수 있으며, 전술한 서브기판과 유사한 역할을 수행할 수 있다. 즉, 상기 커넥터(420)는 케이블로부터 IF 신호, 기저대역 신호 및/또는 전원을 제공받거나 IF 신호 및/또는 기저대역 신호를 케이블로 제공할 수 있다.
칩 안테나(430)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치에 보조하여 RF 신호를 송신 또는 수신할 수 있다. 예를 들어, 칩 안테나(430)는 절연층보다 큰 유전율을 가지는 유전체 블록과, 상기 유전체 블록의 양면에 배치되는 복수의 전극을 포함할 수 있다. 상기 복수의 전극 중 하나는 연결 부재(200)의 배선에 전기적으로 연결될 수 있으며, 다른 하나는 연결 부재(200)의 그라운드 플레인에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 구조를 예시한 측면도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 엔드-파이어 안테나(100f)와 패치 안테나 패턴(1110f)과 IC(310f)와 수동부품(350f)이 연결 부재(500f)에 통합된 구조를 가질 수 있다.
엔드-파이어 안테나(100f) 및 패치 안테나 패턴(1110f)은 각각 전술한 안테나 장치 및 전술한 패치 안테나 패턴과 동일하게 설계될 수 있으며, IC(310f)로부터 RF 신호를 전달받아 송신하거나, 수신된 RF 신호를 IC(310f)로 전달할 수 있다.
연결 부재(500f)는 적어도 하나의 도전층(510f)과 적어도 하나의 절연층(520f)이 적층된 구조(예: 인쇄회로기판의 구조)를 가질 수 있다. 상기 도전층(510f)은 전술한 그라운드 플레인과 피드라인을 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는 연성 연결 부재(550f)를 더 포함할 수 있다. 연성 연결 부재(550f)는 상하방향으로 볼 때 연결 부재(500f)에 오버랩되는 제1 연성 영역(570f)과 연결 부재(500f)에 오버랩되지 않는 제2 연성 영역(580f)을 포함할 수 있다.
제2 연성 영역(580f)은 상하방향으로 유연하게 휘어질 수 있다. 이에 따라, 제2 연성 영역(580f)은 세트 기판의 커넥터 및/또는 인접 안테나 장치에 유연하게 연결될 수 있다.
연성 연결 부재(550f)는 신호선(560f)을 포함할 수 있다. IF(Intermediate frequency) 신호 및/또는 기저대역 신호는 신호선(560f)을 통해 IC(310f)로 전달되거나 세트 기판의 커넥터 및/또는 인접 안테나 장치에 전달될 수 있다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치의 전자기기에서의 배치를 예시한 평면도이다.
도 8a를 참조하면, 안테나부(100g)를 포함하는 안테나 장치는 전자기기(700g)의 세트 기판(600g) 상에서 전자기기(700g)의 측면 경계에 인접하여 배치될 수 있다.
전자기기(700g)는 스마트 폰(smart phone), 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 태블릿(tablet), 랩탑(laptop), 넷북(netbook), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch), 오토모티브(Automotive) 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 세트 기판(600g) 상에는 통신모듈(610g) 및 기저대역 회로(620g)가 더 배치될 수 있다. 상기 안테나 장치는 동축케이블(630g)을 통해 통신모듈(610g) 및/또는 기저대역 회로(620g)에 전기적으로 연결될 수 있다.
통신모듈(610g)은 디지털 신호처리를 수행하도록 휘발성 메모리(예컨대, DRAM), 비-휘발성 메모리(예컨대, ROM), 플래시 메모리 등의 메모리 칩; 센트랄 프로세서(예컨대, CPU), 그래픽 프로세서(예컨대, GPU), 디지털 신호 프로세서, 암호화 프로세서, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 등의 어플리케이션 프로세서 칩; 아날로그-디지털 컨버터, ASIC(application-specific IC) 등의 로직 칩 중 적어도 일부를 포함할 수 있다.
기저대역 회로(620g)는 아날로그-디지털 변환, 아날로그 신호에 대한 증폭, 필터링 및 주파수 변환을 수행하여 베이스 신호를 생성할 수 있다. 상기 기저대역 회로(620g)로부터 입출력되는 베이스 신호는 케이블을 통해 안테나 장치로 전달될 수 있다.
예를 들어, 상기 베이스 신호는 전기연결구조체와 코어 비아와 배선을 통해 IC로 전달될 수 있다. 상기 IC는 상기 베이스 신호를 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 RF 신호로 변환할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 안테나부(100h)를 각각 포함하는 복수의 안테나 장치는 전자기기(700h)의 세트 기판(600h) 상에서 전자기기(700h)의 일측면 경계와 타측면 경계에 각각 인접하여 배치될 수 있으며, 상기 세트 기판(600h) 상에는 통신모듈(610h) 및 기저대역 회로(620h)가 더 배치될 수 있다. 상기 복수의 안테나 장치는 동축케이블(630h)을 통해 통신모듈(610h) 및/또는 기저대역 회로(620h)에 전기적으로 연결될 수 있다.
도 8c를 참조하면, 안테나부(100i)를 각각 포함하는 복수의 안테나 장치는 전자기기(700i)의 세트 기판(600i) 상에서 다각형의 전자기기(700i)의 변의 중심에 각각 인접하여 배치될 수 있으며, 상기 세트 기판(600i) 상에는 통신모듈(610i) 및 기저대역 회로(620i)가 더 배치될 수 있다. 상기 안테나 장치는 동축케이블(630i)을 통해 통신모듈(610i) 및/또는 기저대역 회로(620i)에 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 본 명세서에 개진된 패치 안테나 패턴, 사이드 그라운드 패턴, 사이드 그라운드 비아, 그라운드 연결 비아, 상부 커플링 패턴, 사이드 커플링 패턴, 피드비아, 차폐비아, 배선비아, 피드라인, 그라운드 플레인, 엔드-파이어 안테나 패턴, 전기연결구조체는, 금속 재료(예: 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질)를 포함할 수 있으며, CVD(chemical vapor deposition), PVD(Physical Vapor Deposition), 스퍼터링(sputtering), 서브트랙티브(Subtractive), 애디티브(Additive), SAP(Semi-Additive Process), MSAP(Modified Semi-Additive Process) 등의 도금 방법에 따라 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치에서 패치 안테나 패턴, 사이드 그라운드 패턴, 사이드 그라운드 비아, 그라운드 연결 비아, 상부 커플링 패턴, 사이드 커플링 패턴, 피드비아, 차폐비아, 배선비아, 피드라인, 그라운드 플레인, 엔드-파이어 안테나 패턴, 전기연결구조체가 배치되지 않은 위치에는 절연층 및/또는 유전층이 배치될 수 있다. 절연층 및/또는 유전층은 FR4, LCP(Liquid Crystal Polymer), LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramic), 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들 수지가 무기필러와 함께 유리섬유(Glass Fiber, Glass Cloth, Glass Fabric) 등의 심재에 함침된 수지, 프리프레그(prepreg), ABF(Ajinomoto Build-up Film), FR-4, BT(Bismaleimide Triazine), 감광성 절연(Photo Imagable Dielectric: PID) 수지, 일반 동박 적층판(Copper Clad Laminate, CCL) 또는 글래스나 세라믹 (ceramic) 계열의 절연재 등으로 구현될 수도 있다.
한편, 본 명세서에 개진된 RF 신호는 Wi-Fi(IEEE 802.11 패밀리 등), WiMAX(IEEE 802.16 패밀리 등), IEEE 802.20, LTE(long term evolution), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPS, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, 3G, 4G, 5G 및 그 이후의 것으로 지정된 임의의 다른 무선 및 유선 프로토콜들에 따른 형식을 가질 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
100a, 100b: 안테나부
110a, 110b: 패치 안테나 패턴(patch antenna pattern)
115a: 상부 커플링 패턴(coupling patch pattern)
120a, 120b: 제1 피드비아(feed via)
122a, 122b: 제2 피드비아
130a, 130b: 사이드 커플링 패턴(side coupling pattern)
180a: 사이드 그라운드 패턴(side ground pattern)
185a: 사이드 그라운드 비아(side ground via)
200: 연결 부재(connection member)
201a: 그라운드 플레인(ground plane)
221a, 221b: 제1 피드라인(feed line)
222a, 222b: 제2 피드라인
231a, 231b: 제1 배선비아(wiring via)
310a: IC(Integrated Circuit)
SLC1: 제1 그룹의 제1 코너 영역
SLC2: 제1 그룹의 제2 코너 영역
SLC3: 제1 그룹의 제3 코너 영역
SLC4: 제1 그룹의 제4 코너 영역

Claims (20)

  1. 패치 안테나 패턴;
    상기 패치 안테나 패턴의 중심에서부터 제1 방향으로 치우쳐진 지점에 전기적으로 연결되는 피드비아;
    상기 패치 안테나 패턴으로부터 제2 방향 및 상기 제2 방향의 반대방향으로 각각 이격되어 배치된 복수의 사이드 커플링 패턴; 및
    상기 패치 안테나 패턴으로부터 제1 방향 및 상기 제1 방향의 반대방향으로 각각 이격되어 배치되고 상기 패치 안테나 패턴과 상기 복수의 사이드 커플링 패턴이 사이에 위치하도록 배치된 복수의 사이드 그라운드 패턴; 을 포함하고,
    상기 복수의 사이드 커플링 패턴은 상기 패치 안테나 패턴과 같은 높이에 위치하고, 상기 패치 안테나 패턴과 전자기적으로 결합되는 안테나 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패치 안테나 패턴의 하측으로 이격 배치된 그라운드 플레인; 및
    상기 그라운드 플레인과 상기 복수의 사이드 그라운드 패턴의 사이를 각각 전기적으로 연결시키는 복수의 그라운드 연결 비아; 를 더 포함하는 안테나 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 사이드 커플링 패턴 중 적어도 하나는 상기 그라운드 플레인으로부터 분리된 안테나 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 사이드 커플링 패턴 중 적어도 하나는 상기 패치 안테나 패턴의 적어도 일부분과 상기 복수의 사이드 그라운드 패턴의 제1 방향 사이를 가로막지 않도록 구성된 안테나 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 사이드 그라운드 패턴에 전기적으로 연결된 복수의 사이드 그라운드 비아를 더 포함하고,
    상기 복수의 사이드 그라운드 패턴 중 일부와 다른 일부는 서로 다른 높이에 위치하고 상기 복수의 사이드 그라운드 비아에 의해 서로 전기적으로 연결된 안테나 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 사이드 커플링 패턴의 일부는 상기 패치 안테나 패턴과 다른 높이에 위치하여 다른 일부와 서로 이격된 안테나 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 패치 안테나 패턴의 상측으로 이격 배치된 상부 커플링 패턴을 더 포함하는 안테나 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 사이드 그라운드 패턴 각각의 제1 방향 폭은 상기 복수의 사이드 커플링 패턴 각각의 제2 방향 폭보다 큰 안테나 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 사이드 그라운드 패턴 각각의 상기 패치 안테나 패턴에 대한 제1 방향 이격거리는 상기 복수의 사이드 커플링 패턴 각각의 상기 패치 안테나 패턴에 대한 제2 방향 이격거리보다 긴 안테나 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 사이드 그라운드 패턴 각각은 제2 방향 길이가 제1 방향 폭보다 더 길도록 구성되고,
    상기 복수의 사이드 커플링 패턴 각각은 제1 방향 길이가 제2 방향 폭보다 더 길도록 구성된 안테나 장치.
  11. 제1 방향으로 M개 배열되고 제2 방향으로 N개 배열된 복수의 패치 안테나 패턴;
    각각 상기 복수의 패치 안테나 패턴으로부터 제2 방향으로 이격되어 배치된 복수의 사이드 커플링 패턴; 및
    상기 복수의 패치 안테나 패턴의 제1 방향 사이와 상기 복수의 사이드 커플링 패턴의 제1 방향 사이를 함께 가로막도록 배치된 사이드 그라운드 패턴; 을 포함하고,
    상기 복수의 사이드 커플링 패턴은 상기 복수의 패치 안테나 패턴과 같은 높이에 위치하고, 상기 복수의 패치 안테나 패턴과 전자기적으로 결합되는 안테나 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 사이드 그라운드 패턴의 제1 방향 폭은 상기 복수의 사이드 커플링 패턴 각각의 제2 방향 폭보다 큰 안테나 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 사이드 그라운드 패턴의 상기 복수의 패치 안테나 패턴에 대한 제1 방향 이격거리는 상기 복수의 사이드 커플링 패턴 각각의 상기 복수의 패치 안테나 패턴에 대한 제2 방향 이격거리보다 긴 안테나 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 사이드 그라운드 패턴의 제2 방향 길이는 상기 복수의 패치 안테나 패턴 중 제2 방향 일단에 위치한 패치 안테나 패턴의 제2 방향 일단부터 제2 방향 타단에 위치한 패치 안테나 패턴의 제2 방향 타단까지의 길이보다 긴 안테나 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 패치 안테나 패턴의 하측으로 이격 배치된 그라운드 플레인; 및
    상기 그라운드 플레인과 상기 사이드 그라운드 패턴의 사이를 각각 전기적으로 연결시키는 그라운드 연결 비아; 를 더 포함하는 안테나 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 사이드 커플링 패턴 중 적어도 하나는 상기 그라운드 플레인으로부터 분리된 안테나 장치.
  17. 제11항에 있어서,
    각각 상기 복수의 패치 안테나 패턴 중 대응되는 패치 안테나 패턴에 전기적으로 연결되는 복수의 피드비아; 및
    각각 상기 복수의 피드비아 중 대응되는 피드비아에 전기적으로 연결되고 상기 복수의 피드비아에 대해 수직을 이루는 복수의 피드라인; 을 더 포함하고,
    상기 복수의 피드라인은 대응되는 피드비아에서부터 서로 수직으로 연장을 시작하는 안테나 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 피드비아가 관통하는 적어도 하나의 관통홀을 가지고 상기 복수의 피드라인과 상기 복수의 패치 안테나 패턴의 사이에 배치된 그라운드 플레인을 더 포함하는 안테나 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 M과 상기 N 중 적어도 하나는 3 이상의 자연수이고,
    상기 복수의 패치 안테나 패턴 중 상기 그라운드 플레인의 일 코너에 가장 인접한 패치 안테나 패턴에 전기적으로 연결된 피드라인의 연장 시작 방향과, 상기 복수의 패치 안테나 패턴 중 상기 그라운드 플레인의 중심에 가장 인접한 패치 안테나 패턴에 전기적으로 연결된 피드라인의 연장 시작 방향은 서로 수직인 안테나 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    각각 상기 복수의 피드라인 중 대응되는 피드라인에 전기적으로 연결되는 복수의 제1 배선비아; 및
    상기 복수의 제1 배선비아에 전기적으로 연결되는 IC; 를 더 포함하는 안테나 장치.
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