KR102662291B1 - 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기 - Google Patents

안테나 모듈을 구비하는 전자 기기 Download PDF

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Abstract

일 실시 예에 따른 다층 기판(multilayer substrate)을 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 안테나가 배치되고, 전면 층(front layer), 후면 층(back layer), 복수의 중간 층들(middle layers), 복수의 그라운드 층들을 구비하는 다층 기판을 포함할 수 있다. 상기 안테나는 상기 복수의 그라운드 층들 중 상부 그라운드와 다른 층에 배치되고, 상기 상부 그라운드와 복수의 오프셋 지점에서 전기적으로 연결되는 하부 패치(lower patch); 및 상기 하부 패치와 소정 간격 이격되어 배치되는 상부 패치(upper patch)를 포함할 수 있다.

Description

안테나 모듈을 구비하는 전자 기기
본 명세서는 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 관한 것이다.
전자기기(electronic devices)는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)로 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.
한편, 이러한 밀리미터파(mmWave) 대역에서의 5G 통신 서비스를 위해 할당될 주파수 대역은 28GHz 대역, 39GHz 및 64GHz 대역이 고려되고 있다. 이와 관련하여, 밀리미터파 대역에서 복수의 배열 안테나와 송수신부 회로 간의 전송 선로에 의한 전기적 손실(electrical loss)을 감소시키는 것이 중요하다.
한편, 이러한 복수의 배열 안테나와 송수신부 회로가 배치되는 회로 기판(circuit substrate)는 여러 부품 성능 최적화와 기판 크기 감소를 위해 다층 기판(multi-layer substrate)로 구현될 수 있다.
하지만, 다층 기판에 mmWave 대역의 안테나 소자가 배치되는 경우 안테나 방사 효율이 감소할 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 다층 기판에 mmWave 대역의 안테나 소자가 배치되는 경우 안테나 소자를 급전하는 급전부의 손실이 증가할 수 있다는 문제점이 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 최적화된 그라운드 형태를 갖는 다층 기판(multi-layer substrate)을 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 안테나 방사 효율을 증가시키기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 다층 기판에서 안테나 특성을 향상시키면서, 급전 손실을 감소시키기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 일 실시 예에 따른 다층 기판(multilayer substrate)을 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 안테나가 배치되고, 전면 층(front layer), 후면 층(back layer), 복수의 중간 층들(middle layers), 복수의 그라운드 층들을 구비하는 다층 기판을 포함할 수 있다. 상기 안테나는 상기 복수의 그라운드 층들 중 상부 그라운드와 다른 층에 배치되고, 상기 상부 그라운드와 복수의 오프셋 지점에서 전기적으로 연결되는 하부 패치(lower patch); 및 상기 하부 패치와 소정 간격 이격되어 배치되는 상부 패치(upper patch)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 하부 패치의 중심 지점에서 오프셋된 상기 복수의 오프셋 지점에서 상기 하부 패치는 상기 상부 그라운드와 그라운드 비아에 의해 연결되어, 다단 그라운드 층들(graded ground layers)을 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 하부 패치의 중심 지점에서 오프셋된 상기 복수의 오프셋 지점에서 상기 하부 패치는 그라운드 비아를 통해 제1 축 방향으로 상기 상부 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 하부 패치의 중심 지점에서 오프셋된 상기 복수의 오프셋 지점에서 상기 하부 패치는 그라운드 비아를 통해 제1 축 방향 및 상기 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 상기 상부 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 하부 패치와 상기 상부 그라운드는 상기 하부 패치의 에지 부분(edge portion)에 배치된 복수의 그라운드 비아를 통해 연결될 수 있다. 상기 복수의 그라운드 비아의 개수는 3개 이상이고, 상기 복수의 그라운드 비아는 삼각형 또는 사각형 배치 구조로 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 다층 기판은 상기 상부 그라운드와 하부 그라운드 사이에 배치되는 급전선(feeding line)을 포함할 수 있다. 상기 급전선은 상기 상부 그라운드를 관통하여 상기 하부 패치와 전기적으로 연결되고, 상기 상부 그라운드를 관통하는 영역에는 그라운드 영역이 제거될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 급전선은 상기 하부 패치를 관통하여 상기 하부 패치와 상기 상부 패치 사이의 층에 배치되는 급전 패드와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 급전선은 상기 하부 패치를 관통하여 상기 상부 패치와 전기적으로 연결되고, 상기 하부 패치는 그라운드 비아에 의해 상기 하부 그라운드와 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 다층 기판은 상기 상부 그라운드와 하부 그라운드 사이에 배치되는 급전선(feeding line)을 포함할 수 있다. 상기 급전선은 상기 하부 패치가 배치되지 않은 영역에 대응되는 상기 하부 그라운드를 관통하여 상기 하부 패치와 상기 상부 패치 사이의 층에 배치되는 급전 패드와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 급전선은 상기 급전 패드의 중심에서 소정 간격 이격된 지점에서 수직 비아(vertical via)를 통해 상기 급전 패드와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 급전 패드와 제1 지점에서 제1 수직 비아를 통해 연결된 상기 급전선은 상기 상부 패치와 제2 수직 비아를 통해 제2 지점에서 연결되고, 상기 하부 패치는 그라운드 비아에 의해 상기 하부 그라운드와 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 안테나는 상기 하부 패치의 위에 배치되고, 상기 하부 패치와 복수의 오프셋 지점에서 전기적으로 연결되는 제2 하부 패치를 더 포함할 수 있다. 상기 급전선은 상기 하부 패치 및 상기 제2 하부 패치를 관통하여 상기 제2 하부 패치와 상기 상부 패치 사이의 층에 배치되는 급전 패드와 전기적으로 연결되거나 또는 상기 상부 패치와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 하부 패치는 상기 상부 그라운드의 아래 층에 배치되고, 상기 급전선은 상기 아래 층에 배치된 상기 하부 패치를 관통하여 상기 상부 패치와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 하부 패치는 상기 상부 그라운드의 아래 층에 상기 상부 패치의 2개의 에지 영역과 일부 중첩되도록 2개로 배치되고, 상기 안테나는 상기 상부 그라운드와 동일 층에 배치되는 제2 하부 패치를 더 포함할 수 있다. 상기 하부 패치의 일 단부는 상기 상부 그라운드와 제1 그라운드 비아를 통해 연결되고, 상기 하부 패치의 타 단부는 상기 제2 하부 패치와 제2 그라운드 비아를 통해 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 급전선은 상기 상부 그라운드와 상기 하부 그라운드 사이에 배치되는 제1 급전선; 및 상기 제1 급전선과 수직 비아에 의해 연결되고, 상기 제1 급전선보다 아래 층에 배치되는 제2 급전선을 포함할 수 있다. 상기 제2 급전선은 상기 제1 그라운드 비아 및 상기 제2 그라운드 비아가 형성된 영역을 포함하는 영역에서 부분 다단 그라운드 영역(partial graded ground region)을 형성할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 다층 기판은 상기 상부 그라운드와 하부 그라운드 사이에 배치되는 급전선(feeding line)을 포함하고, 상기 급전선은 상기 하부 패치가 배치되지 않은 영역에 대응되는 상기 하부 그라운드를 관통할 수 있다. 상기 상부 그라운드와 연결되는 그라운드 비아가 상기 하부 패치의 4개의 에지 영역에 모두 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 그라운드 비아는 상기 4개의 에지 영역의 각각에 대해 중심 영역, 좌측 영역 및 우측 영역에 모두 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 급전선이 상기 상부 그라운드를 관통하는 영역은 상기 하부 패치의 하나의 에지 라인과 중첩되거나 또는 상기 에지 라인 내부에 배치될 수 있다. 상기 그라운드 비아는 상기 4개의 에지 영역 중 상기 에지 라인이 형성된 영역을 제외한 3개의 에지 영역 각각에 대해 중심 영역, 좌측 영역 및 우측 영역에 모두 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 에지 라인이 형성된 제1 에지 영역에서 상기 그라운드 비아는 상기 급전선과 연결된 영역의 좌측 영역 및 우측 영역에 배치될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 급전선이 상기 상부 그라운드를 관통하는 영역은 상기 에지 라인 내부에 배치될 수 있다. 상기 하부 패치의 에지 영역이 아닌 중심 영역에는 그라운드 비아가 배치되지 않도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 상부 패치의 크기는 상기 하부 패치의 크기보다 더 작게 형성되고, 상기 하부 패치에 그라운드 비아가 연결되는 에지 영역은 상기 상부 패치의 내부 영역일 수 있다. 상기 급전선은 상기 하부 패치를 관통하여 상기 상부 패치와 연결되거나 또는 상기 하부 패치와 상기 상부 패치 사이에 배치된 급전 패드와 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 하부 패치의 제1 중심 지점과 상기 상부 패치의 제2 중심 지점은 상호 이격될 수 있다. 상기 제1 중심 지점과 상기 제2 중심 지점 사이의 영역에서 상기 하부 패치가 적어도 하나의 그라운드 비아를 통해 상기 상부 그라운드 영역과 연결될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 안테나는 복수의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나로 구성되고, 상기 배열 안테나를 구성하는 각각의 안테나 소자 사이에는 서로 다른 층에 형성되는 더미 패턴을 더 포함할 수 있다. 상기 더미 패턴은 상기 하부 패치 및 상기 상부 패치를 둘러싸도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 다층 기판 상에 배치되고, 상기 안테나로 신호를 송신하고 상기 안테나로부터 신호를 수신하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuitry); 및 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 프로세서를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 송수신부 회로가 상기 급전선을 통해 상기 각각의 안테나 소자로 위상 가변 신호를 인가하여 빔 포밍을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 안테나는 복수의 다이폴 소자로 이루어진 배열 안테나로 구성될 수 있다. 상기 다이폴 소자의 단부에 인접한 영역의 그라운드 영역은 상기 다이폴 소자의 중심부에 인접한 그라운드 영역보다 소정 길이와 소정 너비만큼 그라운드 패턴이 제거된 다단 그라운드(graded ground)로 형성될 수 있다.
본 명세서의 다른 양상에 따른 다층 기판(multilayer substrate)으로 구현된 안테나 모듈이 제공될 수 있다. 상기 안테나 모듈은 전면 층(front layer), 후면 층(back layer), 복수의 중간 층들(middle layers)을 구비하는 다층 기판의 복수의 그라운드 층들 중 상부 그라운드와 다른 층에 배치되고, 상기 상부 그라운드와 복수의 오프셋 지점에서 전기적으로 연결되는 하부 패치(lower patch); 및 상기 하부 패치와 소정 간격 이격되어 배치되는 상부 패치(upper patch)를 포함할 수 있다.
일 실시 예로, 상기 하부 패치의 중심 지점에서 오프셋된 복수의 오프셋 지점에서 상기 하부 패치는 그라운드 비아를 통해 제1 축 방향 및 상기 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 상기 상부 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다.
적어도 일 실시예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 다단 그라운드 구조를 통해 안테나 대역폭 특성을 개선시킬 수 있다.
적어도 일 실시예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 다단 그라운드 구조를 통해 안테나 방사 효율을 증가시키고 통신 커버리지를 확대할 수 있다.
적어도 일 실시예에 따르면, 다단 그라운드에 의해 상부 패치와 그라운드와의 거리가 증가하여, 표면 파가 저감되고 안테나 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 다단 그라운드 구조의 안테나를 배열 안테나로 구현하는 경우 부엽 수준(side-lobe level)을 저감할 수 있다.
적어도 일 실시예에 따르면, 다단 그라운드 구조와 최적화된 급전 구조를 통해 안테나 방사 효율을 증가시키면서 급전 손실을 감소시킬 수 있다.
적어도 일 실시예에 따르면, 다단 그라운드 구조와 최적화된 급전 구조를 통해 배열 안테나의 각 방사 소자에 적용하여, 배열 안테나 구조에서도 안테나 특성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 명세서와 관련된 전자 기기를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2a는 도 1의 전자 기기에 대한 상세 구성을 나타낸다.
도 2b는 본 명세서의 다른 일 실시예에 따른 영상표시기기를 포함한 전체 무선 AV 시스템의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 전자 기기에 복수의 안테나들이 배치될 수 있는 구성의 예시를 나타낸다.
도 3b는 일 실시 예에 따른 5G 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 4는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 다양한 실시 예들에 따른 다단 그라운드 층들(graded ground layers) 형태로 구현된 안테나 구조를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c는 일 실시 예에 따른 다층 기판으로 구현된 안테나 모듈의 사시도, 측면도 및 전면도를 나타낸다.
도 7은 본 명세서의 다양한 실시 예들에 따른 패치의 에지 영역에 형성된 하나 이상의 그라운드 비아를 나타낸다.
도 8 내지 도 10은 본 명세서의 다양한 실시예들에 따른 다단 그라운드가 적용된 급전 구조와 안테나 구조를 나타낸다.
도 11a 및 도 11b는 다양한 실시예들에 따른 다단 그라운드를 갖는 안테나의 급전 구조를 나타낸다.
도 12는 다양한 실시예들에 따른 적층형 패치 구조에서 하부 패치와 상부 패치의 크기, 형상 및 배치 구조를 나타낸다.
도 13a 내지 도 13c는 본 명세서의 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나 모듈의 사시도, 측면도 및 배열 안테나로 구성된 안테나 모듈의 측면도를 나타낸다.
도 14a는 일 실시 예에 따른 다층 기판의 방사 영역에 배치된 end-fire 안테나 소자와 그라운드 형상을 나타낸다. 도 14b는 일 실시 예에 따른 다층 기판의 방사 영역에 배치된 end-fire 배열 안테나와 그라운드 형상을 나타낸다.
도 15a 내지 도 15c는 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나와 일반 그라운드 구조를 갖는 안테나의 반사 손실 특성, 피크 이득 특성 및 단일 소자의 방사 패턴을 비교한 것이다.
도 16a는 본 명세서에서 제시되는 mmWave 안테나 모듈이 다양한 전자 기기에 적용된 예시를 나타낸다.
도 16b는 본 명세서에서 제시되는 mmWave 대역에서 동작하는 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나가 로봇(robot)에 적용된 실시예를 나타낸다.
도 17은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
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 명세서의 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 1은 일 실시 예에 따른 전자 기기를 설명하기 위한 구성과 전자 기기와 외부기기 또는 서버와의 인터페이스를 나타낸다. 한편, 도 2a는 도 1의 전자 기기에 대한 상세 구성을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 전자 기기(100)는 통신 인터페이스(110), 입력 인터페이스 (또는, 입력 장치)(120), 출력 인터페이스 (또는, 출력 장치)(150) 및 프로세서(180)를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 통신 인터페이스(110)는 무선 통신모듈(110)를 지칭할 수 있다. 또한, 전자 기기(100)는 디스플레이(151)와 메모리(170)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 도 1에 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 통신모듈(110)은, 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 통신모듈(110)은, 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.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 이러한 무선 통신모듈(110)은, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113), 위치정보 모듈(114) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113) 및 위치정보 모듈(114)은 모뎀과 같은 기저대역 프로세서로 구현될 수 있다. 일 예시로, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113) 및 위치정보 모듈(114)은 IF 대역에서 동작하는 송수신부 회로(transceiver circuit)와 기저대역 프로세서로 구현될 수 있다. 한편, RF 모듈(1200)은 각각의 통신 시스템의 RF 주파수 대역에서 동작하는 RF 송수신부 회로로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113) 및 위치정보 모듈(114)은 각각의 RF 모듈을 포함하도록 해석될 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 통신모듈(110)은 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 통신모듈(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 모듈과 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.
입력 장치(120)는, 펜 센서(1200), 키 버튼(123), 음성입력 모듈(124), 터치 패널(151a) 등을 포함할 수 있다. 한편, 입력 장치(120)는 영상 신호 입력을 위한 카메라 모듈(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 152c), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력 장치(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.
카메라 모듈(121)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있는 장치로서, 일 실시예에 따르면, 하나 이상의 이미지 센서(예: 전면 센서 또는 후면 센서), 렌즈, 이미지 신호 프로세서(ISP), 또는 플래시(예: LED 또는 lamp 등)를 포함할 수 있다.
센서 모듈(140)은 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, 센서 모듈(140)은 제스처 센서(340a), 자이로 센서(340b), 기압 센서(340c), 마그네틱 센서(340d), 가속도 센서(340e), 그립 센서(340f), 근접 센서(340g), 컬러(color) 센서(340h)(예: RGB(red, green, blue) 센서), 생체 센서(340i), 온/습도 센서(340j), 조도 센서(340k), 또는 UV(ultra violet) 센서(340l), 광 센서(340m), 홀(hall)센서(340n) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 센서 모듈(140)은 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 152c 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.
출력 인터페이스(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이(151), 오디오 모듈(152), 햅팁 모듈(153), 인디케이터(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 디스플레이(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. 예를 들면, 디스플레이(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED) 디스플레이, 또는 마이크로 전자기계 시스템(micro electro mechanical systems, MEMS) 디스플레이, 또는 전자종이(electronic paper) 디스플레이를 포함할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이(151)는 사용자에게 각종 콘텐트(예: 텍스트, 이미지, 비디오, 아이콘, 및/또는 심볼 등)을 표시할 수 있다. 디스플레이(151)는 터치 스크린을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 전자 펜 또는 사용자의 신체의 일부를 이용한 터치, 제스쳐, 근접, 또는 호버링 입력을 수신할 수 있다.
한편, 디스플레이(151)는 터치 패널(151a), 홀로그램 장치(151b) 및 프로젝터(151c) 및/또는 이들을 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 패널은 유연하게, 투명하게, 또는 착용할 수 있게 구현될 수 있다. 패널은 터치 패널(151a)과 하나 이상의 모듈로 구성될 수 있다. 홀로그램 장치(151b)는 빛의 간섭을 이용하여 입체 영상을 허공에 보여줄 수 있다. 프로젝터(151c)는 스크린에 빛을 투사하여 영상을 표시할 수 있다. 스크린은, 예를 들면, 전자 장치(100)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
오디오 모듈(152)은 리시버(152a), 스피커(152b) 및 마이크로폰(152c)과 연동하도록 구성될 수 있다. 한편, 햅팁 모듈(153)은 전기 신호를 기계적 진동으로 변환할 수 있고, 진동, 또는 햅틱 효과(예: 압력, 질감) 등을 발생시킬 수 있다. 전자 기기는, 예를 들면, DMB(digital multimedia broadcasting), DVB(digital video broadcasting), 또는 미디어플로(mediaFlow) 등의 규격에 따른 미디어 데이터를 처리할 수 있는 모바일 TV 지원 장치(예: GPU)를 포함할 수 있다. 또한, 인디케이터(154)는 전자 기기(100) 또는 그 일부(예: 프로세서(310))의 특정 상태, 예를 들면, 부팅 상태, 메시지 상태 또는 충전 상태 등을 표시할 수 있다.
인터페이스부로 구현될 수 있는 유선 통신모듈(160)은 전자 기기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 유선 통신 모듈(160)는, HDMI(162), USB(162), 커넥터/포트(163), 광 인터페이스(optical interface)(164), 또는 D-sub(D-subminiature)(165)를 포함할 수 있다. 또한, 유선 통신모듈(160)은 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, 유선 통신 모듈(160)에 외부기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부기기와 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 서버(예컨대, 제1 서버(310) 또는 제2 서버(320))로부터 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, 프로세서(180)에 의하여 상기 전자 기기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
이와 관련하여, 제1 서버(310)는 인증 서버로 지칭될 수 있고, 제2 서버(320)는 컨텐츠 서버로 지칭될 수 있다. 제1 서버(310) 및/또는 제2 서버(320)는 기지국을 통해 전자 기기와 인터페이스될 수 있다. 한편, 컨텐츠 서버에 해당하는 제2 서버(320) 중 일부는 기지국 단위의 모바일 에지 클라우드(MEC, 330)로 구현될 수 있다. 따라서, 모바일 에지 클라우드(MEC, 330)로 구현된 제2 서버(320)를 통해 분산 네트워크를 구현하고, 컨텐츠 전송 지연을 단축시킬 수 있다.
메모리(170)는 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(170)는 내장 메모리(170a)와 외장 메모리(170b)를 포함할 수 있다. 메모리(170)는, 예를 들면, 전자 기기(100)의 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 메모리(170)는 소프트웨어 및/또는 프로그램(240)을 저장할 수 있다. 예를 들어, 프로그램(240)은 커널(171), 미들웨어(172), 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)(173) 또는 어플리케이션 프로그램(또는 "어플리케이션")(174) 등을 포함할 수 있다. 커널(171), 미들웨어(172), 또는 API(174)의 적어도 일부는, 운영 시스템(OS)으로 지칭될 수 있다.
커널(171)은 다른 프로그램들(예: 미들웨어(172), 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(application programing interface, API)(173), 또는 어플리케이션 프로그램(174))에 구현된 동작 또는 기능을 실행하는 데 사용되는 시스템 리소스들(예: 버스, 메모리(170), 또는 프로세서(180) 등)을 제어 또는 관리할 수 있다. 또한, 커널(171)은 미들웨어(172), API(173), 또는 어플리케이션 프로그램(174)에서 전자 기기(100)의 개별 구성요소에 접근함으로써, 시스템 리소스들을 제어 또는 관리할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다.
미들웨어(172)는 API(173) 또는 어플리케이션 프로그램(174)이 커널(171)과 통신하여 데이터를 주고받을 수 있도록 중개 역할을 수행할 수 있다. 또한, 미들웨어(172)는 어플리케이션 프로그램(247)으로부터 수신된 하나 이상의 작업 요청들을 우선 순위에 따라 처리할 수 있다. 일 실시 예로, 미들웨어(172)는 어플리케이션 프로그램(174) 중 적어도 하나에 전자 기기(100)의 시스템 리소스(예: 버스, 메모리(170), 또는 프로세서(180) 등)를 사용할 수 있는 우선순위를 부여하고, 하나 이상의 작업 요청들을 처리할 수 있다. API(173)는 어플리케이션 프로그램(174)이 커널(171) 또는 미들웨어(1723)에서 제공되는 기능을 제어하기 위한 인터페이스로, 예컨대 파일 제어, 창 제어, 영상 처리, 또는 문자 제어 등을 위한 적어도 하나의 인터페이스 또는 함수(예: 명령어)를 포함할 수 있다.
프로세서(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 기기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(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, 프로세서(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1 및 도 2a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 프로세서(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 전자 기기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
프로세서(180)는, 중앙처리장치(CPU), 어플리케이션 프로세서(AP), 이미지 신호 프로세서(image signal processor, ISP) 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor, CP), 저전력 프로세서(예: 센서 허브) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(180)는 전자 기기(100)의 적어도 하나의 다른 구성요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다.
전원공급부(190)는 프로세서(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 전자 기기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 전력 관리 모듈(191)과 배터리(192)를 포함하며, 배터리(192)는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다. 전력 관리 모듈(191은 PMIC(power management integrated circuit), 충전 IC, 또는 배터리 또는 연료 게이지를 포함할 수 있다. PMIC는, 유선 및/또는 무선 충전 방식을 가질 수 있다. 무선 충전 방식은, 예를 들면, 자기 공명 방식, 자기유도 방식 또는 전자기파 방식 등을 포함하며, 무선 충전을 위한 부가적인 회로, 예를 들면, 코일 루프, 공진 회로, 또는 정류기 등을 더 포함할 수 있다. 배터리 게이지는, 예를 들면, 배터리(396)의 잔량, 충전 중 전압, 전류, 또는 온도를 측정할 수 있다. 예를 들면, 배터리(192)는, 충전식 전지 및/또는 태양 전지를 포함할 수 있다.
외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320) 각각은 전자 기기(100)와 동일한 또는 다른 종류의 기기(예: 외부기기 또는 서버)일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 기기(100)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 하나 또는 복수의 전자 기기(예: 외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320))에서 실행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(100)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로 또는 요청에 의하여 수행해야 할 경우에, 전자 기기(100)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 그와 연관된 적어도 일부 기능을 다른 장치(예: 외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320))에게 요청할 수 있다. 다른 전자 기기(예: 외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320))는 요청된 기능 또는 추가 기능을 실행하고, 그 결과를 전자 장치(201)로 전달할 수 있다. 전자 기기(100)는 수신된 결과를 그대로 또는 추가적으로 처리하여 요청된 기능이나 서비스를 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 클라이언트-서버 컴퓨팅, 또는 모바일 에지 클라우드(MEC) 기술이 이용될 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 1을 참조하면, 무선 통신 시스템은 전자 장치(100), 적어도 하나의 외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320)를 포함할 수 있다. 전자 기기(100)는 적어도 하나의 외부기기(100a)와 기능적으로 연결되고, 적어도 하나의 외부기기(100a)로부터 수신한 정보를 기반으로 전자 기기(100)의 콘텐츠나 기능을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 기기(100)는 서버(310, 320)를 이용하여 적어도 하나의 외부기기(100)가 소정의 규칙을 따르는 정보를 포함하거나 혹은 생성하는지를 판단하기 위한 인증을 수행할 수 있다. 또한, 전자 기기(100)는 인증 결과에 기반하여 전자 기기(100)를 제어함으로써 콘텐츠 표시 혹은 기능 제어를 달리할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 전자 기기(100)는 유선 혹은 무선 통신 인터페이스를 통해 적어도 하나의 외부기기(100a)와 연결되어 정보를 수신 혹은 송신할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기(100) 및 적어도 하나의 외부기기(100a)는 NFC(near field communication), 충전기(charger)(예: USB(universal serial bus)-C), 이어잭(ear jack), BT(bluetooth), WiFi(wireless fidelity) 등의 방식으로 정보를 수신 혹은 송신할 수 있다.
전자 기기(100)는 외부기기 인증 모듈(100-1), 콘텐츠/기능/정책 정보 DB(100-2), 외부기기 정보 DB(100-3), 혹은 콘텐츠 DB(104) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 외부기기(100a)는 전자 기기(100)와 연계 가능한 보조(assistant) 기구로서, 전자 기기(100)의 사용 편의성, 외관적 미감 증대, 활용성 강화 등 다양한 목적으로 설계된 기기일 수 있다. 적어도 하나의 외부기기(100a)는 전자 기기(100)에 물리적으로 접촉되거나 혹은 물리적으로 접촉되지 않을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 외부기기(100a)는 유선/무선 통신모듈을 이용하여 전자 기기(100)에 기능적으로 연결되고, 전자 기기(100)에서 콘텐츠나 기능을 제어하기 위한 제어 정보를 전송할 수 있다.
한편, 제1 서버(310)는 적어도 하나의 외부기기(100a)와 관련한 서비스를 위한 서버나 클라우드 장치 혹은 스마트 홈 환경에서 서비스를 제어하기 위한 허브 장치를 포함할 수 있다. 제1 서버(310)는 외부기기 인증 모듈(311), 콘텐트/기능/정책 정보 DB(312), 외부기기 정보 DB(313) 또는 전자 기기/사용자 DB(314) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 서버(310)는 인증 관리 서버, 인증 서버, 인증 관련 서버로 지칭될 수 있다. 제2 서버(320)는, 서비스나 콘텐츠 제공을 위한 서버나 클라우드 장치, 혹은 스마트 홈 환경에서 서비스를 제공하기 위한 허브 장치를 포함할 수 있다. 제2 서버(320)는 콘텐츠 DB(321), 외부기기 스펙 정보 DB(322), 콘텐츠/기능/정책 정보 관리 모듈(323) 혹은 장치/사용자 인증/관리 모듈(324) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제2 서버(130)는 콘텐츠 관리 서버, 콘텐츠 서버 또는 콘텐츠 관련 서버로 지칭될 수 있다.
도 2b는 본 명세서의 다른 일 실시예에 따른 영상표시기기를 포함한 전체 무선 AV 시스템의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 본 명세서의 다른 일 실시예에 따른 영상표시기기(100)는 무선 AV 시스템 (또는 방송 네트워크) 및 인터넷 네트워크와 연결되어 있다. 상기 영상표시기기(100)는 예를 들어, 네트워크 TV, 스마트 TV, HBBTV 등이다.
한편, 영상표시기기(100)는 무선 인터페이스를 통해 무선 AV 시스템 (또는 방송 네트워크)와 무선으로 연결되거나 또는 인터넷 인터페이스를 통해 인터넷 네트워크와 무선 또는 유선으로 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 영상표시기기(100)는 4G 통신 시스템 또는 5G 통신 시스템을 통해 서버 또는 다른 전자 기기와 연결되도록 구성될 수 있다. 일 예로, 영상표시기기(100)는 대용량 고속 데이터를 송신 또는 수신하기 위해 mmWave 대역에서 동작하는 5G 통신 서비스를 제공할 필요가 있다.
한편, 영상표시기기(100)는 무선 인터페이스를 통해 영상표시기기(100) 주변의 전자 기기, 예컨대 셋톱박스 또는 다른 전자 기기와 무선으로 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 일 예로, 영상표시기기(100)는 영상표시기기의 전면 또는 하부에 배치되는 셋톱 박스 또는 다른 전자 기기, 예컨대 이동 단말기와 무선 AV 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
영상표시기기(100)는 예를 들어, 무선 인터페이스(101b), 섹션 필터(102b), AIT 필터(103b), 어플리케이션 데이터 처리부(104b), 데이터 처리부(111b), 미디어 플레이어(106b), 인터넷 프로토콜 처리부(107b), 인터넷 인터페이스(108b), 그리고 런타임 모듈(109b)을 포함한다.
방송 인터페이스(101b)를 통해, AIT(Application Information Table) 데이터, 실시간 방송 컨텐트, 어플리케이션 데이터, 그리고 스트림 이벤트가 수신된다. 한편, 상기 실시간 방송 컨텐트는, 리니어 에이브이 컨텐트 (Linear A/V Content)로 명명할 수도 있다.
섹션 필터(102b)는, 무선 인터페이스(101b)를 통해 수신된 4가지 데이터에 대한 섹션 필터링을 수행하여 AIT 데이터는 AIT 필터(103b)로 전송하고, 리니어 에이브이 컨텐트는 데이터 처리부(111b)로 전송하고, 스트림 이벤트 및 어플리케이션 데이터는 어플리케이션 데이터 처리부(104b)로 전송한다.
한편, 인터넷 인터페이스(108b)을 통해, 논 리니어 에이브이 컨텐트(Non-Linear A/V Content) 및 어플리케이션 데이터가 수신된다. 상기 논 리니어 에이브이 컨텐트는 예를 들어, COD(Content On Demand) 어플리케이션이 될 수도 있다.
논 리니어 에이브이 컨텐트는, 미디어 플레이어(106b)로 전송되며, 어플리케이션 데이터는 런타임 모듈(109b)로 전송된다.
나아가, 상기 런타임 모듈(109b)은 도 2b에 도시된 바와 같이 예를 들어, 어플리케이션 매니저 및 브라우저를 포함한다. 상기 어플리케이션 매니저는, 예컨대 AIT 데이터를 이용하여 인터랙티브 어플리케이션에 대한 라이프 싸이클을 컨트롤 한다. 그리고, 브라우저는, 예컨대 인터랙티브 어플리케이션을 표시하고 처리하는 기능을 수행한다.
이하에서는 mmWave 대역에서 동작하는 배열 안테나 및 이를 구비하는 전자 기기와 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 본 명세서는 본 명세서의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
한편, 도 2a와 같은 4G/5G 무선 통신 모듈이 구비된 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 구비하는 전자기기의 구체적인 동작 및 기능은 다음과 같다. 일 실시예에 따른 5G 통신 시스템에서, 5G 주파수 대역은 Sub6 대역보다 높은 주파수 대역일 수 있다. 예를 들어, 5G 주파수 대역은 밀리미터파 대역일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.
도 3a는 일 실시예에 따른 전자 기기에 복수의 안테나들이 배치될 수 있는 구성의 예시를 나타낸다. 도 3a를 참조하면, 전자 기기(100)의 내부 또는 전면에 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 전자 기기의 내부에 캐리어에 프린트된 형태로 구현되거나 또는 RFIC와 함께 시스템 온 칩(Soc) 형태로 구현될 수 있다. 한편, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 전자 기기의 내부 이외에 전자 기기의 전면에 배치될 수도 있다. 이와 관련하여, 전자 기기(100)의 전면에 배치되는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 디스플레이에 내장되는 투명 안테나(transparent antenna)로 구현될 수 있다.
한편, 전자 기기(100)의 측면에 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기(100)의 측면에 도전 멤버 형태로 4G 안테나가 배치되고, 도전 멤버 영역에 슬롯이 형성되고, 슬롯을 통해 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)이 5G 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 또한, 전자 기기(100)의 배면에 안테나들(1150B)이 배치되어, 5G 신호가 후면 방사되도록 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서는 전자 기기(100)의 측면에 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 또한, 본 명세서는 전자 기기(100)의 전면 및/또는 측면에 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 및 1110S2)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 전자 기기는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 및 1110S2)중 어느 하나의 안테나를 통해 기지국과 통신이 가능하다. 또는, 전자 기기는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 및 1110S2) 중 둘 이상의 안테나를 통해 기지국과 다중 입출력(MIMO) 통신이 가능하다.
한편, 도 3b는 일 실시 예에 따른 5G 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 3b를 참조하면, 전자 기기는 제1 전력 증폭기(1210), 제2 전력 증폭기(1220) 및 RFIC(1250)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, 전자 기기는 수신부에서 복수의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 410 내지 440)을 포함한다. 여기서, 제1 전력 증폭기(1210), 제2 전력 증폭기(1220), 제어부(1250) 및 복수의 저잡음 증폭기(1310 내지 1340)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 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3b에 도시된 바와 같이, RFIC(1250)는 4G/5G 일체형으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. RFIC(1250)가 4G/5G 일체형으로 구성되는 경우, 4G/5G 회로 간 동기화 (synchronization) 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 모뎀(1400)에 의한 제어 시그널링이 단순화될 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(1250)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(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. 이와 같이, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G 대역과 5G 대역 각각에 대하여 RF 특성을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(1250)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, 1450)는 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어하도록 구성한다. 구체적으로, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 모뎀(1400)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(1400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 모뎀(1400)은 RFIC(1250)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(1250)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(1250)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, 1450)는 가장 저전력으로 무선 통신이 가능하도록 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스루풋을 다소 희생하더라도 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 근거리 통신 모듈(113)만을 이용하여 근거리 통신을 수행하도록 모뎀(1400)과 RFIC(1250)를 제어할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 전자 기기의 배터리 잔량이 임계치 이상이면, 최적의 무선 인터페이스를 선택하도록 모뎀(300)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 배터리 잔량과 가용 무선 자원 정보에 따라 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 이때, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 배터리 잔량 정보는 PMIC로부터 수신하고, 가용 무선 자원 정보는 모뎀(1400)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(1400)과 RFIC(1250)를 제어할 수 있다.
한편, 도 3b의 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(1210)와 제2 전력 증폭기(1220)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(1220)는 제1 및 제2 통신 시스템에서 모두 동작 가능하다.
반면에, 5G 통신 시스템이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(1210, 1220)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(1210)와 제2 전력 증폭기(1220)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(1210, 1220) 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(1250)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(1250)에 해당하는 RFIC 내부에 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태의 스위치를 사용하여 2개의 서로 다른 통신 시스템의 송신부(TX) 선택이 가능하다.
또한, 실시 예에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기는 위상 제어부(1230), 듀플렉서(duplexer, 1231), 필터(1232) 및 스위치(1233)를 더 포함할 수 있다.
mmWave 대역과 같은 주파수 대역에서 전자 기기는 기지국과의 통신을 위한 커버리지 확보를 위해 지향성 빔을 사용할 필요가 있다. 이를 위해, 각각의 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 복수의 안테나 소자들로 이루어질 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 구현될 필요가 있다. 위상 제어부(1230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자로 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 위상 제어부(1230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자로 인가되는 신호의 크기와 위상을 모두 제어 가능하다. 이에 따라, 위상 제어부(1230)는 신호의 크기와 위상을 모두 제어하므로 전력 및 위상 제어부(230)로 지칭할 수 있다.
따라서, 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자에 인가되는 신호의 위상을 제어하여, 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)를 통해 독립적으로 빔 포밍(beam-forming)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)를 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다. 이 경우, 위상 제어부(1230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)가 서로 다른 방향으로 빔을 형성하도록 각각의 안테나 소자에 인가되는 신호의 위상을 제어할 수 있다.
듀플렉서(1231)는 송신 대역과 수신 대역의 신호를 상호 분리하도록 구성된다. 이때, 제1 및 제2 전력 증폭기(1210, 1220)를 통해 송신되는 송신 대역의 신호는 듀플렉서(1231)의 제1 출력 포트를 통해 안테나(ANT1, ANT4)에 인가된다. 반면에, 안테나(ANT1, ANT4)를 통해 수신되는 수신 대역의 신호는 듀플렉서(1231)의 제2 출력포트를 통해 저잡음 증폭기(310, 340)로 수신된다.
필터(1232)는 송신 대역 또는 수신 대역의 신호를 통과(pass)시키고 나머지 대역의 신호는 차단(block)하도록 구성될 수 있다. 이때, 필터(1232)는 듀플렉서(1231)의 제1 출력 포트에 연결되는 송신 필터와 듀플렉서(1231)의 제2 출력포트에 연결되는 수신 필터로 구성될 수 있다. 대안적으로, 필터(1232)는 제어 신호에 따라 송신 대역의 신호만을 통과시키거나 또는 수신 대역의 신호만을 통과시키도록 구성될 수 있다.
스위치(1233)는 송신 신호 또는 수신 신호 중 어느 하나만을 전달하도록 구성된다. 본 명세서의 일 실시 예에서, 스위치(1233)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(1231)는 서큘레이터(circulator) 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 명세서의 다른 실시 예에서, 스위치(1233)는 주파수 분할 다중화(FDD: Time Division Duplex) 방식에서도 적용 가능하다. 이때, 스위치(1233)는 송신 신호와 수신 신호를 각각 연결 또는 차단할 수 있도록 DPDT (Double Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 한편, 듀플렉서(1231)에 의해 송신 신호와 수신 신호의 분리가 가능하므로, 스위치(1233)가 반드시 필요한 것은 아니다.
한편, 실시 예에 따른 전자 기기는 제어부에 해당하는 모뎀(1400)을 더 포함할 수 있다. 이때, RFIC(1250)와 모뎀(1400)을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다.
모뎀(1400)은 RFIC(1250)를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(1400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)를 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(1400)은 특정 시간 및 주파수 자원에서 제1 통신 시스템 및/또는 제2 통신 시스템을 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 RFIC(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, RFIC(1250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 송신하도록 제1 및 제2 전력 증폭기(1210, 1220)를 포함한 송신 회로들을 제어할 수 있다. 또한, RFIC(1250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 수신하도록 제1 내지 제4 저잡음 증폭기(1310 내지 1340)를 포함한 수신 회로들을 제어할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 2b와 같은 전자 기기에서, 도 3b와 같은 무선 인터페이스를 구비하는 전자기기의 구체적인 구성 및 기능에 대해서 이하에서 설명하기로 한다. 전자 기기 간에 mmWave 대역의 통신 서비스를 이용하여 전자 기기 간에 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있다. 이와 관련하여, 5G 통신 서비스를 이용하여 무선 AV(audio-video) 서비스를 제공할 수 있다.
4K 이상의 해상도로 영상을 전달하기 위하여 영상표시기기와 같은 전자 기기에서 무선 인터페이스를 제공하는 안테나 및 RFIC (radio frequency integrated chip)에 대한 구체적인 솔루션이 없다는 문제점이 있다. 특히, 영상표시기기와 같은 전자 기기가 건물의 벽에 배치되거나 테이블 위에 배치된 상황을 고려하여, 다른 전자 기기와 무선 AV 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있다. 이를 위해, 안테나 및 RFIC를 영상표시기기의 어느 영역에 배치할지에 대한 구체적인 구성과 안테나 구조가 제시될 필요가 있다.
한편, mmWave 대역의 통신 서비스를 제공하기 위해 안테나 모듈이 이동 단말기와 같은 전자 기기에 배치될 수도 있다. 이러한 밀리미터파(mmWave) 대역에서의 5G 통신 서비스를 위해 할당될 주파수 대역은 28GHz 대역, 39GHz 및 64GHz 대역이 고려되고 있다. 이와 관련하여, 밀리미터파 대역에서 복수의 배열 안테나와 송수신부 회로 간의 전송 선로에 의한 전기적 손실(electrical loss)을 감소시키는 것이 중요하다.
한편, 이러한 복수의 배열 안테나와 송수신부 회로가 배치되는 회로 기판(circuit substrate)는 여러 부품 성능 최적화와 기판 크기 감소를 위해 다층 기판(multi-layer substrate)로 구현될 수 있다.
하지만, 다층 기판에 mmWave 대역의 안테나 소자가 배치되는 경우 안테나 방사 효율이 감소할 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 다층 기판에 mmWave 대역의 안테나 소자가 배치되는 경우 안테나 소자를 급전하는 급전부의 손실이 증가할 수 있다는 문제점이 있다.
이하에서는, 본 명세서에 따른 밀리미터파 대역에서 동작 가능한 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 도 4는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 복수의 안테나 모듈과 다수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 가전 기기는 텔레비전(television)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 명세서에서 다수의 안테나 모듈과 다수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 가전 기기는 밀리미터파 대역에서 통신 서비스를 지원하는 임의의 가전기기 또는 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 전자 기기(1000)는 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4), 및 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)과 복수의 송수신부 회로 모듈들(transceiver circuit modules, 1210a 내지 1210d)를 포함한다. 이와 관련하여, 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 전술한 송수신부 회로(1250)에 해당할 수 있다. 또는, 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 송수신부 회로(1250)의 일부 구성 또는 안테나 모듈과 송수신부 회로(1250) 사이에 배치되는 프론트 엔드 모듈의 일부 구성일 수 있다.
복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 복수의 안테나 소자들이 배치된 배열 안테나로 구성될 수 있다. 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자 개수는 도시된 바와 같이 2개, 3개, 4개 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자 개수는 2개, 4개, 8개, 16개 등으로 확장 가능하다. 또한, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자는 동일한 개수 또는 상이한 개수로 선택될 수 있다. 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 디스플레이의 서로 다른 영역에 배치될 수 있다. 도 16과 같이 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)이 디스플레이의 상부, 좌측, 하부 및 우측에 배치될 수 있지만, 이러한 배치 구조에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)이 디스플레이의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 하부에 배치될 수도 있다.
안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 임의의 주파수 대역에서 신호를 특정 방향으로 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 28GHz 대역, 39GHz 대역, 및 64GHz 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작할 수 있다.
전자 기기는 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4) 중 둘 이상의 모듈을 통해 서로 다른 엔티티와 연결 상태를 유지하거나 이를 위한 데이터 송신 또는 수신 동작을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 디스플레이 장치에 해당하는 전자 기기는 제1 안테나 모듈(ANT1)을 통해 제1 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 또한, 전자 기기는 제2 안테나 모듈(ANT2)을 통해 제2 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 일 예로, 전자 기기는 제1 안테나 모듈(ANT1)을 통해 이동 단말(mobile terminal, UE)과 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 전자 기기는 제2 안테나 모듈(ANT2)을 통해 셋톱 박스 또는 access point와 같은 제어 장치와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
다른 안테나 모듈들, 예컨대 제3 안테나 모듈(ANT3) 및 제4 안테나 모듈(ANT4)을 통해 다른 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 다른 예로, 제3 안테나 모듈(ANT3) 및 제4 안테나 모듈(ANT4)을 통해 이전에 연결된 제1 및 제2 엔티티 중 적어도 하나를 통해 이중 연결 또는 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
한편, 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 RF 주파수 대역에서 송신 신호 및 수신 신호를 처리하도록 동작 가능하다. 여기서, RF 주파수 대역은 전술한 바와 같이 28GHz 대역, 39GHz 대역, 및 64GHz 대역과 같은 밀리미터 대역의 임의의 주파수 대역일 수 있다. 한편, 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 RF SUB-MODULE (1210a 내지 1210d)로 지칭될 수 있다. 이때, RF SUB-MODULE (1210a 내지 1210d)의 개수는 4개에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 2개 이상의 임의의 개수로 변경 가능하다.
또한, RF SUB-MODULE들(1210a 내지 1210d)은 RF 주파수 대역의 신호를 IF 주파수 대역의 신호로 변환하거나 또는 IF 주파수 대역의 신호를 RF 주파수 대역의 신호로 변환하는 상향변환 모듈 및 하향변환 모듈을 구비할 수 있다. 이를 위해, 상향변환 모듈 및 하향변환 모듈은 상향 주파수 변환 및 하향 주파수 변환을 수행할 수 있는 로컬 오실레이터(LO: Local Oscillator)를 구비할 수 있다.
한편, 복수의 RF SUB-MODULE들(1210a 내지 1210d)은 복수의 송수신부 회로 모듈들 중 어느 하나의 모듈에서 인접한 송수신부 회로 모듈로 신호가 전달될 수 있다. 이에 따라, 전달되는 신호가 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d) 전부에 적어도 한 번 전달되도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 루프 구조의 데이터 전달 경로(data transfer path)가 추가될 수 있다. 이와 관련하여, 루프 구조의 전송 경로(P2)를 통해, 인접한 RF SUB-MODULE (1210b, 1210c)은 양방향(bi-direction)으로 신호 전달이 가능하다.
또는, 피드백 구조의 데이터 전달 경로가 추가될 수 있다. 이와 관련하여, 피드백 구조의 데이터 전달 경로를 통해, 적어도 하나의 SUB-MODULE(1210c)은 나머지 SUB-MODULE(1210a, 1210b, 1210c)로 일방향(uni-direction)으로 신호 전달이 가능하다.
복수의 RF SUB-MODULE들은 제1 RF SUB-MODULE 내지 제4 RF SUB-MODULE(1210a 내지 1210d)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 RF SUB-MODULE(1210a)로부터의 신호는 인접한 RF SUB-MODULE (1210b) 및 제4 RF SUB-MODULE(1210d)로 전달될 수 있다. 또한, 제2 RF SUB-MODULE(1210b) 및 제4 RF SUB-MODULE(1210d)은 상기 신호를 인접한 제3 RF SUB-MODULE(1210c)로 전달될 수 있다. 이때, 제2 RF SUB-MODULE(1210b)과 제3 RF SUB-MODULE(1210c) 간에 도 4와 같이 양방향 전송이 가능하면, 이를 루프 구조로 지칭할 수 있다. 반면에, 제2 RF SUB-MODULE(1210b)과 제3 RF SUB-MODULE(1210c) 간에 일방향 전송만 가능하면, 이를 피드백 구조로 지칭할 수 있다. 한편, 피드백 구조에서는 제3 RF SUB-MODULE(1210c)로 전달되는 신호가 적어도 둘 이상일 수 있다.
하지만, 이러한 구조에 제한되는 것은 아니라, 응용에 따라 기저대역 모듈은 제1 내지 제4 RF sub-module(1210a 내지 1210d) 중 특정 모듈에만 구비될 수 있다. 또는, 응용에 따라 기저대역 모듈은 제1 내지 제4 RF sub-module(1210a 내지 1210d)에 구비되지 않고, 별도의 제어부, 즉 기저대역 프로세서(1400)로 구성될 수 있다. 일 예로, 별도의 제어부, 즉 기저대역 프로세서(1400)에 의해서만 제어 신호 전달이 이루어질 수도 있다.
한편, 도 5a 및 도 5b는 다양한 실시 예들에 따른 다단 그라운드 층들(stepped ground layers) 형태로 구현된 안테나 구조를 나타낸다. 이러한 다단 그라운드 구조(stepped ground structure)를 그레이드 그라운드 구조(graded ground structure)로 지칭할 수도 있다.
도 5a는 하부 패치(1110)의 중심부가 그라운드(1110g)의 중심부와 연결된 구조이다. 반면에, 도 5b는 하부 패치(1110)의 에지 부분(edge portion)이 그라운드(1110g)의 중심부와 연결된 구조이다.
도 5a를 참조하면, 하부 패치(1110) 아래에 형성된 전계(electric field, E1)가 안테나 임피던스를 결정하므로 하부 패치(1110)의 높이를 무조건 증가시킬 수 없다. 반면에, 상부 패치(1120)와 그라운드(1110g) 사이에 형성된 전계(E2)가 안테나 외부로 방사되는 전계이며, 그라운드(1110g)로부터 이격될 수록 안테나 외부로 방사가 잘 이루어진다.
도 5b는 다단 그라운드 층들(stepped ground layers)을 적용한 패치 안테나의 구조와 이에 따라 형성되는 전계를 나타낸다. 도 5b를 참조하면, 다단 그라운드로 안테나 임피던스를 자유롭게 조정할 수 있어, 하부 패치(1110)를 포함한 패치 안테나의 높이 자유도가 발생한다. 다단 그라운드로 안테나 높이를 증가시킴에 따라, 상부 패치(1120)와 그라운드(1110g) 사이에 형성된 전계(E2)에 의한 안테나 방사가 더 잘 이루어진다. 따라서, 안테나 방사효율이 증가되어 안테나 이득이 향상된다.
본 명세서에서 개시되는 안테나는 다층 기판(multilayer substrate)으로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 6a 내지 도 6c는 일 실시 예에 따른 다층 기판으로 구현된 안테나 모듈의 사시도, 측면도 및 전면도를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 6a 및 도 6c는 다층 기판의 내부 구조가 표현된 안테나 모듈의 내부 사시도 및 내부 전면도이다.
도 1 내지 도 6c를 참조하면, 본 명세서에 따른 전자 기기(100)는 안테나(1100) 및 다층 기판(multilayer substrate, 1010)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판(1010)은 안테나(1100)가 배치되고, 전면 층(front layer), 후면 층(back layer), 복수의 중간 층들(middle layers), 복수의 그라운드 층들을 구비할 수 있다.
안테나(1100)는 단일 안테나 소자(single antenna element)를 지칭하거나 복수의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나(array antenna)를 지칭할 수 있다. 안테나(1100)는 하부 패치(lower patch, 1110) 및 상부 패치(upper patch, 1120)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 하부 패치(1110) 및 상부 패치(1120) 중 어느 하나를 제1 패치로 지칭하고, 다른 하나를 제2 패치로 지칭할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 안테나(1100)는 적층형 패치 안테나로 구성되어 대역폭이 확장될 수 있다. 안테나(1100)는 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작할 수 있고, 일 예로 60GHz 대역 (57.2~70.2GHz)을 커버하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 적층형 패치 안테나에 의해 대역폭이 확장될 수 있으나, 하부 패치(1110) 및 상부 패치(1120) 사이에 발생하는 기생 공진에 의해 고주파 대역에서 성능이 열화될 수 있다.
따라서, 본 명세서에서는 급전선(1110f)이 하부 패치(1110)에 직접 연결되고, 상부 패치(1120)가 하부 패치(1110)와 커플링되는 구조 이외에 추가적으로 대역폭 성능을 개선하는 방법을 제안하고자 한다. 이와 관련하여, 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 급전선(1110f)이 하부 패치(1110) 상부에 배치된 제2 하부 패치(1110b)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 기생 패치에 해당하는 상부 패치(1120)로의 커플링 양이 감소하여 기생 공진에 의해 고주파 대역에서 성능이 열화되는 특성을 완화할 수 있다. 이 경우, 하부 패치(1110)의 에지 부분에 배치되는 그라운드 비아(G-via)를 통해 제2 하부 패치(1110b)와 그라운드(1110g) 간의 간격 증가에 따른 특성 변화를 완화할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 명세서에서 개시되는 안테나(1100)의 상부 패치(1120)는 하부 패치(1110)와 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 하부 패치(1110)는 복수의 그라운드 층들 중 상부 그라운드(1100g)와 다른 층에 배치될 수 있다. 하부 패치(1110)는 상부 그라운드(1100g)와 복수의 오프셋 지점에서 전기적으로 연결될 수 있다
도 5b 및 도 6a를 참조하면, 상부 패치(1120)는 방사체로 동작하고, 상부 패치(1120)의 하부에 하부 패치(1110)가 배치될 수 있다. 하부 패치(1110)에 최소한 한 개 이상의 비아가 그라운드 면에 해당하는 상부 그라운드(1110g)와 전기적으로 연결될 수 있다. 하부 패치(1110)와 상부 그라운드(1110g)가 연결되어 다단 그라운드(stepped ground)를 형성할 수 있다. 패치 안테나를 급전하도록 구성된 급전 패드(1100p)는 수직 비아(1100v)를 통해 급전선(1110f)과 전기적으로 연결된다. 방사체, 다단그라운드, 급전패드를 중심으로 테두리에 그라운드 월(ground wall, 1100w)이 형성될 수 있다. 그라운드 월(1100w)은 다층 기판(1010)의 각 층에 배치된 도체 층들(conductor layer)과 도체 층들을 연결하는 비아로 형성될 수 있다. 이에 따라, 다층 기판(1010)에 형성된 도체 층들이 안테나(1110)를 둘러싸도록 형성될 수 있다.
도 6b를 참조하면, 가장 상부에 배치된 상부 패치(1120)는 방사체로 동작하며, 커플링 급전에 의해 급전 패드(1110p)에서 에너지가 방사체인 상부 패치(1120)로 전달된다. 급전 패드(1110p)에 의한 급전 방식은 직접 급전 또는 간접 급전(커플링)이 될 수 있다.
다단 그라운드는 커플링을 위한 급전 패드(1110p)의 하부 층에 배치되고, 비아(G-via)로 상부 그라운드(1110g)와 전기적으로 연결된다. 급전 패드(1110p)는 급전을 위한 수직 비아(1110v)로 급전선(1110f)과 연결되도록 구성된다. 이 경우, 다층 기판(1010)은 급전선(feeding line, 1110f)을 포함할 수 있다. 급전선(1110f)은 상부 그라운드(1110g)와 하부 그라운드(1110g) 사이에 배치될 수 있다. 급전선(1110f)은 상부 그라운드(1110g)를 관통하여 하부 패치(1110)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 상부 그라운드(1110g)를 관통하는 영역에는 그라운드 영역이 제거될 수 있다.
급전선(1110f)은 급전 패드(1110p)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 급전선(1110f)은 하부 패치(1110)를 관통하여 하부 패치(1110)와 상부 패치(1120) 사이의 층에 배치되는 급전 패드(1110p)와 전기적으로 연결될 수 있다.
본 실시예에서는 급전선(1110f)이 상부 그라운드(1110g)와 하부 그라운드(1110g) 사이에 배치되어, 스트립 라인(strip line)으로 구성될 수 있다. 이 경우, 급전선(1110f)은 마이크로스트립 라인(microstrip line)으로도 형성될 수도 있으며, 급전선(1110f)의 형태/위치는 본 실시예로 한정하지 않는다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 하부 패치(1110)와 상부 패치(1120)의 크기는 동일하거나 또는 서로 다를 수 있다. 한편, 하부 패치(1110)와 상부 패치(1120)의 중심부가 실질적으로 일치하거나 또는 상이하게 이격되는 오프셋 구조일 수 있다. 또한, 하부 패치(1110)와 상부 패치(1120)의 형상은 사각 패치에 한정되는 것은 아니고, 서로 상이하게 형성될 수 있다.
한편, 급전 비아에 해당하는 수직 비아(1110v)와 급전 패드(1110p)는 하부 패치(1110)와 물리적으로 연결되거나 또는 연결되지 않을 수 있다. 일 예로, 수직 비아(1110v)에 의한 급전 구조가 다단 그라운드의 하부 패치(1110)를 관통하지 않도록 급전 구조가 설계될 수도 있다.
다단 그라운드의 그라운드 비아(G-via)는 최소 한 개 이상 에지 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 에지 영역은 사각 패치의 에지 라인 또는 에지 라인에서 소정 간격만큼 내부 영역을 포함할 수 있다. 한편, 그라운드 비아(G-via)는 응용에 따라 사각 패치의 중심 영역에 배치될 수도 있다. 이와 관련하여, 그라운드 비아(G-via)가 이미 에지 영역에 배치된 경우 중심 영역에 그라운드 비아(G-via)를 더 배치하여도, 안테나 특성에 큰 변화가 없을 수 있다. 하지만, 다층 기판(1010)의 외부 충격에 대한 안정성 등 기구적 안정성과 제조 공정에 편의를 위해 중심 영역에도 그라운드 비아(G-via)를 배치할 수 있다.
전술한 다단 그라운드 구조와 관련하여, 하부 패치(1110)와 상부 그라운드(1110)는 다음과 같이 하나 이상의 그라운드 비아(G-via)로 상호 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 도 7은 본 명세서의 다양한 실시 예들에 따른 패치의 에지 영역에 형성된 하나 이상의 그라운드 비아를 나타낸다.
도 5a 내지 도 6c 및 도 7(a)를 참조하면, 하부 패치(1110)의 4개의 에지 영역 중 하나의 에지 영역의 일 측 영역(one side region)에 하나의 그라운드 비아(G-via)가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 에지 영역의 중심 영역(central region)에 그라운드 비아(via-c)가 배치될 수도 있다. 하지만, 하부 패치(1110)의 중심 영역에 그라운드 비아(via-c)가 배치되면, 이들 간의 거리를 증가시키기 위해 에지 영역의 그라운드 비아(G-via)는 일 측 영역에 배치될 수 있다.
도 5a 내지 도 6c 및 도 7(b)를 참조하면, 2개의 그라운드 비아(G-via1, G-via2)가 서로 대향하는 에지 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 하부 패치(1110)의 중심 지점에서 오프셋된 복수의 오프셋 지점에서 그라운드 비아(G-via1, G-via2)가 형성될 수 있다. 이에 따라, 하부 패치(1110)는 상부 그라운드(1110g)와 그라운드 비아(G-via1, G-via2)에 의해 연결되어, 다단 그라운드 층들(stepped ground layers)을 형성할 수 있다.
일 예로, 하부 패치(1110)의 중심 지점에서 오프셋된 복수의 오프셋 지점에서 하부 패치(1110)는 그라운드 비아를 통해 제1 축 방향으로 상부 그라운드(1110g)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 에지 영역의 중심 영역(central region)에 그라운드 비아(via-c)가 배치될 수도 있다. 중심 영역의 그라운드 비아(via-c)와 별도로 그라운드 비아(G-via1, G-via2)가 에지 영역의 중심 영역에 배치될 수 있다. 하지만, 이러한 배치 구조에 한정되는 것은 아니고, 그라운드 비아(G-via1, G-via2)가 각각 에지 영역의 좌측 영역 및 우측 영역에 배치될 수도 있다.
도 5a 내지 도 6c 및 도 7(c)를 참조하면, 3개의 그라운드 비아(G-via1 내지 G-via3)가 서로 대향하는 에지 영역에 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 에지 영역에 하나의 그라운드 비아(G-via1)이 배치되고 제2 에지 영역에 나머지 그라운드 비아(G-via2, G-via3)가 배치될 수 있다. 일 예로, 3개의 그라운드 비아(G-via1 내지 G-via3)는 삼각형 형상으로 배치될 수 있다. 이 경우, 3개의 그라운드 비아(G-via1 내지 G-via3)는 에지 영역의 중심 영역에 배치된 그라운드 비아(via-c)를 중심으로 삼각형 형상으로 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 하부 패치(1120)의 중심 지점에서 오프셋된 복수의 오프셋 지점에서 하부 패치(1120)는 그라운드 비아(G-via1 내지 G-via3)를 통해 상부 그라운드(1110g)와 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 복수의 오프셋 지점에서 하부 패치(1120)는 그라운드 비아(G-via1 내지 G-via3)를 통해 제1 축 방향 및 제2 축 방향으로 상부 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 제2 축 방향은 제1 축 방향에 수직한 방향일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5a 내지 도 6c 및 도 7(d)를 참조하면, 4개의 (G-via1 내지 G-via4)가 서로 대향하는 에지 영역에 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 에지 영역에 2개의 그라운드 비아(G-via1, G-via2)가 배치되고 제2 에지 영역에 나머지 2개의 그라운드 비아(G-via3, G-via4)가 배치될 수 있다. 일 예로, 4개의 그라운드 비아(G-via1 내지 G-via4)는 사각형 형상으로 배치될 수 있다. 이 경우, 4개의 그라운드 비아(G-via1 내지 G-via4)는 에지 영역의 중심 영역에 배치된 그라운드 비아(via-c)를 중심으로 사각형 형상으로 배치될 수 있다.
도 5a 내지 도 6 및 도 7 (c) 및 (d)를 참조하면, 하부 패치(1110)와 상부 그라운드(1110g)는 하부 패치(1110)의 에지 영역(edge region)에 배치된 복수의 그라운드 비아(G-via1 내지 G-via3 또는 G-via1 내지 G-via4)를 통해 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 그라운드 비아(G-via1 내지 G-via3 또는 G-via1 내지 G-via4)의 개수는 3개 이상이고, 복수의 그라운드 비아는 삼각형 또는 사각형 배치 구조로 배치될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 다단 그라운드가 적용된 급전 구조는 다양한 실시예들로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 8 내지 도 10은 본 명세서의 다양한 실시예들에 따른 다단 그라운드가 적용된 급전 구조와 안테나 구조를 나타낸다. 도 8은 급전 비아가 다단 그라운드가 형성된 하부 패치(1120)를 관통하는 급전 구조를 나타낸다. 반면에, 도 9는 급전 비아가 다단 그라운드가 형성된 하부 패치(1120)를 관통하지 않고 인접한 영역을 통해 형성되는 급전 구조를 나타낸다. 즉, 도 9는 다단 그라운드가 형성된 영역에 대한 왜곡(distortion)을 방지하기 위한 급전 구조를 나타낸다. 한편, 도 10은 다단 그라운드의 층수 또는 형태가 변형된 구조와 이러한 변형 구조에서 급전 구조를 나타낸다.
도 5a 내지 도 7 및 도 8(a)를 참조하면, 급전선(1110f)은 하부 패치(1110)를 관통하여 상부 패치(1120)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이 경우, 급전선(1110f)은 하부 패치(1110)와 전기적으로 연결되거나 또는 연결되지 않을 수도 있다. 급전선(1110f)이 하부 패치(1110)와 전기적으로 연결되지 않도록 하부 패치(1110)를 관통하는 영역에 금속 패턴이 제거될 수 있다. 한편, 다단 그라운드를 구현하기 위해, 하부 패치(1110)는 그라운드 비아(G-via)에 의해 하부 그라운드(1110g)와 연결될 수 있다. 도 8(a)의 급전 구조를 직접 급전(direct feeding) 구조로 지칭할 수 있다.
반면에, 도 5a 내지 도 7 및 도 8(b)를 참조하면, 급전선(1110f)은 하부 패치(1110)를 관통하여 상부 패치(1120)와 전기적으로 커플링되도록 커플링 패드(1110p)와 연결될 수 있다. 이 경우, 급전선(1110f)은 하부 패치(1110)와 전기적으로 연결되거나 또는 연결되지 않을 수도 있다. 급전선(1110f)이 하부 패치(1110)와 전기적으로 연결되지 않도록 하부 패치(1110)를 관통하는 영역에 금속 패턴이 제거될 수 있다. 한편, 다단 그라운드를 구현하기 위해, 하부 패치(1110)는 그라운드 비아(G-via)에 의해 하부 그라운드(1110g)와 연결될 수 있다. 도 8(b)의 급전 구조를 커플링 급전(coupled feeding) 구조로 지칭할 수 있다.
도 5a 내지 도 7 및 도 9(a)를 참조하면, 급전선(1110f)은 지그재그(zig-zag) 패턴으로 형성될 수 있다. 급전선(1110f)은 하부 패치(1110)가 배치되지 않은 영역에 대응되는 하부 그라운드(1110g)를 관통하도록 구성될 수 있다. 또한, 급전선(1110f)은 하부 패치(1110)와 상부 패치(1120) 사이의 층에 배치되는 급전 패드(1110p)와 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 급전선(1110f)은 급전 패드(1100p)를 통해 상부 패치(1120)와도 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 급전 패드(1110p)와 제1 지점에서 제1 수직 비아(1110v)를 통해 연결된 급전선(1110f)은 상부 패치(1120)와 제2 수직 비아(1120v)를 통해 제2 지점에서 연결될 수 있다. 하부 패치(1110)는 그라운드 비아(G-via)에 의해 하부 그라운드(1110g)와 연결될 수 있다.
도 5a 내지 도 7 및 도 9(b)를 참조하면, 급전선(1110fb)에 의한 급전 구조는 커플링 방식으로 이루어질 수 있다. 이와 관련하여, 급전선(1110fb)은 급전 패드(1110p)와 연결되지만, 상부 패치(1120)와는 직접 연결되지 않도록 구성될 수 있다. 일 예로, 급전선(1110fb)은 급전 패드(1110p)의 중심부와 연결될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5a 내지 도 7 및 도 9(c)를 참조하면, 급전선(1110fc)에 의한 급전 구조는 오프셋 커플링 방식으로 이루어질 수 있다. 이와 관련하여, 급전선(1110fc)은 급전 패드(1110pc)의 중심에서 소정 간격 이격된 지점에서 수직 비아(vertical via)를 통해 급전 패드(1110pc)와 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 급전선(1110fc)은 급전 패드(1110pc)와 오프셋 구조로 연결될 수 있다. 이 경우, 급전 패드(1110pc)는 원형 형상이 아닌 일부가 직선 라인으로 구현된 라인 형상일 수 있다. 따라서, 급전 패드(1110pc)를 상하 또는 좌우의 한 변의 길이를 나머지 변의 길이보다 더 길게 형성할 수 있다. 이에 따라, 다단 그라운드를 변형시키지 않고 방사체인 상부 패치(1120)를 비대칭으로 최적의 구성으로 급전할 수 있다. 따라서, 상부 패치(1120)를 비대칭 구조의 급전 패드(1110pc)를 통해 최적으로 커플링 급전하여, 기생 공진에 의한 고대역에서 안테나 특성이 열화되는 것을 방지할 수 있다.
전술한 바와 같이, 도 10은 다단 그라운드의 층수 또는 형태가 변형된 구조와 이러한 변형 구조에서 급전 구조를 나타낸다. 도 10을 참조하면, 에지 영역에 최소한 하나 이상의 비아가 패치와 그라운드를 전기적으로 연결시켜 다단 그라운드(stepped ground)를 형성한다. 이와 관련하여, 패치의 중심부에 위치하는 비아는 전체 안테나 성능에 영향을 주지 않는다. 따라서, 기구적 안정성 및 공정 안정성을 위해 패치의 중심부에 비아가 배치될 수도 있고, 패치의 중심부에 비아가 배치되지 않을 수도 있다. 한편, 테두리(boundary)에 해당하는 에지 영역이 의미하는 위치의 정의는 적층형 PCB의 수직면에서 상부 패치의 중심 영역과 하부 패치의 중심 영역을 제외한 나머지 영역일 수 있다.
도 5a 내지 도 7 및 도 10(a)를 참조하면, 다단 그라운드 구조는 3단 이상의 다단 그라운드 구조로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나(1100)는 하부 패치(1110)의 위에 배치되고, 하부 패치(1110)와 복수의 오프셋 지점에서 전기적으로 연결되는 제2 하부 패치(1110b)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 안테나(1100)는 하부 패치(1110), 제2 하부 패치(1110b) 및 상부 패치(1120)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 다단 그라운드 구조는 하부 그라운드(1110g), 하부 패치(1110)에 의해 형성될 수 있다. 또는, 다단 그라운드 구조는 하부 그라운드(1100g), 하부 패치(1110) 및 제2 하부 패치(1110b)에 의해 형성될 수 있다. 이러한 3단 이상의 다단 그라운드 구조를 통해, 특정 영역에서 그라운드의 높이 변화가 크게 발생하지 않게 된다. 따라서, 특정 영역에서 그라운드의 높이 변화가 단계적으로 이루어지도록 하여, 넓은 주파수 대역에서 안테나 특성이 유지되도록 할 수 있다.
한편, 급전선(1110f)은 하부 패치(1110) 및 제2 하부 패치(1110b)를 관통하여 상부 패치(1120)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또는, 급전선(1110f)은 하부 패치(1110) 및 제2 하부 패치(1110b)를 관통하여 제2 하부 패치(1110b)와 상부 패치(1120) 사이의 층에 배치되는 급전 패드(1110p)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 5a 내지 도 7 및 도 10(b)를 참조하면, 다단 그라운드 구조는 역 다단 그라운드 (inverted stepped ground) 구조로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나(1100)는 하부 패치(1110-2)는 상부 그라운드(1110g)의 아래 층에 배치될 수 있다. 급전선(1110f)은 아래 층에 배치된 하부 패치(1110-2)를 관통하여 상부 패치(1120)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 역 다단 그라운드 구조를 통해, 안테나 임피던스 특성 조정을 수행할 수 있다. 일 예로, 급전선(1110f)이 배치되는 스트립 라인 구조의 높이가 감소하는 천이 구간(transition region)에서 높은 임피던스를 갖는 임피던스 변환기를 구현할 수 있다. 반면에, 스트립 라인 구조의 높이가 증가하는 구간에서 낮은 임피던스를 갖는 급전선(1110f)을 구현할 수 있다.
도 5a 내지 도 7 및 도 10(c)를 참조하면, 다단 그라운드 구조는 부분 다단 그라운드 (partial stepped ground) 구조로 형성될 수 있다. 즉, 하부 패치(1110-3)는 상부 그라운드(1110g)의 아래 층에 2개로 배치될 수 있다. 이 경우, 하부 패치(1110-3)는 상부 패치(1120)의 2개의 에지 영역과 일부 중첩되도록 배치될 수 있다. 안테나(1100)는 상부 그라운드(1110g)와 동일 층에 배치되는 제2 하부 패치(1110b-3)를 더 포함할 수 있다. 이러한 부분 다단 그라운드 구조를 통해, 특정 구간을 높이가 일정한 범위 내로 유지되는 스트립 라인 구조로 형성할 수 있다. 즉, 부분 다단 그라운드 구조의 그라운드 높이가 변경됨에 따라, 급전선(1100f)의 높이도 변경될 수 있다.
구체적으로, 하부 패치(1110-3)의 일 단부는 상부 그라운드(1110g)와 제1 그라운드 비아(G-via1)를 통해 연결되고, 하부 패치(1110-3)의 타 단부는 제2 하부 패치(1110b-3)와 제2 그라운드 비아(G-via2)를 통해 연결될 수 있다.
부분 다단 그라운드 구조에서, 급전선(1110f)은 다층 구조의 스트립 라인으로 형성될 수 있다. 급전선(1110f)은 제1 급전선(1110f-1) 및 제2 급전선(1110f-2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 급전선(1110f-1)은 상부 그라운드(1110g)와 하부 그라운드(1110g) 사이에 배치될 수 있다. 제2 급전선(1110f-2)은 제1 급전선(1110f-1)과 수직 비아에 의해 연결되고, 제1 급전선(1110f-1)보다 아래 층에 배치될 수 있다. 따라서, 제2 급전선(1110f-2)은 제1 그라운드 비아(G-via1) 및 제2 그라운드 비아(G-via2)가 형성된 영역을 포함하는 영역에서 부분 다단 그라운드 영역(partial stepped ground region)을 형성할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 제시되는 급전 구조는 다단 그라운드에 해당하는 하부 패치의 외부 영역을 통해 형성되거나 또는 하부 패치 내부 영역을 적어도 일부 관통하도록 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 11a 및 도 11b는 다양한 실시예들에 따른 다단 그라운드를 갖는 안테나의 급전 구조를 나타낸다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 다단 그라운드를 형성하는 하부 패치(1110)의 안테나 성능 변화가 거의 없도록 급전선(1110f) 및 그라운드 비아(1110f)가 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 급전선(1110f)에 의한 급전 비아가 위치하는 영역 또는 그 주변 영역에 다단 그라운드를 형성하기 위한 그라운드 비아(G-via)가 제거될 수 있다.
도 5a 내지 도 7 및 도 11a를 참조하면, 급전 구조가 다단 그라운드가 형성된 영역 외부에 배치될 수 있다. 다층 기판(1010)은 상부 그라운드(1110g)와 하부 그라운드(1110g) 사이에 배치되는 급전선(1110f)을 포함할 수 있다. 급전선(1110f)은 하부 그라운드(1110g)를 관통하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 급전선(1110f)이 관통하는 하부 그라운드(1110g)는 하부 패치(1110)가 배치되지 않은 영역에 대응될 수 있다.
이와 관련하여, 상부 그라운드(1110g)와 연결되는 그라운드 비아(G-via)가 하부 패치(1110)의 4개의 에지 영역에 모두 배치될 수 있다. 일 예로, 그라운드 비아(G-via)는 4개의 에지 영역의 각각에 대해 중심 영역, 좌측 영역 및 우측 영역에 모두 배치될 수 있다. 한편, 급전선(1110f)이 관통하는 영역이 하부 패치(1110) 외부에 해당한다. 따라서, 그라운드 비아(G-via)는 하부 패치(1110)의 에지 영역과 중심 영역에도 모두 배치될 수 있다.
도 5a 내지 도 7 및 도 11b를 참조하면, 급전 구조가 다단 그라운드가 형성된 영역 내부에 배치될 수 있다. 급전선(1110f)이 상부 그라운드(1110g)를 관통하는 영역은 하부 패치(1110)의 하나의 에지 라인과 중첩되거나 또는 에지 라인 내부에 배치될 수 있다. 일 예로, 그라운드 비아(G-via)는 4개의 에지 영역 중 에지 라인이 형성된 영역을 제외한 3개의 에지 영역 각각에 대해 중심 영역, 좌측 영역 및 우측 영역에 모두 배치될 수 있다.
한편, 에지 라인이 형성된 제1 에지 영역에서 그라운드 비아(G-via)는 급전선(1110f)과 연결된 영역의 좌측 영역 및 우측 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 급전선(1110f)이 상부 그라운드(1110g)를 관통하는 영역은 에지 라인과 중첩되거나 또는 에지 라인 내부에 배치될 수 있다. 급전선(1110f)이 상부 그라운드(1110g)를 관통하는 영역이 에지 라인 내부에 배치된 경우, 하부 패치(1110)의 에지 영역이 아닌 중심 영역에는 그라운드 비아가 배치되지 않도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 제시되는 적층형 패치 구조와 관련하여, 하부 패치와 상부 패치의 크기, 형상 및 배치 구조는 다양하게 변경될 수 있다. 이와 관련하여, 도 12는 다양한 실시예들에 따른 적층형 패치 구조에서 하부 패치와 상부 패치의 크기, 형상 및 배치 구조를 나타낸다.
도 5a 내지 도 7 및 도 12(a)를 참조하면, 하부 패치(1110)와 상부 패치(1120)는 원형 형상으로 형성되고, 상부 패치(1120)의 크기가 하부 패치(1110)의 크기보다 더 작게 설정될 수 있다. 도 12(b)를 참조하면, 하부 패치(1110)와 상부 패치(1120)는 삼각형 형상으로 형성되고, 상부 패치(1120)의 크기가 하부 패치(1110)의 크기보다 더 작게 설정될 수 있다. 도 12(c)를 참조하면, 하부 패치(1110)는 삼각형 형상 및 상부 패치(1120)는 역삼각형 형상으로 형성될 수 있다.
이와 관련하여, 상부 패치(1120)의 크기는 하부 패치(1110)의 크기보다 더 작게 형성되고, 하부 패치(1110)에 그라운드 비아(G-via)가 연결되는 에지 영역은 상부 패치의 내부 영역일 수 있다. 이에 따라, 그라운드 비아(G-via)에 의한 다단 그라운드 구조에 따른 안테나 특성 변화가 상부 패치(1120)의 내부 영역에 주로 영향을 미치도록 할 수 있다. 또는, 하부 패치(1110)에 그라운드 비아(G-via)가 연결되는 에지 영역은 상부 패치의 외부 영역일 수 있다. 이에 따라, 그라운드 비아(G-via)에 의한 다단 그라운드 구조가 상부 패치(1120)의 외측 경계에 형성되는 fringing field에도 영향을 주도록 할 수 있다.
한편, 급전선(1110f)은 도시된 바와 같이 하부 패치(1110)를 관통하여 상부 패치(1120)와 연결될 수 있다. 또는, 급전선(1110f)은 하부 패치(1110)와 상부 패치(1120) 사이에 배치된 급전 패드(1110p)와 연결될 수 있다.
도 5a 내지 도 7 및 도 12(d)를 참조하면, 하부 패치(1110)와 상부 패치(1120)는 사각형 형상으로 형성되고, 상부 패치(1120)의 크기가 하부 패치(1110)의 크기보다 더 크게 설정될 수 있다. 도 12(e)를 참조하면, 하부 패치(1110)와 상부 패치(1120)는 사각형 형상으로 형성되고, 상부 패치(1120)의 일 변의 크기가 하부 패치(1110)의 일 변의 크기보다 더 크게 설정될 수 있다.
한편, 하부 패치(1110)의 제1 중심 지점(C1)과 상부 패치(1120)의 제2 중심 지점(C2)은 상호 이격될 수 있다. 제1 중심 지점(C1)과 제2 중심 지점(C2) 사이의 영역에서 하부 패치(1110)가 적어도 하나의 그라운드 비아를 통해 상부 그라운드 영역(1110g)과 연결될 수 있다. 따라서, 상부 패치(1120)의 제2 중심 지점(C2)이 하부 패치(1110)의 에지 영역에 매우 인접하거나 또는 중첩된 경우에도 하부 패치(1110)를 통해 다단 그라운드 구조를 형성할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 제시되는 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나는 배열 안테나로 구성될 수 있다. 또한, 다단 그라운드 구조를 갖는 각각의 안테나 소자 주변에 더미 패턴이 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13a 내지 도 13c는 본 명세서의 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나 모듈의 사시도, 측면도 및 배열 안테나로 구성된 안테나 모듈의 측면도를 나타낸다. 도 13a 및 도 13b는 본 명세서의 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나 모듈의 사시도 및 측면도를 나타낸다. 한편, 도 13c는 본 명세서의 다단 그라운드 구조를 갖는 배열 안테나로 구성된 안테나 모듈의 측면도를 나타낸다.
도 13a를 참조하면, 하부 패치(1110)와 상부 패치(1120)로 이루어진 적층형 패치 구조에서 더미 패턴(1130)이 배치된 구조이다. 도 13c에 도시된 바와 같이 안테나(1100)는 복수의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나로 구성될 수 있다. 배열 안테나를 구성하는 각각의 안테나 소자 사이에는 도 13a 및 도 13c와 같이 서로 다른 층에 형성되는 더미 패턴(1130)이 형성될 수 있다. 따라서, 안테나(1100)는 하부 패치(1110) 및 상부 패치(1120)에 더미 패턴(1130)을 더 포함할 수 있다.
도 13a를 참조하면, 더미 패턴(1130)은 하부 패치(1110) 및 상부 패치(1120)를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 한편, 도 13b는 하부 패치(1110), 상부 패치(1120) 및 더미 패턴(1130)가 포함되도록 형성된 단면이 표시된 안테나(1100)의 측면도를 나타낸다. 일 예로, 하부 패치(1110) 및 상부 패치(1120)의 중심선을 따라 형성된 단면이 표시된 안테나(1100)의 측면도일 수 있다.
한편, 도 13b를 참조하면, 더미 패턴(1130)은 하부 패치(1110) 및 상부 패치(1120) 사이의 층에도 배치될 수 있다. 따라서, 하부 패치(1110), 더미 패턴(1130) 및 상부 패치(1120)를 통해 안테나(1100)가 커플링이 가능한 적층 패치 구조로 공진하여, 안테나 대역폭 확장이 가능하다. 더미 패턴(1130)은 각 층마다 도체(conductor)가 비워져 있는 공간을 채워, 외부 압력, 충격 및 제조 공정 등에서 다층 기판과 같은 PCB가 변형되거나 두께가 감소하는 것을 방지한다.
도 13c를 참조하면, 각각의 안테나 소자가 하부 패치(1110), 상부 패치(1120) 및 더미 패턴(1130)를 포함하도록 형성된 배열 안테나(array antenna)를 나타낸다. 배열 안테나로 구현되는 안테나(1100)는 복수의 안테나 소자로 구현될 수 있다. 각각의 안테나 소자는 하부 패치(1110), 상부 패치(1120) 및 더미 패턴(1130)을 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 인접한 안테나 소자 간에 그라운드 월(1100w)이 형성되어 각 안테나 소자 간의 간섭 수준을 저감할 수 있다. 이와 관련하여, 그라운드 월(1100w)에 의해 인접한 안테나 소자 간 표면 파 간섭(surface wave interference)를 저감할 수 있다.
한편, 본 명세서의 전자 기기는 배열 안테나로 구성된 안테나(1100), 송수신부 회로(transceiver circuitry, 1250) 및 프로세서(1400)를 포함하도록 구성 가능하다. 송수신부 회로(1250)는 다층 기판 상에 배치되고, 안테나(1100)로 신호를 송신하고 안테나(1100)로부터 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 일 예로, RFIC에 해당하는 송수신부 회로(1250)는 다층 기판의 후면에 배치되고, 안테나(1100)는 다층 기판의 전면에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합되고, 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 프로세서(1400)는 모뎀(modem)과 같은 기저대역 프로세서(baseband processor)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 송수신부 회로(1250)를 제어하는 임의의 프로세서일 수 있다. 한편, 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)가 급전선(1110f)을 통해 각각의 안테나 소자로 위상 가변 신호를 인가하여 빔 포밍을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 각각의 안테나 소자에 위상 변위기(phase shifter)가 결합될 수 있고, 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)를 통해 위상 변위기를 제어하여, 배열 안테나를 통해 빔 포밍된 신호를 방사할 수 있다.
본 명세서에서 제시되는 안테나 소자는 패치 안테나와 같은 broadside radiation 패턴을 갖는 안테나 소자에 제한되지 않고, 다양한 형태의 안테나 소자로 구현될 수 있다. 일 예로, 본 명세서에서 제시되는 안테나 소자는 다이폴 안테나와 같은 end-fire radiation 패턴을 갖는 안테나 소자일 수 있다. 이와 관련하여, 도 14a는 일 실시 예에 따른 다층 기판의 방사 영역에 배치된 end-fire 안테나 소자와 그라운드 형상을 나타낸다. 도 14b는 일 실시 예에 따른 다층 기판의 방사 영역에 배치된 end-fire 배열 안테나와 그라운드 형상을 나타낸다.
도 14a를 참조하면, 다층 기판(1010)의 어느 한 층에 안테나(1100)가 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나(1100)는 다이폴 소자로 형성될 수 있다. 한편, 안테나(1100)는 다이폴 소자와 같이 end-fire radiation 패턴을 갖는 end-fire 소자로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 다이폴 소자의 단부에 인접한 영역의 그라운드 영역(1100g)은 다단 그라운드(stepped ground)로 형성될 수 있다. 일 예로, 그라운드 영역(1200g)은 다이폴 소자의 중심부에 인접한 그라운드 영역(1200g)보다 소정 길이와 소정 너비만큼 그라운드 패턴이 제거된 다단 그라운드로 형성될 수 있다.
도 14a(b)를 참조하면, 다단 그라운드로 구성된 그라운드 영역(1100g)에 의해 다이폴 소자의 단부에서 방사되는 전계의 유효 길이(effective length)가 도 14a(a)의 그라운드 구조에 의한 전계의 유효 길이보다 더 증가하게 된다. 따라서, 도 14a(b)와 같은 다단 그라운드 구조를 갖는 다이폴 안테나의 방사 효율이 14a(a)의 그라운드 구조를 갖는 다이폴 안테나의 방사 효율보다 증가하게 된다.
한편, 다이폴 소자는 하나의 도전 패턴으로 구현되거나 복수의 적층된 도전 패턴으로 구현될 수 있다. 다이폴 소자가 복수의 적층된 도전 패턴으로 구현된 경우, 상부에 배치된 도전 패턴을 상부 안테나 소자로 지칭하고 하부에 배치된 도전 패턴을 하부 안테나 소자로 지칭할 수 있다. 상부 안테나 소자 및 하부 안테나 소자를 각각 상부 패치 및 하부 패치로 지칭할 수 있다. 또는, 상부 안테나 소자 및 하부 안테나 소자를 각각 제1 패치 및 제2 패치로 지칭할 수도 있다.
도 14b를 참조하면, 안테나(1100)는 복수의 다이폴 소자로 이루어진 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 배열 안테나를 구성하는 각각의 다이폴 소자의 단부에 인접한 영역의 그라운드 영역(1100g)은 다단 그라운드(stepped ground)로 형성될 수 있다. 일 예로, 그라운드 영역(1100g)은 배열 안테나를 구성하는 각각의 다이폴 소자의 중심부에 인접한 그라운드 영역(1200g)보다 소정 길이와 소정 너비만큼 그라운드 패턴이 제거된 다단 그라운드로 형성될 수 있다.
한편, 그라운드 영역(1100g-2)은 도 14b(b)와 같이 3단 이상의 다단 그라운드 구조로 형성될 수 있다. 또는, 그라운드 영역(1100g-3)은 도 14b(c)와 같이 역 다단 그라운드 구조로 형성될 수 있다. 또는, 그라운드 영역(1100g-4)은 도 14b(d)와 같이 단계별 역 다단 그라운드 구조로 형성될 수 있다.
이상에서는, 본 명세서의 일 양상에 따른 다층 기판에 구현된 다단 그라운드 구조의 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 살펴보았다. 이하에서는, 본 명세서의 다른 양상에 따른 다층 기판에 구현된 다단 그라운드 구조의 안테나 모듈에 대해 살펴보기로 한다. 이와 관련하여, 도 1 내지 도 14b에서 설명된 내용들이 이하의 안테나 모듈에 적용될 수 있다.
이와 관련하여, 도 1 내지 도 14b를 참조하면, 본 명세서에 따른 다층 기판(multilayer substrate, 1010)을 구비하는 안테나 모듈(1100)이 제공된다. 안테나 모듈(1100)은 하부 패치(lower patch, 1110) 및 상부 패치(upper patch, 1120)를 포함
하부 패치(1110)는 전면 층(front layer), 후면 층(back layer), 복수의 중간 층들(middle layers)을 구비하는 다층 기판(1010)의 복수의 그라운드 층들 중 상부 그라운드와 다른 층에 배치될 수 있다. 하부 패치(1110)는 상부 그라운드(1110g)와 복수의 오프셋 지점에서 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
한편, 상부 패치(1120)는 하부 패치(1110)와 소정 간격 이격되어 배치되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 하부 패치의 중심 지점에서 오프셋된 복수의 오프셋 지점에서 하부 패치(1110)는 그라운드 비아(G-via)를 통해 상부 그라운드(1120)와 전기적으로 연결될 수 있다. 일 예로, 하부 패치(1110)는 제1 축 방향 및 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 상부 그라운드(1120)와 전기적으로 연결될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 제시되는 다단 그라운드 구조를 갖는 다층 기판 상에 구현되는 안테나(1100)와 일반 그라운드 구조를 갖는 안테나의 전기적 특성을 비교하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 6a 내지 도 6c와 같은 하부 패치(1110)와 상부 패치(1120)를 갖는 안테나(1100)에서 하부 패치(1110)와 상부 그라운드(1110g)가 그라운드 비아(G-via)로 연결될 수 있다. 이러한 본 명세서에 따른 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나(1100)는 일반 그라운드 구조를 갖는 안테나에 비해 광대역 동작 및 고효율 방사 특성을 갖는다. 이와 관련하여, 도 15a 내지 도 15c는 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나와 일반 그라운드 구조를 갖는 안테나의 반사 손실 특성, 피크 이득 특성 및 단일 소자의 방사 패턴을 비교한 것이다.
도 15a는 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나와 일반 그라운드 구조를 갖는 안테나의 반사 손실 특성(return loss characteristics)을 나타낸다. 한편, 도 15b는 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나와 일반 그라운드 구조를 갖는 안테나의 피크 이득 특성을 나타낸다. 도 15c는 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나의 방사 패턴 특성을 특정 주파수에 대해 나타낸 것이다.
도 15a를 참조하면, 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나의 반사 손실 특성은 (i)로 지시된 바와 같이 53.1GHz 내지 77GHz의 대역에서 S11 기준으로 -10dB 이하의 값을 갖는다. 즉, S11 10dB 대역폭은 53.1GHz 내지 77GHz 이상의 대역폭 특성을 갖는다. 반면에, (ii)로 지시된 바와 같이 일반 그라운드 구조를 갖는 안테나의 반사 손실 대역폭은 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나의 반사 손실 대역폭보다 감소한다.
도 15b를 참조하면, 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나의 피크 이득 특성은 최소 8.2dBi에서 최대 9.0dBi의 값을 갖는다. 반면에, 일반 그라운드 구조를 갖는 안테나의 피크 이득 특성은 최소 7.6dBi에서 최대 7.8dBi의 값을 갖는다. 따라서, 본 명세서에서 제시되는 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나는 하부 패치의 각 영역 별로 그라운드 높이를 변화시켜 안테나 효율을 최적화할 수 있다. 일 예로, 하부 패치의 에지 영역에서 그라운드 높이를 변화시켜 안테나 효율을 최적화할 수 있다. 이와 관련하여, 각 영역 별로 그라운드 높이를 변화시켜 각 안테나 소자 간 표면 파(surface wave)에 따른 안테나 방사 효율 저하를 완화할 수 있다.
도 15c는 서로 다른 주파수, 즉 최저, 중심 및 최대 주파수 (예컨대, 57, 63, 70 GHz)에서 안테나 방사 패턴을 나타낸 것이다. 도 15c를 참조하면, 주파수 변화에 따라 왜곡 없이 일정하게 방사패턴이 유지됨을 알 수 있다. 도 15c를 참조하면, 후면 방향으로의 방사되는 빔 수준이 일정 수준 이하로 유지되고, 안테나 빔 패턴에 비대칭 형태와 같은 왜곡이 발생하지 않는다. 이는 하부 패치의 에지 영역에서 그라운드 높이를 변화시켜 각 안테나 소자 간 표면 파(surface wave)에 따른 안테나 방사 효율 저하가 완화되었기 때문이다.
본 명세서에서 제시되는 mmWave 안테나 모듈은 다양한 전자 기기에 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 도 16a는 본 명세서에서 제시되는 mmWave 안테나 모듈이 다양한 전자 기기에 적용된 예시를 나타낸다. 도 1 내지 도 16a를 참조하면, 전자 기기(1000)는 이동 단말기, 사이니지, 디스플레이 기기, 투명 AR/VR 기기, 차량 또는 무선 오디오/비디오 장치 중 적어도 하나일 수 있다. 이와 관련하여, 본 명세서에서 제시되는 mmWave 대역에서 동작하는 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나(1100)는 전자 기기 내부에 배치되거나 또는 적어도 일부가 디스플레이의 투명 안테나로 구현될 수도 있다.
한편, 도 16b는 본 명세서에서 제시되는 mmWave 대역에서 동작하는 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나(1100)가 로봇(robot)에 적용된 실시예를 나타낸다. 도 1 내지 도 16b를 참조하면, 로봇(1000b)의 디스플레이(151b) 하부에 안테나 모듈(1100)이 배치될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 5G mmWave 대역에서 동작할 수 있다. 이러한 안테나 모듈(1100)을 이용하여 로봇(1000b)은 주변 전자 기기, AP 또는 기지국과 고속 대용량의 무선 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 한편, 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나(1100)는 이중 편파를 지원하는 단일 배열 안테나 모듈을 통해 다중 입출력(MIMO) 동작을 지원할 수 있다. 이 경우, 이중 편파는 수직 편파 및 수평 편파일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 임의의 실질적으로 직교하는 편파일 수 있다. 또한, 로봇(1000b)의 서로 다른 위치에 배치되는 서로 다른 배열 안테나 모듈을 통해 다중 입출력(MIMO) 동작을 지원할 수 있다.
로봇(1000b)은 디바이스 엔진과 같은 제어부의 제어 하에 통신 네트워크를 통해 서버(300)와 연동할 수 있다. 이 경우, 통신 네트워크는 5G 통신 네트워크일 수 있다. 통신 네트워크는 VPN 또는 TCP 브릿지(bridge)로 구현될 수 있다. 로봇(1000b)은 통신 네트워크를 통해 MEC 서버(300)에 접속할 수 있다. 로봇(1000b)이 MEC 서버(300)와 연동하므로 이러한 로봇/네트워크 시스템을 클라우드 로보틱스 시스템으로 지칭할 수 있다. 클라우드 로보틱스 시스템은 로봇(1000b)이 주어진 임무 수행에 필요한 기능을 MEC 서버(300)와 같은 클라우드 서버에서 처리하는 시스템이다.
이상에서는 본 명세서에 따른 다중 모드/다중 대역 안테나 및 이를 제어하는 전자기기에 대해 설명하였다. 이러한 다중 모드/다중 대역 안테나 및 이를 제어하는 전자기기와 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템에 대해 살펴보면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 17은 본 명세서에서 제안하는 방법들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
도 17을 참조하면, 무선 통신 시스템은 제 1 통신 장치(910) 및/또는 제 2 통신 장치(920)을 포함한다. 'A 및/또는 B'는 'A 또는 B 중 적어도 하나를 포함한다'와 동일한 의미로 해석될 수 있다. 제 1 통신 장치가 기지국을 나타내고, 제 2 통신 장치가 단말을 나타낼 수 있다(또는 제 1 통신 장치가 단말 또는 차량을 나타내고, 제 2 통신 장치가 기지국을 나타낼 수 있다).
기지국(BS: Base Station)은 고정국(fixed station), Node B, eNB(evolved-NodeB), gNB(Next Generation NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(AP: Access Point), gNB(general NB), 5G 시스템, 네트워크, AI 시스템, RSU(road side unit), 로봇 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, 단말(Terminal)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D(Device-to-Device) 장치, 차량(vehicle), 로봇(robot), AI 모듈 등의 용어로 대체될 수 있다.
제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치는 프로세서(processor, 911,921), 메모리(memory, 914,924), 하나 이상의 Tx/Rx RF 모듈(radio frequency module, 915,925), Tx 프로세서(912,922), Rx 프로세서(913,923), 안테나(916,926)를 포함한다. 프로세서는 앞서 살핀 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 보다 구체적으로, DL(제 1 통신 장치에서 제 2 통신 장치로의 통신)에서, 코어 네트워크로부터의 상위 계층 패킷은 프로세서(911)에 제공된다. 프로세서는 L2 계층의 기능을 구현한다. DL에서, 프로세서는 논리 채널과 전송 채널 간의 다중화(multiplexing), 무선 자원 할당을 제 2 통신 장치(920)에 제공하며, 제 2 통신 장치로의 시그널링을 담당한다. 전송(TX) 프로세서(912)는 L1 계층 (즉, 물리 계층)에 대한 다양한 신호 처리 기능을 구현한다. 신호 처리 기능은 제 2 통신 장치에서 FEC(forward error correction)을 용이하게 하고, 코딩 및 인터리빙(coding and interleaving)을 포함한다. 부호화 및 변조된 심볼은 병렬 스트림으로 분할되고, 각각의 스트림은 OFDM 부반송파에 매핑되고, 시간 및/또는 주파수 영역에서 기준 신호(Reference Signal, RS)와 멀티플렉싱되며, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)를 사용하여 함께 결합되어 시간 영역 OFDMA 심볼 스트림을 운반하는 물리적 채널을 생성한다. OFDM 스트림은 다중 공간 스트림을 생성하기 위해 공간적으로 프리코딩된다. 각각의 공간 스트림은 개별 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,915)를 통해 상이한 안테나(916)에 제공될 수 있다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 전송을 위해 각각의 공간 스트림으로 RF 반송파를 변조할 수 있다. 제 2 통신 장치에서, 각각의 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,925)는 각 Tx/Rx 모듈의 각 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 캐리어로 변조된 정보를 복원하여, 수신(RX) 프로세서(923)에 제공한다. RX 프로세서는 layer 1의 다양한 신호 프로세싱 기능을 구현한다. RX 프로세서는 제 2 통신 장치로 향하는 임의의 공간 스트림을 복구하기 위해 정보에 공간 프로세싱을 수행할 수 있다. 만약 다수의 공간 스트림들이 제 2 통신 장치로 향하는 경우, 다수의 RX 프로세서들에 의해 단일 OFDMA 심볼 스트림으로 결합될 수 있다. RX 프로세서는 고속 푸리에 변환 (FFT)을 사용하여 OFDMA 심볼 스트림을 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다. 주파수 영역 신호는 OFDM 신호의 각각의 서브 캐리어에 대한 개별적인 OFDMA 심볼 스트림을 포함한다. 각각의 서브캐리어 상의 심볼들 및 기준 신호는 제 1 통신 장치에 의해 전송된 가장 가능성 있는 신호 배치 포인트들을 결정함으로써 복원되고 복조 된다. 이러한 연 판정(soft decision)들은 채널 추정 값들에 기초할 수 있다. 연판정들은 물리 채널 상에서 제 1 통신 장치에 의해 원래 전송된 데이터 및 제어 신호를 복원하기 위해 디코딩 및 디인터리빙 된다. 해당 데이터 및 제어 신호는 프로세서(921)에 제공된다.
UL(제 2 통신 장치에서 제 1 통신 장치로의 통신)은 제 2 통신 장치(920)에서 수신기 기능과 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 제 1 통신 장치(910)에서 처리된다. 각각의 Tx/Rx 모듈(925)는 각각의 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 반송파 및 정보를 RX 프로세서(923)에 제공한다. 프로세서 (921)는 프로그램 코드 및 데이터를 저장하는 메모리 (924)와 관련될 수 있다. 메모리는 컴퓨터 판독 가능 매체로서 지칭될 수 있다.
이상에서는 본 명세서에 따른 다층 기판에 구현된 다단 그라운드 구조의 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기에 대해 살펴보았다. 이와 같은 다층 기판에 구현된 다단 그라운드 구조의 안테나 모듈 및 이를 구비하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
적어도 일 실시예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 다단 그라운드 구조를 통해 안테나 대역폭 특성을 개선시킬 수 있다.
적어도 일 실시예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 다단 그라운드 구조를 통해 안테나 방사 효율을 증가시키고 통신 커버리지를 확대할 수 있다.
적어도 일 실시예에 따르면, 다단 그라운드에 의해 상부 패치와 그라운드와의 거리가 증가하여, 표면 파가 저감되고 안테나 효율이 향상될 수 있다. 따라서, 다단 그라운드 구조의 안테나를 배열 안테나로 구현하는 경우 부엽 수준(side-lobe level)을 저감할 수 있다.
적어도 일 실시예에 따르면, 다단 그라운드 구조와 최적화된 급전 구조를 통해 안테나 방사 효율을 증가시키면서 급전 손실을 감소시킬 수 있다.
적어도 일 실시예에 따르면, 다단 그라운드 구조와 최적화된 급전 구조를 통해 배열 안테나의 각 방사 소자에 적용하여, 배열 안테나 구조에서도 안테나 특성을 향상시킬 수 있다.
본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 명세서와 관련하여, 다단 그라운드 구조를 갖는 안테나 모듈의 설계 및 이의 제어 방법은 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)를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.

Claims (26)

  1. 다층 기판(multi-layer substrate)을 구비하는 전자 기기에 있어서,
    안테나; 및
    상기 안테나가 배치되고, 전면 층(front layer), 후면 층(back layer), 복수의 중간 층들(middle layers), 복수의 그라운드 층들을 구비하는 다층 기판을 포함하고,
    상기 안테나는,
    상기 복수의 그라운드 층들 중 상부 그라운드와 다른 층에 배치되고, 상기 상부 그라운드와 복수의 오프셋 지점에서 전기적으로 연결되는 하부 패치(lower patch);
    상기 하부 패치와 소정 간격 이격되어 배치되는 상부 패치(upper patch); 및
    상기 하부 패치의 중심 지점에서 오프셋된 상기 복수의 오프셋 지점에서 상기 하부 패치와 상기 상부 그라운드를 연결하도록 구성된 그라운드 비아를 포함하고,
    상기 상부 그라운드와 상기 하부 패치의 에지 부분이 연결되어, 상기 하부 패치 및 상기 상부 그라운드가 상기 그라운드 비아에 의해 다단 그라운드 층들(graded ground layers)을 형성하고,
    상기 하부 패치의 중심 지점에서 상기 상부 패치로부터 상기 하부 패치까지의 제1 높이보다 상기 하부 패치의 에지 부분에서 상기 상부 패치로부터 상기 상부 그라운드까지의 제2 높이가 증가하여 다단 그라운드 층들(graded ground layers)을 형성하고,
    상기 다층 기판은 상기 상부 그라운드와 하부 그라운드 사이에 배치되는 급전선(feeding line)을 포함하고,
    상기 급전선은 상기 상부 그라운드를 관통하여 상기 하부 패치와 전기적으로 연결되고, 상기 상부 그라운드를 관통하는 영역에는 그라운드 영역이 제거되는, 전자 기기.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 하부 패치의 중심 지점에서 오프셋된 상기 복수의 오프셋 지점에서 상기 하부 패치는 그라운드 비아를 통해 제1 축 방향으로 상기 상부 그라운드와 전기적으로 연결되는, 전자 기기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 하부 패치의 중심 지점에서 오프셋된 상기 복수의 오프셋 지점에서 상기 하부 패치는 그라운드 비아를 통해 제1 축 방향 및 상기 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 상기 상부 그라운드와 전기적으로 연결되는, 전자 기기.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 하부 패치와 상기 상부 그라운드는 상기 하부 패치의 에지 부분(edge portion)에 배치된 복수의 그라운드 비아를 통해 연결되고,
    상기 복수의 그라운드 비아의 개수는 3개 이상이고, 상기 복수의 그라운드 비아는 삼각형 또는 사각형 배치 구조로 배치되는, 전자 기기.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 급전선은 상기 하부 패치를 관통하여 상기 하부 패치와 상기 상부 패치 사이의 층에 배치되는 급전 패드와 전기적으로 연결되는, 전자 기기.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 급전선은 상기 하부 패치를 관통하여 상기 상부 패치와 전기적으로 연결되고,
    상기 하부 패치는 그라운드 비아에 의해 상기 하부 그라운드와 연결된, 전자 기기.
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  21. 제1항에 있어서,
    상기 상부 패치의 크기는 상기 하부 패치의 크기보다 더 작게 형성되고, 상기 하부 패치에 그라운드 비아가 연결되는 에지 영역은 상기 상부 패치의 내부 영역이고,
    상기 급전선은 상기 하부 패치를 관통하여 상기 상부 패치와 연결되거나 또는 상기 하부 패치와 상기 상부 패치 사이에 배치된 급전 패드와 연결되는, 전자 기기.
  22. 삭제
  23. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 복수의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나로 구성되고, 상기 배열 안테나를 구성하는 각각의 안테나 소자 사이에는 서로 다른 층에 형성되는 더미 패턴을 더 포함하고,
    상기 더미 패턴은 상기 하부 패치 및 상기 상부 패치를 둘러싸도록 형성되는, 전자 기기.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 다층 기판 상에 배치되고, 상기 안테나로 신호를 송신하고 상기 안테나로부터 신호를 수신하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuitry); 및
    상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 송수신부 회로가 상기 급전선을 통해 상기 각각의 안테나 소자로 위상 가변 신호를 인가하여 빔 포밍을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 전자 기기.
  25. 삭제
  26. 다층 기판(multi-layer substrate)으로 구현된 안테나 모듈에 있어서,
    전면 층(front layer), 후면 층(back layer), 복수의 중간 층들(middle layers)을 구비하는 다층 기판의 복수의 그라운드 층들 중 상부 그라운드와 다른 층에 배치되고, 상기 상부 그라운드와 복수의 오프셋 지점에서 전기적으로 연결되는 하부 패치(lower patch);
    상기 하부 패치와 소정 간격 이격되어 배치되는 상부 패치(upper patch); 및
    상기 하부 패치의 중심 지점에서 오프셋된 상기 복수의 오프셋 지점에서 상기 하부 패치와 상기 상부 그라운드를 연결하도록 구성된 그라운드 비아를 포함하고,
    상기 하부 패치의 에지 부분이 그라운드 비아를 통해 제1 축 방향 및 상기 제1 축 방향에 수직한 제2 축 방향으로 상기 상부 그라운드와 전기적으로 연결되어, 상기 하부 패치 및 상기 상부 그라운드가 상기 그라운드 비아에 의해 다단 그라운드 층들(graded ground layers)을 형성하고,
    상기 하부 패치의 중심 지점에서 상기 상부 패치로부터 상기 하부 패치까지의 제1 높이보다 상기 하부 패치의 에지 부분에서 상기 상부 패치로부터 상기 상부 그라운드까지의 제2 높이가 증가하여 다단 그라운드 층들(graded ground layers)을 형성하고,
    상기 다층 기판은 상기 상부 그라운드와 하부 그라운드 사이에 배치되는 급전선(feeding line)을 포함하고,
    상기 급전선은 상기 상부 그라운드를 관통하여 상기 하부 패치와 전기적으로 연결되고, 상기 상부 그라운드를 관통하는 영역에는 그라운드 영역이 제거되는, 안테나 모듈.
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