KR20130122688A - mm파 위상 어레이 안테나 및 반가요성 패키징 상의 시스템 집적 - Google Patents
mm파 위상 어레이 안테나 및 반가요성 패키징 상의 시스템 집적 Download PDFInfo
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Abstract
3차원 빔 커버리지를 달성하기 위한 무선 안테나 어레이 시스템의 실시예가 본 명세서에 설명된다. 하나의 RFIC를 갖는 가요성 기판 상의 집적된 다중 위상 안테나 어레이가 개시된다. 이런 방식으로 모듈은 개인 근거리 통신망 또는 근거리 통신망의 노트북 또는 허브와 같은 플랫폼의 윤곽 상으로 성형될 수 있다. 다중 위상 어레이는 얇은 모바일 플랫폼 내로 맞추어지기 위해 컴팩트한 크기로 3D 굴곡될 수 있다. 상이한 어레이 안테나 또는 안테나는 하나의 RFIC 칩에 의해 동시에 구동될 때 빔 스캐닝 성능과 함께 상이한 구형 방향으로 방사시킨다.
Description
관련 출원에 대한 교차 참조
본 출원은 2011년 3월 15일자로 출원된 발명의 명칭이 "안테나 아키텍처, 안테나 시스템 및 그 방법(ANTENNA ARCHITECTURE, ANTENNA SYSTEM AND A METHOD THEREOF)"인 미국 가 출원 제61/452,754호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 개시사항은 참조로서 본 명세서에 통합된다.
개시된
실시예의
분야
본 발명은 일반적으로 mm파 수신기 및 송신기에 관한 것이며, 특히 위상 어레이를 이용하는 집적 mm파 디바이스에 관한 것이다.
최근, 상업적인 통신 및 레이더 응용의 동작 주파수(operating frequency)가 mm 파장에서의 동작을 포함해서 무선 주파수 스펙트럼의 상단을 향해 증대되어 왔다. 실리콘 칩이 낮은 비용으로 더 작은 영역에서 더 높은 주파수에서 더 큰 기능을 담당하면서, 상업적 응용 및 가전 제품 응용 양자를 위한 고주파 광대역 IC를 제조하는 것이 경제적으로 실현 가능해지고 있다. 고주파 광대역 IC 응용은 현재 24 GHz 및 60 GHz에서의 단거리 통신과 24 GHz 및 77 GHz에서의 자동차 레이더와 같은 밀리미터(mm)파 응용을 포함한다.
기술적인 발전은 대량의 음성, 비디오, 영상, 및 데이터 정보의 디지털화 및 압축을 허용한다. 무선 모바일 무선 통신에서 디바이스들 사이에 데이터를 교환하기 위한 필요성은 높은 데이터율(data rate)로 정확한 데이터 스트림의 수신을 요구한다. 방위각(azimuth) 및 고도(elevation) 모두에서 안테나 커버리지(antenna coverage)를 달성하는 개선된 품질을 제공하면서 무선 장치, 특히 무선 모바일 디바이스가 증가된 용량을 취급하도록 허용하는 안테나를 제공하는 것이 유리할 것이다. 컴팩트한 고성능 집적 안테나를 통합하는 더 작은 폼 팩터(form factor)를 모바일 인터넷 디바이스 및/또는 접근 지점에 제공하는 것도 또한 유리할 것이다.
본 발명으로 간주되는 발명 대상은 본 명세서의 결론 부분에서 특별히 지적되며 명시적으로 주장된다. 그러나, 본 발명의 목적, 특징 및 장점과 함께 구성 및 동작 방법 모두에 관한 본 발명은 첨부 도면과 함께 판독될 때 다음의 상세한 설명을 참조하여 가장 잘 이해될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따라 무선 네트워크에서 통신하는 극고주파 무선 신호를 사용하는 디바이스를 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 2는 일 실시예에 따른 N 엘리먼트 mm파 송수신기 RFIC 아키텍처의 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따라 안테나 집적을 위한 상부의 가요성 층을 갖는 반가요성 패키징 및 하부의 FR-4 패키징을 사용한 등각 안테나 모듈의 예시이다.
도 4는 가요성 기판 상의 mm파 위상 안테나 어레이가 일 실시예에 따라 표준 FR-4 적층부 상에 BBIC/RFIC와 집적된 예시이다.
도 5는 일 실시예에 따라 상부 및 전방 영역 빔 스캔 커버리지를 제공하는 상부의 2x8 직사각형 어레이 및 전방의 2x8 직사각형 어레이로 구성된 안테나 모듈의 예시이다.
도 6은 일 실시예에 따라 상부, 측부 및 전방 공간 커버리지를 제공하는 3D 위상 안테나 어레이 랩핑의 예시이다.
도 7은 일 실시예에 따라 상부, 측부 및 전방 공간 커버리지를 제공하는 부착형 단일 고이득 안테나를 갖는 3D 위상 안테나 어레이 랩핑의 예시이다.
도 8은 일 실시예에 따른 한 쌍의 공동-선형 mm파 테이퍼 슬롯 안테나 어레이(2x8) 및 연관된 방사 패턴을 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따라 위상 어레이 안테나 구성과 스캔 각 사이의 관계를 예시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 슬롯 루프 안테나 및 연관된 방사 패턴을 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 요구된 커버리지 및 mm파 응용을 위한 어레이의 스캐닝 방사 패턴을 제공하기 위해 약간 상향 굴곡된 위상 안테나 어레이(2x8)를 도시한다.
도 1은 일 실시예에 따라 무선 네트워크에서 통신하는 극고주파 무선 신호를 사용하는 디바이스를 예시하는 블록 다이어그램이다.
도 2는 일 실시예에 따른 N 엘리먼트 mm파 송수신기 RFIC 아키텍처의 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따라 안테나 집적을 위한 상부의 가요성 층을 갖는 반가요성 패키징 및 하부의 FR-4 패키징을 사용한 등각 안테나 모듈의 예시이다.
도 4는 가요성 기판 상의 mm파 위상 안테나 어레이가 일 실시예에 따라 표준 FR-4 적층부 상에 BBIC/RFIC와 집적된 예시이다.
도 5는 일 실시예에 따라 상부 및 전방 영역 빔 스캔 커버리지를 제공하는 상부의 2x8 직사각형 어레이 및 전방의 2x8 직사각형 어레이로 구성된 안테나 모듈의 예시이다.
도 6은 일 실시예에 따라 상부, 측부 및 전방 공간 커버리지를 제공하는 3D 위상 안테나 어레이 랩핑의 예시이다.
도 7은 일 실시예에 따라 상부, 측부 및 전방 공간 커버리지를 제공하는 부착형 단일 고이득 안테나를 갖는 3D 위상 안테나 어레이 랩핑의 예시이다.
도 8은 일 실시예에 따른 한 쌍의 공동-선형 mm파 테이퍼 슬롯 안테나 어레이(2x8) 및 연관된 방사 패턴을 도시한다.
도 9는 일 실시예에 따라 위상 어레이 안테나 구성과 스캔 각 사이의 관계를 예시한다.
도 10은 일 실시예에 따른 슬롯 루프 안테나 및 연관된 방사 패턴을 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 요구된 커버리지 및 mm파 응용을 위한 어레이의 스캐닝 방사 패턴을 제공하기 위해 약간 상향 굴곡된 위상 안테나 어레이(2x8)를 도시한다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 PBSS 제어 지점(PBSS control point(PCP))은 mm파(mmWave) 네트워크의 제어 지점으로서 동작하는 스테이션(station, STA)으로서 정의된다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 접근 지점(access point(AP))은 STA 기능을 가지며 연관된 STA를 위한 무선 매체(wireless medium(WM))를 통해 분배 서비스(distribution service)에 대한 접근을 제공하는 임의의 개체로서 정의된다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 무선 네트워크 제어기는 무선 네트워크의 PCP로서 및/또는 AP로서 동작하는 스테이션으로서 정의된다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 지향성 대역(directional band(DBand))은 채널 시작 주파수(Channel starting frequency)가 45 GHz보다 큰 임의의 주파수 대역으로서 정의된다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 디밴드(DBand) STA는 디밴드 내에 있는 채널 상에서 무선 송신기가 동작하고 있는 STA로서 정의된다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 개인 기본 서비스 세트(personal basic service set(PBSS))는 애드 혹 자립형 네트워크(ad hoc self-contained network)를 형성하고, 디밴드 내에서 동작하고, 하나의 PBSS 제어 지점(PBSS control point, PCP)을 포함하며, 분배 시스템(distribution system, DS)에 대한 접근이 존재하지는 않지만 인트라-PBSS 포워딩 서비스(intra-PBSS forwarding service)가 선택적으로 존재하는 기본 서비스 세트(basic service set, BSS)로서 정의된다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 스케줄링된 서비스 기간(scheduled service period, SP)은 서비스 품질(quality of service, QoS) AP 또는 PCP에 의해 스케줄링된다. 필요하다면, 스케줄링된 SP는 고정된 시간 간격으로 시작할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "트래픽(traffic)" 및/또는 "트래픽 스트림(traffic stream)"은 STA와 같은 무선 디바이스들 사이에서 데이터 유동 및/또는 스트림으로서 정의된다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "세션(session)"은 직접적인 물리적 링크를 설정한(예를 들어 포워딩을 배제함) 한 쌍의 스테이션 내에 유지되거나 저장된 상태 정보로서 정의되며, 상태 정보는 세션을 설명하거나 정의할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "무선 디바이스(wireless device)"는 예를 들어 무선 통신할 수 있는 디바이스, 무선 통신할 수 있는 통신 디바이스, 무선 통신할 수 있는 통신 스테이션, 무선 통신할 수 있는 휴대용 또는 비휴대용 디바이스 등을 포함한다. 일부 실시예에서, 무선 디바이스는 컴퓨터와 집적된 주변 장치, 또는 컴퓨터에 부착된 주변 장치일 수 있거나 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 용어 "무선 디바이스"는 무선 서비스를 선택적으로 포함할 수 있다.
본 명세서에 설명된 본 발명의 실시예는 60 GHz 무선 개인 근거리 통신망 및/또는 무선 근거리 통신망 (wireless personal area network and/or wireless local area network, WPAN/WLAN) 통신 시스템을 위한 활성 등각 위상 어레이 안테나 모듈(active conformal phased array antenna module)을 포함할 수 있다. 본 명세서에 설명된 디자인 접근은 대량 제조 생산에서 낮은 비용 및 낮은 전력 소비를 이용하여 전체 또는 유사-전역 커버리지(full or pseudo-omni coverage)를 얻기 위해 플랫폼 상에 60 GHz에서의 가능한 적은 개수의 활성 안테나 모듈로서 배치해야 할 필요에 의해 안내된다.
본 발명의 예시적인 실시예는 개인 근거리 통신망 또는 근거리 통신망의 허브인 것으로 가정되는 노트북 및/또는 노트북 플랫폼을 포함할 수 있지만, 본 발명의 범위는 이러한 관점으로 제한되지 않는다. 필요하다면, 본 발명의 실시예는 휴대용, 태블릿 및 임의의 다른 통신 디바이스에 동일하게 적용될 수 있다.
본 발명의 범위가 이러한 관점으로 제한되지는 않지만, 비용 감소를 위한 주어진 기술을 이용한 최상의 접근은 요구되는 경우에 단일 무선 주파수 집적 회로(radio frequency integrated circuit(RFIC)) 칩을 이용하여 구동되면서 플랫폼의 윤곽 상으로 성형될 수 있는 단일의 얇은 등각(가요성) 패키지 재료 상으로 인쇄된 많은 안테나를 갖는 것일 수 있다.
예를 들어, 단일 재료 상으로 복수의 위상 어레이 또는 고정 안테나를 인쇄하기 위해 가요성 기판은 상이한 어레이 안테나 및/또는 다른 유형의 안테나가 단일 RFIC 칩에 의해 동시에 구동되면서 빔 스캐닝 성능을 이용하여 상이한 구형 방향으로 방사시키는 것을 가능하게 할 수 있다. RFIC 칩 내에 디지털 신호 처리 알고리즘을 구현하는 것은 상이한 직교 방향을 가로질러 매끄러운 빔 스캐닝을 가능하게 할 수 있다. 이러한 접근에서, 단일 mm파 모듈은 모든 방향으로 완전한 유사 전역 커버리지를 제공할 성능을 갖는다. 유일한 요구사항은 플랫폼의 하나의 영역이 플랫폼에 대한 RFIC의 플립 칩 부착을 수용하기에 충분할 만큼 그리고 외부 케이블의 부착을 수용하는 케이블 포트(cable port) 및/또는 솔더 랜딩 패드(solder landing pad)는 물론 모든 디지털/바이어스 및 RF 저 중간 주파수(intermediate frequency, IF) 주파수 신호의 포팅(porting)을 허용하기에 충분할 만큼 요철형이어야 한다는 것이다. 예를 들어, RFIC는 집적된 mm파 송수신기를 포함할 수 있으며, 위상 어레이 안테나는 등각 안테나를 포함할 수 있다.
본 발명이 다양한 응용으로 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 비록 본 발명이 이러한 관점으로 제한되지는 않지만, 본 명세서에 개시된 회로 및 기법은 무선 시스템의 스테이션과 같은 많은 장치에서 사용될 수 있다. 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된 스테이션은 단지 예로서 WLAN 스테이션, 무선 개인 근거리 통신망(WPAN) 등을 포함한다.
본 발명의 범위 내에 존재하는 것으로 의도된 WPAN 스테이션의 유형은 다중 대역 스테이션으로서 동작할 수 있는 스테이션, PCP로서 동작할 수 있는 스테이션, AP로서 동작할 수 있는 스테이션, 디밴드 스테이션으로서 동작할 수 있는 스테이션, 모바일 스테이션, 접근 지점(access point), 예를 들어 주파수 호핑 스프레드 스펙트럼(Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS), 직접 시퀀스 스프레드 스펙트럼(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS), 상보 코드 키잉(Complementary Code Keying, CCK), 직교 주파수 분할 멀티플렉싱(Orthogonal Frequency-Division Multiplexing, OFDM) 등과 같은 스프레드 스펙트럼을 수신하고 송신하기 위한 스테이션을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
본 발명의 추가적인 특징 및 장점은 다음의 상세한 설명에서 제시될 것이며 부분적으로는 상세한 설명으로부터 명백할 것이거나 또는 본 발명의 실시에 의해 알게 될 수 있다. 본 발명의 특징 및 장점은 첨부된 특허청구범위에서 특별히 지적된 기구의 수단 및 조합에 의해 실현되고 획득될 수 있다. 본 발명의 이들 특징 및 다른 특징은 다음의 상세한 설명 및 첨부된 특허청구범위로부터 보다 완전하게 명백하게 되거나 이하에 제시된 바와 같은 본 발명의 실시에 의해 알게 될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예는 이하에서 상세하게 논의된다. 비록 구체적인 구현예가 논의되지만, 이것은 단지 예시적인 목적을 위해서만 논의된다는 것이 이해되어야 한다. 당업자라면 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 컴포넌트 및 구성이 사용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
비록 본 발명의 실시예가 이러한 관점으로 제한되지는 않지만, 예를 들어 "처리하는", "컴퓨팅하는", "계산하는", "판단하는", "적용하는", "수신하는", "설정하는", "분석하는", "점검하는" 등과 같은 용어를 이용하는 논의는 컴퓨터 레지스터 및/또는 메모리 내의 물리적 (예를 들어 전자) 수량으로 표현된 데이터를 동작 및/또는 프로세스를 수행하는 명령어를 저장할 수 있는 컴퓨터 레지스터 및/또는 메모리 또는 다른 정보 저장소 매체 내의 물리적 수량으로 유사하게 표현된 다른 데이터로 조작하고/하거나 변형하는 컴퓨터, 컴퓨팅 플랫폼, 컴퓨팅 시스템, 또는 다른 전자 컴퓨팅 디바이스의 동작 및/또는 프로세스를 지칭할 수 있다.
비록 본 발명의 실시예가 이러한 관점으로 제한되지는 않지만, 본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "복수" 및 "많은 수"는 예를 들어 "다수" 또는 "두 개 이상"을 포함할 수 있다. 용어 "복수" 또는 "많은 수"는 두 개 이상의 컴포넌트, 디바이스, 엘리먼트, 유닛, 매개변수 등을 설명하기 위해 명세서 전역에서 사용될 수 있다. 예를 들어, "복수의 레지스터"는 두 개 이상의 레지스터를 포함할 수 있다. 본 명세서에 사용된 바와 같은 용어 "커플링된"은 예를 들어 기계적으로, 전자적으로, 디지털적으로, 직접, 소프트웨어에 의해, 하드웨어에 의해 등과 같이 임의의 요구된 형태로 동작 가능하게 연결되는 것으로 정의된다.
도 1은 일 실시예에 따른 무선 통신 시스템(100)의 개략적인 블록도이다. 무선 통신 시스템(100)은 피어(peer) 서비스 품질 스테이션(Quality of Service station, QSTA)과 같은 한 쌍의 다중 대역 가능 스테이션(102 및 104)을 포함한다. 비록 단순하게 하기 위해 오직 두 개의 스테이션(STA)만이 도시되지만, 본 발명은 임의의 특정 개수의 STA로 제한되지 않는다. 제 1 다중 대역 가능 스테이션(102)을 예로서 사용하여, 각각의 STA는 프리미티브(primitive)를 송수신하기 위한 MAC 인터페이스(도시되지 않음)를 갖는 스테이션 관리 개체(station management entity, SME)(126 및 146), 프리미티브와 MAC 프레임 사이에서 변환시키는 프로세서(120), 및 프리미티브-변환된 MAC 프레임을 송수신하는 물리적 계층 인터페이스(도시되지 않음)를 포함한다. 물리적 계층(physical layer(PHY)) 개체(116)는 MAC 프레임을 송수신하는 MAC 인터페이스(도시되지 않음) 및 물리적 계층 통신을 송수신하기 위해 STA(104)와 같은 피어 STA PHY 개체에 연결된 물리적 계층 인터페이스 온 라인(도시되지 않음)을 갖는다.
전형적으로, PHY 개체(STA(102 및 104) 내의 116)는 안테나 어레이와 함께 송신기(140) 및 수신기(150)의 기능을 수행하는 하나의 RFIC(250)를 이용하여 구동되면서 플랫폼의 윤곽 상으로 성형될 수 있는 단일의 얇은 등각(가요성) 패키지 재료 상으로 인쇄된 안테나를 포함하는 안테나(160)(STA 102) 및 안테나(260)(STA 104)를 통해 참조 부호(121)에 의해 표현된 무선 링크를 통해 통신한다. 안테나(160 또는 260)는 내부 및/또는 외부 RF 안테나를 포함할 수 있으며, 예를 들어 쌍극자 안테나(dipole antenna), 모노폴 안테나(monopole antenna), 전방향 안테나(omni-directional antenna), 종단 급전형 안테나(end fed antenna), 원형 편파 안테나(circularly polarized antenna), 마이크로 스트립 안테나(micro-strip antenna), 다이버시티 안테나(diversity antenna), 또는 무선 통신 신호, 블록, 프레임, 송신 스트림, 패킷, 메시지 및/또는 데이터를 송신하고/하거나 수신하기에 적절한 임의의 다른 유형의 안테나를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 스테이션(110)은 예를 들어 하나 이상의 프로세서(120), 하나 이상의 메모리 유닛(130), 하나 이상의 송신기(140), 하나 이상의 수신기(150), 및 하나 이상의 안테나(160 또는 260)를 포함할 수 있다. 스테이션(110)은 다른 적절한 하드웨어 컴포넌트 및/또는 소프트웨어 컴포넌트를 더 포함할 수 있다. 비록 RFIC(250) 및 안테나(260)가 별개의 컴포넌트로서 도시되지만, 이들 디바이스가 단일 기판 내로 집적될 수 있으며 디바이스의 기능에 영향을 미치지 않으면서 다른 컴포넌트가 추가되거나 제거될 수 있다고 생각된다. 또한, RFIC(250)는 집적된 mm파 송수신기를 포함할 수 있으며, 안테나(260)는 등각 안테나(conformal antenna)를 포함할 수 있다. RFIC(250) 내에 디지털 신호 처리 알고리즘을 구현하는 것은 단일 mm파 모듈이 모든 방향으로 완전한 매끄러운 유사-전역 커버리지를 제공하는 것을 가능하게 한다.
프로세서(120)는 예를 들어 중앙 처리 장치(Central Processing Unit(CPU)), 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor(DSP)), 마이크로프로세서, 제어기, 칩, 마이크로칩, 집적 회로(Integrated Circuit(IC)), 또는 임의의 다른 적절한 다목적 또는 구체적인 프로세서 또는 제어기를 포함할 수 있다. 프로세서(120)는 예를 들어 스테이션(102)에 의해 수신된 데이터를 처리하고/하거나 스테이션(102)에 의해 송신되도록 의도된 데이터를 처리할 수 있다.
메모리 유닛(130)은 예를 들어 RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 동적 RAM(Dynamic RAM, DRAM), 동기식 DRAM(Synchronous DRAM, SD-RAM), 플래시 메모리, 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 캐시 메모리, 버퍼, 단기간 메모리 유닛, 장기간 메모리 유닛, 또는 다른 적절한 메모리 유닛 또는 저장소 유닛을 포함할 수 있다. 메모리 유닛(130)은 예를 들어 스테이션(104)에 의해 수신된 데이터를 저장할 수 있고/있거나 스테이션(102)에 의해 송신되도록 의도된 데이터를 저장할 수 있고/있거나 예를 들어 본 명세서에서 설명된 방법의 실시예를 포함하는 스테이션(102)의 동작을 실행하기 위한 명령어를 저장할 수 있다.
송신기(140)는 예를 들어 안테나(160)를 통해 RF 신호를 송신할 수 있는 예를 들어 무선의 무선 주파수(Radio Frequency, RF) 송신기를 포함할 수 있으며, 본 발명의 일부 실시예에 따라 예를 들어 다중 스트림 다중 대역 직교 주파수 분할 변조(Multi-Stream Multi-Band Orthogonal Frequency Division Modulation, MSMB OFDM) 시스템에 의해 생성된 신호를 송신할 수 있다. 송신기(140)는 예를 들어 송신기, 송수신기, 또는 송신기-수신기, 또는 무선 통신 신호, 블록, 프레임, 송신 스트림, 패킷, 메시지 및/또는 데이터를 송신하고/하거나 수신하는 분리된 또는 집적된 기능을 수행할 수 있는 하나 이상의 유닛을 사용하여 구현될 수 있다. 시스템 구현에 대한 하나의 접근은 기저대역 신호(IF 신호)가 회로 및 안테나로 구성된 안테나 모듈 플랫폼으로부터 물리적으로 떨어져 있을 수 있는 모듈 내에서 IF 반송파(IF carrier) 상으로 변조되는 스플릿 모듈 토폴로지(split module topology)를 포함할 수 있다. 그런 다음, 기저대역 모듈로부터의 IF 신호는 케이블을 통해 하나 이상의 등각 안테나 모듈로 포팅되며, 그런 다음, 등각 안테나 모듈 내에 집적된 무선 주파수 회로에 의해 60 GHz와 같은 요구된 주파수로 업변환(up-converted)된다. 그런 다음, 업변환된 60 GHz 신호는 기판 상의 복수의 mm파 안테나와 같은 N 개의 온-칩 송수신기(on-chip transceiver)를 구동하기 위해 스플리터(splitter)에 의해 N 번 스플릿된다. 도 2에 도시된 바와 같은 위상 편이기(264) 및 저잡음 증폭기(low noise amplifier, LNA) 및/또는 전력 증폭기(power amplifier, PA)(266) 등을 포함하는 각각의 송수신기는 양방향성이다.
수신기(150)는 예를 들어 안테나(160)를 통해 RF 신호를 수신할 수 있는 예를 들어 무선 무선 주파수(Radio Frequency, RF) 수신기를 포함할 수 있으며, 본 발명의 일부 실시예에 따라 예를 들어 다중 스트림 다중 대역 직교 주파수 분할 변조(MSMB OFDM) 시스템에 의해 생성된 신호를 수신할 수 있다. 수신기(150)는 예를 들어 수신기, 송수신기, 또는 송신기-수신기, 또는 무선 통신 신호, 블록, 프레임, 송신 스트림, 패킷, 메시지 및/또는 데이터를 수신하고/하거나 송신/수신하는 분리된 또는 집적된 기능을 수행할 수 있는 하나 이상의 유닛을 사용하여 구현될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 N 엘리먼트 mm파 송수신기 RFIC 아키텍처의 블록도이다. N 개의 송수신기 각각은 N-엘리먼트 위상 어레이 안테나 내의 하나의 안테나 엘리먼트(260)에 연결될 수 있다. 하나의 예시적인 실시예에서, 안테나 모듈은 예를 들어 기저대역 집적 회로(baseband integrated circuit, BBIC)와 같은 원격 모듈 내에서 12 GHz 반송파 상으로 변조되는 2 GHz 기저대역 신호를 갖는 복수의 mm파 안테나(N=32)를 포함한다. 12 GHz 변조 신호는 등각 안테나 모듈에 도착할 수 있으며, RFIC(250)의 블록도 내에 도시된 RFIC의 포트(252)와 같은 IF 신호 IN/OUT 포트에서 Si CMOS RFIC(250) 내에 포팅될 수 있다.
예시적인 실시예에 따라, 송신기(transmitter, TX) 또는 수신기(receiver, RX) 모드에서 포트(252)에서의 싱글-엔디드(single ended) 12 GHz 변조 신호는 수동형 양방향 믹서(254) 내에서 60 GHz로 업변환될 수 있고/있거나 다운변환(down-converted)될 수 있다. 그런 다음, 신호는 양방향 증폭기(258)를 통과하며, 스플리터(262)에서 N 번 스플릿된다. 그런 다음, 신호의 위상은 위상 편이기(phase shifter, 262)에 의해 제어되며, TX/RX 모드 내의 PA/LNA(266)를 각각 통과한다. 그런 다음, 신호는 플립 범프(flip bump)를 통해 집적 안테나를 갖는 패키지 재료 내로 통과한다. 오실레이터(256)는 포트(252)에서의 IF 신호를 업변환/다운변환하기 위해 수동형 양방향 믹서(254)로 공급되는 출력 신호를 생성한다. 오실레이터(256)는 업변환된 신호(60 GHz)와 동일한 주파수에서 샘플 출력 신호를 제공하거나 제어 신호와 같은 외부 소스로부터 신호를 수신하는 입력/출력 포트(257)를 갖는다. 오실레이터(결정(crystal))(256)은 온도 변화에 대한 민감도로 인해 상이한 패키지 내에 존재할 수 있다. 회로들 사이에 신호를 밸런싱하기 위해 발룬(253)과 같은 발룬 회로(balun circuit)가 사용될 수 있다. 또한, 전역 RX 입력 신호(omni RX input signal)가 증폭기(259)와 같은 증폭기 회로를 통해 더 증폭될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따라 안테나 집적을 위한 상부의 가요성 층을 갖는 반가요성 패키징(semi-flex packaging) 및 하부의 FR-4 패키징을 사용한 등각 안테나 모듈의 예시이다. 등각 mm파 안테나 모듈 상에 개설된 RFIC(250) 플립 칩이 도시되어 있다. 도면은 PCIe 카드 모듈과 같은 하이브리드 라미네이트 모듈(반 가요성 패키징) 기판(310) 상에 RFIC(250) 및 BBIC(340)을 위한 직접 칩 부착(Direct Chip Attachment, DCA)을 예시하지만, 그것은 또한 도 1에 관한 이전의 문단에서 설명된 바와 같이 IF 인터페이스와 모듈 상에 집적된 단지 RFIC만일 수 있다. RFIC(250) 또는 BBIC(340) 칩은 다이 영역 라우팅(die area routing)을 이용하여 등각 안테나 모듈 상에 플립 칩 랜딩(flip-chip landing, 350)된다. 안테나 모듈(260)은 라미네이트 패키징의 상부 층 상에 설치된다. 비록 단일 층으로 도시되었지만, 안테나 모듈은 단일 층으로 제한되지 않을 수 있으며, 복수의 가요성 상부 층일 수 있다. 상부 가요성 층은 최하의 mm파 손실 및 최상의 mm파 안테나 성능을 달성하기 위해 저 탄젠트 손실 재료(low tangent loss material)를 사용할 수 있다. 울트라램3000(ultralam3000)와 같은 액정 폴리머(liquid crystal polymer(LCP)), 폴리이미드, 테플론, 저온 동시 소성 세라믹(Low Temperature Co-fired Ceramic), 알루미나, 안테나 그레이드 코어 재료(antenna grade core material) 및 라미네이트, 듀로이드(duroid), 고 비저항 실리콘 또는 mm파 응용을 위한 하나 이상의 다른 적절한 기판과 같이 상부 층 상에 구현될 수 있는 다양한 가요성 재료 기판(310)이 존재한다. 다이 영역(die area) 하부에서, 결정적인 mm파 RF 신호가 아니면서 최저의 제조 비용을 달성하는 디지털/전력/접지 라우팅을 위한 가요성 층 아래에 표준 FR-4 라미네이트(330)가 위치된다. RFIC(250) 회로는 플랫폼(가요성 기판(310))의 하나의 영역은 플랫폼에 대한 RFIC의 플립 칩 부착을 수용하기에 충분할 만큼 그리고 외부 케이블의 부착을 수용하는 케이블 포트 및/또는 솔더 랜딩 패드는 물론 모든 디지털/바이어스 및 RF 저 중간 주파수(IF) 주파수 신호의 포팅을 허용하기에 충분할 만큼 요철형이 되도록 FR-4 패키징과 유사한 유리 섬유 보드와 같은 하부 기판에 견고하게 고정된다. RFIC(250)은 또한 인쇄 회로 기판(PCB), 내온도성 유리 섬유 보드(FR-5), 세라믹 기판, 금속 코어 PCB(MCPCB), 직접 구리 부착(direct copper bonded, DCB) 기판, 금속 복합체 보드, 구리 코팅형 알루미늄 보드, 알루미늄 보드로 구성된 그룹으로부터 선택된 다른 기판에 견고하게 고정될 수도 있다.
이러한 디자인 접근에서, 노트북 또는 모바일 디바이스와 같은 임의의 모바일 플랫폼 내에 맞추기 위한 가요성을 제공하기 위해 그리고 이득, 대역폭 및 스캔 성능을 조건으로 최상의 전자기적 성능을 유지하기 위해 mm파 위상 어레이 안테나 또는 임의의 다른 안테나 디자인이 등각일 수 있다. 안테나 엘리먼트는 전통적으로 자체의 활성 디바이스에 의해 제어된다. 그러나, 안테나 엘리먼트를 제어하는데 사용된 활성 디바이스는 비쌀 수 있으며, 일부 경우에는 심지어 하나 이상의 증폭기 스테이지를 요구할 수 있다. 심지어 활성 디바이스가 비교적 값쌀 때에도, 시스템은 큰 세트의 시야(field of view, FOV)를 지원하기 위한 대용량 디지털 메모리를 요구할 수 있다. 단일 제어기를 갖는 위상 어레이 시스템을 위한 쟁점은 상이한 안테나 어레이 엘리먼트 암(antenna array element arm)들 사이에서 라우팅(320) 내의 신호 지연이다. 지연을 최소로 하기 위해, 광대역 빔 패턴 안정을 위한 그룹 지연(group delay)을 제어하는 라우팅(320)은 실질적으로 동일하게 떨어져서 유지된다. 안테나 엘리먼트가 안테나 엘리먼트의 나머지와 동일한 위상으로 여기되도록 또는 통신 디바이스로부터 신호를 수신할 때 신호가 실질적으로 동시에 RFIC(250)에 도착하도록 라인(line)의 길이가 선택된다. 토폴로지에 따라, 이것은 패키지 내의 상이한 암들 사이의 지연을 균등하게 하는 송신 라인 사행(transmission line meandering)을 요구한다.
도 4는 가요성 기판 상의 mm파 위상 안테나 어레이가 일 실시예에 따라 표준 FR-4 적층부(standard FR-4 stackup) 상에서 BBIC/RFIC와 집적된 예시이다. 또 다른 실시예에 따라, 위상 안테나 어레이 구현이 제공된다. 슬롯 루프 안테나 어레이 디자인이 단일 층 절연 기판 상에 존재하므로, 그것은 도시된 바와 같이 RFIC/BBIC(410) 라우팅(320)을 위한 저 비용 FR-4 보드/HDI(고밀도 상호접속, high density interconnect) 기술(330)과 조합된 확장형 저비용 가요성 층(extended low cost flexible layer)을 이용하여 구현될 수 있다. 위상 안테나 어레이는 공간 커버리지를 위해 수직으로 굴곡된(405) 바와 같은 상이한 구성 내로 굴곡될 수 있으며, 여전히 컴팩트한 크기를 유지할 수 있다. 집적 패키징 및 IC를 포함하는 전체 mm파 위상 안테나 어레이는 컴팩트한 폼 팩터(form factor)의 형상을 차지할 수 있다. 위상 안테나 어레이는 또한 가요성 기판의 각각의 측부 상에 어레이의 절반을 스플릿함으로써 디자인될 수도 있으며, 최종적으로 도 4에 도시된 바와 같이 플랫폼 상에 함께 굴곡될 수 있다. 이런 방식으로, 용이한 트레이스 라우팅(trace routing)이 존재하며, 그것은 또한 라우팅(320)과 관련하여 도시된 바와 같이 트레이스를 공급함으로써 안테나 엘리먼트 커플링을 최소로 한다. 위상 안테나 어레이의 상부 절반은 통상적인 위상 어레이 디자인을 이용하여 달성되지 않을 수 있는 상부의 커버리지를 제공하기 위해 약간 상향 굴곡된다.
공간적으로 넓은 빔 스캔 커버리지를 제공하기 위해 구현될 수 있는 많은 안테나 어레이 디자인이 존재한다. 다음의 도면인 도 5 내지 도 11은 상이한 공간 지향성 이득 및 공간 커버리지를 제공하는 많은 상이한 안테나 어레이 구성을 증명한다. mm-v파 안테나 디자인 및 구성이 아래에 도시된 예시로 제한되지 않는다는 것이 주목된다. 플랫폼 및 응용에 따라, 그것은 등각 안테나 모듈을 이용하는 많은 다른 방식으로 구현될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따라 상부 및 전방 영역 빔 스캔 커버리지를 제공하는 상부의 2x8 직사각형 어레이 및 전방의 2x8 직사각형 어레이로 구성된 안테나 모듈의 예시이다. 두 개의 2x8 직사각형 어레이는 상부 빔 스캔 커버리지(530) 및 전방 영역 빔 스캔 커버리지(540)로 도시된 바와 같이 상부 및 전방에 동일한 이득 및 커버리지를 제공한다. 이러한 토폴로지는 사용자로부터 이격된 공간 커버리지를 제공하기 위해 랩탑 리드 또는 기저(laptop lid or base)에 구현될 수 있다. RFIC(250) 칩은 직사각형 어레이를 분리시키는 굴곡 영역(520)에 인접한 안테나 모듈의 상부 부분 상에 도시된다. 어레이는 단일 열 어레이(1x8)를 가짐으로써 그리고 전방 열에 하나의 열을 추가함으로써(3x8) 더 변형될 수 있다. 이러한 토폴로지에서, 상부 스캔은 대략 2dB 어레이 이득 열화와 함께 동일한 커버리지를 갖는다. 그러나, 그 이후로 mm파 응용은 내부 환경에서 사용될 수 있다. 변형된 디바이스로부터의 공간 커버리지는 3 미터 거리 미만(less than)일 수 있다. 반면에, 더 높은 이득을 달성하기 위해 추가 엘리먼트 직사각형 어레이를 사용함으로써 전방 커버리지가 증가된다.
도 6은 일 실시예에 따라 상부, 측부 및 전방 공간 커버리지를 제공하는 3D 위상 안테나 어레이 랩핑의 예시이다. 도 6의 실시예는 가요성 기판 상의 다중 위상 안테나를 단일 RFIC와 집적시킨다. 이런 방식으로, 모듈은 랩탑 또는 노트북 컴퓨터와 같은 플랫폼의 윤곽 상으로 성형될 수 있다. 다중 위상 어레이는 얇은 모바일 플랫폼 내로 맞추어지기 위해 컴팩트한 크기로 3D 굴곡될 수 있다. 이러한 실시예는 위상 안테나 어레이와의 집적 RFIC에 대한 해결책을 제공하며 유사-전역 mm파 공간 커버리지를 산출한다. 완전한 3차원 공간 커버리지를 달성하기 위해, 필요하다면, 예시된 안테나 구성이 사용될 수 있다. 네 개의 서브 어레이, 즉 전방(630)에 공간 커버리지를 제공하는 2x8 직사각형 어레이(604), 상부 영역(620)에 공간 커버리지를 제공하는 1x8 선형 어레이(602), 양 측부(610) 상의 짧은 거리에서 커버리지를 제공하는 두 개의 선형 1x4 어레이(605)가 예시된다. 리드의 중심에 있는 카메라 및 마이크 배치로 인해, 예를 들어 랩탑을 사용하여, 측부 선형 어레이 중 하나는 훨씬 더 긴 트레이스 라우팅 및 더 높은 mm파 트레이스 상의 경로 손실(path loss)을 갖는다. 그렇더라도, 그것은 더 긴 트레이스 손실과 통합된 어레이 이득(대략 5 내지 6 dB)을 제공할 수 있다. 그것은 측부 디바이스 통신 링크에 의해 인접부 상에 커버리지를 제공할 수 있다. 또한, 통신 링크의 나머지 단부는 커버리지 영역을 개선하는 훨씬 더 높은 안테나 이득(대략 10 내지 15 dB)을 가질 수 있다. 그것은 또한 랩탑 리드의 중심에 위치된 리드 전자 장치로부터의 장애를 극복하기 위해 우측에 단일 고이득 안테나를 이용하여 구현될 수 있다. 스캔 상부(620), 스캔 전방(630), 및 스킨 사이즈(610) 공간 커버리지가 도시되어 있다.
도 7은 일 실시예에 따라 상부, 측부 및 전방 공간 커버리지를 제공하는 부착형 단일 고이득 안테나를 갖는 3D 위상 안테나 어레이 랩핑의 예시이다. 스캔 측부(720) 공간 커버리지와 함께 테이퍼 슬롯 안테나(Taper Slot Antenna, TSA)가 예시된다. 단일 고이득 안테나(710)는 야기(yagi), 주기 안테나(periodic antenna) 또는 임의의 다른 고이득 안테나 디자인일 수 있다. 단일 고이득 안테나(710)를 사용하는 것으로 인해, 그러한 측부에 대한 스캔 능력이 없지만, 고정식 지향성 이득이 존재한다. 단일 고이득 안테나는 또한 마찬가지로 리드 중심 전자 장치 장애(lid center electronics blockage)를 극복해야 한다. 안테나 어레이 디자인의 에지 상에 위치된 에지 더미 안테나 엘리먼트(edge dummy antenna element)가 모든 디자인에 포함될 수 있다. 에지 더미 안테나 엘리먼트의 목적은 안테나 어레이 대역폭 및 주파수 커버리지를 상이한 각도에 대한 빔 스캔으로서 안정시키는 것이다. 그들 에지 더미 안테나 엘리먼트는 부하 저항(load resistor)을 이용하여 종결된다.
도 8은 일 실시예에 따른 한 쌍의 공동-선형 mm파 테이퍼 슬롯 안테나 어레이(co-linear mm-wave taper slot antenna array)(2x8) 및 연관된 방사 패턴을 도시한다. 이러한 실시예는 패키징 디자인의 상부 층(810) 및 하부 층(820) 상에 선형 위상 안테나 어레이를 위치시킨다. 상호간 두 개의 선형 어레이 간격(inter two linear array spacing)은 500 마이크로미터 미만(≤500 ㎛)일 수 있다. 선형 위상 어레이 안테나 배치는 패키징 디자인의 상부 층(810) 및 하부 층(820)에 제한되지 않는다. 두 개 초과의 선형 어레이가 요구될 때, 그들은 또한 예를 들어 보드의 상부 층 및 하부 층 상에 위치될 수도 있으며, 모듈은 높이 디멘젼(height dimension)을 따라 모바일 플랫폼 기저의 중간에 위치될 수 있다. 공동-선형 2x8 테이퍼 슬롯 종형 어레이 안테나(co-linear 2x8 Taper slot endfire array antenna)의 예가 예시되어 있다. 도시된 바와 같이, 안테나 엘리먼트 디자인은 테이퍼 슬롯 안테나에 제한되지 않으며, 그것은 또한 야기(Yagi), 접힌 쌍극자(folded dipole), 굴곡 쌍극자/모노폴 디자인 등일 수 있다. 이러한 방법론은 보다 높은 격리를 달성하고 빽빽한 안테나 어레이 배치를 가능하게 하기 위해 180 오프셋 피딩(180 offset feeding)을 사용할 수 있다. 엘리먼트 mm파 TSA 어레이 방사 패턴(830)에 도시된 바와 같이, N 엘리먼트(16)의 빽빽한 mm파 어레이는 어레이 안테나 이득에서의 증가(≥15 dBi)를 산출한다. 디자인 개념을 확장하기 위해, 하나의 RFIC와 집적될 수 있으며 유사-전역 공간 커버리지를 산출할 수 있는 복수의 어레이 안테나 디자인이 존재한다.
현재, 평면형 종형 어레이 안테나(planar end-fire array antenna)는 단일 선형 어레이이거나 3D 구조로 구현될 수 있다. 단일 선형 어레이 안테나는 더 높은 패키징 경로 손실을 가지며 많은 수의 어레이 엘리먼트를 위해 구현하기에는 더 어렵다. 3D 어레이 구조는 모바일 플랫폼 내로 맞추기에는 부피가 크고, 비싸면서, 어렵다. 이러한 실시예는 복수의 선형 어레이가 얇은 평면형 패키징 내에 적층되는 것을 허용한다. 이런 방식으로, 고밀도 집적이 달성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 안테나는 얇은 평면형 패키징 구조 내에 두 개의 선형 어레이의 구현을 포함할 수 있으며, 누화(crosstalk)를 최소로 하고 빽빽한 집적을 허용하기 위해 180 위상 오프셋 방법을 사용할 수 있다. 그것은 빽빽한 얇은 패키징 다중 층 구조 내에 하나 초과의 선형 어레이가 집적되는 것을 허용한다.
본 발명의 실시예는 지향 적응식 빔 형성(directional adaptive beam forming)을 위한 고이득을 제공하는 것은 물론 컴팩트한 mm파 어레이 안테나 디자인 및 RFIC 집적을 산출할 수 있다. 본 발명은 다른 방법이 제공하지 않을 수 있는 mm파 어레이 안테나를 위한 얇은 평면형 패키징 집적을 가능하게 할 수 있다.
대안적으로, 종형 방사 패턴 안테나 어레이는 단지 수평면 상에 방위각 커버리지(azimuth coverage)만을 제공할 수 있고 측면 상으로 커버리지를 제공할 수 없지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 플랫폼 상에 다중 위상 안테나 어레이를 요구하는 랩탑 및 다른 모바일 디바이스에서, 비용, 크기 및 플랫폼 구현이 60 GHz 기술을 가능하게 하는 주요 제약이다. 본 발명의 일부 실시예를 따라, 전술된 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 실시예는 모바일 디바이스를 위한 완전한 반구 공간 커버리지(half sphere spatial coverage)를 제공하며 전세계적인 60 GHz 기술 배치를 위한 11 GHz보다 큰(>11 GHz) 대역폭 커버리지를 제공하는 단일의 가요성 절연 기판 슬롯 루프 안테나 어레이를 제공할 수 있다. 예를 들어, mm파 안테나 엘리먼트 디자인은 통상적인 측면 방사 패턴 안테나 엘리먼트를 대체할 수 있으며, 슬롯 루프 안테나는 도 10에 도시된 바와 같은 전기 쌍극자와 등가인 자기 루프를 형성한다. 루프를 두 개의 에지의 길이 비(a/b)로 조율함으로써, 더 넓은 방사 패턴이 달성될 수 있다. 슬롯 루프 안테나 디자인은 원형 또는 직사각형일 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따라 위상 어레이 안테나 구성과 스캔 각 사이의 관계를 예시한다. 위상 어레이 안테나 구성(910)과 0도(0˚)(920), 30도(30˚)(930), 및 45도(45˚)(940)에서의 방사 패턴. 도시된 바와 같이 안테나 어레이 내의 기울어진 방사 패턴 안테나 엘리먼트를 구현하면, 직사각형 mm파 안테나 엘리먼트(2x8)는 90도에서 10 dBi 이득 및 측면에서 15 dBi 이득을 제공한다. 랩탑 또는 모바일 디바이스의 두 개의 에지 상에 두 개의 안테나 어레이를 사용하면, 그것은 완전한 전방 및 측부 커버리지를 가질 것이다. 패턴으로부터 알 수 있는 바와 같이, 선형 1x16 어레이는 YZ을 따라 간섭 완화(interference mitigation)를 제공하지만 이동에 대한 민감도를 갖는다. 2x8 어레이는 간섭 완화와 이동에 대한 민감도 사이의 타협안이다. 4x4 어레이는 이동에 대해 덜 민감하지만 간섭 완화에 있어서 강한 것은 아니다.
도 10은 일 실시예에 따른 슬롯 루프 안테나 및 연관된 방사 패턴을 도시한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 슬롯 루프 안테나(260)는 측면 방사 패턴(1010) 및 도시된 바와 같이 xz 평면(1020)을 따라 반구에 가까운 전역 방사 패턴(close to a half sphere omni radiation pattern)을 제공할 수 있다. xz 평면(1020)을 따라 더 넓은 방사 패턴은 x축(1005)을 따라 180도의 넓은 빔 스캐닝 범위를 제공할 수 있다. mm파 슬롯 루프 안테나 디자인은 배면 방사(back radiation)를 제거하도록 분리된 금속을 이용하여 구조를 단순하게 하기 위해 단일 층 절연을 사용한다. 궤환 손실(return loss)은 55 GHz 내지 66 GHz를 가로질러 (<10dB) 미만이며 전세계적인 60 GHz 기술 배치를 위해 더 큰(>11GHz) 대역폭 커버리지를 제공한다. 본 실시예에 따라, 슬롯 루프 안테나 어레이는 또한 상호 커플링(mutual coupling)에 영향을 받지 않을 수도 있다. 이는 안테나 어레이 빔 스캐닝에 더 양호한 성능을 제공한다. 슬롯 루프 안테나는 이득을 변화시키기 위해 특정 방향으로 기울어질 수 있다. 예를 들어, 평면 상의 안테나 디자인은 45 도 기울어진 빔을 제공할 수 있다. 오프셋 스트립라인 피딩(offset stripline feeding)을 이용하여 지면에 의해 받쳐진 직사각형 슬롯 루프 안테나는 45 기울어진 빔을 달성한다. 두 개의 에지 비율(a/b) 및 개방된 슬롯 갭(open slot gap)에서의 조율은 45 기울어진 빔 패턴을 달성할 것이다. 넓은 안테나 대역폭(55 GHz 내지 64 GHz의 범위)이 피크 이득(4 dB 내지 8 dB의 범위)과 함께 달성될 수 있다. mm파 안테나 엘리먼트 디자인은 표준 FR-4 제조 프로세스에 사용되는 저손실 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE) 기판 재료를 사용할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따라 요구된 커버리지 및 mm파 응용을 위한 어레이의 스캐닝 방사 패턴을 제공하기 위해 약간 상향 굴곡된 위상 안테나 어레이(2x8)를 도시한다. 위상 안테나 어레이(260)의 상부 절반은 도 9에 도시된 직사각형 어레이(2x8)와 같은 통상적인 위상 어레이 디자인을 이용하여 달성되지 않을 수 있는 상부(1110) 상의 커버리지를 제공하기 위해 약간 상향 굴곡된다. 상부 절반인 안테나 어레이(260) 상의 작은 절곡 각도로 인해, 그들 안테나 엘리먼트는 안테나 어레이의 정면에 대한 방사 이득을 여전히 제공한다. 이러한 어레이는 Y 축(1120)을 따라 정면 영역에서의 이득에서의 증가(대략 15 dB 내지 17 dB)를 달성할 수 있다. 개개의 안테나 엘리먼트는 Y 축을 따라 전역에 유사한 방사 패턴(close to omni radiation pattern)을 갖는다. 그러므로, 그것은 측부 방사 패턴 커버리지(1130)도 또한 제공한다. 등각 단일 층 가요성 mm파 위상 안테나 어레이는 랩탑 리드(laptop lid)와 같은 모바일 플랫폼에서 구현되기에 매우 용이하다. 그것은 모바일 플랫폼의 리드 벽(lid wall) 상에 단순한 클립을 이용하여 제자리에 유지될 수 있다.
비록 전술한 설명이 구체적인 상세한 사항을 포함할 수 있지만, 그들은 어떤 식으로든 특허청구범위를 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 설명된 실시예의 다른 구성은 본 발명의 범위의 일부이다. 예를 들어, 본 발명의 원리는 각각의 개개의 사용자에게 적용될 수 있으며 여기서 각각의 사용자는 그러한 하나의 시스템을 개별적으로 사용할 수 있다. 이는 심지어 많은 수의 가능한 응용 중 임의의 하나의 응용이 본 명세서에서 설명된 기능을 필요로 하지 않는 경우에도 각각의 사용자가 본 발명의 장점을 이용할 수 있게 한다. 다시 말해서, 각각 다양한 가능한 방식으로 콘텐츠를 처리하는 컴포넌트의 복수의 예가 존재할 수 있다. 그것은 반드시 모든 최종 사용자에 의해 사용되는 하나의 시스템일 필요는 없다. 따라서, 주어진 임의의 구체적인 예보다는 첨부된 특허청구범위 및 그들의 적법한 균등물만이 본 발명을 정의해야 한다.
Claims (21)
- 기판 상의 복수의 밀리미터파(milimeter-wave)(mm파) 안테나를 포함하는 안테나 모듈 - 상기 기판은 상이한 구형 방향으로 방사시키기 위해 성형되거나 굴곡될 수 있음 - 과,
송신 라인을 통해 상기 복수의 mm파 안테나에 연결된 상기 기판 상의 집적 회로를 포함하되,
상기 집적 회로는 mm파 신호를 사용하여 통신하도록 구성되는
밀리미터파 통신 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 집적 회로는 무선 주파수 집적 회로(radio frequency integrated circuit, RFIC), 기저대역 집적 회로(baseband integrated circuit, BBIC), 또는 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는
밀리미터파 통신 디바이스.
- 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 mm파 안테나를 연결하는 상기 송신 라인은 상기 안테나 모듈 내의 지연을 균등하게 하도록 라우팅되는
밀리미터파 통신 디바이스.
- 제 2 항에 있어서,
상기 RFIC는 상기 복수의 mm파 안테나로부터 지향된 신호들을 조합하며 상기 안테나 모듈을 구동하기 위해 하나의 신호를 복수의 신호로 분할하는 스플리터를 포함하는
밀리미터파 통신 디바이스.
- 제 4 항에 있어서,
상기 집적 회로는 칩 및 와이어 어셈블리, 칩 온 보드 어셈블리, 또는 플립 칩 어셈블리로부터 선택된 기법에 의해 상기 기판에 부착되는
밀리미터파 통신 디바이스.
- 제 5 항에 있어서,
상기 기판은 액정 폴리머, 테플론(teflon), 저온 동시 소성 세라믹, 알루미나, 안테나 그레이드 코어 재료 및 라미네이트, 듀로이드(duroid), 고 비저항 실리콘 또는 mm파 응용(applications)을 위한 하나 이상의 다른 적절한 기판으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 제작되는
밀리미터파 통신 디바이스.
- 제 6 항에 있어서,
상기 집적 회로는 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB), 유리 섬유 보드(FR-4), 내온도성 유리 섬유 보드(FR-5), 세라믹 기판, 금속 코어 PCB(MCPCB), 직접 구리 부착(direct copper bonded, DCB) 기판, 금속 복합체 보드, 구리 코팅형 알루미늄 보드, 알루미늄 보드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하위 층 기판에 고정되는(anchored)
밀리미터파 통신 디바이스.
- 다른 전자 디바이스와 통신하기 위해 전자 디바이스 내에 설치되도록 구성된 통신 시스템으로서,
안테나 모듈로부터의 제 1 주파수로 신호를 전달하고 수신하도록 구성된 인터페이스와,
상기 안테나 모듈을 포함하되,
상기 안테나 모듈은
기판 상의 복수의 밀리미터파(mm파) 안테나를 포함하는 적어도 하나의 안테나 어레이 - 상기 기판은 상이한 구형 방향으로 방사시키기 위해 성형되거나 굴곡될 수 있음 - 와,
송신 라인을 통해 상기 복수의 mm파 안테나에 연결되는 상기 기판 상의 집적 회로를 포함하고,
상기 집적 회로는 상기 인터페이스와 상기 안테나 모듈 사이에서 신호를 교환하며 mm파 신호를 사용하여 다른 전자 디바이스와 통신하도록 구성되는
통신 시스템.
- 제 8 항에 있어서,
상기 집적 회로는 무선 주파수 집적 회로(RFIC)이며, 상기 인터페이스는 기저대역 집적 회로(BBIC)인
통신 시스템.
- 제 9 항에 있어서,
상기 복수의 mm파 안테나를 연결하는 상기 송신 라인은 상기 적어도 하나의 안테나 어레이 내의 지연을 균등하게 하도록 라우팅되는
통신 시스템.
- 제 9 항에 있어서,
상기 RFIC는 상기 복수의 mm파 안테나로부터 지향된 신호들을 조합하며 상기 복수의 mm파 안테나를 구동하기 위해 하나의 신호를 복수의 신호로 분할하는 스플리터를 포함하는
통신 시스템.
- 제 11 항에 있어서,
상기 집적 회로는 칩 및 와이어 어셈블리, 칩 온 보드 어셈블리, 또는 플립 칩 어셈블리로부터 선택된 기법에 의해 상기 기판에 부착되는
통신 시스템.
- 제 12 항에 있어서,
상기 기판은 액정 폴리머, 테플론, 저온 동시 소성 세라믹, 알루미나, 안테나 그레이드 코어 재료 및 라미네이트, 듀로이드, 고 비저항 실리콘 또는 mm파 응용을 위한 하나 이상의 다른 적절한 기판으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 제작되는
통신 시스템.
- 제 13 항에 있어서,
상기 집적 회로는 인쇄 회로 기판(PCB), 유리 섬유 보드(FR-4), 내온도성 유리 섬유 보드(FR-5), 세라믹 기판, 금속 코어 PCB(MCPCB), 직접 구리 부착(DCB) 기판, 금속 복합체 보드, 구리 코팅형 알루미늄 보드, 알루미늄 보드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하위 층 기판에 고정되는
통신 시스템.
- 다른 전자 디바이스와 통신하기 위해 전자 디바이스 내에 설치된 다중 지점(multipoint) 무선 통신 디바이스로서,
복수의 mm파 안테나를 갖는 안테나 모듈을 포함하며 상기 안테나 모듈의 방사 패턴을 변경시키도록 구성될 수 있는 유연성 재료를 포함하는 가요성 기판과,
송신 라인을 통해 상기 복수의 mm파 안테나에 연결되는 상기 가요성 기판 상의 집적 회로를 포함하며,
상기 집적 회로는 mm파 신호를 사용하여 통신하도록 구성되는
다중 지점 무선 통신 디바이스.
- 제 15 항에 있어서,
상기 집적 회로는 무선 주파수 집적 회로(RFIC), 기저대역 집적 회로(BBIC), 또는 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택되는
다중 지점 무선 통신 디바이스.
- 제 16 항에 있어서,
상기 복수의 mm파 안테나를 연결하는 상기 송신 라인은 상기 안테나 어레이 내의 지연을 균등하게 하도록 라우팅되는
다중 지점 무선 통신 디바이스.
- 제 16 항에 있어서,
상기 RFIC는 상기 복수의 mm파 안테나로부터 지향된 신호들을 조합하며 상기 안테나 어레이를 구동하기 위해 하나의 신호를 복수의 신호로 분할하는 스플리터를 포함하는
다중 지점 무선 통신 디바이스.
- 제 18 항에 있어서,
상기 집적 회로는 칩 및 와이어 어셈블리, 칩 온 보드 어셈블리, 또는 플립 칩 어셈블리로부터 선택된 기법에 의해 상기 기판에 부착되는
다중 지점 무선 통신 디바이스.
- 제 19 항에 있어서,
상기 기판은 액정 폴리머, 테플론, 저온 동시 소성 세라믹, 알루미나, 안테나 그레이드 코어 재료 및 라미네이트, 듀로이드, 고 비저항 실리콘 또는 mm파 응용을 위한 하나 이상의 다른 적절한 기판으로 구성된 그룹으로부터 선택된 재료로 제작되는
다중 지점 무선 통신 디바이스.
- 제 20 항에 있어서,
상기 집적 회로는 인쇄 회로 기판(PCB), 유리 섬유 보드(FR-4), 내온도성 유리 섬유 보드(FR-5), 세라믹 기판, 금속 코어 PCB(MCPCB), 직접 구리 부착(DCB) 기판, 금속 복합체 보드, 구리 코팅형 알루미늄 보드, 알루미늄 보드로 구성된 그룹으로부터 선택된 하위 층 기판에 고정되는
다중 지점 무선 통신 디바이스.
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