KR20180034576A - 기판 일체형 웨이브가이드를 포함하는 광대역 안테나들 - Google Patents

기판 일체형 웨이브가이드를 포함하는 광대역 안테나들 Download PDF

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Abstract

무선 전자 디바이스는 기판 일체형 웨이브가이드(SIW), 하나 이상의 상부 웨이브 트랩을 포함하는 제1 금속 층, 제2 금속 층, 제1 금속 층을 통해 그리고 SIW 내로 연장하는 급전 구조체, 및 SIW의 제1 측 상의 반사기를 포함한다. 반사기는 제1 금속 층에 직접 접속되고 제1 금속 층의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장한다. 무선 전자 디바이스는 급전 구조체를 통해 송신 또는 수신된 신호에 의해 여기될 때 공진 주파수에서 공진하도록 구성된다. 하나 이상의 상부 웨이브 트랩은 급전 구조체를 통해 송신 또는 수신된 신호에 기초하여 반사기에 의해 방사된 신호를 트랩하도록 구성된다.

Description

기판 일체형 웨이브가이드를 포함하는 광대역 안테나들
본 발명 개념들은 일반적으로 무선 통신들의 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 무선 통신 디바이스들을 위한 안테나들에 관한 것이다.
관련 출원들에 대한 상호 참조
본원은 그 전체 개시내용이 본원에 참조로 포함된, 2015년 8월 13일자 출원된, 미국 특허 출원 제14/825,199호를 우선권 주장한다.
이동 전화들 및 다른 사용자 장비들과 같은 무선 통신 디바이스들은 외부 디바이스들과 통신을 위해 안테나들을 포함할 수 있다. 이들 안테나는 폭넓은 방사 패턴들을 발생할 수 있다. 그러나, 일부 안테나 설계들은 주 빔이 지향성인 불규칙 방사 패턴들을 조장할 수 있다.
본 발명 개념들의 다양한 실시예들은 기판 일체형 웨이브가이드(SIW)를 포함하는 무선 전자 디바이스를 포함한다. 제1 금속 층은 SIW의 제1 측 상에 있을 수 있다. 제1 금속 층은 각각 제1 금속 층에 직접 접속되고 제1 금속 층의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장하는 하나 이상의 상부 웨이브 트랩을 포함할 수 있다. 제2 금속 층은 SIW의 제1 측에 대향하는, SIW의 제2 측 상에 있을 수 있다. 급전 구조체가 제1 금속 층을 통해 그리고 SIW 내로 연장할 수 있다. 반사기가 SIW의 제1 측 상에 있을 수 있고, 반사기는 제1 금속 층에 직접 접속되고 제1 금속 층의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 무선 전자 디바이스는 급전 구조체를 통해 송신 또는 수신된 신호에 의해 여기될 때 공진 주파수에서 공진하도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 상부 웨이브 트랩은 급전 구조체를 통해 송신 또는 수신된 신호에 기초하여 반사기에 의해 방사된 신호를 성형하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 제2 금속 층은 각각 제2 금속 층에 직접 접속되고 제2 금속 층의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장하는 하나 이상의 하부 웨이브 트랩을 포함할 수 있다. 하나 이상의 하부 웨이브 트랩은 상부 웨이브 트랩들의 각각의 것들과 수직으로 정렬될 수 있다. 일부 실시예들에서, 급전 구조체는 피드 비아, 피드 비아로부터 이격되고 피드 비아를 둘러싸는 링 구조체, 및/또는 링 구조체와 피드 비아 사이의 절연체를 포함할 수 있다. 링 구조체의 반경 및/또는 링 구조체의 폭은 급전 구조체에 전기적으로 결합된 신호 급전 요소와 임피던스 정합하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 급전 구조체는 제1 금속 층으로부터 SIW를 통해 제2 금속 층까지 연장할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 하나 이상의 상부 웨이브 트랩은 급전 구조체의 제1 측 상의 제1 상부 웨이브 트랩, 및/또는 급전 구조체의 제1 측에 대향하는 급전 구조체의 제2 측 상의 제2 상부 웨이브 트랩을 포함할 수 있다. 제1 상부 웨이브 트랩과 제2 상부 웨이브 트랩은 급전 구조체로부터 등간격으로 떨어져 있을 수 있다. 제1 상부 웨이브 트랩, 제2 상부 웨이브 트랩 및 반사기는 SIW의 제1 측의 주 평면을 따라 서로 거의 평행할 수 있다. 반사기는 제1 상부 웨이브 트랩과 제2 상부 웨이브 트랩으로부터 이격되고 등간격으로 떨어져 있을 수 있다. 제1 상부 웨이브 트랩과 제2 상부 웨이브 트랩은 제1 금속 층에 직접 접속될 수 있고 SIW와 중첩하지 않을 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 제1 금속 층은 SIW와 중첩하는 제1 금속 층을 따라 이격된 복수의 상부 비아 홀들을 포함할 수 있다. 제2 금속 층은 복수의 상부 비아 홀들의 각각의 것들과 거의 수직으로 정렬된 복수의 하부 비아 홀들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 급전 구조체는 제1 금속 층 내의 복수의 상부 비아 홀들 중 적어도 2개 사이에 있을 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 하나 이상의 상부 웨이브 트랩들의 제1 상부 웨이브 트랩은 제1 금속 층 내에 노치를 포함할 수 있다. 노치의 한 측 상의 제1 상부 웨이브 트랩의 제1 부분은 노치의 또 하나의 측 상의 제1 상부 웨이브 트랩의 제2 부분에 평행하고 그 제2 부분으로부터 이격될 수 있다. 제1 상부 웨이브 트랩과 제2 상부 웨이브 트랩은 급전 구조체로부터 등간격으로 떨어져 있을 수 있다. 제1 상부 웨이브 트랩의 제1 부분 및/또는 제1 상부 웨이브 트랩의 제2 부분은 SIW로부터 멀리 등간격으로 연장할 수 있다. 일부 실시예들에서, SIW로부터 멀리 연장하는 제1 상부 웨이브 트랩의 제1 부분의 길이는 공진 주파수의 0.25 유효 파장들과 0.5 유효 파장들 사이일 수 있다. SIW로부터 멀리 연장하는 제1 상부 웨이브 트랩의 제2 부분의 길이는 공진 주파수의 0.25 유효 파장들과 0.5 유효 파장들 사이일 수 있다. 일부 실시예들에서, SIW로부터 멀리 연장하는 반사기의 길이는 공진 주파수의 0.25 유효 파장들과 0.5 유효 파장들 사이일 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 무선 전자 디바이스는 하나 이상의 추가 SIW, 및/또는 제1 금속 층을 통해 연장하는 하나 이상의 추가 급전 구조체를 포함할 수 있다. 하나 이상의 추가 급전 구조체는 추가 SIW들의 각각의 것들에 연관될 수 있다. 무선 전자 디바이스는 SIW의 제1 측 또는 제2 측 상의 하나 이상의 추가 반사기를 포함할 수 있다. 하나 이상의 추가 반사기는 추가 SIW들의 각각의 것들에 연관될 수 있고 제1 금속 층의 제1 측의 주 평면을 따라 또는 제2 금속 층의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장할 수 있다. 일부 실시예들에서, SIW에 인접한 추가 SIW들 중 하나에 연관된 추가 반사기들 중 하나는 제2 금속 층 상에 있을 수 있고/있거나 제2 금속 층의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장할 수 있다.
본 발명 개념들의 다양한 실시예들은 서로 이격되고 한 평면 내에 배열된 복수의 기판 일체형 웨이브가이드들(SIW들) 및/또는 SIW들의 제1 측 상의 제1 금속 층을 포함하는 무선 전자 디바이스를 포함할 수 있다. 제1 금속 층은 복수의 상부 웨이브 트랩들을 포함할 수 있다. 복수의 상부 웨이브 트랩들은 각각 제1 금속 층에 직접 접속될 수 있고/있거나 제1 금속 층의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장할 수 있다. 제2 금속 층은 SIW들의 제1 측에 대향하는, SIW들의 제2 측 상에 있을 수 있다. 제2 금속 층은 복수의 하부 웨이브 트랩들을 포함할 수 있다. 복수의 하부 웨이브 트랩들은 각각 제2 금속 층에 직접 접속될 수 있고/있거나 제2 금속 층의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장할 수 있다. 무선 전자 디바이스는 SIW들의 각각의 것들에 연관된 복수의 급전 구조체들을 포함할 수 있다. 복수의 급전 구조체들은 제1 금속 층을 통해 그리고 연관된 SIW 내로 연장할 수 있다. 무선 전자 디바이스는 제1 금속 층 또는 제2 금속 층의 주 평면에 직접 접속되고/되거나 그 주 평면을 따라 밖으로 연장하는 복수의 반사기들을 포함할 수 있다. 복수의 반사기들의 각각의 것들은 SIW의 각각의 것들에 연관될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 반사기들 중 제1 반사기는 복수의 SIW들 중 제1 SIW에 연관될 수 있고/있거나 제1 금속 층의 제1 측을 따라 밖으로 연장할 수 있다. 복수의 반사기들 중 제2 반사기는 복수의 SIW들 중 제1 SIW에 인접한 제2 SIW에 연관될 수 있고/있거나, 제2 금속 층의 제1 측을 따라 밖으로 연장할 수 있다. 무선 전자 디바이스는 급전 구조체들 중 적어도 하나를 통해 송신 또는 수신된 신호에 의해 여기될 때 공진 주파수에서 공진하도록 구성될 수 있다. 복수의 상부 웨이브 트랩들 중 제1 상부 웨이브 트랩 및 제2 상부 웨이브 트랩은 각각 제1 반사기에 인접할 수 있고 급전 구조체들 중 적어도 하나를 통해 송신 또는 수신된 신호에 기초하여 반사기에 의해 방사된 신호를 트랩하도록 구성될 수 있고, 제1 반사기에 의해 방사될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 제1 반사기는 제1 상부 웨이브 트랩 및 제2 상부 웨이브 트랩에 거의 평행할 수 있다. 제1 반사기는 제1 상부 웨이브 트랩과 제2 상부 웨이브 트랩 사이에 연장할 수 있다. 제2 반사기는 복수의 하부 웨이브 트랩들 중 제1 하부 웨이브 트랩 및 제2 하부 웨이브 트랩에 거의 평행할 수 있다. 제2 반사기는 제1 하부 웨이브 트랩과 제2 하부 웨이브 트랩 사이에 연장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 상부 웨이브 트랩은 제1 하부 웨이브 트랩과 수직으로 정렬할 수 있다. 복수의 상부 웨이브 트랩들은 제2 하부 웨이브 트랩과 수직으로 정렬하는 제3 상부 웨이브 트랩을 포함할 수 있다. 복수의 하부 웨이브 트랩들은 제1 상부 웨이브 트랩과 수직으로 정렬할 수 있는 제3 하부 웨이브 트랩을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 무선 전자 디바이스는 제1 복수의 SIW들을 포함하는 제1 서브어레이 및/또는 제2 복수의 SIW들을 포함하는 제2 서브어레이를 포함할 수 있다. 제1 서브어레이 및/또는 제2 서브어레이는 다중-입력 및 다중-출력(MIMO) 통신 및/또는 다이버시티 통신을 전송하도록 구성될 수 있다.
본 발명 개념들의 실시예들에 따른 다른 디바이스들 및/또는 동작들이 다음의 도면 및 상세한 설명을 검토한다면 본 기술 분야의 통상의 기술자에게 분명하거나 분명하게 될 것이다. 모든 이러한 추가의 디바이스들 및/또는 동작들이 본 설명 내에 포함되고, 본 발명 개념들의 범위 내에 있고, 첨부된 청구범위에 의해 보호되는 것으로 의도된다. 또한, 여기에 개시된 모든 실시예들은 별도로 구현될 수 있거나 임의의 방식으로 및/또는 함께 조합될 수 있는 것으로 의도된다.
본 개시내용의 추가 이해를 제공하도록 포함되고 본원에 포함되며 그 일부를 구성하는 첨부 도면은 소정의 실시예(들)를 도시한다. 도면에서:
도 1a는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 단일 패치 안테나를 도시한다.
도 1b는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 도 1a의 단일 패치 안테나를 포함하는, 스마트폰과 같은 무선 전자 디바이스 주위의 방사 패턴들을 도시한다.
도 2a는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 단일 패치 안테나를 도시한다.
도 2b는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 도 2a의 단일 패치 안테나를 포함하는, 스마트폰과 같은 무선 전자 디바이스 주위의 방사 패턴들을 도시한다.
도 3은 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 도 1a의 단일 패치 안테나를 포함하는 무선 전자 디바이스를 따르는, 15.1㎓ 여기에서의, 절대 원역장 이득을 도시한다.
도 4는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 기판 일체형 웨이브가이드(SIW)를 포함하는 광대역 안테나를 도시한다.
도 5a는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 기판 일체형 웨이브가이드(SIW)를 포함하는 광대역 안테나를 도시한다.
도 5b는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 기판 일체형 웨이브가이드(SIW)를 포함하는 광대역 안테나를 도시한다.
도 6은 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 도 4, 5a, 및/또는 5b의 SIW들을 포함하는 광대역 안테나들 중 어느 것의 단면도를 도시한다.
도 7은 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 도 4, 5a, 및/또는 5b의 SIW들을 포함하는 광대역 안테나들 중 어느 것의 단면도를 도시한다.
도 8은 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 도 4, 5a, 및/또는 5b의 SIW들을 포함하는 광대역 안테나들 중 어느 것의 단면도를 도시한다.
도 9a는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 도 4, 5a, 및/또는 5b의 SIW들을 포함하는 광대역 안테나들 중 어느 것의 평면도를 도시한다.
도 9b는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 도 4, 5a, 및/또는 5b의 SIW들을 포함하는 광대역 안테나들 중 어느 것의 평면도를 도시한다.
도 9c는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 도 4, 5a, 및/또는 5b의 SIW들을 포함하는 광대역 안테나들 중 어느 것의 급전 구조체를 포함하는 단면도를 도시한다.
도 10은 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 상이한 광대역 안테나 설계들을 포함하는, 스마트폰과 같은 무선 전자 디바이스 주위의 방사 패턴을 도시한다.
도 11은 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 상이한 광대역 안테나 설계들을 포함하는, 스마트폰과 같은 무선 전자 디바이스 주위의 방사 패턴을 도시한다.
도 12는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 상이한 광대역 안테나 설계들을 포함하는, 스마트폰과 같은 무선 전자 디바이스 주위의 방사 패턴을 도시한다.
도 13은 도 4, 5a, 및/또는 5b의 SIW를 포함하는 광대역 안테나의 주파수 응답을 그래프로 도시한다.
도 14는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 상이한 유형들의 안테나들의 주파수 응답을 그래프로 도시한다.
도 15는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, SIW들을 포함하는 이중 지향성 어레이 안테나를 도시한다.
도 16a는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 도 15의 안테나를 포함하는, 스마트폰과 같은 무선 전자 디바이스 주위의 방사 패턴들을 도시한다.
도 16b는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 도 15의 안테나를 포함하는, 스마트폰과 같은 무선 전자 디바이스 주위의 방사 패턴들을 도시한다.
도 17은 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 도 15의 이중 지향성 어레이 안테나를 포함하는 무선 전자 디바이스를 따르는, 29.5㎓ 여기에서의, 절대 원역장 이득을 도시한다.
도 18은 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 다양한 안테나들에 대한 상호 결합을 도시한다.
도 19는 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 다양한 안테나들에 대한 상호 결합을 도시한다.
도 20은 본 발명 개념들의 다양한 실시예들에 따른, 무선 전자 디바이스의 광대역 안테나를 포함하는 일부 전자 소자들의 블록도이다.
본 발명 개념들이 이제 본 발명 개념들의 실시예들이 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 완전히 설명될 것이다. 그러나, 본원은 여기에 기술된 실시예들로 제한되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시내용이 철저하고 완전하게 되고, 본 기술 분야의 통상의 기술자들에게 실시예들의 범위를 완전히 전달하도록 제공된다. 유사한 참조 번호들은 전체에 걸쳐 유사한 요소들을 참조한다.
다양한 무선 통신 응용들은 패치 안테나들, 유전체 공진기 안테나들(DRA들) 및/또는 기판 일체형 웨이브가이드(SIW) 안테나들을 사용할 수 있다. 패치 안테나들 및/또는 기판 일체형 웨이브가이드(SIW) 안테나들은 10㎓부터 300㎓까지의 전자기 스펙트럼 내의 밀리미터 대역 무선 주파수들에서 사용하기에 적합할 수 있다. 패치 안테나들 및/또는 SIW 안테나들은 각각 꽤 넓은 방사 빔들을 제공할 수 있다. 패치 안테나 설계들 및/또는 SIW 안테나 설계들의 잠재적인 단점은 방사 패턴이 지향성이라는 것일 수 있다. 예를 들어, 패치 안테나가 이동 디바이스에서 사용될 때, 방사 패턴은 이동 디바이스 주위의 3차원 공간의 반만 덮을 수 있다. 이 경우에, 안테나는 지향성인 방사 패턴을 발생하고, 이동 디바이스가 적절한 동작을 위해 기지국을 향해 지향되는 것이 필요할 수 있다.
여기에 설명된 다양한 실시예들은 안테나의 방사를 개선시키는 반사기 및 반사기로부터의 신호들의 상호 간섭을 제어 및/또는 감소시키는 웨이브 트랩들과 같은 다른 요소들을 추가함으로써 SIW 안테나 설계들이 개선될 수 있다는 인식으로부터 비롯될 수 있다. 반사기 및/또는 웨이브 트랩 요소들은 이동 디바이스 주위의 3차원 공간을 덮는 방사 패턴을 발생함으로써 안테나 성능을 개선시킬 수 있다.
이제 도 1a를 참조하면, 무선 전자 디바이스(101)의 전면 측 상의 단일 패치 안테나(100)가 도시된다. 단일 패치 안테나(100)는 무선 전자 디바이스(101)의 에지를 따라 배치된다. 이제 도 1b를 참조하면, 도 1a의 단일 패치 안테나(100)를 포함하는 무선 전자 디바이스(101) 주위의 방사 패턴이 도시된다. 단일 패치 안테나(100)가 15.1㎓에서 여기될 때, 불규칙 방사 패턴이 무선 전자 디바이스(101) 주위에 형성된다. 이제 도 2a를 참조하면, 무선 전자 디바이스(101)의 배면 측 상의 단일 패치 안테나(102)가 도시된다. 단일 패치 안테나(102)가 15.1㎓에서 여기될 때, 불규칙 방사 패턴이 무선 전자 디바이스(101) 주위에 형성된다. 양자의 경우에, 무선 전자 디바이스(101) 주위의 방사 패턴은 안테나 주위의 공간의 1/2을 덮는 넓고 고른 방사이지만 안테나의 다른 1/2 주위에 빈약한 방사를 갖는 지항성 왜곡을 나타낸다. 그러므로, 이 단일 패치 안테나는 일부 배향들이 빈약한 성능을 나타내기 때문에 이들 주파수에서 통신하기에 적합하지 않을 수 있다.
이제 도 3을 참조하면, 도 1a의 단일 패치 안테나(100)를 포함하는 무선 전자 디바이스(101)를 따르는, 15.1㎓ 여기에서의, 절대 원역장 이득이 도시된다. 축 쎄타(Theta)는 도 1b의 무선 전자 디바이스(101) 주위의 y-z 평면을 나타내고 축 파이(Phi)는 도 1b의 무선 전자 디바이스(101) 주위의 x-y 평면을 나타낸다. 도 1b의 결과적인 방사 패턴과 유사하게, 절대 원역장 이득은 예를 들어, x-y 평면에서 폭넓게 걸치는, 예를 들어, 0° 내지 360°와 같이, 무선 전자 디바이스(101) 주위에서 한 방향으로 만족할만한 이득 특성들을 나타낸다. 그러나, y-z 평면에서는, 무선 전자 디바이스(101) 주위의 예를 들어, 60° 내지 120°와 같이 빈약한 절대 원역장 이득 결과들이 획득된다.
이제 도 4를 참조하면, 도면은 기판(402) 내에 기판 일체형 웨이브가이드(SIW)를 갖는 광대역 SIW 안테나(400)를 포함하는 무선 전자 디바이스를 도시한다. 기판(402)은 높은 유전 상수 및 낮은 손실 계수 tan δ를 갖는 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전 상수 Er(입실론)= 3.55이고 손실 계수 tan δ는 10㎓에서 0.0027이도록, Rogers RO4003C와 같은 재료가 기판(402)의 유전체 층으로서 사용될 수 있다. 광대역 SIW 안테나(400)는 제1 금속 층(404), 반사기(406), 및/또는 웨이브 트랩들(408)을 포함한다. 웨이브 트랩들(408)은 각각 제1 금속 층(404)에 직접 접속되고 제1 금속 층(404)의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장한다. 반사기(406)는 광대역 SIW 안테나(400)의 신호들을 방사 및/또는 반사하도록 구성된다. 반사기(406)에 의해 반사된 신호들은 웨이브 트랩들(408) 사이에서 가장 큰 강도일 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사기(406)에 의해 반사된 신호들은 그들이 웨이브 트랩들(408)을 지나 이동함에 따라 완화될 수 있다.
고 주파수 응용들에서, 마이크로스트립 디바이스들은 손실들로 인해 효율적이 아닐 수 있다. 부가적으로, 고 주파수들에서의 파장들은 작기 때문에, 마이크로스트립 디바이스의 제조는 매우 엄격한 허용 오차들을 요구할 수 있다. 그러므로, 고 주파수들에서 유전체로 채워진 웨이브가이드(DFW) 디바이스들이 선호될 수 있다. 그러나, 통상적인 웨이브가이드 디바이스들의 제조는 어려울 수 있다. 제조의 용이성을 위해, DFW 디바이스들은 기판 일체형 웨이브가이드(SIW)를 형성하기 위해 비아들을 사용함으로써 향상될 수 있다. 이제 도 5a를 참조하면, 도 4의 광대역 SIW 안테나(400)의 상세한 도면이 도시된다. 기판(402)은 그리드형 기판 일체형 웨이브가이드(SIW)(412) 및 비아들(414)을 포함한다. 비아들(414)은 도 5a에 도시된 바와 같이, SIW(412)의 측벽들을 형성하고 제1 금속 층(404)으로부터 SIW(412) 내로 연장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 비아들(414)은 제1 금속 층(404)으로부터 SIW(412)에 대향하는 제2 금속 층(422)까지 연장할 수 있다.
도 5a를 계속 참조하면, 급전 구조체(420)는 제1 금속 층(404)으로부터 SIW(412) 내로 연장할 수 있다. 급전 구조체(420)는 피드 비아(416) 및 피드 비아(416)로부터 이격되고 그를 둘러싸는 링 구조체(418)를 포함할 수 있다. 절연체 (424)가 링 구조체(418)와 피드 비아(416) 사이에 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 링 구조체(418)의 반경 및/또는 링 구조체(418)의 폭은 급전 구조체(418)에 전기적으로 결합된 신호 급전 요소와 임피던스 정합하도록 구성될 수 있다. 급전 구조체(420)는 예를 들어, 급전 구조체에 접속된 RF/동축 케이블 및/또는 마이크로스트립과 같은 신호 급전 요소를 통해 급전될 수 있다. 광대역 SIW 안테나(400)는 급전 구조체(420)를 통해 송신 및/또는 수신된 신호에 의해 여기될 때 공진 주파수에서 공진하도록 구성될 수 있다. 도 5a가 급전 구조체(418)로의 예시적인 피드로서 동축 케이블을 도시하지만, 급전 구조체(418)로의 피드는 마이크로스트립, 스트립라인, 및/또는 다른 유형들의 피드들을 포함할 수 있다. 급전 구조체(418)로의 피드의 유형은 반사기 및/또는 웨이브트랩들을 포함하는 안테나의 성능에 영향을 주지 않을 수 있다.
도 5a를 계속 참조하면, 광대역 SIW 안테나(400)는 상부 웨이브 트랩들(408a 및 408b) 및/또는 하부 웨이브 트랩들(410a 및 410b)을 포함할 수 있다. 상부 웨이브 트랩들(408a 및 408b)은 각각 제1 금속 층(404)에 직접 접속될 수 있고 제1 금속 층(404)의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장할 수 있다. 하부 웨이브 트랩들(410a 및 410b)은 각각 제2 금속 층(422)에 직접 접속될 수 있고 제2 금속 층(422)의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장할 수 있다. 반사기(406)는 제1 금속 층에 직접 접속되고 제1 금속 층(404)의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장할 수 있다. SIW(412)로부터 멀리 연장하는 반사기(406)의 길이는 공진 주파수 광대역 SIW 안테나(400)의 0.25 유효 파장들과 0.5 유효 파장들 사이일 수 있다. 유효 파장은 광대역 SIW 안테나(400)의 기판의 유전율 및/또는 공진 주파수의 파장에 의존할 수 있다.
일부 실시예들에서, 상부 웨이브 트랩들(408a 및 408b)은 각각, 하부 웨이브 트랩들(410a 및 410b)과 수직으로 정렬될 수 있다. 상부 웨이브 트랩(408a), 상부 웨이브 트랩(408b), 및 반사기(406)는 SIW(412)의 제1 측의 주 평면을 따라 서로 거의 평행할 수 있다. 반사기(406)는 상부 웨이브 트랩(408a) 및 상부 웨이브 트랩(408b)으로부터 이격되고/되거나 등간격으로 떨어져 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 상부 웨이브 트랩(408a) 및 상부 웨이브 트랩(408b)은 제1 금속 층(404)에 직접 접속될 수 있고/있거나 SIW(412)와 중첩하지 않을 수 있다.
일부 실시예들에서, 상부 웨이브 트랩들(408a, 408b)은 제1 금속 층(404) 내의 노치들일 수 있다. 상부 웨이브 트랩(408a)은 제1 부분 및 제2 부분을 포함할 수 있다. 상부 웨이브 트랩(408a)의 제1 부분은 상부 웨이브 트랩(408a)의 제2 부분에 평행하고/하거나 그로부터 이격될 수 있다. 일부 실시예들에서, 절연 재료가 상부 웨이브 트랩(408a)의 제1 부분과 제2 부분 사이에 포함될 수 있다. 상부 웨이브 트랩(408a)의 제1 부분과 상부 웨이브 트랩(408a)의 제2 부분은 SIW(412)로부터 멀리 등간격으로 연장할 수 있다. SIW(412)로부터 멀리 연장하는 상부 웨이브 트랩(408a)의 제1 부분의 길이는 공진 주파수 광대역 SIW 안테나(400)의 0.25 유효 파장들과 0.5 유효 파장들 사이일 수 있다. SIW(412)로부터 멀리 연장하는 상부 웨이브 트랩(408a)의 제2 부분의 길이는 공진 주파수 광대역 SIW 안테나(400)의 0.25 유효 파장들과 0.5 유효 파장들 사이일 수 있다. 일부 실시예들에서, 반사기(406)의 치수들 및/또는 웨이브트랩들의 치수들은 광대역 SIW 안테나(400)의 기판의 재료에 기초할 수 있다.
유사하게, 하부 웨이브 트랩들(410a, 410b)은 제2 금속 층(422) 내의 노치들일 수 있다. 하부 웨이브 트랩(410a)은 제1 부분 및 제2 부분을 포함할 수 있다. 하부 웨이브 트랩(410a)의 제1 부분은 하부 웨이브 트랩(410a)의 제2 부분에 평행하고/하거나 그로부터 이격될 수 있다. 상부 웨이브 트랩(408a)과 상부 웨이브 트랩(408b)은 급전 구조체(420)로부터 등간격으로 떨어져 있을 수 있다.
도 5a를 계속 참조하면, 상부 웨이브 트랩(408a)은 급전 구조체(420)의 제1 측 상에 있을 수 있고 상부 웨이브 트랩(408b)은 급전 구조체(420)의 제1 측에 대향하는 급전 구조체(420)의 제2 측 상에 있을 수 있다. 상부 웨이브 트랩(408a)과 상부 웨이브 트랩(408b)은 급전 구조체(420)로부터 등간격으로 떨어져 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 비아들(414)은 제1 금속 층(404)으로부터 제2 금속 층(422)까지 연장할 수 있다. 비아들(414)은 제1 금속 층(404) 및/또는 제2 금속 층(422) 내의 비아 홀들 내에 도전성 재료를 포함할 수 있다. 제1 금속 층(404)은 SIW에 중첩하는 제1 금속 층으로부터 이격되고 그를 따르는 상부 비아 홀들을 포함할 수 있다. 제2 금속 층(422)는 상부 비아 홀들의 각각의 것들과 거의 수직으로 정렬된 하부 비아 홀들을 포함할 수 있다. 급전 구조체(420)는 제1 금속 층 내의 복수의 상부 비아 홀들 중 적어도 2개 사이에 있을 수 있다.
이제 도 5b를 참조하면, 도 5a의 광대역 SIW 안테나(400)를 뒤집어서 본 도면이 도시된다. 피드 비아(416)는 제1 금속 층(404)을 통해 SIW(412) 내로 연장할 수 있다. 일부 실시예들에서, 피드 비아(416)는 제1 금속 층(404)을 통해 SIW(418) 내로, 그리고 제2 금속 층(422)까지 연장할 수 있다.
도 6, 7, 및 8은 도 4, 5a, 및 5b의 SIW들을 포함하는 광대역 안테나들 중 어느 것의 단면도들을 도시한다. 이제 도 6을 참조하면, SIW(412)를 포함하는 광대역 SIW 안테나(400)의 측면도가 도시된다. 비아들(414)은 제1 금속 층(404)으로부터 제2 금속 층(422)까지 연장한다. 신호 급전 요소(426)는 광대역 SIW 안테나(400)의 급전 구조체에 접속될 수 있다. 상부 웨이브 트랩(408b)은 제1 금속 층(404)으로부터 연장하고 하부 웨이브 트랩(410b)은 제2 금속 층(422)으로부터 연장한다. 이제 도 7을 참조하면, SIW(412)를 포함하는 광대역 SIW 안테나(400)의 배면도가 도시된다. 비아들(414)은 제1 금속 층(404)으로부터 제2 금속 층(422)까지 연장한다. 신호 급전 요소(426)는 광대역 SIW 안테나(400)의 급전 구조체에 접속될 수 있다. 이제 도 8을 참조하면, SIW(412)를 포함하는 광대역 SIW 안테나(400)의 전면도가 도시된다. 비아들(414)은 제1 금속 층(404)으로부터 제2 금속 층(422)까지 연장한다. 신호 급전 요소(426)는 광대역 SIW 안테나(400)의 급전 구조체에 접속될 수 있다.
이제 도 9a를 참조하면, 도 4, 5a, 및 5b의 광대역 SIW 안테나들(400) 중 어느 것의 상면도가 도시된다. 제1 금속 층(404)은 급전 구조체(420) 주위에 배열된 비아들(414)을 포함한다. 반사기(406)는 제1 금속 층(404)으로부터 연장한다. 상부 웨이브 트랩들(408a, 408b)은 제1 금속 층(404) 내의 노치들일 수 있다. 상부 웨이브 트랩(408a)은 제1 부분(428a) 및 제2 부분(428b)을 포함할 수 있다. 상부 웨이브 트랩(408a)의 제1 부분(428a)은 상부 웨이브 트랩(408a)의 제2 부분(428b)에 평행하고/하거나 그로부터 이격될 수 있다. 상부 웨이브 트랩(408a)의 제1 부분(428a)과 상부 웨이브 트랩(408a)의 제2 부분(428b)은 제1 금속 층(404) 아래의 SIW와 중첩하는 제1 금속 층(404)으로부터 멀리 등간격으로 연장할 수 있다. 상부 웨이브 트랩(408a)의 제1 부분(428a)과 상부 웨이브 트랩(408a)의 제2 부분(428b)은 유전체 재료에 의해 분리될 수 있다.
이제 도 9b를 참조하면, 도 4, 5a, 및 5b의 광대역 SIW 안테나들(400) 중 어느 것의 상면도가 도시된다. 급전 구조체(420)는 피드 비아 홀(416) 및 링 구조체(418)를 포함할 수 있다. 피드 비아 홀의 반경 "r", 링 구조체(418)의 반경 "r2", 및/또는 링 구조체(418)의 두께는 급전 구조체(420)의 임피던스를 제어할 수 있다. 광대역 SIW 안테나(400)의 기판은 고 유전 상수 Er(입실론)을 갖는 재료를 포함할 수 있다. 비아들(414) 사이의 간격은 거리 "S"일 수 있다. 웨이브 트랩들을 포함하는 제1 금속 층(404)의 제1 측에 가장 가까운 비아(414)로부터 비아들(414)의 맨 뒤쪽 행과의 거리는 거리 "L"일 수 있다. 반사기 및/또는 웨이브 트랩들에 평행한 비아들(414)의 2개의 행들 간의 거리는 거리 "a"일 수 있다. 급전 구조체(420)로부터 비아들(414)의 맨 뒤쪽 행과의 거리는 거리 "Lq"일 수 있다. 거리들 "S", "a", "L", 및/또는 "Lq"는 광대역 SIW 안테나(400)의 대역폭 및/또는 공진 주파수에 영향을 줄 수 있다.
이제 도 9c를 참조하면, 도 4, 5a, 및 5b의 광대역 SIW 안테나들(400) 중 어느 것의 후방 단면도가 도시된다. 피딩 비아(416)는 제1 금속 층(404)으로부터 고 유전 상수 Er(입실론)을 갖는 기판의 SIW 내로 연장할 수 있다. 피딩 비아는 높이 Lp를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 높이 Lp는 공진 주파수를 결정할 수 있다. 비아들(414)은 제1 금속 층(404)으로부터 제2 금속 층(422)까지 연장할 수 있다.
이제 도 10을 참조하면, 통상적인 SIW 안테나를 포함하는, 스마트폰과 같은 무선 전자 디바이스(101) 주위의 방사 패턴이 도시된다. 불규칙 방사 패턴이 통상적인 SIW 안테나를 포함하는 무선 전자 디바이스(101) 주위에 형성된다. 무선 전자 디바이스(101) 주위의 방사 패턴은 상당한 지향성 왜곡을 나타낸다. 이제 도 11을 참조하면, 도 1a의 단일 패치 안테나를 포함하는, 스마트폰과 같은 무선 전자 디바이스(101) 주위의 방사 패턴이 도시된다. 방사 패턴은 무선 전자 디바이스(101)가 도 11에 도시된 바와 같이, 무선 전자 디바이스(101)의 한 방향만이 양호한 방사 특성들을 갖기 때문에 소정의 배향들에서 양호한 성능을 나타낼 수 있도록 상당한 지향성 거동을 나타낸다.
이제 도 12를 참조하면, 도 4, 5a, 및/또는 5b 중 어떤 것의 광대역 SIW 안테나(400)를 포함하는, 스마트폰과 같은 무선 전자 디바이스(101) 주위의 방사 패턴이 도시된다. 무선 전자 디바이스(201) 주위의 방사 패턴은 광대역 SIW 안테나(400)를 포함하는 무선 전자 디바이스의 전방 및 후방 주위의 공간을 덮는 넓은 둘러싸는 방사를 갖는 적은 지향성 왜곡을 나타낸다.
도 13을 참조하면, 도 4, 5a, 또는 5b 중 어느 것의 광대역 SIW 안테나(400)의 주파수 응답이 도시된다. 비제한적인 예로서, 도 4, 5a, 또는 5b의 광대역 SIW 안테나(400)가 30㎓ 가까이에서 공진 주파수 응답을 갖도록 설계된다. 이 공진 주파수 주위에 -10dB의 반사 손실(return loss)을 갖는 대역폭은 약 3.0㎓일 수 있다. 공진 주파수 주위의 이 안테나에 의해 제공된 낮은 반사 손실을 갖는 넓은 대역폭은 이 대역폭 범위 내에서 여러가지 상이한 주파수들에서 사용하기 위한 잠재력을 갖는 우수한 신호 무결성을 제공한다.
도 14를 참조하면, 도 4, 5a, 또는 5b 중 어느 것의 광대역 SIW 안테나(400)의 주파수 응답(1406)이 도 1a의 패치 안테나의 주파수 응답(1404) 및 통상적인 SIW 안테나의 주파수 응답(1402)과 비교하여 도시된다. 광대역 SIW 안테나의 주파수 응답(1406)은 패치 안테나 또는 통상적인 SIW 안테나와 비교할 때 훨씬 더 큰 대역폭(즉, >3㎓)을 제공한다.
이제 도 15를 참조하면, 2개의 SIW들을 포함하는 이중 지향성 광대역 어레이 안테나(1500)가 도시된다. 논의를 쉽게 하기 위해, 2개의 안테나 요소들(400a 및 400b)이 도시된다. 그러나, 개념들은 예를 들어, 다중-입력 다중-출력(MIMO) 응용들을 위한 및/또는 다이버시티 통신을 위한 예를 들어, 4개 이상의 안테나 요소들과 같은 추가의 안테나 요소들을 포함하는 어레이에 적용될 수 있다. 안테나 요소들은 MIMO 통신들에서 사용하기 위해 서브어레이들로 그룹지어질 수 있다. 도 15의 광대역 어레이 안테나(1500)는 서로 인접한 2개의 광대역 SIW 안테나들(400a 및 400b)을 포함할 수 있다. 안테나(400b)는 도 5a의 안테나(400)와 유사할 수 있다. 2개의 SIW들(412a 및 412b)은 광대역 어레이 안테나(1500) 내에 포함될 수 있다. 이들 SIW들은 이격될 수 있다. 상부 웨이브 트랩들(408a, 408b, 및 408c)은 제1 금속 층(404)으로부터 연장할 수 있다. 하부 웨이브 트랩들(410a, 410b, 및 410c)은 제2 금속 층(422)으로부터 연장할 수 있다. 상부 웨이브 트랩(408b)은 2개의 SIW들(412a와 412b) 사이에 있을 수 있고, 하부 웨이브 트랩(410b)은 2개의 SIW들(412a와 412b) 사이에 있을 수 있다. 상부 웨이브 트랩(408b) 및 하부 웨이브 트랩(410b)은 2개의 광대역 SIW 안테나들(400a 및 400b)로부터의 방사 신호들을 트랩 및/또는 성형하는 기능을 할 수 있다. 광대역 SIW 안테나(400a)의 반사기(406b)는 제1 금속 층(404) 상에 있을 수 있는 반면 인접한 광대역 SIW 안테나(400b)의 반사기(406a)는 제2 금속 층(422) 상에 있을 수 있다. 2개 보다 많은 광대역 SIW 안테나들을 갖는 일부 실시예들에서, 인접한 광대역 SIW의 반사기들은 대향하는 금속 층들 상에 있을 수 있다. 바꾸어 말하면, 반사기들의 위치는 인접한 광대역 SIW 안테나들에 대해 제1 금속 층과 제2 금속 층 간에 교대한다. 이 교대하는 반사기 위치 설정은 안테나의 이중 지향성 거동을 개선시킬 수 있고 인접한 안테나 요소들 간의 신호들이 서로에 대해 적은 간섭을 제공하기 때문에 디바이스에 의해 더 낮은 전력 소비를 제공할 수 있다. 광대역 SIW 안테나들(400a 및 400b) 각각은 각각의 급전 구조체들(420a 및 420b)을 포함할 수 있다.
도 16a 및 16b는 도 15의 이중 지향성 광대역 어레이 안테나(1500)를 포함하는, 스마트폰과 같은 무선 전자 디바이스 주위의 방사 패턴을 도시한다. 이제 도 16a를 참조하면, 도 15의 광대역 SIW 안테나 요소(400a)로 인한 방사 패턴이 도시된다. 무선 전자 디바이스 주위의 방사 패턴은 광대역 SIW 안테나(400a)를 포함하는 무선 전자 디바이스의 전방 및 후방 주위의 공간을 덮는 넓은 둘러싸는 방사를 갖는 적은 지향성 왜곡을 나타낸다. 이제 도 16b를 참조하면, 도 15의 광대역 SIW 안테나 요소(400b)로 인한 방사 패턴이 도시된다. 무선 전자 디바이스 주위의 방사 패턴은 광대역 SIW 안테나(400b)를 포함하는 무선 전자 디바이스의 전방 및 후방 주위의 공간을 덮는 넓은 둘러싸는 방사를 갖는 적은 지향성 왜곡을 나타낸다.
이제 도 17을 참조하면, 도 15의 이중 지향성 광대역 어레이 안테나(1500)를 포함하는 무선 전자 디바이스를 따르는, 29.5㎓ 여기에서의 절대 원역장 이득이 도시된다. 축 쎄타는 도 15의 이중 지향성 광대역 어레이 안테나(1500) 주위의 y-z 평면을 나타내고 축 파이는 도 15의 이중 지향성 광대역 어레이 안테나(1500) 주위의 x-y 평면을 나타낸다. 절대 원역장 이득은 도 15의 이중 지향성 광대역 어레이 안테나(1500) 주위의 x-y 평면과 y-z 평면 둘 다에서 우수한 이득 특성들을 나타낸다. 절대 원역장 이득은 도 15의 이중 지향성 광대역 어레이 안테나(1500) 주위의 y-z 평면에서, 예를 들어, 0° 내지 360°로, 양방향에서 폭넓게 걸쳐 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, 도 15의 이중 지향성 광대역 어레이 안테나(1500)는 y-z 평면이 신호 커버리지의 60° 내지 120°를 나타내는 도 3의 패치 안테나에 대한 빈약한 원역장 이득 결과들에 비해 양호한 이득 특성들을 제공한다.
부가적으로, 도 15의 상부 웨이브 트랩들(408) 및 하부 웨이브 트랩들(410)은 인접한 안테나 요소들(400a와 400b) 사이의 상호 결합을 상당히 감소시킴으로써, 간섭을 감소시킨다. 이제 도 18을 참조하면, 도 15의 이중 지향성 광대역 어레이 안테나(1500)의 상호 결합 및 반사 손실이 도시된다. 도 18의 그래프들(1803 및 1804)은 인접한 안테나 요소들(400a와 400b) 사이의 상호 결합을 도시한다. 29.5㎓의 공진 주파수에서, 상호 결합은 약 -37dB이고, 이는 도 15의 상부 웨이브 트랩들(408) 및 하부 웨이브 트랩들(410)의 효과들로 인한 매우 낮은 상호 결합을 나타낸다. 그래프들(1801 및 1802)은 안테나 요소들(400a 및 400b)의 반사 손실을 나타낸다. 29.5㎓의 공진 주파수에서, 반사 손실은 약 -25dB이고, 이는 안테나 요소들 각각에 대한 매우 낮은 반사 손실들을 나타낸다.
이제 도 19를 참조하면, 웨이브 트랩들이 있고 없는 어레이 안테나들 내의 상호 결합이 도시된다. 그래프(1901)는 도 15의 이중 지향성 광대역 어레이 안테나(1500) 내의 상호 결합을 나타내고 그래프(1902)는 웨이브 트랩들이 없는 유사한 SIW 어레이 안테나를 나타낸다. 29.5㎓의 공진 주파수에서, 상호 결합의 차이는 약 20dB이고, 이는 여기에 논의된 것과 같은 웨이브 트랩들을 포함하는 안테나 요소들 사이에 상당히 낮은 상호 결합을 나타낸다.
도 20은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 안테나(2001)를 포함하는 무선 통신 단말기(2000)의 블록도이다. 안테나(2001)는 도 4, 5a, 또는 5b 중 어느 것의 광대역 SIW 안테나(400)를 포함할 수 있고/있거나 도 15의 광대역 어레이 안테나(1500)를 포함할 수 있고/있거나 본 발명의 다양한 다른 실시예들에 따라 구성될 수 있다. 도 20을 참조하면, 단말기(2000)는 안테나(2001), 송수신기(2002), 프로세서(2008)를 포함하고, 통상적인 디스플레이(2010), 키패드(2012), 스피커(2014), 메모리(2016), 마이크로폰(2018), 및/또는 카메라(2020)를 더 포함할 수 있고, 이들 중 하나 이상은 안테나(2001)에 전기적으로 접속될 수 있다.
송수신기(2002)는 안테나(2001)의 상이한 방사 요소들에 그들의 각각의 RF 피드들을 통해 RF 신호들을 공급/수신하는 별개의 통신 경로들을 제공하는 송신/수신 회로(TX/RX)를 포함할 수 있다. 따라서, 안테나(2001)가 도 15에 도시한 것과 같은, 2개의 안테나 요소들(400a 및 400b)을 포함할 때, 송수신기(2002)는 도 15의 각각의 급전 구조체들(420a 및 420b)을 통해 안테나 요소들의 상이한 것들에 접속된 2개의 송신/수신 회로들(2004, 2006)을 포함할 수 있다.
프로세서(2008)와 동작 협력하는 송수신기(2002)는 하나 이상의 주파수 범위 내에서 적어도 하나의 무선 액세스 기술에 따라 통신하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 무선 액세스 기술은 WLAN(예를 들어, 802.11), WiMAX(마이크로웨이브 액세스를 위한 월드와이드 상호운용성), 트랜스퍼젯, 3GPP LTE(3세대 파트너쉽 프로젝트 롱 텀 에볼루션), 유니버설 이동 원거리통신 시스템(UMTS), 이동 통신을 위한 글로벌 표준(GSM), 일반 패킷 무선 서비스(GPRS), GSM 에볼루션을 위한 향상된 데이터 속도들(EDGE), DCS, PDC, PCS, 코드 분할 다중 액세스(CDMA), 광대역-CDMA, 및/또는 CDMA2000을 포함할 수 있지만, 이들로 제한되지 않는다. 다른 무선 액세스 기술들 및/또는 주파수 대역들이 또한 본 발명에 따른 실시예들에서 사용될 수 있다.
예를 들어, 안테나들의 방사 요소들, 및/또는 다른 요소들의 상대적 폭들, 도전 길이들, 및/또는 형상들과 같은 도 4 내지 9c, 및 15에 도시한 안테나들의 소자들의 소정의 특성들은 본 발명의 범위 내에서 변화할 수 있다는 것을 알 것이다. 그러므로, 많은 변형들 및 수정들이 본 발명의 원리들에서 실질적으로 벗어나지 않고서 실시예들에 대해 이루어질 수 있다. 모든 이러한 변형들 및 수정들은 본 발명의 범위 내에서 여기에 포함되는 것으로 의도된다.
웨이브 트랩들을 포함하는 광대역 SIW 안테나 및 광대역 SIW 안테나들의 어레이들을 위한 위에 논의된 안테나 구조들은 균일한 방사 패턴들을 갖는 이동 디바이스 주위의 3차원 공간을 덮는 고 이득 신호들을 발생함으로써 안테나 성능을 개선시킬 수 있다. 일부 실시예들에서, 추가 성능 개선들이 광대역 SIW 안테나의 대역폭을 개선시키기 위해 반사기를 추가함으로써 획득될 수 있다. 설명된 발명 개념들은 무지향성 방사 및/또는 넓은 대역폭을 갖는 안테나 구조들을 만들어 낸다.
여기에 사용된 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하는 목적을 위한 것이고 실시예들로 제한하려는 것은 아니다. 여기에 사용된 바와 같이, 단수 표현은 문맥이 분명히 달리 표명하지 않으면, 역시 복수를 포함하고자 한다. 용어들 "구성한다", "구성하는", "포함한다", "포함하는", "갖는", 및/또는 이들의 변형들이 여기에 사용될 때, 기술된 특징들, 단계들, 동작들, 요소들, 및/또는 소자들을 특정하지만, 하나 이상의 다른 특징들, 단계들, 동작들, 요소들, 소자들, 및/또는 이들의 그룹들의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
요소가 또 하나의 요소에 "결합되고", "접속되고", 또는 "응답하는" 것이라고 할 때, 그것이 또 하나의 요소에 직접 결합되고, 접속되고, 또는 응답하거나, 또는 개입하는 요소들이 또한 존재할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 반면에, 요소가 또 하나의 요소에 "직접 결합되고", "직접 접속되고", 또는 "직접 응답하는" 것이라고 할 때, 개입하는 요소들은 존재하지 않는다. 여기에 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 연관된 나열된 아이템들의 하나 이상의 임의의 및 모든 조합들을 포함한다.
"위에", "아래에", "위", "아래", "상부", "하부" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들은 도면에 도시된 하나의 요소 또는 특징의 또 하나의 요소(들) 또는 특징(들)과의 관계의 설명을 쉽게 하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은 도면에 도시된 배향 외에 사용 또는 동작에 있어서 디바이스의 상이한 배향을 포함하는 것으로 의도된다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 도면 내의 디바이스가 뒤집혀진다면, 다른 요소들 또는 특징들 "아래에" 있는 것으로 설명된 요소들은 다른 요소들 또는 특징들 "위에" 배향될 것이다. 그러므로, 용어 "아래에"는 위와 아래의 배향 둘 다를 포함할 수 있다. 디바이스는 달리 배향될 (90도 회전될 수 있거나 다른 배향들로 될) 수 있고 여기에 사용된 공간적으로 상대적인 설명 용어들은 그에 따라 해석된다. 널리 공지된 기능들 또는 구성들이 간결성 및/또는 명료성을 위해 상세히 설명되지 않는다.
용어들 "제1", "제2" 등이 다양한 요소들을 설명하기 위해 여기에 사용될 수 있지만, 이들 요소는 이들 용어들에 의해 제한되지 않아야 한다는 것을 이해할 것이다. 이들 용어는 한 요소를 다른 요소와 구별하기 위해 단지 사용된다. 그러므로, 제1 요소는 본 실시예들의 교시들에서 벗어나지 않고서 제2 요소라고 할 수 있다.
달리 정의되지 않는다면, 여기에 사용된 (기술적 및 과학적 용어들을 포함하는) 모든 용어들은 이들 실시예가 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에 의해 공통으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공통으로 사용되는 사전들에서 정의된 것들과 같은 용어들이 관련 기술의 맥락에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고 여기서 그렇게 명시적으로 정의되지 않는다면 이상화되거나 과도한 정식 의미로 해석되지 않을 것이라는 것을 또한 이해할 것이다.
많은 상이한 실시예들이 상기 설명 및 도면과 관련하여 여기에 개시되었다. 이들 실시예의 모든 조합 및 부조합을 문자 그대로 설명하고 예시한다는 것은 과도하게 자꾸 반복하고 애매하게 만든다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 도면을 포함하는 본 명세서는 여기에 설명된 실시예들의 모든 조합들 및 부조합들, 그들을 만들고 사용하는 방식 및 과정의 완전히 기재된 설명을 구성하는 것으로 해석될 것이고, 임의의 이러한 조합 또는 부조합을 청구하는 것을 지지할 것이다.
도면 및 명세서에서, 다양한 실시예들이 개시되었고, 특정한 용어들이 사용되었지만, 그들은 단지 포괄적이고 서술적인 의미에서 사용되고 제한의 목적들을 위한 것은 아니다.

Claims (21)

  1. 무선 전자 디바이스(101)로서,
    기판 일체형 웨이브가이드(SIW(412))(412);
    상기 SIW(412)의 제1 측 상의 제1 금속 층(404) - 상기 제1 금속 층(404)은 각각 상기 제1 금속 층(404)에 직접 접속되고 상기 제1 금속 층(404)의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장하는 하나 이상의 상부 웨이브 트랩(408)을 포함함 -;
    상기 SIW(412)의 상기 제1 측에 대향하는, 상기 SIW(412)의 제2 측 상의 제2 금속 층(422);
    상기 제1 금속 층(404)을 통해 그리고 상기 SIW(412) 내로 연장하는 급전 구조체(420); 및
    상기 SIW(412)의 상기 제1 측 상의 반사기(406) - 상기 반사기(406)는 상기 제1 금속 층(404)에 직접 접속되고 상기 제1 금속 층(404)의 상기 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장함 - 를 포함하고,
    상기 무선 전자 디바이스(101)는 상기 급전 구조체(420)를 통해 송신 또는 수신된 신호에 의해 여기될 때 공진 주파수에서 공진하도록 구성되고,
    상기 하나 이상의 상부 웨이브 트랩(408)은 상기 급전 구조체(420)를 통해 송신 또는 수신된 신호에 기초하여 상기 반사기(406)에 의해 방사된 신호를 성형하도록 구성된 무선 전자 디바이스(101).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 금속 층(422)은 각각 상기 제2 금속 층(422)에 직접 접속되고 상기 제2 금속 층(422)의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장하는 하나 이상의 하부 웨이브 트랩(410)을 포함하고,
    상기 하나 이상의 하부 웨이브 트랩(410)은 상기 상부 웨이브 트랩들(408) 중의 각각의 상부 웨이브 트랩들(408)들과 수직으로 정렬되는 무선 전자 디바이스(101).
  3. 제1항에 있어서, 상기 급전 구조체(420)는
    피드 비아(416);
    상기 피드 비아(416)로부터 이격되고 상기 피드 비아(416)를 둘러싸는 링 구조체(418); 및
    상기 링 구조체(418)와 상기 피드 비아(416) 사이의 절연체(424)를 포함하는 무선 전자 디바이스(101).
  4. 제3항에 있어서, 상기 링 구조체(418)의 반경 및/또는 상기 링 구조체(418)의 폭은 상기 급전 구조체(420)에 전기적으로 결합된 신호 급전 요소와 임피던스 정합하도록 구성된 무선 전자 디바이스(101).
  5. 제1항에 있어서, 상기 급전 구조체(420)는 상기 제1 금속 층(404)으로부터 상기 SIW(412)를 통해 상기 제2 금속 층(422)까지 연장하는 무선 전자 디바이스(101).
  6. 제1항에 있어서, 상기 하나 이상의 상부 웨이브 트랩(408)은
    상기 급전 구조체(420)의 제1 측 상의 제1 상부 웨이브 트랩(408a), 및
    상기 급전 구조체(420)의 상기 제1 측에 대향하는 상기 급전 구조체(420)의 제2 측 상의 제2 상부 웨이브 트랩(408b)을 포함하는 무선 전자 디바이스(101).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 상부 웨이브 트랩(408a)과 상기 제2 상부 웨이브 트랩(408b)은 상기 급전 구조체(420)로부터 등간격으로 떨어져 있는 무선 전자 디바이스(101).
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 상부 웨이브 트랩(408a), 상기 제2 상부 웨이브 트랩(408b) 및 상기 반사기(406)는 상기 SIW(412)의 상기 제1 측의 주 평면을 따라 서로 거의 평행하고,
    상기 반사기(406)는 상기 제1 상부 웨이브 트랩(408a)과 상기 제2 상부 웨이브 트랩(408b)으로부터 이격되고/되거나 등간격으로 떨어져 있는 무선 전자 디바이스(101).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 상부 웨이브 트랩(408a)과 상기 제2 상부 웨이브 트랩(408b)은 상기 제1 금속 층(404)에 직접 접속되고 상기 SIW(412)와 중첩하지 않는 무선 전자 디바이스(101).
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 금속 층(404)은 상기 SIW(412)와 중첩하는 상기 제1 금속 층(404)을 따라 이격된 복수의 상부 비아 홀들(414)을 포함하고,
    상기 제2 금속 층(422)은 상기 복수의 상부 비아 홀들(414) 중의 각각의 상부 비아 홀들(414)과 거의 수직으로 정렬된 복수의 하부 비아 홀들(414)을 포함하고,
    상기 급전 구조체(420)는 상기 제1 금속 층(404) 내의 상기 복수의 상부 비아 홀들(414) 중 적어도 2개의 상부 비아 홀들(414) 사이에 있는 무선 전자 디바이스(101).
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 상부 웨이브 트랩들(408) 중의 제1 상부 웨이브 트랩(408a)은 상기 제1 금속 층(404) 내에 노치를 포함하고,
    상기 노치의 한 측 상의 상기 제1 상부 웨이브 트랩(408a)의 제1 부분(428a)은 상기 노치의 또 하나의 측 상의 상기 제1 상부 웨이브 트랩(408a)의 제2 부분(428b)에 평행하고 상기 제2 부분(428b)으로부터 이격되는 무선 전자 디바이스(101).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 상부 웨이브 트랩(408a)과 상기 제2 상부 웨이브 트랩(408b)은 상기 급전 구조체(420)로부터 등간격으로 떨어져 있고,
    상기 제1 상부 웨이브 트랩(408a)의 상기 제1 부분(428a)과 상기 제1 상부 웨이브 트랩(408a)의 상기 제2 부분(428b)은 상기 SIW(412)로부터 멀리 등간격으로 연장하는 무선 전자 디바이스(101).
  13. 제11항에 있어서,
    상기 SIW(412)로부터 멀리 연장하는 상기 제1 상부 웨이브 트랩(408a)의 상기 제1 부분(428a)의 길이는 상기 공진 주파수의 0.25 유효 파장들과 0.5 유효 파장들 사이이고,
    상기 SIW(412)로부터 멀리 연장하는 상기 제1 상부 웨이브 트랩(408a)의 상기 제2 부분(428b)의 길이는 상기 공진 주파수의 0.25 유효 파장들과 0.5 유효 파장들 사이인 무선 전자 디바이스(101).
  14. 제1항에 있어서,
    상기 SIW(412)로부터 멀리 연장하는 상기 반사기(406)의 길이는 상기 공진 주파수의 0.25 유효 파장들과 0.5 유효 파장들 사이인 무선 전자 디바이스(101).
  15. 제2항에 있어서, 상기 무선 전자 디바이스(101)는
    하나 이상의 추가 SIW(412);
    상기 제1 금속 층(404)을 통해 연장하는 하나 이상의 추가 급전 구조체(420) - 상기 하나 이상의 추가 급전 구조체(420)는 상기 추가 SIW들(412) 중의 각각의 추가 SIW들(412)에 연관됨 -; 및
    상기 SIW(412)의 상기 제1 측 또는 상기 제2 측 상의 하나 이상의 추가 반사기(406) - 상기 하나 이상의 추가 반사기(406)는 상기 추가 SIW들(412) 중의 각각의 추가 SIW들(412)에 연관되고 상기 제1 금속 층(404)의 상기 제1 측의 주 평면을 따라 또는 상기 제2 금속 층(422)의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장함 - 를 더 포함하는 무선 전자 디바이스(101).
  16. 제15항에 있어서,
    상기 SIW(412)에 인접한 상기 추가 SIW들(412) 중 하나에 연관된 상기 추가 반사기들(406) 중 하나는 상기 제2 금속 층(422) 상에 있고 상기 제2 금속 층(422)의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장하는 무선 전자 디바이스(101).
  17. 무선 전자 디바이스(101)로서,
    서로 이격되고 한 평면 내에 배열된 복수의 기판 일체형 웨이브가이드들(SIW들)(412);
    상기 SIW들(412)의 제1 측 상의 제1 금속 층(404) - 상기 제1 금속 층(404)은 복수의 상부 웨이브 트랩들(408)을 포함하고, 상기 복수의 상부 웨이브 트랩들(408)은 각각 상기 제1 금속 층(404)에 직접 접속되고 상기 제1 금속 층(404)의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장함 -;
    상기 SIW들(412)의 상기 제1 측에 대향하는, 상기 SIW들(412)의 제2 측 상의 제2 금속 층(422) - 상기 제2 금속 층(422)은 복수의 하부 웨이브 트랩들(410)을 포함하고, 상기 복수의 하부 웨이브 트랩들(410)은 각각 상기 제2 금속 층(422)에 직접 접속되고 상기 제2 금속 층(422)의 제1 측의 주 평면을 따라 밖으로 연장함 -;
    상기 SIW들(412) 중의 각각의 SIW들(412)에 연관된 복수의 급전 구조체들(420) - 상기 복수의 급전 구조체들(420)은 상기 제1 금속 층(404)을 통해 그리고 상기 연관된 SIW(412) 내로 연장함 -; 및
    상기 제1 금속 층(404) 또는 상기 제2 금속 층(422)의 상기 주 평면에 직접 접속되고 그 주 평면을 따라 밖으로 연장하는 복수의 반사기들(406) - 상기 복수의 반사기들(406) 중의 각각의 반사기들(406)은 상기 SIW들(412) 중의 각각의 SIW들(412)에 연관되고, 상기 복수의 반사기들(406) 중 제1 반사기(406b)는 상기 복수의 SIW들(412) 중 제1 SIW(412b)에 연관되고 상기 제1 금속 층(404)의 상기 제1 측을 따라 밖으로 연장하고, 상기 복수의 반사기들(406) 중 제2 반사기(406a)는 상기 복수의 SIW들(412) 중 상기 제1 SIW(412b)에 인접한 제2 SIW(412a)에 연관되고, 상기 제2 금속 층(422)의 상기 제1 측을 따라 밖으로 연장함 - 을 포함하고,
    상기 무선 전자 디바이스(101)는 상기 급전 구조체들(420) 중 적어도 하나를 통해 송신 또는 수신된 신호에 의해 여기될 때 공진 주파수에서 공진하도록 구성되고,
    상기 복수의 상부 웨이브 트랩들(408) 중 제1 상부 웨이브 트랩(408c) 및 제2 상부 웨이브 트랩(408b)은 각각 상기 제1 반사기(406b)에 인접하고 상기 급전 구조체들(420) 중 적어도 하나를 통해 송신 또는 수신된 신호에 기초하여 상기 반사기(406b)에 의해 방사된 신호를 트랩하도록 구성된 무선 전자 디바이스(101).
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 반사기(406b)는 상기 제1 상부 웨이브 트랩(408c) 및 상기 제2 상부 웨이브 트랩(408b)에 거의 평행하고,
    상기 제1 반사기(406b)는 상기 제1 상부 웨이브 트랩(408c)과 상기 제2 상부 웨이브 트랩(408b) 사이에 연장하고,
    상기 제2 반사기(406a)는 상기 복수의 하부 웨이브 트랩들(410) 중 제1 하부 웨이브 트랩(410b) 및 제2 하부 웨이브 트랩(410a)에 거의 평행하고,
    상기 제2 반사기(406a)는 상기 제1 하부 웨이브 트랩(410b)과 상기 제2 하부 웨이브 트랩(410a) 사이에 연장하는 무선 전자 디바이스(101).
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 상부 웨이브 트랩(408b)은 상기 제1 하부 웨이브 트랩(410b)과 수직으로 정렬하고,
    상기 복수의 상부 웨이브 트랩들(408)은 상기 제2 하부 웨이브 트랩(410a)과 수직으로 정렬하는 제3 상부 웨이브 트랩(408a)을 더 포함하고,
    상기 복수의 하부 웨이브 트랩들(410)은 상기 제1 상부 웨이브 트랩(408c)과 수직으로 정렬하는 제3 하부 웨이브 트랩(410c)을 더 포함하는 무선 전자 디바이스(101).
  20. 제17항에 있어서, 상기 무선 전자 디바이스(101)는
    제1 복수의 상기 SIW들(412)을 포함하는 제1 서브어레이; 및
    제2 복수의 상기 SIW들(412)을 포함하는 제2 서브어레이를 더 포함하는 무선 전자 디바이스(101).
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1 서브어레이 및/또는 상기 제2 서브어레이는 다중-입력 및 다중-출력(MIMO) 통신 및/또는 다이버시티 통신을 전송하도록 구성된 무선 전자 디바이스(101).
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