KR20180079012A - 안테나용 빔 형성 보조부 및 이를 포함하는 단말 - Google Patents

안테나용 빔 형성 보조부 및 이를 포함하는 단말 Download PDF

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Abstract

본 발명은 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 안테나용 빔 형성 보조부 및 이를 포함하는 단말을 개시하며, 보다 구체적으로 본 발명은 상기 단말에 내장된 안테나에서 방사되는 전파가 왜곡없이 단말 외부로 방사될 수 있도록 하는 안테나용 빔 형성 보조부를 개시한다.

Description

안테나용 빔 형성 보조부 및 이를 포함하는 단말{ASSIST ELEMENT OF BEAM SHAPING FOR ANTENNA AND TERMINAL INCLUDING THE ASSIST ELEMENT}
본 발명은 안테나용 빔 형성 보조부 및 이를 포함하는 단말을 개시하며, 보다 구체적으로 본 발명은 상기 단말에 내장된 안테나에서 방사되는 전파가 왜곡없이 단말 외부로 방사될 수 있도록 하는 안테나용 빔 형성 보조부를 개시한다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술인 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
5G 통신 시스템에서는 전파 대역을 초고주파 대역을 사용하므로 전파의 커버리지 범위가 극히 제한된다. 예를 들어, 초고주파 대역의 전파는 직진성이 강해지고 회절성이 낮아지는 특성이 있으므로, 장애물(예: 건물이나 지형지물) 등에 의한 손실이 커질 수 있다.
이러한 손실을 방지하기 위하여, 최근에는 마이크로파 통신의 초기단계에서 사용되던, 렌즈가 다시 주목 받고 있다. 안테나에 활용되는 렌즈는, 광학적 렌즈와 유사한 원리를 이용하여 전파의 이득(gain) 및/또는 커버리지(coverage)를 향상시키는데 사용될 수 있다.
5G 통신 시스템에서 단말에 활용되는 안테나는 상기에서 개시한 안테나의 특성으로 인해 단말에 내장될 수 있으며, 이로 인해 안테나의 방사패턴에 왜곡이 발생할 수 있다.
특히, 단말의 테두리를 둘러싸고 있는 금속 베젤에 의하여 방사패턴에 왜곡이 발생할 수 있는바, 본 발명에서는 빔 형성 보조부를 통해 금속 베젤에 의한 방사패턴의 왜곡을 최소화할 수 있는 단말을 제공한다.
본 발명에 단말은 단말의 테두리를 따라 배치되는 금속 베젤; 상기 단말에 내장되어 전파를 방사하는 안테나; 및 상기 단말에 내장되고, 상기 안테나와 기설정된 거리만큼 이격되어 배치되며, 상기 안테나에서 방사되는 전파가 상기 금속 베젤을 통과할 수 있도록 구성된 빔 형성 보조부;를 포함한다.
상기 안테나를 통해 방사되는 전파와 마주하는 상기 빔 형성 보조부의 일면에는, 상기 안테나에서 방사되는 전파가 상기 금속 베젤을 통과할 수 있도록 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나를 통해 방사되는 전파가 상기 패턴과 충돌하는 경우, 상기 패턴과 충돌하는 전파의 진행속도는 감소하는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나를 통해 방사되는 전파가 상기 패턴과 충돌하는 경우, 상기 패턴과 충돌하는 전파의 전파상수는 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기 전파상수의 증가로 인하여, 진행속도가 감소된 전파는 왜곡없이 상기 단말의 외부로 방사되는 것을 특징으로 한다.
상기 패턴은, 일정한 형상을 가지는 단위패턴이 주기적으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나는 빔포밍 안테나이며 상기 기설정된 거리는 상기 빔포밍 안테나의 파장보다 짧은 것을 특징으로 한다.
상기 빔 형성 보조부는 상기 금속 베젤의 일면에 부착되며, 상기 금속 베젤의 일면에는 적어도 하나의 포트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 빔 형성 보조부는 상기 금속 베젤의 일면에 부착되며, 상기 금속 베젤의 일면은 복수개로 분절되는 것을 특징으로 한다.,
상기 빔 형성 보조부는 평면 렌즈인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 단말은 단말의 테두리를 따라 배치되는 금속 베젤; 상기 단말에 내장되어 전파를 방사하는 안테나; 및 상기 단말에 내장되며, 상기 안테나와 기설정된 거리만큼 이격되어 배치되는 빔 형성 보조부;를 포함하며, 상기 빔 형성 보조부는, 상기 안테나를 통해 방사되는 전파의 위상을 보상하는 필름층; 및 상기 안테나를 통해 방사되는 전파가 상기 금속 베젤을 통과할 수 있도록 구성된 패턴층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 패턴층의 일면에는, 상기 안테나에서 방사되는 전파가 상기 금속 베젤을 통과할 수 있도록 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 패턴층은, 금속으로 구성된 제1 영역과 유전체(dielectric)로 구성된 제2 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 패턴층은, 일정한 형상을 가지는 단위패턴이 주기적으로 배열되어 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 패턴층은, 상기 안테나를 통해 방사되는 전파가 상기 패턴층과 충돌하는 경우, 상기 패턴층과 충돌하는 전파의 전파상수를 증가시키는 것을 특징으로 한다.
상기 전파상수의 증가로 인하여, 진행속도가 감소된 전파는 왜곡없이 상기 단말의 외부로 방사되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 안테나 어셈블리는 전파를 방사하는 안테나; 및 상기 안테나와 기설정된 거리만큼 이격되어 배치되며, 상기 안테나에서 방사되는 전파의 진행속도를 감소시키는 빔 형성 보조부;를 포함한다.
상기 안테나를 통해 방사되는 전파와 마주하는 상기 빔 형성 보조부의 일면에는, 상기 안테나에서 방사되는 전파의 진행속도가 감소될 수 있도록 패턴이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 안테나를 통해 방사되는 전파가 상기 패턴과 충돌하는 경우, 상기 패턴과 충돌하는 전파의 전파상수는 증가하는 것을 특징으로 한다.
상기 패턴은, 일정한 형상을 가지는 단위패턴이 주기적으로 배열되는 것을 특징으로 한다.
상기 빔 형성 보조부는 평면 렌즈인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 단말에 내장된 안테나의 방사패턴이 금속 베젤에 의하여 왜곡되는 것을 최소화할 수 있어, 안테나의 전파 이득 및 커버리지를 향상시킬 수 있다.
도 1a는 열린 공간에서 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면이다.
도 1b는 금속 베젤을 포함하는 단말에 안테나가 내장된 경우 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 빔 형성 보조부를 포함하는 단말의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 빔 형성 보조부의 패턴 형상을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예 따른 안테나와 빔 형성 보조부의 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 5a는 금속 베젤을 포함하는 단말에 안테나가 내장된 경우 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면이다.
도 5b는 빔 형성 보조부를 포함하는 단말에 안테나가 내장된 경우 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면이다.
도 6은 빔 형성 보조부를 포함하는 단말과 빔 형성 보조부를 포함하지 않는 단말의 방사패턴을 비교한 그래프이다.
도 7a는 본 발명의 일실시예 따른 빔 형성 보조부의 패턴 형상을 나타낸 도면이다.
도 7b는 빔 형성 보조부를 포함하는 단말과 빔 형성 보조부를 포함하지 않는 단말의 방사패턴을 비교한 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 빔 형성 보조부를 포함하는 금속 베젤에 포트가 형성된 경우를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 빔 형성 보조부를 포함하는 금속 베젤이 분절된 경우를 나타낸 도면이다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다. 또한 실시 예에서 '~부'는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
도 1a는 열린 공간에서 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면이다.
열린 공간은 전자장의 수평(parallel) 방향 성분과 수직(normal) 방향 성분이 모두 존재하는 경우로, 안테나 또는 전자파 방사장치를 통해 방사되는 전파가 왜곡없이 외부로 방사될 수 있는 공간을 의미한다.
따라서 도 1a에서 개시하고 있는 안테나(100)의 방사패턴을 살펴보면, 전파가 방사되는 전 영역에서 방사패턴이 고르게 형성되는 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 안테나(100)를 통해 방사되는 전파가 왜곡되지 않고 외부로 방사된다.
반면에 도 1b는 금속 베젤을 포함하는 단말에 안테나가 내장된 경우 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면이다.
일반적으로 단말에 적용되는 베젤(110)은 도 1b에서 개시하고 있는 바와 같이 상기 단말의 테두리를 따라 배치될 수 있다. 또한 상기 베젤(110)은 금속 재질 또는 플라스틱 재질과 같이 다양한 재질로 구성될 수 있다.
베젤(110)이 플라스틱 재질로 구성될 경우에는 안테나(100)를 통해 방사되는 전파가 왜곡되지 않고 단말 외부로 방사되므로 단말과 기지국간의 통신에 문제가 발생하지 않는다.
그러나, 베젤(110)이 금속으로 구성되거나, 금속 재질을 포함하는 경우에는, 안테나(100)를 통해 방사되는 전파가 상기 베젤(110)에 의하여 왜곡될 수 있다. 특히, 5G 통신에 활용되는 초고주파(mmwave) 안테나의 경우에는 짧은 파장으로 인하여 금속 베젤(110)에 의한 안테나(100)의 방사 성능 열화가 발생할 수 있다.
이와 같은 방사 성능 열화는 도 1b에서 개시하고 있는 안테나(100)의 방사패턴을 통해 확인할 수 있다. 도 1b의 방사패턴을 살펴보면, 특정 영역에서는 방사패턴이 형성되지 않는 것을 확인할 수 있다. 즉, 상기 특정 영역에서는 안테나를 통해 방사되는 전파가 왜곡되는 것이다.
따라서, 도 1a와 도 1b의 방사패턴 비교를 통해, 금속 베젤을 포함하는 단말에 안테나가 내장된 경우 상기 안테나를 통해 단말 외부로 방사되는 전파에는 왜곡이 발생한다는 것을 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 빔 형성 보조부를 포함하는 단말의 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명에서 개시하고 있는 빔 형성 보조부는 안테나를 통해 생성되는 빔의 위상을 보상하고 이를 다시 방사하는 역할을 하며, 상기 빔 형성 보조부를 통과한 안테나의 방사 에너지는 위상이 변환되어 방사하는 방향 및 에너지의 크기가 변할 수 있다. 즉, 안테나를 통해 방사되는 빔의 형성을 보조하며, 렌즈가 이에 포함될 수 있다.
도 2에 따른 단말은 단말의 테두리를 따라 배치되는 금속 베젤(210), 상기 단말에 내장되어 전파를 방사하는 안테나(200) 및 상기 단말에 내장되며, 상기 안테나(200)와 기설정된 거리만큼 이격되어 배치되는 빔 형성 보조부(220);를 포함한다.
상기 안테나(200)를 통해 방사되는 전파와 마주하는 빔 형성 보조부(220)의 일면은 도 2에서 개시하고 있는 바와 같이 패턴이 형성될 수 있다. 상기 빔 형성 보조부(220)의 일면에 패턴을 형성하는 이유는 상기 안테나(200)를 통해서 방사되는 전파의 진행속도를 감소시키기 위함이다.
안테나에서 방사되는 전파의 진행속도가 느려지면 전파의 진행방향에 금속이 가로막고 있더라도 상기 금속에 의하여 왜곡이 발생하지 않는다. 따라서 본 발명에서는 이러한 특성을 이용하기 위해 안테나(200)를 통해 방사되는 전파와 마주하는 빔 형성 보조부(220)에 안테나(200)를 통해 방사되는 전파의 진행속도를 낮출 수 있도록 패턴을 형성하는 것이다.
구체적으로, 안테나(200)를 통해 방사되는 전파가 상기 패턴과 충돌하는 경우, 상기 패턴과 충돌하는 전파의 전파상수가 증가한다. 여기서 전파상수는 하기의 수학식 1에 의하여 정의되는 상수이다.
Figure pat00001
k: 전파상수, f: 주파수, μ: 투자율, ε: 유전율
상기 수학식 1에서 투자율은 자계가 형성되어 전파의 진행을 방해하는 정도를 비율로 나타낸 것이며, 유전율은 전계가 형성되어 전파의 진행을 방해하는 정도를 비율로 나타낸 것이다. 따라서, 투자율과 유전율이 높을수록 전파상수는 큰 값을 가지며, 이에 따라 전파의 진행속도는 감소한다.
상기 패턴은 안테나를 통해 방사되는 전파와 마주하는 일면에 형성이 되는데, 빔 형성 보조부 자체에 형성되는 방법 외에 도 2의 확대도에서 도시하고 있는 바와 같이 빔 형성 보조부를 필름층(221)과 패턴층(223)으로 구성하는 방법도 고려해 볼 수 있다.
상기 필름층은(221)은 안테나(200)에서 방사하는 에너지를 받아 위상을 보상해주며, 상기 필름층(221)을 통과한 방사 에너지는 위상이 변화되어 방사하는 방향 또는 에너지의 크기가 변화할 수 있다.
패턴층(223)은 앞서 개시한 바와 같이 안테나(200)를 통해 방사되는 전파의 진행속도를 감소시켜, 안테나(200)를 통해 방사되는 전파가 왜곡없이 금속 베젤(210) 외부로 방사될 수 있도록 한다.
본 발명에서는 안테나를 통해 방사되는 전파가 베젤 형상을 가지는 금속을 통과하여 외부로 방사될 수 있다고만 개시하고 있으나, 본 발명에 따른 권리범위는 이에 한정되어서는 안 될 것이다.
안테나를 통해 방사되는 전파가 상기 패턴층에 의해 진행속도가 느려지면, 상기 전파는 어떠한 형상을 가지는 금속이라도 왜곡없이 통과할 수 있으며, 이를 통해 상기 금속에 의한 안테나 이득 및 커버리지의 손실을 회복할 수 있다.
상기 패턴층은 다양한 형상으로 형성될 수 있는데, 도 3에서 본 발명의 일실시예에 따른 빔 형성 보조부의 패턴 형상을 나타내고 있다.
패턴층(300)은 금속으로 구성된 제1 영역(310)과 유전체(dielectric)로 구성된 제2 영역(320)을 포함할 수 있으며, 상기 제1 영역(310)과 제2 영역(320)의 주기적인 배치를 통해 패턴층(300)을 형성할 수 있다.
구체적으로, 일정한 형상을 가지는 단위패턴을 주기적으로 패턴층(300)에 배열할 수 있다. 도 3은 일례로써 단위패턴이 격자무늬를 가지는 경우를 도시한 것으로, 동일한 형상을 가지는 격자무늬가 패턴층(300)에 주기적으로 배치될 수 있다. 여기서 단위패턴은 패턴층(300)을 구성하는 유닛(unit)으로 상기 단위패턴이 주기적으로 복수개 배열되어 하나의 패턴층(300)을 구성한다.
도 4는 본 발명의 일실시예 따른 안테나와 빔 형성 보조부의 배치 구조를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 빔 형성 보조부(410)는 안테나(400)와 기설정된 거리(d)만큼 이격되어 배치된다. 상기 빔 형성 보조부(410)는 앞서 개시한 바와 같이 기본적으로 전파의 위상을 보상하는 역할을 하므로, 빔 형성 보조부(410)와 안테나(400)간의 이격거리(d)는 빔 형성 보조부의 성능을 결정하는데 중요한 요소이다.
특히, 5G 통신에 활용되는 초고주파 안테나의 경우 빔 형성 보조부(410)와 안테나(400)간의 이격거리(d)가 특정값 이상이 되면, 빔 형성 보조부(410)의 성능이 급격하게 하락된다.
따라서 본 발명에서는 전파를 방사하는 안테나(400)가 빔포밍 안테나와 같이 초고주파 안테나인 경우에는 빔 형성 보조부(410)와 빔포밍 안테나(400)간의 이격거리(d)를 상기 빔포밍 안테나(400)의 파장보다 짧게 설정하는 방법을 개시하고 있으며, 이를 통해 빔 형성 보조부(410)의 성능 열화를 방지할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따를 경우 도 4에서 개시하고 있는 바와 같이, 빔 형성 보조부(410)를 평면 렌즈로 구성하여, 단말 내에서 빔 형성 보조부(410)가 차지하는 면적을 최소화할 수 있다.
도 5a는 금속 베젤을 포함하는 단말에 안테나가 내장된 경우 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면이다.
도 5a에서 개시하고 있는 방사패턴을 통해 안테나(500)가 금속 베젤(510)을 포함하는 단말에 내장된 경우, 안테나(500)를 통해 방사되는 전파의 방사패턴에는 왜곡이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
이는 안테나를 통해 방사되는 전파의 일부가 금속 베젤(510)에 의하여 반사 또는 산란되어 단말 외부로 방사될 수 없기 때문이며, 상기 왜곡으로 인하여 단말과 기지국간에 원활한 통신이 이루어질 수 없다.
반면에 도 5b는 패턴이 형성된 빔 형성 보조부를 포함하는 단말에 안테나가 내장된 경우 안테나의 방사패턴을 나타낸 도면으로 본 발명의 일실시예에 따라 렌즈를 빔 형성 보조부로 구성한 경우의 방사패턴을 나타낸 도면이다.
구체적으로 도 5b에서 개시하고 있는 안테나(500)와 금속 베젤(510)은 도 5a에서 개시하고 있는 안테나(500) 및 금속 베젤(510)과 종류 및 배치되는 위치가 모두 동일하다.
다만, 도 5b에는 안테나(500)와 기설정된 거리마큼 이격되어 배치되는 빔 형성 보조부(520)를 더 포함하며, 상기 안테나(500)를 통해 방사되는 전파와 마주하는 상기 빔 형성 보조부(520)의 일면에는 패턴이 형성되어 있다.
또는, 빔 형성 보조부(520)가 필름층과 패턴층으로 형성되고, 상기 패턴층이 안테나(500)를 통해 방사되는 전파와 마주하는 상기 빔 형성 보조부(520)의 일면에 배치될 수 있다.
패턴이 형성된 빔 형성 보조부(520)가 안테나(500)와 금속 베젤(510) 사이에 배치된 경우 안테나(500)의 방사패턴은 도 5a에서 개시하고 있는 방사패턴과는 상이한 것을 확인할 수 있는데, 특히, 도 5a에서 왜곡이 발생한 것으로 확인 되었던 방사패턴 영역이 회복된 것을 확인할 수 있다.
따라서 패턴이 형성된 빔 형성 보조부(520)를 포함하는 단말의 경우, 안테나(500)를 통해 방사되는 전파가 전 영역에서 왜곡없이 방사되므로 기지국과 원활한 통신을 수행할 수 있다.
도 6은 빔 형성 보조부를 포함하는 단말과 빔 형성 보조부를 포함하지 않는 단말의 방사패턴을 비교한 그래프로, 본 발명의 일실시예에 따라 렌즈를 빔 형성 보조부로 구성한 경우의 방사패턴을 비교한 그래프이다.
도 6의 그래프를 통해 본 발명에 따른 방사패턴 회복 효과를 확인할 수 있다. 구체적으로 패턴이 형성된 빔 형성 보조부가 포함되어 있지 않은 단말의 경우에는 YZ 평면에서 60°와 120° 방향에는 전파가 방사되지 않는 것을 확인할 수 있다. 즉, 단말에 배치된 금속 베젤에 의하여 상기 60°와 120°의 방향으로 방사되는 전파는 산란 또는 반사 되는 것이다.
반면에, 패턴이 형성된 빔 형성 보조부를 포함하는 단말은 YZ 평면의 60°와 120°방향에서 모두 전파가 왜곡없이 방사되는 것을 확인할 수 있으며, 이 외에 영역에서도 왜곡없이 고르게 전파가 방사되는 것을 확인할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 일실시예 따른 빔 형성 보조부의 패턴 형상을 나타낸 도면이다.
앞서 개시한 바와 같이 본 발명에 따른 빔 형성 보조부의 패턴은 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 도 3에서는 이에 대한 일례로써 패턴이 격자무늬의 형태를 가지는 경우를 도시하였다.
도 7a는 빔 형성 보조부에 세로줄 형상의 패턴층(700)이 형성된 경우를 나타낸 것이다. 구체적으로 상기 패턴층(700)은 금속으로 구성된 제1 영역(710)과 유전체로 구성된 제2 영역(720)을 포함하며, 상기 제1 영역(710)과 상기 제2 영역(720)의 주기적인 배치를 통해 세로줄 형상의 패턴층(700)을 형성할 수 있다.
도 7b는 빔 형성 보조부를 포함하는 단말과 빔 형성 보조부를 포함하지 않는 단말의 방사패턴을 비교한 그래프로, 본 발명의 일실시예에 따라 렌즈를 빔 형성 보조부로 구성한 경우의 방사패턴을 비교한 그래프이다.
도 7b의 그래프는 안테나의 방사패턴을 XY 평면에서 도시한 그래프이다. 상기 그래프를 통해 XY 평면의 90°방향으로 방사되는 전파의 커버리지가 확장되는 것을 확인할 수 있다.
즉, 본 발명에 따라 빔 형성 보조부에 패턴층 또는 패턴을 형성할 경우, 패턴을 통해 전파의 왜곡을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 빔 형성 보조부에 의해 전파 커버리지도 확장시킬 수 있는 것이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 빔 형성 보조부를 포함하는 금속 베젤에 포트가 형성된 경우를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 단말은 도 8에서 개시하고 있는 바와 같이 상기 단말에 내장되어 전파를 방사하는 안테나(800), 상기 단말의 테두리를 따라 배치되는 금속 베젤(810) 및 상기 단말에 내장되며, 상기 안테나와 기설정된 거리만큼 이격되어 배치되는 빔 형성 보조부(820)를 포함하며, 상기 안테나(800)를 통해 방사되는 전파와 마주하는 상기 빔 형성 보조부(820)의 일면에는 패턴이 형성된다.
여기서 빔 형성 보조부(820)는 별물로 형성되어 안테나(800)와 금속 베젤(810) 사이에 배치될 수 있으며, 필요에 따라 금속 베젤(810)의 일면에 패턴이 형성된 빔 형성 보조부(820)를 포함시킬 수도 있다.
이 경우, 패턴이 형성된 빔 형성 보조부(820)가 금속 베젤(810)과 함께 형성될 수 있어, 공정상 이점이 발생할 수 있다. 다만, 본 발명에서 개시하고 있는 발명의 효과를 얻기 위해서는 패턴이 형성된 빔 형성 보조부(820)를 안테나(800)를 통해 방사되는 전파와 마주하는 금속 베젤(810)의 일면에 포함시켜야 할 것이다.
또한, 본 발명에 따를 경우, 패턴이 형성된 빔 형성 보조부(820)를 포함하는 금속 베젤(810)의 일면에 적어도 하나의 포트(831, 833)가 형성될 수 있으며, 상기 포트는 USB 포트 또는 마이크로폰 포트를 포함할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따라 빔 형성 보조부를 포함하는 금속 베젤이 분절된 경우를 나타낸 도면이다.
도 8과 동일하게 패턴이 형성된 빔 형성 보조부(920)는 금속 베젤(910)과 함께 형성될 수 있으며, 이 경우 패턴이 형성된 빔 형성 보조부(920)는 안테나(900)를 통해 방사되는 전파와 마주하는 금속 베젤(910)의 일면에 포함되어야 할 것이다.
더불어, 패턴이 형성된 빔 형성 보조부(920)를 포함하는 금속 베젤(910)은 복수개(931, 933, 935)로 분절될 수 있는데, 분절되더라도 단말은 상기 패턴이 형성된 빔 형성 보조부(920)를 통해 안테나(900)를 통해 방사되는 전파의 왜곡을 방지할 수 있으며, 전파의 커버리지도 확장시킬 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한 상기 각각의 실시 예는 필요에 따라 서로 조합되어 운용할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예 1와 실시예 2, 그리고 실시예3의 일부분들이 서로 조합되어 기지국과 단말이 운용될 수 있다. 또한 상기 실시예들은 LTE 시스템을 기준으로 제시되었지만, 5G 혹은 NR 시스템 등 다른 시스템에도 상기 실시예의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이실시 가능할 것이다.

Claims (21)

  1. 단말의 테두리를 따라 배치되는 금속 베젤;
    상기 단말에 내장되어 전파를 방사하는 안테나; 및
    상기 단말에 내장되고, 상기 안테나와 기설정된 거리만큼 이격되어 배치되며, 상기 안테나에서 방사되는 전파가 상기 금속 베젤을 통과할 수 있도록 구성된 빔 형성 보조부;를,
    포함하는 단말.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나를 통해 방사되는 전파와 마주하는 상기 빔 형성 보조부의 일면에는, 상기 안테나에서 방사되는 전파가 상기 금속 베젤을 통과할 수 있도록 패턴이 형성되는 것을,
    특징으로 하는 단말.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 안테나를 통해 방사되는 전파가 상기 패턴과 충돌하는 경우, 상기 패턴과 충돌하는 전파의 진행속도는 감소하는 것을,
    특징으로 하는 단말.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 안테나를 통해 방사되는 전파가 상기 패턴과 충돌하는 경우, 상기 패턴과 충돌하는 전파의 전파상수는 증가하는 것을,
    특징으로 하는 단말.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전파상수의 증가로 인하여, 진행속도가 감소된 전파는 왜곡없이 상기 단말의 외부로 방사되는 것을,
    특징으로 하는 단말.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 패턴은, 일정한 형상을 가지는 단위패턴이 주기적으로 배열되는 것을,
    특징으로 하는 단말.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 안테나는 빔포밍 안테나이며,
    상기 기설정된 거리는 상기 빔포밍 안테나의 파장보다 짧은 것을,
    특징으로 하는 단말.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 빔 형성 보조부는 상기 금속 베젤의 일면에 부착되며, 상기 금속 베젤의 일면에는 적어도 하나의 포트를 포함하는 것을,
    특징으로 하는 단말.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 빔 형성 보조부는 상기 금속 베젤의 일면에 부착되며, 상기 금속 베젤의 일면은 복수개로 분절되는 것을,
    특징으로 하는 단말.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 빔 형성 보조부는 평면 렌즈인 것을,
    특징으로 하는 단말.
  11. 단말의 테두리를 따라 배치되는 금속 베젤;
    상기 단말에 내장되어 전파를 방사하는 안테나; 및
    상기 단말에 내장되며, 상기 안테나와 기설정된 거리만큼 이격되어 배치되는 빔 형성 보조부;를 포함하며,
    상기 빔 형성 보조부는,
    상기 안테나를 통해 방사되는 전파의 위상을 보상하는 필름층; 및
    상기 안테나를 통해 방사되는 전파가 상기 금속 베젤을 통과할 수 있도록 구성된 패턴층;을 포함하는 것을,
    특징으로 하는 단말.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 패턴층의 일면에는, 상기 안테나에서 방사되는 전파가 상기 금속 베젤을 통과할 수 있도록 패턴이 형성되어 있는 것을,
    특징으로 하는 단말.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 패턴층은,
    금속으로 구성된 제1 영역과 유전체(dielectric)로 구성된 제2 영역을 포함하는 것을,
    특징으로 하는 단말.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 패턴층은,
    일정한 형상을 가지는 단위패턴이 주기적으로 배열되어 구성되는 것을,
    특징으로 하는 단말.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 패턴층은,
    상기 안테나를 통해 방사되는 전파가 상기 패턴층과 충돌하는 경우, 상기 패턴층과 충돌하는 전파의 전파상수를 증가시키는 것을,
    특징으로 하는 단말.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전파상수의 증가로 인하여, 진행속도가 감소된 전파는 왜곡없이 상기 단말의 외부로 방사되는 것을,
    특징으로 하는 단말.
  17. 전파를 방사하는 안테나; 및
    상기 안테나와 기설정된 거리만큼 이격되어 배치되며, 상기 안테나에서 방사되는 전파의 진행속도를 감소시키는 빔 형성 보조부;를,
    포함하는 안테나 어셈블리.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 안테나를 통해 방사되는 전파와 마주하는 상기 빔 형성 보조부의 일면에는, 상기 안테나에서 방사되는 전파의 진행속도가 감소될 수 있도록 패턴이 형성되어 있는 것을,
    특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 안테나를 통해 방사되는 전파가 상기 패턴과 충돌하는 경우, 상기 패턴과 충돌하는 전파의 전파상수는 증가하는 것을,
    특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 패턴은, 일정한 형상을 가지는 단위패턴이 주기적으로 배열되는 것을,
    특징으로 하는 안테나 어셈블리.
  21. 제17항에 있어서,
    상기 빔 형성 보조부는 평면 렌즈인 것을,
    특징으로 하는 안테나 어셈블리.
KR1020160184363A 2016-12-30 2016-12-30 안테나용 빔 형성 보조부 및 이를 포함하는 단말 KR102612537B1 (ko)

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