KR20190085818A - 다중-급전 패치 안테나 및 이를 포함하는 장치 - Google Patents

Abstract

RF 장치는, 본 개시의 예시적 실시예에 따라, RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit) 칩 및 RFIC 칩의 상면 상에 배치된 안테나 모듈을 포함할 수 있고, 안테나 모듈은, RFIC 칩과 평행하고, RFIC 칩에 수직 방향으로 방사를 제공하는 상면을 가지는 제1 패치(patch), 제1 패치 및 RFIC 사이에서 제1 패치와 평행한 접지판, 및 제1 패치의 하면에 연결되고 RFIC 칩으로부터 제1 패치에 적어도 하나의 차동 신호를 공급하는, 복수의 급전(feed) 라인들을 포함할 수 있다.

Description

다중-급전 패치 안테나 및 이를 포함하는 장치{MULTI-FED ANTENNA AND DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 개시의 기술적 사상은 패치 안테나에 관한 것으로서, 다중-급전 패치 안테나 및 이를 포함하는 장치에 관한 것이다.

무선 통신에 사용되는 안테나는 가역성 소자로서, 도전체를 포함할 수 있다. 도전체로부터 전자기파가 방사됨으로써 신호가 송신될 수 있고, 전자기파가 도전체에 도달함으로써 신호가 유도될 수 있다. 안테나에 포함된 도전체는 다양한 모양을 가질 수 있고, 어플리케이션에 따라 적합한 모양의 도전체를 포함하는 안테나가 사용될 수 있다. 예를 들면, 평면형 안테나의 일종으로서 패치 안테나는 접지판, 접지판 상의 저손실 유전체 및 유전체 상의 패치를 포함할 수 있고, 모바일 어플리케이션들에 많이 사용되고 있다.

모바일 폰과 같이, 공간 및 전력 효율성이 요구되는 어플리케이션의 경우, 안테나는 제한된 크기를 가질 수 있는 한편, 무선 통신 시스템에서 요구되는 높은 송신 전력에 기인하여 송신기의 전력이 상승하는 경우, 높은 전력 소모 및 발열 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 안테나는 제한된 크기에서 높은 전력 효율을 가질 것이 요구될 수 있다.

본 개시의 기술적 사상은 다중-급전 구조를 가짐으로써 높은 전력 효율 및 감소된 크기를 가지는 패치 안테나 및 이를 포함하는 장치를 제공한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 RF 장치는, RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit) 칩 및 RFIC 칩의 상면 상에 배치된 안테나 모듈을 포함할 수 있고, 안테나 모듈은, RFIC 칩과 평행하고, RFIC 칩에 수직 방향으로 방사를 제공하는 상면을 가지는 제1 패치(patch), 제1 패치 및 RFIC 사이에서 제1 패치와 평행한 접지판, 및 제1 패치의 하면에 연결되고 RFIC 칩으로부터 제1 패치에 적어도 하나의 차동 신호를 공급하는, 복수의 급전(feed) 라인들을 포함할 수 있다.

본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 안테나 모듈은, 접지판, 접지판의 상면 위에서 접지판과 평행하고, 접지판에 수직 방향으로 방사를 제공하는 상면을 가지는 제1 패치(patch), 및 제1 패치의 하면에서 복수의 급전 지점들에 각각 연결된 복수의 급전 라인들을 포함할 수 있고, 복수의 급전 지점들은, 제1 수평 방향으로 이격된 제1 급전 지점 및 제2 급전 지점을 포함하고, 제1 수평 방향과 수직한 제2 수평 방향으로 이격된 제3 급전 지점 및 제4 급전 지점을 포함할 수 있다.

본 개시의 기술적 사상의 일측면에 따른 RF 장치는, RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit) 칩 및 RFIC 칩의 상면 상에 배치된 안테나 모듈을 포함할 수 있고, RFIC는 제1 차동 신호 및 제2 차동 신호를 출력할 수 있고, 안테나 모듈은, RFIC 칩과 평행하고 RFIC 칩에 수직 방향으로 방사를 제공하는 상면을 가지는 제1 패치, 패치 및 RFIC 사이에서 제1 패치와 평행한 접지판, 및 제1 패치의 하면에 연결되고 제1 차동 신호 및 제2 차동 신호를 공급하는, 제1 차동 급전 라인들 및 제2 차동 급전 라인들을 포함할 수 있다.

본 개시의 예시적 실시예에 따른 패치 안테나 및 이를 포함하는 장치에 의하면, 송신기의 전력 소모를 유지하면서도 높은 송신 전력을 달성할 수 있다.

또한, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 패치 안테나 및 이를 포함하는 장치에 의하면, 송신 전력을 유지하면서도 송신기의 전력 소모를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 패치 안테나 및 이를 포함하는 장치에 의하면, 안테나의 크기를 감소시킬 수 있고 안테나를 위해서 제공된 제한된 크기에서도 높은 송신 전력이 제공될 수 있다.

또한, 본 개시의 예시적 실시예에 따른 패치 안테나 및 이를 포함하는 장치에 의하면, 넓은 빔폭에 기인하여 확장된 통신 가능 범위가 획득될 수 있다.

본 개시의 예시적 실시예들에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 아니하며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 이하의 기재로부터 본 개시의 예시적 실시예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 도출되고 이해될 수 있다. 즉, 본 개시의 예시적 실시예들을 실시함에 따른 의도하지 아니한 효과들 역시 본 개시의 예시적 실시예들로부터 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 도출될 수 있다.

본 명세서에 첨부된 도면들은 도해의 편의를 위하여 스케일에 맞지 아니할 수 있고, 구성요소들을 과장하거나 축소하여 도시할 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 통신 기기를 나타내는 블록도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 1의 통신 기기의 구성요소들의 레이아웃의 예시들을 나타낸다.
도 3a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 안테나 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 3b는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 3a의 안테나 모듈을 포함하는 RF 시스템을 Y축 방향으로 바라본 측면도이다.
도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 패치 및 패치에 의해서 형성되는 전계를 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 안테나 모듈들을 시뮬레이션한 결과들을 나타낸다.
도 6a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 안테나 모듈을 나타내는 사시도이고, 도 6b는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 6의 하위 패치의 하면을 나타내는 도면이다.
도 7은 안테나 모듈들을 시뮬레이션한 결과들을 나타낸다.
도 8은 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 안테나 모듈들을 나타내는 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 안테나들을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 안테나 및 RFIC를 나타내는 블록도이다.
도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 RFIC를 나타내는 블록도이다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 안테나 모듈을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 안테나를 포함하는 통신 기기의 예시들을 블록도이다.
도 14는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 안테나를 포함하는 통신 기기의 예시들을 나타낸다.

도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 통신 기기(10)를 나타내는 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 통신 기기(10)는 안테나(100)를 포함할 수 있고, 안테나(100)를 통해서 신호를 송신하거나 수신함으로써 무선 통신 시스템에서 상대 통신 기기와 통신할 수 있으며, 무선 통신 기기로서 지칭될 수도 있다.

통신 기기(10)가 상대 통신 기기와 통신하는 무선 통신 시스템은, 비제한적인 예시로서 5G(5th generation wireless) 시스템, LTE(Long Term Evolution) 시스템, LTE-Advanced 시스템, CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템, GSM(Global System for Mobile Communications) 시스템 등과 같은 셀룰러 네트워크(cellular network)를 이용하는 무선 통신 시스템일 수도 있고, WLAN(Wireless Local Area Network) 시스템 또는 다른 임의의 무선 통신 시스템일 수 있다. 이하에서, 무선 통신 시스템은 셀룰러 네트워크를 이용하는 무선 통신 시스템을 주로 참조하여 설명될 것이나 본 개시의 예시적 실시예들이 이에 제한되지 아니하는 점은 이해될 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 통신 기기(10)는 안테나(100), RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)(200) 및 신호 프로세서(300)를 포함할 수 있고, 안테나(100) 및 RFIC(200)는 급전(feed) 라인(15)을 통해서 연결될 수 있다. 본 명세서에서, 안테나(100)는 안테나 모듈로서 지칭될 수도 있고, 안테나(100) 및 급전 라인(15)이 안테나 모듈로서 총괄적으로 지칭될 수도 있다. 또한, 안테나(100), 급전 라인(15) 및 RFIC(200)는 총괄적으로 RF 시스템 또는 RF 장치(device)로서 지칭될 수 있다.

RFIC(200)는, 송신 모드에서 신호 프로세서(300)로부터 제공되는 송신 신호(TX)를 처리함으로써 생성된 신호를 급전 라인(15)을 통해서 안테나(100)에 제공할 수 있는 한편, 수신 모드에서 급전 라인(15)을 통해서 안테나(100)로부터 수신되는 신호를 처리함으로써 수신 신호(RX)를 신호 프로세서(300)에 제공할 수 있다. 예를 들면, RFIC(200)는 송신기를 포함할 수 있고, 송신기는 필터, 믹서, 전력 증폭기(power amplifier; PA)를 포함할 수 있다. 또한, RFIC(200)는 수신기를 포함할 수 있고, 수신기는 필터, 믹서, 저잡음 증폭기(low noise amplifier; LNA)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, RFIC는 복수의 송신기들 및 수신기들을 포함할 수도 있고, 송신기 및 수신기가 결합된 송수신기를 포함할 수도 있다.

신호 프로세서(300)는 송신하고자 하는 정보를 포함하는 신호를 처리함으로써 송신 신호(TX)를 생성할 수 있고, 수신 신호(RX)를 처리함으로써 정보를 포함하는 신호를 생성할 수 있다. 예를 들면, 신호 프로세서(300)는 송신 신호(TX)를 생성하기 위하여, 인코더(encoder), 변조기(modulator) 및 디지털-아날로그 변환기(digital-to analog converter; DAC)를 포함할 수 있다. 또한, 신호 프로세서(300)는 수신 신호(RX)를 처리하기 위하여, 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter; ADC), 복조기(demodulator) 및 디코더(decoder)를 포함할 수 있다. 신호 프로세서(300)는 RFIC(200)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수도 있고, 제어 신호를 통해서 송신 모드 또는 수신 모드를 설정하거나 RFIC(200)에 포함된 구성요소들의 전력 및 이득 등을 조절할 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호 프로세서(300)는 하나 이상의 코어 및 코어에 의해서 실행되는 명령어들을 저장하는 메모리를 포함할 수 있고, 신호 프로세서(300)의 적어도 일부는 메모리에 저장된 소프트웨어 블록을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 신호 프로세서(300)는 논리 합성을 통해서 설계된 로직 회로를 포함할 수 있고, 신호 프로세서(300)의 적어도 일부분은 로직 회로로 구현된 하드웨어 블록을 포함할 수 있다.

무선 통신 시스템은 높은 데이터 전송량을 위하여 높은 스펙트럼 대역을 규정할 수 있다. 예를 들면, ITU(International Telecommunication Union)에 의해서 공식적으로 IMT-2020으로 지명된 5G 셀룰러 시스템(또는 5G 무선 시스템)은 24GHz 이상의 밀리미터파(mmWave)를 규정한다. 밀리미터파(mmWave)는 광대역 전송을 가능하게 하고, RF 시스템, 즉 안테나(100) 및 RFIC(200)의 소형화를 가능하게 할 뿐만 아니라, 향상된 지향성을 제공할 수 있는 반면, 감쇠가 발생하기 쉬우므로 이러한 감쇠를 줄이는 것이 중요할 수 있다.

높은 주파수 대역에 기인하는 신호 감쇠를 완화시키기 위하여, 높은 송신 전력이 요구될 수 있다. Friis 송신 공식에 의하면, 송신 전력은 전력 증폭기의 출력 전력 및 안테나(100)의 이득의 곱으로 계산될 수 있다. RFIC(200)에 포함되는 전력 증폭기의 낮은 전력 효율에 기인하여 전력 증폭기에 의한 전력을 상승시키는 것은 발열, 전력 소비 등을 유발할 수 있으므로, 송신 전력을 높이기 위하여 높은 안테나 이득을 획득하는 것이 중요할 수 있다. 안테나 이득은 유효 개구 면적의 크기에 비례할 수 있으나, 모바일 폰과 같이 공간 효율성이 요구되는 어플리케이션의 경우 유효 개구 면적 역시 제한적일 수 있으며, 안테나 이득이 높을수록 안테나(100)로부터 출력되는 빔폭이 좁아져 통신 가능 범위가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.

본 개시의 예시적 실시예에 따라, 안테나(100)는 2이상의 급전 라인들을 통해서 RFIC(200)로부터 차동 신호를 공급받을 수 있다. 이에 따라, 도 4를 참조하여 후술되는 바와 같이, 안테나(100)의 이격된 급전 지점들에 위상이 정반대인 2개의 신호들이 공급됨으로써 안테나(100)의 성능 감소 없이 높은 송신 전력이 달성될 수 있다. RFIC(200)는 반도체 공정에 의해서 제조될 수 있으므로, 차동 신호를 생성하기 위한 회로들을 집적하기 위한 제약은 상대적으로 미약할 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 도 1의 통신 기기(10)의 구성요소들의 레이아웃의 예시들을 나타낸다. 이하에서, 도 2a 내지 도 2c는 도 1을 참조하여 설명될 것이며, 도 2a 내지 도 2c에 대한 설명 중 중복되는 내용은 생략될 것이다. 본 명세서에서, 상호 직교하는 X축 방향 및 Y축 방향은 제1 수평 방향 및 제2 수평 방향으로 각각 지칭될 수 있고, X축 및 Y축으로 이루어진 평면은 수평면으로 지칭될 수 있다. 또한, 면적은 수평면과 평행한 면에서의 면적을 지칭할 수 있고, 수평면에 수직한 방향, 즉 Z축 방향은 수직 방향으로 지칭될 수 있다. 다른 구성요소보다 상대적으로 +Z축 방향으로 배치된 구성요소는 다른 구성요소 위에 있는 것으로 지칭될 수 있고, 다른 구성요소보다 상대적으로 -Z축 방향으로 배치된 구성요소는 다른 구성요소 아래에 있는 것으로 지칭될 수 있다. 또한, 구성요소의 표면들 중, +Z축 방향의 표면은 구성요소의 상면으로 지칭될 수 있고, -Z축 방향의 표면은 구성요소의 하면으로 지칭될 수 있다.

밀리미터파(mmWave) 주파수 대역과 같은 높은 주파수 대역에서는 대부분의 손실(loss) 파라미터들이 악화될 수 있으므로, 낮은 주파수 대역, 예컨대 6GHz 미만의 대역에서 사용되는 안테나(100) 및 RFIC(200)의 레이아웃들을 그대로 채용하는 것이 용이하지 아니할 수 있다. 예를 들면, 낮은 주파수 대역에서 사용되는 안테나 급전 구조는, 밀리미터파(mmWave) 주파수 대역에서 신호의 감쇠 특성을 현저하게 저하시킬 수 있고, EIRP(Effective Isotropic Radiated Power) 및 노이즈 특성(noise figure)을 전반적으로 열화시킬 수 있다. 이에 따라, 도 1의 급전 라인(15)에 의한 신호 감쇠를 최소화하기 위하여, 안테나(100) 및 RFIC(200)가 극히 인접하게 배치될 수 있다. 특히, 모바일 폰과 같은 모바일 어플리케이션에서는 높은 공간 효율성이 요구될 수 있고, 이에 따라 도 2a 내지 도 2c에 예시되는 바와 같이, RFIC(200) 상에 안테나(100)가 배치되는 시스템-인-패키지(System-in-Package; SiP) 구조가 채용될 수 있다.

도 2a를 참조하면, 통신 기기(10a)는 RF 시스템(20a), 디지털 집적 회로(13a) 및 캐리어 보드(carrier board)(500a)를 포함할 수 있고, 캐리어 보드(500a)의 상면에 RF 시스템(20a) 및 디지털 집적 회로(13a)가 실장될(mounted) 수 있다. RF 시스템(20a) 및 디지털 집적 회로(13a)는 캐리어 보드(500a)에 형성된 도전 패턴들을 통해서 상호 통신 가능하게 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 캐리어 보드(500a)는 PCB(Printed Circuit Board)일 수 있다. 디지털 집적 회로(13a)는 도 1의 신호 프로세서(300)를 포함할 수 있고, 이에 따라 RFIC(200a)에 송신 신호(TX)를 전송하거나 RFIC(200a)로부터 수신 신호(RX)를 수신할 수 있으며, RFIC(200a)를 제어하기 위한 제어 신호를 제공할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 디지털 집적 회로(13a)는 하나 이상의 코어 및/또는 메모리를 포함할 수도 있고, 통신 기기(10a)의 동작을 제어할 수도 있다.

RF 시스템(20a)은 안테나 모듈(100a) 및 RFIC(200a)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(100a)은 안테나 패키지로서 지칭될 수도 있고, 도 2a에 도시된 바와 같이, 기판(substrate)(120a) 및 기판(120a)에 형성된 도전체(110a)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 안테나 모듈(100a)은, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 후술되는 바와 같이, 수평면에 평행한 접지판(ground plane) 및 패치(patch)를 포함할 수 있고, RFIC(200a)로부터 패치에 신호를 공급하기 위한 급전 라인을 포함할 수도 있다. RFIC(200a)는 안테나 모듈(100a)의 하면과 전기적으로 연결된 상면을 가질 수 있고, 라디오 다이(radio die)로서 지칭될 수도 있다. 일부 실시예들에서, 안테나 모듈(100a) 및 RFIC(200a)는 C4(controlled collapse chip connection)를 통해서 연결될 수 있다. 도 2a의 RF 시스템(20a)은 열 방출에 유리할 수 있고, 안정된 구조를 가질 수 있다.

도 2b를 참조하면, 통신 기기(10b)는 RFIC(200b), 디지털 집적 회로(13b) 및 캐리어 보드(500b)를 포함할 수 있고, 캐리어 보드(500b)의 하면에 RFIC(200b) 및 디지털 집적 회로(13b)가 실장될 수 있다. RFIC(200b) 및 디지털 집적 회로(13b)는 캐리어 보드(500b)에 형성된 도전 패턴들을 통해서 상호 통신 가능하게 연결될 수 있다.

도 2b의 통신 기기(10b)에서 RF 시스템(20b)은, 캐리어 보드(500b)에 형성된 안테나 모듈(100b) 및 캐리어 보드(500b)의 하면에 실장된 RFIC(200b)를 포함할 수 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 안테나 모듈(100b)은 캐리어 보드(500b)에 형성된 도전체를(110b) 포함할 수 있고, RFIC(200b)로부터 신호가 공급되는, 캐리어 보드(500b)에 형성된 급전 라인을 포함할 수 있다. 도 2b의 RF 시스템(20b)은 RF 시스템(20b)을 캐리어 보드(500b)에 실장하는 과정이 생략될 수 있고, 안테나를 위한 기판이 생략됨으로써 감소된 높이, 즉 감소된 Z축 방향의 길이를 가질 수 있다.

도 2c를 참조하면, 통신 기기(10c)는 RF 시스템(20c), 캐리어 보드(400) 및 디지털 집적 회로(13c)를 포함할 수 있다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 디지털 집적 회로(13c)는 캐리어 보드(400)의 하면에 실장될 수 있는 한편, RF 시스템(20c) 및 캐리어 보드(400)는 점퍼(17)를 통해서 상호 통신 가능하게 연결될 수 있다.

도 2c의 통신 기기(10c)에서 RF 시스템(20c)은, 안테나 모듈(100c) 및 안테나 모듈(100c)의 하면에 실장된 RFIC(200c)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(100c)은, 도 2c에 도시된 바와 같이, 안테나 보드(120c) 및 보드(120c)에 형성된 도전체(110c)를 포함할 수 있고, RFIC(200c)로부터 신호가 공급되는, 안테나 보드(120c)에 형성된 급전 라인을 포함할 수 있다. 도 2c의 RF 시스템(20c)은 안테나를 위한 기판이 생략될 수 있고, RF 시스템(20c) 및 캐리어 보드(400)가 독립적으로 제작될 수 있으므로 통신 기기(10c)의 생산성 측면에서 유리할 수 있다.

이하에서 본 개시의 예시적 실시예들은, 도 2a의 RF 시스템(20a)을 주로 참조하여 설명될 것이나, 도 2b 및 도 2c에 도시된 예시들뿐만 아니라 안테나 모듈 및 RFIC를 포함하는 임의의 구조(예컨대, System-on-Chip(SoC))의 RF 시스템들에도 적용 가능한 점은 이해될 것이다.

도 3a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 안테나 모듈(30)을 나타내는 사시도이고, 도 3b는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 3a의 안테나 모듈(30)을 포함하는 RF 시스템을 Y축 방향으로 바라본 측면도이다. 도 3a 및 도 3b는 패치 안테나의 예시로서 안테나 모듈(30)을 나타내고, 설명의 편의를 위하여 안테나 모듈(30)의 일부 구성요소들만을 도시한다.

도 3a를 참조하면, 안테나 모듈(30)은 상호 평행하게 Z축 방향으로 이격되어 배치된 상위 패치(top-patch)(31) 및 하위 패치(bottom-patch)(32)를 포함할 수 있고, +Z축 방향으로 전자기파의 방사를 제공할 수 있다. 상위 패치(31) 및 하위 패치(32)는 금속과 같은 전도성 물질로 구성될 수 있고, 도 3a에 도시된 바와 같이 직사각형의 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 3a에 도시된 바와 상이하게, 패치들(31, 32) 중 적어도 하나는 원, 타원, 마름모 등과 같이 직사각형과 상이한 형상을 가질 수도 있다. 비록 도 3a에 도시되지 아니하였으나, 안테나 모듈(30)은 도 3b에 도시된 바와 같이 하위 패치(32) 아래에 접지판(33)을 더 포함할 수 있고, 일부 실시예들에서 상위 패치(31)는 생략될 수 있다.

안테나 모듈(30)은 하위 패치(32)에 연결된 제1 포트(PORT1) 및 제2 포트(PORT2)를 포함할 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 제1 포트(PORT1) 및 제2 포트(PORT2)는 X축 방향으로 이격될 수 있고, 하위 패치(32)에 신호를 공급하기 위한 급전 라인을 각각 포함할 수 있다. 도 4를 참조하여 후술되는 바와 같이, 하위 패치(32)는 제1 포트(PORT1) 및 제2 포트(PORT2)를 통해서 X축 방향으로 이격된 2개의 급전 지점들로부터 차동 신호를 공급받을 수 있고, 이에 따라 높은 전력 효율을 가질 수 있다.

도 3b를 참조하면, 안테나 모듈(30)의 하면에 RFIC(200d)가 실장될 수 있고, RFIC(200d)는 제1 포트(PORT1) 및 제2 포트(PORT2)에 포함된 급전 라인들을 통해서 하위 패치(32)에 신호, 즉 차동 신호를 제공할 수 있다. 예를 들면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제2 포트(PORT2)는 하위 패치(32)에 연결된 급전 라인(35) 및 복수의 매립(buried) 비아들(vias)(36)을 포함할 수 있다. 급전 라인(35)은 Z축 방향으로 연장되는 부분들(예컨대, 비아들) 및 X축 방향으로 연장되는 부분(예컨대, 금속 패턴)을 포함할 수 있다. 제1 포트(PORT1) 및 제2 포트(PORT2)의 급전 라인들이 하위 패치(32)와 연결되는 급전 지점들은 X축 방향으로 상호 이격될 수 있다.

복수의 매립 비아들(36)은 급전 라인(35)과 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들면, 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 복수의 매립 비아들(36)은 급전 라인(35)과 X축 및 Y축 방향으로 이격되어 규칙적으로 배치될 수 있다. 복수의 매립 비아들(36)은 정전위가 인가되도록 구성될 수 있고, 예컨대 도 3b에 도시된 바와 같이 복수의 매립 비아들(36)은 접지판(33)과 연결될 수 있다.

제1 포트(PORT1) 역시 제2 포트(PORT2)와 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있고, 일부 실시예들에서 제1 포트(PORT1) 및 제2 포트(PORT2)는 Z축 및 Y축으로 이루어진 평면과 평행한 면을 중심으로 대칭적인 구조를 가질 수 있다. 또한, 도 3a 및 도 3b에 도시된 포트 구조는 예시에 불과하며, 도 3a 및 도 3b에 도시된 구조와 상이한 구조의 포트들이 차동 신호를 패치에 공급하기 위하여 X축 방향으로 이격될 수 있는 점이 유의된다.

RFIC(200d)의 상면은 안테나 모듈(30)의 하면과 복수의 경로들을 통해서 전기적으로 연결될 수 있다. 일부 실시예들에서, 안테나 모듈(30) 및 RFIC는 플립 칩(flip chip) 방식으로 상호연결될 수 있다. 예를 들면, 도 3b에 도시된 바와 같이, 안테나 모듈(30)의 하면에 금속화된(metalized) 패드(37)가 배치될 수 있고, 패드(37)에 솔더 볼(38)이 배치될 수 있다. 솔더 볼(38)은 RFIC(200d)의 상면에서 도전체로 구성된 커넥터에 접촉할 수 있다. 이와 같이, C4(controlled collapse chip connection)를 통해서 RFIC(200d)는 급전 라인(35)와 연결될 수 있고, 급전 라인(35)에 차동 신호 중 하나를 제공할 수 있다. 또한, RFIC(200d)는 접지판(33)과 연결될 수 있고, 접지판(33)에 접지 전위를 인가하거나 접지판(33)으로부터 접지 전위를 공급받을 수도 있다.

도 4는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 패치(42) 및 패치(42)에 의해서 형성되는 전계를 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 4의 좌측은 패치(42)의 하면에서 2개의 급전 라인들과 연결되는 급전 지점들(P1, P2)을 나타내고, 도 4의 우측은 패치(42) 및 접지판(43) 사이에서 발생하는 전계를 나타낸다.

도 4의 좌측을 참조하면, 패치(42)는 직사각형의 형상을 가질 수 있고, X축 방향의 길이 L 및 Y축 방향의 길이 W를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 패치(42)의 X축 방향의 길이 L은 차동 신호에 의한 방사 파장의 절반일 수 있다. 2개의 급전 라인들이 제1 급전 지점(P1) 및 제2 급전 지점(P2)에서 패치(42)의 하면에서 연결될 수 있다. 제1 급전 지점(P1) 및 제2 급전 지점(P2)은 X축 방향으로 이격될 수 있고, 패치(42)의 하면에서 제1 급전 지점(P1) 및 제2 급전 지점(P2)의 위치는 임피던스 정합(impedance matching)에 의해서 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 급전 지점(P1) 및 제2 급전 지점(P2)은, X축에 평행하고 패치(42)의 중심을 가로지르는 제1 중심선(LY)에 근접하게 배치될 수 있다.

패치 안테나의 전기장 분포에서 급전되는 축을 중심으로 양끝에서 위상이 반대인 전기장이 형성될 수 있다. 이에 따라, 급전되는 축 상에서 위상이 반대인 2개의 입력 신호, 즉 차동 신호를 인가하면 패치 안테나의 성능의 감소 없이 보다 높은 전력의 송신이 가능할 수 있다. 예를 들면, 도 4의 우측에 도시된 바와 같이, 차동 신호에 기인하여, 제1 급전 지점(P1)에 상대적으로 높은 전위의 신호가 인가되고 제2 급전 지점(P2)에 상대적으로 낮은 전위의 신호가 인가되는 경우, 제1 급전 지점(P1) 및 제2 급전 지점(P2)을 가로지르는 축, 즉 X축과 평행한 축을 기준으로 양끝에서 위상이 반대인 전기장이 형성될 수 있다. 이에 따라, 단일 급전 구조와 비교할 때, 안테나 이득이 유지될 수 있는 한편, EIRP는 2배로 증대될 수 있다. 이하에서, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 차동 신호를 공급하기 위한 2개의 급전 라인들을 포함하는 안테나 모듈들의 양호한 특성들이 설명될 것이다.

도 5a 및 도 5b는 안테나 모듈들을 시뮬레이션한 결과들을 나타낸다. 구체적으로, 도 5a는 2개의 포트들을 통해서 차동 신호가 급전되는 안테나 모듈(51) 및 단일 포트를 통해서 신호가 급전되는 안테나 모듈(52)을 시뮬레이션한 결과들을 나타내고, 도 5b는 2개의 포트들을 통해서 차동 신호가 급전되는 안테나 모듈(53) 및 각각이 단일 포트를 통해서 신호가 급전되는 2개의 패치들을 포함하는 안테나 모듈(54)을 시뮬레이션한 결과들을 나타낸다. 이하에서, 도 5a 및 도 5b에 대한 설명 중 중복되는 내용은 생략될 것이다.

도 5a를 참조하면, 제1 포트(PORT1) 및 제2 포트(PORT2)를 포함하는 안테나 모듈(51)은 이중-급전(dual-fed) 패치 안테나로서 지칭될 수 있고, 제1 포트(PORT1) 만을 포함하는 안테나 모듈(52)은 단일-급전(single-fed) 패치 안테나로서 지칭될 수 있다. 도 5a의 표를 참조하면, 이중-급전 안테나 모듈(51)은 동일한 전력 입력(즉, 10 dBm)에서 단일-급전 안테나 모듈(52)과 비교할 때, 더 높은 안테나 이득(즉, 6.52 dBi > 5.92 dBi)을 가질 수 있다. 또한, EIRP 및 방사된 전력은 전력 결합 손실(power combining loss) 없이 약 3dB 이상 증가할 수 있다.

도 5b를 참조하면, 이중-급전 안테나 모듈(53)은 하나의 하위 패치에 연결된 제1 포트(PORT1) 및 제2 포트(PORT2)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(54)은 Y축 방향으로 이격된 2개의 하위 패치들 각각에 연결된 제1 포트(PORT1) 및 제2 포트(PORT2)를 포함할 수 있고, 1x2 패치 어레이(1by2 patch array) 안테나로서 지칭될 수 있다. 도 5b의 표를 참조하면, 안테나 모듈(53)은 동일한 전력 입력(즉, 10 dBm)에서 2개의 하위 패치들을 사용하는 안테나 모듈(54)과 비교할 때, 감소된 안테나 이득을 가지나 더 작은 면적(즉, 8mm x 8mm < 13mm x 8mm)을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 방사 패턴에 따르면 더 넓은 빔폭(beamwidth)을 제공할 수 있다.

도 6a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 안테나 모듈(60)을 나타내는 사시도이고, 도 6b는 본 개시의 예시적 실시예에 따라 도 6a의 하위 패치(62)의 하면을 나타내는 도면이다. 도 6a 및 도 6b는 패치 안테나의 예시로서 안테나 모듈(60)을 나타내고, 설명의 편의를 위하여 안테나 모듈(60)의 일부 구성요소들만을 도시한다.

도 6a를 참조하면, 안테나 모듈(60)은 상호 평행하게 Z축 방향으로 이격되어 배치된 상위 패치(61) 및 하위 패치(62)를 포함할 수 있고, +Z축 방향으로 전자기파의 방사를 제공할 수 있다. 도 3a의 안테나 모듈(30)과 유사하게, 상위 패치(61) 및 하위 패치(62)는 금속과 같은 전도성 물질로 구성될 수 있고, 도 6a에 도시된 바와 같이 직사각형의 형상을 가질 수 있다. 비록 도 6a에 도시되지 아니하였으나, 안테나 모듈(60)은 하위 패치(62) 아래에 접지판을 더 포함할 수 있고, 일부 실시예들에서 상위 패치(61)는 생략될 수 있다.

안테나 모듈(60)은 4개의 포트들(PORT1 내지 PORT4)을 포함할 수 있다. 도 6a에 도시된 바와 같이, 제1 포트(PORT1) 및 제2 포트(POPRT2)는 X축 방향으로 이격될 수 있는 한편, 제3 포트(PORT3) 및 제4 포트(PORT4)는 Y축 방향으로 이격될 수 있다. 일부 실시예들에서, 4개의 포트들(PORT1 내지 PORT4) 각각은 도 3b를 참조하여 전술된 포트 구조와 동일하거나 유사한 구조를 가질 수 있다.

하위 패치(62)는, X축 방향으로 이격된 제1 포트(PORT1) 및 제2 포트(PORT2)를 통해서 제1 차동 신호를 공급받을 수 있고, Y축 방향으로 이격된 제3 포트(PORT3) 및 제4 포트(PORT3)를 통해서 제2 차동 신호를 공급받을 수 있다. 안테나 모듈(60)과 연결되는 RFIC(예컨대, 도 2a의 200a)는, 제1 차동 신호 및 제2 차동 신호를 생성할 수 있고 안테나 모듈(60)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 안테나 모듈(60)은, 도 4를 참조하여 전술된 바와 같이, 제1 차동 신호를 공급하는 제1 포트(PORT1) 및 제2 포트(PORT2)뿐만 아니라 제2 차동 신호를 공급하는 제3 포트(PORT3) 및 제4 포트(PORT4)에 기인하여, 높은 전력 효율을 가질 수 있다. 또한, X축 방향으로 상호 이격된 제1 포트(PORT1) 및 제2 포트(PORT2) 및 Y축 방향으로 상호 이격된 제3 포트(PORT3) 및 제4 포트(PORT4)에 기인하여, 안테나 모듈(60)은 이중-편파(dual-polarization)를 제공할 수 있다.

도 6b를 참조하면, 하위 패치(62)는 직사각형의 형상을 가질 수 있고, X축 방향의 길이 L1 및 Y축 방향의 길이 L2를 가질 수 있다. 도 6a의 4개의 포트들(PORT1 내지 PORT4)에 각각 포함된 4개의 급전 라인들은, 4개의 급전 지점들(P1 내지 P4)에서 하위 패치(62)의 하면과 연결될 수 있다. 즉, 제1 포트(PORT1)의 급전 라인은 제1 급전 지점(P1)에서 하위 패치(62)와 연결될 수 있고, 제2 포트(PORT2)의 급전 라인은 제2 급전 지점(P2)에서 하위 패치(62)와 연결될 수 있고, 제3 포트(PORT3)의 급전 라인은 제3 급전 지점(P3)에서 하위 패치(62)와 연결될 수 있으며, 제4 포트(PORT4)의 급전 라인은 제4 급전 지점(P4)에서 하위 패치(62)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 도 6b에서 속이 찬 원으로 표시된 바와 같이, 제1 차동 신호가 제1 급전 지점(P1) 및 제2 급전 지점(P2)에 인가될 수 있다. 또한, 도 6b에서 속이 빈 원으로 표시된 바와 같이, 제2 차동 신호가 제3 급전 지점(P3) 및 제4 급전 지점(P4)에 인가될 수 있다.

일부 실시예들에서, 하위 패치(62)의 X축 방향의 길이 L1은 제1 차동 신호에 의한 방사 파장의 절반일 수 있고, 하위 패치(62)의 Y축 방향의 길이 L2는 제2 차동 신호에 의한 방사 파장의 절반일 수 있다. 4개의 급전 지점들(P1 내지 P4)의 위치들은 임피던스 정합에 의해서 결정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 급전 지점(P1) 및 제2 급전 지점(P2)은, X축에 평행하고 하위 패치(62)의 중심을 가로지르는 제1 중심선(LY)에 근접하게 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제3 급전 지점(P3) 및 제4 급전 지점(P4)은, Y축에 평행하고 하위 패치(62)의 중심을 가로지르는 제2 중심선(LX)에 근접하게 배치될 수 있다.

도 7은 안테나 모듈들을 시뮬레이션한 결과들을 나타낸다. 구체적으로, 도 7은 4개의 포트들을 통해서 2개의 차동 신호들이 급전되는 안테나 모듈(71) 및 단일 포트를 통해서 신호가 급전되는 안테나 모듈(72)을 시뮬레이션한 결과들을 나타낸다.

도 7을 참조하면, 제1 포트(PORT1), 제2 포트(PORT2), 제3 포트(PORT3) 및 제4 포트(PORT4)를 포함하는 안테나 모듈(71)은 이중-급전 이중-편파(dual-fed dual-polarized) 패치 안테나로서 지칭될 수 있고, 제1 포트(PORT1)만을 포함하는 안테나 모듈(72)은 단일-급전(single-fed) 패치 안테나로서 지칭될 수 있다. 도 7의 표를 참조하면, 이중-급전 이중-편파 안테나 모듈(71)은 동일한 전력 입력(즉, 10 dBm)에서 단일-급전 안테나 모듈(52)과 비교할 때, 동일한 면적(즉, 8mm x 8mm)을 가질 수 있고, EIRP 및 방사된 전력은 전력 결합 손실 없이 약 3 dB 이상 증가할 수 있다. 결과적으로, 시뮬레이션 결과는 이중-급전 구조가 전력 결합 손실 없이 이중-편파 어플리케이션에도 적용될 수 있는 점을 보여준다.

도 8은 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 안테나 모듈들을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 8은 이중-편파 안테나에 대응하는 안테나 모듈(81)보다 양호한 특성들을 가지는 안테나 모듈들(82, 83)을 도시한다.

도 8을 참조하면, 안테나 모듈(81)은 4개의 패치들(81_1 내지 81_4)을 포함할 수 있고, 4개의 패치들(81_1 내지 81_4) 각각은 단일-급전 이중-편파 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 4개의 패치들(81_1 내지 81_4) 각각에서 속이 찬 원으로 표시된 급전 지점에 인가되는 신호에 의해서 X축과 평행한 방향을 따라서 변동하는 크기를 가지는 전기장이 형성될 수 있는 한편, 속이 빈 원으로 표시된 급전 지점에 인가되는 신호에 의해서 Y축과 평행한 방향을 따라서 변동하는 크기를 가지는 전기장이 형성될 수 있다.

도 4, 도 5a 및 도 5b를 참조하여 전술된 바와 같이, 이중-급전 구조의 안테나 모듈은 유리한 특성들을 가질 수 있고, 어플리케이션의 요건에 따라 이중-급전 구조의 안테나 모듈들(82, 83)이 채용될 수 있다. 예를 들면, 높은 공간 효율성이 요구되는 통신 기기의 경우, 이중-급전 이중-편파 1x2 패치 어레이 구조의 안테나 모듈(82)이 사용될 수 있고, 안테나 모듈(82)은 동일한 전력 입력에서 안테나 모듈(81)과 비교할 때, 유사한 EIRP를 제공하면서도 감소된 면적을 가질 수 있다. 또한, 높은 전력 효율성 및 높은 방사 전력이 요구되는 통신 기기의 경우, 이중-급전 이중-편파 2x2 패치 어레이 구조의 안테나 모듈(82)이 사용될 수 있고, 안테나 모듈(83)은 동일한 전력 입력에서 안테나 모듈(81)과 비교할 때, 동일한 면적을 가지면서도 보다 높은 EIRP를 제공할 수 있다. 도 8의 안테나 모듈들(82, 83)은 예시일 뿐이며, 어플리케이션에 따라 다양하게 배치된 패치들을 포함하는 이중-급전 구조의 안테나 모듈들이 채용될 수 있는 점은 이해될 것이다.

도 9a 내지 도 9c는 본 개시의 예시적 실시예들에 따른 안테나들을 나타내는 도면이다. 구체적으로, 도 9a는 비교예에 따라 단일-급전 1x2 패치 어레이 구조의 안테나 모듈(90a)을 나타내고, 도 9b 및 도 9c는 본 개시의 예시적 실시예들에 따라 이중-급전 1x2 패치 어레이 구조의 안테나 모듈(90b) 및 이중-급전 단일 패치 구조의 안테나 모듈(90c)을 나타낸다.

도 9a를 참조하면, 안테나 모듈(90a)에 포함된 제1 패치(91a) 및 제2 패치(92a) 각각은 하나의 급전 지점을 통해서 하나의 전력 증폭기로부터 신호를 수신할 수 있다. 도 9b를 참조하면, 안테나 모듈(90b)에 포함된 제1 패치(91b) 및 제2 패치(92b) 각각은 2개의 급전 지점들을 통해서 2개의 전력 증폭기들로부터 차동 신호를 수신할 수 있다. 도 9c를 참조하면, 안테나 모듈(90c)에 포함된 제1 패치(91c)는 2개의 급전 지점들을 통해서 2개의 전력 증폭기들로부터 차동 신호를 수신할 수 있다. 도 9a 내지 도 9c의 예시에서, 패치에 연결된 급전 라인들의 길이가 동일하고, 전력 증폭기들 각각은 6 DBm의 전력을 출력하고, 안테나 모듈들(90a, 90b, 90c)의 패치들 각각이 5 dBi의 안테나 이득을 제공한다고 가정된다.

도 9a의 안테나 모듈(90a)에 의한 EIRP는 아래 [수학식 1]과 같이 계산될 수 있다.

[수학식 1]에서, 선행하는 10log₁₀2는 2개의 전력 증폭기들에 대응할 수 있고, 후행하는 10log₁₀2는 2개의 패치들(91a, 92a)에 대응할 수 있다.

도 9b의 안테나 모듈(90b)에 의한 EIRP는 아래 [수학식 2]와 같이 계산될 수 있다.

[수학식 2]에서, 10log₁₀4는 4개의 전력 증폭기들에 대응할 수 있고, 20log₁₀2는 2개의 패치들(91b, 92b)에 대응할 수 있다. 이에 따라, 동일한 1x2 패치 어레이에서 이중-급전 구조에 의해서 높은 EIRP이 달성될 수 있다. 다른 한편으로, 전력 증폭기에 의한 감소된 전력 소모를 달성하기 위하여, 도 9b의 전력 증폭기들의 출력 전력을 3 dBm으로 낮추는 경우, 도 9b의 안테나 모듈(90b)에 의한 EIRP는 아래 [수학식 3]과 같이 계산될 수 있고, 이에 따라 도 9a의 안테나 모듈(90a)과 동일한 EIRP가 달성될 수 있다.

도 9c의 안테나 모듈(90c)의 EIRP는 아래 [수학식 4]와 같이 계산될 수 있다. 도 9a의 안테나 모듈(90a)와 비교할 때, EIRP의 감소가 발생하나, 1개의 패치만이 사용됨으로써 약 40% 감소된 면적이 달성될 수 있다.

도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 안테나(100') 및 RFIC(200')를 나타내는 블록도이다. 구체적으로, 도 10은 2개의 이중-급전 이중-편파 구조의 패치들(101, 102)을 포함하는 안테나(100') 및 8개의 송수신기들(221 내지 228)을 포함하는 RFIC(200')를 도시한다.

RFIC(200')는 안테나(100')의 8개의 포트들에 대응하는 8개의 급전 라인들(15')을 통해서 연결될 수 있다. 예를 들면, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 전술된 바와 같이, 안테나(100') 및 급전 라인들(15')을 포함하는 안테나 모듈이 RFIC(200') 상에 배치될 수 있고, RFIC(200')의 상면 및 안테나 모듈의 하면에 적어도 하나의 접속(connection)이 형성될 수 있다. 안테나(100')는 제1 패치(101) 및 제2 패치(102)에서 8개의 급전 지점들과 각각 연결되는 8개의 급전 라인들(15')을 통해서 RFIC(200')로부터 4개의 차동 신호들을 수신할 수 있다. 이를 위하여, RFIC(200')에 포함된 한 쌍의 송수신기들이 하나의 차동 신호를 생성할 수 있고, 이에 따라 8개의 송수신기들(221 내지 228)은 4개의 차동 신호들을 생성할 수 있다.

스위치/듀플렉서(220)는 송신 모드 또는 수신 모드에 따라, 8개의 송수신기들(221 내지 228)의 출력 단자들 또는 입력 단자들을 8개의 급전 라인들(15')과 연결시키거나 연결을 끊을 수 있다. 예를 들면, 스위치/듀플렉서(220)는 송신 모드에서 제1 송수신기(221)의 출력 단자를 8개의 급전 라인들(15') 중 제1 급전 라인과 연결할 수 있고, 제1 송수신기(221)의 입력 단자와 제1 급전 라인의 연결을 끊을 수 있다. 또한, 스위치/듀플렉서(220)는 수신 모드에서 제1 송수신기(221)의 입력 단자를 제1 급전 라인과 연결할 수 있고, 제1 송수신기(221)의 출력 단자와 제1 급전 라인의 연결을 끊을 수 있다. RFIC(200')에 포함된 송수신기의 예시가 도 11을 참조하여 후술될 것이다.

도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 RFIC(200")를 나타내는 블록도이다. 구체적으로, 도 11은 도 10의 RFIC(200')에 포함된 송수신기들의 예시를 나타낸다. 도 10을 참조하여 전술된 바와 같이, 도 11의 제1 송수신기(221') 및 제3 송수신기(223')는 차동 신호를 출력할 수 있고, 스위치/듀플렉서(220')는 송신 모드에서 차동 신호를 급전 라인들에 전달할 수 있다. 즉, 제1 송수신기(221')로부터 출력되는 제1 송신 신호(TX1) 및 제3 송수신기(223')로부터 출력되는 제3 송신 신호(TX3)는 하나의 패치에서 2개의 이격된 급전 지점들에 인가될 수 있다. 또한, 제1 송수신기(221')에 수신되는 제1 수신 신호(RX1) 및 제3 송수신기(223')에 수신되는 제3 수신 신호(RX3)는 하나의 패치에서 2개의 이격된 급전 지점들로부터 수신될 수 있다.

도 11을 참조하면, 제1 송수신기(221')는 전력 증폭기(221_1) 및 저잡음 증폭기(221_3) 및 위상 변위기들(phase shifters)(221_2, 221_4)을 포함할 수 있다. 유사하게, 제3 송수신기(223') 역시 전력 증폭기(223_1) 및 저잡음 증폭기(221_3) 및 위상 변위기들(223_2, 223_4)을 포함할 수 있다. 송신 모드에서, 제1 송수신기(221') 및 제3 송수신기(223')의 전력 증폭기들(221_1, 223_1)은 제1 송신 신호(TX1) 및 제3 송신 신호(TX3)를 각각 출력할 수 있다. 수신 모드에서, 제1 송수신기(221') 및 제3 송수신기(223')의 저잡음 증폭기들(221_3, 223_3)은 제1 수신 신호(RX1) 및 제3 수신 신호(RX3)를 각각 수신할 수 있다.

제1 송수신기(221')의 위상 변위기들(221_2, 221_4) 및 제3 송수신기(223')의 위상 변위기들(223_2, 223_4)은 상호 180도의 위상차를 제공할 수 있다. 예를 들면, 제1 송수신기(221')의 송신 위상 변위기(221_2)는 입력 신호에 대한 위상차가 영(zero)인 출력 신호를 전력 증폭기(221_1)에 제공할 수 있는 한편, 제3 송수신기(223')의 송신 위상 변위기(223_2)는 제1 송수신기(221')의 송신 위상 변위기(221_2)에 제공된 입력 신호와 동일한 입력 신호에 대한 위상차가 180도인 출력 신호를 전력 증폭기(223_1)에 제공할 수 있다. 이에 따라, 제1 송신 신호(TX1) 및 제3 송신 신호(TX3)는 180도의 위상차를 가질 수 있고, 차동 신호를 구성할 수 있다. 또한, 제1 송수신기(221')의 수신 위상 변위기(221_4)는 저잡음 증폭기(221_3)의 출력 신호에 대한 위상차가 영(zero)인 신호를 출력할 수 있는 한편, 제3 송수신기(223')의 수신 위상 변위기(223_4)는 저잡음 증폭기(223_3)의 출력 신호에 대한 위상차가 180도인 신호를 출력할 수 있다.

도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 안테나 모듈(100")을 나타내는 도면이다. 이상에서 도면들을 참조하여 전술된 바와 같이, 안테나 모듈(100")은 차동 신호가 공급되는 복수의 급전 라인들과 각각 연결된 패치 안테나들(111 내지 114)을 포함할 수 있다. 패치 안테나들(111 내지 114) 각각은 또한 이중-편파를 위하여 2개의 차동 신호들이 인가될 수도 있다.

도 12를 참조하면, 안테나 모듈(100")은 패치 안테나들(111 내지 114)뿐만 아니라 다이폴(dipole) 안테나들(121 내지 124)을 포함할 수 있다. 이와 같이, 패치 안테나들(111 내지 114)에 상이한 종류의 안테나들이 부가됨으로써 커버리지가 확장될 수 있다. 도 12에 도시된 패치 안테나들(111 내지 114) 및 다이폴 안테나들(121 내지 124)의 배치는 예시에 불과하며, 도 12에 도시된 바와 상이하게 안테나들이 배치될 수 있는 점이 유의된다.

도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 안테나를 포함하는 통신 기기의 예시들을 블록도이다. 구체적으로, 도 13은 셀룰러 네트워크를 이용하는 무선 통신 시스템(600)에서 기지국(610) 및 사용자 기기(620)가 무선 통신하는 예시를 나타낸다. 기지국(610) 및 사용자 기기(620)는 다중-급전 구조의 안테나를 포함할 수 있고, 차동 신호를 제공하는 RFIC를 포함할 수 있다.

기지국(base station)(610)은 사용자 기기 및/또는 다른 기지국과 통신하는 고정된 지점(fixed station)일 수 있다. 예를 들면, 기지국(610)은 Node B, eNB(evolved-Node B), 섹터(Sector), 싸이트(Site), BTS(Base Transceiver System), AP(Access Pint), 릴레이 노드(Relay Node), RRH(Remote Radio Head), RU(Radio Unit), 스몰 셀(small cell) 등으로 지칭될 수 있다. 사용자 기기(user equipment)(620)는 고정되거나 이동성을 가질 수 있고, 기지국과 통신하여 데이터 및/또는 제어정보를 송수신할 수 있다. 예를 들면, 사용자 기기(620)는 단말 기기(terminal equipment), MS(Mobile Station), MT(Mobile Terminal), UT(User Terminal), SS(Subscribe Station), 무선 장치(wireless device), 휴대 장치(handheld device) 등으로 지칭될 수 있다.

도 13에 도시된 바와 같이, 기지국(610) 및 사용자 기기(620)는 복수의 안테나들을 각각 포함할 수 있고, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 채널(630)을 통해서 무선 통신할 수 있다. 복수의 안테나들 각각은 본 개시의 예시적 실시예에 따라 멀티-급전 구조를 가질 수 있고, 이중-편파 구조를 가질 수도 있다. RFIC에 의해서 안테나에 차동 신호가 제공될 수 있고, 안테나가 설치되는 기지국(610) 또는 사용자 기기(620)의 요건이 충족될 수 있다. 예를 들면, EIRP는 RF 경로를 2배로 함으로써 증가될 수 있고, 이에 따라 안테나 면적(또는 폼 펙터(form factor))은 절반으로 감소할 수 있다. 또한, 개선된 EIRP로써 넓은 빔들을 가능하게 할 수 있고, DC 전력 소실(dissipation)이 절반으로 감소할 수 있으며, 위상 해상도(resolution)에서 복잡도가 감소할 수 있다. 또한, RFIC의 보다 많은 RF 경로들을 활용할 수 있으므로, 보다 완화된 송신 전력을 이용하여 밀리미터파(mmWave) 안테나 모듈의 구현을 용이하게 할 수 있다. 또한, 본 개시의 예시적 실시예에 따라, 하나의 패치 안테나에 두 쌍의 차동 급전 구조를 적용하여 이중-편파 패치 안테나도 용이하게 구현될 수 있다.

도 14는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 안테나를 포함하는 통신 기기의 예시들을 나타낸다. 구체적으로, 도 14는 WLAN을 이용하는 무선 통신 시스템에서 다양한 무선 통신 기기들이 상호 통신하는 예시를 나타낸다. 도 14에 도시된 다양한 무선 통신 기기들 각각은 다중-급전 안테나를 포함할 수 있고, 다중-급전 안테나에 차동 신호를 제공하는 RFIC를 포함할 수 있다.

가정용 기기(721), 가전(722), 엔터테인먼트 기기(723) 및 AP(710)는 IoT(Internet of Things) 네트워크 시스템을 구성할 수 있다. 가정용 기기(721), 가전(722), 엔터테인먼트 기기(723) 및 AP(Access Point)(710) 각각은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 송수신기를 부품으로서 포함할 수 있다. 가정용 기기(721), 가전(722) 및 엔터테인먼트 기기(723)는 AP(710)와 무선 통신할 수 있고, 가정용 기기(721), 가전(722) 및 엔터테인먼트 기기(723)는 상호 무선 통신할 수도 있다.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (20)

1. RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit) 칩 및 상기 RFIC 칩의 상면 상에 배치된 안테나 모듈을 포함하는 RF 장치로서,
   상기 안테나 모듈은,
   상기 RFIC 칩과 평행하고, 상기 RFIC 칩에 수직 방향으로 방사를 제공하도록 구성된 상면을 가지는 제1 패치(patch);
   상기 제1 패치 및 상기 RFIC 사이에서 상기 제1 패치와 평행한 접지판; 및
   상기 제1 패치의 하면에 연결되고 상기 RFIC 칩으로부터 상기 제1 패치에 적어도 하나의 차동 신호를 공급하도록 구성된, 복수의 급전(feed) 라인들을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 급전 라인들은, 상기 제1 패치의 하면에서 제1 급전 지점 및 제2 급전 지점과 각각 연결되고 제1 차동 신호를 공급하도록 구성된, 제1 급전 라인 및 제2 급전 라인을 포함하고,
   상기 제1 급전 지점 및 상기 제2 급전 지점은, 제1 수평 방향으로 이격된 것을 특징으로 하는 RF 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 급전 지점 및 상기 제2 급전 지점은, 상기 제1 수평 방향으로 상기 제1 패치의 중심을 가로지르는 제1 중심선에 근접하게 위치하는 것을 특징으로 하는 RF 장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 급전 지점 및 상기 제2 급전 지점은, 상기 제1 패치의 중심으로부터 동일한 거리만큼 각각 이격된 것을 특징으로 하는 RF 장치.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 급전 라인은, 상기 제1 수평 방향으로 연장되는 부분 및 상기 수직 방향으로 연장되는 부분을 포함하고,
   상기 제2 급전 라인은, 상기 제1 수평 방향으로 연장되는 부분 및 상기 수직 방향으로 연장되는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 장치.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 제1 패치의 상면 및 하면은, 상기 제1 수평 방향에 평행한 한 쌍의 변들(sides)을 가지는 직사각형인 것을 특징으로 하는 RF 장치.
7. 청구항 2에 있어서,
   상기 복수의 급전 라인들은, 상기 제1 패치의 하면에서 제3 급전 지점 및 제4 급전 지점과 각각 연결되고 제2 차동 신호를 공급하도록 구성된, 제3 급전 라인 및 제4 급전 라인을 포함하고,
   상기 제3 급전 라인 및 상기 제4 급전 지점은, 상기 제1 수평 방향과 수직한 제2 수평 방향으로 이격된 것을 특징으로 하는 RF 장치.
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 제3 급전 지점 및 상기 제4 급전 지점은, 상기 제2 수평 방향으로 상기 제1 패치의 중심을 가로지르는 제2 중심선에 근접하게 위치하는 것을 특징으로 하는 RF 장치.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 제3 급전 지점 및 상기 제4 급전 지점은, 상기 제1 패치의 중심으로부터 동일한 거리만큼 각각 이격된 것을 특징으로 하는 RF 장치.
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 제3 급전 라인은, 상기 제2 수평 방향으로 연장되는 부분 및 상기 수직 방향으로 연장되는 부분을 포함하고,
    상기 제4 급전 라인은, 상기 제2 수평 방향으로 연장되는 부분 및 상기 수직 방향으로 연장되는 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 장치.
11. 청구항 7에 있어서,
    상기 안테나 모듈은,
    상기 제1 패치로부터 상기 제1 수평 방향으로 이격된 제2 패치; 및
    상기 제2 패치의 하면에 연결되고 상기 RFIC 칩으로부터 상기 제2 패치에 적어도 하나의 차동 신호를 공급하도록 구성된, 복수의 급전 라인들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 장치.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 안테나 모듈은,
    상기 제1 패치로부터 상기 제2 수평 방향으로 이격된 제3 패치;
    상기 제2 패치로부터 상기 제2 수평 방향으로 이격된 제4 패치; 및
    상기 제3 패치 및 상기 제4 패치의 하면들에 각각 연결되고 상기 RFIC 칩으로부터 상기 제3 패치 및 상기 제4 패치에 적어도 하나의 차동 신호를 각각 공급하도록 구성된, 복수의 급전 라인들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 장치.
13. 청구항 1에 있어서,
    상기 안테나 모듈은, 상기 제1 패치의 상면 상에서 상기 제1 패치와 평행한 상위 패치(top-patch)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 장치.
14. 청구항 1에 있어서,
    상기 RFIC는, 상기 적어도 하나의 차동 신호를 생성하기 위한 적어도 하나의 위상 변위기(phase shifter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 장치.
15. 청구항 1에 있어서,
    상기 RFIC는, 복수의 급전 라인들을 통해서 수신되는 신호들을 처리하기 위한 적어도 하나의 위상 변위기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 장치.
16. 접지판;
    상기 접지판의 상면 위에서 상기 접지판과 평행하고, 상기 접지판에 수직 방향으로 방사를 제공하도록 구성된 상면을 가지는 제1 패치(patch); 및
    상기 제1 패치의 하면에서 복수의 급전 지점들에 각각 연결된 복수의 급전 라인들을 포함하고,
    상기 복수의 급전 지점들은, 제1 수평 방향으로 이격된 제1 급전 지점 및 제2 급전 지점을 포함하고, 상기 제1 수평 방향과 수직한 제2 수평 방향으로 이격된 제3 급전 지점 및 제4 급전 지점을 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 급전 지점 및 상기 제2 급전 지점은, 상기 제1 수평 방향으로 상기 제1 패치의 중심을 가로지르는 제1 중심선에 근접하게 위치하고,
    상기 제3 급전 지점 및 상기 제4 급전 지점은, 상기 제2 수평 방향으로 사기 제1 패치의 중심을 가로지르는 제2 중심선에 근접하게 위치하는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
18. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 급전 지점 및 상기 제2 급전 지점은, 상기 제1 패치의 중심으로부터 동일한 거리만큼 각각 이격되고,
    상기 제3 급전 지점 및 상기 제4 급전 지점은, 상기 제1 패치의 중심으로부터 동일한 거리만큼 각각 이격되는 것을 특징으로 하는 안테나 모듈.
19. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 패치로부터 상기 제1 수평 방향으로 이격된 제2 패치; 및
    상기 제2 패치의 하면에서 복수의 급전 지점들에 각각 연결된 복수의 급전 라인들을 더 포함하는 안테나 모듈.
20. 청구항 20에 있어서,
    상기 제1 패치로부터 상기 제2 수평 방향으로 이격된 제3 패치;
    상기 제2 패치로부터 상기 제2 수평 방향으로 이격된 제4 패치; 및
    상기 제3 패치 및 상기 제4 패치의 하면들에서 복수의 급전 지점들에 각각 연결된 복수의 급전 라인들을 더 포함하는 안테나 모듈.

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