KR20190087270A - Antenna device and electronic apparatus having the same - Google Patents

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KR20190087270A
KR20190087270A KR1020180131074A KR20180131074A KR20190087270A KR 20190087270 A KR20190087270 A KR 20190087270A KR 1020180131074 A KR1020180131074 A KR 1020180131074A KR 20180131074 A KR20180131074 A KR 20180131074A KR 20190087270 A KR20190087270 A KR 20190087270A
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antenna
radiator
dipole
present
magnetic dipole
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KR1020180131074A
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김규석
유종원
황인준
유종상
오주익
유승우
이주희
정준영
정재훈
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엘지전자 주식회사
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Abstract

The present invention relates to an antenna device. According to the present invention, the antenna device includes a plurality of radiators for transmitting and receiving a signal, and a first feed unit for supplying an electrical signal to the radiators. The plurality of radiators are configured with a first radiator and a second radiator for transmitting and receiving a signal through a first frequency band, and a third radiator for transmitting and receiving a signal through a second frequency band. The third radiator is located between the first radiator and the second radiator. The first radiator, the second radiator, and the third radiator are connected through a first via hole.

Description

무선 통신 시스템에서 안테나 장치 및 이를 구비하는 전자기기{ANTENNA DEVICE AND ELECTRONIC APPARATUS HAVING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to an antenna apparatus and an electronic apparatus having the antenna apparatus in a wireless communication system.

본 발명은 무선 통신 시스템에서 안테나 장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게 밀리미터파 대역 및 5G 이동통신을 목적으로 하는 안테나 장치의 구성과 구현 방법 및 이를 구비하는 전자기기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an antenna device in a wireless communication system, and more particularly, to a configuration and an implementation method of an antenna device for millimeter wave band and 5G mobile communication and an electronic device having the same.

제조 및 생산 기술의 발전으로 인해 전자기기의 수는 나날이 증가하고 있다. 이러한 전자기기는 Wi-Fi, Bluetooth의 근거리 무선 통신 기술과 3G, LTE, 5G를 비롯한 이동 통신 기술을 통해 다양한 정보를 주고 받는다.Due to advances in manufacturing and production technology, the number of electronic devices is increasing day by day. These electronic devices exchange various information through Wi-Fi, Bluetooth's short-range wireless communication technology and mobile communication technologies including 3G, LTE and 5G.

이와 같은 근거리 및 장거리 무선 통신 기술을 이용하는 전자기기가 확산되고 다양한 고품질의 컨텐츠 및 서비스가 생산됨에 따라, 데이터 전송 속도와 데이터 처리 용량을 증가하기 위한 통신 기술의 개발이 이루어지고 있다. As such electronic devices using short-range and long-distance wireless communication technologies have spread and various high-quality contents and services have been produced, communication technologies for increasing data transmission speed and data processing capacity have been developed.

그러나, 기존의 sub-6GHz 대역의 주파수에서는 증가하는 모바일 데이터 트래픽과 전송 속도를 확보하기 위한 주파수 대역폭이 부족하기 때문에, 더 넓은 대역폭의 확보를 통해 더 빠른 데이터 전송 속도와 더 큰 통신 채널 용량을 얻을 수 있는 수십 GHz 이상의 밀리미터파(millimeter-wave) 대역의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.However, because of the lack of frequency bandwidth for securing mobile data traffic and transmission rate in the existing sub-6GHz frequency band, it is possible to obtain faster data transmission rate and larger communication channel capacity A millimeter-wave band of several tens of GHz or more is being actively developed.

현재 전세계 각국의 정부, 산업계가 주도하여 5G 이동통신의 주파수 할당을 위한 표준화가 진행되고 있으며, 그 중 28GHz 대역을 미국, 유럽, 한국, 일본을 비롯한 여러 국가에서 채택하고자 하고 있다. 이에 대해 추가로 38GHz의 대역도 미국, 중국, 유럽 등에서 채택하고자 하고 있다.Currently, governments and industries around the world are leading the standardization for the frequency allocation of 5G mobile communication, and the 28GHz band is being adopted in various countries including USA, Europe, Korea, and Japan. In addition, the 38GHz band is also being adopted by the US, China, and Europe.

밀리미퍼타 대역의 전파 환경은 높은 자유 공간 손실과 드문(sparse) 채널 전달 특성을 가지기 때문에, 높은 이득과 빔 조향이 가능한 위상 배열 안테나를 이용하여 이러한 특성을 극복하는 것이 필요하다.Since the propagation environment of the millimeter-putter band has high free space loss and sparse channel transmission characteristics, it is necessary to overcome these characteristics by using a phased array antenna capable of high gain and beam steering.

밀리미터파 대역의 안테나는 위상 배열 안테나로 구성되어 사용되기 때문에 빔 포밍 RFIC(radio frequency Integrated Circuit)와 결합되어 사용된다. 그리고 단말기 내부에는 통신 장치를 비롯한 많은 회로 소자가 있기 ?문에 이와의 간섭을 피하는 것이 중요하다. 또한 단말기에 삽입되는 안테나의 경우 그 크기를 최소화할 수 있는 방법이 필요하다.The millimeter wave band antenna is used in conjunction with a beamforming radio frequency integrated circuit (RFIC) because it is used as a phased array antenna. In addition, there are many circuit elements inside the terminal, including communication devices, so it is important to avoid interference with these devices. Also, a method of minimizing the size of an antenna inserted in a terminal is needed.

또한, 밀리미터파 주파수를 사용하는 통신 규격이 국가 및/또는 서비스에 따라 각각 달라질 수 있기 때문에 이러한 대역에 대해 각각의 안테나 구조를 사용하는 것은 단말기에 적합하지 않다.In addition, it is not appropriate for the terminal to use the respective antenna structure for this band because the communication standard using the millimeter wave frequency may vary depending on the country and / or the service.

따라서, 이중 대역 이상의 주파수 대역에서 동작하는 다중 대역 안테나의 개발이 요구된다.Therefore, it is required to develop a multi-band antenna operating in a frequency band higher than the dual band.

안테나를 통해 방사되는 신호는 특정 편파를 가지고 공간 중에서 전파된다. 통신 신호 전송에 있어서 송신 안테나와 수신 안테나 간의 Orientation 및 편파(Polarization)의 불일치는 전달되는 신호의 손실을 야기할 수 있다. The signal radiated through the antenna propagates in space with a specific polarization. In communication signal transmission, the inconsistency between the orientation and the polarization between the transmission antenna and the reception antenna may cause loss of the transmitted signal.

이 경우, 동일 주파수에서 2개의 선형 편파(수직, 수평) 혹은 2개의 원형편파(RHCP, LHCP)로 동시에 이중 신호를 송수신하여 통신 성능을 향상 시킬 수 있기 때문에 이중 혹은 다중의 편파를 생성할 수 있는 안테나의 개발도 요구된다.In this case, since communication performance can be improved by simultaneously transmitting and receiving dual signals with two linear polarized waves (vertical and horizontal) or two circular polarized waves (RHCP and LHCP) at the same frequency, it is possible to generate double or multiple polarizations Development of antennas is also required.

본 명세서에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical subjects which are not mentioned are to be clearly understood by those skilled in the art to which the present invention belongs It will be possible.

구체적으로, 본 발명의 일 실시 예에 따른 안테나 장치는, 신호를 송수신하기 위한 복수의 방사체; 및 상기 방사체로 전기적 신호를 공급하기 위한 제 1 급전부를 포함하되, 상기 복수의 방사체는 제1 주파수 대역을 통해 신호를 송수신하기 위한 제1 방사체 및 제2 방사체, 제 2 주파수 대역을 통해 신호를 송수신하기 위한 제3 방사체로 구성되며, 상기 제3 방사체는 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체 사이에 위치하고, 상기 제1 방사체, 상기 제2 방사체, 및 상기 제3 방사체는 제 1 비아홀(via hole)을 통해서 연결된다.More specifically, an antenna device according to an embodiment of the present invention includes: a plurality of radiators for transmitting and receiving signals; And a first feeder for feeding an electrical signal to the radiator, wherein the plurality of radiators comprises a first radiator and a second radiator for transmitting and receiving signals over a first frequency band, And the third radiator is positioned between the first radiator and the second radiator, and the first radiator, the second radiator, and the third radiator are connected to a first via hole ).

또한, 본 발명에서, 상기 급전부는 스트립라인(stripline)구조로 구성된다.In addition, in the present invention, the power supply unit is configured in a stripline structure.

또한, 본 발명은 상층부 및 하층부에 접지 층을 더 포함하되, 상기 상층부 및 상기 하층부의 상기 접지 층은 급전 방식을 스트립 라인에서 양방향 슬롯라인(bilateral slotline)으로 변환을 위해서 동일한 슬롯이 형성된다.Further, the present invention further includes a ground layer at the upper and lower layers, wherein the ground layer of the upper layer and the lower layer is formed with the same slot for converting the feeding method from a strip line to a bilateral slot line.

또한, 본 발명에서, 상기 안테나 장치는 플렉시블(flexible) 기판에 설계되며, 단말의 엣지(edge)에 위치한다.Further, in the present invention, the antenna device is designed on a flexible substrate and is located at the edge of the terminal.

또한, 본 발명에서, 상기 복수의 방사체 및 상기 제 1 급전부는 수평 편파를 송수신하기 위해 전기적 다이폴(electronic dipole)의 구조를 갖는다.Further, in the present invention, the plurality of radiators and the first feeder have an electronic dipole structure for transmitting and receiving horizontal polarized waves.

또한, 본 발명에서, 상기 전기적 다이폴의 구조는 수평 방향으로 빔을 생성하기 위해 상부 및 하부에 대칭적으로 급전(feed) 구조의 마천드 발룬(merchand balun) 구조를 포함한다.In addition, in the present invention, the structure of the electrical dipole includes a merchand balun structure symmetrically in a feed structure at the top and bottom to produce a beam in the horizontal direction.

또한, 본 발명은 수직 편파를 송수신하기 위한 자기적 다이폴(magnetic dipole)의 구조를 더 포함한다.In addition, the present invention further includes a structure of a magnetic dipole for transmitting and receiving vertical polarization.

또한, 본 발명에서, 상기 자기적 다이폴의 구조는 접지 층에 형성되며, 상층면, 하층면 및 후면이 단락회로로 연결되고, 상기 후면은 상기 상층면 및 상기 하층면을 연결하는 제 2 비아홀을 포함한다.Further, in the present invention, the structure of the magnetic dipole is formed in the ground layer, and the upper layer surface, the lower layer surface and the rear surface are connected by a short circuit, and the rear surface has a second via hole connecting the upper layer surface and the lower layer surface .

또한, 본 발명에서, 상기 자기적 다이폴은 상기 제 2 비아홀을 통해 직접 급전되는 직접 급전 방식 또는 커플링 방식에 기초하여 급전된다.Further, in the present invention, the magnetic dipole is fed based on a direct feeding method or a coupling method which is directly fed through the second via hole.

또한, 본 발명은 상기 자기적 다이폴의 대역폭 및 이득을 증가시키기 위해서 상기 자기적 다이폴의 전면에 배치된 커플링 디렉터(coupling director)를 더 포함한다.The present invention further includes a coupling director disposed on a front surface of the magnetic dipole to increase the bandwidth and gain of the magnetic dipole.

본 발명은 단말을 포함한 밀리미터파 통신을 사용하는 전자기기에 수평 편파및/또는 수직 편파를 가지는 안테나를 좁은 공간에 설치할 수 있는 효과가 있다.The present invention is advantageous in that an antenna having a horizontal polarization and / or a vertical polarization can be installed in a narrow space in an electronic device using millimeter wave communication including a terminal.

또한, 본 발명은 수직 편파 및 수평 편파를 가지는 안테나를 통해서 밀리미터파 대역에서 단말이 외부와 통신을 수행할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has an effect that a terminal can communicate with the outside in a millimeter wave band through an antenna having vertical polarization and horizontal polarization.

또한, 본 발명은 서로 다른 통신 대역폭을 가지는 각각의 안테나를 다중 대역 안테나로 대체하여 하나의 단말에 실장함으로써 단말 내부 공간을 효율적으로 운용 가능하고, 다양한 주파수 대역에 대해 각각의 안테나 장치를 구성하지 않아도 되는 효과가 있다.In addition, the present invention can efficiently operate the inner space of the terminal by replacing each antenna having a different communication bandwidth with a multi-band antenna and implementing the same in a single terminal, and without configuring each antenna device for various frequency bands .

또한, 본 발명은 구조적인 특성을 통해 외부 간섭으로부터 강인한 특성을 가지고 넓은 주파수 대역폭을 가지는 단말을 제공할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of providing a terminal having a robust characteristic from external interference and having a wide frequency bandwidth through its structural characteristics.

또한, 본 발명은 구동 안테나 요소인 전기적 다이폴(electronic dipole) 안테나 및 자기적 다이폴(magnetic dipole) 안테나의 기하학적 구조의 길이 또는 폭을 변경함으로써 동작 주파수를 조절할 수 있는 효과가 있다.The present invention also has the effect of adjusting the operating frequency by changing the length or width of the geometry of the driving dipole antenna and magnetic dipole antenna.

또한, 본 발명은 안테나를 유연한 기판에 설치함으로써 안테나의 크기를 줄일 수 있으며, 단말의 엣지(edge) 부분의 외부 케이스(또는, 커버(Cover), 섀시(Chassis), 또는 패키지 등)에도 안테나를 실장할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention can reduce the size of an antenna by providing the antenna on a flexible substrate, and it is also possible to reduce the size of the antenna even in an outer case (or a cover, a chassis, There is an effect that can be mounted.

본 명세서에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present specification are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description will be.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부 도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 특징을 설명한다.
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 안테나에 따른 빔 패턴의 모양의 일 예를 나타내는 도이다.
도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 기판 및 안테나 구조의 일 예를 나타내는 도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명이 적용될 수 있는 안테나의 설계를 위한 기판 구조의 일 예를 나타내는 도이다.
도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 안테나 방사체에 신호를 입력하는 방식의 일 예를 나타내는 도이다.
도 6은 본 발명에서 제안하는 이중 슬롯라인(Bilateral slotline) 구조의 일 예를 나타내는 도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에서 제안하는 단일 주파수에서 공진하는 안테나 구조 및 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도이다.
도 10 내지 도 12는 본 발명에서 제안하는 이중 주파수에서 공진하는 안테나 구조 및 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도이다.
도 13및 도 14는 본 발명이 적용될 수 있는 자기적 다이폴 구조의 일 예를 나타내는 도이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명에서 제안하는 단일 주파수에서 공진하는 이중 편파 안테나 구조 및 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도이다.
도 18은 본 발명에서 제안하는 위상 변환기를 이용하는 위상 배열 안테나의 빔 조향 방법의 일 예를 나타내는 도이다.
도 19는 본 발명에서 제안하는 안테나를 포함하는 단말 구조의 일 예를 나타내는 도이다.
도 20은 본 발명에서 제안하는 안테나가 적용된 패키지 또는 인쇄 회로 기판(printed circuit board: PCB)의 일 예를 나타내는 도이다.
도 21 및 도 22는 본 발명에서 제안하는 안테나가 단말에 삽입되는 방법의 일 예를 나타내는 도이다.
The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of the specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the technical features of the invention.
1 is a view showing an example of a shape of a beam pattern according to an antenna to which the present invention can be applied.
2 is a diagram illustrating an example of a substrate and an antenna structure to which the present invention can be applied.
3 and 4 are views showing an example of a substrate structure for designing an antenna to which the present invention can be applied.
5 is a diagram illustrating an example of a method of inputting a signal to an antenna radiator to which the present invention can be applied.
6 is a diagram illustrating an example of a bilateral slotline structure proposed by the present invention.
FIGS. 7 to 9 are views showing an example of the antenna structure and simulation results resonating at a single frequency proposed by the present invention.
10 to 12 are diagrams showing an example of the antenna structure and the simulation result resonating at the dual frequency proposed by the present invention.
13 and 14 are views showing an example of a magnetic dipole structure to which the present invention can be applied.
15 to 17 are diagrams showing an example of a dual polarization antenna structure and a simulation result of resonance at a single frequency proposed by the present invention.
18 is a diagram showing an example of a beam steering method of a phased array antenna using a phase shifter proposed by the present invention.
19 is a diagram showing an example of a terminal structure including an antenna proposed in the present invention.
20 is a view showing an example of a package or a printed circuit board (PCB) to which the antenna proposed in the present invention is applied.
21 and 22 are views showing an example of a method in which the antenna proposed in the present invention is inserted into a terminal.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 당업자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The following detailed description, together with the accompanying drawings, is intended to illustrate exemplary embodiments of the invention and is not intended to represent the only embodiments in which the invention may be practiced. The following detailed description includes specific details in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, those skilled in the art will appreciate that the present invention may be practiced without these specific details.

몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다. In some instances, well-known structures and devices may be omitted or may be shown in block diagram form, centering on the core functionality of each structure and device, to avoid obscuring the concepts of the present invention.

본 명세서에서 기지국은 단말과 직접적으로 통신을 수행하는 네트워크의 종단 노드(terminal node)로서의 의미를 갖는다. 본 문서에서 기지국에 의해 수행되는 것으로 설명된 특정 동작은 경우에 따라서는 기지국의 상위 노드(upper node)에 의해 수행될 수도 있다. 즉, 기지국을 포함하는 다수의 네트워크 노드들(network nodes)로 이루어지는 네트워크에서 단말과의 통신을 위해 수행되는 다양한 동작들은 기지국 또는 기지국 이외의 다른 네트워크 노드들에 의해 수행될 수 있음은 자명하다. '기지국(BS: Base Station)'은 고정국(fixed station), Node B, eNB(evolved-NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(AP: Access Point) 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, '단말(Terminal)'은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D(Device-to-Device) 장치 등의 용어로 대체될 수 있다.In this specification, a base station has a meaning as a terminal node of a network that directly communicates with a terminal. The specific operation described herein as performed by the base station may be performed by an upper node of the base station, as the case may be. That is, it is apparent that various operations performed for communication with a terminal in a network composed of a plurality of network nodes including a base station can be performed by a network node other than the base station or the base station. A 'base station (BS)' may be replaced by terms such as a fixed station, a Node B, an evolved NodeB (eNB), a base transceiver system (BTS), an access point (AP) . Also, a 'terminal' may be fixed or mobile and may be a mobile station (UE), a mobile station (MS), a user terminal (UT), a mobile subscriber station (MSS), a subscriber station (SS) Advanced Mobile Station (WT), Wireless Terminal (WT), Machine-Type Communication (MTC), Machine-to-Machine (M2M), and Device-to-Device (D2D) devices.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 안테나에 따른 빔 패턴의 모양의 일 예를 나타내는 도이다.1 is a view showing an example of a shape of a beam pattern according to an antenna to which the present invention can be applied.

밀리미터파 대역의 주파수에서의 파장은 수 mm의 범위로, 일반적으로 안테나 방사체의 전기적인 길이는 주파수 대비 파장의 1/2 혹은 1/4를 만족해야 한다. 예를 들어 30GHz의 주파수의 경우, 파장의 길이는 공기 중에서 10mm이기 때문에, 기판 유전체의 유전율을 반영하지 않으면 안테나 방사체는 5mm 혹은 2.5mm 정도의 크기를 가진다.The wavelength at the frequency of the millimeter waveband is in the range of a few millimeters, and the electrical length of the antenna radiator should generally be 1/2 or 1/4 wavelength of the frequency. For example, in the case of a frequency of 30 GHz, the length of a wavelength is 10 mm in air, and therefore, the antenna radiator has a size of about 5 mm or 2.5 mm unless it reflects the permittivity of the substrate dielectric.

안테나 방사체의 길이뿐만 아니라, 크기를 차지하는 너비와 두께도 안테나의 중요한 요소이다. 일반적으로 다이폴 안테나를 비롯한 엔드-파이어(End-fire) 빔을 형성하는 안테나는 인쇄 회로 기판(printed circuit board: PCB)의 엣지(edge)에 설계될 수 있다.Not only the length of the antenna radiator, but also the width and thickness of the antenna are important factors for the antenna. Generally, an antenna that forms an end-fire beam including a dipole antenna can be designed on an edge of a printed circuit board (PCB).

이러한 PCB에 설계된 안테나가 단말기에 삽입될 경우 역시 단말의 엣지(edge)에 삽입되어 안테나가 차지하는 공간만큼 단말기 엣지에 추가적인 공간이 필요하게 된다.When an antenna designed for such a PCB is inserted into a terminal, an additional space is required at the edge of the terminal as much as the space occupied by the antenna is inserted at the edge of the terminal.

그러나, 휴대폰 단말기는 대부에 다양한 소자가 굉장히 밀집된 구조이기 때문에 삽입을 위한 공간이 매우 부족하다는 문제점이 존재한다.However, there is a problem that the space for inserting is very insufficient because the mobile phone terminal has a very dense structure of various devices.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 단말에 안테나가 삽입되는 실장 공간의 제약을 줄일 수 있는 안테나 구조 및 실장 방법을 제안한다. In order to solve such a problem, the present invention proposes an antenna structure and a mounting method that can reduce the restriction of a mounting space in which an antenna is inserted into a terminal.

또한 단말기에 삽입되는 PCB는 다층 구조로 일반적으로 1mm 이내의 두께를 가지고 있다. 이러한 다층 구조에는 전원선을 비롯한 다양한 컨트롤 라인, RF 라인 등이 밀접하게 배치되어 있고, 기판의 위 아래면에는 다양한 소자들이 부착되어 있기 때문에 상호간의 영향을 줄일 수 있는 방법이 필요하다. 고주파의 신호는 다른 소자에 영향을 주거나 혹은 다른 소자로부터 영향을 받아 성능 저하를 일으킬 수 있는 확률이 더 크기 때문에 이러한 상호 간섭을 최소화할 수 있는 방법에 대한 개발이 필요하다.In addition, the PCB inserted in the terminal has a multi-layer structure and generally has a thickness of less than 1 mm. In this multi-layer structure, power lines, various control lines, RF lines, and the like are closely arranged, and various devices are attached to the upper and lower surfaces of the substrate. There is a need to develop a method that can minimize this mutual interference because high frequency signals are more likely to affect performance, or affect other devices, or are affected by other devices.

단말기 안테나가 단말에 삽입되는 경우, 안테나에서 방사되는 빔의 형태는 안테나의 구조에 따라 도 1의 (a)와 같이 PCB 평면에 수직한 형태이거나, 도 1의 (b)와 같이 PCB 평면에 평행한 형태일 수 있다.When the terminal antenna is inserted into the terminal, the shape of the beam emitted from the antenna may be perpendicular to the PCB plane as shown in FIG. 1 (a) or parallel to the PCB plane as shown in FIG. 1 (b) It can be in one form.

단말기 안테나를 단말기의 엣지에 삽입하는 경우 안테나에서 방사되는 빔의 형태는 일반적으로 도 1의 (b)와 같이 PCB 평면에 평행한 형태인 엔드-파이어 빔을 형성하도록 설계된다.When the terminal antenna is inserted into the edge of the terminal, the shape of the beam emitted from the antenna is generally designed to form an end-to-fire beam in a form parallel to the plane of the PCB as shown in Fig. 1 (b).

도 2는 본 발명이 적용될 수 있는 기판 및 안테나 구조의 일 예를 나타내는 도이다.2 is a diagram illustrating an example of a substrate and an antenna structure to which the present invention can be applied.

PCB 기판은 얇은 두께를 가지는 평면 형태를 가지므로 안테나 방사체는 일반적으로 평면의 길이 방향에 맞추어 설계된다. 이는 안테나 방사체의 공진을 위한 반 파장 혹은 1/4만큼의 파장 길이를 맞추기 용이하기 때문이다.Since the PCB substrate has a planar shape with a thin thickness, the antenna radiator is generally designed according to the longitudinal direction of the plane. This is because it is easy to match the half-wavelength or 1/4 wavelength length for resonance of the antenna radiator.

밀리미터파 대역의 주파수에서 파장은 수 mm 범위(예를 들면, 30GHz에서 1파장의 길이는 10mm)이기 때문에 공진을 위해서 안테나 방사체의 크기는 파장의 길이의 1/2인 5mm 또는 1/4인 2.5mm를 가져야 한다.Since the wavelength is in the range of several millimeters (for example, one wavelength at 30 GHz is 10 mm) at the frequency of the millimeter waveband, the size of the antenna radiator for resonance is 2.5 or 2.5 times the length of the wavelength mm.

그리고, 안테나의 길이 뿐만 아니라, 너비, 및 두께 등의 요소도 안테나의 설계에서 중요한 요소이다.In addition, elements such as the length, width, and thickness of the antenna are also important factors in antenna design.

특히, 도 2에 도시된 바와 같이 기판에 프린팅 형태로 제작되는 다이폴 안테나 또는 야기 안테나의 경우, 안테나 구조를 구성하는 도체 패턴이 차지하는 공간에는 안테나 도체 패턴을 제외하고 접지 면을 포함한 모든 도체 패턴이 제거되야 된다.In particular, in the case of a dipole antenna or a yagi antenna fabricated on a substrate as shown in FIG. 2, all the conductor patterns including the ground plane except for the antenna conductor pattern are removed from the space occupied by the conductor pattern constituting the antenna structure Should be.

즉, 모든 도체 패턴이 제거된 폭의 공간은 다른 소자 또는 모듈을 집적하지 못하기 때문에 이를 줄여야 한다.That is, the width of the space in which all conductor patterns are removed must be reduced because other elements or modules can not be integrated.

예를 들면, 도 2에서 PCB 엣지의 안테나 기판(230)의 접지 면이 없는 보드(210) 및 접지면이 있는 보드(230)의 위 아래 면에는 안테나를 제외한 메탈구조가 없어야 한다.For example, in FIG. 2, the board 210 having no ground plane of the antenna substrate 230 of the PCB edge and the upper and lower surfaces of the board 230 having the ground plane need to have no metal structure except the antenna.

본 발명은 이와 같은 문제점을 고려하여 단말 구조를 고려한 배열 안테나(Array Antenna) 설계를 제안한다.In consideration of the above problems, the present invention proposes an array antenna design considering a terminal structure.

즉, 본 발명에서 배열 안테나는 엔드-파이어 이중 대역 또는 엔드-파이어 이중 편파 안테나의 설계를 제안한다.That is, in the present invention, the array antenna proposes a design of an end-to-fire dual band or end-to-fire dual polarization antenna.

이하, 본 발명에서 제안하는 배열 안테나는 센터 주파수가 28GHz 및/또는 38.5GHz이고, 주파수 대역이 3GHZ 이상, PCB 계층은 다중 계층 구조(예를 들면, 3 계층 및/또는 10 계층 등) 및 배열 구조는 8×1 선형 배열 또는 4×1 선형 배열을 예로 들어 설명한다.Hereinafter, the array antenna proposed in the present invention has a center frequency of 28 GHz and / or 38.5 GHz, a frequency band of 3 GHz or higher, a PCB layer having a multi-layer structure (for example, three layers and / Will be described by taking an 8x1 linear array or a 4x1 linear array as an example.

하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않으며, 다양한 실시 예에 적용될 수 있음은 자명하다.However, it should be understood that the present invention is not limited thereto and can be applied to various embodiments.

도 3 및 도 4는 본 발명이 적용될 수 있는 안테나의 설계를 위한 기반 구조의 일 예를 나타내는 도이다.3 and 4 are views illustrating an example of an infrastructure for designing an antenna to which the present invention can be applied.

본 발명에서 제안되는 안테나의 설계는 도 3 및 도 4에 도시된 기반 구조에 기초하여 설계될 수 있다.The design of the antenna proposed in the present invention can be designed based on the infrastructure shown in FIG. 3 and FIG.

예를 들면, 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에서 제안하는 다중 계층 기판을 고려한 안테나의 설계는 아래와 같은 조건의 전자 기기의 제작에 사용되는 PCB 기판(또는 칩 패키지 기판)이 사용될 수 있다.For example, as shown in FIG. 3, a PCB substrate (or a chip package substrate) used in the production of electronic equipment under the following conditions can be used for the antenna design considering the multi-layer substrate proposed in the present invention.

- 1mm 이내의 두께- thickness within 1mm

- 6개 내지 12개의 계층으로 구성- 6 to 12 layers

다층으로 구성되어 있어 안테나를 구성하는 패턴을 복수의 층에 구현 할 수도 있으며, 층 간의 도체를 연결하는 방법으로는 비아 홀 공정 (Via hole)을 사용하여 구현할 수 있다.And the pattern constituting the antenna may be implemented in a plurality of layers. As a method of connecting the conductors between the layers, a via hole process may be used.

본 발명의 구조에서는 이러한 다양한 기판들 구성하는 중 flexible PCB 혹은 liquid crystal polymer 물질을 이용한 기판에 제작되어 유연한 특성을 가지는 안테나 구조로 제작 될 수 있다.In the structure of the present invention, it is possible to fabricate an antenna structure having a flexible characteristic by being fabricated on a substrate using a flexible PCB or a liquid crystal polymer material constituting these various substrates.

도 5는 본 발명이 적용될 수 있는 안테나 방사체에 신호를 입력하는 방식의 일 예를 나타내는 도이다.5 is a diagram illustrating an example of a method of inputting a signal to an antenna radiator to which the present invention can be applied.

안테나의 설계에서 급전(feeding) 설계는 안테나에 신호를 입력하는 방식으로, 안테나 구조 쪽에서 안테나의 방사체에 신호를 입력하는 방식을 의미한다.In the design of an antenna, feeding design is a method of inputting a signal to an antenna, and a method of inputting a signal to an antenna radiator at the antenna structure side.

도 5의 (a) 및 (b)는 상부 및 하부 계층은 접지이고, 중간 계층에 신호를 입력하는 스트립라인(stripline) 구조의 일 예를 나타낸다. 도 5의 (a)는 하나의 스트립라인에 신호를 입력하는 방식의 일 예를 나타내고, (b)는 두 개의 인접한 스트립라인에 각각 +와 ?의 신호를 인가하는 Diffrential 급전 방식의 일 예를 나타낸다.5A and 5B illustrate examples of a stripline structure in which upper and lower layers are grounded and signals are input to the middle layer. 5 (a) shows an example of a method of inputting signals to one strip line, and (b) shows an example of a diffrential feeding method in which signals of + and? Are applied to two adjacent strip lines, respectively .

도 5의 (b)에 도시된 구조와 같이 위 아랫면의 접지 면과 내부에 스트립라인을 이용하여 입력 신호를 인가함. 입력신호는 위와 같이 2개의 쌍으로 구성된 차동 입력단으로 입력이 되며 차동 입력은 하나의 포트에 + 신호(510)를 인가하고, 나머지 포트에 ? 신호(520)를 인가해서 구성한다. 5 (b), the input signal is applied to the ground plane and the inside of the upper and lower surfaces using strip lines. The input signal is input to the differential input stage composed of two pairs as described above, and the differential input inputs the + signal 510 to one port, Signal 520 is applied.

차동 입력을 인가하는 방식의 또 다른 방법으로 2개의 전송 라인(transmission line)에 지연 라인(delay line) 또는 위상 변환기를 이용해 해당 동작 주파수 대역에서 180도의 위상 차를 주어 안테나에 신호를 입력할 수 있다.As another method of applying a differential input, a signal can be input to an antenna by giving a phase difference of 180 degrees in a corresponding operating frequency band using a delay line or a phase converter in two transmission lines .

도 6은 본 발명에서 제안하는 이중 슬롯라인(Bilateral slotline) 구조의 일 예를 나타내는 도이다.6 is a diagram illustrating an example of a bilateral slotline structure proposed by the present invention.

일반적으로, 대부분의 기판에 인쇄된 다이폴 안테나는 단면이 존재하기 때문에 마이크로스트립 라인(microstrip line)으로 급전을 하는 것이 용이하다. 그러나, 본 발명에서 제안하는 안테나는 스트립라인 급전 방식을 통해서 신호를 인가하기 때문에, 중간에 스트립라인을 마이크로스트립 라인으로 변환해야 한다.In general, since a dipole antenna printed on most substrates has a cross-section, it is easy to supply power to a microstrip line. However, since the antenna proposed in the present invention applies a signal through the strip line feeding method, it is necessary to convert the strip line into a microstrip line in the middle.

이러한 스트립라인을 마이크로스트립 라인으로의 불필요한 변환을 없애기 위해 도 6에 도시된 바와 같이 스트립라인을 상부 및 하부에 위치한 접지 면(ground plane)에 슬롯(610)이 형성된 이중 슬롯라인으로 변환을 하여 상하 양면에 대칭적으로 위치한 다이폴 안테나 구조가 적용될 수 있다.In order to eliminate unnecessary conversion of the stripline to the microstrip line, the strip line is converted into a double slot line having a slot 610 formed on the ground plane located at the upper and lower sides as shown in FIG. 6, A dipole antenna structure symmetrically located on both sides can be applied.

스트립라인에서 이중슬롯 라인으로의 변환은 내부 층에 한 쌍의 차동 입력단과 연결된 루프형태의 가로로 놓은 스트립라인과 상부 및 하부의 접지 면에 위치한 양측 슬롯(bilateral slot, 610)으로 구성되어 있다.The conversion from the stripline to the dual slot line consists of a strip-shaped transverse stripline connected to a pair of differential inputs on the inner layer and a bilateral slot 610 located on the upper and lower ground planes.

이때, 양측 슬롯(610)의 경우, 낮은 특성의 임피던스를 가지고 스트립라인과의 좋은 매칭 특성으로 인하여 광대역 어플리케이션에 적합한 특성을 가진다.At this time, both sides of the slot 610 have characteristics suitable for a wideband application due to a good matching property with a strip line with a low characteristic impedance.

이러한 변환을 통해 양측 슬롯에 결합된 차동 신호는 상부 및 하부에 동일하게 위치한 양측 다이폴 안테나에 인가되어 방사될 수 있다.Through this conversion, differential signals coupled to both slots can be radiated to both dipole antennas equally positioned at the top and bottom.

<실시 예 1>&Lt; Example 1 >

도 7 내지 도 9는 본 발명에서 제안하는 단일 주파수에서 공진하는 안테나 구조 및 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도이다.FIGS. 7 to 9 are views showing an example of the antenna structure and simulation results resonating at a single frequency proposed by the present invention.

도 7은 단일 주파수에서 공진하는 안테나 구조의 일 예를 나타내는 도이다. 도 7의 (a)는 안테나 기판 구조를 모두 나타내고, (b)는 안테나 기판 구조 상에서 금속 패턴만을 나타낸다.7 is a diagram illustrating an example of an antenna structure resonating at a single frequency. 7 (a) shows all of the antenna substrate structure, and FIG. 7 (b) shows only the metal pattern on the antenna substrate structure.

도 7의 (c)는 스트립 라인 구조를 포함하는 전체적인 안테나의 금속 패턴의 구조를 나타낸다.7 (c) shows the structure of the metal pattern of the overall antenna including the stripline structure.

도 7에 도시된 바와 같이 단일 주파수에서 공진하는 안테나의 구조는 상부 및 하부가 대칭적으로 구성되어 있으며, 신호의 전달이 이루어지는 안테나와 양측 슬롯의 중간부분(710)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 7, the structure of the antenna resonating at a single frequency is symmetrically configured in the upper and lower portions, and may include an antenna and a middle portion 710 of both slots to transmit a signal.

또한, 안테나의 구조는 상부 및 하부에 대칭적인 다이폴 안테나 방사체(720), 접지면(750), 급전부(740), 양측 슬롯(730)을 포함할 수 있다.In addition, the structure of the antenna may include a dipole antenna radiator 720, a ground plane 750, a feeding part 740, and both side slots 730, which are symmetrical at the top and bottom.

접지면(750)은 상부 및 하부에 대칭하여 스트립라인을 구성할 수 있으며, 급전부는 스트립라인에 구성된 전송 라인 급전부로 양쪽에 Differential 신호가 인가되어 동작할 수 있다.The ground plane 750 can symmetrically constitute a strip line at the top and the bottom, and the power feeder can be operated by applying a differential signal to both sides of the feed line feeder configured in the stripline.

양측 슬롯(730)은 도 6에서 설명한 바와 같이 스트립라인을 이중 슬롯라인으로 신호를 변환하기 위한 변환 부분으로 임피던스 매칭과 관련될 수 있다. 양측 슬롯(730)은 다양한 형태(예를 들면, 사각형, 원형 또는 부채꼴 형태 등)로 형성될 수 있다.Both slots 730 may be associated with impedance matching to a conversion portion for converting the signal into a dual slot line, as described in FIG. Both side slots 730 can be formed in various shapes (e.g., square, circular or fan shape, etc.).

도 8은 도 7에서 설명한 안테나 구조를 입체적으로 나타낸 도이다.8 is a three-dimensional view of the antenna structure shown in FIG.

도 9는 단일 주파수에서 공진하는 안테나의 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타낸다.9 shows an example of a simulation result of an antenna resonating at a single frequency.

도 9를 참조하면, 단일 주파수에서 공진하는 안테나는 3.8GHz의 폭넓은 주파수 대역폭과 28GHz를 기준으로 4.8dBi 정도의 이득을 확보할 수 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 9, it can be seen that an antenna resonating at a single frequency has a wide frequency bandwidth of 3.8 GHz and a gain of about 4.8 dBi based on 28 GHz.

본 발명의 또 다른 실시 예로, 급전 부분의 전송 라인을 differential signal을 인가하기 위한 루프형태가 아닌 singal-ended(unbalanced) 신호를 인가하기 위한 형태로 구성될 수 있다.In another embodiment of the present invention, the transmission line of the power feeding part may be configured to apply a singal-ended (unbalanced) signal instead of a loop for applying a differential signal.

예를 들면, 고리 모양 또는 부채꼴 모양의 스터브 형태로 개방 종단된 형태로 급전 부분의 전송 라인이 구성될 수 있다.For example, the transmission line of the power feeding part can be configured in the form of an open end in the form of an annular or stub-like stub.

본 발명의 또 다른 실시 예로, 단일 주파수에서 공진하는 안테나 구조의 또 다른 실시 예로 상부 및 하부에 대칭적으로 구성된 다이폴 안테나의 길이를 다르게 함으로써 이중 대역에서 동작하는 안테나를 설계할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, another embodiment of an antenna structure resonating at a single frequency can design an antenna operating in a dual band by making the lengths of the dipole antennas symmetrically configured at the upper and lower sides different.

예를 들면, 상부의 안테나 방사체가 저주파 대역에서 동작하도록 하부의 안테나 방사체의 길이보다 길게 설계될 수 있다.For example, the upper antenna radiator may be designed to be longer than the lower antenna radiator to operate in the lower frequency band.

이 경우, 상부의 안테나 방사체는 주파수 대역이 낮은 저주파 대역에서 동작할 수 있으며, 하부의 안테나 방사체는 주파수 대역이 높은 고주파 대역에서 동작할 수 있다.In this case, the upper antenna radiator can operate in a low frequency band where the frequency band is low, and the antenna radiator in the lower side can operate in a high frequency band where the frequency band is high.

이 경우, 상부 및 하부의 안테나 방사체가 각각 다른 길이로 배치될 수 있으며, 접지면과 안테나 방사체 사이의 갭은 서로 다를 수 있다.In this case, the upper and lower antenna radiators may be arranged in different lengths, and the gap between the ground plane and the antenna radiator may be different from each other.

또는, 상부의 안테나 방사체가 고주파 대역에서 동작하고, 하부의 안테나 방사체가 저주파 대역에서 동작하도록 설계하는 것도 가능하다.Alternatively, it is possible that the upper antenna radiator operates in the high frequency band and the lower antenna radiator operates in the low frequency band.

<실시 예 2>&Lt; Example 2 >

도 10 내지 도 12는 본 발명에서 제안하는 이중 주파수에서 공진하는 안테나 구조 및 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도이다.10 to 12 are diagrams showing an example of the antenna structure and the simulation result resonating at the dual frequency proposed by the present invention.

도 10 및 도 11은 이중 주파수에서 공진하는 안테나 구조의 일 예를 나타내는 도이다. 도 10의 (a)는 안테나의 메탈 외관을 나타내는 전체 구조의 일 예이고, 도 10의 (b)는 내부 구조의 일 예를 나타낸다.10 and 11 are views showing an example of an antenna structure resonating at a dual frequency. 10 (a) is an example of the overall structure showing the metal appearance of the antenna, and FIG. 10 (b) shows an example of the internal structure.

도 11의 (a)는 기판 구조를 모두 나타내고, (b)는 이중 주파수에서 공진하는 안테나의 구조를 구체적으로 나타낸다.Fig. 11 (a) shows all the substrate structures, and Fig. 11 (b) specifically shows the structure of the antenna that resonates at the dual frequency.

도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 이중 주파수에서 공진하는 안테나는 단일 주파수에서 공진하는 안테나와 유사하게 상부와 하부의 접지면 형성된 패턴은 대칭되는 구조로 형성된다.As shown in FIGS. 10 and 11, an antenna resonating at a dual frequency is formed symmetrically with a pattern formed at the upper and lower ground planes, similar to an antenna resonating at a single frequency.

하지만, 이중 주파수에서 공진하는 안테나는 단일 주파수에서 공진하는 안테나와는 다르게 중간에 스트립 라인이 위치한 면에 안테나 방사체가 추가적으로 존재한다.However, unlike an antenna resonating at a dual frequency, unlike an antenna resonating at a single frequency, an antenna radiator is additionally present on a surface where a strip line is located.

이중 주파수에서 공진하는 안테나는 단일 주파수에서 공진하는 안테나와 기본적으로는 동일하게 중간부분(710), 다이폴 안테나 방사체(720), 접지면(750), 급전부(740), 양측 슬롯(730)을 포함할 수 있다.The dipole antenna radiator 720, the ground plane 750, the feeding portion 740, and the both-side slot 730, which are basically the same as the antenna resonating at a single frequency, .

하지만, 이중 주파수에서 공진하는 안테나는 단일 주파수에서 공진하는 안테나와는 다르게 다이폴 안테나 방사체(720)가 서로 다른 주파수 대역에서 동작하도록 복수의 안테나 방사체로 구성될 수 있다.However, an antenna resonating at a dual frequency may be composed of a plurality of antenna radiators so that the dipole antenna radiator 720 operates in different frequency bands, unlike an antenna resonating at a single frequency.

즉, 복수의 안테나 방사체는 안테나가 서로 다른 주파수 대역에서 동작하기 위해 서로 다른 길이를 갖는 안테나 방사체들을 포함할 수 있다.That is, the plurality of antenna radiators may include antenna radiators having different lengths so that the antennas operate in different frequency bands.

예를 들면, 도 10에 도시된 바와 같이 상부 및 하부에 위치하는 안테나 방사체(제1 방사체 및 제2 방사체, 722)와 중간 층에 위치하는 방사체(제3 방사체, 724)는 서로 다른 주파수 대역에서 신호를 송수신할 수 있다.For example, as shown in FIG. 10, the antenna radiators (first radiator and second radiator) 722 located at the upper and lower portions and the radiator (third radiator) 724 located at the intermediate layer are disposed in different frequency bands Signals can be transmitted and received.

제1 방사체 및 제2 방사체가 높은 주파수 대역(제1 주파수 대역)에서 동작하는 경우, 제3 방사체는 낮은 주파수 대역(제2 주파수 대역)에서 동작할 수 있으며, 이와 반대되는 경우도 존재할 수 있다.When the first radiator and the second radiator operate in a high frequency band (first frequency band), the third radiator can operate in a low frequency band (second frequency band), and vice versa.

제1 방사체, 제2 방사체 및 제3 방사체는 비아홀(via hole, 726)을 통해서 입체적으로 연결될 수 있다.The first radiator, the second radiator, and the third radiator may be three-dimensionally connected via a via hole (726).

또한, 비아홀은 양측 슬롯과 복수의 안테나 방사체를 연결할 수 도 있다.Further, the via hole may connect both of the slots and a plurality of antenna radiators.

도 12는 이중 주파수에서 공진하는 안테나의 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타낸다.12 shows an example of a simulation result of an antenna resonating at a dual frequency.

도 12를 참조하면, 이중 주파수에서 공진하는 안테나는 28GHz 대역에서 4.6GHz, 38.5GHz 대역에서 6.6GHz의 폭 넓은 대역에서 동작하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 12, it can be seen that the antenna that resonates at the dual frequency operates in a wide band of 4.6 GHz in the 28 GHz band and 6.6 GHz in the 38.5 GHz band.

또한, 이중 주파수에서 공진하는 안테나는 28GHz 대역에서 4.37dBi, 38.5GHz 대역에서 3.87dBi의 이득을 확보하면서 방사가 잘 형성되는 것을 확인할 수 있다.Also, it can be seen that the antenna that resonates at the dual frequency has a gain of 4.37 dBi in the 28 GHz band and a gain of 3.87 dBi in the 38.5 GHz band, and the radiation is well formed.

이와 같이 이중 대역에서 동작하는 안테나를 설계하는 경우, 이중 대역의 주파수를 동시에 만족하면서 넓은 대역폭 및 이득을 확보할 수 있는 효과가 있다.When an antenna that operates in the dual band is designed, it is possible to secure a wide bandwidth and gain while simultaneously satisfying the frequency of the dual band.

본 발명에 대한 또 다른 실시 예로 상부 및 하부에 대칭적으로 구성된 다이폴 안테나의 길이를 다르게 함으로써 상부 및 하부의 안테나 방사체가 서로 다른 대역에서 동작하는 안테나를 설계할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, an antenna in which upper and lower antenna radiators operate in different bands can be designed by changing the lengths of the dipole antennas symmetrically formed in the upper and lower portions.

예를 들면, 상부의 안테나 방사체가 저주파 대역에서 동작하도록 하부의 안테나 방사체의 길이보다 작게 설계될 수 있다.For example, the upper antenna radiator can be designed to be smaller than the length of the lower antenna radiator to operate in the low frequency band.

이 경우, 상부의 안테나 방사체는 주파수 대역이 낮은 저주파 대역에서 동작할 수 있으며, 하부의 안테나 방사체는 주파수 대역이 높은 고주파 대역에서 동작할 수 있다.In this case, the upper antenna radiator can operate in a low frequency band where the frequency band is low, and the antenna radiator in the lower side can operate in a high frequency band where the frequency band is high.

이 경우, 상부 및 하부의 안테나 방사체가 각각 다른 길이로 배치될 수 있으며, 접지면과 안테나 방사체 사이의 갭은 서로 다를 수 있다.In this case, the upper and lower antenna radiators may be arranged in different lengths, and the gap between the ground plane and the antenna radiator may be different from each other.

또는, 상부의 안테나 방사체가 고주파 대역에서 동작하고, 하부의 안테나 방사체가 저주파 대역에서 동작하도록 설계하는 것도 가능하다.Alternatively, it is possible that the upper antenna radiator operates in the high frequency band and the lower antenna radiator operates in the low frequency band.

본 실시 예는 3개의 층에 고주파 안테나 방사체, 저주파 안테나 방사체가 위치하는 구조를 설명하였으나, 3개 층 이상의 계층으로 안테나 방사체가 구성되는 경우, 이와 같은 방법을 통해서 안테나는 2개 이상의 복수의 주파수 대역(예를 들면, 고주파 대역, 저주파 대역, 제1 중간 대역, 제2 중간 대역 등)에서 동작할 수 있다.In this embodiment, a structure in which the high-frequency antenna radiator and the low-frequency antenna radiator are disposed in three layers has been described. However, when the antenna radiator is composed of three or more layers, (E.g., a high frequency band, a low frequency band, a first intermediate band, a second intermediate band, and the like).

도 13은 본 발명이 적용될 수 있는 자기적 다이폴 구조의 일 예를 나타내는 도이다.13 is a diagram showing an example of a magnetic dipole structure to which the present invention can be applied.

자기적 다이폴 구조는 도 13의 (b) 및 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이 상부 면(13010), 하부 면(13020) 및 측면(13030)이 단락 회로로 연결되어 있는 구조이며, 측면(13030)을 제외한 나머지 면은 개방되어 있다.The magnetic dipole structure is a structure in which the upper surface 13010, the lower surface 13020, and the side surface 13030 are connected by a short circuit as shown in FIGS. 13B and 14A, And the other surface except for the second surface 13030 is open.

즉, 측면의 4개의 면 중 측면(13030)을 제외한 3개의 면이 개방되어 있다.That is, three surfaces of the four side surfaces except the side surface 13030 are opened.

자기적 다이폴 구조는 측면의 일부가 개방되어 있는 구조를 통해서 도 14의 (c)에 도시된 바와 같이 수직 편파로 편향된 전기장이 형성되어 수직 편파 신호를 방사할 수 있다.The magnetic dipole structure can emit a vertically polarized signal by forming an electric field biased to a vertical polarization as shown in FIG. 14 (c) through a structure in which a part of the side is opened.

도 13의 (a)에 도시된 바와 같이 z축 방향으로 편향된 전기장을 형성하는 신호 소스원은 y축 방향으로 인가된 자기적 다이폴 소스로 모델링을 할 수 있다.As shown in FIG. 13 (a), the signal source forming the electric field deflected in the z-axis direction can be modeled as a magnetic dipole source applied in the y-axis direction.

이와 같은 자기적 다이폴 구조에서 PCB 옆면에 개방되어 있는 부분 중 일부의 면도 나머지 부분과 같이 단락회로로 구성될 수 있다.In such a magnetic dipole structure, a portion of the portion opened on the side surface of the PCB may be configured as a short circuit such as the remaining portion.

즉, 측면의 4개의 면 중 3개의 면은 단락회로로 구성되고, 나머지 한 개의 면이 개방되어 있을 수 있다.That is, three of the four sides of the side face may be short-circuited, and the other one face may be open.

자기적 다이폴 구조에서 측면부에 위치하는 금속 벽(metal wall)은 도 13의 (c)에 도시된 바와 같이 PCB에서 비아홀을 통해 구현될 수 있다.The metal wall located on the side surface in the magnetic dipole structure can be implemented via a via hole in the PCB as shown in Fig. 13 (c).

이와 같은 자기적 다이폴 구조의 측면의 개방되어 있는 부분에서 도 14의 (b)에 도시된 바와 같이 z축 방향의 수직 편파를 가지는 엔드-파이어 빔 패턴이 형성될 수 있다.An end-fire beam pattern having vertical polarization in the z-axis direction as shown in Fig. 14 (b) can be formed at the open portion of the side surface of the magnetic dipole structure.

본 발명은 이와 같은 자기적 다이폴 구조 및 전기적 다이폴 구조를 통해서 수직 편파 및 수평 편파를 가지는 안테나 구조를 제안한다.The present invention proposes an antenna structure having vertical polarization and horizontal polarization through such a magnetic dipole structure and an electric dipole structure.

<실시 예 3>&Lt; Example 3 >

도 15 내지 도 17은 본 발명에서 제안하는 단일 주파수에서 공진하는 이중 편파 안테나 구조 및 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타내는 도이다.15 to 17 are diagrams showing an example of a dual polarization antenna structure and a simulation result of resonance at a single frequency proposed by the present invention.

도 15 내지 도 17을 참조하면, 수평 편파 빔의 형성은 전기적 다이폴 구조로 구현될 수 있으며, 수직 편파 빔의 형성은 도 13 및 도 14에서 살펴본 자기적 다이폴 구조로 구현될 수 있다. 15 to 17, the formation of the horizontal polarization beam can be realized by an electric dipole structure, and the formation of the vertical polarization beam can be realized by the magnetic dipole structure shown in FIGS.

한 공간에 두 가지 편파를 가지는 안테나 구조를 결합하기 위해서는 효율적인 공간적 배치와 두 안테나 포트 간의 높은 격리도를 가져 간섭을 최소화하는 구조가 구성되어야 한다. In order to combine antenna structures with two polarizations in one space, an efficient spatial arrangement and a high degree of isolation between two antenna ports must be constructed to minimize interference.

또한, 각각의 편파를 가지는 빔 패턴이 같은 방향으로 빔이 형성되는 구조를 구성되어야 한다. 각각의 편파를 구성하는 안테나 구조에 의해 발생하는 상호적인 영향에 의해서 형성되는 빔의 방향이 치우치는 현상의 발생을 방지하기 위해 최대한 두께 방향을 기준으로 대칭적인 구조로 구성되어야 한다.Further, a structure in which the beam patterns having the respective polarized waves are formed in the same direction should be constructed. It should be symmetrical with respect to the thickness direction as much as possible in order to prevent occurrence of a phenomenon in which the direction of the beam formed by mutual influence caused by the antenna structure constituting each polarized wave is biased.

본 발명에서 제안하는 이중 편파를 가지는 안테나는 제안 구조는 다층 PCB 기판에 여러 층을 사용하여 수직적인 배치를 통해 전기적 다이폴 구조와 자기적 다이폴 구조를 집적하는 방식을 통해서 구성될 수 있다.The proposed antenna of the present invention can be constituted by integrating an electric dipole structure and a magnetic dipole structure through a vertical arrangement using a plurality of layers on a multilayer PCB substrate.

전기적 다이폴 구조는 상부 면과 하부 면에 형성된 안테나 패턴과 이를 비아 홀로 연결하여 구성된 folded dipole 구조로 구성될 수 있다.The electrical dipole structure may be formed of a folded dipole structure formed by connecting an antenna pattern formed on the upper and lower surfaces thereof with a via hole.

전기적 다이폴 구조에서 신호의 급전은 안테나가 인쇄된 기판의 상부 면에 위치한 마이크로 스트립라인으로 인가된 신호가 Merchand Balun 구조를 통해 안테나로 신호가 인가되는 CPS line(coplanar stripline)으로 커플링되어 전달된다.In the electrical dipole structure, the signal is fed to the CPL line (coplanar stripline) where the signal applied to the microstrip line located on the upper surface of the printed substrate is fed to the antenna through the Merchandar Balun structure.

CPS line으로 커플링되어 전달된 신호는 folded dipole 구조를 통해 방사되며 방사된 빔의 패턴은 엔드-파이어 방향으로 형성되며 수평편파를 가질 수 있다. The signal transmitted through the coupled CPS line is radiated through a folded dipole structure, and the pattern of the emitted beam is formed in the end-fire direction and can have horizontal polarization.

이 때, 빔이 엔드-파이어 방향으로 형성되지 않고 위나 아래 방향으로 치우치는 현상을 방지하기 위해 feed 구조의 merchand balun 구조 부분을 두께 방향으로 상하 대칭 시킬 수 있다.At this time, the merchand balun structure portion of the feed structure can be vertically symmetric in the thickness direction in order to prevent the phenomenon that the beam is not formed in the end-fire direction but in the up and down direction.

자기적 다이폴 구조는 도 13 및 도 14에서 살펴본 바와 같이 접지 면에 형성되는 구조로서 상부 면, 하부 면 및 측면으로 세 면이 서로 단락된 구조로 구성될 수 있다.As shown in FIGS. 13 and 14, the magnetic dipole structure is formed on the ground plane, and the upper, lower, and side surfaces may be short-circuited.

자기적 다이폴 구조에서 측면에 해당되는 두께 방향의 수직적인 면은 인접하게 배치되는 비아 홀의 조합으로 구현될 수 있다. In the magnetic dipole structure, the vertical surface in the thickness direction corresponding to the side surface can be realized by a combination of via holes arranged adjacent to each other.

신호의 급전은 스트립라인을 통해 자기적 다이폴 내부에서 비아홀을 통한 직접 급전 혹은 커플링 방식으로 급전 될 수 있다. 인가된 신호는 자기적 다이폴의 측면의 개방된 면의 막혀있지 않은 개구(aperture)를 통해 방사될 수 있으며, 방사되는 빔 패턴은 엔드-파이어 방향으로 형성되며 수직편파를 가진다.The feed of the signal can be fed through the stripline either directly through the via hole in the magnetic dipole or via a coupling method. The applied signal may be radiated through an unobstructed aperture of the open side of the side of the magnetic dipole and the emitted beam pattern is formed in the end-fire direction and has a vertical polarization.

또한, 실시 예에 따른 구조는 두 안테나 모두 커플링 방식의 급전 방식을 채택하여 주파수 동작 범위에서 -20dB 이상의 높은 격리도를 가져 이중 편파 안테나의 각각 편파 안테나 성분의 상호 영향을 최소화하여 두 편파 포트를 MIMO 방식으로 동시에 송수신을 수행할 수 있다.In addition, the structure according to the embodiment has a high isolation of -20 dB or more in a frequency operating range by adopting a coupling-type power feeding method for both antennas, thereby minimizing the mutual influence of each polarized antenna component of the dual polarized antenna, Transmission and reception can be performed simultaneously.

도 15의 (a)는 단일 주파수에서 공진하는 이중 편파 안테나 구조에서 기판 구조를 모두 나타내고, (b)는 기판 구조상에서 금속 패턴만을 나타낸다.Fig. 15 (a) shows all of the substrate structures in a dual-polarized antenna structure resonating at a single frequency, and Fig. 15 (b) shows only metal patterns in the substrate structure.

도 15의 (c)는 자기적 다이폴 방식의 급전 방식을 나타내기 위한 자기적 다이폴 구조의 측면의 단면을 나타낸다.15 (c) shows a cross-sectional side view of a magnetic dipole structure for showing a magnetic dipole-type power supply system.

이중 편파 안테나의 구조는 수평 편파를 위한 전기적 다이폴 구조(15010), 수직 편파를 위한 자기적 다이폴 구조(15030), 급전부(제1 급전부, 15040), 및 커플링 디렉터(coupling director, 15020)로 구성될 수 있다.The structure of the dual polarized antenna includes an electric dipole structure 15010 for horizontal polarization, a magnetic dipole structure 15030 for vertical polarization, a feeding part (first feeding part) 15040, and a coupling director 15020, &Lt; / RTI &gt;

전기적 다이폴 구조(15010)는 앞에서 설명한 바와 같이 folded dipole 구조로 상부 및 하부가 평행하고, 비아 홀로 연결된 루프를 형성할 수 있다.The electrical dipole structure 15010 may have a folded dipole structure, as described above, and the upper and lower portions may be parallel to form a via-connected loop.

전기적 다이폴 구조(15010)는 마이크로 스트립 라인 구조를 통해서 급전된 신호가 고리 모양으로 구성된 급전부인 마이크로 스트립 라인(15040)과 접지면에 구성된 동일 평면 스트립 라인(coplanar stripline)으로 이루어진 마천드 발룬(merchand balun)을 통해서 변환된 차등 신호가 folded dipole에 인가되어 수평 편파를 가지는 엔드-파이어 빔 패턴을 형성할 수 있다.The electrical dipole structure 15010 includes a microstrip line 15040, which is a power supply unit in which the fed signal is fed through a microstrip line structure, and a coplanar stripline formed on the ground plane. ) May be applied to the folded dipole to form an end-to-fire beam pattern having horizontal polarization.

자기적 다이폴 구조(15030)는 도 13 및 도 14에서 살펴본 바와 같이 세 면의 단락된 접지면으로 구성될 수 있으며, 전기적 다이폴 구조의 접지면으로 동작할 수 있다.The magnetic dipole structure 15030 can be composed of three short-circuited ground planes as shown in Figs. 13 and 14, and can operate as the ground plane of the electrical dipole structure.

자기적 다이폴 구조(15030)는 도 15의 (c)에 도시된 바와 같이 상층면 및 하층면(15032), 후면(15034), 자기적 다이폴 구조의 급전을 위한 급전부(제2 급전부, 15036), 및 비아홀(15038)로 구성될 수 있다.The magnetic dipole structure 15030 includes upper and lower surfaces 15032 and 15034 as shown in Fig. 15C, a feeding portion 15034 for feeding the magnetic dipole structure (second feeding portion 15036 ), And a via hole 15038.

자기적 다이폴 구조는 상층면 및 하층면(15032), 및 후면(15034)로 둘러쌓은 내부에 위치하는 급전부인 스트립라인(15036)으로 신호를 인가하여 비아홀(15038) 및 stub로 구성된 급전 구조를 통해 커플링되어 급전될 수 있다.The magnetic dipole structure is formed by applying a signal to the stripline 15036, which is a power feeding portion located inside the upper and lower surfaces 15032 and 15034, through a feed structure made up of a via hole 15038 and a stub They can be coupled and fed.

커플링되어 급전된 신호가 자기적 다이폴에 인가되어 수직 편파를 가지는 엔드-파이어 빔 패턴을 형성할 수 있다.Coupled and fed signals can be applied to a magnetic dipole to form an end-to-fire beam pattern with vertical polarization.

자기적 다이폴 구조에서 후면(15034)는 비아홀의 집합인 비아벽(via wall)로 구현될 수 있다.In the magnetic dipole structure, the backside 15034 may be implemented as a via wall, which is a collection of via holes.

전기적 다이폴 구조(15010)의 양 옆에 위치하는 띠 모양의 커플링 디렉터(15020)들은 자기적 다이폴의 대역폭과 이득을 증가시키기 위한 구조이다.Banded coupling directors 15020 located on both sides of the electrical dipole structure 15010 are structures for increasing the bandwidth and gain of the magnetic dipoles.

이와 같은 안테나는 수평 편파뿐만 아니라 수직 편파를 가지는 엔드-파이어 빔 형태를 형성할 수 있다.Such an antenna may form an end-to-fire beam shape having a vertical polarization as well as a horizontal polarization.

또한, 본 발명에서 전기적 다이폴 구조의 경우, 도 7내지 도 12에서 설명한 단일 주파수 또는 이중 주파수에서 공진하는 안테나의 구조가 적용될 수도 있다.Also, in the case of the electric dipole structure in the present invention, the structure of the antenna resonating at the single frequency or the dual frequency described in Figs. 7 to 12 may be applied.

도 16 및 도 17은 단일 주파수에서 공진하는 이중 편파 안테나의 시뮬레이션 결과의 일 예를 나타낸다.16 and 17 show an example of a simulation result of a dual polarization antenna resonating at a single frequency.

도 16의 (a)는 28GHz 대역에서 단일 주파수에서 공진하는 이중 편파 안테나의 시뮬레이션 결과이며, (b)는 이중 편파 안테나의 각각의 편파 포트에서의 반사손실을 나타낸다.16A is a simulation result of a dual polarization antenna resonating at a single frequency in the 28 GHz band, and FIG. 16B is a reflection loss at each polarization port of the dual polarization antenna.

도 16의 (a)를 참조하면, 전기적 다이폴의 경우 10.5GHz, 자기적 다이폴의 경우 3.6GHz의 넓은 주파수 대역폭에서 동작하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 16 (a), it can be seen that it operates at a wide frequency bandwidth of 10.5 GHz for an electrical dipole and 3.6 GHz for a magnetic dipole.

또한, 도 16의 (b)는 편파 포트의 삽입 손실을 나타내는 것으로써 이는 안테나간의 격리도를 나타낸다.16 (b) shows the insertion loss of the polarization port, which shows the degree of isolation between the antennas.

도 16의 (b)에 도시된 바와 같이 이중 편파 안테나는 동작 주파수 대역에서 모두 -20dB 이하의 격리도 특성을 가지는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 16 (b), it can be seen that the dual polarized antenna has an isolation characteristic of -20 dB or less in all the operating frequency bands.

도 17은 이중 편파 안테나를 28GHz 주파수에서 시뮬레이션한 3D 빔 패턴(Realized Gain)을 나타내며, (a)는 전기적 다이폴 구조의 빔 패턴, (b)는 자기적 다이폴 구조의 빔 패턴을 나타낸다.17 shows a 3D beam pattern (Realized Gain) simulating a dual polarization antenna at a frequency of 28 GHz, (a) a beam pattern of an electric dipole structure, and (b) a beam pattern of a magnetic dipole structure.

도 17의 (a)에 도시된 바와 같이 전기적 다이폴 구조는 엔드-파이어 방향으로 수평 편파를 가지고 빔이 형성되며, 약 3dBi 정도의 이득을 가질 수 있다.As shown in FIG. 17A, the electric dipole structure has a horizontal polarization in the end-to-fire direction and a beam is formed, and can have a gain of about 3dBi.

도 17의 (b)에 도시된 바와 같이 자기적 다이폴 구조는 엔드-파이어 방향으로 수직 편파를 가지고 빔이 형성되며, 약 3.7dBi 정도의 이득을 가질 수 있다.As shown in FIG. 17 (b), the magnetic dipole structure is formed with a vertical polarization in the end-to-fire direction, and can have a gain of about 3.7 dBi.

본 발명의 또 다른 실시 예로, 이중 편파 안테나의 급전 방식은 커플링 방식이 아니라 각각의 안테나 구조에 직접 컨택하여 급전하는 직접 급전 방식이 적용될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, a direct feeding method may be applied in which the feeding method of the dual polarized antenna is not a coupling method but a direct feeding method in which each antenna structure is directly contacted and fed.

또한, 이중 편파 안테나에 도 10 내지 12에서 설명한 이중 주파수에서 공진하는 안테나가 적용될 수 있다. 이 경우, 전기적 다이폴 구조가 복수의 계층으로 구성되기 때문에 계층별로 다른 주파수 대역에서 동작하는 방사체 패턴이 추가될 수 있다.Also, an antenna that resonates at the dual frequency described in Figs. 10 to 12 may be applied to the dual polarized antenna. In this case, since the electric dipole structure is composed of a plurality of layers, a radiator pattern operating in a different frequency band may be added to each layer.

또한, 이중 편파 안테나는 수평 편파, 수직 편파의 신호를 방사 할 수 있기 때문에, 이를 이용하여 두 포트를 동시에 인가하여 대각선 편파의 신호를 방사하거나, 두 포트 간의 위상차를 90도 인가하여 원형 편파의 신호를 방사하는 안테나를 설계할 수 있다.In addition, since the dual polarized antenna can emit signals of horizontal polarization and vertical polarization, it is possible to simultaneously radiate signals of diagonal polarization by applying two ports simultaneously or by applying a phase difference of 90 degrees between the two ports, It is possible to design an antenna for radiating a radio wave.

도 7 내지 도 17에서 살펴본 안테나 구조는 아래와 같이 확장될 수 있다.The antenna structure shown in Figs. 7 to 17 can be expanded as follows.

- director 혹은 reflector 구조가 추가되어 주파수 대역폭을 조절하거나 안테나의 이득을 늘릴 수 있음.- A director or reflector structure can be added to adjust the frequency bandwidth or increase the gain of the antenna.

- 급전 구조가 커플링 구조가 아닌 직접 컨택하는 직접 급전 구조가 사용될 수 있음.- Direct feed structures can be used, where the feed structure is not a coupling structure but a direct contact.

- 급전 구조는 마이크로스트립 라인, 스트립라인, CPW 라인, 슬롯 라인 등 PCB에서 구현 가능한 전송 라인 구조들이 사용될 수 있음.- Feeding structure can be implemented in PCB, such as microstrip line, stripline, CPW line, and slot line.

- 해당 급전 구조에서 differential 구조(balanced)와 single-ended 구조 (unbalanced) 구조 둘 다 급전 구조로 적용될 수 있음.- In the feed structure, both balanced and unbalanced structures can be applied as a feed structure.

도 18은 본 발명에서 제안하는 위상 변환기를 이용하는 위상 배열 안테나의 빔 조향 방법의 일 예를 나타내는 도이다.18 is a diagram showing an example of a beam steering method of a phased array antenna using a phase shifter proposed by the present invention.

실시 예 1 내지 3에서 설명한 안테나 구조는 단말 내에 적용 될 때 도 18에 도시된 바와 같이 안테나 빔 조향이 가능한 위상 배열 안테나 구조로 적용되어 사용될 수 있다. The antenna structure described in the first to third embodiments can be applied to the terminal when the antenna structure is applied to the terminal, as shown in FIG. 18, in which the antenna beam can be steered.

단말을 예로 들면, 안테나 배열을 삽입할 공간의 제약이 있기 때문에, 4x1 혹은 8x1의 소형 배열 안테나로 적용될 수 있다. 도 18은 가장 위상 변환기를 이용하는 위상 배열 안테나의 가장 대표적인 구조로 각각의 안테나가 특정 간격 d를 간격으로 배열을 이루고 있다. For example, a terminal can be applied to a 4 × 1 or 8 × 1 small array antenna because there is a space for inserting the antenna array. FIG. 18 shows the most typical structure of a phased array antenna using phase shifters, and each antenna is arranged at intervals of a specific distance d.

일반적으로 d의 값은 반파장의 값을 가지며 이 값을 조절하거나 d를 각각 다르게 구성함으로써 빔 합성 특성을 변형할 수 있다.In general, the value of d has a half-wave length, and beam composing characteristics can be modified by adjusting this value or configuring d differently.

위상 배열 안테나를 구성하는 인접한 두 안테나 간의 위상 차가 Δψ인 경우, 스캔 각도 θ로 빔 조향 할 수 있으며 이는 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.When the phase difference between the adjacent two antennas constituting the phased array antenna is DELTA phi, the beam steering can be performed at the scan angle [theta], which can be expressed by Equation (1) below.

Figure pat00001
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이상적인 위상 변환기는 위상 값의 조절을 연속적으로 수행하며, 실제 위상 변환기 소자는 보통 digital bit로 제어를 하는 형태로, 360°의 위상 조절 범위를 특정 bit 수로 디지털 양자화 된 위상 단계 값을 가진다. The ideal phase shifter continuously performs the adjustment of the phase value. The actual phase shifter element is usually controlled by a digital bit. The phase adjuster has 360 ° phase adjustment range and a digital quantized phase step value with a specific bit number.

단말에는 이러한 위상 변환기가 안테나에 각각 1개씩 붙을 수도 있으며, 4개 혹은 8개 단위의 위상 변환기가 하나의 IC에 집적된 빔포밍(Beamforming) IC를 사용하기도 한다. A terminal may be equipped with one of these phase converters, and a beamforming IC in which four or eight units of phase converters are integrated in one IC may be used.

도 18에서 전력 증폭기(amplifier)는 위상 배열 안테나의 빔을 조향하는 과정에서 전체적인 전력 신호 크기를 증폭시키기 위한 역할을 하며, 전력 증폭기의 이득을 조절함으로써 배열 안테나의 각각의 소자가 방사하는 전력을 테이퍼링하여 합성하는 빔의 부엽 레벨 (side lobe level)을 조절하는데 사용될 수 있다. In FIG. 18, the power amplifier amplifies the overall power signal magnitude in the course of steering the beam of the phased array antenna. By adjusting the gain of the power amplifier, the power radiated by each element of the array antenna is tapered Can be used to adjust the side lobe level of the synthesized beam.

이러한 전력 증폭기의 이득 조절을 대신하여 감쇠기(attenuator)를 이용해 손실을 조절함으로써 마찬가지로 테이퍼링하여 빔을 최적화 할 수 있다(해당 부분의 전력 증폭기 구조를 가지거나 이득 조절이 가능한 전력 증폭기 (VGA : Variable Gain Amplifier), 감쇠기 구조를 가질 수 있다.).In place of the gain control of this power amplifier, the attenuator can be used to optimize the beam by similarly tapering the gain by adjusting the loss (the power amplifier structure or the gain adjustable power amplifier (VGA: Variable Gain Amplifier ), And may have an attenuator structure.

위상 배열 안테나 구조의 일 예인 도 18은 송신 배열 안테나 구조로 송수신기(모뎀)로부터 입력된 송신 신호가 전력 분배기를 통해 각각의 선로로 분배되어 위상 변환기를 통해 위상이 제어되고 전력 증폭기를 통해 증폭(감쇠기를 통해 감쇠)된 신호가 조향된 빔을 합성하여 송신하는 형태이다.18, which is an example of a phased array antenna structure, transmission signals input from a transceiver (modem) in a transmission array antenna structure are distributed to respective lines through a power divider, phases are controlled through a phase shifter, Is synthesized and transmitted through a steering beam.

수신 배열 안테나 구조의 경우는 전력 증폭기를 대신하여 저잡음 증폭기(Low-noise amplifier: LNA)가 안테나로부터 들어오는 신호를 증폭시키며, 위상 변환기를 거쳐 전력 결합기를 통해 결합된 신호가 송수신기(모뎀)으로 전달된다.In the receive array antenna structure, a low-noise amplifier (LNA) replaces the power amplifier, amplifies the signal coming from the antenna, and the combined signal is transmitted to the transceiver (modem) through the phase shifter and the power combiner .

일반적으로 단말기는 송신기 경로와 수신기 경로를 같이 가지고 있으며 이를 스위칭을 통해 송신 모드와 수신 모드를 변경할 수 있다.Generally, a terminal has a transmitter path and a receiver path, and it can change a transmission mode and a reception mode through switching.

도 19는 본 발명에서 제안하는 안테나를 포함하는 단말 구조의 일 예를 나타내는 도이다.19 is a diagram showing an example of a terminal structure including an antenna proposed in the present invention.

도 19는 실시 예 1 내지 3에서 설명한 안테나들이 실질적으로 단말에 적용된 경우의 일 예를 나타낸다.FIG. 19 shows an example in which the antennas described in the first to third embodiments are substantially applied to a terminal.

8x1의 선형 배열 안테나로 구성되었다고 가정하였을 때, 도 19에 도시된 바와 같이 도 18에서 설명한 각각의 패스의 전력 증폭기(혹은 가변 이득 전력증폭기, 감쇠기, 저잡음 증폭기), 위상 변환기, 전력 결합기(전력 분배기)의 4개의 채널이 하나의 빔포밍 IC (19030, RFIC, MMIC)에 집적되어 구성될 수 있다.(Or a variable gain power amplifier, attenuator, low noise amplifier), a phase shifter, a power combiner (power divider, and the like) shown in FIG. 19 as shown in FIG. May be integrated into one beamforming IC 19030 (RFIC, MMIC).

4개의 안테나가 하나의 빔포밍 IC에 대응되며, 빔 조향, 빔 최적화를 위한 제어 신호는 컨트롤러(19020)를 통해 각각의 IC 칩에 인가되어 질 수 있다. Four antennas correspond to one beamforming IC, and control signals for beam steering and beam optimization can be applied to each IC chip through a controller 19020. [

빔포밍 IC는 송수신기(19010)에 연결되어 통신 신호를 송수신할 수 있다. 8x1 배열 안테나의 경우에 있어서, 2개의 빔포밍 IC(19030)의 신호는 전력 결합기/전력 분배기를 통해 하나의 송수신기(19010)를 이용해 통신할 수 있으며 혹은 2개의 빔포밍 IC(19030)가 각각 서로 다른 송수신기(19010)에 연결되어 sub-array로 동작할 수도 있다.The beamforming IC may be connected to a transceiver 19010 to transmit and receive communication signals. In the case of an 8x1 array antenna, the signals of the two beamforming ICs 19030 may communicate using a single transceiver 19010 via a power combiner / power splitter, or two beamforming ICs 19030 may communicate with each other And may be connected to another transceiver 19010 to operate as a sub-array.

도 20은 본 발명에서 제안하는 안테나가 적용된 패키지 또는 인쇄 회로 기판(printed circuit board: PCB)의 일 예를 나타내는 도이다.20 is a view showing an example of a package or a printed circuit board (PCB) to which the antenna proposed in the present invention is applied.

도 20은 실시 예 1내지 3에서 설명한 안테나가 단말 내부에 삽입되는 경우, 안테나와 빔포밍 IC를 PCB 또는 패키지 상에 제작/부착하여 적용되는 어플리케이션의 일 예를 나타낸다.20 shows an example of an application to which an antenna and a beamforming IC are manufactured / attached on a PCB or a package when the antenna described in the first to third embodiments is inserted in the terminal.

도 19에서 설명한 빔포밍 IC는 RFIC 혹은 MMIC 패키지로 제작되어 PCB 혹은 패키지 기판에 부착되며, 외부로부터 전력을 공급 받고 송수신단과 신호를 송수신하며 컨트롤러로부터 입력받은 신호로 빔 조향을 위한 내부 소자(전력 증폭기 / 위상 변환기 등)을 제어할 수 있다. The beamforming IC described in FIG. 19 is fabricated in an RFIC or MMIC package, attached to a PCB or a package substrate, receives power from the outside, transmits and receives signals to and from the transmission and reception ends, / Phase converter, etc.).

빔포밍 IC와 안테나 간에는 신호가 송수신 되는 경로를 통해 연결되며 이는 안테나 급전 부의 구조에 따라 마이크로 스트립라인 또는 스트립라인 등의 전송라인으로 연결되어 안테나로 신호를 송신하거나 안테나로부터 수신된 신호를 수신할 수 있다. The beamforming IC is connected to the antenna through a path through which signals are transmitted and received. The antenna is connected to a transmission line such as a microstrip line or a strip line according to the structure of the antenna feed unit, have.

실시 예 1 내지 3에서 설명한 안테나는 엔드-파이어 형태의 빔 패턴을 가지기 때문에 도 20에 도시된 바와 같이 PCB 또는 패키지의 엣지 면에 설계될 수 있다.Since the antennas described in Embodiments 1 to 3 have an end-fire type beam pattern, they can be designed on the edge face of a PCB or a package as shown in Fig.

도 20에 도시된 바와 같이 어플리케이션이 구성되는 경우, 어플리케이션은 단말기의 하우징 내부에 포함되어 삽입될 수 있으며, mmWave 통신 혹은 5G 이동 통신을 위해 사용될 수 있다.When an application is configured as shown in Fig. 20, the application can be embedded in the housing of the terminal and inserted, and can be used for mmWave communication or 5G mobile communication.

도 21 및 도 22는 본 발명에서 제안하는 안테나가 단말에 삽입되는 방법의 일 예를 나타내는 도이다.21 and 22 are views showing an example of a method in which the antenna proposed in the present invention is inserted into a terminal.

도 21 및 도 22를 참조하면, 본 발명의 실시 예 1 내지 3에서 제안된 안테나는 flexible한 소재로 제작될 수 있으며, 이 경우, 단말의 엣지 부분에 삽입될 수 있다.Referring to FIGS. 21 and 22, the antennas proposed in the first to third embodiments of the present invention can be made of a flexible material, and in this case, they can be inserted in the edge portion of the terminal.

구체적으로, 실시 예 1 내지 3 에서 설명한 안테나가 유연하고 구부러질 수 있는 물질, 즉 flexible한 특성을 갖는 물질을 기반으로 설계될 수 있다. Specifically, the antenna described in Examples 1 to 3 can be designed based on a material that can be flexible and bendable, that is, a material having a flexible characteristic.

도 21의 (a)에 도시된 바와 같이 일반적인 PCB에 안테나가 설계되는 경우, 평평한 형태로 단말에 삽입되게 된다. 이 경우, 안테나가 삽입되기 위해서는 추가적인 공간이 필요할 수 있다.As shown in FIG. 21 (a), when an antenna is designed on a general PCB, it is inserted into the terminal in a flat shape. In this case, additional space may be required for the antenna to be inserted.

하지만, 앞에서 설명한 바와 같이 flexible한 특성을 갖는 물질로 PCB에 안테나가 설계되는 경우, PCB가 휘어질 수 있기 때문에 안테나를 단말의 엣지 부분의 외부 케이스(또는, 커버, 섀시, 또는 패키지 등)에 삽입할 수 있다.However, when the antenna is designed as a PCB having a flexible characteristic as described above, since the PCB may be bent, the antenna may be inserted into the outer case (or a cover, a chassis, or a package) can do.

이 경우, 안테나를 단말에 삽입할 때 추가적인 공간이 필요하지 않는다.In this case, no additional space is required when inserting the antenna into the terminal.

실시 예 1 내지 3에서 설명한 안테나들은 엔드-파이어 방향의 빔 패턴을 갖기 때문에 도 22의 (a) 도시된 바와 같이 단말의 엣지 부분에 삽입될 수 있다.The antennas described in Embodiments 1 to 3 have a beam pattern in the end-fire direction and therefore can be inserted into the edge portion of the terminal as shown in Fig. 22 (a).

이 경우, 도 21에서 설명한 바와 같이 안테나가 flexible한 특성을 가진 소자로 만들어져 도 22의 (b)에 도시된 바와 같이 단말의 엣지의 구부러진 부분에 삽입되는 경우, 안테나가 단말에서 차지하는 공간을 최소화할 수 있다.In this case, as shown in FIG. 22, when the antenna is made into an element having a flexible characteristic and inserted into the bent portion of the edge of the terminal as shown in FIG. 22 (b), the space occupied by the antenna in the terminal is minimized .

나아가, 설명의 편의를 위하여 각 도면을 나누어 설명하였으나, 각 도면에 서술되어 있는 실시 예들을 병합하여 새로운 실시 예를 구현하도록 설계하는 것도 가능하다. 그리고, 당업자의 필요에 따라, 이전에 설명된 실시 예들을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체를 설계하는 것도 본 발명의 권리범위에 속한다.Furthermore, although the drawings are shown for convenience of explanation, it is also possible to design a new embodiment to be implemented by merging the embodiments described in each drawing. It is also within the scope of the present invention to design a computer-readable recording medium in which a program for executing the previously described embodiments is recorded according to the needs of those skilled in the art.

본 명세서에 따른 방향 기반 기기 검색 방법은 상기한 바와 같이 설명된 실시 예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시 예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시 예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.The direction-based device search method according to the present invention is not limited to the configuration and method of the embodiments described above, but the embodiments may be modified so that all or some of the embodiments are selectively As shown in FIG.

한편, 본 명세서의 방향 기반 기기 검색 방법은 네트워크 디바이스에 구비된 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체에 프로세서가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 프로세서에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 프로세서가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있으며, 또한, 인터넷을 통한 전송 등과 같은 캐리어 웨이브의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 프로세서가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 프로세서가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.Meanwhile, the direction-based device search method of the present invention can be implemented as a code that can be read by a processor on a recording medium readable by a processor included in the network device. The processor-readable recording medium includes all kinds of recording apparatuses in which data that can be read by the processor is stored. Examples of the recording medium that can be read by the processor include a ROM, a RAM, a CD-ROM, a magnetic tape, a floppy disk, an optical data storage device, and the like, and may also be implemented in the form of a carrier wave such as transmission over the Internet . In addition, the processor-readable recording medium may be distributed over network-connected computer systems so that code readable by the processor in a distributed fashion can be stored and executed.

또한, 이상에서는 본 명세서의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 명세서는 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해돼서는 안 될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention.

그리고, 당해 명세서에서는 물건 발명과 방법 발명이 모두 설명되고 있으며, 필요에 따라 양 발명의 설명은 보충적으로 적용될 수가 있다.In this specification, both the invention of the invention and the invention of the method are explained, and the description of both inventions can be supplemented as necessary.

720: 안테나 방사체 730: 양측 슬롯
740: 급전부 750: 접지면
720: antenna radiator 730:
740: feeding part 750: ground plane

Claims (10)

안테나 장치에 있어서,
신호를 송수신하기 위한 복수의 방사체; 및
상기 방사체로 전기적 신호를 공급하기 위한 제 1 급전부를 포함하되,
상기 복수의 방사체는 제1 주파수 대역을 통해 신호를 송수신하기 위한 제1 방사체 및 제2 방사체, 제 2 주파수 대역을 통해 신호를 송수신하기 위한 제3 방사체로 구성되며,
상기 제3 방사체는 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체 사이에 위치하고,
상기 제1 방사체, 상기 제2 방사체, 및 상기 제3 방사체는 제 1 비아홀(via hole)을 통해서 연결되는 안테나 장치.
In the antenna device,
A plurality of radiators for transmitting and receiving signals; And
And a first power feeder for supplying an electrical signal to the radiator,
Wherein the plurality of radiators are composed of a first radiator and a second radiator for transmitting and receiving signals through a first frequency band and a third radiator for transmitting and receiving signals through a second frequency band,
The third radiator being positioned between the first radiator and the second radiator,
Wherein the first radiator, the second radiator, and the third radiator are connected through a first via hole.
제 1 항에 있어서,
상기 급전부는 스트립라인(stripline)구조로 구성되는 안테나 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the power feeder is configured in a stripline structure.
제 2 항에 있어서,
상층부 및 하층부에 접지 층을 더 포함하되,
상기 상층부 및 상기 하층부의 상기 접지 층은 급전 방식을 스트립 라인에서 양방향 슬롯라인(bilateral slotline)으로 변환을 위해서 동일한 슬롯이 형성되는 안테나 장치.
3. The method of claim 2,
Further comprising a ground layer in the upper and lower layers,
Wherein the ground layer of the upper layer portion and the lower layer portion are formed with the same slot for converting the feeding method from a strip line to a bilateral slot line.
제 1 항에 있어서,
상기 안테나 장치는 플렉시블(flexible) 기판에 설계되며, 단말의 엣지(edge)에 위치하는 안테나 장치.
The method according to claim 1,
The antenna device is designed on a flexible substrate and is located at the edge of the terminal.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 방사체 및 상기 제 1 급전부는 수평 편파를 송수신하기 위해 전기적 다이폴(electronic dipole)의 구조를 갖는 안테나 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the plurality of radiators and the first feeder have a structure of an electric dipole for transmitting and receiving horizontal polarized waves.
제 5 항에 있어서,
상기 전기적 다이폴의 구조는 수평 방향으로 빔을 생성하기 위해 마이크로스트립 라인에 인접한 급전(feed) 구조에 마천드 발룬(merchand balun) 구조를 포함하고,
상기 마이크로스트립 라인은 전기적 다이폴에 전기적 신호를 공급하기 위한 구조인 안테나 장치.
6. The method of claim 5,
The structure of the electrical dipole includes a merchand balun structure in the feed structure adjacent to the microstrip line to generate a beam in the horizontal direction,
Wherein the microstrip line is a structure for supplying an electrical signal to an electrical dipole.
제 5 항에 있어서,
수직 편파를 송수신하기 위한 자기적 다이폴(magnetic dipole)의 구조를 더 포함하는 안테나 장치.
6. The method of claim 5,
Further comprising a structure of a magnetic dipole for transmitting and receiving vertical polarization.
제 6 항에 있어서,
상기 자기적 다이폴의 구조는 접지 층에 형성되며, 상층면, 하층면 및 후면이 단락회로로 연결되고,
상기 후면은 상기 상층면 및 상기 하층면을 연결하는 제 2 비아홀을 포함하는 안테나 장치.
The method according to claim 6,
The structure of the magnetic dipole is formed in the ground layer, and the upper layer surface, the lower layer surface and the rear surface are connected by a short circuit,
And the rear surface includes a second via hole connecting the upper surface and the lower surface.
제 8 항에 있어서,
상기 자기적 다이폴은 상기 제 2 비아홀을 통해 직접 급전되는 직접 급전 방식 또는 커플링 방식에 기초하여 급전되는 안테나 장치.
9. The method of claim 8,
Wherein the magnetic dipole is fed based on a direct feeding method or a coupling method in which the magnetic dipole is directly fed through the second via hole.
제 7 항에 있어서,
상기 자기적 다이폴의 대역폭 및 이득을 증가시키기 위해서 상기 자기적 다이폴의 전면에 배치된 커플링 디렉터(coupling director)를 더 포함하는 안테나 장치.
8. The method of claim 7,
Further comprising a coupling director disposed on a front surface of the magnetic dipole to increase the bandwidth and gain of the magnetic dipole.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021025462A1 (en) * 2019-08-06 2021-02-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device including multiple antenna modules
CN113867019A (en) * 2020-06-30 2021-12-31 成都天马微电子有限公司 Liquid crystal phase shifter and manufacturing method thereof

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