KR20190143312A - 복수개의 방사체를 포함하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 기지국 - Google Patents

복수개의 방사체를 포함하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 기지국 Download PDF

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Abstract

본 발명은 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다.
본 발명은 상단면을 통해 전파를 방사하는 제1 방사체, 상기 제1 방사체의 외곽을 둘러싸도록 형성된 제2 방사체, 상단면이 상기 제1 방사체의 하단면에 배치되며, 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체가 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 고정될 수 있도록 형성된 유전체, 상기 유전체의 하단면에 배치되며, 상기 유전체를 통해 상기 제1 방사체 또는 상기 제2 방사체로 전기적 신호를 전달하는 급전부 및 상단면에 형성된 도전성 패턴을 통해 상기 급전부와 전기적으로 연결되어 상기 전기적 신호를 상기 급전부에 공급하는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)를 포함하는 안테나 모듈을 제공한다.

Description

복수개의 방사체를 포함하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 기지국{AN ANTENNA MODULE INCLUDING A PLURALITY OF RADIATORS AND A BASE STATION INCLUDING THE ANTENNA MODULE}
본 발명은 차세대 통신 시스템에서 통신 효율을 향상시킬 수 있는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후 (Beyond 4G Network) 통신 시스템 또는 LTE 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(analog beam-forming), 및 대규모 안테나 (large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다. 또한 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀 (advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크 (cloud radio access network: cloud RAN), 초고밀도 네트워크 (ultra-dense network), 기기 간 통신 (Device to Device communication: D2D), 무선 백홀 (wireless backhaul), 이동 네트워크 (moving network), 협력 통신 (cooperative communication), CoMP (Coordinated Multi-Points), 및 수신 간섭제거 (interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다. 이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(Advanced Coding Modulation: ACM) 방식인 FQAM (Hybrid FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술이 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
앞서 개시한 바와 같이 차세대 이동 통신 시스템이 적용되는 주파수 대역에서는 전파의 경로손실 등으로 인해 안테나 모듈의 성능이 하락될 수 있다. 따라서 차세대 이동 통신 시스템에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 안테나 모듈 구조가 요구된다. 보다 구체적으로는 massive MIMO(multiple input multiple output) 통신 환경에서도 원활한 통신이 가능한 안테나 모듈 구조가 요구된다.
본 발명은 상단면을 통해 전파를 방사하는 제1 방사체, 상기 제1 방사체의 외곽을 둘러싸도록 형성된 제2 방사체, 상단면이 상기 제1 방사체의 하단면에 배치되며, 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체가 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 고정될 수 있도록 형성된 유전체, 상기 유전체의 하단면에 배치되며, 상기 유전체를 통해 상기 제1 방사체 또는 상기 제2 방사체로 전기적 신호를 전달하는 급전부 및 상단면에 형성된 도전성 패턴을 통해 상기 급전부와 전기적으로 연결되어 상기 전기적 신호를 상기 급전부에 공급하는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)를 포함하는 안테나 모듈을 제공한다.
상기 제1 방사체의 하단면과 상기 급전부의 상단면은 상기 유전체에 의해 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되며, 상기 제2 길이는 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성에 기반하여 결정될 수 있다.
상기 제2 방사체는 특정 높이를 가지는 배리어(barrier) 형상으로 상기 제1 방사체의 외곽을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
상기 제1 방사체의 상단면 높이는 상기 제2 방사체의 상단면 높이보다 낮을 수 있다.
상기 제1 방사체의 상단면 높이와 상기 제2 방사체의 상단면 높이 차이는 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성에 기반하여 결정될 수 있다.
상기 제2 방사체는 상기 제1 방사체의 외곽을 따라 분절되어 복수개 배치될 수 있다.
상기 분절되는 각각의 제2 방사체는 상기 제1 방사체의 상단면을 따라 배치되는 제1 세그먼트 및 상기 제1 세그먼트의 일단으로부터 상기 인쇄회로기판 방향으로 연장되어 상기 유전체와 결합되는 제2 세그먼트를 포함할 수 있다.
상기 제1 세그먼트의 상단면 면적은 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성에 기반하여 결정될 수 있다.
상기 제1 세그먼트의 상단면 높이는 상기 제1 방사체의 상단면 높이보다 높을 수 있다.
상기 안테나 모듈은 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체의 하단면에 배치되어 상기 유전체의 하단면과 상기 인쇄회로기판의 상단면이 기설정된 제3 길이만큼 이격되도록 형성된 지지부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 안테나 모듈을 포함하는 기지국을 제공하며, 상기 안테나 모듈은 상단면을 통해 전파를 방사하는 제1 방사체, 상기 제1 방사체의 외곽을 둘러싸도록 형성된 제2 방사체, 상단면이 상기 제1 방사체의 하단면에 배치되며, 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체가 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 고정될 수 있도록 형성된 유전체, 상기 유전체의 하단면에 배치되며, 상기 유전체를 통해 상기 제1 방사체 또는 상기 제2 방사체로 전기적 신호를 전달하는 급전부 및 상단면에 형성된 도전성 패턴을 통해 상기 급전부와 전기적으로 연결되어 상기 전기적 신호를 상기 급전부에 공급하는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 포함할 수 있다.
상기 제1 방사체의 하단면과 상기 급전부의 상단면은 상기 유전체에 의해 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되며, 상기 제2 길이는 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성에 기반하여 결정될 수 있다.
상기 제2 방사체는 특정 높이를 가지는 배리어(barrier) 형상으로 상기 제1 방사체의 외곽을 둘러싸도록 형성될 수 있다.
상기 제1 방사체의 상단면 높이는 상기 제2 방사체의 상단면 높이보다 낮을 수 있다.
상기 제1 방사체의 상단면 높이와 상기 제2 방사체의 상단면 높이 차이는 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성에 기반하여 결정될 수 있다.
상기 제2 방사체는 상기 제1 방사체의 외곽을 따라 분절되어 복수개 배치될 수 있다.
상기 분절되는 각각의 제2 방사체는 상기 제1 방사체의 상단면을 따라 배치되는 제1 세그먼트 및 상기 제1 세그먼트의 일단으로부터 상기 인쇄회로기판 방향으로 연장되어 상기 유전체와 결합되는 제2 세그먼트를 포함할 수 있다.
상기 제1 세그먼트의 상단면 면적은 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성에 기반하여 결정될 수 있다.
상기 제1 세그먼트의 상단면 높이는 상기 제1 방사체의 상단면 높이보다 높을 수 있다.
상기 안테나 모듈은 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체의 하단면에 배치되어 상기 유전체의 하단면과 상기 인쇄회로기판의 상단면이 기설정된 제3 길이만큼 이격되도록 형성된 지지부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 복수개의 안테나 어레이를 포함하는 기지국을 제공하고, 상기 각각의 안테나 어레이는 적어도 하나의 안테나 모듈을 포함하며, 상기 적어도 하나의 안테나 모듈은 상단면을 통해 전파를 방사하는 제1 방사체, 상기 제1 방사체 상단면의 외곽을 둘러싸도록 형성된 제2 방사체, 상단면이 상기 제1 방사체의 하단면에 배치되며, 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체가 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 고정될 수 있도록 형성된 유전체, 상기 유전체의 하단면에 배치되며, 상기 유전체를 통해 상기 제1 방사체 또는 상기 제2 방사체로 전기적 신호를 전달하는 급전부 및 상단면에 형성된 도전성 패턴을 통해 상기 급전부와 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)를 포함할 수 있다.
상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 일부는 상기 제2 방사체에 의해 반사되어 상기 안테나 모듈 외부로 방사될 수 있다.
상기 안테나 어레이는 제1 안테나 모듈과 제2 안테나 모듈을 포함하고 상기 제1 안테나 모듈은 상단면을 통해 전파를 방사하는 제3 방사체 및 상기 제3 방사체 상단면의 외곽을 둘러싸도록 형성된 제4 방사체를 포함하며, 상기 제3 방사체의 상단면을 통해 방사되는 전파 중에서 상기 제2 안테나 모듈을 향해 방사되는 전파의 일부는 상기 제4 방사체에 의해 차단될 수 있다.
본 발명에서 개시하고 있는 일실시예에 따르면, 차세대 통신 시스템에서 이용되는 초고주파 영역에서 안테나 성능을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로 복수개의 방사체를 포함하는 안테나 모듈 구조를 이용함으로써 안테나 모듈에서 전파가 방사되는 유효 면적을 확장시킬 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈의 게인값을 향상시킬 수 있다.
도 1은 massive MIMO 환경을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 모듈 구조를 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 모듈 구조를 상단면에서 투과하여 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 모듈 구조에 따른 경우 안테나 모듈간의 상호 커플링 현상이 감소된 효과를 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따라 제2 방사체 및 유전체의 형상이 변경된 안테나 모듈 및 상기 안테나 모듈 구조에 따른 전자장 분포를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 모듈의 측면도를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제2 방사체가 복수개로 분절된 경우의 안테나 모듈 구조를 나타낸 도면이다.
도 7a 및 도 7c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈 구조의 측면도를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 어레이 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 기지국 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 기지국을 통해 방사되는 전자장 분포를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다. 또한 실시 예에서 '~부'는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명은 앞서 개시한 바와 같이 차세대 이동 통신 시스템에서 안테나 모듈의 성능을 향상시킬 수 있는 안테나 모듈 구조를 제공한다. 보다 구체적으로 본원 발명은 제1 실시예로 유전체 및 상기 유전체를 지지하기 위한 지지부를 포함하는 안테나 모듈을 제공하며, 제2 실시예로 금속 구조물을 이용한 안테나 모듈을 제공한다. 이하에서는 상기 제1 실시예와 상기 제2 실시예에 따른 안테나 모듈 구조에 대해 보다 자세히 살펴보도록 한다.
도 1은 massive MIMO 환경을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면 massive multiple input multiple output(MIMO) 환경에서는 하나의 기지국(100)에 복수개의 안테나 어레이가 포함될 수 있으며, 하나의 기지국(100)은 복수개의 단말(111, 112, 113, 114, 115)과 통신을 수행할 수 있다.
한편 차세대 통신 시스템에서는 앞서 개시한 바와 같이, 초고주파 대역에서 전파의 경로손실을 감소시키기 위해 빔포밍 기법이 적용된다. 따라서 기지국 내에 배치되는 각각의 안테나 어레이가 원활하게 빔포밍을 수행하기 위해서는 각 안테나 어레이를 통해 방사되는 빔폭을 확보하기 위해 안테나 어레이 간의 간격을 축소시킬 필요가 있다.
그러나 안테나 어레이를 통해 방사되는 빔폭을 확보하기 위해 상기 기지국(100)을 구성하는 안테나 어레이간의 이격거리를 줄이는 경우, 각 안테나 어레이 간의 간섭이 발생하여 안테나 어레이의 성능이 하락될 수 있다.
따라서, 빔포밍 기법이 적용되는 차세대 통신 시스템에서는 앞서 언급한 문제를 해결하기 위한 안테나 모듈 구조가 요구된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 모듈 구조를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 안테나 모듈(200)은 상단면을 통해 전파를 방사하는 제1 방사체(240), 상기 제1 방사체(240)의 외곽을 둘러싸도록 형성된 제2 방사체(250), 상단면이 상기 제1 방사체(240)의 하단면에 배치되며, 상기 제1 방사체(240)와 상기 제2 방사체(250)가 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 고정될 수 있도록 형성된 유전체(230), 상기 유전체(230)의 하단면에 배치되며, 상기 유전체(230)를 통해 상기 제1 방사체(240) 또는 상기 제2 방사체(250)로 전기적 신호를 전달하는 급전부(220) 및 상단면에 형성된 도전성 패턴을 통해 상기 급전부(220)와 전기적으로 연결되어 상기 전기적 신호를 상기 급전부(220)에 공급하는 인쇄회로기판(210, printed circuit board, PCB)을 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 방사체(240)는 패치형 안테나일 수 있으며, 상기 급전부(220)로부터 상기 유전체(230)를 통해 전기적 신호를 공급받아 특정 주파수의 전파를 외부로 방사할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 방사체(240)의 하단면과 상기 급전부(220)의 상단면은 상기 유전체(230)에 의해 기설정된 길이만큼 이격되어 배치될 수 있다. 즉, 본 발명에서 개시하고 있는 일실시예에 따를 경우, 제1 방사체(240)와 급전부(220)는 직접적으로 연결되지 않고 제1 방사체(240)와 급전부(220) 사이에 유전체가 배치됨으로써 갭-커플드 구조(gap coupled) 구조가 안테나 모듈 내부에 형성될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 갭-커플드 구조를 통해 상기 제1 방사체(240)와 상기 급전부(220) 사이에 커패시터 또는 인덕터가 배치되는 효과를 얻을 수 있으며, 이를 통해 상기 제1 방사체(240)를 통해 방사되는 전파의 대역폭을 향상시킬 수 있다. 일실시예에 따르면 상기 급전부(220)와 상기 유전체(230)가 이격되는 길이는 상기 제1 방사체(240)를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성에 기반하여 결정될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 방사체(250)는 특정 높이를 가지는 배리어(barrier) 형상으로 상기 제1 방사체(240)의 외곽을 둘러싸도록 형성될 수 있다. 일실시예에 따르면 상기 제2 방사체(250)에 의해 안테나 모듈의 전파 방사 유효면적이 넓어질 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈의 게인값이 향상될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 방사체(240)는 패치형상으로 안테나 모듈(200)의 수평 방향으로 배치될 수 있으며, 상기 제2 방사체(250)는 배리어형상으로 안테나 모듈(200)의 수직 방향으로 배치될 수 있다. 즉 본 발명의 일실시예에 따를 경우, 안테나 모듈의 수평 방향으로 배치되는 제1 방사체 및 안테나 모듈의 수직 방향으로 배치되는 제2 방사체를 통해 안테나 모듈의 전파 방사 유효 면적을 향상시킬 수 있다.
도 3a는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 모듈 구조를 상단면에서 투과하여 바라본 모습을 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면 제1 방사체(340)는 안테나 모듈(300)의 상단면에서 바라보았을 때, 사각형의 형상을 가지는 패치형 안테나일 수 있으며, 제2 방사체(350)는 상기 제1 방사체(340)의 외곽을 폐루프(closed loop) 형태로 둘러싸는 배리어 형상을 가질 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 급전부는 상기 유전체(330)의 상단면에 배치되는 제1 방사체(340)로 수평 편파와 관련된 전기적 신호를 공급하는 제1 급전부(321) 및 상기 제1 방사체(340)로 수직 편파와 관련된 전기적 신호를 공급하는 제2 급전부(322)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 유전체(330)의 하단면에서 상기 제1 급전부(321)의 연장선과 상기 제2 급전부(322)의 연장선은 서로 수직일 수 있다. 상기 제1 급전부(321)의 연장선과 상기 제2 급전부(322)의 연장선을 서로 수직으로 형성함으로써 수평 편파와 수직 편파간의 아이솔레이션(isolation)을 향상시킬 수 있다.
일실시예에 따르면, 안테나 모듈(300)은 금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체(330)의 하단면에 배치되어 상기 유전체(330)의 하단면과 상기 인쇄회로기판(310)의 상단면이 기설정된 길이만큼 이격되도록 형성된 지지부(323, 324)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면 상기 지지부(323, 324)는 상기 급전부(321, 322)와 동일한형상으로 형성되거나 상이한 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 상기 지지부(323, 324)가 상기 급전부(321, 322)와 형상이 서로 상이하다 하더라도, 상기 유전체(330)와 상기 인쇄회로기판(310)과의 평행을 유지하기 위해 상기 지지부(323, 324)와 상기 급전부(321, 324)의 높이는 동일할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 지지부(323) 및 상기 제2 지지부(324)에 의해 상기 제1 급전부(321) 및 상기 제2 급전부(322)에 흐르는 전기적 신호에 의해 발생하는 전기장의 분포가 변경될 수 있다. 즉, 상기 제1 지지부(323) 및 상기 제2 지지부(324)에 포함되어 있는 금속성물질에 의해 본 발명에 따른 안테나 모듈(300)의 아이솔레이션 성능이 향상될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 지지부(323) 및 상기 제2 지지부(324)가 상기 유전체(330)의 하단면과 접촉되는 면적의 크기에 따라 안테나 모듈(300)의 아이솔레이션 성능 향상 정도가 결정될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 제1 급전부(321)가 수평 편파와 관련된 전기적 신호를 공급하고 제2 급전부(322)가 수직 편파와 관련된 전기적 신호를 공급할 수 있다고 개시하고 있으나, 이는 본 발명에 따른 일실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위가 이에 국한되어서는 안 될 것이다. 예를 들어 제1 급전부(321)가 수직 편파와 관련된 전기적 신호를 공급하고 제2 급전부(322)가 수평 편파와 관련된 전기적 신호를 공급할 수 있다.
도 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 모듈 구조에 따른 경우 안테나 모듈간의 상호 커플링 현상이 감소된 효과를 나타낸 도면이다.
보다 구체적으로 도 3b는 도 3a에 따른 안테나 모듈 구조의 전자장 분포를 나타낸 도면이다. 도 3b를 통해 확인할 수 있듯이, 제1 방사체의 전파 방사로 인해 형성되는 전자장 분포는 상기 제1 방사체가 포함되어 있는 안테나 모듈에 근접하여 형성된다. 따라서, 본 발명에 따를 경우, 각 안테나 어레이간의 상호 커플링에 따른 안테나 성능 하락 효과가 감소될 수 있다.
즉, 본 발명에 따를 경우, 안테나 모듈에 포함되어 있는 제1 방사체를 통해 방사되는 전파 중 이웃하는 안테나 모듈을 향해 방사되는 전파가 제2 방사체에 의해 차단될 수 있으며, 이에 따라 안테나 모듈의 전자장 분포는 도 3b에 개시하고 있는 전자장 분포를 따를 수 있다.일실시예에 따르면, 안테나 모듈을 구성하는 제2 방사체(350)는 상기 안테나 모듈 내에서 전자장 필드가 최대가 되는 지점에 배치될 수 있으며, 이를 통해 공기 중의 상호 커플링 현상을 감소시킬 수 있다. 일실시예에 따르면, 도 3a에서 개시하고 있는 상기 제2 방사체(350)의 대각선 길이(d)는 제1방사체(340)를 통해 방사되는 전파 파장에 기반하여 결정될 수 있으며, 예를 들어 상기 d=λ/2 일 수 있다.(λ: 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 파장)
본 발명에 따를 경우 안테나 모듈(400)을 구성하는 제2 방사체(450)의 형상은 다양한 형상을 가질 수 있다. 도 4a에서 개시하고 있는 제2 방사체(450)의 형상은 도 3에서 살펴본 제2 방사체(350)의 형상과는 상이하다. 보다 구체적으로, 도 3에서 살펴본 제2 방사체(350)는 제1 방사체(340)외 외곽(정사각형)과 유사한 형상으로 형성되었으나, 도 4a에서 개시하고 있는 제2 방사체(450)는 도 3에서 개시하고 있는 제2 방사체(350) 형상에서 각 꼭지점 부분이 라운딩(rounding) 가공되었다. 일실시예에 따르면, 상기 제2 방사체(450)의 라운딩 가공을 통해 상기 안테나 모듈을 통해 방사되는 전파가 이웃하는 안테나 모듈에 영향을 미치는 상호 커플링(mutual coupling) 현상을 감소시킬 수 있다.
상기 제2 방사체(450)의 형상을 제외하고 도 4a에서 개시하고 있는 안테나 모듈(400) 구조(인쇄회로기판(410), 급전부(421, 422), 지지부(423, 424), 유전체(430), 제1 방사체(440))는 도 3에서 살펴본 안테나 모듈 구조와 동일 또는 유사할 수 있다.
도 4b는 도 4a에서 개시하고 있는 안테나 모듈 구조를 이용할 경우, 안테나 모듈을 통해 방사되는 전자장 분포를 나타낸 도면이다. 도 4b에서 개시하고 있는 전자장 분포를 도 3b에서 개시하고 있는 전자장 분포도면과 비교해보면, 제2 방사체의 꼭지점 부분을 라운딩 가공하는 경우, 안테나 모듈간의 상호 커플링 현상 감소 효과가 보다 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. (즉, 도 4a의 구조를 통해 각 안테나 어레이간의 아이솔레이션을 향상시킬 수 있다.)
도 4c에서 개시하고 있는 제2 방사체(450)의 형상은 도 3에서 살펴본 제2 방사체(350)의 형상과는 상이하다. 보다 구체적으로, 도 3에서 살펴본 제2 방사체(350)는 제1 방사체(340)외 외곽(정사각형)과 유사한 형상으로 형성되었으나, 도 4a는 제2 방사체(450)가 팔각형 형상으로 형성된 경우를 도시하고 있다. 일실시예에 따르면, 상기 팔각형 형상의 제2 방사체(450)를 통해 상기 안테나 모듈을 통해 방사되는 전파가 이웃하는 안테나 모듈에 영향을 미치는 상호 커플링(mutual coupling) 현상을 감소시킬 수 있다.
상기 제2 방사체(450)의 형상을 제외하고 도 4b에서 개시하고 있는 안테나 모듈(400) 구조(인쇄회로기판(410), 급전부(421, 422), 지지부(423, 424), 유전체(430), 제1 방사체(440))는 도 3에서 살펴본 안테나 모듈 구조와 동일 또는 유사할 수 있다.
도 4d는 도 4c에서 개시하고 있는 안테나 모듈 구조를 이용할 경우, 안테나 모듈을 통해 방사되는 전자장 분포를 나타낸 도면이다. 도 4d에서 개시하고 있는 전자장 분포를 도 3b에서 개시하고 있는 전자장 분포도면과 비교해보면, 제2 방사체가 팔각형 형상으로 형성되는 경우, 안테나 모듈간의 상호 커플링 현상 감소 효과가 보다 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다. (즉, 도 4c의 구조를 통해 각 안테나 어레이간의 아이솔레이션을 향상시킬 수 있다.)
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 모듈의 측면도를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 방사체(550)의 상단면 높이는 상기 제1 방사체(540)의 상단면 높이보다 높을 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 높이 차이로 인해 상기 제1 방사체(540)를 통해 방사되는 전파는 상기 제2 방사체(550)를 넘지 못할 수 있으며, 이를 통해 각 안테나 모듈간의 상호 커플링(mutual coupling) 현상을 방지할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 방사체(540)와 상기 제2 방사체(550)의 높이 차이는 상기 제1 방사체(540)를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 방사체(550)와 상기 제1 방사체(540)의 높이 차이인 h는 하기의 수식 1을 만족할 수 있다.
[수식 1]
h ≤
Figure pat00001
h: 제1 방사체와 제2 방사체의 높이 차이, λ: 제1 방사체를 통해 방사되는 전파 파장
일실시예에 따르면, 상기 제1 방사체(540)와 상기 제2 방사체(550)간의 이격거리에 기반하여 상기 제2 방사체(550)에 의한 반사파 형성 효율 또는 각 안테나 모듈간의 상호 커플링값이 결정될 수 있다.
그 밖에 인쇄회로기판(510), 급전부(521, 522), 유전체(530)는 앞서 설명한 안테나 모듈 구조에서의 인쇄회로기판, 급전부, 유전체와 동일 또는 유사하므로 이에 대한 설명을 생략한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 제2 방사체가 복수개로 분절된 경우의 안테나 모듈 구조를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면, 제2 방사체(651, 652, 653, 654)는 제1 방사체(640)의 외곽을 따라 분절되어 복수개 배치될 수 있다. 예를 들어 상기 제1 방사체(640)가 정사각형 형상을 가지는 경우, 제2 방사체(651, 652, 653, 654)는 상기 정사각형의 각 한 변에 대응되도록 4개로 분절되어 상기 제1 방사체(640)의 각 변에 대응되도록 배치될 수 있다.
일실시예에 따르면, 분절된 각각의 제2 방사체는 상기 제1 방사체(640)의 상단면을 따라 배치되는 제1 세그먼트 및 상기 제1 세그먼트의 일단으로부터 상기 인쇄회로기판(610) 방향으로 연장되어 상기 유전체(630)와 결합되는 제2 세그먼트를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 세그먼트의 상단면 면적에 기반하여 상기 안테나 모듈(600)의 인덕턴스(inductance) 또는 커패시턴스(capacitance) 특성이 결정될 수 있다. 따라서, 상기 제1 세그먼트의 상단면을 통해 안테나 모듈(600)에 커패시턴스 성분이 추가될 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈(600)의 주파수 대역폭이 확장될 수 있다.
일실시예에 따르면 상기 제1 세그먼트의 상단면 높이는 상기 제1 방사체(640)의 상단면 높이보다 높을 수 있으며, 이를 통해 상기 제1 방사체(640)를 통해 방사되는 전파가 상기 제2 방사체(650)를 통과하여 이웃하는 안테나 모듈에 상호 커플링 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
제2 방사체(651, 652, 653, 654)를 제외한 제1 방사체(640), 유전체(630), 급전부(620), 인쇄회로기판(610)의 동작은 앞서 개시한 안테나 모듈 구성에서의 동작과 동일 또는 유사하므로 본 설명에서는 생략한다.
도 7a 및 도 7c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈 구조의 측면도를 나타낸 도면이다.
도 7a는 제2 방사체(750) 상단면의 높이가 제1 방사체(740) 상단면의 높이보다 높게 배치된 안테나 모듈(700)를 나타낸 도면이다. 도 7a 구조에 따를 경우, 제2 방사체(750)는 유전체(730)의 외곽을 따라서 상기 제1 방사체(740)를 향해 연장될 수 있다.
일실시예에 따르면, 급전부(720)는 유전체(730)의 하단면에 배치되어 인쇄회로기판(710)으로부터 공급되는 전기적 신호를 유전체(730)를 통해 제1 방사체(740)로 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 제1 방사체(740)에 의해 방사되는 전파의 일부는 상기 제2 반사체(750)에 의해 반사되어 안테나 모듈(700) 외부로 방사될 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈(700)의 게인값이 향상될 수 있다.
도 7b는 제2 방사체(750) 상단면의 높이가 제1 방사체(740) 상단면의 높이와 동일한 경우의 안테나 모듈(700)를 나타낸 도면이다. 도 7b 구조에 따를 경우, 제2 방사체(750)는 유전체(730)의 외곽을 따라서 상기 제1 방사체(740)를 향해 연장될 수 있다.
일실시예에 따르면, 급전부(720)는 유전체(730)의 하단면에 배치되어 인쇄회로기판(710)으로부터 공급되는 전기적 신호를 유전체(730)를 통해 제1 방사체(740)로 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 제1 방사체(740)에 의해 방사되는 전파의 일부는 상기 제2 반사체(750)에 의해 반사되어 안테나 모듈(700) 외부로 방사될 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈(700)의 게인값이 향상될 수 있다.
도 7c는 제2 방사체(750) 상단면의 높이가 제1 방사체(740) 상단면의 높이보다 높게 배치된 안테나 모듈(700)를 나타낸 도면이다. 도 7c 구조에 따를 경우, 상기 제1 방사체(740)와 상기 제2 방사체(750) 사이에 배치되는 유전체(730)는 경사각을 형성할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 경사각을 통해 상기 제1 방사체(740)를 통해 방사되는 전파가 상기 제2 방사체(750)를 통과하여 이웃하는 안테나 모듈에 상호 커플링 영향을 미치는 것을 방지할 수 있다.
일실시예에 따르면, 급전부(720)는 유전체(730)의 하단면에 배치되어 인쇄회로기판(710)으로부터 공급되는 전기적 신호를 유전체(730)를 통해 제1 방사체(740)로 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 제1 방사체(740)에 의해 방사되는 전파의 일부는 상기 제2 반사체(750)에 의해 반사되어 안테나 모듈(700) 외부로 방사될 수 있으며, 이를 통해 안테나 모듈(700)의 게인값이 향상될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 안테나 어레이 구조를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따르면 본 발명에 따른 안테나 어레이(800)는 두 개의 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면 제1 방사체(841), 제1 유전체(831), 제2 방사체(851), 제1 급전부(821), 제1 지지부(861), 제2 지지부(862)가 상기 안테나 어레이(800)내에서 하나의 안테나 모듈을 구성할 수 있으며, 제3 방사체(842), 제2 유전체(832), 제4 방사체(852), 제2 급전부(822), 제3 지지부(863), 제4 지지부(864)가 상기 안테나 어레이(800)내에서 하나의 안테나 모듈을 구성할 수 있다.
일실시예에 따르면, 안테나 어레이(800)를 구성하는 하나의 안테나 모듈은 상단면을 통해 전파를 방사하는 제1 방사체(841), 상기 제1 방사체(841)의 외곽을 둘러싸도록 형성된 제2 방사체(851), 상단면이 상기 제1 방사체(841)의 하단면에 배치되며, 상기 제1 방사체(841)와 상기 제2 방사체(851)가 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 고정될 수 있도록 형성된 제1 유전체(831), 상기 제1 유전체(831)의 하단면에 배치되며, 상기 제1 유전체(831)를 통해 상기 제1 방사체(841)로 전기적 신호를 전달하는 제1 급전부(821), 상기 제1 유전체(831)의 하단면에 배치되어, 상기 제1 유전체(831)의 하단면과 상기 제1 급전부(821)가 이격되어 배치되도록 형성된 제1 지지부(861) 및 제2 지지부(862), 상단면에 형성된 도전성 패턴을 통해 상기 제1 급전부(821)와 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판(810)을 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 일부는 상기 제2 방사체(851)에 의해 반사될 수 있다. 따라서, 본 발명에서 개시하고 있는 안테나 모듈은 상기 제2 방사체(851)를 통해 반사되는 전파를 이용하여 안테나 모듈의 게인값을 향상시킬 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 방사체(851)의 상단면 높이는 상기 제1 방사체(841)의 상단면 높이보다 높을 수 있다. 따라서, 상기 제2 방사체(851)와 상기 제1 방사체(841)의 높이 차이로 인해 상기 제1 방사체(841)를 통해 방사되는 전파는 제2 방사체(851)를 넘지 못할 수 있다. 따라서 상기 구조에 의해 상기 제1 방사체(841)를 통해 방사되는 전파가 상기 안테나 어레이(800)를 구성하는 이웃 안테나 모듈에 미치는 영향(mutual coupling)을 최소화 할 수 있다.일실시예에 따르면, 상기 제1 급전부(821)는 상기 제1 유전체(831)의 하단면과 특정 거리만큼 이격되어 배치될 수 있으며, 이를 통해 제1 급전부(821)와 제1 방사체(841)간의 커패시턴스 성분을 증가시켜 안테나 어레이(800)의 주파수 대역폭을 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 기지국의 구조를 나타낸 도면이다.
일실시예에 따를 경우, 기지국(900)은 복수개의 안테나 어레이(910, 920,...)를 포함할 수 있다. 도 9의 실시예는 일례로써 16개의 안테나 어레이만이 기지국에 포함되어 있는 경우를 도시하였으나, 기지국에 포함되는 안테나 어레이의 개수는 변경될 수 있다. 예를 들어, massive MIMO 통신 환경에서는 16개 이상의 안테나 어레이가 기지국에 포함될 수 있다.
일실시예에 따르면 제1 안테나 어레이(910)는 제1 안테나 모듈(911)과 제2 안테나 모듈(912)을 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 제1 안테나 모듈(911) 및 제2 안테나 모듈(912)은 상단면을 통해 전파를 방사하는 제1 방사체, 상기 제1 방사체 상단면의 외곽을 둘러싸도록 형성된 제2 방사체, 상단면이 상기 제1 방사체의 하단면에 배치되며, 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체가 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 고정될 수 있도록 형성된 유전체, 상기 유전체의 하단면에 배치되며, 상기 유전체를 통해 상기 제1 방사체 또는 상기 제2 방사체로 전기적 신호를 전달하는 급전부 및 상단면에 형성된 도전성 패턴을 통해 상기 급전부와 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 안테나 모듈(911)에 구성되어 있는 제2 방사체에 의해 제1 방사체에서 제2 안테나 모듈(912) 또는 제2 안테나 어레이(920) 방향으로 방사되는 전파의 일부가 차단될 수 있다. 즉, 각 안테나 모듈에 포함되어 있는 제2 방사체에 의해 제1 방사체로부터 방사되는 전파의 일부가 차단됨으로써 각 안테나 모듈 또는 각 안테나 어레이간의 상호 커플링(mutual coupling) 현상이 최소화될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따를 경우, 각 안테나 모듈에 상기 제2 방사체 구조를 포함시킴으로써 각 안테나 모듈(911, 912)간의 이격거리를 종래기술보다 감소시킬 수 있는바, 기지국의 소형화 및 차세대 이동 통신 시스템에서의 빔포밍 동작 수행이 가능해질 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 안테나 모듈(911)에 포함되어 있는 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 일부는 상기 제2 방사체에 의해 반사되어 상기 안테나 모듈(911) 외부로 방사될 수 있다. 이에 따라 제1 안테나 모듈(911)의 전파 방사 유효 면적이 제1 방사체만을 통해 전파를 방사하는 경우보다 넓어질 수 있으며, 상기 제1 안테나 모듈(911)의 게인값을 향상시킬 수 있다.
제2 안테나 어레이(920)를 구성하는 제3 안테나 모듈(913) 및 제4 안테나 모듈(914)의 동작은 앞서 언급한 제1 안테나 모듈(911) 및 제2 안테나 모듈(912)의 동작과 동일 또는 유사할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 기지국을 통해 방사되는 전자장 분포를 나타낸 도면이다.
종래 기술에 따를 경우, 기지국의 안테나 어레이를 구성하는 각 안테나 모듈 간에는 일정 수준의 상호 커플링 현상이 발생할 수 밖에 없으며, 이에 따라 각 안테나 모듈을 통해 방사되는 전파가 이웃하는 안테나 모듈에게 간섭을 발생시킨다.
따라서 도 10에서 개시하고 있는 바와 같이 종래 기술에 따를 경우, 기지국을 구성하는 각각의 안테나 모듈에 의해 발생되는 전자장은 이웃하는 안테나 모듈의 전자장에 영향을 미치며 도 10의 종래기술 전자장 분포와 같이 분포될 수 있다.
한편, 본 발명에 따를 경우, 기지국의 안테나 어레이를 구성하는 각 안테나 모듈은 각 안테나 모듈을 통해 방사되는 전파가 이웃하는 안테나 모듈로 넘어가지 않도록 하는 반사체를 안테나 모듈에 포함시킴으로써 도 10에 도시한 바와 같이 각 안테나 모듈간의 아이솔레이션을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로 도 10에서 개시하고 있는 본 기술에 따를 경우, 각 안테나 모듈에 의해 발생되는 전자장은 이웃하는 안테나 모듈의 전자장에 영향을 미치지 않는 것으로 확인할 수 있으며, 각 안테나 모듈을 통해 방사되는 전파의 전자장 세기도 종래 기술의 전자장 세기에 비해 큰 것을 확인 할 수 있다.
따라서 본 발명에 따를 경우, 기지국 내부에 복수개의 안테나 모듈이 포함되어 안테나 모듈간의 이격거리가 충분하지 않다고 하더라도, 상기 안테나 모듈 내부에 배치되는 반사체를 통해 안테나 모듈간의 상호 커플링 현상을 감소시킬 수 있다.
최종적으로 본 발명에서 개시하고자 하는 안테나 모듈 구조를 정리하자면, 본 발명은 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 일부를 상기 제1 방사체를 둘러싸고 있는 제2 방사체를 통해 반사시킴으로써 안테나 모듈의 게인값을 향상시킬 수 있는 안테나 모듈 구조를 제공한다.
뿐만 아니라, 본 발명에 따를 경우, 상기 제1 방사체에 의해 방사되는 전파 중 이웃하는 안테나 모듈로 향하는 전파의 일부가 상기 제2 방사체에 의해 차단됨으로써, 안테나 모듈간 전파 누설로 인해 발생하는 상호 커플링 현상을 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따를 경우, 제2 방사체의 배치만으로 기지국을 구성하는 각 안테나 모듈간의 아이솔레이션 성능을 향상시킬 수 있으므로, 각 안테나 모듈간의 이격거리를 종래기술에 비해 감소시킬 수 있는바 기지국의 소형화 및 차세대 이동 통신 시스템에서의 빔포밍 동작 수행이 가능해질 수 있다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한 상기 각각의 실시 예는 필요에 따라 서로 조합되어 운용할 수 있다. 예컨대, 본 발명에서 제안하는 방법들의 일부분들이 서로 조합되어 기지국과 단말이 운용될 수 있다.

Claims (23)

  1. 무선 통신 시스템의 안테나 모듈에 있어서,
    상단면을 통해 전파를 방사하는 제1 방사체;
    상기 제1 방사체의 외곽을 둘러싸도록 형성된 제2 방사체;
    상단면이 상기 제1 방사체의 하단면에 배치되며, 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체가 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 고정될 수 있도록 형성된 유전체;
    상기 유전체의 하단면에 배치되며, 상기 유전체를 통해 상기 제1 방사체 또는 상기 제2 방사체로 전기적 신호를 전달하는 급전부; 및
    상단면에 형성된 도전성 패턴을 통해 상기 급전부와 전기적으로 연결되어 상기 전기적 신호를 상기 급전부에 공급하는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)를 포함하는,
    안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사체의 하단면과 상기 급전부의 상단면은 상기 유전체에 의해 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되며, 상기 제2 길이는 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방사체는 특정 높이를 가지는 배리어(barrier) 형상으로 상기 제1 방사체의 외곽을 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사체의 상단면 높이는 상기 제2 방사체의 상단면 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 방사체의 상단면 높이와 상기 제2 방사체의 상단면 높이 차이는 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방사체는 상기 제1 방사체의 외곽을 따라 분절되어 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분절되는 각각의 제2 방사체는,
    상기 제1 방사체의 상단면을 따라 배치되는 제1 세그먼트; 및
    상기 제1 세그먼트의 일단으로부터 상기 인쇄회로기판 방향으로 연장되어 상기 유전체와 결합되는 제2 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 세그먼트의 상단면 면적은 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제1 세그먼트의 상단면 높이는 상기 제1 방사체의 상단면 높이보다 높은 것을 특징으로 하는,
    안테나 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체의 하단면에 배치되어 상기 유전체의 하단면과 상기 인쇄회로기판의 상단면이 기설정된 제3 길이만큼 이격되도록 형성된 지지부를 더 포함하는,
    안테나 모듈.
  11. 안테나 모듈을 포함하는 기지국에 있어서,
    상기 안테나 모듈은,
    상단면을 통해 전파를 방사하는 제1 방사체;
    상기 제1 방사체의 외곽을 둘러싸도록 형성된 제2 방사체;
    상단면이 상기 제1 방사체의 하단면에 배치되며, 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체가 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 고정될 수 있도록 형성된 유전체;
    상기 유전체의 하단면에 배치되며, 상기 유전체를 통해 상기 제1 방사체 또는 상기 제2 방사체로 전기적 신호를 전달하는 급전부; 및
    상단면에 형성된 도전성 패턴을 통해 상기 급전부와 전기적으로 연결되어 상기 전기적 신호를 상기 급전부에 공급하는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 방사체의 하단면과 상기 급전부의 상단면은 상기 유전체에 의해 기설정된 제2 길이만큼 이격되어 배치되며, 상기 제2 길이는 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 방사체는 특정 높이를 가지는 배리어(barrier) 형상으로 상기 제1 방사체의 외곽을 둘러싸도록 형성되는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제1 방사체의 상단면 높이는 상기 제2 방사체의 상단면 높이보다 낮은 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 방사체의 상단면 높이와 상기 제2 방사체의 상단면 높이 차이는 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제2 방사체는 상기 제1 방사체의 외곽을 따라 분절되어 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 분절되는 각각의 제2 방사체는,
    상기 제1 방사체의 상단면을 따라 배치되는 제1 세그먼트; 및
    상기 제1 세그먼트의 일단으로부터 상기 인쇄회로기판 방향으로 연장되어 상기 유전체와 결합되는 제2 세그먼트를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 세그먼트의 상단면 면적은 상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성에 기반하여 결정되는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 세그먼트의 상단면 높이는 상기 제1 방사체의 상단면 높이보다 높은 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은,
    금속성 물질을 포함하며, 상기 유전체의 하단면에 배치되어 상기 유전체의 하단면과 상기 인쇄회로기판의 상단면이 기설정된 제3 길이만큼 이격되도록 형성된 지지부를 더 포함하는,
    기지국.
  21. 복수개의 안테나 어레이를 포함하는 기지국에 있어서,
    상기 각각의 안테나 어레이는 적어도 하나의 안테나 모듈을 포함하며,상기 적어도 하나의 안테나 모듈은
    상단면을 통해 전파를 방사하는 제1 방사체;
    상기 제1 방사체 상단면의 외곽을 둘러싸도록 형성된 제2 방사체;
    상단면이 상기 제1 방사체의 하단면에 배치되며, 상기 제1 방사체와 상기 제2 방사체가 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 고정될 수 있도록 형성된 유전체;
    상기 유전체의 하단면에 배치되며, 상기 유전체를 통해 상기 제1 방사체 또는 상기 제2 방사체로 전기적 신호를 전달하는 급전부; 및
    상단면에 형성된 도전성 패턴을 통해 상기 급전부와 전기적으로 연결되는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 방사체를 통해 방사되는 전파의 일부는 상기 제2 방사체에 의해 반사되어 상기 안테나 모듈 외부로 방사되는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 안테나 어레이는 제1 안테나 모듈과 제2 안테나 모듈을 포함하고,
    상기 제1 안테나 모듈은,
    상단면을 통해 전파를 방사하는 제3 방사체; 및
    상기 제3 방사체 상단면의 외곽을 둘러싸도록 형성된 제4 방사체를 포함하며,
    상기 제3 방사체의 상단면을 통해 방사되는 전파 중에서 상기 제2 안테나 모듈을 향해 방사되는 전파의 일부는 상기 제4 방사체에 의해 차단되는 것을 특징으로 하는,
    기지국.
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