KR20200004870A

KR20200004870A - 통신 장치

Info

Publication number: KR20200004870A
Application number: KR1020197036178A
Authority: KR
Inventors: 알렉산더 흐리프코브; 린셩 리; 루이위안 톈
Original assignee: 후아웨이 테크놀러지 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2017-05-12
Filing date: 2017-05-12
Publication date: 2020-01-14
Also published as: CN110546812A; KR102256657B1; JP7287739B2; AU2017413139A8; AU2017413139A1; AU2021215154A1; EP3616259B1; JP2021193824A; US11605879B2; AU2017413139B2; JP6946466B2; US20210344103A1; US20200203804A1; US11075446B2; AU2021215154B2; EP3616259A1; JP2020520178A; BR112019023723A2; CN110546812B; WO2018206116A1

Abstract

본 발명은 무선 통신을 위한 통신 장치(100)에 관한 것이다. 통신 장치(100)는 전면 유전체 커버(131), 후면 유전체 커버(132), 및 상기 전면 유전체 커버(131)와 상기 후면 유전체 커버(132)의 사이에 원주로 배치된 금속 프레임(110)을 포함하는 하우징(102) - 상기 금속 프레임(110)은 제1 세트의 주파수 대역(FB1)에서 방사하도록 구성되는 제1 안테나를 형성함 -을 포함한다. 통신 장치(100)는 상기 하우징(102) 내에 배치되는 회로(170) - 상기 회로(170)는 상기 금속 프레임(110)으로부터 전기적으로 절연되고, 상기 금속 프레임(110)에 연결된 적어도 하나의 제1 급전선(191, 192)을 포함하고, 상기 제1 세트의 주파수 대역(FB1)에서 제1 세트의 무선 주파수 신호를 상기 제1 안테나에 급전하도록 구성됨 -를 더 포함한다. 통신 장치(100)는 상기 하우징(102) 내에 배치되는 제2 안테나(150) - 상기 제2 안테나(150)는 상기 금속 프레임(110)의 적어도 하나의 구경(120)을 통해 제2 세트의 주파수 대역(FB2)에서 방사하도록 구성되는 하나 이상의 방사 소자(330, 340)를 포함하고, 상기 제1 세트의 주파수 대역(FB1)의 적어도 하나의 주파수 대역은 상기 제2 세트의 주파수 대역(FB2)의 적어도 하나의 주파수 대역과 비중첩(non-overlap)함 - 를 더 포함한다.

Description

통신 장치

본 출원은 무선 통신을 위한 통신 장치에 관한 것이다.

예를 들어 모바일 폰과 같은 통신 장치는 더욱 더 다양한 무선 기술을 지원해야 한다. 이러한 무선 기술은, 2G/3G/4G 무선과 같은 셀룰러 무선 기술(cellular radio technology)과, 비셀룰러 무선 기술(non-cellular radio technology)을 포함한다. 종래에는, 각 무선 기술은 무선 신호를 송수신하는 전용 안테나를 요구한다. 모든 무선 기술에 대한 개별 안테나를 설계하는 것은 통신 장치의 설계를 매우 어렵게 하는데, 예를 들어, 통신 장치에서의 공간 제한이 있을 수 있다. 또한, 많은 안테나를 서로 가까이 배치하는 것은 심각한 안테나 커플링(coupling) 문제로 이어질 수 있다.

오는 5G 무선 기술에서, 사용된 주파수 범위는 서브 6GHz로도 알려진 6GHz이하로부터 밀리미터파(millimetre Wave, mmWave)로도 알려진 60GHz 주파수까지 확장될 수 있다. 따라서, 필요한 주파수 대역 모두를 지원하기 위하여 더 많은 안테나가 필요해질 것이다. mmWave 주파수에 대해서, 무선 어플리케이션은 다중 안테나 요소의 어레이의 사용을 필요로 한다. 안테나 어레이는 무선 주파수 집적 회로(radio frequency integrated circuit, RFIC) 및 기저대역(baseband, BB) 프로세서와 함께 모듈에 통합되어, mmWave 안테나를 형성할 수 있다. 종래의 설계는 통신 장치에 구현되어야 하는 개별 mmWave 안테나를 필요로 한다. 따라서, 종래 서브 6GHz 안테나와 mmWave 안테나는 각각 통신 장치에서 그들만의 공간을 점유하고, 통신 장치에서 같이 배치되어야 한다. 이는 통신 장치 내의 공간 활용에 관한 문제와, 두 종류의 안테나 사이의 전자기 호환성의 문제로 이어진다. 게다가, 일반적으로 mmWave 안테나는 일반적으로 종래 통신 장치를 커버하는 금속 저면과 양립하지 않는다.

결과적으로, 5G와 같은 뉴라디오 기술의 도입은, 미래 통신 장치의 안테나 설계의 문제를 야기한다.

본 발명의 실시예의 목적은 종래 솔루션의 단점 및 문제를 해결하거나 완화하는 솔루션을 제공하는 것이다.

이상의 그리고 추가의 목적은 독립 청구항의 발명의 대상에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 구현 형태는 종속 청구항에서 찾아볼 수 있다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 전술한 목적 및 다른 목적은 무선 통신을 위한 통신 장치에 의해 달성되는데, 상기 통신 장치는, 전면 유전체 커버, 후면 유전체 커버, 및 상기 전면 유전체 커버와 상기 후면 유전체 커버의 사이에 원주로 배치된 금속 프레임을 포함하는 하우징 - 상기 금속 프레임은 제1 세트의 주파수 대역에서 방사하도록 구성되는 제1 안테나를 형성함 -; 상기 하우징 내에 배치되는 회로 - 상기 회로는 상기 금속 프레임으로부터 전기적으로 절연되고, 상기 금속 프레임에 연결된 적어도 하나의 제1 급전선을 포함하고, 상기 제1 세트의 주파수 대역에서 제1 세트의 무선 주파수 신호를 상기 제1 안테나에 급전하도록 구성됨 -; 및 상기 하우징 내에 배치되는 제2 안테나 - 상기 제2 안테나는 상기 금속 프레임의 적어도 하나의 구경(aperture)을 통해 제2 세트의 주파수 대역에서 방사하도록 구성되는 하나 이상의 방사 소자를 포함하고, 상기 제1 세트의 주파수 대역의 적어도 하나의 주파수 대역은 상기 제2 세트의 주파수 대역의 적어도 하나의 주파수 대역과 비중첩(non-overlap)함 - 를 포함한다.

따라서, 본 통신 장치는 제2 안테나의 방사 소자가 방사하는 하나 이상의 구경을 포함한다. 일 예에서 구경은 금속 프레임에서 스루홀(through hole) 또는 슬롯을 형성할 수 있다. 스루홀 또는 슬롯은 적절한 임피던스 매칭 특성을 갖는 유전체 물질로 채워질 수 있다. 스루홀 또는 슬롯은, 크로스(cross), 직사각형, 정사각형, 원 등과 같이 많은 다양한 형태를 취할 수 있다.

본 개시에서 일 세트의 주파수 대역은 하나 이상의 주파수 대역을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 주파수 대역이 다른 주파수 대역과 비중첩한다는 것은 두 개의 주파수 대역이 어떠한 주파수도 공통으로 갖지 않는다는 것을 의미한다는 것으로 이해되어야 한다.

제1 측면에 따른 통신 장치는 종래 솔루션보다 많은 이점을 제공한다. 한가지 이점은 통신 장치의 제1 안테나 및 제2 안테나의 설계가 통신 장치의 제한적인 공간의 효율적 사용을 가능하게 한다는 것이다.

제1 측면에 따른 통신 장치는 또한 두 개의 개별 안테나가 서로 인접하게 배치될 때 발생하는 안테나 커플링 문제를 회피한다.

게다가, 핸드헬드 장치의 경우, 자유 공간(free-space) 및 머리 및 손 위치 옆에서 제1 안테나의 성능은 금속 프레임의 배치에 의해 최대화된다. 제1 안테나는 금속 프레임에 의해 형성됨으로써, 제1 안테나는 섀시 모드(chassis mode)에 가장 잘 커플링하기 위해 전체 상단 및/또는 하단 및 코너를 활용하여, 최고의 방사에 최적인 환경을 생성할 수 있다.

또한, 제2 안테나 이득 및 빔 스캔 커버리지는 제1 안테나 체적(volume) 내에서 제2 안테나의 방사 소자의 배치에 의해 최대화된다.

제2 측면에 따른 통신 장치의 구현 형태에서, 제2 안테나의 하나 이상의 방사 소자는 회로에 인접하여 배치된다.

본 구현 형태의 이점은, 급전선 길이가 최소화되므로 제2 안테나의 효율이 최대화된다는 것이다. 또한, 제2 안테나 및 대응하는 회로가 모놀리식으로(monolithically) 통합된 안테나 모듈로 형성되는 것을 가능하게 하여, 대량 생산 수율(mass-production yield)을 최대화한다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 구현 형태에서, 제2 안테나의 하나 이상의 방사 소자는 회로의 보드에 배치된다.

본 구현 형태의 이점은 공간을 절약하는 컴팩트한 디자인이란 것이다. 따라서, 예를 들어, 제2 안테나를 보드 내의 통합 모듈로서 배치함으로써 스크린-폰 비율(screen to phone ratio)이 증가할 수 있다. 본 구현 형태의 추가적인 이점은 방사 소자가, 통신 장치의 나머지 부분/구성 요소와 분리되어, 독립 모듈로서 회로에 연결될 수 있다는 점이다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 구현 형태에서, 통신 장치는 상기 하우징의 내부에 배치되는 제1 유전체를 포함하고, 상기 제1 유전체는 상기 구경과 상기 제2 안테나의 하나 이상의 방사 소자 사이의 전자기 커플링을 제공하도록 구성된다.

본 구현 형태의 이점은, 통신 장치의 유전체 부품과 통신 장치의 전도 부품이 안테나 소자에서부터 자유 공간을 향한 진행 파 전파를 지원하도록 구성된다. 에너지 흐름의 방향은 일반적으로 통신 장치의 표면을 따른다. 따라서, 제2 안테나의 방사 패턴은 일반적으로 통신 장치의 표면을 따라 지향된다. 이에, 제2 안테나는 빔포밍(beamforming) 및 빔스캐닝(beam-scanning)의 공간 커버리지를 향상시킬 수 있고, 모든 공간 방향에 대하여 높은 평균 이득을 제공할 수 있다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 구현 형태에서, 제1 유전체는 상기 제2 안테나의 하나 이상의 방사 소자에 대해 매칭된 임피던스이다.

본 구현 형태의 이점은, 전자기파의 반사가 최소화되고, 방사 소자의 대역폭을 강화시킴으로써 제2 안테나의 효율적인 다중 대역 동작을 제공한다는 것이다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 상기 제1 유전체는 상기 구경과 상기 제2 안테나의 하나 이상의 방사 소자 사이에 배치된다.

따라서, 금속 프레임의 평면을 향하여 증가된 방사 특성이 제공된다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 상기 제2 안테나의 하나 이상의 방사 소자는 상기 구경에서 상기 금속 프레임과 전기 접촉(galvanic contact)한다.

본 구현 형태의 이점은, 금속 프레임의 표면이 제2 안테나 방사 구경의 일부로서 사용되므로, 제2 안테나의 주파수 대역폭 및 효율이 향상되어, 제2 안테나의 유효 크기를 증가시킨다는 것이다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 상기 제2 안테나의 하나 이상의 방사 소자는 상기 금속 프레임 내에 적어도 부분적으로 통합되어, 상기 제1 안테나의 방사 구조의 일부를 형성한다.

본 구현 형태의 이점은, 제2 안테나 이득 및 빔 스캔 커버리지가, 통신 장치의 금속 프레임 내에서 제2 안테나의 방사 소자를 배치함으로써, 최대화된다는 것이고, 이는 하우징 외부의 자유 공간으로부터 최소 거리에서를 의미하고, 이에, 제2 안테나의 향상된 옴니 커버리지(omni-coverage)를 제공할 수 있다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 상기 회로는 상기 제2 안테나의 무선 주파수 집적 회로(radio frequency integrated circuit, RFIC)에 연결되고, 상기 무선 주파수 집적 회로(RFIC)에 데이터, 전력 및 제어 신호를 급전하도록 구성되는 제2 급전선을 포함한다.

본 구현 형태의 이점은, 제2 안테나가 모놀리식으로(monolithically) 통합된 안테나 모듈로서 구성되고, 제2 급전선을 통해 회로에 연결될 수 있다는 것이다. 따라서, 제2 안테나 모듈은 표준화될 수 있고, 이에, 비용 효율적으로 대량 생산될 수 있다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 상기 제2 급전선은 상기 금속 프레임에 연결되는 차폐(shielding)를 포함하고, 상기 차폐는 상기 제1 안테나를 상기 회로의 접지에 접지시키도록 구성된다.

본 구현 형태의 이점은, 제1 안테나의 접지에 간단하고 공간 절약의 솔루션이라는 점이다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 통신 장치는 상기 하우징 내부에 배치되고, 상기 제2 안테나의 위치와 관련해서 상기 하우징의 내부로 연장되는 제1 유전체를 포함한다.

본 구현 형태의 이점은, 제2 안테나가 하우징 내부에 위치한 제1 유전체에 의한 임피던스 매칭을 위해 하우징 내부의 체적을 사용한다는 것이다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 상기 제1 유전체는 상기 제2 안테나의 하나 이상의 방사 소자와 상기 전면 유전체 커버 및 상기 후면 유전체 커버 각각 사이의 전자기 커플링을 제공하도록 구성된다.

본 구현 형태의 이점은, 제2 안테나가 모든 공간 방향, 앤드파이어(통신 장치를 따라), 스크린측 브로드사이드(통신 장치의 스크린에 수직인), 및 후면 브로드사이드에서 2차원 스캐닝 빔포밍을 제공한다는 것이다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 구경은 제2 유전체로 채워진다.

본 구현 형태의 이점은, 통신 장치가 밀봉되어 물, 먼지, 기계적 응력 등과 같은 환경적 요인으로부터 보호된다는 점이다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 상기 구경은 일렬로 배치된 복수 개의 슬롯을 포함한다.

본 구현 형태의 이점은, 슬롯이 제2 안테나의 방사 소자를 하우징 외부의 자유 공간에 커플링하여, 임피던스 매칭 및 향상된 빔포밍 특성을 제공할 수 있다는 점이다

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 상기 복수 개의 슬롯은 일렬로 교대로 배치되는 제1 종류의 슬롯 및 제2 종류의 슬롯을 포함하고, 상기 제1 종류의 슬롯은 제1 편광을 위해 구성되고, 상기 제2 종류의 슬롯은 상기 제1 편광에 직교하는 제2 편광을 위해 구성된다.

본 구현 형태의 이점은, 편광 다이버시티(diversity)가 제2 안테나에 의해 사용될 수 있다는 점이다. 편광 다이버시티는 통신 장치의 모든 방향에서 MIMO 성능 및/또는 안정적인 링크 통신을 가능하게 하기 위해 활용된다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 상기 제2 안테나의 하나 이상의 방사 소자는, 상기 전면 유전체 커버의 표면 및 상기 후면 유전체 커버의 표면 중 적어도 하나에 평행한 제1 방향으로 실질적으로 방사하도록 구성되는 제1 어레이의 방사 소자; 및 상기 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 실질적으로 방사하도록 구성되는 제2 어레이의 방사 소자를 포함한다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 상기 제1 어레이의 방사 소자(330)는 앤드파이어(end-fire) 방사 소자이고, 상기 제2 어레이의 방사 소자(340)는 브로드사이드(broadside) 방사 소자이다.

본 구현 형태의 이점은, 완전한 입체각(full solid angle) 내에서 모든 방향으로 일정한 빔 스캐닝 어레이 이득 커버리지가 가능하다는 것이다. 따라서, 다른 통신 장치와의 무선 통신은 통신 장치 지향(orientation) 및 사용자 시나리오(예를 들어, 폰을 들고 있는 사용자가 "토크 자세", "텍스트 타이핑 자세", "비디오 자세" 등)와 관계없이 유지된다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 전면 유전체 커버의 표면은 후면 유전체 커버의 표면에 실질적으로 평행하다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 금속 프레임의 표면은 전면 유전체 커버의 표면 및 후면 유전체 커버의 표면 중 적어도 하나에 실질적으로 수직이다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 회로는 제1 방향과 평행으로 하우징 내부로 연장하는 보드 상에 배치된다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 제1 세트의 주파수 대역의 모든 주파수 대역은 제2 세트의 주파수 대역의 모든 주파수 대역과 비중첩한다.

제1 측면에 따른 통신 장치의 일 구현 형태에서, 상기 제1 세트의 주파수 대역의 각 주파수 대역은 400 MHz에서부터 10 GHz까지의 간격이고, 상기 제2 세트의 주파수 대역의 각 주파수 대역은 10 GHz에서부터 100 GHz까지의 간격이다.

본 구현 형태의 한가지 이점은, 통신 장치가, 예를 들어: 2G, 3G, 4G LTE, WiFi 802.11a/b/g/n/ac와 같은 멀티밴드 MIMO 4x4 sub-6 GHz 통신 시스템; 및 5G 대역(24.25 GHz - 43 GHz), 802.11ad WiGig(57 GHz - 66 GHz)와 같은 mmWave 통신 시스템을 지원한다는 것이다.

또한, 본 발명의 어플리케이션 및 이점은 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

첨부된 도면은 본 발명의 다른 실시예를 명확히 설명하기 위한 것이다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 일 부분을 나타낸다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 일 부분을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 단면을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 안테나를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 단면을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 일 부분을 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 통신 장치의 단면을 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 안테나를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 안테나의 일 부분을 나타낸다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 적어도 하나의 구경의 슬롯을 도시한다.

도 1a 및 1b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통신 장치(100)의 일 부분(section)을 도시한다. 통신 장치(100)는 전면 유전체 커버(131), 후면 유전체 커버(132), 및 전면 유전체 커버(131)와 후면 유전체 커버(132) 사이에 원주로 배치된 금속 프레임(110)을 포함하는 하우징(102)을 포함한다. 금속 프레임(110)은 전면 유전체 커버(131)와 후면 유전체 커버(132) 사이의 기계적 지지 구조를 형성한다. 바람직한 실시예에서 금속 프레임은 연속적인데, 예를 들어, 하우징(102) 내부에 배치된 구성 요소를 완전히 둘러싼다. 다른 실시예에서, 금속 프레임(110)은 하우징(102) 내부에 배치된 구성 요소를 둘러싸는 방향으로 불연속적일 수 있는데, 예를 들어, 비금속 영역(유전체 영역)을 사이에 둔다.

금속 프레임(110)은 제1 세트의 주파수 대역(FB1)으로 방사하도록 구성된 제1 안테나를 추가로 형성한다. 통신 장치(100)는 하우징(102) 내부에 배치된 회로(170)를 더 포함한다. 회로(170)는 금속 프레임(110)으로부터 전기적으로 절연(격리)되고, 금속 프레임(110)에 결합되는 적어도 하나의 제1 급전선(191, 192)을 포함하고, 제1 세트의 주파수 대역(FB1)에서 제1 세트의 무선 주파수 신호를 제1 안테나에 공급하도록 구성된다. 따라서, 금속 프레임(110)은 제1 세트의 주파수 대역(FB1)의 무선 주파수 신호를 방출하도록 구성된다.

또한, 통신 장치(100)는 하우징(102) 내부에 배치된 제2 안테나(150)를 포함한다. 제2 안테나(150)는 금속 프레임(110)의 적어도 하나의 구경(120)를 통해 제2 세트의 주파수 대역(FB2)으로 방사하도록 구성된 하나 이상의 방사 소자(330, 340)(예를 들어, 도 3 및 7에 도시됨)를 포함한다. 제1 세트의 주파수 대역(FB1)의 적어도 하나의 주파수 대역은 제2 세트의 주파수 대역(FB2) 중 적어도 하나의 주파수 대역과 비중첩(non-overlap)한다.

본 발명에 따른 통신 장치(100)의 실시예에서, 제1 세트의 주파수 대역(FB1)의 모든 주파수 대역은 제2 세트의 주파수 대역(FB2)의 모든 주파수 대역과 비중첩한다. 따라서, 제1 안테나 및 제2 안테나(150)는 공통의 주파수 대역을 갖지 않고 상이한 주파수 대역에서 방사할 것이다. 그러한 일 실시예에서, 제1 세트의 주파수 대역(FB1)의 각 주파수 대역은 400 MHz 내지 10 GHz의 간격에 있고, 제2 세트의 주파수 대역(FB2)의 각 주파수 대역은 10 GHz 내지 100 GHz의 간격에 있다. 따라서, 제1 안테나는 LTE와 같은 제1 무선 기술을 지원할 수 있은 한편, 제2 안테나(150)는 5G 뉴 라디오(new radio, NR)와 같은 다른 무선 기술을 지원할 수 있다. 또한, 무선 통신 기술의 다른 조합이 가능하다.

각각 도 1a 및 1b의 2개의 상이한 실시예에 도시된 바와 같이, 제2 안테나(150)는 금속 프레임(110)으로부터 분리되거나 또는 금속 프레임(110)과 완전히 또는 부분적으로 통합되어 하우징(102) 내부에 배치될 수 있다. 도 1a에 도시된 실시예에서, 제2 안테나(150)는 금속 프레임(110)으로부터 전기적으로 분리되어 회로(170)에 인접하게 배치된다. 이 실시예에서, 제2 안테나(150)의 금속 프레임(110)의 구경(120)에 대한 전자기 커플링은 유전체 구조를 사용하여 구성된다. 도 1b에 도시된 실시예에서, 제2 안테나(150)는 대신에 금속 프레임(110)에 인접하여 부분적으로 또는 완전히 통합되어 배치된다. 이 실시예에서, 제2 안테나(150)의 금속 프레임(110)의 구경(120)에 대한 전자기 결합은 전도성 구조를 사용하여 구성된다.

도 1a 및 1b는 통신 장치(100)의 상이한 부분/구성 요소 사이의 상대적인 위치를 나타낸다. 도 1a 및 1b에 도시된 실시예에서, 전면 유전체 커버(131)의 표면 및 후면 유전체 커버(132)의 표면은 모두 제1 방향(D1)으로 연장된다. 따라서, 전면 유전체 커버(131)의 표면은 후면 유전체 커버(132)의 표면과 실질적으로 평행하다. 금속 프레임(110)의 (주(main)) 표면은 제1 방향(D1)에 수직인 제2 방향(D2)으로 연장된다. 따라서, 금속 프레임(110)의 표면은 전면 유전체 커버(131)의 표면 및 후면 유전체 커버(132)의 표면 중 적어도 하나에 실질적으로 수직이다. 유전체 커버(131), 후면 유전체 커버(132) 및 금속 프레임(110)은, 따라서 한 케이스에서, 대략 직사각형 모양의 박스를 형성할 수 있고, 유전체 커버(131) 및 후면 유전체 커버(132)는 각각 직사각형 박스의 상부 및 하부를 구성하고, 금속 프레임(110)은 직사각형 박스의 측면을 구성한다(예를 들어, 하우징(102)의 측벽을 지지하여).

회로(170)는, 전면 유전체 커버(131)의 표면 및 후면 유전체 커버(132)의 표면 중 적어도 하나에 평행하게 하우징(102) 내부에서 연장(즉, 제1 방향(D1)으로 연장)되는, PCB 보드(도 5에 도시됨) 상에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 통신 장치(100)의 부품 사이의 상대적인 위치는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도 1a 및 1b에 도시된 상대적인 위치와 상이할 수 있다.

제1 안테나의 급전, 접지 및 임피던스 로딩에는 회로(170)와 금속 프레임(110) 사이에 배치된 하나 이상의 연결점(connection point; 191, 192)이 제공될 수 있다. 금속 프레임(110)은 제1 안테나의 이미터(emitter)로서 작용하고, 회로(170)는 제1 안테나에 대한 접지로서 작용하거나 접지를 제공한다. 제1 안테나는 NxN(여기서, N은 양의 정수) 다중 셀룰러 주파수 대역, 예를 들어, 698MHz에서부터 5800MHz까지에서 동작하는 MIMO(Multiple Input Multiple Output) 송신을 지원할 수 있다. 이러한 MIMO 안테나는 중첩 주파수 대역에서 동작할 수 있어, 예를 들어, LTE and LTE advanced에서 캐리어 어그리게이션 지원(carrier aggregation support)을 가능하게 한다. 실시예에서, 제1 안테나는 모노폴 안테나(monopole antenna), 슬롯 안테나(slot antenna), 역 F 안테나(inverted-F antenna), 멀티 급전 안테나(multi-feed antenna), T 형 안테나, 용량성 또는 유도성 급전 안테나, 용량성 또는 유도성 임피던스 로딩 안테나, 가변 임피던스 로딩 안테나 및 이에 따른 파생된 모든 것을 포함할 수 있다. 제1 안테나는 또한 다중 셀룰러 주파수 대역, 예를 들어 698MHz에서부터 5800MHz까지에서 전자기 에너지를 효과적으로 방사하도록 구성될 수 있다. 제1 안테나는 0.2 미만의 엔벨로프 상관 계수(envelope correlation coefficient, ECC) 및 주파수 대역 내에서 10 dB보다 우수한 상호 격리를 갖도록 구성될 수 있다.

도 2는 제2 안테나(150)의 금속 프레임(110)의 적어도 하나의 구경(120)에 대한 전자기 커플링을 제공하기 위해 유전체 구조가 사용되는 통신 장치(100)의 실시예를 나타낸다. 도 2에서, 통신 장치(100)는 하우징(102) 내부에 배치되는 제1 유전체(160)를 더 포함하고, 제2 안테나(150)를 금속 프레임(110)으로부터 분리하도록 구성된다. 제1 유전체(160)는 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)를 금속 프레임(110)의 구경(120)에 전자기 커플링하도록 구성된다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 유전체(160)는 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)와 구경(120) 사이에 배치된다. 또한, 제1 유전체(160)는 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)와 임피던스 매칭될 수 있다. 따라서, 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)로부터 제1 유전체(160)를 통해 진행하는 전자기 에너지의 공간 임피던스 매칭을 제공할 수 있다.

제1 유전체(160)는 폴리아미드(polyamide)-유리 섬유(GF), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)-GF, 폴리카보네이트(PC)-아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT)-GF 또는 유사한 물질의 조성물일 수 있다. 제1 유전체(160)는 일반적으로 GF-강화 조성물에 기초한 나노-몰딩 기술을 통해 형성될 수 있다. 대안적으로, 제1 유전체(160)는 폴리페닐렌 에테르(Polyphenylene ether, PPE), PC, 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 및 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene sulphide, PPS)와 같은 수지에 기초하여 사출 성형 부품으로서 형성될 수 있다.

전면 유전체 커버(131), 후면 유전체 커버(132), 후면 유전체 커버(132) 아래의 유전체 필링(dielectric filling; 140) 및 스크린(180)과 같은, 도 2에 도시된 통신 장치(100)의 다른 부분의 특성은 제2 안테나(150)의 성능을 최대화하도록 구성된다.

도 2에 도시된 실시예에서, 제2 안테나(150)는 금속 프레임(110)에 실질적으로 수직으로 위치하고, 그리고 스크린(180)에 실질적으로 평행하게 위치된다. 구경(120)은 제2 안테나(150)의 실질적으로 전방에 있는 금속 프레임(110) 내에 형성된다. 따라서, 구경(120)은 제2 안테나(150)를 하우징(102) 외부의 자유 공간과 결합하여, 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)로부터 통신 장치(100)의 표면을 향해 전파할 때, 전자기 에너지의 임피던스 매칭을 제공할 수 있다. 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)와 구경(120) 사이의 양호한 전자기 커플링을 제공하기 위하여, 제2 안테나(150)와 구경(120)은 수평으로 정렬되어야 한다. 그러나, 이는 통신 장치(100)의 설계 고려 사항으로 인해 항상 가능하지는 않다.

일부 실시예에서, 구경(120)은 제2 유전체(122)(도 4에 도시됨)로 채워진다. 제2 유전체(122)는 제1 유전체(160)와 동일한 유전체 물질 또는 다른 유전체 물질을 포함할 수 있다. 사용될 수 있는 유전체의 예는 폴리아미드(polyamide)-유리 섬유(GF), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC)-GF, 폴리카보네이트(PC)-아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(polybutylene terephthalate, PBT)-GF 또는 유사한 물질의 조성물일 수 있다. 제2 유전체(122)는 GF-강화 조성물에 기초하여 일반적으로 나노-몰딩 기술을 통해 형성될 수 있다. 이는 제2 유전체(122)가 금속 프레임에 대한 높은 접착력, 높은 강성 기계적 특성 및 낮은 소산(dissipative) 에너지 손실을 갖는다는 것을 의미한다. 대안적으로, 제2 유전체(122)는 폴리페닐렌 에테르(Polyphenylene ether, PPE), PC, 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 및 폴리페닐렌 설파이드(Polyphenylene sulphide, PPS)와 같은 수지에 기초하여 사출 성형 부품으로서 형성될 수 있다.

도 3은 제2 안테나(150)의 실시예를 나타낸다. 제2 안테나(150)는 이 실시예에서 다수의 도전층(320)을 포함하는 모놀리식으로(monolithically) 통합된 모듈(310)에 기초한다. 도전층(320) 및 상호 도전층(inter-conductive layer)의 전도 패턴은 방사 소자(330, 340), 이 방사 소자를 위한 급전선, 및 신호 회로 및 관련 구성 요소에 대한 어셈블리 연결 패드의 서브어레이를 형성하도록 구성된다. 명확성을 위해 급전선 및 신호 회로 구성 요소는 도 3에 표시되어 있지 않는다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)는 제1 어레이의 방사 소자(330) 및 제2 어레이의 방사 소자(340)를 포함할 수 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시된, 제1 어레이의 방사 소자(330)는 제1 방향(D1)으로 실질적으로 방사하도록 구성될 수 있다. 제1 방향(D1)은 전면 유전체 커버(131)의 표면 및 후면 유전체 커버(132)의 표면 중 적어도 하나와 평행할 수 있다. 또한, 도 1a 및 도 1b에 도시된, 제2 어레이의 방사 소자 (340)는 제1 방향(D1)에 수직인 제2 방향(D2)으로 실질적으로 방사하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제2 방향(D2)은 전면 유전체 커버(131)의 표면 및 후면 유전체 커버(132)의 표면 중 적어도 하나에 수직일 수 있다.

일부 실시예에서, 제1 어레이의 방사 소자(330)는 앤드파이어(end-fire) 방사 소자(330), 예를 들어, 도파관 안테나, 슬롯 안테나, 모노폴 안테나, 역 F 안테나 및 그 파생물이다. 앤드파이어 방사 소자(330)의 급전은 신호 급전선 비아(signal feedline via; 331)를 사용하여 제공되고, 접지는 다수의 접지선(ground line; 332)을 사용하여 구성된다. 제2 어레이의 방사 소자(340)는 브로드사이드(broadside) 방사 소자(340), 예를 들어, 단일 또는 이중 편광 패치 안테나 소자, 적층 패치 또는 그 파생물이다. 브로드사이드 방사 소자(340)의 급전은 신호 급전선 비아(341)를 사용하여 제공된다. 급전선 비아는 안테나 소자에 대한 연결점이며, 급전선 비아는 안테나 임피던스와 매칭하도록 구성된다.

방사 소자(330, 340)는 제2 안테나(150) 내에 모놀리식으로 통합될 수 있고, 제2 안테나(150) 내의 방사 소자(330, 340)의 수는 구현 의존적이다. 임의의 특정 수의 앤드파이어 방사 소자(330) 또는 브로드사이드 방사 소자(340) 및 그들의 각각의 할당 토폴로지는 본 발명의 범위 내에 있다. 제2 안테나(150)는 임의의 유전체 물질을 이용하여, 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB), 저온 동시 소성 세라믹(low temperature co-fired ceramics, LTCC) 또는 임의의 다른 모놀리식 다층 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 또한, 회로(170)는 적절한 물질을 이용하여, PCB, LTCC 또는 임의의 다른 모놀리식 다층 기술을 사용하여 제조될 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 통신 장치(100)의 제2 안테나(150)의 설계를 도시한다. 도 4에서 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)는 회로(170)에 인접하여 배치된다. 일부 실시예에서, 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)는 회로(170) 및 제2 안테나(150)와 공통인 보드, 예를 들어, PCB에 배치된다. 다른 실시예에서, 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)는 대신에 모놀리식 통합 기판 상에 배치되거나 또는 전도성 부품이 에칭된 성형 플라스틱을 사용하여 제조될 수 있다.

도 4는 일 실시예에 따른 제1 유전체(160) 및 금속 프레임(110)의 구경(120)에 대한 제2 안테나(150)의 위치를 추가로 나타낸다. 제1 유전체(160)는 금속 프레임(110)과 회로(170) 사이에 위치하고, 제1 안테나의 효율적인 동작을 위해 요구되는 간격(clearance)을 제공한다. 일부 실시예에서, 제1 유전체(160)의 폭은 1 내지 5 mm 내에서 변할 수 있다.

통신 장치(100)는 제2 안테나(150)의 금속 프레임(110)의 구경(120)에 대한 전자기 커플링을 형성하도록 구성된 유전체 부품 및 전도성 부품을 포함한다. 통신 장치(100)의 유전체 부품은, 예를 들어, 전면 유전체 커버(131)(예를 들어, 전면 유리), 후면 유전체 커버(132)(예를 들어, 후면 유리), 제1 유전체(160)(예를 들어, 인서트 몰딩 부품), 유전체 필링(140)(예를 들어, 플라스틱 스페이서(plastic spacer)), 세라믹 개재물(ceramic inclusion) 및 관련 유전체 부품을 포함한다. 통신 장치(100)의 전도성 부품은, 예를 들어, 회로(170), 스크린(180), 금속 프레임(110), PCB, 차폐 구조물 및 기계적 금속 구조물 및 관련 전도성 부품을 포함한다. 통신 장치(100)의 유전체 부품 및 통신 장치(100)의 전도성 부품은 안테나 소자로부터 자유 공간을 향한 진행파 전파를 지원하도록 구성된다. 이에 의해, 구조 불연속에서 전자기파의 반사가 최소화되어 보다 우수한 방사 특성을 제공한다. 에너지 흐름의 방향은 일반적으로 통신 장치(100)의 표면, 전형적으로 전면 유전체 커버(131)의 표면 및/또는 후면 유전체 커버(132)의 표면을 따른다. 따라서, 제2 안테나(150)의 방사 패턴은 일반적으로 통신 장치(100)의 표면을 따라 지향된다.

일부 실시예에서, 제2 안테나(150)의 방사 소자(330, 340)는 진행파(

)의 위상 속도를 갖는 진행파 안테나로 구성된다. 진행파 안테나는 저속파 구조 또는 고속파 구조일 수 있다.

진행파 안테나의 저속파 구조가 사용될 때, 제2 안테나(150)의 빔포밍은 통신 장치(100)를 따라 방사하도록 구성되는데, 때로는 앤드파이어 방향으로 불린다. 따라서, 금속 프레임(110) 구조, 통신 장치(100)의 유전체 부품 및 통신 장치(100)의 전도성 부품은 자유 공간에서의 광속 이하의 진행파의 위상 속도를 갖는 저속파 구조를 형성하고, 즉,

이고, = 300,000 ?/??이다. 자유 공간으로의 방사는 통신 장치(100)의 전도성 부품 및 통신 장치(100)의 유전체 부품의 외부 표면, 즉 부품의 불연속성, 곡률 및 불균일에서 수행된다. 따라서 주파수 대역 및 빔포밍 특성은 도 4에 표시된 구조의 기하학적 파라미터로 정의된다.

진행파 안테나의 고속파 구조가 사용될 때, 제2 안테나(150)에서의 빔포밍은 전면 유전체 커버(131)의 표면 및/또는 후면 유전체 커버(132)의 표면에 대한 각도로 또는 일반적으로 전면 유전체 커버(131) 및/또는 후면 유전체 커버(132)의 표면에 수직으로 방사하도록 구성되며, 때때로 브로드사이드 방향이라고 불린다. 따라서, 금속 프레임(110) 구조, 통신 장치(100)의 유전체 부품, 및 통신 장치(100)의 전도성 부품은 자유 공간에서의 광속보다 높은 진행파의 위상 속도를 갖는 고속파 구조를 형성하고, 즉,

이다. 금속 프레임(110) 구조, 통신 장치(100)의 유전체 부품 및 통신 장치(100)의 전도성 부품은, 제2 안테나(150)가 금속 프레임(110)에서 개구(120)의 표면, 전면 유전체 커버(131)의 표면 또는 후면 유전체 커버(132)의 표면을 따라 단위 길이 당 작은 증분(small increments per unit length)으로 자유 공간으로 전자기파를 방사하도록 방사되도록 구성된다. 전자기파가 PCB 기반 커플링 소자로부터 자유 공간을 향해 통신 장치(100) 구조를 따라 이동함에 따라, 유전체로 채워진 개구(120) 전체에 걸쳐 에너지를 누출시킨다. 법선 방향으로부터의 빔 방사각(θ ₁)은

로 정의되고, 이는 주 로브(major lobe)가 최대로 발생하는 각도를 나타낸다. 따라서, 주파수 대역 및 빔포밍 특성은 통신 장치(100)의 유전체 부품, 통신 장치(100)의 전도성 부품, 금속 프레임(110) 구조의 유전체 특성에 의해 정의된다.

도 5는 제2 안테나(150)의 금속 프레임(110)에 대한 전자기 커플링을 제공하기 위해 전도성 구조가 사용되는 통신 장치(100)의 일 실시예를 나타낸다. 도 5에서 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)는 구경(120)에서 금속 프레임(110)과 전기 접촉(galvanic contact)한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)는 금속 프레임(110) 내에 적어도 부분적으로 통합되어 제1 안테나의 방사 구조의 일부를 형성할 수 있다. 도 5는 PCB 보드(230)를 더 도시한다. PCB 보드(230)와 금속 프레임(110) 사이의 갭은 제1 세트의 주파수 대역(FB1)에서 방사하도록 구성된다. 제2 급전선(241, 242, 243)은 PCB 보드(230) 상의 회로(170)를 금속 프레임(110)과 연결한다.

도 6은 제2 안테나(150)가 금속 프레임(110)과 전기 접촉하는 일 실시예에 따른 금속 프레임(110) 내의 제2 안테나(150)의 위치를 도시한다. 금속 프레임(110)의 구경(120)은 제2 유전체(122)로 채워질 수 있다. 제2 유전체(122)는 제1 유전체(160)와 동일한 유전체 물질 또는 전술한 바와 같이 다른 유전체 물질을 포함할 수 있다. 제2 유전체(122)는 인서트 몰딩 또는 임의의 적절한 다른 기술을 사용하여 제조될 수 있다.

제2 안테나(150)는 구경(120)에 근접하여 부착될 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에서, 제2 안테나(150)는 금속 프레임(110)의 표면에 실질적으로 평행하게 그리고 스크린(180)에 실질적으로 수직으로 위치된다. 무선 주파수 집적 회로(radio frequency integrated circuit, RFIC; 240)는, 구경(120)과 반대측에서, 제2 안테나(150)에 부착된다. 일부 실시예에서, 제2 안테나(150)는 RFIC(240)의 플립-칩 연결, 와이어 본딩, 볼 그리드 어레이(ball grid array, BGA)를 이용한 패키징 또는 관련 기술을 이용한다.

실시예에 따르면, 회로(170)는 제2 급전선(241)을 포함할 수 있다. 제2 급전선(241)은 제2 안테나(150)의 RFIC(240)에 연결될 수 있고, 데이터, 전력 및 제어 신호를 RFCI(240)에 급전하도록 구성될 수 있다. 또한, 제2 급전선(241)은 또한 금속 프레임(110)에 연결된 차폐를 포함할 수 있고, 여기서 차폐는 제1 안테나를 회로(170)의 접지에 접지시키도록 구성된다. 따라서, 제2 급전선(241)은 제1 안테나에 대한 접지 및 제2 안테나(150)에 대한 신호원으로서 작동한다. 이 실시예는 제1 안테나 및 제2 안테나(150)에 필요한 최소의 체적을 제공한다. 안테나 체적은 제2 세트의 주파수 대역(FB2)을 포함하여 모든 주파수 대역에서 방사에 효과적으로 재사용된다.

일부 실시예에서, 제2 안테나(150)를 갖는 금속 프레임(110)의 두께는 1.5mm 미만이고, 제2 안테나(150)의 두께는 1mm 미만이다.

도 6에 도시된 실시예에 따른 통신 장치(100)는 하우징(102) 내부에 배치되고 제2 안테나(150)의 위치와 관련하여 하우징(102) 내로 연장되는 제1 유전체(160)를 포함한다. 제1 유전체(160)는 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)의 전면 유전체 커버(131) 및 후면 유전체 커버(132) 각각에 대하여 전자기 커플링을 하도록 구성된다. 실시예에서, 제1 유전체(160)는 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340), 전면 유전체 커버(131) 및 후면 유전체 커버(132) 각각의 사이에 배치된다. 제1 유전체(160)는 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340), 전면 유전체 커버(131) 및 후면 유전체 커버(132)의 사이의 공간(조립시 고려사항으로 인해)을 부분적으로 또는 전체적으로 채울 수 있다.

도 7은 제2 안테나(150)의 일 실시예를 도시한다. 제2 안테나(150)는 이 실시예에서 다수의 도전층(320)을 포함하는 모놀리식 통합 모듈(310)에 기초한다. 도전층(320) 및 층간 도전(inter-layer conductive)의 전도 패턴은 방사 소자(330, 340), 이 방사 소자를 위한 급전선, 및 신호 회로 및 관련 구성 요소에 대한 어셈블리 연결 패드의 서브어레이를 형성하도록 구성된다. 명확성을 위해 급전선 및 신호 회로 구성 요소는 도 7에 표시되어 있지 않는다. 제2 안테나(150)의 RFIC(240)는 제2 안테나(150)의 방사 소자(330, 340)의 서브어레이에 급전하며, 이는 구경(120)을 통해 전자기장을 여기시키도록 구성된다. 따라서, 자유 공간으로의 전자기 방사는 금속 프레임(110)의 구경(120)를 통해 수행된다. 전기 접촉은 표면(311)에서 제2 안테나(150)와 금속 프레임(110) 사이에서 제공되며, 이는 제2 세트의 주파수 대역(FB2)에서의 동작을 위한 전자기 커플링을 보장한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)는 제1 어레이의 방사 소자(330) 및 제2 어레이의 방사 소자(340)를 포함할 수 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시된, 제1 어레이의 방사 소자(330)는 제1 방향(D1)으로 실질적으로 방사하도록 구성될 수 있다. 제1 방향(D1)은 전면 유전체 커버(131)의 표면 및 후면 유전체 커버(132)의 표면 중 적어도 하나와 평행할 수 있다. 또한, 도 1a 및 도 1b에 도시된, 제2 어레이의 방사 소자(340)는 제1 방향(D1)에 수직인 제2 방향(D2)으로 실질적으로 방사하도록 구성될 수 있다. 따라서, 제2 방향(D2)은 전면 유전체 커버(131)의 표면 및 후면 유전체 커버(132)의 표면 중 적어도 하나에 수직일 수 있다.

도 8은 제2 안테나(150)의 단면을 나타낸다. 도 8에 도시된 실시예에서, 제1 어레이의 방사 소자(330)는 앤드파이어 방사 소자(330), 예를 들어, 도파관 안테나, 슬롯 안테나, 모노폴 안테나, 역 F 안테나 및 그 파생물이다. 앤드파이어 방사 소자(330)는 금속 프레임(110)의 구경(120)와 전자기 커플링하기 위해 접촉 표면(311)을 이용한다. 이 경우에, 빔포밍은 실질적으로 통신 장치(100)를 따라 앤드파이어 방향으로 된다. 제2 어레이의 방사 소자(340)는 브로드사이드 방사 소자(340), 예를 들어, 단일 또는 이중 편광 쌍극 안테나 소자, 슬롯 안테나, 도파관 안테나 및 그 파생물이다. 브로드사이드 방사 소자(340)는 금속 프레임(110) 및 스크린, 내부 전도성 구조 및 관련 구성 요소의 표면과 같은 인접한 금속 부품에 전류를 여기한다. 이 경우, 회로(170)의 PCB와 금속 프레임(110) 사이의 에어 갭(air gap)은 통신 장치(100)의 빔포밍 구조의 일부를 형성한다.

방사 소자(330, 340)는 제2 안테나(150)에 모놀리식으로 통합될 수 있고, 제2 안테나(150) 내의 방사 소자(330, 340)의 수는 구현 의존적이다. 임의의 특정 수의 앤드파이어 방사 소자(330) 또는 브로드사이드 방사 소자(340) 및 그들의 각각의 할당 토폴로지는 본 발명의 범위 내에 있다.

도 9는 적어도 하나의 구경(120)이 일렬로 배치된 복수의 슬롯을 포함하는 통신 장치(100)의 일 실시예를 도시한다. 도 9에 도시된 실시예에서, 복수의 슬롯은 제1 종류의 슬롯 및 일렬로 교대로 배치된 제2 종류의 슬롯을 포함한다. 제1 종류의 슬롯은 제1 편광을 위해 구성되고, 제2 종류의 슬롯은 제1 편광과 직교하는 제2 편광을 위해 구성된다. 이는 제1 편광의 신호가 제1 종류의 슬롯을 통해서만 방사될 수 있음을 의미한다. 같은 방식으로, 제2 편광의 신호는 제2 종류의 슬롯을 통해서만 방사할 수 있다.

도 9에 도시된 실시예는 제2 안테나(150)의 앤드파이어 방사 소자(330)가 2개의 상이한 편광, 수직(V) 편광 및 수평(H) 편광으로 각각 방사하도록 배치될 때 사용될 수 있다. 수직 편광에서 방사하도록 구성된 제2 안테나(150)의 앤드파아이어 방사 소자(330)는 수평 편광에서 방사하도록 구성된 제2 안테나(150)의 앤드파이어 방사 소자(330)와 교대로 배치된다. 따라서, 구경(120)은 수직 편광 및 제2 편광을 위해 다르게 형성된 슬롯을 포함해야한다. 또한, 슬롯은 VHVHVHVH 패턴을 갖는 것과 같이 제2 안테나(150)의 앤드파이어 방사 소자(330)의 편광에 대응하도록 교대로 배치되어야 한다.

제2 안테나(150)의 빔포밍 특성은 제2 안테나(150)의 적어도 하나의 구경(120)에 대한 전자기 커플링을 위한 유전체 구조를 사용하는 실시예에 대해 여기서 설명된다. 앤드파이어 방사 소자(330)는 금속 프레임(110)을 향해 전자기 에너지를 방출하고, 구경(120)은 전자기 에너지를 자유 공간으로 효과적으로 결합하도록 구성되어, 수평 방향으로 빔포밍되도록 한다. 브로드사이드 방사 소자(340)는 후면 유전체 커버(132) 아래의 유전체 필링(140)을 향해 전자기 에너지를 방출하고 실질적으로 수직 방향으로 빔포밍된다. 브로드사이드 방사 소자(340)에 급전된 신호에 비해 앤드파이어 방사 소자(330)에 급전된 신호에 대한 위상 조정은 임의의 각도에 대해 수직면에서 빔 경사를 초래한다. 제1 어레이의 앤드파이어 방사 소자(330) 내 및 제2 어레이의 브로드사이드 방사 소자(340) 내의 인접 소자에 대한 위상 제어는 수평면에서(즉, 금속 프레임(110) 라인을 따라) 빔 틸팅을 가능하게 한다.

제2 안테나(150)의 빔포밍 특성은 본 명세서에서 제2 안테나(150)의 적어도 하나의 구경(120)에 대한 전자기 커플링를 위한 전도성 구조를 사용하는 실시예에 대해 설명된다. 제2 안테나(150)의 빔포밍은 상이한 안테나 소자의 위상 제어 및 스위칭에 의해 수행된다. . 앤드파이어 방사 소자(330)는 금속 프레임(110)의 구경(120)과 전자기 커플링하기 위해 접촉 표면(contact surface; 411)을 이용하고 있다. 이 경우에, 빔포밍은 일반적으로 통신 장치(100)를 따라 앤드파이어 방향으로 지향된다. 브로드사이드 방사 소자(340), 예를 들어, 단일 또는 이중 편광 쌍극 안테나 소자, 슬롯 안테나, 도파관 안테나 및 그 파생물이다. 브로드사이드 방사 소자(340)는 금속 프레임(110) 및 스크린, 내부 전도성 구조 및 관련 구성 요소의 표면과 같은 인접한 금속 부품에 전류를 여기한다. 이 경우, 회로(170)의 PCB와 금속 프레임(110) 사이의 공기로 채워진 갭(air-filled gap)은 통신 장치(100)의 빔포밍 구조의 일부를 형성한다. 실시예에서, 제2 어레이의 브로드사이드 방사 소자(340)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 안테나(150)의 각 측면에 위치한다. 이 경우에, mmWave 빔포밍은 통신 장치(100)의 전면(스크린 측)과 통신 장치(100)의 후면 모두를 덮고 있다. 제1 어레이의 앤드파이어 방사 소자(330) 및 제2 어레이의 브로드사이드 방사 소자(340)로 급전되는 신호의 위상 제어는 상이한 빔 사이의 임의의 중간 방향을 향해 빔 포커싱을 가능하게 한다. 서브어레이(330) 내 및 서브어레이(340) 내에서 의 이웃하는 소자들에 대한 위상 제어는 수평 평면에서(금속 프레임(110) 라인을 따라) 빔 틸트(beam tilt)를 가능하게 한다.

여기서 통신 장치(100)는, 예를 들어 사용자 장치(user device), 사용자 장비(User Equipment, UE), 이동국, 사물 인터넷(internet of things, IoT) 장치, 센서 장치, 무선 단말기 및/또는 모바일 단말기로 지칭되며, 무선 통신 시스템에서 무선으로 통신할 수 있고, 가끔 셀룰러 무선 시스템이라고도 한다. UE는 또한 무선 기능을 갖는 모바일 전화기, 셀룰러 전화기, 컴퓨터 태블릿 또는 랩탑으로 지칭될 수 있다. 본 맥락에서 UE는 예를 들어, 휴대용, 포켓 저장 가능, 핸드헬드, 컴퓨터 포함 또는 차량 탑재 모바일 장치일 수 있고, 수신자 또는 서버와 같은 다른 엔티티와, 무선 액세스 네트워크를 통해 음성 및/또는 데이터를 통신할 수 있다. UE는 스테이션(Station, STA)일 수 있으며, 이는 무선 매체(Wireless Medium, WM)에 대한 IEEE 802.11를 따르는(IEEE 802.11-conformant) 미디어 액세스 제어(Media Access Control, MAC) 및 물리적 계층(Physical Layer, PHY) 인터페이스를 포함하는 임의의 장치이다. 통신 장치(100)는 또한 3GPP 관련 LTE 및 LTE-Advanced, WiMAX 및 그 에볼루션(evolution), 및 뉴 라디오(New Radio)와 같은 5세대 무선 기술에서의 통신을 위해 구성될 수 있다.

또한, 본 통신 장치의 실시예는 본 솔루션을 수행하기 위해, 예를 들어, 기능, 수단, 유닛, 소자 등의 형태로 필요한 통신 능력을 포함한다는 것이 통상의 기술자에 의해 실현된다. 다른 그러한 수단, 단위, 소자 및 기능의 예는: 프로세서, 메모리, 버퍼, 제어 로직, 인코더, 디코더, 레이트 매처(rate matcher), 디레이트 매처(de-rate matcher), 매핑 유닛, 배율기(multipliers), 결정 유닛, 선택 유닛, 스위치, 인터리버(interleaver), 디인터리버(de-interleavers), 변조기, 복조기, 입력, 출력, 안테나, 증폭기, 수신 유닛, 송신 유닛, DSP, MSD, TCM 인코더, TCM 디코더, 전력 공급 유닛, 전력 공급기, 통신 인터페이스, 통신 프로토콜 등이고, 본 솔루션을 수행하기 위해 적절하게 함께 배치된다.

특히, 통신 장치(100)의 프로세서(들)는, 예를 들어, 중앙 처리 유닛(Central Processing Unit, CPU), 처리 유닛, 처리 회로, 프로세서, 주문형 집적회로(Application Specific Integrated Circuit, ASIC), 마이크로 프로세서, 또는 명령어를 해석하고 실행할 수 있는 또는 기타 처리 로직을 포함할 수 있다. 따라서, "프로세서"라는 표현은 복수의 처리 회로, 예를 들어, 상술한 것 중 임의의 또는 전부와 같은 것를 포함하는 처리 회로를 나타낼 수 있다. 처리 회로는 콜(call) 처리 제어, 사용자 인터페이스 제어 등과 같은 데이터 버퍼링 및 장치 제어 기능을 포함하는 데이터의 입력, 출력 및 처리를 위한 데이터 처리 기능을 추가로 수행할 수 있다.

마지막으로, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 첨부된 독립 청구항의 범위 내에서 모든 실시예에 관련되고 포함된다는 것을 이해해야한다.

Claims

무선 통신을 위한 통신 장치(100)로서,
상기 통신 장치(100)는,
전면 유전체 커버(131), 후면 유전체 커버(132), 및 상기 전면 유전체 커버(131)와 상기 후면 유전체 커버(132)의 사이에 원주로 배치된 금속 프레임(110)을 포함하는 하우징(102) - 상기 금속 프레임(110)은 제1 세트의 주파수 대역(FB1)에서 방사하도록 구성되는 제1 안테나를 형성함 -;
상기 하우징(102) 내에 배치되는 회로(170) - 상기 회로(170)는 상기 금속 프레임(110)으로부터 전기적으로 절연되고, 상기 금속 프레임(110)에 연결된 적어도 하나의 제1 급전선(191, 192)을 포함하고, 상기 제1 세트의 주파수 대역(FB1)에서 제1 세트의 무선 주파수 신호를 상기 제1 안테나에 급전하도록 구성됨 -; 및
상기 하우징(102) 내에 배치되는 제2 안테나(150) - 상기 제2 안테나(150)는 상기 금속 프레임(110)의 적어도 하나의 구경(120)을 통해 제2 세트의 주파수 대역(FB2)에서 방사하도록 구성되는 하나 이상의 방사 소자(330, 340)를 포함하고, 상기 제1 세트의 주파수 대역(FB1)의 적어도 하나의 주파수 대역은 상기 제2 세트의 주파수 대역(FB2)의 적어도 하나의 주파수 대역과 비중첩(non-overlap)함 -
를 포함하는 통신 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)는 상기 회로(170)에 인접하여 배치되는,
통신 장치.
제2항에 있어서,
상기 하우징(102)의 내부에 배치되는 제1 유전체(160)를 포함하고,
상기 제1 유전체(160)는 상기 구경(120)과 상기 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340) 사이의 전자기 커플링을 제공하도록 구성되는,
통신 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 유전체(160)는 상기 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)에 대해 매칭된 임피던스인,
통신 장치.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 제1 유전체(160)는 상기 구경(120)과 상기 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340) 사이에 배치되는,
통신 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)는 상기 구경(120)에서 상기 금속 프레임(110)과 전기 접촉(galvanic contact)하는,
통신 장치.
제6항에 있어서,
상기 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)는 상기 금속 프레임(110) 내에 적어도 부분적으로 통합되어, 상기 제1 안테나의 방사 구조의 일부를 형성하는,
통신 장치.
제7항에 있어서,
상기 회로(170)는 상기 제2 안테나(150)의 무선 주파수 집적 회로(radio frequency integrated circuit, RFIC)에 연결되고, 상기 무선 주파수 집적 회로(RFCI)에 급전하도록 구성되는 제2 급전선(241)을 포함하는,
통신 장치.
제8항에 있어서,
상기 제2 급전선(241)은 상기 금속 프레임(110)에 연결되는 차폐(shielding)를 포함하고,
상기 차폐는 상기 제1 안테나를 상기 회로(170)의 접지에 접지시키도록 구성되는,
통신 장치.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하우징(102) 내부에 배치되고, 상기 제2 안테나(150)의 위치와 관련해서 상기 하우징(102)의 내부로 연장되는 제1 유전체(160)를 포함하는,
통신 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 유전체(160)는 상기 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)와 상기 전면 유전체 커버(131) 및 상기 후면 유전체 커버(132) 각각 사이의 전자기 커플링을 제공하도록 구성되는,
통신 장치.
제11항에 있어서,
상기 제1 유전체(160)는 상기 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)와 상기 전면 유전체 커버(131) 및 상기 후면 유전체 커버(132) 각각 사이에 배치되는,
통신 장치.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구경(120)은 제2 유전체(122)로 채워지는,
통신 장치.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 구경(120)은 일렬로 배치된 복수 개의 슬롯을 포함하는,
통신 장치.
제14항에 있어서,
상기 복수 개의 슬롯은 일렬로 교대로 배치되는 제1 종류의 슬롯 및 제2 종류의 슬롯을 포함하고,
상기 제1 종류의 슬롯은 제1 편광을 위해 구성되고,
상기 제2 종류의 슬롯은 상기 제1 편광에 직교하는 제2 편광을 위해 구성되는,
통신 장치.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 안테나(150)의 하나 이상의 방사 소자(330, 340)는,
상기 전면 유전체 커버(131)의 표면 및 상기 후면 유전체 커버(132)의 표면 중 적어도 하나에 평행한 제1 방향(D1)으로 실질적으로 방사하도록 구성되는 제1 어레이의 방사 소자(330); 및
상기 제1 방향(D2)에 수직인 제2 방향(D2)으로 실질적으로 방사하도록 구성되는 제2 어레이의 방사 소자(340)
를 포함하는, 통신 장치.
제16항에 있어서,
상기 제1 어레이의 방사 소자(330)는 앤드파이어(end-fire) 방사 소자이고,
상기 제2 어레이의 방사 소자(340)는 브로드사이드(broadside) 방사 소자인,
통신 장치.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 세트의 주파수 대역(FB1)의 모든 주파수 대역은 상기 제2 세트의 주파수 대역(FB2)의 모든 주파수 대역과 비중첩하는,
통신 장치.
전술한 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 세트의 주파수 대역(FB1)의 각 주파수 대역은 400 MHz에서부터 10 GHz까지의 간격이고,
상기 제2 세트의 주파수 대역(FB2)의 각 주파수 대역은 10 GHz에서부터 100 GHz까지의 간격인,
통신 장치.