KR20210100738A - 이중 편파 안테나 어레이 - Google Patents

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KR20210100738A
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모레노 레스티 몬토야
유하 알라-라우린나호
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Abstract

제 1 구성을 갖는 적어도 하나의 제 1 개구(3) 및 제 2 구성을 갖는 적어도 하나의 제 2 개구(4)를 포함하는 개구 패턴을 갖는 전도성 구조체(2)를 포함하는 이중 편파 안테나 어레이(1). 제 1 개구(3)는 적어도 하나의 제 2 개구(4)와 직접 상호연결된다. 적어도 하나의 제 1 결합 요소(5)는 제 1 안테나 급전 라인(6)에 연결되고, 적어도 하나의 제 2 결합 요소(7)는 제 2 안테나 급전 라인(8)에 연결된다. 제 1 결합 요소(5)는 제 1 분극을 갖는 전기장을 여기시키도록 구성되고, 제 2 결합 요소(7)는 제 2 분극을 갖는 전기장을 여기시키도록 구성된다. 각각의 제 1 결합 요소(5)는 하나의 제 1 개구(3)와 적어도 부분적으로 병치되어, 제 1 분극을 갖는 전기장이 제 1 개구(3)를 통해 전송 및/또는 수신될 수 있게 한다. 각각의 제 2 결합 요소(7)는 하나의 제 2 개구(4)와 적어도 부분적으로 병치되어, 제 2 분극을 갖는 전기장이 제 2 개구(4)를 통해 전송 및/또는 수신될 수 있게 한다. 전도성 구조체의 동일한 공간 내에 배열된 이중 편파 안테나 어레이(1)는 전방향 커버리지 또는 거의 전방향 커버리지를 갖는 효율적인 안테나 어레이를 제공하는 데 필요한 체적을 감소시킨다.

Description

이중 편파 안테나 어레이
본 개시는 제 1 구성을 갖는 적어도 하나의 제 1 개구 및 제 2 구성을 갖는 적어도 하나의 제 2 개구를 포함하는 개구 패턴을 갖는 전도성 구조체를 포함하는 이중 편파 안테나 어레이(dual-polarization antenna array)와 관련된다.
향후의 모바일 전자 장치는 증가된 데이터 속도를 수용하기 위해 밀리미터파 대역, 예를 들어 28 GHz 및 42 GHz뿐만 아니라 서브-6 GHz 대역을 지원할 필요가 있다. 그러나, 모바일 전자 장치의 모든 안테나에 대해 예비된 체적부는 매우 제한적이며, 추가된 밀리미터파 안테나는 이상적으로는 서브-6 GHz 안테나와 동일한 체적부에 수용되어야 한다. 안테나에 대해 예비된 체적부를 증가시키면, 전자 장치는 보다 커지고 부피가 보다 커지며 사용자에게 덜 매력적이게 된다. 현재의 밀리미터파 안테나는 그러한 추가 체적부를 요구하거나, 동일한 체적부에 배치될 경우, 서브-6 GHz 안테나의 효율을 크게 감소시킨다.
또한, 전자 장치를 가능한 한 많이 덮는 초대형 디스플레이로의 이동은 안테나 어레이에 이용 가능한 공간을 매우 제한되게 하여, 안테나 어레이의 크기가 크게 감소되고 그 성능이 저하되게 하거나, 디스플레이의 많은 부분이 비활성이게 한다.
추가적으로, 휴대폰 및 태블릿과 같은 모바일 전자 장치는 모든 임의의 방향으로 배향될 수 있다. 따라서, 그러한 전자 장치는 가능한 한 거의 완전한 구형 빔 커버리지(spherical beam coverage)를 나타낼 필요가 있다. 그러한 커버리지는, 즉, 전도성 하우징, 대형 디스플레이 및/또는 장치를 유지하는 사용자의 손에 의해 방사선 빔이 차단되기 때문에, 달성하기 어렵다.
목적은 개선된 이중 편파 안테나 어레이를 제공하는 것이다. 상기 및 다른 목적은 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다. 추가 구현 형태는 종속 청구항, 상세한 설명 및 도면으로부터 명백해진다.
제 1 양태에 따르면, 제 1 구성을 갖는 적어도 하나의 제 1 개구 및 제 2 구성을 갖는 적어도 하나의 제 2 개구를 포함하는 개구 패턴을 갖는 전도성 구조체를 포함하는 이중 편파 안테나 어레이가 제공되며, 제 1 개구는 적어도 하나의 제 2 개구와 직접 상호연결되고, 적어도 하나의 제 1 결합 요소가 제 1 안테나 급전 라인에 연결되고, 적어도 하나의 제 2 결합 요소가 제 2 안테나 급전 라인에 연결되며, 제 1 결합 요소는 제 1 분극을 갖는 전기장을 여기시키도록 구성되고, 제 2 결합 요소는 제 2 분극을 갖는 전기장을 여기시키도록 구성되며, 각각의 제 1 결합 요소는 하나의 제 1 개구와 적어도 부분적으로 병치되어, 제 1 분극을 갖는 전기장이 제 1 개구를 통해 전송 및/또는 수신될 수 있게 하고, 각각의 제 2 결합 요소는 하나의 제 2 개구와 적어도 부분적으로 병치되어, 제 2 분극을 갖는 전기장이 제 2 개구를 통해 전송 및/또는 수신될 수 있게 한다.
상이한 형상의 개구의 주기적인 시퀀스를 포함하는 그러한 솔루션은 전도성 구조체의 동일한 공간 내에 배열된 이중 편파 안테나 어레이를 용이하게 하며, 이는 결국 전방향 커버리지 또는 거의 전방향 커버리지를 갖는 효율적인 안테나 어레이를 제공하는 데 필요한 체적을 감소시킨다. 양 분극 모두가 동일한 전도성 구조체의 일부를 사용하기 때문에, 이중 편파 안테나 어레이의 전체 길이가 감소될 수 있다. 또한, 그러한 솔루션은 현재의 마이크로폰 및 스피커 그릴 슬롯과 유사하도록 설계될 수 있기 때문에, 비교적 제조하기 용이할 뿐만 아니라 심미적으로 매력적이다. 각각의 제 1 개구 및 각각의 제 2 개구의 체적은 대응하는 직접 상호연결에 의해 효과적으로 증가되고, 그에 따라 제 1 분극을 갖는 안테나 요소 및 제 2 분극을 갖는 안테나 요소의 효율 및 대역폭을 효과적으로 증가시킨다.
이중 편파 안테나 어레이의 일 실시예에서, 제 1 결합 요소 및 제 2 결합 요소는 편파 MEMO 및/또는 다이버시티 무선 통신(diversity wireless communication)을 수행하도록 구성된다.
제 1 양태의 가능한 구현 형태에서, 제 1 개구는 제 2 개구보다 큰 면적을 가지며, 제 1 결합 요소는 수평 분극을 갖는 전기장을 여기시키도록 구성되고, 제 2 결합 요소는 수직 분극을 갖는 전기장을 여기시키도록 구성되며, 이는 이중 분극의 전기장이 가능한 한 작은 총 개구 창을 통해 방사될 수 있게 하여, 전도성 구조체를 기계적으로 강인하게 한다. 이때에, 제 1 결합 요소와 제 2 결합 요소 사이의 격리는 수평 및 수직 분극의 직교 구성된 전기장에 의해 향상된다. 따라서, 이중 편파 안테나 어레이의 효율이 더욱 향상된다. 이러한 실시예는 또한 수평 분극 전자기 방사선의 빔 형성(beamforming) 및 빔 정형(beamshaping)을 수직 분극 방사선의 빔 형성과 독립적이고 상관없이 가능하게 한다.
제 1 양태의 추가 가능한 구현 형태에서, 제 2 결합 요소의 제 1 단부는 제 2 개구의 일 측부에서 제 2 안테나 급전 라인에 연결되고, 제 2 결합 요소의 제 2 단부는 제 2 개구의 타 측부에서 전도성 구조체에 결합되며, 이는 제 2 개구를 가로질러 전압을 생성함으로써 수직 분극이 여기될 수 있게 한다. 따라서, 제 2 결합 요소는 기생 전자기 모드(parasitic electromagnetic mode)를 억제하고 임피던스 제어(impedance control)를 제공함으로써 광대역 고효율 안테나 작동을 가능하게 한다.
제 1 양태의 추가 가능한 구현 형태에서, 제 2 결합 요소의 제 2 단부는 전도성 구조체에 갈바닉, 유도 및 용량 결합 중 적어도 하나의 결합으로 결합되어, 전도성 구조체의 보다 안전한 결합 및 보다 단순화된 제조 사이의 선택을 허용한다.
제 1 양태의 추가 가능한 구현 형태에서, 제 1 결합 요소의 제 1 단부는 제 2 개구의 일 측부에서 제 1 안테나 급전 라인에 연결되고, 제 1 결합 요소의 제 2 단부는 제 2 개구에 인접한 제 1 개구와 적어도 부분적으로 병치되며, 이는 가능한 한 작은 개구 면적을 갖는 강인한 전도성 구조체를 더욱 용이하게 한다. 이러한 구조는 기생 전자기 모드를 억제하고 임피던스 제어를 제공함으로써 광대역 고효율 안테나 작동을 가능하게 한다.
제 1 양태의 추가 가능한 구현 형태에서, 제 1 결합 요소의 제 2 단부는 제 1 결합 요소의 제 1 단부로부터 인접한 다른 제 2 개구를 향하는 방향으로 오프셋되어, 수평 분극이 보다 넓은 개구와 병치된 제 1 프로브에 의해 여기될 수 있게 한다. 이러한 토폴로지(topology)는 이중 공진 또는 다중 공진 주파수 응답을 지원하여, 안테나 작동의 대역폭과 효율을 더욱 향상시킨다.
제 1 양태의 추가 가능한 구현 형태에서, 제 1 결합 요소 및 제 2 결합 요소는 밸런스 안테나 급전 라인 및 언밸런스 안테나 급전 라인 중 하나에 연결되어, 결합 요소가 전도성 구조체로부터 분리되거나 전도성 구조체에 연결될 수 있게 한다. 결합 요소를 전도성 구조체로부터 분리함으로써 저비용의 기계적으로 안정적인 조립 프로세스가 가능하고, 결합 요소를 전도성 구조체에 연결함으로써 안테나 두께의 감소 및 효율 향상이 가능하다.
제 1 양태의 추가 가능한 구현 형태에서, 이중 편파 안테나 어레이는 적어도 2개의 제 1 개구 및 적어도 하나의 제 2 개구를 포함하며, 제 1 개구 및 제 2 개구는 각각의 제 1 개구가 제 2 개구에 의해 인접한 제 1 개구로부터 분리되고, 각각의 제 2 개구가 2개의 인접한 제 1 개구와 직접 상호연결되도록 주기적인 시퀀스로 배열되며, 이는 2개의 분극이 전도성 구조체의 동일한 섹션에 걸쳐 형성될 수 있게 한다. 이러한 구성은 이중 편파 빔 형성을 가능하게 한다. 각각의 이중 편파 안테나 요소는 전도성 구조체에 의해 인접한 이중 편파 안테나 요소와 격리되어, 그에 따라 효율 및 빔 형성 성능을 더욱 향상시킨다.
제 1 양태의 추가 가능한 구현 형태에서, 제 1 결합 요소 및 제 2 결합 요소는 하나 건너의 제 2 개구가 제 2 결합 요소와 적어도 부분적으로 병치되고 하나 건너의 제 2 개구가 제 1 결합 요소와 적어도 부분적으로 병치되도록 배열되며, 각각의 제 1 결합 요소는 추가적으로 제 2 개구에 인접한 하나의 제 1 개구와 적어도 부분적으로 병치되며, 제 1 결합 요소 및 제 2 결합 요소는 서로 오프셋되어 배열되어서 언밸런스 급전의 사용을 허용한다. 제 1 결합 요소와 제 2 결합 요소를 인터리빙(interleaving)함으로써, 안테나 두께의 추가 감소가 마이크로스트립(microstrip) 또는 동일 평면 급전 라인의 이용에 의해 가능해진다. 인접한 결합 요소 사이의 격리는 이들의 공간적 분리에 의해 더욱 향상된다.
제 1 양태의 추가 가능한 구현 형태에서, 하나의 제 1 결합 요소 및 하나의 제 2 결합 요소는 하나의 제 2 개구와 적어도 부분적으로 병치되고, 제 1 결합 요소와 제 2 결합 요소의 중첩은 보다 콤팩트한 솔루션을 용이하게 한다. 제 1 결합 요소와 제 2 결합 요소를 동일 위치에 배치함으로써, 이중 편파 안테나 어레이의 길이가 감소된다. 동일 위치에 배치된 결합 요소 사이의 격리는 결합 요소에 의해 생성된 전자기장의 직교 모드에 의해 구성된다.
제 1 양태의 추가 가능한 구현 형태에서, 개구 패턴은 적어도 하나의 H-패턴을 포함하며, 각각의 H-패턴은 2개의 제 1 개구 및 하나의 제 2 개구를 포함하고, 제 2 개구는 제 1 개구들을 직접 상호연결하며, 이는 각각의 H-패턴 사이에서 연장되는 전도성 구조체의 연속적인 섹션을 가질 가능성으로 인해 보다 강인한 전도성 구조체를 용이하게 한다. 각각의 H-패턴 개구에 의해 구성된 이중 편파 안테나 요소는 이중 편파 빔 형성을 가능하게 한다. 각각의 이중 편파 안테나 요소는 전도성 구조체에 의해 인접한 이중 편파 안테나 요소로부터 격리되어, 효율 및 빔 형성 성능을 더욱 향상시킨다.
제 2 양태에 따르면, 디스플레이, 장치 섀시, 및 상기에 따른 이중 편파 안테나 어레이를 포함하는 전자 장치가 제공되며, 이중 편파 안테나 어레이의 전도성 구조체는 금속 프레임을 포함하고, 장치 섀시는 디스플레이 및 금속 프레임에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있고, 이중 편파 안테나 어레이의 제 1 결합 요소 및 제 2 결합 요소는 금속 프레임에 결합된다. 그러한 솔루션은 전자기장이 전자 장치의 에지로부터 방사되는 이중 편파 안테나 어레이를 용이하게 하여, 안테나 어레이의 빔 형성 및 빔 스티어링(beamsteering) 커버리지를 향상시킨다. 전자 장치의 통신 성능은 전자 장치의 에지를 따라 지향된 빔 형성에 의해 더욱 향상되며, 이는 이들 에지가 전형적인 사용자 시나리오에서 자유 공간에 노출되기 때문이다.
제 2 양태의 가능한 구현 형태에서, 전도성 구조체는 인쇄 회로 기판을 더 포함하며, 인쇄 회로 기판은 금속 프레임과 장치 섀시 사이에서 적어도 부분적으로 금속 프레임과 평행하게 연장되고, 장치 섀시는 디스플레이 및 금속 프레임에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있고, 이중 편파 안테나 어레이의 제 1 결합 요소 및 제 2 결합 요소는 인쇄 회로 기판 상에 배열된다. 금속 프레임 및 인쇄 회로 기판(PCB)에 제공된 개구 패턴은 이중 분극을 허용할 뿐만 아니라, 가능한 한 작은 총 개구 창을 용이하게 하여, 금속 프레임을 기계적으로 강인하게 한다. 양 분극 모두가 동일한 전도성 구조체의 일부를 사용하기 때문에, 이중 편파 안테나 어레이의 전체 길이가 감소될 수 있다. 또한, 개구 패턴이 저대역 안테나 성능을 저하시키지 않기 때문에 서브-6 GHz 안테나와의 공존이 가능해진다.
제 2 양태의 가능한 구현 형태에서, 전자 장치는 전도성 구조체의 적어도 하나의 제 1 개구 및 적어도 하나의 제 2 개구와 평행하게 연장되는 반사 구조체를 더 포함하여, 금속 프레임에 대한 결합을 증가시킨다. 또한, 이중 편파 안테나 어레이의 빔 정형은 전자 장치의 에지로부터 전자기 방사선을 지향시킴으로써 향상된다. 제 2 양태의 추가 가능한 구현 형태에서, 이중 편파 안테나 어레이는 밀리미터파 주파수를 생성하도록 구성되어, 전자 장치의 시각적 외관, 강인성 또는 제조 가능성에 영향을 미치지 않으면서 밀리미터파 안테나의 도입을 용이하게 한다. 밀리미터파 안테나는 5G 및 5G 초과의 전자 장치에서 무선 통신을 가능하게 한다.
제 2 양태의 추가 가능한 구현 형태에서, 이중 편파 안테나 어레이는 적어도 하나의 엔드-파이어 안테나 요소를 포함하여, 전방향 커버리지를 달성하는 데 필수적인 엔드-파이어 어레이 패턴을 용이하게 한다. 전자 장치의 통신 성능은 전자 장치의 에지를 따라 지향된 빔 형성에 의해 더욱 향상되며, 이는 이들 에지가 전형적인 사용자 시나리오에서 자유 공간에 노출되기 때문이다.
제 2 양태의 추가 가능한 구현 형태에서, 전자 장치는 적어도 하나의 추가 안테나 어레이를 포함하고, 추가 안테나 어레이는 장치 섀시 및 금속 프레임에 의해 구성되고, 급전 라인은 부분적으로는 이중 편파 안테나 어레이에 인접하게, 그리고 부분적으로는 장치 섀시와 금속 프레임 사이의 갭을 가로질러 연장되고, 추가 안테나 어레이는 비-밀리미터파 주파수를 생성하며, 이는 두 가지 유형의 안테나가 어느 하나의 안테나 성능이 크게 저하되는 일없이 동일한 공간에 배열될 수 있게 한다. 장치 섀시와 금속 프레임 사이의 갭의 동일한 체적부 내에서의 밀리미터파 이중 편파 안테나 어레이와 추가 안테나 어레이의 공존은 전자 장치 내에서 필요한 총 안테나 체적을 더욱 감소시키고, 디스플레이 표면의 추가 증가를 가능하게 한다. 금속 프레임의 개구 패턴이 추가 안테나 어레이의 성능을 저하시키지 않기 때문에, 이중 편파 안테나 어레이와 추가 안테나 어레이의 공존이 가능해진다.
이러한 양태 및 다른 양태는 후술하는 실시예로부터 명백해질 것이다.
본 개시의 하기의 상세한 부분에서, 양태, 실시예 및 구현예는 도면에 도시된 예시적인 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다:
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예에 따른 이중 편파 안테나 어레이에 사용되는 개구 패턴의 개략도를 도시하고;
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 편파 안테나 어레이의 개략적인 사시도를 도시하고;
도 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 편파 안테나 어레이의 개략적인 사시도를 도시하고;
도 3a는 도 1a의 실시예의 다른 개략도이고;
도 3b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 편파 안테나 어레이에 사용되는 개구 패턴의 개략도를 도시하고;
도 4는 상이한 치수들 사이의 가능한 관계를 나타내는 도 3b의 실시예의 다른 개략도이고;
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 편파 안테나 어레이의 부분 사시도를 도시하고;
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 편파 안테나 어레이의 개략적인 평면도를 도시하고;
도 5c는 도 5a 및 도 5b의 실시예의 부분 사시도를 보다 상세하게 도시하고;
도 6a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이중 편파 안테나 어레이의 부분 사시도를 도시하고;
도 6b는 도 6a의 실시예의 부분 분해도를 도시하고;
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 개략적인 단면도를 도시하고;
도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전도성 구조체를 갖는 전자 장치의 부분 사시도를 도시하고;
도 8b는 도 8a의 실시예의 정면도를 도시하며;
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자 장치와, 전자 장치에 의해 생성된 전자기장의 방사의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 8a 및 도 8b는 디스플레이(10), 장치 섀시(11) 및 이중 편파 안테나 어레이(1)를 포함하는 휴대 전화 또는 태블릿과 같은 전자 장치(9)의 실시예를 도시하며, 이중 편파 안테나 어레이(1)는 금속 프레임(14)을 포함하는 전도성 구조체(2)와, 개구 패턴을 갖는 PCB(12)를 포함한다.
도 1a 내지 도 1c에 개략적으로 도시된 개구 패턴은 제 1 구성을 갖는 적어도 하나의 제 1 개구(3) 및 제 2 구성을 갖는 적어도 하나의 제 2 개구(4)를 포함한다. 각각의 제 1 개구(3)는 적어도 하나의 제 2 개구(4)와 직접적으로 상호연결된다. 개구 패턴은 도 2a에 도시된 바와 같은 본질적으로 직사각형 형상, 도 2b에 도시된 바와 같이 둥근 코너를 갖는 본질적으로 타원형 형상, 양자의 조합, 또는 임의의 다른 적합한 형상을 포함할 수 있다.
도 3a는 보다 많은 수의 제 1 개구(3)를 포함하는 이중 편파 안테나 어레이(1)를 도시하며, 2개의 제 1 개구(3)의 각 쌍은 체인형 구조체가 형성되도록 하나의 제 2 개구(4)에 의해 상호연결된다
일 실시예에서, 이중 편파 안테나 어레이(1)는 적어도 2개의 제 1 개구(3) 및 적어도 하나의 제 2 개구(4)를 포함하며, 제 1 개구(3) 및 제 2 개구(4)는 각각의 제 1 개구(3)가 제 2 개구(4)에 의해 인접한 제 1 개구(3)로부터 분리되고 각각의 제 2 개구(4)가 2개의 인접한 제 1 개구(3)와 직접 상호연결되도록 주기적인 시퀀스로 배열된다. 도 3b는 2개의 제 1 개구(3)와, 2개의 제 1 개구(3)를 직접 상호연결하는 하나의 제 2 개구(4)를 포함하는 이중 편파 안테나 어레이(1)를 도시하며, 즉 도 3b의 개구 패턴은 2개의 H-패턴을 포함한다. 이중 편파 안테나 어레이(1)는 단 하나의 그러한 H-패턴, 또는 도 4에 도시된 바와 같이 여러 연속되는 H-패턴을 포함할 수 있다.
이중 편파 안테나 어레이(1)는, 도 5a 내지 도 5c와 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 제 1 안테나 급전 라인(6)에 연결된 적어도 하나의 제 1 결합 요소, 즉 도체(5)와, 제 2 안테나 급전 라인(8)에 연결된 적어도 하나의 제 2 결합 요소, 즉 도체(7)를 더 포함한다.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 일 실시예에서, 제 1 결합 요소(5) 및 제 2 결합 요소(7)는 하나 건너의 제 2 개구(4)가 제 2 결합 요소(7)와 적어도 부분적으로 병치되고 하나 건너의 제 2 개구(4)가 제 1 결합 요소(5)와 적어도 부분적으로 병치되도록 배열된다. 각각의 제 1 결합 요소(5)는 추가적으로 제 2 개구(4)에 인접한 하나의 제 1 개구(3)와 적어도 부분적으로 병치된다.
제 1 결합 요소(5)는 제 1 분극을 갖는 전기장을 여기시키도록 구성되고, 제 2 결합 요소(7)는 제 2 분극을 갖는 전기장을 여기시키도록 구성된다. 각각의 제 1 결합 요소(5)는 하나의 제 1 개구(3)와 적어도 부분적으로 병치되어, 제 1 분극을 갖는 전기장이 제 1 개구(3)를 통해 전송 및/또는 수신될 수 있게 한다. 이에 상응하여, 각각의 제 2 결합 요소(7)는 하나의 제 2 개구(4)와 적어도 부분적으로 병치되어 제 2 분극을 갖는 전기장이 제 2 개구(4)를 통해 전송 및/또는 수신될 수 있게 한다.
일 실시예에서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 제 1 개구(3)는 제 2 개구(4)보다 큰 면적을 가지며, 제 1 결합 요소(5)는 수평 분극을 갖는 전기장을 여기시키도록 구성되는 한편, 제 2 결합 요소(7)는 수직 분극을 갖는 전기장을 여기시키도록 구성된다.
도 5c에 명확하게 도시된 바와 같이, 제 2 결합 요소(7)의 제 1 단부(7a)는 제 2 개구(4)의 일 측부에서 제 2 안테나 급전 라인(8)에 연결될 수 있는 한편, 제 2 결합 요소(7)의 제 2 단부(7b)는 제 2 개구(4)의 타 측부에서 전도성 구조체(2)에 결합된다. 제 2 결합 요소(7)의 제 2 단부(7b)는 전도성 구조체(2)에 갈바닉, 유도 및 용량 결합 중 적어도 하나로 결합된다.
이에 상응하여, 제 1 결합 요소(5)의 제 1 단부(5a)는 제 2 개구(4)의 일 측부에서 제 1 안테나 급전 라인(6)에 연결될 수 있는 한편, 제 1 결합 요소(5)의 제 2 단부(5b)는 제 2 개구(4)에 인접하게 위치된 제 1 개구(3) 중 하나와 적어도 부분적으로 병치된다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 제 1 결합 요소(5)의 제 2 단부(5b)는 제 1 결합 요소(5)의 제 1 단부(5a)로부터 인접한 다른 제 2 개구(4)를 향하는 방향으로 오프셋되어 있다.
도 5c는 제 2 단부(5b)가 하나의 방향으로만 연장되는 제 1 결합 요소(5)를 도시한다.
언밸런스 급전 라인(6a, 8a)은 상이한 분극 전류를 위해 상이한 유형의 도체, 즉 결합 요소(5, 7)에 연결된다. 예를 들어, 복귀 전류는 공통 접지 또는 다른 전도성 부품을 통해 흐를 수 있다. 언밸런스 급전 라인(6a, 8a)은 본질적으로 공통 접지에 결합되며, 이는 전형적으로 근접하게 위치된 언밸런스 급전부 사이에 상당한 상호 결합을 초래한다. 급전 라인(6a, 8a) 사이의 상호 결합을 저하시키기 위해, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이 급전 라인(6a, 8a)은 전형적으로 물리적으로 오프셋되어 있다. 예를 들어, 이중 편광 어레이에서 λ/2 요소 분리가 요망되는 경우, 상이하게 분극된 급전 라인(6a, 8a) 사이의 거리는 λ/4일 수 있다. 이하, λ는 이중 편파 안테나 어레이(1)의 중심 주파수에서의 파장이다.
도 5b는 이중 편파 안테나 어레이(1)의 바람직한 치수를 도시한다. L1(λ/4 내지 λ/2)은 어레이의 지향성에 영향을 미치고 최대 그레이팅-로브가 없는 스티어링 범위(maximum grating-lobe free steering range)를 규정하는 요소간 간격을 규정한다. L2(λ/4 내지 λ/2)는 수평 분극을 위한 최저 작동 주파수를 규정한다. L3(약 λ/4)은 수평 분극을 위한 공진 주파수를 규정하는 프로브 길이를 규정한다. L4(λ/8 내지 λ/4)는 수직 분극을 위한 공진 주파수를 규정하는 도체 길이, 즉 제 2 개구(4)를 가로질러 연장되는 제 2 결합 요소(7)의 길이를 규정한다. L5(λ/15 내지 λ/4)는 이중 편파 안테나 어레이(1)의 2개의 대향하는 "치형부" 사이의 갭을 규정하며, 이는 결국 공진 주파수를 변경하도록 변경된다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 다른 실시예에서, 제 1 결합 요소(5) 및 제 2 결합 요소(7)는 하나의 제 1 결합 요소(5) 및 하나의 제 2 결합 요소(7) 모두가 하나의 제 2 개구(4)와 적어도 부분적으로 병치되도록 배열되며, 제 1 결합 요소(5) 및 제 2 결합 요소(7)는 동일한 위치에 배치된다.
제 1 결합 요소(5) 및 제 2 결합 요소(7)는 또한 밸런스 급전 라인(6b, 8b)에 연결될 수 있다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 제 1 결합 요소(5)는 2개의 도체, 즉 2개의 반대 방향으로 연장되는 2개의 제 2 단부(5b)를 포함하여, 2개의 인접한 제 1 개구(3)의 밸런스 여기를 제공할 수 있다. 기하학적으로, 도 6a 및 도 6b로부터 명백한 바와 같이, 밸런스 급전 라인(6b, 8b)은 대칭이며, 따라서 양 및 음의 전류를 위한 도체는 동일하다. 또한, 양 도체 모두는 전도성 구조체(2) 및 다른 부품에 동등하게 결합된다. 이상적으로, 밸런스 급전 라인의 차동 모드는 전도성 구조체(2) 또는 다른 근처의 금속 물체에 전혀 결합되지 않는다. 따라서, 2개의 직교 분극된 밸런스 급전 라인(6b, 8b)은 동일한 위치에 배치될 수 있으며, 양 급전 라인 모두는 도 6b에 도시된 바와 같이 상호 분리되어 있다. 이러한 구현예는 각각의 급전 라인의 절연 및 교차 분극 레벨을 향상시킨다. 밸런스 솔루션은 제 2 결합 요소(7)의 제 2 단부(7b)로부터 전도성 구조체(2)로의 용량 결합에 의존할 수 있다.
제 1 결합 요소(5) 및 제 2 결합 요소(7)가 동일한 위치에 배치되는지 여부에 관계없이, 제 1 결합 요소(5) 및 제 2 결합 요소(7) 중 하나는 밸런스 급전 라인(6a, 8a)에 연결될 수 있는 한편, 다른 결합 요소는 언밸런스 급전 라인(6a, 8a)에 연결된다.
급전 라인(6, 8) 및 따라서 결합 요소(5, 7)가 밸런스인지 또는 언밸런스인지 여부에 관계없이, 결합 요소(5, 7)는 갈바닉적으로, 용량적으로 또는 유도적으로 전도성 구조체(2)에 결합될 수 있다. 갈바닉 결합에서, 밸런스 급전 라인(6a, 8a)의 양 단부 또는 언밸런스 급전 라인(6b, 8b)의 경우의 신호 및 접지 도체는 전도성 구조체(2)에 갈바닉적으로 연결된다. 이러한 옵션은 언밸런스 수직 분극 급전 라인에 의해 가장 실현 가능하지만, 다른 경우에도 사용될 수 있다. 언밸런스 수직 분극 급전 라인(8b)은 또한 용량 결합에 의해 실현될 수 있다. 이러한 경우에, 신호는 접지 결합 패드뿐만 아니라, 제 2 단부(7b)에 있는 대형 평행판 커패시터를 통해 전도성 구조체(2)의 특정 영역에 결합될 것이다. 이것은 갈바닉 연결이 필요하지 않기 때문에 제조 프로세스를 용이하게 한다.
다른 실시예에서, 결합은 또한 급전 라인(6, 8)의 전류가 전도성 구조체(2) 상에 전류를 유도하도록 자기장을 이용함으로써 실행될 수 있다.
상기에서 언급되고 도 7에 도시된 바와 같이, 전자 장치(9)는 디스플레이(10), 장치 섀시(11) 및 이중 편파 안테나 어레이(1)를 포함한다. 이중 편파 안테나 어레이(1)의 전도성 구조체(2)는 적어도 금속 프레임(14)을 포함하고, 장치 섀시(11)는 디스플레이(10) 및 금속 프레임(14)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있다. 이중 편파 안테나 어레이(1)의 제 1 결합 요소(5) 및 제 2 결합 요소(7)는 금속 프레임(14)에 결합된다.
전도성 구조체(2)는 PCB(12)를 더 포함할 수 있다. 이중 편파 안테나 어레이(1)의 제 1 결합 요소(5) 및 제 2 결합 요소(7)는 금속 프레임(14)과 장치 섀시(11) 사이에서 적어도 부분적으로 금속 프레임(14)과 평행하게 연장되는 PCB(12) 상에 배열된다. 결합 요소(5, 7)는 PCB(12) 상에 실현될 때 제조하기 비교적 용이하고 저렴하다.
일 실시예에서, 제 1 결합 요소(5), 제 2 결합 요소(7) 및 전도성 구조체(2)는 성형 상호연결 장치 기술, 레이저 직접 구조화 기술, 가요성 인쇄 회로, 금속 용사 기술 및 관련 기술 중 적어도 하나를 사용하여 구성된다.
금속 프레임(14)의 개구 패턴은 강인성 및 밀봉 목적을 위해 플라스틱과 같은 유전성 재료로 충전될 수 있다.
일 실시예에서, 전자 장치(9)는 도 5 및 도 7a에 도시된 바와 같이, 전도성 구조체(2)의 적어도 하나의 제 1 개구(3) 및 적어도 하나의 제 2 개구(4)와 평행하게 연장되는 반사 구조체(13)를 포함한다. 반사 구조체(13)는 장치 섀시(11), 배터리, 차폐 구조체 또는 다른 전도성 구성요소와 같은 전자 장치(9)의 기존 구성요소일 수 있다. 반사 구조체(13)는 전자 장치로부터 외측으로 방사선을 지향시키기 위해 전도성 구조체(2)의 개구 패턴으로부터 약 λ/4에 위치될 수 있다.
이중 편파 안테나 어레이(1)는 밀리미터파 주파수를 생성하도록 구성될 수 있다. 또한, 이중 편파 안테나 어레이(1)는 적어도 하나의 엔드-파이어 안테나 요소(end-fire antenna element)를 포함할 수 있다.
전자 장치(9)는 또한, 예를 들어 비-밀리미터파 주파수를 생성하도록 구성된 적어도 하나의 추가 안테나 어레이(16), 예를 들어 금속 프레임(14)의 일부인 서브-6 GHz 안테나를 포함할 수 있다. 추가 안테나 어레이(16)는 장치 섀시(11) 및 금속 프레임(14)에 의해 구성되며, 급전 라인(17)은 부분적으로는 이중 편파 안테나 어레이(1)에 인접하게, 그리고 부분적으로는 장치 섀시(11)와 금속 프레임(14) 사이에 형성된 갭(15)을 가로질러 연장된다.
전자 장치(9)의 통신 성능은 도 7에서 화살표로 표시된 방향으로 전자 장치의 에지를 따라 지향된 빔 형성(beamforming)에 의해 더욱 향상된다. 금속 프레임(14)의 에지는 전형적인 사용자 시나리오에서 자유 공간에 노출된다. 이러한 방향으로의 이중 편파 빔의 스티어링은 전방향 커버리지를 가능하게 한다.
본 개시는 금속 프레임(14)의 개구의 크기 및 안테나 두께 Lt(도 7에 도시됨)가 종래 기술에서 일반적인 것으로부터, 각각 λ/2(4 내지 5 ㎜) 및 λ/4( 2 ㎜) 내지 λ/20(0.5 ㎜) 감소, 즉 약 40% 및 80%만큼 감소될 수 있게 한다. 일 실시예에서, 필요한 개구 높이는 3 ㎜이다. 다른 실시예에서, 갭(15) 방향에서의 안테나 두께는 Lt = 0.3 ㎜이다.
상기에 언급된 바와 같이, 이중 편파 안테나 어레이(1)의 전도성 구조체(2)는 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 금속 프레임(14) 및 PCB(12)에 의해 구성될 수 있으며, 도 8a 및 도 8b에서는 명확화를 위해 유전성 구조체가 숨겨져 있다. 전도성 구조체(2)의 개구 패턴은 하기와 같이 구성된다: 제 2 개구(4)는 PCB(12)의 금속화 층에 의해 한정되고, 제 1 개구(3)는 PCB(12)의 금속화 층 및 금속 프레임(14)의 개구에 의해 한정된다. 이러한 솔루션은 5G 밀리미터파 안테나와 서브-6 GHz 안테나의 공존을 가능하게 하며: 서브-6 GHz 안테나(16)와 밀리미터파 이중 편파 안테나 어레이(1) 모두는 금속 프레임(14)의 동일한 체적부 및 금속 프레임(14)과 섀시(11) 사이의 갭(15)의 동일한 체적부를 공유한다. 금속 프레임(14)의 개구 패턴은 서브-6 GHz 안테나(16)의 성능을 저하시키지 않는다.
도 9에는 전자 장치(9)에 의해 생성된 전자기장의 방사가 도시되어 있다. 제 1 결합 요소(5)에 의해 생성되는 수평 분극 방사에 대한 동일한 전위의 라인이 도시되어 있다. 장치 섀시(11)와 금속 프레임(14) 사이의 갭(15) 내에서 리액티브 전기장(reactive electric field)이 생성되어, 대역폭 및 안테나 효율 향상을 위한 갭(15) 체적의 효율적인 사용을 나타낸다. 동시에, 이중 편파 어레이(1)는 갭(15) 내에 존재하는 어떠한 전도성 구조체도 필요로 하지 않으며, 따라서 도 7에 도시된 바와 같이 비-밀리미터파 주파수를 생성하는 전술한 추가 안테나 어레이(16)와의 공존을 가능하게 한다.
다양한 양태 및 구현예가 본원의 다양한 실시예와 관련하여 설명되었다. 그러나, 개시된 실시예에 대한 다른 변형은, 도면, 명세서 및 첨부된 청구범위의 연구로부터 청구된 주제를 실시함에 있어서 당업자에 의해 이해 및 실행될 수 있다. 청구범위에서, 단어 "포함하는"은 다른 요소 또는 단계를 배제하지 않으며, 부정관사("a" 또는 "an")는 복수를 배제하지 않는다. 특정 수단이 서로 상이한 종속 청구항에 기재되어 있다는 사실만으로, 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나타내는 것은 아니다.
청구범위에 사용된 참조 부호는 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

Claims (17)

  1. 이중 편파 안테나 어레이(1)에 있어서,
    제 1 구성을 갖는 적어도 하나의 제 1 개구(3) 및 제 2 구성을 갖는 적어도 하나의 제 2 개구(4)를 포함하는 개구 패턴을 갖는 전도성 구조체(2)를 포함하며, 상기 제 1 개구(들)(3)는 적어도 하나의 제 2 개구(4)와 직접 상호연결되고,
    적어도 하나의 제 1 결합 요소(5)가 제 1 안테나 급전 라인(6)에 연결되고, 적어도 하나의 제 2 결합 요소(7)가 제 2 안테나 급전 라인(8)에 연결되며, 상기 제 1 결합 요소(5)는 제 1 분극을 갖는 전기장을 여기시키도록 구성되고, 상기 제 2 결합 요소(7)는 제 2 분극을 갖는 전기장을 여기시키도록 구성되며,
    각각의 제 1 결합 요소(5)는 하나의 제 1 개구(3)와 적어도 부분적으로 병치되어, 상기 제 1 분극을 갖는 전기장이 상기 제 1 개구(3)를 통해 전송 및/또는 수신될 수 있게 하고, 각각의 제 2 결합 요소(7)는 하나의 제 2 개구(4)와 적어도 부분적으로 병치되어, 상기 제 2 분극을 갖는 전기장이 상기 제 2 개구(4)를 통해 전송 및/또는 수신될 수 있게 하는
    이중 편파 안테나 어레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 개구(3)는 상기 제 2 개구(4)보다 큰 면적을 가지며,
    상기 제 1 결합 요소(5)는 수평 분극을 갖는 전기장을 여기시키도록 구성되고,
    상기 제 2 결합 요소(7)는 수직 분극을 갖는 전기장을 여기시키도록 구성되는
    이중 편파 안테나 어레이.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 결합 요소(7)의 제 1 단부(7a)는 상기 제 2 개구(4)의 일 측부에서 상기 제 2 안테나 급전 라인(8)에 연결되고, 상기 제 2 결합 요소(7)의 제 2 단부(7b)는 상기 제 2 개구(4)의 타 측부에서 상기 전도성 구조체(2)에 결합되는
    이중 편파 안테나 어레이.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 결합 요소(7)의 상기 제 2 단부(7b)는 상기 전도성 구조체(2)에 갈바닉, 유도 및 용량 결합 중 적어도 하나로 결합되는
    이중 편파 안테나 어레이.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 결합 요소(5)의 제 1 단부(5a)는 상기 제 2 개구(4)의 일 측부에서 상기 제 1 안테나 급전 라인(6)에 연결되고, 상기 제 1 결합 요소(5)의 제 2 단부(5b)는 상기 제 2 개구(4)에 인접한 상기 제 1 개구(3)와 적어도 부분적으로 병치되는
    이중 편파 안테나 어레이.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 결합 요소(5)의 상기 제 2 단부(5b)는 상기 제 1 결합 요소(5)의 상기 제 1 단부(5a)로부터 인접한 다른 제 2 개구(4)를 향하는 방향으로 오프셋되어 있는
    이중 편파 안테나 어레이.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 결합 요소(5) 및 상기 제 2 결합 요소(7)는 언밸런스 안테나 급전 라인(6a, 8a) 및 밸런스 안테나 급전 라인(6b, 8b) 중 하나에 연결되는
    이중 편파 안테나 어레이.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 2개의 제 1 개구(3) 및 적어도 하나의 제 2 개구(4)를 포함하며, 상기 제 1 개구(3) 및 상기 제 2 개구(4)는 각각의 제 1 개구(3)가 제 2 개구(4)에 의해 인접한 제 1 개구(3)로부터 분리되고, 각각의 제 2 개구(4)가 2개의 인접한 제 1 개구(3)와 직접 상호연결되도록 주기적인 시퀀스로 배열되는
    이중 편파 안테나 어레이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 결합 요소(5) 및 상기 제 2 결합 요소(7)는 하나 건너의 제 2 개구(4)가 제 2 결합 요소(7)와 적어도 부분적으로 병치되고 하나 건너의 제 2 개구(4)가 제 1 결합 요소(5)와 적어도 부분적으로 병치되도록 배열되며, 각각의 제 1 결합 요소(5)는 추가적으로 상기 제 2 개구(4)에 인접한 하나의 제 1 개구(3)와 적어도 부분적으로 병치되는
    이중 편파 안테나 어레이.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 제 1 결합 요소(5) 및 하나의 제 2 결합 요소(7)는 하나의 제 2 개구(4)와 적어도 부분적으로 병치되는
    이중 편파 안테나 어레이.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 개구 패턴은 적어도 하나의 H-패턴을 포함하며, 각각의 H-패턴은 2개의 제 1 개구(3) 및 하나의 제 2 개구(4)를 포함하고, 상기 제 2 개구(4)는 상기 제 1 개구(3)들을 직접 상호연결하는
    이중 편파 안테나 어레이.
  12. 디스플레이(10), 장치 섀시(11), 및 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 기재된 이중 편파 안테나 어레이(1)를 포함하는 전자 장치(9)에 있어서,
    상기 이중 편파 안테나 어레이(1)의 전도성 구조체(2)는 금속 프레임(14)을 포함하며, 상기 장치 섀시(11)는 상기 디스플레이(10) 및 상기 금속 프레임(14)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸여 있고, 상기 이중 편파 안테나 어레이(1)의 제 1 결합 요소(5) 및 제 2 결합 요소(7)는 상기 금속 프레임(14)에 결합되는
    전자 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전도성 구조체(2)는 인쇄 회로 기판(12)을 더 포함하며, 상기 인쇄 회로 기판(12)은 상기 금속 프레임(14)과 상기 장치 섀시(11) 사이에서 적어도 부분적으로 상기 금속 프레임(14)과 평행하게 연장되고, 상기 이중 편파 안테나 어레이(1)의 제 1 결합 요소(5) 및 제 2 결합 요소(7)는 상기 인쇄 회로 기판(12) 상에 배열되는
    전자 장치.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 전도성 구조체(2)의 적어도 하나의 제 1 개구(3) 및 적어도 하나의 제 2 개구(4)와 평행하게 연장되는 반사 구조체(13)를 더 포함하는
    전자 장치.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이중 편파 안테나 어레이(1)는 밀리미터파 주파수를 생성하도록 구성되는
    전자 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 이중 편파 안테나 어레이(1)는 적어도 하나의 엔드-파이어 안테나 요소를 포함하는
    전자 장치.
  17. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 추가 안테나 어레이(16)를 더 포함하며, 상기 추가 안테나 어레이(16)는 상기 장치 섀시(11) 및 상기 금속 프레임(14)에 의해 구성되고, 급전 라인(17)은 부분적으로는 상기 이중 편파 안테나 어레이(1)에 인접하게, 그리고 부분적으로는 상기 장치 섀시(11)와 상기 금속 프레임(14) 사이의 갭(15)을 가로질러 연장되고, 상기 추가 안테나 어레이(16)는 비-밀리미터파 주파수를 생성하는
    전자 장치.
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