KR20220032895A - 안테나 장치 - Google Patents

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KR20220032895A
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곽은혁
소원욱
박주형
임대기
류정기
김남기
이원철
이형진
고동옥
금재민
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Abstract

실시에예 따른 안테나 장치는 유전층을 사이에 두고 중첩하는 그라운드층과 안테나 패치, 상기 유전층의 적어도 일부를 관통하는 제1 피드 비아와 제2 피드 비아, 상기 제1 피드 비아에 연결된 급전 선로, 그리고 상기 급전 선로에 인접하고, 상기 급전 선로와 커플링되는 커플링 패턴을 포함할 수 있다.

Description

안테나 장치 {ANTENNA APPARATUS}
본 개시는 안테나 장치에 관한 것이다.
최근 5세대(5G) 통신을 포함하는 밀리미터웨이브(mmWave) 통신이 활발하게 연구되고 있으며, 이를 원활히 구현하는 안테나 장치의 상용화/표준화를 위한 연구도 활발히 진행되고 있다.
높은 주파수 대역, 예를 들어, 24GHz, 28GHz, 36GHz, 39GHz, 60GHz 등의 RF 신호는 전달되는 과정에서 쉽게 손실될 수 있고, 낮은 주파수 대역의 RF 신호의 하모닉(harmonics) 성분과의 충돌에 의해 신호가 손실될 수 있다. 따라서, 통신의 품질 저하가 발생할 수 있다.
한편, 휴대용 전자 기기가 발전함에 따라, 전자 기기의 표시 영역인 화면의 크기가 커지고 이에 따라 안테나 등이 배치되는 비표시 영역인 베젤의 크기는 감소하고, 이에 따라 안테나가 설치될 수 있는 영역의 면적도 감소하게 된다.
실시예들은 성능이 향상되고 소형화가 가능한 다중 대역 안테나 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적은 상술한 목적으로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있음이 자명하다.
실시예에 따른 안테나 장치는 유전층을 사이에 두고 중첩하는 그라운드층과 안테나 패치, 상기 유전층의 적어도 일부를 관통하는 제1 피드 비아와 제2 피드 비아, 상기 제1 피드 비아에 연결된 급전 선로, 그리고 상기 급전 선로에 인접하고, 상기 급전 선로와 커플링되는 커플링 패턴을 포함할 수 있다.
상기 제1 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해 제1 주파수 대역의 신호를 송수신할 수 있고, 상기 제2 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해 제2 주파수 대역의 신호를 송수신할 수 있고, 상기 제1 주파수 대역의 중심 주파수는 상기 제2 주파수 대역의 중심 주파수보다 낮을 수 있다.
상기 급전 선로와 상기 커플링 패턴의 커플링에 의한 공진 주파수는 상기 제2 주파수 대역과 정합될 수 있다.
상기 급전 선로와 상기 커플링 패턴의 커플링에 의한 상기 공진 주파수는 상기 제1 주파수 대역의 하모닉 주파수일 수 있다.
상기 안테나 장치는 상기 그라운드층과 이격된 제1 그라운드층을 더 포함할 수 있고, 상기 커플링 패턴은 상기 제1 그라운드층과 연결될 수 있다.
상기 커플링 패턴은 상기 급전 선로의 끝단의 측면에 인접하여 배치될 수 있다.
상기 커플링 패턴은 상기 급전 선로와 나란하도록 배치될 수 있다.
실시예에 따른 안테나 장치는 유전층을 사이에 두고 중첩하는 그라운드층과 안테나 패치, 상기 유전층의 적어도 일부를 관통하는 제1 피드 비아와 제2 피드 비아, 그리고 상기 제1 피드 비아의 측면에 위치하고, 상기 제1 피드 비아와 커플링되는 커플링 패턴을 포함하고, 상기 제1 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해 제1 주파수 대역의 신호를 송수신하고, 상기 제2 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해 제2 주파수 대역의 신호를 송수신하고, 상기 제1 주파수 대역의 중심 주파수는 상기 제2 주파수 대역의 중심 주파수보다 낮을 수 있다.
상기 커플링 패턴은 상기 그라운드층에 연결될 수 있다.
상기 그라운드층을 기준으로 상기 제1 피드 비아의 높이는 상기 커플링 패턴의 높이보다 클 수 있다.
실시예들에 따른 안테나 장치에 따르면, 서로 다른 대역의 신호 사이의 간섭을 줄여 성능이 향상되고 소형화가 가능할 수 있다.
본 발명의 효과는 상술한 효과에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있음이 자명하다.
도 1은 실시예에 따른 안테나 장치의 간략 단면도이다.
도 2는 도 1의 안테나 장치의 일부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 안테나 장치의 일부를 도시한 사시도이다.
도 4는 실시예에 따른 안테나 장치의 일부를 일부를 도시한 평면도이다.
도 5는 도 1의 안테나 장치의 일부를 도시한 사시도이다.
도 6은 실시예에 따른 안테나 장치의 일부를 일부를 도시한 평면도이다.
도 7은 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 간략 단면도이다.
도 8은 도 7의 안테나 장치의 일부를 도시한 사시도이다.
도 9는 도 7의 안테나 장치의 일부를 도시한 평면도이다.
도 10은 한 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 전자 기기를 도시한 간략도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "커플링(coupling)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 또는 물리적으로 커플링"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "간접적으로 또는 비접촉 커플링"되어 있는 경우를 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, "연결된다"라고 할 때, 이는 둘 이상의 구성요소가 직접적으로 연결되는 것만을 의미하는 것이 아니고, 둘 이상의 구성요소가 다른 구성요소를 통하여 간접적으로 연결되는 것, 물리적으로 연결되는 것뿐만 아니라 전기적으로 연결되는 것, 또는 위치나 기능에 따라 상이한 명칭들로 지칭되었으나 일체인 것을 의미할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하여, 실시예에 따른 안테나 장치(100)에 대하여 설명한다. 도 1은 실시예에 따른 안테나 장치의 간략 단면도이고, 도 2는 도 1의 안테나 장치의 일부를 도시한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 실시예에 따른 안테나 장치(100)는 복수의 유전층(101a, 101b, 101c, 101d)을 포함하는 유전층(101), 복수의 그라운드층(301, 302)과 복수의 금속층(303, 304)을 포함하는 연결부(300), 그리고 연결부(300)에 연결된 전자 소자(500)를 포함한다.
실시예에 따른 안테나 장치(100)는 제1 안테나 패치(110), 제2 안테나 패치(120), 제3 안테나 패치(130), 제1 안테나 패치(110)에 연결된 제1 피드 비아(21), 제2 안테나 패치(120)에 연결된 제2 피드 비아(22), 그리고 제1 피드 비아(21)에 연결된 급전 선로(21a)에 인접하여 배치된 그라운드 패턴(400a)을 포함한다.
안테나 장치(100)의 제1 안테나 패치(110)는 복수의 유전층(101a, 101b, 101c, 101d) 중 제1 유전층(101a) 위에 위치하고, 제1 안테나 패치(110)는 제1 유전층(101a)을 사이에 두고, 연결부(300)의 복수의 그라운드층(301, 302) 중 제1 그라운드층(301)과 서로 마주보도록 배치된다. 제1 유전층(101a) 위에 위치하는 제2 유전층(101b) 위에 제2 안테나 패치(120)가 위치하고, 제2 안테나 패치(120) 위에 위치하는 제3 유전층(101c) 위에 제3 안테나 패치(130)가 위치하고, 제3 안테나 패치(130) 위에 제4 유전층(101d)이 위치한다.
안테나 장치(100)의 제1 안테나 패치(110)는 제1 피드 비아(21)로부터 전기 신호를 인가 받을 수 있고, 안테나 장치(100)의 제2 안테나 패치(120)는 제2 피드 비아(22)로부터 전기 신호를 인가 받을 수 있다.
제1 피드 비아(21)와 제2 피드 비아(22)는 제1 그라운드층(301)에 형성된 제1 관통홀(31)과 제2 관통홀(32)을 통해 제1 그라운드층(301)을 관통하여 연결부(300)의 복수의 층 중 어느 한 층과 연결될 수 있고, 연결부(300)에 연결된 전자 소자(500)로부터 전기 신호를 인가 받아 이를 전달할 수 있다.
제1 피드 비아(21)와 제2 피드 비아(22) 중 제1 피드 비아(21)는 제1 안테나 패치(110)에 전기 신호를 전달할 수 있고, 제2 피드 비아(22)는 제1 안테나 패치(110)에 형성된 관통홀(11)을 통해 제1 안테나 패치(110)와 접촉하지 않고, 제2 안테나 패치(120)에 전기 신호를 전달할 수 있다.
제1 피드 비아(21)에 연결된 급전 선로(strip)(21a)에 인접하여 배치되는 그라운드 패턴(400a)은 연결부(300)의 제2 그라운드층(302)에 연결되고, 제1 피드 비아(21)에 연결된 급전 선로(21a)와의 커플링에 의해 불필요한 주파수 성분의 이동 통로를 작용하여, 노이즈 주파수 성분을 제거하거나 줄일 수 있다.
전자 소자(500)로부터 제1 피드 비아(21)와 제2 피드 비아(22)에 전기 신호가 전달되면 전기 신호는 제1 피드 비아(21)와 제2 피드 비아(22)를 통해 제1 안테나 패치(110)와 제2 안테나 패치(120)에 전달되고, 제1 안테나 패치(110)와 제2 안테나 패치(120)는 제1 그라운드층(301)과 커플링을 통해 RF 신호를 송수신할 수 있다. 이 때, 제3 안테나 패턴(130)은 제1 안테나 패치(110) 및 제2 안테나 패치(120)와의 추가 커플링을 통해 안테나 장치(100)의 RF 신호의 이득과 대역폭을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 안테나 장치(100)는 제1 피드 비아(21)로부터 전달되는 전기 신호를 통해 제1 주파수 대역의 RF 신호를 송수신할 수 있고, 제2 피드 비아(22)로부터 전달되는 전기 신호를 통해 제2 주파수 대역의 RF 신호를 송수신할 수 있다. 제1 주파수 대역의 중심 주파수는 제2 주파수 대역의 중심 주파수보다 낮을 수 있다. 이처럼, 안테나 장치(100)는 제1 피드 비아(21)로부터 전달되는 전기 신호를 통해 저주파수 RF 신호를 송수신할 수 있고, 제2 피드 비아(22)로부터 전달되는 전기 신호를 통해 고주파수 대역의 RF 신호를 송수신할 수 있어, 안테나 장치(100)는 다중 대역의 RF 신호를 송수신할 수 있다.
다중 대역의 RF 신호를 송수신하는 안테나 장치(100)의 저주파수 RF 신호의 하모닉 성분이 발생할 수 있고, 이러한 저주파수 RF 신호의 하모닉 성분이 안테나 장치(100)의 고주파수 RF 신호에 영향을 줄 수 있다. 그러나, 실시예에 따른 안테나 장치(100)에 따르면, 저주파수 RF 신호의 송수신을 위한 전기 신호를 전달하는 제1 피드 비아(21)에 연결된 급전 선로(21a)에 인접하여 배치되는 그라운드 패턴(400a)을 포함함으로써, 제1 피드 비아(21)에 연결된 급전 선로(21a)와 그라운드 패턴(400a)이 커플링을 이뤄 기생 공진을 형성함으로써, 저주파수 RF 신호의 하모닉 성분을 제2 그라운드층(302)에 전달하여, 고주파수 RF 신호에 간섭을 일으킬 수 있는 저주파수 RF 신호의 하모닉 성분을 제거하거나 줄일 수 있다.
도시한 실시예에서, 유전층(101)은 네 개의 유전층(101a, 101b, 101c, 101d)을 포함하고, 세 개의 안테나 패치(110, 120, 130)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 유전층의 개수, 두께, 안테나 패치의 개수와 위치 등은 변경 가능함이 자명하다.
도시한 실시예에서, 연결부(300)는 두 개의 그라운드층(301, 302)과 두 개의 금속층(303, 304)을 포함하는 것으로 도시하였으나, 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 연결부(300) 내의 각 층의 개수와 위치 등은 변경 가능함이 자명하다.
도시한 실시예에서, 안테나 장치(100)는 제1 안테나 패치(110), 제2 안테나 패치(120), 제3 안테나 패치(130)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 안테나 패치의 개수, 안테나 패치의 평면 형태 및 크기는 안테나 장치의 주파수 특성에 따라 변경 가능함이 자명하다.
도시한 실시예에서, 제1 피드 비아(21)는 제1 안테나 패치(110)에 연결되고, 제2 피드 비아(22)는 제2 안테나 패치(120)에 연결된 것으로 도시하였지만, 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 제1 피드 비아(21)와 제2 피드 비아(22)는 제1 안테나 패치(110) 및 제2 안테나 패치(120)와 이격되고, 제1 안테나 패치(110) 및 제2 안테나 패치(120)와의 커플링에 의해 전기 신호를 전달할 수도 있다.
그러면, 도 3 및 도 4를 참고하여, 실시예에 따른 안테나 장치(100)의 그라운드 패턴(400a)에 대하여 보다 상세히 설명한다. 도 3은 도 1의 안테나 장치의 일부를 도시한 사시도이고, 도 4는 실시예에 따른 안테나 장치의 일부를 일부를 도시한 평면도이다.
도 3을 참고하면, 저주파수 RF 송수신을 위한 전기 신호를 전달하는 제1 피드 비아(21)에 연결된 급전 선로(21a)는 제2 그라운드층(302)에 형성된 관통홀(33)을 통해 제2 그라운드층(302) 아래에 있는 도전층에 연결되는 세로부(21b)를 포함하고, 세로부(21b)를 통해 전기 신호를 인가 받을 수 있다.
급전 선로(21a)의 주변에 제1 그라운드층(301)과 제2 그라운드층(302)에 연결된 복수의 차폐부(23)가 위치하고, 차폐부(23)에 의해 급전 선로(21a)에 인가되는 전기 신호가 외부로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
급전 선로(21a)의 끝단의 일측면에 그라운드 패턴(400a)이 위치한다. 그라운드 패턴(400a)은 급전 선로(21a)의 측면에 위치하는 커플링부(40a1)와 그라운드층(302)에 연결된 그라운딩부(40a2), 그리고 커플링부(40a1)와 그라운딩부(40a2)를 연결하는 연결부(40a3)를 포함한다.
급전 선로(21a)에 전기 신호가 인가되면, 급전 선로(21a)에 인접하여 배치된 그라운드 패턴(400a)의 커플링부(40a1)는 급전 선로(21a)와 커플링되고, 이에 의해 기생 공진을 생성할 수 있다. 급전 선로(21a)와 그라운드 패턴(400a) 사이의 기생 공진 성분은 제1 피드 비아(21)에 인가되는 전기 신호에 의해 제1 안테나 패치(110)와 제1 그라운드층(301) 사이에 발생하는 공진 주파수 대역의 하모닉 성분으로, 제2 피드 비아(22)에 인가되는 전기 신호에 의해 제2 안테나 패치(120)와 제1 그라운드층(301) 사이에 발생하는 공진 주파수 대역과 정합된 공진일 수 있다.
도 4를 참고하면, 그라운드 패턴(400a)의 커플링부(40a1)와 급전 선로(21a) 사이의 간격(d1), 그라운드 패턴(400a)의 커플링부(40a1)의 길이(R1) 및 폭(W1)을 조절함으로써, 급전 선로(21a)와 그라운드 패턴(400a) 사이의 기생 공진 성분의 주파수 대역을 조절할 수 있고, 이에 의해 급전 선로(21a)와 그라운드 패턴(400a) 사이의 기생 공진 성분은 제2 피드 비아(22)에 인가되는 전기 신호에 의해 제2 안테나 패치(120)와 제1 그라운드층(301) 사이에 발생하는 공진 주파수 대역과 정합될 수 있다.
급전 선로(21a)와 그라운드 패턴(400a) 사이의 커플링에 따른 기생 공진 성분은 그라운드 패턴(400a)의 그라운딩부(40a2)를 통해 제2 그라운드층(302)으로 통과(pass)되어, 제2 안테나 패치(120)와 제1 그라운드층(301) 사이의 공진 주파수 대역에 주는 영향을 없애거나 감소시킬 수 있다.
일반적으로, 저주파수 대역의 공진 주파수의 하모닉 성분을 제거하기 위하여, 저주파수 급전부에 저역 필터(low pass filter)를 추가하거나, 저주파수 대역의 공진 주파수를 생성하는 안테나 패치와 추가 공진을 일으킬 수 있는 추가 안테나 패치를 배치할 수 있다.
그러나, 급전부에 저역 필터를 추가할 경우, 급전부에 인가되는 신호의 손실이 발생하여 안테나 장치의 성능이 저하될 수 있고, 추가 안테나 패치를 배치할 경우 안테나 장치의 크기가 커지고 안테나 장치의 방사 패턴에 영향을 줄 수 있어 안테나 장치의 성능이 저하될 수 있다.
실시예에 따른 안테나 장치에 따르면, 급전 선로에 인접하여 커플링되는 그라운드 패턴을 포함함으로써, 안테나 장치의 크기를 크게 하거나 안테나 성능을 저하하지 않으면서도 저주파수 RF 신호의 하모닉 성분이 고주파수 RF 신호에 간섭을 일으키는 것을 방지할 수 있다.
그러면, 도 5 및 도 6을 참고하여, 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 그라운드 패턴(400b)에 대하여 보다 상세히 설명한다. 도 5는 도 1의 안테나 장치의 일부를 도시한 사시도이고, 도 6은 실시예에 따른 안테나 장치의 일부를 일부를 도시한 평면도이다.
도 5를 참고하면, 저주파수 전기 신호를 전달하는 제1 피드 비아(21)에 연결된 급전 선로(21a)는 제2 그라운드층(302)에 형성된 관통홀(33)을 통해 제2 그라운드층(302) 아래에 있는 도전층에 연결되는 세로부(21b)를 포함하고, 세로부(21b)를 통해 전기 신호를 인가 받을 수 있다.
급전 선로(21a)의 세로부(21b) 주변에 제1 그라운드층(301)과 제2 그라운드층(302)에 연결된 복수의 차폐부(23)가 위치하고, 차폐부(23)에 의해 급전 선로(21a)에 인가되는 전기 신호가 외부로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
급전 선로(21a)의 측면에 급전 선로(21a)와 나란하게 뻗은 그라운드 패턴(400b)이 위치한다. 그라운드 패턴(400b)은 급전 선로(21a)의 측면에 위치하고 급전 선로(21a)와 나란하게 뻗은 커플링부(40b1)와 그라운드층(302)에 연결된 그라운딩부(40b2), 그리고 커플링부(40b1)와 그라운딩부(40b2)를 연결하는 연결부(40b3)를 포함한다.
급전 선로(21a)에 전기 신호가 인가되면, 급전 선로(21a)에 인접하여 배치된 그라운드 패턴(400b)의 커플링부(40b1)는 급전 선로(21a)와 커플링되고, 이에 의해 기생 공진을 생성할 수 있다. 급전 선로(21a)와 그라운드 패턴(400b) 사이의 기생 공진 성분은 제1 피드 비아(21)에 인가되는 전기 신호에 의해 제1 안테나 패치(110)와 제1 그라운드층(301) 사이에 발생하는 공진 주파수 대역의 하모닉 성분으로, 제2 피드 비아(22)에 인가되는 전기 신호에 의해 제2 안테나 패치(120)와 제1 그라운드층(301) 사이에 발생하는 공진 주파수 대역과 정합된 공진일 수 있다.
도 6을 참고하면, 그라운드 패턴(400b)의 커플링부(40b1)와 급전 선로(21a) 사이의 간격(d2), 그라운드 패턴(400b)의 커플링부(40b1)의 길이(R2) 및 폭(W2)을 조절함으로써, 급전 선로(21a)와 그라운드 패턴(400b) 사이의 기생 공진 성분의 주파수 대역을 조절할 수 있고, 이에 의해 급전 선로(21a)와 그라운드 패턴(400b) 사이의 기생 공진 성분은 제2 피드 비아(22)에 인가되는 전기 신호에 의해 제2 안테나 패치(120)와 제1 그라운드층(301) 사이에 발생하는 공진 주파수 대역과 정합될 수 있다.
실시예에 따른 안테나 장치에 따르면, 급전 선로에 인접하여 커플링되는 그라운드 패턴을 포함함으로써, 안테나 장치의 크기를 크게 하거나 안테나 장치의 성능을 저하하지 않으면서도 저주파수 RF 신호의 하모닉 성분이 고주파수 RF 신호에 간섭을 일으키는 것을 방지할 수 있다.
그러면, 도 7 내지 도 9를 참고하여, 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치(200)에 대하여 설명한다. 도 7은 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 간략 단면도이고, 도 8은 도 7의 안테나 장치의 일부를 도시한 사시도이고, 도 9는 도 7의 안테나 장치의 일부를 도시한 평면도이다.
도 7 내지 도 8을 참고하면, 실시예에 따른 안테나 장치(200)는 그라운드층(201) 위에 위치하고, 복수의 유전층(101a, 101b, 101c, 101d)을 포함하는 유전층(101), 유전층(101)의 적어도 일부를 사이에 두고 그라운드층(201)과 마주하는 제1 안테나 패치(110), 제2 안테나 패치(120), 제3 안테나 패치(130), 제1 안테나 패치(110)에 연결된 제1 피드 비아(21), 제2 안테나 패치(120)에 연결된 제2 피드 비아(22), 그리고 제1 피드 비아(21)에 인접하여 배치된 그라운드 패턴(400c)을 포함한다.
안테나 장치(200)의 제1 안테나 패치(110)는 복수의 유전층(101a, 101b, 101c, 101d) 중 제1 유전층(101a) 위에 위치하고, 제1 안테나 패치(110)는 제1 유전층(101a)을 사이에 두고, 그라운드층(201)과 서로 마주보도록 배치된다. 제1 유전층(101a) 위에 위치하는 제2 유전층(101b) 위에 제2 안테나 패치(120)가 위치하고, 제2 안테나 패치(120) 위에 위치하는 제3 유전층(101c) 위에 제3 안테나 패치(130)가 위치하고, 제3 안테나 패치(130) 위에 제4 유전층(101d)이 위치한다.
안테나 장치(200)의 제1 안테나 패치(110)는 제1 피드 비아(21)로부터 전기 신호를 인가 받을 수 있고, 안테나 장치(200)의 제2 안테나 패치(120)는 제2 피드 비아(22)로부터 전기 신호를 인가 받을 수 있다.
제1 피드 비아(21)와 제2 피드 비아(22)는 그라운드층(201)에 형성된 제1 관통홀(31)과 제2 관통홀(32)을 통해 그라운드층(201)을 관통하여 그라운드층(201)의 아래에 위치하는 전자 소자(도시하지 않음)에 연결되어 전기 신호를 인가 받아 이를 전달할 수 있다.
제1 피드 비아(21)와 제2 피드 비아(22) 중 제1 피드 비아(21)는 제1 안테나 패치(110)에 전기 신호를 전달할 수 있고, 제2 피드 비아(22)는 제1 안테나 패치(110)에 형성된 관통홀(11)을 통해 제1 안테나 패치(110)와 접촉하지 않고, 제2 안테나 패치(120)에 전기 신호를 전달할 수 있다.
제1 피드 비아(21)에 인접하여 배치되는 그라운드 패턴(400c)은 그라운드층(201)에 연결되고, 제1 피드 비아(21)와의 커플링에 의해 불필요한 주파수 성분의 이동 통로로 작용하여, 노이즈 주파수 성분을 제거하거나 줄일 수 있다.
제1 피드 비아(21)와 제2 피드 비아(22)에 전기 신호가 전달되면 전기 신호는 제1 피드 비아(21)와 제2 피드 비아(22)를 통해 제1 안테나 패치(110)와 제2 안테나 패치(120)에 전달되고, 제1 안테나 패치(110)와 제2 안테나 패치(120)는 그라운드층(201)과 공진이 발생하여 RF 신호를 송수신할 수 있다. 이 때, 제3 안테나 패턴(130)은 제1 안테나 패치(110) 및 제2 안테나 패치(120)와의 추가 커플링을 통해 안테나 장치(100)의 RF 신호의 이득과 대역폭을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 안테나 장치(200)는 제1 피드 비아(21)로부터 전달되는 전기 신호를 통해 저주파수 RF 신호를 송수신할 수 있고, 제2 피드 비아(22)로부터 전달되는 전기 신호를 통해 고주파수 RF 신호를 송수신할 수 있다. 이처럼, 안테나 장치(200)는 다중 대역의 RF 신호를 송수신할 수 있다.
실시예에 따른 안테나 장치(200)에 따르면, 저주파수 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호를 전달하는 제1 피드 비아(21)에 인접하여 배치되는 그라운드 패턴(400c)을 포함함으로써, 제1 피드 비아(21)와 그라운드 패턴(400c)의 커플링에 의해 기생 공진을 형성함으로써, 저주파수 RF 신호의 하모닉 성분은 그라운드층(201)으로 전달되어, 고주파수 RF 신호에 간섭을 일으킬 수 있는 저주파수 RF 신호의 하모닉 성분을 제거하거나 줄일 수 있다.
도 9를 참고하면, 그라운드 패턴(400c)의 커플링부(40c1)와 제1 피드 비아(21) 사이의 간격(d3), 그라운드 패턴(400c)의 커플링부(40c1)의 길이(R3) 및 폭(W3)을 조절함으로써, 제1 피드 비아(21)와 그라운드 패턴(400c) 사이의 기생 공진 성분의 주파수 대역을 조절할 수 있고, 이에 의해 제1 피드 비아(21)와 그라운드 패턴(400c) 사이의 기생 공진 성분은 제2 피드 비아(22)에 인가되는 고주파수 전기 신호에 의해 제2 안테나 패치(120)와 그라운드층(201) 사이에 발생하는 공진 주파수 대역과 정합될 수 있다.
다시 도 7과 도 8을 참고하면 그라운드층(201)을 기준으로, 제1 피드 비아(21)에 인접하여 배치되는 그라운드 패턴(400c)의 높이는 제1 안테나 패치(110)의 높이보다 낮고, 그라운드 패턴(400c)은 제1 안테나 패치(110)와 상하 중첩하도록 배치된다.
따라서, 안테나 장치(200)의 크기를 크게 하지 않으면서도, 제1 피드 비아(21)와 커플링되어 하모닉 성분과 정합된 주파수의 공진 성분을 형성하여 제거하거나 줄일 수 있다.
도시한 실시예에서, 유전층(101)은 네 개의 유전층(101a, 101b, 101c, 101d)을 포함하고, 세 개의 안테나 패치(110, 120, 130)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 유전층의 개수, 두께, 안테나 패치의 개수와 위치 등은 변경 가능함이 자명하다.
도시한 실시예에서, 안테나 장치(200)는 제1 안테나 패치(110), 제2 안테나 패치(120), 제3 안테나 패치(130)를 포함하는 것으로 도시하였으나, 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 안테나 패치의 개수, 안테나 패치의 평면 형태 및 크기는 안테나 장치의 주파수 특성에 따라 변경 가능함이 자명하다.
도시한 실시예에서, 제1 피드 비아(21)는 제1 안테나 패치(110)에 연결되고, 제2 피드 비아(22)는 제2 안테나 패치(120)에 연결된 것으로 도시하였지만, 실시예들은 이에 한정되지 않으며, 제1 피드 비아(21)와 제2 피드 비아(22)는 제1 안테나 패치(110) 및 제2 안테나 패치(120)와 이격되고, 제1 안테나 패치(110) 및 제2 안테나 패치(120)와의 커플링에 의해 전기 신호를 전달할 수도 있다.
그러면, 도 10을 참고하여, 한 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 전자 기기(3000)에 대하여 간략하게 설명한다. 도 10은 한 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 전자 기기를 도시한 간략도이다.
도 10을 참고하면, 실시예에 따른 전자 기기(3000)는 안테나 장치(1000)를 포함하고, 안테나 장치(1000)는 전자 기기(3000)의 세트 기판(400) 상에 배치된다.
전자 기기(3000)는 스마트 폰(smart phone), 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 태블릿(tablet), 랩탑(laptop), 넷북(netbook), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch), 오토모티브(Automotive) 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전자 기기(3000)는 다각형의 변을 가질 수 있고, 안테나 장치(1000)는 전자 기기(3000)의 복수의 변 중 적어도 일부분에 인접하여 배치될 수 있다.
세트 기판(400)에는 통신모듈(410) 및 기저대역 회로(420)가 배치될 수 있고, 안테나 장치(1000)는 동축케이블(430)을 통해 통신모듈(410) 및 기저대역 회로(420)에 전기적으로 연결될 수 있다.
통신모듈(410)은 디지털 신호처리를 수행하도록 휘발성 메모리(예를 들어, DRAM), 비-휘발성 메모리(예를 들어, ROM), 플래시 메모리 등의 메모리 칩, 중앙 프로세서(예를 들어, CPU), 그래픽 프로세서(예를 들어, GPU), 디지털 신호 프로세서, 암호화 프로세서, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 등의 어플리케이션프로세서 칩, 아날로그-디지털 컨버터, ASIC(application-specific IC) 등의 로직칩 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기저대역 회로(420)는 아날로그-디지털 변환, 아날로그 신호에 대한 증폭, 필터링 및 주파수 변환을 수행하여 베이스 신호를 생성할 수 있다. 기저대역 회로(420)로부터 입출력되는 베이스 신호는 케이블을 통해 안테나 장치로 전달될 수 있다. 예를 들어, 베이스 신호는 전기연결구조체와 코어 비아와 배선을 통해 IC로 전달될 수 있고, IC는 베이스 신호를 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 RF 신호로 변환할 수 있다.
도시하지는 않았지만, 각 안테나 장치(1000)는 복수 개의 안테나를 포함할 수 있고, 각 안테나 장치는 앞서 설명한 실시예들에 따른 안테나 장치들(100, 200)과 유사할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100, 200: 안테나 장치
101: 유전층
110, 120, 130: 안테나 패치
201, 301, 302: 그라운드층
21, 22: 피드 비아
21a: 급전 선로
400a, 400b, 400c: 그라운드 패턴
40a1, 40b1, 40c1: 커플링부

Claims (20)

  1. 유전층을 사이에 두고 중첩하는 그라운드층과 안테나 패치,
    상기 유전층의 적어도 일부를 관통하는 제1 피드 비아와 제2 피드 비아,
    상기 제1 피드 비아에 연결된 급전 선로, 그리고
    상기 급전 선로에 인접하고, 상기 급전 선로와 커플링되는 커플링 패턴을 포함하는 안테나 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 제1 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해 제1 주파수 대역의 신호를 송수신하고,
    상기 제2 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해 제2 주파수 대역의 신호를 송수신하고,
    상기 제1 주파수 대역의 중심 주파수는 상기 제2 주파수 대역의 중심 주파수보다 낮은 안테나 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 그라운드층과 이격된 제1 그라운드층을 더 포함하고,
    상기 커플링 패턴은 상기 제1 그라운드층과 연결되는 안테나 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 급전 선로와 상기 커플링 패턴의 커플링에 의한 공진 주파수는 상기 제2 주파수 대역과 정합되는 안테나 장치.
  5. 제4항에서,
    상기 급전 선로와 상기 커플링 패턴의 커플링에 의한 상기 공진 주파수는 상기 제1 주파수 대역의 하모닉 주파수인 안테나 장치.
  6. 제3항에서,
    상기 커플링 패턴은 상기 급전 선로의 끝단의 측면에 인접하여 배치되는 안테나 장치.
  7. 제3항에서,
    상기 커플링 패턴은 상기 급전 선로와 나란하도록 배치된 안테나 장치.
  8. 제1항에서,
    상기 그라운드층과 이격된 제1 그라운드층을 더 포함하고,
    상기 커플링 패턴은 상기 제1 그라운드층과 연결되는 안테나 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 제1 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해 제1 주파수 대역의 신호를 송수신하고,
    상기 제2 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해 제2 주파수 대역의 신호를 송수신하고,
    상기 급전 선로와 상기 커플링 패턴의 커플링에 의한 공진 주파수는 상기 제2 주파수 대역과 정합되는 안테나 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 급전 선로와 상기 커플링 패턴의 커플링에 의한 상기 공진 주파수는 상기 제1 주파수 대역의 하모닉 주파수인 안테나 장치.
  11. 제8항에서,
    상기 커플링 패턴은 상기 급전 선로의 끝단의 측면에 인접하여 배치되는 안테나 장치.
  12. 제8항에서,
    상기 커플링 패턴은 상기 급전 선로와 나란하도록 배치된 안테나 장치.
  13. 유전층을 사이에 두고 중첩하는 그라운드층과 안테나 패치,
    상기 유전층의 적어도 일부를 관통하는 제1 피드 비아와 제2 피드 비아, 그리고
    상기 제1 피드 비아의 측면에 위치하고, 상기 제1 피드 비아와 커플링되는 커플링 패턴을 포함하고,
    상기 제1 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해 제1 주파수 대역의 신호를 송수신하고,
    상기 제2 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해 제2 주파수 대역의 신호를 송수신하고,
    상기 제1 주파수 대역의 중심 주파수는 상기 제2 주파수 대역의 중심 주파수보다 낮은 안테나 장치.
  14. 제13항에서
    상기 커플링 패턴은 상기 그라운드층에 연결된 안테나 장치.
  15. 제14항에서,
    상기 급전 선로와 상기 커플링 패턴의 커플링에 의한 공진 주파수는 상기 제2 주파수 대역과 정합되는 안테나 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 급전 선로와 상기 커플링 패턴의 커플링에 의한 상기 공진 주파수는 상기 제1 주파수 대역의 하모닉 주파수인 안테나 장치.
  17. 제14항에서,
    상기 그라운드층을 기준으로 상기 제1 피드 비아의 높이는 상기 커플링 패턴의 높이보다 큰 안테나 장치.
  18. 제13항에서,
    상기 급전 선로와 상기 커플링 패턴의 커플링에 의한 공진 주파수는 상기 제2 주파수 대역과 정합되는 안테나 장치.
  19. 제18항에서,
    상기 급전 선로와 상기 커플링 패턴의 커플링에 의한 상기 공진 주파수는 상기 제1 주파수 대역의 하모닉 주파수인 안테나 장치.
  20. 제13항에서,
    상기 그라운드층을 기준으로 상기 제1 피드 비아의 높이는 상기 커플링 패턴의 높이보다 큰 안테나 장치.
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