KR20220036602A

KR20220036602A - 안테나 장치

Info

Publication number: KR20220036602A
Application number: KR1020200119014A
Authority: KR
Inventors: 임대기; 허영식; 박주형; 류정기; 한명우; 이원철
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2020-09-16
Filing date: 2020-09-16
Publication date: 2022-03-23
Also published as: CN114267937A; US20220085506A1; US11605892B2

Abstract

실시예에 따른 안테나 장치는 제1 방향으로 뻗은 제1 가장자리와 제2 방향으로 뻗은 제2 가장자리를 포함하는 유전층, 제3 방향을 따라 상기 유전층의 적어도 일부분을 관통하고, 상기 제2 가장자리에 인접하여 배치되는 제1 피드 비아, 상기 제3 방향을 따라 상기 유전층의 적어도 일부분을 관통하고, 상기 제1 가장자리에 인접하여 배치되는 제2 피드 비아, 상기 제2 피드 비아에 연결된 피드 패턴, 상기 제3 방향을 따라 상기 제2 피드 비아 및 상기 피드 패턴 위에 위치하고, 상기 제1 피드 비아, 상기 제2 피드 비아 및 상기 피드 패턴과 커플링되는 안테나 패치를 포함하고, 상기 제1 가장자리의 길이는 상기 제2 가장자리의 길이보다 길고, 상기 안테나 패치는 상기 제1 피드 비아와 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향과 나란한 방향으로 중첩하고, 상기 안테나 패치는 상기 제3 방향과 나란한 방향으로 상기 피드 패턴과 중첩할 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.

한편, 휴대용 전자 장치가 발전함에 따라, 전자 장치의 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 좁은 영역에 배치될 수 있고, 안테나 성능을 높일 수 있는 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.

상기 안테나 장치는 상기 제3 방향을 따라, 상기 유전층 아래에 위치하는 그라운드 플레인을 더 포함할 수 있고, 상기 그라운드 플레인을 기준으로, 제3 방향으로 측정한 상기 제1 피드 비아의 높이는 상기 제2 피드 비아 및 상기 피드 패턴의 높이보다 높을 수 있다.

상기 안테나 패치는 홀을 가질 수 있고, 상기 제1 피드 비아는 상기 홀 내에서 상기 안테나 패치와 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향과 나란한 상기 방향으로 중첩할 수 있다.

상기 피드 패턴은 상기 제2 피드 비아에 연결되어 상기 제1 방향과 나란한 방향으로 뻗는 제1 부분 및 상기 제1 부분으로부터 상기 제2 방향과 나란한 방향으로 뻗는 제2 부분을 포함할 수 있다.

상기 제1 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해, 제1 편파 신호를 송수신할 수 있고, 상기 제2 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해, 제2 편파 신호를 송수신할 수 있다.

상기 제1 편파 신호는 수평 편파 신호일 수 있고, 상기 제2 편파 신호는 수직 편파 신호일 수 있다.

상기 안테나 패치는 제3 방향을 따라 순서대로 위치하는 제1 안테나 패치와 제2 안테나 패치를 포함할 수 있고, 상기 제2 안테나 패치의 평면적은 상기 제1 안테나 패치의 평면적보다 클 수 있다.

상기 유전층은 상기 그라운드 플레인으로부터 상기 제3 방향을 따라 순서대로 위치하는 제1 층, 제2 층, 제3 층, 제4 층을 포함할 수 있고, 상기 제1 피드 비아는 상기 제1 층과 상기 제2 층을 관통할 수 있고, 상기 제2 피드 비아는 상기 제1 층을 관통할 수 있고, 상기 피드 패턴은 상기 제1 층 위에 위치할 수 있다.

상기 제1 안테나 패치는 상기 제2 층 위에 위치할 수 있고, 상기 제3 층은 상기 제1 안테나 패치와 상기 제2 안테나 패치 사이에 위치할 수 있고, 상기 제3 층은 상기 제1 층 및 상기 제2 층보다 유전율이 작을 수 있고, 상기 제3 층은 공동을 가질 수 있다.

실시예에 따른 안테나 장치는 제1 방향을 따라 서로 이격되어 있는 제1 유전층과 제2 유전층, 제3 방향을 따라 상기 제1 유전층 위에 위치하는 제1 안테나 패치, 상기 제3 방향을 따라 상기 제2 유전층 위에 위치하는 제2 안테나 패치, 상기 제1 안테나 패치와 커플링되는 제1 피드 비아 및 제2 피드 비아, 상기 제1 안테나 패치와 커플링되고 상기 제2 피드 비아로부터 확장된 피드 패턴, 그리고 상기 제2 안테나 패치와 커플링되는 제3 피드 비아 및 제4 피드 비아를 포함하고, 상기 제1 안테나 패치에 인가되는 전기 신호에 의해, 제1 주파수 대역의 신호를 송수신하고, 상기 제2 안테나 패치에 인가되는 전기 신호에 의해, 상기 제1 주파수 대역과 다른 제2 주파수 대역의 신호를 송수신할 수 있다.

상기 제1 주파수 대역의 중심 주파수는 상기 제2 주파수 대역의 중심 주파수보다 낮을 수 있다.

실시예에 따른 안테나 장치는 제1 방향을 따라 서로 이격되어 있는 제1 유전층과 제2 유전층, 제3 방향을 따라 상기 제1 유전층 위에 위치하는 제1 안테나 패치, 상기 제3 방향을 따라 상기 제2 유전층 위에 위치하는 제2 안테나 패치, 상기 제1 안테나 패치와 커플링되는 제1 피드 비아 및 제2 피드 비아, 상기 제2 안테나 패치와 커플링되는 제3 피드 비아 및 제4 피드 비아를 포함하고, 상기 제1 안테나 패치에 인가되는 전기 신호에 의해, 제1 주파수 대역의 신호를 송수신하고, 상기 제2 안테나 패치에 인가되는 전기 신호에 의해, 상기 제1 주파수 대역과 다른 제2 주파수 대역의 신호를 송수신하고, 상기 제1 안테나 패치는 상기 제1 피드 비아로부터 제1 급전 방식으로 급전되고, 상기 제2 피드 비아로부터 상기 제1 급전 방식과 다른 제2 방식으로 급전되고, 상기 제2 안테나 패치는 상기 제3 피드 비아로부터 제3 방식으로 급전되고, 상기 제4 피드 비아로부터 상기 제3 방식으로 급전될 수 있다.

상기 제1 방식은 용량 결합 급전 방식이고, 상기 제2 방식은 L-프로브 커플링 급전 방식일 수 있다.

실시예들에 따른 안테나 장치는 좁은 영역에 배치될 수 있고, 성능을 높일 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 한 실시예에 따른 안테나 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1의 안테나 장치의 일부를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 안테나 장치의 일부를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 안테나 장치의 단면도이다.
도 5는 한 실시예에 따른 안테나 장치의 사시도이다.
도 6은 한 실시예에 따른 안테나 장치의 단면도이다.
도 7은 다른 한 실시예에 따른 안테나의 단면도이다.
도 8은 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 사시도이다.
도 9는 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 평면도이다.
도 10은 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 사시도이다.
도 11은 한 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 전자 기기를 도시한 간략도이다.
도 12a 및 도 12b는 한 실험예의 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13a 및 도 13b는 한 실험예의 결과를 나타낸 그래프이다.

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.

또한, 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 1과 도 2를 참고하여, 한 실시예에 따른 안테나 장치(1000)에 대하여 설명한다. 도 1은 한 실시예에 따른 안테나 장치의 평면도이고, 도 2는 도 1의 안테나 장치의 일부를 도시한 사시도이다.

먼저, 도 1을 참고하면, 한 실시예에 따른 안테나 장치(1000)는 제1 방향(DR1)을 따라 일렬 배치된 복수의 안테나(100)를 포함한다.

각 안테나(100)는 그라운드 플레인(201) 위에 위치하는 유전층(110)과 유전층(110)과 중첩하는 안테나 패치(120)를 포함한다. 각 안테나(100)는 안테나 패치(120)에 전기 신호를 전달하는 제1 피드 비아(feed via)(130a)와 제2 피드 비아(130b)를 포함한다.

안테나 장치(1000)는 제1 방향(DR1)과 나란한 방향으로 제1 길이(Lx)를 가지고, 제1 방향(DR1)과 직각을 이루는 제2 방향(DR2)과 나란한 방향으로 제2 길이(Ly)를 가질 수 있고, 제1 길이(Lx)는 제2 길이(Ly)보다 길 수 있다.

안테나 장치(1000)에 포함되는 각 안테나(100)의 유전층(110)은 제1 방향(DR1)과 나란한 제1 가장자리와 제2 방향(DR2)과 나란한 제2 가장자리를 포함하고, 제1 방향(DR1)과 나란한 제1 가장자리는 제3 길이(Lx1)를 가지고, 제2 방향(DR2)과 나란한 제2 가장자리는 제4 길이(Ly1)를 가질 수 있다. 각 안테나(100)의 유전층(110)의 제4 길이(Ly1)는 제3 길이(Lx1) 보다 작을 수 있다.

안테나 장치(1000)는 전자 장치에 장착되고, 전자 장치의 베젤의 크기가 감소하면서, 안테나 장치(1000)는 전자 장치의 전면이 아닌 베젤의 측면에 장착된다. 전자 장치의 두께가 얇아짐에 따라, 안테나 장치(1000)가 장착되는 베젤의 측면의 두께도 얇아지게 되고, 이에 따라, 안테나 장치(1000)의 제2 길이(Ly)가 감소하게 된다. 또한, 안테나 장치(1000)에 포함된 안테나(100)의 제4 길이(Ly1)도 감소하게 된다.

실시예에 따른 안테나 장치(1000)는 제1 방향(DR1)으로 일렬 배치되는 복수의 안테나(100)를 포함함으로써, 안테나 장치(1000)에 포함되는 안테나(100)의 개수 대비 안테나 장치(1000)의 크기는 작아질 수 있고, 안테나 장치(1000)의 크기 대비 안테나 성능은 향상될 수 있다.

한편, 안테나 장치(1000)에 포함되는 안테나(100)는 제1 피드 비아(130a)에 의해 인가된 전기 신호를 통해 제1 편파(polarization)의 RF 신호를 송수신할 수 있고, 제2 피드 비아(130b)에 의해 인가된 전기 신호를 통해 제2 편파의 RF 신호를 송수신할 수 있다. 제1 피드 비아(130a)는 안테나(100)의 유전층(110)의 가장자리 중 제2 방향(DR2)과 나란한 가장자리에 인접하여 배치되고, 제2 피드 비아(130b)는 안테나(100)의 유전층(110)의 가장자리 중 제1 방향(DR1)과 나란한 가장자리에 인접하여 배치될 수 있다.

예를 들어, 제1 편파의 RF 신호는 수평 편파(horizontal polarization)일 수 있고, 제2 편파 RF 신호는 수직 편파(vertical polarization)일 수 있다.

도 2를 참고하면, 제1 피드 비아(130a)와 제2 피드 비아(130b)는 그라운드 플레인(201)의 제1 관통홀(11)과 제2 관통홀(12)을 통해 그라운드 플레인(201)의 하면으로 확장되어 그라운드 플레인(201)의 하부에 위치하는 전자 소자로부터 전기 신호를 인가 받을 수 있다. 제1 피드 비아(130a)는 제3 방향(DR3)으로 유전층(110)을 관통하여 제1 피드 비아(130a)의 상면은 안테나 패치(120)에 형성된 홀(121) 내에 삽입될 수 있고, 제3 방향(DR3)을 기준으로 제2 피드 비아(130b)는 안테나 패치(120)의 아래에 위치할 수 있다. 제2 피드 비아(130b)는 제2 피드 비아(130b)로부터 확장된 피드 패턴(140)에 전기 신호를 인가할 수 있다.

안테나 패치(120)는 제1 피드 비아(130a)와 안테나 패치(120)의 홀(121)의 가장자리의 측면으로 이격되어 제1 피드 비아(130a)와 커플링을 이룸으로써, 제1 피드 비아(130a)의 전기 신호를 인가 받을 수 있다. 제1 피드 비아(130a) 이격되어 커플링되어 급전하는 방식을 용량 결합 급전(Capacitive coupled feed) 방식이라고 한다.

또한 안테나 패치(120)는 제2 피드 비아(130b)로부터 확장된 피드 패턴(140)과 제3 방향(DR3)을 따라 상하 중첩하여, 제2 피드 비아(130b) 및 피드 패턴(140)과 커플링을 이룸으로써, 제2 피드 비아(130b)의 전기 신호를 인가 받을 수 있다. 피드 패턴(140)을 이용하여 급전하는 방식을 L-프로브 커플링 급전(L-Probe Coupled feed) 방식이라고 한다.

제1 피드 비아(130a)를 통해 전달된 전기 신호는 안테나 패치(120)의 홀(121)의 가장자리를 경로로 하여 안테나 패치(120)에 전달된다.

제2 피드 비아(130b)를 통해 전달된 전기 신호는 안테나 패치(120)와 중첩하는 피드 패턴(140)의 형태에 따라 패치 안테나 패턴(120)에 원하는 임피던스를 제공할 수 있고, 피드 패턴(140)의 길이 및 형태에 따른 인덕턴스에 대응되는 추가 공진 주파수를 제공할 수 있어, 더욱 넓은 대역폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 피드 패턴(140)은 제2 피드 비아(130b)에 연결되어 제1 방향(DR1)과 나란한 방향으로 뻗는 제1 부분(140a), 제1 부분(140a)으로부터 제2 방향(DR2)과 나란한 방향으로 뻗는 제2 부분(140b), 제2 부분(140b)으로부터 다시 제1 방향(DR1)과 나란한 방향으로, 제1 부분(140a)과 나란하게 뻗는 제3 부분(140c)을 포함함으로써, 제1 부분(140a)의 길이, 제2 부분(140b)의 길이, 제3 부분(140c)의 길이를 조절하여, 추가 공진 주파수의 범위를 조절할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 안테나 장치(1000)가 장착되는 전자 장치의 두께가 얇아짐에 따라, 안테나 장치(1000)에 포함된 안테나(100)의 제4 길이(Ly1)도 감소하게 된다. 이에 의해 안테나(100)의 제2 편파의 RF 신호가 전파되는 방향과 나란한 안테나(100)의 제4 길이(Ly1)가 짧아지게 되고, 이에 의해 안테나(100)의 제2 편파의 RF 신호의 대역폭이 좁아질 수 있다.

그러나, 실시예에 따른 안테나 장치(1000)에 따르면, 안테나 패치(120)의 홀(121) 내에 삽입되어 안테나 패치(120)와 커플링을 이루는 제1 피드 비아(130a)를 통해 제1 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호를 전달 받지만, 안테나 패치(120)의 아래에 위치하고 안테나 패치(120)와 중첩하는 제2 피드 비아(130b) 및 피드 패턴(140)과 커플링되어 제2 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호를 전달 받는다. 따라서, 안테나(100)의 유전층(110)이 상대적으로 짧은 제4 길이(Ly1)를 가지는 방향으로 전파되는 안테나(100)의 제2 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호는 제2 피드 비아(130b)에 연결된 피드 패턴(140)에 의해 전달되고, 안테나 패치(120)와 중첩하는 피드 패턴(140)의 인덕턴스에 대응되는 추가 공진 주파수를 제공 받을 수 있는 바, 제2 편파의 RF 신호의 대역폭이 감소하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제1 피드 비아(130a)의 높이보다 제2 피드 비아(130b) 및 피드 패턴(140)의 높이가 낮고, 이에 의해 제1 피드 비아(130a)와 제2 피드 비아(130b) 및 피드 패턴(140) 사이의 격리도가 증가할 수 있다.

도 1과 함께 도 3 및 도 4를 참고하여, 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 안테나(100)의 구조의 다른 한 예에 대하여 설명한다. 도 3은 도 1의 안테나 장치의 일부를 도시한 사시도이고, 도 4는 도 3의 안테나 장치의 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참고하면, 본 실시예에 따른 안테나(100)는 앞서 도 1 및 도 2를 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나(100)와 유사하다. 동일한 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

안테나(100)는 유전층(110)과 안테나 패치(120), 그리고 제1 피드 비아(130a) 및 제2 피드 비아(130b)를 포함한다. 안테나(100) 아래에 그라운드 플레인(201)과 복수의 금속층(202, 203)을 포함하는 연결 기판(20)이 위치할 수 있고, 안테나(100)와 연결 기판(20)은 연결부(50)를 통해 연결될 수 있다. 연결부(50)는 솔더볼(solder ball), 핀(pin), 랜드(land), 패드(pad)와 같은 구조를 가질 수 있다. 도시하지는 않았지만, 연결 기판(20) 아래에 전자 소자(도시하지 않음)가 위치할 수 있고, 제1 피드 비아(130a)와 제2 피드 비아(130b)는 연결 기판(20) 아래에 위치하는 전자 소자로부터 전기 신호를 인가 받을 수 있다.

제1 피드 비아(130a)는 제3 방향(DR3)으로 유전층(110)을 관통하여 제1 피드 비아(130a)의 상면은 안테나 패치(120)에 형성된 홀(121) 내에 삽입될 수 있고, 제3 방향(DR3)을 기준으로 제2 피드 비아(130b)는 안테나 패치(120)의 아래에 위치할 수 있다. 제2 피드 비아(130b)는 제2 피드 비아(130b)로부터 확장된 피드 패턴(140)에 전기 신호를 인가할 수 있다.

안테나 패치(120)는 제1 피드 비아(130a)와 안테나 패치(120)의 홀(121)의 가장자리의 측면으로 이격되어 제1 피드 비아(130a)와 커플링을 이룸으로써, 제1 피드 비아(130a)로부터 용량 결합 급전(Capacitive coupled feed) 방식으로 급전될 수 있다.

또한, 안테나 패치(120)는 제2 피드 비아(130b)로부터 확장된 피드 패턴(140)과 제3 방향(DR3)을 따라 상하 중첩하여, 제2 피드 비아(130b) 및 피드 패턴(140)과 커플링을 이룸으로써, 제2 피드 비아(130b)로부터 L-프로브 커플링 급전(L-Probe Coupled feed) 방식으로 급전될 수 있다.

앞서 도 1을 참고로 설명한 바와 같이, 안테나(100)의 유전층(110)은 제1 방향(DR1)과 나란한 제1 가장자리와 제2 방향(DR2)과 나란한 제2 가장자리를 포함하고, 제1 방향(DR1)과 나란한 제1 가장자리는 제3 길이(Lx1)를 가지고, 제2 방향(DR2)과 나란한 제2 가장자리는 제4 길이(Ly1)를 가질 수 있다. 각 안테나(100)의 유전층(110)의 제4 길이(Ly1)는 제3 길이(Lx1) 보다 작을 수 있다.

실시예에 따른 안테나 장치(1000)의 안테나(100)에 따르면, 안테나 패치(120)의 홀(121) 내에 삽입되어 안테나 패치(120)와 커플링을 이루는 제1 피드 비아(130a)를 통해 제1 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호를 전달 받지만, 안테나 패치(120)의 아래에 위치하고 안테나 패치(120)와 중첩하는 제2 피드 비아(130b) 및 피드 패턴(140)과 커플링되어 제2 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호를 전달 받는다. 따라서, 안테나(100)의 유전층(110)이 상대적으로 짧은 제4 길이(Ly1)를 가지는 방향으로 전파되는 안테나(100)의 제2 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호는 제2 피드 비아(130b)에 연결된 피드 패턴(140)에 의해 전달되고, 안테나 패치(120)와 중첩하는 피드 패턴(140)의 인덕턴스에 대응되는 추가 공진 주파수를 제공 받을 수 있는 바, 제2 편파의 RF 신호의 대역폭이 감소하는 것을 방지할 수 있다.

그러면, 도 1 및 도 2와 함께, 도 5 및 도 6을 참고하여, 한 실시예에 따른 안테나 장치(1000)의 안테나(100)의 구조의 한 예에 대하여 설명한다. 도 5는 한 실시예에 따른 안테나 장치의 사시도이고, 도 6은 한 실시예에 따른 안테나 장치의 단면도이다.

도 5 및 도 6을 참고하면, 한 실시예에 따른 안테나 장치(1000)의 안테나(100)는 복수의 층들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)을 포함하는 유전층(110)과 제1 서브 안테나 패치(120a), 제2 서브 안테나 패치(120b), 제3 서브 안테나 패치(120c)를 포함하는 안테나 패치(120), 제1 피드 비아(130a), 제2 피드 비아(130b), 제2 피드 비아(130b)에 연결된 피드 패턴(140), 제1 피드 비아(130a) 및 제2 피드 비아(130b) 주변에 위치하는 복수의 차폐 비아들(21)을 포함한다.

안테나(100)의 아래에는 그라운드 플레인(201)과 복수의 금속층(202, 203)을 포함하는 연결 기판(20)이 위치하고, 안테나(100)는 연결부(50)를 통해 연결 기판(20)과 연결될 수 있다. 안테나(100)의 제1 피드 비아(130a)와 제2 피드 비아(130b)는 연결 기판(20) 아래에 위치하는 전자 소자(도시하지 않음)로부터 전기 신호를 인가 받을 수 있다.

유전층(110)은 제3 방향(DR3)을 따라 순서대로 위치하는 제1 층(110a), 제2 층(110b), 제3 층(110c), 제4 층(110d), 제5 층(110e), 제6 층(110f)을 포함할 수 있다.

제1 층(110a) 내지 제6 층(110f)의 유전율은 다를 수 있다. 제1 층(110a), 제2 층(110b), 제4 층(110d), 제6 층(110f)의 유전율은 제3 층(110c)과 제4 층(110d)의 유전율보다 클 수 있다. 예를 들어, 제1 층(110a), 제2 층(110b), 제4 층(110d), 그리고 제6 층(110f)은 저온 동시 소성 세라믹(Low temperature co-fired ceramic, LTCC)과 같은 세라믹 계열의 물질이나 글래스(glass) 계열의 물질과 같이 상대적으로 높은 유전율을 가지는 물질을 포함할 수 있고, 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 및 티타늄(Ti) 중 적어도 하나를 더 함유할 수 있다. 예를 들어, 제3 층(110c)과 제5 층(110e)은 폴리머(polymer)를 포함할 수 있고, LCP(Liquid Crystal Polymer)나 폴리이미드와 같이 높은 유연성을 가지는 물질을 포함하거나, 높은 강도나 높은 접착성을 가지는 에폭시(epoxy) 수지를 포함하거나, 테플론(Teflon), 프리프레그(prepreg)를 포함할 수 있다. 제3 층(110c)과 제5 층(110e)은 접착력을 가질 수 있다.

제1 층(110a) 내지 제6 층(110f)의 두께는 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 층(110b)의 두께가 가장 클 수 있고, 제5 층(110e)의 두께가 가장 작을 수 있다.

제3 층(110c)은 중심에 형성된 공동(air cavity)(11)을 가질 수 있다. 공동(31)에는 공기가 채워질 수 있고, 이에 의해 제3 층(110c)의 유전율은 작아질 수 있다. 제3 층(110c)의 공동(31)에 의해 서로 다른 유전율을 가지는 제3 층(110c)과 제2 층(110b) 및 제4 층(110d) 사이의 경계부의 길이가 더 커질 수 있다. 이처럼, 유전층(110)이 서로 다른 유전율을 가지는 복수의 층을 포함하고 상대적으로 높은 유전율을 가지는 제2 층(110a2)이 공동(31)을 가짐으로써, 유전율이 서로 다른 층들 사이의 유전율 경계면이 생기고, 이러한 유전율 경계면에 의해 안테나의 방사 패턴이 변화될 수 있다. 이처럼, 유전층(110) 내의 유전율 경계면을 조절하여 안테나의 방사 패턴을 변화시켜 안테나의 이득을 크게 할 수 있다.

안테나 패치(120)는 유전층(110)의 제2 층(110b) 위에 위치하는 제1 서브 안테나 패치(120a), 유전층(110)의 제3 층(110c) 위에 위치하는 제2 서브 안테나 패치(120b), 그리고 유전층(110)의 제6 층(110f) 위에 위치하는 제3 서브 안테나 패치(120c)를 포함할 수 있다. 제1 서브 안테나 패치(120a)는 홀(121)을 가질 수 있다.

제1 피드 비아(130a)는 제3 방향(DR3)으로 제1 층(110a) 및 제2 층(110b)을 관통하여, 제1 피드 비아(130a)의 상면은 제2 층(110b) 위에 위치하는 제1 서브 안테나 패치(120a)의 홀(121) 안에 위치할 수 있다.

제2 피드 비아(130b)는 제3 방향(DR3)으로 제1 층(110a)을 관통하여, 제1 층(110a) 위에 위치하는 피드 패턴(140)과 연결된다. 피드 패턴(140)은 제2 피드 비아(130b)에 연결되어 제1 방향(DR1)과 나란한 방향으로 뻗는 제1 부분(140a), 제1 부분(140a)으로부터 제2 방향(DR2)과 나란한 방향으로 뻗는 제2 부분(140b), 제2 부분(140b)으로부터 다시 제1 방향(DR1)과 나란한 방향으로 뻗는 제3 부분(140c)을 포함한다. 제2 피드 비아(130b)와 피드 패턴(140)은 안테나 패치(120) 아래에 위치한다.

안테나(100)는 제1 피드 비아(130a)에 의해 인가된 전기 신호를 통해 제1 편파(polarization)의 RF 신호를 송수신할 수 있고, 제2 피드 비아(130b)에 의해 인가된 전기 신호를 통해 제2 편파의 RF 신호를 송수신할 수 있다.

제1 서브 안테나 패치(120a)는 제1 피드 비아(130a)와 안테나 패치(120)의 홀(121)의 가장자리의 측면으로 이격되어 제1 피드 비아(130a)와 커플링을 이룸으로써, 제1 피드 비아(130a)의 전기 신호를 인가 받을 수 있다. 또한 제1 서브 안테나 패치(120a)는 제2 피드 비아(130b)로부터 확장된 피드 패턴(140)과 제3 방향(DR3)을 따라 상하 중첩하여, 제2 피드 비아(130b) 및 피드 패턴(140)과 커플링을 이룸으로써, 제2 피드 비아(130b)의 전기 신호를 인가 받을 수 있다.

제1 피드 비아(130a)를 통해 전달된 전기 신호는 제1 서브 안테나 패치(120a)의 홀(121)의 가장자리를 경로로 제1 피드 비아(130a)와 제1 서브 안테나 패치(120a)의 커플링에 의해 안테나 패치(120)에 전달된다.

제2 피드 비아(130b)를 통해 전달된 전기 신호는 제1 서브 안테나 패치(120a)와 중첩하는 피드 패턴(140)과 제1 서브 안테나 패치(120a) 사이의 커플링에 의해 안테나 패치(120)에 전달된다.

제1 피드 비아(130a)와 제2 피드 비아(130b)에 전기 신호가 인가되면 제1 서브 안테나 패치(120a) 내지 제3 서브 안테나 패치(120b)는 RF 신호를 송수신할 수 있다.

안테나의 안테나 패치의 면적은 안테나의 공진 주파수에 영향을 줄 수 있고, 상대적으로 평면적이 좁은 안테나 패치를 포함하는 안테나의 공진 주파수가 높을 수 있다. 제2 서브 안테나 패치(120b)의 평면적은 제1 서브 안테나 패치(120a)의 평면적보다 작고, 제2 서브 안테나 패치(120b)는 제1 서브 안테나 패치(120a)의 공진 주파수보다 더 큰 공진 주파수를 가질 수 있다.

또한, 제3 서브 안테나 패치(120c)는 제2 서브 안테나 패치(120b)와 커플링되어, 제2 서브 안테나 패치(120b)에 추가적인 임피던스를 제공하여, 안테나(100)의 대역폭을 넓힐 수 있다.

안테나(100)는 제1 피드 비아(130a)에 의해 인가된 전기 신호를 통해 제1 편파(polarization)의 RF 신호를 송수신할 수 있고, 제2 피드 비아(130b)에 의해 인가된 전기 신호를 통해 제2 편파의 RF 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 제1 편파의 RF 신호는 수평 편파(horizontal polarization)일 수 있고, 제2 편파 RF 신호는 수직 편파(vertical polarization)일 수 있다.

제1 피드 비아(130a)를 통해 전송되는 제1 편파의 RF 신호에 대응하여 안테나 패치(120)에 흐르는 제1 표면 전류와 제2 피드 비아(130b)를 통해 제2 편파의 RF 신호에 대응하여 안테나 패치(120)에 흐르는 제2 표면 전류는 안테나 패치(120)에서 서로 직교할 수 있다. 이에 의해 제1 편파의 RF 신호에 대응하는 전계 및 자계는 제2 편파 RF 신호에 대응하는 전계 및 자계와 직교할 수 있고, 제1 편파의 RF 신호와 제2 편파 RF 신호는 편파(polarized wave)를 이룰 수 있다.

안테나(100)는 안테나 패치(120)의 홀(121) 내에 삽입되어 안테나 패치(120)와 커플링을 이루는 제1 피드 비아(130a)를 통해 제1 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호를 전달 받고, 안테나 패치(120)의 아래에 위치하고 안테나 패치(120)와 중첩하는 제2 피드 비아(130b) 및 피드 패턴(140)과 커플링되어 제2 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호를 전달 받는다. 따라서, 안테나(100)의 유전층(110)이 상대적으로 짧은 제4 길이(Ly1)를 가지는 방향으로 전파되는 안테나(100)의 제2 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호는 제2 피드 비아(130b)에 연결된 피드 패턴(140)에 의해 전달되고, 안테나(100)는 안테나 패치(120)와 중첩하는 피드 패턴(140)의 인덕턴스에 대응되는 추가 공진 주파수를 제공 받을 수 있는 바, 제2 편파의 RF 신호의 대역폭이 감소하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 제1 피드 비아(130a)의 높이보다 제2 피드 비아(130b) 및 피드 패턴(140)의 높이가 낮고, 이에 의해 제1 피드 비아(130a)와 제2 피드 비아(130b) 및 피드 패턴(140) 사이의 격리도가 증가할 수 있다.

안테나(100)는 유전층(110)의 제2 층(110b), 제3 층(110c), 제4 층(110d), 제5 층(110e) 위에 위치하고, 복수의 더미 패턴(150)은 안테나 패치(120)와 유전층(110) 사이의 공간을 채워, 안테나 패치(120)가 유전층(110) 위에서 형태 변화 없이 잘 유지되도록 도와준다. 제1 피드 비아(130a)와 제2 피드 비아(130b) 주면에 위치하는 복수의 차폐 비아들(21)은 제1 피드 비아(130a)와 제2 피드 비아(130b)를 통해 전달되는 전류가 주변의 유전체층을 통해 손실되지 않고 안테나 패치(120)에 중점적으로 급전될 수 있도록 도와줄 수 있다.

그러면, 도 5와 함께 도 7을 참고하여, 다른 한 실시예에 따른 안테나(200)에 대하여 설명한다. 도 7은 다른 한 실시예에 따른 안테나의 단면도이다.

도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 안테나(200)는 앞서 도 6을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나(100a)와 유사하다. 동일한 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 안테나(200)는 복수의 층들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)을 포함하는 유전층(110)과 제1 서브 안테나 패치(120a), 제2 서브 안테나 패치(120b), 제3 서브 안테나 패치(120c)를 포함하는 안테나 패치(120), 제1 피드 비아(130a), 제2 피드 비아(130b), 제2 피드 비아(130b)에 연결된 피드 패턴(140), 제1 피드 비아(130a) 및 제2 피드 비아(130b) 주변에 위치하는 복수의 차폐 비아들(21)을 포함한다

안테나(200)의 아래에는 그라운드 플레인(201)과 복수의 금속층(202, 203)을 포함하는 연결 기판(20)이 위치하고, 안테나(200)는 연결 기판(20) 아래에 위치하는 전자 소자(도시하지 않음)로부터 전기 신호를 인가 받을 수 있다.

그러나, 본 실시예에 따른 안테나(200)는 도 6을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나(100)와 다르게, 유전층(110)의 제3 층(110c)에 공동(31)이 없다. 이처럼, 제3 층(110c)에 공동(31)을 형성하지 않음으로써, 안테나(100a)의 제조 방법이 단순해질 수 있어, 제조 비용을 줄일 수 있다.

앞서 도 1 및 도 2, 도 3 및 도 4, 도 5 및 도 6을 참고로 설명한 바와 유사하게, 안테나(200)는 안테나 패치(120)의 홀(121) 내에 삽입되어 안테나 패치(120)와 커플링을 이루는 제1 피드 비아(130a)를 통해 제1 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호를 전달 받고, 안테나 패치(120)의 아래에 위치하고 안테나 패치(120)와 중첩하는 제2 피드 비아(130b) 및 피드 패턴(140)과 커플링되어 제2 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호를 전달 받는다. 따라서, 안테나(200)의 유전층(110)이 상대적으로 짧은 제4 길이(Ly1)를 가지는 방향으로 전파되는 안테나(200)의 제2 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호는 제2 피드 비아(130b)에 연결된 피드 패턴(140)에 의해 전달되고, 안테나 패치(120)와 중첩하는 피드 패턴(140)의 인덕턴스에 대응되는 추가 공진 주파수를 제공 받을 수 있는 바, 제2 편파의 RF 신호의 대역폭이 감소하는 것을 방지할 수 있다.

그러면, 도 8 및 도 9를 참고하여, 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치(2000)에 대하여 설명한다. 도 8은 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 사시도이고, 도 9는 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 평면도이다.

도 8 및 도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 안테나 장치(2000)는 복수 개의 제1 안테나(100a)와 복수 개의 제2 안테나(100b)를 포함한다. 제1 안테나(100a)와 제2 안테나(100b)는 짝을 이뤄 제1 방향(DR1)을 따라 한 쌍씩 배치될 수 있다.

제1 안테나(100a)는 제1 대역폭의 RF 신호를 송수신할 수 있고, 제2 안테나(100b)는 제1 대역폭과 다른 제2 대역폭의 RF 신호를 송수신할 수 있다. 제1 대역폭의 중심 주파수는 제2 대역폭의 중심 주파수보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나(100a)는 제1 대역폭의 중심 주파수는 약 24GHz 또는 약 28GHz일 수 있고, 제2 안테나(100b)의 제2 대역폭의 중심 주파수는 약 39GHz일 수 있다.

안테나 장치(2000)는 제1 방향(DR1)과 나란한 방향으로 제1 길이(Lx)를 가지고, 제1 방향(DR1)과 직각을 이루는 제2 방향(DR2)과 나란한 방향으로 제2 길이(Ly)를 가질 수 있고, 제1 길이(Lx)는 제2 길이(Ly)보다 길 수 있다.

안테나 장치(2000)의 제1 안테나(100a)의 유전층(110)은 제1 방향(DR1)과 나란한 방향으로 제3 길이(Lx1)를 가지고, 제2 방향(DR2)과 나란한 방향으로 제4 길이(Ly1)를 가질 수 있다. 제4 길이(Ly1)는 제3 길이(Lx1) 보다 작을 수 있다.

안테나 장치(2000)의 제2 안테나(100b)의 유전층(110-1)은 제1 방향(DR1)과 나란한 방향으로 제5 길이(Lx2)를 가지고, 제2 방향(DR2)과 나란한 방향으로 제6 길이(Ly2)를 가질 수 있다. 제5 길이(Lx2)와 제6 길이(Ly2)는 거의 같을 수 있다.

안테나 장치(2000)는 전자 장치에 장착되고, 전자 장치의 베젤의 크기가 감소하면서, 안테나 장치(2000)는 전자 장치의 전면이 아닌 베젤의 측면에 장착된다. 전자 장치의 두께가 얇아짐에 따라, 안테나 장치(2000)가 장착되는 베젤의 측면의 두께도 얇아지게 되고, 이에 따라, 안테나 장치(2000)의 제2 길이(Ly)가 감소하게 된다. 또한, 안테나 장치(2000)에 포함된 제1 안테나(100a)의 제4 길이(Ly1)도 감소하게 된다. 그러나, 안테나 장치(2000)에 포함된 제2 안테나(100b)의 제6 길이(Ly2)는 제2 길이(Ly)보다 작기 때문에, 제5 길이(Lx2)와 거의 같도록 형성할 수 있다.

그러면, 도 10을 참고하여, 도 8 및 도 9에 도시한 실시예에 따른 안테나 장치(2000)의 제1 안테나(100a)와 제2 안테나(100b)의 구조에 대하여 설명한다. 도 10은 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 사시도이다.

도 10을 참고하면, 안테나 장치(2000)의 제1 안테나(100a)의 구조는 앞서 설명한 실시예들에 따른 안테나들(100, 200)과 유사하다.

제1 안테나(100a)는 복수의 층들(110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f)을 포함하는 유전층(110)과 제1 서브 안테나 패치(120a), 제2 서브 안테나 패치(120b), 제3 서브 안테나 패치(120c)를 포함하는 안테나 패치(120), 제1 피드 비아(130a), 제2 피드 비아(130b), 제2 피드 비아(130b)에 연결된 피드 패턴(140), 제1 피드 비아(130a) 및 제2 피드 비아(130b) 주변에 위치하는 복수의 차폐 비아들(21)을 포함한다.

제2 안테나(100b)는 복수의 층들(110a1, 110b1, 110c1, 110d1, 110e1)을 포함하는 제1 유전층(110-1)과 제4 서브 안테나 패치(120a1), 제5 서브 안테나 패치(120b1) 제6 서브 안테나 패치(120c1), 제7 서브 안테나 패치(120d1)를 포함하는 제1 안테나 패치(120-1), 제3 피드 비아(130a1), 제4 피드 비아(130b1), 제3 피드 비아(130a1), 제4 피드 비아(130b1) 주변에 위치하는 복수의 제1 차폐 비아들(21-1)을 포함한다.

제1 유전층(110-1)의 복수의 층들(110a1, 110b1, 110c1, 110d1, 110e1)의 유전율과 층 두께는 서로 다를 수 있다. 또한 제1 유전층(110-1)의 복수의 층들(110a1, 110b1, 110c1, 110d1, 110e1) 중 유전율이 작은 층들은 접착력을 가질 수도 있다.

제1 안테나 패치(120-1)는 제4 서브 안테나 패치(120a1), 제5 서브 안테나 패치(120b1) 제6 서브 안테나 패치(120c1), 제7 서브 안테나 패치(120d1)를 포함함으로써, 제1 안테나 패치(120-1)는 제4 서브 안테나 패치(120a1), 제5 서브 안테나 패치(120b1) 제6 서브 안테나 패치(120c1), 제7 서브 안테나 패치(120d1)와 그라운드 플레인(201) 사이의 공진과 제4 서브 안테나 패치(120a1), 제5 서브 안테나 패치(120b1) 제6 서브 안테나 패치(120c1), 제7 서브 안테나 패치(120d1) 사이의 커플링에 의해 제2 안테나(100b)의 대역폭 및 이득을 높일 수 있다.

이처럼, 실시예에 따른 안테나 장치(2000)는 제1 방향(DR1)으로 인접하여 배치되고, 상대적으로 낮은 중심 주파수를 가지는 제1 대역폭의 RF 신호를 송수신하는 제1 안테나(100a)와 상대적으로 높은 중심 주파수를 가지는 제2 대역폭의 RF 신호를 송수신하는 제2 안테나(100b)를 포함함으로써, 다중 대역의 RF 신호를 송수신할 수 있다.

또한, 앞서 도 1 및 도 2, 도 3 및 도 4, 도 5 및 도 6을 참고로 설명한 실시예들과 같이, 안테나 장치(2000)의 제1 안테나(100a)는 제1 안테나(100a)의 안테나 패치(120)의 홀(121) 내에 삽입되어 안테나 패치(120)와 커플링을 이루는 제1 피드 비아(130a)를 통해 제1 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호를 전달 받고, 안테나 장치(2000)의 제1 안테나(100a)는 안테나 패치(120)의 아래에 위치하고 안테나 패치(120)와 중첩하는 제2 피드 비아(130b) 및 피드 패턴(140)과 커플링되어 제2 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호를 전달 받는다. 따라서, 제1 대역폭의 RF 신호를 송수신하는 제1 안테나(100a)의 유전층(110)이 상대적으로 짧은 제4 길이(Ly1)를 가지는 방향으로 전파되는 제1 안테나(100a)의 제2 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호는 제2 피드 비아(130b)에 연결된 피드 패턴(140)에 의해 전달되고, 안테나 패치(120)와 중첩하는 피드 패턴(140)의 인덕턴스에 대응되는 추가 공진 주파수를 제공 받을 수 있는 바, 제2 편파의 RF 신호의 대역폭이 감소하는 것을 방지할 수 있다.

반면, 제2 대역폭의 RF 신호를 송수신하는 제2 안테나(100b)는 제3 피드 비아(130a1), 제4 피드 비아(130b1)를 통해 제1 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호와 제1 편파의 RF 신호를 송수신하기 위한 전기 신호를 같은 방식으로 전달 받을 수 있다.

앞서 설명한 실시예들에 따른 안테나와 안테나 장치들의 많은 특징들은 본 실시예에 따른 안테나 및 안테나 장치에 모두 적용 가능하다.

그러면, 도 11을 참고하여, 한 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 전자 기기(3000)에 대하여 간략하게 설명한다. 도 11은 한 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 전자 기기를 도시한 간략도이다.

도 11을 참고하면, 실시예에 따른 전자 기기(3000)는 안테나 장치(1000a, 1000b, 1000c)를 포함하고, 안테나 장치(1000a, 1000b, 1000c)는 전자 기기(3000)의 세트(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(1000a, 1000b, 1000c)는 전자 기기(3000)의 복수의 변 중 적어도 일부분에 인접하여 배치될 수 있다.

세트(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(1000a, 1000b, 1000c)는 복수 개의 안테나를 포함할 수 있고, 각 안테나 장치(1000a, 1000b, 1000c)는 앞서 설명한 실시예들에 따른 안테나 장치들(1000, 2000)과 유사할 수 있다.

그러면, 도 12a 및 도 12b를 참고하여, 한 실험예에 대하여 설명한다. 도 12a 및 도 12b는 한 실험예의 결과를 나타낸 그래프이다.

본 실험예에서는 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 방향(DR1)과 나란한 방향으로 제3 길이(Lx1)를 가지고, 제2 방향(DR2)과 나란한 방향으로 제4 길이(Ly1)를 가지고, 제4 길이(Ly1)는 제3 길이(Lx1) 보다 작은 유전체층을 포함하는 안테나를 형성하였다.

다른 조건을 동일하게 형성하였으며, 제1 피드 비아(130a)와 같이, 제2 피드 비아(130b)도 그 상부면이 안테나 패치에 형성된 홀 내에 삽입되도록 하여, 제1 피드 비아(130a)와 제2 피드 비아(130b)는 동일한 급전 방식으로 안테나 패치에 전기 신호를 인가한 제1 경우(case 1)와 실시예에 따른 안테나 장치와 같이 제1 피드 비아(130a)는 그 상부면이 안테나 패치에 형성된 홀 내에 삽입되고, 제2 피드 비아(130b)는 제1 피드 비아(130a) 보다 높이가 낮고, 제2 피드 비아(130b)에 연결된 피드 패턴(140)이 제1 서브 안테나 패치(120a)와 중첩하도록 함으로써, 제1 피드 비아(130a)와 제2 피드 비아(130b)가 서로 다른 급전 방식으로 안테나 패치에 전기 신호를 인가한 제2 경우(case 2)로 나누어 안테나 장치를 제조하였다.

안테나 장치를 제조한 후 제1 경우(case 1)와 제2 경우(case 2)에 대하여, 제1 피드 비아(130a)를 통한 급전에 의한 수평 편파인 제1 편파의 RF 신호와 제2 피드 비아(130b)와 피드 패턴(140)을 통한 급전에 의한 수직 편파인 제2 편파 RF 신호의 S-parameter를 측정하여, 그 결과를 도 12a와 도 12b에 나타내었다. 도 12a는 제1 경우(case 1)의 결과를 나타내고, 도 12b는 제2 경우(case 2)의 결과를 나타낸다.

도 12a를 참고하면, 제1 피드 비아(130a)와 제2 피드 비아(130b)는 동일한 급전 방식으로 안테나 패치에 전기 신호를 인가한 제1 경우(case 1), 수평 편파의 리턴 로스(return loss)는 -10dB로 6.8GHz의 대역폭을 갖지만, 수직 편파의 경우 리턴 로스가 5dB 정도로 안테나 성능이 매우 떨어짐을 알 수 있었다.

반면, 도 12b를 참고하면, 실시예에 따른 안테나 장치와 같이 제1 피드 비아(130a)와 제2 피드 비아(130b)가 서로 다른 급전 방식으로 안테나 패치에 전기 신호를 인가한 제2 경우(case 2), 수평 편파와 유사하게 수직 편파의 경우도 5GHz의 대역폭을 가지도록 안테나 성능이 우수함을 알 수 있었다.

이처럼, 실시예에 따른 안테나 장치와 같이, 제1 피드 비아(130a)는 그 상부면이 안테나 패치에 형성된 홀 내에 삽입되고, 제2 피드 비아(130b)는 제1 피드 비아(130a) 보다 높이가 낮고, 제2 피드 비아(130b)에 연결된 피드 패턴(140)이 제1 서브 안테나 패치(120a)와 중첩하도록 함으로써, 제1 피드 비아(130a)와 제2 피드 비아(130b)가 서로 다른 급전 방식으로 안테나 패치에 전기 신호를 인가함으로써, 수평 편파와 유사하게 수직 편파의 경우도 우수한 안테나 성능을 가짐을 알 수 있었다.

다음으로, 도 13a 및 도 13b를 참고하여, 다른 한 실험예에 대하여 설명한다. 도 13a 및 도 13b는 한 실험예의 결과를 나타낸 그래프이다.

안테나 장치를 제조한 후 제1 경우(case 1)와 제2 경우(case 2)에 대하여, 제2 피드 비아(130b)와 피드 패턴(140)을 통한 급전에 의한 수직 편파인 제2 편파 RF 신호의 S-parameter를 측정하여, 그 결과를 도 13a와 도 13b에 나타내었다.

도 13a를 참고하면, 제1 경우(case 1)와 비교하여, 실시예에 따른 제2 경우(case 2), 수직 편파의 안테나 성능이 상대적으로 우수함을 알 수 있었다.

도 13b를 참고하면, 제1 경우(case 1)와 비교하여, 실시예에 따른 제2 경우(case 2), 수직 편파의 방사 범위가 더 넓음을 알 수 있었고, 이에 의해 안테나 성능이 상대적으로 우수함을 알 수 있었다.

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, 100a, 100b, 200: 안테나
1000, 2000: 안테나 장치
201: 그라운드 플레인
110, 110-1: 유전층
120, 120-1: 안테나 패치
130a, 130b, 130a1, 130b1: 피드 비아
140: 피드 패턴

Claims

제1 방향으로 뻗은 제1 가장자리와 제2 방향으로 뻗은 제2 가장자리를 포함하는 유전층,
제3 방향을 따라 상기 유전층의 적어도 일부분을 관통하고, 상기 제2 가장자리에 인접하여 배치되는 제1 피드 비아,
상기 제3 방향을 따라 상기 유전층의 적어도 일부분을 관통하고, 상기 제1 가장자리에 인접하여 배치되는 제2 피드 비아,
상기 제2 피드 비아에 연결된 피드 패턴,
상기 제3 방향을 따라 상기 제2 피드 비아 및 상기 피드 패턴 위에 위치하고, 상기 제1 피드 비아, 상기 제2 피드 비아 및 상기 피드 패턴과 커플링되는 안테나 패치를 포함하고,
상기 제1 가장자리의 길이는 상기 제2 가장자리의 길이보다 길고,
상기 안테나 패치는 상기 제1 피드 비아와 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향과 나란한 방향으로 중첩하고, 상기 안테나 패치는 상기 제3 방향과 나란한 방향으로 상기 피드 패턴과 중첩하는 안테나 장치.
제1항에서,
상기 제3 방향을 따라, 상기 유전층 아래에 위치하는 그라운드 플레인을 더 포함하고,
상기 그라운드 플레인을 기준으로, 상기 제3 방향으로 측정한 상기 제1 피드 비아의 높이는 상기 제2 피드 비아 및 상기 피드 패턴의 높이보다 높은 안테나 장치.
제2항에서,
상기 안테나 패치는 홀을 가지고,
상기 제1 피드 비아는 상기 홀 내에서 상기 안테나 패치와 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향과 나란한 상기 방향으로 중첩하는 안테나 장치.
제3항에서,
상기 피드 패턴은 상기 제2 피드 비아에 연결되어 상기 제1 방향과 나란한 방향으로 뻗는 제1 부분 및 상기 제1 부분으로부터 상기 제2 방향과 나란한 방향으로 뻗는 제2 부분을 포함하는 안테나 장치.
제1항에서,
상기 제1 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해, 수평 편파 신호를 송수신하고,
상기 제2 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해, 수직 편파 신호를 송수신하는 안테나 장치.
제1항에서,
상기 안테나 패치는 상기 제3 방향을 따라 순서대로 위치하는 제1 안테나 패치 및 제2 안테나 패치를 포함하고,
상기 제2 안테나 패치의 평면적은 상기 제1 안테나 패치의 평면적보다 큰 안테나 장치.
제6항에서,
상기 유전층은 상기 제3 방향을 따라 순서대로 위치하는 제1 층, 제2 층, 제3 층, 제4 층을 포함하고,
상기 제1 피드 비아는 상기 제1 층과 상기 제2 층을 관통하고,
상기 제2 피드 비아는 상기 제1 층을 관통하고, 상기 피드 패턴은 상기 제1 층 위에 위치하는 안테나 장치.
제7항에서,
상기 제1 안테나 패치는 상기 제2 층 위에 위치하고,
상기 제3 층은 상기 제1 안테나 패치와 상기 제2 안테나 패치 사이에 위치하고,
상기 제3 층은 상기 제1 층 및 상기 제2 층보다 유전율이 작고,
상기 제3 층은 공동을 가지는 안테나 장치.
제1 방향을 따라 서로 이격되어 있는 제1 유전층과 제2 유전층,
제3 방향을 따라 상기 제1 유전층 위에 위치하는 제1 안테나 패치,
상기 제3 방향을 따라 상기 제2 유전층 위에 위치하는 제2 안테나 패치,
상기 제1 안테나 패치와 커플링되는 제1 피드 비아 및 제2 피드 비아,
상기 제1 안테나 패치와 커플링되고, 상기 제2 피드 비아로부터 확장된 피드 패턴, 그리고
상기 제2 안테나 패치와 커플링되는 제3 피드 비아 및 제4 피드 비아를 포함하고,
상기 제1 안테나 패치에 인가되는 전기 신호에 의해, 제1 주파수 대역의 신호를 송수신하고,
상기 제2 안테나 패치에 인가되는 전기 신호에 의해, 상기 제1 주파수 대역과 다른 제2 주파수 대역의 신호를 송수신하는 안테나 장치.
제9항에서,
상기 제1 유전층은 상기 제1 방향으로 뻗은 제1 가장자리와 제2 방향으로 뻗은 제2 가장자리를 포함하고,
상기 제2 유전층은 상기 제1 방향으로 뻗은 제3 가장자리와 상기 제2 방향으로 뻗은 제4 가장자리를 포함하고,
상기 제1 가장자리의 길이는 상기 제2 가장자리의 길이보다 긴 안테나 장치.
제10항에서,
상기 제1 주파수 대역의 중심 주파수는 상기 제2 주파수 대역의 중심 주파수보다 낮은 안테나 장치.
제10항에서,
상기 제2 피드 비아는 상기 제1 가장자리에 인접하여 배치되고,
상기 제4 피드 비아는 상기 제3 가장자리에 인접하여 배치되는 안테나 장치.
제10항에서,
상기 제1 피드 비아는 상기 제2 가장자리에 인접하여 배치되고,
상기 제1 안테나 패치는 홀을 가지고,
상기 제1 피드 비아는 상기 홀 내에서 상기 제1 안테나 패치와 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향과 나란한 방향으로 중첩하는 안테나 장치.
제13항에서,
상기 피드 패턴은 상기 제2 피드 비아에 연결되어 상기 제1 방향과 나란한 방향으로 뻗는 제1 부분 및 상기 제1 부분으로부터 상기 제2 방향과 나란한 방향으로 뻗는 제2 부분을 포함하는 안테나 장치.
제9항에서,
상기 제1 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해, 수평 편파 신호를 송수신하고,
상기 제2 피드 비아에 인가되는 전기 신호에 의해, 수직 편파 신호를 송수신하는 안테나 장치.
제1 방향을 따라 서로 이격되어 있는 제1 유전층과 제2 유전층,
제3 방향을 따라 상기 제1 유전층 위에 위치하는 제1 안테나 패치,
상기 제3 방향을 따라 상기 제2 유전층 위에 위치하는 제2 안테나 패치,
상기 제1 안테나 패치와 커플링되는 제1 피드 비아 및 제2 피드 비아,
상기 제2 안테나 패치와 커플링되는 제3 피드 비아 및 제4 피드 비아를 포함하고,
상기 제1 안테나 패치에 인가되는 전기 신호에 의해, 제1 주파수 대역의 신호를 송수신하고,
상기 제2 안테나 패치에 인가되는 전기 신호에 의해, 상기 제1 주파수 대역과 다른 제2 주파수 대역의 신호를 송수신하고,
상기 제1 안테나 패치는 상기 제1 피드 비아로부터 제1 급전 방식으로 급전되고, 상기 제2 피드 비아로부터 상기 제1 급전 방식과 다른 제2 방식으로 급전되고,
상기 제2 안테나 패치는 상기 제3 피드 비아로부터 제3 방식으로 급전되고, 상기 제4 피드 비아로부터 상기 제3 방식으로 급전되는 안테나 장치.
제16항에서,
상기 제1 주파수 대역의 중심 주파수는 상기 제2 주파수 대역의 중심 주파수보다 낮은 안테나 장치.
제17항에서,
상기 제1 방식은 용량 결합 급전 방식이고, 상기 제2 방식은 L-프로브 커플링 급전 방식인 안테나 장치.
제16항에서,
상기 제1 유전층은 상기 제1 방향으로 뻗은 제1 가장자리와 제2 방향으로 뻗은 제2 가장자리를 포함하고,
상기 제2 유전층은 상기 제1 방향으로 뻗은 제3 가장자리와 상기 제2 방향으로 뻗은 제4 가장자리를 포함하고,
상기 제1 가장자리의 길이는 상기 제2 가장자리의 길이보다 긴 안테나 장치.
제19항에서,
상기 제1 피드 비아는 상기 제2 가장자리에 인접하여 배치되고,
상기 제2 피드 비아는 상기 제1 가장자리에 인접하여 배치되고,
상기 제3 피드 비아는 상기 제4 가장자리에 인접하여 배치되고,
상기 제4 피드 비아는 상기 제3 가장자리에 인접하여 배치되고,
상기 제1 안테나 패치는 홀을 가지고,
상기 제1 피드 비아는 상기 홀 내에서 상기 제1 안테나 패치와 상기 제1 방향 또는 상기 제2 방향과 나란한 방향으로 중첩하고, 그리고
상기 제2 피드 비아에 연결되어 상기 제1 방향과 나란한 방향으로 뻗는 제1 부분 및 상기 제1 부분으로부터 상기 제2 방향과 나란한 방향으로 뻗는 제2 부분을 포함하는 는 안테나 장치 피드 패턴을 더 포함하는 안테나 장치.