KR20220052897A - 5g 단말을 위한 개선된 사이드 로브 레벨(sll)을 갖는 이중 대역 및 이중 편파 mm-wave 어레이 안테나 - Google Patents

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하미드 레자 메마르 자데 테헤란
강 쉬
박성철
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삼성전자주식회사
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Abstract

안테나 어레이 및 안테나 어레이를 포함하는 사용자 단말(UE). 안테나 어레이는 복수의 유닛 셀을 포함한다. 각 유닛 셀은 제 1 및 제 2 패치, 위상 시프트 전송 라인, 제 3 패치 및 전송 라인을 포함한다. 제 1 및 제 2 패치는 제 1 주파수 대역에서 방사하고 안테나 어레이의 제 1 평면에 위치한다. 위상 변이 전송선은 제 1 패치와 제 2 패치를 연결하고 제 1 패치와 제 2 패치 사이에서 신호의 위상을 변이시킨다. 제 3 패치는 안테나 어레이의 제 2 평면 및 제 1 패치 아래에 위치되며 제 1 주파수 대역보다 낮은 제 2 주파수 대역에서 방사한다. 전송 라인은 적어도 제 3 패치를 여기시킨다.

Description

5G 단말을 위한 개선된 사이드 로브 레벨(SLL)을 갖는 이중 대역 및 이중 편파 MM-WAVE 어레이 안테나
본 개시는 일반적으로 5G 모듈을 포함하는 사용자 단말(UE)에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시는 2개의 개별 대역에서 동작하는 UE에 관한 것이다.
차세대 통신 인프라스터럭처는 5G 네트워크 구현을 통해 구현된다. 5G 네트워크는 백본 인프라스트럭처와 사용자 단말(UE), 특히 스마트폰, 웨어러블 장치 등과 같은 핸드헬드 장치 모두에 대한 새로운 개발을 필요로 한다. 4G/LTE 네트워크와 같은 기존 네트워크를 재정비하면 거의 동일한 폼 팩터 덕분에 6GHz 미만에서 지정된 주파수에 대한 5G 네트워크 구현을 용이하게 할 수 있다. 그러나, 6 GHz 미만(예를 들면, Massive MIMO)에 대한 관련 RF(radio frequency) 트랜시버들은 상이하다. 5G 네트워크의 6 GHz 미만 대역에 대한 실용적인 솔루션들이 구현될 수 있다. 그러나, 28 GHz 및 39 GHz와 같은 두 개의 개별 주파수에서 작동하는 5G 밀리미터파(mmWave) 솔루션들은 효율성 감소, 전파 손실 및 포울리지(foliage)와 환경 상호 작용과 같은 문제에 직면해 있다. 예를 들어, 기존 UE에 5G mmWave 장비를 통합하는 것은 4G/LTE 네트워크 내 원활한 통신을 위한 전자 장치의 존재, 제한된 물리적 크기, 더 높은 손실, 특히 전환 및 상호 연결과 관련된 손실 등으로 인해 어려울 수 있다.
5 세대 이동 통신을 지원하는 전자 장치(또는 사용자 단말)는 이중 대역 통신을 지원할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 28 GHz 대역 및 39 GHz 대역을 포함하는 이중 대역 통신을 지원할 수 있다. 전자 장치는 신호를 송수신하기 위한 적어도 하나의 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 전자 장치가 지원하는 주파수 대역의 수가 증가할수록 전자 장치에 구현되는 안테나 어레이의 수도 증가할 수 있다. 안테나 어레이의 수가 증가하면 안테나 어레이의 실장 공간이 늘어날 수 있다. 그러나 안테나 어레이의 실장 공간은 제한적이다.
본 개시는 개선되거나 감소된 사이드 로브 레벨을 갖는 이중 대역 및 이중 대역 편파 mmWave 어레이 안테나들에 관한 것이다.
일 실시예에서, 안테나 어레이는 복수의 유닛 셀을 포함한다. 각 유닛 셀은 제 1 및 제 2 패치, 위상 시프트 전송 라인, 제 3 패치 및 전송 라인을 포함한다. 제 1 및 제 2 패치는 제 1 주파수 대역에서 방사하도록 구성되고 안테나 어레이의 제 1 평면에 위치된다. 위상 시프트 전송 라인은 제 1 패치와 제 2 패치를 연결하고, 제 1 패치와 제 2 패치 사이에서 신호의 위상을 시프트하도록 구성된다. 제 3 패치는 안테나 어레이의 제 2 평면 및 제 1 패치 아래에 위치되며 제 1 주파수 대역보다 낮은 제 2 주파수 대역에서 방사한다. 전송 라인은 적어도 제 3 패치를 여기시키도록 구성된다.
다른 실시예에서, 사용자 단말(UE)은 안테나 어레이를 통해 신호를 송신 및 수신하도록 구성된 트랜시버를 포함한다. 안테나 어레이는 트랜시버에 작동 가능하게 연결되고 복수의 유닛 셀을 포함한다. 각 유닛 셀은 제 1 및 제 2 패치, 위상 시프트 전송 라인, 제 3 패치 및 전송 라인을 포함한다. 제 1 및 제 2 패치는 제 1 주파수 대역에서 방사하도록 구성되고 안테나 어레이의 제 1 평면에 위치된다. 위상 시프트 전송 라인은 제 1 패치와 제 2 패치를 연결하고, 제 1 패치와 제 2 패치 사이에서 신호의 위상을 시프트하도록 구성된다. 제 3 패치는 안테나 어레이의 제 2 평면 및 제 1 패치 아래에 위치되며 제 1 주파수 대역보다 낮은 제 2 주파수 대역에서 방사한다. 전송 라인은 적어도 제 3 패치를 여기시키도록 구성된다.
본 개시의 다양한 실시예들에 따르면, 전자 장치는 이중 대역 통신을 지원할 수 있는 단일 안테나 어레이를 구현할 수 있다. 따라서, 본 개시의 전자 장치는 안테나 어레이의 실장 공간의 축소를 구현할 수 있다.
본 개시 및 그 이점의 보다 완전한 이해를 위해, 첨부된 도면과 관련하여 취해진 다음 설명을 참조하도록 하며, 도면에서 유사한 참조 번호는 유사한 부분을 나타낸다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 예시적인 무선 네트워크를 도시한 것이다.
도 2는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 예시적인 사용자 단말(UE)을 도시한 것이다.
도 3은 mmWave 모듈을 포함하는 5G 단말을 도시한 것이다.
도 4a는 28 GHz에서 작동하는 4개의 소자를 포함하는 mmWave 안테나 어레이를 도시하는 개략도이다.
도 4b는 39 GHz에서 작동하는 4개의 소자를 포함하는 mmWave 안테나 어레이를 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 코로케이션된 이중 대역 어레이 안테나를 도시한 것이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 코로케이션된 mmWave 소자를 도시한 것이다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 중첩 어레이를 도시한 것이다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 상위 대역에서 동작하는 어레이를 도시한 것이다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 슬롯 로딩 마이크로스트립 패치 안테나를 도시한 것이다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 중첩 안테나를 포함하여 배치 안테나를 구성하는 유닛 셀을 도시한 것이다.
도 11a 내지 도 11e는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 유닛 셀의 다양한 실시예를 도시한 것이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 안테나 어레이를 예시한다.
도 13a 및 도 13b는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 적층형 이중 편파 이중 대역 안테나 어레이를 도시한 것이다.
도 14a 및 도 14b는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 적층형 이중 편파 이중 대역 안테나 어레이를 도시한 것이다.
도 15a 내지 도 15c는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 안테나 어레이를 도시한 것이다.
이하에 설명되는 도 1 내지 도 15c, 및 본 개시의 원리들을 설명하기 위해 사용되는 각종 실시예들은 단지 설명을 위한 것이며, 어떠한 방식으로도 본 개시의 범위를 제한하는 방식으로 해석되어서는 안된다. 당업자는 본 개시의 원리들이 임의의 적절하게 구성된 무선 통신 시스템에서 구현될 수 있음을 이해할 것이다.
4G 통신 시스템 구축 이후 증가하는 무선 데이터 트래픽에 대한 수요를 충족하기 위해 개선된 5G 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 또는 pre-5G 통신 시스템은 '비욘드(Beyond) 4G 네트워크' 또는 '포스트(Post) LTE 시스템'이라 불리어지고 있다.
5G 통신 시스템은 더 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해 고주파(mmWave) 대역과 6GHz 미만 대역(예를 들면, 3.5GHz 대역)에서 구현된다. 무선파의 전파 손실을 줄이고 송신 커버리지를 늘리기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO, FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔포밍(analog beam forming), 및 대규모 안테나(large scale antenna) 기술들이 논의되고 있다.
또한, 시스템 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), D2D(device-to-device) 통신, 무선 백홀(wireless backhaul) 통신, 이동 네트워크, 협력 통신, CoMP(Coordinated Multi-Points) 송수신, 간섭 완화 및 제거 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
본 명세서에서 안테나, 안테나 모듈, 안테나 어레이, 빔 및 빔 조정이라는 용어가 자주 사용된다. 안테나 모듈은 하나 이상의 어레이를 포함할 수 있다. 하나의 안테나 어레이는 하나 이상의 안테나 소자를 포함할 수 있다. 각각의 안테나 소자는 하나 이상의 편파, 예를 들어 수직 편파, 수평 편파 또는 수직 및 수평 편파 모두를 동시에 또는 그 부근에서 제공할 수 있다. 수직 및 수평 편파는 동시에 또는 그 부근에서 직교 편파 안테나로 굴절될 수 있다. 안테나 모듈은 수신된 에너지를 이득 집중으로 특정 방향으로 방사한다. 특정 방향의 에너지 방사는 개념적으로 빔으로 알려져 있다. 빔은 하나 이상의 안테나 소자 또는 하나 이상의 안테나 어레이로부터의 방사 패턴일 수 있다.
다른 기술적 특징은 하기 도면, 설명 및 청구 범위로부터 당업자에게 용이하게 명백할 수 있다.
아래의 상세한 설명에 들어가기 전에, 본 특허 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 특정 단어 및 어구들의 정의를 기재하는 것이 도움이 될 수 있다. 용어 '커플(couple)' 및 그 파생어는 두 개 이상의 요소 사이의 어떤 직접 또는 간접 통신을 나타내거나, 이들 요소가 서로 물리적으로 접촉하고 있는지의 여부를 나타낸다. 용어 '송신(transmit)', '수신(receive)' 및 '통신(communicate)' 그리고 그 파생어는 직접 통신 및 간접 통신 모두를 포함한다. 용어 '포함한다(include)' 및 '구성한다(comprise)' 그리고 그 파생어는 제한이 아닌 포함을 의미한다. 용어 '또는(or)'은 포괄적 용어로써, '및/또는'을 의미한다. 어구 '~와 관련되다(associated with)' 및 그 파생어는 ~을 포함한다(include), ~에 포함된다(be included within), ~와 결합하다(interconnect with), ~을 함유하다(contain), ~에 함유되어 있다(be contained within), ~에 연결한다(connect to or with), ~와 결합하다(couple to or with), ~ 전달한다(be communicable with), 와 협력하다(cooperate with), ~를 끼우다(interleave), ~을 나란히 놓다(juxtapose), ~에 인접하다(be proximate to), 구속하다/구속되다(be bound to or with), 소유하다(have), 속성을 가지다(have a property of), ~와 관계를 가지다(have a relationship to or with) 등을 의미한다. 용어 '제어기(controller)'는 적어도 하나의 동작을 제어하는 어떤 장치, 시스템 또는 그 일부를 의미한다. 이러한 제어기는 하드웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합 및/또는 펌웨어로 구현될 수 있다. 특정 제어기와 관련된 기능은 로컬 또는 원격으로 중앙 집중식으로 처리(centralized)되거나 또는 분산식으로 처리(distributed)될 수 있다. 어구 '적어도 하나'는, 그것이 항목들의 나열과 함께 사용될 경우, 나열된 항목들 중 하나 이상의 상이한 조합이 사용될 수 있음을 의미한다. 예를 들어, 'A, B, 및 C 중 적어도 하나'는 다음의 조합, 즉 A, B, C, A와 B, A와 C, B와 C, 그리고 A와 B와 C 중 어느 하나를 포함한다.
다른 특정 단어 및 어구에 대한 정의가 이 특허 명세서 전반에 걸쳐 제공된다. 당업자는 대부분의 경우가 아니더라도 다수의 경우에 있어서, 이러한 정의는 종래에 뿐만 아니라 그러한 정의된 단어 및 어구의 향후 사용에 적용될 수 있음을 이해해야 한다.
도 1은 본 개시의 실시예들에 따른 예시적 무선 네트워크를 도시한 것이다. 도 1에 나타낸 무선 네트워크의 실시예는 단지 설명을 위한 것이다. 무선 네트워크(100)에 대한 다른 실시예들이 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 무선 네트워크(100)는 gNB(101), gNB(102) 및 gNB(103)를 포함한다. gNB(101)는 gNB(102) 및 gNB(103)와 통신한다. gNB(101)는 또한 인터넷, 독점 인터넷 프로토콜(IP) 네트워크, 또는 다른 데이터 네트워크와 같은 적어도 하나의 네트워크(130)와 통신한다.
gNB(102)는 gNB(102)의 커버리지 영역(120) 내에 있는 제 1 복수의 UE들에게, 네트워크(130)에의 무선 광대역 액세스를 제공한다. 제 1 복수의 UE들은 중소기업(SB)에 위치할 수 있는 UE(111); 대기업(E)에 위치할 수 있는 UE(112); 와이파이 핫 스팟(HS)에 위치할 수 있는 UE(113); 제 1 주거지역(R)에 위치할 수 있는 UE(114); 제 2 주거지역(R)에 위치할 수 있는 UE(115); 및 휴대 전화, 무선 랩탑, 무선 PDA 등과 같은 모바일 장치(M)일 수 있는 UE(116)를 포함한다. gNB(103)는 gNB(103)의 커버리지 영역 내에 있는 제 2 복수의 UE들에게, 네트워크(130)에의 무선 광대역 액세스를 제공한다. 제 2 복수의 UE들은 UE(115) 및 UE(116)를 포함한다. 일부 실시예들에서, gNB들(101-103) 중 하나 이상의 gNB들은 5G, LTE, LTE-A, WiMAX, WiFi 또는 다른 무선 통신 기술들을 사용하여 서로 간에 및 UE들(111-116)과 통신할 수 있다.
네트워크 타입에 따라 '기지국' 또는 'BS'라는 용어는 네트워크에 무선 액세스를 제공하도록 구성된 컴포넌트(또는 컴포넌트 집합), 예를 들면, 송신 포인트(TP), 송-수신 포인트(TRP), 향상된 기지국(eNodeB 또는 eNB), 5G 기지국(gNB), 매크로셀, 펨토셀, WiFi 액세스 포인트(AP) 또는 기타 무선 가능 장치를 지칭할 수 있다. 기지국은 하나 이상의 무선 통신 프로토콜, 예컨대 5G 3GPP 새로운 무선 인터페이스/액세스(NR), LTE(long term evolution), LTE-A(LTE-advanced), HSPA(high speed packet access), Wi-Fi 802.11a/b/g/n/ac 등에 따라 무선 액세스를 제공할 수 있다. 편의상, 용어 'BS' 및 'TRP'는 본 특허 명세서에서 원격 단말에 대한 무선 액세스를 제공하는 네트워크 인프라스트럭처를 나타내기 위해 상호 교환적으로 사용된다. 또한, 네트워크 타입에 따라, '사용자 단말' 또는 'UE'라는 용어는 '이동국', '가입자국', '원격 단말', '무선 단말', '수신 포인트' 또는 '사용자 장치'와 같은 임의의 컴포넌트를 지칭할 수 있다. 편의상, 용어들 '사용자 단말' 및 'UE'는, UE가 이동 장치(예컨대, 휴대 전화기 또는 스마트 폰)이든 일반적으로 고려되는 고정 장치(예컨대, 데스크탑 컴퓨터 또는 벤딩 머신)이든 간에, BS에 무선으로 액세스하는 원격 무선 장비를 지칭하는 것으로 본 특허 명세서에서는 사용된다.
점선은, 단지 예시 및 설명의 목적으로 대략의 원형으로 나타낸 커버리지 영역들(120 및 125)의 대략적인 범위들을 나타낸다. gNB들과 연관된 커버리지 영역들, 예를 들어 커버리지 영역들(120 및 125)은 gNB들의 구성, 및 자연 및 인공 장애물들과 관련된 무선 환경의 변화에 따라, 불규칙한 형태들을 포함하는 다른 형태들을 가질 수 있음을 명확하게 이해해야 한다.
도 1이 무선 네트워크의 일 예를 도시한 것이지만, 다양한 변경들이 도 1에 대하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 무선 네트워크는 임의의 적절한 배열로 임의의 개수의 gNB들 및 임의의 개수의 UE들을 포함할 수 있다. 또한, gNB(101)는 임의의 개수의 UE들과 직접 통신하여, 이 UE들에게 네트워크(130)로의 무선 광대역 액세스를 제공할 수 있다. 이와 유사하게, 각각의 gNB(102-103)는 네트워크(130)와 직접 통신하여, UE들에게 네트워크(130)로의 직접 무선 광대역 액세스를 제공할 수 있다. 또한, gNB들(101, 102, 및/또는 103)은 외부 전화 네트워크들 또는 다른 타입의 데이터 네트워크들과 같은 다른 또는 추가의 외부 네트워크들에의 액세스를 제공할 수 있다.
도 2는 본 개시의 실시예들에 따른 예시적인 UE(116)를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 UE(116)의 실시예는 단지 설명을 위한 것이며, 도 1의 UE들(111-115)은 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 그러나, UE들은 각종의 다양한 구성들로 이루어지며, 도 2는 UE에 대한 임의의 특정 구현으로 본 개시의 범위를 제한하지 않는다.
UE(116)는 하나 이상의 트랜시버(210), 마이크로폰(220), 스피커(230), 프로세서(240), 입/출력(I/O) 인터페이스(245), 입력부(250), 하나 이상의 센서(255), 디스플레이(265), 및 메모리(260)를 포함한다. 메모리(260)는 운영 체제(OS) 프로그램(262) 및 하나 이상의 애플리케이션(264)을 포함한다.
트랜시버(210)는 신호를 변조하기 위한 송신(TX) 처리 회로(215), 신호를 복조하기 위한 수신(RX) 처리 회로(225), 및 신호를 송수신하기 위한 안테나를 포함하는 안테나 어레이(205)를 포함한다. 안테나 어레이(205)는 도 1의 무선 네트워크(100)의 gNB에 의해 전송된 내향 신호를 수신한다. 트랜시버(210)는 내향 RF 신호를 하향 변환하여 중간 주파수(IF) 또는 기저대역 신호를 생성한다. IF 또는 기저대역 신호는 기저대역 또는 IF 신호를 필터링, 디코딩 및/또는 디지털화함으로써 처리된 기저대역 신호를 생성하는 RX 처리 회로(225)로 전송된다. RX 처리 회로(225)는 처리된 기저대역 신호를 스피커(230)(예를 들면, 음성 데이터용) 또는 추가 처리(예를 들면, 웹 브라우징 데이터용)를 위해 프로세서(240)로 전송한다.
TX 처리 회로(215)는 마이크로폰(220)으로부터 아날로그 또는 디지털 음성 데이터를 수신하거나 프로세서(240)로부터 다른 외향 기저대역 데이터(예를 들면, 웹 데이터, 이메일, 또는 대화형 비디오 게임 데이터)를 수신한다. TX 처리 회로(215)는 처리된 기저대역 또는 IF 신호를 생성하기 위해 외향 기저대역 데이터를 인코딩, 다중화 및/또는 디지털화한다. RF 트랜시버(210)는 TX 처리 회로(215)로부터 외향 처리된 기저대역 또는 IF 신호를 수신하고 기저대역 또는 IF 신호를 안테나 어레이(205)에 의해 전송되는 RF 신호로 상향 변환한다.
프로세서(240)는 하나 이상의 프로세서 또는 다른 처리 장치를 포함할 수 있고, UE(116)의 전체 동작을 제어하기 위해 메모리(260)에 저장된 OS 프로그램(262)을 실행할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(240)는 잘 알려진 원리에 따라 RF 트랜시버(210), RX 처리 회로(225), 및 TX 처리 회로(215)에 의한 순방향 채널 신호의 수신 및 역방향 채널 신호의 송신을 제어할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(240)는 적어도 하나의 마이크로프로세서 또는 마이크로컨트롤러를 포함한다.
프로세서(240)는 메모리(260)에 상주하는 다른 프로세스 및 프로그램, 예를 들어 본 개시의 실시예에서 설명된 이중 편파 빔을 전송하기 위한 동작을 실행할 수 있다. 프로세서(240)는 실행 프로세스의 일부로서 메모리(260) 내부로 또는 외부로 데이터를 이동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 프로세서(240)는 OS 프로그램(262)에 기초하여 또는 gNB 또는 오퍼레이터로부터 수신된 신호에 응답하여 애플리케이션(264)을 실행하도록 구성된다. 프로세서(240)는 또한 I/O 인터페이스(245)에 연결되며, 이는 UE(116)에 랩톱 컴퓨터 및 핸드헬드 컴퓨터와 같은 다른 장치에 연결할 수 있는 능력을 제공한다. I/O 인터페이스(245)는 이러한 주변 기기와 프로세서(240) 사이의 통신 경로이다.
프로세서(240)는 또한 입력부(250)(예를 들어, 키패드, 터치스크린, 버튼 등) 및 디스플레이(265)에 연결된다. UE(116)의 오퍼레이터는 입력부(250)를 사용하여 UE(116)에 데이터를 입력할 수 있다. 디스플레이(265)는 웹 사이트로부터와 같이 텍스트 및/또는 적어도 제한된 그래픽을 렌더링할 수 있는 액정 디스플레이 또는 다른 디스플레이일 수 있다.
메모리(260)는 프로세서(240)에 연결된다. 메모리(260)는 RAM(random-access memory), 플래시 메모리, 또는 다른 ROM(read-only memory) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, UE(116)는 개선되거나 감소된 사이드 로브 레벨을 갖는 이중 대역 및 이중 대역 편파 mmWave 어레이 안테나들을 포함할 수 있다. 도 2가 UE(116)의 일 예를 도시하고 있지만, 도 2에 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 예를 들어, 도 2의 다양한 구성 요소가 결합되거나, 더 세분화되거나, 생략될 수 있으며, 특정 요구에 따라 추가 구성 요소가 부가될 수 있다. 특정 예로서, 프로세서(240)는 하나 이상의 중앙 처리 장치(CPU) 및 하나 이상의 그래픽 처리 장치(GPU)와 같은 다중 프로세서로 분할될 수 있다. 도 2가 UE(116)를 이동 전화 또는 스마트폰으로 도시하고 있지만, UE는 다른 타입의 이동 또는 고정 장치들로서 동작하도록 구성될 수 있다.
UE(116)는 상위 대역 및 하위 대역에서 신호들을 송수신하도록 트랜시버(210)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상위 대역은 39 GHz의 주파수일 수 있고, 하위 대역은 28 GHz의 주파수일 수 있다. 그러나, 본 개시의 다양한 실시예들은 28 GHz 및 39 GHz의 개별 주파수 대역들에서 동작하는 것이 효율성 감소, 전파 손실, 및 포울리지(foliage)와 환경 상호 작용을 초래할 수 있음을 인식한다. 또한, UE(116)의 안테나 어레이의 설계는 28 GHz와 39 GHz의 주파수 대역들 사이의 파장 차이에 의해 복잡해진다. 특히 어레이의 소자 간격이 고정되어 있기 때문에, 28 GHz 및 39 GHz의 두 주파수 모두에서 전체 스캔을 위한 최적의 분리를 실현할 수 없다. 예를 들어,
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이다. 다양한 실시예들이 28 GHz 및 39 GHz의 예시적인 주파수들에서 이중 대역을 사용하는 것에 대해 논의하지만, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니며 임의의 적합한 주파수 대역이 본 개시의 실시예들에서 이용될 수 있다.
예를 들어, 도 3은 mmWave 모듈을 포함하는 5G 단말을 보여준다. 도 3에 도시된 바와 같이, 5G 단말은 UE(116)일 수 있다. UE(116)는 28 GHz 및 39 GHz의 동작 주파수들에서 스캔 범위를 포함하는 mmWave 안테나 어레이를 포함한다. 도 3에 도시된 5G 단말은 효율성 감소, 전파 손실, 및 포울리지와 환경 상호 작용과 같은 앞서 언급한 문제점들을 해결하고 수정할 수 있는 기회들이 예를 들어 단말기 자체의 물리적 치수들에 의해 제한된다.
따라서, 본 개시의 다양한 실시예들은 28 GHz 및 39 GHz 대역 모두에서 이퀄라이제이션을 획득하여 두 주파수의 전파 손실 차이를 보상하는 안테나 및 안테나 어레이를 제공한다. 본 개시의 다양한 실시예들은 39 GHz 대역과 같은 상위 대역에서 소자 간격으로 인한 스캐닝 시 사이드 로브 레벨(side lobe level, SLL)을 향상시키는 안테나 및 안테나 어레이를 더 제공한다. 마지막으로, 본 개시의 다양한 실시예들은 수직/수평 및 경사(slanted) 플러스/마이너스 45도와 같은 직교 방식으로 이중 편파 복사선을 송신할 수 있는 안테나 및 안테나 어레이를 제공한다.
도 4a는 4개의 소자를 포함하는 mmWave 안테나 어레이를 도시하는 개략도이다. 4개의 소자(1)는 28 GHz의 주파수에서 작동한다(df = 28 GHz로 표시). df = 28 GHz일 때, 4개의 소자(1) 각각 사이의 최적 간격은 5.35 mm이다. 도 4a에 도시된 어레이는 6 dBi의 지향성을 제공할 수 있다.
도 4b는 4개의 소자를 포함하는 mmWave 안테나 어레이를 도시하는 개략도이다. 4개의 소자(2)는 39 GHz의 주파수에서 작동한다(df = 39 GHz로 표시). df = 39 GHz인 경우, 도 4b에 도시된 어레이는 df = 39 GHz가 5.35mm인 더 큰 소자 간 간격으로 인해 7.1 dBi의 지향성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 표 1은 소자 간 간격이 서로 다른 어레이들에 대해 달성 가능한 이득의 예를 보여준다.
FREQUENCY ELEMENT SPACING AF (4-EL. ARRAY) dBi
28 GHz df = 28 GHz = 3.84 mm 4.77 (Dir.)
28 GHz df = 28 GHz = 5.354 mm 6 (Dir.)
39 GHz df = 39 GHz = 3.84 mm 6 (Dir.)
39 GHz df = 39 GHz = 5.35 mm 7.16 (Dir.)
표 1에 나와 있는 바와 같이, df = 39 GHz = 0.5 Х λf = 39 GHz인 어레이는 5.35 mm의 소자 간 간격으로 28 GHz에서 작동하는 어레이와 유사한 6 dBi 이득을 제공한다. 소자 간격이 df = 39 GHz = 5.35 mm = 0.5 x λf = 28 GHz인 4개 소자 어레이는 하위 주파수 카운터파트에 비해 더 높은 이득을 제공할 수 있다. 그러나, 이 어레이는 제한된 빔-조정 능력에 처하게 될 수 있다.표 1에 나와 있는 바와 같이, 두 개의 개별 어레이를 사용하여 이중 대역 작동을 수행할 수 있다. 그러나, 본 개시의 다양한 실시예들은 개별 어레이들이 UE들의 물리적 제한으로 인해 비실용적일 수 있음을 인식한다. 특히, UE가 스마트폰 장치인 경우 개별 어레이들은 비실용적일 수 있다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시예들은 스마트폰의 물리적 한계들을 극복하는 어레이를 형성하기 위해 코로케이션된 이중 대역 소자를 제공한다.
예를 들어, 도 5는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 코로케이션된 이중 대역 어레이 안테나를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 안테나는 단지 예시를 위한 것이며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 도 5에 도시된 안테나에 다양한 특징들을 추가하거나 안테나로부터 제거할 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 코로케이션된 소자들은 28 GHz 또는 39 GHz에 대한 계산들을 기반으로 분리될 수 있다. 39 GHz 주파수 대역에 대한 계산들에 따라 코로케이션된 소자들을 분리하면, λf = 28 GHz 미만에 의해 소자들이 분리된 어레이에 대해 표 1에 나와 있는 바와 같이 더 낮은 이득이 생성된다. 따라서, 39 GHz에서 코로케이션된 소자가 0.5 x 1.4 λf = 39 GHz에 위치한 소자들에 대해 28 GHz(df = 39 GHz = df = 28 GHz = 5.3 5mm(0.5 x λf = 28 GHz))에서의 간격이 고려될 수 있으며, 이것은 빔 조정을 위한 최적의 간격이 아니다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 코로케이션된 mmWave 소자들을 도시한 것이다. 도 6에 도시된 소자들은 단지 예시를 위한 것이며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 도 6에 도시된 소자들에 다양한 특징들을 추가하거나 소자들로부터 제거할 수 있다. 코로케이션된 소자들, 또는 유닛 셀들(610, 620, 630)이 도 5에 도시된 어레이를 구현할 수 있다.
제 1 코로케이션된 소자(610)는 각각의 공진 주파수에 대한 개별 소자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 코로케이션된 소자(610)는 28 GHz와 같은 하위 대역의 공진 주파수를 위한 하나의 소자와 39 GHz와 같은 상위 대역의 공진 주파수를 위한 다른 소자를 포함할 수 있다.
제 2 코로케이션된 소자(620)는 하위 대역 및 상위 대역에 대한 개별 기생 소자들을 갖는 안테나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 코로케이션된 소자(620)는 28 GHz와 같은 하위 대역에서 공진을 위한 하나의 기생 소자와 39 GHz와 같은 상위 대역에서 공진을 위한 다른 기생 소자를 갖는 단일 유닛 셀일 수 있다.
제 3 코로케이션된 소자(630)는 다중 주파수에서 이중 대역 동작을 위한 슬롯 로딩 안테나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 3 코로케이션된 소자(630)는 안테나의 슬롯들로 인해 28 GHz와 같은 하위 대역 및 39 GHz와 같은 상위 대역에서 이중으로 동작할 수 있는 안테나를 포함하는 유닛 셀(630)일 수 있다.
본 개시는 이중 대역 어레이 성능과 연관된 다양한 도전 과제들을 인식한다. 예를 들어, 28 GHz의 파장에서 코로케이션된 이중 대역 어레이의 소자 간격의 경우, 39 GHz의 어레이는 28 GHz의 어레이와 비교하여 약 1dB의 이득을 생성할 수 있다. 39 GHz에서의 이득은 어떤 면에서는 유리하지만, 39 GHz에서의 전파 손실이 28 GHz에서의 전파 손실보다 약 3 dB 더 크기 때문에, 동일한 채널 조사, 즉 전력 이퀄라이제이션에 대해서는 이점을 제공하지 않는다. 예를 들어, 도 5에 도시된 어레이의 경우, 28/39 GHz의 주파수에 대한, 이득 차이는 1.16 dB이며 전파 손실 차이는 2.9 dB이다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시예들은 폼 팩터를 유지하면서 코로케이션된(collocated) 방식으로 형성되는 경우 이중 대역 어레이 안테나의 방사 성능, 즉 이득을 향상시킨다. 특히, 본 개시의 다양한 실시예들은 대략 2 dB을 보상한다.
위에서 언급한 바와 같이, 코로케이션된 소자들(610, 620, 630)이 도 5에 도시된 어레이를 구현할 수 있다. 본 개시의 다양한 실시예들은 코로케이션된 소자들(610, 620, 630) 중 하나 이상에 의해 구현된 어레이에 의해 달성되는 방사 이득을 추가로 인식하지만, 39 GHz와 같은 상위 주파수 대역에서 빔 조정 능력의 제약들을 추가로 인식한다. 39 GHz에서 빔 조정 능력의 제약들은 적어도 부분적으로 0.5 x 1.4 λf = 39 GHz의 소자 간격으로 인한 것이다. 예를 들어, 5.35 mm(0.5λxf = 28 GHz) 간격으로 위치한 28 GHz 및 39 GHz 안테나에 코로케이션된 4개의 소자 어레이의 경우, 모든 소자의 위상이 동일하게 여기되는 브로드사이드 방사에서, 전체 방사 패턴 결과는 합리적으로 예상되지만 사이드 로브 레벨(SLL)은 13 dB만큼 낮을 수 있다. 어레이의 소자에 걸쳐 순차적으로 마이너스 100도 위상 진행을 적용하면 28 GHz에서의 회전 패턴이 어레이 분배 라인에 대해 고도 평면에서 마이너스 34도 방향으로 회전한다. SLL은 약 12 dB이다. 대조적으로, 39 GHz에서 작동하는 어레이는 메인 로브만큼 높은 격자 로브(grating lobe)를 사용하여 마이너스 24도를 가리키게 된다. 따라서, 본 개시의 다양한 실시예들은 상위 동작 대역에서 격자 로브를 완화한다.
또한, 본 개시의 다양한 실시예들은 하나의 동일한 폼 팩터 내에서 생성된 2개의 스트림을 활용함으로써 시스템 데이터 처리를 개선하는 안테나를 가능하게 한다. 특히, 본 개시의 실시예들은 한 쌍의 직교 편파와 같은 2개의 편파를 지원한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 중첩 어레이를 도시한 것이다. 도 7에 도시된 어레이는 단지 예시를 위한 것이며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 도 7에 도시된 어레이에 다양한 특징들을 추가하거나 어레이로부터 제거할 수 있다. 특히, 도 7은 슬롯 로딩 마이크로스트립 패치 안테나(740)를 생성하는 메커니즘을 예시하고 있다. 안테나(740)는 코로케이션된 소자들(610, 620, 630) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
안테나(710)는 28 GHz 소자들과 39 GHz 소자들 모두를 포함한다. 도 7은 4개의 28 GHz 소자들 및 4개의 39 GHz 소자들을 갖는 안테나(710)를 도시하고 있지만 다양한 실시예들이 가능하다. 안테나(710)는 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 4개의 28 GHz 소자들 및 4개의 39 GHz 소자들보다 더 많거나 더 적은 수를 포함할 수 있다. 각 28 GHz 소자는 인접한 28 GHz 소자로부터 df = 28 GHz만큼 분리된다.
안테나(720)는 4개의 결합된 28/39 GHz 소자들을 포함하며, 이것은 28 GHz 소자들 위에 중첩된 39 GHz 소자들로 예시되어 있다. 28/39 GHz 소자들은 안테나(710)의 원래 28 GHz 소자들과 동일한 안테나 위치에 포함된다. 안테나(710)의 28 GHz 소자와 마찬가지로, 각각의 28/39 GHz 소자는 인접한 28/39 GHz 소자로부터 df = 28 GHz만큼 분리된다.
안테나(730)는 4개의 39 GHz 소자들을 포함한다. 안테나(740)는 안테나(730)의 4개의 39 GHz 소자들을 안테나(720)의 4개의 결합된 28/39 GHz 소자들에 추가한다. 그 결과, 안테나(740)는 4개의 결합된 28/39 GHz 소자들과, 28/39 GHz 소자들 사이에 배치된 4개의 39 GHz 소자들을 모두 포함한다. 다양한 실시예들에서, 하나의 인접한 39 GHz 소자와 결합된 하나의 28/39 GHz 소자들은 도 6에서 설명된 유닛 셀(630)일 수 있다. 유닛 셀(630)과 같은 유닛 셀은 도 10에서 더 설명될 것이다.
도 8a 및 도 8b는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 상위 대역에서 동작하는 어레이들을 도시한 것이다. 도 8a 및 도 8b에 도시된 어레이들은 단지 예시를 위한 것이며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 도 8a 및 도 8b에 도시된 어레이들에 다양한 특징들이 추가되거나 어레이들로부터 제거될 수 있다.
도 8a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 균일한 여기를 갖는 선형 어레이(810)를 도시한 것이다. 특히, 도 8a는 전체 여기 또는 최적 폭으로 39 GHz에서 작동하는 소자들(2)을 갖는 선형 어레이(810)를 도시한 것이다. 소자들(2)은 dopt만큼 분리되어 있다.
도 8b는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 교번(alternating) 여기를 갖는 선형 어레이(820)를 도시한 것이다. 특히, 도 8b는 전체 여기 또는 최적 폭(2)을 갖는 요소들 및 부분 여기 또는 감소된 폭(.2)을 갖는 요소들을 교번하는 선형 어레이(820)를 도시한 것이다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 각각의 전체 여기 소자(2)는 부분 소자(.2)로부터 dopt만큼 분리된다.
선형 어레이들(810, 820)의 방사 패턴들 및 이득은 유사하다. 도시된 바와 같이 두 선형 어레이들(810, 820)의 소자 간격(dopt)은 2.68 mm이다. 선형 어레이(810)의 SLL은 선형 어레이(820)의 SLL보다 약간 낮다. 선형 어레이(810)의 AF(8-소자 어레이) dBi는 7.54인 반면, 선형 어레이(820)의 AF(8-소자 어레이) dBi는 7.44이다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 슬롯 로딩 유닛 셀을 도시한 것이다. 도 9에 도시된 유닛 셀(900)은 단지 예시를 위한 것이며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 도 9에 도시된 유닛 셀에 다양한 특징들을 추가하거나 제거할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 유닛 셀(900)은 사이드 로브 레벨을 개선하거나 감소시키기 위해 이중 대역 및 이중 대역 편파 mmWave 어레이 안테나들로 구현될 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 유닛 셀(900)은 코로케이션된 소자, 예를 들어 코로케이션된 소자(610)에 추가된 한 쌍의 로딩 슬롯들에 의해 형성될 수 있다. 유닛 셀(900)은 도 10의 설명에서 추가로 설명된다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 중첩 안테나를 포함하여 코로케이션된 안테나를 형성하는 유닛 셀을 도시한 것이다. 도 10에 도시된 유닛 셀은 단지 예시를 위한 것이며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 도 10에 도시된 유닛 셀에 다양한 특징들이 추가되거나 제거될 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 유닛 셀(1000)은 사이드 로브 레벨을 개선하거나 감소시키기 위해 이중 대역 및 이중 대역 편파 mmWave 어레이 안테나들로 구현될 수 있다.
유닛 셀(1000)은 제 1 소자(1010), 제 2 소자(1020) 및 제 3 소자(1030)를 포함한다. 제 1 소자(1010)는 도 7에 도시된 28/39 GHz 소자일 수 있다. 제 1 소자(1010)는 각각 39 GHz 및 28 GHz와 같은 상위 및 하위 주파수들 모두에서 동작하는 마이크로스트립 패치 안테나일 수 있다. 제 1 소자(1010)는 하위 주파수 및 상위 주파수에서 효율적으로 방사하기 위한 임의의 적절한 치수를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 소자(1010)는 이중 대역 소자 또는 이중 대역 안테나 소자로 지칭될 수 있다.
일부 실시예들에서, 제 1 소자(1010)는 2개의 슬롯(1014)을 포함하는 제 1 패치(1012) 및 제 1 패치(1012) 아래의 제 2 패치(1016)를 포함할 수 있다. 제 1 패치(1012)는 제 2 패치(1016) 상에 중첩될 수 있다. 제 1 패치(1012) 및 제 2 패치(1016)는 2개의 개별 평면 상에 제공될 수 있다. 2개의 슬롯(1014)은 서로 평행하게 배열된다. 슬롯들(1014)은 2차 모드에서 패치(1012)의 방사 패턴을 수정하고 39 GHz에서 각각의 공진 주파수를 조정한다.
제 3 소자(1030)는 단일 톤 안테나 소자이다. 제 3 소자(1030)는 상위 주파수 및 하위 주파수 중 하나에서만 방사하는 패치(1032)를 포함한다. 예를 들어, 제 3 소자(1030)는 상위 주파수, 예를 들어 39 GHz에서만 방사할 수 있다. 일부 실시예들에서, 패치(1032)는 제 1 소자(1010)의 제 2 패치와 유사할 수 있으며 제 1 소자(1010)의 제 2 패치와 동일한 평면에 제공된다.
제 2 소자(1020)는 제 1 소자(1010)와 제 3 소자(1030) 사이의 인터커넥트이다. 제 2 소자(1020)는 제 1 소자(1010)와 제 3 소자(1030) 사이의 매칭/페이징 섹션 역할을 하는 전송 라인일 수 있다. 특히, 제 2 소자(1020)는 28 GHz의 하위 대역에서 전송 라인으로서 수행할 수 있으며, 39 GHz의 상위 대역에서 필드들의 적어도 어느 정도까지를 방사할 수 있다. 제 2 소자(1020)는 실질적으로 직선인 전송 라인 또는 적어도 하나의 만곡되거나 또는 구불구불한 부분을 포함하는 전송 라인을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 2 소자(1020)의 전송 라인은 제 1 소자(1010)와 제 3 소자(1030)의 패치들을 연결하는 위상 시프트 전송 라인일 수 있다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 본 개시의 다양한 실시예들은 28 GHz 및 39 GHz의 개별 주파수 대역들에서 동작하는 것이 감소된 효율, 전파 손실, 및 포울리지와 환경 상호 작용을 초래할 수 있음을 인식한다. 본 개시의 실시예들은 28 GHz 및 39 GHz의 주파수 대역들 사이의 파장 차이로 인한, UE(116)와 같은 UE의 설계 복잡성을 더 인식한다. 따라서, 유닛 셀(900) 및 유닛 셀(1000)과 같은 본 개시의 다양한 실시예들은 28 GHz 및 39 GHz와 같은, 상위 및 하위 주파수들 모두에서 전체 스캔을 수행하는 장치들에서 효율성 감소, 전파 손실 및 포울리지와 환경 상호 작용의 문제를 해결하는 구조를 제공한다.
도 11a 내지 도 11e는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 유닛 셀의 다양한 실시예들을 도시한 것이다. 도 11a 내지 도 11e에 도시된 유닛 셀들은 단지 예시를 위한 것이며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 도 11a 내지 도 11e에 도시된 유닛 셀들로부터 다양한 특징들이 결합, 추가 또는 제거될 수 있다. 도 11a 내지 도 11e에 도시된 다양한 유닛 셀들은 반드시 일정한 비율로 도시된 것은 아니지만, 다양한 유닛 셀들 사이의 다양한 차이점을 도시한 것이다. 다양한 유닛 셀들(1110, 1120, 1130, 1140, 1150)은 사이드 로브 레벨을 개선하거나 감소시키기 위해 이중 대역 및 이중 대역 편파 mmWave 어레이 안테나들에서 구현될 수 있다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 다양한 유닛 셀들(1110, 1120, 1130, 1140 및 1150)은 유닛 셀(900) 및 유닛 셀(1000)의 다양한 표현들일 수 있다. 따라서, 다양한 유닛 셀들(1110, 1120, 1130, 1140 및 1150)은 28 GHz 및 39 GHz와 같은, 상위 및 하위 주파수들 모두에서 전체 스캔을 수행하는 장치들에서 효율성 감소, 전파 손실 및 포울리지와 환경 상호 작용의 문제를 해결하기 위해 어레이에 구현될 수 있다.
도 11a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 유닛 셀(1110)을 도시한 것이다. 유닛 셀(1110)은 각각 제 1 소자(1010), 제 2 소자(1020) 및 제 3 소자(1030)와 유사한 제 1 소자(1111), 제 2 소자(1112) 및 제 3 소자(1113)를 포함한다. 유닛 셀(1110)은 유닛 셀(1110)에 대한 전력을 수신하기 위한 여기 포트 또는 트랜시버(1114)를 더 포함한다. 제 1 소자(1111)는 그 각각이 제 1 폭을 포함하는 2개의 슬롯을 포함한다. 제 2 소자(1112)는 제 1 두께의 전송 라인을 포함한다. 제 3 소자(1113)는 직사각형 형상으로 도시되어 있다.
도 11b는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 유닛 셀(1120)을 도시한 것이다. 유닛 셀(1120)은 각각 제 1 소자(1010), 제 2 소자(1020) 및 제 3 소자(1030)와 유사한 제 1 소자(1121), 제 2 소자(1122) 및 제 3 소자(1123)를 포함한다. 유닛 셀(1120)은 유닛 셀(1120)에 대한 전력을 수신하기 위한 여기 포트 또는 트랜시버(1124)를 더 포함한다. 유닛 셀(1110)과 비교하여, 제 1 소자(1121)는 그 각각이 제 1 소자(1111)의 폭보다 더 작은 폭을 갖는 2개의 슬롯을 포함한다. 제 2 소자(1122)는 제 2 소자(1112)의 전송 라인의 두께보다 작은 두께를 갖는 전송 라인을 포함한다. 제 3 소자(1123)는 제 3 소자(1113)의 형상과 유사한 직사각형 형상으로 도시되어 있다.
도 11c는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 유닛 셀(1130)을 도시한 것이다. 유닛 셀(1130)은 각각 제 1 소자(1010), 제 2 소자(1020) 및 제 3 소자(1030)와 유사한 제 1 소자(1131), 제 2 소자(1132) 및 제 3 소자(1133)를 포함한다. 유닛 셀(1130)은 유닛 셀(1130)에 대한 전력을 수신하기 위한 여기 포트 또는 트랜시버(1134)를 더 포함한다. 제 1 소자(1131)는 제 1 소자(1121)와 유사할 수 있다. 그러나, 제 2 소자(1132)는 제 2 소자(1112) 또는 제 2 소자(1122)에 도시된 단일의 만곡된 전송 라인이 아니라 분기된 전송 라인을 포함한다. 제 2 소자(1132)의 전송 라인은 제 1 소자(1131)와 제 3 소자(1133)를 연결하는 직선 부분을 포함한다. 또한, 제 2 소자(1132)의 전송 라인은 직선 부분으로부터 연장되는 2개의 오프셋 분기된 부분들을 포함한다.
또한, 제 3 소자(1133)는 제 3 소자(1113) 또는 제 3 소자(1123)보다 큰 패치를 포함한다. 패치의 크기를 늘리거나 줄이는 것을 통해 유닛 셀(1130)의 이득 및 빔 조정 능력들을 조작할 수 있다. 예를 들어, 제 3 소자(1133)는 제 3 소자(1113 및 1123)의 직사각형 패치들과 대조적으로, 실질적으로 정사각형으로 도시되어 있다.
도 11d는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 유닛 셀(1140)을 도시한 것이다. 유닛 셀(1140)은 각각 제 1 소자(1010), 제 2 소자(1020) 및 제 3 소자(1030)와 유사한 제 1 소자(1141), 제 2 소자(1142) 및 제 3 소자(1143)를 포함한다. 유닛 셀(1140)은 유닛 셀(1140)에 대한 전력을 수신하기 위한 여기 포트 또는 트랜시버(1144)를 더 포함한다. 제 3 소자(1143)의 크기 및 형상은 제 3 소자(1133)와 유사하다. 그러나, 제 2 소자(1142)는 두께 및 구조에 있어서 제 2 소자(1122)와 유사하다. 다시 말해서, 제 2 소자(1142)의 전송 라인은 제 2 소자(1122)의 전송 라인의 두께와 유사한 두께를 가지며 또한 만곡된 또는 구불구불한 부분을 포함한다.
도 11e는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 유닛 셀(1150)을 도시한 것이다. 유닛 셀(1150)은 각각 제 1 소자(1010), 제 2 소자(1020) 및 제 3 소자(1030)와 유사한 제 1 소자(1151), 제 2 소자(1152) 및 제 3 소자(1153)를 포함한다. 유닛 셀(1150)은 유닛 셀(1150)에 대한 전력을 수신하기 위한 여기 포트 또는 트랜시버(1154)를 더 포함한다. 제 3 소자(1153)는 제 3 소자(1113 및 1123)와 유사한 크기 및 실질적으로 정사각형 형상을 갖는다. 제 2 소자(1152)는 제 1 소자(1151)를 제 3 소자(1153)에 연결하는 분기된 전송 라인을 포함한다. 그러나, 제 2 소자(1132)의 전송 라인의 오프셋 분기된 분분들과 대조적으로, 제 2 소자(1152)의 전송 라인의 분기된 부분들은 오프셋되지 않고 서로 직접적으로 가로질러 있다.
본 명세서에서는 2개의 분기된 부분을 포함하는 것으로 설명하였지만, 다양한 실시예들이 가능하다. 예를 들어, 제 2 소자(1152)의 전송 라인은 제 1 소자(1151)를 제 3 소자(1153)에 연결하는 전송 라인의 2개보다 많거나 더 적은 분기된 부분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 2 소자(1152)의 전송 라인은 제 1 소자(1151)를 제 3 소자(1153)에 연결하는 메인 전송 라인의 양쪽에 있는 두 개의 분기된 부분을 포함할 수 있다. 다른 예로서, 제 2 소자(1152)의 전송 라인은 제 1 소자(1151)와 제 3 소자(1153)를 연결하는 메인 전송 라인의 다른 쪽 상의 것과 다른 수의 분기된 부분들을 한 쪽 상에 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서 설명되는 유닛 셀(1000)의 실시예들의 다양한 특징들은 더 결합되거나 분할될 수 있다. 예를 들어, 유닛 셀(1140)의 제 2 소자(1142)의 전송 라인과 같은, 유닛 셀의 만곡된 전송 라인이 유닛 셀들(1130 및 1150)에 도시된 바와 같은 분기된 부분들을 포함할 수도 있다. 다른 예로서, 유닛 셀(1110)에 도시된 더 넓은 슬롯들은 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 유닛 셀들(1120, 1130, 1140 및 1150) 중 어느 하나의 제 1 소자에 적용될 수 있다.
도 12a 내지 도 12c는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 어레이 안테나들을 도시한 것이다. 도 12a 내지 도 12c에 도시된 어레이 안테나들은 단지 예시를 위한 것이며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 도 12a 내지 도 12c에 도시된 어레이 안테나들로부터 다양한 특징들이 결합, 추가 또는 제거될 수 있다. 어레이 안테나들(1200, 1250 및 1280)은 사이드 로브 레벨을 개선하거나 감소시키기 위해 이중 대역 및 이중 대역 편파 mmWave 어레이 안테나들일 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 도 12a, 12b 및 12c에 각각 도시된 어레이 안테나들(1200, 1250 및 1280) 각각은 유닛 셀들(1110, 1120, 1130, 1140 및 1150)의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, 어레이 안테나들(1200, 1250 및 1280)은 28 GHz 및 39 GHz와 같은 상위 및 하위 주파수들 모두에서 전체 스캔을 수행하는 장치들에서 효율성 감소, 전파 손실, 및 포울리지와 환경 상호 작용의 문제를 해결하기 위해 제공된다. 또한, 어레이 안테나들(1200, 1250 및 1280)은 폼 팩터를 유지하면서 이중 대역 어레이 안테나의 방사 성능(즉, 이득)을 향상시킨다. 어레이 안테나들(1200, 1250 및 1280)은 또한 어레이 안테나들(1200, 1250 및 1280)이 구현되어 이중 편파 방사를 실현하는 UE(116)에 의해 전송되는 송신들의 사이드 로브 레벨을 개선한다.
도 12a는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 어레이 안테나(1200)를 도시한 것이다. 어레이 안테나(1200)는 직렬로 연결된 복수의 유닛 셀들(1210a-1210n)을 포함한다. 어레이 안테나(1200)는 임의의 적절한 수의 유닛 셀들(1210)을 포함할 수 있다. 유닛 셀들(1210) 각각은 유닛 셀(900, 1000, 1110, 1120, 1130, 1140, 또는 1150)일 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 12a에 도시된 바와 같이, 각각의 제 2 소자(1020)는 제 1 소자(1010)와 제 3 소자(1030) 사이의 직선 전송 라인을 포함한다. 직선 전송선에는 만곡되거나 또는 구불구불한 부분이 포함되지 않는다.
도 12b는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 어레이 안테나(1250)를 도시한 것이다. 어레이 안테나(1250)는 직렬로 연결된 복수의 유닛 셀들(1260a-1260n)을 포함한다. 어레이 안테나(1250)는 임의의 적절한 수의 유닛 셀들(1260)을 포함할 수 있다. 유닛 셀들(1260) 각각은 유닛 셀(900, 1000, 1110, 1120, 1130, 1140, 또는 1150)일 수 있다. 예를 들어, 유닛 셀들(1260)은 각각의 제 3 소자(1123)가 인접한 유닛 셀(1260)의 제 1 소자(1121)에 직렬로 연결된 유닛 셀(1120)일 수 있다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 각각의 제 2 소자(1122)의 전송 라인은 제 1 소자(1121)와 제 3 소자(1123) 사이의 페이징을 조정하기 위해 만곡된 부분을 포함한다.
도 12c는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 어레이 안테나(1280)를 도시한 것이다. 어레이 안테나(1280)는 오프셋 배열로 배치된 복수의 유닛 셀들(1290a-1290n)을 포함한다. 어레이 안테나(1280)는 임의의 적절한 수의 유닛 셀들(1290)을 포함할 수 있다. 유닛 셀들(1290) 각각은 유닛 셀(900, 1000, 1110, 1120, 1130, 1140, 또는 1150)일 수 있다. 예를 들어, 유닛 셀들(1290)은 각각의 제 3 소자(1123)가 인접한 유닛 셀(1290)의 제 1 소자(1121)에 직렬로 연결된 유닛 셀(1120)일 수 있다. 도 12c에 도시된 바와 같이, 각각의 제 2 소자(1122)의 전송 라인은 제 1 소자(1121)와 제 3 소자(1123) 사이의 페이징을 조정하기 위한 만곡된 부분을 포함한다.
본 개시의 다양한 실시예들에서, 어레이 안테나들(1200, 1250 및 1280)은 적층형 이중 편파 이중 대역 어레이 안테나들로서 제공될 수 있다. 적층형 이중 편파 이중 대역 어레이 안테나들의 다양한 실시예들이 여기에서 설명된다. 예를 들어, 적층형 이중 편파 이중 대역 어레이 안테나들에는 상위 대역 및 하위 대역 전송들을 모두 지원하는 제 1 유닛 셀, 상위 대역 전송들을 지원하는 제 2 유닛 셀, 및 제 1 유닛 셀과 제 2 유닛 셀 사이의 연결이 제공될 수 있다. 이러한 다양한 실시예들이 아래에서 설명되는 도 13a 내지 도 15c에 예시되어 있다.
도 13a 및 도 13b는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 어레이 안테나를 도시한 것이다. 도 13a 및 도 13b에 도시된 안테나 어레이(1300)는 단지 예시를 위한 것이며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 도 13a 및 도 13b에 도시된 안테나 어레이(1300)로부터 다양한 특징들이 결합, 추가 또는 제거될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 13a는 안테나 어레이(1300)의 평면도를 도시한 것이고, 도 13b는 안테나 어레이(1300)의 측면도를 도시한 것이다. 안테나 어레이(1300)는 유닛 셀(1301)을 포함한다. 안테나 어레이(1300)는 어레이 안테나들(1200, 1250, 1280) 중 어느 하나일 수 있다. 유닛 셀(1301)은 유닛 셀(900, 1000, 1110, 1120, 1130, 1140, 1150, 1210, 1260, 또는 1290)일 수 있다. 안테나 어레이(1300)는 적층형 이중 편파 이중 대역 어레이 안테나이다. 다양한 실시예들에서, 안테나 어레이(1300)의 구조는 본 명세서에 설명된 상위 주파수 대역 및 하위 주파수 대역 중 하나 또는 둘 모두에서 방사되는 복사선의 사이드 로브 레벨(SLL)을 감소시킬 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 유닛 셀(1301)을 포함하는 안테나 어레이(1300)는, 유닛 셀들(1110, 1120, 1130, 1140, 및 1150)의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, 안테나 어레이(1300)는 28 GHz 및 39 GHz와 같은 상위 및 하위 주파수들 모두에서 전체 스캔을 수행하는 장치들에서 감소된 효율성, 전파 손실 및 포울리지와 환경 상호 작용의 문제를 해결하기 위해 제공된다. 또한, 안테나 어레이(1300)는 폼 팩터를 유지하면서 이중 대역 어레이 안테나의 방사 성능(즉, 이득)을 향상시킨다. 안테나 어레이(1300)는 또한 안테나 어레이(1300)가 구현되고 이중 편파 방사를 실현하는 UE(116)에 의해 전송된 송신들의 사이드 로브 레벨을 개선한다.
유닛 셀(1301)은 접지면(1310) 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 접지면(1310)은 인쇄 회로 기판(PCB)일 수 있다. 유닛 셀(1301)은 제 1 소자(1303) 및 제 2 소자(1305)를 포함한다. 제 1 소자(1303)는 접지면(1310)에 근접하게 배치된, 28 GHz 패치 안테나와 같은 하위 대역 패치 안테나(1330) 및 하위 대역 패치 안테나(1330)에 근접하게 배치된, 39 GHz 패치 안테나와 같은 상위 대역 패치 안테나(1320a)를 포함한다. 즉, 하위 대역 패치 안테나(1330)는 접지면(1310)과 상위 대역 패치 안테나(1320a) 사이에 배치된다. 제 1 소자(1303)는 상위 대역 패치 안테나(1320a)를 위한 제 1 이중 편파 피드(1340) 및 하위 대역 패치 안테나(1330)를 위한 제 2 이중 편파 피드(1350)를 더 포함한다. 하위 대역 패치 안테나(1330)는 제 1 이중 편파 피드(1340)가 접지면(1310)으로부터 상위 대역 패치 안테나(1320a)로 하위 대역 패치 안테나(1330)를 통해 이동할 수 있게 하는 한 쌍의 홀들(1360)을 포함한다.
제 2 소자(1305)는 39 GHz 패치 안테나와 같은 상위 대역 패치 안테나(1320b)를 포함한다. 상위 대역 패치 안테나(1320b)는 제 1 소자(1303)의 상위 대역 패치 안테나(1320a)와 동일할 수 있지만, 제 2 소자(1305)는 하위 대역 패치 안테나를 포함하지 않는다. 상위 대역 패치 안테나(1320b) 및 상위 대역 패치 안테나(1320a)는 각각 안테나 어레이(1300)의 제 1 평면에 위치하여 제 1 주파수 대역에서 방사한다.
도 13a 및 도 13b에서는 각각의 상위 대역 패치 안테나(1320a, 1320b) 및 하위 대역 패치 안테나(1330)가 원형 형상으로 도시되어 있지만, 다양한 실시예들이 가능하다. 상위 대역 패치 안테나(1320) 및 하위 대역 패치 안테나(1330) 중 하나 또는 둘 모두는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 임의의 적절한 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상위 대역 패치 안테나(1320) 및 하위 대역 패치 안테나(1330) 중 하나 또는 둘 모두는 직사각형 형상, 삼각형 형상 또는 불규칙한 형상을 포함하며 이에 제한되지 않는 형상으로 제공될 수 있다.
유닛 셀(1301)은 스플리터(1380)를 더 포함한다. 스플리터(1380)는 제 1 소자(1303)와 제 2 소자(1305)를 연결하는 제 2 소자(1020)일 수 있다. 예를 들어, 스플리터(1380)는 상위 대역 패치 안테나(1320a) 및 상위 대역 패치 안테나(1320b)에 피딩할 수 있다. 일부 실시예들에서, 스플리터(1380)는 PCB와 같은 접지면(1310) 상에 구현될 수 있으며, 하나의 RFIC가 단일 편파에서 2개의 개별 상위 대역 패치 안테나들(1320a, 1320b)에 피딩할 수 있도록 다른 소자들로부터 접지면(1310)의 반대쪽 측면에 배치될 수 있다. 유닛 셀(1301)이 단일 편파 방사를 위해 구성된 실시예들에서, 연결되지 않은 포트들은 커플링을 감소시키기 위해 오프될 수 있으며, 예를 들어 높은 임피던스에 의해 종단되거나 플로팅될 수 있다.
안테나 어레이(1300)는 본 명세서에서 설명된 복수의 유닛 셀들(1301)을 포함한다. 예를 들어, 안테나 어레이(1300)는 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같은 4개의 유닛 셀들(1301)을 포함할 수 있다. 그러나, 본 실시예를 제한적으로 해석해서는 안 되며 다양한 실시예들이 가능하다. 예를 들어, 안테나 어레이(1300)는 본 개시의 범위를 벗어나지 않으면서 4개보다 많거나 적은 유닛 셀(1301)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 안테나 어레이(1300)는 상위 대역 패치 안테나(1320)와 유사한 추가의 비접속 패치(1370)를 더 포함한다. 비접속 패치(1370)는 전력 전달을 위한 메커니즘을 포함하지 않기 때문에 더미 패치로 지칭될 수 있다. 비접속 패치(1370)는 제 1 유닛 셀(1301)보다 앞서 접지면(1310)에 배치되어 상위 대역 패치 안테나(1320)와 대칭적인 컨덕터 형상을 형성할 수 있다. 비접속 패치(1370)는 하위 대역 패치 안테나(1330)의 전방에 위치됨으로써 하위 대역 패치 안테나(1330)의 방사 패턴을 더욱 향상시킨다.
도 14a 및 도 14b는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 어레이 안테나를 도시한 것이다. 도 14a 및 도 14b에 도시된 안테나 어레이(1400)는 단지 예시를 위한 것이며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 범위를 벗어남이 없이 도 14a 및 eh 14b에 도시된 안테나 어레이(1400)로부터 다양한 특징들이 결합, 추가 또는 제거될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 14a는 안테나 어레이(1400)의 평면도를 도시한 것이고, 도 14b는 안테나 어레이(1400)의 측면도를 도시한 것이다. 안테나 어레이(1400)는 유닛 셀(1401)을 포함한다. 안테나 어레이(1400)는 어레이 안테나들(1200, 1250, 1280) 중 어느 하나일 수 있다. 유닛 셀(1401)은 유닛 셀(900, 1000, 1110, 1120, 1130, 1140, 1150, 1210, 1260, 또는 1290)일 수 있다. 안테나 어레이(1400)는 원하는 편파를 달성하기 위해 위상 시프트 라인을 사용하는 적층형 이중 편파 이중 대역 어레이 안테나이다. 다양한 실시예들에서, 안테나 어레이(1400)의 구조는 본 명세서에 설명된 상위 주파수 대역 및 하위 주파수 대역 중 하나 또는 둘 모두에서 방사되는 복사선의 사이드 로브 레벨(SLL)을 감소시킬 수 있다.
본 명세서에서 설명된 바와 같이, 유닛 셀(1401)을 포함하는 안테나 어레이(1400)는, 유닛 셀들(1110, 1120, 1130, 1140, 및 1150)의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, 안테나 어레이(1400)는 28 GHz 및 39 GHz와 같은 상위 및 하위 주파수들 모두에서 전체 스캔을 수행하는 장치들에서 감소된 효율성, 전파 손실, 포울리지와 환경 상호 작용의 문제를 해결하기 위해 제공된다. 또한, 안테나 어레이(1400)는 폼 팩터를 유지하면서 이중 대역 어레이 안테나의 방사 성능(즉, 이득)을 향상시킨다. 안테나 어레이(1400)는 또한 안테나 어레이(1400)가 구현되고 이중 편파 방사를 실현하는 UE(116)에 의해 전송된 송신들의 사이드 로브 레벨을 개선한다.
유닛 셀(1401)은 접지면(1410) 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 접지면(1410)은 인쇄 회로 기판(PCB)일 수 있다. 유닛 셀(1401)은 제 1 소자(1403) 및 제 2 소자(1405)를 포함한다. 제 1 소자(1403)는 접지면(1410)에 근접하게 배치된, 28 GHz 패치 안테나와 같은 하위 대역 패치 안테나(1430) 및 하위 대역 패치 안테나(1430)에 근접하게 배치된, 39 GHz 패치 안테나와 같은 상위 대역 패치 안테나(1420a)를 포함한다. 즉, 하위 대역 패치 안테나(1430)는 접지면(1410)과 상위 대역 패치 안테나(1420a) 사이에 배치된다.
제 2 소자(1405)는 39 GHz 패치 안테나와 같은 상위 대역 패치 안테나(1420b)를 포함한다. 상위 대역 패치 안테나(1420b)는 제 1 소자(1403)의 상위 대역 패치 안테나(1420a)와 동일할 수 있지만, 제 2 소자(1405)는 하위 대역 패치 안테나를 포함하지 않는다. 상위 대역 패치 안테나(1420b) 및 상위 대역 패치 안테나(1420a)는 각각 안테나 어레이(1400)의 제 1 평면에 위치하여 제 1 주파수 대역에서 방사한다.
제 1 소자(1403) 또는 제 2 소자(1405)에 포함되는, 상위 대역 패치 안테나(1420)는 전송 라인을 수신하기 위해 노치들(1422)을 갖는 원형일 수 있다. 예를 들어, 도 14a에 도시된 바와 같이, 유닛 셀(1401)은 제 1 소자(1403)의 상위 대역 패치 안테나(1420a)를 제 2 소자(1405)의 상위 대역 패치 안테나(1420b)에 연결하는 위상 시프트 전송 라인들(1440)을 더 포함한다. 도 14a에 도시된 바와 같이, 각각의 상위 대역 패치 안테나(1420)는 4개의 노치(1422)를 포함할 수 있다. 그러나, 다양한 실시예들이 가능하며 각각의 상위 대역 패치 안테나(1420)는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고서 4개보다 많거나 더 적은 노치(1422)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 안테나 어레이(1400)는 상위 대역 패치 안테나(1420)를 여기하기 위한 이중 편파 피드인 전송 라인(1450) 및 하위 대역 패치 안테나(1430)를 여기시키기 위한 이중 편파 피드인 전송 라인(1460)을 더 포함한다.
위상 시프트 전송 라인들(1440)은 제 2 소자(1020)일 수 있다. 특히, 위상 시프트 전송 라인들(1440)은 상위 대역 패치 안테나(1420)의 유닛 셀의 위상을 시프트하고 안테나 어레이(1400)에 대한 이중 편파 방사를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 위상 시프트 전송 라인들(1440)은 안테나 어레이(1400)의 직렬로 인접한 상위 대역 패치 안테나(1420)에 피딩하기 위해 신호들의 위상 반전된 카피본들을 만들 수 있다. 일부 실시예들에서, 유닛 셀(1401)은 2개의 위상 시프트 전송 라인들(1440)의 세트를 포함한다. 이러한 세트의 2개의 위상 시프트 전송 라인들(1440) 중 하나는 상위 대역 패치 안테나(1420b)에 의해 여기될 수 있고, 상위 대역 패치 안테나(1420a)는 상위 대역 패치 안테나(1420b)로부터 이러한 세트의 2개의 위상 시프트 전송 라인들(1440) 중 하나에 의해 여기될 수 있다. 예를 들어, 상위 대역 패치 안테나(1420a)는 상위 대역 패치 안테나(1420b)를 여기시키는 신호의 위상 반전 카피본에 의해 여기될 수 있다.
도 14a 및 도 14b에서는 상위 대역 패치 안테나(1420) 및 하위 대역 패치 안테나(1430)가 각각 원형 및 정사각형으로 도시되어 있지만, 다양한 실시예들이 가능하다. 상위 대역 패치 안테나(1420) 및 하위 대역 패치 안테나(1430) 중 하나 또는 둘 모두는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 임의의 적절한 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상위 대역 패치 안테나(1420) 및 하위 대역 패치 안테나(1430) 중 하나 또는 둘 모두는 원형, 직사각형, 삼각형 또는 불규칙한 형상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 형상으로 제공될 수 있다.
도 15a 내지 도 15c는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 어레이 안테나를 도시한 것이다. 도 15a 내지 도 15c에 도시된 안테나 어레이(1500)는 단지 예시를 위한 것이며 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 도 15a 내지 도 15c에 도시된 안테나 어레이(1500)로부터 다양한 특징들이 결합, 추가 또는 제거될 수 있다.
보다 구체적으로, 도 15a는 안테나 어레이(1500)의 평면도를 도시한 것이다. 도 15b는 안테나 어레이(1500)의 측면도를 도시한 것이다. 도 15c는 하위 대역 패치 안테나(1530)의 평면도를 도시한 것이다. 안테나 어레이(1500)는 유닛 셀(1501)을 포함한다. 안테나 어레이(1500)는 어레이 안테나들(1200, 1250, 1280) 중 어느 하나일 수 있다. 유닛 셀(1501)은 유닛 셀(900, 1000, 1110, 1120, 1130, 1140, 1150, 1210, 1260, 또는 1290)일 수 있다. 안테나 어레이(1500)는 원하는 편파를 달성하기 위해 피드 커플러가 있는 위상 시프트 라인을 사용하는 적층형 이중 편파 이중 대역 어레이 안테나이다. 다양한 실시예들에서, 안테나 어레이(1500)의 구조는 본 명세서에 설명된 상위 주파수 대역 및 하위 주파수 대역 중 하나 또는 둘 모두에서 방사되는 복사선의 사이드 로브 레벨(SLL)을 감소시킬 수 있다.
본 명세서에 설명된 바와 같이, 유닛 셀(1501)을 포함하는 안테나 어레이(1500)는, 유닛 셀들(1110, 1120, 1130, 1140, 및 1150)의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 따라서, 안테나 어레이(1500)는 28 GHz 및 39 GHz와 같은 상위 및 하위 주파수 모두에서 전체 스캔을 수행하는 장치들에서 효율성 감소, 전파 손실 및 포울리지와 환경 상호 작용의 문제를 해결하기 위해 제공된다. 또한, 안테나 어레이(1500)는 폼 팩터를 유지하면서 이중 대역 어레이 안테나의 방사 성능(즉, 이득)을 향상시킨다. 안테나 어레이(1500)는 또한 안테나 어레이(1500)가 구현되고 이중 편파 방사를 실현하는 UE(116)에 의해 전송된 송신들의 사이드 로브 레벨을 개선한다.
유닛 셀(1501)은 접지면(1510) 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 접지면(1510)은 인쇄 회로 기판(PCB)일 수 있다. 유닛 셀(1501)은 제 1 소자(1503) 및 제 2 소자(1505)를 포함한다. 제 1 소자(1503)는 접지면(1510)에 근접하게 배치된, 28 GHz 패치 안테나와 같은 하위 대역 패치 안테나(1530) 및 하위 대역 패치 안테나(1530)에 근접하게 배치된, 39 GHz 패치 안테나와 같은 상위 대역 패치 안테나(1520a)를 포함한다. 즉, 하위 대역 패치 안테나(1530)는 접지면(1510)과 상위 대역 패치 안테나(1520a) 사이에 배치된다.
하위 대역 패치 안테나(1530)는 하나 이상의 홀들(1532)을 포함한다. 홀들(1532)은 수직 피드(1560)가 홀(1532)을 경유하여 하위 대역 패치 안테나(1530)를 통해 연장되도록 하기에 충분한 크기를 갖는다. 수직 피드(1560)는 수직 커플러 또는 수직 피드 커플러로 지칭될 수 있다. 각각의 수직 피드(1560)는 홀들(1532) 중 하나를 통해 접지면(1510)으로부터 연장되어 수평 피드(1534)에 연결될 수 있다. 수평 피드(1534)는 수평 커플러 또는 수평 피드 커플러로 지칭될 수 있다. 수평 피드(1534)는 하위 대역 패치 안테나(1530)와 상위 대역 패치 안테나(1520) 사이에 제공되며, 하위 대역 패치 안테나(1530)와 상위 대역 패치 안테나(1520) 중 하나 또는 둘 다를 여기할 수 있다.
다양한 실시예들에서, 수직 피드(1560) 및 수평 피드(1534)는 하위 대역 패치 안테나(1530) 및 상위 대역 패치 안테나(1520) 각각에 동시에 피딩할 수 있다. 예를 들어, 수평 피드(1534)는 수평 피드(1534) 아래의 하위 대역 패치 안테나(1530)에 피딩할 수 있고 또한 수평 피드(1534) 위의 상위 대역 패치 안테나(1520)에 피딩할 수 있다.
제 2 소자(1505)는 39 GHz 패치 안테나와 같은 상위 대역 패치 안테나(1520b)를 포함한다. 상위 대역 패치 안테나(1520b)는 제 1 소자(1503)의 상위 대역 패치 안테나(1520a)와 동일할 수 있지만, 제 2 소자(1505)는 하위 대역 패치 안테나를 포함하지 않는다. 상위 대역 패치 안테나(1520b) 및 상위 대역 패치 안테나(1520a)는 각각 안테나 어레이(1500)의 제 1 평면에 위치하여 제 1 주파수 대역에서 방사한다.
제 1 소자(1503) 또는 제 2 소자(1505)에 포함되는, 상위 대역 패치 안테나(1520)는 원형일 수 있다. 예를 들어, 도 15a에 도시된 바와 같이, 유닛 셀(1501)은 제 1 소자(1503)의 상위 대역 패치 안테나(1520a)를 제 2 소자(1505)의 상위 대역 패치 안테나(1520b)에 연결하는 전송 라인들(1540)을 더 포함한다.
위상 시프트 전송 라인들(1540)은 제 2 소자(1020)일 수 있다. 특히, 위상 시프트 전송 라인들(1540)은 상위 대역 패치 안테나(1520)의 유닛 셀의 위상을 시프트하고, 안테나 어레이(1500)에 대한 이중 편파 방사를 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 위상 시프트 전송 라인들(1540)은 안테나 어레이(1500)의 직렬로 인접한 상위 대역 패치 안테나(1520)에 피딩하기 위해 신호들의 위상 반전된 카피본들을 만들 수 있다. 특히, 안테나 어레이(1500)의 실시예는 이중 대역 편파를 지원하기 위해 단일 RFIC 포트와 함께 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 유닛 셀(1501)은 2개의 위상 시프트 전송 라인들(1540)의 세트를 포함한다. 이러한 세트의 2개의 위상 시프트 전송 라인들(1540) 중 하나는 상위 대역 패치 안테나(1520b)에 의해 여기될 수 있으며 상위 대역 패치 안테나(1520a)는 상위 대역 패치 안테나(1520b)로부터 이러한 세트의 2개의 위상 시프트 전송 라인들(1540) 중 하나에 의해 여기될 수 있다. 예를 들어, 상위 대역 패치 안테나(1520a)는 상위 대역 패치 안테나(1520b)를 여기시키는 신호의 위상 반전된 카피본에 의해 여기될 수 있다.
상위 대역 패치 안테나(1520) 및 하위 대역 패치 안테나(1530)가 도 15a 내지 도 15c에 각각 원형 및 정사각형으로 도시되어 있지만, 다양한 실시예들이 가능하다. 상위 대역 패치 안테나(1520) 및 하위 대역 패치 안테나(1530) 중 하나 또는 둘 모두는 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 임의의 적절한 형상으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상위 대역 패치 안테나(1520) 및 하위 대역 패치 안테나(1530) 중 하나 또는 둘 모두는 원형, 직사각형, 삼각형 또는 불규칙한 형상을 포함하지만 이에 제한되지 않는 형상으로 제공될 수 있다.
도 15c는 본 개시의 다양한 실시예들에 따른 하위 대역 패치 안테나(1530)를 도시한 것이다. 도 15C에 도시된 바와 같이, 하위 대역 패치 안테나(1530)는 하나 이상의 홀들 또는 포트들(1532)을 포함한다. 수직 피드들(1560)은 홀들(1532)을 통해 연장되어 수평 피드들(1534)에 연결된다. 수평 피드들(1534)은 각각 홀들(1532)로부터 하위 대역 패치 안테나(1530)의 중심을 향해 연장된다. 홀들(1532)로부터 하위 대역 패치 안테나(1530)의 중심을 향해 연장됨으로써, 수평 피드(1534)는 수평 피드(1534) 아래의 하위 대역 패치 안테나(1530) 및 수평 피드(1534) 위의 상위 대역 패치 안테나(1520) 모두에 피딩할 수 있다.
본 명세서에서는 하위 대역 패치 안테나(1530)의 일부로서 설명되지만, 다양한 실시예들이 가능하다. 예를 들어, 홀(1532), 수평 피드(1534), 및 수직 피드(1560) 중 하나 이상은 본 개시의 범위를 벗어나지 않고 하위 대역 패치 안테나(1430) 또는 하위 대역 패치 안테나(1330) 상에서 구현될 수 있다.
일부 실시예들에서, 안테나 어레이는 복수의 유닛 셀들을 포함한다. 각 유닛 셀들은 제 1 및 제 2 패치들, 위상 시프트 전송 라인들, 제 3 패치 및 전송 라인을 포함한다. 제 1 및 제 2 패치들은 제 1 주파수 대역에서 방사하도록 구성되며 안테나 어레이의 제 1 평면에 위치된다. 위상 시프트 전송 라인들은 제 1 패치와 제 2 패치를 연결하며, 제 1 패치와 제 2 패치 사이에서 신호의 위상을 시프트하도록 구성된다. 제 3 패치는 안테나 어레이의 제 2 평면 및 제 1 패치 아래에 위치되며, 제 1 주파수 대역보다 낮은 제 2 주파수 대역에서 방사한다. 전송 라인은 적어도 제 3 패치를 여기시키도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 제 3 패치는 포트를 포함하고 전송 라인은 포트를 통과하여 제 1 패치와 제 3 패치 모두를 여기시킨다. 전송 라인은 포트를 통해 연장되는 수직 피드 커플러 및 수직 피드 커플러로부터 연장되어 제 1 패치 및 제 3 패치를 여기시키는 수평 피드 커플러를 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 안테나 어레이는 제 2 패치를 여기시키도록 구성된 제 2 전송 라인을 포함한다. 이러한 세트의 위상 시프트 전송 라인들 중 하나는 제 2 패치에 의해 여기될 수 있고, 제 1 패치는 제 2 패치로부터 이 세트의 위상 시프트 전송 라인들 중 하나에 의해 여기될 수 있다. 일부 실시예들에서, 제 1 패치는 제 2 패치를 여기시키는 신호의 위상 반전된 카피본에 의해 여기된다.
일부 실시예들에서, 안테나 어레이는 제 1 패치 및 제 2 패치에 피딩하도록 구성된 스플리터를 포함한다. 일부 실시예들에서, 제 1 주파수 대역 또는 제 2 주파수 대역 중 적어도 하나에서 방사되는 복사선은 감소된 사이드 로브 레벨을 포함한다. 일부 실시예들에서, 위상 시프트 전송 라인들 각각은 이중 편파된 복사선을 제공한다. 일부 실시예들에서, 제 1 주파수는 39 GHz 주파수 대역이고 제 2 주파수는 28 GHz 주파수 대역이다.
일부 실시예들에서, UE는 안테나 어레이를 통해 신호들을 송수신하도록 구성된 트랜시버를 포함한다. 안테나 어레이는 트랜시버에 작동 가능하게 연결되며 복수의 유닛 셀들을 포함한다. 각 유닛 셀은 제 1 및 제 2 패치들, 위상 시프트 전송 라인들, 제 3 패치 및 전송 라인을 포함한다. 제 1 및 제 2 패치들은 제 1 주파수 대역에서 방사하도록 구성되고, 안테나 어레이의 제 1 평면에 위치된다. 위상 시프트 전송 라인들은 제 1 패치와 제 2 패치를 연결하고, 제 1 패치와 제 2 패치 사이에서 신호의 위상을 시프트하도록 구성된다. 제 3 패치는 안테나 어레이의 제 2 평면 및 제 1 패치 아래에 위치되며, 제 1 주파수 대역보다 낮은 제 2 주파수 대역에서 방사한다. 전송 라인은 적어도 제 3 패치를 여기시키도록 구성된다.
본 개시가 예시적인 실시예로 설명되었지만, 당업자에게 다양한 변경 및 수정이 제안될 수 있다. 본 개시는 첨부된 청구 범위의 범주 내에 속하는 그러한 변경 및 수정을 포함하도록 의도된다. 본 출원의 어떠한 설명도 특정 요소, 단계 또는 기능이 청구 범위에 포함되어야 하는 필수 요소임을 나타내는 것으로 해석되어서는 안 된다.
610, 620, 630: 유닛 셀
710: 안테나
810: 선형 어레이
1000: 유닛 셀
1010: 제 1 소자
1020: 제 2 소자
1030: 제 3 소자
1110, 1120, 1130, 1140, 1150: 유닛 셀
1200, 1250, 1280: 어레이 안테나
1300: 안테나 어레이
1301: 유닛 셀
1320a, 1320b: 상위 대역 패치 안테나
1330: 하위 대역 패치 안테나
1340: 제 1 이중 편파 피드
1350: 제 2 이중 편파 피드
1380: 스플리터
1400: 안테나 어레이
1410: 접지면
1420: 상위 대역 패치 안테나
1430: 하위 대역 패치 안테나
1440: 위상 시프트 전송 라인
1500: 안테나 어레이
1501: 유닛 셀
1510: 접지면
1520a, 1520b: 상위 대역 패치 안테나
1530: 하위 대역 패치 안테나
1534: 수평 피드
1540: 전송 라인
1560: 수직 피드

Claims (15)

  1. 안테나 어레이에 있어서,
    복수의 유닛 셀들로서, 각각의 유닛 셀은,
    제 1 주파수 대역에서 방사하도록 구성되고 상기 안테나 어레이의 제 1 평면에 배치된 제 1 및 제 2 패치들,
    상기 제 1 패치와 상기 제 2 패치를 연결하고 상기 제 1 패치와 상기 제 2 패치 사이에서 신호의 위상을 시프트하도록 구성되는 위상 시프트 전송 라인들의 세트,
    상기 안테나 어레이의 제 2 평면에 및 상기 제 1 패치 아래에 위치되며, 상기 제 1 주파수 대역보다 낮은 제 2 주파수 대역에서 방사하도록 구성되는 제 3 패치를 포함하는, 상기 복수의 유닛 셀들; 및
    적어도 상기 제 3 패치를 여기시키도록 구성되는 전송 라인
    을 포함하는, 안테나 어레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 패치는 포트를 포함하며, 또한
    상기 전송 라인은 상기 포트를 통과하여 상기 제 1 패치와 상기 제 3 패치 모두를 여기시키는, 안테나 어레이.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전송 라인은,
    상기 포트를 통해 연장되는 수직 피드 커플러(vertical feed coupler), 및
    상기 수직 피드 커플러로부터 연장되어 상기 제 1 패치 및 상기 제 3 패치를 여기시키는 수평 피드 커플러(horizontal feed coupler)를 포함하는, 안테나 어레이.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 어레이는 상기 제 2 패치를 여기시키도록 구성되는 제 2 전송 라인을 더 포함하는, 안테나 어레이.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 세트의 위상 시프트 전송 라인들 중 하나의 위상 시프트 전송 라인은 제 2 패치에 의해 여기되며, 또한
    상기 제 1 패치는 상기 제 2 패치로부터 상기 세트의 위상 시프트 전송 라인들 중 상기 하나의 위상 시프트 전송 라인에 의해 여기되는, 안테나 어레이.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 패치는 상기 제 2 패치를 여기시키는 신호의 위상 반전된 카피본에 의해 여기되는, 안테나 어레이.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 패치 및 상기 제 2 패치에 피딩하도록 구성된 스플리터(splitter)를 더 포함하는, 안테나 어레이.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 안테나 어레이는 감소된 사이드 로브 레벨을 갖는 상기 제 1 주파수 대역 또는 상기 제 2 주파수 대역 중 적어도 하나에서 복사선을 방출하도록 구성되는, 안테나 어레이.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 시프트 전송 라인들 각각은 이중 편파 방사를 제공하는, 안테나 어레이.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 주파수는 39 GHz 주파수 대역이고, 상기 제 2 주파수는 28 GHz 주파수 대역인, 안테나 어레이.
  11. 사용자 단말(UE)에 있어서,
    안테나 어레이를 통해 신호들을 송수신하도록 구성되는 트랜시버; 및
    상기 트랜시버에 작동 가능하게 연결되는 안테나 어레이를 포함하며,
    상기 안테나 어레이는,
    복수의 유닛 셀로서, 각각의 상기 유닛 셀은,
    제 1 주파수 대역에서 방사하도록 구성되고 상기 안테나 어레이의 제 1 평면에 배치된 제 1 및 제 2 패치들;
    상기 제 1 패치와 상기 제 2 패치를 연결하고 상기 제 1 패치와 상기 제 2 패치 사이에서 신호의 위상을 시프트하도록 구성되는 위상 시프트 전송 라인들의 세트,
    상기 안테나 어레이의 제 2 평면에 및 상기 제 1 패치 아래에 위치되며, 상기 제 1 주파수 대역보다 낮은 제 2 주파수 대역에서 방사하도록 구성되는 제 3 패치를 포함하는, 상기 복수의 유닛 셀들; 및
    적어도 상기 제 3 패치를 여기시키도록 구성되는 전송 라인
    을 포함하는, 사용자 단말(UE).
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 패치는 포트를 포함하며, 또한
    상기 전송 라인은 상기 포트를 통과하여 상기 제 1 패치와 상기 제 3 패치 모두를 여기시키는, 사용자 단말(UE).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 전송 라인은,
    상기 포트를 통해 연장되는 수직 피드 커플러, 및
    상기 수직 피드 커플러로부터 연장되어 상기 제 1 패치 및 상기 제 3 패치를 여기시키는 수평 피드 커플러를 포함하는, 사용자 단말(UE).
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 안테나 어레이는 상기 제 2 패치를 여기시키도록 구성되는 제 2 전송 라인을 더 포함하는, 사용자 단말(UE).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 세트의 위상 시프트 전송 라인들 중 하나의 위상 시프트 전송 라인은 제 2 패치에 의해 여기되며, 또한
    상기 제 1 패치는 상기 제 2 패치로부터 상기 세트의 위상 시프트 전송 라인들 중 상기 하나의 위상 시프트 전송 라인에 의해 여기되는, 사용자 단말(UE).
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