KR20220111555A - 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 LTE와 같은 4G 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 또는 6G 통신 시스템에 관련된 것이다. 안테나 모듈은, 통신 회로, 서브어레이를 형성하는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 안테나 부, 상기 안테나 부 아래에 복수의 층으로 배치되고, 상기 복수의 안테나 소자들의 위치로 분기를 위한 적어도 하나의 전송 선로, 상기 복수의 층을 관통하는 비아 홀, 및 상기 비아 홀의 인접 영역에 형성된 스터브 구조를 포함하는 네트워크 부를 포함할 수 있다. 상기 복수의 층 중 그라운드 면을 형성하는 제1 층에 설계된 오픈 스터브 구조는, 상기 비아 홀과 인접 형성된 제1 비아 패드, 상기 제1 비아 패드로부터 제1 방향으로 연장된 제1 오픈 스터브, 및 상기 제1 비아 패드 및 상기 제1 오픈 스터브의 가장자리를 감싸도록 형성된 제1 슬롯 부분을 포함할 수 있다. 상기 제1 층과 서로 다른 제2 층에 설계된 쇼트 스터브 구조는, 상기 비아 홀과 인접 형성된 제2 비아 패드, 상기 제2 비아 패드로부터 제2 방향으로 연장된 쇼트 스터브, 상기 제2 비아 패드로부터 상기 제2 방향과 상이한 제3 방향으로 연장되어 상기 적어도 하나의 전송 선로와 연결된 트랜스포머, 및 상기 제2 비아 패드, 상기 쇼트 스터브 및 상기 트랜스포머의 가장자리의 적어도 일부를 감싸도록 형성된 제2 슬롯 부분을 포함할 수 있다.

Description

안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치{ANTENNA MODULE AND ELECTRONIC DEVICE WITH THE SAME}
본 개시의 다양한 실시예들은 안테나 모듈 및 안테나 모듈을 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
무선 통신 세대를 거듭하면서 발전한 과정을 돌아보면 음성, 멀티미디어, 데이터 등 주로 인간 대상의 서비스를 위한 기술이 개발되어 왔다. 5G (5th-generation) 통신 시스템 상용화 이후 폭발적인 증가 추세에 있는 커넥티드 기기들이 통신 네트워크에 연결될 것으로 전망되고 있다. 네트워크에 연결된 사물의 예로는 차량, 로봇, 드론, 가전제품, 디스플레이, 각종 인프라에 설치된 스마트 센서, 건설기계, 공장 장비 등이 있을 수 있다. 모바일 기기는 증강현실 안경, 가상현실 헤드셋, 홀로그램 기기 등 다양한 폼팩터로 진화할 것으로 예상된다. 6G (6th-generation) 시대에는 수천억 개의 기기 및 사물을 연결하여 다양한 서비스를 제공하기 위해, 개선된 6G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 6G 통신 시스템은 5G 통신 이후 (beyond 5G) 시스템이라 불리어지고 있다.
2030년쯤 실현될 것으로 예측되는 6G 통신 시스템에서 최대 전송 속도는 테라 (즉, 1,000기가) bps, 무선 지연시간은 100마이크로초(μsec) 이다. 즉, 5G 통신 시스템대비 6G 통신 시스템에서의 전송 속도는 50배 빨라지고 무선 지연시간은 10분의 1로 줄어든다.
이러한 높은 데이터 전송 속도 및 초저(ultra low) 지연시간을 달성하기 위해, 6G 통신 시스템은 테라헤르츠(terahertz) 대역 (예를 들어, 95기가헤르츠(95GHz)에서 3테라헤르츠(3THz)대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 테라헤르츠 대역에서는 5G에서 도입된 밀리미터파(mmWave) 대역에 비해 더 심각한 경로손실 및 대기흡수 현상으로 인해서 신호 도달거리, 즉 커버리지를 보장할 수 있는 기술의 중요성이 더 커질 것으로 예상된다. 커버리지를 보장하기 위한 주요 기술로서 RF(radio frequency) 소자, 안테나, OFDM (orthogonal frequency division multiplexing)보다 커버리지 측면에서 더 우수한 신규 파형(waveform), 빔포밍(beamforming) 및 거대 배열 다중 입출력(massive multiple-input and multiple-output; massive MIMO), 전차원 다중 입출력(full dimensional MIMO; FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 대규모 안테나(large scale antenna)와 같은 다중 안테나 전송 기술 등이 개발되어야 한다. 이 외에도 테라헤르츠 대역 신호의 커버리지를 개선하기 위해 메타물질(metamaterial) 기반 렌즈 및 안테나, OAM(orbital angular momentum)을 이용한 고차원 공간 다중화 기술, RIS(reconfigurable intelligent surface) 등 새로운 기술들이 논의되고 있다.
또한 주파수 효율 향상 및 시스템 네트워크 개선을 위해, 6G 통신 시스템에서는 상향링크(uplink)와 하향링크(downlink)가 동일 시간에 동일 주파수 자원을 동시에 활용하는 전이중화(full duplex) 기술, 위성(satellite) 및 HAPS(high-altitude platform stations)등을 통합적으로 활용하는 네트워크 기술, 이동 기지국 등을 지원하고 네트워크 운영 최적화 및 자동화 등을 가능하게 하는 네트워크 구조 혁신 기술, 스펙트럼 사용 예측에 기초한 충돌 회피를 통한 동적 주파수 공유 (dynamic spectrum sharing) 기술, AI (artificial intelligence)를 설계 단계에서부터 활용하고 종단간(end-to-end) AI 지원 기능을 내재화하여 시스템 최적화를 실현하는 AI 기반 통신 기술, 단말 연산 능력의 한계를 넘어서는 복잡도의 서비스를 초고성능 통신과 컴퓨팅 자원(mobile edge computing (MEC), 클라우드 등)을 활용하여 실현하는 차세대 분산 컴퓨팅 기술 등의 개발이 이루어지고 있다. 뿐만 아니라 6G 통신 시스템에서 이용될 새로운 프로토콜의 설계, 하드웨어 기반의 보안 환경의 구현 및 데이터의 안전 활용을 위한 메커니즘 개발 및 프라이버시 유지 방법에 관한 기술 개발을 통해 디바이스 간의 연결성을 더 강화하고, 네트워크를 더 최적화하고, 네트워크 엔티티의 소프트웨어화를 촉진하며, 무선 통신의 개방성을 높이려는 시도가 계속되고 있다.
이러한 6G 통신 시스템의 연구 및 개발로 인해, 사물 간의 연결뿐만 아니라 사람과사물 간의 연결까지 모두 포함하는 6G 통신 시스템의 초연결성(hyper-connectivity)을 통해 새로운 차원의 초연결 경험(the next hyper-connected experience)이 가능해질 것으로 기대된다. 구체적으로 6G 통신 시스템을 통해 초실감 확장 현실(truly immersive extended reality; truly immersive XR), 고정밀 모바일 홀로그램(high-fidelity mobile hologram), 디지털 복제(digital replica) 등의 서비스 제공이 가능할 것으로 전망된다. 또한 보안 및 신뢰도 증진을 통한 원격 수술(remote surgery), 산업 자동화(industrial automation) 및 비상 응답(emergency response)과 같은 서비스가 6G 통신 시스템을 통해 제공됨으로써 산업, 의료, 자동차, 가전 등 다양한 분야에서 응용될 것이다.
통신 시스템은 송수신 신호를 만들어내는 송신(Tx), 수신(Rx) 집적 회로(integrated circuit)와 이를 전파로 전송하기 위한 안테나 소자를 포함할 수 있다. 안테나의 사용 주파수가 올라감에 따라 전송 선로 손실을 줄이기 위하여 안테나와 통신 회로(예: RFIC)가 결합된 형태로 개발되고 있다.
안테나 구조는, 초고주파 대역을 사용함에 따라, 안테나 소자들 및 무선 통신 회로(예: RF 회로)를 포함한 복수 개의 기판들이 적층된 구조로 설계될 수 있다. 상기 안테나 구조에서, 복수 개의 기판 내에 배치된 전송 선로를 설계할 때, 기판과 수평 방향으로 배치된 스트립 라인(stripline) 형태의 구조, 및 층과 층 사이를 연결하는 수직 방향의 전송 비아를 이용할 수 있다.
상기 안테나 구조에서, 서로 다른 두 가지 타입의 전송 선로(예: 스트립 라인 및 전송 비아)가 사용됨에 따라, 두 가지 타입의 전송 선로간 불연속점(discontinuity)이 발생할 수 있으며, 두 가지 타입의 전송 선로가 서로 다른 임피던스를 가질 경우 미스매칭(mismatching)에 의해 손실이 증가할 수 있다. 이에 따라, 이를 해결할 수 있는 개선된 구조가 요구된다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 초고주파 대역을 사용하고 복수 개의 기판들이 적층된 구조가 적용된 안테나 모듈에서, 서로 다른 타입의 전송 선로간 미스매칭을 줄이기 위한 오픈 스터브 구조 및/또는 쇼트 스터브 구조를 설계할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈은, 통신 회로, 서브어레이를 형성하는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 안테나 부, 상기 안테나 부 아래에 복수의 층으로 배치되고, 상기 복수의 안테나 소자들의 위치로 분기를 위한 적어도 하나의 전송 선로, 상기 복수의 층을 관통하는 비아 홀, 및 상기 비아 홀의 인접 영역에 형성된 스터브 구조를 포함하는 네트워크 부를 포함할 수 있다. 상기 복수의 층 중 그라운드 면을 형성하는 제1 층에 설계된 오픈 스터브 구조는, 상기 비아 홀과 인접 형성된 제1 비아 패드, 상기 제1 비아 패드로부터 제1 방향으로 연장된 제1 오픈 스터브, 및 상기 제1 비아 패드 및 상기 제1 오픈 스터브의 가장자리를 감싸도록 형성된 제1 슬롯 부분을 포함할 수 있다. 상기 제1 층과 서로 다른 제2 층에 설계된 쇼트 스터브 구조는, 상기 비아 홀과 인접 형성된 제2 비아 패드, 상기 제2 비아 패드로부터 제2 방향으로 연장된 쇼트 스터브, 상기 제2 비아 패드로부터 상기 제2 방향과 상이한 제3 방향으로 연장되어 상기 적어도 하나의 전송 선로와 연결된 트랜스포머, 및 상기 제2 비아 패드, 상기 쇼트 스터브 및 상기 트랜스포머의 가장자리의 적어도 일부를 감싸도록 형성된 제2 슬롯 부분을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈은, 통신 회로, 서브어레이를 형성하는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 안테나 부, 및 상기 통신 회로 및 상기 안테나 부 사이에 적층된 복수 개의 기판들을 포함하고, 상기 복수 개의 기판 중 그라운드 면을 형성하는 적어도 하나의 층에 오픈 스터브 구조가 설계된 네트워크 부를 포함할 수 있다. 상기 오픈 스터브 구조는, 비아 홀의 가장자리를 따라 형성된 제1 비아 패드, 상기 제1 비아 패드로부터 제1 방향으로 연장된 제1 오픈 스터브, 및 상기 제1 비아 패드 및 상기 제1 오픈 스터브의 가장자리를 감싸도록 형성되어, 상기 제1 비아 패드 및 상기 제1 오픈 스터브를 상기 그라운드 면으로부터 이격시킨 제1 슬롯 부분을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈은, 통신 회로, 서브어레이를 형성하는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 안테나 부, 및 상기 통신 회로 및 상기 안테나 부 사이에 적층된 복수 개의 기판들을 포함하고, 상기 복수 개의 기판 중 스트립 라인의 전송 선로가 배치된 적어도 하나의 층에 쇼트 스터브 구조가 설계된 네트워크 부를 포함할 수 있다. 상기 쇼트 스터브 구조는, 비아 홀의 가장자리를 따라 형성된 제1 비아 패드, 상기 제1 비아 패드로부터 제1 방향으로 연장된 쇼트 스터브, 상기 제1 비아 패드로부터 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 연장되어 상기 스트립 라인의 전송 선로와 연결된 트랜스포머, 및 상기 제1 비아 패드, 상기 쇼트 스터브 및 상기 트랜스포머의 가장자리의 적어도 일부를 감싸도록 형성된 제1 슬롯 부분을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따르면, 복수 개의 기판들이 적층된 안테나 모듈에서, 기판들 내부 또는 일면에 배치된 전송 선로들의 미스매칭을 줄이기 위한 구조를 제공할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈은, 기판의 일 영역에 개선된 오픈 스터브 구조 및/또는 쇼트 스터브 구조를 설계하여, 서로 다른 타입의 전송 선로간 임피던스 매칭을 구현할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈은, 기판의 일 영역에 개선된 오픈 스터브 구조 및/또는 쇼트 스터브 구조를 설계하여, 물리적인 공간 활용성을 극대화하고, 신호 전송 라인 손실을 최소화할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈은, 모듈 내부 구조 최적화를 위하여, 레이어(layer) 별로 기능을 특정하고, 독립성을 갖도록 설계함으로써, 모듈 개발의 효율성을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 구조의 일 실시예를 나타낸다.
도 2는 도 1의 A-A'축을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1의 B-B'축을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1의 C-C'축을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 전자 장치 내에 배치된 안테나 모듈의 단면도이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 전송 선로 간의 매칭 구조를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 오픈 스터브 구조를 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 오픈 스터브 구조를 나타내는 평면도이다.
도 9는 본 개시의 다양한 실시예 중 다른 하나에 따른, 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 오픈 스터브 구조를 나타내는 사시도이다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 라우팅 부에 오픈 스터브 구조를 설계한 경우의 전송 선로의 특성과 오픈 스터브 구조가 제외된 경우의 전송 선로의 특성을 비교한 그래프이다.
도 11a, 도 11b, 도 11c, 도 11d, 도 11e, 도 11f, 도 11g, 및 도 11h는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 오픈 스터브 구조를 나타내는 평면도이다.
도 12는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 서로 다른 오픈 스터브 구조를 구현한 경우, 오픈 스터브들 간의 전송 선로의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 쇼트 스터브 구조를 나타내는 사시도이다.
도 14는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 쇼트 스터브 구조를 나타내는 평면도이다.
도 15는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 쇼트 스터브 구조를 나타내는 단면도이다.
도 16a는 본 개시의 다양한 실시예 중 다른 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 쇼트 스터브 구조를 나타내는 평면도이다.
도 16b는 도 16a와 비교를 위한 쇼트 스터브 구조가 제외된 전송 선로의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 17a는 본 개시의 다양한 실시예 중 다른 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 쇼트 스터브 구조가 설계된 경우의 전송 선로의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 17b는 도 17a와 비교를 위한 쇼트 스터브 구조가 제외된 경우의 전송 선로의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 18a 및 도 18b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 쇼트 스터브 구조를 나타내는 평면도이다.
도 19는 본 개시의 다양한 실시예 중 또 다른 하나의 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 쇼트 스터브 구조를 나타내는 평면도이다.
도 20은 본 개시의 다양한 실시예 중 또 다른 하나의 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 오픈 스터브 구조를 나타내는 평면도이다.
도 21은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 스트립 라인의 전송 선로와 비아들의 배치 관계를 나타낸 도면이다.
도 22는 본 개시의 다양한 실시예 중 다른 하나에 따른, 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 스트립 라인의 전송 선로와 비아들의 배치 관계를 나타낸 도면이다.
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본 문서의 다양한 실시예들 및 이에 사용된 용어들은 본 문서에 기재된 기술적 특징들을 특정한 실시예들로 한정하려는 것이 아니며, 해당 실시예의 다양한 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 또는 관련된 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 아이템에 대응하는 명사의 단수 형은 관련된 문맥상 명백하게 다르게 지시하지 않는 한, 상기 아이템 한 개 또는 복수 개를 포함할 수 있다. 본 문서에서, "A 또는 B", "A 및 B 중 적어도 하나", "A 또는 B 중 적어도 하나", "A, B 또는 C", "A, B 및 C 중 적어도 하나", 및 "A, B, 또는 C 중 적어도 하나"와 같은 문구들 각각은 그 문구들 중 해당하는 문구에 함께 나열된 항목들 중 어느 하나, 또는 그들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. "제1", "제2", 또는 "첫째" 또는 "둘째"와 같은 용어들은 단순히 해당 구성요소를 다른 해당 구성요소와 구분하기 위해 사용될 수 있으며, 해당 구성요소들을 다른 측면(예: 중요성 또는 순서)에서 한정하지 않는다. 어떤(예: 제1) 구성요소가 다른(예: 제2) 구성요소에, "기능적으로" 또는 "통신적으로"라는 용어와 함께 또는 이런 용어 없이, "커플드" 또는 "커넥티드"라고 언급된 경우, 그것은 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로(예: 유선으로), 무선으로, 또는 제3 구성요소를 통하여 연결될 수 있다는 것을 의미한다.
본 문서의 다양한 실시예들에서 사용된 용어 "모듈"은 하드웨어, 소프트웨어 또는 펌웨어로 구현된 유닛을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 로직, 논리 블록, 부품, 또는 회로와 같은 용어와 상호 호환적으로 사용될 수 있다. 모듈은, 일체로 구성된 부품 또는 하나 또는 그 이상의 기능을 수행하는, 상기 부품의 최소 단위 또는 그 일부가 될 수 있다. 예를 들면, 일실시예에 따르면, 모듈은 ASIC(application-specific integrated circuit)의 형태로 구현될 수 있다.
본 문서의 다양한 실시예들은 기기(machine)(예: 전자 장치(101)) 의해 읽을 수 있는 저장 매체(storage medium)(예: 내장 메모리(136) 또는 외장 메모리(138))에 저장된 하나 이상의 명령어들을 포함하는 소프트웨어(예: 프로그램(140))로서 구현될 수 있다. 예를 들면, 기기(예: 전자 장치(101))의 프로세서(예: 프로세서(120))는, 저장 매체로부터 저장된 하나 이상의 명령어들 중 적어도 하나의 명령을 호출하고, 그것을 실행할 수 있다. 이것은 기기가 상기 호출된 적어도 하나의 명령어에 따라 적어도 하나의 기능을 수행하도록 운영되는 것을 가능하게 한다. 상기 하나 이상의 명령어들은 컴파일러에 의해 생성된 코드 또는 인터프리터에 의해 실행될 수 있는 코드를 포함할 수 있다. 기기로 읽을 수 있는 저장 매체는, 비일시적(non-transitory) 저장 매체의 형태로 제공될 수 있다. 여기서,'비일시적'은 저장 매체가 실재(tangible)하는 장치이고, 신호(signal)(예: 전자기파)를 포함하지 않는다는 것을 의미할 뿐이며, 이 용어는 데이터가 저장 매체에 반영구적으로 저장되는 경우와 임시적으로 저장되는 경우를 구분하지 않는다.
일실시예에 따르면, 본 문서에 개시된 다양한 실시예들에 따른 방법은 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)에 포함되어 제공될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 상품으로서 판매자 및 구매자 간에 거래될 수 있다. 컴퓨터 프로그램 제품은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체(예: compact disc read only memory(CD-ROM))의 형태로 배포되거나, 또는 어플리케이션 스토어(예: 플레이 스토어TM)를 통해 또는 두 개의 사용자 장치들(예: 스마트 폰들) 간에 직접, 온라인으로 배포(예: 다운로드 또는 업로드)될 수 있다. 온라인 배포의 경우에, 컴퓨터 프로그램 제품의 적어도 일부는 제조사의 서버, 어플리케이션 스토어의 서버, 또는 중계 서버의 메모리와 같은 기기로 읽을 수 있는 저장 매체에 적어도 일시 저장되거나, 임시적으로 생성될 수 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 상기 기술한 구성요소들의 각각의 구성요소(예: 모듈 또는 프로그램)는 단수 또는 복수의 개체를 포함할 수 있으며, 복수의 개체 중 일부는 다른 구성요소에 분리 배치될 수도 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 전술한 해당 구성요소들 중 하나 이상의 구성요소들 또는 동작들이 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 구성요소들 또는 동작들이 추가될 수 있다. 대체적으로 또는 추가적으로, 복수의 구성요소들(예: 모듈 또는 프로그램)은 하나의 구성요소로 통합될 수 있다. 이런 경우, 통합된 구성요소는 상기 복수의 구성요소들 각각의 구성요소의 하나 이상의 기능들을 상기 통합 이전에 상기 복수의 구성요소들 중 해당 구성요소에 의해 수행되는 것과 동일 또는 유사하게 수행할 수 있다. 다양한 실시예들에 따르면, 모듈, 프로그램 또는 다른 구성요소에 의해 수행되는 동작들은 순차적으로, 병렬적으로, 반복적으로, 또는 휴리스틱하게 실행되거나, 상기 동작들 중 하나 이상이 다른 순서로 실행되거나, 생략되거나, 또는 하나 이상의 다른 동작들이 추가될 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시예에 따른 전자 장치의 구조의 일 실시예를 나타낸다. 도 2는 도 1의 A-A'축을 기준으로 절단한 단면도이다. 도 3은 도 1의 B-B'축을 기준으로 절단한 단면도이다. 도 4는 도 1의 C-C'축을 기준으로 절단한 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 전자 장치(101)는, 제 1 플레이트(220)(예를 들어, 전면 플레이트), 제 1 플레이트(220)와 이격되고 반대 방향으로 향하는 제 2 플레이트(230)(예를 들어, 후면 플레이트 또는 리어 글래스), 및 제 1 플레이트(220)와 제 2 플레이트(230) 사이의 공간을 둘러싸는 측면 부재(240)를 포함하는 하우징(310)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제 1 플레이트(220)는 유리 판을 포함하는 투명한 물질을 포함할 수 있다. 제 2 플레이트(230)는, 비도전성 및/또는 도전성 물질을 포함할 수 있다. 측면 부재(240)는 도전성 물질 및/또는 비도전성 물질을 포함할 수 있다. 어떤 실시예에서는, 측면 부재(240)의 적어도 일부는 제 2 플레이트(230)와 일체로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 측면 부재(240)는, 제 1 내지 제 3 절연부들(241, 543, 및 545) 및/또는 제 1 내지 제 3 도전부들(251, 253, 및 255)를 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 측면 부재(240)는, 제 1 내지 제 3 절연부들(241, 243, 및 245) 및/또는 제 1 내지 제 3 도전부들(251, 253, 및 255) 중 하나는 생략될 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 절연부들(241, 243, 및 245)이 생략된 경우, 제 1 내지 제 3 절연부들(241, 243, 및 245) 부분은 도전부로 형성될 수 있다. 또 다른 예로, 제 1 내지 제 3 도전부들(251, 253, 및 255)이 생략된 경우, 제 1 내지 제 3 도전부들(251, 253, 및 255) 부분은 절연부로 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는, 상기 공간 내에, 제 1 플레이트(220)를 통하여 보이도록 배치된 디스플레이, 메인 인쇄회로기판(PCB)(271), 및/또는 중간 플레이트(mid-plate)(미도시)을 포함할 수 있고, 선택적으로 다양한 다른 부품들을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는, 제 1 안테나(예: 제 1 도전부(251)), 제 2 안테나(예: 제 2 도전부(253)), 또는 제 3 안테나(예: 제 3 도전부(255))를 상기 공간 내에 및/또는 상기 하우징(310)의 일부(예를 들어, 측면부재(240))에 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 내지 제 3 안테나들은, 예를 들어, 셀룰러 통신(예: 2세대(2G), 3G, 4G, 또는 LTE), 근거리 통신(예: WiFi, Bluetooth, 또는 NFC), 및/또는 GNSS(global navigation satellite system)을 지원하는 안테나의 방사체로 이용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 전자 장치(101)는, 방향성 빔(directional beam)을 형성하기 위한 제 1 안테나 모듈(261), 제 2 안테나 모듈(263), 및/또는 제 3 안테나 모듈(265)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 안테나 모듈들(261, 263, 및 265)은 5G 네트워크 통신, mmWave 통신, 60 GHz 통신, WiGig 통신, 또는 6G 네트워크 통신을 위해 사용될 수 있다. 일 실시 예에서, 안테나 모듈들(261 내지 265)은, 전자 장치(101)의 금속 부재(예: 하우징(110), 내부 부품(273), 및/또는 상기 제 1 내지 제 3 안테나들)와 이격되도록 상기 공간 내에 배치될 수 있다. 또 다른 예로, 안테나 모듈들(261 내지 265)은, 전자 장치(101)의 금속 부재(예: 하우징(310), 및/또는 제 1 내지 제 3 도전부(251 내지 255))와 접촉되도록 상기 공간 내에 배치될 수 있다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에서, 제 1 안테나 모듈(261)은 좌측(-Y축) 상단에 위치하고, 제 2 안테나 모듈(263)은 상단(X측) 중간에 위치하고, 제 3 안테나 모듈(265)은 우측(Y축) 중간에 위치할 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 전자 장치(101)는 추가적인 안테나 모듈들을 추가적인 위치(예: 하단(-X축) 중간)에 포함하거나 또는 제 1 내지 제 3 안테나 모듈들(261 내지 265) 중 일부는 생략될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 내지 제 3 안테나 모듈들(261 내지 265)은 도전성 라인(281)(예: 동축 케이블 또는 FPCB)을 이용하여 PCB(271) 상에 있는 적어도 하나의 통신 프로세서(120)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1의 A-A'축을 기준으로 하는 단면을 도시하는 도 2를 참조하면, 제 1 안테나 어레이(미도시) 또는 제 2 안테나 어레이(미도시)를 포함하는 제 1 안테나 모듈(261)의 제1 안테나 어레이는 제 2 플레이트(230) 방향으로 방사를 하고, 제 2 안테나 어레이는 제 1 절연부(241)를 통하여 방사하도록 배치될 수 있다.
도 1의 B-B'축을 기준으로 하는 단면을 도시하는 도 3를 참조하면, 상기 제 2 안테나 모듈(263)의 제 1 안테나 어레이는 제 2 플레이트(230) 방향으로 방사를 하고, 제 2 안테나 어레이는 제 2 절연부(243)를 통하여 방사하도록 배치될 수 있다. 일 실시 예에서, 제 1 안테나 어레이 또는 제 2 안테나 어레이는 다이폴 안테나, 패치 안테나, 모노폴 안테나, 슬롯 안테나 또는 루프 안테나를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제 2 안테나 모듈(263)은 제 1 인쇄회로기판 및 제1 인쇄회로기판과 전기적으로 연결된 제 2 인쇄회로기판을 포함할 수 있다. 제 1 인쇄회로기판에는 제 1 안테나 어레이가 배치될 수 있다. 제 2 인쇄회로기판에는 제 2 안테나 어레이가 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 인쇄회로기판 및 제 2 인쇄회로기판은 플렉서블 인쇄회로기판 또는 동축 케이블을 통해 연결될 수 있다. 상기 플렉서블 인쇄회로기판 또는 동축 케이블은 전기물(예: 리시버, 스피커, 센서류, 카메라, 이어잭 또는 버튼)의 주변에 배치될 수 있다.
도 1의 C-C'축을 기준으로 하는 단면을 도시하는 도 4를 참조하면, 제 3 안테나 모듈(265)은 하우징(310)의 측면 부재(240)를 향하여 방사하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 3 안테나 모듈(265)의 안테나 어레이 는 제 3 절연부(245)를 통하여 방사하도록 배치될 수 있다.
도 5는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 전자 장치 내에 배치된 안테나 모듈의 단면도이다.
다양한 실시예에 따르면, 전자 장치(예: 도 1 내지 4의 전자 장치(101))는 안테나 모듈(300)을 포함할 수 있다. 안테나 모듈(300)은 초고주파에서 적용 가능한 안테나 인 패키지(antenna in package) 구조이며, 안테나 모듈(300)에 배치된 안테나는 서브어레이(subarray)를 형성(예: 서브어레이 구조(subarray structure))할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈(300)을 구성하는 각각의 레이어들의 그룹(이하, 안테나 부(301), 네트워크 부(302), 및 통신 회로부(303))은 독립성을 갖도록 설계되어, 모듈 내부 구조의 최적화를 통해 공간 효율성을 늘리고, 라인 손실을 최소화할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(300)은 안테나 소자(301a)(예: 도전성 플레이트)들이 지정된 어레이를 형성하고, 복수 개의 층으로 구성된 안테나 부(antenna unit)(301)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(300)은 안테나 부(301)를 기준으로, 아래 방향으로, 네트워크 부(302), 및 통신 회로부(303)가 적층 배치(stack-up)될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 네트워크 부(302)는 피딩 네트워크 부(320) 및 라우팅 부(330)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(300)은 복수 개의 층으로 이루어진 HDI(high density interconnect) PCB 구조로 설계될 수 있다. 예를 들어, 안테나 부(301), 피딩 네트워크 부(320), 라우팅 부(330), 및 통신 회로부(303) 각각은 복수 개의 레이어들이 적층된 형태일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 부(301)는 안테나 소자(301a)들의 지정된 배열(예: 서브어레이(subarray))을 포함하는 서브어레이 구조(subarray structure)로 설계될 수 있다. 안테나 소자(301a)들은 안테나 방사체로서, 예를 들어, 패치 타입의 방사 도체 또는 일방향으로 연장된 다이폴 구조의 도전성 플레이트 형태를 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 패치 타입의 안테나 소자(301a)들은 안테나 모듈(300)의 물리적 공간을 효율적으로 사용하고, 브로드사이드(broadside) 방사 패턴을 제공함에 따라, 이득 및 빔 조향에 유리할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 부(301)는 외부로 노출된 면을 포함하는 제1 층의 일면 또는 내부에, 피딩 네트워크 부(320)의 급전 라인과 연결되는 주 방사체들(예: 안테나 소자(301a)들)이 위치하며, 서브어레이 구조로 설계될 수 있다. 상기 서브어레이 구조는 사용 주파수 대역에 따라 안테나 모듈(300) 내에 배치 가능한 방사체의 개수가 결정되기 때문에, 상기 결정된 방사체의 개수에 대응되도록 다양한 형태로 설계될 수 있다. 예를 들어, 상기 서브어레이 구조는 패치 타입을 기준으로 2x1, 2x2, 4x1 또는 4x2 와 같은 다양한 형태로 배열될 수 있다. 또 다른 예로, 상기 패치 타입의 형태는 정사각형, 원형, 직사각형, 또는 타원과 같이 다양한 형태 중 하나일 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 상기 서브어레이의 구조는 HPBW(half power beamwidth), 및 빔조향각(beam scanrange) 요구 사항에 따라서 배치 및 형상이 결정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 네트워크 부(302)는 안테나 부(301) 아래에 위치하고, 복수 개의 층으로 형성될 수 있다. 네트워크 부(302)는 통신 회로(예: RFIC)(341)에서 전달된 송신 신호 및/또는 수신 신호를 안테나 부(301)의 안테나 소자(301a)들을 향해 전기적으로 연결할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 네트워크 부(302)는 안테나 부(301)와 인접한 피딩 네트워크 부(320) 및 통신 회로부(303)와 인접한 라우팅 부(330)가 적층 배치될 수 있다. 초고주파를 위한 안테나 모듈은 물리적인 공간이 부족하기 때문에 전송 선로의 집적도가 증가하며, 이에 따른 설계를 위해 네트워크 부(302)를 두 개의 적층된 그룹(각각의 그룹은 복수 개의 층들로 구성됨)으로 나누어 설계할 수 있다. 예를 들어, 한 개의 그룹은 피딩 네트워크 부(320), 다른 그룹은 라우팅 부(330)로 사용하여 각각 기능을 분류하고, 통신 회로(341)에서 제공되는 송신 신호 및/또는 수신 전송 선로의 위치(예: bump map)와 서브어레이 구조를 형성하는 안테나 소자들의 급전 위치를 고려하여 분석된 공간 위상 구조(topology)를 확인하고, 각각 레이어들간의 인접성, 연결성을 최적화하고 최소 손실, 최대 효율을 위한 최적 경로로 설계할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 네트워크 부(302)의 피딩 네트워크 부(320)는, 복수 개의 층으로 형성되고 통신 회로(341)로부터 전달 받은 신호를 전력 분배기의 형태의 제1 전송 선로(315)를 이용하여, 안테나 부(301)의 안테나 소자(301a)들(또는 안테나 소자(301a)들과 연결된 급전 라인)로 전달할 수 있다. 서브어레이 구조를 형성한 각각의 안테나 소자(301a)들에 동일한 입력 파워 및 위상값을 제공하였을때 성능을 극대화할 수 있으며, 이를 위해, 피딩 네트워크 부(320)의 제1 전송 선로(315)는 다양한 형태로 설계될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 피딩 네트워크 부(320)의 제1 전송 선로(315)는 라우팅 부(330)로부터 연결된 제1 지점(P1)을 기점으로 복수 개의 제1 안테나 소자들 각각의 위치와 대면하는 복수 개의 제2 지점(P2)들로 분산된 스트립 타입의 전송 선로를 형성할 수 있다. 제1 전송 선로(315)의 제1 지점(P1)과 복수 개의 제2 지점(P2)들 중 적어도 하나는 동일한 전송 선로를 형성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제1 전송 선로(315)의 제1 지점(P1)과 복수 개의 제2 지점(P2)들은 동일한 레이어 상에 배치되거나, 서로 다른 레이어 상에 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 네트워크 부(302)의 라우팅 부(330)는, 복수 개의 층으로 형성되고, 통신 회로(341)의 출력 위치와 피딩 네트워크 부(320)의 입력 위치를 전기적으로 연결할 수 있다. 예를 들어, 라우팅 부(330)는 통신 회로(341)로부터 제공된 신호가 라우팅 부(330)를 거쳐 피딩 네트워크 부(320)로 제공되기 위해, 스트립 타입의 제2 전송 선로(316) 및 제2 비아(318)를 포함할 수 있다. 라우팅 부(330)의 제2 전송 선로(316)는 하나의 레이어 상에서 통신 회로부(303)의 제1 비아(317)로부터 연결된 제3 지점(P3)을 기점으로 피딩 네트워크 부(320)의 제1 지점(P1)과 대면하는 제4 지점(P4)을 향해 연장될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 라이팅 부(330)의 제2 비아(318)는 신호가 흐르기 위한 관통 비아로서, 피딩 네트워크 부(320)의 제1 지점과 라우팅 부(330)의 제4 지점을 연결할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 안테나 모듈(300)의 하면에 위치한 통신 회로(341)의 위치 및 상면에 위치한 서브어레이 구조의 안테나 소자(301a)들의 위치는 고정값을 가지게 되며, 안테나 소자(301a)들과 연결된 피딩 네트워크 부(320)의 제1 전송 선로(315)의 출력 위치(예: 제2 지점(P2))도 고정값을 가질 수 있다. 피딩 네트워크 부(320)는 전력 분배기의 형태의 전송 선로로 형성됨에 따라, 라우팅 부(330)는 피딩 네트워크 부(320)의 제1 전송 선로(315)의 입력 위치(예: 제1 지점(P1))와 통신 회로(341)의 출력 위치(예: 통신 회로(341)의 Tx 단자/Rx 단자의 위치)를 고려한 두 지점을 연결하는 최적의 경로로 설계할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 통신 회로부(303)는 네트워크 부(302) 아래에 위치하고, 통신 회로(341)를 포함할 수 있다. 통신 회로부(303)는 통신 회로(341)의 송신 및/또는 수신 출력이 라우팅 부(330)로 제공되도록 복수 개의 제1 비아(317)들을 포함할 수 있으며, 복수 개의 제1 비아(317)들은 각각 복수 개의 도전층(및 유전층)을 관통하도록 설계될 수 있다. 한 실시예에 다르면, 통신 회로부(303)는 전송 선로 없이, 비아(예: 제1 비아(317))만으로 마련될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 통신 회로부(303)는 통신 회로(341)의 RF 신호를 송신 및/또는 수신하는 RF 신호, 통신 회로(341)에서 사용하는 IF 신호의 입출력, Logic 회로의 입출력, 컨트롤 신호, 및 전원/그라운드 선로들을 포함할 수 있다. 통신 회로부(303)의 두께는 통신 회로(341)의 입출력 신호의 개수에 대응하여 설계될 수 있다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 전송 선로 간의 매칭 구조를 나타낸 단면도이다.
다양한 실시예에 따르면, 전자 장치(예: 도 1 내지 4의 전자 장치(101))는 안테나 모듈(예: 도 5의 안테나 모듈(300))을 포함할 수 있다. 안테나 모듈(300)은 초고주파에서 적용 가능한 안테나 인 패키지(antenna in package) 구조이며, 안테나 모듈(300)에 배치된 안테나는 서브어레이(subarray)를 형성할 수 있다. 안테나 모듈(300)을 구성하는 각각의 레이어들의 그룹은 독립성을 갖도록 설계되어, 모듈 내부 구조의 최적화를 통해 공간 효율성을 늘리고, 라인 손실을 최소화할 수 있다.
도 6의 안테나 모듈의 네트워크 부(302)의 구성은, 도 5의 안테나 모듈의 네트워크 부(302)의 구성과 일부 또는 전부 동일할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(300)의 네트워크 부(302)는 서로 적층된 피딩 네트워크 부(320)와 라우팅 부(330)를 포함할 수 있다. 피딩 네트워크 부(320) 및/또는 라우팅 부(330)는 각각 복수 개의 회로기판이 적층된 구조일 수 있으며, 상기 복수 개의 회로기판 중 적어도 일부에는 신호를 송신 및/또는 수신하기 위한 전송 선로들이 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 전송 선로들은 회로 기판 상 및/또는 내측에 설계되어 수평 방향으로 연장된 전송 선로 및 복수 개의 회로기판을 관통하도록 수직 방향으로 연장된 전송 선로를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 수평 방향으로 연장된 전송 선로는 스트립 타입(strip type)의 라인일 수 있으며, 상기 수직 방향으로 연장된 전송 선로는 비아(via)일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 안테나 모듈(300)은 상기 수평 방향의 전송 선로(이하, 스트립 라인의 전송 선로)와 상기 수직 방향의 전송 선로(이하, 전송 비아) 간에 발생하는 임피던스 미스매칭에 의한 손실을 줄이기 위하여, 상기 전송 선로들과 인접하게 오픈 스터브 구조(500)(open stub structure) 및/또는 쇼트 스터브 구조(600)(short stub structure)가 설계될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 오픈 스터브 구조(500) 및/또는 쇼트 스터브 구조(600)는 피딩 네트워크 부(320) 및/또는 라우팅 부(330)에 설계될 수 있다. 예를 들어, 도 5를 참조하면, 점선으로 동그라미 친 영역과 같이, 수평 방향의 전송 선로와 상기 수직 방향의 전송 선로가 위치한 구간에는 오픈 스터브 구조(500) 및/또는 쇼트 스터브 구조(600)가 설계될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 피딩 네트워크 부(320) 및/또는 라우팅 부(330)을 구성하는 적층된 회로기판들은, 상측에 배치된 제1 층(L1)을 기준으로, -Z축 방향으로, 제2 층(L2), 제3 층(L3), 제4 층(L4) 및 제5 층(L5)의 회로기판이 순차적으로 배치될 수 있다. 오픈 스터브 구조(500) 및/또는 쇼트 스터브 구조(600)는 회로기판을 관통하는 비아(410a)와 인접 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 비아(410)는 신호를 제공하는 전송 라인 중 일 형태(예를 들어, 전송 비아)로서, 제2 층(L2), 제3 층(L3) 및 제4 층(L4)을 관통하고, 제2 층(L2) 및 제4 층(L4)에 배치된 스트립 라인(420a)과 전기적으로 연결될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 오픈 스터브 구조(500)는 그라운드 면을 형성하는 제3 층(L3)과 동일한 층에 형성될 수 있다. 오픈 스터브 구조(500)는 비아 패드, 오픈 스터브, 및 슬롯 부분의 구성을 포함하여 설계될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 쇼트 스터브 구조(600)는 스트립 라인(420)이 배치된 제2 층(L2) 및/또는 제4 층(L4)과 동일한 층에 형성될 수 있다. 쇼트 스터브 구조(600)는 비아 패드, 쇼트 스터브, 트랜스포머, 및 슬롯 부분을 포함하여 설계될 수 있다.
이하, 오픈 스터브 구조 및 쇼트 스터브 구조에 대하여 자세히 설명한다.
도 7은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 오픈 스터브 구조를 나타내는 사시도이다. 도 8은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 오픈 스터브 구조를 나타내는 평면도이다. 도 9는 본 개시의 다양한 실시예 중 다른 하나에 따른, 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 오픈 스터브 구조를 나타내는 사시도이다.
다양한 실시예에 따르면, 전자 장치(예: 도 1 내지 4의 전자 장치(101))는 안테나 모듈(예: 도 5의 안테나 모듈(300))을 포함할 수 있다. 안테나 모듈(300)은 초고주파에서 적용 가능한 안테나 인 패키지(antenna in package) 구조이며, 안테나 모듈(300)에 배치된 안테나는 서브어레이(subarray)를 형성할 수 있다. 안테나 모듈(300)을 구성하는 네트워크 부(302)는 높은 주파수를 제공하기 위하여 좁은 공간에서 효율적인 전송 선로의 매칭 설계를 제공할 수 있다. 이에 따라 모듈 내부 구조의 최적화를 통해 공간 효율성을 늘리고, 라인 손실을 최소화할 수 있다.
도 7 내지 도 9의 안테나 모듈의 네트워크 부(302)의 구성은, 도 5 및 도 6의 안테나 모듈의 네트워크 부(302)의 구성과 일부 또는 전부 동일할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(300)의 네트워크 부(302)는 서로 적층된 피딩 네트워크 부(320)와 라우팅 부(330)를 포함할 수 있다. 피딩 네트워크 부(320) 및 라우팅 부(330) 각각은 복수 개의 층들을 포함할 수 있다. 피딩 네트워크 부(320) 및/또는 라우팅 부(330)의 일 영역 상에는 오픈 스터브 구조(500)가 설계될 수 있다. 이하, 라우팅 부(330)에 설계된 오픈 스터브 구조(500)에 대해 설명하며, 설명된 오픈 스터브 구조(500)는 피딩 네트워크 부(320)에서도 동일하게 적용될 수 있다.
한 실시예에 따른 도 7을 참조하면, 라우팅 부(330)는 피딩 네트워크 부(320)와 인접하게 적층된 제1 층(L1)을 기준으로 -Z축 방향으로 제2 층(L2), 제3 층(L3)을 포함할 수 있다. 라우팅 부(330)의 하나의 층에는 오픈 스터브 구조(500)(open stub structure)가 설계되고, 오픈 스터브 구조(500)는 좁은 공간에서 전송 선로 간(예: 도 6의 스트립 라인(420a)과 비아(410a)) 임피던스 매칭 성능을 개선할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 층(L1) 및 제3 층(L3)은 스트립 라인의 전송 선로(420)가 설계되고, 제1 층(L1) 및 제3 층(L3) 사이에 배치된 제2 층(L2)은 그라운드 면을 형성할 수 있다. 오픈 스터브 구조(500)는 제2 층(L2)인 그라운드 면에 설계될 수 있으며, 제1 층(L1) 및 제3 층(L3)과 비교하여 상대적으로 공간적으로 여유가 있는 공간을 활용할 수 있다.
한 실시예에 따른 도 9를 참조하면, 도 7의 적층된 회로기판의 구조와 비교하여 더 많은 기판들이 적층된 구조를 개시한다. 라우팅 부(330)는 피딩 네트워크 부(320)와 인접하게 적층된 제1 층을 기준으로 -Z축 방향으로 제2 층, 제3 층, 제4 층 및 제5 층을 포함할 수 있으며, 그라운드 면을 포함하는 하나의 층에는 오픈 스터브 구조(500)가 설계될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전송 비아(410)는 적층된 총 5층의 기판들을 관통할 수 있으며, 오픈 스터브 구조(500)는 제4 층인 그라운드 면에 설계될 수 있으며, 제1 층 및 제5 층에는 스트립라인의 전송 선로(420)가 설계될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 오픈 스터브 구조(500)는 그라운드 면이 아닌 층에 설계될 수 있다.
이하, 도 7의 오픈 스터브 구조(500)를 기준으로 설명한다.
다양한 실시예에 따르면, 오픈 스터브 구조(500)는 제1 층(L1), 제2 층(L2) 및 제3 층(L3)을 관통하는 전송 비아(410)의 일 부분(예: 제2 층)과 인접 설계될 수 있다. 예를 들어, 오픈 스터브 구조(500)는 비아 홀(411)(via hole)과 인접 형성된 제1 비아 패드(510)(via pad), 제1 비아 패드(510)로부터 연장된 오픈 스터브(520), 및 슬롯 부분(530)을 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 오픈 스터브 구조(500)는 그라운드 면(450)을 형성하는 제2 층(L2)의 일 영역에 개구를 형성하고, 비아 패드(510)의 일 영역에 오픈 스터브(520)를 형성하여 상기 개구를 따라 연장되도록 설계할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 비아 패드(510)는 비아 홀(411)의 주변을 감싸도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 비아 패드(510)는 폐루프(closed loop) 형상으로 제공될 수 있으며, 슬롯 부분(530)의 적어도 일부는 제1 비아 패드(510) 주변을 따라 설계될 수 있다. 오픈 스터브(520)는 제1 비아 패드(510)로부터 연장된 영역으로, 제1 방향(+X축 방향)을 향해 연장된 제1 오픈 스터브(521) 및 제1 방향(+X축 방향)과 반대인 제2 방향(-X축 방향)을 향해 연장된 제2 오픈 스터브(522)를 포함할 수 있다. 제1 오픈 스터브(521) 및 제2 오픈 스터브(522)는 도전성 재료를 포함하며, 제2 층(L2)의 그라운드 면(450)과 나란하게 바(bar) 형상으로 설계될 수 있다. 제1 오픈 스터브(521) 및 제2 오픈 스터브(522)는 서로 대응되는 형상으로 동일 길이를 가지도록 설계하여 안정적인 특성을 제공할 수 있다. 다만, 도시된 실시예는 하나의 구조로써, 상기 오픈 스터브는 바 형상 이외에 공간 및 성능을 고려하여 다양하게 설계 변경할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 오픈 스터브(521) 및 제2 오픈 스터브(522)는 대략 0.02mm 내지 0.06mm의 두께를 형성할 수 있다. 예를 들어, 제1 오픈 스터브(521) 및 제2 오픈 스터브(522)는 대략 0.04mm의 두께를 형성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 제2 층(L2)에 형성된 제1 오픈 스터브(521) 및 제2 오픈 스터브(522)는 제1 층(L1) 및/또는 제3 층(L3)에 형성된 스트립 타입의 전송 선로(420)가 배치된 방향(제3 방향(+Y축 방향 또는 -Y축 방향))에 수직인 방향으로 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 오픈 스터브 구조(500)의 슬롯 부분(530)은 비아 패드(510) 및 제1, 2 오픈 스터브(521, 522)의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 슬롯 부분(530)은 링 형상으로 제공된 비아 패드(510)를 감싸도록 형성된 폐루프(closed loop) 형상의 제1 슬롯 부분(531), 제1 슬롯 부분(531)과 연결되고 제1 오픈 스터브(521)를 감싸도록 형성된 제2 슬롯 부분(532), 및 제1 슬롯 부분(531)과 연결되고 제2 오픈 스터브(522)를 감싸도록 형성된 제3 슬롯 부분(533)을 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 슬롯 부분(530)은 비아 패드(510)와 대응되는 형상으로 제공되고, 비아 패드(510)를 그라운드 면과 이격 시키는 제1 슬롯 부분(531), 제1 슬롯 부분(531)과 연결되고, 제1 오픈 스터브(521)의 단부 및 양측면을 따라 형성된 제2 슬롯 부분(532), 및 제1 슬롯 부분(531)과 연결되고, 제2 오픈 스터브(522)의 단부 및 양측면을 따라 형성된 제3 슬롯 부분(533)을 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 제2 층(L2) 위에서 바라볼 때, 상기 슬롯 부분(530)에 의하여 비아 패드(510) 및 비아 패드(510)로부터 연장된 제1 오픈 스터브(521) 및 제2 오픈 스터브(522)는 공간 상에 떠 있는 아일랜드 형상으로 설계될 수 있다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 라우팅 부에 오픈 스터브 구조를 설계한 경우의 전송 선로의 특성과 오픈 스터브 구조가 제외된 경우의 전송 선로의 특성을 비교한 그래프이다.
도 10의 그래프에 정의된 안테나 모듈의 오픈 스터브 구조(500)는 도 7 및 도 8의 오픈 스터브 구조(500)와 일부 또는 전부가 동일할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 복수의 회로기판이 적층된 안테나 모듈의 네트워크 부에서, 그라운드 면을 형성하는 층을 기준으로, 위층 및/또는 아래층은 비아(via)를 통해 신호를 전송하는 스트립 라인의 전송 선로가 배치되어 있으며, 상기 그라운드 면을 형성하는 층에는 오픈 스터브 구조가 설계됨을 가정할 수 있다. 임의의 이상적인 오픈 스터브 구조를 등가 회로로 적용하여 해석하면, 스터브의 길이나 두께에 대응한 특정 임피던스를 매칭시킬 수 있다. 예를 들어, 비아의 임피던스가 대략 50 ohm에 가깝게 나타나도록 할 수 있으며, 이에 따른 실험 결과의 데이터에 따라 도 10의 그래프의 결과를 도출할 수 있다.
도 10을 참조하면, 라인 1(A1) 및 라인 2(A2)(예: 점선)는 오픈 스터브 구조가 없는 경우의 전송 선로의 특성을 나타내며, 라인 3(A3) 및 라인 4(D)(예: 실선)는 일 실시예에 따라 오픈 스터브 구조가 설계된 경우의 전송 선로의 특성을 나타낸다. 라인 1(A1) 및 라인 3(A3)은 S11 그래프이며, 라인 2(A2) 및 라인 4(A4)는 S21 그래프임을 나타낸다.
일 실시예에 따른 오픈 스터브 구조가 설계된 경우(예: 라인 3(A3))와 오픈 스터브 구조가 없는 경우(예: 라인 1(A1))를 비교하면, 오픈 스터브 구조가 설계된 경우에 지정된 대역폭 내에서 상대적으로 감소된 반사도를 가짐을 확인할 수 있다. 일 실시예에 따른 오픈 스터브 구조가 설계된 경우(예: 라인 4)와 오픈 스터브 구조가 없는 경우(예: 라인 2)를 비교하면, 오픈 스터브 구조가 설계된 경우에 상대적으로 지정된 대역폭 내에서 높은 통과도를 가짐을 확인할 수 있다. 예를 들어, 오픈 스터브 구조를 통해 지정된 대역폭 내에서 적어도 대략 1dB 이상의 S21의 특성이 개선됨을 확인할 수 있다.
도 11a, 도 11b, 도 11c, 도 11d, 도 11e, 도 11f, 도 11g, 및 도 11h는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 오픈 스터브 구조를 나타내는 평면도이다. 도 12는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 서로 다른 오픈 스터브 구조를 구현한 경우, 오픈 스터브들 간의 전송 선로의 특성을 나타낸 그래프이다.
다양한 실시예에 따르면, 전자 장치(예: 도 1 내지 4의 전자 장치(101))는 안테나 모듈(예: 도 5의 안테나 모듈(300))을 포함할 수 있다. 안테나 모듈(300)을 구성하는 네트워크 부(302)는 높은 주파수를 제공하기 위하여 좁은 공간에서 효율적인 전송 선로의 매칭 설계를 제공할 수 있다. 이에 따라 모듈 내부 구조의 최적화를 통해 공간 효율성을 늘리고, 라인 손실을 최소화할 수 있다.
도 11a, 도 11b, 도 11c, 도 11d, 도 11e, 도 11f, 도 11g, 및 도 11h의 안테나 모듈의 오픈 스터브 구조(500)는, 도 5 내지 도 10의 안테나 모듈의 오픈 스터브 구조(500)와 일부 또는 전부가 동일할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 오픈 스터브 구조에서 비아 패드로부터 연장된 오픈 스터브(들)은 다양한 형태로 설계 변경할 수 있다. 예를 들어, 비아 패드로부터 서로 다른 방향(예: 반대 방향)으로 연장된 오픈 스터브들을 포함하는 구조를 통해 안테나의 안정적인 특성을 가지도록 설계할 수 있다. 또 다른 예로, 비아 패드로부터 한 방향으로만 연장된 오픈 스터브를 포함하는 구조는 공간 상의 이점을 제공하면서, 길이 및 두께를 조절함에 따라 양 방향으로 연장된 연장 부분들을 포함하는 구조와 대응되는 안테나의 안정적인 특성을 가지도록 설계할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 오픈 스터브 구조에서, 오픈 스터브들은 바(bar), 방사형(radial), T 형상(T-shape), 및 민더라인(meander line)와 같이 다양한 형상으로 설계할 수 있으며, 전송 선로간 임피던스 매칭이 가능하도록 비아가 통과하는 그라운드 면에 선택적으로 구조화할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 오픈 스터브 구조는 그라운드 면을 제공하는 층과 동일 층에 설계될 수 있다.
도 11a를 참고하면, 하나의 오픈 스터브 구조(501)는 비아 홀의 주변을 감싸도록 형성된 비아 패드(501a), 비아 패드(501a)로부터 연장된 하나의 오픈 스터브(501b) 및, 비아 패드(501a)와 오픈 스터브(501b)를 둘러싸도록 형성된 슬롯 부분(501c)으로 설계될 수 있다. 하나의 오픈 스터브(501b)는 바(bar) 형상일 수 있다.
도 11b를 참고하면, 다른 하나의 오픈 스터브 구조(502)는 비아 홀의 주변을 감싸도록 형성된 비아 패드(502a), 비아 패드(502a)로부터 연장된 하나의 오픈 스터브(502b) 및, 비아 패드(502a)와 오픈 스터브(502b)를 둘러싸도록 형성된 슬롯 부분(502c)으로 설계될 수 있다. 하나의 오픈 스터브(502b)는 방사(radial) 형상일 수 있다. 예를 들어, 오픈 스터브(502b)는 비아 패드(502a)로부터 외측으로 향할수록 면적이 증가하는 방사 형상으로 형성되어, 광대역에 유리한 구조로 설계될 수 있다.
도 11c를 참고하면, 또 다른 하나의 오픈 스터브 구조(503)는 비아 홀의 주변을 감싸도록 형성된 비아 패드(503a), 비아 패드(503a)로부터 연장된 하나의 오픈 스터브(503b) 및, 비아 패드(503a)와 오픈 스터브(503b)를 둘러싸도록 형성된 슬롯 부분(503c)으로 설계될 수 있다. 하나의 오픈 스터브(503b)는 T 형상(T-shape)일 수 있다. 예를 들어, 오픈 스터브(503b)는 비아 패드(503a)로부터 연장된 바(bar) 및 상기 바의 단부(bar end)에서 상기 바(bar)와 수직 방향으로 연장된 구조로 설계될 수 있다.
도 11d를 참고하면, 또 다른 하나의 오픈 스터브 구조(504)는 비아 홀의 주변을 감싸도록 형성된 비아 패드(504a), 비아 패드(504a)로부터 연장된 하나의 오픈 스터브(504b) 및, 비아 패드(504a)와 오픈 스터브(504b)를 둘러싸도록 형성된 슬롯 부분(504c)으로 설계될 수 있다. 하나의 오픈 스터브(504b)는 민더 라인(Meander line) 형상일 수 있다. 예를 들어, 오픈 스터브(504b)는 비아 패드(504a)로부터 외측 방향으로 구불구불하게 연장된 구조로 설계될 있다.
도 11e를 참고하면, 또 다른 하나의 오픈 스터브 구조(505)는 도 11a의 오픈 스터브 구조(501)를 준용할 수 있다. 도 11e의 오픈 스터브 구조(505)는 비아 패드(501a)로부터 양 방향으로 배열된 오픈 스터브(501b, 501d)를 포함하는 구조로, 두 개의 오픈 스터브(501b, 501d)들은 서로 반대 방향을 향하고 대응되는 바(bar) 형상으로 설계될 수 있다.
도 11f를 참고하면, 또 다른 하나의 오픈 스터브 구조(506)는 도 11b의 오픈 스터브 구조(502)를 준용할 수 있다. 도 11f의 오픈 스터브 구조(506)는 비아 패드(502a)로부터 양 방향으로 배열된 오픈 스터브(502b, 502d)를 포함하는 구조로, 두 개의 오픈 스터브(502b, 502d)들은 서로 반대 방향을 향하고 대응되는 방사(radial) 형상으로 설계될 수 있다.
도 11g를 참고하면, 또 다른 하나의 오픈 스터브 구조(507)는 도 11c의 오픈 스터브 구조(503)를 준용할 수 있다. 도 11g의 오픈 스터브 구조(507)는 비아 패드(503a)로부터 양 방향으로 배열된 오픈 스터브(503b, 503d)를 포함하는 구조로, 두 개의 오픈 스터브(503b, 503d)들은 서로 반대 방향을 향하고 대응되는 T 형상(T-shape)으로 설계될 수 있다.
도 11h를 참고하면, 또 다른 하나의 오픈 스터브 구조(508)는 도 11d의 오픈 스터브 구조(504)를 준용할 수 있다. 도 11h의 오픈 스터브 구조(508)는 비아 패드(504a)로부터 양 방향으로 배열된 오픈 스터브(504b, 504d)를 포함하는 구조로, 두 개의 오픈 스터브(504b, 504d)들은 서로 반대 방향을 향하고 대응되는 민더 라인(Meander line) 형상으로 설계될 수 있다.
다만, 안테나 모듈의 오픈 스터브 구조는 상기 예시된 실시예에 한정된 것은 아니며, 전송 선로 간의 인피던스 정합을 위하여 다양한 구조로 변형 설계될 수 있다.
도 12를 참조하면, 광대역에서 유리한 오픈 스터브 구조를 구현하기 위해 그라운드 면을 형성하는 층과 동일층에서 도 11b 또는 도 11f와 같은 방사형 스터브 구조를 설계할 수 있으며, 도 11a 또는 도 11e와 같은 바형 스터브 구조에 비하여 개선된 전송 선로의 특성을 확인할 수 있다.
도 12에 개시된 그래프에서, 라인 1(B1)은 바형 스터브 구조의 전송 선로의 특성을 나타내며, 라인 2(B2)는 방사형 스터브 구조의 전송 선로의 특성을 나타낸다. 라인 1(B1) 및 라인 2(B2)는 S21 그래프임을 나타낸다.
일 실시예에 따르면, 바형 스터브 구조에 비하여 방사형 스터브 구조에서, 지정된 대역폭 내에서 상대적으로 높은 통과도를 가짐을 확인할 수 있다. 다만, 상기 그래프의 전송 선로의 특성은 동일 조건의 광대역 특성에서의 바형 스터브 구조와 방사형 스터브 구조의 전송 선로 특성을 비교한 하나의 예시에 해당하며, 주변 구조물의 조건에 따라 바형 스터브 구조가 더 유리한 전송 선로의 특성을 나타낼 수도 있다.
도 13은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 쇼트 스터브 구조를 나타내는 사시도이다. 도 14는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 쇼트 스터브 구조를 나타내는 평면도이다. 도 15는 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 쇼트 스터브 구조를 나타내는 단면도이다.
다양한 실시예에 따르면, 전자 장치(예: 도 1 내지 4의 전자 장치(101))는 안테나 모듈(예: 도 5의 안테나 모듈(300))을 포함할 수 있다. 안테나 모듈(300)은 초고주파에서 적용 가능한 안테나 인 패키지(antenna in package) 구조이며, 안테나 모듈(300)에 배치된 안테나는 서브어레이(subarray)를 형성할 수 있다. 안테나 모듈(300)을 구성하는 네트워크 부(302)는 높은 주파수를 제공하기 위하여 좁은 공간에서 효율적인 전송 선로의 매칭 설계를 제공할 수 있다. 이에 따라 모듈 내부 구조의 최적화를 통해 공간 효율성을 늘리고, 라인 손실을 최소화할 수 있다.
도 13 내지 도 15의 안테나 모듈의 네트워크 부(302)의 구성은, 도 5 및 도 6의 안테나 모듈의 네트워크 부(302)의 구성과 일부 또는 전부 동일할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈(300)의 네트워크 부(302)는 서로 적층된 피딩 네트워크 부(예: 도 6의 피딩 네트워크 부(320))와 라우팅 부(예: 도 6의 라우팅 부(330))를 포함할 수 있다. 피딩 네트워크 부(320) 및 라우팅 부(330) 각각은 복수 개의 층들을 포함할 수 있다. 피딩 네트워크 부(320) 및/또는 라우팅 부(330)의 일 영역 상에는 쇼트 스터브 구조(600)가 설계될 수 있다. 이하, 라우팅 부(330)에 설계된 쇼트 스터브 구조(600)에 대해 설명하며, 설명된 쇼트 스터브 구조(600)는 피딩 네트워크 부(320)에서도 동일하게 적용될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 라우팅 부(330)의 적어도 하나의 층에는 쇼트 스터브 구조(600)(open stub structure)를 포함하며, 쇼트 스터브 구조(600)로 인하여 좁은 공간 내에서 전송 선로 간의 임피던스 매칭 성능을 개선할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제1 층(L1)에는 쇼트 스터브 구조(600)가 설계될 수 있으며, 제1 층(L1)의 위 또는 아래에 위치한 제2 층(L2)에는 그라운드 면을 포함할 수 있고, 제2 층(L2)은 비아(410)(비아 홀(411) 및 비아 패드(510)를 포함함)에 의해 제1 층(L1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또 다른 예로, 제2 층(L2)의 비아와 인접한 영역에는 오픈 스터브 구조(예: 도 7 내지 9의 오픈 스터브 구조(500))가 비아로부터 제 1방향(+X축 방향)(또는 제2 방향(-X축 방향))으로 연장되어 설계될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 쇼트 스터브 구조(600)는 스트립 라인의 전송 라인(420)이 설계된 층과 동일 층에 형성될 수 있다. 전송 라인(420)은 비아(410)를 통해 올라온 전송 신호를 쇼트 스터브 구조(600)를 거쳐 전달 받을 수 있다. 예를 들어, 쇼트 스터브 구조(600)는 비아 홀(411)과 인접 형성된 제2 비아 패드(610)(via pad), 제2 비아 패드(610)로부터 제3 방향(+Y축 방향)으로 연장된 쇼트 스터브(620), 제3 방향과 서로 다른 방향으로 연장된 트랜스포머(630) 및 슬롯 부분(640)을 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 오픈 스터브 구조(500)는 전송 라인(420)이 배치된 하나의 기판 층의 비아 홀(411)과 인접하게 개구를 형성하고, 제2 비아 패드(610)의 일 영역에 쇼트 스터브(620), 다른 영역에 트랜스포머(630)를 형성하여 상기 개구를 따라 연장되도록 설계할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 비아 패드(610)는 비아 홀(411)의 주변을 감싸도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 비아 패드(610)는 폐루프(closed loop) 형상으로 제공되고, 제2 비아 패드(610) 주변을 따라 슬롯 부분(640)이 설계될 수 있다. 제2 비아 패드(610)로부터 제3 방향(+Y축 방향)으로 연장된 쇼트 스터브(620)에서, 제3 방향(+Y축 방향)을 향하는 단부는 동일 층의 기판의 일 영역과 접촉 배치되고, 제3 방향(+Y축 방향)과 수직인 방향(예: +X,-X축 방향)으로 형성된 양측면들은 슬롯 부분(640)의 적어도 일부분(예: 제2 슬롯 부분(642))에 의해 기판으로부터 이격 형성될 수 있다. 한 실시예에 따르면, 쇼트 스터브(620)의 단부과 접하는 기판의 일 영역은 그라운드 면을 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 쇼트 스터브(620)는 도전성 재료를 포함하며, 기판과 나란하게 배치된 바(bar) 형상으로 설계될 수 있다. 쇼트 스터브(620)는 스트립 라인과 동일 면을 제공하는 그라운드 면와 접하도록 설계되므로 비아의 크기를 크게 확장시키지 않으며, 작은 물리적 공간 내에서 전송 선로간의 임피던스 매칭을 구현할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 비아 패드(610)로부터 제3 방향(+Y축 방향)과 반대인 제4 방향(-Y축 방향)으로 연장된 트랜스포머(630)는, 전송 선로(420)까지 연장 설계될 수 있다. 트랜스포머(630)는 전송 선로(420)와 전기적으로 연결됨에 따라, 비아(410)로부터 전달된 신호를 전송 선로(420)로 제공할 수 있다. 트랜스포머(630)는 쇼트 스터브(620)와 다른 폭을 형성할 수 있다. 예를 들어, 쇼트 스터브(620)는 제1 방향(+X축 방향)(또는 제2 방향(-X축 방향))으로 연장된 제1 길이의 폭(d1)을 가지고, 트랜스포머(630)는 제1 방향(+X축 방향)(또는 제2 방향(-X축 방향))으로 연장된 제2 길이의 폭(d2)을 가질 수 있다. 제2 길이의 폭(d2)은 제1 길이의 폭(d1)보다 크게 설계될 수 있다. 또 다른 예로, 제2 길이의 폭(d2)은 제1 길이의 폭(d1)보가 2배 이상의 크기로 설계될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 트랜스포머(630)는 도전성 재료를 포함하며, 기판과 나란하게 배치된 바(bar) 형상으로 설계될 수 있다. 트랜스포머(630)의 가장자리를 따라 슬롯 부분(640)이 형성되고, 트랜스포머(630)의 제4 방향(-Y축 방향)을 향하는 단부의 적어도 일부 및 양측면은 인접한 기판과 이격 배치될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 트랜스포머(630)는 지정된 임피던스를 가지도록 설계되며, 1단으로 구성됨에 따라 얇은 두께를 형성할 수 있다. 이에 따라, 작은 물리적 공간 내에서 전송 선로 간의 임피던스 매칭을 구현할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 쇼트 스터브 구조(600)의 슬롯 부분(640)은 제2 비아 패드(610) 및 쇼트 스터브(620) 및 트랜스포머(630)의 적어도 일부를 감싸도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 슬롯 부분(640)은 링 형상으로 제공된 제2 비아 패드(610)를 감싸도록 형성된 폐루프(closed loop) 형상의 제1 슬롯 부분(641), 제1 슬롯 부분(641)과 연결되고 쇼트 스터브(620)을 감싸도록 형성된 제2 슬롯 부분(642), 및 제1 슬롯 부분(641)과 연결되고 트랜스포머(630)을 감싸도록 형성된 제3 슬롯 부분(643)을 포함할 수 있다. 또 다른 예로, 슬롯 부분(640)은 제2 비아 패드(610)와 대응되는 형상으로 제공되고, 제2 비아 패드(610)를 기판 영역과 이격 시키는 제1 슬롯 부분(641), 제1 슬롯 부분(641)과 연결되고, 쇼트 스터브(620)의 양측면을 따라 형성된 제2 슬롯 부분(642), 및 제1 슬롯 부분(641)과 연결되고, 트랜스포머(630)의 양측면을 따라 형성된 제3 슬롯 부분(643)을 포함할 수 있다.
도 16a는 본 개시의 다양한 실시예 중 다른 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 쇼트 스터브 구조를 나타내는 평면도이다. 도 16b는 도 16a와 비교를 위한 쇼트 스터브 구조가 제외된 전송 선로의 구조를 나타낸 평면도이다.
도 17a는 본 개시의 다양한 실시예 중 다른 하나에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 쇼트 스터브 구조가 설계된 경우의 전송 선로의 특성을 나타낸 그래프이다. 도 17b는 도 17a와 비교를 위한 쇼트 스터브 구조가 제외된 경우의 전송 선로의 특성을 나타낸 그래프이다.
다양한 실시예에 따르면, 복수의 회로기판이 적층된 안테나 모듈의 네트워크 부에서, 신호를 전달하기 위한 제1 비아(V1)과 제2 비아(V2) 사이에 전송 선로(420)가 설계될 수 있다. 전송 선로(420)는 기판 상의 다양한 구성(예: 그라운드 비아)들에 의하여 제1 비아(V1)과 제2 비아(V2) 사이 경로 상에 절곡되거나 휘어진 부분을 포함할 수 있다.
도 16a를 참조하면, 제1 비아(V1) 및 제2 비아(V2) 인접에는 각각 쇼트 스터브 구조(600)가 설계될 수 있다. 예를 들어, 제1 비아(V1) 인접 영역에는 제1 쇼트 스터브 구조(600a)가 설계된 후, 제1 비아(V1) 및 전송 선로(420)의 일단과 연결될 수 있다. 또 다른 예로, 제2 비아(V2) 인접 영역에는 제2 쇼트 스터브 구조(600b)가 설계된 후, 제2 비아(V2) 및 전송 선로(420)의 타단과 연결될 수 있다. 도 16a에 개시된 제1 쇼트 스터브 구조(600a) 및 제2 쇼트 스터브 구조(600b)는, 도 13 내지 도 15의 쇼트 스터브 구조(600)와 일부 또는 전부가 동일할 수 있다.
도 16b를 참조하면, 도 16a와 상이하게, 제1 쇼트 스터브 구조(600a) 및/또는 제2 쇼트 스터브 구조(600b)가 제외된 구조로 단순히, 제1 비아(V1)과 제2 비아(V2) 사이에 전송 선로(420)가 배치된 구조만 나타난다.
도 17a는 도 16a와 같이, 쇼트 스터브 구조(600)가 설계된 경우, 전송 선로(420)의 특성을 나타낸 그래프이며, 도 17b는 도 16b에 의해 쇼트 스터브 구조가 제외된 경우, 전송 선로(420)의 특성을 나타낸 그래프이다.
도 17a를 참조하면, 일 실시예에 따라, 라인 1(C1) 및 라인 2(C2)는 쇼트 스터브 구조(600)가 설계된 경우의 전송 선로의 특성을 나타내며, 도 17b를 참조하면, 라인 3(C3) 및 라인 4(C4)는 쇼트 스터브 구조가 없는 경우의 전송 선로의 특성을 나타낸다. 라인 1(C1) 및 라인 3(C3)은 S11 그래프이며, 라인 2(C2) 및 라인 4(C4)는 S21 그래프임을 나타낸다.
일 실시예에 따른 쇼트 스터브 구조(600)가 설계된 경우(예: 라인 1(C1))와 쇼트 스터브 구조가 없는 경우(예: 라인 3(C3))를 비교하면, 쇼트 스터브 구조(600)가 설계된 경우에 지정된 대역폭 내에서 상대적으로 감소된 반사도를 가짐을 확인할 수 있다. 일 실시예에 따른 쇼트 스터브 구조(600)가 설계된 경우(예: 라인 2(C2))와 쇼트 스터브 구조가 없는 경우(예: 라인 4(C4))를 비교하면, 쇼트 스터브 구조가 설계된 경우에 상대적으로 지정된 대역폭 내에서 높은 통과도를 가짐을 확인할 수 있다.
도 18a 및 도 18b는 본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 쇼트 스터브 구조를 나타내는 평면도이다.
안테나 모듈(300)을 구성하는 네트워크 부(예: 도 5의 네트워크 부(302))는 높은 주파수를 제공하기 위하여 좁은 공간에서 효율적인 전송 선로의 매칭 설계를 제공할 수 있다. 이에 따라 모듈 내부 구조의 최적화를 통해 공간 효율성을 늘리고, 라인 손실을 최소화할 수 있다.
도 18a 및 도 18b의 안테나 모듈의 쇼트 스터브 구조(601, 602)는, 도 13 내지 도 15의 안테나 모듈의 쇼트 스터브 구조(600)와 일부 또는 전부가 동일할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 쇼트 스터브 구조에서 비아 패드로부터 연장된 쇼트 스터브 및 트랜스포머는 다양한 형태로 설계 변경할 수 있다. 쇼트 스터브의 구조와 형태는 물리적 공간의 여유와 성능에 의해 영향을 받을 수 있다. 예를 들어, 쇼트 스터브 구조에서, 신호를 전달하기 위한 비아의 주변, 공간적 여유가 있는 방향으로 슬롯을 추가하여 공간을 확보하고, 기판의 일 영역에 쇼트 스터브가 접지(shorting)하도록 설계할 수 있다. 다른 예로, 쇼트 스터브 구조는 비아에서 스트립 라인으로 향하는 구조(예: via to stripline) 외에도, 반대인 스트립 라인에서 비아를 향하는 구조(예: stripline to via)로 설계 변경할 수 있다.
도 18a를 참고하면, 하나의 오픈 스터브 구조(601)는 비아 홀의 주변을 감싸도록 형성된 비아 패드(601a), 비아 패드(601a)로부터 제3 방향으로 연장된 쇼트 스터브(601b), 비아 패드(601a)로부터 제3 방향과 다른 제4 방향으로 연장된 트랜스포머(601c), 및 비아 패드(601a), 쇼트 스터브(601b) 및 트랜스포머(601c)를 둘러싸도록 형성된 슬롯 부분(601d)으로 설계될 수 있다. 상기 제3 방향과 상기 제4 방향은 지정된 각도, 예를 들어, 90도 초과 및 180도 미만의 각도로, 정의되어 설계될 수 있다.
도 18b를 참고하면, 하나의 오픈 스터브 구조(602)는 비아 홀의 주변을 감싸도록 형성된 비아 패드(602a), 비아 패드(602a)로부터 제3 방향으로 연장된 제1 쇼트 스터브(602b), 비아 패드(602a)로부터 제3 방향과 다른 제4 방향으로 연장된 제2 쇼트 스터브(602c), 비아 패드(602a)로부터 제3 방향 및 제4 방향과 다른 제5 방향으로 연장된 트랜스포머(602d), 및 비아 패드(602a), 제1 쇼트 스터브(602b), 제2 쇼트 스토브(602c) 및 트랜스포머(602d)를 둘러싸도록 형성된 슬롯 부분(602e)으로 설계될 수 있다. 상기 제3 방향과 상기 제4 방향은 서로 반대 방향일 수 있으며, 상기 제5 방향은 상기 제3 방향(또는 제4 방향)과 수직일 수 있다.
도 19는 본 개시의 다양한 실시예 중 또 다른 하나의 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 쇼트 스터브 구조를 나타내는 평면도이다. 도 20은 본 개시의 다양한 실시예 중 또 다른 하나의 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 오픈 스터브 구조를 나타내는 평면도이다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈은 서브어레이를 형성하는 안테나 요소들로 신호를 송신 및/또는 수신하기 위해 복수의 적층 기판 상에는 분기된 전송 선로들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 적층 기판의 전송 선로 구조는 트랜지션(transition) 지점에서 임피던스 미스매칭이 발생할 수 있으며, 상기 미스매칭을 해결하기 위해, 상기 트랜지션 지점에 오픈 스터브 구조 및 쇼트 스터브 구조를 선택적으로 설계할 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 오픈 스터브 구조 또는 쇼트 스터브 구조를 각각 선택하여 매칭하거나, 두 가지 구조(예: 오픈 스터브 구조 및 쇼트 스터브 구조)를 모두 선택하여 매칭할 수 있다.
도 19 및 도 20의 오픈 스터브 구조(701) 및 쇼트 스터브 구조(702)는 도 7 내지 도 9의 오픈 스터브 구조(500) 및 도 13 내지 도 15의 쇼트 스터브 구조(600)와 전부 또는 일부가 동일할 수 있다.
도 19를 참조하면, 도 7 내지 도 9의 오픈 스터브 구조(500)과 유사한, 쇼트 스터브 구조(600)를 설계할 수 있다. 스터브 타입에 따라 얻을 수 있는 임피던스 리액턴스가 상이하므로, 상기 미스 매칭이 해결 가능한 구조 내에서, 비아가 통과하는 그라운드 면과 동일 층에 쇼트 스터브 구조(701)를 설계할 수 있다. 예를 들어, 쇼트 스터브 구조(701)는 비아 홀과 인접 형성된 비아 패드(701a), 비아 패드(701a)로부터 연장된 쇼트 스터브(701b), 및 슬롯 부분(701c)을 포함할 수 있다. 쇼트 스터브(701b)은 비아 패드(701a)로부터 복수 개로 연장될 수 있으며, 그라운드 면을 형성하는 기판(701h)과 접촉 배치될 있다.
도 20을 참조하면, 도 13 내지 도 15의 쇼트 스터브 구조(600)과 유사한, 오픈 스터브 구조(702)를 설계할 수 있다. 스터브 타입에 따라 얻을 수 있는 임피던스 리액턴스가 상이하므로, 상기 미스 매칭이 해결 가능한 구조 내에서, 전송 선로(420)가 배치된 층과 동일한 층에서, 전송 선로(420)와 연결되도록 오픈 스터브 구조(702)를 설계할 수 있다. 예를 들어, 오픈 스터브 구조(702)는 비아 홀과 인접 형성된 비아 패드(702a), 비아 패드(702a)로부터 연장되고 기판과 이격된 오픈 스터브(702b), 오픈 스터브(702b)와 반대 방향을 향하고 전송 선로(420)와 연결된 트랜스포머(702c) 및 슬롯 부분(530)을 포함할 수 있다.
도 21은 본 개시의 다양한 실시예 중 하나에 따른, 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 스트립 라인의 전송 선로와 비아들의 배치 관계를 나타낸 도면이다. 도 22는 본 개시의 다양한 실시예 중 다른 하나에 따른, 안테나 모듈의 네트워크 부에 설계된 스트립 라인의 전송 선로와 비아들의 배치 관계를 나타낸 도면이다.
다양한 실시예에 따르면, 안테나 모듈은 서브어레이를 형성하는 안테나 요소들로 신호를 송신 및/또는 수신하기 위해 복수의 적층 기판 상에는 분기된 전송 선로들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 적층 기판의 전송 선로 구조는 트랜지션(transition) 지점에서 임피던스 미스매칭이 발생할 수 있으며, 상기 미스매칭을 해결하기 위해, 상기 트랜지션 지점에 오픈 스터브 구조 및/또는 쇼트 스터브 구조를 선택적으로 설계할 수 있다. 상기 스터브 구조 및/또는 쇼트 스터브 구조는 네트워크 부에 형성된 스트립 라인의 전송 선로와 비아의 임피던스에 의해 영향을 받을 수 있다. 이하, 상기 스트립 라인의 전송 선로와 비아의 임피던스를 결정하는 파라미터에 대하여 설명한다.
도 21을 참조하면, 기판의 일 영역에서, 신호를 송신 및/또는 수신하는 비아(이하, 수직 전송 선로(810))의 경우, 주변 영역에 복수 개의 그라운드 비아(820)와 이격 배치되도록 설계할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 수직 전송 선로(810)의 직경(t), 및 수직 전송 선로(810)의 중심과 그라운드 비아(820)의 중심과의 간격(r)을 조절하여 수직 전송 선로(810)의 임피던스를 특정 값이 아닌 설계상 유리한 값으로 제어할 수 있다.
도 22를 참조하면, 기판의 다른 영역에서, 신호를 송신 및/또는 수신하는 스트립 라인의 전송 선로(이하, 수평 전송 선로(830))의 경우, 수평 전송 선로(830)를 기준으로 양 측에 이격된 복수 개의 그라운드 비아(840)들이 배치되도록 설계할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 수평 전송 선로(830)의 라인 두께(w), 및 수평 전송 선로(830)와 그라운드 비아(840)의 중심과 간격(d)을 조절하여 수평 전송 선로(830)의 임피던스를 특정 값이 아닌 설계상 유리한 값으로 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 수직 전송 선로(810)와 수평 전송 선로(830)의 트랜지션 부분은 전술된 오픈 스터브 구조 및/또는 쇼트 스터브 구조를 적용하여, 다층 기판 구조에서 최소한의 공간을 활용하면서 수직 전송 선로(810)와 수평 전송 선로(830) 간의 임피던스 매칭을 구현할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈(예: 도 5 내지 도 6의 안테나 모듈(300))은, 통신 회로(예: 도 5의 통신 회로(341)), 서브어레이를 형성하는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 안테나 부(예: 도 5의 안테나 부(301)), 상기 안테나 부 아래에 복수의 층으로 배치되고, 상기 복수의 안테나 소자들의 위치로 분기를 위한 적어도 하나의 전송 선로, 상기 복수의 층을 관통하는 비아 홀, 및 상기 비아 홀의 인접 영역에 형성된 스터브 구조를 포함하는 네트워크 부(예: 도 5의 네트워크 부(302))를 포함할 수 있다. 상기 복수의 층 중 그라운드 면을 형성하는 제1 층에 설계된 상기 오픈 스터브 구조(예: 도 6의 오픈 스터브 구조(500))는, 상기 비아 홀과 인접 형성된 제1 비아 패드,(예: 도 7의 제1 비아 패드(510)) 상기 제1 비아 패드로부터 제1 방향으로 연장된 제1 오픈 스터브(예: 도 7의 제1 오픈 스터브(521)), 및 상기 제1 비아 패드 및 상기 제1 오픈 스터브의 가장자리를 감싸도록 형성된 제1 슬롯 부분(예: 도 7의 슬롯 부분(530))을 포함할 수 있다. 상기 제1 층과 서로 다른 제2 층에 설계된 상기 쇼트 스터브 구조(예: 도 6의 쇼트 스터브 구조(600))는, 상기 비아 홀과 인접 형성된 제2 비아 패드(예: 도 13의 제2 비아 패드(610)), 상기 제2 비아 패드로부터 제2 방향으로 연장된 쇼트 스터브(예: 도 13의 쇼트 스터브(620)), 상기 제2 비아 패드로부터 상기 제2 방향과 상이한 제3 방향으로 연장되어 상기 적어도 하나의 전송 선로와 연결된 트랜스포머(예: 도 13의 트랜스포머(630)), 및 상기 제2 비아 패드, 상기 쇼트 스터브 및 상기 트랜스포머의 가장자리의 적어도 일부를 감싸도록 형성된 제2 슬롯 부분(예: 도 13의 슬롯 부분(640))을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 오픈 스터브 구조는, 상기 제1 비아 패드로부터 상기 제1 방향과 상이한 제4 방향으로 연장된 제2 오픈 스터브(예: 도 7의 제2 오픈 스터브(522))를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면,상기 오픈 스터브 구조에서, 상기 제1 방향과 상기 제4 방향은 서로 반대 방향일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 오픈 스터브 구조에서, 상기 제1 비아 패드는 상기 비아 홀 주변을 감싸도록 폐루프(closed loop) 형상으로 제공되고, 상기 제1 오픈 스터브 또는 상기 제2 오픈 스터브는 상기 그라운드 면과 이격 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제1 슬롯 부분은, 상기 제1 비아 패드와 대응되는 형상으로 제공되고, 상기 제1 비아 패드를 그라운드 면과 이격 시키는 제1-1 슬롯 부분(예: 도 7의 제1 슬롯 부분(531)), 상기 제1-1 슬롯 부분과 연결되고, 상기 제1 오픈 스터브의 단부 및 양측면을 따라 형성된 제1-2 슬롯 부분(예: 도 7의 제2 슬롯 부분(532)), 및 상기 제1-1 슬롯 부분과 연결되고, 상기 제2 오픈 스터브의 단부 및 양측면을 따라 형성된 제1-3 슬롯 부분(예: 도 7의 제3 슬롯 부분(533))을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제1 오픈 스터브 및/또는 제2 오픈 스터브는, 바(bar), 방사형(radial), T 형상(T-shape), 및 민더라인(meander line) 중 적어도 하나의 형상으로 설계될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 쇼트 스터브 구조에서, 상기 제2 비아 패드는 상기 비아 홀 주변을 감싸도록 폐루프(closed loop) 형상으로 제공되고, 상기 쇼트 스터브는 상기 제2 층의 기판의 일부 영역과 접촉 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 쇼트 스터브 구조에서, 상기 제2 방향과 상기 제3 방향은 서로 반대 방향일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 오픈 스터브 구조의 상기 제1 오픈 스터브가 연장 형성된 상기 제1 방향과, 상기 쇼트 스터브 구조의 상기 쇼트 스터브가 연장 형성된 상기 제2 방향은 서로 수직일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제2 슬롯 부분은, 상기 제2 비아 패드와 대응되는 형상으로 제공되고, 상기 제2 비아 패드를 인접 기판과 이격 시키는 제2-1 슬롯 부분(예: 도 13의 제1 슬롯 부분(641)), 상기 제2-1 슬롯 부분과 연결되고, 상기 쇼트 스터브의 양측면을 따라 형성된 제1-2 슬롯 부분(예: 도 13의 제2 슬롯 부분(642)), 및 상기 제2-1 슬롯 부분과 연결되고, 상기 트랜스포머의 양측면을 따라 형성된 제1-3 슬롯 부분(예: 도 13의 제3 슬롯 부분(643))을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 트랜스포머는 상기 연장된 방향과 수직인 제1 길이의 폭을 가지고, 상기 쇼트 스터브는 상기 연장된 방향과 수직인 제2 길이의 폭을 가지며, 상기 제1 길이의 폭은 상기 제2 길이의 폭보다 크도록 설계될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 쇼트 스터브의 단부과 접하는 상기 기판의 일 영역은 그라운드 면을 제공할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 네트워크 부는, 상기 안테나 부 아래에 배치되고, 상기 복수 개의 안테나 소자들이 동일 위상을 형성하도록 상기 복수의 안테나 소자들의 위치로 분기된 제1 전송 선로 및 제1 전송 비아를 포함하는 피딩 네트워크 부(320) 및, 상기 피딩 네트워크 부 및 상기 통신 회로 사이에 배치되고, 적어도 하나의 층에서 상기 통신 회로의 출력단과 대응되는 위치에서부터 상기 피딩 네트워크 부의 입력단과 대응되는 위치로 연장된 제2 전송 선로 및 제2 전송 비아를 포함하는 라우팅 부(330)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 오픈 스터브 구조 또는 상기 쇼트 스터브 구조는, 상기 피딩 네트워크 부의 상기 제1 전송 선로 및 상기 제1 전송 비아 간의 트랜지션 영역에 설계되거나, 상기 라우팅 부의 상기 제2 전송 선로 및 상기 제2 전송 비아 간의 트랜지션 영역에 설계될 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈은, 통신 회로, 서브어레이를 형성하는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 안테나 부, 및 상기 통신 회로 및 상기 안테나 부 사이에 적층 형성된 복수 개의 기판들을 포함하고, 상기 복수 개의 기판 중 그라운드 면을 형성하는 적어도 하나의 층에 오픈 스터브 구조가 설계된 네트워크 부를 포함할 수 있다. 상기 오픈 스터브 구조는, 비아 홀의 가장자리를 따라 형성된 제1 비아 패드, 상기 제1 비아 패드로부터 제1 방향으로 연장된 제1 오픈 스터브, 및 상기 제1 비아 패드 및 상기 제1 오픈 스터브의 가장자리를 감싸도록 형성되어, 상기 제1 비아 패드 및 상기 제1 오픈 스터브를 상기 그라운드 면으로부터 이격시킨 제1 슬롯 부분을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 오픈 스터브 구조는 상기 제1 비아 패드로부터 상기 제1 방향과 상이한 방향으로 연장된 제2 오픈 스터브를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 오픈 스터브 구조가 설계된 층과 다른 층에 설계된 상기 쇼트 스터브 구조는, 상기 비아 홀과 인접 형성된 제2 비아 패드, 상기 제2 비아 패드로부터 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장된 쇼트 스터브, 상기 제2 비아 패드로부터 상기 제2 방향과 상이한 제3 방향으로 연장되어 상기 적어도 하나의 전송 선로와 연결된 트랜스포머, 및 상기 제2 비아 패드, 상기 쇼트 스터브 및 상기 트랜스포머의 가장자리의 적어도 일부를 감싸도록 형성된 제2 슬롯 부분을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시예에 따른 안테나 모듈은, 통신 회로, 서브어레이를 형성하는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 안테나 부, 및 상기 통신 회로 및 상기 안테나 부 사이에 적층된 복수 개의 기판들을 포함하고, 상기 복수 개의 기판 중 스트립 라인의 전송 선로가 배치된 적어도 하나의 층에 쇼트 스터브 구조가 설계된 네트워크 부를 포함할 수 있다. 상기 쇼트 스터브 구조는, 비아 홀의 가장자리를 따라 형성된 제1 비아 패드, 상기 제1 비아 패드로부터 제1 방향으로 연장된 쇼트 스터브, 상기 제1 비아 패드로부터 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 연장되어 상기 스트립 라인의 전송 선로와 연결된 트랜스포머, 및 상기 제1 비아 패드, 상기 쇼트 스터브 및 상기 트랜스포머의 가장자리의 적어도 일부를 감싸도록 형성된 제1 슬롯 부분을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제2 방향과 상기 제3 방향은 서로 반대 방향일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 트랜스포머는 상기 연장된 방향과 수직인 제1 길이의 폭을 가지고, 상기 쇼트 스터브는 상기 연장된 방향과 수직인 제2 길이의 폭을 가지며, 상기 제1 길이의 폭은 상기 제2 길이의 폭보다 크도록 설계될 수 있다.
이상에서 설명한 본 개시의 다양한 실시예의 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치는 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 개시의 기술적 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
전자 장치: 101
안테나 모듈: 300
안테나 부: 301
피딩 네트워크 부: 320
라우팅 부: 330
통신 회로부: 303
오픈 스터브 구조: 500
쇼트 스터브 구조: 600

Claims (20)

  1. 안테나 모듈에 있어서,
    통신 회로;
    서브어레이를 형성하는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 안테나 부;
    상기 안테나 부 아래에 복수의 층으로 배치되고, 상기 복수의 안테나 소자들의 위치로 분기를 위한 적어도 하나의 전송 선로, 상기 복수의 층을 관통하는 비아 홀, 및 상기 비아 홀의 인접 영역에 형성된 스터브 구조를 포함하는 네트워크 부를 포함하고,
    상기 복수의 층 중 그라운드 면을 형성하는 제1 층에 설계된 오픈 스터브 구조는,
    상기 비아 홀과 인접 형성된 제1 비아 패드;
    상기 제1 비아 패드로부터 제1 방향으로 연장된 제1 오픈 스터브; 및
    상기 제1 비아 패드 및 상기 제1 오픈 스터브의 가장자리를 감싸도록 형성된 제1 슬롯 부분을 포함하고,
    상기 제1 층과 서로 다른 제2 층에 설계된 쇼트 스터브 구조는,
    상기 비아 홀과 인접 형성된 제2 비아 패드;
    상기 제2 비아 패드로부터 제2 방향으로 연장된 쇼트 스터브;
    상기 제2 비아 패드로부터 상기 제2 방향과 상이한 제3 방향으로 연장되어 상기 적어도 하나의 전송 선로와 연결된 트랜스포머; 및
    상기 제2 비아 패드, 상기 쇼트 스터브 및 상기 트랜스포머의 가장자리의 적어도 일부를 감싸도록 형성된 제2 슬롯 부분을 포함하는 안테나 모듈.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 오픈 스터브 구조는,
    상기 제1 비아 패드로부터 상기 제1 방향과 상이한 제4 방향으로 연장된 제2 오픈 스터브를 더 포함하는 안테나 모듈.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 오픈 스터브 구조에서,
    상기 제1 방향과 상기 제4 방향은 서로 반대 방향인 안테나 모듈.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 오픈 스터브 구조에서,
    상기 제1 비아 패드는 상기 비아 홀 주변을 감싸도록 폐루프(closed loop) 형상으로 제공되고,
    상기 제1 오픈 스터브 또는 상기 제2 오픈 스터브는 상기 그라운드 면과 이격 배치된 안테나 모듈.
  5. 제2 항에 있어서, 상기 제1 슬롯 부분은,
    상기 제1 비아 패드와 대응되는 형상으로 제공되고, 상기 제1 비아 패드를 그라운드 면과 이격 시키는 제1-1 슬롯 부분;
    상기 제1-1 슬롯 부분과 연결되고, 상기 제1 오픈 스터브의 단부 및 양측면을 따라 형성된 제1-2 슬롯 부분; 및
    상기 제1-1 슬롯 부분과 연결되고, 상기 제2 오픈 스터브의 단부 및 양측면을 따라 형성된 제1-3 슬롯 부분을 포함하는 안테나 모듈.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 오픈 스터브 및/또는 제2 오픈 스터브는, 바(bar), 방사형(radial), T 형상(T-shape), 및 민더라인(meander line) 중 적어도 하나의 형상으로 설계된 안테나 모듈.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 쇼트 스터브 구조에서,
    상기 제2 비아 패드는 상기 비아 홀 주변을 감싸도록 폐루프(closed loop) 형상으로 제공되고,
    상기 쇼트 스터브는 상기 제2 층의 기판의 일부 영역과 접촉 배치된 안테나 모듈.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 쇼트 스터브 구조에서,
    상기 제2 방향과 상기 제3 방향은 서로 반대 방향인 안테나 모듈.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 오픈 스터브 구조의 상기 제1 오픈 스터브가 연장 형성된 상기 제1 방향과, 상기 쇼트 스터브 구조의 상기 쇼트 스터브가 연장 형성된 상기 제2 방향은 서로 수직인 안테나 모듈.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 슬롯 부분은,
    상기 제2 비아 패드와 대응되는 형상으로 제공되고, 상기 제2 비아 패드를 인접 기판과 이격 시키는 제2-1 슬롯 부분;
    상기 제2-1 슬롯 부분과 연결되고, 상기 쇼트 스터브의 양측면을 따라 형성된 제1-2 슬롯 부분; 및
    상기 제2-1 슬롯 부분과 연결되고, 상기 트랜스포머의 양측면을 따라 형성된 제1-3 슬롯 부분을 포함하는 안테나 모듈.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 트랜스포머는 상기 연장된 방향과 수직인 제1 길이의 폭을 가지고, 상기 쇼트 스터브는 상기 연장된 방향과 수직인 제2 길이의 폭을 가지며, 상기 제1 길이의 폭은 상기 제2 길이의 폭보다 크도록 설계된 안테나 모듈.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 쇼트 스터브의 단부과 접하는 상기 기판의 일 영역은 그라운드 면을 제공하는 안테나 모듈.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 네트워크 부는,
    상기 안테나 부 아래에 배치되고, 상기 복수 개의 안테나 소자들이 동일 위상을 형성하도록 상기 복수의 안테나 소자들의 위치로 분기된 제1 전송 선로 및 제1 전송 비아를 포함하는 피딩 네트워크 부; 및
    상기 피딩 네트워크 부 및 상기 통신 회로 사이에 배치되고, 적어도 하나의 레이어에서 상기 통신 회로의 출력단과 대응되는 위치에서부터 상기 피딩 네트워크 부의 입력단과 대응되는 위치로 연장된 제2 전송 선로 및 제2 전송 비아를 포함하는 라우팅 부를 포함하는 안테나 모듈.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 오픈 스터브 구조 또는 상기 쇼트 스터브 구조는, 상기 피딩 네트워크 부의 상기 제1 전송 선로 및 상기 제1 전송 비아 간의 트랜지션 영역에 설계되거나, 상기 라우팅 부의 상기 제2 전송 선로 및 상기 제2 전송 비아 간의 트랜지션 영역에 설계된 안테나 모듈.
  15. 안테나 모듈에 있어서,
    통신 회로;
    서브어레이를 형성하는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 안테나 부; 및
    상기 통신 회로 및 상기 안테나 부 사이에 적층된 복수 개의 기판들을 포함하고, 상기 복수 개의 기판 중 그라운드 면을 형성하는 적어도 하나의 층에 오픈 스터브 구조가 설계된 네트워크 부를 포함하고,
    상기 오픈 스터브 구조는,
    비아 홀의 가장자리를 따라 형성된 제1 비아 패드;
    상기 제1 비아 패드로부터 제1 방향으로 연장된 제1 오픈 스터브; 및
    상기 제1 비아 패드 및 상기 제1 오픈 스터브의 가장자리를 감싸도록 형성되어, 상기 제1 비아 패드 및 상기 제1 오픈 스터브를 상기 그라운드 면으로부터 이격시킨 제1 슬롯 부분을 포함하는 안테나 모듈.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 오픈 스터브 구조는
    상기 제1 비아 패드로부터 상기 제1 방향과 상이한 방향으로 연장된 제2 오픈 스터브를 더 포함하는 안테나 모듈.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 오픈 스터브 구조가 설계된 층과 다른 층에 설계된 상기 쇼트 스터브 구조는,
    상기 비아 홀과 인접 형성된 제2 비아 패드;
    상기 제2 비아 패드로부터 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 연장된 쇼트 스터브;
    상기 제2 비아 패드로부터 상기 제2 방향과 상이한 제3 방향으로 연장되어 상기 적어도 하나의 전송 선로와 연결된 트랜스포머; 및
    상기 제2 비아 패드, 상기 쇼트 스터브 및 상기 트랜스포머의 가장자리의 적어도 일부를 감싸도록 형성된 제2 슬롯 부분을 포함하는 안테나 모듈.
  18. 안테나 모듈에 있어서,
    통신 회로;
    서브어레이를 형성하는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 안테나 부; 및
    상기 통신 회로 및 상기 안테나 부 사이에 적층된 복수 개의 기판들을 포함하고, 상기 복수 개의 기판 중 스트립 라인의 전송 선로가 배치된 적어도 하나의 층에 쇼트 스터브 구조가 설계된 네트워크 부를 포함하고,
    상기 쇼트 스터브 구조는,
    비아 홀의 가장자리를 따라 형성된 제1 비아 패드;
    상기 제1 비아 패드로부터 제1 방향으로 연장된 쇼트 스터브;
    상기 제1 비아 패드로부터 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 연장되어 상기 스트립 라인의 전송 선로와 연결된 트랜스포머; 및
    상기 제1 비아 패드, 상기 쇼트 스터브 및 상기 트랜스포머의 가장자리의 적어도 일부를 감싸도록 형성된 제1 슬롯 부분을 포함하는 안테나 모듈.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제2 방향과 상기 제3 방향은 서로 반대 방향인 안테나 모듈.
  20. 제18 항에 있어서,
    상기 트랜스포머는 상기 연장된 방향과 수직인 제1 길이의 폭을 가지고, 상기 쇼트 스터브는 상기 연장된 방향과 수직인 제2 길이의 폭을 가지며, 상기 제1 길이의 폭은 상기 제2 길이의 폭보다 크도록 설계된 안테나 모듈.
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