KR20220115431A - 안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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박상훈
박정호
백광현
이영주
이정엽
이준석
하도혁
허진수
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 개시(disclosure)는 LTE(Long Term Evolution)와 같은 4G(4th generation) 통신 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G(5th generation) 또는 pre-5G 통신 시스템에 관련된 것이다. 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템의 안테나 구조에 있어서, 제1 방사체(radiator), 상기 제1 방사체가 배치되는 제1 PCB(printed circuit board), 복수의 제2 방사체들, 상기 복수의 제2 방사체들이 배치되는 제2 PCB 및 프레임 구조(frame structure)를 포함하고, 상기 프레임 구조는 상기 제1 PCB 및 상기 제2 PCB 사이에 공기 층(air layer)이 형성되도록 배치되고, 상기 복수의 제2 방사체들은 상기 제1 방사체와 대응되는 영역에 배치되는 제1 금속 패치(metal patch), 상기 제1 금속 패치로부터 이격된 채로 배치되어 커플링(coupling)에 의한 급전을 받는 복수의 제2 금속 패치들을 포함할 수 있다.

Description

안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치 {ANTENNA STRUCTURE AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 개시(disclosure)는 일반적으로 무선 통신 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 무선 통신 시스템에서 안테나 구조(antenna structure) 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
4G(4th generation) 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G(5th generation) 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템을 개발하기 위한 노력이 이루어지고 있다. 이러한 이유로, 5G 통신 시스템 또는 pre-5G 통신 시스템은 4G 네트워크 이후(beyond 4G network) 통신 시스템 또는 LTE(long term evolution) 시스템 이후(post LTE) 시스템이라 불리어지고 있다.
높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파 대역에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive multi-input multi-output, 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 시스템의 네트워크 개선을 위해, 5G 통신 시스템에서는 진화된 소형 셀, 개선된 소형 셀(advanced small cell), 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud radio access network, cloud RAN), 초고밀도 네트워크(ultra-dense network), 기기 간 통신(device to device communication, D2D), 무선 백홀(wireless backhaul), 이동 네트워크(moving network), 협력 통신(cooperative communication), CoMP(coordinated multi-points), 및 수신 간섭제거(interference cancellation) 등의 기술 개발이 이루어지고 있다.
이 밖에도, 5G 시스템에서는 진보된 코딩 변조(advanced coding modulation, ACM) 방식인 FQAM(hybrid frequency shift keying and quadrature amplitude modulation) 및 SWSC(sliding window superposition coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(filter bank multi carrier), NOMA(non orthogonal Multiple Access), 및 SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
무선 통신 시스템의 빔포밍(beamforming) 기술을 이용하는 전자 장치는 복수의 안테나 엘리먼트(antenna element)들을 포함한다. 이 때, 전자 장치에서 방사되는 신호의 이득을 높이기 위하여, 서브 어레이(sub array) 기술이 이용될 수 있다.
상술한 바와 같은 논의를 바탕으로, 본 개시(disclosure)는, 무선 통신 시스템에서, 전송 선로에 의한 손실을 최소화하기 위해, 안테나 엘리먼트(element)들이 에어 커플링(air coupling)에 의해 연결된 안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
또한, 본 개시는, 무선 통신 시스템에서, 서브 어레이(sub array)를 형성하기 위한 전송 선로의 배치를 최소화하여, 생산 비용을 최소화할 수 있는 안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템의 안테나 구조에 있어서, 제1 방사체(radiator), 상기 제1 방사체가 배치되는 제1 PCB(printed circuit board), 복수의 제2 방사체들, 상기 복수의 제2 방사체들이 배치되는 제2 PCB 및 프레임 구조(frame structure)를 포함하고, 상기 프레임 구조는 상기 제1 PCB 및 상기 제2 PCB 사이에 공기 층(air layer)이 형성되도록 배치되고, 상기 복수의 제2 방사체들은 상기 제1 방사체와 대응되는 영역에 배치되는 제1 금속 패치(metal patch), 상기 제1 금속 패치로부터 이격된 채로 배치되어 커플링(coupling)에 의한 급전을 받는 복수의 제2 금속 패치들을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템의 전자 장치에 있어서, 복수의 서브 어레이(sub array) 및 상기 복수의 서브 어레이 각각에 대응하도록 연결되는 복수의 RFIC들을 포함하고, 상기 복수의 서브 어레이는 복수의 제1 방사체(radiator), 상기 복수의 제1 방사체가 배치되는 제1 PCB(printed circuit board), 복수의 제2 방사체들, 상기 복수의 제2 방사체들이 배치되는 제2 PCB; 및 프레임 구조(frame structure)를 포함하고, 상기 프레임 구조는 상기 제1 PCB 및 상기 제2 PCB 사이에 공기 층(air layer)이 형성되도록 배치되고, 상기 복수의 제2 방사체들은 상기 복수의 제1 방사체들과 각각 대응되는 영역에 배치되는 복수의 제1 금속 패치(metal patch)들 및 상기 복수의 제1 금속 패치들 각각으로부터 이격된 채로 배치되어 커플링(coupling)에 의한 급전을 받는 복수의 제2 금속 패치들을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 무선 통신 시스템의 안테나 구조에 있어서, 급전 선(feeding line)을 포함하는 제1 PCB(printed circuit board), 제1 방사체(radiator), 복수의 제2 방사체들, 제2 PCB 및 프레임 구조(frame structure)를 포함하고, 상기 프레임 구조는 상기 제1 PCB 및 상기 제2 PCB 사이에 공기 층(air layer)이 형성되도록 배치되고, 상기 제2 PCB의 제1 면에는 상기 제1 방사체가 배치되고, 상기 제1 면과 반대되는 제2 면에는 상기 복수의 제2 방사체들이 배치되고, 상기 제1 방사체는 상기 제1 PCB의 상기 급전 선으로부터 커플링(coupling)에 의한 급전을 받고, 상기 복수의 제2 방사체들은 상기 제1 방사체와 대응되는 영역에 배치되는 제1 금속 패치(metal patch), 상기 제1 금속 패치로부터 이격된 채로 배치되어 커플링(coupling)에 의한 급전을 받는 복수의 제2 금속 패치들을 포함할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치는, 서브 어레이(sub array)의 복수의 안테나 엘리먼트(element)들이 커플링(coupling)에 의해 연결되는 구조(이하, 에어(air) 커플링(coupling) 서브 어레이 구조)를 통해, 전송 선로(transmission line)에 의한 손실을 최소화할 수 있다.
본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치는, 에어 커플링 서브 어레이 구조를 통해 PCB(printed circuit board)의 적층되는 기판들의 수를 줄임으로써, 안테나 구조 및 이를 포함하는 전자 장치의 생산 비용을 최소화할 수 있다.
이 외에, 본 문서를 통해 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 환경의 예를 도시한다.
도 2는 서브 어레이(sub array)를 설명하기 위한 도면이다.
도 3a는 서브 어레이를 설명하기 위한 RU(radio unit) 보드의 예들을 도시한다.
도 3b는 서브 어레이를 설명하기 위한 안테나 PCB(printed circuit board)의 일부에 대한 예들을 도시한다.
도 4는 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조를 포함하는 전자 장치의 예를 도시한다.
도 5a는 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조에 대한 급전(feeding)의 예를 도시한다.
도 5b는 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조의 분해 사시도를 도시한다.
도 6은 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조를 포함하는 서브 어레이들의 예를 도시한다.
도 7은 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조를 포함하는 안테나 어레이의 예를 도시한다.
도 8은 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조를 포함하는 전자 장치의 다른 예를 도시한다.
도 9a는 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조의 금속 패치(metal patch)의 예를 도시한다.
도 9b는 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조의 금속 패치(metal patch)의 다른 예를 도시한다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 기능적 구성을 도시한다.
도면의 설명과 관련하여, 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일 또는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
본 개시에서 사용되는 용어들은 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 다른 실시 예의 범위를 한정하려는 의도가 아닐 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 용어들은 본 개시에 기재된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 본 개시에 사용된 용어들 중 일반적인 사전에 정의된 용어들은, 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 동일 또는 유사한 의미로 해석될 수 있으며, 본 개시에서 명백하게 정의되지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 경우에 따라서, 본 개시에서 정의된 용어일지라도 본 개시의 실시 예들을 배제하도록 해석될 수 없다.
이하에서 설명되는 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어적인 접근 방법을 예시로서 설명한다. 하지만, 본 개시의 다양한 실시 예들에서는 하드웨어와 소프트웨어를 모두 사용하는 기술을 포함하고 있으므로, 본 개시의 다양한 실시 예들이 소프트웨어 기반의 접근 방법을 제외하는 것은 아니다.
이하 설명에서 사용되는 전자 장치의 부품을 지칭하는 용어(예: 보드 구조, 기판, PCB(print circuit board), FPCB(flexible PCB), 모듈, 안테나, 방사체(radiator), 안테나 소자, 회로, 프로세서, 칩, 구성요소, 기기), 부품의 형상을 지칭하는 용어(예: 구조체, 구조물, 지지부, 접촉부, 돌출부, 개구부), 구조체들 간 연결부를 지칭하는 용어(예: 연결선, 급전 선(feeding line), 연결부, 접촉부, 급전 점(feeding point), 급전 부(feeding unit), 지지부, 컨택 구조체, 도전성 부재, 조립체(assembly)), 회로를 지칭하는 용어(예: PCB, FPCB, 신호선, 급전 선, 데이터 라인(data line), RF 신호 선, 안테나 선, RF 경로, RF 모듈, RF 회로) 등은 설명의 편의를 위해 예시된 것이다. 따라서, 본 개시가 후술되는 용어들에 한정되는 것은 아니며, 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어가 사용될 수 있다. 또한, 이하 사용되는 '...부', '...기', '...물', '...체' 등의 용어는 적어도 하나의 형상 구조를 의미하거나 또는 기능을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.
무선 통신 시스템의 mmWave 대역의 신호를 이용하는 안테나 장치는 초고주파 대역에서의 전파의 경로 손실을 완화하고, 전달 거리를 증가시키기 위하여 빔포밍(beamforming), 다중 입출력(multi-input multi-output) 기술을 이용할 수 있다. 이러한 기술들을 위하여 전자 장치는 다수의 안테나 엘리먼트(element)들을 포함할 수 있다. 또한, 빔포밍 기술을 이용함에 있어서, 전자 장치는 서브 어레이 기술을 이용할 수 있다. 서브 어레이 기술이란, 급전된 신호를 여러 개의 안테나 엘리먼트들에 나누어 급전함으로써, 해당 신호의 이득을 높이기 위한 기술을 의미한다. 서브 어레이 기술은, 신호를 수신하는 경우에도 동일하게 적용될 수 있다. 서브 어레이로 구성된 안테나 엘리먼트들은, RFIC(radio frequency integrated circuit)로부터 전달(또는 급전(feeding))받은 신호를 방사하거나, 다른 장치로부터 수신된 신호들을 RFIC에게 전달할 수 있다. 일 실시 예에 따라, 전자 장치는 복수의 서브 어레이들을 포함할 수 있다.
통신 이득을 높이기 위하여, 안테나 엘리먼트들의 개수가 증가함에 따라, 더 많은 RFIC들이 요구된다. 그러나, 증가하는 RFIC들의 개수는 전자 장치의 생산 비용 증가를 야기할 수 있다. 또한, 서브 어레이 기술을 통해, RFIC들의 개수가 감소할 수 있으나, RFIC로부터 신호를 복수의 안테나 엘리먼트들에게 전달하기 위한 전송 선로(transmission line)들이 증가하는 문제가 있다. 전송 선로들을 실장하기 위한 새로운 PCB(printed circuit board)의 층(layer)들이 증가하고, PCB 층들을 적층하기 위한 생산 비용이 증가될 수 있고, 전송 선로에 의한 손실(loss)이 발생할 수 있다.
이하, 본 개시에서는, 상술된 문제를 해소하기 위해, 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 서브 어레이 구조에 있어서, 복수의 안테나 엘리먼트들을 전송 선로가 아닌 에어(air) 커플링(coupling)에 의해 연결하는 구조(이하, 에어 커플링 서브 어레이 구조)를 통해, 전송 선호에 의한 이득 손실 및 비용 손실을 줄이기 위한 기술을 제안한다. 추가적으로, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조를 포함하는 안테나 구조는, 공간 활용 측면에서 효율적인 바, 안테나 엘리먼트들을 기존보다 더 많이 실장할 수 있어 안테나의 이득이 높아질 수 있다.
이하, 본 개시에서는 안테나 엘리먼트를 지칭하기 위한 용어로서, 방사체(radiator) 또는 금속 패치(metal patch)가 이용되나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 본 개시의 실시 예들이 이에 제한 해석되지 않는다.
도 1은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 무선 통신 시스템을 도시한다. 도 1은 무선 통신 시스템에서 무선 채널을 이용하는 노드(node)들의 일부로서, 기지국(110), 단말(120), 및 단말(130)을 예시한다. 도 1은 하나의 기지국만을 도시하나, 기지국(110)과 동일 또는 유사한 다른 기지국이 더 포함될 수 있다.
기지국(110)은 단말들(120, 130)에게 무선 접속을 제공하는 네트워크 인프라스트럭쳐(infrastructure)이다. 기지국(110)은 신호를 송신할 수 있는 거리에 기초하여 일정한 지리적 영역으로 정의되는 커버리지(coverage)를 가진다. 기지국(110)은 기지국(base station) 외에 '액세스 포인트(access point, AP)', '이노드비(eNodeB, eNB)', '5G 노드(5th generation node)', '무선 포인트(wireless point)', '송수신 포인트(transmission/reception point, TRP)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
단말(120) 및 단말(130) 각각은 사용자에 의해 사용되는 장치로서, 기지국(110)과 무선 채널을 통해 통신을 수행한다. 경우에 따라, 단말(120) 및 단말(130) 중 적어도 하나는 사용자의 관여 없이 운영될 수 있다. 즉, 단말(120) 및 단말(130) 중 적어도 하나는 기계 타입 통신(machine type communication, MTC)을 수행하는 장치로서, 사용자에 의해 휴대되지 아니할 수 있다. 단말(120) 및 단말(130) 각각은 단말(terminal) 외 '사용자 장비(user equipment, UE)', '이동국(mobile station)', '가입자국(subscriber station)', '고객 댁내 장치'(customer premises equipment, CPE), '원격 단말(remote terminal)', '무선 단말(wireless terminal)', '전자 장치(electronic device)', 또는 '사용자 장치(user device)' 또는 이와 동등한 기술적 의미를 가지는 다른 용어로 지칭될 수 있다.
기지국(110), 단말(120), 단말(130)은 밀리미터 파(mmWave) 대역(예: 28GHz, 30GHz, 38GHz, 60GHz)에서 무선 신호를 송신 및 수신할 수 있다. 이때, 채널 이득의 향상을 위해, 기지국(110), 단말(120), 단말(130)은 빔포밍(beamforming)을 수행할 수 있다. 여기서, 빔포밍은 송신 빔포밍 및 수신 빔포밍을 포함할 수 있다. 즉, 기지국(110), 단말(120), 단말(130)은 송신 신호 또는 수신 신호에 방향성(directivity)을 부여할 수 있다. 이를 위해, 기지국(110) 및 단말들(120, 130)은 빔 탐색(beam search) 또는 빔 관리(beam management) 절차를 통해 서빙(serving) 빔들(112, 113, 121, 131)을 선택할 수 있다. 서빙 빔들(112, 113, 121, 131)이 선택된 후, 이후 통신은 서빙 빔들(112, 113, 121, 131)을 송신한 자원과 QCL(quasi co-located) 관계에 있는 자원을 통해 수행될 수 있다.
기지국(110) 또는 단말들(120, 130)은 안테나 어레이(antenna array)를 포함할 수 있다. 안테나 어레이에 포함되는 각 안테나는 어레이 엘리먼트(array element), 또는 안테나 엘리먼트(antenna element)로 지칭될 수 있다. 이하, 본 개시에서 안테나 어레이는 2차원의 평면 어레이(planar array)로 도시되었으나, 이는 일 실시 예일뿐, 본 개시의 다른 실시 예들을 제한하지 않는다. 안테나 어레이는 선형 어레이(linear array) 혹은 다층 어레이 등 다양한 형태로 구성될 수 있다. 안테나 어레이는 매시브 안테나 어레이(massive antenna array)로 지칭될 수 있다. 또한, 안테나 어레이는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 서브 어레이(sub array)를 다수 포함할 수 있다.
이하 도 2, 도 3a 및 도 3b를 통해, 본 개시에서 제안하고자 하는 에어 커플링 서브 어레이 구조를 설명하기 위한, 서브 어레이 및 이를 포함하는 전자 장치의 구조에 대하여 설명한다.
도 2는 서브 어레이(sub array)를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 안테나 엘리먼트(200)의 구조 및 서브 어레이(250)의 구조가 도시된다. 도 2에서는, 안테나 엘리먼트의 형태를 원형으로 도시하나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐 본 개시를 제한하기 위한 것이 아니다. 일 실시 예에 따라, 편파로 인한 코 폴(Co-polarization) 성분의 이득을 높이기 위해, 특정 구조가 이용될 수 있다. 예를 들어, 후술하는 바와 같이, 안테나 엘리먼트의 형태는 사각형(예: 정사각형)일 수 있다. 다른 예를 들어, 안테나 엘리먼트의 형태는 8각형일 수 있다.
도 2를 참고하면, 안테나 엘리먼트(200)는 원형 패치(patch) 또는 방사체(radiator)를 포함할 수 있다. 또한, 안테나 엘리먼트(200)는 RFIC(radio frequency integrated circuit)(미도시)로부터 급전(feed)받기 위한 급전 선(feeding line)들과 연결될 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트(200)는 2개의 지점에서 급전 선들과 연결될 수 있고, 이 때, 각각 P 포트(plus port) 및 M 포트(minus port)로 지칭될 수 있다. 여기서, 포트(port)는 급전(feeding) 점으로 지칭될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 안테나 엘리먼트(200)는 이중 편파(dual polarization) 안테나를 의미할 수 있다. 여기서, 편파(polarization)란 안테나에서 전파가 방사할 때, 전계의 진동 방향을 의미한다. 이 때, 안테나에서 방사된 전계의 편파를 코 폴(Co polarization)이라 정의하고, 불가피하게 발생하는, 코 폴에 직교하는 전계의 편파를 크로스 폴(cross polarization)이라 지칭한다. 즉, 안테나 엘리먼트(200)는 코 폴 성분과 크로스 폴 성분을 모두 고려하여 효율적으로 송수신하기 위한 급전을 받을 수 있다. 예를 들어, 안테나 엘리먼트(200)는 P 포트에서 +45°의 편파을 갖는 신호를 급전받을 수 있고, M 포트에서 -45°의 편파를 갖는 신호를 급전 받을 수 있다. 다만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니며, P 포트와 M 포트의 위치는 서로 바뀔 수 있고, P 포트에서 급전되는 신호의 편파 및 M 포트에서 급전되는 신호의 편파는 90°의 차이를 갖는 다른 값들로 형성될 수 있다. 상술한 바와 같이, 안테나 엘리먼트(200)는 2개의 포트들에서 급전된 신호를 송수신 할 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 엘리먼트(200)의 안테나 이득을 높이기 위해 서브 어레이(sub array)(250) 구조가 이용될 수 있다.
서브 어레이(250)는 복수의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 서브 어레이(250)는 2개의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 또한, 서브 어레이(250) 내 동일한 포트 쌍(pair)을 통해 급전받는 안테나 엘리먼트들은 동일한 RF 신호를 송수신할 수 있고, 다른 포트 쌍을 통해 급전받는 다른 안테나 엘리먼트들은 다른 RF 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 제1 포트 쌍을 통해 급전받는 제1 안테나 엘리먼트들은 제1 RF 신호를 송수신할 수 있고, 제2 포트 쌍을 통해 급전받는 제2 안테나 엘리먼트들은 제2 RF 신호를 송수신할 수 있다. 이는, 하나의 RFIC로 전달되는 디지털 신호(예: 데이터 스트림(data stream), 스트림 등)는 동일하더라도, 하나의 RFIC 내에 배치되는 복수의 RF 체인(chain)들에 배치되는 RF 구성요소(component)들(예: ADC(analog to digital converter), PS(phase shifter) 및 PA(power amplifier) 등)에 의해 각각의 RF 체인을 통과하는 신호들이 서로 다른 방식으로 처리될 수 있기 때문이다. 다시 말해서, 서브 어레이(250)는 P 포트 및 M 포트를 통하여 RFIC로부터 급전받을 수 있고, 각 급전 점은 2개로 분기되어 각 안테나 엘리먼트와 연결될 수 있다. 이에 따라, 서브 어레이(250)에 포함되는 안테나 엘리먼트들은 서브 어레이(250)와 연결되는 2개의 포트들을 통해 RFIC로부터 전달받은 동일한 RF 신호를 송수신할 수 있다. 이와 달리, 서브 어레이(250)가 다른 포트 쌍을 통해 급전받는 다른 안테나 엘리먼트들을 더 포함하는 경우, 다른 안테나 엘리먼트들은 동일한 RFIC를 통해 급전되더라도, 다른 RF 신호를 송수신할 수 있다.
상술한 바와 같이, 서브 어레이 구조를 통해 전체 이득을 높아질 수 있다. 서브 어레이 구조를 이용함으로써, 서브 어레이 구조를 이용하지 않는 안테나 구조와 대비할 때, RFIC의 수를 줄이면서 동일한 안테나 이득을 형성할 수 있다. 이하, 도 3a 및 도 3b는 서브 어레이 구조를 이용하는 경우와 이용하지 않는 경우를 비교하여, 서브 어레이 구조를 설명한다.
도 3a는 서브 어레이를 설명하기 위한 RU(radio unit) 보드의 예들을 도시한다. 도 3a는 서브 어레이를 포함하지 않는 RU 보드(300) 및 서브 어레이를 포함하는 RU 보드(350)가 도시된다. 도 3a에 개시된 RU 보드(300, 350)의 구조 및 RU 보드(300, 350)에 포함되는 소자 및 구성들의 개수, 구조 및 형상 등은 설명의 편의를 위한 예시에 불과하며, 본 개시의 실시 예들을 제한하는 것이 아니다. 예를 들어, RU 보드(300, 350)에 포함되는 안테나 엘리먼트들은 원, 사각형, 8각형 등의 형태를 포함할 수 있다. 다른 예를 들어, RU 보드(300, 350)에 포함되는 안테나 엘리먼트들 또는 RFIC(radio frequency integrated circuit)의 수는 달라질 수 있다.
도 3a를 참고하면, RU 보드(300, 350)는 안테나 어레이가 실장되는 안테나 PCB(301, 302 또는 351, 352), 안테나 PCB(301, 302 또는 351, 352)로 RF 신호를 공급하기 위한 부품들을 포함할 수 있다. 또한, RU 보드(300, 350)는 RF 신호를 처리하기 위한 복수의 RFIC들과 연결될 수 있다. 여기서, RU 보드(300, 350)는 메인 보드, 전력 보드, 마더 보드(mother board), 패키지 보드, 또는 필터 보드 등으로 지칭될 수 있고, 안테나 PCB(301, 302 또는 351, 352)는 제1 PCB 또는 제2 PCB로 지칭될 수 있다. 여기서, 제1 PCB 또는 제2 PCB는 안테나 보드, 안테나 기판, 방사 기판, 방사 보드, 또는 RF 보드 등으로 지칭될 수 있다.
RU 보드(300, 350)는 안테나에게 RF 신호를 공급하기 위한 부품들을 포함할 수 있다. RU 보드(300, 350)는 하나 이상의 DC/DC 컨버터들을 포함할 수 있다. DC/DC 컨버터는 직류를 직류로 변환하기 위해 이용될 수 있다. RU 보드(300, 350)는 하나 이상의 LO(local oscillator)들을 포함할 수 있다. LO는 RF 시스템에서 주파수를 공급하기 위해 이용될 수 있다. RU 보드(300, 350)는 하나 이상의 커넥터들을 포함할 수 있다. 커넥터는 전기적 신호를 전달하기 위해 이용될 수 있다. RU 보드(300, 350)는 하나 이상의 디바이더(divider)들을 포함할 수 있다. 디바이더는 입력 신호를 분배 및 다중 경로로 전달하기 위하여 이용될 수 있다. RU 보드(300, 350)는 하나 이상의 LDO(low-dropout regulator)들을 포함할 수 있다. LDO는 외부의 잡음을 억제하고, 전원을 공급하기 위해 이용될 수 있다. RU 보드(300, 350)는 하나 이상의 VRM(Voltage regulator module)들을 포함할 수 있다. VRM는 적정한 전압이 유지되도록 보장하기 위한 모듈을 의미할 수 있다. 또한, 도 3a에서는 언급되지 않았으나, RU 보드(300, 350)는 신호를 필터링하기 위한 RF 필터를 더 포함할 수 있다. RU 보드(300, 350)는 하나 이상의 DFE(digital front end)들을 포함할 수 있다. RU 보드(300, 350)는 하나 이상의 rFPGA(radio frequency programmable gain amplifier)들을 포함할 수 있다. RU 보드(300, 350)는 하나 이상의 IF(intermediate frequency)들을 포함할 수 있다. 한편, 도 3a에 도시된 구성으로, 도 3a에 도시된 부품들 중 일부 구성은 생략되거나 혹은 더 많은 수의 부품들이 실장될 수 있다.
RU 보드(300)를 참고하면, 안테나 PCB(301, 302)는 안테나 어레이를 포함할 수 있고, 안테나 어레이는 다수의 안테나 엘리먼트들(즉, 방사체)을 포함할 수 있다. 이 때, 안테나 어레이는 복수의 RFIC들로부터 처리된 RF 신호를 전달받을 수 있다. 예를 들어, 하나의 안테나 어레이는 256개의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있고, 16개의 RFIC들과 연결될 수 있다. 즉, RU 보드(300)의 안테나 PCB(301, 302)는 각각 16개의 안테나 엘리먼트들 대비 1개의 RFIC와 연결된 구조(310)일 수 있다.
이와 달리, 서브 어레이 구조를 포함하는 RU 보드(350)를 참고하면, 안테나 PCB(351, 352)는 안테나 어레이를 포함할 수 있고, 안테나 어레이는 일부 안테나 엘리먼트들(즉, 방사체)을 포함하는 서브 어레이들을 다수 포함할 수 있다. 이 때, 안테나 어레이는 복수의 RFIC들로부터 처리된 RF 신호를 전달받을 수 있다. 예를 들어, 하나의 안테나 어레이는 256개의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있고, 8개의 RFIC들과 연결될 수 있다. 즉, RU 보드(350)의 안테나 PCB(351, 352)는 각각 32개의 안테나 엘리먼트들 대비 1개의 RFIC와 연결된 구조(360)일 수 있다. 여기서, 1개의 RFIC와 연결된 32개의 안테나 엘리먼트들이 연결된 구조(360)는 하나의 서브 어레이(sub array)로 지칭될 수 있다.
도 3b는 서브 어레이를 설명하기 위한 안테나 PCB(printed circuit board)의 일부에 대한 예들을 도시한다. 도 3b는 도 3a의 안테나 PCB(301, 302)의 구조(310) 및 안테나 PCB(351, 352)의 구조(360)에 대하여 도시한다. 도 3b에 개시된 안테나 PCB(301, 302) 및 안테나 PCB(351, 352)의 구조 및 안테나 PCB(301, 302) 및 안테나 PCB(351, 352)에 포함되는 소자 및 구성들의 개수, 구조 및 형상 등은 설명의 편의를 위한 예시에 불과하며, 본 개시의 실시 예들을 제한하는 것이 아니다. 예를 들어, 안테나 PCB(301, 302) 및 안테나 PCB(351, 352)에 포함되는 안테나 엘리먼트들의 형상은 원, 사각형, 8각형 등으로 형성될 수 있다. 다른 예를 들어, 안테나 PCB(301, 302) 및 안테나 PCB(351, 352)에 포함되는 안테나 엘리먼트들 또는 RFIC(radio frequency integrated circuit)의 수는 달라질 수 있다.
도 3b를 참고하면, 16개의 안테나 엘리먼트들과 1개의 RFIC를 포함하는 구조(310) 및 32개의 안테나 엘리먼트들과 1개의 RFIC를 포함하는 구조(360)가 도시된다. 구조(310)는 각 안테나 엘리먼트(즉, 방사체)에 대하여 하나의 RFIC로부터 2개의 포트(port))들을 통해 연결되고, 각 급전 점은 RFIC와 직접 연결된다. 이와 달리, 구조(360)는 각 안테나 엘리먼트에 대하여 하나의 RFIC로부터 2개의 분기된 포트들을 통해 연결된다. 즉, 도 2에서 설명한 바와 같이, 구조(360)는 2개의 안테나 엘리먼트들이 짝을 이루어 2개의 포트들로부터 각각 분기되어 연결된다.
상술한 바와 같이, 서브 어레이 구조를 포함하는 전자 장치는 서브 어레이 구조를 포함하지 않는 전자 장치보다, RFIC 당 더 많은 안테나 엘리먼트들과 연결될 수 있다. 다시 말해, 서브 어레이 구조를 포함하는 안테나 구조는 전체 안테나의 이득을 높일 수 있고, 생산 비용을 낮출 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 서브 어레이 구조를 포함하는 안테나 구조는, 포함하지 않는 구조와 비교하여, 더 많은 안테나 엘리먼트들에게 신호를 전달하기 위해, 전송 선로 및 전송 선로를 실장하기 위한 새로운 PCB 층(layer)이 서브 어레이 구조를 포함하는 전자 장치에게 요구된다. 이에 따라, 서브 어레이 구조를 포함하는 안테나 구조는 전송 선로에 의한 손실 및 새로운 PCB 층이 실장됨에 따른 생산 비용이 증가함으로써, 서브 어레이 구조를 이용하는 실질적인 이점(advantage)이 퇴색(fade)될 수 있다. 이하 도 4 내지 도 9b에서는, 서브 어레이 구조를 포함하는 안테나 구조에 있어서, 전송 선로에 의한 손실 및 생산 비용 증가를 최소화하기 위하여, 안테나 엘리먼트들이 에어 커플링(air coupling)에 의해 연결되는 서브 어레이 구조(에어 커플링 서브 어레이 구조)가 서술된다.
도 4는 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조를 포함하는 전자 장치의 예를 도시한다. 도 4의 RU(radio unit) 보드(440)는 도 3a의 RU 보드와 유사한 구조로 구성될 수 있다. 다시 말해서, 도 4의 RU 보드(440)는 도 3a의 RU 보드가 포함하는 소자 및 구성들을 포함하거나, 일부 포함하지 않거나, 다른 소자들을 더 포함할 수 있다. 도 4에서는, 1개의 제1 방사체(411) 및 3개의 제2 방사체들(421, 422)을 포함하는 전자 장치(400)를 도시하나, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4를 참고하면, 전자 장치(400)는 제1 PCB(printed circuit board)(410), 제2 PCB(420), 프레임 구조(frame structure)(430), RU 보드(440), 패키지 보드(package board)(450) 및 RFIC(radio frequency integrated circuit)(460)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 PCB(410) 및 제2 PCB(420)는 상술한 바와 같이 도 3a의 안테나 PCB를 의미할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 PCB(410)는 RU 보드(440)와 프레임 구조(430) 사이에 배치될 수 있다. 제1 PCB(410)는 RU 보드(440)와 프레임 구조(430) 사이에 배치됨으로써, RFIC(460)으로부터 RU 보드(440)를 통해 신호를 전달받을 수 있다. 여기서, 신호의 전달은 급전(feeding)을 의미할 수 있다. 또한, 제1 PCB(410)는 제1 방사체(411) 및 급전 선(feeding line)을 포함할 수 있다. 제1 PCB(410)에 포함되는 급전 선은 RU 보드(440)로부터 신호를 전달받기 위한 전송 선로(transmission line)를 의미할 수 있다. 제1 방사체(411)는 급전 선을 통해 RU 보드(440)로부터 직접적으로 신호를 전달받을 수 있다. 다만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 도 8에서 후술하는 바와 같이, 제1 PCB(410)는 제1 방사체(411)를 포함하지 않을 수 있고, 이에 따라 제1 방사체(411)는 제1 PCB(410)로부터 이격되어 배치되어 제1 PCB(410)의 급전 선으로부터 커플링(coupling)에 의해 급전될 수 있다. 또한, 제1 방사체(411)는 제2 PCB(420)의 제1 금속 패치(421)에게 간접적으로 급전할 수 있다. 제1 방사체(411)는 프레임 구조(430)에 의해서 제2 방사체들(421, 422)과 이격되어 배치될 수 있고, 이격되어 배치된 제1 금속 패치(421)에게 커플링에 의한 급전을 통해 신호를 전달할 수 있다. 또한, 제1 방사체(411)는 RU 보드(440)로부터 전달받은 신호를 다른 전자 장치에게 방사할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제2 PCB(420)는 프레임 구조(430)의 상단부에 배치될 수 있다. 즉, 제2 PCB(420)는 프레임 구조(430)에 의해 제1 PCB(410)와 이격되어 배치될 수 있다. 프레임 구조(430)에 의해 제2 PCB(420)와 제1 PCB(410)의 사이에는 공기 층(air layer)이 형성될 수 있다. 제2 PCB(420)는 복수의 제2 방사체들(421, 422)을 포함할 수 있고, 제2 방사체들(421, 422)은 제1 금속 패치(421) 및 복수의 제2 금속 패치(422)들을 의미할 수 있다. 제1 금속 패치(421)는 제1 방사체(411)로부터 급전을 받는 구성을 의미할 수 있다. 따라서, 제1 금속 패치(421)는 제1 방사체(411)에 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 여기서, 대응되는 영역은 제1 금속 패치(421)와 제1 방사체(411) 사이의 관계에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 패치(421)의 중심과 제1 방사체(411)의 중심이 일치된 상태를 의미할 수 있다. 다른 예를 들어, 제1 금속 패치(421)의 면적과 제1 방사체(411)의 면적이 일정 범위 이상 중첩(overlapped)되는 영역을 의미할 수 있다. 다시 말해서, 제1 금속 패치(421)는 제1 방사체(411)로부터 커플링에 의한 급전을 효율적으로 수행하기 위하여 제1 방사체(411)에 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 제2 금속 패치(422)는 제1 금속 패치(421)로부터 일정 거리만큼 이격되어 제1 금속 패치(421)의 인접한 영역에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 금속 패치(422)는 제1 금속 패치(421)로부터 커플링에 의해 급전될 수 있다. 여기서, 일정 거리는 제1 금속 패치(421)로부터 커플링에 의한 급전을 효율적으로 받기 위한 거리를 의미할 수 있다. 또한, 복수의 제2 방사체들(421, 422)은 급전받은 신호를 방사(radiate)할 수 있다. 다시 말해서, 제1 금속 패치(421)는 제1 방사체(411)로부터 급전된 신호를 방사할 수 있고, 제2 금속 패치(422)는 제1 금속 패치(421)로부터 급전된 신호를 방사할 수 있다. 이를 통해, 전자 장치(400)는 스택된(stacked) 2개의 방사체들(예: 제1 방사체, 제2 방사체)을 통해 기존보다 효율적으로 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(400)는 이격된 방사체들을 통해, 더 넓은 대역폭을 갖는 신호를 송수신할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 프레임 구조(430)는 제1 PCB(410)와 제2 PCB(420) 사이에 배치될 수 있다. 프레임 구조(430)가 제1 PCB(410)와 제2 PCB(420) 사이에 배치됨으로써, 공기 층(air layer)이 형성될 수 있다. 또한, 프레임 구조(430)는 제1 방사체(411) 및 복수의 제2 방사체들(421, 422)의 방사에 방해되지 않도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 프레임 구조(430)는 제1 방사체(411) 및 복수의 제2 방사체들(421, 422)과 중첩(overlapped)되지 않도록 배치될 수 있다. 또한, 프레임 구조(430)는 도전성 부재 또는 비도전성 부재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 프레임 구조(430)는 도전성 부재인 금속(metal)로 형성될 수 있다. 다른 예를 들어, 프레임 구조(430)는 사출에 의한 플라스틱과 같은 비도전성 부재로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, RU 보드(440)는 제1 PCB(410)와 패키지 보드(450) 사이에 배치될 수 있다. 여기서, RU 보드(440)는 제1 PCB(410)와 커플러(coupler) 또는 커넥터(connector)로 연결될 수 있고, 패키지 보드(450)와 그리드 어레이(grid array)(예: BGA(ball grid array), LGA(land grid array))로 연결될 수 있다. 또한, RU 보드(440)는 복수의 PCB 층을 포함할 수 있고, RFIC(460)로부터 패키지 보드(450)를 통해 전달되는 RF 신호를 제1 PCB(410)에게 전달하기 위한 전송 선로(transmission line)를 포함할 수 있다. 여기서, 전송 선로는 급전 선을 의미할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 패키지 보드(450)는 RU 보드(440)와 RFIC(460) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 패키지 보드(450)는 RU 보드(440)와 그리드 어레이(grid array)에 의해 연결될 수 있다. 예를 들어, 그리드 어레이는 BGA(ball grid array) 또는 LGA(land grid array)일 수 있따. 패키지 보드(450)는 RFIC(460)와 솔더링(soldering)에 의해 연결될 수 있다. 패키지 보드(450)는 RFIC(460)로부터 처리된 RF 신호를 RU 보드(440)에게 전달할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, RFIC(460)는 RF 신호를 처리하기 위한 복수의 RF 구성요소(component)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, RFIC(460)는 증폭기(power amplifier), 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog converter), ADC(analog to digital converter) 등을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, RFIC(460)는 전자 장치(400)에서 목표하는 신호를 송신 또는 수신하기 위하여 RF 신호를 처리할 수 있고, RFIC(460)에서 처리된 RF 신호는 패키지 보드(450), RU 보드(440), 제1 PCB(410), 제2 PCB(420) 및 복수의 제2 방사체들(421, 422)을 통해 송신 또는 수신될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조는 하나의 RFIC에 대하여 복수의 방사체들(예: 제1 방사체, 제2 방사체)이 연결될 수 있다. 이 때, 제1 방사체와 복수의 제2 방사체들 사이는 전송 선로 없이 연결될 수 있고, 복수의 제2 방사체들 사이(즉, 제1 금속 패치와 복수의 제2 금속 패치들 사이)에서도 전송 선로 없이 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 방사체는 복수의 제2 방사체들 중 제1 금속 패치에게 간접적으로 신호를 급전할 수 있다. 또한, 제1 금속 패치는 제1 금속 패치의 인접한 영역에 일정 거리 이격된 복수의 제2 금속 패치들에게 간접적으로 신호를 급전할 수 있다. 제1 금속 패치로부터 복수의 제2 금속 패치들에게 커플링에 의해 급전하는 과정은 이하, 도 5a에서 상세하게 설명한다.
도 4에 도시된 구조들 중에서, 금속 패치들 간의 커플링 급전을 제외한, 다른 구성요소(component)들 간의 연결관계는 예시적일 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 구조(예: RU 보드와 패키지 보드의 연결 방식, RFIC의 연결 방식, RU 보드 내에서 수직 PTH)와 다른 구조가 본 개시의 실시 예로써, 이용될 수 있음을 물론이다.
도 5a는 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조에 대한 급전(feeding)의 예를 도시한다. 도 5a의 안테나 구조(500)는 도 4의 제1 PCB(410), 제2 PCB(420) 및 프레임 구조(430)를 포함하는 구조를 의미할 수 있다. 따라서, 도 5a에서는 도 4와 동일한 구조에 대한 설명은 생략한다. 또한, 도 5에서는 설명의 편의를 위하여 하나의 제1 금속 패치(521), 4개의 제2 금속 패치들(522-1, 522-2, 522-3, 522-4) 및 제1 금속 패치(521)와 대응되는 영역에 배치되는 제1 방사체(미도시)를 포함하는 안테나 구조(500)를 도시하나, 이는 설명의 편의를 위한 예시에 불과하다. 후술하는 바와 같이, 본 개시는 안테나 구조(500)가 연속적으로 연결된 서브 어레이 구조를 의미할 수 있다.
도 5a를 참고하면, 안테나 구조(500)는 제1 PCB(510), 제2 PCB(520) 및 프레임 구조(530)를 포함할 수 있다. 도 5a에서는 도시되지 않았으나, 제1 PCB(510)는 하나의 제1 방사체를 포함할 수 있고, 제1 방사체는 제2 PCB(520)의 제1 금속 패치(521)와 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 또한, 제1 PCB(510)와 제2 PCB(520)는 프레임 구조(530)에 의해 형성되는 공기 층(air layer)에 의해 서로 이격될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제2 PCB(520)는 제1 금속 패치(521) 및 4개의 제2 금속 패치들(522-1, 522-2, 522-3, 522-4)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 금속 패치(521) 및 4개의 제2 금속 패치들(522-1, 522-2, 522-3, 522-4)은 제2 방사체로 지칭될 수 있다. 제2 금속 패치들(522-1, 522-2, 522-3, 522-4)은 제1 금속 패치(521)를 중심으로 하여 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 여기서, 일정 거리는 제1 금속 패치(521)로부터 제2 금속 패치들(522-1, 522-2, 522-3, 522-4)에게 효율적인 커플링 급전을 위한 거리를 의미할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 금속 패치(521)는 제1 방사체(미도시)로부터 커플링 급전될 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 패치(521)는 2개의 포트들(즉, 급전 점)을 통해 급전 받을 수 있고, 각각 M 포트(minus port)(550) 및 P 포트(plus port)(560)로 지칭될 수 있다. 이 때, M 포트(550) 및 P 포트(560)는 편파(polarization)를 고려하여 급전될 수 있다. 예를 들어, 이중 편파(dual polarization)를 위해, M 포트(550) 및 P 포트(560)에 서로 다른 편파를 갖는 신호가 급전될 수 있다. M 포트(550)에서는 -45°의 편파를 갖는 신호가 급전될 수 있고, P 포트(560)에서는 +45°의 편파를 갖는 신호가 급전될 수 있다. 다만, 이는 코 폴(co polarization) 성분을 의미하는 것일 뿐, 실질적으로 M 포트(550) 및 P 포트(560)에서 급전되는 신호는 크로스 폴(cross polarization) 성분을 포함할 수 있다.
또한, 제1 금속 패치(521)는 제1 방사체로부터 급전된 신호를 4개의 제2 금속 패치들(522-1, 522-2, 522-3, 522-4)에게 전달할 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 패치(521)는 M 포트(550)로부터 급전된 신호를 제2 금속 패치들(522-2, 522-4)에게 급전할 수 있다. 다른 예를 들어, 제1 금속 패치는 P 포트(560)로부터 급전된 신호를 제2 금속 패치들(522-1, 522-3)에게 급전할 수 있다. 이 때, 급전은 커플링에 의한 간접 급전(즉, 에어 커플링(air coupling))을 의미할 수 있다. 다만, 이는 상술한 바와 같이 Co-pol 성분이 급전되는 상태를 의미한다. 추가적으로, 제1 금속 패치(521)는 M 포트(550)로부터 급전된 신호의 크로스 폴 성분을 제2 금속 패치들(522-1, 522-3)에게 급전할 수 있고, P 포트(560)로부터 급전된 신호의 크로스 폴 성분을 제2 금속 패치들(522-2, 522-4)에게 급전할 수 있다.
도 5a의 안테나 구조(500)는 하나의 제1 금속 패치(521)로부터 급전되는 경우만을 도시한 것에 불과하며, 본 개시가 이에 제한되는 것은 아니다. 안테나 구조(500)의 제2 PCB(520) 상에 복수의 제1 급전 패치들을 포함하는 경우(즉, 이에 대응되도록 배치되는 복수의 제1 방사체 및 복수의 제2 급전 패치들을 더 포함하는 경우), 제2 금속 패치들은 이중 편파를 포함하는 신호가 급전될 수 있다. 이는, 이하 도 5b에서 설명한다.
도 5b는 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조의 분해 사시도를 도시한다. 도 5b에서는 도 5a의 안테나 구조(500)가 확장된 안테나 구조(500)를 도시한다. 즉, 도 5b의 안테나 구조(500)는 2개의 제1 방사체(511-1, 511-2)들, 2개의 제1 금속 패치(521-1, 521-2) 및 6개의 제2 금속 패치들을 도시한다. 다만, 이는 설명의 편의를 위한 것에 불과하며, 도 6에서 후술하는 바와 같이, 안테나 구조는 방사체들 및 금속 패치들을 더 포함할 수 있다.
도 5b를 참고하면, 안테나 구조(500)는 제1 PCB(510), 제2 PCB(520) 및 프레임 구조(530)를 포함할 수 있다. 제1 PCB(510)는 2개의 제1 방사체(511-1, 511-2)들을 포함할 수 있다. 제2 PCB(520)는 8개의 제2 방사체들을 포함할 수 있고, 8개의 제2 방사체들은 2개의 제1 금속 패치(521-1, 521-2)들 및 6개의 제2 금속 패치들로 구성될 수 있다. 또한, 제1 PCB(510)는 프레임 구조(530)에 의해 제2 PCB(520)와 이격된 채로 배치될 수 있고, 제1 PCB(510)와 제2 PCB(520) 사이에는 공기 층(air layer)이 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 방사체(511-1, 511-2)들은 RFIC(미도시)로부터 처리된 RF 신호를 전달(또는 급전)받을 수 있고, 급전된 RF 신호를 각각 제1 금속 패치(521-1, 521-2)에게 급전할 수 있다. 여기서, 제1 방사체(511-1, 511-2)들은 RFIC로부터 급전 선(feeding line)에 의한 직접 급전 또는 후술하는 바와 같이 제1 PCB(510)의 급전 선에 의한 간접 급전을 통해 신호를 전달받을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 금속 패치(521-1, 521-2)들은 제2 금속 패치들에게 간접 급전 할 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 패치(521-1)는 제1 금속 패치(521-1)의 P 포트 및 M 포트를 통해 급전된 신호들을 각각 제1 금속 패치(521-1)의 주변에 배치되는 4개의 제2 금속 패치들에게 커플링 급전할 수 있다. 특히, 제2 금속 패치(522-1)는 제1 금속 패치(521-1)로부터 P 포트에 의한 급전(예: +45°의 편파를 갖는 신호)을, 제2 금속 패치(522-2)는 제1 금속 패치(521-1)로부터 M 포트(예: -45°의 편파를 갖는 신호)에 의한 급전을 받을 수 있다. 또한 예를 들어, 제1 금속 패치(521-2)는 제1 금속 패치(521-2)의 P 포트 및 M 포트를 통해 급전된 신호들을 각각 제1 금속 패치(521-2)의 인접하는(adjacent) 4개의 제2 금속 패치들에게 커플링 급전할 수 있다. 특히, 제2 금속 패치(522-1)는 제1 금속 패치(521-2)로부터 M 포트에 의한 급전(예: -45°의 편파를 갖는 신호)을, 제2 금속 패치(522-2)는 제1 금속 패치(521-2)로부터 P 포트(예: +45°의 편파를 갖는 신호)에 의한 급전을 받을 수 있다. 따라서, 제2 금속 패치(522-1)는 제1 금속 패치(521-1)로부터 P 포트에 의한 커플링 급전을, 다른 제1 금속 패치(521-2)로부터 M 포트에 의한 커플링 급전을 받을 수 있다. 또한, 다른 제2 금속 패치(522-2)는 제1 금속 패치(521-1)로부터 M 포트에 의한 커플링 급전을, 다른 제1 금속 패치(521-2)로부터 P 포트에 의한 커플링 급전을 받을 수 있다. 이에 따라 제2 금속 패치(522-1, 522-2)들은 제1 금속 패치(521-1, 521-2)들로부터 이중 편파를 포함하는 신호가 급전될 수 있다. 이하, 도 6에서는 도 5a의 안테나 구조(500) 및 도 5b의 안테나 구조(500)가 다수 배치되는 서브 어레이 구조에 대하여 설명한다.
도 6은 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조를 포함하는 서브 어레이들의 예를 도시한다. 도 6에서는 도 5b의 안테나 구조(500)가 연속적으로 배치됨으로써 형성되는 제1 서브 어레이(610) 및 제2 서브 어레이(620)를 포함하는 안테나 어레이(600)가 도시된다. 안테나 어레이(600), 제1 서브 어레이(610) 및 제2 서브 어레이(620)는 RU 보드와 연결되는 안테나 PCB를 의미할 수 있다.
도 6을 참고하면, 안테나 어레이(600)는 제1 서브 어레이(610) 및 제2 서브 어레이(620)를 포함할 수 있고, 제1 서브 어레이(610) 및 제2 서브 어레이(620)는 개별적으로 2xN의 배열을 갖는 제2 금속 패치들, N-1개의 제1 금속 패치들 및 N-1개의 제1 금속 패치들에 대응되는 영역에 각각 배치되는 N-1개의 제1 방사체(미도시)들이 배치될 수 있다. 다만, 도 6에서는 설명의 편의를 위하여 상술한 바와 같은 구조의 일부를 도시한다.
일 실시 예에 따르면, 제1 서브 어레이(610)는 3개의 제1 급전 패치(611-1, 611-2, 611-3)들을 포함할 수 있고, 각 급전 패치를 중심으로 일정 거리 이격된 영역에 복수의 제2 급전 패치들이 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 급전 패치(611-1)의 인접 영역에는 4개의 제2 급전 패치들이 배치될 수 있고, 제1 급전 패치(611-2)의 인접 영역에는 4개의 제2 급전 패치들이 배치될 수 있다. 이 때, 제1 급전 패치(611-1)와 제1 급전 패치(611-2)의 사이의 영역에 배치되는 2개의 제2 급전 패치는 제1 급전 패치(611-1, 611-2)들이 공유할 수 있다. 또한, 제1 급전 패치(611-1, 611-2)들이 공유하는 2개의 제2 급전 패치들은 제1 급전 패치(611-1) 및 제1 급전 패치(611-2)로부터 각각 서로 다른 편파(polarization)를 갖는 신호를 에어 커플링(air coupling)에 의해 급전받을 수 있다. 이러한 구조는 제2 서브 어레이(620)에서도 동일하게 적용될 수 있다. 예를 들어, 제2 서브 어레이(620)에서, 제1 급전 패치(621-1)의 인접 영역에는 4개의 제2 급전 패치들이 배치될 수 있고, 제1 급전 패치(621-2)의 인접 영역에는 4개의 제2 급전 패치들이 배치될 수 있다. 이 때, 제1 급전 패치(621-1)와 제1 급전 패치(621-2)의 사이의 영역에 배치되는 2개의 제2 급전 패치는 제1 급전 패치(621-1, 621-2)들이 공유할 수 있다. 또한, 제1 급전 패치(621-1, 621-2)들이 공유하는 2개의 제2 급전 패치들은 제1 급전 패치(621-1) 및 제1 급전 패치(621-2)로부터 각각 서로 다른 편파(polarization)를 갖는 신호를 에어 커플링(air coupling)에 의해 급전받을 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 급전 패치(611-1)와 제1 급전 패치(611-2) 사이의 거리인 제1 길이, 및 제1 급전 패치(611-1)와 제1 급전 패치(621-1) 사이의 거리인 제2 길이는 각 제1 급전 패치가 급전하는 신호의 파장에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 서브 어레이(610)의 내부에서, 제1 급전 패치(611-1)와 제1 급전 패치(611-2) 사이의 제1 길이는, 각 제1 급전 패치가 급전하는 신호의 파장을 λ라 할 때, 0.5λ로 형성될 수 있다. 또한 예를 들어, 제1 서브 어레이(610)와 제2 서브 어레이(620) 사이에서, 제1 급전 패치(611-1)와 제1 급전 패치(621-1) 사이의 제2 길이는 1λ로 형성될 수 있다. 여기서, 제1 길이 및 제2 길이는 각 제1 급전 패치의 중심과 중심 사이의 거리를 의미할 수 있다. 상술한 바를 고려하면, 제1 급전 패치(611-1, 611-2, 611-3, 621-1, 621-2, 621-3)들의 인접 영역에 배치되는 제2 급전 패치의 길이(예: 패치의 형태가 원형인 경우 지름(diameter), 패치의 형태가 사각형 또는 8각형인 경우 가로 또는 세로의 길이)는 0.5λ보다 작게 구성될 수 있다.
이에 따라, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조는 에너지 효율이 높을 수 있다. 예를 들어, RFIC로부터 제1 방사체로 급전된 에너지를 1이라고 가정하면, 제1 방사체로부터 제2 방사체의 제1 급전 패치, 제1 급전 패치로부터 제2 급전 패치들로 전달되는 에너지는 약 0.97 정도의 값으로 형성될 수 있다. 즉, 에너지 전송 효율이 약 97%임을 의미할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조는 전송 선로를 이용하지 않고 급전이 이루어지는 바, 전송 선로에 따른 손실이 발생되지 않기 때문이다. 예를 들어, 도 3a에서 도시한, RU 보드(300)와 같이 RFIC로부터 2개의 포트들을 통해 각 안테나 엘리먼트에 급전하는 경우에는 약 95%의 에너지 전송 효율이 형성될 수 있고, RU 보드(350)와 같은 일반적인 서브 어레이 구조는 전송 선로에 의한 손실에 의해 약 3 내지 4%의 손실이 발생되는 바 약 91%의 에너지 전송 효율이 형성될 수 있다. 따라서, 기존의 구조들에 비해 본 개시의 일 실시 예에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조는 에너지 전송 효율이 높아질 수 있다.
도 7은 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조를 포함하는 안테나 어레이의 예를 도시한다. 도 7의 안테나 어레이(700)는 도 3a의 안테나 PCB(301 또는 302)와 동일하게 이해될 수 있고, 안테나 어레이(750)는 도 6의 안테나 어레이(600)와 동일하게 이해될 수 있다. 따라서, 동일한 구조에 대한 설명은 생략한다.
도 7을 참고하면, 안테나 어레이(700)는 다수의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나의 안테나 어레이(700)는 256개의 안테나 엘리먼트들(즉, 방사체)을 포함할 수 있다. 또한, 도 7에는 도시되지 않았으나, 안테나 어레이(700)는 복수의 RFIC(radio frequency integrated circuit)들과 연결될 수 있다. 예를 들어, 안테나 어레이(700)는 16개의 RFIC들과 연결될 수 있다. 다시 말해서, 안테나 어레이(700)의 경우, 16개의 안테나 엘리먼트들은 1개의 RFIC로부터 급전될 수 있다. 이와 달리, 안테나 어레이(750)는 8개의 서브 어레이들 및 각 서브 어레이에 대응하는 8개의 RFIC들을 포함할 수 있고, 각 서브 어레이는 16개의 제1 급전 패치들, 34개의 제2 급전 패치들 및 16개의 제1 급전 패치들에 대응되는 영역에 배치되는 제1 방사체(미도시)들을 포함할 수 있다. 다시 말해서, 안테나 어레이(750)의 경우, 50개의 제2 방사체(즉, 제1 급전 패치들 및 제2 급전 패치들)들은 1개의 RFIC로부터 급전될 수 있다. 따라서, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조를 포함하는 안테나 어레이(750)는, 서브 어레이 구조를 포함하지 않는 안테나 어레이(700)와 비교하여, 동일한 면적 내에 더 많은 방사체(예: 제1 방사체, 제1 급전 패치 및 제2 급전 패치를 포함하는 제2 방사체)들을 실장할 수 있다. 다시 말해서, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조를 포함하는 안테나 어레이(750)는 하나의 RFIC에 대응되는 방사체의 수가 증가할 수 있고, 전체 RFIC의 개수를 최소화할 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조는, 제1 방사체와 제1 급전 패치 사이, 제1 급전 패치와 제2 급전 패치 사이를 커플링에 의한 간접적인 연결을 통해, 전송 손실이 최소화될 수 있고, 이에 따른 전체 안테나 이득이 높아질 수 있다. 이하, 도 8, 도 9a 및 도 9b에서는 상술한 에어 커플링 서브 어레이 구조에 대한 다양한 실시 예들을 설명한다.
도 8은 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조를 포함하는 전자 장치의 다른 예를 도시한다. 도 8을 참고하면, 전자 장치(800)는 제1 PCB(printed circuit board)(810), 제2 PCB(820), 프레임 구조(frame structure)(830), RU(radio unit) 보드(840), 패키지 보드(package board)(850) 및 RFIC(radio frequency integrated circuit)(860)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 PCB(810) 및 제2 PCB(820)는 상술한 바와 같이 도 3a의 안테나 PCB를 의미할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제1 PCB(810)는 RU 보드(840)와 프레임 구조(830) 사이에 배치될 수 있다. 제1 PCB(810)는 RU 보드(840)와 프레임 구조(830) 사이에 배치됨으로써, RFIC(860)으로부터 RU 보드(840)를 통해 신호를 전달받을 수 있다. 여기서, 신호의 전달은 급전(feeding)을 의미할 수 있다. 그러나, 전자 장치(800)는, 도 4의 전자 장치(400)와 달리, 제1 PCB(810)에 제1 방사체(811)를 포함하지 않고, 급전 선(feeding line)만을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 방사체(811)는 RFIC(860)로부터 RU 보드(840)와 연결된 급전 선에 의해 직접 급전되는 것이 아닌, 커플링 급전(즉, 간접 급전)을 받을 수 있다. 제1 PCB(810)에 포함되는 급전 선은 RU 보드(840)로부터 신호를 전달받기 위한 전송 선로(transmission line)를 의미할 수 있다. 또한, 제1 방사체(811)는 제2 PCB(820)의 제1 금속 패치(821)에게 간접적으로 급전할 수 있다. 제1 방사체(811)는 제2 PCB(820)에 의해서 제2 방사체들(821, 822)과 이격되어 배치될 수 있고, 이격되어 배치된 제1 금속 패치(821)에게 커플링에 의한 급전을 통해 신호를 전달할 수 있다. 또한, 제1 방사체(811)는 RU 보드(840)로부터 전달받은 신호를 다른 전자 장치에게 방사할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 제2 PCB(820)는 프레임 구조(830)의 상단부에 배치될 수 있다. 즉, 제2 PCB(820)는 프레임 구조(830)에 의해 제1 PCB(810)와 이격되어 배치될 수 있다. 프레임 구조(830)에 의해 제2 PCB(820)와 제1 PCB(810)의 사이에는 공기 층(air layer)이 형성될 수 있다. 또한, 제2 PCB(820)의 제1 면에 제1 방사체(811)가 배치될 수 있고, 제1 면과 다른 제2 면에 제2 방사체들(821, 822)이 배치될 수 있다. 제2 PCB(820)는 복수의 제2 방사체들(821, 822)을 포함할 수 있고, 제2 방사체들(821, 822)은 제1 금속 패치(821) 및 복수의 제2 금속 패치(822)들을 의미할 수 있다. 제1 금속 패치(821)는 제1 방사체(811)로부터 급전을 받는 구성을 의미할 수 있다. 따라서, 제1 금속 패치(821)는 제1 방사체(811)에 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 여기서, 대응되는 영역은 제1 금속 패치(821)와 제1 방사체(811) 사이의 관계에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 금속 패치(821)의 중심과 제1 방사체(811)의 중심이 일치된 상태를 의미할 수 있다. 다른 예를 들어, 제1 금속 패치(821)의 면적과 제1 방사체(811)의 면적이 일정 범위 이상 중첩(overlapped)되는 영역을 의미할 수 있다. 다시 말해서, 제1 금속 패치(821)는 제1 방사체(811)로부터 커플링에 의한 급전을 효율적으로 수행하기 위하여 제1 방사체(811)에 대응되는 영역에 배치될 수 있다. 제2 금속 패치(822)는 제1 금속 패치(821)로부터 일정 거리만큼 이격되어 제1 금속 패치(821)의 인접한 영역에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제2 금속 패치(822)는 제1 금속 패치(821)로부터 커플링에 의해 급전될 수 있다. 여기서, 일정 거리는 제1 금속 패치(821)로부터 커플링에 의한 급전을 효율적으로 받기 위한 거리를 의미할 수 있다. 또한, 복수의 제2 방사체들(821, 822)은 급전받은 신호를 방사(radiate)할 수 있다. 다시 말해서, 제1 금속 패치(821)는 제1 방사체(811)로부터 급전된 신호를 방사할 수 있고, 제2 금속 패치(822)는 제1 금속 패치(821)로부터 급전된 신호를 방사할 수 있다. 이를 통해, 전자 장치(800)는 스택된(stacked) 2개의 방사체들(예: 제1 방사체, 제2 방사체)을 통해 기존보다 효율적으로 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(800)는 이격된 방사체들을 통해, 더 넓은 대역폭을 갖는 신호를 송수신할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 프레임 구조(830)는 제1 PCB(810)와 제2 PCB(820) 사이에 배치될 수 있다. 프레임 구조(830)가 제1 PCB(810)와 제2 PCB(820) 사이에 배치됨으로써, 공기 층(air layer)이 형성될 수 있다. 또한, 프레임 구조(830)는 제1 방사체(811) 및 복수의 제2 방사체들(821, 822)의 방사에 방해되지 않도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 프레임 구조(830)는 제1 방사체(811) 및 복수의 제2 방사체들(821, 822)과 중첩(overlapped)되지 않도록 배치될 수 있다. 또한, 프레임 구조(830)는 도전성 부재 또는 비도전성 부재로 형성될 수 있다. 예를 들어, 프레임 구조(830)는 도전성 부재인 금속(metal)로 형성될 수 있다. 다른 예를 들어, 프레임 구조(830)는 사출에 의한 플라스틱과 같은 비도전성 부재로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, RU 보드(840)는 제1 PCB(810)와 패키지 보드(850) 사이에 배치될 수 있다. 여기서, RU 보드(840)는 제1 PCB(810)와 커플러(coupler) 또는 커넥터(connector)로 연결될 수 있고, 패키지 보드(850)와 그리드 어레이(grid array)(예: BGA(ball grid array), LGA(land grid array))로 연결될 수 있다. 또한, RU 보드(840)는 복수의 PCB 층을 포함할 수 있고, RFIC(860)로부터 패키지 보드(850)를 통해 전달되는 RF 신호를 제1 PCB(810)에게 전달하기 위한 전송 선로(transmission line)를 포함할 수 있다. 여기서, 전송 선로는 급전 선을 의미할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 패키지 보드(850)는 RU 보드(840)와 RFIC(860) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 패키지 보드(850)는 RU 보드(840)와 그리드 어레이(grid array)에 의해 연결될 수 있다. 예를 들어, 그리드 어레이는 BGA(ball grid array) 또는 LGA(land grid array)일 수 있따. 패키지 보드(850)는 RFIC(860)와 솔더링(soldering)에 의해 연결될 수 있다. 패키지 보드(850)는 RFIC(860)로부터 처리된 RF 신호를 RU 보드(840)에게 전달할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, RFIC(860)는 RF 신호를 처리하기 위한 복수의 RF 구성요소(component)들을 포함할 수 있다. 예를 들어, RFIC(860)는 증폭기(power amplifier), 믹서(mixer), 오실레이터(oscillator), DAC(digital to analog converter), ADC(analog to digital converter) 등을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 따르면, RFIC(860)는 전자 장치(800)에서 목표하는 신호를 송신 또는 수신하기 위하여 RF 신호를 처리할 수 있고, RFIC(860)에서 처리된 RF 신호는 패키지 보드(850), RU 보드(840), 제1 PCB(810), 제2 PCB(820), 제1 방사체(811) 및 복수의 제2 방사체들(821, 822)을 통해 송신 또는 수신될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조는 하나의 RFIC에 대하여 복수의 방사체들(예: 제1 방사체, 제2 방사체)이 연결될 수 있다. 이 때, 제1 방사체와 복수의 제2 방사체들 사이는 전송 선로 없이 연결될 수 있고, 복수의 제2 방사체들 사이(즉, 제1 금속 패치와 복수의 제2 금속 패치들 사이)에서도 전송 선로 없이 연결될 수 있다. 이에 따라, 제1 방사체는 복수의 제2 방사체들 중 제1 금속 패치에게 간접적으로 신호를 급전할 수 있다. 또한, 제1 금속 패치는 제1 금속 패치의 인접한 영역에 일정 거리 이격된 복수의 제2 금속 패치들에게 간접적으로 신호를 급전할 수 있다.
도 8에 도시된 구조들 중에서, 금속 패치들 간의 커플링 급전을 제외한, 다른 구성요소(component)들 간의 연결관계는 예시적일 수 있다. 즉, 도 8에 도시된 구조(예: RU 보드와 패키지 보드의 연결 방식, RFIC의 연결 방식, RU 보드 내에서 수직 PTH)와 다른 구조가 본 개시의 실시 예로써, 이용될 수 있음을 물론이다.
도 9a는 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조의 금속 패치(metal patch)의 예를 도시한다. 도 9b는 본 개시의 실시 예들에 따른 안테나 구조의 금속 패치(metal patch)의 다른 예를 도시한다. 도 9a의 안테나 구조(900) 및 도 9b의 안테나 구조(950)는 도 5의 안테나 구조(500)를 의미할 수 있다.
도 9a를 참고하면, 도 5의 안테나 구조(500)의 제2 PCB(520) 상에 배치되는 제2 방사체들(즉, 제1 금속 패치(521) 및 제2 금속 패치들(522-1, 522-2, 522-3, 522-4))과 달리, 안테나 구조(900)의 제1 금속 패치(901) 및 제2 금속 패치들(902)은 사각형의 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 사각형은 정사각형, 직사각형, 마름모 등의 형태를 모두 포함하는 의미로 해석될 수 있다. 또한, 안테나 구조(900)의 제1 금속 패치(901)는 제1 방사체(미도시)로부터 2개의 지점에서 급전될 수 있고, 급전된 신호를 제2 금속 패치들(902)에게 급전할 수 있다. 여기서, 제1 금속 패치(901)가 제1 방사체로부터 받는 급전은 직접 급전 또는 커플링에 의한 간접 급전을 의미할 수 있고, 제2 금속 패치들(902)이 제1 금속 패치(901)로부터 받는 급전은 커플링에 의한 간접 급전을 의미할 수 있다. 안테나 구조(900)의 급전 방식은 도 5에서 설명한 급전 방식이 동일하게 적용될 수 있다.
도 9b를 참고하면, 도 5의 안테나 구조(500)의 제2 PCB(520) 상에 배치되는 제2 방사체들(즉, 제1 금속 패치(521) 및 제2 금속 패치들(522-1, 522-2, 522-3, 522-4))과 달리, 안테나 구조(950)의 제1 금속 패치(951) 및 제2 금속 패치들(952)은 8각형의 형태로 구성될 수 있다. 여기서, 8각형은 금속 패치들의 방사 효율을 높이기 위하여 도 9의 금속 패치들의 구조를 변형한 구조로 해석될 수 있다. 또한, 안테나 구조(950)의 제1 금속 패치(951)는 제1 방사체(미도시)로부터 2개의 지점에서 급전될 수 있고, 급전된 신호를 제2 금속 패치들(952)에게 급전할 수 있다. 여기서, 제1 금속 패치(951)가 제1 방사체로부터 받는 급전은 직접 급전 또는 커플링에 의한 간접 급전을 의미할 수 있고, 제2 금속 패치들(952)이 제1 금속 패치(951)로부터 받는 급전은 커플링에 의한 간접 급전을 의미할 수 있다. 안테나 구조(950)의 급전 방식은 도 5에서 설명한 급전 방식이 동일하게 적용될 수 있다.
도 4 내지 도 9b를 참고하면, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조는 종래의 기술들과 차이가 있을 수 있다. 예를 들어, 도 3a의 RU 보드(300)의 구조와 같이 서브 어레이 구조를 포함하지 않는 구조와 달리, 서브 어레이 구조를 이용함으로써, 하나의 RFIC(radio frequency integrated circuit)에 대하여 더 많은 방사체(예: 안테나 엘리먼트)들을 실장할 수 있다. 이에 따라, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조를 포함하는 전자 장치의 전체 안테나 이득이 높아질 수 있고, 이에 따라 전자 장치에 실장되는 RFIC의 수가 감소하게 되므로 생산 비용이 감소될 수 있다.
다른 예를 들어, 도 3a의 RU 보드(350)의 구조와 같이 서브 어레이를 포함하면서 전송 선로에 의해 RFIC와 방사체들이 연결되는 구조와 달리, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조는 전송 선로가 아닌 커플링에의해 간접적으로 급전함으로써, 전송 선로에 의한 손실이 발생되지 않고, 전송 선로를 배치하기 위한 추가 PCB 층(layer)이 요구되지 않는 바, 생산 비용이 감소될 수 있다. 또한, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조는, 기존의 서브 어레이 구조에 비해, 방사체들 사이에 급전 및 방사를 위한 방사체(예: 제1 급전 패치)를 추가적으로 배치하는 것과 같이 공간 활용을 극대화함으로써 더 많은 방사체들이 실장될 수 있어 전체 안테나 이득 또한 높아질 수 있다.
도 10은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 전자 장치의 기능적 구성을 도시한다.
도 10을 참고하면, 전자 장치(1010)의 예시적인 기능적 구성이 도시된다. 전자 장치(1010)는 안테나부(1011), 필터부(1012), RF(radio frequency) 처리부(1013), 제어부(1014)를 포함할 수 있다.
안테나부(1011)는 다수의 안테나들을 포함할 수 있다. 안테나는 무선 채널을 통해 신호를 송수신하기 위한 기능들을 수행한다. 안테나는 서브스트레이트(예: PCB) 위에 형성된 도전체 또는 도전성 패턴으로 이루어진 방사체를 포함할 수 있다. 안테나는 상향 변환된 신호를 무선 채널 상에서 방사하거나 다른 장치가 방사한 신호를 획득할 수 있다. 각 안테나는 방사체, 안테나 엘리먼트 또는 안테나 소자로 지칭될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 안테나부(1011)는 복수의 안테나 엘리먼트들이 열(array)을 이루는 안테나 어레이(antenna array)(예: 서브 어레이(sub array))를 포함할 수 있다. 안테나부(1011)는 RF 신호선들을 통해 필터부(1012)와 전기적으로 연결될 수 있다. 안테나부(1011)는 다수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 PCB에 실장될 수 있다. PCB는 각 안테나 엘리먼트와 필터부(1012)의 필터를 연결하는 복수의 RF 신호선들을 포함할 수 있다. 이러한 RF 신호선들은 급전 네트워크(feeding network)로 지칭될 수 있다. 안테나부(1011)는 수신된 신호를 필터부(1012)에 제공하거나 필터부(1012)로부터 제공된 신호를 공기중으로 방사할 수 있다. 본 개시의 일 실시 예에 따른 구조의 안테나는 안테나부(1011)에 포함될 수 있다.
다양한 실시 예들에 따른 안테나부(1011)는 이중 편파 안테나를 갖는 적어도 하나의 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 이중 편파 안테나는 서로 다른 편파를 갖는 신호를 송수신할 수 있다. 예를 들어, 이중 편파 안테나는 +45°의 편파를 갖는 제1 신호와 -45°의 편파를 갖는 제2 신호를 송수신할 수 있다. 편파는 +45°, -45° 외에 직교하는 다른 편파들로 형성될 수 있음은 물론이다. 각 안테나 엘리먼트는 급전선(feeding line)과 연결되거나 커플링(coupling)에 의해 간접적으로 연결되고, 후술되는 필터부(1012), RF 처리부(1013), 제어부(1014)와 전기적으로 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따라, 이중 편파 안테나는 패치 안테나(혹은 마이크로스트립 안테나(microstrip antenna))일 수 있다. 이중 편파 안테나는 패치 안테나의 형태를 가짐으로써, 배열 안테나로의 구현 및 집적이 용이할 수 있다. 서로 다른 편파를 갖는 두 개의 신호들이 각 안테나 포트에 입력될 수 있다. 각 안테나 포트는 안테나 엘리먼트에 대응한다. 높은 효율을 위하여, 서로 다른 편파를 갖는 두 개의 신호들 간 코-폴(co-pol) 특성과 크로스-폴(cross-pol) 특성과의 관계를 최적화시킬 것이 요구된다. 이중 편파 안테나에서, 코-폴 특성은 특정 편파 성분에 대한 특성 및 크로스-폴 특성은 상기 특정 편파 성분과 다른 편파 성분에 대한 특성을 나타낸다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 분리형 PCB를 포함하는 안테나 장치의 안테나(예: 안테나 엘리먼트(element), 서브 어레이(sub array), 안테나 어레이(antenna array))는 안테나부(1011)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 일 실시 예에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조의 제1 방사체 또는 제2 방사체(예: 제1 금속 패치 및 제2 금속 패치)는 도 10의 안테나부(1011)에 포함될 수 있다.
필터부(1012)는 원하는 주파수의 신호를 전달하기 위해, 필터링을 수행할 수 있다. 필터부(1012)는 공진(resonance)을 형성함으로써 주파수를 선택적으로 식별하기 위한 기능을 수행할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 필터부(1012)는 구조적으로 유전체를 포함하는 공동(cavity)을 통해 공진을 형성할 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서 필터부(1012)는 인덕턴스 또는 커패시턴스를 형성하는 소자들을 통해 공진을 형성할 수 있다. 또한, 일부 실시 예들에서, 필터부(1012)는 BAW(bulk acoustic wave) 필터 혹은 SAW(surface acoustic wave) 필터와 같은 탄성 필터를 포함할 수 있다. 필터부(1012)는 대역 통과 필터(band pass filter), 저역 통과 필터(low pass filter), 고역 통과 필터(high pass filter), 또는 대역 제거 필터(band reject filter) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 즉, 필터부(1012)는 송신을 위한 주파수 대역 또는 수신을 위한 주파수 대역의 신호를 얻기 위한 RF 회로들을 포함할 수 있다. 다양한 실시 예들에 따른 필터부(1012)는 안테나부(1011)와 RF 처리부(1013)를 전기적으로 연결할 수 있다.
RF 처리부(1013)는 복수의 RF 경로들을 포함할 수 있다. RF 경로는 안테나를 통해 수신되는 신호 혹은 안테나를 통해 방사되는 신호가 통과하는 경로의 단위일 수 있다. 적어도 하나의 RF 경로는 RF 체인으로 지칭될 수 있다. RF 체인은 복수의 RF 소자들을 포함할 수 있다. RF 소자들은 증폭기, 믹서, 오실레이터, DAC, ADC 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, RF 처리부(1013)는 기저대역(base band)의 디지털 송신신호를 송신 주파수로 상향 변환하는 상향 컨버터(up converter)와, 상향 변환된 디지털 송신신호를 아날로그 RF 송신신호로 변환하는 DAC(digital-to-analog converter)를 포함할 수 있다. 상향 컨버터와 DAC는 송신경로의 일부를 형성한다. 송신 경로는 전력 증폭기(power amplifier, PA) 또는 커플러(coupler)(또는 결합기(combiner))를 더 포함할 수 있다. 또한 예를 들어, RF 처리부(1013)는 아날로그RF 수신신호를 디지털 수신신호로 변환하는 ADC(analog-to-digital converter)와 디지털 수신신호를 기저대역의 디지털 수신신호로 변환하는 하향 컨버터(down converter)를 포함할 수 있다. ADC와 하향 컨버터는 수신경로의 일부를 형성한다. 수신 경로는 저전력 증폭기(low-noise amplifier, LNA) 또는 커플러(coupler)(또는 분배기(divider))를 더 포함할 수 있다. RF 처리부의 RF 부품들은 PCB에 구현될 수 있다. 안테나들과 RF 처리부의 RF 부품들은 PCB 상에서 구현될 수 있고, PCB와 PCB 사이에 필터들이 반복적으로 체결되어 복수의 층들(layers)을 형성할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따른 에어 커플링 서브 어레이 구조를 포함하는 전자 장치의 RFIC(radio frequency integrated circuit) 및 패키지 보드(package board, PKG)는 도 10의 RF 처리부(1013)에 포함될 수 있다. 즉, RF 처리부(1013)는 mmWave를 위한 RF 소자로서, RFIC(radio frequency integrated circuit)를 포함할 수 있다. 본 개시에서 상술한 바와 같이, RFIC는 패키지 보드와 결합된 RFIC chip으로 형성되어 RU 보드에 결합되거나, RFIC가 RU 보드에 의해 직접 결합될 수 있다.
제어부(1014)는 전자 장치(1010)의 전반적인 동작들을 제어할 수 있다. 제어부 (1014)은 통신을 수행하기 위한 다양한 모듈들을 포함할 수 있다. 제어부(1014)는 모뎀(modem)과 같은 적어도 하나의 프로세서(processor)를 포함할 수 있다. 제어부(1014)는 디지털 신호 처리(digital signal processing)을 위한 모듈들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제어부(1014)는 모뎀을 포함할 수 있다. 데이터 송신 시, 제어부(1014)는 송신 비트열을 부호화 및 변조함으로써 복소 심벌들을 생성한다. 또한, 예를 들어, 데이터 수신 시, 제어부(1014)는 기저대역 신호를 복조 및 복호화를 통해 수신 비트열을 복원한다. 제어부(1014)는 통신 규격에서 요구하는 프로토콜 스택(protocol stack)의 기능들을 수행할 수 있다.
도 10에서는 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 장치가 적용될 수 있는 장비로서 전자 장치(1010)의 기능적 구성을 서술하였다. 그러나, 도 10에 도시된 예는 도 4 내지 도 9b를 통해 서술된 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 구조를 위한 장치의 예시적인 구성일 뿐, 본 개시의 실시 예들이 도 10에 도시된 장비의 구성요소들에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 에어 커플링 서브 어레이 구조 그 자체 및 상기 구조를 포함하는 전자 장치 또한 본 개시의 실시 예로써 이해될 수 있다.
상술된 바와 같은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템의 안테나 구조에 있어서, 제1 방사체(radiator), 상기 제1 방사체가 배치되는 제1 PCB(printed circuit board), 복수의 제2 방사체들, 상기 복수의 제2 방사체들이 배치되는 제2 PCB 및 프레임 구조(frame structure)를 포함하고, 상기 프레임 구조는 상기 제1 PCB 및 상기 제2 PCB 사이에 공기 층(air layer)이 형성되도록 배치되고, 상기 복수의 제2 방사체들은 상기 제1 방사체와 대응되는 영역에 배치되는 제1 금속 패치(metal patch), 상기 제1 금속 패치로부터 이격된 채로 배치되어 커플링(coupling)에 의한 급전을 받는 복수의 제2 금속 패치들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 금속 패치는, 상기 제1 방사체로부터, 상기 제1 금속 패치의 제1 지점 및 제2 지점을 통해 커플링(coupling)에 의한 급전을 받고, 상기 제1 지점을 통해 급전되는 제1 신호는 제1 편파가 형성되고, 상기 제2 지점을 통해 급전되는 제2 신호는 제2 편파가 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 금속 패치는 상기 제1 신호의 상기 제1 편파에 대한 Co-pol(Co-polarization) 성분을 상기 복수의 제2 금속 패치들 중 제1 배열에 배치되는 금속 패치들에게 커플링 급전하고, 상기 제2 신호의 상기 제2 편파에 대한 Co-pol 성분을 상기 복수의 제2 금속 패치들 중 제2 배열에 배치되는 금속 패치들에게 커플링 급전할 수 있다.
일 실시 예에서, 제3 방사체 및 상기 복수의 제2 방사체들을 구성하는 제3 금속 패치 및 복수의 제4 금속 패치들을 더 포함하고, 상기 제3 금속 패치는 상기 제3 방사체와 대응되는 영역에 이격된 채로 배치되고, 상기 복수의 제4 금속 패치들은 상기 제3 금속 패치로부터 이격된 채로 배치되어 커플링에 의한 급전을 받고, 상기 제3 금속 패치는, 상기 제3 방사체로부터, 상기 제3 금속 패치의 제3 지점 및 제4 지점을 통해 커플링에 의한 급전을 받고, 상기 제3 지점을 통해 급전되는 상기 제1 신호는 상기 제1 편파가 형성되고, 상기 제4 지점을 통해 급전되는 상기 제2 신호는 상기 제2 편파가 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제3 금속 패치는 상기 제1 신호의 상기 제1 편파에 대한 Co-pol(Co-polarization) 성분을 상기 복수의 제4 금속 패치들 중 제1 배열에 배치되는 금속 패치들에게 커플링 급전하고, 상기 제2 신호의 상기 제2 편파에 대한 Co-pol 성분을 상기 복수의 제4 금속 패치들 중 제2 배열에 배치되는 금속 패치들에게 커플링 급전하고, 상기 복수의 제4 금속 패치들은 상기 복수의 제2 금속 패치들과 적어도 일부가 중첩(overlapped)될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 금속 패치의 중심으로부터 상기 제3 금속 패치의 중심까지의 거리는 상기 제1 금속 패치로 급전되는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 파장에 기반하여 결정될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 편파의 Co-pol 성분은 상기 제2 편파의 Co-pol 성분과 직교하도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 편파의 Co-pol 성분은 +45°으로 형성되고, 상기 제2 편파의 Co-pol 성분은 -45°성분으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 배열의 방향은 상기 제2 배열의 방향과 직교할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 방사체 및 상기 복수의 제2 방사체들은 원, 사각형 또는 8각형 중 적어도 하나의 형상을 포함할 수 있다.
상술된 바와 같은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템의 전자 장치에 있어서, 복수의 서브 어레이(sub array) 및 상기 복수의 서브 어레이 각각에 대응하도록 연결되는 복수의 RFIC들을 포함하고, 상기 복수의 서브 어레이는 복수의 제1 방사체(radiator), 상기 복수의 제1 방사체가 배치되는 제1 PCB(printed circuit board), 복수의 제2 방사체들, 상기 복수의 제2 방사체들이 배치되는 제2 PCB; 및 프레임 구조(frame structure)를 포함하고, 상기 프레임 구조는 상기 제1 PCB 및 상기 제2 PCB 사이에 공기 층(air layer)이 형성되도록 배치되고, 상기 복수의 제2 방사체들은 상기 복수의 제1 방사체들과 각각 대응되는 영역에 배치되는 복수의 제1 금속 패치(metal patch)들 및 상기 복수의 제1 금속 패치들 각각으로부터 이격된 채로 배치되어 커플링(coupling)에 의한 급전을 받는 복수의 제2 금속 패치들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 제1 금속 패치들 각각은, 대응되는 상기 복수의 제1 방사체들로부터, 제1 지점 및 제2 지점을 통해 커플링(coupling)에 의한 급전을 받고, 상기 제1 지점을 통해 급전되는 제1 신호는 제1 편파가 형성되고, 상기 제2 지점을 통해 급전되는 제2 신호는 제2 편파가 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 제1 금속 패치들은 상기 제1 신호의 상기 제1 편파에 대한 Co-pol(Co-polarization) 성분을 상기 복수의 제1 금속 패치들 각각을 기준으로, 제1 배열에 배치되는 상기 복수의 제2 금속 패치들에게 커플링 급전하고, 상기 제2 신호의 상기 제2 편파에 대한 Co-pol 성분을 상기 복수의 제1 금속 패치들 각각을 기준으로, 제2 배열에 배치되는 상기 복수의 제2 금속 패치들 커플링 급전하고, 상기 제1 배열과 상기 제2 배열은 서로 직교할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 편파의 Co-pol 성분은 상기 제2 편파의 Co-pol 성분과 직교하도록 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 편파의 Co-pol 성분은 +45°으로 형성되고, 상기 제2 편파의 Co-pol 성분은 -45°성분으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 서브 어레이는 제1 서브 어레이 및 제2 서브 어레이를 포함하고, 상기 제1 서브 어레이의 복수의 제1 금속 패치들로부터, 상기 제2 서브 어레이의 복수의 제1 금속 패치들 사이의 거리는 상기 RFIC로부터 상기 복수의 서브 어레이들에게 급전되는 신호의 파장의 길이에 기반하여 결정될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 서브 어레이의 복수의 제1 금속 패치들 사이의 거리는 상기 신호의 파장의 길이에 기반하여 결정될 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 복수의 제1 방사체들 및 상기 복수의 제2 방사체들은 원, 사각형 또는 8각형 중 적어도 하나의 형상을 포함할 수 있다.
상술된 바와 같은 본 개시의 일 실시 예에 따른, 무선 통신 시스템의 안테나 구조에 있어서, 급전 선(feeding line)을 포함하는 제1 PCB(printed circuit board), 제1 방사체(radiator), 복수의 제2 방사체들, 제2 PCB 및 프레임 구조(frame structure)를 포함하고, 상기 프레임 구조는 상기 제1 PCB 및 상기 제2 PCB 사이에 공기 층(air layer)이 형성되도록 배치되고, 상기 제2 PCB의 제1 면에는 상기 제1 방사체가 배치되고, 상기 제1 면과 반대되는 제2 면에는 상기 복수의 제2 방사체들이 배치되고, 상기 제1 방사체는 상기 제1 PCB의 상기 급전 선으로부터 커플링(coupling)에 의한 급전을 받고, 상기 복수의 제2 방사체들은 상기 제1 방사체와 대응되는 영역에 배치되는 제1 금속 패치(metal patch), 상기 제1 금속 패치로부터 이격된 채로 배치되어 커플링(coupling)에 의한 급전을 받는 복수의 제2 금속 패치들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에서, 상기 제1 금속 패치는, 상기 제1 방사체로부터, 상기 제1 금속 패치의 제1 지점 및 제2 지점을 통해 커플링(coupling)에 의한 급전을 받고, 상기 제1 지점을 통해 급전되는 제1 신호는 제1 편파가 형성되고, 상기 제2 지점을 통해 급전되는 제2 신호는 제2 편파가 형성되고, 상기 제1 금속 패치는 상기 제1 신호의 상기 제1 편파에 대한 Co-pol(Co-polarization) 성분을 상기 제1 금속 패치를 기준으로, 제1 배열에 배치되는 상기 복수의 제2 금속 패치들에게 커플링 급전하고, 상기 제1 금속 패치는 상기 제2 신호의 상기 제2 편파에 대한 Co-pol 성분을 상기 제1 금속 패치를 기준으로, 제2 배열에 배치되는 상기 복수의 제2 금속 패치들 커플링 급전하고, 상기 제1 배열과 상기 제2 배열은 서로 직교할 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다.
소프트웨어로 구현하는 경우, 하나 이상의 프로그램(소프트웨어 모듈)을 저장하는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체가 제공될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 저장되는 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치(device) 내의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행 가능하도록 구성된다(configured for execution). 하나 이상의 프로그램은, 전자 장치로 하여금 본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들을 실행하게 하는 명령어(instructions)를 포함한다.
이러한 프로그램(소프트웨어 모듈, 소프트웨어)은 랜덤 액세스 메모리 (random access memory), 플래시(flash) 메모리를 포함하는 불휘발성(non-volatile) 메모리, 롬(read only memory, ROM), 전기적 삭제가능 프로그램가능 롬(electrically erasable programmable read only memory, EEPROM), 자기 디스크 저장 장치(magnetic disc storage device), 컴팩트 디스크 롬(compact disc-ROM, CD-ROM), 디지털 다목적 디스크(digital versatile discs, DVDs) 또는 다른 형태의 광학 저장 장치, 마그네틱 카세트(magnetic cassette)에 저장될 수 있다. 또는, 이들의 일부 또는 전부의 조합으로 구성된 메모리에 저장될 수 있다. 또한, 각각의 구성 메모리는 다수 개 포함될 수도 있다.
또한, 프로그램은 인터넷(Internet), 인트라넷(Intranet), LAN(local area network), WAN(wide area network), 또는 SAN(storage area network)과 같은 통신 네트워크, 또는 이들의 조합으로 구성된 통신 네트워크를 통하여 접근(access)할 수 있는 부착 가능한(attachable) 저장 장치(storage device)에 저장될 수 있다. 이러한 저장 장치는 외부 포트를 통하여 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수 있다. 또한, 통신 네트워크상의 별도의 저장장치가 본 개시의 실시 예를 수행하는 장치에 접속할 수도 있다.
상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (20)

  1. 무선 통신 시스템의 안테나 구조에 있어서,
    제1 방사체(radiator);
    상기 제1 방사체가 배치되는 제1 PCB(printed circuit board);
    복수의 제2 방사체들;
    상기 복수의 제2 방사체들이 배치되는 제2 PCB; 및
    프레임 구조(frame structure)를 포함하고,
    상기 프레임 구조는 상기 제1 PCB 및 상기 제2 PCB 사이에 공기 층(air layer)이 형성되도록 배치되고,
    상기 복수의 제2 방사체들은:
    상기 제1 방사체와 대응되는 영역에 배치되는 제1 금속 패치(metal patch),
    상기 제1 금속 패치로부터 이격된 채로 배치되어 커플링(coupling)에 의한 급전을 받는 복수의 제2 금속 패치들을 포함하는, 안테나 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 금속 패치는, 상기 제1 방사체로부터, 상기 제1 금속 패치의 제1 지점 및 제2 지점을 통해 커플링(coupling)에 의한 급전을 받고,
    상기 제1 지점을 통해 급전되는 제1 신호는 제1 편파가 형성되고, 상기 제2 지점을 통해 급전되는 제2 신호는 제2 편파가 형성되는, 안테나 구조.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 금속 패치는:
    상기 제1 신호의 상기 제1 편파에 대한 Co-pol(Co-polarization) 성분을 상기 복수의 제2 금속 패치들 중 제1 배열에 배치되는 금속 패치들에게 커플링 급전하고,
    상기 제2 신호의 상기 제2 편파에 대한 Co-pol 성분을 상기 복수의 제2 금속 패치들 중 제2 배열에 배치되는 금속 패치들에게 커플링 급전하는, 안테나 구조.
  4. 청구항 3에 있어서,
    제3 방사체 및 상기 복수의 제2 방사체들을 구성하는 제3 금속 패치 및 복수의 제4 금속 패치들을 더 포함하고,
    상기 제3 금속 패치는 상기 제3 방사체와 대응되는 영역에 이격된 채로 배치되고, 상기 복수의 제4 금속 패치들은 상기 제3 금속 패치로부터 이격된 채로 배치되어 커플링에 의한 급전을 받고,
    상기 제3 금속 패치는, 상기 제3 방사체로부터, 상기 제3 금속 패치의 제3 지점 및 제4 지점을 통해 커플링에 의한 급전을 받고,
    상기 제3 지점을 통해 급전되는 상기 제1 신호는 상기 제1 편파가 형성되고, 상기 제4 지점을 통해 급전되는 상기 제2 신호는 상기 제2 편파가 형성되는, 안테나 구조.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제3 금속 패치는:
    상기 제1 신호의 상기 제1 편파에 대한 Co-pol(Co-polarization) 성분을 상기 복수의 제4 금속 패치들 중 제1 배열에 배치되는 금속 패치들에게 커플링 급전하고,
    상기 제2 신호의 상기 제2 편파에 대한 Co-pol 성분을 상기 복수의 제4 금속 패치들 중 제2 배열에 배치되는 금속 패치들에게 커플링 급전하고,
    상기 복수의 제4 금속 패치들은 상기 복수의 제2 금속 패치들과 적어도 일부가 중첩(overlapped)되는, 안테나 구조.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1 금속 패치의 중심으로부터 상기 제3 금속 패치의 중심까지의 거리는 상기 제1 금속 패치로 급전되는 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호의 파장에 기반하여 결정되는, 안테나 구조.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 편파의 Co-pol 성분은 상기 제2 편파의 Co-pol 성분과 직교하도록 형성되는, 안테나 구조.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제1 편파의 Co-pol 성분은 +45°으로 형성되고, 상기 제2 편파의 Co-pol 성분은 -45°성분으로 형성되는, 안테나 구조.
  9. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 배열의 방향은 상기 제2 배열의 방향과 직교하는, 안테나 구조.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 방사체 및 상기 복수의 제2 방사체들은 원, 사각형 또는 8각형 중 적어도 하나의 형상을 포함하는, 안테나 구조.
  11. 무선 통신 시스템의 전자 장치에 있어서,
    복수의 서브 어레이(sub array); 및
    상기 복수의 서브 어레이 각각에 대응하도록 연결되는 복수의 RFIC들을 포함하고,
    상기 복수의 서브 어레이는:
    복수의 제1 방사체(radiator), 상기 복수의 제1 방사체가 배치되는 제1 PCB(printed circuit board), 복수의 제2 방사체들, 상기 복수의 제2 방사체들이 배치되는 제2 PCB; 및 프레임 구조(frame structure)를 포함하고,
    상기 프레임 구조는 상기 제1 PCB 및 상기 제2 PCB 사이에 공기 층(air layer)이 형성되도록 배치되고,
    상기 복수의 제2 방사체들은 상기 복수의 제1 방사체들과 각각에 대응되는 영역에 배치되는 복수의 제1 금속 패치(metal patch)들 및 상기 복수의 제1 금속 패치들 각각으로부터 이격된 채로 배치되어 커플링(coupling)에 의한 급전을 받는 복수의 제2 금속 패치들을 포함하는, 전자 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 제1 금속 패치들 각각은, 대응되는 상기 복수의 제1 방사체들로부터, 제1 지점 및 제2 지점을 통해 커플링(coupling)에 의한 급전을 받고,
    상기 제1 지점을 통해 급전되는 제1 신호는 제1 편파가 형성되고, 상기 제2 지점을 통해 급전되는 제2 신호는 제2 편파가 형성되는, 전자 장치.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 복수의 제1 금속 패치들은:
    상기 제1 신호의 상기 제1 편파에 대한 Co-pol(Co-polarization) 성분을 상기 복수의 제1 금속 패치들 각각을 기준으로, 제1 배열에 배치되는 상기 복수의 제2 금속 패치들에게 커플링 급전하고,
    상기 제2 신호의 상기 제2 편파에 대한 Co-pol 성분을 상기 복수의 제1 금속 패치들 각각을 기준으로, 제2 배열에 배치되는 상기 복수의 제2 금속 패치들에게 커플링 급전하고,
    상기 제1 배열과 상기 제2 배열은 서로 직교하는, 전자 장치.
  14. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1 편파의 Co-pol 성분은 상기 제2 편파의 Co-pol 성분과 직교하도록 형성되는, 전자 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 제1 편파의 Co-pol 성분은 +45°으로 형성되고, 상기 제2 편파의 Co-pol 성분은 -45°성분으로 형성되는, 전자 장치.
  16. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 서브 어레이는 제1 서브 어레이 및 제2 서브 어레이를 포함하고,
    상기 제1 서브 어레이의 복수의 제1 금속 패치들로부터, 상기 제2 서브 어레이의 복수의 제1 금속 패치들 사이의 거리는 상기 RFIC로부터 상기 복수의 서브 어레이들에게 급전되는 신호의 파장의 길이에 기반하여 결정되는, 전자 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1 서브 어레이의 복수의 제1 금속 패치들 사이의 거리는 상기 신호의 파장의 길이에 기반하여 결정되는, 전자 장치.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 제1 방사체들 및 상기 복수의 제2 방사체들은 원, 사각형 또는 8각형 중 적어도 하나의 형상을 포함하는, 전자 장치.
  19. 무선 통신 시스템의 안테나 구조에 있어서,
    급전 선(feeding line)을 포함하는 제1 PCB(printed circuit board);
    제1 방사체(radiator);
    복수의 제2 방사체들;
    제2 PCB; 및
    프레임 구조(frame structure)를 포함하고,
    상기 프레임 구조는 상기 제1 PCB 및 상기 제2 PCB 사이에 공기 층(air layer)이 형성되도록 배치되고,
    상기 제2 PCB의 제1 면에는 상기 제1 방사체가 배치되고, 상기 제1 면과 반대되는 제2 면에는 상기 복수의 제2 방사체들이 배치되고,
    상기 제1 방사체는 상기 제1 PCB의 상기 급전 선으로부터 커플링(coupling)에 의한 급전을 받고,
    상기 복수의 제2 방사체들은:
    상기 제1 방사체와 대응되는 영역에 배치되는 제1 금속 패치(metal patch),
    상기 제1 금속 패치로부터 이격된 채로 배치되어 커플링(coupling)에 의한 급전을 받는 복수의 제2 금속 패치들을 포함하는, 안테나 구조.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 제1 금속 패치는, 상기 제1 방사체로부터, 상기 제1 금속 패치의 제1 지점 및 제2 지점을 통해 커플링(coupling)에 의한 급전을 받고,
    상기 제1 지점을 통해 급전되는 제1 신호는 제1 편파가 형성되고, 상기 제2 지점을 통해 급전되는 제2 신호는 제2 편파가 형성되고,
    상기 제1 금속 패치는:
    상기 제1 신호의 상기 제1 편파에 대한 Co-pol(Co-polarization) 성분을 상기 제1 금속 패치를 기준으로, 제1 배열에 배치되는 상기 복수의 제2 금속 패치들에게 커플링 급전하고,
    상기 제2 신호의 상기 제2 편파에 대한 Co-pol 성분을 상기 제1 금속 패치를 기준으로, 제2 배열에 배치되는 상기 복수의 제2 금속 패치들에게 커플링 급전하고,
    상기 제1 배열과 상기 제2 배열은 서로 직교하는, 안테나 구조.
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