KR20220126772A - 안테나를 구비하는 전자 기기 - Google Patents

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Abstract

일 실시 예에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 다층 기판 (multi-layer substrate)의 서로 다른 층에 배치되고, 상호 간에 소정 간격 이격된 비아(via)로 연결되도록 구성된 제1 및 제2 그라운드 평면들(ground planes)을 포함할 수 있다. 상기 전자 기기는 상기 제1 및 제2 그라운드 평면들 중 상부에 배치되는 제1 그라운드 평면과 동일 평면 상에 배치되는 신호 선(signal line)을 포함할 수 있다. 상기 전자 기기는 상기 신호 선과 전기적으로 연결되고, 신호를 방사하도록 구성된 방사체(radiator)를 포함할 수 있다. 상기 제1 그라운드 평면은 소정 구간(predetermined section)에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역 중 하나의 영역에만 배치될 수 있다.

Description

안테나를 구비하는 전자 기기
본 명세서는 안테나를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다. 특정 구현은 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈 내의 전송 선로(transmission line)에 관한 것이다.
전자기기(electronic devices)는 이동 가능여부에 따라 이동 단말기(mobile/portable terminal) 및 고정 단말기(stationary terminal)로 나뉠 수 있다. 다시 전자기기는 사용자의 직접 휴대 가능 여부에 따라 휴대(형) 단말기(handheld terminal) 및 거치형 단말기(vehicle mounted terminal)로 나뉠 수 있다.
전자기기의 기능은 다양화되고 있다. 예를 들면, 데이터와 음성통신, 카메라를 통한 사진촬영 및 비디오 촬영, 음성녹음, 스피커 시스템을 통한 음악파일 재생 그리고 디스플레이부에 이미지나 비디오를 출력하는 기능이 있다. 일부 단말기는 전자게임 플레이 기능이 추가되거나, 멀티미디어 플레이어 기능을 수행한다. 특히 최근의 이동 단말기는 방송과 비디오나 텔레비전 프로그램과 같은 시각적 컨텐츠를 제공하는 멀티캐스트 신호를 수신할 수 있다.
이와 같은 전자기기는 기능이 다양화됨에 따라 예를 들어, 사진이나 동영상의 촬영, 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player) 형태로 구현되고 있다.
이러한 전자기기의 기능 지지 및 증대를 위해, 단말기의 구조적인 부분 및/또는 소프트웨어적인 부분을 개량하는 것이 고려될 수 있다.
상기 시도들에 더하여, 최근 전자기기는 LTE 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공하고 있다. 또한, 향후에는 5G 통신 기술을 이용한 무선 통신 시스템이 상용화되어 다양한 서비스를 제공할 것으로 기대된다. 한편, LTE 주파수 대역 중 일부를 5G 통신 서비스를 제공하기 위하여 할당될 수 있다.
이와 관련하여, 이동 단말기는 5G 통신 서비스를 다양한 주파수 대역에서 제공하도록 구성될 수 있다. 최근에는 6GHz 대역 이하의 Sub6 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 하지만, 향후에는 보다 빠른 데이터 속도를 위해 Sub6 대역 이외에 밀리미터파(mmWave) 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공할 것으로 예상된다.
한편, 이러한 밀리미터파(mmWave) 대역에서의 5G 통신 서비스를 위해 할당될 주파수 대역은 28GHz 대역, 38.5GHz 대역 및 64GHz 대역이 고려되고 있다. 이와 관련하여, 밀리미터파 대역에서 다수의 배열 안테나들이 전자 기기에 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작할 수 있는 배열 안테나는 안테나 모듈 내에 실장될 수 있다. 안테나 모듈 내에 안테나 소자를 급전하는 급전 선과 안테나 소자 간에는 안테나 소자의 편파에 따라 전기적 손실(electrical loss)이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
특히, 밀리미터파(mmWave) 대역과 같은 높은 주파수 대역에서는 파장이 짧아, 급전 선과 안테나 소자 간 전기적 손실이 더 크게 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 동작하는 배열 안테나가 배치된 안테나 모듈 및 이를 제어하는 구성을 포함하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈에서 저손실 급전 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 저손실 급전 구조에 따라 안테나 피크 이득이 향상되는 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 급전 선과 안테나의 편파 방향이 다른 경우, 편파 불일치에 따른 전기적 손실을 감소시키는 천이 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 안테나의 편파 특성을 고려하여 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈에서 비대칭 천이 급전 구조(asymmetrical transition feeding structure)를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 높이를 낮추면서 저손실 급전 구조를 갖는 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 저손실 급전 구조를 갖는 배열 안테나를 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 일 실시 예에 따른 안테나를 구비하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 다층 기판 (multi-layer substrate)의 서로 다른 층에 배치되고, 상호 간에 소정 간격 이격된 비아(via)로 연결되도록 구성된 제1 및 제2 그라운드 평면들(ground planes)을 포함할 수 있다. 상기 전자 기기는 상기 제1 및 제2 그라운드 평면들 중 상부에 배치되는 제1 그라운드 평면과 동일 평면 상에 배치되는 신호 선(signal line)을 포함할 수 있다. 상기 전자 기기는 상기 신호 선과 전기적으로 연결되고, 신호를 방사하도록 구성된 방사체(radiator)를 포함할 수 있다. 상기 제1 그라운드 평면은 소정 구간(predetermined section)에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역 중 하나의 영역에만 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 그라운드 평면은 전송 선로(transmission line)를 형성하는 제1 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 상기 전송 선로와 상기 방사체 간의 천이 구간(transition section)인 제2 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역에만 배치되어 비대칭 전송 선로(asymmetrical transmission line)를 형성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 그라운드 평면은 상기 제1 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 상기 제2 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역에만 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 그라운드 평면은 상기 제1 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 상기 제2 구간에서 상기 일 측 영역의 전부 및 상기 타 측 영역의 일부에 배치될 수 있다. 상기 제2 구간에서 상기 일 측 영역에는 상기 제1 그라운드 평면과 상기 제2 그라운드 평면을 연결하는 비아가 배치될 수 있다. 상기 제2 구간에서 상기 타 측 영역에는 상기 제1 그라운드 평면과 상기 제2 그라운드 평면을 연결하는 비아가 배치되지 않도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제1 구간에서 전계(electric field)는 상기 신호 선과 상기 제2 그라운드 평면 간의 수직 전계 성분이 수평 전계 성분보다 더 크게 형성될 수 있다. 상기 제2 구간에서 전계는 상기 신호 선과 상기 제1 그라운드 평면 간의 수평 전계 성분이 수직 전계 성분보다 더 크게 형성될 수 있다. 또한, 상기 제2 구간에서 수평 전계 성분이 상기 제1 구간에서 수평 전계 성분보다 더 크게 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 방사체는 상기 신호 선과 동일 평면 상에 배치되고, 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴을 포함하는 다이폴 안테나로 구성될 수 있다. 상기 제1 금속 패턴은 상기 신호 선과 연결되고, 상기 제2 금속 패턴은 상기 비대칭 전송 선로를 구성하는 상기 제1 그라운드 평면과 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 방사체는 상기 신호 선과 동일 평면 상에 배치되고, 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴이 루프 형태로 구현된 금속 패턴을 포함하는 폴디드(folded) 다이폴 안테나로 구성될 수 있다. 상기 제1 금속 패턴은 상기 신호 선과 연결되고, 상기 제2 금속 패턴은 상기 비대칭 전송 선로를 구성하는 상기 제1 그라운드 평면과 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 방사체는 상기 다이폴 안테나 또는 상기 폴디드 다이폴 안테나로 형성되고, 상기 신호 선과 연결되도록 구성된 제1 방사체를 포함할 수 있다. 상기 방사체는 상기 다이폴 안테나 또는 상기 폴디드 다이폴 안테나가 배치된 층의 상부 층에 배치되는 제2 방사체를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 방사체는 상기 제1 방사체의 하부 층에 배치되고, 상기 제1 방사체의 단부와 수직 비아(vertical via)를 통해 연결되도록 구성된 제3 방사체를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 다층 회로 기판은 상기 방사체 및 상기 신호 선을 포함하는 비대칭 전송 선로를 포함하는 안테나 모듈에 해당할 수 있다. 상기 안테나 모듈은 빔 포밍을 수행하도록 소정 간격 이격되어 배치되는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 배열 안테나(array antenna)로 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 복수의 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성된 위상 제어부를 더 포함할 수 있다. 상기 전자 기기는 상기 위상 제어부와 동작 가능하게 결합되고, 상기 위상 제어부를 통해 상기 배열 안테나로 인가되는 신호를 제어하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 전자 기기의 서로 다른 영역에 배치되는 복수의 안테나 모듈로 구성될 수 있다. 상기 전자 기기는 상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 프로세서를 더 포함할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 복수의 안테나 모듈을 통해 서로 다른 방향으로 빔 포밍을 수행하면서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 다층 기판에 해당하는 안테나 모듈은 상기 방사체가 소정 간격 이격되어 배치되고, 수평 편파 안테나로 동작하도록 구성된 제1 배열 안테나를 포함할 수 있다. 상기 안테나 모듈은 상기 다층 기판의 서로 다른 층에 배치되는 금속 패드들과 상기 금속 패드들을 연결하는 비아로 구성된 제2 방사체가 소정 간격 이격되어 배치되고, 수직 편파 안테나로 동작하도록 구성된 제2 배열 안테나를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수평 편파 안테나에 해당하는 상기 제1 배열 안테나는 비대칭 전송 선로와 연결될 수 있다. 상기 수직 편파 안테나에 해당하는 상기 제2 배열 안테나는 상기 일 측 영역과 상기 타 측 영역과 상기 제1 그라운드 평면이 모두 배치되는 대칭 전송 선로와 연결될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 프로세서는 상기 제1 배열 안테나 및 상기 제2 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 안테나 모듈은 상기 전자 기기의 서로 다른 영역에 배치되는 제1 안테나 모듈 및 제2 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 상기 제1 안테나 모듈은 상기 제1 배열 안테나 및 상기 제2 배열 안테나를 포함할 수 있다. 상기 제2 안테나 모듈은 수평 편파 안테나로 동작하는 제3 배열 안테나 및 수직 편파 안테나로 동작하는 제4 배열 안테나를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 프로세서는 상기 수평 편파 안테나로 동작하는 상기 제1 배열 안테나와 상기 수직 편파 안테나로 동작하는 상기 제4 배열 안테나를 통해 각각 제1 엔티티 및 제2 엔티티와 이중 연결 상태가 유지되도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다. 상기 프로세서는 상기 수직 편파 안테나로 동작하는 상기 제2 배열 안테나와 상기 수평 편파 안테나로 동작하는 상기 제3 배열 안테나를 통해 각각 상기 제1 엔티티 및 상기 제2 엔티티와 이중 연결 상태가 유지되도록 상기 송수신부 회로를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 안테나 모듈이 제공된다. 상기 안테나 모듈은 그라운드 평면(ground plane)과 신호 선(signal line)으로 구성된 전송 선로(transmission line)를 포함한다. 상기 안테나 모듈은 상기 신호 선과 전기적으로 연결되고, 신호를 방사하도록 구성된 방사체(radiator)를 포함한다. 상기 그라운드 평면은 상기 방사체와 인접한 소정 구간(predetermined section)에서 상기 신호 선의 중심 선을 기준으로 일 측 영역 및 타 측 영역에서 비대칭 형태로 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전송 선로는 다층 기판 (multi-layer substrate)의 서로 다른 층에 배치되고, 상호 간에 소정 간격 이격된 비아(via)로 연결되도록 구성된 제1 및 제2 그라운드 평면들(ground planes)을 포함할 수 있다. 상기 신호 선은 상기 제1 및 제2 그라운드 평면들 중 상부에 배치되는 제1 그라운드 평면과 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 상기 제1 그라운드 평면은 상기 전송 선로를 형성하는 제1 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 상기 전송 선로와 상기 방사체 간의 천이 구간(transition section)인 제2 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역에만 배치되어 비대칭 전송 선로(asymmetrical transmission line)를 형성할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 그라운드 평면은 상기 제1 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 상기 제2 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역에만 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 제2 그라운드 평면은 상기 제1 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 상기 제2 구간에서 상기 일 측 영역의 전부 및 상기 타 측 영역의 일부에 배치될 수 있다. 상기 제2 구간에서 상기 일 측 영역에는 상기 제1 그라운드 평면과 상기 제2 그라운드 평면을 연결하는 비아가 배치될 수 있다. 상기 제2 구간에서 상기 타 측 영역에는 상기 제1 그라운드 평면과 상기 제2 그라운드 평면을 연결하는 비아가 배치되지 않도록 구성될 수 있다.
이와 같은 밀리미터파 대역에서 동작하는 저손실 비대칭 급전 구조를 갖는 안테나 모듈 및 이를 제어하는 전자기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
일 실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 배열 안테나가 배치된 안테나 모듈 및 이를 제어하는 송수신부 회로와 모뎀을 포함하는 전자 기기에서, 저손실 비대칭 급전 구조를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 수평 편파를 갖는 안테나에서 편파 특성을 고려하여 저손실 비대칭 급전 구조를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, mmWave 전송 선 구조에서 전계 수평/수직 변환에 의한 전송 손실이 감소될 수 있는 급전 구조를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 비대칭 그라운드 천이 구조에 의해 안테나의 반사 계수 특성이 왜곡되지 않고 유지될 수 있는 급전 구조를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 비대칭 그라운드 천이 구조에 의해 전기적 손실이 감소하여 안테나 이득이 향상될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, end-fire 안테나를 이중 편파 배열 안테나로 구현하여, MIMO 스트림 개수를 증가시켜 통신 용량 증대 및 통신 신뢰성 향상이 가능하다.
일 실시 예에 따르면, 직교 편파를 갖는 안테나들을 통해 하나의 안테나 모듈을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 일 실시 예에 따른 전자 기기를 설명하기 위한 구성과 전자 기기와 외부기기 또는 서버와의 인터페이스를 나타낸다.
도 2a는 도 1의 전자 기기에 대한 상세 구성을 나타낸다. 한편, 도 2b 및 2c는 본 명세서와 관련된 전자 기기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
도 3a는 일 실시예에 따른 전자 기기의 복수의 안테나들이 배치될 수 있는 구성의 예시를 나타낸다. 도 3b는 실시 예에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 명세서에 따른 전송 선로와 안테나 영역에 형성되는 전계(electric field)를 비교한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 일 실시 예에 따른 전송 선로와 안테나 간에 형성될 수 있는 비대칭 천이 구조를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c는 일 실시 예에 따른 다층 기판에 구현되는 안테나 모듈의 전면 사시도, 내부 사시도 및 측면도를 포함한다.
도 7a 내지 7c는 다양한 실시 예들에 따른 비대칭 천이 구조와 필드 분포를 나타낸다.
도 8a 내지 도 8c는 일 실시 예에 따른 폴디드 다이폴 안테나와 비대칭 전송 선로 구조의 구성을 나타낸다.
도 9는 일 실시 예에 따른 비아 수직 연결로 서로 다른 층에 구현되는 신호 선을 갖는 비대칭 전송 선로 구조를 나타낸다.
도 10a는 CPWG 구조의 대칭 전송 선로의 각 지점 별 전계 세기를 나타낸다. 도 10b는 도 10a에서 시간 또는 전계의 위상 변화에 따라 변하는 비대칭 전송 선로 구조의 각 지점 별 전계 세기를 나타낸다.
도 11a 및 도 11b는 일 실시 예에 따른 비대칭 전송 선로 구조와 CPWG 구조의 반사 손실 및 삽입 손실 특성을 나타낸 것이다.
도 12a는 비대칭 전송 선로 구조 및 CPWG 구조를 갖는 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸 도 12b는 비대칭 전송 선로 구조 및 CPWG 구조를 갖는 안테나의 피크 이득 특성을 나타낸다. 도 12c는 비대칭 전송 선로 구조를 갖는 안테나의 방사 패턴 특성을 나타낸다.
도 13은 일 실시 예에 따른 비대칭 전송 선로 구조를 갖는 복수의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나와 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다.
도 14는 일 실시 예에 따른 비대칭 전송 선로 구조를 갖는 복수의 안테나 소자로 이루어진 복수의 배열 안테나와 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다.
도 15는 다른 실시 예에 다른 복수의 안테나 소자로 이루어진 복수의 배열 안테나와 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다.
도 16은 일 실시예에 따른 서로 다른 편파를 갖는 안테나 소자들이 인접하여 배치된 복수의 안테나 모듈과 이를 제어하는 전자 기기를 나타낸다.
도 17은 다른 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다.
도 18은 본 명세서에서 제안하는 구성들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 명세서의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기에는 휴대폰, 스마트 폰(smart phone), 노트북 컴퓨터(laptop computer), 디지털방송용 단말기, PDA(personal digital assistants), PMP(portable multimedia player), 네비게이션, 슬레이트 PC(slate PC), 태블릿 PC(tablet PC), 울트라북(ultrabook), 웨어러블 디바이스(wearable device, 예를 들어, 워치형 단말기 (smartwatch), 글래스형 단말기 (smart glass), HMD(head mounted display)) 등이 포함될 수 있다.
그러나, 본 명세서에 기재된 실시 예에 따른 구성은 이동 단말기에만 적용 가능한 경우를 제외하면, 디지털 TV, 데스크탑 컴퓨터, 디지털 사이니지 등과 같은 고정 단말기에도 적용될 수도 있음을 본 기술분야의 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른 전자 기기를 설명하기 위한 구성과 전자 기기와 외부기기 또는 서버와의 인터페이스를 나타낸다. 한편, 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 도 2a는 도 1의 전자 기기에 대한 상세 구성을 나타낸다. 한편, 도 2b 및 2c는 본 명세서와 관련된 전자 기기의 일 예를 서로 다른 방향에서 바라본 개념도이다.
도 1을 참조하면, 전자 기기(100)는 통신 인터페이스(110), 입력 인터페이스 (또는, 입력 장치)(120), 출력 인터페이스 (또는, 출력 장치)(150) 및 프로세서(180)를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기서, 통신 인터페이스(110)는 무선 통신모듈(110)를 지칭할 수 있다. 또한, 전자 기기(100)는 디스플레이(151)와 메모리(170)를 더 포함하도록 구성될 수 있다. 도 1에 도시된 구성요소들은 전자 기기를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 본 명세서 상에서 설명되는 전자 기기는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 구성요소들 중 무선 통신모듈(110)은, 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 외부서버 사이의 무선 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 또한, 상기 무선 통신모듈(110)은, 전자 기기(100)를 하나 이상의 네트워크에 연결하는 하나 이상의 모듈을 포함할 수 있다. 여기서, 하나 이상의 네트워크는 예컨대 4G 통신 네트워크 및 5G 통신 네트워크일 수 있다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 이러한 무선 통신모듈(110)은, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113), 위치정보 모듈(114) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113) 및 위치정보 모듈(114)은 모뎀과 같은 기저대역 프로세서로 구현될 수 있다. 일 예시로, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113) 및 위치정보 모듈(114)은 IF 대역에서 동작하는 송수신부 회로(transceiver circuit)와 기저대역 프로세서로 구현될 수 있다. 한편, RF 모듈(1200)은 각각의 통신 시스템의 RF 주파수 대역에서 동작하는 RF 송수신부 회로로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 4G 무선 통신 모듈(111), 5G 무선 통신 모듈(112), 근거리 통신 모듈(113) 및 위치정보 모듈(114)은 각각의 RF 모듈을 포함하도록 해석될 수 있다.
4G 무선 통신 모듈(111)은 4G 이동통신 네트워크를 통해 4G 기지국과 4G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 송신 신호를 4G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 4G 무선 통신 모듈(111)은 하나 이상의 4G 수신 신호를 4G 기지국으로부터 수신할 수 있다. 이와 관련하여, 4G 기지국으로 전송되는 복수의 4G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다. 또한, 4G 기지국으로부터 수신되는 복수의 4G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)이 수행될 수 있다.
5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 여기서, 4G 기지국과 5G 기지국은 비-스탠드 얼론(NSA: Non-Stand-Alone) 구조일 수 있다. 예컨대, 4G 기지국과 5G 기지국은 셀 내 동일한 위치에 배치되는 공통-배치 구조(co-located structure)일 수 있다. 또는, 5G 기지국은 4G 기지국과 별도의 위치에 스탠드-얼론(SA: Stand-Alone) 구조로 배치될 수 있다.
5G 무선 통신 모듈(112)은 5G 이동통신 네트워크를 통해 5G 기지국과 5G 신호를 전송 및 수신할 수 있다. 이때, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 송신 신호를 5G 기지국으로 전송할 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)은 하나 이상의 5G 수신 신호를 5G 기지국으로부터 수신할 수 있다.
이때, 5G 주파수 대역은 4G 주파수 대역과 동일한 대역을 사용할 수 있고, 이를 LTE 재배치(re-farming)이라고 지칭할 수 있다. 한편, 5G 주파수 대역으로, 6GHz 이하의 대역인 Sub6 대역이 사용될 수 있다.
반면, 광대역 고속 통신을 수행하기 위해 밀리미터파(mmWave) 대역이 5G 주파수 대역으로 사용될 수 있다. 밀리미터파(mmWave) 대역이 사용되는 경우, 전자 기기(100)는 기지국과의 통신 커버리지 확장(coverage expansion)을 위해 빔 포밍(beam forming)을 수행할 수 있다.
한편, 5G 주파수 대역에 관계없이, 5G 통신 시스템에서는 전송 속도 향상을 위해, 더 많은 수의 다중입력 다중출력(MIMO: Multi-Input Multi-Output)을 지원할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 기지국으로 전송되는 복수의 5G 송신 신호에 의해 상향링크(UL: Up-Link) MIMO가 수행될 수 있다. 또한, 5G 기지국으로부터 수신되는 복수의 5G 수신 신호에 의해 하향링크(DL: Down-Link) MIMO가 수행될 수 있다.
한편, 무선 통신모듈(110)은 4G 무선 통신 모듈(111)과 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 기지국 및 5G 기지국과 이중 연결(DC: Dual Connectivity) 상태일 수 있다. 이와 같이, 4G 기지국 및 5G 기지국과의 이중 연결을 EN-DC(EUTRAN NR DC)이라 지칭할 수 있다. 여기서, EUTRAN은 Evolved Universal Telecommunication Radio Access Network로 4G 무선 통신 시스템을 의미하고, NR은 New Radio로 5G 무선 통신 시스템을 의미한다.
한편, 4G 기지국과 5G 기지국이 공통-배치 구조(co-located structure)이면, 이종 반송파 집성(inter-CA(Carrier Aggregation)을 통해 스루풋(throughput) 향상이 가능하다. 따라서, 4G 기지국 및 5G 기지국과 EN-DC 상태이면, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 통해 4G 수신 신호와 5G 수신 신호를 동시에 수신할 수 있다.
근거리 통신 모듈(113)은 근거리 통신(Short range communication)을 위한 것으로서, 블루투스(Bluetooth??), RFID(Radio Frequency Identification), 적외선 통신(Infrared Data Association; IrDA), UWB(Ultra Wideband), ZigBee, NFC(Near Field Communication), Wi-Fi(Wireless-Fidelity), Wi-Fi Direct, Wireless USB(Wireless Universal Serial Bus) 기술 중 적어도 하나를 이용하여, 근거리 통신을 지원할 수 있다. 이러한, 근거리 통신 모듈(114)은, 근거리 무선 통신망(Wireless Area Networks)을 통해 전자 기기(100)와 무선 통신 시스템 사이, 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100) 사이, 또는 전자 기기(100)와 다른 전자 기기(100, 또는 외부서버)가 위치한 네트워크 사이의 무선 통신을 지원할 수 있다. 상기 근거리 무선 통신망은 근거리 무선 개인 통신망(Wireless Personal Area Networks)일 수 있다.
한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)을 이용하여 전자 기기 간 근거리 통신이 수행될 수 있다. 일 실시 예에서, 기지국을 경유하지 않고 전자 기기들 간에 D2D (Device-to-Device) 방식에 의해 근거리 통신이 수행될 수 있다.
한편, 전송 속도 향상 및 통신 시스템 융합(convergence)을 위해, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112) 중 적어도 하나와 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 이와 관련하여, 4G 무선 통신 모듈(111)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 4G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다. 또는, 5G 무선 통신 모듈(112)과 Wi-Fi 통신 모듈(113)을 이용하여 5G + WiFi 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
위치정보 모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위한 모듈로서, 그의 대표적인 예로는 GPS(Global Positioning System) 모듈 또는 WiFi(Wireless Fidelity) 모듈이 있다. 예를 들어, 전자 기기는 GPS모듈을 활용하면, GPS 위성에서 보내는 신호를 이용하여 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 다른 예로서, 전자 기기는 Wi-Fi모듈을 활용하면, Wi-Fi모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 무선 AP(Wireless Access Point)의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 필요에 따라서, 위치정보모듈(114)은 치환 또는 부가적으로 전자 기기의 위치에 관한 데이터를 얻기 위해 무선 통신모듈(110)의 다른 모듈 중 어느 기능을 수행할 수 있다. 위치정보모듈(114)은 전자 기기의 위치(또는 현재 위치)를 획득하기 위해 이용되는 모듈로, 전자 기기의 위치를 직접적으로 계산하거나 획득하는 모듈로 한정되지는 않는다.
구체적으로, 전자 기기는 5G 무선 통신 모듈(112)을 활용하면, 5G 무선 통신 모듈과 무선신호를 송신 또는 수신하는 5G 기지국의 정보에 기반하여, 전자 기기의 위치를 획득할 수 있다. 특히, 밀리미터파(mmWave) 대역의 5G 기지국은 좁은 커버리지를 갖는 소형 셀(small cell)에 배치(deploy)되므로, 전자 기기의 위치를 획득하는 것이 유리하다.
입력 장치(120)는, 펜 센서(1200), 키 버튼(123), 음성입력 모듈(124), 터치 패널(151a) 등을 포함할 수 있다. 한편, 입력 장치(120)는 영상 신호 입력을 위한 카메라 모듈(121) 또는 영상 입력부, 오디오 신호 입력을 위한 마이크로폰(microphone, 152c), 또는 오디오 입력부, 사용자로부터 정보를 입력받기 위한 사용자 입력부(예를 들어, 터치키(touch key), 푸시키(mechanical key) 등)를 포함할 수 있다. 입력 장치(120)에서 수집한 음성 데이터나 이미지 데이터는 분석되어 사용자의 제어명령으로 처리될 수 있다.
카메라 모듈(121)은 정지 영상 및 동영상을 촬영할 수 있는 장치로서, 일 실시예에 따르면, 하나 이상의 이미지 센서(예: 전면 센서 또는 후면 센서), 렌즈, 이미지 신호 프로세서(ISP), 또는 플래시(예: LED 또는 lamp 등)를 포함할 수 있다.
센서 모듈(140)은 전자 기기 내 정보, 전자 기기를 둘러싼 주변 환경 정보 및 사용자 정보 중 적어도 하나를 센싱하기 위한 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 모듈(140)은 제스처 센서(340a), 자이로 센서(340b), 기압 센서(340c), 마그네틱 센서(340d), 가속도 센서(340e), 그립 센서(340f), 근접 센서(340g), 컬러(color) 센서(340h)(예: RGB(red, green, blue) 센서), 생체 센서(340i), 온/습도 센서(340j), 조도 센서(340k), 또는 UV(ultra violet) 센서(340l), 광 센서(340m), 홀(hall)센서(340n) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 센서 모듈(140)은 지문인식 센서(finger scan sensor), 초음파 센서(ultrasonic sensor), 광 센서(optical sensor, 예를 들어, 카메라(121 참조)), 마이크로폰(microphone, 152c 참조), 배터리 게이지(battery gauge), 환경 센서(예를 들어, 기압계, 습도계, 온도계, 방사능 감지 센서, 열 감지 센서, 가스 감지 센서 등), 화학 센서(예를 들어, 전자 코, 헬스케어 센서, 생체 인식 센서 등) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 한편, 본 명세서에 개시된 전자 기기는, 이러한 센서들 중 적어도 둘 이상의 센서에서 센싱되는 정보들을 조합하여 활용할 수 있다.
출력 인터페이스(150)는 시각, 청각 또는 촉각 등과 관련된 출력을 발생시키기 위한 것으로, 디스플레이(151), 오디오 모듈(152), 햅팁 모듈(153), 인디케이터(154) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 디스플레이(151)는 터치 센서와 상호 레이어 구조를 이루거나 일체형으로 형성됨으로써, 터치 스크린을 구현할 수 있다. 이러한 터치 스크린은, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 입력 인터페이스를 제공하는 사용자 입력부(123)로써 기능함과 동시에, 전자 기기(100)와 사용자 사이의 출력 인터페이스를 제공할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이(151)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 발광 다이오드(light emitting diode, LED) 디스플레이, 유기 발광 다이오드(organic light emitting diode, OLED) 디스플레이, 또는 마이크로 전자기계 시스템(micro electro mechanical systems, MEMS) 디스플레이, 또는 전자종이(electronic paper) 디스플레이를 포함할 수 있다. 예를 들면, 디스플레이(151)는 사용자에게 각종 콘텐트(예: 텍스트, 이미지, 비디오, 아이콘, 및/또는 심볼 등)을 표시할 수 있다. 디스플레이(151)는 터치 스크린을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 전자 펜 또는 사용자의 신체의 일부를 이용한 터치, 제스쳐, 근접, 또는 호버링 입력을 수신할 수 있다.
한편, 디스플레이(151)는 터치 패널(151a), 홀로그램 장치(151b) 및 프로젝터(151c) 및/또는 이들을 제어하기 위한 제어 회로를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 패널은 유연하게, 투명하게, 또는 착용할 수 있게 구현될 수 있다. 패널은 터치 패널(151a)과 하나 이상의 모듈로 구성될 수 있다. 홀로그램 장치(151b)는 빛의 간섭을 이용하여 입체 영상을 허공에 보여줄 수 있다. 프로젝터(151c)는 스크린에 빛을 투사하여 영상을 표시할 수 있다. 스크린은, 예를 들면, 전자 장치(100)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
오디오 모듈(152)은 리시버(152a), 스피커(152b) 및 마이크로폰(152c)과 연동하도록 구성될 수 있다. 한편, 햅팁 모듈(153)은 전기 신호를 기계적 진동으로 변환할 수 있고, 진동, 또는 햅틱 효과(예: 압력, 질감) 등을 발생시킬 수 있다. 전자 기기는, 예를 들면, DMB(digital multimedia broadcasting), DVB(digital video broadcasting), 또는 미디어플로(mediaFlow) 등의 규격에 따른 미디어 데이터를 처리할 수 있는 모바일 TV 지원 장치(예: GPU)를 포함할 수 있다. 또한, 인디케이터(154)는 전자 기기(100) 또는 그 일부(예: 프로세서(310))의 특정 상태, 예를 들면, 부팅 상태, 메시지 상태 또는 충전 상태 등을 표시할 수 있다.
인터페이스부로 구현될 수 있는 유선 통신모듈(160)은 전자 기기(100)에 연결되는 다양한 종류의 외부기기와의 통로 역할을 수행한다. 이러한 유선 통신 모듈(160)는, HDMI(162), USB(162), 커넥터/포트(163), 광 인터페이스(optical interface)(164), 또는 D-sub(D-subminiature)(165)를 포함할 수 있다. 또한, 유선 통신모듈(160)은 유/무선 헤드셋 포트(port), 외부 충전기 포트(port), 유/무선 데이터 포트(port), 메모리 카드(memory card) 포트, 식별 모듈이 구비된 장치를 연결하는 포트(port), 오디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 비디오 I/O(Input/Output) 포트(port), 이어폰 포트(port) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전자 기기(100)에서는, 유선 통신 모듈(160)에 외부기기가 연결되는 것에 대응하여, 연결된 외부기기와 관련된 적절할 제어를 수행할 수 있다.
또한, 메모리(170)는 전자 기기(100)의 다양한 기능을 지원하는 데이터를 저장한다. 메모리(170)는 전자 기기(100)에서 구동되는 다수의 응용 프로그램(application program 또는 애플리케이션(application)), 전자 기기(100)의 동작을 위한 데이터들, 명령어들을 저장할 수 있다. 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 무선 통신을 통해 외부 서버(예컨대, 제1 서버(310) 또는 제2 서버(320))로부터 다운로드 될 수 있다. 또한 이러한 응용 프로그램 중 적어도 일부는, 전자 기기(100)의 기본적인 기능(예를 들어, 전화 착신, 발신 기능, 메시지 수신, 발신 기능)을 위하여 출고 당시부터 전자 기기(100)상에 존재할 수 있다. 한편, 응용 프로그램은, 메모리(170)에 저장되고, 전자 기기(100) 상에 설치되어, 프로세서(180)에 의하여 상기 전자 기기의 동작(또는 기능)을 수행하도록 구동될 수 있다.
이와 관련하여, 제1 서버(310)는 인증 서버로 지칭될 수 있고, 제2 서버(320)는 컨텐츠 서버로 지칭될 수 있다. 제1 서버(310) 및/또는 제2 서버(320)는 기지국을 통해 전자 기기와 인터페이스될 수 있다. 한편, 컨텐츠 서버에 해당하는 제2 서버(320) 중 일부는 기지국 단위의 모바일 에지 클라우드(MEC, 330)로 구현될 수 있다. 따라서, 모바일 에지 클라우드(MEC, 330)로 구현된 제2 서버(320)를 통해 분산 네트워크를 구현하고, 컨텐츠 전송 지연을 단축시킬 수 있다.
메모리(170)는 휘발성 및/또는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 또한, 메모리(170)는 내장 메모리(170a)와 외장 메모리(170b)를 포함할 수 있다. 메모리(170)는, 예를 들면, 전자 기기(100)의 적어도 하나의 다른 구성요소에 관계된 명령 또는 데이터를 저장할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 메모리(170)는 소프트웨어 및/또는 프로그램(240)을 저장할 수 있다. 예를 들어, 프로그램(240)은 커널(171), 미들웨어(172), 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)(173) 또는 어플리케이션 프로그램(또는 "어플리케이션")(174) 등을 포함할 수 있다. 커널(171), 미들웨어(172), 또는 API(174)의 적어도 일부는, 운영 시스템(OS)으로 지칭될 수 있다.
커널(171)은 다른 프로그램들(예: 미들웨어(172), 어플리케이션 프로그래밍 인터페이스(application programing interface, API)(173), 또는 어플리케이션 프로그램(174))에 구현된 동작 또는 기능을 실행하는 데 사용되는 시스템 리소스들(예: 버스, 메모리(170), 또는 프로세서(180) 등)을 제어 또는 관리할 수 있다. 또한, 커널(171)은 미들웨어(172), API(173), 또는 어플리케이션 프로그램(174)에서 전자 기기(100)의 개별 구성요소에 접근함으로써, 시스템 리소스들을 제어 또는 관리할 수 있는 인터페이스를 제공할 수 있다.
미들웨어(172)는 API(173) 또는 어플리케이션 프로그램(174)이 커널(171)과 통신하여 데이터를 주고받을 수 있도록 중개 역할을 수행할 수 있다. 또한, 미들웨어(172)는 어플리케이션 프로그램(247)으로부터 수신된 하나 이상의 작업 요청들을 우선 순위에 따라 처리할 수 있다. 일 실시 예로, 미들웨어(172)는 어플리케이션 프로그램(174) 중 적어도 하나에 전자 기기(100)의 시스템 리소스(예: 버스, 메모리(170), 또는 프로세서(180) 등)를 사용할 수 있는 우선순위를 부여하고, 하나 이상의 작업 요청들을 처리할 수 있다. API(173)는 어플리케이션 프로그램(174)이 커널(171) 또는 미들웨어(1723)에서 제공되는 기능을 제어하기 위한 인터페이스로, 예컨대 파일 제어, 창 제어, 영상 처리, 또는 문자 제어 등을 위한 적어도 하나의 인터페이스 또는 함수(예: 명령어)를 포함할 수 있다.
프로세서(180)는 상기 응용 프로그램과 관련된 동작 외에도, 통상적으로 전자 기기(100)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(180)는 위에서 살펴본 구성요소들을 통해 입력 또는 출력되는 신호, 데이터, 정보 등을 처리하거나 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동함으로써, 사용자에게 적절한 정보 또는 기능을 제공 또는 처리할 수 있다. 또한, 프로세서(180)는 메모리(170)에 저장된 응용 프로그램을 구동하기 위하여, 도 1 및 도 2a와 함께 살펴본 구성요소들 중 적어도 일부를 제어할 수 있다. 나아가, 프로세서(180)는 상기 응용 프로그램의 구동을 위하여, 전자 기기(100)에 포함된 구성요소들 중 적어도 둘 이상을 서로 조합하여 동작시킬 수 있다.
프로세서(180)는, 중앙처리장치(CPU), 어플리케이션 프로세서(AP), 이미지 신호 프로세서(image signal processor, ISP) 또는 커뮤니케이션 프로세서(communication processor, CP), 저전력 프로세서(예: 센서 허브) 중 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, 프로세서(180)는 전자 기기(100)의 적어도 하나의 다른 구성요소들의 제어 및/또는 통신에 관한 연산이나 데이터 처리를 실행할 수 있다.
전원공급부(190)는 프로세서(180)의 제어 하에서, 외부의 전원, 내부의 전원을 인가받아 전자 기기(100)에 포함된 각 구성요소들에 전원을 공급한다. 이러한 전원공급부(190)는 전력 관리 모듈(191)과 배터리(192)를 포함하며, 배터리(192)는 내장형 배터리 또는 교체가능한 형태의 배터리가 될 수 있다. 전력 관리 모듈(191은 PMIC(power management integrated circuit), 충전 IC, 또는 배터리 또는 연료 게이지를 포함할 수 있다. PMIC는, 유선 및/또는 무선 충전 방식을 가질 수 있다. 무선 충전 방식은, 예를 들면, 자기 공명 방식, 자기유도 방식 또는 전자기파 방식 등을 포함하며, 무선 충전을 위한 부가적인 회로, 예를 들면, 코일 루프, 공진 회로, 또는 정류기 등을 더 포함할 수 있다. 배터리 게이지는, 예를 들면, 배터리(396)의 잔량, 충전 중 전압, 전류, 또는 온도를 측정할 수 있다. 예를 들면, 배터리(192)는, 충전식 전지 및/또는 태양 전지를 포함할 수 있다.
외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320) 각각은 전자 기기(100)와 동일한 또는 다른 종류의 기기(예: 외부기기 또는 서버)일 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 기기(100)에서 실행되는 동작들의 전부 또는 일부는 다른 하나 또는 복수의 전자 기기(예: 외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320))에서 실행될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 장치(100)가 어떤 기능이나 서비스를 자동으로 또는 요청에 의하여 수행해야 할 경우에, 전자 기기(100)는 기능 또는 서비스를 자체적으로 실행시키는 대신에 또는 추가적으로, 그와 연관된 적어도 일부 기능을 다른 장치(예: 외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320))에게 요청할 수 있다. 다른 전자 기기(예: 외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320))는 요청된 기능 또는 추가 기능을 실행하고, 그 결과를 전자 장치(201)로 전달할 수 있다. 전자 기기(100)는 수신된 결과를 그대로 또는 추가적으로 처리하여 요청된 기능이나 서비스를 제공할 수 있다. 이를 위하여, 예를 들면, 클라우드 컴퓨팅, 분산 컴퓨팅, 클라이언트-서버 컴퓨팅, 또는 모바일 에지 클라우드(MEC) 기술이 이용될 수 있다.
상기 각 구성요소들 중 적어도 일부는, 이하에서 설명되는 다양한 실시 예들에 따른 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법을 구현하기 위하여 서로 협력하여 동작할 수 있다. 또한, 상기 전자 기기의 동작, 제어, 또는 제어방법은 상기 메모리(170)에 저장된 적어도 하나의 응용 프로그램의 구동에 의하여 전자 기기 상에서 구현될 수 있다.
도 1을 참조하면, 무선 통신 시스템은 전자 장치(100), 적어도 하나의 외부기기(100a), 제1 서버(310) 및 제2 서버(320)를 포함할 수 있다. 전자 기기(100)는 적어도 하나의 외부기기(100a)와 기능적으로 연결되고, 적어도 하나의 외부기기(100a)로부터 수신한 정보를 기반으로 전자 기기(100)의 콘텐츠나 기능을 제어할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 전자 기기(100)는 서버(310, 320)를 이용하여 적어도 하나의 외부기기(100)가 소정의 규칙을 따르는 정보를 포함하거나 혹은 생성하는지를 판단하기 위한 인증을 수행할 수 있다. 또한, 전자 기기(100)는 인증 결과에 기반하여 전자 기기(100)를 제어함으로써 콘텐츠 표시 혹은 기능 제어를 달리할 수 있다. 한 실시예에 따르면, 전자 기기(100)는 유선 혹은 무선 통신 인터페이스를 통해 적어도 하나의 외부기기(100a)와 연결되어 정보를 수신 혹은 송신할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기(100) 및 적어도 하나의 외부기기(100a)는 NFC(near field communication), 충전기(charger)(예: USB(universal serial bus)-C), 이어잭(ear jack), BT(bluetooth), WiFi(wireless fidelity) 등의 방식으로 정보를 수신 혹은 송신할 수 있다.
전자 기기(100)는 외부기기 인증 모듈(100-1), 콘텐츠/기능/정책 정보 DB(100-2), 외부기기 정보 DB(100-3), 혹은 콘텐츠 DB(104) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 외부기기(100a)는 전자 기기(100)와 연계 가능한 보조(assistant) 기구로서, 전자 기기(100)의 사용 편의성, 외관적 미감 증대, 활용성 강화 등 다양한 목적으로 설계된 기기일 수 있다. 적어도 하나의 외부기기(100a)는 전자 기기(100)에 물리적으로 접촉되거나 혹은 물리적으로 접촉되지 않을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 외부기기(100a)는 유선/무선 통신모듈을 이용하여 전자 기기(100)에 기능적으로 연결되고, 전자 기기(100)에서 콘텐츠나 기능을 제어하기 위한 제어 정보를 전송할 수 있다.
한편, 제1 서버(310)는 적어도 하나의 외부기기(100a)와 관련한 서비스를 위한 서버나 클라우드 장치 혹은 스마트 홈 환경에서 서비스를 제어하기 위한 허브 장치를 포함할 수 있다. 제1 서버(310)는 외부기기 인증 모듈(311), 콘텐트/기능/정책 정보 DB(312), 외부기기 정보 DB(313) 또는 전자 기기/사용자 DB(314) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 서버(310)는 인증 관리 서버, 인증 서버, 인증 관련 서버로 지칭될 수 있다. 제2 서버(320)는, 서비스나 콘텐츠 제공을 위한 서버나 클라우드 장치, 혹은 스마트 홈 환경에서 서비스를 제공하기 위한 허브 장치를 포함할 수 있다. 제2 서버(320)는 콘텐츠 DB(321), 외부기기 스펙 정보 DB(322), 콘텐츠/기능/정책 정보 관리 모듈(323) 혹은 장치/사용자 인증/관리 모듈(324) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제2 서버(130)는 콘텐츠 관리 서버, 콘텐츠 서버 또는 콘텐츠 관련 서버로 지칭될 수 있다.
도 2b 및 2c를 참조하면, 개시된 전자 기기(100)는 바 형태의 단말기 바디를 구비하고 있다. 다만, 본 명세서는 여기에 한정되지 않고 와치 타입, 클립 타입, 글래스 타입 또는 2 이상의 바디들이 상대 이동 가능하게 결합되는 폴더 타입, 플립 타입, 슬라이드 타입, 스윙 타입, 스위블 타입 등 다양한 구조에 적용될 수 있다. 전자 기기의 특정 유형에 관련될 것이나, 전자 기기의 특정유형에 관한 설명은 다른 타입의 전자 기기에 일반적으로 적용될 수 있다.
여기에서, 단말기 바디는 전자 기기(100)를 적어도 하나의 집합체로 보아 이를 지칭하는 개념으로 이해될 수 있다.
전자 기기(100)는 외관을 이루는 케이스(예를 들면, 프레임, 하우징, 커버 등)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 전자 기기(100)는 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)를 포함할 수 있다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102)의 결합에 의해 형성되는 내부공간에는 각종 전자부품들이 배치된다. 프론트 케이스(101)와 리어 케이스(102) 사이에는 적어도 하나의 미들 케이스가 추가로 배치될 수 있다.
단말기 바디의 전면에는 디스플레이(151)가 배치되어 정보를 출력할 수 있다. 도시된 바와 같이, 디스플레이(151)의 윈도우(151a)는 프론트 케이스(101)에 장착되어 프론트 케이스(101)와 함께 단말기 바디의 전면을 형성할 수 있다.
경우에 따라서, 리어 케이스(102)에도 전자부품이 장착될 수 있다. 리어 케이스(102)에 장착 가능한 전자부품은 착탈 가능한 배터리, 식별 모듈, 메모리 카드 등이 있다. 이 경우, 리어 케이스(102)에는 장착된 전자부품을 덮기 위한 후면커버(103)가 착탈 가능하게 결합될 수 있다. 따라서, 후면 커버(103)가 리어 케이스(102)로부터 분리되면, 리어 케이스(102)에 장착된 전자부품은 외부로 노출된다. 한편, 리어 케이스(102)의 측면 중 일부가 방사체(radiator)로 동작하도록 구현될 수 있다.
도시된 바와 같이, 후면커버(103)가 리어 케이스(102)에 결합되면, 리어 케이스(102)의 측면 일부가 노출될 수 있다. 경우에 따라서, 상기 결합시 리어 케이스(102)는 후면커버(103)에 의해 완전히 가려질 수도 있다. 한편, 후면커버(103)에는 카메라(121b)나 음향 출력부(152b)를 외부로 노출시키기 위한 개구부가 구비될 수 있다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 전자 기기(100)에는 디스플레이(151), 제1 및 제2 음향 출력부(152a, 152b), 근접 센서(141), 조도 센서(142), 광 출력부(154), 제1 및 제2 카메라(121a, 121b), 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b), 마이크로폰(122), 유선 통신 모듈(160) 등이 구비될 수 있다.
디스플레이(151)는 전자 기기(100)에서 처리되는 정보를 표시(출력)한다. 예를 들어, 디스플레이(151)는 전자 기기(100)에서 구동되는 응용 프로그램의 실행화면 정보, 또는 이러한 실행화면 정보에 따른 UI(User Interface), GUI(Graphic User Interface) 정보를 표시할 수 있다.
또한, 디스플레이(151)는 전자 기기(100)의 구현 형태에 따라 2개 이상 존재할 수 있다. 이 경우, 전자 기기(100)에는 복수의 디스플레이부들이 하나의 면에 이격되거나 일체로 배치될 수 있고, 또한 서로 다른 면에 각각 배치될 수도 있다.
디스플레이(151)는 터치 방식에 의하여 제어 명령을 입력 받을 수 있도록, 디스플레이(151)에 대한 터치를 감지하는 터치센서를 포함할 수 있다. 이를 이용하여, 디스플레이(151)에 대하여 터치가 이루어지면, 터치센서는 상기 터치를 감지하고, 프로세서(180)는 이에 근거하여 상기 터치에 대응하는 제어명령을 발생시키도록 이루어질 수 있다. 터치 방식에 의하여 입력되는 내용은 문자 또는 숫자이거나, 각종 모드에서의 지시 또는 지정 가능한 메뉴항목 등일 수 있다.
이처럼, 디스플레이(151)는 터치센서와 함께 터치 스크린을 형성할 수 있으며, 이 경우에 터치 스크린은 사용자 입력부(123, 도 2a 참조)로 기능할 수 있다. 경우에 따라, 터치 스크린은 제1조작유닛(123a)의 적어도 일부 기능을 대체할 수 있다.
제1음향 출력부(152a)는 통화음을 사용자의 귀에 전달시키는 리시버(receiver)로 구현될 수 있으며, 제2 음향 출력부(152b)는 각종 알람음이나 멀티미디어의 재생음을 출력하는 라우드 스피커(loud speaker)의 형태로 구현될 수 있다.
광 출력부(154)는 이벤트의 발생시 이를 알리기 위한 빛을 출력하도록 이루어진다. 상기 이벤트의 예로는 메시지 수신, 호 신호 수신, 부재중 전화, 알람, 일정 알림, 이메일 수신, 애플리케이션을 통한 정보 수신 등을 들 수 있다. 프로세서(180)는 사용자의 이벤트 확인이 감지되면, 빛의 출력이 종료되도록 광 출력부(154)를 제어할 수 있다.
제1카메라(121a)는 촬영 모드 또는 화상통화 모드에서 이미지 센서에 의해 얻어지는 정지영상 또는 동영상의 화상 프레임을 처리한다. 처리된 화상 프레임은 디스플레이(151)에 표시될 수 있으며, 메모리(170)에 저장될 수 있다.
제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 전자 기기(100)의 동작을 제어하기 위한 명령을 입력 받기 위해 조작되는 사용자 입력부(123)의 일 예로서, 조작부(manipulating portion)로도 통칭될 수 있다. 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 터치, 푸시, 스크롤 등 사용자가 촉각적인 느낌을 받으면서 조작하게 되는 방식(tactile manner)이라면 어떤 방식이든 채용될 수 있다. 또한, 제1 및 제2 조작유닛(123a, 123b)은 근접 터치(proximity touch), 호버링(hovering) 터치 등을 통해서 사용자의 촉각적인 느낌이 없이 조작하게 되는 방식으로도 채용될 수 있다.
한편, 전자 기기(100)에는 사용자의 지문을 인식하는 지문인식센서가 구비될 수 있으며, 프로세서(180)는 지문인식센서를 통하여 감지되는 지문정보를 인증수단으로 이용할 수 있다. 상기 지문인식센서는 디스플레이(151) 또는 사용자 입력부(123)에 내장될 수 있다.
유선 통신 모듈(160)은 전자 기기(100)를 외부기기와 연결시킬 수 있는 통로가 된다. 예를 들어, 유선 통신 모듈(160)는 다른 장치(예를 들어, 이어폰, 외장 스피커)와의 연결을 위한 접속단자, 근거리 통신을 위한 포트[예를 들어, 적외선 포트(IrDA Port), 블루투스 포트(Bluetooth Port), 무선 랜 포트(Wireless LAN Port) 등], 또는 전자 기기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원공급단자 중 적어도 하나일 수 있다. 이러한 유선 통신 모듈(160)는 SIM(Subscriber Identification Module) 또는 UIM(User Identity Module), 정보 저장을 위한 메모리 카드 등의 외장형 카드를 수용하는 소켓의 형태로 구현될 수도 있다.
단말기 바디의 후면에는 제2카메라(121b)가 배치될 수 있다. 이 경우, 제2카메라(121b)는 제1카메라(121a)와 실질적으로 반대되는 촬영 방향을 가지게 된다. 제2카메라(121b)는 적어도 하나의 라인을 따라 배열되는 복수의 렌즈를 포함할 수 있다. 복수의 렌즈는 행렬(matrix) 형식으로 배열될 수도 있다. 이러한 카메라는, 어레이(array) 카메라로 명명될 수 있다. 제2카메라(121b)가 어레이 카메라로 구성되는 경우, 복수의 렌즈를 이용하여 다양한 방식으로 영상을 촬영할 수 있으며, 보다 나은 품질의 영상을 획득할 수 있다. 플래시(125)는 제2카메라(121b)에 인접하게 배치될 수 있다. 플래시(125)는 제2카메라(121b)로 피사체를 촬영하는 경우에 피사체를 향하여 빛을 비추게 된다.
단말기 바디에는 제2 음향 출력부(152b)가 추가로 배치될 수 있다. 제2 음향 출력부(152b)는 제1음향 출력부(152a)와 함께 스테레오 기능을 구현할 수 있으며, 통화시 스피커폰 모드의 구현을 위하여 사용될 수도 있다. 또한, 마이크로폰(152c)은 사용자의 음성, 기타 소리 등을 입력 받도록 이루어진다. 마이크로폰(152c)은 복수의 개소에 구비되어 스테레오 음향을 입력 받도록 구성될 수 있다.
단말기 바디에는 무선 통신을 위한 적어도 하나의 안테나가 구비될 수 있다. 안테나는 단말기 바디에 내장되거나, 케이스에 형성될 수 있다. 한편, 4G 무선 통신 모듈(111) 및 5G 무선 통신 모듈(112)와 연결되는 복수의 안테나는 단말기 측면에 배치될 수 있다. 또는, 안테나는 필름 타입으로 형성되어 후면 커버(103)의 내측면에 부착될 수도 있고, 도전성 재질을 포함하는 케이스가 안테나로서 기능하도록 구성될 수도 있다.
한편, 단말기 측면에 배치되는 복수의 안테나는 MIMO를 지원하도록 4개 이상으로 구현될 수 있다. 또한, 5G 무선 통신 모듈(112)이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 복수의 안테나 각각이 배열 안테나(array antenna)로 구현됨에 따라, 전자 기기에 복수의 배열 안테나가 배치될 수 있다.
단말기 바디에는 전자 기기(100)에 전원을 공급하기 위한 전원 공급부(190, 도 2a 참조)가 구비된다. 전원 공급부(190)는 단말기 바디에 내장되거나, 단말기 바디의 외부에서 착탈 가능하게 구성되는 배터리(191)를 포함할 수 있다.
이하에서는 실시 예에 따른 다중 통신 시스템 구조 및 이를 구비하는 전자 기기, 특히 이종 무선 시스템(heterogeneous radio system)에서 안테나 및 이를 구비하는 전자 기기와 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 살펴보겠다. 본 명세서는 본 명세서의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
한편, 도 2a와 같은 4G/5G 무선 통신 모듈이 구비된 일 실시예에 따른 복수의 안테나를 구비하는 전자기기의 구체적인 동작 및 기능에 대해서 이하에서 검토하기로 한다.
일 실시예에 따른 5G 통신 시스템에서, 5G 주파수 대역은 Sub6 대역보다 높은 주파수 대역일 수 있다. 예를 들어, 5G 주파수 대역은 밀리미터파 대역일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다.
도 3a는 일 실시예에 따른 전자 기기의 복수의 안테나들이 배치될 수 있는 구성의 예시를 나타낸다. 도 3a를 참조하면, 전자 기기(100)의 내부 또는 전면에 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 전자 기기의 내부에 캐리어에 프린트된 형태로 구현되거나 또는 RFIC와 함께 시스템 온 칩(Soc) 형태로 구현될 수 있다. 한편, 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 전자 기기의 내부 이외에 전자 기기의 전면에 배치될 수도 있다. 이와 관련하여, 전자 기기(100)의 전면에 배치되는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)은 디스플레이에 내장되는 투명 안테나(transparent antenna)로 구현될 수 있다.
한편, 전자 기기(100)의 측면에 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2)이 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기(100)의 측면에 도전 멤버 형태로 4G 안테나가 배치되고, 도전 멤버 영역에 슬롯이 형성되고, 슬롯을 통해 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d)이 5G 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 또한, 전자 기기(100)의 배면에 안테나들(1150B)이 배치되어, 5G 신호가 후면 방사되도록 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서는 전자 기기(100)의 측면에 복수의 안테나들(1110S1 및 1110S2)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 또한, 본 명세서는 전자 기기(100)의 전면 및/또는 측면에 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 및 1110S2)을 통해, 적어도 하나 이상의 신호를 송신하거나 또는 수신할 수 있다. 전자 기기는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 및 1110S2)중 어느 하나의 안테나를 통해 기지국과 통신이 가능하다. 또는, 전자 기기는 복수의 안테나들(1110a 내지 1110d, 1150B, 1110S1 및 1110S2) 중 둘 이상의 안테나를 통해 기지국과 다중 입출력(MIMO) 통신이 가능하다.
도 3b는 실시 예에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기의 무선 통신부의 구성을 도시한다. 도 3b를 참조하면, 전자 기기는 제1 전력 증폭기(1210), 제2 전력 증폭기(1220) 및 RFIC(1250)를 포함한다. 또한, 전자 기기는 모뎀(Modem, 400) 및 어플리케이션 프로세서(AP: Application Processor, 500)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 모뎀(Modem, 400)과 어플리케이션 프로세서(AP, 500)와 물리적으로 하나의 chip에 구현되고, 논리적 및 기능적으로 분리된 형태로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 물리적으로 분리된 chip의 형태로 구현될 수도 있다.
한편, 전자 기기는 수신부에서 복수의 저잡음 증폭기(LNA: Low Noise Amplifier, 410 내지 440)을 포함한다. 여기서, 제1 전력 증폭기(1210), 제2 전력 증폭기(1220), 제어부(1250) 및 복수의 저잡음 증폭기(310 내지 340)는 모두 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템에서 동작 가능하다. 이때, 제1 통신 시스템과 제2 통신 시스템은 각각 4G 통신 시스템과 5G 통신 시스템일 수 있다.
도 3b에 도시된 바와 같이, RFIC(1250)는 4G/5G 일체형으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. RFIC(1250)가 4G/5G 일체형으로 구성되는 경우, 4G/5G 회로 간 동기화 (synchronization) 측면에서 유리할 뿐만 아니라, 모뎀(1400)에 의한 제어 시그널링이 단순화될 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G RFIC 및 5G RFIC로 각각 지칭될 수 있다. 특히, 5G 대역이 밀리미터파 대역으로 구성되는 경우와 같이 5G 대역과 4G 대역의 대역 차이가 큰 경우, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성될 수 있다. 이와 같이, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우, 4G 대역과 5G 대역 각각에 대하여 RF 특성을 최적화할 수 있다는 장점이 있다.
한편, RFIC(1250)가 4G/5G 분리형으로 구성되는 경우에도 4G RFIC 및 5G RFIC가 논리적 및 기능적으로 분리되고 물리적으로는 하나의 chip에 구현되는 것도 가능하다.
한편, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어하도록 구성한다. 구체적으로, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 모뎀(1400)을 통해 전자 기기의 각 구성부의 동작을 제어할 수 있다.
예를 들어, 전자 기기의 저전력 동작(low power operation)을 위해 전력 관리 IC (PMIC: Power Management IC)를 통해 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 모뎀(1400)은 RFIC(1250)를 통해 송신부 및 수신부의 전력 회로를 저전력 모드에서 동작시킬 수 있다.
이와 관련하여, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다고 판단되면, 모뎀(300)을 통해 RFIC(1250)를 다음과 같이 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 대기 모드(idle mode)에 있다면, 제1 및 제2 전력 증폭기(110, 120) 중 적어도 하나가 저전력 모드에서 동작하거나 또는 오프(off)되도록 모뎀(300)을 통해 RFIC(1250)를 제어할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 전자 기기가 low battery mode이면, 저전력 통신이 가능한 무선 통신을 제공하도록 모뎀(300)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 전자 기기가 4G 기지국, 5G 기지국 및 액세스 포인트 중 복수의 엔티티와 연결된 경우, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 가장 저전력으로 무선 통신이 가능하도록 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 이에 따라, 스루풋을 다소 희생하더라도 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 근거리 통신 모듈(113)만을 이용하여 근거리 통신을 수행하도록 모뎀(1400)과 RFIC(1250)를 제어할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따르면, 전자 기기의 배터리 잔량이 임계치 이상이면, 최적의 무선 인터페이스를 선택하도록 모뎀(300)을 제어할 수 있다. 예를 들어, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 배터리 잔량과 가용 무선 자원 정보에 따라 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(1400)을 제어할 수 있다. 이때, 어플리케이션 프로세서(AP, 1450)는 배터리 잔량 정보는 PMIC로부터 수신하고, 가용 무선 자원 정보는 모뎀(1400)으로부터 수신할 수 있다. 이에 따라, 배터리 잔량과 가용 무선 자원이 충분하면, 어플리케이션 프로세서(AP, 500)는 4G 기지국 및 5G 기지국 모두를 통해 수신할 수 있도록 모뎀(1400)과 RFIC(1250)를 제어할 수 있다.
한편, 도 3b의 다중 송수신 시스템(multi-transceiving system)은 각각의 무선 시스템(radio System)의 송신부와 수신부를 하나의 송수신부로 통합할 수 있다. 이에 따라, RF 프론트 엔드(Front-end)에서 두 종류의 시스템 신호를 통합하는 회로부분을 제거할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 프론트 엔드 부품을 통합된 송수신부로 제어 가능하므로, 송수신 시스템이 통신 시스템 별로 분리되었을 경우보다 효율적으로 프론트 엔드 부품을 통합할 수 있다.
또한, 통신 시스템 별로 분리되는 경우, 필요에 따라 다른 통신 시스템을 제어하는 것이 불가능하거나, 이로 인한 시스템 지연(system delay)를 가중시키기 때문에 효율적인 자원 할당이 불가능하다. 반면에, 도 2와 같은 다중 송수신 시스템은, 필요에 따라 다른 통신 시스템을 제어하는 것이 가능하고, 이로 인한 시스템 지연을 최소화할 수 있어 효율적인 자원 할당이 가능한 장점이 있다.
한편, 제1 전력 증폭기(1210)와 제2 전력 증폭기(1220)는 제1 및 제2 통신 시스템 중 적어도 하나에서 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 5G 통신 시스템이 4G 대역 또는 Sub6 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(1220)는 제1 및 제2 통신 시스템에서 모두 동작 가능하다.
반면에, 5G 통신 시스템이 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작하는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(1210, 1220)는 어느 하나는 4G 대역에서 동작하고, 다른 하나는 밀리미터파 대역에서 동작할 수 있다.
한편, 송수신부와 수신부를 통합하여, 송수신 겸용 안테나를 이용하여 하나의 안테나로 2개의 서로 다른 무선 통신 시스템을 구현할 수 있다. 이때, 도 2와 같이 4개의 안테나를 이용하여 4x4 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 하향링크(DL)를 통해 4x4 DL MIMO가 수행될 수 있다.
한편, 5G 대역이 Sub6 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역에서 모두 동작하도록 구성될 수 있다. 반면에, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 제1 내지 제4 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 4G 대역과 5G 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이때, 5G 대역이 밀리미터파(mmWave) 대역이면, 별도의 복수 안테나 각각이 밀리미터파 대역에서 배열 안테나로 구성될 수 있다.
한편, 4개의 안테나 중 제1 전력 증폭기(1210)와 제2 전력 증폭기(1220)에 연결된 2개의 안테나를 이용하여 2x2 MIMO 구현이 가능하다. 이때, 상향링크(UL)를 통해 2x2 UL MIMO (2 Tx)가 수행될 수 있다. 또는, 2x2 UL MIMO에 한정되는 것은 아니고, 1 Tx 또는 4 Tx로 구현 가능하다. 이때, 5G 통신 시스템이 1 Tx로 구현되는 경우, 제1 및 제2 전력 증폭기(1210, 1220) 중 어느 하나만 5G 대역에서 동작하면 된다. 한편, 5G 통신 시스템이 4Tx로 구현되는 경우, 5G 대역에서 동작하는 추가적인 전력 증폭기가 더 구비될 수 있다. 또는, 하나 또는 두 개의 송신 경로 각각에서 송신 신호를 분기하고, 분기된 송신 신호를 복수의 안테나에 연결할 수 있다.
한편, RFIC(1250)에 해당하는 RFIC 내부에 스위치 형태의 분배기(Splitter) 또는 전력 분배기(power divider)가 내장되어 있어, 별도의 부품이 외부에 배치될 필요가 없고 이로 인해 부품 실장성을 개선시킬 수 있다. 구체적으로, 제어부(1250)에 해당하는 RFIC 내부에 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태의 스위치를 사용하여 2개의 서로 다른 통신 시스템의 송신부(TX) 선택이 가능하다.
또한, 실시 예에 따른 복수의 무선 통신 시스템에서 동작 가능한 전자 기기는 위상 제어부(1230), 듀플렉서(duplexer, 1231), 필터(1232) 및 스위치(1233)를 더 포함할 수 있다.
mmWave 대역과 같은 주파수 대역에서 전자 기기는 기지국과의 통신을 위한 커버리지 확보를 위해 지향성 빔을 사용할 필요가 있다. 이를 위해, 각각의 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 복수의 안테나 소자들로 이루어질 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)로 구현될 필요가 있다. 위상 제어부(1230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자로 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성 가능하다. 이와 관련하여, 위상 제어부(1230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자로 인가되는 신호의 크기와 위상을 모두 제어 가능하다. 이에 따라, 위상 제어부(1230)는 신호의 크기와 위상을 모두 제어하므로 전력 및 위상 제어부(1230)로 지칭할 수 있다.
따라서, 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)의 각각의 안테나 소자에 인가되는 신호의 위상을 제어하여, 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)를 통해 독립적으로 빔 포밍(beam-forming)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)를 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행할 수 있다. 이 경우, 위상 제어부(1230)는 각각의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)가 서로 다른 방향으로 빔을 형성하도록 각각의 안테나 소자에 인가되는 신호의 위상을 제어할 수 있다.
듀플렉서(1231)는 송신 대역과 수신 대역의 신호를 상호 분리하도록 구성된다. 이때, 제1 및 제2 전력 증폭기(1210, 1220)를 통해 송신되는 송신 대역의 신호는 듀플렉서(1231)의 제1 출력 포트를 통해 안테나(ANT1, ANT4)에 인가된다. 반면에, 안테나(ANT1, ANT4)를 통해 수신되는 수신 대역의 신호는 듀플렉서(1231)의 제2 출력포트를 통해 저잡음 증폭기(310, 340)로 수신된다.
필터(1232)는 송신 대역 또는 수신 대역의 신호를 통과(pass)시키고 나머지 대역의 신호는 차단(block)하도록 구성될 수 있다. 이때, 필터(1232)는 듀플렉서(1231)의 제1 출력 포트에 연결되는 송신 필터와 듀플렉서(1231)의 제2 출력포트에 연결되는 수신 필터로 구성될 수 있다. 대안적으로, 필터(1232)는 제어 신호에 따라 송신 대역의 신호만을 통과시키거나 또는 수신 대역의 신호만을 통과시키도록 구성될 수 있다.
스위치(1233)는 송신 신호 또는 수신 신호 중 어느 하나만을 전달하도록 구성된다. 본 명세서의 일 실시 예에서, 스위치(1233)는 시분할 다중화(TDD: Time Division Duplex) 방식으로 송신 신호와 수신 신호를 분리하도록 SPDT (Single Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 이때, 송신 신호와 수신 신호는 동일 주파수 대역의 신호이고, 이에 따라 듀플렉서(1231)는 서큘레이터(circulator) 형태로 구현될 수 있다.
한편, 본 명세서의 다른 실시 예에서, 스위치(1233)는 주파수 분할 다중화(FDD: Time Division Duplex) 방식에서도 적용 가능하다. 이때, 스위치(1233)는 송신 신호와 수신 신호를 각각 연결 또는 차단할 수 있도록 DPDT (Double Pole Double Throw) 형태로 구성될 수 있다. 한편, 듀플렉서(1231)에 의해 송신 신호와 수신 신호의 분리가 가능하므로, 스위치(1233)가 반드시 필요한 것은 아니다.
한편, 실시 예에 따른 전자 기기는 제어부에 해당하는 모뎀(1400)을 더 포함할 수 있다. 이때, RFIC(1250)와 모뎀(1400)을 각각 제1 제어부 (또는 제1 프로세서)와 제2 제어부(제2 프로세서)로 지칭할 수 있다. 한편, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 분리된 회로로 구현될 수 있다. 또는, RFIC(1250)와 모뎀(1400)은 물리적으로 하나의 회로에 논리적 또는 기능적으로 구분될 수 있다.
모뎀(1400)은 RFIC(1250)를 통해 서로 다른 통신 시스템을 통한 신호의 송신과 수신에 대한 제어 및 신호 처리를 수행할 수 있다. 모뎀(1400)은 4G 기지국 및/또는 5G 기지국으로부터 수신된 제어 정보(Control Information)를 통해 획득할 수 있다. 여기서, 제어 정보는 물리 하향링크 제어 채널(PDCCH: Physical Downlink Control Channel)을 통해 수신될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
모뎀(1400)은 특정 시간 및 주파수 자원에서 제1 통신 시스템 및/또는 제2 통신 시스템을 통해 신호를 송신 및/또는 수신하도록 RFIC(1250)를 제어할 수 있다. 이에 따라, RFIC(1250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 송신하도록 제1 및 제2 전력 증폭기(1210, 1220)를 포함한 송신 회로들을 제어할 수 있다. 또한, RFIC(1250)는 특정 시간 구간에서 4G 신호 또는 5G 신호를 수신하도록 제1 내지 제4 저잡음 증폭기(1310 내지 1340)를 포함한 수신 회로들을 제어할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 2b와 같은 전자 기기에서, 도 3a와 같이 전자 기기 내부에 배치되는 안테나와 도 3b와 같은 다중 송수신 시스템을 구비하는 전자기기의 구체적인 구성 및 기능에 대해서 이하에서 설명하기로 한다.
이와 관련하여, 전자 기기는 5G 통신 서비스를 다양한 주파수 대역에서 제공하도록 구성될 수 있다. 최근에는 6GHz 대역 이하의 Sub6 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공하기 위한 시도가 이루어지고 있다. 하지만, 향후에는 보다 빠른 데이터 속도를 위해 Sub6 대역 이외에 밀리미터파(mmWave) 대역을 이용하여 5G 통신 서비스를 제공할 것으로 예상된다.
한편, 이러한 밀리미터파(mmWave) 대역에서의 5G 통신 서비스를 위해 할당될 주파수 대역은 28GHz 대역, 38.5GHz 대역 및 64 GHz 대역이 고려되고 있다. 이와 관련하여, 밀리미터파 대역에서 다수의 배열 안테나들이 전자 기기에 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작할 수 있는 배열 안테나는 안테나 모듈 내에 실장될 수 있다. 안테나 모듈 내에 안테나 소자를 급전하는 급전 선과 안테나 소자 간에는 안테나 소자의 편파에 따라 전기적 손실(electrical loss)이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
특히, 밀리미터파(mmWave) 대역과 같은 높은 주파수 대역에서는 파장이 짧아, 급전 선과 안테나 소자 간 전기적 손실이 더 크게 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 동작하는 배열 안테나가 배치된 안테나 모듈 및 이를 제어하는 구성을 포함하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈에서 저손실 급전 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 저손실 급전 구조에 따라 안테나 피크 이득이 향상되는 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 급전 선과 안테나의 편파 방향이 다른 경우, 편파 불일치에 따른 전기적 손실을 감소시키는 천이 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 안테나의 편파 특성을 고려하여 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 모듈에서 비대칭 천이 급전 구조(asymmetrical transition feeding structure)를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 높이를 낮추면서 저손실 급전 구조를 갖는 안테나 구조를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 저손실 급전 구조를 갖는 배열 안테나를 구비하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
이와 관련하여, 도 4a 및 도 4b는 본 명세서에 따른 전송 선로와 안테나 영역에 형성되는 전계(electric field)를 비교한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 다이폴 안테나와 같은 안테나 소자에는 전계(E-field)가 수평 방향으로 형성된다. 반면에, 전송 선로(transmission line)를 구성하는 신호 선(signal line)과 그라운드(GND) 간에는 전계(E-field)가 수직 방향으로 형성된다. 따라서, 전송 선로와 안테나 간의 천이 영역에서 수직 방향의 전계 성분(electric field component)과 수평 방향의 전계 성분 사이의 천이가 필요하다. 따라서, 이러한 전계 성분 간의 천이가 효율적으로 이루어지지 않으면 전송 선로와 안테나 소자 간의 신호 손실이 발생할 수 있다. 특히, 밀리미터파 대역과 같은 높은 주파수 대역에서 전송 선로와 안테나 소자 간의 신호 손실이 크게 발생할 수 있다.
이와 관련하여, 마이크로 스트립 라인, 스트립 라인 또는 CPWG의 경우 전계(electric field)의 방향이 수직 방향으로 형성된다. 반면에, 수평 편파를 갖는 end-fire 안테나(ex. 다이폴 안테나)는 전계의 방향이 수평 방향으로 형성된다. 띠라서, 급전선과 안테나에 형성되는 전계의 방향이 서로 다른 경우, 전기적 손실이 발생할 수 있다. 이에 따라, 급전선과 안테나 사이의 천이 구조에서 손실이 발생하거나 또는 안테나의 반사 계수 성능이 저하되어 안테나 피크 이득이 감소할 수 있다.
이와 관련하여, 급전 구조가 Balun구조로 형성하는 것을 고려할 수 있다. 하지만, 급전 구조가 Balun구조로 형성되는 경우 그라운드 영역이 형성되기 어렵다. 따라서, 전송 선(transmission line)의 특성 임피던스(characteristic impedance)를 50ohm으로 유지할 수 없다. 따라서, 안테나 반사 계수 성능이 저하되고 안테나 피크 이득이 감소하는 문제점이 여전히 존재한다.
도 4b를 참조하면, 다이폴 안테나, 폴디드(folded) 다이폴 안테나, 루프 안테나 또는 패치 안테나와 같은 안테나 소자에는 전계(E-field)가 수평 방향으로 형성된다. 반면에, 전송 선로(transmission line)를 구성하는 신호 선(signal line)과 그라운드(GND) 간에는 전계(E-field)가 수직 방향으로 형성된다. 따라서, 전송 선로와 안테나 간의 천이 영역에서 수직 방향의 전계 성분(electric field component)과 수평 방향의 전계 성분 사이의 천이가 필요하다. 이를 위해, 본 명세서에서는 전계 천이 구간(E-field transition section)을 형성하고자 한다. 따라서, 전계 천이 구간(E-field transition section)에서 전송 선로의 수직 전계 성분과 안테나의 수평 전계 성분 간에 천이가 이루어지도록 천이 구간에서 전송 선로 구성을 일부 변경할 수 있다.
이와 관련하여, 전송 선로 구간(transmission line section)에서 전송 선은 신호 선과 그라운드 영역이 대칭 형태로 구성할 수 있다. 반면에, 전계 천이 구간(E-field transition section)에서 전송 선은 신호 선과 그라운드 영역이 비대칭(asymmetrical) 형태로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 본 명세서에서 제시되는 비대칭 천이 구조의 기술적 특징은 다음과 같다.
1) 본 명세서에서 제시되는 비대칭 천이 구조의 전송 선은 안테나와 연결되지 않고 전송 선이 천이 구조(transition structure)를 통해 안테나와 연결될 수 있다.
2) 천이 구조는 전송 선에서 안테나로 전달되는 전계를 방사체와 동일한 수평 방향의 전계로 형성하도록 비대칭 천이 구조로 형성될 수 있다.
3) 천이 구조를 갖는 전송 선은 전계 천이 구조(electric field transition structure)에 의해 반사 계수 및 삽입 손실 특성이 향상되고, 이에 따라 안테나 대역폭 특성도 향상될 수 있다.
4) 천이 구조를 갖는 전송 선은 전계 천이 구조에 의해 안테나 피크 이득 성능이 왜곡되지 않고 유지될 수 있다.
이와 관련하여, 도 5a 및 도 5b는 일 실시 예에 따른 전송 선로와 안테나 간에 형성될 수 있는 비대칭 천이 구조를 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 비대칭 천이 구조는 비대칭 마이크로 스트립 라인 구조, 비대칭 스트립 라인 구조 또는 비대칭 co-plannar 구조로 형성될 수 있다.
비대칭 마이크로 스트립 라인 구조에서, 하부의 그라운드(GND) 중 일부 영역이 부분적으로 제거될 수 있다. 이에 따라, 하부의 그라운드(GND)는 일 측 영역에만 배치될 수 있다. 따라서, 신호 선과 그라운드(GND) 간의 수직 전계 성분 이외에 신호 선과 일 측 영역에 배치된 그라운드(GND) 간의 수평 전계 성분이 일부 형성될 수 있다. 이러한 일부 수평 전계 성분에 의해 전송 선로의 수직 전계 성분과 안테나의 수평 전계 성분 간의 천이가 가능하다.
비대칭 스트립 라인 구조에서, 내부의 신호 선과 동일 평면 상의 일 측 영역에 그라운드 평면을 배치할 수 있다. 이에 따라, 스트립 라인 내부에 비대칭 형태의 그라운드 평면이 형성될 수 있다. 따라서, 신호 선과 상부/하부 그라운드 간의 수직 전계 성분 이외에 신호 선과 일 측 영역에 배치된 그라운드(GND) 간의 수평 전계 성분이 일부 형성될 수 있다. 이러한 일부 수평 전계 성분에 의해 전송 선로의 수직 전계 성분과 안테나의 수평 전계 성분 간의 천이가 가능하다.
비대칭 co-plannar 구조에서, 신호 선과 동일 평면 상의 일 측 영역에만 인접하게 그라운드 평면이 형성될 수 있다. 즉, 신호 선과 동일 평면 상의 타 측 영역에 그라운드 평면이 일부 제거될 수 있다. 따라서, 신호 선과 하부 그라운드 간의 수직 전계 성분 이외에 신호 선과 일 측 영역에 배치된 그라운드(GND) 간의 수평 전계 성분이 일부 형성될 수 있다. 이러한 일부 수평 전계 성분에 의해 전송 선로의 수직 전계 성분과 안테나의 수평 전계 성분 간의 천이가 가능하다.
따라서, 도 5a의 비대칭 마이크로 스트립 라인 구조, 비대칭 스트립 라인 구조 또는 비대칭 co-plannar 구조와 같은 비대칭 천이 구조를 통해 E-field의 세기가 강화되는 방향이 생성된다. 즉, 비대칭 천이 구조를 통해 E-field의 수평 방향 성분이 수직 방향 성분보다 우세하게 형성될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 비대칭 마이크로 스트립 라인 구조에서 좌측에 형성된 마이크로 스트립 라인과 우측에 형성된 마이크로 스트립 라인은 비대칭 구조이다. 즉, 하부의 그라운드 영역이 형성된 영역이 좌측 영역과 우측 영역에서 비대칭 구조를 갖는다.
비대칭 스트립 라인 구조에서 스트립 라인 구조의 내부에 형성된 그라운드 평면은 비대칭 구조이다. 일 예로, 스트립 라인 구조의 내부에 형성된 그라운드 평면은 일 측 영역, 예컨대 좌측 영역에만 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 다른 예로, 스트립 라인 구조의 내부에 형성된 그라운드 평면의 배치 비율이 좌측 영역과 우측 영역에 상이하게 비대칭 구조로 형성될 수도 있다.
비대칭 co-plannar 구조에서 좌측에 형성된 그라운드 영역과 우측에 형성된 그라운드 영역은 비대칭 구조이다. 즉, 신호 선에서 좌측에 형성된 그라운드 영역과의 간격과 신호 선에서 우측에 형성된 그라운드 영역과의 간격은 상이할 수 있다. 하지만, 이러한 구조에 한정되는 것은 아니고, 일부 천이 구간에서 우측에 그라운드 영역이 제거되도록 구성될 수도 있다. 또는, 일부 천이 구간에서 우측에 상부 및 하부 그라운드 간에 비아가 배치되지 않거나 비아 간 간격이 더 넓은 간격으로 변경될 수도 있다. 따라서, 도 5b의 비대칭 구조는 중심 선을 기준으로 좌측 영역과 우측 영역이 상이하게 구성되어, 수직 전계 성분을 형성할 수 있는 임의의 비대칭 천이 구조를 포함할 수 있다.
한편, 이러한 비대칭 천이 구조와 관련하여 비대칭 스트립 라인 구조 또는 비대칭 co-plannar 구조에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 본 명세서에서 개시하는 비대칭 천이 구조는 비대칭 스트립 라인 구조 또는 비대칭 co-plannar 구조 이외에 비대칭 마이크로 스트립 라인 구조를 포함할 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 일 실시 예에 따른 다층 기판에 구현되는 안테나 모듈의 전면 사시도, 내부 사시도 및 측면도를 포함한다. 도 6c는 다층 기판에 구현되는 안테나 모듈의 측면도와 복수의 층에 구현되는 방사체를 나타낸다.
도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 본 명세서에서 개시되는 다층 기판에 구현되는 안테나 모듈은 다음과 같을 기술적 특징을 갖는다. 다만, 본 명세서에서 청구하고자 하는 기술적 특징은 다음의 기술적 특징에 한정되는 것은 아니다.
1) 도 6a은 안테나 모듈의 사시도로, 안테나 모듈의 전체 형상에 해당하고, 안테나 모듈은 유전체, 방사체, 급전부, 그라운드로 구성될 수 있다.
2) 도 6b는 안테나 모듈의 내부가 표현된 투명 사시도로, 안테나 부분을 강조한 도면이다. 일 실시예에 따른 안테나는 다이폴 안테나로 60GHz 대역에서 공진하도록 동작할 수 있다. 안테나 영역에서 E-field(electric Field)가 주요하게 형성되는 방향이면서 전계 세기가 가장 강한 영역은 기판과 평행한 방향인 수평방향이다. 따라서, 본 명세서에 개시되는 방사체(1100R)는 수평 편파 특성을 갖도록 형성될 수 있다.
3) 도 6c는 안테나 모듈을 측면에서 바라본 단면도이다. 일 예로, 6층으로 구성된 다층 기판(multi-layer substrate)이 사용될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 다층 기판에 해당하는 안테나 모듈은 방사체 구간(radiator section)과 전송 선로(transmission line) 구간으로 구분할 수 있다. 일 예로, 전송 선로(transmission line) 구간 중 소정 구간은 전송 선로와 방사체 간의 천이 구간인 E-field transition section일 수 있다.
4) 일 예로, 전송 선로는 4층(fourth layer), 5층(fifth layer)에 배치될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 안테나와 연결되는 급전선은 CPWG(coplanar waveguide with ground)으로 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 스트립 라인 또는 마이크로 스트립 라인 구조로 구성될 수도 있다. 급전선의 그라운드(GND)는 안테나 모듈의 최 상부의 전체 그라운드 영역(entire ground region)과 전기적으로 연결될 수 있다. 신호 선을 통해 신호가 전달되는 경우, 상부의 전체 그라운드 영역과 내부의 그라운드가 상하로 배치되기 때문에, 스트립 라인 구조에 해당한다.
5) 전송 선로의 전계(E-field)가 주요하게 형성되는 방향이면서 세기가 가장 강한 방향은 기판과 수직한 방향인 수직방향이다.
6) 전체 그라운드 영역과 관련하여, 최 상부 층인 1층과 최 하부 층인 6층이 그라운드가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈의 외부 영역에 노출된 그라운드와 내부 영역에 배치되는 그라운드는 비아(via)를 통해 상호 연결되어, 다이폴 방사체에 대한 반사체 역할을 수행할 수 있다.
7) 방사체의 전도체, 즉 금속 패턴은 다층 기판 내부의 서로 다른 층에 배치될 수 있다. 일 예로, 방사체의 전도체, 즉 금속 패턴은 4층과 5층에 배치될 수 있다. 다른 예로, 방사체의 전도체, 즉 금속 패턴은 3층, 4층, 5층에 배치될 수 있다. 또 다른 예로, 방사체의 전도체, 즉 금속 패턴은 3층과 4층에 배치될 수 있다.
8) 4층에 배치된 전도체와 5층에 배치된 전도체는 비아(via)를 통해 전기적으로 서로 연결되어 있으며 안테나의 공진주파수 대역을 결정하도록 설계될 수 있다.
9) 3층에 배치된 전도체는 안테나의 임피던스를 조절하도록 형성될 수 있다. 한편, 3층에 배치된 전도체는 4층과 5층에 배치된 방사체와 커플링 되어 60GHz 대역에서 광대역 특성을 갖도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 3층, 4층, 5층에 배치되는 방사체는 광대역 특성을 갖도록 50ohm에 가까운 임피던스 특성을 갖도록 설계될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 본 명세서에서 개시되는 다층 기판에 구현되는 비대칭 천이 구조는 다음과 같을 기술적 특징을 갖는다. 다만, 본 명세서에서 청구하고자 하는 기술적 특징은 다음의 기술적 특징에 한정되는 것은 아니다.
1) 도 7a는 전송 선로(TL)의 구조를 나타내며, CPWG 급전선과 천이(transition) 구조로 구성된다.
2) CPWG는 신호 선(Signal Line)과 신호 선의 양 측과 하부에 그라운드가 배치된다. 상부의 제1 그라운드 평면과 하부의 제2 그라운드 평면은 비아(via)에 의해 전기적으로 연결된다.
3) 천이 구조는 신호 선의 중심을 기준으로 좌우 비대칭 구조를 갖는 비대칭 전송 선로로 구성된다.
4) 일 실시 예에서, 천이구조는 좌우 비대칭 구조로 형성되기 위해, CPWG에서 신호 선의 양 측에 있는 그라운드들 중 하나에 해당하는 금속 패턴과 비아(via)가 제거될 수 있다.
5) 제거된 금속 패턴이 배치된 층(layer)의 하부 층에 위치한 제2 그라운드 층도 적어도 일부가 제거될 수 있다.
6) 도 7b을 참조하면, 급전선에 해당하는 신호 선에서 인접한 일 측 그라운드로 주요하게(dominantly) 생성되는 E-field의 방향이 표시된다.
7) CPWG에서는 E-field의 세기가 강하고 주요하게 E-field가 생성되는 방향은 수직 방향이다. 반면에, 수평 방향의 E-field는 수직 방향의 E-field보다 상대적으로 약하다.
8) 비대칭 급전선인 천이 구조에서의 수평방향의 E-field가 대칭 구조를 갖는 CPWG의 수평방향의 E-field보다 세기가 증가한다.
한편, 도 7a 내지 7c는 다양한 실시 예들에 따른 비대칭 천이 구조와 필드 분포를 나타낸다. 도 7a는 비대칭 전송 선로를 확대한 도면이다. 도 7b는 소정 구간에서 하부 그라운드가 제거된 비대칭 전송 선로에서 수평 전계 성분이 형성되는 개념도를 나타낸다. 도 7c는 소정 구간에서 하부 그라운드가 일부 형성된 비대칭 전송 선로에서 수평 전계 성분이 형성되는 개념도를 나타낸다.
도 6a 내지 도 7c를 참조하면, 일 실시 예에 따른 전자 기기(1000)는 제1 및 제2 그라운드 평면들(ground planes, 1011, 1012), 신호 선(signal line, 1020) 및 방사체(radiator, 1100R)를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 및 제2 그라운드 평면들(ground planes, 1011, 1012)을 그라운드 평면(1010)으로 지칭할 수 있다. 또한, 그라운드 평면(1010)과 신호 선(1020)을 포함하여 전송 선로(transmission line, TL)로 지칭할 수 있다.
한편, 전자 기기는 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판은 안테나 모듈(ANT, 1100)에 해당할 수 있다. 일 예로, 송수신부 회로(1250)와 프로세서(1400)는 안테나 모듈(ANT, 1100)과 별도의 회로 기판에 배치될 수 있다. 다른 예로, 송수신부 회로(1250) 중 일부는 안테나 모듈(ANT, 1100)에 해당하는 다층 기판에 배치될 수 있다.
제1 및 제2 그라운드 평면들(1011, 1012)은 다층 기판 (multi-layer substrate)의 서로 다른 층에 배치되고, 상호 간에 소정 간격 이격된 비아(via)로 연결되도록 구성될 수 있다. 신호 선(1020)은 제1 및 제2 그라운드 평면들 중 상부에 배치되는 제1 그라운드 평면(1011)과 동일 평면 상에 배치되도록 구성될 수 있다. 제1 그라운드 평면은 소정 구간(predetermined section)에서 신호 선(1020)의 일 측 영역 및 타 측 영역 중 하나의 영역에만 배치될 수 있다.
방사체(1100R)는 신호 선(1020)과 전기적으로 연결되고, 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 방사체(1100R)는 신호 선(1020)과 동일 평면 상에 배치되고, 제1 금속 패턴(MP1) 및 제2 금속 패턴(MP2)을 포함하는 다이폴 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 금속 패턴(MP1)은 신호 선(1020)과 연결되고, 제2 금속 패턴(MP2)은 비대칭 전송 선로를 구성하는 제1 그라운드 평면(1011)과 연결될 수 있다.
방사체(1100R)는 다이폴 안테나로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 방사체(1100R)는 폴디드(folded) 다이폴 안테나, 루프 안테나, 패치 안테나 또는 임의의 금속 패턴을 갖는 안테나로 구현될 수 있다. 방사체(1100R)는 하부 방사체인 제1 방사체(1101R)과 상부 방사체인 제2 방사체(1102R)을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 방사체(1100R)는 하부 방사체인 제1 방사체(1101R)의 하부에 배치된 제3 방사체(1103R)을 더 포함할 수 있다.
제1 방사체(1101R)는 다이폴 안테나로 형성되고, 신호 선과 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 방사체(1102R)는 다이폴 안테나가 배치된 층의 상부 층에 배치되도록 구성될 수 있다. 제3 방사체(1103R)는 제1 방사체(1101R)의 하부 층에 배치될 수 있다. 제3 방사체(1103R)는 제1 방사체(1101R)의 단부와 수직 비아(vertical via)를 통해 연결되도록 구성될 수 있다.
상부 그라운드인 제1 그라운드 평면(1011)은 전송 선로(TL)를 형성하는 제1 구간에서 신호 선(1020)의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 반면에, 제1 그라운드 평면(1011)은 전송 선로(TL)와 방사체(1100R) 간의 천이 구간(transition section)인 제2 구간에서 신호 선(1020)의 일 측 영역에만 배치되어 비대칭 전송 선로(asymmetrical transmission line)를 형성할 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 하부 그라운드인 제2 그라운드 평면(1012)은 제1 구간에서 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 반면에, 제2 그라운드 평면(1012)은 제2 구간에서 신호 선(1020)의 일 측 영역에만 배치될 수 있다. 따라서, 하부 그라운드인 제2 그라운드 평면(1012)은 상부 그라운드인 제1 그라운드 평면(1011)에 대응되도록 형성될 수 있다.
도 7c를 참조하면, 하부 그라운드인 제2 그라운드 평면(1012b)은 천이 구조에 따라 제2 구간에서 비아 연결 없이 일부 그라운드 영역이 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 구간의 단부에서 수직 전계 성분이 제2 구간을 통해 단계적으로 수평 전계 성분으로 변경되도록 제2 구간에서 비아 연결 없이 일부 그라운드 영역이 형성될 수 있다.
따라서, 제2 그라운드 평면(1012b)은 제1 구간에서 신호 선(1020)의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 한편, 제2 그라운드 평면(1012b)은 제2 구간에서 일 측 영역의 전부 및 타 측 영역의 일부에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 구간에서 일 측 영역에는 제1 그라운드 평면(1011)과 제2 그라운드 평면(1012b)을 연결하는 비아가 배치될 수 있다. 반면에, 제2 구간에서 타 측 영역에는 제1 그라운드 평면(1011)과 제2 그라운드 평면(1012b)을 연결하는 비아가 배치되지 않도록 구성될 수 있다.
도 7a 내지 도 7c를 참조하면, 제1 구간에서 전계(electric field)는 신호 선(1020)과 제2 그라운드 평면(1012, 1012b) 간의 수직 전계 성분이 수평 전계 성분보다 더 크게 형성될 수 있다. 반면에, 제2 구간에서 전계는 신호 선(1020)과 제1 그라운드 평면(1011)간의 수평 성분이 수직 전계 성분보다 더 크게 형성될 수 있다. 또는, 수직 전계 성분의 크기와 관계없이 제1 구간에서 수평 전계 성분보다 제2 구간에서 수평 전계 성분이 더 크게 형성될 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 하부 그라운드인 제2 그라운드 평면(1012b)은 천이 구조에 따라 제2 구간에서 비아 연결 없이 일부 그라운드 영역이 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 구간의 단부에서 수직 전계 성분이 제2 구간을 통해 단계적으로 수평 전계 성분으로 변경되도록 제2 구간에서 비아 연결 없이 일부 그라운드 영역이 형성될 수 있다.
따라서, 제2 그라운드 평면(1012b)은 제1 구간에서 신호 선(1020)의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 한편, 제2 그라운드 평면(1012b)은 제2 구간에서 일 측 영역의 전부 및 타 측 영역의 일부에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 구간에서 일 측 영역에는 제1 그라운드 평면(1011)과 제2 그라운드 평면(1012b)을 연결하는 비아가 배치될 수 있다. 반면에, 제2 구간에서 타 측 영역에는 제1 그라운드 평면(1011)과 제2 그라운드 평면(1012b)을 연결하는 비아가 배치되지 않도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 다른 실시 예에 따른 안테나 모듈(ANT, 1100)이 제공된다. 안테나 모듈(ANT, 1100)은 다양한 전자 기기의 측면 또는 내부에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기는 이동 단말 이외에, 텔레비전, 멀티비전과 같은 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.
안테나 모듈(ANT, 1100)은 전송 선로(transmission line, TL) 및 방사체(radiator, 1100R)를 포함하도록 구성될 수 있다. 전송 선로(TL)는 그라운드 평면(ground plane, 1010)과 신호 선(signal line, 1020)을 포함하도록 구성될 수 있다. 방사체(1100R)는 신호 선(1020)과 전기적으로 연결되고, 신호를 방사하도록 구성될 수 있다.
그라운드 평면(1010)은 방사체(1100R)와 인접한 소정 구간(predetermined section)에서 신호 선(1020)의 중심 선을 기준으로 일 측 영역 및 타 측 영역에서 비대칭 형태로 배치될 수 있다.
전송 선로(TL)는 다층 기판 (multi-layer substrate)의 서로 다른 층에 배치되고, 상호 간에 소정 간격 이격된 비아(via)로 연결되도록 구성된 제1 및 제2 그라운드 평면들(ground planes, 1011, 1012)을 포함할 수 있다. 신호 선(1020)은 제1 및 제2 그라운드 평면들(1011, 1012) 중 상부에 배치되는 제1 그라운드 평면(1011)과 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
상부 그라운드인 제1 그라운드 평면(1011)은 전송 선로(TL)를 형성하는 제1 구간에서 신호 선(1020)의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 반면에, 제1 그라운드 평면(1011)은 전송 선로(TL)와 방사체(1100R) 간의 천이 구간(transition section)인 제2 구간에서 신호 선(1020)의 일 측 영역에만 배치되어 비대칭 전송 선로(asymmetrical transmission line)를 형성할 수 있다.
하부 그라운드인 제2 그라운드 평면(1012)은 제1 구간에서 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 반면에, 제2 그라운드 평면(1012)은 제2 구간에서 신호 선(1020)의 일 측 영역에만 배치될 수 있다. 따라서, 하부 그라운드인 제2 그라운드 평면(1012)은 상부 그라운드인 제1 그라운드 평면(1011)에 대응되도록 형성될 수 있다.
다른 예로, 하부 그라운드인 제2 그라운드 평면(1012b)은 천이 구조에 따라 제2 구간에서 비아 연결 없이 일부 그라운드 영역이 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 구간의 단부에서 수직 전계 성분이 제2 구간을 통해 단계적으로 수평 전계 성분으로 변경되도록 제2 구간에서 비아 연결 없이 일부 그라운드 영역이 형성될 수 있다.
따라서, 제2 그라운드 평면(1012b)은 제1 구간에서 신호 선(1020)의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 한편, 제2 그라운드 평면(1012b)은 제2 구간에서 일 측 영역의 전부 및 타 측 영역의 일부에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 구간에서 일 측 영역에는 제1 그라운드 평면(1011)과 제2 그라운드 평면(1012b)을 연결하는 비아가 배치될 수 있다. 반면에, 제2 구간에서 타 측 영역에는 제1 그라운드 평면(1011)과 제2 그라운드 평면(1012b)을 연결하는 비아가 배치되지 않도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 방사체(1100R)는 다이폴 안테나 이외에 폴디드(folded) 다이폴 안테나로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 8a 내지 도 8c는 일 실시 예에 따른 폴디드 다이폴 안테나와 비대칭 전송 선로 구조의 구성을 나타낸다. 도 8a는 폴디드 다이폴 안테나와 비대칭 전송 선로 구조의 사시도이다. 도 8b는 폴디드 다이폴 안테나와 비대칭 전송 선로 구조의 전면도이다. 도 8c는 폴디드 다이폴 안테나와 비대칭 전송 선로 구조의 측면도이다.
도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 방사체(1100R2)는 폴디드 다이폴 안테나로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 방사체(1100R2)는 다이폴 안테나, 루프 안테나, 패치 안테나 또는 임의의 금속 패턴을 갖는 안테나로 구현될 수 있다. 그라운드 영역(1010)은 급전 선에 해당하는 신호 선(1020)과 동일 평면 상의 제1 그라운드 영역(1011)와 하부의 제2 그라운드 영역(1012)을 포함할 수 있다. 급전 선에 해당하는 신호 선(1020)과 상부 그라운드에 해당하는 제1 그라운드 영역(1011)이 동일 평면 상에 배치되어, 수평 방향의 수평 편파 신호가 비대칭 천이 구간과 안테나 영역에서 안정적으로 생성될 수 있다.
반면에, 신호 선과 상부 그라운드에 해당하는 제1 그라운드 영역이 다른 평면 상에 배치되면, 수평 전계 성분 이외에 수직 전계 성분도 생성된다. 신호 선과 상부 그라운드에 해당하는 제1 그라운드 영역이 다른 평면 상에 배치하여, 수평 전계 성분 이외에 수직 전계 성분을 의도적으로 생성할 수도 있다. 하지만, 이러한 수직 전계 성분이 안테나 영역에서도 발생하게 되면, 방사체에서 방사되는 신호는 수평 편파 성분 이외에 수직 편파 성분을 갖게 된다. 따라서, 방사체와 다른 방사체가 다중 입출력(MIMO)을 수행하는 경우, MIMO 스트림 간 간섭이 발생하여 MIMO 성능이 열화될 수 있다.
따라서, 본 명세서에서 개시되는 비대칭 급전 구조는 급전 선에 해당하는 신호 선(1020)과 상부 그라운드에 해당하는 제1 그라운드 영역(1011)이 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 이에 따라, 수평 방향의 수평 편파 신호가 비대칭 천이 구간과 안테나 영역에서 안정적으로 생성될 수 있다.
방사체(1100R2)는 하부 방사체인 제1 방사체(1101R2)과 상부 방사체인 제2 방사체(1102R2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 또한, 방사체(1100R2)는 하부 방사체인 제1 방사체(1101R2)의 하부에 배치된 제3 방사체(1103R2)을 더 포함할 수 있다.
제1 방사체(1101R2)는 폴디드 다이폴 안테나로 형성되고, 신호 선과 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 방사체(1102R2)는 폴디드 다이폴 안테나가 배치된 층의 상부 층에 배치되도록 구성될 수 있다. 제3 방사체(1103R2)는 제1 방사체(1101R2)의 하부 층에 배치될 수 있다. 제3 방사체(1103R2)는 제1 방사체(1101R2)의 단부와 수직 비아(vertical via)를 통해 연결되도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 비대칭 전송 선로 구조의 신호 선은 비아 수직 연결로 서로 다른 층에 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 9는 일 실시 예에 따른 비아 수직 연결로 서로 다른 층에 구현되는 신호 선을 갖는 비대칭 전송 선로 구조를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 전송 선로(TL)에 해당하는 제1 구간에서 제1 신호 선(1021)은 상부 그라운드의 하부에 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 신호 선(1021)은 상부 그라운드의 하부에 배치되는 마이크로 스트립 라인 구조일 수 있다. 다른 예로, 제1 신호 선은 상부 그라운드에 하부에 배치되고 그라운드 영역이 동일 평면에 배치되는 co-planar 구조일 수 있다. 또 다른 예로, 제1 신호 선은 상부 그라운드와 하부 그라운드 사이에 배치되는 스트립 라인 구조일 수 있다. 제1 구간의 신호 선(1021)은 저손실 전송을 위해 수직 전계 성분이 우세한 대칭 전송 선로로 구현될 수 있다.
천이 구조에 해당하는 제2 구간에서 제2 신호 선(1022)은 제1 신호 선(1021)과 비아(via)에 의해 수직 연결될 수 있다. 제2 구간에서 제2 신호 선(1022)의 일 측 영역에는 동일 평면 상의 제1 그라운드 평면(1011)이 배치될 수 있다. 반면에, 제2 신호 선(1022)의 타측 영역에는 동일 평면 상의 그라운드 평면이 배치되지 않는다. 따라서, 제2 구간의 신호 선(1022)은 안테나 영역으로 수평 전계 성분이 안정적으로 형성되도록 수평 전계 성분이 우세하거나 이를 증대시키는한 비대칭 전송 선로로 구현될 수 있다. 이에 따라, 비대칭 천이 구조에 해당하는 제2 구간에서 E-field의 수평 방향 세기를 증가시키기 위해, 제2 신호 선(1022)의 중심 선을 기준으로 그라운드 영역은 비대칭 구조를 갖는다. 또한, 비대칭 천이 구조에 해당하는 제2 구간에서 E-field의 수평 방향 세기를 증가시키기 위해, 급전선에 해당하는 제2 신호 선(1022)과 동일 평면 상의 일 측 영역에 그라운드 평면(1011)이 배치된다.
본 명세서에서 개시되는 비대칭 전송 선로 구조에서, 전송 선로의 각 지점 별 전계 세기(electric field intensity)에 대해 설명하면 다음과 같다.
이와 관련하여, 도 10a는 CPWG 구조의 대칭 전송 선로의 각 지점 별 전계 세기를 나타낸다. 도 10a는 도 7a 및 도 7b에서 제1 구간과 제2 구간이 모두 CPWG로 구현된 경우, 제1 지점(P1) 내지 제4 지점(P4)에서의 각 지점 별 전계 세기를 나타낸다. 이와 관련하여, 제1 지점(P1) 내지 제4 지점(P4)은 모두 CPWG 구간에 해당하는 제1 구간일 수 있다. P1, P2는 대칭 전송 선로의 지점에 위치하고 P3, P4는 비대칭 전송 선로의 지점에 위치하며 전계는 입력 포트 위치에 따라 P1에서 P4로 또는 P4에서 P1 방향으로 진행(travel)할 수 있다.
반면에, 도 10b는 도 10a에서 시간 또는 전계의 위상 변화에 따라 변하는 비대칭 전송 선로 구조의 각 지점 별 전계 세기를 나타낸다. 도 10b는 도 7a 및 도 7b의 비대칭 전송 선로의 제1 지점(P1) 내지 제4 지점(P4)에서의 각 지점 별 전계 세기를 나타낸다. 이와 관련하여, 제1 지점(P1) 및 제2 지점(P2)은 CPWG 구간에 해당하는 제1 구간일 수 있다. 제3 지점(P3) 및 제4 지점(P4)은 비대칭 전송 선로 구조에 해당하는 제2 구간일 수 있다. 제3 지점(P3)은 제1 구간과 제2 구간 사이의 천이 구간(transition section)일 수 있다. 일 예로, 제3 지점(P3)은 제1 구간과 제2 구간의 경계 지점일 수 있다.
이와 관련하여, 본 명세서에서 개시되는 비대칭 전송 선로 구조와 CPWG 구조의 기술적 특징을 비교하면 다음과 같다.
1) 도 7b를 참조하면, 전송 선에 해당하는 신호 선(1020)에서 제1 지점(P1) 내지 제4 지점(P4)은 순서대로 일정 간격 이격된 지점을 표시한 것이다.
2) 도 10a 및 도 10b는 전송 선에 해당하는 신호 선에서 위치에 따른 수평 방향의 전계 세기를 비교하기 위하여 나타낸 것이다.
3) 도 7b 및 도 10a를 참조하면, 제1 지점(P1)에서 수평 방향의 전계 세기(electric field intensity in horizontal direction)가 가장 강하다. 제1 지점(P1)에서 전계 세기가 가장 강한 경우, 좌측과 우측의 전계 세기가 대칭 형태이다. 즉, 제1 지점(P1)에서 전계 세기가 신호 선(1020)의 중심을 기준으로 좌측과 우측이 동일 또는 유사한 형태로 생성된다. 이와 관련하여, 제1 지점(P1)에서도 수평 방향의 전계 세기가 도 10b에 비해 상대적으로 약하게 생성된다. 제2 지점(P2) 내지 제4 지점(P4)에서 전계 세기는 제1 지점(P1)의 전계 세기보다 약하게 생성된다.
4) 도 7b 및 도 10b를 참조하면, 제4 지점(P4)에서 수평 방향의 전계 세기가 가장 강하다. 제4 지점(P4)에서 전계 세기가 가장 강한 경우, 좌측과 우측의 전계 세기가 비대칭 형태이다. 제4 지점(P4)에서 전계 세기가 신호 선(1020)의 중심을 기준으로 좌측과 우측이 서로 다른 형태로 생성된다. 제4 지점(P4)에서 그라운드 평면이 배치된 좌측 영역의 전계 세기가 우측 영역의 전계 세기보다 더 강하게 생성된다.
5) 도 7b, 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 제1 지점(P1) 및 제4 지점(P4)에서의 수평 방향 전계 세기를 비교하면, 비대칭 전송 선로 구조에서 수평 방향 전계 세기가 증가할 것을 알 수 있다. 따라서, 일 측 영역에만 그라운드가 형성된 비대칭 전송 선로 구조는 수직 전계에서 수평 전계로의 천이 구간을 제공할 수 있다.
본 명세서에서 개시하는 비대칭 전송 선로 구조와 CPWG 구조의 반사 손실(return loss) 및 삽입 손실(insertion loss) 특성을 비교하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 11a 및 도 11b는 일 실시 예에 따른 비대칭 전송 선로 구조와 CPWG 구조의 반사 손실 및 삽입 손실 특성을 나타낸 것이다. 이와 관련하여, 비대칭 전송 선로 구조에서 반사 손실 및 삽인 손실을 측정하기 위한 제1 포트(port1)와 제2 포트(port2)의 위치는 도 7b와 같이 구성될 수 있다. 비대칭 전송 선로 구조에서 제1 포트(port1)와 제2 포트(port2)의 구성도 비대칭 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 포트(port1)에서의 반사 손실(S11)과 제2 포트(port2)에서의 반사 손실(S22) 값은 다르게 나타날 수 있다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, case 1은 비대칭 전송 선로 구조에서의 반사 손실 및 삽입 손실 특성이다. 반면에, case 2는 CPWG 구조에서의 반사 손실 및 삽입 손실 특성이다. mmWave 대역 중 60GHz 대역인 55 내지 75GHz 구간에서 비대칭 전송 선로 구조(case 1)의 S11, S22가 평균적으로 -16 dB에서 -19 dB로 성능이 약 3dB 향상되었다. 이에 따라, 비대칭 전송 선로 구조(case 1)에서 삽입 손실에 해당하는 S21도 평균적으로 약 0.04dB/mm 향상된다. 특히, 약 70GHz에서 주파수에서는 삽입 손실에 해당하는 S21이 약 0.06dB/mm 향상된다.
본 명세서에서 개시하는 비대칭 전송 선로 구조를 갖는 안테나의 반사 계수 특성, 피크 이득 특성 및 방사 패턴에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 12a는 비대칭 전송 선로 구조 및 CPWG 구조를 갖는 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다. 도 12b는 비대칭 전송 선로 구조 및 CPWG 구조를 갖는 안테나의 피크 이득 특성을 나타낸다. 도 12c는 비대칭 전송 선로 구조를 갖는 안테나의 방사 패턴 특성을 나타낸다.
도 12a를 참조하면, (1)비대칭 급전선을 사용하여 안테나를 급전한 경우, (2)비대칭 급전선 없이 CPWG로 급전한 경우, (3) 안테나만 있는 경우 반사 계수 특성을 비교한 것이다. 이와 관련하여 case 2와 case3을 비교하면, case 2의 반사 계수 특성 그래프가 case3의 반사 계수 특성 그래프에 비하여 더 심하게 왜곡(distort)되었음을 볼 수 있다.
이와 관련하여 case 1과 case 3을 비교하면 -10dB 대역폭이 각각 (1) 50.6~72.6GHz와 (3) 53.2~71.9GHz로 서로 유사하다. 따라서 case 1과 case 2를 비교하면, case 1의 비대칭 급전선이 있는 경우, 안테나의 반사 계수 성능이 더 향상된다.
도 12b를 참조하면, (1)비대칭 급전선이 있는 경우와 (2) 비대칭 급전선이 없는 경우 안테나 피크 이득을 비교한 것이다. 이와 관련하여 case 1의 피크, 이득은 동작대역폭 내에서 약 6.8 내지 8.3 dBi의 값을 갖는다. 반면에 case2의 피크 이득은 동작대역폭 내에서 약 5.4 내지 6.8 dBi의 값을 갖는다. 따라서, 비대칭 전송 선로 구조의 급전선을 통해 안테나 이득은 평균 1.45 dB 향상됨을 볼 수 있다.
도 12c를 참조하면, 비대칭 급전선을 이용한 경우 본 명세서에 개시된 비대칭 전송 선로 구조의 안테나는 약 70GHz에서 수평 편파 방사패턴을 갖는다. 이와 관련하여, 비대칭 전송 선로 구조의 안테나의 방사패턴은 기판 측면 방향으로 방사하는 end-fire 특성을 갖는다. 수평 편파 이득이 약 8.3 dBi로 높은 안테나 이득을 갖는다.
본 명세서에서 개시되는 비대칭 전송 선로 구조의 안테나는 복수의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 13은 일 실시 예에 따른 비대칭 전송 선로 구조를 갖는 복수의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나와 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다. 도 13을 참조하면, 다층 회로 기판은 방사체(1100R) 및 신호 선(1020)을 포함하는 비대칭 전송 선로를 포함하는 안테나 모듈(ANT, 1100)에 해당할 수 있다. 안테나 모듈(ANT, 1100)은 빔 포밍을 수행하도록 소정 간격 이격되어 배치되는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 배열 안테나(array antenna)로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 안테나 소자들의 개수는 4개일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 변경 가능하다. 복수의 안테나 소자들의 개수는 2개, 4개, 6개 또는 8개 등으로 변경 가능하다.
안테나 모듈(ANT, 1100)은 복수의 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성된 위상 제어부(1230)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기는 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판은 안테나 모듈(ANT, 1100)에 해당할 수 있다. 일 예로, 송수신부 회로(1250)와 프로세서(1400)는 안테나 모듈(ANT, 1100)과 별도의 회로 기판에 배치될 수 있다. 다른 예로, 송수신부 회로(1250) 중 일부는 안테나 모듈(ANT, 1100)에 해당하는 다층 기판에 배치될 수 있다.
송수신부 회로(1250)는 위상 제어부(1230)와 동작 가능하게 결합될 수 있다. 송수신부 회로(1250)는 위상 제어부(1230)를 통해 배열 안테나로 인가되는 신호를 제어하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 비대칭 전송 선로 구조의 안테나는 복수의 안테나 소자로 이루어진 배열 안테나가 전자 기기의 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 14는 일 실시 예에 따른 비대칭 전송 선로 구조를 갖는 복수의 안테나 소자로 이루어진 복수의 배열 안테나와 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다. 도 13 및 도 14를 참조하면, 다층 회로 기판은 방사체(1100R) 및 신호 선(1020)을 포함하는 비대칭 전송 선로를 포함하는 안테나 모듈(ANT, 1100)에 해당할 수 있다. 안테나 모듈(ANT, 1100)은 빔 포밍을 수행하도록 소정 간격 이격되어 배치되는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 복수의 배열 안테나(array antenna, ANT1 내지 ANT4)로 구성될 수 있다. 일 예로, 복수의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)는 제1 배열 안테나(1100a, ANT1) 내지 제4 배열 안테나(1100d, ANT4)로 구현될 수 있지만, 이에 한정되지 않고 응용에 따라 변경 가능하다.
이와 관련하여, 안테나 모듈(ANT, 1100)은 전자 기기의 서로 다른 영역에 배치되는 복수의 안테나 모듈(1100a 내지 1100d)로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기는 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250) 및 프로세서(1400)를 더 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 다층 기판은 안테나 모듈(ANT, 1100)에 해당할 수 있다. 일 예로, 송수신부 회로(1250)와 프로세서(1400)는 안테나 모듈(ANT, 1100)과 별도의 회로 기판에 배치될 수 있다. 다른 예로, 송수신부 회로(1250) 중 일부는 안테나 모듈(ANT, 1100)에 해당하는 다층 기판에 배치될 수 있다.
프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 동작 가능하게 결합되고, 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다. 프로세서(1400)는 복수의 안테나 모듈(1100a 내지 1100d)을 통해 서로 다른 방향으로 빔 포밍을 수행하면서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다.
제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4)는 각각 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4) 각각은 위상 제어부, 전력 증폭기 및 수신 증폭기를 구비할 수 있다. 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4) 각각은 RFIC에 해당하는 송수신부 회로(1250) 중 일부 구성을 포함할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)과 동작 가능하게 결합될 수 있다. 프로세서(1400)는 RFIC에 해당하는 송수신부 회로(1250) 중 일부 구성을 포함할 수 있다. 프로세서(1400)는 모뎀에 해당하는 기저대역 프로세서(1400)를 포함할 수 있다. 프로세서(1400)는 RFIC에 해당하는 송수신부 회로(1250) 중 일부 구성과 모뎀에 해당하는 기저대역 프로세서(1400)를 포함하도록 SoC (System on Chip) 형태로 제공될 수 있다. 하지만, 도 12의 구성에 한정되는 것은 아니고 응용에 따라 다양하게 변경 가능하다.
프로세서(1400)는 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4) 중 적어도 하나를 통해 신호를 방사하도록 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)을 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4)를 통해 수신되는 신호의 품질에 기반하여, 최적의 안테나를 선택할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4) 중 둘 이상을 통해 다중 입출력(MIMO)를 수행하도록 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)을 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4)를 통해 수신되는 신호의 품질과 간섭 수준에 기반하여, 최적의 안테나 조합을 선택할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 배열 안테나(ANT1) 내지 제4 배열 안테나(ANT4) 중 적어도 하나를 통해 반송파 집성(carrier aggregation, CA)이 수행되도록 제1 프론트 엔드 모듈(FEM1) 내지 제4 프론트 엔드 모듈(FEM4)을 제어할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 각각이 제1 대역과 제2 대역에서 이중 공진하므로, 하나의 배열 안테나를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다.
프로세서(1400)는 각각의 안테나에 대해 제1 대역과 제2 대역에서의 신호 품질을 판단할 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 대역과 제2 대역에서의 신호 품질에 기반하여, 제1 대역에서 어느 하나의 안테나와 제2 대역에서 다른 안테나를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수 있다.
다층 기판에 해당하는 안테나 모듈은 다양한 개수의 배열 안테나를 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기는 2개 이상의 배열 안테나를 구비할 수 있다. 전자 기기는 2개의 배열 안테나를 포함하고 이들을 이용하여 빔 포밍과 MIMO를 수행할 수 있다. 다른 예로, 전자 기기는 4개 이상의 배열 안테나를 포함하고 이들 중 일부 배열 안테나를 이용하여 빔 포밍과 MIMO를 수행할 수 있다.
다층 기판에 해당하는 안테나 모듈은 제1 배열 안테나(1100a, ANT1) 및 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나(1100a, ANT1) 및 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)는 서로 다른 편파로 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 도 15는 다른 실시 예에 다른 복수의 안테나 소자로 이루어진 복수의 배열 안테나와 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다.
도 15를 참조하면, 전자 기기는 안테나 모듈, 송수신부 회로(1250) 및 프로세서(1400)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈은 제1 배열 안테나(1100a, ANT1) 및 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)를 포함할 수 있다. 제1 배열 안테나(1100a, ANT1)는 방사체가 소정 간격 이격되어 배치되고, 수평 편파 안테나로 동작하도록 구성될 수 있다. 반면에, 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)는 다층 기판의 서로 다른 층에 배치되는 금속 패드들과 금속 패드들을 연결하는 비아로 구성된 제2 방사체가 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)는 수직 편파 안테나로 동작하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 방사체는 모노폴 방사체일 수 있지만, 이에 한정되지 않고 수직 편파 안테나로 동작하는 임의의 안테나일 수 있다.
이와 관련하여, 수평 편파 안테나에 해당하는 제1 배열 안테나(1100a, ANT1)는 비대칭 전송 선로와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 비대칭 전송 선로의 상세 구성은 도 7a 내지 도 7b와 같이 일 측 영역에만 그라운드가 배치된 구조일 수 있다. 반면에, 수직 편파 안테나에 해당하는 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)는 일 측 영역과 타 측 영역에 제1 그라운드 평면이 모두 배치되는 대칭 전송 선로와 연결될 수 있다. 프로세서(1400)는 제1 배열 안테나(1100a, ANT1) 및 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 송수신부 회로(1250)를 제어하도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 안테나 모듈은 복수의 안테나 모듈로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 15를 참조하면, 안테나 모듈은 전자 기기의 서로 다른 영역에 배치되는 제1 안테나 모듈 및 제2 안테나 모듈을 포함할 수 있다. 제1 안테나 모듈은 제1 배열 안테나(1100a, ANT1) 및 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)를 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 배열 안테나(1100a, ANT1) 및 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)는 각각 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다.
제2 안테나 모듈은 제3 배열 안테나(1100c, ANT3) 및 제4 배열 안테나(1100d, ANT4)를 포함할 수 있다. 일 예로, 제3 배열 안테나(1100c, ANT3) 및 제4 배열 안테나(1100d, ANT4)는 각각 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다.
이와 관련하여, 제1 안테나 모듈에 속하는 제1 배열 안테나(1100a, ANT1) 및 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)는 물리적으로 하나의 모듈, 예컨대 다층 기판에 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 배열 안테나(1100a, ANT1)에 속하는 안테나 소자 사이에 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)에 속하는 안테나 소자가 배치될 수 있다. 제2 안테나 모듈에 속하는 제1 배열 안테나(1100c, ANT3) 및 제4 배열 안테나(1100d, ANT4)는 물리적으로 하나의 모듈, 예컨대 다층 기판에 배치될 수 있다. 일 예로, 제3 배열 안테나(1100b, ANT3)에 속하는 안테나 소자 사이에 제4 배열 안테나(1100d, ANT4)에 속하는 안테나 소자가 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 본 명세서에서 개시되는 서로 다른 편파를 갖는 안테나 소자들이 인접하여 배치될 수 있다. 도 16은 일 실시예에 따른 서로 다른 편파를 갖는 안테나 소자들이 인접하여 배치된 복수의 안테나 모듈과 이를 제어하는 전자 기기를 나타낸다.
도 16을 참조하면, 제1 배열 안테나(1100a, ANT1)는 제1 수평 편파 안테나(ANT1-H) 및 제1 수직 편파 안테나(ANT1-V)를 포함할 수 있다. 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)는 제2 수평 편파 안테나(ANT2-H) 및 제2 수직 편파 안테나(ANT2-V)를 포함할 수 있다. 한편, 제3 배열 안테나(1100c, ANT3)는 제3 수평 편파 안테나(ANT3-H) 및 제3 수직 편파 안테나(ANT3-V)를 포함할 수 있다. 제4 배열 안테나(1100d, ANT4)는 제4 수평 편파 안테나(ANT4-H) 및 제4 수직 편파 안테나(ANT4-V)를 포함할 수 있다.
하나의 안테나 모듈 내에 직교하는 편파를 갖는 서로 다른 안테나를 구비하여, MIMO 스트림 개수를 2배만큼 증가시킬 수 있다. 전자 기기는 제1 수평 편파 안테나(ANT1-H) 내지 제4 수평 편파 안테나(ANT4-H)와 제1 수직 편파 안테나(ANT1-V) 내지 제4 수직 편파 안테나(ANT4-V)를 통해 최대 rank 8 MIMO르르 수행할 수 있다. 전자 기기는 제1 수평 편파 안테나(ANT1-H) 내지 제4 수평 편파 안테나(ANT4-H)와 제1 수직 편파 안테나(ANT1-V) 내지 제4 수직 편파 안테나(ANT4-V)를 통해 8Tx UL-MIMO를 수행할 수 있다. 전자 기기는 제1 수평 편파 안테나(ANT1-H) 내지 제4 수평 편파 안테나(ANT4-H)와 제1 수직 편파 안테나(ANT1-V) 내지 제4 수직 편파 안테나(ANT4-V)를 통해 8Rx DL-MIMO를 수행할 수 있다.
대안으로, 하나의 안테나 모듈 내에 직교하는 편파를 갖는 서로 다른 안테나를 통해 전자 기기의 회전에 따른 신호 품질 저하를 방지할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 안테나(ANT1)는 제1 수평 편파 안테나(ANT1-H) 및 제1 수직 편파 안테나(ANT1-V)를 통해 신호를 동시에 송신 및/또는 수신할 수 있다. 이에 따라, 전자 기기의 회전에 따라 어느 하나의 안테나를 통해 수신되는 신호 품질이 저하되어도 다른 안테나를 통해 신호를 수신할 수 있다. 이와 유사하게, 제4 안테나(ANT4)는 제4 수평 편파 안테나(ANT4-H) 및 제4 수직 편파 안테나(ANT4-V)를 통해 신호를 동시에 송신 및/또는 수신할 수 있다. 이에 따라, 전자 기기의 회전에 따라 어느 하나의 안테나를 통해 수신되는 신호 품질이 저하되어도 다른 안테나를 통해 신호를 수신할 수 있다.
프로세서(1400)는 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나를 통해 서로 다른 엔티티와 이중 연결 상태를 유지하거나 MIMO 동작을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나(1100a, ANT1)와 제4 배열 안테나(1100d, ANT4)를 통해 각각 제1 엔티티 및 제2 엔티티와 이중 연결 상태가 유지되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 제1 배열 안테나(1100a, ANT1)와 제4 배열 안테나(1100d, ANT4)는 각각 수평 편파 안테나와 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다. 따라서, 프로세서(1400)는 전자 기기에서 서로 다른 위치에 배치된 안테나 모듈에서 서로 직교하는 편파로 동작하는 안테나를 통해 이중 연결 동작 또는 MIMO를 수행할 수 있다. 이 경우, 이중 연결 또는 MIMO 동작 시에 서로 다른 안테나를 통해 송신 또는 수신되는 신호 간의 간섭을 저감할 수 있다.
다른 예로, 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)와 제3 배열 안테나(1100c, ANT3)를 통해 각각 제1 엔티티 및 제2 엔티티와 이중 연결 상태가 유지되도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 제2 배열 안테나(1100b, ANT2)와 제3 배열 안테나(1100c, ANT3)는 각각 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나로 동작할 수 있다. 따라서, 프로세서(1400)는 전자 기기에서 서로 다른 위치에 배치된 안테나 모듈에서 서로 직교하는 편파로 동작하는 안테나를 통해 이중 연결 동작 또는 MIMO를 수행할 수 있다. 이 경우, 이중 연결 또는 MIMO 동작 시에 서로 다른 안테나를 통해 송신 또는 수신되는 신호 간의 간섭을 저감할 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 비대칭 전송 선로 구조의 안테나는 이동 단말기 이외에 다른 전자 기기 내에 복수의 안테나 모듈로 구현될 수 있다. 이와 관련하여, 도 17은 다른 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다. 도 17을 참조하면, 복수의 안테나 모듈과 다수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 가전 기기는 텔레비전(television)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 명세서에서 다수의 안테나 모듈과 다수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 가전 기기는 밀리미터파 대역에서 통신 서비스를 지원하는 임의의 가전기기 또는 디스플레이 장치를 포함할 수 있다.
도 3b 내지 도 16을 참조하면, 전자 기기(1000)는 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4), 및 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)과 복수의 송수신부 회로 모듈들(transceiver circuit modules, 1210a 내지 1210d)를 포함한다. 이와 관련하여, 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 전술한 송수신부 회로(1250)에 해당할 수 있다. 또는, 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 송수신부 회로(1250)의 일부 구성 또는 안테나 모듈과 송수신부 회로(1250) 사이에 배치되는 프론트 엔드 모듈의 일부 구성일 수 있다.
복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 복수의 안테나 소자들이 배치된 배열 안테나로 구성될 수 있다. 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자 개수는 도시된 바와 같이 2개, 3개, 4개 등에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자 개수는 2개, 4개, 8개, 16개 등으로 확장 가능하다. 또한, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)의 소자는 동일한 개수 또는 상이한 개수로 선택될 수 있다. 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 디스플레이의 서로 다른 영역에 배치될 수 있다. 도 16과 같이 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)이 디스플레이의 상부, 좌측, 하부 및 우측에 배치될 수 있지만, 이러한 배치 구조에 한정되는 것은 아니다. 다른 예로, 복수의 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)이 디스플레이의 좌측 상부, 우측 상부, 좌측 하부 및 우측 하부에 배치될 수도 있다.
안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 임의의 주파수 대역에서 신호를 특정 방향으로 송신 및 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4)은 28GHz 대역, 39GHz 대역, 및 64GHz 대역 중 어느 하나의 대역에서 동작할 수 있다.
전자 기기는 안테나 모듈들(ANT 1 내지 ANT4) 중 둘 이상의 모듈을 통해 서로 다른 엔티티와 연결 상태를 유지하거나 이를 위한 데이터 송신 또는 수신 동작을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 디스플레이 장치에 해당하는 전자 기기는 제1 안테나 모듈(ANT1)을 통해 제1 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 또한, 전자 기기는 제2 안테나 모듈(ANT2)을 통해 제2 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 일 예로, 전자 기기는 제1 안테나 모듈(ANT1)을 통해 이동 단말(mobile terminal, UE)과 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 전자 기기는 제2 안테나 모듈(ANT2)을 통해 셋톱 박스 또는 access point와 같은 제어 장치와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
다른 안테나 모듈들, 예컨대 제3 안테나 모듈(ANT3) 및 제4 안테나 모듈(ANT4)을 통해 다른 엔티티와 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 다른 예로, 제3 안테나 모듈(ANT3) 및 제4 안테나 모듈(ANT4)을 통해 이전에 연결된 제1 및 제2 엔티티 중 적어도 하나를 통해 이중 연결 또는 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
한편, 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 RF 주파수 대역에서 송신 신호 및 수신 신호를 처리하도록 동작 가능하다. 여기서, RF 주파수 대역은 전술한 바와 같이 28GHz 대역, 39GHz 대역, 및 648GHz 대역과 같은 밀리미터 대역의 임의의 주파수 대역일 수 있다. 한편, 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d)은 RF SUB-MODULE (1210a 내지 1210d)로 지칭될 수 있다. 이때, RF SUB-MODULE (1210a 내지 1210d)의 개수는 4개에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 2개 이상의 임의의 개수로 변경 가능하다.
또한, RF SUB-MODULE들(1210a 내지 1210d)은 RF 주파수 대역의 신호를 IF 주파수 대역의 신호로 변환하거나 또는 IF 주파수 대역의 신호를 RF 주파수 대역의 신호로 변환하는 상향변환 모듈 및 하향변환 모듈을 구비할 수 있다. 이를 위해, 상향변환 모듈 및 하향변환 모듈은 상향 주파수 변환 및 하향 주파수 변환을 수행할 수 있는 로컬 오실레이터(LO: Local Oscillator)를 구비할 수 있다.
한편, 복수의 RF SUB-MODULE들(1210a 내지 1210d)은 복수의 송수신부 회로 모듈들 중 어느 하나의 모듈에서 인접한 송수신부 회로 모듈로 신호가 전달될 수 있다. 이에 따라, 전달되는 신호가 복수의 송수신부 회로 모듈들(1210a 내지 1210d) 전부에 적어도 한 번 전달되도록 구성될 수 있다.
이를 위해, 루프 구조의 데이터 전달 경로(data transfer path)가 추가될 수 있다. 이와 관련하여, 루프 구조의 전송 경로(P2)를 통해, 인접한 RF SUB-MODULE (1210b, 1210c)은 양방향(bi-direction)으로 신호 전달이 가능하다.
또는, 피드백 구조의 데이터 전달 경로가 추가될 수 있다. 이와 관련하여, 피드백 구조의 데이터 전달 경로를 통해, 적어도 하나의 SUB-MODULE(1210c)은 나머지 SUB-MODULE(1210a, 1210b, 1210c)로 일방향(uni-direction)으로 신호 전달이 가능하다.
복수의 RF SUB-MODULE들은 제1 RF SUB-MODULE 내지 제4 RF SUB-MODULE(1210a 내지 1210d)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 RF SUB-MODULE(1210a)로부터의 신호는 인접한 RF SUB-MODULE (1210b) 및 제4 RF SUB-MODULE(1210d)로 전달될 수 있다. 또한, 제2 RF SUB-MODULE(1210b) 및 제4 RF SUB-MODULE(1210d)은 상기 신호를 인접한 제3 RF SUB-MODULE(1210c)로 전달될 수 있다. 이때, 제2 RF SUB-MODULE(1210b)과 제3 RF SUB-MODULE(1210c) 간에 도 4와 같이 양방향 전송이 가능하면, 이를 루프 구조로 지칭할 수 있다. 반면에, 제2 RF SUB-MODULE(1210b)과 제3 RF SUB-MODULE(1210c) 간에 일방향 전송만 가능하면, 이를 피드백 구조로 지칭할 수 있다. 한편, 피드백 구조에서는 제3 RF SUB-MODULE(1210c)로 전달되는 신호가 적어도 둘 이상일 수 있다.
하지만, 이러한 구조에 제한되는 것은 아니라, 응용에 따라 기저대역 모듈은 제1 내지 제4 RF sub-module(1210a 내지 1240a) 중 특정 모듈에만 구비될 수 있다. 또는, 응용에 따라 기저대역 모듈은 제1 내지 제4 RF sub-module(1210a 내지 1210d)에 구비되지 않고, 별도의 제어부, 즉 기저대역 프로세서(1400)로 구성될 수 있다.
일 예로, 별도의 제어부, 즉 기저대역 프로세서(1400)에 의해서만 제어 신호 전달이 이루어질 수 있다. 이와 관련하여, 복수의 RF SUB-MODULE들(1210a 내지 1210d) 간에 데이터 전달 경로가 있어도 실질적으로 신호 전달이 이루어지지 않을 수 있다.
이상에서는 본 명세서의 일 양상에 따른 비대칭 전송 선로 구조를 갖는 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 명세서의 다른 양상에 따른 비대칭 전송 선로 구조를 갖는 안테나 모듈에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 비대칭 전송 선로 구조를 갖는 안테나 모듈을 구비하는 전자 기기에 대한 설명이 비대칭 전송 선로 구조를 갖는 안테나 모듈에 적용될 수 있다.
이와 관련하여, 도 1 내지 도 17을 참조하면, 안테나 모듈은 전송 선로(transmission line, TL) 및 방사체(radiator, 1100R)를 포함하도록 구성될 수 있다. 전송 선로(TL)는 그라운드 평면(1010)과 신호 선(1020)을 포함하도록 구성될 수 있다. 방사체(1100R)는 신호 선(1020)과 전기적으로 연결되고, 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 그라운드 평면(1010)은 방사체(1100R)와 인접한 소정 구간(predetermined section)에서 신호 선(1020)의 중심 선을 기준으로 일 측 영역 및 타 측 영역에서 비대칭 형태로 배치될 수 있다.
전송 선로(TL)는 다층 기판 (multi-layer substrate)의 서로 다른 층에 배치되고, 상호 간에 소정 간격 이격된 비아(via)로 연결되도록 구성된 제1 및 제2 그라운드 평면들(ground planes, 1011, 1012)을 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 신호 선(1020)은 제1 및 제2 그라운드 평면(1011, 1012)들 중 상부에 배치되는 제1 그라운드 평면(1011)과 동일 평면 상에 배치될 수 있다.
제1 그라운드 평면(1011)은 전송 선로(TL)를 형성하는 제1 구간에서 신호 선(1020)의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 한편, 제1 그라운드 평면(1011)은 전송 선로(TL)와 방사체(1110R) 간의 천이 구간(transition section)인 제2 구간에서 신호 선(1020)의 일 측 영역에만 배치될 수 있다. 따라서, 제1 그라운드 평면(1011)에 의해 비대칭 전송 선로(asymmetrical transmission line)를 형성할 수 있다.
제2 그라운드 평면(1012)도 비대칭 전송 선로를 형성하도록 구성될 수 있다. 제2 그라운드 평면(1012)은 제1 구간에서 신호 선(1020)의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치될 수 있다. 제2 그라운드 평면(1012)은 제2 구간에서 신호 선의 일 측 영역에만 배치될 수 있다.
제1 그라운드 평면(1011)과 제2 그라운드 평면(1012)은 비아(via)에 의해 상호 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 전송 선로(TL)를 형성하는 제1 구간에서 제1 그라운드 평면(1011)과 제2 그라운드 평면(1012)은 비아에 의해 상호 연결될 수 있다. 천이 구간인 제2 구간에서, 일 측 영역에만 비아가 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 천이 구간인 제2 구간에서 일 측 영역에 제1 그라운드 평면(1011)과 제2 그라운드 평면(1012)을 연결하는 비아가 배치될 수 있다. 반면에, 제2 구간에서 타 측 영역에는 그라운드 평면이 배치되지 않도록 구성될 수 있다. 한편, 그라운드 평면이 일부 형성된 경우에도 천이 구간인 제2 구간에서 제1 그라운드 평면(1011)과 제2 그라운드 평면(1012)을 연결하는 비아가 배치되지 않을 수 있다.
밀리미터파 대역의 급전선과 배열 안테나 및 이를 제어하는 전자기기와 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.
본 명세서에서 설명되는 전자 기기는 주변 전자 기기, 외부 기기 또는 기지국 등 다양한 엔티티로부터 동시에 정보를 송신 또는 수신할 수 있다. 도 1 내지 도 17을 참조하면, 전자 기기는 안테나 모듈(1100)과 이를 제어하는 송수신부 회로(1250) 및 기저대역 프로세서(1400)를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 다중 입출력(MIMO)을 수행하여 통신 용량 향상 및/또는 정보 송신 및 수신의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 전자 기기는 다양한 엔티티로부터 동시에 서로 다른 정보를 송신 또는 수신하여 통신 용량을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 전자 기기에서 대역폭의 확장 없이도 MIMO 동작을 통해 통신 용량을 향상시킬 수 있다.
대안으로, 전자기기는 다양한 엔티티로부터 동시에 동일한 정보를 동시에 송신 또는 수신하여 주변 정보에 대한 신뢰성을 향상시키고 레이턴시를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 전자기기에서 URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communication) 통신이 가능하고 전자기기는 URLLC UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 URLLC UE로 동작하는 전자기기를 위해 시간 슬롯을 우선적으로 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 특정 시간-주파수 자원 중 일부를 펑처링(puncturing)할 수 있다.
전술한 바와 같이, 복수의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4)은 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역에서 광대역 동작할 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 복수의 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4) 중 일부를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 또한, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 배열 안테나(ANT1 내지 ANT4) 중 일부를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이와 관련하여, 상호 간에 충분한 거리로 이격되고 소정 각도로 회전된 상태로 배치된 배열 안테나들을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 동일 대역 내의 제1 신호 및 제2 신호 간의 격리도(isolation)를 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
전자 기기 내의 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 하나 이상의 배열 안테나는 제1 주파수 대역에서 방사체(radiator)로서 동작할 수 있다. 한편, 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 하나 이상의 배열 안테나가 제2 주파수 대역에서 방사체로서 동작할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 둘 이상의 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 한편, 기저대역 프로세서(1400)는 제2 주파수 대역에서 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 둘 이상의 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
이와 관련하여, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역에서 둘 이상의 배열 안테나의 신호 품질이 모두 임계치 이하이면, 제2 주파수 대역의 시간/주파수 자원 요청을 기지국으로 송신할 수 있다. 이에 따라, 제2 주파수 대역의 시간/주파수 자원이 할당되면, 기저대역 프로세서(1400)는 해당 자원을 통해 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 둘 이상의 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
제2 주파수 대역의 자원이 할당된 경우에도 동일한 둘 이상의 배열 안테나를 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 따라서, 배열 안테나가 변경됨에 따라 해당 프론트 엔드 모듈(FEM)을 다시 온/오프 함에 따라 전력 소모를 방지할 수 있다. 또한, 배열 안테나가 변경됨에 따라 해당 프론트 엔드 모듈(FEM)을 다시 온/오프 함에 따른 전자 부품, 예컨대 증폭기의 settling time에 따른 성능 저하를 방지할 수 있다.
한편, 제2 주파수 대역의 자원이 할당된 경우, 둘 이상의 배열 안테나 중 적어도 하나의 배열 안테나가 변경되고, 해당 배열 안테나들을 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 주파수 대역의 전파 환경이 상이하여 해당 배열 안테나를 통해 통신 수행이 어렵다고 판단되면 다른 배열 안테나를 이용할 수 있다.
다른 실시 예에 따르면, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 안테나(ANT1) 내지 제4 안테나(ANT4) 중 하나를 통해 제1 대역의 제1 신호를 수신하면서 제2 대역의 제2 신호를 수신하도록 송수신부 회로(1250)를 제어할 수 있다. 이 경우, 하나의 안테나를 통해 반송파 집성(carrier aggregation, CA)을 수행할 수 있다는 장점이 있다.
따라서, 기저대역 프로세서(1400)는 제1 주파수 대역과 제2 주파수 대역이 결합된 대역을 통해 반송파 집성(CA: Carrier Aggregation)을 수행할 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에서는 전자 기기에서 대용량의 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있는 경우, 반송파 집성을 통해 광대역 수신이 가능하다는 장점이 있다.
이에 따라, 전자 기기는 eMBB (Enhanced Mobile Broad Band) 통신이 가능하고 전자 기기는 eMBB UE로 동작할 수 있다. 이를 위해, 스케줄링을 수행하는 기지국은 eMBB UE로 동작하는 전자 기기를 위해 광대역 주파수 자원을 할당할 수 있다. 이를 위해 이미 다른 UE에게 할당된 주파수 자원을 제외하고 여유 있는 주파수 대역들에 대한 반송파 집성(CA)이 수행될 수 있다.
밀리미터파 대역의 급전선과 배열 안테나 및 이를 제어하는 전자기기와 관련된 전술한 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있다. 따라서, 실시예들에 대한 다양한 변경 및 수정은 이하의 청구항들의 권리 범위 내에 속하는 것으로 이해되어 한다.
이상에서는 본 명세서에 따른 밀리미터파 대역의 급전선과 배열 안테나 및 이를 제어하는 전자기기에 대해 살펴보았다. 이러한 밀리미터파 대역의 급전선과 배열 안테나 및 이를 제어하는 전자기기와 기지국을 포함하는 무선 통신 시스템에 대해 살펴보면 다음과 같다. 이와 관련하여, 도 18은 본 명세서에서 제안하는 구성들이 적용될 수 있는 무선 통신 시스템의 블록 구성도를 예시한다.
도 18을 참조하면, 무선 통신 시스템은 제 1 통신 장치(910) 및/또는 제 2 통신 장치(920)을 포함한다. 'A 및/또는 B'는 'A 또는 B 중 적어도 하나를 포함한다'와 동일한 의미로 해석될 수 있다. 제 1 통신 장치가 기지국을 나타내고, 제 2 통신 장치가 단말을 나타낼 수 있다(또는 제 1 통신 장치가 단말 또는 차량을 나타내고, 제 2 통신 장치가 기지국을 나타낼 수 있다).
기지국(BS: Base Station)은 고정국(fixed station), Node B, eNB(evolved-NodeB), gNB(Next Generation NodeB), BTS(base transceiver system), 액세스 포인트(AP: Access Point), gNB(general NB), 5G 시스템, 네트워크, AI 시스템, RSU(road side unit), 로봇 등의 용어에 의해 대체될 수 있다. 또한, 단말(Terminal)은 고정되거나 이동성을 가질 수 있으며, UE(User Equipment), MS(Mobile Station), UT(user terminal), MSS(Mobile Subscriber Station), SS(Subscriber Station), AMS(Advanced Mobile Station), WT(Wireless terminal), MTC(Machine-Type Communication) 장치, M2M(Machine-to-Machine) 장치, D2D(Device-to-Device) 장치, 차량(vehicle), 로봇(robot), AI 모듈 등의 용어로 대체될 수 있다.
제 1 통신 장치와 제 2 통신 장치는 프로세서(processor, 911,921), 메모리(memory, 914,924), 하나 이상의 Tx/Rx RF 모듈(radio frequency module, 915,925), Tx 프로세서(912,922), Rx 프로세서(913,923), 안테나(916,926)를 포함한다. 프로세서는 앞서 살핀 기능, 과정 및/또는 방법을 구현한다. 보다 구체적으로, DL(제 1 통신 장치에서 제 2 통신 장치로의 통신)에서, 코어 네트워크로부터의 상위 계층 패킷은 프로세서(911)에 제공된다. 프로세서는 L2 계층의 기능을 구현한다. DL에서, 프로세서는 논리 채널과 전송 채널 간의 다중화(multiplexing), 무선 자원 할당을 제 2 통신 장치(920)에 제공하며, 제 2 통신 장치로의 시그널링을 담당한다. 전송(TX) 프로세서(912)는 L1 계층 (즉, 물리 계층)에 대한 다양한 신호 처리 기능을 구현한다. 신호 처리 기능은 제 2 통신 장치에서 FEC(forward error correction)을 용이하게 하고, 코딩 및 인터리빙(coding and interleaving)을 포함한다. 부호화 및 변조된 심볼은 병렬 스트림으로 분할되고, 각각의 스트림은 OFDM 부반송파에 매핑되고, 시간 및/또는 주파수 영역에서 기준 신호(Reference Signal, RS)와 멀티플렉싱되며, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform)를 사용하여 함께 결합되어 시간 영역 OFDMA 심볼 스트림을 운반하는 물리적 채널을 생성한다. OFDM 스트림은 다중 공간 스트림을 생성하기 위해 공간적으로 프리코딩된다. 각각의 공간 스트림은 개별 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,915)를 통해 상이한 안테나(916)에 제공될 수 있다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 전송을 위해 각각의 공간 스트림으로 RF 반송파를 변조할 수 있다. 제 2 통신 장치에서, 각각의 Tx/Rx 모듈(또는 송수신기,925)는 각 Tx/Rx 모듈의 각 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 캐리어로 변조된 정보를 복원하여, 수신(RX) 프로세서(923)에 제공한다. RX 프로세서는 layer 1의 다양한 신호 프로세싱 기능을 구현한다. RX 프로세서는 제 2 통신 장치로 향하는 임의의 공간 스트림을 복구하기 위해 정보에 공간 프로세싱을 수행할 수 있다. 만약 다수의 공간 스트림들이 제 2 통신 장치로 향하는 경우, 다수의 RX 프로세서들에 의해 단일 OFDMA 심볼 스트림으로 결합될 수 있다. RX 프로세서는 고속 푸리에 변환 (FFT)을 사용하여 OFDMA 심볼 스트림을 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환한다. 주파수 영역 신호는 OFDM 신호의 각각의 서브 캐리어에 대한 개별적인 OFDMA 심볼 스트림을 포함한다. 각각의 서브캐리어 상의 심볼들 및 기준 신호는 제 1 통신 장치에 의해 전송된 가장 가능성 있는 신호 배치 포인트들을 결정함으로써 복원되고 복조 된다. 이러한 연 판정(soft decision)들은 채널 추정 값들에 기초할 수 있다. 연판정들은 물리 채널 상에서 제 1 통신 장치에 의해 원래 전송된 데이터 및 제어 신호를 복원하기 위해 디코딩 및 디인터리빙 된다. 해당 데이터 및 제어 신호는 프로세서(921)에 제공된다.
UL(제 2 통신 장치에서 제 1 통신 장치로의 통신)은 제 2 통신 장치(920)에서 수신기 기능과 관련하여 기술된 것과 유사한 방식으로 제 1 통신 장치(910)에서 처리된다. 각각의 Tx/Rx 모듈(925)는 각각의 안테나(926)을 통해 신호를 수신한다. 각각의 Tx/Rx 모듈은 RF 반송파 및 정보를 RX 프로세서(923)에 제공한다. 프로세서 (921)는 프로그램 코드 및 데이터를 저장하는 메모리 (924)와 관련될 수 있다. 메모리는 컴퓨터 판독 가능 매체로서 지칭될 수 있다.
이상에서는 밀리미터파 대역에서 동작하는 저손실 비대칭 급전 구조를 갖는 안테나 모듈 및 이를 제어하는 전자기기에 대해 살펴보았다. 밀리미터파 대역에서 동작하는 저손실 비대칭 급전 구조를 갖는 안테나 모듈 및 이를 제어하는 전자기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
일 실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 배열 안테나가 배치된 안테나 모듈 및 이를 제어하는 송수신부 회로와 모뎀을 포함하는 전자 기기에서, 저손실 비대칭 급전 구조를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 수평 편파를 갖는 안테나에서 편파 특성을 고려하여 저손실 비대칭 급전 구조를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, mmWave 전송 선 구조에서 전계 수평/수직 변환에 의한 전송 손실이 감소될 수 있는 급전 구조를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 비대칭 그라운드 천이 구조에 의해 안테나의 반사 계수 특성이 왜곡되지 않고 유지될 수 있는 급전 구조를 제공할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 비대칭 그라운드 천이 구조에 의해 전기적 손실이 감소하여 안테나 이득이 향상될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, end-fire 안테나를 이중 편파 배열 안테나로 구현하여, MIMO 스트림 개수를 증가시켜 통신 용량 증대 및 통신 신뢰성 향상이 가능하다.
일 실시 예에 따르면, 직교 편파를 갖는 안테나들을 통해 하나의 안테나 모듈만을 이용하여 다중 입출력(MIMO)을 수행할 수 있다.
본 명세서의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 명세서의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 명세서의 바람직한 실시 예와 같은 특정 실시 예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
전술한 본 명세서와 관련하여, 밀리미터파 대역에서 동작하는 배열 안테나 및 이를 제어하는 전자 기기의 설계 및 이의 구동은 프로그램이 기록된 매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체는, 컴퓨터 시스템에 의하여 판독될 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 매체의 예로는, HDD(Hard Disk Drive), SSD(Solid State Disk), SDD(Silicon Disk Drive), ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한, 상기 컴퓨터는 단말기의 제어부를 포함할 수도 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 명세서의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 명세서의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 명세서의 범위에 포함된다.

Claims (20)

  1. 안테나를 구비하는 전자 기기에 있어서,
    다층 기판 (multi-layer substrate)의 서로 다른 층에 배치되고, 상호 간에 소정 간격 이격된 비아(via)로 연결되도록 구성된 제1 및 제2 그라운드 평면들(ground planes);
    상기 제1 및 제2 그라운드 평면들 중 상부에 배치되는 제1 그라운드 평면과 동일 평면 상에 배치되는 신호 선(signal line);
    상기 신호 선과 전기적으로 연결되고, 신호를 방사하도록 구성된 방사체(radiator)를 포함하고,
    상기 제1 그라운드 평면은 소정 구간(predetermined section)에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역 중 하나의 영역에만 배치되는, 전자 기기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 그라운드 평면은,
    전송 선로(transmission line)를 형성하는 제1 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치되고,
    상기 전송 선로와 상기 방사체 간의 천이 구간(transition section)인 제2 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역에만 배치되어 비대칭 전송 선로(asymmetrical transmission line)를 형성하는, 전자 기기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 그라운드 평면은,
    상기 제1 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치되고,
    상기 제2 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역에만 배치되는, 전자 기기.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 그라운드 평면은,
    상기 제1 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치되고,
    상기 제2 구간에서 상기 일 측 영역의 전부 및 상기 타 측 영역의 일부에 배치되고,
    상기 제2 구간에서 상기 일 측 영역에는 상기 제1 그라운드 평면과 상기 제2 그라운드 평면을 연결하는 비아가 배치되고,
    상기 제2 구간에서 상기 타 측 영역에는 상기 제1 그라운드 평면과 상기 제2 그라운드 평면을 연결하는 비아가 배치되지 않는, 전자 기기.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 구간에서 전계(electric field)는 상기 신호 선과 상기 제2 그라운드 평면 간의 수직 전계 성분이 수평 전계 성분보다 더 크게 형성되고,
    상기 제2 구간에서 전계는 상기 신호 선과 상기 제1 그라운드 평면 간의 수평 전계 성분이 수직 전계 성분보다 더 크게 형성되거나, 또는 상기 제2 구간에서 수평 전계 성분이 상기 제1 구간에서 수평 전계 성분보다 더 크게 형성되는, 전자 기기.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 방사체는 상기 신호 선과 동일 평면 상에 배치되고, 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴을 포함하는 다이폴 안테나로 구성되고,
    상기 제1 금속 패턴은 상기 신호 선과 연결되고, 상기 제2 금속 패턴은 상기 비대칭 전송 선로를 구성하는 상기 제1 그라운드 평면과 연결되는, 전자 기기.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 방사체는 상기 신호 선과 동일 평면 상에 배치되고, 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴이 루프 형태로 구현된 금속 패턴을 포함하는 폴디드(folded) 다이폴 안테나로 구성되고,
    상기 제1 금속 패턴은 상기 신호 선과 연결되고, 상기 제2 금속 패턴은 상기 비대칭 전송 선로를 구성하는 상기 제1 그라운드 평면과 연결되는, 전자 기기.
  8. 제6 항 또는 제7 항에 있어서,
    상기 방사체는,
    상기 다이폴 안테나 또는 상기 폴디드 다이폴 안테나로 형성되고, 상기 신호 선과 연결되도록 구성된 제1 방사체; 및
    상기 다이폴 안테나 또는 상기 폴디드 다이폴 안테나가 배치된 층의 상부 층에 배치되는 제2 방사체를 더 포함하는, 전자 기기.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 방사체는,
    상기 제1 방사체의 하부 층에 배치되고, 상기 제1 방사체의 단부와 수직 비아(vertical via)를 통해 연결되도록 구성된 제3 방사체를 더 포함하는, 전자 기기.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 다층 회로 기판은 상기 방사체 및 상기 신호 선을 포함하는 비대칭 전송 선로를 포함하는 안테나 모듈에 해당하고,
    상기 안테나 모듈은,
    빔 포밍을 수행하도록 소정 간격 이격되어 배치되는 복수의 안테나 소자들을 포함하는 배열 안테나(array antenna)로 구성되는, 전자 기기.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은,
    상기 복수의 안테나 소자들 각각에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성된 위상 제어부를 더 포함하고,
    상기 전자 기기는,
    상기 위상 제어부와 동작 가능하게 결합되고, 상기 위상 제어부를 통해 상기 배열 안테나로 인가되는 신호를 제어하도록 구성된 송수신부 회로(transceiver circuit)을 더 포함하는, 전자 기기.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 상기 전자 기기의 서로 다른 영역에 배치되는 복수의 안테나 모듈로 구성되고,
    상기 송수신부 회로와 동작 가능하게 결합되고, 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된 프로세서를 더 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 복수의 안테나 모듈을 통해 서로 다른 방향으로 빔 포밍을 수행하면서 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 전자 기기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 다층 기판에 해당하는 안테나 모듈은,
    상기 방사체가 소정 간격 이격되어 배치되고, 수평 편파 안테나로 동작하도록 구성된 제1 배열 안테나; 및
    상기 다층 기판의 서로 다른 층에 배치되는 금속 패드들과 상기 금속 패드들을 연결하는 비아로 구성된 제2 방사체가 소정 간격 이격되어 배치되고, 수직 편파 안테나로 동작하도록 구성된 제2 배열 안테나를 포함하는, 전자 기기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 수평 편파 안테나에 해당하는 상기 제1 배열 안테나는 비대칭 전송 선로와 연결되고,
    상기 수직 편파 안테나에 해당하는 상기 제2 배열 안테나는 상기 일 측 영역과 상기 타 측 영역과 상기 제1 그라운드 평면이 모두 배치되는 대칭 전송 선로와 연결되는, 전자 기기.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 제1 배열 안테나 및 상기 제2 배열 안테나를 통해 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 상기 송수신부 회로를 제어하도록 구성된, 전자 기기.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 상기 전자 기기의 서로 다른 영역에 배치되는 제1 안테나 모듈 및 제2 안테나 모듈을 포함하고,
    상기 제1 안테나 모듈은 상기 제1 배열 안테나 및 상기 제2 배열 안테나를 포함하고, 상기 제2 안테나 모듈은 수평 편파 안테나로 동작하는 제3 배열 안테나 및 수직 편파 안테나로 동작하는 제4 배열 안테나를 더 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 수평 편파 안테나로 동작하는 상기 제1 배열 안테나와 상기 수직 편파 안테나로 동작하는 상기 제4 배열 안테나를 통해 각각 제1 엔티티 및 제2 엔티티와 이중 연결 상태가 유지되도록 상기 송수신부 회로를 제어하거나, 또는
    상기 수직 편파 안테나로 동작하는 상기 제2 배열 안테나와 상기 수평 편파 안테나로 동작하는 상기 제3 배열 안테나를 통해 각각 상기 제1 엔티티 및 상기 제2 엔티티와 이중 연결 상태가 유지되도록 상기 송수신부 회로를 제어하는, 전자 기기.
  17. 안테나 모듈에 있어서,
    그라운드 평면(ground plane)과 신호 선(signal line)으로 구성된 전송 선로(transmission line); 및
    상기 신호 선과 전기적으로 연결되고, 신호를 방사하도록 구성된 방사체(radiator)를 포함하고,
    상기 그라운드 평면은 상기 방사체와 인접한 소정 구간(predetermined section)에서 상기 신호 선의 중심 선을 기준으로 일 측 영역 및 타 측 영역에서 비대칭 형태로 배치되는, 안테나 모듈.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 전송 선로는,
    다층 기판 (multi-layer substrate)의 서로 다른 층에 배치되고, 상호 간에 소정 간격 이격된 비아(via)로 연결되도록 구성된 제1 및 제2 그라운드 평면들(ground planes)을 포함하고,
    상기 신호 선은 상기 제1 및 제2 그라운드 평면들 중 상부에 배치되는 제1 그라운드 평면과 동일 평면 상에 배치되고,
    상기 제1 그라운드 평면은,
    상기 전송 선로를 형성하는 제1 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치되고,
    상기 전송 선로와 상기 방사체 간의 천이 구간(transition section)인 제2 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역에만 배치되어 비대칭 전송 선로(asymmetrical transmission line)를 형성하는, 안테나 모듈.
  19. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 그라운드 평면은,
    상기 제1 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치되고,
    상기 제2 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역에만 배치되는, 안테나 모듈.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 제2 그라운드 평면은,
    상기 제1 구간에서 상기 신호 선의 일 측 영역 및 타 측 영역에 배치되고,
    상기 제2 구간에서 상기 일 측 영역의 전부 및 상기 타 측 영역의 일부에 배치되고,
    상기 제2 구간에서 상기 일 측 영역에는 상기 제1 그라운드 평면과 상기 제2 그라운드 평면을 연결하는 비아가 배치되고,
    상기 제2 구간에서 상기 타 측 영역에는 상기 제1 그라운드 평면과 상기 제2 그라운드 평면을 연결하는 비아가 배치되지 않는, 안테나 모듈.
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