KR20220159306A - 유전체를 포함하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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KR20220159306A
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Abstract

본 발명은 4G 시스템 이후 보다 높은 데이터 전송률을 지원하기 위한 5G 통신 시스템을 IoT 기술과 융합하는 통신 기법 및 그 시스템에 관한 것이다. 본 개시는 5G 통신 기술 및 IoT 관련 기술을 기반으로 지능형 서비스 (예를 들어, 스마트 홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 헬스 케어, 디지털 교육, 소매업, 보안 및 안전 관련 서비스 등)에 적용될 수 있다.
본 발명은 상단면을 향해 전파가 방사되는 방사체, 상기 방사체의 상단면과 마주하는 상기 방사체의 하단면에 배치되는 유전체, 상기 유전체의 하단면에 배치되며, 상기 유전체를 통해 상기 방사체로 전기적 신호를 공급하는 급전부 및 상기 유전체의 하단면에 배치되며, 금속성 물질을 포함하는 지지부를 포함하는 안테나 모듈을 제공한다.

Description

유전체를 포함하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치{AN ANTENNA MODULE INCLUDING DIELECTRIC MATERIAL AND AN ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE ANTENNA MODULE}
본 발명은 차세대 통신 시스템에서 통신 효율을 향상시킬 수 있는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
4G 통신 시스템 상용화 이후 증가 추세에 있는 무선 데이터 트래픽 수요를 충족시키기 위해, 개선된 5G 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 시스템 이후 (Post LTE) 이후의 시스템이라 불리어지고 있다. 높은 데이터 전송률을 달성하기 위해, 5G 통신 시스템은 초고주파(mmWave) 대역 (예를 들어, 60기가(60GHz) 대역과 같은)에서의 구현이 고려되고 있다. 초고주파 대역에서의 전파의 경로손실 완화 및 전파의 전달 거리를 증가시키기 위해, 5G 통신 시스템에서는 빔포밍(beamforming), 거대 배열 다중 입출력(massive MIMO), 전차원 다중입출력(Full Dimensional MIMO: FD-MIMO), 어레이 안테나(array antenna), 아날로그 빔형성(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 FSK and QAM Modulation) 및 SWSC (Sliding Window Superposition Coding)과, 진보된 접속 기술인 FBMC(Filter Bank Multi Carrier), NOMA(non orthogonal multiple access), 및SCMA(sparse code multiple access) 등이 개발되고 있다.
한편, 인터넷은 인간이 정보를 생성하고 소비하는 인간 중심의 연결 망에서, 사물 등 분산된 구성 요소들 간에 정보를 주고 받아 처리하는 IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 망으로 진화하고 있다. 클라우드 서버 등과의 연결을 통한 빅데이터(Big data) 처리 기술 등이 IoT 기술에 결합된 IoE (Internet of Everything) 기술도 대두되고 있다. IoT를 구현하기 위해서, 센싱 기술, 유무선 통신 및 네트워크 인프라, 서비스 인터페이스 기술, 및 보안 기술과 같은 기술 요소 들이 요구되어, 최근에는 사물간의 연결을 위한 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 연구되고 있다. IoT 환경에서는 연결된 사물들에서 생성된 데이터를 수집, 분석하여 인간의 삶에 새로운 가치를 창출하는 지능형 IT(Internet Technology) 서비스가 제공될 수 있다. IoT는 기존의 IT(information technology)기술과 다양한 산업 간의 융합 및 복합을 통하여 스마트홈, 스마트 빌딩, 스마트 시티, 스마트 카 혹은 커넥티드 카, 스마트 그리드, 헬스 케어, 스마트 가전, 첨단의료서비스 등의 분야에 응용될 수 있다.
이에, 5G 통신 시스템을 IoT 망에 적용하기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 센서 네트워크(sensor network), 사물 통신(Machine to Machine, M2M), MTC(Machine Type Communication)등의 기술이 5G 통신 기술이 빔 포밍, MIMO, 및 어레이 안테나 등의 기법에 의해 구현되고 있는 것이다. 앞서 설명한 빅데이터 처리 기술로써 클라우드 무선 액세스 네트워크(cloud RAN)가 적용되는 것도 5G 기술과 IoT 기술 융합의 일 예라고 할 수 있을 것이다.
앞서 개시한 바와 같이 차세대 이동 통신 시스템이 적용되는 주파수 대역에서는 전파의 경로손실 등으로 인해 안테나 모듈의 성능이 하락될 수 있다. 따라서 차세대 이동 통신 시스템에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 안테나 모듈 구조가 요구된다. 보다 구체적으로는 massive MIMO(multiple input multiple output) 통신 환경에서도 원활한 통신이 가능한 안테나 모듈 구조가 요구된다.
본 발명은 상단면을 향해 전파가 방사되는 방사체, 상기 방사체의 상단면과 마주하는 상기 방사체의 하단면에 배치되는 유전체, 상기 유전체의 하단면에 배치되며, 상기 유전체를 통해 상기 방사체로 전기적 신호를 공급하는 급전부 및 상기 유전체의 하단면에 배치되며, 금속성 물질을 포함하는 지지부를 포함하는 안테나 모듈을 제공한다.
상기 안테나 모듈은 상기 급전부 및 상기 지지부와 결합되어 상기 급전부에 상기 전기적 신호를 공급하는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 더 포함할 수 있다.
상기 급전부 및 상기 지지부는 상기 유전체의 하단면과 상기 인쇄회로기판의 상단면이 기설정된 제1 길이만큼 이격되도록 형성되며, 상기 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성은 상기 제1 길이에 기반하여 결정될 수 있다.
상기 급전부 및 상기 지지부는 상기 유전체의 하단면에 배치되는 제1 세그먼트 및 상기 제1 세그먼트의 일단으로부터 상기 인쇄회로기판 방향으로 연장되어 상기 인쇄회로기판의 상단면과 결합되는 제2 세그먼트를 포함할 수 있다.
상기 급전부 및 상기 지지부는 상기 제1 세그먼트의 타단으로부터 상기 인쇄회로기판 방향으로 연장되어 상기 인쇄회로기판의 상단면과 결합되는 제3 세그먼트를 더 포함할 수 있다.
상기 유전체는 상기 급전부 및 상기 지지부를 감싸도록 형성되며, 상기 제1 세그먼트, 상기 제2 세그먼트 및 상기 제3 세그먼트는 상기 유전체로부터 이탈되지 않도록 돌출부를 더 포함할 수 있다.
상기 급전부는 상기 방사체로 수평 편파와 관련된 전기적 신호를 공급하는 제1 급전부 및 상기 방사체로 수직 편파와 관련된 전기적 신호를 공급하는 제2 급전부를 포함하며, 상기 유전체의 하단면에서 상기 제1 급전부의 연장선과 상기 제2 급전부의 연장선은 서로 수직일 수 있다.
상기 지지부는 상기 유전체의 하단면에서 상기 제1 급전부의 연장선에 배치되는 제1 지지부 및 상기 유전체의 하단면에서 상기 제2 급전부의 연장선에 배치되는 제2 지지부를 포함할 수 있다.
본 발명은 플레이트 형상을 가지며 전기적 신호가 흐를 수 있도록 도전성 패턴이 형성되어 있는 절연체, 상기 절연체의 상단면에 배치되고, 상기 절연체와 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 있는 상단면을 통해 전파를 방사하는 금속 구조물 및 상기 절연체의 하단면에 배치되어 상기 도전성 패턴을 통해 상기 금속 구조물로 전파를 방사하기 위한 전기적 신호를 공급하는 무선통신칩을 포함하는 안테나 모듈을 제공한다.
상기 금속 구조물은 일단이 절연체에 형성된 상기 도전성 패턴과 전기적으로 연결되고 타단이 상기 금속 구조물의 상단면과 전기적으로 연결되며, 상기 금속 구조물의 상단면이 상기 절연체의 상단면으로부터 상기 제1 길이만큼 이격되도록 형성된 제1 급전부, 일단이 절연체에 형성된 상기 도전성 패턴과 전기적으로 연결되고 타단이 상기 금속 구조물의 상단면과 전기적으로 연결되며, 상기 금속 구조물의 상단면이 상기 절연체의 상단면으로부터 상기 제1 길이만큼 이격되도록 형성된 제2 급전부 및 일단이 절연체의 상단면과 연결되고 타단이 상기 금속 구조물의 상단면과 연결되며, 상기 금속 구조물의 상단면이 상기 절연체의 상단면으로부터 상기 제1 길이만큼 이격되도록 형성된 지지부를 포함할 수 있다.
상기 절연체의 상단면에서 상기 제1 급전부의 연장선과 상기 제2 급전부의 연장선은 서로 수직이며, 상기 지지부는 상기 제1 급전부의 연장선과 상기 제2 급전부의 연장선 사이의 영역에 배치될 수 있다.
본 발명은 상단면을 향해 전파가 방사되는 방사체, 상기 방사체의 상단면과 마주하는 상기 방사체의 하단면에 배치되는 유전체, 상기 유전체의 하단면에 배치되며, 상기 유전체를 통해 상기 방사체로 전기적 신호를 공급하는 급전부 및 상기 유전체의 하단면에 배치되며, 금속성 물질을 포함하는 지지부를 포함하는 안테나 모듈을 포함하는 전자 장치를 제공한다.
상기 전자 장치는 상기 급전부 및 상기 지지부와 결합되어 상기 급전부에 상기 전기적 신호를 공급하는 인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)을 더 포함할 수 있다.
상기 급전부 및 상기 지지부는 상기 유전체의 하단면과 상기 인쇄회로기판의 상단면이 기설정된 제1 길이만큼 이격되도록 형성되며, 상기 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성은 상기 제1 길이에 기반하여 결정될 수 있다.
상기 급전부 및 상기 지지부는 상기 유전체의 하단면에 배치되는 제1 세그먼트 및 상기 제1 세그먼트의 일단으로부터 상기 인쇄회로기판 방향으로 연장되어 상기 인쇄회로기판의 상단면과 결합되는 제2 세그먼트를 포함할 수 있다.
상기 급전부 및 상기 지지부는 상기 제1 세그먼트의 타단으로부터 상기 인쇄회로기판 방향으로 연장되어 상기 인쇄회로기판의 상단면과 결합되는 제3 세그먼트를 더 포함할 수 있다.
상기 유전체는 상기 급전부 및 상기 지지부를 감싸도록 형성되며, 상기 제1 세그먼트, 상기 제2 세그먼트 및 상기 제3 세그먼트는 상기 유전체로부터 이탈되지 않도록 돌출부를 더 포함할 수 있다.
상기 급전부는 상기 방사체로 수평 편파와 관련된 전기적 신호를 공급하는 제1 급전부 및 상기 방사체로 수직 편파와 관련된 전기적 신호를 공급하는 제2 급전부를 포함하며, 상기 유전체의 하단면에서 상기 제1 급전부의 연장선과 상기 제2 급전부의 연장선은 서로 수직일 수 있다.
상기 지지부는 상기 유전체의 하단면에서 상기 제1 급전부의 연장선에 배치되는 제1 지지부 및 상기 유전체의 하단면에서 상기 제2 급전부의 연장선에 배치되는 제2 지지부를 포함할 수 있다.
본 발명은 플레이트 형상을 가지며 전기적 신호가 흐를 수 있도록 도전성 패턴이 형성되어 있는 절연체, 상기 절연체의 상단면에 배치되고, 상기 절연체와 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 있는 상단면을 통해 전파를 방사하는 금속 구조물 및 상기 절연체의 하단면에 배치되어 상기 도전성 패턴을 통해 상기 금속 구조물로 전파를 방사하기 위한 전기적 신호를 공급하는 무선통신칩을 포함하는 안테나 모듈을 포함하는 전자 장치를 제공한다.
상기 금속 구조물은, 일단이 절연체에 형성된 상기 도전성 패턴과 전기적으로 연결되고 타단이 상기 금속 구조물의 상단면과 전기적으로 연결되며, 상기 금속 구조물의 상단면이 상기 절연체의 상단면으로부터 상기 제1 길이만큼 이격되도록 형성된 제1 급전부, 일단이 절연체에 형성된 상기 도전성 패턴과 전기적으로 연결되고 타단이 상기 금속 구조물의 상단면과 전기적으로 연결되며, 상기 금속 구조물의 상단면이 상기 절연체의 상단면으로부터 상기 제1 길이만큼 이격되도록 형성된 제2 급전부 및 일단이 절연체의 상단면과 연결되고 타단이 상기 금속 구조물의 상단면과 연결되며, 상기 금속 구조물의 상단면이 상기 절연체의 상단면으로부터 상기 제1 길이만큼 이격되도록 형성된 지지부를 포함할 수 있다.
상기 절연체의 상단면에서 상기 제1 급전부의 연장선과 상기 제2 급전부의 연장선은 서로 수직이며, 상기 지지부는 상기 제1 급전부의 연장선과 상기 제2 급전부의 연장선 사이의 영역에 배치될 수 있다.
본 발명에서 개시하고 있는 일실시예에 따르면, 차세대 통신 시스템에서 이용되는 초고주파 영역에서 안테나 성능을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라, 안테나 모듈 제작에 요구되는 공정을 단순화 시킴으로써 안테나 모듈 제작의 불량률 및 원가를 절감시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 모듈 구조의 측면을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 모듈 구조의 하단면을 나타낸 도면이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 급전부 또는 지지부를 나타낸 도면이다.
도 3b 및 도 3c는 본 발명의 제1 실시예에 따라 유전체에 결합된 급전부 또는 지지부를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 구조물이 포함된 안테나 모듈을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 구조물을 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다. 또한, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 각 도면에서 동일한 또는 대응하는 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하였다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이 때, 처리 흐름도 도면들의 각 블록과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 특정 방식으로 기능을 구현하기 위해 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 지향할 수 있는 컴퓨터 이용 가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장되는 것도 가능하므로, 그 컴퓨터 이용가능 또는 컴퓨터 판독 가능 메모리에 저장된 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능을 수행하는 인스트럭션 수단을 내포하는 제조 품목을 생산하는 것도 가능하다. 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에 탑재되는 것도 가능하므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비 상에서 일련의 동작 단계들이 수행되어 컴퓨터로 실행되는 프로세스를 생성해서 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비를 수행하는 인스트럭션들은 흐름도 블록(들)에서 설명된 기능들을 실행하기 위한 단계들을 제공하는 것도 가능하다.
또한, 각 블록은 특정된 논리적 기능(들)을 실행하기 위한 하나 이상의 실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 모듈, 세그먼트 또는 코드의 일부를 나타낼 수 있다. 또, 몇 가지 대체 실행 예들에서는 블록들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 블록들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 블록들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이 때, 본 실시 예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다. 또한 실시 예에서 '~부'는 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명은 앞서 개시한 바와 같이 차세대 이동 통신 시스템에서 안테나 모듈의 성능을 향상시킬 수 있는 안테나 모듈 구조를 제공한다. 보다 구체적으로 본원 발명은 제1 실시예로 유전체 및 상기 유전체를 지지하기 위한 지지부를 포함하는 안테나 모듈을 제공하며, 제2 실시예로 금속 구조물을 이용한 안테나 모듈을 제공한다. 이하에서는 상기 제1 실시예와 상기 제2 실시예에 따른 안테나 모듈 구조에 대해 보다 자세히 살펴보도록 한다.
<제1 실시예>
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 모듈 구조의 측면을 나타낸 도면이다.
제1 실시예에 따른 안테나 모듈(100) 구조는 상단면을 향해 전파가 방사되는 방사체(110), 상기 방사체(110)의 상단면과 마주하는 상기 방사체(110)의 하단면에 배치되는 유전체(120), 상기 유전체(120)의 하단면에 배치되며, 상기 유전체(120)를 통해 상기 방사체(110)로 전기적 신호를 공급하는 급전부(130), 상기 유전체(120)의 하단면에 배치되며, 금속성 물질을 포함하는 지지부(140) 및 상기 급전부(130) 및 상기 지지부(140)와 결합되어 상기 급전부(130)에 상기 전기적 신호를 공급하는 인쇄회로기판(150, printed circuit board, PCB)을 더 포함할 수 있다.
상기 급전부(130) 및 상기 지지부(140)는 상기 인쇄회로기판(150)과 다양한 방식을 통해 결합될 수 있다. 일실시예에 따르면, 상기 급전부(130) 및 상기 지지부(140)는 SMT(surface mount technology) 공정을 통해 상기 인쇄회로기판과 결합될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 인쇄회로기판(150)은 도전성 패턴이 형성될 수 있으며, 상기 도전성 패턴을 통해 무선통신칩(미도시)으로부터 공급되는 전기적 신호를 상기 급전부(130)로 공급할 수 있다. 즉, 일실시예에 따르면 상기 인쇄회로기판(150)의 일면에는 도전성 패턴이 형성되고 상기 도전성 패턴에 상기 급전부(130)의 일단이 전기적으로 결합될 수 있으며, 상기 인쇄회로기판(150)의 타면에는 무선통신칩이 배치되고, 상기 무선통신칩을 통해 공급되는 전기적 신호는 상기 도전성 패턴을 통해 상기 급전부(130)로 공급될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 급전부(130)와 상기 지지부(140)는 상기 유전체(120)의 하단면과 상기 인쇄회로기판(150)의 상단면이 기설정된 제1 길이만큼 이격되도록 형성될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 급전부(130)와 상기 지지부(140)는 동일한 형상으로 형성되거나 상이한 형상으로 형성될 수 있다. 다만, 상기 급전부(130)와 상기 지지부(140)의 형상이 서로 상이하다 하더라도, 상기 방사체(110)와 상기 인쇄회로기판(150)과의 평행을 유지하기 위해 상기 급전부(130)와 상기 지지부(140)의 높이는 동일할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 방사체(110)를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성은 상기 제1 길이(즉, 상기 유전체(120)의 하단면과 상기 인쇄회로기판(150)의 상단면간의 이격거리)에 기반하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 길이에 따라 방사체(110)를 통해 방사되는 전파의 게인값이 변경될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 유전체(120)를 통해 상기 방사체(110)와 상기 급전부(130)간 제2 길이만큼 이격거리가 형성될 수 있다. 즉, 상기 급전부(130)와 상기 방사체(110)는 갭-커플드(gap coupled) 구조를 가질 수 있다. 상기 급전부(130)와 방사체(110)는 모두 금속성 물질로 구성이 되며, 상기 급전부(130)와 상기 방사체(110)는 서로 제2 길이만큼 이격되어 배치되고, 상기 각각의 급전부(130)와 상기 방사체(110) 사이의 공간에는 유전체(120)가 배치된다. 따라서 상기와 같은 구조를 통해 급전부(130)와 방사체(110) 사이에 커패시터 또는 인덕터가 배치되는 효과를 얻을 수 있으며, 이를 통해 방사체(110)를 통해 방사되는 전파의 대역폭을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 안테나 모듈 구조의 하단면을 나타낸 도면이다.
보다 구체적으로 도 2는 본 발명에 따른 안테나 모듈(200) 구조에서 유전체(220)의 하단면에 배치되는 급전부(230, 232) 및 지지부(240, 242)의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
일실시예에 따르면, 급전부는 상기 유전체(220)의 상단면에 배치되는 방사체(210)로 수평 편파와 관련된 전기적 신호를 공급하는 제1 급전부(230) 및 상기 방사체(210)로 수직 편파와 관련된 전기적 신호를 공급하는 제2 급전부(232)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 유전체(220)의 하단면에서 상기 제1 급전부(230)의 연장선과 상기 제2 급전부(232)의 연장선은 서로 수직일 수 있다. 상기 제1 급전부(230)의 연장선과 상기 제2 급전부(232)의 연장선을 서로 수직으로 형성함으로써 수평 편파와 수직 편파간의 아이솔레이션(isolation)을 향상시킬 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 유전체(220)의 하단면에는 상기 제1 급전부(230)의 연장선에 배치되는 제1 지지부(242) 및 상기 제2 급전부(232)의 연장선에 배치되는 제2 지지부(240)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 지지부(242) 및 상기 제2 지지부(240)는 금속성 물질을 포함할 수 있다. 상기 제1 지지부(242) 및 상기 제2 지지부(240)를 통해 상기 제1 급전부(230) 또는 상기 제2 급전부(232)에 흐르는 전기적 신호에 의해 발생하는 전자장의 분포가 변경될 수 있다. 즉, 상기 제1 지지부(242) 및 상기 제2 지지부(240)에 포함되어 있는 금속성 물질에 의해 본 발명에 따른 안테나 모듈(200)의 아이솔레이션 성능이 향상될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 지지부(242) 및 상기 제2 지지부(240)와 상기 유전체(220)의 하단면이 접촉되는 면적의 크기에 따라 안테나 모듈(200)의 아이솔레이션 성능 향상 정도가 결정될 수 있다.
한편, 본 발명에서는 제1 급전부(230)가 수평 편파와 관련된 전기적 신호를 공급하고 제2 급전부(232)가 수직 편파와 관련된 전기적 신호를 공급할 수 있다고 개시하고 있으나, 이는 본 발명에 따른 일실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위가 이에 국한되어서는 안 될 것이다. 예를 들어 제1 급전부(230)가 수직 편파와 관련된 전기적 신호를 공급하고 제2 급전부(232)가 수평 편파와 관련된 전기적 신호를 공급할 수 있다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 급전부 또는 지지부를 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 급전부(330)는 유전체의 하단면에 배치되는 제1 세그먼트, 상기 제1 세그먼트의 일단으로부터 상기 인쇄회로기판 방향으로 연장되어 상기 인쇄회로기판의 상단면과 결합되는 제2 세그먼트 및 상기 제1 세그먼트의 타단으로부터 상기 인쇄회로기판 방향으로 연장되어 상기 인쇄회로기판의 상단면과 결합되는 제3 세그먼트를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 세그먼트는 유전체의 하단면에 직접적으로 결합되는 부분으로, 상기 제1 세그먼트는 유전체의 하단면을 통해 유전체의 상단면에 배치되어 있는 방사체로 전기적 신호를 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면 상기 제1 세그먼트의 면적 크기에 따라 상기 제1 세그먼트를 포함하는 안테나 모듈의 아이솔레이션 성능이 향상될 수 있다.
일실시예에 따르면 상기 제2 세그먼트 및 상기 제3 세그먼트는 상기 제1 세그먼트의 일단으로부터 연장되어 상기 유전체의 하단면과 인쇄회로기판의 상단면이 기설정된 제1 길이만큼 이격되도록 형성될 수 있다. 일실시예에 따르면 상기 방사체를 통해 방사되는 전파의 주파수 특성은 상기 제1 길이에 기반하여 결정될 수 있다.
일실시예에 따르면, 급전부(330)는 유전체에 융착되어 형성될 수 있으며, 상기 제1 세그먼트는 급전부(330)가 인서트 사출 시 상기 유전체로부터 이탈되지 않도록 복수개의 돌출부를 포함할 수 있다. 일실시예에 따르면 상기 제1 세그먼트는 상기 유전체로부터 이탈되지 않도록 제1 돌출부(333) 및 제2 돌출부(334)를 포함할 수 있으며, 상기 제2 세그먼트는 상기 유전체로부터 이탈되지 않도록 제3 돌출부(331)를 포함할 수 있고, 상기 제3 세그먼트는 상기 유전체로부터 이탈되지 않도록 제4 돌출부(332)를 포함할 수 있다.
한편, 도 3a에서는 급전부 또는 지지부가 제1 세그먼트, 제2 세그먼트, 제3 세그먼트로 구성되어 있는 경우를 도시하고 있으나, 이는 일실시예에 불과할 뿐 본 발명의 권리범위가 이에 국한되어서는 안 될 것이다.
일실시예에 따르면, 상기 급전부는 유전체의 하단면에 배치되는 제1 세그먼트 및 상기 제1 세그먼트의 일단으로부터 상기 인쇄회로기판 방향으로 연장되어 상기 인쇄회로기판의 상단면과 결합되는 제2 세그먼트만을 포함할 수 있다.
즉, 급전부는 상기 제2 세그먼트를 통해 인쇄회로기판으로부터 전파를 방사하기 위한 전기적 신호를 공급받을 수 있으며, 상기 전기적 신호는 상기 제2 세그먼트를 통해 상기 제1 세그먼트로 전달되고, 상기 제1 세그먼트에서 유전체의 하단면을 통해 상기 방사체로 상기 전기적 신호를 공급할 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제2 세그먼트는 인쇄회로기판으로부터 전기적 신호를 전달하는 기능 외에 상기 유전체와 상기 인쇄회로기판간의 이격거리가 유지되도록 상기 유전체를 지지하는 기능을 수행할 수 있다.
도 3b 및 도 3c는 본 발명의 제1 실시예에 따라 유전체에 결합된 급전부 또는 지지부를 나타낸 도면이다.
도 3b에서 개시하고 있는 일실시예에 따르면, 급전부(330)에 배치된 제3 돌출부(331) 및 제4 돌출부(332)에 의해 급전부(330)의 수평 방향으로의 이탈을 방지할 수 있다.
도 3c에서 개시하고 있는 일실시예에 따르면, 급전부(330)에 배치된 제1 돌출부(333) 및 제2 돌출부(334)에 의해 급전부(330)의 수직 방향으로의 이탈을 방지할 수 있다.
한편, 도 3a 내지 도 3c에서는 일실시예로 급전부의 형상만을 개시하고 있으나, 본 발명에 따른 지지부도 급전부와 동일 또는 유사한 형상을 가질 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명에서 개시하고 있는 급전부의 형상을 일실시예에 불과한 것이므로, 본 발명의 권리범위가 도 3a 내지 도 3c에서 개시하고 있는 급전부 또는 지지부의 형상에 국한되어서는 안 될 것이다.
<제2 실시예>
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 구조물이 포함된 안테나 모듈을 나타낸 도면이다.
본 발명에 따른 안테나 모듈(400)은 플레이트 형상을 가지며 전기적 신호가 흐를 수 있도록 도전성 패턴(420)이 형성되어 있는 절연체(430), 상기 절연체(430)의 상단면에 배치되고, 상기 절연체(430)와 기설정된 제1 길이만큼 이격되어 있는 상단면을 통해 전파를 방사하는 금속 구조물(410, 412) 및 상기 절연체(430)의 하단면에 배치되어 상기 도전성 패턴(420)을 통해 상기 금속 구조물(410, 412)로 전파를 방사하기 위한 전기적 신호를 공급하는 무선통신칩(440)을 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면 상기 무선통신칩(440)은 상기 도전성 패턴(420)을 통해 상기 금속 구조물(410, 412)로 직접적으로 전기적 신호를 공급할 수 있다. 즉, 제1 실시예에 따른 안테나 모듈 구조는 급전부와 방사체가 유전체를 통해 특정 거리만큼 이격되어 있는 구조(즉, 간접적으로 방사체에 전기적 신호를 공급하는 구조)인 반면에, 제2 실시예에서 개시하고 있는 안테나 모듈(400) 구조는 금속 구조물(410, 412)이 도전성 패턴(420)을 통해 무선통신칩(440)으로부터 직접적으로 전기적 신호를 공급받는 구조이다.
다시 말해, 제2 실시예에 따른 금속 구조물(410, 412)은 제1 실시예에서 개시하고 있는 안테나 모듈의 급전부, 지지부, 방사체를 모두 포함하는 구조이다. 상기 금속 구조물(410, 412)의 구체적인 구조는 도 5에서 후술한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 구조물을 나타낸 도면이다.
제2 실시예에 따른 금속 구조물은 일단이 절연체에 형성된 도전성 패턴과 전기적으로 연결되고 타단이 상기 금속 구조물의 상단면(510)과 전기적으로 연결되며, 상기 금속 구조물의 상단면(510)이 상기 절연체의 상단면으로부터 상기 제1 길이만큼 이격되도록 형성된 제1 급전부(520), 일단이 절연체에 형성된 상기 도전성 패턴과 전기적으로 연결되고 타단이 상기 금속 구조물의 상단면(510)과 전기적으로 연결되며, 상기 금속 구조물의 상단면(510)이 상기 절연체의 상단면으로부터 상기 제1 길이만큼 이격되도록 형성된 제2 급전부(522) 및 일단이 절연체의 상단면과 연결되고 타단이 상기 금속 구조물의 상단면(510)과 연결되며, 상기 금속 구조물의 상단면(510)이 상기 절연체의 상단면으로부터 상기 제1 길이만큼 이격되도록 형성된 지지부(524)를 포함할 수 있다.
일실시예에 따르면 상기 제1 급전부(520)는 수평 편파와 관련된 전기적 신호를 상기 금속 구조물의 상단면(510)으로 공급할 수 있으며, 상기 제2 급전부(522)는 수직 편파와 관련된 전기적 신호를 상기 금속 구조물의 상단면(510)으로 공급할 수 있다. 일실시예에 따르면 상기 금속 구조물의 상단면(510)은 상기 제1 급전부(520) 또는 상기 제2 급전부(522)로부터 전기적 신호를 공급 받아 전파를 방사할 수 있다. 즉, 상기 금속 구조물의 상단면(510)은 방사체와 동일 또는 유사한 동작을 수행할 수 있다.
일실시예에 따르면 상기 절연체의 상단면에서 상기 제1 급전부(520)의 연장선과 상기 제2 급전부(522)의 연장선은 서로 수직일 수 있다. 일실시예에 따르면 상기 제1 급전부(520)의 연장선과 상기 제2 급전부(522)의 연장선을 수직으로 배치함으로써 안테나 모듈의 아이솔레이션 성능을 향상시킬 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 지지부(524)는 상기 제1 급전부(520)의 연장선과 상기 제2 급전부(522)의 연장선 사이의 영역에 배치될 수 있다. 즉, 상기 제1 급전부(520)의 연장선과 제2 급전부(522)의 연장선은 상기 금속 구조물의 상단면(510)에서 바라보았을 때 서로 수직(90°) 관계에 있을 수 있으며, 상기 지지부(524)는 상기 제1 급전부(520) 상기 제2 급전부(522)가 상기 금속 구조물의 상단면(510)상에서 형성하는 270°의 각에서 135°가 되는 지점에 형성될 수 있다.
일실시예에 따르면, 상기 제1 급전부(520)의 연장선과 상기 제2 급전부(522)의연장선이 서로 수직을 형성하고, 상기 지지부(524)가 상기 제1 급전부(520)의 연장선과 상기 제2 급전부(522)의 연장선 사이의 영역에 배치되는 것이 안테나 모듈의 아이솔레이션 성능 측면에서 가장 유리할 수 있다.
한편, 본 발명에서는 제1 급전부(520)가 수평 편파와 관련된 전기적 신호를 공급하고 제2 급전부(522)가 수직 편파와 관련된 전기적 신호를 공급할 수 있다고 개시하고 있으나, 이는 본 발명에 따른 일실시예에 불과하므로 본 발명의 권리범위가 이에 국한되어서는 안 될 것이다. 예를 들어 제1 급전부(520)가 수직 편파와 관련된 전기적 신호를 공급하고 제2 급전부(522)가 수평 편파와 관련된 전기적 신호를 공급할 수 있다.
뿐만 아니라, 도 5에서 도시하고 있는 금속 구조물은 본 발명에서 개시하고 있는 금속 구조물의 일실시예에 해당할 뿐이므로 본 발명의 권리범위가 도 5에서 도시하고 있는 금속 구조물 형태에 국한되어서는 안 될 것이다.
본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 즉 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다. 또한 상기 각각의 실시 예는 필요에 따라 서로 조합되어 운용할 수 있다. 예컨대, 본 발명에서 제안하는 방법들의 일부분들이 서로 조합되어 기지국과 단말이 운용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 단말과 통신을 수행하도록 구성되는 무선 통신 장치를 위한 안테나 모듈에 있어서, 상기 안테나 모듈은,
    도전성 패턴을 포함하는 절연판(insulator plate);
    복수의 금속 구조물들, 상기 복수의 금속 구조물들의 각 금속 구조물은 상부면 부분, 제1 급전 부분, 및 제2 급전 부분을 포함하고, 상기 복수의 금속 구조물들의 각 금속 구조물은 상기 상부면 부분을 통해 신호를 방사하도록 배치되고; 및
    복수의 통신 칩들을 포함하고, 상기 복수의 통신 칩들의 각 통신 칩은, 상기 복수의 금속 구조물들 중에서 적어도 두 개의 금속 구조물에 전기 신호를 공급하기 위해, 상기 도전성 패턴과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 급전 부분 및 상기 제2 급전 부분은 상기 상부면 부분이 상기 절연판으로부터 이격되도록 형성되고,
    상기 복수의 금속 구조물들의 각 금속 구조물은 상기 제1 급전 부분에 대응하는 제1 신호를 방사하고 상기 제2 급전 부분에 대응하는 제2 신호를 방사하도록 배치되고,
    상기 제1 신호의 제1 편파 및 상기 제2 신호의 제2 편파는 서로 다르고,
    상기 안테나 모듈은 MIMO(multiple input multiple output) 안테나 방식으로 동작하도록 구성되는, 안테나 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 통신 칩들 중에서 제1 통신 칩은, 상기 전기 신호를 상기 복수의 금속 구조물들 중에서 제1 금속 구조물 및 제2 금속 구조물에 공급하기 위해, 상기 도전성 패턴의 제1 부분에 연결되고,
    상기 복수의 통신 칩들 중에서 제2 통신 칩은, 상기 전기 신호를 상기 복수의 금속 구조물들 중에서 상기 제1 금속 구조물 및 상기 제2 금속 구조물에 공급하기 위해, 상기 도전성 패턴의 제2 부분에 연결되는,
    안테나 모듈.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 신호의 상기 제1 편파 및 상기 제2 신호의 상기 제2 편파를 서로 수직인 안테나 모듈.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 금속 구조물들 각각에 대하여,
    상기 제1 급전 부분은 상기 전기 신호를, 상기 상부면 부분의 상기 제1 편파를 위하여, 공급하도록 배치되고,
    상기 제2 급전 부분은 상기 전기 신호를, 상기 상부면 부분의 상기 제1 편파를 위하여, 공급하도록 배치되는,
    안테나 모듈.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 급전 부분 및 상기 제2 급전 부분은 상기 절연판으로부터 상기 상부면 부분이 일정 거리를 유지하도록 형성되는,
    안테나 모듈.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 복수의 금속 구조물 중에서 각 금속 구조물의 주파수 특성은 상기 일정 거리에 의존적인(dependent on) 안테나 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 금속 구조물들 각각에 대하여,
    상기 제1 편파에 대응하는 금속 구조물의 제1 부분은 상기 제1 급전 부분을 형성하기 위해, 절단되고,
    상기 제2 편파에 대응하는 금속 구조물의 제2 부분은 상기 제1 급전 부분을 형성하기 위해, 절단되는,
    안테나 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 급전 부분은, 상기 상부면 부분과 동일 평면에서 절단(cutting) 및 굽힘(bending)에 기반하여 형성되고,
    상기 제2 급전 부분은, 상기 상부면 부분과 동일 평면에서 절단 및 굽힘에 기반하여 형성되는,
    안테나 모듈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 안테나 모듈은 5G(5th generation) 통신 시스템의 주파수 대역에서 통신을 수행하도록 구성되는,
    안테나 모듈.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 급전 부분과 상기 제2 급전 부분은, 상기 절연판으로부터 상기 상부면 부분이 일정 거리 이격되도록, 상기 상부면 부분을 지지하도록 배치되고,
    상기 상부면 부분은, 평면에서 복수의 개구(opening) 영역들을 포함하는,
    안테나 모듈.

  11. 단말과 통신을 수행하도록 구성되는 무선 통신 장치에 있어서, 상기 무선 통신 장치는,
    파워 서플라이(power supply); 및
    안테나 모듈을 포함하고,
    상기 안테나 모듈은:
    도전성 패턴을 포함하는 절연판(insulator plate);
    복수의 금속 구조물들, 상기 복수의 금속 구조물들의 각 금속 구조물은 상부면 부분, 제1 급전 부분, 및 제2 급전 부분을 포함하고, 상기 복수의 금속 구조물들의 각 금속 구조물은 상기 상부면 부분을 통해 신호를 방사하도록 배치되고; 및
    복수의 통신 칩들을 포함하고, 상기 복수의 통신 칩들의 각 통신 칩은, 상기 복수의 금속 구조물들 중에서 적어도 두 개의 금속 구조물에 전기 신호를 공급하기 위해, 상기 도전성 패턴과 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 급전 부분 및 상기 제2 급전 부분은 상기 상부면 부분이 상기 절연판으로부터 이격되도록 형성되고,
    상기 복수의 금속 구조물들의 각 금속 구조물은 상기 제1 급전 부분에 대응하는 제1 신호를 방사하고 상기 제2 급전 부분에 대응하는 제2 신호를 방사하도록 배치되고,
    상기 제1 신호의 제1 편파 및 상기 제2 신호의 제2 편파는 서로 다르고,
    상기 안테나 모듈은 MIMO(multiple input multiple output) 안테나 방식으로 동작하도록 구성되는, 무선 통신 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 통신 칩들 중에서 제1 통신 칩은, 상기 전기 신호를 상기 복수의 금속 구조물들 중에서 제1 금속 구조물 및 제2 금속 구조물에 공급하기 위해, 상기 도전성 패턴의 제1 부분에 연결되고,
    상기 복수의 통신 칩들 중에서 제2 통신 칩은, 상기 전기 신호를 상기 복수의 금속 구조물들 중에서 상기 제1 금속 구조물 및 상기 제2 금속 구조물에 공급하기 위해, 상기 도전성 패턴의 제2 부분에 연결되는,
    무선 통신 장치.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 신호의 상기 제1 편파 및 상기 제2 신호의 상기 제2 편파를 서로 수직인 무선 통신 장치.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 금속 구조물들 각각에 대하여,
    상기 제1 급전 부분은 상기 전기 신호를, 상기 상부면 부분의 상기 제1 편파를 위하여, 공급하도록 배치되고,
    상기 제2 급전 부분은 상기 전기 신호를, 상기 상부면 부분의 상기 제1 편파를 위하여, 공급하도록 배치되는,
    무선 통신 장치.
  15. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 급전 부분 및 상기 제2 급전 부분은 상기 절연판으로부터 상기 상부면 부분이 일정 거리를 유지하도록 형성되는,
    무선 통신 장치.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 복수의 금속 구조물 중에서 각 금속 구조물의 주파수 특성은 상기 일정 거리에 의존적인(dependent on) 무선 통신 장치.
  17. 청구항 11에 있어서,
    상기 복수의 금속 구조물들 각각에 대하여,
    상기 제1 편파에 대응하는 금속 구조물의 제1 부분은 상기 제1 급전 부분을 형성하기 위해, 절단되고,
    상기 제2 편파에 대응하는 금속 구조물의 제2 부분은 상기 제1 급전 부분을 형성하기 위해, 절단되는,
    무선 통신 장치.
  18. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 급전 부분은, 상기 상부면 부분과 동일 평면에서 절단(cutting) 및 굽힘(bending)에 기반하여 형성되고,
    상기 제2 급전 부분은, 상기 상부면 부분과 동일 평면에서 절단 및 굽힘에 기반하여 형성되는,
    무선 통신 장치.
  19. 청구항 11에 있어서,
    상기 무선 통신 장치는 5G(5th generation) 통신 시스템의 주파수 대역에서 통신을 수행하도록 구성되는,
    무선 통신 장치.
  20. 청구항 11에 있어서,
    상기 제1 급전 부분과 상기 제2 급전 부분은, 상기 절연판으로부터 상기 상부면 부분이 일정 거리 이격되도록, 상기 상부면 부분을 지지하도록 배치되고,
    상기 상부면 부분은, 평면에서 복수의 개구(opening) 영역들을 포함하는,
    무선 통신 장치.
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