KR20230024104A - 안테나 장치 - Google Patents

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dielectric layer
feed
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feed pattern
antenna
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KR1020210106227A
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박주형
임대기
류정기
안성용
김재영
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삼성전기주식회사
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Abstract

실시예에 따른 안테나 장치는 제1 유전층, 상기 제1 유전층 위에 위치하는 제2 유전층, 상기 제1 유전층과 상기 제2 유전층 사이에 위치하는 제3 유전층, 상기 제1 유전층을 관통하는 피드 비아, 상기 제1 유전층과 상기 제3 유전층 사이에 위치하는 제1 피드 패턴, 상기 제2 유전층과 상기 제3 유전층 사이에 위치하고, 상기 제1 피드 패턴과 중첩하는 제2 피드 패턴, 상기 제2 유전층 위에 위치하고, 상기 제1 피드 패턴 및 상기 제2 피드 패턴과 중첩하는 패치 안테나 패턴을 포함하고, 상기 제3 유전층의 유전율은 상기 제1 유전층의 유전율과 상기 제2 유전층의 유전율보다 작을 수 있다.

Description

안테나 장치 {ANNTENA DEVICE}
본 개시는 안테나 장치에 관한 것이다.
최근 5세대(5G) 통신을 포함하는 밀리미터웨이브(mmWave) 통신이 활발하게 연구되고 있으며, 이를 원활히 구현하는 안테나 장치의 상용화/표준화를 위한 연구도 활발히 진행되고 있다.
한편, 휴대용 전자 장치가 발전함에 따라, 전자 장치의 표시 영역인 화면의 크기가 커지고 이에 따라 안테나 등이 배치되는 비표시 영역인 베젤의 크기는 감소하고, 이에 따라 안테나가 설치될 수 있는 영역의 면적도 감소하게 된다.
실시예들은 좁은 영역에 배치될 수 있고, 안테나 성능을 높일 수 있는 안테나 장치를 제공하기 위한 것이다.
그러나, 실시예들이 해결하고자 하는 과제는 상술한 과제에 한정되지 않고 실시예들에 포함된 기술적 사상의 범위에서 다양하게 확장될 수 있다.
한 실시예에 따른 안테나 장치는 제1 유전층, 상기 제1 유전층 위에 위치하는 제2 유전층, 상기 제1 유전층과 상기 제2 유전층 사이에 위치하는 제3 유전층, 상기 제1 유전층을 관통하는 피드 비아, 상기 제1 유전층과 상기 제3 유전층 사이에 위치하는 제1 피드 패턴, 상기 제2 유전층과 상기 제3 유전층 사이에 위치하고, 상기 제1 피드 패턴과 중첩하는 제2 피드 패턴, 상기 제2 유전층 위에 위치하고, 상기 제1 피드 패턴 및 상기 제2 피드 패턴과 중첩하는 패치 안테나 패턴을 포함하고, 상기 제3 유전층의 유전율은 상기 제1 유전층의 유전율과 상기 제2 유전층의 유전율보다 작을 수 있다.
상기 제1 유전층은 서로 마주하는 제1 면과 제2 면을 포함할 수 있고, 상기 제2 유전층은 서로 마주하는 제3 면과 제4 면을 포함할 수 있다.
상기 제1 피드 패턴은 상기 제1 유전층의 상기 제2 면에 위치할 수 있고, 상기 제2 피드 패턴은 상기 제2 유전층의 상기 제3 면에 위치할 수 있다.
상기 제1 유전층의 상기 제2 면과 상기 제2 유전층의 상기 제3 면은 상기 제3 유전층을 사이에 두고 서로 마주할 수 있다.
상기 제3 유전층은 폴리머를 포함하고, 상기 폴리머층은 접착성을 가질 수 있다.
상기 제1 피드 패턴의 평면 형태는 상기 제2 피드 패턴의 평면 형태와 거의 같을 수 있다.
상기 안테나 장치는 상기 제1 피드 패턴과 중첩하고 상기 피드 비아에 연결된 제3 피드 패턴을 더 포함할 수 있다.
상기 제3 피드 패턴은 상기 제1 유전층의 상기 제1 면에 위치할 수 있다.
상기 제3 피드 패턴의 평면 형태는 상기 제1 피드 패턴의 평면 형태 및 상기 제2 피드 패턴의 평면 형태와 거의 같을 수 있다.
다른 한 실시예에 따른 안테나 장치는 제1 유전층, 상기 제1 유전층 위에 위치하는 고 제2 유전층, 상기 제1 유전층을 관통하는 피드 비아, 상기 제1 유전층 위에 위치하고, 상기 피드 비아와 연결되는 제1 피드 패턴, 상기 제1 유전층 위에 위치하고, 상기 제1 피드 패턴과 중첩하는 제2 피드 패턴, 상기 제1 유전층 아래에 위치하고, 상기 피드 비아와 연결되는 제3 피드 패턴, 상기 제2 유전층 위에 위치하고, 상기 제1 피드 패턴, 상기 제2 피드 패턴 및 상기 제3 피드 패턴과 중첩하는 패치 안테나 패턴을 포함할 수 있다.
상기 제3 피드 패턴은 상기 제1 피드 패턴과 중첩할 수 있고, 상기 제3 피드 패턴의 평면 형태는 상기 제1 피드 패턴의 평면 형태와 상기 제2 피드 패턴의 평면 형태와 거의 같을 수 있다.
다른 한 실시예에 따른 안테나 장치는 피드 비아, 상기 피드 비아와 연결된 제1 피드 패턴, 상기 제1 피드 패턴과 중첩하는 제2 피드 패턴, 상기 제1 피드 패턴 및 상기 제2 피드 패턴과 중첩하는 패치 안테나 패턴, 그리고 상기 제1 피드 패턴과 상기 제2 피드 패턴 사이에 위치하는 폴리머층을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 안테나 장치는 좁은 영역에 배치될 수 있고, 성능을 높일 수 있다.
그러나, 실시예들의 효과는 상술한 효과에 한정되는 것은 아니며, 본 실시예들의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 확장될 수 있음이 자명하다.
도 1은 한 실시예에 따른 안테나 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 안테나 장치의 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 도 1의 안테나 장치의 일부를 도시한 평면도이다.
도 6은 도 1의 안테나 장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 7은 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 단면도이다.
도 8은 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 단면도이다.
도 9는 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 사시도이다.
도 10은 도 9의 안테나 장치의 단면도이다.
도 11은 도 9의 안테나 장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 12는 한 실시예에 따른 안테나 장치의 배열을 도시한 안테나 어레이의 사시도이다.
도 13은 한 실시예에 따른 안테나 장치의 배열을 도시한 안테나 어레이의 평면도이다.
도 14는 한 실시예에 따른 안테나 장치의 배열을 도시한 안테나 어레이의 평면도이다.
도 15는 한 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 전자 기기를 도시한 사시도이다.
도 16은 한 실험예의 결과를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.
또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
또한, 명세서 전체에서, "연결된다"라고 할 때, 이는 둘 이상의 구성요소가 직접적으로 연결되는 것만을 의미하는 것이 아니고, 둘 이상의 구성요소가 다른 구성요소를 통하여 간접적으로 연결되는 것, 물리적으로 연결되는 것뿐만 아니라 전기적으로 연결되는 것, 또는 위치나 기능에 따라 상이한 명칭들로 지칭되었으나 일체인 것을 의미할 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 다양한 실시예와 변형예들을 상세하게 설명한다.
도 1 내지 도 6을 참고하여, 한 실시예에 따른 안테나 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 한 실시예에 따른 안테나 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 안테나 장치의 단면도이고, 도 3 내지 도 5는 도 1의 안테나 장치의 일부를 도시한 평면도이고, 도 6은 도 1의 안테나 장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 한 실시예에 따른 안테나 장치(100a)는 제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b), 제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b) 사이에 위치하는 제3 유전층(110c), 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b), 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)에 연결된 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b), 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 중첩하는 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b), 그리고 패치 안테나 패턴(141)을 포함한다.
제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b)은 제1 방향(DR1)과 제2 방향(DR2), 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)에 수직인 제3 방향(DR3)으로 확장될 수 있다.
제2 유전층(110b)은 제3 방향(DR3)을 따라 제1 유전층(110a) 위에 위치할 수 있고, 제3 유전층(110c)은 제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b) 사이에 위치할 수 있다.
제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b)은 인쇄회로기판(PCB)의 일반적인 절연층의 유전율보다 더 높은 유전율을 가지도록 구성된 세라믹(ceramic) 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b)은 저온 동시 소성 세라믹(Low temperature co-fired ceramic, LTCC)과 같은 세라믹 계열의 물질이나 글래스(glass) 계열의 물질과 같이 상대적으로 높은 유전율을 가지는 물질로 구성될 수 있으며, 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 칼슘(Ca), 및 티타늄(Ti) 중 적어도 하나를 더 함유함으로써 더 높은 유전율이나 더 강한 내구성을 가지도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b)은 Mg2Si04, MgAlO4, CaTiO3를 포함할 수 있다.
제3 유전층(110c)은 제1 유전층(110a) 및 제2 유전층(110b)과 다른 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제3 유전층(110c)은 접착성을 가지는 폴리머(polymer)를 포함할 수 있고, 제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b) 사이에 위치하여, 제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b)을 서로 결합할 수 있다.
제3 유전층(110c)은 제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b) 사이의 유전매질 경계면을 형성하도록 제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b)의 유전율보다 낮은 유전율을 가지는 세라믹(ceramic) 재료를 포함하거나, LCP(Liquid Crystal Polymer)나 폴리이미드와 같이 높은 유연성을 가지는 재료를 포함하거나, 강한 내구성, 높은 접착성을 가지도록 에폭시(epoxy) 수지나 테플론(Teflon) 같은 재료를 포함할 수도 있다.
제1 유전층(110a)은 제3 방향(DR3)을 따라 서로 마주보는 제1 면(110a1)과 제2 면(110a2)을 가질 수 있고, 제2 유전층(110b) 역시 제3 방향(DR3)을 따라 서로 마주보는 제1 면(110b1)과 제2 면(110b2)을 가질 수 있다. 제3 방향(DR3)을 따라 제1 유전층(110a)의 제2 면(110a2)은 제2 유전층(110b)의 제1 면(110b1)과 마주하고, 제3 유전층(110c)은 제1 유전층(110a)의 제2 면(110a2)과 제2 유전층(110b)의 제1 면(110b1) 사이에 삽입될 수 있다.
제1 유전층(110a)의 제1 면(110a1)에는 복수의 연결부(31a, 31b, 31c)가 부착될 수 있고, 제1 유전층(110a)의 제2 면(110a2)에는 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)이 위치할 수 있다.
도 1 및 도 2와 함께 도 3을 참고하면, 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)는 제1 유전층(110a)을 관통할 수 있고, 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)는 제1 유전층(110a)의 제2 면(110a2)에 위치하는 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)에 연결될 수 있다. 이를 통해, 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)은 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)에 연결되어 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)로부터 전기 신호를 인가받을 수 있다.
도 1 및 도 2와 함께 도 4를 참고하면, 제2 유전층(110b)의 제1 면(110b1)에는 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)이 위치할 수 있다.
제2 유전층(110b)의 제1 면(110b1)에 위치하는 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)은 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 같은 평면 형태를 가질 수 있고, 서로 거의 같은 크기를 가질 수 있다.
제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)은 제3 유전층(110c)을 사이에 두고 제3 방향(DR3)을 따라 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 서로 중첩할 수 있다.
도 1 및 도 2와 함께 도 5를 참고하면, 제2 유전층(110b)의 제2 면(110b2)에는 패치 안테나 패턴(141)이 위치할 수 있다.
패치 안테나 패턴(141)은 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)에 연결된 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b), 그리고 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 중첩하는 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)과 중첩할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 안테나 장치(100a)는 제1 유전층(110a)의 제1 면(110a1)에 부착된 복수의 연결부(31a, 31b, 31c)를 통해 연결 부재(300)에 연결될 수 있다. 복수의 연결부(31a, 31b, 31c)는 솔더볼(solder ball), 핀(pin), 랜드(land), 패드(pad)와 같은 구조를 가질 수 있다.
연결 부재(300)는 그라운드 플레인(301)과 복수의 금속층(302, 303)을 포함할 수 있다.
그라운드 플레인(301)은 관통홀(301a, 301b)을 가질 수 있고, 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)는 그라운드 플레인(301)의 관통홀(301a, 301b)을 통해 그라운드 플레인(301)을 통과하여 연결 부재(300)의 다른 층에 연결됨으로써, 전기 신호를 인가받을 수 있다.
도 1 내지 도 5와 함께 도 6을 참고하면, 연결 부재(300)를 통해 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)에 인가된 전기 신호는 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)에 연결된 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)에 전달되고, 전기 신호가 인가된 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)은 패치 안테나 패턴(141)과 커플링되어, 패치 안테나 패턴(141)에 전기 신호를 전달할 수 있다.
이 때, 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 중첩하는 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)은 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 커플링되고 이와 동시에 패치 안테나 패턴(141)과 커플링될 수 있다. 이처럼 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 패치 안테나 패턴(141) 사이에 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)을 추가적으로 배치함으로써, 패치 안테나 패턴(141)은 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 커플링되어 전기 신호를 인가받음과 동시에 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)과 커플링되어 전기 신호를 인가받을 수 있다.
패치 안테나 패턴(141)은, 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)에 연결된 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b), 그리고 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 커플링되는 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)과 커플링되어, RF 신호를 송수신 할 수 있다. 예를 들어, 패치 안테나 패턴(141)은 제1 피드 비아(111a), 제1 피드 패턴(121a), 제3 피드 패턴(131a)과의 커플링을 통해 제1 편파 RF 신호를 송수신 할 수 있고, 패치 안테나 패턴(141)은 제2 피드 비아(111b), 제2 피드 패턴(121b), 제4 피드 패턴(131b)과의 커플링을 통해 제2 편파 RF 신호를 송수신 할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 패치 안테나 패턴(141)은 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 커플링되어 전기 신호를 인가받음과 동시에 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)과 커플링되어 진기 신호를 인가받을 수 있다. 패치 안테나 패턴(141)과 추가적으로 커플링되는 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)은 패치 안테나 패턴(141)에 추가 임피던스를 제공할 수 있으며, 이에 의해 안테나 장치(100a)의 크기를 크게 하지 않으면서도 패치 안테나 패턴(141)을 통해 송수신되는 RF 신호의 대역 폭을 확장할 수 있다.
제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 패치 안테나 패턴(141) 사이에 위치하는 제3 유전층(110c)은 제1 유전층(110a) 및 제2 유전층(110b)과 다른 유전율을 가짐으로써, 제3 유전층(110c)은 제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b) 사이의 유전매질 경계면을 형성할 수 있고, 유전매질 경계면은 RF 신호의 전파방향을 굴절시켜서 안테나 장치(100a)의 방사 패턴 형성 방향을 제3 방향(DR3)으로 집중시킬 수 있다.
다시 도 5를 참고하면, 패치 안테나 패턴(141)은 다각형의 평면 형태를 가질 수 있고, 예를 들어 팔각형의 평면 형태를 가질 수 있다. 패치 안테나 패턴(141)에 흐르는 표면 전류는 패치 안테나 패턴(141)의 가장자리를 따라 흐를 수 있고, 패치 안테나 패턴(141)이 다각형의 평면 형태를 가짐으로써, 패치 안테나 패턴(141)의 크기를 크게 하지 않으면서도, 패치 안테나 패턴(141)에 흐르는 표면 전류의 전류 경로가 길어질 수 있고, 이에 의해 안테나 장치의 크기를 크게 하지 않으면서도 패치 안테나 패턴(141)을 통해 송수신되는 RF 신호의 대역 폭을 확장할 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 안테나 장치(100a)는 안테나 크기를 크게 하지 않으면서도 안테나 장치의 대역폭은 확장될 수 있어, 본 실시예에 따른 안테나 장치(100a)는 좁은 영역에 배치될 수 있고, 성능을 높일 수 있다.
도 1 내지 도 6을 참고로 설명한 실시예에 따르면, 두 개의 피드 비아(111a, 111b)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않으며, 안테나 장치(100a)는 하나 이상의 피드 비아와 이에 연결된 피드 패턴, 피드 패턴과 중첩하는 추가 피드 패턴을 포함할 수 있다.
그러면, 도 7을 참고하여, 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치(100aa)에 대하여 설명한다. 도 7은 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 안테나 장치(100aa)는 앞서 도 1 내지 도 6을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100a)와 유사하다. 동일한 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
그러나, 본 실시예에 따른 안테나 장치(100aa)는 앞서 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100a)와 다르게, 제3 유전층(110c)은 그 중심에 형성된 공동(air cavity)(110c1)을 가질 수 있고, 공동(110c1)에는 공기가 채워질 수 있다. 이에 의해 제3 유전층(110c)의 유전율은 제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b)의 유전율보다 더 작아질 수 있다.
그러면, 도 8을 참고하여, 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치(100b)에 대하여 설명한다. 도 8은 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 단면도이다.
도 8을 참고하면, 본 실시예에 따른 안테나 장치(100b)는 앞서 도 1 내지 도 6을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100a)와 유사하다. 동일한 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
그러나, 본 실시예에 따른 안테나 장치(100b)는 앞서 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100a)와 다르게, 제1 유전층(110a) 아래에 연결 부재(300)가 위치할 수 있고, 안테나 장치(100b)는 복수의 연결부(31c) 없이 그라운드 플레인(301)에 연결될 수 있다. 또한, 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)는 복수의 연결부(31a, 31b) 없이 그라운드 플레인(301)의 관통홀을 통해 그라운드 플레인을 통과하여 연결 부재(300)의 다른 층에 연결됨으로써, 전기 신호를 인가받을 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 안테나 장치(100b)는 앞서 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100a)와 다르게, 연결 부재(300) 위에 연결 부재(300)와 일체로 형성될 수 있다.
앞서 도 1 내지 도 6을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100a), 그리고 도 7에 도시한 실시예에 따른 안테나 장치(100aa)의 많은 특징들은 본 실시예에 따른 안테나 장치(100b)에 모두 적용 가능하다.
그러면, 도 9 내지도 11을 참고하여, 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치(100c)에 대하여 설명한다. 도 9는 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치의 사시도이고, 도 10은 도 9의 안테나 장치의 단면도이고, 도 11은 도 9의 안테나 장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 9 내지 도 11을 참고하면, 본 실시예에 따른 안테나 장치(100c)는 앞서 도 1 내지 도 6을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100a)와 유사하다. 동일한 구성 요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 안테나 장치(100c)는 제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b), 제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b) 사이에 위치하는 제3 유전층(110c), 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b), 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)에 연결된 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b), 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 중첩하는 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b), 그리고 패치 안테나 패턴(141)을 포함한다.
앞서 도 1 내지 도 6을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100a)와 다르게, 본 실시예에 따른 안테나 장치(100c)는 제5 피드 패턴(121c) 및 제6 피드 패턴(121d)을 더 포함할 수 있다.
제1 유전층(110a)은 제3 방향(DR3)을 따라 서로 마주보는 제1 면(110a1)과 제2 면(110a2)을 가질 수 있고, 제2 유전층(110b) 역시 제3 방향(DR3)을 따라 서로 마주보는 제1 면(110b1)과 제2 면(110b2)을 가질 수 있다. 제3 방향(DR3)을 따라 제1 유전층(110a)의 제2 면(110a2)은 제2 유전층(110b)의 제1 면(110b1)과 마주하고, 제3 유전층(110c)은 제1 유전층(110a)의 제2 면(110a2)과 제2 유전층(110b)의 제1 면(110b1) 사이에 삽입될 수 있다.
제1 유전층(110a)의 제1 면(110a1)에는 제5 피드 패턴(121c) 및 제6 피드 패턴(121d)이 위치할 수 있고, 제1 유전층(110a)의 제1 면(110a1)에는 복수의 연결부(31a, 31b, 31c)가 부착될 수 있다.
제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)는 제1 유전층(110a)을 관통할 수 있고, 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)는 제1 유전층(110a)의 제1 면(110a1)에 위치하는 제5 피드 패턴(121c) 및 제6 피드 패턴(121d)에 연결될 수 있고, 그리고 제1 유전층(110a)의 제2 면(110a2)에 위치하는 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)에 연결될 수 있다.
제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 제5 피드 패턴(121c) 및 제6 피드 패턴(121d)은 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)에 연결되어 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)로부터 전기 신호를 인가받을 수 있다.
제2 유전층(110b)의 제1 면(110b1)에 위치하는 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)은 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 중첩할 수 있다.
제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 중첩하는 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)은 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 커플링되고 이와 동시에 패치 안테나 패턴(141)과 커플링될 수 있다. 이처럼 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 패치 안테나 패턴(141) 사이에 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)을 추가적으로 배치함으로써, 패치 안테나 패턴(141)은 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 커플링되어 전기 신호를 인가받음과 동시에 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)과 커플링되어 진기 신호를 인가받을 수 있다.
본 실시예에 따른 안테나 장치(100c)의 패치 안테나 패턴(141)은, 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)에 연결된 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b), 그리고 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 커플링되는 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)과 커플링되어, RF 신호를 송수신 할 수 있다. 패치 안테나 패턴(141)과 추가적으로 커플링되는 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)은 패치 안테나 패턴(141)에 추가 임피던스를 제공할 수 있으며, 이에 의해 안테나 장치(100b)의 크기를 크게 하지 않으면서도 패치 안테나 패턴(141)을 통해 송수신되는 RF 신호의 대역 폭을 확장할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 안테나 장치(100c)는 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)에 연결된 제5 피드 패턴(121c) 및 제6 피드 패턴(121d)을 더 포함함으로써, 연결 부재(300)로부터 전달되는 전류는 제5 피드 패턴(121c) 및 제6 피드 패턴(121d)을 통과한 후 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)로 전달된다. 따라서, 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)를 통해 전달되는 전류의 경로가 길어질 수 있고, 이에 의해 안테나 장치의 크기를 크게 하지 않으면서도 패치 안테나 패턴(141)을 통해 송수신되는 RF 신호의 대역 폭이 확장될 수 있다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 패치 안테나 패턴(141) 사이에 위치하는 제3 유전층(110c)은 제1 유전층(110a) 및 제2 유전층(110b)과 다른 유전율을 가짐으로써, 제3 유전층(110c)은 제1 유전층(110a)과 제2 유전층(110b) 사이의 유전매질 경계면을 형성할 수 있고, 유전매질 경계면은 RF 신호의 전파방향을 굴절시켜서 안테나 장치(100a)의 방사 패턴 형성 방향을 제3 방향(DR3)으로 집중시킬 수 있다.
또한, 패치 안테나 패턴(141)이 다각형의 평면 형태를 가짐으로써, 패치 안테나 패턴(141)의 크기를 크게 하지 않으면서도, 패치 안테나 패턴(141)에 흐르는 표면 전류의 전류 경로가 길어질 수 있고, 이에 의해 안테나 장치의 크기를 크게 하지 않으면서도 패치 안테나 패턴(141)을 통해 송수신되는 RF 신호의 대역 폭을 확장할 수 있다.
이처럼, 본 실시예에 따른 안테나 장치(100c)는 안테나 크기를 크게 하지 않으면서도 안테나 장치의 대역폭이 확장될 수 있어, 본 실시예에 따른 안테나 장치(100b)는 좁은 영역에 배치될 수 있고, 성능을 높일 수 있다.
앞서 설명한 실시예에 따른 안테나 장치들(100a, 100b, 100c)의 많은 특징들은 본 실시예에 따른 안테나 장치(100c)에 모두 적용 가능하다.
그러면, 도 12를 참고하여, 한 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 안테나 어레이(1000)에 대하여 설명한다. 도 12는 한 실시예에 따른 안테나 장치의 배열을 도시한 안테나 어레이의 사시도이다.
도 12를 참고하면, 복수의 안테나 장치(100)는 연결 부재(300) 위에서 한 방향을 따라 나란하게 배열될 수 있다.
본 실시예에 따른 안테나 어레이(1000)에 포함된 복수의 안테나 장치(100)는 도 1 내지 도 6을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100a), 도 7을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100aa), 도 8을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100b), 또는 도 9 내지 도 11을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100c)를 포함할 수 있다.
앞서 설명한 실시예들에 따른 안테나 장치들(100a, 100aa, 100b, 100c)의 많은 특징들은 본 실시예에 따른 안테나 어레이(1000)에 모두 적용 가능하다.
그러면, 도 13을 참고하여, 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 안테나 어레이(1000a)에 대하여 설명한다. 도 13dms 한 실시예에 따른 안테나 장치의 배열을 도시한 안테나 어레이의 평면도이다.
도 13을 참고하면, 복수의 안테나 장치(100)는 연결 부재(300) 위에서 한 방향을 따라 나란하게 배열될 수 있다.
본 실시예에 따른 안테나 어레이(1000a)에 포함된 복수의 안테나 장치(100)는 도 1 내지 도 6을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100a), 도 7을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100aa), 도 8을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100b), 또는 도 9 내지 도 11을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100c)를 포함할 수 있다.
도 13을 참고하면, 본 실시예에 따른 안테나 어레이(1000a)의 연결 부재(300)는 복수의 안테나 장치(100)에 평행하게 배열된 복수의 엔드파이어 안테나(ef1, ef2, ef3, ef4)를 포함할 수 있으며, 수평 방향, 예를 들어, 제1 방향(DR1) 및/또는 제2 방향(DR2)으로 RF 신호의 방사 패턴을 추가적으로 형성할 수 있다.
복수의 엔드파이어 안테나(ef1, ef2, ef3, ef4)는 각각 복수의 엔드 파이어 안테나 패턴(210a) 및 피드라인(220a)을 포함하고, 디렉터 패턴(215a)을 더 포함할 수 있다.
앞서 설명한 실시예들에 따른 안테나 장치들(100a, 100aa, 100b, 100c)의 많은 특징들은 본 실시예에 따른 안테나 어레이(1000a)에 모두 적용 가능하다.
그러면, 도 14를 참고하여, 다른 한 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 안테나 어레이(1000b)에 대하여 설명한다. 도 14는 한 실시예에 따른 안테나 장치의 배열을 도시한 안테나 어레이의 평면도이다.
도 14를 참고하면, 복수의 안테나 장치(100)는 연결 부재(300) 위에서 한 방향을 따라 나란하게 배열될 수 있다.
본 실시예에 따른 안테나 어레이(1000b)에 포함된 복수의 안테나 장치(100)는 도 1 내지 도 6을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100a), 도 7을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100aa), 도 8을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100b), 또는 도 9 내지 도 11을 참고로 설명한 실시예에 따른 안테나 장치(100c)를 포함할 수 있다.
도 14를 참고하면, 본 실시예에 따른 안테나 어레이(1000b)의 연결 부재(300)는 복수의 안테나 장치(100)에 평행하게 배열된 복수의 엔드파이어 안테나(ef5, ef6, ef7, ef8)를 포함할 수 있으므로, 수평방향, 예를 들어, 제1 방향(DR1) 및/또는 제2 방향(DR2)으로 RF 신호의 방사패턴을 형성할 수 있다.
복수의 엔드파이어 안테나(ef5, ef6, ef7, ef8)는 각각 방사체(431)와 유전체(432)를 포함할 수 있다.
앞서 설명한 실시예들에 따른 안테나 장치들(100a, 100aa, 100b, 100c)의 많은 특징들은 본 실시예에 따른 안테나 어레이(1000b)에 모두 적용 가능하다.
그러면, 도 15를 참고하여, 한 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 전자 기기(3000)에 대하여 간략하게 설명한다. 도 15는 한 실시예에 따른 안테나 장치를 포함하는 전자 기기를 도시한 사시도이다.
도 15를 참고하면, 실시예에 따른 전자 기기(3000)는 복수의 안테나 어레이(2000a, 2000b, 2000c)를 포함하고, 안테나 어레이(2000a, 2000b, 2000c)는 전자 기기(3000)의 세트(600) 상에 배치된다.
전자 기기(3000)는 스마트 폰(smart phone), 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 태블릿(tablet), 랩탑(laptop), 넷북(netbook), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch), 오토모티브(Automotive) 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
전자 기기(3000)는 다각형의 변을 가질 수 있고, 안테나 어레이(2000a, 2000b, 2000c)는 전자 기기(3000)의 복수의 변 중 적어도 일부분에 인접하여 배치될 수 있다.
전자 기기(3000)에는 통신모듈(610) 및 기저대역 회로(620)가 배치될 수 있고, 안테나 어레이(2000a, 2000b, 2000c)는 동축케이블(630)을 통해 통신모듈(610) 및 기저대역 회로(620)에 전기적으로 연결될 수 있다.
통신모듈(610)은 디지털 신호처리를 수행하도록 휘발성 메모리(예를 들어, DRAM), 비-휘발성 메모리(예를 들어, ROM), 플래시 메모리 등의 메모리 칩, 중앙 프로세서(예를 들어, CPU), 그래픽 프로세서(예를 들어, GPU), 디지털 신호 프로세서, 암호화 프로세서, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 등의 어플리케이션프로세서 칩, 아날로그-디지털 컨버터, ASIC(application-specific IC) 등의 로직칩 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기저대역 회로(620)는 아날로그-디지털 변환, 아날로그 신호에 대한 증폭, 필터링 및 주파수 변환을 수행하여 베이스 신호를 생성할 수 있다. 기저대역 회로(620)로부터 입출력되는 베이스 신호는 케이블을 통해 안테나 장치로 전달될 수 있다. 예를 들어, 베이스 신호는 전기연결구조체와 코어 비아와 배선을 통해 IC로 전달될 수 있고, IC는 베이스 신호를 밀리미터웨이브(mmWave) 대역의 RF 신호로 변환할 수 있다.
각 안테나 어레이(2000a, 2000b, 2000c)는 앞서 설명한 실시예들에 따른 복수의 안테나 장치들(100a, 100aa, 100b, 100c)을 포함할 수 있고, 앞서 설명한 안테나 어레이들(1000, 1000a, 1000b)과 유사할 수 있다.
그러면, 도 16을 참고하여, 한 실험예에 대하여 설명한다. 도 16은 한 실험예의 결과를 도시한 그래프이다.
본 실험예에서는 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)에 연결된 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)을 포함하고, 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)을 포함하지 않는 제1 경우(S1)와 실시예들에 따른 안테나 장치(100a, 100b, 100c)와 같이, 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)에 연결된 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b) 이외에 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 중첩하는 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)을 더 포함하는 제2 경우(S2)에 대하여 주파수에 따른 리턴 로스(return loss)를 측정하였고, 그 결과를 도 16에 도시하였다.
도 16을 참고하면, 실시예들에 따른 안테나 장치(100a, 100b, 100c)와 같이, 제1 피드 비아(111a) 및 제2 피드 비아(111b)에 연결된 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b) 이외에 제1 피드 패턴(121a) 및 제2 피드 패턴(121b)과 중첩하는 제3 피드 패턴(131a) 및 제4 피드 패턴(131b)을 더 포함하는 제2 경우(S2)의 대역 폭이 제1 경우(S1)의 대역 폭보다 넓음을 알 수 있었다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
100, 100a, 100b, 100c: 안테나 장치
1000, 1000a, 1000b: 안테나 어레이
110a, 110b, 110c: 유전층
111a, 111b: 피드 비아
121a, 121b, 121c, 121d, 131a, 131b: 피드 패턴
141: 패치 안테나 패턴
300: 연결 부재
301: 그라운드 플레인
3000: 전자 기기
31a, 31b, 31c: 숄더 층

Claims (16)

  1. 제1 유전층,
    상기 제1 유전층 위에 위치하는 제2 유전층,
    상기 제1 유전층과 상기 제2 유전층 사이에 위치하는 제3 유전층,
    상기 제1 유전층을 관통하는 피드 비아,
    상기 제1 유전층과 상기 제3 유전층 사이에 위치하는 제1 피드 패턴,
    상기 제2 유전층과 상기 제3 유전층 사이에 위치하고, 상기 제1 피드 패턴과 중첩하는 제2 피드 패턴,
    상기 제2 유전층 위에 위치하고, 상기 제1 피드 패턴 및 상기 제2 피드 패턴과 중첩하는 패치 안테나 패턴을 포함하고,
    상기 제3 유전층의 유전율은 상기 제1 유전층의 유전율과 상기 제2 유전층의 유전율보다 작은 안테나 장치.
  2. 제2항에서,
    상기 제1 유전층은 서로 마주하는 제1 면과 제2 면을 포함하고,
    상기 제2 유전층은 서로 마주하는 제3 면과 제4 면을 포함하고,
    상기 제1 피드 패턴은 상기 제1 유전층의 상기 제2 면에 위치하고,
    상기 제2 피드 패턴은 상기 제2 유전층의 상기 제3 면에 위치하는 안테나 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 제1 유전층의 상기 제2 면과 상기 제2 유전층의 상기 제3 면은 상기 제3 유전층을 사이에 두고 서로 마주하는 안테나 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 제3 유전층은 폴리머를 포함하고, 상기 폴리머층은 접착성을 가지는 안테나 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 제1 피드 패턴의 평면 형태는 상기 제2 피드 패턴의 평면 형태와 거의 같은 안테나 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 제1 피드 패턴과 중첩하고 상기 피드 비아에 연결된 제3 피드 패턴을 더 포함하는 안테나 장치.
  7. 제6항에서,
    상기 제3 피드 패턴은 상기 제1 유전층의 상기 제1 면에 위치하는 안테나 장치.
  8. 제7항에서,
    상기 제3 피드 패턴의 평면 형태는 상기 제1 피드 패턴의 평면 형태 및 상기 제2 피드 패턴의 평면 형태와 거의 같은 안테나 장치.
  9. 제1 유전층,
    상기 제1 유전층 위에 위치하는 제2 유전층,
    상기 제1 유전층을 관통하는 피드 비아,
    상기 제1 유전층 위에 위치하고, 상기 피드 비아와 연결되는 제1 피드 패턴,
    상기 제1 유전층 위에 위치하고, 상기 제1 피드 패턴과 중첩하는 제2 피드 패턴,
    상기 제1 유전층 아래에 위치하고, 상기 피드 비아와 연결되는 제3 피드 패턴,
    상기 제2 유전층 위에 위치하고, 상기 제1 피드 패턴, 상기 제2 피드 패턴 및 상기 제3 피드 패턴과 중첩하는 패치 안테나 패턴을 포함하는 안테나 장치.
  10. 제9항에서,
    상기 제1 피드 패턴의 평면 형태는 상기 제2 피드 패턴의 평면 형태와 거의 같은 안테나 장치.
  11. 제10항에서,
    상기 제3 피드 패턴은 상기 제1 피드 패턴과 중첩하고,
    상기 제3 피드 패턴의 평면 형태는 상기 제1 피드 패턴의 평면 형태와 상기 제2 피드 패턴의 평면 형태와 거의 같은 안테나 장치.
  12. 제11항에서,
    상기 제1 피드 패턴과 상기 제2 피드 패턴 사이에 위치하는 제3 유전층을 더 포함하는 안테나 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 제1 유전층은 서로 마주하는 제1 면과 제2 면을 포함하고,
    상기 제2 유전층은 서로 마주하는 제3 면과 제4 면을 포함하고,
    상기 제1 피드 패턴은 상기 제1 유전층의 상기 제2 면에 위치하고,
    상기 제2 피드 패턴은 상기 제2 유전층의 상기 제3 면에 위치하는 안테나 장치.
  14. 제13항에서,
    상기 제1 유전층의 상기 제2 면과 상기 제2 유전층의 상기 제3 면은 상기 제3 유전층을 사이에 두고 서로 마주하는 안테나 장치.
  15. 제12항에서,
    상기 제3 유전층의 유전율은 상기 제1 유전층의 유전율과 상기 제2 유전층의 유전율보다 작은 안테나 장치.
  16. 제15항에서,
    상기 제3 유전층은 폴리머를 포함하고,
    상기 폴리머층은 접착성을 가지는 안테나 장치.
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