KR20230094897A - 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치 Download PDF

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KR20230094897A
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장태경
김유선
박일희
정연웅
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈은 기판 상에 배치되고, 제1 급전 패턴을 통해 전류가 인가되는 제1 방사부 및 제1 방사부와 이격되어 기판 상에 배치되고, 제2 급전 패턴을 통해 전류가 인가되는 제2 방사부를 포함하고, 제1 방사부와 제2 방사부는 방사하는 신호의 위상이 상이하다.

Description

안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치{Antenna module, and Electronic apparatus having the same}
본 발명은 안테나 모듈에 관한 것으로, 보다 구체적으로 급전 패턴을 이용하여 안테나간 위상 차이를 구현하여 신호간섭을 배제하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 발명이다.
TV 또는 모니터 등 외부와 연결되는 장치가 다양해지면서 하나의 통신 방식이 아닌 와이파이(Wi-Fi)와 블루투스(Bluetooth) 등 다양한 종류의 통신이 가능한 무선 통신 모듈의 필요성이 높아지고 있다. 이를 위하여, 하나의 통신 모듈은 각 통신 방식을 위한 복수의 안테나가 적용되고 있다.
TV의 두께가 얇아지는 추세에 따라 무선 통신 모듈의 장착 위치 및 공간이 협소하고 제한적이고, 그에 따라 초소형의 무선 통신 모듈의 설계가 요구된다. 무선 통신 모듈의 사이즈가 축소되면 안테나 간 이격 거리가 가까워지면서 상호 신호 간섭이 증가하고, 이에 따라 와이파이와 블루투스를 동시에 사용시 무선 전송 성능이 열화되거나 블루투스 음질이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 급전 패턴을 이용하여 안테나간 위상 차이를 구현하여 신호간섭을 배제하는 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈은, 기판 상에 배치되고, 제1 급전 패턴을 통해 전류가 인가되는 제1 방사부; 및 상기 제1 방사부와 이격되어 상기 기판 상에 배치되고, 제2 급전 패턴을 통해 전류가 인가되는 제2 방사부를 포함하고, 상기 제1 방사부와 상기 제2 방사부는 방사하는 신호의 위상이 상이하다.
또한, 상기 제1 방사부와 상기 제2 방사부는, 위상이 90도 차이가 날 수 있다.
또한, 상기 기판은 복수의 층을 포함하고, 상기 제1 급전 패턴은, 입력단;과 출력단; 및 상기 입력단과 상기 출력단 사이를 연결하는 제1 패턴부를 포함하고, 상기 제1 패턴부는 상기 기판의 복수의 층 중 적어도 일부에 형성될 수 있다.
또한, 상기 기판의 복수의 층에 형성되는 제1 패턴부는 상기 입력단과 상기 출력단에 형성되는 비아홀을 통해 서로 연결될 수 있다.
또한, 상기 기판은 4 개의 층을 포함하고, 상기 제1 패턴부는, 상기 4 개의 층에 형성되어 서로 병렬로 연결될 수 있다.
또한, 상기 입력단과 상기 출력단 사이에 연결되는 제1 패턴부의 길이는 4.5 내지 6.5 mm 일 수 있다.
또한, 상기 기판은 복수의 층을 포함하고, 상기 제2 급전 패턴은, 입력단;과 출력단; 상기 입력단과 상기 출력단 사이를 연결하고, 상기 기판의 복수의 층 중 일부에 형성되는 제2 패턴부; 및 상기 입력단과 상기 출력단과 연결되지 않고, 상기 기판의 복수의 층 중 상기 제2 패턴부와 상이한 층에 형성되는 제3 패턴부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 패턴부는, 상기 제2 패턴부가 형성되는 층의 상측 및 하측에 형성될 수 있다.
또한, 상기 제2 패턴부가 형성되는 층의 상측 및 하측에 형성되는 상기 제3 패턴부는 비아홀을 통해 서로 연결될 수 있다.
또한, 상기 입력단과 상기 출력단 사이에 연결되는 제2 패턴부의 길이는 8.2 내지 10.2 mm 일 수 있다.
또한, 상기 제2 패턴부는 미앤더 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 기판은 4 개의 층을 포함하고, 상기 제2 패턴부는, 상기 입력단과 상기 출력단과 비아홀로 연결되고, 2층에 형성되는 2층 패턴; 및 상기 2층 패턴부의 중앙 영역과 비아홀로 연결되고, 4층에 형성되는 4층 패턴을 포함하고, 상기 제3 패턴부는, 상기 입력단 및 상기 출력단과 전기적으로 연결되지 않고, 1층에 형성되는 1층 패턴; 및 상기 1층 패턴부와 비아홀로 연결되고, 3층에 형성되는 3층 패턴을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제3 패턴부는 상기 제2 패턴부와 이격되어 커패시턴스를 형성할 수 있다.
또한, 상기 제1 방사부의 방사패치의 길이는 12.8 내지 13.2 mm 일 수 있다.
또한, 상기 제1 방사부는 제1 방사패치 및 제2 방사패치를 포함하고, 상기 제1 방사패치의 길이는 12.8 내지 13.2 mm 이고, 상기 제2 방사패치의 길이는 3.8 내지 4.2 mm 일 수 있다.
또한, 상기 제2 방사부의 방사패치의 길이는 13.8 내지 14.2 mm 일 수 있다.
또한, 상기 제1 방사부 및 상기 제2 방사부 중 어느 하나는 와이파이용 방사부이고, 다른 하나는 블루투스용 방사부일 수 있다.
또한, 상기 제1 방사부 및 상기 제2 방사부와 이격되어 상기 기판 상에 배치되는 제3 방사부를 포함하고, 상기 제3 방사부는 상기 제1 방사부 및 상기 제2 방사부와 방사하는 신호의 위상이 상이할 수 있다.
또한, 상기 제3 방사부는, 상기 제1 방사부와 위상이 90도 차이가 나고, 상기 제2 방사부와 위상이 180도 차이가 날 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는, 상기 기술한 안테나 모듈 중 하나의 안테나 모듈을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 초소형 모듈에서 와이파이(WiFi) 및 블루투스(Bluetooth) 안테나가 인접하더라도 서로 간에 신호 간섭을 최소화할 수 있다. 이를 통해, 블루투스와 동시 동작 시 무선 와이파이 전송율을 확보할 수 있다. 나아가, 초소형 모듈임에도 2종류의 PIFA 안테나가 충분한 방사효율을 가지고 방사할 수 있다.
발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 도시한 것이다.
도 2 내지 도 14는 본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈의 각 구성을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합 또는 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 '연결', '결합', 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 '연결', '결합', 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 "상(위)" 또는 "하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, "상(위)" 또는 "하(아래)"는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라, 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위)" 또는 "하(아래)"로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈을 도시한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 안테나 모듈(100)은 기판(150), 제1 급전패턴(110), 제1 방사부(120), 제2 급전패턴(130), 제2 방사부(140)로 구성되며, 제3 방사부(160), 통신 모듈 칩(170)을 포함할 수 있다.
제1 방사부(120)는 제1 급접패턴(110)을 통해 전류가 인가되고, 제2 방사부(140)는 제2 급전패턴(130)을 통해 전류가 인가되며, 위상이 서로 상이한 신호를 방사한다.
제1 방사부(120)와 제2 방사부(140)는 기판(150) 상에 배치되며, 각각 제1 급전패턴(110) 및 제2 급전패턴(130)을 포함하는 급전선을 통해 전류가 인가되며, 인가되는 전류에 따라 각각 소정의 주파수 대역을 가지는 신호를 외부로 방사한다. 이때, 각각 제1 급전패턴(110) 및 제2 급전패턴(130)을 통과함으로 인해 각각 방사되는 신호의 위상이 상이하도록 구현된다. 예를 들어, 상기 제1 방사부(120)와 상기 제2 방사부(140)는, 위상이 90도 차이가 날 수 있다. 이를 통해 두 신호 사이에 직교성을 가지게 되어 서로 간의 간섭이 최소화될 수 있다. 또는 180도 위상 차이를 가지도록 하거나, 90도 보다 작은 위상 차이를 가지도록 형성할 수도 있다. 신호 간섭을 임계치 이하로 줄일 수 있는 위상 차이를 구현하거나, 모듈의 스펙에서의 최대의 위상 차이를 구현하도록 형성될 수도 있다.
제1 방사부(120)와 제2 방사부(140)의 방사 신호가 90도의 위상 차이를 가지도록 하기 위하여, 도 2와 같이, 제1 방사부(120)에서 방사되는 신호(210)가 90도의 위상을 가지도록 제1 급전패턴(110)을 형성하고, 제2 방사부(140)에서 방사되는 신호(220)가 180도의 위상을 가지도록 제2 급전패턴(130)을 형성할 수 있다. 또는 제1 방사부(120)가 0도 및 제2 방사부(140)가 90도 또는 270도의 위상을 가지도록 형성하거나, 제1 방사부(120)가 180도 및 제2 방사부(140)가 90도 또는 270도의 위상을 가지도록 형성할 수 있다. 구현하고자 하는 위상 차이에 따라 다양한 실시예로 구현할 수 있다.
도 3과 같이, 서로 인접한 제1 방사부(120) 및 제2 방사부(140)는 서로 신호간섭을 미칠 수 있는바, 제1 급전패턴(110) 및 제2 급전패턴(130)를 이용하여 위상의 차이를 가지도록 형성할 수 있다.
제1 방사부(120)가 제1 급전패턴(110)을 포함하지 않는 경우의 방사 신호를 기준으로 90도의 위상을 가지도록 구현하기 위하여, 제1 급전패턴(110)은 입력단(111), 출력단(112), 및 제1 패턴부(113)를 포함할 수 있다. 여기서, 기판(150)은 복수의 층을 포함할 수 있고, 제1 패턴부(113)는 기판(150)의 복수의 층 중 적어도 일부에 형성될 수 있다.
제1 급전패턴(110)은 급전패턴의 길이를 길게 형성함으로써 위상의 변화를 구현할 수 있고, 이를 위하여, 급전패턴의 길이를 증가시킬 수 있는 제1 패턴부(113)를 포함할 수 있다. 급전선은 기판의 제1층인 상면 상에 실장될 수 있고, 안테나 모듈의 초소형화에 따라 제1 급전패턴을 형성할 수 있는 공간이 협소하여 제1 층에서의 패턴만으로 90도의 위상 차이를 구현하기 어려울 수 있다. 기판(150)은 복수의 층을 포함할 수 있고, 기판의 복수의 층 중 복수의 층에 제1 패턴부(113)를 형성함으로써 급전패턴의 필요길이를 확보할 수 있다. 이때, 상기 기판(150)의 복수의 층에 형성되는 제1 패턴부(113)는 상기 입력단(111)과 상기 출력단(112)에 형성되는 비아홀을 통해 서로 연결될 수 있다. 각 층에 형성되는 제1 패턴부(113)는 각각 입력단(111) 및 출력단(112)의 비아홀을 통해 연결되어, 각 층의 급전패턴이 병렬로 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 기판(150)은 4 개의 층을 포함하고, 상기 제1 패턴부(113)는, 상기 4 개의 층에 형성되어 서로 병렬로 연결될 수 있다. 도 4와 같이, 기판(150)이 4 개의 층(L1 내지 L4)을 포함하는 경우, 각각의 층에 제1 패턴부(113)의 급전패턴을 형성하여 급전패턴을 길게 형성할 수 있고, 이를 통해 90도의 위상을 가지도록 구현할 수 있다. 입력단(111)와 출력단(112) 사이를 제1 패턴부(113)로 연결하되, 제1 패턴부(113)를 4 개의 층 각각에 급전패턴을 형성하되, 비아홀로 연결하여 병렬로 연결할 수 있다. 비아홀은 입력단(111), 출력단(1112), 및 급전선과 전기적으로 연결되고, 이외의 기판의 메탈 형성 부분과는 이격되어 형성될 수 있다.
제1 방사부(120)에서 방사되는 신호가 90도 위상을 가질 수 있도록 상기 입력단(111)과 상기 출력단(112) 사이에 연결되는 제1 패턴부(113)의 길이를 도출하여 해당 길이로 제1 패턴부(113)의 길이로 설정할 수 있다. 상기 입력단(111)과 상기 출력단(112) 사이에 연결되는 제1 패턴부(113)의 길이는 4.5 내지 6.5 mm 일 수 있다. 이때, 위상은 80 도 내지 100 도를 가질 수 있다.
도 5는 상기 입력단(111)과 상기 출력단(112) 사이에 연결되는 제1 패턴부(113)의 길이에 따른 위상을 도시한 것으로, 제1 방사부(120)의 공진주파수에서 90도의 위상을 가지는 길이를 도출하기 위하여, 길이를 다르게 적용한 결과, 4.5 내지 6.5 mm, 약 5.5 mm 에서 90도의 위상을 가지는 것을 확인할 수 있다. 해당 길이를 확보함에 있어서, 도 4에서는 직선으로 형성되는 실시예를 도시하였으나, 직선 형태 이외 대각선 형태나 미앤더 형상 등 다양한 패턴형상을 가질 수 있음은 당연하다. 또한, 4 개의 층 모두에 급전 패턴을 형성하지 않고, 4 개의 층 중 2 개나 3개의 층만을 이용하여 제1 패턴부(113)를 구현할 수 있다.
제1 방사부(120)와 위상 차이를 가지도록 제2 방사부(140)가 제2 급전패턴(130)을 포함하지 않는 경우의 방사 신호를 기준으로 180도의 위상을 가지도록 구현하기 위하여, 제2 급전패턴(130)은 입력단(131), 출력단(132), 제2 패턴부(133), 및 제3 패턴부(134, 135)를 포함할 수 있다. 여기서, 기판(150)은 복수의 층을 포함할 수 있고, 제2 패턴부(133)와 제3 패턴부(134, 135)는 기판(150)의 복수의 층 중 서로 다른 층에 형성될 수 있다. 제2 패턴부(133)는 입력단(131)과 출력단(132) 사이를 연결하고, 상기 기판(150)의 복수의 층 중 일부에 형성될 수 있고, 제3 패턴부(134, 135)는 입력단(131)과 출력단(132)과 연결되지 않고, 상기 기판(150)의 복수의 층 중 상기 제2 패턴부(133)와 상이한 층에 형성될 수 있다.
제2 급전패턴(130)은 90도의 위상을 구현하는 제1 급전패턴(110)보다 위상이 더 큰 180도의 위상을 구현하기 위하여, 제2 패턴부(133)뿐만 아니라, 제2 패턴부(133)와 전기적으로 연결되지 않되, 커플링을 형성할 수 있는 제3 패턴부(134, 135)를 포함할 수 있다. 이를 위하여, 제3 패턴부(134, 135)는, 제2 패턴부(133)가 형성되는 층의 상측 및 하측에 형성될 수 있다. 제3 패턴부(134, 135)는 제2 패턴부(133)의 상측 및 하측에 형성됨으로써 커패시턴스를 형성할 수 있다. 커패시턴스를 형성함으로써 제2 급전패턴은 커플링구조가 형성되어 제1 급전패턴(110)보다 큰 위상 변화를 구현할 수 있다. 이때, 상기 제2 패턴부(133)가 형성되는 층의 상측 및 하측에 형성되는 상기 제3 패턴부(134, 135)는 비아홀을 통해 서로 연결될 수 있다. 제3 패턴부(134, 135)가 연결되는 비아홀에는 제2 패턴부(133)가 전기적으로 연결되면 안되는바, 제2 패턴부(133)와 연결을 피하기 위하여, 제2 패턴부(133)의 길이 방향과 수직인 방향으로 이격되도록 비아홀을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 기판(150)은 4 개의 층을 포함하고, 상기 제2 패턴부(133)는, 상기 입력단(131)과 상기 출력단(132)과 비아홀로 연결되고, 2층에 형성되는 2층 패턴(133) 및 상기 2층 패턴(133)의 중앙 영역과 비아홀(137)로 연결되고, 4층에 형성되는 4층 패턴(136)을 포함하고, 상기 제3 패턴부(134, 135)는, 상기 입력단(131) 및 상기 출력단(132)과 전기적으로 연결되지 않고, 1층에 형성되는 1층 패턴(134) 및 상기 1층 패턴(134)과 비아홀(138, 139)로 연결되고, 3층에 형성되는 3층 패턴(135)을 포함할 수 있다. 도 6과 같이, 기판(150)은 1층 내지 4층(L1 내지 L4)을 포함하고, 제2 패턴부(133)는 2층 패턴(133) 및 4층 패턴(136)을 포함하고, 제3 패턴부(134, 135)는 1층 패턴(134) 및 3층 패턴(135)을 포함할 수 있다. 여기서, 1층 내지 4층에서 1층은 급전선이 배치되는 기판의 상면 즉 최상층이고, 4층은 최하층일 수 있다. 제2 패턴부(133)인 2층 패턴(133)은 비아홀을 통해 입력단(131) 및 출력단(132)과 연결되고, 중앙영역의 비아홀(137)을 통해 4층 패턴(136)과 연결된다. 4층 패턴(136)은 입력단(131) 및 출력단(132)과 직접 연결되지 않고, 중앙영역의 비아홀(137)을 통해 2층 패턴(133)과 연결되는 것으로 도시하였으나, 입력단(131) 및 출력단(132)과 비아홀을 통해 직접 연결되도록 구현될 수도 있다.
1층 패턴(134)과 3층 패턴(135)은 입력단(131), 출력단(132), 2층 패턴(133) 또는 4층 패턴(136)과 연결되지 않도록 중앙영역의 비아홀(137)과는 이격되어 형성되며, 중앙영역의 비아홀(137)의 양측에 형성되는 두 개의 비아홀(138, 139)를 통해 서로 연결될 수 있다. 2층 패턴(133)과 4층 패턴(136)은 두 개의 비아홀(138, 139)과 이격되어 형성된다.
제2 방사부(140)에서 방사되는 신호가 180도 위상을 가질 수 있도록 상기 입력단(131)과 상기 출력단(132) 사이에 연결되는 제2 패턴부(133)의 길이를 도출하여 해당 길이로 제2 패턴부(133)의 길이로 설정할 수 있다. 상기 입력단(131)과 상기 출력단(132) 사이에 연결되는 제2 패턴부(133)의 길이는 8.2 내지 10.2 mm 일 수 있다.
앞서 설명한 제1 패턴부(113)의 길이보다 긴 길이로, 이를 구현하기 위하여, 제2 패턴부(133)는 미앤더 형상으로 형성될 수 있다. 이외에 제2 패턴부(133)의 총 길이가 해당 길이를 구현하기 위한 다양한 형태로 구현될 수 있다.
도 7은 상기 입력단(131)과 상기 출력단(132) 사이에 연결되는 제2 패턴부(133)의 길이에 따른 위상을 도시한 것으로, 제2 방사부(140)의 공진주파수에서 180도의 위상을 가지는 길이를 도출하기 위하여, 길이를 다르게 적용한 결과, 8.2 내지 10.2 mm, 약 8.2 mm 에서 180도의 위상을 가지는 것을 확인할 수 있다. 이때, 위상은 170 도 내지 190 도를 가질 수 있다.
상기 길이는 제2 패턴부(133)로 구현되는 최단 길이일 수 있다. 해당 길이를 확보함에 있어서, 도 6에서는 미앤더 형상으로 형성되는 실시예를 도시하였으나, 미앤더 형상 이외 직선 형상나 대각선 형상 등 다양한 패턴형상을 가질 수 있음은 당연하다. 또한, 2층 및 4층 모두에 급전 패턴을 형성하지 않고, 2층만을 이용하여 제2 패턴부(133)를 구현할 수도 있다.
제1 방사부(120) 및 제2 방사부(140) 뿐만 아니라 또 다른 신호를 방사하는 방사부를 포함할 수 있다. 제1 방사부(120) 및 제2 방사부(140)와 이격되어 기판(150) 상에 배치되는 제3 방사부(160)를 포함하고, 제3 방사부(160)는 제1 방사부(120) 및 제2 방사부(140)와 방사하는 신호의 위상이 상이할 수 있다. 이때, 제3 방사부(160)는, 상기 제1 방사부(120)와 위상이 90도 차이가 나고, 상기 제2 방사부(140)와 위상이 180도 차이가 날 수 있다. 제3 방사부(160)를 포함하는 경우, 제3 방사부(160)의 위상을 0도로 기준하여 제1 방사부(120)가 90도 제2 방사부(140)가 180도를 구현함으로써 각각 서로 다른 위상을 가지도록 구현함으로써 각각의 신호간섭을 최소화할 수 있다. 제3 방사부(160)가 제1 방사부(120)와 인접하는 경우, 인접한 방사부간 서로 직교성을 가지게 되어 서로의 간섭을 최소화할 수 있다. 또는, 90도 이외의 위상 차이, 예를 들어, 120도씩 차이가 나도록 제1 급전패턴(110) 및 제2 급전패턴(130)을 구현할 수도 있다.
다양한 통신을 위해서 하나의 안테나 모듈에 다양한 주파수 대역을 가지는 복수의 방사부가 형성될 수 있다. 특히, 근거리 통신을 위하여, 와이파이, 블루투스, GPS, NFC 용 방사부가 필요할 수 있다. 스마트 TV의 경우, TV와 공유기 또는 휴대단말 등과의 데이터 송수신을 위하여, 와이파이 및 블루투스가 필수적이며, 해당 통신을 위한 방사부가 형성되는 안테나 모듈이 필요하다.
제1 방사부(120) 및 제2 방사부(140) 중 어느 하나는 와이파이용 방사부이고, 다른 하나는 블루투스용 방사부일 수 있다. 또는, NFC용 방사부 등 다른 통신을 위한 방사일 수도 있다. 여기서, 제1 방사부(120)는 와이파이용 방사부일 수 있다. 이를 위하여, 제1 방사부(120)는 와이파이 주파수 대역인 2.4 내지 2.5GHz 대역 또는 5.0 내지 5.2 GHz 대역 중 적어도 하나의 대역에서 공진이 일으킬 수 있다. 제2 방사부(140)는 블루투스용 방사부일 수 있다. 이를 위하여, 제2 방사부(140)는 블루투스 주파수 대역인 2.4 내지 2.5GHz 대역에서 공진이 일으킬 수 있다.
제1 방사부(120)는 방사패치, 적어도 하나의 급전부, 적어도 하나의 지지부를 포함할 수 있다. 실시예로써 도 8과 같이 제1 방사부(120)는 방사패치(124, 125), 적어도 하나의 급전부(121), 및 적어도 하나의 지지부(122, 123)를 포함할 수 있다. 신호를 방사하는 방사패치(124)를 포함하며, 기판(150)으로부터 전류를 인가받는 급전부(121)를 통해 기판(150)과 연결될 수 있다. 방사패치(124)는 기판(150)으로부터 소정의 간격으로 이격되어 형성되며, 기판(150)과 이격되어 형성되는 방사패치(124)를 지지하기 위한 지지부(122, 123)를 포함할 수 있다. 급전부로 설명되는 구성 및 지지부로 설명되는 구성들은 기판(150)의 급전선과 연결되는지 여부에 따라 급전부 또는 지지부로 구성될 수 있다. 이는 방사부 설계에 따라 달라질 수 있다.
제1 방사부(120)는 PIFA 안테나일 수 있다. PIFA(Planar Inverted F Antenna)는 평판 역 에프 안테나로, 에프(F)를 뒤집어 높은 것처럼 평판의 접지면 위에 보다 작은 면적의 사각 패치판을 얹은 평판 안테나를 의미한다. 접지면, 방사패치, 급전부, 단락부(단락핀 또는 단락 스트립)으로 구성될 수 있다. PIFA 안테나는 전류 급전에 의해 패치가 접지면과 공진되면서 방사 소자로서 역할을 하며, 패치의 길이, 폭, 높이와 급전선의 위치와 단락핀의 위치 등에 따라 대역폭, 이득, 공진 주파수 등이 결정될 수 있다. 제1 방사부(120)는 PIFA 안테나로 한정되지 않으며, 헬리컬 및 모노폴(monopole) 안테나, SMD 안테나 등 다양한 안테나일 수 있음은 당연하다.
제1 방사부(120)의 특성은 방사패치(124)의 길이(D3), 폭, 기판(150)에서 방사패치(124)가 이격되는 길이 등에 영향을 받는데, 특히, 방사패치(124)의 길이(D3)에 영향을 많이 받게 된다.
도 9는 방사패치(124)의 길이(D3)에 따른 반사손실을 나타내는 그래프로, 이를 통해, 공진 주파수에서 가장 공진이 잘 일어나는 제1 방사부(120)의 방사패치(124)의 길이를 도출하여, 해당 길이를 방사패치(124)의 길이로 설정할 수 있다. 여기서, 제1 방사부(120)는 2.4 내지 2.5 GHz 대역에서 공진이 가장 잘 일어나는 길이를 최적의 길이로 판단하여, 제1 방사부(120)의 길이를 해당 길이로 설정할 수 있다. 변수범위를 12.4 내지 13.6 mm (단위 길이: 0.3 mm)로 하여, 길이에 따라 공진 주파수가 달라지는 것을 확인할 수 있고, 공진이 가장 잘 일어나는 길이로 13.0 mm 임을 확인할 수 있다. 오차를 고려하여, 제1 방사부(120)의 방사패치(124)의 길이는 12.8 내지 13.2 mm 일 수 있다.
해당 길이는 하나의 실시예에서의 길이를 나타낸 것으로, 각 구성의 형상 내지 길이는 설계에 따라 달라질 수도 있음은 당연하다.
제1 방사부(120)는 하나의 방사패치가 아닌 제1 방사패치(124) 및 제2 방사패치(125)를 포함할 수 있다. 제1 방사부(120)의 특성은 제2 방사패치(125)의 길이(D4), 폭, 기판(150)에서 제2 방사패치(125)가 이격되는 길이 등에 영향을 받는데, 특히, 제2 방사패치(125)의 길이(D4)에 영향을 많이 받게 된다.
도 10은 제2 방사패치(125)의 길이(D4)에 따른 반사손실을 나타내는 그래프로, 이를 통해, 공진 주파수에서 가장 공진이 잘 일어나는 제1 방사부(120)의 제2 방사패치(125)의 길이를 도출하여, 해당 길이를 제2 방사패치(125)의 길이로 설정할 수 있다. 여기서, 제1 방사부(120)는 2.4 내지 2.5 GHz 대역에서 공진이 가장 잘 일어나는 제2 방사패치(125)의 길이를 최적의 길이로 판단하여, 제2 방사패치(125)의 길이를 해당 길이로 설정할 수 있다. 변수범위를 3.7 내지 4.6 mm (단위 길이: 0.3 mm)로 하여, 길이에 따라 공진 주파수가 달라지는 것을 확인할 수 있고, 공진이 가장 잘 일어나는 길이로 4.0 mm 임을 확인할 수 있다. 오차를 고려하여, 제1 방사부(120)의 제2 방사패치(125)의 길이는 3.8 내지 4.2 mm 일 수 있다. 상기 제1 방사패치(124)의 길이는 12.8 내지 13.2 mm 이고, 상기 제2 방사패치(125)의 길이는 3.8 내지 4.2 mm 일 수 있고, 해당 길이는 하나의 실시예에서의 길이를 나타낸 것으로, 각 구성의 형상 내지 길이는 설계에 따라 달라질 수도 있음은 당연하다.
제2 방사부(140)는 방사패치 적어도 하나의 급전부, 적어도 하나의 지지부를 포함할 수 있다. 실시예로써 도 11과 같이 제2 방사부(140)는 방사패치(144), 적어도 하나의 급전부(141), 및 적어도 하나의 지지부(142, 143)를 포함할 수 있다. 방사패치(144)은 기판(150)으로부터 전류를 인가받는 급전부(141)를 통해 기판(150)과 연결될 수 있다. 급전부(141)와 방사패치(144)가 연결될 수 있고, 방사패치(144)는 기판(150)으로부터 소정의 간격으로 이격되어 형성되며, 지지부(142, 143)에 의해 지지될 수 있다. 급전부로 설명되는 구성 및 지지부로 설명되는 구성들은 기판(150)의 급전선과 연결되는지 여부에 따라 급전부 또는 지지부로 구성될 수 있다. 또한, 방사패치 또한, 다양한 형상으로 형성될 수 있고, 방사부 설계에 따라 달라질 수 있다.
제2 방사부(140) 역시, PIFA 안테나일 수 있다. 또한, 제2 방사부(140)는 PIFA 안테나로 한정되지 않으며, 헬리컬 및 모노폴(monopole) 안테나, SMD 안테나 등 다양한 안테나일 수 있음은 당연하다.
제2 방사부(140)의 특성은 방사패치의 길이(D5), 폭, 기판(150)에서 방사패치가 이격되는 길이 등에 영향을 받는데, 특히, 방사패치의 길이(D5)에 영향을 많이 받게 된다.
도 12는 방사패치의 길이(D5)에 따른 반사손실을 나타내는 그래프로, 이를 통해, 공진 주파수에서 가장 공진이 잘 일어나는 제2 방사부(140)의 방사패치의 길이를 도출하여, 해당 길이를 방사패치의 길이로 설정할 수 있다. 여기서, 제2 방사부(140)는 2.4 내지 2.5 GHz 대역에서 공진이 가장 잘 일어나는 길이를 최적의 길이로 판단하여, 제2 방사부(140)의 길이를 해당 길이로 설정할 수 있다. 변수범위를 12.6 내지 14.6 mm (단위 길이: 0.3 mm)로 하여, 길이에 따라 공진 주파수가 달라지는 것을 확인할 수 있고, 공진이 가장 잘 일어나는 길이로 14 mm 임을 확인할 수 있다. 오차를 고려하여, 제2 방사부(140)의 방사패치의 길이는 13.8 내지 14.2 mm 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈(100)은 제1 방사부(120) 및 제2 방사부(140) 이외에 다른 방사부를 더 포함할 수 있다. 제1 방사부(120)가 와이파이용 방사부일 때, 와이파이 신호의 방사 특성을 높이기 위하여, 제3 방사부(160)를 더 포함할 수 있다. 안테나 모듈(100)에 형성되는 방사부의 수와 형상은 안테나 모듈 설계에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 안테나 모듈(100)은 적어도 하나의 급전선을 통해 전류가 인가되는 제3 방사부(160)를 포함할 수 있고, 제3 방사부(160)는 제1 방사부(120)와 소정의 간격으로 이격되어 형성될 수 있다. 제3 방사부(160)의 방사패치는 제1 방사부(120)의 방사패치와 길이 방향이 상이할 수 있다. 도 2와 같이, 기판(150) 상에 제1 방사부(120) 및 제2 방사부(140) 이외에 제3 방사부(160)를 형성할 수 있고, 이때, 제3 방사부(160)는 제1 방사부(120)와 함께 와이파이용 방사부일 수 있다. 제3 방사부(160)를 형성함에 있어서, 제1 방사부(120)와 소정의 간격으로 이격되도록 형성할 수 있고, 방사부간 간섭을 줄이기 위하여, 방사패치의 길이 방향이 서로 상이하도록 형성할 수 있다.
제3 방사부(160)는 방사패치, 적어도 하나의 급전부, 적어도 하나의 지지부를 포함할 수 있다. 실시예로써 도 13과 같이, 제1 방사부(120)와 인접하되 방사패치의 길이 방향이 서로 상이하게 형성될 수 있다. 제3 방사부(160)는 PIFA 안테나일 수 있고, 헬리컬 및 모노폴(monopole) 안테나, SMD 안테나 등 다양한 안테나일 수 있다.
기판(150) 상에는 통신 모듈 칩(211)이 배치될 수 있다. 도 13과 같이, 통신 모듈 칩(211)은 기판 (150) 상에 배치될 수 있고, 안테나 모듈(100)에서 수행하고자 하는 통신에 필요한 신호를 제어하는 프로세서를 포함하는 칩일 수 있다. 통신 모듈 칩(211)은 통신에 필요한 다양한 기능을 수행할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 기판 상에 배치되고, 제1 급전 패턴을 통해 전류가 인가되는 제1 방사부; 및 상기 제1 방사부와 이격되어 상기 기판 상에 배치되고, 제2 급전 패턴을 통해 전류가 인가되는 제2 방사부를 포함하고, 상기 제1 방사부와 상기 제2 방사부는 방사하는 신호의 위상이 상이하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치에 포함되는 제1 급전패턴, 제1 방사부, 제2 급전패턴, 및 제2 방사부로 구성되는 안테나 모듈에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 13에 대한 안테나 모듈(100)에 대한 상세한 설명에 대응된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 통신 기능을 갖는 다양한 형태의 장치에 적용 가능하다. 예를 들어, 안테나 모듈을 포함하는 다양한 정치, 즉 TV(특히, 스마트 TV), 모니터, PDA, PC, 노트북, 휴대 단말, 스마트 단말, 네비게이션 등 다양한 장치에 적용이 가능하며, 이외에 통신을 기능을 포함하는 다양한 형태의 장치에 적용이 가능하다.
전자 장치는 신호간섭 배제 구조를 통해 제1 방사부와 제2 방사부가 인접한 초소형 안테나 모듈을 포함하더라도 전송율의 열화를 최소화하여 무선 성능을 확보할 수 있다. 도 14는 사용자 단말(300)과 소정의 거리(D6)만큼 이격된 경우, 전자 장치(400)의 데이터 전송율을 측정하는 경우를 도시한 것으로, 신호간섭 배제 구조인 제1 급전패턴 및 제2 급전패턴을 포함하는 경우, 포함하지 안는 경우에 있어서 데이터 전송율은 다음과 같다. D6는 3 m 이고, 약전계 -78dBm에서, 사용자 단말(300)의 위치를 중심인 0 cm에서 -30 내지 +30 cm 에서 블루투스 동작 중 와이파이 데이터 전송율을 측정한 결과이다.
신호간섭 배제 구조 미포함 신호간섭 배제 구조 포함
위치 데이터 전송율 위치 데이터 전송율
-30 19 -30 31
-20 15 -20 28
-10 20 -10 32
0 22 0 36
10 22 10 34
20 16 20 34
30 15 30 36
신호간섭 배제 구조를 포함하지 않는 경우에는 Min. 25 Mbps의 스펙을 만족하지 못하는 반면, 신호간섭 배제 구조를 포함하는 경우, 어느 경우에도 Min. 25 Mbps의 스펙을 만족하는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 기존 최소 28 mm 이상 이격을 유지해야 하는 신호간섭 배제 구조를 포함하지 않는 경우에 비해, 5.7 mm로 이격 거리가 짧더라도 성능이 열화되는 것을 방지하여 초소형 안테나 모듈을 구현할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 위치 측정부 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (20)

  1. 기판 상에 배치되고, 제1 급전 패턴을 통해 전류가 인가되는 제1 방사부; 및
    상기 제1 방사부와 이격되어 상기 기판 상에 배치되고, 제2 급전 패턴을 통해 전류가 인가되는 제2 방사부를 포함하고,
    상기 제1 방사부와 상기 제2 방사부는 방사하는 신호의 위상이 상이한 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사부와 상기 제2 방사부는, 위상이 90도 차이가 나는 안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 복수의 층을 포함하고,
    상기 제1 급전 패턴은,
    입력단;과 출력단; 및
    상기 입력단과 상기 출력단 사이를 연결하는 제1 패턴부를 포함하고,
    상기 제1 패턴부는 상기 기판의 복수의 층 중 적어도 일부에 형성되는 안테나 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기판의 복수의 층에 형성되는 제1 패턴부는 상기 입력단과 상기 출력단에 형성되는 비아홀을 통해 서로 연결되는 안테나 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 기판은 4 개의 층을 포함하고,
    상기 제1 패턴부는,
    상기 4 개의 층에 형성되어 서로 병렬로 연결되는 안테나 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 입력단과 상기 출력단 사이에 연결되는 제1 패턴부의 길이는 4.5 내지 6.5 mm 인 안테나 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 복수의 층을 포함하고,
    상기 제2 급전 패턴은,
    입력단;과 출력단;
    상기 입력단과 상기 출력단 사이를 연결하고, 상기 기판의 복수의 층 중 일부에 형성되는 제2 패턴부; 및
    상기 입력단과 상기 출력단과 연결되지 않고, 상기 기판의 복수의 층 중 상기 제2 패턴부와 상이한 층에 형성되는 제3 패턴부를 포함하는 안테나 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제3 패턴부는,
    상기 제2 패턴부가 형성되는 층의 상측 및 하측에 형성되는 안테나 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제2 패턴부가 형성되는 층의 상측 및 하측에 형성되는 상기 제3 패턴부는 비아홀을 통해 서로 연결되는 안테나 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 입력단과 상기 출력단 사이에 연결되는 제2 패턴부의 길이는 8.2 내지 10.2 mm 인 안테나 모듈.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 제2 패턴부는 미앤더 형상으로 형성되는 안테나 모듈.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 기판은 4 개의 층을 포함하고,
    상기 제2 패턴부는,
    상기 입력단과 상기 출력단과 비아홀로 연결되고, 2층에 형성되는 2층 패턴; 및
    상기 2층 패턴부의 중앙 영역과 비아홀로 연결되고, 4층에 형성되는 4층 패턴을 포함하고,
    상기 제3 패턴부는,
    상기 입력단 및 상기 출력단과 전기적으로 연결되지 않고, 1층에 형성되는 1층 패턴; 및
    상기 1층 패턴부와 비아홀로 연결되고, 3층에 형성되는 3층 패턴을 포함하는 안테나 모듈.
  13. 제7항에 있어서,
    상기 제3 패턴부는 상기 제2 패턴부와 이격되어 커패시턴스를 형성하는 안테나 모듈.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사부의 방사패치의 길이는 12.8 내지 13.2 mm 인 안테나 모듈
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사부는 제1 방사패치 및 제2 방사패치를 포함하고,
    상기 제1 방사패치의 길이는 12.8 내지 13.2 mm 이고,
    상기 제2 방사패치의 길이는 3.8 내지 4.2 mm 인 안테나 모듈.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제2 방사부의 방사패치의 길이는 13.8 내지 14.2 mm 인 안테나 모듈
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사부 및 상기 제2 방사부 중 어느 하나는 와이파이용 방사부이고, 다른 하나는 블루투스용 방사부인 안테나 모듈.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 제1 방사부 및 상기 제2 방사부와 이격되어 상기 기판 상에 배치되는 제3 방사부를 포함하고,
    상기 제3 방사부는 상기 제1 방사부 및 상기 제2 방사부와 방사하는 신호의 위상이 상이한 안테나 모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제3 방사부는,
    상기 제1 방사부와 위상이 90도 차이가 나고, 상기 제2 방사부와 위상이 180도 차이가 나는 안테나 모듈.
  20. 제1 항 내지 제19항 중 어느 한 항의 안테나 모듈을 포함하는 전자 장치.
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