KR20240010835A - 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치 - Google Patents

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최두석
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Abstract

안테나 모듈이 제공된다. 안테나 모듈은, 그라운드 구조와 제1 방향으로 이격되고, 서로 다른 주파수 대역의 전자기 에너지를 방사하는 제1 및 제2 안테나 패치, 제1 및 제2 안테나 패치 사이에, 제1 및 제2 안테나 패치 각각과 이격 배치되고, 제1 및 제2 안테나 패치에 RF 신호를 제공하는 급전 구조를 포함하되, 급전 구조는 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 수평 급전 라인 및 제1 방향으로 연장되어 그라운드 구조와 연결된 수직 급전 라인을 포함한다.

Description

안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치{An antenna module and an electronic device including the antenna module}
본 발명은 안테나 모듈 및 이를 포함하는 전자 장치에 관한 것이다.
무선 통신의 전송량(throughput)을 증대시키기 위하여 높은 주파수 대역이 사용될 수 있다. 예를 들면, 5G(5th Generation)와 같은 무선 통신 시스템은 밀리미터파(mmWave) 주파수 대역의 사용을 규정하고 있다. 이에 따라, 무선 통신을 위한 안테나는 넓은 주파수 대역폭을 제공하는 것이 요구될 수 있다. 또한, 빔포밍(beamforming)을 위하여 복수의 안테나들을 포함하는 안테나 어레이가 사용될 수 있다.
한편, 모바일 폰과 같은 휴대용 무선 통신 기기의 경우 안테나를 위한 실장 공간이 제한될 수 있다. 이에 따라, 제한된 공간에서 더 넓은 주파수 대역을 커버할 수 있는 안테나의 필요성이 증가하고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 제한된 공간에서 더 넓은 주파수 대역을 커버할 수 있는 안테나 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 제한된 공간에서 더 넓은 주파수 대역을 커버할 수 있는 전자 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 안테나 모듈은, 그라운드 구조와 제1 방향으로 이격되고, 서로 다른 주파수 대역의 전자기 에너지를 방사하는 제1 및 제2 안테나 패치, 제1 및 제2 안테나 패치 사이에, 제1 및 제2 안테나 패치 각각과 이격 배치되고, 제1 및 제2 안테나 패치에 RF 신호를 제공하는 급전 구조를 포함하되, 급전 구조는 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 수평 급전 라인 및 제1 방향으로 연장되어 그라운드 구조와 연결된 수직 급전 라인을 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전자 장치는, RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit) 칩, 및 RFIC 칩 상의 제1 안테나 모듈을 포함하되, 제1 안테나 모듈은, 그라운드 구조 상에 제1 방향으로 순차 적층된 제1 내지 제3 유전체 기판, 제1 및 제3 유전체 기판 상에 각각 배치되고, 그라운드 구조와 연결되지 않은 제1 및 제2 안테나 패치, 및 제1 및 제2 안테나 패치와 제1 방향으로 이격 배치되고, RFIC 칩과 제1 안테나 모듈을 전기적으로 연결하는 제1 급전 구조로, 제1 급전 구조는 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 도전성 패드, 제1 유전체 기판을 관통하는 도전성 비아, 및 그라운드 구조와 연결된 급전부를 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 전자 장치는, RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit) 칩, RFIC 칩과 제1 급전 구조를 통해 전기적으로 연결되는 제1 안테나 모듈, 제1 안테나 모듈과 제1 방향으로 이격 배치되고, 제2 급전 구조를 통해 RFIC 칩과 전기적으로 연결되는 제2 안테나 모듈, 및 제1 및 제2 안테나 모듈 각각과 제1 방향으로 이격 배치되고, 제3 급전 구조를 통해 RFIC 칩과 전기적으로 연결되는 제3 안테나 모듈을 포함하되, 제1 안테나 모듈은, 그라운드 구조로부터 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 이격 배치되고, 서로 다른 주파수 대역의 전자기 에너지를 방사하는 제1 및 제2 안테나 패치, 및 제1 및 제2 안테나 패치 사이에, 제1 및 제2 안테나 패치 각각과 이격 배치되고, 제1 및 제2 안테나 패치에 RF 신호를 제공하는 급전 구조를 포함하고, 제1 급전 구조는 수평 급전 라인 및 그라운드 구조와 연결된 수직 급전 라인을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 몇몇 실시예에 따른 통신 기기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 몇몇 실시예에 따른 통신 기기의 구성요소를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3은 몇몇 실시예에 따른 안테나 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A 선을 따른 단면도이다.
도 5는 도 3의 안테나 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 몇몇 실시예에 따른 안테나 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 7 내지 도 10은 몇몇 실시예에 따른 안테나 모듈을 개략적으로 나타낸 단면도들이다.
도 11은 몇몇 실시예에 따른 안테나 어레이를 설명하기 위한 도면이다.
도 12 내지 도 13은 몇몇 실시예에 따른 안테나 모듈의 효과를 설명하기 위한 도면들이다.
도 14는 몇몇 실시예에 따른 안테나 모듈을 포함하는 통신 기기를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 몇몇 실시예에 따른 통신 기기를 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 통신 기기(10)는 안테나(100)를 포함할 수 있고, 안테나(100)를 통해서 신호를 송신하거나 수신함으로써 무선 통신 시스템에서 상대 통신 기기와 통신할 수 있으며, 무선 통신 기기로서 지칭될 수도 있다.
통신 기기(10)가 상대 통신 기기와 통신하는 무선 통신 시스템은, 비제한적인 예시로서 5G(5th generation wireless) 시스템, LTE(Long Term Evolution) 시스템, LTE-Advanced 시스템, CDMA(Code Division Multiple Access) 시스템, GSM(Global System for Mobile Communications) 시스템 등과 같은 셀룰러 네트워크(cellular network)를 이용하는 무선 통신 시스템일 수도 있고, WLAN(Wireless Local Area Network) 시스템 또는 다른 임의의 무선 통신 시스템일 수 있다. 이하에서, 무선 통신 시스템은 셀룰러 네트워크를 이용하는 무선 통신 시스템을 주로 참조하여 설명될 수 있다. 다만 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 1에 도시된 바와 같이, 통신 기기(10)는 안테나(100), RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit)(200) 및 신호 프로세서(300)를 포함할 수 있고, 안테나(100) 및 RFIC(200)는 급전(feed) 라인(15)을 통해서 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 안테나(100)는 안테나 모듈로서 지칭될 수도 있고, 안테나(100) 및 급전 라인(15)이 안테나 모듈로서 총괄적으로 지칭될 수도 있다. 또한, 안테나(100), 급전 라인(15) 및 RFIC(200)는 총괄적으로 RF 시스템 또는 RF 장치(device)로서 지칭될 수 있다.
RFIC(200)는, 송신 모드에서 신호 프로세서(300)로부터 제공되는 송신 신호(TX)를 처리함으로써 생성된 신호를 급전 라인(15)을 통해서 안테나(100)에 제공할 수 있는 한편, 수신 모드에서 급전 라인(15)을 통해서 안테나(100)로부터 수신되는 신호를 처리함으로써 수신 신호(RX)를 신호 프로세서(300)에 제공할 수 있다. 예를 들면, RFIC(200)는 송신기를 포함할 수 있고, 송신기는 필터, 믹서, 전력 증폭기(power amplifier; PA)를 포함할 수 있다. 또한, RFIC(200)는 수신기를 포함할 수 있고, 수신기는 필터, 믹서, 저잡음 증폭기(low noise amplifier; LNA)를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, RFIC는 복수의 송신기들 및 수신기들을 포함할 수도 있고, 송신기 및 수신기가 결합된 송수신기를 포함할 수도 있다.
신호 프로세서(300)는 송신하고자 하는 정보를 포함하는 신호를 처리함으로써 송신 신호(TX)를 생성할 수 있고, 수신 신호(RX)를 처리함으로써 정보를 포함하는 신호를 생성할 수 있다. 예를 들면, 신호 프로세서(300)는 송신 신호(TX)를 생성하기 위하여, 인코더(encoder), 변조기(modulator) 및 디지털-아날로그 변환기(digital-to analog converter; DAC)를 포함할 수 있다. 또한, 신호 프로세서(300)는 수신 신호(RX)를 처리하기 위하여, 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter; ADC), 복조기(demodulator) 및 디코더(decoder)를 포함할 수 있다. 신호 프로세서(300)는 RFIC(200)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성할 수도 있고, 제어 신호를 통해서 송신 모드 또는 수신 모드를 설정하거나 RFIC(200)에 포함된 구성요소들의 전력 및 이득 등을 조절할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 신호 프로세서(300)는 하나 이상의 코어 및 코어에 의해서 실행되는 명령어들을 저장하는 메모리를 포함할 수 있고, 신호 프로세서(300)의 적어도 일부는 메모리에 저장된 소프트웨어 블록을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 신호 프로세서(300)는 논리 합성을 통해서 설계된 로직 회로를 포함할 수 있고, 신호 프로세서(300)의 적어도 일부분은 로직 회로로 구현된 하드웨어 블록을 포함할 수 있다.
무선 통신 시스템은 높은 데이터 전송량을 위하여 높은 스펙트럼 대역을 규정할 수 있다. 예를 들어, 5G 셀룰러 시스템(또는 5G 무선 시스템)은 24GHz 이상의 밀리미터파(mmWave)를 규정할 수 있다. 밀리미터파(mmWave)는 광대역 전송을 가능하게 하고, RF 시스템, 즉 안테나(100) 및 RFIC(200)의 소형화를 가능하게 할 뿐만 아니라, 향상된 지향성을 제공할 수 있는 반면, 감쇠가 발생하기 쉬우므로 이러한 감쇠를 줄이는 것이 중요할 수 있다.
높은 주파수 대역에 기인하는 신호 감쇠를 완화시키기 위하여, 높은 송신 전력이 요구될 수 있다. Friis 송신 공식에 의하면, 송신 전력은 전력 증폭기의 출력 전력 및 안테나(100)의 이득의 곱으로 계산될 수 있다. RFIC(200)에 포함되는 전력 증폭기의 낮은 전력 효율에 기인하여 전력 증폭기에 의한 전력을 상승시키는 것은 발열, 전력 소비 등을 유발할 수 있으므로, 송신 전력을 높이기 위하여 높은 안테나 이득을 획득하는 것이 중요할 수 있다. 안테나 이득은 유효 개구 면적의 크기에 비례할 수 있으나, 모바일 폰과 같이 공간 효율성이 요구되는 어플리케이션의 경우 유효 개구 면적 역시 제한적일 수 있으며, 안테나 이득이 높을수록 안테나(100)로부터 출력되는 빔 폭이 좁아져 통신 가능 범위가 감소하는 문제가 발생할 수 있다.
도 2는 몇몇 실시예에 따른 도 1의 통신 기기(10)의 구성요소들의 레이아웃의 예시들을 나타낸다. 이하에서, 도 2는 도 1을 참조하여 설명되고, 도 2에 대한 설명 중 중복되는 내용은 생략될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 상호 직교하는 X축 방향 및 Y축 방향은 제1 수평 방향 및 제2 수평 방향으로 각각 지칭될 수 있고, X축 및 Y축으로 이루어진 평면은 수평면으로 지칭될 수 있다. 또한, 면적은 수평면과 평행한 면에서의 면적을 지칭할 수 있고, 수평면에 수직한 방향, 즉 Z축 방향은 수직 방향으로 지칭될 수 있다. 다른 구성요소보다 상대적으로 +Z축 방향으로 배치된 구성요소는 다른 구성요소 위에 있는 것으로 지칭될 수 있고, 다른 구성요소보다 상대적으로 -Z축 방향으로 배치된 구성요소는 다른 구성요소 아래에 있는 것으로 지칭될 수 있다. 또한, 구성요소의 표면들 중, +Z축 방향의 표면은 구성요소의 상면으로 지칭될 수 있고, -Z축 방향의 표면은 구성요소의 하면으로 지칭될 수 있다.
밀리미터파(mmWave) 주파수 대역과 같은 높은 주파수 대역에서는 대부분의 손실(loss) 파라미터들이 악화될 수 있으므로, 낮은 주파수 대역, 예컨대 6GHz 미만의 대역에서 사용되는 안테나(100) 및 RFIC(200)의 레이아웃들을 그대로 채용하는 것이 용이하지 아니할 수 있다. 예를 들면, 낮은 주파수 대역에서 사용되는 안테나 급전 구조는, 밀리미터파(mmWave) 주파수 대역에서 신호의 감쇠 특성을 현저하게 저하시킬 수 있고, EIRP(Effective Isotropic Radiated Power) 및 노이즈 특성(noise figure)을 전반적으로 열화시킬 수 있다. 이에 따라, 도 1의 급전 라인(15)에 의한 신호 감쇠를 최소화하기 위하여, 안테나(100) 및 RFIC(200)가 인접하게 배치될 수 있다. 특히, 모바일 폰과 같은 모바일 어플리케이션에서는 높은 공간 효율성이 요구될 수 있고, 이에 따라 도 2에 예시되는 바와 같이, RFIC(200) 상에 안테나(100)가 배치되는 시스템-인-패키지(System-in-Package; SiP) 구조가 채용될 수 있다.
도 2를 참조하면, 통신 기기(10a)는 전자 장치(20a), 디지털 집적 회로(13a) 및 캐리어 보드(carrier board)(500a)를 포함할 수 있고, 캐리어 보드(500a)의 상면에 전자 장치(20a) 및 디지털 집적 회로(13a)가 실장될(mounted) 수 있다. 전자 장치(20a) 및 디지털 집적 회로(13a)는 캐리어 보드(500a)에 형성된 도전 패턴들을 통해서 상호 통신 가능하게 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 캐리어 보드(500a)는 PCB(Printed Circuit Board)일 수 있다. 디지털 집적 회로(13a)는 도 1의 신호 프로세서(300)를 포함할 수 있고, 이에 따라 RFIC(200a)에 송신 신호(TX)를 전송하거나 RFIC(200a)로부터 수신 신호(RX)를 수신할 수 있으며, RFIC(200a)를 제어하기 위한 제어 신호를 제공할 수도 있다. 몇몇 실시예에 따르면, 디지털 집적 회로(13a)는 하나 이상의 코어 및/또는 메모리를 포함할 수도 있고, 통신 기기(10a)의 동작을 제어할 수도 있다.
전자 장치(20a)는 안테나 모듈(100a) 및 RFIC 칩(200a)를 포함할 수 있다. 안테나 모듈(100a)은 도 2에 도시된 바와 같이, 유전체 기판(substrate)(120a) 및 유전체 기판(120a)에 형성된 도전체(110a)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 안테나 모듈(100a)은, 수평면에 평행한 접지판(ground plane) 및 안테나 패치(patch)를 포함할 수 있고, RFIC 칩(200a)으로부터 안테나 패치에 신호를 공급하기 위한 급전 라인을 포함할 수도 있다. RFIC 칩(200a)은 안테나 모듈(100a)의 하면과 전기적으로 연결된 상면을 가질 수 있다. 한편, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 캐리어 보드(500b)의 하면에 RFIC 칩(200a) 및 디지털 집적 회로(13a)가 실장될 수도 있다.
도 3은 몇몇 실시예에 따른 안테나 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이다. 도 4는 도 3의 A-A 선을 따른 단면도이다. 도 5는 도 3의 안테나 모듈을 개략적으로 나타낸 도면이다.
전자 장치(20a)는 RFIC 칩(200a), 제1 안테나 모듈(30A), 제2 안테나 모듈(30B), 제3 안테나 모듈(30C), 제4 안테나 모듈(30D) 및 제5 안테나 모듈(30E)을 포함할 수 있다. 이하에서 설명하는 각각의 안테나 모듈(30A, 30B, 30C, 30D, 30E)은 안테나 패치가 포함된 안테나 소자를 각각 의미할 수 있다. 또한, 후술하는 각각의 안테나 소자가 포함된 안테나 어레이(1000)는 RFIC 칩(200a)과 연결된 안테나 모듈의 어레이를 의미할 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 안테나 모듈(30A)은 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320), 급전 구조(350), 및 복수의 유전체 기판(360)을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 방향(Z)은 복수의 유전체 기판(360)의 상면 각각과 수직하는 방향을 의미하고, 제2 방향(X) 및 제3 방향(Y)은 복수의 유전체 기판(360)의 상면 각각과 나란하고 서로 교차하는 방향을 의미할 수 있다.
복수의 유전체 기판(360)이 그라운드 구조(GND) 상에 제1 방향(Z)으로 순차 적층될 수 있다. 예를 들어, 복수의 유전체 기판(360)은 그라운드 구조(GND)로부터 순차 적층된 제1 유전체 층(361), 제2 유전체 층(362), 및 제3 유전체 층(363)을 포함할 수 있다. 도 5에서 유전체 층의 개수가 3개인 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다. 즉, 유전체 층의 개수는 3개보다 많거나 또는 적을 수도 있다.
제1 유전체 층(361) 상에는 제1 안테나 패치(310)가 배치되고, 제3 유전체 층(363) 상에는 제2 안테나 패치(320)가 배치될 수 있다. 제2 유전체 층(362) 상에는 후술하는 제1 급전 구조(350)의 수평 급전 라인(350P)이 배치될 수 있다. 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320)는 사각형 형상일 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않고, 예를 들어 원형 또는 마름모 형상 등일 수도 있다.
예를 들어, 복수의 유전체 기판(360) 각각은 유전체 물질을 포함할 수 있다. 복수의 유전체 기판(360) 각각은, 적어도 일 면에 동박(Copper foil)이 부착된 인쇄 회로 기판으로 제공될 수 있다. 이 경우, 유전체 기판 각각의 두께 또는 복수의 안테나 패치들 사이의 제1 방향(Z)을 따른 이격 거리는 도시된 것에 제한되지 않으며, 인쇄 회로 기판의 적층 형태에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있다.
제1 및 제2 안테나 패치(310, 320) 각각은 그라운드 구조(GND)와 제1 방향(Z)으로 이격 배치될 수 있다. 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320) 각각은 그라운드 구조(GND)와 연결되지 않을 수 있다.
제1 방향(Z)을 기준으로, 제2 안테나 패치(320)는 제1 안테나 패치(310)의 상부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 안테나 패치(310)는 메인 방사체이고, 제2 안테나 패치(320)는 기생 패치일 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다.
제1 및 제2 안테나 패치(310, 320)의 면적은 실질적으로 동일할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않고, 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320)의 면적은 서로 다를 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320)는 서로 적어도 일부 영역에서 오버랩될 수 있다.
제2 방향(X)을 기준으로, 후술하는 수평 급전 라인(350P)은 서로 마주하는 일 단부 및 타 단부를 가지고, 일 단부로부터 타 단부까지의 거리인 제1 폭(W1)을 가질 수 있다. 제2 방향(X)을 기준으로, 수평 급전 라인(350P)의 타 단부는 제1 안테나 패치(310)의 일 단부로부터 제1 거리(C1)만큼 이격될 수 있다. 제2 방향(X)을 기준으로, 수평 급전 라인(350P)의 일 단부는 제2 안테나 패치(320)의 일 단부로부터 제2 거리(C2)만큼 이격될 수 있다.
수평 급전 라인(350P)은 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320)와 적어도 일부 오버랩될 수 있다. 도 5를 참조하면, 수평 급전 라인(350P)은 제1 안테나 패치(310)와 제1 거리(C1)만큼 제1 방향(Z)으로 오버랩될 수 있다. 수평 급전 라인(350P)은 제2 안테나 패치(320)와 제1 폭과 제2 거리의 차이(W1-C2)만큼 제1 방향(Z)으로 오버랩될 수 있다.
제1 방향(Z)을 기준으로, 제1 안테나 패치(310)와 수평 급전 라인(350P) 사이의 제1 거리(A1) 및 제2 안테나 패치(320)와 수평 급전 라인(350P) 사이의 제2 거리(A2)는 동일하거나, 또는 실질적으로 동일할 수 있다.
다만, 수평 급전 라인(350P)의 폭 및 수평 급전 라인(350P)과 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320) 각각이 오버랩되는 영역의 너비 또는 길이는 도면에 도시된 것에 제한되지 않고 다양하게 형성될 수 있다. 또한, 수평 급전 라인(350P)과 제1 안테나 패치(310) 사이의 제1 방향(Z)을 따른 이격 거리 및 수평 급전 라인(350P)과 제2 안테나 패치(320) 사이의 제1 방향(Z)을 따른 이격 거리 역시 도면에 도시된 것에 제한되지 않고 다양하게 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 제1 안테나 패치(310)는 제2 방향(X)과 나란한 방향을 기준으로, 내측으로 만입된 오목부(C)를 포함할 수 있다. 오목부(C)는 후술하는 수직 급전 라인(350V)의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다.
제1 안테나 패치(310)는 제1 주파수 대역의 제1 RF 신호를 송신 및/또는 수신하고, 제2 안테나 패치(320)는 제1 주파수 대역과 다른 제2 주파수 대역의 제2 RF 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 예를 들어, 제1 주파수 대역은 제2 주파수 대역보다 높은 주파수 대역일 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다.
제1 급전 구조(350)는 RFIC 칩(200a)과 제1 안테나 모듈(30A)을 전기적으로 연결할 수 있다. 제1 급전 구조(350)는 커플링(Coupling) 급전에 의해, 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320)에 제1 및 제2 RF 신호를 각각 제공할 수 있다. 제1 안테나 패치(310)는 제1 급전 구조(350)로부터 제공받은 제1 RF 신호에 의해 여기되어 제1 주파수 대역의 전자기 에너지를 방사할 수 있다. 제2 안테나 패치(320)는 제1 급전 구조(350)로부터 제공받은 제2 RF 신호에 의해 여기되어 제2 주파수 대역의 전자기 에너지를 방사할 수 있다.
제1 방향(Z)을 기준으로, 제1 급전 구조(350)는 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320) 사이에서 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320) 각각과 이격 배치될 수 있다. 제1 급전 구조(350)는, 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320) 각각과 접촉하지 않을 수 있다. 즉, 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320)는 직접 급전 방식이 아니라, 간접 급전 방식에 의해 신호를 방사할 수 있다.
제1 급전 구조(350)는 수평 급전 라인(350P), 수직 급전 라인(350V) 및 급전부(350F)를 포함할 수 있다.
수평 급전 라인(350P)은 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320) 사이의 제2 유전체 기판(362) 상에 배치될 수 있다. 수평 급전 라인(350P)은 제1 방향(Z)과 교차하는 제2 방향(X)으로 연장될 수 있다. 수평 급전 라인(350P)은 원판형의 도전성 패드(pad) 형태로 형성될 수 있다. 수평 급전 라인(350P)은 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320) 각각과 접촉하지 않고, 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320) 각각과 제1 방향(Z)으로 이격 배치될 수 있다.
수직 급전 라인(350V)은 복수의 유전체 기판(360) 중 최하부의 제1 유전체 기판(361)을 관통하도록 제1 방향(Z)으로 연장될 수 있다. 수직 급전 라인(350V)은 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320)와 접촉하지 않을 수 있다.
수직 급전 라인(350V)은 그라운드 구조(GND)와 이격 배치될 수 있다. 또는, 구체적으로 도시되지는 않았으나, 수직 급전 라인(350V)과 그라운드 구조(GND) 사이에 절연 물질이 개재될 수 있다.
수직 급전 라인(350V)은 도전성 비아(via) 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로 도시되지는 않았으나, 수직 급전 라인(350V)은 제1 도전층 및 제1 도전층 내부를 채우는 제2 도전층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 도전층은 씨드층이고, 제2 도전층은 전기 도금을 통해 형성된 도체층일 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
급전부(350F)는 그라운드 구조(GND)의 하부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 급전부(350F)는 동축 케이블 형태로 제공될 수 있다.
급전부(350F)는 제1 도전층(350F1) 및 제1 도전층(350F1) 상의 제2 도전층(350F2)을 포함할 수 있다. 제1 도전층(350F1)은 내측의 수직 급전 라인(350V)과 접촉하고, 제2 도전층(350F2)은 외측의 그라운드 구조(GND)와 접촉할 수 있다. 이를 통해, 급전 구조(350)는 그라운드 구조(GND)와 연결될 수 있다.
수평 급전 라인(350P), 수직 급전 라인(350V) 및 급전부(350F) 각각은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도전성 물질은 구리(Cu)를 포함할 수 있다. 다만, 본 발명의 기술적 사상이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 6은 몇몇 실시예에 따른 안테나 모듈을 개략적으로 나타낸 사시도이다. 설명의 편의상 상술한 도 1 내지 도 5를 이용하여 설명된 내용과의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 6을 참조하면, 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320) 각각은 원형으로 형성될 수 있다.
도 7 내지 도 10은 몇몇 실시예에 따른 안테나 모듈을 개략적으로 나타낸 단면도들이다. 설명의 편의상 상술한 도 1 내지 도 6을 이용하여 설명된 내용과의 차이점을 중심으로 설명한다.
도 7을 참조하면, 제1 안테나 모듈(30A)은, 제1 안테나 패치(310)와 제2 안테나 패치(320) 사이에 배치된 제3 안테나 패치(330)를 더 포함할 수 있다. 제3 안테나 패치(330)는 제2 유전체 층(363) 상에 배치될 수 있다. 제1 급전 구조(350)에 의해 제1 내지 제3 안테나 패치(310, 320, 330)는 커플링 급전될 수 있다.
수평 급전 라인(350P)은 제3 안테나 패치(330)와 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 다만 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않으며, 수평 급전 라인(350P)은 제3 안테나 패치(330)와 동일 평면 상에 배치되지 않을 수도 있다.
도 8을 참조하면, 제1 안테나 모듈(30A)은, 제1 안테나 패치(310)와 제2 안테나 패치(320) 사이에 배치된 제3 안테나 패치(330) 및 제3 안테나 패치(330) 상의 제4 안테나 패치(340)를 더 포함할 수 있다. 제4 안테나 패치(340)는, 제2 안테나 패치(320)와 제3 안테나 패치(330) 사이에 배치될 수 있다. 제3 안테나 패치(330)는 제2 유전체 층(363)과 제3 유전체 층(363) 사이의 제4 유전체 층(364) 상에 배치될 수 있다. 제1 급전 구조(350)에 의해 제1 내지 제4 안테나 패치(310, 320, 330, 340)는 커플링 급전될 수 있다.
제1 방향(Z)을 기준으로, 수평 급전 라인(350P)과 제1 내지 제4 안테나 패치(310, 320, 330, 340) 간의 거리는 도 8에 도시된 것에 제한되지 않을 수 있다.
도 9를 참조하면, 제1 안테나 패치(310)는 제2 방향(X)으로 서로 이격된 복수 개로 형성될 수 있다. 제1 안테나 패치(310)는 수평 급전 라인(350P)을 사이에 두고 제2 방향(X)으로 서로 이격된 제1a 안테나 패치(310a) 및 제1b 안테나 패치(310b)를 포함할 수 있다. 제1 급전 구조(350)에 의해 제1a, 1b 및 제2 안테나 패치(310a, 310b, 320)는 커플링 급전될 수 있다.
구체적으로 도시되지는 않았으나, 제1 안테나 패치(310)가 아니라 제2 안테나 패치(320)가 복수 개로 형성될 수도 있음은 물론이다.
도 9에서는 제1 안테나 패치(310)가 2개로 형성된 것만이 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다. 즉, 제1 안테나 패치(310)는 2개 이상의 개수로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 안테나 패치(310)들 간의 간격, 제1 안테나 패치(310)들의 폭, 및 수평 급전 라인(350P)과 제1 안테나 패치(310)들 간의 간격 역시 도 9에 도시된 것에 제한되지 않고, 다양하게 형성될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320) 각각은 제2 방향(X)으로 서로 이격된 복수 개로 형성될 수 있다. 제2 안테나 패치(320)는 수평 급전 라인(350P)을 사이에 두고 제2 방향(X)으로 서로 이격된 제2a 안테나 패치(320a) 및 제2b 안테나 패치(320b)를 포함할 수 있다. 제1 급전 구조(350)에 의해 제1a, 1b 및 제2a, 2b 안테나 패치(310a, 310b, 320a, 320b)는 커플링 급전될 수 있다.
도 10에서는 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320)가 각각 2개로 형성된 것만이 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다. 즉, 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320)는 각각 2개 이상의 개수로 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320)들 간의 간격, 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320)들 각각의 폭, 및 수평 급전 라인(350P)과 제1 및 제2 안테나 패치(310, 320)들 간의 간격 역시 도 10에 도시된 것에 제한되지 않고, 다양하게 형성될 수 있다.
도 11은 몇몇 실시예에 따른 안테나 어레이를 설명하기 위한 도면이다. 설명의 편의상 상술한 도 1 내지 도 10을 이용하여 설명된 내용과의 차이점을 중심으로 설명한다. 도 11에 도시된 제2 내지 제5 안테나 모듈(30B, 30C, 30D, 30E) 각각에는 상술한 제1 안테나 모듈(30A)에 관한 설명이 마찬가지로 적용될 수 있다.
도 11을 참조하면, 제1 내지 제5 안테나 모듈(30A, 30B, 30C, 30D, 30E)은 안테나 어레이(1000)를 구성할 수 있다. 도 11에서는, 하나의 안테나 어레이에 포함된 안테나 모듈의 개수가 5개인 것으로 도시되었으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 제한되지 않는다. 즉, 하나의 안테나 어레이에 포함된 안테나 모듈의 개수는 5개보다 적거나 많을 수도 있다. 또한, 하나의 안테나 어레이에 포함된 안테나 모듈의 배열 형태 역시 도 11에 도시된 것에 제한되지 않는다.
제2 안테나 모듈(30B)은 제1 안테나 모듈(30A)과 제1 방향(X)으로 서로 이격 배치될 수 있다. 제2 안테나 모듈(30B)은 제2 급전 구조를 통해 RFIC 칩(200a)과 전기적으로 연결되는 복수의 급전 라인들을 포함할 수 있다.
제2 안테나 모듈(30B)은 서로 다른 주파수 대역의 신호를 송신 및/또는 수신하는 제1 및 제2 안테나 패치를 포함할 수 있다. 제2 급전 구조에 의해 제1 및 제2 안테나 패치는 커플링 급전될 수 있다.
제3 안테나 모듈(30C)은 제1 및 제2 안테나 모듈(30A, 30B)과 제1 방향(X)으로 서로 이격 배치될 수 있다. 제3 안테나 모듈(30C)은 제3 급전 구조를 통해 RFIC 칩(200a)과 전기적으로 연결되는 복수의 급전 라인들을 포함할 수 있다.
제3 안테나 모듈(30C)은 서로 다른 주파수 대역의 신호를 송신 및/또는 수신하는 제1 및 제2 안테나 패치를 포함할 수 있다. 제3 급전 구조에 의해 제1 및 제2 안테나 패치는 커플링 급전될 수 있다.
제4 안테나 모듈(30D)은 제1 내지 제3 안테나 모듈(30A, 30B, 30C)과 제1 방향(X)으로 서로 이격 배치될 수 있다. 제4 안테나 모듈(30D)은 제4 급전 구조를 통해 RFIC 칩(200a)과 전기적으로 연결되는 복수의 급전 라인들을 포함할 수 있다.
제4 안테나 모듈(30D)은 서로 다른 주파수 대역의 신호를 송신 및/또는 수신하는 제1 및 제2 안테나 패치를 포함할 수 있다. 제4 급전 구조에 의해 제1 및 제2 안테나 패치는 커플링 급전될 수 있다.
제5 안테나 모듈(30E)은 제1 내지 제4 안테나 모듈(30A, 30B, 30C, 30D)과 제1 방향(X)으로 서로 이격 배치될 수 있다. 제5 안테나 모듈(30E)은 제5 급전 구조를 통해 RFIC 칩(200a)과 전기적으로 연결되는 복수의 급전 라인들을 포함할 수 있다.
제5 안테나 모듈(30E)은 서로 다른 주파수 대역의 신호를 송신 및/또는 수신하는 제1 및 제2 안테나 패치를 포함할 수 있다. 제5 급전 구조에 의해 제1 및 제2 안테나 패치는 커플링 급전될 수 있다.
도 12 내지 도 13은 몇몇 실시예에 따른 안테나 모듈의 효과를 설명하기 위한 도면들이다. 참고적으로, 도 12 내지 도 13은 도 5의 안테나 모듈(30A)이 동작하는 주파수 대역에 관하여 설명하기 위한 그래프이다.
도 12는 몇몇 실시예에 따른 급전 구조(350)가 존재하지 않는 경우의 안테나 특성을 나타낸 도면이다. 도 13은 몇몇 실시예에 따른 급전 구조(350)가 존재하는 경우의 안테나 특성을 나타낸 도면이다.
도 12의 경우, 급전 구조(350)가 존재하지 않는 경우의 안테나 모듈은 B11 주파수(B11)와 B12 주파수(B12)의 제1 대역에서 동작할 수 있다. 도 13의 경우, 안테나 모듈(30A)은 B21 주파수(B21)와 B22 주파수(B22)의 제2 대역에서 동작할 수 있다.
도 12와 도 13을 비교하면, 급전 구조(350)가 존재하는 경우, 안테나 특성이 보다 개선됨을 알 수 있다. 즉, 복수의 안테나 패치 사이의 커플링 급전 구조를 이용함으로써, 안테나 모듈(30A)은 종래보다 넓은 주파수 대역의 RF 신호를 송/수신할 수 있다. 결과, 종래보다 안테나 모듈의 매칭 비대역폭이 증가하므로, 별도의 매칭회로를 구비하지 않더라도 개선된 특성을 확보할 수 있다.
도 14는 몇몇 실시예에 따른 안테나 모듈을 포함하는 통신 기기를 설명하기 위한 도면이다.
구체적으로,　도 14는 WLAN을 이용하는 무선 통신 시스템에서 다양한 무선 통신 기기들이 상호 통신하는 예시를 나타낸다.　도 14에 도시된 다양한 무선 통신 기기들 각각은 몇몇 실시예에 따른 커플링 급전 안테나를 포함할 수 있고, 커플링 급전 안테나에 신호를 제공하는 RFIC를 포함할 수 있다.
가정용 기기(2200), 가전(2300), 엔터테인먼트 기기(2400) 및 AP(2100)는 IoT(Internet of Things) 네트워크 시스템을 구성할 수 있다. 가정용 기기(2200), 가전(2300), 엔터테인먼트 기기(2400) 및 AP(Access Point)(2100) 각각은 몇몇 실시예에 따른 송수신기를 부품으로서 포함할 수 있다. 가정용 기기(2200), 가전(2300) 및 엔터테인먼트 기기(2400)는 AP(2100)와 무선 통신할 수 있고, 가정용 기기(2200), 가전(2300) 및 엔터테인먼트 기기(2400)는 상호 무선 통신할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
20a: 전자 장치 200a: RFIC 칩
360: 복수의 유전체 기판 GND: 그라운드 구조
30A: 제1 안테나 모듈 310: 제1 안테나 패치
320: 제2 안테나 패치 330: 제3 안테나 패치
340: 제4 안테나 패치 350: 제1 급전 구조
350P: 수평 급전 라인 350V: 수직 급전 라인
350F: 급전부 30B: 제2 안테나 모듈
30C: 제3 안테나 모듈 30D: 제4 안테나 모듈
30E: 제5 안테나 모듈 1000: 안테나 어레이

Claims (10)

  1. 그라운드 구조와 제1 방향으로 이격되고, 서로 다른 주파수 대역의 전자기 에너지를 방사하는 제1 및 제2 안테나 패치;
    상기 제1 및 제2 안테나 패치 사이에, 상기 제1 및 제2 안테나 패치 각각과 이격 배치되고, 상기 제1 및 제2 안테나 패치에 RF 신호를 제공하는 급전 구조를 포함하되,
    상기 급전 구조는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 수평 급전 라인 및 상기 제1 방향으로 연장되어 상기 그라운드 구조와 연결된 수직 급전 라인을 포함하는 안테나 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수평 급전 라인은 상기 제1 및 제2 안테나 패치 각각과 상기 제1 방향으로 이격 배치되는 안테나 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수평 급전 라인은 상기 제1 및 제2 안테나 패치와 적어도 일부 오버랩되는 안테나 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 패치는 상기 제2 방향으로 만입된 오목부를 포함하고, 상기 오목부는 상기 수직 급전 라인의 적어도 일부를 둘러싸는 안테나 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 패치와 상기 제2 안테나 패치 사이에 배치된 제3 안테나 패치를 더 포함하고,
    상기 수평 급전 라인은 상기 제3 안테나 패치와 동일 평면 상에 배치되는 안테나 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 안테나 패치는 상기 급전 구조로부터 제공받은 제1 RF 신호에 의해 여기되어 제1 주파수 대역에 해당하는 전자기 에너지를 방사하고,
    제2 안테나 패치는 상기 급전 구조로부터 제공받은 제2 RF 신호에 의해 여기되어 제2 주파수 대역에 해당하는 전자기 에너지를 방사하는 안테나 모듈.
  7. RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit) 칩; 및
    상기 RFIC 칩 상의 제1 안테나 모듈을 포함하되,
    상기 제1 안테나 모듈은,
    그라운드 구조 상에 제1 방향으로 순차 적층된 제1 내지 제3 유전체 기판,
    상기 제1 및 제3 유전체 기판 상에 각각 배치되고, 상기 그라운드 구조와 연결되지 않은 제1 및 제2 안테나 패치, 및
    상기 제1 및 제2 안테나 패치와 상기 제1 방향으로 이격 배치되고, 상기 RFIC 칩과 제1 안테나 모듈을 전기적으로 연결하는 제1 급전 구조로, 상기 제1 급전 구조는 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장된 도전성 패드, 상기 제1 유전체 기판을 관통하는 도전성 비아, 및 상기 그라운드 구조와 연결된 급전부를 포함하는 전자 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도전성 패드 및 상기 도전성 비아는 상기 제1 및 제2 안테나 패치 각각과 접촉하지 않는 전자 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 도전성 패드는 상기 제1 및 제2 안테나 패치 사이의 상기 제2 유전체 기판 상에 배치되는 전자 장치.
  10. RFIC(Radio Frequency Integrated Circuit) 칩;
    상기 RFIC 칩과 제1 급전 구조를 통해 전기적으로 연결되는 제1 안테나 모듈;
    상기 제1 안테나 모듈과 제1 방향으로 이격 배치되고, 제2 급전 구조를 통해 상기 RFIC 칩과 전기적으로 연결되는 제2 안테나 모듈; 및
    상기 제1 및 제2 안테나 모듈 각각과 상기 제1 방향으로 이격 배치되고, 제3 급전 구조를 통해 상기 RFIC 칩과 전기적으로 연결되는 제3 안테나 모듈을 포함하되,
    상기 제1 안테나 모듈은,
    그라운드 구조로부터 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 이격 배치되고, 서로 다른 주파수 대역의 전자기 에너지를 방사하는 제1 및 제2 안테나 패치, 및
    상기 제1 및 제2 안테나 패치 사이에, 상기 제1 및 제2 안테나 패치 각각과 이격 배치되고, 상기 제1 및 제2 안테나 패치에 RF 신호를 제공하는 급전 구조를 포함하고,
    상기 제1 급전 구조는 수평 급전 라인 및 상기 그라운드 구조와 연결된 수직 급전 라인을 포함하는 전자 장치.
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