KR20240035739A - 안테나를 구비하는 전자 기기 - Google Patents
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Abstract
실시 예에 따른 안테나 어셈블리가 제공된다. 상기 안테나 어셈블리는 상기 유전체 기판의 표면에서 양 측으로 도전 패턴이 형성되는 제1 다이폴 안테나 및 제2 다이폴 안테나; 상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나 사이에 배치되는 그라운드 패턴 내부에 형성되는 슬롯 영역을 구비하는 슬롯 안테나; 상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나와 동일 평면 상에서 전기적으로 연결되는 제1 CPW (co-planar wave guide) 급전 라인 및 제2 CPW 급전 라인을 구비하는 제1 급전부; 및 상기 슬롯 영역과 동일 평면 상에서 전기적으로 연결되고, 상기 제1 CPW 급전 라인 및 제2 CPW 급전 라인 사이에 배치되는 제2 급전부를 포함하도록 구성될 수 있다.
Description
본 명세서는 안테나를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다. 특정 구현은 다층 회로 기판 내에 구현되는 안테나 모듈과 이를 구비하는 전자 기기에 관한 것이다.
전자기기(electronic devices)의 기능이 다양화됨에 따라 음악이나 동영상 파일의 재생, 게임, 방송의 수신 등의 복합적인 기능들을 갖춘 멀티미디어 기기(Multimedia player)와 같은 영상표시장치로 구현될 수 있다.
영상표시장치는 영상 컨텐츠를 재생하는 기기로서, 다양한 소스로부터 영상을 수신하여 재생한다. 영상표시장치는 PC(Personal Computer), 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북, TV 등 다양한 기기로 구현된다. 스마트 TV 등과 같은 영상표시장치에서 웹 브라우저와 같은 웹 컨텐츠 제공을 위한 어플리케이션을 제공할 수 있다.
이러한 영상표시장치와 같은 전자 기기가 주변의 전자 기기와 통신을 수행하기 위해, 안테나를 포함하는 통신 모듈이 구비될 수 있다. 한편, 최근 영상표시장치의 디스플레이 영역이 확장됨에 따라 안테나를 포함하는 통신 모듈의 배치 공간이 감소하게 된다. 이에 따라, 통신 모듈이 구현되는 다층 회로 기판 내부에 안테나를 배치할 필요성이 증가하고 있다.
한편, 전자 기기 간에 통신 서비스를 위한 인터페이스로 WiFi 무선 인터페이스가 고려될 수 있다. 이러한 WiFi 무선 인터페이스를 이용하는 경우, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 밀리미터파 대역(mmWave)을 이용할 수 있다. 특히, 802.11ay와 같은 무선 인터페이스를 이용하여 전자 기기 간에 고속 데이터 전송이 가능하다.
이와 관련하여, 밀리미터파(mmWave) 대역에서 동작할 수 있는 배열 안테나는 전자 기기의 디스플레이에 구현될 수 있다. 한편, 5G 이동 통신 및 밀리미터파 대역을 이용하는 Wi-Fi의 급격한 발전과 함께 초고속, 대용량 통신을 지원하기 위한 주파수 대역의 확장 및 통신 모듈 설계기술이 빠르게 진화하고 있다. TV, 로봇, 차량, 단말 등 다양한 산업군에 대한 기술 적용이 검토되고 있다. 뿐만 아니라, 디자인적 요소를 반영한 보다 더 얇고 가벼운 full-screen 디스플레이 개발에 대한 수요가 크게 증가하고 있음.
양질의 통신 서비스 구현을 위하여 전자 기기의 측면 이외에도, 모든 방향으로 전파 방사가 가능한 통신 모듈의 적용이 요구된다. 하지만, 디스플레이 베젤(Bezel)과 주변 기구물을 활용한 안테나 모듈 및 RF 프론트-엔드(front-end) 설계는 매우 협소한 공간적 제약을 가지고 있으며, 디자인적 요소를 제약한다.
본 명세서는 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또한, 다른 일 목적은 밀리미터파 대역에서 동작하는 디스플레이에 구비되는 안테나 모듈 및 이를 제어하는 구성을 포함하는 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자를 디스플레이에 구현하여 전면 방향의 다른 기기와 통신이 가능한 전자 기기를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 디스플레이 내부에 배치된 안테나의 전기적 특성을 향상시키면서도 시인성을 향상시킬 수 있는 안테나 구성을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 한정된 영역 내에 이중 편파 특성을 구현된 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 밀리미터파 대역에서 신호 손실 특성이 최소화될 수 있는 디스플레이에 구현되는 안테나 모듈을 제공하기 위한 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 실시 예에 따른 안테나 어셈블리가 제공된다. 상기 안테나 어셈블리는 상기 유전체 기판의 표면에서 양 측으로 도전 패턴이 형성되는 제1 다이폴 안테나 및 제2 다이폴 안테나; 상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나 사이에 배치되는 그라운드 패턴 내부에 형성되는 슬롯 영역을 구비하는 슬롯 안테나; 상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나와 동일 평면 상에서 전기적으로 연결되는 제1 CPW (co-planar wave guide) 급전 라인 및 제2 CPW 급전 라인을 구비하는 제1 급전부; 및 상기 슬롯 영역과 동일 평면 상에서 전기적으로 연결되고, 상기 제1 CPW 급전 라인 및 제2 CPW 급전 라인 사이에 배치되는 상기 제2 급전부를 포함하도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 CPW 급전 라인의 일 측과 타 측에 제1 그라운드 패턴이 배치되고, 상기 제2 CPW 급전 라인의 일 측과 타 측에 제2 그라운드 패턴이 배치될 수 있다. 상기 CPW 슬롯 급전 라인은 상기 제1 CPW 급전 라인의 타 측에 배치되는 상기 제1 그라운드 패턴과 상기 제2 CPW 급전 라인의 일 측에 배치되는 상기 제2 그라운드 패턴 사이에 배치될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 어셈블리는 상기 슬롯 영역이 형성된 상기 그라운드 패턴의 상부에서 상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나 사이에 형성되는 더미 메탈 메쉬 패턴을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 슬롯 안테나는 복수의 슬롯 안테나들을 포함할 수 있다. 상기 안테나 어셈블리는 상기 복수의 슬롯 안테나들 중 최외곽에 배치되는 슬롯 안테나와 인접하게 배치되는 더미 다이폴을 더 포함하고, 상기 더미 다이폴은 일 측으로 도전 패턴이 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 다이폴 안테나는 상기 제1 그라운드 패턴과 연결되는 그라운드 암 패턴(ground arm pattern) 및 상기 제1 CPW 급전 라인과 연결되는 신호 암 패턴을 포함할 수 있다. 상기 제2 다이폴 안테나는 상기 제2 그라운드 패턴과 연결되는 그라운드 암 패턴(ground arm pattern) 및 상기 제2 CPW 급전 라인과 연결되는 신호 암 패턴을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나의 상기 그라운드 암 패턴 및 상기 신호 암 패턴은 상기 유전체 기판의 표면 상에서 제1 축 방향으로 형성된 제1 금속 패턴으로 구성된 제1 서브 암; 및 상기 제1 축 방향과 다른 상기 유전체 기판의 표면 상의 제2 축 방향으로 형성된 제2 금속 패턴으로 구성된 제2 서브 암을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 및 제2 다이폴 안테나 및 상기 슬롯 안테나는 복수의 층 구조로 형성되는 디스플레이의 내부에 형성되는 안테나 영역에 배치될 수 있다. 상기 제1 급전부 및 상기 제2 급전부는, 상기 제1 급전부의 급전 라인 및 상기 제2 급전부의 급전 라인 사이에 그라운드 영역이 배치된 coplanar 구조가 형성되어, 안테나와 급전 라인 간의 임피던스 매칭을 수행하도록 구성된 전환 영역(transition region); 및 상기 제1 급전부의 급전 라인 및 상기 제2 급전부의 급전 라인이 상기 제1 축 방향으로 소정 길이만큼 배치되는 신호 라인 영역(signal line region)을 포함하고, 상기 신호 라인 영역에 배치되는 상기 급전 라인은 FPCB(flexible printed circuit board) 상에 형성될 수 있다. 상기 제2 급전부는 상기 슬롯 안테나를 급전하는 CPW 급전 라인으로 구현된다.
실시 예에 따르면, 상기 슬롯 영역이 제1 축 방향으로 형성되어, 상기 슬롯 안테나는 상기 제1 축 방향의 수직 편파 안테나로 동작하고, 상기 제1 다이폴 안테나 및 제2 다이폴 안테나는 제2 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되어, 상기 제2 축 방향의 수평 편파 안테나로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 그라운드 패턴은 상기 그라운드 패턴의 일 측 단부에서 상기 슬롯 영역의 일 측 단부까지의 제1 영역; 상기 슬롯 영역의 일 측 단부에서 상기 제1 다이폴 안테나의 제2 금속 패턴의 단부까지의 제2 영역; 상기 제1 다이폴 안테나의 제2 금속 패턴의 단부에서 상기 제2 다이폴 안테나의 제2 금속 안테나의 단부까지의 제3 영역; 상기 제2 다이폴 안테나의 제2 금속 패턴의 단부에서 상기 슬롯 영역의 타 측 단부까지의 제4 영역; 및 상기 슬롯 영역의 타 측 단부에서 상기 그라운드 패턴의 타 측 단부까지의 제5 영역을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 다이폴 안테나의 제2 금속 패턴은 상기 제2 영역에서 상기 슬롯 영역과 평행하게 상기 제2 축 방향으로 소정 길이만큼 중첩되게 형성되고, 상기 제2 다이폴 안테나의 제2 금속 패턴은 상기 제4 영역에서 상기 슬롯 영역과 평행하게 상기 제2 축 방향으로 소정 길이만큼 중첩되게 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 슬롯 영역은 상기 제2 영역에서 상기 제1 다이폴 안테나의 상기 제2 금속 패턴과 상기 제1 축 방향으로 기설정된 간격 이상으로 이격되어 배치되고, 상기 제4 영역에서 상기 제2 다이폴 안테나의 상기 제2 금속 패턴과 상기 제1 축 방향으로 기설정된 간격 이상으로 이격되어 배치되어, 상기 제1 다이폴 안테나와의 제1 간섭 수준 및 상기 제2 다이폴 안테나와의 제2 간섭 수준이 임계 수준 이하가 되도록 형성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 다이폴 안테나의 상기 제1 금속 패턴은 소정 간격 이격되어 상기 제1 축 방향으로 평행하게 배치되는 제1 서브 패턴 및 제2 서브 패턴을 포함할 수 있다. 상기 다이폴 안테나의 상기 제2 금속 패턴은 상기 제1 서브 패턴 및 제2 서브 패턴의 단부에서 상기 제2 축 상의 서로 다른 방향으로 연장되는 제3 서브 패턴 및 제4 서브 패턴을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 금속 패턴의 상기 제1 및 제2 서브 패턴 중 어느 하나는 상기 전환 영역에서 다른 너비를 갖는 금속 패턴과 연결되어, 상기 안테나 영역과 상기 신호 라인 영역과의 임피던스 매칭이 수행되고, 상기 제1 금속 패턴의 상기 제1 및 제2 서브 패턴 중 다른 하나는 비아 패턴을 통해 하부의 그라운드와 연결되어 그라운드로 동작할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 더미 메탈 메쉬 패턴은 상기 슬롯 안테나의 상기 그라운드 패턴의 상부 영역과 상기 제2 금속 패턴의 하부 영역 사이에 배치되는 제1 더미 패턴; 및 상기 제1 더미 패턴과 결합되고, 상기 제1 다이폴 안테나와 상기 제2 다이폴 안테나의 상기 제2 금속 패턴 사이에 배치되는 제2 더미 패턴을 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 다이폴 안테나의 상기 제1 금속 패턴 및 상기 제2 금속 패턴과 상기 슬롯 안테나의 상기 그라운드 패턴은 서로 다른 축 방향으로 형성된 메탈 메쉬 패턴이 연결된 closed mesh 구조로 형성될 수 있다. 상기 더미 패턴은 서로 다른 축 방향으로 형성된 메탈 메쉬 패턴이 연결점에서 끊어진 open mesh 구조로 형성되어, 상기 디스플레이 내부에서 안테나 영역의 투명도(transparency)를 향상시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 다이폴 안테나는 상기 제2 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되는 제3 다이폴 안테나 및 제4 다이폴 안테나를 더 포함하여 제1 배열 안테나로 구성될 수 있다. 상기 슬롯 안테나는 상기 제1 다이폴 안테나의 일 측 영역에 배치되는 제1 슬롯 안테나; 상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나 사이에 배치되는 제2 슬롯 안테나; 상기 제2 다이폴 안테나 및 상기 제3 다이폴 안테나 사이에 배치되는 제3 슬롯 안테나; 및 상기 제3 다이폴 안테나 및 상기 제4 다이폴 안테나의 일 측 영역 사이에 배치되는 제4 슬롯 안테나를 포함하여, 제2 배열 안테나로 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 다이폴 안테나는 상기 제1 슬롯 안테나의 일 측 영역 또는 제4 슬롯 안테나의 타 측 영역에 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴으로 이루어진 더미 다이폴을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 내지 제4 다이폴 안테나는 상기 제1 금속 패턴에서 상기 제2 축 상의 서로 다른 방향으로 연장되는 상기 제2 금속 패턴을 포함하고, 상기 더미 방사체는 상기 제1 금속 패턴에서 상기 제2 축 상의 일 방향으로 연장되는 제2 금속 패턴을 포함하고, 상기 더미 방사체의 상기 제1 금속 패턴은 비아 패턴을 통해 하부의 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제3 다이폴 안테나의 제1 서브 패턴이 비아 패턴을 통해 하부의 그라운드와 연결되어, 상기 제1 서브 패턴이 그라운드로 동작하도록 하고, 상기 제2 다이폴 안테나 및 상기 제4 다이폴 안테나의 제2 서브 패턴이 비아 패턴을 통해 하부의 그라운드와 연결되어, 상기 제2 서브 패턴이 그라운드로 동작하도록 하여, 상기 제1 내지 제4 다이폴 안테나 중 인접한 다이폴 안테나 간 간섭 수준과 상기 제1 내지 제4 슬롯 안테나 중 인접한 슬롯 안테나 간 간섭 수준을 저감시킬 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 슬롯 안테나는 상기 제4 다이폴 안테나의 타 측 영역에 배치되는 제5 슬롯 안테나를 더 포함하여, 상기 제4 다이폴 안테나의 성능을 상기 제1 내지 제3 다이폴 안테나의 성능과 부합하도록 할 수 있다. 상기 제5 슬롯 안테나의 그라운드 패턴의 내부를 통해 상기 그라운드 패턴과 전기적으로 연결되는 상기 제2 급전부의 급전 라인은 상기 송수신부 회로와 전기적으로 연결되지 않고, 상기 급전 라인의 단부는 FPCB의 그라운드와 저항 소자를 통해 연결되도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 다이폴 안테나의 상기 제2 금속 패턴은 상기 제1 금속 패턴과 제1 지점에서 수직하게 연결되는 제1 방사부; 및 상기 제1 금속 패턴과 제1 지점에서 소정 각도로 절곡된 상태에서 제2 지점에서부터 상기 제1 방사부의 상부 영역에서 상기 제1 방사부와 평행하게 배치되는 제2 방사부를 포함하여, 상기 다이폴 안테나가 광대역 동작하도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제2 방사부의 길이는 상기 제1 방사부의 길이보다 짧게 형성되고, 상기 슬롯 안테나의 슬롯 영역은 상기 제2 급전부의 종단에서 상기 제2 축 상의 서로 다른 방향으로 형성되는 직사각형 슬롯 영역의 마주보는 코너 영역이 삼각형 형상으로 구성되고, 상기 슬롯 영역은 삼각형 형상의 코너 영역을 기준으로 형성된 멀티 슬롯 영역으로 구성되어, 상기 슬롯 안테나가 광대역 동작하도록 구성될 수 있다.
실시 예에 따르면, FPCB 상에 배치된 상기 제1 급전부의 제1 내지 제4 급전라인과 상기 제2 급전부의 제1 내지 제4 급전라인은 마이크로 스트립 라인 구조로 구성될 수 있다. 상기 제1 급전부 및 상기 제2 급전부의 제1 내지 제4 급전라인은 마이크로 스트립 라인 구조에서 coplanar 라인 구조로 전환을 위한 전환 영역 상에 배치될 수 있다. 상기 전환 영역은 상기 FPCB의 다층 구조에서 상기 디스플레이의 안테나 영역의 단층 구조로의 전환을 위해 ACF 본딩 영역으로 형성되고, 상기 안테나 영역은 커버 글래스 하부의 OCA 레이어 상에 금속 패턴으로 형성될 수 있다.
본 명세서의 다른 양상에 따른 디스플레이에 형성되는 안테나 어셈블리를 포함하는 전자 기기가 제공된다. 상기 전자 기기는 복수의 층상 구조로 형성되고, 커버 글래스를 구비하는 디스플레이; 및 상기 디스플레이의 내부에 형성되는 유전체 기판(dielectric substrate)상에 메탈 메쉬 패턴으로 형성되어, 무선 신호를 상기 커버 글래스를 통해 방사하도록 구성된 안테나 어셈블리를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 안테나 어셈블리는 유전체 기판(dielectric substrate); 상기 유전체 기판의 표면에서 양 측으로 도전 패턴이 형성되는 제1 다이폴 안테나 및 제2 다이폴 안테나; 상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나 사이에 배치되는 그라운드 패턴 내부에 형성되는 슬롯 영역을 구비하는 슬롯 안테나; 상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나와 동일 평면 상에서 전기적으로 연결되는 제1 CPW (co-planar wave guide) 급전 라인 및 제2 CPW 급전 라인을 구비하는 제1 급전부; 및 상기 슬롯 영역과 동일 평면 상에서 전기적으로 연결되고, 상기 제1 CPW 급전 라인 및 제2 CPW 급전 라인 사이에 배치되는 제2 급전부를 포함할 수 있다.
실시 예에 따르면, 상기 제1 CPW 급전 라인의 일 측과 타 측에 제1 그라운드 패턴이 배치되고, 상기 제2 CPW 급전 라인의 일 측과 타 측에 제2 그라운드 패턴이 배치되고, 상기 제2 급전부는 상기 제1 CPW 급전 라인의 타 측에 배치되는 상기 제1 그라운드 패턴과 상기 제2 CPW 급전 라인의 일 측에 배치되는 상기 제2 그라운드 패턴 사이에 배치될 수 있다.
이와 같은 밀리미터파 대역에서 동작하는 디스플레이에 구비되는 안테나 모듈 및 이를 제어하는 구성을 포함하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자를 메탈 메쉬 구조로 디스플레이에 구현하여, 전면 방향의 다른 기기와 통신이 가능하다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 디스플레이 내부에 배치된 안테나의 전기적 특성을 향상시키면서도 더미 패턴을 이용하여 시인성을 향상시킬 수 있는 안테나 구성을 제공할 수 있다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 다이폴 안테나 사이의 빈 영역에 슬롯 안테나를 배치하여, 한정된 영역 내에 이중 편파 특성을 구현된 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 안테나 간 간격을 최소화하고, 투명 안테나와 급전 라인 간의 전환 구간에서 임피던스 매칭을 통해, 밀리미터파 대역에서 신호 손실 특성이 최소화될 수 있는 디스플레이에 구현되는 안테나 모듈을 제공할 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 본 명세서의 일실시예에 따른 영상표시기기를 포함한 전체 무선 AV 시스템의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 명세서에 따른 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들의 상세 구성을 나타낸다.
도 3a는 본 명세서에 따른 RTS (Request to Send) 프레임 및 CTS(Clear to Send) 프레임을 나타낸다.
도 3b는 본 명세서의 일 예시에 따른 통신 시스템(400)의 블록도를 예시한다.
도 4는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다.
도 5a는 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장 안테나가 FPCB와 연결되는 구성을 나타낸다. 또한, 도 5b는 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장 안테나와 연결되는 FPCB가 메인 PCB와 연결되는 구성을 나타낸다.
도 6a는 일 예시에 따른 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 전자 기기상에 서로 다른 모듈로 배치된 구성을 나타낸다.
도 6b는 다른 예시에 따른 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 전자 기기상에 동일한 모듈로 배치된 구성을 나타낸다.
도 7은 본 명세서에서 개시되는 교차 배열 이중 편파 디스플레이에 배치되는 단일 소자 및 이를 2x1 배열 안테나로 구성한 상세 구조를 나타낸다.
도 8은 도 7에서 개시되는 교차 배열 이중 편파 디스플레이 안테나가 4x1 배열 안테나 또는 그 이상의 안테나 소자로 구성된 상세 구조를 나타낸다.
도 9a는 수평 편파로 구성되는 4x1 배열 안테나의 제1 방사 패턴이 디스플레이의 전면으로 형성된 상태를 나타낸다. 한편, 도 9b는 수직 편파로 구성되는 4x1 배열 안테나의 제2 방사 패턴이 디스플레이의 전면으로 형성된 상태를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 제1 배열 안테나를 구성하는 제1 내지 제4 다이폴 안테나의 반사 계수 특성 및 격리도 특성을 나타낸다.
도 11a 내지 도 11c는 다이폴 안테나와 슬롯 안테나 간 이격된 간격이 변경되는 경우와 더미 패턴 배치 여부에 따른 제1 내지 제3 안테나 구조를 나타낸다.
도 12a 내지 도 12c는 제1 내지 제3 안테나 구조에서 슬롯 배열 안테나와 다이폴 배열 안테나의 방사 패턴을 비교한 것이다. 또한, 도 13a 내지 도13c는 제1 내지 제3 안테나 구조에서 슬롯 배열 안테나와 다이폴 배열 안테나의 반사 계수를 나타낸 것이다.
도 14는 제2 안테나 구조 및 제3 안테나 구조에서 안테나 특성을 비교한 것이다.
도 15는 실시 예에 따른 동작 대역폭이 확장된 교차 배열 이중 편파 안테나로 구성된 안테나 모듈을 나타낸다.
도 16a 및 도 16b는 제3 안테나 구조와 대역 확장 구조의 슬롯 배열 안테나 및 다이폴 배열 안테나의 반사 계수 특성을 비교한 것이다.
도 17은 일 실시 예에 따른 교차 배열 이중 편파 안테나 구조의 안테나 소자는 배열 안테나로 이루어진 안테나 모듈과 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다.
도 2는 본 명세서에 따른 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들의 상세 구성을 나타낸다.
도 3a는 본 명세서에 따른 RTS (Request to Send) 프레임 및 CTS(Clear to Send) 프레임을 나타낸다.
도 3b는 본 명세서의 일 예시에 따른 통신 시스템(400)의 블록도를 예시한다.
도 4는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다.
도 5a는 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장 안테나가 FPCB와 연결되는 구성을 나타낸다. 또한, 도 5b는 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장 안테나와 연결되는 FPCB가 메인 PCB와 연결되는 구성을 나타낸다.
도 6a는 일 예시에 따른 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 전자 기기상에 서로 다른 모듈로 배치된 구성을 나타낸다.
도 6b는 다른 예시에 따른 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 전자 기기상에 동일한 모듈로 배치된 구성을 나타낸다.
도 7은 본 명세서에서 개시되는 교차 배열 이중 편파 디스플레이에 배치되는 단일 소자 및 이를 2x1 배열 안테나로 구성한 상세 구조를 나타낸다.
도 8은 도 7에서 개시되는 교차 배열 이중 편파 디스플레이 안테나가 4x1 배열 안테나 또는 그 이상의 안테나 소자로 구성된 상세 구조를 나타낸다.
도 9a는 수평 편파로 구성되는 4x1 배열 안테나의 제1 방사 패턴이 디스플레이의 전면으로 형성된 상태를 나타낸다. 한편, 도 9b는 수직 편파로 구성되는 4x1 배열 안테나의 제2 방사 패턴이 디스플레이의 전면으로 형성된 상태를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b는 제1 배열 안테나를 구성하는 제1 내지 제4 다이폴 안테나의 반사 계수 특성 및 격리도 특성을 나타낸다.
도 11a 내지 도 11c는 다이폴 안테나와 슬롯 안테나 간 이격된 간격이 변경되는 경우와 더미 패턴 배치 여부에 따른 제1 내지 제3 안테나 구조를 나타낸다.
도 12a 내지 도 12c는 제1 내지 제3 안테나 구조에서 슬롯 배열 안테나와 다이폴 배열 안테나의 방사 패턴을 비교한 것이다. 또한, 도 13a 내지 도13c는 제1 내지 제3 안테나 구조에서 슬롯 배열 안테나와 다이폴 배열 안테나의 반사 계수를 나타낸 것이다.
도 14는 제2 안테나 구조 및 제3 안테나 구조에서 안테나 특성을 비교한 것이다.
도 15는 실시 예에 따른 동작 대역폭이 확장된 교차 배열 이중 편파 안테나로 구성된 안테나 모듈을 나타낸다.
도 16a 및 도 16b는 제3 안테나 구조와 대역 확장 구조의 슬롯 배열 안테나 및 다이폴 배열 안테나의 반사 계수 특성을 비교한 것이다.
도 17은 일 실시 예에 따른 교차 배열 이중 편파 안테나 구조의 안테나 소자는 배열 안테나로 이루어진 안테나 모듈과 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다.
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 본 명세서의 일실시예에 따른 영상표시기기를 포함한 전체 무선 AV 시스템의 일 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 일실시예에 따른 영상표시기기(100)는 무선 AV 시스템 (또는 방송 네트워크) 및 인터넷 네트워크와 연결되어 있다. 상기 영상표시기기(100)는 예를 들어, 네트워크 TV, 스마트 TV, HBBTV 등이다.
한편, 영상표시기기(100)는 무선 인터페이스를 통해 무선 AV 시스템 (또는 방송 네트워크)와 무선으로 연결되거나 또는 인터넷 인터페이스를 통해 인터넷 네트워크와 무선 또는 유선으로 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 영상표시기기(100)는 무선 통신 시스템을 통해 서버 또는 다른 전자 기기와 연결되도록 구성될 수 있다. 일 예로, 영상표시기기(100)는 대용량 고속 데이터를 송신 또는 수신하기 위해 밀리미터파 (mmWave) 대역에서 동작하는 802.111 ay 통신 서비스를 제공할 필요가 있다.
mmWave 대역은 10GHz ~ 300GHz의 임의의 주파수 대역일 수 있다. 본원에서 mmWave 대역은 60GHz 대역의 802.11ay 대역을 포함할 수 있다. 또한, mmWave 대역은 28GHz 대역의 5G 주파수 대역 또는 60GHz 대역의 802.11ay 대역을 포함할 수 있다. 5G 주파수 대역은 약 24~43GHz 대역으로 설정되고, 와 802.11ay 대역은 57~70GHz 또는 57~63GHz 대역으로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 영상표시기기(100)는 무선 인터페이스를 통해 영상표시기기(100) 주변의 전자 기기, 예컨대 셋톱박스 또는 다른 전자 기기와 무선으로 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다. 일 예로, 영상표시기기(100)는 영상표시기기의 전면 또는 하부에 배치되는 셋톱 박스 또는 다른 전자 기기, 예컨대 이동 단말기와 무선 AV 데이터를 송신 또는 수신할 수 있다.
영상표시기기(100)는 예를 들어, 무선 인터페이스(101b), 섹션 필터(102b), AIT 필터(103b), 어플리케이션 데이터 처리부(104b), 데이터 처리부(111b), 미디어 플레이어(106b), 인터넷 프로토콜 처리부(107b), 인터넷 인터페이스(108b), 그리고 런타임 모듈(109b)을 포함한다.
방송 인터페이스(101b)를 통해, AIT(Application Information Table) 데이터, 실시간 방송 컨텐트, 어플리케이션 데이터, 그리고 스트림 이벤트가 수신된다. 한편, 상기 실시간 방송 컨텐트는, 리니어 에이브이 컨텐트 (Linear A/V Content)로 명명할 수도 있다.
섹션 필터(102b)는, 무선 인터페이스(101b)를 통해 수신된 4가지 데이터에 대한 섹션 필터링을 수행하여 AIT 데이터는 AIT 필터(103b)로 전송하고, 리니어 에이브이 컨텐트는 데이터 처리부(111b)로 전송하고, 스트림 이벤트 및 어플리케이션 데이터는 어플리케이션 데이터 처리부(104b)로 전송한다.
한편, 인터넷 인터페이스(108b)을 통해, 논 리니어 에이브이 컨텐트(Non-Linear A/V Content) 및 어플리케이션 데이터가 수신된다. 논 리니어 에이브이 컨텐트는 예를 들어, COD(Content On Demand) 어플리케이션이 될 수도 있다. 논 리니어 에이브이 컨텐트는, 미디어 플레이어(106b)로 전송되며, 어플리케이션 데이터는 런타임 모듈(109b)로 전송된다.
나아가, 상기 런타임 모듈(109b)은 도 1에 도시된 바와 같이 예를 들어, 어플리케이션 매니저 및 브라우저를 포함한다. 상기 어플리케이션 매니저는, 예컨대 AIT 데이터를 이용하여 인터랙티브 어플리케이션에 대한 라이프 싸이클을 컨트롤 한다. 그리고, 브라우저는, 예컨대 인터랙티브 어플리케이션을 표시하고 처리하는 기능을 수행한다.
이하에서는 전술한 영상표시기기와 같은 전자 기기에서 무선 인터페이스를 제공하기 위한 안테나를 구비하는 통신 모듈에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 전자 기기 간에 통신을 위한 무선 인터페이스는 WiFi 무선 인터페이스일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 802.11 ay 표준을 지원하는 무선 인터페이스가 제공될 수 있다.
802.11 ay 표준은 802.11ad 표준의 스루풋(throughput)을 20Gbps이상으로 올리기 위한 후속 표준이다. 802.11ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기는 약 57 내지 64GHz의 주파수 대역을 사용하도록 구성될 수 있다. 802.11 ay 무선 인터페이스는 802.11ad 무선 인터페이스에 대한 backward compatibility를 제공하도록 구성될 수 있다 한편, 802.11 ay 무선 인터페이스를 제공하는 전자 기기는 동일 대역을 사용하는 레거시 기기(legacy device)에 대한 공존성(coexistence)를 제공하도록 구성될 수 있다.
802.11ay 표준의 무선 환경과 관련하여, indoor 환경에서는 10미터 이상의 커버리지를 제공하고, LOS(Line of Sight) 채널 조건의 실외(outdoor) 환경에서 100미터 이상의 커버리지를 제공하도록 구성될 수 있다.
802.11ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기는 VR 헤드셋 연결성 제공, 서버 백업 지원, 낮은 지연 속도가 필요한 클라우드 어플리케이션을 지원하도록 구성될 수 있다.
802.11ay의 유스 케이스(use case)인 근접 통신 시나리오인 Ultra Short Range(USR) 통신 시나리오는 두 단말 간의 빠른 대용량 데이터 교환을 위한 모델이다. USR 통신 시나리오는 100msec 이내의 빠른 링크 설정(link setup), 1초 이내의 transaction time, 10cm 미만의 초 근접 거리에서 10 Gbps data rate을 제공하면서, 400mW 미만의 낮은 전력 소모를 요구하도록 구성될 수 있다.
802.11ay의 유스 케이스로, 8K UHD Wireless Transfer at Smart Home Usage Model을 고려할 수 있다. 스마트 홈 사용 모델은 가정에서 8K UHD 콘텐츠를 스트리밍하기 위해 소스 장치와 싱크 장치 간 무선 인터페이스를 고려할 수 있다. 이와 관련하여, 소스 장치는 셋톱 박스, 블루 레이 플레이어, 태블릿, 스마트 폰 중 어느 하나이고, 싱크 장치는 스마트 TV, 디스플레이 장치 중 어느 하나일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이와 관련하여, 소승 장치 및 싱크 장치 간 거리는 5m 미만의 커버리지에서 비 압축 8K UHD 스트리밍(60fps, 픽셀 당 24 비트, 최소 4:2:2)을 전송하도록 무선 인터페이스가 구성될 수 있다. 이를 위해, 최소 28Gbps의 속도로 데이터가 전자 장치 간에 전달되도록 무선 인터페이스가 구성될 수 있다.
이러한 무선 인터페이스를 제공하기 위해, mmWave 대역에서 동작하는 배열 안테나 및 이를 구비하는 전자 기기와 관련된 실시 예들에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 명세서는 본 명세서의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 2는 본 명세서에 따른 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들의 상세 구성을 나타낸다. 도 2는 무선 통신 시스템에서 액세스 포인트(110)(일반적으로, 제1 무선 노드) 및 액세스 단말(120)(일반적으로, 제2 무선 노드)의 블록도를 예시한다. 액세스 포인트(110)는 하향링크에 대해 송신 엔티티 및 업링크에 대해 수신 엔티티이다. 액세스 단말(120)은 상향링크에 대해 송신 엔티티 및 다운링크에 대해 수신 엔티티이다. 본원에 사용된 바와 같이, "송신 엔티티"는 무선 채널을 통해 데이터를 송신할 수 있는 독립적으로 동작되는 장치 또는 디바이스이고, "수신 엔티티"는 무선 채널을 통해 데이터를 수신할 수 있는 독립적으로 동작되는 장치 또는 디바이스이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 1의 셋톱박스(STB)가 액세스 포인트(110)이고, 도 1의 전자 기기(100)는 액세스 단말(120)일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 액세스 포인트(110)는 대안적으로, 액세스 단말일 수 있고, 액세스 단말(120)은 대안적으로 액세스 포인트일 수 있음을 이해해야 한다.
데이터를 송신하기 위해, 액세스 포인트(110)는 송신 데이터 프로세서(220), 프레임 구축기(222), 송신 프로세서(224), 복수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N) 및 복수의 안테나들(230-1 내지 230-N)을 포함한다. 액세스 포인트(110)는 또한 액세스 포인트(110)의 동작들을 제어하기 위한 제어기(234)를 포함한다.
데이터를 송신하기 위해, 액세스 포인트(110)는 송신 데이터 프로세서(220), 프레임 구축기(222), 송신 프로세서(224), 복수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N) 및 복수의 안테나들(230-1 내지 230-N)을 포함한다. 액세스 포인트(110)는 또한 액세스 포인트(110)의 동작들을 제어하기 위한 제어기(234)를 포함한다.
동작시에, 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터 소스(215)로부터 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 수신하고, 송신을 위해 데이터를 프로세싱한다. 예를 들어, 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 인코딩된 데이터로 인코딩할 수 있고, 인코딩된 데이터를 데이터 심볼들로 변조할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)는 상이한 MCS들(modulation and coding schemes)을 지원할 수 있다. 예를 들어, 송신 데이터 프로세서(220)는 복수의 상이한 코딩 레이트들 중 임의의 하나에서 (예를 들어, LDPC(low-density parity check) 인코딩을 사용하여) 데이터를 인코딩할 수 있다. 또한, 송신 데이터 프로세서(220)는, BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM, 64APSK, 128APSK, 256QAM 및 256APSK를 포함하지만 이에 제한되는 것은 아닌 복수의 상이한 변조 방식들 중 임의의 하나를 사용하여 인코딩된 데이터를 변조할 수 있다.
제어기(234)는, (예를 들어, 다운링크의 채널 조건들에 기초하여) 어느 MCS(modulation and coding scheme)를 사용할지를 특정하는 커맨드를 송신 데이터 프로세서(220)에 전송할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)는 데이터 소스(215)로부터의 데이터를 특정된 MCS에 따라 인코딩 및 변조할 수 있다. 송신 데이터 프로세서(220)가, 데이터 스크램블링 및/또는 다른 프로세싱과 같이, 데이터에 대한 추가적인 프로세싱을 수행할 수 있음을 인식해야 한다. 송신 데이터 프로세서(220)는 프레임 구축기(222)에 데이터 심볼들을 출력한다.
프레임 구축기(222)는 프레임(또한 패킷으로 지칭됨)을 구성하고, 그 프레임의 데이터 페이로드에 데이터 심볼들을 삽입한다. 프레임은 프리앰블, 헤더 및 데이터 페이로드를 포함할 수 있다. 프리앰블은 액세스 단말(120)이 프레임을 수신하는 것을 보조하기 위해, STF(short training field) 시퀀스 및 CE(channel estimation) 시퀀스를 포함할 수 있다. 헤더는 데이터의 길이 및 데이터를 인코딩 및 변조하기 위해 사용되는 MCS와 같은 페이로드 내의 데이터와 관련된 정보를 포함할 수 있다. 이러한 정보는 액세스 단말(120)이 데이터를 복조 및 디코딩하도록 허용한다. 페이로드 내의 데이터는 복수의 블록들 사이에서 분할될 수 있고, 각각의 블록은 데이터의 일부 및 GI(guard interval)를 포함하여 수신기가 위상 추적하는 것을 보조할 수 있다. 프레임 구축기(222)는 프레임을 송신 프로세서(224)에 출력한다.
송신 프로세서(224)는 하향링크 상에서의 송신을 위해 프레임을 프로세싱한다. 예를 들어, 송신 프로세서(224)는 상이한 송신 모드들, 예를 들어, OFDM(orthogonal frequency-division multiplexing) 송신 모드 및 SC(single-carrier) 송신 모드를 지원할 수 있다. 이러한 예에서, 제어기(234)는 어느 송신 모드를 사용할 지를 특정하는 커맨드를 송신 프로세서(224)에 전송할 수 있고, 송신 프로세서(224)는 특정된 송신 모드에 따른 송신을 위해 프레임을 프로세싱할 수 있다. 송신 프로세서(224)는, 다운링크 신호의 주파수 구성이 특정 스펙트럼 요건들을 충족하도록 프레임에 스펙트럼 마스크를 적용할 수 있다.
송신 프로세서(224)는 MIMO(multiple-input-multiple-output) 송신을 지원할 수 있다. 이러한 양상들에서, 액세스 포인트(110)는 다수의 안테나들(230-1 내지 230-N) 및 다수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N)(예를 들어, 각각의 안테나에 대해 하나)을 포함할 수 있다. 송신 프로세서(224)는 착신 프레임들에 대해 공간 프로세싱을 수행할 수 있고, 복수의 송신 프레임 스트림들을 복수의 안테나들에 제공할 수 있다. 트랜시버들(226-1 내지 226-N)은 각각의 송신 프레임 스트림들을 수신 및 프로세싱(예를 들어, 아날로그로 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향변환)하여, 안테나들(230-1 내지 230-N)을 통한 송신을 위한 송신 신호들을 각각 생성한다.
데이터를 송신하기 위해, 액세스 단말(120)은 송신 데이터 프로세서(260), 프레임 구축기(262), 송신 프로세서(264), 복수의 트랜시버들(266-1 내지 266-M) 및 복수의 안테나들(270-1 내지 270-M)(예를 들어, 트랜시버 당 하나의 안테나)을 포함한다. 액세스 단말(120)은 업링크 상에서 데이터를 액세스 포인트(110)에 송신할 수 있고 그리고/또는 데이터를 다른 액세스 단말에 (예를 들어, 피어-투-피어 통신을 위해) 송신할 수 있다. 액세스 단말(120)은 또한 액세스 단말(120)의 동작들을 제어하기 위한 제어기(274)를 포함한다.
트랜시버들(266-1 내지 266-M)은 하나 이상의 안테나들(270-1 내지 270-M)을 통한 송신을 위해 송신 프로세서(264)의 출력을 수신 및 프로세싱(예를 들어, 아날로그로 변환, 증폭, 필터링 및 주파수 상향변환)한다. 예를 들어, 트랜시버(266)는 송신 프로세서(264)의 출력을 60 GHz 대역의 주파수를 갖는 송신 신호로 상향 변환할 수 있다. 따라서, 본 명세서에 따른 안테나 모듈은 60 GHz 대역, 일 예로 약 57 내지 63GHz 대역에서 빔포밍 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 안테나 모듈은 60 GHz 대역에서 빔포밍 동작하면서 MIMO 송신을 지원하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 안테나들(270-1 내지 270-M)과 트랜시버들(266-1 내지 266-M)은 다층 회로 기판에 통합된 형태로 구현될 수 있다. 이를 위해, 안테나들(270-1 내지 270-M) 중 수직 편파로 동작하는 안테나는 다층 회로 기판 내부에 수직하게 배치될 수 있다.
데이터를 수신하기 위해, 액세스 포인트(110)는 수신 프로세서(242) 및 수신 데이터 프로세서(244)를 포함한다. 동작시에, 트랜시버들(226-1 내지 226-N)은 신호를 (예를 들어, 액세스 단말(120)로부터) 수신하고, 수신된 신호를 공간 프로세싱(예를 들어, 주파수 하향변환, 증폭, 필터링 및 디지털로 변환)한다.
수신 프로세서(242)는 트랜시버들(226-1 내지 226-N)의 출력들을 수신하고, 출력들을 프로세싱하여 데이터 심볼들을 복원한다. 예를 들어, 액세스 포인트(110)는 프레임에서 (예를 들어, 액세스 단말(120)로부터의) 데이터를 수신할 수 있다. 이러한 예에서, 수신 프로세서(242)는 프레임의 프리앰블 내의 STF 시퀀스를 사용하여 프레임의 시작을 검출할 수 있다. 수신기 프로세서(242)는 또한 AGC(automatic gain control) 조절을 위해 STF를 사용할 수 있다. 수신 프로세서(242)는 또한 (예를 들어, 프레임의 프리앰블 내의 CE 시퀀스를 사용하여) 채널 추정을 수행할 수 있고, 채널 추정에 기초하여 수신된 신호에 대해 채널 등화를 수행할 수 있다.
수신 데이터 프로세서(244)는 수신 프로세서(242)로부터의 데이터 심볼들 및 제어기(234)로부터의 대응하는 MSC 방식의 표시를 수신한다. 수신 데이터 프로세서(244)는 데이터 심볼들을 복조 및 디코딩하여, 표시된 MSC 방식에 따라 데이터를 복원하고, 복원된 데이터(예를 들어, 데이터 비트들)를 저장 및/또는 추가적인 프로세싱을 위해 데이터 싱크(246)에 출력한다.
액세스 단말(120)은 OFDM 송신 모드 또는 SC 송신 모드를 사용하여 데이터를 송신할 수 있다. 이러한 경우에, 수신 프로세서(242)는 선택된 송신 모드에 따라 수신 신호를 프로세싱할 수 있다. 또한 앞서 논의된 바와 같이, 송신 프로세서(264)는 MIMO(multiple-input-multiple-output) 송신을 지원할 수 있다. 이러한 경우에, 액세스 포인트(110)는 다수의 안테나들(230-1 내지 230-N) 및 다수의 트랜시버들(226-1 내지 226-N)(예를 들어, 각각의 안테나에 대해 하나)을 포함한다. 따라서, 본 명세서에 따른 안테나 모듈은 60 GHz 대역, 일 예로 약 57 내지 63GHz 대역에서 빔포밍 동작하도록 구성될 수 있다. 또한, 안테나 모듈은 60 GHz 대역에서 빔포밍 동작하면서 MIMO 송신을 지원하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 안테나들(230-1 내지 230-M)과 트랜시버들(226-1 내지 226-M)은 다층 회로 기판에 통합된 형태로 구현될 수 있다. 이를 위해, 안테나들(230-1 내지 230-M) 중 수직 편파로 동작하는 안테나는 다층 회로 기판 내부에 수직하게 배치될 수 있다.
한편, 각각의 트랜시버는 각각의 안테나로부터 신호를 수신 및 프로세싱(예를 들어, 주파수 하향변환, 증폭, 필터링, 및 디지털로 변환)한다. 수신 프로세서(242)는 트랜시버들(226-1 내지 226-N)의 출력들에 대해 공간 프로세싱을 수행하여 데이터 심볼들을 복원할 수 있다.
액세스 포인트(110)는 또한 제어기(234)에 커플링되는 메모리(236)를 포함한다. 메모리(236)는, 제어기(234)에 의해 실행되는 경우, 제어기(234)로 하여금 본원에 설명된 동작들 중 하나 이상을 수행하게 하는 명령들을 저장할 수 있다. 유사하게, 액세스 단말(120)은 또한 제어기(274)에 커플링되는 메모리(276)를 포함한다. 메모리(276)는, 제어기(274)에 의해 실행되는 경우, 제어기(274)로 하여금 본원에 설명된 동작들 중 하나 이상을 수행하게 하는 명령들을 저장할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기는 다른 전자 기기와 통신하기 위해 통신 매체가 이용가능한지 여부를 결정한다. 이를 위해, 전자 기기는 RTS (Request to Send) 부분 및 제1 빔 트레이닝 시퀀스를 포함하는 RTS-TRN 프레임을 송신한다. 이와 관련하여, 도 3a는 본 명세서에 따른 RTS (Request to Send) 프레임 및 CTS(Clear to Send) 프레임을 나타낸다. 이와 관련하여, 발신 디바이스는, 하나 이상의 데이터 프레임들을 목적지 디바이스로 전송하기 위해 통신 매체가 이용가능한지 여부를 결정하기 위해 RTA 프레임을 사용할 수 있다. RTS 프레임을 수신하는 것에 대한 응답으로, 목적지 디바이스는, 통신 매체가 이용 가능하면 발신 디바이스에 CTS(Clear to Send) 프레임을 다시 전송한다. CTS 프레임을 수신하는 것에 대한 응답으로, 발신 디바이스는 목적지 디바이스에 하나 이상의 데이터 프레임들을 전송한다. 하나 이상의 데이터 프레임들을 성공적으로 수신하는 것에 대한 응답으로, 목적지 디바이스는 발신 디바이스에 하나 이상의 확인응답("ACK") 프레임들을 전송한다.
도 3a (a)를 참조하면, 프레임(300)은 프레임 제어 필드(310), 지속기간 필드(312), 수신기 어드레스 필드(314), 송신기 어드레스 필드(316) 및 프레임 체크 시퀀스 필드(318)를 포함하는 RTS 부분을 포함한다. 개선된 통신 및 간섭 감소 목적을 위해 프레임(300)은 목적지 디바이스 및 하나 이상의 이웃 디바이스들의 각각의 안테나들을 구성하기 위한 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)를 더 포함한다.
도 3a (b)를 참조하면, CTS 프레임(350)은 프레임 제어 필드(360), 지속기간 필드(362), 수신기 어드레스 필드(364) 및 프레임 체크 시퀀스 필드(366)를 포함하는 CTS 부분을 포함한다. 개선된 통신 및 간섭 감소 목적을 위해, 프레임(350)은 발신 디바이스 및 하나 이상의 이웃 디바이스들의 각각의 안테나들을 구성하기 위한 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)를 더 포함한다.
빔 트레이닝 시퀀스 필드(320, 368)는 IEEE 802.11ad 또는 802.11ay에 따른 트레이닝(TRN) 시퀀스를 준수할 수 있다. 발신 디바이스는 목적지 디바이스에 지향적으로 송신하도록 자신의 안테나를 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)를 사용할 수 있다. 한편, 발신 디바이스는 목적지 디바이스에서의 송신 간섭을 감소시키기 위해, 자신들 각각의 안테나들을 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드를 사용할 수 있다. 이 경우, 목적지 디바이스를 목적으로 하는 널들을 갖는 안테나 방사 패턴을 생성하도록 자신들 각각의 안테나들을 구성하기 위해 빔 트레이닝 시퀀스 필드를 사용할 수 있다.
따라서, 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들은 빔 트레이닝 시퀀스에 따라 결정된 빔포밍 패턴으로 상호 간에 낮은 간섭 수준을 갖도록 초기 빔을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 도 3b는 본 명세서의 일 예시에 따른 통신 시스템(400)의 블록도를 예시한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 메인 빔이 방향이 일치되도록 하여 통신 성능을 향상시킬 수 있다. 한편, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 제3 디바이스(430)와의 간섭을 저감하기 위해, 신호 강도가 약한 신호-널을 특정 방향으로 형성할 수 있다.
이러한 메인 빔 및 신호 널 형성과 관련하여, 본 명세서에 따른 복수의 전자 기기들은 배열 안테나를 통해 빔포밍을 수행하도록 구성될 수 있다. 도 3b를 참조하면, 복수의 전자 기기들 중 일부는 단일 안테나를 통해 다른 전자 기기의 배열 안테나와 통신하도록 구성될 수도 있다. 이와 관련하여, 단일 안테나를 통해 통신하는 경우 빔 패턴은 무지향성 패턴(omnidirectional pattern)으로 형성된다.
도 3b를 참조하면, 제1 내지 제3 디바이스(410 내지 430)이 빔포밍을 수행하고, 제4 디바이스(440)가 빔포밍을 수행하지 않는 것으로 도시되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 3개는 빔포밍을 수행하고, 다른 하나는 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다.
다른 예로 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 어느 하나만 빔포밍을 수행하고, 나머지 3개의 디바이스들은 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 내지 제4 디바이스(410) 중 2개는 빔포밍을 수행하도 다른 2개는 빔포밍을 수행하지 않도록 구성될 수 있다. 또 다른 예로, 제1 내지 제4 디바이스(410) 전부가 빔포밍을 수행하도록 구성될 수 있다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 제1 디바이스(410)는, CTS-TRN 프레임(350)의 수신기 어드레스 필드(364)에 표시된 어드레스에 기초하여 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스라고 결정한다. 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스라고 결정하는 것에 대한 응답으로, 제1 디바이스(410)는 선택적으로, 실질적으로 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 지향성 송신을 위해 자신의 안테나를 구성하도록 수신된 CTS-TRN(350)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)의 빔 트레이닝 시퀀스를 사용할 수 있다. 즉, 제1 디바이스(410)의 안테나는 실질적으로 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 1차 로브(예를 들어, 가장 높은 이득 로브) 및 다른 방향들을 목적으로 하는 비-1차 로브들을 갖는 안테나 방사 패턴을 생성하도록 구성된다.
제2 디바이스(420)는 자신이 이전에 수신한 RTS-TRN 프레임(300)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)의 빔 트레이닝 시퀀스에 기초하여 제1 디바이스(410)에 대한 방향을 이미 알기 때문에, 제2 디바이스(420)는 선택적으로 제1 디바이스(410)를 목적으로 하는 지향성 수신(예를 들어, 1차 안테나 방사 로브)을 위해 자신의 안테나를 구성할 수 있다. 따라서, 제1 디바이스(410)의 안테나는 제2 디바이스(420)에 대한 지향성 송신을 위해 구성되고, 제2 디바이스(420)의 안테나는 제1 디바이스(410)로부터의 지향성 수신을 위해 구성되는 동안, 제1 디바이스(410)는 하나 이상의 데이터 프레임들을 제2 디바이스(420)에 송신한다. 이에 따라, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 1차 로브 (메인 빔)을 통해 하나 이상의 데이터 프레임들의 지향성 송신/수신(DIR-TX/RX)을 수행한다.
한편, 제1 및 제2 디바이스(410, 420)는 비-1차 로브들을 갖는 안테나 방사 패턴에 의한 제3 디바이스(430)와 간섭을 저감하기 위해 제3 디바이스(430)의 빔 패턴을 일부 수정하도록 할 수 있다.
이와 관련하여, 제3 디바이스(430)는, CTS-TRN 프레임(350)의 수신기 어드레스 필드(364)에 표시된 어드레스에 기초하여 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스가 아니라고 결정한다. 자신이 CTS-TRN 프레임(350)의 의도된 수신 디바이스가 아니라고 결정하는 것에 대한 응답으로, 제3 디바이스(430)는 실질적으로 제2 디바이스(420) 및 제1 디바이스(410)를 목적으로 하는 널들을 각각 갖는 안테나 방사패턴을 생성하도록 자신의 안테나를 구성하기 위해, 수신된 CTS-TRN(350)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(368)의 빔 트레이닝 시퀀스 및 이전에 수신된 RTS-TRN 프레임(300)의 빔 트레이닝 시퀀스 필드(320)의 시퀀스를 사용한다. 널들(nulls)은 이전에 수신된 RTS-TRN 프레임(300) 및 CTS-TRN 프레임(350)의 추정된 도달 각도에 기초할 수 있다. 일반적으로, 제3 디바이스(430)는 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 (예를 들어, (예를 들어, 원하는 BER, SNR, SINR 및/또는 다른 하나 이상의 통신 속성들을 달성하기 위해) 이러한 디바이스들(410및 420)에서의 추정된 간섭을 정의된 임계치 이하로 달성하기 위해) 원하는 신호 전력들, 거부들 또는 이득들을 각각 갖는 안테나 방사 패턴을 생성한다.
제3 디바이스(430)는, 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420)을 향하는 방향들에서 안테나 이득들을 추정하고, 제3 디바이스(430)와 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420) 사이의 안테나 상호성 차이들(예를 들어, 송신 안테나 이득 - 수신 안테나 이득)을 추정하고, 제1 및 제2 디바이스들(410 및 420)에서 대응하는 추정된 간섭을 결정하기 위해 하나 이상의 섹터들에 걸쳐 상기의 것들을 각각 계산함으로써, 자신의 안테나 송신 방사 패턴을 구성할 수 있다.
제3 디바이스(430)는, 제4 디바이스(440)가 수신하는, 제4 디바이스(440)에 대해 의도된 RTS-TRN 프레임(300)을 송신한다. 제3 디바이스(430)는, 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)가 RTS-TRN 프레임(300) 및 CTS-TRN 프레임(350)의 지속기간 필드들(312 및 362)의 지속기간 필드들에 각각 표시된 지속기간에 기초하여 통신하고 있는 한 이러한 디바이스들을 목적으로 하는 널들을 갖는 안테나 구성을 유지한다. 제3 디바이스(430)의 안테나는 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)를 목적으로 하는 널들을 생성하도록 구성되기 때문에, 제3 디바이스(430)에 의한 RTS-TRN 프레임(300)의 송신은 제1 디바이스(410) 및 제2 디바이스(420)에서 감소된 간섭을 각각 생성할 수 있다.
따라서, 본 명세서에서 개시되는 802.11 ay 무선 인터페이스를 지원하는 전자 기기들은 배열 안테나를 이용하여 상호 간에 메인 빔 방향을 일치시키면서 간섭 저감을 위해 신호 널 방향을 특정 방향으로 형성할 수 있다. 이를 위해, 복수의 전자 기기들은 빔 트레이닝 시퀀스를 통해 초기 빔 방향을 형성하고, 주기적으로 업데이트되는 빔 트레이닝 시퀀스를 통해 빔 방향을 변경할 수 있다.
전술한 바와 같이, 전자 기기 간에 고속 데이터 통신을 위해 빔 방향을 상호 간에 일치시켜야 한다. 또한, 고속 데이터 통신을 위해 안테나 소자로 전달되는 무선 신호의 손실을 최소화해야 한다. 이를 위해, 배열 안테나는 RFIC가 배치된 다층 기판 내부에 배치될 필요가 있다. 또한, 방사 효율을 위해 배열 안테나는 다층 기판 내부에서 측면 영역에 인접하게 배치될 필요가 있다.
또한, 무선 환경 변화에 적응하기 위해 전자 기기들 간에 빔 트레이닝 시퀀스 업데이트가 필요하다. 빔 트레이닝 시퀀스 업데이트를 위해, RFIC는 모뎀과 같은 프로세서와 주기적으로 신호를 송수신해야 한다. 따라서, 업데이트 지연 시간을 최소화하기 위해 RFIC와 모뎀 간에 제어 신호 송수신도 빠른 시간 내에 이루어져야 한다. 이를 위해, RFIC와 모뎀 간의 연결 경로의 물리적 길이를 감소시킬 필요가 잇다. 이를 위해, 배열 안테나와 RFIC가 배치된 다층 기판에 모뎀이 배치될 수 있다. 또는, 다층 기판에 배열 안테나와 RFIC가 배치되고 메인 기판에 모뎀이 배치되는 구조에서 RFIC와 모뎀 간 연결 길이를 최소화하도록 구성할 수 있다.
이하에서는, 본 명세서에 따른 밀리미터파 대역에서 동작 가능한 배열 안테나를 구비하는 전자 기기에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 도 4는 일 실시 예에 따른 복수의 안테나 모듈과 복수의 송수신부 회로 모듈이 배치되는 전자 기기를 나타낸다. 도 4를 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 4를 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 영역 또는 전자 기기의 하부 또는 측면에 배치될 수 있다. 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 AP (Access Point)와 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.
이동 단말(UE1, UE2)이 전자 기기의 전면 영역에 배치되고, 이동 단말(UE1, UE2)은 제1 안테나 모듈(ANT1)과 통신하도록 구성될 수 있다. 한편, 셋톱 박스(STB) 또는 AP가 전자 기기의 하부 영역에 배치되고, 셋톱 박스(STB) 또는 AP가 제2 안테나 모듈(ANT2)과 통신하도록 구성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 한다. 다른 예로, 제2 안테나 모듈(ANT2)이 하부 영역으로 방사하는 제1 안테나와 전면 영역으로 방사하는 제2 안테나를 모두 구비할 수 있다. 따라서, 제2 안테나 모듈(ANT2)은 제1 안테나를 통해 셋톱 박스(STB) 또는 AP와 통신을 수행하고, 제2 안테나를 통해 이동 단말(UE1, UE2) 중 어느 하나와 통신을 수행할 수 있다.
한편, 이동 단말(UE1, UE2) 중 어느 하나는 전자 기기와 다중 입출력(MIMO)을 수행하도록 구성될 수 있다. 일 예로, UE1은 전자 기기와 빔포밍을 수행하면서 MIMO를 수행하도록 구성될 수 있다. 전술한 바와 같이 영상표시장치에 해당하는 전자 기기는 다른 전자 기기 또는 셋톱 박스와 WiFi 무선 인터페이스를 통해 고속 통신을 수행할 수 있다. 일 예로, 전자 기기는 다른 전자 기기 또는 셋톱 박스와 802.11 ay 무선 인터페이스를 통해 60GHz 대역에서 고속 통신을 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 64GHz 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 1210d) 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 수도 있다.
한편, 도 1 내지 도 2와 같은 전자 기기에서, 도 3과 같은 다중 송수신 시스템과 도 4의 전자 기기의 내부 또는 측면에 배치될 수 있는 안테나를 구비하는 전자기기의 구체적인 구성 및 기능에 대해서 이하에서 설명하기로 한다.
영상표시장치와 같은 전자 기기가 주변의 전자 기기와 통신을 수행하기 위해, 안테나를 포함하는 통신 모듈이 구비될 수 있다. 한편, 최근 영상표시장치의 디스플레이 영역이 확장됨에 따라 안테나를 포함하는 통신 모듈의 배치 공간이 감소하게 된다. 이에 따라, 통신 모듈이 구현되는 다층 회로 기판 내부에 안테나를 배치할 필요성이 증가하고 있다.
한편, 전자 기기 간에 통신 서비스를 위한 인터페이스로 WiFi 무선 인터페이스가 고려될 수 있다. 이러한 WiFi 무선 인터페이스를 이용하는 경우, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 밀리미터파 대역(mmWave)을 이용할 수 있다. 특히, 802.11ay와 같은 무선 인터페이스를 이용하여 전자 기기 간에 고속 데이터 전송이 가능하다.
한편, 도 1과 같은 전자 기기에서, 도 2와 같은 무선 인터페이스를 구비하는 전자기기의 구체적인 구성 및 기능에 대해서 이하에서 설명하기로 한다. 전자 기기 간에 밀리미터파(mmWave) 대역의 통신 서비스를 이용하여 전자 기기 간에 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있다. 이와 관련하여, mmWave 무선 인터페이스로 802.11ay 무선 인터페이스를 이용하여 무선 AV(audio-video) 서비스 및/또는 고속 데이터 전송을 제공할 수 있다. 이 경우, 802.11ay 무선 인터페이스에 한정되는 것은 아니고, 60GHz 대역의 임의의 무선 인터페이스가 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 전자 기기 간에 고속 데이터 전송을 위해 28GHz 대역 또는 60GHz 대역을 사용하는 5G 또는 6G 무선 인터페이스가 사용될 수도 있다.
4K 이상의 해상도로 영상을 전달하기 위하여 영상표시기기와 같은 전자 기기에서 무선 인터페이스를 제공하는 안테나 및 RFIC (radio frequency integrated chip)에 대한 구체적인 솔루션이 없다는 문제점이 있다. 특히, 영상표시기기와 같은 전자 기기가 건물의 벽에 배치되거나 테이블 위에 배치된 상황을 고려하여, 다른 전자 기기와 무선 AV 데이터를 송신 또는 수신할 필요가 있다. 이를 위해, 안테나 및 RFIC를 영상표시기기의 어느 영역에 배치할지에 대한 구체적인 구성과 안테나 구조가 제시될 필요가 있다.
이와 관련하여, 도 5a는 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장 안테나가 FPCB와 연결되는 구성을 나타낸다. 또한, 도 5b는 일 실시 예에 따른 디스플레이 내장 안테나와 연결되는 FPCB가 메인 PCB와 연결되는 구성을 나타낸다.
도 5a를 참조하면, 디스플레이 내장 안테나(1110)는 디스플레이(151)의 커버 글래스(1030) 하부에 배치되는 OCA 층 (optically clear adhesive layer, 1031)과 COP 층 (cyclo olefine polymer layer, 1032) 사이에 박막(thin film)으로 형성될 수 있다. 한편, 디스플레이(151) 하단의 copper sheet는 OLED 패널 하단의 copper로서 디스플레이 내장 안테나(1110)의 그라운드 평면(ground plane)으로 동작할 수 있다.
한편, 본 명세서에 따른 투명 안테나가 내장되는 디스플레이 구조에 대해 설명하면 다음과 같다. 도 5a를 참조하면, 디스플레이 내부의 OLED 디스플레이 패널과 OCA 상부에 COP 층 (cyclo olefine polymer layer)이 배치될 수 있다. 여기서, COP 층과 같은 필름 형태의 유전체가 투명 안테나의 유전체 기판(dielectric substrate)으로 사용될 수 있다. 또한, 필름 형태의 유전체 상부에 안테나 레이어가 배치될 수 있다. 여기서, 안테나 레이어는 은 합금(Ag alloy), 구리(copper), 알루미늄(aluminum) 등으로 구현될 수 있다. 한편, 안테나 레이어에는 디스플레이 내장형 안테나(1110)와 전송 선로가 배치될 수 있다.
일 실시 예에 따른 디스플레이 내장 안테나(1110)와 관련하여, 급전부의 금속 패턴은 CPW 급전부(1121)와 CPW 영역에서 ACF (anisotropic conductive film) 본딩 될 수 있다. 여기서, ACF 본딩이 CPW 영역에서 이루어져 본딩에 따른 불연속 지점에서의 전기적 손실은 CPW 영역의 그라운드 (GND) 패턴에 의해 감소될 수 있다는 장점이 있다.
또한, ACF 본딩 지점은 1) 내지 5) 지점 중에서 2) 지점으로 선택될 수 있다. 이에 따라, 디스플레이의 투명 영역과 불투명 영역의 경계 지점인 2) 지점으로 선택됨에 따라, 급전선과 같은 CPW 급전부(1121)는 불투명 영역에 배치될 수 있다. 반면에, 디스플레이 내장 안테나(1110)와 같은 투명 필름 방사체는 투명 영역에 배치될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 디스플레이 내장 안테나(1110)는 FPCB를 통해 메인 PCB와 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 디스플레이 내장 안테나(1110)는 FPCB의 단부에 연결된 커넥터를 통해 메인 PCB와 연결될 수 있다. 이 경우, 커넥터는 메인 PCB에 배치된 기판(Substrate)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 내장 안테나(1110)는 FPCB를 통해 메인 PCB에 배치된 송수신부 회로(1250)와 연결될 수 있다. 또한, 전력 관리 IC(PMIC)는 메인 PCB에 배치되어, 송수신부 회로(1250) 또는 기저대역 프로세서(1400)로 전력을 공급하고 공급되는 전력을 제어/관리할 수 있다.
요약하면, 본 발명에 따른 단일층에 설계된 필름형 안테나에 신호를 공급하기 위해 다음과 같은 급전선로 전이과정(feeding line transition step)을 이루어질 수 있다. 급전선로 전이과정은, Connector (Main PCB에 컨택) *?*(Microstrip line) →? ACF bonding (CPW-G; 접지면을 갖는 Coplanar Waveguide) *?*필름형 안테나 (1 layer)로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 필름형 안테나 타입의 디스플레이 내장 안테나와 관련하여, OLED 패널 하단의 동박(copper foil)은 필름형 패치안테나의 접지면 역할을 하기 때문에 디스플레이 전면으로 강한 지향성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 제안하는 디스플레이 내장 안테나는 위상 지연회로를 통한 빔조향이 가능하며 급전선로 구성에 따라 수직/수평 편파모드로 동작할 수 있다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 디스플레이 외부 영역의 FPCB 급전 선로인 1) 신호선로에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, FPCB 급전 선로는 microstrip line 기반의 신호선이며 source로부터 인가된 신호를 안테나로 전달할 수 있다. 일 예로, FPCB 윗면이 접지면, 아랫면이 신호 선로이며, 단면의 전기장 분포는 microstrip line의 전기장 분포와 동일 또는 유사할 수 있다. 다른 예로, FPCB 아랫면이 접지면, 윗면이 신호 선로이며, 단면의 전기장 분포는 microstrip line의 전기장 분포와 동일 또는 유사할 수 있다.
한편, FPCB 급전 선로와 디스플레이 안테나의 연결부에 해당하는 2) FPCB와 필름(COP) 접합부에 대해 설명하면 다음과 같다. 이와 관련하여, FPCB 신호선로와 필름형 안테나는 ACF 본딩 방식으로 접합될 수 있다. ACF 본딩 접합을 위해 Co-planar Waveguide with Ground (CPW-G) 형태의 구조를 가지며 microstrip line의 전기장 분포와 유사하다. 또한 CPW-G는 microstrip line이나 CPW 구조에 비해 구조 변경, 커플링, 공정 오차 등 외부 요인으로 인한 특성 임피던스 변화가 둔감하다. 따라서, CPW-G 구조는 신호 선로와 안테나 간 접합부에서 안정적인 transition 특성을 갖는다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 디스플레이 안테나는 밀리미터파 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 본 명세서에서 개시되는 디스플레이 안테나는 28GHz 대역 이외에도 60GHz 대역에서 동작하도록 구성될 수 있다. 따라서, 본 명세서에서 개시되는 디스플레이 안테나는 IPTV에서 60GHz 대역을 사용하여 기기 간 무선 통신을 수행하도록 구성될 수도 있다.
본 명세서에서는 full-screen 디스플레이에 적용이 가능한 투명 디스플레이 안테나 설계에 관한 아이디어를 제안하고자 한다. 따라서, 제품 디자인을 유지면서도 동시에 디스플레이 전면 방향으로의 전파 지향성 강화할 수 있는 이중편파 배열안테나 설계 기법에 대하여 제안하고자 한다.
이를 위해, 박막 필름 위에 단층 형태의 coplanar metal mesh 형태의 에칭(etching) 방식으로 안테나를 구현함으로써, 디스플레이 내부에 삽입이 가능한 초박형 투명안테나 설계가 가능하다. 또한, 매우 작은 공간 내에 이중 편파모드를 지원하는 배열안테나를 구현함으로써 급전선로-구동회로 간 신호경로 단축, 전파경로 손실(loss)을 크게 줄일 수 있다.
본 명세서에서 제안하는 투명 디스플레이 안테나는 수직/수평 편파 특성의 Slot/Dipole 안테나를 교차 배열하여 이중편파 특성을 구현할 수 있다. 안테나 간 격리도(isolation) 개선, 단위소자 방사패턴 균등화(equalization)를 위하여 더미소자(dummy element)와 더미 포트(dummy port)를 구성할 수 있다.
한편, 도 6a는 일 예시에 따른 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 전자 기기상에 서로 다른 모듈로 배치된 구성을 나타낸다. 한편, 도 6b는 다른 예시에 따른 제1 타입 안테나와 제2 타입 안테나가 전자 기기상에 동일한 모듈로 배치된 구성을 나타낸다.
도 6a를 참조하면, 제1 안테나 모듈(1100-1)과 제2 안테나 모듈(1100-2)이 전자 기기의 하부 영역의 서로 다른 위치 상에 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 내지 제4 다이폴 안테나(1110-1 내지 1110-4)가 제1 안테나 모듈(1100-1)을 구성할 수 있다. 한편, 제1 내지 제4 슬롯 안테나(1110b-1 내지 1110b-4)가 제2 안테나 모듈(1100-2)을 구성할 수 있다.
도 6(a)와 같이 제1 안테나 모듈(1100-1)과 제2 안테나 모듈(1100-2)이 별도의 영역에 배치되는 경우, 안테나 모듈이 차지하는 면적이 증가하게 된다. 이와 관련하여, 인접한 안테나 간 간격을 반파장(half wavelength)라고 하면, 전체 안테나의 크기는 4 파장 이상이 된다. 일 예로, 일 예로, 28GHz에서 전체 안테나의 크기는 약 42.8mm일 수 있다.
도 6b를 참조하면, 안테나 모듈(1100)이 전자 기기의 하부 영역의 특정 위치상에 하나의 모듈로 수 있다. 일 예로, 제1 내지 제4 다이폴 안테나(1110-1 내지 1110-4)가 안테나 모듈(1100) 내의 특정 영역에 배치될 수 있다. 한편, 제1 내지 제4 슬롯 안테나(1110b-1 내지 1110b-4)도 안테나 모듈(1100) 내의 다른 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 다이폴 안테나 및 슬롯 안테나의 개수는 4개에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 2, 3, 5, 6, 7, 8 개 등으로 변경 가능하다.
도 6b와 같이 제1 내지 제4 다이폴 안테나(1110-1 내지 1110-4)와 제1 내지 제4 슬롯 안테나(1110b-1 내지 1110b-4)가 하나의 안테나 모듈(1100) 내에 배치되는 경우, 안테나 모듈이 차지하는 최소화된다. 이와 관련하여, 제4 다이폴 안테나(1110-4)의 일 측에 제4 슬롯 안테나(1110b-4)가 배치되고, 타 측에 더미 패턴(1130)이 배치될 수 있다. 더미 패턴(1130)에 의해 제4 다이폴 안테나(1110-4)의 성능을 다른 다이폴 안테나의 성능과 동일하게 유지할 수 있다. 한편, 인접한 안테나 간 간격을 반파장(half wavelength)라고 하면, 더미 패턴(1130)을 포함한 전체 안테나의 크기는 약 2.5 파장이 된다. 일 예로, 일 예로, 28GHz에서 전체 안테나의 크기는 약 26.75mm로 감소할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 서로 직교한 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나를 교대로 배치하여, 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나 간 간섭 영향을 최소화하고, 각각 독립적인 방사 패턴을 형성할 수 있다. 이와 관련하여, 수직 편파 안테나와 수평 편파 안테나는 각각 슬롯 안테나와 다이폴 안테나일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 매우 작은 공간(약 1/2 설계공간 축소)에서 배열안테나 설계가 가능하고, 단면의 필름에 모든 안테나를 구현할 수 있기 때문에 초박형 안테나 설계가 가능하다. 단면의 필름상에 단면 금속화(single layer metallization) 형태로 안테나 패턴 형성이 가능하다.
도 6a와 같은 독립된 수직 및 수평 안테나의 인접한 배열방식에 비해, 도 6b와 같은 안테나 교차배열 시 급전선로 간 길이가 감소된다. 이에 따라, 배열 안테나에서 인접한 소자 간 간격을 감소시킬 수 있기 때문에, 다중 급전선로의 회로 집적화가 용이하다. 일 예로, 도 6a의 인접한 안테나 소자 간 간격이 λ0/2에서 도 6b의 인접한 안테나 소자 간 간격은 λ0/4로 감소된다. 따라서, 도 6b와 같은 교차 배열 방식을 통해 간단하고 짧은 길이의 급전 선로 구현이 가능하고, 급전 선로-구동회로(RFIC 등) 간 신호 경로 단축에 의한 전파경로 손실(loss)을 크게 감소시킬 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 교차 배열 이중 편파 디스플레이 안테나 구조에 대해 상세하게 설명한다. 이와 관련하여, 도 7은 본 명세서에서 개시되는 교차 배열 이중 편파 디스플레이에 배치되는 단일 소자 및 이를 2x1 배열 안테나로 구성한 상세 구조를 나타낸다. 도 7을 참조하면, 단일 소자 안테나는 다이폴 안테나(1100)와 슬롯 안테나(1100b)로 구성될 수 있다.
한편, 도 8은 도 7에서 개시되는 교차 배열 이중 편파 디스플레이 안테나가 4x1 배열 안테나 또는 그 이상의 안테나 소자로 구성된 상세 구조를 나타낸다.
도 5a, 도 5b, 도 6b 및 도 7을 참조하면, 안테나 모듈(1100)을 구비하는 전자 기기(1000)가 개시된다. 전자 기기(1000)는 디스플레이(151), 안테나 모듈(1100) 및 송수신부 회로(1250)가 배치되는 메인 PCB(1010)를 포함하도록 구성될 수 있다.
이와 관련하여, 안테나 모듈(1100)은 복수의 층상 구조로 형성되는 도 5a와 같은 디스플레이(151) 내부에 배치될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 커버 글래스(1030) 내부에 유전체 기판(1032) 상에 배치되는 복수의 메탈 메쉬 패턴이 조합된 구성으로 안테나 어셈블리(110)로 지칭될 수도 있다.
본 발명의 일 양상에 따른 디스플레이(151)에 형성되는 안테나 어셈블리(1110)를 포함하는 전자 기기(1000)가 제시될 수 있다. 이와 관련하여, 디스플레이(151)는 커버 글래스(1030)를 구비하도록 구성될 수 있다. 안테나 어셈블리(1100)는 디스플레이(151)의 내부에 형성되는 유전체 기판(dielectric substrate, 1032)상에 메탈 메쉬 패턴으로 형성될 수 있다. 따라서, 안테나 어셈블리(1100)는 커버 글래스(1030)를 통해 무선 신호를 디스플레이(151)의 외부 방향, 예컨대 전면 방향으로 방사하도록 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 양상에 따른 안테나 어셈블리(1100)는 다이폴 안테나(1110) 및 슬롯 안테나(1110b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 다이폴 안테나(1110)는 유전체 기판(1032)의 표면에서 양 측으로 도전 패턴이 형성되는 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2)를 포함하도록 구성될 수 있다. 슬롯 안테나(1110b)는 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2) 사이에 배치되는 그라운드 패턴(1111b) 내부에 형성되는 슬롯 영역(1112b)을 구비할 수 있다.
다이폴 안테나(1110)는 디스플레이 내부에 제1 축 방향으로 배치되는 제1 금속 패턴(1111) 및 제1 금속 패턴(1111)에서 소정 각도 회전되어 제2 축 방향으로 배치되는 제2 금속 패턴(1112)을 구비할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 축 및 제2 축은 서로 수직한 축으로 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 축 및 제2 축은 각각 y축 및 x축일 수 있다.
슬롯 안테나(1110b)는 제1 금속 패턴(1111)의 외측 영역 및 제2 금속 패턴(1112)의 하부 영역에서 소정 간격으로 이격된 그라운드 패턴(1111b) 내부에 형성되는 슬롯 영역(1112b)을 구비할 수 있다. 슬롯 영역(1112b)은 제2 금속 패턴(1111)과 제2 축 방향으로 소정 길이만큼 중첩되게 형성될 수 있다. 슬롯 영역(1112b)은 제2 금속 패턴(1111)과 제1 축 방향으로 기설정된 간격 이상으로 이격되어 배치될 수 있다.
제1 급전부(1120)는 다이폴 안테나(1110)의 제1 금속 패턴(1111)과 전기적으로 연결되어 다이폴 안테나(1111)에 제1 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 한편, 제2 급전부(1120b)는 슬롯 안테나(1110b)의 슬롯 영역(1112b) 내부를 통해 그라운드 패턴(1111b)과 전기적으로 연결되어 슬롯 안테나(1110b)에 제2 신호를 인가하도록 구성될 수 있다.
제1 급전부(1120)는 제1 CPW (co-planar wave guide) 급전 라인(1120-1) 및 제2 CPW 급전 라인(1120-2)을 구비할 수 있다. 제1 급전부(1120)는 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2)와 동일 평면 상에서 전기적으로 연결되는 제1 CPW 급전 라인(1120-1) 및 제2 CPW 급전 라인(1120-2)을 구비한다. 제2 급전부(1120b)는 슬롯 영역(1111b)과 동일 평면 상에서 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. CPW 슬롯 급전 라인(1120b)은 제1 CPW 급전 라인(1120-1) 및 제2 CPW 급전 라인(1120-2) 사이에 배치될 수 있다. 제2 급전부(1120b)는 슬롯 안테나(1110b)가 급전하도록 구성된 CPW 급전 라인이다. 이에 따라, 제2 급전부(1120b)를 CPW 슬롯 급전 라인(1120b)으로 지칭할 수 있다.
제1 CPW 급전 라인(1120-1)의 일 측과 타 측에 제1 그라운드 패턴(GND1)이 배치되고, 제2 CPW 급전 라인(1120-2)의 일 측과 타 측에 제2 그라운드 패턴(GND2)이 배치될 수 있다. CPW 슬롯 급전 라인(1120b)은 제1 CPW 급전 라인(1120-1)의 타 측에 배치되는 제1 그라운드 패턴(GND1)과 제2 CPW 급전 라인의 일 측에 배치되는 제2 그라운드 패턴(GND2) 사이에 배치될 수 있다.
도 5a 내지 도 5d, 도 6b 내지 도 8도 5a, 도 5b, 도 6b 내지 도 8을 참조하면, 다이폴 안테나(1120)와 슬롯 안테나(1120b) 사이에 더미 메탈 메쉬 패턴(1130)이 배치될 수 있다. 더미 메탈 메쉬 패턴(1130)은 편의상 더미 패턴(1130)으로 지칭할 수도 있다. 더미 메탈 메쉬 패턴(1130)은 슬롯 영역(1112b)이 형성된 그라운드 패턴(111b)의 상부에서 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2) 사이에 형성될 수 있다.
슬롯 안테나(1120)의 최외곽에 더미 방사체로 더미 다이폴(1110d-1, 1110d-2)가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 슬롯 안테나(1110b)는 복수의 슬롯 안테나들을 포함하도록 구성될 수 있다. 안테나 어셈블리(1100)는 복수의 슬롯 안테나들 중 최외곽에 배치되는 슬롯 안테나와 인접하게 배치되는 더미 다이폴 더미 다이폴(1110d-1, 1110d-2)을 더 포함할 수 있다. 더미 다이폴(1110d-1, 1110d-2)은 일 측으로 도전 패턴이 형성될 수 있다.
제1 다이폴 안테나(1110-1)는 제1 그라운드 패턴(GND1)과 연결되는 그라운드 암 패턴(ground arm pattern, SP1, SP3) 및 제1 급전 라인(1120-1)과 연결되는 신호 암 패턴(SP2, SP4)을 포함할 수 있다. 이와 유사하게, 제2 다이폴 안테나(1110-2)는 제2 그라운드 패턴(GND2)과 연결되는 그라운드 암 패턴 및 제2 급전 라인(1120-2)과 연결되는 신호 암 패턴을 포함할 수 있다.
이와 관련하여, 제1 및 제2 다이폴 안테나(1110-1, 1110-2)의 그라운드 암과 신호 암 패턴이 각각 제1 및 제2 서브 암으로 구현될 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 다이폴 안테나(1110-1, 1110-2)의 그라운드 암 패턴 및 신호 암 패턴은 제1 서브 암(1111) 및 제2 서브 암(1112)를 포함할 수 있다. 제1 서브 암(1111)은 유전체 기판의 표면 상에서 제1 축 방향으로 형성된 제1 금속 패턴(1111)으로 구성될 수 있다. 제1 서브 암(1112)은 제1 축 방향과 다른 유전체 기판의 표면 상의 제2 축 방향으로 형성된 제2 금속 패턴(1112)으로 구성될 수 있다.
송수신부 회로(transceiver circuit, 1250)는 안테나 모듈(1100)과 전기적으로 연결되고, 제1 급전부(1120) 및 제2 급전부(1120b)를 통해 다이폴 안테나(1110) 및 슬롯 안테나(1110b)에 제1 신호 및 제2 신호를 인가하도록 구성될 수 있다. 송수신부 회로(transceiver circuit, 1250)는 RFIC (Radio Frequency Integrated Chip, 1250)으로 지칭될 수 있다.
다이폴 안테나(1110) 및 슬롯 안테나(1110b)는 디스플레이(151) 측면의 내부에 형성되는 안테나 영역(151a)에 배치되어, 디스플레이 안테나로 구현될 수 있다. 구체적으로, 제1 및 제2 다이폴 안테나(1110-1, 1110-2) 및 슬롯 안테나(1110b)는 복수의 층 구조로 형성되는 디스플레이(151)의 내부에 형성되는 안테나 영역(151a)에 배치될 수 있다. 디스플레이 안테나는 메탈 메쉬 구조(metal mesh structure)로 구현될 수 있다. 일 예로, 메탈 메쉬 라인의 선폭은 약 2mm일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
다이폴 안테나(1110) 및 슬롯 안테나(1110b)가 교차 배열되는 것과 유사하게, 제1 급전부(1120) 및 제2 급전부(1120b)도 교차 배치되도록 구성될 수 있다. 제1 급전부(1120) 및 제2 급전부(1120b)가 형성되는 영역은 전환 영역(transition region, 1021) 및 신호 라인 영역(signal line region, 1022)을 포함하도록 구성될 수 있다. 전환 영역(1021)은 급전부와 안테나 영역 간의 전환 영역일 수 있다. 전환 영역(1021)은 마이크로 스트립 라인 구조를 coplanar waveguide 구조로 전환하는 MS-to-CPW transition으로 구성되고, ACF 본딩 형태로 구현될 수 있다. 신호 라인 영역(1022)은 마이크로 스트립 라인 구조로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 스트립 라인 또는 CPW 구조로 형성될 수도 있다. 전환 영역(1021)과 신호 라인 영역(1022)은 라인은 FPCB(flexible printed circuit board, 1020) 상에 형성될 수 있다.
전환 영역(1021)은 제1 급전부(1120)의 급전 라인(1121) 및 제2 급전부(1120b)의 급전 라인(1121b) 사이에 그라운드 영역이 배치된 coplanar 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 급전부(1120)의 급전 라인(1121) 및 제2 급전부(1120b)의 급전 라인(1121b)을 CPW 급전부(1121)로 지칭할 수 있다. 전환 영역(1021)은 안테나(1110, 1110b)와 급전 라인(1121, 1121b) 간의 임피던스 매칭을 수행하도록 구성될 수 있다.
신호 라인 영역(1022)은 제1 급전부(1120)의 급전 라인(1122) 및 제2 급전부(1120b)의 급전 라인(1122b)이 제1 축 방향으로 소정 길이만큼 배치되도록 구성될 수 있다. 신호 라인 영역(1022)에 배치되는 급전 라인(1122, 1122b) 은 FPCB(flexible printed circuit board) 상에 형성될 수 있다.
수직 편파 안테나로 동작하는 슬롯 안테나(1110b)는 수평 편파 안테나로 동작하는 다이폴 안테나(1110) 사이에 배치되어, 배치 공간을 감소시키면서도 상호 간 간섭 수준을 일정 수준 이하로 유지할 수 있다.
이와 관련하여, 다이폴 안테나(1110)는 제2 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 다이폴 안테나(1110)는 수평 편파 안테나로 동작하는 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2)를 포함할 수 있다. 다시 말해, 제1 다이폴 안테나(11110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2)는 제2 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되어, 제2 축 방향의 수평 편파 안테나로 동작할 수 있다.
슬롯 안테나(1110b)의 그라운드 패턴(1111b)과 슬롯 영역(1112b)은 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2) 사이의 영역에 배치될 수 있다. 슬롯 안테나(1110b)는 제2 급전부(1120b)로부터 신호가 인가되는 방향에 대응되게 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다. 다시 말해, 슬롯 영역(1112b)이 제1 축 방향으로 형성되어, 슬롯 안테나(1110b)는 제1 축 방향의 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다.
슬롯 안테나(1110b)의 그라운드 패턴(1111b)은 복수의 영역으로 구성될 수 있다. 일 예로, 그라운드 패턴(1111b)은 제1 영역(R1) 내지 제5 영역(R5)으로 구성될 수 있다. 제1 영역(R1)은 그라운드 패턴(1111b)의 일 측 단부에서 슬롯 영역(1112b)의 일 측 단부까지의 영역으로 형성될 수 있다. 제2 영역(R2)은 제1 영역(R1) 일 측 단부에서 제1 다이폴 안테나(1110-1)의 제2 금속 패턴(1112-1)의 단부까지의 영역으로 형성될 수 있다. 제3 영역(R3)은 제1 다이폴 안테나(1110-1)의 제2 금속 패턴(1112-1)의 단부에서 제2 다이폴 안테나(1110-2)의 제2 금속 패턴(1112-2)의 단부까지의 영역으로 형성될 수 있다. 제4 영역(R4)은 제2 다이폴 안테나(1110-2)의 제2 금속 패턴(1112-2)의 단부에서 슬롯 영역(1112b)의 타 측 단부까지의 영역으로 형성될 수 있다. 제5 영역(R5)은 슬롯 영역(1112b)의 타 측 단부에서 그라운드 패턴(1111b)의 타 측 단부까지의 영역으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 제1 영역(R1) 및 제5 영역(R5)은 각각 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2)가 배치된 영역으로 정의될 수 있다. 제2 영역(R2) 및 제4 영역(R4)은 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2)가 제2 축상에서 슬롯 영역(1112b)과 중첩되게 배치된 영역으로 정의될 수 있다. 한편, 제3 영역(R3)은 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2)와 중첩되지 않는 슬롯 영역으로 정의될 수 있다.
따라서, 제1 다이폴 안테나(1110-1)의 제2 금속 패턴(1112-1)은 제2 영역(R2)에서 슬롯 영역(1112b)과 평행하게 제2 축 방향으로 소정 길이만큼 중첩되게 형성될 수 있다. 또한, 제2 다이폴 안테나(1110-2)의 제2 금속 패턴(1112-2)은 제4 영역(R4)에서 슬롯 영역(1112b)과 평행하게 제2 축 방향으로 소정 길이만큼 중첩되게 형성될 수 있다.
반면에, 슬롯 영역(1112b)은 제1 축 상에서 제1 및 제2 다이폴 안테나(1110-1, 1110-2)와 기설정된 간격 이상으로 이격되어 배치되어, 안테나 간 격리도를 확보할 수 있다. 따라서, 슬롯 영역(1112b)은 제2 영역(R2)에서 제1 다이폴 안테나(1110-1)의 제2 금속 패턴(1112-1)과 제1 축 방향으로 기설정된 간격 이상으로 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 제4 영역(R2)에서 제2 다이폴 안테나(1110-2)의 제2 금속 패턴(1112-2)과 제1 축 방향으로 기설정된 간격 이상으로 이격되어 배치될 수 있다. 이에 따라, 슬롯 영역(1112b)은 제1 다이폴 안테나와(1110-1)의 제1 간섭 수준 및 제2 다이폴 안테나(1110-2)와의 제2 간섭 수준이 임계 수준 이하가 형성될 수 있다. 이를 위해, 소정 길이 및 너비의 슬롯 영역(1112b)은 제1 및 제2 다이폴 안테나(1110-2)과 기설정된 간격 이상으로 이격되어 형성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 다이폴 안테나(1110)의 각 서브 패턴은 신호선 및 그라운드와 연결되도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 다이폴 안테나(1110)의 제1 금속 패턴(1111)은 소정 간격 이격되어 제1 축 방향으로 평행하게 배치되는 제1 서브 패턴(SP1) 및 제2 서브 패턴(SP2)을 포함하도록 구성될 수 있다. 한편, 다이폴 안테나(1110)의 제2 금속 패턴(1112)은 제1 서브 패턴(S1) 및 제2 서브 패턴(SP2)의 단부에서 제2 축 상의 서로 다른 방향으로 연장되는 제3 서브 패턴(SP3) 및 제4 서브 패턴(SP4)을 포함하도록 구성될 수 있다.
한편, 제1 금속 패턴(1111)의 제1 서브 패턴(S1) 및 제2 서브 패턴(SP2) 중 어느 하나는 신호선에 해당하는 금속 패턴과 연결되고, 다른 하나는 비아 패턴과 연결될 수 있다. 이와 관련하여, 제1 금속 패턴(1111)의 제1 서브 패턴(S1) 및 제2 서브 패턴(SP2) 중 어느 하나는 전환 영역(1021)에서 다른 너비를 갖는 금속 패턴(1121)과 연결될 수 있다. 일 예로, 전환 영역(1021)에서 다른 너비를 갖는 금속 패턴(1121)은 급전 라인(1121)에 해당할 수 있다. 이에 따라, 안테나 영역(151a)과 신호 라인 영역(1022)과의 임피던스 매칭이 수행될 수 있다. 한편, 제1 금속 패턴(1111)의 제1 서브 패턴(SP1) 및 제2 서브 패턴(SP2) 중 다른 하나는 비아 패턴(1121v)을 통해 하부의 그라운드와 연결되어 그라운드로 동작할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 교차 배열 이중 편파 안테나 구조는 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 교차 배열 이중 편파 안테나의 안테나 소자 개수는 2개 이상, 즉 2 내지 8개 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 도 5a, 도 5b, 도 6b, 도 7 및 도 8을 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 다이폴 안테나(1110)와 슬롯 안테나(1120)로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈(1100)은 제1 배열 안테나(1100-1) 및 제2 배열 안테나(1100-2)로 구성될 수 있다.
다이폴 안테나(1110)는 제1 배열 안테나(1100-1)로 구성될 수 있다. 제1 배열 안테나(1100-1)는 제2 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되는 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2)를 포함할 수 있다. 제1 배열 안테나(1100-1)는 제2 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되는 제3 다이폴 안테나(1110-3) 및 제4 다이폴 안테나(1110-4)를 더 포함할 수 있다.
슬롯 안테나(1110b)는 제2 배열 안테나(1100-2)로 구성될 수 있다. 제2 배열 안테나(1100-2)는 제2 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되는 제1 슬롯 안테나(1110b-1) 및 제2 슬롯 안테나(1110b-2)를 포함할 수 있다. 도 7을 참조하면, 제2 슬롯 안테나(1110b-2)의 일 측에 배치되는 제3 슬롯 안테나(1110b-3)가 더미 슬롯 안테나로 구현될 수 잇다. 제2 배열 안테나(1100-2)는 제2 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되는 제3 슬롯 안테나(1110b-3) 및 제4 슬롯 안테나(1110b-4)를 더 포함할 수 있다. 도 8을 참조하면, 제4 슬롯 안테나(1110b-4)의 일 측에 배치되는 제5 슬롯 안테나(1110b-5)가 더미 슬롯 안테나로 구현될 수 잇다.
제1 슬롯 안테나(1110b-1)는 제1 다이폴 안테나(1110-1)의 일 측 영역에 배치되도록 구성될 수 있다. 제2 슬롯 안테나(1110b-2)는 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2) 사이에 배치되도록 구성될 수 있다. 제3 슬롯 안테나(1110b-3)는 제2 다이폴 안테나(1110-2) 및 제3 다이폴 안테나(1110-3) 사이에 배치되도록 구성될 수 있다. 제4 슬롯 안테나(1110b-4)는 제3 다이폴 안테나(1110-3) 및 제4 다이폴 안테나(1110-4) 사이에 배치되도록 구성될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 교차 배열 안테나 구조는 대칭성 및 투명도 향상을 위해 더미 방사체가 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 슬롯 안테나(1100b)는 제4 다이폴 안테나(1110-4)의 성능 유지를 위하여 제5 슬롯 안테나(1100b-5)를 더 포함할 수 있다. 제5 슬롯 안테나(1100b-5)는 제4 다이폴 안테나(1100-4)의 타 측 영역에 배치되어, 제4 다이폴 안테나(1100-4)의 성능을 제1 내지 제3 다이폴 안테나(1100-1 내지 1100-3)의 성능과 부합하도록 구성할 수 있다.
제5 슬롯 안테나(1100b-5)의 그라운드 패턴의 내부를 통해 그라운드 패턴과 전기적으로 연결되는) 제2 급전부(1120b)의 급전 라인은 송수신부 회로(1250)와 전기적으로 연결되지 않도록 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 제2 급전부(1120b)의 급전 라인은 FPCB(1020)의 그라운드와 저항 소자를 통해 연결될 수 있다. 이 경우, 저항 소자의 저항 값은 제2 급전부(1120b)의 급전 라인의 특성 임피던스와 동일하게 50ohm으로 설정될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 디스플레이 안테나는 다이폴 안테나(1110)와 슬롯 안테나(1110b)를 형성하는 그라운드 패턴(1111b) 사이에 더미 패턴(1130)이 형성되어 투명도를 개선할 수 있다.
더미 패턴(1130)은 제1 더미 패턴(1131) 및 제2 더미 패턴(1132)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 더미 패턴(1131)은 슬롯 안테나의 그라운드 패턴(1111b)의 상부 영역과 제2 금속 패턴(1112)의 하부 영역에 배치될 수 있다. 제2 더미 패턴(1132)은 제1 더미 패턴(1131)과 결합되도록 구성될 수 있다. 제2 더미 패턴(1132)은 제1 다이폴 안테나(1110-1)와 제2 다이폴 안테나(1110-2)의 제2 금속 패턴(1112) 사이에 배치될 수 있다.
이와 관련하여, 안테나 소자(1110, 1110b) 및 급전부(1120, 1120b)는 신호를 전달하도록 상호 연결된 메탈 메쉬 구조로 형성될 수 있다. 반면에, 더미 패턴(1130)은 신호를 전달하지 않고 시인성(visibility) 및 투명도(transparency) 향상을 위해 상호 연결되지 않은 개방(open) 메쉬 구조로 형성될 수 있다. 예를 들어, 다이폴 안테나(1110)의 제1 및 제2 금속 패턴(1111, 1112)과 슬롯 안테나(1110b)의 그라운드 패턴(1111b)은 서로 다른 축 방향으로 형성된 메탈 메쉬 패턴이 연결된 closed mesh 구조로 형성될 수 있다. 반면에, 더미 패턴(1130)은 서로 다른 축 방향으로 형성된 메탈 메쉬 패턴이 연결점에서 끊어진 open mesh 구조로 형성될 수 있다. 이에 따라, 디스플레이(151) 내부에서 안테나 영역(151a)의 투명도(transparency)를 향상시킬 수 있다.
전술한 금속 패턴 및 비아 패턴 연결 구조는 배열 안테나에서 교대로 상이하게 구성되어, 격리도 향상 및 방사 패턴 대칭성을 향상시킬 수 있다. 1x4 배열 안테나 구조를 예로 들면, 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제3 다이폴 안테나(1110-3)의 제1 서브 패턴(1111a)이 하부의 그라운드와 연결될 수 있다. 즉, 제1 서브 패턴(SP1)이 비아 패턴을 통해 하부의 그라운드와 연결되어, 제1 서브 패턴(SP1)이 그라운드로 동작할 수 있다. 이 경우, 제2 다이폴 안테나(1110-2) 및 제4 다이폴 안테나(1110-4)의 제2 서브 패턴(SP2)이 비아 패턴을 통해 하부의 그라운드와 연결되어, 제2 서브 패턴(SP2)이 그라운드로 동작할 수 있다. 이에 따라, 제1 내지 제4 다이폴 안테나(1110-1 내지 1110-4) 중 인접한 다이폴 안테나 간 간섭 수준을 저감할 수 있다. 또한, 제1 내지 제4 슬롯 안테나(1110b-1 내지 1110b-4) 중 인접한 슬롯 안테나 간 간섭 수준을 저감시킬 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 교차 배열 안테나 구조는 투명도 향상을 위해 더미 방사체(dummy radiator)가 배치될 수 있다. 더미 방사체는 다른 다이폴 안테나와 유사하게 더미 다이폴로 형성될 수 있다. 더미 다이폴은 다른 다이폴 안테나와 상이하게 슬롯 안테나의 일 측 영역 또는 타 측 영역에만 배치될 수 있다. 일 예로, 더미 방사체는 배열 안테나의 최외곽의 일 측 영역에 형성될 수 있다. 제1 슬롯 안테나(1110b-1)의 일 측 영역에 더미 방사체(1110d-1)가 배치될 수 있다. 다른 예로, 더미 방사체는 배열 안테나의 최외곽의 타 측 영역에 형성될 수 있다. 제4 슬롯 안테나의 (1110b-4)의 타 측 영역에 더미 방사체(1110d-2)가 배치될 수 있다.
다이폴 안테나(1110)는 제1 슬롯 안테나(1110b-1)의 일 측 영역 또는 제4 슬롯 안테나(1110b-4)의 타 측 영역에 제1 금속 패턴(1111) 또는 제2 금속 패턴(1112)으로 이루어진 더미 방사체(1110d-1, 1110d-2)를 더 포함할 수 있다.
한편, 제1 내지 제4 다이폴 안테나(1110-1 내지 1110-4)는 제1 금속 패턴(1111)에서 제2 축 상의 서로 다른 방향으로 연장되는 제2 금속 패턴(1112)을 포함한다. 반면에, 더미 방사체(1100d-1, 1110d-2)는 제1 금속 패턴(1111) 또는 제2 금속 패턴(1112)에서 비아 패턴(1121v)을 통해 하부의 그라운드와 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 내지 제4 다이폴 안테나(1110-1 내지 1110-4)가 안테나 모듈(1100) 내의 특정 영역에 배치될 수 있다. 한편, 제1 내지 제4 슬롯 안테나(1110b-1 내지 1110b-4)도 안테나 모듈(1100) 내의 다른 영역에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 다이폴 안테나 및 슬롯 안테나의 개수는 4개에 한정되는 것은 아니고, 응용에 따라 2, 3, 5, 6, 7, 8 개 등으로 변경 가능하다. 도 6(b)와 같이 제1 내지 제4 다이폴 안테나(1110-1 내지 1110-4)와 제1 내지 제4 슬롯 안테나(1110b-1 내지 1110b-4)가 하나의 안테나 모듈(1100) 내에 배치되는 경우, 안테나 모듈이 차지하는 최소화된다.
안테나 모듈(1100)은 다이폴 안테나(1110)와 슬롯 안테나(1120)로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 안테나 모듈(1100)은 제1 배열 안테나(1100-1) 및 제2 배열 안테나(1100-2)로 구성될 수 있다.
전술한 구조와 관련하여, 본 명세서에서 개시되는 안테나 모듈(1100)은 이중편파 배열안테나 구현을 위하여 수평 편파 안테나 및 수직 편파 안테나를 교차 배열하여 직교 편파특성을 확보할 수 있다. 일 예로, 수평 편파 안테나 및 수직 편파 안테나는 다이폴 안테나(1110) 및 슬롯 안테나(1120)로 구현될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
안테나 교차 시 인접한 안테나 간 중첩을 피하기 위해 소형화 설계 및 격리도 개선이 필요하다. 이를 위해, 다이폴 안테나(1110) 및 슬롯 안테나(1120)의 능동 소자 패턴(active element pattern)이 대칭성을 갖도록 더미 소자(dummy element)와 더미 포트(dummy port)를 구성할 수 있다. 이에 따라, 인접 소자간 상호 간섭을 조절하여 능동 소자 패턴이 대칭성을 유지하고, 능동 소자의 방사 패턴 등 안테나 특성이 상호 동등한 수준을 유지할 수 있다. 한편, 안테나 교차 배열 시 광학 시인성 개선을 위하여 개방 더미(open dummy) 구조를 추가할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 교차 배열 이중 편파 안테나(alternating arrayed dual polarization antenna)로 구성된 안테나 모듈(1100)을 통해 전자 기기의 전면 방향으로 방사 패턴이 형성된다. 이에 따라, 영상 표시 기기와 같은 전자 기기에서 디스플레이 전면으로 신호가 방사되어, 전자 기기의 전면에 배치되는 다른 전자 기기들과 통신이 가능하다.
이와 관련하여, 도 9a는 수평 편파로 구성되는 4x1 배열 안테나의 제1 방사 패턴이 디스플레이의 전면으로 형성된 상태를 나타낸다. 한편, 도 9b는 수직 편파로 구성되는 4x1 배열 안테나의 제2 방사 패턴이 디스플레이의 전면으로 형성된 상태를 나타낸다. 이와 관련하여, 도 9a 및 도 9b의 제1 및 제2 방사 패턴은 각각 도 8의 제1 배열 안테나(1100-1) 및 제2 배열 안테나(1100-2)에 의해 형성되는 방사패턴이다. 제1 배열 안테나(1100-1) 및 제2 배열 안테나(1100-2)는 각각 수평 편파 및 수직 편파로 동작하는 슬롯 배열 안테나 및 다이폴 배열 안테나일 수 있다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 디스플레이(151)의 전면 영역(front region)으로 방사 패턴의 주 방사 영역(main radiation region)이 형성된다. 이와 관련하여, 방사 패턴의 주 방사 영역은 디스플레이(151)의 전면 영역 이외에 하부 영역(lower region)으로도 형성된다. 이에 따라, 전자 기기는 전면 영역 이외에 하부 영역에 배치될 수 있는 다른 전자 기와도 통신이 가능하다.
한편, 도 8과 같이 4개의 안테나 소자가 일 축 방향으로 배치되어, 도 9a 및 도 9b와 같이 일 축 방향으로 지향성(directivity)을 갖는 방사 패턴이 형성된다. 또한, 4개의 안테나 소자에 인가되는 신호의 위상차를 가변하여, 일 축 방향으로 방사 패턴의 빔 피크가 변경되도록 빔 포밍이 수행될 수 있다.
이하에서는 본 명세서에서 개시되는 교차 배열 이중 편파 안테나의 반사 계수 특성 및 격리도 특성에 대해 설명한다. 이와 관련하여, 도 10a 및 도 10b는 제1 배열 안테나를 구성하는 제1 내지 제4 다이폴 안테나의 반사 계수 특성 및 격리도 특성을 나타낸다.
도 8 및 도 10a (a)를 참조하면, 제1 배열 안테나를 구성하는 제1 내지 제4 다이폴 안테나(1110-1 내지 1110-4)의 반사 계수 대역폭 특성은 28GHz 대역에서 약 1.7GHz이다. 구체적으로, 제1 내지 제4 다이폴 안테나(1110-1 내지 1110-4)의 반사 계수 특성은 28GHz 대역에서 반사 계수 10dB 기준으로 대역폭은 약 1.7GHz이다.
한편, 도 10b (a)를 참조하면, 제2 배열 안테나를 구성하는 제1 내지 제4 슬롯 안테나(1110b-1 내지 1110b-4)의 반사 계수 대역폭 특성은 28GHz 대역에서 약 1.9GHz이다. 구체적으로, 제1 내지 제4 슬롯 안테나(1110b-1 내지 1110b-4)의 반사 계수 특성은 28GHz 대역에서 반사 계수 10dB 기준으로 대역폭은 약 1.9GHz이다.
도 8 및 도 10a(b)를 참조하면, 제1 내지 제4 다이폴 안테나(1110-1 내지 1110-4) 간의 격리도 특성은 -17dB 이하의 값을 갖는다. 따라서, 제1 내지 제4 다이폴 안테나(1110-1 내지 1110-4) 간의 간섭 수준은 임계 수준 이하로 유지된다. 이에 따라, 제1 내지 제4 다이폴 안테나(1110-1 내지 1110-4)는 상호 간섭 없이 동작할 수 있다.
도 8 및 도 10a(b)를 참조하면, 제1 내지 제4 슬롯 안테나(1110b-1 내지 1110b-4) 간의 격리도 특성은 -17dB 이하의 값을 갖는다. 따라서, 제1 내지 제4 슬롯 안테나(1110b-1 내지 1110b-4)간의 간섭 수준은 임계 수준 이하로 유지된다. 이에 따라, 제1 내지 제4 슬롯 안테나(1110b-1 내지 1110b-4)는 상호 간섭 없이 동작할 수 있다.
요약하면, 교차배열 이중편파 구조를 갖는 배열 안테나가 수평 편파 모드 및 수직 편파 모드로 동작 시, 수평 및 수직 편파 안테나 모두 디스플레이 전면 지향성을 가지며, 동작 주파수에서 우수한 반사계수 특성을 갖는다. 한편, 동작 주파수대역 내 안테나 간 전달 계수 (격리도)의 최대값은 17 dB 수준으로 상호 간섭영향이 작다. 또한, 약 λ0/4의 인접한 안테나 소자 간격에도 불구하고, 안테나 소자들은 서로 독립된 방사특성을 유지할 수 있다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 교차 배열 이중 편파 안테나 구조를 참조하면, 다이폴 안테나와 슬롯 안테나 간 이격된 간격 및 이격된 영역에 배치된 더미 패턴 여부에 따라 안테나 특성이 변경될 수 있다. 이와 관련하여, 도 11a 내지 도 11c는 다이폴 안테나와 슬롯 안테나 간 이격된 간격이 변경되는 경우와 더미 패턴 배치 여부에 따른 제1 내지 제3 안테나 구조를 나타낸다.
도 7, 도 8 및 도 11a를 참조하면, 다이폴 안테나(1110)의 제1 금속 패턴(1111)의 길이를 2.15mm로 하여, 다이폴 안테나(1110)와 슬롯 안테나(1120) 간 간격이 제1 간격으로 인접하게 배치된 제1 안테나 구조이다.
도 7, 도 8 및 도 11b를 참조하면, 다이폴 안테나(1110)의 제1 금속 패턴(1111)의 길이를 2.6mm로 하여, 다이폴 안테나(1110)와 슬롯 안테나(1120) 간 간격이 제2 간격으로 배치된 제2 안테나 구조이다. 제2 안테나 구조의 제2 간격은 제1 안테나 구조의 제1 간격보다 더 큰 값을 갖도록 설정될 수 있다. 일 예로, 제2 간격은 제1 간격보다 제1 금속 패턴의 길이 차이, 예컨대 0.45mm만큼 더 큰 값을 갖도록 설정될 수 있다.
도 7, 도 8 및 도 11c를 참조하면, 다이폴 안테나(1110)와 슬롯 안테나(1120) 사이의 영역에 더미 패턴(1130)이 배치될 수 있다. 다이폴 안테나(1110)와 슬롯 안테나(1110b)를 형성하는 그라운드 패턴(1111b) 사이에 더미 패턴(1130)이 형성되어 투명도 및 시인성을 개선할 수 있다.
더미 패턴(1130)은 제1 더미 패턴(1131) 및 제2 더미 패턴(1132)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 더미 패턴(1131)은 슬롯 안테나의 그라운드 패턴(1111b)의 상부 영역과 제2 금속 패턴(1112)의 하부 영역에 배치될 수 있다. 제2 더미 패턴(1132)은 제1 더미 패턴(1131)과 결합되도록 구성될 수 있다. 제2 더미 패턴(1132)은 제1 다이폴 안테나(1110-1)와 제2 다이폴 안테나(1110-2)의 제2 금속 패턴(1112) 사이에 배치될 수 있다.
한편, 도 12a 내지 도 12c는 제1 내지 제3 안테나 구조에서 슬롯 배열 안테나와 다이폴 배열 안테나의 방사 패턴을 비교한 것이다. 또한, 도 13은 제1 내지 제3 안테나 구조에서 슬롯 배열 안테나와 다이폴 배열 안테나의 반사 계수를 나타낸 것이다.
도 12a(a) 내지 도 12c(a)는 4x1 슬롯 배열 안테나의 주 방사 패턴(main radiation pattern)과 직교 방사 패턴(orthogonal radiation pattern)을 제1 내지 제3 안테나 구조 별로 나타내 것이다. 슬롯 배열 안테나는 수직 편파 안테나로 동작하므로 제1 축 방향, 즉 수직 축 방향에서 주 방사 패턴이 형성된다. 반면에, 도 12a(b) 내지 도 12c(b)는 4x1 다이폴 배열 안테나의 주 방사 패턴(main radiation pattern)과 직교 방사 패턴(orthogonal radiation pattern)을 제1 내지 제3 안테나 구조 별로 나타내 것이다. 다이폴 배열 안테나는 수평 편파 안테나로 동작하므로 제2 축 방향, 즉 수평 축 방향에서 주 방사 패턴이 형성된다.
한편, 도 13a 내지 도 13c는 반사 계수 특성을 제1 내지 제3 안테나 구조 별로 나타내 것이다. 도 13a 내지 도 13c에서 S11 내지 S44는 슬롯 배열 안테나의 반사 계수 특성을 나타내고, S55 내지 S88은 다이폴 배열 안테나의 반사 계수 특성을 나타낸다.
도 11a의 제1 안테나 구조는 서로 직교 편파특성을 갖는 슬롯 안테나와 다이폴 안테나를 근접하게 배치할 경우(S ≒ λ0/4), 상호 커플링 영향이 발생하여 각 안테나 소자의 동작주파수가 천이(shift)될 수 있다. 또한, 각 안테나 소자의 방사 특성 및 반사계수 특성이 왜곡될 수 있다.
도 11a의 제1 안테나 구조는 슬롯 안테나와 다이폴 안테나 간 이격 간격을 최소화하여 디스플레이 내 안테나 배치 영역을 최소화할 수 있다. 하지만, 슬롯 안테나와 다이폴 안테나 간 커플링 영향에 의해 도 12a(b)와 같이 다이폴 배열 안테나의 피크 이득(peak gain)이 저하될 수 있다. 이와 관련하여, 도 12a(a)의 슬롯 배열 안테나의 피크 이득은 저하되지 않는다. 이와 관련하여, 슬롯 안테나의 슬롯 영역을 둘러싸는 그라운드 패턴에 의해 슬롯 안테나의 특성이 결정된다. 따라서, 다이폴 안테나가 주변에 인접하게 배치된 정도는 슬롯 안테나 특성에 영향을 미치지 않기 때문이다. 반면에, 다이폴 배열 안테나의 특성은 주변에 그라운드 패턴이 인접하게 배치된 정도에 영향을 받게 된다.
한편, 도 13a를 참조하면, 슬롯 안테나와 다이폴 안테나 간 거리가 가깝기 때문에 커플링이 임계 수준 이상으로 발생하게 되어, 동작주파수 천이 및 반사계수 특성 왜곡이 발생할 수 있다. 이와 관련하여, S11 내지 S44로 표시되는 슬롯 배열 안테나의 동작 주파수는 28GHz에서 약 1GHz 정도 낮은 대역으로 천이됨을 알 수 있다. 도 12a(a)를 참조하면 슬롯 배열 안테나의 방사 패턴의 피크 이득은 감소하지 않았지만, 도 13a를 참조하면 동작 주파수 천이는 발생하였다. 반면에, 도 12a(b)를 참조하면 다이폴 배열 안테나의 방사 패턴의 피크 이득이 감소하면서 동작 주파수 천이도 발생하였다. S55 내지 S88로 표시되는 다이폴 배열 안테나의 동작 주파수는 28GHz에서 약 2GHz 정도 높은 대역으로 천이됨을 알 수 있다.
따라서, 안테나 소자 간 상호 커플링 영향을 감소시키기 위해 슬롯 안테나와 다이폴 안테나 간 이격 간격을 도 11b의 제2 안테나 구조와 같이 증가시킬 수 있다. 또한, 광학적 시인성 개선을 위하여 도 11c의 제3 안테나 구조와 같이 open dummy 구조를 추가할 수 있다.
도 11b의 제2 안테나 구조는 서로 직교 편파특성을 갖는 슬롯 안테나와 다이폴 안테나를 도 11a의 제1 간격보다 더 큰 제2 간격으로 배치한 구성이다. 이에 따라, 상호 커플링 영향이 감소하여 각 안테나 소자의 동작주파수 천이 현상과 배열 안테나의 피크 이득 감소를 방지할 수 있다.
도 11b의 제2 안테나 구조는 슬롯 안테나와 다이폴 안테나 간 이격 간격을 제1 간격에서 제2 간격으로 다소 증가시켜 디스플레이 내 안테나 배치 영역이 다소 증가할 수 있다. 하지만, 슬롯 안테나와 다이폴 안테나 간 커플링이 감소하게 된다. 따라서, 도 12a(b)에서는 다이폴 배열 안테나의 피크 이득(peak gain) 감소 현상이 도 12b(b)를 참조하면 피크 이득 감소가 발생하지 않는다.
한편, 도 13b를 참조하면, 슬롯 안테나와 다이폴 안테나 간 거리가 제1 간격에서 제2 간격으로 증가하였기 때문에 커플링이 임계 수준 이하가 되어, 동작주파수 천이 및 반사계수 특성 왜곡이 발생하지 않는다. 이와 관련하여, S11 내지 S44로 표시되는 슬롯 배열 안테나의 동작 주파수는 28GHz이고, 동작 주파수 천이가 발생하지 않는다. 또한, S55 내지 S88로 표시되는 다이폴 배열 안테나의 동작 주파수도 28GHz이고, 동작 주파수 천이가 발생하지 않는다.
이러한 제2 안테나 구조에서 슬롯 배열 안테나와 다이폴 배열 안테나는 상호 간섭 수준이 임계 수준 이하가 되어, 안테나로서 정상 동작한다. 이와 관련하여, 도 14는 제2 안테나 구조 및 제3 안테나 구조에서 안테나 특성을 비교한 것이다. 도 14(a)는 제2 안테나 구조 (Type A)에서 슬롯 배열 안테나와 다이폴 배열 안테나의 피크 이득, 수직/수평 편파 이득 차이 및 빔 스캔 각도를 나타낸 것이다. 도 14(b)는 제3 안테나 구조 (Type B)에서 슬롯 배열 안테나와 다이폴 배열 안테나의 피크 이득, 수직/수평 편파 이득 차이 및 빔 스캔 각도를 나타낸 것이다.
도 14(a) 및 도 14(b)와 관련하여, 안테나 피크 이득은 10mm 신호선로 손실 및 신호선 전이(transition) 손실을 포함한 것이다. 수직/수평 편파 이득 차이는 도 12b 및 도 12c에서 주 빔과 교차 빔의 이득 차이로, 편파 격리도에 해당한다. 도 12b, 도 12c 및 도 14를 참조하면, 슬롯 배열 안테나 및 다이폴 배열 안테나의 수직/수평 편파 이득 차이, 즉 편파 격리도는 30dB 및 40dB 이상의 값을 갖는다. 한편, 빔 스캔 각도는 피크 이득 대비 3dB 이득 감소를 기준으로 설정될 수 있다. 슬롯 배열 안테나 및 다이폴 배열 안테나에 대해 모두 45도 이상의 빔 스캔 각도를 갖는다. 따라서, 전자 기기의 디스플레이 전면 방향에서 일 축 방향으로 ±45도 이상의 범위에서 다른 전자 기기와 빔 포밍을 통해 통신이 가능하다.
도 14(a) 및 도 14(b)의 제2 및 제3 안테나 구조에서 안테나의 전기적 특성은 변화가 없다. 따라서, 도 8 및 도 11c의 더미 패턴(1130) 유무에 따라 슬롯 배열 안테나 및 다이폴 배열 안테나의 전기적 특성 변화는 없다. 따라서, 메탈 메쉬 격자의 연결점이 끊어진 상태로 구현된 open dummy 구조의 더미 패턴(1130)은 안테나 특성에 영향을 미치지 않고, 광학적 투명도 및 시인성 향상을 가능하게 한다. 이와 관련하여, 도 12b, 도 12c의 방사 패턴을 참조하면, 더미 패턴 유무에 따라 슬롯 배열 안테나 및 다이폴 배열 안테나의 특성 변화가 발생하지 않는다. 또한, 도 13b 및 도 13c의 반사 계수 특성을 참조하면, 더미 패턴 유무에 따라 슬롯 배열 안테나 및 다이폴 배열 안테나의 특성 변화가 발생하지 않는다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 교차 배열 이중 편파 안테나는 동작 대역폭 확장 구조로 형성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 15는 실시 예에 따른 동작 대역폭이 확장된 교차 배열 이중 편파 안테나로 구성된 안테나 모듈을 나타낸다.
도 7, 도 8 및 도 15를 참조하면, 제1 및 제2 다이폴 안테나(1110-1, 1110-2) 각각은 제1 축 및 제2 축 방향으로 배치되는 제1 및 제2 금속 패턴(1111, 1112)을 포함할 수 있다. 도 15를 참조하면, 다이폴 안테나(1110)의 제2 금속 패턴(1112)은 복수의 방사부(radiation portion)을 포함하도록 구성될 수 있다. 제2 금속 패턴(1112)은 제1 방사부(1112a)와 제2 방사부(1112b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 실시 예에 따라, 제2 금속 패턴(1112)은 3개 이상의 복수의 방사부를 포함하도록 구성될 수도 있다.
제1 방사부(1112a)와 제2 방사부(1112b)는 안테나의 방사체로 동작하므로 제1 방사체(1112a)와 제2 방사체(1112b)로 지칭될 수도 있다. 제1 방사부(1112a)는 제1 금속 패턴(1111)과 제1 지점(P1)에서 수직하게 연결되도록 구성될 수 있다. 제2 방사부(1112b)는 제1 금속 패턴(1111)과 제1 지점(P1)에서 소정 각도로 절곡된 상태에서 제2 지점(P2)에서부터 제1 방사부(1112a)와 평행하게 배치되도록 구성될 수 있다. 제2 방사부(1112b)는 제1 방사부의 상부 영역에서 제2 지점(P2)에서부터 제1 방사부(1112a)와 평행하게 배치되도록 구성될 수 있다. 이에 따라, 제1 방사부(1112a)와 제2 방사부(1112b)를 포함하여, 다이폴 안테나(1110)가 광대역 동작하도록 구성될 수 있다. 제2 방사부(1112b)의 길이는 제1 방사부(1112a)의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
슬롯 안테나(1110b)는 코너 영역을 구비하여 너비 방향으로 슬롯의 길이가 가변되도록 구성되어, 광대역 동작할 수 있다. 이와 관련하여, 슬롯 안테나(1110b)의 슬롯 영역(1112b')은 제2 급전부의 종단에서 제2 축 상의 서로 다른 방향으로 형성되는 직사각형 슬롯 영역의 마주보는 코너 영역이 삼각형 형상으로 구성될 수 있다. 슬롯 영역(1112b')은 삼각형 형상의 코너 영역을 기준으로 형성된 멀티 슬롯 영역으로 구성되어, 슬롯 안테나(1110b)가 광대역 동작하도록 구성될 수 있다.
요약하면, 디스플레이 내부의 단면에 설계된 안테나는 형상 변형이 용이하며 안테나 일부 변형을 통해 동작 주파수 대역폭 확장이 가능하다. 이를 위해, 동작 주파수 대역폭 개선을 위한 설계 변경 아이디어로서, 복수의 다이폴 방사체와 삼각형 코너 형상의 슬롯 구조를 갖는 광대역 배열 안테나 구조가 제시된다.
구체적으로, 수직 편파를 갖는 슬롯 안테나의 슬롯 형상 변형, 즉 삼각형 코너 형상의 슬롯 구조를 통한 주파수 대역폭 확장이 가능하다. 또한, 수평 편파를 갖는 다이폴 안테나의 경우 이중 공진 모드를 발생할 수 있도록 다이폴 형상을 변경, 즉 평행한 복수의 다이폴 방사체 구조로 주파수 대역폭 확장이 가능하다. 일 예로, 배열 안테나 사이즈는 도 11b 및 도 11c의 제2 및 제3 안테나 구조의 26.75 mm * 2.6 mm에서 도 15의 26.75 mm * 3.4 mm로 다소 증가하였지만, 광대역 동작이 가능하다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 대역 확장 안테나 구조의 반사 계수 특성에 대해 도 16a 및 도 16b를 참조하여 설명한다. 도 16a 및 도 16b는 제3 안테나 구조와 대역 확장 구조의 슬롯 배열 안테나 및 다이폴 배열 안테나의 반사 계수 특성을 비교한 것이다.
도 11c 및 도 16a(a)를 참조하면, 제3 안테나 구조의 다이폴 배열 안테나는 약 1.7GHz의 대역폭을 갖는다. 반면에, 도 15 및 도 16a(b)를 참조하면, 대역 확장 구조의 다이폴 배열 안테나는 3GHz 이상의 대역폭으로 확장된다. 이와 관련하여, 제1 방사부(1112a)가 3GHz 이상의 대역폭 중 제1 대역 (저대역)에서 동작하도록 구성될 수 있다. 한편, 제1 방사부(1112a)보다 짧은 길이를 갖는 제2 방사부(1112b)가 3GHz 이상의 대역폭 중 제2 대역 (고대역)에서 동작하도록 구성될 수 있다.
도 11c 및 도 16a(b)를 참조하면, 제3 안테나 구조의 슬롯 배열 안테나는 약 1.9GHz의 대역폭을 갖는다. 반면에, 도 15 및 도 16a(b)를 참조하면, 대역 확장 구조의 다이폴 배열 안테나는 4.3GHz 이상의 대역폭으로 확장된다. 이와 관련하여, 슬롯 영역(1112b') 중 중심 영역(central region, CR)이 4.3GHz 이상의 대역폭 중 제1 대역 (저대역)에서 동작하도록 구성될 수 있다. 한편, 슬롯 영역(1112b') 중 상부 영역(upper region, UR) 및 하부 영역(lower region, LR)이 4.3GHz 이상의 대역폭 중 제2 대역 (고대역)에서 동작하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 중심 영역(CR)의 슬롯 길이보다 상부 영역(UR) 및 하부 영역(LR)의 슬롯 길이가 더 짧은 길이로 형성된다.
한편, 본 명세서에서 개시되는 교차 배열 이중 편파 안테나 구조는 디스플레이 내부에 배치되는 안테나가 FPCB를 통해 급전부와 연결되고, FPCB는 다시 메인 PCB와 커넥터 구조로 연결될 수 있다.
이와 관련하여, 도 5b, 도 7, 도 8 및 도 15를 참조하면, 전자 기기(1000)는 전자 기기 내부에 배치되고, FPCB(1020)와 커넥터(1020c)를 통해 전기적으로 연결되도록 구성된 메인 PCB(1010)를 더 포함할 수 있다. FPCB(1020)의 종단에 형성된 제1 급전부(1120)의 제1 내지 제4 급전 라인은 제1 내지 제4 다이폴 안테나(1110-1 내지 1110-4)를 메인 PCB(1010)에 배치된 송수신부 회로(1250)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 또한, FPCB(1020)의 종단에 형성된 제2 급전부(1120b)의 제1 내지 제4 급전 라인은 제1 내지 제4 슬롯 안테나(1110b-1 내지 1110b-4)를 메인 PCB(1010)에 배치된 송수신부 회로(1250)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다.
FPCB(1010) 상에 배치된 제1 급전부(1120)의 제1 내지 제4 급전 라인과 제2 급전부(1120b)의 제1 내지 제4 급전 라인은 마이크로 스트립 라인 구조로 구성될 수 있다. 한편, 제1 급전부(1120) 및 제2 급전부(1120b)의 제1 내지 제4 급전라인은 마이크로 스트립 라인 구조에서 coplanar 라인 구조로 전환을 위한 전환 영역(1021) 상에 배치될 수 있다. 전환 영역(1021)은 FPCB(1020)의 다층 구조에서 디스플레이의 안테나 영역(151a)의 단층 구조로의 전환을 위해 ACF 본딩 영역으로 형성될 수 있다. 안테나 영역(151a)은 커버 글래스 하부의 OCA 레이어 상에 금속 패턴으로 형성될 수 있다.
한편, 송수신부 회로(1250)는 제1 배열 안테나(1100-1)의 각각의 다이폴 안테나 소자(1110-1 내지 1110-4)와 연결되어, 각각의 다이폴 안테나 소자에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성된 제1 위상 변위기(PS1)을 포함할 수 있다. 또한, 송수신부 회로(1250)는 제2 배열 안테나(1100-2)의 각각의 슬롯 안테나 소자(1110b-1 내지 1110b-4)와 연결되어, 각각의 슬롯 안테나 소자에 인가되는 신호의 위상을 제어하도록 구성된 제2 위상 변위기(PS2)을 포함할 수 있다.
기저대역 프로세서(1400)는 송수신부 회로(1250)와 전기적으로 연결되도록 구성될 수 있다. 기저대역 프로세서(1400)는 제1 및 제2 위상 변위기(PS1, PS2)를 제어하여, 제1 배열 안테나(1100-1)의 제1 빔을 빔 포밍하면서 제2 배열 안테나(1100-2)의 제2 빔을 빔 포밍할 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 양상에 따른 교차 배열 이중 편파 안테나 구조를 갖는 안테나 모듈에 대해 도 5a 내지 도 16(b)를 참조하여 설명한다. 안테나 모듈(1100)은 제1 타입 안테나(1110), 제2 타입 안테나(1110b), 제1 급전부(1120) 및 제2 급전부(1120b)를 포함하도록 구성될 수 있다. 제1 타입 안테나(1110) 및 제2 타입 안테나(1110b)는 상호 직교하는 직교 편파 안테나로 동작하는 임의의 안테나일 수 있다. 제1 타입 안테나(1110) 및 제2 타입 안테나(1110b)는 수평 편파 안테나 및 수직 편파 안테나로 동작하는 임의의 안테나일 수 있다. 제1 타입 안테나(1110)는 수평 편파 안테나로 동작하는 다이폴 안테나, 모노폴 안테나, bow-tie 안테나 중 어느 하나일 수 있다. 제2 타입 안테나(1110b)는 수직 편파 안테나로 동작하는 슬롯 안테나, 슬롯 결합 안테나 중 어는 하나일 수 있다. 일 예로, 제1 타입 안테나(1110) 및 제2 타입 안테나(1110b)는 다이폴 안테나(1110) 및 슬롯 안테나(1110b)일 수 잇다.
제1 타입 안테나로 다이폴 안테나(1110)는 디스플레이 내부에 제1 축 방향으로 배치되는 제1 금속 패턴(1111) 및 제1 금속 패턴(1111)에서 소정 각도 회전되어 제2 축 방향으로 배치되는 제2 금속 패턴(1112)을 구비할 수 있다. 제2 타입 안테나로 슬롯 안테나(1110b)는 그라운드 패턴(1111b) 내부에 슬롯 영역(1112b, 1112b')을 구비할 수 있다. 슬롯 영역(1112b, 1112b')은 제2 금속 패턴(1112)과 제2 축 방향으로 소정 길이만큼 중첩되게 형성될 수 있다. 그라운드 패턴(1111b)은 제1 금속 패턴(1111)의 외측 영역 및 제2 금속 패턴(1112)의 하부 영역에서 소정 간격으로 이격되게 형성될 수 있다.
제1 급전부(1120)는 다이폴 안테나(1110)의 제1 금속 패턴(1111)과 전기적으로 연결되어 다이폴 안테나(1110)에 제1 신호를 인가하도록 구성된다. 제2 급전부(1120b)는 슬롯 안테나(1110b)의 슬롯 영역(1112b, 1112b') 내부를 통해 그라운드 패턴(1111b)과 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 제2 급전부(1120b)는 슬롯 안테나(1110b)에 제2 신호를 인가하도록 구성된다.
다이폴 안테나는 복수의 안테나 소자로 구현되어, 배열 안테나를 구성할 수 있다. 이와 관련하여, 다이폴 안테나(1110)는 제2 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되어, 수평 편파 안테나로 동작하는 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2)를 포함할 수 있다.
한편, 상호 간섭을 고려하면서 공간 최적 배치를 위해, 슬롯 안테나(1110b)는 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2) 사이에 배치될 수 있다. 이와 관련하여, 슬롯 안테나(1110b)의 그라운드 패턴(1111b)과 슬롯 영역(1112b, 1112b')은 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2) 사이의 영역에 배치될 수 있다. 따라서, 슬롯 안테나(1110b)는 수직 편파 안테나로 동작할 수 있다. 또한, 슬롯 안테나도 복수의 안테나 소자로 구현되어, 배열 안테나를 구성할 수 있다.
슬롯 안테나(1110b)의 그라운드 패턴(1111b)은 복수의 영역으로 구성될 수 있다. 복수의 영역은 그라운드 패턴(1111b)의 일 측 단부에서 슬롯 영역(1112b)의 일 측 단부까지의 영역으로 형성되는 제1 영역(R1)을 포함할 수 있다. 복수의 영역은 제1 영역(R1) 일 측 단부에서 제1 다이폴 안테나(1110-1)의 제2 금속 패턴(1112-1)의 단부까지의 영역으로 형성되는 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다. 복수의 영역은 제1 다이폴 안테나(1110-1)의 제2 금속 패턴(1112-1)의 단부에서 제2 다이폴 안테나(1110-2)의 제2 금속 패턴(1112-2)의 단부까지의 영역으로 형성되는 제3 영역(R3)을 포함할 수 있다. 복수의 영역은 제2 다이폴 안테나(1110-2)의 제2 금속 패턴(1112-2)의 단부에서 슬롯 영역(1112b)의 타 측 단부까지의 영역으로 형성되는 제4 영역(R4)을 포함할 수 있다. 복수의 영역은 슬롯 영역(1112b)의 타 측 단부에서 그라운드 패턴(1111b)의 타 측 단부까지의 영역으로 형성되는 제5 영역(R5)을 포함할 수 있다.
이에 따라, 제1 영역(R1) 및 제5 영역(R5)은 각각 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2)가 배치된 영역으로 정의될 수 있다. 제2 영역(R2) 및 제4 영역(R4)은 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2)가 제2 축상에서 슬롯 영역(1112b)과 중첩되게 배치된 영역으로 정의될 수 있다. 한편, 제3 영역(R3)은 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2)와 중첩되지 않는 슬롯 영역으로 정의될 수 있다.
한편, 다이폴 안테나 및 슬롯 안테나는 2개 이상의 안테나 소자들을 이용하여 배열 안테나로 구성될 수 있다. 일 예로, 다이폴 안테나(1110)는 제2 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되는 제3 다이폴 안테나(1110-3) 및 제4 다이폴 안테나(1110-4)를 더 포함하여 제1 배열 안테나(1100-1)로 구성될 수 있다.
슬롯 안테나(1100b)는 제1 슬롯 안테나(1100b-1) 및 제2 슬롯 안테나(1100b-2)를 포함하여 제2 배열 안테나(1100-2)로 구성될 수 있다. 또한, 슬롯 안테나(1100b)는 제1 슬롯 안테나(1100b-1) 내지 제4 슬롯 안테나(1100b-4)를 포함하여 제2 배열 안테나(1100-2)로 구성될 수 있다. 제1 슬롯 안테나(1100b-1)는 제1 다이폴 안테나(1110-1)의 일 측 영역에 배치되도록 구성될 수 있다. 제2 슬롯 안테나(1100b-2)는 제1 다이폴 안테나(1110-1) 및 제2 다이폴 안테나(1110-2) 사이에 배치되도록 구성될 수 있다. 제3 슬롯 안테나(1100b-3)는 제2 다이폴 안테나(1110-2) 및 제3 다이폴 안테나(1110-3) 사이에 배치되도록 구성될 수 있다. 제4 슬롯 안테나(1100b-3)는 제3 다이폴 안테나(1110-3) 및 제4 다이폴 안테나(1110-4) 사이에 배치되도록 구성될 수 있다.
본 명세서에서 개시되는 교차 배열 이중 편파 안테나 구조가 전자 기기의 서로 다른 위치에 배치되는 복수의 배열 안테나로 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 도 17은 일 실시 예에 따른 교차 배열 이중 편파 안테나 구조의 안테나 소자는 배열 안테나로 이루어진 안테나 모듈과 이를 포함하는 전자 기기를 나타낸다. 도 1 내지 도 17을 참조하면, 안테나 모듈(1100)은 제1 타입 안테나(1110)로 이루어진 제1 배열 안테나(1100-1) 및 제2 타입 안테나(1100b)로 이루어진 제2 배열 안테나(1100-2)로 구성될 수 있다. 안테나 모듈(1100)은 빔 포밍을 수행하도록 전자 기기의 서로 다른 영역에 배치되는 제1 내지 제4 안테나 모듈(ANT1 내지 ANT4)로 구성될 수 있다. 일 예로, 복수의 안테나 모듈(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, 안테나 모듈(ANT, 1100)이 배치되는 디스플레이와 FPCB와 별도의 회로 기판에 송수신부 회로(1250)와 프로세서(1400)가 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 안테나 모듈(ANT1) 내지 제4 안테나 모듈(ANT4)은 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 안테나 모듈(ANT1) 내지 제4 안테나 모듈(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 안테나 모듈(ANT1) 내지 제4 안테나 모듈(ANT4)를 통해 수신되는 신호의 품질에 기반하여, 최적의 안테나를 선택할 수 있다.
프로세서(1400)는 제1 안테나 모듈(ANT1) 내지 제4 안테나 모듈(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 안테나 모듈(ANT1) 내지 제4 안테나 모듈(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 공진하는 경우, 하나의 배열 안테나를 통해 반송파 집성(CA)을 수행할 수도 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.
안테나 모듈은 제1 배열 안테나(1100-1) 및 제2 배열 안테나1100-1)를 포함할 수 있다. 이와 관련하여, 제1 배열 안테나(1100-1) 및 제2 배열 안테나1100-1)는 서로 다른 편파로 동작할 수 있다.
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.
이와 관련하여, 제1 내지 제4 수평 편파 안테나(ANT1-H 내지 ANT4-H)는 다이폴 안테나(1100)와 같이 수평 편파 안테나로 동작하는 제1 타입 배열 안테나일 수 있다. 한편, 제1 내지 제4 수직 편파 안테나(ANT1-V 내지 ANT4-V)는 슬롯 안테나(1100b)와 같이 수직 편파 안테나로 동작하는 제2 타입 배열 안테나일 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.
밀리미터파 대역에서 동작하는 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 대역에서 동작하는 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 밀리미터파 대역에서 동작하는 디스플레이에 구비되는 안테나 모듈 및 이를 제어하는 구성을 포함하는 전자 기기에 대해 살펴보았다. 이와 같은 밀리미터파 대역에서 동작하는 디스플레이에 구비되는 안테나 모듈 및 이를 제어하는 구성을 포함하는 전자 기기의 기술적 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
실시 예에 따르면, 밀리미터파 대역에서 동작하는 안테나 소자를 메탈 메쉬 구조로 디스플레이에 구현하여, 전면 방향의 다른 기기와 통신이 가능하다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 디스플레이 내부에 배치된 안테나의 전기적 특성을 향상시키면서도 더미 패턴을 이용하여 시인성을 향상시킬 수 있는 안테나 구성을 제공할 수 있다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 다이폴 안테나 사이의 빈 영역에 슬롯 안테나를 배치하여, 한정된 영역 내에 이중 편파 특성을 구현된 안테나 모듈을 제공할 수 있다.
본 명세서의 다른 일 목적은, 안테나 간 간격을 최소화하고, 투명 안테나와 급전 라인 간의 전환 구간에서 임피던스 매칭을 통해, 밀리미터파 대역에서 신호 손실 특성이 최소화될 수 있는 디스플레이에 구현되는 안테나 모듈을 제공할 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 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)
- 안테나 어셈블리에 있어서,
유전체 기판(dielectric substrate);
상기 유전체 기판의 표면에서 양 측으로 도전 패턴이 형성되는 제1 다이폴 안테나 및 제2 다이폴 안테나;
상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나 사이에 배치되는 그라운드 패턴 내부에 형성되는 슬롯 영역을 구비하는 슬롯 안테나;
상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나와 동일 평면 상에서 전기적으로 연결되는 제1 CPW (co-planar wave guide) 급전 라인 및 제2 CPW 급전 라인을 구비하는 제1 급전부; 및
상기 슬롯 영역과 동일 평면 상에서 전기적으로 연결되고, 상기 제1 CPW 급전 라인 및 제2 CPW 급전 라인 사이에 배치되는 제2 급전부를 포함하고,
상기 제1 CPW 급전 라인의 일 측과 타 측에 제1 그라운드 패턴이 배치되고, 상기 제2 CPW 급전 라인의 일 측과 타 측에 제2 그라운드 패턴이 배치되고,
상기 제2 급전부는,
상기 제1 CPW 급전 라인의 타 측에 배치되는 상기 제1 그라운드 패턴과 상기 제2 CPW 급전 라인의 일 측에 배치되는 상기 제2 그라운드 패턴 사이에 배치되는, 안테나 어셈블리. - 제1 항에 있어서,
상기 슬롯 영역이 형성된 상기 그라운드 패턴의 상부에서 상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나 사이에 형성되는 더미 메탈 메쉬 패턴을 더 포함하는, 안테나 어셈블리. - 제1 항에 있어서,
상기 슬롯 안테나는 복수의 슬롯 안테나들을 포함하고, 상기 복수의 슬롯 안테나들 중 최외곽에 배치되는 슬롯 안테나와 인접하게 배치되는 더미 다이폴을 더 포함하고,
상기 더미 다이폴은 일 측으로 도전 패턴이 형성되는, 안테나 어셈블리. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 다이폴 안테나는 상기 제1 그라운드 패턴과 연결되는 그라운드 암 패턴(ground arm pattern) 및 상기 제1 CPW 급전 라인과 연결되는 신호 암 패턴을 포함하고,
상기 제2 다이폴 안테나는 상기 제2 그라운드 패턴과 연결되는 그라운드 암 패턴(ground arm pattern) 및 상기 제2 CPW 급전 라인과 연결되는 신호 암 패턴을 포함하는, 안테나 어셈블리. - 제4 항에 있어서,
상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나의 상기 그라운드 암 패턴 및 상기 신호 암 패턴은
상기 유전체 기판의 표면 상에서 제1 축 방향으로 형성된 제1 금속 패턴으로 구성된 제1 서브 암; 및
상기 제1 축 방향과 다른 상기 유전체 기판의 표면 상의 제2 축 방향으로 형성된 제2 금속 패턴으로 구성된 제2 서브 암을 포함하는, 안테나 어셈블리. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 다이폴 안테나 및 상기 슬롯 안테나는 복수의 층 구조로 형성되는 디스플레이의 내부에 형성되는 안테나 영역에 배치되고,
상기 제1 급전부 및 상기 제2 급전부는,
상기 제1 급전부의 급전 라인 및 상기 제2 급전부의 급전 라인 사이에 상기 제1 및 제2 그라운드 패턴이 배치된 CPW 구조가 형성되어, 안테나와 급전 라인 간의 임피던스 매칭을 수행하도록 구성된 전환 영역(transition region); 및
상기 제1 급전부의 급전 라인 및 상기 제2 급전부의 급전 라인이 상기 제1 축 방향으로 소정 길이만큼 배치되는 신호 라인 영역(signal line region)을 포함하고,
상기 신호 라인 영역에 배치되는 상기 급전 라인은 FPCB(flexible printed circuit board) 상에 형성되는, 안테나 어셈블리 - 제1 항에 있어서,
상기 슬롯 영역이 제1 축 방향으로 형성되어, 상기 슬롯 안테나는 상기 제1 축 방향의 수직 편파 안테나로 동작하고,
상기 제1 다이폴 안테나 및 제2 다이폴 안테나는 제2 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되어, 상기 제2 축 방향의 수평 편파 안테나로 동작하고,
상기 그라운드 패턴은,
상기 그라운드 패턴의 일 측 단부에서 상기 슬롯 영역의 일 측 단부까지의 제1 영역;
상기 슬롯 영역의 일 측 단부에서 상기 제1 다이폴 안테나의 제2 금속 패턴의 단부까지의 제2 영역;
상기 제1 다이폴 안테나의 제2 금속 패턴의 단부에서 상기 제2 다이폴 안테나의 제2 금속 안테나의 단부까지의 제3 영역;
상기 제2 다이폴 안테나의 제2 금속 패턴의 단부에서 상기 슬롯 영역의 타 측 단부까지의 제4 영역; 및
상기 슬롯 영역의 타 측 단부에서 상기 그라운드 패턴의 타 측 단부까지의 제5 영역을 포함하는, 안테나 어셈블리. - 제7 항에 있어서,
상기 제1 다이폴 안테나의 제2 금속 패턴은 상기 제2 영역에서 상기 슬롯 영역과 평행하게 상기 제2 축 방향으로 소정 길이만큼 중첩되게 형성되고,
상기 제2 다이폴 안테나의 상기 제2 금속 패턴은 상기 제4 영역에서 상기 슬롯 영역과 평행하게 상기 제2 축 방향으로 소정 길이만큼 중첩되게 형성되는, 안테나 어셈블리. - 제7 항에 있어서,
상기 슬롯 영역은,
상기 제2 영역에서 상기 제1 다이폴 안테나의 상기 제2 금속 패턴과 상기 제1 축 방향으로 기설정된 간격 이상으로 이격되어 배치되고,
상기 제4 영역에서 상기 제2 다이폴 안테나의 상기 제2 금속 패턴과 상기 제1 축 방향으로 기설정된 간격 이상으로 이격되어 배치되어, 상기 제1 다이폴 안테나와의 제1 간섭 수준 및 상기 제2 다이폴 안테나와의 제2 간섭 수준이 임계 수준 이하가 되도록 형성되는, 안테나 어셈블리. - 제6 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 다이폴 안테나의 제1 금속 패턴은 소정 간격 이격되어 상기 제1 축 방향으로 평행하게 배치되는 제1 서브 패턴 및 제2 서브 패턴을 포함하고,
상기 제1 및 제2 다이폴 안테나의 제2 금속 패턴은 상기 제1 서브 패턴 및 제2 서브 패턴의 단부에서 상기 제2 축 상의 서로 다른 방향으로 연장되는 제3 서브 패턴 및 제4 서브 패턴을 포함하고,
상기 제1 금속 패턴의 상기 제1 및 제2 서브 패턴 중 어느 하나는 상기 전환 영역에서 다른 너비를 갖는 금속 패턴과 연결되어, 상기 안테나 영역과 상기 신호 라인 영역과의 임피던스 매칭이 수행되고,
상기 제1 금속 패턴의 상기 제1 및 제2 서브 패턴 중 다른 하나는 비아 패턴을 통해 하부의 그라운드와 연결되어 그라운드로 동작하는, 안테나 어셈블리. - 제2 항에 있어서,
상기 더미 메탈 메쉬 패턴은,
상기 슬롯 안테나의 상기 그라운드 패턴의 상부 영역과 상기 제1 및 제2 다이폴 안테나의 하부 영역 사이에 배치되는 제1 더미 패턴; 및
상기 제1 더미 패턴과 결합되고, 상기 제1 다이폴 안테나와 상기 제2 다이폴 안테나 사이에 배치되는 제2 더미 패턴을 포함하고,
상기 다이폴 안테나의 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴과 상기 슬롯 안테나의 상기 그라운드 패턴은 서로 다른 축 방향으로 형성된 메탈 메쉬 패턴이 연결된 closed mesh 구조로 형성되고,
상기 더미 패턴은 서로 다른 축 방향으로 형성된 메탈 메쉬 패턴이 연결점에서 끊어진 open mesh 구조로 형성되어, 안테나 영역의 투명도(transparency)를 향상시키는, 안테나 어셈블리. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 다이폴 안테나를 포함하는 다이폴 안테나는 제2 축 방향으로 소정 간격으로 이격되어 배치되는 제3 다이폴 안테나 및 제4 다이폴 안테나를 더 포함하여 제1 배열 안테나로 구성되고,
상기 슬롯 안테나는,
상기 제1 다이폴 안테나의 일 측 영역에 배치되는 제1 슬롯 안테나;
상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나 사이에 배치되는 제2 슬롯 안테나;
상기 제2 다이폴 안테나 및 상기 제3 다이폴 안테나 사이에 배치되는 제3 슬롯 안테나; 및
상기 제3 다이폴 안테나 및 상기 제4 다이폴 안테나의 일 측 영역 사이에 배치되는 제4 슬롯 안테나를 포함하여, 제2 배열 안테나로 구성되는, 안테나 어셈블리. - 제12 항에 있어서,
상기 다이폴 안테나는 상기 제1 슬롯 안테나의 일 측 영역 또는 제4 슬롯 안테나의 타 측 영역에 제1 금속 패턴 및 제2 금속 패턴으로 이루어진 더미 다이폴을 더 포함하고,
상기 제1 내지 제4 다이폴 안테나는 상기 제1 금속 패턴에서 상기 제2 축 상의 서로 다른 방향으로 연장되는 상기 제2 금속 패턴을 포함하고,
상기 더미 다이폴은 상기 제1 금속 패턴에서 상기 제2 축 상의 일 방향으로 연장되는 제2 금속 패턴을 포함하고,
상기 더미 방사체의 상기 제1 금속 패턴은 비아 패턴을 통해 하부의 그라운드와 전기적으로 연결되는, 안테나 어셈블리. - 제12 항에 있어서,
상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제3 다이폴 안테나의 제1 서브 패턴이 비아 패턴을 통해 하부의 그라운드와 연결되어, 상기 제1 서브 패턴이 그라운드로 동작하도록 하고,
상기 제2 다이폴 안테나 및 상기 제4 다이폴 안테나의 제2 서브 패턴이 비아 패턴을 통해 하부의 그라운드와 연결되어, 상기 제2 서브 패턴이 그라운드로 동작하도록 하여,
상기 제1 내지 제4 다이폴 안테나 중 인접한 다이폴 안테나 간 간섭 수준과 상기 제1 내지 제4 슬롯 안테나 중 인접한 슬롯 안테나 간 간섭 수준을 저감시키는, 안테나 어셈블리. - 제1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 다이폴 안테나 각각은 제1 축 및 제2 축 방향으로 배치되는 제1 및 제2 금속 패턴을 포함하고,
상기 제2 금속 패턴은,
상기 제1 금속 패턴과 제1 지점에서 수직하게 연결되는 제1 방사부; 및
상기 제1 금속 패턴과 제1 지점에서 소정 각도로 절곡된 상태에서 제2 지점에서부터 상기 제1 방사부의 상부 영역에서 상기 제1 방사부와 평행하게 배치되는 제2 방사부를 포함하는, 안테나 어셈블리. - 제15 항에 있어서,
상기 제2 방사부의 길이는 상기 제1 방사부의 길이보다 짧게 형성되고,
상기 슬롯 안테나의 슬롯 영역은,
상기 제2 급전부의 종단에서 상기 제2 축 상의 서로 다른 방향으로 형성되는 직사각형 슬롯 영역의 마주보는 코너 영역이 삼각형 형상으로 구성되고,
상기 슬롯 영역은 삼각형 형상의 코너 영역을 기준으로 형성된 멀티 슬롯 영역으로 구성되어, 상기 슬롯 안테나가 광대역 동작하도록 구성되는, 안테나 어셈블리. - 제6 항에 있어서,
FPCB 상에 배치된 상기 제1 급전부의 제1 내지 제4 급전 라인과 상기 제2 급전부의 제1 내지 제4 급전 라인은 마이크로 스트립 라인 구조로 구성되고,
상기 제1 급전부 및 상기 제2 급전부의 제1 내지 제4 급전 라인은 마이크로 스트립 라인 구조에서 CPW 구조로 전환을 위한 전환 영역 상에 배치되고,
상기 전환 영역은 상기 FPCB의 다층 구조에서 상기 디스플레이의 안테나 영역의 단층 구조로의 전환을 위해 ACF 본딩 영역으로 형성되고,
상기 안테나 영역은 커버 글래스 하부의 OCA 레이어 상에 금속 패턴으로 형성되는, 안테나 어셈블리. - 디스플레이에 형성되는 안테나 어셈블리를 포함하는 전자 기기에 있어서,
복수의 층상 구조로 형성되고, 커버 글래스를 구비하는 디스플레이; 및
상기 디스플레이의 내부에 형성되는 유전체 기판(dielectric substrate)상에 메탈 메쉬 패턴으로 형성되어, 무선 신호를 상기 커버 글래스를 통해 방사하도록 구성된 안테나 어셈블리를 포함하고,
상기 안테나 어셈블리는,
유전체 기판(dielectric substrate);
상기 유전체 기판의 표면에서 양 측으로 도전 패턴이 형성되는 제1 다이폴 안테나 및 제2 다이폴 안테나;
상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나 사이에 배치되는 그라운드 패턴 내부에 형성되는 슬롯 영역을 구비하는 슬롯 안테나;
상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나와 동일 평면 상에서 전기적으로 연결되는 제1 CPW (co-planar wave guide) 급전 라인 및 제2 CPW 급전 라인을 구비하는 제1 급전부; 및
상기 슬롯 영역과 동일 평면 상에서 전기적으로 연결되고, 상기 제1 CPW 급전 라인 및 제2 CPW 급전 라인 사이에 배치되는 제2 급전부를 포함하고,
상기 제1 CPW 급전 라인의 일 측과 타 측에 제1 그라운드 패턴이 배치되고, 상기 제2 CPW 급전 라인의 일 측과 타 측에 제2 그라운드 패턴이 배치되고,
상기 제2 급전부는,
상기 제1 CPW 급전 라인의 타 측에 배치되는 상기 제1 그라운드 패턴과 상기 제2 CPW 급전 라인의 일 측에 배치되는 상기 제2 그라운드 패턴 사이에 배치되는, 전자 기기. - 제18 항에 있어서,
상기 슬롯 영역이 형성된 상기 그라운드 패턴의 상부에서 상기 제1 다이폴 안테나 및 상기 제2 다이폴 안테나 사이에 형성되는 더미 메탈 메쉬 패턴을 더 포함하는, 전자 기기. - 제18 항에 있어서,
상기 슬롯 안테나는 복수의 슬롯 안테나들을 포함하고, 상기 복수의 슬롯 안테나들 중 최외곽에 배치되는 슬롯 안테나와 인접하게 배치되는 더미 다이폴을 더 포함하고,
상기 더미 다이폴은 일 측으로 도전 패턴이 형성되는, 전자 기기.
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